JPH11224851A - 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法Info
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- JPH11224851A JPH11224851A JP10292965A JP29296598A JPH11224851A JP H11224851 A JPH11224851 A JP H11224851A JP 10292965 A JP10292965 A JP 10292965A JP 29296598 A JP29296598 A JP 29296598A JP H11224851 A JPH11224851 A JP H11224851A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Lenses (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 適切に設定した投影光学系を用いることによ
り、硝材の劣化がなく、かつ高い光学性能が得られるエ
キシマレーザを用いた投影露光装置及びそれを用いたデ
バイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上の方形領域に投影し、露光する投
影露光装置において、該パルス光の１パルス幅τ、該投
影光学系の最終面から該基板面までの距離Ｄ、該投影光
学系を構成する最終光学部材の硝材の屈折率変化係数、
飽和係数、そして許容相対屈折率変化β，γ，Δｎ′
max 、照射パルス数Ｎ、像面上での１パルス当りのエネ
ルギー密度Ｉ0 、該方形領域の２つの辺の長さＬ1 ，Ｌ
2 （但しＬ1 ≦Ｌ2 ）、該投影光学系の開口数Ａ、照明
条件で決まるコヒーレンスファクターσ等を適切に設定
したこと。
り、硝材の劣化がなく、かつ高い光学性能が得られるエ
キシマレーザを用いた投影露光装置及びそれを用いたデ
バイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上の方形領域に投影し、露光する投
影露光装置において、該パルス光の１パルス幅τ、該投
影光学系の最終面から該基板面までの距離Ｄ、該投影光
学系を構成する最終光学部材の硝材の屈折率変化係数、
飽和係数、そして許容相対屈折率変化β，γ，Δｎ′
max 、照射パルス数Ｎ、像面上での１パルス当りのエネ
ルギー密度Ｉ0 、該方形領域の２つの辺の長さＬ1 ，Ｌ
2 （但しＬ1 ≦Ｌ2 ）、該投影光学系の開口数Ａ、照明
条件で決まるコヒーレンスファクターσ等を適切に設定
したこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばパルス
光源からの露光光により、転写用のパターンが形成され
たマスク上の照明領域を照明し、その照明領域に対して
マスク上のパターンを一括露光又は走査露光して逐次感
光基板上に露光し、パターン像を形成するようにした、
特に半導体素子や液晶素子のデバイスの製造装置に好適
なものである。
それを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばパルス
光源からの露光光により、転写用のパターンが形成され
たマスク上の照明領域を照明し、その照明領域に対して
マスク上のパターンを一括露光又は走査露光して逐次感
光基板上に露光し、パターン像を形成するようにした、
特に半導体素子や液晶素子のデバイスの製造装置に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エキシマレーザを用いたデバイス
製造用の露光装置では、高スループットを望むためにエ
キシマレーザとして高い駆動周波数で高出力のものが使
用されている。エキシマレーザは従来の水銀ランプと異
なり、その発光は不連続なパルス発光であり、又光強度
のピーク値が高い。この為、投影光学系に使用されてい
る硝材が、そのエネルギーを吸収し、光学的性質の変化
を起こすことがある。
製造用の露光装置では、高スループットを望むためにエ
キシマレーザとして高い駆動周波数で高出力のものが使
用されている。エキシマレーザは従来の水銀ランプと異
なり、その発光は不連続なパルス発光であり、又光強度
のピーク値が高い。この為、投影光学系に使用されてい
る硝材が、そのエネルギーを吸収し、光学的性質の変化
を起こすことがある。
【０００３】このとき変化する光学的性質として代表的
なものには透過率や、屈折率等がある。このうち投影光
学系の光学性能劣化の面からすると硝材の屈折率変化は
無視できない。
なものには透過率や、屈折率等がある。このうち投影光
学系の光学性能劣化の面からすると硝材の屈折率変化は
無視できない。
【０００４】即ち、屈折率変化前と屈折率変化後で投影
光学系を通過する光束の光路が変化してしまい、光学性
能が大きく変化してくる。このような硝材の屈折率変化
は、コンパクションと呼ばれる硝材の２光子吸収を起因
とする収縮現象に伴うものであり、その屈折率変化量に
関しては、以下の（１）式に従うことが知られている。
光学系を通過する光束の光路が変化してしまい、光学性
能が大きく変化してくる。このような硝材の屈折率変化
は、コンパクションと呼ばれる硝材の２光子吸収を起因
とする収縮現象に伴うものであり、その屈折率変化量に
関しては、以下の（１）式に従うことが知られている。
【０００５】ここでΔｎ′は相対屈折率変化（ｐｐｂ＝
１０-9）、Ｎはパルス数（１０6 ）、Ｉは１パルス当り
のエネルギー密度（ｍＷ／ｃｍ2 ）を表す。この場合の
石英硝材の屈折率変化係数αは波長２４８ｎｍで０．０
１程度、波長１９３ｎｍで１．０程度である。また、波
長１９３ｎｍでは（２）式のように高レベルでの飽和
