JPH0936026A - 投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オプティカルインテグレータを用いた照明系
を利用し、被照射面を均一に照明し高集積度の半導体デ
バイスの製造を容易にした投影露光装置及びそれを用い
た半導体デバイスの製造方法を得ること。 【構成】 光源からの光束を２次光源を形成する複数の
微小レンズより成るオプティカルインテグレータを有す
る照明系により被照射面上のパターンを照明し、該パタ
ーンを投影光学系により基板面上に投影し露光する際、
該照明系は該オプティカルインテグレータの光入射側に
該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズのう
ち少なくとも１つの微小レンズを通過する光量を制御す
る光量制御手段を該オプティカルインテグレータの中心
の微小レンズあるいは中心に対にして回転対称で正方形
の頂点に位置する４つの微小レンズの少なくとも一方に
有していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置及びそれを
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、具体的にはＩ
Ｃ、ＬＳＩ、磁気ヘッド、液晶パネル等の半導体デバイ
スの製造装置である所謂ステッパーにおいて、被照射面
であるレチクル面上のパターンを適切なる照度分布の光
束で照明し高い解像力が容易に得られるようにしたもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイスの製造技術は電子
回路の高集積化に伴い、解像パターン線幅も例えば１μ
ｍ以下となり、光学的な投影露光装置においても従来に
比べてより高解像力化されたものが要望されている。

【０００３】一般にレチクル面上の回路パターンを投影
光学系を介してウエハ面（投影面）上に投影する際、回
路パターンの解像線幅は使用波長や投影光学系のＮ．Ａ
等と共に投影面上における照度分布の均一性の良否が大
きく影響してくる。この為、従来の多くの投影露光装置
では、例えばウエハを載置するＸＹステージ面上に照度
計を配置して投影面上における照度分布を測定してい
る。

【０００４】例えば、 （イ）ウエハを載置するＸＹステージの一部に照度計を
装着しておき、必要に応じてＸＹステージ上の照度計を
投影面上に移動させて照度分布を測定する方法。 （ロ）ＸＹステージ面上の一部に測定に際して、その都
度照度計を載置し、ＸＹステージを移動させながら投影
面内の照度分布を測定する方法。等が用いられている。

【０００５】この他、最近の投影露光装置の照明系で
は、例えばコンデンサーレンズでディストーションを調
整したりして、被照射面上の照度分布の均一化を図って
たり、又、特開昭６４−４２８２１号公報では照明系を
構成するオプティカルインテグレータの微小レンズ群の
入射面に遮光部材を配置して、被照射面上での照度分布
を補正して均一化を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６４−４２８２１号公報の方法では、２つの遮光部材が
２つの微小レンズに対応させて設けてあるだけであり、
レチクル面上へ照明光束の入射角度が設計値より実質的
にはずれ、像面においてテレセン度（結像光束の入射角
〜通常垂直入射）がずれてしまうので、結像性能が低下
する。

【０００７】本発明は２次光源形成手段としてオプティ
カルインテグレータを含む照明系を用いて被照射面を照
明する際、適切に設定した光量制御手段を照明系の一部
に用いることによりテレセン度のずれを小さくして被照
射面を均一に照明し、レチクル面上の各種のパターンを
ウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写することがで
きる投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製
造方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 （１−１）光源からの光束を２次光源を形成する複数の
微小レンズより成るオプティカルインテグレータを有す
る照明系により被照射面上のパターンを照明し、該パタ
ーンを投影光学系により基板面上に投影し露光する際、
該照明系は該オプティカルインテグレータの光入射側に
該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズのう
ち少なくとも１つの微小レンズを通過する光量を制御す
る光量制御手段を該オプティカルインテグレータの中心
の微小レンズあるいは中心に対にして回転対称で正方形
の頂点に位置する４つの微小レンズの少なくとも一方に
有していることを特徴としている。

【０００９】特に、（１−１−１）前記光量制御手段の
透過光量を制御する光量調整部はＮＤフィルター又は遮
光部材より成っていること、（１−１−２）前記光量制
御手段は光軸上移動可能であり、前記被照射面と光学的
に共役な面から所定距離だけ離れて位置していること、
（１−１−３）前記光量制御手段は透過率及び透過形状
の異なる光学フィルター又は遮光部材を複数種有し、こ
のうち１つのを選択して光路中に挿脱していること等を
特徴としている。

