JP3312576B2 - 露光装置およびレジスト露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】近年、より微細な形状の回路
パターンを形成するために、露光工程において従来より
波長の短いＤｅｅｐ ＵＶ領域（波長２００〜３００ｎ
ｍ）の光を露光光として使用するようになってきた。そ
れに伴い、レジストも感光波長が上記Ｄｅｅｐ ＵＶ領
域のものが使用されるようになってきている。本発明
は、上記した従来より波長の短いＤｅｅｐ ＵＶ領域
（波長２００〜３００ｎｍ）の光を露光光として使用す
ることができる露光装置およびレジスト露光装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ウエハ等の露光は、光照射装置からの光
をファイバで導光してウエハ上に照射することにより行
われる。例えば、基板（ウエハ）の不要レジスト除去
は、光照射装置からの光をファイバで導光して基板上に
照射してレジストを露光し、現像工程で除去することに
より行う。上記不要レジストの除去において、基板がウ
エハの場合、図１２（ａ）に示すようにウエハの周辺部
の一部を円環状に一定の幅で露光する場合と、図１２
（ｂ）に示すように、ウエハ上のパターン形成領域以外
のレジストを階段状に露光する場合とがある。

【０００３】円環状露光方法としては、例えば特開平２
−１１４６２８号公報に記載されている方法が知られて
いる。また、階段状露光方法としては、例えば特開平８
−１０２４３９号公報に記載されるように、直角な頂部
を持ち斜め４５°に配列された光ファイバ束を用い、該
光ファイバ束から出射する光をウエハ上に照射し、不要
レジストを露光するものが知られている。図１３は上記
階段状露光における光照射領域を示す図であり、同図に
示すような光照射領域を持つ光フアイバ束を用いること
により、露光量の均一化を図ることができる。

【０００４】図１４は、従来のＵＶ領域（波長３００〜
４００ｎｍ）の光を露光光として用いたレジスト露光装
置の光学系の構成を示す図である。同図に示すように、
紫外線ランプ２が放出する光を楕円集光鏡１で集光し、
平面反射鏡３で反射した光を光ファイバ４に入射し、ウ
エハＷの周辺部まで導光する。そして、光ファイバ４か
ら放出された光を投影レンズ５に入射し、投影レンズ５
によりウエハステージ６上に載置されたウエハＷの表面
に結像させる。

【０００５】ここで、図１４に示す従来の露光装置の光
学系において、投影光学系を用いる理由は、露光部分と
非露光部分の境界における現像後のレジストがテーパ状
に残存するのを防止するためである。すなわち、図１５
（ａ）に示すように光照射領域の境界部における照度の
変化がシャープでないと、現像後にレジストがテーパ状
に残存し、テーパ裾野におけるレジスト膜厚が薄い部分
のレジストが剥がれやすくなる。そこで、投影光学系を
用い図１５（ｂ）に示すように光照射領域の境界部にお
ける照度変化をシャープにして、現像後のレジストがテ
ーパ状に残存するのを防止する。

【０００６】しかしながら、光ファイバ４の出射端を投
影レンズ５の結像位置に配置し、光ファイバ４の出射光
を直接投影レンズ５に入射させ、投影レンズ５により光
ファイバ４から放出される光を結像させた場合には、光
ファイバ４のファイバ束を構成するファイバの素線（各
光学繊維）の輪郭がウエハＷ上に結像する。このため、
光照射領域の照度分布が不均一となり、現像後、場合に
よっては不要レジストが残留してしまう。そこで、上記
素線の輪郭が結像して、現像後に不要レジストが残留し
ないようにファイバの光出射端面を投影レンズの結像位
置からずらして像をぼやけさせ、光照射領域の照度分布
を均一化する方法が採られる場合がある。しかしなが
ら、この場合には、光照射領域と非照射領域との境界部
における照度の変化がシャープにならなくなる。

【０００７】そこで、本出願人は、先にマスクを使用し
て光ファイバ４から放出される光を整形する技術を提案
した（例えば特願平８−１６５５９３号参照）。すなわ
ち、図１６（ａ）に示すように、遮光部分と透過部分か
らなるパターンを持つマスクＭを投影レンズ５の結像位
置に配置して、光ファイバ４から放出される光を整形す
る。例えば、光ファイバ４の出射端が図１３に示したよ
うに直角な頂部を持ち斜め４５度に配列した形状の場合
には、図１６（ｂ）に示すように、マスクＭの遮光部分
をＬ字形パターンとしたものを用いて、上記直角な頂部
を整形する。上記のようなマスクＭを投影レンズ５の結
像位置に配置すれば、マスクＭのＬ字形パターンがウエ
ハＷ上に結像するので、光照射領域の頂部は直角に整形
され、しかも直交する２辺の照度の変化がシャープにな
る。したがって、この整形された頂部がウエハＷ上の回
路パターン形成領域に沿うように不要レジストを階段状
に露光すれば、現像後の露光部と非露光部との境界部は
テーパ状にならない。なお、整形された頂部以外の光照
射領域は、照度分布が均一であればよい。

