JP2003224069A - 投影露光装置及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

投影露光装置及び半導体素子の製造方法

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターン形状の方向や線幅等により最適な照
明系を選択して高解像力の投影露光が可能な半導体素子
の製造に好適な投影露光装置及び半導体素子の製造方法
を得ること。 【解決手段】 レチクルを照明する照明光学系と、前記
レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系と
を有する投影露光装置において、前記照明光学系は、オ
プティカルインテグレータに入射する光を輪帯状の光に
変換する光偏向素子を有し、該光偏向素子は光軸に対し
て回転可能であることを特徴とする投影露光装置。

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半
導体素子の製造方法に関し、具体的には半導体素子の製
造装置である所謂ステッパーにおいてレチクル面上のパ
ターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られるよ
うにした投影露光装置及び半導体素子の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は1MDRAMの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工の技術まで達
している。解像力を向上させる手段としてこれまで多く
の場合、露光波長を固定して、光学系のNA(開口数)
を大きくしていく方法を用いていた。しかし最近では露
光波長をg線からi線に変えて、超高圧水銀灯を用いた
露光法により解像力を向上させる試みも種々と行なわれ
ている。
【0003】露光波長としてg線やi線を用いる方法の
発展と共にレジストプロセスも同様に発展してきた。こ
の光学系とプロセスの両者が相まって、光リソグラフィ
が急激に進歩してきた。
【0004】一般にステッパーの焦点深度はNAの2乗
に反比例することが知られている。この為サブミクロン
の解像力を得ようとすると、それと共に焦点深度が浅く
なってくるという問題点が生じてくる。
【0005】これに対してエキシマレーザーに代表され
る更に短い波長の光を用いることにより解像力の向上を
図る方法が種々と提案されている。短波長の光を用いる
効果は一般に波長に反比例する効果を持っていることが
知られており、波長を短くした分だけ焦点深度は深くな
る。
【0006】短波長化の他に解像力を向上させる方法と
して位相シフトマスクを用いる方法(位相シフト法)が
種々と提案されている。この方法は従来のマスクの一部
に、他の部分とは通過光に対して180度の位相差を与
える薄膜を形成し、解像力を向上させようとするもので
あり、IBM社(米国)のLevensonらにより提
案されている。解像力RPは波長をλ、パラメータをk
、開口数をNAとすると一般に式 RP=kλ/NA で示される。通常0.7〜0.8が実用域とされるパラ
メータkは、位相シフト法によれば0.35ぐらい迄
大幅に改善できることが知られている。
【0007】位相シフト法には種々のものが知られてお
り、それらは例えば日系マイクロデバイス1990年7
月号108ページ以降の福田等の論文に詳しく記載され
ている。
【0008】しかしながら実際に空間周波数変調型の位
相シフトマスクを用いて解像力を向上させるためには未
だ多くの問題点が残っている。例えば現状で問題点とな
っているものとして以下のものがある。 (イ).位相シフト膜を形成する技術が未確立。 (ロ).位相シフト膜用の最適なCADの開発が未確
立。 (ハ).位相シフト膜を付けられないパターンの存在。 (ニ).(ハ)に関連してネガ型レジストを使用せざる
をえないこと。 (ホ).検査、修正技術が未確立。
【0009】このため実際に、この位相シフトマスクを
利用して半導体素子を製造するには様々な障害があり、
現在のところ大変困難である。
【0010】これに対して本出願人は照明装置を適切に
構成することにより、より解像力を高めた露光方法及び
それを用いた露光装置を特願平3−28631号(平成
3年2月22日出願)で提案している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本出願人が先に提案し
た露光装置においては主としてkファクターが0.5
付近の空間周波数が高い領域に注目した照明系を用いて
いる。この照明系は空間周波数が高いところでは焦点深
度が深い。
【0012】実際の半導体集積回路の製造工程はパター
ンの高い解像性能が必要とされる工程、それほどパター
