JPH06325997A

JPH06325997A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH06325997A
Application number: JP5111891A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Ozaki; 義治尾崎; Katsuyuki Harada; 勝征原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、変型照明の技術を適用するのに不可
欠な遮光板からの反射光が解消されるか、若しくは、著
しく低減化され得る投影露光装置を提供することを目的
とする。【構成】本発明は、レーザ光を光源とする投影露光装置
の、光源からコンデンサ−レンズ間のいずれかの位置に
形成される２次光源の形状を規定する光学部品におい
て、レーザ装置側の面が光軸に垂直で、且つ、レーザ装
置側の面の表面に表面反射防止膜１０３が設けられてい
る事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細パタン形成に用い
られる投影露光装置のうち、光源がレーザ装置である場
合について、レーザ装置とコンデンサーレンズ間のいず
れかの位置に形成される２次光源の形状を規定する光学
部品が、レーザ装置に悪影響を及ぼさない様にする投影
露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶素子のパタン形成
には、フォトリソグラフィーと呼ばれるレチクル上のパ
タンを試料基板上に転写する技術が一般に採用されてい
る。ここで用いられるのが投影露光装置で、所定のパタ
ンが形成されたレチクルを紫外域の露光光で照射し、そ
のパタン像を結像光学系を介して、試料基板上に形成さ
れたレジストと称される感光性樹脂の膜に結像させるも
のである。

【０００３】パタンの微細化に対する要求は高まるばか
りで、そのため、投影露光装置の解像性の向上を図らな
ければならない。投影露光装置における解像性は、結像
光学系の開口数が大きいほど、また露光光の波長が短い
ほど向上する。このため、開口数は０．５を越えるほど
に大開口数化が図られてきたし、露光光も超高圧水銀ラ
ンプが発する波長４３６ｎｍのｇ線から３６５ｎｍのｉ
線に変化してきた。しかし、大開口数化は焦点深度の低
下をもたらす為、露光光の短波長化が強力に押し進めら
れている。現在波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
光が注目を集めている。

【０００４】更に、新たな解像性向上方法が二つ提案さ
れている。一つはレチクルの透明部分を通過する光の位
相を制御する方法で、位相シフト法と呼ばれている。一
つは光源とコンデンサ−レンズの間のいずれかの位置に
形成される２次光源を、一般的な円形から円形でない形
状にするもので、変形照明法と称されている。

【０００５】位相シフト法では、位相を制御するために
レチクルの透明部分に付加する位相シフト部材の適正な
配置を、複雑な半導体集積回路パタンに対して決定しな
ければならないが、膨大な計算を必要とする。また、レ
チクル製作工程も煩雑なものになる。従って、現在実用
化されている最も短波長なＫｒＦエキシマレーザ光源の
投影露光装置に、変形照明の技術を適用するのが有望で
ある。

