(57)【要約】【課題】  ステップアンドスキャン方式の露光装置において、露光非点収差の発生を防ぎ、大きな焦点深度と良好な光学性能が得られる投影露光装置を提供する。【解決手段】  走査型投影露光装置において、前記投影光学系の有効画面内に前記所定形状の照明光束を複数有し、前記ウエハ上において、前記投影光学系の有効画面内をスキャン方向に積算した露光量が、均一になるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の照明光束でレチクル(マスク)上のパターンを照明し、前記レチクル上のパターンを投影光学系により可動ステージに載置したウエハ(基盤)面上に、前記レチクル上と前記可動ステージを前記投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させてスキャンさせながら投影露光する走査型投影露光装置において、前記投影光学系の有効画面内に前記所定形状の照明光束を複数有し、前記ウエハ上において、前記投影光学系の有効画面内をスキャン方向に積算した露光量が、均一になるように構成されたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
ウエハ上におけるスリット長（スキャンと垂直な方向の投影エリア全体の長さ）が、ウエハ上における投影光学系の有効径の0.7倍以上であることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項３】
投影光学系の有効領域のうち略輪帯状の範囲を投影エリアとして使用することを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項４】
投影エリアの数が２で、それぞれ台形もしくは長方形形状をしていることを特徴とする請求項２の投影露光装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の投影露光装置を用いて被露光体を露光する工程と、前記露光された被露光体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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるステップアンドスキャン方式の投影露光装置に関する。このような露光装置は例えばICやLSI等のデバイスや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、リソグラフィ工程に使用される際に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、またそれに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパが主流であり、さらなる解像力向上に向けて光学系の開口数(NA)の拡大や、露光波長の短波長化が図られている。
【０００３】
このステッパにおいては、マスク（レチクル）の回路パターン像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、一回の投影転写終了後、ウエハが載置され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】
そして最近では高解像度が得られ、か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投影露光装置が実用化されている。
【０００５】
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。そして一つのショットの走査が終了すると、ウエハは次のショットにステップして、次のショットの露光を開始する。これを繰り返してウエハ全体の露光を行っている。
【０００６】
図７は、走査機構を用いて露光領域を広くとることが可能なステップアンドスキャン方式を行う投影露光装置を示している。図中、101は第１物体としてのレチクル（マスク）であり、102は投影レンズ（投影光学系）、104は可動ステージであり、第２物体としてのウエハ103を載置している。ウエハ103面上には紫外光に反応するレジストが塗布されている。レチクル101の直前に設けたスリット開口106'を有するアパーチャ106によりスリット状の照明光束の当たった部分の回路パターンのみがウエハ103上に投影転写される。000はＸ,Ｙ,Ｚ軸を示す座標系を示している。投影レンズ102の光軸108をＺ軸方向に、スリット状の照明光束106'の長手方向をＹ軸方向に、また短手方向をＸ軸方向に一致するようにとっている。
