JPH0536585A - 像投影方法及び該方法を用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
像投影方法及び該方法を用いた半導体デバイスの製造方法Info
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- JPH0536585A JPH0536585A JP3194113A JP19411391A JPH0536585A JP H0536585 A JPH0536585 A JP H0536585A JP 3194113 A JP3194113 A JP 3194113A JP 19411391 A JP19411391 A JP 19411391A JP H0536585 A JPH0536585 A JP H0536585A
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
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- G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G03F7/701—Off-axis setting using an aperture
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 投影光学系で微細縦横パタ−ンを結像する際
の焦点深度を拡大すること。 【構成】 照明光学系30に矩形の環状開口を備える絞
り30Aを配置し、この絞りの作用で、投影光学系50
の瞳50Aに矩形環状有効光源を形成するせしめる矩形
の環状2次光源を形成する。この2次光源からの光で、
レチクルMの前記有効光源の輪郭に沿った方向に延びる
縦横パタ−ンを照明し、この縦横パタ−ンで生じる多数
の0次及び1次回折光を、瞳50Aに、瞳中心を中心と
して矩形の輪郭を形作るよう分布するように入射させ、
これらの回折光により縦横パタ−ンを結像する。
の焦点深度を拡大すること。 【構成】 照明光学系30に矩形の環状開口を備える絞
り30Aを配置し、この絞りの作用で、投影光学系50
の瞳50Aに矩形環状有効光源を形成するせしめる矩形
の環状2次光源を形成する。この2次光源からの光で、
レチクルMの前記有効光源の輪郭に沿った方向に延びる
縦横パタ−ンを照明し、この縦横パタ−ンで生じる多数
の0次及び1次回折光を、瞳50Aに、瞳中心を中心と
して矩形の輪郭を形作るよう分布するように入射させ、
これらの回折光により縦横パタ−ンを結像する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は像投影方法及び該方法を
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特に0.5μ
m以下の線幅の回路パタ−ンをウエハ−に形成する際に
好適な、改良された像投影方法及び半導体デバイスの製
造方法に関する。
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特に0.5μ
m以下の線幅の回路パタ−ンをウエハ−に形成する際に
好適な、改良された像投影方法及び半導体デバイスの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】IC、LSI等の半導体デバイスの高集
積化は益々加速度を増しており、これに伴って微細加工
技術も著しい進展を見せている。特に、半導体デバイス
の製造過程における加工技術の中心を成す露光技術は、
1メガDRAMを境にサブミクロンの領域に踏み込ん
だ。この露光用の装置として代表的なものが、所謂ステ
ッパ−と呼ばれる縮小投影露光装置であり、この装置の
解像力が半導体デバイスの将来を担っていると言っても
過言ではない。
積化は益々加速度を増しており、これに伴って微細加工
技術も著しい進展を見せている。特に、半導体デバイス
の製造過程における加工技術の中心を成す露光技術は、
1メガDRAMを境にサブミクロンの領域に踏み込ん
だ。この露光用の装置として代表的なものが、所謂ステ
ッパ−と呼ばれる縮小投影露光装置であり、この装置の
解像力が半導体デバイスの将来を担っていると言っても
過言ではない。
【0003】従来、この装置の解像力を向上させる為に
用いられてきた手法は、主として投影光学系(縮小レン
ズ系)の開口数NAを大きくしていく手法であった。し
かしながら、投影光学系の焦点深度はNAの2乗に反比
例する為、NAを大きくすると焦点深度が小さく成り、
ウエハ−上にコントラストの良い像を形成するのが難し
くなるといった問題が生じる。従って、最近は、露光に
使用する光をg線(436nm)からi線(365n
m)或はKrFエキシマレ−ザ−光(248nm)に代
えるといった、露光光の短波長化による解像力の向上が
図られている。これは、光学系が許容できる焦点深度を
一定とすると解像力が波長の平方根(√λ)反比例して
大きくなる効果を狙ったものである。
用いられてきた手法は、主として投影光学系(縮小レン
ズ系)の開口数NAを大きくしていく手法であった。し
かしながら、投影光学系の焦点深度はNAの2乗に反比
例する為、NAを大きくすると焦点深度が小さく成り、
ウエハ−上にコントラストの良い像を形成するのが難し
くなるといった問題が生じる。従って、最近は、露光に
使用する光をg線(436nm)からi線(365n
m)或はKrFエキシマレ−ザ−光(248nm)に代
えるといった、露光光の短波長化による解像力の向上が
図られている。これは、光学系が許容できる焦点深度を
一定とすると解像力が波長の平方根(√λ)反比例して
大きくなる効果を狙ったものである。
【0004】一方、投影光学系のNAを大きくしたり露
光光の波長を短くしたりする方法とは別に、レチクルに
対する照明法を代えることにより装置の解像力を上げる
方法がある。この方法は、投影光学系の瞳に円環状の有
効光源(0次光が形成する仮想光源)を形成する光でレ
