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JP3218547B2 - Projection exposure method and apparatus, and semiconductor element manufacturing method - Google Patents

Projection exposure method and apparatus, and semiconductor element manufacturing method

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Publication number
JP3218547B2
JP3218547B2 JP24366392A JP24366392A JP3218547B2 JP 3218547 B2 JP3218547 B2 JP 3218547B2 JP 24366392 A JP24366392 A JP 24366392A JP 24366392 A JP24366392 A JP 24366392A JP 3218547 B2 JP3218547 B2 JP 3218547B2
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JP
Japan
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optical system
spherical aberration
projection optical
projection
pattern
Prior art date
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JP24366392A
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JPH0697039A (en
Inventor
宏一 松本
康一 大野
要 武田
雅臣 亀山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Application granted granted Critical
Publication of JP3218547B2 publication Critical patent/JP3218547B2/en
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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

Landscapes

  • 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、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
使用され、ネガタイプの感光材が塗布された基板上に
レチクルのパターンを投影露光する投影露光方法及び投
影露光装置、並びに半導体素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used, for example, in manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device by a photolithography process, and projects a reticle pattern onto a substrate coated with a negative type photosensitive material by projection exposure. Exposure method and throw
The present invention relates to a shadow exposure apparatus and a method for manufacturing a semiconductor element .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、LSI等の微細パターンから
なる半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフ
ィー工程で製造する際に、フォトマスク又はレチクル
(以下、「レチクル」と総称する)のパターンを投影光
学系を介して感光材が塗布された基板上に投影露光する
投影型露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置
では、一層微細化するパターンを高い解像度で且つ安定
に転写する為に、様々な努力がなされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a semiconductor device or a liquid crystal display device having a fine pattern such as an LSI is manufactured by a photolithography process, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “reticle”) is projected. 2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus that performs projection exposure on a substrate coated with a photosensitive material via an optical system is used. In such a projection exposure apparatus, various efforts have been made to transfer a pattern to be further miniaturized with high resolution and stably.

【0003】一層微細化するパターンに対応する手法の
一つは、露光光の短波長化であるが、短波長化するため
の光源及びそのような波長で使用できる投影光学系の硝
材等の種々の問題がある。また、他の手法として、投影
光学系の開口数NAを大きくする大NA化がある。この
場合、大NA化に伴う、投影光学系の設計及び製造上の
困難もさることながら、大NA化が焦点深度の減少を引
き起こすことが投影露光装置の光学系としてはより大き
な問題である。その他にも、光源形状を工夫した手法、
輪帯照明法、所謂変形光源法又はレチクル面のパターン
構成を工夫した手法(例えば位相シフト法など)が提案
されている。
One of the techniques for responding to a pattern to be further miniaturized is to shorten the wavelength of exposure light. However, various methods such as a light source for shortening the wavelength and a glass material of a projection optical system which can be used at such a wavelength are used. There is a problem. Another method is to increase the numerical aperture NA of the projection optical system. In this case, it is a big problem for the optical system of the projection exposure apparatus that the increase in the NA causes a decrease in the depth of focus, in addition to the difficulty in designing and manufacturing the projection optical system accompanying the increase in the NA. In addition, a method that devised the shape of the light source,
An annular illumination method, a so-called deformed light source method, or a method devising a pattern configuration of a reticle surface (for example, a phase shift method) has been proposed.

【0004】これに関して、一層微細化するパターンに
対する投影光学系の結像特性の面からのアプローチとし
て、最近特開平2−166719号公報において、投影
光学系の球面収差量をパラメータとして捉えて結像性能
を向上させる手法についての提案が本出願人によりなさ
れた。
[0004] In this regard, as an approach from the aspect of the imaging characteristics of the projection optical system with respect to a pattern to be further miniaturized, recently, Japanese Patent Laid-Open No. 2-166719 discloses an imaging system in which the amount of spherical aberration of the projection optical system is taken as a parameter. A proposal for a technique to improve performance has been made by the applicant.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らによる継続的試験研究の結果、先般開示された技術
では、光学性能の向上の観点からすると必ずしも有利で
はない場合があることが見い出された。具体的には先般
の技術は主にポジタイプの感光材(例えばポジレジス
ト)を用いる場合に適し、ネガタイプの感光材(例えば
ネガレジスト)を用いる場合には、必ずしも光学性能の
向上に大きく寄与しないことが明らかになった。
However, as a result of continuous testing and research by the present inventors, it has been found that the technology disclosed recently may not always be advantageous from the viewpoint of improving optical performance. . Specifically, the prior art is suitable mainly when a positive type photosensitive material (eg, a positive resist) is used, and when a negative type photosensitive material (eg, a negative resist) is used, it does not necessarily greatly contribute to improvement in optical performance. Was revealed.

