JPS637628A

JPS637628A - 露光装置

Info

Publication number: JPS637628A
Application number: JP61152454A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Ogawa; 一文小川; Masaru Sasako; 勝笹子; Masataka Endo; 政孝遠藤; Takeshi Ishihara; 健石原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-01-13

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、インテグレーターおよび半導体素子製造等に
用いる光学露光装置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
フイー工程の超微細加工を実現す丞ために考案されたイ
ンテグレーターおよびこれ全周いた縮小投影型エキシマ
ー露光装置に関するものである。

従来の技術従来より半導体素子特にＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の微細加工
用として超高圧水銀灯全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、超高圧水銀灯のｇ線（４３ｓｎ
ｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）を用いているため、解像度は
ｇ線で１．２μｍ、１線で０．８μｍ＝［度が限界であ
った。これらの波長では、今後、４Ｍ　１）ｉｔ　　Ｄ
ＲＡＭや１６Ｍｂｉｔ　ＤＲＡＭ製造に必要とされる０
、５μｍの解［象度を得ることは不可能に近い。

そこで、近年ｇ線や１線に比べより波長の短いＸａｃｌ
　（３０８ｎｍ）やＫｒＦ　（２４９ｎｍ）やムｒＦ（
１９３ｎｍ）等のエキシマ−レーザー光源を用いた露光
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間厘点しかしながら、エキシマ−光源は、出力が大きく取れる
反面、面内での照度のバラツキが１０％程度もあるとと
もに、ビーム径がたとえば２ａｎ’程度の小ざな面光源
であるため、マスクおよび縮小レンズに合せてビーム形
状を均一な照度で変形させる必要がある。

すなわち、マスク全面に光を照射できるようにビーム径
を均一照度で広げる必要がある。

そこで、本発明では、ある−定のスポット径を有するエ
キシマー光源と縮小レンズの光路の間に、分散性能がす
ぐれ均一な分散が可能な元の分散板（インテグレーター
）設置し、マスクおよび縮小レンズに合せてビーム径を
均一照度で広げ、マスクパターンをウェハー表面に均一
に焼き付けることを目的とする。

問題点全解決するための手段すなわち、本発明は、光透性基板の基材としてたとえば
可視光域から２００１ｍまで透明な合成石英板を用い、
少くともその一主面上に複数の平行した凹部を形成し、
エキシマ−光源から出た遠紫外ビーム全会凹部のレンズ
効果により均一に分散きせることか可能なインテグレー
ターを製作する。

さらに、本発明はかかるインテグレーター全エキシマー
光を用いた縮小投影露光装置に用いるものである。

作用本発明のインテグレーターは、特有の凹部により、より
均一な光の分散が確保され、光源の均一性全要求きれる
光学装置に有用となる。

サラに、上記インテグレーターをエキシマ−光源と縮小
レンズの光路内に少くとも一枚設置することにより、縮
小投影露光を行うマスクに必要な照射面積までエキシマ
ー光源のビーム径を均一に拡張でき、ウニ・・−の照射
部全面全均一な照度のエキシマレーザ元で照射すること
が可能となり、均一な超微細なレジストパターンを得る
ことが可能となる。

なお、このとき、さらに、インテグレーターとマスクの
間に焦点位置と規制するだめのコンデンサーレンズまた
はそれに類する光学部品を設置しておくことが望ましい
。

実施例例えば、第１図に示すように、エキシマレーザ元金発す
るエキシマ−光源１．光学ミラー２９インテグレーター
３．コンデンサーレンズ４．マスク５人を保持するマス
クホルダー５．ビームスプリッタ−６、縮小投影レンズ
７、半導体ウェハー８人を載置するウェハーステージ８
よりなる本体部９と、アライメントレンズ１１．アライ
メント用ビームスプリッタ−１２，アライメント光源１
３゜画像読取りカメラ１４よりなるアライメント光学系
１５、およびアライメント光学系１５より得た画像信号
を処理し、ウニ・・−ステージの移動金利ａするコンピ
ューター１６よりなるエキシマ−露光装置において、使
用するインテグレーターとして、第２図〜第５図に示す
ような形状（たとえば２ｃｍ〜ＡＣＩＩＩ口程度）のも
の（円形でもよい）を用いる。す奇わち、第２図は、光
透過性基板２１（例えば可視光〜２００ｎｍで透明な合
成石英板）表面に複数の平行した皿状凹部２２（２２ａ
。

２２ｂ　、２２０．２２ｄ　、２２６）ｉ形成し、表面
を反射防止用のマルチコーティング２３（多層膜）を施
したインテグレーター人を示す。この例では平行した皿
状凹部が５個（２２ａ〜２２ｅ）、形成されている。

