JPH0547629A

JPH0547629A - 半導体デバイスの製造方法及びそれを用いた投影露光装置

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Publication number: JPH0547629A
Application number: JP3225226A
Authority: JP
Inventors: Miyoko Noguchi; 美代子野口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-26
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3278782B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パターン形状の方向や線幅等により照明方法
を変えたときの投影光学系の使用形態の変化による光学
特性の変位を調整することにより、高解像度の投影露光
が可能な半導体デバイスの製造方法及びそれを用いた投
影露光装置を得ること。【構成】放射ビームで２次光源を形成し、該２次光源
からの２次ビームにより原板の回路パターンを照明し、
投影光学系により該２次ビームで照明された回路パター
ンの像を感応性基板上に投影する段階を含む半導体デバ
イスの製造方法において、前記２次光源の形状の変更に
応じた前記投影光学系の使用態様変化における前記投影
光学系の光学特性の変位のうち少なくとも一つを調整す
る段階を有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスの製造方
法及びそれを用いた投影露光装置に関し、具体的には半
導体素子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の照明方法を変化させたときの投影
光学系の使用態様の変化における光学特性の変位のうち
少なくとも１つを調整し、高い光学性能が容易に得られ
るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は１ＭＤＲＡＭの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工を技術まで達
している。解像力を向上させる手段としてこれまで多く
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。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。

【０００３】露光波長としてｇ線やｉ線を用いる方法の
発展と共にレジストプロセスも同様に発展してきた。こ
の光学系とプロセスの両者が相まって、光リソグラフィ
が急激に進歩してきた。

【０００４】一般にステッパーの焦点深度はＮＡの２乗
に反比例することが知られている。この為サブミクロン
の解像力を得ようとすると、それと共に焦点深度が浅く
なってくるという問題点が生じてくる。

【０００５】これに対して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。

【０００６】短波長化の光を用いる他に解像力を向上さ
せる方法として位相シフトマスクを用いる方法（位相シ
フト法）が種々と提案されている。この方法は従来のマ
スクの一部分に、他の部分とは通過光に対して１８０度
の位相差を与える薄膜を形成し、解像力を向上させよう
とするものであり、ＩＢＭ社（米国）のＬｅｖｅｎｓｏ
ｎらにより提案されている。解像力ＲＰは波長をλ、パ
ラメータをｋ₁ 、開口数をＮＡとすると一般に式ＲＰ＝ｋ₁ λ／ＮＡで示される。通常０．７〜０．８が実用域とされるパラ
メータｋ₁ は、位相シフト法によれば０．３５ぐらい迄
大幅に改善できることが知られている。

【０００７】位相シフト法には種々のものが知られてお
り、それらは例えば日経マイクロデバイス１９９０年７
月号１０８ページ以降の福田等の論文に詳しく記載され
ている。

【０００８】しかしながら実際に空間周波数変調型の位
相シフトマスクを用いて解像力を向上させるためには未
だ多くの問題点が残っている。例えば現状で問題点とな
っているものとして以下のものがある。（イ）．位相シフト膜を形成する技術が未確立。（ロ）．位相シフト膜用の最適なＣＡＤの開発が未確
立。（ハ）．位相シフト膜を付けれないパターンの存在。（ニ）．（ハ）に関連してネガ型レジストを使用せざる
をえないこと。（ホ）．検査、修正技術が未確立。

【０００９】このため実際に位相シフトマスクを利用し
て半導体素子を製造するには様々な障害があり、現在の
ところ大変困難である。

【００１０】これに対して本出願人はパターン形状や解
像線幅の大小に応じて照明方法を適切に構成することに
より、より解像力を高めた露光方法を及びそれを用いた
投影露光装置を特願平３−２８６３１号（平成３年２月
２２日出願）で提案している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、前記の解
像限界を拡大する方法において、パターン寸法がより微
細化するため、照明系を含めた光学系の諸性能（歪曲誤
差、倍率誤差、像面湾曲等）に対してより厳しく制限す
る必要がある。例えば、このうち歪曲収差、倍率誤差は
電子回路パターンが形成されている第１物体面であるレ
チクルと第２物体面であるウエハとを重ね合わせる際に
重要なマッチング精度に影響を与えるものである。

【００１２】更に、この光学系の諸性能に影響を与える
光学系の収差は、周囲の環境、特に気圧や温度によって
変化することや、露光によって投影光学系が露光エネル
ギーを吸収し、光学要素（例えば屈折率、形状）が変化
するため、このような変化も無視できなくなっている。

【００１３】一般に投影光学系の収差は瞳面上の波面収
差となって表われる。一方、照明光は投影光学系の瞳に
様々な角度で入射するが、この傾いた入射光は波面収差
の位相ずれを引き起こす。照明法が切り替わるとこの角
度分布が種々と変化し、結像における収差の影響の仕方
が異なってくる。

【００１４】又、照明法を変えると光路が異なってくる
為、時間的な収差変化量も異なってくる。例えば本出願
人が先の特願平３−２８６３１号の投影露光装置におい
て提案したようにレチクル面のパターンの方向や解像線
幅の大小によって照明法を種々と変えて解像力を向上さ
せると、それに伴ない投影光学系内を通過する光束の光
路が変化してくる。そうすると投影光学系の有する諸収
差、例えば歪曲収差、像面湾曲や倍率誤差がその都度異
なってくる。

