JP2003178954A - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は被処理体を載置するステージの動き
に制約を与えることなしに、スループットを下げずに十
分な焦点深度を確保することができる露光装置及び当該
露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の一側面としての露光装置は、物
体面上のパターンを像面上に投影する投影光学系と、互
いに同一形状の非球面を有する１対の光学素子を前記非
球面が互いに点対称となるように向かい合わせて配置し
た光学手段とを有し、マスク面上のパターンを像面上に
投影する投影系と、前記光学手段に接続されて光軸と直
交する方向に前記一対の光学素子の相対位置を変化させ
る駆動機構とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、露光装
置に関し、特に、瞳の中央が遮光又は吸収される投影光
学系を利用して半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディ
スプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露
光する露光装置、前記被処理体を使用するデバイスの製
造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバイスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化及び薄型化の要
請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への
要求はますます高くなっている。例えば、マスクパター
ンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。

【０００３】半導体製造用の代表的な露光装置である投
影露光装置は、（本出願では交換可能に使用する）マス
ク又はレチクル上に描画されたパターンを被処理体（ウ
ェハなど）上に投影露光する投影光学系を備えている。
投影露光装置の解像度（正確に転写できる最小寸法）Ｒ
は、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用い
て次式で与えられる。

【０００４】

【数１】

【０００５】一方、一定の結像性能を維持できる焦点範
囲を焦点深度といい、焦点深度の許容限度を表すフォー
カスマージンＦは次式で与えられる。

【０００６】

【数２】

【０００７】従って、解像度を増加させるには、波長を
小さくするか、開口数を大きくするかのどちらかとなる
が、いずれの場合にせよ数式２から理解されるようにフ
ォーカスマージンを減少させてしまう。フォーカスマー
ジンが減少するとフォーカス合せが難しくなり、基板の
フラットネス（平坦度）やフォーカス精度を上げること
が要求されるため、基本的に大きい方が好ましい。

【０００８】数式１及び２から、波長を短くする方がＮ
Ａを大きくするよりも望ましいことが理解される。近年
では、露光光源の波長はＫｒＦエキシマレーザー（波長
約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約１
９３ｎｍ）に、ＮＡは約０.６から約０.７５になろうと
している。また、Ｆ_２エキシマレーザー（波長約１５７
ｎｍ）の実用化も進んでいる。殊に、Ｆ_２エキシマレー
ザになるとＮＡは０．８を越えるようになり露光波長も
短くなることから、焦点深度は浅くなってしまい０．５
μｍの焦点深度すら確保することは困難になっている。

【０００９】このような問題の解決法の一つとして多重
結像露光法（ＦＬＥＸ（フレックス）法）がある。かか
る方法は、孤立パターン（ホールパターン等）に対し、
同一光軸上の異なる位置に結像する複数の像を重ね合わ
せることで投影レンズのデフォーカスマージンを人工的
に増加させる方法である。特開平２−２１０８１２号公
報にはこの多重結像露光法の原理が提案されているが、
同特許にはＮＡ０．４２のｉ線露光装置を用い、結像面
を２箇所に設定し焦点深度が１．５μｍから４．５μｍ
に増加した例が示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
露光装置を用いてこのような多重結像露光法を行うため
には、露光中に被処理体が搭載されたステージを通常の
移動方向とは異なる光軸方向にステップ駆動しなければ
ならず、スループットを下げないように連続駆動をする
とフレックス効果が十分上げられない等の問題点があっ
た。

【００１１】そこで、本発明は被処理体を載置するステ
ージの動きに制約を与えることなしに、スループットを
下げずに十分な焦点深度を確保することができる露光装
置及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供
することを例示的目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一側面としての露光装置は、物体面上のパ
ターンを像面上に投影する投影光学系と、互いに同一形
状の非球面を有する１対の光学素子を前記非球面が互い
に点対称となるように向かい合わせて配置した光学手段
とを有し、マスク面上のパターンを像面上に投影する投
影系と、前記光学手段に接続されて光軸と直交する方向
に前記一対の光学素子の相対位置を変化させる駆動機構
とを有する。かかる露光装置によれば、光学部材の一対
の光学素子の相対位置を変化させることにより投影光学
系の像面を変化させることができる。これにより、フォ
ーカス位置を変化させることができるので、ウェハステ
ージを光軸方向に駆動することなくフレックス露光を行
うことができる。よって、焦点深度を増大させることと
なり結像性能よく露光を行うことができ、またスループ
ットを低下させることなく高品位な製品を製造すること
ができる。