次にこの第２図のインチグレータの光の分散放射特性を
第３図を用いて説明する。まず−般にエキジャー光源よ
り発射てれた入射光Ｌｉｎは、１０係以上の不均一な照
度分布を有しており、たとえば、中心軸に近い光（１４
，７１ｓ、ｙ６は比較的強く、周辺部の光６＋、　ｅ２
．　ｅｓ、　７１７９ｇａ、ｅｑ　　は弱いとする。基
板２１の平行した皿状凹部２２ａ〜２２ｅのそれぞれに
入射した光は、個々の凹部にて拡げられ、分散放射″／
１ＬＯｕｔとして基板２１から分散放射される。（２，
／〜ｇ、′はそれぞれｅ、　ｇ、の放射光を示す。基板
２１からある距ＩＲｊ、Ｘ＠れた場所（たとえば第１図
ではコンデンサレンズ４の位置：第３図では照射面Ｙと
する）では、たとえば凹部２２ｂに入射した元はＹ全面
に拡がり、凹部２２Ｃに入射した元もＹ全面に拡がる。

したがって、Ｙでは、入射光り工ｎの強い部分も弱い部
分もＹ全面全照射するため、Ｙ面内平行した凹部に垂直
な方向では非常に均一な照射強度となる。なおＸはたと
えばｓｏｃｍ〜１ｍ程度が選ばれるが均一な照度の面Ｙ
の大きさおよび距離ｘは、各凹部２２ａ〜２２６の曲率
を選択すれば決定することができる。また各凹部２２ａ
〜２２６の曲率はそれぞれ異なっていてもよく、均一度
が向上する。

さらにこの第２図のインテグレーターは、基板２１の片
面にのみ凹部形成のための加工音節せばよく、加工の容
易性は極めて良好である。

しかしながら、上述の如きインテグレーターのみでは、
まだ、平行した凹部に垂直方向のみでしか均一照度が得
られず、平行した凹部に平行な方向では照度むらが残る
欠点がある。

そこで、この欠点全解決するには第４図に示すように、
第２図乙のインテグレーターを少くとも２枚重ねて、各
々の平行した凹部２２が交差するように設置すれば、そ
れぞれの平行した凹部に垂直な方向に均一な照度が得ら
れ、結果としては、照射面全域で非常に均一な照度、た
とえば２チ程度のバラツキが容易に得られる。なお、第
４図では、インテグレーターを２枚用いそれぞれ直交さ
せて重ねて使用する例を示したが、実際上は、交差角度
が多少傾向いていても問題はない。さらにこの第４図の
場合は、加工性の容易なものの組合せで照度の均一性の
良好なインテグレーターが得られる。なお、第６図は第
２図のタイプと同様の凹部を同一基板の表裏でズラして
形成したインテグレーターである。この第５図のインテ
グレーターはより一層第３図でいう距離ｘｌ短くするこ
とが可能となり、均一度も向上させることが可能となる
が、第４図のごとく片面凹部のものを組み合せる場合と
比べ、加工は難しくなる。

上述のインテグレーターを第１図の露光装置のインテグ
レーター３に用い、均一照度面をたとえば第１図の露光
装置におけるコンデンサレンズ４の位置に選定すれば全
面が均一な照度分布を有する光を、ホトマスク５人に照
射することが可能となる。第１図のインテグレーターは
、第４図のものを用いている。このことは、縮小投影レ
ンズ７を介してマスク６人のパターン全ウェハー８Ａ上
のレジストに焼き付ける際、均一な照度でもって露光で
き、サブミクロンパターンの形成に極めて有効となる。

なお、この均一な照度による露光は、パター巾が狭くな
るにつれ有効となり、０．５μｍ以下の超微細パターン
形成にも好都合となる。さらに、エキ７マー光源からの
レーザ元は通常たとえば２゜５チ程度の照度のバラツキ
を有する超高圧水銀灯等に比べ、照度むら（バラツキ）
が１０チ程度と大きく本発明のような均一な照度分布を
得ることができるインテグレーターは、エキシマ光源を
用いた露光装置に極めて有効となる。なお、コンデンサ
レンズ４は、焦点を規制するためのいわゆる集束光学系
であり凹面鏡等でもよい。

たとえば、第６図ａ、ｂに示すように半導体基板２００
上に２μｍ幅のポジレジストパターン２０１と０．５μ
ｍ幅の同レジストパターン２０２を形成する場合を考え
る。縮小投影露光によるレジストパターンの形成に際し
、仮に半導体基板２００（ウェーハ８人）上のある露光
領域で光Ｌｐの露光照度が５〜６憾増加していたとする
と、通常パターン寸法が片側で０・２μｍ程度狭くなる
。

このとき、第６図ａのごとく、レジストパターン２０１
．２０２は破線のように細くなり、２μｍ巾のレジスト
パターン２０１では実用上ざしつかえないが、０．５μ
ｍ巾のレジストパターン２０２は使用不可能となったり
パターン形成が不可能となる。