チクルを照明するものであり、レチクルの微細な回路パ
タ−ンで生じる回折光(0次光と1次光)を投影光学系
の瞳に入射させることが可能である。尚、円環状の有効
光源を形成する光は、装置の照明系中の投影光学系の瞳
と共役な位置に円環状の2次光源を形成することにより
供給される。
光光の波長を短くしたりする方法とは別に、レチクルに
対する照明法を代えることにより装置の解像力を上げる
方法がある。この方法は、投影光学系の瞳に円環状の有
効光源(0次光が形成する仮想光源)を形成する光でレ
チクルを照明するものであり、レチクルの微細な回路パ
タ−ンで生じる回折光(0次光と1次光)を投影光学系
の瞳に入射させることが可能である。尚、円環状の有効
光源を形成する光は、装置の照明系中の投影光学系の瞳
と共役な位置に円環状の2次光源を形成することにより
供給される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この照
明法では投影光学系の焦点深度が余り改善されないの
で、この照明法を投影露光装置に適用してもコントラス
トの良い像を得ることは難しい。
明法では投影光学系の焦点深度が余り改善されないの
で、この照明法を投影露光装置に適用してもコントラス
トの良い像を得ることは難しい。
【0006】
【課題を解決する為の手段】本発明は、縦横パタ−ンを
備える微細パタ−ンを照明し、該微細パタ−ンで生じる
回折光を投影光学系の瞳に入射させて該微細パタ−ンの
像を投影する方法において、前記瞳に前記縦横パタ−ン
の各方向に延びる辺を備えた環状の有効光源を形成する
光で前記微細パタ−ンを照明することにより、投影光学
系の焦点深度を向上させる。
備える微細パタ−ンを照明し、該微細パタ−ンで生じる
回折光を投影光学系の瞳に入射させて該微細パタ−ンの
像を投影する方法において、前記瞳に前記縦横パタ−ン
の各方向に延びる辺を備えた環状の有効光源を形成する
光で前記微細パタ−ンを照明することにより、投影光学
系の焦点深度を向上させる。
【0007】又、本発明は、回路パタ−ンを照明し、該
回路パタ−ンで生じる回折光を投影光学系の瞳に入射さ
せて該回路パタ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウエ
ハ−に該回路パタ−ン像を転写することにより半導体デ
バイスを製造する方法において、前記瞳に前記回路パタ
−ンを構成する縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を備え
た環状の有効光源を形成する光で前記微細パタ−ンを照
明することにより、投影光学系の焦点深度を向上させ
る。
回路パタ−ンで生じる回折光を投影光学系の瞳に入射さ
せて該回路パタ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウエ
ハ−に該回路パタ−ン像を転写することにより半導体デ
バイスを製造する方法において、前記瞳に前記回路パタ
−ンを構成する縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を備え
た環状の有効光源を形成する光で前記微細パタ−ンを照
明することにより、投影光学系の焦点深度を向上させ
る。
【0008】前記有効光源の辺とは、有効光源の基本的
な輪郭を定める辺のことであり、微視的に見て直線の繋
がりより成るものは勿論のこと、後で実施例に示す通
り、微視的に見て曲線の繋がりより成るが、巨視的に見
ると繋がりが予め決めた直線に沿ったものも含む。
な輪郭を定める辺のことであり、微視的に見て直線の繋
がりより成るものは勿論のこと、後で実施例に示す通
り、微視的に見て曲線の繋がりより成るが、巨視的に見
ると繋がりが予め決めた直線に沿ったものも含む。
【0009】本発明の好ましい形態は、前記環状有効光
源の内側の輪郭が主として前記各方向に延びる辺で構成
され、該内側の輪郭の辺が前記瞳の中心を通る前記横パ
タ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第1の一対の辺
と前記瞳の中心を通る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸
に関して対称な第2の一対の辺とを有すること、及び、
前記環状有効光源の外側の輪郭が主として前記各方向に
延びる辺で構成され、該外側の輪郭の辺が前記瞳の中心
を通る前記横パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な
第3の一対の辺と前記瞳の中心を通る前記縦パタ−ンの
方向に平行な軸に関して対称な第4の一対の辺とを有す
ること、の少なくとも一方を満たすものである。
源の内側の輪郭が主として前記各方向に延びる辺で構成
され、該内側の輪郭の辺が前記瞳の中心を通る前記横パ
タ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第1の一対の辺
と前記瞳の中心を通る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸
に関して対称な第2の一対の辺とを有すること、及び、
前記環状有効光源の外側の輪郭が主として前記各方向に
延びる辺で構成され、該外側の輪郭の辺が前記瞳の中心
を通る前記横パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な
第3の一対の辺と前記瞳の中心を通る前記縦パタ−ンの
方向に平行な軸に関して対称な第4の一対の辺とを有す
ること、の少なくとも一方を満たすものである。
【0010】従って、本発明では、前記環状有効光源の
内側及び外側の輪郭がほぼ矩形を成すもの、前記環状有
効光源の外側の輪郭がほぼ矩形を成し、前記環状有効光
源の内側の輪郭がほぼ円形を成すもの、前記環状有効光
源の内側の輪郭がほぼ矩形を成し、前記環状有効光源の
外側の輪郭がほぼ円形を成すもの等、各種形態の有効光
源を形成する光による照明を選択できる。
内側及び外側の輪郭がほぼ矩形を成すもの、前記環状有
