JP2634040B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

Projection exposure equipment

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JP2634040B2
JP2634040B2 JP8053000A JP5300096A JP2634040B2 JP 2634040 B2 JP2634040 B2 JP 2634040B2 JP 8053000 A JP8053000 A JP 8053000A JP 5300096 A JP5300096 A JP 5300096A JP 2634040 B2 JP2634040 B2 JP 2634040B2
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optical system
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optical
exposure apparatus
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敏行 堀内
雅則 鈴木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nikon Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • 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
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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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)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の製
造に要す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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for forming a fine resist pattern required for manufacturing a semiconductor integrated circuit and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5に従来の投影露光装置を示す。図5
において、1はランプ、2は楕円反射鏡、3は楕円反射
鏡2の第2焦点、4はインプットレンズ、5はオプチカ
ルインテグレータ、6はアウトプットレンズ、7はコリ
メーションレンズ、8はレチクル、9は均一絞りとして
の開口絞り、10はフィルタ、11,12はコールドミ
ラー、13はランプハウス、14はレンズまたはミラー
あるいはその組み合わせによりレチクル8上のパターン
の像をウエハ上に投影する投影光学系、15はウエハ、
16は開口絞りである。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a conventional projection exposure apparatus. FIG.
, 1 is a lamp, 2 is an elliptical reflecting mirror, 3 is a second focal point of the elliptical reflecting mirror 2, 4 is an input lens, 5 is an optical integrator, 6 is an output lens, 7 is a collimation lens, 8 is a reticle, and 9 is uniform. An aperture stop as a stop, 10 is a filter, 11 and 12 are cold mirrors, 13 is a lamp house, 14 is a projection optical system for projecting an image of a pattern on the reticle 8 onto a wafer by a lens or a mirror or a combination thereof, 15 is Wafer,
Reference numeral 16 denotes an aperture stop.

【0003】従来、この種の投影露光装置の多くは光源
のランプ1として水銀灯を使用し、g線436nm,h
線405nm,i線365nm等の輝線またはこれらの
波長近辺の連続スペクトルを取り出して用いている。こ
のため光源のランプ1は高い輝度が必要であるとともに
集光効率や照射均一性を考えると点光源に近い方が良
い。しかし、実際にはそのような理想的な光源は存在し
ないため、有限の大きさでしかも強度に分布を持つラン
プ1を使用せざるを得ず、そのようなランプ1から発せ
られる光をいかに高効率で、かつ、照射均一性の良い光
に変換するかが問題となる。
Conventionally, many projection exposure apparatuses of this type use a mercury lamp as a light source lamp 1 and have a g-line of 436 nm, h
A bright line such as a line 405 nm and an i-line 365 nm or a continuous spectrum near these wavelengths is extracted and used. For this reason, the lamp 1 as a light source needs to have a high luminance, and it is better to be close to a point light source in consideration of light collection efficiency and irradiation uniformity. However, since such an ideal light source does not exist in practice, a lamp 1 having a finite size and a distribution of intensity must be used, and the light emitted from such a lamp 1 cannot be reduced. It is important to convert the light into light with good efficiency and uniform irradiation.

【0004】図5に示した装置は従来の代表的な集光方
法を用いた構成の装置であり、楕円反射鏡2の第1焦点
にランプ1を置き、楕円反射鏡2の第2焦点3付近に一
旦光束を集める。そして、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光束
に直し、オプチカルインテグレータ5に入れる。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、はえの目レンズとも称される。このオプチカルイン
テグレータ5を通すことが照射均一性を高める主因とな
っており、インプットレンズ4はオプチカルインテグレ
ータ5を通る光線のケラれを少なくして集光効率を高め
る役目をなす。この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およびコリメーションレン
ズ7によって、オプチカルインテグレータ5の各小レン
ズから出た光束がレチクル8上に重畳して当たるよう集
光せられる。オプチカルインテグレータ5に入射せらる
る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の各小レンズから出る光がほぼ等しく重
畳せらるる結果、レチクル8上では照射強度がほぼ均一
となる。当然のことながらオプチカルインテグレータ5
に入射する光の強度分布が均一に近ければ、出射光を重
畳させたレチクル8の照度分布はより均一になる。オプ
チカルインテグレータ5の出射側には開口絞り9がおか
れ、オプチカルインテグレータ5の出射側寸法を決めて
いる。
The apparatus shown in FIG. 5 is an apparatus having a configuration using a conventional representative light condensing method, in which a lamp 1 is placed at a first focal point of an elliptical reflecting mirror 2 and a second focal point 3 of the elliptical reflecting mirror 2 is placed. Collect the luminous flux once in the vicinity. Then, the light beam is converted into a substantially parallel light beam by the input lens 4 which shares a substantially focal position with the second focal point 3, and is input into the optical integrator 5. The optical integrator 5 is a bundle of a number of rod-shaped lenses, and is also called a fly-eye lens. Passing through the optical integrator 5 is a main factor for improving the irradiation uniformity, and the input lens 4 plays a role in reducing vignetting of the light beam passing through the optical integrator 5 and improving the light collection efficiency. The light that has exited the optical integrator 5 is condensed by the output lens 6 and the collimation lens 7 so that the light beams exiting from the respective small lenses of the optical integrator 5 are superimposed on the reticle 8. Although the light beam incident on the optical integrator 5 has an intensity distribution depending on the place, the light emitted from each small lens of the optical integrator 5 is superimposed almost equally, so that the irradiation intensity on the reticle 8 becomes almost uniform. Naturally, the optical integrator 5
If the intensity distribution of the light incident on the reticle 8 is nearly uniform, the illuminance distribution of the reticle 8 on which the emitted light is superimposed becomes more uniform. An aperture stop 9 is placed on the exit side of the optical integrator 5 to determine the exit side dimensions of the optical integrator 5.

