JPH0474855B2

JPH0474855B2 -

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Publication number: JPH0474855B2
Application number: JP1330388A
Authority: JP
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPH0334308A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はIC、LSIなどの集積回路製造方法及び
露光装置に関し、特に、比較的強度が大きな紫外
域のレーザー光を放射する紫外線レーザーである
ところのエキシマレーザーを用いた集積回路製造
方法及び露光装置に関する。従来よりIC、LSIなどの集積回路のパターンを
ウエハー上に焼き付けて集積回路を製造する為
に、投影露光装置が使用されている。この種の投
影露光装置の殆どが、水銀灯による中心波長
436nm又は365nmの光を集積回路のパターンに照
射し、投影レンズ系により集積回路のパターンを
ウエハー上に投影することにより、焼き付けを行
なつている。しかしながら、水銀灯による中心波長436nm又
は365nmの光は強度が小さく、焼き付けに長い時
間を要するため、これらの光より強度が大きな光
を放射する露光用の光源が要望されていた。この要望に答えて、特開昭57−198631号公報で
は、比較的強度が大きな紫外域の光を放射するレ
ーザーを、露光用の光源として使用することを提
案している。この公報が示す投影露光装置は、マ
スクのパターンをウエハー上に投影露光する時に
エキシマレーザーからのレーザー光を用いること
により、焼付時間を短縮し、装置のスループツト
を向上させている。ところが本願発明者が検討したところ、0.5ミ
クロンといつたサブミクロンの線幅を持つ集積回
路パターンをウエハー上に焼き付ける場合、上記
公報の投影露光装置の如く、単にエキシマレーザ
ーからのレーザー光をマスクに照射するだけで
は、投影レンズ系で生じる色収差の影響で、鮮明
な集積回路パターンをウエハー上に焼き付けられ
ないことが解つた。本発明はこのような問題に鑑みてなされたもの
であり、紫外線レーザーであるところのエキシマ
レーザーを光源として用い、鮮明な集積回路パタ
ーンをウエハー上に焼き付けることが可能な集積
回路製造方法及び露光装置の提供を目的とする。この目的を達成するために、本発明は、紫外線
レーザーであるところのエキシマレーザーからの
レーザー光で集積回路のパターンを照明し、投影
レンズ系により集積回路のパターンをウエハー上
に投影して焼き付ける集積回路製造方法及び露光
装置において、前記投影レンズ系は色収差補正が
実行できないレンズ系であつて、上記レーザー光
の波長幅を狭くする狭帯域化手段を有することを
特徴としている。本発明では、狭帯域化手段でレーザー光の波長
幅を狭くすることにより、投影レンズ系で生じる
色収差を抑制することができるので、サブミクロ
ンの線幅を持つ集積回路パターンであつても、ウ
エハー上に、鮮明に焼き付けることが可能にな
る。以下、本発明の実施例を説明する。前述の通り、本発明は投影レンズ系として色収
差補正が実行できないレンズ系を備え、紫外線レ
ーザー光であるところのエキシマレーザー光の波
長幅を狭くする手段を有することが特徴であり、
他の構成に関しては、例えば前述の特開昭57−
198631号公報にも記載されているので、ここで
は、図示と説明を省略する。さて、本実施例では、波長248.5nmを主たる発
光スペクトルとするエキシマレーザーを用い、イ
ンジエクシヨンロツキング等の手段（狭帯域化手
段）によつて波長幅を狭くしたレーザー光を投影
露光に使用する。また、後述するように、投影レンズ系は、単一
の光学材料で構成した。単一の材料で構成できた
のは、色収差を考慮する必要のない、非常に狭い
発光スペクトルのレーザー光が使用できるように
なつた為である。従つて、本実施例の装置は、従
来の集積回路製造用投影露光装置では考えられな
かつた、極めて新規な投影レンズ系を搭載してい
