JPH061754B2 - パターン露光装置 - Google Patents
パターン露光装置Info
- Publication number
- JPH061754B2 JPH061754B2 JP1224441A JP22444189A JPH061754B2 JP H061754 B2 JPH061754 B2 JP H061754B2 JP 1224441 A JP1224441 A JP 1224441A JP 22444189 A JP22444189 A JP 22444189A JP H061754 B2 JPH061754 B2 JP H061754B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- photoresist
- lens
- focus
- pattern exposure
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70325—Resolution enhancement techniques not otherwise provided for, e.g. darkfield imaging, interfering beams, spatial frequency multiplication, nearfield lenses or solid immersion lenses
- G03F7/70333—Focus drilling, i.e. increase in depth of focus for exposure by modulating focus during exposure [FLEX]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路素子の製造に用いられるパターン露光
装置に関する。
装置に関する。
従来の装置は、特開昭62−204527号公報に記載のよう
に、ウエハからの反射光の強度を用いて露光時間を算出
し、シヤツタを動作させて露光時間を調整することによ
つて、ホトレジストの現像寸法のばらつきを低減させる
構造になつていた。この発明はホトレジスト膜厚の微小
な変動による最適露光量の変動を露光時間の増減によつ
て補償してホトレジストの現像寸法を一定にすることを
目的としている。
に、ウエハからの反射光の強度を用いて露光時間を算出
し、シヤツタを動作させて露光時間を調整することによ
つて、ホトレジストの現像寸法のばらつきを低減させる
構造になつていた。この発明はホトレジスト膜厚の微小
な変動による最適露光量の変動を露光時間の増減によつ
て補償してホトレジストの現像寸法を一定にすることを
目的としている。
上記従来技術は焦点深度の低下防止については考慮がさ
れておらず、投影レンズの開口数を増加させ、解像度を
向上させようとすると、焦点深度が低下してしまい、集
積回路製造プロセスにおける焦点ずれの影響を敏感に受
けるようになる。その結果、レジストパターンの現像寸
法のばらつきが増加して、集積回路製造の歩留りが低下
する問題があつた。
れておらず、投影レンズの開口数を増加させ、解像度を
向上させようとすると、焦点深度が低下してしまい、集
積回路製造プロセスにおける焦点ずれの影響を敏感に受
けるようになる。その結果、レジストパターンの現像寸
法のばらつきが増加して、集積回路製造の歩留りが低下
する問題があつた。
本発明の目的はパターン露光装置の実効的な焦点深度を
向上させ、さらに、集積回路素子製造プロセスの製造歩
留りを向上できるパターン露光装置を提供することにあ
る。
向上させ、さらに、集積回路素子製造プロセスの製造歩
留りを向上できるパターン露光装置を提供することにあ
る。
上記目的を達成するために、投影レンズの分散を大き
くし、いわゆる、色収差を大きくして、光源波長に微小
な分布がある場合に、焦点距離の分布幅を大きくしたも
のである。又、色収差には光軸方向に像のずれが生じる
縦の色収差と光軸に対して垂直方向に像のずれが生じる
横の色収差があるが、本発明は縦の色収差のみが生じる
ような設計を行い、横の色収差は極力少なくする。
くし、いわゆる、色収差を大きくして、光源波長に微小
な分布がある場合に、焦点距離の分布幅を大きくしたも
のである。又、色収差には光軸方向に像のずれが生じる
縦の色収差と光軸に対して垂直方向に像のずれが生じる
横の色収差があるが、本発明は縦の色収差のみが生じる
ような設計を行い、横の色収差は極力少なくする。
そこで、本発明のパターン露光装置は、基板上に形成し