【００１０】本発明の半導体素子の製造方法は、 （２−１）光源からの光束を２次光源を形成する複数の
微小レンズより成るオプティカルインテグレータを有す
る照明系によりレチクル面上のパターンを照明し、該パ
ターンを投影光学系によりウエハ面上に投影し露光した
後に、該ウエハを現像処理工程を介して半導体デバイス
を製造する際、該照明系は該オプティカルインテグレー
タの光入射側に該オプティカルインテグレータの複数の
微小レンズのうち少なくとも１つの微小レンズを通過す
る光量を制御する光量制御手段を有していることを特徴
としている。

【００１１】特に、（２−１−１）前記光量制御手段の
透過光量を制御する光量調整部はＮＤフィルター又は遮
光部より成っていること、（２−１−２）前記光量制御
手段は光軸上移動可能であり、前記被照射面と光学的に
共役な面から所定距離だけ離れて位置していること、
（２−１−３）前記光量制御手段は透過率及び透過形状
の異なる光学フィルター又は遮光部材を複数種有し、こ
のうち１つのを選択して光路中に挿脱していること等を
特徴としている。

【００１２】ＮＤフィルターは、Nentral Density フィ
ルターのことで、一部の光を通過させ、他の光を吸収す
るもの，遮光部材は、ほぼ全ての光を吸収するものであ
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。

【００１４】図中、２は楕円鏡である。１は水銀ランプ
等の光源としての発光管であり、紫外線及び遠紫外線等
を放射する高輝度の発光部１ａを有している。発光部１
ａは楕円鏡２の第１焦点近傍に配置している。３はコー
ルドミラーであり、多層膜より成り、大部分の赤外光を
透過すると共に大部分の紫外光を反射させている。楕円
鏡２はコールドミラー３を介して第２焦点４近傍に発光
部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。

【００１５】５は光学系であり、コンデンサーレンズや
コリメーターレンズそしてズームレンズ等から成り、第
２焦点４近傍に形成した発光部像１ｂを光量制御手段１
７を介してオプティカルインテグレータ６の入射面６ａ
に結像させている。オプティカルインテグレータ６は断
面が４角形状の複数の微小レンズ６ｃを２次元的に所定
のピッチで配列して構成しており、その射出面６ｂ近傍
に２次光源を形成している。

【００１６】光量制御手段１７は光軸上移動可能で、オ
プティカルインテグレータ６の光入射面６ａ近傍に配置
している。光量制御手段１７はオプティカルインテグレ
ータ６の複数の微小レンズのうち少なくとも１つの微小
レンズを通過する光量をＮＤフィルターや遮光部材から
成る光量調整部により制御している。１８はホルダーで
あり、照度分布測定手段（不図示）からの信号に基づい
て光量制御手段１７を光軸上移動させて被照射面１０上
の照度分布を調整している。

【００１７】７は絞りであり、２次光源の形状を決定し
ている。絞り７は照明条件に応じて、絞り交換機構（ア
クチュエータ）１６によって種々の絞り７ａ，７ｂが光
路中に位置するように切り換え可能となっている。絞り
７としては、例えば通常の円形開口の絞りや、後述する
投影レンズ１３の瞳面１４上の光強度分布を変化させる
輪帯照明用絞りや、４重極照明用絞り等の１つから成っ
ている。

【００１８】本実施例では種々の絞り７を用いることに
より、集光レンズ８に入射する光束を種々と変えて投影
光学系１３の瞳面１４上の光強度分布を適切に制御して
いる。集光レンズ８はオプティカルインテグレータ６の
射出面６ｂ近傍の２次光源から射出し、絞り７を通過し
た複数の光束を集光し、ミラー９で反射させて被照射面
としてのマスキングブレード１０に指向し、該マスキン
グブレード１０面を重畳的に均一に照明している。マス
キングブレード１０は複数の可動の遮光板より成り、任
意の開口形状が形成されるようにしている。

【００１９】１１は結像レンズであり、マスキングブレ
ード１０の開口形状を被照射面としてのレチクル１２面
に転写し、レチクル１２面上の必要な領域を均一に照明
している。１３は投影光学系（投影レンズ）であり、レ
チクル１２面上の回路パターンをウエハチャックに載置
したウエハ（基板）１５面上に縮小投影している。１４
は投影光学系１３の瞳面である。

