JPH09304917A

JPH09304917A - 露光方法

Info

Publication number: JPH09304917A
Application number: JP14351696A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井; Nobutaka Umagome; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】露光時間の短縮化を図ること。【解決手段】所定のパターン（４２、４２ａ）が形成
されたマスク（１２）に対して露光用の光（ＩＬ）を照
射し、そのパターン（４２ａ）を透過した光で感光基板
（１６）を露光する際に、パターン（４２ａ）の周辺に
照射される光（ＩＬ）をそのパターン（４２ａ）に集光
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク上のパター
ンを透過した光で感光基板を露光する露光方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程の１つである
露光工程（フォトリソグラフィ工程）においては、マス
クに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板
上に転写露光する。このような露光工程において、半導
体デバイスの高集積化の要請に伴い、複数の異なるパタ
ーンを感光基板上に重ねて露光する多重露光が行われ
る。このような多重露光に使用されるマスクパターンと
しては、微細なラインアンドスペースから成る回路パタ
ーンと、コンタクトホール用のパターン（以下、「ホー
ルパターン」と称する）とが混在する。そして、これら
回路パターン及びホールパターンは、それぞれ別々のマ
スクに形成される。すなわち、回路パターン専用のマス
クと、ホールパターン専用のマスクが使用される。そし
て、回路パターン用のマスクには、ラインアンドスペー
スの微細なパターンが微少間隔で形成される。また、ホ
ールパターン用のマスクには、ホールパターンが比較的
大きな間隔で点在形成される。

【０００３】ところで、感光基板上にポジタイプのフォ
トレジストを塗布し、マスクのパターン領域を透過した
光でそのレジストを露光するような場合には、マスク上
のパターン以外の領域に入射した光をクロム等で遮光す
る。このため、ホールパターン用のマスクを使用して露
光を行った場合には、マスクに入射した光の殆どが遮光
され、僅かな光のみで感光基板（フォトレジスト）を露
光することになる。

【０００４】図６には、従来の露光方法に使用されるホ
ールパターン用マスク１００の断面を示す。このマスク
１００は、ガラス基板１０１の片面（下面）にクロム膜
１０４によってコンタクトホール用のパターン１０６を
形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すホールパタ
ーン用のマスク１００を用いて露光を行った場合には、
マスク１００を照明する光１０２の殆どがクロム膜１０
４で反射され、ホールパターン１０６を透過した微量の
光のみが感光基板上に到達する。従って、感光基板上で
十分な露光量を得るためには、露光時間を長くする必要
がある。その結果、露光作業のスループットが低下する
という問題点があった。

【０００６】本発明は、上記のような状況に鑑みて成さ
れたものであり、露光時間の短縮化を図り得る露光方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、所定のパターン（４２、４２
ａ）が形成されたマスク（１２）に対して露光用の光
（ＩＬ）を照射し、そのパターン（４２ａ）を透過した
光で感光基板（１６）を露光する露光方法において、パ
ターン（４２ａ）の周辺に照射される光（ＩＬ）をその
パターン（４２ａ）に集光している。このような露光方
法は、特に、コンタクトホール形成用のパターン（４２
ａ）が形成されたマスク（１２）を使用した露光方法に
有効である。

【０００８】上記のような方法において、露光用の光
（ＩＬ）をパターン（４２ａ）に集光するためには、例
えば、マスク（１２）のパターン（４２ａ）に対応する
位置に集光レンズ（４４）を設ける。或いは、マスク
（４９，５０）内のパターン（５２ａ）に対応する位置
に集光レンズ（５４）を埋設する。この時、集光レンズ
（４４，５４）としては、フレネルレンズを用いること
ができる。露光用の光（ＩＬ）をパターン形成部分に集
光する他の方法としては、マスク（５５）をガラスを基
材（５６）として形成し、イオン注入等の方法により、
マスク（５５）中のパターン（５８ａ）に対応する位置
のガラス（５６）の屈折率をパターン（５８ａ）の中心
部から外周部に向かって小さくなるように設定する方法
を採用することができる。

