JP3262039B2 - 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光装置及びそれを
用いたデバイスの製造方法に関し、具体的には被照射面
を設けた第１物体面上のパターンを投影光学系により第
２物体面上に投影露光する際、被照射面での光強度分布
（照度分布）及びテレセン度（光束の重心位置のずれ又
は有効光源の中心のずれ）を適切に設定し、高い解像度
が容易に得られる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デバイスを製造する
際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子製造用の投影露光装置
では、超ＬＳＩ等の高集積化に伴い、投影露光装置とし
てこれまで以上に高解像度のパターンが形成できる装置
が要求されるようになってきている。

【０００３】このような要求を満たす投影露光装置とし
て本出願人は例えば特開平５−４７６２９号公報や特開
平６−２０４１２３号公報において、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を用いた投影露
光装置を提案している。このような照明法では、照明系
中に設けている開口絞りの開口形状を変更することでσ
値（投影光学系のＮＡと照明光学系のＮＡの比）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、被照射面を照明するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近の超ＬＳＩ等の高
集積化を目的とした半導体素子製造用の投影露光装置に
は回路パターンの焼き付けに極めて高い転写が要求され
ている。この要求を満足させる１つの要素に投影光学系
に入射する照明光の角度分布を適切にすることがある。
投影光学系に所定の角度関係を持つ照明光を供給できな
いと、ウエハーをデフォーカスした際、像のズレとして
現われてくる。

【０００５】これは数回の工程を経ることにより、段差
が生じたウエハーに重ね合わせて回路パターンを露光す
る際、像のズレが生じることを意味しており、半導体素
子製造において歩留りが悪化する。

【０００６】従来多くの投影露光装置ではある標準的な
照明モードＡで最も最適な角度特性の照明光が供給でき
るように照明系の各要素の光学的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Ａ
と異なる照明モード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明光の角度が適
切とはならなかった。これは各々照明モードで光路が異
なるため、照明系を構成する各光学素子の反射防止膜の
ムラやレンズ系の偏心の影響が異なることによる。

【０００７】本発明は、光学系の瞳面の光強度分布、露
光光の主光線のずれ、露光光の主光線の傾き具合、被照
射面（レチクル）上に照射される照射光の角度分布等を
測定し、さらにその測定結果を基に照明系を構成する一
部の部材の光学的位置を調整することにより照明モード
や照明条件を種々と変更しても照明光を最適な角度で供
給することができ、レチクル面上の各種のパターンをウ
エハー面上に安定して高い解像力で投影することができ
る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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は （１−１） 光源から放射した露光光で被照射面のパタ
ーンを照明し、該パターンを露光面に設けた基板面上に
投影光学系を利用して露光する露光装置において、該露
光面における照度分布を測定するために該露光面に受光
部を一致させて該露光面に沿って移動可能で且つ、該投
影光学系の光軸方向にも移動可能な照度計と、該被照射
面と光学的共役面に配された、該被照射面における照明
領域を規制する、開口の大きさが可変であるマスキング
手段とを設け、該マスキング手段の該開口の大きさを、
該露光面から該光軸方向に変位した平面に該投影光学系
の瞳面の光強度分布が現れるように設定し、かつ該受光
部を該平面に一致させて該照度計を該平面に沿って移動
させることにより該光強度分布を測定することを特徴と
している。

【０００９】（１−２） 光源から放射した露光光で被
照射面のパターンを照明し、該パターンを露光面に設け
た基板面上に投影光学系を利用して露光する露光装置に
おいて、該露光面における照度分布を測定するために該
露光面に受光部を一致させて該露光面に沿って移動可能
で且つ、該投影光学系の光軸方向にも移動可能な照度計
と、該被照射面と光学的共役面に配された、該被照射面
における照明領域を規制する、開口の大きさが可変であ
るマスキング手段とを設け、該マスキング手段の該開口
の大きさを、該露光面から該光軸方向に変位した平面に
露光光の主光線のずれが現れるように設定し、かつ該受
光部を該平面に一致させて該照度計を該平面に沿って移
動させることにより該主光線のずれを測定することを特
徴としている。

【００１０】(1-3) 光源から放射した露光光でパターン
を照明し、該パターンを露光面に設けた基板面上に光出
射側がテレセントリックな光学系を用いて露光する露光
装置において、該露光光の主光線の該光学系の光軸に対
する傾き具合を検出する検出器と、該検出器からの検出
結果に応じて該露光光の主光線の傾角を調節することに
より該露光光の主光線を該光学系の光軸と平行にする調
整手段と、該調整手段の調節により生じる該露光面での
照度むらを補正する補正手段とを有することを特徴とし
ている。

