JPS6310520A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

露光装置および露光方法

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JPS6310520A
JPS6310520A JP61155346A JP15534686A JPS6310520A JP S6310520 A JPS6310520 A JP S6310520A JP 61155346 A JP61155346 A JP 61155346A JP 15534686 A JP15534686 A JP 15534686A JP S6310520 A JPS6310520 A JP S6310520A
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Masaru Sasako
勝 笹子
Masataka Endo
政孝 遠藤
Takeshi Ishihara
健 石原
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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
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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    • G03F7/2002Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/2004Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the use of a particular light source, e.g. fluorescent lamps or deep UV light
    • G03F7/2006Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the use of a particular light source, e.g. fluorescent lamps or deep UV light using coherent light; using polarised light

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体素子製造に用いる光学露光装置および
露光方法に関するものである。
さらに詳しくは、半導体素子製造におけるホトリングラ
フイ一工程の超微細加工を実現するために発明された縮
小投影型エキ7マー露光技術に関するものである。
従来の技術 従来、すでに半導体素子J特にLSI、VLSI等の微
細加工用として超高圧水銀灯を光源として用いた縮小投
影型露光装置(ステッパー)が市販されている。しかし
ながら、従来のステッパーは露光用の光として超高圧水
銀灯のg線(435nm)やiljl(366nm)を
用いているため、解像1度はg線で1.2μm、i線で
0.8μm程度が限界であった。これらの波長では、今
後4 M bit R人Mや16Mb工tRAM  製
造に必要とされる0、5μmの解像度を得ることは不可
能に近い。
そこで、近年g線やi線に比べより波長の短いXaCd
(308nm)やKrF(249nm)やムrF(1s
3nm)  等のエキシマ−光源を用いたサブミクロン
パターン形成用の露光装置の開発が検討されるようにな
ってきた。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、エキシマレーザ−を用いた縮小投影露光
においては次に掲げる2点の問題がある。
1)エキシマレーザ−光の発振する光の波長分布の半値
幅と縮小投影レンズの色消しの問題(スペックルと解像
度の関係)。
2)アライメント波長の選択の問題 1)は、エキシマレーザー光の横モードを乱しつつ、か
つ縦モードを整える光学系にすることにより解決できる
可能性はあるが、2ンのアライメント光の選択の問題に
おいては、アライメント精度を高めるために、露光波長
と同じ光を用いて縮小投影レンズを通過してレチクル、
マスク)とウェハーのマークで直接アライメントする方
法(スルーザレンズ方式:以下TTL方式という)を採
用することが好ましく、レンズ設計が容易になるメリッ
トがある。ところが、露光波長と同じ波長の光を用いて
アライメントを行うと、アライメント中にアライメント
キ一部のレジストが露光されてしまい、その後のプロセ
スでアライメントキーがつぶされてしまう欠点がある。