【００２０】本実施例における光学系では、発光部１ａ
と第２焦点４とオプティカルインテグレータ６の入射面
６ａとマスキングブレード１０とレチクル１２とウエハ
１５とが共役関係となっている。又、絞り７と投影光学
系１３の瞳面１４とが略共役関係となっている。

【００２１】本実施例では以上のような構成により、レ
チクル１２面上のパターンをウエハ１５面上に縮小投影
露光している。そして所定の現像処理過程を経て半導体
素子を製造している。

【００２２】尚、本実施例では本出願人が先の特開平５
−４７６２６号公報や特開平５−４７６４０号公報で提
案しているように、レチクル１２面上のパターン形状に
応じて開口形状の異なった絞りを選択して用いて、投影
光学系１３の瞳面１４上に形成される光強度分布を種々
と変えている。

【００２３】次に本実施例の光量制御手段１７の光学的
作用の特徴について説明する。

【００２４】図２（Ａ）は図１の光量制御手段１７の光
量調整部としてＮＤフィルター（又は遮光部材）を用い
た光学フィルターの光入射側から見た概略図、図２
（Ｂ）は図１の光量制御手段（光学フィルター）１７と
オプティカルインテグレータ６の要部側面図である。

【００２５】図２（Ａ）の光学フィルター１７はオプテ
ィカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズ７
ｃ（同図では点線で示す６９個の微小レンズ）に各々対
応して、複数の領域の透過光量が調整できる光量調整部
を有している。図２（Ａ）ではオプティカルインテグレ
ータ６の中央の１つの微小レンズ６ｄに対応して、入射
光量を減少させる輪帯状のＮＤフィルター３１を含む１
つの光量調整部２１を示している。

【００２６】本実施例のＮＤフィルターや遮光部材は一
般にガラス基板面上にＣｒ等の金属膜や誘電体多層膜を
蒸着したり又は基板そのものに色素を混ぜたりして所望
の透過率が得られるように構成している。尚、ＮＤフィ
ルターと同様の光学的性質を有するものであれば、他の
光学部材を用いても良い。

【００２７】図２（Ｂ）において、６ｃはオプティカル
インテグレータ６を構成する複数の微小レンズのうちの
１つの微小レンズである。微小レンズ６ｃの光入射側の
レンズ面６ｃ１の後側焦点は光射出側のレンズ面６ｃ２
の位置にある。又、微小レンズ６ｃの光射出側のレンズ
面６ｃ２の前側焦点は光入射側のレンズ面６ｃ１の位置
にある。この為、光学系５で微小レンズ６ｃのレンズ面
６ｃ１に集光した光束はレンズ面６ｃ２より平行光束と
して射出している。そしてレンズ面６ｃ２から射出した
平行光束は絞り７ａを介し、集光レンズ８で集光されミ
ラー９で反射してマスキングブレード１０上に集光して
いる。このようにしてオプティカルインテグレータ６の
光入射面６ａとマスキングブレード１０とを共役関係と
なるようにしている。

【００２８】本実施例において、被照射面１０に形成さ
れる照度分布は、理想的には各微小レンズ６ｃの入射面
での照度分布を重ね合わせたものであり、光軸対象な系
であれば照度ムラは発生しない。しかしながら実際に
は、レンズ系のフレアー、偏心、レンズのコーティング
特性等により被照射面１０に照度ムラが生じてくる。図
３はウエハ面１５上での照度ムラの一例である。

【００２９】次に本実施例において図３（Ａ）のような
照度ムラが生じたときを例にとり、その照度ムラの補正
方法について述べる。

【００３０】図３（Ａ）において、中間像高の照度ムラ
が０．５％、微小レンズ６ｃの数が図２（Ａ）のごとく
６９個とする。このとき照度ムラを補正する為に光量調
整部２１に透過光量を６５％に減少させる輪帯形状より
成るＮＤフィルター３１を設けている。輪帯部のＮＤフ
ィルター３１を透過した光束の強度は低下し、理想的に
は輪帯部と共役な面上で （１−６５／１００）／６９×１００＝０．５（％） の照度低下が起こる。

