JPS6191662A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPS6191662A
JPS6191662A JP59211269A JP21126984A JPS6191662A JP S6191662 A JPS6191662 A JP S6191662A JP 59211269 A JP59211269 A JP 59211269A JP 21126984 A JP21126984 A JP 21126984A JP S6191662 A JPS6191662 A JP S6191662A
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雅則 鈴木
Masato Shibuya
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    • 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
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
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    • G03F7/701—Off-axis setting using an aperture

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分＋１’ｌ’　） 本発明は、半導体隼積回ＩＩ′３等の製造に要する微細
レジストパターンを形成する投影露光装置に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第５図に従来の投影？Ｙｉ尤装蓋装置す。第５図におい
て、１はランプ、２は楕円反射鏡、３は隋円反射５））
２の第２焦点、４はインプットレンズ、５はオプチカル
インテグレータ、６はアウトプットレンズ、７はコリメ
ーションレンズ、８はレチクル、９は均一絞りとしての
開口絞り、１０はフィルタ、１１１２はコールドミラー
、１３はランプハウス、１４はレンズまたはミラーある
いはその組み合わせによりレチクル８上のパターンの像
をウェハ上に投影する投影光学系、１５はウェハ、１６
は開［１絞りである。
従来、この種の投影露光装置の多くは光源のランプ１と
して水銀灯を使用し、ｇＨｇ４３６ｎｍ。
ｈ綿４０５ｎｍ、ｉ線３６５ｎｍ等の棟線またはこれら
の波長近辺のｉ！！！続スペクトルを取り出して用いて
いる。このため光源のランプ１は高い輝度が必要である
とともに集光効率や照射均一性を考えると点光源に近い
方が良い。しかし、実際にはそのような理想的な光源は
存在しないため、有限の大きさでしかも強度に分布を持
つランプ１を使用せざるを得す、そのようなランプ１か
ら発せられる光をいかに高効率で、かつ、照射均一性の
良い光に変換するかが課題となる。
第５図に示した装置は従来の代表的な集光方法を用いた
構成の装置であり、楕円反射鏡２の第１焦点にランプＩ
を置き、楕円反射鏡２の第２焦点３付近に一旦光束を集
める。そして、第２焦点３とほぼ焦点位置を共イ１ずろ
インプットレンズ４により光束をほぼ平行光束に直し、
オプチカルインテグレータ５に入れる。オプー丁−カル
インテクレータ５は多数の棒状レンズを束ねたもので、
はえの目レンズとも称されろ。このオフ゛チカルインテ
グレータ５を通すことが照射均一性を高める主因となっ
ており、インプラ１−レンズ４はオプチカルインテグレ
ータ５を通る光線のケラれを少なくして集光効率を高め
る役目をなす。このオプチカルインテグレータ５を出た
光は、アウトプットレンズ６およびコリメーションレン
ズ７によって、オプチカルインテグレータ５の各小レン
ズから出た光束がレチクル８上に重畳して当たるよう集
光せられる。オプチカルインテグレータ５に入射せらる
る光線は場所による強度分布を有するが、オプチカルイ
ンテグレータ５の各小レンズから出る光がほぼ等しく重
畳せらるる結果、レチクル８上では照射強度がほぼ均一
となる。当然のことながらオプチカルインテグレータ５
に入射する光の強度分布が均一に近ければ、出射光を重
畳させたレチクル８の照度分布はより均一になる。オプ
チカルインテグレータ５の出射側には開口絞り９がおか
れ、オプチカルインテグレータ５の出射側寸法を決めて
いる。
ランプ１として水銀灯を用いて楕円反射鏡２で集光する
場合、水銀灯の構造が第２図に示すように縦長であり両
端が電極となっているため、ランプ１の軸方向の光線を
取り出すことができない。
そのため、第５図に示すように、インプットレンズ４と
して凸レンズを使用したのみではオプチカルインテグレ
ータ５の中心部に入る光の強度分布が落ちる場合がある
。そこで、インプットレンズ４とオプチカルインテグレ
