JP3200894B2 - 露光方法及びその装置 - Google Patents
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Description
極微細な回路パターンにおいて生じる干渉光の影響をな
くし、投影レンズを通して基板上に高分解能でもってエ
キシマレーザ光等を用いて結像させて露光するようにし
たエキシマ等の露光方法及びその装置に関する。
ンをウエハ上に露光転写して、ウェハ上に微細な回路パ
ターンを形成する。ところが、LSIの高集積化のニー
ズに対応するため、ウェハ上に転写する回路パターン
は、極微細化し、結像光学系の解像限界まで来ている。
を転写するために、さまざまな技術が開発されている。
イズド・レゾナンス)光等のX線を用いて露光する方法
がある。
ーム露光機)を用いる方法がある。
いが比較的簡便ということで、「エキシマ レーザ ス
テッパ フォ サブ−ハーフ ミクロン リソグラフ
ィ、 アキカズ タニモト、エスピーアイイー 第1088号
オプティカル レーザ マイクロリソグラフィ 2(198
9)」”Excimer Laser Stepper for Sub-halfMicron Li
thography, Akikazu Tanimoto, SPIE Vol.1088 Opti
calLaserMicrolithography 2(1989)”又は特開昭57
−198631号公報に開示されているエキシマレーザ
を用いた方法がある。
りマスクを工夫して分解能を向上する位相シフタ法が知
られている。この位相シフタ法は、近接するパターンか
らの光を干渉させることにより分解能を上げるものであ
り、隣り合うパターンの位相が反転するように交互に位
相をπずらした膜(位相シフタ)を設けることにより実
現する。
析を紹介した文献として、「ステッパの光学(1),(2),
(3),(4)」(光学技術コンタクト、Vol.27,No.12,p
p.762−771,Vol.28,No.1,pp.59-67,Vol.28,No.
2.pp.108-119,Vol.28,No.3,pp.165-175)がある。
向上した例が、特開平3ー27516号公報に記載され
ている。
811号公報に知られた従来技術は、位相シフタの配置
が難しいと共に、位相シフタを設けたマスクの製造が難
しいという課題を有するものである。
決し、マスク上に形成された白黒の極微細な回路パター
ンを、位相シフタと同等以上の分解能で基板上に転写で
きるようにしたエキシマ等の露光方法及びその装置を提
供することにある。
に、本発明では、マスクを多数の仮想の点光源から形成
された輪帯状照明で照明する照明手段と、この照明手段
によって照明されたマスクを透過あるいは反射する光を
基板上に結像する結像手段と、この結像手段の光学的瞳
付近に設置された空間フィルタとを備えて露光装置を構
成した。
仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を露光領
域においてほぼ一様に施す照明手段と、この照明手段に
よってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過あるいは
反射する光の内、0次回折光又は低次回折光の少なくと
も一部を遮光する光学的瞳を有して露光領域においてマ
スク上に形成された回路パターンを基板上に結像する結
像手段とを備えて露光装置を構成した。
と、マスクを保持する保持手段と、エキシマレーザ光源
から発射してエキシマレーザを保持手段に保持されたマ
スクに輪帯状に照明する照明手段と、この照明手段で照
明されてマスクを透過したエキシマレーザによりマスク
上の回路パターンを基板上に結像する結像手段と、この
結像手段の光学的瞳の近傍に配置されて照明手段で照明
されてマスクを透過したエキシマレーザのうち0次回折
光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する遮光手段
とを備え露光装置を構成した。
たマスクに対して、多数の仮想の点光源から形成された
輪帯状の拡散照明を露光領域においてほぼ一様に施し、
この露光領域においてほぼ一様に拡散照明されたマスク
を透過あるいは反射する光の内、0次回折光又は低次回
折光の少なくとも一部を結像手段の光学的瞳位置の近傍
で遮光して、結像手段によりマスク上に形成された回路
パターンを基板上に結像して露光する露光方法とした。
たマスクをエキシマレーザで輪帯状に照明し、この輪帯
状に照明されたマスクを透過したエキシマレーザのうち
0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光し、
この0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光
したエキシマレーザで結像光学系を介してマスクに形成
された回路パターンを基板上に結像する露光方法とし
た。
いて、基板上に転写する回路パターンのコントラストを
落す原因は、結像手段の開口(瞳)内に回折光を十分に
取り込めないことにある。ところでマスク上の回路パタ
ーンからは、使用波長および回路パターンの寸法に応じ
て光が回折する。この際、露光波長に対して、回路パタ
ーンが極微細なった場合、回折角度が大きくなり、また
回折光の強度も大きくなる。その結果、転写に用いる結
像手段(投影レンズ)の開口に光が入らなくなり、これ
が分解能を落す原因となる。
ないように、エキシマレーザステッパのように波長を短
くして回折成分を小さくするか、又は結像手段(投影レ
ンズ)のNAを大きくすることにより回折光をより多く
取り込むようにするものが考えられる。
ターンからの回折光は結像手段(投影レンズ)に取り込
まれる成分が少ないのに対し、マスク上の回路パターン
からの回折しない成分(0次回折光)は全てレンズに取
り込まれるという現象から、結像に必要な光のうち0次
回折光だけが結像手段(投影レンズ)に多く取り込まれ
ることになり、相対的に結像手段(投影レンズ)に回折
光成分が少なく取り込まれることに着目して、0次回折
光の少なくとも一部を遮光することにより、結像手段
(投影レンズ)から出射される回折光と0次回折光の光
量のバランスを相対的に良くし、マスク上に形成された
極微細の回路パターンを結像手段(投影レンズ)を通し
て基板上に結像転写されるコントラストを向上させて高
分解能の露光を実現しようとするものである。
実現するには、マスクの照明光の可干渉性(コヒーレン
シー)を高くする必要がある。かつ、投影露光装置で
は、改造能力を高い空間周波数までもたせるために、照
明系の空間コヒーレンス度(シグマ、σ)を大きくして
いる。この2つの条件は、一見、背反するものである
が、位相差顕微鏡等で用いられて織る輪帯状の照明光源
を用いることで、同時に達成される。
くできるため、光学系の焦点深度を深くできる。
想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を、露光領
域においてほぼ一様に施す照明手段と、該照明手段によ
ってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過する光の
内、0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光
する光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク
上に形成された回路パターンを基板上に結像する縮小投
影レンズとを備えたことにより、マスク上に形成された
極微細の回路パターンを縮小投影レンズを通して基板上
に結像転写されるコントラストを向上させて高分解能の
露光を実現することができる。
ザ光を用いた投影式露光方法に限られるものでないこと
は明らかである。
基いて説明する。
を結像手段(投影レンズ)により基板上に忠実に転写す
るというより、コントラストを向上させて転写するもの
である。つまり、投影露光においては、必ずしも「回路
パターンを正確に転写する」必要はなく、「基板(ウェ
ハ)上に得たい回路パターンをコントラスト高く転写す
れば良い」という新しい技術思想に基づくものである。
1上にクロム102によりマスク回路パターン104が
形成されたマスク100の断面図である。図1(b)の
波形301は、マスク回路パターン104について、図
4乃至図6に示す投影露光装置3000によって基板
(ウエハ)200上に結像された結像パターンの強信号