【００１１】（１−４） 光源から放射され光学系の瞳
面を介した露光光でパターンを露光面に設けた基板面上
に露光する露光装置において、該瞳面での光強度分布の
非対称性を検出する検出器と、該検出器からの検出結果
に応じて該瞳面の該光源側で該露光光を調節することに
より該瞳面での光強度分布を該光学系の光軸に関して対
称にする調節手段と、該調節手段の調節により生じる該
露光面での照度むらを補正する補正手段とを有すること
を特徴としている。

【００１２】本発明の投影露光装置は （２−１） 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
により露光面に設けた基板面上に投影し露光する投影露
光装置において、該露光面から該投影光学系の光軸方向
に所定量離れた位置に照度計を設け、該照度計により照
明光の角度分布を求め、該照度計からの信号に基づい
て、該照明系に設けた、該照明系の光軸に対して傾けた
平行平面板又は断面が楔形状の光学部材により、該照明
光の角度分布を調整することを特徴としている。

【００１３】（２−２） 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露光面に設けた基板面上に投影し露
光する投影露光装置において、該照明系は該被照射面と
光学的共役面に該被照射面の大きさを制限するマスキン
グ手段を有しており、該露光面から該投影光学系の光軸
方向に所定量離れた位置に照度計を設け、該照度計によ
り照明光の角度分布を求め、該照度計からの信号に基づ
いて、該照明系に設けた、該照明系の光軸に対して傾け
た平行平面板又は断面が楔形状の光学部材により、該照
明光の角度分布を調整することを特徴としている。

【００１４】（２−３） 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露光面に設けた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、該投影光学
系の瞳面と光学的に共役な位置に複数の２次光源を形成
する２次光源形成手段と、該被照射面と光学的共役面に
配された、該被照射面における照明領域を規制するマス
キング手段を有しており、該露光面から光軸方向に所定
量離れた位置に照度計を設け、該照度計により照明光の
角度分布を求め、該照度計からの信号に基づいて、該照
明系を構成する、前記２次光源形成手段の光入射面側に
設けられた一部の部材を回動させて又は光軸と直交する
平面内に駆動させて、該照明光の角度分布を調整してい
ることを特徴としている。

【００１５】特に （２−３−１） 前記一部の部材はレンズ系より成って
いること。

【００１６】（２−３−２） 前記一部の部材は平行平
面板より成っていること。

【００１７】（２−３−３） 前記一部の部材は断面が
楔形状の光学部材より成っていること。

【００１８】（２−３−４） 前記一部の部材は開口径
が一定又は可変の絞り部材より成っていること。等を特
徴としている。

【００１９】この他、構成要件（２−１）〜（２−３）
において、 （２−３−５） 前記照度計によって前記露光面の照度
ムラを測定し、該照度計からの信号に基づいて前記照明
系の光路中に設けた照度ムラ補正機構によって該照度ム
ラを補正していることを特徴としている。 （２−４） 照明系により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露光面に設けた基板
面上に投影する投影露光装置において、前記照明系は複
数の照明モードを有し、前記照明系は前記照明モードに
応じて、前記露光面を照射する照明光の角度分布を調節
する手段を有することを特徴としている。特に、 （２−４−１） 前記照明系は前記照明モードに応じて
前記露光面での照明むらを調節する手段を有することを
特徴としている。

【００２０】本発明のデバイス製造方法は、 （３−１） 構成（１−１）〜（１−４）の露光装置、
又は構成（２−１）〜（２−４）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
上に投影露光する段階と、該露光したウエハを現像する
段階を有することを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。本実施形態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。

【００２２】図中、１は水銀ランプ等の光源としての発
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は楕円ミラー２の
第１焦点又はその近傍に配置している。発光部１ａは楕
円ミラー２の第２焦点又はその近傍４に結像される。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線を反射させてい
る。楕円ミラー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
を形成している。

【００２３】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などから成
り、第２焦点又はその近傍４に形成した発光部像１ｂを
レンズ系（調整手段）６を介してオプティカルインテグ
レータ（２次光源形成手段）７の入射面７ａに結像させ
ている。

【００２４】レンズ系６は被照射面（例えばレチクル
面）に入射する照明光の入射角度を調整する調整手段と
しての作用を有しており、レンズ系駆動装置３２により
光軸方向及び光軸に垂直な平面に沿って２次元的に駆動
可能となっている。

【００２５】オプティカルインテグレータ７は断面が４
角形状の複数の微小レンズを２次元的に所定ピッチで配
列して構成しており、その射出面７ｂ近傍に複数の２次
光源を形成している。オプティカルインテグレータ７の
射出面７ｂ近傍には絞り８が配置され、絞り駆動機構３
３により、絞りの大きさ及び形状を可変としている。

【００２６】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号公報等で提
案しているように、レチクル１４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１６の瞳面１７に形成される光強度分布を種々と変
えている。

【００２７】９は照度ムラ補正手段（補正手段）であ
り、駆動装置３４で被照射面１４上の照度ムラの補正を
行う。１０は集光レンズであり、オプティカルインテグ
レータ７の射出面７ｂ近傍の複数の２次光源から射出し
た複数の光束を集光し、ミラー１１で反射させて被照射
面としてのマスキングブレード１２面を重畳照射して、
その面を均一に照明している。

