JPH0883744A

JPH0883744A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH0883744A
Application number: JP6215654A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な機構で且つ高い応答速度で走査方向に
対する倍率及びディストーションの調整を行うことがで
きる走査型露光装置を提供する。【構成】照明光学系１によりマスク３を照明し、マス
ク３の像を等倍で且つ正立像を投影する投影光学系５、
及び平行平面板８を介してプレート１０上に投影する。
プレート１０上の回路パターンのＸ方向に対する伸縮率
をアライメント光学系１９Ａにより測定し、この測定結
果に応じて、キャリッジ１３を介してマスク３及びプレ
ート１０を投影光学系５に対してＸ方向に走査する際
に、平行平面板８の回転角を制御して露光視野１１を移
動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスクパターンを感光
性の基板上に逐次露光するスリットスキャン方式、又は
ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に
関し、特に走査方向への倍率又はディストーションの補
正機構を備えた走査型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子又は液晶表示素子等を
製造する際に、マスク（レチクル、フォトマスク等）の
パターンを投影光学系を介してフォトレジストが塗布さ
れたプレート（ガラスプレート又は半導体ウエハ等）上
に投影する投影露光装置が使用されている。従来はステ
ップ・アンド・リピート方式でプレート上の各ショット
領域にそれぞれレチクルのパターンを一括露光する投影
露光装置（ステッパー）が多用されていた。これに対し
て最近は、投影光学系に負担をかけることなく大面積の
パターンを露光するために、マスクとプレートとを投影
光学系に対して同期して走査することによりプレート上
にマスクのパターンを逐次露光する走査型露光装置も注
目されつつある。

【０００３】斯かる走査型露光装置でも、例えばプレー
ト上にそれまでの工程で形成された回路パターン上に重
ねて新たなマスクのパターンを露光する場合には、両パ
ターンを高精度に重ね合わせる必要がある。このために
は、プレート上の１層目にパターンを露光する際には、
マスクパターンからプレートへの投影倍率をプレートの
全面で設計値に対して所定の許容範囲内に収めることが
望ましい。走査型露光装置では、マスク及びプレートの
走査方向への倍率は、マスクとプレートとの相対的な走
査速度の比の値により決定され、その走査方向に垂直な
非走査方向への倍率は投影光学系の投影倍率そのものに
より決定される。その走査方向への倍率を補正する方法
としては、例えば特公平５−２９１２９号公報におい
て、走査用ステージの軸受けとしてリニア・エア・ベア
リングを使用し、このリニア・エア・ベアリングの空気
圧力を部分的に制御することにより、走査用のステージ
の走り面の撓みに起因する倍率を補正する方法が開示さ
れている。

【０００４】また、最近の半導体素子等は複雑な処理工
程を経て製造されるため、プレート上に正確な倍率で回
路パターンを露光しても、その後の処理工程でそのプレ
ート上の被膜等が部分的又は一様に伸縮し、その回路パ
ターン上に次のマスクパターンを露光する際に、その回
路パターンが設計上の大きさから外れている場合もあ
る。このような場合には、プレート上に形成されている
回路パターンの倍率、及び部分的な倍率誤差（即ちディ
ストーション）を計測し、そのプレート上に露光するマ
スクパターンの像の倍率及びディストーションをその計
測された状態に合わせる必要がある。この場合、非走査
方向での倍率及び所定のディストーションの調整は、例
えば投影光学系中の所定のレンズ間の密閉空間内の気体
の圧力を調整する方法、又は投影光学系を構成する多数
のレンズの内の所定のレンズの位置及び傾斜角を調整す
る方法等により行われる。

【０００５】また、走査方向での倍率及びディストーシ
ョンの調整方法としては、例えば上述の特公平５−２９
１２９号公報において、プレートを２次元的に微動する
微小送り機構を設け、走査露光中にその微小送り機構を
介してプレートの位置を調整することにより、間接的に
倍率及びディストーションを補正する方法が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、例えば微小送り機構を介してプレートの位置を
調整する方法では、マスクやプレートの大型化に伴っ
て、その微小送り機構も大型化する必要があるが、それ
では製造コストが高くなるという不都合がある。更に、
微小送り機構は応答性が悪いため、例えばプレート上の
回路パターンが走査方向の狭い区間で部分的に伸縮して
いるような場合、走査露光中にその部分のみのディスト
ーションを正確に補正するのは困難である。

【０００７】また、従来技術中で、リニア・エア・ベア
リングの空気圧力を部分的に制御して走査用のステージ
の走り面の撓みに起因するディストーションを補正する
方法では、ディストーションを大まかに補正できるだけ
であり、部分的なディストーションを高精度に補正する
ことは困難である。更に、最近走査型露光装置において
は、１つの大きな投影光学系を使用する代わりに、小さ
な複数の部分投影光学系を走査方向に沿って所定間隔で
複数列に配置し、各部分投影光学系でそれぞれマスクパ
ターンをプレート上に露光する方式が提案されている。
この方式では、製造コストの低い部分投影光学系の個数
を増すだけでより大面積のパターンを露光できる利点が
ある。このように走査方向に所定間隔で配列された複数
列の部分投影光学系を使用する場合に、走査方向に沿っ
て短い間隔で変化するディストーションの補正を行うに
は、少なくとも各列の部分投影光学系毎に露光位置を走
査方向に調整する必要がある。しかしながら、従来の微
小送り機構を使用する方法、及び走査ステージの走り面
の撓みを補正する方法では、それら複数の部分投影光学
系の全体に対して一様にプレートの位置を走査方向に調
整できるだけであるため、狭い範囲の部分的なディスト
ーションを補正するのは困難である。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、簡単な機構で且
つ高い応答速度で走査方向に対する倍率及びディストー
ションの調整を行うことができる走査型露光装置を提供
することを目的とする。更に本発明は、複数列の部分投
影光学系を用いて走査露光方式で露光を行う場合に、プ
レートの全面で容易に且つ正確に走査方向に対する倍率
及びディストーションの調整を行うことができる走査型
露光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型露光
装置は、例えば図１に示すように、露光用の照明光で転
写用のパターンが形成されたマスク（３）を照明し、そ
のマスクのパターンの像を投影光学系（５）を介して感
光性の基板（１０）上に投影した状態で、マスク（３）
を第１の方向（Ｘ方向）に走査するのと同期して基板
（１０）をその第１の方向に対応する第２の方向（Ｘ方
向）に走査することにより、そのマスクのパターンを逐
次その基板上に露光する走査型露光装置において、投影
光学系（５）による基板（１０）上でのマスク（３）の
パターンの露光視野（１１）をその第２の方向（Ｘ方
向）に所定範囲内で連続的に移動させる光学部材（８）
を備えたものである。

