JP2909621B2

JP2909621B2 - Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP2909621B2
Application number: JP8132783A
Authority: JP
Inventors: 英夫水谷; 正弘中川; 誠上原; 眞人渋谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH0927450A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造方法及び
半導体製造装置に関し、例えばマスクに形成された回路
パターンをウエハ上に転写する工程を有する半導体製造
方法及び半導体製造装置に適用して好適なものである。【０００２】【従来の技術】従来、この種の半導体製造装置に用いら
れる投影露光装置の照明光学装置は光源部及び投影光学
系で構成され、光源部と投影光学系の間に介挿されたマ
スク（レチクル）を光源部から得られる照明光によつて
照明すると同時に、マスク上に形成されたパターンを投
影光学系を用いて結像面のウエハ上に転写するようにな
されている。【０００３】このような投影露光装置において、微細な
パターンをウエハ上に正確に転写するためには、光学性
能が高い投影光学系を用いて歪のないかつ分解能の高い
パターンの像をウエハ上に投影すると同時に、投影光学
系を透過してウエハに達する光の照度の差（以下、照度
むらと呼ぶ）を極力小さくする必要がある。【０００４】このため従来、光源部においては、例えば
フライアイレンズなどの多光束発生用光学素子を用いて
マスクを均一な照度（例えば、±２〜３％程度の照度む
らの範囲）で照明することにより、ウエハ上における照
度むらを小さくするようになされていた。【０００５】【発明が解決しようとする課題】ところが、近年ＩＣパ
ターンは微細化すると共に、投影面積が大面積化してい
る。従つて投影光学系も開口数（Ｎ．Ａ．）が大きく、
しかも結像領域の大きなものが用いられるようになり、
その結果、投影光学系を構成するレンズの枚数が増加す
る傾向になつている。【０００６】ところがこのように投影光学系のレンズの
枚数が増加すると、投影光学系の透過率特性は投影光学
系の中央部に対して周辺部の透過率が低下してしまう。
これは、各レンズ面の反射防止コート膜に対して周辺部
の光が中央部の光に対して傾いて入射し、より大きな減
衰を受けることにより生じるもので、投影光学系を構成
するレンズの枚数の増加に伴つて透過率の差は大きくな
り、場合によつては３〜４％程度の大きさになるおそれ
がある。【０００７】その結果、図７に示すように、マスク上で
照度むらを抑えてマスクが中央部ａから周辺部ｂに亘つ
て均一な照度分布で照明された場合でも、図５に示すよ
うに、投影光学系を通して得られた光のウエハ上の照度
分布は、中央部ａに対して周辺部ｂが低下する照度むら
が生じ、所望の照度分布が得られないという問題があつ
た。【０００８】また、例えば入射光の傾きによつて光の減
衰率が変化しないような理想的な反射防止コート膜を用
いた場合は、投影光学系の周辺部を通る光に対して中央
部を通る光の方が投影光学系のレンズのより厚い部分を
通るようになるので上述の場合とは逆に周辺部ｂに対し
て中央部ａの透過率が低下するおそれがある。この場合
は上述の場合とは逆に図８に示すように周辺部ｂに対し
て中央部ａの照度が低下するような照度むらが生じると
いう問題があつた。【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、結像面上での照度むらを未然に防止して結像面での
照度分布を均一にすることのできる半導体製造方法及び
半導体製造装置を提案しようとするものである。【００１０】【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明は、マスク上に形成されたパターンをウエハに
転写する工程を含む半導体製造方法又は装置であつて、
光源部から得られる照明光を照明光学系を介してマスク
に入射させる工程と、該マスクを介して得られる透過光
を投影光学系を介して前記ウエハ上に投影する工程と、
前記ウエハ上での照度分布に基づいて、ウエハ上で均一
な照度分布とするために前記照明光学系の収差を変更す
る工程とを有するものである。これにより、投影光学系
の透過率が変動した場合であつても、ウエハ面上での照
度を均一に維持するように照明光学系の収差を変更する
ことができる。【００１１】また、上述の課題を解決するために、本発
明による半導体製造装置は、マスク上に形成されたパタ
ーンをウエハに転写する半導体製造装置であつて、光源
部と、この光源部から得られる照明光を前記マスクへ入
射させる照明光学系と、マスクを介して得られる透過光
をウエハへ転写する投影光学系とを具えるものである。
この構成に基づいて、照明光学系の収差を変更可能に構
成し、ウエハ上での照度分布に基づいて、ウエハ上で均
一な照度分布とするために照明光学系の収差を変更する
ものである。これにより、経時変化などで投影光学系の
透過率が変動した場合であつても、ウエハ面上での照度
を均一に維持することができる。【００１２】【発明の実施の形態】以下図面と共に、本発明の一実施
例について詳述する。【００１３】図１において、１は全体として本発明を適
用した投影露光装置の照明光学装置を示し、楕円鏡２の
第１焦点に設けられた水銀ランプ３から放射された光束
は、楕円鏡２の第２焦点に集光された後、コリメータレ
ンズ４を介して波長選択フイルタ５に入射する。波長選
択フイルタ５を透過した所定波長域の光束は、コーン状
プリズム６を介して例えばフライアイレンズからなる多
光束発生用光学系素子（以下オプテイカルインテグレー
タと呼ぶ）７の各レンズ要素７１、７２、７３、７４…
…に入射する。【００１４】オプテイカルインテグレータ７は、図２に
