JPH06302494A - 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

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 レチクル面上を均一に照明し、高解像度の投
影パターン像が得られる半導体素子製造用の投影露光装
置及びそれを用いた半導体素子の製造方法。 【構成】 光束を出射する照明部１０１と該照明部から
の光束を光導入口より導入して照明した第１物体６面上
のパターンを投影光学系により第２物体８面に投影露光
する装置本体部１０２とを別個独立に設けた投影露光装
置において、該照明部には該光導入口での光強度分布を
均一にする光学手段が設けられており、該装置本体側に
は２次光源を形成する為の光学要素がその入射面を該光
導入口に光学的に一致するように設けられており、該照
明部からの光束を該光学要素を介して該第１物体面に導
入していること。

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第１物体面としてのレチ
クル面上の電子回路パターンを投影光学系（投影レン
ズ）により第２物体面としてのウエハ面上に投影すると
き、該レチクル面上の照度分布を適切に制御し、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
造用に高解像力、高スループット化が比較的容易な投影
露光装置（アライナー）が多く用いられている。

【０００３】投影露光装置では多くの場合、レチクル面
照明用の光束を出射する照明部（露光光源）と、照明部
からの光束で照明されたレチクル面上のパターンを投影
光学系（投影レンズ）でウエハ面上に投影露光する装置
本体部とを一体的に構成している。

【０００４】これに対して、近年投影レンズの高ＮＡ化
に伴う照明系ＮＡの拡大や変形照明機構等の付加等によ
り照明系の大型化が進んでいる。又光源のパワーアップ
も進んでいる。その為照明系の重量増大により装置本体
の振動問題・変形問題が生じ、又光源で発生する熱の問
題も無視できなくなり、投影露光装置を露光光源と装置
本体部との２つの要素に別個独立に構成したものが種々
と提案されている。

【０００５】この他投影露光装置ではウエハ面上に転写
されるパターンの像質は照明装置の性質、例えば被照射
面（レチクル面）上の照度分布の均一性等に大きく影響
される。

【０００６】均一照明等の光学性能の向上を図った照明
装置としては、例えば特開昭４７−４８１７号公報や特
開昭５０−１０３９７６号公報等で提案されている。

【０００７】一般に半導体素子の製造装置における照明
装置には集光効率の向上、焼付け面全面における均一露
光そして物理光学的効果の制御の為にレチクル面への照
明光束に一定の拡がり角を持たせることが要求される。

【０００８】この為従来は高輝度の光源を用い、集光光
学系とウエハ面との間にフライアイレンズと呼ばれるレ
ンズアレイやオプティカルファイバー束等から成る所謂
オプティカルインテグレータとコンデンサーレンズ（コ
リメータレンズ）とを用いて均一照明及び光束の拡がり
を所定量持たせて照明光学系を構成している。

【０００９】ステッパー等のレチクル面上のパターンを
ウエハ面上に投影光学系を用いて投影露光する所謂プロ
ジェクション露光方法ではコンデンサーレンズによりオ
プティカルインテグレータの像を投影光学系の入射瞳に
形成するようにして所謂ケーラー照明系を構成してい
る。

【００１０】半導体素子の製造においては被照射面であ
るレチクル面の照度分布にムラがあるとウエハ面上に転
写されるパターンの線幅に不均一が生ずる。最近はＩＣ
パターンの微細化がより要望されている為に線幅の均一
性はより高精度に、例えば従来の±３％以下より±１％
以下となるように要求されている。

【００１１】このようにＩＣパターンにより微細化の要
望に比例して被照射面の照度分布にも従来より以上にム
ラのない高精度の照明装置が要求されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】露光光源と装置本体部
とを分離して構成した投影露光装置において１回の露光
が終了する毎にウエハを移動しながら他の領域を露光
し、このような露光を順次複数回繰り返すことにより、
ウエハ面全体にパターン像を形成していくステップアン
ドリピート露光方式を用いるとＸＹステージの移動によ
りそれ自身の姿勢が変化してくる。

【００１３】その為露光光源との相対的姿勢誤差が発生
し、照度ムラや露光量の損失（変化）等が生じてくる。

【００１４】この為、従来は （イ）相対的姿勢誤差を補正するように、露光光源の光
導入部の光学系を制御する。 （ロ）装置マウントの剛性を上げ、相対的姿勢誤差を発
生しないようにする。 （ハ）装置マウントにサーボ機構を設け、装置を振動さ
せないようにする。 等の方法を用いていた。

