JPH10303123A

JPH10303123A - 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH10303123A
Application number: JP9126335A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 洋佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: US6281964B1; JP3259657B2; US6339467B1

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクル面上のパターンを均一に照明し、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デバイスの製造方法を
得ること。【解決手段】光源から放射した光束で照明系を介して
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投影露光装置におい
て、該照明系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピ
ッチで配列したオプティカルインテグレータと、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の少
なくとも１つに入射する光量を制限する光量調整部を有
した光量制御手段と、該光量制御手段を光軸と直交する
方向に又は光軸に対して所定角度の方向に駆動制御する
為の駆動機構とを有し、これらの各要素を利用して被照
射面上の照度分布を制御していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、特に第１物体面
上のパターンを均一な照度分布の光束で照明し、該第１
物体面上のパターンを第２物体面上にステップアンドリ
ピート方式又はステップアンドスキャン方式を利用して
投影露光し、ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサ
ブミクロン又はクオーターミクロン以下の高集積度のデ
バイス（半導体素子）を製造する際に好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造用の投影露光装置で
は、照明系からの光束で電子回路パターンを形成したレ
チクルを照射し、該パターンを投影光学系でウエハー面
上に投影露光する。この際、高解像力化を図る為の一要
件としてウエハー面上を均一に照射することがある。

【０００３】この種の投影露光装置で用いられる照明系
では、照射面（レチクル面又はウエハ面）を均一に照射
するための種々の方法がとられている。例えば、ステッ
パーと呼ばれる投影露光装置では、コリメータレンズと
複数の微小レンズを所定のピッチで配列したオプティカ
ルインテグレータとを組み合わせた照明系を用いて、被
照射面を均一に照射している。

【０００４】照明系に、このようなオプティカルインテ
グレータを用いることにより、微小レンズの個数に相当
するだけの複数の２次光源を形成し、該２次光源からの
光束で被照射面を複数の方向から重畳して照明して、照
度分布の均一化を図っている。

【０００５】一般に被照射面での照度分布の不均一性を
示す値として、照度ムラＳを、被照射面での照度値の最
大値をＳｍａｘ、最小値をＳｍｉｎとして、Ｓ＝（Ｓｍａｘ -Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ+ Ｓｍｉｎ）で表現している。

【０００６】このとき従来の投影露光装置では、該被照
射面での不均一性を数パーセント以内にするようにして
いる。

【０００７】この他、最近の投影露光装置では、被照射
面における不均一な照度分布を補正するために、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す
る方法が行なわれている。又、特開昭６４−４２８２１
号公報では、オプティカルインテグレータの微小レンズ
群の複数の入射面に遮光部材を配置して被照射面の照度
分布の均一化を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】最近の超ＬＳＩ等の高
集積化を図った半導体素子の製造には、回路パターンの
焼き付けの際に要求される照度分布の均一性は極めて高
いものとなっている。

【０００９】今、投影露光装置の投影光学系の開口数を
ＮＡ、使用波長をλとしたとき、解像度ＲＰと焦点深度
ＤＯＦは一般に次の式で表されることが知られている。

【００１０】ＲＰ＝ｋ１（λ／ＮＡ） ‥‥‥（１）ＤＯＦ＝ｋ２（λ／ＮＡ² ） ‥‥‥（２）ここでｋ１，ｋ２はプロセス等に対応した定数である。
従来の一般的な照明方法では投影光学系の開口数をＮＡ
ｐｏ、照明光学系の開口数をＮＡｉｌとしたとき、次の
ようなパラメータが解像度の指標となっている。

【００１１】 σ＝ＮＡｉｌ／ＮＡｐｏ ‥‥‥（３）従来まではこの値σを０．５近辺の固定した値で用い、
照度ムラもある照明条件でのみ低減できれば所望の解像
力が得られた。

【００１２】ところが最近の超ＬＳＩの製造に伴い、投
影露光装置にこれまで以上に高解像度が要求されるよう
になってきている。

【００１３】（１），（２）式からわかるように、解像
度ＲＰを高めようとするにはλを小さくし（短波長
化）、投影光学系の開口数ＮＡｐｏを大きくすればよい
が、そうすると焦点深度ＤＯＦが小さくなってしまう。