そこで、一般には、TTL方式を用いたアライメントで
は、アライメント光と露光波長は異った領域、例えば従
来は、超高圧水銀灯のg線又は1線の露光波長に対し、
アライメント光はd線(5了アnm)又はe線(546
nm)、人rレーザー(51snm)が用いられるのが
一般的であった。
ところが、露光波長にKrF(248nm)  エキシ
マ−光等を用いると、縮小レンズ系に用いるレンズ材料
が制約され(具体的には、合成石英や蛍石に限定される
)、露光波長とあまり波長の異つたアライメント光を用
いると色収差補正が完全に行なえず、解像度が大幅に劣
化し、アライメントが行なえなくなる欠点があった。す
なわち、露光波長248nmのエキシマ−光に対し、超
高圧水銀灯のd線(577nm)やe線(646nm)
やムrレーザー(615nm)は露光波長とのズレが大
きすぎてアライメントに利用できないことが発見された
一方、KrF  エキシマ−光源と同じ波長の光をアラ
イメント光として用いる方法は、前述の理由によシ欠点
が大きすぎる。
問題点を解決するための手段 そこで、本発明は300〜400nmの光に不感応で2
00〜300nmのエキシマ−光に感応する露光用のレ
ジストを用い、露光波長にたとえばKrFエキシマ−光
(すなわち248nm)を用い、アライメント光として
300〜400nmの光、すなわち、たとえば超高圧水
銀灯の1線ク メント系の光学解像度をそれ程劣化させずにTTLアラ
イメントが可能となることが発見された。
本発明では、たとえばエキシマ−縮小露光装置において
、アライメント光に露光波長と異る光を用いてもTTL
方式でのアライメントが可能とする方法を提供するもの
である。なお、アライメント光に300〜400 nm
の光を用いる場合、アライメントキーすなわち画像認識
用のビデオカメラ(canカメラ)がこの波長の光に感
度を有しないときは、カメラ前面にイメージインテンシ
ッフイヤー(以下11Tという)を入れて、300〜4
00nmの波長の光を650nm付近の光に変換すると
ともに、1000〜10000倍程度増幅してやれば、
大幅にアライメント精度を向上できる。
作用 従って、本発明は、露光用の光にたとえばKrF(24
snm)エキシマ−光を用いアライメント光ンてたとえ
ば1線またはj線を用いアライメント光をに工Tで変換
した後、たとえばCCDでアライメントキーを読みとる
ことlこより、レチクルとウェハーのアライメントヲ直
接TTL方式にてアライメント可能とする露光装置を提
供するものであり、超微細な露光パター7(例えば0.
6〜0.3nmの焼付はレジストパターン)が形成可能
となり、さらに、高精度アライメント(例えば0.1〜
o、orμm)が達成される。
実施例 以下、本発明の一実施例の露光装置を図を用いて説明す
る。第171でおいて光源部は、KrF  エキシマ−
光源1と、エキシマ−光源1より発射されたレーザー光
を分散放射するインチグレーター2と、さらに分散放射
された光を集光するコンデンサーレンズ3、光軸の向き
を変えるミラー4よりなる。
一方、縮小投影部は、レチクルステージ5に固定された
レチクル6と、縮小投影レンズ7と、XYウェハーステ
ージ8に固定されたウェハー(半導体基板)9よりなる
。ウェハー9上にはレジスト30が塗布されアライメン
トキー12が形成されている。
従って、光源部を出たエキシマ−光を用い、レチクル上
のパターンをウェハー上1こ焼付ける構成を取る。
さらに、露光装置としては、アライメント元学系とアラ
イメントキーを認識し、画像処理を加え、XYウェハー
ステージ8を制御する制御用コンピュータ1oが必要と
なる。すなわち、レチクル上のアライメントキー11と
、ウェハー上のアライメントキー12を位置会わせする
必要う:あ己。水装置の場合アライメント光学系・はア
ライメント用光源13として、HeCdレーザーや超高
圧水銀灯を用い、集光レンズ14で集光した後、超高圧
水銀灯ではフィルター15(又は、モノクロメータ−)
で、アライメントに必要な光、例えば、1線又はj線の
みを取り出しHeC:dレーザーでは、そのまま利用し
て、アライメント用ビームスプリッタ−16を用いて、
アライメント光路にアライメント光を導入する。さらに
、プリズム又はミラー17等で、光軸を折り曲げた後、
露光用の光(KrFxキシ−q−光248nm)と、H
eCdv−ザー光、i線又はj線の色収差および光路長
補正用のアライメント用レンズ18を用いて、レチクル
6上のアライメントキ一部11にのみ選択的に入射させ
る。さらにアライメントキ一部11゜12に入射された
光が反射されて返ってくる光を画像として認識するため
に結像用レンズ19と、光軸上にCODカメラ2oを設
置しておく。なお、このとき、アライメントキー11.