度分布である。この波形301を0次回折光による波形
302と高次回折光による波形303に分けて考える。
マスク回路パターン104が図1(a)に図示したよう
な微細な回路パターン105の場合、0次回折光による
波形302に対し、高次回折光による波形303が小さ
いため検出される波形301はコントラストAM/AV
は小さくなる。ここで、0次回折光を遮光することによ
り、波形302の成分を除けるため、検出波形は波形3
02のようなコントラストの高いものになる。
下説明する。即ち、本発明は、このマスク上の隣合う回
路パターンの位相を位相膜を用いずに、反転させようと
(すなわちπずらそうと)するものである。図2及び図
3に示すように、マスク(レティクル)100の隣合う
回路パターン321(A)、323(B)の間の遮光部
が狭い場合には、完全に相補的な図形となり、該遮光部
が有限の幅を持つ場合には、近似的に相補的になる。そ
してマスク(レティクル)100の隣合う回路パターン
321(A)、323(B)は、結像光学系(投影レン
ズ)3201により回折像面3203に、バビネ(Ba
binet)の原理により、フラウンホーファー回折像
では、中央の1点(0次回折光)を除いて、光強度が等
しく、位相がπずれることになる。この回折像面320
3において、0次回折光以外の回折パターンでは隣合う
回路パターン321(A)、323(B)からの光は位
相が反転し(πずれている)、該回折パターン(回折像
面)上で遮光板324(結像空間フィルター3302)
により0次回折光の少なく一部を遮光することによっ
て、基板200面(結像面)上に結像する光は、あたか
も位相が反転している(πずれている)隣合うパターン
からの光が結像しているのと等価になり、基板200上
に高コントラストの極微細な回路パターン(ウエハ上で
0.1μm程度又はそれ以下の極微細な回路パターン)
を転写することができる。即ち、図2又は図3に示すよ
うに、回折像面で遮光板324(結像空間フィルター3
302)により0次回折光の少なくとも一部を遮光する
ことによって位相の反転した回折光のみが結像面に届く
ため、結像面からみると、あたかもマスク上に位相膜が
形成されているように見える。この結果、位相シフタ法
と同じ回路パターンをウエハ上に結像するようになり、
結像面の強度分布は、図7に示す従来の縮小投影露光の
場合と比較してウエハ200上に高コントラストの極微
細な回路パターンが得られる。図7は、従来の縮小投影
露光の場合を説明するための図であり、隣合う微細の回
路パターン321、323の像は結像面においてコント
ラストが低くなっている。要するに、本発明に係る縮小
投影露光の場合は、図2及び図3に示すように、図7に
示す従来の縮小投影露光の場合と比較して結像面におい
てコントラストが高い極微細な回路パターン(ウエハ上
で0.1μm程度又はそれ以下の極微細な回路パター
ン)が転写露光されることになる。
て説明する。図4の例では、水銀ランプ3101から射
出した光を集光レンズ3103により光源空間フィルタ
ー3301に集光し、コンデンサレンズ3106によ
り、マスク100を照明する。マスクを透過した光は、
一部を結像空間フィルター3302により遮光され、結
像レンズ3201によりウエハ200上に結像される。
光源空間フィルター3301の形状をl(u,v)、マスク1
00上のパターンの形状をf(x,y)、結像空間フィルター
3302の形状をa(u,v)とすると、ウエハ200での像
の強度gp(x,y)は以下の(数1)式で算出される。
03上の各(u,v)から射出した光は互いに干渉しないた
め、結像面で強度を算出した後に積分している。ここ
で、久保田著、波動光学(岩波書店)によれば、一般に
光学系の分解能は、光学系のレスポンス関数、あるいは
光学的伝達関数(OTF、Optical Transfer Function)
を用いて考えることができる。図4の例のレスポンス関
数H(u,v)は、物体面上のパターンf(x,y)、およびその
像の強度gp(x,y)を用いて以下の(数2)式で、算出さ
れる。
レスポンス関数を示す。横軸は空間周波数sを示し、参
考のために対応する結像レンズの開口数(NA=0.3
8の場合)を示している。縦軸は、0次の成分で正規化
したレスポンス関数を示している。ここで、点355の
位置は結像レンズの開口の大きさを示す。曲線352
は、従来の光学系すなわち光源空間フィルター3301
及び結像空間フィルター3302を用いない場合のレス
ポンス関数を示し、曲線353は位相シフト法による見
かけ上のレスポンス関数を示し、曲線354はレーザ等
コヒーレント光を用いた際のレスポンス関数を参考のた
めに示している。従来法のレスポンス関数352は以下
の(数3)式が示す位置s1までレスポンス関数が延び
ている。
す位置までレスポンス関数が延びている点では、従来の
方法と同一であるが、曲線がNA0.2付近から0.6
の位置まで安定した形状になっている。さらに本発明で
は、低周波成分のレスポンス関数を、後述するようなマ
スクパターンの形状の工夫により低下させることによ
り、本発明のシステム全体のレスポンス関数を曲線35
6の形状にしている。正規化して示したのが曲線357
であり、低周波成分から高周波成分まで広い帯域にわた
って安定したレスポンス関数を有している。これによ
り、本発明により微細なパターンを高いコントラストで
結像できることが示される。具体的には、例えば0.3
μmのラインアンドスペースは点358の位置になり、
このコントラストは、従来法ではC1になるが、本発明
ではC2という高い値になる。本発明では、前記(数
1)式を用いて算出したレスポンス関数を最適にするよ
うに光源空間フィルター3301および結像空間フィル
ター3302の形状を決定している。以上のように、本
発明により、低周波成分のレスポンス関数を小さくする
ことにより、相対的に高周波成分のレスポンス関数の値
を大きくすることができる。また、輪帯状の光源空間フ
ィルタ−を用いることにより、前記(数3)式による帯
域までレスポンス関数を延ばすことができる。光源空間
フィルタ−3301及び結像空間フィルタ−3302の
大きさ及び幅はいずれも、前記(数2)式を用いてレス
ポンス関数を算出することにより最適化することができ
る。
の結像状況を算出して、マスク形状を確認する方法を後
述するが、前記(数1)式が解析的には解けないため、
前記(数1)式を基にして数値計算によって算出する。
また、前記(数2)式で算出できるレスポンス関数を求
め、以下の(数4)式により算出すると計算時間を短縮
できる。
301および結像空間フィルター3302の形状を決定
する方法を説明する。本発明の光学系は、いわゆる部分
的コヒーレンス結像の光学系であり、いわゆるレスポン
ス関数では十分説明できない。部分的コヒーレンス結像
の光学系については「ステッパの光学」(光学技術コン
タクト、Vol.27,No.12,pp.762−771)に説明
されている。この概念を用い本発明の輪帯状光源、およ
び輪帯状空間フィルターをもちいた光学系の結像特性を
算出する。
は、光源形状と検出光学系の瞳面の形状との関係を示す
Transmission Cross-Coefficient、T(x1,x2) と
いう概念を用いて以下の(数5)式で算出される。さら
に、上記「ステッパの光学」によれば、この光学系の結
像特性(OTF、Optical Transfer Function)は最低次
のTransmission Cross-Coefficient、T(x,0)によ
って近似的に決定される。また、T(x,0)は光源形
状と瞳面の形状の相関関数で示される。
分的コヒーレント結像の特性は、光源形状と瞳面形状の
相関関数という幾何の問題になる。図33に、光源空間
フィルタ3301の光透過部3305、および結像空間
フィルタ3302の光遮光部3306を示す。座標xの
ときの光源と瞳面の相関関数は図33の斜線部364の
面積で示される。同様に、従来技術の光源と瞳面の相関
関数を図34の斜線部365に示す。
関関数、いいかえればTransmissionCross-Coefficien
t、T(x,0)の算出値を示す。図34に示す従来の
場合の相関関数、曲線366に比べて、高周波領域でそ
の値が大きくなっている。すなわち、コントラストが増
加する。この図37は、N.A.=0.38,σ=0.
9の場合について計算したものである。また、図37の
横軸には波長0.365ミクロンの場合に、各N.A.