（飽和係数γ）を考慮したものがある。この場合の石英
硝材の屈折率変化係数βは波長１９３ｎｍで４．４程
度、飽和係数γは０．４〜０．８であることが知られて
いる。（１）式は飽和を考慮しないγ＝１の場合であ
る。
１０-9）、Ｎはパルス数（１０6 ）、Ｉは１パルス当り
のエネルギー密度（ｍＷ／ｃｍ2 ）を表す。この場合の
石英硝材の屈折率変化係数αは波長２４８ｎｍで０．０
１程度、波長１９３ｎｍで１．０程度である。また、波
長１９３ｎｍでは（２）式のように高レベルでの飽和
（飽和係数γ）を考慮したものがある。この場合の石英
硝材の屈折率変化係数βは波長１９３ｎｍで４．４程
度、飽和係数γは０．４〜０．８であることが知られて
いる。（１）式は飽和を考慮しないγ＝１の場合であ
る。
【０００６】 Δｎ′＝α×ＮＩ2 ‥‥‥（１） Δｎ′＝β×（ＮＩ2 ）γ ‥‥‥（２） この式に従えば、投影光学系中でパルスエネルギー密度
が高い所、即ち露光光が集中する場所で屈折率変化が大
きくなることが分かる。半導体素子製造用の露光装置用
に用いられている投影光学系は通常１／５や１／４の縮
小系である。従って、像面付近で最も光が集中すること
になる。
が高い所、即ち露光光が集中する場所で屈折率変化が大
きくなることが分かる。半導体素子製造用の露光装置用
に用いられている投影光学系は通常１／５や１／４の縮
小系である。従って、像面付近で最も光が集中すること
になる。
【０００７】このことから、現在のエキシマレーザを用
いた露光装置用の投影光学系では、このようなコンパク
ションによる硝材ダメージを回避するために像面（ウエ
ハ面）に最も近いレンズを像面からなるべく遠くに配置
し、露光光がより拡がった光路上にレンズを置くように
している。これを換言すれば被露光物体（基板）と投影
光学系の間の距離、所謂バックフォーカスを長くする制
約条件の下で光学設計を行うことになっている。
いた露光装置用の投影光学系では、このようなコンパク
ションによる硝材ダメージを回避するために像面（ウエ
ハ面）に最も近いレンズを像面からなるべく遠くに配置
し、露光光がより拡がった光路上にレンズを置くように
している。これを換言すれば被露光物体（基板）と投影
光学系の間の距離、所謂バックフォーカスを長くする制
約条件の下で光学設計を行うことになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】投影光学系のバックフ
ォーカスを長くして設計しようとする制約条件は、波動
光学的にも極限的な光学性能を求められる露光装置の光
学設計においては、その設計自由度を非常に狭め、そし
て光学性能を劣化させる原因となっている。
ォーカスを長くして設計しようとする制約条件は、波動
光学的にも極限的な光学性能を求められる露光装置の光
学設計においては、その設計自由度を非常に狭め、そし
て光学性能を劣化させる原因となっている。
【０００９】本発明は、マスク上のパターンを投影光学
系により露光基板に投影露光するときのパルス光源や投
影光学系の各要素を適切に設定することにより、投影光
学系を構成する硝材の劣化が少なく、かつ光学性能の高
い投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の
提供を目的とする。
系により露光基板に投影露光するときのパルス光源や投
影光学系の各要素を適切に設定することにより、投影光
学系を構成する硝材の劣化が少なく、かつ光学性能の高
い投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の
提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 (1-1) 光源から放射したパルス光で照明系を介してマス
ク面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系に
より基板面上の方形領域に投影し、露光する投影露光装
置において、該パルス光の１パルス幅をτ、該投影光学
系の最終面から該基板面までの距離をＤ、該投影光学系
の最終光学部材の硝材の屈折率変化係数、飽和係数、そ
して許容相対屈折率変化を各々β，γ，Δｎ′max 、照
射パルス数をＮ、像面上での１パルス当りのエネルギー
密度をＩ0 、該方形領域の２つの辺の長さを各々Ｌ1 ，
Ｌ2 （但しＬ1 ≦Ｌ2 ）、該投影光学系の開口数をＡ、
照明条件で決まるコヒーレンスファクターをσ、
は、 (1-1) 光源から放射したパルス光で照明系を介してマス
ク面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系に
より基板面上の方形領域に投影し、露光する投影露光装
置において、該パルス光の１パルス幅をτ、該投影光学
系の最終面から該基板面までの距離をＤ、該投影光学系
の最終光学部材の硝材の屈折率変化係数、飽和係数、そ
して許容相対屈折率変化を各々β，γ，Δｎ′max 、照
射パルス数をＮ、像面上での１パルス当りのエネルギー
密度をＩ0 、該方形領域の２つの辺の長さを各々Ｌ1 ，
Ｌ2 （但しＬ1 ≦Ｌ2 ）、該投影光学系の開口数をＡ、
照明条件で決まるコヒーレンスファクターをσ、
【００１１】
【数５】 とおいたとき
【００１２】
【数６】 を満足することを特徴としている。
【００１３】(1-2) 光源から放射したパルス光で照明系
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光
装置において、該パルス光のパルス発光時間比が略２×
１０-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面
までの距離が略１２ｍｍ以下としたことを特徴としてい
る。
