JPH0661122A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はリング状照明系を備えた投影露光装
置において光学像のコントラストを高くすることを目的
とする。 【構成】 本発明の投影露光装置は、投影光学系１４内
の瞳面に設けられ、マスク８上のパターンによって回折
された回折光のうち特に０次回折光を減衰させるための
光減衰領域３２を有する瞳フィルター３０を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、投影露光装置に関
し、特に、ＬＳＩの製造工程に使用される投影露光装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程に使用され
る投影露光装置が知られている。これらは、たとえば、
特開昭６１−９１６６２号公報などに開示されている。
図８は、この特開昭６１−９１６６２に開示された従来
の投影露光装置の光学系の構成を示した概略図である。
図８を参照して、従来の投影露光装置は、光源であるラ
ンプ１と、ランプ１から発した光を反射するための楕円
反射鏡２と、楕円反射鏡２によって反射された光をさら
に反射するためのコールドミラー１１と、コールドミラ
ー１１によって反射された光が入射するインプットレン
ズ４と、インプットレンズ４を通過した光が入射するフ
ィルタ１０と、フィルタ１０を通過した光が入射するオ
プチカルインテグレータ５と、オプチカルインテグレー
タ５を通過した光が入射するアウトプットレンズ６と、
アウトプットレンズ６を通過した光を反射するためのコ
ールドミラー１２と、コールドミラー１２によって反射
された光が入射するコリメーションレンズ７と、コリメ
ーションレンズ７を通過した光が照射され、回路パター
ンが形成されたマスク８と、マスク８を通過した光が入
射され、マスク８のパターンの像をウェハ１５上に投影
するための投影光学系１４とを備えている。投影光学系
１４は、レンズ、ミラーまたはそれらの組合せによって
構成されている。また、投影光学系１４には開口絞り１
６が設けられている。オプチカルインテグレータ５とア
ウトプットレンズ６との間には開口絞り１００が設けら
れている。

【０００３】上記ランプ１、楕円反射鏡２、インプット
レンズ４、オプチカルインテグレータ５、アウトプット
レンズ６、コリメーションレンズ７、フィルタ１０、お
よびコールドミラー１１、１２は、ランプハウス１３内
に収納されている。

【０００４】インプットレンズ４は、オプチカルインテ
グレータ５を通る光線のケラレを低減し集光効率を高め
る役割を果たす。また、オプチカルインテグレータ５
は、多数の棒状レンズを束ねたものであり、フライアイ
レンズとも呼ばれている。フィルタ１０は、光学系を収
差補正されている波長の光だけを通すために設けられた
ものである。コールドミラー１１、１２は、光路を曲げ
て装置の高さを低くする役割を果たす。さらに、コール
ドミラー１１および１２は、長波長光熱線を透過してラ
ンプハウス１３の冷却可能部分に吸収させる働きをも有
している。

【０００５】図９は、図８に示した従来の投影露光装置
に用いられる開口絞りを示す平面図である。図９を参照
して、開口絞り１００は、光を透過する透過領域１０１
と、光を遮光する遮光領域１０２とから構成されてい
る。この開口絞り１００は、円形の透過領域１０１の中
心部に円形の遮光領域１０２を有している。

【０００６】次に、図８および図９を参照して、動作に
ついて説明する。まず、楕円反射鏡２の第１焦点に設置
されたランプ１から光を発生させる。ランプ１から発生
された光は楕円反射鏡２によって反射される。楕円反射
鏡２によって反射された光はさらにコールドミラー１１
によって反射される。これによって、ランプ１により発
生された光の光束は、第２焦点３付近に一旦集められ
る。

【０００７】第２焦点３とほぼ焦点位置を共有するイン
プットレンズ４により、光束をほぼ平行にする。この平
行光束に直された光がオプチカルインテグレータ５に入
射される。オプチカルインテグレータ５を通過すること
によって光の照射均一性が向上される。オプチカルイン
テグレータ５を出た光はアウトプットレンズ６、コール
ドミラー１２を経てコリメーションレンズ７によって集
光される。この集光された光が回路パターンが形成され
たマスク８上に重畳して当たるように照射される。オプ
チカルインテグレータ５に入射された光線は場所による
強度分布を有するが、オプチカルインテグレータ５の各
要素レンズから出る光はほぼ等しく、重畳されているの
でマスク８上では照射強度がほぼ均一になる。

