JPH02232917A

JPH02232917A - 半導体露光装置及び露光方法

Info

Publication number: JPH02232917A
Application number: JP1052886A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshida; 宏吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1990-09-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、ＬＳＩ製造のためのレジズドの微細加工お
よび他のデバイス製造を目的とした微細加工のための半
導体露光装置及び露光方法に関（従来の技術）従来、半導体ウェハーのレジストのパターン形成のため
に用いるコヒーレント光の露光光源として水銀アークラ
ンプやキセノン水銀アークランプを備えた半導体露光装
置では、第５図（ａ）に示すように外部からの露光■が
レジスト１に入射されると、この入射光■がレジスト１
の下部の基板２の表面からの反射により、レジスト１内
で■■■・・・というように連続的に反射してしまう定
在波効果が起こる。そして、この定在波効果が現れるこ
とによりレジスト１を露光、現像した時に第６図に示す
ようにその側壁１ａに周期的な凹凸の縞模様が現れ、こ
のような凹凸がレジストパターンの寸法精度を損なう問
題点があった。

加えてレジスト１の膜厚方向に定在波効果によって感光
度のムラを生じ、現像、リンス、乾燥の過程でレジスト
１の各層で膨潤収縮の度合に差が生じ、レジスト内に細
かいしわがよるいわゆるオレンジピールと呼ばれる現象
が起こる。このために、パターンの縁がぎざぎざになっ
たり、窓開けパターンの上にレジストが橋を架けたよう
にブリッジが残ることがある問題点もあった。

そこで、このような問題点を解消するために第７図に示
すように１つの光源の光に含まれている複数の波長の光
、例えば同図（ａ）に示すようにｇ線とｈ線との組合わ
せや、同図（ｂ）に示すようにｇｖＡとｈ線とｉ線との
組合わせを用いることにより定在波効果を無くそうとす
る試みが行われるようになっているが、このような露光
装置にあっても上記の従来の問題点は十分に解消されて
いなかった。

また、近年は０．５ミクロン以下の微細加工に露光光源
としてエキシマレーザーが用いられるようになってきて
いるが、レーザー光の単色性、コヒーレント性を考慮し
たとき定在波効果はより強く現れることになり、微細な
パターンを形成する際に大きな障壁となっている。

（発明が解決しようとする課題）以上のように従来の半導体露光装置では、光源にコヒー
レントな単色光を用いたのでは定在波効果により微細加
工に限界がある問題点があった。

また、多波長光源を用いた場合にも定在波効果を取り除
くにはなお不十分である問題点があった。

さらに単色、コヒーレントなレーザー光源を用いても、
定在波効果がより大きくなるためにサブミクロン以下の
微細加工には十分に利用できない問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたもので、レジスト内の定在波効果を無くし、精
度の良い微細パターンを形成することのできる半導体露
光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明の請求項（１）の半導体露光装置は、コヒーレ
ントな光の光源に対してその前方に光源からの光の波長
λに対するλ／４波長板を設け、このλ／４波長板を通
過し円偏光となった光を半導体露光に用いるようにした
ものである。

この発明の請求項（２）の半導体露光装置は、コヒーレ
ントな光の光源を複数個備え、これらの光源からの光を
同時に半導体露光に用いるようにしたものである。

また、この発明の請求項（３）の露光方法は、上記（１
）又は（２）の装置を用いて露光する方法である。

（作用）この発明の請求項（１）の半導体露光装置では、コヒー
レントな光の光源の前方にその光の波長λに対するλ／
４波長板を設けることにより、光源からの光がλ／４波
長板により円偏光とされ、これが半導体基板表面のレジ
ストに照射されることとなり、レジスト内の反射光も円
偏光となって反射光同士の強度干渉が起きず、定在波効
果が生起されなくてレジストに微細加工することができ
る。

また、この発明の請求項（２）の半導体露光装置では、
同一波長の光源、または異なる波長の光源を複数個用い
て、同時に半導体基板上のレジストに照射するようにし
ているため、位相のランダムなインコヒーレントな光を
レジストに照射するができ、レジスト内に定在波効果を
生起させることがなく、レジストに微細加工することが
できる。

また、この発明の請求項（３）の露光方法によれば、上
記請求項（１）又は（２）の作用を有する露光方法を行
うことができる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の請求項（１）の半導体露光装置の実
施例を示しており、コヒーレントな光を発する光源とし
てエキシマレーザー装置３が設ケられており、エキシマ
レーザー装置３の前方に、このエキシマレーザー装置３
からのレーザー光の波長λに対するλ／４波長板４が設
けられている。

