JP3610175B2 - 投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関し、具体的には半導体デバイス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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体デバイス製造用の投影露光装置においては、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上の回路パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力を向上させる方法としては、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。
【０００３】
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。又、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。
【０００４】
この他、本出願人はレチクル面上への照明方法を変えることにより、即ちそれに応じて投影光学系の瞳面上に形成される光強度分布（有効光源分布）を種々と変えることにより、より解像力を高めた露光方法及びそれを用いた投影露光装置を、例えば特願平５−４７６２７号公報や特開平６−２０４１２３号公報等で提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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。又、レチクル面上に形成されているパターン形状も水平方向、垂直方向の他に斜方向と種々の形状のパターンがある。
【０００６】
一般に投影光学系（投影レンズ）の瞳面上の有効光源分布（光強度分布）が投影パターン像の像性能（解像力）に大きく影響してくる。この為、現在の半導体素子製造用の露光装置には各工程毎に最適な方法で照明できる照明系が要望されている。そして投影光学系の瞳面上での有効光源分布を精度良くモニターし、希望する有効光源分布で照明するように各構成要素を適切に設定し維持することが重要になっている。例えば、照明系を構成する光源の設定位置が設計位置からずれていると、照明系の他の要素が適切に配置されていても、瞳面上で所望の有効光源分布を得るのが難しくなってくる。
【０００７】
本発明は、投影光学系の瞳面上での有効光源分布を高精度に測定し、該瞳面上の有効光源分布が所望の分布となるように照明系を構成する光源の位置調整を行うことによって投影パターンの線幅や方向性等に対して最適な有効光源分布が得られ、レチクル面上の各種のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写することができる投影露光装置及びそれを用いた半導体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】
請求項１の発明の投影露光装置は、光源からの光束で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基板上に投影する投影光学系と、を備える投影露光装置において、前記光源からの光束を集光して２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、前記２次光源からの射出光束を制限する絞りと、前記レチクル位置又は前記基板位置における照度を検出する検出器と、前記絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記検出器により検出される照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求める演算手段と、前記演算手段により求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行う光源位置調整手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記光源は、レーザであり、前記光源位置調整手段は、前記レーザからのレーザビームと前記照明光学系の光学素子の相対位置を調整することにより、前記光源の位置調整をすることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の投影露光方法は、光源からの光束でレチクルを照明系により照明し、前記レチクルのパターンを投影光学系により基板上に投影し露光する投影露光方法において、前記光源からの光束をオプティカルインテグレータにより集光して２次光源を形成し、前記２次光源からの射出光束を制限する絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記レチクル位置又は前記基板位置における照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求め、該求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のデバイス製造方法は、請求項１又は２記載の投影露光装置を用いて基板を露光し、該露光した基板を現像することを特徴としている。
【００１６】
【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。
【００１７】
図中、２は楕円鏡である。１は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。Ｔ１は光源位置調整機構であり（以下「調整機構」という。）、光源１を保持し光源１を後述する瞳面１４上の有効光源分布に基づいて３次元的に移動させて、その位置を調整している。調整機構Ｔ１によって発光部１ａは初期位置として楕円鏡２の第１焦点近傍の所定位置に配置している。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光を反射させている。楕円鏡２はコールドミラー３を介して第２焦点４近傍に発光部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。
【００１８】
５は光学系であり、コンデンサーレンズやズームレンズ等から成り、第２焦点４近傍に形成した発光部像１ｂをオプティカルインテグレータ６の入射面６ａに結像させている。オプティカルインテグレータ６は複数の微小レンズ（ハエの眼レンズ）６−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を２次元的に所定のピッチで配列して構成しており、その射出面６ｂ近傍に２次光源を形成している。
【００１９】
７は絞りであり、通常のσ絞りや、図２（Ａ），（Ｂ）に示すような投影レンズ１３の瞳面１４上の光強度分布を変化させる輪帯照明用絞りや４重極照明用絞り等から成っている。７ｐはアクチエーターであり、絞り７を切り替えている。７ａは虹彩絞りであり、図２（ｃ）に示すような複数の絞り板より成っており、アクチエーター７ｐにより絞り７と切替えられるようになっている。７ａｐはアクチエーターであり、虹彩絞り７ａの開口径を変化させている。