【０００７】
同図を用いて動作原理を簡単に説明する。レチクル101上のパターンは、スリット状の照明光束106'の当たった部分のみしか投影転写されない。したがって、レチクル101を矢印114の方向に所定の速度でスキャンすると同時に、この速度に投影レンズ102の結像倍率を乗じた速度でステージ104を矢印115の方向にスキャンすることによって、レチクル101上の回路パターン全体をウエハ103上に投影転写している。また、スキャンコントローラ111によってレチクル101とウエハ103を同期させてスキャンを制御している。そして回路パターン全体の転写終了後、ステージ104を所定の量だけ移動、すなわちステップしてウエハ103上の異なる多数の位置で上記と同様の方法でパターンの転写を繰り返す。
【０００８】
なお、図７ではレチクル101の直前にアパーチャ106を配置することにより、レチクル101を照明する光束をスリット形状に制限しているが、照明系光路中のレチクルと共役な面にアパーチャを配置し、そこで光束をスリット形状に制限しても、同様の効果が得られる。
【０００９】
また、図８は、ウエハ107上における、光束(スリット)とパターン転写領域と投影光学系の有効領域の関係を示したものである。投影光学系はたいていの場合、軸対称に構成されており、円形の有効領域201を持っていて、設計上は、その内部の任意の場所で良好な結像特性が得られる。その中の、スリット状の部分202のみを照明することにより領域202内のパターンが転写され、さらにステージ104とレチクル114を同期してスキャンすることにより、領域203内にあるパターン全体が転写される。
【００１０】
まとめると、ステップアンドスキャン方式の露光装置では、ステッパ方式の露光装置と比較して、次のような特徴を持っている。
(1)レチクルとステージを同期してスキャンすることにより、投影光学系の有効領域よりも大きい範囲のパターンを転写することができる。
(2)投影光学系は円形の領域を有しているにも関わらずスリット状の一部の領域しか投影露光に使用していない。
【００１１】
ところで、投影露光装置では、投影光学系が光エネルギーを吸収することにより、好ましくない性能劣化、いわゆる熱収差（あるいは露光収差）が発生する。
【００１２】
図9は投影光学系の模式図である。レチクル101からの光束は、投影光学系102を通過し、ウエハ103に達する。投影光学系は、レチクル側から順番に、凸レンズ1021、凹レンズ1022、凸レンズ1023、絞り1024、凸レンズ1025、から構成されている。各レンズは保持部材1027により保持され、保持部材は鏡筒1026に支えられている。
【００１３】
露光中、各レンズに露光光が照射されている状態では、レンズ材料の光学ガラス(あるいは合成石英や蛍石など)や反射防止膜が、光エネルギーを僅かながら吸収し、レンズ内部に熱が発生し、温度上昇を引き起こす。レンズ内部の熱は、保持部材1027から鏡筒1026を伝って外部に排出されるが、光エネルギーも次々に供給されるため、レンズ内部には、照度分布に応じた温度分布が形成される。この温度分布が原因で、レンズ内に屈折率分布が生じたり、あるいは、レンズが熱膨張し局所的な面変形を引き起こしたりする。
【００１４】
その結果、投影光学系の、フォーカス、倍率などが変化したり、ディストーション、球面収差、コマ収差などの収差が発生したりと、好ましくない性能変化、性能劣化が生じる。これらの熱収差（露光収差）を補正するために、露光装置には通常、種々の検出系や補正機構が設けられている。
【００１５】
上述した露光収差の一種で、とりわけステップアンドスキャン方式の露光装置で問題になるのが、スリット状の一部の領域しか投影露光に使用していないために生じる非点収差である。
【００１６】
図10は、レチクル上をスリット形状に照明した光束が、投影光学系を構成する各レンズを透過するとき、どのような照度分布になるかを模式的に示したものである。図中、外側の円形の線は各レンズの有効領域の端を表し、斜線の領域が、光の通過する領域を示している。レチクル101で長方形のスリットであった光束は、第１レンズ1021を通過するときは長方形に近い形をしている。第２レンズ1022、第３レンズ1023と絞り1024に近づくに従い徐々に円形に近づいていき、絞り1024を通過するときにはほぼ完全な円形となる。第４レンズ1025では光束形状は再びスリットに近づき、ウエハ103では、長方形のスリット形状に光束が集光する。
【００１７】