【０００８】ところで、上記した光学系は屈折光学系で
あるため、投影レンズ５において波長により屈折率が異
なり色収差が生ずる。すなわち、図１７に示すように、
投影レンズにより倍率色収差や軸上色収差が生ずる。上
記のような色収差を、ある所定の波長領域において補正
するには、波長に対する屈折率の変化の度合（分散）が
それぞれ異なる複数のレンズを組み合わせる方法が採ら
れる。例えば、図１８に示すように波長に応じて屈折率
が異なるクラウン系統のガラス材質からなるレンズと、
フリント系統のガラス材質からなるレンズを組み合わせ
所定の波長領域における色収差を補正する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来に
おいては、屈折光学系を用いて露光装置を構成していた
が、Ｄｅｅｐ ＵＶ領域（波長２００〜３００ｎｍ）の
光を露光光として使用する場合には、次のような問題が
生ずる。 （１）屈折光学系を用いた場合の問題点。 (a) Ｄｅｅｐ ＵＶ領域の光を透過する材質である石英
やホタル石は、いずれもクラウン系統に属し、同様の分
散特性を有しており、クラウン系統のレンズの組み合わ
せてだけではＤｅｅｐ ＵＶ領域の光の色収差の補正は
できない。このため、波長がＤｅｅｐ ＵＶ領域にある
光を投影する光学系としては、図１４に示した光学系を
使用することはできない。

【００１０】(b) 光源として単色性のよいレーザ光を放
出するレーザ光源を使用すれば、当然ながら屈折光学系
であっても色収差の問題は発生しない。しかしながら、
波長がＤｅｅｐ ＵＶ領域にあるレーザ光を放出するレ
ーザ光源（例えば、希ガスハライドエキシマレーザ装
置、Ｄｅｅｐ ＵＶ領域への波長変換機構を有する固体
レーザ装置）は従来使用の光源（例えば、水銀ランプ）
と比較して高価であるという問題がある。

【００１１】（２）反射光学系を用いた場合の問題点。 単色でない従来のＤｅｅｐ ＵＶ領域の光を放出する光
源を使用して、かつ上記した色収差の問題を解消するた
め、投影光学系として反射光学系を用いる方法も考えら
れる。すなわち、反射光学系は結像作用を主として反射
ミラーに依存しているため、色収差の発生を少なくする
ことが可能である。しかしながら、反射光学系において
は非点収差によりマスクＭの投影像がぼけるといった問
題が発生する（非点収差については、例えば、久保田広
外２名編、（株）朝倉書店発行「光学技術ハンドブック
増補版」、Ｐ５７頁〜Ｐ６３頁；久保田広著、（株）
岩波書店発行「光学」、Ｐ１０２頁〜Ｐ１０８頁；松居
吉哉著、啓学出版（株）発行、「結像光学入門」Ｐ７５
頁〜Ｐ７６頁等を参照されたい）。

【００１２】反射光学系としては、一般に反射鏡とレ
ンズから構成される反射光学系、および、曲率の異な
る２枚の反射鏡から構成される反射光学系が知られてい
る。図１９は上記の反射鏡とレンズから構成される反
射光学系により不要レジスト露光装置を実現した場合の
構成を示す図である。上記の反射光学系を使用して露
光装置を実現する場合、図１９に示すような構成とな
る。すなわち、前記図１４に示した投影レンズ５を用い
た投影光学系に換えレンズ１１と反射光学素子１２から
構成される投影光学系を用いる。

【００１３】そして、光をシャッタＳｈを介して光ファ
イバ４に入射し、光ファイバ４から出射される光をマス
クＭ→レンズ１１→反射光学素子１２→レンズ１１を介
してウエハＷの表面に照射する。そして、ウエハＷが載
置されたウエハステージ６を回転もしくはＸＹステージ
７をＸＹ方向（Ｘは例えば同図の左右方向、Ｙは同図の
紙面に垂直な方向）に移動させてウエハＷの露光区域を
露光する。なお、同図は反射光学系が非点収差を持たな
い理想的な光学系であるとしたときに、マスクＭの像が
ウエハＷ表面上に結像するようにマスクＭおよびウエハ
Ｗを配置した場合の構成を示している。

【００１４】上記反射光学系を使用した露光装置におい
ては、前記した非点収差により次のような問題が発生す
る。図２０は図１９に示した装置において非点収差があ
る反射光学系を用いた場合のマスクＭの画像の結像位置
を説明する図である。なお、以下の説明では、マスクを
配置した側（図１９，図２０の側）を物体側空間とい
い、マスク像が結像する側（図１９，図２０の，，
側）を像側空間という。また、光軸を中心とした円の
円周方向をサジタル方向といい、光軸を中心とした放射
方向をタンジェンシャル方向という。さらに、物体側に
配置したマスクの像面がサジタル方向に結像する面をサ
ジタル像面、タンジェンシャル方向に結像する面をタン
ジェンシャル像面という。なお、「サジタル」は「球欠
的」、「タンジェンシャル」は「メリジオナル」または
「子午的」という場合もある。上記サジタル像面、タン
ジェンシャル像面の詳しい説明については前記した文献
等を参照されたい。

【００１５】図１９に示すように、マスクＭをの位置
に配置したとき、前記した非点収差のためマスクＭの像
が図２０のに示すようにサジタル方向、タンジ
ェンシャル方向の両方向とも結像する場所はない。ま
た、図２０に示すようににあるマスクＭのサジタル像
面上の画像はタンジェンシャル方向の直線のみ結像す
る。さらに、にあるマスクＭのタンジェンシャル像面
上の画像はサジタル方向の直線のみ結像する。