示すように、その焦点距離が全長に等しいレンズ要素７
１、７２、７３、７４……の集合体で構成されている。
各レンズ要素７１、７２、７３、７４……に入射した光
束は、コンデンサレンズ８を経て、オプテイカルインテ
グレータ７の各レンズ要素７１、７２、７３、７４……
の各入射面７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ……と、コ
ンデンサレンズ８を介して共役な位置に配置されたマス
ク９上に照明光として拡大投射される。【００１５】その結果マスク９において当該照明光によ
りマスク９上のパターンは、投影レンズ群からなる投影
光学系１０を介して結像面に配置されるウエハ１１上に
結像される。このときウエハ１１の表面と、マスク９と
は、投影光学系を介して共役な位置に配置され、その結
果マスク９上のＩＣパターンが、ウエハ１１上に投影さ
れる。【００１６】以上の構成に加えて、オプテイカルインテ
グレータ７及びマスク９間にコンデンサレンズ８が介挿
され、これによりマスク９に入射する光束の照度分布
が、図３に示すように、予め中央部分ａに対して周辺部
分ｂの照度が高くなるようにする。その結果投影光学系
１０が中央部に対して周辺部の透過率が低下するような
透過率特性を有している場合、投影光学系１０の周辺部
分で生じる照度の低下を補正することができる。【００１７】ここで、コンデンサレンズ８の結像特性
は、オプテイカルインテグレータ７の各レンズ要素７
１、７２、７３、７４……の各入射面７１ａ、７２ａ、
７３ａ、７４ａ……及びマスク面９がコンデンサレンズ
８を介して共役の関係になるように配置された上で、負
のデイストーシヨン（歪曲収差）を生じるように選定さ
れる。すなわち図２において、オプテイカルインテグレ
ータ７のレンズ要素７１の入射面７１ａの中央位置Ｐ１
に入射した光は、オプテイカルインテグレータ７の出射
面７１ｂから平行光となつて出射した後、コンデンサレ
ンズ８によつて、マスク９の中央部分Ｑ１に集光され
る。【００１８】これに対してオプテイカルインテグレータ
７のレンズ要素７１の入射面７１ａの周辺位置Ｐ２に入
射した光は、図２において破線で示すように、コンデン
サレンズ８によつてマスク９の周辺部分Ｑ２に集光され
る。同様にして、オプテイカルインテグレータ７の他の
レンズ要素７２、７３、７４……の入射面７２ａ、７３
ａ、７４ａ……の周辺部分に入射した光はコンデンサレ
ンズ８によつてマスク９の周辺部分Ｑ２に集光され、こ
れに対して中央部分に入射した光は、コンデンサレンズ
８によつてマスク９の中央部分Ｑ１に集光される。【００１９】ここで、コンデンサレンズ８は、負のデイ
ストーシヨンを有しているので、中央部の点Ｑ１の結像
倍率に対して周辺の点Ｑ２の結像倍率は小さくなり、そ
の結果周辺部分の単位面積当たりの光量が中央部分の光
量に対して増大する。すなわちオプテイカルインテグレ
ータ７を介してコンデンサレンズ８にほぼ均一な照度分
布で入射した照明光は、コンデンサレンズ８を経ること
により、コンデンサレンズ８のデイストーシヨン量に応
じた照度分布でマスク９を照明することとなる。【００２０】このとき各レンズ要素７１、７２、７３、
７４……の入射面７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ……
の中心からの物体高をｙ₀、これに対応するマスク９上
での像高をｙ、結像倍率をβとおくと、デイストーシヨ
ン量Ｖは次式（１）【数１】で表される値となる。このとき、像高ｙをデイストーシ
ヨンによる像高の変化を考慮して、物体高ｙ₀で表す
と、次式（２）【数２】で表される式に展開することができる。ここで右辺第２
項以降の項はデイストーシヨンによるエラーを表し、
ａ、ｂはそれぞれの係数を表す。【００２１】ここでデイストーシヨン量が画角の３乗に
比例すると仮定すると、（２）式は次式（３）【数３】で表される値に近似することができる。従つて（３）式
より次式（４）【数４】で近似され、これを（１）式に代入することにより次式
（５）【数５】によつてデイストーシヨン量Ｖを近似することができ
る。【００２２】ここでデイストーシヨン量Ｖが０の場合の
照度に対するデイストーシヨンを生じている場合の照度
の比（照度比）をＵとすると照度比Ｕは次式（６）【数６】で表される値になる。【００２３】従つて照度比Ｕは（６）式に（３）式、
（４）式及び（５）式を代入して次式（７）【数７】で表される値に近似することができる。このとき、デイ
ストーシヨン量Ｖを極めて小さな値にとると、（７）式
は次式（８）【数８】で表される値に近似することができる。【００２４】このことは、マスク９上の照度分布が、コ
ンデンサレンズ８のデイストーシヨン量Ｖの約４倍の大
きさで変化することを意味する。ここで、マスク９上の
中央部に集光する光は、コンデンサレンズ８のデイスト
ーシヨンの影響をほとんど受けないで集光した光束であ
ると考えることができる。従つてマスク９の中央部の照
度に対する周辺部分の照度の比は、（８）式で表される
値になり、コンデンサレンズ８のデイストーシヨン量Ｖ
を変化させると当該変化量の４倍の値で中央部分に対す
る周辺の照度が変化することとなる。【００２５】従つて投影光学系１０が中央部に対して周
辺部の透過率が低下するような透過率特性を有している
場合は、投影光学系１０で生じる周辺部の透過率の低下
分だけマスク９上の周辺部分ｂに対する中央部分ａの照
度を下げるように、コンデンサレンズ８のデイストーシ
ヨン量Ｖを（８）式に基づいて所定の値に選定すれば、
図４に示すように、ウエハ１１上で照度むらのないパタ
ーン像を得ることができる。【００２６】以上の構成において、水銀ランプ３から放
射される光束は、楕円鏡２、コリメータレンズ４、波長
選択フイルタ５を介して所定波長域の光束になつた後、
コーン状プリズム６、オプテイカルインテグレータ７、