【００２０】
本実施形態では、虹彩絞り７ａを用いることにより、集光レンズ８に入射する光束を種々と変えて投影光学系１３の瞳面１４上の光強度分布、即ち有効光源分布を測定し、その測定結果に基づいて調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行い、所定の有効光源が得られるようにしている。
【００２１】
尚、この時通常のσ絞りと有効光源分布測定用の虹彩絞り７ａとを共有して、切り替えなしの虹彩絞り７ａだけの構成をしても良い。又、図２（Ａ），（Ｂ）に示すような、変形照明等の絞りの効果を含む有効光源分布を測定したいときには、その変形照明等の絞りの直後に虹彩絞りを置き、有効光源分布を測定しても良い。
【００２２】
８は集光レンズである。オプティカルインテグレータ６の射出面６ｂ近傍の２次光源から射出した複数の光束は集光レンズ８で集光され、ミラー９で反射させてマスキングブレード１０に指向し、該マスキングブレード１０面を均一に照明している。マスキングブレード１０は複数の可動の遮光板より成り、任意の開口形状が形成されるようにしている。
【００２３】
１１は結像レンズであり、マスキングブレード１０の開口形状を被照射面としてのレチクル１２面に転写し、レチクル１２面上の必要な領域を均一に照明している。
【００２４】
１３は投影光学系（投影レンズ）であり、レチクル１２面上の回路パターンをウエハチャックに載置したウエハ（基板）１５面上に縮小投影している。１４は投影光学系１３の瞳面である。１６は検出手段としての検出器であり、例えば紫外線検出器より成っている。紫外線検出器１６は、その受光面がウエハ１５と略同一平面上に位置するように設けている。
【００２５】
尚、紫外線検出器１６はウエハ１５と共役面であるレチクル１２面上に設けられている場合もある。
【００２６】
１８は演算手段であり、検出器１６からの出力信号を利用して瞳面１４上の有効光源分布を求めている。１９は表示手段であり、演算手段１８で演算し求めた瞳面１４上の有効光源分布を表示している。
【００２７】
本実施形態における光学系では、発光部１ａと第２焦点４とオプティカルインテグレータ６の入射面６ａが略共役関係となっている。又、マスキングブレード１０とレチクル１２とウエハ１５が共役関係となっている。又、絞り７と投影光学系１３の瞳面１４とが略共役関係となっている。
【００２８】
本実施形態では以上のような構成により、レチクル１２面上のパターンをウエハ１５面上に縮小投影露光している。そして所定の現像処理過程を経て半導体デバイス（半導体素子）を製造している。
【００２９】
次に本実施形態において、絞り７の射出瞳７ｂ、即ち投影光学系１３の瞳面１４での照度分布である有効光源分布を測定する方法について説明する。
【００３０】
有効光源分布を測定する場合には、虹彩絞り７ａの開口を閉じた状態（或いは最も絞った状態）から徐々に開けていき、その状態ごとの照度を紫外線検出器１６で測定して行なっている。
【００３１】
図３（Ａ）は虹彩絞り７ａの開口を徐々に開けていった時のウエハ面上の照度Ｉを開口の半径ｒの関数として図示したものである。この場合は、例として照度Ｉは半径ｒの２次関数として表わされている（Ｉ＝Ｃπｒ２ ，Ｃは定数である。）。図３（Ｂ）は虹彩絞り７ａの径を模式的に表わしている。
【００３２】
虹彩絞り７ａの開口の半径をｒとし、その時の紫外線検出器１６で測定される照度の値をＩ（ｒ）とする。この時有効光源分布は投影光学系１３の光軸に対して回転対称な分布であるとする（例えば、通常の照明、輪帯照明の時がこの場合である。）と、有効光源分布の相対強度半径ｒの関数ｆ（ｒ）で表わされる。
【００３３】
もしも虹彩絞り７ａの開口の半径をΔｒずつ変化させて照度Ｉを測定すると、有効光源の相対強度ｆ（ｒ）は照度Ｉ（ｒ）を用いて、
ｆ（ｒ）＝（Ｉ（ｒ＋Δｒ）−Ｉ（ｒ））／（２πｒΔｒ） ・・・・・・・・（式１）と表わされる。
【００３４】
虹彩絞り７ａを連続的に変化させる時はΔｒが微小量とみなすことができ、
ｆ（ｒ）＝１／（２πｒ）ｄＩ／ｄｒ ・・・・・・・・（式２）
のように、相対強度ｆ（ｒ）は照度Ｉの微分値で表わされる。
【００３５】
図３（Ｃ）は（式２）を用いて、有効光源の相対強度ｆ（ｒ）を求め図示したものである。このように、照度Ｉが２次関数の時は有効光源の相対強度ｆ（ｒ）は定数、即ち一様な有効光源分布であることがわかる。実際に有効光源分布を求めるには、演算手段１８により照度Ｉ（ｒ）の測定結果より（式１）又は（式２）を用いて相対強度ｆ（ｒ）を求めている。
【００３６】
次に本実施形態において表示手段１９に表示した有効光源分布をモニターしながら、光源１の位置を調整機構Ｔ１によって図１のｚ方向に移動させると、相対強度ｆ（ｒ）が変化してくる。ここで予め決定されている所望の有効光源分布に対するｆ１（ｒ）と、光源１を移動させて測定したｆ（ｒ）を比較して、ｆ（ｒ）＝ｆ１（ｒ）となるように、調整機構Ｔ１によって光源１の位置合わせを行う位置調整工程を利用している。
【００３７】
例えば、図３（Ａ）に示したように、虹彩絞り７ａを２つの半径ｒ１，ｒ２において照度Ｉ１，Ｉ２を測定し、その比率Ｉ１／Ｉ２が所定の値になるように光源１の位置を調整している。又、必要に応じて位置調整工程を繰り返して行っている。
【００３８】
図１４はこのときの位置調整工程のフローチャートである。図１４のフローチャートは図１に示した実施形態の光源位置調整について示してある。ステップ１で虹彩絞り径ｒ＝ｒｍｉｎとし、ステップ２で虹彩絞りに径ｒを設定し、ステップ３で照度計で照度Ｉ（ｒ）を測定する。ステップ４で絞り径ｒを判断し、ｒ＜ｒｍａｘの場合には、ステップ５で絞り径ｒを変更し、ステップ２，３を繰り返す。絞り径ｒ＝ｒｍａｘの場合には、全測定が終了したので、測定結果からステップ６で有効光源分布ｆ（ｒ）を計算し、ステップ７でｆ（ｒ）を表示する。ステップ８でｆ（ｒ）を所望の有効光源分布ｆ（ｒ）と比較し、一致していない場合には、ステップ９でランプ位置を調整し、ステップ１から８までの有効光源分布測定を繰り返す。ステップ８で測定されたｆ（ｒ）がｆ１（ｒ）と一致した場合には、ランプ位置の調整工程が終了する。
【００３９】
本実施形態では、照度Ｉ（ｒ）を測定するのにウエハ位置付近に配置した紫外線検出器１６を用いたが、この紫外線検出器１６はレチクル１２位置付近にあっても良い。図１では、光源は水銀ランプ等の高圧ランプとしたが、エキシマレーザー等の紫外線光源でも良い。本実施形態において、有効光源分布が光軸に対して回転非対称の時は、有効光源分布は虹彩絞りの開口の半径ｒにおいて平均化されたものとなる。
【００４０】
本実施形態では以上のようにして、投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求めることにより、レチクル１２面上のパターンをウエハ１５面上に投影露光する際の有効光源分布（照明モード）が適切に設定できるように光源１の位置を調整し、投影パターン像の解像力の向上を効果的に図っている。
