(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を所定の角度だけ順次に回転して、前記基板上の複数の露光領域を同じレチクルのパターンで順次に露光することにより同心円状のパターンを持つ位相型の回折光学素子を製造する方法であって、
前記所定の角度に対応する角度だけ前記基板の回転方向と反対方向にマークが回転している複数のアライメントマークを前記基板の周縁部に設ける工程と、
前記複数のアライメントマークを使用して、前記基板と前記レチクルのアライメントを行う工程とを備えることを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体露光装置やカメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学系を有する装置に使用する回折光学素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイナリオプティカルエレメント（ＢＯＥ）と呼ばれる階段状の格子断面形状を有した回折光学素子は、半導体素子の製造プロセスと同様に、リソグラフィ技術を利用して製造される。
【０００３】
このリソグラフィ技術については、基板上に複数個用意したアライメントマークを用いて、基板上に位置決めを行って所望のパターニングを行う技術が、特開平６−２５２０２７号公報に開示されている。
【０００４】
また、特開昭６４−７２１０１号公報には図８に示す技術が開示されており、基板を載置するステージ１にはロータリエンコーダ２が連結され、ステージ１の上方にはエネルギビーム照射手段３が配置されている。全体の制御を行う制御手段４の出力はステージ１の直線駆動手段５及び回転駆動手段６に接続され、回転駆動手段６の出力はロータリエンコーダ２に接続されている。また、制御手段４の出力及びロータリエンコーダ２の出力が、角度一致判別手段７及び回転数一致判別手段８に接続されており、角度一致判別手段７及び回転数一致判別手段８の出力はブランキング信号出力手段９を介してエネルギビーム照射手段３に接続されている。
【０００５】
ステージ１を回転しながら基板にエネルギビームを照射して１本の輪帯パターンを露光する。回転に対し直径方向に相対的にステージ１を直線移動し、基板Ｗの回転に同期してエネルギビームを点滅して露光することにより、基板Ｗ上に同心円状のパターンを形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来例において、回折光学素子は性能向上のためにはより細かいパターンニングを行う必要があるが、０．３５μｍや０．２５μｍのパターニングを行うことができる露光装置の画角は２０ｍｍ角程度であり、これ以上大きな回折光学素子のパターニングを行うためには、露光領域を並べて順次に露光しなければならない。
【０００７】
また、特開昭６４−７２１０１号公報の技術においては、同心円のパターンを１本ずつパターニングしてゆくために、同心円パターンが多くなると基板の回転速度を上げたり、感光材料の感度を上げるか、露光光の強度を上げるなどの対策が必要となる。従って、この方式では制御に対する要求精度が非常に厳しくなるために、技術的な障壁が発生するという問題点がある。
【０００８】
また、従来用いられてきた露光装置においては、露光される基板を回転させるために、一度基板をオリフラ検出系に搬送し、オリフラを基準に所望の角度だけ基板を回転する必要がある。従って、所定の搬送時間が必要、搬送毎にオリフラ検出系の回転軸と基板の中心を一致させる作業が必要等の課題があり、作業効率が著しく低下するという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、パターン生成のためのマスクやこれに変わる機構を簡略化して高精度な位置決めを行う回折光学素子の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る回折光学素子の製造方法は、基板を所定の角度だけ順次に回転して、前記基板上の複数の露光領域を同じレチクルのパターンで順次に露光することにより同心円状のパターンを持つ位相型の回折光学素子を製造する方法であって、前記所定の角度に対応する角度だけ前記基板の回転方向と反対方向にマークが回転している複数のアライメントマークを前記基板の周縁部に設ける工程と、前記複数のアライメントマークを使用して、前記基板と前記レチクルのアライメントを行う工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図７に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施例の基板の平面図を示し、回折光学素子の回転対称性を考慮して、基板Ｗを回折光学素子のパターンに平行な円により、中心から半径方向に円形又は円環形に３分割し、その最外側周縁部にはアライメントマークを形成する領域が設けられている。これらの３つの円形又は円環形の領域は、基板Ｗの中心を通る直線により円周方向にそれぞれ４分割、１２分割、１８分割されて、露光領域２１ａ、２１ｂ、２１ｃが形成され、これによって基板Ｗを円周方向に回転しながら、順次に同一パターンを所定の露光領域２１ａ〜２１ｃに露光することができるようになっている。
【００１９】
