(57)【要約】この走査型露光装置では、露光光に対してマスク２と基板６とを第１の方向に同期移動させてマスク２のパターン像を投影光学系ＰＬを介して基板６に投影する。この装置は、マスク２における露光光の照射領域の設定を変更する変更装置ＲＢと、露光光の照射領域の変更に伴い、マスク２と基板６との同期移動の方向を第１の方向とは異なる第２の方向に切り替える切替装置とを備える。この装置によれば、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する場合に、投影光学系に発生する非回転対称な収差を抑制できる。
2003100838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光に対してマスクと基板とを第１の方向に同期移動させ、前記マスクのパターン像を投影光学系を介して前記基板に投影する走査型露光装置であって、
前記マスクにおける前記露光光の照射領域の設定を変更する変更装置と、
前記露光光の照射領域の変更に伴い、前記マスクと前記基板との同期移動の方向を前記第１の方向とは異なる第２の方向に切り替える切替装置とを備える。
【請求項２】
請求項１記載の走査型露光装置であって、
前記切替装置は、前記マスクを保持して移動するマスクステージ、及び前記基板を保持して移動する基板ステージを、前記変更された照射領域に対応させてそれぞれ移動させる駆動装置を有する。
【請求項３】
請求項２記載の走査型露光装置であって、
前記駆動装置は、ベースと、前記マスクまたは前記基板を保持して前記ベースの上方に浮上される保持部と、該保持部を前記ベースに沿って平面駆動する平面モータ装置とを備える。
【請求項４】
請求項１記載の走査型露光装置であって、
前記切替装置は、任意のタイミングで前記照射領域を変更する。
【請求項５】
請求項４記載の走査型露光装置であって、
前記任意のタイミングは、前記投影光学系に前記露光光が入射した入射履歴、あるいは前記基板の処理数を含む。
【請求項６】
請求項２または４記載の走査型露光装置であって、
前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方は、前記同期移動の方向を互いに異ならせて複数設けられる。
【請求項７】
請求項１記載の走査型露光装置であって、
前記変更装置は、前記第２の方向に延びる前記露光光の照射領域を、前記第１の方向に延びる前記露光光の照射領域に変更する。
【請求項８】
露光光に対してマスクと基板とを第１の方向に同期移動させて前記マスクのパターン像を投影光学系を介して前記基板に投影する走査型露光方法であって、
前記マスクにおける前記露光光の照射領域の設定を変更するステップと、
前記露光光の照射領域の変更に伴い、前記マスクと前記基板との同期移動の方向を前記第１の方向とは異なる第２の方向に切り替えるステップを含む。
【請求項９】
請求項８記載の走査型露光方法であって、
任意のタイミングで前記照射領域を変更するステップをさらに含む。
【請求項１０】
請求項８記載の走査型露光方法であって、
前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方を複数設け、
複数のステージ間で前記同期移動の方向を互いに異ならせる。
【請求項１１】
請求項８記載の走査型露光方法であって、
前記照射領域は、前記第１の方向又は前記第２の方向に対してそれぞれ略直交する方向に延在する。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程でマスク上のパターンを投影光学系を介して感光性の基板上に露光するために使用される走査型露光装置および走査型露光方法に関する。本発明は特に、マスク上の実質的な照明領域が投影光学系の光軸に関して非回転対称である走査型露光装置および走査型露光方法に好適である。
背景技術
従来、半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、マスクとしてのレチクル上にほぼ正方形状の照明領域を設定し、該照明領域内のパターンを投影光学系を介して感光性基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に露光するステッパー等の一括露光方式の投影露光装置が多用されていた。これに対して最近は、半導体素子等のチップパターンの大型化に対応するために、より大きなレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に転写することが求められている。ところが、広い露光フィールドの全面でディストーションや像面湾曲等の収差を所定の許容値以下に抑制した投影光学系の設計及び製造は困難である。
