JPH07263315A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH07263315A
JPH07263315A JP6054297A JP5429794A JPH07263315A JP H07263315 A JPH07263315 A JP H07263315A JP 6054297 A JP6054297 A JP 6054297A JP 5429794 A JP5429794 A JP 5429794A JP H07263315 A JPH07263315 A JP H07263315A
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JP
Japan
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filter
light
mask
refractive index
polarization
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JP6054297A
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English (en)
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Satoshi Tanaka
聡 田中
Soichi Inoue
壮一 井上
Tadahito Fujisawa
忠仁 藤澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • 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
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70566Polarisation control

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  • 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)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、半導体集積回路の製造に用いられ
るもので、マスクに形成されたパタンを投影光学系を介
してウェハ上に投影露光する際に、マスクと光源との間
に光変調可能なフィルタを装着して微細なレジストパタ
ーンを形成する投影露光装置である。 【効果】 本発明によれば、L/Sパターンに対し、斜
入射照明法と同等の解像力を有し、且つ露光光のロスを
少なくして転写が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
に於ける微細レジストパターンを形成する投影露光装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光リソグラフィー技術の進歩は目
ざましく、露光光の短波長化(i線(365nm)、Kr
Fエキシマレーザー(248nm))や投影露光装置の高
性能化、特にレンズの高NA化によってより微細なレジ
ストパタンをウェハ上に形成できるようになってきた。
図3に従来一般的に用いられている投影露光装置の概略
構成を示す。光源1、第1集光光学系2、均一化光学系
3、第2集光光学系4、レチクル5、投影光学系6、ウ
ェハ7の順に配列されている。第1集光光学系2は楕円
反射鏡及びインプットレンズに相当する部分であり、楕
円鏡の他球面鏡、平面鏡、レンズ等を適当に配置し、光
源から光束をできるだけ効率よく均一化光学系3に入れ
る役目をもつ。また、均一化光学系3はオプチカルイン
テグレータ(蝿の目レンズ)に相当する部分であり、そ
の他として光ファイバや多面体プリズム等が使用される
こともある。
【0003】第2集光光学系4はアウトプットレンズ及
びコリメーションレンズに相当する部分であり、均一化
光学系3の出射光を重畳させ、さらに像面テレセントリ
ック性を確保する。この他、光束が光軸平行に近い場所
に収差補正がされている波長のみを透過するフィルタが
挿入され、またコールドミラーも、場所は一義的ではな
いが挿入される。
【0004】このように構成された装置においてレチク
ル5から光が来る側を見た場合、光の性質は、第2集光
光学系4を通して均一化光学系3から出てくる光の性質
となり、均一化光学系3の出射側が見かけ上の光源に見
える。このため上記のような構成の場合、一般に均一化
光学系3の出射側8を2次光源と称している。チクル5
がウェハ7上に投影される時、投影露光パタンの形成特
性、即ち解像度や焦点深度等は、投影光学系6の開口数
NA及びレチクル5を照射する光の性質、即ち2次光源
8の性質によってきまる。
【0005】しかし、微細なパタンをレジスト上に形成
するため露光光の短波長化、投影光学装置の高NA化に
よって解像度をあげると、逆に焦点深度が低下するため
実用解像度はあまり向上しない。そこで投影露光装置に
おいて2次光源強度分布、レチクル、投影光学系の瞳面