【００２８】マスキングブレード１２は複数の可動の遮
光板より成り、マスキングブレード駆動装置３１によ
り、任意の開口形状が形成されるようにして、ウエハ１
８面上の露光範囲を規制している。１３は結像レンズで
あり、マスキングブレード１２の開口形状を被照射面と
してのレチクル１４面に転写し、レチクル１４面上の必
要な領域を均一に照明している。レチクル１４はレチク
ルステージ１５によって保持されている。

【００２９】１６はレチクル１４面上の回路パターンを
縮小投影する投影光学系（投影レンズ）であり、射出テ
レセントリック系より成っている。１７は投影光学系１
６の瞳、１８はレチクル１４上の回路パターンが投影転
写されるウエハ（基板）であり、露光面に位置してい
る。１９はウエハ１８を保持し光軸方向に動くウエハチ
ャック、２０はウエハチャック１９を保持して光軸と直
交する平面に沿って２次元的に動くＸＹステージ、２１
は投影レンズ１６やＸＹステージ２０が置かれる定盤で
ある。ＸＹステージ２０は後述する照明光の角度特性を
測定する為に光軸Ｌａ方向に所定量上下できる構造にな
っている。

【００３０】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７の入射
面とマスキングブレード１２とレチクル１４とウエハ面
１８とが互いに共役関係である。また、絞り８の射出面
と投影光学系１６の瞳面１７とが略共役関係となってい
る。

【００３１】２２，２３はウエハ１８の表面の光軸方向
に関する位置（高さ）情報を検出するための面位置検出
装置の一部分を示し、２２はウエハ１８を斜方向から照
明する照明装置、２３はウエハ１８の表面からの反射光
を受け、ウエハ１８の面位置に応じた信号を出力する受
光装置である。２８は照明装置２２と受光装置２３を制
御する制御装置である。

【００３２】２５はＸＹステージ２０上に固設された反
射鏡、２６は反射鏡２５の反射面にレーザー光を当てて
ＸＹステージ２０の変位量を検出するレーザー干渉計、
２７はレーザー干渉計２６からの出力を受け、ＸＹステ
ージ２０の移動を制御する駆動装置である。

【００３３】尚、駆動装置２７は制御装置２８からウエ
ハ１８の表面高さに関する面位置情報を受け、ウエハチ
ャック１９を光軸方向に動かすことにより、ウエハ１８
の表面を投影レンズ系１６によるレチクル１４のデバイ
スパターンの結像面に合致させている。

【００３４】２４はウエハ１８面上に入射する照明光の
角度分布及びその面上の照度分布を検出するためのディ
テクター（照度計，検出器）であり、ウエハ１８面に受
光部を一致させて照射画面領域内をＸＹステージ２０の
駆動と共に移動しながら照明光を受光し、その出力に対
応した信号を検出装置２９に送っている。又、照度計２
４は光軸Ｌａ方向に移動可能となっている。

【００３５】３０は、各装置２７，２８，２９，３１，
３２，３３，３４を制御する主制御装置であり、主制御
装置３０には検出装置２９からの情報が入力される。

【００３６】尚、本実施形態ではマスキングブレード１
２は、その開口形状を変えて図２に示す露光面１８ａか
ら露光光軸Ｌａ方向に変位した平面１８ｂに光学系の瞳
面（１７又は絞り８）の光強度分布が現れるようにして
いる。

【００３７】照度計２４は、瞳面の光強度分布及び光強
度分布の露光光軸に対する非対称性を測定している。そ
して照度計２４からの検出結果に基づいてレンズ系（調
整手段）６を駆動させて瞳面の光強度分布及びその露光
光軸に対する非対称性を調整している。

【００３８】又、本実施形態ではマスキングブレード１
２は、その開口形状を変えて図２に示す露光面１８ａか
ら露光光軸Ｌａ方向に変位した平面１８ｂに露光光の主
光線のずれが現れるようにしている。照度計２４はこの
ときの主光線のずれを測定している。

【００３９】又、本実施形態では照度計（検出器）２４
は露光光の主光線の光学系（５〜１６）の光軸Ｌａに対
する傾き具合を検出している。そして照度計２４からの
信号に基づいてレンズ系（調整手段）６を駆動させて露
光光の主光線の傾角を調整している。

【００４０】次に本実施形態における投影光学系１６か
ら射出する照明光の角度分布の測定方法を示す。尚、投
影光学系１６へ入射する照明光の角度分布は射出する照
明光の角度分布と投影光学系１６の倍率より求めてい
る。