【００１０】この場合、マスク（３）のその第１の方向
での位置と基板（１０）のその第２の方向での位置との
位置ずれ量を測定する測定手段（１９Ａ）と、この測定
手段の測定結果に基づいて、基板（１０）のその第２の
方向での位置に応じてその光学部材（８）による露光視
野（１１）の移動量を制御する光学部材制御手段（１
２）と、を設けることが望ましい。

【００１１】また、その光学部材の一例は、その第２の
方向（Ｘ方向）に直交する方向に平行な回転軸（９ａ）
の回りに回転自在に設けられた平行平面板（８）と、こ
の平行平面板を回転させる駆動手段（９）とよりなるも
のである。また、その投影光学系が、例えば図７に示す
ように、その第２の方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ
方向）に沿って複数列に配列された複数個の部分投影光
学系（３３Ａ〜３３Ｄ，３３Ｅ〜３３Ｇ）よりなる場合
には、それら複数個の部分投影光学系のそれぞれ、又は
各列毎に対応させてその光学部材（５１，５２）を複数
個設けることが望ましい。

【００１２】

【作用】斯かる本発明によれば、例えば図２に示すよう
に、基板（１０）上の被膜の伸縮等により、基板（１
０）上に形成されているパターン（ＣＰ）が対応するマ
スクパターンの像（１１ａ）に対して走査方向にずれて
いる場合、即ち基板（１０）上のパターンに部分的な倍
率誤差（ディストーション）が発生している場合には、
光学部材（８）を介してそのマスクパターンの像（１１
ａ）の結像位置をそのパターン（ＣＰ）上にずらして、
走査方向に対してディストーションを発生させる。これ
により、重ね合わせ精度が高精度に維持される。一方、
基板（１０）上に形成されているパターン（ＣＰ）のマ
スクパターンの像（１１ａ）に対する走査方向への倍率
が変化している場合には、走査位置に応じて光学部材
（８）を介して露光視野（１１）を連続的に一方向へ変
化させればよい。

【００１３】また、その光学部材（８）による露光視野
（１１）の移動量を決定するには、例えば図３に示すよ
うに、マスク（３）上にアライメントマーク（２６Ａ〜
２６Ｊ）を形成し、基板（１０）上にも回路パターン
（１０ａ）を露光する際に並行してアライメントマーク
（２７Ａ〜２７Ｊ）を露光しておく。そして、露光前に
マスク（３）及び基板（１０）を１回走査することによ
り、例えばアライメント光学系１９Ａよりなる測定手段
を用いて、アライメントマーク（２６Ａ〜２６Ｊ）に対
するアライメントマーク（２７Ａ〜２７Ｊ）の走査方向
への位置ずれ量を計測し、計測結果を光学部材制御手段
（１２）に記憶させる。その後走査露光を行う際には、
記憶された位置ずれ量分だけ順次光学部材（８）を介し
て露光視野（１１）を移動させればよい。

【００１４】また、光学部材が平行平面板（８）、及び
駆動手段（９）よりなる場合には、駆動手段（９）によ
り平行平面板（８）を時計回り又は反時計回りに回転
（回動）させるだけで、その回転角に応じて露光視野
（１１）の位置が走査方向に対して前後に移動する。次
に、図７に示すように、投影光学系が複数列の部分投影
光学系（３３Ａ〜３３Ｄ，３３Ｅ〜３３Ｇ）からなる場
合に、例えば１列目の露光視野（３６Ａ〜３６Ｄ）と２
列目の露光視野（３６Ｅ〜３６Ｇ）とではディストーシ
ョンの値が異なっていることがある。このような場合に
は、各列毎に光学部材（５１，５２）を配置し、各列毎
に露光視野の走査方向（Ｘ方向）へのずらし量を調整す
ればよい。更に、各部分投影光学系毎に露光視野でのデ
ィストーションの値が異なっている場合には、各部分投
影光学系毎に露光視野を移動させるための光学部材を設
ければよい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による走査型露光装置の第１実
施例につき説明する。本実施例は、等倍の１つの投影光
学系を使用する走査型露光装置に本発明を適用したもの
である。図１は、本実施例の走査型露光装置を示し、こ
の図１において、照明光学系１からの露光用の照明光Ｉ
Ｌがダイクロイックミラー２を透過してマスク３の下面
（パターン形成面）の円弧状の照明領域４を均一な照度
分布で照明する。その照明領域４内のパターンの像が、
所謂ダイソン型の投影光学系５、及び光学部材としての
平行平面板８を介してプレート１０上の円弧状の露光視
野１１内に投影される。

【００１６】投影光学系５は、レンズ６及び凹面反射鏡
７よりなる所謂ダイソン型であり、等倍で且つ正立像を
投影する対物光学系である。即ち、照明領域４からの照
明光ＩＬは、レンズ６の斜面６ａで反射された後、レン
ズ６の凸面６ｂから射出されて凹面反射鏡７に向かう。
そして、凹面反射鏡７で反射された照明光は、レンズ６
の凸面６ｂを経て斜面６ｃで反射された後、平行平面板
８に向かう。以下では、投影光学系５のプレート１０上
での光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内
で図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を
取る。本実施例ではＸ軸に平行な方向がマスク３及びプ
レート１０の走査方向である。

