JPH09246179A - 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスク上のパターンを感光基板上に高精度に
投影露光することができる投影露光装置及びそれを用い
たデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 照明系からの光束で照明したマスク面上
のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影露光する
際、該投影光学系は該マスク面からの光束の有効光束径
内に入る大きさの光分割面、該光分割面の周囲を通過し
た光束を集光反射する第１反射鏡そして該光分割面で反
射した光束を集光反射する第２反射鏡とを有し、該第
１，第２反射鏡で集光反射した光束を該光分割面で合成
して該感光基板面上に導光していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬ
ＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液
晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを
製造する工程のうち、リソグラフィー工程に使用される
際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス
が、ますます高集積化されてきている。そしてこれに伴
い、半導体ウエハの製造には、より高精細な微細加工技
術が要求されている。

【０００３】この微細加工技術として、従来よりマスク
（レチクル）の回路パターン像を投影光学系により感光
基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方
式で露光する縮小露光装置（ステッパー）が種々と提案
されている。

【０００４】又、これらの投影露光装置のうち、最近で
は高解像力が得られ、且つ画面サイズを拡大できる走査
機構を用いたステップアンドスキャン方式の露光装置
（走査露光装置）も種々と提案されている。

【０００５】この他、反射投影光学系を用いた等倍の走
査露光装置を改良し、投影光学系に反射素子と屈折素子
を組み合わせたカタディオプトリック光学系を用いた
り、あるいは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を
用いて、マスクステージと感光基板のステージとの両方
を縮小倍率に応じた速度比で相対走査する投影式の走査
露光装置が種々と提案されている。

【０００６】例えば特開昭６３−１６３３１９号公報で
は、反射素子と屈折素子とを組み合わせた縮小投影光学
系が提案されている。そしてこの投影光学系を用いた走
査露光方式がＳＶＧＬ社からステップアンドスキャン方
式の投影式の走査露光装置として発表されている。

【０００７】図７は従来の走査露光装置の要部概略図で
ある。同図において、マスク１０１はマスクステージ１
０２に真空吸着等で固定されている。マスク１０２は紙
面上で左右に平行移動する機能を有しており、レーザ干
渉計等の測長器（不図示）で、その動きを制御してい
る。照明光学系１１２からの光束によってマスク１０１
上を照射し、マスク１０１の原画パターンを有した光束
ＯＰはレンズ系１０３で集光され、ミラー１０４で反射
し、レンズ系１０５で集光され、所定の偏光成分のみの
光束が偏光ビームスプリッター１０６を通過し、λ／４
板１０７を経て凹面ミラー１０８に導かれる。凹面ミラ
ー１０８で反射した光束ＯＰは再びλ／４板１０７を通
り、これにより光束ＯＰは偏光ビームスプリッター１０
６を通過した偏光方向に対して９０度回転した偏光方向
を持つようになる為、今度は偏光ビームスプリッター１
０６で反射し、レンズ系１０９を経て感光基板１１０上
にマスク１０１の原画パターン情報を結像している。

【０００８】感光基板１１０は感光基板ステージ１１１
に真空吸着等で固定している。感光基板ステージ１１１
はマスクステージ１０２と同様に紙面上で左右に平行移
動する機能を持ち、その移動は、やはりレーザ干渉計等
の測長器（不図示）で制御している。

【０００９】走査露光の際には、このマスクステージ１
０２と感光基板ステージ１１１を、両者の速度比が投影
光学系（１０３〜１０９）の倍率と同じ比率を示す速度
で同時に移動させることにより、大画面領域を感光基板
と同じ比率を示す。１１０に転写している。

【００１０】図８は反射光学系の代表例としての従来の
天体望遠鏡の光学系の要部断面図である。同図において
７１は無限遠にある天体からの光束、７２は結像を行う
凹面反射鏡、７３は光束を光軸に直角に曲げる反射鏡で
ある。天体からの光束７１は反射鏡７２，７３で反射さ
れたあと、矢印７４の方向で接眼レンズを通して観察し
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すように反射
鏡を含んだ投影光学系によりマスク面上の原画パターン
をウエハ上に縮小投影する投影露光装置では光束の有効
利用を図る為に偏光ビームスプリッターを用いている。
このときの偏光ビームスプリッターは光束を全て偏光反
射させている為に比較的大型になる傾向がある。

【００１２】一般に大きな偏光ビームスプリッターは均
質な硝材を得るのが困難なうえにＡｒＦエキシマレーザ
ー等の紫外線を光源とする場合、透過率が低い為に充分
な露光量が得られず、紫外線による硝材の損傷も大きく
なるという問題点があった。

