JP3495992B2 - 補正装置、露光装置、デバイス製造方法及びデバイス - Google Patents

補正装置、露光装置、デバイス製造方法及びデバイス

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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B27/00—Photographic printing apparatus
    • G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
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  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、露光装
置に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶デ
ィスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を
露光するのに使用される照明装置及び露光装置、前記被
処理体を使用するデバイスの製造方法、及び、前記被処
理体から製造されるデバイスに関する。本発明は、例え
ば、フォトリソグラフィ工程において、半導体ウェハ用
の単結晶基板を走査ステップ式（ステップアンドスキャ
ン）方式や走査式（スキャン）方式、更にはステップア
ンドリピート方式によって露光する露光装置に好適であ
る。
【０００２】ここで、「ステップアンドスキャン方式」
は、マスク又はレチクル（以下、本出願ではこれらの用
語を交換可能に使用する。）に対してウェハを連続的に
スキャンさせてマスクのパターンをウェハに露光すると
共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動さ
せて、次のショットの露光領域に移動させる投影露光法
をいう。また、「スキャン方式」は、マスクパターンの
一部を投影光学系によってウェハに投影し、投影光学系
に対してマスクと被処理体を相対的に同期走査すること
によってマスクパターン全体をウェハに露光する方法で
ある。更に、ステップアンドリピート方式はウェハのシ
ョットの一括露光ごとにウェハをステップ移動させて次
のショットを露光領域に移動させる投影露光方法をい
う。
【０００３】
【従来の技術】近年の電子機器の小型及び薄型化の要請
から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要
求はますます高くなっている。例えば、マスクパターン
に対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）１３０ｎｍを量産工程で達成しようとし、今
後益々小さくなることが予想される。Ｌ＆Ｓは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。露
光では、解像度、重ね合わせ精度、スループットの３つ
のパラメータが重要である。解像度は正確に転写できる
最小寸法、重ね合わせ精度は被処理体にパターンを幾つ
か重ね合わせる際の精度、スループットは単位時間当た
り処理される枚数である。
【０００４】露光法は基本的に等倍転写法と投影法の二
種類を有する。等倍転写は、マスクと被処理体を接触さ
せる密着法と僅かに離間させる近接法とを含む。しか
し、密着法は高解像度が得られるもののごみやシリコン
のかけらがマスクに圧入されて、マスクの破損や被処理
体の傷、欠陥をもたらす。近接法はかかる問題を改善し
ているがごみ粒子の最大寸法よりもマスクと被処理体の
間隔が小さくなると同様にマスクの破損が生じ得る。
【０００５】そこで、マスクと被処理体との距離を更に
離間させる投影法が提案されている。投影法の中でも解
像度の改善と露光領域の拡大のためにマスクを一部ずつ
露光し、マスクとウェハを同期してウェハを連続的又は
断続的に掃引（スキャン）することによってマスクパタ
ーン全体をウェハに露光する走査型投影露光装置が最近
の主流になってきている。
【０００６】投影露光装置は、一般に、光源から出射さ
れた光束を利用してマスクを照明する照明光学系とマス
クと被処理体との間に配置される投影光学系とを有す
る。照明光学系においては、均一な照明領域を得るため
に光源からの光束を複数のロッドレンズから構成される
ハエの目レンズなどのライトインテグレータに導入し、
ライトインテグレータ射出面を２次光源面としてコンデ
ンサーレンズでマスク面をケーラー照明する。
【０００７】投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λ
と露光装置の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられ
る。
【０００８】
【数１】
【０００９】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。
【００１０】一方、一定の結像性能を維持できる焦点範
囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられ
る。
【００１１】
【数２】
【００１２】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、焦点深度は小さくな
る。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難しくな
り、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を
上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ま
しい。
【００１３】数式１及び２からＮＡよりも波長を短くす
る方が有効であることが理解される。このため、近年の
光源は、従来の超高圧水銀ランプからより波長の短いＫ
ｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエ
キシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）に移行しつつあ
る。露光光の短波長化は光を透過する光学部材が増加す
ると透過率の低下（及びパワーの低下による像面照度の