【００１７】平行平面板８は、ガラス基板よりなり、光
軸ＡＸに垂直で且つ走査方向にも垂直なＹ軸に平行な軸
９ａを回転中心とするθ方向に、モータ９により回転さ
れるように支持されている。モータ９は、例えばステッ
ピングモータよりなり、主制御系１２からの制御信号に
応じて、平行平面板８を時計方向又は反時計方向の何れ
にも、且つ所定の分解能を単位として任意の角度だけ回
転させた後、その状態で平行平面板８を固定させておく
ことができる。更に、モータ９は主制御系１２からの制
御信号に応じて、プレート１０のＸ方向の位置に応じて
連続的に時計方向又は反時計方向の何れにも、平行平面
板８の回転角を変化させることもできる。このように平
行平面板８が回転すると、その回転角に応じて、プレー
ト１０上の露光視野１１の位置が走査方向であるＸ方向
に移動する。本実施例では、走査露光中に露光視野１１
を移動させることにより、走査方向での部分的な倍率誤
差、即ちディストーションの補正を行う。

【００１８】上述のように本実施例の投影光学系５は、
等倍で正立像を投影するため、マスク３及びプレート１
０は投影光学系５に対して同じ走査速度で＋Ｘ方向又は
−Ｘ方向に走査すればよい。そこで、装置ベース１４上
にキャリッジ１３をＸ方向に移動自在に配置し、キャリ
ッジ１３の中央部がくり抜かれた上板１３ｂ上にマスク
３を載置し、底板１３ａ上にプレート１０を載置し、装
置ベース１４上の駆動モータ１７により送りねじ１８を
介してキャリッジ１３を装置ベース１４に対してＸ方向
（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に駆動する。この際に、投影
光学系５、平行平面板８、及びモータ９は装置ベース１
４に対して固定された不図示のフレームに固定されてい
る。従って、キャリッジ１３をＸ方向に駆動することに
より、マスク３及びプレート１０が投影光学系５及び平
行平面板８に対してＸ方向に移動される。

【００１９】また、キャリッジ１３の底板１３ａのＸ方
向の一端に移動鏡１５が固定され、この移動鏡１５に外
部のレーザ干渉計１６から計測用のレーザビームが照射
され、レーザ干渉計１６によりキャリッジ１３のＸ座標
が常時計測され、計測されたＸ座標が主制御系１２に供
給されている。主制御系１２は、供給されたＸ座標に基
づいて、駆動モータ１７を制御することにより、キャリ
ッジ１３のＸ方向の位置、及びＸ方向への移動速度を制
御する。

【００２０】本実施例では、マスク３の上方のダイクロ
イックミラー２の側面方向に、図１の紙面に対して所定
間隔で１対のアライメント光学系（図１では手前のアラ
イメント光学系１９Ａのみが示されている）が配置され
ている。アライメント光学系１９Ａにおいて、アライメ
ント用の光源２０から射出されるアライメント光ＡＬ
は、集光レンズ２１により集光されてビームスプリッタ
２２、及び第１対物レンズ２３を経た後、ダイクロイッ
クミラー２により反射されてマスク３上のアライメント
マークを照明する。アライメント光としては、プレート
１０上に塗布されたフォトレジストに対する感光性の弱
い光が使用され、光源２０としてはハロゲンランプ等が
使用される。

【００２１】マスク３上に照射されたアライメント光Ａ
Ｌの一部はアライメントマークにより反射され、残りの
部分はマスク３を透過した後、投影光学系５及び平行平
面板８を経てプレート１０上のアライメントマークに照
射される。そして、プレート１０上のアライメントマー
クにより反射されたアライメント光は、再び平行平面板
８及び投影光学系５を経てマスク３側に戻り、マスク３
で反射されたアライメント光、及びプレート１０で反射
されたアライメント光は、ダイクロイックミラー２、及
び第１対物レンズ２３を経てビームスプリッタ２２に戻
る。そして、ビームスプリッタ２２で反射されたアライ
メント光は、第２対物レンズ２４を経て２次元ＣＣＤ等
よりなる撮像素子２５の撮像面にそれぞれのアライメン
トマークの像を形成する。

【００２２】この場合、露光用の照明光ＩＬのみなら
ず、アライメント光ＡＬについても、投影光学系５に関
してマスク３の配置面とプレート１０の配置面とはほぼ
共役になっている。一般に凹面反射鏡は色収差がないた
め、本例の投影光学系５についてもアライメント光ＡＬ
に関してほぼ色消しすることは比較的容易である。撮像
素子２５からの撮像信号は、アライメント処理系２６に
供給される。同様に、アライメント光学系１９Ａと対に
なっているアライメント光学系からの撮像信号もアライ
メント処理系２６に供給される。

【００２３】図３（ａ）はマスク３上のアライメントマ
ークの配置を示し、この図３（ａ）に示すように、マス
ク３のパターン領域３ａの＋Ｙ方向側及び−Ｙ方向側の
辺に沿った光透過部中に、Ｘ方向に所定ピッチで遮光膜
よりなる十字型のアライメントマーク２６Ａ〜２６Ｅ及
び２６Ｆ〜２６Ｊが形成されている。この場合、円弧状
の照明領域４の−Ｙ方向の端部に設定された観察領域Ｆ
Ａが、図１のアライメント光学系１９Ａによる観察領域
であり、照明領域４の＋Ｙ方向の端部に設定された観察
領域ＦＢが別のアライメント光学系による観察領域であ
る。

【００２４】また、図３（ｂ）はプレート１０上のアラ
イメントマークの配置を示し、この図３（ｂ）に示すよ
うに、プレート１０のショット領域１０ａの＋Ｙ方向側
及び−Ｙ方向側の辺に沿って、Ｘ方向に所定ピッチで反
射膜よりなる十字型のアライメントマーク２７Ａ〜２７
Ｅ及び２７Ｆ〜２７Ｊが形成されている。これらのアラ
イメントマーク２７Ａ〜２７Ｊは、それまでの工程でシ
ョット領域１０ａに回路パターンを形成する際に同時に
形成されたものである。また、アライメントマーク２７
Ａ〜２７Ｊの設計上の配列は、アライメントマーク２６
Ａ〜２６Ｊの配列と同一である。しかしながら、実際に
はプレート１０上の被膜の伸縮等により、ショット領域
１０ａ上の回路パターンの形状、及びアライメントマー
ク２７Ａ〜２７Ｊの配列は設計値からずれている。本実
施例では、アライメントマーク２７Ａ〜２７Ｊの配列の
ずれからショット領域１０ａ上の回路パターンの全体
的、及び部分的な伸縮量を推定する。