【００１３】上述した本発明の露光装置において、前記
一対の光学素子の相対位置を変化させることにより、前
記投影光学系の像面をフォーカス方向に変化させながら
前記被処理体を露光する。かかる露光装置によれば、フ
ォーカス位置を光軸方向に変化させフレックス露光を行
うことで所望の焦点深度を得ることができる。かかる露
光装置は、前記マスクのパターンを被処理体に一括で投
影する場合に好ましい。また、かかる露光装置は、前記
光学素子に施されている非球面の形状をｆ（ｘ，ｙ）と
したとき、ｆ（ｘ，ｙ）を微分して得られる関数形が
ａ_ｎ（ｘ^２＋ｙ ^２）^２ｎ（ｎは正の整数）に示す数式の
項の和で表される。

【００１４】また、上述した本発明の露光装置におい
て、前記一対の光学素子の相対位置を変えることによ
り、該投影光学系の像面が被露光面に対し一定角度傾く
ように配置せしめた後、前記被処理体を露光することを
特徴とする。かかる露光装置によれば、像面が被露光面
に対して一定角度傾く、即ち、焦点位置が被露光面に対
して傾いた分布となり、マスクに対して被処理体を走査
させることでフレックス露光を行うことができる。かか
る露光装置は、前記マスクに対して前記被処理体を連続
的に走査させて前記マスクのパターンを前記被処理体に
投影する場合に好適である。かかる露光装置において、
前記光学素子に施されている非球面の形状ｆ（ｘ，ｙ）
が、ａ、ｂを定数としたときにｆ（ｘ，ｙ）＝ａｙ^２＋
２ｂｘｙで示す式で表される。

【００１５】また、本発明の露光装置は、前記一対の光
学素子は、前記非球面を有する面とは異なる面が互いに
平面であってもよい。また、前記一対の光学素子は、前
記非球面を有する面とは異なる面が互いに線対称となる
ような前記非球面を有してもよい。このように、一対の
光学素子の両側を非球面とすることで、合計２組の非球
面の組み合わせが構成され、各非球面に負担させる光学
パワーを分散させることができる。かかる構成であって
も、上述した光学部材と同様の作用及び効果を奏するこ
とができる。また、かかる構成は、光学素子の各面の非
球面量を半分にする低減できる効果がある。更に、前記
光学部材は、前記一対の光学素子のうち一方の前記光学
素子が各々前記非球面を有するように分割されて、分割
された前記一方の光学素子を他方の光学素子に対して前
記非球面が互いに線対称となるように向かい合わせて配
置されてもよい。かかる構成であっても、上述したよう
な２組の非球面の組み合わせよりなる光学部座と同様な
作用及び効果を奏する。

【００１６】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、Ｌ
ＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、
磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の例示的な露光装置について説明する。ここで、図１
は、本発明の露光装置１の概略ブロック図である。図１
に示すように、露光装置１は、照明装置１００と、マス
ク２００と、投影系３００と、プレート４００と、ステ
ージ４２０と、制御機構６００とを有する。

【００１８】本実施形態の露光装置１は、ステップアン
ドリピート方式でマスク２００に形成された回路パター
ンをプレート４００に露光する投影露光装置であるが、
本発明はステップアンドスキャン方式その他の露光方式
を適用することができる。ここで、ステップアンドリピ
ート方式は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハ
をステップ移動して次のショットを露光領域に移動する
露光法である。また、ステップアンドスキャン方式は、
マスクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパ
ターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終
了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領
域に移動する露光法である。

【００１９】照明装置１００は転写用の回路パターンが
形成されたマスク２００を照明し、図示しない光源部１
１０と照明光学系１２０とを有する。

【００２０】光源部１１０は、光源としてのレーザー
と、ビーム整形系とを含む。

【００２１】レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエ
キシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレ
ーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなど
のパルスレーザーからの光を使用することができる。レ
ーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例え
ば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザー
の個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の
固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒー
レンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはか
なり低減する。また、光源部１１０に使用可能な光源は
レーザーに限定されるものではなく、ｇ線（４３６ｎ
ｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）を発する一又は複数の水銀ラ
ンプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

【００２２】ビーム整形系は、例えば、複数のシリンド
リカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用する
ことができ、レーザーからの平行光の断面形状の寸法の
縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長
方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所
望のものに成形する。ビーム成形系は、後述するオプテ
ィカルインテグレータを照明するのに必要な大きさと発
散角を持つ光束を形成する。

