JPH09213623A - 走査露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスク上のパターンを感光基板上に高速でし
かも高精度に走査露光することができる走査露光装置及
びそれを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 マスク面上のパターンを該マスク面側よ
り順にｆ・ｓｉｎθ特性の歪曲特性を有する物体側部分
光学系と走査部材そして像側部分光学系とを有する走査
投影系により感光基板上に結像させ、該走査部材を駆動
させると共に該マスク又は／及び該感光基板を光軸と直
交する方向に移動させて、該感光基板上を走査露光して
いること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は走査露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣやＬ
ＳＩ等の半導体デバイスや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ー工程に使用される際
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス
の高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う
半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細
加工技術としてマスク（レチクル）の回路パターン像を
投影光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステ
ップアンドリピート方式で露光する縮小露光装置（ステ
ッパー）が種々と提案されている。

【０００３】このステッパーにおいては、レチクル上の
回路パターン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、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを
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】これらの投影露光装置のうち最近では高解
像力が得られ、且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露光装置が種々と
提案されている。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１つのショットの走査露光が終了すると、ウ
エハは次のショットにステップし、次のショットの露光
を開始している。これを繰り返してウエハ全体の露光を
行っている。

【０００５】従来より反射投影光学系を用いた等倍の走
査露光装置を改良し、投影光学系に反射素子と屈折素子
を組み合わせたカタディオプトリック光学系を用いた
り、あるいは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を
用いて、マスクステージと感光基板のステージとの両方
を縮小倍率に応じた速度比で相対走査する投影式の走査
露光装置が種々と提案されている。

【０００６】例えば特開昭６３−１６３３１９号公報で
は、反射素子と屈折素子とを組み合わせた縮小投影光学
系が提案されている。そしてこの投影光学系を用いた走
査露光方式がＳＶＧＬ社からステップ＆スキャン方式の
投影式の走査露光装置として発表されている。このよう
な走査露光装置は、ＩＣやＬＳＩの微細化に伴う大画面
化を考慮した場合、投影光学系に負荷を与えずに大画面
化を実施できる点で注目されており、マスクステージと
感光基板のステージの走査範囲を大きくとることが可能
であれば、理論的にはどこまでも大画面化が可能とな
る。

【０００７】図１１は従来の走査露光装置の要部概略図
である。同図において、マスク１０１はマスクステージ
１０２に真空吸着などで固定されている。マスク１０１
は紙面上で左右に平行移動する機能を有しており、レー
ザ干渉計等の測長器（不図示）でその動きを制御してい
る。照明光学系１１２からの光束によってマスク１０１
上を照射し、マスク１０１の原画パターンを有した光束
ＯＰはレンズ系１０３で集光され、ミラー１０４で反射
し、レンズ系１０５で集光され、所定の偏光成分のみの
光束が偏光ビームスプリッタ１０６を通過し、λ／４板
１０７を経て凹面ミラー１０８に導かれる。

【０００８】凹面ミラー１０８で反射した光束ＯＰは再
びλ／４板１０７を通り、これにより光束ＯＰは偏光ビ
ームスプリッタ１０６を通過した偏光方向に対して９０
度回転した偏光方向を持つようになる為、今度は偏光ビ
ームスプリッタ１０６で反射し、レンズ系１０９を経て
感光基板１１０上にマスク１０１の原画パターン情報を
結像している。

【０００９】感光基板１１０は感光基板ステージ１１１
に真空吸着などで固定している。感光基板ステージ１１
１はマスクステージ１０２と同様に紙面上で左右に平行
移動する機能を持ち、その移動はやはりレーザ干渉計等
の測長器（不図示）で制御している。走査露光の際に
は、このマスクステージ１０２と感光基板ステージ１１
１を、投影光学系（１０３〜１０９）の倍率差分の相対
差を持たせた速度で同時に移動させることにより、大画
面領域を感光基板１１０に転写している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】微小投影光学系により
マスク面上の原画パターンをウエハ上に縮小投影すると
きには、マスク上では感光基板に対して４倍〜１０倍の
倍率で拡大されたパターンが原画パターンとして描画さ
れている。この為、従来の走査露光装置のうち、特に縮
小投影光学系を有した走査露光装置では、走査露光時に
マスクステージを感光基板の走査速度に対して４倍〜１
０倍の速度で４倍〜１０倍の領域を走査せねばならな
い。