【００１５】しかしながら（イ）の方法では制御系のコ
ストアップや制御系が複雑になる等の問題点があった。

【００１６】又（ロ）の方法では床振動が装置に伝達さ
れると共にＸＹステージ移動時に反力をステージ自身が
受けてステージ精度が低下するといった問題点があっ
た。

【００１７】又（ハ）の方法では制御が大規模になり装
置全体が大型化してくるといった問題点があった。

【００１８】本発明の第１の目的は、照明部（露光光
源）と装置本体部とを分離して構成したとき、装置本体
内に適切なる構成の光学要素を設けることにより照明部
と装置本体部とに相対的な姿勢誤差があっても、照明部
からの光束で第１物体としてのレチクルを均一の照度分
布で照明し、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の提供
にある。

【００１９】又照明部と装置本体部とが一体的に構成さ
れている投影露光装置でもステップアンドリピート露光
方式を用いると硝材やミラー等の光学部材の熱吸収等に
より光学特性が変化し、レチクル面上の照度分布が不均
一になってくる場合がある。

【００２０】この為、従来は例えば歪曲収差の異なる複
数のコリメータレンズを用いて、最適なコリメータレン
ズを用いて照度ムラを補正していた。

【００２１】しかしながら環境条件の変化や経時変化等
に起因する照度ムラを補正するのは大変難しかった。

【００２２】又従来のその他の方法としてレチクル面と
共役の位置に照度分布を補正するような透過率分布を持
つＮＤフィルターを配置していた。

【００２３】しかしながら精度良く照度分布を補正する
ＮＤフィルターの作製は困難であった。

【００２４】本発明の第２の目的は、照明系の光路中に
適切なる構成の光学要素を設けることにより、環境条件
の変化や経時的な変化があってもレチクル面上を均一の
照度分布で照明し、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
の提供にある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、 （１−１）光束を出射する照明部と該照明部からの光束
を光導入口より導入して第１物体面を照明し、該第１物
体面上のパターンを投影光学系により第２物体面に投影
露光する装置本体部とを別個独立に設けた投影露光装置
において、該照明部には該光導入口での光強度分布を均
一にする光学手段が設けられており、該装置本体側には
２次光源を形成する為の光学要素がその入射面を該光導
入口に光学的に一致するように設けられており、該照明
部からの光束を該光学要素を介して該第１物体面に導入
していることを特徴としている。

【００２６】特に、前記光学要素はオプティカルインテ
グレータであることや、前記光学手段はオプティカルイ
ンテグレータとコリメータレンズを有していることや、
前記光学手段は内面が反射面の複数の角パイプを２次元
的に配列した光導光部材とコリメータレンズを有してい
ること等を特徴としている。

【００２７】（１−２）光束を出射する照明部と、該照
明部からの光束を光導入口より導入して第１物体面を照
明し、該第１物体面上のパターンを投影光学系により第
２物体面に投影露光する装置本体部とを別個独立に設け
た投影露光装置において、該装置本体側に２次光源を形
成する為の光学要素を、その入射面が該光導入口に光学
的に一致するように設けると共に該光学要素の射出面側
に入射角度によって透過率の異なる平行平面板を回動可
能に設け、該照明部と該装置本体部との相対的な姿勢誤
差に基づいて該平行平面板を回動させて、該第１物体面
上の照度分布を制御していることを特徴としている。

【００２８】特に、前記光学要素はオプティカルインテ
グレータであることを特徴としている。

【００２９】（１−３）照明部からの光束を２次光源を
形成する為の光学要素に入射させ、該光学要素の２次光
源面からの光束で第１物体を照明し、該第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、該光学要素の２次光源面側に入射角度によって透
過率の異なる平行平面板を設けて該第１物体面上の照度
分布を制御していることを特徴としている。

【００３０】特に、前記平行平面板を複数個設け、その
内少なくとも１つの平行平面板を選択的に光路中に装着
していることや、前記平行平面板を回動可能に設けて前
記第１物体面上の照度分布を可変としていることや、前
記光学要素の２次光源面側に前記平行平面板の回動に伴
う前記第１物体面上の照射領域の変化を補正する補正部
材を設けたこと等を特徴としている。

【００３１】又、本発明の半導体素子の製造方法として
は、 （１−４）光束を出射する照明部と該照明部からの光束
を該照明部と別個独立に設けた装置本体部側の光導入口
より導入してレチクル面上のパターンを照明し、該レチ
クル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面に投影
露光した後に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、該照明部には該光導入口での光強度分
布を均一にする光学手段が設けられており、該装置本体
側には２次光源を形成する為の光学要素がその入射面を
該光導入口に光学的に一致するように設けられており、
該照明部からの光束を該光学要素を介して該レチクル面
に導光していることを特徴としている。

