JP2698521B2 - 反射屈折型光学系及び該光学系を備える投影露光装置 - Google Patents

反射屈折型光学系及び該光学系を備える投影露光装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は反射屈折型光学系、特にＩＣやＬ
ＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等撮像デバイスや液晶
パネル等の表示デバイスを製造する為に使用される微細
パターン結像用の反射屈折型光学系と該反射屈折光学系
を備える投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化
が益々加速度を増しており、これに伴なう半導体ウエハ
ーの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の
中心をなす投影露光技術は、現在、０．５ミクロン以下
の寸法の像を形成するべく、解像度の向上が図られてい
る。
【０００３】解像度を向上させるべく露光光の波長を短
くする方法があるが、波長が短くなると投影レンズ系に
使用可能な硝材の種類が制限される為、色収差の補正が
難しくなる。
【０００４】この色収差の補正に関する負荷を軽減させ
た投影光学系として、主として凹面鏡のパワーで結像を
行う、この凹面鏡とレンズ群とにより構成された反射屈
折型光学系がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この反射屈折型光学系
は、物平面側から順に偏光ビームスプリッターと１／４
波長板と凹面鏡を備えており、物平面からの光を偏光ビ
ームスプリッターと１／４波長板を介して凹面鏡で反射
した後、再度１／４波長と偏光ビームスプリッターを介
して像平面に結像するものであり、偏光ビームスプリッ
ターと１／４波長板を組み合わせて光の損失を少なくし
ているが、結像に直線偏光光が用いられているので、
０．５ｕｍ以下の微細な像を形成する場合には、物平面
の（線状）パターンの（長手）方向性に依存して結像性
能が変化するといった問題がある。
【０００６】例えば、開口数ＮＡ＝０．５、設計波長２
４８ｎｍの投影光学系と位相シフトマスク（ライン＆ス
ペースパターン）を用いて形成できる０．２ｕｍの像の
コントラストは、結像に用いる光の偏光方向がパターン
の長手方向と平行か垂直かによって、２０％程度の差が
生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の反射屈折型光学
系は、物体面側から順に偏光ビームスプリッターと１／
４波長板と凹面鏡とを有し、物体面からの光を、偏光ビ
ームスプリッターと１／４波長板を介して凹面鏡で反射
した後、再度１／４波長板と偏光ビームスプリッターを
介して像面に入射させる反射屈折型光学系において、前
記偏光ビームスプリッターと前記像面の間に前記偏光ビ
ームスプリッターからの偏光光の偏光状態を変化させる
手段を設けることにより、上記問題を解決しようとする
ものである。本発明の他の反射屈折型光学系は、物体面
側から順に偏光ビームスプリッターを備える第１光学系
と第２光学系と第３光学系とを有し、物体面からの光
を、第１光学系の偏光ビームスプリッターを介して第２
光学系に入射させ、第２光学系により偏光状態を変えて
偏光ビームスプリッターに再入射させ、偏光ビームスプ
リッターと第３光学系とを介して像面に入射させる反射
屈折型光学系において、前記第３光学系に、前記偏光ビ
ームスプリッターからの偏光光の偏光状態を変化させる
手段を設けたことにより、上記問題を解決しようとする
ものである。
【０００８】本発明の投影露光装置は、上記反射屈折型
光学系のいずれかを用いてマスクのパターンを被露光基
板上に投影することにより、上記問題を解決しようとす
るものである。本発明のデバイス製造方法は、上記投影
露光装置を用いてデバイスパターンを基板上に転写する
段階を含むことにより、上記問題を解決しようとするも
のである。
【０００９】本発明の反射屈折型光学系及び投影露光装
置は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等撮像
デバイスや液晶パネル等の表示デバイスを製造する為
に、効果的に使用される。特に、投影光学系となる反射
屈折光学系の倍率を縮小にすることにより、遠紫外光を
用いて、０．５ｕｍ以下の微細なデバイスパターンを結
像できる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例であるところの半導
体素子製造用縮小投影露光装置を示す。
【００１１】図１において、１はウエハ９上に転写され