ンの解像性能は必要とされない工程と種々様々である。
従って現在求められているのは各工程独自に求められる
解像性能への要求に対応できる投影露光装置である。
【0013】本発明は投影焼き付けを行なう対象とする
パターン形状及び解像線幅に応じて適切なる照明方法を
その都度適用し、即ち最大20を越える工程数を有する
集積回路製造工程に対応するため、従来型の照明系と高
解像型の照明系を目的に応じて光束の有効利用を図りつ
つ容易に切り替えることができ、高い解像力が容易に得
られる投影露光装置及び半導体素子の製造方法の提供を
目的とする。
【0014】又、上記とは異なる高解像力の露光方法と
して輪帯照明を利用したものが特開昭61−91662
号公報で提案されている。同公報では輪帯照明と通常照
明との切換の際に光線の利用効率を落とさない方法とし
て、オプティカルインテグレータの前に円錐レンズを着
脱可能とし、オプティカルインテグレータに入る光の分
布を中央集中型と周辺円輪状とに切り替え可能としてい
る。
【0015】しかしながら、この円錐レンズは、特開昭
58−81813号公報、特開昭58−43416号公
報、特開昭58−160914号公報、特開昭59−1
43146号公報で提案されている、オプティカルイン
テグレータに入る光の分布を周辺円輪状から中央集中型
にする円錐部材であり、輪帯照明や本出願人が先に提案
した照明方法においての光利用効率の改善には余り効果
がない。
【0016】本発明は、輪帯照明や本出願人が先に提案
した照明方法において利用効率を改善できる投影露光装
置及び半導体素子の製造方法の提供を第1の目的とす
る。
【0017】又、本発明は、輪帯照明と他の照明方法
(例えば通常照明)間で切替を行っても露光むらが生じ
ない投影露光装置と半導体素子の製造方法の提供を第2
の目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の投影露
光装置は、レチクルを照明する照明光学系と、前記レチ
クルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系とを有
する投影露光装置において、前記照明光学系は、オプテ
ィカルインテグレータに入射する光を輪帯状の光に変換
する光偏向素子を有し、該光偏向素子は光軸に対して回
転可能であることを特徴としている。
【0019】請求項2の発明の投影露光装置は、レチク
ルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを
ウエハ上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置
において、前記照明光学系は、オプティカルインテグレ
ータに入射する光を複数の光束に分ける多角錘プリズム
を有し、該多角錘プリズムは光軸に対して回転可能であ
ることを特徴としている。
【0020】請求項3の発明の半導体素子の製造方法
は、レチクルとウエハを用意し、請求項1又は請求項2
に記載の投影露光装置により前記レチクルのパターンで
前記ウエハを露光することを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は本発明の投影露光装置の一
実施例を示す概略構成図であり、ステッパーと呼称され
る縮小型の投影型露光装置に本発明を適用した例であ
る。
【0022】図中1は紫外線や遠紫外線等を放射する高
輝度の超高圧水銀灯等の光源でその発光部1aは楕円ミ
ラー2の第1焦点近傍に配置している。
【0023】光源1より発した光が楕円ミラー2によっ
て集光され、コールドミラー3で反射して楕円ミラー2
の第2焦点近傍4に発光部1aの像(発光部像)1bを
形成している。コールドミラー3は多層膜より成り、主
に赤外光を透過させると共に紫外光を反射させている。
【0024】101は結像系であり、2つのレンズ系
5、9を有しており、第2焦点近傍4に形成した発光部
像1bを後述する光学素子8を介してオプティカルイン
テグレータ10の入射面10aに結像している。光学素
子8は入射光束を所定方向に偏向する円錐プリズムより
成るプリズム部材6と入射光束をそのまま射出させる平
行平板7とを有している。
【0025】8aは保持部材であり、光学素子8のプリ
ズム部材6と平行平板7を光路中に選択的に切替え配置
するように構成している。平行平板7が光路中にあると
きは結像系101は射出側でテレセントリックとなって
いる。光学素子8は結像系101の瞳面近傍に位置して
いる。
【0026】オプティカルインテグレータ10は複数の
微小レンズを2次元的に配列して構成しており、その射
出面10b近傍に2次光源10cを形成している。11
は絞り部材であり、複数の開口部材を有しその開口形状
が光路中で切替えられる機構を有している。絞り部材1
1は2次光源10Cに対して、離散している2次光源が
