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JP2836483B2 - 照明光学装置 - Google Patents

照明光学装置

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Publication number
JP2836483B2
JP2836483B2 JP6099816A JP9981694A JP2836483B2 JP 2836483 B2 JP2836483 B2 JP 2836483B2 JP 6099816 A JP6099816 A JP 6099816A JP 9981694 A JP9981694 A JP 9981694A JP 2836483 B2 JP2836483 B2 JP 2836483B2
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JP
Japan
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light
illumination
polarization
illumination optical
optical device
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JP6099816A
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JPH07307268A (ja
Inventor
容由 田邊
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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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
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70191Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路あるい
は液晶表示素子等の製造工程で、回路パターンの転写に
利用される露光装置の一部である照明光学装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路または液晶表示素子の露
光工程では、露光装置を用いてマスク上の回路パターン
を基板上に塗布したレジストに転写する。半導体素子等
は立体的構造を持つため、基板には段差が存在すること
が多い。基板段差部分に入射した光は斜め方向に反射す
るため、マスクで遮光した部分まで露光されてしまうと
いう問題が生じる。また、基板が平面的な場合でも基板
の反射率が大きいと定在波の影響によりレジスト形状が
劣化する。従来、これらの問題を解決するため、基板上
に反射防止膜を張る方法が知られている。また、ダイ入
りレジストを用ることにより、基板に到達する光を低下
させる方法も知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】反射防止膜を用いる方
法は、工程によっては基板の汚染を生じるため使用でき
ない場合がある。また、反射防止膜を張るための工数が
増えてしまうという問題もある。ダイ入りレジストを用
いて基板に到達する光を大きく低下させるためには、レ
ジストの吸収率を大きくする必要がある。この結果、レ
ジストプロファイルが垂直で無くなってしまう問題が発
生する。
【0004】本発明の目的は、上記の問題を解決し、基
板からの反射光を簡便な方法で低減する露光装置に使用
される照明光学装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の証明光学装置
は、照明光学系からの照明光により物体上の所定領域を
均一に照明する照明光学装置において、光源から出た光
の偏光面を回転させる偏光回転素子と、回転軸が互いに
直交するように配置された回転機構と、前記回転機構に
取り付けられた反射鏡と、前記偏光回転素子と前記回転
機構と前記反射鏡により、照明光学系への照明光が常に
入射平面内で直線偏光となるように制御することを特徴
とする。また照明光の偏光が入射平面に対しP偏光であ
ることを特徴とする。また前記光源と前記偏光回転素子
の間に偏光素子を有することを特徴とする。
【0006】
【作用】照明光はマスク上のパターンにより回折され
る。マスクパターンが微細になると回折角が大きくな
る。このため、図2(a)に示すように直入射照明光2
1では0次光25しか投影光学系27を通過しないため
ウエファ28上に像が形成されない。これに対し、図2
(b)のような斜入射照明光29の場合には0次光25
以外に+1次光26または−1次光24が投影光学系を
通過するためウエファ28上に像が形成される。
【0007】そこで、照明光学系の2次光源として図3
(a)、(b)に示される2種類のものを考える。
【0008】開口部31および32は2次光源30の中
心から離れているため、照明光はマスクに対し斜め方向
から入射する。開口部の位置は、通常用いられるコヒー
レント因子σで表した場合、σ=0.5〜0.6の部分
に相当する。図3(a)と図3(b)の違いは照明光の
偏光方向にある。図3(a)では開口部31を通過する
光は入射平面に対しP偏光となっているが、図3(b)
では開口部32を通過する光は入射平面に対しS偏光と
なっている。
【0009】このような照明光を図4のマスクに照射
し、投影光学系により段差を持ったSi基板53上のレ
ジスト膜52に結像したときの電場強度分布51を図5
および図6に示す。段差方向は反射の影響が最も大きく
なる様に、照明光の入射平面と直交する方向に配置して
いる。図5はP偏光、図6はS偏光に対応している。図
4のマスク上の遮光部23および透明部41の幅は、ウ
エファ上に投影した場合に0.2μm となっている。ま
た、照明光はKrFエキシマレーザ光(波長248n
m)、投影光学系の開口数は0.6である。レジストは
電場に対し反応し、磁場はレジストの感光に寄与しない
ことが知られている。レジスト内の電場強度分布を見る
と、S偏光では反射光が遮光部分まで侵入してしまうの
