JPH0794399A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

露光方法及び露光装置

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JPH0794399A
JPH0794399A JP5238147A JP23814793A JPH0794399A JP H0794399 A JPH0794399 A JP H0794399A JP 5238147 A JP5238147 A JP 5238147A JP 23814793 A JP23814793 A JP 23814793A JP H0794399 A JPH0794399 A JP H0794399A
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • GPHYSICS
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    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70308Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全ての方向のパターンに対して同じ解像力,
焦点深度向上効果をもたらすことができ、縦線及び横線
が混在するLSIパターンであっても良好にパターン転
写することができる露光装置を提供すること。 【構成】 フォトマスク3を照明光学系によって照明
し、フォトマスク3上のパターンを投影光学系を介して
ウエハ6上に縮小投影する露光装置において、照明光学
系中に設けられ、フォトマスク3への照明光束を直線偏
光するための偏光板1と、投影光学系の瞳位置に設けら
れ、スリット状の開口部を有するスリットフィルタ7
と、スリットフィルタ7の開口部の長手方向と偏光板1
を透過した光の偏光面とが互いに垂直になるように保持
した状態で、スリットフィルタ7と偏光部材1を同期し
て光軸中心に回転させる回転機構とを具備してなること
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、半導体集積回路の製造
に要する微細パターンを形成するための露光技術に係わ
り、特に偏光光を利用した露光方法及び露光装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、フォトリソグラフィの分野におい
ては、光の偏光を利用して周期パターンの解像度の向上
をはかる試みがなされている。図3は、偏光板を用いて
照明光を偏光光とした露光装置の一例である(特開平5
−109601号公報)。
【0003】図3では、照明光学系中に偏光板16を設
けている。図において、水銀ランプ等の光源11より放
射された照明光は楕円鏡12、ミラー13、集光レンズ
14、オプチカルインテグレータ15を介して、偏光板
16に入射する。この偏光板16は支持具17により支
持され、かつ光軸Ax 或いはそれと平行な軸を中心とし
て回転可能となっている。この回転は、支持具17上に
設けられたモータ(不図示)等により行う。従って偏光
板16を透過する照明光束は、この偏光板16の回転方
向に応じた偏光方向(直線偏光)の光束となる。
【0004】偏光板16を通過した光束は、コンデンサ
レンズ18,20、ミラー19に導かれてフォトマスク
(レチクル)21上の(下面の)パターン22を照明す
る。フォトマスク21からの透過,回折光は投影光学系
23により集光,結像され、ウエハ24にマスクパター
ン22の像を結ぶ。この際、ミラー19が照明光の振動
方向に対して垂直又は平行となる位置からずれると、直
線偏光が楕円偏光に変換されることになるので、この点
に留意する必要がある。
【0005】偏光板16によって照明光の偏光方向をマ
スクパターン22の長手方向と平行に揃えることによ
り、微細なラインアンドスペースパターン像のコントラ
ストを向上させることができ、集積回路の微細化が可能
になる。微細な一次元ラインアンドスペースパターン以
外では、パターンの微細度が比較的緩いため、パターン
に対して照明光の偏光が正確に最適化されていなくて
も、生じるコントラストの低下は僅かである。
【0006】ここで、図3において、光源11は水銀ラ
ンプとしたが、他のランプやレーザ光源であってもよ
い。特に、光源が直線偏光又は円偏光を射出するレーザ
である場合は、偏光状態を制御するための部材として1
/2波長板や1/4波長板を用いることができる。
【0007】しかしながら、この種の装置にあっては次
のような問題があった。即ち、実際のLSIパターンに
おいては、偏光板16による直線偏光と平行方向のパタ
ーンのみならず、それと垂直方向に長いパターンや斜め
パターンが存在する。このため、直線偏光に平行な成分
は解像力,焦点深度が向上するものの、それと垂直及び
斜め方向に長いパターンでは上記の向上効果はない。
【0008】このような理由から、実際のLSIパター
ンを転写する場合は、上記垂直及び斜めパターンによっ
て解像力,焦点深度が律則し、実質的な解像力,焦点深
度向上効果が得られないという問題点が生じた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、直線