【００３２】特に、前記光学要素はオプティカルインテ
グレータであることや、前記光学手段はオプティカルイ
ンテグレータとコリメータレンズを有していることや、
前記光学手段は内面が反射面の複数の角パイプを２次元
的に配列した光導光部材とコリメータレンズを有してい
ること等を特徴としている。

【００３３】（１−５）光束を出射する照明部と、該照
明部からの光束を該照明部と別個独立に設けた装置本体
側の光導入口より導入してレチクル面上のパターンを照
明し、該レチクル面上のパターンを投影光学系によりウ
エハ面に投影露光した後に、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、該装置本体側に２次光
源を形成する為の光学要素を、その入射面が該光導入口
に光学的に一致するように設けると共に該光学要素の射
出面側に入射角度によって透過率の異なる平行平面板を
回動可能に設け、該照明部と該装置本体部との相対的な
姿勢誤差に基づいて該平行平面板を回動させて、該レチ
クル面上の照度分布を制御していることを特徴としてい
る。

【００３４】特に、前記光学要素はオプティカルインテ
グレータであることを特徴としている。

【００３５】（１−６）照明部からの光束を２次光源を
形成する為の光学要素に入射させ、該光学要素の２次光
源面からの光束でレチクルを照明し、該レチクル面上の
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
後に、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、該光学要素の２次光源面側に入射角度によっ
て透過率の異なる平行平面板を設けて該レチクル面上の
照度分布を制御していることを特徴としている。

【００３６】特に、前記平行平面板を複数個設け、その
内少なくとも１つの平行平面板を選択的に光路中に装着
していることや、前記平行平面板を回動可能に設けて前
記レチクル面上の照度分布を可変としていることや、前
記光学要素の２次光源面側に前記平行平面板の回動に伴
う前記レチクル面上の照射領域の変化を補正する補正部
材を設けたこと等を特徴としている。

【００３７】

【実施例】図１は本発明の投影露光装置の実施例１の要
部概略図である。

【００３８】図中１０１は照明部（露光光源）、１０２
は装置本体部であり、双方は互いに分離して独立に設け
ている。２は楕円鏡、１は高輝度の発光部であり、楕円
鏡１の第１焦点近傍に配置している。発光部１は発光管
（不図示）の中の紫外線及び遠紫外線等を放射してい
る。

【００３９】２１はオプティカルインテグレータであ
り、複数の微小レンズ（フライアイレンズ）を２次元的
に配列した構成より成っている。オプティカルインテグ
レータ２１の入射面２１ａは楕円鏡２の第２焦点近傍に
位置している。これにより楕円鏡２は発光部１の発光部
像を入射面２１ａに形成し、その射出面２１ｂに配光特
性が均一な２次光源を形成している。

【００４０】２２はミラーである。２３はコリメータレ
ンズであり、２次光源である射出面２１ｂからの光束を
ミラー２２を介して装置本体部１０２の光導入口１０２
ａに設けた光学要素としてのオプティカルインテグレー
タ３の入射面３ａに集光している。これによりオプティ
カルインテグレータ３の射出面３ｂに２次光源を形成し
ている。

【００４１】尚オプティカルインテグレータ２１とコリ
メータレンズ２３は光導入口１０２ａ上での光強度分布
を均一にする光学手段の一要素を構成している。

【００４２】オプティカルインテグレータ３の射出面
（２次光源）３ｂからの各微小レンズに基づく各光束は
ミラー４を介してコリメータレンズ５により集光し、各
々重ね合わさって被照射面である第１物体としてのレチ
クル６を均一照明している。

【００４３】７は投影光学系でありレチクル６面上の回
路パターンをＸＹステージ９に載置した第２物体として
のウエハ８面上に縮小投影している。ＸＹステージ９は
装置マウント１０上に載置されており、ステップ移動す
ることによりウエハ８面上を順次露光している。露光さ
れたウエハ８は公知の現像処理工程を介して、これによ
り半導体素子を製造している。

【００４４】本実施例ではコリメータレンズ２３とオプ
ティカルインテグレータ３との間で投影露光装置を露光
光源１０１と装置本体１０２との２つの要素に分離して
いる。

【００４５】これにより双方が正規の位置よりズレたと
きの姿勢誤差によるレチクル面上での照度ムラや露光量
損失、そして照明領域、telecentricity等への影響がな
るべく少なくなるようにしている。

【００４６】例えばオプティカルインテグレータ３とミ
ラー４との間で露光光源１０１と装置本体１０２とを分
離するとオプティカルインテグレータ３の入射面３ａ上
の光強度分布は、双方に姿勢誤差がないときには図３
（Ａ）の実線で示すように光軸に対して対称なガウス分
布となる。又レチクル５面上の照度分布は同図（Ｂ）に
示すように平坦になる。