【００１１】例えば、感光基板の走査速度が３０ｍｍ／
ｓｅｃで５０ｍｍの範囲を走査する場合、縮小投影倍率
が５倍とすると、マスクの走査速度は１５０ｍｍ／ｓｅ
ｃで２５０ｍｍの範囲を走査することが必要となる。

【００１２】一般にマスクステージのような大きなステ
ージに対して、このような高速で大画面領域を一定速度
を維持しながら、かつ走査方向を高精度に制御すること
は大変困難である。また、このような高速走査から振動
が多く発生し、この振動が露光装置全体に伝わり、投影
露光状態を悪化させているという問題点が生じてくる。

【００１３】本発明は、マスク面上の原画パターンを走
査型の投影光学系（走査投影系）により感光基板（ウエ
ハ）上に縮小投影走査露光する際に、走査投影系の光路
中に走査部材を設けるとともに該マスクと該走査部材と
の間の光路中に位置する物体側部分光学系の光学特性を
適切に設定することにより、該原画パターンを高精度に
しかも高速度に走査し、該原画パターンをウエハ面上に
高い解像力で走査露光することのできる走査露光装置及
びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の走査露光装置
は、 （１−１）マスク面上のパターンを該マスク面側より順
にｆ・ｓｉｎθ特性の歪曲特性を有する物体側部分光学
系と走査部材そして像側部分光学系とを有する走査投影
系により感光基板上に結像させ、該走査部材を駆動させ
ると共に該マスク又は／及び該感光基板を光軸と直交す
る方向に移動させて、該感光基板上を走査露光している
ことを特徴としている。

【００１５】特に、 （１−１−１）前記像側部分光学系の歪曲特性がｆ・ｓ
ｉｎθ特性であること。 （１−１−２）前記走査部材は非等角速度で回転し、前
記感光基板は等速で移動していること。 （１−１−３）前記マスク面上のパターンは前記走査部
材による走査方向のみに歪曲を有するパターンから成っ
ていること。 等、を特徴としている。

【００１６】本発明の走査露光方法は、 （２−１）マスク面上のパターンを歪曲特性がｆ・ｓｉ
ｎθ特性の物体側部分光学系、走査部材、そして像側部
分光学系を介して感光基板上の一部に結像させ、該走査
部材を駆動させて該マスク面上を走査して、該パターン
を該感光基板上を走査露光していることを特徴としてい
る。

【００１７】特に、 （２−１−１）前記像側部分光学系の歪曲特性がｆ・ｓ
ｉｎθ特性であること。 （２−１−２）前記走査部材は非等角速度で回転し、前
記感光基板は等速で移動していること。 （２−１−３）前記マスク面上のパターンは前記走査部
材による走査方向のみに歪曲を有するパターンから成っ
ていること。 等、を特徴としている。

【００１８】本発明のデバイスの製造方法は、前述の構
成要件（１−１）の走査露光装置又は／及び構成要件
（２−１）の走査露光方法を用いていることを特徴とし
ている。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。同図はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイ
ス，液晶デバイス，ＣＣＤ等の撮像デバイス，磁気ヘッ
ド等のデバイスを製造する際に用いる走査露光装置１０
０を示している。

【００２０】同図において１は回路パターンが形成され
ているマスクであり、マスクステージ２に真空吸着等で
固定している。マスク１はエキシマレーザや高圧水銀灯
等を有する照明系（不図示）からの光束で照明されてい
る。３は集光レンズであり、マスク１からの光束を集光
し、後続する走査部材４に導光している。走査部材４は
回転又は振動するミラーより成り、後述するようにマス
ク１面上を光学的に走査している。（走査部材４を以
下、「回転走査ミラー」又は単に「ミラー」ともい
う。）５は集光レンズであり、走査部材４からの反射光
束を偏光ビームスプリッター６に導光している。

【００２１】７は１／４λ板，８は凹面ミラーである。
偏光ビームスプリッター６を通過した所定方向に偏光し
ている光束は１／４λ板を通過し、凹面鏡８で反射し、
再度１／４λ板を通過した時には、前とは偏光状態が９
０度回転した偏光となっているので今度は偏光ビームス
プリッター６で反射して投影光学系９に入射している。
投影光学系９はマスク１面上のパターンをウエハ等の感
光基板１０に所定の縮小倍率（１／２〜１／１０）で縮
小投影している。感光基板１０の近傍真上には、結像光
束を規制するスリット開口を有するマスキングブレード
（不図示）が置かれている。