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光
装置において、該パルス光のパルス発光時間比が略２×
１０-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面
までの距離が略１２ｍｍ以下としたことを特徴としてい
る。
【００１４】特に、 (1-2-1) 前記光源の発振周波数が１ｋＨｚのときは前記
パルス光の１パルス幅が略２０ｎｓ以上であることを特
徴としている。
パルス光の１パルス幅が略２０ｎｓ以上であることを特
徴としている。
【００１５】(1-3) 光源から放射したパルス光で照明系
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光
装置において、該パルス光のパルス発光時間比が略４×
１０-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面
までの距離が略８ｍｍ以下としたことを特徴としてい
る。
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光
装置において、該パルス光のパルス発光時間比が略４×
１０-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面
までの距離が略８ｍｍ以下としたことを特徴としてい
る。
【００１６】特に、 (1-3-1) 前記光源の発振周波数が１ｋＨｚのときは、前
記パルス光の１パルス幅が略４０ｎｓ以上であることを
特徴としている。
記パルス光の１パルス幅が略４０ｎｓ以上であることを
特徴としている。
【００１７】(1-4) 光源から放射したパルス光で照明系
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上の矩形領域に投影し、露光す
る投影露光装置において、該パルス光の１パルス幅を
τ、該投影光学系の最終面から該基板面までの距離を
Ｄ、該投影光学系を構成する光学部材の硝材の屈折率変
化係数と許容相対屈折率変化を各々β，Δｎ′max 、照
射パルス数をＮ、像面上での１パルス当りのエネルギー
密度をＩ0 、該矩形領域の短辺と、長辺の長さを各々Ｌ
1 ，Ｌ2 、該投影光学系の開口数をＡ、照明条件で決ま
るコヒーレンスファクターをσ、
を介してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを
投影光学系により基板面上の矩形領域に投影し、露光す
る投影露光装置において、該パルス光の１パルス幅を
τ、該投影光学系の最終面から該基板面までの距離を
Ｄ、該投影光学系を構成する光学部材の硝材の屈折率変
化係数と許容相対屈折率変化を各々β，Δｎ′max 、照
射パルス数をＮ、像面上での１パルス当りのエネルギー
密度をＩ0 、該矩形領域の短辺と、長辺の長さを各々Ｌ
1 ，Ｌ2 、該投影光学系の開口数をＡ、照明条件で決ま
るコヒーレンスファクターをσ、
【００１８】
【数７】 とおいたとき
【００１９】
【数８】 を満足することを特徴としている。
【００２０】また、構成(1-1),(1-2),(1-3),(1-4) にお
いて (1-4-1) 前記パルス光の波長が略１９３ｎｍであるこ
と。
いて (1-4-1) 前記パルス光の波長が略１９３ｎｍであるこ
と。
【００２１】(1-4-2) 前記光源はエキシマレーザである
こと。
こと。
【００２２】(1-4-3) 前記マスクと前記基板を該投影光
学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的
に走査させながら走査投影露光していること。等を特徴
としている。
学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的
に走査させながら走査投影露光していること。等を特徴
としている。
【００２３】本発明のデバイスの製造方法は、 (2-1) 構成(1-1),(1-2),(1-3),(1-4) のいずれか１項記
載の投影露光装置を用いて、レチクル面上のパターンを
投影光学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエ
ハを現像処理工程を介してデバイスを製造していること
を特徴としている。
載の投影露光装置を用いて、レチクル面上のパターンを
投影光学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエ
ハを現像処理工程を介してデバイスを製造していること
を特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、投影光学系を構成する硝材が露光光を吸収したとき
に生じる硝材ダメージとレーザ光源の特性及び投影光学
系の構成の３者の関係について鋭意検討して得た結果を
示す。
に、投影光学系を構成する硝材が露光光を吸収したとき
に生じる硝材ダメージとレーザ光源の特性及び投影光学
系の構成の３者の関係について鋭意検討して得た結果を
示す。
【００２５】まず、この検討結果と投影光学系によって
良好なるパターン像を得る為の解決法について以下に図
を用いて説明する。
良好なるパターン像を得る為の解決法について以下に図
を用いて説明する。
【００２６】投影光学系の中で最も光エネルギーが集中
する部所の１つは最終面に位置する最終レンズ（最終光
学部材）、即ちウエハに最も近接したレンズ又は平行平
面板等であり、さらに最終レンズのうちにおいて光軸
上、即ち中心部が最も光エネルギーが集中する。
する部所の１つは最終面に位置する最終レンズ（最終光
学部材）、即ちウエハに最も近接したレンズ又は平行平
面板等であり、さらに最終レンズのうちにおいて光軸
上、即ち中心部が最も光エネルギーが集中する。