る。このような投影レンズ系を単一の材料で構成
できると、投影露光に使用するレーザー光に対し
て最も透過率が良く且つレンズ加工の精度が優れ
た材料のみで投影レンズ系を構成することが可能
になり、装置の性能を大幅に向上させることがで
きる。本実施例の投影レンズに関して説明する。以下
に示す投影レンズ系の実施例は、何れも、溶融石
英のみの単一の硝材で構成しており、設計波長は
248.5nmである。但し、波長248.5nmの光が透過
する材料であれば溶融石英でなくても例えば
CaF₂、MgF₂でも良い。本実施例の投影レンズ系の主たる特徴は、物体
側より順に正、負そして正の屈折力の第１、第２
そして第３レンズ群の３つのレンズ群より構成
し、前記第１、第２、第３レンズ群を各々単一の
ガラス材料の複数のレンズより構成すると共に前
記第１、第２そして第３レンズ群の焦点距離を
各々f₁，f₂，f₃とするとき 0.8≦｜f₁／f₂｜≦3.8 …(1) 1.1≦｜f₁／f₃｜≦４ …(2) なる条件を満足することである。このように、投影レンズ系は３つのレンズ群を
有しており、レンズ系の中央部に負の屈折力の第
２レンズ群とその両側に正の屈折力の第１、第３
レンズ群を配置した縮小系で構成しており、前述
の条件式(1)、(2)を設定することにより良好なる収
差補正を達成している。条件(1)、(2)はレンズ性能の基本の１つとしての
各レンズ群の屈折力を適切に設定することにより
像面湾曲を良好に補正するための条件で、下限値
を越えるとペツツバール和が大となり像面湾曲が
補正不足となり、上限値を越えると像面湾曲が補
正過剰となり全画面を良好に収差補正するのが困
難となる。更に、より良好なる収差補正を達成する為に
は、前記第１レンズ群を物体側より順に負と正の
屈折力の２つのレンズ群I₁，I₂より構成し、前記
レンズ群I₂は両レンズ面が凸面の両凸面レンズI₂₁
と正の屈折力のレンズI₂₂の各々少なくとも１枚
を有するレンズ系で構成し、前記第２レンズ群を
物体側と像面側に各々凸面を向けたメニスカス状
の負の屈折力のレンズを有するように構成すると
共に、前記レンズ群I₂の焦点距離をf₁₂、前記第２
レンズ群の焦点距離をf₂としたとき 0.9≦｜f₁₂／f₂｜ …(3) なる条件を満足させれば良い。前記レンズI₂₂は、投影レンズ系の縮小倍率が
１／３〜1/7程度のときは物体側に凸面を向けたメニ
スカス状のレンズで構成され、投影レンズ系の縮
小倍率が1/7〜1/12程度の時は両凸レンズで構成
され、このように構成することにより収差を良好
に補正できる。投影レンズ系としての結像性能を全画面にわた
り良好に保つためには、像面湾曲の補正のほかに
コマ収差を全画面にわたつて殆ど零近く補正した
上で、更に球面収差、軸外のハロー収差を補正し
なければならない。それには条件(1)、(2)を満足す
る光学系に於いて、第２レンズ群の物体側と像面
側に、それぞれ凸面を向けた負の屈折力のメニス
カス状のレンズを設けるのが好ましい。本投影レンズ系においては、球面収差の補正を
主に第２レンズ群のレンズ面の曲率半径を適切に
設定して行なつている。このとき、球面収差と同
時にコマ収差も同時に補正しているが、その為に
は第２レンズ群を少なくとも２つの負の屈折力の
メニスカス状のレンズによつて構成するのが良
い。１つは物体側に凸面を向け、他の１つは像面
に凸面を向けたレンズ形状で構成することであ
る。これは、全レンズ系を正、負、正の３つのレ
ンズ群で構成し、第２レンズ群に第１、第３レン
ズ群で発生する球面収差の補正不足分を補正する
作用をもたせる為である。そして、第２レンズ群
において少なくとも２つの負の屈折力のメニスカ
ス状のレンズを前述の如く配置することにより、
コマ収差の補正、即ち軸外光線より上の光束部分
と下の光束部分とのバランスをとつている。即
ち、下の光束部は物体側に配置された物体側に凸
面を向けたメニスカスレンズによつて、上の光束
部は像側に配置された像面側に凸面を向けた負の
メニスカス状のレンズによつて、軸外光束の収差
をバランス良く補正することが出来て、軸外コマ
収差の良好なる補正が可能となる。しかも、軸外
