JPH02181717A - ホトリソグラフィ投影光学システム - Google Patents

ホトリソグラフィ投影光学システム

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JPH02181717A
JPH02181717A JP1289821A JP28982189A JPH02181717A JP H02181717 A JPH02181717 A JP H02181717A JP 1289821 A JP1289821 A JP 1289821A JP 28982189 A JP28982189 A JP 28982189A JP H02181717 A JPH02181717 A JP H02181717A
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JP
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reticle
pattern
lens
optical system
energy
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JP1289821A
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David A Markle
デイビッド、エー、マークル
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SPX Technologies Inc
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General Signal Corp
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Publication date
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    • G02B17/0892—Catadioptric systems specially adapted for the UV
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70225—Optical aspects of catadioptric systems, i.e. comprising reflective and refractive elements
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に半導体ウェハ上にパターンをマイクロリ
ソグラフィにより形成するための装置、特に予定の焦点
面にパターン像を等倍で投影する改善されたシステムに
関する。
〔従来の技術〕
本発明は米国特許第４３９１４９４号に示される光学シ
ステムの改良である。この光学システムは大視野寸法と
高い開口数を達成するため相捕的に反射性および屈折性
素子を用いる等倍没色アナスチグマート光学投影システ
ムである。このシステムは基本的には対称的であり、従
ってコマ収差、歪み収差および色収差のような奇数次の
すべての収差を打消すものである。球面のすべては曲率
中心を焦点面に近くするとはり同心である。かくして、
結果としてのシステムは本質的にレンズ内の空気の屈折
率には無関係となり圧力補償が不要となる。しかしなが
らレチクルとウェハを動かすための充分なワークスペー
スを得るにはこのシステムの対物面および像面は２個の
対称的に折曲げられたプリズムにより分離される。ワー
クスペースにおいてこれを達成するには視野寸法を全視
野の約２５％−３５％に低下させなければならない。
これまでは視野寸法のこの減少は、現存の回路に必要な
視野寸法と解像度は得ることが出来るため、問題とはな
っていない。
（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、そのようなシステムからの、より高い分
解能の要求の増大により、受は入れ可能な碗野を確保し
ながらより高い開口数およびより高い解像度を得るよう
にこのシステムを変更しなければならない。
〔課題を解決するための手段〕
上記を達成するために特にマイクロリソグラフィに用い
るに適しておりそしてエネルギービームを発生するため
の露光エネルギー源を含む光学投影システムを提供する
。主レンズとミラーがこのビーム路内に配置されてこの
ビームを受けそしてその一部のみを通すようになってい
る。屈折レンズ群がこのビーム部分の通路に配置されて
そのビーム部分を受けて伝達するようになっている。レ
チクル素子がこのビーム部分の通路内に配置されており
、これは均一の厚さを有しそしてその一方の面にパター
ンを、他方の面に無パターン部を有する。このレチクル
素子はこのビーム部分がそこを通過しうるようにすると
共にそれと屈折レンズ群を通してそのビーム部分を主レ
