JP4304550B2 - 走査型露光装置およびその製造方法、並びに走査型露光方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型露光装置およびその製造方法、並びに走査型露光方法に関する。さらに詳細には、例えば半導体ICやLSIの製造に用いられる露光装置であって、反射型または反射屈折型の投影光学系に対してマスクと感光性基板とを移動させて走査露光を行う走査型の投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体技術の進展は近年ますます速度を増しており、それに伴って投影露光装置を用いる微細加工技術の進展も著しい。投影露光装置では、マスクに形成された微細パターンを、投影光学系を介して、ウエハのような感光性基板に転写する。現在、たとえばメモリのような半導体素子として64MビットDRAMが主流であるが、256MビットDRAMの領域まで開発が行われつつある。そして、半導体素子の集積度の増大に伴って、投影露光装置における露光光も現在主流の波長248nmのKrFエキシマレーザー光から波長193nmのArFエキシマレーザー光へと実用化が進んでいる。
【0003】
ところで、露光光の短波長化により、投影光学系に使用可能な硝材(光学材料)の種類は著しく制限される。その結果、従来から主流の屈折型の投影光学系では、軸上色収差の補正が困難になる。それに対し、反射屈折型の投影光学系では、使用する硝材の種類が限定されても軸上色収差の補正は可能である。なお、屈折型の光学系とは、凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡を含むことなく、主としてレンズ成分のような屈折光学素子から構成される光学系である。また、反射屈折型の光学系とは、凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡とレンズ成分とが混在する光学系である。因みに、反射型の光学系とは、レンズ成分を含むことなく、主として凹面形状または凸面形状の反射面を有する反射鏡から構成される光学系である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射屈折型の投影光学系では、直線状に延びる1つの光軸しか存在しない屈折型の投影光学系とは異なり、反射鏡などにより光路が折り曲げられるので複数の光軸が存在することになる。その結果、反射屈折型の投影光学系では、複数の光軸の相互の位置ずれに起因する収差が発生し易い。特に、中間像を形成する反射屈折型の投影光学系においては、たとえば凹面反射鏡への入射光の光路と凹面反射鏡からの反射光の光路とを空間的に分離させる必要があるため、感光性基板上における有効露光領域(露光視野を有効に設定することが可能な領域)が制限される。
【0005】
ところで、単一の光軸を有する屈折型の投影光学系を備えた露光装置では、光軸に関して回転非対称な光学部材を故意に用いない限り、投影光学系は光軸に関して回転対称となり、感光性基板上における有効露光領域は最大像高を半径とし光軸を中心とする円形領域の全体として規定される。したがって、投影光学系に対してマスクと感光性基板とを走査方向に移動させて走査露光を行う走査型の露光装置の場合、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせする必要はなく、基本的にはマスクの走査方向と感光性基板の走査方向とが一致していれば良い。
【0006】
しかしながら、たとえばマスクの中間像を形成する反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の露光装置では、上述したように感光性基板上における有効露光領域は制限され、光軸に関して回転対称な領域とはならない。そして、感光性基板上における露光視野は、たとえば有効露光領域にほぼ内接するようなスリット状(細長い矩形状)の領域として設定される。この場合、有効露光領域の範囲内において露光視野を最大限に確保するには、有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿ってマスクおよび感光性基板を移動させなければならない。すなわち、特に反射屈折型の投影光学系を備えた走査型の露光装置では、マスクの走査方向と感光性基板の走査方向とを一致させるだけでなく、その走査方向を投影光学系に対して位置合わせする必要がある。
【0007】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせすることのできる走査型露光装置およびその製造方法、並びに走査型露光方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第1発明では、パターンが形成されたマスクを照明するための照明系と、
少なくとも1つの反射面と該少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有し、前記マスクのパターン像を感光性基板に投影するための投影光学系と、
前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記投影光学系に対して位置合わせするための位置合わせ手段とを備え、
前記位置合わせ手段により前記投影光学系に対して位置合わせした状態において前記マスクと前記感光性基板とを前記走査方向に沿って移動させて前記感光性基板の各露光領域に前記マスクのパターン像を走査露光することを特徴とする走査型露光装置を提供する。
【0009】
第1発明の好ましい第1態様によれば、前記投影光学系は、前記感光性基板上において所定の形状を有する有効露光領域を形成し、該有効露光領域の範囲内で設定された露光視野のもとで前記マスクのパターン像を投影し、前記位置合わせ手段は、前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿って位置合わせする。
また、第1発明の好ましい第2態様によれば、上述の第1態様において、前記マスクを保持して移動するマスクステージと、前記感光性基板を保持して移動する基板ステージとを備え、前記位置合わせ手段は、前記マスクステージまたは前記基板ステージに取り付けられ前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第1反射部材と、前記投影光学系に取り付けられ前記特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第2反射部材とを有し、前記第1反射部材の反射面と前記第2反射部材の反射面とが平行になるように前記マスクステージの駆動方向または前記基板ステージの駆動方向を調整することが好ましい。
