JPH09312254A - 走査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】 投影光学系を複数の結像光学系で構成すると
ともに光束分割素子を光路中の適切な位置に設けること
によって高集積度のデバイスを容易に製作することがで
きる走査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によって感光基板面上に該マス
クと該感光基板とを相対的に移動させて走査させながら
投影露光する際、該投影光学系は該マスク面上のパター
ンを第１結像面に第１中間像として形成する第１結像光
学系、該第１中間像を第２結像面に第２中間像として形
成する第２結像光学系、そして該第２中間像を該感光基
板面上に結像させる第３結像光学系を有しており、該第
１結像面又は第２結像面近傍に光束を分割する光束分割
素子を設けていること。

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の製造方法に関し、例えばエキシマ
レーザ等の波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の紫外から
真空紫外領域の光を利用して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
の高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う
半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細
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持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、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＆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６は従来の走査露光装置の要部概略図で
ある。

【０００８】同図において、マスク１０１はマスクステ
ージ１０２に真空吸着などで固定されている。マスク１
０１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１
０１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１０
６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。

【０００９】感光基板１１０は感光基板ステージ１１１
に真空吸着などで固定している。感光基板ステージ１１
１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。走査露光の際に
は、このマスクステージ１０２と感光基板ステージ１１
１を、投影光学系（１０３〜１０９）の倍率差分の相対
差を持たせ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１１０に転写している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す縮小投影光
学系を用いた走査露光装置においては、偏光ビームスプ
リッター１０６を使用することにより凹面ミラー１０８
に入射する光束とその凹面ミラー１０８に反射される光
束とを分離している。そして凹面ミラー１０８で反射さ
れた光束が偏光ビームスプリッター１０６を介してレン
ズ系１０９により、直接、感光基板１１０上にマスク１
０１の原画パターン情報を結像させる構成をとってい
る。この為、凹面ミラー１０８から偏光ビームスプリッ
ター１０６に向かう光束の径が大きくなり、偏光ビーム
スプリッター１０６のサイズが大型化する傾向があっ
た。

【００１１】一般に、光束分割部材として大型（大面
積）のビームスプリッターを用いると、次のような問題
点が生じてくる。 ・硝材の製造や光学特性の均一性の保持が困難となる。 ・ビームスプリッター面における反射率分布の不均一性
により結像性能が劣化してくる。 ・ビームスプリッター内部の吸収率分布の不均一性によ
り結像性能が劣化してくる。

【００１２】又、エキシマレーザ等の波長１５０ｎｍ〜
３００ｎｍ程度の紫外から真空紫外に及び波長域の光を
放射する光源を用いた場合には、硝材の光吸収が大きい
為に投影光学系の硝材厚を低減させる必要があるが、そ
の観点からも大型のビームスプリッターを使用すること
は好ましいことではなかった。

【００１３】本発明はマスク面上の原画パターンを投影
光学系により感光基板（ウエハ）上に該マスクと感光基
板を相対的に走査しながら縮小投影露光する際に、該投
影光学系を適切に設定した複数の結像光学系で構成する
とともに、光束を分割する光束分割素子を光路中の光束
径が小さくなる位置に配置することによって光束分割素
子の小型化を図りつつ、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の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）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によって感光基板面上に該マスクと
該感光基板とを相対的に移動させて走査させながら投影
露光する際、該投影光学系は該マスク面上のパターンを
第１結像面に第１中間像として形成する第１結像光学
系、該第１中間像を第２結像面に第２中間像として形成
する第２結像光学系、そして該第２中間像を該感光基板
面上に結像させる第３結像光学系を有しており、該第１
結像面又は第２結像面近傍に光束を分割する光束分割素
子を設けていることを特徴としている。

【００１５】特に、(1-1-1) 前記第１結像光学系は正の
屈折力のレンズ系を有した縮小結像系を構成し、前記第
２結像光学系は負の屈折力のレンズ系と凹面ミラーを有
した略等倍結像系を構成し、前記第３結像光学系は正の
屈折力のレンズ系を有した縮小結像系を構成しているこ
と、(1-1-2) 前記光束分割素子はプリズムブロック又は
平行平面板より成っていること、(1-1-3) 前記投影光学
系は縮小系を構成しており、前記マスクと前記感光基板
を該投影光学系の投影倍率に対応した速度比で同期させ
て走査させて投影露光していること等を特徴としてい
る。

【００１６】本発明のデバイスの製造方法は、前述の構
成要件（１−１）又は／及び(1-1-1) 〜(1-1-3) のいず
れか１項記載の走査露光装置を用いてデバイスパターン
を感光基板上に転写する段階を有することを特徴として
いる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の走査露光装置の実
施形態１の要部概略図である。

【００１８】同図において、１はマスクであり、その面
上には原画パターンが形成されており、照明系１５から
の直接偏光の光束で照明されている。照明系１５はエキ
シマレーザ等の波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の紫外
から真空紫外領域における光束を放射する光源手段やマ
スク１を均一照明する為のコンデンサーレンズ等の各種
の光学部材を有している。

