JP3057998B2 - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents
照明装置及びそれを用いた投影露光装置Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は照明装置及びそれを用い
た投影露光装置に関し、例えばICやLSI等の半導体
デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表
示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程の
うち、リソグラフィー工程に使用される際に好適なもの
である。
た投影露光装置に関し、例えばICやLSI等の半導体
デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表
示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程の
うち、リソグラフィー工程に使用される際に好適なもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年IC,LSI等の半導体デバイスの
高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半
導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加
工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光
域を持つ等倍のミラー光学系によりマスクと感光基板を
走査しながら一括して露光する等倍露光装置(ミラープ
ロジェクションアライナー)や、マスクのパターン像を
屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステ
ップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置
(ステッパー)等が種々と提案されている。
高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半
導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加
工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光
域を持つ等倍のミラー光学系によりマスクと感光基板を
走査しながら一括して露光する等倍露光装置(ミラープ
ロジェクションアライナー)や、マスクのパターン像を
屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステ
ップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置
(ステッパー)等が種々と提案されている。
【0003】これらの投影露光装置のうちステッパーは
解像力や重ね合わせ精度の点でミラープロジェクション
アライナーに比べて有利な方式である。ステッパーとし
て最近では高解像力が得られ、かつ画面サイズを拡大で
きるステップアンドスキャン方式のステッパーが提案さ
れている。
解像力や重ね合わせ精度の点でミラープロジェクション
アライナーに比べて有利な方式である。ステッパーとし
て最近では高解像力が得られ、かつ画面サイズを拡大で
きるステップアンドスキャン方式のステッパーが提案さ
れている。
【0004】このステップアンドスキャン方式の露光装
置は、例えばO plus E (1993年2月号の96頁〜99
頁) に詳しく紹介されている。この露光装置はスリット
状の露光領域を有し、ショットの露光はスリットが走査
することにより行っている。1つのショットの走査露光
が終了するとウエハは次のショットにステップし、次の
ショットの露光が開始される。これを繰り返してウエハ
全体の露光を行っている。
置は、例えばO plus E (1993年2月号の96頁〜99
頁) に詳しく紹介されている。この露光装置はスリット
状の露光領域を有し、ショットの露光はスリットが走査
することにより行っている。1つのショットの走査露光
が終了するとウエハは次のショットにステップし、次の
ショットの露光が開始される。これを繰り返してウエハ
全体の露光を行っている。
【0005】一方、投影露光技術は現在、0.5μm以
下の寸法のパターン像を形成するべく解像度の向上が図
られている。解像度の向上は、露光装置の投影光学系の
高NA化や露光光の短波長化を行うことによって対応し
ている。
下の寸法のパターン像を形成するべく解像度の向上が図
られている。解像度の向上は、露光装置の投影光学系の
高NA化や露光光の短波長化を行うことによって対応し
ている。
【0006】一般に露光波長が短波長になると硝材の透
過率が悪くなり、投影光学系に使用できる硝材の種類が
極めて少なくなる。硝材の種類が少ない場合には投影光
学系の色収差の補正が難しくなる為、色収差の影響が無
視できる程度に露光波長の波長幅を狭くする必要があ
る。例えば300nm以下の波長の光束を用いる投影光
学系では硝材が石英や螢石に限られる為に、露光用の光
源としてはレーザが使用される。
過率が悪くなり、投影光学系に使用できる硝材の種類が
極めて少なくなる。硝材の種類が少ない場合には投影光
学系の色収差の補正が難しくなる為、色収差の影響が無
視できる程度に露光波長の波長幅を狭くする必要があ
る。例えば300nm以下の波長の光束を用いる投影光
学系では硝材が石英や螢石に限られる為に、露光用の光
源としてはレーザが使用される。
【0007】レーザのうちエキシマレーザはエネルギー
が非常に高く、高スループットが期待できる為、短波長
の光を用いる露光装置の光源として採用されている。
が非常に高く、高スループットが期待できる為、短波長
の光を用いる露光装置の光源として採用されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】パルス光を発振するエ
キシマレーザを光源とするミラープロジェクション方式