【０００６】図７に一般的な変形照明の技術が適用され
たＫｒＦエキシマレーザ光源投影露光装置の一例を示
す。光源であるＫｒＦエキシマレーザは１００％に近い
反射率を有するリアミラー７０１、エタロン７０２、弗
化カルシウムや弗化マグネシウムの平行平板であるウィ
ンド７０３と７０４、放電管７０５、２４８ｎｍにおい
て内部吸収の無い石英や弗化カルシウムの平行平板であ
るフロントミラー７０６からなっている。エキシマレー
ザの共振器はリアミラー７０１とフロントミラー７０６
で構成され、両者は光軸に対して垂直に配置されてい
る。ウィンド７０３と７０４はレーザ発振に影響しない
ように光軸に対し傾けて設置する。エタロン７０２は発
振光のスペクトルを狭帯域化するために用いる。このＫ
ｒＦエキシマレーザからは断面が長方形のほぼ平行なビ
ームがでる。プリズム７０７で光軸を９０度折り曲げ、
整形光学系７０８でビーム断面を正方形にする。正方形
にされたビームは拡大系７０９で所定の断面積を持つ平
行ビームになる。プリズム７１０と７１１で光軸を折り
曲げる。７１２は蝿の目レンズで、平行ビームとして入
射したＫｒＦエキシマレーザ光は７１３の位置に集光点
群に変換される。この点群が２次光源となる。７１４は
変形照明とするための遮光板で、図中では２次光源の位
置７１３からはやや離れた位置に設置している。しか
し、遮光板７１４は、プリズム７１１の出端面からコン
デンサ−レンズ７１５の入射面の間のいずれの位置に設
置しても良い。７１６はレチクル、７１７は結像光学
系、７１８はレジストを塗布した試料基板、７１９はス
テージである。２次光源位置７１３からステージ７１９
間にある構成部品の光学的な位置関係は、超高圧水銀ラ
ンプからのｇ線やｉ線を光源とする縮小投影露光装置と
同じである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、遮光板７１
４に反射があると、反射光がＫｒＦエキシマレーザに戻
る。今、反射光の戻りがもたらす影響について、代表的
な数値を用いて説明する。一般にエキシマレーザのパル
ス幅は１０〜１００ナノ秒である。即ち、放電管７０５
内の発振ガス媒質は１０〜１００ナノ秒の寿命を持って
いる。この時間での光の走行距離は３〜３０ｍである。
リアミラー７０１から遮光板７１４迄の距離は１〜３ｍ
であるため、遮光板７１４からの反射光は、発振ガス媒
質の寿命内に共振器に戻ることができ、レーザ発振に寄
与する。ここで、遮光板７１４からの反射光は、光軸に
垂直な面内での強度分布が一様でないため、本来ならば
表面反射だけを利用しているフロントミラー７０６に反
射率分布を持たせたのと等価な作用をする。投影露光装
置に用いられるエキシマレーザは共振器が安定型で、多
モード発振をしているが、遮光板７１４の存在によっ
て、モード分布が影響を受ける。モード分布とレーザ光
の可干渉性の間には、電子通信学会（現電子情報通信学
会）研究会資料ＱＥ７２−７９や第９２２巻ＳＰＩＥ資
料４４４ページに開示されているように、密接な関係が
ある。従って、遮光板７１４はレーザ光の可干渉性を通
じて、結像性能に影響する。変型照明とするための遮光
板７１４は一般に中心部を遮光する形状になっている。
即ち、フロントミラー７０６の中心部の反射率を高めた
のと同じであり、発振モード中の低次モードを強めると
予想される。低次モードが強くなると可干渉性が高くな
り、不測の干渉パタンや光路中に存在する散乱体に起因
するスペックルの発生を助長し、パタン品質の低下をも
ったらす。

【０００８】本発明は、以上説明した問題を解決するた
めになされたもので、変型照明の技術を適用するのに不
可欠な遮光板からの反射光が解消されるか、若しくは、
著しく低減化され得る投影露光装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の投影露光装置は、レーザ光を光源とする投影
露光装置の、光源からコンデンサ−レンズ間のいずれか
の位置に形成される２次光源の形状を規定する光学部品
において、レーザ装置側の面が光軸に垂直で、且つ、そ
の面の表面に表面反射防止の処理が施されている事を特
徴とするものである。

【００１０】又、本発明の投影露光装置は、上記光学部
品において、レーザ装置側の面が光軸に垂直で、且つ、
その面の表面に表面反射低減化の処理が施されている事
を特徴とするものである。

【００１１】更に、本発明の投影露光装置は、上記光学
部品において、レーザ装置側の面が光軸と９０度以外の
角度をなす事を特徴とするものである。

【００１２】

【作用】エキシマレーザを光源とする投影露光装置に変
型照明の技術を適用するには、遮光板の使用は避けるこ
とはできない。そこで、本発明では、遮光板からの表面
反射光を無くすか、若しくは低減するものである。即
ち、遮光板からの表面反射光がエキシマレーザ装置に逆
進しない様に、遮光板自体に光吸収作用をもたせるか、
或は、無反射コート膜を設けるか、或は、遮光板自体の
構造に工夫をした。このため、表面反射光がレーザ発振
に関与することが無くなり、結像性能の変化、不測の干
渉パタンやスペックルの発生を避けることができる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。本発明の各実施例は、レーザ光を光源とする
投影露光装置の、光源からコンデンサ−レンズ間のいず
れかの位置に形成される２次光源の形状を規定する光学
部品において、レーザ装置側の面が光軸に垂直で、且
つ、表面に表面反射防止もしくは表面反射低減化の処理
が施されている場合、及びレーザ装置側の面が光軸と９
０度以外の角度をなす場合である。

【００１４】図１（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す
平面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ′線断
面図である。１０１はＫｒＦエキシマレーザ光に対して
透明な板で、ここでは合成石英を用いた。１０２は遮光
部を形成する遮光材で、ここでは真空中でマスク蒸着し
たアルミニウム薄膜を用いた。１０３は反射防止膜で、
位相と振幅に対する条件を満たすように、４分の１波長
の厚さの弗化ネオジウムと４分の１波長の厚さの弗化マ
グネシウムを交互に４層重ねたものである。反射防止膜
１０３の材料としては、板１０１より屈折率が大きく且
つＫｒＦエキシマレーザ光に対して透明な材料、板１０
１より屈折率が小さく且つＫｒＦエキシマレーザ光に対
して透明な材料があれば、何でも良く、本実施例に限定
されるものではない。