【0010】
さらに、第1発明の好ましい第3態様によれば、上述の第2態様において、前記投影光学系は、凹面反射鏡を有し前記マスクからの光に基づいて前記マスクのパターンの一次像を形成するための第1の光軸を有する第1結像光学系と、前記一次像からの光に基づいて前記マスクのパターンの二次像を前記感光性基板上に形成するための第2の光軸を有する第2結像光学系と、前記第1結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を前記第2結像光学系へ導くための少なくとも1つの光路偏向部材とを有し、前記第2反射部材の反射面は、前記第1の光軸と前記第2の光軸とを含む平面に対して平行に設定されていることが好ましい。
【0011】
また、第1発明の好ましい第4態様によれば、上述の第3態様において、前記投影光学系は、前記第1結像光学系を構成する光学部材を前記第1の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第1鏡筒部材と、前記第2結像光学系を構成する光学部材を前記第2の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第2鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第1鏡筒部材の外側面および前記第2鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第2反射部材は前記案内部材に取り付けられている。
あるいは、第1発明の好ましい第5態様によれば、上述の第3態様において、前記投影光学系は、前記第1結像光学系を構成する光学部材を前記第1の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第1鏡筒部材と、前記第2結像光学系を構成する光学部材を前記第2の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第2鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第1鏡筒部材の外側面および前記第2鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第2反射部材の反射面は前記案内部材に形成されている。
あるいは、第1発明の好ましい第6態様によれば、上述の第3態様において、前記少なくとも1つの光路偏向部材は、前記第1結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を所定の方向に反射するための第3反射部材と、該第3反射部材で反射された光を反射して前記第2結像光学系へ導くための第4反射部材とを有し、前記位置合わせ手段の前記第2反射部材は、前記第3反射部材の反射面の延長面と前記第4反射部材の反射面の延長面との交線に対して垂直に設定された反射面を有する。
【0012】
また、本発明の第2発明では、少なくとも1つの反射面と該少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光方法において、
前記マスクおよび前記感光性基板の走査方向を前記投影光学系に対して位置合わせする位置合わせ工程と、
前記感光性基板の各露光領域に前記マスクのパターン像を走査露光するために、前記位置合わせ工程で前記投影光学系に対して位置合わせした状態において前記マスクと前記感光性基板とを前記走査方向に沿って移動させる走査工程とを有することを特徴とする走査型露光方法を提供する。
【0013】
また、本発明の第3発明では、少なくとも1つの反射面と該少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置の製造方法において、
前記投影光学系の組み立てに際して前記複数の光軸を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させるために、前記マスクを保持して移動するマスクステージまたは前記感光性基板を保持して移動する基板ステージの駆動方向を調整する調整工程とを有することを特徴とする走査型露光装置の製造方法を提供する。
【0014】
第3発明の好ましい態様によれば、前記計測工程では、前記投影光学系において所定の位置に位置決め保持されたレンズ成分のレンズ面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測する。
また、第3発明の好ましい別の態様によれば、前記計測工程では、前記投影光学系に対して計測用の反射部材を位置決めし、該計測用の反射部材の反射面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
いわゆる反射型または反射屈折型の投影光学系では、少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸を有する。したがって、反射型または反射屈折型の投影光学系を用いて走査露光する場合、感光性基板上には光軸に関して回転非対称な形状を有する有効露光領域が形成され、この有効露光領域の範囲内で設定された露光視野のもとでマスクのパターン像が感光性基板上に投影される。この場合、高スループットで良好な走査露光を行うには、有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができるように、有効露光領域の形状に依存して規定される特定の軸線に沿ってマスクと感光性基板とを移動させる必要がある。
【0016】
そこで、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。
位置合わせの具体的な一態様によれば、マスクステージまたは基板ステージに取り付けられその駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第1反射部材と、投影光学系に取り付けられ上述した特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第2反射部材とを利用する。そして、第1反射部材の反射面と第2反射部材の反射面とが平行になるようにマスクステージの駆動方向または基板ステージの駆動方向を調整することによって、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせする。