コンデンサレンズ８を介してマスク９を照明する。この
とき、コンデンサレンズ８が負のデイストーシヨンを有
するので、マスク９上の照度分布は、コンデンサレンズ
８のデイストーシヨン量Ｖの４倍で変化し、図３に示す
ように、中央部分ａに対して周辺部分ｂの照度が大きい
照度分布になる。【００２７】さらにマスク９を透過した当該照度分布の
透過光は、投影光学系１０を介してウエハ１１上に結像
する。ここで、投影光学系１０として、図５に示すよう
に中央付近に対して周辺部分の照度が低下するような光
学特性を有するものを用いたとしても、これに対して図
３に示すように、マスク９が逆特性の照度分布を具えて
いるので、ウエハ１１上においては、図４に示すような
照度むらのないパターン像を得ることができる。【００２８】以上の構成によれば、オプテイカルインテ
グレータ７の各レンズ要素７１、７２、７３……の各入
射面７１ａ、７２ａ、７３ａ……及びマスク９とがコン
デンサレンズ８を介して共役の関係に配置した上で、コ
ンデンサレンズ８の結像特性を負のデイストーシヨンに
することにより、マスク９上で周辺部の照度が上昇す
る。逆に投影光学系１０において、この上昇分を打ち消
すように周辺部の照度が低下するので、ウエハ１１上で
は照度むらのないパターン像を得ることができる。【００２９】図６は本発明の第２の実施例を示し、図１
の照明光学装置１のオプテイカルインテグレータ７及び
コンデンサレンズ８間に第１及び第２のリレーレンズ２
０及び２１を設け、第１及び第２のリレーレンズ２０及
び２１間のマスク９と共役な面に視野絞り２２を設けた
ものである。因にオプテイカルインテグレータ７のレン
ズ要素７１、７２、７３……の各入射面７１ａ、７２
ａ、７３ａ……は、第１のリレーレンズ２０を介して視
野絞り２２と共役な関係にあり、従つて第２のリレーレ
ンズ２１及びコンデンサレンズ８を介してマスク９と共
役な関係にある。【００３０】以上の構成に加えて図６の実施例において
は、第１のリレーレンズ２０として（８）式によつて求
められる負のデイストーシヨンを具えたレンズを用いる
ようにする。このとき視野絞り２２がデイストーシヨン
量０の状態でマスク９上に結像するようにリレーレンズ
２１、コンデンサレンズ８を所定の結像特性に設定す
る。【００３１】以上の構成において、オプテイカルインテ
グレータ７から出射した光束は、第１のリレーレンズ２
０に入射した後、当該リレーレンズ２０のデイストーシ
ヨン量に応じて視野絞り２２上における照度分布が変化
し、当該照度分布の照明光が第２のリレーレンズ２１、
コンデンサレンズ８を介してマスク９に入射する。【００３２】従つてマスク９上においては、視野絞り２
２上の照度分布に対応して周辺部の照度が上昇したよう
な照度分布が得られ、その結果ウエハ１１上では照度む
らのないパターン像を得ることができる。【００３３】以上の構成によれば、オプテイカルインテ
グレータ７とマスク９間に視野絞り２２を設けたような
場合でも、マスク９上の視野絞りの像を歪ませることな
く、ウエハ１１上で照度むらのないパターン像を得るこ
とができる。【００３４】なお上述の実施例においては、投影光学系
１０の透過率変化は一定なものとして取扱つたが、例え
ばマスクの投影倍率を切り換えるような機能を具えて中
央部に対して周辺部の透過率が変化するような投影光学
系を用いた場合には、デイストーシヨン量の異なるコン
デンサレンズ、あるいはリレーレンズを用意しておき、
投影光学系の変化に応じてこれを切り換えるようにすれ
ば良い。【００３５】また投影光学系において、装置間の透過率
特性のバラツキが無視できないような場合には、デイス
トーシヨン量を変えたコンデンサレンズを何種類か用意
しておき、その中から適当なものを選んで組合わせるこ
とにより常にウエハ１１上で均一な照度分布を得ること
ができる。また、投影光学系を構成するレンズ系の経年
変化等によつて透過率が変化した場合などでも、デイス
トーシヨン量の異なるレンズを交換することにより、常
にウエハ上で均一な照度分布を得ることができる。【００３６】さらに上述の実施例においては、光源を構
成する水銀ランプからウエハ面まで直線的に配置した場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば反
射面を介在させて光学系を折り曲げて配置した場合など
広く適用することができる。さらに上述の実施例におい
ては、負のデイストーシヨンを具えたコンデンサレンズ
又はリレーレンズを用いて、マスク面で周辺部の照度を
中央部に比して高くするようにした場合について述べた
が、マスク面で所望の照度分布を得るために操作する光
学系はこれに限らず種々の変形が考えられる。【００３７】また上述の実施例においては投影光学系の
透過率特性が周辺部に比して中央部が高い場合について
述べたが、これとは逆に投影光学系の透過率特性が周辺
部に比して中央部が低い場合は上述の実施例の場合とは
逆に正のデイストーシヨンを与えるようにすれば良い。
さらにマスク面で所望の照度分布を得るためには、コン
デンサレンズ、あるいはリレーレンズ等のデイストーシ
ヨンを変化させる場合のみならず、種々の操作方法が考
えられる。【００３８】さらに上述の実施例においては、ウエハ上
で均一な照度分布を得る場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、例えばウエハ上で周辺部が上昇したよ
うな照度分布を得る場合など所定の照度分布を得る照明
光学装置に広く適用することができる。因に例えば投影
光学系が収差を有していて均一な照度分布で露光した場
合に周辺部の線幅が太く感光してしまうような場合で
も、周辺部で照度が高くなるようにすると周辺部の露光
が増加しその結果当該周辺部の線幅を細く感光すること
ができ、全体として投影光学系の周辺部の解像度不足を
補うことができる。【００３９】さらに上述の実施例においては投影光学系