やステップアンドスキャン方式の走査型の露光装置にお
いては、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた
場合はマスク面上やウエハ面上で露光ムラが生じること
がある。
キシマレーザを光源とするミラープロジェクション方式
やステップアンドスキャン方式の走査型の露光装置にお
いては、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた
場合はマスク面上やウエハ面上で露光ムラが生じること
がある。
【0009】このような問題を避けた露光装置を本出願
人は先の特開昭60−158449号公報で提案してい
る。同公報によれば被照射面上の走査方向の光強度分布
を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とすることで、走
査速度とパルス発振の同期の精度を緩和している。
人は先の特開昭60−158449号公報で提案してい
る。同公報によれば被照射面上の走査方向の光強度分布
を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とすることで、走
査速度とパルス発振の同期の精度を緩和している。
【0010】次に図7,図8を用いて同公報の内容の概
略を説明する。図7,図8では説明を分かりやすくする
為に1つのパルスで露光が行われる場合について示して
いる。図7は走査方向の光強度分布が矩形で、2番目の
パルス発振のタイミングがずれた場合の走査方法の各位
置での露光量を示している。一方、図8は走査方向の光
強度分布が等脚台形の場合についてやはり2番目のパル
スのタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露
光量を示している。
略を説明する。図7,図8では説明を分かりやすくする
為に1つのパルスで露光が行われる場合について示して
いる。図7は走査方向の光強度分布が矩形で、2番目の
パルス発振のタイミングがずれた場合の走査方法の各位
置での露光量を示している。一方、図8は走査方向の光
強度分布が等脚台形の場合についてやはり2番目のパル
スのタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露
光量を示している。
【0011】図7,図8から明らかなように、レーザの
パルス発振のタイミングのずれが同程度である場合に
は、等脚台形の光強度分布の方が露光量のばらつきは少
ない。図7,図8では1パルスで露光が行わせる例を示
したが、各位置が複数のパルスで露光される場合も図8
の台形分布の方がパルス発振のタイミングのずれに対す
る露光量ムラが小さい。走査方向の光強度分布の形状
は、等脚台形に限らず、図7,図8のように重ね合わせ
たときに露光量のばらつきが小さくできる形状であれば
良い。
パルス発振のタイミングのずれが同程度である場合に
は、等脚台形の光強度分布の方が露光量のばらつきは少
ない。図7,図8では1パルスで露光が行わせる例を示
したが、各位置が複数のパルスで露光される場合も図8
の台形分布の方がパルス発振のタイミングのずれに対す
る露光量ムラが小さい。走査方向の光強度分布の形状
は、等脚台形に限らず、図7,図8のように重ね合わせ
たときに露光量のばらつきが小さくできる形状であれば
良い。
【0012】先の特開昭60−158449号公報では
照明光の光路中にNDフィルター等の減光素子を挿入し
て走査方向の光強度分布を所望の形状にしていた。
照明光の光路中にNDフィルター等の減光素子を挿入し
て走査方向の光強度分布を所望の形状にしていた。
【0013】本発明は本出願人が先に特開昭60−15
8449号公報で提案している露光装置を改良し、パル
ス発振するレーザ光源を用いて走査露光を行う際に発生
する走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのず
れに起因する露光量のばらつきを小さくできる光強度分
布を照明の効率の低下を防止しつつ達成することのでき
る照明装置及びそれを用いた投影露光装置の提供を目的
とする。
8449号公報で提案している露光装置を改良し、パル
ス発振するレーザ光源を用いて走査露光を行う際に発生
する走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのず
れに起因する露光量のばらつきを小さくできる光強度分
布を照明の効率の低下を防止しつつ達成することのでき
る照明装置及びそれを用いた投影露光装置の提供を目的
とする。
【0014】
(1−1)本発明の照明装置は、光源からの光束をオプ
ティカルインテグレータに入射させ、該オプティカルイ
ンテグレータの射出面に形成した2次光源面からの光束
を照明光学系を介して走査可能な被照射面を照射する
際、該照明光学系は該被照射面の走査方向と該照明光学
系の光軸とを含む平面内で該2次光源面からの光束の主
光線が該被照射面から光軸方向に所定の距離だけ離れた
位置に集光するようにしていることを特徴としている。
ティカルインテグレータに入射させ、該オプティカルイ
ンテグレータの射出面に形成した2次光源面からの光束
を照明光学系を介して走査可能な被照射面を照射する
際、該照明光学系は該被照射面の走査方向と該照明光学
系の光軸とを含む平面内で該2次光源面からの光束の主
光線が該被照射面から光軸方向に所定の距離だけ離れた
位置に集光するようにしていることを特徴としている。
【0015】特に、前記照明光学系は前記被照射面の走
査方向と直交する平面内で前記2次光源面からの光束の
主光線が該被照射面上に集光するようにしていることを
特徴とや、前記光源はパルス発振するレーザ光源より成
り、前記照明光学系はアナモフィックレンズを有してい
ること等を特徴としている。
査方向と直交する平面内で前記2次光源面からの光束の
主光線が該被照射面上に集光するようにしていることを
特徴とや、前記光源はパルス発振するレーザ光源より成
り、前記照明光学系はアナモフィックレンズを有してい
ること等を特徴としている。
【0016】(1−2)照明系からの光束で照明したマ