そのため、最近ではレチクル上に長方形又は円弧状等のスリット状の照明領域を設定し、該照明領域内のパターンを投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査しながらレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に逐次露光する、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置が注目されている。この走査露光型の投影露光装置は投影光学系の有効露光フィールドにほぼ内接するスリット状の露光領域に対してウエハを走査しながら露光するため、投影光学系の有効露光フィールドの直径を最大限に利用できる他、走査方向への転写パターンの長さはその有効露光フィールドの直径よりも長くできるため、結果として大面積のレチクルのパターンを小さい収差でウエハ上に転写できる。
しかしながら、上述したような従来の走査型露光装置および走査型露光方法には、以下のような問題が存在する。
一般に走査型露光装置においては、露光に際し、レチクル上に、投影光学系の光軸に関して非回転対称な照明領域が設定される。そのため、投影光学系のレンズを構成する硝材の照射エネルギーの吸収率が僅かであっても、照射エネルギーの吸収熱によりレンズの温度分布が発生する。このレンズの温度分布によってレンズが非回転対称に熱変形したり、部分的な温度上昇により硝材の屈折率分布が非回転対称に変動する。これにより、投影光学系の収差が変動する。このような収差変動は、今日のような高解像力、且つ高精度な転写が要求される条件下では容認できない状態となってきた。
現在、露光用の照明光としては超高圧水銀ランプを光源とする波長３６５ｎｍのｉ線が主に使用されているが、最近ではそのｉ線より短い遠紫外域の波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光が使用されつつあり、更に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光等の使用も検討されている。このようなパルス発光のレーザー光（以下「パルスレーザー光」という）を使用する投影露光装置の投影光学系のレンズには、パルスレーザー光が高い周波数で照射され、照射されている部分のみ透過率が低下する現象が起こる。レンズ中でパルスレーザ光に照射されている部分のみ、屈折率が上昇するという現象も起こる。
このような屈折率変化は、ガラス内の化学的な変化に起因するものであり、レンズの屈折率の非回転対称な分布での部分的な上昇は、特に投影光学系の収差に極めて悪い影響を及ぼす。レンズの温度分布が非回転対称な分布で発生すると、レンズに局所的な温度分布の上昇をもたらすことになり、その結果、レンズが非回転対称に熱変形し、更に収差に悪影響を及ぼすことになる。温度上昇もレンズの屈折率の上昇をもたらし、それも投影光学系の収差に悪影響を及ぼすことになる。
一方、従来の露光装置では、投影光学系内のレンズに接する気体の圧力を制御したり、投影光学系を構成する一部のレンズを移動したりすることにより、投影光学系の収差変動を補正していた。この方法は、ほぼ正方形の照明領域を使用する一括露光型の場合には、その照明領域の非回転対称性の程度が低いため、収差変動は充分に補正することが可能であった。しかし、走査露光型の投影露光装置のようにレチクル上の照明領域を長方形又は円弧状等のスリット状にするというような著しく光軸に関し非回転対称な照明領域を使用する場合には、ディストーションや像面湾曲等の収差の変動が許容値以内に収まらないおそれがでてきた。特に非回転対称性が著しいときは、投影光学系の露光フィールドの中心でメリジオナル方向のパターンの最良像面と、それと垂直な方向のパターンの最良像面とが光軸方向に離れるというような非点収差（以下、「中心アス」という）が生じるという不都合もある。
これに関して、中心アスに対しては、投影光学系内の或るレンズの所定部分の側面に２方向から、光軸に関し非回転対称な外力を付加して、そのレンズを変形させることによって補正するという方法が知られている。しかしながら、外力によってレンズを変形させることによってそれを補正するのには、かなり大きな圧力を加える必要があり、現実的ではない。そのため、スリット状の照明領域による収差変動を外力による変形によって完全に打ち消すことはできない。このように、収差を補正できない状態で走査露光を実施した場合、パターン線幅の均一性を維持するのが困難になり、生産したデバイスの不良率が増加するおそれもあった。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する場合に、投影光学系に発生する非回転対称な収差を抑制できる走査型露光装置および走査型露光方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の走査型露光装置は、露光光に対してマスクと基板とを第１の方向に同期移動させてマスクのパターン像を投影光学系を介して基板に投影する。この装置は、マスクにおける露光光の照射領域の設定を変更する変更装置と、露光光の照射領域の変更に伴い、マスクと基板との同期移動の方向を第１の方向とは異なる第２の方向に切り替える切替装置とを備える。
本発明の走査型露光方法は、露光光に対してマスクと基板とを第１の方向に同期移動させてマスクのパターン像を投影光学系を介して基板に投影する。この方法は、マスクにおける露光光の照射領域の設定を変更するステップと、露光光の照射領域の変更に伴い、マスクと基板との同期移動の方向を第１の方向とは異なる第２の方向に切り替えるステップを含む。