重なり合わない領域に配置している。
【0027】14aはレンズ系であり、オプティカルイ
ンテグレータ10の射出面10bからの光束を集光し、
絞り部材11とミラー13を介してコリメータレンズ1
4bと共にレチクルステージ16に載置した被照射面で
あるレチクル15を照明している。レンズ系14aとコ
リメータレンズ14bは集光レンズ14を構成してい
る。
【0028】17は投影光学系であり、レチクル15に
描かれたパターンをウエハチャック19に載置したウエ
ハ18面上に縮小投影している。20はウエハステージ
であり、ウエハチャック19を載置している。本実施例
ではオプティカルインテグレータ10の射出面10b近
傍の2次光源10Cは、集光レンズ14により投影光学
系17の瞳17a近傍に結像している。
【0029】本実施例ではレチクル15のパターンの方
向性及び解像線巾等に応じて光学素子8のプリズム部材
6、又は平行平板7を選択的に光路中に切り変えると共
に必要に応じて絞り部材11の開口形状を変化させてい
る。これにより投影光学系17の瞳面17aに形成され
る2次光源像の光強度分布を変化させて前述の特願平3
−28631号で提案した照明方法と同様にして高解像
度の投影露光を行なっている。
【0030】次に本実施例において光学素子8を利用す
ることによりオプティカルインテグレータ10の入射面
10aの光強度分布を変更すると共に投影光学系17の
瞳面17aに形成される2次光源像の光強度分布の変更
方法について説明する。
【0031】図2、図3は各々図1の楕円鏡2からオプ
ティカルインテグレータ10に至る光路を展開した時の
要部概略図である。図2、図3ではミラー3は省略して
いる。図2、図3では、光学素子8の各要素6、7を切
り替えてオプティカルインテグレータ10の入射面10
aの光強度分布を変更させている場合を示している。
【0032】図2は光学素子8のうちの平行平板7を光
路中に配置した場合を、図3では光学素子8のうちのプ
リズム部材6を光路中に配置した場合を示している。
【0033】図2の照明系は主に高解像力をあまり必要
とせず焦点深度を深くした投影を行う場合(第1の状
態)であり、従来と同じ照明方法である。図3の照明系
は本発明の特徴とする主に高解像力を必要とする投影を
行う場合(第2の状態)である。
【0034】図2(C)、図3(C)はそれぞれオプテ
ィカルインテグレータ10の入射面10aにおける光強
度分布を模式的に示している。図中斜線の部分が他の領
域に比べ光強度が強い領域である。図2(B)、図3
(B)はそれぞれ図2(C)、図3(C)に示すX軸方
向に沿った光強度Iの分布を示した説明図である。
【0035】図2では光学素子8の平行平板7を光路中
に配置し、楕円鏡2の第2焦点4に形成した発光部像1
bを結像系101によりオプティカルインテグレータ1
0の入射面10aに結像させている。このとき図2
(B)に示すように、オプティカルインテグレータ10
の入射面10aでのX方向の光強度分布は、略ガウス型
の回転対称となっている。
【0036】図3では光学素子8のプリズム部材6を光
路中に配置しオプティカルインテグレータ10の入射面
10aでの光強度分布は図3(B)、図3(C)に示す
ように、光軸部分が弱く周辺で強いリング状の光強度分
布となっている。以下にこの理由について説明する。
【0037】図4は図2(A)の平行平板7とレンズ系
9そしてオプティカルインテグレータ10の入射面10
aとの配置を模式的に示したものである。本実施例にお
いては平行平板7とレンズ系9の前側主点位置及びレン
ズ系9の後側主点位置とオプティカルインテグレータ1
0の入射面10aの光学的距離は、レンズ系9の焦点距
離をfとすると、それぞれ距離fとなるように配置
している。
【0038】このとき平行平板7を角度αで射出する
光束の入射面10aへの光軸からの入射高tは、 t=f・tanα となる。平行平板7を通過する最外側の光束の光軸から
の高さをSとするとオプティカルインテグレータ入射
面10aへの入射角βは、
【0039】
【数1】
【0040】となる。
【0041】従って、平行平板7の位置(レンズ系9の
前側焦点面)において光束の角度を振った時、オプティ
カルインテグレータ10の入射面10aへの入射角を変
えずに入射位置のみを変えることができる。
【0042】本実施例では以上の光学原理により、平行
平板7から円錐プリズムより成るプリズム部材6に切替
えることにより、オプティカルインテグレータ10の入
射面10aにおいて光軸部分が弱く周辺部で強いリング
状の光強度分布に変更している。
【0043】オプティカルインテグレータ10の入射面
10aでの光強度分布は投影光学系17の瞳面17aに
形成される有効光源の光強度分布に対応しているため、
平行平板7からプリズム部材6に切替えることにより、