【００１５】図２（ｂ）は本発明の第２の実施例を示す
平面図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ′線断
面図である。金属板２０１は照明光としてＫｒＦエキシ
マレーザ光を透過させる部分に開口２０２ａ〜２０２ｄ
を形成したもので、ＫｒＦエキシマレーザ光が入射する
側の表面に微細な凹凸２０３を設け、黒色塗料で塗装し
た。具体的には、金属板２０１としてステンレススチー
ルを用い、凹凸を形成するために砂がけ処理を施した。
黒色塗料でＫｒＦエキシマレーザ光のほとんどは吸収さ
れるが、吸収されなかった分は乱反射され、ＫｒＦエキ
シマレーザに戻る分は極僅かとなる。黒色塗料はＫｒＦ
エキシマレーザ光を吸収して発熱するため、耐熱性のも
のが望ましい。

【００１６】図３（ｂ）は本発明の第３の実施例を示す
平面図であり、図３（ａ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ′線断
面図である。金属板３０１は照明光としてＫｒＦエキシ
マレーザ光を透過させる部分に開口３０２ａ〜３０２ｄ
を形成したもので、ＫｒＦエキシマレーザ光が入射する
側の表面に反射防止のため、ビロード生地３０３を張り
つけている。反射防止効果としては、絹のビロード生地
が好適であった。

【００１７】本発明の第４の実施例は、ＫｒＦエキシマ
レーザが入射する側の全面に、微細なウッドの光トラッ
プを全面に形成したものである。ウッドの光トラップと
は、吸収性の材質でできた先細りで湾曲した細管中で光
を多数回反射せさせる事で、入射した光の全エネルギを
吸収する光学素子である。図４（ａ１）〜（ｆ）を用い
てその製作工程を説明する。図４（ａ１）は２次光源の
形状を規定する光学部品の平面図、図４（ａ２）は図４
（ａ１）のＡ−Ａ′線断面図である。図４（ａ１），
（ａ２）に示す様に、アルミニウムの板４０１に照明光
としてＫｒＦエキシマレーザ光を透過させる部分に開口
４０２ａ〜４０２ｄを形成し、通常のフォトリソグラフ
ィ技術で直径２０μｍの円形のレジストパタン４０３を
形成する。図中では円形のレジストパターン４０３を１
部しか示していないが、アルミニウムの板４０１のＫｒ
Ｆエキシマレーザが入射する側全面に設けている。次
に、図４（ｂ）に示す様に、塩素を含むガスを反応ガス
とする反応性イオンエッチングで、円形のレジストパタ
ン４０３をマスクに井戸状の穴４０４を形成する。反応
性イオンエッチングでは、エッチング深さが深くなるほ
ど、エッチングが垂直方向に進行しなくなり、図に示す
様に先細りの形状になる。この後、図４（ｃ）に示す様
に、円形のレジストパタン４０３を除去し、溶剤に溶か
したポリマを穴４０４に流し込んだ後、不要部分を流し
出し、皮膜４０５を形成する。本実施例ではｎ−メチル
ピロリドンに溶かしたポリイミドのプレカーサを用い、
イミド結合が生じない程度の温度で保って、ｎ−メチル
ピロリドンを蒸発させた。続いて、図４（ｄ）に示す様
に、アルミニウムの板４０１のＫｒＦエキシマレーザ光
が入射する側と反対側を、アルミニウムのエッチング液
に浸し、所定量のアルミニウムを溶解除去する。更に、
図４（ｅ）に示す様に、アルミニウムの板４０１を、イ
ミド結合が生じない程度の温度に昇温して斜めに保持す
ると、図に示す様に皮膜４０５は先細りで湾曲した細管
４０６となる。最後に、図４（ｆ）に示す様に、イミド
結合が生じるのに充分な温度に保ち、細管４０６をポリ
イミドとし、その先を黒色塗装する。第２の実施例と同
様、耐熱性の塗料を用いるのが望ましい。以上の工程
で、ＫｒＦエキシマレーザ光が入射する側の全面に、微
細なウッドの光トラップが全面に形成され、表面反射を
解消できる。

【００１８】図５（ｂ）は本発明の第５の実施例を示す
平面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ′線断
面図である。金属板５０１は照明光としてＫｒＦエキシ
マレーザ光を透過させる部分に開口５０２ａ〜５０２ｄ
を形成したものである。図５（ｂ）の断面図に示されて
いる様に、光軸に交差する面５０３，５０４のうち、エ
キシマレーザ装置側に位置する面、即ち、光の入射側の
面５０３に光軸に対して角度をもたせ、円錐形にしてあ
る。入射光は面５０３で反射されるが、その方向は光軸
から離れる方向であるため、エキシマレーザ装置に戻る
事はない。