【００２７】そこで本発明者が鋭意検討した結果、この
最終レンズの中心部における光エネルギーとバックフォ
ーカス、即ち最終レンズとウエハ間の距離に関する関係
式（３）を得た。
最終レンズの中心部における光エネルギーとバックフォ
ーカス、即ち最終レンズとウエハ間の距離に関する関係
式（３）を得た。
【００２８】Ｉ＝ｆ（Ｄ）Ｉ0
【００２９】
【数９】 ここで式中Ｌ1 ，Ｌ2 は投影光学系による投影像の形状
を方形（正方形，長方形を含む）としたときの短辺，長
辺の長さ，Ａは投影光学系の開口数、σは照明条件で決
まるコヒーレンスファクター、Ｉ0 は像面上での１パル
ス当りのエネルギー密度を表す。尚、投影像の形状が正
方形のときはＬ1 ＝Ｌ2 である。Ｒ，φ1 ，φ2 に関
しては以下に説明する。
を方形（正方形，長方形を含む）としたときの短辺，長
辺の長さ，Ａは投影光学系の開口数、σは照明条件で決
まるコヒーレンスファクター、Ｉ0 は像面上での１パル
ス当りのエネルギー密度を表す。尚、投影像の形状が正
方形のときはＬ1 ＝Ｌ2 である。Ｒ，φ1 ，φ2 に関
しては以下に説明する。
【００３０】図２は最終レンズとウエハ付近での光束の
振舞を示した模式図である。ウエハ上の像点に結像する
光束のうち、コンパクションに寄与するものの開口数は
投影光学系の開口数Ａとコヒーレンスファクターのσの
積となる。即ち図中の角度θを用いてsin θ＝Ａσであ
る。
振舞を示した模式図である。ウエハ上の像点に結像する
光束のうち、コンパクションに寄与するものの開口数は
投影光学系の開口数Ａとコヒーレンスファクターのσの
積となる。即ち図中の角度θを用いてsin θ＝Ａσであ
る。
【００３１】図３はこの様子を光軸方向から眺めた図で
ある。図中の円はウエハ上の像点位置（図中黒点）に結
像する光束が最終レンズを通過する領域であり、この半
径をＲとした。図２から明らかなように
ある。図中の円はウエハ上の像点位置（図中黒点）に結
像する光束が最終レンズを通過する領域であり、この半
径をＲとした。図２から明らかなように
【００３２】
【数１０】 である。
【００３３】この各像点からの光束のうち最終レンズの
中心部に寄与する光束のウエハ上の像点位置はＲと像形
状（Ｌ1 ，Ｌ2 ）との大小関係の下に図４から図６の４
タイプの領域であることがわかる。
中心部に寄与する光束のウエハ上の像点位置はＲと像形
状（Ｌ1 ，Ｌ2 ）との大小関係の下に図４から図６の４
タイプの領域であることがわかる。
【００３４】特に、図４，図６のタイプでは、領域の境
界が円弧と直線からなっている。（３）式中のφ1 ，φ
2 はこの円弧と直線の接続部分の角度を表している。
界が円弧と直線からなっている。（３）式中のφ1 ，φ
2 はこの円弧と直線の接続部分の角度を表している。
【００３５】さらに最終レンズ上の円形照射領域は略均
一に照明されていることから、斜線領域の面積は最終レ
ンズの中心部における相対光強度に相当する。式（３）
はこの面積を計算し、絶対強度を考慮した結果、得たも
のである。
一に照明されていることから、斜線領域の面積は最終レ
ンズの中心部における相対光強度に相当する。式（３）
はこの面積を計算し、絶対強度を考慮した結果、得たも
のである。
【００３６】次いで本発明者はレーザのパルス幅と硝材
のダメージの関係に関して従来から知られていた（２）
式に関して更に検討を行い、パルス幅（パルス光の発光
時間幅）とダメージに関する関係式（４）を得た。
のダメージの関係に関して従来から知られていた（２）
式に関して更に検討を行い、パルス幅（パルス光の発光
時間幅）とダメージに関する関係式（４）を得た。
【００３７】
【数１１】 ここでΔｎ′は相対屈折率変化量（単位：ｐｐｂ＝１０
-9）、βとγは硝材に依存して決まる屈折率変化係数と
飽和係数、Ｎは照射パルス数（単位：１０6 ）、Ｉは１
パルス当りの照射エネルギー密度（単位：ｍｊ／ｃｍ2
／pulse ）を表す。以下関係式（４）に関して説明す
る。
-9）、βとγは硝材に依存して決まる屈折率変化係数と
飽和係数、Ｎは照射パルス数（単位：１０6 ）、Ｉは１
パルス当りの照射エネルギー密度（単位：ｍｊ／ｃｍ2
／pulse ）を表す。以下関係式（４）に関して説明す
る。
【００３８】図７はパルス発光の発光エネルギーの時間
依存性について示した模式図である。図中それぞれ縦軸
ｉは光エネルギー密度（単位：ｍＷ／ｃｍ2 ／pulse
），横軸ｔは時刻（単位：sec ），τはパルス幅（単
位：sec ）をそれぞれ表す。Ｉは前述した１パルス当り
の光エネルギー密度であり、光エネルギー強度ｉを１パ
ルスの時間幅で積分したものである。この図に示したよ
うに、近似的には１パルス中の強度は一定とみなすこと
ができ、Ｉ＝ｉτである。
依存性について示した模式図である。図中それぞれ縦軸
ｉは光エネルギー密度（単位：ｍＷ／ｃｍ2 ／pulse
），横軸ｔは時刻（単位：sec ），τはパルス幅（単
位：sec ）をそれぞれ表す。Ｉは前述した１パルス当り
の光エネルギー密度であり、光エネルギー強度ｉを１パ
ルスの時間幅で積分したものである。この図に示したよ
うに、近似的には１パルス中の強度は一定とみなすこと
ができ、Ｉ＝ｉτである。
【００３９】屈折率変化を与えるコンパクションは２光
子吸収により生じるため、屈折率変化量は２光子吸収の
遷移確率に比例する。２光子吸収の遷移確率は光子存在
確率、即ち光エネルギー密度ｉの２乗に比例する。
子吸収により生じるため、屈折率変化量は２光子吸収の
遷移確率に比例する。２光子吸収の遷移確率は光子存在
確率、即ち光エネルギー密度ｉの２乗に比例する。
【００４０】次に、ある時間間隔での遷移確率は、その
時間間隔中での発光時間に比例し、発光時間はパルス幅
τとパルス数Ｎの積であるため、屈折率変化量に関して