投影光学系17の瞳面上で中心部分(光軸部分)に比べ
て周辺部分で光強度が強い光強度分布を持つ有効光源を
形成している。
【0044】尚、本実施例においてはオプティカルイン
テグレータ10の射出面10b近傍に絞り部材11を設
けており、この絞り部材11は例えば複数の開口を有し
その開口形状を任意に変更させることができる機構を有
している。この絞り部材11の開口形状は、投影光学系
17の瞳面17aに形成される2次光源像の形状に対応
させている。例えば中心部に比べ周辺部で多くの光を通
過させる開口を有している。
【0045】本実施例では光学素子8のプリズム部材6
への切替え、もしくはプリズム部材6への切替えと絞り
部材11の開口形状の変更を併用することにより、光束
の有効利用をはかりつつ、所望の有効光源形状を得てい
る。(尚本実施例において絞り部材11を特に設けなく
ても本発明の目的を達成することはできる。) 本実施例においては以上のような構成により、先の特願
平3−28631号で提案したようにレチクル15のパ
ターンの最小線巾が比較的大きい時は従来の照明装置と
同様に図2(A)で示す構成とし、オプティカルインテ
グレータ10の入射面10aの光強度分布がガウス型と
なるようにしている(第1の状態)。
【0046】又、パターンの最小線巾が小さい時は図3
(A)で示す構成とし、オプティカルインテグレータ1
0の入射面10aの光強度分布がリング状となるように
し、又絞り部材11の開口形状を変えることにより、高
解像用の照明装置を実現している(第2の状態)。
【0047】尚、図2(A)の第1の状態において平行
平板7を挿入しているのは、図3(A)の第2の状態
(プリズム部材6を挿入)と図2(A)の第1の状態の
間で、レンズ系5とレンズ系9との間の光路長の変化を
最小限に抑えるためである。プリズム部材6が薄くて済
む、或いはオプティカルインテグレータ10以降の光学
性能に影響はない等の時にはこの平行平板7を省略して
も良い。
【0048】図5、図6は本実施例において結像系10
1を構成するレンズ系9の焦点距離fを変えたときの平
行平板7を通過する光束の位置(射出高、S,S
と偏向角(α,α)に対するオプティカルインテグ
レータ10の入射面10aでの入射高(光軸からの高さ
,t)との関係を示した説明図である。
【0049】図5においてレンズ系9の焦点距離をf
としたときt=ftanαが成立する。又図6に
おいてレンズ系9の焦点距離をfとしたときt=f
tanαが成立している。
【0050】これらの式が示すように、レンズ系9の焦
点距離fを大きくとれば、平行平板7の位置において小
さい偏向角αでオプティカルインテグレータ10の入射
面10aで所定の高さの入射位置tを得ることができ
る。このことは、レンズ系9の焦点距離fを大きくとれ
ば第2の状態でのプリズム部材6の角度(プリズム角)
を小さくすることができることを意味している。これに
よりそれだけ収差の出にくい結像系101を得ることが
できる。実際にはレンズ系9はプリズム部材6の大きさ
との兼ね合いでプリズム角が5°〜20°程度になるよ
うな焦点距離に設定している。
【0051】本発明における光学素子8のプリズム部材
6は円錐プリズムに限らず入射光束を所定方向に偏向さ
せる部材であればどのような形状であっても良い。例え
ば図7(A)に示す4角錐プリズムや図8(A)に示す
8角錐プリズム等の多角錐プリズムを用いても良い。
【0052】図7(B)、図8(B)は各々図7
(A)、図8(A)のプリズム部材を用いた時のオプテ
ィカルインテグレータ10の入射面10aの光強度分布
を模式的に表わしている。図中斜線部分が他の部分に比
べて光強度が強くなっている。
【0053】尚、本発明においてプリズム部材6は実施
例1のように平行平板7とプリズム部材6の2種類の切
り替えの他に3種類以上のプリズム部材と平行平板とを
切り替え可能に構成してもよい。
【0054】本発明において図7(A)のような4角錐
プリズムを光軸中心に回転し、時間的平滑化をすること
により、図3(C)のようなリング状の光強度分布を作
ってもよい。
【0055】又、プリズム部材を切り替えると同時に光
源1を光軸方向に移動させ、光強度の強い領域の大きさ
を変えても良い。
【0056】図9は本発明の実施例2の一部分の要部概
略図である。
【0057】本実施例では、図1の実施例1に比べてオ
プティカルインテグレータ10よりも前方(光源1側)
の光路中にハーフミラー30を設け、結像系101から
の光束の一部を光検出器31(CCDや4分割センサー
等)に入射させている点が異っており、この他の構成は
同じである。
【0058】本実施例ではオプティカルインテグレータ
10の入射面10aにおける光強度分布を間接的に計測
すると共に光強度分布をモニターするようにしている。
これにより入射面10aでの光強度及び光強度分布の変
動を調整している。