を介してウエハ上にマクス像を結像させるようにした照
明光学装置について述べたが、本発明はこれに限らず、
例えばマスク及びウエハーを近接して配置したいわゆる
プロキシミテイ用の照明光学装置などにも広く適用する
ことができる。【００４０】【発明の効果】上述のように本発明によれば、光源から
得られる照明光を、照明光学系を介してマスクに入射さ
せて、マスクを介して得られる透過光を投影光学系を介
してウエハへ投影する際に、ウエハ面上で照度分布が均
一となるように照明光学系の収差を変更することができ
るので、投影光学系の透過率分布が変化した場合であつ
ても、ウエハ面上での照度を常に均一に維持できる。か
くしてマスク上のパターンをウエハ上に良好に転写する
ことのできる半導体製造方法及び装置を実現することが
できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus, for example, a semiconductor manufacturing method including a step of transferring a circuit pattern formed on a mask onto a wafer and a semiconductor manufacturing method. It is suitable for application to semiconductor manufacturing equipment. 2. Description of the Related Art Conventionally, an illumination optical device of a projection exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing apparatus of this type includes a light source unit and a projection optical system, and is interposed between the light source unit and the projection optical system. A mask (reticle) is illuminated with illumination light obtained from a light source unit, and at the same time, a pattern formed on the mask is transferred onto a wafer on an image forming surface using a projection optical system. In such a projection exposure apparatus, in order to accurately transfer a fine pattern onto a wafer, an image of a pattern having no distortion and high resolution is projected on the wafer by using a projection optical system having high optical performance. Simultaneously with the projection, it is necessary to minimize the difference in illuminance of light that passes through the projection optical system and reaches the wafer (hereinafter, referred to as uneven illuminance). For this reason, conventionally, in a light source section, a mask is illuminated with uniform illuminance (for example, a range of illuminance unevenness of about ± 2 to 3%) using a multi-beam generating optical element such as a fly-eye lens. Thus, uneven illuminance on the wafer is reduced. However, in recent years, IC patterns have been miniaturized and the projected area has increased. Accordingly, the projection optical system also has a large numerical aperture (NA),
In addition, a large imaging area is used,
As a result, the number of lenses constituting the projection optical system tends to increase. However, as the number of lenses of the projection optical system increases, the transmittance characteristics of the projection optical system are such that the transmittance at the peripheral portion is lower than that at the center of the projection optical system.
