JPH09283433A - 走査露光装置及びそれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転可能なレチクルステージと感光基板ステ
ージを用いてレチクルパターンをウエハ面上に回転走査
露光するようにした走査露光装置及びそれを用いたデバ
イス製造方法を得ること。 【解決手段】 所定形状の開口を有した開口部からの照
明光束で回動可能な第１ステージに載置した第１物体面
上のパターンを照明し、該第１物体面上のパターンを投
影光学系により回動可能な第２ステージに載置した第２
物体面上に該第１ステージと該第２ステージを同期させ
て回転することにより回転走査露光していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査露光装置及びそ
れを用いたデバイス製造方法に関し、例えばＩＣやＬＳ
Ｉ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】従来より、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバ
イスの微細加工技術としてマスク（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。

【０００３】このステッパーにおいては、レチクル上の
回路パターンを所定の縮小倍率をもった投影光学系を介
してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行
い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを
所定の量移動して再び転写を行うステップを繰り返して
ウエハ全面の露光を行っている。

【０００４】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が種々
と提案されている。このステップアンドスキャン方式の
露光装置ではスリット状の露光領域を有し、ショットの
露光はレチクルとウエハとを走査することにより行って
いる。そして１つのショットの走査露光が終了すると、
ウエハは次のショットにステップし、次のショットの露
光を開始している。これを繰り返してウエハ全体の露光
を行っている。

【０００５】従来より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、或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。この
ような走査露光装置は、ＩＣやＬＳＩの微細化に伴う大
画面化を考慮した場合、投影光学系に負荷を与えずに大
画面化を実施できる点で注目されており、マスクステー
ジと感光基板のステージの走査範囲を大きくとることが
可能であれば、理論的にはどこまでも大画面化が可能と
なる。

【０００７】図９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、図中１は楕円鏡、２は楕円鏡１の
第１焦点近傍に配置されている水銀灯等の光源である。
光源２からの光束３は楕円鏡１により集光されて照明光
学系４に導光され、露光の基本単位となる走査用のスリ
ット状の開口を有する開口部５を照明している。開口部
５を通過した光束は照明光学系６を通って第１物体であ
るレチクル７面上を照明する。

【０００８】レチクル７はレチクルステージに真空吸着
等で固定されている。レチクルステージは、紙面上で左
右に平行移動する機能を有しており、不図示のレーザー
干渉計等でその動きを制御している。照明光学系６で照
明したレチクル７の原画パターン情報を有した光束は、
投影光学系８を経て感光基板９上でレチクル７の原画パ
ターン情報を結像させている。感光基板９も感光基板ス
テージに真空吸着等で固定されている。感光基板ステー
ジは図１０に示すようにレチクルステージと同方向であ
る紙面上で左右方向に平行移動する機能をもち、その移
動はやはり不図示のレーザー干渉計等で制御している。
実際の走査露光では、このレチクルステージと感光基板
ステージを投影光学系の倍率差分だけ相対差をつけた速
度で、同時に移動させることにより大画面領域を感光基
板に転写している。

【０００９】この他、回転走査露光を利用した投影露光
装置が特開平３−１７９７２３号公報で提案されてい
る。同公報では投影光学系によりマスクの部分パターン
をＮ：１の比率で基板上に投影する際に投影光学系を構
成する２つのレンズ系を、マスク及び基板に対してＮ：
１の速度で走査回転運動させている投影露光装置を開示
している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】縮小投影光学系により
マスク面上の原画パターンをウエハ上に縮小投影すると
きには、マスク上では感光基板に対して４倍〜１０倍の
倍率で拡大されたパターンが原画パターンとして描画さ
れている。この為、従来の走査露光装置のうち、特に縮
小投影光学系を有した走査露光装置では、走査露光時に
マスクステージを感光基板の走査速度に対して４倍〜１
０倍の速度で４倍〜１０倍の領域を走査せねばならな
い。例えば、感光基板の走査速度が３０ｍｍ／ｓｅｃで
５０ｍｍの範囲を走査する場合、縮小投影倍率が５倍と
すると、マスクの走査速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃで２５
０ｍｍの範囲を走査することが必要となる。

【００１１】一般にマスクステージのような大きなステ
ージに対して、このような高速で大画面領域を一定速度
を維持しながら、且つ走査方向を高精度に制御すること
は大変困難である。又、このような高速走査から振動が
多く発生し、この振動が露光装置全体に伝わり、投影露
光状態を悪化させているという問題点が生じてくる。

