JP3218547B2 - 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 - Google Patents
投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法Info
- Publication number
- JP3218547B2 JP3218547B2 JP24366392A JP24366392A JP3218547B2 JP 3218547 B2 JP3218547 B2 JP 3218547B2 JP 24366392 A JP24366392 A JP 24366392A JP 24366392 A JP24366392 A JP 24366392A JP 3218547 B2 JP3218547 B2 JP 3218547B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- spherical aberration
- projection optical
- projection
- pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用され、ネガタイプの感光材が塗布された基板上に
レチクルのパターンを投影露光する投影露光方法及び投
影露光装置、並びに半導体素子の製造方法に関する。
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用され、ネガタイプの感光材が塗布された基板上に
レチクルのパターンを投影露光する投影露光方法及び投
影露光装置、並びに半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＬＳＩ等の微細パターンから
なる半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフ
ィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを投影光
学系を介して感光材が塗布された基板上に投影露光する
投影型露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置
では、一層微細化するパターンを高い解像度で且つ安定
に転写する為に、様々な努力がなされている。
なる半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフ
ィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル
（以下、「レチクル」と総称する）のパターンを投影光
学系を介して感光材が塗布された基板上に投影露光する
投影型露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置
では、一層微細化するパターンを高い解像度で且つ安定
に転写する為に、様々な努力がなされている。
【０００３】一層微細化するパターンに対応する手法の
一つは、露光光の短波長化であるが、短波長化するため
の光源及びそのような波長で使用できる投影光学系の硝
材等の種々の問題がある。また、他の手法として、投影
光学系の開口数ＮＡを大きくする大ＮＡ化がある。この
場合、大ＮＡ化に伴う、投影光学系の設計及び製造上の
困難もさることながら、大ＮＡ化が焦点深度の減少を引
き起こすことが投影露光装置の光学系としてはより大き
な問題である。その他にも、光源形状を工夫した手法、
輪帯照明法、所謂変形光源法又はレチクル面のパターン
構成を工夫した手法（例えば位相シフト法など）が提案
されている。
一つは、露光光の短波長化であるが、短波長化するため
の光源及びそのような波長で使用できる投影光学系の硝
材等の種々の問題がある。また、他の手法として、投影
光学系の開口数ＮＡを大きくする大ＮＡ化がある。この
場合、大ＮＡ化に伴う、投影光学系の設計及び製造上の
困難もさることながら、大ＮＡ化が焦点深度の減少を引
き起こすことが投影露光装置の光学系としてはより大き
な問題である。その他にも、光源形状を工夫した手法、
輪帯照明法、所謂変形光源法又はレチクル面のパターン
構成を工夫した手法（例えば位相シフト法など）が提案
されている。
【０００４】これに関して、一層微細化するパターンに
対する投影光学系の結像特性の面からのアプローチとし
て、最近特開平２−１６６７１９号公報において、投影
光学系の球面収差量をパラメータとして捉えて結像性能
を向上させる手法についての提案が本出願人によりなさ
れた。
対する投影光学系の結像特性の面からのアプローチとし
て、最近特開平２−１６６７１９号公報において、投影
光学系の球面収差量をパラメータとして捉えて結像性能
を向上させる手法についての提案が本出願人によりなさ
れた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らによる継続的試験研究の結果、先般開示された技術
では、光学性能の向上の観点からすると必ずしも有利で
はない場合があることが見い出された。具体的には先般
の技術は主にポジタイプの感光材（例えばポジレジス
ト）を用いる場合に適し、ネガタイプの感光材（例えば
ネガレジスト）を用いる場合には、必ずしも光学性能の
向上に大きく寄与しないことが明らかになった。
者らによる継続的試験研究の結果、先般開示された技術
では、光学性能の向上の観点からすると必ずしも有利で
はない場合があることが見い出された。具体的には先般
の技術は主にポジタイプの感光材（例えばポジレジス
ト）を用いる場合に適し、ネガタイプの感光材（例えば
ネガレジスト）を用いる場合には、必ずしも光学性能の
