JPH0695495B2 - 回路製造方法及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

回路製造方法及びそれを用いた露光装置

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JPH0695495B2
JPH0695495B2 JP59252277A JP25227784A JPH0695495B2 JP H0695495 B2 JPH0695495 B2 JP H0695495B2 JP 59252277 A JP59252277 A JP 59252277A JP 25227784 A JP25227784 A JP 25227784A JP H0695495 B2 JPH0695495 B2 JP H0695495B2
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projection lens
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    • 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
    • G03F7/70241—Optical aspects of refractive lens systems, i.e. comprising only refractive elements
    • G—PHYSICS
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lenses (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】 本発明は回路製造方法及びそれを用いた露光装置に関
し、特に半導体回路用のマスク、レチクル等の原板上の
回路パターンを屈折系の結像光学系を介してウエハ面上
に投影露光する最の原板の照明用光源としてエキシマレ
ーザーを用いたときに好適な回路製造方法及びそれを用
いた露光装置に関するものである。
従来より投影露光装置を用いIC,LSI等の半導体集積回路
のパターンをシリコン等のウエハに焼付ける為の結像光
学系には非常に高い解像力が要求されている。
一般に結像光学系による投影像の解像力は使用する波長
が短かくなればなる程良くなる為に、なるべく短波長を
放射する光源が用いられている。例えば現在水銀灯によ
る波長436nm又は365nmの光が投影露光装置に多く用いら
れている。
又最近短波長の光源としてエキシマレーザー（excited
dimerレーザー）が注目されてきている。このエキシマ
レーザーはレーザー媒体としてArF,KrCl,KrF,XeBr,XeC
l,XeF等が使用され、これらの媒体の種類によつて150nm
〜400nm間の短波長若しくは非常に狭い波長幅の光が200
Hz〜300Hzの繰り返し周波数でパルス発振される。この
エキシマレーザーをホトリソグラフイーに適用した研究
が例えば「エキシマレーザーによるPMMAのホトエツチン
グ」（レーザー研究，第８巻第６号，昭和55年11月号，
社団法人，レーザー学会発行大阪府吹田市）と題して紹
介されている。
本発明は半導体集積回路用のマスク、レチクル等の回路
パターンの形成されている原板を照明する為の光源とし
てエキシマレーザーを使用したときに好適な回路製造方
法及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。
本発明に係る回路製造方法の主たる特徴はエキシマレー
ザーからの光で回路パターンを照明し、投影レンズ系を
介して回路パターンを被露光基板上に投影して回路を製
造する回路製造方法において、前記投影レンズ系は複数
種の硝材で構成され、且つ前記投影レンズ系を構成する
複数個のレンズ素子の全てが単レンズより成ることであ
る。又、本発明に係る露光装置の主たる特徴はエキシマ
レーザーからの光でマスクのパターンを照明し、投影レ
ンズ系を介して該マスクのパターンをウエハ上に投影す
る露光装置において、前記投影レンズ系は複数種の硝材
で構成され、且つ前記投影レンズ系を構成する複数個の
レンズ素子の全てが単レンズより成ることである。
特に本発明においてはイソジエクシヨンロツキングによ
つてエキシマレーザーから発振され光の波長幅を狭くし
結像光学系を非貼合わせレンズのみによつて構成し、高
い光学性能を得ていることである。
次に本発明の実施例を各図と共に説明する。
第１図は本発明の回路製造方法及びそれを用いた露光装
置の一実施例の概略図である。図中１はエキシマレーザ
ー、Ｍはエキシマレーザー１からの光に対して透過性の
ある溶融石英ガラス、螢石等から成る平行平面ガラス板
上にエキシマレーザーからの光に対して非透過の例えば
クロム等の金属より成る回路パターンが形成されたマス
ク、レチクル等の原板、２は原板Ｍを均一照明する為の
照明系でこの照明系を構成するレンズはエキシマレーザ