【０００９】

【作用】上記のような本発明においては、パターン（４
２ａ）の周辺に照射される光（ＩＬ）をそのパターン
（４２ａ）に集光しているため、本来クロム膜等で反射
されるべき露光用の光（ＩＬ）がパターン（４２ａ）を
透過することになるため、露光用の光（ＩＬ）を有効に
利用することができる。その結果、光（ＩＬ）の照射時
間、すなわち、露光時間の短縮化を図ることができる。

【００１０】この時、マスク（１２）のパターン（４２
ａ）に対応する位置に集光レンズ（４４）を設けるよう
にすれば、比較的容易な構成で露光用の光（ＩＬ）をパ
ターン（４２ａ）部分に集光することができる。この
時、集光レンズ（４４，５４）として、フレネルレンズ
を用いた場合には、マスク（４６）上に突出する部分の
厚さを薄くすることができる。また、マスク（４９，５
０）内のパターン（５２ａ）に対応する位置に集光レン
ズ（５４）を埋設した場合には、マスク（４９）の表面
に凸部を形成する必要が無く、フラットなマスク（４
９）形状することができる。

【００１１】更に、イオン注入等の方法により、マスク
（５５）を構成するガラス基材（５６）中のパターン
（５８ａ）に対応する位置の屈折率をパターン（５８
ａ）の中心部から外周部に向かって小さくなるように設
定すれば、マスク（５５）自体の厚さを薄くできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を以下
に示す実施例に基づいて説明する。本実施例は、半導体
デバイス製造用の投影露光装置に本発明を適用したもの
である。

【００１３】

【実施例】最初に、本実施例にかかる投影露光装置の概
略構成を図１を参照して説明する。本実施例の投影露光
装置は、照明系１０から射出される照明光ＩＬによっ
て、レチクル１２上に形成された所定のパターンを投影
光学系１４を介してウエハ１６上に転写露光するもので
ある。投影光学系１４は、例えば、１／５の倍率でレチ
クル１２のパターンをウエハ１６上に投影するように構
成されている。ウエハ１６上には、照明系１０から出力
される照明光に対して感光性を有するフォトレジスト
（ポジタイプ）が塗布されている。照明系１０は、図示
しない超高圧の水銀ランプ及びフライアイレンズ等の複
数の光学素子から構成され、レチクル１２のパターン領
域を略均一な照度で照明するようになっている。

【００１４】レチクル１２は、レチクルステージ１８に
真空吸着によって固定されている。レチクル１２は、コ
ンタクトホール形成用のレチクルであり、レチクルのパ
ターン形成面にはクロム４２（図２参照）によってコン
タクトホール用のパターン（以下、「ホールパターン」
と称する）が複数形成されている。そして、ホールパタ
ーン４２ａ（図２参照）を透過した光によってウエハ１
６上のフォトレジストを露光する。

【００１５】ウエハ１６は、Ｚレベリングステージ２０
を介してＸＹステージ２２上に載置されている。Ｚレベ
リングステージ２０は、モータ等よりなるＺステージ駆
動部２４により、ウエハ１６を投影光学系１４の光軸方
向（以下、「Ｚ軸」と称する）、及びレベリング方向に
変位させるようになっている。これによって、投影光学
系１４に対するウエハ１６のフォーカス調整が行われ
る。ＸＹステージ２２は、ＸＹステージ駆動部２６によ
って、Ｚレベリングステージ２０を介して、ウエハ１６
を投影光学系１４の光軸と垂直な面（ＸＹ平面）内で変
位させるようになっている。Ｚレベリングステージ１６
上には、レーザ干渉計２８から射出されるレーザ光を反
射する移動鏡３０が固定され、レーザ干渉計２８によっ
てウエハ１６（Ｚレベリングステージ２０）のＸＹ平面
内の位置を計測できるようになっている。なお、図にお
いては、Ｘ軸方向の位置を計測する干渉計２８及び移動
鏡３０のみを示すが、実際には、Ｚレベリングステージ
２０のＹ軸方向の位置を計測する干渉計及び移動鏡が設
けられている。