向上に大きく寄与しないことが明らかになった。
【０００６】なお、ポジタイプ及びネガ夕イプについて
確認すると、ポジタイプの感光材とは露光時の明部が現
像時に溶解するものであり、ネガタイプの感光材とは露
光時の暗部が現像時に溶解するものである。本発明は斯
かる点に鑑み、ネガタイプの感光材を使用する場合にレ
チクルのパターンの像を実質的に深い焦点深度で且つ高
い解像度で転写できる投影露光方法、及びネガタイプの
感光材を使用する場合に適した球面収差量を有する投影
光学系を備え、そのような投影露光方法を実施できる投
影露光装置、並びにそのような投影露光方法を用いた半
導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
確認すると、ポジタイプの感光材とは露光時の明部が現
像時に溶解するものであり、ネガタイプの感光材とは露
光時の暗部が現像時に溶解するものである。本発明は斯
かる点に鑑み、ネガタイプの感光材を使用する場合にレ
チクルのパターンの像を実質的に深い焦点深度で且つ高
い解像度で転写できる投影露光方法、及びネガタイプの
感光材を使用する場合に適した球面収差量を有する投影
光学系を備え、そのような投影露光方法を実施できる投
影露光装置、並びにそのような投影露光方法を用いた半
導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、その基板に
塗布された感光材がネガタイプであるときに、そのパタ
ーンをその基板上へ投影する際のその投影光学系の縦の
球面収差を補正不足にした事を特徴とする。特に、その
投影光学系の縦の球面収差に関して、その投影光学系に
おける開口の１０割に相当する球面収差量を補正不足に
した。
塗布された感光材がネガタイプであるときに、そのパタ
ーンをその基板上へ投影する際のその投影光学系の縦の
球面収差を補正不足にした事を特徴とする。特に、その
投影光学系の縦の球面収差に関して、その投影光学系に
おける開口の１０割に相当する球面収差量を補正不足に
した。
【０００８】開口の１０割に相当する球面収差量とは、
投影光学系（４）のマスクパターン（３ａ）側の開口半
角をθＲとすると、投影光学系（４）の光軸と成す角が
θＲの露光光に関する球面収差量をいう。
投影光学系（４）のマスクパターン（３ａ）側の開口半
角をθＲとすると、投影光学系（４）の光軸と成す角が
θＲの露光光に関する球面収差量をいう。
【０００９】
【作用】本発明の原理につき説明する。先ずマスクパタ
ーン（３ａ）としてデューティ比が１：１のライン・ア
ンド・スペースパターンを想定し、マスクパターン（３
ａ）からの±３次光は投影光学系（４）の開口内に取り
込まれない空間周波数領域にあるとする。更に、投影光
学系（４）の収差としてはデフォーカスと球面収差のみ
を考慮し、他の非対称収差（コマ収差、非点収差等）は
無いものとする。以上の条件下で、基板（６）上の座標
軸に沿う像強度分布Ｉ（ｘ）は次式により表現される。
ーン（３ａ）としてデューティ比が１：１のライン・ア
ンド・スペースパターンを想定し、マスクパターン（３
ａ）からの±３次光は投影光学系（４）の開口内に取り
込まれない空間周波数領域にあるとする。更に、投影光
学系（４）の収差としてはデフォーカスと球面収差のみ
を考慮し、他の非対称収差（コマ収差、非点収差等）は
無いものとする。以上の条件下で、基板（６）上の座標
軸に沿う像強度分布Ｉ（ｘ）は次式により表現される。
【数１】Ｉ（ｘ）＝１／４＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，ｆ） ＋（４／π）ＲｅＴ（ｆ，０）ｃｏｓ（２πｆｘ） ＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，−ｆ）ｃｏｓ（４πｆｘ）
【００１０】ここに、ｘは正規化された座標、ｆは正規
化された空間周波数、Ｔ（ｆ１，ｆ２）は相互透過係
数、Ｒｅは実部を意味する。その（数１）は、部分的コ
ヒーレント結像論に基づいて導出される。詳細は省略す
るが、導出手順は例えば“Method for the calculation
of partially coherent imagery”，Eric.C.Kintner:A
ppl.Opt. vol.17,No.17,p.2747(1978)に示されている。
化された空間周波数、Ｔ（ｆ１，ｆ２）は相互透過係
数、Ｒｅは実部を意味する。その（数１）は、部分的コ
ヒーレント結像論に基づいて導出される。詳細は省略す
るが、導出手順は例えば“Method for the calculation
of partially coherent imagery”，Eric.C.Kintner:A
ppl.Opt. vol.17,No.17,p.2747(1978)に示されている。
【００１１】さて、（数１）でライン・アンド・スペー
スパターンの像強度分布の明部の強度Ｉ（明）は、次の
ようになる。
スパターンの像強度分布の明部の強度Ｉ（明）は、次の
ようになる。
【数２】 Ｉ（明）＝Ｉ（０）＝１／４＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，ｆ） ＋（４／π）ＲｅＴ（ｆ，０）＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，−ｆ）
【００１２】同様にその像強度分布の暗部の強度Ｉ
（暗）は、次のようになる。
（暗）は、次のようになる。
【数３】 Ｉ（暗）＝Ｉ（１／（２ｆ））＝１／４＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，ｆ） −（４／π）ＲｅＴ（ｆ，０）＋（２／π2 ）Ｔ（ｆ，−ｆ）