【００１４】この相反する項目を両立させるために、斜
入射照明や位相シフトマスクと呼ばれる超解像結像技術
が提案されている。このような照明法では、照明光学系
の開口絞りを変更することでσ値を小さくしたり、所謂
輪帯形状や四重極形状のような特殊な形状の２次光源を
形成している。

【００１５】このような複数の照明方法に対し、多くの
投影露光装置ではある標準的な照明モードA で照度ムラ
が最小になるように照明系の各要素の位置を調整してい
る。しかしながら、斜入射照明法や小σ値等の照明モー
ドB に変えたときには、照明系の各要素が照明モードA
と同じでは必ずしも照度ムラが最小とはならなかった。

【００１６】従来の特開昭６４−４２８２１号公報で提
案されている方法では、例えばある照明モードＡでは照
度ムラを小さくできるものの、照明モードＢでは照度ム
ラが発生して露光装置の実力を十分発揮することができ
ないという問題があった。

【００１７】また投影露光装置においては、ウエハー
面、レチクル面、投影光学系、照明光学系の間で生じる
反射によってフレアが生じ、被照射面に不均一な照度分
布を発生させる場合もある。このフレアの量は使用する
レチクルの透過率やウエハーの反射率などによって変化
するが、これを補正することも従来の投影露光装置では
困難であった。

【００１８】本発明は、照明モードや照明条件を種々と
変更しても被照射面上の照度ムラを最小とし、レチクル
面上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投
影できる投影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。

【００１９】

【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) 光源から放射した光束で照明系を介して被照射面
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投影露光装置において、該照
明系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピッチで配
列したオプティカルインテグレータと、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の少なくとも
１つに入射する光量を制限する光量調整部を有した光量
制御手段と、該光量制御手段を光軸と直交する方向に又
は光軸に対して所定角度の方向に駆動制御する為の駆動
機構とを有し、これらの各要素を利用して被照射面上の
照度分布を制御していることを特徴としている。

【００２０】特に、 (1-1-1) 前記駆動機構は前記光量制御手段を光軸方向に
垂直な平面に沿って移動させて、前記被照射面の光軸に
対して非対称な不均一の照度分布を補正していること。

【００２１】又、前記不均一照度分布の補正は被照射面
の照度分布測定値をフィードバックすること。を特徴と
している。

【００２２】(1-1-2) 前記駆動機構は前記光量制御手段
を光軸方向に移動させて、前記被照射面と光学的に共役
な面から所定距離だけ離して該被照射面上の照度分布を
制御していること。

【００２３】(1-1-3) 前記駆動機構は前記光量制御手段
を、光軸方向に移動させて、前記被照射面上の光軸に対
して対称な不均一照度分布を補正していること。

【００２４】又、前記不均一照度分布の補正は被照射面
の照度分布測定値をフィードバックすることで最適化さ
れること。

【００２５】又、前記不均一照度分布の補正は被照射面
の照度分布測定値をフィードバックするフィードバック
制御を共に行うこと。等を特徴としている。

【００２６】(1-1-4) 前記不均一照度分布の補正が最適
化された際の、前記光量制御手段の駆動位置を検出する
機構と記憶する機構を有し、必要に応じて前記光量制御
手段を記憶された最適な位置へ駆動させること。

【００２７】(1-1-5) 前記光量制御手段は前記オプティ
カルインテグレータの中心に位置する微小レンズあるい
は中心に対して回転対称な正方形の頂点に位置する４つ
の微小レンズのうちの少なくとも一方を透過する光量を
制御していること。

【００２８】(1-1-6) 前記光量制御手段の光量調整部は
透過光量を制御するＮＤフィルターまたは遮光部材より
なっていること。

【００２９】(1-1-7) 前記光量調整部は透過率および形
状の異なるＮＤフィルターまたは遮光部材等の複数種よ
り成り、前記光量制御手段はこのうちの１つの光量調整
部を選択して光路中に装着可能としていること。等を特
徴としている。

