JP3234914B2 - 照明装置及び露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は素子製造に好適な照明装置及び露光装置並び
に素子製造方法に関し、特にレチクルに形成された回路
パターンでウエハを露光する際にレチクルやウエハ上の
照度分布の均一化を効果的に図ることができるようにし
たものである。

（従来の技術） 最近の半導体素子等の素子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１μｍ以下とな
り、光学的な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。

一般に被照射面に載置したレチクルに形成されている
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等と共に被照射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、従来の多くの露光装置では照明系に例えばオ
プティカルインテグレータ（ハエの目レンズ）等の光学
部材を用いる等をして被照射面上の照度分布の均一化を
図っている。

又ウエハを載置するXYステージ面上又はその近傍に照
度計を配置して投影面上における照度分布、即ち被照射
面上の照度分布を測定し、照明系の一部を調整すること
により照度分布の均一化を図っている。

この他被照射面上の照度分布は経時的に変化してくる
為に被照射面上の照度分布を定期的に測定し、その結果
に基づいて照明系の光源や絞り開口部等を調整すること
によって被照射面の照度分布の均一化を図っている。

又、特開昭53−74379号公報では半導体集積回路の製
造装置において被照射面上の照度分布のむらを補正する
為に照度の高いところ程光透過量を少なくし、照度が低
いところ程、光透過量を多くするように予め形成した照
度分布補正用フィルタを用いた投影露光装置を開示して
いる。

同公報の第３図では光源11からの光束をコンデンサー
レンズ12を集光し、所望の光束のみ通過させるフィルタ
ー12と照度分布補正用フィルター31を介してディフュー
ザリレーレンズ系14によってマスク（被照射面）15を照
射している。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した特開昭53−74379号公報で提案されている投
影露光装置では照度分布のむらを補正する為の照度分布
補正用フィルターをディフューザリレーレンズ系14を挟
んでマスク（被照射面）と反対側に設けている。

ディフューザを挟んで照度分布補正用フィルターとマ
スクを配置している為に、被照射面上の照度分布のむら
を補正するのが必ずしも十分ではなかった。

本発明は、被照射面上の照明むらを十分に補正するこ
とができ、高精度な投影露光が可能な半導体素子等の素
子の製造装置に好適な照明装置及び露光装置並びに素子
製造方法の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 請求項１の発明の照明装置は、光源からの光を均一化
し、該均一化した光で所定の平面を照明する第１の光学
系と、前記所定の平面と被照射面を光学的に共役な関係
にし、前記所定の平面の前記均一化した光を前記被照射
面に照射する第２の光学系とを有し、前記所定の平面の
近傍に、前記被照射面における照度分布を均一にする透
過率分布を有する照度むら補正手段を設けたことを特徴
としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、前記照度
むら補正手段は、前記透過率分布を有する薄膜が形成さ
れた、透過率が均一な石英板であることを特徴としてい
る。

請求項３の発明の露光装置は、レチクルのパターンで
ウエハを露光する露光装置であって、光源からの光を均
一化し、該均一化した光で所定の平面を照明する第１の
光学系と、前記所定の平面と前記レチクルを光学的に共
役な関係にし、前記所定の平面の前記均一化した光を前
記レチクルに照射する第２の光学系とを有し、前記所定
の平面の近傍に、前記レチクルにおける照度分布を均一
にする透過率分布を有する照度むら補正手段を設けたこ
とを特徴としている。

請求項４の発明の露光装置は、レチクルのパターンで
ウエハを露光する露光装置であって、光源からの光を均
一化し、該均一化した光で所定の平面を照明する第１の
光学系と、前記所定の平面と前記レチクルを光学的に共
役な関係にし、前記所定の平面の前記均一化した光を前
記レチクルに照射する第２の光学系とを有し、前記所定
の平面の近傍に、前記ウエハにおける照度分布を均一に
する透過率分布を有する照度むら補正手段を設けたこと
を特徴としている。

請求項５の発明は請求項３又は４の発明において、前
記照度むら補正手段は、前記透過率分布を有する薄膜が
形成された、透過率が均一な石英板であることを特徴と
している。

請求項６の発明は請求項３又は４の発明において、コ
ンタクト方式、プロキシミティー方式又はプロジェクシ
ョン方式の露光装置であることを特徴としている。

請求項７の発明の素子製造方法は請求項３〜６のいず
れか１項の露光装置により、レチクルの回路パターンで
ウエハを露光する段階を含む素子製造方法で平面を照明
する第１の光学系と、前記所定の平面と被照射面を光学
的に共役な関係にし、前記所定の平面の前記均一化した
光を前記被照射面に照射する第２の光学系とを有し、前
記所定の平面の近傍に、前記被照射面における照度分布
を均一にする透過率分布を有する照度むら補正手段を設
けたことを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部斜視図である。

本実施例は所謂ステッパーと呼ばれる露光装置に適用
した場合を示している。

同図において１は光源で例えば超高圧水銀灯やエキシ
マレーザ等から成っている。２は照明系（第１の光学
系）であり、光源１からの光束を均一化して射出してい
る。３は遮光板（マスキングブレード）であり、開口領
域可変の開口部を有しており、照明系２からの光束を部
分的に通過させて後述する被照射面であるレチクル５面
上の照射領域を制限している。