Δｎ′∝ｉ2 τＮとなる。ここでＩ＝ｉτを用いると、
時間間隔中での発光時間に比例し、発光時間はパルス幅
τとパルス数Ｎの積であるため、屈折率変化量に関して
Δｎ′∝ｉ2 τＮとなる。ここでＩ＝ｉτを用いると、
【００４１】
【数１２】 が得られる。更に（２）式に示した飽和効果を考慮して
関係式（４）が得られる。
関係式（４）が得られる。
【００４２】以上述べてきたように、本発明者の検討に
より、最終レンズの中心部における光エネルギーとバッ
クフォーカスの関係、レーザのパルス幅と硝材のダメー
ジの関係はそれぞれ関係式（３），（４）であらわされ
ることが明らかになった。これら関係式（３）と関係式
（４）を合わせて用いることにより、本発明者の目的で
あるバックフォーカスに関して制約条件が大幅に緩和さ
れた投影光学系を含む高精度の露光装置を実現してい
る。このような露光装置は関係式（５）を満たすように
構成すれば良い。
より、最終レンズの中心部における光エネルギーとバッ
クフォーカスの関係、レーザのパルス幅と硝材のダメー
ジの関係はそれぞれ関係式（３），（４）であらわされ
ることが明らかになった。これら関係式（３）と関係式
（４）を合わせて用いることにより、本発明者の目的で
あるバックフォーカスに関して制約条件が大幅に緩和さ
れた投影光学系を含む高精度の露光装置を実現してい
る。このような露光装置は関係式（５）を満たすように
構成すれば良い。
【００４３】
【数１３】 ただし、ここでΔｎ′max は許容できる相対屈折率変化
を示す。通常この値は５００ｐｐｂ程度であるが、露光
装置によって適宜定められる。なおｆ（Ｄ）やその他の
変数に関しては（３）式，（４）式に準ずるものとす
る。
を示す。通常この値は５００ｐｐｂ程度であるが、露光
装置によって適宜定められる。なおｆ（Ｄ）やその他の
変数に関しては（３）式，（４）式に準ずるものとす
る。
【００４４】以上述べたように、式（５）の構成範囲で
光学設計を行うことにより、コンパクションによる屈折
率変化で性能が劣化することを回避しつつ光学設計の自
由度が高められ、硝材の劣化がなく、かつ光学性能の高
いエキシマレーザ光源を用いた露光装置を実現してい
る。
光学設計を行うことにより、コンパクションによる屈折
率変化で性能が劣化することを回避しつつ光学設計の自
由度が高められ、硝材の劣化がなく、かつ光学性能の高
いエキシマレーザ光源を用いた露光装置を実現してい
る。
【００４５】以下、本発明の実施形態につき図面を参照
して説明する。図１は本発明の投影光学系の実施形態１
の要部概略図である。図中、１０１はエキシマレーザ等
のパルスレーザー光源であり、光源１０１からの光束は
パルス幅調整手段１０２を通じて所定のパルス幅の露光
光に加工され、第１照明系１０３に導光される。露光光
は第１照明系１０３により露光の基本単位となるスリッ
ト形状の露光領域を形成するための遮光マスク１０４上
の開口１０５を所定の角度分布を有しつつ照明する。
して説明する。図１は本発明の投影光学系の実施形態１
の要部概略図である。図中、１０１はエキシマレーザ等
のパルスレーザー光源であり、光源１０１からの光束は
パルス幅調整手段１０２を通じて所定のパルス幅の露光
光に加工され、第１照明系１０３に導光される。露光光
は第１照明系１０３により露光の基本単位となるスリッ
ト形状の露光領域を形成するための遮光マスク１０４上
の開口１０５を所定の角度分布を有しつつ照明する。
【００４６】本実施形態では開口１０５によって規定さ
れるスリット形状は５ｍｍ×２６ｍｍとした。開口１０
５を通過した光束は第２照明系１０６により第１物体で
あるレチクル（マスク）１０７の面上を照明する。尚、
開口１０５は均一照明となるように第２照明系１０６に
よりレチクル１０７面上に結像されている。レチクルス
テージ１０８はその上部にレチクル１０７を真空吸着等
で固定する。
れるスリット形状は５ｍｍ×２６ｍｍとした。開口１０
５を通過した光束は第２照明系１０６により第１物体で
あるレチクル（マスク）１０７の面上を照明する。尚、
開口１０５は均一照明となるように第２照明系１０６に
よりレチクル１０７面上に結像されている。レチクルス
テージ１０８はその上部にレチクル１０７を真空吸着等
で固定する。
【００４７】１０９は投影光学系であり、レチクル１０
７上のパターンを第２物体であるウエハ面上に投影して
いる。本実施形態において、投影光学系１０９の投影倍
率は１／２の縮小で構成されているが投影倍率はこれに
限られるものではなく、例えば１／４倍や等倍でも良
い。
７上のパターンを第２物体であるウエハ面上に投影して
いる。本実施形態において、投影光学系１０９の投影倍
率は１／２の縮小で構成されているが投影倍率はこれに
限られるものではなく、例えば１／４倍や等倍でも良
い。
【００４８】本実施形態の投影露光装置はレチクルステ
ージ１０８とウエハステージ１１１を投影光学系の投影
倍率に応じた速度比で同期走査することにより、スリッ
ト状の露光領域よりも広い１ショットの領域を露光す
る。１１０はウエハ（露光基板）でウエハステージ１１
１上に配置されている。
ージ１０８とウエハステージ１１１を投影光学系の投影
倍率に応じた速度比で同期走査することにより、スリッ
ト状の露光領域よりも広い１ショットの領域を露光す
る。１１０はウエハ（露光基板）でウエハステージ１１
１上に配置されている。
【００４９】図８は本実施形態で用いたパルス幅調整手
段１０２を説明するための模式図である。レーザ光源８
０１より射出したレーザ光はハーフミラーを有する分波
合波系８０２を通過してピーク強度が１／２、発光パル
ス幅τが２倍２τのパルス光に変換される。
段１０２を説明するための模式図である。レーザ光源８
０１より射出したレーザ光はハーフミラーを有する分波
合波系８０２を通過してピーク強度が１／２、発光パル