【００２５】具体的に例えばマスク３上のアライメント
マーク２６Ｃ，２６Ｈに対するプレート１０上のアライ
メントマーク２７Ｃ，２７Ｈの位置ずれ量を計測する際
には、図４（ａ）に示すように、観察領域ＦＢ内にアラ
イメントマーク２６Ｃ、及びアライメントマーク２７Ｃ
の像２７ＣＭを収めた状態で、対応するアライメント光
学系により観察領域ＦＢ内の像を撮像し、得られた撮像
信号を図１のアライメント処理系２６で処理することに
より、アライメントマークの像２７ＣＭのＸ方向への位
置ずれ量ΔＸ２、及びＹ方向への位置ずれ量ΔＹ２が求
められる。同様に、図４（ｂ）に示すように、観察領域
ＦＡ内のアライメントマーク２６Ｈ、及びアライメント
マーク２７Ｈの像２７ＨＭをアライメント光学系１９Ａ
により撮像し、得られた撮像信号をアライメント処理系
２６で処理することにより、アライメントマークの像２
７ＨＭのＸ方向への位置ずれ量ΔＸ１及びＹ方向への位
置ずれ量ΔＹ１が求められる。

【００２６】次に、本実施例の走査露光動作の一例につ
き説明する。先ず、以下のようにしてプレート１０上の
ショット領域１０ａに形成されている回路パターンの伸
縮量を求める。即ち、図１において照明光ＩＬを遮光し
て、アライメント光ＡＬを照射させた状態で、キャリッ
ジ１３を−Ｘ方向に移動させることにより、図３（ａ）
において、２つのアライメント光学系の観察領域ＦＡ及
びＦＢ内にそれぞれマスク３上のアライメントマーク２
６Ｆ及び２６Ａを位置させる。この際に、観察領域ＦＡ
及びＦＢ内にそれぞれプレート１０上のアライメントマ
ーク２７Ｆ及び２７Ａの像も収まる。この状態で図１の
アライメント光学系１９Ａ、及びアライメント処理系２
６によりアライメントマーク２６Ｆを基準としてアライ
メントマーク２７Ｆの投影光学系５を介した像のＸ方向
及びＹ方向への位置ずれ量を計測する。これと並行し
て、別のアライメント光学系により他方のアライメント
マーク２６Ａを基準としてアライメントマーク２７Ａの
Ｘ方向及びＹ方向への位置ずれ量を計測し、２組の位置
ずれ量を主制御系１２に供給する。

【００２７】次に、図１のキャリッジ１３を＋Ｘ方向に
移動させて、アライメントマーク２６Ｇ及び２６Ｂをそ
れぞれ観察領域ＦＡ及びＦＢ内に設定した後、アライメ
ントマーク２６Ｇ及び２６Ｂを基準としたアライメント
マーク２７Ｇ及び２７Ｂの像の位置ずれ量を計測して主
制御系１２に供給する。同様に、アライメントマーク２
６Ｃ，２６Ｈ〜２６Ｅ，２６Ｊを基準としたアライメン
トマーク２７Ｃ，２７Ｈ〜２７Ｅ，２７Ｊの像の位置ず
れ量を計測して主制御系１２に供給する。

【００２８】主制御系１２は、プレート１０上のアライ
メントマーク２７Ａ〜２７Ｊの像の位置ずれ量から、シ
ョット領域１０ａ内の回路パターンの各部の伸縮量を算
出する。その後、図１のキャリッジ１３を更に＋Ｘ方向
に移動させて、図３（ａ）の照明領域４をパターン領域
３ａの外側に移動させる。そして、照明光ＩＬの照射を
開始させた状態で、キャリッジ１３を−Ｘ方向に加速し
て、照明領域４がパターン領域３ａにかかるときにはキ
ャリッジ１３の走査速度が一定速度に達するようにし
て、走査露光方式で露光を行う。この走査露光中に以下
のようにしてマスク３の投影像の倍率及びディストーシ
ョンの補正を行う。

【００２９】先ず、ショット領域１０ａが走査方向に垂
直な非走査方向（Ｙ方向）に例えば倍率β（β＞１）で
伸張している場合には、例えば投影光学系５を構成する
各光学部材の位置を調整する等によりマスク３のパター
ンの投影像の倍率（設計値は１倍）をβに合わせた状態
で、走査露光を行う。これは投影光学系５による投影像
の倍率を補正することを意味する。

【００３０】また、ショット領域１０ａの伸縮率が等方
的であり、ショット領域１０ａ内の回路パターンが走査
方向（Ｘ方向）に対して一様にその倍率βで伸張してい
る場合には、走査露光時のマスク３の−Ｘ方向への走査
速度に対するプレート１０の−Ｘ方向への走査速度の比
の値をβにする必要がある。但し、本実施例では、マス
ク３及びプレート１０は一体のキャリッジ１３により走
査されるため、両者の走査速度の比の値をβにするため
に、走査露光中にキャリッジ１３が−Ｘ方向に移動する
のに応じて、図１の主制御系１２はモータ９を介して反
時計方向に次第に平行平面板８を回転させる。これによ
り、露光視野１１が次第に＋Ｘ方向にずれるため、実質
的にマスク３に対してプレート１０を−Ｘ方向にβ（＞
１）の速度比で走査しているのと等価になる。これによ
り、ショット領域１０ａ上の回路パターンに対して高い
重ね合わせ精度でマスク３のパターンを露光できる。