スク面上のパターンを投影光学系により感光基板面上に
該マスクと該感光基板とを所定の関係で走査しながら投
影露光する際、該照明系は光源からの光束をオプティカ
ルインテグレータに入射し、該オプティカルインテグレ
ータの射出面に形成した2次光源面からの光束を照明光
学系により集光して該マスクを照明しており、該照明光
学系は該マスクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含
む平面内において該2次光源面からの光束の主光線が該
マスクから光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光す
るようにしていることを特徴としている。
スク面上のパターンを投影光学系により感光基板面上に
該マスクと該感光基板とを所定の関係で走査しながら投
影露光する際、該照明系は光源からの光束をオプティカ
ルインテグレータに入射し、該オプティカルインテグレ
ータの射出面に形成した2次光源面からの光束を照明光
学系により集光して該マスクを照明しており、該照明光
学系は該マスクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含
む平面内において該2次光源面からの光束の主光線が該
マスクから光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光す
るようにしていることを特徴としている。
【0017】特に、前記照明光学系は前記2次光源面か
ら射出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と
垂直な平面内における主光線が前記マスク面上に集光す
るようにしていることを特徴とや、前記2次光源面から
射出する光束の主光線が前記マスクの走査方向と前記照
明光学系の光軸を含む平面内において集光する位置に走
査方向の照射範囲を制限するスリットを備えたことを特
徴とや、前記照明光学系はその光軸に対して直交する平
面内の互いに直交する2つの方向で屈折力が異なる光学
素子を有していることや、前記照明光学系は前記オプテ
ィカルインテグレータの射出面の近傍に1方向のみに屈
折力を有するフィールドレンズを有していること、そし
て前記光源はパルス発振するレーザ光源より成っている
こと等を特徴としている。
ら射出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と
垂直な平面内における主光線が前記マスク面上に集光す
るようにしていることを特徴とや、前記2次光源面から
射出する光束の主光線が前記マスクの走査方向と前記照
明光学系の光軸を含む平面内において集光する位置に走
査方向の照射範囲を制限するスリットを備えたことを特
徴とや、前記照明光学系はその光軸に対して直交する平
面内の互いに直交する2つの方向で屈折力が異なる光学
素子を有していることや、前記照明光学系は前記オプテ
ィカルインテグレータの射出面の近傍に1方向のみに屈
折力を有するフィールドレンズを有していること、そし
て前記光源はパルス発振するレーザ光源より成っている
こと等を特徴としている。
【0018】(1−3)本発明のデバイスの製造方法
は、照明系からの光束で照明したマスク面上のパターン
を投影光学系により感光基板面上に該マスクと該感光基
板とを所定の関係で走査しながら投影露光した後に、該
感光基板を現像処理工程を介してデバイスを製造する
際、該照明系は光源からの光束をオプティカルインテグ
レータに入射し、該オプティカルインテグレータの射出
面に形成した2次光源面からの光束を照明光学系により
集光して該マスクを照明しており、該照明光学系は該マ
スクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含む平面内に
おいて該2次光源面からの光束の主光線が該マスクから
光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光するようにし
ていることを特徴としている。
は、照明系からの光束で照明したマスク面上のパターン
を投影光学系により感光基板面上に該マスクと該感光基
板とを所定の関係で走査しながら投影露光した後に、該
感光基板を現像処理工程を介してデバイスを製造する
際、該照明系は光源からの光束をオプティカルインテグ
レータに入射し、該オプティカルインテグレータの射出
面に形成した2次光源面からの光束を照明光学系により
集光して該マスクを照明しており、該照明光学系は該マ
スクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含む平面内に
おいて該2次光源面からの光束の主光線が該マスクから
光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光するようにし
ていることを特徴としている。
【0019】特に、前記照明光学系は前記2次光源面か
ら射出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と
垂直な平面内における主光線が前記マスク面上に集光す
るようにしていることや、前記2次光源面から射出する
光束の主光線が前記マスクの走査方向と前記照明光学系
の光軸を含む平面内において集光する位置に走査方向の
照射範囲を制限するスリットを備えたことや、前記照明
光学系はその光軸に対して直交する平面内の互いに直交
する2つの方向で屈折力が異なる光学素子を有している
ことや、前記照明光学系は前記オプティカルインテグレ
ータの射出面の近傍に1方向のみに屈折力を有するフィ
ールドレンズを有していること、そして前記光源はパル
ス発振するレーザ光源より成っていること等を特徴とし
ている。
ら射出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と
垂直な平面内における主光線が前記マスク面上に集光す
るようにしていることや、前記2次光源面から射出する
光束の主光線が前記マスクの走査方向と前記照明光学系
の光軸を含む平面内において集光する位置に走査方向の