本発明では、任意のタイミングでマスクに対する照明領域を変更するとともに、変更された照明領域に応じてマスクと基板との同期移動方向を切り替えることにより、走査露光に伴って照明光により投影光学系の光学素子を照明する方向（領域）を変更することができる。そのため、照射エネルギーの吸収熱による光学素子の温度分布の非回転対称性を緩和することができ、温度変化に起因する非回転対称性な収差を抑制することが可能になる。
本発明では、このように投影光学系に発生する非回転対称な収差を抑制することにより、優れた結像特性を維持することが可能になり、基板上に均一で所望の線幅を有する微細パターンを形成して集積度の高いデバイスを製造することができ、非回転対称な収差に起因するデバイス不良を低減することが可能になる。ステージを複数設けた場合には、基板交換・アライメントに要する時間を省略して、スループット向上にも寄与できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の走査型露光装置および走査型露光方法の第１実施形態を、図１ないし図５を参照して説明する。この実施形態は、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期して走査することにより、レチクル上のパターンをそのウエハ上の各ショット領域に逐次転写露光する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置および走査型露光方法に本発明を適用した例である。
図１は、本実施形態の走査型露光装置の概略構成を示す。図１において、照明光学系１は、光源、レチクル上の照度分布を均一にするオプティカルインテグレータ（例えば、ロッドレンズやフライアイレンズ）、レチクルブラインド、コンデンサレンズ等を含む。照明光学系１から射出された照明光（露光光）は、レチクルブラインド（変更装置）ＲＢで設定されたレチクル（マスク）２のパターン形成面（下面）のスリット状の照明領域を、均一な照度分布で照明する。照明光のもとで、レチクル２上の照明領域内のパターンが投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４）で反転されてウエハ（基板）６上のスリット状の露光領域に結像投影される。照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２レーザ光、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプの輝線（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。以下、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸をとり、その光軸に垂直な平面内で互いに直交する方向にＹ軸及びＸ軸をとって説明する。
図２Ａに示すように、レチクルブラインドＲＢは、２枚のＬ字型の可動ブレード１１、１２と、この可動ブレードを駆動するアクチュエータ１３とを有する。２枚の可動ブレード１１、１２は、レチクル２及びウエハ６と光学的に共役な共役面近傍に配置されており、主制御系２０（図４参照）の制御下でアクチュエータ１３の駆動により、照明光の光軸と直交する平面内で互いに独立して移動することで、レチクルＲにおける照明光の矩形照明領域の位置、大きさをＸＹ平面内で可変に設定する。可動ブレードとしては、４枚のＩ字型のものを使用してもよい。
レチクル２は、不図示のレチクルホルダを介して保持部としてのレチクルステージ（マスクステージ）３上に保持・載置されている。レチクルステージ３は、光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内でレチクルベース（ベース）４の上方に浮上した状態で支持されて、後述する平面モータの駆動によりＸＹ平面内を２次元的に移動してレチクル２を位置決めすると共に、所定の走査速度で移動可能となっている。レチクルステージ３はＸ方向及びＹ方向の各走査方向にレチクル２のパターン領域の全面が少なくとも照明領城を横切ることができるだけのストロークを有している。レチクルステージ３の端部には、レーザ干渉計２１（図４参照）からのレーザビームを反射する移動鏡５Ｘ、５ＹがそれぞれＹ方向、Ｘ方向に沿って固定されており、レチクルステージ３のＸ方向及びＹ方向の位置は、レーザ干渉計２１により常時モニタされている。レーザ干渉計２１からのレチクルステージ３の位置情報は主制御系２０に供給され、主制御系２０はその位置情報に基づき、レチクルベース４上の不図示の駆動系を介してレチクルステージ３の位置及び速度を制御している。
