JPH0992598A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦横のパターンに加えて少なくとも１種類の
他のパターンに対する解像力をも向上させること。 【解決手段】 オプティカルインテグレーターの光射出
側に形成される２次光源（面光源）を、中心領域と、四
角形（ここでは正方形）の４つの頂点に相当する位置に
ある４つの周辺領域と、この４つの周辺領域の隣り合う
周辺領域の間にある４つの中間領域とを有するよう構成
し、中心領域Ｃの光強度を周辺領域Ａの光強度の１０〜
４０％、中間領域Ｂの光強度を周辺領域Ａの光強度の３
５〜６５％にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の
半導体素子、ＣＣＤ等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気
検出器や液晶パネル等の表示素子を製造するのに使用さ
れる投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影露光装置は、光源からの光
でフライアイレンズより成るオプティカルインテグレー
ターを照明し、オプティカルインテグレーターの光射出
面又はその近傍に形成される２次光源（面光源）からの
光束をコンデンサーレンズによりマスクに照射し、投影
光学系によりマスクのパターンの像をウエハ上に投影す
る。この時の２次光源の光強度分布は、光軸上にピーク
強度があるガウス分布（通常照明）か、光軸上がゼロで
軸外に輪帯状にピーク強度がある分布（輪帯照明）であ
る。

【０００３】一方、オプティカルインテグレーターの光
射出面側に軸外に４つの開口を有し他の部分は遮光する
開口絞りを設けることにより正方形の４つの頂点に相当
する位置に４つの（光強度の）ピークを有するような光
強度分布を示す面光源を形成し、この面光源からの光束
をマスクに照射する構成（四重極照明）とすることによ
り、前記正方形の縦横の各片と平行な方向に延びる縦線
や横線のパターンに対する解像力が大幅に向上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、正方形
の４つの頂点に相当する位置に４つのピークを有するよ
うな光強度分布を示す面光源では、前記正方形の縦横の
各片の双方と交差する方向に延びる斜めパターンや、形
状が点に近いパターンおよび、くりかえしではない、孤
立したパターンに対する解像力が余り向上しない。

【０００５】本発明の目的は、縦横のパターンに加えて
少なくとも１種類の他のパターンに対する解像力をも向
上させることが可能な投影露光装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、面光源により
微細パターンを照明し、該微細パターンで生じる回折光
を用いて該微細パターンの像を投影する投影露光装置に
おいて、前記面光源は、中心領域と、四角形の４つの頂
点に相当する位置にある４つの周辺領域と、この４つの
周辺領域の隣り合う周辺領域の間にある４つの中間領域
とを有し、中心領域の光強度を周辺領域の光強度の１０
〜４０％、中間領域の光強度を周辺領域の光強度の３５
〜６５％とすることにより、上記の課題を解決する。

【０００７】本発明において、『周辺領域の強度』とは
その領域のピーク強度を指すが、周辺領域の強度分布は
ガウス分布に限定されずフラットな分布でも構わない。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示す該
略図である。

【０００９】図１は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子、Ｃ
ＣＤ等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気検出器や液晶パ
ネル等の表示素子などの各デバイスを製造するのに使用
可能な縮小投影型の露光装置を示す。

【００１０】図１の投影露光装置においては、ランプを
含む光源部１からの光（ｉ線）がコリメーターレンズ２
により平行光に変換されてフライアイレンズより成るオ
プティカルインテグレーター３を照明し、オプティカル
インテグレーター３の光射出面の近傍に置いた開口絞り
５の位置に形成される２次光源（面光源）からの光束を
コンデンサーレンズ６を折り曲げミラー７とを介してレ
チクル８（マスク）に照射し、縮小投影光学系９により
レチクル８の微細パターンの縮小像をウエハ１０上に投
影する。

【００１１】投影光学系９の開口絞り１１の位置と照明
光学系の開口絞り５の位置とは共役な位置関係（物点と
像点の関係）にあり、レチクル８がない状態で光源部１
から光を供給すると、開口絞り５の開口内に形成される
２次光源の光強度分布が開口絞り１１の開口内にも生じ
る。

【００１２】レチクル８とウエハ１０は夫々不図示の可
動ステージ上に保持されている。また、レチクル８は、
夫々後述する四角形の縦横の辺に平行な方向に延びる縦
横のパターンと、斜めパターン及び点状パターンの少な
くとも一方を有する。

