JP3817365B2 - 投影露光装置及びそれを用いた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デバイスの製造方法に関し、特に第１物体面上のパターンを均一な照度分布の光束で照明し、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に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投影露光し、ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサブミクロン又はクオーターミクロン以下の高集積度のデバイス（半導体素子）を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造用の投影蕗光装置では、照明系（照明光学系）からの光束で電子回路パターンを形成したレチクルを照射し、該パターンをウエハー面上に露光する。この際、高解像力化を図るための一要件としてウエハー面上を均一に照射することがある。
【０００３】
この種の投影露光装置で用いられる照明系では、照射面を均一に照射するための種々の方法が知られている。例えば、一般にステッパーと呼ばれる投影露光装置では、コリメータレンズと複数の微小レンズを所定のピッチで配列したオプティカルインテグレータとを組み合わせた照明系を用いて、被照射面を均一に照射している。
【０００４】
照明系に、このようなオプティカルインテグレータを用いることにより、微小レンズの個数に相当するだけの複数の２次光源を形成でき、該２次光源からの光束で被照射面を複数の方向から重畳して、照度分布の均一化を図っている。
【０００５】
一般に被照射面での照度不均一性を示す値として、照度ムラＳを、被照射面での照度値の最大値をＳｍａｘ、最小値をＳｍｉｎとして、
Ｓ＝（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）
で表現している。従来の投影露光装置では該被照射面での不均一性を数パーセント以内にするようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の超ＬＳＩの高集積化に伴い、回路パターンの焼き付けに要求される照度均一性は±１％前後という極めて高いものとなり、上記の従来技術のみでは不十分になってきている。
【０００７】
また解像度を高めるために、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が提案されている。このような照明法では、照明光学系の開口絞りを変更することでσ値を小さくしたり、輪帯形状や四重極形状のような特殊な形状の２次光源を形成している。
【０００８】
このような複数の照明方法に対し、多くの投影露光装置ではある標準的な照明モードＡで照度ムラが最小になるように照明系の各要素の位置を調整している。
【０００９】
しかしながら、斜入射照明法や小σ値等の照明モードＡとは異なる照明モード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度ムラが最小とはならなかった。
【００１０】
投影露光装置を構成する光学系には種々な光学素子が用いられている。又これらの光学素子には反射防止膜が用いられている。一般に反射防止膜の光学的効果が光線の角度により異なるため、照明モードを切り替えると被照射面の周辺照度が変化し、光軸に関して対称に照度ムラが生じていた。また同様に照明モードを切り替えると、ミラーによる折り返しでの反射ムラや光学系の偏心の影響，ウエハー面、レチクル面、投影光学系、照明光学系の間で生じる反射によって生じるフレアの影響が異なってくるため、被照射面に光軸に関して非対称な照度ムラも発生していた。
【００１１】
このような光軸に関して対称な照度ムラ、および光軸に関して非対称な照度ムラを照明条件の切替時にそれぞれ同時に補正することは従来の投影露光装置では大変困難であった。
【００１２】
本発明は照明条件を種々と変更した際に生じる光軸に関して対称な照度ムラと光軸に関して非対称な照度ムラを各々最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投影できる投影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。
【００１３】
【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、被照射面上に配置された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、
前記被照射面上において光軸に関して非対称に照度分布を変化させる光学フィルターと、
前記光学フィルターを前記光軸と直交する平面内で駆動する駆動機構と、
前記駆動機構で前記光学フィルターを前記平面内に沿う互いに異なる二方向に駆動させたときの前記被照射面上の照度分布の変化から、照明モード毎に効き率を計算し、前記効き率に基づいて前記光学フィルターを駆動すべき方向及び量を計算する演算装置と、を有し、
前記演算装置の計算結果に基づいて、前記駆動機構により前記光学フィルターを駆動することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光学フィルターは像高の略２乗に比例して周辺部の照度を上げることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記照明光学系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピッチで配列したオプティカルインテグレータを有し、前記光学フィルターは該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズのうちの少なくとも１つに入射する光量を制限することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記光学フィルターは前記オプティカルインテグレータの中心の微小レンズあるいは中心回転対称に正方形の頂点に位置する４つの微小レンズのうちの少なくとも一方を透過する光量を制御することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記光学フィルターの透過光量を制御する光量調整部は、前記オプティカルインテグレータの微小レンズに対応する領域内において、連続的に透過率が異なるＮＤフィルターまたは遮光部材より成っていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明のデバイス製造方法は、請求項１〜５のいずれか１項の投影露光装置を用いてウエハを露光した後、該ウエハを現像することを特徴としている。
【００２７】
【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。
【００２８】
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４又はその近傍に結像される。
【００２９】
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４またはその近傍に発光部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。
【００３０】