ータ５との間に両凸又は片凸片凹の内鑵レンズを挿入し
、オプチカルインテグレータ５に入る光の強度分布をよ
り一様にする場合もある。
フィルタＩＯは、光学系が収差補正されている波長の光
だけを通すためのものであり、コールドミラー１１．１
２は光路を曲げて装置の高さを低くするとともに、長波
長光熱線を透過させてランプハウス１３の冷却可能部分
に吸収させる役目を担う。レチクル８を照射した光は投
影光学系１４を通り、レチクル８上の微細パターンの像
がウェハ１５上のレジストに投影露光転写される。投影
光学系１４の中には開口数を決定する絞り１６が存在す
る。
従来の投影露光装置の構成は第５図に示した以外にも多
数あるが、模式的には第６図のごとく、光源１７．第１
集光光学系１８．均一化光学系１９、第２集光光学系２
０．　　レチクル８．投影光学系１４．ウェハ１５の順
に配列されている。
第１集光光学系１８は第５図の例で楕円反射鏡２および
インプットレンズ４に相当する部分であり、楕円鏡のほ
か球面鏡、平面鏡、レンズ等を適当に配置し、光源から
出る光束をできるだけ効率よく均一化光学系１９に入れ
る役目を持つ。また、均一化光学系１９は第２図のオプ
チカルインテグレータ５に相当する部分であり、その他
として光ファイバや多面体プリズム等が使用されること
もある。
第２集光光学系２０は第５図のアウトプットレンズ６お
よびコリメーションレンズ７とに相当する部分であり、
均一化光学系１９の出射光を重畳させ、また、像面テレ
セントリック性を確保する。
この他、光束が光軸平行に近い個所に第５図のフィルタ
１０に相当するフィルタが挿入され、また、コールドミ
ラー１１．１２に相当する反射鏡も、場所は一義的でな
いが、挿入される。
このように構成された装置においてレチクル８から光が
来る側を見た場合、光の性質は、第２集光光学系２０を
通して均一化光学系Ｉ９から出てくる光の性質となり、
均一化光学系１９の出射側が見掛は上の光源に見える。
このため、上記のような構成の場合、−ｍに均一化光学
系１９の出射側２４を２次光源と称している。
レチクル８がウェハ１５上に投影せらるる時、投影露光
パターンの形成特性、すなわち、解像度や焦点深度等は
、投影光学系１４の開口数およびレチクル８を照射する
光の性状、すなわち、２次光源２４の性状によって決ま
る。第７図は第６図に示した投影露光装置におけるレチ
クル照明光線、結像光線に関する説明図である。
第７図において、投影光学系１４は通常内部に開口絞り
１６を有しており、レチクル８を通った光が通過し得る
角度θａを規制するとともにウェハ１５上に落射する光
線の角度θを決めている。
一般に投影光学系の開口数ＮＡと称しているのは、ＮＡ
＝ｓｉｎθで定義される角度であり、投影倍率を１／ｍ
とすると、ｓｉｎθａ＝ｓ　ｉｎθ／ｍの関係にある。
またこの種の装置においては、「像面テレセントリック
」、すなわち、像面に落ちる主光線が像面に垂直に構成
されるのが普通であり、この「像面テレセントリック」
の条件を満たすため、第６図の均一化光学系Ｉ９の出射
面、すなわち、２次光源２４の光源面の実像が開口絞り
１６の位置に結像せらるる。このような条件下でレチク
ル８から第２集光光学系を通して２次光源面を見た時の
張る角をレチクル８に入射する光の範囲としてとらえ半
角をφとし照明光のコヒーレンシイσをσ＝ｓｉｎφ／
　ｓ　ｉ　ｎθａで定義した場合、パターン形成特性は
ＮＡとσで決定せらるるものと従来考えていた。次にＮ
Ａおよびσとパターン形成特性との関連について詳細に
説明する。ＮＡが大きい程解像度は上がるが、焦点深度
が浅くなり、また、投影光学系１４の収差のため床置光
領域の確保が難しくなる。ある程度の露光領域と焦点深
度（例えばｌＱｍｍ角、±１μｍ）がないと実際のＬＳ
Ｉ製造等の用途に使えないため、従来の装置ではＮＡ＝
０．３５程度が限界となっている。一方、σ値は主とし
てパターン断面形状、焦点深度に関係し、断面形状と相
関を持って解像度に関与する。グ値が小さくなるとパタ
ーンの淵が強調されるため、断面形状は側壁が垂直に近
づいて良好なパターン形状となるが、細かいパターンで
の解像性が悪くなり解像し得る焦点範囲が狭（なる。逆
にσ値が大きいと細かいパターンでの解像性、解像し得
る焦点範囲が若干良くなるが、パターン断面の側壁傾斜
がゆるく、厚いレジストの場合、断面形状は台形ないし
三角形となる。このため従来の投影露光装置では、比較
的バランスのとれたσ値として、σ＝０．５〜０．７に
固定設定されており、実験的にσ＝０．３等の条件が試
みられているにすぎない。σ値を設定するには２次光源
２４の光源面の大きさを決めれば良いため、一般に２次
光源２４の光源面の直後にσ値設定用の円形開口絞り９
を置いている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような従来の装置においては、レチクル８を照射す
る光の性質を制御するのがコヒーレンシイσ値だけであ
るため、焦点深度、領域内均一性、線幅制御性等各種条
件を満たしつつ微細パターンを形成しようとすると、Ｎ
Ａとσとによって決まる限界があった。したがって、投
影光学系１４の開口数ＮＡと２次光源２４の大きさが決
まると、パターン形成特性が自動的に決り、さらに解像
性能を高めることはできなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、投影光学系の開口数とレチクル
照射用２次光源の大きさを固定した後のパターン解像性
能をさらに向上させる投影露光装置を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成するために本発明は、従来装置が
用いていた２次光源の大きさを決める円形絞りの代わり
に円輪状透過部を有する形状等中央部に対して周辺部の
透過率が高くなるようにした特殊絞りを装着可能とした
ものである。
〔作用〕
本発明においては、レジストが薄い場合、解像度向上の
ために２次光源の中心部の光を用いず２次光源の周辺部
の光のみによって露光する。
〔実施例〕
本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとし
ての２次光源制御用絞りの各実施例を第１図〜第４図に
示す。
第１図に示す絞りは円輪状に通過域を有する絞りであり
、照射光の透過率が高い石英、フッ化カルシウム、フッ
化リチウム等の基板にクロム等の遮光体を蒸着すること
によって作製することができる。また第２図（ａｌに示
す絞りは透過率に分布を有する絞りである。この透過率
の分布は、第２図（ｂ）に示すように、周辺に近づく程
透過率が高く中心に近づくと低透過率あるいは完全遮光
となる絞りである。この絞りは、第１図に示す絞り同様
に、透過基板に遮光体を径方向に厚さ分布を持たせて付
着させることにより作製することができる。なお第２図
（ｂｌに示す曲線は、円の周辺に近づく程透過率が高く
なる曲線であれば何でもよい。第３図に示す絞りは周辺
部のみに数個又はそれ以上の多数個の小開口を有する絞
りであり、金属板等に穴をあけることにより作製できる
。また、第４図に示す絞りは第１図に示した絞りに近い
ものを筒便に金属板等をくりぬいて作製するため、円輪
開口部の一部につなぎの部分を入れたものである。
本発明の構成は、第５図または第６図に示した従来装置
の構成と同じでよく、開口絞り９の代わりに第１図〜第
４図に示した絞りを装着すればよい。
開口絞り９の大きさを変えた場合、開口が小さい程、す
なわち、σ値が小さい程得られるパターンの側壁は垂直
に近くなる。一方、細かいパターンでの解像性を調べる
と、逆に、σ値が大きい程細かいパターン迄隣接したパ
ターンどうしが分かれて転写される。かかる２つの傾向
、すなわち、σ値が小さい程断面形状が良くなる一方、
σ値が大きい程細かいパターン迄解像できるという傾向
からレジストの種類、膜厚を決めると、使用に耐える範
囲の断面形状で最も細かいパターン迄ぬけるσ値の適値
が存在する。そして、多層レジスト等の使用を考え露光
すべきレジスト層を薄くする場合には、パターンの断面
形状の差異はさほど顕著にならず解像性のみが問題とな
るので、上記のσ値の適値はσが大きい方に移行する。
照明光とパターン解像性との間に上記のごとき関係があ
るから、薄いレジスト層の場合には、２次光源の外側迄
使う程細かいパターン迄解像する。
したがって、さらに−歩進めて、細かいパターン迄解像
するために必要な２次光源の周辺部の光だけを用いれば
、一層の高解像度化がはかれる。
第１図〜第４図に示した絞りを用いた本発明に係わる投
影露光装置では、２次光源の中心部の光を用いず２次光
源の周辺の光のみによって露光することができるので、
レジストを薄くすれば、従来の装置ではとうてい得られ
なかった微細結晶のパターンを得ることができ憂。例え
ば、波長３６５ｎ、ｍのｉ線を用い、投影倍率１／１０
．投影光学系１４の開口数０．３５．　　レジスト０Ｆ
ＰＲ８００，０，５μｍ厚でパターン形成を行なうと、
従来の円形開口絞りでσ＝０．５とした装置条件では、
線ＩＨ，５μｍ、ピッチ１μｍのラインアンドスペース
までしか解像し得ないが、第１図に示した円輪状開口絞
りを使用した本発明の投影露光装置の一実施例によれば
、線幅０．４μｍ、ピンチ０．８μｍのラインアンドス
ペースまで解像し得ることが確認されている。円輪状開
口絞りにおいてはできるだけ外側の光線だけを使うよう
にする程高解像性となるので、円輪開口絞りの外形、内
径により効果はおのおの異なってくるが、いずれの場合
も単純な円形開口に比較すると高解像となる。また、第
２図〜第４図に示した絞りを用いてもそれぞれ透過光の
分布に応じた効果を生じ、これら以外の形状でも外側で
高透過性を有する形状ならば何でもよい。