そして、外側周縁部の領域には、良好なアライメントを実施するために、基板Ｗを回転したときに所定の向きとなるアライメントマークＭが形成されており、図１では、０度用、２０度用、３０度用のアライメントマークM00 、M20 、M30 を代表として表示しており、模式的な表示のために一部のマーク同士が重なって描かれている。
【００２０】
なお、３つの露光領域２１ａ〜２１ｃの境界が回折光学素子のレジスト抜きパターン上に位置すると、アライメント誤差が発生することがあるので、各露光領域２１ａ〜２１ｃ間には、アライメント精度よりも大きな量である１００ｎｍ以下のオーバラップ部分が設けられている。
【００２１】
図２はリソグラフィ技術による露光装置の構成図を示し、基板Ｗを載置するステージ２２の上方には、撮影光学系２３、レクチル保持台２４に保持されたレチクル２５、光源２６が順次に配置されている。また、図３はレチクル２５の平面図を示し、０層として基板回転角に応じて反時計方向に回転したアライメントマークM00 〜M340が用意されている。
【００２２】
例えば、直径１２０ｍｍの回折光学素子を一辺が２２ｍｍの四角形を単位として露光する場合には、１つの層をパターニングするために半径方向に沿って３つの領域２１ａ〜２１ｃが必要となる。ここで、レチクル２５は基板Ｗを上から見たときに図１の中心より右上の太線で囲んだ部分に形成されており、この位置で基板Ｗを時計方向に回転しながら順次に露光を行う。このとき、パターニングを行う基板Ｗの回転角度は、中心から露光領域２１ａ〜２１ｃの順にそれぞれ９０度、３０度、２０度である。
【００２３】
先ず、アライメントマークの作成を行う。レチクル２５を用いて各回転角度成分のアライメントマークを、基板Ｗの周縁部領域に１つの回転角度に対して各８個露光してゆく。なお、アライメントマークの形状によっては対称性が認められるものもあるので、異なる回転角度でアライメントマークを共用することも可能である。露光すべき角度のアライメントマークは、ブレードにより選択して所定の位置に露光してゆき、その後に加工プロセスを経て所望のアライメントマークとして形成される。
【００２４】
次に、各露光領域２１ａ〜２１ｃに対応する３種類の回折光学素子のパターンを使って露光作業を行う。図４に示すように中心から２番目に近い位置Ｔにレチクルパターンを露光する作業を説明すると、本実施例のレチクル２５は半径にして約２２〜４１ｍｍまでのパターンを露光することが可能である。既に、基板Ｗの回転角が０度用のアライメントマークM00 が基板Ｗの円周上に８個形成されているので、先ずこの８個のアライメントマークM00 により全体的なアライメントを行い、その後に上から見て基板Ｗの右上の図４の太線に囲まれた位置Ｐに、露光領域２１ｂのレチクルパターンを使って露光を行う。
【００２５】
次に、基板Ｗを時計方向に３０度回転すると、今度は基板Ｗの周縁部領域に形成された３０度反時計方向に回転したアライメントマークM30 が、基板Ｗの回転に伴って所望の向きとなり、この向きのアライメントマークM30 を用いてアライメント行った後に、再び上面から見て基板Ｗの右上の位置Ｔに、露光領域２１ｂのレチクルパターンで露光を行う。更に、基板Ｗを３０度合計６０度時計方向に回転して、６０度反射時計方向に回転したアライメントマークM60 を用いてアライメントを行い、位置Ｔに同様に露光を行う。
【００２６】
このようにして、順次に基板Ｗを時計方向に３０度ずつ回転すると、その度に反時計方向に基板Ｗの回転角に応じた角度だけ予め回転したアライメントマークが所望の向き／位置となるので、これを用いて順次にアライメントを行い、図４の所定位置Ｔにパターンの露光を繰り返してゆく。この結果、中心から２番目の半径にして２２〜４１ｍｍの範囲の露光領域２１ｂは、１周に渡って合計１２回でパターン露光が完了する。
【００２７】
次に、中心に最も近いパターンを露光するには、一辺が２２ｍｍの画角で露光できる範囲は９０度なので、このレチクル２５で約２２ｍｍまでの領域を露光する。即ち、９０度ステップで基板Ｗを回転し、対応する角度のアライメントマークM00 、M90 、M180、M270を使用してアライメントし露光を行う。これにより、４回で約２２ｍｍの領域の露光が完了する。最後に最外周パターンは、角度にして２０度の範囲が露光可能であり、回転は２０度をステップとして、アライメントマークM00 、M20 、M40 、・・・、M340を使ってアライメントし露光を行うことにより、最外周部は１８回の露光で作業が完了する。
【００２８】
なお、多段構造で回折光学素子を作成する場合には、上述したように各層に対して基板Ｗを回転させながら、次の加工プロセス用のパターンを順次に露光するようにすればよい。
【００２９】
また、パターニングが完了した後の行程において、アライメントマークが存在する外周部はカットし、素子部のみを使う場合もある。
【００３０】
このように、回転露光する際の露光領域２１ａ〜２１ｃの好適な分割形状を設定して、基板Ｗの各回転角度に応じたアライメントマークを予めパターン外部に用意しておくことにより、複数の露光領域２１ａ〜２１ｃに渡る回転対称パターンを、最小限のレチクルパターンでパターニングすることができる。また、回折光学素子中にアライメントマークを配置する必要がないので、アライメント精度を犠牲にすることがなく、回折光学素子の機能を損うこともなく、更に露光時にアライメントエラーが発生しても、各露光領域２１ａ〜２１ｃの境界において不要なレジストパターンを発生することがない。
【００３１】
このようにして形成された回折光学素子は、通常のレンズと異なって非常に高い屈折率を有するレンズと等価な機能を有するので、諸収差の補正上極めて有効である。特に、屈折レンズと回折光学素子との組み合わせによる色収差補正を行う際には、回折光学素子のピッチや形状を変更するだけで非球面効果等を持たせることも可能である。
【００３２】
回折光学素子は微細加工を必要とするので、リソグラフィ技術を用いて製造されるが、リソグラフィ工程で１度に露光できる領域は、最も細かいパターンが露光できる装置でも約２０ｍｍ前後である。一方、投影光学系の回折光学素子の有効径は１００〜２００ｍｍであり、特に高い解像力が要求される高開口（ＮＡ）の投影光学系に回折光学素子の特性を利用するためには、回折光学素子の広い領域に渡って微細なパターンをパターニングする必要がある。従って、広い領域を分割して回折光学素子の微細なパターンを形成すれば、高開口で解像力の高い大口径回折光学素子を搭載した投影光学系を実用化することが可能となる。
【００３３】
図５は第２の実施例の露光装置の構成図を示し、光源３１の下方にはマスク３２、投影光学系３３、回転機構３４、基板Ｗを載置したＸＹステージ３５、３６が配置されている。図６は回転機構３４の側面図を示し、ＸＹステージ３５、３６上の回転機構３４には、固定チャック３４ａが取り付けられており、基板Ｗは固定チャック３４ａにより、回転機構３４上に保持されるようになっている。また、回転機構３４にはロータリエンコーダ３７及び回転制御手段３８が連結されている。
【００３４】
先ず、ＸＹステージ３５、３６を駆動して基板Ｗの位置調整が行われ、マスク３２を露光する位置に基板Ｗが配置される。位置調整が完了した時点で、光源３１の波長に感光する材料を用いて、基板Ｗ上にパターニングが行われる。パターニングが終了すると、マスク３２の扇形の代表パターンの頂角に相当する角度分だけ回転機構３４により基板Ｗが回転される。その後に、再度露光する所望位置にＸＹステージ３５、３６によって位置調整が行われ、位置調整が終了した後に露光が行われる。露光後は再び基板Ｗの回転の作業手順に戻って順次に露光を繰り返す。これによって、例えば代表パターンの頂角が９０度であれば４回の作業を繰り返して、同心円状のパターンを得ることができる。
【００３５】
基板Ｗは固定チャック３４ａに保持された状態で、回転機構３４により任意の角度に調整することができ、このときの回転の角度はロータリエンコーダ３７によってモニタされ、露光パターンの扇形の頂角に合わせて、回転制御手段３８により両者の一致が判断されて回転が制御される。
【００３６】
また、本実施例の装置はパターニングにおけるＸＹ直交座標系を任意の角度で回転可能なので、例えば図７に示すように、分割露光するパターンＰの中心が基板Ｗを載置した回転機構３４のステージの中心に一致していない場合でも露光が可能である。
【００３７】
この場合は、先ず単一の座標系において以後の作業で必要なアライメントマークＭのパターニングを行う。既知の座標を有するアライメントマークＭを用いて、基板Ｗ上の位置を求めて領域Ａにパターニングを行う。次に、アライメントマークＭの座標系と所定角度だけ回転した座標系で、既知の座標を有するアライメントマークＮを用いて基板Ｗ上の位置を求めて領域Ｂにパターニングを行う。以下、図では省略しているが、領域Ｃ、Ｄに対応する座標系でのアライメントマークＭを用意しておき、領域Ｃ、Ｄについてもパターニングを行う。また、同様の手順で半径方向に連続する例えば領域Ｅもパターニングを行う。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る回折光学素子の製造方法は、回転対称性を利用して一部の露光領域のパターンでレチクルを作製し、基板を回転して順次に露光することにより、１枚のレチクルで半径方向に分割した円環領域を露光することができるので、少ないレチクルで効率的に広範囲のパターニングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の基板の平面図である。
【図２】露光装置の構成図である。
【図３】レチクルの平面図である。
【図４】露光領域の説明図である。
【図５】第２の実施例の構成図である。
【図６】回転機構の構成図である。
【図７】パターン中心と回転中心が一致しない分割露光の説明図である。
【図８】従来例の構成図である。
【符号の説明】
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  露光領域
２２、３５、３６  ステージ
２３、３３  投影光学系
２４  レチクル保持台
２５  レチクル
２６、３１  光源
３２  マスク
３４  回転機構
３７  ロータリエンコーダ
３８  回転制御手段
【図１】
0003950518.tif 000002
【図２】
0003950518.tif 000003
【図３】
0003950518.tif 000004
【図４】
0003950518.tif 000005
【図５】
0003950518.tif 000006
【図６】
0003950518.tif 000007
【図７】
0003950518.tif 000008
【図８】
0003950518.tif 000009