【００１２】又特開平３−１７９７２３号公報で提案さ
れている投影露光装置は投影光学系を回転させて走査露
光している為に装置全体が大型化し、又高精度の回転駆
動機構が必要となるという問題点があった。

【００１３】本発明は、マスク面上の原画パターンを所
定形状の開口で照明し、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マス
クとウエハとを所定の回転軸を中心に回転させてウエハ
面上を回転走査露光することにより該原画パターンを高
精度にしかも高速度に走査し、該原画パターンをウエハ
面上に高い解像力で走査露光することのできる走査露光
装置及びそれを用いたデバイス製造方法の提供を目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の走査露光装置
は、 (1-1) 所定形状の開口を有した開口部からの照明光束で
回動可能な第１ステージに載置した第１物体面上のパタ
ーンを照明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系
により回動可能な第２ステージに載置した第２物体面上
に該第１ステージと該第２ステージを同期させて回転す
ることにより回転走査露光していることを特徴としてい
る。

【００１５】特に、 (1-1-1) 前記開口部の開口は回転走査露光によって前記
第２物体面上における積算露光量が均一となる形状より
成っていること。

【００１６】(1-1-2) 前記第１ステージ及び第２ステー
ジは前記投影光学系の光軸と直交方向に変位して回転走
査露光の半径方向の領域を可変としていること。

【００１７】(1-1-3) 前記開口部は形状の異なる複数の
開口を有し、該複数の開口がレーザ系により前記第１ス
テージ上にその回転軸と直交する半径方向に投影されて
いること。

【００１８】(1-1-4) 前記第１ステージ及び第２ステー
ジは各々の回転軸を中心に回転すると共に該回転軸と直
交する方向に前記投影光学系の投影倍率に対応した速度
比で各々逐次移動していること。

【００１９】(1-1-5) 前記第１物体面上の回転走査照明
領域が該第１ステージの回転軸からの半径方向に変移す
るのに伴って前記開口部の開口形状を変化させているこ
と。

【００２０】(1-1-6) 前記投影光学系は前記第１物体面
上のパターンの正立像を前記第２物体面上に結像してい
ること。

【００２１】(1-1-7) 前記第１ステージと第２ステージ
の回転速度は同一であること。

【００２２】(1-1-8) 前記第１ステージと第２ステージ
の回転速度を前記第１物体面上の回転走査照明領域の半
径方向の距離に応じて変化させていること。等、を特徴
としている。

【００２３】本発明のデバイス製造方法は、構成(1-1)
の走査露光装置を用いて製造していることを特徴として
いる。

【００２４】

【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。図中、１は楕円鏡、２は楕円鏡１の第１
焦点近傍に配置した水銀灯やレーザー等の光源である。
光源２からの光束（紫外光）３は楕円鏡１により反射集
光して第１照明光学系４に導光している。第１照明光学
系４は本実施形態の露光の基本単位となる走査用の所定
形状の開口を有した開口部５を照明している。開口部５
の開口を通過した光束は第２照明光学系６を通ってレチ
クルステージ（第１ステージ）に載置した第１物体であ
るレチクル７面上を照明している。第１ステージは回転
軸２１を中心に回転している。

【００２５】更にレチクル７の情報をもった光束を縮小
投影光学系８により感光基板ステージ（第２ステージ）
に載置した感光基板９へ投影している。このとき、投影
光学系は前記第１物体面上のパターンの正立像を前記第
２物体面上に結像させている。第２ステージは回転軸２
２を中心に回転している。１０はシャッターであり、光
路中に挿脱させて露光を制御している。

【００２６】本実施形態では、露光領域内の露光量を均
一にするため、回転走査の内側の露光強度を弱く、外側
を強くしている。具体的には走査用の開口部５の開口を
図２（Ａ）に示したように円の一部をした形状にしてい
る。図中、斜線で示す領域が透過領域である。又、開口
部は形状の異なる複数の開口を有し、該複数の開口がレ
ーザ系により前記第１ステージ上にその回転軸と直交す
る半径方向に投影されるようにしている。又、第１物体
面上の回転走査照明領域が該第１ステージの回転軸から
の半径方向に変移するのに伴って前記開口部の開口形状
を変化させている。