に相当する最小パターン寸法を示す。(例えば、0.3
はラインアンドスペース0.3ミクロンを意味する。)
0.3ミクロンのOTFは従来例の約2倍になっている
のがわかる。
空間フィルタ3301および結像空間フィルタ3302
の形状設定の直感的理解を深め、設定を助けるための図
を示す。図35(a)の斜線部Aは光源の外径と遮光部
3306との相関関数を示し、図35(b)の斜線部Bは
光源の内径と遮光部3306との相関関数を示す。ま
た、図35(C)の斜線部Cは光源の透過部3305と
光学系の最大瞳との相関関数を示す。最終的な光源形状
と空間フィルターとの相関関数は、図36の斜線部36
7で示され、これは、上記のC−A+Bで求められる。
このように相関関数を求めることにより、空間フィルタ
あるいは輪帯状照明の効果が直感的に理解でき、逆にこ
れらの形状を決定すれ際の助けになる。具体的には、輪
帯状照明によって、中周波領域381に対して、高周波
領域382の値が大きくなる。また、低周波領域383
が大きすぎるのに対し、空間フィルターの効果A部およ
びB部を航路刷ることにより、低周波領域の値をさらに
低減している。このように、輪帯状照明、および空間フ
ィルタの効果は直感的にも説明された。
ターの形状は、(数5)式を基にして、評価されるべき
であり、近似的には、光源と空間フィルタの相関関数で
評価されるべきものである。
くできるため、光学系の深度を深くできる。ここで、輪
帯状光源の帯幅が狭い程、光源の可干渉性が高くなるた
め焦点深度が上がり、輪帯状光源の輪帯の直径が大きい
ほど、空間コヒーレンス度が大きくなるため解像度が高
くなる。
と輪帯状空間フィルターの効果について説明する。図3
9(a)には、結像レンズの瞳3301、瞳上に結像さ
れる光源の像3305a(0次回折光)、及びマスク1
00上にy方向に形成されたパターン(回路パターン)
による光源の回折像3305b,3305cを示す。光
源が輪帯状の場合を図39(a)に示し、円形の場合を
図39(b)に示す。0次回折光を遮光するためのフィ
ルターを斜線部371で示す。この斜線部371により
光源の回折光3305b,3305cの一部でもある3
72も同時に遮光されることになるが、(a)の場合は
10%から20%だけが遮光されているが、(b)の場
合は、40%以上は遮光されている。すなわち、0次回
折光のみを効率よく遮光するという目的は、図39
(a)の輪帯状の光源の方が効果的に達成される。つま
り、輪帯状の光源の方が性能が上がる。ここで輪帯状光
源の幅が小さいほど、遮光されてしまう回折光の比率が
小さくなる。
光するため図40(a)に示したような光源の輪帯幅の
30%程の狭さの輪帯幅を有する空間フィルター330
6を用いているが、0次回折光の一部を遮光すれば良い
わけであっる為、図40(b)に示したような輪帯幅は
光源とほぼ同じであって透過率を約70%程度にした空
間フィルターを用いても良い。勿論、輪帯幅を光源の像
の輪帯幅よりも小さくし、透過率を70%よりも下げた
ものをもちても良い。更に、ここでは0次回折光の遮光
率をほぼ30%にした場合を示したが、遮光率は後で述
べるように30%に限るものではない。更に、0次回折
光の一部を遮光するために空間フィルター3306部を
透過率は100%で使用波長での位相がπずれるような
位相板を用いても良い。このようなフィルターも実質的
に0次回折光の一部を遮光するフィルターになる。更に
は、偏光と偏光板を用いて遮光しても良い。
70%にしたフィルターの輪帯幅を、光源の輪帯幅より
大きくしても良い。このような構成することにより、0
次回折光のみでなく、低次回折光の一部を遮光すること
ができ、MTFカーブをより良くすることができる。ま
た図40(a)に示した例も、図50の例のように低次
回折光の一部を遮光する構成になっている。
く遮光するためには、輪帯状の光源が効果を発揮し、輪
帯の幅を小さくすると効果は大きくなる。ここで、輪帯
状光源を小さな光源が輪帯状に並んだものと考えること
ができる。すなわちコヒーレントな点光源の集合体と考
えることができる。そこで、図41に示したように点光
源に近いような空間コヒーレンス度が0.1から0.3
程度の光源375の集合として、これに対応する位置に
光源375より小さな遮光版376を設置しても本発明
の目的は達成される。透過率を下げた遮光版376を用
いても良いことはいうまでもない。図41(a)には、
輪帯状に並べた例を示す。さらに、この考え方を進める
と、図41(b)に示すように輪帯状の形をしていなく
ても0次回折光の遮光は達成される。同時に、図41
(c)に示すようにこのような光源と遮光版を何重かの
輪帯として並べてもよい。また、図41(d)のように
0次回折光の一部を遮光するために、対応する光源の一
部に対してのみ遮光版を設置してもよい。
の光強度分布と空間フィルタの透過率を半径方向につい
て示している。ここで、図42では、光強度分布および
透過率分布共に矩形の分布を示しているが、図43に示
したように、なだらかな分布を示していても問題ない。
これは、OTFが、これらの相関関数で示されることを
考えれば理解できる。すなわち、重複部分について、加
重をとりながら積分していったのが相関関数であるた
め、なだらかな分布を示しても、相関関数の値は大きく
は変わらない。いずれの場合も半径方向に等しい分布、
同心円状の分布になっており、これが重要である。
に分布をもってもよいということは、図41(b),
(c),(d)に示す光源の強度を中心になるに従っ
て、小さくするような形であっても良いことを示してい
る。このような実施例では、よりコヒーレンシーのない
光源が作れると同時に低周波成分を更に小さくできると
いう効果を有する。
置あるいはその他の結像光学系で0次回折光の一部を効
率的に遮光するということが解像度向上及び焦点深度向
上という目的を解決する手段である。ところが、0次回
折光を効率的に遮光するためには、空間フィルターを配
置するフーリエ変換面で0次回折光と回折光が重なら
ず、分かれている必要があり、このためには、照明光の
コヒーレンシーが高くなければいけない。すなわち、点
光源に近いことが望ましい。一方で、結像光学系の解像
度を向上するためには、光源の空間コヒーレンス度すな
わちσ値を大きくすることが望ましい。すなわち、大き
な光源が望ましいということになる。つまり、点光源で
あって、大きな光源という相反することを両立させる必
要がある。この相反することを両立させるのが本発明の
輪帯状光源と空間フィルタである。これを効率的に満足
させるためには小さな光源の集合体を用いることが一策
である。さらに、この集合体を大きな輪帯状に配置すれ
ば大きな光源という条件も満足する。すなわち、輪帯の
幅を小さくすればコヒーレンシーが増し焦点深度が向上
し、輪帯の半径を大きくすれば空間コヒーレンス度が増
し解像度が向上する。
ながら、輪帯の半径を大きくしていくと、空間フィルタ
ー3306の径が光学系の瞳と同じ程度の大きさになる
条件が存在する。この条件が、0次回折光の一部を遮光
し、輪帯状光源の大きさが最大になる条件である。すな
わち、ある縮小投影レンズに関して、最大の解像度を得
られる条件となる。図44(a),(b),(c)に、
この実施例を示す。いずれも光源の大きさがレンズ瞳よ
り大きくなっている。一般には光源の大きさを大きくす
ると焦点深度が浅くなり、リソグラフィには使用できな
いとされてきた。しかしながら、すでに説明したように
輪帯状の光源を用いることにより焦点深度を深くするこ
とができるため、図44に示すような瞳より大きな光源
を用いることができる。個の実施例も0次回折光の一部
377を遮光する構成になっている。この構成のOTF
も相関関数で現される。そこで、光源の大きさが瞳より
小さい場合より、OTFの遮断周波数が延びるという効