【００３０】本発明のデバイスの製造方法は、 (2-1) 構成要件(1-1) の投影露光装置を用いてレチクル
面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影露
光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを
製造していることを特徴としている。

【００３１】

【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。本実施形態ではサブミクロンやクオータ
ーミクロン以下のリソグラフィー用のステップアンドリ
ピート方式又はステップアンドスキャン方式の投影露光
装置に適用した場合を示している。

【００３２】図中、２は楕円鏡である。１は光源として
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１ａは楕円鏡２の
第１焦点又はその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焦点又はその近傍４に発
光部１ａの発光部像（光源像）１ｂをを形成している。

【００３３】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焦点又はその近傍４に形成した発光部像１ｂを通過光
量を制限する光量制御手段１７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（ハエの眼レンズ）６−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）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次光源像を形成している。

【００３４】光量制御手段１７はオプティカルインテグ
レータ６の入射面６ａ近傍に配置しており、光学系５
（照明系）の光軸Ｌａに垂直な平面（ＸＹ平面）及び光
軸Ｌａ方向、そして光軸Ｌａに対して所定角度方向に移
動可能となっている。

【００３５】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の少なくとも１つの
微小レンズを透過する光量を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は駆動機
構であり、後述するマスキングブレード１０又はレチク
ル１２又はウエハ１５面上の照度を測定する照度分布測
定手段（不図示）からの信号に基づいて光量制御手段１
７を光軸上に垂直な平面、光軸方向、そして光軸に対し
て所定角度方向に移動させて被照射面（マスキングブレ
ード）１０上の照度分布を調整している。

【００３６】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替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、小σ値照明用絞り
等を有し、これらのうちの１つを選択して光路中に配置
している。

【００３７】本実施形態では種々の絞り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近傍の複数の２次光源から射出し、絞り７を
透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面を重畳させ
て、その面上を均一に照射している。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。

【００３８】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。

【００３９】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。１
４は投影光学系１３の瞳面である。

【００４０】本実施形態における光学系では、発光部１
ａ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が互いに共役関係となっている。又、絞り７ａと
投影光学系１３の瞳面１４とが略共役関係となってい
る。

【００４１】本実施形態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、デ
バイス（半導体素子）を製造している。

【００４２】本実施形態では、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。

【００４３】次に本実施形態の光量制御手段１７の光学
的作用の特徴について説明する。

【００４４】図２（Ａ）は図１の光量制御手段１７の光
量調整部２１としてＮＤフィルター（または遮光部材）
を用い、光学フィルターとして構成したときの光入射側
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。

【００４５】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６
ｃ（同図では点線で示す６９個の微小レンズ）に各々対
応していて、複数の領域の透過光量が調整できる光量調
整部２１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の微小レンズのうち１３個の微小レンズ
に対応して、入射光量を減少させる円形状のＮＤフィル
ター３１を含む１３個の光量調整部２１を示している。

【００４６】本実施形態の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、また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、Ｎ
Ｄ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。

【００４７】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である。
微小レンズ６ｃの光入射側のレンズ面6aの後側焦点は光
射出側のレンズ面6bの位置にある。また、微小レンズ６
ｃの光射出側のレンズ面6bの前側焦点は光入射側のレン
ズ面６ａ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６ａに集光した光束はレンズ面６ｂより
平行光束として射出している。そしてレンズ面６ｂ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
役関係になるようにしている。

【００４８】本実施形態において、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、光軸対称な
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はウエハー面１５上での照度ムラの一例の説明図で
ある。

【００４９】次に本実施形態における基本的な照度ムラ
の補正方法として、通常の照明方法を用いたときに、２
次元的に見ると図３（Ａ）、像高別断面で見ると図３
（Ｂ）のような照度ムラが生じた場合の補正方法につい
て述べる。

【００５０】今、図３（Ｂ）において軸上と周辺部での
照度分布差が３．８％、オプティカルインテグレータ６
を構成する微小レンズの数が図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８０％に減少させる円形状より成るＮＤフ
ィルター３１を１３個設けている。

【００５１】円形状部を透過した光束の強度は低下し、
理想的には透過率調整部と共役な面上で｛１３×（１−（８０／１００））／６９｝×１００≒
３．８（％）の照度低下が起こる。