ーからの光に対して透過性及び屈折性を有するガラス材
料で形成されている。３は原板Ｍの回路パターンをウエ
ハＷ面上に投影する結像光学系で本実施例では縮少系で
複数のレンズを有し、各々のレンズはエキシマレーザー
からの光に対して透過性を有する例えば石英、螢石等の
ガラス材から形成されている。そしてこの結像光学系３
の特徴は集積回路の製造においては集積回路のパターン
の焼付工程を複数回行う為に光学的な諸収差のうち歪曲
収差をほぼ完全に補正していることである。
更に本実施例では照明光として単波長若しくは非常に狭
い波長幅のエキシマレーザーからの光を使用している為
に軸上色収差及び倍率色収差を補正するための屈折率若
しくは分散の異なるガラスより形成した２つのレンズを
貼合わせた所謂貼合せレンズを有していないで複数の単
レンズのみで構成して良好なる収差補正を達成してい
る。
４は原板Ｍを光路中で支持する支持手段、５はウエハチ
ヤツクでウエハＷを支持している。又ウエハチヤツク５
はＸ・Ｙステツプステージ６によつてステツプ駆動され
る。
本実施例においてはエキシマレーザー１からの光束によ
り照明系２を介して原板Ｍを照明する。原板Ｍは結像光
学系３によつてウエハＷの一部区域上に縮少投影され
る。露光後Ｘ・Ｙステツプステージ６によつてウエハＷ
を１ステツプ移動し、ウエハＷの他の一部区域が結像光
学系３により投影露光される。これを順次繰り返してウ
エハＷの全面を露光している。
次に本発明に係る結像光学系３の２種類の実施例につい
て詳述する。
尚以下に説明するエキシマレーザーは特に波長248.5nm
を主たる発振波長とし、インジエクシヨンロツキングに
よつて248.5nmを中心に狭い波長幅の光が得られるよう
にしてあり、この為結像光学系３はこの狭い波長幅を主
に使用するように設計されている。
第２図は第１の結像光学系のレンズ断面図である。同図
の結像光学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I,II,III
の３つのレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｉは負の屈
折力のI1レンズ群と正の屈折力のI2レンズ群の２つのレ
ンズ群を有しており前記I1レンズ群は負の屈折力のレン
ズL111と物体側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス
形状のレンズL112を有し、前記第I2レンズ群は両レンズ
面が凸面のレンズL121と少なくとも１枚の物状のレンズ
L122を有し、前記第２レンズ群IIは物体側に凸面を向け
た負の屈折力のメニスカス形状のレンズL21と負の屈折
力のレンズL22と像面側に凸面を向けた負の屈折力のメ
ニスカス形状のレンズL23を有し、前記第３レンズ群III
は像面側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス形状の
レンズL31と両レンズ面が凸面のレンズL32と少なくとも
２枚の物体側に凸面を向けた正の屈折力のレンズL33と
物体側の面が凸面の少なくとも１枚の正の屈折力のメニ
スカス形状のレンズL34を有することである。
そして絞り50の前後に配置されているレンズL21，L22を
一般に多くの結像光学系では色収差補正の為に貼合わせ
レンズで構成しているが本実施例ではこれらのレンズを
単レンズで構成したことである。
この結像系は前述のような構成を採ることにより良好に
収差補正を行つた投影レンズを達成している。特に投影
倍率1/5、撮影画角14×14mmの範囲内において良好なる
結像性能を得ている。
特に本実施例における結像光学系において好ましくは前
記レンズL22の物体側と像面側のレンズ面の曲率半径を
各々R2F，R2Rとしたとき ｜R2F｜＜｜R2R｜ ……（１） なる条件を満足することである。
次にこの結像系の各構成要件について詳述する。
I1レンズ群を負の屈折力のレンズL111と物体側に凸面を
向けた負の屈折力のメニスカス形状のレンズL112で構成
することにより画面全体にわたり歪曲収差を良好に補正
しマスクパターンを歪みなく焼付けることを可能として
いる。そしてI1レンズ群の有する負の屈折力を２つのレ
ンズL111，L112に適切に分担させることにより広画角化
を図り焼付範囲を拡大させてスループツトの向上を図つ
ている。
レンズL111はレンズL112と同様に物体側に凸面を向けた
メニスカス形状で構成しても又は両レンズ面を凹面とな
るように構成しても良好なる収差補正が可能である。
I2レンズ群を両レンズ面が凸面のレンズL121と少なくと
も１枚の物体側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス
形状のレンズ群L122で構成することにより第I1レンズ群
で発生する内向性のコマ収差とハロー収差を補正し高解
像力化を図つている。
レンズL122は１枚のレンズで構成しても２枚以上のレン
ズで構成しても良い。２枚以上のレンズで構成すればよ