一方、本発明のインチグレータを用いて照度のバラツキ
を２条程度に改良すると、２係程度の照度増加分では片
側０．０５μｍ程度の狭ばまりに押えることが可能とな
る。したがって、第６図すに示すごとく、第６図すの破
線のようにパターン細りが少なくなり、たとえば０．５
μｍレジストパターン２０２も充分実用上使用可能でパ
ターン形成の精度も向上する。なお、照度が１０％低下
する部分においてはパターンの拡がりが生じるが、この
場合も、本来０．５μｍの巾であるべきレジストパター
ン巾が大きく拡がり、実際上使用不可能なものとなる。

また、ネガレジストにおいて、パターンの細りと拡大が
ポジと逆になるのみで同様のことかいえる。

このように、本発明のインチグレータを用いてエキシマ
−露光装置でのエキシマ−光の照度のバラツキ金たとえ
ば２％程度以下にすることは、０．５μｍ程度以下のレ
ジストパターンの形成にとって極めて有効である。

なお、本発明のインテグレーターは、Ｎ″／ｆ：、装置
以外にも、ビーム径を広げることが必要な光学装置であ
れば、どのようなものでも使用可能なことは言うまでも
ない。

発明の効果本発明のインテグレーターを用いると、放射面積が小さ
く照度むらの大きいエキシマ−光源を用いても、マスク
全面に均一照射できるようにビーム径を均一かつ容易に
広げることが可能となる。

特に、縮小レンズ元学系を通してサブミクロンオーダー
の微細なマスクパターンを半導体ウエノ・−表面に焼付
ける際、露光むら全防止したり、解像度全維持する上で
多大の効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のエキシマ−Ｎ″／ｌ、装置
の概要全説明するだめの概略構成図、第２図ａは本発明
の一実施例のインテグレーターの正面図、第２図すは同
色のｎ　−ｎ’線断面図、第３図は第２図のインテグレ
ーターの光束分散を示す図、第４図は本発明の他の実施
例のインテグレーターの断面図、第５図ａは本発明のさ
らに他の実施例のインテグレーターの正面図、同すは同
ａのＩＶ　−■′線断面図、第６図ａ、ｂは光源の露光
むらのレジストパターンに及ぼす影響全説明するための
図である。１・・・・・エキシマ−光源、３・川・・インテグレー
ター、５・・・・・・マスクホルダー、６・・・・・・
ビームスプリッタ−１７・・・・・・縮小投影レンズ、
８・・・・・・ウェハーステージ、１５・・・・・・ア
ライメント元学系、２１・・・・・・光透過性基板、２
２・・・・・・平行皿形凹部、２３・・・・・・・・・
反射防止マルチコーティング、２０１．２０２・・・・
・・ポジレジストパターン。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
２　図　　　　　　　　　　　　　　　　　平行皿形酵
（ａ＞　　　　　　　（ｂ）ｚｚａ−２２ａ　−−４行＊千Ｉ’１Ｍ’第３図Ｚｅ第４図第　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光透過性基板の少くとも一方の主面に複数の平行
した凹部を設け、前記基板の一方又は他方の主面から入
射した光を前記他方又は一方の主面から分散放射させる
ことを特徴とするインテグレーター。
（２）凹部が、皿形をしていることを特徴とした特許請
求の範囲第１項記載のインテグレーター。
（３）光透過性基板の両主面に複数の平行した凹部を設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイン
テグレーター。
（４）両主面の複数の平行した凹部底の位置が互いにズ
レていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
インテグレーター。
（５）凹部表面が反射防止用のマルチコーティングされ
ていることを特徴とした特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれかに記載のインレーター。
（６）エキシマー光源、縮小投影レンズ、ウェハーステ
ージ、マスクホルダー、インテグレーター、アライメン
ト光学系を含む露光装置において、前記インテグレータ
ーは、光透過性基板の少くとも一方の主面に複数の平行
した凹部を設けた構成を有し、前記光源から発射される
エキシマー光を前記インテグレーターの一方又は他方の
主面に入射させ、前記他方又は一方の主面から分散放射
させ、前記レンズを通して前記ステージ上のウェハに照
射させることを特徴とする露光装置。
（７）インテグレーターとして、光透過性基板の少くと
も一主面に複数の平行した凹部を設けた光の分散板を複
数枚互いの凹部が交差するように設置し、前記光源から
発射されるエキシマー光を前記光の分散板の一方から入
射させ他方より分散放射させ、前記レンズを通して前記
ステージ上のウェハーに照射させることを特徴とした特
許請求の範囲第６項記載の露光装置。
（８）インテグレーターがエキシマー光源と縮小投影レ
ンズの光露内におかれていることを特徴とする特許請求
の範囲第６項または第７項記載の露光装置。
（９）エキシマー光源は、ＫｒＦエキシマーレーザー光
を発することを特徴とした特許請求の範囲第６項または
第７項記載の露光装置。
（１０）インテグレーターと縮小投影レンズ間に集束光
学系を配置し、前記集束光学系を前記インテグレーター
から放射された光の均一照度面に設置することを特徴と
する特許請求の範囲第６項または第７項記載の露光装置
。