【0006】なお、ポジタイプ及びネガ夕イプについて
確認すると、ポジタイプの感光材とは露光時の明部が現
像時に溶解するものであり、ネガタイプの感光材とは露
光時の暗部が現像時に溶解するものである。本発明は斯
かる点に鑑み、ネガタイプの感光材を使用する場合にレ
チクルのパターンの像を実質的に深い焦点深度で且つ高
い解像度で転写できる投影露光方法、及びネガタイプの
感光材を使用する場合に適した球面収差量を有する投影
光学系を備え、そのような投影露光方法を実施できる
影露光装置、並びにそのような投影露光方法を用いた半
導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
[0006] When the positive type and the negative type are confirmed, a positive type photosensitive material is one in which a light portion at the time of exposure dissolves during development, and a negative type photosensitive material is one in which a dark portion at the time of exposure dissolves during development. It is. The present invention has been made in view of the above, and has been applied to the case where a negative type photosensitive material is used.
Substantially high depth of focus and high image of the reticle pattern
Projection exposure method capable of transferring at a high resolution, and a projection exposure apparatus that includes a projection optical system having a spherical aberration amount suitable for using a negative type photosensitive material , and can perform such a projection exposure method , And a half using such a projection exposure method.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a conductor element .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、その基板に
塗布された感光材がネガタイプであるときに、そのパタ
ーンをその基板上へ投影する際のその投影光学系の縦の
球面収差を補正不足にした事を特徴とする。特に、その
投影光学系の縦の球面収差に関して、その投影光学系に
おける開口の10割に相当する球面収差量を補正不足に
した。
According to the present invention , the substrate
When the applied photosensitive material is negative type,
Vertical projection of the projection optics when projecting the
The feature is that spherical aberration is undercorrected. In particular, the
Regarding the vertical spherical aberration of the projection optical system,
Correction of spherical aberration equivalent to 100% of aperture
did.

【0008】開口の10割に相当する球面収差量とは、
投影光学系(4)のマスクパターン(3a)側の開口半
角をθRとすると、投影光学系(4)の光軸と成す角が
θRの露光光に関する球面収差量をいう。
The amount of spherical aberration corresponding to 100% of the aperture is
Assuming that the half angle of the opening of the projection optical system (4) on the mask pattern (3a) side is θR, it refers to the amount of spherical aberration with respect to the exposure light whose angle with the optical axis of the projection optical system (4) is θR.

【0009】[0009]

【作用】本発明の原理につき説明する。先ずマスクパタ
ーン(3a)としてデューティ比が1:1のライン・ア
ンド・スペースパターンを想定し、マスクパターン(3
a)からの±3次光は投影光学系(4)の開口内に取り
込まれない空間周波数領域にあるとする。更に、投影光
学系(4)の収差としてはデフォーカスと球面収差のみ
を考慮し、他の非対称収差(コマ収差、非点収差等)は
無いものとする。以上の条件下で、基板(6)上の座標
軸に沿う像強度分布I(x)は次式により表現される。
The principle of the present invention will be described. First, a line-and-space pattern having a duty ratio of 1: 1 is assumed as the mask pattern (3a), and the mask pattern (3a) is assumed.
It is assumed that the ± 3rd-order light from a) is in a spatial frequency region that is not taken into the aperture of the projection optical system (4). Further, only the defocus and the spherical aberration are considered as aberrations of the projection optical system (4), and there are no other asymmetric aberrations (such as coma and astigmatism). Under the above conditions, the image intensity distribution I (x) along the coordinate axis on the substrate (6) is expressed by the following equation.

【数1】I(x)=1/4+(2/π2 )T(f,f) +(4/π)ReT(f,0)cos(2πfx) +(2/π2 )T(f,−f)cos(4πfx)I (x) = 1/4 + (2 / π 2 ) T (f, f) + (4 / π) ReT (f, 0) cos (2πfx) + (2 / π 2 ) T (f , -F) cos (4πfx)

【0010】ここに、xは正規化された座標、fは正規
化された空間周波数、T(f1,f2)は相互透過係
数、Reは実部を意味する。その(数1)は、部分的コ
ヒーレント結像論に基づいて導出される。詳細は省略す
るが、導出手順は例えば“Method for the calculation
of partially coherent imagery”,Eric.C.Kintner:A
ppl.Opt. vol.17,No.17,p.2747(1978)に示されている。
Here, x is a normalized coordinate, f is a normalized spatial frequency, T (f1, f2) is a mutual transmission coefficient, and Re is a real part. (Equation 1) is derived based on partial coherent imaging theory. Details are omitted, but the derivation procedure is, for example, “Method for the calculation
of partially coherent imagery ”, Eric.C.Kintner: A
vol. 17, No. 17, p. 2747 (1978).

【0011】さて、(数1)でライン・アンド・スペー
スパターンの像強度分布の明部の強度I(明)は、次の
ようになる。
The intensity I (bright) of the bright portion of the image intensity distribution of the line-and-space pattern in (Equation 1) is as follows.

【数2】 I(明)=I(0)=1/4+(2/π2 )T(f,f) +(4/π)ReT(f,0)+(2/π2 )T(f,−f)I (bright) = I (0) = 1/4 + (2 / π 2 ) T (f, f) + (4 / π) ReT (f, 0) + (2 / π 2 ) T ( f, -f)

【0012】同様にその像強度分布の暗部の強度I
(暗)は、次のようになる。
Similarly, the intensity I of the dark part of the image intensity distribution
(Dark) is as follows.