【００１３】オプティカルインテグレーター３の光射出
面の近傍には、ある透過率分布を有するＮＤ（Ｎｅｕｔ
ｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルター４が設けられてお
り、このＮＤフィルターを介して絞り５の位置に形成さ
れる２次光源は、中心領域と、四角形（ここでは正方
形）の４つの頂点に相当する位置にある４つの周辺領域
と、この４つの周辺領域の隣り合う周辺領域の間にある
４つの中間領域とを有し、中心領域の光強度が周辺領域
の光強度の１０〜４０％に、中間領域の光強度が周辺領
域の光強度の３５〜６５％にあるという条件を満たして
いる。

【００１４】この条件を満たさないと次のような問題が
生じる。中心領域の光強度が周辺領域の光強度の１０％
に満たないとヌケ性の悪化やパターン像の変形等が生
じ、中心領域の光強度が周辺領域の光強度の４０％を越
えると焦点深度があまり向上しない。一方、中間領域の
光強度が周辺領域の光強度の３５％に満たないと斜めパ
ターンに対する適応性がなくなり、中間領域の光強度が
周辺領域の光強度の６５％を越えると焦点深度があまり
向上しない。

【００１５】図２に、開口絞り５の位置に形成される２
次光源の光強度分布を示す等高線図を示す。

【００１６】図２において、等高線は、強度が同じ部分
を結んだ線で、前述の四角形の４つの頂点に相当する位
置における強度（周辺領域のピーク強度）を１００とし
て描いてあり、Ａは２次光源の周辺領域、Ｂは２次光源
の中間領域、Ｃは２次光源の中心領域を、ｒは２次光源
の中心からの距離（半径）を示す。尚、等高線図の右側
の図は２次光源の光強度分布の極めて簡略化して描いた
図である。

【００１７】図２に示すように、本実施例における２次
光源即ち面光源の光強度分布は、中心領域Ｃの光強度が
周辺領域Ａの光強度の２５％であり、中間領域Ｂの光強
度が周辺領域Ａの光強度の５０％である。また、４つの
周辺領域Ｃの（ピーク強度が生じる）位置は２次光源の
中心から距離ｒ＝０．６の位置である。この距離ｒの値
は、開口絞り５の開口よりも大きい開口絞り１１の開口
を開口絞り５側に逆投影し、この開口像の半径で２次光
源の中心から周辺領域Ｃの位置までの距離を規格化した
値（開口像半径＝１）である。

【００１８】本実施例の投影露光装置は、面光源の光強
度分布は、中心領域Ｃの光強度が周辺領域Ａの光強度の
２５％で、中間領域Ｂの光強度が周辺領域Ａの光強度の
５０％であり、中心領域と、四角形の４つの頂点に相当
する位置にある４つの周辺領域と、この４つの周辺領域
の隣り合う周辺領域の間にある４つの中間領域とを有
し、中心領域の光強度が周辺領域の光強度の１０〜４０
％にあり、中間領域の光強度が周辺領域の光強度の３５
〜６５％にあるという条件を満たしているので、レチク
ル８上の縦横のパターンと斜めパターン又は点状パター
ンに対して高い解像力を示す。

【００１９】本実施例の投影露光装置によれば、次に示
す２つの効果を同時に得ることができる。 （１）通常照明にくらべて焦点深度を伸ばすことができ
る。 （２）輪帯照明や四重極照明で問題となっていた、近接
効果、パターンの制限を除去することができる。

【００２０】まず、効果（１）の焦点深度について述べ
る。本実施例は、通常照明よりも焦点深度が向上してい
る。次の表は、各照明法毎に像面で０．３２μｍＬ／Ｓ
パターンに対して計算した焦点深度を示している。（条
件：ｉ線、ＮＡ０．６、無収差レンズ）

【００２１】

【表１】

【００２２】この表から、本実施例は、通常照明よりも
焦点深度が深く、輪帯照明とほぼ同程度の焦点深度が得
られることが解る。

【００２３】次に、効果（２）の近接効果やパターンの
制限について述べる。図４は、図３に示すレチクルパタ
ーンを用いて、各照明法ごとに像の光強度分布シミュレ
ーションを行なった結果を示す。

【００２４】輪帯照明や四重極照明では、パターン同士
が、くびれた部分においてくっついてしまっているが、
通常照明や本実施例ではきれいに分離している。これ
は、面光源の中心からの光が、近接効果の低減に効果が
あるからである。