【００４１】
次に、本発明の実施形態２について説明する。
【００４２】
本実施形態では、有効光源分布が光軸に対して回転非対称の時を対象としている。構成は図１の実施形態１と略同じであるので、以下、図１を用いて説明する。
【００４３】
本実施形態では図１において、虹彩絞り７ａの代わりに図４に示すような、小穴絞り７ｂを用いている。小穴絞り７ｂは小穴（小開口）７ｃを有した絞りである。７ｂｐ，７ｂｐｐは各々アクチエーターであり、小穴絞り７ｂを図の軸ｘ，ｙに沿って、即ち光軸と直交する面内で動かしている。
【００４４】
この様に小穴絞り７ｂを動かすことにより、オプティカルインテグレータ６の全ての場所から出る光を小穴７ｃによりスキャンし、透過する光束を変えることができる。小穴を動かす度に紫外線検出器１６で照度を測定すると、小穴７ｃの位置に対応する有効光源が測定でき、小穴７ｃのスキャンによって有効光源分布が測定できる。又、変形照明等の絞りの効果を含む有効光源分布を測定したい時には、その変形照明等の絞りの直後に小穴絞り７ｂを置き、有効光源を測定すれば良い。
【００４５】
今、小穴７ｃの中心の座標を（ｘ，ｙ）とし、この時紫外線検出器１６で測定される照度の値をＩ（ｘ，ｙ）とする。絞りの面積は実施形態１の場合と違って一定（小穴の面積は一定）であるから、有効光源の相対強度ｆ（ｘ，ｙ）は照度Ｉ（ｘ，ｙ）に比例する。従って、照度Ｉ（ｘ，ｙ）の分布が有効光源分布に対応することになる。小穴７ｃの面積を小さくして、小穴７ｃをスキャンするピッチも小さくすれば、より精度良く有効光源分布が測定できる。
【００４６】
本実施形態では、このようにして測定された有効光源分布の２次元的な分布から、演算手段１８により有効光源分布の対称性を計算している。例えば、ｘ＞０の範囲の有効光源分布の測定値の和をＩｘ＋、同様にｘ＜０の範囲の有効光源分布の測定値の和をＩｘ−とした場合、Ｉｘ＋＝Ｉｘ−となるように調整機構Ｔ１によって光源１のｘ方向に関する位置を調整している。又、ｙ方向についても同様な方法で光源１の位置を調整することによって光軸に対して対称な有効光源を得ている。
【００４７】
本実施形態では、照度を測定するのにウエハ位置付近の紫外線検出器を用いたが、この紫外線検出器はレチクル１２位置付近にあっても良い。
【００４８】
図５は本発明の実施形態３の要部概略図である。
【００４９】
図１の実施形態１，２では有効光源分布の測定用の絞り７ａ，７ｂを投影光学系１３の瞳面１４と略共役な照明系内の位置に設けている。これに対して本実施形態では、該絞りを投影光学系１３の瞳面１４近傍に設けている点が実施形態１，２と異なっており、その他の構成は同じである。尚、図５において図１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５０】
本実施形態では瞳面１４の位置付近に虹彩絞り１７ａを配置し、実施形態１のように虹彩絞り１７ａを動かす度にウエハ１５の位置付近におかれた紫外線検出器１６で照度を測定し、演算手段１８により（式１）又は（式２）により有効光源分布を求め、このときの測定結果に応じて調整機構Ｔ１によって光源１の位置を調整している。
【００５１】
又、瞳面１４の位置付近に小穴絞り１７ｂを配置した場合は、実施形態２のように小穴絞り７ｂを動かす度にウエハの位置付近におかれた紫外線検出器１６で照度を測定することにより有効光源分布を求めることができる。小穴絞り１７ｂを瞳面１４付近に配置した場合には、実際に露光する時にはこの小穴絞りをアクチエーター１７ｐで切り替えて実際に露光する時に用いる絞りを入れている。
【００５２】
図６は本発明の実施形態４の要部概略図である。
【００５３】
本実施形態は図１の実施形態１に比べて全反射ミラー９の代わりに反射率が高く透過率が低いハーフミラー９ａを用い、ハーフミラー９ａを介して絞り７（即ち投影光学系１３の瞳面１４）と共役な位置にＣＣＤ等の検出手段としての検出器１００を設けて投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求めており、レチクル又はウエハ面上に紫外線検出器１６を用いていない点が異なっており、その他の構成は略同じである。
【００５４】
図６において、１０１はピンホールであり、アクチエーター１０２によって光軸と直交する面内で移動可能となっている。本実施形態では、ピンホールカメラの原理により絞り７上の光源像を検出器１００面上に形成している。そしてピンホール１０１を光軸と直交する面内で移動させて、これより演算手段１８で投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求め、このときの測定結果に基づいて表示手段１９に表示した分布をモニターしながら調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行っている。尚、必要に応じて検出器１００もピンホール１０１と同様に移動させている。
【００５５】
図７は本発明の実施形態５の一部分の要部概略図である。
【００５６】
本実施形態では図６の実施形態４に比べてハーフミラー９ａの後方にレンズ部９ｂを配置して、ハーフミラー９ａを通過した光束を検出器１００面上に導光している。そして検出器１００と絞り７とが略共役関係となるようにしている。そして検出器１００で絞り７面上の照度分布を測定して有効光源分布を求めている。本実施形態では、レンズ部９ｂを配置することにより、全ての像高での有効光源の重ね合わせを測定している。
【００５７】
図８，図９，図１０は各々本発明の実施形態６，７，８の一部分の要部概略図である。
【００５８】
図８の実施形態６では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを用いて、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００５９】
図９の実施形態７では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを絞り７（不図示）と集光レンズ８との間に配置し、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００６０】
図１０の実施形態８では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを結像レンズ１１とレチクル１２との間に配置し、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００６１】
尚、実施形態４〜８において、検出器１００としてＣＣＤ等の２次元検出器や受光面が複数に分割されたセンサを用いて、個々のセンサ間の出力の比率を計算することによって一度に有効光源分布を測定するようにしても良い。又このような２次元分布を測定することができる検出器１００を用いるときには、ピンホール１０１をウエハ１５面と同じ高さになるような位置に配置しても良い。
【００６２】