【数3】 I(暗)=I(1/(2f))=1/4+(2/π2 )T(f,f) −(4/π)ReT(f,0)+(2/π2 )T(f,−f)I (dark) = I (1 / (2f)) = 1/4 + (2 / π 2 ) T (f, f) − (4 / π) ReT (f, 0) + (2 / π 2 ) T (f, -f)

【0013】ここで、球面収差及びデフォーカスに対す
る依存性があるのは、ReT(f,0)とT(f,−
f)(T(f,−f)は常に実数)だけであり、他は定
数である。数値計算により、ReT(f,0)、T
(f,−f)、I(明)及びI(暗)の球面収差及びデ
フォーカスに対する依存性はそれぞれ図4(a)〜
(d)に示す如くになる。
Here, there are dependencies on spherical aberration and defocus due to ReT (f, 0) and T (f, −
f) (T (f, -f) is always a real number), and the others are constants. ReT (f, 0), T
The dependence of (f, -f), I (bright) and I (dark) on spherical aberration and defocus are respectively shown in FIGS.
As shown in FIG.

【0014】図4(a)〜(d)はそれぞれ縦軸に、R
eT(f,0)、T(f,−f)、I(明)及びI
(暗)をとり、横軸にデフォーカス量をとったものであ
る。デフォーカス量は、投影光学系(4)のバックフォ
ーカスが長くなる方向を正(+)にとってある。また、
図4(a)〜(d)において、実線の曲線が球面収差が
零の場合、破線の曲線が球面収差が正の場合を仮定した
計算結果である。球面収差が零の場合は、全ての評価量
(ReT(f,0),T(f,−f),I(明),I
(暗))は、デフォーカス量が零のときにピーク値をと
る。
FIGS. 4A to 4D each show a vertical axis with R
eT (f, 0), T (f, -f), I (bright) and I
(Dark), and the horizontal axis represents the defocus amount. The defocus amount is positive (+) in the direction in which the back focus of the projection optical system (4) becomes longer. Also,
In FIGS. 4A to 4D, the solid line curves show the calculation results on the assumption that the spherical aberration is zero, and the broken line curves show the calculation results on the assumption that the spherical aberration is positive. When the spherical aberration is zero, all evaluation quantities (ReT (f, 0), T (f, -f), I (bright), I
(Dark)) takes a peak value when the defocus amount is zero.

【0015】ところが、特開平2−166719号公報
で開示されているように、正の球面収差を仮定すると、
図4(a),(b)に波線で示すように、ReT(f,
0)及びT(f,−f)共に正側にピーク位置がシフト
する。それらシフト量を各々Δ1及びΔ2とすると、数
値計算によりΔ1<Δ2であることが分かった。この結
果と(数2)及び(数3)とを合わせて考えると、I
(明)のピーク位置D1及びI(暗)のピーク位置D2
は、それぞれ図4(c)及び(d)に示す如くなる。こ
の場合に重要なことは、I(明)のピーク位置D1がI
(暗)のピーク位置D2より相対的に正側(基板(6)
側)に位置していることである。
However, assuming a positive spherical aberration as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-166719,
4 (a) and 4 (b), ReT (f,
0) and T (f, -f) both shift the peak position to the positive side. Assuming that these shift amounts are Δ1 and Δ2, respectively, it was found by numerical calculation that Δ1 <Δ2. Considering this result together with (Equation 2) and (Equation 3), I
Peak position D1 of (bright) and peak position D2 of I (dark)
Are as shown in FIGS. 4C and 4D, respectively. What is important in this case is that the peak position D1 of I (bright) is
(Dark) relatively positive side from the peak position D2 (substrate (6)
Side).

【0016】このことが実際のパターン形成でどの様な
意味を持つかを図5を参照して考えてみる。図5は、基
板30上に塗布されたポジタイプ(本発明とは逆のタイ
プである)の感光材の現像により形成された凹凸のパタ
ーンを示し、この図5において、基板30上にライン・
アンド・スペースパターンの残し部31と抜き部32と
が形成されている。残し部31が光強度分布の暗部に対
応し、抜き部32が光強度分布の明部に対応する。その
残し部31では、膜減りを起こさない又は充分な厚さを
維持していることが求められるので、残し部31の頂上
部分で、光強度分布が充分に暗いことが求められる。つ
まり、感光材の表面31aとI(暗)のピーク位置とが
一致しているのが最良の条件となる。
Consider what this means in actual pattern formation with reference to FIG. FIG. 5 shows a pattern of concavities and convexities formed by developing a positive type (the opposite type of the present invention) photosensitive material applied on the substrate 30. In FIG.
A remaining portion 31 of the AND space pattern and a blank portion 32 are formed. The remaining portion 31 corresponds to a dark portion of the light intensity distribution, and the cutout portion 32 corresponds to a bright portion of the light intensity distribution. Since it is required that the remaining portion 31 does not cause film reduction or maintain a sufficient thickness, the light intensity distribution at the top of the remaining portion 31 is required to be sufficiently dark. That is, the best condition is that the surface 31a of the photosensitive material coincides with the peak position of I (dark).