【００２７】そしてレチクルステージと感光基板ステー
ジを同じ角速度で回転させ、感光基板９を回転走査露光
している。所望の露光量を感光基板９に与えるまで複数
回走査露光した後、シャッター１０を閉じ、レチクルス
テージと感光基板ステージを縮小比に対応した距離だけ
半径方向に移動させ、走査領域の回転半径を変え再び走
査露光している。

【００２８】尚、本実施形態においては、第１ステージ
及び第２ステージは各々の回転軸を中心に回転すると共
に該回転軸と直交する方向に前記投影光学系の投影倍率
に対応した速度比で各々逐次移動させるようにしても良
い。

【００２９】本実施形態ではこの作業を感光基板９の全
体が露光されるまで行っている。又露光量を均一にする
ため開口形状及び走査回数は走査領域の回転半径に応じ
て変えている。

【００３０】本実施形態によれば従来のレチクルを保持
するステージ及び感光基板を保持するステージを直線的
に走査する走査露光装置に比べて、ある点を中心として
円形に回転走査することにより、感光基板上を回転走査
露光することにより、レチクルステージと感光基板ステ
ージの走査角速度は等しくなり、簡単に同期をとること
ができる。又、感光基板全体を露光する場合、従来の直
線走査では図１０のように、例えば５回の転回が必要で
ある。

【００３１】これに対して本発明では図２（Ｂ）のよう
に回転走査する場合には転回はなくなり、又図２（Ｃ）
のように回転走査する場合には転回は少なくなり、振動
を低減することができる。更に一走査で得られる露光領
域が広いためスループットが上がり、大きなデバイスの
転写や大口径ウエハを使ったデバイス製造において有利
である。

【００３２】又走査を複数回転にすることで多重露光が
簡単に行え、感光基板上の照度ムラを抑えることもでき
る。結果として、レチクル上の原画パターンを、縮小投
影光学系の倍率通り縮小して感光基板に転写露光するこ
とができる。又直線的走査を回転走査に代えたことによ
り、レチクルステージと感光基板ステージの移動を簡単
に同期させることが可能となり、振動の影響が少なく、
感光基板全体を露光するのに必要な走査回数が少なくな
る等の特徴を有している。

【００３３】尚、本実施形態の回転走査露光において、
ステップさせたときの露光領域が重なってしまうため、
実際にはレチクルに遮光部分を設けて露光領域の重なり
を防止している。この結果として、図２（Ｄ）のような
露光領域が感光基板上に並ぶことになる。

【００３４】又投影光学系を固定とし、レチクルと基板
を回転走査している為に、走査機構が簡単になるという
効果がある。

【００３５】本実施形態の走査露光装置は半導体デバイ
スの製造に限らず、フレネルレンズ等の微細加工にも応
用することができる。

【００３６】図３は本発明の実施形態２で用いる走査用
の開口部の説明図であり、開口内に光強度分布を持たせ
て露光量の均一化を図っている。尚本実施形態の構成は
図１と同じであり、実施形態１とは走査用の開口部５の
開口形状が図３に示す如く異なっているだけである。

【００３７】本実施形態では、露光領域内の露光量を均
一にするため、走査用の開口を図３に示したようにリン
グフィールド形状にしている。露光領域内の露光量を均
一にするため、回転の中心から回転の外側へ向けて光強
度を強くしていくような分布を持たせている。レチクル
ステージと感光基板ステージを同じ角速度で回転させ、
感光基板９を回転走査露光している。所望の露光量を感
光基板９に与えるまで複数回走査した後、シャッター１
０を閉じ、レチクルステージと感光基板ステージを縮小
比に対応した距離だけ半径方向に移動させ、走査領域の
回転半径を変え再び露光している。この作業を感光基板
９の全体が露光されるまで行っている。露光量を均一に
するため走査回数は走査領域の回転半径に応じて変えて
いる。

【００３８】本実施形態によれば以上のような構成によ
り実施形態１と同様の効果を得ている。

【００３９】図４は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べて露光領域
内の露光量を均一にするため、走査用の開口部の開口形
状を図５に示したように円の一部をしたものを用いてい
る点が異なっているだけでその他の構成は同じである。

【００４０】本実施形態によれば以上のような構成によ
り実施形態１と同様の効果を得ている。

【００４１】図６は本発明の実施形態４で用いる走査用
の開口部の開口形状の説明図である。尚、本実施形態の
構成は図４の実施形態３と同じであり、実施形態３とは
走査用の開口部５の開口形状が異なっているだけであ
る。

