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発明の名称 投影露光装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−196382
公開日 平成6年(1994)7月15日
出願番号 特願平4−345984
出願日 平成4年(1992)12月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 田和 邁 / 加藤 毅 / 寺澤 恒男
要約 目的
輪帯照明や対角照明に代表される変形照明は既存の装置を改造することで解像力や焦点深度の大巾改善が望めるコストパフォーマンスの優れた手法であるが、パターン角度の制約を受けたり孤立パターンに弱い等、実プロセスでは使用上の制限が多く使いづらい。

構成
投影露光装置照明系の2次光源に該当するミキサーレンズ9の前又後に、投影レンズ18の入射瞳1上光強度分布を特殊な輪帯上にすることの出来る特殊フィルターあるいは特殊絞りを設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】照明系の2次光源像を投影レンズの入射瞳に結像させる露光光学系でパターン原画をウェハに転写する投影露光装置において、前記照明系の照明光の光強度分布を、前記照明系の光軸を中心とする半径R1およびR2(ただし、R2<R1)の2個のほぼ円形で囲まれた輪帯状の第1の領域と、前記光軸を中心とする半径R3(ただしR3<R1)のほぼ円形の内側の第2の領域で強くすると共に、前記第1の領域における光強度の平均値をL1、前記第2の領域における光強度の平均値をL2としたときL2/L1=0.2〜0.8とすることを特徴とする投影露光装置。
【請求項2】前記R1,R2,R3の値を、前記投影レンズの入射瞳の半径に対する光源像の半径に換算した値で表わしたときに、R1=0.7〜0.4R2=0.5〜0.2R3=0.5〜0.2R1−R2=0.25〜0.15の条件を同時に満足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】前記光源の第2の領域を定める半径R3と前記光源の第1の領域の内径を定める半径R2とが等しいことを特徴とする請求項2に記載の投影露光装置。
【請求項4】前記輪帯形状を実現する手段として、2次光源の前又は後へ装着された特殊フィルター又は特殊絞りによることを特徴とする請求項1に記載の投影露光装置。
【請求項5】前記輪帯状を実現する手段として、光源と集光鏡の相対位置を可変にしたことを特徴とする請求項4に記載の投影露光装置。
【請求項6】前記特殊フィルターは石英ガラスなどの中央に金属蒸着膜を設けるか、表面研磨してスリガラス状の部分を設けるかして中央部の透過率を下げたことを特徴とする請求項4に記載の投影露光装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造のフォトリソグラフィー工程に於て、特に良好な解像性能と焦点深度を得るのに好適な投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】信頼性及びコストパフォーマンスの点で縮小型を主体とする投影露光装置はフォトリソ工程に最適で現在最も多用されている。一方、メモリーその他を問わずパターンは増々微細化の一途をたどり、その形態も繰返しパターン,孤立パターン等が比較的制約なしに使われている。この様な状況下に於て、特開平4−101148号に代表される対角照明や、特開昭61−91662 号に代表される輪帯照明を投影露光装置に用い、最小解像や焦点深度の改善を図る試みがなされている。これらの変形照明と呼ばれる技術、特に輪帯照明に関してはその概念は古くからあったにもかかわらず、微小寸法領域では像コントラストが低く、この低コントラストに対応できるレジストが無かったので、なかなか実用化されなかった。しかしながら、近年レジストの性能改良が進み変形照明の効果が見られるに至り、これらのフィールド評価が開始された。図3に通常照明と変形照明の一例を示す。輪帯照明対角照明共中央部の光強度は0レベルである。又、図4に各照明法と光学コントラストの相関を、図5に各照明法とパターン角度の依存性を示す。さらに図6で表わされる0.35μm ラインの繰返しパターン(B−B部)と孤立パターン(A−A部)のコントラスト比較を図7に示す。ここでコントラストは図7Imax,Iminを用い【0003】
【数1】

