JPS63240501A - 露光装置 - Google Patents

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、投影レンズそれを用いた露光装置特に半導体
素子製造に用いるフォｌ−ＩＪソゲラフイー技術による
露光装置に関するものである。

さらにまた、半導体素子製造におけるフォトリソグラフ
ィ一工程の超微細加工を実現するために考案された、不
連続な例えばパルス状のエネルギー線、更に詳しくはた
とえばエキシマレーザ光等を用いた露光装置に関するも
のである。

従来の技術 従来、すでに半導体素子、特にＬＳＩ、’／ＬＳＩ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、超高圧水銀灯のｇ線（ａ
ｅｎｍ）やｉ線（３６ａｎｍ）を用いているため、解像
度はｇ線で０．８μｍ、ｉ線で０．６μｍが限界であっ
た。これらの波長では。

今後、４Ｍないしは１６Ｍビットダイナミックメモリ製
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１ｇ線やｉ線に比べより波長の短いｘｅｃ
７ｉ（３ｏｓｎｍ　）やＫｒＦ（２４ｓｎｍ）やムｒＦ
　（１ｓｓｎｍ）等のエキシマレーザ光を発する光源を
用いた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装
置用投影レンズにおいては次に掲げる問題点がある。

すなわち露光波長が短波長のため、縮小投影レンズに用
いる光学材料ガラス（硝材）の材料選択に、透過率の関
係で制限されてしまう。ちなみにＫｒＦ（２４９ｎｍ　
）、ムｒＦ　（１９３ｎｍ）のレーザ波長では１石英（
Ｓｉｎ２）あるいは蛍石（ｃａｐ２）の２種類ぐらいに
限定される。従って従来は縮小投影レンズ設計において
、レンズを構成するガラス材料のわずかな屈折率と分散
の差を利用して。

色収差等の諸収差を波長の数分の１の単位で補正しなけ
ればならなかった。しかしながら、エキシマレーザ光等
の遠紫外線では前述のように使用しえる材料が限られる
ため、縮小投影レンズの設計時必然的に同一屈折率の材
料の球面の曲率半径をわずかずつ変化させる方法しか使
用できず、縮小投影レンズだけで、１ｍ程度と非常にレ
ンズが長いものとなってしまうという問題があった。

なお、ＣａＦは、ＳｉＯ２に比べ材質がやわらかく。

加工がしにくい欠点があるとともに、屈折率のバラツキ
の少ない硝材が得られないため、実際上実用性にとぼし
い。

そこで、本発明では、単一石英系のレンズを作成する場
合、屈折率の異なる石英を用いることによりレンズ設計
を容易に行なわしめる方法を提供するとともに、投影レ
ンズの性能の向上を計ったものである。

問題点を解決するための手段 本発明の投影レンズは、特定の波長で屈折率の制御され
た石英またはフッ素を含む硝材を２種類以上組み合せて
なるものである。

作用 従って、使用波長が特定できる半導体用露光装置に用い
る投影レンズ、例えば、ＫｒＦエキシマ−光（２４ｓｎ
ｍ　）　、　ＸｅＣＪ　エキシマ−光（３０８ｎｕ　）
、ＡｒＦｚキシマー光（１９３ｎｍ）用の投影レンズの
設計には、合成石英および合成石英にフッ素不純物を混
入して屈折率を制御された複数種の硝材を利用できるの
で、レンズ設計の自由度、色収差補正の性能等の向上が
可能となる。

実施例 以下に本発明の一実施例について説明する。

第１図中に示す合成石英の屈折率の波長依存性は、屈折
率カーブ（ＩＬ）となり、今、投影レンズに使用する波
長をＫｒＦエキシマ−光すなわち２４８ｎｍに決定する
と、屈折率は１．５０８となる。一方、フッ素不純物を
４．６パーセント混入した硝材（不純物混入石英）では
屈折率カーブは―）となり２４８ｎｍで、屈折率は１．
４７となる。すなわち。

同じ石英系の硝材でも、２４８ｎ！ｌの光で使用するの
であれば、屈折率１，５０８，１．４７の２種類が使用
できることになる。以下同様に不純物混入量を制御する
ことで、必要に応じて屈折率の異なる硝材を利用して、
レンズ設計を行なえば、目的とするレンズを製造するこ
とが可能となる。

ちなみに、３種類の屈折率を有する硝材を用いた１２枚
組みの遠紫外用縮小レンズの設計例を第２図に示してお
く。

なお図中、１１は本発明の方法で作成した硝材を用いた
個別レンズを示し、１２は光束を示し。

１３はウェハー表面である。

次に、本発明の投影レンズを用いた露光装置の一実施例
を第３図を用いて説明する。

すなわち、光源部として、例えばＫｒＦ（２４８ｎｍ　
）エキシマ−レーザー光源２１とレーザー光源より発振
励起発射された光を整形及び均一化するインテグレータ
２２及び光路を垂直にする大形の全反射ミ９−２３．レ
チクル２６及び縮小レンズ２７を照明するための石英製
のコンデンサレンズ２４．レチクル２６．アライメント
のだめの主ビームスプリッタ２６および対向ミラー２６
人、そして石英製の縮小投影レンズ２７なる光学系の構
成を有している。結像点に、ＸＹＺステージ２８上に設
置されたウニ；−−２ａに転写する縮小投影露光装置の
主光学系と、前記主ピームスプリツタ−２６および露光
光路と略垂直になる光軸上に、光路順にアライメント用
レンズ３ｏ、アライメント用ビームスプリッタ−３１，
画像処理・波長変換用ＩＩＴ３２．画像処理用のｃｃＤ
カメラ３３、更にアライメント用ビームスプリッタ−３
１と垂直にアライメントマーク照明用のアライメント光
源３４（例えば、超高圧水銀灯の光をカットフィルター
またはモノクロメータで分光したもの。

あるいはレーザー）からなるアライメント光学系は、ウ
ェハー上の任意の場所を照明するためのＸＹ駆動系３６
に保持している。そしてアライメント光学系とウェハー
２９を設置するＸＹＺステージ２８は画像処理及びアラ
イメント信号処理として制御用コンピュータ３６で制御
できるものにしておく。

アライメント光学系をさらに詳細に説明する。

アライメント照明系３４例えばＸｅ−Ｈｇ超高圧ランプ
よりカットフィルタを用いてｉ線（３６５ｎｍ）または
ｊ線（３１３ｎｍ）（縮小投影レンズ７とエキシマレー
ザ−光源２１をＫｒＦエキシマ−光（２４８ｎｍ）にし
だ時）の光を照明し。

アライメント用ビームスプリッタ−３１によりアライメ
ント用レンズ３０を介し主光学系の主ビームスプリッタ
−２６を照明することになる。この時、レチクル及びウ
ェハーのアライメントマーク位置に応じてアライメント
系ｘＹ運動系３６によって任意に照明することができる
。アライメント照明光は主ビームスプリッタ−２６を介
し、レチクル５上のアライメントマーク２６人と主ビー
ムスプリッタ−２６および対向ミラー２６人を介してウ
ェハー２９上のアライメントマークを３１３または３６
５ｎｍの紫外域の光で同時に照すことができ、その反射
光は更に主ビームスプリッタ−２６および対向ミラー２
６人を介し、ウェハー２９上のアライメントマークと、
主ビームスプリッタ−２６を介し、ルナクル２６上のア
ライメントマーク２６Ａのイメージをアライメント用レ
ンズ３ｏに同時にもどすことになる。なお、このとき、
露光波長（２＋ｓｎｍ）とアライメント波長（例えば、
　３１３ｎｌ１１　、３６５ｎｍ　）の光では色収差が
発生し１本発明に用いるような縮小レンズでは通常色収
差が取り切れない為、露光焦点とアライメント焦点がズ
してしまう。そこで対向ミラー２６人の位置りをうまく
調節することで、アライメント光の光路長を変えて、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
トキーを露光波長の光と同等焦点とすることが可能とな
る。

またウェハー２９とレチクル２６上のアライメントマー
クのイメージは、縮小投影レンズ７とアライメント用レ
ンズ３ｏによりそれぞれ拡大されたイメージとなるため
非常に大きな解像度を得ることが可能となる。更に紫外
線であるイメージ（目視あるいは、ビデオ処理は紫外域
では観察できない）を可視にするだめの波長変換と、Ｓ
／Ｎ比を向上するだめの画像信号の増幅するマイクロチ
ャンネルプレート（ＭＯＰ　）を備えたイメージインテ
ンシフアイ＋−（ＩＩＴ）３２を用いてイメージが加工
されることになる。この時、イメージの波長は通常ｓｏ
ｏｎｍ以上にすることにより。

可視域での観察が可能となり、最後にＣＯＤカメラ１３
により、絵素事のパターン認識処理を行うものである。

なおＣＣＤカメラの分解能は高ければ高い程よい事は当
然であるが、イメージの拡大、可視光等の効果でさほど
問題はない。

また、イメージインテンシファイヤートシては光電面に
Ｃｓ　−Ｔｏを持ち、１５０〜３２０ｎｍに感度のある
ｖ　１ｔｓｏｅ　（浜松ホトニクス（株）型名）等が、
またマイクロチャンネルプレートとしては、Ｆ１２１７
（浜松ホトニクス（株）製）等が使用可能である。

なお、上述の実施例では、露光波長にＫｒＦの２４８ｎ
ｍを用い、アライメント光に３１３ｎｍ（ｊ線）や３ｅ
ｓｎｍ（ｉ線）を用いた例を示したが、従来の露光装置
と同じｄ線やｅ線をアライメント光に用いることも可能
である。なお、ｅ線やｄ線をアライメント光として用い
る場合には。

可視光なのでＩＩＴは必要としないが、色収差が１線や
ｊ線に比べて大きくなるので、対向ミラーと、主ビーム
スプリッタ−の間隔の）を大幅に大きくする必要がある
。

発明の効果 本発明を用いることにより、遠紫外領域で使用可能な石
英系の高精度投影レンズが製作できる。

また１本発明を用いてレンズ設計を行う場合、硝材の選
定の自由度が大幅に増加するため色収差補正等レンズ設
計精度を向上させることが容易になるとともに、設計時
間を大幅に短縮できる効果がある。

さらにまた、本発明のレンズは、０．５μｍ程度の解像
度を必要とする超々ＬＳＩ製造用露光装置。

特にＫｒＦエキシマ−光等の遠紫外光を用いた露光装置
で高解像度を発揮でき、半導体デバイス製造技術向上に
効果大なるものがある。なお、エキシマ−光源はＫｒＦ
に限定されるものではない。

また１反射縮小投影露光装置でも同じ効果が得られるこ
とも明らかである。

【図面の簡単な説明】 第１図は合成石英および不純物を混入した石英硝材の波
長に伴う屈折率変化を示した特性図、第２図は実際に製
造された光学、レンズの一実施例を示す構成図、第３図
は本発明のエキシマ−露光装置を説明するための一実施
例の構成図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）特定の波長で屈折率の制御された硝材を２種以上
   組合わせるとともに前記硝材として、石英または石英に
   フッ素を制御混入したものを用い特定の波長で屈折率を
   変化させるようにした投影レンズ。
2. （２）特定の波長が遠紫外光であり、ＫｒＦあるいはＡ
   ｒＦあるいはＸｅＣｌエキシマー光である特許請求の範
   囲第１項記載の投影レンズ。
3. （３）エキシマー光源と、レチクルステージと、特定の
   波長で屈折率の制御された硝材を２種類以上組み合せて
   組立てられた縮小投影レンズとＸＹウェハーステージと
   、アライメント光学系を含む露光装置。