【００１３】ここで、球面収差及びデフォーカスに対す
る依存性があるのは、ＲｅＴ（ｆ，０）とＴ（ｆ，−
ｆ）（Ｔ（ｆ，−ｆ）は常に実数）だけであり、他は定
数である。数値計算により、ＲｅＴ（ｆ，０）、Ｔ
（ｆ，−ｆ）、Ｉ（明）及びＩ（暗）の球面収差及びデ
フォーカスに対する依存性はそれぞれ図４（ａ）〜
（ｄ）に示す如くになる。
る依存性があるのは、ＲｅＴ（ｆ，０）とＴ（ｆ，−
ｆ）（Ｔ（ｆ，−ｆ）は常に実数）だけであり、他は定
数である。数値計算により、ＲｅＴ（ｆ，０）、Ｔ
（ｆ，−ｆ）、Ｉ（明）及びＩ（暗）の球面収差及びデ
フォーカスに対する依存性はそれぞれ図４（ａ）〜
（ｄ）に示す如くになる。
【００１４】図４（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ縦軸に、Ｒ
ｅＴ（ｆ，０）、Ｔ（ｆ，−ｆ）、Ｉ（明）及びＩ
（暗）をとり、横軸にデフォーカス量をとったものであ
る。デフォーカス量は、投影光学系（４）のバックフォ
ーカスが長くなる方向を正（＋）にとってある。また、
図４（ａ）〜（ｄ）において、実線の曲線が球面収差が
零の場合、破線の曲線が球面収差が正の場合を仮定した
計算結果である。球面収差が零の場合は、全ての評価量
（ＲｅＴ（ｆ，０），Ｔ（ｆ，−ｆ），Ｉ（明），Ｉ
（暗））は、デフォーカス量が零のときにピーク値をと
る。
ｅＴ（ｆ，０）、Ｔ（ｆ，−ｆ）、Ｉ（明）及びＩ
（暗）をとり、横軸にデフォーカス量をとったものであ
る。デフォーカス量は、投影光学系（４）のバックフォ
ーカスが長くなる方向を正（＋）にとってある。また、
図４（ａ）〜（ｄ）において、実線の曲線が球面収差が
零の場合、破線の曲線が球面収差が正の場合を仮定した
計算結果である。球面収差が零の場合は、全ての評価量
（ＲｅＴ（ｆ，０），Ｔ（ｆ，−ｆ），Ｉ（明），Ｉ
（暗））は、デフォーカス量が零のときにピーク値をと
る。
【００１５】ところが、特開平２−１６６７１９号公報
で開示されているように、正の球面収差を仮定すると、
図４（ａ），（ｂ）に波線で示すように、ＲｅＴ（ｆ，
０）及びＴ（ｆ，−ｆ）共に正側にピーク位置がシフト
する。それらシフト量を各々Δ１及びΔ２とすると、数
値計算によりΔ１＜Δ２であることが分かった。この結
果と（数２）及び（数３）とを合わせて考えると、Ｉ
（明）のピーク位置Ｄ１及びＩ（暗）のピーク位置Ｄ２
は、それぞれ図４（ｃ）及び（ｄ）に示す如くなる。こ
の場合に重要なことは、Ｉ（明）のピーク位置Ｄ１がＩ
（暗）のピーク位置Ｄ２より相対的に正側（基板（６）
側）に位置していることである。
で開示されているように、正の球面収差を仮定すると、
図４（ａ），（ｂ）に波線で示すように、ＲｅＴ（ｆ，
０）及びＴ（ｆ，−ｆ）共に正側にピーク位置がシフト
する。それらシフト量を各々Δ１及びΔ２とすると、数
値計算によりΔ１＜Δ２であることが分かった。この結
果と（数２）及び（数３）とを合わせて考えると、Ｉ
（明）のピーク位置Ｄ１及びＩ（暗）のピーク位置Ｄ２
は、それぞれ図４（ｃ）及び（ｄ）に示す如くなる。こ
の場合に重要なことは、Ｉ（明）のピーク位置Ｄ１がＩ
（暗）のピーク位置Ｄ２より相対的に正側（基板（６）
側）に位置していることである。
【００１６】このことが実際のパターン形成でどの様な
意味を持つかを図５を参照して考えてみる。図５は、基
板３０上に塗布されたポジタイプ（本発明とは逆のタイ
プである）の感光材の現像により形成された凹凸のパタ
ーンを示し、この図５において、基板３０上にライン・
アンド・スペースパターンの残し部３１と抜き部３２と
が形成されている。残し部３１が光強度分布の暗部に対
応し、抜き部３２が光強度分布の明部に対応する。その
残し部３１では、膜減りを起こさない又は充分な厚さを
維持していることが求められるので、残し部３１の頂上
部分で、光強度分布が充分に暗いことが求められる。つ
まり、感光材の表面３１ａとＩ（暗）のピーク位置とが
一致しているのが最良の条件となる。
意味を持つかを図５を参照して考えてみる。図５は、基
板３０上に塗布されたポジタイプ（本発明とは逆のタイ
プである）の感光材の現像により形成された凹凸のパタ
ーンを示し、この図５において、基板３０上にライン・
アンド・スペースパターンの残し部３１と抜き部３２と
が形成されている。残し部３１が光強度分布の暗部に対
応し、抜き部３２が光強度分布の明部に対応する。その
残し部３１では、膜減りを起こさない又は充分な厚さを
維持していることが求められるので、残し部３１の頂上
部分で、光強度分布が充分に暗いことが求められる。つ
まり、感光材の表面３１ａとＩ（暗）のピーク位置とが
一致しているのが最良の条件となる。
【００１７】また、抜き部３２においては、抜けるべき
部分全体において充分な光強度が得られているのが理想
であり、また露光時には抜き部３２にも感光材が充填さ
れている。従って、感光材の厚さをｔ、感光材の屈折率
をｎとするとき、Ｉ（明）のピーク位置は、感光材の表
面３１ａより正のデフォーカス側（基板３０側）にｔ／
（２ｎ）〜ｔ／ｎずれているのが最良の条件である。ｔ
／（２ｎ）は感光材の厚さの中心に相当し、ｔ／ｎはボ
トム位置、即ち基板３０と感光材との境界面に相当す
る。感光材の厚さの中心よりも下側にＩ（明）のピーク
位置があるのが望ましいのは、感光材自体に吸収がある
こと、及び現像時に、抜き部３２の深い所では現像液が
疲労してくることを考慮したものによる。
部分全体において充分な光強度が得られているのが理想
であり、また露光時には抜き部３２にも感光材が充填さ
れている。従って、感光材の厚さをｔ、感光材の屈折率
をｎとするとき、Ｉ（明）のピーク位置は、感光材の表
面３１ａより正のデフォーカス側（基板３０側）にｔ／