るべき半導体素子の回路パターンが形成されたレチクル
で、反射屈折型光学系１００の物平面に不図示のレチク
ルステージにより保持され、不図示の照明系からの波長
λ（＜３００ｎｍ）の遠紫外光によりレチクル１の回路
パターンが均一な照度で照明される。レチクル１の回路
パターンからの０次や１次の回折光を含む発散光は正の
屈折力を備える第１レンズ群２に入射する。第１レンズ
群２は、この発散光を、光軸ＡＸにほぼ平行な光線の束
より成る平行光に変換し、偏光ビームスプリッター３に
入射させる。偏光ビームスプリッター３に入射した平行
光は偏光ビームスプリッター３を透過し、１／４波長
（λ／４）板４を介して、負の屈折力を備える第２レン
ズ群５に入射する。
【００１２】偏光ビームスプリッター３を透過してレン
ズ群５に入射する平行光は、偏光ビームスプリッター３
の分割面３ａに関してＰ偏光光であり、偏光ビームスプ
リッター３に入射する平行光のうち、この分割面３ａに
関してＳ偏光光は光分割面３ａで図の上方に向かって反
射される。
【００１３】又、１／４波長板４は、図の左側から入射
するＰ偏光光を円偏光にし且つ図の右側から入射する円
偏光光をＳ偏光光に変換するよう構成、配置されてい
る。
【００１４】第２レンズ群５は、偏光ビームスプリッタ
ー３及び１／４波長板４を通過した平行光を発散光に変
換して凹面鏡６に入射させる。凹面鏡６は光軸ＡＸに関
して回転対称な球面反射面を備えており、凹面鏡６は、
入射発散光を反射、集光して再びレンズ群５に入射さ
せ、第２レンズ群５と１／４波長板４とを介して偏光ビ
ームスプリッター３に向ける。凹面鏡６で反射、集光さ
れて偏光ビームスプリッター３に再入射する光は、１／
４波長板４の作用で分割面３ａに関してＳ偏光光である
為、この再入射光は、偏光ビームスプリッター３の分割
面３ａによって、図の下方に反射される。
【００１５】偏光ビームスプリッター３の下方には、偏
光面変更手段７と正の屈折力を備える第３レンズ群８と
が設けられてあり、第３レンズ群８の更に下方には反射
屈折型光学系１００の像平面に被露光面が一致するよう
に、半導体デバイス製造用のシリコンウエハ９が不図示
の可動ＸＹステージにより保持されている。
【００１６】偏光面変更手段７は１／４波長（λ／４）
板から成り、この１／４波長（λ／４）板は、偏光面変
更手段３の分割面３ａで反射された光を円偏光光に変換
して、第３レンズ群８に入射させる。第３レンズ群８
は、偏光面変更手段８の１／４波長板からの円偏光光を
集光し、レチクル１の回路パターンの縮小像をウエハ９
上に形成する。
【００１７】本投影露光装置は、偏光ビームスプリッタ
ー３を用いながらも、円偏光により結像を行なうよう構
成してあるので、微細パターンの結像に際しても、微細
パターンの偏光依存性によるパターン毎の解像度の不均
一が生じることが無い。即ち、本投影露光装置は、レチ
クル１の微細パターンの種類（方向性）によらず、常に
一定の解像力を持つことになる。
【００１８】本投影露光装置において、レチクル１を保
持するレチクルステージを水平に置き、このレチクルス
テージとレンズ群２の間に光軸ＡＸを４５度折り曲げる
反射鏡を置くことにより、全体が小型になる。
【００１９】本投影露光装置は、回路パターンをウエハ
９のほぼ全面に形成する為に、ウエハ９を保持するＸＹ
ステージをステップ移動させてステップ＆リピート方式
の露光を行なう形態や、ウエハ９を保持するＸＹステー
ジをステップ移動−スキャン移動させてステップ＆スキ
ャン方式の露光を行なう形態等を採るよう構成できる。
【００２０】又、本投影露光装置では、レチクル１とし
て例えば位相シフトマスクを用い、より微細なパターン
を結像することができる。又、不図示の照明系を光軸Ａ
Ｘに関して傾いた方向からレチクル１を照明する斜め照
明が可能な系としても、より微細パターンを結像するこ
とができる。
【００２１】又、本投影露光装置では、ＫｒＦエキマシ
レーザー（λ≒２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー
（λ≒１９３ｎｍ）、超高圧水銀灯（輝線スペクトル：
λ≒２５０ｎｍ）等の光源を用いる。
【００２２】本発明の他の実施例として、上記各投影露
光装置において、偏光面変更手段７として、光軸ＡＸを
回転軸として回転可能な１／２波長（λ／２）板を備え
るものがある。この偏光面変更手段７を用いれば、レチ
クル１の微細パターンの方向性に応じて、偏光ビームス
プリッター３からの光の偏光面を変えることができるの
で、分解能が高くなる（低下しない）偏光光による結像
が常に可能になる。
【００２３】例えば、レチクル１の微細パターンが紙面
上下方向に長手方向を有するものの場合、偏光ビームス
プリッター３からの光の偏光面をＳ偏光からＰ偏光に変