【００２２】尚、集光レンズ３，５と投影光学系９は複
数のレンズを有するレンズ群より成っている。

【００２３】１１は基板ステージであり、感光基板１０
を真空吸着で固定している。基板ステージ１１は、例え
ば紙面上で左右に平行移動する機能を持ち、その移動を
レーザー干渉計（不図示）等で制御している。

【００２４】本実施形態ではマスク１から走査部材４ま
での光路中にある光学要素３を物体側部分光学系１２、
走査部材４から感光基板１０までの光路中にある光学要
素５〜９を像側部分光学系１３としている。そして物体
側部分光学系１２と像側部分光学系１３のうち少なくと
も一方の歪曲特性がｆ・ｓｉｎθ特性となるように各要
素を設定している。物体側部分光学系１２，走査部材
４，そして像側部分光学系１３で走査投影系１００を構
成している。

【００２５】本実施形態では集光レンズ３の光軸Ｓａ上
の光線ＯＰのミラー４での反射点４ａを中心にミラー４
を回動させており、これにより光束を実線から点線に示
すように反射偏向させてマスク１面上を左右方向に光学
的に走査している。

【００２６】ミラー４の回転角度θ／２とマスク１の光
軸中心１ａから走査点１ｂまでの距離Ｌｍは、物体側部
分光学系１２の歪曲特性はｆ・ｓｉｎθ特性であり、そ
の焦点距離をｆ１としたとき Ｌｍ＝ｆ１・ｓｉｎθ となる。

【００２７】又ミラー４の回転駆動によるマスク１上の
走査点１ｂからの光線ｏｐａが感光基板１０上の光軸中
心から距離Ｌｗに入射するように基板ステージ１１を駆
動させている。このとき像側部分光学系１３の歪曲特性
もｆ・ｓｉｎθ特性であり、その焦点距離をｆ２とした
とき距離Ｌｗは Ｌｗ＝ｆ２・ｓｉｎθ となる。

【００２８】次に本実施形態の構成を便宜上、光束を感
光基板１０からマスク１方向に逆に追跡した状態で説明
する。ミラー４が位置４ｂへ角度θ／２回転移動すると
感光基板１０から投影レンズ９等の光軸中心に導光され
る光束は点線で示す光束ＯＰａとなってマスク１上の光
軸中心１ａから距離Ｌｍの位置１ｂに結像する。

【００２９】この関係を利用した走査露光の手順は以下
のようになる。まずミラー４を傾けてマスク１上の転写
領域の最外位置（例えば距離Ｌｍの位置１ｂ）からの光
束ＯＰａを感光基板１０へ導光できる状態をつくる。こ
の時感光基板１０内のマスク１上の転写領域の最外位置
の転写されるべき位置が走査投影系１００（各要素３〜
９を有している）の光軸下にくるように感光基板ステー
ジ１１を移動させておく（例えば位置１１ａ）。これが
走査露光の開始位置となる。

【００３０】走査露光はマスク１上から照明された光束
ＯＰａがマスク１面上の原画パターンの結像を感光基板
１０に転写し始めてからミラー４の回転移動と感光基板
ステージ１１の平行移動を同時に開始することで実行し
ている。この時走査投影系１００がもつ結像倍率βに対
してＬｗ＝β・Ｌｍ（ＬｗはＬｍ＝Ｆ１・ｓｉｎθの関
係になる角度θ／２だけミラー４が回転移動する時間に
感光基板ステージ１１が平行移動した距離）となるよう
にミラー４及び感光基板ステージ１１の駆動制御をして
いる。

【００３１】このＬｗ＝β・Ｌｍの関係を維持するよう
に感光基板ステージ１１を均一速度で所定の転写領域ま
で駆動させて走査露光を行なっている。この際、ミラー
４の回転移動は均一速度を維持するのではなく、相対的
に走査されるマスク１上での光束ＯＰａの移動が均一速
度を維持するようにしている。

【００３２】物体側部分光学系１２の歪曲特性がｆ・ｓ
ｉｎθ特性であるから、光束ｏｐａの移動が均一速度を
維持するためには、回転走査ミラー４の回転運動は非等
角速度の回転運動になる。

【００３３】本実施形態ではこのようにマスク１を保持
するマスクステージ２自体を走査する代わりに走査投影
系内に配置されたミラーを回転走査することによりマス
ク１の露光領域全体を走査し、この回転走査ミラーの走
査を感光基板ステージ１１の走査と同期させて行ない、
マスク１上の原画パターンを投影光学系の倍率通り縮小
して感光基板１０に転写している。これによりマスクス
テージ２の高速平行移動に換えてミラー４の回転移動を
用い、走査に伴う振動の影響を少なくし、等速運動制御
を容易にした走査露光を達成している。そして投影露光
した感光基板１０を現像処理工程を介してデバイスを製
造している。