効光源の外側の輪郭がほぼ矩形を成し、前記環状有効光
源の内側の輪郭がほぼ円形を成すもの、前記環状有効光
源の内側の輪郭がほぼ矩形を成し、前記環状有効光源の
外側の輪郭がほぼ円形を成すもの等、各種形態の有効光
源を形成する光による照明を選択できる。
【0011】本発明では、前記有効光源を形成する光で
照明を行う為、従来の円環状有効光源を形成する光によ
る照明よりも、縦横パタ−ンに対する投影光学系の焦点
深度を向上させることが可能になる。
照明を行う為、従来の円環状有効光源を形成する光によ
る照明よりも、縦横パタ−ンに対する投影光学系の焦点
深度を向上させることが可能になる。
【0012】尚、本発明において上記環状有効光源を形
成する光は、投影光学系の瞳と共役な位置に上記環状有
効光源と相似形の1次光源や2次光源を形成することに
より供給される。
成する光は、投影光学系の瞳と共役な位置に上記環状有
効光源と相似形の1次光源や2次光源を形成することに
より供給される。
【0013】又、本発明では、回路パタ−ンを照明し、
該回路パタ−ンで生じる回折光を投影光学系の瞳に入射
させて該回路パタ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウ
エハ−に該回路パタ−ン像を転写することにより半導体
デバイスを製造する方法において、前記回路パタ−ンを
構成する縦横パタ−ンで生じる0次及び1次回折光が前
記瞳の中心を中心としたほぼ矩形の輪郭に沿って分布す
るように、所定形状の2次光源からの光で前記回路パタ
−ンを照明することにより、上記課題を解決する。
該回路パタ−ンで生じる回折光を投影光学系の瞳に入射
させて該回路パタ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウ
エハ−に該回路パタ−ン像を転写することにより半導体
デバイスを製造する方法において、前記回路パタ−ンを
構成する縦横パタ−ンで生じる0次及び1次回折光が前
記瞳の中心を中心としたほぼ矩形の輪郭に沿って分布す
るように、所定形状の2次光源からの光で前記回路パタ
−ンを照明することにより、上記課題を解決する。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の方法により半導体デバイス
を製造する為の投影露光装置を示す図である。
を製造する為の投影露光装置を示す図である。
【0015】図1において、Mはレチクルであり、レチ
クルMには回路パタ−ンが形成されている。Wはウエハ
−であり、ウエハ−Wにはレジストが塗布してある。1
0は装置の光軸、20は光源(1次光源)、30は光源
20からの光をレチクルMに向ける照明光学系、30A
は照明光学系30の開口絞りであり、絞り30Aは、照
明光学系30の不図示の光学式インテグレ−タ−(フラ
イアイレンズ)の光射出面近傍に置かれ、光学式インテ
グレ−タ−と共にその開口に環状の2次光源を形成す
る。40はレチクルMを保持するレチクルステ−ジ、5
0は照明光学系30の環状の2次光源からの光束で均一
照明されたレチクルMの回路パタ−ンの縮小像を投影す
る投影レンズ系、50Aは投影レンズ系50の開口絞り
であり、この絞り50Aが投影レンズ系50の瞳を定め
る。ここでは、絞り50Aの開口の位置を瞳位置として
説明を行う。60はウエハ−Wを保持するウエハ−ステ
−ジであり、ステ−ジ60はウエハ−W上の表面が投影
レンズ系50によるレチクルMの回路パタ−ンの結像面
に一致するようウエハ−Wを保持する。
クルMには回路パタ−ンが形成されている。Wはウエハ
−であり、ウエハ−Wにはレジストが塗布してある。1
0は装置の光軸、20は光源(1次光源)、30は光源
20からの光をレチクルMに向ける照明光学系、30A
は照明光学系30の開口絞りであり、絞り30Aは、照
明光学系30の不図示の光学式インテグレ−タ−(フラ
イアイレンズ)の光射出面近傍に置かれ、光学式インテ
グレ−タ−と共にその開口に環状の2次光源を形成す
る。40はレチクルMを保持するレチクルステ−ジ、5
0は照明光学系30の環状の2次光源からの光束で均一
照明されたレチクルMの回路パタ−ンの縮小像を投影す
る投影レンズ系、50Aは投影レンズ系50の開口絞り
であり、この絞り50Aが投影レンズ系50の瞳を定め
る。ここでは、絞り50Aの開口の位置を瞳位置として
説明を行う。60はウエハ−Wを保持するウエハ−ステ
−ジであり、ステ−ジ60はウエハ−W上の表面が投影
レンズ系50によるレチクルMの回路パタ−ンの結像面
に一致するようウエハ−Wを保持する。
【0016】以上の構成で、光源20と照明光学系30
とを用いてレチクルMを照明すると、レチクルMの回路
パタ−ン(主として縦横パタ−ンの集合より成る。)で
生じる回折光が投影レンズ系50の絞り50Aの開口に
捕らえられ、投影レンズ系50が、これらの回折光によ
りレチクルMの回路パタ−ンの像をウエハ−W上に投影
し、回路パタ−ン像をウエハ−Wのレジストに転写す
る。このような露光−転写の工程を経てウエハ−Wから
半導体チップが製造される。
とを用いてレチクルMを照明すると、レチクルMの回路
パタ−ン(主として縦横パタ−ンの集合より成る。)で
生じる回折光が投影レンズ系50の絞り50Aの開口に
捕らえられ、投影レンズ系50が、これらの回折光によ
りレチクルMの回路パタ−ンの像をウエハ−W上に投影
し、回路パタ−ン像をウエハ−Wのレジストに転写す
る。このような露光−転写の工程を経てウエハ−Wから
半導体チップが製造される。
【0017】図1の装置では、照明光学系30の絞り3
0Aの位置と投影レンズ系50の絞り50Aの位置とが
互いに共役な位置に設定されており、絞り30Aの開口
(2次光源)の像が投影レンズ系50の絞り50Aの開
口中に投影される。従って、絞り30Aの開口の形状や
大きさ(2次光源の形状や大きさ)を適宜定めることに
より、絞り50Aの開口即ち瞳に形成する絞り30Aの
開口像即ち有効光源の形状と大きさが決まる。尚、絞り
50Aの開口は円形である。
0Aの位置と投影レンズ系50の絞り50Aの位置とが