【0017】また、抜き部32においては、抜けるべき
部分全体において充分な光強度が得られているのが理想
であり、また露光時には抜き部32にも感光材が充填さ
れている。従って、感光材の厚さをt、感光材の屈折率
をnとするとき、I(明)のピーク位置は、感光材の表
面31aより正のデフォーカス側(基板30側)にt/
(2n)〜t/nずれているのが最良の条件である。t
/(2n)は感光材の厚さの中心に相当し、t/nはボ
トム位置、即ち基板30と感光材との境界面に相当す
る。感光材の厚さの中心よりも下側にI(明)のピーク
位置があるのが望ましいのは、感光材自体に吸収がある
こと、及び現像時に、抜き部32の深い所では現像液が
疲労してくることを考慮したものによる。
It is ideal that a sufficient light intensity is obtained in the entire portion to be removed in the cutout portion 32, and the cutout portion 32 is also filled with a photosensitive material at the time of exposure. Therefore, when the thickness of the photosensitive material is t and the refractive index of the photosensitive material is n, the peak position of I (bright) is t / t on the positive defocus side (substrate 30 side) from the surface 31a of the photosensitive material.
(2n) -t / n is the best condition. t
/ (2n) corresponds to the center of the thickness of the photosensitive material, and t / n corresponds to the bottom position, that is, the boundary surface between the substrate 30 and the photosensitive material. It is desirable that the peak position of I (bright) be located below the center of the thickness of the photosensitive material because the photosensitive material itself has absorption and the developing solution is deep in the cutout portion 32 during development. It depends on what you consider to be tired.

【0018】以上より、理想的な感光材のプロファイル
(断面形状)を形成する為には、I(暗)及びI(明)
のデフォーカス方向のピーク位置に相対的な差があるこ
とが望ましいことが理解できる。更に、投影光学系の焦
点深度を考えると、焦点深度内においては、残し部31
の頂上部分が膜べりせず、かつ、抜き部32が十分に抜
けている事の両方が求められる。故に、これが投影光学
系の焦点深度を増大させることは容易に推定できる。そ
して、投影光学系の球面収差が正の状態が、ポジタイプ
の感光材を想定した場合の望ましい状態であることも分
かる。
As described above, in order to form an ideal photosensitive material profile (cross-sectional shape), I (dark) and I (bright)
It is understood that it is desirable that there is a relative difference between the peak positions in the defocus direction. Further, considering the depth of focus of the projection optical system, the remaining portion 31 is within the depth of focus.
It is required that the top part of the film does not lose its thickness and that the cutout portion 32 is sufficiently removed. Therefore, it can be easily estimated that this increases the depth of focus of the projection optical system. It can also be seen that a state where the spherical aberration of the projection optical system is positive is a desirable state when a positive type photosensitive material is assumed.

【0019】以上が、特開平2−166719号公報に
開示されている発明の別の角度からの説明である。その
発明がなされた時期においては、感光材としては、ポジ
レジストのようにポジタイプのものが主流であったの
で、ネガタイプの感光材についての充分な考察及び検討
はなされていなかったのが実状である。近来、エキシマ
レーザー光を用いたリソグラフィ技術、或いはi線を用
いたリソグラフィ技術において、ネガレジストのような
ネガタイプの感光材が注目を集めつつある。
The above is a description of the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-166719 from another angle. At the time when the invention was made, as a photosensitive material, a positive type material such as a positive resist was mainly used, and thus, in fact, sufficient consideration and study on a negative type photosensitive material were not made. . In recent years, in a lithography technique using an excimer laser beam or a lithography technique using an i-line, a negative photosensitive material such as a negative resist is attracting attention.

【0020】そして、本発明のようにネガタイプの感光
材を使用する場合は、図5において、残し部31が光強
度分布の明部、抜き部32が光強度分布の暗部に対応す
るので、I(明)のピーク位置とI(暗)のピーク位置
との理想的なデフォーカス方向の差の符号を、ポジタイ
プの感光材の場合と比較して反転させることが望ましい
ことが容易に分かる。即ち、投影光学系(4)に望まれ
る球面収差の符号も負となる。
When a negative photosensitive material is used as in the present invention, in FIG. 5, the remaining portion 31 corresponds to the bright portion of the light intensity distribution and the cutout portion 32 corresponds to the dark portion of the light intensity distribution. It is easy to see that it is desirable to reverse the sign of the ideal difference between the peak position of (bright) and the peak position of I (dark) in the defocus direction as compared with the case of the positive type photosensitive material. That is, the sign of the spherical aberration desired for the projection optical system (4) also becomes negative.