の複素透過率分布を従来のものから変化させることで、
解像度や焦点深度の向上が考えられてきている。
【0006】解像力を向上させるものとして、特にLS
Iにおける配線パタンのような1次周期性をもつパタン
(以下L/Sと略記)に対しては、図4に示すように、
マスク20の開口部21に対して隣合う開口部22を通
過する露光光23との位相差がほぼ180度となるよう
に形成されたマスクを用いることにより、透明基板上に
L/Sパタンをクロム等の遮光性物質を用いて形成した
従来のマスクに対して、解像度が約2倍向上することが
知られている。この種の公知例としては特開昭57−6
2052号が挙げられる。
【0007】しかし、上記マスクを用いる場合、シフタ
を交互にはることが一般的には困難であることや、シフ
タ作成が困難なことにより、このマスクとほぼ同等の効
果を得られる別の方法が考えられてきている。
【0008】上記方法の1つとして、図5に示すように
パタン周期方向に光軸30から偏心した位置から照明す
ることで隣合う開口31を透過する光32の間に位相差
をつけ、解像力をます方法(特開平4−273428)
が提案されている。この場合、従来は2次光源位置9に
フィルタ(σ絞り)33をおいて形成しており、遮光部
での露光光の損失が大きくなってしまう。
【0009】これらを解決する方法として、図6に示す
ようにマスク5の上方にダミーマスク40をおき、これ
により得られる回折光を用いることで、マスクに対し斜
入射効果を得て、解像力を向上するという方法が提案さ
れている(1993春季応物30p−L−10)。ダミ
ーマスクのパタンとして位相シフタオンリーのものを用
い、パタンサイズはマスクパタンサイズの2倍の大きさ
にする。これによって得られる回折光によってマスクを
照明することにより、斜入射照明を実現している。2次
光源位置で斜入射照明を実現する場合に比べ、ダミーマ
スクを用いた場合光量の損失が削減され、かつパタンに
対応したダミーパタンを形成することで最適な斜入射位
置を常に維持することが可能となっている。
【0010】しかし、ここにおいて提案されているダミ
ーマスクは、透明基板上にパタンを彫り込みまたは張り
付けて作成するものであり、マスクと一体化するには作
成上困難が生じる。またマスクとは別に形成する場合に
おいても、今度はマスクが変わるたびにダミーマスクも
交換する必要が生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにダミーマ
スクを用いた場合、その作成過程及び実際の露光過程の
面で問題があった。上記問題は、ダミーマスクとして、
透明基板の膜厚を周期的に変化させることで回折光を得
ているために、1つのパタンに対して1つのダミーマス
クを制作しなければならないところに存在するものであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、マスクに形成されたパタンを投影光学
系を介してウェハ上に投影露光する投影露光装置におい
て、前記マスクと光源との間に、微細領域より形成さ
れ、上記領域内の屈折率、透過率及び偏光を任意に変化
する事が可能なフィルタを装備し、前記マスクパタンの
周期方向及びピッチに応じて、上記フィルタにより生じ
る回折光角度を得るようにフィルタ屈折率・透過率及び
偏光を制御すること、及び、上記に記載のフィルタとし
て、電気光学材料を用いることで屈折率・透過率及び偏
光を電気的、光学的に制御することを特徴とする、投影
露光装置を提供する。該フィルタ材料として、フォトリ
フラクティブ材料、液晶、音響光学変調素子(AOM)
などを用いることとする。
【0013】
【作用】本発明によれば、ダミーマスクとして上記フィ
ルタをもちいることで、マスク上の任意の線幅・ピッチ
を有する周期パタンに対して、当パタンにより生じる0
次回折光と1次回折光のなす角度の1/2でもって入射
するように、該フィルタの屈折率・透過率分布を形成
し、また、偏光方向を当パタンの周期方向に直交するよ
うに形成することが可能となり、常に最適な斜入射照明
位置及び偏光方向をえることが可能となる。
【0014】
【実施例】図1に従って本発明の実施例について説明す
る。本発明で用いる投影露光装置の基本的な構成は従来
の装置と同一であり、異なるのは図3のレチクル5の上
部にフィルタ9を設置することである。図1は本発明の
実施例のフィルタ及びレチクルの配置の基本構成であ
る。
【0015】本実施例で使用されるレチクル5は透明基
板上に、クロム等の遮光性物質よりなり露光光を透過し
ない遮光部10及び露光光を透過する開口部11により
形成されたものである。本発明で用いるフィルタ9は電
気的あるいは光学的に、周期2Dで屈折率が変化したも
の用いる。屈折率変化量△n及びフィルタ膜厚tを調整
することによって、1次回折光として回折角θが以下の
式で決まるようにする事が可能となる。
【0016】2Dsinθ=λ この回折光50によりマスクを照明することで、得られ
る回折光51は図1のようになり、ウェハ上では2光束
干渉が得られる。これにより、解像力向上効果並びに焦
点深度向上効果が得られる。