５は光学系であり、コンデンサーレンスやコリメータレンズそしてズームレンズなどから成り、第２焦点４又はその近傍に形成した発光部像１ｂを光量制御手段１７を介して、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。
【００３１】
オプティカルインテグレータ６は断面が４角形状の複数の微小レンズ６ｃ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。
【００３２】
光量制御手段１７は光軸上に垂直な平面に沿って２次元的に駆動機構１８により移動可能で、オプティカルインテグレータ６の光射出面６ａ近傍に配置している。光量制御手段１７はオプティカルインテグレータ６の複数の微小レンズのうち少なくとも１つの微小レンズ６ｃを透過する光量をＮＤフィルター３１や遮光部材から成る光量調整部２１により制御している。１８はホルダー（駆動機構）であり、照度分布測定手段（不図示）からの信号に基づいて光量制御手段１７を光軸に垂直な平面に沿って２次元的に移動させて被照射面１２上の光軸に関して非対称（光軸非対称）の照度分布を調整している。ここで光量制御手段１７と駆動機構１８は第２の手段の一要素を構成している。
【００３３】
７は絞りであり、２次光源の形状を決定している。絞り７は照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１６によって種々の絞り７ａ，７ｂが光路中に位置するように切り替え可能となっている。絞り７としては、例えば通常の円形開口の絞りや、後述する投影レンズ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、４重極照明用絞り、小σ値照明用絞り等の１つから成っている。
【００３４】
本実施形態では種々の絞り７（７ａ，７ｂ）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上の光強度分布を適切に制御している。
【００３５】
集光レンズ８は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、絞り７を透過した複数の光束を集光し、被照射面としてのマスキングブレード９面を重畳に均一に照射している。また集光レンズ８は光軸上移動するレンズ部材８ａと固定レンズ８ｂから構成されており、駆動機構２０によりレンズ８ａを光軸方向に移動させることで、実質的に焦点距離を変えないようにしつつ、被照射面上におけるディストーションを変化させる機構になっている。ここでレンズ部材８ａと駆動機構２０は第１の手段の一要素を構成している。
【００３６】
マスキングブレード９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。
【００３７】
１０はミラー，１１は結像レンズであり、マスキングブレード９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。レチクル１２はレチクルステージ（不図示）によって保持されている。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ーチヤツクに載置したウエハー（基板）１５面上に縮小投影している。１４は投影光学系の瞳である。
【００３８】
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とマスキングブレード９とレチクル１２とウエハー面１５とが共役関係である。また、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。
【００３９】
尚、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号公報で提案しているように、レチクル面１２面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１３の瞳面１４に形成される光強度分布を種々と変えている。
【００４０】
光源１からレチクル１２の至る各要素は照明光学系（照明系）の一要素を構成している。
【００４１】
本発明による投影露光装置は、被照射面を重畳して照明するための微小レンズ群を有するオプティカルインテグレータ６と、該オプティカルインテグレータ６の入射面６ａを被照射面１２とほぼ共役にしていることを基本構成としている。そして照明条件・照明モードを変更した際に生じる被照射面１２の照度分布の変化のうち、光軸非対称な照度分布変化と光軸対称な照度分布変化に分離し、光軸対称な成分および光軸非対称な成分を補正する第１，第２の手段を各々独立に備えている。
【００４２】
光軸非対称な照度分布変化を補正するための第２の手段は、オプティカルインテグレータの微小レンズ群のうち、少なくとも１つに入射する光量を調整する光量制御手段と、前記光量制御手段を光軸と直交する平面内に２次元的に駆動制御するための駆動機構とを有している。また、光軸対称な照度分布変化を補正するための第１の手段は、オプティカルインテグレータからの光束を被照射面に照射するための照明光学系の一部（レンズ部材）を光軸方向に駆動制御するための駆動機構とを有しており、焦点距離を一定に保ちつつ集光レンズ８のディストーションを変化させることで、光軸対称に照度分布を可変としている。これら手段を用いることにより照度分布の補正をしていることを特徴としている。
【００４３】
次に本実施形態の光量制御手段１７の光学的作用の特徴について説明する。図２（Ａ）は図１の光量制御手段１７の光量調整部としてＮＤフィルター（または遮光部材）を用いた光学フィルターの光入射側から見た概略図、図２（Ｂ）は図１の光量制御手段（光学フィルター）１７とオプティカルインテグレータ６の要部側面図である。
【００４４】
図２（Ａ）の光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズ６ｃに各々対応していて、複数の領域の透過光量が調整できる光量調整部２１を有している。図２（Ａ）ではオプティカルインテグレータ６の複数の微小レンズ６ｃに対応して、入射光量を減少させる円形状のＮＤフィルター３１による光量調整部２１を示している。このＮＤフィルター３１には大きさの異なる２種類（又は２種類以上）のものがある。
【００４５】
図２（Ｂ）において、６ｃはオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズである。微小レンズ６ｃの光入射側のレンズ面６ａの後側焦点は光射出側のレンズ面６ｂの位置にある。また、微小レンズ６ｃの光射出側のレンズ面６ｂの前側焦点は光入射側のレンズ面６ａの位置にある。この為、光学系５で微小レンズ６ｃのレンズ面６ａに集光した光束はレンズ面６ｂより平行光束として射出している。そしてレンズ面６ｂから射出した平行光束は絞り７ａを介し、集光レンズ８で集光されマスキングブレード９を介して、ミラー１０で反射し、結像レンズ１１によりレチクル１２面上を照明している。
【００４６】
このようにしてオプティカルインテグレータ６の光入射面６ａとマスキングブレード９とを共役閑係になるようにしている。
【００４７】
本実施形態の光学フィルター１７の光学的作用を示す。オプティカルインテグレータ６の光入射面６ａとレチクルもしくはウエハ等の被照射面は光学的に共役である。照度ムラを補正する光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６の入射面６ａから所定の間隔Ｄの位置に配置されており、間隔Ｄが大きくなるに従ってＮＤフィルターによる照度低下部分とそうでない部分との境界が不鮮明になり、被照射面上（ウエハー１５）での照度分布変化の断面は矩形ではなく、なだらかな形状で照度低下を起こす。