低下とスループットの低下）をもたらすため、近年の投
影露光装置はなるべく光学部材数を少なくして透過率を
上げることを企図している。また、比較的小型な超高圧
水銀ランプを光源に使用する場合は、投影露光装置は光
源を装置本体内に通常搭載することができるが、比較的
大型なエキシマレーザーを光源に使用する場合は、投影
露光装置は光源を本体内に搭載することはできず、光源
ユニットを装置本体から分離して（例えば、装置本体を
２階に、光源ユニットを１階に）配置しなければならな
い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、装置本体と光
源ユニットとを分離する従来の構成では、各装置の設置
環境の相違から光軸がずれて露光における解像度が低下
するという問題が生じる。例えば、両装置を異なる階に
配置すれば設置環境（各階の床振動の周波数や位相）が
異なるために光軸がずれて露光時に照度変動や照度むら
が生じ易くなり、解像度が低下する。これは、照明光学
系に入射する光線が、光軸がずれてしまい、ケラレが生
じて照度が変動したり、照明光学系に非対称に光が入射
するようになってしまって照度むらが生じるようになる
ためである。照度変動や照度むらが生じると露光時に露
光量を所望の量に制御することができず解像度の低下と
なる。特に、近年のパターンの微細化の要請から、わず
かな解像度低下も今後はますます無視できなくなること
が予想される。
【００１５】かかる問題に対して、公開特許平成１１年
第１４５０３３号公報や公開特許２０００年第７７３１
５号公報はリアルタイムに光軸を補正する手段を設ける
方法を提案している。両公報は、ミラーを回転させるこ
とによって光軸の角度ずれを補正し、所定の屈折率を有
する平行平板を傾斜して光軸の位置ずれを補正すること
を提案している。しかし、ミラーの回転は応答性のよい
補正を達成することができるが、平行平板は透過率の低
下とそれによるスループットの低下をもたらすので好ま
しくない。一方、光軸の位置ずれをミラーの平行移動に
よって補正することも考えられるが、ミラーの角度を保
ったままでミラーを素早く平行移動させるのは困難であ
り、これでは補正の応答性が悪くなるという問題が発生
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】そこで、このような従来
の課題を解決する新規かつ有用な補正装置、露光装置、
デバイス製造方法及びデバイスを提供することを本発明
の概括的目的とする。
【００１７】より特定的には、本発明は、光源からの透
過率を劣化させずに（即ち、所望のスループットを維持
しつつ）応答性良く光軸のずれを補正する補正装置、当
該補正装置を利用して重ね合わせ精度を高めた露光装置
及びデバイス製造方法、並びに、当該デバイス製造方法
を利用した高品位な半導体、ＬＣＤ、ＣＣＤ、薄膜磁気
ヘッドなどのデバイスを提供することを例示的目的とす
る。
【００１８】 上記目的を達成するために、本発明の一
側面としての補正装置は、一方から射出した光が他方に
入射するように構成されている分離された２つの光学ユ
ニットの光軸ずれを補正する補正装置であって、光軸の
位置ずれを角度ずれに変換するフーリエ変換レンズと、
前記角度ずれを補正する角度補正部とを有する。かかる
補正装置によれば、フーリエ変換レンズが位置ずれを角
度ずれに変換して、例えば、光軸の位置ずれを反射位置
の平行移動によって補正することを不要にする。
【００１９】 本発明の別の一側面としての補正装置
は、一方から射出した光が他方に入射するように構成さ
れている分離された２つの光学ユニットの光軸ずれを補
正する補正装置であって、光軸の角度ずれを補正する第
１の角度補正部と、光軸の位置ずれを角度ずれに変換す
るフーリエ変換レンズと、前記変換された角度ずれを補
正する第２の角度補正部とを有する。かかる補正装置
も、フーリエ変換レンズが位置ずれを角度ずれに変換す
るので光軸の位置ずれを屈折や反射位置の平行移動によ
って補正することを不要にする。
【００２０】前記第１及び第２の角度補正部の少なくと
も一方は、反射鏡と当該反射鏡を前記光軸に対して傾斜
させる傾斜手段からなる。かかる構成は、応答性が良
く、また、補正時の損失が殆どない。前記反射鏡は、屈
折率差を利用した全反射を用いた光学部材に置換されて
もよい。これは、短い波長領域では反射膜を成膜する為
の膜材が限られるために反射率の高い膜の設計が困難で
あり、光学部材と空気の屈折率差を利用した全反射の方
が、反射率が高い場合があるからである。
【００２１】前記補正装置は、前記光軸の前記角度ずれ
を検出する第１の検出部と、前記光軸の前記位置ずれに
対応する前記変換された角度ずれを検出する第２の検出
部と、前記第１及び第２の検出部に接続され、当該第１
及び第２の検出部の検出結果に基づいて前記第１及び第
２の角度補正部を制御する制御部とを更に有してもよ
い。かかる補正装置は、検出部の検出結果に応じて制御
部が制御するので光軸を高精度に制御することができ
る。前記第１及び第２の角度補正部の少なくとも一方
は、反射鏡と当該反射鏡を前記光軸に対して傾斜するよ
うに駆動する駆動装置からなり、前記制御部は前記駆動
装置を制御してもよい。上述したようにかかる構成は、
応答性が良く、また、補正時の損失が殆どない。
【００２２】本発明の別の側面としての露光装置は、上
述のいずれかの補正装置と、レチクル又はマスクに形成
されたパターンを被処理体に投影する光学系とを有す
る。かかる露光装置も、上述の露光装置と同様の作用を
奏する。
【００２３】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光
する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロ
セスを行う工程とを有する。上述の露光装置の作用と同
様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及
び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。
また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導
体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘ
ッドなどを含む。