【００３４】本実施形態では物体側部分光学系１２の歪
曲特性がｆ・ｓｉｎθ特性であるが、ｆ・ｓｉｎθ特性
からずれた場合には回転走査ミラー４の回転に伴って走
査方向に歪曲が発生する。次にこの現象について説明す
る。

【００３５】図２は本発明の走査露光装置の走査投影系
１００の性質を説明するための摸式図である。同図は走
査方向と直交する面内での主光線の様子を示している。
同図において、図１に示した要素と同一要素には同符番
を付している。

【００３６】即ち、１は物体面であるマスク、４は回転
走査用のミラー、１０は像面である感光基板、１２は焦
点距離ｆ１の物体側部分光学系、１３は焦点距離ｆ２の
像側部分光学系である。同図は投影光学系１３の光軸Ｓ
ａを通り、回転走査ミラー４の回転軸（Ｚ方向）に平行
な平面内をあらわしており、回転走査ミラー４の位置な
どで展開して光軸を１本の直線としたものを示してあ
る。

【００３７】図で横方向が光軸方向であり、縦方向がＺ
方向（走査方向）である。実際はマスク１から出た光線
が部分光学系１２，１３を通過して、感光基板１０に到
達するのであるが、ここでは説明の便宜上、逆に、感光
基板１０上から出てマスク１上に至る主光線を考えてい
る。感光基板１０上のＺ座標がＺｗの点Ｐ１を出た主光
線は像側部分光学系１３を通過した後、回転走査ミラー
４と光軸Ｓａとの交点Ｐ２に、光軸と角度θｚをなして
入射する。したがって、回転走査ミラー４がこの光学系
の開口絞りになる。

【００３８】ここで、角度θｚの値は、像側部分光学系
１３の歪曲特性が例えばｆ・ｓｉｎθ特性のときにはθ
ｚ＝ｓｉｎ^-1（Ｚｗ／ｆ２）で、例えばｆ・ｔａｎθ特
性のときにはθｚ＝ｔａｎ^-1（Ｚｗ／ｆ２）で、例えば
ｆ・θ特性のときにはθｚ＝（Ｚｗ／ｆ２）で、与えら
れる。この、光軸Ｓａとθｚの角度をなす光線は、回転
走査ミラー４で反射され、物体側部分光学系１２を通過
し、マスク１の座標Ｚｍ０の点Ｐ３に到達する。しかし
これは回転走査ミラー４の走査角が基準の角度の場合、
即ち、光線が物体側部分光学系１２の光軸を含み回転走
査ミラー４の回転軸に平行な面内に存在する場合のみに
言える。

【００３９】回転走査ミラー４の角度が基準の角度から
ずれて光線が図２のマスク１上で紙面に垂直方向に走査
され、光線が図２の紙面内から外れた状態では、一般に
マスク１上に到達する光線のＺ座標はＺｍｏとは異なる
値をとるが物体側部分光学系１２の歪曲特性がｆ・ｓｉ
ｎθ特性のときには回転走査ミラー４が回転して光線が
走査してもマスク１上で、そのＺ座標が変わらないとい
う特性がある。

【００４０】この点につき、以下に図３〜図７を用いて
説明する。図３は回転走査ミラー４の回転角と入射光線
・反射光線の関係を説明するための図である。同図にお
いては座標原点０を回転走査ミラー４の回転軸が部分光
学系１２または１３の光軸Ｓａと交わる点４ａとし、こ
の点４ａがミラー面内にあるとしている。また、Ｘ軸は
像側部分光学系１３の光軸Ｓａと一致させ、Ｙ軸は物体
側部分光学系１２の光軸Ｓａと一致させ、Ｚ軸はミラー
４の回転軸と一致させて図に示したように取っている。

【００４１】図３（Ａ）はＸ軸とＹ軸とを紙面内にと
り、Ｚ軸を紙面垂直方向上向きにとり、Ｚ軸方向からミ
ラー４とそれに入射反射する主光線を見たものである。
ミラー４はＸ軸やＹ軸と４５度の角度をなす状態が基準
の状態であり、その基準の状態から角度θ／２だけＺ軸
を回転軸として回転した状態を考える。このとき、ミラ
ーは破線で示した４ｂの位置になり、ミラー面とＸ軸と
のなす角またはミラー面の法線とＹ軸とのなす角は（４
５°−θ／２）となる。