【0021】また、図4(a)のReT(f,0)のフ
ォーカスシフトΔ1と図4(b)のT(f,−f)のフ
ォーカスシフトΔ2は、開口の10割の球面収差量が正
のときには、 0<Δ1<Δ2 になっていて、開口の10割の球面収差量が負のときに
は、 Δ2<Δ1<0 になっている。ここに、ポジタイプの感光材とネガタイ
プの感光材で最適球面収差の正負が分かれる本質が在
る。具体的な球面収差の最適量はパターン・サイズなど
種々の条件で変わってくるが、過度の球面収差は光学像
のコントラストの低下をもたらすので、開口の10割の
縦の球面収差量をΔSとするとき、投影光学系の開口数
をNA、露光光の波長をλとして、ΔSを次の範囲内に
設定するのが望ましい。 −5λ /(NA2 )<ΔS<0
The focus shift Δ1 of ReT (f, 0) in FIG. 4A and the focus shift Δ2 of T (f, −f) in FIG. 4B have a spherical aberration of 100% of the aperture. When positive, 0 <Δ1 <Δ2, and when 100% of the spherical aberration of the aperture is negative, Δ2 <Δ1 <0. Here, there is the essence that the positive and negative of the optimum spherical aberration are divided between the positive type photosensitive material and the negative type photosensitive material. Although the specific optimal amount of spherical aberration varies depending on various conditions such as the pattern size, excessive spherical aberration causes a decrease in the contrast of an optical image. In this case, it is desirable to set ΔS in the following range, where NA is the numerical aperture of the projection optical system and λ is the wavelength of the exposure light. −5λ / (NA 2 ) <ΔS <0

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の一実施例の投影露光装置につ
き図1を参照して説明する。図1は本例の投影露光装置
を示し、この図1において、照明光学装置1から供給さ
れる露光用照明光(露光光)は、コンデンサーレンズ2
を経てレチクル3の下面の所定のパターン3aを均一に
照明する。レチクル3上のパターン3aは、収差可変手
段17(後述)及び投影光学系4によってウエハステー
ジ5に載置されたウエハ6上に縮小投影される。本例の
ウエハ6上にはネガレジストが塗布されている。照明光
学装置1における露光光の波長λ及び照明系としての開
口数(NA)等の照明情報が照明情報入力手段11を介
してコンピュータよりなる演算手段12に供給され、レ
チクル3上に形成されているパターン3aの線幅等に関
する投影パターンの情報が投影パターン情報入力手段1
3を介して演算手段12に供給される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projection exposure apparatus according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, illumination light for exposure (exposure light) supplied from an illumination optical device 1 is a condenser lens 2.
After that, the predetermined pattern 3a on the lower surface of the reticle 3 is uniformly illuminated. The pattern 3a on the reticle 3 is reduced and projected on the wafer 6 mounted on the wafer stage 5 by the aberration varying means 17 (described later) and the projection optical system 4. On the wafer 6 of this example, a negative resist is applied. Illumination information such as the wavelength λ of the exposure light in the illumination optical device 1 and the numerical aperture (NA) as an illumination system is supplied to an arithmetic unit 12 composed of a computer via an illumination information input unit 11 and formed on a reticle 3. The information on the projection pattern relating to the line width of the pattern 3a is
The data is supplied to the calculation means 12 via the control unit 3.

【0023】また、ウエハ6の材質、ウエハ6に塗布さ
れたネガレジストの種類及びレジストの厚さ等の被露光
体の情報が、被露光体情報入力手段14を介して演算手
段12に供給される。そして、投影光学系4の絞り値、
即ち開口数(NA)の情報も絞り情報入力手段15を介
して演算手段12に供給される。このような種々の情報
に基づいて、演算手段12は収差可変手段17及び投影
光学系4よりなる光学系の最適な球面収差量を求め、収
差可変駆動手段16を介して収差可変手段17により所
望の球面収差を発生させ、パターン3aの線幅に応じた
適切な焦点深度の状態を得ることができる。
Information on the object to be exposed, such as the material of the wafer 6, the type of the negative resist applied to the wafer 6, and the thickness of the resist, is supplied to the arithmetic means 12 through the object information inputting means 14. You. And the aperture value of the projection optical system 4,
That is, information on the numerical aperture (NA) is also supplied to the calculating means 12 via the aperture information input means 15. Based on such various information, the calculating means 12 obtains the optimum amount of spherical aberration of the optical system composed of the aberration varying means 17 and the projection optical system 4, and obtains the desired spherical aberration amount via the aberration varying driving means 16. And a state of appropriate depth of focus according to the line width of the pattern 3a can be obtained.

【0024】ところで、投影パターン情報入力手段13
からのレチクル3上のパターンの微細度の情報及び照明
情報入力手段11からの照明条件の情報より、演算手段
12は、投影光学系4の最適絞り値を演算により求め、
絞り制御手段18を介して投影光学系4の絞り値(開口
数)を最適絞り値(最適開口数)に設定することができ
る。そして、この場合には、絞り情報入力手段15を介
することなく演算手段12によって求められた最適絞り
値に基づいて、演算手段12は収差可変手段17を用い
て、収差可変手段17及び投影光学系4よりなる光学系
の球面収差量を最適値に設定することができる。
Incidentally, the projection pattern information input means 13
The calculation means 12 calculates the optimum aperture value of the projection optical system 4 from the information on the fineness of the pattern on the reticle 3 and the information on the illumination conditions from the illumination information input means 11,
The aperture value (numerical aperture) of the projection optical system 4 can be set to the optimal aperture value (optimal numerical aperture) via the aperture control means 18. In this case, based on the optimum aperture value obtained by the calculating means 12 without passing through the aperture information inputting means 15, the calculating means 12 uses the aberration changing means 17 and the aberration changing means 17 and the projection optical system. The spherical aberration amount of the optical system 4 can be set to an optimum value.