【００１６】投影光学系１４の下方側部には、ウエハ１
６の表面の高さ（Ｚ軸方向の位置）を計測するＡＦセン
サの送光系３２と、受光系３４が備えられている。送光
系３２から射出された光は、ウエハ１６の表面で反射し
て、受光系３４で受光されるようになっている。そし
て、受光系３４に受光された光信号を電気信号に変換し
てウエハ１６表面の位置を計測するようになっている。

【００１７】図２は、本発明の第１実施例にかかるコン
タクトホール製造用のレチクル１２の断面の一部を示
す。なお、説明の便宜上、断面部分についてもハッチン
グ（斜線）を省略して示している。レチクル１２は、基
材となるガラス板４０と、ガラス板４０の下面に形成さ
れたクロム膜４２とから構成される。そして、クロム膜
４２の一部を選択的に除去することにより、コンタクト
ホール用のパターン４２ａが形成されている。ガラス板
４０の上面には、コンタクトホール用のパターン４２ａ
に対応する位置に半球型に成形された集光レンズ４４が
設置されている。

【００１８】図２に示したレチクル１２を用いて露光を
行った場合、集光レンズ４４に入射した露光用の光ＩＬ
は、パターン４２ａに集光される。すなわち、パターン
４２ａの周辺に入射した光ＩＬは、集光レンズ４４の作
用によりパターン４２ａ部分に集光される。これによ
り、パターン４２ａを透過する光の密度（単位面積当た
りの強度）は、クロム膜４２で反射される光の密度（単
位面積当たりの強度）よりも高くなる。その結果、照明
系１０（図１参照）より照射される光ＩＬによるウエハ
１６（フォトレジスト）の露光時間を従来より短縮する
ことができる。

【００１９】図３は、本発明の第２実施例にかかるコン
タクトホール製造用のレチクル４６の断面の一部を示
す。なお、本実施例のレチクル４６は、図２に示す実施
例の変形例であり、同一又は対応する構成要素について
は同一の符号を付し、重複した説明を省略する。本実施
例のレチクル４６は、コンタクトホール用のパターン４
２ａに対応する位置に、フレネルレンズ４８を設置して
いる。フレネルレンズ４８に入射した露光用の光ＩＬ
は、フレネルレンズ４８の作用によりパターン４２ａ部
分に集光される。フレネルレンズ４８は、複数の輪帯状
のレンズに分割されているため、レンズの厚さを大きく
することなく口径を大きくすることができる。このた
め、上記第１実施例の半球状の集光レンズ４４に代えて
フレネルレンズ４８を使用することにより、レチクル４
０上に突出するレンズの高さ、すなわち、レチクル４６
自体の厚さを薄くすることができる。

【００２０】図４は、本発明の第３実施例にかかるコン
タクトホール製造用のレチクル４９の断面の一部を示
す。レチクル４９は、基材となるガラス板５０と、ガラ
ス板５０の下面に形成されたクロム膜５２とから構成さ
れる。そして、クロム膜５２の一部を選択的に除去する
ことにより、コンタクトホール用のパターン５２ａが形
成されている。コンタクトホール用のパターン５２ａに
対応するガラス板５０中の位置には、半球型に成形され
た集光レンズ５４が埋設されている。

【００２１】図４に示したレチクル４９を用いて露光を
行った場合、集光レンズ５４に入射した露光用の光ＩＬ
は、パターン５２ａに集光される。すなわち、パターン
５２ａの周辺に入射した光ＩＬは、集光レンズ５４の作
用によりパターン５２ａ部分に集光される。このため、
レチクル４９を使用してウエハ１６露光を行った場合に
は、図１の実施例と同様に、露光用の光ＩＬを効率良く
利用することができ、ウエハ１６（フォトレジスト）の
露光時間を従来より短縮することができる。