【００２３】照明光学系１２０は、マスク２００を照明
する光学系であり、例えば、集光光学系と、オプティカ
ルインテグレータと、開口絞りと、コンデンサーレンズ
とを含む。照明光学系１２０は、軸上光、軸外光を問わ
ず使用することができる。なお、照明光学系１２０は、
プレート４００上の転写領域の寸法を変更するためのマ
スキングブレードやスキャンブレードを更に有してもよ
い。照明光学系１２０は、例えば、複数のレンズ及び必
要なミラーを有し、射出側でテレセントリックとなるア
フォーカル系を構成する。

【００２４】集光光学系は、まず、必要な折り曲げミラ
ーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカ
ルインテグレータに効率よく導入する。例えば、集光光
学系は、ビーム成形系の出射面と後述するハエの目レン
ズとして構成されたオプティカルインテグレータの入射
面とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係
（かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場
合がある）になるように配置されたコンデンサーレンズ
を含み、それを通過した光束の主光線をオプティカルイ
ンテグレータの中心及び周辺のどのレンズ素子に対して
も平行に維持する。

【００２５】オプティカルインテグレータはマスク２０
０に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、入
射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目
レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射
面と出射面とがフーリエ変換の関係に維持されている。
但し、後述するように、本発明が使用可能なオプティカ
ルインテグレータ１４０はハエの目レンズに限定される
ものではない。

【００２６】ここで、ハエの目レンズは互いの焦点位置
がそれと異なるもう一方の面にあるレンズ（レンズ素
子）を複数個並べたものである。また、ハエの目レンズ
を構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子の
レンズ面が球面である場合、照明装置の照明領域と略相
似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの
目レンズの光入射面と照明領域が物体と像の関係（共役
関係）であるからである。

【００２７】なお、ハエの目レンズは光学ロッドに置換
される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であ
った照度分布を出射面で均一にし、ロッド軸と垂直な断
面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩形断面
を有する。なお、光学ロッドはロッド軸と垂直な断面形
状にパワーがあると出射面での照度が均一にならないの
で、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで形成さ
れる多角形である。その他、ハエの目レンズは、拡散作
用をもった回折素子に置換されてもよい。

【００２８】開口絞りは、オプティカルインテグレータ
の出射面の直後に設けられる。開口絞りは、例えば、開
口形状が可変にされた可変開口絞りであり、通常の円形
開口の絞りを含む、輪帯照明や他の斜入射照明などの有
効光源分布を形成する各種の絞りからなっている。可変
開口絞りを変えるためにこれらの開口絞りを形成した円
盤状ターレットを用い、図示しない駆動装置が絞りを切
り替えるべくターレットを回転させることで行うことが
できる。

【００２９】コンデンサーレンズはハエの目レンズから
出た光をできるだけ多く集めて主光線が平行、すなわち
テレセントリックになるようにマスク２００をケーラー
照明する。マスク２００とハエの目レンズの出射面とは
フーリエ変換の関係に配置されている。

【００３０】露光装置１は、例えばステップアンドスキ
ャン方式の露光装置（即ち、「スキャナー」）であるな
ら、必要があれば照度ムラ制御用の幅可変スリットや走
査中の露光領域制限用のマスキングブレード（絞り又は
スリット）等を有することもできる。マスキングブレー
ドが設けられる場合にはマスキングブレードとハエの目
レンズの出射面とはフーリエ変換の関係に配置され、マ
スク２００面と光学的に略共役な位置に設けられる。マ
スキングブレードの開口部を透過した光束をマスク２０
０の照明光として使用する。マスキングブレードは開口
幅を自動可変できる絞りであり、後述するプレート４０
０の（開口スリットの）転写領域を縦方向で変更可能に
する。また、露光装置は、プレート４００の（１ショッ
トのスキャン露光領域としての）転写領域の横方向を変
更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構
造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブ
レードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク２
００面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。これに
より露光装置１は、これら二つの可変ブレードを用いる
ことによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写
領域の寸法を設定することができる。