照射範囲を制限するスリットを備えたことや、前記照明
光学系はその光軸に対して直交する平面内の互いに直交
する2つの方向で屈折力が異なる光学素子を有している
ことや、前記照明光学系は前記オプティカルインテグレ
ータの射出面の近傍に1方向のみに屈折力を有するフィ
ールドレンズを有していること、そして前記光源はパル
ス発振するレーザ光源より成っていること等を特徴とし
ている。
【0020】
【実施例】図1は本発明の実施例1のXY平面の要部概
略図、図2は本発明の実施例1のZX平面の要部概略図
である。即ち図2は図1を紙面に垂直な方向から見たZ
X平面上の概略図に相当している。図1,図2では照明
系(投影光学系)の光軸方向をX軸、マスク及び感光基
板(ウエハ)の走査方向をZ軸方向としている。
略図、図2は本発明の実施例1のZX平面の要部概略図
である。即ち図2は図1を紙面に垂直な方向から見たZ
X平面上の概略図に相当している。図1,図2では照明
系(投影光学系)の光軸方向をX軸、マスク及び感光基
板(ウエハ)の走査方向をZ軸方向としている。
【0021】図1,図2において1はレーザ光源であ
り、例えばパルス発振する狭帯域化したエキシマレーザ
等から成っている。レーザ光源1から射出された略平行
なレーザ光は入射光をインコヒーレント光として射出さ
せるインコヒーレント部2に入射する。
り、例えばパルス発振する狭帯域化したエキシマレーザ
等から成っている。レーザ光源1から射出された略平行
なレーザ光は入射光をインコヒーレント光として射出さ
せるインコヒーレント部2に入射する。
【0022】インコヒーレント部2では、例えばレーザ
光を分割したり、走査することによって後述するウエハ
面7上に干渉縞やスペックルパターン等が発生しないよ
うに処理(インコヒーレント化)を行うと共にレーザ光
源1からの光束の形状をオプティカルインテグレータ3
の形状に合わせて射出させるビーム整形を行う機能を有
している。
光を分割したり、走査することによって後述するウエハ
面7上に干渉縞やスペックルパターン等が発生しないよ
うに処理(インコヒーレント化)を行うと共にレーザ光
源1からの光束の形状をオプティカルインテグレータ3
の形状に合わせて射出させるビーム整形を行う機能を有
している。
【0023】インコヒーレント部2からの光束はオプテ
ィカルインテグレータ3の入射面3aに入射する。オプ
ティカルインテグレータ3は複数の微小レンズを1次元
又は2次元的に所定のピッチで配列して構成している。
オプティカルインテグレータ3の射出面3bは2次光源
面となっており、該射出面3bより複数の発散光束がア
ナモフィック光学系より成るコンデンサーレンズ等の照
明光学系4に入射している。
ィカルインテグレータ3の入射面3aに入射する。オプ
ティカルインテグレータ3は複数の微小レンズを1次元
又は2次元的に所定のピッチで配列して構成している。
オプティカルインテグレータ3の射出面3bは2次光源
面となっており、該射出面3bより複数の発散光束がア
ナモフィック光学系より成るコンデンサーレンズ等の照
明光学系4に入射している。
【0024】照明光学系4はオプティカルインテグレー
タ3の射出面3bからの光束を集光し、スリット9のス
リット開口を介してパターンが形成されたレチクル(マ
スク)5を照明している。6は投影光学系であり、レチ
クル5に描かれた半導体素子の回路パターンを感光基板
としてのウエハ面7に投影し、回路パターンの投影像を
形成している。尚照明光学系4はオプティカルインテグ
レータ3の射出面3bと投影光学系6の瞳面とが略共役
と成るようにしている。
タ3の射出面3bからの光束を集光し、スリット9のス
リット開口を介してパターンが形成されたレチクル(マ
スク)5を照明している。6は投影光学系であり、レチ
クル5に描かれた半導体素子の回路パターンを感光基板
としてのウエハ面7に投影し、回路パターンの投影像を
形成している。尚照明光学系4はオプティカルインテグ
レータ3の射出面3bと投影光学系6の瞳面とが略共役
と成るようにしている。
【0025】本実施例ではレチクル5とウエハ7を矢印
の如く走査方向に一定の関係を維持しつつ移動させて投
影露光を行っている。ここで照明光学系4は2つのシリ
ンドリカルレンズ4aと4bを有したアナモフィック光
学系より成っている。このうちシリンドリカルレンズ4
aは図2に示すようにZX平面内のみに屈折力(焦点距
離f4a)を有する面を持ち、シリンドリカルレンズ4
bは図1に示すようにXY平面内のみに屈折力(焦点距
離f4b)を有する面を持つ形状より成っている。
の如く走査方向に一定の関係を維持しつつ移動させて投
影露光を行っている。ここで照明光学系4は2つのシリ
ンドリカルレンズ4aと4bを有したアナモフィック光
学系より成っている。このうちシリンドリカルレンズ4
aは図2に示すようにZX平面内のみに屈折力(焦点距
離f4a)を有する面を持ち、シリンドリカルレンズ4
bは図1に示すようにXY平面内のみに屈折力(焦点距
離f4b)を有する面を持つ形状より成っている。
【0026】図1において実線で示す8aはオプティカ
ルインテグレータ3の射出面3bから射出する光束のう
ちの主光線である。主光線8aはシリンドリカルレンズ
4bによって集光され、スリット9を介してレチクル5
に入射している。このときレチクル5面上のY軸方向の
光強度分布の形状は図1に示すように略フラットな矩形
の分布になっている。
ルインテグレータ3の射出面3bから射出する光束のう
ちの主光線である。主光線8aはシリンドリカルレンズ
4bによって集光され、スリット9を介してレチクル5
に入射している。このときレチクル5面上のY軸方向の
光強度分布の形状は図1に示すように略フラットな矩形
の分布になっている。
【0027】一方、図2のZX平面内においてはオプテ
ィカルインテグレータ3から射出した光束の主光線8b
がシリンドリカルレンズ4aによってレチクル5から光
軸方向に所定の距離(d)だけ離れた位置Aに集光する
ようにしている。この位置Aではオプティカルインテグ
レータ3と照明光学系4とによって略均一に照明してい
る。この為図2に示したようにここでの走査方向(Z軸
