JPH09312256A

JPH09312256A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH09312256A
Application number: JP8151585A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Takeuchi; 裕一郎竹内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】様々なパターンの露光に対応可能で、複数種
類の孤立的なパターンの露光に際し、高解像力及び大き
な焦点深度を確保する。【解決手段】投影光学系の瞳面に開口絞り１１が設け
られ、その近傍に光軸ＡＸに対して直交して往復動可能
で光軸ＡＸを横切る直線上に開口絞り１１の開口３０の
直径よりやや大きな距離間隔で直径の異なる円形遮光部
２３、２４が配置形成された透明平行平板（瞳フィルタ
板）２０を有する。これによれば、コンタクトホール等
を露光する際には、フィルタ板２０上の遮光部２３、２
４の内、適当な直径のものが、光軸ＡＸ上に位置するよ
うにフィルタ板２０を移動させれば、高解像力、大きな
焦点深度を確保することができる。また、ラインアンド
スペース等のパターンを露光する場合には、遮光部２
３、２４が開口３０の内側に入らない位置までフィルタ
板２０を移動させればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置に係
り、更に詳しくは、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路、
液晶表示基板等の製造のためのフォトリソグラフィ工程
で使用される投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、投影露光装置において、結像性
能を表わす指標として、解像力、及び焦点深度が用いら
れている。ＩＣ、ＬＳＩ等の高集積化に伴うパターンの
微細化、さらには高層化による高段差の克服などからく
る要求のため、解像力の向上と同時に、焦点深度の確保
が求められている。これら解像力、焦点深度に関して重
要なファクターとなっているのが投影レンズの開口数
（ＮＡ）である。解像力を向上させるためには開口数は
大きいほうが良いが、逆に焦点深度は開口数の２乗に比
例して低下するため、むやみに開口数を大きくすること
はできない。

【０００３】そこで、最近では、開口数はあまり大きく
しなくても解像力を向上し、さらには焦点深度も増大さ
せる方法がいくつか提案されている。例えば、特公昭６
２−５０８１１号公報に開示されている位相シフト法、
特開平４−１０１１４８号公報、特開平４−２２５３５
８号公報に開示されているSHRINC法などが挙げられる。
これらはいずれもラインアンドスペースのような周期的
なパターンに対しては解像力、及び焦点深度を向上させ
るために有効であるが、例えばコンタクトホールのよう
に、孤立的なパターンに対してはあまり有効ではないと
いう欠点がある。

【０００４】この一方、周期的なパターンに対してはあ
まり有効ではないが、孤立的なパターンには有効である
手法もいくつか提案されている。例えば、特開昭６３−
４２１２２号公報で提案されているＦＬＥＸ法、１９９
１年春季応用物理学会の予稿集２９ａ−ＺＣ−８，９で
発表されたSuper-FLEX法、特開平４−１７９９５８号公
報で提案されている中心遮光瞳フィルター法などが挙げ
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】コンタクトホールのよ
うな孤立的なパターンに有効な手法として、投影レンズ
（投影光学系）の瞳面に瞳フィルタを設置する方法が提
案されているが、この瞳フィルタを設置したことによ
り、ラインアンドスペースのような周期的なパターンに
とっては逆に解像不良となってしまうという不具合があ
る。コンタクトホール露光専用として使用するのであれ
ば問題とはならないが、実際には半導体デバイスを効率
的に製造するためには、様々なパターンに対して露光可
能である必要があるために問題となる。

【０００６】また、仮に、コンタクトホールの露光専用
とした場合でも、コンタクトホールの寸法が異なると、
瞳フィルタの遮光部の最適な寸法形状も異なってくるた
め、一種類の瞳フィルタでは、複数種類の寸法のコンタ
クトホールに対応ができなくなるという不都合をも有し
ている。更には、ウエハの位置決めのためのウエハアラ
イメント時に、瞳フィルタの遮光部がアライメント光の
障害となってしまい、アライメントができなくなってし
まうという不都合をも有している。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、様々なパターン
の露光に対応可能で、複数種類の孤立的なパターンの露
光に際し、高解像力及び大きな焦点深度を確保すること
ができる投影露光装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介
して感光基板上に転写する投影露光装置であって、前記
投影光学系の瞳面に開口絞りが設けられ、前記投影光学
系の瞳面又はその近傍に、光軸に対して直交する面内を
往復動可能で、光軸を横切る直線上に前記開口絞りの開
口の直径よりやや大きな距離間隔で複数の直径の異なる
円形遮光部が配置形成された透明平行平板を有する。