換するよう１／２波長板７の回転角を決める。
【００２４】レチクル１の微細パターンが紙面垂直方向
に長手方向を有するものの場合、偏光ビームスプリッタ
ー３からの光の偏光面をＳ偏光のまま維持するよう１／
２波長板７の回転角を決める。
【００２５】レチクル１の微細パターンが紙面上下及び
垂直方向に長手方向を有する（十字）ものの場合、偏光
ビームスプリッター３からの光の偏光面をＳ偏光からＳ
偏光とＰ偏光に対して４５度を成す偏光光に変換するよ
う１／２波長板７の回転角を決める。
【００２６】本発明の他の実施例として、偏光面変更手
段７の波長板としてフレネルロムや電気的に複屈折特性
を制御できる電気光学結晶素子（ＥＯ光変調素子）を用
いるものがある。
【００２７】次に図１の投影露光装置とレチクル１とを
利用した半導体素子の製造方法の実施例を説明する。図
２は半導体装置（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶
パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回
路設計）では半導体装置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（レチクル３０４）を製作する。一方、ステップ
３（ウエハー製造）ではシリコン等の材料を用いてウエ
ハー（ウエハー３０６）を製造する。ステップ４（ウエ
ハープロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスク
とウエハーとを用いて、リソグラフィー技術によってウ
エハー上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組
み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成され
たウエハーを用いてチップ化する工程であり、アッセン
ブリ工程（ダイシング、ボンデイング）、パッケージン
グ工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検
査）ではステップ５で作成された半導体装置の動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程
を経て半導体装置が完成し、これが出荷（ステップ７）
される。
【００２８】図３は上記ウエハープロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハー（ウエハ
ー３０６）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶ
Ｄ）ではウエハーの表面に絶縁膜を形成する。ステップ
１３（電極形成）ではウエハー上に電極を蒸着によって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハ
ーにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）
ではウエハーにレジスト（感材）を塗布する。ステップ
１６（露光）では上記投影露光装置によってマスク（レ
チクル３０４）の回路パターンの像でウエハーを露光す
る。ステップ１７（現像）では露光したウエハーを現像
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）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取
り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウ
エハー上に回路パターンが形成される。
【００２９】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体素子を製造することが可能に
なる。
【００３０】
【発明の効果】以上、本発明では、被投影物体の微細パ
ターンの種類（方向性）によらず高い解像力を持つ反射
屈折型光学系を提供することができる。従って、反射屈
折型光学系により投影露光を行なう優れた投影露光装置
と反射屈折型光学系により各種デバイスを製造する優れ
た方法とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す半導体素子製造用縮小
投影露光装置の概略図である。
【図２】半導体素子の製造工程を示すフローチャート図
である。
【図３】図２の工程中のウエハープロセスの詳細を示す
フローチャート図である。
【符号の説明】
１ レチクル ２、４、８ レンズ群 ３ 偏光ビームスプリッター ４、７ １／４波長板 ６ 凹面鏡 ９ ウエハ