に対し、P偏光では侵入していない。このため、図3
(a)の照明光学系を用いれば、基板反射の影響を低減
することができる。
【0010】このような現象の生じる理由を以下に説明
する。光の反射率は偏光状態により大きく異なることが
知られている。例えば、吸収を持たない媒質にブリュー
スター角で光を入射すると、P偏光の反射率は0とな
る。半導体基板は一般的に光を吸収するのでブリュース
ター角は存在しないが、光が斜めに入射した場合、P偏
光の反射率はS偏光に比べずっと小さくなる。具体的に
レジスト(屈折率n=1.76、吸収係数k=0.01
2)とSi(n=1.41、k=3.35)との境界面
での反射率を計算した結果を図7に示す。計算に用いた
屈折率はKrFエキシマレーザの波長λ=248nmにお
ける値である。入射角が60度付近ではP偏光の反射率
はS偏光の半分程度に下がっている。物理的説明として
は、S偏光の場合には境界面で生じる誘導電流の向きと
電場の向きが一致するため大きな誘導電流が生じ反射率
が大きくなるが、P偏光の場合には一致しないため誘導
電流が生じ難くなり反射率が落ちる。図7の反射率の計
算は平面的な基板に斜め方向から光が入射した場合に相
当するが、段差を持った基板の場合にも誘導電流の向き
を考慮すると同様な現象が生じる。
【0011】
【実施例】本発明の照明光学装置の原理を説明するため
の参考例を図8に示す。狭帯域化したKrFエキシマレ
ーザ光源81を出た光は直線偏光している。この光はコ
リメータレンズ82を通りフライアイレンズ83に入射
する。フライアイレンズ83の後ろに置かれた空間フィ
ルタ11により入射平面内に偏光回転された光はコンデ
ンサレンズ84を通りマスク85を照明する。空間フィ
ルタ11の上面図を図1に示す。フライアイレンズ83
に対応する小開口部には偏光方向がそれぞれの入射平面
内で直線偏光となるように1/2λ板12、13、14
がはめられている。空間フィルタ11の代わりに図9に
示す空間フィルタ91を用いると輪帯照明の効果により
解像力が向上する。図中の92〜95は1/2λ板であ
る。
【0012】図10は本発明の照明光学装置の第の実
施例である。狭帯域化したKrFエキシマレーザ光源8
1を出た光は直線偏光している。この光は偏光回転素子
101を通ることにより偏光面が回転する。偏光回転量
は偏光回転制御部102により制御される。また、同時
に反射鏡103と105を回転機構104および106
によりそれぞれ直交方向に回転することにより、レーザ
光がフライアイレンズ83の全面あるいはその一部を走
査している。偏光回転制御部102と回転機構104お
よび106のタイミングを合わせることにより、フライ
アイレンズ83からの照明光が常に入射平面内で直線偏
光となるように制御されている。偏光回転素子101と
制御部102の組み合わせとしては、例えば1/2λ板
と回転機構などを用いることができる。
【0013】なお、以上の実施例では光源としてKrF
エキシマレーザを用いたが、ArFエキシマレーザ、高
圧水銀ランプのi線、g線、あるいはX線などを代わり
に用いることもできる。光源が偏光していない場合に
は、偏光板などの偏光素子を光源と偏光回転素子の間に
挿入すれば良い。基板もSiに限らず、Al、SiO2
などあらゆるものに適用できる。
【0014】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の照明光学装
置によれば、反射防止膜やダイ入りレジストを用いずと
も、基板からの反射光を著しくかつ簡便に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための参考例である照
明光学装置に用いられる空間フィルタの第1の例を示す
図。
【図2】直入射照明と斜入射照明による回折光の進行方
向を示す図。
【図3】斜入射照明における2次光源の形状と偏光方向
を示す図。
【図4】遮光部および透明部よりなるマスク。
【図5】P偏光による斜入射照明をした場合のレジスト
内電場強度分布図。
【図6】S偏光による斜入射照明をした場合のレジスト
内電場強度分布図。
【図7】反射光の偏光依存性を示す図。
【図8】本発明の原理を説明するための参考例である照
明光学装置を説明するための図。
【図9】本発明の原理を説明するための参考例である照
明光学装置に用いられる空間フィルタの第2の例を示す
図。
【図10】本発明の第の実施例である照明光学装置を
説明するための図。
【符号の説明】
11 空間フィルタ 12、13、14 1/2λ板 21 直入射照明光 22 ガラス基板 23 遮光部 24 −1次光 25 0次光 26 +1次光 27 投影光学系 28 ウェファ 29 斜入射照明光 30 2次光源 31、32 開口部 41 透明部 51 電場強度分布 52 レジスト膜 53 Si基板 81 レーザ光源 82 コリメータレンズ 83 フライアイレンズ 84 コンデンサレンズ 85 マスク 91 空間フィルタ 92、93、94、95 1/2λ板 101 偏光回転素子 102 偏光回転制御部 103、105 反射鏡 104、106 回転機構

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明光学系からの照明光により物体上の所
    定領域を均一に照明する照明光学装置において、光源か
    ら出た光の偏光面を回転させる偏光回転素子と、回転軸
    が互いに直交するように配置された回転機構と、前記回
    転機構に取り付けられた反射鏡と、前記偏光回転素子と
    前記回転機構と前記反射鏡により、照明光学系への照明
    光が常に入射平面内で直線偏光となるように制御するこ
    とを特徴とする照明光学装置。
  2. 【請求項2】 照明光の偏光が入射平面に対しP偏光で
    あることを特徴とする請求項1記載の照明光学装置。
  3. 【請求項3】 前記光源と前記偏光回転素子の間に偏光
    素子を有することを特徴とする請求項1または2記載の
    照明光学装置。
JP6099816A 1994-02-24 1994-05-13 照明光学装置 Expired - Lifetime JP2836483B2 (ja)

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