【００４８】
本実施形態では大きさの異なる円形状のＮＤフィルターを配し、各ＮＤフィルター部分に図３（Ａ），（Ｂ）のような照度低下の効果を持たせている。各ＮＤフィルターの径や透過率、配置を適切にすることで、最終的に被照射面では図３（Ａ），（Ｂ）の総和である図３（Ｃ）のように中心の照度を低下させて近似的に像高の２乗に比例して周辺の照度を上げる作用を有している。
【００４９】
一般に投影露光装置用の照明装置において、被照射面における開口数の均一性と照度分布の均一性を両立させようとすると、オプティカルインテグレータ６の正弦条件の不満足量、およびレンズに用いられる反射防止膜の角度特性により周辺の照度が低下する傾向にある。そのため、本実施形態のように周辺の照度を、上げる作用を有する光学フィルターは照度分布の補正に有効である。
【００５０】
この実施形態では、光軸対称に微小レンズの光量を調整しているのでテレセン度のズレがほとんど生じない。このようにＮＤフィルターの透過率調整部の形状、大きさ、透過率、距離Ｄを適切に決めることによって、被照射面全域に渡って照度分布を均一に調整している。
【００５１】
これに対して、照明モードを変更した際には光路が異なるため，レンズ系のフレアー、偏心、レンズのコーティング特性等の影響を受け、被照射面９に照度ムラが生じてくる。
【００５２】
次に例えば照明モードを変更したとき、２次元的に見ると図４（Ａ）、ＸＹ軸断面で見ると図４（Ｂ）のような照度ムラが生じたときの照度ムラ補正について述べる。
【００５３】
本実施形態ではＮＤフィルター１７は周辺照度を最軸外で５％上昇させるタイプ、ズームは０％から１００％への駆動で周辺照度を最軸外で５％上昇させるものを用いている。
【００５４】
発生した照度ムラは図４（Ｃ），（Ｄ）のように、光軸非対称な傾斜状の照度ムラと、同心円上の光軸対称な照度ムラに成分分けできる。これらは照度分布から像高別平均照度を抽出することより、分離できる。
例えば、被照射面９の２次元的な各位置での照度を求める。
そして光軸方向からの距離が等しい像高別での平均照度Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ・・・を演算する。
このとき、光軸対称な照度ムラは、各像高における相対的な照度差（Ｅａ−Ｅｂ、Ｅｂ−Ｅｃ、・・・・）となる。
又、光軸非対称の照度ムラは、同一像高Ｈａにおいて、同心状の各位置における照度をＥＨａ １ 、ＥＨａ ２ 、ＥＨａ ３ ・・・・としたとき、相対的な照度差（ＥＨａ １ −ＥＨａ ２ 、ＥＨａ ２ −ＥＨａ ３ ・・・）を求める。これを像高毎に演算することによって求めている。
尚、これらは、後述する演算装置で求めている。
【００５５】
本実施形態の場合は、
・光軸非対称な傾斜状照度ムラがＸ軸方向に最軸外換算で±１％（図４（Ｃ））
・周辺照度の低下が軸上・最軸外比で−２％（図４（Ｄ））
となる。以下にこのように成分分けした照度ムラの補正方法を述べる。
【００５６】
〈光軸非対称な傾斜状の照度ムラの補正方法〉
前述したように本実施形態の光学フィルター１７は像高のほぼ２乗に比例して周辺部の照度分布を５％あげる効果を持つ。このとき、オプティカルインテグレータ６の微小レンズの有効径をウエハ・レチクルの被照射面相当とし、オプティカルインテグレータ６の微小レンズの有効径の入射面を正規化されたＸＹ座標系とすれば、光学フィルター１７の効果ｚは
【００５７】
【数１】
と書ける。この効果を図５（Ａ）に示す。
【００５８】
このため、光学フィルター１７を光軸に垂直な平面に沿って２次元的に移動させることにより、１次元的に傾斜状の照度分布変化を発生させることができる。即ち、光学フィルター１７を光軸に垂直な平面に沿って移動させて光軸に非対称な照度ムラを補正している。
【００５９】
ここで
ｄｚ／（ｄｘ・ｄｙ）＝１０（ｘ＋ｙ）
よって、傾斜状の滑度ムラをＸ軸方向±１％補正するのに、Ｘ軸方向に光学フィルター１７をｘ＝０．１動かしてやればよいということになる。このときの光学フィルター１７の補正効果を図５（Ｂ），図５（Ａ），（Ｂ）間の変化を図５（Ｃ）に示す。
【００６０】
実際には、照明モード毎に光学フィルター１７の効き率が若干異なるので、この実施形態では図６のフローチャートで示すように光学フィルター１７の効き率を算出して光軸非対称な照度ムラの補正を行う。図７（Ａ），（Ｂ）はＮＤフィルター１７の移動方向を示している。
【００６１】
被照射面での周辺部の４点の照度を予め測定し、基礎データとして用いる（図７（Ｃ）の網掛け部）。図７（Ｃ）のように光軸に垂直な平面に沿ってＸ座標およびＹ座標を取る。ＮＤフィルター１７をＸ方向，Ｙ方向に所定距離ｄ０移動させて照度ムラ測定を行い、被照射面での周辺部の４点の照度の変化量を装置の演算装置（不図示）によって計算し、ＮＤフィルター１７を移動させたときの変化量の効き率を装置の記憶装置（不図示）に記憶させる。この効き量をもとにＮＤフィルター１７を動かすべき方向と量を装置の演算装置（不図示）によって計算する。
【００６２】
この演算結果に基づいて光学フィルター駆動機構１８によりフィルター１７を所定方向へ所定量駆動させる。駆動後再度照度ムラ測定を行い、最適値になっていたら終了、さらに最適にする余地がある場合には、上記の作業を繰り返して非対称ムラを最適に補正する。この手順におけるフィルター１７による照度ムラ補正範囲の変化の例を図７（Ｄ），（Ｅ）に示している。
【００６３】
〈光軸対称な照度ムラの補正方法〉
周辺照度が照明モード間で異なる場合の調整方法として、オプティカルインテグレータ６と被照射面の間にある集光レンズ（コンデンサーレンズ）８の一部のレンズ部材８ａを光軸方向に移動可能としている。
【００６４】
これによって集光レンズ８の焦点距離を実質的に変えないようにしつつ、ディストーションを変化させている。この作用により、被照射面上の周辺照度を上下させることを可能としている。
【００６５】
本実施形態では周辺照度が２％低下しているが、レンズ部材８ａは全駆動範囲中の０％から１００％への駆動で周辺照度を最軸外で５％上昇させている。例えば周辺照度を２％上昇させるために、レンズ部材８ａを４０％駆動させてやれば良い。
【００６６】
この実施形態における周辺照度を変化させる手順を図８のフローチャートで示す。図９（Ａ）はレンズ部材８ａの移動方向を示している。
【００６７】
被照射面の最周辺部の４点の照度と中心から最周辺部の例えば５０％部の４点の照度を予め測定し、基礎データとして用いる（図９（Ｂ）の網掛け部）。装置の記憶装置（不図示）には、レンズ部材８ａを光軸方向に所定距離Ｄ０移動させたときの、被照射面の最周辺部の４点の照度と中心から最周辺部の５０％部の４点の照度の効き量を装置の記憶装置（不図示）に記憶させてある。この効き量はシミュレーション等により前もって求めることができる。この効き量をもとにレンズ部材８ａを光軸方向に動かすべき方向と量を装置の演算装置（不図示）によって計算する。この演算結果に基づいて駆動機構２０によりレンズ部材８ａを所定方向へ所定量駆動させ、周辺照度の調整を行う。駆動後再度照度ムラ測定を行い、最適値になっていたら終了、さらに最適にする余地がある場合には、上記の作業を繰り返して照度ムラを最適に補正する。
【００６８】
以上のように，ＮＤフィルター１７を光軸に垂直な平面内に沿って移動することにより、光軸に非対称な照度ムラを補正し、又レンズ部材８ａを光軸方向に移動させることによって、光軸に，対称な照度ムラを補正している。そしてこれらを両方行うことによってより細やかな補正をしている。