【0005】ランプ1として水銀灯を用いて楕円反射鏡
2で集光する場合、水銀灯の構造が図2に示すように縦
長であり両端が電極となっているため、ランプ1の軸方
向の光線を取り出すことができない。そのため、図5に
示すように、インプットレンズ4として凸レンズを使用
したのみではオプチカルインテグレータ5の中心部に入
る光の強度分布が落ちる場合がある。そこで、インプッ
トレンズ4とオプチカルインテグレータ5との間に両凸
又は片凸片凹の円錐レンズを挿入し、オプチカルインテ
グレータ5に入る光の強度分布をより一様にする場合も
ある。
When a mercury lamp is used as the lamp 1 and the light is condensed by the elliptical reflecting mirror 2, the structure of the mercury lamp is vertically elongated as shown in FIG. I can't take it out. Therefore, as shown in FIG. 5, the intensity distribution of light entering the center of the optical integrator 5 may be reduced only by using a convex lens as the input lens 4. Therefore, a biconvex or one-sided convex / concave conical lens may be inserted between the input lens 4 and the optical integrator 5 to make the intensity distribution of light entering the optical integrator 5 more uniform.

【0006】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のものであり、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と
ともに、長波長光熱線を透過させてランプハウス13の
冷却可能部分に吸収させる役目を担う。レチクル8を照
射した光は投影光学系14を通り、レチクル8上の微細
パターンの像がウエハ15上のレジストに投影露光転写
される。投影光学系14の中には開口数を決定する絞り
16が存在する。
The filter 10 is for passing only light having a wavelength whose optical system has been aberration-corrected. The cold mirrors 11 and 12 bend the optical path to lower the height of the apparatus and to provide a long-wavelength photothermal wire. In the lamp house 13 to be absorbed by the coolable portion of the lamp house 13. The light irradiated on the reticle 8 passes through the projection optical system 14, and the image of the fine pattern on the reticle 8 is projected and transferred to the resist on the wafer 15. In the projection optical system 14, there is a stop 16 for determining the numerical aperture.

【0007】従来の投影露光装置の構成は図5に示した
以外にも多数あるが、模式的には図6のごとく、光源1
7、第1集光光学系18、均一化光学系19、第2集光
光学系20、レチクル8、投影光学系14、ウエハ15
の順に配列されている。第1集光光学系18は図5の例
で楕円反射鏡2およびインプットレンズ4に相当する部
分であり、楕円鏡のほか球面鏡、平面鏡、レンズ等を適
当に配置し、光源から出る光束をできるだけ効率よく均
一化光学系19に入れる役目を持つ。また、均一化光学
系19は図5のオプチカルインテグレータ5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。
Although there are many conventional projection exposure apparatuses other than the one shown in FIG. 5, schematically, as shown in FIG.
7, first condensing optical system 18, uniformizing optical system 19, second condensing optical system 20, reticle 8, projection optical system 14, wafer 15
Are arranged in this order. The first condensing optical system 18 is a portion corresponding to the elliptical reflecting mirror 2 and the input lens 4 in the example of FIG. 5, and appropriately arranges a spherical mirror, a plane mirror, a lens, etc., in addition to the elliptical mirror, and controls the light flux emitted from the light source as much as possible. It has a role to efficiently enter the uniforming optical system 19. The homogenizing optical system 19 is a portion corresponding to the optical integrator 5 in FIG.

