(57)【要約】      （修正有）【課題】安価に製造できる小口径レンズから成る縮小投影光学系を用いても、スループットが低下しないスキャン型露光装置を提供する。【解決手段】本発明のスキャン型露光装置１００では、マスク１０２におけるレーザ光照射領域１０３内のパターンは、縮小投影光学系１０４によって、１／６又は１／８に縮小されてウエハステージ１０６に載せられたウエハ１０５上に投影される。マスクステージ１０１におけるスキャンの等速度ストローク長を従来の１／４に縮小される露光装置より長くすることで描画領域が同一になるようにする。この構成によって、高ＮＡレンズを搭載した高スループットのスキャン型露光装置が安価に製造でき、特にＮＡが１．２程度のＡｒＦ液浸光学系を適用した露光装置を低価格で提供できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小投影光学系を用いたスキャン型露光装置において、前記縮小投影光学系の縮小率が１／４よりも高い縮小率を有し、かつ前記スキャン型露光装置におけるマスクステージが、スキャン方向に１３２ｍｍより長い等速度ストロークを有することを特徴とするスキャン型露光装置。
【請求項２】
前記スキャン型露光装置がＡｒＦ液浸光学系型露光装置であることを特徴とする請求項１のスキャン型露光装置。
【請求項３】
前記縮小投影光学系の縮小率が１／６であり、かつ前記マスクステージが、スキャン方向に３９６ｍｍ以上の等速度ストロークを有することを特徴とする請求項１または２のスキャン型露光装置。
【請求項４】
前記縮小投影光学系の縮小率が１／８であり、かつ前記マスクステージが、スキャン方向に５２８ｍｍ以上の等速度ストロークを有することを特徴とする請求項１または２のスキャン型露光装置。
【請求項５】
スキャン方向と当該スキャン方向と直角にステップ方向とを備えたマスクにおいて、４つ以上のパターン領域を前記スキャン方向に一列に配列したことを特徴とするマスク。
【請求項６】
請求項５において、前記パターン領域の前記ステップ方向の長さはスキャン型露光装置における照射領域のステップ方向の長さに実質的に等しいことを特徴とするマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路（半導体チップとも言われる。）の製造時の露光工程で用いられる露光装置に関し、特にスキャン型露光装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、露光工程では、回路パターンが描かれたマスク（レチクルと呼ばれることもある。）を用いてレジストが塗布されたウエハ上に回路パターンを描画させる（パターン露光と呼ばれる。）必要があり、そのための装置が露光装置と呼ばれる。また、露光装置は、用いられる露光光源の種類で分類でき、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いた露光装置はＫｒＦ露光装置、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いた露光装置はＡｒＦ露光装置と呼ばれる。
【０００３】
更に、露光装置には露光中にマスクとウエハとを互いに反対方向にスキャンさせながら露光する方式があり、これはスキャン型露光装置（通称、スキャナ）と呼ばれており、スキャン型ＫｒＦ露光装置、及びスキャン型ＡｒＦ露光装置は、ＫｒＦスキャナ、及びＡｒＦスキャナと呼ばれることもある。
【０００４】
これらのスキャナでは、通常、縮小率１／４の縮小投影光学系が用いられているため、マスクはウエハ上のパターンの４倍（即ち、マスク上に描画されるパターンのサイズが、ウエハに露光する半導体チップの回路パターンサイズの４倍）になっている。また、これらのスキャナによるウエハ上での最大露光領域は、一般に３３ｍｍ（スキャン方向の長さ）×２６ｍｍ（スキャン方向に直交する方向、すなわちステップ方向の長さ）であるのが普通であり、この関係で、マスク上の描画領域（半導体チップの回路パターンが描かれた領域）のサイズは、１３２ｍｍ（スキャン方向）×１０４ｍｍ（ステップ方向）になっている。すなわち、露光領域の面積は３３×２６＝８５８平方ｍｍになる。なお、ステップ方向の長さは、露光中にレーザ光が照射される幅であり、この幅を保ったまま、スキャン方向に３３ｍｍ移動させながら露光することから、２６ｍｍのステップ方向における幅のことを、ここでは、露光幅と呼ぶ。
【０００５】
また、マスク上の描画領域がスキャン方向に１３２ｍｍということは、マスクステージにおけるスキャンのストロークとして、等速度にスキャンする長さ（以下、等速度ストロークと呼ぶ。）が１３２ｍｍ以上になる。なお、実際のスキャンでは、反転直前の減速時と反転直後の加速時のスキャンが加わるため、全体のストロークは１４０〜１５０ｍｍ程度である。
【０００６】