【００６９】
この場合は図６と図８で示したフローチャートを直列的に実行したり、並列的に実行するようにすればよい。
【００７０】
また、照度ムラの最適化を行った際には，図６と図８で示した実行結果（ＮＤフィルター位置，およびコンデンサーズームレンズ位置）を記憶装置（不図示）に記憶しておく。その後，同一照明条件を再度実行する際には、実行結果を呼び出して最適位置に駆動させれば、図６・図８のような手傾を踏むことなく、図１０のごとく速やかに照度ムラの最適化を行える。
【００７１】
本実施形態と同様に像高のほぼ２乗に比例して周辺の照度を上げる作用を有していれば、図２に示した形態以外のフィルターを適用できる。その例として図１１に示すように、各オプティカルインテグレータの微小レンズに対して、中心部から連続的に透過率を変化させるフィルターが適用できる。
【００７２】
本実施例に倣って、図２，図１１に示すように、ＮＤフィルターの透過率を最適化しつつ、透過率調整部を多数配置すれば、通常照明とその他の輪帯照明や４重極照明、あるいは位相シフトマスクの際に用いられるσ値が小さい照明条件等，多数の照明モードに関しても同様の機能を持たせることができる。
【００７３】
このような多数のパターン配置を行う場合、テレセン度のずれを極小にするため、透過率調整部は中心あるいは中心回転対称に正方形の４つの頂点に位置するように設けてあり、さらに中心から同一距離にある透過率調整部の透過率は等しくなるようにしている。
【００７４】
また、斜入射照明法や小σ値での照明は通常照明に比較して、重畳されるオプティカルインテグレータ６からの光束は少なくなる。このことからオプティカルインテグレータ６の微小レンズ１つあたりの被照射面での寄与率が大きくなるため、ＮＤフィルターの透過率の選定には注意を要する。
【００７５】
本実施形態のＮＤフィルターや遮光部材は一般にガラス基板面上にＣｒ等の金属膜や誘電体多層膜を蒸着したり、または基板そのものに色素を混ぜたりして所望の透過率が得られるように構成している。尚、ＮＤフィルターと同様の光学的性質を有するものであれば、他の光学部材を用いても良い。
【００７６】
なお、以上の照度ムラ補正方法は他の照明モードに変更したときに生じた照度ムラに限らず、一般的な照明方法で経時的変化等で照度ムラが生じたときにも同様に用いることができる。
【００７７】
また，図６のフローチャートにおいて、効き率の算出に最周辺部４点とは別の点を使用したり，図８のフローチャートで像高５０％部分の照度をデータとして使用しているのを、像高３０％や７０％等での照度をデータとして用いる等して、補正を最適化できるようにしてあることが望ましい。
【００７８】
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ら機構的に異なるものではない。
【００７９】
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。
【００８０】
図１２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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１３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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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容易に製造することができる。
【００８９】
【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、照明条件を種々と変更した際に生じる光軸に関して対称な照度ムラと光軸に関して非対称な照度ムラを各々最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投影できる投影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。
【００９０】
この他、本発明によれば、照明モードを変更した際に生じる照度ムラについて、光軸非対称な照度ムラ成分および光軸対称な成分それぞれが効果的に補正されオプティカルインテグレータを用いた投影露光装置において照度均一性に優れた照明が可能になる。この作用により、種々の照明モードにおいて照度ムラを最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー上に安定して高い解像力で投影することができる投影露光装置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の光学系の要部概略図
【図２】本実施形態に係るＮＤフィルターとオプティカルインテグレータの位置関係を示す説明図
【図３】本実施形態の被照射面での照度分布の変化特性例を示す説明図
【図４】本実施形態の他照明モードに変更した際の照度ムラを示す説明図
【図５】本実施形態のＮＤフィルターの補正効果例を示す説明図
【図６】本実施形態に係るＮＤフィルターを光軸に垂直な平面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示すフローチャート
【図７】本実施形態に係るＮＤフィルターを光軸に垂直な平面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手傾を示す説明図
【図８】本実施形態に係るレンズ部材を光軸に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示すフローチャート
【図９】本実施形態に係るレンズ部材を光軸に沿って移動させたときの照度ムラ補正手傾を示す説明図
【図１０】本実施形態における照明モード変更時の照度ムラ最適化手順を示すフローチャート
【図１１】本実施形態における光学フィルターの別の実施例を示す説明図
【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１３】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 オプティカルインテグレータ
７ 絞り
８ 集光レンズ
８ａ レンズ部材
８ｂ 固定レンズ
９ マスキングブレード
１０ ミラー
１１ 結像レンズ
１２ レチクル
１３ 投影光学系（投影レンズ）
１４ 投影レンズ瞳
１５ ウエハー
１６ 絞り交換機構
１７ 光量制御手段
１８ 光学フィルター駆動機構
１９ 駆動機構
２１ 光量調整部
３１ ＮＤフィルター
【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デバイスの製造方法に関し、特に第１物体面上のパターンを均一な照度分布の光束で照明し、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に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投影露光し、ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル等のサブミクロン又はクオーターミクロン以下の高集積度のデバイス（半導体素子）を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造用の投影蕗光装置では、照明系（照明光学系）からの光束で電子回路パターンを形成したレチクルを照射し、該パターンをウエハー面上に露光する。この際、高解像力化を図るための一要件としてウエハー面上を均一に照射することがある。