（２ｎ）〜ｔ／ｎずれているのが最良の条件である。ｔ
／（２ｎ）は感光材の厚さの中心に相当し、ｔ／ｎはボ
トム位置、即ち基板３０と感光材との境界面に相当す
る。感光材の厚さの中心よりも下側にＩ（明）のピーク
位置があるのが望ましいのは、感光材自体に吸収がある
こと、及び現像時に、抜き部３２の深い所では現像液が
疲労してくることを考慮したものによる。
【００１８】以上より、理想的な感光材のプロファイル
（断面形状）を形成する為には、Ｉ（暗）及びＩ（明）
のデフォーカス方向のピーク位置に相対的な差があるこ
とが望ましいことが理解できる。更に、投影光学系の焦
点深度を考えると、焦点深度内においては、残し部３１
の頂上部分が膜べりせず、かつ、抜き部３２が十分に抜
けている事の両方が求められる。故に、これが投影光学
系の焦点深度を増大させることは容易に推定できる。そ
して、投影光学系の球面収差が正の状態が、ポジタイプ
の感光材を想定した場合の望ましい状態であることも分
かる。
（断面形状）を形成する為には、Ｉ（暗）及びＩ（明）
のデフォーカス方向のピーク位置に相対的な差があるこ
とが望ましいことが理解できる。更に、投影光学系の焦
点深度を考えると、焦点深度内においては、残し部３１
の頂上部分が膜べりせず、かつ、抜き部３２が十分に抜
けている事の両方が求められる。故に、これが投影光学
系の焦点深度を増大させることは容易に推定できる。そ
して、投影光学系の球面収差が正の状態が、ポジタイプ
の感光材を想定した場合の望ましい状態であることも分
かる。
【００１９】以上が、特開平２−１６６７１９号公報に
開示されている発明の別の角度からの説明である。その
発明がなされた時期においては、感光材としては、ポジ
レジストのようにポジタイプのものが主流であったの
で、ネガタイプの感光材についての充分な考察及び検討
はなされていなかったのが実状である。近来、エキシマ
レーザー光を用いたリソグラフィ技術、或いはｉ線を用
いたリソグラフィ技術において、ネガレジストのような
ネガタイプの感光材が注目を集めつつある。
開示されている発明の別の角度からの説明である。その
発明がなされた時期においては、感光材としては、ポジ
レジストのようにポジタイプのものが主流であったの
で、ネガタイプの感光材についての充分な考察及び検討
はなされていなかったのが実状である。近来、エキシマ
レーザー光を用いたリソグラフィ技術、或いはｉ線を用
いたリソグラフィ技術において、ネガレジストのような
ネガタイプの感光材が注目を集めつつある。
【００２０】そして、本発明のようにネガタイプの感光
材を使用する場合は、図５において、残し部３１が光強
度分布の明部、抜き部３２が光強度分布の暗部に対応す
るので、Ｉ（明）のピーク位置とＩ（暗）のピーク位置
との理想的なデフォーカス方向の差の符号を、ポジタイ
プの感光材の場合と比較して反転させることが望ましい
ことが容易に分かる。即ち、投影光学系（４）に望まれ
る球面収差の符号も負となる。
材を使用する場合は、図５において、残し部３１が光強
度分布の明部、抜き部３２が光強度分布の暗部に対応す
るので、Ｉ（明）のピーク位置とＩ（暗）のピーク位置
との理想的なデフォーカス方向の差の符号を、ポジタイ
プの感光材の場合と比較して反転させることが望ましい
ことが容易に分かる。即ち、投影光学系（４）に望まれ
る球面収差の符号も負となる。
【００２１】また、図４（ａ）のＲｅＴ（ｆ，０）のフ
ォーカスシフトΔ１と図４（ｂ）のＴ（ｆ，−ｆ）のフ
ォーカスシフトΔ２は、開口の１０割の球面収差量が正
のときには、 ０＜Δ１＜Δ２ になっていて、開口の１０割の球面収差量が負のときに
は、 Δ２＜Δ１＜０ になっている。ここに、ポジタイプの感光材とネガタイ
プの感光材で最適球面収差の正負が分かれる本質が在
る。具体的な球面収差の最適量はパターン・サイズなど
種々の条件で変わってくるが、過度の球面収差は光学像
のコントラストの低下をもたらすので、開口の１０割の
縦の球面収差量をΔＳとするとき、投影光学系の開口数
をＮＡ、露光光の波長をλとして、ΔＳを次の範囲内に
設定するのが望ましい。 −５λ ／（ＮＡ2 ）＜ΔＳ＜０
ォーカスシフトΔ１と図４（ｂ）のＴ（ｆ，−ｆ）のフ
ォーカスシフトΔ２は、開口の１０割の球面収差量が正
のときには、 ０＜Δ１＜Δ２ になっていて、開口の１０割の球面収差量が負のときに
は、 Δ２＜Δ１＜０ になっている。ここに、ポジタイプの感光材とネガタイ
プの感光材で最適球面収差の正負が分かれる本質が在
る。具体的な球面収差の最適量はパターン・サイズなど
種々の条件で変わってくるが、過度の球面収差は光学像
のコントラストの低下をもたらすので、開口の１０割の
縦の球面収差量をΔＳとするとき、投影光学系の開口数
をＮＡ、露光光の波長をλとして、ΔＳを次の範囲内に
設定するのが望ましい。 −５λ ／（ＮＡ2 ）＜ΔＳ＜０
【００２２】
【実施例】以下、本発明の一実施例の投影露光装置につ
き図１を参照して説明する。図１は本例の投影露光装置
を示し、この図１において、照明光学装置１から供給さ
れる露光用照明光（露光光）は、コンデンサーレンズ２
を経てレチクル３の下面の所定のパターン３ａを均一に
照明する。レチクル３上のパターン３ａは、収差可変手
段１７（後述）及び投影光学系４によってウエハステー
ジ５に載置されたウエハ６上に縮小投影される。本例の
ウエハ６上にはネガレジストが塗布されている。照明光
学装置１における露光光の波長λ及び照明系としての開
口数（ＮＡ）等の照明情報が照明情報入力手段１１を介
してコンピュータよりなる演算手段１２に供給され、レ
チクル３上に形成されているパターン３ａの線幅等に関
する投影パターンの情報が投影パターン情報入力手段１