ンズおよびミラーに向けて反射するように配置されてい
る。主レンズとミラーはこの反射ビームを受けるように
配置されており、そして反射ビームの一部を屈折レンズ
群とレチクル素子の無パターン部とを通して結像される
べき表面に向けて反射させる表面を有する。レチクル素
子は予定の均一な厚さを何すると共に両側に２つの平行
な平面を有する透明素子を含む。この平面の内の一方の
レチクルパターンは露光エネルギーに対し高い反射率を
有する材料でつくられる。このレチクルは更にそのパタ
ーンに物理的に接触してそれを完全に覆うカバーを含む
。このカバーは露光エネルギーに対し高い吸収率と低い
反射率を有する。
すなわち本発明の目的は高い開口数で大きい視野をつく
ることの出来る、マイクロリソグラフィに用いるに特に
適した等倍光学投影システムを提供することである。
他の目的はこのシステムの開口部により与えられる理論
的な最大視野寸法のはり半分に近い視野となる、マイク
ロリソグラフィに用いるに特に適した等倍光学投影シス
テムを提供することである。
他の目的はレチクルを汚染から保護するための薄膜を特
徴とする特にマイクロリソグラフィに用いるに適し等倍
光学投影システムを提供することである。
更に他の目的はレチクルパターンの厚さが結像パターン
の精度に影響しない、特にマイクロリソグラフィに用い
るに適した等倍光学投影システムを提供することである
。
他の目的は簡単で製造の容易な、特にマイクロリソグラ
フィに用いるに適した等倍光学投影システムを提供する
ことである。
〔実施例〕
第１図は米国特許第４３９１４９４号に示される形式の
光学投影システムを示し、これはミラー１０と複合色消
しプリズム組立体１２を含みこれらは光軸１４について
対称に配置される。レチクルパターン面１６は軸１４の
一方の側にあり、ウェハ像または対物面１８は他方の側
にある。プリズム２０と２２が光をこの光学システムに
対し結合しレチクル面１６を水平のウェハ面１８から分
離している。レチクル面１６とプリズム２０の間および
ウェハ面１８とプリズム２２の間の空隙は夫々のウェハ
像面１８とレクチルパターン面１６に対しウェハとレチ
クルを動かしうるに充分な機械的なりリア・ランスとス
ペースを与える。このシステムは中程度から低い開口数
にかけてのシステムに極めて有効である。しかしながら
、プリズム２０．２２を用いるためにこのシステムでは
開口数に依存するぼけにより視野の内のいく分かが失わ
れる。第２Ａ図は比較的開口数の小さい光学システムに
おいてレンズ視野の中心部の比較的小さい部分２４がぼ
けのため失われるが比較的大きいレチクル視野２６とウ
ェハ視野２８がそのままのこることを示している。しか
しながら第２Ｂ図に示すように開口数が比較的大きいと
ぼけ部分３０が著しく大きくなり、レチクル視野３２と
ウェハ視野３６がそれに応じて減少する。
この問題を解決するために本発明では第３Ａ図および第
３Ｂ図に示す投影光学および照明リレーシステムを用い
る。露光エネルギー源４０がエネルギービームを発生し
、このビームが開口４２を通ってリレー４４に向けられ
る。このリレー４４は例えば片口素子４６と片凸素子４
８からなる。
収斂するこの照明ビームは次に部分反射１［ｉ５２を有
する主メニスカスレンズ５０を通される。面５２は約５
０％の反射率を有する誘電コーティングであるとよい。
しかしながら２５％から７５％の反射率のコーティング
も使用出来る。リレー４４と主レンズミラー５０，５２
は光軸５４に関して対称に配置される。主レンズは好適
には溶融シリカであり、リレー４４とエネルギー源４０
に向いた第１面５６と部分反射性の凸面５２を有する。
面５２を通るビーム４０の部分は屈折レンズ群５８を通
るようになっている。レンズ群５８は例えば溶融シリカ
またはふっ化バリウムである。
比較的屈折率の高い材料からなる少（とも１個のメニス
カスレンズ６０を含む。レンズ６０は主レンズミラー５
０に面する第１凸面６２と主レンズミラー５０とは逆向
きの凹面６４を有する。レンズ群５８は更に例えばふり
化リチウムのようなメニスカスレンズ６０より低い屈折
率および低い分散能を有する材料からなる片凸レンズ６
６を有し、そして凸面６４に面する凸面６８と主レンズ
ミラー５０．５２とは逆の向きの平らな、あるいははＶ
平らな面７０を有する。レンズ群５８も光軸５４に対し
対称に配置される。レンズ群５８は更にこのシステムに
ついて付加的なワークスペースを得るためにこの平面７
０の隣接して屈折率の大きい光学的ブロックを有する。
かくして第３Ｃ図に示すようにレンズ群５８はぶつ化バ
リウムの第２メニスカスレンズとふっ化カルシウムの甲
−ｆレンズ７４を含む。レチクル素子８０は片凸レンズ
６６の平面７０に接近して配置されている。第４図に詳
細に示すように、このレチクル素子８０は均一な厚さを
有し、平面７０から最も離れたレチクル面上にコーティ
ングを有するパターン８２を有している。レチクルパタ
ーン８２はエネルギー源４０からの露光エネルギーに対