検出器１００における有効光源分布は実際には、図１１（Ａ）のように個々のハエの目レンズの像の集まりとなっている。図１１（Ａ）はハエの目レンズが５×５（合計２５個）の小さなレンズからできている場合を図示したものであるが、図のように５×５（合計２５個）のそれぞれの領域のみに照度があることがわかる。
【００６３】
従って、個々のハエの目レンズの数だけの検出器をマトリックス状に並べた検出器（図１１（Ｂ））を用いても、有効光源分布が測定できることがわかる。又、ハエの目レンズの数だけ検出器を揃えなくても、主要な部分のみを測定しても良い。例えば、図１１（Ｂ）において、検出器１，５，２１，２５，１３（又は３，１１，１５，２３，１３）の４すみと中心の５つの検出器のみでも良い。
【００６４】
又、アクチエーター１０２を作動させることにより、ピンホール１０１を動かして軸上ばかりでなく軸外の有効光源分布も測定できる。この時にピンホールを動かしたことにより検出器の受光領域から有効光源の像がはみ出てしまう場合には、ピンホールの動きに合わせて検出器１００を動かせば良い。
【００６５】
図１２は本実施形態の方法により測定し表示手段１９に表示した有効光源分布の一例である。この図の場合は、図２（Ｂ）の４重極照明に対応する有効光源分布となっている。このように２次元的に有効光源分布を測定し、表示手段１９に表示した有効光源分布をモニターしながら、有効光源分布が所望の分布となるように調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行っている。
【００６６】
以上の実施形態の何れの場合においても、この方法によりウエハに到達する光量（露光量）もモニターでき、露光計としても使用することができる。
【００６７】
図１３は本発明に係る光源位置調整機構Ｔ１の一例を示す説明図である。
【００６８】
同図において、光源１は水銀ランプのような放電灯から成り、片側の電極部が保持部材１ｃで保持されている。図に示すように保持部材１ｃに連結されたｘｙｚ方向に光源１を移動させるつまみ０ｘ，０ｙ，０ｚを回して、それぞれの方向の位置を有効光源分布の測定結果に応じて調整している。尚、つまみ０ｘ，０ｙ，０ｚをモータ等で回転させるようにしても良い。光源１がエキシマレーザのようなレーザ光源の場合の光源の位置調整は、レーザビームの位置と照明光学系内の光学素子の相対位置を調整するようにしている。
【００６９】
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形態を説明する。
【００７０】
図１５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。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。
【００７１】
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、上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。
【００７２】
次のステップ５（組立て）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。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。
【００７３】
図１６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。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。
【００７４】
ステップ１６（露光）では上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。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像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済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。
【００７５】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、投影光学系の瞳面上での有効光源分布を高精度に測定し、該瞳面上の有効光源分布が所望の分布となるように照明系を構成する光源の位置調整を行うことによって投影パターンの線幅や方向性等に対して最適な有効光源分布が得られ、レチクル面上の各種のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写することができる投影露光装置及びそれを用いた半導体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の要部概略図
【図２】図１の絞りの説明図
【図３】図１の開口絞りの径と照度との関係を示す説明図
【図４】本発明の実施形態２に係る絞りの説明図
【図５】本発明の実施形態３の要部概略図
【図６】本発明の実施形態４の要部概略図
【図７】本発明の実施形態５の一部分の要部概略図
【図８】本発明の実施形態６の一部分の要部概略図
【図９】本発明の実施形態の一部分の要部概略図
【図１０】本発明の実施形態８の一部分の要部概略図
【図１１】本発明に係る検出器と有効光源分布との関係を示す説明図
【図１２】本発明において測定された有効光源分布の説明図
【図１３】本発明に係る調整機構の説明図
【図１４】本発明の動作のフローチャート
【図１５】本発明の半導体素子の製造方法のフローチャート
【図１６】本発明の半導体素子の製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 光源
２ 楕円鏡
３ コールドミラー
５ 光学系
６ オプティカルインテグレータ
７ 絞り
７ａ 虹彩絞り
８ 集光レンズ
９ ミラー
９ａ ハーフミラー
１０ マスキングブレード
１１ 結像レンズ
１２ レチクル
１３ 投影光学系
１４ 瞳面
１５ レチクル
１６，１００ 検出器
１８ 演算手段
１９ 表示手段
１０１ ピンホール
Ｔ１ 調整機構
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関し、具体的には半導体デバイス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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体デバイス製造用の投影露光装置においては、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上の回路パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光できることが要求されている。回路パターンの投影解像力を向上させる方法としては、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。
【０００３】