【0008】第2集光光学系20は図5のアウトプット
レンズ6およびコリメーションレンズ7とに相当する部
分であり、均一化光学系19の出射光を重畳させ、ま
た、像面テレセントリック性を確保する。この他、光束
が光軸平行に近い個所に図5のフィルタ10に相当する
フィルタが挿入され、また、コールドミラー11,12
に相当する反射鏡も、場所は一義的でないが、挿入され
る。
The second condensing optical system 20 is a portion corresponding to the output lens 6 and the collimating lens 7 in FIG. 5, superimposes the light emitted from the uniformizing optical system 19, and secures the image plane telecentricity. . In addition, a filter corresponding to the filter 10 in FIG. 5 is inserted at a position where the light flux is close to the optical axis parallel.
Is also inserted, although the location is not unique.

【0009】このように構成された装置においてレチク
ル8から光が来る側を見た場合、光の性質は、第2集光
光学系20を通して均一化光学系19から出てくる光の
性質となり、均一化光学系19の出射側が見掛け上の光
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19の出射側24を2次光源と称してい
る。
When the light coming from the reticle 8 is viewed from the apparatus having the above-described configuration, the nature of the light becomes the nature of the light coming out of the homogenizing optical system 19 through the second condensing optical system 20. The exit side of the homogenizing optical system 19 appears as an apparent light source. For this reason, in the case of the above configuration, the exit side 24 of the homogenizing optical system 19 is generally called a secondary light source.

【0010】レチクル8がウエバ15上に投影せらるる
時、投影露光パターンの形成特性、すなわち、解像度や
焦点深度等は、投影光学系14の開口数およびレチクル
8を照射する光の性状、すなわち、2次光源24の性状
によって決まる。図7は図6に示した投影露光装置にお
けるレチクル照明光線、結像光線に関する説明図であ
る。
When the reticle 8 is projected onto the web 15, the formation characteristics of the projection exposure pattern, that is, the resolution, the depth of focus, etc., depend on the numerical aperture of the projection optical system 14 and the properties of the light irradiating the reticle 8, It is determined by the properties of the secondary light source 24. FIG. 7 is an explanatory diagram relating to a reticle illumination light beam and an imaging light beam in the projection exposure apparatus shown in FIG.