【０００８】オプチカルインテグレータ５から出た光
は、開口絞り１００によってリング状の照明系に形成さ
れる。このリング状照明系によってマスク８には斜めか
ら光が入射される。このリング状照明系による斜め照射
を用いると、限界解像近傍のライン・アンド・スペース
（Ｌ／Ｓ）パターンに関しては主に０次回折光と＋１次
あるいは−１次回折光との２光束による干渉により像が
形成され、光源の波長、投影光学系の開口数を変えない
で高解像度と高焦点深度が得られる。すなわち、従来の
円形開口では、解像度を低くする成分である入射角度の
小さい光の量が多くなる。これに対して、リング状照明
系では入射角の小さい光の成分は減少し解像度を高くす
る成分である入射角の大きい成分が増加する。この結
果、リング状照明系を用いた場合には解像度が高くな
り、これに伴って焦点深度も深くなる。リング状照明系
を用いた斜め照射では照射光の入射角が大きいほど解像
度および焦点深度が向上する。

【０００９】マスク８に照射された光は投影光学系１４
に入射される。投影光学系１４によってマスク８のパタ
ーンの像はウェハ１５上のレジスト（図示せず）に投影
露光転写される。なお、投影光学系１４内に設けられた
開口絞り１６によって開口数が決定される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に従来
のような円形の遮光領域１０２をもった開口絞り１００
によってリング状の照明を形成して露光を行なうと、限
界解像近傍のＬ／Ｓパターンに関しては主に０次回折光
と＋１次または−１次回折光との２光束による緩衝によ
り像が形成される。このため、光学像のコントラストが
低いという問題点があった。この発明は、上記のような
課題を解決するためになされたもので、従来よりもコン
トラストの高い光学像が得られる投影露光装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１における投影露
光装置は、光源と、光源から発した光を回路パターンが
形成されたマスク上に照射するための集光レンズ系と、
光源と集光レンズ系との間に設けられた開口絞りと、マ
スクを通過した光をウェハ表面に集光させるための投影
光学系と、投影光学系の瞳に配設された瞳フィルターと
を備えている。また、開口絞りは、光源から発した光を
成形するための透過領域と、その透過領域内の中央部に
光源から発した光を遮光するように形成された遮光領域
とを含み、さらに瞳フィルターは、マスクを透過した光
の一部を減衰させる領域を有する。

【００１２】

【作用】請求項１に係る投影露光装置は、投影光学系の
瞳に瞳フィルターが配設されその瞳フィルターがマスク
を透過した光の一部を減衰させる領域を有するので、０
次回折光が弱められて露光される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例による投影露光
装置の光学系の構成を示した概略図である。

【００１５】図１を参照して、本実施例の投影露光装置
は、光源であるランプ１と、ランプ１から発した光を反
射するための楕円反射鏡２と、楕円反射鏡２によって反
射された光をさらに反射するためのコールドミラー１１
と、コールドミラー１１によって反射された光が入射す
るインプットレンズ４と、インプットレンズ４を通過し
た光が入射するフィルタ１０と、フィルタ１０を通過し
た光が入射されるオプチカルインテグレータ５と、オプ
チカルインテグレータ５を通過した光を所定の照射形状
に成形するための開口絞り１００と、開口絞り１００を
通過した光が入射されるアウトプットレンズ６と、アウ
トプットレンズ６を通過した光を反射するためのコール
ドミラー１２と、コールドミラー１２によって反射され
た光が入射されるコリメーションレンズ７とを備えてい
る。上記ランプ１、楕円反射鏡２、インプットレンズ
４、オプチカルインテグレータ５、アウトプットレンズ
６、コリメーションレンズ７、フィルタ１０、開口絞り
１００およびコールドミラー１１、１２は、ランプハウ
ス１３内に収納されている。

【００１６】本実施例の投影露光装置は、さらに、コリ
メーションレンズ７を通過した光が重畳して照射される
回路パターンが形成されたマスク８と、マスク８を通過
した光が入射されマスク８のパターンの像をウェハ１５
上のレジスト（図示せず）に投影露光するための投影光
学系１４とを備えている。投影光学系１４は、その中に
開口数を決定する開口絞り１６が設けられており、それ
と同時に瞳フィルター３０も配設されている。なお、投
影光学系１４は、レンズ、ミラーまたはそれらの組合せ
によって構成されている。また、インプットレンズ４、
オプチカルインテグレータ５、フィルタ１０およびコー
ルドミラー１１、１２の役割は従来と同様である。すな
わち、インプットレンズ４は、オプチカルインテグレー
タ５を通る光線のケラレを低減し集光効率を高める役割
を果たす。また、オプチカルインテグレータ５は、多数
の棒状レンズを束ねたものであり、フライアイレンズと
も呼ばれている。フィルタ１０は、光学系が収差補正さ
れている波長の光だけを通すために設けられたものであ
る。コールドミラー１１、１２は、光路を曲げて装置の
高さを低くする役割を果たす。さらに、コールドミラー
１１および１２は、長波長光熱線を透過してランプハウ
ス１３の冷却可能部分に吸収させる働きをも有してい
る。