【００１６】すなわち、図１９に示した構成の露光装置
においては非点収差によりマスクＭの像をウエハＷ上に
結像させることができない。このため、照射領域の境界
部における光の立ち上がりがシャープにならず、現像後
のレジストがテーパ状に残存するといった問題が生じ
た。なお、上記説明では、前記したの反射鏡とレンズ
から構成される反射光学系について説明したが、前記し
たの曲率の異なる２枚の反射鏡から構成される反射光
学系を用いた場合にも同様な問題が生ずる。本発明は上
記した事情に鑑みなされたものであって、その目的とす
るところは、Ｄｅｅｐ ＵＶ領域の光を露光光として使
用しても、マスク像をウエハ上に結像させることがで
き、非点収差により現像後のレジストがテーパ状に残存
することがない露光装置およびレジスト露光装置を提供
することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図２１は非点収差を持つ
反射光学系におけるサジタル像面、タンジェンシャル像
面の一例を示す図であり、同図は、物体側空間の物体面
上にマスクを配置した場合におけるサジタル像面、タン
ジェンシャル像面の一例を示している。上記図２１にお
いて、物体側空間の物体面上に前記図２０に示したＬ字
形パターンのマスクＭを配置すると、前記したように、
像側空間のサジタル像面上では、光軸（Ｚ軸）を中心と
した放射方向（タンジェンシャル方向）の直線がクリア
に結像し、タンジェンシャル像面上では、光軸（Ｚ軸）
を中心とする円の円周方向（サジタル方向）の直線がク
リアに結像する。

【００１８】一方、上記図２１に示した像面と共役関係
にある物体側空間のサジタル共役面とタンジェンシャル
共役面は図２２に示すようになり、上記サジタル共役面
に沿って、前記図２０に示したＬ字形パターンのマスク
Ｍを配置すると、像側空間の像面上においては、光軸
（Ｚ軸）を中心とした円の放射方向（タンジェンシャル
方向）の直線がクリアに結像する。また、上記タンジェ
ンシャル共役面に沿って、マスクＭを配置すると、像側
空間の像面上においては、光軸（Ｚ軸）を中心とする円
の円周方向（サジタル方向）の直線がクリアに結像す
る。すなわち、上記サジタル共役面上に、マスクＭの遮
光部のタンジェンシャル方向の直線部分を配置し、ま
た、上記タンジェンシャル共役面上に、マスクＭの遮光
部のサジタル方向の直線部分（以下、直線部分をエッジ
という）を配置し、像面上にウエハＷの光照射面を配置
することにより、マスクのエッジの投影像をウエハＷ上
にクリアに結像させることができる。

【００１９】しかしながら、サジタル像面とタンジェン
シャル像面（サジタル共役面とタンジェンシャル共役
面）は、例えば図２１、図２２に示すように、点Ｐまた
は光軸上で交差させることができるが、それ以外のとこ
ろでは一致しない。このため、図２２のＡの部分にマス
クＭを配置する場合には、例えばマスクＭを２枚用意
し、一方のマスクにタンジェンシャル方向のエッジを持
つ遮光部を設け、他方のマスクに、サジタル方向のエッ
ジを持つ遮光部を設け、上記一方のマスクをサジタル共
役面上に配置し、他方のマスクをタンジェンシャル共役
面上に配置する必要がある。

【００２０】一方、図２２のＢの部分にマスクＭを配置
すれば、マスクとしてＬ字形パターンのマスクを使用す
ることができる。すなわち、マスクＭのサジタル方向の
直線部分を上記サジタル共役面とタンジェンシャル共役
面が交差する点Ｐに配置し、マスクＭのタンジェンシャ
ル方向の直線部をサジタル共役面に沿って傾けて配置す
ればよい。ここで、サジタル像面とタンジェンシャル像
面の位置は物体側空間に配置したマスクの位置に応じて
変化し、例えば図２３に示すように、物体空間側のマス
クを配置する位置をからへ変えることにより、それ
に応じてサジタル像面、タンジェンシャル像面の位置は
同図のからへ変化する。したがって、マスクＭとウ
エハＷを必ずしも同一平面上に配置する必要はなく、マ
スクＭとウエハＷの光軸（Ｚ軸）方向の相対位置は必要
に応じて適宜選定することが可能である。

【００２１】また、サジタル像面とタンジェンシャル像
面の形状は反射光学系の光学設計値を変えることにより
変化し、例えば、図２４の実線で示したサジタル像面と
タンジェンシャル像面（同図の）は同図の点線（同図
の）に示すように変化し、これに伴い、サジタル共役
面、およびタンジェンシャル共役面の形状も変化する。
すなわち、上記光学設計値を適当に選定することによ
り、光軸から上記点Ｐまでの距離を変えることができる
ので、光軸からマスク、ウエハまでの距離が与えられて
いる場合であっても、図２２に示したＡの部分もしくは
Ｂの部分にマスクＭを配置することができる。さらに、
反射光学形の光学設計値を適当に選定することにより、
図２５に示すようにサジタル像面の一部を光軸に対し垂
直にすることができる。

【００２２】したがって、サジタル像面の一部が光軸に
対して垂直になるように光学設計値を設定し、マスクの
タンジェンシャル方向の直線部分を光軸（Ｚ軸）に垂直
に配置するとともに、マスクＭのサジタル方向のエッジ
をサジタル共役面とタンジェンシャル共役面が交差する
点Ｐに配置すれば、Ｌ字形パターンの遮光部を持つマス
クを光軸に対して傾けることなく、その投影像を光照射
面を光軸に垂直に配置したウエハＷ上に結像させること
ができる。