【００３１】図２を参照して、その場合の平行平面板８
の角速度を求める。図２において、平行平面板８の厚さ
をｄ、屈折率をｎとして、平行平面板８をプレート１０
に平行な状態から時計方向に角度φだけ回転させると、
プレート１０上に垂直に入射する照明光ＩＬの−Ｘ方向
への位置シフトΔは、次のように表すことができる。 Δ≒（１−１／ｎ）ｄ・φ （１）例えば、平行平面板８の厚さｄを１ｍｍ、屈折率ｎを
１．５とする。そして、プレート１０上で走査方向に対
する長さが１００ｍｍの回路パターンが１０μｍ伸びて
いるとすれば、マスク３上で１００ｍｍ走査したとき
に、その位置シフトΔを１０μｍ（０．０１ｍｍ）とす
ればよい。即ち、次式より、そのときの角度φは約０．
０３ｒａｄとなる。

【００３２】０．０１≒（１−１／１．５）・１・φ （２） φ≒０．０３［ｒａｄ］（３）この場合のキャリッジ１３の走査速度を一定の１００ｍ
ｍ／ｓとすれば、平行平面板８の角速度ｗは、０．０３
ｒａｄ／ｓとなる。なお、キャリッジ１３を−Ｘ方向に
走査する場合には、図２において角度φは負の値であ
り、平行平面板８は反時計方向に角速度ｗで回転され
る。

【００３３】次に、ショット領域１０ａの伸縮率が非等
方的であり、且つ走査方向（Ｘ方向）の各部での走査方
向への伸縮率が変化している場合には、走査露光中にキ
ャリッジ１３が＋Ｘ方向に移動するのに応じて、図１の
主制御系１２はモータ９を介して平行平面板８のθ方向
への回転角を変化させる。具体的に走査露光の途中で、
図２に示すようにプレート１０上で既に形成されている
回路パターンＣＰの位置が、本来その回路パターンＣＰ
上に投影されるマスクパターン１１ａの投影位置から−
Ｘ方向にずれている場合には、そのマスクパターン１１
ａの位置が回路パターンＣＰ上に重なるように平行平面
板８の回転角を制御すればよい。この場合、その回路パ
ターンＣＰの走査方向への位置ずれ量は、アライメント
マーク２７Ａ〜２７Ｊの位置ずれ量を補間することによ
り算出される。これにより、マスクパターンの投影像の
走査方向へのディストーションが、プレート１０上の回
路パターンに応じて補正される。

【００３４】なお、図１においては、平行平面板８がプ
レート１０上に配置されているが、平行平面板８を例え
ばマスク３の直下に配置してもよい。次に、本発明の第
２実施例につき図５及び図６を参照して説明する。本実
施例は第１実施例の平行平面板８の代わりに１対の湾曲
板を使用するものであり、図５及び図６において、図１
に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省
略する。

【００３５】図５は本実施例の走査型露光装置を示し、
この図５において、投影光学系５とプレート１０との間
に、投影光学系５の光軸ＡＸに沿って１対の円筒状に湾
曲したガラス製の湾曲板２８及び２９が互いに凸面で対
向するように配置されている。湾曲板２８及び２９は、
それぞれ同一の厚さで且つ外面の曲率半径が等しい円筒
の一部よりなり、湾曲板２８及び２９の円筒状の外面の
対称軸は、走査方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向（図５
の紙面に垂直な方向）に平行である。即ち、湾曲板２８
及び２９の円筒状の外面の母線はＹ方向に平行である。
また、投影光学系５側の湾曲板２８は、Ｘ方向に平行に
配置されたガイド３０に沿って＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に
所望の量だけ駆動できるように支持されている。その他
の構成は図１の第１実施例と同様である。

【００３６】本実施例において、湾曲板２８及び２９は
同一の円筒面が逆向きに配置されているため、マスク３
からプレート１０への投影像の倍率は、湾曲板２８及び
２９が無い場合と同じ１倍である。この状態で、図６に
示すように、湾曲板２８を＋Ｘ方向に移動させると、プ
レート１０に対して垂直に入射する照明光ＩＬは点線で
示すように−Ｘ方向に移動する。即ち、湾曲板２８をＸ
方向に移動させることにより、露光視野１１を逆方向に
移動させることができる。

【００３７】本実施例での走査露光時には、投影光学系
５及び１対の湾曲板２８，２９に対して相対的にマスク
３及びプレート１０が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に所定の走
査速度で走査される。そして、プレート１０上のショッ
ト領域の回路パターンの伸縮量、及び伸縮量の分布に合
わせて、プレート１０のＸ方向の位置に応じて、湾曲板
２８のＸ方向への移動量が連続的に制御される。これに
より、露光視野１１の位置が走査方向に調整されて、マ
スクパターンの投影像の走査方向への倍率、及びディス
トーションが補正され、プレート１０上の回路パターン
とマスクパターンの投影像との重ね合わせ精度が高精度
に維持される。

【００３８】ここで、図６を参照して湾曲板２８のＸ方
向への移動量に対する、露光視野１１のＸ方向へのシフ
ト量の関係を求める。そのため、湾曲部材２８の内面の
曲率半径をＲａ、厚さをｄ、屈折率をｎとして、照明光
ＩＬが湾曲部材２８に入射する位置の曲率中心から−Ｘ
方向への間隔をδａとする。この場合、曲率半径Ｒａが
間隔δａに比べて十分大きいとすれば、照明光ＩＬの入
射位置での湾曲部材２８の勾配、即ちその照明光ＩＬの
入射角はほぼδａ／Ｒａである。従って、湾曲部材２８
を透過した後の照明光ＩＬの−Ｘ方向への位置ずれ量Δ
ａは、次のようになる。

【００３９】 Δａ≒ｄ（１−１／ｎ）・δａ／Ｒａ（４）また、湾曲部材２９の曲率半径をＲｂ（＝−Ｒａ）、厚
さをｄ、屈折率をｎとして、湾曲部材２９に入射する照
明光ＩＬの位置の曲率中心から−Ｘ方向への位置ずれ量
をδｂ（初期状態でδｂ＝δａとする）とすると、照明
光ＩＬの湾曲部材２９による−Ｘ方向への位置ずれ量Δ
ｂは、次のようになる。

