JPH0684746A - 投影露光装置及びパタン形成方法 - Google Patents

投影露光装置及びパタン形成方法

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JPH0684746A
JPH0684746A JP4050421A JP5042192A JPH0684746A JP H0684746 A JPH0684746 A JP H0684746A JP 4050421 A JP4050421 A JP 4050421A JP 5042192 A JP5042192 A JP 5042192A JP H0684746 A JPH0684746 A JP H0684746A
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light
exposure apparatus
film
projection exposure
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JP4050421A
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Hiroshi Fukuda
宏 福田
Susumu Tawa
邁 田和
Toshihide Doi
寿秀 土肥
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Hitachi Ltd
Minolta Co Ltd
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Hitachi Ltd
Minolta Co Ltd
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】瞳面に挿入しても熱損傷を受けないフィルタを
用い、縮小投影露光法の焦点深度と解像度を向上させる
投影露光装置を得る。 【構成】投影露光装置に用いる複素振幅透過率分布を有
する光学フィルタを多層膜等で形成し、その振幅透過率
を、多層膜の多重干渉効果または膜界面の界面反射によ
り制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種固体素子の微細パ
タン形成に用いられる、投影露光装置および上記装置を
用いたパタン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSI等の固体素子の集積度および動作
速度を向上するために、回路パタンの微細化が進められ
ている。現在、これらの回路パタンの形成には、量産性
と解像性能にすぐれた縮小投影露光法が広く用いられて
いる。この方法の解像限界は、露光波長に比例し、投影
レンズの開口数(NA)に反比例する。また、その焦点
深度は露光波長に比例し、NAの2乗に反比例する。し
たがって、解像限界の向上(高NA化と短波長化)を進
めるに伴い、焦点深度が著しく減少しつつある。
【0003】一方、LSIの高集積化に伴って回路パタ
ンが微細化するとともに、DRAM等の電子デバイス構
造の立体化が進んでいる。このため、マスクパタンの被
投影面であるLSI基板表面が上記の減少しつつある焦
点深度をはみ出してしまい、LSIチップの全面に微細
なパタンを形成することが困難になってきた。したがっ
て、高い解像度と必要な焦点深度とを同時に満足させる
手段を得ることが重要となっている。
【0004】上記の高い解像度と必要な焦点深度とを同
時に確保するために、本発明者は、特殊な複素振幅透過
率分布をもつ光学フィルタを投影レンズの瞳位置に設け
て、上記縮小投影露光法の焦点深度と解像度とを向上さ
せる方法を、例えば瞳フィルタリング法として提案して
いる。上記方法の概略を図2に示す。レンズの瞳または
レンズの開口を決定する絞り位置に、上記瞳または開口
の最大半径で規格化した半径方向座標rの関数として、
およそ T(r)=cos(2π・β・r2−θ/2)×circ(r) (ただし、β,θは適当な定数) で表される複素振幅透過率分布を有する光学フィルタを
設ける。これにより、光軸方向の異なる位置±βに結像
する2つの像(図2中の像Aおよび像B)の振幅を、角
度θに対応する位相差で合成したような像が得られる。
その結果、解像限界を向上するために高NA化と短波長
化を進めた場合にも、深い焦点深度と高い像質とを維持
することができる。上記瞳フィルタリング法について
は、例えば第38回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集、No.2,第534頁に論じられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】瞳面は2次光源面(有
効光源面)に共役であり、したがって2次光源の照度分
