JPH0652704B2 - 投影露光方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば半導体装置の製造における半導体ウエ
ハ焼付け装置などで使用され、所定パターンの投影を行
う投影露光方法および装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の投影露光装置は、所定パターンが形成されたマス
クないしレチクル（以下単に「マスク」と総称する）を
透過する光を露光に利用したものである。マスクとして
は、ガラスなどの光透過性の基板に対し、クロムなどの
遮光物質によって必要なパターンを形成したものが使用
される。このマスクの一方の面側から適宜の光源により
光を照射すると、パターン部分を除いて光が他方の面側
に透過する。この透過光は所定の投影光学系に入射し、
それによって所定の感光レジストを塗布したウエハ上に
前記パターンの像の投影が行なわれることになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、以上のような投影露光装置においては、マス
ク基板上の光が透過すべき部分に光を遮る塵埃、指紋あ
るいは傷などが存在すると、これらによって透過すべき
光が局部的に遮られるようになる。このため、これら塵
埃等の像も投影されることとなり、本来の投影されるべ
きパターンに悪影響を与えることとなる。従って、半導
体ウエハ上に形成されるエレメントあるいは回路の不良
などを招き、生産効率が低下することとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、上記
従来技術の欠点を改善し、塵埃等による投影パターンに
対する不良発生を低減することができる投影露光方法及
び装置を提供することをその目的するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を達成するために、本発明による投影露光方
法では、所定の厚みを有する基板の一方の表面に原画パ
ターンを形成してなるマスク基板に露光用のエネルギー
線を照射し、前記原画パターンに対応したエネルギー分
布を感応性基板上に投影露光するに際して、前記マスク
基板の原画パターンは前記エネルギー線に対して反射性
をもつ物質によって形成され、前記マスク基板に前記エ
ネルギー線を照射することによって前記原画パターンを
構成する物質から反射エネルギー線が発生され、該反射
エネルギー線が前記感応性基板上で前記原画パターンと
相似のエネルギー分布となるように所定倍率の投影系を
介して前記感応性基板に導かれる。

この場合、好ましくは前記マスク基板は前記エネルギー
線に対して透過性の基板の一方の表面に前記物質を密着
させた状態に形成され、前記露光用のエネルギー線は前
記透過性の基板の他方の表面側に照射され、これによっ
て前記反射エネルギー線が前記透過性の基板の他方の表
面側から発生されるようにする。

また本発明による投影露光装置においては、所定厚みの
平行面を有する透明基板の一方の表面に原画パターンを
形成してなるマスク基板に対して露光用の照明光を照射
する照明系と、前記原画パターンに対応した光分布を感
光性基板に結像投影する投影系とが備えられており、特
に前述の課題を達成するために、前記マスク基板の原画
パターンを前記照明光に対して反射性をもつ物質によっ
て形成し、前記マスク基板と感光性基板との間の投影光
路中に、前記照明系からの照明光を前記マスク基板に導
くと共に前記原画パターンを構成する物質からの反射光
を前記投影系を介して前記感光性基板に導く導光手段を
配置してある。

この場合、好ましい一つの態様では前記導光手段が前記
照明系からの照明光の前記マスク基板への照明光路と前
記投影光路との共通光路中に配置された光路分割器を含
んでいる。

また別の好ましい態様では、前記照明系は前記マスク基
板の原画パターンが形成された一方の表面の反対側の面
から前記照明光を照射するように配置され、前記導光手
段は前記原画パターンを構成する物質で反射されて前記
透明基板を通過した反射光を前記投影系へ導くように配
置される。

前記導光手段が前記光路分割器を含む場合、好ましい一
つの態様によれば前記照明系は前記照明光に特定の偏光
特性を与えるように構成され、前記光路分割器は偏光ビ
ームスプリッタによって構成される。

更に別の好ましい態様によれば、前記投影系は投影レン
ズ系またはミラー投影系のいずれか一方によって構成さ
れ、前記照明系は前記照明光を発する光源として放電灯
またはレーザのいずか一方を含んでいる。