【0017】
上述の態様以外にも、たとえば投影光学系の組み立てに際してその複数の光軸を計測し、計測した複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿ってマスクまたは感光性基板を移動させるために、マスクステージまたは基板ステージの駆動方向を調整することもできる。
以上のように、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、その結果、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【0018】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の各実施例にかかる走査型露光装置の全体構成を概略的に示す図である。なお、図1において、ウエハ面の法線方向にZ軸を、ウエハ面内において図1の紙面に平行にX軸を、紙面に垂直にY軸を設定している。
【0019】
図示の露光装置は、光源1としてArFエキシマレーザー光源(発振中心波長193.3nm)を備えている。光源1から+X方向に射出された光は、折り曲げミラー2で−Z方向に偏向された後、照明光学系3を介してマスク4を均一に照明する。
なお、照明光学系3は、例えばフライアイレンズや内面反射型ロッドインテグレータからなり所定のサイズおよび形状の面光源を形成するオプティカルインテグレータや、マスク4上での照明領域のサイズおよび形状を規定するための視野絞りや、この視野絞りの像をマスク4上へ投影する視野絞り結像光学系などの光学系を有する。
【0020】
マスク4は、マスクホルダ5を介して、マスクステージ6上においてXY平面に平行に保持されている。マスク4には転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちY方向に沿って長辺を有し且つX方向に沿って短辺を有する細長い矩形状(以下、「スリット状」という)のパターン領域が照明される。
マスクステージ6は、図示を省略した駆動系の作用によりマスク面(すなわちXY平面)に沿った二次元的な移動およびZ軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、その位置座標はマスク移動鏡11を用いた干渉計12によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【0021】
マスク4に形成されたパターンからの光は、反射屈折型の投影光学系7を介して、感光性基板であるウエハ8上にマスクパターン像を形成する。ウエハ8は、ウエハホルダ9を介して、ウエハステージ10上においてXY平面に平行に保持されている。そして、マスク4上でのスリット状の照明視野に光学的に対応するように、ウエハ8上においてもY方向に沿って長辺を有し且つX方向に沿って短辺を有するスリット状の露光視野にパターン像が形成される。
ウエハステージ10は、図示を省略した駆動系の作用によりウエハ面(すなわちXY平面)に沿った二次元的な移動およびZ軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、その位置座標はウエハ移動鏡13を用いた干渉計14によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【0022】
したがって、駆動系および干渉計(12、14)などを用いてマスク4およびウエハ8の位置制御を行いながら、スリット状の露光視野および照明視野の短辺方向すなわちX方向に沿ってマスクステージ6とウエハステージ10とを、ひいてはマスク4とウエハ8とを同期的に移動させることにより、ウエハ8上には露光視野の長辺に等しい幅を有し且つウエハ8の走査量(移動量)に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【0023】
図2は、図1の反射屈折型の投影光学系のレンズ構成を示す図である。なお、図2は、第1結像光学系の光軸AX1と第2結像光学系の光軸AX2とを含む平面に沿った断面図である。
図示の投影光学系7は、マスク4のパターン面の法線方向に平行な光軸AX1を有する反射屈折型の第1結像光学系と、ウエハ8の露光面の法線方向に平行な(すなわち光軸AX1に平行な)光軸AX2を有する屈折型の第2結像光学系とを備えている。
【0024】
第1結像光学系は、マスク4からの光に基づいて、マスクパターンの中間像(一次像)を形成する。また、第2結像光学系は、マスクパターンの中間像からの光に基づいて、ウエハ8上にマスクパターンの二次像を形成する。
中間像の形成位置の近傍には、光軸AX1に対して反射面が45度の角度をなす平面反射鏡M2が配置されている。また、第1結像光学系と第2結像光学系とを光学的に接続するために、光軸AX2に対して45度の角度をなし且つ平面反射鏡M2の反射面と直交する反射面を有する平面反射鏡M3が配置されている。
【0025】
反射屈折型の第1結像光学系は、マスク4からの光の入射側から順に、入射側に平面を向けた平凹レンズL11と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズL12と、入射側に凹面を向けた正メニスカスレンズL13と、両凸レンズL14と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズL15と、両凹レンズL16と、両凸レンズL17と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズL18と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズL19と、入射側に凹面を向けた凹面反射鏡M1とから構成されている。したがって、マスク4からの光は、9つのレンズ成分L11〜L19を介して凹面反射鏡M1に入射する。凹面反射鏡M1で反射された光は、6つのレンズ成分L19〜L14を介して、平面反射鏡M2の近傍にマスクパターンの中間像を形成する。
【0026】