【００２３】本発明は上記点に着目してなされたもので
あって、前記課題を本発明は次のようにして解決する。 （１）波長が２００〜３００ｎｍの領域の光を含む光を
放出する光照射手段と、上記光照射手段から放出される
光をウエハ上に照射するため、上記光照射手段とウエハ
間に設けられた曲面反射光学素子を含む投影光学系を備
え、該ウエハに上記光照射手段から放出される光を照射
して該ウエハを露光する露光装置において、上記投影光
学系の像側空間にウエハを配置し、また、 上記投影光
学系の物体側空間に、直交する直線状のエッジを持つ遮
光部を備えた１枚のマスクを次のように、配置したもの
である。 (a) 一方のエッジの方向を上記投影光学系のタンジェン
シャル方向に一致させる。 (b) 上記他方のエッジの方向を上記投影光学系のサジタ
ル方向に一致させる。上記一方のエッジのサジタル像
と, 上記他方のエッジのタンジェンシャル像が, ウエハ
の光照射面上に結像するように、タンジェンシャル共役
面とサジタル共役面とが一致する領域内に、上記直交す
る直線状のエッジを配置する。

【００２４】（２）上記（１）に記載される露光装置
に、上記光照射手段による光照射面がウエハ上において
走査されるように、ウエハを移動させる移動手段を付加
し、上記移動手段により上記ウエハを移動させて、ウエ
ハ上のレジストを階段状に露光する。

【００２５】（３）上記（１）に記載される露光装置
に、上記光照射手段による光照射面がウエハ上において
走査されるように、ウエハを移動させる移動手段を付加
し、上記移動手段により上記ウエハを移動させて、ウエ
ハ周辺部の特定区域のみを部分的に露光する。

【００２６】本発明の請求項１〜３の発明においては、
上記（１）〜（３）のように構成したので、Ｄｅｅｐ
ＵＶ領域（波長２００〜３００ｎｍ）の光を使用して、
マスクの直線状遮光部のエッジをウエハ上にシャープに
結像させることができる。このため、ウエハを階段上に
露光したり、あるいは、ウエハ周縁の一部を円環状に露
光するに際し、ウエハＷの表面上における露光領域と非
露光領域との境界部での照度変化をシャープにすること
ができ、現像後のレジストの露光部と非露光部との境界
部がテーパ状になるのを防ぐことができる。したがっ
て、テーパ裾野におけるレジスト膜厚が薄い部分のレジ
ストが剥がれやすくなるといった問題を解消することが
できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。 （１）本発明の前提となる露光装置の構成図１は本発明
の前提となる露光装置の構成を示す図であり、この例は
前記した反射鏡とレンズによる反射光学系を用いた露光
装置の構成を示している。図１（ａ）において、前記図
１９に示したもの同一のものには同一の符号が付されて
おり、この例は、前記図２２のＡ部分にマスクＭを配置
した場合を示している。すなわち、前記図１９に示した
ものにおいて、マスクＭの遮光部を分離し、図１（ａ）
に示すように、それぞれの遮光部Ｓ１，Ｓ２のエッジｅ
１，ｅ２をそれぞれ前記したウエハ光照射面の共役面で
あるサジタル共役面、および、タンジェンシャル共役面
に配置し、該サジタル共役面、タンジェンシャル共役面
に配置した遮光部のエッジ像が結像する位置にウエハＷ
の光照射面を配置したものである。

【００２８】このため、マスクＭの遮光部を、図１
（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように光軸（Ｚ軸）を中心と
した放射方向を向くエッジｅ１を持つ遮光部Ｓ１と、光
軸を中心とした円の円周方向を向くエッジｅ２を持つ遮
光部Ｓ２の２つに分離し、図１（ａ）に示すようにマス
クＭの遮光部Ｓ１のエッジｅ１のサジタル像が、ウエハ
Ｗの光照射面上結像するように、遮光部Ｓ１を配置し、
また、遮光部Ｓ２のエッジｅ２のタンジェンシャル像が
ウエハＷの光照射面上に結像するように遮光部Ｓ２を配
置する。なお、図１（ｂ）（ｃ）はマスクを直線状の遮
光部を持つ２枚のガラス板等から構成し、上記遮光部の
エッジｅ１，ｅ２を互いに直交させて配置した場合を示
し、（ｄ）は一枚のガラス板の両面に直交する遮光部の
エッジｅ１，ｅ２を形成した場合を示している。上記の
ようにマスクＭの遮光部Ｓ１，Ｓ２を配置することによ
り、遮光部Ｓ１，Ｓ２のエッジｅ１，ｅ２の投影像はウ
エハＷの光照射面上にクリアに結像する。

【００２９】図２は上記構成のマスクを用いた場合にお
けるウエハＷ上の投影像を示す図である。なお、同図で
は理解を容易にするため、遮光部Ｓ１と遮光部Ｓ２の距
離を実際より離して示している。物体側空間のサジタル
共役面に遮光部を配置したとき、図２に示すように遮光
部Ｓ１のエッジｅ１を、光軸を中心とした放射方向（タ
ンジェンシャル方向）を向くようにサジタル共役面に沿
って配置することにより、エッジｅ１の投影像は、ウエ
ハＷ上にクリアに結像する。