互いに共役な位置に設定されており、絞り30Aの開口
(2次光源)の像が投影レンズ系50の絞り50Aの開
口中に投影される。従って、絞り30Aの開口の形状や
大きさ(2次光源の形状や大きさ)を適宜定めることに
より、絞り50Aの開口即ち瞳に形成する絞り30Aの
開口像即ち有効光源の形状と大きさが決まる。尚、絞り
50Aの開口は円形である。
【0018】図2に、図1の装置の投影レンズ系50の
瞳(以下、『瞳50A』と記す。)に形成される有効光
源の模式図を、図3に、図1の装置の照明光学系30の
絞り30Aの正面図を示す。尚、図2では、投影レンズ
系50の瞳50Aの中心を原点にしたxy座標系に瞳5
0Aと有効光源を図示している。このxy座標系のx軸
はレチクルMの横パタ−ン(『横』方向に伸びる線状パ
タ−ン)の長手方向に、このxy座標系のy軸はレチク
ルMの縦パタ−ン(『縦』方向に伸びる線状パタ−ン)
の長手方向に対応している。尚、図1の装置の光学式イ
ンテグレ−タ−は、図7の断面図に示すようなレンズエ
レメントの集合体より成るフライアイレンズを使用して
いるので、瞳50Aで実際に観察される有効光源は図8
に示すようになり、有効光源は内側及び外側のレンズエ
レメント像の個々の外形を繋げた曲線で形づけられる
が、ここでは有効光源の輪郭を、内側及び外側のレンズ
エレメント像の配列に沿った線で形づけられるものとし
て取り扱う。
瞳(以下、『瞳50A』と記す。)に形成される有効光
源の模式図を、図3に、図1の装置の照明光学系30の
絞り30Aの正面図を示す。尚、図2では、投影レンズ
系50の瞳50Aの中心を原点にしたxy座標系に瞳5
0Aと有効光源を図示している。このxy座標系のx軸
はレチクルMの横パタ−ン(『横』方向に伸びる線状パ
タ−ン)の長手方向に、このxy座標系のy軸はレチク
ルMの縦パタ−ン(『縦』方向に伸びる線状パタ−ン)
の長手方向に対応している。尚、図1の装置の光学式イ
ンテグレ−タ−は、図7の断面図に示すようなレンズエ
レメントの集合体より成るフライアイレンズを使用して
いるので、瞳50Aで実際に観察される有効光源は図8
に示すようになり、有効光源は内側及び外側のレンズエ
レメント像の個々の外形を繋げた曲線で形づけられる
が、ここでは有効光源の輪郭を、内側及び外側のレンズ
エレメント像の配列に沿った線で形づけられるものとし
て取り扱う。
【0019】図2に斜線で示す通り、図1の装置では、
瞳50Aに、レチクルMの縦横パタ−ンの各方向に延び
る辺を備えた環状の有効光源を形成しており、この有効
光源は内側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の環状有効光
源より成る。
瞳50Aに、レチクルMの縦横パタ−ンの各方向に延び
る辺を備えた環状の有効光源を形成しており、この有効
光源は内側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の環状有効光
源より成る。
【0020】図2に極座標(r、θ)を設定すると(x
=rcosθ、y=rsinθ)、瞳50Aのx軸から
の角度θを成す半径方向に伸びる有効光源の各部分の強
度I(r、θ)の重心位置(Rm(θ)、θ)のRm
(θ)は、瞳50Aの中心をr=0、瞳50Aの半径を
r=1とする時、
=rcosθ、y=rsinθ)、瞳50Aのx軸から
の角度θを成す半径方向に伸びる有効光源の各部分の強
度I(r、θ)の重心位置(Rm(θ)、θ)のRm
(θ)は、瞳50Aの中心をr=0、瞳50Aの半径を
r=1とする時、
【0021】
【外1】
で表すことができる。図2に破線で示した線は、θ=0
0 〜3600 に関して重心位置(Rm(θ)、θ)を結
んだ線であり、本実施例の有効光源は、放射方向(r方
向)に関する重心をθ=00 〜3600 の範囲で結ぶ線
の殆どがx軸やy軸に平行な線の集まりより成るほぼ矩
形の形態を取り、有効光源がx軸及びy軸の夫々に関し
て線対称であることが特徴である。又、この有効光源
は、レチクルMの回路パタ−ンの内の最小線幅を持つ縦
及び/又は横パタ−ンで生じる0次回折光と1次回折光
が瞳50Aでx軸やy軸に関して互いに対称な位置に分
布するよう設定される。
0 〜3600 に関して重心位置(Rm(θ)、θ)を結
んだ線であり、本実施例の有効光源は、放射方向(r方
向)に関する重心をθ=00 〜3600 の範囲で結ぶ線
の殆どがx軸やy軸に平行な線の集まりより成るほぼ矩
形の形態を取り、有効光源がx軸及びy軸の夫々に関し
て線対称であることが特徴である。又、この有効光源
は、レチクルMの回路パタ−ンの内の最小線幅を持つ縦
及び/又は横パタ−ンで生じる0次回折光と1次回折光
が瞳50Aでx軸やy軸に関して互いに対称な位置に分
布するよう設定される。
【0022】図3に示す通り、図1の装置の絞り30A
は、瞳50Aに図2に示す有効光源を形成する為に、内
側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の環状の開口302を
遮光部301で定めた絞りで構成される。従って、照明
光学系30には、内側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の
環状の2次光源が形成される。図3にはxy座標を示し
てはいないが、原点が開口302の中心(光軸)、図の
左右方向がこの原点を通るx軸の方向に、図の上下方向
がこの原点を通るy軸の方向に対応することが、図2と
の比較から明らかであろう。
は、瞳50Aに図2に示す有効光源を形成する為に、内
側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の環状の開口302を
遮光部301で定めた絞りで構成される。従って、照明
光学系30には、内側と外側の輪郭が双方共ほぼ矩形の
環状の2次光源が形成される。図3にはxy座標を示し
てはいないが、原点が開口302の中心(光軸)、図の
左右方向がこの原点を通るx軸の方向に、図の上下方向
がこの原点を通るy軸の方向に対応することが、図2と