し高い反射率を有するアルミニウムのような材料からつ
くられると好適である。このエネルギーに対して高い吸
収性と低い反射性を与える不透明のポリマー、黒ペイン
トまたは不透明な感光ポリマ層であるカバー層８４はア
ルミニウムパターン８２をコーティングする。カバー層
８４はまずパターン８２を通る光がレチクル素子８０に
平行に接近して配置されたシリコンウェハ９０に結像し
ないように作用する。
カバー層８４はまたパターン８２を汚染に対し保護しそ
してコントラストの大きい反射像を与えるように作用す
る。このパターンは他方の側はレチクル８０の本体によ
り保護されているから、透過性パターンに必要な薄膜は
不要となる。レチクル素子８０は０．　５インチ以下の
厚さの溶融シリカからなるものがあるとよい。第３図の
光学システムにより照明される面はレチクル８０のパタ
ーン８２を有する面と一致する。更に、視野開口４２は
軸５４上の対物面のその部分のみが露光エネルギーを受
けるように光軸５４に対して配置される。
パターン８２のライン間に入る露光エネルギーの部分は
カバー層８４で吸収されそしてそれによりウェハ９０の
露光が防止される。パターン８２をはずれて反射される
露光エネルギービームの部分はレチクル素子８０とレン
ズ群５８を介して反射されて主レンズミラー５０の部分
反射コーティング５２に入る。コーティング５２により
反射された光はレンズ群５８、レチクルブランク８０上
の無パターンスペースおよびレチクルブランク８０とウ
ェハ９０の間のスペースを通り向けられてウェハ９０に
像を形成する。
第３Ａ、３Ｂ、３Ｃ図に示す光学投影システムは第１図
について述べたぼけの問題をはＶ完全に回避しうる等倍
システムである。全視野の約５０％がウェハ９０上に像
をつくるために利用出来、この比率はこのシステムの開
口数にははＶ完全に無関係である。エネルギー源４０か
らの露光エネルギーは球形主レンズミラー５０の中央の
半分を照明し、それにより投影システムについて０．　
５の部分コヒーレンスを得るように設計されている。
第７図について詳述するように、平面７０とレチクル素
子８０の間のスペース９２は空気で満されており、ある
いはこのシステムの特性を改善するために溶融シリカの
レチクル素子８０と整合した屈折率を有する流体で満さ
れてもよい。
第５Ａ、５Ｂ図はレチクル素子８０の代表的なフォーマ
ットを示す。第５Ａ図において、レチクル８０のパター
ンをもつ面はアルミニウム９４でコーティングされてお
り、このパターンは６個の矩形領域９６を含む。各領域
９６に隣接してそれよりいく分面積の大きい透明な領域
９８が設けである。第５Ｂ図は不透明ポリマまたは黒ペ
イントまたはホトレジスト１００のような吸収性裏打フ
ィルムをパターン９６をカバーするパターン面に与えた
後の第５Ａ図のレチクル８０を示す。裏打ちフィルムと
して不透明ポリマーまたは黒ペイントを用いれば、透明
領域９８はこのフィルムをつくる間にマスキングにより
つくることが出来る。
ホトレジストを用いた場合には透明領域９８はレチクル
８０の全面をホトレジストでコーティングしそしてこの
ホトレジストを現像するような波長のエネルギーを出す
露光エネルギー源に対し領域９８のみを露光することに
よりつくることが出来る。勿論この波長はエネルギー［
４０からのエネルギーの波長とは大きく異るものとすべ
きである。
第６Ａ、６Ｂ図は本発明の反射性レチクルパターンの他
の利点を示している。反則パターンはすべてのパターン
ラインについて理想的なエツジを与える。その理由を第
６Ｂ図に示す。パターンを限定する金属層のすべては有
限の厚さを９する。
本発明の反射性パターンの場合にはエネルギー源４０′
からの光１０２はガラスのレチクル８０′と吸収性コー
ティング８４′により吸収されるべきレチクルパターン
内のライン１０４のエツジ間を通る。かくしてパターン
ラインの面に実際に当る光のみが反射されモしてウェハ
に結像する。また第６Ａ図に示すように第１図について
用いられた形式の透過性レチクルの場合にはパターンラ
イン１０８のエツジ間を通るべきエネルギー源４０１か
らの光１０６はその金属フィルムの肩の部分の有限の厚
みのために阻止され、それ故ウェハに結像されるべくこ
の光学システムを介して伝送されず、像寸法に誤りを生
じさせる。この誤りはこのシステムの開口数とバタンの
厚さが大きくなるとより大となる。
第７図は片凸レンズ６６の平面７０に対しそしてその面
に平行な動作を行いうる関係にレチクル素子８０を維持
するためのレチクル台およびウェハのチャックを示す。
これはシステムのハウジングに固定された支持体１２２
に投影光学システムのレンズ群５８を装着して達成され
る。１／チクル台１２４は支持体すなわちフレーム１２
２に対し磁気的に保持されており、そしてレチクル８０
をそこに固定するための手段を有している。レチクル台
１２４は更に、レチクル８０の動きを必要とするときに
、スチール製であるとよい支持体１２２に対しレチクル
台１２４を固亡させる磁気吸引力を克服出来るように支