【００３１】マスク２００は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成さ
れ、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。
マスク２００から発せられた回折光は投影光学系３００
を通りプレート４００上に投影される。プレート４００
は、被処理体でありレジストが塗布されている。マスク
２００とプレート４００とは光学的に共役の関係に配置
される。露光装置１がスキャナーであるなら、マスク２
００とプレート４００を走査することによりマスク２０
０のパターンをプレート４００上に転写する。なお、露
光装置１がステップアンドリピート方式の露光装置（即
ち、「ステッパー」）であれば、マスク２００とプレー
ト４００とを静止させた状態で露光を行う。

【００３２】マスクステージは、マスク２００を支持し
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステ
ージを駆動することでマスク２００を移動することがで
きる。露光装置１は、マスク２００とプレート４００を
制御機構６００によって同期した状態で走査する。

【００３３】投影系３００は、マスク２００に形成され
たパターンを経た回折光をプレート４００上（又はプレ
ート４００の近傍）に結像する。投影系３００は、投影
光学系３１０と、光学部材３２０とを有する。本実施形
態においては光学部材３２０と投影光学系３１０はマス
ク２００面上のパターンをプレート４００上に投影する
投影系３００の一要素を構成するが、光学部材３２０を
投影系３００の一要素に含むかどうかは任意である。即
ち、投影系３００と光学部材３２０とをそれぞれ独立し
た部材として定義されてもよい（即ち、投影系３００は
投影光学系３１０のみを有する）。

【００３４】投影光学系３００は、基本的に、マスク２
００に形成されたパターンを経た回折光をプレート４０
０上に結像する。投影光学系３００は、複数のレンズ素
子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも
一枚のミラーとを有する光学系（カタディオプトリック
光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフ
ォームなどの回折光学素子とを有する光学系を使用する
ことができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに
分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレ
ンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆
方向の分散が生じるように構成したりする。

【００３５】光学部材３２０は、投影光学系３１０の像
面を変化させる。光学部材３２０は、マスク２００とプ
レート４００の間であって、後述する機能を達成可能な
光軸上に設けられる。より詳細には、露光装置１がステ
ッパーである場合には、光学部材３２０は投影光学系３
００の瞳近傍位置に配置されることが好ましい。これは
後述するように、光学部材３２０を構成する光学素子３
２０に対して比較的垂直に入射させないと異なる収差
（即ち、軸上球面収差以外の収差）を発生させ、所望と
する軸上級面収差の制御を困難とする恐れがあるからで
ある。但し、投影光学系３１０の条件（即ち、略垂直に
入射するような場所）によってはマスク２００近傍、も
しくはプレート４００近傍に配置してもよい。一方、露
光装置１がスキャナーである場合には、光学部材３２０
は投影光学系３１０よりもマスク２００側に設けられる
ことが好ましい。これは、後述するように像面の傾斜を
発生させたい場合、プレート４００側でも原理的には成
り立つが、物体側ＮＡの方が小さいため光学部材３２０
による像面傾斜以外の収差の発生を小さく抑えることが
出来るからである。

【００３６】光学部材３２０は、図２に示すように、一
対の光学素子３２２及び３２４（又は、一対の光学素子
３３２及び３３４）を有する。ここで、図２は、図１に
示す光学部材３２０を示す概略断面図である。一対の光
学素子３２２及び３２４（又は３３２及び３３４）は互
いに同一形状を有し、片面又は両面が所定の非球面形状
を有している。また、光学部材３２０には駆動機構３４
０が接続されており、光学素子３２２及び３２４（又は
３３２及び３３４）は光軸Ａと垂直な方向（図１に示す
ｙ方向）に移動することができる。以下、ステッパーに
適用される場合の光学素子３２２及び３２４と、スキャ
ナーに適用される場合の光学素子３３２及び３３４につ
いての所定の非球面形状について説明する。

【００３７】まず、ステッパ−においては、光学素子３
２２及び３２４の表面形状ｆ（ｘ，ｙ）は上述した駆動
方向をｙとした場合、以下に示す数式３で表される。

【００３８】

【数３】

【００３９】ここで、ｘはｙ方向と直行する方向成分を
表している。もしくは、光学素子３２２及び３２４の表
面形状ｆ（ｘ，ｙ）は数式３に以下に示す数式４を付加
した形状となっている。

【００４０】

【数４】

【００４１】これらの関数形を示す非球面を互いに点対
称となるように向かい合わせて配置してｙ方向に駆動し
た場合、波面の変化に与える影響は数式３（又は、数式
３＋数式４）の微分値で与えられる。数式３の微分値は
ａ_１ｒ^２（＝ｘ^２＋ｙ^２）、数式４の微分値はａ_２ｒ^４
（＝（ｘ^２＋ｙ^２）^２）となる。これらの微分値は波面
をデフォーカスさせたのと同等の効果を表している。換
言すれば、光学素子３２２及び３２４は、波面をデフォ
ーカスさせるような微分値を積分することで定められる
非球面形状を有することになる。