【0004】で定義するものとする。図7中、実線の曲線は正焦点での光強度を、破線の曲線は1μmデフォーカスでの光強度を表わす。
【0005】上記のことより、いずれの変形照明に於ても一応の改善効果はある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】特開平4−101148 号に開示されている対角照明は、光学コントラストの改善効果が特開昭61−91662 号に代表される輪帯照明より大きい(図4より)にもかかわらず、対象パターン角度依存性も大きく(図5より)なってしまう。又、輪帯照明は対象パターンの角度依存性はない(図5より)ものの光学コントラスト向上が小さく(図4より)、対角照明輪帯照明共繰返しパターンには有効である(図7(b)より)が孤立パターンには効果が少ない(図7(a)より)等、いずれも実プロセスパターンに対してはデバイス設計のルール化、使用工程の限定を伴わないとそれらの効果を充分引き出せない。
【0007】すなわち、使いづらいものとなっている。
【0008】以上はシミュレーションを主体に確認したものであるが、それらの条件は全てを網羅している訳ではないものであることを付記する。
【0009】上記従来技術は標準的な実プロセスパターン(角度のついたパターンや繰返しパターン,孤立パターンが混在)に対応困難で、しかも位相シフト法の様に効果を得ようとする位置の選択も出来ない為、はなはだ使いづらい光学技術であった。
【0010】本発明の目的は、照明法では位相シフト法の様に使用位置の選択が出来ない以上種々の形態が混在する実プロセスパターンへの適応性を増す照明法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的は、装置照明系の2次光源に該当するミキサーレンズの前又は後に装置投影レンズの入射瞳上光強度分布を請求項1に示す条件とすることの出来る特殊フィルター又は特殊絞りを設けることにより達成される。
【0012】
【作用】前述のミキサーレンズの前又は後に設けた特殊フィルター又は特殊絞りは装置投影レンズの入射瞳上に請求項1に示す条件を満たす光強度分布の2次光源像を作り出す。
【0013】このため、輪帯状の照明系を使ったときと等価な半径R2〜R3の輪帯領域からの照明により微細な繰返しパターンの像のコントラストが向上し、同時に半径R1内のほぼ円形部よりの微弱な照明によって(σ値の小さな照明系と等価)微細な孤立パターン投影像のコントラスト低下を防止している。
【0014】
【実施例】図8に本発明の実施例である縮小型の投影露光装置概略図を示す。なお以下では、R2=R3の場合の例を示しR2をσ内、R1をσ外と記述する。R2>R3としても効果は同様である。光源であるHgランプ6から発光される光は集光鏡7により集光され折り返しミラー12によりインプットレンズ8,ミキサーレンズ9ヘ導かれる。ミキサーレンズ9を出た光はσ外の径を決定するアパーチャ11とアウトプットレンズ10を経て折り返しミラー13によりコンデンサレンズ14ヘ導かれパターン原画17を照射し、縮小投影レンズ18を介してウェハ19上へパターンを転写する(バンドパスフィルター他は図中より省略してある。)。
【0015】又、ミキサーレンズ9の像は2次光源像として縮小投影レンズ18の入射瞳1に結像する。2次光源像中央部の光強度を低くし、σ内の径を決定するのはミキサーレンズ9の前にある特殊フィルター15で行なう(特殊フィルター15をミキサーレンズ9の後へ装着してもよい。その時は関連する部位のレンズ構成が若干変わる。)。
【0016】特殊フィルター15は、図9に示す如くな形状で石英ガラスの中央部20をスリガラス状に研磨しバンドパスフィルター(図示せず)同様エヤブローで冷却している。
【0017】この特殊フィルター15とアパーチャ11により入射瞳1上へ結像する2次光源像は図2の如くになる。一例として、σ外を0.6、σ内を0.4にしてL2/L1=0.5 の場合の図6A−A部,B−B部の光学コントラストシミュレーション結果を図10に示す。
【0018】又、今条件での照明法による光学コントラストを図4に示す。
【0019】前述の図から明らかな様に、光学コントラスト的には輪帯照明と大差ないことが判る。