【００２４】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下
添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって
明らかにされるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的な露光装置１について説明する。ここで、図
１は、本発明の例示的な露光装置１の単純化された光路
図である。露光装置１は、図１に示すように、光源ユニ
ット１０と装置本体３０から構成され、光源ユニット１
０は装置本体３０から分離されている。光源ユニット１
０と装置本体３０とは、光源ユニット１０からの光束を
装置本体３０に引き回す光学系２０によって接続されて
いる。但し、本発明は光学系２０の存在を必ずしも必要
とせず、光源ユニット１０からの光束は光学系を介さず
に直接に装置本体３０に入射する場合も含むものであ
る。装置本体３０は、照明光学系４０と、レチクル５０
と、投影光学系６０と、プレート７０と、ステージ８０
と、補正装置１００とを収納する。図１に示すように、
露光装置１は、ステップアンドリピート投影露光方式又
はステップアンドスキャン投影露光方式でレチクル５０
に形成された回路パターンをプレート７０に露光する走
査型投影露光装置である。なお、光源ユニット１０は、
図１においては装置本体３０と別の階に設置されている
が、本発明は両者を異なる階に設置することは必ずしも
要求とせず、露光装置１が少なくとも２つの光学装置
（本実施例では光源ユニット１０と装置本体３０）に分
離されて別体であれば足りる。
【００２６】 本実施例の光源ユニット１０は光源とし
てエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシ
マレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
ー、波長約１５７ｎｍのＦ ２ エキシマレーザーなど）を
使用するが、本発明は、レーザーの種類はエキシマレー
ザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用して
もよいし、そのレーザーの個数も限定されない。光源ユ
ニット１０にレーザーが使用される場合、レーザー光源
からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形
光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレン
ト化するインコヒーレント化光学系を使用することが好
ましい。エキシマレーザーは比較的大型であるために装
置本体３０とは別体で設置されるが、本発明は光源ユニ
ット１０の大きさを問題とするのではなく露光装置１が
複数のパーツに分離された場合に広く適用可能である。
従って、光源ユニット１０に使用可能な光源はレーザー
に限定されず、一又は複数の水銀ランプやキセノンラン
プなどのランプも使用することができる。光源ユニット
１０と装置本体３０とは分離されており、設置環境（各
階の床振動の周波数や位相）が異なる。
【００２７】光学系２０は、本実施例では、ミラー２２
及び２４から構成され、光源ユニット１０から発光され
た光束を装置本体３０に案内する引き回し系である。引
き回し系にはレンズ等を含んでもよいし、本発明では光
学系２０は省略されて光源ユニット１０からの光束は装
置本体３０に直接入射してもよい。
【００２８】装置本体３０は、上述したように、照明光
学系４０と、レチクル５０と、投影光学系６０と、プレ
ート７０と、ステージ８０と、補正装置１００とを有す
る。
【００２９】照明光学系４０はレチクル５０を照明する
光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレー
タ、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエ
の目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリッ
ト、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系４
０は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。
ライトインテグレータは、ハエの目レンズや２組のシリ
ンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）
板を重ねることによって構成されるインテグレーター等
を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もあ
る。
【００３０】レチクル５０は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成さ
れ、図示しないレチクルステージに支持される。レチク
ル５０から発せられた回折光は投影光学系６０を通りプ
レート７０上に投影される。プレート７０はウェハや液
晶基板などの被処理体でありレジストが塗布されてい
る。レチクル５０とプレート７０とは共役の関係にあ
る。走査型投影露光装置であれば、レチクル５０とプレ
ート７０を走査することによりレチクル５０のパターン
をプレート７０上に転写する。露光装置１がステッパー
（ステップアンドリピート露光方式の露光装置）の場合
は、レチクル５０とプレート７０を静止させた状態で露
光が行われる。
【００３１】投影光学系６０は、複数のレンズ素子のみ
からなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の
凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学
系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォー
ムなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の
光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要
な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス
材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素
子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成した
りする。
【００３２】プレート７０にはフォトレジストが塗布さ
れている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着
性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリ
ベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。
密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密
着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布に
よる疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔ
ｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート
又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工
程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除
去する。
【００３３】ステージ８０は、プレート７０を支持して
いる。ステージ８０は、当業界で周知のいかなる構成を
も適用することができるので、ここでは詳しい構造及び
動作の説明は省略する。例えば、ステージ８０はリニア
モータを利用してＸＹ方向にプレート７０を移動するこ
とができる。レチクル５０とプレート７０は同期走査さ
れ、ステージ８０と図示しないレチクルステージの位置
は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者
は一定の速度比率で駆動される。
【００３４】補正装置１００は、図２に詳細に示されて
いるが、光源ユニット１０と装置本体３０という２つの
光学ユニットの光軸のずれを補正する。ここで、図２
は、図１に示す補正装置１００のより詳細なブロック図
である。また、光軸のずれは、本実施例では光軸の角度
ずれと位置ずれを含む。補正装置１００は、ミラー１１
０及び１３０と、傾斜部１１２及び１３２と、駆動装置
１１４及び１３４と、フーリエ変換レンズ１２０、逆フ
ーリエ変換レンズ１４０と、ハーフミラー１５０と、検
出光学系１６０と、制御部１７０とを有する。
【００３５】ミラー１１０は、光軸ずれの角度ずれを光
軸とミラーのなす角度を変更することによって補正する
ミラーである。ミラー１１０にはミラーと光軸との角度
を変更するために傾斜部１１２が接続されている。本実
施例は、説明の便宜上、図２の紙面に垂直な一軸に関す
る角度のみを説明しているが、２次元的に角度を変化す
ることができることはいうまでもない。傾斜部１１２
は、例えば、図２の紙面に垂直でミラー１１０に接続さ
れた軸と当該軸に嵌合するギアから構成される。傾斜部
１１２は駆動装置１１４に接続及び駆動される。駆動装
置１１４は、例えば、モータと、当該モータのモータ軸
に嵌合して傾斜部１１２のギアに嵌合するギアから構成
される。この結果、駆動装置１１４へのモータへの通電
が制御されることによりモータ軸の回転が傾斜部１１２
の軸に伝達されてミラー１１０が回転し、光軸とミラー
１１０のなす角度が変更される。また他の駆動方法とし
て、ミラー背面にピエゾ素子を配置して、ピエゾ素子に
より駆動する方法も考えられる。
【００３６】フーリエ変換レンズ１２０は、ミラー１１
０の位置とミラー１３０の位置を像と瞳の関係に配置す
るレンズである。この結果、ミラー１１０の位置での位
置分布はミラー１３０の位置での角度分布に変換され、
ミラー１１０の位置での角度分布はミラー１３０の位置
での位置分布に変換される。
【００３７】ミラー１３０は、光軸ずれの位置ずれを光
軸とミラーのなす角度を変更することによって補正する
ミラーである。ミラー１３０にはミラーと光軸との角度
を変更するために傾斜部１３２が接続されている。本実
施例は、説明の便宜上、図２の紙面に垂直な一軸に関す
る角度のみを説明しているが、２次元的に角度を変化す
ることができることは言うまでもない。傾斜部１３２
は、例えば、図２の紙面に垂直でミラー１３０に接続さ
れた軸と当該軸に嵌合するギアから構成される。傾斜部
１３２は駆動装置１３４に接続及び駆動される。駆動装
置１３４は、例えば、モータと、当該モータのモータ軸
に嵌合して傾斜部１３２のギアに嵌合するギアから構成
される。この結果、駆動装置１３４へのモータへの通電
が制御されることによりモータ軸の回転が傾斜部１３２
の軸に伝達されてミラー１３０が回転し、光軸とミラー
１３０のなす角度が変更される。また他の駆動方法とし
て、ミラー背面にピエゾ素子を配置して、ピエゾ素子に
より駆動する方法も考えられる。
【００３８】なお、短い波長領域においては、反射膜を
成膜する膜材が限定されるために反射率の高い膜の設計
が困難である。このため、反射膜の反射率が低下しない
ように屈折率差を利用した全反射を用いた光学部材をミ
ラー１１０及び１３０に使用することが好ましい。以
下、かかる光学部材について説明する。
【００３９】図８（ａ）はミラー１１０及び１３０の代
替例としての内面反射型光学素子２００の概略斜視図で
ある。光学素子２００は２００ｎｍ以下の波長光におい
て充分な透過率（９９．５％／ｃｍ以上）を有する硝材
から構成されている。図中、２０１は入射面、２０２は
反射面（全反射面）、２０３は射出面である。光を高効
率に偏向させるには、透過率が充分に高い硝材を使用す
ることはもちろんのこと、入射面、反射面、射出面の各
面での光量損失を極力小さくする必要がある。図８
（ｂ）は高効率に光を偏向させるための条件を詳細に示
した内面反射型光学素子２００の平面図である。Ａ１、
Ａ２、Ａ３、はそれぞれ入射面２０１、反射面２０２、
射出面２０３への入射角、Ａ１’、Ａ３’は入射面２０
１、射出面２０３での屈折角である。内面反射型光学素
子２００が波長１９３ｎｍにおいて屈折率ｎｃ＝１．５
の蛍石（ＣａＦ2）硝材から構成されるものとし、周囲
は波長１９３ｎｍで十分透過性のある媒質（屈折率ｎｇ
＝１）で満たされているものとする。入射光は波長１９