【0059】本実施例において例えば光学素子6を光軸
に対して回転させたり、光軸に対して偏心させたりする
機構を用いればオプティカルインテグレータ10の入射
面10aにおける光強度分布を所望の形に変更すること
が可能となる。
【0060】図10は本発明の実施例3の一部分の要部
概略図である。
【0061】本実施例では図1の実施例1に比べてプリ
ズム部材6を光路中に装着すると共にオプティカルイン
テグレータ10の入射面10a側にレンズ系9の代わり
に焦点距離の異なるレンズ系33を装着している点が異
なっており、その他の構成は同じである。
【0062】本実施例ではオプティカルインテグレータ
10の入射面10aのより狭い領域に光を集中させて所
望の形の光強度分布を得ている。
【0063】次に本実施例の光学的作用を図11、図1
2を用いて説明する。
【0064】図11、図12は光学素子8(プリズム部
材6又は平行平板7)からオプティカルインテグレータ
10までの光路を模式的に示している。図13、図14
はそのときのオプティカルインテグレータ10の入射面
10aにおける一方の光強度分布を示している。
【0065】図11(A)は実施例1において従来の方
式の照明を行うときの配置である。一般的にオプティカ
ルインテグレータ10に入射できる光線の角度は決まっ
ており、図11(A)の場合その角度はθである。オ
プティカルインテグレータ10以前の光学系は、オプテ
ィカルインテグレータ10への入射角度が角度θを越
えないように設計される。この時のオプティカルインテ
グレータ10の入射面10aにおける光強度分布はラグ
ランジェ・ヘルムホルツの不変量から集光度が制限され
てしまい、例えば図13(A)よりも集光度を良くする
ことはできない。これ以上の集光度を得ようとすると、
オプティカルインテグレータ10への入射角度が角度θ
を越えてしまう。
【0066】図11(B)は実施例1においてプリズム
部材6を光路中に挿入した状態である。このときの入射
面10aの光強度分布を図13(B)に示す。この時の
光束の入射面10aへの入射点Sにおける最大入射角
度は図11(A)と同じくθ である。しかし実際に入
射してくる光束の有効光束角度はθである。
【0067】ここで図12(A)に示すように光学素子
32(プリズムやフィールドレンズ)を入射面10aの
前方に入れることにより最大入射角を小さくすることが
できる。この時の入射面10aの光強度分布を図14
(A)に示す。
【0068】ここで最大入射角に余裕ができるため、プ
リズム部材6からオプティカルインテグレータ10まで
の光学系の焦点距離を短くすれば、より高い集光度を得
ることができる。図12(B)はその光学原理を利用し
て集光度を高めた例である。この時、光強度分布は図1
3(B)である。図12(B)ではリング形の光強度分
布を得るためにプリズム部材6のプリズム角が大きくな
っている。
【0069】本実施例では以上示したようにプリズム部
材6を挿入したことにより、オプティカルインテグレー
タ10の入射面10aにおける入射角は、その最大入射
角が変わらずにかたよりが生じる。そのかたよりを補正
し、入射角度の最適化を行うことにより、入射角に余裕
ができ、その入射角が限界入射角になるまで集光度を高
めている。
【0070】その具体的な手段としてプリズム部材6か
らオプティカルインテグレータ10までの光学系のズー
ム化、前記光学系の切り替え化、オプティカルインテグ
レータ10の前方にプリズム(プリズム部材6が円錐プ
リズムの場合円錐プリズム、四角錐プリズムの場合四角
錐プリズム)の挿入、非球面レンズの挿入、もしくはこ
れらの併用等が適用可能である。
【0071】図15は本発明の実施例4の一部分の要部
概略図である。
【0072】本実施例では図1の実施例1に比べて光学
素子8(プリズム部材6や平行平板7の位置)を結像系
101の瞳からずらし、レンズ系9の焦点距離を変えて
オプティカルインテグレータ10の入射面10aにおけ
る光強度分布の集光化を図っている点が異っており、そ
の他の構成は同じである。
【0073】図15においてPはレンズ系9の瞳面を表
わしている。図15(A)は実施例1での第1の状態の
照明状態を示したものであり、オプティカルインテグレ
ータ10への入射角はθである。図15(B)は実施例
1で第2の状態の照明状態を示したものであり、該入射
角は図11(A)と同じθである。この時、プリズム部
材6を瞳面Pからずらし図15(C)の如くP面での光
束径を小さくすると、該入射角θ´は図11(A),
(B)の角度θよりも小さくできる。本実施例はこの
時にレンズ系9の集点距離を変えてオプティカルインテ
グレータ10の入射面10aにおける光強度分布の極所
的集光光化を図っている。
【0074】図16は本発明の実施例5の要部概略図で
ある。
【0075】本実施例は図1の実施例1に比べて結像系