一方、ウエハ６は不図示のウエハホルダを介して保持部としてのウエハステージ（基板ステージ）７上に保持・載置されている。ウエハステージ７は、光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内でウエハベース（ベース）８の上方で浮上した状態で支持されて、後述する平面モータの駆動によりＸＹ平面内を２次元的に移動してウエハ６を位置決めすると共に、所定の走査速度で移動可能となっている。ウエハステージ７によりウエハ６上の各ショット領域へスキャン露光する動作と、次の露光開始位置までステッピングする動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作が行われる。ウエハ６はウエハステージ７によりＺ方向への移動、及びＸＹ平面に対する傾斜が可能に構成されている。
ウエハステージ７の端部には外部のレーザ干渉計２２（図４参照）からのレーザビームを反射する移動鏡９Ｘ、９ＹがそれぞれＹ方向、Ｘ方向に沿って固定されており、ウエハステージ７（ウエハ６）の位置はレーザ干渉計２２により、常時モニタされている。レーザ干渉計２２からのウエハステージ７の位置情報は主制御系２０に送られており、主制御系２０はその位置情報に基づいて平面モータを介してウエハステージ７の位置及び速度を制御している。
本実施形態では走査露光時に、レチクル２が照明領域に対して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）へ、例えば速度ＶＲで走査されるのと同期して、ウエハ６上の露光対象のショット領域が露光領域に対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶＷで走査される。走査速度ＶＲと速度ＶＷとの比（ＶＷ／ＶＲ）は投影光学系ＰＬの投影倍率βに正確に一致したものになっており、これによってレチクル２上のパターン像がウエハ６の各ショット領域に正確に転写される。
図３は、レチクルステージ３及びウエハステージ７でそれぞれ用いられる平面モータ（駆動装置）３Ｍ、７Ｍの概略構成図である。両ステージ３、７における平面モータ３Ｍ、７Ｍの構成は同様であるので、レチクルステージ３用平面モータ３Ｍについては符号のみ図示し、以下においてはウエハ７用平面モータ７Ｍについてのみ説明する。
この図に示す平面モータ７Ｍは、電磁力（ローレンツ力）を用いてウエハステージ７を駆動するものであって、マグネットアレイ２４とコイルアレイ２６とを備えている。マグネットアレイ２４は、コイルアレイ２６に隣接して配置され、コイルアレイ２６の電流分布と相互に作用する永久磁界を供給し、マグネットアレイ２４とコイルアレイ２６との間に推力を生じさせる。磁界と電流分布との相互作用は、少なくとも３自由度、好ましくは６自由度において、マグネットアレイ２４及びコイルアレイ２６のいずれか一方が他方に対して相対移動するのを可能にしている。例えば、コイルアレイ２６の電流は、マグネットアレイ２４からの磁界と相互に作用して、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向の力と、Ｘ、Ｙ及びＺ軸周りのトルクとを生み出すことができる。
マグネットアレイ２４は、ウエハステージ７に取り付けられ、静止状態のコイルアレイ２６に対して相対的にウエハステージ７とともに移動する。こうしたマグネットが移動する構成は、マグネットアレイ２４が電流の接続を必要としないことから、コイルが移動する構成よりも好ましい。コイルの冷却を必要とする場合、冷却管（不図示）はコイルアレイ２６に取り付けられるが、電気的な接続や冷却管は、コイルアレイ２６の移動と干渉する可能性がある。しかしながら、コイルアレイ２６をウエハステージ７に取り付け、固定されたマグネットアレイ２４と相対移動させる構成も採用可能である。
コイルアレイ２６は、Ｘ軸に沿ってウエハステージ７を移動させるためのＸコイルアレイ５０と、Ｙ軸に沿ってウエハステージ７を移動させるためのＹコイルアレイ５２とを備える。ウエハステージ７にＸ軸方向の推力を与えるために、整流回路及び電流源（不図示）により、二相、三相、または多重位相に整流された電流がＸコイルアレイ５０に供給される。ウエハステージ７にＹ軸方向の推力を与えるために、整流回路及び電流源により、二相、三相、または多重位相に整流された電流がＹコイルアレイ５２に供給される。Ｘ軸及びＹ軸に平行なＸＹ平面内で、ウエハステージ７に対して回転を与えるために、整流された電流がＸコイルアレイ５０中のコイル５４に個々に供給される。別の方法としては、電流をＸコイルアレイ５０の全てのコイル５４に個々に、且つ反対の極性で供給してもよい。この場合、あるコイルには一つの方向に力が供給され、他のコイルには反対の方向に力が供給され、これによりＺ軸周りのトルクが発生する。整流回路及び電流源を含む平面モータ３Ｍ、７Ｍの駆動は、主制御系２０によって制御され、これら平面モータ３Ｍ、７Ｍ及び主制御系２０によって本発明に係る切替装置が構成される。