【００１７】図２は、図１に示した瞳フィルターの構成
を示す概略図である。図２を参照して、瞳フィルター３
０は、光を透過する円形の透過領域３１と、円形の透過
領域３１の中心部に形成された円形の光減衰領域３２
と、透過領域３１の外側を覆うように形成された遮光領
域３３とを備えている。遮光領域３３の内側の縁は投影
光学系開口絞り１６の内側の縁と一致する大きさであ
る。

【００１８】次に、動作について説明する。まず、楕円
反射鏡２の第１焦点に設置されたランプ１から光を発生
させる。ランプ１から発生された光は楕円反射鏡２によ
って反射される。楕円反射鏡２によって反射された光は
さらにコールドミラー１１によって反射される。これに
よって、ランプ１により発生された光の光束は、第２焦
点３付近に一旦集められる。

【００１９】第２焦点３とほぼ焦点位置を共有するイン
プットレンズ４により、光束をほぼ平行にする。この平
行光束に直された光がオプチカルインテグレータ５に入
射される。オプチカルインテグレータ５を通過すること
によって光の照射均一性が向上される。オプチカルイン
テグレータ５を出た光はアウトプットレンズ６、コール
ドミラー１２を経てコリメーションレンズ７によって集
光される。この集光された光が回路パターンが形成され
たマスク８上に重畳して当たるように照射される。マス
ク８を透過した照射光は、マスク８上でのパターンによ
り回折され、その回折像が投影レンズの瞳面に形成され
る。

【００２０】ここで、マスクパターンとして投影レンズ
の限界解像近傍の寸法のＬ／Ｓパターンを考える。図３
は、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンの投
影レンズ瞳面での回折像を示す概略図である。図３を参
照して、投影光学系開口絞り１６内の内側の縁（投影レ
ンズの瞳の縁）４０の中心部分には０次回折光４３が位
置している。そして、０次回折光４３に隣接するように
＋１次回折光４１と−１次回折光４２とが位置してい
る。各々の回折光の形状は、開口絞り１００の形状（２
次光源形状）と相似であり、中心部分が暗くなってい
る。ここで、本実施例の瞳フィルター３０は、これらの
回折光のうち主に０次回折光を２／π倍に減衰させる役
割を果たす。

【００２１】図４は、本実施例で用いられた瞳フィルタ
ーの使用態様を示した概略図である。図４を参照して、
瞳フィルター３０の光減衰領域３２は０次回折光４３に
重なるように設置される。このように構成することによ
って本実施例では光学像のコントラストを従来より向上
させることができる。以下に、０次回折光を減衰するこ
とによって像のコントラストが改善できる原理を説明す
る。

【００２２】上述したＬ／Ｓパターンの結像を考える。
パターンの複素振幅ｇ（Ｘ）をフーリエ級数に展開する
と次の式１になる。

【００２３】

【数１】

【００２４】上記式１を参照して、Ｘはマスク面の座
標、ｎは回析次数、ＰはＬ／Ｓパターンの周期、ｊは虚
数単位である。上記式１によって、パターンは種々の回
折光の緩衝により形成されていることが分かる。また、
上記したようにリング状照明を用いると光学像は主に０
次回折光と＋１次または−１次回折光との２光束による
緩衝により形成される。簡単化のため０次回折光と、１
次または−１次回折光との２光束による緩衝だけによっ
て光学像が形成されるとすると、光学像の複素振幅ｇ′
（Ｘ′）は、次の式２のようになる。

【００２５】

【数２】

【００２６】上記式２を参照して、Ｘ′は像面の座標、
Ｐ′は像面でのＬ／Ｓパターン周期（マスクパターン周
期に転写倍率を掛けたもの）である。このときの光学像
の強度Ｉ′（Ｘ′）は、次の式３のようになる。

