JPH06215998A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数枚のフォトマスクを使用した場合と同様
に、光の可干渉性を積極的に利用して結像性能を向上す
ると共に、それらフォトマスクに対応する光学部材間の
アライメントを不要にする。 【構成】 照明光学系１からの露光光でフォトマスク１
２を照明し、フォトマスク１２の像を第１結像光学系３
を介して光透過性の基板１３に塗布されたブリーチング
材１４上に結像し、ブリーチング材１４上に結像された
像を第２結像光学系５を介して感光基板６上に再結像す
る。ブリーチング材１４は露光量が大きくなると光の透
過率が高くなるので、ブリーチング材１４が実質的に第
２のフォトマスクとして機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、液
晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で
製造する際に、フォトマスク上のパターンを感光基板上
に投影露光するために使用される投影露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばＬＳＩ等の半導体素子、液晶表示
素子又は薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程で製造す
る際に、フォトマスク又はレチクル（以下、「フォトマ
スク」と総称する）のパターンをフォトレジストを塗布
したウエハ等の感光基板上に投影露光する投影露光装置
が使用されている。

【０００３】図３は従来の投影露光装置の要部を示し、
この図３において、フォトマスク１０１は、照明光学系
（図示せず）の光軸に対してほぼ垂直に水平に保持さ
れ、照明光学系から射出された所定波長の露光光によっ
て透過照明されている。従来から汎用されているフォト
マスク１０１は、透明基板上にクロム等の金属からなる
遮光パターンを形成した構造であり、透過照明されるこ
とによって、パターン形状に応じた回折光が発生する。
これらの回折光は、結像光学系１０３で再度像面に集め
られ、これにより像面に合致するように保持されたウエ
ハ１０５の露光面上にフォトマスク１０１のパターン像
が転写される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
に於いては、フォトマスク１０１を露光光により均一な
照度で照明しなければならないという装置上の要請があ
るため、照明光学系の光源に空間コヒーレンシーを持た
せることができなかった。つまり、フォトマスク１０１
を照明する露光光のうち、投影光学系の光軸に対する傾
斜角である照明角の異なるもの同士が可干渉性を有して
いると、フオトマスク１０１上に干渉縞が形成されてし
まい、フォトマスク１０１を均一に照明するという要請
と相入れなくなってしまう。そのため、光源の空間コヒ
ーレンシーを投影光学系の性能向上を図るためのパラメ
ータとして採り得なかった。

【０００５】これに関して、最近特願平４−２７７０３
２号及び特願平４−２７７０３３号において本出願人が
開示しているように、本発明者により複数枚のフォトマ
スクを用いて露光を行う方法が発明された。図４はその
本出願人の先願に係る投影露光装置を示し、この図４に
おいて、照明光学系１から所定の波長の露光光が射出さ
れる。その照明光学系１から順に、第１フォトマスク
２、第１結像光学系３、第２フォトマスク４、第２結像
光学系５及び感光基板６が配置される。そして、直列的
に配置された第１結像光学系３及び第２結像光学系５よ
り投影光学系が構成され、第２結像光学系５に関して、
感光基板６と第２フォトマスク４とが共役であり、第１
結像光学系３に関して、第２フォトマスク４と第１フォ
トマスク２とがほぼ共役である。

【０００６】図４の構成では、第１フォトマスク２は、
上方に配置された照明光学系１からの露光光７に照明さ
れ、第１フォトマスク２上に形成されたパターンにより
その露光光７の回折光８，９が生じ、この回折光８，９
が第１結像光学系３を介して第２フォトマスク４上のパ
ターンを照明する。この際、各回折光８及び９は互いに
可干渉性を有している。更に、それら回折光８，９によ
り照明された結果、第２フォトマスク４上に形成された
パターンから回折光１０，１１が生じ、それらが第２結
像光学系５を介して感光基板６の上に像を形成する。

【０００７】図４の構成において、一例として第１フォ
トマスク２及び第２フォトマスク４上に共に孤立した開
口パターンを形成した場合を考える。そして、第１結像
光学系３の投影倍率をβとすると、第２フォトマスク４
上の孤立開口パターンはほぼ第１フォトマスク２上の孤
立開口パターンのβ倍である。但し、それら孤立開口パ
ターンの実際の大きさ及び形状は、良好な結像特性が得
られるように、第１フォトマスク２上及び第２フォトマ
スク４上でそれぞれ独立に調整される。この場合には、
第１フォトマスク２から射出される回折光８及び９が互
いに可干渉性を有していることから、第２フォトマスク
４の感光基板６上の投影像には、エッジ強調型位相シフ
トマスクを使用した場合と類似の結像特性が得られる。