り良好にコマ収差とハロー収差を補正することができ
る。
第２レンズ群IIを物体側に凸面を向けた負の屈折力のメ
ニスカス形状のレンズL21と負の屈折力のレンズL22そし
て像面側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス形状の
レンズL23で構成することによりI2レンズ群で発生する
負の球面収差及び画面中間から周辺にかけてのサジタル
フレアーを補正している。特にレンズL22によりI2レン
ズ群で発生する負の球面収差及びハロー収差を、又レン
ズL21とレンズL23により画面周辺でのサジタルフレアー
を補正している。
第２レンズ群IIを前述の如く構成すると軸外光線の主光
源より上方側の光束が補正過剰となり外向性のコマ収差
を発生させる原因となる。そこで第３レンズ群IIIを像
面側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス形状のレン
ズL31と両レンズ面が凸面のレンズL32そして少なくとも
２枚の正の屈折力のメニスカス形状のレンズL33，L34で
構成することにより第２レンズ群で発生した外向性のコ
マ収差と画面中間から周辺にかけての像面湾曲及び歪曲
収差を合わせてバランス良く補正している。
そしてインジエクシヨンロツキングによつてエキシマレ
ーザーからの発振される光の波長幅を狭くすることによ
りレンズL21，L23を単レンズで構成している。
尚条件（１）はレンズL22の物体側のレンズ面の屈折力
を像面側のレンズ面に比べて強める為のものでありこれ
により開口数0.3近傍の球面収差及び画面周辺のサジタ
ルフレアーを良好に補正している。条件（１）を外れる
と球面収差及びサジタルフレアーを良好に補正するのが
困難となる。
レンズL22は両レンズ面が凹面であつても又は像面側に
凸面を向けたメニスカス形状であつても条件（１）を満
足するレンズ形状であれば良い。
特にI1レンズ群のレンズL111が両凹レンズで構成すると
きはレンズL22を像面側に凸面を向けたメニスカス形状
で構成するのが収差補正上好ましい。
この結像系は以上の諸条件を満足することにより十分機
能するが更により良好にするには次の諸条件を満足する
のが好ましい。
前記第１、第２そして第３レンズ群の焦点距離を各々
１，２，３、前記I1レンズ群と前記I2レンズ群の焦
点距離を各々11，12、前記レンズL111の焦点距離を
111、前記レンズL111の物体側と像面側のレンズ面の
曲率半径を各々R1F，R1Rとするとき 0.85＜｜１／２｜＜2.2 ……（２） 0.75＜｜３／２｜＜1.4 ……（３） 1.4＜｜11／12｜＜2.5 ……（４） 1.2＜111／11＜2.1 ……（５） ｜R1F｜＞｜R1R｜ ……（６） なる諸条件を満足することである。
条件（２），（３）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画面全
体の像面湾曲を良好に補正するためであり下限値を越え
るとペツツバール和が大となり像面が補正不足となり、
上限値を越えると像面湾曲が補正過剰となり画面全体の
収差を良好に補正するのが困難となる。
条件（４）は条件（２），（３）の屈折力配置のもとで
I1レンズ群による歪曲収差の補正とI2レンズ群による内
向性のコマ収差とハロー収差の補正と共に画面全体の像
面湾曲を少なくして高解像力化を図る為のものである。
条件（４）の下限値を越えると像面湾曲が補正不足とな
り又上限値を越えると像面湾曲が補正過剰となつてく
る。
条件（５）は負の屈折力のI1レンズ群の物体側のレンズ
L111に対する負の屈折力の分担を適切に設定し歪曲収差
を良好に補正する為である。条件（５）の下限値を越え
ると歪曲収差は補正不足となり又上限値を越えると歪曲
収差は補正過剰となつてくる。
条件（６）はレンズL111の物体側のレンズ面の屈折力を
像面側のレンズ面の屈折力より弱くする為のものであり
これにより画面全体の歪曲収差を更に良好に補正してい
る。条件（６）を外れると歪曲収差が補正不足となつて
くるので好ましくない。
この結像系において第３レンズ群IIIのレンズL33とレン
ズL34を３つ以上のレンズに分割して各レンズの屈折力
の負担を少なくすれば画面全体にわたりコマ収差及び像
面湾曲を更に良好に補正することが出来より高解像力化
が達成出来る。
以上説明したようにこの結像系によれば投影露光装置に
おいて高解像力を有した高性能な投影レンズを達成する
ことができる。
次にこの本発明には直接関係しない結像系の数値実施例
１〜５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番目のレンズ厚及び空気間隔、Niは物体側よ
り順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率である。
硝材のSIO2は溶融石英であり波長248.5nmでの屈折率は
1.521130である。
数値実施例は投影倍率1/5、NA＝0.3、画面範囲14×14の
場合である。