【００２５】このように本実施例では、通常照明よりも
焦点深度を伸ばすことができ、且つ輪帯照明や四重極照
明が持つ問題を解消又は軽減する。本実施例の特徴をま
とめると、次のようになる。 ・通常照明よりも焦点深度が大きく、輪帯照明とほぼ同
等の焦点深度が得られる。 ・近接効果の影響によって、隣り合うパターン同士がく
っついてしまわない。 ・孤立するパターンが細くなるが、大幅に軽減される。 ・斜め方向のパターンにもある程度対応することができ
る。 ・コントラストが高い。

【００２６】本実施例では中心領域の光強度２５％、中
間領域の光強度５０％としたが、焼きつけを行なうパタ
ーンによって縦横方向の焦点深度と斜め方向の焦点深度
のバランスや近接効果の影響度などを考えて、これ以外
の光強度分布に設定することがある。

【００２７】例えば、中心領域の光強度を上げると、近
接効果の低減やコントラストの向上には有効であるが、
焦点深度が低下するというデメリットがある。同様に、
中間領域の光強度を上げると、４５度方向の斜めパター
ンに対する適応性が高まるが、焦点深度が低下するとい
うデメリットがある。これらの効果のバランスを考えて
各領域の光強度を調節すると、焼付けを行なう回路パタ
ーンの形状によって、それぞれの回路パターンに合わせ
た最適な有効光源形状を作ることも可能になる。次のよ
うにすればよい。 （１）近接するパターン同士の接触が問題となる場合
は、中心領域の光強度を上げる。 （２）パターンの長手方向の縮みが問題になる場合は中
心領域の光強度を下げる。 （３）斜め方向の辺が多く含まれているパターンは中間
領域の光強度を上げる。 （４）ほとんど縦横で構成されるパターンは中間領域の
光強度を下げる。

【００２８】上記実施例の投影露光装置はレチクル８と
ウエハ１０を照明光学系（１〜７）と投影光学系９に対
して静止またはほぼ静止させて露光を行なうものである
が、本発明は、レチクル８とウエハ１０の照明光学系
（１〜７）と投影光学系９に対して走査しながら露光を
行なう装置にも適用できる。この走査露光の場合、レチ
クル８を照明する照明光は、走査方向と直交する方向に
延びたスリット状の光である。

【００２９】上記各実施例の投影露光装置は、投影光学
系９として主としてレンズアセンブリで構成された光学
系を用いているが、投影光学系９としては、凹面鏡を備
えるものや、凹面鏡とレンズアセンブリとを備えるもの
が使用できる。

【００３０】上記各実施例の投影露光装置は光源として
ランプを用いているが、光源として、ＫｒＦエキシマレ
ーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎ
ｍ）エキシマレーザー、他のタイプの光源を用いてもい
い。

【００３１】また、光源にエキシマレーザーを用いる場
合には、照明光学系として本出願人の特開平５−４７６
３９号公報に記載されたものが適用できる。この公報に
記載された照明光学系は、オプティカルインテグレータ
ーに入射する光の強度分布を種々変えることができるの
で、例えば、この照明光学系を用いて、ある種のレチク
ルに対しては本発明の２次光源（面光源）を形成し、別
の種類のレチクルに対しては中心領域の光強度が最も高
い光強度分布や２次光源全体がほぼ均一な光強度を示す
光強度分布を形成するといい。

【００３２】次に上記各実施例の投影露光装置を利用し
たデバイスの製造方法の一実施例を説明する。

【００３３】図５はデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体
チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ス
テップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を
行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パ
ターンを形成したマスク（レチクル３０４）を製作す
る。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の
材料を用いてウエハ（ウエハ３０６）を製造する。ステ
ップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意
したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ
５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって
作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、ア
ッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケ
ージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ
６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こ
うした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
（ステップ７）される。

【００３４】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハ３０
６）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では
ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極
形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打
ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレ
ジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では
上記投影露光装置によってマスク（レチクル３０４）の
回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り
取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが
済んで不要となったレジストを取り除く。これらステッ
プを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パターン
が形成される。

【００３５】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度のデバイスを製造することが可能にな
る。

【００３６】

【発明の効果】以上、本発明によれば、縦横のパターン
に加えて少なくとも１種類の他のパターンに対する解像
力をも向上させることが可能な投影露光装置とデバイス
製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の一実施例を示す概略図
である。