【００５２】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から所定の距離Ｄだけ離
れた位置に配置されており、距離Ｄが大きくなるに従っ
てＮＤフィルター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、被照射面上（ウエハー１５）
での照度分布変化の断面は矩形ではなく、図３（Ｃ）の
斜線部で示したような、なだらかな形状で照度低下を起
こす。

【００５３】この実施形態では、光軸対称に小レンズの
光量を調整しているのでテレセン度（テレセントリック
度）のズレがほとんど生じない。このようにＮＤフィル
ターの透過率調整部の形状、大きさ、透過率、距離Ｄ等
を適切に決めることによって、被照射面１０全域に渡っ
て照度分布を均一にしている。

【００５４】以上のように本実施形態では、オプティカ
ルインテグレータ６を構成する微小レンズ群の内少なく
とも１つの微小レンズにおいて、被照射面１０と共役な
入射面6aの一部の光量を調整している。今、光量調整部
２１の数をｎ、透過率をＴ、オプティカルインテグレー
タを構成する微小レンズの数をＮ、照射面上での照度を
Ｗとする。このとき光量制御手段１７の光量調整部２１
の形状部分は（１−Ｔ）^* ｎの光が被照射面に到達しな
くなる。

【００５５】これによって被照射面では、そのＮＤフィ
ルターの形状に略対応領域において、Ｗ^* ｎ^* （１−Ｔ）／Ｎという微小量の照度を低下させている。

【００５６】次に、輪帯照明を行ったときに２次元的に
見ると図４（Ａ）、像高別断面で見ると図４（Ｂ）のよ
うな照度ムラが生じたときの照度ムラの補正方法につい
て述べる。

【００５７】例えば図４（Ａ），（Ｂ）において、軸上
近辺の照度が高いのは通常照明と同様であるものの、最
も高い部分は被照射面の軸上から距離ｄ１離れており、
周辺部の低い部分との差が３．８％、簡単のために輪帯
照明を行う際に絞り７ａにより遮光されるのは図５のよ
うになっており、オプティカルインテグレータ６の微小
レンズで使用するのは換算で４２個とする。

【００５８】以上の条件で上記と同じＮＤフィルター１
７を用いて次のように照度ムラを補正している。この輪
帯照明でＮＤフィルター１７を用いたときの照度補正量
は理想的には｛８×（１−（８０／１００））／４２｝×１００＝
３．８（％）である。

【００５９】このときＮＤフィルター１７を図４（Ｂ）
に示された被照射面１０上の距離ｄ１に対応したオプテ
ィカルインテグレータ６の入射面上での距離ｄ２だけ駆
動機構１８により駆動させる（図４（Ｄ））。すると、
このときの被照射面１０上の照度分布変化は図４（Ｃ）
に示したように軸上からずれたものとなり、図４
（Ａ），（Ｂ）のような照度ムラを効果的に補正でき
る。

【００６０】この実施形態における光軸非対称な照度ム
ラの補正手順を図６（Ａ）のフローチャートで示す。図
７（Ａ）はＮＤフィルター１７の移動方向を示してい
る。

【００６１】被照射面での最大照度の位置座標と被照射
面１０の最周辺部の４点の照度を予め測定し、基礎デー
タとして用いる（図７（Ｂ）の網掛け部）。図７（Ａ）
のように光軸に垂直な平面に沿ってＸ座標およびＹ座標
を取る。ＮＤフィルター１７をＸ方向、Ｙ方向に所定距
離ｄ０移動させて照度ムラ測定を行い、被照射面での最
大照度の位置座標と画面最周辺部の４点の照度の変化量
を装置の演算装置（不図示）によって計算し、ＮＤフィ
ルター１７を移動させたときの変化量の効き率を装置の
記憶装置（不図示）に記憶させる。この効き量をもとに
ＮＤフィルター１７を動かすべき方向と量を装置の演算
装置（不図示）によって計算する。