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体面側から順に偏光ビームスプリッタ
    ーと１／４波長板と凹面鏡を備えており、物体面からの
    光を偏光ビームスプリッターと１／４波長板を介して凹
    面鏡で反射した後、再度１／４波長板と偏光ビームスプ
    リッターを介して像面に入射させる反射屈折型光学系に
    おいて、前記偏光ビームスプリッターと前記像面の間に
    前記偏光ビームスプリッターからの偏光光の偏光状態を
    変化させる手段を設けることを特徴とする反射屈折型光
    学系。
  2. 【請求項２】 前記物体面側から順に、物体面からの発
    散光を平行光に変換し、前記偏光ビームスプリッターに
    入射させる第１レンズ群と、前記偏光ビームスプリッタ
    ーからの前記平行光を発散光に変換し、前記凹面鏡に入
    射させる第２レンズ群と、前記凹面鏡により反射及び集
    光されて前記第２レンズ群を介して前記偏光ビームスプ
    リッターに戻された光を前記偏光ビームスプリッターを
    介して受け、像体面に集光する第３レンズ群とを備える
    ことを特徴とする請求項１の反射屈折型光学系。
  3. 【請求項３】 前記偏光状態を変化させる手段が１／４
    波長板を備えることを特徴とする請求項１の反射屈折型
    光学系。
  4. 【請求項４】 前記偏光状態を変化させる手段が１／２
    波長板を備えることを特徴とする請求項１の反射屈折型
    光学系。
  5. 【請求項５】 前記１／２波長板が、前記物体面のパタ
    ーンの種類に応じて、前記偏光光に対する光学軸の方向
    が変えられるように設けてあることを特徴とする請求項
    ４の反射屈折型光学系。
  6. 【請求項６】 倍率を縮小に設定してあることを特徴と
    する請求項１〜５の反射屈折型光学系。
  7. 【請求項７】 物体面側から順に偏光ビームスプリッタ
    ーを備える第１光学系と第２光学系と第３光学系とを有
    し、物体面からの光を、第１光学系の偏光ビームスプリ
    ッターを介して第２光学系に入射させ、第２光学系によ
    り偏光状態を変えて偏光ビームスプリッターに再入射さ
    せ、偏光ビームスプリッターと第３光学系とを介して像
    面に入射させる反射屈折型光学系において、前記第３光
    学系に、前記偏光ビームスプリッターからの偏光光の偏
    光状態を変化させる手段を設けたことを特徴とする反射
    屈折型光学系。
  8. 【請求項８】 前記偏光状態を変化させる手段が１／４
    波長板を備えることを特徴とする請求項７の反射屈折型
    光学系。
  9. 【請求項９】 前記偏光状態を変化させる手段が１／２
    波長板を備えることを特徴とする請求項７の反射屈折型
    光学系。
  10. 【請求項１０】 前記１／２波長板が、前記物体面のパ
    ターンの種類に応じて、前記偏光光に対する光学軸の方
    向が変えられるように設けてあることを特徴とする請求
    項１０の反射屈折型光学系。
  11. 【請求項１１】 倍率を縮小に設定してあることを特徴
    とする請求項７〜１０の反射屈折型光学系。
  12. 【請求項１２】 前記第２光学系が前記物体側から順に
    入射光の偏光状態を変える手段と凹面鏡とを備えること
    を特徴とする請求項７の反射屈折型光学系。
  13. 【請求項１３】 前記偏光状態を変える手段が１／４波
    長板であることを特徴とする請求項１２の反射屈折型光
    学系。
  14. 【請求項１４】 前記第１、第３光学系が各々レンズ群
    を備えることを特徴とする請求項７〜１３の反射屈折型
    光学系。
  15. 【請求項１５】 前記第２光学系がレンズ群を備えるこ
    とを特徴とする請求項１４の反射屈折型光学系。
  16. 【請求項１６】 前記第１光学系は前記物体面からの発
    散光を平行光に変換して前記偏光ビームスプリッターに
    入射させることを特徴とする請求項１４の反射屈折型光
    学系。
  17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれかの反射屈折
    型光学系を用いてマスクのパターンを被露光基板上に投
    影することを特徴とする投影露光装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７の投影露光装置を用いてデ
    バイスパターンを基板上に転写する段階を含むデバイス
    製造方法。
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