【００４１】まず第１の方法について説明する。例えば
画面中心（光軸Ｌａ位置）における照明光の角度分布を
測定する場合には、光軸Ｌａの位置のみ僅かに照明光が
透過するように、マスキングブレード駆動装置３１によ
りマスキングブレード１２を駆動して開口１２ａを小さ
く制限する。このとき図２に示すようにディテクター２
４をほぼ光軸Ｌａの位置に移動すると共に、実際のウエ
ハ面からの位置１８ａから所定距離だけ下方に位置させ
る。

【００４２】マスキングブレード１２によって制限され
た開口１２ａからの照明光のみが露光面１８ａで一旦結
像し、その後、照射角度を反映したままディテクター２
４に光が到達する。このときの光強度をＸＹステージ２
０を２次元的に動かしながらディテクター２４で測定
し、その結果を２次元的にプロットする。

【００４３】これによって、照明光の角度分布を判定し
ている。露光面１８ａ上の光軸Ｌａ上以外の点で照明光
の角度分布を測定したい場合には、測定したい点のマス
キングブレード面内に対応する位置にマスキングブレー
ド１２の微小開口部１２ａを設定するとともに、ディテ
クター２４の位置が測定位置になるようにＸＹステージ
２０を２次元的に移動させ、所定距離だけ露光面１８ａ
から下方に位置させて計測すれば良い。

【００４４】次に第２の方法について説明する。第２の
方法ではディテクター２４の代わりに図３に示すような
遮光板４１とＣＣＤ４２を用いている。

【００４５】図３において４１は中心にピンホールを備
えた遮光板、４２はＣＣＤ等の光電変換素子アレイであ
る。遮光板４１はウエハ１８面と同一平面内に設定され
ており、ＣＣＤ４２は遮光板４１のピンホールを透過し
た光を受けるよう遮光板４１の下方の所定量離れた位置
に置いてある。

【００４６】例えば画面中心（光軸位置）における照明
光の角度分布を測定する場合、遮光板４１のピンホール
４１ａが光軸Ｌａの位置になるようにＸＹステージ２０
を移動させる。このときピンホール４１ａによって制限
された照明光のみが照射角度を反映したままＣＣＤ４２
に到達する。この受光したＣＣＤ４２の各画素の光強度
の測定結果を２次元分布的にプロットすることによっ
て、照明光の角度分布を判定している。

【００４７】ウエハ面１８上の光軸Ｌａ上以外の点で照
明光の角度分布を測定したい場合には、遮光板４１のピ
ンホール４１ａの位置が測定位置になるようにＸＹステ
ージ２０を２次元的に移動させて計測すれば良い。

【００４８】次に第３の方法について説明する。第３の
方法では例えば画面中心（光軸位置）及び画面内の格子
状に位置する点の照明光の角度分布を測定しており、こ
のときは図４（Ｂ）に示すような微小な大きさの透過パ
ターン１４ａを設けたレチクル１４を用意している。こ
のレチクル１４を図４（Ａ）に示すようにレチクルステ
ージ１５上にセットし、ディテクター２４をウエハ面１
８の照射領域の測定したい位置に移動すると共に、実際
の露光面１８ａから所定距離だけ下方に位置させる。

【００４９】図４（Ｂ）に示すレチクル１４によって制
限された照明光のみが露光面１８で一旦結像し、その
後、照射角度を反映したままディテクター２４に光が到
達する。この光強度をＸＹステージ２０を２次元的に動
かしながらディテクター２４で測定し、その結果を２次
元的にプロットすることによって、照明光の角度分布を
判定している。

【００５０】また、レチクル１５の近傍にピンホールを
設けた遮光板を用意し、それをレチクル１５面と同一の
平面内で移動させる機構を用いても、上記と同様の測定
が可能である。このようにして測定された照明光の角度
分布は絞り８の開口における光強度分布や投影光学系１
６の瞳面１７での光強度分布に対応しているので、レチ
クル１４のウエハ１８への像形成に大きく影響を与える
２次光源形状（有効光源分布）の計測とみなすことがで
きる。

【００５１】図２，図４のディテクター２４はＣＣＤを
用いても良い。このとき照度ムラ測定における光量検出
はＣＣＤ２４の各画素の出力の総和として得られ、照明
光の角度分布測定時にはＣＣＤ２４の各画素の２次元分
布的出力が角度分布の出力となる。

【００５２】図２〜図４で照明光の角度分布検出として
ＣＣＤを用いた場合、デバイスパターンからの光の投影
レンズ系１６の瞳面１７での光強度分布は、駆動装置３
４を用いて瞳面１７と光学的に共役な絞り８の大きさを
何段階かに変化させ、各段階におけるＣＣＤからの各画
素の出力の総和を検出することによっても検出できる。
この場合、ＣＣＤの代わりにフォトダイオードを用いて
も良い。

【００５３】図２〜図４において照明光の角度分布検出
としてＣＣＤを用いた場合には、１次元ＣＣＤ、２次元
ＣＣＤのどちらも適用可能である。また、１次元ＣＣＤ
の代わりに別のラインセンサーを用いたり、２次元ＣＣ
Ｄの代わりに図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すような分割セン
サーを用いても良い。