【００１５】本発明はこのように照明方法を種々と変え
て解像力を向上させようとしたときの投影光学系の光路
の変更に伴なう、即ち投影光学系の収差の寄与の仕方の
違いから生じる光学特性の違いを調整し、常に高い解像
力を維持することができる半導体デバイスの製造方法及
びそれを用いた投影露光装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
の製造方法は、放射ビームで２次光源を形成し、該２次
光源からの２次ビームにより原板の回路パターンを照明
し、投影光学系により該２次ビームで照明された回路パ
ターンの像を感応性基板上に投影する段階を含む半導体
デバイスの製造方法において、前記２次光源の形状の変
更に応じて前記投影光学系の光学特性の少なくとも一つ
を調整する段階を有することを特徴としている。

【００１７】特に本発明では前記調整段階において前記
投影光学系の投影倍率、歪曲収差、像面湾曲、片ボケ、
ビボタル傾き等を調整している。

【００１８】この他本発明では、前記原板として回路パ
ターンの最小線幅が比較的大きな第１原板と回路パター
ンの最小線幅が比較的小さな第２原板とが使用され、該
第１原板を使用する場合には前記２次光源が光軸近傍に
形成され、該第２原板を使用する場合には前記２次光源
が光軸外に形成されることを特徴としている。

【００１９】又本発明の半導体デバイスの製造方法を用
いた投影露光装置は、放射ビームで形成した２次光源か
らの２次ビームにより原板のパターンを照明する照明光
学系と、該２次ビームで照明されたパターンの像を基板
上に投影する投影光学系と、前記２次光源の形状の変更
に応じて前記投影光学系の光学特性の少なくとも一つを
調整する手段とを有することを特徴としている。

【００２０】特に本発明では、前記原板として回路パタ
ーンの最小線幅が比較的大きな第１原板と回路パターン
の最小線幅が比較的小さな第２原板とが使用され、前記
照明光学系が、該第１原板を使用する場合には前記２次
光源が光軸近傍に形成し、該第２原板を使用する場合に
は前記２次光源を光軸外に形成することを特徴としてい
る。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。図中１１は超高圧水銀灯等の光源でその発光点は楕
円ミラー１２の第１焦点近傍に配置している。この超高
圧水銀灯１１より発した光が楕円ミラー１２によって集
光される。１３は光路を曲げるためのミラー、１４はシ
ャッターで通過光量を制限している。１５はリレーレン
ズ系で超高圧水銀灯１１からの光を波長選択フィルター
１６を介してオプティカルインテグレータ１７に効率よ
く集めている。オプティカルインテグレータ１７は後述
するように複数の微小レンズを２次元的に配列した構成
より成っている。

【００２２】本実施例においてはオプティカルインテグ
レータ（インテグレータ）１７への結像状態はクリティ
カル照明でもケーラー照明でもよく、また例えば楕円ミ
ラー１２の射出口をオプティカルインテグレータ１７に
結像するものであっても良い。波長選択フィルター１６
は超高圧水銀灯１１からの光束の波長成分の中から必要
な波長成分の光のみを選択して通過させている。

【００２３】１８は選択手段としての絞り形状調整部材
であり、複数の絞りをターレット式に配置して構成して
おり、オプティカルインテグレータ１７の後に配置して
いる。絞り形状調整部材１８は駆動手段５０により回動
されオプティカルインテグレータ１７の形状に応じてオ
プティカルインテグレータ１７を構成する複数の微小レ
ンズから所定の微小レンズの選択を行なっている。即
ち、本実施例では絞り形状調整部材１８により露光を行
なう後述する半導体集積回路のパターン形状に合わせた
照明方法を選択している。このときの複数の微小レンズ
の選択に関しては後述する。

【００２４】１９は光路を曲げるためのミラー、２０は
レンズ系であり、絞り形状調整部材１８を通過した光束
を集光している。レンズ系２０は照明の均一性をコント
ロールするために重要な役割を果している。２１はハー
フミラーであり、レンズ系２０からの光束を透過光と反
射光に分割している。このうちハーフミラー２１で反射
した光はレンズ３８、ピンホール３９を介してフォトデ
ィテクター４０に導光している。ピンホール３９は露光
が行なわれるべきパターンを持ったレチクル３０と光学
的に等価な位置にあり、ここを通過した光がフォトディ
テクター４０によって検出して、露光量のコントロール
を行なっている。

【００２５】２２は所謂マスキングを行なうメカニカル
ブレードであり、レチクル３０の露光されるべきパター
ン部の大きさによって駆動系（不図示）によって位置の
調整を行なっている。２３はミラー、２４はレンズ系、
２５はミラー、２６はレンズ系で、これらの各部材を介
した超高圧水銀灯１１からの光でレチクルステージ３７
上に載置されたレチクル３０を照明している。

【００２６】３１は投影光学系であり、レチクル３０上
のパターンをウェハー３２に投影結像させている。ウェ
ハー３２はウェハーチャック３３に吸着しており、更に
ウエハーチャック３３はレーザー干渉計３６によって制
御されるステージ３４上に載置している。尚、３５はミ
ラーであり、ウェハーステージ３４上に載置しており、
あるレーザー干渉計（不図示）からの光を反射させてい
る。