の比較から明らかであろう。
【0023】図1の装置では、図3に示す絞り30Aの
開口像を投影レンズ系50の瞳50Aに投影するようレ
チクルMを照明して、ほぼ矩形の環状有効光源を瞳50
Aに形成しながら、レチクルMの回路パタ−ンの像をウ
エハ−W上に投影するので、円環状の有効光源を投影レ
ンズ系の瞳に投影する方法に比べて、レチクルMの回路
パタ−ンの縦横パタ−ンの結像に関する投影レンズ系の
焦点深度を向上させることができる。従って、レチクル
Mの回路パタ−ンの微細縦横パタ−ンの像を、安定し
て、高コントラストで、ウエハ−W上に投影できる。こ
の理由を以下に説明する。
開口像を投影レンズ系50の瞳50Aに投影するようレ
チクルMを照明して、ほぼ矩形の環状有効光源を瞳50
Aに形成しながら、レチクルMの回路パタ−ンの像をウ
エハ−W上に投影するので、円環状の有効光源を投影レ
ンズ系の瞳に投影する方法に比べて、レチクルMの回路
パタ−ンの縦横パタ−ンの結像に関する投影レンズ系の
焦点深度を向上させることができる。従って、レチクル
Mの回路パタ−ンの微細縦横パタ−ンの像を、安定し
て、高コントラストで、ウエハ−W上に投影できる。こ
の理由を以下に説明する。
【0024】出願人が検討したところ、環状2次光源か
らの光束の如く軸外からの光で微細縦横パタ−ンを斜め
照明し、微細縦横パタ−ンで生じる回折光により微細縦
横パタ−ンを結像する場合、投影光学系の瞳において0
次回折光と1次回折光が瞳のxy座標系(図2参照)で
x軸或はy軸に関して互いに対称な位置に分布する時
が、デフォ−カスによる像質の劣化(像の歪み等)が最
も小さくなることが分かった。これは、この時が0次回
折光と1次回折光の波面収差の差が最も小さく成るから
である。この為、線幅が細かくなって焦点深度が問題と
なるようなパタ−ンに対し、0次光と1次光がx軸或は
y軸に関して対称となるように構成できれば、細かい線
幅のパタ−ンの結像における焦点深度は改善される。
らの光束の如く軸外からの光で微細縦横パタ−ンを斜め
照明し、微細縦横パタ−ンで生じる回折光により微細縦
横パタ−ンを結像する場合、投影光学系の瞳において0
次回折光と1次回折光が瞳のxy座標系(図2参照)で
x軸或はy軸に関して互いに対称な位置に分布する時
が、デフォ−カスによる像質の劣化(像の歪み等)が最
も小さくなることが分かった。これは、この時が0次回
折光と1次回折光の波面収差の差が最も小さく成るから
である。この為、線幅が細かくなって焦点深度が問題と
なるようなパタ−ンに対し、0次光と1次光がx軸或は
y軸に関して対称となるように構成できれば、細かい線
幅のパタ−ンの結像における焦点深度は改善される。
【0025】例えば、図4(A)に示すような縦パタ−
ンM1 、横パタ−ンM2 を結像する場合、図4(B)に
示すように回折光を分布させることが好ましいというこ
とである。図4(B)において、◎、△、○、×は0次
回折光及び1次回折光を示しており、◎と○がM1 で生
じる回折光の対を示し◎が0次光の時○が1次光で○が
0次光の時◎が1次光であり、△と×が横パタ−ンM2
生じる回折光の対を示し△が0次光の時×が1次光で×
が0次光の時△が1次光であり、瞳50Aにおいて矩形
の輪郭を作るように各回折光が分布している。このよう
な回折光の分布は図4(C)に示す内側と外側の輪郭が
双方共正方形の瞳の中心(光軸)を中心とした環状有効
光源を瞳50Aに形成することで達成される。円環状有
効光源を瞳に形成する場合には、瞳のxy座標系でx軸
或はy軸に関して互いに対称でない回折光の対が生じ、
この回折光の対による微細縦横パタ−ンの結像はデフォ
−カスによる像質の劣化が大きい。
ンM1 、横パタ−ンM2 を結像する場合、図4(B)に
示すように回折光を分布させることが好ましいというこ
とである。図4(B)において、◎、△、○、×は0次
回折光及び1次回折光を示しており、◎と○がM1 で生
じる回折光の対を示し◎が0次光の時○が1次光で○が
0次光の時◎が1次光であり、△と×が横パタ−ンM2
生じる回折光の対を示し△が0次光の時×が1次光で×
が0次光の時△が1次光であり、瞳50Aにおいて矩形
の輪郭を作るように各回折光が分布している。このよう
な回折光の分布は図4(C)に示す内側と外側の輪郭が
双方共正方形の瞳の中心(光軸)を中心とした環状有効
光源を瞳50Aに形成することで達成される。円環状有
効光源を瞳に形成する場合には、瞳のxy座標系でx軸
或はy軸に関して互いに対称でない回折光の対が生じ、
この回折光の対による微細縦横パタ−ンの結像はデフォ
−カスによる像質の劣化が大きい。
【0026】従って、本発明では、瞳で図4(B)に示
すような瞳の中心を中心とした矩形の輪郭又はこれに近
い輪郭を形成するよう各回折光を分布させる為に、瞳の
中心を中心とした正方形や長方形或はこれらの形を変形
した輪郭を内側及び外側の少なくとも一方に有する有効
光源を形成するようにした。
すような瞳の中心を中心とした矩形の輪郭又はこれに近
い輪郭を形成するよう各回折光を分布させる為に、瞳の
中心を中心とした正方形や長方形或はこれらの形を変形
した輪郭を内側及び外側の少なくとも一方に有する有効
光源を形成するようにした。
【0027】図4(C)に示す矩形の環状有効光源を形
成する像投影法と円環状有効光源を形成する像投影法に
よる結像特性を計算機でシュミレ−ションを行った比較
結果を図5に示す。このシュミレ−ションでは、開口数
NA=0.52の投影レンズ系により、5本のラインよ
り成る1次元ライン&スペ−スのバ−チャ−トを、i線
(波長365nm)で結像した時の、バ−チャ−ト像の
線幅とコントラスト70%における焦点深度の関係を求
めた。図5において、は瞳中心の強度が最も大きいガ
ウシアン形の強度分布を示す有効光源を形成する場合の
縦横パタ−ンの特性、は円環状有効光源を形成する場
合の縦横パタ−ンの特性、は矩形環状有効光源を形成
する場合の縦横パタ−ンの特性、は矩形環状有効光源
を形成する場合の斜め450 パタ−ンの特性を示してい
る。尚、の場合の円環状有効光源の大きさは、瞳の半