101を構成するレンズ系5を削除し楕円鏡2の開口2
aがレンズ系9によりオプティカルインテグレータ10
の入射面10aに結像するようにし、かつ光学素子8を
楕円鏡2の第2焦点近傍に配置した点が異っており、そ
の他の構成は同じである。
【0076】即ち、図1の実施例では光源1の発光部1
aの像をオプティカルインテグレータ10の入射面10
a上に形成し、光学素子8を光源1とオプティカルイン
テグレータ10の間の楕円鏡2の開口2aの結像位置
(開口2aの像の位置)近傍にもうけていた。
【0077】これに対し本実施例では楕円鏡2の開口2
aの像をオプティカルインテグレータ10の入射面10
a上に形成し、光学素子8を光源1とオプティカルイン
テグレータ10の間の発光部1aの結像位置(楕円鏡2
の第2焦点位置)近傍に設けている。
【0078】又、本実施例ではレンズ系9の前側焦点位
置と楕円鏡2の第2焦点位置とが略一致せしめられてレ
ンズ系9により、第2焦点に形成した発光部像1bから
の光をほぼ平行な光束に変換し、オプティカルインテグ
レータ10の入射面10a上に向けている。尚、プリズ
ム部材6が挿入されている場合、レンズ系9から4本の
平行光束がオプティカルインテグレータ10の入射面1
0a上に向けている。
【0079】図17は本発明の実施例6の要部概略図で
ある。
【0080】本実施例は図1の実施例1に比べて光学素
子8を光軸方向に少なくとも2つのプリズム部材6a,
6bを配置して構成し、オプティカルインテグレータ1
0の入射面10aの光強度分布を変更する際には、即ち
第2の状態とするときには光学素子8(プリズム部材6
a,6b)を光路中に装着すると共に結像系101を構
成する一部のレンズ系9aを他のレンズ系9bと交換し
て軸外主光線の入射面10aへの入射角が小さくなるよ
うにして光束の有効利用を図った点が異っており、その
他の構成は同じでる。
【0081】本実施例では照明方法として第1の状態で
は光路中にレンズ系9aを配置し(このとき光学素子8
は用いていない。)オプティカルインテグレータ10の
入射面10aの光強度が即ち投影光学系17の瞳面17
aでの光強度が中心部分が強い回転対称となるようにし
ている。
【0082】そして光学素子8(プリズム部材6a,6
b)を光路中に配置すると共にレンズ系9aの代わりに
焦点距離の異なるレンズ系9bを配置して第2の状態に
してオプティカルインテグレータ10aの入射面10a
への主光線の入射角が小さくなるようにして、入射面1
0aの光強度が、即ち投影光学系17の瞳面17aでの
光強度が中心部分に比べて周辺部分に強い領域を有する
ようにしている。
【0083】次に本実施例の構成上の実施例1と異なる
特徴を中心について説明する。
【0084】図17においてレンズ系5は第2焦点近傍
4に形成した発光部像1bからの光束を集光し、平行光
束として射出している。結像系101(レンズ系5とレ
ンズ系9a)は射出側でテレセントリックとなってお
り、少なくとも一部のレンズ系は光軸方向に移動可能と
なっており、これによりオプティカルインテグレータ1
0の入射面10aの光強度分布を調整している。
【0085】本実施例では、レチクル15のパターンの
方向性及び解像線巾等に応じて、結像系101の一部で
あるレンズ系9aを2枚のプリズム部材6a,6bを含
んだ光学素子8とレンズ系9bとに切り替えてオプティ
カルインテグレータ10の入射面10aでの光強度分布
を変えると共に、必要に応じて絞り部材11の開口形状
を変化させ、投影光学系17の瞳面17aに形成される
2次光源像の光強度分布を変化させている。
【0086】次に本実施例において光学素子8を利用す
ることによりオプティカルインテグレータ10の入射面
10aの光強度分布を変更すると共に投影光学系17の
瞳面17aに形成される2次光源像の光強度分布の変更
方法について説明する。
【0087】図18、図19は各々図17の楕円鏡2か
らオプティカルインテグレータ10に至る光路を展開し
たときの要部概略図である。図18、図19ではミラー
3は省略している。図18、図19では、光学素子8の
各要素を切り替えてオプティカルインテグレータ10の
入射面10aの光強度分布を変更させている場合を示し
ている。
【0088】図18はレンズ系9aを光路中に配置した
場合を、図19ではレンズ系9aを除去し、その代わり
に光学素子8のプリズム部材6a,6bとレンズ系9b
を光路中に配置した場合を示している。
【0089】図18の照明系は主に高解像力をあまり必
要とせず焦点深度を深くした投影を行う場合(第1の状
態)であり、従来と同じ照明方法である。図19の照明
系は本発明の特徴とする主に高解像力を必要とする投影
を行う場合(第2の状態)である。
【0090】図18(B)、図19(B)はそれぞれオ
プテシカルインテグレータ10の入射面10aにおける