【００４２】回転した位置４ｂのミラー４のミラー面の
法線を破線の矢印で示し、その（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の方
向余弦を（λ，μ，ν）とする。また、位置４ｂのミラ
ー４への入射光線および反射光線は実線の矢印で示し、
それらの方向余弦をそれぞれ（α，β，γ）および
（α’，β’，γ’）とする。

【００４３】図３（Ｂ）は、Ｘ−Ｚ断面でみた入射光線
のようすを示す。方向余弦（α，β，γ）をもつ入射光
線はＸ−Ｚ面内に存在し、Ｘ軸となす角はθｚである。
この角度は図２の角度θｚと同じである。

【００４４】図３（Ｂ）の関係から α＝ｃｏｓθｚ、
β＝０、 γ＝ｓｉｎθｚ が成り立つ。また、図３
（Ａ）の関係からλ＝ｓｉｎ（４５°−θ／２）、μ＝
−ｃｏｓ（４５°−θ／２）、ν＝０ が成り立つ。

【００４５】これらに、反射の法則（例えば久保田広著
「光学」ｐ．２〜３）を適用して反射光線の方向余弦を
求めると次のようになる。

【００４６】まず入射角の余弦は、 ｃｏｓｉ＝αλ＋βμ＋γν＝ｃｏｓθｚ・ｓｉｎ（４
５°−θ／２） となる。

【００４７】これより、反射後の光線の方向余弦は、 α’＝α−２λｃｏｓｉ＝ ｃｏｓθｚ・ｓｉｎθ β’＝β−２μｃｏｓｉ＝ ｃｏｓθｚ・ｃｏｓθ γ’＝γ−２νｃｏｓｉ＝ ｓｉｎθｚ のようになる。

【００４８】この反射後の光線のようすを図４に示す。
図４でのＸ、Ｙ、Ｚ座標系は図３と同じ意味である。

【００４９】図４（Ａ）は、反射後の光線（単位ベクト
ル）をＸ−Ｙ平面上に投影して示したものである。光線
（単位ベクトル）をＸ−Ｙ平面に投影すると、その大き
さはｃｏｓθｚになり、Ｙ軸の方向からθをなす角度を
向いている。Ｘ−Ｙ平面上で、反射光線の投影を含むよ
うな直線をＡ−Ａ’とする。

【００５０】図４（Ｂ）は、直線Ａ−Ａ’とＺ軸とを含
む断面のようすを示したもので、反射光線はこの平面内
に含まれる。反射光線は直線Ａ−Ａ’とθｚの角度をな
している。

【００５１】以上をまとめると、「像側部分光学系１３
を出射し回転走査ミラー４の中心に入射する、像側部分
光学系１３の光軸に対して方位角０で角度θｚの主光線
は、ミラー４がθ／２だけ回転している場合には、反射
後、物体側部分光学系１２の光軸に対して方位角θで角
度θｚの方向にミラー４から出射する」ことになる。

【００５２】次にこの主光線が物体側部分光学系１２を
通過した後到達する物体面上（マスク１上）の座標を求
める。

【００５３】図５は、ミラー４で反射し、物体側部分光
学系１２へ出射する光線を更に説明するための図であ
り、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系は図３と同じ意味である。図５
（Ａ）は、Ｘ−Ｚ平面上に主光線（単位ベクトル）を投
影した図である。同図に示したような、Ｘ軸と光線（の
射影）とのなす角度をεとすると、 ｔａｎε＝ｓｉｎθｚ／（ｃｏｓθｚ・ｓｉｎθ）＝ｔａｎθｚ／ｓｉｎθ ‥‥‥（１） となる。

【００５４】メリディオナル面は光軸と主光線とを含む
面であるから、同図で直線Ｂ−Ｂ’を含み紙面と垂直な
面がメリディオナル面である。この主光線は物体側部分
光学系１２を通過し物体面（マスク１）に到達するまで
ずっとこのメリディオナル面内に存在する。

【００５５】図５（Ｂ）は、メリディオナル面内の主光
線のようすを示す図である。前記直線Ｂ−Ｂ’方向の座
標軸をｈｐとし、ｈｐを縦軸、Ｙ（物体側部分光学系１
２の光軸）を横軸として示したものである。１２は物体
側部分光学系、１は物体面であるマスク、ｈ’は物体面
上において主光線が到達する点の光軸からの距離であ
る。