マスクパターンの中間像からの光は、平面反射鏡M2および平面反射鏡M3を介して、屈折型の第2結像光学系に入射する。第2結像光学系は、中間像からの光の入射側から順に、両凸レンズL21と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズL22と、入射側に凸面を向けた負メニスカスレンズL23と、両凸レンズL24と、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズL25と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズL26と、両凸レンズL27と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズL28と、両凹レンズL29と、入射側に凸面を向けた正メニスカスレンズL210 と、両凸レンズL211 とから構成されている。
【0027】
したがって、マスクパターンの中間像から第2結像光学系に入射した光は、各レンズ成分L21〜L211 を介して、ウエハ8上のスリット状の露光視野においてマスクパターンの二次像(縮小像)を形成する。
なお、両凸レンズL24と負メニスカスレンズL25との間の光路中には、開口絞りSが配置されている。また、負メニスカスレンズL23のウエハ側の面および両凹レンズL29のウエハ側の面が非球面形状に形成されている。さらに、投影光学系7を構成するレンズ成分のうち第1結像光学系中の両凸レンズL17および第2結像光学系中の両凸レンズL24には蛍石(CaF2 結晶)を、他のレンズ成分には石英をそれぞれ使用している。
【0028】
上述したように、反射屈折型の投影光学系7では、第1結像光学系においてマスク4から凹面反射鏡M1へ入射する光束と凹面反射鏡M1で反射されて第2結像光学系へ向かう光束とを空間的に分離する必要がある。その結果、図3に示すように、ウエハ8上において像形成に使用し得る領域すなわち有効露光領域31(図中斜線で示す)は光軸AX2を中心とする半径が16.7mmの円形領域の半分以下の領域となる。そして、実際に走査露光のために使用する領域すなわち露光視野32は25mm×6mmのスリット状であり、光軸AX2から露光視野32までの距離は5mmである。
【0029】
すなわち、スリット状の露光視野32は、ほぼ半円形状の有効露光領域31の直線部から0.25mm離れ且つ円弧部にほぼ接するように規定されている。図3を参照すると、有効露光領域31に対する露光視野32の設定はわずかの余裕しか許されていない状態であることがわかる。このように、有効露光領域31は光軸AX2に関して回転非対称な形状を有し、その範囲内で露光視野32を最大限に設定した状態で良好な走査露光を行うためには、マスク4およびウエハ8の走査方向(スキャン方向)をX方向に沿って位置合わせすること、すなわち投影光学系7に対して位置合わせすることが必要である。ここで、走査方向を位置合わせすべきX方向とは、投影光学系7の有効露光領域31の形状に依存して規定される特定の軸線に沿った方向である。
【0030】
次の表(1)に、本実施例の投影光学系の諸元の値を掲げる。表(1)において、λは露光光の中心波長を、βは投影倍率を、NAは像側開口数をそれぞれ表している。また、面番号は物体面であるマスク面から像面であるウエハ面への光線の進行する方向に沿ったマスク側からの面の順序を、rは各面の曲率半径(非球面の場合には頂点曲率半径)を、dは各面の軸上間隔すなわち面間隔を、φは各レンズの有効半径をそれぞれ示している。nは中心波長に対する屈折率であって、石英ではn=1.560326であり、蛍石ではn=1.501455である。
【0031】
なお、面間隔dは、反射される度にその符号を変えるものとする。したがって、面間隔dの符号は、凹面反射鏡M1から平面反射鏡M2までの光路中では負とし、平面反射鏡M3からウエハ面までの光路中では負とし、その他の光路中では正としている。そして、第1結像光学系では、マスク側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。また、第2結像光学系では、ウエハ側に向かって凸面の曲率半径を正とし、凹面の曲率半径を負としている。
【0032】
非球面は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離(サグ量)をzとし、頂点曲率半径をrとし、円錐係数をκとし、n次の非球面係数をCn としたとき、以下の数式(a)で表される。
【数1】
表(1)において、非球面状に形成されたレンズ面には面番号の右側に*印を付している。
【0033】
【表1】
【0034】
図4は、図1の反射屈折型の投影光学系のメカ構成を概略的に示す図である。図4において、(a)は光軸AX1およびAX2を含む面に沿った断面図であり、(b)および(c)は側面図であり、(d)は上面図である。
図4に示すように、光軸AX1を有する反射屈折型の第1結像光学系を構成するレンズ成分L11〜L19および凹面反射鏡M1は、光軸AX1と一致する中心軸線を有する円筒形状の第1鏡筒部材すなわち第1バレル41の内部において所定の位置にそれぞれ位置決め保持されている。また、光軸AX1と平行な光軸AX2を有する屈折型の第2結像光学系を構成するレンズ成分L21〜L211 は、光軸AX2と一致する中心軸線を有する円筒形状の第2鏡筒部材すなわち第2バレル42の内部においてそれぞれ所定の位置に位置決め保持されている。
【0035】
さらに、平面反射鏡M2およびM3は、基準となる軸線AX3を有する保持部材43によってそれぞれ所定の位置に保持されている。ここで、保持部材43の基準軸線AX3は、光軸AX1およびAX2を含む面内(XZ平面内)においてX方向に延びる軸線であって、光軸AX2に沿って平面反射鏡M3に入射する光線が平面反射鏡M3で反射されたときの反射光線の経路として規定され、且つ光軸AX1に沿って平面反射鏡M2の反射面を延長した仮想反射面に入射する光線がその仮想反射面で反射されたときの反射光線の経路として規定される。換言すると、平面反射鏡M2およびM3は、上述の2つの反射光線の光路が一致するように第1結像光学系および第2結像光学系に対して位置決めされている。
【0036】
第1バレル41および第2バレル42は、それぞれピボタルポイントで架台44に枢支されている。また、保持部材43は、その中央付近から両側に突出したアーム部43aおよび43bを介して架台44に直接支持されている。すなわち、架台44は、第1バレル41、第2バレル42および保持部材43に共通の1個の安定な支持構造物である。上述したように、各実施例では、マスク4とウエハ8とをX方向に沿って移動させる必要がある。換言すると、走査露光に際して、光軸AX1およびAX2を含む平面に沿って、あるいは保持部材43の基準軸線AX3に沿ってマスク4とウエハ8とを移動させる必要がある。