【００４７】しかしながら双方に姿勢誤差が発生すると
オプティカルインテグレータ３の入射面３ａの光強度分
布は図３（Ａ）の破線のように光軸に対して非対称とな
る。又レチクル５面上の照度分布は同図（Ｂ）に示すよ
うに傾斜した照度ムラが発生し、更に露光量も変化して
くる。

【００４８】これに対して本実施例では露光光源１０１
を前述の如く構成することによりオプティカルインテグ
レータ３の入射面３ａの光強度分布が図２（Ａ）の実線
で示すように平坦となるようにしている。

【００４９】そして露光光源１０１と装置本体１０２と
を前述の如くコリメータレンズ２３とオプティカルイン
テグレータ３との間で分離している。

【００５０】本実施例において双方に姿勢誤差が発生し
たときオプティカルインテグレータ３の入射面３ａの光
強度分布は図２（Ａ）の破線で示すようになる。このと
きオプティカルインテグレータ３の光取り込み範囲での
光強度分布の変化は小さい。

【００５１】本実施例でのレチクル５面上の照度分布の
照度ムラは同図（Ｂ）の破線で示すように小さく、又露
光量の変化も小さいという特長がある。

【００５２】尚本実施例において装置本体部１０２の光
導入口に設けたオプティカルインテグレータ３の入射面
３ａの代りにその共役面を配置しても良い。

【００５３】又オプティカルインテグレータ２１，３と
して複数の微小レンズの代りに内面が反射面の複数の角
パイプを２次元的に配列して構成したものを用いても良
い。

【００５４】本実施例では以上のように、照明部（露光
光源）と装置本体部とを分離することにより双方に相対
的な姿勢誤差が発生してもレチクル面上を均一に照明
し、高解像度の投影パターン像が得られる投影露光装置
を得ている。

【００５５】図４は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。

【００５６】本実施例は図１の実施例１に比べて （２−１）露光光源１０１で用いているオプティカルイ
ンテグレータ２１，ミラー２２，そしてコリメータレン
ズ２３を削除し、楕円鏡２の第２焦点近傍に装置本体部
１０４のオプティカルインテグレータ３の入射面３ａが
直接位置するようにしていること。

【００５７】（２−２）オプティカルインテグレータ３
とミラー４との間に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回動可能の平行平面板を配置してい
ること。

【００５８】（２−３）該平行平面板の姿勢を露光光源
１０３と装置本体部１０４との相対的な姿勢誤差情報に
基づいて逐次変化させて、レチクル面上の照度ムラを補
正していること。 が異なっており、その他の構成は同じである。

【００５９】次に本実施例の構成を図１の実施例１と一
部重複するが順次説明する。

【００６０】図中１０３は照明部（露光光源）、１０４
は装置本体部であり、双方は互いに分離して独立に設け
ている。２は楕円鏡、１は高輝度の発光部であり、楕円
鏡１の第１焦点近傍に配置している。発光部１は発光管
（不図示）の中の紫外線及び遠紫外線等を放射してい
る。

【００６１】楕円鏡２は発光部１の発光部像を第２焦点
近傍に形成している。

【００６２】楕円鏡２の第２焦点近傍には装置本体部１
０４の光導入口１０４ａに設けた複数の微小レンズを２
次元的に配列した構成の光学要素としてのオプティカル
インテグレータ３の入射面３ａが位置している。

【００６３】これによりオプティカルインテグレータ３
の射出面３ｂに配光特性が均一の２次光源を形成してい
る。

【００６４】２４は入射角度によって透過率の異なるコ
ーティングを施した回動可能な平行平面板である。

【００６５】オプティカルインテグレータ３の射出面
（２次光源）３ｂからの各微小レンズに基づく各光束は
平行平面板２４を透過し、ミラー４を介してコリメータ
レンズ５により集光し、各々重ね合わさって被照射面で
ある第１物体としてのレチクル６を均一照明している。

【００６６】７は投影光学系でありレチクル６面上の回
路パターンをＸＹステージ９に載置した第２物体として
のウエハ８面上に縮小投影している。ＸＹステージ９は
装置マウント１０上に載置されており、ステップ移動す
ることによりウエハ８面上を順次露光している。露光さ
れたウエハ８は公知の現像処理工程を介して、これによ
り半導体素子を製造している。