【００１３】一方、図８に示した偏光ビームスプリッタ
ーを用いない反射光学系においては光束中に設けた反射
鏡７３により光束の全体が結像に寄与できないという問
題点があった。

【００１４】本発明は、マスク面上の原画パターンを照
明系からの光束で照明し、該原画パターンを投影光学系
により感光基板（ウエハ）上に縮小投影露光する際に該
投影光学系の各要素を適切に構成することにより該原画
パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光すること
のできる投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造
方法の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 （１−１）照明系からの光束で照明したマスク面上のパ
ターンを投影光学系で感光基板面上に投影露光する際、
該投影光学系は少なくとも１つの集光性の反射鏡と、該
反射鏡で反射させた集光光束の光路中に光分割面と最終
透過面に屈折力を有した光学部材とを有していることを
特徴としている。

【００１６】（１−２）照明系からの光束で照明したマ
スク面上のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影
露光する際、該投影光学系は該マスク面からの光束の有
効光束径内に入る大きさの光分割面、該光分割面の周囲
を通過した光束を集光反射する第１反射鏡そして該光分
割面で反射した光束を集光反射する第２反射鏡とを有
し、該第１，第２反射鏡で集光反射した光束を該光分割
面で合成して該感光基板面上に導光していることを特徴
としている。

【００１７】（１−３）照明系からの光束で照明したマ
スク面上のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影
露光する際、該投影光学系は該マスク面からの光束の有
効光束径内に入る大きさの光分割面と最終透過面に屈折
力を有した光学部材そして該光分割面の周囲及び該光分
割面を通過した光束を集光反射する反射鏡とを有し、該
反射鏡で集光反射した光束を該光分割面と最終透過面を
介して該感光基板面上に導光しているている。

【００１８】特に、構成要件（１−１）〜（１−３）に
おいて、（１−３−１）前記光分割面は偏光分波面より
成っていることを特徴としている。

【００１９】本発明のデバイスの製造方法は、 （２−１）前述の構成要件（１−１）〜（１−３）を有
する投影露光装置を用いて原画パターンを感光基板上に
形成し、該感光基板を現像処理工程を介してデバイスを
製造していることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。同図はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイ
ス，液晶デバイス，ＣＣＤ等の撮像デバイス，磁気ヘッ
ド等のデバイスを製造する際に用いる投影露光装置の一
部分を示している。

【００２１】同図において２２は回路パターンが形成さ
れているマスクであり、マスクステージに真空吸着等で
固定している。マスク２２はエキシマレーザーや高圧水
銀灯等を有する照明系（不図示）からの光束で照明され
ている。２１は集光レンズ（レンズ系）であり、マスク
２２からの光束を集光している。１１は光束を分割及び
合成するハーフミラー面や偏光分波面を有する光学部材
である。本実施形態では偏光ビームスプリッター等から
成っている。光学部材１１はプリズム体より成り、その
内部に光分割面としての偏光分波面２３を有している。
以下、光学部材１１に偏光ビームスプリッターを用いた
ときについて説明する。１２，１３は各々同じ焦点距離
を持つ縮小型の反射鏡であり、本実施形態では凹面鏡よ
り成っている。１４，２０はλ／４波長板、１５は光路
長補正素子、１６はウエハであり、その面上にマスク２
２に形成されている回路パターンが縮小投影されてい
る。

【００２２】次に本実施形態の投影露光装置の結像状態
について説明する。不図示の光源からの光束によりマス
ク２２を照明している。マスク２２からの光束はレンズ
系２１を通って、紙面に垂直な振動面を持った光束１７
として左方から右方へ進む。この光束１７の断面が偏光
分波面よりも大きくなるようにしている。光束１７のう
ち偏光分波面２３に入射する内側の光束は反射され、一
方偏光分波面２３に入射しない外側の光束はそのまま縮
小反射鏡１２の方へ進む。

【００２３】偏光分波面２３で反射された光束はλ／４
板１４を通り、反射鏡１３で反射され、λ／４板を通り
光束１８として再び偏光ビームスプリッター１１に入射
する。このとき光束１８はλ／４波長板１４を２回通る
為、振動面が９０度回転し、偏光状態は紙面に平行とな
り、今度は偏光分波面２３を透過し、λ／４板２０を介
してウエハ１６上に結像する。