【００４０】 Δｂ≒ｄ（１−１／ｎ）・δｂ／Ｒｂ（５）この場合、初期状態では、Ｒｂ＝−Ｒａ、且つδｂ＝δ
ａが成立するため、湾曲部材２８及び２９による照明光
ＩＬのＸ方向への横ずれ量は０である。次に、湾曲部材
２８だけを＋Ｘ方向にαだけ移動させると、照明光ＩＬ
の湾曲部材２８による−Ｘ方向へのシフト量Δａ’は、
次のようになる。

【００４１】 Δａ’≒ｄ（１−１／ｎ）・（δａ＋α）／Ｒａ（６）一方、照明光ＩＬの湾曲部材２９による−Ｘ方向へのシ
フト量Δｂ’は、（５）式と同じである。従って、
（５）式及び（６）式より、湾曲部材２８及び２９によ
る照明光ＩＬの−Ｘ方向へのシフト量Δは、次のように
なる。但し、Ｒｂ＝−Ｒａ、且つδｂ＝δａとしてい
る。

【００４２】 Δ＝Δａ’＋Δｂ’≒ｄ（１−１／ｎ）（δａ＋α−δｂ）／Ｒａ＝ｄ（１−１／ｎ）・α／Ｒａ（７）つまり、湾曲部材２８を走査方向にαだけ移動させる
と、その移動方向と逆方向に移動量αに比例して照明光
がシフトすることになる。今、屈折率ｎを１．５、厚さ
ｄを６ｍｍ、曲率半径Ｒａを２００ｍｍとして、第１実
施例と同様にプレート１０上の回路パターンが走査方向
に対して１００ｍｍにつき１０μｍ（０．０１ｍｍ）だ
け伸張したとする。この場合、プレート１０の＋Ｘ方向
への走査速度を１００ｍｍ／ｓとすると、１秒について
湾曲部材２８を＋Ｘ方向にαだけ移動させたときに、
（７）式の−Ｘ方向へのシフト量Δが０．０１ｍｍにな
ればよい。即ち、αは近似的に次のようになる。

【００４３】 α＝Δ・Ｒａ／｛ｄ（１−１／ｎ）｝＝０．０１・２００／｛（１／３）・６｝＝１［ｍｍ］（８）従って、走査速度が１００ｍｍ／ｓであれば、湾曲部材
２８を＋Ｘ方向に１ｍｍ／ｓで移動させればよいことに
なる。なお、湾曲部材２８を移動させる代わりに、湾曲
部材２９を移動させてもよく、更には湾曲部材２８及び
２９の両方を逆方向に移動させるようにしてもよい。

【００４４】次に、本発明の第３実施例につき図７及び
図８を参照して説明する。本実施例は、それぞれ等倍の
正立正像を投影する複数の部分投影光学系よりなる投影
光学系を有する走査型露光装置に本発明を適用したもの
である。図７は、本実施例の走査型露光装置を示し、こ
の図７において、照明光学系３１からの照明光（例えば
ｇ線（波長４３５ｎｍ）、あるいはｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）等）は、マスク３上に走査方向（Ｘ方向）に２列に
配置された後述の７個の台形状の視野領域３２Ａ〜３２
Ｇをそれぞれ囲む矩形状の領域を均一に照明する。台形
状の視野領域３２Ａ〜３２Ｇは、後述の部分投影光学系
の最大視野領域の形状に可能な限り相似な形状として選
ばれたものである。また、各視野領域３２Ａ〜３２Ｇ
は、それぞれ部分投影光学系中の視野絞りにより規定さ
れる領域である。そのため、照明光学系３１は、例えば
視野領域３２Ａ〜３２Ｇの全てを含む１つの大きな矩形
状の照明領域を露光光で照明するものでもよい。

【００４５】さて、図７において、マスク３の下方に
は、７個の部分投影光学系３３Ａ〜３３Ｇが２列に配置
され、マスク３上の視野領域３２Ａ〜３２Ｇのパターン
がそれぞれ部分投影光学系３３Ａ〜３３Ｇを介してプレ
ート１０上の台形状の露光視野３６Ａ〜３６Ｇ上に投影
される。以下、図８を参照して部分投影光学系３３Ａ〜
３３Ｇについて説明する。なお、部分投影光学系３３Ａ
〜３３Ｇは、互いに同じ構成を有するため、部分投影光
学系３３Ａのみについて述べる。

【００４６】図８は、部分投影光学系３３Ａのレンズ構
成図であり、この部分投影光学系３３Ａは、それぞれダ
イソン型光学系を変形した２組の光学系を組み合わせた
ものである。図８において、部分投影光学系３３Ａは、
第１部分光学系３４Ａａ，４５，４６，３４Ａｂと、視
野絞り４９と、共通な平行平面板５１と、第２部分光学
系３５Ａａ，４７，４８，３５Ａｂとから構成されてお
り、これら第１及び第２部分光学系は、それぞれダイソ
ン型光学系を変形したものである。

【００４７】そして、第１部分光学系は、マスク３の下
面（パターン形成面）に対して４５°の傾斜角で配置さ
れた反射面を持つ直角プリズム３４Ａａと、マスク３の
下面に平行な光軸を有し、平面部が直角プリズム３４Ａ
ａに接合された平凸レンズ成分４５と、全体としてメニ
スカス形状であって一面が平凸レンズ成分４５の凸面
（接合面４５ａ）に接合され他面（平凸レンズ成分４５
に対して凹面）が反射面４６ａとなったレンズ成分４６
と、直角プリズム３４Ａａの反射面と直交し且つマスク
３の下面に対して４５°の傾斜角で配置された反射面を
持つ直角プリズム３４Ａｂとを有する。直角プリズム３
４Ａｂも平凸レンズ成分４５の平面部に接合され、平凸
レンズ成分４５の硝材とレンズ成分４６の硝材とは異な
っている。