方向)の光強度分布は略フラットな矩形分布になる。
ィカルインテグレータ3から射出した光束の主光線8b
がシリンドリカルレンズ4aによってレチクル5から光
軸方向に所定の距離(d)だけ離れた位置Aに集光する
ようにしている。この位置Aではオプティカルインテグ
レータ3と照明光学系4とによって略均一に照明してい
る。この為図2に示したようにここでの走査方向(Z軸
方向)の光強度分布は略フラットな矩形分布になる。
【0028】一方、レチクル5は位置Aから所定の距離
(d)だけ離れている為、レチクル5上の光強度分布は
中心部分が略フラットで等脚台形に近い形状の分布とな
る。この形状は走査露光に対して走査速度やパルスの発
光タイミングのずれが起こった場合に露光量ムラを小さ
くすることができる形状である。
(d)だけ離れている為、レチクル5上の光強度分布は
中心部分が略フラットで等脚台形に近い形状の分布とな
る。この形状は走査露光に対して走査速度やパルスの発
光タイミングのずれが起こった場合に露光量ムラを小さ
くすることができる形状である。
【0029】本実施例ではこのように光学系を構成する
ことにより、照明効率を低下させることなくレチクル5
面上を所望の形状の光量分布にしている。この所望の形
状とは走査速度、又はパルス発振のタイミングがずれた
場合の露光量ばらつきを少なくすることができる光強度
分布のことであり、例えば等脚台形、あるいはそれに似
た形状である。
ことにより、照明効率を低下させることなくレチクル5
面上を所望の形状の光量分布にしている。この所望の形
状とは走査速度、又はパルス発振のタイミングがずれた
場合の露光量ばらつきを少なくすることができる光強度
分布のことであり、例えば等脚台形、あるいはそれに似
た形状である。
【0030】今、図2において位置Aとレチクル5の間
の距離をd、被照射面に入射する光束の角度をθとする
とボケによって形成されるレチクル5面上の光強度分布
の幅Lは距離dに比例して、L=2d tanθとな
る。
の距離をd、被照射面に入射する光束の角度をθとする
とボケによって形成されるレチクル5面上の光強度分布
の幅Lは距離dに比例して、L=2d tanθとな
る。
【0031】本実施例ではレチクル5から位置Aまでの
距離を調整することでレチクル5面上の光強度分布の中
心のフラットの部分の長さとぼけによって形成される斜
面の傾斜を変えている。例えば、フラットの部分を長く
して斜面の傾斜を大きくする為には位置Aがレチクル5
により接近した位置になるような屈折力を有したコンデ
ンサーレンズ4を配置すれば良い。
距離を調整することでレチクル5面上の光強度分布の中
心のフラットの部分の長さとぼけによって形成される斜
面の傾斜を変えている。例えば、フラットの部分を長く
して斜面の傾斜を大きくする為には位置Aがレチクル5
により接近した位置になるような屈折力を有したコンデ
ンサーレンズ4を配置すれば良い。
【0032】このように本実施例の投影露光装置では2
次光源面であるオプティカルインテグレータ3から射出
する光束の主光線がマスクの走査方向と光軸を含む平面
内でマスクから光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集
光するように配置している。マスク面上の走査方向の光
強度分布はマスク面が集光位置からデフォーカスしてい
る為に、照明効率を低下させずに等脚台形に近い形状を
得ている。
次光源面であるオプティカルインテグレータ3から射出
する光束の主光線がマスクの走査方向と光軸を含む平面
内でマスクから光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集
光するように配置している。マスク面上の走査方向の光
強度分布はマスク面が集光位置からデフォーカスしてい
る為に、照明効率を低下させずに等脚台形に近い形状を
得ている。
【0033】更に走査方向と垂直なスリットの長手方向
についてはオプティカルインテグレータ3から射出する
光束の主光線がマスク面上に集光するように配置してお
り、これによりスリットの長手方向の光強度分布が略均
一となるようにしている。この条件により照明の効率を
最も高くし、且つスリットの長手方向の各位置における
走査露光による露光ムラを小さくしている。
についてはオプティカルインテグレータ3から射出する
光束の主光線がマスク面上に集光するように配置してお
り、これによりスリットの長手方向の光強度分布が略均
一となるようにしている。この条件により照明の効率を
最も高くし、且つスリットの長手方向の各位置における
走査露光による露光ムラを小さくしている。
【0034】走査方向の照射範囲を調整するスリット9
は位置A又はその近傍に配置している。スリット9はY
軸方向の任意の位置でZ軸方向の開口の幅を各々調整で
きるような機能を有している。Y軸方向の任意の位置で
Z軸方向に積算した光強度が他の位置よりも大きい場合
にはZ軸方向の開口の幅を狭め、小さい場合には開口の
幅を広げている。オプティカルインテグレータ3とコン
デンサーレンズ4によってY軸方向の光強度分布は略均
一になっているが、スリット9のY軸方向の各位置での
Z軸方向の開口の幅を調整することによって走査露光し
たときのY軸方向の露光量の均一性を更に向上させてい
る。
は位置A又はその近傍に配置している。スリット9はY
軸方向の任意の位置でZ軸方向の開口の幅を各々調整で
きるような機能を有している。Y軸方向の任意の位置で
Z軸方向に積算した光強度が他の位置よりも大きい場合
にはZ軸方向の開口の幅を狭め、小さい場合には開口の
幅を広げている。オプティカルインテグレータ3とコン
デンサーレンズ4によってY軸方向の光強度分布は略均
一になっているが、スリット9のY軸方向の各位置での
Z軸方向の開口の幅を調整することによって走査露光し
たときのY軸方向の露光量の均一性を更に向上させてい
る。
【0035】このように本実施例においてマスクの走査
方向と光軸を含め平面内でオプティカルインテグレータ
から射出する光束の主光線が集光する位置に走査方向の
照射領域を調整する為のスリットを設け、その幅をスリ
ットの長手方向の各位置の照度に応じて調整しても良