【００１９】マスク１はマスクステージ２に真空吸着な
どで固定されている。マスクステージ２は紙面上で左右
に平行移動する機能を有しており、不図示のレーザ干渉
計等の測長器でその動きを制御している。３はミラーで
あり、マスク１からの光束ＯＰを反射偏向させている。
４は第１結像光学系であり、正の屈折力のレンズを有し
た縮小系より成り、マスク１面上のパターンをミラー３
を介して第１結像面ＩＰ１に第１中間像ＩＭ１を形成し
ている。

【００２０】５は正の屈折力のレンズ系であり、第１結
像面ＩＰ１に形成した第１中間像ＩＭ１からの光束を集
光してプリズムブロックより成る光束分割素子としての
偏光ビームスプリッター６に入射させている。７はレン
ズ系であり、負の屈折力のレンズ、偏光板そしてλ／４
板等を有している。８は正又は負の屈折力のレンズ系で
ある。レンズ系７，８で偏光ビームスプリッター６から
の直接偏光の光束を発散光束として凹面ミラー９に導光
している。凹面ミラー９はレンズ系７，８からの光束を
集光反射している。

【００２１】凹面ミラー９で集光反射し、レンズ系８，
７を通過した光束は偏光状態が９０度回転した偏光光束
となっている為に、今度は偏光ビームスプリッター６で
反射してレンズ系１０に入射している。レンズ系１０を
通過した光束で第１結像面ＩＰ１に形成した第１中間像
より第２結像面ＩＰ２に第２中間像ＩＭ２を略等倍に形
成している。レンズ系５，７，８，１０そして凹面ミラ
ー９は等倍系の第２結像光学系１６の一要素を構成して
いる。

【００２２】１１は第３結像光学系であり、正の屈折力
のレンズ系を有した縮小系より成り、第２結像面ＩＰ２
に形成した第２中間像よりレジストを塗布した感光基板
（ウエハ）１２上に第３中間像を形成している。第１，
第２，第３結像光学系４，１６，１１は投影光学系の一
要素を構成している。

【００２３】１３は保持具であり、感光基板１２を真空
吸着により保持している。１４は感光基板ステージであ
り保持具１３を載置している。感光基板ステージ１４は
マスクステージ２と同期して同方向である紙面上で左右
に平行移動する機能を持ち、その移動はやはり不図示の
レーザ干渉計等の測長器で制御している。

【００２４】本実施形態では偏光ビームスプリッター６
を第１結像面ＩＰ１と第２結像面ＩＰ２との間の光路中
で、光束径が比較的小さくなるレンズ系５とレンズ系７
との間に配置し、これによって偏光ビームスプリッター
６の小型化を図っている。又、第１結像光学系４及び第
３結像光学系１１で生じる諸収差を、第２結像光学系１
６により上記収差と符号が反転した収差を生じさせるこ
とで、ペッツバール和を減少させて実質的に平坦な像面
を形成している。

【００２５】本実施形態における実際の走査露光では、
マスクステージ２と感光基板ステージ１４を、投影光学
系全体の縮小倍率差分だけ相対差を持たせた速度で同時
に移動させることにより、マスク１面上の大画面領域の
パターンを感光基板１２に走査露光転写している。

【００２６】本実施形態において、投影光学系全体とし
ての縮小投影倍率Ｎは１／２〜１／２０の間にあること
が望ましく、本実施形態では全体として１／４としてい
る。この場合、第１結像光学系４の縮小倍率は略１／２
倍、第２結像光学系１６の縮小倍率は略等倍、第３結像
光学系１１の縮小倍率は略１／２倍としている。従っ
て、像側のＮＡが０．６の場合、第２結像光学系１６は
ＮＡ＝０．３の略等倍結像として働き、マスク側のＮＡ
は略０．１５となっている。

【００２７】上記の縮小倍率Ｎは、前記第１及び第３結
像光学系の縮小倍率を変更することにより、光学性能を
損なうことなく、全体として他の任意の縮小倍率に変更
することが可能である。

【００２８】また本実施形態においては、第１結像光学
系４は正の屈折レンズ成分を含み、第２結像光学系１６
は凹面反射鏡と負の屈折レンズ成分を含み、第３結像光
学系１１は正の屈折レンズ成分を含んでいる構成とする
ことで、全系において各結像光学系間のペッツバール和
を補償しており、像面湾曲の補正及び色収差の補正を良
好に行なっている。又、各結像光学系で補正できる収差
（コマ等）は、当然のこととして個別に補正している。

【００２９】尚、本実施形態において照明系１５からの
照明光として偏光特性のない光束を用いて偏光ビームス
プリッター６の代わりにハーフミラーから成るビームス
プリッターより構成しても良い。

【００３０】図２は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。

【００３１】本実施形態は図１の実施形態１に比べてプ
リズムブロックより成る偏光ビームスプリッターの代わ
りに光束分割素子として平行平面板から成る偏光ビーム
スプリッター２１を用いている点が異なっており、その
他の構成は同じである。

