JP3306772B2

JP3306772B2 - 投影露光装置及びデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP3306772B2
Application number: JP20111798A
Authority: JP
Inventors: 章義鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US6172740B1; JP2000021752A

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デ
バイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳＩ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際
に、マスクやレチクル（以下「レチクル」と総称す
る。）面上の電子回路パターンをウエハ面上に投影光学
系を介して投影露光又は走査露光し、高集積度のデバイ
スを得るリソグラフィー工程に好適なものである。

【０００２】特にレチクルとウエハとを高精度に位置合
わせ（アライメント）をしてレチクル面上の電子回路パ
ターンを高集積度にシリコンウエハ面上に投影露光する
場合に好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスや液晶パネル
等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に
は、レチクル面上のパターンを投影光学系を介してフォ
トレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等
の感光基板上に露光転写する投影露光装置（ステッパ
ー）が使用されている。

【０００４】特に最近の半導体技術は微細化が進んでお
り、例えば線幅が０．２５μｍから更に細かなパターン
までの解像が議論の対象となっている。この中で中心的
役割を果たしている技術がステッパーに代表される光露
光技術である。光露光技術の性能の指標となる投影レン
ズ（投影光学系）の性能には大きく分けて３つの方向性
がある。すなわち短波長化，大画面化，そして高ＮＡ化
である。短波長の観点では次世代技術としてＡｒＦエキ
シマレーザーからの光を用いたリソグラフィーの開発も
盛んに行われている。

【０００５】半導体素子を製造する為の光露光技術に求
められているファクターとして高解像力化の他に何層に
もわたって重ね合わされるパターン間相互の位置合わせ
精度がある。

【０００６】位置合わせの方法として一般によく用いら
れているのはグローバルアライメントと呼ばれる手法で
ある。グローバルアライメントの誤差は大きくは焼き付
けられる各ショット間相互の誤差であるインターショッ
ト成分と、各ショット内部の誤差であるイントラショッ
ト成分とに分けられる。最近は画面サイズが大きくなり
イントラショット成分の誤差をいかに小さく抑えるかが
大きな問題となっている。

【０００７】例えば２２ｍｍの画面サイズに対して倍率
或いは直交度で２ｐｐｍの誤差があれば２２ｍｍ×２ｐｐｍ＝４４ｎｍの誤差となり、線幅０．２５μｍの解像性能に対してこ
れだけで１／５ｘ近くの値を持つことになる。重ね合わ
せのバジェットから見てこの値は許容外であることは明
らかで、イントラショット成分を抑えていくのが光露光
装置の大きな課題となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように位置合わせ
精度の向上にはイントラショット成分の制御が問題とな
る。ステッパーで用いられている投影光学系は構成上、
光軸に対して回転対称成分の補正機能しか持っていない
のが通例である。

【０００９】しかしながら実際の半導体プロセスでは、
焼き付けるパターンの方向性にしたがってウエハのx 方
向とy 方向すなわち縦と横方向の工程毎の伸縮の倍率が
異なる場合が存在し、総合的な位置合わせ精度の向上に
制約を与えている。縦横の倍率の独立補正については、
本出願人が既に特開平１０−２４２０４８号公報で非球
面をずらす方式を利用したステッパーで提案している。

【００１０】位置合わせ精度の向上におけるもう１つの
重要な補正項目にレチクル側の要因がある。レチクル側
の主要因の１つはレチクル上に形成されたパターンの直
交度である。直交度の誤差はレチクル描画装置の直交度
のばらつきによって生じるもので、露光装置やウエハプ
ロセスとは独立に起こる誤差要因である。

【００１１】本発明は、レチクル面上のパターンをウエ
ハ面上に投影する投影光学系において、レチクルに生じ
る回転非対称な補正成分である、パターンの直交度を制
御することを可能とする投影露光装置及びデバイスの製
造方法の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の投影露
光装置は、マスクのパターンを基板上に投影する投影光
学系と、前記投影光学系の光軸と直交し、且つ互いに直
交する２方向に移動可能な前記基板を保持するステー
ジ、とを有する投影露光装置において、前記投影光学系
は、少なくとも一方が前記投影光学系の光軸と直交して
おり且つ前記２方向とは異なる第３方向に変位可能であ
る一対の非球面部材を有し、前記一対の非球面部材のそ
れぞれの非球面の形状は、前記一対の非球面部材の非球
面間の前記第３方向の位置関係が変わることにより前記
一対の非球面部材の１つの系としての前記第３方向を含
む断面における屈折力のみが実質的に変化するように定
められており、前記少なくとも一方の非球面部材を前記
第３方向に変位させることにより前記投影光学系の前記
断面における屈折力のみを実質的に変えていることを特
徴としている。