【００４２】再び図２を参照するに、ステッパーに適応
される光学部材３２０においては、光学素子３２２及び
３２４は上述した数式３（又は、数式３＋数式４）で示
される非球面形状を有する面が互いに点対称となるよう
に向かい合わせて配置されている。また、図２に示すよ
うに、光学素子３２２及び３２４のそれぞれ他方の面
（即ち、光学部材３２０の最も物体側と像側に位置する
面）は平面形状を有している。露光に際して、かかる光
学素子３２２及び３２４のうちどちらか一方の光学素子
（図２においては、光学素子３２４）を光軸Ａと垂直な
方向に動かすことで、投影光学系３００の像面を光軸Ａ
方向に動かすことができる。従って、露光に際して、光
学素子３２２及び３２４の駆動量を最適に選択すること
により、焦点深度を変化させることでフレックス露光を
行うことができる。また、かかる光学部材３２０を使用
することは、従来のようにウェハステージ４２０を光軸
Ａ方向に移動させる必要がなくなるので、スループット
を下げずにフレックス露光を行うことができる。

【００４３】なお、図３に示すように、本発明は光学素
子３２２及び３２４の両者を動かすことを制限するもの
ではない。即ち、光学素子３２２及び３２４は、光軸Ａ
と直行する方向に両者が光軸Ａに対して対称となるよう
動かされればよい。ここで、図３は、光学部材３２０を
示した図２に対応する断面図である。光学素子３２２及
び３２４の両者を動かすことは、どちらか一方を動かし
たときよりも、光学素子３２２及び３２４の非球面間の
相対距離が２倍で増加するので、その分像面のフォーカ
ス方向への移動量を増加させる。

【００４４】また、図４を参照するに、光学素子３２２
及び３２４は両面に非球面を施された面形状を有する光
学素子３２２Ａ及び３２４Ａであってもよい。ここで、
図４は、図２に示す光学部材３２０の変形例を示す光学
部材３２０Ａの概略断面図である。図４に示すように、
光学素子３２２Ａ及び３２４Ａは、光学部材３２０と同
様、上述した所定の非球面（即ち、同一形状の非球面）
を有する面が互いに点対称となるように向かい合わせて
配置されている。また、光学素子３２２Ａ及び３２４Ａ
は両面に所定の非球面を有するものであり、光学部材３
２０において最も物体側及び像側に位置する光学素子３
２２Ａ及び３２４Ａの各面でも点対称になった非球面の
組み合わせが構成される。このように、光学素子３２２
Ａ及び３２４Ａのように両側を非球面とすることで、合
計２組の非球面の組み合わせが構成され、各非球面に負
担させる光学パワーを分散させることができる。かかる
構成であっても、光学素子３２２Ａ及び３２４Ａのどち
らか一方又は両方を移動させることで、上述した光学素
子３２０と同様の作用及び効果を奏することができる。
また、かかる構成は、光学素子３２２Ａ及び３２４Ａの
各面の非球面量を半分にする低減できる効果がある。

【００４５】また、図５に示すように、図４に示す光学
素子３２２Ａ又は３２４Ａのどちらか一方の光学素子を
光軸Ａと垂直な方向に線対称となるように分割し、各光
学素子の非球面が互いに点対称となるように向かい合わ
せて配置された光学部材３２０Ｂであってもよい。ここ
で、図５は、図４に示す光学部材３２０Ａの変形例であ
る光学部材３２０Ｂを示す概略断面図である。図５にお
いては、光学素子３２４Ａを分割し、分割された光学素
子３２４Ａ_１及び３２４Ａ_２と光学素子３２０Ａにより
各光学素子の所定の非球面が互いに点対称となるように
向かい合わせて配置されている。かかる構成であっても
２組の非球面の組み合わせが実現されており、図４に示
して上述した光学部材３２０Ａと同様の作用及び効果を
有することができる。