一方、露光装置の解像性能を上げるために、縮小投影光学系を構成する多数のレンズのうち最もウエハに近いレンズと、ウエハとの間を液体で満たして、縮小投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることで、解像性能を向上する液浸光学系と呼ばれる装置が検討されている。
【０００７】
一般にＮＡは、図２に示したように、縮小投影光学系１において、ウエハ３側のＮＡのことをさす。例えば、ＡｒＦ露光装置に適用したものはＡｒＦ液浸露光装置と呼ばれ、レンズとウエハとの間を純水で満たすことで、解像性能を向上できることが、例えば、非特許文献１において指摘されている。非特許文献１によれば、レンズとウエハとの間に満たされる純水の屈折率が約１．４であるため、通常の空気（あるいは窒素）で満たされる露光装置（以下、ドライ型と呼ぶ。）の場合より、ＮＡが屈折率倍の約１．４倍に大きくなることから、ＮＡに反比例する解像度が小さくなる（解像性能が高くなる）。したがって、ドライ型ではＮＡの最大は約０．９５が限界と言われているのに対して、液浸光学系を適用すると、１．２以上も可能になる。このことは、解像度が向上することを意味している。
【０００８】
【非特許文献１】SEＭICON Japan 2002、Technical programs for the semiconductor equipment and materials industries、第3-15〜3-16
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２に示されるように、一般にＮＡを大きくしようとすると、θが大きくなるため、縮小投影光学系を構成するレンズ（図２の縮小投影光学系１の中に斜線で示された部材）の口径を大きくする必要がある。ところが、レンズの価格はレンズ硝材の体積に比例すると言われているため、レンズ径の３乗に比例して価格が増大する。その結果、ＡｒＦ液浸光学系においては、ＮＡが１を越えるような場合、巨大なレンズが必要になるため、レンズコストが増大する。具体的には、図３に示すように、大きなＮＡを得るためには、レンズ口径が大きくする必要があり、且つ、レンズコストも急激に上昇する。
【００１０】
特にＮＡとして、図３に示したように、ドライ型では不可能な０．９５以上が実現可能と言われている液浸光学系を適用する場合、レンズコストの増大の結果、装置価格が著しく高騰することが問題であった。
【００１１】
本発明の目的は、安価に製造できる小口径レンズから成る縮小投影光学系を用いても、スループットが低下しないスキャン型露光装置を提供することであり、特にＡｒＦ液浸光学系を用いた露光装置のコスト低減を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、縮小投影光学系の縮小率が１／４よりも高い縮小率を有し、且つ、スキャン方向に１３２ｍｍより長い等速度ストロークを有するマスクステージを備えたものである。なお、高い縮小率とは、倍率が１／４より小さい値のことである。
【００１３】
この構成によれば、ウエハ上の露光幅を小さくできるため、高ＮＡでもレンズ径が大きくしなくても良い。ところが、露光幅が小さくなると、１回のスキャンで露光できる露光領域の面積が小さくなることから、３３×２６ｍｍに近い大面積の半導体チップが１スキャンで露光できなくなるだけでなく、小さくなった露光幅に収まるような小面積の半導体チップに対しても、１スキャンで露光できるチップ数が減ることから、スループットが低下することが問題になる。
【００１４】
そこで、本発明では、従来のマスクステージの等速度ストロークである１３２ｍｍよりも十分長いストロークを有するマスクステージを備えることで、ウエハ上で１スキャンによる露光領域の面積を、従来の露光装置と同等にすることができるため、スループットの低下を抑制できる。
【００１５】
例えば、図５（ａ）に示したように、本発明では、縮小投影光学系の縮小率を１／８にすると共に、スキャン方向に５２８ｍｍ以上の等速度ストロークを有するマスクステージを使用する。この構成により、ウエハ上での露光領域におけるスキャン方向の長さを６６ｍｍを確保できる。その結果、露光幅が１／２（＝（１／８）／（１／４））の１３ｍｍと小さくなっても、面積的には８５６平方ｍｍとなり、従来と同様の面積が確保できる。
【００１６】
一方、図５（ｂ）に示したように、縮小投影光学系の縮小率を１／６にする場合は、マスクステージが、スキャン方向に２９７ｍｍ以上の等速度ストロークを有するようにすることで、ウエハ上での露光領域におけるスキャン方向の長さを４９．５ｍｍを確保できる。その結果、露光幅が２／３（＝（１／６）／（１／４））の１７．３ｍｍと小さくなっても、面積的には８５６平方ｍｍとなり、従来と同様の面積が確保できる。
【００１７】
