JP2004158689A

JP2004158689A - 走査型露光方法及び走査型露光装置

Info

Publication number: JP2004158689A
Application number: JP2002323881A
Authority: JP
Inventors: Osamu Arai; 治荒井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】基板の移動に無駄な時間を生じさせず、スループットの向上に寄与する。
【解決手段】露光光の照明領域Ａに対して基板を第１方向Ｙに走査移動させることによって基板上の１つの区画領域Ｓ１〜Ｓ３を露光する走査ステップと、基板を第１方向Ｙと交差する第２方向Ｘへ移動させる移動ステップとを交互に繰り返し行うことによって、基板上の複数の区画領域Ｓ１〜Ｓ３を露光する。走査ステップ中に、第１方向Ｙに対して第２方向Ｘ成分を含む斜め方向に基板を駆動する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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方法および走査型露光装置に関し、特に基板上の複数の区画領域に順次パターンを露光する走査型露光方法および走査型露光装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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走査ステップと、走査方向と略直交する方向にウエハをステップ移動させる移動ステップとを交互に繰り返すステップ・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（特許文献１参照）。
【０００４】
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。
【０００５】
図１１は、ウエハ（基板）Ｗ（及び不図示のレチクル）を露光光の矩形照明領域Ａに対して相対移動させて、ウエハＷ上の複数のショット領域（区画領域）Ｓ１〜Ｓ３を露光する際の相対移動経路の例を簡略的に示す図である。この図に示すショット領域Ｓ１〜Ｓ３は、一回の走査ステップでレチクルのパターンがそれぞれ転写される領域が走査方向（スキャン方向）であるＹ方向に１つ、ステップ移動方向（非スキャン方向）であるＸ方向に３つ、互いに区画されて配置されたものである。なお、実際には、位置が固定された照明領域Ａに対してウエハＷ（ショット領域）が移動するが、ここでは便宜上照明領域Ａがショット領域Ｓ１〜Ｓ３に対して移動するものとして説明する。
【０００６】
この場合、Ｘ方向に延在する照明領域Ａは、＋Ｙ方向に相対移動することでショット領域Ｓ１を露光した後に＋Ｘ方向にステップ移動する。続いて、走査方向を−Ｙ方向に反転してショット領域Ｓ２を露光する。このように、Ｙ方向への走査移動と、これと直交するＸ方向へのステップ移動とを繰り返すことにより、ウエハＷ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ３を連続的に露光することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１９６５１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の走査型露光方法及び走査型露光装置には、以下のような問題が存在する。
露光処理に要する時間を短縮するためには、Ｘ方向へのステップ移動を走査ステップの終了と同時に行うことで実現できる。ところがＸ方向へのステップ移動量が多い場合には、走査方向に関して、移動方向を反転して次の露光開始位置に到達するまでに（例えば、ショット領域Ｓ１への露光が終了してショット領域Ｓ２の露光開始位置に到達するまでに）、Ｘ方向へのステップ移動が完了しない場合がある。このような場合は、Ｘ方向へのステップ移動が完了するのを待ってＹ方向の走査移動を行う必要があり、時間の無駄が生じてしまいスループットが低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、基板の移動に無駄な時間を生じさせず、スループットの向上に寄与できる走査型露光方法及び走査型露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の走査型露光方法は、露光光の照明領域（Ａ）に対して基板（Ｗ）を第１方向（Ｙ方向）に走査移動させることによって基板（Ｗ）上の１つの区画領域（Ｓ１〜Ｓ３）を露光する走査ステップと、基板（Ｗ）を第１方向（Ｙ方向）と交差する第２方向（Ｘ方向）へ移動させる移動ステップとを交互に繰り返し行うことによって、基板（Ｗ）上の複数の区画領域を露光する走査型露光方法であって、走査ステップ中に、第１方向（Ｙ方向）に対して第２方向（Ｘ方向）成分を含む斜め方向に基板（Ｗ）を駆動することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の走査型露光装置は、露光光の照明領域（Ａ）に対して基板（Ｗ）を第１方向（Ｙ方向）に走査移動させるとともに、走査移動の間に、基板（Ｗ）を第２方向（Ｘ方向）へ移動させる駆動装置（７４）を有する走査型露光装置（１０）であって、走査移動中に、第１方向（Ｙ方向）に対して第２方向（Ｘ方向）成分を含む斜め方向に基板（Ｗ）を駆動するように駆動装置（７４）を制御する制御装置（５０）を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、本発明の走査型露光方法及び走査型露光装置では、走査ステップで第２方向（Ｘ方向）にも基板（Ｗ）が移動しているため、移動ステップで必要な第２方向（Ｘ方向）への移動量は、走査ステップで移動した量減少することになる。そのため、走査ステップのために移動ステップが完了するまで待つ時間を減少させることができるか、もしくは移動ステップが完了するまで待つ必要がなくなり、時間の無駄を減少させることが可能になり、スループットの向上が期待できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の走査型露光方法及び走査型露光装置の第１の実施形態を、図１ないし図４を参照して説明する。ここでは、例えば露光装置として、レチクルとウエハとを同期移動しつつ、レチクルに形成された半導体デバイスの回路パターンをウエハ上に転写する、スキャニング・ステッパ（走査型露光装置）を使用する場合の例を用いて説明する。これらの図において、従来例として示した図１１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１４】
図１には、本発明に係る走査型露光装置１０の全体構成が概略的に示されている。この露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲと、基板としてのウエハＷとを一次元方向（ここでは、図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に同期移動しつつ、レチクルＲに形成された回路パターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の各ショット領域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、いわゆるスキャニング・ステッパである。
【００１５】
図１に示す露光装置１０は、光源１２からの露光用照明光によりレチクル（マスク）Ｒ上の矩形状（あるいは円弧状）の照明領域を均一な照度で照明する照明光学系ＩＯＰ、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージ（マスクステージ）ＲＳＴ、レチクルＲから射出される照明光（パルス紫外光）をウエハ（基板）Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して移動するウエハステージ（基板ステージ）ＷＳＴを備えている。さらに、露光装置１０は、前記照明光学系ＩＯＰの一部，レチクルステージＲＳＴ，投影光学系ＰＬ，及びウエハステージＷＳＴ等を保持する本体コラム１４、本体コラム１４の振動を抑制あるいは除去する防振ユニット、及びこれらの制御系等を備えている。なお、ここで投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ方向とし、このＺ方向と直交する方向でレチクルＲとウエハＷの同期移動方向をＹ方向とし、非同期移動方向をＸ方向とする。また、それぞれの軸周りの回転方向をθＺ、θＹ、θＸとする。
【００１６】
光源１２としては、ここでは波長１９２〜１９４ｎｍの間で酸素の吸収帯を避けるように狭帯化されたパルス紫外光を出力するＡｒＦエキシマレーザ光源が用いられており、この光源１２の本体は、半導体製造工場のクリーンルーム内の床面ＦＤ上に設置されている。光源１２には、不図示の光源制御装置が併設されており、この光源制御装置では、射出されるパルス紫外光の発振中心波長及びスペクトル半値幅の制御、パルス発振のトリガ制御、レーザチャンバ内のガスの制御等を行うようになっている。
【００１７】
なお、光源１２として、波長２４８ｎｍのパルス紫外光を出力するＫｒＦエキシマレーザ光源あるいは波長１５７ｎｍのパルス紫外光を出力するＦ_２レーザ光源等用いても良い。また、光源１２をクリーンルームよりクリーン度が低い別の部屋（サービスルーム）、あるいはクリーンルームの床下に設けられるユーティリティスペースに設置しても構わない。
【００１８】
光源１２は、図１では作図の都合上その図示が省略されているが、実際には遮光性のベローズ及びパイプを介してビームマッチングユニットＢＭＵの一端（入射端）に接続されており、このビームマッチングユニットＢＭＵの他端（出射端）は、内部にリレー光学系を内蔵したパイプ１６を介して照明光学系ＩＯＰの第１照明光学系ＩＯＰ１に接続されている。ビームマッチングユニットＢＭＵ内には、リレー光学系や複数の可動反射鏡等（いずれも不図示）が設けられており、これらの可動反射鏡等を用いて光源１２から入射する狭帯化されたパルス紫外光（ＡｒＦエキシマレーザ光）の光路を第１照明光学系ＩＯＰ１との間で位置的にマッチングさせている。
【００１９】
照明光学系ＩＯＰは、第１照明光学系ＩＯＰ１と第２照明光学系ＩＯＰ２との２部分から構成されている。第１照明光学系ＩＯＰ１は、床面ＦＤに水平に載置された装置の基準となるフレームキャスタと呼ばれるベースプレートＢＰ上に設置されている。また、第２照明光学系ＩＯＰ２は、本体コラム１４を構成する後述する第２の支持コラム５２によって下方から支持されている。
【００２０】
第１照明光学系ＩＯＰ１は、所定の位置関係で配置されたミラー、可変減光器、ビーム成形光学系、オプティカルインテグレータ、集光光学系、振動ミラー、照明系開口絞り板、ビームスプリッタ、リレーレンズ系、及びレチクルブラインド機構を構成する可動視野絞りとしての可動レチクルブラインド（照明領域設定装置）２８Ｊ等を備えている。光源１２からのパルス紫外光がビームマッチングユニットＢＭＵ及びリレー光学系を介して第１照明光学系ＩＯＰ１内に水平に入射すると、このパルス紫外光は、可変減光器のＮＤフィルタにより所定のピーク強度に調整された後、ビーム整形光学系により、オプティカルインテグレータに効率よく入射するようにその断面形状が整形される。
【００２１】
次いで、このパルス紫外光がオプティカルインテグレータに入射すると、射出端側に面光源、すなわち多数の光源像（点光源）から成る２次光源が形成される。これらの多数の点光源の各々から発散するパルス紫外光は、照明系開口絞り板上のいずれかの開口絞りを通過した後、露光光として可動レチクルブラインド２８Ｊに到達する。
【００２２】
可動レチクルブラインド２８Ｊは、例えば２枚のＬ字型の可動ブレードと、この可動ブレードを駆動するアクチュエータ（いずれも不図示）とを有する。可動ブレードとしては、直線状に形成されたものがそれぞれ独立して移動自在に矩形配置されたものでもよい。これらの可動ブレードは、レチクルＲの走査方向に対応する方向及び走査方向と直交する非走査方向に対応する方向の位置が可変となっている。この可動レチクルブラインド２８Ｊは、不要な部分の露光を防止するため、走査露光の開始時及び終了時に可動ブレードにより、後述する固定レチクルブラインドによって規定されるレチクルＲ上の照明領域を更に制限するために用いられる。この可動レチクルブラインド２８Ｊの駆動は、後述する主制御装置５０によって制御される（図２参照）。
【００２３】
第２照明光学系ＩＯＰ２は、照明系ハウジング１７内に所定の位置関係で収納された固定レチクルブラインド、レンズ、ミラー、リレーレンズ系、メインコンデンサレンズ等（いずれも不図示）を備えている。固定レチクルブラインドは、照明系ハウジング１７の入射端近傍のレチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域Ａ（図３参照）を規定する所定形状の開口部が形成されている。この固定レチクルブラインドの開口部は、投影光学系ＰＬの円形視野内の中央で走査露光時のレチクルＲの移動方向（Ｙ軸方向）と直交したＸ軸方向に直線的に伸びたスリット状又は矩形状に形成されているものとする。
【００２４】
可動レチクルブラインド２８Ｊのブレードの開口部を通過したパルス紫外光は、固定レチクルブラインドの開口部を一様な強度分布で照明する。固定レチクルブラインドの開口部を通ったパルス紫外光は、レンズ、ミラー、リレーレンズ系、主コンデンサレンズ系を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の所定の照明領域（Ｘ軸方向に直線的に伸びたスリット状又は矩形状の照明領域）Ａを均一な照度分布で照明する。ここで、レチクルＲに照射される矩形スリット状の照明光は、投影光学系ＰＬの円形投影視野の中央にＸ軸方向（非走査方向）に細長く延びるように設定され、その照明光のＹ軸方向（走査方向）の幅はほぼ一定に設定されている。
【００２５】
なお、第１照明光学系ＩＯＰ１と第２照明光学系ＩＯＰ２とを強固に接合すると、可動レチクルブラインド２８Ｊの駆動に起因して露光動作中に第１照明光学系ＩＯＰ１に生じる振動が第２のコラム５２に支持された第２照明光学系ＩＯＰ２にそのまま伝達されることとなって、好ましくない。このため、本実施形態では、第１照明光学系ＩＯＰ１と第２照明光学系ＩＯＰ２との間は、両者の相対変位を可能にし、かつその内部を外気に対して気密状態にすることが可能な接続部材としての伸縮自在の蛇腹状部材９４を介して接合されている。
【００２６】
図１に戻り、本体コラム１４は、ベースプレートＢＰ上に設けられた複数本（ここでは４本）の支持部材４０Ａ〜４０Ｄ（但し、紙面奥側の支柱４０Ｃ、４０Ｄは図示省略）及びこれらの支持部材４０Ａ〜４０Ｄの上部にそれぞれ固定された防振ユニット４２Ａ〜４２Ｄ（但し、図１においては紙面奥側の防振ユニット４２Ｃ、４２Ｄは図示せず、図４参照）を介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤４４と、この鏡筒定盤４４の下面から下方に吊り下げられた吊り下げコラム４６と、鏡筒定盤４４上に設けられた第１、第２の支持コラム４８、５２とを備えている。
【００２７】
前記防振ユニット４２Ａ〜４２Ｄは、支持部材４０Ａ〜４０Ｄそれぞれの上部に直列（又は並列）に配置された内圧が調整可能なエアマウントとボイスコイルモータ（不図示）とを含んで構成されている。これらの防振ユニット４２Ａ〜４２Ｄによって、ベースプレートＢＰ及び支持部材４０Ａ〜４０Ｄを介して鏡筒定盤４４に伝わる床面ＦＤからの微振動がマイクロＧレベルで絶縁される構成になっている。
【００２８】
前記鏡筒定盤４４は鋳物等で構成されており、その中央部に平面視円形の開口が形成され、その内部に投影光学系ＰＬがその光軸方向をＺ軸方向として上方から挿入されている。投影光学系ＰＬの鏡筒部の外周部には、該鏡筒部に一体化されたフランジＦＬＧが設けられている。このフランジＦＬＧの素材としては、低熱膨張の材質、例えばインバー（Ｉｎｖｅｒ；ニッケル３６％、マンガン０．２５％、及び微量の炭素と他の元素を含む鉄からなる低膨張の合金）が用いられており、このフランジＦＬＧは、投影光学系ＰＬを鏡筒定盤４４に対して点と面とＶ溝とを介して３点で支持するいわゆるキネマティック支持マウントを構成している。このようなキネマティック支持構造を採用すると、投影光学系ＰＬの鏡筒定盤４４に対する組み付けが容易で、しかも組み付け後の鏡筒定盤４４及び投影光学系ＰＬの振動、温度変化、姿勢変化等に起因する応力を最も効果的に軽減できるという利点がある。
【００２９】
前記吊り下げコラム４６は、ウエハベース定盤５４と、該ウエハベース定盤５４をほぼ水平に吊り下げ支持する４本の吊り下げ部材５６とを備えている。また、第１の支持コラム４８は、鏡筒定盤４４の上面に投影光学系ＰＬを取り囲んで植設された４本の脚５８（紙面奥側の脚は図示省略）と、これら４本の脚５８によってほぼ水平に支持されたレチクルベース定盤６０とを備えている。同様に、第２の支持コラム５２は、鏡筒定盤４４の上面に、第１の支持コラム４８を取り囲む状態で植設された４本の支柱６２（紙面奥側の支柱は図示省略）と、これら４本の支柱６２によってほぼ水平に支持された天板６４とによって構成されている。この第２の支持コラム５２の天板６４によって、前述した第２部分光学系ＩＯＰ２が支持されている。
【００３０】
また、本体コラム１４を構成する鏡筒定盤４４には、図１では図示が省略されているが、実際には、本体コラム１４のＺ方向の振動を計測する３つの振動センサ（例えば加速度計）とＸＹ面内方向の振動を計測する加速度計などの３つの振動センサ（例えば、この内の２つの振動センサは、本体コラム１４のＹ方向の振動を計測し、残りの振動センサは、本体コラム１４のＸ方向の振動を計測する）とが取り付けられている。以下においては、便宜上、これら６つの振動センサを総称して振動センサ群６６と呼ぶものとする。
【００３１】
この振動センサ群６６の計測値は、主制御装置５０に供給されるようになっている（図２参照）。従って、主制御装置５０では、振動センサ群６６の計測値に基づいて本体コラム１４の６自由度方向の振動を求めることができる。そして、主制御装置５０では、例えばレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの移動時等には、振動センサ群６６の計測値に基づいて求めた本体コラム１４の６自由度方向の振動を除去すべく、防振ユニット４２Ａ〜４２Ｄの速度制御を例えばフィードバック制御あるいはフィードバック制御及びフィードフォワード制御によって行い、本体コラム１４の振動を効果的に抑制することが可能である。
【００３２】
前記レチクルステージＲＳＴは、本体コラム１４を構成する第１の支持コラム４８を構成するレチクルベース定盤６０上に配置されている。レチクルステージＲＳＴは、例えば磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ等から成るレチクルステージ駆動系６８（図１では図示せず、図２参照）によって駆動され、レチクルＲをレチクルベース定盤６０上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向とθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能な構成となっている。
【００３３】
前記レチクルステージＲＳＴの一部には、その位置や移動量を計測するための位置検出装置であるレチクルレーザ干渉計７０からの測長ビームを反射する移動鏡７２が取り付けられている。レチクルレーザ干渉計７０は、レチクルベース定盤６０に固定され、投影光学系ＰＬの上端部側面に固定された固定鏡Ｍｒを基準として、レチクルステージＲＳＴ（すなわちレチクルＲ）のＸＹ面内の位置（θｚ回転を含む）を例えば、０．５〜１ｎｍ程度の分解能で検出するようになっている。
【００３４】
上記のレチクルレーザ干渉計７０によって計測されるレチクルステージＲＳＴ（即ちレチクルＲ）の位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に送られる（図２参照）。主制御装置５０は、基本的にはレチクルレーザ干渉計７０から出力される位置情報（或いは速度情報）が指令値（目標位置、目標速度）と一致するようにレチクルステージ駆動系６８を制御する。
【００３５】
前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウエハＷ）側の両方がテレセントリックで円形の投影視野を有し、石英や螢石を光学硝材とした屈折光学素子（レンズ素子）のみから成る１／４、１／５、又は１／６縮小倍率の屈折光学系が使用されている。このため、レチクルＲにパルス紫外光が照射されると、レチクルＲ上の回路パターン領域のうちのパルス紫外光によって照明された部分からの結像光束が投影光学系ＰＬに入射し、その回路パターンの部分倒立像がパルス紫外光の各パルス照射の度に投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央にスリット状または矩形状（多角形）に制限されて結像される。これにより、投影された回路パターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウエハＷ上の複数のショット領域のうちの１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
【００３６】
前記ウエハステージＷＳＴは、前述した吊り下げコラム４６を構成するウエハベース定盤５４上に配置され、例えば磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータ等から成るウエハステージ駆動系（駆動装置）７４（図１では図示せず、図２参照）によってＸＹ面内で自在に駆動されるようになっている。
【００３７】
ウエハステージＷＳＴの上面に、ウエハホルダ７６を介してウエハＷが真空吸着等によって固定されている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ位置及び回転量（ヨーイング量、ローリング量、ピッチング量）は、投影光学系ＰＬの鏡筒下端に固定された参照鏡Ｍｗを基準としてウエハステージＷＳＴの一部に固定された移動鏡７８の位置変化を計測するウエハレーザ干渉計８０によって所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。このウエハレーザ干渉計８０の計測値は、主制御装置５０に供給されるようになっている（図２参照）。
【００３８】
図２には、上述した露光装置１０の制御系の構成が簡単に示されている。この制御系は、ワークステーション（又はマイクロコンピュータ）から成る主制御装置５０を中心として構成されている。主制御装置５０は、これまでに説明した各種の制御を行う他、装置全体を統括的に制御する。
【００３９】
次に、上述のようにして構成された露光装置１０における露光動作について説明する。
ウエハステージＷＳＴ上にウエハＷが搬送され、フォーカス調整が終了すると、不図示のアライメント系を用いてレチクルＲとウエハＷとを位置決め（アライメント）する。このようにして、ウエハＷの露光のための準備動作が終了すると、主制御装置５０では、アライメント結果に基づいてウエハレーザ干渉計８０の計測値をモニタしつつウエハステージ駆動系７４を制御してウエハＷの第１ショットの露光のための走査開始位置にウエハステージＷＳＴを移動する。
【００４０】
そして、主制御装置５０ではレチクルステージ駆動系６８及びウエハステージ駆動系７４を介してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、パルス紫外光によってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。なお、この走査露光の開始に先立って、光源１２の発光は開始されているが、主制御装置５０によってレチクルブラインド装置を構成する可動ブラインド２８Ｊの各可動ブレードの移動がレチクルステージＲＳＴの移動と同期制御されているため、レチクルＲ上のパターン領域外へのパルス紫外光の照射が遮光されることは、通常のスキャニング・ステッパと同様である。
【００４１】
主制御装置５０では、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度ＶｒとウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度Ｖｗとが投影光学系ＰＬの投影倍率（１／４倍、１／５倍あるいは１／６倍）に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージ駆動系６８及びウエハステージ駆動系７４を介してレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期制御する。
【００４２】
そして、レチクルＲのパターン領域がパルス紫外光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショットに縮小転写される。このようにして、第１ショットの走査露光が終了すると、主制御装置５０によりウエハステージ駆動系７４を介してウエハステージＷＳＴがＸ軸方向にステップ移動され、第２ショットへの露光のため走査開始位置に移動される。このステッピングの際に、主制御装置５０ではウエハステージＷＳＴの位置（ウエハＷの位置）を検出するウエハレーザ干渉計８０の計測値に基づいてウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ、θｚ方向の位置変位をリアルタイムに計測する。この計測結果に基づき、主制御装置５０ではウエハステージ駆動系７４を制御してウエハステージＷＳＴのＸＹ位置変位が所定の状態になるようにウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００４３】
また、主制御装置５０ではウエハステージＷＳＴのθｚ方向の変位の情報に基づいてレチクルステージ駆動系６８を制御し、そのウエハＷ側の回転変位の誤差を補償するようにレチクルステージＲＳＴを回転制御する。そして、主制御装置５０では第２ショット領域に対して上記と同様の走査露光を行う。このようにして、ウエハＷ上のショットの走査露光（走査ステップ）と次ショット露光のためのステッピング動作（移動ステップ）とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショット領域の全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。
【００４４】
以下、図３を参照して、ウエハＷ上の複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ３を露光する際に、照明領域Ａと各ショット領域とを相対移動させる経路について説明する。なお、ここでも便宜上、照明領域Ａがショット領域Ｓ１〜Ｓ３に対して移動するものとして説明する。また、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）の移動（Ｘ、Ｙ、θｚ）に対して追従するため、ここでは主にウエハＷ上のショット領域Ｓ１〜Ｓ３と照明領域Ａとの相対移動について言及する。
【００４５】
照明領域Ａは、ショット領域Ｓ１に対する走査露光を行うべく、移動を開始する。ここではＹ方向（第１方向）に対してＸ方向（第２方向）成分を含む斜め方向（Ｙ方向に対して角度θの方向）に沿って照明領域Ａを移動させる。
【００４６】
このときのＹ方向及びＸ方向に関する照明領域Ａの、時間と速度との関係を図４のタイムチャートに示す。このタイムチャートに示すように、Ｘ方向、Ｙ方向の双方で、期間Ｔ１で走査時の速度（Ｖｙ、Ｖｘ）まで加速し、期間Ｔ２で等速移動する。この期間Ｔ２では、加速後の整定及びショット領域Ｓ１への走査露光が行われる。なお、照明領域Ａが斜め方向に移動する場合は、ウエハＷ上の任意の点が照明領域Ａを通過する時間が、Ｙ方向に沿って移動する場合に比較して長くなるため、走査速度が同一の場合は、増加する走査時間に対応して走査開始前に予め照明光の光量を減じるステップを設けておくことが必要である。
【００４７】
続いて、期間Ｔ２後の期間Ｔ３では、Ｘ方向の移動に関しては速度Ｖｘでの等速移動を継続するが、Ｙ方向の移動については走査方向を反転するために速度０まで一旦減速する。そして、Ｙ方向の移動速度が０に達すると、照明領域Ａは、期間Ｔ４ではＹ方向については移動を停止した状態で、Ｘ方向に関してショット領域Ｓ２の走査開始位置までステップ移動を行うために加減速を行う。このときのステップ移動距離は、走査ステップでＸ方向にも移動している分、短くなっている。
【００４８】
照明領域Ａは、ショット領域Ｓ２に対する走査開始位置に達すると、期間Ｔ５でＹ方向の移動については走査速度Ｖｙ（方向は逆）まで加速し、Ｘ方向については＋Ｘ方向へ速度Ｖｘで等速移動を行う。この後、期間Ｔ６以降で上記と同様に、照明領域ＡをＹ方向については速度Ｖｙ、Ｘ方向については速度Ｖｘで、Ｙ方向に対する角度θの斜め方向に移動させる走査ステップと、Ｘ方向にのみステップ移動させる移動ステップとを交互に繰り返し行うことによって、複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ３を順次露光することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態では、走査ステップ中に照明領域ＡがＸ方向にも移動するので、走査ステップと移動ステップとが重複することになり、走査露光後のＸ方向の移動距離を短くすることが可能になり、次の走査ステップを開始するまでの時間の無駄を少なくすることができる。そのため、露光処理に係るスループットの低下を抑えることができ、生産性向上に寄与することが可能になる。また、本実施の形態では、走査開始前に予め照明光の光量を減じているので、照明領域Ａが斜め方向に移動することによる光量過多を未然に防ぐことができ、高品質のデバイス製造が可能になる。
【００５０】
図５及び図６は、本発明の走査型露光方法及び走査型露光装置の第２の実施の形態を示す図である。これらの図において、図１乃至図４に示す第１の実施の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の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが異なる点は、照明領域Ａの移動速度である。
【００５１】
図５に示すように、本実施の形態では移動ステップにおける照明領域Ａの移動は曲線の移動軌跡を描くように設定されている。すなわち、本実施の形態では、図６に示すように、照明領域Ａは期間Ｔ２でのＹ方向及びＸ方向の等速移動が終了すると、Ｙ方向に関して期間Ｔ３、Ｔ５で移動速度をＶｙからショット領域Ｓ２を走査露光する際の−Ｖｙに変更して移動方向を反転するが、Ｘ方向に関しても、この期間Ｔ３、Ｔ５で移動速度をＶｘから加速するとともに、ショット領域Ｓ２を走査露光する際の速度Ｖｘまで減速することで、Ｘ方向及びＹ方向に関する移動ステップが終了する。なお、Ｘ軸の速度曲線（図面には直線で示されているが、実際には曲線となる）は必ずしもＹ軸の速度ゼロ位置を中心とする左右対称な曲線である必要はない。
【００５２】
換言すると、本実施の形態では、Ｘ方向への移動ステップが完了するのを待つことなくＹ方向への移動ステップを完了させて走査ステップを開始することができる。従って、本実施の形態では、次の走査ステップを開始するまでの無駄な時間（図４中、期間Ｔ４に相当）を削除することができ、露光処理に係るスループットを大幅に向上させることが可能になる。
【００５３】
図７及び図８は、本発明の走査型露光方法及び走査型露光装置の第３の実施の形態を示す図である。これらの図において、図５及び図６に示す第２の実施の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３の実施の形態と上記の第２の実施形態とが異なる点は、照明領域Ａが移動する際のウエハＷの姿勢である。
【００５４】
図７に示すように、照明領域ＡはＹ方向に対して角度θの斜め方向に走査移動するが、本実施の形態では、ショット領域Ｓ１の配列方向がこの走査方向に合致するように、走査時にウエハＷを照明光の光軸周りに回転させている。すなわち、図８のタイムチャートに示すように、走査開始前にウエハステージＷＳＴを介してウエハＷの回転を開始し、Ｙ方向及びＸ方向の走査速度までの加速期間Ｔ１で角度−θの回転を完了させる。そして、期間Ｔ２でショット領域Ｓ１への走査露光を行う。
【００５５】
このとき、矩形のショット領域Ｓ１は、走査方向に沿った姿勢で配置されているため、照明領域Ａの中、同じ領域の照明光で露光されることになり、異なる領域の照明光で露光された場合のように、領域に応じて収差が変動する等の悪影響が及ぶことがない。そして、照明領域Ａは期間Ｔ２でのＹ方向及びＸ方向の等速移動が終了すると、期間Ｔ３、Ｔ５で移動速度をＶｙから−Ｖｙ（Ｙ方向）、及びＶｘ（Ｘ方向）に対して加減速し、ウエハＷはショット領域Ｓ２を走査露光するために角度θに回転される。
【００５６】
この後、期間Ｔ６以降で上記と同様に、照明領域ＡをＹ方向については速度Ｖｙ、Ｘ方向については速度Ｖｘで、Ｙ方向に対する角度θの斜め方向に移動させる走査ステップと、照明領域ＡをＸ方向にステップ移動させるとともに、ウエハＷを回転させる移動ステップとを交互に繰り返し行うことによって、複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ３を順次露光することができる。このように、本実施の形態では、常に同じ領域の光源で露光されて光量分布が同じのため、露光エネルギの均一性が高まり、露光精度への悪影響を少なくすることが可能になる。
【００５７】
なお、上記第３の実施形態では、配列方向が走査方向に合致するようにウエハＷを回転させ、且つ照明領域ＡをＸ方向に延在させた状態で走査露光を行うものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、第２照明光学系ＩＯＰ２に設けられる固定レチクルブラインドＲＢの一辺に、間隔をあけてピエゾ素子等からなる駆動部ＰＺを設け、走査時のウエハＷの姿勢に対応させて駆動部ＰＺを個別に駆動することで、固定レチクルブラインドＲＢをＸＹ平面内で照明光の光軸周りに回転させることができる。これにより、図７中に二点鎖線で示すように、角度θ傾いた照明領域Ａ’を設定することができる。そのため、ウエハＷ上の任意の点が照明領域Ａを通過する時間を短くすることができ、スループットを一層向上させることが可能になる。
【００５８】
なお、上記実施の形態では、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてフライアイレンズを用いるものとしたが、その代わりにロッド・インテグレ一夕（内面反射型インテグレータ）、回折光学素子あるいはマイクロレンズアレイ等を用いるようにしても良い。ロッド・インテグレータを用いる照明光学系では、ロッド・インテグレータはその射出面がレチクルＲのパターン面とほぼ共役になるように配置されるので、例えばロッド・インテグレータの射出面に近接して前述の可動ブラインド２８Ｊの可動ブレードを配置する。従って、この照明光学系はロッド・インテグレータを境にして２分割され、上記実施形態と同様に、可動ブラインドはロッド・インテグレータが配置される第１部分に設けられ、固定ブラインドは本体コラムに固定される第２部分に設けられる。なお、ロッド・インテグレータを用いる照明光学系は、例えば米国特許第５６７５４０１号に開示されている。また、フライアイレンズとロッド・インテグレータとを組み合わせる、あるいは２つのロッド・インテグレータを直列に配置してダブルオプティカルインテグレータとしても良い。さらには、回折光学素子とロッド・インテグレータ又はマイクロレンズアレイ等の組み合わせでダブルインテグレータを構成してもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、防振ユニット４２Ａ〜４２Ｄとしてアクティブ防振装置を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないことは勿論である。すなわち、これらはパッシブ防振装置であっても良い。
【００６０】
また、例えば、上記実施形態と同様に紫外光を用いる露光装置であっても、投影光学系として反射光学素子のみからなる反射系、又は反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプトリック系）を採用しても良い。ここで、反射屈折型の投影光学系としては、例えば特開平８―１７１０５４号公報（及びこれに対応する米国特許第５，６６８，６７２号）、並びに特開平１０−２０１９５号公報（及びこれに対応する米国特許第５，８３５，２７５号）などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを有する反射屈折系、又は特開平８−３３４６９５号公報（及びこれに対応する米国特許第５，６８９，３７７号）、並びに特開平１０−３０３９号公報（及びこれに対応する米国特許出願第８７３，６０５号（出願日：１９９７年６月１２日））などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する反射屈折系を用いることができる。
【００６１】
この他、特開平１０−１０４５１３号公報（及び米国特許第５，４８８，２２９号）に開示される、複数の屈折光学素子と２枚のミラー（凹面鏡である主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡）とを同一軸上に配置し、その複数の屈折光学素子によって形成されるレチクルパターンの中間像を、主鏡と副鏡とによってウエハ上に再結像させる反射屈折系を用いても良い。この反射屈折系では、複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡とが配置され、照明光が主鏡の一部を通って副鏡、主鏡の順に反射され、さらに副鏡の一部を通ってウエハ上に達することになる。
【００６２】
さらに、反射屈折型の投影光学系としては、例えば円形イメージフィールドを有し、かつ物体面側、及び像面側が共にテレセントリックであるとともに、その投影倍率が１／４倍又は１／５倍となる縮小系を用いても良い。また、この反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置の場合、照明光の照射領域が投影光学系の視野内でその光軸をほぼ中心とし、かつレチクル又はウエハの走査方向とほぼ直交する方向に沿つて延びる矩形スリット状に規定されるタイプであっても良い。かかる反射屈折型の投影光学系を備えた走査型露光装置によれば、例えば波長１５７ｎｍのＦ_２レーザ光を露光用照明光として用いても１００ｎｍＬ／Ｓパターン程度の微細パターンをウエハ上に高精度に転写することが可能である。
【００６３】
また、真空紫外光としてＡｒＦエキシマレーザ光やＦ_２レーザ光などが用いられるが、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光を、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、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用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光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、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
【００６４】
また、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス用の半導体ウエハＷのみならず、液晶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。
【００６５】
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
【００６６】
勿論、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。
【００６７】
また、ウエハステージＷＳＴやレチクルステージＲＳＴにリニアモータ（米国特許第５，６２３，８５３号又は米国特許第５，５２８，１１８号の公報参照）を用いる場合は、エアべアリングを用いたエア浮上型に限らず、ローレンツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型のものを用いても良い。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイブでも良いし、ガイドを設けないガイドレスタイプでも良い。
【００６８】
以上のように、本願実施形態の露光装置１０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。なお、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。
【００６９】
半導体デバイスは、図１０に示すように、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１０によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ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。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、走査露光を実施する際に基板の移動に無駄な時間を生じさせず、スループットの向上に寄与できる。また、本発明では、高品質のデバイス製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る走査型露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】同走査型露光装置における制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す図であって、照明領域とショット領域との相対的な移動経路を示す図である。
【図４】図３におけるタイムチャート図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における、照明領域とショット領域との相対的な移動経路を示す図である。
【図６】図５におけるタイムチャート図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における、照明領域とショット領域との相対的な移動経路を示す図である。
【図８】図７におけるタイムチャート図である。
【図９】別の実施形態における固定レチクルブラインドの平面図である。
【図１０】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図である。
【図１１】従来技術における、照明領域とショット領域との相対的な移動経路を示す図である。
【符号の説明】
Ａ照明領域
Ｒレチクル（マスク）
Ｓ１〜Ｓ３ショット領域（区画領域）
Ｗウエハ（基板）
１０走査型露光装置
５０主制御装置（制御装置）
７４ウエハステージ駆動系（駆動装置）

Claims

露光光の照明領域に対して基板を第１方向に走査移動させることによって前記基板上の１つの区画領域を露光する走査ステップと、前記基板を前記第１方向と交差する第２方向へ移動させる移動ステップとを交互に繰り返し行うことによって、前記基板上の複数の区画領域を露光する走査型露光方法であって、
前記走査ステップ中に、前記第１方向に対して前記第２方向成分を含む斜め方向に前記基板を駆動することを特徴とする走査型露光方法。
請求項１記載の走査型露光方法において、
前記走査ステップ前に、前記露光光の光軸周りに前記基板を回転させる回転ステップを含むことを特徴とする走査型露光方法。
請求項２記載の走査型露光方法において、
前記基板の回転に応じて前記照明領域を回転させることを特徴とする走査型露光方法。
請求項１から３のいずれかに記載の走査型露光方法において、
前記移動ステップを前記走査ステップと重複して実施することを特徴とする走査型露光方法。
請求項１から４のいずれかに記載の走査型露光方法において、
前記走査ステップで前記基板上の任意の点が前記照明領域を通過する時間に基づいて、前記露光光の光量を調整する調整ステップを含むことを特徴とする走査型露光方法。
請求項１から５のいずれかに記載の走査型露光方法において、
パターンを有するマスクを前記基板と同期移動させることを特徴とする走査型露光方法。
請求項６記載の走査型露光方法において、
前記マスクのパターンは、１回の前記走査ステップで前記基板上に転写されることを特徴とする走査型露光方法。
露光光の照明領域に対して基板を第１方向に走査移動させるとともに、前記走査移動の間に、前記基板を第２方向へ移動させる駆動装置を有する走査型露光装置であって、
前記走査移動中に、前記第１方向に対して前記第２方向成分を含む斜め方向に前記基板を駆動するように前記駆動装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする走査型露光装置。