【００４８】そして、マスク３上の視野領域３２Ａを含
む照明領域からの光は、直角プリズム３４Ａａによって
光路が９０°偏向され、平凸レンズ成分４５に入射す
る。直角プリズム３４Ａａからの光は、平凸レンズ成分
４５とレンズ成分４６との間の接合面４５ａにて屈折し
てレンズ成分４６に入射して、反射膜が蒸着された反射
面４６ａに達する。反射面４６ａで反射された光は、接
合面４５ａで再び屈折され、平凸レンズ成分４５を経て
直角プリズム３４Ａｂに達する。平凸レンズ成分４５か
らの光は、直角プリズム３４Ａｂの反射面により光路が
９０°偏向されて、直角プリズム３４Ａｂの射出面側
に、マスク３の１次像を形成する。ここで、第１部分光
学系３４Ａａ〜３４Ａｂが形成するマスク３の１次像
は、Ｘ方向（各部分光学系の光軸方向）の横倍率が正で
あり、且つＹ方向の横倍率が負となる等倍像である。

【００４９】１次像からの光は、平行平面板５１、及び
第２部分光学系３５Ａａ，４７，４８，３５Ａｂを介し
て、マスク３の２次像をプレート１０上の露光視野３６
Ａに形成する。第２部分光学系３５Ａａ〜３５Ａｂの構
成は、第１部分光学系３４Ａａ〜３４Ａｂと同一である
ため説明を省略する。即ち、第２部分光学系３５Ａａ〜
３５Ａｂは、第１部分光学系３４Ａａ〜３４Ａｂと同じ
く、Ｘ方向に正で且つＹ方向に負となる横倍率の等倍像
を形成する。従って、プレート１０上に形成される２次
像は、マスク３の等倍の正立正像（上下左右方向の横倍
率が正となる像）となる。また、それら第１及び第２部
分光学系よりなる部分投影光学系３３Ａは、両側テレセ
ントリック光学系である。

【００５０】上述の第１及び第２部分光学系は、それぞ
れの反射面４６ａ及び４８ａが共に同じ向きとなるよう
に構成されている。これにより、投影光学系全体の小型
化を図ることができる。また、第１及び第２部分光学系
は、平凸レンズ成分４５と反射面４６ａとの間の光路、
及び平凸レンズ成分４７と反射面４８ａとの間の光路中
をそれぞれ硝材で埋める構成となっている。これによ
り、平凸レンズ成分４５，４７と反射面４６ａ，４８ａ
との偏心が生じない利点がある。

【００５１】なお、第１及び第２部分光学系としては、
平凸レンズ成分４５，４７と対応する反射面４６ａ，４
８ａとの間を空気とする、所謂ダイソン型光学系そのも
のを使用してもよい。このダイソン型光学系に関して
は、J.Opt.Soc.Am.vol.49,713-716(1959) に詳述されて
いる。図８において、本実施例においては、第１部分光
学系により形成される１次像の位置に、視野絞り４９が
配置されている。視野絞り４９は台形状の開口部を有
し、視野絞り４９の開口部と共役なマスク３上の領域が
視野領域３２Ａである。また、視野絞り４９の開口部と
共役なプレート１０上の領域が台形状の露光視野３６Ａ
であり、露光視野３６Ａに視野領域３２Ａ内のパターン
が露光される。

【００５２】また、平行平面板５１を走査方向に直交す
るＹ方向に平行な軸を中心に回転させることにより、露
光視野３６Ａを＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にずらすことがで
きる。本実施例の平行平面板５１は、図７に示すように
１列目の部分投影光学系３３Ａ〜３３Ｄに共通であるた
め、その１列目の部分投影光学系によるＹ方向に所定ピ
ッチで配列された露光視野３６Ａ〜３６Ｄが、並行に同
じ量だけ＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にずれることになる。

【００５３】図７に戻り、２列目の投影光学系３３Ｅ〜
３３Ｇによる露光視野３６Ｅ〜３６Ｇは、Ｘ方向で露光
視野３６Ａ〜３６Ｄとは異なる位置に、且つＹ方向で露
光視野３６Ａ〜３６Ｄの間を埋めるように配列されてい
る。そして、投影光学系３３Ｅ〜３３Ｇによるそれぞれ
の１次像の結像面の近傍に共通の平行平面板５２が配置
され、平行平面板５２をＹ方向に平行な軸を回転させる
ことにより、露光視野３６Ａ〜３６Ｄを並行して同じ量
だけ＋Ｘ方向又は−Ｘ方向にずらすことができるように
なっている。

【００５４】ここで、マスク３は図示なきマスクステー
ジ上に載置され、プレート１０は、プレートステージ３
７上に載置されている。ここで、マスクステージとプレ
ートステージ３７とは、図７のＸ方向に同期して移動す
る。これにより、プレート１０上には、照明光学系３１
により照明されたマスク３の像が逐次転写され、いわゆ
る走査露光方式の露光が行われる。マスク３の移動によ
り、視野領域３２Ａ〜３２Ｇによるマスク３の全面の走
査が完了すると、プレート１０上の全面に亘ってマスク
３の像が転写される。即ち、露光視野３６Ａ〜３６Ｄに
よる像と隣接する露光視野３６Ｅ〜３６Ｇによる像とを
Ｙ方向につなぎ合わせることにより、プレート１０上の
全面にマスクパターンが露光されている。

【００５５】プレートステージ３７上には、Ｙ軸に沿っ
た反射面を有する反射部材３８と、Ｘ軸に沿った反射面
を有する反射部材３９とが設けられている。また、露光
装置本体側には、干渉計として、例えばＨｅ−Ｎｅ（６
３３ｎｍ）等のレーザ光を供給するレーザ光源４０、レ
ーザ光源４０からのレーザ光をＸ方向測定用のレーザ光
とＹ方向測定用のレーザ光とに分割するビームスプリッ
タ４１、ビームスプリッタ４１からのレーザ光を反射部
材３８へ投射するためのプリズム４２、及びビームスプ
リッタ４１からのレーザ光を反射部材３９上の２点へ投
射するためのプリズム４３，４４が設けられている。こ
れにより、プレートステージ３７のＸ方向の位置、Ｙ方
向の位置及びＸＹ平面内での回転角を検出できる。な
お、図７においては、反射部材３８，３９にて反射され
たレーザ光と参照用レーザ光とを干渉させた後に検出す
る検出系については図示省略してある。