【００５４】以上の方法により角度分布を測定した結
果、照明光の角度分布がずれている場合がある（テレセ
ン度のずれ）。特に、多くの投影露光装置ではある標準
的な照明モードＡで最も角度特性の照明光が供給できる
ように照明系の各要素の位置を調整している。

【００５５】しかしながら、各々の照明モードで光路が
異なるため、光学素子の反射防止膜のムラやレンズ系の
偏心の影響が異なり、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明光の角度が適切とはならない
可能性がある。

【００５６】次にこのように照明光の角度分布がずれて
いる（テレセン度がずれている）場合の補正方法を示
す。図６（Ｂ），（Ｄ）に示す図は照度計によって各々
の場合の角度分布を測定した場合の２次元的イメージを
表している。

【００５７】光軸Ｌａ上において図６（Ａ），（Ｂ）に
示すように角度分布がずれている場合、入射光の方向を
修正するには、ウエハ１８面上とオプティカルインテグ
レータ７の入射面７ａが共役であるから、オプティカル
インテグレータ７に入射する光束の方向を変えてやれば
良い。

【００５８】本実施形態ではレンズ系６を光軸に対し、
垂直な平面に沿って２次元的に移動させることにより図
６（Ｃ），（Ｄ）に示すようにこの作用を実現させてい
る。

【００５９】この実施形態における照明光角度分布ずれ
を補正する手順を図７のフローチャートで示す。

【００６０】上記で示した機構を用いて投影光学系１６
に入射する照明光の光軸上の角度分布を測定する。検出
装置２９から得られた照明光の角度分布のずれ量をもと
に主制御装置３０はレンズ系６の動かすべき方向および
量を演算して、その駆動方向および駆動量に対応した信
号をレンズ系駆動装置３２に送る。レンズ系駆動装置３
２は主制御装置３０からの信号に基づきレンズ系６を所
定方向・所定量だけ２次元的に駆動させる。駆動後、再
度照明光の角度分布測定を行い、最適値になっていたら
次のステップへ進む。そうでない場合は最適値になるま
で上記の手順を繰り返す。

【００６１】照明光の角度分布が最適になったら、今度
はディテクター２４を用いて被照射面１４（ウエハ面１
８）上の照度ムラの測定を行い、規格値を満足している
かどうか確認を行う。レンズ系６を駆動したことによ
り、オプティカルインテグレータ７の入射面７ａでの照
度分布が変化するため、被照射面（ウエハー面１８）で
の照度分布が悪化する可能性があるからである。照度ム
ラが規格値を満たしていれば終了する。もし照度ムラが
規格値を満足していなければ、その測定値をもとに主制
御装置３０で演算を行い、照度ムラ補正機構９を駆動装
置３４で駆動させて照度ムラを補正する。その後再度照
度ムラ測定を行い、規格値を満たしていれば終了、そう
でない場合は規格値を満足するまで照度ムラ補正の手順
を実行する。

【００６２】本実施形態における照度ムラ補正手段８は
本出願人が、例えば特開平８−１９３８４号で提案し
た、照明光の入射角度によって透過率が異なるコーティ
ングを施したクサビ状の光学素子あるいは傾けた平行平
面板を用いたり、又は特開平９−３６０２６号公報で提
案しているオプティカルインテグレータ７の入射面にＮ
Ｄフィルター等の光学フィルターを設け、その光学フィ
ルターを駆動させて補正するなどの手段を用いている。

【００６３】上記では照射光の角度分布の補正にレンズ
系６を光軸に垂直な平面に沿って２次元的に動かす場合
を説明したが、図８に示すように照明系の光路中に設け
たある程度の厚みを持った平行平面板５１を所定角度に
してオプティカルインテグレータ７への入射位置を動か
すという方法でも良い。

【００６４】又照射光の角度分布の補正には図９に示す
ように、ある角度を持った楔形状の光学部材５２を光路
上に挿脱して、オプティカルインテグレータ７への入射
位置を動かすという方法でも良い。

【００６５】又照射光の角度分布の補正には、多少の光
量の損失はあるものの、図１０に示すように光学系５と
光源１との間に絞り５３を設け、その絞り５３を光軸Ｌ
ａに垂直な平面に沿って２次元的に駆動させてオプティ
カルインテグレータ７への入射位置を動かすという方法
でも良い。

【００６６】本実施形態はステップアンドリピート型の
投影露光装置を示しているが、本発明はステップアンド
スキャン型の走査型投影露光装置にも同様に適用可能で
ある。