【００６２】この演算結果に基づいて駆動機構１８によ
りフィルター１７を所定方向へ所定量駆動させる。駆動
後に再度照度ムラの測定を行い、最適値になっていたら
終了、さらに最適にする余地がある場合には、上記の作
業を繰り返して非対称ムラを最適に補正する。この手順
における照度ムラ補正範囲の変化の例を図７（Ｃ），
（Ｄ）に示している。

【００６３】なお、この非対称ムラ補正方法は輪帯照明
モードに変更したときに生じた非対称ムラに限らず、一
般的な照明方法で非対称ムラが生じたときにも同様に用
いることができる。

【００６４】また、照度補正量が照明モード間で異なる
場合の調整方法として、ＮＤフィルター（または遮光部
材）とオプティカルインテグレータ６の入射面６ａとの
距離Ｄを大きくして被照射面１０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（または遮光部材）１７とオプティカルインテグレー
タ６の入射面６ａとの距離Ｄ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の大きさを調
整するようにしている。

【００６５】この実施形態における光量調整範囲を変化
させる手順を図８（Ａ）のフローチャートで示す。図９
（Ａ）はＮＤフィルター１７の移動方向を示している。

【００６６】被照射面１０の最周辺部の４点の照度と中
心から最周辺部の例えば５０％部の４点の照度を予め測
定し、基礎データとして用いる（図９（Ｂ）の網掛け
部）。

【００６７】装置の記憶装置（不図示）には、ＮＤフィ
ルター１７を光軸方向に所定距離Ｄ０移動させて照度ム
ラを測定し、被照射面の最周辺部の４点の照度と中心か
ら最周辺部の５０％部の４点の照度の変化量を装置の演
算装置（不図示）によって計算し、ＮＤフィルター１７
を移動させたときの変化量の効き率を装置の記憶装置
（不図示）に記憶させる。この効き量をもとにＮＤフィ
ルター１７を光軸方向に動かすべき方向と量を装置の演
算装置（不図示）によって計算する。補正する範囲を大
きくしたい場合は距離Ｄを増加させる方向に、小さくし
たい場合は距離Ｄを小さくすればよい。

【００６８】この演算結果に基づいて駆動機構１８によ
りフィルター１７を所定方向へ所定量駆動させ、補正範
囲の調整を行う。駆動後再度照度ムラ測定を行い、最適
値になっていたら終了、さらに最適にする余地がある場
合には、上記の作業を繰り返して照度ムラを最適に補正
する。この手順における照度ムラ補正範囲の変化の例を
図９（Ｃ），（Ｄ）に示している。

【００６９】ＮＤフィルター１７の移動方向が光軸に垂
直な平面内に沿っている場合と、光軸方向である場合の
両方について説明したが、これらを両方行うことによっ
てより細やかな補正ができる。この場合は図６と図８で
示したフローチャートを直列的に実行したり、並列的に
実行するようにすればよい。

【００７０】また図６と図８では照度ムラ補正を最適化
する手順を説明したが、ＮＤフィルターの駆動位置を検
出する機構（不図示）を設け、照明モード毎に照度ムラ
補正が最適化されたときのＮＤフィルターの位置を装置
の記憶装置（不図示）に記憶させておくと良い。既に照
度ムラの最適化を行っている照明モードが選択された場
合、記憶装置に記憶されているＮＤフィルターの位置を
呼び出してきて、所定位置にＮＤフィルターを駆動すれ
ばよい。このようにすることで、図６及び図８で示した
ような手順を行うことなく、すみやかに照度ムラ補正を
最適に行える。この手順のフローチャートを図１４に示
す。

【００７１】以上では一般的な照明方法と、輪帯照明法
の間での照度ムラ分布がずれている場合を示したが、図
２や図１０に示すように、ＮＤフィルターの透過率を最
適化しつつ、光量調整部を多数配置すれば、通常照明と
輪帯照明だけでなく、４重極照明あるいは位相シフトマ
スクの際に用いられるσ値が小さい照明条件に関しても
同様の効果を持たせることができる。

【００７２】このような多数のパターン配置を行う場
合、テレセン度のずれを極小にするため、光量調整部は
中心あるいは中心軸に対する回転対称に正方形の４つの
頂点に位置するように設けてあり、さらに中心から同一
距離にある光量調整部の透過率は等しくなるようにして
いる。