【0025】本実施例の収差可変手段17は、投影光学
系4の光軸に垂直な方向に出し入れ自在で且つ厚さが可
変の光透過性の平行平面板より構成されている。そし
て、平行平面板を球面波が通過することによって正の球
面収差が発生する現象を用いて、投影光学系4の球面収
差量を制御することができる。そして、投影光学系4の
球面収差をアンダーに補正しておき、集光又は発散光束
中に平行平面板を挿入することによって球面収差を正側
に調整することができ、この平行平面板の厚さを変える
ことによって、投影光学系4の球面収差を任意に制御す
ることができる。
The aberration varying means 17 of this embodiment is composed of a light-transmissive parallel flat plate whose thickness can be freely changed in and out of the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system 4. The amount of spherical aberration of the projection optical system 4 can be controlled by using a phenomenon in which a positive spherical aberration is generated when a spherical wave passes through a parallel plane plate. Then, the spherical aberration of the projection optical system 4 is corrected to be under, and the spherical aberration can be adjusted to the positive side by inserting a parallel plane plate into the condensed or divergent light beam. By changing the distance, the spherical aberration of the projection optical system 4 can be arbitrarily controlled.

【0026】具体的に収差可変手段17の一例は、図2
(a)に示す厚さの異なる2枚の平行平板ガラス19及
び20であり、平行平板ガラス19及び20を交互に光
路に挿入することにより球面収差量を変えることができ
る。また、収差可変手段17の他の例は、図2(b)に
示す2枚の楔プリズム21及び22であり、これら楔プ
リズム21及び22を互いに逆方向に移動することによ
って連続的に平行平面板の厚さを変えることができる。
また、収差可変手段17として、図2(c)に示すよう
に、2枚の平行平板ガラス23及び24の間に透明流体
25を充填した機構を使用して、2枚の平行平板ガラス
23及び24の間隔Δdを変えることによっても所望の
球面収差量を付与することができる。
A specific example of the aberration varying means 17 is shown in FIG.
2A shows two parallel flat glasses 19 and 20 having different thicknesses, and the amount of spherical aberration can be changed by alternately inserting the parallel flat glasses 19 and 20 into the optical path. Another example of the aberration varying unit 17 is the two wedge prisms 21 and 22 shown in FIG. 2B. The thickness of the face plate can be changed.
Also, as shown in FIG. 2C, a mechanism in which a transparent fluid 25 is filled between two parallel flat glass plates 23 and 24 is used as the aberration changing unit 17, and two parallel flat glass plates 23 and 24 are used. The desired amount of spherical aberration can also be imparted by changing the interval Δd of 24.

【0027】次に、図1の投影光学系4及び収差可変手
段17を合わせた光学系の縦の球面収差の特性の一例に
つき説明する。本実施例ではウエハ6上にはネガレジス
トが塗布されているので、開口の10割に相当する球面
収差量が補正不足、即ち負になるように設定する。図1
のように投影光学系4に対するレチクル3側の開口半角
をθRとした場合、投影光学系4の光軸に対する傾斜角
がθRの露光光の球面収差量が開口の10割に相当する
球面収差量である。従って、本例の投影光学系4及び収
差可変手段17を合わせた光学系の球面収差の特性の一
例は図3(a)に示す曲線26A又は26B等である。
収差可変手段17としての平行平面板の厚さを増すこと
により、球面収差を曲線26Aから曲線26Bの方向に
変えることができる。
Next, an example of the characteristic of the vertical spherical aberration of the optical system combining the projection optical system 4 and the aberration varying means 17 of FIG. 1 will be described. In this embodiment, since a negative resist is applied on the wafer 6, the amount of spherical aberration corresponding to 100% of the aperture is set to be insufficiently corrected, that is, set to be negative. FIG.
Assuming that the half angle of the opening on the reticle 3 side with respect to the projection optical system 4 is θR, the spherical aberration amount of the exposure light whose inclination angle with respect to the optical axis of the projection optical system 4 is θR is equivalent to 100% of the aperture. It is. Accordingly, an example of the spherical aberration characteristic of the optical system including the projection optical system 4 and the aberration varying unit 17 of the present example is the curve 26A or 26B shown in FIG.
By increasing the thickness of the plane-parallel plate as the aberration varying means 17, the spherical aberration can be changed from the curve 26A to the curve 26B.

【0028】このように、開口の10割に相当する縦の
球面収差量が負になると、ウエハ6上では露光光の明部
の合焦位置が露光光の暗部の合焦位置に対して投影光学
系4の方向に近くなる。従って、現像後に投影光学系4
に対して暗部が凹部となり明部が凸部になるネガレジス
トを使用した場合、レチクル3のパターンの像に対応す
るウエハ6上のレジストのプロファイル(断面形状)が
良好になり、レチクル3のパターンの像を実質的に深い
焦点深度で且つ高い解像度で転写することができる。
As described above, when the amount of vertical spherical aberration corresponding to 100% of the aperture becomes negative, the focus position of the bright portion of the exposure light on the wafer 6 is projected onto the focus position of the dark portion of the exposure light. It becomes closer to the direction of the optical system 4. Therefore, after development, the projection optical system 4
In contrast, when a negative resist in which a dark part becomes a concave part and a light part becomes a convex part is used, the profile (cross-sectional shape) of the resist on the wafer 6 corresponding to the pattern image of the reticle 3 becomes good, and the pattern of the reticle 3 becomes Can be transferred with a substantially deeper depth of focus and higher resolution.