【００１３】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記一対の非球面部材は互いに逆向きに同じ量変位
することを特徴としている。

【００１４】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記一対の非球面部材は、一体的に、前記光軸
を回転軸として回転可能であることを特徴としている。

【００１５】請求項４の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記投影光学系は、等方的に光軸周りに回転対
称に倍率を変える機能を有することを特徴としている。

【００１６】請求項５の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記第３方向は、前記Ｘ，Ｙ方向に対して１０
度以上８０度以下の角度を成すことを特徴としている。

【００１７】請求項６の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１から５のいずれか１項の投影露光装置を用いて
前記マスクのデバイスパターンを前記基板に転写する段
階を含むことを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の投影露光装置の実
施形態１の要部概略図である。本実施形態は本発明をス
テップアンドリピート型のステッパー（投影露光装置）
に適用した場合を示している。

【００１９】同図において、４は露光照明系であり、レ
チクル（マスク）１を照明している。露光照明系４はＡ
ｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）又はＫｒＦエ
キシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、又はｇ線（４３６
ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）を発するランプのうちの何
れか１つの光源と、公知の光学系等から構成されてい
る。

【００２０】１はガラス基板上に回路パターンが描かれ
ているレチクル（マスク）である。２は屈折型又はカタ
ジオプトリック系等の投影光学系であり、露光照明系４
によって照明されたレチクル１の回路パターンを第２物
体としてのウエハ３（被露光基板）に投影している。

【００２１】Ｔ１はレチクルの回路パターンの直交度
や、直交度と縦横比をウエハ上で変えることができる光
学手段である。光学手段Ｔ１は夫々が同一形状の非球面
を有し且つ石英又はホタル石より成る２つの光学素子１
１，１２を有している。光学手段Ｔ１は投影光学系２と
レチクル１の間に配置してある。光学手段Ｔ１と光学系
２を含む投影光学系は、光学手段Ｔ１によりレチクル１
のパターンを第１の方向とこの第１の方向と直交する第
２の方向に関して互いに異なる倍率で投影でき、その倍
率差も光学手段Ｔ１により可変である。５はウエハーホ
ルダーであり、ウエハ３を保持している。６はウエハー
ステージであり、ウエハーホルダー５を載置しており、
周知のｘｙｚ駆動及びθ駆動、チルト駆動等を行ってい
る。

【００２２】７は干渉用ミラーであり、ウエハーステー
ジ６の位置を不図示のレーザ干渉計でモニターするため
のものである。ミラー７と干渉計とから得られる信号を
用いて不図示のウエハーステージ駆動制御系によりウエ
ハ３を所定の位置に位置決めして、その状態で投影露光
を行っている。

【００２３】本実施形態が走査型のステッパー（走査型
投影露光装置）であるときはレチクル１を載置している
不図示のレチクルステージとウエハーステージ６とを投
影光学系２の結像倍率に応じた速度比率で投影光学系２
の光軸と直交する方向に移動させて走査露光する。

【００２４】本実施形態のステッパーは光学手段Ｔ１と
の光学手段Ｔ１の駆動手段（不図示）とを設けているの
が通常のステッパー又は走査型のステッパーと異なって
おり、その他の構成は基本的に同じである。

【００２５】本実施形態の投影光学系２は屈折型でもカ
タジオプトリック系でもよく、また該投影光学系２は倍
率（投影倍率）を制御する機能を備えている。倍率の制
御手段としては投影光学系２内のレンズを光軸方向に移
動させる手法、投影光学系の一部の空間内の圧力を制御
するなどの公知手段が知られており、これらはいずれも
本発明に適用できる。これらの手段は光軸に対し回転対
称に倍率を制御するものである。

【００２６】実際の半導体素子の製造工程は優に２０を
超えるので、レチクルの数も２０以上となる。レチクル
の描画は電子線あるいはレーザを用いたレチクル描画装
置によって行なわれる。描画に用いるのが電子線であ
れ、レーザであれ、該描画装置は描画位置に対してレチ
クル基板をXYステージを駆動することによって全画面の
露光を行なう。ＸＹステージ駆動の基準になるのは該ス
テージ上に置かれたＸ用及びＹ用の基準ミラーである。
基準ミラーの直交度は装置の熱的な変動等により一定で
はなく、レチクル描画装置の日常の管理項目の１つとな
っている。