Ｘコイルアレイ５０は、コイル５４がＸ軸に垂直な方向に長軸となるように方向付けられ、Ｙコイルアレイ５２は、コイル５６がＹ軸に垂直な方向に長軸となるように方向付けられている。動作時において、各コイル５４、５６がＸまたはＹ方向のそれぞれに沿って、実質的に一定の推力を生じさせる。Ｙ方向の推力を生じさせるために、マグネットアレイ２４及びウエハステージ７の真下に置かれたコイル５６が励磁される。同様に、Ｘ方向の推力を生じさせるために、マグネットアレイ２４及びウエハステージ７の真下に置かれたコイル５４が励磁される。ＸＹ平面に平行な回転を与えるために、あるコイル５４、５６またはコイルアレイ５２、５４のいずれか、あるいはＸ及びＹコイルアレイの双方が選択的に励磁される。
図４には、本実施形態に係る露光装置の制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。この制御系は、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）から成る主制御系２０を中心として構成されている。この図に示すように、レーザ干渉計２１、２２の計測結果は、主制御系２０に出力される。主制御系２０は、レチクルレーザ干渉計システム２１およびウエハレーザ干渉計システム２２の計測結果に基づいて平面モータ３Ｍ、７Ｍの駆動を制御するとともに、レシピ（露光データ）に基づいてアクチュエータ１３の駆動を制御する。
続いて、上記の構成の露光装置による露光シーケンスを図５に示すフローチャートを用いて説明する。
露光処理がスタートすると（ステップＳ０）、レジストが塗布されたウエハ６がウエハステージ７上に搬送される（ステップＳ１）。ステップＳ２では、レチクルステージ３上のレチクル２をステージの移動座標系（投影光学系ＰＬ）に対して位置合わせ（アライメント）する。ステップＳ２におけるレチクル・アライメントは、レチクルの交換処理後からウエハ搬送処理の完了までの間であればどこで実施してもよい。
レチクルアライメントが終了すると、主制御系２０はアクチュエータ１３を介して可動ブレード１１、１２を駆動し、Ｙ軸方向（第１の方向）への走査露光を行うために、図２Ｂに示すように、Ｘ軸方向に延在する矩形照明領域（照射領域）ＳＹを設定する（ステップＳ３）。この場合の矩形照明領域は、Ｙ軸方向の幅がＸ軸方向の幅よりも狭く設定される。ウエハ６が搬送されると、露光装置では、ステップＳ４においてフォーカス調整が行われ、ウエハＷの光軸方向の位置決めを実施する。そして、フォーカス調整が完了したら露光装置では、ステップＳ５においてウエハ・アライメントを実施して、レチクル２とウエハ６との位置合わせを行う。露光装置は、ウエハ・アライメント後に、不図示のアライメント系で計測したウエハアライメントマークの位置情報に基づいて算出されたＥＧＡパラメータ（スケーリングパラメータ）に基づいてステップＳ６で投影光学系ＰＬの投影倍率等、結像特性を調整する。
この後、上記ＥＧＡパラメータと各ショットの設計上の座標値とに基づいて算出されたウエハ６上の各ショットの位置情報（座標値）に応じてウエハ６を走査露光開始位置に位置決めし、平面モータ３Ｍ、７Ｍを駆動してレチクルステージ３とウエハステージ７とを照明領域ＳＹに対してＹ軸方向に同期移動させることで、レチクル２とウエハ６との走査露光を実施する（ステップＳ７）。このとき、投影光学系ＰＬ（投影光学系を構成する光学素子）においては、照明領域ＳＹに対応した範囲に照明光が照射され、所定のショット領域上に、レチクル２上に形成されたパターンが投影・転写される。
次に、このショット領域に対する露光で露光処理が完了したか否かを判断し（ステップＳ８）、完了の場合は処理を終え（ステップＳ１１）、露光処理が未完であれば、処理中のウエハ６に対する露光処理が完了してウエハ交換を行うか否かを判断し（ステップＳ９）、他のショット領域に対する露光処理が残っていれば、全てのショット領域に露光処理が施されるまで上記ステップＳ７〜Ｓ９のシーケンスを順次繰り返す。
一方、ステップＳ９でウエハ交換を実施する場合には、ステップＳ１に戻りウエハ搬送（搬出及び搬入）を実施するとともに、ステップＳ１０においてレチクル２の搭載方向を変更する。具体的には、Ｙ軸方向への同期移動に対応してレチクルステージ３に載置していたレチクル２を、Ｘ軸方向（第２の方向）への同期移動に対応させるために９０°回転させて載置する。この載置方向の変更は、例えばレチクル搬送装置（不図示）を用いてレチクルステージ３からレチクル２を離脱させ、９０°回転した後に、再度レチクルステージ３上に載置する方法が採用可能である。レチクル２の搭載方向変更は、レチクルアライメント前であれば、ウエハ搬送中でもウエハ搬送後でもよい。
続いて、上記ステップＳ２〜Ｓ７のシーケンスを実行するが、ステップＳ３においては、主制御系２０がアクチュエータ１３を介して可動ブレード１１、１２を駆動し、Ｘ軸方向への走査露光を行うために、図２Ｃに示すように、Ｙ軸方向に延在する矩形照明領域ＳＸに設定を変更する。この場合の矩形照明領域は、Ｘ軸方向の幅がＹ軸方向の幅よりも狭く設定される。ステップＳ７において、主制御系２０は、ウエハ６が交換されたことを受けて、制御装置及び変更装置として平面モータ３Ｍ、７Ｍの駆動を制御することで、レチクルステージ２とウエハステージ７との同期移動方向をＸ軸方向に変更・切り替える。即ち、本実施形態では、主制御系２０はウエハの処理枚数に応じて（ここではウエハの交換毎に）上記同期移動方向を交互に変更・切り替える。