３を介して演算手段１２に供給される。
き図１を参照して説明する。図１は本例の投影露光装置
を示し、この図１において、照明光学装置１から供給さ
れる露光用照明光（露光光）は、コンデンサーレンズ２
を経てレチクル３の下面の所定のパターン３ａを均一に
照明する。レチクル３上のパターン３ａは、収差可変手
段１７（後述）及び投影光学系４によってウエハステー
ジ５に載置されたウエハ６上に縮小投影される。本例の
ウエハ６上にはネガレジストが塗布されている。照明光
学装置１における露光光の波長λ及び照明系としての開
口数（ＮＡ）等の照明情報が照明情報入力手段１１を介
してコンピュータよりなる演算手段１２に供給され、レ
チクル３上に形成されているパターン３ａの線幅等に関
する投影パターンの情報が投影パターン情報入力手段１
３を介して演算手段１２に供給される。
【００２３】また、ウエハ６の材質、ウエハ６に塗布さ
れたネガレジストの種類及びレジストの厚さ等の被露光
体の情報が、被露光体情報入力手段１４を介して演算手
段１２に供給される。そして、投影光学系４の絞り値、
即ち開口数（ＮＡ）の情報も絞り情報入力手段１５を介
して演算手段１２に供給される。このような種々の情報
に基づいて、演算手段１２は収差可変手段１７及び投影
光学系４よりなる光学系の最適な球面収差量を求め、収
差可変駆動手段１６を介して収差可変手段１７により所
望の球面収差を発生させ、パターン３ａの線幅に応じた
適切な焦点深度の状態を得ることができる。
れたネガレジストの種類及びレジストの厚さ等の被露光
体の情報が、被露光体情報入力手段１４を介して演算手
段１２に供給される。そして、投影光学系４の絞り値、
即ち開口数（ＮＡ）の情報も絞り情報入力手段１５を介
して演算手段１２に供給される。このような種々の情報
に基づいて、演算手段１２は収差可変手段１７及び投影
光学系４よりなる光学系の最適な球面収差量を求め、収
差可変駆動手段１６を介して収差可変手段１７により所
望の球面収差を発生させ、パターン３ａの線幅に応じた
適切な焦点深度の状態を得ることができる。
【００２４】ところで、投影パターン情報入力手段１３
からのレチクル３上のパターンの微細度の情報及び照明
情報入力手段１１からの照明条件の情報より、演算手段
１２は、投影光学系４の最適絞り値を演算により求め、
絞り制御手段１８を介して投影光学系４の絞り値（開口
数）を最適絞り値（最適開口数）に設定することができ
る。そして、この場合には、絞り情報入力手段１５を介
することなく演算手段１２によって求められた最適絞り
値に基づいて、演算手段１２は収差可変手段１７を用い
て、収差可変手段１７及び投影光学系４よりなる光学系
の球面収差量を最適値に設定することができる。
からのレチクル３上のパターンの微細度の情報及び照明
情報入力手段１１からの照明条件の情報より、演算手段
１２は、投影光学系４の最適絞り値を演算により求め、
絞り制御手段１８を介して投影光学系４の絞り値（開口
数）を最適絞り値（最適開口数）に設定することができ
る。そして、この場合には、絞り情報入力手段１５を介
することなく演算手段１２によって求められた最適絞り
値に基づいて、演算手段１２は収差可変手段１７を用い
て、収差可変手段１７及び投影光学系４よりなる光学系
の球面収差量を最適値に設定することができる。
【００２５】本実施例の収差可変手段１７は、投影光学
系４の光軸に垂直な方向に出し入れ自在で且つ厚さが可
変の光透過性の平行平面板より構成されている。そし
て、平行平面板を球面波が通過することによって正の球
面収差が発生する現象を用いて、投影光学系４の球面収
差量を制御することができる。そして、投影光学系４の
球面収差をアンダーに補正しておき、集光又は発散光束
中に平行平面板を挿入することによって球面収差を正側
に調整することができ、この平行平面板の厚さを変える
ことによって、投影光学系４の球面収差を任意に制御す
ることができる。
系４の光軸に垂直な方向に出し入れ自在で且つ厚さが可
変の光透過性の平行平面板より構成されている。そし
て、平行平面板を球面波が通過することによって正の球
面収差が発生する現象を用いて、投影光学系４の球面収
差量を制御することができる。そして、投影光学系４の
球面収差をアンダーに補正しておき、集光又は発散光束
中に平行平面板を挿入することによって球面収差を正側
に調整することができ、この平行平面板の厚さを変える
ことによって、投影光学系４の球面収差を任意に制御す
ることができる。
【００２６】具体的に収差可変手段１７の一例は、図２
（ａ）に示す厚さの異なる２枚の平行平板ガラス１９及
び２０であり、平行平板ガラス１９及び２０を交互に光
路に挿入することにより球面収差量を変えることができ
る。また、収差可変手段１７の他の例は、図２（ｂ）に
示す２枚の楔プリズム２１及び２２であり、これら楔プ
リズム２１及び２２を互いに逆方向に移動することによ
って連続的に平行平面板の厚さを変えることができる。
また、収差可変手段１７として、図２（ｃ）に示すよう
に、２枚の平行平板ガラス２３及び２４の間に透明流体
２５を充填した機構を使用して、２枚の平行平板ガラス
２３及び２４の間隔Δｄを変えることによっても所望の
球面収差量を付与することができる。
（ａ）に示す厚さの異なる２枚の平行平板ガラス１９及
び２０であり、平行平板ガラス１９及び２０を交互に光
路に挿入することにより球面収差量を変えることができ
る。また、収差可変手段１７の他の例は、図２（ｂ）に
示す２枚の楔プリズム２１及び２２であり、これら楔プ
リズム２１及び２２を互いに逆方向に移動することによ
って連続的に平行平面板の厚さを変えることができる。
また、収差可変手段１７として、図２（ｃ）に示すよう