布がそのまま再現される。上記2次光源は通常フライア
イレンズの射出面であり、フライアイレンズの作用によ
り集光された鋭いピーク強度をもつ点状の光源の集合に
なる。したがって、上記瞳面においても光が点状に集中
し、光強度が局部的に大きくなる。このような瞳面に光
吸収体からなる振幅減衰フィルタを挿入した場合には、
上記フィルタが光を吸収して熱を発生するため、フィル
タが熱損傷を受けるという問題があった。また、上記発
生した熱によってフィルタの基板または投影レンズの一
部が膨張し、形状が歪んだり屈折率が変化するために、
光学特性に悪影響を与えるという問題があった。
【0006】本発明の目的は、光によってフィルタが損
傷することなく、また、光吸収によって熱膨張等の影響
を受けることなく、上記瞳フィルタリング法の効果が得
られる投影露光装置を得ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、所定の複素
振幅透過率分布を有する空間フィルタを、投影レンズの
およそ瞳位置もしくは上記瞳と共役な位置に設けた投影
露光装置において、その振幅透過率が、上記フィルタを
構成する多層膜の多重干渉効果により制御されるか、ま
たは、上記フィルタを構成する空気と異なる屈折率をも
つ薄膜の、該薄膜面における界面反射により制御される
ことによって達成される。
【0008】
【作用】異なる屈折率をもち光吸収が実質上ない複数の
(通常2種類の)材料からなる多層膜に光が入射する
と、多重干渉により各層の屈折率と膜厚に応じて透過率
と反射率が決まる。したがって、多層膜を用いて瞳フィ
ルタを構成することにより、光は上記多層膜内に吸収さ
れることなく、上記フィルタの振幅透過率を制御するこ
とができる。この場合はフィルタが光を吸収しないの
で、熱が発生して熱損傷を受けることがない。
【0009】また、フィルタを構成する空気と異なる屈
折率をもつ薄膜の、該薄膜面における界面反射により透
過光強度を制御した場合にも、同様の効果を得ることが
できる。ただし、この場合は膜材料の屈折率で反射率が
決定されるため、所望の透過率を得るには適当な材料を
選択する必要がある。
【0010】なお、これらの上記に示すような方法を用
いて透過率を制御した場合は、フィルタを通過しない光
の大部分(ほとんど全ての光)が反射光になる。したが
って、反射光によるいわゆる迷光を防止するために、投
影レンズおよびレチクルの表面に反射防止膜を設ける
か、またはレチクルのマスク面に光吸収膜を設けること
が望ましい。
【0011】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図1は本発明による投影露光装置に用いたフィルタ
の一実施例を示す図で、(a)は上面図、(b)は断面
図、(c)は振幅透過率の分布を示す図である。投影露
光装置に用いるフィルタとして図1の(a)および
(b)に模式的に示したフィルタを作製した。本フィル
タは、光学的に十分な厚さ精度をもつ透明基板上の真中
に、円形の光透過部(開口)を形成し、さらに上記円形
開口の中心部および外縁部に、SiO2/Al23多層膜
とSiO2膜からなる位相シフタとの複合膜が形成されて
いる。
【0012】上記SiO2/Al23多層膜は、その光透
過率が60%になるように設計されている。また、上記
位相シフタの膜厚は、光が上記SiO2/Al23多層膜
を透過することによる位相変化を含めて、上記複合膜が
存在していない領域を透過した光との位相が180度ず
れるように定めている。
【0013】上記フィルタの振幅透過率分布を図1
(c)に実線で示す。同図における薄く描かれた曲線
は、前記従来の技術の項で示した振幅透過率T(r)の
式において、β=0.65,θ=260度としたときの
透過率分布を示しているが、上記分布は微細ホールパタ
ンの形成に最適な分布である。本実施例によるフィルタ
の振幅透過率分布は、上記分布を離散化近似したもので
ある。
【0014】つぎに上記フィルタを、i線縮小投影露光
装置(NA=0.5)における投影レンズのおよそ瞳開
口位置に挿入し、設計寸法0.3μm(ウエハ基板上)
のホールパタンを含むマスクパタンを、レジストを塗布
した基板上に様々のフォーカス条件下で露光した。その
後、所定の現像処理を行って形成したレジストパタン
を、走査型電子顕微鏡によって観察した。その結果、レ
ジスト寸法0.25μmのホールパタンが±2μmの焦
点深度で形成されていることを確認した。一方、上記フ
ィルタを挿入しない場合の解像限界は0.35μmであ
り、そのときの焦点深度は±0.5μmであった。
【0015】したがって、上記実施例に示すフィルタを
用いた本発明の投影露光装置を使用して、レジストパタ
ンを形成した場合には、光の波長以下の微細パタンを、
実用上十分な焦点深度をもって形成することが可能であ
る。