【００４６】尚、上述した実施形態では非球面の形状関
数として、ｒ^４の項まで与えたが、ｒ^６以上の項を付加
しても同様の効果が期待できる。

【００４７】一方、スキャナーにおいては、光学素子３
３２及び３３４の表面形状ｆ（ｘ，ｙ）は上述した駆動
方向をｙとした場合、以下に示す数式５で表される。

【００４８】

【数５】

【００４９】ここで、ｘはｙ方向と直行する方向成分を
表している。

【００５０】これらの関数形を示す非球面を互いに点対
称となるように向かい合わせて配置してｙ方向に駆動し
た場合、波面の変化に与える影響は数式５の微分値で与
えられる。この微分値は像面の傾きを変えることと同等
の効果を表している。換言すれば、光学素子３２２及び
３２４は、像面の傾きを変えるような微分値を積分する
ことで定められる非球面形状を有することになる。

【００５１】再び図２を参照するに、ステッパーに適応
される光学部材３２０においては、光学素子３３２及び
３３４は上述した数式５で示される非球面形状を有する
面が互いに点対称となるように向かい合わせて配置され
ている。また、図２に示すように、光学素子３３２及び
３３４のそれぞれ他方の面（即ち、光学部材３２０の最
も物体側と像側に位置する面）は平面形状を有してい
る。露光に際して、かかる光学素子３３２及び３３４の
うちどちらか一方の光学素子（図２においては、光学素
子３３４）を光軸Ａと垂直な方向に動かすことで、投影
光学系３００の像面の傾きを変えることができる。従っ
て、露光に際して、光学素子３２２及び３２４の駆動量
を最適に選択することにより、傾いた像面によりフォー
カス位置がずれているためフレックス露光を行うことが
できる。また、かかる光学部材３２０を使用すること
は、従来のようにウェハステージ４２０を光軸Ａ方向に
移動させる必要がなくなるので、スループットを下げず
に露光を行うことができる。

【００５２】なお、かかる形態であっても、図３乃至図
５に示して上述したような光学素子３２２及び３２４と
同様な構成の変形例を使用することができる。

【００５３】なお、露光装置１は、図１に示すように、
図示しない焦点検出装置の投影光学系５００により、矢
印の線に沿ってプレート４００表面にスリットパターン
を投影している。また、図示しない焦点検出装置の受光
光学系５１０により、プレート４００表面に投影された
当該スリットパターンを焦点検出装置内のＣＣＤに再投
影しており、ＣＣＤ上のスリットパターンの位置をモニ
ターすることにより、プレート４００の表面の位置を計
測することができる。マスク２００の理想像面の位置と
焦点検出装置の出力のキャリブレーションはテストレチ
クルをフォーカスを変えながら露光することにより、予
め調べることができる。

【００５４】プレート４００は、本実施形態ではウェハ
であるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレ
ート４００にはフォトレジストが塗布されている。フォ
トレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処
理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを
含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗
布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるた
めの表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）
処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓ
ｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理す
る。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像
後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

【００５５】プレート４００はウェハホルダー４１０を
介してウェハステージ４２０に支持される。ステージ４
２０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用すること
ができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省
略する。例えば、ステージ４２０はリニアモータを利用
してＸＹ方向にプレート４００を移動する。マスク２０
０とプレート４００は、例えば、同期して走査され、図
示しないマスクステージとウェハステージ４２０の位置
は、レーザー干渉計４３０などにより監視され、両者は
一定の速度比率で駆動される。ステージ４２０は、例え
ば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤
上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系３００
は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレー
ム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤
上に設けられる。

【００５６】制御機構６００は、ＣＰＵ、ＭＰＵなど名
称の如何を問わない処理装置や、メモリを含み、露光装
置１の各部を制御する。制御機構６００は、照明装置１
００、駆動機構３４０、図示しない焦点検出装置に接続
されて、これらからの情報を取得したり、また、これら
を制御することができる。例えば、制御機構６００は図
６に示して後述するような移動機構３４０を駆動するた
めのタイミングチャートを格納し、これに基づき光学手
段３２０によって焦点位置が変化するように駆動機構３
４０を制御する。

【００５７】露光において、レーザーから発せられた光
束は、ビーム成形系によりそのビーム形状が所望のもの
に成形された後で、照明光学系１２０に入射する。集光
光学系は、それを通過した光束をオプティカルインテグ
レータに効率よく導入する。その際、制御機構６００が
照明光の露光量を調節する。オプティカルインテグレー
タは照明光を均一化し、開口絞りは、所望とする照明光
を形成する。かかる照明光はコンデンサーレンズを介し
てマスク２００を最適な照明条件で照明する。マスク２
００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によ
って、プレート４００上に所定倍率で縮小投影される。