遮光板３は後述する被照射面であるレチクル５と被投
影面であるウエハ８と光学的に共役関係となっている。

又遮光板３は照明系２の光軸に対する垂直平面内で移
動可能又は開口部の位置が該垂直平面内で変位可能とな
るように構成されている。

４はリレー光学系（第２の光学系）であり、遮光板３
の開口部と投影物体（被照射物体）であるレチクル５の
パターン面とが共役関係となるようにしている。レチク
ル５面上にはウエハ８に投影転写する為の回路パターン
が数倍に拡大されて形成されている。

６はレチクルステージであり、レチクル５を載置して
いる。

７は投影レンズ系であり、レチクル５面上の回路パタ
ーンをウエハ８面上に縮小投影している。

９はウエハーチャックであり、ウエハ８を露光面（投
影面）に保持している。

10はXYステージであり、ウエハ８を載置しており不図
示の駆動手段により投影面内をXY方向に移動している。

11は制御手段であり、ケーブル（不図示）により各ユ
ニットに接続されており各ユニットの駆動操作を制御し
ている。

12は照度むら補正板（以下「補正板」ともいう。）で
あり遮光板３近傍に配置されており、その面上は部分的
に異った透過率分布を有するように構成されている。即
ち照度むら補正板12は遮光板３の開口部の照度分布に対
し、その明るさと逆比例する透過率分布しており、該照
度むら補正板を通過した後の有効光束径内の照度分布は
均一に調整され、例えばレチクル５面上の照度分布又は
ウエハ８面上の照度分布が高い精度で均一となるように
している。

本実施例はレチクル３に描かれたパターンを投影光学
系７によりウエハ８面上に縮小投影している。次にこの
ときの工程を第４図に示すフローチャートを用いて説明
する。

まず、ステップS1で、レチクル５をレチクルステージ
６上に搬入する。

ステップS2で、ウエハ８をウエハチャック９上に搬入
する。

ステップS3では、XYステージ10を移動しあらかじめ設
定された露光ショット位置へウエハ８をセットする。

次に、ステップS4へ進み、ウエハ８への露光を行う。

次に、ステップS5で、１枚のウエハにおけるすべての
ショットに対する露光が終了したかチェックする。終了
した場合はステップS6へ、終了していない場合は次のシ
ョットの露光を行うためステップS3へ進む。

次に、ステップS6で、XYステージ10上のウエハ８を搬
出する。

ステップ７では、露光する全ウエハの処理が終了した
かチェックする。処理が終了した場合は露光シーケンス
を終了し、終了していない場合は次のウエハの露光を行
うためステップS2へ進む。

これらの一連の投影露光サイクルは制御装置11によっ
て繰り返される。

このときの投影露光に際して高解像度のパターン投影
を行う為にレチクル面上の照度分布の均一化を図ってい
る。即ち本実施例では、予めレジストを塗布した照度む
ら補正板12をレジストの感光面がレチクル５の回路パタ
ーン面とほぼ共役な場所に位置するように遮光板３近傍
に載置し、レチクル５面上の照度分布の均一化を図って
いる。

次に照度分布の均一化を図る為に用いる照度むら補正
板12の作成過程と、その光学的特性について第２図を用
いて説明する。

第２図は照度むら補正板の作成過程を示している。同
図においてはまずプロセスP1で補正板の基板21として透
過率の均一な石英板に、少量の顔料を混合したレジスト
（感光体）22を均一に塗布する。本実施例ではネガ型の
レジストを使用する。

プロセスP2ではステッパの遮光板３近傍又はレチクル
５面近傍又はそれらと共役な位置近傍、例えば照明系２
やリレー光学系４中の一部にプロセスP1で作成した補正
板23を配置し、照明系２により補正板23を照射し感光を
行う。この感光処理はステッパに於て焼付けシーケンス
中のステップS1、S2、S6などの露光を行っていにときに
並行して行うことが可能である。この様な手続きを取る
ことによって、補正液23の感光処理のために半導体素子
製造の焼付け処理は中断しない。もし古い補正液がステ
ッパに載置されていれば、一時的に取り出しプロセスP2
が終わった時点で元に戻すことによって続いてステッパ
で行う焼付けシーケンスに支障が無いようにする。

第３図は照明光強度に対する補正板23のレジスト（感
光体）22の特性を示す説明図である。

同図に於て、レジスト（感光体）22に照射した照明光
強度と露光したレジスト（感光体）22を現像処理した後
にレジスト（感光体）22が基板上に残っている厚さとの
関係を破線31で示している。また現像した基板に更に処
理を加え補正板を作成したときの透過率を実線32で示し
ている。図中の点線ではさまれた領域イが照明光強度と
透過率がリニアな関係（比例）をもつ領域であり、補正
板として最適な特性を示す照射量を示す領域である。