【００３０】また、タンジェンシャル共役面に遮光部を
配置したとき、同図に示すように遮光部Ｓ２のエッジｅ
２を、光軸を中心とする円の円周方向（サジタル方向）
を向くようにタンジェンシャル共役面に沿って配置する
ことにより、エッジｅ２の投影像は、ウエハＷ上にクリ
アに結像する。なお、遮光部Ｓ２は、そのエッジｅ２が
タンジェンシャル共役面上にあり、光軸を中心とした円
の円周方向を向いていればよいので、図１（ｂ）のよう
に遮光部Ｓ２全体がタンジェンシャル共役面に沿って傾
いていても、あるいは図（ｃ）（ｄ）に示すように遮光
部Ｓ１と平行に配置されていてもよい。

【００３１】以上のように、分離した２つの遮光部Ｓ
１，Ｓ２を持つマスクＭを用い、それらのエッジｅ１，
ｅ２をそれぞれサジタル共役面、タンジェンシャル共役
面に沿って配置することにより、エッジ２本が直交する
Ｌ字形のパターンがウエハＷ上にシャープに結像する。
したがって、波長がＤｅｅｐ ＵＶ領域にある光を用い
て、ウエハＷの表面上における光照射領域の直交する２
辺の光照射領域と非光照射領域との境界部での照度変化
をシャープにすることができ、現像後の露光部と非露光
部との境界部はテーパ状にならない。

【００３２】図１に示した露光装置を用い、ウエハＷを
前記図１２（ｂ）に示すように階段状に露光するには、
前記図１３に示したように直角な頂部を持ち斜め４５度
に配列した形状のファイバ束から構成される光ファイバ
４から出射される光を前記図１（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示
したマスクＭに照射し、マスクＭの遮光部により前記図
１６（ｂ）に示したように上記直角な頂部を整形する。
そして、前記したように、マスクＭ→レンズ１１→反射
光学素子１２→レンズ１１を介して、マスクＭにより直
角な頂部が整形された光をウエハＷの表面に照射し、ウ
エハＷが載置されたウエハステージ６を回転もしくはＸ
Ｙステージ７をＸＹ方向に移動させてウエハＷの露光区
域を階段状に露光する。

【００３３】また、図１に示した露光装置を用いて、図
１２（ａ）に示したようにウエハＷの周辺部の一部を円
環状に一定の幅で露光する場合には、図３（ａ）に示す
ように、エッジｅ１，ｅ１’が平行に配置された遮光部
Ｓ１，Ｓ１’と、該エッジに直交するエッジｅ２を持つ
遮光部Ｓ２から構成されるマスクＭを用い、遮光部Ｓ２
のエッジｅ２をサジタル方向に配置するとともに、タン
ジェンシャル共役面に配置し、また、上記平行に配置さ
れた遮光部Ｓ１，Ｓ１’のエッジｅ１，ｅ１’をサジタ
ル共役面に配置する。ここで、上記エッジｅ１，ｅ１’
をウエハＷ上にクリアに結像させるためには、エッジｅ
１，ｅ１’をタンジェンシャル方向（光軸を中心とした
放射状方向）に向ける必要があり、上記した平行なエッ
ジｅ１，ｅ１’を用いると、図３（ｂ）に示すように遮
光部のエッジの方向をタンジェンシャル方向に一致させ
ることはできないが、そのずれは僅かなので、実用上問
題は生じない。

【００３４】ウエハＷの周辺部の一部を円環状に一定の
幅で露光するには、まず、シャッタＳｈを閉じた状態
で、ウエハＷを図３（ｂ）の矢印方向に移動させ、ウエ
ハＷの周辺部を光照射領域内に位置させる。ついで、上
記シャッタＳｈを開く。これにより、光ファイバ４から
放出される光がマスクＭにより矩形状に整形され、マス
クＭ→レンズ１１→反射光学素子１２→レンズ１１を介
して、図３（ｂ）に示すようにウエハＷの表面に照射さ
れる。この状態でウエハＷを所定角度回転させ、ウエハ
周辺部の一部を露光したのち、上記シャッタＳｈを閉じ
る。次に、上記シャッタＳｈを閉じた状態でウエハＷを
所定角度回転させてウエハＷの周辺部の次の露光領域を
光照射領域内に位置させたのち、上記シャッタＳｈを開
き、ウエハＷの周辺部の次の露光領域を露光する。以
下、同様な操作を繰り返してウエハＷの周辺部の所定の
露光領域を順次露光する。

【００３５】（２）実施例１ 図４は本発明の第１の実施例を示す図であり、本実施例
は反射光学系として、前記の曲率の異なる２枚の反射
鏡から構成される反射光学系を用いた場合の不要レジス
ト露光装置の構成を示している。同図において、前記図
１に示したものと同一のものには同一の符号が付されて
おり、本実施例は、反射光学系として、凹面反射光学素
子１４と凸面反射光学素子１３から構成される光学系を
用いている。また、前記図２２のＢ部分にマスクＭを配
置している。このため、マスクＭとしては、直交する直
線状のエッジを持つ遮光部としてＬ字形パターンが記さ
れた１枚のマスクを使用することができる。