に、２枚の平行平板ガラス２３及び２４の間に透明流体
２５を充填した機構を使用して、２枚の平行平板ガラス
２３及び２４の間隔Δｄを変えることによっても所望の
球面収差量を付与することができる。
【００２７】次に、図１の投影光学系４及び収差可変手
段１７を合わせた光学系の縦の球面収差の特性の一例に
つき説明する。本実施例ではウエハ６上にはネガレジス
トが塗布されているので、開口の１０割に相当する球面
収差量が補正不足、即ち負になるように設定する。図１
のように投影光学系４に対するレチクル３側の開口半角
をθＲとした場合、投影光学系４の光軸に対する傾斜角
がθＲの露光光の球面収差量が開口の１０割に相当する
球面収差量である。従って、本例の投影光学系４及び収
差可変手段１７を合わせた光学系の球面収差の特性の一
例は図３（ａ）に示す曲線２６Ａ又は２６Ｂ等である。
収差可変手段１７としての平行平面板の厚さを増すこと
により、球面収差を曲線２６Ａから曲線２６Ｂの方向に
変えることができる。
段１７を合わせた光学系の縦の球面収差の特性の一例に
つき説明する。本実施例ではウエハ６上にはネガレジス
トが塗布されているので、開口の１０割に相当する球面
収差量が補正不足、即ち負になるように設定する。図１
のように投影光学系４に対するレチクル３側の開口半角
をθＲとした場合、投影光学系４の光軸に対する傾斜角
がθＲの露光光の球面収差量が開口の１０割に相当する
球面収差量である。従って、本例の投影光学系４及び収
差可変手段１７を合わせた光学系の球面収差の特性の一
例は図３（ａ）に示す曲線２６Ａ又は２６Ｂ等である。
収差可変手段１７としての平行平面板の厚さを増すこと
により、球面収差を曲線２６Ａから曲線２６Ｂの方向に
変えることができる。
【００２８】このように、開口の１０割に相当する縦の
球面収差量が負になると、ウエハ６上では露光光の明部
の合焦位置が露光光の暗部の合焦位置に対して投影光学
系４の方向に近くなる。従って、現像後に投影光学系４
に対して暗部が凹部となり明部が凸部になるネガレジス
トを使用した場合、レチクル３のパターンの像に対応す
るウエハ６上のレジストのプロファイル（断面形状）が
良好になり、レチクル３のパターンの像を実質的に深い
焦点深度で且つ高い解像度で転写することができる。
球面収差量が負になると、ウエハ６上では露光光の明部
の合焦位置が露光光の暗部の合焦位置に対して投影光学
系４の方向に近くなる。従って、現像後に投影光学系４
に対して暗部が凹部となり明部が凸部になるネガレジス
トを使用した場合、レチクル３のパターンの像に対応す
るウエハ６上のレジストのプロファイル（断面形状）が
良好になり、レチクル３のパターンの像を実質的に深い
焦点深度で且つ高い解像度で転写することができる。
【００２９】また、上述実施例において、投影光学系４
をレチクル３側においてもテレセントリックな構成とし
て、収差可変手段１７を投影光学系４のレチクル３側に
配置することが望ましい。これは、光束がテレセントリ
ックになっている部分に平行平面板を挿入すると球面収
差のみが変化して、他の収差（コマ収差、非点収差等）
に影響を与えないようにできるからである。また、縮小
投影露光装置としては、投影光学系４とウエハ６との間
が一般的にテレセントリックに構成されているため、投
影光学系４のウエハ６側に収差可変手段１７を挿入する
ことも考えられるが、この配置では作動距離が短くなる
等の制約がある。
をレチクル３側においてもテレセントリックな構成とし
て、収差可変手段１７を投影光学系４のレチクル３側に
配置することが望ましい。これは、光束がテレセントリ
ックになっている部分に平行平面板を挿入すると球面収
差のみが変化して、他の収差（コマ収差、非点収差等）
に影響を与えないようにできるからである。また、縮小
投影露光装置としては、投影光学系４とウエハ６との間
が一般的にテレセントリックに構成されているため、投
影光学系４のウエハ６側に収差可変手段１７を挿入する
ことも考えられるが、この配置では作動距離が短くなる
等の制約がある。
【００３０】但し、実際に投影光学系４及び収差可変手
段１７を合わせた光学系の球面収差の特性として最も望
ましいのは、図３（ｂ）の曲線２７で示すように、光軸
に近い部分で正で、それから０となった後に開口の１０
割の位置Ｒ１０まで負で絶対値が次第に大きくなるもの
である。また、過度の球面収差は光学像のコントラスト
の低下をもたらすので、開口の１０割の縦の球面収差量
をΔＳとするとき、投影光学系４の開口数をＮＡ、露光
光の波長をλとして、ΔＳを次の範囲内に設定するのが
望ましい。 −５λ ／（ＮＡ2 ）＜ΔＳ＜０
段１７を合わせた光学系の球面収差の特性として最も望
ましいのは、図３（ｂ）の曲線２７で示すように、光軸
に近い部分で正で、それから０となった後に開口の１０
割の位置Ｒ１０まで負で絶対値が次第に大きくなるもの
である。また、過度の球面収差は光学像のコントラスト
の低下をもたらすので、開口の１０割の縦の球面収差量
をΔＳとするとき、投影光学系４の開口数をＮＡ、露光
光の波長をλとして、ΔＳを次の範囲内に設定するのが
望ましい。 −５λ ／（ＮＡ2 ）＜ΔＳ＜０
【００３１】そして、球面収差量を図３（ｂ）のような
特性で制御するには、投影光学系４を構成する複数のレ
ンズ群の内の所定のレンズ群を光軸方向に移動させるよ
うにしてもよい。この場合、他の非対称収差（コマ収
差、非点収差等）を発生させないように、投影光学系４
を構成する複数のレンズ群の移動を組み合わせて球面収
差量だけを変化させるようにすればよい。なお、本発明
は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
特性で制御するには、投影光学系４を構成する複数のレ