持体１２２に対しレチクル台を浮いた状態にするための
空気軸受（図示せず）を含む。ウェハ９０はモータで駆
動されるウェハ台１２８に装着されたウェハチャック１
２６に固着される。台１２８はレチクル台１２４に引込
み可能なフィンガー１３０により接続する。かくして、
レチクル１８０を動かす場合、レチクル台１２４の空気
軸受を作動し、フィンガー１３０が作動されてレチクル
台１２４をウェハ台１２８に結合し、レチクル台１２４
、ウェハチャック１２６および台１２８が一緒になって
動がされる。レチクル台が所望の位置となるとフィンガ
ー１３０が引込まれてレチクル台１２４をウェハ台１２
８から切離し、そしてレチクル台１２４の空気軸受が減
勢されてレチクル台を支持体１２２に対して磁気的に固
定する。その時台１２８はレチクル台１２４とは無関係
にウェハチャック１２６を自由に位置きめ出来、それに
よりレチクル８０に対しウェハ９０を所望の位置にする
。この構成はレチクルを２次元的に動かしうる点で有利
である。前述したようにレチクル８０とレンズシステム
１２０の間のギャップはレチクル８０とハウジング１２
０内のレンズシステムとの間の空気ギャップをなくすた
めにシリコン油等の屈折率の整合する流体で満してもよ
い。この場合、ウェハ９０はレチクル８０に対し平行で
且つ小さい空気ギャップをもって配置することが出来る
。
対物面および像面は本発明の投影システムとは完全に共
面とはならないから僅かな非対称誤差が生じるが像品質
に対するその影響は無視しうる。第３図の光学システム
の他の比較的小さい欠点は多数の反射面によりエネルギ
ー源４０からの露光エネルギーの７５％より僅かに大き
い部分が無駄になることである。
〔発明の効果〕
しかしながら、本発明の利点はこれら小さい欠点を無視
しうるちのとする程大きく、かくしてマイクロリソグラ
フィに特に適した、大開口数で大きい視野をつくること
の出来る等倍投影システムが実現する。更にこれに比例
した使用可能な視野寸法はシステムの開口数には無関係
である。反射性のレチクルを用いるためにそれを汚染か
ら保護するための薄膜は不要となる。更にレチクルパタ
ーンを形成する金属層の厚さはレチクルパターンのエツ
ジで近辺の光の量には効果を有しない。最後に本発明の
投影システムは極めて簡単であり製造費用が比較的小さ
くてすむ。
【図面の簡単な説明】
第１図は米国特許第４３９１４９４号に示される既知の
投影システムの概略図、第２Ａ図および第２Ｂ図は第１
図のシステムに使用出来る視野を示す概略図、ｍＥＡ図
は本発明の投影および照明リレーシステムの概略図、第
３Ｂ図は第３Ａ図のシステムの一部の概略図、第３Ｃ図
は本発明の投影システムの第２の実施例の一部の部分概
略図、第４図は第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図に示すシ
ステムに用いられるレチクル組立体の部分概略図、第５
Ａ図および第５Ｂ図は第３図のシステムに用いられる代
表的なレチクル組立体のレイアラ・トを示す概略図、第
６Ａ図および第６Ｂ図は第６Ａ図に示す従来の透過形レ
チクルと第６Ｂ図に示す本発明の反射性レチクルとの比
較を示す図、第７図は本発明のシステムに用いられるに
適したレチクル台とウェハーチャック組立体の概略図で
ある。 １０・・・ミラー、１２・・・複合色消プリズム組立体
、１４．５４・・・光軸、１６・・・パターン面、１８
・・・対物（ウェハ像）面、２０．２２・・・プリズム
、２６゜３２・・・レチクル視野、２８．３４・・・ウ
ェハ視野、４０．４０’　、４０’・・・エネルギー源
、４２・・・開口、４４・・・リレー、４６・・・片口
素子、４８・・・片凸素子、５０・・・メニスカスレン
ズ、５２・・・部分反射面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、エネルギービームを発生するための露光エネルギー
    源と、このビーム路内に配置されてこのエネルギービー
    ムを受けその一部のみを通す光学素子と、上記ビームの
    上記一部のビーム路内に配置されて上記エネルギービー
    ム部分を受けて伝送する屈折レンズ群と、このエネルギ
    ービーム部分の上記ビーム路内に配置されるレチクル素
    子とを有し、このレチクル素子は均一の厚さを有すると
    共にその一方の表面に１つのパターンとそれに隣接した
    無パターン部を有しており、上記レチクル素子は上記ビ
    ームの上記部分がそれを透過しうるようにすると共に上
    記ビームの上記部分をその厚さと上記レンズ群とを通し
    て上記光学素子へと反射するように配置されており、上
    記光学素子は上記反射したビームを受けるようになって
    おり、更に上記反射したビームの一部を上記レンズ群お
    よび上記レチクル素子の無パターン部分を通して結像さ
    れるべき書面に反射する手段を有することを特徴とする
    ホトリソグラフィ投影光学システム。 ２、前記光学システムは等倍システムであることを特徴