【００３６】すなわち、本実施例においては、前記図２
２のＢ部分を使用しているので、図５に示すように非点
収差を生じない輪帯状の領域が形成され、この領域内
に、マスクＭのサジタル方向のエッジｅ２を配置し、ま
た、マスクＭのタンジェンシャル方向のエッジｅ１をサ
ジタル共役面に沿って配置することにより、ウエハＷ上
にマスク像をクリアに結像させることができる。なお、
前記したように上記サジタル像面、タンジェンシャル像
面の湾曲形状は反射光学素子１３，１４の曲率や両者間
の距離等のパラメータを変化させることにより調整する
ことが可能であり、上記輪帯状の領域の位置および領域
の幅をある程度変更することはできるが、サジタル共役
面とタンジェンシャル共役面の全面を一致させたり、上
記輪帯状の領域の幅を広げたりすることはできない。

【００３７】上記輪帯状の領域における輪帯の幅は、必
要な解像力が１５μｍであるとき、ＮＡ（開口度）＝
０．２で各々の反射光学素子１３，１４の曲率半径がＲ
１＝９３．８ｍｍ、Ｒ２＝１８０ｍｍ、反射光学素子１
３，１４間の距離が９３．８ｍｍ、下側の反射光学素子
１３の頂点部とウエハＷの光照射面との距離が９３．８
２ｍｍのとき、約１．５ｍｍとなる。

【００３８】以上のような配置とすることにより、マス
クＭの直交する２本のエッジｅ１，ｅ２の投影像を、ウ
エハＷの光照射面上にシャープに結像させることがで
き、光照射領域と非光照射領域との境界部での照度変化
をシャープにすることができる。このため、波長がＤｅ
ｅｐ ＵＶ領域にある光を用いて、現像後の露光部と非
露光部との境界部がテーパ状にならない階段状露光を実
現することができる。なお、上記実施例では、マスクＭ
をサジタル共役面に沿うように傾けて配置しているが、
光照射側にあるマスクＭと、投影側にあるマスクＭの投
影像とは共役関係にあるので、マスクＭを傾ける代わり
に、ウエハＷをサジタル像面に沿って傾けても同様の効
果が得られる。

【００３９】上記した実施例では、マスクＭ（もしくは
ウエハＷ）をサジタル共役面（ウエハＷの場合はサジタ
ル像面）に沿うように傾けて配置しているため、マスク
Ｍの遮光部のタンジェンシャル方向のエッジを上記輪帯
状の領域の幅より長くしても、上記エッジの投影像をウ
エハＷの光照射面上に結像させることができる。このた
め、図６に示すように遮光部分の大きなマスクＭを使用
して、Ｌ字形パターンのマスクＭで整形される光照射領
域の直交する２辺の長さを長くすることができる。した
がって、光照射面積を大きくすることができ、露光のス
ループットを大きくすることが可能である。

【００４０】本実施例の露光装置により、ウエハＷを階
段状に露光するには、前記第１の実施例で説明したよう
に、直角な頂部を持ち斜め４５度に配列した形状のファ
イバ束から構成される光ファイバ４から出射される光を
Ｌ字形パターンの遮光部を持つマスクＭに照射し、マス
クＭ→反射光学素子１４→反射光学素子１３→反射光学
素子１４を介して、マスクＭにより直角な頂部が整形さ
れた光をウエハＷの表面に照射し、ウエハＷが載置され
たウエハステージ６を回転もしくはＸＹステージ７をＸ
Ｙ方向に移動させてウエハＷの露光区域を階段状に露光
する。

【００４１】また、本実施例の露光装置により、ウエハ
Ｗの周辺部の一部を円環状に一定の幅で露光する場合に
は、図７（ａ）に示すようにコ字状パターンのマスクＭ
を用い、マスクＭのエッジｅ２をサジタル方向に配置す
るとともに、上記輪帯状の領域内に配置し、エッジｅ
１、ｅ１’をサジタル共役面に沿って配置する。そし
て、楕円集光鏡１により集光された光をシャッタＳｈを
介して光ファイバ４に入射し、光ファイバ４から放出さ
れる光を図７（ｂ）に示すようにマスクＭの遮光部のエ
ッジｅ１，ｅ２，ｅ２’により矩形状に整形し、第１の
実施例で説明したのと同様に、ウエハＷの周辺部の所定
の露光領域を順次露光する。

【００４２】ところで、上記説明では、マスクＭをサジ
タル共役面に沿って傾けて配置する場合について説明し
たが、上記のように大きな光照射面積が要求されない場
合には、前記輪帯状の領域内に直交する２辺の投影像が
納まるようにしてもよい。上記直交する２辺の長さをこ
のように選定すれば、上記のようにマスクＭ（もしくは
ウエハＷ）をサジタル共役面に沿って傾けて配置する必
要はない。すなわち、図８に示すように、非点収差のな
い輪帯状の領域内にＬ字形パターンの遮光部分を持つマ
スクＭで整形される直交する２辺が含まれるようにすれ
ば、直交する２辺の投影像はともにウエハＷの光照射面
上で結像するので、マスクＭをサジタル共役面に沿って
傾けることなく、ウエハＷ上の光照射領域と非光照射領
域との境界部での照度の変化シャープにすることができ
る。