【0037】
〔第1実施例〕
図5は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第1実施例を説明する図である。また、図6は、図5のオートコリメータの内部構成を概略的に示す図である。
図5において、互いに同じ外径寸法(たとえば半径240mm)を有する第1バレル41および第2バレル42には、その外側面に当接するように案内部材51が取り付けられている。案内部材51は、第1バレル41および第2バレル42の外側面に当接する第1面51aと、この第1面51aに平行な第2面51bとを有する。また、案内部材51の第2面51b側には、この第2面51bに平行な反射面を有する反射部材52が取り付けられている。したがって、反射部材52の反射面52aは、案内部材51の第1面51aに平行であり、光軸AX1およびAX2を含む平面すなわちXZ平面に平行であり、ひいては保持部材43の基準軸線AX3に平行に設定されている。
【0038】
一方、マスクステージ6は、上述したように、Z軸に平行な軸線周りの回転が可能であり、走査露光に際してX方向に駆動される。そこで、マスクステージ6には、その駆動方向に平行な反射面を有する反射部材53が取り付けられている。したがって、マスクステージ6をZ軸に平行な軸線周りに微小回転させながら、案内部材51に取り付けられた反射部材52の反射面52aとマスクステージ6に取り付けられた反射部材53の反射面53aとが平行になるようにマスクステージ6の駆動方向を調整すれば、マスク4の走査方向と保持部材43の基準軸線AX3とを一致させること、すなわちマスク4の走査方向を投影光学系7に位置合わせすることができる。なお、反射部材52の反射面52aと反射部材53の反射面53aとが平行であることは、たとえばオートコリメータ54を利用して光学的に確認することができる。
【0039】
図6に示すように、オートコリメータ54は、光源として、たとえばHe−Neレーザー光源61(発振波長633nm)を備えている。光源61から供給された平行光束は、エキスパンダーレンズ系62を介して断面形状が整形された後、ハーフプリズム63に入射する。ハーフプリズム63で反射された平行光束は、オートコリメータ54から射出される。ここで、図5を参照すると、オートコリメータ54から+Y方向に沿って射出された平行光束のうちの一部の光束は、マスクステージ6に取り付けられた反射部材53に直接的に入射する。反射部材53の反射面53aで−Y方向に反射された光束は、オートコリメータ54に戻る。
【0040】
また、オートコリメータ54から+Y方向に沿って射出された平行光束のうちの一部の光束は、光路偏向部材55を介して、案内部材51に取り付けられた反射部材52に+Y方向に沿って入射する。光路偏向部材55は、互いに平行な反射面を有する一対の反射ミラー55aおよび55bから構成され、オートコリメータ54から+Y方向に沿って入射した光束を反射ミラー55aで−X方向に反射した後に反射ミラー55bで+Y方向に沿って反射する。すなわち、光路偏向部材55は、オートコリメータ54からの入射光束を2回偏向させた後、その入射方向と平行な方向に沿って射出する。したがって、反射部材52の反射面52aで−Y方向に反射された光束は、光路偏向部材55を介して、オートコリメータ54に戻る。
【0041】
再び図6を参照すると、オートコリメータ54に戻った反射部材52からの反射光束および反射部材53からの反射光束は、ハーフプリズム63に入射する。ハーフプリズム63を透過した光束は、集光レンズ64を介して基準板(視準板)としてのレチクル65上に一旦集光した後、結像レンズ66を介してディテクタ67上に達する。こうして、ディテクタ67の出力に基づいて、反射部材52の反射面52aと反射部材53の反射面53aとの平行性を光学的に検出することができる。
なお、オートコリメータ54において、結像レンズ66およびディテクタ67い代えて接眼レンズを用いることにより、反射部材52の反射面52aと反射部材53の反射面53aとの平行性を目視検査することもできる。
【0042】
次に、マスク4の走査方向とウエハ8の走査方向とが一致するように、ウエハステージ10の駆動方向を調整する必要がある。なお、マスクステージ6の走査方向とウエハステージ10の走査方向とを一致させることは、従来技術を用いて容易に達成することができる。例えば、ウエハーステージ10上の基準マークをステージ内部から照明し、この基準マークからの光を投影光学系7を介してマスクステージ6上に導き、マスクステージ6上に基準マークの像を形成する。そして、マスクステージ6上のマークと基準マーク像とが重なるように、ウエハーステージ10の駆動方向を調整する。こうして、マスクステージ6の駆動方向とウエハステージ10の駆動方向とを一致させ、且つその駆動方向を保持部材43の基準軸線AX3に一致させること、すなわちマスク4およびウエハ8の走査方向を投影光学系7に対して位置合わせすることができる。
【0043】
なお、上述の第1実施例では、第1バレル41および第2バレル42が互いに同じ外径寸法を有する場合を想定し、案内部材51の第1面51aと第2面51bとを平行に形成している。しかしながら、第1バレル41および第2バレル42が互いに異なる外径寸法を有する場合には、案内部材51の第2面51bと保持部材43の基準軸線AX3とが平行になるように、第1面51aと第2面51bとの間に適当な角度を付ければよい。
【0044】
また、上述の第1実施例では、案内部材51の第2面51b側に、この第2面51bと平行な反射面52aを有する反射部材52を取り付けている。しかしながら、案内部材51の第2面51bに研磨加工などを施し、反射面52aに代えて第2面51bそれ自体を保持部材43の基準軸線AX3と平行な反射面として利用することもできる。いずれにしても、第1実施例では、投影光学系7の第1バレル41の外側面と第2バレル42の外側面との位置関係を利用し、第1バレル41および第2バレル42に直接的にあるいは間接的に取り付けられた反射部材の反射面が光軸AX1およびAX2を含む平面と平行に、すなわち保持部材43の基準軸線AX3と平行になるように設定することが必要である。
【0045】