３ｎｍの平行な光束で、偏光は直線偏光状態である。
【００４０】入射面２０１で光量損失なく入射させるた
めには、「入射光の偏光方向を入射平面内方向（ｐ偏
光）と一致させ、かつ、ブリュースター角を満足する関
係」に設定すればよい。ここで、ブリュースター角（偏
光角）とは屈折率ｎｇの物質から屈折率ｎｃの物質へ入
射する際の入射角ψb1がｔａｎψb1＝ｎｃ／ｎｇを満足
する角度である。本実施形態では、ｔａｎψb1＝ｎｃ／
ｎｇ＝１．５であるので、ψb1 は約５６．３°とな
る。従って、入射角Ａ１＝ψb1とすることによって、ｐ
偏光の入射光はほぼ１００％の効率で入射面２０１を通
過し、反射面２０２へ導光される。
【００４１】反射面２０２に到達した光を光量損失なく
反射させるためには、全反射条件を満たすように反射面
を配置すればよい。即ち、反射面２０２に到達する光の
入射角Ａ２は「臨界角以上かつ９０°以下」の条件を満
足すればよい。ここで、臨界角とは全反射を起こす最小
の入射角ψｃで、屈折率ｎｃの物質から屈折率ｎｇの物
質を入射する場合、ｓｉｎψc＝ｎｇ／ｎｃを満足する
角度である。本実施携帯ではｓｉｎψc＝ｎｇ／ｎｃ＝
０．６６６…であるので、ψcは約４１．８°となる。
臨界角以外の条件で全反射すると、ｐ偏光とｓ偏光で異
なった量の位相飛びが発生するが、本実施形態ではｐ偏
光成分のみの直線偏光であるため、ｐ偏光のまま射出面
２０３に到達する。従って、反射面２０２への入射角Ａ
２を４１．８°≦Ａ２＜９０°に設定することによっ
て、ほぼ１００％の効率で反射され、射出面２０３へ導
光される。
【００４２】射出面２０３に到達した光を光量損失なく
射出させるためには、入射面２０１と同様に「偏光方向
をｐ偏光とし、かつ、ブリュースター角を満足するよう
な位置関係」に設定すればよい。つまりｔａｎψb3＝ｎ
ｇ／ｎｃ＝０．６６６６６に設定すればよい。これを満
たすψb3は約３３．７°である。従って、射出角Ａ３＝
ψb3＝３３．７°に設定することによって、ｐ偏光成分
の反射光はほぼ１００％の効率で射出面２０３を通過す
る。
【００４３】以上より、光が平行光で直線偏光状態であ
る場合には、「入射面と射出面がブリュースター角を満
足し、反射面が全反射を満足する」ように配置した内面
反射型光学素子２００を使用することで、屈折面及び反
射面での光量損失を理論的に零とすることが可能とな
り、この内面反射型光学素子２００を用いた光学系の光
量損失を少なくすることができる。つまり、入射面２０
１と射出面２０３のなす角度をθとすると、Ａ１＝Ａ
３’＝ψb1、Ａ１’＝Ａ３＝ψb3であるから、θ＋２ｘ
Ａ２＝１８０°（但し、臨界角≦Ａ２＜９０°）を満た
せばよいことになる。
【００４４】更に、図９に示すように、θ＝９０°とす
る光学素子２１０を使用すると製作上好ましく、射出光
を入射光に対して９０°偏光させることも可能である。
その際の反射面はＡ２＝４５°を満足するように配置し
てやればよい。ここで、入射角が片側３°の開き角をも
った光束である場合、すなわち入射角Ａ１が５３．３±
３°のときの界面（入射、反射、射出）の偏光効率を表
１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】表１より、ｎｃ／ｎｇ＝１．５の場合、入
射面２１１でのｐ偏光の反射率は、片側の開き角が３°
で約０．１％、２°で０．０５％、１°では０．０１％
であることが理解される。これは射出面２１３について
も同様である。反射面２１２への入射角Ａ２は全反射条
件を満たしている。従って、偏向効率は表１に示すごと
く、開き角が３°で９９．８％程度、２°以下なら９
９．９％以上を保証することができる。但し、厳密な偏
向効率は硝材の厚みに応じた透過率を考慮する必要があ
る。以上より、直線偏光で片側３°程度までの開き角を
持つ光束においても、内面反射型光学素子２００で効率
よく偏向することが可能となる。
【００４７】図１０は直角プリズムの場合を示し、反射
面２２２で全反射させることによって偏向を行う。この
構造は単純な構造なので製作上好ましいが、入射面２２
１と射出面２２３にそれぞれ反射防止膜を設ける必要が
ある。また、反射防止膜を設けると入射光を特に直線偏
光状態に限定する必要はなくなるが、プリズムの光利用
効率は反射防止膜の効率に依存する。
【００４８】次に、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレ
ーザ光の場合を考える。ＡｒＦエキシマレーザ光は、露
光装置内の投影光学系の色収差の問題から狭帯域化され
ており、偏光度は９５％以上の略直線偏光状態となって
いる。また、片側の開き角が１°以下の略平行光束であ
る。図１１は、このビームプロファイル及び偏光状態を
示す。
【００４９】内面反射型光学素子２１０を用いて、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ光を偏向させた場合の効率を計算す
る。９５％の直線偏光成分を入射面２１１に対してｐ偏
光となるように入射させると、ｐ成分の光は１００％の
効率で入射で入射面を透過するが、僅かに存在するｓ成
分の光は１４．８％が反射される。（９５％×１）＋５
％ｘ０．８５２）＝９９．２６％であるから透過率は９
９．２６％となる。射出面２１３でも同様の減少が起こ
るため、内面反射型光学素子２１０の偏光効率は９８．
５％と低くなる。
【００５０】そこで、ＡｒＦエキシマレーザ光等の略直
線偏光光において、偏向効率を更に向上させるための方
法を以下に示す。図１２は、内面反射型光学素子２００
の更に変形例の内面反射型光学素子２３０の平面図であ
る。内面反射型光学素子２３０は、屈折率ｎｃ＝１．５
の蛍石（ＣａＦ2）硝材からなり、周囲は波長１９３ｎ
ｍで十分透過性のある媒質（屈折率ｎｇ＝１）で満たさ
れている。屈折面である入射面２３１と射出面２３３に
は透過率を向上させるため、例えば、屈折率ｎ＝１．４
の物質でオーバーコート２３４が施され、その入射角Ａ
１はオーバーコート２３４の条件に応じて設定されてい
る。これは、入射面等の屈折面にオーバーコートする
と、コート層の各界面での屈折率がｓｉｎ関数で決定さ
れるため、ｔａｎ関数で決定されるブリュースターの条
件から誤差が生じて透過率が悪化するためである。つま
り、コートする物質の屈折率と厚みに応じて透過率が最
適となる入射角を設定する必要がある。