径を1とした時に円環の内側の輪郭の半径が0.4、外
側の輪郭の半径が0.8に設定したもので、及びの
場合の矩形環状有効光源の大きさは、図4(C)におい
て(瞳の半径は1)、R1 =0.4、R2 =0.65に
設定したものである。
成する像投影法と円環状有効光源を形成する像投影法に
よる結像特性を計算機でシュミレ−ションを行った比較
結果を図5に示す。このシュミレ−ションでは、開口数
NA=0.52の投影レンズ系により、5本のラインよ
り成る1次元ライン&スペ−スのバ−チャ−トを、i線
(波長365nm)で結像した時の、バ−チャ−ト像の
線幅とコントラスト70%における焦点深度の関係を求
めた。図5において、は瞳中心の強度が最も大きいガ
ウシアン形の強度分布を示す有効光源を形成する場合の
縦横パタ−ンの特性、は円環状有効光源を形成する場
合の縦横パタ−ンの特性、は矩形環状有効光源を形成
する場合の縦横パタ−ンの特性、は矩形環状有効光源
を形成する場合の斜め450 パタ−ンの特性を示してい
る。尚、の場合の円環状有効光源の大きさは、瞳の半
径を1とした時に円環の内側の輪郭の半径が0.4、外
側の輪郭の半径が0.8に設定したもので、及びの
場合の矩形環状有効光源の大きさは、図4(C)におい
て(瞳の半径は1)、R1 =0.4、R2 =0.65に
設定したものである。
【0028】図5から理解できるように、矩形環状有効
光源を形成する場合の斜め450 パタ−ンの結像特性と
円環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの結像特
性がほぼ同じであり、矩形環状有効光源を形成する場合
の縦横パタ−ンの結像特性は、ガウシアン型の強度分布
を示す有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの特性や
円環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの結像特
性に比べて良好であり、縦横パタ−ンに対する焦点深度
が飛躍的に向上している。図1に示す装置の如き半導体
製造用露光装置(ステッパ−)の許容可能な焦点深度を
1.5μmとすると、円環状有効光源を形成する場合の
縦横パタ−ンの限界解像力は0.44μmであるのに対
し、矩形環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの
限界解像力は0.37μmであり、矩形環状有効光源を
形成する像投影法の使用により、縦横パタ−ンの限界解
像力を向上させることが可能になる。回路パタ−ンは主
として縦横パタ−ンにより構成されるから、回路パタ−
ンを投影する場合に、縦横パタ−ンに関する焦点深度や
限界解像力を向上させることは効果がある。
光源を形成する場合の斜め450 パタ−ンの結像特性と
円環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの結像特
性がほぼ同じであり、矩形環状有効光源を形成する場合
の縦横パタ−ンの結像特性は、ガウシアン型の強度分布
を示す有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの特性や
円環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの結像特
性に比べて良好であり、縦横パタ−ンに対する焦点深度
が飛躍的に向上している。図1に示す装置の如き半導体
製造用露光装置(ステッパ−)の許容可能な焦点深度を
1.5μmとすると、円環状有効光源を形成する場合の
縦横パタ−ンの限界解像力は0.44μmであるのに対
し、矩形環状有効光源を形成する場合の縦横パタ−ンの
限界解像力は0.37μmであり、矩形環状有効光源を
形成する像投影法の使用により、縦横パタ−ンの限界解
像力を向上させることが可能になる。回路パタ−ンは主
として縦横パタ−ンにより構成されるから、回路パタ−
ンを投影する場合に、縦横パタ−ンに関する焦点深度や
限界解像力を向上させることは効果がある。
【0029】出願人の検討によれば、本発明の矩形の環
状有効光源として好ましいものは、図4(C)の形状或
はこの形状に近い形状で、瞳の半径を1として規格化し
た場合に、有効光源の内外の輪郭を、0.1≦R1 ≦
0.65、0.25≦R2 ≦0.71 の大きさに設定
したものである。
状有効光源として好ましいものは、図4(C)の形状或
はこの形状に近い形状で、瞳の半径を1として規格化し
た場合に、有効光源の内外の輪郭を、0.1≦R1 ≦
0.65、0.25≦R2 ≦0.71 の大きさに設定
したものである。
【0030】図1の装置では、図3に示す絞り30Aを
用いて内側及び外側の輪郭が正方形に近い形の2次光源
を形成し、この2次光源と相似形の有効光源を瞳50A
に形成しているが、本発明は、このような形状以外の2
次光源や有効光源を形成して像を投影するものも含み、
例えば、図6(A)〜(O)に斜線で示す各種形状の有
効光源を形成する場合も含む。図6(A)〜(O)に示
す各種形状の有効光源は、何れも、内側及び外側の輪郭
の少なくとも一方に縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を
備えており、これらの有効光源も、図2に破線で示した
如き放射方向に関する重心を結ぶ線がほぼ矩形の形態を
取り、縦横パタ−ンの結像に関して円環状有効光源より
大きな焦点深度を得ることが可能である。尚、図6
(A)〜(O)に示す各種形状の有効光源を形成する為
には、図1の装置の照明光学系に、絞り30Aの代わり
に、図6の斜線部を開口とした図6(A)〜(O)に図
示される何れかの形状の開口を備える絞りを用いればい
い。
用いて内側及び外側の輪郭が正方形に近い形の2次光源
を形成し、この2次光源と相似形の有効光源を瞳50A
に形成しているが、本発明は、このような形状以外の2
次光源や有効光源を形成して像を投影するものも含み、
例えば、図6(A)〜(O)に斜線で示す各種形状の有
効光源を形成する場合も含む。図6(A)〜(O)に示