This is caused by the fact that the light in the periphery enters the anti-reflection coating film on each lens surface at an angle with respect to the light in the center and receives greater attenuation. As the number of sheets increases, the difference in transmittance increases, and in some cases, may be as large as about 3 to 4%. As a result, as shown in FIG. 5, even when the illuminance unevenness is suppressed on the mask and the mask is illuminated with a uniform illuminance distribution from the central portion a to the peripheral portion b, as shown in FIG. In the illuminance distribution of light obtained through the projection optical system on the wafer, there is a problem that illuminance unevenness occurs in which the peripheral portion b is lower than the central portion a, and a desired illuminance distribution cannot be obtained. Further, for example, when an ideal antireflection coating film is used so that the light attenuation rate does not change due to the inclination of the incident light, the central portion of the light passing through the peripheral portion of the projection optical system is focused. Since the passing light passes through a thicker portion of the lens of the projection optical system, the transmittance of the central portion a may be reduced with respect to the peripheral portion b, contrary to the above case. In this case, contrary to the above-described case, there is a problem that illuminance unevenness occurs such that the illuminance of the central portion a is lower than the peripheral portion b as shown in FIG. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and provides a semiconductor manufacturing method capable of preventing uneven illuminance on an image plane and uniforming the illuminance distribution on the image plane. It is intended to propose a semiconductor manufacturing apparatus. [0010] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a semiconductor manufacturing method or apparatus including a step of transferring a pattern formed on a mask to a wafer,
A step of causing illumination light obtained from the light source unit to enter a mask via an illumination optical system, and a step of projecting transmitted light obtained through the mask onto the wafer via a projection optical system,
Changing the aberration of the illumination optical system based on the illuminance distribution on the wafer so as to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer. Thus, even when the transmittance of the projection optical system changes, the aberration of the illumination optical system can be changed so as to maintain uniform illuminance on the wafer surface. According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus for transferring a pattern formed on a mask to a wafer, comprising: a light source unit; And a projection optical system for transferring the transmitted light obtained through the mask to the wafer.
Based on this configuration, the aberration of the illumination optical system is configured to be changeable, and based on the illuminance distribution on the wafer, the aberration of the illumination optical system is changed to achieve a uniform illuminance distribution on the wafer. . As a result, even when the transmittance of the projection optical system fluctuates due to a change over time, it is possible to maintain uniform illuminance on the wafer surface. An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an illumination optical device of a projection exposure apparatus to which the present invention is applied as a whole, and a light beam emitted from a mercury lamp 3 provided at a first focal point of an elliptical mirror 2 Is focused on the second focal point, and then enters the wavelength selection filter 5 via the collimator lens 4. The light beam of a predetermined wavelength range transmitted through the wavelength selection filter 5 passes through a cone-shaped prism 6, and each lens element 71, 72 of a multi-beam generating optical system element (hereinafter referred to as an optical integrator) 7 composed of, for example, a fly-eye lens. , 73, 74 ...
…. As shown in FIG. 2, the optical integrator 7 has a lens element 7 having a focal length equal to the entire length.
1, 72, 73, 74...
The light flux incident on each of the lens elements 71, 72, 73, 74,... Passes through the condenser lens 8, and is then transmitted to each of the lens elements 71, 72, 73, 74,.
Are incident on the mask 9 disposed at a conjugate position via the condenser lens 8 as illumination light. As a result, in the mask 9, the pattern on the mask 9 is formed on the wafer 11 disposed on the image plane through the projection optical system 10 including the projection lens group by the illumination light. At this time, the surface of the wafer 11 and the mask 9 are arranged at conjugate positions via the projection optical system. As a result, the IC pattern on the mask 9 is projected on the wafer 11. In addition to the above structure, a condenser lens 8 is interposed between the optical integrator 7 and the mask 9 so that the illuminance distribution of the light beam incident on the mask 9 is previously adjusted to the central portion as shown in FIG. The illuminance of the peripheral portion b is set to be higher than a. As a result, when the projection optical system 10 has transmittance characteristics such that the transmittance of the peripheral portion is lower than that of the central portion, it is possible to correct the decrease in illuminance that occurs in the peripheral portion of the projection optical system 10. . Here, the imaging characteristics of the condenser lens 8 are determined by the respective lens elements 7 of the optical integrator 7.
1, 72, 73, 74...
.. And the mask surface 9 are arranged so as to have a conjugate relationship via the condenser lens 8, and are selected so as to produce a negative distortion. That is, in FIG. 2, the center position P1 of the entrance surface 71a of the lens element 71 of the optical integrator 7
Is emitted from the emission surface 71b of the optical integrator 7 as parallel light, and then condensed by the condenser lens 8 on the central portion Q1 of the mask 9. On the other hand, the light incident on the peripheral position P2 of the entrance surface 71a of the lens element 71 of the optical integrator 7 is reflected by the condenser lens 8 by the condenser lens 8 as shown by a broken line in FIG. Is collected. Similarly, the incidence surfaces 72a, 73 of the other lens elements 72, 73, 74,.