偏光光を用いた露光装置においては、偏光方向に平行な
成分は解像力、焦点深度が向上するものの、それと垂直
及び斜め方向に長いパターンは向上効果がなく、実質的
な解像力,焦点深度向上効果が得られないという問題が
あった。
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、全ての方向のパターン
に対して同じ解像力,焦点深度向上効果をもたらすこと
ができ、縦線及び横線が混在するLSIパターンであっ
ても良好にパターン転写することができる露光方法及び
露光装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明(請求項1)は、フォトマスクを偏光光によって照
明し、該フォトマスク上のパターンを投影光学系を介し
てウエハ上に縮小投影する露光方法において、投影光学
系の瞳位置又はその近傍に、偏光光の偏光面に対して所
定の角度方向に長いスリット状又はそれに近い開口部を
有するスリットフィルタを配置し、偏光光の偏光面を回
転させると共にこれに同期してスリットフィルタを回転
させ、特定の回転位置毎にフォトマスクを偏光光により
照明して多重露光することを特徴とする。
【0012】また、本発明(請求項2)は、フォトマス
クを照明光学系によって照明し、該フォトマスク上のパ
ターンを投影光学系を介してウエハ上に縮小投影する露
光装置において、照明光学系中に設けられ、フォトマス
クへの照明光束の偏光状態を制御する偏光部材と、投影
光学系の瞳位置又はその近傍に設けられ、スリット状又
はそれに近い形状の開口部を有するスリットフィルタ
と、スリットフィルタの開口部の長手方向と偏光部材を
透過した光の偏光面とが互いに所定の角度になるように
保持した状態で、該スリットフィルタと偏光部材を同期
して光軸中心に回転させる回転機構とを具備してなるこ
とを特徴とする。
【0013】ここで、上記請求項1に記載の所定の角
度、及び請求項2に記載の所定の角度は90°であるこ
とが望ましい。また、本発明で使用するフォトマスクは
遮光部と透光部を有する通常のマスクでもよいが、位相
シフトマスクでもよい。特に、周期的に設けられた開口
部の1つおきに位相シフタを配設した、通称レベンソン
型位相シフトマスクが効果が大きい。
【0014】
【作用】本発明の作用を、後述する図1を参照して説明
する。光源として偏光子1を通した直線偏光光を用いる
と、偏光面と平行方向に長い周期パターンAはスカラ干
渉(TEモード)、垂直方向に長い周期パターンBはベ
クトル干渉(TMモード)によって結像する。スカラ干
渉によって結像される像は電場の振幅がスカラ和で合成
されるために像コントラストがよい。ベクトル干渉によ
って像形成されるパターンBは像面での振幅合成がベク
トル和でなされるために像コントラストが低下する。こ
の傾向はパターンサイズが小さいほど大きい。従って、
結像に有利なTEモード光のみを透過するスリットフィ
ルタ7を瞳位置におくことによって、パターンAのみの
解像力が向上し、TMモード光であるパターンBからの
スペクトルは像面に到達しないので結像しない。言い替
えると偏光面に対して垂直方向に長いパターンは転写さ
れない。
【0015】次に、偏光子1とスリットフィルタ7を9
0度回転してさらに露光する。するとこの状態では、偏
光面と平行方向に長い周期パターンはBになるので、B
からの回折光がスカラ干渉(TEモード)となり、像コ
ントラストが改善される。この状態でTMモードとなる
パターンAからの回折光はスリットフィルタ7で遮ら
れ、像面に到達しない。このため、縦線,横線両方が混
在する実際のデバイスパターンでも、良好に転写するこ
とが可能となる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の一実施例に係わる露光装置を示
す概略構成図である。本実施例では、照明光学系中に偏
光板1を、投影光学系中にスリットフィルタ7を設けて
いる。図において、水銀ランプ等の光源より放射された
照明光は楕円鏡、ミラー、集光、レンズオプチカルイン
テグレータ(不図示)を介して偏光板1に入射する。
【0017】偏光板1を透過した光束は、コンデンサレ
ンズ2に導かれてフォトマスク(レチクル)3のパター
ンを照明する。このフォトマスク3は、遮光部と透光部
を有する通常のマスクでもよいが、位相シフトマスクで
もよい。図では周期的に設けられた開口部の1つおきに
位相シフタ4を配設した、通称レベンソン型位相シフト
マスクを示している。
【0018】フォトマスク3からの透過回折光は投影光
学系5により集光,結像され、ウエハ6にマスクパター
ンの像を結ぶ。投影光学系5の瞳位置又はその近傍に
は、露光光を透過する領域(開口部)がスリット状又は
それに近い形状を有しているスリットフィルタ7が設置
されている。
【0019】偏光板1及びスリットフィルタ7は、偏光
板1によって形成される偏光光の偏光面がスリットフィ
ルタ7の長手方向と垂直になるように設置される。この
位置関係を保持したまま、偏光板1、スリットフィルタ
7は同期して光軸中心に回転できるように、同期制御コ
ントローラ8を搭載している。
【0020】このような構成において、図1の状態で露
光すると、偏光面と平行方向に長い周期パターンAが転
写され、偏光面と垂直方向に長い周期パターンBは転写