果がある。また、この構成の他の効果として高い精度が
必要な縮小投影レンズを用いず大N.A.化が容易な照
明系の改良のみで解像度を向上できる点がある。この実
施例では、N.A.0.4のレンズを用いi線で概ね
0.2μmのパターンを転写することができる。
ことは、OTFカーブが緩やかに単調減少することであ
る。図45に本発明のOTF378を示す。ここで、O
TFが緩やかでなく、379のように波うっている場
合、波の極小点付近でコントラストが低くなることにな
り、様々な空間周波数成分を持つ実際のLSIパターン
ではパターンが正しく転写しない。但し、特定の空間周
波数成分のみから形成されている特殊なパターンではこ
の限りでなく、特定の空間周波数に対してだけコントラ
ストを大きくすればよい。すなわち、MTFカーブが特
定の幅Wbの範囲にある必要がある。このWbは、後述
する転写シミュレータで算出した転写結果より算出され
るべきものである。
にもこの緩やかに単調減少するOTFが必要になる。こ
のことから、実際のLSIのパターンを転写する場合
は、図44に示したように光源の内径と縮小投影レンズ
の瞳径の差と光源の外径と縮小投影レンズの瞳径の差が
ほぼ等しいのが望ましい。現実的な焦点深度を得るため
には縮小投影レンズの瞳径と内径との比率が0.6以上
有るのが望ましい。
ズの瞳内の光源の0次回折光にあたる部分380の部分
に適当な値の透過率をもつフィルタを配置しても良い。
この場合、光源瞳外の部分377の幅を小さくでき、従
って光源の大きさも小さくできる効果も有する。また、
逆に縮小投影レンズの瞳内の部分380の幅を377に
対して太くできる。この場合光強度を大きくし易い広い
帯域で安定したコントラストを保やすい等の効果を生
む。
ズの瞳の外径と同じ大きさにしても本発明の目的をある
程度達成することができる。但し、図44(a)に示す
構成は、縮小投影レンズの瞳に空間フィルタを入れなく
して、0次回折光の一部をカットすることができるた
め、構成が単純であり、実施しやすいという効果を有す
る。
光源のさらに外側に輪帯状光源378を設置することに
より解像度はさらに向上する。この図47に示した光源
を実施した例を図48に示す。このようにN.A.を大
きくした光源はレンズ系では難しいためレーザ光源31
21、ビーム走査手段3122、リング状ミラー312
3、3124を用いた構成としている。この実施例の場
合、i線のN.A.0.4のレンズを用い、0.15μ
mが解像できる。
している点で、本発明の基本思想と何等変わるところは
ない。
投影露光光学系)3000の一実施例について、図4乃
至図6に基いて説明する。即ち、パターン転写系(縮小
投影露光光学系)3000では、Hgランプ3101か
らの光のうち、波長365nmのi線を色フィルタ31
02により選択的に透過させ、集光レンズ3103によ
り、インテグレータ3104の面に集光される。インテ
グレータ3104内の各エレメント3107(図9)に
入射した光が、個々に射出角αとして射出し、コンデン
サレンズ3106により、マスク100上を照明する。
ここで、インテグレータ3104については後述する。
光源空間フィルター3301として仮想の多数の点光源
を配列した形の輪帯状に形成してインテグレータ310
4の出力端付近に設置される。
ーン104(例えば図20に示す。)を透過・回折した
光は、結像レンズ(縮小投影レンズ)3201及び該結
像レンズ3201の瞳の付近に設置された結像空間フィ
ルター3302を通して、ウエハ(基板)200200
上に高コントラストを有するウエハ回路パターン204
(例えば図18に示す。)として結像転写される。
形の輪帯状に形成された光源空間フィルター3301の
像が、コンデンサレンズ3106及び結像レンズ(縮小
投影レンズ)3201により輪帯状に形成された結像空
間フィルター3302の位置に結像する関係になってい
る。本実施例での光源空間フィルター3301及び結像
空間フィルター3302の結像関係を図13及び図14
に示す。光源空間フィルター3301及び結像空間フィ
ルター3302とも輪帯状の形状をしている。光源空間
フィルター3301は、外径DLO,内径DLIの輪帯
部3305の光源を形成するようになっており、輪帯部
3305の内側、外側とも遮光される。結像空間フィル
ター3302は、外径DLO,内径DLIの輪帯部33
06が遮光されており、輪帯部3306の内側、外側と
も光を透過する構造になっている。なお、結像レンズ
(縮小投影レンズ)3201の入射部を3205で示
し、出射部を3206で示す。
レンズ3201の前側の位置3202であっても、結像
レンズの後側の位置3204であっても、また結像レン
ズ内の瞳の位置3203であっても良い。設計上最も効
果の良好なのは位置3203の場合であり,コストが最
も低くかつ効果の十分にでるのは位置3204の場合で
ある。図11に位置3204に結像空間フィルター33
02を載置した結像レンズ3201の斜視図を示す。結
像空間フィルター3302は金属板で形成しているため
支持棒3311で支持している。この支持棒3311は
少ないほどまた細いほど良いのは言うまでもない。また
図12には、ガラス基板3312上に遮光膜3313を
形成することにより形成された結像空間フィルター33
02の例を示す。この場合、支持棒3311は不用であ
るが、ガラス基板3312による収差の分を考慮して結
像レンズ3201を設計する必要がある。
像空間フィルター3302間の結像倍率をMとすると、
図13に示すように光源空間フィルター3301の外径
であるDLI、結像空間フィルター3302の外径であ
るDIO、結像空間フィルター3302の内径であるD
II間の関係については後述する。要するに、0次回折
光の一部ないし全部が遮光されれば、高コントラストで
マスク上の微細な回路パターンをウエハ上に結像させる
ことができる。
のDLO,DLIはもとより、結像空間フィルター33
02のDIO,DIIについて、液晶表示素子等の可変
空間フィルターに構成するか、それぞれ異なる寸法の空
間フィルターを複数備えてそれらを交換することによっ
て、空間フィルターの輪帯状の寸法を制御することが可
能である。
実施例を図8乃至図17に基づいて説明する。
いて説明する。
配線データ作成部1102は、設計データ等の配線図面
データ1101に基づいて、基板(ウェハ)200上に
形成したいウェハパターン形状データ1103が形成さ
れる。パターン変換部1104は、このウエハパターン
形状データ1103を基にして、マスク(レティクル)
100上に形成したいマスクパターン形状データ110
5に変換する。この際、パターン転写シミュレータ11
08は、パターン変換部1104で変換されたマスク1
00上のマスクパターンが、配線データ作成部1102
によって形成されたウエハパターン形状データ1103
と、光源空間フィルター3301の輪帯部3305の外
径DLO、内径DLI等の設定条件、及び結像空間フィ
ルター3302の輪帯部3306の外径DIO、内径D
II等の設定条件とに基づいて、実際パターン転写光学
系3000で基板200上に露光した際のウェハパター
ン形状データ1103と近似的に一致するかどかがチェ
ックされ、パターン変換部1104にフィードバックさ
れ、修正されると共に、ウエハパターン形状データ11
03に合った空間フィルターの最適形状(輪帯部330
5の外径DLO、内径DLI等、輪帯部3306の外径
DIO、内径DII等)を求め、その結果を空間フィル
ター制御系3305を介して光源空間フィルター制御部
(調整部)3303及び結像空間フィルター制御部(調
整部)3304に導き、光源空間フィルター3301及
び結像空間フィルター3302の形状を制御(調整)す
る。パターン生成部1106は、パターン変換部110