., 74a are condensed on the peripheral portion Q2 of the mask 9 by the condenser lens 8, while the light incident on the central portion is condensed on the mask 9 by the condenser lens 8. Is focused on the central portion Q1 of Since the condenser lens 8 has a negative distortion, the imaging magnification of the peripheral point Q2 is smaller than the imaging magnification of the central point Q1. The light amount per unit area of the portion increases with respect to the light amount of the central portion. That is, the illumination light that has entered the condenser lens 8 through the optical integrator 7 with a substantially uniform illuminance distribution passes through the condenser lens 8 and illuminates the mask 9 with an illuminance distribution corresponding to the amount of distortion of the condenser lens 8. Will be done. At this time, each lens element 71, 72, 73,
74 of incidence surfaces 71a, 72a, 73a, 74a ...
Let y _{0 be} the object height from the center of, y be the image height on the mask 9 corresponding to the object height, and β be the imaging magnification, and the amount of distortion V is given by the following equation (1). It becomes the value represented by. At this time, when the image height y is represented by the object height y ₀ in consideration of the change in image height due to distortion, the following expression (2) is obtained. Can be expanded to the expression represented by Here on the right side
Subsequent terms represent errors due to distortion,
a and b represent respective coefficients. Here, assuming that the distortion amount is proportional to the cube of the angle of view, the equation (2) becomes the following equation (3). Can be approximated. Therefore, the following equation (4) is obtained from the equation (3). And by substituting this into equation (1), the following equation (5) is obtained. Thus, the distortion amount V can be approximated. Here, assuming that the ratio (illuminance ratio) of the illuminance when the distortion is generated to the illuminance when the distortion amount V is 0 is U, the illuminance ratio U is given by the following equation (6). Becomes the value represented by Therefore, the illuminance ratio U is given by equation (6), equation (3),
Substituting equations (4) and (5), the following equation (7) Can be approximated. At this time, if the distortion amount V is set to an extremely small value, the equation (7) becomes the following equation (8). Can be approximated. This means that the illuminance distribution on the mask 9 changes by about four times the distortion amount V of the condenser lens 8. Here, the light condensed on the central portion on the mask 9 can be considered to be a condensed light beam with almost no influence of the distortion of the condenser lens 8. Accordingly, the ratio of the illuminance of the peripheral portion to the illuminance of the central portion of the mask 9 becomes a value represented by the equation (8), and the distortion amount V of the condenser lens 8 is obtained.
Is changed, the illuminance around the central portion changes with a value four times the amount of change. Accordingly, when the projection optical system 10 has a transmittance characteristic such that the transmittance of the peripheral portion is lower than that of the central portion, the decrease in the transmittance of the peripheral portion caused by the projection optical system 10 is considered. By setting the distortion amount V of the condenser lens 8 to a predetermined value based on the equation (8) so as to lower the illuminance of the central portion a with respect to the peripheral portion b on the mask 9 only,
As shown in FIG. 4, a pattern image without uneven illuminance on the wafer 11 can be obtained. In the above configuration, the light beam emitted from the mercury lamp 3 is converted into a light beam in a predetermined wavelength range via the elliptical mirror 2, the collimator lens 4, and the wavelength selection filter 5, and
Cone-shaped prism 6, optical integrator 7,
The mask 9 is illuminated via the condenser lens 8. At this time, since the condenser lens 8 has a negative distortion, the illuminance distribution on the mask 9 changes with four times the distortion amount V of the condenser lens 8, and as shown in FIG. Illuminance distribution in which the illuminance of the peripheral portion b is large. Further, the transmitted light having the illuminance distribution transmitted through the mask 9 forms an image on the wafer 11 via the projection optical system 10. Here, even if the projection optical system 10 has an optical characteristic such that the illuminance in the peripheral portion is lower than that in the vicinity of the center as shown in FIG. 5, as shown in FIG. Since the mask 9 has an illuminance distribution having an inverse characteristic, a pattern image without uneven illuminance as shown in FIG. 4 can be obtained on the wafer 11. According to the above-described configuration, each of the entrance surfaces 71a, 72a, 73a,... Of the lens elements 71, 72, 73,. Then, by setting the imaging characteristic of the condenser lens 8 to a negative distortion, the illuminance of the peripheral portion on the mask 9 increases. Conversely, in the projection optical system 10, the illuminance at the peripheral portion is reduced so as to cancel the rise, so that a pattern image with no uneven illuminance on the wafer 11 can be obtained. FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
First and second relay lenses 2 between the optical integrator 7 and the condenser lens 8 of the illumination optical device 1 of FIG.