また、上述の第1実施例では、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材53をマスクステージ6上に取り付け、マスクステージ6の駆動方向を調整した後に、マスクステージ6の駆動方向とウエハ10の駆動方向とが一致するようにウエハステージ10の駆動方向を調整している。しかしながら、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材をウエハステージ10上に取り付け、ウエハステージ10の駆動方向を調整した後に、マスクステージ6の駆動方向とウエハ10の駆動方向とが一致するようにマスクステージ6の駆動方向を調整してもよい。あるいは、駆動方向に平行な反射面を有する反射部材をマスクステージ6およびウエハステージ10上にそれぞれ取り付け、マスクステージ6の駆動方向の調整とウエハステージ10の駆動方向の調整とを別々に行ってもよい。
【0046】
〔第2実施例〕
図7は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第2実施例を説明する図である。
第2実施例は、上述の第1実施例と類似している。しかしながら、第1実施例では投影光学系7の第1バレル41および第2バレル42に反射部材52が取り付けられているのに対し、第2実施例では投影光学系7の保持部材43に反射部材71が取り付けられている。そして、第1実施例では、第1バレル41の外側面と第2バレル42の外側面との位置関係を利用して反射部材52の反射面52aを保持部材43の基準軸線AX3に平行に設定している。これに対して、第2実施例では、2つの平面反射鏡M2とM3との位置関係を利用して反射部材71の反射面71aを保持部材43の基準軸線AX3に平行に設定している。
【0047】
具体的には、保持部材43に取り付けられた反射部材71の反射面71aは、平面反射鏡M2の反射面の延長面と平面反射鏡M3の反射面の延長面との交線に対して直交するように調整されている。反射部材71の反射面71aの調整は、保持部材43を組み立てる際に、たとえば3次元測定機などを用いて行われる。そして、調整された状態において、反射部材71の反射面71aは、保持部材43の基準軸線AX3に平行に、すなわち光軸AX1およびAX2を含む平面に平行に設定されたことになる。したがって、以下、第2実施例においても第1実施例と同様に、オートコリメータ54を利用してマスクステージ6の駆動方向およびウエハステージ10の駆動方向を調整すればよい。
【0048】
このように、第1実施例および第2実施例では、保持部材43の基準軸線AX3に平行な反射面を有する反射部材(52または71)を投影光学系7にあらかじめ取り付けておくことにより、途中でメカ調整を介することなく、マスクステージ6およびウエハステージ10の駆動方向を、ひいてはマスク4およびウエハ8の走査方向を投影光学系7に対して位置合わせすることができる。
【0049】
〔第3実施例〕
図8は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第3実施例を説明する図である。
図8には、第1バレル41および第2バレル42が途中まで組み立てられた状態が示されている。すなわち、第1バレル41では、レンズ成分L11を除くレンズ成分L12〜L13が所定の位置に位置決め保持されている。また、第2バレル42では、レンズ成分L21を除くレンズ成分L22〜L211 が所定の位置に位置決め保持されている。第3実施例では、この状態において、レンズ成分L12のマスク側の凹面を反射面として利用し、このレンズ成分L12の光軸ひいては第1結像光学系の光軸AX1を計測するとともに、レンズ成分L22の平面反射鏡M3側の凹面を反射面として利用し、このレンズ成分L22の光軸ひいては第2結像光学系の光軸AX2を計測する。
【0050】
図9は、レンズ成分のレンズ面を反射面として利用し、そのレンズ成分の光軸を計測するための計測装置の構成を概略的に示す図である。
図9の計測装置80は、計測用の光源として、たとえば波長が830nmの光を供給する半導体レーザー光源81を備えている。半導体レーザー光源81から射出された光は、ビームスプリッター82を透過し、集光レンズ83で一旦集光された後に、計測対象であるレンズ成分の反射面84に入射する。反射面84からの反射光は、集光レンズ83を介してビームスプリッター82で反射される。ビームスプリッター82で反射された光は、集光レンズ85を介して、光電変換素子86に達する。こうして、光電変換素子86の出力に基づいて、計測装置の光軸とレンズ成分の光軸とが一致したことを検出し、レンズ成分の光軸をひいてはこのレンズ成分を含む結像光学系の光軸(AX1またはAX2)を計測することができる。
【0051】
図9の計測装置80はまた、観測用の光源として、可視光を供給する光源87を備えている。光源87から射出された光は、光源81とビームスプリッター82との間の光路中において装置の光軸に対して斜設されたハーフミラー88に入射する。ハーフミラー88で反射された光は、ビームスプリッター82およびハーフミラー89を透過し、集光レンズ83を介して集光され、観測すべき物体90を照明する。物体90からの反射光は、集光レンズ83を介して、ハーフミラー89で反射される。ハーフミラー89で反射された光は、集光レンズ91を介して、たとえばCCDのような撮像素子92に達し、その撮像面に物体90の表面の像を形成する。
【0052】
再び図8を参照すると、図9に示す計測装置80と基本的に同じ構成を有する一対の計測装置93および94がレール部材95に取り付けられている。ここで、一対の計測装置93および94は、レール部材95の長手軸線方向に沿って直線状に移動可能に構成されている。
第3実施例では、第1結像光学系の組み立てに際して、計測装置93で第1結像光学系の光軸AX1を計測し、計測装置93の光軸と第1結像光学系の光軸AX1とが一致した状態を形成する。また、第2結像光学系の組み立てに際して、計測装置94で第2結像光学系の光軸AX2を計測し、計測装置94の光軸と第2結像光学系の光軸AX2とが一致した状態を形成する。この状態において、レール部材95の長手軸線方向に沿って直線状に移動可能な計測装置93の移動方向は、第1結像光学系の光軸AX1と第2結像光学系の光軸AX2と保持部材43の基準軸線AX3とを含む平面内にあることになる。
【0053】