4によって変換されたマスクパターン形状データ110
5に基づいて電子線描画装置2103に合うEBデータ
1107に変換する。
する。即ち、マスク製作系2000において、成膜装置
2101は、マスク基板101上に金属クロムあるい
は、酸化クロムあるいは、金属クロムと酸化クロムの複
数の積層膜202を形成する。塗布装置2101は、成
膜装置2101によって形成されたマスク基板101上
にレジスト膜203を塗布する。そして、電子線描画装
置2103は、パターン生成部1106から生成される
EBデータ1107に従い、マスクパターン形状データ
1105と同一の回路パターンを描画して形成する。こ
の後、現像装置2104により、マスク基板201上の
回路パターンを現像してマスク100は完成する。完成
したマスク100は、パターン検査装置2106におい
て検出された画像データとマスクパターンデータ110
3又はウエハパターンデータ1105又は転写シミュレ
ータ1108からのデータと比較してパターン検査し、
不良があればイオンビーム加工装置等で構成されたパタ
ーン修正装置2105で修正し、最後に異物検査装置2
107でマスク100上の異物の検査をする.異物があ
れば洗浄装置2108で洗浄する。ここで、本発明によ
るマスク100は、例えば図20に示すように、1層の
膜102で形成できるので、位相シフタのマスクに比べ
て洗浄し安いという特徴を有する。また、該マスク10
0を位相シフタのマスクに比べて容易に製造することが
できる。また、上記パターン検査装置2105では、検
出された画像データと、マスクパターンデータ1103
又はウエハパターンデータ1105又は転写シミュレー
タ1108からのデータのいずれと比較しても良い。た
だし、パターン検査装置2105の光源及び結像光学系
を本発明に係るパターン転写系(縮小投影露光系)30
00と等価にして、ウエハパターンデータ1105と比
較検査するのが、最も効果的である。即ち、パターン検
査装置2105は、パターン転写系(縮小投影露光系)
3000と等価の光学系で構成し、マスクステージ34
01上に検査すべきマスク100を設置し、ウエハ(基
板)200が設置される位置に受光素子を配置して受光
素子上に結像される画像を検出するようにすればよい。
このようにパターン検査装置2105を構成することに
よって、実際ウエハ上に投影露光される極微細な回路パ
ターン(ウエハ上で0.1μm程度又はそれ以下の極微
細な回路パターン)と同じ回路パターンが光の干渉に影
響を受けることなく、受光素子から高コントラストの画
像信号として検出することができ、その結果ウエハパタ
ーンデータ1105と比較検査することにより、微細な
回路パターンでも、正確に検査することができる。
写系(縮小投影露光光学系)3000について説明す
る。即ち、パターン転写系3000では、Hgランプ3
101からの光のうち、波長365nmのi線を色フィ
ルタ3102により選択的に透過させ、集光レンズ31
03により、インテグレータ3104の面に集光され
る。インテグレータ3104内の各エレメント3107
(図9)に入射した光が、個々に射出角αとして射出
し、コンデンサレンズ3106により、マスク100上
を照明する。ここで、図9及び図10のそれぞれにイン
テグレータ3104の異なった実施例の構成を示す。図
9には、インテグレータ3104の断面が輪帯状の場合
を示す。また図10には、輪帯状の形状を遮光板310
5によって形成したインテグレータ3104の実施例を
示す。要するに空間フィルタの役目をするものであれ
ば、即ち輪帯状に遮光機能を有するものであれば、他の
構成であってもよいことは明らかである。なお、上記の
ように構成された光源空間フィルタ3301のDLI、
DLOは、可変空間フィルタに構成するか、それぞれ異
なる寸法の空間フィルタを複数備えてそれらを交換する
ことによって制御できるようにして、光源空間フィルタ
ー制御部(調整部)3303からの指令で制御または調
整できるようにすることが望ましい。そうしないと、非
常に自由度の面で制約を受けることになる。
置いた場合総合的な露光量が減ることになる。従って、
光源の光強度を大きくする必要がある。ところが従来の
ランプでは光強度を大きくすることが難しかった。ファ
イバー照明用ストロボ光源が平成3年秋季応用物理学会
学術講演会11p−ZH−8、山本他「ファイバー照明
用ストロボ光源の開発研究」に開示されている。ここで
開示されているようなストロボ光源は従来露光装置には
使用されていなかった。しかしながら、光強度を十分得
る必要がある本発明ではこのようなランプを用いる事は
効果的である。さらに、この光源は光源の径が大きいた
め本発明に適している。
図49に示すような光ファイバーを用いたインタグレー
ターが効果的である。この光ファイバーを用いたインテ
グレーターは、多数の光ファイバー380を束ねたもの
である。光の導入面3131は光源3101からの光を
集光し安いように円形であり、光の射出面は輪帯状にな
るように光ファイバーの束を束ねなおしたものである。
このように光ファイバーを用いることにより、水銀ラン
プ等の円形の光源形状を有する光源を用い、輪帯状の光
源を効率的に作成できる。さらに、光ファイバーを用い
ることでインテグレーター3104をフルキシブルに作
成できるため、熱源である光源を温度制御が必要な装置
本体から離して設置できるという効果がある。
を、固着せずにばらばらの状態にしておき、外径、内径
を可変にできる構成にしておくと良い。このような可変
機構は光源空間フィルター制御機構3303により制御
される。
104(図15)を透過・回折した光は、結像レンズ3
201及び結像空間フィルタ3302を通して、ウェハ
200上にウェハパターン204(例えば図18に示
す。)として結像する。
レンズ3201の前側の位置3202であっても、結像
レンズの後側の位置3204であっても、また結像レン
ズ内の瞳の位置3203であっても良い。設計上最も効
果の良好なのは位置3203の場合であり、コストが最
も低くかつ効果の十分にでるのは位置3204の場合で
ある。図11に位置3204に結像空間フィルター33
02を載置した結像レンズ3201の斜視図を示す。結
像空間フィルター3302は金属板で形成しているため
支持棒3311で支持している。この支持棒3311は
少ないほどまた細いほど良いのは言うまでもない。また
図12には、ガラス基板3312上に遮光膜3313を
形成することにより形成された結像空間フィルター33
02の例を示す。この場合、支持棒3311は不用であ
るが、ガラス基板3312による収差の分を考慮して結
像レンズ3201を設計する必要がある。
がコンデンサレンズ3106、結像レンズ3201によ
り結像空間フィルター3302の位置に結像する関係に
なっている。本実施例での光源空間フィルター3301
及び結像空間フィルター3302の結像関係を図13及
び図14に示す。光源空間フィルター及び結像空間フィ
ルターとも輪帯状の形状をしており、光源空間フィルタ
ー3301は、外径DLO、内径DLIの輪帯部330
5を有し、輪帯部3305の内側、外側とも遮光され
る。結像空間フィルター3302は、外径DIO、内径
DIIの輪帯部3306が遮光されており、輪帯部33
06の内側、外側とも光を透過する構造になっている。
光源空間フィルター3301、結像空間フィルター33
02間の結像倍率をMとすると、DLO,DLI,DI
O,DII間には次式(数6)の関係がある。
す。
発明の効果が最も顕著に現れる。しかしながら、必ずし
もこれらの式を満たす必要はなく、0次回折光の一部な
いし全部が遮光されれば良い。
ーン転写シミュレータ1108により最もコントラスト
の高い空間フィルターのδ及びεの値が選定される。
トラストをしめす。この図によればδが0.8εが1.