【００５８】露光装置１がステップアンドリピート方式
であれば、マスク２００とプレート４００を静止させた
状態で露光を行う。以下、ステッパーでＦＬＥＸ露光を
行う方法を示す。ここで、図６Ａは光学手段３２０の駆
動する速度のタイミングチャート（駆動関数）の例であ
り、図６Ｂはこのときのフォーカス点の位置の時間関数
を示す図である。図７は、図１に示す露光装置１のフォ
ーカス移動の概念図である。

【００５９】図６Ａで、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は露光
時間、τ１、τ２、τ３は非露光時間であるが、この間
に次の露光ショットが露光位置に来るようにウェハステ
ージ４２０をステップ移動される。同図では関数の積分
値がステージのＺ座標位置を示し、図６ＢはそのＺ座標
の時間関数となっている。すなわち、時刻Ｔ１ではフォ
ーカス点はＺ２に位置し、シャッタが時間Ｔ２開放して
いる間、光学部材は最大速度−Ｖ０で光軸に直交方向に
駆動され、その間フォーカス点はＺ２からＺ１に数μｍ
程度移動され、フレックス露光が行われる。このとき、
どのような駆動関数を選択するかは任意であるが、この
フォーカス駆動はウェハステージのステップ移動とは独
立に決められるので、ウェハステージ駆動に制約がな
く、スループットを下げずにフレックス露光を行うこと
ができる。

【００６０】なお、ステップアンドスキャン方式の露光
装置１であれば、光源部１１０と投影光学系３００は固
定して、マスク２００とプレート４００の同期走査して
ショット全体を露光する。更に、プレート４００のステ
ージ４２０をステップして、次のショットに移り、プレ
ート４００上に多数のショットを露光転写する。図８及
び図９を参照して、スキャナーでＦＬＥＸ露光を行う方
法を示す。ここで、図８は、図１に示す露光装置１を使
用して通常露光をした場合の像面の傾きの様子を示した
図である。図９は、図１に示す露光装置１を使用してフ
レックス露光をした場合の像面の傾きの様子を示す図で
ある。

【００６１】図８に示すような通常露光に際しては、光
学部材３２０の光学素子レンズ３３２及び３３４の相対
位置は光学パワーを発生しないような位置に固定されて
いる。このとき、像面傾きＢはないので、マスク２００
面上の露光領域内の各位置ａ，ｂ，ｃは、プレート４０
０面内の位置ａ’，ｂ’，ｃ’に投影される。

【００６２】一方、図９に示すようにＦＬＥＸ露光に際
しては、光学部材３２０の光学素子３３２及び３３４の
相対位置をずらして像面傾きＢを発生させる。その傾き
量は、スリット幅Ｃ内の走査方向の像面傾きによる最大
デフォーカス量がＦＬＥＸしたいデフォーカス量と略一
致するように、光学部材３２０の駆動量を決定する。こ
のようにすると、マスク２００上の任意の点が点ａに到
達した際、その共役点はベストフォーカス位置Ｚ０より
も前ピント位置Ｚ１だけずれた位置ａ’となる。マスク
２００上の任意の点が軸上の点ｂに到達した際、その共
役点は軸上のベストフォーカス位置ｂ’となる。同様に
マスク２００上の任意の点が点ｃに到達した際、その共
役点はベストフォーカス位置よりも後ピント位置Ｚ２だ
けずれた位置ｃ’となる。つまり、レチクル上の全ての
点は、露光スリット１０５内で、フォーカス位置Ｚ１か
らＺ２まで連続的にフォーカス位置を変化しながら露光
されることになる。これにより、光学部材３２０の駆動
量を最適に設定することにより、所望の焦点深度で、ス
ループットを低下させることなく、高い生産性で半導体
装置を露光することが可能となる。

【００６３】これにより、露光装置１はレジストへのパ
ターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体
素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気
ヘッドなど）を提供することができる。

【００６４】次に、図１０及び図１１を参照して、上述
の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を
説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半
導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するため
のフローチャートである。ここでは、半導体チップの製
造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイ
スの回路設計を行う。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。ス
テップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用い
てウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は
前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソ
グラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成す
る。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ４によって作成されたウェ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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
などの検査を行う。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。