ンズ群の内の所定のレンズ群を光軸方向に移動させるよ
うにしてもよい。この場合、他の非対称収差（コマ収
差、非点収差等）を発生させないように、投影光学系４
を構成する複数のレンズ群の移動を組み合わせて球面収
差量だけを変化させるようにすればよい。なお、本発明
は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、基板に塗布された感光
材がネガタイプであるときに、そのパターンをその基板
上へ投影する際のその投影光学系の縦の球面収差を補正
不足にしたため、露光光の明部の合焦位置が暗部の合焦
位置に対して投影光学系の側に近づく。従って、現像に
より明部が投影光学系に対して凸部で暗部が凹部になる
ネガタイプの感光材を用いた場合に、感光材のプロファ
イルが良好になり充分な焦点深度を確保することがで
き、解像度が改善される利点がある。
材がネガタイプであるときに、そのパターンをその基板
上へ投影する際のその投影光学系の縦の球面収差を補正
不足にしたため、露光光の明部の合焦位置が暗部の合焦
位置に対して投影光学系の側に近づく。従って、現像に
より明部が投影光学系に対して凸部で暗部が凹部になる
ネガタイプの感光材を用いた場合に、感光材のプロファ
イルが良好になり充分な焦点深度を確保することがで
き、解像度が改善される利点がある。
【図１】本発明の一実施例の投影露光装置を示す概略構
成図である。
成図である。
【図２】（ａ）は図１の収差可変手段１７の一例を示す
側面図、（ｂ）は収差可変手段１７の他の例を示す側面
図、（ｃ）は収差可変手段１７の更に他の例を示す側面
図である。
側面図、（ｂ）は収差可変手段１７の他の例を示す側面
図、（ｃ）は収差可変手段１７の更に他の例を示す側面
図である。
【図３】（ａ）は図１の実施例の縦の球面収差の一例を
示す収差図、（ｂ）はその実施例の縦の球面収差の他の
例を示す収差図である。
示す収差図、（ｂ）はその実施例の縦の球面収差の他の
例を示す収差図である。
【図４】本発明の原理の説明において、デフォーカス量
を変えた場合の種々の光学量の変化を示す特性図であ
る。
を変えた場合の種々の光学量の変化を示す特性図であ
る。
【図５】感光材のプロファイルの一例を示す拡大断面図
である。
である。
１ 照明光学装置 ２ コンデンサーレンズ ３ レチクル ４ 投影光学系 ６ ウエハ １２ 演算手段 １６ 収差可変駆動手段 １７ 収差可変手段
フロントページの続き (72)発明者 亀山 雅臣 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 特開 平２−278811（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−234411（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61716（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−11720（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/207
Claims (8)
- 【請求項１】 パターンが形成されたマスクを露光光で
照明する照明光学系と、前記パターンを感光材が塗布さ
れた基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装
置において、 前記基板に塗布された感光材がネガタイプであるとき
に、前記パターンを前記基板上へ投影する際の前記投影
光学系の縦の球面収差を補正不足にしたことを特徴とす
る投影露光装置。 - 【請求項２】 前記投影光学系の縦の球面収差に関し
て、前記投影光学系における１０割の開口に相当する球
面収差量を補正不足にすることを特徴とする請求項１記
載の投影露光装置。 - 【請求項３】 前記投影光学系の縦の球面収差量を可変
とする収差可変手段を有することを特徴とする請求項２
記載の投影露光装置。 - 【請求項４】 前記露光光の波長をλとし、前記投影光
学系の開口数をＮＡとし、前記１０割の開口に相当する
球面収差量を△Ｓとしたとき、次の条件を満足すること
を特徴とする請求項２記載の投影露光装置。 一５λ／（ＮＡ2 ）＜△Ｓ＜０ - 【請求項５】 パターンが形成されたマスクを露光光で
照明し、投影光学系を介して前記パターンを感光材が塗
布された基板上に投影する投影露光方法において、 前記基板に塗布された感光材がネガタイプであるとき
に、前記パターンを前記基板上へ投影する際の前記投影
光学系の縦の球面収差を補正不足にしたことを特徴とす
る投影露光方法。 - 【請求項６】 前記投影光学系の縦の球面収差に関し
て、１０割の開口に相当する球面収差量を補正不足にす
ることを特徴とする請求項５記載の投影露光方法。 - 【請求項７】 前記露光光の波長をλとし、前記投影光
学系の開口数をＮＡとし、前記１０割の開口に相当する
球面収差量を△Ｓとしたとき、次の条件を満足すること
を特徴とする請求項６記載の投影露光方法。 一５λ／（ＮＡ2 ）＜△Ｓ＜０ - 【請求項８】 請求項５〜７の何れか一項記載の投影露