さらに本発明によれば、解像性が上がるとともに焦点深
度が深くなることが確認されている。例えば、上記レジ
ストパターンの場合、０．４μｍラインアンドスペース
で±０．５μｍ以上、０．５μｍラインアンドスペース
で±１μｍ以上の焦点深度となる。従来は０．５μｍラ
インアンドスペースでも±０．５μｍ程度であり、かな
りの改善がはかれる。
このような特殊絞りを装置に固定設置することも可能で
あるが、前述のようにレジスト膜厚が厚い場合には、２
次光源の中心部付近を使用した方が有利になることもあ
るので、従来の円形開口絞り等の均一絞りと特殊絞りを
交換可能としておけばより便利である。
また、装置を第５図のごとく構成し、オプチカルインテ
グレータ５の前に円錐レンズを着脱可能とし、オプチカ
ルインテグレータ５に入る光の分布を円錐レンズの着脱
により周辺円輪状と中央集中型とに切換え可能とし、従
来の円形絞り等の均一絞り使用時と特殊絞り使用時とで
使い分けられるようにすれば、光線の使用効率を落とさ
ずに使い分けができる。さらにインプットレンズ４を交
換できるようにして焦点距離、設置位置を変え、オプチ
カルインテグレータ５に入る光束の大きさを変えられる
ようにしても集光効率を改善できる。
第５図に基づき一般的に言うと、特殊絞り使用時に特殊
絞りの透過部分形状に類似した形状の光束に第１集光光
学系１８により集光し、この光束を均一化光学系１９に
入れるようにすれば、本発明はより有効である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、従来装置が用いていた２
次光源の大きさを決める円形絞り等の均一絞りの代わり
に円輪状透過部を有する形状等中央部に対して周辺部の
透過率が高くなるようにした特殊絞りを装着することに
より、薄いレジスト層に従来より微細なパターンをより
深い焦点深度で形成することができるので、半導体集積
回路等の製造に適用すれば大幅な集積度向上がはかれる
効果がある。また本発明はこのような特殊絞りと従来の
均一絞りとを交換可能としたので、膜厚の厚いレジスト
にも対応できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は本発明に係わる投影露光装置に適用さ
れる特殊絞りとしての２次光源制御用絞りを示す平面図
、第５図は従来の代表的な投影露光装置を示す構成図、
第６図はその模式的構成図、第７図はそのレチクル照明
光線、結像光線に関する説明図である。 １・・・・ランプ、２・・・・楕円反射鏡、３・・・・
第２焦点、４・・・・インプットレンズ、５・・・・オ
ブチカルインテグレータ、６・・・・アウトプットレン
ズ、７・・・・コリメーションレンズ、８・・・・レチ
クル、９，１６・・・・開口絞り、１０・・・・フィル
タ、１１．１２・・・・コールドミラー、１３・・・・
ランプハウス、１４・・・・投影光学系、１５・・・・
ウェハ、１７・・・・光源、１８・・・・第１集光光学
系、１９・・・・均一化光学系、２０・・・・第２集光
光学系、２４・・・・２次光源。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）レチクル上のパターンを投影光学系を介してウェ
    ハ上に投影露光する投影露光装置において、前記レチク
    ルを照明する２次光源の射出面内強度分布を周辺部強度
    が中央部強度より大とせしめる特殊絞りを有することを
    特徴とする投影露光装置。
  2. （２）特殊絞りは、２次光源面の直後に装着可能であり
    、開口形状、透過率分布を周辺部の光強度が中央部の光
    強度より大となるようになしたことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の投影露光装置。
  3. （３）レチクル上のパターンを投影光学系を介してウェ
    ハ上に投影露光する投影露光装置において、前記レチク
    ルを照明する２次光源の射出面内強度分布を周辺部強度
    が中央部強度より大とせしめる特殊絞りと２次光源の射
    出面内強度分布に影響を与えない均一絞りとを交換可能
    としたことを特徴とする投影露光装置。
  4. （４）特殊絞りと均一絞りとは、２次光源面の直後に装
    着可能であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
    載の投影露光装置。
  5. （５）２次光源は、その前面に、２次光源を形成するた
    めの均一化光学系に入射する光束の光強度分布を２次光
    源面の直後に入れる絞りの開口形状、透過率分布に類似
    させることを可能にする円錐レンズを有することを特徴
    とする特許請求の範囲第４項記載の投影露光装置。
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