【0017】またこの場合、フィルタとマスクとはフラ
ウンホーファ回折で近似できる程度の距離離して置かれ
るため、斜入射光の双方はインコヒーレントであると考
えることができる。
【0018】次に上記フィルタを形成する方法について
更に詳しく述べることとする。フィルタを構成する材料
として、まずフォトリフラクティブ材料等の光電場の2
乗に比例して屈折率が変化するものを考える。図2に示
すように、上記材料60に波長λで互いにコヒーレント
な光波61を入射角度θで入射したとする。フィルタ中
には干渉により周期Pの光強度分布が形成される。
【0019】P=λ/2sinθ この光強度分布に応じて屈折率変化が生じる。フォトリ
フラクティブ材料など電場の2乗に比例して屈折率が変
化するものでは、この光強度分布と屈折変化分布は周期
が等しくなる。この屈折率分布にたいして、得られる回
折光を求める。得られる回折光の角度が所望の値になる
ように、形成時の光強度や波長・フィルタ膜厚を調整す
る。その1つとしてP=2Dとし、屈折率の最大と最小
を通る光の位相差が180度となるようにすると、回折
光はほぼ所望の値に得られることになる。
【0020】なお実施例において、図1、図2のD、P
で表されるピッチは必ずしもパタンサイズdあるいはD
の2倍である必要はなく、その周期性が完全である必要
もなく、一部パタンが欠けても構わない。
【0021】またフィルタ材料も、必ずしもフォトリフ
ラクティブ材料である必要はなく、液晶等の素子を用い
て同等の効果を得られれば差し支えない。また液晶等と
組み合わせて、偏光方向をパタン周期方向と直交するよ
うに制御することができれば更に解像力向上効果が得ら
れる。またフィルタも、必ずしも回折光を離散的に発生
するようにする必要はない。
【0022】更に本実施例に、像面側の焦点面位置を変
えて多重露光することや、瞳面にて回折光の複素透過率
分布に変調をかけることを加えても、本発明にはなんら
差し支えるところではない。
【0023】本発明の望ましい実施形態としては、マス
クパタンとして周期性をもったもののを用いること、マ
スクとしては通常のクロム等の遮光部と透過部よりなる
マスクを用いること、及び、上記フィルタとして、屈折
率分布を書き換えることが可能なものを用いることが挙
げられる。
【0024】
【発明の効果】マスクに形成されたパタンを投影光学系
を介してウェハ上に投影露光する投影露光装置におい
て、前記マスクと光源との間に、微細領域より形成さ
れ、上記領域内の屈折率、透過率及び偏光に対し任意に
変調する事が可能なフィルタを装備し、前記マスクパタ
ンの周期方向及びピッチに応じて、最適斜入射照明位置
と等価な回折光角度及び偏光方向を得るように上記フィ
ルタ屈折率・透過率及び偏光を制御することを特徴とす
る投影露光装置を用いることで、L/Sパタンに対し、
斜入射照明法と同等の解像力を有し、且つ露光光のロス
の少ない転写が可能となる。更に上記フィルタとして電
気光学素子等を用いることによって、異なるマスクに対
して1つのフィルタで同様の効果を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に用いるレチクル及び光源フ
ィルタの構成図。
【図2】 本発明の実施例に用いるフィルタの機能説明
図。
【図3】 従来の投影露光装置の概略構成図。
【図4】 従来の位相シフトマスクの例を示す構成図。
【図5】 従来の斜入射照明の例を示す構成図。
【図6】 従来のダミーマスクを用いた斜入射照明の例
を示す構成図。
【符号の説明】
1 光源 2 第1集光光学系 3 均一化光学系 4 第2集光光学系 5 レチクル 6 投影光学系 7 ウェハ 8 2次光源位置 9 フィルタ(ダミーマスク) 10 レチクルの開口部 11 レチクルの遮光部 12 フィルタを形成する為のコヒーレント光
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 528

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスクに形成されたパタンを投影光学系
    を介してウェハ上に投影露光する投影露光装置におい
    て、前記マスクと光源との間に、屈折率、透過率及び偏
    光に対し変調可能なフィルタを装備し、前記マスクパタ
    ンの周期方向及びピッチに応じて、最適斜入射照明位置
    と等価な回折光角度、偏光方向を得るようにフィルタ屈
    折率・透過率及び偏光を制御することを特徴とする投影
    露光装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタとして、電気光学材料を用
    い、屈折率・透過率及び偏光を電気的、光学的に制御す
    ることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
JP6054297A 1994-03-25 1994-03-25 投影露光装置 Pending JPH07263315A (ja)

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