たホトレジスト膜を露光する光源と、回路パターンが描
かれたホトマスクと、該ホトマスクのパターンをホトレ
ジスト膜に投影する投影レンズとを有するものであっ
て、前記投影レンズが、レンズの焦点距離とレンズの分
散能との積が集積回路の製造プロセスにおける焦点深度
以上となるよう設計されていることを特徴とする。
たホトレジスト膜を露光する光源と、回路パターンが描
かれたホトマスクと、該ホトマスクのパターンをホトレ
ジスト膜に投影する投影レンズとを有するものであっ
て、前記投影レンズが、レンズの焦点距離とレンズの分
散能との積が集積回路の製造プロセスにおける焦点深度
以上となるよう設計されていることを特徴とする。
〔作用〕 パターン露光装置の光源には、一般に、水銀ランプが用
いられ、ホトレジストの感光波長領域のｇ−line（４３
５．８ｎｍ）、又は、ｉ−line（３６５ｎｍ）の光を干
渉フイルタにより選択して取り出して使用する。干渉フ
イルタの半値幅はできるだけ狭くして、投影レンズの色
収差による像のボケが少なくなる様にしている。しか
し、レンズ開口数の大きな投影レンズが製造可能になる
と、色収差による像ボケは低減されたが、焦点深度が、
逆に、浅くなる欠点が生じるようになつた。レンズに用
いられる材料は、固有の物理定数として屈折率ｎをもつ
ており、その値は波長が異なればそれぞれ異つた値を持
つ。その結果、レンズの焦点距離ｆは波長により異なる
ことになる。パターン露光装置の干渉フイルタ通過後の
光源の中心波長をλ０、光源強度が最大値（中心値）の
１／２になる波長をそれぞれλ１，λ２（λ１＜λ２）
とすると光源波長の半値幅Δλ（λ２−λ１）になる。
波長λ０におけるレンズの屈折率がｎｏ、波長λ１，λ
２におけるレンズの屈折率がそれぞれｎ１，ｎ２である
とすると、レンズの分散能Δは次式で与えられる。
いられ、ホトレジストの感光波長領域のｇ−line（４３
５．８ｎｍ）、又は、ｉ−line（３６５ｎｍ）の光を干
渉フイルタにより選択して取り出して使用する。干渉フ
イルタの半値幅はできるだけ狭くして、投影レンズの色
収差による像のボケが少なくなる様にしている。しか
し、レンズ開口数の大きな投影レンズが製造可能になる
と、色収差による像ボケは低減されたが、焦点深度が、
逆に、浅くなる欠点が生じるようになつた。レンズに用
いられる材料は、固有の物理定数として屈折率ｎをもつ
ており、その値は波長が異なればそれぞれ異つた値を持
つ。その結果、レンズの焦点距離ｆは波長により異なる
ことになる。パターン露光装置の干渉フイルタ通過後の
光源の中心波長をλ０、光源強度が最大値（中心値）の
１／２になる波長をそれぞれλ１，λ２（λ１＜λ２）
とすると光源波長の半値幅Δλ（λ２−λ１）になる。
波長λ０におけるレンズの屈折率がｎｏ、波長λ１，λ
２におけるレンズの屈折率がそれぞれｎ１，ｎ２である
とすると、レンズの分散能Δは次式で与えられる。
波長λ１に対する焦点距離ｆ１、波長λ２に対する焦点
距離をｆ２とするとその差Δｆはレンズの分散能Δを用
いると次式で与えられる。
距離をｆ２とするとその差Δｆはレンズの分散能Δを用
いると次式で与えられる。
｜Δｆ｜＝ｆ０｜Δ｜ …(2) ここで、Δｆ＝ｆ１−ｆ２ …(3) 従つて、集積回路の製造プロセスにおける焦点の変動範
囲をΔＤとすると、次式が成立てば充分実効焦点深度が
得られる。
囲をΔＤとすると、次式が成立てば充分実効焦点深度が
得られる。
ΔＤ≦｜Δｆ｜ …(4) ΔＤを４μｍ（±２μｍ）とすると｜Δｆ｜は４μｍ以
上であればよい。又、｜Δｆ｜は１μｍから４μｍの範
囲にあつても、ある程度の効果がある。従来の投影レン
ズは分散能Δを小さく設計していたが本発明では適当な
大きさに設計するところに特徴がある。
上であればよい。又、｜Δｆ｜は１μｍから４μｍの範
囲にあつても、ある程度の効果がある。従来の投影レン
ズは分散能Δを小さく設計していたが本発明では適当な
大きさに設計するところに特徴がある。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。水銀
ランプ２から放射された光は凹面鏡１により反射され、
インテグレータ４に入射して均一化される。干渉フイル
タ３は多くの波長を含む水銀ランプの放射光から準単色
光（例えば波長436ｎｍのｇ線、３６５ｎｍのｉ線）を
取り出す働きをする。干渉フイルタ３を通過後の光は波
長λ３を中心として正規分布に近い波長分布５を持つて
いる。中心波長λ３に対する光強度を１００とした場
合、光強度が５０に低下する部分の波長分布幅Δλは半