12より画像として返ってくる光は、HeCdレーザー
光、j線またはj線のみの波長の光であるため、IIT
21を用いCODに感度のあるssonm程度の光に変
換するとともに1oOo〜10000倍程度増幅する構
成とする。
なお、この波長すなわちHeCdレーザー光、j線や1
線用のIITに用いるマイクロチャンネルプレートはた
とえばFl 217(浜松ホトニクスm>等が使用可能
である。
また、ウェハー9上に塗布されて露光されパターン形成
されるレジストとしては、ノボラック系のポジレジスト
を一部改良することで対処できる。
例えば、i線アライメント用としては、ノボラック系の
ペースポリマーに、ナフトキノン誘導体(次の式Iに示
す)を用いれば、露光用の248nmの光に感度を有し
365 nm付近で吸収の非常に少ないポジレジストが
製造できる。(分光特性を第2図に示す) o2C1 j線アライメント用としては、ノボラック系のベースポ
リマーに、ナフトキノン誘導体(次の式■に示す)を用
いれば、248 nmに感度を有し313nm付近で吸
収の非常に少ないポジレジストが製造できる。(分光特
性を第3図に示す。) −N o2Cd また、i線、j線、さらにHe Cdンーザーをアライ
メント光として用いる場合には、ペースポリマーに、6
−ジアシメルドラム酸または、その誘導体(次の式■に
示す)を用いれば、248nmに感度を有しi線、j線
、He Cdレーザー光、全てに渡り非常に吸収の少な
いポジレジストが製造できる。(分光特性を第4図に示
す。)なお、ノボラック系のペースポリマーの分光特性
は、第5図に示すものが市販されている。第5図により
300〜400nmの光を十分透過することができる。
従って、本発明の露光装置において、露光波長としてK
rFエキシマ−光の248 nmを用い、アライメント
光として、Handレーザー光または超高圧水銀灯のi
線またはj線を用いることが可能となる。
なお、本発明の露光装置を用いて、ウェハー上に露光パ
ターンを得る方法は、あらかじめ、ホトレジスト(例え
ば、ノボラック系ポジレジスト)をコートしたウェハー
9を、XYウェハーステージ8上に固定し7、アラーf
メント元としてMe Cdレーザー光、iまたは3線を
用いてXYウェハーステージを制御してアライメントキ
ー11とアライメントキー12の位置合せを行なった後
、エキシマ−光源を作動させて、ウェハー上のレジスト
l′こレチクルパターンを焼付ければ良い。
発明の効果 本発明の露光装置により、露光波長としてKrFエキシ
マ−光を用いても、アライメント精度が0.1〜0.0
5μ口程度の高精度TTL方式アライメントが可能とな
り、さらに解像度も実用レベルで0.4μm〜0.5μ
m程度のレジストパターンの形成を十分クリヤーできる
ことが確認される。
従って、本発明は今後、超々LS1製造例えば16MD
RAM 、64MDRAM等の製造上、効果大なるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のエキシマ−光源を用いた露光装置の概
念を説明するための概念図、第2図、第3図、第4図は
それぞれi線、j線、Heedレーザー光アライメント
用ポジレジストに用いることが可能な光分解性試薬の分
光特性を示す図、第6図はノボラック系のペースポリマ
ーの分光特性を示す図である。 1・・・・・・エキシマ−光源、6・・・・・・レチク
ルステージ、了・・・・・・縮小投影レンズ、8・・・
・・・XYウェハーステージ、11〜21・・・・・・
アライメント光学系。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名富 
2 図 πリ        300         匈o 
       5θθ濠景(Vす 第3図 液 表 (気帆) 第4図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エキシマー光源と、レチクルステージと、縮小投
    影レンズと、XYウェハーステージと、アライメント光
    学系を含む半導体素子製造用光学露光装置において、露
    光用の光としてエキシマー光を用い、アライメント光学
    系に使用する光として300〜400nmの波長を用い
    ることを特徴とした露光装置。
  2. (2)エキシマー光として、KrFエキシマー光を用い
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装
    置。
  3. (3)300〜400nmの波長の光として、超高圧水
    銀灯のi線またはj線またはHeCdレーザー光を用い
    ることを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の露光装
    置。
  4. (4)アライメント光と露光用の光の光軸が、互いにズ
    レていることを特徴とした特許請求の範囲第1項〜第3
    項いずれかに記載の露光装置。
  5. (5)あらかじめ、i線またはj線またはHeCdレー
    ザーの光を用い、レチクル上のアライメントキーとウェ
    ハー上のアライメントキーの位置合せを行った後、Kr
    Fエキシマー光で露光することを特徴とした露光方法。
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