【００４３】（３）実施例２ 前記したように反射光学素子１３，１４の曲率や両者間
の距離といったパラメータを変化させると、サジタル像
面とその共役面およびタンジェンシャル像面とその共役
面の形状も変化する。したがって、上記パラメータを選
定することにより、前記図２５に示したようにウエハの
光照射面およびそのサジタル共役面の一部を光軸（Ｚ
軸）に対して垂直にすることができる。本実施例は上記
のようにサジタル共役面の一部を光軸（Ｚ軸）に対して
垂直とし、光軸（Ｚ軸）に垂直なサジタル共役面の領域
にマスクＭを配置することにより、マスクＭを傾けるこ
となく、マスクＭの直交する２辺の投影像をウエハＷの
光照射面上に結像させるようにしたものである。

【００４４】図９は本実施例の構成を示す図であり、前
記図４に示したものと同一のものには同一の符号が付さ
れており、同図では、前記した紫外線ランプ２等から構
成される紫外線光源、光ファイバ４等は省略されてい
る。図９に示す構成において、例えば下記の値に反射光
学系のパラメータを選定することにより、ウエハの光照
射面およびそのサジタル共役面の一部を光軸（Ｚ軸）に
対して垂直にすることができる。すなわち、ＮＡ（開口
度）＝０．２で反射光学素子１３，１４の曲率半径をそ
れぞれ９５．６ｍｍ、１８４．９ｍｍ、反射光学素子１
３，１４間の距離８９．２４ｍｍに選定し、さらに、反
射光学素子１３の頂点部とウエハＷの光照射面との距離
を９５．７１ｍｍに選定する。

【００４５】本実施例においては、上記のような反射光
学系を用い、図１０に示すようにマスクＭの遮光部のエ
ッジのうち、反射光学系の光軸を中心とする円の円周方
向を向いているエッジｅ２をサジタル共役面とタンジェ
ンシャル共役面が一致する領域（非点収差が生じない領
域）内に配置し、上記エッジｅ２に直交する他方のエッ
ジｅ１を光軸を中心とした放射方向に配置し、マスクＭ
を光軸（Ｚ軸）に対して垂直に配置する。上記のように
構成することにより、マスクＭのＬ字形パターンの直交
する２本のエッジが、ウエハＷの光照射面上に結像す
る。

【００４６】本実施例においては、上記のように構成し
ているので、マスクＭを光軸（Ｚ軸）に対して垂直に配
置して、光軸（Ｚ軸）に対して光照射面が垂直に配置さ
れたウエハＷ上にマスクＭの投影像をクリアに結像させ
ることができる。本実施例の露光装置により、ウエハＷ
を階段状に露光するには、前記第２の実施例で説明した
ように、直角な頂部を持ち斜め４５度に配列した形状の
ファイバ束から構成される光ファイバ４から出射される
光を光軸に対して垂直に配置されたＬ字形パターンの遮
光部を持つマスクＭに照射し、ウエハＷが載置されたウ
エハステージ６を回転もしくはＸＹステージ７をＸＹ方
向に移動させてウエハＷの露光区域を階段状に露光す
る。

【００４７】また、本実施例の露光装置により、ウエハ
Ｗの周辺部の一部を円環状に一定の幅で露光する場合に
は、光軸に対して垂直に配置された前記図７（ａ）に示
したコ字状パターンのマスクＭを用い、マスクＭのエッ
ジｅ２をサジタル方向に配置するとともに、前記輪帯状
の領域内に配置する。そして、光ファイバ４から放出さ
れる光を図７（ｂ）に示すようにマスクＭの遮光部のエ
ッジｅ１，ｅ１’，ｅ２により矩形状に整形し、第１の
実施例で説明したのと同様に、ウエハＷの周辺部の所定
の露光領域を順次露光する。

【００４８】なお、上記（１）〜（３）においては、ウ
エハＷを階段状に露光する場合、およびウエハＷの周辺
部の一部を円環状に露光にする場合について説明した
が、本発明を、ウエハＷの全周を円環状に露光する場合
にも適用することができる。ウエハ周辺部の全周を円環
状に露光する場合には、図１１に示すように遮光部が直
線状のマスクＭを用い、該マスクＭのエッジｅ１をタン
ジェンシャル共役面上に配置するか、あるいは、ウエハ
Ｗをタンジェンシャル像面に配置し、同図に示すように
照度の変化がシャープになるように整形された光照射領
域の一辺が、ウエハの円周方向を向くようにすればよ
い。

【００４９】この場合の露光は、例えば、ウエハＷの中
心とウエハステージ６の中心とを一致させ、ウエハステ
ージ６を回転させウエハＷの円周部を露光し、また、オ
リエンテーションフラット部の露光については、オリエ
ンテーションフラット部の直線部とマスクＭの遮光部の
エッジとを一致させ、オリエンテーションフラット部の
直線方向の向きにＸＹステージ７によりウエハステージ
６を直動させる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を得ることができる。光照射手段から放
出される光を曲面反射光学素子を含む投影光学系を介し
てウエハ上に照射して、ウエハ上の不要レジストを階段
状に露光するに際し、上記投影光学系の像側空間にウエ
ハを配置し、上記投影光学系の物体側空間に、直交する
直線状のエッジを持つ遮光部を備えた１枚のマスクを配
置し、一方のエッジの方向を上記投影光学系のタンジェ
ンシャル方向に一致させ、上記他方のエッジの方向を上
記投影光学系のサジタル方向に一致させ、上記一方のエ
ッジのサジタル像と、上記他方のエッジのタンジェンシ
ャル像がウエハの光照射面上に結像するように、タンジ
ェンシャル共役面とサジタル共役面とが一致する領域内
に、上記直交する直線状のエッジを配置したので、波長
が２００〜３００ｎｍの領域の光を使用して、ウエハＷ
の表面上における上記エッジの光照射領域と非光照射領
域との直交する２辺の境界部での照度変化をシャープに
することができ、現像後のレジストがテーパ状に残存す
るのを防止することができる。このため、ウエハを階段
状に露光する場合、あるいはウエハの周辺部の一部を円
環状に露光する場合、現像後のレジストの露光部と非露
光部との境界部がテーパ状になるのを防ぐことができ、
テーパ裾野におけるレジスト膜厚が薄い部分のレジスト
が剥がれやすくなるといった問題を解消することができ
る。