これにより、投影光学系ＰＬ（投影光学系を構成する光学素子）においては、照明領域ＳＹとは異なる照明領域ＳＸに対応した範囲に照明光が照射され、所定のショット領域上に、レチクル２上に形成されたパターンが投影・転写される。
このように、本実施形態では、ウエハ交換毎に照明領域及び同期移動方向を切り替えるので、投影光学系ＰＬに対する照明光の照射領域を時間平均で考慮すると、照明領域ＳＹ、ＳＸを合成した十字形と等価にすることができる。そのため、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光学素子における照射エネルギーの吸収熱を分散させることができ、吸収熱による光学素子の温度分布の非回転対称性を緩和することが可能になる。結果として本実施形態では、投影光学系ＰＬに発生する非回転対称な収差を抑制することで、優れた結像特性を維持することが可能になり、ウエハ６上に均一で所望の線幅を有する微細パターンを形成して集積度の高いデバイスを製造することができるとともに、非回転対称な収差に起因するデバイス不良を低減することが可能になる。
図６は、本発明の走査型露光装置の第２の実施形態を示す図である。
この図において、図１乃至図５に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。第２の実施形態と上記の第１の実施形態とが異なる点は、レチクルステージ２、ウエハステージ７の構成及びこれらのステージを駆動するモータの構成である。レチクルステージ２及びウエハステージ７の構成は同様であるので、以下においてはウエハステージ７についてのみ説明する。
図６に示すように、本実施形態では、ウエハベース８の上方に浮上した状態で支持されてＹ軸方向に同期移動して走査を行うウエハステージ（保持部）７Ｙと、Ｘ軸方向に同期移動して走査を行うウエハステージ（保持部）７Ｘとがそれぞれ設けられている。
ウエハステージ７Ｙは、Ｘ方向に延在するＸガイド３１に移動自在に支持されており、Ｘリニアモータ３２、３２の駆動によってＸガイド３１をガイドにしてＸ方向に移動する。Ｘガイド３１の一端には。可動子３３が設けられている。可動子３３は、ウエハベース８の一側縁にＹ方向に沿って設置された固定子３４に対して相対移動する。これら可動子３３及び固定子３４によりＹリニアモータ３５が構成される。同様に、ウエハステージ７Ｘは、Ｙ方向に延在するＹガイド４１に移動自在に支持されており、Ｙリニアモータ４２、４２の駆動によってＹガイド４１をガイドにしてＹ方向に移動する。Ｙガイド４１の一端には。可動子４３が設けられている。可動子４３は、ウエハベース８の一側縁にＸ方向に沿って設置された固定子４４に対して相対移動する。これら可動子４３及び固定子４４によりＸリニアモータ４５が構成される。
各ウエハステージ７Ｘ、７Ｙは、それぞれ投影光学系ＰＬの直下の位置に移動可能に設定され、且つ他方のステージが投影光学系ＰＬの直下の位置に移動した際に、他方のステージ、リニアモータ及びガイドと干渉しない位置に退避可能な構成になっている。各ウエハステージの退避位置は、不図示のアライメント系によるアライメント位置に設定される。他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
上記の構成の露光装置では、例えばウエハステージ７Ｘを退避させた状態で、Ｙリニアモータ３５の駆動によりウエハステージ７ＹをＹ軸方向に移動させることで、レチクル２とウエハ６とをＹ軸方向に同期移動させて走査露光を行う。そして、ウエハステージ７Ｙに保持されたウエハの露光処理が終了すると、引き続いてウエハステージ７Ｘに保持されたウエハに対して露光処理を実施する。すなわち、ウエハステージ７Ｙをウエハステージ７Ｘに対して退避させた状態で、Ｘリニアモータ４５の駆動によりウエハステージ７ＸをＸ軸方向に移動させることで、レチクル２とウエハ６とをＸ軸方向に同期移動させて走査露光を行う。詳述はしないが、同期移動方向の切替に伴って可動ブレード１１、１２により照明領域も切り替えられ、またウエハの移動と同期してレチクルも不図示のリニアモータにより（ウエハ６とは逆方向）に移動する。退避中のウエハステージにおいては、ウエハの交換・ウエハアライメント等が実施される。
このように、ウエハの処理枚数に応じて（ここではウエハの交換毎に）照明領域を変更するとともに、走査露光に用いるウエハステージをウエハ毎に切り替えることで、本実施形態においても、投影光学系ＰＬの光学素子における照射エネルギーの吸収熱を分散させることができ、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になることに加えて、ウエハの交換・アライメントに要する時間を省略できるため、スループット向上にも寄与できる。
上記実施形態では、レチクルステージとウエハステージの双方が平面モータまたはリニアモータで駆動される構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばレチクルステージとウエハステージの一方が平面モータで駆動し、他方がリニアモータで駆動する構成としてもよい。