【００３１】ここで光学フィルター１７はオプティカル
インテグレータ６の入射面６ａから所定間隔Ｄの位置に
配置されており、距離Ｄが大きくなるにしたがってＮＤ
フィルター１７による照度低下部分とそうでない部分と
の境界が不鮮明になり、像面（ウエハ１５）上では矩形
ではなく、なだらかな形状（図３（Ｂ）の斜線部）で照
度低下を起こす。本実施例では光学フィルター１７を光
軸方向に移動可能として、距離Ｄを調整することにより
像面全域にわたって照度分布の均一化を図っている。こ
の実施例では、光軸上（中心）の小レンズの光量を調整
しているのでテレセン度のずれがほとんど生じない。

【００３２】以上のように本実施例では、オプティカル
インテグレータを構成する微小レンズ群のうち少なくと
も１つの微小レンズにおいて、被照射面と共役な入射面
６ｃ１の一部の光量を調整している。今、光量調整部の
数をｎ、微小レンズの数をＮ、透過率をＴ、照射面上で
照度をＷとする。このとき被照射面においては、そのＮ
Ｄフィルターの形状に略対応した領域において、 Ｗ＊ｎ＊（１−Ｔ）／Ｎ という微小量の照度を低下させている。

【００３３】本実施例では被照射面上の照度が高い領域
に対応した略相似形状のＮＤフィルター（又は遮光部
材）を設け、透過率を調整することにより、被照射面上
での照度を均一に修正している。また照度補正量を調整
する方法として、ＮＤフィルター（又は遮光部材）とオ
プティカルインテグレータの入射面との距離Ｄを大きく
して被照射面上での照度低下の割合を小さくすることを
可能としている。またＮＤフィルター（又は遮光部材）
とオプティカルインテグレータの入射面との距離を調整
することにより、光量調整部分の形状をぼかして照度調
整範囲を調整するようにしている。

【００３４】一般に投影光学系（投影レンズ）の瞳面上
の有効光源分布（光強度分布）が投影パターン像の像性
能（解像力）に大きく影響してくる。この為、本実施例
では半導体素子製造用の露光装置として各工程毎に最適
な照明方法を用いている。例えば、本出願人が特開平６
−２０４１２１号公報、特開平７−２９８１６号公報、
特開平７−６６１２１号公報等で提案している投影光学
系の瞳面上の強度分布を種々と変えた照明系を用いてい
る。

【００３５】本実施例では、例えばこれらの公報で提案
している光軸を中心に円周上の４つの領域の強度分布を
調整した所謂４重極照明を用いている。一般に開口形状
の異なる絞りを用いて投影光学系の瞳面上の光強度分布
を種々と制御しようとすると、レチクル面上の照度分布
が不均一になってくる場合がある。そこで本実施例で
は、開口形状の異なる絞りを用いて、例えば４重極照明
等で投影光学系の瞳面上での有効光源分布を種々と変え
たときに生ずる被照射面上の照度分布の不均一を４つの
領域２０ａ〜２０ｄにおける光透過量を減少させる、図
４に示すような光量制御手段２０を用いて改善してい
る。

【００３６】図４では４つの微小レンズに相当する光量
調整部２０ａ〜２０ｄの光透過量を調整している。４重
極照明の場合、テレセン度のずれを実質的になくすた
め、４ケ所の有効光源の光量は互いに同じに設定されて
いる。また、重畳照明に用いられるオプティカルインテ
グレータの数は通常照明に比べて少なくなってしまう。
従って１つの微小レンズの被照射面での寄与率が大きく
なる為、用いられるＮＤフィルターの透過率は大きくな
っている。尚、本実施例では照明条件（４重極照明等）
を変化させたときに、被照射面上で最も均一な照度分布
が得られるように交換機構１６により光学フィルターを
選択できるようにしている。