【0011】図7において、投影光学系14は通常内部
に開口絞り16を有しており、レチクル8を通った光が
通過し得る角度θaを規制するとともにウエハ15上に
落射する光線の角度θを決めている。一般に投影光学系
の開口数NAと称しているのは、NA=sinθで定義
される角度であり、投影倍率を1/mとすると、sin
θa=sinθ/mの関係にある。またこの種の装置に
おいては、「像面テレセントリック」、すなわち、像面
に落ちる主光線が画像に垂直に構成されるのが普通であ
り、この「像面テレセントリック」の条件を満たすた
め、図6の均一化光学系19の出射面、すなわち、2次
光源24の光源面の実像が開口絞り16の位置に結像せ
らるる。このような条件下でレチクル8から第2集光光
学系を通して2次光源面を見た時の張る角をレチクル8
に入射する光の範囲としてとらえ半角をφとし照明光の
コヒーレンシイσをσ=sinφ/sinθaで定義し
た場合、パターン形成特性はNAとσで決定せらるるも
のと従来考えていた。次にNAおよびσとパターン形成
特性との関連について詳細に説明する。NAが大きい程
解像度は上がるが、焦点深度が浅くなり、また、投影光
学系14の収差のため広露光領域の確保が難しくなる。
ある程度の露光領域と焦点深度(例えば10mm角、±
1μm)がないと実際のLSI製造等の用途に使えない
ため、従来の装置ではNA=0.35程度が限界となっ
ている。一方、σ値は主としてパターン断面形状、焦点
深度に関係し、断面形状と相関を持って解像度に関与す
る。σ値が小さくなるとパターンの淵が強調されるた
め、断面形状は側壁が垂直に近づいて良好なパターン形
状となるが、細かいパターンでの解像性が悪くなり解像
し得る焦点範囲が狭くなる。逆にσ値が大きいと細かい
パターンでの解像性、解像し得る焦点範囲が若干良くな
るが、パターン断面の側壁傾斜がゆるく、厚いレジスト
の場合、断面形状は台形ないし三角形となる。このため
従来の投影露光装置では、比較的バランスのとれたσ値
として、σ=0.5〜0.7に固定設定されており、実
験的にσ=0.3等の条件が試みられているにすぎな
い。σ値を設定するには2次光源24の光源面の大きさ
を決めれば良いため、一般に2次光源24の光源面の直
後にσ値設定用の円形開口絞り9を置いている。
In FIG. 7, a projection optical system 14 generally has an aperture stop 16 inside, and regulates an angle θa at which light passing through the reticle 8 can pass and an angle θ of a light beam falling on the wafer 15. Have decided. Generally, the numerical aperture NA of the projection optical system is an angle defined by NA = sin θ, and when the projection magnification is 1 / m, sin
θa = sin θ / m. In this type of apparatus, it is common that the image plane telecentric, that is, the principal ray falling on the image plane is formed perpendicular to the image. In order to satisfy the condition of this “image plane telecentric”, FIG. The real image of the exit surface of the optical system 19, that is, the light source surface of the secondary light source 24 is formed at the position of the aperture stop 16. Under such conditions, when the secondary light source surface is viewed from the reticle 8 through the second condensing optical system, the angle formed by the reticle 8
When the half angle is φ and the coherency σ of the illumination light is defined as σ = sin φ / sin θa, it has been conventionally considered that the pattern formation characteristic can be determined by NA and σ. Next, the relationship between NA and σ and the pattern formation characteristics will be described in detail. The larger the NA, the higher the resolution, but the depth of focus becomes shallow, and it becomes difficult to secure a wide exposure area due to the aberration of the projection optical system 14.
Some exposure area and depth of focus (for example, 10 mm square, ±
Without 1 μm), it cannot be used for actual LSI manufacturing or the like, and the limit of the conventional device is about NA = 0.35. On the other hand, the σ value is mainly related to the pattern cross-sectional shape and the depth of focus, and is related to the resolution in correlation with the cross-sectional shape. When the σ value is small, the edge of the pattern is emphasized, so that the cross-sectional shape becomes a good pattern shape with the side wall approaching perpendicular, but the resolution of a fine pattern is deteriorated and the focus range that can be resolved is narrowed . Conversely, when the σ value is large, the resolution of a fine pattern and the focus range that can be resolved are slightly improved. However, the slope of the side wall of the pattern cross section is small, and in the case of a thick resist, the cross section is trapezoidal or triangular. Therefore, in a conventional projection exposure apparatus, a relatively balanced σ value is fixedly set to σ = 0.5 to 0.7, and experimental conditions such as σ = 0.3 are attempted. It's just that. Since the size of the light source surface of the secondary light source 24 may be determined to set the σ value, a circular aperture stop 9 for setting the σ value is generally placed immediately after the light source surface of the secondary light source 24.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする問題点】このような従来の装
置においては、レチクル8を照射する光の性質を制御す
るのがコヒーレンシイσ値だけであるため、焦点深度、
領域内均一性、線幅制御性等各種条件を満たしつつ微細
パターンを形成しようとすると、NAとσとによって決
まる限界があった。したがって、投影光学系14の開口
数NAと2次光源24の大きさが決まると、パターン形
成特性が自動的に決り、さらに解像性能を高めることは
できなかった。
In such a conventional apparatus, since only the coherency .sigma. Value controls the properties of the light illuminating the reticle 8, the depth of focus,
When forming a fine pattern while satisfying various conditions such as uniformity in a region and line width controllability, there is a limit determined by NA and σ. Therefore, when the numerical aperture NA of the projection optical system 14 and the size of the secondary light source 24 are determined, the pattern forming characteristics are automatically determined, and the resolution performance cannot be further improved.

【0013】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、投影光学系の開口
数とレチクル照射用2次光源の大きさを固定した後のパ
ターン解像性能をさらに向上させる投影露光装置を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to solve the problem of pattern resolution after fixing the numerical aperture of a projection optical system and the size of a secondary light source for reticle irradiation. An object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus that further improves performance.

【0014】[0014]

【問題点を解決するための手段】このような目的を達成
するために本発明は、従来装置が用いていた2次光源の
大きさを決める円形絞りの代わりに、周辺に近づく程透
過率が高く、中心に近づくと低透過率あるいは完全遮光
となるように連続的に変化する透過率分布を有する特殊
絞り等の光学部材を設けたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve such an object, the present invention provides a light transmitting device that approaches a periphery instead of a circular diaphragm that determines the size of a secondary light source used in a conventional device. An optical member such as a special diaphragm having a transmittance distribution that is high and continuously changes so as to have low transmittance or complete light blocking when approaching the center is provided.