【００１９】図６（ｂ）は第６の実施例を示す平面図で
あり、図６（ａ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ′線断面図であ
る。金属板６０１は照明光としてＫｒＦエキシマレーザ
光を透過させる部分に開口６０２ａ〜６０２ｄを形成し
たものである。図６（ａ）の断面図に示されている様
に、光軸に交差する面６０３，６０４のうち、エキシマ
レーザ装置側に位置する面、即ち、光の入射側の面６０
３に傾角をもたせ、全体として楔型の形状になってい
る。入射光は面６０３で反射されるが、その方向は光軸
から離れる方向であるため、エキシマレーザ装置に戻る
事はない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＫｒＦエキシマレーザを光源とする投影露光装置に、変
型照明の技術を適用するのに不可欠な遮光板からの反射
光が解消されるか、若しくは、著しく低減化される。そ
のため、ＫｒＦエキシマレーザの発振状態への影響を無
くすことができる。ひいては、結像性能への影響、不測
の干渉パタン発生、スペックル発生の問題が解決され
る。

【００２１】なお、ＫｒＦエキシマレーザを光源とする
変型照明の技術について説明したが、他のエキシマレー
ザ、或は、一般のレーザに対しても本発明の有効なこと
は勿論であるし、変型照明でなく従来の円形光源照明の
場合にも有効である。また、２次光源の形状を規定する
光学部品の入射面を、光軸に対して垂直な平面以外の面
にした場合の実施例として、図５，図６に二つの例を示
したが、要点は反射光が光源に戻らない事にあるので、
更に複雑な形状の平面や曲面で構成する場合を排除する
ものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図及び平面図
である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図及び平面図
である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す断面図及び平面図
である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す製作工程図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施例を示す断面図及び平面図
である。

【図６】本発明の第６の実施例を示す断面図及び平面図
である。

【図７】一般的な変形照明の技術が適用されたＫｒＦエ
キシマレーザ光源投影露光装置の一例を示す構成説明図
である。

【符号の説明】

１０１…ＫｒＦエキシマレーザ光に対して透明な板、１
０２…遮光材、１０３…反射防止膜、２０１…開口を形
成した金属板、２０２ａ〜２０２ｄ…開口、２０３…微
細な凹凸、３０１…開口を形成した金属板、３０２ａ〜
３０２ｄ…開口、３０３…ビロード生地、４０１…アル
ミニウムの板、４０２ａ〜４０２ｄ…開口、４０３…レ
ジストパタン、４０４…井戸状の穴、４０５…皮膜、４
０６…先細りで湾曲した細管、５０１…開口を形成した
金属板、５０２ａ〜５０２ｄ…開口、５０３…入射面、
５０４…出射面、６０１…開口を形成した金属板、６０
２ａ〜６０２ｄ…開口、６０３…入射面、６０４…出射
面、７０１…リアミラー、７０２…エタロン、７０３…
ウィンド、７０４…ウィンド、７０５…放電管、７０６
…フロントミラー、７０７…プリズム、７０８…整形光
学系、７０９…拡大系、７１０…プリズム、７１１…プ
リズム、７１２…蝿の目レンズ、７１３…集光点群の位
置、７１４…遮光板、７１５…コンデンサ−レンズ、７
１６…レチクル、７１７…結像光学系、７１８…試料基
板、７１９…ステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を光源とする投影露光装置の、
光源からコンデンサ−レンズ間のいずれかの位置に形成
される２次光源の形状を規定する光学部品において、レ
ーザ装置側の面が光軸に垂直で、且つ、レーザ装置側の
面の表面に表面反射防止の処理が施されている事を特徴
とする投影露光装置。
【請求項２】レーザ光を光源とする投影露光装置の、
光源からコンデンサ−レンズ間のいずれかの位置に形成
される２次光源の形状を規定する光学部品において、レ
ーザ装置側の面が光軸に垂直で、且つ、レーザ装置側の
面の表面に表面反射低減化の処理が施されている事を特
徴とする投影露光装置。
【請求項３】レーザ光を光源とする投影露光装置の、
光源からコンデンサ−レンズ間のいずれかの位置に形成
される２次光源の形状を規定する光学部品において、レ
ーザ装置側の面が光軸と９０度以外の角度をなす事を特
徴とする投影露光装置。