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。又、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。
【０００４】
この他、本出願人はレチクル面上への照明方法を変えることにより、即ちそれに応じて投影光学系の瞳面上に形成される光強度分布（有効光源分布）を種々と変えることにより、より解像力を高めた露光方法及びそれを用いた投影露光装置を、例えば特願平５−４７６２７号公報や特開平６−２０４１２３号公報等で提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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。又、レチクル面上に形成されているパターン形状も水平方向、垂直方向の他に斜方向と種々の形状のパターンがある。
【０００６】
一般に投影光学系（投影レンズ）の瞳面上の有効光源分布（光強度分布）が投影パターン像の像性能（解像力）に大きく影響してくる。この為、現在の半導体素子製造用の露光装置には各工程毎に最適な方法で照明できる照明系が要望されている。そして投影光学系の瞳面上での有効光源分布を精度良くモニターし、希望する有効光源分布で照明するように各構成要素を適切に設定し維持することが重要になっている。例えば、照明系を構成する光源の設定位置が設計位置からずれていると、照明系の他の要素が適切に配置されていても、瞳面上で所望の有効光源分布を得るのが難しくなってくる。
【０００７】
本発明は、投影光学系の瞳面上での有効光源分布を高精度に測定し、該瞳面上の有効光源分布が所望の分布となるように照明系を構成する光源の位置調整を行うことによって投影パターンの線幅や方向性等に対して最適な有効光源分布が得られ、レチクル面上の各種のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写することができる投影露光装置及びそれを用いた半導体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】
請求項１の発明の投影露光装置は、光源からの光束で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基板上に投影する投影光学系と、を備える投影露光装置において、前記光源からの光束を集光して２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、前記２次光源からの射出光束を制限する絞りと、前記レチクル位置又は前記基板位置における照度を検出する検出器と、前記絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記検出器により検出される照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求める演算手段と、前記演算手段により求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行う光源位置調整手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記光源は、レーザであり、前記光源位置調整手段は、前記レーザからのレーザビームと前記照明光学系の光学素子の相対位置を調整することにより、前記光源の位置調整をすることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明の投影露光方法は、光源からの光束でレチクルを照明系により照明し、前記レチクルのパターンを投影光学系により基板上に投影し露光する投影露光方法において、前記光源からの光束をオプティカルインテグレータにより集光して２次光源を形成し、前記２次光源からの射出光束を制限する絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記レチクル位置又は前記基板位置における照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求め、該求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のデバイス製造方法は、請求項１又は２記載の投影露光装置を用いて基板を露光し、該露光した基板を現像することを特徴としている。
【００１６】
【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。
【００１７】
図中、２は楕円鏡である。１は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。Ｔ１は光源位置調整機構であり（以下「調整機構」という。）、光源１を保持し光源１を後述する瞳面１４上の有効光源分布に基づいて３次元的に移動させて、その位置を調整している。調整機構Ｔ１によって発光部１ａは初期位置として楕円鏡２の第１焦点近傍の所定位置に配置している。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光を反射させている。楕円鏡２はコールドミラー３を介して第２焦点４近傍に発光部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。
【００１８】
５は光学系であり、コンデンサーレンズやズームレンズ等から成り、第２焦点４近傍に形成した発光部像１ｂをオプティカルインテグレータ６の入射面６ａに結像させている。オプティカルインテグレータ６は複数の微小レンズ（ハエの眼レンズ）６−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を２次元的に所定のピッチで配列して構成しており、その射出面６ｂ近傍に２次光源を形成している。
【００１９】
７は絞りであり、通常のσ絞りや、図２（Ａ），（Ｂ）に示すような投影レンズ１３の瞳面１４上の光強度分布を変化させる輪帯照明用絞りや４重極照明用絞り等から成っている。７ｐはアクチエーターであり、絞り７を切り替えている。７ａは虹彩絞りであり、図２（ｃ）に示すような複数の絞り板より成っており、アクチエーター７ｐにより絞り７と切替えられるようになっている。７ａｐはアクチエーターであり、虹彩絞り７ａの開口径を変化させている。
【００２０】
本実施形態では、虹彩絞り７ａを用いることにより、集光レンズ８に入射する光束を種々と変えて投影光学系１３の瞳面１４上の光強度分布、即ち有効光源分布を測定し、その測定結果に基づいて調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行い、所定の有効光源が得られるようにしている。
【００２１】
尚、この時通常のσ絞りと有効光源分布測定用の虹彩絞り７ａとを共有して、切り替えなしの虹彩絞り７ａだけの構成をしても良い。又、図２（Ａ），（Ｂ）に示すような、変形照明等の絞りの効果を含む有効光源分布を測定したいときには、その変形照明等の絞りの直後に虹彩絞りを置き、有効光源分布を測定しても良い。
【００２２】