値幅と呼ばれ、干渉フイルタの仕様の一つである。光強
度が５０になる波長をλ１，λ５とし、λ１とλ３の中
間の波長、λ３とλ５の中間の波長をそれぞれλ２，λ
４とする。インテグレータ４で均一化された光はコンデ
ンサレンズ６により収束され、回路パターンが描かれた
ホトマスク７に照射される。ホトマスク７の像は投影レ
ンズ８により基板１６に塗布されたホトレジスト膜１５
に投影される。光源波長に分布がなく単一波長の場合や
投影レンズ８の分散が零である場合にはホトマスク７の
像は単一の面に結像する。しかし、投影レンズ８に一定
の分散があり、第１図の曲線５の様に光源が波長分布を
持つていると、それぞれの波長に対する屈折角が異なり
結像面の位置は異なる。光源の波長分布が曲線５のよう
になり、その各波長をλ１〜λ５とすると、それぞれの
波長に対する結像面はそれぞれ９〜１３となり、垂直方
向にホトマスク７の像が多重に形成される。それぞれの
波長に対する光線の軌跡の屈折角には角度差Δθ１４が
生じる。一般的な実際のパターン露光装置では焦点距離
は約７０mm，ホトレジスト塗布膜ｔｒは１μｍ、レンズ
直径は５０mm程度であるから、屈折角の差Δθは約２
０″（５．６×１０-3度）と非常に小さい値である。光
源の波長がわずかに異なると投影レンズの材料の屈折率
がわずかに異なることにより焦点距離が変化するが、波
長λ３（第１図の曲線５参照）に対する屈折率をｎ、波
長λ１に対する屈折率と波長λ５に対する屈折率の差を
Δｎとすると(2)式より、次式が成り立つ。
ランプ２から放射された光は凹面鏡１により反射され、
インテグレータ４に入射して均一化される。干渉フイル
タ３は多くの波長を含む水銀ランプの放射光から準単色
光（例えば波長436ｎｍのｇ線、３６５ｎｍのｉ線）を
取り出す働きをする。干渉フイルタ３を通過後の光は波
長λ３を中心として正規分布に近い波長分布５を持つて
いる。中心波長λ３に対する光強度を１００とした場
合、光強度が５０に低下する部分の波長分布幅Δλは半
値幅と呼ばれ、干渉フイルタの仕様の一つである。光強
度が５０になる波長をλ１，λ５とし、λ１とλ３の中
間の波長、λ３とλ５の中間の波長をそれぞれλ２，λ
４とする。インテグレータ４で均一化された光はコンデ
ンサレンズ６により収束され、回路パターンが描かれた
ホトマスク７に照射される。ホトマスク７の像は投影レ
ンズ８により基板１６に塗布されたホトレジスト膜１５
に投影される。光源波長に分布がなく単一波長の場合や
投影レンズ８の分散が零である場合にはホトマスク７の
像は単一の面に結像する。しかし、投影レンズ８に一定
の分散があり、第１図の曲線５の様に光源が波長分布を
持つていると、それぞれの波長に対する屈折角が異なり
結像面の位置は異なる。光源の波長分布が曲線５のよう
になり、その各波長をλ１〜λ５とすると、それぞれの
波長に対する結像面はそれぞれ９〜１３となり、垂直方
向にホトマスク７の像が多重に形成される。それぞれの
波長に対する光線の軌跡の屈折角には角度差Δθ１４が
生じる。一般的な実際のパターン露光装置では焦点距離
は約７０mm，ホトレジスト塗布膜ｔｒは１μｍ、レンズ
直径は５０mm程度であるから、屈折角の差Δθは約２
０″（５．６×１０-3度）と非常に小さい値である。光
源の波長がわずかに異なると投影レンズの材料の屈折率
がわずかに異なることにより焦点距離が変化するが、波
長λ３（第１図の曲線５参照）に対する屈折率をｎ、波
長λ１に対する屈折率と波長λ５に対する屈折率の差を
Δｎとすると(2)式より、次式が成り立つ。
｜Δｆ｜＝ｆ０｜Δ｜ ＝ｆ０｜Δｎ／（ｎ−１）｜ …(5) ｜Δｆ｜を４μｍとするためには、ｆを７０mm、ｎを
１．５とするとΔｎは２．８５×１０-5にすればよい。
｜Δｆ｜が４μｍ程度であれば実用的には充分である
が、１〜２μｍ程度の値でも効果は比較的大きい。干渉
フイルタ通過後の光源の波長分布範囲が広ければ一般に
屈折率の差Δｎが大きくなるから分散能Δは増加する。
従つて干渉フイルタの半値幅を拡げることにより焦点距
離の変化範囲｜Δｆ｜を拡げて実効的な焦点深度を深く
することができる。又、屈折率の差Δｎが大きな材料を
使うこともできる。レンズ開口数の大きな高解像力の投
影レンズほどその効果が大きい。
１．５とするとΔｎは２．８５×１０-5にすればよい。
｜Δｆ｜が４μｍ程度であれば実用的には充分である
が、１〜２μｍ程度の値でも効果は比較的大きい。干渉
フイルタ通過後の光源の波長分布範囲が広ければ一般に
屈折率の差Δｎが大きくなるから分散能Δは増加する。
従つて干渉フイルタの半値幅を拡げることにより焦点距