【００７３】また、斜入射照明法や小σ値での照明は通
常照明に比較して、重畳されるオプティカルインテグレ
ータ６からの光束は少なくなる。このことからオプティ
カルインテグレータ６の微小レンズ１つあたりの被照射
面での寄与率が大きくなるため、ＮＤフィルターの透過
率の選定には注意を要する。

【００７４】次にＮＤフィルターの形状について説明す
る。ＮＤフィルターの形状は照度分布の補正形状に応じ
て種々の形状が考えられる。図１０にこれらの例を図２
（Ａ）と同様に示した。図１０（Ａ）はＮＤフィルター
の中心に円形の光量調整部が形成されている。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１０（Ｂ）はＮＤフィルター１７に輪帯の光
量調整部が形成されており、被照射面が輪帯形状に照度
が高くなっている場合の補正に有効である。図１０
（Ｃ）は微小レンズの大きさに合わせた四角形に穴のあ
いたような形状の光量調整部が形成されており、被照射
面での周辺部の照度が高い場合に有効である。図１０
（Ｄ）は正方形の領域のうち対角線上の２つの隅に光量
調整部が形成されており、非対称な照度ムラを補正する
場合のフィルター形状を示している。このように照度ム
ラの形状に合わせて光量調整部の形状を最適化すれば被
照射面上で均一な照度を得ることができる。

【００７５】また、照度分布の形状、量が異なる複数の
照度不均一部分が被照射面に分布している場合は、各々
の透過率調整部の形状が異なっていたり、透過率が異な
ることもあり得る。図１１に示すのは図１０（Ａ）と図
１０（Ｄ）の光量調整部を組み合わせた光学フィルター
１７とそれにより補正される照度分布の2 次元表示の一
例である。

【００７６】ｂ）それ以外にも図３（Ｂ）のように周辺
に行くにつれて照度が低くなっている照度ムラを補正す
るＮＤフィルターとして、図１５（Ａ）に示すように大
きさの異なる円形の光量調整部を配置するとともに、オ
プティカルインテグレータ６の微小レンズ６ｃの光入射
側６ａからの距離を適切にすることで、各部分に図１５
（Ｂ），（Ｃ）のような効果を持たせ、これらの効果の
総和で補正するタイプも考えられる。この方法を用いれ
ば、各円形光量調整部の径や透過率を適宜調整する（図
１５（Ｂ），（Ｃ）に示す各々の効果範囲や補正量を変
える）ことで、被照射面中心部と再周辺部の照度分布補
正だけでなく、被照射面中心部から再周辺部への間を含
めた被照射面全域での補正効果をより最適化させること
が可能になる。

【００７７】図１０，図１１に示したような様々な照度
分布補正形状に対しても、駆動機構１８を用いてＮＤフ
ィルター１７を光軸に垂直な平面上あるいは光軸に平行
移動させれば、各照明条件の間の照度分布形状や照度補
正量の違いに対して最適な補正ができる。

【００７８】このようなＮＤフィルターを用いる場合
は、例えば図６のフローチャートにおいて照度最大値の
位置ではなく、最小値の位置をデータとして用いたり、
図８のフローチャートで像高５０％部分の照度をデータ
として使用しているのを、像高３０％や７０％等での照
度をデータとして用いる等して、補正手順を最適化す
る。

【００７９】本実施形態は有効光源形成のための光源が
水銀ランプによるものを図示しているが、レーザー等に
よる有効光源形成も本実施形態と何ら機構的に異なるも
のではない。

【００８０】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。

【００８１】図１２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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】図１３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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することによって、照明モードや照明条件を種々と変
更しても被照射面上の照度ムラを最小とし、レチクル面
上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投影
できる投影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。

【００９１】特に本発明によれば、照明系にオプティカ
ルインテグレータを用いた投影露光装置において被照射
面を均一に優れて照明することが可能になり、さらに照
明モードを変更しても最適な照明条件を維持することが
できる。

【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】図１におけるＮＤフィルターとオプティカルイ
ンテグレータの位置関係