【0029】また、上述実施例において、投影光学系4
をレチクル3側においてもテレセントリックな構成とし
て、収差可変手段17を投影光学系4のレチクル3側に
配置することが望ましい。これは、光束がテレセントリ
ックになっている部分に平行平面板を挿入すると球面収
差のみが変化して、他の収差(コマ収差、非点収差等)
に影響を与えないようにできるからである。また、縮小
投影露光装置としては、投影光学系4とウエハ6との間
が一般的にテレセントリックに構成されているため、投
影光学系4のウエハ6側に収差可変手段17を挿入する
ことも考えられるが、この配置では作動距離が短くなる
等の制約がある。
In the above embodiment, the projection optical system 4
Is preferably telecentric on the reticle 3 side as well, and the aberration varying means 17 is preferably arranged on the reticle 3 side of the projection optical system 4. This is because when a parallel plane plate is inserted into the part where the light beam is telecentric, only the spherical aberration changes, and other aberrations (coma aberration, astigmatism, etc.)
Is not affected. Further, in the reduction projection exposure apparatus, since the space between the projection optical system 4 and the wafer 6 is generally telecentric, it is also conceivable to insert the aberration varying means 17 on the wafer 6 side of the projection optical system 4. However, this arrangement has limitations such as a short working distance.

【0030】但し、実際に投影光学系4及び収差可変手
段17を合わせた光学系の球面収差の特性として最も望
ましいのは、図3(b)の曲線27で示すように、光軸
に近い部分で正で、それから0となった後に開口の10
割の位置R10まで負で絶対値が次第に大きくなるもの
である。また、過度の球面収差は光学像のコントラスト
の低下をもたらすので、開口の10割の縦の球面収差量
をΔSとするとき、投影光学系4の開口数をNA、露光
光の波長をλとして、ΔSを次の範囲内に設定するのが
望ましい。 −5λ /(NA2 )<ΔS<0
However, the most desirable spherical aberration characteristic of the optical system in which the projection optical system 4 and the aberration varying means 17 are actually combined is as shown by a curve 27 in FIG. Is positive, then 10
The absolute value becomes negative and gradually increases up to the split position R10. Further, since excessive spherical aberration causes a decrease in the contrast of an optical image, when the amount of vertical spherical aberration of 100% of the aperture is ΔS, the numerical aperture of the projection optical system 4 is NA, and the wavelength of the exposure light is λ. , ΔS are desirably set within the following ranges. −5λ / (NA 2 ) <ΔS <0

【0031】そして、球面収差量を図3(b)のような
特性で制御するには、投影光学系4を構成する複数のレ
ンズ群の内の所定のレンズ群を光軸方向に移動させるよ
うにしてもよい。この場合、他の非対称収差(コマ収
差、非点収差等)を発生させないように、投影光学系4
を構成する複数のレンズ群の移動を組み合わせて球面収
差量だけを変化させるようにすればよい。なお、本発明
は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
In order to control the amount of spherical aberration with a characteristic as shown in FIG. 3B, a predetermined lens group among a plurality of lens groups constituting the projection optical system 4 is moved in the optical axis direction. It may be. In this case, the projection optical system 4 does not generate other asymmetric aberrations (coma aberration, astigmatism, etc.).
May be changed only by combining the movements of a plurality of lens groups constituting the above. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、基板に塗布された感光
材がネガタイプであるときに、そのパターンをその基板
上へ投影する際のその投影光学系の縦の球面収差を補正
不足にしたため、露光光の明部の合焦位置が暗部の合焦
位置に対して投影光学系の側に近づく。従って、現像に
より明部が投影光学系に対して凸部で暗部が凹部になる
ネガタイプの感光材を用いた場合に、感光材のプロファ
イルが良好になり充分な焦点深度を確保することがで
き、解像度が改善される利点がある。
According to the present invention, a photosensitive material coated on a substrate is provided.
When the material is negative type, the pattern is
Corrects vertical spherical aberration of the projection optics when projecting upwards
Due to the shortage, the focus position of the bright part of the exposure light approaches the projection optical system side with respect to the focus position of the dark part. Therefore, when a negative type photosensitive material is used in which a bright part is a convex part and a dark part is a concave part with respect to the projection optical system by development, the profile of the photosensitive material becomes good, and a sufficient depth of focus can be secured. There is an advantage that the resolution is improved.

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

【図1】本発明の一実施例の投影露光装置を示す概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1の収差可変手段17の一例を示す
側面図、(b)は収差可変手段17の他の例を示す側面
図、(c)は収差可変手段17の更に他の例を示す側面
図である。
2A is a side view showing an example of the aberration varying unit 17 of FIG. 1, FIG. 2B is a side view showing another example of the aberration varying unit 17, and FIG. It is a side view which shows the example of.