【００５１】表２に屈折率ｎ＝１．４の物資を蛍石硝材
に５５ｎｍ厚でオーバーコート下場合の、入射面におけ
る入射角Ａ１と反射率（Ｒｓ、Ｒｐ）及び界面（入射、
反射、射出）での偏向効率を示す。
【００５２】
【表２】
【００５３】表２よりオーバーコートを施すことによ
り、入射角Ａ１が４８°乃至５２°の際には屈折面一面
当たり９９．６５％の透過率が得られ、内面反射型光学
素子２３０の偏向効率は９９．３％まで高くすることが
できることが理解されるであろう。
【００５４】以上より、片側２°以下の開き角で偏光度
が９５％程度の略直線偏光を用いる場合には、屈折面に
オーバーコートを施し、最適な入射角を与えることで高
い偏光効率を得ることが可能になる。
【００５５】なお、蛍石等潮解性を有する硝材を使用す
る場合には、保護膜という意味においても表面にオーバ
ーコートをすることが望ましい。屈折面におけるオーバ
ーコートは表２で示したような条件で代用してもよい。
一方、反射面におけるオーバーコートは全反射を満足さ
せつつ耐性のある物質でコートすることが望ましく、屈
折面のオーバーコート物質を流用できればなお好まし
い。
【００５６】図１３は、例えば、ＳｉＯ2を反射面２０
２にオーバーコートした場合を示した図である。Ｅ０は
反射面への入射光である。Ｅ０はＣａＦ2とＳｉＯ2の界
面において、大部分（Ｔ１）はＳｉＯ2コート層へ透過
し、一部（Ｒ１）は反射する。透過光Ｔ１はＳｉＯ2と
媒質（例えば、窒素雰囲気）の界面において全反射し、
ＣａＦ2とＳｉＯ2の界面において、Ｔ１の大部分（Ｒ
２）は透過してＣａＦ2へ戻る。一部（Ｔ２）はＳｉＯ2
コート層へ反射し、以後、全反射（ＳｉＯ2と窒素の界
面で）と反射屈折（ＣａＦ2とＳｉＯ2の界面で）を繰り
返す。
【００５７】よって、全反射面への入射光（Ｅ０）とＣ
ａＦ2に反射して戻ってくる光（Ｒ１＋Ｒ２＋…）とは
等しく、結果的に光量損失なく偏向することが可能とな
る。なお、ＳｉＯ2コート層の厚みは数十ｎｍオーダー
なので、ＳｉＯ2コート層での透過率損失は無視できる
量である。なお、上記実施形態においては、硝材として
蛍石（ＣａＦ2）を使用して説明してきたが、他にも合
成石英（ＳｉＯ2）、ＭｇＦ2、ＬｉＦ等が使用可能であ
る。
【００５８】逆フーリエ変換レンズ１４０は、以降の説
明を簡単にするために設けられているが必ずしも必要で
はない。
【００５９】ハーフミラー１５０は、ほとんどの光を反
射して一部の光を透過するが。ハーフミラー１５０によ
って反射された光は照明光学系４０に入射し露光光とな
り、ハーフミラー１５０を透過した光は光軸のずれを検
出する検出光学系１６０に入射する。
【００６０】検出光学系１６０は第１及び第２の検出光
学系からなり、第１の検出光学系は、ハーフミラー１６
２と、結像レンズ１６４ａと、検出器１６６ａとから構
成され、第２の検出光学系は、ハーフミラー１５２と、
フーリエ変換レンズ１６４ｂと、検出器１６６ｂとから
構成される。ハーフミラー１５２の透過率と反射率のほ
ぼ等しく設定されている。結像レンズ１６４ａは、ミラ
ー１１０と検出器１６６ａとをほぼ共役に配置する。フ
ーリエ変換レンズ１６４ｂは、ミラー１１０と検出器１
６６ｂとを像と瞳の関係に配置する。なお、検出器１６
６ａに入射する光をハーフミラー１６２からの反射光と
し、検出器１６６ｂに入射する光をハーフミラー１６２
からの透過光にしてもよい。
【００６１】検出器１６６ａ及び１６６ｂは、本実施例
では、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐ
ｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）から構成され、光強度分布の位
置分布を検出することができる。但し、検出器１６６ａ
及び１６６ｂはＣＣＤに限定されず、光強度分布が計測
可能な検出器４分割センサや、入射ビームの位置を検出
可能なＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ Ｄｉｏ
ｄｅ）などを使用してもよい。
【００６２】制御部１７０は、検出光学系１６０の検出
結果から光軸の位置ずれ及び角度ずれがなくなるように
駆動装置１１４及び１３４を補正する。
【００６３】以下、補正装置１００の動作について、図
３乃至図５を参照して説明する。ここで、図３は、ミラ
ー１１０及び１３０の光学的関係を示す図であり、図４
は、補正装置１００が光軸の角度ずれを補正する場合を
説明する図であり、図５は、補正装置１００が光軸の位
置ずれを補正する場合を説明する図である。なお、上述
したように、本実施例の補正装置１００の一次元の補正
を実行するが通常の光軸のずれは２次元であり、本実施
例を２次元に拡張したものが使用される。
【００６４】光源ユニット１０から発せられた光束は光
学系２０により引き回されて装置本体３０の補正装置１
００に入射する。光源ユニット１０と装置本体３０との
設置環境の相違から装置本体３０に入射する光軸は、装
置本体３０の光学系の光軸とは角度及び位置においてず
れている。
【００６５】補正装置１００においては、フーリエ変換
レンズ１２０に関して、その像側焦点にミラー１３０が
配置され、その物体側焦点にミラー１１０が配置されて
いる。図３に示す直線は、フーリエ変換レンズ１２０に
より、ミラー１１０の位置で平行光であった光がミラー
１３０の位置で集光することを示し、図３に示す点線
は、フーリエ変換レンズ１２０により、ミラー１１０の
位置で集光していた光がミラー１３０の位置で平行光と
なることを示している。この結果、ミラー１１０の位置
での位置ずれはミラー１３０の位置で角度ずれに変換さ
れ、ミラー１１０の位置での角度ずれはミラー１３０の
位置での位置ずれに変換される。
【００６６】光源ユニット１０と装置本体３０との光軸
ずれが角度ずれのみである場合には、図４に示すように
ミラー１１０を細線から太線に回転することによって、
ミラー１３０より先の光強度分布を角度ずれが発生して
いない時と同じように補正することができる。一方、光
源ユニット１０と装置本体３０との光軸ずれが位置ずれ
のみである場合には、図５のようにミラー１３０を細線
から太線へ回転することによって、ミラー１３０より先
の光強度分布を位置ずれが発生していない時と同じよう
に補正することができる。実際には、光軸の位置ずれと
角度ずれは同時に発生するので、ミラー１１０の駆動と