【００６７】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んら機構的に異なる
ものではない。

【００６８】図１１は本発明の実施形態２を示す光学構
成の概略図である。光源であるランプ１より放射される
照明光は、楕円鏡２により反射集光され、第２焦点位置
４に光源像を形成する。第２焦点位置４で形成された光
源像は、コンデンサーレンズ等の光学系５ａ、レンズ系
６、そして光学系５ｂによりフライアイレンズ７の入射
面７ａに結像される。

【００６９】レンズ系６は、レンズ系駆動系３２により
光軸方向及び光軸に垂直な平面に沿って２次元的に駆動
可能となっている。その結果、フライアイレンズ７に入
射する光束の位置を調整する作用を有し、最終的にはレ
チクル１４面とそれに共役なウエハ１８面に入射する光
束の入射角度を調整し、照度分布とテレセン度を補正す
る作用を有している。

【００７０】フライアイレンズ７は複数の微小レンズを
２次元的に配列構成したもので、その射出面７ｂ近傍に
は複数の２次光源が形成される。フライアイレンズ７の
射出面７ｂで形成された２次光源はリレーコンデンサ光
学系６１によりレチクル１４面上に重畳照射される。

【００７１】１６はレチクル１４面上の回路パターンを
縮小投影する投影光学系、２０はウエハ１８を保持しつ
つ光軸と直交する平面に沿って２次元的に動くＸＹステ
ージである。ＸＹステージ２０はウエハ１８面に入射す
る光束の角度特性を測定するために所定量上下に動かせ
る構造になっている。

【００７２】２４はウエハ１８面上の照度分布を測定す
る為の受光器であり、ウエハ１８面内の照射画面領域内
をＸＹステージ２０の駆動と共に移動しながら計測し、
その出力に対応した信号を照度分布検出装置２９に送っ
ている。

【００７３】６２はウエハ１８面近傍に入射する光量か
らの像の位置を検出するためのディテクター（検出器）
である。レチクル１４面上に微小開口部を設け、その開
口部を通過し、ウエハ１８上に到達する光束の光量を検
出することで像の位置を測定している。

【００７４】よって、ディテクター６２をＸＹステージ
２０と共に光軸Ｌａ方向にデフォーカスさせながら、そ
の度に像の位置を計測することで、デフォーカスによる
像位置のシフトからテレセン度を導出している。ディテ
クター６２からの信号はテレセン度検出系６３に送られ
る。

【００７５】照度分布検出装置２９とテレセン度検出系
６３からの情報（規格値からのズレ量）は主制御装置３
０に送られる。主制御装置３０は、照度分布とテレセン
度を同時に規格内に抑えるためには、レンズ系６とラン
プ１をどの方向にどれだけ動かすべきかを演算する。演
算結果の信号はレンズ系駆動装置３２とランプ駆動系６
４に送られ、レンズ系６もしくはランプ１（もしくはそ
の両方）を駆動させることで、照度分布とテレセン度を
同時に規格内に抑える機構となっている。

【００７６】図１２は、投影光学系１６から射出する光
束のテレセン度と照度分布を所望の規格値内に補正する
ための第１の手順を示すフローチャートである。

【００７７】任意の照明モード（ＮＡ／σ条件やＡｎｎ
ｕｌａｒ条件など）に露光装置を設定し、照度分布とテ
レセン度を測定する（ステップ１０１）。測定結果がと
もに規格内であれば（ステップ１０２）、その照明モー
ドにおける最適な状態（レンズ系６とランプ１の状態）
を保存して（ステップ１０３）、補正を終了する（ステ
ップ１０４）。

【００７８】測定結果が規格外であるとき、照度分布と
テレセン度がそれぞれ照明領域内でどの方向にどれだけ
ずれているかを検出し、その情報をもとに主制御装置３
０がレンズ系６とランプ１の最適位置を演算する。演算
結果に基づき、レンズ系６とランプ１は、照度分布とテ
レセン度が規格内になるような位置に駆動調整される
（ステップ１０５）。これで、規格内におさまれば、そ
のときのレンズ系６とランプ１の状態を保存して補正を
終了する（ステップ１０４）。規格外のときは、再度上
記手順を繰り返す。

【００７９】なお、主制御装置３０に演算させるため、
レンズ系６とランプ１の駆動方向、駆動量に対する照度
分布変化の敏感度とテレセン度変化の敏感度を把握して
おく必要がある。

【００８０】図１３は、投影光学系１６から射出する光
束のテレセン度と照度分布を所望の規格値内に補正する
ための第２の手順を示すフローチャートである。

【００８１】任意の照明モード（ＮＡ／σ条件やＡｎｎ
ｕｌａｒ条件など）に露光装置を設定し、照度分布とテ
レセン度を測定する（ステップ２０１）。測定結果がと
もに規格内であれば（ステップ２０２）、その照明モー
ドにおける最適な状態（レンズ系５とランプ１の状態）
を保存して（ステップ２０３）、補正を終了する（ステ
ップ２０４）。