【０００３】
この種の投影露光装置で用いられる照明系では、照射面を均一に照射するための種々の方法が知られている。例えば、一般にステッパーと呼ばれる投影露光装置では、コリメータレンズと複数の微小レンズを所定のピッチで配列したオプティカルインテグレータとを組み合わせた照明系を用いて、被照射面を均一に照射している。
【０００４】
照明系に、このようなオプティカルインテグレータを用いることにより、微小レンズの個数に相当するだけの複数の２次光源を形成でき、該２次光源からの光束で被照射面を複数の方向から重畳して、照度分布の均一化を図っている。
【０００５】
一般に被照射面での照度不均一性を示す値として、照度ムラＳを、被照射面での照度値の最大値をＳｍａｘ、最小値をＳｍｉｎとして、
Ｓ＝（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）
で表現している。従来の投影露光装置では該被照射面での不均一性を数パーセント以内にするようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の超ＬＳＩの高集積化に伴い、回路パターンの焼き付けに要求される照度均一性は±１％前後という極めて高いものとなり、上記の従来技術のみでは不十分になってきている。
【０００７】
また解像度を高めるために、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が提案されている。このような照明法では、照明光学系の開口絞りを変更することでσ値を小さくしたり、輪帯形状や四重極形状のような特殊な形状の２次光源を形成している。
【０００８】
このような複数の照明方法に対し、多くの投影露光装置ではある標準的な照明モードＡで照度ムラが最小になるように照明系の各要素の位置を調整している。
【０００９】
しかしながら、斜入射照明法や小σ値等の照明モードＡとは異なる照明モード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度ムラが最小とはならなかった。
【００１０】
投影露光装置を構成する光学系には種々な光学素子が用いられている。又これらの光学素子には反射防止膜が用いられている。一般に反射防止膜の光学的効果が光線の角度により異なるため、照明モードを切り替えると被照射面の周辺照度が変化し、光軸に関して対称に照度ムラが生じていた。また同様に照明モードを切り替えると、ミラーによる折り返しでの反射ムラや光学系の偏心の影響，ウエハー面、レチクル面、投影光学系、照明光学系の間で生じる反射によって生じるフレアの影響が異なってくるため、被照射面に光軸に関して非対称な照度ムラも発生していた。
【００１１】
このような光軸に関して対称な照度ムラ、および光軸に関して非対称な照度ムラを照明条件の切替時にそれぞれ同時に補正することは従来の投影露光装置では大変困難であった。
【００１２】
本発明は照明条件を種々と変更した際に生じる光軸に関して対称な照度ムラと光軸に関して非対称な照度ムラを各々最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投影できる投影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。
【００１３】
【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、被照射面上に配置された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、
前記被照射面上において光軸に関して非対称に照度分布を変化させる光学フィルターと、
前記光学フィルターを前記光軸と直交する平面内で駆動する駆動機構と、
前記駆動機構で前記光学フィルターを前記平面内に沿う互いに異なる二方向に駆動させたときの前記被照射面上の照度分布の変化から、照明モード毎に効き率を計算し、前記効き率に基づいて前記光学フィルターを駆動すべき方向及び量を計算する演算装置と、を有し、
前記演算装置の計算結果に基づいて、前記駆動機構により前記光学フィルターを駆動することを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光学フィルターは像高の略２乗に比例して周辺部の照度を上げることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記照明光学系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピッチで配列したオプティカルインテグレータを有し、前記光学フィルターは該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズのうちの少なくとも１つに入射する光量を制限することを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記光学フィルターは前記オプティカルインテグレータの中心の微小レンズあるいは中心回転対称に正方形の頂点に位置する４つの微小レンズのうちの少なくとも一方を透過する光量を制御することを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記光学フィルターの透過光量を制御する光量調整部は、前記オプティカルインテグレータの微小レンズに対応する領域内において、連続的に透過率が異なるＮＤフィルターまたは遮光部材より成っていることを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明のデバイス製造方法は、請求項１〜５のいずれか１項の投影露光装置を用いてウエハを露光した後、該ウエハを現像することを特徴としている。
【００２７】
【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。
【００２８】
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４又はその近傍に結像される。
【００２９】
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４またはその近傍に発光部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。
【００３０】
５は光学系であり、コンデンサーレンスやコリメータレンズそしてズームレンズなどから成り、第２焦点４又はその近傍に形成した発光部像１ｂを光量制御手段１７を介して、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。
【００３１】
オプティカルインテグレータ６は断面が４角形状の複数の微小レンズ６ｃ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。
【００３２】
光量制御手段１７は光軸上に垂直な平面に沿って２次元的に駆動機構１８により移動可能で、オプティカルインテグレータ６の光射出面６ａ近傍に配置している。光量制御手段１７はオプティカルインテグレータ６の複数の微小レンズのうち少なくとも１つの微小レンズ６ｃを透過する光量をＮＤフィルター３１や遮光部材から成る光量調整部２１により制御している。１８はホルダー（駆動機構）であり、照度分布測定手段（不図示）からの信号に基づいて光量制御手段１７を光軸に垂直な平面に沿って２次元的に移動させて被照射面１２上の光軸に関して非対称（光軸非対称）の照度分布を調整している。ここで光量制御手段１７と駆動機構１８は第２の手段の一要素を構成している。