【００２４】一方、光束１７のうち偏光分波面２３に入
射しない外側の光束１９は光路長補正素子１５を通り、
反射鏡１２で反射し、光路長補正素子１５を介して偏光
分波面２３で反射してλ／４板２０を通過してウエハ１
６上に結像している。

【００２５】本実施形態において光束１８は偏光ビーム
スプリッター１１を２回通過するが光束１９は１回しか
通過しない為双方の光路長に差が出る。光路長補正素子
１５は、このときの光束１８と光束１９との光路長の差
を補正する為に、光束１９の光路中に設けている。反射
鏡１２と反射鏡１３の偏光ビームスプリッター１１から
の距離は光路長補正素子１５を含めて光路長が等しく、
両方の反射鏡１２，１３からの光の位相が合うように精
密に調整している。

【００２６】具体的には、このときの精密位置合わせ及
び曲率微小補正を、反射鏡１３の裏に、例えばピエゾ素
子のように反射鏡１３の変位，変形を可能とする素子を
複数備えて行っている。λ／４板２０は偏光による結像
特性の偏りをなくす為、偏光ビームスプリッター１１の
通過後の光路中に設けている。これはλ／２波長板等、
他の波長板でよい場合もある。

【００２７】図示していないが、ウエハ１６と偏光ビー
ムスプリッター１１の間や反射鏡１２，１３と偏光ビー
ムスプリッター１１との間にレンズエレメントを挿入す
ることも可能であり、レンズ系と反射鏡全体として縮小
投影光学系を構成している。

【００２８】本実施形態では偏光分波面２３の入射面に
対して垂直な振動面を持つ偏光が反射するような偏光ビ
ームスプリッターを用いたが、グラントムソンプリズム
のように入射面に対して平行な振動面を持つ偏光を反射
する偏光ビームスプリッターとそのような偏光を用いて
も同じ効果が得られる。

【００２９】本実施形態では以上の構成により、偏光ビ
ームスプリッター１１の偏光分波面２３の縮小化を図り
つつ、マスク２２面上の回路パターンをウエハ１６面上
に縮小投影している。そして公知の現像処理工程を介し
てデバイスを製造している。

【００３０】図２は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べて、光学部
材３３の光分割面で反射される光束側の反射鏡を省略
し、光学部材３３の最終透過面４０ａに正又は負の屈折
力を付与した点が異なっており、その他の構成は同じで
ある。

【００３１】同図において３３は光分割面と最終透過面
に屈折力を有した光学部材であり、光分割面は偏光分波
面より成っている。光学部材３３はプリズム体より成っ
ており、その内部に偏光分波面（偏光ビームスプリッタ
ー面）４０を設けている。３４は縮小型の反射鏡、３２
はレンズ系、３５，３６は各々λ／４波長板、３７はウ
エハ、３１はマスクである。

【００３２】不図示の光源からの紙面に平行な振動面の
光束はマスク３１を照明している。マスク３１からの光
束はレンズ系３２を通って紙面に平行な振動面を持った
光束３８として左から右へ進み光学部材３３に入射す
る。

【００３３】この光束３８は光学部材３３の偏光分波面
４０を通過する偏光光となっている為、光学部材３３に
入射した光束は全て通過する。そして光束３８はλ／４
板３５を介して反射鏡３４で集光されて、又λ／４板３
５を介して紙面に垂直な偏光光束３９として光学部材３
３に入射し、今度は偏光分波面４０で反射する。そして
λ／４板３６を介してウエハ３７面上に結像している。

【００３４】λ／４板３６は偏光による結像特性の偏り
をなくす為、光学部材３３の偏光分波面の通過後の光路
中に設けている。これはλ／２波長板等、他の波長板で
よい場合もある。

【００３５】図示していないが、ウエハ３７と光学部材
３３の間や反射鏡３４と光学部材３３の間にレンズエレ
メントを挿入することも可能であり、レンズ系と反射鏡
全体として縮小投影光学系を構成している。

【００３６】本実施形態では偏光分波面４０の入射面に
対して平行な振動面を持つ偏光が透過するよう光学部材
３３を用いたが、グラントムソンプリズムのように入射
面に対して垂直な振動面を持つ偏光を透過する光学部材
とそのような偏光を用いても同じ効果が得られる。