【００２７】レチクルパターンの直交度の管理は例えば
±１μrad 程度の値で行なわれている。１μrad より厳
しい値にするのは頻繁なチェックと検定精度の向上が必
要で、現状では実用的といえない。２０枚を越えるレチ
クルでは作製日が互いに異なることが通常で、実験によ
ると、レチクルを作製する日が異なると、レチクルの直
交度は、最大２μrad ずれる可能性がある。従来よりレ
チクルの直交度の誤差は通常の光学系では補正不可能な
項目であり、ウエハ上でのパターン重ね合せの最終的な
誤差にはレチクルのパターンの直交度の誤差によるもの
（レチクル誤差）が残存していた。

【００２８】ここでは投影光学系の光路中の一部に２枚
組の非球面光学素子１１，１２により成る光学手段Ｔ１
を挿入し、該これら非球面光学素子の光軸と直交する方
向についての位置関係を変化させ調整することによって
ウエハ上でのレチクルのパターンの直交度がウエハ上の
ショットエリア（パターンエリア）の直交度に合致する
ように、補正することを可能としている。

【００２９】このためここでは、２枚組の非球面光学素
子のずらす方向を図１の下部に示すように半導体素子パ
ターンをＣＡＤ上で設計するときに用いるＸおよびＹ方
向と一致させない状態である量ずらすことにより、投影
光学系（２，Ｔ１）の倍率に異方性を与えて実際の半導
体素子の製造時に起きるレチクル上のパターンの直交度
のばらつきを補正する。

【００３０】図２は直交度の誤差が発生した時のレチク
ル上のパターンの配置（パターンエリアの外形）を示す
説明図である。図２（Ａ）は基準として合わせるべきパ
ターン（又はウエハのパターンエリア）で、説明の便宜
上、直交度の誤差のない正方形を基準図形とする。図２
（Ａ）に合わせるべき他工程のレチクルのパターンの配
置（パターンエリアの外形）を図２（Ｂ）に示す。図２
（Ｂ）ではレチクル描画機の問題から直交度が変化して
おり、図２（Ａ）と同一形状である正方形になるべきパ
ターン（エリア）が平行四辺形（菱形）になっている。
図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを重ね合せると直交度に起因
する重ね合せ誤差が生じる。直交度の補正は光軸に対し
て回転対称な従来の系では不可能で、光軸に垂直な平面
内で異方性を持たせる必要がある。

【００３１】図２（Ｃ）は本発明によるレチクルパター
ンの直交度誤差補正の説明図である。直交度誤差のある
図２（Ｄ）のパターンを解析するため対角線を引くと、
図２（Ａ）では正方形のため等しい対角線の長さが、図
２（Ｂ）では菱形で異なってくる。正方形の中心を通過
し各辺に平行な方向にｘ，ｙ軸、対角線方向、即ち±45
度方向にｐ，ｑ軸を取り、ｐ軸の方向だけ倍率をβ倍に
すると図２（Ｂ）に相似するパターンを得ることができ
る。βは β＝ 1＋γ で示され、γは数ｐｐｍオーダの微小量である。

【００３２】図２（Ｃ）の系は、後述する一方向の倍率
可変手段の可変方向をp 軸と一致するように取り、p 軸
方向の倍率をβ倍にすることに対応させる。また、ここ
ではx 軸方向の辺を水平にするようにパターンを合わせ
ていくことにする。

【００３３】図２（Ｄ）は直交度誤差と回転誤差θがあ
るときの概略図である。図２（Ｃ）のままだと図２
（Ｄ）の状態と倍率と回転が異なっているが、投影光学
系の倍率を調節し、且つレチクル自体を回転させれば、
両者を一致させることができる。従って、この操作の逆
を行なえば図２（Ｂ）のパターンを図２（Ａ）と合致さ
せることができる。