【００５６】主光線の方向とＹ軸とのなす角をθ’とす
ると、θ’の余弦が前述した主光線のＹ軸に関する方向
余弦ｃｏｓθｚ・ｃｏｓθに一致しなければならないた
め、 ｃｏｓθ’＝ｃｏｓθｚ・ｃｏｓθ 即ち、 θ’＝ｃｏｓ−１（ｃｏｓθｚ・ｃｏｓθ） ‥‥‥（２） の関係がある。

【００５７】メリディオナル面内で光軸とθ’の角度を
なして物体側部分光学系１２に入射した主光線は、物体
側部分光学系１２の歪曲特性にしたがってマスク１上に
到達する。マスク１上における主光線の到達点の光軸か
らの距離ｈ’は、物体側部分光学系１２の焦点距離をｆ
１としたとき、一般には、 ｈ’＝ｆ１・ｇ（θ’） ‥‥‥（３） で表される。

【００５８】ここでｇ（θ’）は物体側部分光学系１２
の歪曲特性を表す関数で、例えばｆ・ｓｉｎθ特性なら
ばｇ（θ’）＝ｓｉｎθ、例えばｆ・ｔａｎθ特性なら
ばｇ（θ’）＝ｔａｎθ、例えばｆ・θ特性ならばｇ
（θ’）＝θである。次にマスク１に到達した主光線の
２次元直交座標値を求める。

【００５９】図６は、マスク１に到達した主光線の座標
値を説明するための図である。同図はマスク１の面を物
体側部分光学系１２側の光軸方向から見たものである。
同図でＯｍは光軸とマスク１との交点、Ｘｍ、Ｚｍはマ
スク１上の座標軸でＯｍを原点とし図３〜図５のそれぞ
れＸ軸、Ｚ軸と平行な座標軸である。即ちＸｍは回転走
査ミラー４の回転に従ってマスク１上で光線が走査され
る方向の座標軸であり、Ｚｍはそれと直交する方向の座
標軸である。１４は主光線のマスク１への到達点であ
り、到達点１４とＯｍとの距離はｈ’である。また、到
達点１４とＯｍとを結ぶ直線がＸｍ軸となす角度はεで
ある。

【００６０】この図より、主光線の到達点１４の座標
は、 Ｘｍ＝ｈ’・ｃｏｓε ，Ｚｍ＝ｈ’・ｓｉｎε ‥‥‥（４） となる。

【００６１】以上で求めた（１）〜（４）式等の関係を
順次用いれば、像面上の座標（０，Ｚｗ）の点を出た主
光線が、像側部分光学系１３を通過し、θ／２だけ回転
した走査ミラー４で反射され、物体側部分光学系１２を
通過してマスク１に到達する主光線のマスク上での座標
（Ｘｍ，Ｚｍ）を求めることができる。

【００６２】例えば、像面上の座標（０，Ｚｗ）の点を
出た主光線が、像側部分光学系１３を通過し、θｚ＝３
°でミラー４に入射する場合を考え、θを変化させてマ
スク１での主光線の座標を、部分光学系１２の数種の歪
曲特性に対して計算すると表１に示す結果となる。尚、
部分光学系１２の焦点距離をｆ１＝４００ｍｍと仮定し
た。

【００６３】

【表１】 図７に表１の値をグラフにして示した。同図において横
軸は角度θ、縦軸はマスク１上の走査方向と直交する方
向の座標Ｚｍである。物体側部分光学系１２の歪曲特性
が、ｆ・ｓｉｎθ特性、ｆ・ｔａｎθ特性、ｆ・θ特性
の３種の場合に関して示してあるが、図からわかるよう
にｆ・ｓｉｎθ特性の場合にはミラー４で走査された複
数の主光線がマスク１上で直線を描くが、他の歪曲特性
の場合には曲線になることがわかる。

【００６４】本実施形態では、物体側部分光学系１２の
歪曲特性をｆ・ｓｉｎθ特性としている。このことによ
って、ミラー４の回転走査によって発生する、走査方向
と直交する方向の歪曲をゼロにしている。

【００６５】図１の本発明の実施形態１において、像側
部分光学系１３の歪曲特性もｆ・ｓｉｎθ特性としてい
るが、ｆ・ｓｉｎθ特性からずれた場合には歪曲が発生
する。次にこの現象について図２を用いて説明する。