【００５１】また、Ｌ字形パターンの遮光部を持つマス
クを用いて、波長が２００〜３００ｎｍの領域の光を使
用して、ウエハＷの表面上における上記エッジの光照射
領域と非光照射領域との直交する２辺の境界部での照度
変化をシャープにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となる露光装置の構成を示す図で
ある。

【図２】図１の装置におけるマスクの配置とウエハ上の
投影像を示す図である。

【図３】ウエハＷの周辺部の一部を円環状に一定の幅で
露光する場合を説明する図である。

【図４】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図５】第１の実施例におけるマスクの配置とウエハ上
の投影像を示す図である。

【図６】マスクの一方のエッジをサジタル方向に傾けて
配置したときに使用できるマスクの大きさを示す図であ
る。

【図７】ウエハの周辺部の一部を円環状に露光する場合
を説明する図である。

【図８】非点収差のない輪帯状の領域内にマスクＭで整
形される直交する２辺が含まれるように配置したときの
状態を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図１０】第２の実施例におけるマスクの配置とウエハ
上の投影像を示す図である。

【図１１】ウエハの全周を円環状に露光する場合を説明
する図である。

【図１２】ウエハを階段状に露光した場合、ウエハの周
辺部の一部を円環状に露光した場合を示す図である。

【図１３】階段状露光における光照射領域を示す図であ
る。

【図１４】従来の不要レジスト露光装置の光学系の構成
を示す図である。

【図１５】光照射領域の境界部における照度の変化と現
像後のレジストを示す図である。

【図１６】光ファイバから放出される光をマスクにより
整形する場合を示す図である。

【図１７】投影レンズによる色収差を説明する図であ
る。

【図１８】色収差の補正を説明する図である。

【図１９】反射鏡とレンズから構成される反射光学系に
より露光装置を実現した場合の構成を示す図である。

【図２０】非点収差がある反射光学系を用いた場合のマ
スクの投影像の結像位置を説明する図である。

【図２１】反射光学系におけるある物体面に対するサジ
タル像面、タンジェンシャル像面の一例を示す図であ
る。

【図２２】反射光学系におけるある像面に対するサジタ
ル共役面、タンジェンシャル共役面の一例を示す図であ
る。

【図２３】物体面の位置を変えると、物体面に対する像
面の相対位置が変化することを説明する図である。

【図２４】物体面の位置を変えないで反射光学系の光学
設計値を変えることにより、像面の形状が変化する場合
を説明する図である。

【図２５】マスクとサジタル像面とが略平行になる場合
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 楕円集光鏡 ２ 紫外線ランプ ３ 平面反射鏡 ４ 光ファイバ ５ 投影レンズ ６ ウエハステージ １１ レンズ １２ 凹面反射光学素子 １３ 凸面反射光学素子 １４ 凹面反射光学素子 Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ マスク Ｗ ウエハ Ｓｈ シャッタ Ｓ１，Ｓ２ 遮光部 ｅ１，ｅ１’，ｅ２ エッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−216528（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−225212（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−102439（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114628（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−148420（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283418（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259069（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長が２００〜３００ｎｍの領域の光を
   含む光を放出する光照射手段と、 上記光照射手段から放出される光をウエハ上に照射する
   ため、上記光照射手段とウエハ間に設けられた曲面反射
   光学素子を含む投影光学系を備え、該ウエハに上記光照
   射手段から放出される光を照射して該ウエハを露光する
   露光装置であって、 上記投影光学系の像側空間にウエハを配置し、 上記投影光学系の物体側空間に、直交する直線状のエッ
   ジを持つ遮光部を備えた１枚のマスクを配置し、 一方のエッジの方向を上記投影光学系のタンジェンシャ
   ル方向に一致させ、上記他方のエッジの方向を上記投影
   光学系のサジタル方向に一致させ、上記一方のエッジの
   サジタル像と、上記他方のエッジのタンジェンシャル像
   がウエハの光照射面上に結像するように、タンジェンシ
   ャル共役面とサジタル共役面とが一致する領域内に、上
   記直交する直線状のエッジを配置したことを特徴とする
   露光装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載される露光装置に、
   上記光照射手段による光照射領域がウエハ上において走
   査されるように、ウエハを移動させる移動手段を付加
   し、 上記移動手段により上記ウエハを移動させて、ウエハ上
   のレジストを階段状に露光することを特徴とするレジス
   ト露光装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１に記載される露光装置に、
   上記光照射手段による光照射領域がウエハ上において走
   査されるように、ウエハを移動させる移動手段を付加
   し、 上記移動手段により上記ウエハを移動させて、ウエハ周
   辺部の特定区域のみを部分的に露光することを特徴とす
   るレジスト露光装置。