光束の主光線は第２レンズ群の光軸近傍を通過す
るので、第２レンズ群の構成（形状）そのものは
歪曲収差、非点収差にそれ程影響をあたえず、屈
折系を３部分系で構成して条件(1)、(2)におさえる
ことによつて、第２レンズ群により球面収差、コ
マ収差の補正を良好に行うことが出来る。特に、
コマ収差の補正は前述の負のメニスカス状のレン
ズを適切に配置することにより補正できる。そし
て更に軸外のメリデオナル、サジタルハローを良
好に補正するために条件(3)を満足することが好ま
しい。３部分系で構成されるレンズ系に於いて、
物体側の第１レンズ群の両凸レンズ及び正レンズ
はメニスカス状のレンズの合成の屈折力が第２部
分系である第２レンズ群の屈折力と比較して強す
ぎると、球面収差、コマ収差を補正したとき、第
１レンズ群で高次のハロー収差が発生し全画面に
わたつてのハロー収差の補正が、特に単一の光学
材料の場合、困難となる。従つて、条件(1)、(2)を満足し且つ条件(3)の範囲
にあることが、特に単一硝材から構成される投影
レンズ系を設計するときは好ましい。後述する実
施例(1)、(3)、(6)、(7)、(8)、(9)はいずれも条件(3)
を
満足し、実施例(2)、(4)はその限界に近い値である
ことを示す。条件(1)、(2)、(3)は、集積回路の焼付
用の投影レンズ系として要求される結像性能（解
像力、コントラスト比）を満足させるための条件
であつたが、更に、この種の投影レンズ系として
要求される重要な性能条件として歪曲収差があ
る。 IC，LSIの製造にあたつては、ウエハに対して
何回も焼付工程を行うため各焼付工程毎にアライ
メントを行う必要があり、又、各焼付工程が互い
に別の投影露光装置で行なわれることもある。従
つて、各工程のパターン同志を正確にアライメン
トするためには投影レンズ系の歪曲収差を殆ど零
におさえなければならない。特に、単一の硝材を用いて歪曲収差を殆ど零に
おさえる縮小投影レンズ系は、正、負、正の屈折
力の３つのレンズ群から構成し、更に前記第１レ
ンズ群を物体側より順に負と正の屈折力の２つの
レンズ群I₁，I₂より構成し、前記レンズ群I₁，I₂
の焦点距離を各々f₁₁，f₁₂、前記第１レンズ群の
焦点距離をf₁とするとき 0.8≦｜f₁₁／f₁≦2.6 …(4) 0.3≦｜f₁₁／f₁₂≦1.1 …(5) なる条件を満足するように構成するのが好まし
い。本投影レンズ系においては、縮小系として設計
し、第１レンズ群を、物体側からみて負と正の屈
折力の２つのレンズ群I₁，I₂に分け、主にレンズ
群I₁で歪曲収差を補正している。特に、レンズ群I₁を少なくとも２つ以上の物体
側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス状のレ
ンズで構成するのが、歪曲収差を良好に補正する
のに好ましい。尚、３つ以上のレンズで構成すれ
ば、各レンズの屈折力の分担が少なくなり、他の
諸収差の影響も少なくなつて好ましい。又、レンズI₂を屈折力を正とし、少なくとも２
つ以上の正の屈折力のレンズで構成することによ
り、軸外主光線が通過する位置は光軸近傍である
ことから、歪曲収差、非点収差の補正をすると共
に軸外コマ、ハローを良好に補正している。条件(4)の上限値若しくは条件(5)の下限値を越え
ると、負の歪曲収差が多く発生し好ましくなく、
又条件(4)の下限値若しくは条件(5)の上限値を越え
ると正の歪曲収差が発生すると共に他の諸収差の
発生量も多くなり好ましくない。次に本投影レンズ系の数値実施例１〜10の諸数
値を示す。数値実施例において、Riは物体側よ
り順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Diは物
体側より順に第ｉ番目の軸上レンズ厚及び軸上空
気間隔、Niは物体側より順にｉ番目のレンズの
ガラスの屈折率である。硝材のSI02は溶融石英であり、波長248.5nmで
の屈折率は1.521130である。数値実施例１〜５は倍率1/5、NA＝0.3、画面
サイズ14×14mmの投影レンズ系を、数値実施例６
〜10は倍率1/10、NA＝0.35、画面サイズ10×10
mmの投影レンズ系を、示している。