【００３４】次に図２（Ａ）の正方形のパターンを菱形
パターンに変形させる手順について説明する。正方形の
各象限にある頂点を象限の番号に応じてそれぞれ点A1,A
2,A3,A4 と名付ける。各点の座標は A1:(a,a), A2:(-a,a), A3:(-a,-a), A4:(a,-a) である。p 軸方向の倍率をβ倍にすると、q 軸上の点は
影響を受けないので、点A1が点B1に点A3が点B3の位置に
移動する。点B1と点B3の座標は B1:(aβ,aβ), B3:(-aβ,-aβ) である。p 軸方向をβ倍したことによって生じる回転θ
は点B1と点A2の間の角度より θ＝(aβ−a)/2a ＝(β−1)/2＝γ/2 菱形B1-A2-B3-A4 を光軸を回転軸として図２（Ｄ）のよ
うに−θ回転させると、菱形B1-A2-B3-A4 は菱形C1-C2-
C3-C4 となって、各点の座標は C1: ｛aβ(1＋γ/2),a β(1−γ/2)｝ C2: ｛a(−1＋γ/2), a(1＋γ/2)｝ C3: ｛−aβ(1＋γ/2),−aβ(1−γ/2)｝ C4: ｛a(1−γ/2),−a(1＋γ/2)｝点C1と点C2のy座標の差は aβ(1−γ/2) −a(1＋γ/2) ＝−aγ ² /2≒0 で、数ppm というγの自乗の項が微小なのでx 軸方向の
辺が水平となる。また、発生している直交度φは φ＝｛aβ(1＋γ/2)−a(1−γ/2)/2a＝γ(3＋β)/4≒γ 即ち正方形のパターンに対しp 軸方向をβ（＝1 ＋γ)
倍し、−γ/2回転させるとγの直交度を持ったパターン
が実現できる。ここで点C1- 点C2のx 座標の差は a β(1＋γ/2) −｛−a(1 −γ/2) ｝≒a(β＋1)＝a(2 ＋γ) で初期の点A1- 点A2の2aに比べると (1 ＋γ/2) 倍にな
っている。点A1- 点A2の長さを2aに設定するべき重ね合
せを行なう場合には、形が既に相似形となっているので
回転対称な可変倍率補正機能を使って全体を(1−γ/2)
倍の補正を行なう。

【００３５】逆に図２（Ｂ）のようにγの直交度を持っ
たパターンはp 軸方向を (1 −γ)倍し、γ/2回転させ
れば図２（Ａ）の正方形のパターンにすることができ
る。この時直交度の発生の仕方によって水平方向に倍率
差が出ているときは、公知の回転対称な倍率調整機構で
例えば (1 ＋γ/2) 倍、倍率調整を行なう。数値例を示
すと水平方向の長さにA1-A2 ＝B1-B2 とし、図２（Ｂ）
のパターンに2ppmの直交度誤差があるとき図２（Ｂ）の
菱形に対しp 軸方向の倍率を 1ppm 小さくし、レチクル
を1 μrad 回転させ、さらに全体の回転対称な倍率を 1
ppm 大きくする方向に調整すると図２（Ａ）の正方形に
精度良く位置合わせすることが可能となる。ここでppm
は回転量に直すとμrad に対応するという関係を用い
た。

【００３６】続いて具体的な光学系の構成について説明
する。本発明では２枚組の光学素子１１，１２を用いて
光学系に非回転対称な光学特性（異方性）を発生させる
ことを特徴としている。この異方性の発生素子としては
例えば特公昭43-10034号公報に見られるような横ずらし
による光学パワー制御素子を適用する。図１はこのよう
な光学素子１１，１２を半導体露光装置の投影光学系に
適用した状態を示している。

【００３７】図３は光学手段Ｔ１の実施例である。互い
に向かい合って配置されている光学素子11と12は外側の
面が平面であり、向き合っている面同士が同一の非球面
形状の面を持つ、対となった光学素子である。図中 Aで
示されている光軸に直交する形で光学素子11と12の相対
位置がずらされる。 p,q 軸はレチクルパターンのx,y軸
と45°をなす方向に取られている。互いに向かい合って
いる非球面の形状で光学素子11の方を fa(p,q)、光学素
子12の方を fb(p,q)とすると、両者は定数項だけ異なる
x の同一の3 次式で与えられる。

【００３８】即ち fa(p,q) = ap ³ + bp ² + cp + d ₁ fb(p,q) = ap ³ + bp ² + cp + d ₂ (1) (1) 式で q の項が無いのは光学系に対し pの方向にの
み光学的なパワーを与えるためである。光学素子11と12
は互いにp 方向に対する相対位置をずらすことによって
用いられるが、横ずらしによって光学的なパワーを発生
させるため、非球面の形状としてはp の3 次の項が必須
である。