そして、このλ／４波長板４を通過した光は、反射鏡５
、レーザー光のマスクへの照射状態を見守るための接眼
鏡６、マスク７を通過して台形ミラー８に達し、ここで
凹面鏡９と凸面鏡１０により反射屈折させてウエハー１
１に入射するように機器配置されている。

上記のエキシマレーザー装置３としてＫｒＦレーザーが
用いられるとき、λ／４波長板４として２４８ｎｍ用が
用いられる。また、エキシマレーザー装置３がＡｒＦレ
ーザーであれば、λ／４波長板として１９３ｎｍ用が用
いられる。さらにエキシマレーザー装置３がＸｅ（Ｑレ
ーザーであれば、λ／４波長板４として３０８ｎｆｌｌ
用が用いられる。

次に、この発明の請求項（３）の露光方法の一実施例と
なる上記構成の半導体露光装置の動作について説明する
。

エキシマレーザー装置３から発せられる単色、コヒーレ
ントなレーザー光Ｌ，は、λ／４波長板４により位相が
９０度回転すると共に９０度進み、円偏光Ｌ２となって
反射鏡５、接ｌＩＩｉ！鏡６を通ってマスク７に入り、
ここから台形ミラー８、凹面鏡９、凸面鏡１０を経てウ
エハー１１に入射し、半導体基板２上のレジスト１を露
光して前記マスク７により決定されているパターンをレ
ジスト１上に現像する。

このウエハー１１のレジスト１に入射する円偏光の強度
と従来の定在波強度との比較が第２図に示されている。

一般に露光光源が円偏光であると、基板２によって反射
された反射光も円偏光となる。一般的な式として、強度
１，，Ｉ２の２つの光源の干渉現象を考えると、次式が
成り立つ。

１−１．　＋［２＋２ｆ「７７丁× ２　π ｃｏｓ［−Ｃｒ２　−　　ｒ＋　　）　　一　（φ２　
−φ，）］λ ・・・・・・　（１）ここで、 λ：露光に用いた光源の波長ｒ２−ｒｌ：２つの光源間の反射体までの距離 φ２　−φ１　＝２つの光源の位相差そして、この実施例の場合には同一光源を用いているた
めに、ｒ２−ｒ．−０、円偏光の条件からφ２−φ１−
π／２が成り立ち、（１）式は円偏光では次のように書
き直すことができる。

１−（１＋＋１２）　　　　　　　　・・・・・・（２
）すなわち、円偏光を用いると、強度は（２）式で表さ
れ、（１）式の余弦項がなくなるために干渉効果を示さ
ないことが分かる。

したがって、レジスト１に入射された円偏光は基板２の
反射によって全体の位相は変わるが、やはり円偏光とし
て反射されるため、レジスト１内で定在波効果を示さな
いことが分かる。

つまり、レジスト１の膜厚をαとしたとき、単色光を入
射すると α−（２Ｎ＋１）λ／　４　ｎ　　　極大α−２Ｎλ／
４−ｎ　　　　　　　極小（ここで、Ｎ−１．２，・・
・であり、ｎはレジストの屈折率）となり、１７４波長の奇数、偶数倍で極大、極小が現れ
るが、円偏光であれば、一方が他方よりも１／４波長ず
れた偏光となっているために一方が極大であれば他方は
極小を示すことになり、常に極小と極大との平均の強度
として一定値となる。

このようにしてエキシマレーザー装置３にλ／４波長板
４を設け、円偏光としてウェハー１１に照射してレジス
ト１を露光した場合、レジスト１の側面が一様になった
。

なお、上記の実施例ではエキシマレーザー装置により単
色、コヒーレントな光源を得るようにしたが、単色、コ
ヒーレントな光を得るためにはレーザーを用いなくても
、通常の種々の光源を波長フィルタを通すことにより単
色光化し、続いて偏光子を用いて位相を揃え、その後適
切なλ／４波長板に通すようにしても同様の効果を得る
ことができる。

第３図はこの発明の請求項（２）の半導体露光装置の一
実施例を示しており、波長が同一あるいは異なった光を
発する気体放電管を光源１２，１３として設け、これら
からの光を集光レンズ１４により・集光して第１図に示
す実施例と同様に反射鏡５、接眼鏡６を通してマスク７
に入射させ、さらに台形ミラー８、凹面鏡９、凸面鏡１
０を通してウェハー１１に照射する。

この実施例では、複数の光源１２．１３からの光Ｌ，，
Ｌ４が集光レンズ１４で１つに集光され、この集光レン
ズ１４から出てくる光Ｌ，はインコヒーレントなものと
なり、ウエハー１１のレジスト１に照射されることにな
る。