【００２７】本実施例においてオプティカルインテグレ
ータ１７の射出面１７ｂは各要素１９，２０，２３，２
４，２５，２６を介して投影光学系３１の瞳面３１ａと
略共役関係と成っている。即ち投影光学系３１の瞳面３
１ａに射出瞳１７ｂ、即ち絞り形状調整部材１８に相当
する有効光源像が形成している。

【００２８】次に図２を用いて投影光学系３１の瞳面３
１ａとオプティカルインテグレータ１７の射出面１７ｂ
との関係について説明する。オプティカルインテグレー
タ１７の形状は投影光学系３１の瞳面３１ａに形成され
る有効光源の形状に対応している。図２はこの様子を示
したもので、投影光学系３１の瞳面３１ａに形成される
射出面１７ｂの有効光源像１７ｃの形状が重ね描きされ
ている。正規化するため投影光学系３１の瞳３１ａの径
を１．０としており、この瞳３１ａ中にオプティカルイ
ンテグレータ１７を構成する複数の微小レンズが結像し
て有効光源像１７ｃを形成している。本実施例の場合オ
プティカルインテグレータを構成する個々の微小レンズ
は正方形の形状をしている。

【００２９】ここで半導体集積回路のパターンを設計す
るときに用いられる主たる方向となる直交軸をｘおよび
ｙ軸に取る。この方向はレチクル３０上に形成されてい
るパターンの主たる方向と一致した方向であり、正方形
の形状をしているレチクル３０の外形の方向とほぼ一致
している。

【００３０】高解像力の照明系が威力を発揮するのは先
に述べたｋ₁ ファクターが０．５付近の値を取るときで
ある。

【００３１】そこで本実施例では絞り形状調整部材１８
の絞りによりオプティカルインテグレータ１７を構成す
る複数の微小レンズのうちからレチクル３０面上のパタ
ーン形状に応じて所定の微小レンズを通過する光束のみ
をレチクル３０の照明用として用いるようにしている。

【００３２】具体的には投影光学系３１の瞳面３１ａ上
で中心領域以外の複数の領域を光束が通過するように微
小レンズを選択している。

【００３３】図３（Ａ）、（Ｂ）はオプティカルインテ
グレータ１７を構成する複数の微小レンズのうち絞り形
状調整部材１８の絞りにより所定の微小レンズを通過す
る光束のみを選択したときを示す瞳面３１ａ上における
概略図である。同図において黒く塗りつぶした領域は光
が遮光され白い領域は光が通過してくる領域を示してい
る。

【００３４】図３（Ａ）はパターンで解像度が必要とさ
れる方向がｘおよびｙ方向であるときに対する瞳面３１
ａ上の有効光源像を示している。瞳面３１ａを表わす円
をｘ² ＋ｙ² ＝１としたとき、次の４つの円を考える。

【００３５】（ｘー１）² ＋ｙ² ＝１ｘ² ＋（ｙー１）² ＝１（ｘ＋１）² ＋ｙ² ＝１ｘ² ＋（ｙ＋１）² ＝１これらの４つの円によって瞳面３１ａを表わす円は領域
１０１〜１０８までの８つの領域に分解される。

【００３６】本実施例でｘおよびｙ方向に対して高解像
で深度の深い照明系は、これらのうちから偶数の領域、
即ち領域１０２，１０４，１０６，１０８に存在する微
小レンズ群に優先的に光を通すように選択することによ
って達成している。原点であるｘ＝０，ｙ＝０付近の微
小レンズは主として粗いパターンの深度向上に効果が大
きいため、中心付近の部分を選ぶか否かは焼き付けよう
とするパターンによって定まる選択事項である。

【００３７】図３（Ａ）の例では中心付近の微小レンズ
は除外した例が示してある。尚、オプテイカルインテグ
レータ１７の外側の部分は照明系内でインテグレータ保
持部材（不図示）によって遮光されている。又図３
（Ａ），（Ｂ）では遮光するべき微小レンズと投影レン
ズの瞳３１ａとの関係を分かり易くするため瞳３１ａと
オプティカルインテグレータの有効光源像１７ｃが重ね
描きしている。

【００３８】これに対し図３（Ｂ）は±４５°方向のパ
ターンに対して高解像が必要とされる場合の絞りの形状
を示す。図３（Ａ）の場合と同じく瞳３１ａとオプティ
カルインテグレータ１７の有効光源像１７ｃとの関係を
図示している。±４５°パターンの場合には前と同じと
して

【００３９】

【数１】なる４つの円を、瞳３１ａに対して重ね描きして図３
（Ａ）の場合と同じく瞳３１ａを領域１１１〜１１８の
８つの領域に区分する。この場合±４５°方向のパター
ンの高解像化に寄与するのは今度は奇数で表わされた領
域、即ち領域１１１，１１３，１１５，１１７である。
この領域に存在しているオプティカルインテグレータ１
７の微小レンズを優先的に選択することにより±４５°
方向のパターンはｋ₁ ファクターが０．５付近で焦点深
度が著しく増大する。