更に別の好ましい態様によれば、前記マスク基板は前記
原画パターンを形成した透明基板の表面に反射防止コー
トを有しており、それによって前記透明基板上で前記原
画パターンを構成する物質が存在しない部分からの反射
光が低減されるように対策が講じられている。

［作用］ 本発明による投影露光方法及び装置では、感光性基板へ
のマスクパターンの投影露光にマスク基板からの透過光
ではなく反射光が使用される。

すなわち、本発明の基本原理を示す第１図と共に本発明
の作用を説明すれば、第１図において、まず照明光は、
光路分割を行なうミラープリズム（以下単に「ハーフプ
リズム」という）１０に対して図の右方から矢印ＦＡの
如く入射される。マスク１２はハーフプリズム１０の上
方に配置されており、矢印ＦＡの如く入射した照明光は
ハーフプリズム１０の作用によりマスク１２をその下面
から照明する。

このマスク１２は、例えば平行平坦面を有するガラス基
板１４の上面に真空蒸着などの方法によってクロムなど
の遮光物質（以下単にパターン形成体という）１６によ
る所定のパターンを形成したものである。尚、ここでは
ガラス基板１４上のパターンのうち、光が透過する部分
には異物１８が付着しているものとする。また照明光は
マスク１２のガラス基板１４の下面側、すなわちパター
ン形成体１６が設けられていない側のガラス面から入射
するようになっている。

ガラス基板１４に入射する照明光のうち、パターン形成
体１６或いは異物１８以外の部分に入射した光は矢印Ｆ
Ｂの如くガラス基板１４をほぼ透過する。

一方、パターン形成体１６の部分に入射した光は、入射
面が平坦でしかもパターン形成体１６が平坦面に真空蒸
着等でクロムなどの金属遮光膜を設けたものであること
から、鏡面反射によって矢印ＦＣの如く入射光と逆の光
路をたどることになる。この反射光はハーフプリズム１
０を真下へ向けて通過する。

他方、異物１８の部分に入射した照明光は、一般に異物
が不定形であるので殆どが矢印ＦＤの如く散乱され、異
物１８からの反射光がハーフプリズム１０へ入射する恐
れは極めて僅かとなる。

このため、マスク１２の下方に配置される投影光学系
（図示せず）には主としてパターン形成体１６のパター
ン形状に対応する前記反射光ＦＣが入射することとな
る。すなわち、投影光学系に対する入射光のパターン
は、矢印ＦＢで示す透過光に対応する領域２０と、矢印
ＦＣで示す反射光に対応する領域２２と、矢印ＦＤで示
す散乱光に対応する領域２４とからなるものの、領域２
２を除いて実質的に暗部となる。尚、領域２４は領域２
０に対して同等か又はそれ以下の光量である。

以上は異物１８がパターン形成体１６と同一の面側にあ
る場合であるが、異物１８がガラス基板１４の下面側に
付着している場合は、照明光が異物によって散乱される
ので投影光学系へ向う反射成分が少ないことに加えて、
ガラス基板１４の厚みによりパターン形成体１６との焦
点位置のずれも作用することとなる。このため、異物１
８の像は投影光学系の結像面側でデフォーカスされ、異
物１８の像が感光性基板に欠陥像として投影されるおそ
れは一層少なくなる。

尚、上述した第１図の場合とは反対に、マスク１２の上
下面をひっくり返して、マスク１２のパターン面側に照
明光を下から入射させるようにした場合であっても、パ
ターン形成体１６の表面を鏡面として反射率を高めるよ
うすれば、パターン形成体１６以外の部分に付着した異
物１８に入射する照明光の散乱によって同様の効果を得
ることができるが、この方法では、パターン形成体１６
の表面上に異物１８が付着した場合に異物部分の照明光
が散乱されて投影光学系への入射光が局部的に減光され
ることとなり、感光性基板上に投影されるパターン像に
局部的な影響を与えて好ましくない。このような点か
ら、照明光は第１図に示すようにマスク１２のパターン
形成体１６が形成されていない側のガラス面側に入射さ
せるようにした方がよい。また、このようにすれば、異
物１８による散乱光はその殆どがガラス基板１４内にお
ける内部反射により減衰散乱され、投影光学系に至る不
要光が一層微弱になるという効果がある。