    とする請求項１記載の光学システム。 ３、前記レチクルパターンは露光エネルギーに対し反射
    率の高い材料からなり、前記レチクル素子は更にこのレ
    チクルパターンに物理的に接触してレチクルパターンを
    完全に覆う手段を有し、この手段は露光エネルギーに対
    し高い吸収率および低い反射率を有することを特徴とす
    る請求項１記載の光学システム。 ４、前記光学素子は前記露光エネルギービームを部分的
    に反射するためのコーティングをその一方の表面に有す
    る溶融シリカであり、上記光学素子は前記露光エネルギ
    ー源に最も近い第１表面及びこの第１表面と前記屈折レ
    ンズ群との間に配置された第２の凸表面を有し、この凸
    表面はその上に前記部分反射コーティングを有し、この
    部分反射コーティングは２５−７５％の範囲の露光エネ
    ルギー反射率を有する誘電体コーティングであることを
    特徴とする請求項１記載の光学システム。 ５、前記屈折レンズ群は前記光学素子に面する第１凸面
    と上記光学素子とは逆の凹面を有する溶融シリカのメニ
    スカスレンズと、上記凹面に面する第２凸面と主レンズ
    とは逆の平面とを有するふっ化リチウムの片凸レンズを
    含むことを特徴する請求項１記載の光学システム。 ６、前記片凸レンズの前記平面に対して可動にそして上
    記平面に平行に前記レチクル素子を維持するための手段
    が設けてあり、上記レチクル素子が前記片凸レンズの平
    面に近接して間隔を有し、更にパターンを有する上記レ
    チクル素子の面に平行且つ離隔した位置に半導体ウェハ
    を位置ぎめする手段を含むことを特徴とする請求項５記
    載の光学システム。 ７、前記屈折レンズは更に前記メニスカスレンズと前記
    片凸レンズとの間に配置された、ふっ化バリウムからな
    る第２のメニスカスレンズを含むことを特徴とする請求
    項５記載の光学システム。 ８、前記屈折レンズは更に前記片凸レンズの平面と前記
    レチクル素子との間に配置された、ふっ化カルシウムか
    らなる両平面素子を含むことを特徴とする請求項５記載
    の光学システム。 ９、予定の均一な厚さを有すると共に２つの平行な表面
    を有する透明な素子と、露光エネルギーに対し反射率の
    高い材料からなり、上記平面の一方の面上につくられる
    レチクルパターンと、このレチクルパターンと物理的に
    接触してそのパターンを完全に覆う手段とからなり、こ
    の手段は露光エネルギーに対し、高い吸収率と低い反射
    率を有するごとくなったことを特徴とする、投影システ
    ムに用いるためのレチクル。 １０、前記レチクルパターンはアルミニウムであり、前
    記覆う手段は露光エネルギーに対し不透明であることを
    特徴とする請求項３または９記載のレチクル。 １１、前記覆う手段は感光性であることを特徴とする請
    求項１０記載のレチクル。 １２、前記透明素子は厚さ０．５インチ以下の溶融シリ
    カであることを特徴とする請求項３または９記載のレチ
    クル。 １３、夫々予定の外形寸法を有する複数のパターンおよ
    び各パターンに隣接した対応する数の透明スペースが設
    けられ、各スペースの寸法はそれに隣接するパターンの
    寸法に等しいかあるいはそれより大であることを特徴と
    する請求項３または９記載のレチクル。 １４、露光エネルギー源と、このエネルギー源からのエ
    ネルギービームを受けそしてそれを伝達するレンズ組立
    体と、ミラーと、からなり、上記レンズ組立体は上記エ
    ネルギー源とは離れた方のその端面にレチクルを有し、
    このレチクルは上記エネルギー源から離れた方の面上に
    パターンを有しそのエネルギーを上記レンズ組立体を通
    して受けそしてそのパターンを上記レチクルおよびレン
    ズ組立体に投影するようになっており、上記ミラーは上
    記レンズ組立体からの上記投影されたパターンの反射さ
    れた部分を受けそしてそのパターンを結像されるべき面
    に上記レンズ組立体と上記レチクルを通して反射するご
    とくなったことを特徴とするホトリソグラフィ投影光学
    システム。
JP1289821A 1988-11-07 1989-11-07 ホトリソグラフィ投影光学システム Pending JPH02181717A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/267,965 US4964705A (en) 1988-11-07 1988-11-07 Unit magnification optical system
US267965 1988-11-07

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