く、これによれば、より露光ムラを小さくすることが可
能になる。
方向と光軸を含め平面内でオプティカルインテグレータ
から射出する光束の主光線が集光する位置に走査方向の
照射領域を調整する為のスリットを設け、その幅をスリ
ットの長手方向の各位置の照度に応じて調整しても良
く、これによれば、より露光ムラを小さくすることが可
能になる。
【0036】図1,図2に示した実施例1では照明光学
系4を2枚のシリンドリカルレンズ4aと4bとから構
成した場合を示したが、本発明に係る照明光学系4はこ
れに限定されるものではない。実施例1と同等の効果の
ある照明光学系4の一般的な条件は図1においてXY平
面内の照明光学系4の焦点距離をf4bとした場合に、
照明光学系4の像側主平面とレチクル5までの距離がf
4bであり、又図2でZX平面内の照明光学系4の焦点
距離をf4aとしたとき、照明光学系4の像側主平面と
位置Aまでの距離がf4aになるように配置することで
ある。
系4を2枚のシリンドリカルレンズ4aと4bとから構
成した場合を示したが、本発明に係る照明光学系4はこ
れに限定されるものではない。実施例1と同等の効果の
ある照明光学系4の一般的な条件は図1においてXY平
面内の照明光学系4の焦点距離をf4bとした場合に、
照明光学系4の像側主平面とレチクル5までの距離がf
4bであり、又図2でZX平面内の照明光学系4の焦点
距離をf4aとしたとき、照明光学系4の像側主平面と
位置Aまでの距離がf4aになるように配置することで
ある。
【0037】このように本実施例では照明光学系4をシ
リンドリカルレンズのようなアナモフィックな光学素子
を配置して走査方向とそれに直交する方向で照明光学系
の像側焦点位置に差をつけているが、このような光学作
用を有するものであればどのような光学素子を用いても
良い。
リンドリカルレンズのようなアナモフィックな光学素子
を配置して走査方向とそれに直交する方向で照明光学系
の像側焦点位置に差をつけているが、このような光学作
用を有するものであればどのような光学素子を用いても
良い。
【0038】本実施例では以上のようなパルス光を用い
た走査型の投影露光装置によりレチクル面上のパターン
をウエハ面上に順次投影露光している。そして投影露光
したウエハを公知の現像処理工程を介して半導体デバイ
スを製造している。
た走査型の投影露光装置によりレチクル面上のパターン
をウエハ面上に順次投影露光している。そして投影露光
したウエハを公知の現像処理工程を介して半導体デバイ
スを製造している。
【0039】図3は本発明の実施例2のZX平面の一部
分の要部概略図である。
分の要部概略図である。
【0040】本実施例では図1,図2の実施例1に比べ
て照明光学系4とレチクル5との間にリレーレンズ10
を配置した点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。図3では投影光学系とウエハは省略している。
て照明光学系4とレチクル5との間にリレーレンズ10
を配置した点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。図3では投影光学系とウエハは省略している。
【0041】図3において位置Bは走査方向と垂直な平
面内(XY平面内)でオプティカルインテグレータ3か
ら射出される光束の主光線がアナモフィックな光学素子
を備えた照明光学系4によって集光される位置である。
リレーレンズ10は点線で示すように位置Bを所定の倍
率でレチクル5に投影する作用を有している。
面内(XY平面内)でオプティカルインテグレータ3か
ら射出される光束の主光線がアナモフィックな光学素子
を備えた照明光学系4によって集光される位置である。
リレーレンズ10は点線で示すように位置Bを所定の倍
率でレチクル5に投影する作用を有している。
【0042】一方、ZX平面内ではオプティカルインテ
グレータ3から射出される光束の主光線8bは照明光学
系4によって位置Bとは異なった位置Cに集光する。こ
の位置Cはレチクル5と光学的に共役である位置から所
定の距離だけ離れており、ここにスリット9を配置して
いる。
グレータ3から射出される光束の主光線8bは照明光学
系4によって位置Bとは異なった位置Cに集光する。こ
の位置Cはレチクル5と光学的に共役である位置から所
定の距離だけ離れており、ここにスリット9を配置して
いる。
【0043】レチクル5,位置B,位置Cでのそれぞれ
の走査方向の光強度分布の形状は図3に示したような形
状となっている。
の走査方向の光強度分布の形状は図3に示したような形
状となっている。
【0044】本実施例のように走査方向を含む面内にお
けるオプティカルインテグレータ3からの光束の主光線
の集光する位置Cがこれと直交する面内における集光点
(位置B)よりもレチクル5側となるように配置しても
照明効率を低下させることなく、露光量のばらつきを小
さくすることが可能な光強度分布を形成することができ
る。
けるオプティカルインテグレータ3からの光束の主光線
の集光する位置Cがこれと直交する面内における集光点
(位置B)よりもレチクル5側となるように配置しても
照明効率を低下させることなく、露光量のばらつきを小
さくすることが可能な光強度分布を形成することができ
る。
【0045】図4は本発明の実施例3のZX平面の一部
分の要部概略図である。
分の要部概略図である。
【0046】本実施例では図1,図2の実施例1に比べ
てオプティカルインテグレータ3の射出面3b側にZX
平面内にのみ屈折力を有するアナモフィック光学系とし
てのフィールドレンズ11を、又フィールドレンズ11
とレチクル5との間に回転対称なコンデンサーレンズ1
2を配置している点が異なっており、その他の構成は同
じである。
てオプティカルインテグレータ3の射出面3b側にZX
平面内にのみ屈折力を有するアナモフィック光学系とし
てのフィールドレンズ11を、又フィールドレンズ11
とレチクル5との間に回転対称なコンデンサーレンズ1
2を配置している点が異なっており、その他の構成は同
じである。
【0047】本実施例ではフィールドレンズ11とコン
デンサーレンズ12は照明光学系の一要素を構成してい