【図２】図１の２次光源の強度分布を示す説明図であ
る。

【図３】像の強度分布のシュミレーションに用いた微細
パターンを示す図である。

【図４】シュミレーションの結果を示す図である。

【図５】半導体デバイスの製造フローを示す図である。

【図６】図５のウエハプロセスを示す図である。

【符号の説明】

１００ ２次光源 Ａ ２次光源の周辺部 Ｂ ２次光源の中間部 Ｃ ２次光源の中心部

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面光源により微細パターンを照明し、該
   微細パターンで生じる回折光を用いて該微細パターンの
   像を投影する投影露光装置において、前記面光源は、中
   心領域と、四角形の４つの頂点に相当する位置にある４
   つの周辺領域と、該４つの周辺領域の隣り合う周辺領域
   の間にある４つの中間領域とを有し、前記中心領域の光
   強度が前記周辺領域の光強度の１０〜４０％であり、前
   記中間領域の光強度が前記周辺領域の光強度の３５〜６
   ５％であることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記周辺領域と前記中心領域の光強度の
   比と前記周辺領域と前記中間領域の光強度の比とを変更
   する強度分布変更手段を有することを特徴とする請求項
   １の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記中心領域の光強度が最も高い第２の
   光強度分布を形成することを特徴とする請求項１の投影
   露光装置。
4. 【請求項４】 前記面光源全体がほぼ均一な光強度を示
   す第３の光強度分布を形成することを特徴とする請求項
   １の投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記微細パターンが縦線と横線とを含
   み、前記四角形の頂点が前記面光源の中心から見て前記
   縦線及び横線に平行な各方向とは異なる方向にあること
   を特徴とする請求項１の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記四角形が正方形であることを特徴と
   する請求項５の投影露光装置。
7. 【請求項７】 前記四角形が頂点が前記面光源の中心か
   ら見て前記縦線及び横線に平行な各方向に対してほぼ４
   ５度を成す方向にあることを特徴とする請求項５の投影
   露光装置。
8. 【請求項８】 前記面光源は、光源からの光で照明され
   るオプティカルインテグレーターの光射出面又はその近
   くに形成されることを特徴とする請求項１〜７の投影露
   光装置。
9. 【請求項９】 前記オプティカルインテグレータはフラ
   イアイレンズを有することを特徴とする請求項８の投影
   露光装置。
10. 【請求項１０】 前記光源はレーザーであることを特徴
    とする請求項８の投影露光装置。
11. 【請求項１１】 前記レーザーはＫｒＦエキシマレーザ
    ーであることを特徴とする請求項１０の投影露光装置。
12. 【請求項１２】 前記レーザーはＡｒＦエキシマレーザ
    ーであることを特徴とする請求項１０の投影露光装置。
13. 【請求項１３】 前記光源はランプであることを特徴と
    する請求項８の投影露光装置。
14. 【請求項１４】 前記微細パターン像を投影する光学系
    はレンズアセブリを有することを特徴とする請求項８の
    投影露光装置。
15. 【請求項１５】 前記微細パターン像を投影する光学系
    は凹面鏡を有することを特徴とする請求項８の投影露光
    装置。
16. 【請求項１６】 前記微細パターン像を投影する光学系
    はレンズアセブリを有することを特徴とする請求項１５
    の投影露光装置。
17. 【請求項１７】 前記中心領域の光強度が前記周辺領域
    の光強度の１０〜４０％であり且つ前記中間領域の光強
    度が前記周辺領域の光強度の３５〜６５％である光強度
    分布を形成するための所定の透過率分布を備えたフィル
    ターを有することを特徴とする請求項８の投影露光装
    置。
18. 【請求項１８】 前記フィルターが前記オプティカルイ
    ンテグレーターの光射出面側に設けられることを特徴と
    する請求項１７の投影露光装置。
19. 【請求項１９】 前記微細パターンが形成されたマスク
    と前記微細パターンの像が投影される被露光体とを前記
    面光源に対して静止又はほぼ静止させて露光を行なうこ
    とを特徴とする請求項１の投影露光装置。
20. 【請求項２０】 前記微細パターンが形成されたマスク
    と前記微細パターンの像が投影される被露光体とを前記
    面光源に対して走査しながら露光を行なうことを特徴と
    する請求項１の投影露光装置。
21. 【請求項２１】 請求項１乃至請求項２０の投影露光装
    置のいずれかを用いてデバイスパターンを被露光体上に
    転写する段階を含むデバイス製造方法。