ミラー１３０の駆動を組み合わせることになる。本実施
例によれば、位置ずれも角度ずれに変換されてミラー１
３０を回転することにより補正される。ミラー１３０を
一つの軸に対して回転させるだけで補正できるので、従
来のようにミラー１１０を平行移動するよりも容易で応
答性のよい補正が可能となる。なぜなら、平行移動によ
り補正するためにはミラーの平行度を保って駆動しなけ
ればならないために駆動機構が複雑になり、かつミラー
全体が動くために慣性力が大きく急加速、急減速ができ
ないため応答性が悪いからである。一方１つの軸に対し
て回転により補正する場合には、軸に対して回転するだ
けであるので、駆動機構が簡素であり、かつミラー全体
を駆動するわけではないので、応答性が高い。また、所
定の屈折率を有する平行平板を使用する公開特許平成１
１年第１４５０３３号公報や公開特許２０００年第７７
３１５号公報によれば、例えば、平行平板の最大傾け角
を２０度とし、屈折率を１．５とすると、最大±１５ｍ
ｍの補正を行なうためには１２２ｍｍの厚さの平行平板
を使用しなければならない。一方、硝材の透過率を１ｃ
ｍ当たり９９．５％とすると、０．９９５の１２．２乗
となり、光学部材の透過率は９４％程度となってしま
う。一枚で９４％であり、ｘ方向とｙ方向のために２枚
必要なので、硝材透過率だけで８８．５％、かつ、光学
部材の透過率には反射防止膜の透過率もかけなければな
らないので２次元の光軸ずれを補正するにはそれ以下の
透過率となる。一方、本実施例においては、反射膜の反
射ロス分の効率ロスであり、９４％以上の効率が得られ
る。
【００６７】図２を再び参照するに、ハーフミラー１５
０に入射した光線はハーフミラー１５０によって分岐さ
れ、反射光は照明光学系４０へ向かい、ハーフミラー１
５０を透過した光は検出光学系１６０へ入射する。検出
光学系１６０に入射した光は、まず透過率と反射率のほ
ぼ等しいハーフミラー１６２によって分岐される。透過
光は結像レンズ１６４ａによってミラー１１０とほぼ共
役に配置された検出器１６６ａに入射し、反射光はフー
リエ変換レンズ１６４ｂによってミラー１１０に対して
像と瞳の関係に配置された検出器１６６ｂに入射する。
検出器１６６ａはミラー１１０の位置における位置分布
を、検出器１６６ｂはミラー１１０の位置における角度
分布を検出する。従って、本実施例の検出光学系１６０
によれば、制御部１７０は検出器１６６ａの出力に従っ
てミラー１３０を、検出器１６６ｂの出力に従ってミラ
ー１１０の駆動を制御する。
【００６８】 より具体的には、検出器１６６ａの出力
ａと検出器１６６ｂの出力ｂのそれぞれに基づいて、制
御部１７０は、まず、検出器１６６ａの光量分布
（ａｘ、ａｙ）と検出器１６６ｂの光量分布（ｂｘ、ｂ
ｙ）を計算する。次いで、制御部１７０は、各重心位置
の基準位置（ａ０、ａ０）及び（ｂ０、ｂ０）からのず
れ量（δａｘ、δａｙ）及び（δｂｘ、δｂｙ）を算出
する。次に、制御部１７０は、（δａｘ、δａｙ）に基
づいてミラー１３０の回転角に相当する制御信号（θａ
ｘ、θａｙ）を駆動装置１３４に出力し、（δｂｘ、δ
ｂｙ）に基づいてミラー１１０の回転角に相当する制御
信号（θｂｘ、θｂｙ）を駆動装置１３４に出力する。
θａとδaの間には、１３０から検出器１６６ａまでの
光学系の焦点距離をｆａとしてθａ=δａ÷ｆａの関係
が、θｂとδｂの間には、１１０から検出器１６６ｂま
での光学系の焦点距離をｆｂとしてθｂ=δｂ÷ｆｂの
関係がある。制御部１７０によるかかる制御により、ハ
ーフミラー１５０から照明光学系４０への反射光の光軸
のずれ（即ち、角度ずれ及び位置ずれ）が補正される。
【００６９】露光装置１の動作として以下に説明する。
露光において、光源ユニット１０から発せられた光束は
装置本体３０に入射した後、補正装置１００によりその
光軸のずれが補正され、ハーフミラー１５０よって照明
光学系４０に入射する。照明光学系４０に入射した光
は、その後、レチクル５０を、例えば、ケーラー照明す
る。露光装置１は照明光学系４０に入射する光の光軸の
ずれを補正するので、レジストへのパターン転写を高精
度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素
子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を
提供することができる。
【００７０】次に、図６及び図７を参照して、上述の露
光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明
する。図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チ
ップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロ
ーチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例
に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回
路設計を行う。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。ステップ
３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェ
ハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程
と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術に
よってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５
（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作
成されたウェ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で作成された半導体
デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を
行う。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。
【００７１】図７は、ステップ４のウェハプロセスの詳
細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では
ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）で
は、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）で
は、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位の
デバイスを製造することができる。
【００７２】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種
々の変形及び変更が可能である。
【００７３】
【発明の効果】本発明の補正装置及び露光装置によれ
ば、変換部が位置ずれを角度ずれに変換して、例えば、
光軸の位置ずれを反射位置の平行移動によって補正する
ことを不要にするので、反射位置の角度を維持したまま
平行移動するよりも構造が簡単で、かつ、応答性よく光
軸の位置ずれを補正することができる。また、本発明の
補正装置及び露光装置は、所定の屈折率を有する平行平
板による補正よりも透過率が高いので所望の像面照度と
スループットを得ることができる。また、補正装置によ
り露光の解像度の高いデバイス製造方法により、高品位
な半導体、ＬＣＤ、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッドなどのデバ
イスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的な露光装置の単純化された光
路図である。
【図２】 図１に示す露光装置の補正装置のより詳細な
ブロック図である。
【図３】 図２に示す補正装置のミラーの光学的関係を
示す図である。
【図４】 補正装置が光軸の角度ずれを補正する場合を
説明する図である。
【図５】 補正装置が光軸の位置ずれを補正する場合を
説明する図である。
【図６】 本発明の露光工程を有するデバイス製造方法
を説明するためのフローチャートである。
【図７】 図６に示すステップ４の詳細なフローチャー
トである。
【図８】 図８（ａ）は図１に示す補正装置のミラーの
代替例としての内面反射型光学素子の概略斜視図で、図
８（ｂ）は高効率に光を偏向させるための条件を詳細に
示した内面反射型光学素子の平面図である。
【図９】 図８に示す内面反射型光学素子の変形例の平
面図である。
【図１０】 図８に示す内面反射型光学素子の更に変形
例としての直角プリズムの平面図である。
【図１１】 ＡｒＦエキシマレーザ光のビームプロファ
イルと偏光を示す図である。
【図１２】 図８に示す内面反射型光学素子の更に変形
例の平面図である。
【図１３】 図８に示す内面反射型光学素子の反射面を
ＳｉＯ2でオーバーコートした場合の図である。
【符号の説明】
１ 露光装置 １００ 補正装置 １１０ ミラー １２０ フーリエ変換レンズ １３０ ミラー １４０ 逆フーリエ変換レンズ １５０ ハーフミラー １６０ 検出光学系 １７０ 制御部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 13/00 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ Ｇ０２Ｆ 1/13 １０１ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｚ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方から射出した光が他方に入射するよ
    うに構成されている分離された２つの光学ユニットの光
    軸ずれを補正する補正装置であって、 光軸の位置ずれを角度ずれに変換するフーリエ変換レン
    ズと、 前記角度ずれを補正する角度補正部とを有する補正装
    置。
  2. 【請求項２】 一方から射出した光が他方に入射するよ
    うに構成されている分離された２つの光学ユニットの光
    軸ずれを補正する補正装置であって、 光軸の角度ずれを補正する第１の角度補正部と、 光軸の位置ずれを角度ずれに変換するフーリエ変換レン
    ズと、 前記変換された角度ずれを補正する第２の角度補正部と
    を有する補正装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２の角度補正部の少なく
    とも一方は、反射鏡と当該反射鏡を前記光軸に対して傾
    斜させる傾斜手段からなる請求項２記載の補正装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２の角度補正部の少なく
    とも一方は、屈折率差を利用した全反射を用いた光学部
    材と、当該光学部材を前記光軸に対して傾斜させる傾斜
    手段からなる請求項２記載の補正装置。
  5. 【請求項５】 前記光軸の前記角度ずれを検出する第１
    の検出部と、 前記光軸の前記位置ずれに対応する前記変換された角度
    ずれを検出する第２の検出部と、 前記第１及び第２の検出部に接続され、当該第１及び第
    ２の検出部の検出結果に基づいて前記第１及び第２の角
    度補正部を制御する制御部とを更に有する請求項２記載
    の補正装置。
  6. 【請求項６】 前記第１及び第２の角度補正部の少なく
    とも一方は、反射鏡と当該反射鏡を前記光軸に対して傾
    斜するように駆動する駆動装置からなり、 前記制御部は、前記駆動装置を制御する請求項５記載の
    補正装置。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載
    の補正装置と、 前記光を射出する前記一方の光学ユニットに設けられた
    光源と、 前記光源からの光を使用してレチクル又はマスクに形成
    されたパターンを被処理体に投影する光学系とを有する
    露光装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の露光装置を用いて被処理
    体を投影露光する工程と、 前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
    程とを有するデバイス製造方法。
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