【図３】図１の本実施形態の被照射面での照度分布の変
化特性例を示す説明図

【図４】本実施形態の輪帯照明を用いたときの照度分布
の変化特性例を示す説明図

【図５】本実施形態での輪帯照明における絞り７での遮
光例を示す説明図

【図６】図１においてＮＤフィルターを光軸に垂直な平
面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示すフ
ローチャート

【図７】図１においてＮＤフィルターを光軸に垂直な平
面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示す説
明図

【図８】図１においてＮＤフィルターを光軸に沿って移
動させたときの照度ムラ補正手順を示すフローチャート

【図９】図１においてＮＤフィルターを光軸に沿って移
動させたときの照度ムラ補正手順を示す説明図

【図１０】本発明に係るＮＤフィルターの種々の例を示
す説明図

【図１１】図１０のＮＤフィルターの組み合わせの一例
とその補正形状を示す説明図

【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１４】本発明の実施形態１のフローチャート

【図１５】ＮＤフィルターとオプティカルインテグレー
タの説明図

【符号の説明】

１水銀ランプ（光源）２楕円ミラー３コールドミラー４楕円ミラー２の第２焦点５ズームレンズ６オプティカルインテグレータ７絞り８レンズ９ミラー１０マスキングブレード１１レンズ１２レチクル１３投影光学系（投影レンズ）１４投影レンズ瞳１５ウエハー１６絞り交換機構１７光量制御手段１８光学フィルター駆動機構２１光量調整部３１ＮＤフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射した光束で照明系を介して
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投影露光装置におい
て、該照明系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピ
ッチで配列したオプティカルインテグレータと、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の少
なくとも１つに入射する光量を制限する光量調整部を有
した光量制御手段と、該光量制御手段を光軸と直交する
方向に又は光軸に対して所定角度の方向に駆動制御する
為の駆動機構とを有し、これらの各要素を利用して被照
射面上の照度分布を制御していることを特徴とする投影
露光装置。
【請求項２】前記駆動機構は前記光量制御手段を光軸
方向に垂直な平面に沿って移動させて、前記被照射面の
光軸に対して非対称な不均一の照度分布を補正している
ことを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項３】前記不均一照度分布の補正は被照射面の
照度分布測定値をフィードバックすることで最適化され
ることを特徴とする請求項２の投影露光装置。
【請求項４】前記駆動機構は前記光量制御手段を光軸
方向に移動させて、前記被照射面と光学的に共役な面か
ら所定距離だけ離して該被照射面上の照度分布を制御し
ていることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項５】前記駆動機構は前記光量制御手段を、光
軸方向に移動させて、前記被照射面上の光軸に対して対
称な不均一照度分布を補正していることを特徴とする請
求項４の投影露光装置。
【請求項６】前記不均一照度分布の補正は被照射面の
照度分布測定値をフィードバックすることで最適化され
ることを特徴とする請求項５の投影露光装置。
【請求項７】前記不均一照度分布の補正は被照射面の
照度分布測定値をフィードバックするフィードバック制
御を共に行うことを特徴とする請求項５の投影露光装
置。
【請求項８】前記不均一照度分布の補正が最適化され
た際の、前記光量制御手段の駆動位置を検出する機構と
記憶する機構を有し、必要に応じて前記光量制御手段を
記憶された最適な位置へ駆動させることを特徴とする請
求項３，６又は７の投影露光装置。
【請求項９】前記光量制御手段は前記オプティカルイ
ンテグレータの中心に位置する微小レンズあるいは中心
に対して回転対称な正方形の頂点に位置する４つの微小
レンズのうちの少なくとも一方を透過する光量を制御し
ていることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項１０】前記光量制御手段の光量調整部は透過
光量を制御するＮＤフィルターまたは遮光部材よりなっ
ていることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項１１】前記光量調整部は透過率および形状の
異なるＮＤフィルターまたは遮光部材等の複数種より成
り、前記光量制御手段はこのうちの１つの光量調整部を
選択して光路中に装着可能としていることを特徴とする
請求項１の投影露光装置。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項記載の
投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンを投影光
学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現
像処理工程を介し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。