光強度分布を模式的に示している。図中斜線の部分が他
の領域に比べ光強度が強い領域である。同図ではX軸方
向に沿った光強度Iの分布を示している。
【0091】図20(A),(B),(C)は図18、
図19の各システムにおいて、オプティカルインテグレ
ータ10に入射する光線の様子を模式的に示したもので
ある。図中、±θはオプティカルインテグレータ10に
入射できる(オプティカルインテグレータ10に入射後
けられずに出射できる)光線の範囲(角度)を示したも
のである。又図中格子線の部分は、オプティカルインテ
グレータ10に入射する光線のより光強度の大きい部分
を表わしている。
【0092】図18(A)は通常の照明状態の時の光学
配置を示している。この時オプティカルインテグレータ
10の入射面10aの光強度分布は、図18(B)に示
すようなガウス分布に近い分布になっており、その入射
角度は、図20(A)のようになっている。この状態で
高解像度用の照明を行なう場合、オプティカルインテグ
レータ10の後方又は前方に、図21に示すような閉口
121aを有する絞り121を挿入する方法がある。し
かしながらこの場合、図18(A)の光強度分布図の斜
線部の光束しか利用できないため、著しく照度が低下す
る。
【0093】そこで本実施例では図19(A)に示すよ
うにレンズ系9aをより焦点距離の小さいレンズ系9b
と交換し(レンズ系9bの焦点距離をf9bとした時、
プリズム6aとレンズ系9b、レンズ系9bとオプティ
カルインテグレータ10の入射面10aのそれぞれの光
学距離はそれぞれf9bとなるように配置する)、オプ
ティカルインテグレータ10の入射面10aにおける光
強度分布を図19(B)のようにしている。
【0094】そして適当なプリズム角度をもったプリズ
ム部材6bをオプティカルインテグレータ10の直前に
挿入することにより光線入射角度(軸外光束の入射角
度)が図20(C)のように小さくなるようにして、オ
プティカルインテグレータ10に効率よく入射するよう
にしている。これにより入射光束のほとんどを照明光と
して使用するようにしている。
【0095】本実施例では以上のような原理のもとに図
19(A)のような光学配置をとることにより、照射面
での照度をあまり落とさずに高解像度用の照明を行って
いる。
【0096】本実施例において結像101の一部に設け
るプリズム部材6a,6bは4角錐プリズムの他に、図
8で示したような多角錐プリズム(8角錐プリズム)で
あっても良い。
【0097】本実施例においては通常の照明状態である
図18(A)のレンズ系9aを高解像度用の照明状態で
ある図19(A)のレンズ系9bと交換する場合につい
て説明したが、レンズ系9aを構成する各レンズを移動
して(ズーム化して)レンズ系9bと同じ状態を作り出
してもよいし、一部ズーム化又は一部交換するように構
成してもよい。
【0098】又、図21に示すような高解像度用の絞り
121は必要に応じて付けても良いし、付けなくてもよ
い。又本実施例においては結像系101の倍率を変える
ためにレンズ系9aの焦点距離を変えているが、レンズ
系5の焦点距離を変えても良いし、レンズ系5とレンズ
系9aの両方を変えてもよい。
【0099】本実施例において、通常の照明状態(第1
の状態)と高解像度用の照明状態(第2の状態)を切り
替えると、オプティカルインテグレータ10の入射面1
0aの光強度分布の違いにより、照射面での照度均一性
(照度ムラ)が軸対称に変わり、ウエハ18上で露光む
らが生じる場合がある。このような場合、光学系14の
一部のレンズを光軸方向に移動することにより、ディス
トーション等の収差を変え、照明面における軸対称な照
度むら(ウエハ面での露光むら)を補正している。
【0100】上記実施例において、光学系14の後に照
明面としてレチクル15を配置しているが、光学系14
とレチクル15の間に結像系14を配置し、その結像系
14におけるレチクル15の共役面を照明してもよい。
【0101】図22は本発明の実施例7の一部分の要部
概略図である。
【0102】本実施例は図1の実施例1に比べてオプテ
ィカルインテグレータ10と被照射面15との間にハー
フミラー43を設けて被照射面での露光量を検出するよ
うにした点が異っており、その他の構成は実質的に同じ
である。
【0103】図22において44はレチクル面もしく
は、レチクルと共役な面である。又45はピンホールで
あり、面44と光学的に共役な位置に置かれている。3
1は光検出器(CCDや4分割センサー等)である。
【0104】本実施例ではこのような構成をとることに
より、被照射面の中心での有効光源分布をモニターする
ことができる。又本実施例においては光検出器31にお
いて、被照射面での露光量を同時にモニターすることも
可能である。
【0105】尚、本実施例においてハーフミラー43を