る。尚図4では投影光学系とウエハは省略している。
デンサーレンズ12は照明光学系の一要素を構成してい
る。尚図4では投影光学系とウエハは省略している。
【0048】図4においてオプティカルインテグレータ
3から射出した光束の主光線(実線)8bはオプティカ
ルインテグレータ3の射出面3bの近傍に配置した、レ
チクル5の走査方向を含むZ方向のみに屈折力を有する
フィールドレンズ11によりZX平面内で屈折される。
3から射出した光束の主光線(実線)8bはオプティカ
ルインテグレータ3の射出面3bの近傍に配置した、レ
チクル5の走査方向を含むZ方向のみに屈折力を有する
フィールドレンズ11によりZX平面内で屈折される。
【0049】図4においてこの主光線8bはコンデンサ
ーレンズ12によってレチクル5面から所定の距離離れ
た位置Dに集光する。走査方向の照明領域を調整するス
リット9をこの場所に配置している。走査方向(Z方
向)と直交するXY平面内においてはフィールドレンズ
11は屈折力がない為、オプティカルインテグレータ3
から射出する光束の主光線(点線)8aはコンデンサー
レンズ4によって屈折され、図4で点線で示したように
照射面であるレチクル5の位置に集光する。
ーレンズ12によってレチクル5面から所定の距離離れ
た位置Dに集光する。走査方向の照明領域を調整するス
リット9をこの場所に配置している。走査方向(Z方
向)と直交するXY平面内においてはフィールドレンズ
11は屈折力がない為、オプティカルインテグレータ3
から射出する光束の主光線(点線)8aはコンデンサー
レンズ4によって屈折され、図4で点線で示したように
照射面であるレチクル5の位置に集光する。
【0050】本実施例ではコンデンサーレンズ12が回
転対称な光学系であってもシリンドリカルレンズよる成
るフィールドレンズとを用いることによって実施例1や
実施例2で示したような光強度分布を得ている。
転対称な光学系であってもシリンドリカルレンズよる成
るフィールドレンズとを用いることによって実施例1や
実施例2で示したような光強度分布を得ている。
【0051】図4に示した実施例3ではフィールドレン
ズ11は走査方向に屈折力を有していたが、これと直交
する方向に屈折力を持つシリンドリカルレンズであって
もコンデンサーレンズとの組み合わせによりオプティカ
ルインテグレータ3から射出する光束の主光線が走査方
向を含む面内でレチクル5から所定の距離だけ離れた位
置に集光するように配置すれば同様の効果が得られる。
ズ11は走査方向に屈折力を有していたが、これと直交
する方向に屈折力を持つシリンドリカルレンズであって
もコンデンサーレンズとの組み合わせによりオプティカ
ルインテグレータ3から射出する光束の主光線が走査方
向を含む面内でレチクル5から所定の距離だけ離れた位
置に集光するように配置すれば同様の効果が得られる。
【0052】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施例を説明する。
デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【0053】図5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。
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。
【0054】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。
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。
【0055】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。
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。
【0056】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。
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。
【0057】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。
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。
【0058】図6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。
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。
【0059】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。
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。
【0060】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。
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。
【0061】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、パルス発振するレーザ光源を用いて
走査露光を行う際に発生する走査速度のばらつきやパル
ス発振のタイミングのずれに起因する露光量のばらつき
を小さくできる光強度分布を照明の効率の低下を防止し
つつ達成することのできる照明装置及びそれを用いた投
影露光装置を達成することができる。
定することにより、パルス発振するレーザ光源を用いて
走査露光を行う際に発生する走査速度のばらつきやパル
ス発振のタイミングのずれに起因する露光量のばらつき
を小さくできる光強度分布を照明の効率の低下を防止し
つつ達成することのできる照明装置及びそれを用いた投
影露光装置を達成することができる。
【図1】 本発明の実施例1のXY平面での要部概略図
【図2】 本発明の実施例1のZX平面での要部概略図