【００３３】
７は絞りであり、２次光源の形状を決定している。絞り７は照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１６によって種々の絞り７ａ，７ｂが光路中に位置するように切り替え可能となっている。絞り７としては、例えば通常の円形開口の絞りや、後述する投影レンズ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、４重極照明用絞り、小σ値照明用絞り等の１つから成っている。
【００３４】
本実施形態では種々の絞り７（７ａ，７ｂ）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上の光強度分布を適切に制御している。
【００３５】
集光レンズ８は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、絞り７を透過した複数の光束を集光し、被照射面としてのマスキングブレード９面を重畳に均一に照射している。また集光レンズ８は光軸上移動するレンズ部材８ａと固定レンズ８ｂから構成されており、駆動機構２０によりレンズ８ａを光軸方向に移動させることで、実質的に焦点距離を変えないようにしつつ、被照射面上におけるディストーションを変化させる機構になっている。ここでレンズ部材８ａと駆動機構２０は第１の手段の一要素を構成している。
【００３６】
マスキングブレード９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。
【００３７】
１０はミラー，１１は結像レンズであり、マスキングブレード９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。レチクル１２はレチクルステージ（不図示）によって保持されている。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ーチヤツクに載置したウエハー（基板）１５面上に縮小投影している。１４は投影光学系の瞳である。
【００３８】
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とマスキングブレード９とレチクル１２とウエハー面１５とが共役関係である。また、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。
【００３９】
尚、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号公報で提案しているように、レチクル面１２面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１３の瞳面１４に形成される光強度分布を種々と変えている。
【００４０】
光源１からレチクル１２の至る各要素は照明光学系（照明系）の一要素を構成している。
【００４１】
本発明による投影露光装置は、被照射面を重畳して照明するための微小レンズ群を有するオプティカルインテグレータ６と、該オプティカルインテグレータ６の入射面６ａを被照射面１２とほぼ共役にしていることを基本構成としている。そして照明条件・照明モードを変更した際に生じる被照射面１２の照度分布の変化のうち、光軸非対称な照度分布変化と光軸対称な照度分布変化に分離し、光軸対称な成分および光軸非対称な成分を補正する第１，第２の手段を各々独立に備えている。
【００４２】
光軸非対称な照度分布変化を補正するための第２の手段は、オプティカルインテグレータの微小レンズ群のうち、少なくとも１つに入射する光量を調整する光量制御手段と、前記光量制御手段を光軸と直交する平面内に２次元的に駆動制御するための駆動機構とを有している。また、光軸対称な照度分布変化を補正するための第１の手段は、オプティカルインテグレータからの光束を被照射面に照射するための照明光学系の一部（レンズ部材）を光軸方向に駆動制御するための駆動機構とを有しており、焦点距離を一定に保ちつつ集光レンズ８のディストーションを変化させることで、光軸対称に照度分布を可変としている。これら手段を用いることにより照度分布の補正をしていることを特徴としている。
【００４３】
次に本実施形態の光量制御手段１７の光学的作用の特徴について説明する。図２（Ａ）は図１の光量制御手段１７の光量調整部としてＮＤフィルター（または遮光部材）を用いた光学フィルターの光入射側から見た概略図、図２（Ｂ）は図１の光量制御手段（光学フィルター）１７とオプティカルインテグレータ６の要部側面図である。
【００４４】
図２（Ａ）の光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズ６ｃに各々対応していて、複数の領域の透過光量が調整できる光量調整部２１を有している。図２（Ａ）ではオプティカルインテグレータ６の複数の微小レンズ６ｃに対応して、入射光量を減少させる円形状のＮＤフィルター３１による光量調整部２１を示している。このＮＤフィルター３１には大きさの異なる２種類（又は２種類以上）のものがある。
【００４５】
図２（Ｂ）において、６ｃはオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズである。微小レンズ６ｃの光入射側のレンズ面６ａの後側焦点は光射出側のレンズ面６ｂの位置にある。また、微小レンズ６ｃの光射出側のレンズ面６ｂの前側焦点は光入射側のレンズ面６ａの位置にある。この為、光学系５で微小レンズ６ｃのレンズ面６ａに集光した光束はレンズ面６ｂより平行光束として射出している。そしてレンズ面６ｂから射出した平行光束は絞り７ａを介し、集光レンズ８で集光されマスキングブレード９を介して、ミラー１０で反射し、結像レンズ１１によりレチクル１２面上を照明している。
【００４６】
このようにしてオプティカルインテグレータ６の光入射面６ａとマスキングブレード９とを共役閑係になるようにしている。
【００４７】
本実施形態の光学フィルター１７の光学的作用を示す。オプティカルインテグレータ６の光入射面６ａとレチクルもしくはウエハ等の被照射面は光学的に共役である。照度ムラを補正する光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６の入射面６ａから所定の間隔Ｄの位置に配置されており、間隔Ｄが大きくなるに従ってＮＤフィルターによる照度低下部分とそうでない部分との境界が不鮮明になり、被照射面上（ウエハー１５）での照度分布変化の断面は矩形ではなく、なだらかな形状で照度低下を起こす。
【００４８】
本実施形態では大きさの異なる円形状のＮＤフィルターを配し、各ＮＤフィルター部分に図３（Ａ），（Ｂ）のような照度低下の効果を持たせている。各ＮＤフィルターの径や透過率、配置を適切にすることで、最終的に被照射面では図３（Ａ），（Ｂ）の総和である図３（Ｃ）のように中心の照度を低下させて近似的に像高の２乗に比例して周辺の照度を上げる作用を有している。
【００４９】
一般に投影露光装置用の照明装置において、被照射面における開口数の均一性と照度分布の均一性を両立させようとすると、オプティカルインテグレータ６の正弦条件の不満足量、およびレンズに用いられる反射防止膜の角度特性により周辺の照度が低下する傾向にある。そのため、本実施形態のように周辺の照度を、上げる作用を有する光学フィルターは照度分布の補正に有効である。