離の変化範囲｜Δｆ｜を拡げて実効的な焦点深度を深く
することができる。又、屈折率の差Δｎが大きな材料を
使うこともできる。レンズ開口数の大きな高解像力の投
影レンズほどその効果が大きい。
ホトレジスト膜１５と投影レンズ８の距離がわずかにＤ
ｆ広がり、焦点ずれが生じたとすると第２図のように光
源波長λ３の光の結像面１１はホトレジスト１５の表面
に位置し、光源波長λ５に対する結像面１３はホトレジ
スト膜１５の底面に位置する様になる。この程度の焦点
ずれではホトマスク７の像は、まだ、ホトレジスト１５
内に結像しているため、現像後のホトレジストライン幅
寸法の変化は少ない。しかし、焦点ずれが増大して、マ
スクパターン７の像がホトレジスト膜１５内に結像しな
くなると、ホトレジストライン幅寸法は急激に増大す
る。第３図にホトレジストラインの断面形状を示す。ホ
トレジストライン１８は焦点ずれがない場合、ホトレジ
ストライン１７は焦点ずれが大きい場合の断面形状であ
り、ホトレジストライン幅寸法はそれぞれｌ２，ｌ１で
ある。
ｆ広がり、焦点ずれが生じたとすると第２図のように光
源波長λ３の光の結像面１１はホトレジスト１５の表面
に位置し、光源波長λ５に対する結像面１３はホトレジ
スト膜１５の底面に位置する様になる。この程度の焦点
ずれではホトマスク７の像は、まだ、ホトレジスト１５
内に結像しているため、現像後のホトレジストライン幅
寸法の変化は少ない。しかし、焦点ずれが増大して、マ
スクパターン７の像がホトレジスト膜１５内に結像しな
くなると、ホトレジストライン幅寸法は急激に増大す
る。第３図にホトレジストラインの断面形状を示す。ホ
トレジストライン１８は焦点ずれがない場合、ホトレジ
ストライン１７は焦点ずれが大きい場合の断面形状であ
り、ホトレジストライン幅寸法はそれぞれｌ２，ｌ１で
ある。
第４図に焦点ずれの量が変化した場合の現像後のホトレ
ジストライン寸法の変化を示す。曲線１９は従来方法に
よる場合、曲線２０は本発明による場合を示す。焦点ず
れが０μｍの場合、ホトマスクのライン寸法０．５μｍ
とホトレジストラインの現像寸法は一致するが、焦点の
ずれが増加するとホトレジストライン寸法は第３図と同
様に増加してゆく。ホトレジストライン寸法の変動許容
範囲を１０％（０．５５μｍ）とすると焦点深度ｄ０は
従来方法では１．６μｍ（±０．８μｍ）であるが、本
発明によれば焦点深度ｄ１は６．０μｍ（±３．０μ
ｍ）と大幅に増加する。第４図の実施例の場合には段差
のある基板上に塗布されたホトレジスト膜にホトレジス
トラインを形成する場合にも有効であり、段差の下部、
及び、上部に形成されホトレジストライン寸法の差を低
減できる。
ジストライン寸法の変化を示す。曲線１９は従来方法に
よる場合、曲線２０は本発明による場合を示す。焦点ず
れが０μｍの場合、ホトマスクのライン寸法０．５μｍ
とホトレジストラインの現像寸法は一致するが、焦点の
ずれが増加するとホトレジストライン寸法は第３図と同
様に増加してゆく。ホトレジストライン寸法の変動許容
範囲を１０％（０．５５μｍ）とすると焦点深度ｄ０は
従来方法では１．６μｍ（±０．８μｍ）であるが、本
発明によれば焦点深度ｄ１は６．０μｍ（±３．０μ
ｍ）と大幅に増加する。第４図の実施例の場合には段差
のある基板上に塗布されたホトレジスト膜にホトレジス
トラインを形成する場合にも有効であり、段差の下部、
及び、上部に形成されホトレジストライン寸法の差を低
減できる。
本実施例によれば実効的な焦点深度を深くできるので焦
点のずれ量が零でない実際の製造プロセスにおいて現像
後のホトレジストライン寸法のばらつきを低減できる効
果がある。
点のずれ量が零でない実際の製造プロセスにおいて現像
後のホトレジストライン寸法のばらつきを低減できる効
果がある。
本発明によるパターン露光装置により製造した集積回路
素子は回路パターン寸法のばらつきが少なくなるため、
高集積化が可能で高速動作に向いた素子になる。
素子は回路パターン寸法のばらつきが少なくなるため、
高集積化が可能で高速動作に向いた素子になる。
本発明によれば、パターン露光装置の実効的な焦点深度
が向上する効果がある。さらに、この露光装置により、
集積回路素子の製造歩留りが向上する。
が向上する効果がある。さらに、この露光装置により、
集積回路素子の製造歩留りが向上する。
第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は焦点のず
れが生じた場合の投影像の結像を示す説明図、第３図は
焦点のずれがある場合とない場合のホトレジストライン