ここで、第１レンズ1021などのように、スリットに似た細長い形状で光があたっていると、レンズ内の温度分布が、Ｘ軸方向とＹ軸方向で異なる分布となってしまい、それゆえ、レンズ内の屈折率分布や、レンズの熱膨張による形状変化も、Ｘ軸方向とＹ軸方向で異なる分布、形状となってしまう。その結果、レチクル上のある一点を出発し、Ｘ軸方向に広がって再びウエハ上で一点に集光する光束と、Ｙ軸方向に広がって再びウエハ上で一点に集光する光束との間に光路長差が生じ、それが、Ｘ軸方向とＹ軸方向のフォーカス差、すなわち、非点収差となって表れる。
【００１８】
上述してきた露光装置の例としては、特許文献１、２等の文献に記載されている実施例が挙げられる。
【特許文献１】特開平０９−２４６１７７号公報
【特許文献２】特開平１１−１６０８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
投影光学系に非点収差があると、焦点深度の減少や、ホールパターンの歪み、転写パターンの寸法精度の悪化など、好ましくない光学性能の劣化を引き起こし、デバイス製作に悪影響を及ぼすので、できるだけ排除しなければならない。
【００２０】
本発明は、以上述べたようなステップアンドスキャン方式の露光装置で問題になる露光時の非点収差を除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成するため、本発明の投影露光装置は、投影光学系の有効画面内に、複数のスリット(あるいは開口)を有し、ウエハ上において、投影光学系の有効画面内をスキャン方向に積算した露光量が、均一になるように構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べてきたように、本発明によれば、ステップアンドスキャン方式の露光装置において、従来問題となっていた露光非点収差の発生を防ぎ、その結果、大きな焦点深度と良好な光学性能が得られる投影露光装置を達成することができる。また、実施の構成によっては、従来よりも高スループットの装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図1は、本発明の第1の実施例を示したものである。x,y軸は図7,8と同様にとってある。円形の枠11は、ウエハ面における投影光学系の有効系を示し、この内部であれば良好な結像性能が得られることを示している。また、斜線の領域12は、投影に使用する領域を示している。本実施例では、従来、単一のスリットであった露光領域を、２つ使用し、両方を使って露光を行うことにより、各レンズに入射する光束のX,Y非対称性を極力排除している。図11は、図1の投影エリアを用いて露光を行ったときの、図9に示された投影光学系の第1レンズ1021上での照度分布を模式的に示したものである。従来例（図10の1021）と比較して、ほぼレンズ全面に光があたっており、非点収差の除去に効果的である。
【００２４】
なお、このような複数の投影エリアは、レチクル直前に配置したアパーチャ（図7の106）の開口形状(106')を変えることにより実現できる。また、照明光学系光路中のレチクルと共役な面にアパーチャを配置し、そこで光束をスリット形状に制限しても、同様の効果が得られる。以下の実施例においても同様である。
【００２５】
図2は、本発明の第2の実施例を示したものである。実施例1では、スリットのＹ軸方向の長さが、従来に比べて短くなってしまい、十分な広さの転写領域を得ることができないというデメリットがあった。例えば実施例1では、投影光学系のウエハ上における有効径に対し、投影エリアのＹ軸方向の長さ（スリット長）が７割程度にしか達しておらず、図1の投影光学系の有効領域の中の上下部分が投影に使われずに無駄になってしまっている。しかし、この実施例2では、投影エリアを図2のように配置することにより、それが克服されている。
【００２６】
この実施例2では、４つの投影エリアを有しているが、これらの投影エリアは、各投影エリアをＸ方向に合計した長さが、どのＹ座標でも等しくなるように、形状と配置が工夫されている。その上で、各エリアを均一な照度で照明することで、スキャンしたときに、各投影エリアの光束が積算され、転写エリア全体で均一な照度分布が得られるというわけである。これは、以下の実施例においても同様である。
【００２７】
なお、スキャン後、ウエハ面上で均一な照度分布を得るためには、投影光学系の透過率分布に応じて若干の調整を行う必要がある。一般に投影光学系は、膜の反射率特性などの要因により、中心に比べて周辺部は僅かに透過率が少ない傾向があるため、それを見込んで、各投影エリアのＸ方向の長さ（幅）を各Ｙ座標ごとに僅かに変化させる、あるいは、照明光束に、僅かに照度分布を持たせる、等の工夫を行う必要がある。
【００２８】