0 and 21 are provided, and a field stop 22 is provided on a surface conjugate with the mask 9 between the first and second relay lenses 20 and 21. The incident surfaces 71a, 72 of the lens elements 71, 72, 73,... Of the optical integrator 7
.. have a conjugate relationship with the field stop 22 via the first relay lens 20 and therefore have a conjugate relationship with the mask 9 via the second relay lens 21 and the condenser lens 8. In addition to the above arrangement, in the embodiment of FIG. 6, a lens provided with a negative distortion obtained by the equation (8) is used as the first relay lens 20. At this time, the relay lens 21 and the condenser lens 8 are set to predetermined image forming characteristics so that the field stop 22 forms an image on the mask 9 with the distortion amount being 0. In the above configuration, the light beam emitted from the optical integrator 7 is transmitted to the first relay lens 2
After being incident on the relay lens 20, the illuminance distribution on the field stop 22 changes according to the distortion amount of the relay lens 20.
The light enters the mask 9 via the condenser lens 8. Therefore, on the mask 9, the field stop 2
An illuminance distribution in which the illuminance at the peripheral portion is increased corresponding to the illuminance distribution on 2 is obtained. As a result, a pattern image with no uneven illuminance on the wafer 11 can be obtained. According to the above configuration, even when the field stop 22 is provided between the optical integrator 7 and the mask 9, the illuminance unevenness on the wafer 11 is maintained without distorting the image of the field stop on the mask 9. A pattern image free from defects can be obtained. In the above-described embodiment, the change in the transmittance of the projection optical system 10 is assumed to be constant. When using a projection optical system that changes the rate, prepare a condenser lens with a different amount of distortion or a relay lens,
What is necessary is just to switch this according to the change of a projection optical system. In the case where the dispersion of the transmittance characteristics between the apparatuses cannot be ignored in the projection optical system, several types of condenser lenses having different amounts of dispersion are prepared, and an appropriate one is prepared from among them. By selecting and combining, it is possible to always obtain a uniform illuminance distribution on the wafer 11. Even if the transmittance changes due to aging of the lens system that constitutes the projection optical system, it is possible to always obtain a uniform illuminance distribution on the wafer by replacing lenses with different amounts of distortion. Can be. Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the mercury lamp constituting the light source is arranged linearly from the wafer surface has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the optical system is interposed with a reflecting surface. It can be widely applied, for example, when it is bent and arranged. Further, in the above-described embodiment, the case where the illuminance of the peripheral portion is made higher than that of the central portion on the mask surface by using a condenser lens or a relay lens having a negative distortion, The optical system operated to obtain a desired illuminance distribution on the mask surface is not limited to this, and various modifications can be considered. In the above-described embodiment, the case where the transmittance characteristic of the projection optical system is higher in the central portion than in the peripheral portion has been described. Conversely, the transmittance characteristic of the projection optical system is higher in the peripheral portion. When the central portion is lower than the above, a positive distortion may be applied in reverse to the case of the above-described embodiment.
Further, in order to obtain a desired illuminance distribution on the mask surface, not only the case of changing the distortion of a condenser lens or a relay lens, but also various operation methods can be considered. Further, in the above-described embodiment, the case where a uniform illuminance distribution is obtained on the wafer has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the present invention can be widely applied to an illumination optical device that obtains a predetermined illuminance distribution. For example, even if the projection optical system has aberration and the line width of the peripheral portion is exposed to light with a uniform illuminance distribution, the illuminance is increased in the peripheral portion. Is increased, and as a result, the line width of the peripheral portion can be made thinner, and the lack of resolution in the peripheral portion of the projection optical system can be compensated as a whole. Further, in the above-described embodiment, the illumination optical apparatus in which a max image is formed on the wafer via the projection optical system has been described. However, the present invention is not limited to this.
For example, the present invention can be widely applied to a so-called proximity illumination optical device in which a mask and a wafer are arranged close to each other. As described above, according to the present invention, illumination light obtained from a light source is made incident on a mask via an illumination optical system, and transmitted light obtained via the mask is projected on a projection optical system. When projecting onto the wafer via the optics, the aberration of the illumination optical system can be changed so that the illuminance distribution is uniform on the wafer surface, so even if the transmittance distribution of the projection optical system changes. In addition, the illuminance on the wafer surface can always be kept uniform. Thus, it is possible to realize a semiconductor manufacturing method and apparatus capable of favorably transferring a pattern on a mask onto a wafer.