８は集光レンズである。オプティカルインテグレータ６の射出面６ｂ近傍の２次光源から射出した複数の光束は集光レンズ８で集光され、ミラー９で反射させてマスキングブレード１０に指向し、該マスキングブレード１０面を均一に照明している。マスキングブレード１０は複数の可動の遮光板より成り、任意の開口形状が形成されるようにしている。
【００２３】
１１は結像レンズであり、マスキングブレード１０の開口形状を被照射面としてのレチクル１２面に転写し、レチクル１２面上の必要な領域を均一に照明している。
【００２４】
１３は投影光学系（投影レンズ）であり、レチクル１２面上の回路パターンをウエハチャックに載置したウエハ（基板）１５面上に縮小投影している。１４は投影光学系１３の瞳面である。１６は検出手段としての検出器であり、例えば紫外線検出器より成っている。紫外線検出器１６は、その受光面がウエハ１５と略同一平面上に位置するように設けている。
【００２５】
尚、紫外線検出器１６はウエハ１５と共役面であるレチクル１２面上に設けられている場合もある。
【００２６】
１８は演算手段であり、検出器１６からの出力信号を利用して瞳面１４上の有効光源分布を求めている。１９は表示手段であり、演算手段１８で演算し求めた瞳面１４上の有効光源分布を表示している。
【００２７】
本実施形態における光学系では、発光部１ａと第２焦点４とオプティカルインテグレータ６の入射面６ａが略共役関係となっている。又、マスキングブレード１０とレチクル１２とウエハ１５が共役関係となっている。又、絞り７と投影光学系１３の瞳面１４とが略共役関係となっている。
【００２８】
本実施形態では以上のような構成により、レチクル１２面上のパターンをウエハ１５面上に縮小投影露光している。そして所定の現像処理過程を経て半導体デバイス（半導体素子）を製造している。
【００２９】
次に本実施形態において、絞り７の射出瞳７ｂ、即ち投影光学系１３の瞳面１４での照度分布である有効光源分布を測定する方法について説明する。
【００３０】
有効光源分布を測定する場合には、虹彩絞り７ａの開口を閉じた状態（或いは最も絞った状態）から徐々に開けていき、その状態ごとの照度を紫外線検出器１６で測定して行なっている。
【００３１】
図３（Ａ）は虹彩絞り７ａの開口を徐々に開けていった時のウエハ面上の照度Ｉを開口の半径ｒの関数として図示したものである。この場合は、例として照度Ｉは半径ｒの２次関数として表わされている（Ｉ＝Ｃπｒ２ ，Ｃは定数である。）。図３（Ｂ）は虹彩絞り７ａの径を模式的に表わしている。
【００３２】
虹彩絞り７ａの開口の半径をｒとし、その時の紫外線検出器１６で測定される照度の値をＩ（ｒ）とする。この時有効光源分布は投影光学系１３の光軸に対して回転対称な分布であるとする（例えば、通常の照明、輪帯照明の時がこの場合である。）と、有効光源分布の相対強度半径ｒの関数ｆ（ｒ）で表わされる。
【００３３】
もしも虹彩絞り７ａの開口の半径をΔｒずつ変化させて照度Ｉを測定すると、有効光源の相対強度ｆ（ｒ）は照度Ｉ（ｒ）を用いて、
ｆ（ｒ）＝（Ｉ（ｒ＋Δｒ）−Ｉ（ｒ））／（２πｒΔｒ） ・・・・・・・・（式１）と表わされる。
【００３４】
虹彩絞り７ａを連続的に変化させる時はΔｒが微小量とみなすことができ、
ｆ（ｒ）＝１／（２πｒ）ｄＩ／ｄｒ ・・・・・・・・（式２）
のように、相対強度ｆ（ｒ）は照度Ｉの微分値で表わされる。
【００３５】
図３（Ｃ）は（式２）を用いて、有効光源の相対強度ｆ（ｒ）を求め図示したものである。このように、照度Ｉが２次関数の時は有効光源の相対強度ｆ（ｒ）は定数、即ち一様な有効光源分布であることがわかる。実際に有効光源分布を求めるには、演算手段１８により照度Ｉ（ｒ）の測定結果より（式１）又は（式２）を用いて相対強度ｆ（ｒ）を求めている。
【００３６】
次に本実施形態において表示手段１９に表示した有効光源分布をモニターしながら、光源１の位置を調整機構Ｔ１によって図１のｚ方向に移動させると、相対強度ｆ（ｒ）が変化してくる。ここで予め決定されている所望の有効光源分布に対するｆ１（ｒ）と、光源１を移動させて測定したｆ（ｒ）を比較して、ｆ（ｒ）＝ｆ１（ｒ）となるように、調整機構Ｔ１によって光源１の位置合わせを行う位置調整工程を利用している。
【００３７】
例えば、図３（Ａ）に示したように、虹彩絞り７ａを２つの半径ｒ１，ｒ２において照度Ｉ１，Ｉ２を測定し、その比率Ｉ１／Ｉ２が所定の値になるように光源１の位置を調整している。又、必要に応じて位置調整工程を繰り返して行っている。
【００３８】
図１４はこのときの位置調整工程のフローチャートである。図１４のフローチャートは図１に示した実施形態の光源位置調整について示してある。ステップ１で虹彩絞り径ｒ＝ｒｍｉｎとし、ステップ２で虹彩絞りに径ｒを設定し、ステップ３で照度計で照度Ｉ（ｒ）を測定する。ステップ４で絞り径ｒを判断し、ｒ＜ｒｍａｘの場合には、ステップ５で絞り径ｒを変更し、ステップ２，３を繰り返す。絞り径ｒ＝ｒｍａｘの場合には、全測定が終了したので、測定結果からステップ６で有効光源分布ｆ（ｒ）を計算し、ステップ７でｆ（ｒ）を表示する。ステップ８でｆ（ｒ）を所望の有効光源分布ｆ（ｒ）と比較し、一致していない場合には、ステップ９でランプ位置を調整し、ステップ１から８までの有効光源分布測定を繰り返す。ステップ８で測定されたｆ（ｒ）がｆ１（ｒ）と一致した場合には、ランプ位置の調整工程が終了する。
【００３９】
本実施形態では、照度Ｉ（ｒ）を測定するのにウエハ位置付近に配置した紫外線検出器１６を用いたが、この紫外線検出器１６はレチクル１２位置付近にあっても良い。図１では、光源は水銀ランプ等の高圧ランプとしたが、エキシマレーザー等の紫外線光源でも良い。本実施形態において、有効光源分布が光軸に対して回転非対称の時は、有効光源分布は虹彩絞りの開口の半径ｒにおいて平均化されたものとなる。
【００４０】
本実施形態では以上のようにして、投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求めることにより、レチクル１２面上のパターンをウエハ１５面上に投影露光する際の有効光源分布（照明モード）が適切に設定できるように光源１の位置を調整し、投影パターン像の解像力の向上を効果的に図っている。
【００４１】
次に、本発明の実施形態２について説明する。
【００４２】
本実施形態では、有効光源分布が光軸に対して回転非対称の時を対象としている。構成は図１の実施形態１と略同じであるので、以下、図１を用いて説明する。
【００４３】
本実施形態では図１において、虹彩絞り７ａの代わりに図４に示すような、小穴絞り７ｂを用いている。小穴絞り７ｂは小穴（小開口）７ｃを有した絞りである。７ｂｐ，７ｂｐｐは各々アクチエーターであり、小穴絞り７ｂを図の軸ｘ，ｙに沿って、即ち光軸と直交する面内で動かしている。
【００４４】
この様に小穴絞り７ｂを動かすことにより、オプティカルインテグレータ６の全ての場所から出る光を小穴７ｃによりスキャンし、透過する光束を変えることができる。小穴を動かす度に紫外線検出器１６で照度を測定すると、小穴７ｃの位置に対応する有効光源が測定でき、小穴７ｃのスキャンによって有効光源分布が測定できる。又、変形照明等の絞りの効果を含む有効光源分布を測定したい時には、その変形照明等の絞りの直後に小穴絞り７ｂを置き、有効光源を測定すれば良い。