【表】

【表】数値実施例１〜10と前述の各条件式との関係は
次の如くである。

【表】第１図と第２図に各々本発明の数値実施例１と
数値実施例６が示す投影レンズ系のレンズ断面図
を示す。又、数値実施例１〜10の収差図を各々第３図〜
第１２図に示す。数値実施例(1)の投影レンズ系は、第３図に収差
カーブで示す如く良好に収差補正がなされてい
る。数値実施例(2)の投影レンズ系は条件(1)、(2)の
下限値近傍の値をとる場合の例で、その第４図で
示す収差カーブを数値実施例(1)の第３図で示す収
差カーブと比較すると、条件(1)、(2)の下限値に近
づくことにより負の屈折力のレンズ群の屈折力が
弱くなり、その為Petzval和が正に大きくなり、
像面湾曲の補正がこれほどうまくいかない。即
ち、条件(1)、(2)の下限値を越えると像面湾曲がア
ンダーとなり、投影レンズの重要な用件である全
画面一様な高解像度という条件を満足するのが困
難となる。条件(1)、(2)の下限値側の例として数値実施例(2)
を挙げ数値実施例(1)と比較したが、その中間に近
い例として数値実施例(3)がある。この実施例(3)の
収差カーブを第５図で示すが、条件(1)、(2)を満足
しており像面湾曲は良好である。数値実施例(4)は、数値実施例(2)の投影レンズ系
の球面収差を更に補正した例である。数値実施例(6)の投影レンズ系は倍率1/10の仕様
をもつ縮小系を示し、第８図で示す如き収差カー
ブを有し、条件(1)、(2)を満足することによつて性
能は良好となつている。数値実施例(7)の投影レンズ系は条件(1)、(2)の上
限近傍にある例で、第９図の収差カーブに示され
る如く、数値実施例(6)と比較して、レンズ系の構
成が条件(1)、(2)の上限値に近づいている為に第２
レンズ群の屈折力が弱くなり、そのためPstzval
和が小になつて像面湾曲が補正過剰となり、投影
レンズとしての要求性能の全画面一様な高解像力
をもつという条件の限界に近づいている。条件(1)、(2)の上限値として数値実施例(7)を挙げ
数値実施例(6)と比較したが、その中間として数値
実施例(8)がある。数値実施例(8)の投影レンズ系の
収差カーブを第１０図に示す。この投影レンズ系
は条件(1)、(2)を満足し、像面湾曲は良好に補正さ
れている。数値実施例(9)は、数値実施例(8)の投影レンズ系
の球面収差がやや補正過剰であるのを補正した例
である。数値実施例(5)は前述の条件(4)の上限値、
及び条件(5)の下限値の近傍の構成をもつ投影レン
ズ系を示し、第７図に示す如く歪曲収差が負（補
正不足）となり、要求性能の限界値に近づいてい
る。数値実施例(10)は条件(4)の下限値、及び条件(5)
の上限値の近傍の構成をもつ投影レンズ系を示
し、歪曲収差が正となつて補正過剰となつてお
り、要求性能の限界に近づいている。本投影露光装置の投影レンズ系においては、第
１図と第２図に示すように第１レンズ群を２つの
レンズ群I₁，I₂に分けて考え、各々のレンズ群の
レンズ構成を特定することによつて所定の収差を
補正している。又、第２レンズ群は、第１図と第２図の実施例
に示す如く、中間の負の屈折力のレンズを配置
し、球面収差を良好に補正しているが、第２レン
ズ群の物体側と像面側の負の屈折力のメニスカス
状のレンズに球面収差の補正を分担させれば、こ
のレンズを特に用いなくても良い。又、本投影露光装置の投影レンズ系において
は、第３レンズ群を、物体側より順に像面側に凸
面を向けたメニスカス状のレンズ、両凸レンズ、
物体側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス状
のレンズを２枚配置し、合計４枚のレンズで構成
するのが好ましい。これは全画面にわたり良好な
る収差補正を達成するのに有効である。尚、４枚
以上のレンズで、例えば両凸レンズを２つに分け
て、合計５枚のレンズで構成しても良い。又、上記の実施例では、単一の光学材料のみで
投影レンズ系を構成したが、石英、CaF₂，MgF₂
の内の複数種の光学材料で構成、特にはこれらの
内の複数種の光学材料のみで構成しても良い。た
だ単一の光学材料で構成すれば便利であり、又、
コストダウンにもなるので好ましい。以上、本発明では、狭帯域化手段でレーザー光
の波長幅を狭くすることにより、投影レンズ系で
生じる色収差を抑制することができるので、サブ
ミクロンの線幅を持つ集積回路パターンであつて
も、ウエハー上に、鮮明に焼き付けることが可能
になる。従つて、高い解像力を備えた集積回路製
造方法及び露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に用いる投影レンズ系
の数値実施例１、６のレンズ断面図、第３図〜１
２図は各々数値実施例１〜10の諸収差図である。図中，，は各々第１、第２、第３レンズ
群、Ｙは像高、Ｍはメリデイオナル像面、Ｓはサ
ジタル像面である。

Claims

【特許請求の範囲】１紫外線レーザーからのレーザー光で集積回路
パターンを照明し、投影レンズ系により集積回路
パターンをウエハー上に焼き付けて集積回路を製
造する集積回路製造方法において、前記投影レン
ズ系は単一の光学材料、若しくは石英、CaF₂、
MgF₂の内の複数種の光学材料で構成され色収差
補正が実行できないレンズ系であつて、且つ前記
投影レンズ系に入射するレーザー光の波長幅を狭
くしたことを特徴とする集積回路製造方法。２エキシマレーザーからのレーザー光でマスク
のパターンを照明し、投影レンズ系により該マス
クのパターンをウエハー上に投影する露光装置に
おいて、前記投影レンズ系は単一の光学材料の
み、若しくは石英、CaF₂、MgF₂の内の複数種の
光学材料のみで構成され、且つ前記投影レンズ系
に入射するレーザー光の波長幅を狭くする狭帯域
化手段を備えたことを特徴とする露光装置。