1の時最も良好なコントラストが得られる。しかし、こ
の値の時のみ良好なコントラストが得られるものでない
ことは図23から明らかである。
00の射出側3204の開口数をNAO、同じ3204
の位置での光源の像を投影したものの開口数をNALと
する。ここでNAL/NAOを空間コヒーレンス度σと
定義する。図24に、このσとコントラストの関係を示
す。σが0.9程度の時最も良好なコントラストが得ら
れている。しかし、σが0.9より多少ズレたとして
も、高コントラストは得られる。
は、図13に示した光源空間フィルター3301及び結
像空間フィルター3302を用いた場合であるが、本発
明の目的は0次回折光の一部あるいは全部を遮光するこ
とによって達成されるため、図14から図17に示した
空間フィルターを用いても高コントラストの回路パター
ンをウエハ上に結像させることができる。図14から図
17に示した空間フィルターでは、図に示した斜線部が
遮光部である。
ンプ3101、色フィルター3102、集光レンズ31
03、インテグレータ3104及びコンデンサレンズ3
106より構成される光源部3100と、結像レンズ3
201より構成される結像光学系3200と、光源空間
フィルター3301、結像空間フィルター3302、光
源空間フィルター3301を制御する光源空間フィルタ
制御部(調整部)3303、結像空間フィルター330
2を制御する結像空間フィルタ制御部(調整部)330
4並びにパターン転写シミュレータ1108から得られ
るDLO,DLI,DIO,DII等の指令信号に基い
て光源空間フィルタ制御部(調整部)3303、結像空
間フィルタ制御部(調整部)3304及び位置決めマー
ク検出部3403に制御信号を送出して全体を制御する
全体制御部3305より構成される空間フィルター制御
系(調整系)3300と、マスク100を載置するマス
クステージ3401、ウエハ200を載置するウェハス
テージ3402、ウエハ上の位置決めマークを検出する
位置決めマーク検出部3403、位置決めマーク検出部
3403からの指令でマスクステージ3304を制御す
るマスクステージ制御系3404及び位置決めマーク検
出部3403からの指令でウエハステージ3402を制
御するウエハステージ制御系3405より構成される位
置決め部3400とにより構成される。
ち、マスク製作系2000で製作されたマスク100
は、マスクステージ3401に載置され、光源部310
0により照明される。マスク100から透過、光源部3
100内の光源空間フィルター3301からの0次回折
光の一部が、結像空間フィルター3302により遮光さ
れ、高次回折光と0次回折光の一部が結像光学系(縮小
投影レンズ)3200を通してウエハ200上に回路パ
ターンを結像する。
したように、仮想の多数の点光源を配列して形成した輪
帯状のものを用いているのは光源に可干渉性を持たせる
ためである。干渉性は、時間的なものと空間的なものの
2つある。この時間的可干渉性は光源の波長の帯域であ
り、帯域の短い光ほど干渉性が高い。空間的干渉性は、
光源の大きさであり、本発明では、光源空間フィルター
3301の大きさに当たる。ところが、干渉性を上げる
ために光源の大きさを小さくすると、光源の光強度が小
さくなってしまい露光時間が長くなり、露光のスループ
ットが落ちる。そこで、輪帯状の光源空間フィルター3
301を用いると、この結像位置にできた光源空間フィ
ルター3301の像は0次回折光である。つまり、輪帯
状の空間フィルター3301を用いることにより強度の
強い、且つ干渉性のある光源を実現できる。これは、位
相差顕微鏡において白色光から可干渉光を得るのに輪帯
状の空間フィルターを用いるのと同一のものであり、久
保田著、波動光学(岩波書店)に示されている。
状をしているのには、もう一つの理由がある。先に説明
したように、転写したいウエハ上パターンの寸法とその
寸法のパターンを最もコントラスト高く転写する光源の
空間コヒーレンス度との間には図に示したような関係が
ある。そこで、転写したいパターンの寸法(ピッチ)に
合わせて空間コヒーレンス度を決定すると本発明の効果
は、顕著に現れる。光源空間フィルター3301および
結像空間フィルター3302を輪帯上に形成すること
で、空間コヒーレンス度すなわち輪帯の大きさを制御し
安い。しかしながら、輪帯状光源と空間フィルターの輪
帯半径(空間コヒーレンス度)はできる限り大きい方が
解像度は向上することはいうまでもない。
ルターも同心円としている。同心円状にすることによっ
て、MTFが転写すべき回路パターンに対して方向性を
持たせなくできる。様々な方向の回路パターンを有する
LSI回路パターンを転写する際にはMTFが方向性を
持たないことが重要である。更に同心円のフィルター
は、図17に示すような非同心円のフィルターに比べ、
レンズに複雑な収差が入りにくいという効果を持つ。
強度のバランスをとれれば達成できるので、結像空間フ
ィルター3302を省き、光源空間フィルター3301
のみでもやや低いが達成することができる。逆に、光源
空間フィルター3301を省き、結像空間フィルター3
302のみでも上記効果はやや低いものが達成すること
ができる。
体的に図18〜図22を用いて説明する。即ち、以上説
明したように、本発明の目的は、光源空間フィルター3
301及び結像空間フィルター3302を用いることに
より達成できるが、以下説明するようにマスクパターン
104を工夫することで更に本発明の効果を向上させる
ことができる。
ピッチのラインスペースパターンのライン幅(光透過)
を変えた時の結像光学系3200でウエハ200上に投
影された回路パターンのコントラストを示したものであ
る。図25に示すようにコントラストはライン幅が小さ
くなると大きくなる。つまりライン幅を小さくするとよ
い。ここでライン幅を小さくすると光強度は小さくなる
ため、露光時間を長くする必要がでて来る。そこで、マ
スク100上に形成する回路パターンのライン幅は、回
路パターンを転写するのに必要なコントラストと露光時
間とのかねあいで決定されるものである。
クパターン104を形成するライン幅は一定にすること
が望ましい。そのため、幅の広いウエハパターン204
を形成したい場合は、工夫がいる。ここでこのライン幅
が一定にできず広くなった場合、結像面での光強度が周
辺のライン幅が一定のパターンに対し大きくなり、レジ
スト現像後の転写パターンの形状が本来得ようとする回
路パターンと大きくかけ離れたものとなってしまう。こ
れは、一部に光強度の大きい回路パターンがあった場
合、ここから回り込む光による影響と考えられる。
は、光強度を周辺のライン幅一定の回路パターンと同じ
光強度で形成する必要がある。この広い回路パターンの
形成方法を図を用いて説明する。結像光学系3200を
用いて回路パターンを転写する際、結像光学系の分解能
より十分小さい回路パターンは解像できず、均一なもの
として結像される。上記の広い回路パターンを結像する
際は、この現象を利用する。即ち、本光学系の分解能以
下の微細パターンを図20、21に105、106、1
08で示すようにマスク100上に形成することで図1
8、19に示すように広い回路パターンをウエハ200
上に転写することができる。
を変えた時のコントラストを示したものである。図26
のようにコントラストはピッチが小さくなると小さくな
る。つまりピッチを小さくするとコントラストがほぼ0
になる位置331がある。広い回路パターンの全面を白
くしたい場合、この331の位置のピッチのパターンを
用いるとよい。具体的には、解像したいパターンのピッ
チの1/2程度のパターンが最も良い。このピッチの
時、広い回路パターンの光強度が最小パターンの光強度
と同程度になる。
パターン204を得ようという場合、図20に示したよ
うなマスクパターンを製作し、ネガレジストを使用する
か、図21に示したようなマスクパターンを製作し、ポ
ジレジストを使用すればよい。この場合、光を透過させ
たいパターン105、106、107、108は、図2
2に示したようなピッチの小さいパターンによって形成
される。また、これら105、106、107、108
のように広い範囲にわたって光を透過させたい場合のマ
スクパターン104は、パターン変換部1104で自動