【００５０】
この実施形態では、光軸対称に微小レンズの光量を調整しているのでテレセン度のズレがほとんど生じない。このようにＮＤフィルターの透過率調整部の形状、大きさ、透過率、距離Ｄを適切に決めることによって、被照射面全域に渡って照度分布を均一に調整している。
【００５１】
これに対して、照明モードを変更した際には光路が異なるため，レンズ系のフレアー、偏心、レンズのコーティング特性等の影響を受け、被照射面９に照度ムラが生じてくる。
【００５２】
次に例えば照明モードを変更したとき、２次元的に見ると図４（Ａ）、ＸＹ軸断面で見ると図４（Ｂ）のような照度ムラが生じたときの照度ムラ補正について述べる。
【００５３】
本実施形態ではＮＤフィルター１７は周辺照度を最軸外で５％上昇させるタイプ、ズームは０％から１００％への駆動で周辺照度を最軸外で５％上昇させるものを用いている。
【００５４】
発生した照度ムラは図４（Ｃ），（Ｄ）のように、光軸非対称な傾斜状の照度ムラと、同心円上の光軸対称な照度ムラに成分分けできる。これらは照度分布から像高別平均照度を抽出することより、分離できる。
例えば、被照射面９の２次元的な各位置での照度を求める。
そして光軸方向からの距離が等しい像高別での平均照度Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ・・・を演算する。
このとき、光軸対称な照度ムラは、各像高における相対的な照度差（Ｅａ−Ｅｂ、Ｅｂ−Ｅｃ、・・・・）となる。
又、光軸非対称の照度ムラは、同一像高Ｈａにおいて、同心状の各位置における照度をＥＨａ １ 、ＥＨａ ２ 、ＥＨａ ３ ・・・・としたとき、相対的な照度差（ＥＨａ １ −ＥＨａ ２ 、ＥＨａ ２ −ＥＨａ ３ ・・・）を求める。これを像高毎に演算することによって求めている。
尚、これらは、後述する演算装置で求めている。
【００５５】
本実施形態の場合は、
・光軸非対称な傾斜状照度ムラがＸ軸方向に最軸外換算で±１％（図４（Ｃ））
・周辺照度の低下が軸上・最軸外比で−２％（図４（Ｄ））
となる。以下にこのように成分分けした照度ムラの補正方法を述べる。
【００５６】
〈光軸非対称な傾斜状の照度ムラの補正方法〉
前述したように本実施形態の光学フィルター１７は像高のほぼ２乗に比例して周辺部の照度分布を５％あげる効果を持つ。このとき、オプティカルインテグレータ６の微小レンズの有効径をウエハ・レチクルの被照射面相当とし、オプティカルインテグレータ６の微小レンズの有効径の入射面を正規化されたＸＹ座標系とすれば、光学フィルター１７の効果ｚは
【００５７】
【数１】
【００５８】
このため、光学フィルター１７を光軸に垂直な平面に沿って２次元的に移動させることにより、１次元的に傾斜状の照度分布変化を発生させることができる。即ち、光学フィルター１７を光軸に垂直な平面に沿って移動させて光軸に非対称な照度ムラを補正している。
【００５９】
ここで
ｄｚ／（ｄｘ・ｄｙ）＝１０（ｘ＋ｙ）
よって、傾斜状の滑度ムラをＸ軸方向±１％補正するのに、Ｘ軸方向に光学フィルター１７をｘ＝０．１動かしてやればよいということになる。このときの光学フィルター１７の補正効果を図５（Ｂ），図５（Ａ），（Ｂ）間の変化を図５（Ｃ）に示す。
【００６０】
実際には、照明モード毎に光学フィルター１７の効き率が若干異なるので、この実施形態では図６のフローチャートで示すように光学フィルター１７の効き率を算出して光軸非対称な照度ムラの補正を行う。図７（Ａ），（Ｂ）はＮＤフィルター１７の移動方向を示している。
【００６１】
被照射面での周辺部の４点の照度を予め測定し、基礎データとして用いる（図７（Ｃ）の網掛け部）。図７（Ｃ）のように光軸に垂直な平面に沿ってＸ座標およびＹ座標を取る。ＮＤフィルター１７をＸ方向，Ｙ方向に所定距離ｄ０移動させて照度ムラ測定を行い、被照射面での周辺部の４点の照度の変化量を装置の演算装置（不図示）によって計算し、ＮＤフィルター１７を移動させたときの変化量の効き率を装置の記憶装置（不図示）に記憶させる。この効き量をもとにＮＤフィルター１７を動かすべき方向と量を装置の演算装置（不図示）によって計算する。
【００６２】
この演算結果に基づいて光学フィルター駆動機構１８によりフィルター１７を所定方向へ所定量駆動させる。駆動後再度照度ムラ測定を行い、最適値になっていたら終了、さらに最適にする余地がある場合には、上記の作業を繰り返して非対称ムラを最適に補正する。この手順におけるフィルター１７による照度ムラ補正範囲の変化の例を図７（Ｄ），（Ｅ）に示している。
【００６３】
〈光軸対称な照度ムラの補正方法〉
周辺照度が照明モード間で異なる場合の調整方法として、オプティカルインテグレータ６と被照射面の間にある集光レンズ（コンデンサーレンズ）８の一部のレンズ部材８ａを光軸方向に移動可能としている。
【００６４】
これによって集光レンズ８の焦点距離を実質的に変えないようにしつつ、ディストーションを変化させている。この作用により、被照射面上の周辺照度を上下させることを可能としている。
【００６５】
本実施形態では周辺照度が２％低下しているが、レンズ部材８ａは全駆動範囲中の０％から１００％への駆動で周辺照度を最軸外で５％上昇させている。例えば周辺照度を２％上昇させるために、レンズ部材８ａを４０％駆動させてやれば良い。
【００６６】
この実施形態における周辺照度を変化させる手順を図８のフローチャートで示す。図９（Ａ）はレンズ部材８ａの移動方向を示している。
【００６７】
被照射面の最周辺部の４点の照度と中心から最周辺部の例えば５０％部の４点の照度を予め測定し、基礎データとして用いる（図９（Ｂ）の網掛け部）。装置の記憶装置（不図示）には、レンズ部材８ａを光軸方向に所定距離Ｄ０移動させたときの、被照射面の最周辺部の４点の照度と中心から最周辺部の５０％部の４点の照度の効き量を装置の記憶装置（不図示）に記憶させてある。この効き量はシミュレーション等により前もって求めることができる。この効き量をもとにレンズ部材８ａを光軸方向に動かすべき方向と量を装置の演算装置（不図示）によって計算する。この演算結果に基づいて駆動機構２０によりレンズ部材８ａを所定方向へ所定量駆動させ、周辺照度の調整を行う。駆動後再度照度ムラ測定を行い、最適値になっていたら終了、さらに最適にする余地がある場合には、上記の作業を繰り返して照度ムラを最適に補正する。
【００６８】
以上のように，ＮＤフィルター１７を光軸に垂直な平面内に沿って移動することにより、光軸に非対称な照度ムラを補正し、又レンズ部材８ａを光軸方向に移動させることによって、光軸に，対称な照度ムラを補正している。そしてこれらを両方行うことによってより細やかな補正をしている。
【００６９】
この場合は図６と図８で示したフローチャートを直列的に実行したり、並列的に実行するようにすればよい。
【００７０】
また、照度ムラの最適化を行った際には，図６と図８で示した実行結果（ＮＤフィルター位置，およびコンデンサーズームレンズ位置）を記憶装置（不図示）に記憶しておく。その後，同一照明条件を再度実行する際には、実行結果を呼び出して最適位置に駆動させれば、図６・図８のような手傾を踏むことなく、図１０のごとく速やかに照度ムラの最適化を行える。
【００７１】
本実施形態と同様に像高のほぼ２乗に比例して周辺の照度を上げる作用を有していれば、図２に示した形態以外のフィルターを適用できる。その例として図１１に示すように、各オプティカルインテグレータの微小レンズに対して、中心部から連続的に透過率を変化させるフィルターが適用できる。
【００７２】