【００６５】図１１は、図１０に示すステップ４のウェ
ハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１
１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１
２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着
などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込
み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レ
ジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ
１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パ
ターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）で
は、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチ
ング）では、現像したレジスト像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
済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステ
ップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路
パターンが形成される。

【００６６】

【発明の効果】本発明の露光装置によれば、ウェハステ
ージを投影光学系の焦点深度方向に駆動することなしに
フレックス露光を行うことができるため、装置のスルー
プットを低下させることなく、焦点深度を増大させるこ
とが可能となり、生産性の高い半導体露光装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の露光装置の概略ブロック図である。

【図２】 図１に示す光学部材を示す概略断面図であ
る。

【図３】 光学部材を示した図２に対応する断面図であ
る。

【図４】 図２に示す光学部材の変形例を示す光学部材
の概略断面図である。

【図５】 図４に示す光学部材の変形例である光学部材
を示す概略断面図である。

【図６】 （Ａ）は光学手段３２０の駆動する速度のタ
イミングチャート（駆動関数）の例であり、（Ｂ）はこ
のときのフォーカス点の位置の時間関数を示す図であ
る。

【図７】 図１に示す露光装置のフォーカス移動の概念
図である。

【図８】 図１に示す露光装置のフォーカス移動の概念
図である。

【図９】 図１に示す露光装置を使用してフレックス露
光をした場合の像面の傾きの様子を示す図である。

【図１０】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロー
チャートである。

【図１１】 図１０に示すステップ４のウェハプロセス
の詳細なフローチャートである。

【符号の説明】

１ 露光装置 １００ 照明装置 １１０ 光源部 １２０ 照明光学系 ２００ マスク ３００ 投影系 ３１０ 投影光学系 ３２０ 光学部材 ４００ プレート ６００ 制御機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA08 KA21 NA02 5F046 AA13 BA03 CB01 CB25 CC05 DA14

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体面上のパターンを像面上に投影する
   投影光学系と、互いに同一形状の非球面を有する１対の
   光学素子を前記非球面が互いに点対称となるように向か
   い合わせて配置した光学手段とを備え、マスク面上のパ
   ターンを像面上に投影する投影系と、 前記光学手段に接続されて光軸と直交する方向に前記一
   対の光学素子の相対位置を変化させる駆動機構とを有す
   る露光装置。
2. 【請求項２】 前記一対の光学素子の相対位置を変化さ
   せることにより、前記投影光学系の像面をフォーカス方
   向に変化させながら前記被処理体を露光する請求項１記
   載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記露光装置は、前記マスクのパターン
   を被処理体に一括で投影する請求項２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子に施されている非球面の形
   状をｆ（ｘ，ｙ）としたとき、ｆ（ｘ，ｙ）を微分して
   得られる関数形が以下に示す数式の項の和で表される請
   求項２記載の露光装置 ａ_ｎ（ｘ^２＋ｙ^２）^２ｎ（ｎは正の整数）。
5. 【請求項５】 前記一対の光学素子の相対位置を変える
   ことにより、該投影光学系の像面が被露光面に対し一定
   角度傾くように配置せしめた後、前記被処理体を露光す
   る露光装置。
6. 【請求項６】 前記露光装置は、前記マスクに対して前
   記被処理体を連続的に走査させて前記マスクのパターン
   を前記被処理体に投影する請求項５記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記光学素子に施されている非球面の形
   状ｆ（ｘ，ｙ）が、ａ、ｂを定数としたときに以下に示
   す式で表される請求項５記載の露光装置 ｆ（ｘ，ｙ）＝ａｙ^２＋２ｂｘｙ。
8. 【請求項８】 前記一対の光学素子は、前記非球面を有
   する面とは異なる面が互いに平面である請求項１記載の
   露光装置。
9. 【請求項９】 前記一対の光学素子は、前記非球面を有
   する面とは異なる面が互いに線対称となるような前記非
   球面を有する請求項１記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記光学部材は、前記一対の光学素子
    のうち一方の前記光学素子が各々前記非球面を有するよ
    うに分割されて、分割された前記一方の光学素子を他方
    の光学素子に対して前記非球面が互いに線対称となるよ
    うに向かい合わせて配置される請求項９記載の露光装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０記載の露光装置を用
    いて被処理体を投影露光するステップと、前記投影露光
    された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップと
    を有するデバイス製造方法。
12. 【請求項１２】 請求１乃至１０記載の露光装置を用い
    て投影露光された前記被処理体より製造されるデバイ
    ス。