【００３７】図３は本実施形態における光学部材３３の
偏光分波面４０近傍の拡大断面図である。本光学部材を
製作する際、斜面に沿って上下の透明部材８１，８２の
面ずれが発生しないように２枚の部材８３，８４で挟
み、更にエッジ部８７，８８が波面に悪影響を与えない
よう、透明部材８１，８２の材質の屈折率ｎとインデッ
クスマッチングした接着剤８５，８６で隙間を埋めて構
成している。尚、透明部材８２の最終透過面４０ａには
正又は負の屈折力を付与している。

【００３８】図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施形態２
に適用可能な光学部材近傍の要部断面図である。図中４
１，４５は各々光学部材、４３，４７はウエハである。

【００３９】光束は実施形態２の反射鏡で反射され、そ
の後、偏光分波面４２，４６でウエハ方向に反射され
る。そのとき光学部材４１，４５の最終面４４，４８に
屈折力を与えている。

【００４０】図４（Ａ）では最終面４４に正の屈折力を
与え、図４（Ｂ）では最終面４８に負の屈折力を与えて
いる。これにより投影光学系としての諸収差の補正を容
易にしている。

【００４１】尚、以上の各実施形態においてマスク及び
感光基板を投影光学系の光軸と垂直面内において投影光
学系の投影倍率に対応させて同期して走査して露光する
ようにしてもよい。この他、マスク又は感光基板のうち
一方を走査して露光するようにしてもよい。

【００４２】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施例を説明する。

【００４３】図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。

【００４４】本実施例においてステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。

【００４５】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【００４６】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。

【００４７】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００４８】図６は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。

【００４９】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【００５０】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００５１】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
のデバイスを容易に製造することができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、マスク面
上の原画パターンを照明系からの光束で照明し、該原画
パターンを投影光学系により感光基板（ウエハ）上に縮
小投影露光する際に該投影光学系の各要素を適切に構成
することにより該原画パターンをウエハ面上に高い解像
力で投影露光することのできる投影露光装置及びそれを
用いたデバイスの製造方法を達成することができる。

【００５３】この他本発明によれば、反射鏡への光束の
一部しか偏光分波面を通過しない構成なので、偏光分波
面を小さくでき、結果として反射屈折型の投影光学系の
硝材厚さを薄くすることが可能となる。即ちＡｒＦエキ
シマレーザー等の紫外線を光源に用いても透過率が高
く、劣化の少ない投影光学系が可能となる。又光束の中
央がけられることもなく、精密な結像が実現されるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】本発明の実施形態２の要部概略図

【図３】図２の一部分の拡大説明図

【図４】本発明の実施形態２の一部分の説明図

【図５】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図６】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図７】従来の走査型の投影露光装置の要部概略図

【図８】従来の反射光学系の要部概略図

【符号の説明】

２２，３１，５１ マスク ２１，３２，５３，５５，５９ レンズ系 １１，３３，４１，４５，５６ 偏光ビームスプリッ
ター ２３，４０，４２，４６ 偏光分波面 １２，１３，３４，５８，７２ 縮小反射鏡 １４，２０，３５，３６，５７ λ／４波長板 １６，３７，４３，４７，６０ ウエハ ７３ 反射鏡

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明系からの光束で照明したマスク面上
   のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影露光する
   際、該投影光学系は少なくとも１つの集光性の反射鏡
   と、該反射鏡で反射させた集光光束の光路中に光分割面
   と最終透過面に屈折力を有した光学部材とを有している
   ことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 照明系からの光束で照明したマスク面上
   のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影露光する
   際、該投影光学系は該マスク面からの光束の有効光束径
   内に入る大きさの光分割面、該光分割面の周囲を通過し
   た光束を集光反射する第１反射鏡そして該光分割面で反
   射した光束を集光反射する第２反射鏡とを有し、該第
   １，第２反射鏡で集光反射した光束を該光分割面で合成
   して該感光基板面上に導光していることを特徴とする投
   影露光装置。
3. 【請求項３】 照明系からの光束で照明したマスク面上
   のパターンを投影光学系で感光基板面上に投影露光する
   際、該投影光学系は該マスク面からの光束の有効光束径
   内に入る大きさの光分割面と最終透過面に屈折力を有し
   た光学部材そして該光分割面の周囲及び該光分割面を通
   過した光束を集光反射する反射鏡とを有し、該反射鏡で
   集光反射した光束を該光分割面と最終透過面を介して該
   感光基板面上に導光していることを特徴とする投影露光
   装置。
4. 【請求項４】 前記光分割面は偏光分波面より成ってい
   ることを特徴とする請求項１，２又は３の投影露光装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか１項記載の投影
   露光装置を用いてデバイスを製造していることを特徴と
   するデバイスの製造方法。