本実施例に倣って、図２，図１１に示すように、ＮＤフィルターの透過率を最適化しつつ、透過率調整部を多数配置すれば、通常照明とその他の輪帯照明や４重極照明、あるいは位相シフトマスクの際に用いられるσ値が小さい照明条件等，多数の照明モードに関しても同様の機能を持たせることができる。
【００７３】
このような多数のパターン配置を行う場合、テレセン度のずれを極小にするため、透過率調整部は中心あるいは中心回転対称に正方形の４つの頂点に位置するように設けてあり、さらに中心から同一距離にある透過率調整部の透過率は等しくなるようにしている。
【００７４】
また、斜入射照明法や小σ値での照明は通常照明に比較して、重畳されるオプティカルインテグレータ６からの光束は少なくなる。このことからオプティカルインテグレータ６の微小レンズ１つあたりの被照射面での寄与率が大きくなるため、ＮＤフィルターの透過率の選定には注意を要する。
【００７５】
本実施形態のＮＤフィルターや遮光部材は一般にガラス基板面上にＣｒ等の金属膜や誘電体多層膜を蒸着したり、または基板そのものに色素を混ぜたりして所望の透過率が得られるように構成している。尚、ＮＤフィルターと同様の光学的性質を有するものであれば、他の光学部材を用いても良い。
【００７６】
なお、以上の照度ムラ補正方法は他の照明モードに変更したときに生じた照度ムラに限らず、一般的な照明方法で経時的変化等で照度ムラが生じたときにも同様に用いることができる。
【００７７】
また，図６のフローチャートにおいて、効き率の算出に最周辺部４点とは別の点を使用したり，図８のフローチャートで像高５０％部分の照度をデータとして使用しているのを、像高３０％や７０％等での照度をデータとして用いる等して、補正を最適化できるようにしてあることが望ましい。
【００７８】
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ら機構的に異なるものではない。
【００７９】
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。
【００８０】
図１２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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１３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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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容易に製造することができる。
【００８９】
【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、照明条件を種々と変更した際に生じる光軸に関して対称な照度ムラと光軸に関して非対称な照度ムラを各々最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー面上に高い解像力で投影できる投影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。
【００９０】
この他、本発明によれば、照明モードを変更した際に生じる照度ムラについて、光軸非対称な照度ムラ成分および光軸対称な成分それぞれが効果的に補正されオプティカルインテグレータを用いた投影露光装置において照度均一性に優れた照明が可能になる。この作用により、種々の照明モードにおいて照度ムラを最小とし、レチクル面上の各種のパターンをウエハー上に安定して高い解像力で投影することができる投影露光装置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の光学系の要部概略図
【図２】本実施形態に係るＮＤフィルターとオプティカルインテグレータの位置関係を示す説明図
【図３】本実施形態の被照射面での照度分布の変化特性例を示す説明図
【図４】本実施形態の他照明モードに変更した際の照度ムラを示す説明図
【図５】本実施形態のＮＤフィルターの補正効果例を示す説明図
【図６】本実施形態に係るＮＤフィルターを光軸に垂直な平面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示すフローチャート
【図７】本実施形態に係るＮＤフィルターを光軸に垂直な平面に沿って移動させたときの照度ムラ補正手傾を示す説明図
【図８】本実施形態に係るレンズ部材を光軸に沿って移動させたときの照度ムラ補正手順を示すフローチャート
【図９】本実施形態に係るレンズ部材を光軸に沿って移動させたときの照度ムラ補正手傾を示す説明図
【図１０】本実施形態における照明モード変更時の照度ムラ最適化手順を示すフローチャート
【図１１】本実施形態における光学フィルターの別の実施例を示す説明図
【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図１３】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 オプティカルインテグレータ
７ 絞り
８ 集光レンズ
８ａ レンズ部材
８ｂ 固定レンズ
９ マスキングブレード
１０ ミラー
１１ 結像レンズ
１２ レチクル
１３ 投影光学系（投影レンズ）
１４ 投影レンズ瞳
１５ ウエハー
１６ 絞り交換機構
１７ 光量制御手段
１８ 光学フィルター駆動機構
１９ 駆動機構
２１ 光量調整部
３１ ＮＤフィルター
Claims (6)
- 被照射面上に配置された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、
前記被照射面上において光軸に関して非対称に照度分布を変化させる光学フィルターと、
前記光学フィルターを前記光軸と直交する平面内で駆動する駆動機構と、
前記駆動機構で前記光学フィルターを前記平面内に沿う互いに異なる二方向に駆動させたときの前記被照射面上の照度分布の変化から、照明モード毎に効き率を計算し、前記効き率に基づいて前記光学フィルターを駆動すべき方向及び量を計算する演算装置と、を有し、
前記演算装置の計算結果に基づいて、前記駆動機構により前記光学フィルターを駆動することを特徴とする投影露光装置。 - 前記光学フィルターは像高の略２乗に比例して周辺部の照度を上げることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
- 前記照明光学系は複数の微小レンズを２次元的に所定のピッチで配列したオプティカルインテグレータを有し、前記光学フィルターは該オプティカルインテグレータの複数の微小レンズのうちの少なくとも１つに入射する光量を制限することを特徴とする請求項１の投影露光装置。
- 前記光学フィルターは前記オプティカルインテグレータの中心の微小レンズあるいは中心回転対称に正方形の頂点に位置する４つの微小レンズのうちの少なくとも一方を透過する光量を制御することを特徴とする請求項３の投影露光装置。
- 前記光学フィルターの透過光量を制御する光量調整部は、前記オプティカルインテグレータの微小レンズに対応する領域内において、連続的に透過率が異なるＮＤフィルターまたは遮光部材より成っていることを特徴とする請求項３の投影露光装置。
- 請求項１〜５のいずれか１項の投影露光装置を用いてウエハを露光した後、該ウエハを現像することを特徴とするデバイスの製造方法。
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