ス幅τが２倍２τのパルス光に変換される。
【００５０】本実施形態で用いた分波合波系では光を２
つの光束に分割し、相対的に光路差２ｎＬを与える。た
だしここでｎは光路を満たす媒質の屈折率である。光速
度をｃとしたとき、分割された２つの光の間でのパルス
光の時間シフト量はｄＴ＝２ｎＬ／ｃで与えられ、これ
をパルス幅τと略同一にするようなＬを与えれば、ハー
フミラーによって強度が１／２になった２つのパルスが
連続し、パルス幅２倍、強度１／２のパルスを得てい
る。
つの光束に分割し、相対的に光路差２ｎＬを与える。た
だしここでｎは光路を満たす媒質の屈折率である。光速
度をｃとしたとき、分割された２つの光の間でのパルス
光の時間シフト量はｄＴ＝２ｎＬ／ｃで与えられ、これ
をパルス幅τと略同一にするようなＬを与えれば、ハー
フミラーによって強度が１／２になった２つのパルスが
連続し、パルス幅２倍、強度１／２のパルスを得てい
る。
【００５１】このような分波合波系を図９のようにカス
ケードに連結することにより、２倍以上のパルス幅にも
調整するようにしている。
ケードに連結することにより、２倍以上のパルス幅にも
調整するようにしている。
【００５２】また、パルス幅調整手段１０２としては本
実施形態で用いた分波合波系８０２以外にも、レーザの
共振器を変化させるもの、レーザ媒質を変化させるもの
等を適宜用いることができる。
実施形態で用いた分波合波系８０２以外にも、レーザの
共振器を変化させるもの、レーザ媒質を変化させるもの
等を適宜用いることができる。
【００５３】図１０は本実施形態で用いた投影光学系１
０９の模式図である。図中の寸法１００１がバックフォ
ーカスＤである。
０９の模式図である。図中の寸法１００１がバックフォ
ーカスＤである。
【００５４】本実施例で用いた実際の数値について以下
にまとめて示す。
にまとめて示す。
【００５５】・スリット幅Ｌ1 ＝２．５ｍｍ ・スリット幅Ｌ2 ＝１３ｍｍ ・開口数Ａ＝０．６ ・コヒーレンスファクターσ＝０．７ ・許容屈折率変化Δｎ′max ＝５００ｐｐｂ ・照射パルス数Ｎ＝１０10 ・硝材屈折率係数β＝１３．６ ・飽和係数γ＝０．７ ・像面エネルギー密度Ｉ0 ＝１．１ｍＷ／ｃｍ2 ／puls
e 尚、このとき前述した（３），（５）式は
e 尚、このとき前述した（３），（５）式は
【００５６】
【数１４】 とおいたとき
【００５７】
【数１５】 となる。
【００５８】この数値を元に（５）式の数値範囲を表し
たものを図１１に示す。本実施形態ではこの数値範囲に
従い、パルス幅調整手段１０２により２０ｎｓ以上のパ
ルス幅を実現し、前述の投影光学系１０９のバックフォ
ーカスＤに関する制約を１２ｍｍ以下に拡張して設計し
たことにより、光学性能が従来のバックフォーカスの長
い投影光学系に比べて飛躍的に向上した。
たものを図１１に示す。本実施形態ではこの数値範囲に
従い、パルス幅調整手段１０２により２０ｎｓ以上のパ
ルス幅を実現し、前述の投影光学系１０９のバックフォ
ーカスＤに関する制約を１２ｍｍ以下に拡張して設計し
たことにより、光学性能が従来のバックフォーカスの長
い投影光学系に比べて飛躍的に向上した。
【００５９】本実施形態ではレーザの駆動周波数として
一般的な１ｋＨｚを使用しており、２０ｎｓのパルス幅
の場合、発光時間比（駆動周波数×パルス幅）は２×１
０-5に相当する。このときの発光時間比ｓｘは図８に示
すようにパルス間隔をＴａ、パルス幅をτとしたとき
一般的な１ｋＨｚを使用しており、２０ｎｓのパルス幅
の場合、発光時間比（駆動周波数×パルス幅）は２×１
０-5に相当する。このときの発光時間比ｓｘは図８に示
すようにパルス間隔をＴａ、パルス幅をτとしたとき
【００６０】
【数１６】 となる。もし、駆動周波数を２ｋＨｚにした場合には１
０ｎｓのパルス幅で本実施形態と同様の効果を得ること
ができる。
０ｎｓのパルス幅で本実施形態と同様の効果を得ること
ができる。
【００６１】次に本発明の実施形態２について説明す
る。本実施形態では（５）式の数値範囲に従い、パルス
幅調整手段１０２により４０ｎｓのパルス幅を実現し、
前述の投影光学系１０９のバックフォーカスＤに関する
制約を８ｍｍ以下に拡張したことにより、光学性能が実
施形態１に比べてさらに向上した。
る。本実施形態では（５）式の数値範囲に従い、パルス
幅調整手段１０２により４０ｎｓのパルス幅を実現し、
前述の投影光学系１０９のバックフォーカスＤに関する
制約を８ｍｍ以下に拡張したことにより、光学性能が実
施形態１に比べてさらに向上した。
【００６２】本実施形態ではレーザの駆動周波数として
一般的な１ｋＨｚを使用しており、４０ｎｓのパルス幅
の場合、発光時間比（駆動周波数×パルス幅）は４×１
０-5に相当する。もし駆動周波数を２ｋＨｚにした場合
には、２０ｎｓのパルス幅で本実施形態と同様の効果を
得ることができる。
一般的な１ｋＨｚを使用しており、４０ｎｓのパルス幅
の場合、発光時間比（駆動周波数×パルス幅）は４×１
０-5に相当する。もし駆動周波数を２ｋＨｚにした場合
には、２０ｎｓのパルス幅で本実施形態と同様の効果を
得ることができる。
【００６３】図１１に示すように本実施形態によれば、
例えばパルス幅τが２０ｎｓのときはバックフォーカス
Ｄを１２ｍｍ以上、パルス幅τが４０ｎｓのときはバッ
クフォーカスＤを８ｍｍ以上にすれば硝材ダメージの少
ない良好なる投影光学系が得られる。
例えばパルス幅τが２０ｎｓのときはバックフォーカス
Ｄを１２ｍｍ以上、パルス幅τが４０ｎｓのときはバッ
クフォーカスＤを８ｍｍ以上にすれば硝材ダメージの少
ない良好なる投影光学系が得られる。
【００６４】このように本実施形態ではパルス幅調整手
段でパルス幅τを長くして、これによって投影光学系の
バックフォーカスが短くても硝材ダメージが少なくなる
ようにしている。