【００６７】本実施例ではオプティカルインテグレータ
３の入射面３ａ側で投影露光装置を露光光源１０３と装
置本体１０４との２つの要素に分離している。

【００６８】そしてオプティカルインテグレータ３の射
出面３ｂ側に設けた平行平面板２４の回動操作により、
露光光源１０３と装置本体部１０４との相対的な姿勢誤
差に基づくレチクル６面上の照度ムラを補正している。

【００６９】一般にオプティカルインテグレータ３の射
出面３ｂ側で露光光源１０３と装置本体部１０４とを分
離したとき双方が正規の位置よりズレて姿勢誤差が発生
するとレチクル面上で照度ムラや露光量損失そして照明
領域、telecentricity等への影響が出てくる。

【００７０】これに対してオプティカルインテグレータ
３の入射面３ａ側で露光光源１０３と装置本体１０４と
を分離するとオプティカルインテグレータ３の入射面３
ａ上の光強度分布は、双方に姿勢誤差がないときには図
３（Ａ）の実線で示すように光軸に対して対称なガウス
分布となる。又レチクル５面上の照度分布は同図（Ｂ）
に示すように平坦になる。

【００７１】しかしながら双方に姿勢誤差が発生すると
オプティカルインテグレータ３の入射面３ａの光強度分
布は図３（Ａ）の破線のように光軸に対して非対称とな
る。又レチクル５面上の照度分布は同図（Ｂ）に示すよ
うに傾斜した照度ムラが発生し、更に露光量も変化して
くる。

【００７２】これに対して本実施例ではオプティカルイ
ンテグレータ３の射出面３ｂ側で投影露光装置を露光光
源１０３と装置本体部１０４とに分離すると共に該射出
面３ｂ側に入射角度によって透過率の異なるコーティン
グを施した平行平面板２４を回動可能に設けている。

【００７３】そして露光光源１０３と装置本体部１０４
との相対的な姿勢誤差を姿勢検出手段で検出し、該姿勢
検出手段からの信号に基づいて平行平面板２４を回動さ
せることによりレチクル６面上の照度ムラを補正してい
る。

【００７４】次に本実施例に係る平行平面板２４の光学
的作用について説明する。

【００７５】図５は図４の平行平面板２４近傍の拡大説
明図である。尚同図では簡単の為にミラー４は省略して
いる。

【００７６】図５においてオプティカルインテグレータ
３に入射された光束は２次元的に配列された微小レンズ
３−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）により発散光として射出し、平行
平面板２４を透過し、コリメータレンズ５を介し被照射
面のレチクル６を照明する。このとき各微小レンズ３−
ｉから発散する光のうち同じ角度に進む光は被照射面の
レチクル６上の同じ場所に入射する。

【００７７】例えば図中、光線２０と光線３０、光線２
１と光線３１、光線２２と光線３２とではレチクル６上
の同一の場所に入射する。平行平面板２４は入射角度に
よって透過率の異なるコーティングを施している為、入
射角度による透過率分布がレチクル６上の照度分布とな
る。

【００７８】光軸に平行な光が平行平面板２４に対して
θ＝０°で入射する場合のレチクル６面上での照度分布
（透過率分布）は、例えば図６（Ａ）の実線のようにな
る。但し実線は軸外に向かって照度が落ちる照度ムラは
光学系で補正され、照度分布は平らである。

【００７９】ここで平行平面板２４を傾斜させると（θ
＝θｉ）照度分布は平行移動し、図６（Ａ）の破線のよ
うになる。そして平行平面板２４を傾斜することによる
照度分布の変化量は図６（Ｂ）のような傾斜成分の分布
になる。

【００８０】以上から平行平面板２４の傾斜は傾斜成分
の照度ムラを発生することができるので、装置本体部１
０３と露光光源１０３との相対的姿勢誤差によって発生
する照度ムラと相対的姿勢誤差量との関係を予め実験的
に得ている。

【００８１】そして姿勢検出手段で双方の相対的姿勢誤
差量を検知し、それによるレチクル６面上の照度ムラを
キャンセルするように平行平面板２４を傾斜させ、これ
により照度ムラを補正している。

【００８２】本実施例では説明上、平行平面板２４を１
次元的に傾斜させたが、相対的姿勢誤差は２次元である
ので実際は平行平面板２４を２次元的に姿勢を逐次変化
させている。

【００８３】本実施例では、相対的姿勢誤差がない場
合、θ＝０°としたがコーティングの特性を変更してお
いて初めから傾斜を持たしても良い。

【００８４】尚本実施例において装置本体部１０４の光
導入口に設けたオプティカルインテグレータ３の入射面
３ａの代りにその共役面を配置しても良い。

【００８５】又オプティカルインテグレータ３として複
数の微小レンズの代りに内面が反射面の複数の角パイプ
を２次元的に配列して構成したものを用いても良い。

【００８６】本実施例では以上のように、照明部（露光
光源）と装置本体部とを分離し、かつ平行平面板を用い
ることにより双方に相対的な姿勢誤差が発生してもレチ
クル面上を均一に照明し、高解像度の投影パターン像が
得られる投影露光装置を得ている。