【図3】 本発明の実施例2のZX平面での要部概略図
【図4】 本発明の実施例3のZX平面での要部概略図
【図5】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図6】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図7】 走査露光において走査速度又はパルスの発振
タイミングがずれた場合の露光量を示した説明図
タイミングがずれた場合の露光量を示した説明図
【図8】 走査露光において走査速度又はパルスの発振
タイミングがずれた場合の露光量を示した説明図
タイミングがずれた場合の露光量を示した説明図
1 レーザ光源 2 インコヒーレント部 3 オプティカルインテグレータ 4 照明光学系 5 レチクル 6 投影光学系 7 ウエハ 8a,8b 主光線 9 スリット 10 リレーレンズ 11 フィールドレンズ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03B 27/54
Claims (15)
- 【請求項1】 光源からの光束をオプティカルインテグ
レータに入射させ、該オプティカルインテグレータの射
出面に形成した2次光源面からの光束を照明光学系を介
して走査可能な被照射面を照射する際、該照明光学系は
該被照射面の走査方向と該照明光学系の光軸とを含む平
面内で該2次光源面からの光束の主光線が該被照射面か
ら光軸方向に所定の距離だけ離れた位置に集光するよう
にしていることを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 前記照明光学系は前記被照射面の走査方
向と直交する平面内で前記2次光源面からの光束の主光
線が該被照射面上に集光するようにしていることを特徴
とする請求項1の照明装置。 - 【請求項3】 前記光源はパルス発振するレーザ光源よ
り成り、前記照明光学系はアナモフィックレンズを有し
ていることを特徴とする請求項1の照明装置。 - 【請求項4】 照明系からの光束で照明したマスク面上
のパターンを投影光学系により感光基板面上に該マスク
と該感光基板とを所定の関係で走査しながら投影露光す
る際、該照明系は光源からの光束をオプティカルインテ
グレータに入射し、該オプティカルインテグレータの射
出面に形成した2次光源面からの光束を照明光学系によ
り集光して該マスクを照明しており、該照明光学系は該
マスクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含む平面内
において該2次光源面からの光束の主光線が該マスクか
ら光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光するように
していることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項5】 前記照明光学系は前記2次光源面から射
出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と垂直
な平面内における主光線が前記マスク面上に集光するよ
うに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2次光源面から射出する光束の主光
線が前記マスクの走査方向と前記照明光学系の光軸を含
む平面内において集光する位置に走査方向の照射範囲を
制限するスリットを備えたことを特徴とする請求項4又
は5の投影露光装置。 - 【請求項7】 前記照明光学系はその光軸に対して直交
する平面内の互いに直交する2つの方向で屈折力が異な
る光学素子を有していることを特徴とする請求項4,5
又は6の投影露光装置。 - 【請求項8】 前記照明光学系は前記オプティカルイン
テグレータの射出面の近傍に1方向のみに屈折力を有す
るフィールドレンズを有していることを特徴とする請求
項4,5,6又は7の投影露光装置。 - 【請求項9】 前記光源はパルス発振するレーザ光源よ
り成っていることを特徴とする請求項4,5,6,7又
は8の投影露光装置。 - 【請求項10】 照明系からの光束で照明したマスク面
上のパターンを投影光学系により感光基板面上に該マス
クと該感光基板とを所定の関係で走査しながら投影露光
した後に、該感光基板を現像処理工程を介してデバイス
を製造する際、該照明系は光源からの光束をオプティカ
ルインテグレータに入射し、該オプティカルインテグレ
ータの射出面に形成した2次光源面からの光束を照明光
学系により集光して該マスクを照明しており、該照明光
学系は該マスクの走査方向と該照明光学系の光軸とを含
む平面内において該2次光源面からの光束の主光線が該
マスクから光軸方向に所定距離だけ離れた位置に集光す
るようにしていることを特徴とするデバイスの製造方
法。 - 【請求項11】 前記照明光学系は前記2次光源面から
射出する光束の主光線のうち前記マスクの走査方向と垂
直な平面内における主光線が前記マスク面上に集光する
ようにしていることを特徴とする請求項10のデバイス
の製造方法。 - 【請求項12】 前記2次光源面から射出する光束の主
光線が前記マスクの走査方向と前記照明光学系の光軸を
含む平面内において集光する位置に走査方向の照射範囲
を制限するスリットを備えたことを特徴とする請求項1
0又は11のデバイスの製造方法。 - 【請求項13】 前記照明光学系はその光軸に対して直
交する平面内の互いに直交する2つの方向で屈折力が異
なる光学素子を有していることを特徴とする請求項1
0,11又は12のデバイスの製造方法。 - 【請求項14】 前記照明光学系は前記オプティカルイ
ンテグレータの射出面の近傍に1方向のみに屈折力を有
するフィールドレンズを有していることを特徴とする請
求項10,11,12,又は13のデバイスの製造方
法。 - 【請求項15】 前記光源はパルス発振するレーザ光源
より成っていることを特徴とする請求項10,11,1
2,13又は14のデバイスの製造方法。
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