生成され、必要に応じパターン転写シミュレータ110
8でシミュレートされる。
あるいはY方向の一方のみ1/2ピッチであれば良い。
もちろんX,Y両方向が1/2ピッチの格子パターンで
あっても良いのは言うまでもない。またピッチは必ずし
も1/2である必要はなく、ウエハパターン204上で
光強度が必要十分になる他のピッチであっても良い。
と大きな回路パターンとが混在したマスクの場合であっ
ても1回の縮小投影露光で転写することができる。しか
しながら、極微細な回路パターンと大きな回路パターン
を2回以上の縮小投影露光で転写する場合は、以上の方
法による必要はなく、ライン幅の一定なパターンのみで
パターン104を形成できる。この場合は、パターン変
換部1104などのシステムが不用になるという効果を
有する。
は、位相シフタを配置する必要がないのでパターン変換
部1104での処理が簡単であり、時間を省き、間違い
を減らすという効果がある。
路パターンを基本としてマスクパターンを変換したが、
メモリなど繰り返し部の多い回路パターンでは、転写シ
ミュレータ1108でシミュレーションしながら最適な
ウエハパターン204を得られるようなマスクパターン
104を求めても良い。つまりメモリセルごとに転写シ
ミュレータ1108でマスクパターン104を求めるわ
けである。
ニズムについて、図1、図2、図3を用いて説明する。
図1(a)は、ガラス基板101上にクロム102によ
りマスクパターン104が形成されたマスク100の断
面図である。図1(b)の波形301は、マスクパター
ン104の結像パターンの強信号度分布である。波形3
01は0次回折光による波形302と高次回折光による
波形303に分けて考えれる。マスクパターン104が
図示したような微細なパターン105の場合、0次回折
光による波形302に対し高次回折光による波形303
が小さいため検出される波形301はコントラストAM
/AVは小さくなる。ここで、0次回折光を遮光するこ
とにより、波形302の成分を除けるため,検出波形は
波形302のようなコントラストの高いものになる。
以外の回折パターンでは隣合うパターンからの光はあた
かも隣合うパターンの位相が反転している(πずれてい
る)ように見えることになる。つまり、回折パターン上
で0次回折光を遮光すれば、ウエハ面上に結像する光
は、あたかも位相が反転している(πずれている)隣合
うパターンからの光が結像しているのと等価になる。こ
の技術思想に基いて図2及び図3に示すように回折像面
で遮光板324(結像空間フィルター3302)により
0次回折光の少なくとも一部を遮光することによって図
2及び図3に示すように位相の反転した回折光のみが結
像面に届くため、結像面の強度分布はコントラストの高
いものになる。
説明する。即ち、一例として、図27に示したマスク上
に形成された回路パターンの転写結果を図28に示し、
図29にピッチPITを変えたときのコントラストの変
化を示す。従来の縮小投影露光方法では、342で示す
ようにコントラストがパターンサイズが極微細するに従
って急激に落ちるのに対して、本発明による縮小投影露
光方法では、341に示すようにコントラストが落ちな
いのが分かる。
焦点深度の評価例を示す。本発明によれば、343で示
すように、コントラストは±1.5μmの範囲で約80
%以上の値を示している。従来の縮小投影露光方法で
は、344で示すように、焦点ずれによりコントラスト
が急激に落ちている。このことは、本発明によりレジス
ト膜厚の厚いレジストに対応でき、結果として、高いア
スペクト比でレジストによるウエハパターンを形成でき
ることを示している。この結果、エッチング時にレジス
トの持ちがよく高アスペクト比のパターンを形成でき
る。
と位相シフタ法の焦点深度363を示す。両者はほぼ一
致し、本発明の焦点深度362は、従来の方法の焦点深
度361に比べて、十分に良好な結果を示している。
シマレーザを用いたいわゆるエキシマステッパの実施例
を示す。この実施例によれば、光源空間フィルター33
01の位置に輪帯状の形状になるようにエキシマレーザ
光を走査することで、光源空間フィルター3301の効
果が達成できる。この実施例によれば、光源空間フィル
ター3301の形状は、走査部を制御することで容易に
制御することができる。即ち、この実施例は、図8に示
す実施例の光源部3100に、さらに波長の短いKrF
(ふっ化クリプトン)等のガスを用いたエキシマレーザ
を用いた例である。このようにさらに短い波長の光を用
いることでさらに微細な回路パターンを転写することが
できる。この実施例では、他の波長のレーザを用いても
良いことは言うまでもない。この実施例の光源部310
0は、エキシマレーザ3111、シャッター3108、
ビームエキスパンダ3112、Xガルバノミラー311
3、Yガルバノミラー3114、インテグレータ310
4、インテグレータ冷却手段3120、コンデンサレン
ズ3106より構成され、空間フィルター部3300
は、走査制御系3311、液晶表示素子3312、液晶
制御系3313より構成され、図8に示す実施例の光源
空間フィルター調整系3303はXガルバノミラー31
13、Yガルバノミラー3114、走査制御系3311
に当たる。ここで、インテグレータ冷却手段3120
は、エキシマレーザの光がインテグレータに集中するこ
とによるインテグレータの温度の上昇を防ぐものであ
り、具体的には、冷却水を循環するものでもあるいは冷
却用の窒素ガス等を吹き付けるものであってもよい。そ
の他の構成要素は、図8に示す実施例に準じる。即ち、
この実施例では、光源空間フィルター3301の位置は
インテグレータ3104の位置になり、光源空間フィル
ター調整部3303内のXガバノミラー3113および
Yガルバノミラー3114を走査することにより光源空
間フィルター3301と同形上の輪帯状の光源を作る。
また、結像空間フィルター3302は、図8に示す実施
例で説明したように0次回折光の一部あるいは全部を遮
光する形状に液晶制御系3313により輪帯状の遮光部
が液晶表示素子3312上に形成される。従って、液晶
表示素子3303の分解能は上記の輪帯状の形状を形成
できるに必要十分な精度を持つ必要がある。また、結像
空間フィルターを形成できれば良いわけであり、液晶表
示素子でなくても他の例えば始めから、輪帯状に遮光す
るように形成された金属板であっても、ガラス上に輪帯
上の遮光膜を形成したものであってもよい。
は、結像空間フィルター3302上では1点に光は集光
する。光源空間フィルター上で輪帯上に走査することに
よってはじめて,結像空間フィルター上で輪帯状の形状
になる。そこで、光源空間フィルター上の走査に合わせ
て、結像空間フィルター上では各点上のみ遮光すれば、
本発明の目的は達成できる。これにより、光を遮光し過
ぎないので、露光時間を短くできスループットを上げる
ことができるという効果がある。ところで、マスク10
0をマスクステージ3401上に載置し、マスクステー
ジ制御系3404によりマスクステージ3401を制御
してマスク100を基準位置に位置決めし、その後ウエ
ハ100上のアライメントマークの位置は、位置決めマ
ーク検出部3403により検出され、該検出信号に基い
てウエハステージ制御系3405によりウエハステージ
3402を制御し、マスク100とウエハ200とを位
置合わせする。位置合わせ後、シャッター3108が開
き、光源空間フィルター調整部3303により輪帯状の
光源を作ることにより、マスク100が照明され、ウエ
ハ200上にマスクパターンが転写されウエハパターン
が形成される。
からの光が強い干渉性を持つためこの干渉性を適度な値
に落とす必要があり、光源空間フィルター3301上に
輪帯状の光源を作ることにより、同時に達成されるとい
う効果もある。
(露光領域内)で一様な照明ができれば良く、仮想の多
数の点光源を配列して形成された輪帯状照明を必ずしも
同時に照明する必要はなく、複数に時分割して実現して
も、前記実施例のように走査することによって実現して
もよいことは明らかである。また、多数の点光源を配列
して形成された輪帯状照明を複数に分割して実現しても
良いことは明らかである。
路パターン部と小さい回路パターン部を2回に分けて露