次に、図10に示すように、たとえば直線状に複数のマーク100(たとえば20mmおよび24mmの間隔で3つのマーク)が形成されたテストマスク101をマスクステージ6上に載置する。このとき、マスクステージ6の駆動方向と複数のマーク100の方向とが一致するように、テストマスク101がマスクステージ6上に載置される。したがって、レール部材95の長手軸線方向に沿って計測装置93を移動させながらテストマスク101上の複数のマーク100をすべて観測視野の中心で観測することができるようにマスクステージ6を微小回転させることにより、マスクステージ6の駆動方向を光軸AX1と光軸AX2と基準軸線AX3とを含む平面と一致させること、すなわちマスクステージ6の駆動方向を投影光学系7に対して位置合わせすることができる。
このように、第3実施例では、投影光学系7を構成する光学部材自体を用いるので、第1実施例や第2実施例のように投影光学系7に反射部材のような調整部材を付加する必要がない。
【0054】
〔第4実施例〕
図11は、マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第4実施例を説明する図である。
第4実施例は、上述の第3実施例と類似している。しかしながら、第3実施例では投影光学系7を実際に構成するレンズ成分の凹面を利用して各光軸を計測しているが、第4実施例では所望の曲率の反射凹面を有する反射部材を利用して各光軸を計測する点が第3実施例と基本的に相違している。以下、第3実施例との相違点に着目して第4実施例を説明する。
【0055】
第4実施例では、第1バレル41および第2バレル42を途中まで組み立てた状態において、所望の曲率の反射凹面111を有する第1反射部材を第1バレル41の上端部に取り付けるとともに、所望の曲率の反射凹面112を有する第2反射部材を第2バレル42の上端部に取り付ける。ここで、第1反射部材を第1バレル41の上端部に取り付けた状態でその反射凹面111の光軸と第1バレル41の中心軸線すなわち第1結像光学系の光軸AX1とが一致するように第1反射部材が構成されている。また、第2反射部材を第2バレル42の上端部に取り付けた状態でその反射凹面112の光軸と第2バレル42の中心軸線すなわち第2結像光学系の光軸AX2とが一致するように第2反射部材が構成されている。
【0056】
したがって、第4実施例においても第3実施例と同様に、反射凹面111を利用して計測装置93で第1結像光学系の光軸AX1を計測し、計測装置93の光軸と第1結像光学系の光軸AX1とが一致した状態を形成する。また、反射凹面112を利用して計測装置94で第2結像光学系の光軸AX2を計測し、計測装置94の光軸と第2結像光学系の光軸AX2とが一致した状態を形成する。そして、レール部材95の長手軸線方向に沿って計測装置93を移動させながらテストマスク101上の複数のマーク100をすべて観測視野の中心で観測することができるようにマスクステージ6を微小回転させることにより、マスクステージ6の駆動方向を投影光学系7に対して位置合わせすることができる。
【0057】
第3実施例のように適当な曲率の反射面を有するレンズ成分が存在しない場合がある。この場合、第4実施例のように所望の曲率の反射面を有する反射部材を用いることにより、光軸の計測を高精度に行うことができるだけでなく、計測装置と反射面との距離調整も容易に行うことができる。
以上のように、各実施例では、マスク4およびウエハ8の走査方向を投影光学系7に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスク4とウエハ8とを走査方向に沿って移動させてウエハ8の各露光領域にマスク4のパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系7の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【0058】
本発明の走査露光の工程(フォトリソグラフィ工程)を経たウエハは、現像する工程を経てから、現像したレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経てウエハプロセスが終了する。そして、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的にデバイスとしての半導体装置(LSI等)が製造される。
【0059】
なお、以上の説明では、投影露光装置を用いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程により半導体素子を製造する例を示したが、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程によって、半導体デバイスとして、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)を製造することができる。
【0060】
なお、上述の各実施例では、反射屈折型の投影光学系を有する走査型露光装置に本発明を適用しているが、複数の反射部材で構成された反射投影光学系を有する走査型露光装置にも本発明を適用することができる。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、マスクおよび感光性基板の走査方向を投影光学系に対して位置合わせし、位置合わせした状態においてマスクと感光性基板とを走査方向に沿って移動させて感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する。したがって、投影光学系の有効露光領域の範囲内で露光視野を最大限に設定することができ、その結果、設定した大きな露光視野のもとで良好な走査露光を高スループットで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の各実施例にかかる走査型露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図2】図1の反射屈折型の投影光学系のレンズ構成を示す図である。
【図3】ウエハ面上における有効露光領域と露光視野との位置関係を示す図である。
【図4】図1の反射屈折型の投影光学系のメカ構成を概略的に示す図である。
【図5】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第1実施例を説明する図である。
【図6】図5のオートコリメータの内部構成を概略的に示す図である。
【図7】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第2実施例を説明する図である。
【図8】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第3実施例を説明する図である。