【0016】さらに、上記基板上の露光を繰り返して行
い、露光時間の累計が1000時間になるまで継続した
のち、上記フィルタを露光装置から取出してその性能を
確認したところ、何らの性能劣化も認めることができな
かった。
【0017】なお、図1(c)に示す振幅透過率分布
は、微細なホールパタンの転写を想定して選んだもので
ある。フィルタの振幅透過率分布は、マスクパタンの種
類等に応じて様々なものを選択することが好ましい。ま
た、位相シフトは多層膜の上に積層せずに多層膜の下に
設けてもよく、あるいは、上記円形開口内で多層膜を設
けた部分以外の領域におけるフィルタ上に設けてもよ
い。
【0018】縮小投影露光装置の露光波長およびNA等
は、必ずしも上記したものに限らない。多層膜の材料と
しては、上記実施例に記載したもの以外にも、光の波長
に応じて種々の材料の組合せを用いることができる。な
かでも、分光フィルタ等に用いられている誘電体多層膜
が一般的である。ただし、上記フィルタは、任意の点に
入射した光に対する透過光強度と反射光強度との和が、
上記入射光強度の90%以上であるようにする。もし、
上記透過光強度と反射光強度との和が入射光強度の90
%未満である場合には、フィルタ内に吸収された入射光
が熱を発生するためフィルタが熱損傷を受け、屈折率が
変化し光学特性に悪影響を与えることになる。
【0019】また、位相シフタの材料についても、光の
波長に応じて様々な材料を使用することができる。ま
た、瞳フィルタは、輪帯状の2次光源(いわゆる輪帯照
明)を組み合わせてもよい。この場合にも本発明による
多層膜のフィルタを用いることにより好ましい結果が得
られた。
【0020】
【発明の効果】上記のように本発明による投影露光装置
は、所定の複素振幅透過率分布を有する空間フィルタ
を、投影レンズのおよそ瞳位置もしくは上記瞳と共役な
位置に設けた投影露光装置において、その振幅透過率
が、上記フィルタを構成する多層膜の多重干渉効果によ
り制御されるか、または、上記フィルタを構成する空気
と異なる屈折率をもつ薄膜の、該薄膜面における界面反
射により制御されることにより、光が点状に集中する瞳
面にフィルタを挿入した場合にも、上記フィルタが熱損
傷を受けるという問題を回避し、深い焦点深度と高い解
像度とを、同時に安定して維持できる投影露光装置を得
ることができるとともに、上記装置を用いることによっ
て、焦点深度が深く高い解像度を有する微細なレジスト
パタンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による投影露光装置に使用するフィルタ
の一実施例を示す図で、(a)は上面を示す斜視図、
(b)は断面図、(c)は振幅透過率分布を示す図であ
る。
【図2】瞳フィルタリング法の概念を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田和 邁 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測事業部内 (72)発明者 土肥 寿秀 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 ミノルタカメラ株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の複素振幅透過率分布を有する空間フ
    ィルタを、投影レンズのおよそ瞳位置もしくは上記瞳と
    共役な位置に設けた投影露光装置において、上記フィル
    タを多層膜を用いて構成し、その振幅透過率が上記多層
    膜の多重干渉効果により制御されることを特徴とする投
    影露光装置。
  2. 【請求項2】所定の複素振幅透過率分布を有する空間フ
    ィルタを、投影レンズのおよそ瞳位置もしくは上記瞳と
    共役な位置に設けた投影露光装置において、上記フィル
    タを空気と異なる屈折率をもつ薄膜を用いて構成し、そ
    の振幅透過率が上記薄膜の膜界面における界面反射によ
    り制御されることを特徴とする投影露光装置。
  3. 【請求項3】上記空間フィルタは、任意の点に入射した
    光に対する透過光強度と反射光強度との和が、上記入射
    光強度の90%以上であることを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2記載の投影露光装置。
  4. 【請求項4】上記請求項1から請求項3のいずれかに記
    載した投影露光装置を用いて、パタン形成を行うパタン
    形成方法。
JP4050421A 1992-03-09 1992-03-09 投影露光装置及びパタン形成方法 Pending JPH0684746A (ja)

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