【００５６】本実施例においても、不図示のアライメン
ト光学系により予めマスク３に対するプレート１０上の
回路パターンの伸縮量を計測しておき、走査露光時には
プレートステージ３７のＸ方向の位置に応じて、平行平
面板５１及び５２の回転角を独立に調整することによ
り、マスクパターンの投影像の倍率及びディストーショ
ンをプレート１０上の回路パターンに合わせるようにす
る。この際に、各列の露光視野ではそれぞれ回路パター
ンの走査方向への伸縮量はほぼ同一であるとみなすこと
ができるため、各列でそれぞれ共通の平行平面板５１及
び５２を使用している。従って、制御機構が簡単である
という利点がある。

【００５７】なお、平行平面板５１，５２を例えばプレ
ート１０の直上、又はマスク３の直下に配置してもよ
い。また、プレート１０上でＹ方向に細分化した領域で
個別に回路パターンの伸縮量を計測できる場合には、各
部分投影光学系３３Ａ〜３３Ｇのそれぞれに露光視野を
独立に補正するための平行平面板を設け、露光視野３６
Ａ〜３６Ｇの走査方向への位置を互いに独立に制御する
ようにしてもよい。

【００５８】また、平行平面板の代わりに、図５の第２
実施例で使用される湾曲部材２８，２９を用いて露光視
野をずらすようにしてもよい。なお、上述の第３実施例
では、図７に示すように等倍の正立正像を得る部分投影
光学系として、平凸レンズ成分と凹面鏡とを持つダイソ
ン型光学系の変形光学系が使用されているが、等倍で正
立正像を得る部分投影光学系としては、例えば凹面鏡、
凸面鏡及び凹面鏡が順に配列されたオフナー型光学系を
使用することもできる。更に、屈折系よりなるレンズの
みを用いた投影光学系を使用してもよい。

【００５９】また、上述実施例では等倍で正立像を投影
する投影光学系が使用されているが、例えば縮小倍率で
且つ倒立像を投影する投影光学系を使用する場合にも本
発明を適用できることは言うまでもない。例えば倒立像
を投影する投影光学系が使用される場合には、マスクと
プレートとは逆方向に走査される。このように、本発明
は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、光学部材により基板上
で第２の方向（走査方向）にマスクパターンの露光視野
を移動させることにより、マスクパターンの投影像の倍
率及びディストーションを簡単な機構で、且つ高い応答
速度で調整できる利点がある。また、測定手段によりマ
スクと基板との走査方向での位置ずれ量を測定し、この
測定結果に基づいて光学部材制御手段を介して光学部材
による露光視野の移動量を制御する場合には、その測定
された位置ずれ量に合わせて露光視野を移動させること
により、基板上のパターンに対してマスクパターンを高
精度に重ね合わせることができる。

【００６１】また、光学部材が平行平面板と駆動手段と
からなる場合には、その平行平面板の回転角を制御する
だけで露光視野の移動量を制御できる。次に、投影光学
系が複数列に（例えば千鳥格子状に）配列された複数個
の部分投影光学系よりなる場合に、各列毎に光学部材を
設けた場合には、各列毎に共通に光学部材で露光視野を
走査方向に移動させるだけで、各列毎の投影像を正確に
つぎ合わせることができると共に、容易且つ正確に基板
（プレート）の全面で非走査方向に対して共通にマスク
パターンの走査方向への倍率及びディストーションを補
正できる利点がある。

【００６２】更に、複数個の部分投影光学系のそれぞれ
に露光視野を独立に走査方向に移動させる光学部材を設
けた場合には、基板上で非走査方向に対して伸縮率が変
化する場合にも、基板の全面で基板の伸縮率に合わせて
マスクパターンの走査方向への倍率及びディストーショ
ンを補正できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の第１実施例を示
す一部断面図を含む構成図である。

【図２】図１の平行平面板８の回転角と投影像の位置ず
れ量との関係を示す図である。

【図３】（ａ）は図１のマスク３のアライメントマーク
の配置を示す平面図、（ｂ）は図１のプレート１０上の
アライメントマークの配置を示す平面図である。

【図４】図１のアライメント光学系による観察像を示す
拡大図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す概略構成図である。

【図６】図５において湾曲部材２８の位置ずれ量と投影
像の横ずれ量との関係を示す拡大図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す概略構成図である。

【図８】図７中の部分投影光学系３３Ａの構成を示す拡
大側面図である。

【符号の説明】

１照明光学系３マスク５投影光学系８平行平面板９モータ１０プレート１２主制御系１９Ａアライメント光学系２０アライメント用の光源２３第１対物レンズ２４第２対物レンズ２５撮像素子２６Ａ〜２６Ｊマスク上のアライメントマーク２７Ａ〜２７Ｊプレート上のアライメントマーク２８，２９湾曲部材５１，５２平行平面板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の照明光で転写用のパターンが形
成されたマスクを照明し、前記マスクのパターンの像を
投影光学系を介して感光性の基板上に投影した状態で、
前記マスクを第１の方向に走査するのと同期して前記基
板を前記第１の方向に対応する第２の方向に走査するこ
とにより、前記マスクのパターンを逐次前記基板上に露
光する走査型露光装置において、前記投影光学系による前記基板上での前記マスクのパタ
ーンの露光視野を前記第２の方向に所定範囲内で連続的
に移動させる光学部材を備えたことを特徴とする走査型
露光装置。
【請求項２】前記マスクの前記第１の方向での位置と
前記基板の前記第２の方向での位置との位置ずれ量を測
定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づいて、前記基板の前記第２
の方向での位置に応じて前記光学部材による前記露光視
野の移動量を制御する光学部材制御手段と、を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記光学部材は、前記第２の方向に直交
する方向に平行な回転軸の回りに回転自在に設けられた
平行平面板と、該平行平面板を回転させる駆動手段とよ
りなることを特徴とする請求項１又は２記載の走査型露
光装置。
【請求項４】前記投影光学系は、前記第２の方向と直
交する方向に沿って複数列に配列された複数個の部分投
影光学系よりなり、前記複数個の部分投影光学系のそれぞれ、又は各列毎に
対応させて前記光学部材を複数個設けたことを特徴とす
る請求項１、２又は３記載の走査型露光装置。