【００８７】尚本実施例においては平行平板としてはそ
の表面に多層膜や単層膜を施した場合と何も施さない場
合が適用可能である。

【００８８】図７は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。

【００８９】本実施例は図４の実施例２に比べて （３−１）露光光源と装置本体部とを分離せず、一体的
に構成していること。

【００９０】（３−２）楕円鏡２の代りにコンデンサー
レンズ等の光学系２５を用いていること。

【００９１】（３−３）ミラー４を省略していること。 等が異なっており、その他の構成は略同じである。

【００９２】次に本実施例の構成を図４の実施例２と一
部重複するが順次説明する。

【００９３】水銀灯やレーザー等の光源２６からの光束
はコンデンサーレンズ等の光学系２５により複数の微小
レンズを２次元的に配列した光学要素としてのオプティ
カルインテグレータ（フライアイレンズ）３の入射面３
ａに集光している。そしてオプティカルインテグレータ
３の射出面３ｂに配光特性が均一な２次光源を形成して
いる。

【００９４】該射出面３ｂの２次光源（各微小レンズ）
からの各光束は発散光束として平行平面板２４に入射す
る。平行平面板２４は実施例２と同様に入射角度によっ
て透過率の異なるコーティング（光学薄膜）を施した固
定又は回動可能な平行平面板より成っている。

【００９５】平行平面板２４を通過した光束はコリメー
タレンズ５で集光し、各々重なり合わせて被照射面であ
る第１物体としてのレチクル６を均一照明している。そ
してレチクル６面上の回路パターンを投影光学系７によ
り第２物体としてのウエハ８面上に縮小投影している。

【００９６】次に本実施例によるウエハ面８の照度ムラ
の制御方法について説明する。

【００９７】図８は図７の平行平面板８の表面に施した
コーティング（光学薄膜）の分光特性の説明図である。

【００９８】本実施例の平行平面板２４に施した光学薄
膜は図８に示すように特定の波長λ（波長域）の光に対
して高い透過率Ｔを示している。

【００９９】図８においてλ₀ は露光波長、曲線ａは入
射角度θ＝０、曲線ｂは入射角度θ≠０の場合の分光特
性である。

【０１００】一般に光学薄膜は入射角度が大きくなると
分光特性が短波長側にシフトするが、光透過率の帯域が
狭い曲線ａのような分光特性の場合、入射角度が０でな
くなることにより分光特性が短波長側にシフトし、ｂの
状態になる。このときの入射角度の違いによって生じる
露光波長における透過率の差はΔＴである。

【０１０１】本実施例は光学薄膜の以上のような分光特
性を利用しており、平行平面板２４の表面には分光特性
が光線の入射角度に敏感に変化する光学薄膜を施してい
る。

【０１０２】図９は図７の平行平面板２４近傍の概略図
である。オプティカルインテグレータ３からの発散光束
は平行平面板２４を透過し、コリメータレンズ５によっ
て収斂し、被照射面６を照明する。このときコリメータ
レンズ３の射出面３ｂからの射出角が同じ光は図５で説
明したのと同様に被照射面６上の同じ場所を照明する。

【０１０３】即ち、平行平面板２４への入射角が同じも
の（例えば光線２２，３２，４２）は被照射面６上の同
じ場所６ａに入射することになる。平行平面板２４はそ
の表面に入射角度に応じて透過率が変化する光学薄膜が
施されている為、被照射面６上において光軸対称な照度
分布を形成する働きをすることになる。

【０１０４】そこで平行平面板２４上に投影露光装置固
有の照度ムラを打ち消す分光特性の光学薄膜を施してお
くことにより、ウエハ面８上の光軸対称な照度ムラを低
減している。

【０１０５】例えばウエハ面８上において周辺が中心に
対して照度が高い場合、平行平面板２４には入射角が大
きくなるほど透過率が低下するタイプの光学薄膜を施し
ている。

【０１０６】尚、投影露光装置の性能の経時変化や使用
環境の変化に対応できるように、分光特性の異なる光学
薄膜を施した数種の平行平面板をターレット状に配置し
ておけば、状況に応じて簡単に照度ムラを補正すること
ができるので好ましい。前記実施例では異なる分光特性
の光学薄膜を施した数種の平行平面板としたが、異なる
分光特性を持つ異なる硝材の平行平面板でも構わない。