以上のように、本発明では、マスク１２からの反射光を
投影露光に利用するので、パターン形成体１６による光
の反射率は高くすればするほど好ましい結果が得られ
る。また、照明用の光源も光量の大きなものが好まし
く、このような光源としては、例えば超高圧水銀放電
灯、あるいはパルス発光タイプのエキシマレーザ等が好
適である。

［実施例］ 以下、本発明にかかる投影光学装置を添付図面に示す実
施例に基づいて詳細に説明する。

第２図は本発明の第１実施例を示しており、この実施例
は、本発明を半導体ウエハ焼付け装置の１つである縮小
投影型露光装置に適用した例である。

第２図において、露光光源１００の背後には楕円鏡１０
２が設けられており、露光光源１００の光が集光される
ようになっている。集光された光は干渉フィルタ１０４
により単色化され、更にはフライアイインテグレータ１
０６に入射して均一な照度分布の光に変換されるように
なっている。

フライアイインテグレータ１０６の次にはコンデンサレ
ンズ１０８が配置されており、均一な照度分布に変換さ
れた光がほぼ平行光線化されるようになっている。この
平行光線化された光はハーフプリズム１０に照明光とし
て入射する。尚、以下の説明において、楕円鏡１０２、
干渉フィルタ１０４、フライアイインテグレータ１０６
及びコンデンサレンズ１０８を照明光学系１１０と総称
することとする。

ハーフプリズム１０は第１図について先の説明したもの
と同様のものであり、その上方にはマスク１２が配置さ
れている。マスク１２は、ガラス基板１４のパターン面
側の端縁部が真空チャック１１２によって固定支持され
ている。すなわち、真空チャック１１２に設けられてい
る真空配管１１４から図示しない排気系により排気を行
なうことにより、真空チャック１１２にマスク１２が吸
着保持されている。尚、本実施例では、マスク１２の下
方、すなわちガラス基板１４のガラス面側から照明光が
入射しガラス基板１４のパターン面に密着形成されたパ
ターン形成体１６による反射光の投影露光に利用するの
で、これらの照明光の入射或いは反射を妨げることがな
いようにするためにマスク１２の上面側で支持が行なわ
れている。

他方、ハーフプリズム１０の下方、すなわちマスク１２
と反対側の位置には投影光学系（縮小投影レンズ）１１
６が配置されており、更にその下方には、被転写体であ
るウエハ１１８が配置されている。尚、投影光学系１１
６としては、縮小投影レンズ以外に、等倍投影レンズ、
等倍ミラープロジェクションなどが使用されることもあ
る。

次に、上記第１実施例の全体的作用について説明する。
まず、露光光源１００から照射された光は、照明光学系
１１０により単色の均一な照度分布を有する平行光線に
変換され、図の右方からハーフプリズム１０に入射す
る。この照明光はハーフプリズム１０によって上方に光
路が変更され、ガラス基板１４の下面、すなわちガラス
面側からマスク１２に入射する。

入射した照明光の一部はパターン形成体１６によって反
射され、この反射光は逆進してハーフプリズム１０を通
過し、投影光学系１１６に入射する。そして、この投影
光学系１１６によりウエハ１１８の被転写面上にパター
ン形成体１６のパターン１２０が結像される。

尚、マスク１２のガラス基板１４ではそのガラス面でも
照明光が反射されるが、これはパターン形成体１６によ
る反射光に比べて極めて少ない。また、照明光のうち異
物１８に入射したものは、第１図において説明したよう
にほとんど散乱されることとなる。このため、欠陥を生
じるような異物１８の像がウエハ１１８上に結像される
ことはない。

次に、第３図は本発明の第２実施例を示しており、第１
図または第２図中のものと同様の構成部分については同
一の符号を用いている。

この第２実施例では、上述した第２図に示す第１実施例
と比較して、光路分割手段としてハーフプリズム１０の
代りに光の偏光方向により光路を変更する偏光ビームス
プリッタ２００を用いており、偏光板２０２及び４分の
１波長板（以下これをλ／４波長板という）２０４を組
合せている点で異なっている。