【００６６】図２はミラー４が回転していない状態での
主光線の状態を表しており、感光基板１０上のＺｗの座
標の点Ｐ１を出た主光線が像側部分光学系１３を通過し
光軸との角度θｚでミラー４に入射し、同じ角度θｚで
ミラー４から出射し物体側部分光学系１２を通過して、
マスク１上の座標Ｚｍ０の点Ｐ３に到達することを示し
ている。部分光学系１２と１３の焦点距離をそれぞれｆ
１とｆ２とすると、部分光学系１２と１３の歪曲特性は
それぞれＺｍ０＝ｆ１・ｇ１（θｚ）、Ｚｗ＝ｆ２・ｇ
２（θｚ）となる。ｇ１（θｚ）およびｇ２（θｚ）は
部分光学系１２と１３の歪曲特性を表す関数である。

【００６７】これより、像側から物体側に投影した場合
の拡大倍率β’（縮小倍率βとの関係はβ’＝１／β）
は、 β’＝−（ｆ１・ｇ１（θｚ））／（ｆ２・ｇ２（θｚ）） となる。

【００６８】ここで前述の説明より、物体側部分光学系
１２はｆ・ｓｉｎθ特性を持つのでｇ１（θｚ）＝ｓｉ
ｎθｚとなり、 β’＝−（ｆ１・ｓｉｎθｚ）／（ｆ２・ｇ２（θｚ）） ＝−（ｆ１／ｆ２）・（ｓｉｎθｚ／ｇ２（θｚ）） 右辺の（ｓｉｎθｚ／ｇ２（θｚ））は一般に角度θｚ
の関数だから、角度θｚが変わると、即ち像高Ｚｗが変
わると倍率が変わることになり、マスク１上でＺｍ方向
の歪曲が生じることになる。この歪曲は、はミラー４が
回転していない状態で既に発生する歪曲である。

【００６９】この歪曲を発生させないためには、（ｓｉ
ｎθｚ／ｇ２（θｚ））を角度θｚに無関係な定数にす
る必要があり、従って、ｇ２（θｚ）＝ｓｉｎθｚ、即
ち像側部分光学系１３の歪曲特性もｆ・ｓｉｎθ特性に
しなければならない。

【００７０】このとき拡大倍率は、β’＝−ｆ１／ｆ２
となって、任意の角度θｚに関して一定で、歪曲が発
生しないことがわかる。以上の理由で、本発明の実施形
態においては、像側部分光学系１３の歪曲特性がｆ・ｓ
ｉｎθ特性となっている。

【００７１】尚、本発明の走査露光装置をもちいてミラ
ー４を回転させて走査を行なった場合には、走査方向と
直交方向の歪曲はゼロになるが、走査方向には若干の歪
曲を生じる。

【００７２】図８は、この状態を強調して示した図であ
り、前述の説明と同様に、感光基板１０側から出たと仮
定した光線がマスク１上でどのように走査されるかを２
次元的に示している。この図より、マスク１上で走査方
向のみに樽型の歪曲が発生することがわかる。逆に言え
ば、マスク１上で正方形の図形を本実施形態の装置で走
査露光すれば、感光基板１０上に形成される転写パター
ンは、走査方向のみに糸巻き型の歪曲をもった図形にな
る。

【００７３】この点を解決し、両方向とも歪曲の無いパ
ターンを得るためには、マスク１に図８のような走査方
向のみに歪曲をもったパターンをあらかじめ形成し、こ
れを本発明の走査露光装置で露光するようにすればよ
い。マスクの作製も一方向のみに歪曲を発生させればよ
いため、一般の二方向の歪曲にくらべて簡単であるとい
うメリットがある。

【００７４】尚、図１に示した本発明の実施形態は、物
体側部分光学系１２の歪曲特性がｆ・ｓｉｎθ特性であ
るため、回転走査ミラー４を等角速度で回転させると、
マスク面は非等速に走査され、従って感光基板１０の載
ったステージ１１を非等速に走査しなければならない。
そこで、走査ミラー４を非等角速度で回転させ、その結
果ステージ１１を等速に走査する方式がより好ましい。
この場合、走査位置によって照度が変化する場合には照
明光学系の照度を走査位置によって変化させることによ
り、補正することができる。

【００７５】次に上記説明した走査型の投影露光装置を
利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。

【００７６】図９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。

【００７７】本実施例においてステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。

【００７８】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【００７９】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００８０】図１０は上記ステップ４のウエハプロセス
の詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１
３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成
する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオ
ンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエ
ハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では前記
説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハに焼付露光する。