【００４５】
今、小穴７ｃの中心の座標を（ｘ，ｙ）とし、この時紫外線検出器１６で測定される照度の値をＩ（ｘ，ｙ）とする。絞りの面積は実施形態１の場合と違って一定（小穴の面積は一定）であるから、有効光源の相対強度ｆ（ｘ，ｙ）は照度Ｉ（ｘ，ｙ）に比例する。従って、照度Ｉ（ｘ，ｙ）の分布が有効光源分布に対応することになる。小穴７ｃの面積を小さくして、小穴７ｃをスキャンするピッチも小さくすれば、より精度良く有効光源分布が測定できる。
【００４６】
本実施形態では、このようにして測定された有効光源分布の２次元的な分布から、演算手段１８により有効光源分布の対称性を計算している。例えば、ｘ＞０の範囲の有効光源分布の測定値の和をＩｘ＋、同様にｘ＜０の範囲の有効光源分布の測定値の和をＩｘ−とした場合、Ｉｘ＋＝Ｉｘ−となるように調整機構Ｔ１によって光源１のｘ方向に関する位置を調整している。又、ｙ方向についても同様な方法で光源１の位置を調整することによって光軸に対して対称な有効光源を得ている。
【００４７】
本実施形態では、照度を測定するのにウエハ位置付近の紫外線検出器を用いたが、この紫外線検出器はレチクル１２位置付近にあっても良い。
【００４８】
図５は本発明の実施形態３の要部概略図である。
【００４９】
図１の実施形態１，２では有効光源分布の測定用の絞り７ａ，７ｂを投影光学系１３の瞳面１４と略共役な照明系内の位置に設けている。これに対して本実施形態では、該絞りを投影光学系１３の瞳面１４近傍に設けている点が実施形態１，２と異なっており、その他の構成は同じである。尚、図５において図１で示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００５０】
本実施形態では瞳面１４の位置付近に虹彩絞り１７ａを配置し、実施形態１のように虹彩絞り１７ａを動かす度にウエハ１５の位置付近におかれた紫外線検出器１６で照度を測定し、演算手段１８により（式１）又は（式２）により有効光源分布を求め、このときの測定結果に応じて調整機構Ｔ１によって光源１の位置を調整している。
【００５１】
又、瞳面１４の位置付近に小穴絞り１７ｂを配置した場合は、実施形態２のように小穴絞り７ｂを動かす度にウエハの位置付近におかれた紫外線検出器１６で照度を測定することにより有効光源分布を求めることができる。小穴絞り１７ｂを瞳面１４付近に配置した場合には、実際に露光する時にはこの小穴絞りをアクチエーター１７ｐで切り替えて実際に露光する時に用いる絞りを入れている。
【００５２】
図６は本発明の実施形態４の要部概略図である。
【００５３】
本実施形態は図１の実施形態１に比べて全反射ミラー９の代わりに反射率が高く透過率が低いハーフミラー９ａを用い、ハーフミラー９ａを介して絞り７（即ち投影光学系１３の瞳面１４）と共役な位置にＣＣＤ等の検出手段としての検出器１００を設けて投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求めており、レチクル又はウエハ面上に紫外線検出器１６を用いていない点が異なっており、その他の構成は略同じである。
【００５４】
図６において、１０１はピンホールであり、アクチエーター１０２によって光軸と直交する面内で移動可能となっている。本実施形態では、ピンホールカメラの原理により絞り７上の光源像を検出器１００面上に形成している。そしてピンホール１０１を光軸と直交する面内で移動させて、これより演算手段１８で投影光学系１３の瞳面１４上での有効光源分布を求め、このときの測定結果に基づいて表示手段１９に表示した分布をモニターしながら調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行っている。尚、必要に応じて検出器１００もピンホール１０１と同様に移動させている。
【００５５】
図７は本発明の実施形態５の一部分の要部概略図である。
【００５６】
本実施形態では図６の実施形態４に比べてハーフミラー９ａの後方にレンズ部９ｂを配置して、ハーフミラー９ａを通過した光束を検出器１００面上に導光している。そして検出器１００と絞り７とが略共役関係となるようにしている。そして検出器１００で絞り７面上の照度分布を測定して有効光源分布を求めている。本実施形態では、レンズ部９ｂを配置することにより、全ての像高での有効光源の重ね合わせを測定している。
【００５７】
図８，図９，図１０は各々本発明の実施形態６，７，８の一部分の要部概略図である。
【００５８】
図８の実施形態６では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを用いて、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００５９】
図９の実施形態７では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを絞り７（不図示）と集光レンズ８との間に配置し、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００６０】
図１０の実施形態８では図６の実施形態４に比べて、反射率が低く透過率が高いハーフミラー９ｄを結像レンズ１１とレチクル１２との間に配置し、ハーフミラー９ｄからの反射光をピンホール１０１を介して検出器１００で検出している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【００６１】
尚、実施形態４〜８において、検出器１００としてＣＣＤ等の２次元検出器や受光面が複数に分割されたセンサを用いて、個々のセンサ間の出力の比率を計算することによって一度に有効光源分布を測定するようにしても良い。又このような２次元分布を測定することができる検出器１００を用いるときには、ピンホール１０１をウエハ１５面と同じ高さになるような位置に配置しても良い。
【００６２】
検出器１００における有効光源分布は実際には、図１１（Ａ）のように個々のハエの目レンズの像の集まりとなっている。図１１（Ａ）はハエの目レンズが５×５（合計２５個）の小さなレンズからできている場合を図示したものであるが、図のように５×５（合計２５個）のそれぞれの領域のみに照度があることがわかる。
【００６３】
従って、個々のハエの目レンズの数だけの検出器をマトリックス状に並べた検出器（図１１（Ｂ））を用いても、有効光源分布が測定できることがわかる。又、ハエの目レンズの数だけ検出器を揃えなくても、主要な部分のみを測定しても良い。例えば、図１１（Ｂ）において、検出器１，５，２１，２５，１３（又は３，１１，１５，２３，１３）の４すみと中心の５つの検出器のみでも良い。
【００６４】
又、アクチエーター１０２を作動させることにより、ピンホール１０１を動かして軸上ばかりでなく軸外の有効光源分布も測定できる。この時にピンホールを動かしたことにより検出器の受光領域から有効光源の像がはみ出てしまう場合には、ピンホールの動きに合わせて検出器１００を動かせば良い。
【００６５】