本実施例では、このときの感光処理での露光は第３図
に示した適当な照射量領域イに入るように調整して行っ
ている。

プロセスP3では、プロセスP2で感光した補正板23を現
像液に浸し現像処理を行う。補正板23にはプロセスP1で
ネガ型レジストが塗布されているので第３図の波線で示
した感光体特性にしたがって強い光が当たった所ほどレ
ジスト22が多く残っている。

プロセスP4では、補正板23上に照射光強度分布に応じ
た透過率分布の薄膜が定着するように薬品及びベーク処
理を行う。この定着処理によって、プロセスP2の感光に
よって検出した照明光の照度むらが第３図の実線32で示
した特性に応じて正確に透過率の差となって補正板23に
再現される。

これによって照度むら補正板12を得ている。

本実施例ではこのようにして作成した照度むら補正板
12を別の検査器にかけ、透過率の分布を測定することに
よって照明系２や光源１の異常をチェックしている。

しかもこのチェックのためにステッパの焼付けシーケ
ンスを中断させることはない。

プロセスP5では、作成された照度むら補正板12をプロ
セス１で感光処理を行った位置と同じ位置に載置する。
もし古い補正板が載置されているときは交換を行う。こ
の装着、交換はプロセスP2の時と同様にステッパで焼き
付けシーケンスを行っているときに並行して行う。

ここで、プロセスP1、P3、P4はステッパの動作とは無
関係に外部で行う処理であり、プロセスP2、P5もステッ
パの動作を妨げることなく並行して処理できるので、照
度むら補正板12の作成のためにステッパの焼付けシーケ
ンスを中断させてスループットを低下させるようなこと
はない。

本実施例ではこの様な手順によって作成した照度むら
補正板をステッパの光路中の所定位置に載置して、照明
系２から出射された光束による照度分布の均一化を図っ
ている。

尚、本実施例に係る照度むら補正板をフィルム等を用
いて配置すべき位置の照度分布、即ち照度むらの検出を
行いこのときの照度分布を該フィルムに転写することに
より作成しても良い。

本発明はコンタクト方式、プロキシミティ方式、そし
てプロジェクション方式の露光装置にも同様に適用する
ことができる。

（発明の効果） 本発明によれば、被照射面での照度むらを十分に補正
することができる照明装置、露光装置並びに素子製造方
法を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【第１図】は本発明の第１実施例の要部斜視図、

【第２図】は本発明に係る照度むら補正板の作成過程の
説明図、

【第３図】は本発明に係る照度むら補正板の照明光強度
に対する特性図、

【第４図】は本発明に係るステッパーの動作を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

図中１は光源、２は照明系、３は遮光板、４はリレー光
学系、５はレチクル、６はレチクルステージ、７は投影
レンズ系、８はウエハ、９はウエハーチャック、10はXY
ステージである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を均一化し、該均一化した光
   で所定の平面を照明する第１の光学系と、前記所定の平
   面と被照射面を光学的に共役な関係にし、前記所定の平
   面の前記均一化した光を前記被照射面に照射する第２の
   光学系とを有し、前記所定の平面の近傍に、前記被照射
   面における照度分布を均一にする透過率分布を有する照
   度むら補正手段を設けたことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】前記照度むら補正手段は、前記透過率分布
   を有する薄膜が形成された、透過率が均一な石英板であ
   ることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】レチクルのパターンでウエハを露光する露
   光装置であって、光源からの光を均一化し、該均一化し
   た光で所定の平面を照明する第１の光学系と、前記所定
   の平面と前記レチクルを光学的に共役な関係にし、前記
   所定の平面の前記均一化した光を前記レチクルに照射す
   る第２の光学系とを有し、前記所定の平面の近傍に、前
   記レチクルにおける照度分布を均一にする透過率分布を
   有する照度むら補正手段を設けたことを特徴とする露光
   装置。
4. 【請求項４】レチクルのパターンでウエハを露光する露
   光装置であって、光源からの光を均一化し、該均一化し
   た光で所定の平面を照明する第１の光学系と、前記所定
   の平面と前記レチクルを光学的に共役な関係にし、前記
   所定の平面の前記均一化した光を前記レチクルに照射す
   る第２の光学系とを有し、前記所定の平面の近傍に、前
   記ウエハにおける照度分布を均一にする透過率分布を有
   する照度むら補正手段を設けたことを特徴とする露光装
   置。
5. 【請求項５】前記照度むら補正手段は、前記透過率分布
   を有する薄膜が形成された、透過率が均一な石英板であ
   ることを特徴とする請求項３又は４記載の露光装置。
6. 【請求項６】コンタクト方式、プロキシミティー方式又
   はプロジェクション方式の露光装置であることを特徴と
   する請求項３又は４記載の露光装置。
7. 【請求項７】請求項３〜６のいずれか１項に記載の露光
   装置によりレチクルの回路パターンでウエハを露光する
   段階を含む素子製造方法で平面を照明する第１の光学系
   と、前記所定の平面と被照射面を光学的に共役な関係に
   し、前記所定の平面の前記均一化した光を前記被照射面
   に照射する第２の光学系とを有し、前記所定の平面の近
   傍に、前記被照射面における照度分布を均一にする透過
   率分布を有する照度むら補正手段を設けたことを特徴と
   する素子製造方法。