段でパルス幅τを長くして、これによって投影光学系の
バックフォーカスが短くても硝材ダメージが少なくなる
ようにしている。
【００６５】尚、本実施形態において略２０ｎｓとか略
２×１０-5における「略」とは±１０％の許容値を意味
する。
２×１０-5における「略」とは±１０％の許容値を意味
する。
【００６６】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
てシーケンスの流れなどは種々に変更することが可能で
ある。
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
てシーケンスの流れなどは種々に変更することが可能で
ある。
【００６７】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００６８】図１２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。
【００６９】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００７０】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００７１】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００７２】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７３】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
【００７４】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００７５】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７６】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、マスク上
のパターンを投影光学系により露光基板に投影露光する
ときのパルス光源や投影光学系の各要素を適切に設定す
ることにより、投影光学系を構成する硝材の劣化が少な
く、かつ光学性能の高い投影露光装置及びそれを用いた
デバイスの製造方法を達成することができる。
のパターンを投影光学系により露光基板に投影露光する
ときのパルス光源や投影光学系の各要素を適切に設定す
ることにより、投影光学系を構成する硝材の劣化が少な
く、かつ光学性能の高い投影露光装置及びそれを用いた
デバイスの製造方法を達成することができる。
【図１】本発明の実施形態１の構成図
【図２】最終レンズ上の光強度についての説明図
【図３】最終レンズ上の光強度についての説明図
【図４】最終レンズ上の光強度についての説明図
【図５】最終レンズ上の光強度についての説明図
【図６】最終レンズ上の光強度についての説明図
【図７】パルス光強度についての説明図
【図８】パルス幅調整手段の一例を示す模式図
【図９】パルス幅調整手段の他の一例を示す模式図
【図１０】投影光学系の一例を示す模式図
【図１１】本発明の実施形態１のパルス幅とバックフォ
ーカスに関する範囲を示す図
ーカスに関する範囲を示す図
【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図１３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
１０１ レーザ光源 １０２ パルス幅調整手段 １０３ 第１照明系 １０４ 遮光マスク １０５ 開口 １０６ 第２照明系 １０７ レチクル １０８ レチクルステージ １０９ 投影光学系 １１０ ウエハ １１１ ウエハステージ ８０１ レーザ光源 ８０２ ハーフミラー １００１ バックフォーカス
Claims (10)
- 【請求項１】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上の方形領域に投影し、露光する投
影露光装置において、該パルス光の１パルス幅をτ、該
投影光学系の最終面から該基板面までの距離をＤ、該投
影光学系の最終光学部材の硝材の屈折率変化係数、飽和
係数、そして許容相対屈折率変化を各々β，γ，Δｎ′
max 、照射パルス数をＮ、像面上での１パルス当りのエ
ネルギー密度をＩ0 、該方形領域の２つの辺の長さを各
々Ｌ1 ，Ｌ2 （但しＬ1 ≦Ｌ2 ）、該投影光学系の開口
数をＡ、照明条件で決まるコヒーレンスファクターを
σ、 【数１】 とおいたとき 【数２】 を満足することを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項２】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光装置
において、該パルス光のパルス発光時間比が略２×１０
-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面まで
の距離が略１２ｍｍ以下としたことを特徴とする投影露
光装置。 - 【請求項３】 前記光源の発振周波数が１ｋＨｚのとき
は前記パルス光の１パルス幅が略２０ｎｓ以上であるこ
とを特徴とする請求項２の投影露光装置。 - 【請求項４】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上に投影し、露光する投影露光装置
において、該パルス光のパルス発光時間比が略４×１０
-5以上であり、該投影光学系の最終面から該基板面まで
の距離が略８ｍｍ以下としたことを特徴とする投影露光
装置。 - 【請求項５】 前記光源の発振周波数が１ｋＨｚのとき
は、前記パルス光の１パルス幅が略４０ｎｓ以上である