【０００９】これによれば、コンタクトホール等の孤立
的なパターンを露光する際には、透明平行平板上の適宜
な円形遮光部（この遮光部はコンタクトホールの大きさ
に応じて適当な直径のものが選択される）が、投影光学
系の光軸上（開口絞りの開口の中心）に位置するよう
に、透明平行平板を移動させれば、当該透明平行平板を
中心遮光瞳フィルタとして機能させることができ、高解
像力、大きな焦点深度を確保することができる。この場
合において、透明平行平板上に複数の大きさの異なる円
形遮光部が用意されているため、コンタクトホールの寸
法が異なる場合にも、各寸法に最適な寸法の遮光部が投
影光学系の光軸上に位置するように平行平板を移動さ
せ、瞳フィルターとして機能させることにより、容易に
対応が可能となる。

【００１０】また、孤立的なパターン以外のラインアン
ドスペース等の周期的なパターンを露光する場合には、
円形遮光部が投影光学系の開口絞りの開口の内側に入ら
ない位置まで透明平行平板を移動させれば、遮光部によ
って投影光学系に入射し開口絞りを通過して露光に寄与
する光が遮られることがなくなるので、かかる場合の露
光にも容易に対応できる。感光基板のアライメント時に
も、遮光部が投影光学系の開口絞りの開口の内側に入ら
ない位置まで透明平行平板を移動させれば、同様の理由
によって何等の不都合なくアライメントが可能になる。

【００１１】更に、透明平行平板上の円形遮光部が開口
絞りの開口の直径より幾分大きな寸法の距離間隔で配置
されているので、上記の孤立的なパターンの露光時から
周期的なパターンの露光に移行する際（あるいはこの反
対の場合）に、上記間隔の約半分の距離だけ平行平板を
移動させることで、ラインアンドスペース等のパターン
の露光（あるいは孤立的なパターンの露光）に対応が可
能となり、かかる場合の平行平板の移動を短時間で行な
うことができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の投影露光装置において、前記透明平行平板の設置空間
の温度を一定に保持する温度調整手段を更に有すること
を特徴とする。

【００１３】これによれば、平行平板が設置された空間
が温度調整手段により一定温度に保持されるので、平行
平板上の遮光部が露光光を吸収して熱を発生したとして
も、空間内の温度上昇を、速やかに押さえることがで
き、内部空気の温度上昇（圧力変動）による投影光学系
の倍率変動等を有効に回避することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図６に
基づいて説明する。

【００１５】図１には、一実施例に係る投影露光装置５
０の主要部の構成が概略的に示されている。この投影露
光装置５０は、光源１を含む照明系と、マスクとしての
レチクルＲと、当該レチクルＲに形成されたパターンを
感光基板としてのウエハＷ上に投影露光する投影光学系
ＰＬとを備えている。

【００１６】照明系は、例えば水銀ランプから成る光源
１、楕円鏡２、コリメータレンズ３、干渉フィルタ４、
オプチカルインテグレータとしてのフライアイレンズ
５、開口絞り６、コンデンサレンズ８、ミラー１３、１
４等を備え、レチクルＲ上のパターン露光領域内を均一
に照明するものである。ここで、この照明系の構成各部
についてその作用とともに更に詳述する。

【００１７】光源１から発せられた露光光は、楕円鏡２
により第二焦点に集光された後、発散光となり、この第
２焦点の後方に斜設されたミラー１３により反射されて
９０度方向転換する。この露光光は、さらにコリメータ
レンズ３を通過することにより平行光となり、干渉フィ
ルタ４を経てフライアイレンズ５に入射する。このと
き、干渉フィルタ４を通ることによって露光に必要な波
長スペクトルのみが取り出される。ここで、露光光とし
ては波長３６５ｎｍのｉ線でも波長４３６ｎｍのｇ線で
も良く、また複数種類の波長の光の混合でも良い。な
お、光源１は、水銀ランプに限らず、ＫｒＦ（波長：２
４８ｎｍ），ＡｒＦ（波長：１９３ｎｍ）のような遠紫
外線領域のパルス光を発するエキシマレーザ等により構
成しても良い。

【００１８】フライアイレンズ５の射出側面は、光源１
と共役な位置関係となっており、二次光源面を構成して
いる。２次光源面を構成する各２次光源（エレメント）
を発した光は、フライアイレンズ５の光路上後方に斜設
されたミラー１４で反射され、コンデンサレンズ８を介
して前記二次光源面とフーリエ変換の位置関係にあるレ
チクルＲを照明する。フライアイレンズ５の個々のエレ
メントがコンデンサレンズ８を介してレチクルＲを照明
することにより、オプティカルインテグレータの役割を
果たしている。従って、レチクルＲ上のパターン露光領
域内を均一に照明することができる。