第３〜第７図に、上記数値実施例１〜５の諸収差を示
す。図中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。
次で、第２番目の種類の縮少結像系３の実施例を説明す
る。
この光学系のレンズ断面図は第８図に示されこの結像光
学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A,B,Cの３つのレ
ンズ群を有し、前記第１レンズ群Ａは負の屈折力のA1レ
ンズ群と正の屈折力のA2レンズ群の２つのレンズ群を有
しており、前記A1レンズ群は少なくとも２枚の像面側の
面が凹面の負の屈折力のレンズl111，l112を有し、前記
A2レンズ群は両レンズ面が凸面のレンズl121と物体側の
面に凸面の正の屈折力のレンズl122を有し、前記第２レ
ンズ群は物体側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス
形状のレンズl21と両レンズ面が凹面のレンズl22と像面
側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス形状のレンズ
l23を有し、前記第３レンズ群は像面側に凸面を向けた
正の屈折力のメニスカス形状のレンズl31と両レンズ面
が凸面のレンズl32と少なくとも２枚の物体側に凸面を
向けた正の屈折力のレンズl33と物体側の面が凸面の少
なくとも１枚の正屈折力のメニスカス形状のレンズl34
を有していることである。
そして本実施例においても前述の数値実施例１〜５と同
様に絞り50前後に配置したレンズl21，l23を単レンズで
構成していることである。
本結像系は前述のような構成を採ることにより良好に収
差補正を行つた投影レンズを達成している。特に投影倍
率1/10、撮影画角10×10mmの範囲内において良好なる結
像性能を得ている。
次に本結像系の各構成要件について詳述する。
A1レンズ群を少なくとも２枚の像側面が凹面の負の屈折
力のレンズl111，l112、ことに望ましくは物体側に凸面
を向けた負の屈折力のメニスカス形状のレンズl111，l
112で構成することにより画面全体にわたり歪曲収差を
良好に補正しマスクパターンを歪みなく焼付けることを
可能としている。そしてA1レンズ群の有する負の屈折力
を２つのレンズl111，l112に適切に分担させることによ
り広画角化を図り焼付範囲を拡大させてスループツトの
向上を図つている。
A2レンズ群を両レンズ面が凸面のレンズl121と正の屈折
力のレンズl122で構成することによりA1レンズ群で発生
する内向性のコマ収差とハロー収差を補正し高解像力化
を図つている。
第２レンズ群Ｂを物体側に凸面を向けた負の屈折力のメ
ニスカス形状のレンズl21と両レンズ面が凹面のレンズl
22そして像面側に凸面を向けた負の屈折力のメニスカス
形状のレンズl23で構成することによりA2レンズ群で発
生する負の球面収差及び画面中間から周辺にかけてのサ
ジタルフレアーを補正している。特にレンズl22によりA
2レンズ群で発生する負の球面収差及びハロー収差を、
又レンズl21とレンズl23により画面周辺でのサジタルフ
レアーを補正している。
第２レンズ群Ｂを前述の如く構成すると軸外光線の主光
線により上方側の光束が補正過剰となり外向性のコマ収
差を発生させる原因となる。そこで第３レンズ群Ｃを像
面側に凸面を向けた正の屈折力のメニスカス形状のレン
ズl31と両レンズ面が凸面のレンズl32そして少なくとも
２枚の正の屈折力のメニスカス形状のレンズl33，l34で
構成することにより第２レンズ群で発生した外向性のコ
マ収差と画面中間から周辺にかけての像面湾曲及び歪曲
収差を合わせてバランス良く補正している。
この結像系は以上の諸条件を満足することにより十分機
能するものであるが更により良好にするには次の諸条件
を満足するのが好ましい。
前記第１、第２そして第３レンズ群A,B,Cの焦点距離を
各々１，２，３とし、前記A1レンズ群と前記A2レ
ンズ群の焦点距離を各々11，12とし、前記レンズL
111の焦点距離を111としたとき 1.9＜｜１／２｜＜3.7 ……（７） 0.8＜｜２／３｜＜1.2 ……（８） 1.1＜｜11／12｜＜2.3 ……（９） 1.4＜111／11＜2.2 ……（10） なる諸条件を満足することである。
条件（７），（８）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画面全
体の像面湾曲を良好に補正するためであり下限値を越え
るとペツツバール和が大となり像面が補正不足となり、
上限値を越えると像面湾曲が補正過剰となり画面全体の
収差を良好に補正するのが困難となる。
条件（９）は条件（７），（８）の屈折力配置のもとで
第A1レンズ群による歪曲収差の補正とA2レンズ群による
内向性のコマ収差とハロー収差の補正と共に画面全体の
像面湾曲を少なくして高解像力化を図る為のものであ
る。条件（９）の下限値を越えると像面湾曲が補正不足
となり又上限値を越えると像面湾曲が補正過剰となつて