【図面の簡単な説明】【図１】図１は本発明による照明光学装置の一実施例を
示す略線図である。【図２】図２はその要部を示す部分拡大図である。【図３】図３はそのマスク上での照度分布を示す特性曲
線図である。【図４】図４は図１の照明光学装置のウエハ上での照度
分布を示す特性曲線図である。【図５】図５は図１の投影光学系１０及び従来の照明光
学装置の照度分布を示す特性曲線図である。【図６】図６は本発明による照明光学装置の第２の実施
例を示す略線図である。【図７】図７は従来の照明光学装置のマスク上での照度
分布を示す特性曲線図である。【図８】図８は従来の照明光学装置のマスク上での照度
分布を示す特性曲線図である。【符号の説明】１……照明光学装置、２……楕円鏡、３……水銀ラン
プ、４……コリメータレンズ、５……波長選択フイル
タ、６……コーン状プリズム、７……オプテイカルイン
テグレータ、８……コンデンサレンズ、９……マスク、
１０……投影光学系、１１……ウエハ、２０、２１……
リレーレンズ、２２……視野絞り。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an illumination optical device according to the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view showing a main part thereof. FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing an illuminance distribution on the mask. FIG. 4 is a characteristic curve diagram showing an illuminance distribution on a wafer of the illumination optical device of FIG. 1; FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing an illuminance distribution of the projection optical system 10 of FIG. 1 and a conventional illumination optical device. FIG. 6 is a schematic diagram showing a second embodiment of the illumination optical device according to the present invention. FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing an illuminance distribution on a mask of a conventional illumination optical device. FIG. 8 is a characteristic curve diagram showing an illuminance distribution on a mask of a conventional illumination optical device. [Description of Signs] 1 ... Illumination optical device, 2 ... Oval mirror, 3 ... Mercury lamp, 4 ... Collimator lens, 5 ... Wavelength selection filter, 6 ... Conical prism, 7 ... Optical integrator , 8 ... condenser lens, 9 ... mask,
10 Projection optical system, 11 Wafer, 20, 21 ...
Relay lens, 22 ... Field stop.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上原誠東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内 (72)発明者渋谷眞人東京都品川区西大井１丁目６番３号株式会社ニコン大井製作所内 (56)参考文献特開昭61−169815（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Makoto Uehara 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Shares Nikon Oi Works (72) Inventor Masato Shibuya 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Shares Nikon Oi Works (56) References JP-A-61-169815 (JP, A)

Claims

(57) [Claims] In a semiconductor manufacturing method including a step of transferring a pattern formed on a mask to a wafer, a step of causing illumination light obtained from a light source unit to enter the mask via an illumination optical system, and a transmitted light obtained through the mask Projecting the light onto the wafer via a projection optical system, and, based on the illuminance distribution on the wafer, changing the aberration of the illumination optical system in order to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer. A semiconductor manufacturing method, comprising: 2. Transfer the pattern formed on the mask to the wafer
In a semiconductor manufacturing method including a step, illumination light obtained from a light source section is masked through an illumination optical system.
And the transmitted light obtained through the mask through the projection optical system
Projecting on the wafer; and when the projection optical system has a transmittance change, the wafer
Aberration of the illumination optical system in order to obtain a uniform illuminance distribution
Semiconductor manufacturing method comprising the steps of:
Law. 3. 3. The semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the aberration of the illumination optical system is distortion. 4. The illumination optical system comprises a plurality of lenses having different Day Storr Chillon provided interchangeably with each other, the illumination optical system includes a means changes the Day stall Chillon by exchanging the lens Claims
4. The semiconductor manufacturing method according to 1, 2, or 3 . 5. In a semiconductor manufacturing apparatus for transferring a pattern formed on a mask to a wafer, a light source unit, an illumination optical system for causing illumination light obtained from the light source unit to enter the mask, and transmitting light obtained through the mask A projection optical system for projecting onto the wafer, wherein the illumination optical system is configured such that aberrations can be changed, and based on the illuminance distribution on the wafer, the illumination optics for uniform illumination distribution on the wafer. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein a system aberration is changed. 6. Transfer the pattern formed on the mask to the wafer
In a semiconductor manufacturing apparatus, a light source unit for supplying illumination light , and illumination light obtained from the light source unit is incident on the mask.
Illumination optical system, and the transmitted light obtained through the mask is projected onto the wafer.
A projection optical system, wherein the illumination optical system
When the optical system fluctuates in transmittance, it is uniform on the wafer
It is configured to change the aberration to obtain a good illumination distribution.
A semiconductor manufacturing apparatus . 7. 7. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 5, wherein the aberration of the illumination optical system is distortion. 8. The illumination optical system comprises a plurality of lenses having different aberrations provided interchangeably with each other, the illumination optical system according to claim 5, characterized in that changing the aberration by exchanging the lens , 6 or 7
4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1. 9. Transfer the pattern formed on the mask to the wafer
In a semiconductor manufacturing method including a step, illumination light obtained from a light source section is masked through an illumination optical system.
And the transmitted light obtained through the mask through the projection optical system
Projecting on the wafer, and when there is a change in transmittance of the projection optical system,
In order to obtain a uniform illuminance distribution,
In that it comprises a step of changing the illuminance distribution on the serial mask
A semiconductor manufacturing method characterized by the above-mentioned. 10. Transfer the pattern formed on the mask onto the wafer
A light source unit for supplying illumination light, and irradiating the illumination light obtained from the light source unit to the mask.
Illumination optical system, and the transmitted light obtained through the mask is projected onto the wafer.
A projection optical system , wherein the illumination optical system
When the optical system fluctuates in transmittance, it is uniform on the wafer
Illuminance distribution on the mask in order to obtain
Semiconductor manufacturing characterized by being configured to change
apparatus.