【0015】[0015]

【作用】本発明においては、レジストが薄い場合、解像
度向上のために2次光源の中心部の光を用いず2次光源
の周辺部の光のみによって露光する。
In the present invention, when the resist is thin, the light is exposed only by the light at the peripheral portion of the secondary light source without using the light at the central portion of the secondary light source to improve the resolution.

【0016】[0016]

【実施例】本発明に係わる投影露光装置に適用される特
殊絞りとしての2次光源制御用絞りの各実施例を図1〜
図4に示す。図1に示す絞りは円輪状に通過域を有する
絞りであり、照射光の透過率が高い石英、フッ化カルシ
ウム、フッ化リチウム等の基板にクロム等の遮光体を蒸
着することによって作製することができる。また図2
(a)に示す絞りは透過率に分布を有する絞りである。
この透過率の分布は、図2(b)に示すように、周辺に
近づく程透過率が高く中心に近づくと低透過率あるいは
完全遮光となる絞りである。この絞りは、図1に示す絞
り同様に、透過基板に遮光体を径方向に厚さ分布を持た
せて付着させることにより作製することができる。なお
図2(b)に示す曲線は、円の周辺に近づく程透過率が
高くなる曲線であれば何でもよい。図3に示す絞りは周
辺部のみに数個又はそれ以上の多数個の小開口を有する
絞りであり、金属板等に穴をあけることにより作製でき
る。また、図4に示す絞りは図1に示した絞りに近いも
のを簡便に金属板等をくりぬいて作製するため、円輪開
口部の一部につなぎの部分を入れたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a secondary light source control diaphragm as a special diaphragm applied to a projection exposure apparatus according to the present invention are shown in FIGS.
As shown in FIG. The stop shown in FIG. 1 is a stop having a ring-shaped pass band, and is manufactured by depositing a light-shielding body such as chromium on a substrate made of quartz, calcium fluoride, lithium fluoride, or the like having high transmittance of irradiation light. Can be. FIG. 2
The stop shown in (a) is a stop having a distribution in transmittance.
As shown in FIG. 2 (b), the aperture distribution is such that the transmittance increases as it approaches the periphery, and the transmittance decreases or the light is completely shielded as it approaches the center. This diaphragm can be manufactured by attaching a light shield to the transmission substrate with a thickness distribution in the radial direction, similarly to the diaphragm shown in FIG. Note that the curve shown in FIG. 2B may be any curve as long as the transmittance increases as approaching the periphery of the circle. The aperture shown in FIG. 3 is an aperture having a small number of small apertures of several or more only in the peripheral portion, and can be manufactured by making a hole in a metal plate or the like. The stop shown in FIG. 4 has a connection portion in a part of the opening of the circular ring in order to easily manufacture a stop similar to the stop shown in FIG. 1 by hollowing out a metal plate or the like.

【0017】本発明の構成は、図5または図6に示した
従来装置の構成と同じでよく、開口絞り9の代わりに図
1〜図4に示した絞りを装着すればよい。開口絞り9の
大きさを変えた場合、開口が小さい程、すなわち、σ値
が小さい程得られるパターンの側壁は垂直に近くなる。
一方、細かいパターンでの解像性を調べると、逆に、σ
値が大きい程細かいパターン迄隣接したパターンどうし
が分かれて転写される。かかる2つの傾向、すなわち、
σ値が小さい程断面形状が良くなる一方、σ値が大きい
程細かいパターン迄解像できるという傾向からレジスト
の種類、膜厚を決めると、使用に耐える範囲の断面形状
で最も細かいパターン迄ぬけるσ値の適値が存在する。
そして、多層レジスト等の使用を考え露光すべきレジス
ト層を薄くする場合には、パターンの断面形状の差異は
さほど顕著にならず解像性のみが問題となるので、上記
のσ値の適値はσが大きい方に移行する。
The configuration of the present invention may be the same as the configuration of the conventional apparatus shown in FIG. 5 or FIG. 6, and the aperture shown in FIGS. When the size of the aperture stop 9 is changed, the smaller the aperture is, that is, the smaller the σ value is, the closer the obtained side wall of the pattern is to the vertical.
On the other hand, when the resolution of a fine pattern is examined,
As the value is larger, adjacent patterns are separated and transferred to a finer pattern. These two trends are:
The smaller the σ value is, the better the cross-sectional shape is. On the other hand, the larger the σ value is, the smaller the pattern can be resolved. There is an appropriate value.
When the thickness of the resist layer to be exposed is reduced in consideration of the use of a multilayer resist or the like, the difference in the cross-sectional shape of the pattern is not so remarkable and only the resolution is a problem. Shifts to the larger σ.