詳述すると、偏光ビームスプリッタ２００とコンデンサ
レンズ１０８との間には偏光板２０２が配置されてお
り、また偏光ビームスプリッタ２００とマスク１２のガ
ラス基板１４との間にはλ／４波長板２０４が配置され
ている。

本実施例の作用について説明すると、コンデンサレンズ
１０８からは干渉フィルタ１０４によって単色化された
光が出力されるが、これが偏光板２０２によって一定の
偏光を受けた後に偏光ビームスプリッタ２００に入射す
る。偏光ビームスプリッタ２００は、この偏光された入
射光をほぼ１００％の反射率で上方すなわちマスク１２
の方向に向わせる。

この上方に向けられた照明光は、λ／４波長板２０４に
よって所定の向きの円偏光となってマスク１２に入射す
る。この入射円偏光がパターン形成体１６によって反射
されると、この反射光は入射円偏光に対して逆回転の円
偏光となる。この光が再びλ／４波長板２０４を通過す
ると、偏光面が入射光とは逆に傾いた直線偏光の光とな
る。すなわち偏光ビームスプリッタ２００からλ／４波
長板２０４に入射する光と、λ／４波長板２０４から偏
光ビームスプリッタ２００に入射する光とでは偏光面が
９０゜異なった状態となる。このため、パターン形成体
１６によって反射された光は、偏光ビームスプリッタ２
００内を下方へ直進して投影光学系１１６に入射するこ
ととなる。

以上のように、この第２実施例では、照明光に適宜の偏
光を与えて入射光と反射光とを分離するようにしている
ので、フォトマスク１２に入射する照明光及びウエハ１
１８に入射する光の光量の減少が防止される。

第４図は本発明の第３実施例を示しており、この場合も
図中符号については、前述した第１図〜第３図のものと
同様の構成部分については同一の符号を用いている。

この第３実施例では、上述した第２図に示す第１実施例
と比較して、特定の液体を満たした液槽３００を用いる
点で異なっている。

詳述すると、液槽３００はマスク１２の下方に設けられ
ており、内部には液体３０２が満たされている。この液
体３０２にはマスク１２のガラス基板１４のガラス面側
が浸されており、このガラス基板１４の屈折率と液体３
０２の屈折率とがほぼ同じになるように液体３０２の組
成が選ばれている。また、液槽３００の下側、すなわち
ハーフプリズム１０側は透明なガラス面３０４によって
構成されており、このガラス面３０４は高精度の平面度
を備えている。

本実施例の作用について説明すると、照明光学系１１０
からハーフプリズム１０に入射した照明光は、ハーフプ
リズム１０により上方へ反射されて液槽３００に入射
し、更にはマスク１２に入射する。また、マスク１２の
パターン形成体１６によって反射された光は逆進して再
び液槽３００を通過し、ハーフプリズム１０を通過して
投影光学系１１６に入射する。以上の照明光の入射・反
射過程において、まず、液槽３００のガラス面３０４は
平面度が高められており、従って光学系の収差発生など
が防止される。また、マスク１２のガラス基板１４は、
マスク形成工程の関係上、必ずしも平面度、特にガラス
面側の平面度を高めることができない場合があり、また
その厚さも個々のマスクで等しくなるようには十分制御
できない場合がある。このようなガラス基板１４の平面
度やマスク毎のガラス基板の厚さの不揃いは、液槽３０
０内の液体３０２によって是正されることとなる。この
ようにして、ガラス基板１４のガラス面側における光学
的光路長をガラス基板１４の全面に渡って均一にし、投
影光学系１１６を用いた光学系の収差をガラス基板１４
の厚さや平面度のバラツキに左右されず一定とし、精密
な投影光学系を構成することができる。また、ガラス基
板１４のガラス面側での反射も抑制することができる。

以上のように、この第３実施例は、マスク１２のガラス
基板１４のガラス面すなわち下面側の平面度が悪いと
き、あるいは個々のマスク１２の厚さを十分均一に制御
することができない場合に特に有効である。