【００３９】初期状態においては fa(p,q) は fb(p,q)
と凹凸がキャンセルするため、光学素子11と光学素子12
はトータルとして平行平面板としての働きをするに過ぎ
ない。光学素子11と光学素子12の間の距離は小さいほど
よく例えば10μm 程度の値が典型的である。ここで光学
素子11をΔだけp 方向に動かした場合を想定する。この
ときの影響は fa(p＋Δ,q) −fb(p,q) ＝3aΔp ²＋ 2b Δp ＋ cΔ＋( d ₁ −d ₂ ) ＋ 3a Δ ² p＋ bΔ ² ＋ aΔ ³ (2) ここでΔの高次の項は移動量が小さいとして無視し、 b＝c ＝0 (3) とすると(2) 式は簡単となって、 fa(p＋Δ,q) −fb(p,q) ＝3aΔp ² ＋( d ₁ −d ₂ ) (4) となる。(4) 式が p の自乗の項を持っていることが本
発明の根幹である。このためずらし量Δによって光学素
子11,12 は p方向にのみパワーを持つ素子となり、しか
もそのパワーをΔによって自由に制御することが可能で
あることが特徴である。ずらして差分をとるという作業
は微分そのものなので、非球面の形状として３次を入れ
ておき、微分の効果でパワーを与える2 次の成分を出し
ているのが光学素子11と12の作用である。

【００４０】本実施形態では簡単のため(3) で b ＝ c
＝ 0 としたが、(2) 式の 2b Δxの項はシフト分の相当
する。Δはパワーを制御する目的から既知の量となるた
め、シフト分については補正を行うことができる。具体
的にシフトが問題となるのはアライメントを行うときで
ある。光学素子11,12 というペアの光学素子の相対関係
を調整した結果生じるシフトを逆補正するようにステー
ジに指令を与えれば、この問題は回避される。またc の
項に適当な値を与えると非球面の平面からのずれの絶対
値を小さくする効果があるため、a の値によってはb,c
をゼロにせず、故意に値を与えることも効果的である。
実際には非球面量の値を小さく抑えるためにb はゼロと
し、c にa と逆符号の値を与えることが好ましい。

【００４１】実際に2ppmあるいは２μrad 前後の小さな
値を補正するために要求される非球面の量の絶対値は非
常に小さい。非球面量は光学素子11,12 を置く位置にも
よるがニュートン縞で数本のところである。代表的な例
として仮にパワー成分として発生させる量を数本という
ことで1 μm とし、レンズの径を200mm 、このときのず
らし量Δを5mm とすると(4) より 3 a × 5×100 ×100 ＝ 0.001 となり、 a ＝ 6.7×10 ^-9 という値が得られる。100 は径が200mm なのでその半径
の値を示しているが、仮にb ＝c ＝0 とすると、(1) 式
で非球面の量は 6.7 ×10 ^-9 ×100 ×100 ×100 ＝6.7 ×10 ^-3 という値となり、±6.7 μm の非球面量をもともとの光
学素子11,12 が持っていたことになる。平面からのずれ
の実際量を小さくするにはこれにc の項を加えるとよ
い。100mm のところで6.7 μm の値を与えるc の値は6.
7 ×10 ^-5 なので、aとc を逆符号として c ＝−6.7 ×10 ^-5 とすると非球面量の平面からのずれは±2.6 μm にまで
減少させることができる。

【００４２】図３はc がゼロのときの非球面の形状、図
４は c に上記の値を入れたときの形状である。長さ200
mm の径のなかで非球面がこのくらいの緩やかな形状を
しており、しかも光学素子11と12が互いに補いあう形を
しているため、光学素子11と12の相対位置の変化による
収差の発生量は殆ど他の光学性能に影響を与えず、倍率
のみを微小修正することができる。

【００４３】またこれまでの説明ではずらし量Δを11の
一方のに適用したが、11と12を光軸に対して互いに対称
に（逆方向に同じ量）動かし、一方を＋Δ/2、他方を−
Δ/2動かしても同様の効果が得られる。