【0018】照明光とパターン解像性との間に上記のご
とき関係があるから、薄いレジスト層の場合には、2次
光源の外側迄使う程細かいパターン迄解像する。したが
って、さらに一歩進めて、細かいパターン迄解像するた
めに必要な2次光源の周辺部の光だけを用いれば、一層
の高解像度化がはかれる。図1〜図4に示した絞りを用
いた本発明に係わる投影露光装置では、2次光源の中心
部の光を用いず2次光源の周辺の光のみによって露光す
ることができるので、レジストを薄くすれば、従来の装
置ではとうてい得られなかった微細寸法のパターンを得
ることができる。例えば、波長365nmのi線を用
い、投影倍率1/10、投影光学系14の開口数0.3
5、レジストOFPR800、0.5μm厚でパターン
形成を行なうと、従来の円形開口絞りでσ=0.5とし
た装置条件では、線幅0.5μm、ピッチ1μmのライ
ンアンドスペースまでしか解像し得ないが、図1に示し
た円輪状開口絞りを使用した本発明のの投影露光装置の
一実施例によれば、線幅0.4μm、ピッチ0.8μm
のラインアンドスペースまで解像し得ることが確認され
ている。円輪状開口絞りにおいてはできるだけ外側の光
線だけを使うようにする程高解像性となるので、円輪開
口絞りの外形、内径により効果はおのおの異なってくる
が、いずれの場合も単純な円形開口に比較すると高解像
となる。また、図2〜図4に示した絞りを用いてもそれ
ぞれ透過光の分布に応じた効果を生じ、これら以外の形
状でも外側で高透過性を有する形状ならば何でもよい。
Since there is the above-mentioned relationship between the illumination light and the pattern resolution, in the case of a thin resist layer, the finer the pattern is, the more it is used to the outside of the secondary light source. Therefore, by taking one step further and using only the light at the periphery of the secondary light source necessary for resolving a fine pattern, higher resolution can be achieved. In the projection exposure apparatus according to the present invention using the aperture shown in FIGS. 1 to 4, exposure can be performed only by light around the secondary light source without using light at the center of the secondary light source. If the thickness is reduced, it is possible to obtain a pattern having a fine size that could not be obtained by a conventional apparatus. For example, using an i-line having a wavelength of 365 nm, the projection magnification is 1/10, and the numerical aperture of the projection optical system 14 is 0.3.
5. When a pattern is formed with a resist OFPR800 and a thickness of 0.5 μm, the resolution is only up to a line and space having a line width of 0.5 μm and a pitch of 1 μm under a conventional circular aperture stop with σ = 0.5. Although not obtained, according to an embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention using the annular aperture stop shown in FIG. 1, the line width is 0.4 μm and the pitch is 0.8 μm.
It has been confirmed that resolution up to line and space can be achieved. In a circular aperture stop, the higher the resolution, the more the outer rays are used, the higher the resolution.Therefore, the effect differs depending on the outer diameter and inner diameter of the circular aperture stop. The resolution is higher than that of. In addition, even if the apertures shown in FIGS. 2 to 4 are used, an effect corresponding to the distribution of the transmitted light is produced.

【0019】さらに本発明によれば、解像性が上がると
ともに焦点深度が深くなることが確認されている。例え
ば、上記レジストパターンの場合、0.4μmラインア
ンドスペースで±0.5μm以上、0.5μmラインア
ンドスペースで±1μm以上の焦点深度となる。従来は
0.5μmラインアンドスペースでも±0.5μm程度
であり、かなりの改善がはかれる。
Further, according to the present invention, it has been confirmed that the resolution is increased and the depth of focus is increased. For example, in the case of the above resist pattern, the depth of focus is ± 0.5 μm or more for a 0.4 μm line and space, and ± 1 μm or more for a 0.5 μm line and space. Conventionally, even a 0.5 μm line and space is about ± 0.5 μm, which is a considerable improvement.