の断面形状を示す図、第４図はホトレジストライン寸法
の焦点ずれ依存性を示す説明図である。 １…凹面鏡、２…水銀ランプ、３…干渉フイルタ、４…
インテグレータ、８…投影レンズ、９〜１３…結像面、
１５…ホトレジスト膜、１６…基板、１７，１８…ホト
レジストライン。
れが生じた場合の投影像の結像を示す説明図、第３図は
焦点のずれがある場合とない場合のホトレジストライン
の断面形状を示す図、第４図はホトレジストライン寸法
の焦点ずれ依存性を示す説明図である。 １…凹面鏡、２…水銀ランプ、３…干渉フイルタ、４…
インテグレータ、８…投影レンズ、９〜１３…結像面、
１５…ホトレジスト膜、１６…基板、１７，１８…ホト
レジストライン。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に形成したホトレジスト膜を露光す
る光源と、回路パターンが描かれたホトマスクと、該ホ
トマスクのパターンをホトレジスト膜に投影する投影レ
ンズとを有するパターン露光装置において、 前記投影レンズが、レンズの焦点距離とレンズの分散能
との積が集積回路の製造プロセスにおける焦点深度以上
となるように設計されていることを特徴とするパターン
露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1224441A JPH061754B2 (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | パターン露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1224441A JPH061754B2 (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | パターン露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0389512A JPH0389512A (ja) | 1991-04-15 |
| JPH061754B2 true JPH061754B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=16813822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1224441A Expired - Lifetime JPH061754B2 (ja) | 1989-09-01 | 1989-09-01 | パターン露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061754B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07135134A (ja) * | 1993-06-17 | 1995-05-23 | Nec Corp | 縮小投影露光装置 |
| US7016025B1 (en) * | 1999-06-24 | 2006-03-21 | Asml Holding N.V. | Method and apparatus for characterization of optical systems |
| US6369845B1 (en) * | 2000-03-14 | 2002-04-09 | Kubota Research Associates Inc. | Exposure system for recording media |
| WO2019079010A1 (en) | 2017-10-19 | 2019-04-25 | Cymer, Llc | FORMATION OF MULTIPLE AERIAL IMAGES IN ONE LITHOGRAPHIC EXPOSURE PASSAGE |
| WO2021186741A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | ギガフォトン株式会社 | 露光方法、露光システム、及び電子デバイスの製造方法 |
-
1989
- 1989-09-01 JP JP1224441A patent/JPH061754B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0389512A (ja) | 1991-04-15 |
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