【００８１】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００８２】尚本実施形態の製造方法を用いれば高集積
度のデバイスを容易に製造することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、マスク面
上の原画パターンを走査型の投影光学系（走査投影系）
により感光基板（ウエハ）上に縮小投影走査露光する際
に、走査投影系の光路中に走査部材を設けるとともに該
マスクと該走査部材との間の光路中に位置する物体側部
分光学系の光学特性を適切に設定することにより、該原
画パターンを高精度にしかも高速度に走査し、該原画パ
ターンをウエハ面上に高い解像力で走査露光することの
できる走査露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方
法を達成することができる。

【００８４】特に本発明では、マスクを保持するマスク
ステージ自体を走査する代わりに走査投影系内に配置さ
れたミラーを回転走査する事により、マスクの露光領域
全体を走査する事とし、この回転走査ミラーの走査を、
感光基板ステージの走査と同期させて行ない結果的にマ
スク上の原画パターンを、縮小投影光学系の倍率どおり
縮小して感光基板に転写露光する事によって、高速平行
移動を回転移動に変換した効果として、振動影響が少な
く、省スペース化が計られた大面積走査露光を実現可能
としている。

【００８５】また、回転走査ミラーからマスクまでの間
にある物体側部分光学系の歪曲特性をｆ・ｓｉｎθ特性
とする事により、ミラーを回転走査しても走査方向に直
交する方向には歪曲が発生しないという効果を得てい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】本発明の走査露光装置の投影光学系の性質を説
明するための図

【図３】回転走査ミラー４の回転角と入射光線・反射光
線の関係を説明するための図

【図４】ミラー４で反射し部分光学系１２の方へ出射す
る主光線を説明するための図

【図５】ミラー４で反射し部分光学系１２の方へ出射す
る主光線を説明するための図

【図６】マスク１に到達する主光線の座標値を説明する
ための図

【図７】マスク１に到達する主光線の走査方向に直交す
る方向の歪曲特性を示す図

【図８】マスク１上での二次元の歪曲特性を強調して示
した図

【図９】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１１】従来の走査露光装置の要部概略図

【符号の説明】

１ マスク ２ マスクステージ ３，５，９ レンズ ４ 回転走査ミラー（走査部材） ６ 偏光ビームスプリッター ７ １／４波長板 ８ ミラー １０ 感光基板 １１ 感光基板ステージ １２ 物体側部分光学系 １３ 像側部分光学系 ＯＰ，ＯＰａ 露光光束

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスク面上のパターンを該マスク面側よ
   り順にｆ・ｓｉｎθ特性の歪曲特性を有する物体側部分
   光学系と走査部材そして像側部分光学系とを有する走査
   投影系により感光基板上に結像させ、該走査部材を駆動
   させると共に該マスク又は／及び該感光基板を光軸と直
   交する方向に移動させて、該感光基板上を走査露光して
   いることを特徴とする走査露光装置。
2. 【請求項２】 前記像側部分光学系の歪曲特性がｆ・ｓ
   ｉｎθ特性であることを特徴とする請求項１の走査露光
   装置。
3. 【請求項３】 前記走査部材は非等角速度で回転し、前
   記感光基板は等速で移動していることを特徴とする請求
   項１又は２の走査露光装置。
4. 【請求項４】 前記マスク面上のパターンは前記走査部
   材による走査方向のみに歪曲を有するパターンから成っ
   ていることを特徴とする請求項１，２又は３の走査露光
   装置。
5. 【請求項５】 マスク面上のパターンを歪曲特性がｆ・
   ｓｉｎθ特性の物体側部分光学系、走査部材、そして像
   側部分光学系を介して感光基板上の一部に結像させ、該
   走査部材を駆動させて該マスク面上を走査して、該パタ
   ーンを該感光基板上を走査露光していることを特徴とす
   る走査露光方法。
6. 【請求項６】 前記像側部分光学系の歪曲特性がｆ・ｓ
   ｉｎθ特性であることを特徴とする請求項５の走査露光
   方法。
7. 【請求項７】 前記走査部材は非等角速度で回転し、前
   記感光基板は等速で移動していることを特徴とする請求
   項５又は６の走査露光方法。
8. 【請求項８】 前記マスク面上のパターンは前記走査部
   材による走査方向のみに歪曲を有するパターンから成っ
   ていることを特徴とする請求項５，６又は７の走査露光
   方法。
9. 【請求項９】 請求項１から４のいずれか１項記載の走
   査露光装置を用いてデバイスを製造していることを特徴
   とするデバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項５から８のいずれか１項記載の
    走査露光方法を用いてデバイスを製造していることを特
    徴とするデバイスの製造方法。