【００８２】測定結果が規格外であるとき、照度分布と
テレセン度かそれぞれ照明領域内でどの方向にどれだけ
ずれているかを検出し、その情報をもとに主制御装置３
０がレンズ系６の最適位置を演算する。演算結果に基づ
き、レンズ系６は照度分布とテレセン度が規格内になる
ように駆動調整される（ステップ２０５）。規格内にお
さまれば（ステップ２０６）、そのときのレンズ系６と
ランプ１の状態を保存して（ステップ２０３）、補正を
終了する（ステップ２０４）。

【００８３】レンズ系６の駆動調整だけでは補正しきれ
ない場合、照度分布とテレセン度がそれぞれ照明領域内
でどの方向にどれだけずれているかを検出し、その情報
をもとに主制御装置３０がランプ１の最適位置を演算す
る。演算結果に基づき、ランプ１は駆動調整され、照度
分布とテレセン度を規格内におさまるよう駆動調整する
（ステップ２０７）。

【００８４】ランプ１の駆動調整でも規格外である場合
は（ステップ２０８）、レンズ系６で駆動調整を行い、
以下収束するまでレンズ系６とランプ１の駆動調整を繰
り返す。

【００８５】なお、主制御装置３０に演算させるため、
レンズ系６とランプ１の駆動方向、駆動量に対する照度
分布変化の敏感度とテレセン度変化の敏感度を把握して
おく必要がある。

【００８６】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。

【００８７】図１４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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】図１５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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、光学系の
瞳面の光強度分布、又は露光光の主光線のずれ、又は露
光光の主光線の傾き、又は被照射面（ウエハー）上に照
射される照射光の角度分布等を測定し、さらにその測定
結果を基に照明系を構成する一部の部材の光学的位置を
調整することにより照明モードや照明条件を種々と変更
しても照明光を最適な角度で供給することができ、レチ
クル面上の各種のパターンをウエハー面上に安定して高
い解像力で投影することができる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。

【００９７】この他本発明によれば、投影光学系に入射
する照明光の角度を測定することが可能になると共に、
角度分布のずれ、特に照明モードを変更して生じた角度
分布のずれを容易に補正することができる露光装置及び
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の光学系の概略図

【図２】図１の一部分の説明図

【図３】実施形態１の別形態例を示す説明図

【図４】実施形態１の別形態例と使用するレチクルを示
す説明図

【図５】実施形態１の分割センサーの構成例を示す説明
図

【図６】実施形態１の照明光角度分布のずれを具体的に
補正する形態を示す説明図

【図７】実施形態１の照明光角度分布を補正するときの
補正手順を示すフローチャート

【図８】実施形態１の別形態例を示す説明図

【図９】実施形態１の別形態例を示す説明図

【図１０】実施形態１の別形態例を示す説明図

【図１１】本発明の実施形態２の光学系の概略図

【図１２】本発明の実施形態２の照度分布とテレセン度
を共に補正する為の第１の手順を示すフローチャート

【図１３】本発明の実施形態２の照度分布とテレセン度
を共に補正する為の第２の手順を示すフローチャート

【図１４】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１５】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【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 光学系 ６ レンズ系 ７ オプティカルインテグレータ ８ 絞り ９ 照度ムラ補正手段 １０ レンズ １１ ミラー １２ マスキングブレード １３ レンズ １４ レチクル １５ レチクルステージ １６ 投光光学系（投影レンズ） １７ 投影レンズ瞳 １８ ウエハ １９ ウエハチャック ２０ ＸＹステージ ２１ 定盤 ２４ ディテクター ４１ ピンホール付遮光板 ４２ ２次元センサー ５１ 平行平面板 ５２ 楔形状光学素子 ５３ 絞り ６１ リレーコンデンサ光学系 ６２ 検出器 ６３ テレセン度検出系 ６４ ランプ駆動系