【図9】レンズ成分のレンズ面を反射面として利用し、そのレンズ成分の光軸を計測するための計測装置の構成を概略的に示す図である。
【図10】直線状に複数のマークが形成されたテストマスクをマスクステージ上に載置した状態を示す図である。
【図11】マスクステージおよびウエハステージの駆動方向を投影光学系に対して位置合わせする第4実施例を説明する図である。
【符号の説明】
1 光源
2 折り曲げミラー
3 照明光学系
4 マスク
5 マスクホルダ
6 マスクステージ
7 投影光学系
8 ウエハ
9 ウエハホルダ
10 ウエハステージ
41 第1バレル
42 第2バレル
43 保持部材
44 架台
51 案内部材
52、53、71 反射部材
54 オートコリメータ
Claims (10)
- 少なくとも1つの反射面と該少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置の製造方法において、
前記投影光学系の組み立てに際して前記複数の光軸を計測する計測工程と、
前記計測工程で計測された前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させるために、前記マスクを保持して移動するマスクステージまたは前記感光性基板を保持して移動する基板ステージの駆動方向を調整する調整工程とを有することを特徴とする走査型露光装置の製造方法。 - 前記計測工程では、前記投影光学系において所定の位置に位置決め保持されたレンズ成分のレンズ面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することを特徴とする請求項1に記載の走査型露光装置の製造方法。
- 前記計測工程では、前記投影光学系に対して計測用の反射部材を位置決めし、該計測用の反射部材の反射面からの反射光に基づいて前記複数の光軸の各々を計測することを特徴とする請求項1に記載の走査型露光装置の製造方法。
- 少なくとも1つの反射面と該少なくとも1つの反射面によって折り曲げられた複数の光軸とを有する投影光学系を介して、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光装置において、
前記マスクを保持して移動するマスクステージと、
前記感光性基板を保持して移動する基板ステージとを備え、
前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向を調整して、前記投影光学系の前記複数の光軸の位置関係に基づいて規定される特定の軸線に沿って前記マスクまたは前記感光性基板を移動させ、
前記マスクステージまたは前記基板ステージに取り付けられ前記マスクステージまたは前記基板ステージの駆動方向に対して平行に設定された反射面を有する第1反射部材と、前記投影光学系に取り付けられ前記特定の軸線に対して平行に設定された反射面を有する第2反射部材とを有し、前記第1反射部材の反射面と前記第2反射部材の反射面とが平行になるように前記マスクステージの駆動方向または前記基板ステージの駆動方向を調整する位置合わせ手段をさらに備えていることを特徴とする走査型露光装置。 - 前記投影光学系は、凹面反射鏡を有し前記マスクからの光に基づいて前記マスクのパターンの一次像を形成するための第1の光軸を有する第1結像光学系と、前記一次像からの光に基づいて前記マスクのパターンの二次像を前記感光性基板上に形成するための第2の光軸を有する第2結像光学系と、前記第1結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を前記第2結像光学系へ導くための少なくとも1つの光路偏向部材とを有し、前記第2反射部材の反射面は、前記第1の光軸と前記第2の光軸とを含む平面に対して平行に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の走査型露光装置。
- 前記投影光学系は、前記第1結像光学系を構成する光学部材を前記第1の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第1鏡筒部材と、前記第2結像光学系を構成する光学部材を前記第2の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第2鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第1鏡筒部材の外側面および前記第2鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第2反射部材は前記案内部材に取り付けられていることを特徴とする請求項5に記載の走査型露光装置。
- 前記投影光学系は、前記第1結像光学系を構成する光学部材を前記第1の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第1鏡筒部材と、前記第2結像光学系を構成する光学部材を前記第2の光軸に沿って収容保持するための円筒形状の第2鏡筒部材とを有し、前記位置合わせ手段は、前記第1鏡筒部材の外側面および前記第2鏡筒部材の外側面に当接するように取り付けられた案内部材を有し、前記第2反射部材の反射面は前記案内部材に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の走査型露光装置。
- 前記少なくとも1つの光路偏向部材は、前記第1結像光学系中の前記凹面反射鏡からの反射光を所定の方向に反射するための第3反射部材と、該第3反射部材で反射された光を反射して前記第2結像光学系へ導くための第4反射部材とを有し、前記位置合わせ手段の前記第2反射部材は、前記第3反射部材の反射面の延長面と前記第4反射部材の反射面の延長面との交線に対して垂直に設定された反射面を有することを特徴とする請求項5に記載の走査型露光装置。
- 請求項4乃至8のいずれか1項に記載の走査型露光装置を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する走査型露光方法。
- 請求項4乃至8のいずれか1項に記載の走査型露光装置を用いて、感光性基板の各露光領域にマスクのパターン像を走査露光する工程と、
露光された感光性基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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