【００２７】

【数３】

【００２８】したがって、コントラストＣは、次の式４
のようになる。

【００２９】

【数４】

【００３０】上記式４を参照して、Ｉ′ｍａｘ、Ｉ′ｍ
ｉｎは、それぞれ光学像強度の最大値および最小値であ
る。

【００３１】ここで、投影レンズ瞳面に０次回折光の透
過率をｍ倍にするフィルタを設置すると、光学像の強度
Ｉ′（Ｘ′）は、次の式５のようになる。

【００３２】

【数５】

【００３３】上記式５からコントラストＣは、次の式６
のようになる。

【００３４】

【数６】

【００３５】上記式６に対応するグラフを図５に示す。
図５を参照して、４／π² ＜ｍ＜１となるように設定す
ると、コントラストＣは従来よりも大きくなることが分
かる。特にｍ＝２／πの場合、コントラストＣ＝１で最
大になる。

【００３６】なお、本実施例では開口絞り１００の遮光
部１０２の形状が円形である場合について説明したが、
本発明はこれに限らず他の形状の開口絞りを用いた場合
にも適用可能である。すなわち、遮光部１０２の形状に
応じて瞳フィルタ３０の光減衰領域３２の形状も変更す
ることによって容易に対応することができる。図６は本
発明の他の実施例による投影露光装置の光学系に用いら
れる開口絞りを示した平面図であり、図７はそれに対応
する瞳フィルターの平面図である。図６および図７を参
照して、この図６に示すような開口絞り１０５を用いる
と、対応する瞳フィルター３５は図７に示すようなもの
になる。すなわち、図６を参照して、この開口絞り１０
５は遮光領域１０７が十字状に形成されており、透過領
域１０６は４つの部分に分割されている。これに対応す
る瞳フィルター３５は、光減衰領域３７が４つの部分に
分割されており、透過領域３６はその間を埋めるように
形成されている。透過領域３６の外側を覆うように遮光
領域３８が形成されており、遮光領域３８の内側の縁は
投影光学系開口絞り１６の内側の縁と一致する大きさに
形成されている。このように開口絞りの形状に応じて瞳
フィルターの光減衰領域の形状を変更することによって
容易に光学像のコントラストを向上させることができ
る。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、投影光学
系の瞳面にマスクを透過した光の一部を減衰させる領域
を有する瞳フィルターを設けることにより、従来のリン
グ状照明系と比較して±１次回折光に対する０次回折光
の振幅の比が小さくなる。この結果、従来よりも光学像
のコントラストが大きくなり解像度および焦点深度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による投影露光装置の光学系
の構成を示した概略図である。

【図２】図１に示した瞳フィルターの構成を示した平面
図である。

【図３】ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターン
の投影レンズ瞳面での回折像を示した平面図である。

【図４】図１に示した瞳フィルターの使用態様を示す平
面概略図である。

【図５】図１に示した実施例で用いられた瞳フィルター
の光減衰領域の光透過率と光学像コントラストとの関係
を示す相関図である。

【図６】本発明の他の実施例による投影露光装置で用い
られる開口絞りを示した平面図である。

【図７】本発明の他の実施例による投影露光装置に用い
られる瞳フィルターを示した平面図である。

【図８】従来の投影露光装置の光学系の構成を示した概
略図である。

【図９】従来の投影露光装置に用いられる開口絞りを示
した平面図である。

【符号の説明】

１：ランプ ２：楕円反射鏡 ３：楕円反射鏡２の第２焦点 ４：インプットレンズ ５：オプチカルインテグレータ ６：アウトプットレンズ ７：コリメーションレンズ ８：マスク １０：フィルタ １１：コールドミラー １２：コールドミラー １３：ランプハウス １４：投影光学系 １５：ウェハ １６：投影光学系開口絞り ３０：瞳フィルター ３２：光減衰領域 ３５：瞳フィルター １００：開口絞り １０５：開口絞り なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加門 和也 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 前記光源から発した光を回路パターンが形成されたマス
   ク上に照射するための集光レンズ系と、 前記光源と前記集光レンズとの間に設けられた開口絞り
   と、 前記マスクを通過した光をウェハ表面に集光させるため
   の投影光学系と、 前記投影光学系の瞳に設けられた瞳フィルターとを備
   え、 前記開口絞りは、前記光源から発した光を成形するため
   の透過領域と、前記透過領域内の中央部に前記光源から
   発した光を遮光するように形成された遮光領域とを含
   み、 前記瞳フィルターは、前記マスクを透過した光の一部を
   減衰させる領域を有する、投影露光装置。