しかも、本発明では、従来の４倍マスクに比べて、スキャン方向に長いマスクを利用することになるが、ステップ方向には短くなるため、スキャン方向の両側の長辺でマスクを支えることで、自重によるマスクの撓みが大きくなることもない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のスキャン型露光装置は、高ＮＡレンズを搭載した高スループットのスキャン型露光装置が安価に製造でき、特にＮＡが１．２程度のＡｒＦ液浸光学系を適用した露光装置を低価格で提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２０】
本発明の実施例を、図１を用いて説明する。図１は本発明のスキャン型露光装置１００の構成図である。ただし、但し、露光光源であるレーザ装置やレーザ光のビーム整形器などは省略されている。露光するためのレーザ光は、マスクステージ１０１に載せられたマスク１０２における細斜線で示された４個の回路パターン１０９の１つに対して、細長い形状のレーザ光照射領域１０３を形成するように照射される。レーザ光照射領域１０３内のパターンは、縮小投影光学系１０４によって、１／８に縮小されてウエハステージ１０６に載せられたウエハ１０５上に投影される。なお、ウエハ１０５上には予めレジストが塗布されている。
【００２１】
マスク１０２はマスクステージ１０１内でＸ方向（スキャン方向）に往復移動し、ウエハ１０５はウエハステージ１０６内でＸ方向に、マスク１０２と反対方向に往復移動する。これらのスキャン露光によって、回路パターン１０９がパターン投影部１０７に投影されて、ウエハ１０５上に回路パターン１０９が縮小露光される。
【００２２】
以上のように、図示されたスキャン型露光装置１００では、１／８の縮小率を有する縮小投影光学系１０４が用いられているため、マスク１０２は８倍マスクと呼ぶことができる。
【００２３】
本実施例では、マスクステージ１０１におけるスキャンの等速度ストローク長は約５３０ｍｍとなっており、従来のスキャン型露光装置の約１４０ｍｍに対して、４倍程度長くなっている。これによって、マスク１０２内の描画領域（全ての回路パターンが含まれる領域）の大きさとして、長さ（スキャン方向、Ｘ方向）５２８ｍｍがカバーできるようになる。この構成によれば、縮小投影光学系１０４によって形成されるウエハ１０５での露光領域のＸ方向は、６６ｍｍが確保されるようになり、従来のスキャン型露光装置の３３ｍｍの２倍の露光領域をカバーすることができる。
【００２４】
一方、マスク１０２の描画領域の幅（ステップ方向、Ｙ方向の長さ）は１０４ｍｍであり、従来の４倍マスクと同じであるため、縮小投影光学系１０４によって形成されるウエハ１０５での露光領域のＹ方向は１３ｍｍと従来のスキャン型露光装置の場合の１／２になる。ところが、Ｘ方向に６６ｍｍであるため、露光領域の面積は８５８平方ｍｍになり、１／４の縮小投影光学系を有する従来のスキャン型露光装置の場合と同じ面積になる。
【００２５】
図５（ａ）には、上記したウエハ１０５上でのサイズが示されている。図５（ａ）からも明らかな通り、１／８の縮小投影光学系を使用した場合、一回のスキャンにより、一列に配列された８チップ分の露光領域が露光される。他方、図４には、８チップ分に対応する従来の露光領域が示されている。図５（ａ）及び図４の斜線で示された領域からも明らかな通り、約７×１１ｍｍのサイズの１チップ分がパターン描画される領域が、どちらの露光領域中に合計８個含まれる。
【００２６】
本発明では、図５（ａ）に示された８チップ分の露光領域が１スキャンで露光されることから、本発明では、従来の場合に比べて、スループットが低下しない。更に、本実施例に係るスキャン型露光装置１００は、１／８の縮小投影光学系１０４を用いており、マスク１０２の描画領域におけるＹ方向の幅が、従来の４倍マスクのＹ方向の幅と同じ１０４ｍｍである。このことは、ウエハ１０５上での露光幅を図４に示された従来の場合に比較して、１／２に小さくできるため、縮小投影光学系１０４を構成する各レンズの口径は１／２で済む。したがって、これらのレンズの製造が容易になり、安価に製作できる。
【００２７】
一方、図１に示したスキャン型露光装置１００において、縮小投影光学系１０４に１／６の縮小率のものを用いた場合、マスク１０２をスキャンさせる際の等速度ストロークが２９７ｍｍ以上となるようにマスクステージ１０１を構成すればよい。その結果、ウエハ１０５上の露光領域の面積は、２９７／６×（１０４／６）＝８５８となり、従来のスキャン型露光装置と同じ面積にできる。なお、これに関しては、図５（ｂ）に示してあるように、露光できるチップのサイズを多少大きくできる。
【００２８】
また、以上に説明したように、本発明のスキャン型露光装置では、縮小投影光学系の縮小率が従来の１／４よりも高い縮小率として、特に１／６か１／８の場合が好ましいが、その理由は、マスクのパターン形成時のデータ処理の計算が簡単になるからである。したがって、さらに高い縮小率の１／１０でも１／１２でもよい。
【００２９】
また、本発明のスキャン型露光装置の縮小投影光学系としては、全屈折型が製作が容易で好ましいが、反射屈折型のものでも良い。その場合も、縮小率を上げることで、屈折部のレンズ径を小さくでき、装置価格を低減できる。