ことを特徴とする請求項４の投影露光装置。 - 【請求項６】 光源から放射したパルス光で照明系を介
してマスク面上のパターンを照明し、該パターンを投影
光学系により基板面上の矩形領域に投影し、露光する投
影露光装置において、該パルス光の１パルス幅をτ、該
投影光学系の最終面から該基板面までの距離をＤ、該投
影光学系を構成する光学部材の硝材の屈折率変化係数と
許容相対屈折率変化を各々β，Δｎ′max 、照射パルス
数をＮ、像面上での１パルス当りのエネルギー密度をＩ
0 、該矩形領域の短辺と、長辺の長さを各々Ｌ1 ，Ｌ
2 、該投影光学系の開口数をＡ、照明条件で決まるコヒ
ーレンスファクターをσ、 【数３】 とおいたとき 【数４】 を満足することを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項７】 前記パルス光の波長が略１９３ｎｍであ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の
投影露光装置。 - 【請求項８】 前記光源はエキシマレーザであることを
特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の投影露光
装置。 - 【請求項９】 前記マスクと前記基板を該投影光学系の
投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査
させながら走査投影露光していることを特徴とする請求
項１〜８のいずれか１項記載の投影露光装置。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載の投
影露光装置を用いて、レチクル面上のパターンを投影光
学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現
像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴
とするデバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29296598A JP3631010B2 (ja) | 1997-10-14 | 1998-09-30 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-296358 | 1997-10-14 | ||
| JP29635897 | 1997-10-14 | ||
| JP29296598A JP3631010B2 (ja) | 1997-10-14 | 1998-09-30 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224851A true JPH11224851A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3631010B2 JP3631010B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=26559195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29296598A Expired - Fee Related JP3631010B2 (ja) | 1997-10-14 | 1998-09-30 | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3631010B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004073052A1 (ja) * | 2003-02-17 | 2004-08-26 | Nikon Corporation | 露光装置及び露光装置用光学部材 |
| JP2017520797A (ja) * | 2014-06-23 | 2017-07-27 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リソグラフィ装置およびリソグラフィ方法 |
-
1998
- 1998-09-30 JP JP29296598A patent/JP3631010B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004073052A1 (ja) * | 2003-02-17 | 2004-08-26 | Nikon Corporation | 露光装置及び露光装置用光学部材 |
| JPWO2004073052A1 (ja) * | 2003-02-17 | 2006-06-01 | 株式会社ニコン | 露光装置及び露光装置用光学部材 |
| US7072026B2 (en) | 2003-02-17 | 2006-07-04 | Nikon Corporation | Exposure apparatus and optical component for the same |
| JP2017520797A (ja) * | 2014-06-23 | 2017-07-27 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リソグラフィ装置およびリソグラフィ方法 |
| US10139735B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-11-27 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3631010B2 (ja) | 2005-03-23 |
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