また、各投影エリアは、スキャンしたときに、互いに重なり合う部分を持つように構成されている（上下の辺が斜めになっている部分）。これは、以下のような理由による。例えば、図6のように、互いに重なり合う部分がないような投影エリア構成にすると、各投影エリア形状の位置や大きさに誤差があったとき、スキャンしたときに、ａとｂの間、ｂとｃの間に空隙が生じてしまい、デバイス不良を引き起こしてしまう。このような不具合を避けるために、本実施例では、各投影エリアに、互いに重なり合う部分を持たせた構成にしてある。これは、以下の実施例3,5においても同様である。
【００２９】
図3は、本発明の第3の実施例を示したものである。実施例2に比べて投影エリアの数をさらに多くして、投影光学系の有効領域全体に散らばらせた配置にすることにより、投影光学系中のレンズの照度分布を均一にする効果をさらに向上させるように狙ったものである。ただし、本実施例のような構成はレンズの照度分布を均一にする効果は高いが、その一方で、投影エリアの数が増えると投影エリア同士の重ね合わせ部分における照度の制御や投影パターンの位置制御(投影光学系のディストーションの制御)などが複雑になるので、投影エリアの数を適切に選択するためには見極めが必要である。
【００３０】
ところで、従来のステップアンドスキャン方式の露光装置では、投影光学系の部品加工や組立調整において、使用する細長いスリット状の部分でのみ結像性能を良好にし、他の部分の性能は無視する、という方法をとることにより、画面全体を使用するステッパ方式の露光装置に比べて、高精度な加工・組立調整を行うことができた。それに対し、これまで述べてきた実施例1〜3では、有効領域の広範囲な部分を使用するため、そのアドバンテージが失われてしまっている。それを解決したものが、図4に示した第4の実施例である。
【００３１】
図4に示したように、本実施例では、投影光学系の有効領域のうち、中心(光軸)からの距離がほぼ一定の領域を投影エリアとして使用する。このような構成にすることにより、投影光学系は、一定画角(物体高)の領域のみ良好な結像性能が出るように設計、組立調整すればよく、従来よりもさらに高性能な露光装置の実現に寄与する。しかも投影エリアは、略軸対称な形状をしているので、投影光学系中のレンズの照度分布も略軸対称形状となるので、非点収差もほとんど発生しない。
【００３２】
図5は、本発明の第5の実施例を示したものである。これまでの実施例2〜4では、高照度を得るのが難しいという特徴がある。例えば実施例3のような投影エリアを照明する手段として、照明光学系で投影系の有効領域全体を照明しておき、その中の投影エリアのみアパーチャで切り出して使う、という構成が考えられるが、この場合、照明した光のうち約32％程度しか使用しないことになり、利用効率が悪くなってしまう。他の実施例2,4においても事情は同様である。それを解決したものが、本実施例である。
【００３３】
図5のような投影エリアを有する構成とすれば、図に点線で示した51およびと52の２つの長方形エリアを照明すれば良く、照明系のオプティカルインテグレータ（ハエの目）の工夫や、照明光学系を２つ搭載するなど、の方法で高効率な照明系が実現可能である。特に２つの照明光学系を搭載した場合、従来よりも高い照度を得ることができ、その結果、高いスループットを実現することができる。
【００３４】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本実施例に記載の露光装置を用いたデバイスの製造方法にも適用可能である。具体的には、上述の露光装置を用いて、ウエハやガラス基板等の被露光体を露光する工程と、その露光された被露光体を現像する工程と、さらに現像された被露光体に後処理を施す工程とを有するデバイスの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明第１の実施例を説明する図
【図２】本発明第２の実施例を説明する図
【図３】本発明第３の実施例を説明する図
【図４】本発明第４の実施例を説明する図
【図５】本発明第５の実施例を説明する図
【図６】実施例２を補足説明する図
【図７】ステップアンドスキャン露光装置の概略図
【図８】ステップアンドスキャン露光装置のスリットと転写エリアの説明図
【図９】投影光学系の概略図
【図１０】投影光学系内のレンズの照度分布を示す図
【図１１】実施例１における投影光学系内の第１レンズの照度分布を示す図
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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