【００３７】図５は本実施例において照度分布の補正形
状に応じて適用できる種々な光量制御手段の要部平面図
である。

【００３８】図５（Ａ）は光学フィルターの中心に円形
の光量調整部が形成している。この形状は被照射面の中
心部ホットスポットを修正するのに適している。図５
（Ｂ）は中心の微小レンズだけでなく、その他の光軸
（中心）に関して回転対称で正方形の４つの頂点に位置
する微小レンズにも円形の光量調整部が配置している。
但し、ここでは５ケ所の光量調整部の透過率は互いに等
しいが、中心と他の４ケ所の光量調整部の透過率は互い
に異なっていても良い。図５（Ｃ）は光学フィルター１
７の中心に輪帯の光量調整部が形成されており、被照射
面の輪帯部の照度が高い場合の補正に有効である。図５
（Ｄ）は光学フィルターの中心に、４角形に穴の開いた
ような形状の光量調整部が形成されており、被照射面で
周辺部の照度が高い場合の補正に有効である。このよう
に本実施例では照度ムラの形状に合わせて光量調整部の
形状を最適化して像面上で均一な照度を容易に得てい
る。

【００３９】図６は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。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（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。

【００４５】ステップ１３（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。

【００４６】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。

【００４７】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、２次光源
形成手段としてオプティカルインテグレータを含む照明
系を用いて被照射面を照明する際、適切に設定した光量
制御手段を照明系の一部に用いることによりテレセン度
のずれを少なくして被照射面を均一に照明し、レチクル
面上の各種のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易
に露光転写することができる投影露光装置及びそれを用
いた半導体デバイスの製造方法を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】本発明の実施例１の光量制御手段とオプティカ
ルインテグレータの位置関係を示す概略図

【図３】本発明の実施例１の被照射面での照度分布の変
化特性を示す説明図

【図４】４重極照明時に有効なＮＤフィルターの形状を
示す説明図

【図５】ＮＤフィルターの種々の例を示す説明図

【図６】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート

【図７】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート

【符号の説明】

１ 水銀ランプ（光源） ２ 楕円ミラー ５ ズームレンズ（光学系） ６ オプティカルインテグレータ ６ｃ 微小レンズ ７ 絞り ８，１１ レンズ １０ マスキングブレード １２ レチクル １３ 投影光学系 １５ ウエハ １７ 光量制御手段 １８ ＮＤフィルター調整機構 ２１ 光量調整部 ３１ ＮＤフィルター

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を２次光源を形成する複
   数の微小レンズより成るオプティカルインテグレータを
   有する照明系により被照射面上のパターンを照明し、該
   パターンを投影光学系により基板面上に投影し露光する
   際、該照明系は該オプティカルインテグレータの光入射
   側に該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズ
   のうち少なくとも１つの微小レンズを通過する光量を制
   御する光量制御手段を該オプティカルインテグレータの
   中心の微小レンズあるいは中心に対にして回転対称で正
   方形の頂点に位置する４つの微小レンズの少なくとも一
   方に有していることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記光量制御手段の透過光量を制御する
   光量調整部はＮＤフィルター又は遮光部材より成ってい
   ることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記光量制御手段は光軸上移動可能であ
   り、前記被照射面と光学的に共役な面から所定距離だけ
   離れて位置していることを特徴とする請求項１の投影露
   光装置。
4. 【請求項４】 前記光量制御手段は透過率及び透過形状
   の異なる光学フィルター又は遮光部材を複数種有し、こ
   のうち１つのを選択して光路中に挿脱していることを特
   徴とする請求項１の投影露光装置。
5. 【請求項５】 光源からの光束を２次光源を形成する複
   数の微小レンズより成るオプティカルインテグレータを
   有する照明系によりレチクル面上のパターンを照明し、
   該パターンを投影光学系によりウエハ面上に投影し露光
   した後に、該ウエハを現像処理工程を介して半導体デバ
   イスを製造する際、該照明系は該オプティカルインテグ
   レータの光入射側に該オプティカルインテグレータの複
   数の微小レンズのうち少なくとも１つの微小レンズを通
   過する光量を制御する光量制御手段を有していることを
   特徴とする半導体デバイスの製造方法。
6. 【請求項６】 前記光量制御手段の透過光量を制御する
   光量調整部はＮＤフィルター又は遮光部より成っている
   ことを特徴とする請求項５の半導体デバイスの製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記光量制御手段は光軸上移動可能であ
   り、前記被照射面と光学的に共役な面から所定距離だけ
   離れて位置していることを特徴とする請求項５の半導体
   デバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 前記光量制御手段は透過率及び透過形状
   の異なる光学フィルター又は遮光部材を複数種有し、こ
   のうち１つのを選択して光路中に挿脱していることを特
   徴とする請求項５の半導体デバイスの製造方法。