光することも可能である。更に、マスク上の回路パター
ンの少なくとも一部(一部あるいは全部)に、位相シフ
タを配置したマスクを用いることもできる。この場合、
輪帯光源を用いることで、レチクルに入射する照明光の
入射角度の中心値が大きくなるため、位相シフタによる
位相ズレをπとするためには、位相シフタの厚さを多少
薄くする必要が有る。この値は入射角度θを用いて算出
される。
タの屈折率、λは露光波長である。
置、或いは位相シフタ等を組み合わせて用いることによ
り、様々な回路パターンに対応が可能になる等の新しい
効果を生むものである。
チクルに照射される光の入射角度が大きくなるため、マ
スク上のクロム等の回路パターンの厚さが問題になる。
つまり、照射角度によっては、マスク上のクロム等の回
路パターンの厚さによる影ができてしまうためである。
従って、本発明を実施する上で、正確な転写パターン寸
法を得るためには、マスク上のクロム等の回路パターン
の厚さが薄い方が望ましい。従って、クロム等の回路パ
ターンの厚さをdm、転写パターンの許容値をpc とす
ると(数9)式を満たす必要が有る。
過率の低い他の材料でマスクをパターニングする必要が
ある。しかし、照明の入射角度による寸法変化を考慮し
てマスクの回路パターンの寸法を決定すれば、上記課題
を低減することができる。
射角度で入射する光束の透過率が最大になるようなコー
ティングを施すと、露光量が大きくなり、露光に要する
時間を短縮することができる。
を利用しているので、電子線、X線を用いた露光装置に
適用可能であることは明らかである。
際、0次回折光と、回折光の光強度のアンバランスを回
避できるため、従来通りの白黒のマスクパターンによ
り、位相シフタを用いたのと同等以上の分解能で露光で
きるという効果を有する。
れた回路パターンによる光の回折現象を示す図である。
である。
の一実施例を示す概略構成斜視図である。
と結像空間フィルタの配置関係を示す断面図である。
像空間フィルタの配置関係を示す断面図である。
路パターンの結像関係を示す図である。
す構成図である。
を有するインテグレータの第1の実施例を示す斜視図で
ある。
タを有するインテグレータの第2の実施例を示す斜視図
である。
タを有する結像レンズの第1の実施例を示す斜視図であ
る。
タを有する結像レンズの第2の実施例を示す斜視図であ
る。
タと第1の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。
タと第2の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。
タと第3の実施例の結像空間フィルタとを示す平面図で
ある。
タと第4の実施例の結像空間フィルタとを示す平面図で
ある。
タと第5の実施例の結像空間フィルタとの関係を示す平
面図である。
ターンの一例を示す平面図及び断面図である。
ターンの他の例を示す平面図及び断面図である。
得るためのマスクパターンの一例を示す平面図及び断面
図である。
得るためのマスクパターンの一例を示す平面図及び断面
図である。
示した図である。
エハ上でのコントラストとの関係を示す図である。
上でのコントラストとの関係を示す図である。
ン幅とウエハ上でのコントラストとの関係を示す図であ
る。
チとウエハ上でのコントラストとの関係を示す図であ
る。
を示す平面図である。
果を示す図である。
回路パターンのピッチとウエハ上でのコントラストとの
関係を示した図である。
係を示した図である。
例を示す構成図である。
す図である。
説明図である。
説明図である。
の説明図である。
の説明図である。
する図である。
す図である。
一実施例を示す図である。
他の実施例を示す図である。
を示す図である。
を示す図である。
である。
を示す図である。
光系 3101…Hgランプ、3104…インテグレータ、3301…光源
空間フィルタ(輪帯状) 100…マスク、3201…結像レンズ、3302…結像空間フィ
ルタ、200…ウェハ
Claims (13)
- 【請求項1】マスクを多数の仮想の点光源から形成され
た輪帯状照明で照明する照明手段と、 該照明手段によ
って照明されたマスクを透過あるいは反射する光を基板
上に結像する結像手段と、該結像手段の光学的瞳付近に
設置された空間フィルタとを備えたことを特徴とする露
光装置。 - 【請求項2】上記照明手段として、インテグレータと空
間フィルタとを有することを特徴する請求項1の露光装
置。 - 【請求項3】マスクに対して、多数の仮想の点光源から
形成された輪帯状の拡散照明を、露光領域においてほぼ
一様に施す照明手段と、該照明手段によってほぼ一様に
拡散照明されたマスクを透過あるいは反射する光の内、
0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する
光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク上に
形成された回路パターンを基板上に結像する結像手段と
を備えたことを特徴とする露光装置。 - 【請求項 4】エキシマレーザ光源と、マスクを保持す
る保持手段と、前記エキシマレーザ光源から発射したエ
キシマレーザを前記保持手段に保持されたマスクに輪帯
状に照明する照明手段と、該照明手段で照明されて前記
マスクを透過したエキシマレーザにより前記マスク上の
回路パターンを基板上に結像する結像手段と、該結像手
段の光学的瞳の近傍に配置されて前記照明手段で照明さ
れて前記マスクを透過したエキシマレーザのうち0次回
折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する遮光手
段とを備えたことを特徴とする露光装置。 - 【請求項5】前記結像手段を、投影レンズ系で構成した
ことを特徴とする請求項4記載の露光装置。 - 【請求項6】前記エキシマレーザは、Krf(ふっ化ク
リプトン)エキシマレーザであることを特徴とする請求
項4記載の露光装置。 - 【請求項7】回路パターンを形成したマスクに対して、
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明
を、露光領域においてほぼ一様に施し、該露光領域にお
いてほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過あるいは反
射する光の内、0次回折光又は低次回折光の少なくとも
一部を結像手段の光学的瞳位置の近傍で遮光して、該結
像手段により上記マスク上に形成された回路パターンを
基板上に結像して露光することを特徴とする露光方法。 - 【請求項8】上記露光領域における多数の仮想の点光源
から形成された円帯状の拡散照明として、上記結像手段
の光学瞳上に置換した状態で輪帯状の最外形を、上記結
像手段の光学瞳の最外形より大きくしたことを特徴とす
る請求項7記載の露光方法。 - 【請求項9】上記結像手段の光学的瞳付近に設置された
空間フィルタにより、0次回折光又は低次回折光の少な
くとも一部を遮光することを特徴とする請求項7記載の
露光方法。 - 【請求項10】回路パターンを形成したマスクをエキシ
マレーザで輪帯状に照明し、該輪帯状に照明された前記
マスクを透過したエキシマレーザのうち0次回折光又は
低次回折光の少なくとも一部を遮光し、該0次回折光又
は低次回折光の少なくとも一部を遮光したエキシマレー
ザで結像光学系を介して前記マスクに形成された回路パ
ターンを基板上に結像することを特徴とする露光方法。 - 【請求項11】前記マスクを輪帯状に照明することを、
多数の仮想の点光源からの光を用いて行うことを特徴と
する請求項10記載の露光方法。 - 【請求項12】前記マスクを輪帯状に照明することを、
輪帯上に配置した複数の点光源からの光を用いて行うこ
とを特徴とする請求項10記載の露光方法。 - 【請求項13】前記輪帯上に配置した複数の点光源が4
つ以上の点光源であることを特徴とする請求項10記載
の露光方法。
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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