【００４２】本実施形態では露光領域内の露光量を均一
にするため、走査用の開口を図６に示したようにリング
フィールド形状にしている。露光領域内の露光量を均一
にするため、回転の中心から回転の外側へ向けて光強度
を強くしていくような分布を持たせている。レチクルス
テージと感光基板ステージを同じ角速度で回転させ、感
光基板９を回転走査露光している。所望の露光量を感光
基板９に与えるまで複数回走査した後、シャッター１０
を閉じ、感光基板ステージを逐次移動させ、繰り返し露
光している。この作業を感光基板９の全体が露光される
まで行っている。

【００４３】本実施形態によれば以上のような構成によ
り実施形態１と同様の効果を得ている。

【００４４】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例を説明する。

【００４５】図７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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】図８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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。

【００５４】

【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所定形状の開口で照明し、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
投影露光する際にマスクとウエハとを所定の回転軸を中
心に回転させてウエハ面上を回転走査露光することによ
り該原画パターンを高精度にしかも高速度に走査し、該
原画パターンをウエハ面上に高い解像力で走査露光する
ことのできる走査露光装置及びそれを用いたデバイス製
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】図１の一部分の拡大説明図

【図３】本発明の実施形態２に係る開口部の説明図

【図４】本発明の実施形態３の要部概略図

【図５】本発明の実施形態３に係る開口部の説明図

【図６】本発明の実施形態４に係る開口部の説明図

【図７】本発明の半導体デバイス製造方法のフローチャ
ート

【図８】本発明の半導体デバイス製造方法のフローチャ
ート

【図９】従来の走査露光装置の要部概略図

【図１０】従来の走査露光装置の走査露光の説明図

【符号の説明】

１ 楕円鏡 ２ 光源 ３ 光束 ４ 第１照明光学系 ５ 開口部 ６ 第２照明光学系 ７ レチクル（第１物体） ８ 投影光学系 ９ 感光基板（第２物体）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定形状の開口を有した開口部からの照
   明光束で回動可能な第１ステージに載置した第１物体面
   上のパターンを照明し、該第１物体面上のパターンを投
   影光学系により回動可能な第２ステージに載置した第２
   物体面上に該第１ステージと該第２ステージを同期させ
   て回転することにより回転走査露光していることを特徴
   とする走査露光装置。
2. 【請求項２】 前記開口部の開口は回転走査露光によっ
   て前記第２物体面上における積算露光量が均一となる形
   状より成っていることを特徴とする請求項１の走査露光
   装置。
3. 【請求項３】 前記第１ステージ及び第２ステージは前
   記投影光学系の光軸と直交方向に変位して回転走査露光
   の半径方向の領域を可変としていることを特徴とする請
   求項１の走査露光装置。
4. 【請求項４】 前記開口部は形状の異なる複数の開口を
   有し、該複数の開口がレーザ系により前記第１ステージ
   上にその回転軸と直交する半径方向に投影されているこ
   とを特徴とする請求項１の走査露光装置。
5. 【請求項５】 前記第１ステージ及び第２ステージは各
   々の回転軸を中心に回転すると共に該回転軸と直交する
   方向に前記投影光学系の投影倍率に対応した速度比で各
   々逐次移動していることを特徴とする請求項１の走査露
   光装置。
6. 【請求項６】 前記第１物体面上の回転走査照明領域が
   該第１ステージの回転軸からの半径方向に変移するのに
   伴って前記開口部の開口形状を変化させていることを特
   徴とする請求項１の走査露光装置。
7. 【請求項７】 前記投影光学系は前記第１物体面上のパ
   ターンの正立像を前記第２物体面上に結像していること
   を特徴とする請求項１から６の何れか１項の走査露光装
   置。
8. 【請求項８】 前記第１ステージと第２ステージの回転
   速度は同一であることを特徴とする請求項１の走査露光
   装置。
9. 【請求項９】 前記第１ステージと第２ステージの回転
   速度を前記第１物体面上の回転走査照明領域の半径方向
   の距離に応じて変化させていることを特徴とする請求項
   １の走査露光装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から９の何れか１項記載の走
    査露光装置を用いてデバイスを製造していることを特徴
    とするデバイス製造方法。