【００４４】レチクル作成の誤差の補正などに用いる非
回転対称な倍率補正量は大きくても数ppm あるいは数μ
rad で、該補正量は露光装置にマニュアルで入力する等
の手段でデータがパラメータ設定され、該設定されたパ
ラメータに基づいて非球面光学素子11,12 の相対位置が
不図示の駆動機構により調整され、装置の設定が行われ
る。勿論パラメータのセッティングはレチクルに直交度
計測用の基準マークを設け、該マークを露光装置側で読
み取って自動計測した値から直接に露光装置側に入力す
ることもできる。

【００４５】半導体素子の回路設計がCAD でxy座標系で
行われることから、これまで説明してきた光軸に直交す
るp 方向とq 方向はCAD のx とy 方向と合致せず、例え
ば図２（Ｃ）に示したように45度方向とすることが望ま
しい。一般にx とy 方向はレチクルの端面の方向と一致
しているため、光学素子11と12のx,y 方向がレチクルの
端面の方向と一致する。このx,y 方向はステージ６の移
動するxy方向と一致し、グローバルアライメントを行う
ときに求められるx 倍率、y 倍率と対応をとることがで
きる。

【００４６】補正すべき直交度成分は小さいため、生じ
させる光軸に関して非回転対称な倍率補正量も小さく、
使用する非球面量を干渉計で計測することが容易な量に
まで小さくできることが本発明のもう１つのポイントで
ある。本発明においては２つの非球面のずらした差から
所望の光学性能を発生させるため、もとの非球面の量、
即ち光学素子11及び12自体の非球面量は得たい最終形よ
りも一桁近く大きい値となる。上記の例でいえば 1μm
の値を得るために 6.7μm の非球面が必要とされる。こ
れに傾きの最適化を行って 2.6μm まで小さくすること
でようやく干渉計の高精度な測定域に入ってくるという
のが本発明を適用するに当たってのキーポイントであ
る。非球面の製作に当たっては面が所望する形状に正確
に加工されたかを計測できるかというのが重要である
が、本発明での非球面量と同程度の量に抑えることがで
きれば計測については現行の技術で充分である。

【００４７】本発明で使用した非球面の相対位置駆動の
指令は前述のように実際のレチクルの計測値に基づいて
も、マニュアルでもよい。補正はマニュアルの場合はす
ぐに、またグローバルアライメント時には計測が終了し
て補正量が計算され露光動作にはいる直前に、露光装置
全体を制御するC PU から駆動機構に指示が出て行われ
る。

【００４８】図５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に比べて光学手段
Ｔ１が投影光学系２とウエハ３との間にある点が異なっ
ているだけであり、その他の構成は同じである。

【００４９】本発明になる非球面を有する光学手段Ｔ１
はこのように投影光学系の光路中の種々の場所に入れる
ことができるが、挿入位置によっては倍率の補正範囲に
制限が加わる場合がある。

【００５０】本発明では回転非対称な倍率補正機能の補
正方向をx,y 軸とは異なる方向に設けたことが大きな特
徴である。説明では簡単のためp,q 軸をx,y 軸から±45
度方向に設けたが、x,y 軸に合致しなければp,q 軸の方
向は任意である。また、どの方向でも、非回転対称倍率
の補正量、補正後の回転角と回転対称倍率補正量を計算
できる。実用的にはp,q 軸の設定範囲はx,y 軸に対して
±10〜80度の範囲とするのが良い。

【００５１】また以上はレチクルの直交度誤差補正に絞
って説明を行なってきた。異方性の補正はこのほかに、
異なった装置間、あるいは同一装置でも異なった露光モ
ード（照明条件や投影光学系のNAの設定の仕方）間のデ
ィストーションマッチングにも利用することができる。
また重ね合せ誤差の要因にはこの他にもウエハの非対称
倍率の様な項目がある。レチクルパターンの直交度補正
機能に加えて、ウエハの非対称倍率を補正機能を有した
直交度倍率補正手段を設けることにより、さらなる高精
度な位置合わせを達成することができる。

【００５２】図６は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。本実施形態は回転対称な倍率あるいはディストー
ション補正機能を持った投影光学系に、p 軸の倍率補正
機能を有する光学素子21,22 より成る光学手段Ｔ１と、
y 軸の倍率補正機能を有する光学素子23,24 より成る光
学手段Ｔ２を併せて設けている。２つの光学手段Ｔ１，
Ｔ２は投影光学系２とレチクル１の間の配置されてい
る。これらの補正機能の追加により、更に高精度な重ね
合せ精度の達成が可能としている。