くる。
条件（10）は負の屈折力のA1レンズ群の物体側のレンズ
l111に対する負の屈折力の分担を適切に設定し歪曲収差
を良好に補正する為である。条件（10）の下限値を越え
ると歪曲収差は補正不足となり又上限値を越えると歪曲
収差は補正過剰となつてくる。
尚本結像系においてレンズl122は両レンズ面が凸面であ
つても良く又物体側に凸面を向けたメニスカス形状であ
つても良い。
本結像系において第A1レンズ群を３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形状のレンズで構成
すれば各レンズの屈折力の分担が少なくなりコマ収差の
発生が少なくなり又他の諸収差への影響も少ないので好
ましい。
第３レンズ群のレンズl33とレンズl34を３つ以上のレン
ズに分割して各レンズの屈折力の負担を少なくすれば画
面全体にわたりコマ収差及び像面湾曲を更に良好に補正
することが出来より高解像力化が達成出来る。
以上説明したように本結像系によれば投影露光装置にお
いて高解像力を有した高性能な投影レンズを達成するこ
とができる。
次に本結像系の本発明には直接関係しない数値実施例６
〜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番目のレンズ厚及び空気間隔、Niは物体側より
順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率である。
硝材のSIO2は溶融石英であり波長248.5nmでの屈折率は
1.521130である。
数値実施例は投影倍率1/10、NA＝0.35、画面範囲10×10
である。
第９〜13図に上記数値実施例６〜10の諸収差を示す。
尚、図中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。
以上説明した数値実施例１〜10の共通事項は、色収差補
正用の貼り合せレンズを含んでいない点である。これは
単波長若しくは非常に波長幅の狭いエキシマレーザーか
らの光を使用しているためこの様な特徴を有している。
特に本発明では軸外主光線が光軸と交わる位置、即ち絞
り面（第２図、第８図に示す50に相当する面であるが必
ずしも実絞りを配置しなくてもレンズの有効径で使用さ
せても良い。）の近傍に軸上色収差を補正する為に一対
若しくは複数対の絞り面に対して略対称の形状の貼り合
せレンズを配置せず単に単レンズを配置することにより
本発明の目的を良好に達成している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の概略図、第２図、第８図は
各々本発明に係る結像光学系のレンズ断面図、第３図〜
第７図は各々本発明に係る結像光学系の数値実施例１〜
５の諸収差図、第９図〜第13図は各々本発明に係る結像
光学系の数値実施例６〜10の諸収差図である。第１図に
おいて１はエキシマレーザー、２は照明系、３は結像光
学系、４は支持具、５はウエハチヤツク、６はＸ・Ｙス
テツプステージ、Ｍは原板、Ｗはウエハである。収差図
において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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エキシマレーザーからの光で回路パターン
    を照明し、投影レンズ系を介して回路パターンを被露光
    基板上に投影して回路を製造する回路製造方法におい
    て、前記投影レンズ系は複数種の硝材で構成され、且つ
    前記投影レンズ系を構成する複数個のレンズ素子の全て
    が単レンズより成ることを特徴とする回路製造方法。
  2. 【請求項２】前記投影レンズ系を構成する複数種の硝材
    が石英と螢石であることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の回路製造方法。
  3. 【請求項３】前記エキシマレーザーからの光の波長幅を
    狭くして回路パターンを投影することを特徴とする特許
    請求の範囲第１又は第２項記載の回路製造方法。
  4. 【請求項４】エキシマレーザーからの光でマスクのパタ
    ーンを照明し、投影レンズ系を介して該マスクのパター
    ンをウエハ上に投影する露光装置において、前記投影レ
    ンズ系は複数種の硝材で構成され、且つ前記投影レンズ
    系を構成する複数個のレンズ素子の全てが単レンズより
    成ることを特徴とする露光装置。
  5. 【請求項５】前記投影レンズ系を構成する複数種の硝材
    が石英と螢石であることを特徴とする特許請求の範囲第
    ４項記載の露光装置。
  6. 【請求項６】前記エキシマレーザーからの光の波長幅を
    狭くして回路パターンを投影することを特徴とする特許
    請求の範囲第４又は第５項記載の露光装置。
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