【図3】(a)は図1の実施例の縦の球面収差の一例を
示す収差図、(b)はその実施例の縦の球面収差の他の
例を示す収差図である。
3A is an aberration diagram illustrating an example of vertical spherical aberration of the embodiment of FIG. 1, and FIG. 3B is an aberration diagram illustrating another example of vertical spherical aberration of the embodiment.

【図4】本発明の原理の説明において、デフォーカス量
を変えた場合の種々の光学量の変化を示す特性図であ
る。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing various changes in optical amounts when the amount of defocus is changed in the description of the principle of the present invention.

【図5】感光材のプロファイルの一例を示す拡大断面図
である。
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing an example of a profile of a photosensitive material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 照明光学装置 2 コンデンサーレンズ 3 レチクル 4 投影光学系 6 ウエハ 12 演算手段 16 収差可変駆動手段 17 収差可変手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination optical device 2 Condenser lens 3 Reticle 4 Projection optical system 6 Wafer 12 Operation means 16 Aberration variable drive means 17 Aberration variable means

フロントページの続き (72)発明者 亀山 雅臣 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 特開 平2−278811(JP,A) 特開 平2−234411(JP,A) 特開 昭64−61716(JP,A) 特開 平3−11720(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/207 Continuation of the front page (72) Inventor Masaomi Kameyama 3-2-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation (56) References JP-A-2-278811 (JP, A) JP-A-2-234411 (JP) , A) JP-A-64-61716 (JP, A) JP-A-3-11720 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 7/207

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パターンが形成されたマスクを露光光で
照明する照明光学系と、前記パターンを感光材が塗布さ
れた基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装
置において、 前記基板に塗布された感光材がネガタイプであるとき
に、前記パターンを前記基板上へ投影する際の前記投影
光学系の縦の球面収差を補正不足にしたことを特徴とす
る投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for illuminating a mask on which a pattern is formed with exposure light; and a projection optical system for projecting the pattern onto a substrate coated with a photosensitive material. A projection exposure apparatus, wherein when the applied photosensitive material is of a negative type, vertical spherical aberration of the projection optical system when projecting the pattern onto the substrate is insufficiently corrected.
【請求項2】 前記投影光学系の縦の球面収差に関し
て、前記投影光学系における10割の開口に相当する球
面収差量を補正不足に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 projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an amount of spherical aberration corresponding to 100% of the aperture in the projection optical system is insufficiently corrected for vertical spherical aberration of the projection optical system.
【請求項3】 前記投影光学系の縦の球面収差量を可変
とする収差可変手段を有することを特徴とする請求項2
記載の投影露光装置。
3. An apparatus according to claim 2, further comprising an aberration changing unit that changes an amount of vertical spherical aberration of said projection optical system.
The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記露光光の波長をλとし、前記投影光
学系の開口数をNAとし、前記10割の開口に相当する
球面収差量を△Sとしたとき、次の条件を満足すること
を特徴とする請求項2記載の投影露光装置。 一5λ/(NA2 )<△S<0
4. When the wavelength of the exposure light is λ, the numerical aperture of the projection optical system is NA, and the amount of spherical aberration corresponding to the 100% aperture is ΔS, the following condition is satisfied. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein: One 5λ / (NA 2 ) <△ S <0
【請求項5】 パターンが形成されたマスクを露光光で
照明し、投影光学系を介して前記パターンを感光材が塗
布された基板上に投影する投影露光方法において、 前記基板に塗布された感光材がネガタイプであるとき
に、前記パターンを前記基板上へ投影する際の前記投影
光学系の縦の球面収差を補正不足にしたことを特徴とす
る投影露光方法。
5. A projection exposure method in which a mask on which a pattern is formed is illuminated with exposure light and the pattern is projected onto a substrate coated with a photosensitive material via a projection optical system, the method comprising: A projection exposure method, wherein when the material is of a negative type, correction of longitudinal spherical aberration of the projection optical system when projecting the pattern onto the substrate is insufficient.
【請求項6】 前記投影光学系の縦の球面収差に関し
て、10割の開口に相当する球面収差量を補正不足にす
ることを特徴とする請求項5記載の投影露光方法。
6. The projection exposure method according to claim 5, wherein the amount of spherical aberration corresponding to 100% of the aperture is insufficiently corrected for the vertical spherical aberration of the projection optical system.
【請求項7】 前記露光光の波長をλとし、前記投影光
学系の開口数をNAとし、前記10割の開口に相当する
球面収差量を△Sとしたとき、次の条件を満足すること
を特徴とする請求項6記載の投影露光方法。 一5λ/(NA2 )<△S<0
7. When the wavelength of the exposure light is λ, the numerical aperture of the projection optical system is NA, and the amount of spherical aberration corresponding to the 100% aperture is ΔS, the following condition is satisfied. The projection exposure method according to claim 6, wherein: One 5λ / (NA 2 ) <△ S <0
【請求項8】 請求項5〜7の何れか一項記載の投影露
光方法を用いることを特徴とする半導体素子の製造方
法。
8. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using the projection exposure method according to claim 5. Description:
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