【００１９】また、フライアイレンズ５の射出側面には
開口絞り６が配置されており、この開口絞り６によりレ
チクルＲを照明する照明光の空間的コヒーレンシーを制
御している。一般に空間的コヒーレンシーは、投影光学
系（投影レンズ）ＰＬの開口数と照明系の開口数の比
（照明系のσ値）で表わし、現在実用化されている投影
露光装置では０．５〜０．７程度である。また、開口絞
り６は、矢印Ａで示されるように図示しない可変機構に
より、複数種類の形状のものを交換可能に構成されてい
る。このため、レチクルＲ上のパターンの種類、寸法、
又は位相シフト法の併用の有無等に合わせて、最適な開
口絞りを選ぶことができる。また、輪帯照明法や、SHRI
NC法等のいわゆる変形照明法を使用する場合にも、対応
する開口絞りにこの可変機構により自在に交換が可能で
ある。なお、この開口絞りの交換機構の具体例として
は、例えば、複数種類の開口絞りが所定間隔で配された
円板状部材から成る照明系開口絞り板（レボルバと呼ば
れることもある）と、この照明系開口絞り板を回転させ
るモータ等の駆動機構から成る交換機構が挙げられる。

【００２０】レチクルＲは、水平面内で微動可能な不図
示のレチクルステージ上に載置されており、レチクルＲ
のパターン領域の中心を投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に
位置合わせできるようになっている。レチクルＲを照明
した照明光は、レチクルＲ上のパターンにより回折さ
れ、投影光学系ＰＬに入射する。

【００２１】前記投影光学系ＰＬは鉛直方向（光軸ＡＸ
方向）に所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメン
ト１８とこれらのレンズエレメント１８を保持する鏡筒
１６から成り（図２参照）、この投影光学系ＰＬの瞳面
は、前記二次光源面と互いに共役な位置関係となってお
り、レチクルＲ面とフーリエ変換の位置関係となってい
る。さらに、瞳面には開口絞り１１が配されており、こ
の開口絞り１１の開口の大きさを変えることにより投影
光学系ＰＬの開口数を自在に制御することができる（こ
れについては、後述する）。この開口絞り１１を通過し
た回折光が、レチクルＲと互いに共役な位置関係に置か
れたウエハＷ上での結像に寄与することとなる。ウエハ
Ｗは、実際には、水平面内で２次元移動可能な不図示の
ウエハステージ上に載置されている。

【００２２】更に、本実施例では、投影光学系ＰＬの瞳
面の近傍に瞳フィルタ機構１２が設けられている。図２
には、この瞳フィルタ機構１２近傍部分の構成が拡大し
て示されている。この図２において、投影光学系ＰＬの
鏡筒１６の瞳面近傍の同図における左右両側面には、側
方から見て長方形かつ横断面が円弧状の開口がそれぞれ
形成されており、これらの開口に両側から前記開口絞り
１１（を構成する各矢型の刃）が挿入されている。開口
絞り１１には可変機構１５が取り付けられ、これによっ
て開口３０の大きさを自由に設定可能ないわゆる可変開
口絞りが構成されている。本実施例では、この開口絞り
１１と可変機構１５とによって、いわゆる虹彩絞りと同
様の構成の可変開口絞りが構成されている。可変機構１
５は鏡筒１６の外周面に取り付けられている。

【００２３】また、開口絞り１１を覆うとともに鏡筒１
６の開口を塞ぐ状態でカバー１７Ａ、１７Ｂが取り付け
られ、瞳面の上下に配されたレンズエレメント１８、１
８相互間に密室１９が結果的に形成されている。

【００２４】瞳フィルター機構１２は、この密室１９内
で開口絞り１１下方位置で投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに
直交する方向（図２における左右方向）に往復移動する
瞳フィルタ板２０と、この瞳フィルタ板２０を駆動する
駆動機構とによって構成されている。この駆動機構は、
カバー１７Ａ、１７Ｂにそれぞれ回転自在に取り付けら
れた巻き取り軸２１Ａ、２１Ｂと、瞳フィルタ板２０の
一端と他端にそれぞれの一端が接続され、それぞれの他
端が巻き取り軸２１Ａ、２１Ｂに巻き掛けられたベルト
部材２２Ａ、２２Ｂとから構成されている。前記巻き取
り軸２１Ａ、２１Ｂは、それぞれ不図示のモータにより
回転駆動されるようになっている。従って、モータの回
転量を制御することにより、瞳フィルタ板２０の位置制
御ができるようになっている。ここで、瞳フィルタ板２
０とは、投影光学系ＰＬの瞳面もしくはその近傍に設置
することによって、レチクルＲからの回折光を制御する
瞳フィルタの役割を果たすための部材をいう。