【０１０７】本実施例ではウエハ面８の紙面上の光軸の
上方部分の照度が中心に対して高く、光軸の下方部分の
照度が中心に対して低いという傾斜ムラ成分が生じた場
合、平行平面板２４に入射角が大きくなるほど透過率が
低下する光学薄膜が施しておき、平行平面板２４の光軸
の上方部分をオプティカルインテグレータ３に近づく方
向に傾斜させることにより、即ちオプティカルインテグ
レータ３から紙面上の光軸の上方へ向かう光束の平行平
面板２４への入射角度を下方へ向かう光束より相対的に
小さくすることによってウエハ面８上の照度ムラの傾斜
成分を低減している。

【０１０８】図１０は本発明の実施例４の一部分の要部
概略図である。

【０１０９】本実施例ではウエハ面８上での照度分布が
光軸に対して非対称となり、傾斜成分の照度ムラ及び照
射領域の変動を補正する場合を示している。

【０１１０】図中２４ａは照度補正用の回動可能な平行
平面板であり、２４ｂは照射領域補正用の回動可能な補
正部材としての平行平面板である。平行平面板２４ａに
は入射角が大きいほど透過率が低下する分光特性の光学
薄膜が施してあり、平行平面板２４ｂには図１１に示し
たような入射角に鈍感な光学薄膜が施してある。

【０１１１】平行平面板２４ａはレチクル６の紙面上の
光軸の上方向部分の照度を下方向部分より相対的に低下
させる作用をしている。平行平面板２４ａが傾くことに
より照射領域（レクチル６上）にズレが生じるが、被照
射パターンが照射領域からはみ出すような場合は、照射
領域補正用の平行平面板２４ｂを平行平面板２４ａと逆
方向に傾けることにより、照射領域のズレを補正してい
る。

【０１１２】以上のように実施例３，４においては入射
角度によって透過率の異なるコーティングを施した平行
平面板（光学素子）を光路中に配置することにより被照
射面上を均一照度し、光解像度の投影パターン像が得ら
れる投影露光装置を得ている。

【０１１３】次に上記説明した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。

【０１１４】図１２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
フローを示す。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】次のステップ５（組み立て）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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。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１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。

【０１２０】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。

【０１２１】これらのステップを繰り返し行うことによ
ってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０１２２】本実施例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。

【０１２３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、 （４−１）照明部（露光光源）と装置本体部とを分離し
て構成したとき、装置本体内に適切なる構成の光学要素
を設けることにより照明部と装置本体部とに相対的な姿
勢誤差があっても、照明部からの光束で第１物体として
のレチクルを均一の照明分布で照明し、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達成することができる。

【０１２４】（４−２）照明系の光路中に適切なる構成
の光学要素を設けることにより、環境条件の変化や経時
的変化があってもレチクル面上を均一の照度分布で照明
し、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】 図１のオプティカルインテグレータの入射
面上の照度分布の説明図

【図３】 図１のオプティカルインテグレータの入射
面上の照度分布の説明図

【図４】 本発明の実施例２の要部概略図

【図５】 図４の一部分の拡大説明図

【図６】 図４の平行平面板による照度分布の制御方
法の説明図

【図７】 本発明の実施例３の要部概略図

【図８】 入射角度の違いによる透過率の説明図

【図９】 図７の一部分の拡大説明図

【図１０】 本発明の実施例４の一部分の要部概略図

【図１１】 図１０の補正部材の分光特性の説明図

【図１２】 本発明の半導体素子の製造方法のフローチ
ャート

【図１３】 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】

１０１，１０３ 照明部（露光光源） １０２，１０４ 装置本体部 １ 光源 ２ 楕円鏡 ３，２１ オプティカルインテグレータ ４，２２ ミラー ５，２３ コリメータレンズ ６ 第１物体（レチクル） ７ 投影光学系 ８ 第２物体（ウエハ） ９ ＸＹステージ ２４，２４ａ 平行平面板 ２４ｂ 補正部材