【００５３】これまでの実施例ではペアとなる非球面の
移動方向を固定した上で、直交度を補正する例を示し
た。図９では特定方向のパワーを可変とすると共に、ず
らし方向の回転機能を付け加えたものを示す。

【００５４】即ち、図９（Ａ）においては今まで説明し
たきた互いに相対的な位置調整が可能な非球面のペアの
光学素子３１，３２より成る光学手段Ｔ３が実施例１と
同様に投影光学系１０２とレチクル１の間に配置される
と共に図９（Ｂ）に示すように移動方向が不図示の回転
機構により光学手段Ｔ３を光軸を回転軸として回転させ
ることで矢印の如く任意の方向に変更できることを特徴
としている。

【００５５】移動方向を変更できれば倍率を変化させる
方向を変更できる。レチクルパターンの直交度誤差の補
正と、プロセス要因で生じるウエハの縦横倍率差補正を
１つの光学手段で行なわせることができる。光学手段３
の回転角の選択は露光装置に装備されている計測系であ
るアライメント検出系の計測値、あるいは露光装置とは
別途測定した値を露光装置に与えることにより決定され
る。例えば、レチクルの直交度誤差が十分小さい場合は
アライメント検出系より得られる縦横倍率差の補正を行
うように移動方向を調整すれば良い。

【００５６】またアライメント検出系によってウエハの
縦横倍率差が検出され、且つレチクルパターンの直交度
誤差もある場合には、総合誤差が最も小さくなる方向を
計算し、その方向に前記非球面のペアの移動方向を決定
する。

【００５７】尚、以上の各実施形態において、光学手段
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各非球面光学素子を投影光学系の光
軸に直交方向に相対的に変位させると共に回動させるよ
うにしても良い。又、光学手段をトーリックレンズ（シ
リンドリカルレンズも含む）より構成し、光軸と直交す
る方向に変位又は／及び回動させることもできる。

【００５８】これによればパターン像の形を第１物体の
パターンの形とは任意に異なる形に容易に変更すること
ができる。

【００５９】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００６０】図７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】図８は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。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（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、レチクル面上のパター
ンをウエハ面上に投影する投影光学系において、レチク
ルに生じる回転非対称な補正成分である、パターンの直
交度を制御することを可能とする投影露光装置及びデバ
イスの製造方法を達成することができる。

【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】本発明に係る直交度補正法の説明図

【図３】本発明に係る光学手段の説明図

【図４】本発明に係る光学手段の説明図

【図５】本発明の実施形態２の要部概略図

【図６】本発明の実施形態３の要部概略図

【図７】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図８】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図９】本発明の他の実施形態の要部概略図

【符号の説明】

１レチクル（第１物体）２投影光学系３ウエハ（第２物体）４露光照明系５ウエハーホルダー６ウエハーステージ７干渉計ミラー１１，１２，２３，２４光学素子Ｔ１，Ｔ２光学手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを基板上に投影する投
影光学系と、前記投影光学系の光軸と直交し、且つ互いに直交する２
方向に移動可能な前記基板を保持するステージ、とを有する投影露光装置において、前記投影光学系は、少なくとも一方が前記投影光学系の
光軸と直交しており且つ前記２方向とは異なる第３方向
に変位可能である一対の非球面部材を有し、前記一対の非球面部材のそれぞれの非球面の形状は、前
記一対の非球面部材の非球面間の前記第３方向の位置関
係が変わることにより前記一対の非球面部材の１つの系
としての前記第３方向を含む断面における屈折力のみが
実質的に変化するように定められており、前記少なくとも一方の非球面部材を前記第３方向に変位
させることにより前記投影光学系の前記断面における屈
折力のみを実質的に変えていることを特徴とする投影露
光装置。
【請求項２】前記一対の非球面部材は互いに逆向きに
同じ量変位することを特徴とする請求項１の投影露光装
置。
【請求項３】前記一対の非球面部材は、一体的に、前
記光軸を回転軸として回転可能であることを特徴とする
請求項１又は２の投影露光装置。
【請求項４】前記投影光学系は、等方的に光軸周りに
回転対称に倍率を変える機能を有することを特徴とする
請求項１又は２の投影露光装置。
【請求項５】前記第３方向は、前記Ｘ，Ｙ方向に対し
て１０度以上８０度以下の角度を成すことを特徴とする
請求項１又は２の投影露光装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項の投影露
光装置を用いて前記マスクのデバイスパターンを前記基
板に転写する段階を含むことを特徴とするデバイスの製
造方法。