【００２５】次に、この瞳フィルタ板の具体例について
説明する。図３には、瞳フィルタ板２０の一例の平面図
が示されている。この図３に示される瞳フィルタ板２０
は、露光光に対して吸収のないガラス部材により形成さ
れた透明平行平板から成り、この平行平板上に所定間隔
Ｌで２箇所の金属蒸着部２３、２４が形成されている。
これらの金属蒸着部２３、２４は露光光をほとんど透過
せず、遮光部の役割を果たしている。従って、以下の説
明では、これらの金属蒸着部２３、２４を遮光部と呼ぶ
ことにする。これらの遮光部２３、２４の形状は円形状
であり、これらの半径は互いに異なるが、投影光学系Ｐ
Ｌの開口数の０．３〜０．５倍程度の寸法とされる。本
実施例では、説明の便宜上、一方の遮光部２３の半径
が、投影光学系ＰＬの開口数の０．３倍、他方の遮光部
２４の半径が、投影光学系ＰＬの開口数の０．４倍であ
るとする。

【００２６】遮光部２３、２４の間隔Ｌは、開口絞り１
１の開口３０の直径より幾分大きな寸法とされており、
例えば、図４に示されるように、レンズエレメント１８
の外径、すなわち投影光学系ＰＬの鏡筒１６の内径とほ
ぼ同一寸法とされている。

【００２７】更に、本実施例では、図２に示されるよう
に、一方のカバー１７Ａに密室１９内に一定温度に保た
れたクリンエアーを送り込むための第１チューブ２５Ａ
が接続され、他方のカバー１７Ｂに密室１９内からクリ
ンエアーを排出するための第２チューブ２５Ｂが接続さ
れ、密室１９を含む循環経路内を一定温度に保たれたク
リンエアーが不図示の送風冷却ユニットによって循環さ
れるようになっている。これにより、瞳フィルタ板２０
の設置されている密室１９は、常に一定温度に保たれて
いる。従って、瞳フィルタ板２０上の遮光部２３、２４
が露光光を吸収して熱を発生したとしても、密室１９内
の温度上昇を、速やかに抑えることができる。すなわ
ち、本実施例では、第１チューブ２５Ａ、第２チューブ
２５Ｂを含む循環経路と、前記不図示の送風冷却ユニッ
トとによって温度調整手段が構成されている。

【００２８】次に、上述のようにして構成された本実施
例の装置の作用等について説明する。

【００２９】例えば、直径が０．４μｍの寸法のコンタ
クトホールを露光する際には、図５に示されるように、
半径が投影光学系ＰＬの開口数の０．３倍の遮光部２３
が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上（開口絞り１１の開口
３０の中心）に位置するように、瞳フィルタ板２０を移
動して露光を行なえば、高解像力、大きな焦点深度を確
保することができる。また、例えば、直径が０．３μｍ
の寸法のコンタクトホールを露光する場合には、図６に
示されるように、半径が投影光学系ＰＬの開口数の０．
４倍の遮光部２４が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上（開
口絞り１１の開口３０の中心）に位置するように、瞳フ
ィルタ板２０を移動して露光を行なえば、高解像力、大
きな焦点深度を確保することができる。

【００３０】上記図５、図６のいずれの状態であって
も、ラインアンドスペース等のパターンを露光する場合
には、瞳フィルタ板２０を僅かに移動させて、図４に示
されるように、遮光部２３、２４が開口絞り１１の開口
３０の内側に入らない位置まで移動させれば、遮光部２
３、２４によって投影光学系ＰＬに入射し開口絞り１１
（の開口３０）を通過して露光に寄与する光が遮られる
ことがなくなるので、瞳フィルタ板２０が存在しない場
合と同様の露光が可能になる。この場合において、本実
施例では、瞳フィルタ板２０上の遮光部２３、２４が開
口絞り１１の開口３０の直径より幾分大きな寸法の間隔
Ｌで配置されているので、瞳フィルタ板２０を大きく移
動させることなく、上記間隔Ｌの約半分の距離だけ移動
させることで、ラインアンドスペース等のパターンの露
光に対応が可能となり、かかる場合の瞳フィルタ板２０
の移動が短時間で行なえるとともに、移動ストロークが
短い分、瞳フィルタ機構１２を小型化することが可能と
なる。