尚、本発明は前述の各実施例に限定されるものではな
く、例えば、マスク１２のガラス基板１４のパターン面
に対して反射防止用のコーティングを施すことにより、
投影光学系１１６に入射する照明光のうち、パターンに
対応しない暗部（マスク１２の透明部）の光を一層低減
するようにした場合も本発明の範疇に包含されるもので
ある。

また、前述のいずれの実施例もマスク上に付着した異物
についての対策として主に説明したが、本発明はマスク
の基板上の傷などについても同様の効果を奏するもので
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、マスクによる反
射光を利用して原画パターンの投影露光を行なうので、
パターン形成体のパターンのみが良好に投影され、異
物、塵埃或いはマスク基板の傷などの不要パターンは実
質的に投影されず、従って、マスクの洗浄や検査などの
手間が簡略化されることとなり、半導体装置の製造にお
ける省力化および生産性向上を図ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な原理を示す説明図、第２図は
本発明の第１実施例を示す構成図、第３図は本発明の第
２実施例を示す構成図、第４図は本発明の第３実施例を
示す構成図である。 （主要部分の符号の説明） １０……ハーフプリズム、１２……マスク、１４……ガ
ラス基板、１６……パターン形成体、１８……異物、１
００……露光光源、１１０……照明光学系、１１６……
投影光学系、１１８……ウエハ、２００……偏光ビーム
スプリッタ、２０２……偏光板、２０４……λ／４波長
板。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の厚みを有する透過性の基板の一方の
   表面に原画パターンとなる物質を形成してなるマスク基
   板に露光用のエネルギー線を照射し、前記原画パターン
   に対応したエネルギー分布を感応性基板上に投影露光す
   る方法において、 前記マスク基板の一方の表面に、前記エネルギー線に対
   して反射性をもつ物質を密着させて形成しておき、前記
   マスク基板の他方の表面側から前記エネルギー線を照射
   することによって前記原画パターンを構成する物質で反
   射され、前記マスク基板の他方の表面から射出する反射
   エネルギー線を発生させ、該反射エネルギー線が前記感
   応性基板上で前記原画パターンと相似のエネルギー分布
   となるように、前記反射エネルギー線を所定倍率の投影
   系を介して前記感応性基板に導くことを特徴とする投影
   露光方法。
2. 【請求項２】所定厚みの平行面を有する透明基板の一方
   の表面に原画パターンを形成してなるマスク基板に対し
   て露光用の照明光を照射する照明系と、前記原画パター
   ンに対応した光分布を感応性基板に結像投影する投影系
   とを備えた投影露光装置において、 前記マスク基板の原画パターンは前記照明光に対して反
   射性をもつ物質によって形成され、前記マスク基板と感
   応性基板との間の投影光路中に配置され、前記照明系か
   らの照明光を前記マスク基板に導くと共に、前記原画パ
   ターンを構成する物質からの反射光を前記投影系を介し
   て前記感応性基板に導く光分割器と； 前記マスク基板の原画パターンが形成された一方の表面
   側を前記光分割器の反対に向けるように前記マスク基板
   を保持する保持部材とを設けたことを特徴とする投影露
   光装置。
3. 【請求項３】前記照明系は、前記マスク基板の原画パタ
   ーンが形成された一方の表面の反対側の面から前記照明
   光を照射するように配置され、前記光分割器は、前記原
   画パターンを構成する物質で反射されて前記透明基板を
   通過した反射光を前記投影系へ導くように配置されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の投影
   露光装置。
4. 【請求項４】前記照明系が前記照明光に特定の偏光特性
   を与えるように構成され、前記光分割器が偏光ビームス
   プリッタによって構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の投影露光装置。
5. 【請求項５】前記投影系が、投影レンズ系またはミラー
   投影系のいずれか一方によって構成され、前記照明系が
   前記照明光を発する光源として放電灯またはレーザのい
   ずれか一方を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】前記マスク基板が、前記原画パターンを形
   成した透明基板の表面に反射防止コートを有し、前記透
   明基板上で前記原画パターンを構成する物質が存在しな
   い部分からの反射光を低減させるようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項に記載の投影露光装置。