【００３０】
ところで、以上に説明したように、本発明のスキャン型露光装置において、縮小投影光学系の縮小率を１／８とした場合は、スキャン方向に５２８ｍｍ以上の等速度ストロークを有するようにすれば、１回のスキャンによって露光される露光領域の面積が従来の１／４の縮小率を有する縮小投影光学系を用いた場合に比べて低減しないため、スループットが低下しないが、以下に説明するように、スキャン方向に、その半分の２６４ｍｍ程度あれば、チップ当たりの装置償却費用が増大しないことが判明した。
【００３１】
先ず、本発明のスキャン型露光装置の価格として、現在、露光機メーカから市販されているＡｒＦ露光装置が約２０億円であることを基づいて、以下のように仮定する。ＡｒＦ液浸露光装置では、現在のＡｒＦ露光装置よりも構造が複雑になるため、この装置価格として、縮小投影光学系の縮小倍率が従来と同様の１／４とした場合は３０億円程度になることが予測される。また、縮小投影光学系の縮小率を１／８とした場合に、露光領域のスキャン方向の長さも半分となる１６．５ｍｍとすると、２０億円、その２倍の３３ｍｍとすると、２２億円、４倍の６６ｍｍとすると、２４億円程度になるものと考えられる。この予測に基づいて、装置償却期間を３年、総合的な稼働率を６０％として、チップ当たりの装置償却費用を算出し、上記した結果を得ることが出来た。
【００３２】
具体的に云えば、費用算出の基となる露光装置の仕様としては、図６に示したような現在のＡｒＦ露光装置の最高性能の装置と同等とした。また、算出過程で必要な露光チップ数には、直径３００ｍｍのウエハの全面積の９０％がチップで埋まるとして、チップサイズに対するチップ数を図７に示したように算出した。図７からも明らかな通り、従来のように、１／４の縮小率を有し、３３×２６ｍｍの露光領域を露光することができる縮小投影光学系を使用した場合、５ｍｍ角のチップを３０個、６ｍｍ角のチップを２０個露光できる。一方、１／８の縮小率を有し、１６.５×１３ｍｍの露光領域を有する縮小投影光学系を用いた場合には、５及び６ｍｍ角のチップをそれぞれ６個及び４個しか露光することができない。
【００３３】
しかしながら、本発明のように、１／８の縮小率を有し、且つ、３３×１３ｍｍの露光領域を有する縮小投影光学系を使用した場合、及び、１／８の縮小率を有し、且つ、６６×１３ｍｍの露光領域を有する縮小投影光学系を使用した場合、それぞれ、５ｍｍ角のチップを１５個及び３０個露光することができる。同様に、６ｍｍ角のチップを前者では８個、後者では１６個露光することができる。
【００３４】
このことを考慮して、露光装置のスループットを求めた。ここでは、償却期間を３年として、チップ当たりの露光装置の償却費用を算出した。その算出結果が図７に示された光学系方式に対応して、図８に示されている。図８からも明らかなように、露光領域の長さが６６ｍｍになると、縮小率１／４の従来の露光装置による費用よりも、安くなり、さらに、長さが３３ｍｍの場合には、従来と同等のコストになることが判明した。
【００３５】
以上説明したことにより、本発明のスキャン型露光装置において、縮小投影光学系の縮小率を１／８とした場合、露光領域の面積が従来と同じになるまで長くする必要はなく、長さは３３ｍｍあればよい。すなわち、マスクステージにおいては、等速度ストロークの長さとしては、３３×８＝２６４ｍｍ以上あれば、コスト的にも従来と同等にできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のスキャン型露光装置１００の構成を示す図である。
【図２】縮小投影光学系におけるＮＡを説明するための図である。
【図３】縮小投影光学系のＮＡとレンズ径の関係を示すグラフである。
【図４】従来の露光領域を説明すると共に、１回のスキャンで複数のチップを露光する場合を説明する図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例に係る２つの露光領域を説明する図である。
【図６】スキャン型露光装置の仕様の一例を説明する図である。
【図７】光学系、チップサイズ、及び、露光チップ数の関係を示す図である。
【図８】図７に示された光学系とチップ当りの露光装置の償却費との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１    縮小投影光学系
２    マスク
３    ウエハ
１００    スキャン型露光装置
１０１    マスクステージ
１０２    マスク
１０３    レーザ光照射領域
１０４    縮小投影光学系
１０５    ウエハ
１０６    ウエハステージ
１０７    パターン投影部
１０９    回路パターン
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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