【0020】このような特殊絞りを装置に固定設置する
ことも可能であるが、前述のようにレジスト膜厚が厚い
場合には、2次光源の中心部付近を使用した方が有利に
なることもあるので、従来の円形開口絞り等の均一絞り
と特殊絞りを交換可能としておけばより便利である。ま
た、装置を図5のごとく構成し、オプチカルインテグレ
ータ5の前に円錐レンズを着脱可能とし、オプチカルイ
ンテグレータ5に入る光の分布を円錐レンズの着脱によ
り周辺円輪状と中央集中型とに切換え可能とし、従来の
円形絞り等の均一絞り使用時と特殊絞り使用時とで使い
分けられるようにすれば、光線の使用効率を落とさずに
使い分けができる。さらにインプットレンズ4を交換で
きるようにして焦点距離、設置位置を変え、オプチカル
インテグレータ5に入る光束の大きさを変えられるよう
にしても集光効率を改善できる。図6に基づき一般的に
言うと、特殊絞り使用時に特殊絞りの透過部分形状に類
似した形状の光束に第1集光光学系18により集光し、
この光束を均一化光学系19に入れるようにすれば、本
発明はより有効である。
Although such a special diaphragm can be fixedly installed in the apparatus, it is more advantageous to use the vicinity of the central portion of the secondary light source when the resist film is thick as described above. Therefore, it is more convenient if the conventional uniform aperture such as a circular aperture stop and the special aperture can be exchanged. In addition, the apparatus is configured as shown in FIG. 5, and a conical lens can be attached and detached in front of the optical integrator 5, and the distribution of light entering the optical integrator 5 can be switched between a peripheral ring shape and a centralized type by attaching and detaching the conical lens. If a conventional uniform stop such as a circular stop can be used and a special stop can be used, the light can be used without lowering the light use efficiency. Further, even if the input lens 4 can be replaced so that the focal length and the installation position can be changed so that the size of the light beam entering the optical integrator 5 can be changed, the light collection efficiency can be improved. Generally speaking, based on FIG. 6, when a special aperture is used, a light beam having a shape similar to the transmission portion shape of the special aperture is condensed by the first condensing optical system 18, and
The present invention is more effective if this light beam is allowed to enter the uniforming optical system 19.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、従来装置
が用いていた2次光源の大きさを決める円形絞り等の均
一絞りの代わりに円輪状透過部を有する形状等中央部に
対して周辺部の透過率が高くなるようにした特殊絞りを
装着することにより、薄いレジスト層に従来より微細な
パターンをより深い焦点深度で形成することができるの
で、半導体集積回路等の製造に適用すれば大幅な集積度
向上がはかれる効果がある。また本発明はこのような特
殊絞りと従来の均一絞りとを交換可能としたので、膜厚
の厚いレジストにも対応できる効果がある。
As described above, according to the present invention, instead of a uniform stop such as a circular stop for determining the size of the secondary light source used in the conventional device, a central portion such as a shape having an annular transmission portion is used. By mounting a special diaphragm with a high transmittance in the peripheral area, a finer pattern can be formed on a thin resist layer with a deeper depth of focus than in the past. This has the effect of greatly improving the degree of integration. Further, since the present invention makes it possible to exchange such a special stop and a conventional uniform stop, there is an effect that it can cope with a resist having a large film thickness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊
絞りとしての2次光源制御用絞りを示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to a projection exposure apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊
絞りとしての2次光源制御用絞りを示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図3】本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊
絞りとしての2次光源制御用絞りを示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊
絞りとしての2次光源制御用絞りを示す平面図。
FIG. 4 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention.

【図5】従来の代表的な投影露光装置を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional typical projection exposure apparatus.

【図6】模式的構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram.

【図7】レチクル照明光線、結像光線に関する説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram relating to a reticle illumination light beam and an imaging light beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ランプ 2 楕円反射鏡 3 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 レチクル 9,16 開口絞り 10 フィルタ 11,12 コールドミラー 13 ランプハウス 14 投影光学系 15 ウエハ 17 光源 18 第1集光光学系 19 均一化光学系 20 第2集光光学系 24 2次光源 Reference Signs List 1 lamp 2 elliptical reflecting mirror 3 second focal point 4 input lens 5 optical integrator 6 output lens 7 collimation lens 8 reticle 9, 16 aperture stop 10 filter 11, 12 cold mirror 13 lamp house 14 projection optical system 15 wafer 17 light source 18 first Condensing optical system 19 Uniformizing optical system 20 Second condensing optical system 24 Secondary light source