複数の光源１２．１３からの光が合成されるとき、イン
コヒーレントな光となるのは、次のような理由による。

光源としての水銀ランプや白熱線などの気体放電管、そ
の他の露光用に使用されるどんな光源であっても、非常
に多数の互いに無関係な発光微粒子からできており、そ
の各々はある短い時間間隔の間光を放出し、残りの時間
は光を放出していない。

そこで、簡単のためにすべての発光微粒子が光放出の間
に同じ波長の正弦波の波連を出していると考えると、光
源全体によって作られる光の合成撹乱は時間の正弦波関
数で表されるが、その位相と振幅とは発光微粒子の１つ
が光放出を始めたり止めたりするごとに変化する。した
がって、２つの光源がどんなに似ていても、これらの作
る光学的撹乱は時間と共に不規則かつ速やかに変化する
位相差φ２−φ１を持つことになり、２つの光源１２．
１３からの光Ｌ，，Ｌ４の合成された光Ｌ，はインコヒ
ーレントであり、干渉縞の位置は位相変化と共に移り変
わる。

すなわち、ある瞬間にはその直前に強度極小であった点
に極大が起こったり、その逆のことが起こったりして、
インコヒレーレントな光となるのである。

このようにして、ウエハー１１のレジスト１に入射する
光Ｌ，がインコヒーレントな光であるとき、基板２によ
り反射されてもレジスト１内に定在波効果が生起されず
、精度の良い微細パターンの露光、現像ができることに
なる。

第４図は上記の実施例によるインコヒーレントな光に対
するレジスト１内での光強度と水銀ランプを７光源とす
るｇ線、ｈ線、ｌ線の多波長混合光に対するレジスト１
内での光強度を比較したものであり、この発明の実施例
による光強度分布は十分に一様なものとなっており、定
在波効果が生じず、精度の良い露光ができることが分か
る。

なお、この請求項（２）の半導体露光装置における光源
としては、水銀アークランプやキセノン水銀アークラン
プなどの気体放電ランプの他に、各種波長のレーザー装
置を用いることも可能である。

［発明の効果］以上のようにこの発明の請求項（１）の半導体露光装置
によれば、コヒーレントな光源からの光をλ／４波長板
により円偏光としてウエハーに照射するようにしている
ため、ウェハーのレ）スト内において反射光強度が均一
化され、定在波効果が生起されなくて精度の良い露光、
現像ができる。

また、この発明の請求項（２）の半導体露光装置によれ
ば、複数の光源からの光を合成してインコヒーレントな
光としてウェハーのレジストに照射しているため、レジ
スト内で反射光による干渉が起こらず、定在波効果が生
起されなくて精度の良い露光、現像ができる。

また、この発明の請求項（３）の露光方法によれば上記
請求項（１）又は（２）の効果を有する露光を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の請求項（１）の半導体露光装置の一
実施例の光学システム説明図、第２図は上記の実施例に
よるウェハー内の反射波強度分布を示す説明図、第３図
はこの発明の請求項（２）の半導体露光装置の一実施例
の光学システム説明図、第４図は上記の実施例によるウ
エハー内の反射波強度分布を示す説明図、第５図は従来
のコヒーレントな光による半導体露光時のレジスト内の
反射波強度分布を説明する説明図、第６図は従来例によ
り加工されたウエハーの断面図、第７図は従来の多波長
混合による半導体露光時のレジスト内の反射波強度分布
を説明する説明図である。１・・・レジスト　　　　　２・・・基板３・・・エキ
シマレーザー装置４・・・λ／４波長板　　　７・・・マスク１１・・・
ウェハー　　　　１２・・・光源１３・・・光源　　　
　　　１４・・・集光レンズＬ，・・・単色、コヒーレ
ント光Ｌ２・・・円偏光Ｌ，・・・インコヒーレント光代一人４ｒ．ｒｍ士三好秀和芭１　囚第３２ −一−−一粛÷議÷ｉ線強度？インコヒーレンＦ光鍾（ａ）　ｇ線＋１（ｂ）　ｄｊｌ吐線＋１線反射面からの距離（μ一）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コヒーレントな光の光源に対してその前方に光源
からの光の波長λに対するλ／４波長板を設け、このλ
／４波長板を通過し円偏光となった光を半導体露光に用
いるようにして成る半導体露光装置。
（２）コヒーレントな光の光源を複数個備え、これらの
光源からの光を同時に半導体露光に用いるようにして成
る半導体露光装置。
（３）請求項（１）又は（２）の露光装置により露光す
る露光方法。