す各種形状の有効光源は、何れも、内側及び外側の輪郭
の少なくとも一方に縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を
備えており、これらの有効光源も、図2に破線で示した
如き放射方向に関する重心を結ぶ線がほぼ矩形の形態を
取り、縦横パタ−ンの結像に関して円環状有効光源より
大きな焦点深度を得ることが可能である。尚、図6
(A)〜(O)に示す各種形状の有効光源を形成する為
には、図1の装置の照明光学系に、絞り30Aの代わり
に、図6の斜線部を開口とした図6(A)〜(O)に図
示される何れかの形状の開口を備える絞りを用いればい
い。
【0031】又、図3に示す絞り30Aは、開口302
以外の領域(遮光部301)を完全に遮光した例を示し
ているが、これらの領域を光が若干通過するような形の
絞りの使用も可能である。要は、開口302を通過する
光が他の領域を通過する光よりも十分に強度が強く、開
口302の像を瞳50Aに形成した場合、瞳50Aに内
側及び外側の輪郭の少なくとも一方に縦横パタ−ンの各
方向に延びる辺を備える有効光源が実質的に現れればい
い。
以外の領域(遮光部301)を完全に遮光した例を示し
ているが、これらの領域を光が若干通過するような形の
絞りの使用も可能である。要は、開口302を通過する
光が他の領域を通過する光よりも十分に強度が強く、開
口302の像を瞳50Aに形成した場合、瞳50Aに内
側及び外側の輪郭の少なくとも一方に縦横パタ−ンの各
方向に延びる辺を備える有効光源が実質的に現れればい
い。
【0032】又、2次光源や有効光源内の強度分布は均
一な方が好ましいが、これに限定されるものではない。
一な方が好ましいが、これに限定されるものではない。
【0033】又、図1の装置では、図7で示した通り断
面が円形のレンズエレメントを使用したフライアイレン
ズを示しているが、断面が四角形や六角形のレンズエレ
エメントの集光体より成るフライアイレンズを使用して
もいい。
面が円形のレンズエレメントを使用したフライアイレン
ズを示しているが、断面が四角形や六角形のレンズエレ
エメントの集光体より成るフライアイレンズを使用して
もいい。
【0034】又、図1の装置では、絞り30Aを照明光
学系30の光学式インテグレ−タ−の光射出面近傍に置
いていたが、絞り30Aを光学式インテグレ−タ−の光
入射面近傍に置いてもいい。この場合には、光学式イン
テグレ−タ−の光入射面に形成される矩形の環状2次光
源の像が投影レンズ系50の瞳50Aに投影される。
又、図1の装置では光学式インテグレ−タ−の真ん中付
近のレンズエレメントは環状2次光源の形成に寄与しな
いから、この真ん中付近のレンズエレメントを除いた光
学式インテグレ−タ−の使用も可能であり、或は遮光膜
等で真ん中付近のレンズエレメントの光入斜面を覆った
光学式インテグレ−タ−の使用も可能である。又、照明
光学系30の形態は、周知の様々な形態が採れる。又、
光源20も、超高圧水銀灯やエキシマレ−ザ−等種々の
装置を適用できる。
学系30の光学式インテグレ−タ−の光射出面近傍に置
いていたが、絞り30Aを光学式インテグレ−タ−の光
入射面近傍に置いてもいい。この場合には、光学式イン
テグレ−タ−の光入射面に形成される矩形の環状2次光
源の像が投影レンズ系50の瞳50Aに投影される。
又、図1の装置では光学式インテグレ−タ−の真ん中付
近のレンズエレメントは環状2次光源の形成に寄与しな
いから、この真ん中付近のレンズエレメントを除いた光
学式インテグレ−タ−の使用も可能であり、或は遮光膜
等で真ん中付近のレンズエレメントの光入斜面を覆った
光学式インテグレ−タ−の使用も可能である。又、照明
光学系30の形態は、周知の様々な形態が採れる。又、
光源20も、超高圧水銀灯やエキシマレ−ザ−等種々の
装置を適用できる。
【0035】又、図1の装置は投影レンズ系によりレチ
クルMのパタ−ン像の投影を行うものであったが、本発
明は、投影ミラ−系によりパタ−ン像の投影を行う装置
にも適用できる。更に、本発明は、回路パタ−ン像を投
影するだけに限定されず、微細な格子パタ−ン像等を投
影してデバイスを作る他のリソグラフィ−技術にも適用
できる。
クルMのパタ−ン像の投影を行うものであったが、本発
明は、投影ミラ−系によりパタ−ン像の投影を行う装置
にも適用できる。更に、本発明は、回路パタ−ン像を投
影するだけに限定されず、微細な格子パタ−ン像等を投
影してデバイスを作る他のリソグラフィ−技術にも適用
できる。
【0036】
【発明の効果】以上、本発明では、縦横パタ−ンを備え
る微細パタ−ンの像を投影する際、投影光学系の瞳に縦
横パタ−ンの各方向に延びる辺を備えた環状の有効光源
を形成する光で微細パタ−ンを照明して微細パタ−ンの
像を投影するので、投影光学系の焦点深度を向上させる
ことが可能になる。従って、この方法を露光装置に適用
すれば、装置の限界解像力を上げることも可能である。
る微細パタ−ンの像を投影する際、投影光学系の瞳に縦
横パタ−ンの各方向に延びる辺を備えた環状の有効光源
を形成する光で微細パタ−ンを照明して微細パタ−ンの
像を投影するので、投影光学系の焦点深度を向上させる
ことが可能になる。従って、この方法を露光装置に適用
すれば、装置の限界解像力を上げることも可能である。
【図1】本発明の方法を適用した投影露光装置を示す
図。
図。
【図2】図1の装置の瞳における有効光源を示す図。
【図3】図1の装置の照明光学系の開口絞りを示す図。
【図4】図1の装置に適用された有効光源の利点を説明
する為の説明図であり、(A)は縦横パタ−ンを示す
図、(B)は瞳における回折光の好ましい分布を示す
図、(C)は(B)の回折光分布を生じさせる有効光源
の基本的な形を示す図。
する為の説明図であり、(A)は縦横パタ−ンを示す
図、(B)は瞳における回折光の好ましい分布を示す
図、(C)は(B)の回折光分布を生じさせる有効光源
の基本的な形を示す図。
【図5】図4(C)に示す矩形の環状有効光源を形成す
る像投影法と円環状有効光源を形成する像投影法による