【０００８】また、図４の構成における別の例として、
第１フォトマスク２及び第２フォトマスク４上に共に、
一次元的な周期パターンであるライン・アンド・スペー
スパターンを形成した場合を考える。そして、それら２
個の一次元的な周期パターンのピッチ方向（周期方向）
が互いに平行であるとする。この場合には、所謂変形照
明のような斜照明が適しているのであるが、その斜照明
の場合を考えると、第１フォトマスク２から射出される
回折光８及び９が互いに可干渉性を有していることか
ら、第２フォトマスク４の感光基板６上の投影像には、
所謂変形照明法を使用した場合よりもコントラストの高
い結像特性が得られる。

【０００９】更に、例えば第１フォトマスク２に位相パ
ターンのみを形成し、第２フォトマスク４に遮光パター
ンのみを形成した場合にも、位相シフトマスクを使用し
た場合と同様の結像特性を得ることができる。即ち、そ
の本出願人の先願に係る投影露光装置は、１枚目のフォ
トマスク２上の一点で回折されて第２フォトマスク４を
異なる角度で照明する光同士が、互いに可干渉性を有し
ていることを積極的に利用して、感光基板６上での結像
性能を向上させるものである。

【００１０】しかしながら、その本出願人の先願に係る
投影露光装置においては、第１フォトマスク２と第２フ
ォトマスク４との相対的な位置合わせが難しく、更にそ
れら２枚のフォトマスクと感光基板６との相対的な位置
合わせ（アライメント）も難しいという不都合があっ
た。本発明は斯かる点に鑑み、複数枚のフォトマスクを
使用した場合と同様に、フォトマスクを異なる角度で照
明する光同士に可干渉を持たせることにより、結像性能
の向上を図ったままで、それら複数枚のフォトマスクに
対応する光学部材間の相対的な位置合わせが容易な投影
露光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、例えば図１に示す如く、転写用のパターンが形成
されたフォトマスク（１２）を露光光で照明する照明光
学系（１）を有し、フォトマスク（１２）のパターンの
像を感光基板（６）上に投影する投影露光装置におい
て、その露光光のもとでフォトマスク（１２）のパター
ンの中間像を結像する第１結像光学系（３）と、その中
間像が結像される面の近傍に配置されブリーチング効果
を有する光学的フィルター板（１３，１４）と、光学的
フィルター板（１３，１４）を透過したその露光光のも
とでその中間像を感光基板（６）上に再結像する第２結
像光学系（５）とを有するものである。

【００１２】ここにブリーチング効果とは、光が照射さ
れるとその部分の光の透過率が上がる効果をいう。

【００１３】

【作用】斯かる本発明においては、フォトマスク（１
２）を第１フォトマスク、光学的フィルター板（１３，
１４）を第２フォトマスクと呼ぶものとすると、第１フ
ォトマスク（１２）上のパターンで回折された光は、第
２フォトマスク（１３，１４）上にその第１フォトマス
ク（１２）のパターン像を形成する。ところで、第２フ
ォトマスク（１３，１４）は例えば光透過性の基板上に
ブリーチング効果を有する物質を塗布したものであり、
第２フォトマスク（１３，１４）上に形成された像に応
じてその明部の透過率が高くなる。即ち、第２フォトマ
スク（１３，１４）の面内の透過率分布は第１レチクル
（１２）の面内の透過率分布、即ちパターン配置に対応
したものとなる。従って、第１フォトマスク（１２）と
第２フォトマスク（１３，１４）とがアライメントされ
て設置されたことになり、アライメントを行う必要がな
い。しかも、第２フォトマスク（１３，１４）を異なる
角度で照明する光同士に可干渉を持たせることができ、
結像性能が向上できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による投影露光装置の一実施例
につき図１及び図２を参照して説明する。この図１にお
いて、図４に対応する部分には同一符号を付して示す。
図１は、本実施例の投影露光装置の要部を簡略化して示
し、この図１において、照明光学系１から所定の波長の
露光光が射出されている。照明光学系１から順に、フォ
トマスク１２、第１結像光学系３、光透過性の基板１
３、第２結像光学系５及び感光基板６を配置する。そし
て、光透過性の基板１３上にブリーチング効果を有する
物質（以下「ブリーチング材」という）１４を塗布す
る。

【００１５】ブリーチング材とは、露光量に応じて透過
率が高くなる物質であり、その代表的な露光量に対する
透過率の特性を図２に示す。図２の特性では、露光量が
所定の閾値を超える領域で急激に透過率がほぼ０％から
１００％近くまでに連続的に変化している。このような
ブリーチング材の例としては、例えばアリールニトロ
ン、α−（４−ジエチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニ
ルニトロン、α−（４−ジエチルアミノフェニル）−Ｎ
−（４−クロロフェニル）ニトロン等を使用することが
できる。このようなブリーチング材は従来は感光基板の
表面に塗布し、投影像のコントラストを強調する目的で
使用されていたものである。