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 521

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から放射した露光光で被照射面のパ
   ターンを照明し、該パターンを露光面に設けた基板面上
   に投影光学系を利用して露光する露光装置において、該 露光面における照度分布を測定するために該露光面に
   受光部を一致させて該露光面に沿って移動可能で且つ、
   該投影光学系の光軸方向にも移動可能な照度計と、該被照射面と光学的共役面 に配された、該被照射面にお
   ける照明領域を規制する、開口の大きさが可変であるマ
   スキング手段とを設け、 該マスキング手段の該開口の大きさを、該露光面から該
   光軸方向に変位した平面に該投影光学系の瞳面の光強度
   分布が現れるように設定し、 かつ 該受光部を該平面に一致させて該照度計を該平面に
   沿って移動させることにより該光強度分布を測定するこ
   とを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 光源から放射した露光光で被照射面のパ
   ターンを照明し、該パターンを露光面に設けた基板面上
   に投影光学系を利用して露光する露光装置において、該 露光面における照度分布を測定するために該露光面に
   受光部を一致させて該露光面に沿って移動可能で且つ、
   該投影光学系の光軸方向にも移動可能な照度計と、該被照射面と光学的共役面 に配された、該被照射面にお
   ける照明領域を規制する、開口の大きさが可変であるマ
   スキング手段とを設け、 該マスキング手段の該開口の大きさを、該露光面から該
   光軸方向に変位した平面に該露光光の主光線のずれが現
   れるように設定し、 かつ 該受光部を該平面に一致させて該照度計を該平面に
   沿って移動させることにより該主光線のずれを測定する
   ことを特徴とする露光装置。
3. 【請求項３】 光源から放射した露光光でパターンを照
   明し、該パターンを露光面に設けた基板面上に光出射側
   がテレセントリックな光学系を用いて露光する露光装置
   において、 該露光光の主光線の該光学系の光軸に対する傾き具合を
   検出する検出器と、 該検出器からの検出結果に応じて該露光光の主光線の傾
   角を調節することにより該露光光の主光線を該光学系の
   光軸と平行にする調整手段と、 該調整手段の調節により生じる該露光面での照度むらを
   補正する補正手段とを有することを特徴とする露光装
   置。
4. 【請求項４】 光源から放射され光学系の瞳面を介した
   露光光でパターンを露光面に設けた基板面上に露光する
   露光装置において、 該瞳面での光強度分布の非対称性を検出する検出器と、
   該検出器からの検出結果に応じて該瞳面の該光源側で該
   露光光を調節することにより該瞳面での光強度分布を該
   光学系の光軸に関して対称にする調節手段と、該調節手
   段の調節により生じる該露光面での照度むらを補正する
   補正手段とを有することを特徴とする露光装置。
5. 【請求項５】 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
   系により露光面に設けた基板面上に投影し露光する投影
   露光装置において、該露光面 から該投影光学系の光軸方向に所定量離れた位
   置に照度計を設け、該照度計により照明光の角度分布を
   求め、 該照度計からの信号に基づいて、該照明系に設けた、該
   照明系の光軸に対して傾けた平行平面板又は断面が楔形
   状の光学部材により、該照明光の角度分布を調整するこ
   とを特徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】 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
   系により露光面に設けた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、該被照射面と光学的共役面に、該被照射面
   の大きさを制限するマスキング手段を有しており、該露
   光面から該投影光学系の光軸方向に所定量離れた位置に
   照度計を設け、該照度計により照明光の角度分布を求
   め、 該照度計からの信号に基づいて、該照明系に設けた、該
   照明系の光軸に対して傾けた平行平面板又は断面が楔形
   状の光学部材により、 該 照明光の角度分布を調整することを特徴とする投影露
   光装置。
7. 【請求項７】 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
   系により露光面に設けた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、該投影光学系の瞳面と光学的に共役な位置
   に複数の２次光源を形成する２次光源形成手段と、該被
   照射面と光学的共役面に配された、該被照射面における
   照明領域を規制するマスキング手段を有しており、該露
   光面から該投影光学系の光軸方向に所定量離れた位置に
   照度計を設け、該照度計により照明光の角度分布を求
   め、該照度計からの信号に基づいて、 該照明系を構成する、前記２次光源形成手段の光入射面
   側に設けられた一部の部材を回動させて又は光軸と直交
   する平面内に駆動させて、該照明光の角度分布を調整し
   ていることを特徴とする投影露光装置。
8. 【請求項８】 前記一部の部材はレンズ系より成ってい
   ることを特徴とする請求項７の投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記一部の部材は平行平面板より成って
   いることを特徴とする請求項７の投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記一部の部材は断面が楔形状の光学
    部材より成っていることを特徴とする請求項７の投影露
    光装置。
11. 【請求項１１】 前記一部の部材は開口径が一定又は可
    変の絞り部材より成っていることを特徴とする請求項７
    の投影露光装置。
12. 【請求項１２】 前記照度計によって前記露光面の照度
    ムラを測定し、該照度計からの信号に基づいて前記照明
    系の光路中に設けた照度ムラ補正機構によって該照度ム
    ラを補正していることを特徴とする請求項５から１１の
    いずれか１項記載の投影露光装置。
13. 【請求項１３】 照明系により被照射面のパターンを照
    明し、該パターンを投影光学系により露光面に設けた基
    板面上に投影する投影露光装置において、 前記照明系は複数の照明モードを有し、 前記照明系は前記照明モードに応じて、前記露光面を照
    射する照明光の角度分布を調節する手段を有することを
    特徴とする投影露光装置。
14. 【請求項１４】 前記照明系は前記照明モードに応じて
    前記露光面での照明むらを調節する手段を有することを
    特徴とする請求項１３記載の投影露光装置。
15. 【請求項１５】 請求項１から４のいずれか１項記載の
    露光装置、又は請求項５から１４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する段階と、該露光し
    たウエハを現像する段階を有することを特徴とするデバ
    イスの製造方法。