【００３２】本実施形態によれば、偏光ビームスプリッ
ターを小型の平行平板２１に置き換え、これによって製
作が容易で、しかもコストダウンと硝材厚の低減化を計
れるという効果を得ている。

【００３３】図３は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。

【００３４】本実施形態は図１の実施形態１に比べて、 （ａ１）正の屈折力のレンズ系３０、負の屈折力のレン
ズ系３１、そして正の屈折力のレンズ系３２を有する第
１結像光学系４によってマスク１面上のパターンを第１
結像面ＩＰ１に第１中間像ＩＭ１を縮小形成しているこ
と。

【００３５】（ａ２）負の屈折力のレンズ系８と凹面ミ
ラー９を有する第２結像光学系で第１結像面ＩＰ１の第
１中間像ＩＭ１を第１結像面ＩＰ１と略同じ位置の第２
結像面ＩＰ２に第２中間像ＩＭ２を等倍形成しているこ
と。

【００３６】（ａ３）第２結像面ＩＰ２の第２中間像を
レンズ系３３、負の屈折力のレンズ系３４、そして正の
屈折力のレンズ系３５を有する第３結像光学系１１で感
光基板１２面上に第３中間像を縮小形成していること。

【００３７】（ａ４）第１結像光学系４を構成するレン
ズ系３１とレンズ系３３との間の光路中（第３結像光学
系１１を構成するレンズ系３３とレンズ系３４との間の
光路中）に偏光ビームスプリッター３２を設けているこ
と。 が異なっており、その他の構成は同じである。本実施形
態では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。

【００３８】次に上記説明した走査露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００３９】図４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
フローチャートである。

【００４０】本実施形態において、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。

【００４１】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。

【００４２】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。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。

【００４３】図５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。

【００４４】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（ＣＶＤ）ではウエハ表
面に絶縁膜を形成する。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。

【００４５】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。

【００４６】尚、本実施形態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。

【００４７】

【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投影光学系により感光基板（ウエ
ハ）上に該マスクと感光基板を相対的に走査しながら縮
小投影露光する際に、該投影光学系を適切に設定した複
数の結像光学系で構成するとともに、光束を分割する光
束分割素子を光路中の光束径が小さくなる位置に配置す
ることによって光束分割素子の小型化を図りつつ、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の製
造方法を達成することができる。

【００４８】特に本発明の走査露光装置によれば、投影
光学系を原画パターンの第１中間像を形成する第１結像
光学系と、第１中間像から第２中間像を形成する第２結
像光学系と、第２中間像から前記感光基板上に結像する
第３結像光学系より構成し、第１又は第２中間像の近傍
にビームスプリッターを設けることにより、ビームスプ
リッターの小型化による結像性能改善と投影光学系の全
肉厚の低減化を達成している。

【００４９】また前記第２結像光学系は凹面反射鏡と負
の屈折力のレンズ系を含んだ略等倍結像系の構成とする
ことで、前記第１及び第３結像光学系で生じる色収差を
含んだ収差を実質的に良好に補正して、マスクの投影像
を感光基板上に所定投影倍率で走査露光することを容易
にしている。

【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】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図４】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【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】 従来の走査露光装置の要部概略図

【符号の説明】

１ マスク ２ マスクステージ ３ ミラー ４ 第１結像光学系 ５ レンズ系 ６，２１，３２ 光束分割素子 ７ 偏光板，λ／４板を含んだ光学系 ８ レンズ系 ９ 凹面鏡 １０ レンズ系 １１ 第３結像光学系 １２ 感光基板（ウエハ） １３ 感光基板保持具 １４ 感光基板ステージ １５ 照明系 １６ 第２結像光学系 ３１，３３，３４ レンズ系

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によって感光基板面上に該マス
   クと該感光基板とを相対的に移動させて走査させながら
   投影露光する際、該投影光学系は該マスク面上のパター
   ンを第１結像面に第１中間像として形成する第１結像光
   学系、該第１中間像を第２結像面に第２中間像として形
   成する第２結像光学系、そして該第２中間像を該感光基
   板面上に結像させる第３結像光学系を有しており、該第
   １結像面又は第２結像面近傍に光束を分割する光束分割
   素子を設けていることを特徴とする走査露光装置。
2. 【請求項２】 前記第１結像光学系は正の屈折力のレン
   ズ系を有した縮小結像系を構成し、前記第２結像光学系
   は負の屈折力のレンズ系と凹面ミラーを有した略等倍結
   像系を構成し、前記第３結像光学系は正の屈折力のレン
   ズ系を有した縮小結像系を構成し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】 前記光束分割素子はプリズムブロック又
   は平行平面板より成っていることを特徴とする請求項１
   又は２の走査露光装置。
4. 【請求項４】 前記投影光学系は縮小系を構成してお
   り、前記マスクと前記感光基板を該投影光学系の投影倍
   率に対応した速度比で同期させて走査させて投影露光し
   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】 請求項１，２，３又は４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
   イスの製造方法。