【００４０】図４は絞り形状調整部材１８の各絞り１８
ａ〜１８ｄの切り換えを行なう概略図である。図４に示
すようにターレット式の交換方式を採用している。第１
の絞り１８ａは、ｋ₁ で１以上のそれほど細かくないパ
ターンを焼きつける場合に用いられる。第１の絞り１８
ａはこれまで公知の従来型の照明光学系の構成と同じで
あり、必要に応じてオプティカルインテグレータ１７を
構成する微小レンズ群の外側の部分を遮光する様にも設
定される固定の絞りである。絞り１８ｂ〜１８ｄは本実
施例のレチクルのパターンの種類に従う種々の絞りであ
る。

【００４１】このように本実施例では光軸を原点と直交
座標を定めた時、前記光軸外に形成される２次光源が該
直交座標の４つの象限の夫々に独立した光源部分を有す
るようにしている。

【００４２】又、本実施例において前記原板として回路
パターンの最小線幅が比較的大きな第１原板と回路パタ
ーンの最小線幅が比較的小さな第２原板とが使用され、
該第１原板を使用する場合には図４の開口１８ａの如く
前記２次光源が光軸近傍に形成され、該第２原板を使用
する場合には前記２次光源が図４の開口１８ｂ，１８
ｃ，１８ｄの如く光軸外に形成されるようにしている。

【００４３】この他、２次光源が光軸外に形成される形
態としては例えば円形のリング状や矩形のリング状等が
適用可能である。

【００４４】この他、一般的な傾向として高解像用の照
明系の場合、オプテイカルインテグレータ１７は従来の
照明系で必要とされる大きさより、瞳面上でより外側の
領域まで使う方が高空間周波数に対し有利である。例え
ば従来の照明系では半径０．５以内の微小レンズ群を使
うことが好ましいのに対し、高解像用の照明系の場合に
は中心部の微小レンズは使用しないものの、例えば最大
半径０．７５以内の円の中ににある微小レンズ群まで使
用する方が好ましいことがある。

【００４５】このためオプテイカルインテグレータ１７
の大きさ、及び、照明系のその他の部分の有効径は、予
め従来型と高解像型の両者を考慮して設定しておくこと
が好ましい。また、オプテイカルインテグレータ１７の
入射口１７ａにおける光の強度分布も、絞りが挿入され
ても十分機能が果たせるような大きさを持っていること
が好ましい。絞り１８ａで外側の微小レンズ群を遮光す
る場合があるのは以上のような理由からで、例えばオプ
ティカルインテグレータ１７としては半径０．７５のと
ころまで用意しておいても、絞り１８ａではそのうちか
ら半径０．５以内の部分を選ぶといったことが行なわれ
る。

【００４６】以上示したように露光を行なうべき半導体
集積回路のパターンの特殊性を考慮したうえで絞りの形
状を決定すれば、パターンに応じた最適の露光装置を構
成することができる。これらの絞りの選択は例えば露光
装置全体の後述する制御コンピュータ（制御部５４）か
ら与えて、自動的に行なっている。図４に示したのはこ
のような絞りを搭載した絞り形状調整部材１８の一例
で、この場合には４種類の絞り１８ａ〜１８ｄのパター
ンを選択することが可能である。勿論この数はもっとふ
やすことも容易である。

【００４７】絞りを選択したとき、絞りの選択に従って
照度むらが変化する場合がある。そこで本実施例ではこ
のような場合の照度むらをレンズ系２０を調整して微調
を行なっている。照度むらの微調については、レンズ系
２０を構成する個々の要素レンズの光軸方向の間隔で調
整可能であることが既に本出願人の先の出願によって示
されている。５１は駆動機構であり、レンズ系２０の要
素レンズを駆動させている。レンズ系２０の調整は絞り
の選択に応じて行なっている。また場合によっては絞り
の形状の変更に応じてレンズ系２０自体をそっくり交換
するようにすることも可能である。そのような場合には
レンズ系２０に相当するレンズ系を複数個用意し、絞り
の形状の選択に従ってターレット式に交換されるように
レンズ系を入れ替えている。

【００４８】以上のように本実施例では、絞りの形状を
変更することによって半導体集積回路のパターンの特徴
に応じた照明系を選択している。また本実施例の場合、
高解像用の照明系にした場合、大きく有効光源全体を見
ると光源自体が４つの領域に別れることが特徴となって
いる。この場合の重要要素はこの４つの領域の強度のバ
ランスである。しかしながら図１のような系だと超高圧
水銀灯１１のケーブルの影がこのバランスに悪影響を与
える場合がある。従って、図３に示した絞りを用いる高
解像用の照明系ではケーブルの影になる線状の部分をオ
プティカルインテグレータ１７で遮光する微小レンズの
位置と対応するようにセットさせることが望ましい。

【００４９】即ち、図３（Ａ）の絞りの場合で言えば図
５（Ａ）に示す様にケーブル１１ａを引っ張る方向はｘ
またはｙ方向にセットすることが好ましく、図３（Ｂ）
の絞りを使用した場合のケーブル１１ａを引っ張る方向
は図５（Ｂ）に示す様にｘ及びｙ方向に対して±４５°
にセットすることが好ましい。本実施例では超高圧水銀
灯のケーブルを引っ張る方向も、絞りの変更に対応して
変えることが好ましい。

【００５０】尚、図１の５２，５３は各々ウエハ３２の
面位置（光軸３１ｂ方向）を検出する為の投光系と受光
系である。

【００５１】投光系５２からの光はウエハ３２面上にス
ポット光を形成する。ウエハ３２で反射した光は受光系
５３のポジションセンサーに入射し、光源像を結像して
いる。

【００５２】即ち、同図に示すウエハ３２の面位置検出
においてはウエハ３２の面上の光束の反射点と受光系５
３からのポジションセンサー上の入射点とを結像関係と
なるようにし、ウエハ３２の上下方向の位置ずれ量をポ
ジションセンサー上の光束の入射位置より検出してい
る。

【００５３】本実施例では第１物体面（レチクル）３０
上のパターンを投影光学系３１により第２物体面（ウエ
ハ）３２上に投影露光する際、第１物体面上のパターン
形状に対応させて複数の微小レンズを２次元的に配列し
たオプティカルインテグレータ１７の複数の微小レンズ
のうちから例えば図３（Ａ），（Ｂ）に示すように所定
の微小レンズを通過する光束を選択している。

【００５４】即ち、該投影光学系の瞳面上で例えば図４
で示す開口の領域を光束が通過するようにし、該領域を
通過するような光束で該第１物体面上のパターンを照明
している。

【００５５】次にこのときの投影光学系の使用態様の違
いにより光学特性、例えば歪曲収差や倍率変化等の作用
の違いのうち少なくとも１つを調整する方法について説
明する。

【００５６】本実施例では投影光学系３１の光学特性の
調整をマイクロプロセッサーから成る制御部５４を中心
に行なっている。制御部５４は例えば次のような機能を
有している。

【００５７】（イ）レチクル３０の照明方法を絞り形状
調整部材１８を駆動させる駆動手段５０からの信号に基
づいて検出している。

【００５８】（ロ）照明方法を検出することにより投影
光学系３１の使用態様による光学特性の変化、例えば歪
曲収差や倍率誤差等を後述するように演算し求めてい
る。そしてこのときの歪曲収差や倍率誤差等の光学特性
の変化を例えば投影光学系３１のレチクル３０に近いレ
ンズ５６を駆動手段５７によって光軸上移動させたり、
又はレチクル位置検出手段６５からの信号を利用して駆
動手段６６によりレチクル３０の位置を駆動させたりし
て調整している。

【００５９】（ハ）気圧センサー６１、温度センサー６
２、湿度センサー６３からの信号及びレンズ温度センサ
ー６４からの信号に基づいて投影光学系３１のピント位
置変動や倍率変化等を予め記憶した式及び係数等を用い
て演算し求めている。そしてこのときの変化量を例えば
駆動手段５５によりステージ３４を光軸３１ｂ方向に移
動させて補正している。

【００６０】次に本実施例において表−１に示す数値よ
り成る投影光学系を用いたときの光学特性の調整方法の
具体例について説明する。図７に表−１の投影光学系の
レンズ断面図を示す。

【００６１】まず表−２にレチクル３０と投影光学系３
１との間隔Ｓ１、及び各レンズ間隔Ｌ１〜Ｌ１３を個別
に１ｍｍ変化させたときのウエハ２面上の像高１０ｍｍ
の位置における対称歪曲収差の変化量（ΔＳＤ）、投影
倍率の変化量（Δβ）、これらの比（ΔＳＤ／Δβ）、
像高の変化量（Δｙ）、片ボケの変化量ΔＡｙ、ピボタ
ル傾きの変化量ΔＰを示す。

【００６２】本実施例ではこのようにレンズ間隔を変化
させたときの光学特性の変動を予め求めておき、照明方
法を種々と変えたときの投影光学系の使用態様の違いに
よる生じる光学特性の変化を調整している。

【００６３】表−１ R 1= 223.62 D 1= 15.00 N 1= 1.52113 R 2= -3002.34 D 2= 198.58 R 3= 447.09 D 3= 8.00 N 2= 1.52113 R 4= 120.41 D 4= 6.85 R 5= 1361.15 D 5= 8.00 N 3= 1.52113 R 6= 116.03 D 6= 60.00 R 7= 233.10 D 7= 24.00 N 4= 1.52113 R 8= -194.78 D 8= 1.00 R 9= 183.54 D 9= 20.00 N 5= 1.52113 R10= -539.45 D10= 30.00 R11= 68.35 D11= 27.00 N 6= 1.52113 R12= 49.48 D12= 55.00 R13= -74.38 D13= 12.00 N 7= 1.52113 R14= 121.20 D14= 30.00 R15= -36.94 D15= 20.00 N 8= 1.52113 R16= -53.05 D16= 1.00 R17= -664.38 D17= 18.00 N 9= 1.52113 R18= -89.10 D18= 1.00 R19= 358.30 D19= 16.50 N10= 1.52113 R20= -215.20 D20= 1.00 R21= 122.34 D21= 18.50 N11= 1.52113 R22= 608.00 D22= 1.00 R23= 68.11 D23= 20.00 N12= 1.52113 R24= 103.07 D24= 73.14 表−１においてＲｉはレチクル側より数えて第ｉ番目の
レンズ面の曲率半径、Ｄｉはｉ番目のレンズ厚又は空気
間隔、Ｎｉはｉ番目のレンズの材質の屈折率である。

【００６４】表−２

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】次に本実施例における光学特性の調整方法の具体例につ
いて説明する。今、照明方法として図３と同様に表わし
たとき図６（Ａ）に示すように直交座標の４つの象限に
各々独立した光源部分を有する照明法１と図６（Ｂ）に
示す従来のように光軸近傍のみに光源部分を有する照明
法２とを用いた場合を例にとる。

【００６７】このときの投影光学系３１の倍率誤差、歪
曲誤差、像面湾曲が照明法により以下のように変化し
た。これはウエハ面上での像高１０ｍｍの位置における
ものである。

【００６８】

【表３】ここで表−２のデータを用いて、倍率誤差、歪曲誤差、
像面湾曲、片ボケとピボタル傾きを補正する。

【００６９】今、間隔Ｓ１の変化量をΔＳ１、間隔Ｌ１
の変化量をΔＬ１、間隔Ｌ３の変化量をΔＬ３、間隔Ｌ
５の変化量をΔＬ５、間隔Ｌ８の変化量をΔＬ８とする
と、歪曲誤差ΔＳＤ、倍率誤差ΔＢ、像面湾曲ΔＹ、片
ボケΔＡＹとピボタル傾きΔＰは各々次式となる。

【００７０】 ΔＳＤ＝０．７７×ΔＳ１＋１．０８×ΔＬ１＋４．４０×ΔＬ３ −０．３２×ΔＬ５＋０．５８×ΔＬ８ ΔＢ＝ −２０．０×ΔＬ１＋２０．０×ΔＬ３＋４５．０×ΔＬ５−９０．０×ΔＬ８ ΔＹ＝−０．１０×ΔＳ１−０．１０×ΔＬ１−２２．７×ΔＬ３＋７．６０×ΔＬ５＋３８．１×ΔＬ８ ΔＰ＝０．１８×ΔＳ１＋０．１２×ΔＬ１−１．７１×ΔＬ３ −０．５０×ΔＬ５−１０．２×ΔＬ８ ΔＳＤ＝−０．０２×ΔＳ１−０．１９×ΔＬ１＋７．０１×ΔＬ３ −２．０９×ΔＬ５＋０．１３×ΔＬ８照明法１から照明法２に切り替える場合を考える。

【００７１】片ボケΔＡＹとピボタル傾き変化ΔＰを０
とし、上表の諸量の差、歪曲誤差ΔＳＤ、倍率誤差Δ
Ｂ、像面湾曲ΔＹを補正するためには、以下の式よりΔ
Ｓ１，ΔＬ１，ΔＬ３，ΔＬ５，ΔＬ８を未知数として
解けばよい。

【００７２】 ΔＳＤ＝０．７７×ΔＳ１＋１．０８×ΔＬ１＋４．４０×ΔＬ３ −０．３２×ΔＬ５＋０．５８×ΔＬ８＝０．２ ΔＢ＝ −２０．０×ΔＬ１＋２０．０×ΔＬ３＋４５．０×ΔＬ５−９０．０×ΔＬ８＝０．３ ΔＹ＝−０．１０×ΔＳ１−０．１０×ΔＬ１−２２．７×ΔＬ３＋７．６０×ΔＬ５＋３８．１×ΔＬ８＝１．０ ΔＰ＝０．１８×ΔＳ１＋０．１２×ΔＬ１−１．７１×ΔＬ３ −０．５０×ΔＬ５−１０．２×ΔＬ８＝０．０ ΔＳＤ＝−０．０２×ΔＳ１−０．１９×ΔＬ１＋７．０１×ΔＬ３ −２．０９×ΔＬ５＋０．１３×ΔＬ８＝０．０解がない場合には、歪曲誤差ΔＳＤ、倍率誤差ΔＢ、像
面湾曲ΔＹ、ピボタル傾きΔＰと片ボケΔＡＹそれぞれ
の量に最も近いものでよい。

【００７３】又、５つの量を補正するために、必ずしも
５つの未知数、即ち５つのレンズ間隔でなくともよく、
レンズ間の少なくとも１つ以上あるいは５つ以上であっ
てもよい。

【００７４】次に気圧や温度など周囲の環境や、露光エ
ネルギーの吸収によって時間的に変化する歪曲誤差、倍
率誤差、像面湾曲、ピボタル傾きと片ボケも、時間的変
化の各量を、測定あるいは予め計算することによって同
様にレンズ間の少なくとも１つ以上の間隔を調整して補
正することができる。

【００７５】次に例えば対称歪曲誤差、投影倍率誤差の
２つの補正を照明法によって変えて調整する場合につい
て説明する。

【００７６】このとき本実施例では環境変化に伴なう時
間的な光学特性の変化に対して考慮して調整している。

【００７７】今、間隔Ｓ１の変化量をΔＳ１、間隔Ｌ１
の変化量をΔＬ１とすると表−２のデータより対称歪曲
と投影倍率の変化量ΔＳＤ，Δβは各々次式となる。

【００７８】

【数２】従って対称歪曲と投影倍率の各々の修正目標値が与えら
れるとΔＬ１，ΔＳ１は次式で与えられる。

【００７９】

【数３】以上の値を利用して、本実施例では気圧、温度等の環境
の変化等による歪曲誤差の中で最も影響の多い投影倍率
誤差及び対称歪曲誤差の双方を良好に補正している。

【００８０】又、間隔Ｓ１、即ち投影光学系と物体面
（レチクル）の距離の変化による収差の変化は投影倍
率、ピント位置等の近軸量の変化に比べて通常少なく、
投影光学系内のレンズ間の空気間隔と比較しても収差量
の変化量と近軸量の変化量の比、即ち（収差量の変化量）／（近軸量の変化量）が小さい。これは投影光学系内での光線の傾きが物体面
と投影光学系の間の光線の傾きに比べて通常大きく、空
気間隔が変化した場合には屈折面での光線の入射高差が
大きくなるので収差変化が大きくなる為である。

【００８１】この為、本実施例では投影倍率の補正をレ
チクル３０を駆動手段６６で動かすことにより、主に間
隔Ｓ１で行ない、対称歪曲誤差に補正を投影光学系内の
レンズ５６を動かすことにより行なうようにし、これに
より投影倍率誤差と対称歪曲誤差を同時に良好に補正し
ている。特に対称歪曲以外の収差の変化が少ない空気間
隔を選ぶことにより、全ての光学性能を良好に維持して
いる。

【００８２】投影光学系３１が両側テレセンの場合には
物体側をテレセントリックにする為にレンズが存在し、
これはフィールドレンズと呼ばれている。

【００８３】両側テレセンの場合にはレチクル〜レンズ
間を変化させても倍率及び対称歪曲以外の収差の変化は
僅少であるが、対称歪曲は変化する。又フィールドレン
ズを変化させると他の収差を悪化させずに倍率及び対称
歪曲を変化させることができる。そこで本実施例ではレ
チクル〜レンズ間及びフィールドレンズの２者を動かす
ことにより像性能は悪化させずに歪曲誤差を変化させて
いる。

【００８４】本実施例では図８に示すようにレチクルＲ
の一部に設けたバーコード１００１をバーコードリーダ
ー（入力手段）１００２で読取り、レチクルに形成され
ているパターン形状や解像線等の情報を検出し、コント
ローラ５８に入力している。又、このパターン情報は操
作パネル等から成る入力手段５９によりコントローラ５
８に入力してもいい。コントローラ５８はバーコードリ
ーダーや入力手段５９からのパターン情報により、２次
光源の強度分布としてどのような分布が良いかを判断
し、それに基づいて駆動手段５０を駆動制御して例えば
図３（Ａ），（Ｂ）で示す強度分布となるように設定し
ている。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば投影露光するレチクル面
上のパターンの細かさ、方向性などを考慮して、該パタ
ーンに適合した照明系を選択することによって最適な高
解像力の投影露光を行なう際の投影光学系の光路の変更
に伴なう、即ち投影光学系の使用態様の違いから生じる
光学特性の違いを前述の如く調整することにより、常に
高い解像力を維持することができる半導体デバイスの製
造方法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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】投影光学系の瞳とオプティカルインテグレ
ータの関係を示す説明図

【図３】投影光学系の瞳面上を示す説明図

【図４】本発明で使用される絞りの詳細図

【図５】超高圧水銀灯からケーブルの引き出し方を
示す図

【図６】本発明に係る投影光学系の瞳面上を示す説
明図

【図７】本発明に係る投影光学系の数値例のレンズ
断面図

【図８】レチクル面上のバーコードの読取りを示す
説明図

【符号の説明】

１１超高圧水銀灯１２楕円ミラー１３ミラー１４シャッター１５レンズ１６波長選択フィルター１７オプティカルインテグレータ１８メカ絞り１９ミラー２０レンズ２１ハーフミラー２２マスキングブレード２３，２５ミラー２４，２６レンズ３０レチクル３１投影光学系３２ウエハ３３ウエハーチャック３４ウエハーステージ３５レーザー干渉計のミラー３６レーザー干渉計３７レチクルステージ３８レンズ３９ピンホール４０フォトディテクタ５０絞りの駆動系５１レンズ駆動系５２投光系５３受光系５４計算手段５５駆動手段５８コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射ビームで２次光源を形成し、該２次
光源からの２次ビームにより原板の回路パターンを照明
し、投影光学系により該２次ビームで照明された回路パ
ターンの像を感応性基板上に投影する段階を含む半導体
デバイスの製造方法において、前記２次光源の形状の変
更に応じて前記投影光学系の光学特性の少なくとも一つ
を調整する段階を有することを特徴とする半導体デバイ
スの製造方法。
【請求項２】前記２次光源の形状を前記原板の種類に
応じて変更することを特徴とする請求項１の半導体デバ
イスの製造方法。
【請求項３】前記調整段階において前記投影光学系の
投影倍率を調整することを特徴とする請求項２の半導体
デバイスの製造方法。
【請求項４】前記調整段階において前記投影光学系の
対称歪曲収差を調整することを特徴とする請求項２の半
導体デバイスの製造方法。
【請求項５】前記調整段階において前記投影光学系の
像面湾曲を調整することを特徴とする請求項２の半導体
デバイスの製造方法。
【請求項６】前記調整段階において前記投影光学系の
片ボケを調整することを特徴とする請求項２の半導体デ
バイスの製造方法。
【請求項７】前記調整段階において前記投影光学系の
ピボタル傾きを調整することを特徴とする請求項２の半
導体デバイスの製造方法。
【請求項８】前記原板として回路パターンの最小線幅
が比較的大きな第１原板と回路パターンの最小線幅が比
較的小さな第２原板とが使用され、該第１原板を使用す
る場合には前記２次光源が光軸近傍に形成され、該第２
原板を使用する場合には前記２次光源が光軸外に形成さ
れることを特徴とする請求項２の半導体デバイスの製造
方法。
【請求項９】前記光軸外に形成される２次光源がほぼ
円形のリング状を成すことを特徴とする請求項８の半導
体デバイスの製造方法。
【請求項１０】前記光軸外に形成される２次光源がほ
ぼ矩形のリング状を成すことを特徴とする請求項８の半
導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】前記光軸を原点に直交座標を定めた
時、前記光軸外に形成される２次光源が該直交座標の４
つの象限の夫々に独立した光源部分を有することを特徴
とする請求項８の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】前記直交座標のｘ、ｙ方向と前記原板
の回路パターンを主として形成する縦横パターンの各方
向とがほぼ一致することを特徴とする請求項８の半導体
デバイスの製造方法。
【請求項１３】前記倍率を調整せしめるべく前記原板
と前記投影光学系の間隔が調整されることを特徴とする
請求項３の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１４】前記歪曲収差を調整せしめるべく前記
原板と前記投影光学系の間隔が調整されることを特徴と
する請求項４の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１５】前記倍率を調整せしめるべく前記投影
光学系の屈折力が調整されることを特徴とする請求項３
の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１６】前記歪曲収差を調整せしめるべく前記
投影光学系の屈折力が調整されることを特徴とする請求
項２の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１７】放射ビームで形成した２次光源からの
２次ビームにより原板のパターンを照明する照明光学系
と、該２次ビームで照明されたパターンの像を基板上に
投影する投影光学系と、前記２次光源の形状の変更に応
じて前記投影光学系の光学特性の少なくとも一つを調整
する手段とを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１８】前記２次光源の形状を前記原板の種類
に応じて変更することを特徴とする請求項１７の投影露
光装置。
【請求項１９】前記調整手段が、前記投影光学系の投
影倍率を調整することを特徴とする請求項１８の投影露
光装置。
【請求項２０】前記調整手段が、前記投影光学系の対
称歪曲収差を調整することを特徴とする請求項１８の投
影露光装置。
【請求項２１】前記調整手段が、前記投影光学系の像
面湾曲を調整することを特徴とする請求項１８の投影露
光装置。
【請求項２２】前記調整手段が、前記投影光学系の片
ボケを調整することを特徴とする請求項１８の投影露光
装置。
【請求項２３】前記調整手段が、前記投影光学系のピ
ボタル傾きを調整することを特徴とする請求項１８の投
影露光装置。
【請求項２４】前記原板として回路パターンの最小線
幅が比較的大きな第１原板と回路パターンの最小線幅が
比較的小さな第２原板とが使用され、前記照明光学系
が、該第１原板を使用する場合には前記２次光源を光軸
近傍に形成し、該第２原板を使用する場合には前記２次
光源を光軸外に形成することを特徴とする請求項１７の
投影露光装置。
【請求項２５】前記光軸外に形成される２次光源がほ
ぼ円形のリング状を成すことを特徴とする請求項１８の
投影露光装置。
【請求項２６】前記光軸外に形成される２次光源がほ
ぼ矩形のリング状を成すことを特徴とする請求項１８の
投影露光装置。
【請求項２７】前記光軸を原点に直交座標を定めた
時、前記光軸外に形成される２次光源が該直交座標の４
つの象限の夫々に独立した光源部分を有することを特徴
とする請求項１８の投影露光装置。
【請求項２８】前記直交座標のｘ、ｙ方向と前記原板
の回路パターンを主として形成する縦横パターンの各方
向とがほぼ一致することを特徴とする請求項２７の投影
露光装置。
【請求項２９】前記倍率を調整せしめるべく前記原板
と前記投影光学系の間隔が調整されることを特徴とする
請求項１９の投影露光装置。
【請求項３０】前記歪曲収差を調整せしめるべく前記
原板と前記投影光学系の間隔が調整されることを特徴と
する請求項２０の投影露光装置。
【請求項３１】前記倍率を調整せしめるべく前記投影
光学系の屈折力が調整されることを特徴とする請求項１
９の投影露光装置。
【請求項３２】前記歪曲収差を調整せしめるべく前記
投影光学系の屈折力が調整されることを特徴とする請求
項２０の投影露光装置。
【請求項３３】前記原板に形成されたパターンの最小
線幅に関する情報を前記装置のコントローラーに入力す
る手段を備え、該コントローラーが該情報に応じて前記
照明光学系の２次光源の形状を調整することを特徴とす
る請求項１８の投影露光装置。
【請求項３４】前記入力手段が前記原板に形成された
前記情報が記録されたバーコードを読み取る手段（バー
コードリーダー）より成ることを特徴とする請求項３３
の投影露光装置。
【請求項３５】前記入力手段が前記装置の操作パネル
より成ることを特徴とする請求項３３の投影露光装置。