【0020】さらに、図7と図10のH1〜H4は図6のA−A部とB−B部で0.35μmラインが0.35μm に解像するエネルギーのレベル差を表わしている。Hが大きいとA−A部とB−B部での最適エネルギー量差が大きいことになり繰返しパターンと孤立パターンが同一エネルギーで両立しないことになる。H1〜H4の大小関係は図7,図10によりH1≒H4<H2=H3となり、今発明による照明法は輪帯照明や対角照明より繰返しパターンと孤立パターンが両立しやすい条件となっていることが判る。
【0021】又、パターンの角度依存性は、輪帯照明をベースにしているので起らないことは云う迄もない。
【0022】実プロセス時の種々のパターン条件を考慮すると、請求項2〜3の条件を同時に満たしておれば前述の不具合に対応可能である。
【0023】ここで、請求項3の内容の必要性について延べる。いま、転写すべき線幅の変動の許容値を10%程度とすれば、これに対応する光レベルの差は約0.1 である。この数字が今発明の効果を与える限界値と考えてよい。
【0024】又、このHは密パターンと疎パターン(ここでは図6のパターンで計算)がレティクル寸法通りに解像するお互いのレベル差を光強度で表したものである。一般的なポジレジストを想定しているので光強度を露光エネルギーに置換して考えるとその大小関係は反転する。TH1 を図6のA−A上でのレティクル寸法に対応する光強度レベル、TH2 を同じく図6のB−B上でのレティクル寸法に対応する光強度レベルとし、Hを(TH2−TH1)とすると前述の限界値0.1 は負の符号をもつ。又、もう一方の限界値はほぼ0の付近である。(TH2−TH1)が0と云うことは同一露光エネルギーで疎パターンから密パターン迄の寸法リニヤリティーがあることに外ならず、寸法リニヤリティーを無視する時疎パターンより密パターンの方がより多くの解像露光エネルギーを必要とすることは一般に広く知られている所である。従ってプロセスによる多少の巾はあっても0付近の限界値が大きく(TH2−TH1)の正領域に行くことはなく0.02〜0.03止りであろう。
【0025】図11に(TH2−TH1)及び図6B−B部の光学コントラストと輪帯光源の平均半径の関係を示す。
【0026】図中の実戦(ΔZ=0μm,0.5μm。但しΔZはフォーカス位置を示す。)は輪帯光源の巾が0.20相当の場合を、破線(ΔZ=0.5μmのみ)は0.35相当の場合を示す。
【0027】図11中の上部曲線は光学コントラストと輪帯光源平均半径の関係を示している。又、現状の市販レジスト実力から想定するとコントラスト約55%以上が実デバイス向きでこれを条件にすると輪帯光源巾は0.20 付近が妥当である。逆に巾が狭過ぎるのはコントラストはもちろん照度の点からも実使用向きでない。図11中の下部曲線は、(TH2−TH1)と輪帯光源平均半径の関係を示している。(TH2−TH1)の限界値は前述の如く−0.1〜+0.03である。
【0028】以上の制約を図11に当てはめて考えると(TH2−TH1)の制約からσの平均半径は0.6(σ外=0.7,σ内=0.5)以下、光学コントラストの制約からはσの平均半径0.3(σ外=0.4,σ内=0.2)以上が必要である。
【0029】なお、図11は全て中央部光強度の平均値を0.2で計算してある。
【0030】輪帯光源巾が0.20 で光学コントラストが前出の制約を満たす輪帯中央部の光強度限界は同様の計算によると平均値が0.8 の時であった。従って請求項3に記載の条件が全て必要である。
【0031】又、本発明による照明法は中央部の光強度を零にしないので設定条件によっては、特開昭61−91662 号他に見られる様な2次光源に入る光の形状を変える為の特別な光学系を組まなくても通常照明と大差ない照度が得られ、スループットの点からも大変有利である。
【0032】
【発明の効果】本発明によると、一長一短のある各種変形照明のメリットを残し、デメリットを軽減することが出来る。すなわち限定された範囲内である条件を満たせば通常照明に比べて光学コントラストは大巾に向上し、パターンの角度依存性にわずらわされることもなく繰返しパターンにも孤立パターンにも解像と焦点深度の改善効果が期待出来る。その条件は実プロセスパターンによって使う側が選べばよくこれを実施したことで照度が大巾に低下することもない。
【0033】その為、現状システムを大きく変えないでスループットの大巾低下なしに解像や焦点深度の改善が図れる。




 

 


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