図１２は本実施形態の方法により測定し表示手段１９に表示した有効光源分布の一例である。この図の場合は、図２（Ｂ）の４重極照明に対応する有効光源分布となっている。このように２次元的に有効光源分布を測定し、表示手段１９に表示した有効光源分布をモニターしながら、有効光源分布が所望の分布となるように調整機構Ｔ１によって光源１の位置調整を行っている。
【００６６】
以上の実施形態の何れの場合においても、この方法によりウエハに到達する光量（露光量）もモニターでき、露光計としても使用することができる。
【００６７】
図１３は本発明に係る光源位置調整機構Ｔ１の一例を示す説明図である。
【００６８】
同図において、光源１は水銀ランプのような放電灯から成り、片側の電極部が保持部材１ｃで保持されている。図に示すように保持部材１ｃに連結されたｘｙｚ方向に光源１を移動させるつまみ０ｘ，０ｙ，０ｚを回して、それぞれの方向の位置を有効光源分布の測定結果に応じて調整している。尚、つまみ０ｘ，０ｙ，０ｚをモータ等で回転させるようにしても良い。光源１がエキシマレーザのようなレーザ光源の場合の光源の位置調整は、レーザビームの位置と照明光学系内の光学素子の相対位置を調整するようにしている。
【００６９】
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形態を説明する。
【００７０】
図１５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。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。
【００７１】
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、上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。
【００７２】
次のステップ５（組立て）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。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。
【００７３】
図１６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。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。
【００７４】
ステップ１６（露光）では上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。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像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済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。
【００７５】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、投影光学系の瞳面上での有効光源分布を高精度に測定し、該瞳面上の有効光源分布が所望の分布となるように照明系を構成する光源の位置調整を行うことによって投影パターンの線幅や方向性等に対して最適な有効光源分布が得られ、レチクル面上の各種のパターンをウエハ面上に高い解像力で容易に露光転写することができる投影露光装置及びそれを用いた半導体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の要部概略図
【図２】図１の絞りの説明図
【図３】図１の開口絞りの径と照度との関係を示す説明図
【図４】本発明の実施形態２に係る絞りの説明図
【図５】本発明の実施形態３の要部概略図
【図６】本発明の実施形態４の要部概略図
【図７】本発明の実施形態５の一部分の要部概略図
【図８】本発明の実施形態６の一部分の要部概略図
【図９】本発明の実施形態の一部分の要部概略図
【図１０】本発明の実施形態８の一部分の要部概略図
【図１１】本発明に係る検出器と有効光源分布との関係を示す説明図
【図１２】本発明において測定された有効光源分布の説明図
【図１３】本発明に係る調整機構の説明図
【図１４】本発明の動作のフローチャート
【図１５】本発明の半導体素子の製造方法のフローチャート
【図１６】本発明の半導体素子の製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 光源
２ 楕円鏡
３ コールドミラー
５ 光学系
６ オプティカルインテグレータ
７ 絞り
７ａ 虹彩絞り
８ 集光レンズ
９ ミラー
９ａ ハーフミラー
１０ マスキングブレード
１１ 結像レンズ
１２ レチクル
１３ 投影光学系
１４ 瞳面
１５ レチクル
１６，１００ 検出器
１８ 演算手段
１９ 表示手段
１０１ ピンホール
Ｔ１ 調整機構
Claims (4)
- 光源からの光束で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基板上に投影する投影光学系と、を備える投影露光装置において、
前記光源からの光束を集光して２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、
前記２次光源からの射出光束を制限する絞りと、
前記レチクル位置又は前記基板位置における照度を検出する検出器と、
前記絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記検出器により検出される照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求める演算手段と、
前記演算手段により求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行う光源位置調整手段と、を有することを特徴とする投影露光装置。 - 前記光源は、レーザであり、
前記光源位置調整手段は、前記レーザからのレーザビームと前記照明光学系の光学素子の相対位置を調整することにより、前記光源の位置調整をすることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。 - 光源からの光束でレチクルを照明系により照明し、前記レチクルのパターンを投影光学系により基板上に投影し露光する投影露光方法において、
前記光源からの光束をオプティカルインテグレータにより集光して２次光源を形成し、
前記２次光源からの射出光束を制限する絞りの開口径を変化させたときの、前記開口径の変化量と前記レチクル位置又は前記基板位置における照度の変化量との関係から、前記投影光学系の瞳面上の有効光源分布を求め、
該求めた有効光源分布に基づいて、前記光源の位置調整を行うことを特徴とする投影露光方法。 - 請求項１又は２記載の投影露光装置を用いて基板を露光し、該露光した基板を現像することを特徴とするデバイス製造方法。
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