【００１６】図１に戻り、直列的に配置された第１結像
光学系３及び第２結像光学系５より投影光学系が構成さ
れ、第２結像光学系５に関して、感光基板６と光透過性
の基板１３上のブリーチング材１４の配置面とがほぼ共
役であり、第１結像光学系３に関して、フォトマスク１
２とブリーチング材１４の配置面とがほぼ共役である。
本例では、フォトマスク１２は、照明光学系１からの露
光光７に照明され、フォトマスク１２上に形成されたパ
ターンによりその露光光７の回折光８，９が生じ、この
回折光８，９が第１結像光学系３を介して基板１３上の
ブリーチング材１４上にフォトマスク１２上のパターン
の像を形成する。この際、各回折光８及び９は互いに可
干渉性を有していて、これらの干渉縞がフォトマスク１
２のパターン像である。

【００１７】さて、ブリーチング材１４上にフォトマス
ク１２のパターンの像が結像されると、その像の明暗の
分布に応じてブリーチング材１４の露光が行われ、像の
強度分布の内の明るい部分の透過率が高くなる。この状
態でのブリーチング材１４の透過率分布は、フォトマス
ク１２のパターン形成面内の透過率分布、即ちパターン
配置とほぼ相似である。従って、ブリーチング材１４の
透過率分布に応じてそのフォトマスク１２のパターンの
像が、第２結像光学系５を介して感光基板６の上に形成
される。このとき、ブリーチング材１４を照明する回折
光８及び９は互いに可干渉性を有しているので、これに
より光学結像性能の向上が図られる。

【００１８】しかも、ブリーチング材１４中の透過率分
布はフォトマスク１２のパターン像に応じて定まってい
るので、フォトマスク１２とブリーチング材１４が塗布
された光透過性の基板１３との位置合わせ（アライメン
ト）を行う必要はなく、迅速に露光を行うことができ
る。なお、本実施例においては、ブリーチング材１４が
適正に露光された時点で、光透過性の基板１３を動かす
ことなく、そのブリーチング材１４の透過率を固定する
ための定着処理を施すことが望ましい。この定着処理後
のブリーチング材１４及び光透過性の基板１３を使用す
ることにより、多数枚の感光基板６に対する露光を同一
条件で行うことができる。

【００１９】また、上述実施例では目的とするパターン
を、１枚のフォトマスクと、１枚のブリーチング材が塗
布された基板と、２つの結像光学系とを用いて投影露光
しているが、同様の原理にて、１枚のフォトマスクと、
それぞれブリーチング材が塗布された２枚以上の基板
と、３つ以上の結像光学系とを用いて投影露光する構成
としても良い。更に、上述実施例では結像光学系を屈折
系とし、フォトマスクとして透過型のものを用いたが、
本発明の適用範囲はこの例に限定されるものではなく、
結像光学系を反射系とした場合、或いは反射型のフォト
マスクを用いる場合においても同様に適用される。

【００２０】このように、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。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ブリーチング効果を有
する光学的フィルター板を第２のフォトマスクとして使
用しているので、複数枚の実際のフォトマスクを使用し
た場合と同様に、フォトマスクを異なる角度で照明する
光同士に可干渉を持たせることにより、結像性能の向上
を図ることができる。しかも、それら複数枚のフォトマ
スクに対応するフォトマスクと光学的フィルター板との
間の相対的な位置合わせ作業（アライメント）が不要で
あるという利点がある。

【００２２】従って、装置を構成する上でそのアライメ
ント用の機構が不要になり、投影露光装置の構成の簡略
化が図れると共に、露光時にはアライメント時間が不要
になりスループット向上が図れる。更に、本発明によれ
ば、結像光学系の収差のうちディストーション（歪曲収
差）については、第１及び第２の結像光学系において個
別に補正されている必要は必ずしもなく、第１及び第２
の結像光学系を含めた全体の結像光学系として補正され
ていれば充分である。このことは、光学系を設計する際
の設計裕度となり、他の収差性能の向上に転嫁できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す概
略構成図である。

【図２】ブリーチング材の露光量と透過率との関係の一
例を示す図である。

【図３】従来の投影露光装置の要部を示す概略構成図で
ある。

【図４】本出願人の先願に係る投影露光装置を示す概略
構成図である。

【符号の説明】

１ 照明光学系 ３ 第１結像光学系 ５ 第２結像光学系 ６ 感光基板 １２ フォトマスク １３ 光透過性の基板 １４ ブリーチング材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写用のパターンが形成されたフォトマ
   スクを露光光で照明する照明光学系を有し、前記フォト
   マスクのパターンの像を感光基板上に投影する投影露光
   装置において、 前記露光光のもとで前記フォトマスクのパターンの中間
   像を結像する第１結像光学系と、 前記中間像が結像される面の近傍に配置され、前記露光
   光の照射量が大きい程前記露光光に対する透過率が上が
   るブリーチング効果を有する光学的フィルター板と、 該光学的フィルター板を透過した前記露光光のもとで前
   記中間像を前記感光基板上に再結像する第２結像光学系
   とを有することを特徴とする投影露光装置。