レンズ系13aとコリメーターレンズ14bとの間に配
置した場合を示したが、ハーフミラー43はオプティカ
ルインテグレータ10と被照射面15との間であればど
こに配置しても良い。
【0106】以上説明した各実施形態によれば、投影露
光するレチクル面上のパターンの細かさ、方向性などを
考慮して、該パターンに適合した照明系を選択すること
によって最適な高解像力の投影露光が可能な照明装置及
びそれを用いた投影露光装置を達成している。
【0107】又、各実施形態によればそれほど細かくな
いパターンを露光する場合には従来の照明系そのままで
用いることができるとともに細かいパターンを露光する
場合には光量の損失が少なく高解像を容易に発揮できる
照明装置を用いて大きな焦点深度が得られるという効果
が得られる。
【0108】又、照明系のみの変形で像性能がコントロ
ールでき、投影光学系に対しては制約を加えないため、
ディストーション、像面の特性などの光学系の主要な性
質が照明系で種々変形を加えるのにも変わらず安定して
いるという効果を有した投影露光装置及び半導体素子の
製造方法を達成することができる。
【0109】
【発明の効果】以上、本発明によれば、輪帯照明や本出
願人が先に提案した照明方法において光利用効率を改善
できる。及び/又は、露光むらを改善できる。
【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】 図1の一部分の説明図
【図3】 図1の一部分の説明図
【図4】 図1のレンズ系9の光学作用の説明図
【図5】 図1のレンズ系9の光学作用の説明図
【図6】 図1のレンズ系9の光学作用の説明図
【図7】 本発明に係るプリズム部材の他の実施例の説
明図
【図8】 本発明に係るプリズム部材の他の実施例の説
明図
【図9】 本発明の実施例2の一部分の要部概略図
【図10】 本発明の実施例3の一部分の要部概略図
【図11】 本発明の実施例3の光学作用の説明図
【図12】 本発明の実施例3の光学作用の説明図
【図13】 本発明の実施例3に係る光強度分布の説明
【図14】 本発明の実施例3に係る光強度分布の説明
【図15】 本発明の実施例4の一部分の要部概略図
【図16】 本発明の実施例5の要部概略図
【図17】 本発明の実施例6の要部概略図
【図18】 図17の一部分の説明図
【図19】 図17の一部分の説明図
【図20】 図17のオプティカルインテグレータ10
の入射面10aへの光束の入射状態の説明図
【図21】 絞りの開口状態の説明図
【図22】 本発明の実施例7の一部分の要部概略図
【符号の説明】
1 光源 2 楕円鏡 3 コールドミラー 5,9 レンズ系 6,6a,6b プリズム部材 7 平行平板 8 光学素子 10 オプティカルインテグレータ 11 絞り部材 13 ミラー 15 レチクル 17 投影光学系 18 ウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 弘之 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 早田 滋 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 5F046 BA04 CA04 CA08 CB01 CB05 CB10 CB13 CB14 CB19 CB23

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レチクルを照明する照明光学系と、前記
    レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系と
    を有する投影露光装置において、前記照明光学系は、オ
    プティカルインテグレータに入射する光を輪帯状の光に
    変換する光偏向素子を有し、該光偏向素子は光軸に対し
    て回転可能であることを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】 レチクルを照明する照明光学系と、前記
    レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系と
    を有する投影露光装置において、前記照明光学系は、オ
    プティカルインテグレータに入射する光を複数の光束に
    分ける多角錐プリズムを有し、該多角錐プリズムは光軸
    に対して回転可能であることを特徴とする投影露光装
    置。
  3. 【請求項3】 レチクルとウエハを用意し、請求項1又
    は請求項2に記載の投影露光装置により前記レチクルの
    パターンで前記ウエハを露光することを特徴とする半導
    体素子の製造方法。
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