フロントページの続き (72)発明者 渋谷 眞人 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 久保田外2名編「光学技術ハンドブッ ク」朝倉書店昭和43年10月25日発行第 175−176頁Continuation of the front page (72) Inventor Masato Shibuya 3-2-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation (56) References 2 outside Kubota “Optical Technology Handbook” Asakura Shoten October 25, 1968 Issued on pages 175-176

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レチクルを照明する照明光学系と、前記レ
チクル上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系
とを有する投影露光装置において、 前記照明光学系は、前記レチクルを均一に照明する均一
化光学系と、該均一化光学系の射出側に配置された光学
部材とを有し、前記光学部材は、周辺に近づく程透過率
が高く中心に近づくと低透過率あるいは完全遮光となる
ように連続的に変化する透過率分布を有することを特徴
とする投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for illuminating a reticle; and a projection optical system for projecting and exposing a pattern on the reticle onto a substrate. The illumination optical system uniformly illuminates the reticle. It has a homogenizing optical system and an optical member arranged on the exit side of the homogenizing optical system, and the optical member has a high transmittance as it approaches the periphery and has a low transmittance or complete light blocking when approaching the center. A projection exposure apparatus having a transmittance distribution that continuously changes as described above.
【請求項2】前記光学部材は、所定の透過率を有する透
過基板と、該透過基板の中心から周辺へ向かう方向に厚
さ分布を有する遮光体とを有することを特徴とする請求
項1記載の投影露光装置。
2. The optical member according to claim 1, wherein the optical member includes a transmission substrate having a predetermined transmittance and a light shield having a thickness distribution in a direction from the center to the periphery of the transmission substrate. Projection exposure equipment.
【請求項3】前記照明光学系は、前記均一化光学系に入
射する光の分布を、前記光学部材の透過率分布に類似し
た光の分布に変更する光学手段を有することを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の投影露光装置。
3. The illumination optical system according to claim 1, further comprising optical means for changing a distribution of light incident on said uniformizing optical system to a distribution of light similar to a transmittance distribution of said optical member. The projection exposure apparatus according to claim 1 or 2.
【請求項4】前記照明光学系は、前記均一化光学系に入
射する光の分布を、周辺円輪状の分布に変更する光学手
段を有することを特徴とする請求項3記載の投影露光装
置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein said illumination optical system has optical means for changing a distribution of light incident on said uniformizing optical system into a distribution of a peripheral ring shape.
【請求項5】前記光学手段は、円錐レンズを有すること
を特徴とする請求項4記載の投影露光装置。
5. The projection exposure apparatus according to claim 4, wherein said optical means has a conical lens.
【請求項6】前記光学部材は、前記均一化光学系の射出
側に形成される2次光源面の強度分布を周辺部強度が中
央部強度より大とせしめる特殊絞りであり、前記特殊絞
りは、前記均一化光学系の射出側に形成される2次光源
面の強度分布に影響を与えない均一絞りと交換可能に構
成されてい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。
6. An optical member according to claim 1, wherein said optical member is a special stop for increasing the intensity distribution of a secondary light source surface formed on the exit side of said uniformizing optical system such that the peripheral intensity is larger than the central intensity. 3. The apparatus according to claim 1, wherein a uniform stop which does not affect the intensity distribution of a secondary light source surface formed on the exit side of the uniformizing optical system is replaceable.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項7】前記照明光学系は、前記光学部材使用時に
おいて、前記均一化光学系に入射する光の分布を、前記
光学部材の透過率分布に類似した光の分布に変更する光
学手段を有することを特徴とする請求項6記載の投影露
光装置。
7. An illumination optical system, comprising: an optical unit for changing a distribution of light incident on the uniformizing optical system to a distribution of light similar to a transmittance distribution of the optical member when the optical member is used. 7. The projection exposure apparatus according to claim 6, further comprising:
【請求項8】前記光学手段は、照明光路に対して挿脱可
能に設けられた円錐レンズを有し、該円錐レンズの挿脱
によって、前記均一化光学系に入射する光の分布を、円
輪状と円形状とに切り換え可能としたことを特徴とする
請求項7記載の投影露光装置。
8. The optical means has a conical lens provided so as to be insertable into and removable from the illumination optical path. 8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the apparatus is switchable between a ring shape and a circular shape.
【請求項9】前記光学手段は、互いに交換可能な複数の
インプットレンズを有することを特徴とする請求項7ま
たは請求項8記載の投影露光装置。
9. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein said optical means has a plurality of interchangeable input lenses.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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久保田外2名編「光学技術ハンドブック」朝倉書店昭和43年10月25日発行第175−176頁

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