光方法を用いることを特徴とする半導体素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24366392A JP3218547B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24366392A JP3218547B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697039A JPH0697039A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3218547B2 true JP3218547B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=17107157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24366392A Expired - Fee Related JP3218547B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218547B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP24366392A patent/JP3218547B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697039A (ja) | 1994-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100506497B1 (ko) | 조명장치, 그것을 이용한 노광장치 및 디바이스 제조방법 | |
| KR19990045024A (ko) | 2중노광방법 및 이것을 이용한 디바이스 제조방법 | |
| KR20030017431A (ko) | 조명 광학 장치, 노광 장치, 노광 방법 및 마이크로장치의 제조 방법 | |
| US11119411B2 (en) | Drive method for spatial light modulator, method for generating pattern for exposure, and exposure method and apparatus | |
| US7001696B2 (en) | Near-field light exposure mask with avoidance of overlap of near-field light, method for manufacturing the same, exposure apparatus and method using near-field light exposure mask, and method for manufacturing device | |
| US5642183A (en) | Spatial filter used in a reduction-type projection printing apparatus | |
| TWI417753B (zh) | 儲存原形資料產生程式之記錄媒體，原形資料產生方法、原形製造方法、曝光方法及裝置製造方法 | |
| US5576801A (en) | Projection exposure apparatus | |
| JP2008270564A (ja) | 露光装置及びデバイス製造方法 | |
| JPH10275771A (ja) | 照明光学装置 | |
| KR20080091182A (ko) | 반사 굴절 결상 광학계, 노광 장치 및 디바이스의 제조방법 | |
| US5594587A (en) | Illumination device with allowable error amount of telecentricity on the surface of the object to be illuminated and exposure apparatus using the same | |
| JP3065017B2 (ja) | 投影露光装置及びデバイスの製造方法 | |
| JP2000021720A (ja) | 露光装置及びデバイス製造方法 | |
| JP2002040327A (ja) | 波面分割型のオプティカルインテグレータおよび該オプティカルインテグレータを備えた照明光学装置 | |
| JP2972528B2 (ja) | 露光方法 | |
| KR100992302B1 (ko) | 광학계, 노광장치 및 디바이스 제조방법 | |
| JP3218547B2 (ja) | 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 | |
| JP3259347B2 (ja) | 投影露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 | |
| US5597667A (en) | Photomask and photomask blank | |
| JP4196076B2 (ja) | 柱面レンズの製造方法及びグレースケールマスク | |
| JP2006140393A (ja) | 照明光学装置、露光装置、および露光方法 | |
| JP3173100B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JP2005005637A (ja) | 円弧領域照明光学装置、およびそれを用いた投影露光装置 | |
| JPH04269749A (ja) | フォトマスクおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010705 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070810 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100810 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |