JPH06188168A - 投影露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents

投影露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法

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JPH06188168A
JPH06188168A JP4355966A JP35596692A JPH06188168A JP H06188168 A JPH06188168 A JP H06188168A JP 4355966 A JP4355966 A JP 4355966A JP 35596692 A JP35596692 A JP 35596692A JP H06188168 A JPH06188168 A JP H06188168A
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JP
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space
humidity
projection
optical
light
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JP4355966A
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English (en)
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Takanaga Shiozawa
崇永 塩澤
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 投影面内の照度分布の均一化を図り、高解像
度の投影パターン像が得られる投影露光装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法を得ること。 【構成】 光源1からの光束で照明した第1物体R面上
のパターンを投影光学系6により第2物体面上に投影露
光する際、該光源と該第2物体W面との間の光路中に所
定領域の光束の通過面にコーティングを施した光学素子
により密閉された空間11を形成し、該空間内の湿度を
制御する湿度制御手段101を用いて制御することによ
り、該第2物体面上の照度分布を調整していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、特にIC,LSI
等の半導体素子を製造する際にレチクル面上の電子回路
パターンをウエハ面上に投影光学系により投影するとき
のレチクル面上又は投影面上(ウエハ面上)の照度分布
を調整し、高精度な投影パターン像が得られるようにし
たものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりIC,LSI等の半導体素子製
造用の投影露光装置(アライナー)においては半導体素
子の高集積化が進み、それに伴いウエハ面上での最小線
幅が1μm以下という非常に高い光学性能が要求されて
いる。
【0003】一般にレチクル面上の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
等と共に投影面上における照度分布の均一性の良否が大
きく影響している。
【0004】通常、半導体素子の高集積化に伴い投影面
上の照度ムラは±1%以内であることが要望されてい
る。
【0005】図7は従来の投影露光装置の光学系の要部
概略図である。
【0006】同図において光源71からの光束は光学系
72により集光し、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73の入射面73aに入射し
ている。そしてオプティカルインテグレータ73の射出
面73bに複数の2次光源を形成している。射出面73
bに形成した複数の2次光源からの発散光束は各々コン
デンサーレンズ74で集光し、重なり合って被照射面7
5を照明する。
【0007】被照射面75上には電子回路パターンを形
成したレチクルRが配置されている。レチクルR面上の
電子回路パターンを投影レンズ76により投影面77に
載置したウエハW面上に投影結像している。このときコ
ンデンサーレンズ74はオプティカルインテグレータ7
3の射出面73bの2次光源が投影レンズ76の瞳76
a近傍に形成するようにしている。
【0008】従来の投影露光装置はこのような構成によ
り投影面77上の照度分布の均一化を図っていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】一般にレンズやミラー
等の光学部材の面にはコーティング膜が施されており、
入射光束の反射特性や透過特性を制御している。このと
きコーティング膜の軸対称ムラや膜厚誤差があると光軸
対称な照度ムラが発生し、照射面中心に比べて照射面周
辺の照度が上がったり、下がったりする場合がある。
【0010】このため、従来の投影露光装置ではコンデ
ンサーレンズとして歪曲収差(ディストーション)を種
々と変えた複数のコンデンサーレンズを用意して、各装
置毎に最適なコンデンサーレンズを選択して使用した
り、又はコンデンサーレンズをズームレンズより構成
し、各装置毎に最適な屈折力配置として使用したりして
照度ムラに対応していた。しかしながら1つの装置内に
おいて、その環境条件の変化に起因する照度ムラの変化
には何んら対応をしていなかった。
【0011】本発明は光路中に設けた密閉空間内の湿度
を制御することにより光学部材の製作誤差や環境条件の
変化等に起因する投影面上の照度ムラを補正し、レチク
ル面上の電子回路パターンをウエハ面上に高い分解能で
投影することができる投影露光装置及びそれを用いた半
導体素子の製造方法の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、光源からの光束で照明した第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、該
光源と該第2物体面との間の光路中に所定領域の光束の
通過面にコーティングを施した光学素子により密閉され
た空間を形成し、該空間内の湿度を制御する湿度制御手
段を用いて制御することにより、該第2物体面上の照度
分布を調整していることを特徴としている。
【0013】また本発明の半導体素子の製造方法として
は、光源からの光束で照明した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した後、該ウ
エハを現像処理工程を介して半導体素子を製造する際、
該光源と該第2物体面との間の光路中に所定領域の光束
の通過面にコーティングを施した光学素子により密閉さ
れた空間を形成し、該空間内の湿度を制御する湿度制御
手段を用いて制御することにより、該第2物体面上の照
度分布を調整していることを特徴としている。
【0014】
【実施例】図1は本発明の投影露光装置の実施例1の光
学系の要部概略図、図2は図1の一部分の拡大説明図で
ある。
【0015】図中、1は光源であり、超高圧水銀灯やレ
ーザ(エキシマレーザ)等から成っている。2は光学系
であり、光源1からの光束を集光し、オプティカルイン
テグレータ3の入射面3aに入射させている。
【0016】オプティカルインテグレータ3は図2に示
すように複数の微小レンズを2次元的に配列して構成し
ており、その射出面3bに複数の2次光源を形成してい
る。射出面3bに形成した複数の2次光源からの発散光
束は各々湿度制御手段101の一要素である光学部材8
の透過面を介してコンデンサーレンズ4で集光し、各々
重なり合った状態で照射面5を照明している。
【0017】11は光学部材8の密閉した空間であり、
所定のコーティング膜を施した2枚の平行平面板12,
13とリング状部材12aより形成している。
【0018】照射面5には電子回路パターンを形成した
レチクルR(第1物体)が配置されている。6は投影光
学系(投影レンズ)であり、レチクルR面上の電子回路
パターンを投影面7に載置したウエハW面(第2物体)
上に所定の倍率で投影している。コンデンサーレンズ4
はオプティカルインテグレータ3の射出面3bの2次光
源が投影光学系6の入射瞳6a近傍に形成するようにし
ている。これにより照射面5をケーラー照明するように
している。
【0019】14は照度ムラ測定器であり、ウエハW面
上の照度分布(照度ムラ)を測定し、その結果を照度ム
ラ制御部15に入力している。10は湿度制御部であ
り、照度ムラ制御部15からの信号に基づいて密閉され
た空間11内の湿度を制御している。9は湿度検出器で
あり、空間11内の湿度を検出している。
【0020】本実施例では湿度制御部10により空間1
1内に乾燥空気を送出したり又は蒸気を送出したりして
空間11内の湿度を制御して、ウエハW面上の照度分布
が均一となるように制御している。
【0021】各要素8,9,10は湿度制御手段101
の一要素を構成している。又湿度制御手段101、照度
ムラ制御部15、そして照度ムラ測定器14は照度ムラ
制御手段の一要素を構成している。
【0022】次に本実施例において空間11内の湿度を
制御し、投影面7(ウエハ面W)上の照度ムラを調整す
る際の光学的作用について説明する。
【0023】光学部材に蒸着される反射防止膜は通常何
層かの蒸着膜(コーティング膜)より成り、各層の蒸着
膜は膜実質部(バルクと同様)と空隙から成っている。
各蒸着層の屈折率nf は nf =n0 P+n(1−P) ・・・・(1) で表わされる。
【0024】ここでn0 は膜実質部の屈折率、nは空隙
に充たされた雰囲気中の屈折率(真空や乾燥空気中でn
=1.0,飽和水蒸気中でn=1.33)、Pは各蒸着
層の充填率で空隙を含む層の体積中の膜実質部の占める
割合として定義されるものであり、一般にP=0.8〜
0.9である。
【0025】空隙に充たされた雰囲気中の屈折率nは湿
度の値によって1.0〜1.33と大きく変化する。こ
のため(1)式より明かのように各蒸着層の屈折率nf
は湿度の変化に伴って同様に大きく変化する。例えば、
ある蒸着層がある波長で屈折率n0 =1.5,充填率P
=0.8であった場合、その層の屈折率nf は湿度の変
化により(1)式からnf =1.4〜1.466に変化
する。コーティング膜において上記のように各層の屈折
率変化があった場合には、そのコーティング膜の施され
ている光学素子(光学部材)の分光特性はシフトしてく
る。
【0026】図3はある角度特性がシャープなコーティ
ング膜においてP=0.8とし、n=1.0〜1.33
と変化させたときの特定波長における透過率角度依存性
を示したものである。
【0027】図中、(a)はn=1.33,(b)はn
=1.17,(c)はn=1.0のときを示している。
この図3より明かのように、湿度の変化によって光学素
子の透過率の角度依存性を調整することができる。
【0028】本実施例においては図2に示すようにオプ
ティカルインテグレータ3の射出面3bに形成した2次
光源により被照射面5をケーラー照明しているため、光
学部材8の透過率角度特性の変化がそのまま被照射面5
の照度ムラの変化となって現われる。
【0029】本実施例では以上説明した光学的作用に基
づいて光学部材8内の空間11の湿度を制御することに
よるウエハW面の照度ムラを制御している。その後、レ
チクルR面上の電子回路パターンを投影光学系6により
ウエハW面上に縮小投影し、公知の現像処理工程を経て
半導体素子を製造している。
【0030】図4,図5,図6は各々本発明の投影露光
装置の実施例2,3,4の光学系の一部分の拡大説明図
である。実施例2,3,4は図1の実施例1に比べて光
路中に設ける密閉した空間の位置又は数が異なってお
り、その他の構成は基本的に同じである。
【0031】図4の実施例2ではオプティカルインテグ
レータ3を含む空間を光学部材8を用いて密閉空間11
としている。図5の実施例3ではコンデンサーレンズ4
を含む空間をコンデンサーレンズ4を構成するレンズ4
a,レンズ4b、そしてレンズ鏡筒4cとを用いて密閉
空間11としている。尚、本実施例ではコンデンサーレ
ンズ4が密閉空間11を有する実施例1と同様の光学部
材8としての作用を有している。図6の実施例4では図
1の実施例1で用いた密閉空間と図5の実施例3で用い
た密閉空間の2つの密閉空間を利用している。
【0032】この他、本発明においては投影露光装置全
体を含む空間を密閉空間としても良い。
【0033】本発明においては光源1とウエハW面との
間の光路中の任意の一領域を密閉空間とし、この密閉空
間内の湿度を制御すれば前述したのと同様の効果を得る
ことができる。
【0034】尚、本発明において光学部材に蒸着する反
射防止膜は湿度制御する領域の光学部材には透過率の角
度特性が湿度に敏感なもの(反射防止の帯域の狭いも
の)を使用し、湿度制御しない領域の光学部材には湿度
に敏感でないもの(反射防止帯域の広いもの)を使用す
るのが良い。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、光路中に
設けた密閉空間内の湿度を制御することにより光学部材
の製作誤差や環境条件の変化等に起因する投影面上の照
度ムラを補正し、レチクル面上の電子回路パターンをウ
エハ面上に高い分解能で投影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素子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】 本発明の投影露光装置の実施例1の光学系の
要部概略図
【図2】 図1の一部分の拡大説明図
【図3】 湿度とコーティング膜の透過角度特性との関
係を示す説明図
【図4】 本発明の投影露光装置の実施例2の光学系の
一部分の拡大説明図
【図5】 本発明の投影露光装置の実施例3の光学系の
一部分の拡大説明図
【図6】 本発明の投影露光装置の実施例4の光学系の
一部分の拡大説明図
【図7】 従来の投影露光装置の光学系の要部概略図
【符号の説明】
1 光源 2 光学系 3 オプティカルインテグレータ 4 コンデンサーレンズ 5 照射面 6 投影光学系 7 投影面 8 光学部材 9 湿度検出器 10 湿度制御部 11 密閉空間 12,13 平行平面板 14 照度ムラ検出器 15 照度ムラ制御部 101 湿度制御手段 R レチクル W ウエハ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光束で照明した第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、該光源と該第2物体面との間の光路中に所定領
    域の光束の通過面にコーティングを施した光学素子によ
    り密閉された空間を形成し、該空間内の湿度を制御する
    湿度制御手段を用いて制御することにより、該第2物体
    面上の照度分布を調整していることを特徴とする投影露
    光装置。
  2. 【請求項2】 光源からの光束で照明したレチクル面上
    のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影露光し
    た後、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製
    造する際、該光源と該第2物体面との間の光路中に所定
    領域の光束の通過面にコーティングを施した光学素子に
    より密閉された空間を形成し、該空間内の湿度を制御す
    る湿度制御手段を用いて制御することにより、該第2物
    体面上の照度分布を調整していることを特徴とする半導
    体素子の製造方法。
JP4355966A 1992-12-18 1992-12-18 投影露光装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 Pending JPH06188168A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0936032A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Canon Inc 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法
JPH09127418A (ja) * 1995-10-27 1997-05-16 Nikon Corp 照明光学系
CN100422856C (zh) * 2001-04-27 2008-10-01 株式会社东芝 曝光装置及其照度不匀度的测定方法和修正方法、半导体器件的制造方法
JP2010278433A (ja) * 2009-05-26 2010-12-09 Asml Netherlands Bv リソグラフィ装置
JP2018190905A (ja) * 2017-05-10 2018-11-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ装置

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