結像特性を計算機でシュミレ−ションを行った結果を示
す、バ−チャ−ト像の線幅と投影レンズ系の焦点深度の
関係を示すグラフ図。
る像投影法と円環状有効光源を形成する像投影法による
結像特性を計算機でシュミレ−ションを行った結果を示
す、バ−チャ−ト像の線幅と投影レンズ系の焦点深度の
関係を示すグラフ図。
【図6】本発明の有効光源の各種形態を示す図。
【図7】図1の装置の光学式インテグレ−タ−の断面
図。
図。
【図8】図1の装置の瞳の有効光源を実際に見た時の様
子を示す模式図。
子を示す模式図。
10 光軸
20 光源
30 照明光学系
30A 照明光学系の開口絞り
40 レチクルステ−ジ
50 投影レンズ系
50A 投影レンズ系の開口絞り(瞳)
60 ウエハ−ステ−ジ
M マスク
W ウエハ−
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所
G03F 7/20 521 7818−2H
Claims (13)
- 【請求項1】 縦横パタ−ンを備える微細パタ−ンを照
明し、該微細パタ−ンで生じる回折光を投影光学系の瞳
に入射させて該微細パタ−ンの像を投影する方法におい
て、前記瞳に前記縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を備
えた環状の有効光源を形成する光で前記微細パタ−ンを
照明することを特徴とする像投影方法。 - 【請求項2】 前記環状有効光源の内側の輪郭が主とし
て前記各方向に延びる辺で構成され、該内側の輪郭の辺
は、前記瞳の中心を通る前記横パタ−ンの方向に平行な
軸に関して対称な第1の一対の辺と、前記瞳の中心を通
る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第2
の一対の辺と、を有することを特徴とする請求項1の像
投影方法。 - 【請求項3】 前記環状有効光源の外側の輪郭が主とし
て前記各方向に延びる辺で構成され、該外側の輪郭の辺
は、前記瞳の中心を通る前記横パタ−ンの方向に平行な
軸に関して対称な第3の一対の辺と、前記瞳の中心を通
る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第4
の一対の辺と、を有することを特徴とする請求項1、2
の像投影方法。 - 【請求項4】 前記環状有効光源の内側及び外側の輪郭
が主として前記各方向に延びる辺で構成され、該内側及
び外側の輪郭がほぼ矩形を成すことを特徴とする請求項
1の像投影方法。 - 【請求項5】 前記環状有効光源の外側の輪郭がほぼ矩
形を成し、前記環状有効光源の内側の輪郭がほぼ円形を
成すことを特徴とする請求項1の像投影方法。 - 【請求項6】 前記環状有効光源の内側の輪郭がほぼ矩
形を成し、前記環状有効光源の外側の輪郭がほぼ円形を
成すことを特徴とする請求項1の像投影方法。 - 【請求項7】 回路パタ−ンを照明し、該回路パタ−ン
で生じる回折光を投影光学系の瞳に入射させて該回路パ
タ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウエハ−に該回路
パタ−ン像を転写することにより半導体デバイスを製造
する方法において、前記瞳に前記回路パタ−ンを構成す
る縦横パタ−ンの各方向に延びる辺を備えた環状の有効
光源を形成する光で前記微細パタ−ンを照明することを
特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項8】 前記環状有効光源の内側の輪郭が主とし
て前記各方向に延びる辺で構成され、該内側の輪郭の辺
は、前記瞳の中心を通る前記横パタ−ンの方向に平行な
軸に関して対称な第1の一対の辺と、前記瞳の中心を通
る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第2
の一対の辺と、を有することを特徴とする請求項7の半
導体デバイスの製造方法。 - 【請求項9】 前記環状有効光源の外側の輪郭が主とし
て前記各方向に延びる辺で構成され、該外側の輪郭の辺
は、前記瞳の中心を通る前記横パタ−ンの方向に平行な
軸に関して対称な第3の一対の辺と、前記瞳の中心を通
る前記縦パタ−ンの方向に平行な軸に関して対称な第4
の一対の辺と、を有することを特徴とする請求項7、8
の半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項10】 前記環状有効光源の内側及び外側の輪
郭が主として前記各方向に延びる辺で構成され、該内側
及び外側の輪郭がほぼ矩形を成すことを特徴とする請求
項7の半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項11】 前記環状有効光源の外側の輪郭がほぼ
矩形を成し、前記環状有効光源の内側の輪郭がほぼ円形
を成すことを特徴とする請求項7の半導体デバイスの製
造方法。 - 【請求項12】 前記環状有効光源の内側の輪郭がほぼ
矩形を成し、前記環状有効光源の外側の輪郭がほぼ円形
を成すことを特徴とする請求項7の半導体デバイスの製
造方法。 - 【請求項13】 回路パタ−ンを照明し、該回路パタ−
ンで生じる回折光を投影光学系の瞳に入射させて該回路
パタ−ンの像をウエハ−上に投影し、該ウエハ−に該回
路パタ−ン像を転写することにより半導体デバイスを製
造する方法において、前記回路パタ−ンを構成する縦横
パタ−ンで生じる0次及び1次回折光が前記瞳の中心を
中心としたほぼ矩形の輪郭に沿って分布するように、所
定形状の2次光源からの光で前記回路パタ−ンを照明す
ることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19411391A JP3165711B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 像投影方法及び該方法を用いた半導体デバイスの製造方法 |
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