また、上記の実施形態では、所定のタイミングにてウエハの交換毎に照明領域及び同期移動方向を切り替える手順としたが、この他にも複数枚のウエハ交換毎に切り替えたり、所定時間経過毎、あるいは投影光学系に対して照明光が入射した入射履歴（例えば入射時間）に基づいて切り替える手順としてもよく、さらに照明光の光路に光量検出計（ディテクタ）を配置して積算光量をモニタし、積算光量が所定量を超える毎に照明領域及び同期移動方向を切り替える手順とすることも可能である。
また、上記の実施形態では、照明領域及び同期移動方向を互いに略直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に切り替えることで、通常用いられるリニアモータで容易に対応できる構成としたが、これに限定されるものではなく、斜め方向にも同期移動させてもよい。このように、同期移動方向を多方向に設定することで、投影光学系ＰＬの光学素子における照射エネルギーの吸収熱を一層分散させることができ、光学素子の温度分布の非回転対称性を一層緩和することが可能になる。
照射領域は矩形に限らず、円弧状の領域であってもよい。
本実施形態の基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ６のみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
露光装置としては、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；ＵＳＰ５，４７３，４１０）の他に、回転対称でない収差が生じる光学素子を有する場合、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）にも適用することができる。本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
露光装置の種類としては、ウエハ６に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
投影光学系ＰＬは、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬは屈折系、反射系、及び反射屈折系のいずれであってもよい。露光光の波長が２００ｎｍ程度以下であるときは、露光光が通過する光路を、露光光の吸収が少ない気体（窒素、ヘリウムなどの不活性ガス）でパージすることが望ましい。また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。電子線が通過する光路は、真空状態にする。
ウエハステージ７やレチクルステージ３にリニアモータ（ＵＳＰ５，６２３，８５３またはＵＳＰ５，５２８，１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。各ステージ３、７は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
ウエハステージ７の移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（ＵＳＰ５，５２８，１１８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
レチクルステージ３の移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（ＵＳ  Ｓ／Ｎ  ０８／４１６，５５８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図７に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、投影光学系に発生する非回転対称な収差を抑制することにより、優れた結像特性を維持することが可能になり、基板上に均一で所望の線幅を有する微細パターンを形成して集積度の高いデバイスを製造することができ、非回転対称な収差に起因するデバイス不良を低減することが可能になる。ステージを複数設けた場合には、基板交換・アライメントに要する時間を省略して、スループット向上にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る走査型露光装置の概略構成図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、レチクルブラインドの平面図である。
図３は、走査型露光装置を構成する平面モータの概略構成図である。
図４は、同露光装置における制御ブロック図である。
図５は、本発明の実施形態を示すフローチャートである。
図６は、本発明の第２の実施形態を示す図であって、２基のウエハステージが設けられた平面図である。
図７は、半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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