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を出射する照明部と該照明部からの
   光束を光導入口より導入して第１物体面を照明し、該第
   １物体面上のパターンを投影光学系により第２物体面に
   投影露光する装置本体部とを別個独立に設けた投影露光
   装置において、該照明部には該光導入口での光強度分布
   を均一にする光学手段が設けられており、該装置本体側
   には２次光源を形成する為の光学要素がその入射面を該
   光導入口に光学的に一致するように設けられており、該
   照明部からの光束を該光学要素を介して該第１物体面に
   導光していることを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記光学要素はオプティカルインテグレ
   ータであることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記光学手段はオプティカルインテグレ
   ータとコリメータレンズを有していることを特徴とする
   請求項１又は２の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記光学手段は内面が反射面の複数の角
   パイプを２次元的に配列した光導光部材とコリメータレ
   ンズを有していることを特徴とする請求項１又は２の投
   影露光装置。
5. 【請求項５】 光束を出射する照明部と、該照明部から
   の光束を光導入口より導入して第１物体面を照明し、該
   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
   に投影露光する装置本体部とを別個独立に設けた投影露
   光装置において、該装置本体側に２次光源を形成する為
   の光学要素を、その入射面が該光導入口に光学的に一致
   するように設けると共に該光学要素の射出面側に入射角
   度によって透過率の異なる平行平面板を回動可能に設
   け、該照明部と該装置本体部との相対的な姿勢誤差に基
   づいて該平行平面板を回動させて、該第１物体面上の照
   度分布を制御していることを特徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記光学要素はオプティカルインテグレ
   ータであることを特徴とする請求項５の投影露光装置。
7. 【請求項７】 照明部からの光束を２次光源を形成する
   為の光学要素に入射させ、該光学要素の２次光源面から
   の光束で第１物体を照明し、該第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
   光学要素の２次光源面側に入射角度によって透過率の異
   なる平行平面板を設けて該第１物体面上の照度分布を制
   御していることを特徴とする投影露光装置。
8. 【請求項８】 前記平行平面板を複数個設け、その内少
   なくとも１つの平行平面板を選択的に光路中に装着して
   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】 前記平行平面板を回動可能に設けて前記
   第１物体面上の照度分布を可変とし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】 前記光学要素の２次光源面側に前記平
    行平面板の回動に伴う前記第１物体面上の照射領域の変
    化を補正する補正部材を設けたことを特徴とする請求項
    ７の投影露光装置。
11. 【請求項１１】 光束を出射する照明部と該照明部から
    の光束を該照明部と別個独立に設けた装置本体部側の光
    導入口より導入してレチクル面上のパターンを照明し、
    該レチクル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面
    に投影露光した後に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、該照明部には該光導入口での光
    強度分布を均一にする光学手段が設けられており、該装
    置本体側には２次光源を形成する為の光学要素がその入
    射面を該光導入口に光学的に一致するように設けられて
    おり、該照明部からの光束を該光学要素を介して該レチ
    クル面に導光していることを特徴とする半導体素子の製
    造方法。
12. 【請求項１２】 前記光学要素はオプティカルインテグ
    レータであることを特徴とする請求項１１の半導体素子
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記光学手段はオプティカルインテグ
    レータとコリメータレンズを有していることを特徴とす
    る請求項１１又は１２の半導体素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記光学手段は内面が反射面の複数の
    角パイプを２次元的に配列した光導光部材とコリメータ
    レンズを有していることを特徴とする請求項１１又は１
    ２の半導体素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 光束を出射する照明部と、該照明部か
    らの光束を該照明部と別個独立に設けた装置本体側の光
    導入口より導入してレチクル面上のパターンを照明し、
    該レチクル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面
    に投影露光した後に、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、該装置本体側に２次光源を形
    成する為の光学要素を、その入射面が該光導入口に光学
    的に一致するように設けると共に該光学要素の射出面側
    に入射角度によって透過率の異なる平行平面板を回動可
    能に設け、該照明部と該装置本体部との相対的な姿勢誤
    差に基づいて該平行平面板を回動させて、該レチクル面
    上の照度分布を制御していることを特徴とする半導体素
    子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記光学要素はオプティカルインテグ
    レータであることを特徴とする請求項１５の半導体素子
    の製造方法。
17. 【請求項１７】 照明部からの光束を２次光源を形成す
    る為の光学要素に入射させ、該光学要素の２次光源面か
    らの光束でレチクルを照明し、該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に、
    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、該光学要素の２次光源面側に入射角度によって透過
    率の異なる平行平面板を設けて該レチクル面上の照度分
    布を制御していることを特徴とする半導体素子の製造方
    法。
18. 【請求項１８】 前記平行平面板を複数個設け、その内
    少なくとも１つの平行平面板を選択的に光路中に装着し
    ていることを特徴とする請求項１７の半導体素子の製造
    方法。
19. 【請求項１９】 前記平行平面板を回動可能に設けて前
    記レチクル面上の照度分布を可変としていることを特徴
    とする請求項１７の半導体素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記光学要素の２次光源面側に前記平
    行平面板の回動に伴う前記レチクル面上の照射領域の変
    化を補正する補正部材を設けたことを特徴とする請求項
    １７の半導体素子の製造方法。