【００２２】図５は、本発明の第４実施例にかかるコン
タクトホール製造用のレチクル５５の断面の一部を示
す。レチクル５５は、基材となるガラス板５６と、ガラ
ス板５６の下面に形成されたクロム膜５８とから構成さ
れる。そして、クロム膜５８の一部を選択的に除去する
ことにより、コンタクトホール用のパターン５８ａが形
成されている。コンタクトホール用のパターン５８ａに
対応するガラス板５０中の位置には、集光レンズとして
機能するように構成された集光領域６０が形成されてい
る。集光領域６０においては、破線で示すように、ガラ
ス板５６の屈折率を中心から外側に向かって小さくなる
ように設定されている。集光領域６０における屈折率の
調整は、イオン注入（イオンアシスト法）によって行う
ことができる。すなわち、ガラス板５６に注入されるイ
オンエネルギーの割合によって当該ガラス板５６の屈折
率が変化するという原理を利用する。

【００２３】図５に示したレチクル５５を用いて露光を
行った場合、ガラス板５６の集光領域６０に入射した露
光用の光ＩＬは、集光領域６０の屈折率分布により、パ
ターン５８ａに集光されることになる。その結果、先に
示した他の実施例と同様に、露光光ＩＬを有効に利用す
ることができ、ウエハ１６（フォトレジスト）の露光時
間を従来より短縮することができる。本実施例において
は、図２及び図３に示したように、レンズを外部に設け
る必要が無く、レチクル５５自体の厚さを薄くすること
ができる。

【００２４】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、本発明は、コンタクトホール形成用のレチクル
以外のレチクルを用いた露光方法にも適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、露光時間の短縮化を図り得るパターン（４２ａ）の
周辺に照射される光（ＩＬ）をそのパターン（４２ａ）
に集光しているため、露光用の光（ＩＬ）を有効に利用
することができる。その結果、光（ＩＬ）の照射時間、
すなわち、露光時間の短縮化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】

【図１】図１は、本発明の実施例にかかる投影露光装置
の構成を示す概念図（正面図）である。

【図２】図２は、図１に示す本実施例の投影露光装置に
使用されるレチクルの第１の例を示す断面図である。

【図３】図３は、図１に示す本実施例の投影露光装置に
使用されるレチクルの第２の例を示す断面図である。

【図４】図４は、図１に示す本実施例の投影露光装置に
使用されるレチクルの第３の例を示す断面図である。

【図５】図５は、図１に示す本実施例の投影露光装置に
使用されるレチクルの第４の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０・・・照明系１２，４６，４９，５５・・・レチクル１４・・・投影光学系１６・・・ウエハ４２，５２，５８・・・クロム膜４２ａ，５２ａ，５８ａ・・・ホールパターン４４，５４・・・集光レンズ４８・・・フレネルレンズ６０・・・集光領域ＩＬ・・・露光用の光

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【手続補正書】

【提出日】平成８年９月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図６】図６は、従来の露光方法に使用されるホールパ
ターン用マスクを示す断面図である。

【符号の説明】１０・・・照明系１２，４６，４９，５５・・・レチクル１４・・・投影光学系１６・・・ウエハ４２，５２，５８・・・クロム膜４２ａ，５２ａ，５８ａ・・・ホールパターン４４，５４・・・集光レンズ４８・・・フレネルレンズ６０・・・集光領域ＩＬ・・・露光用の光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが形成されたマスクに対し
て露光用の光を照射し、前記パターンを透過した光で感
光基板を露光する露光方法において、前記パターン周辺に照射される前記光を前記パターンに
集光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記パターンは、コンタクトホール形成用
のパターンであることを特徴とする請求項１に記載の露
光方法。
【請求項３】前記マスクの前記パターンに対応する位置
に集光レンズを設けることによって、前記光を前記パタ
ーンに集光することを特徴とする請求項２に記載の露光
方法。
【請求項４】前記マスク内の前記パターンに対応する位
置に集光レンズを埋設することによって、前記光を前記
パターンに集光することを特徴とする請求項２に記載の
露光方法。
【請求項５】前記集光レンズは、フレネルレンズである
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の露光方法。
【請求項６】前記マスクをガラスを基材として形成し、
前記マスク中の前記パターンに対応する位置のガラスの
屈折率を前記パターンの中心部から外周部に向かって小
さくなるように設定することによって、前記光を前記パ
ターンに集光することを特徴とする請求項２に記載の露
光方法。
【請求項７】前記マスクを構成する前記ガラスに対して
イオンを注入することによって、前記屈折率を設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の露光方法。