されない。このとき、周期パターンAは前記したように
TEモードで転写される。次に、偏光板1とスリットフ
ィルタ7を90度回転して露光すると、この状態で偏光
面と平行方向に長い周期パターンBが転写され、周期パ
ターンAは転写されない。このとき、周期パターンBは
前記したようにTEモードで転写される。
【0021】なお、図には示していないが、45度パタ
ーンが存在する場合には、偏光板1,スリットフィルタ
7を45度にしてさらに露光する。45度以外の斜めパ
ターンであっても同様に偏光板1,スリットフィルタ7
を対応する角度だけ回転して露光する。
【0022】図2は、本実施例の露光法による転写特性
をシミュレーションした結果を示している。横軸がライ
ンアンドスペースパターンの線幅、縦軸は焦点深度であ
る。焦点深度は像コントラストより定義しており、像コ
ントラスト40%,50%,60%で解像できる3種類
のレジストを想定した。実線がTEモード、破線がTM
モード、一点鎖線が無偏光である。
【0023】この結果から、無偏光での露光に比べてT
Eモードは格段に焦点深度が向上していることが分か
る。また、TMモードは無偏光より焦点深度が低下する
ことから、TMモードの光による結像は避ける必要があ
る。このことから、スリットフィルタ7の有効性が明ら
かとなった。
【0024】このように本実施例では、照明光学系中に
偏光板1を設けると共に、投影光学系の瞳位置にスリッ
トフィルタ7を設け、これらを同期して回転させること
により、周期パターンをTEモードのみで転写すること
が可能となる。このため、一つの方向のパターンのみで
はなく、全ての方向のパターンに対して同じ解像力,焦
点深度向上効果をもたらすことができ、縦線及び横線が
混在するLSIパターンであっても良好にパターン転写
することができる。
【0025】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、光源として水銀ランプを
用いたが、他のランプやレーザ光源を用いることもでき
る。特に、光源が直線偏光や円偏光を射出するレーザ、
放射光である場合には、偏光状態を制御する部材として
1/2波長板や1/4波長板を用いることができる。ま
た、実施例ではマスクとしてレベンソン型位相シフトマ
スクを用いたが、本発明を限定するものではなく、通常
のマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、リム型位
相シフトマスク、シフタオンリー位相シフトマスク等、
他の位相シフトマスクでもよい。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、偏
光部材とその偏光面と垂直方向に長いスリット状又はそ
れに近い開口部を有するスリットフィルタを同期して回
転させ、特定の角度で偏光光を照明して多重露光するこ
とにより、縦線、横線両方が混在する実際のデバイスパ
ターンでも、良好に転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる露光装置を示す概略
構成図。
【図2】本実施例の露光法による転写特性をシミュレー
ションした結果を示す図。
【図3】偏光板を用いて照明光を偏光光とした露光装置
の一例を示す図。
【符号の説明】
1…偏光板 2…コンデンサレンズ 3…フォトマスク 4…位相シフタ 5…投影光学系 6…ウエハ 7…スリットフィルタ 8…同期制御コントローラ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2つの異なる方向に長辺を有す
    るパターンが形成されたフォトマスクを偏光光によって
    照明し、投影光学系を介してウエハ上に投影する露光方
    法において、 前記投影光学系内の前記偏光光の結像位置に、前記偏光
    光の偏光面に対して垂直方向に長いスリット状の開口部
    を有し、この偏光面の偏光光が透過するスリットフィル
    タを配置し、前記偏光光の偏光面を回転させると共にこ
    れに同期して前記スリットフィルタを回転させ、前記フ
    ォトマスク上のパターンの長辺方向と前記偏光光の偏光
    面が平行となる位置毎に前記フォトマスクを前記偏光光
    により照明して、前記フォトマスク上のパターンを前記
    ウエハに露光することを特徴とする露光方法。
  2. 【請求項2】少なくとも2つの光なる方向に長辺を有す
    るパターンが形成されたフォトマスクを照明光学系によ
    って照明し、投影光学系を介してウエハ上に縮小投影す
    る露光装置において、 前記照明光学系中に設けられ、前記フォトマスクへの照
    明光束の偏光状態を制御する偏光部材と、前記投影光学
    系内で前記偏光部材を透過した偏光光が結像する位置に
    設けられ、スリット状の開口部を有し前記偏光光が透過
    するスリットフィルタと、前記スリットフィルタの開口
    部の長手方向と前記偏光部材を透過した光の偏光面とが
    互いに垂直になるように保持した状態で、該スリットフ
    ィルタと偏光部材を同期して光軸中心に回転させる回転
    機構とを具備してなることを特徴とする露光装置。
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