【００３１】また、コンタクトホールを露光する場合
に、瞳フィルタ板２０上の遮光部２３又は２４を、投影
光学系ＰＬの開口絞り１１の開口３０の内側に設定する
が、ウエハＷの位置決めのためのウエハアライメントを
行なう際に、一時的に瞳フィルタ板２０上の遮光部２
３、２４を開口絞り１１の開口３０の内側に入らない位
置に設定しておき、ウエハアライメントを行ない、その
後また、瞳フィルタ板２０上の遮光部２３又は２４を元
の位置に戻し、露光を行なうことにより、通常通りウエ
ハアライメントを行なうことができる。

【００３２】以上説明したように、本実施例によると、
パターンの種類、寸法等に対して最適な手法を選択で
き、最大の解像力、及び焦点深度を得ることができる。
また、瞳フィルタ板２０を中心遮光瞳フィルタとして使
用するときにも、通常通りウエハアライメントを行なう
ことができる。更には、瞳フィルタ板２０が設置された
密室１９内を一定温度に保たれたクリンエアーが循環す
るようになっていることから、、瞳フィルタ板２０の設
置されている密室１９は、常に一定温度に保たれ、瞳フ
ィルタ板２０上の遮光部２３、２４が露光光を吸収して
熱を発生したとしても、密室１９内の温度上昇を、速や
かに抑えることができ、これにより密室１９内の温度上
昇（圧力変動）による投影光学系ＰＬの倍率変動等を有
効に回避することができる。

【００３３】なお、上記実施例の瞳フィルタ機構１２
は、他の従来技術とも組み合わせて使用することも可能
である。例えば瞳フィルタ板２０を中心遮光フィルタと
して使用時に、ＦＬＥＸ等の多重焦点露光法を併用する
ことにより、より大きな焦点深度を得ることができる。
また、瞳フィルタ板２０を、遮光部２３、２４が開口絞
り１１の開口３０の内側に入らない位置に設定した状態
で、輪帯照明法、SHRINC法等のいわゆる変形照明法、ま
た、位相シフト法等を通常通り使用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
様々なパターンの露光に対応可能で、複数種類の孤立的
なパターンの露光に際し、高解像力及び大きな焦点深度
を確保することができ、しかも、孤立的なパターンの露
光時から周期的なパターンの露光に移行する際（あるい
はこの反対の場合）の平行平板の移動を短時間で行なう
ことができ、移動ストロークが短い分装置を小型化する
ことができるという従来にない優れた効果がある。

【００３５】特に、請求項２に記載の発明によれば、上
記に加え、平行平板上の遮光部が露光光を吸収して熱を
発生したとしても、空間内の温度上昇を、速やかに押さ
えることができ、内部空気の温度上昇（圧力変動）によ
る投影光学系の倍率変動等を有効に回避することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る投影露光装置の概略構成を示す
図である。

【図２】図１の瞳フィルタ機構近傍部分の構成を拡大し
て示す断面図である。

【図３】瞳フィルタ板の一例を示す平面図である。

【図４】ラインアンドスペース等のパターンを露光する
際の瞳フィルタ板上の２つの遮光部と開口絞りの開口と
の位置関係を示す平面図である。

【図５】直径が０．４μｍの寸法のコンタクトホールを
露光する際の瞳フィルタ板上の２つの遮光部と開口絞り
の開口との位置関係を示す平面図である。

【図６】直径が０．３μｍの寸法のコンタクトホールを
露光する際の瞳フィルタ板上の２つの遮光部と開口絞り
の開口との位置関係を示す平面図である。

【符号の説明】

１１開口絞り２０瞳フィルタ板（透明平行平板）２３、２４円形遮光部２５Ａ第１チューブ（温度調整手段の一部）２５Ｂ第２チューブ（温度調整手段の一部）５０投影露光装置Ｒレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系Ｗウエハ（感光基板）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を投影
光学系を介して感光基板上に転写する投影露光装置であ
って、前記投影光学系の瞳面に開口絞りが設けられ、前記投影光学系の瞳面又はその近傍に、光軸に対して直
交する面内を往復動可能で、光軸を横切る直線上に前記
開口絞りの開口の直径よりやや大きな距離間隔で複数の
直径の異なる円形遮光部が配置形成された透明平行平板
を有する投影露光装置。
【請求項２】前記透明平行平板の設置空間の温度を一
定に保持する温度調整手段を更に有することを特徴とす
る請求項１に記載の投影露光装置。