JPH097923A

JPH097923A - 照明装置及びそれを用いた走査型露光装置

Info

Publication number: JPH097923A
Application number: JP7153327A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Nishigori; 英俊西郡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】均一に物体を照明できる照明装置を提供す
る。【構成】ビーム整形光学系２の射出光の指向方向を調
節することにより、オプティカルインテグレータ４の光
射出面での２次光源の光強度分布を変化させる。あるい
は、オプティカルインテグレータ４の光射出面に配置さ
れた２次光源用マスキング５を調節することにより、２
次光源形状を変化させる。これにより、レチクル１０及
びウエハ１２上の照明領域の走査方向の強度分布の形状
を変えることができ、どのようなレチクル１０及びウエ
ハ１２の走査速度、光源の発振周期においても、均一に
露光することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は照明装置に関し、特に、
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、磁気ヘッド等の各種デバイス製造用の走査型露光装
置に用いられる照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップが高集積化されていくにつ
れて、チップサイズは大きくなり、チップ内部のパター
ンは微細化を極めている。このようなパターンを露光す
る露光装置において、被露光物を移動させることにより
露光範囲を稼ぎながら微細パターンを露光するという方
式が提案されている（以下、スキャン方式と記す）。

【０００３】現在のスキャン方式は、高圧水銀ランプ等
の連続照射型の光源をおもに用いているが、パターンの
解像度は照明光の波長に比例するため、より短波長な遠
紫外領域の光を発する光源が求められている。水銀ラン
プの遠紫外領域の光の使用も考えられているが、露光装
置に使用できるほどの十分な出力が得られない。そこ
で、遠紫外領域の短い波長の光に対して十分な出力が得
られるエキシマレーザが有用になってきている。

【０００４】パルス発振方式であるエキシマレーザを光
源とした露光装置でスキャン露光を行う場合には、目標
積算露光量を達成するために、目標積算露光量に対応す
る回数だけパルス光が被露光物を照射するように、１パ
ルスごとの走査速度を決めることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】エキシマレーザの
ようなパルス光源を用いてスキャン露光する際、均一な
露光を行うためには、照明領域の走査方向の強度分布を
走査方向に関して対称な台形状の強度分布にすればよい
と知られている。更に、この台形状の強度分布の端部に
おいて強度分布が変化する領域（以下、ぼけ領域と記
す）が直線からわずかにずれたＳ字状の曲線の場合の方
が、平均的に露光むらが少なくなると考えられる。

【０００６】しかしながら、従来の走査型露光装置で
は、台形状の強度分布を得るための手段については示さ
れていたが、この台形のぼけ領域の強度分布の形状を変
えるための手段については何ら示されていなかった。そ
のため、レジストの感度向上等により走査速度、あるい
はレーザの発振周期を上げることが可能となっても、固
定された強度分布では露光むらが発生するため正確に露
光できず、スループット向上の妨げとなっていた。

【０００７】本発明の目的は、上述したような点に鑑み
て、露光むらの少ない走査型露光装置を提供するため、
均一に物体を照明できる照明装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本願第１発明は、パルス光源と、該パルス
光源より発した複数のパルス光が順次形成する照明領域
を物体に対して相対的に走査する走査手段とを有し、前
記照明領域を前記物体上で相対的に変位させながら重ね
合わせることにより、前記照明領域よりも広い領域を照
明する照明装置において、前記照明領域の前記物体に対
する相対的な変位量に応じて、前記照明領域の強度分布
の形状を変える強度分布形状可変手段を有することを特
徴とする。

【０００９】この照明装置により、物体を均一に照明す
ることができる。

【００１０】本願第２発明は、本願第１発明の照明装置
を有することを特徴とする走査型露光装置である。

【００１１】本願第３発明は、パルス光源と、該パルス
光源より発した複数のパルス光が順次形成する照明領域
をマスク及びウエハに対して相対的に走査する走査手段
とを有し、前記照明領域を前記マスク及びウエハ上で相
対的に変位させながら重ね合わせることにより、前記照
明領域よりも広い領域を照明し、前記マスクに形成され
た転写パターンを前記ウエハに露光転写する走査型露光
装置において、前記照明領域の前記物体に対する相対的
な変位量に応じて、前記照明領域の強度分布の形状を変
える強度分布形状可変手段を有することを特徴とする。

【００１２】本願第４発明は、本願第２、第３発明の走
査型露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴と
するデバイスの製造方法である。

【００１３】本願第２、第３発明により、露光ムラの少
ない走査型露光装置が提供でき、本願第４発明により、
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、磁気ヘッド等の各種デバイスを正確に製造すること
ができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す概略図であ
り、走査型投影露光装置を示す。

【００１５】図１において、エキシマレーザ等のパルス
光源１からの光束は、ビーム整形光学系２により波面分
割される。そして分割されたそれぞれの光束は、所望の
形状の４本の光束に整形され、可変ＮＤフィルタ３によ
り光量調整され、ハエノ目レンズ等のオプティカルイン
テグレータ４の光入射面に指向される。このビーム整形
光学系２については、特開平５−４７６３９に示されて
いる。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりか
らなるものであり、その光射出面近傍に複数の２次光源
が形成される。以下、本実施例では単に２次光源といっ
た場合、複数の２次光源が集まった総括的な２次光源の
ことを指す。なお、可変ＮＤフィルタ３は、光源１とビ
ーム整形光学系２の間に設けてもよい。

【００１６】５は２次光源用マスキングであり、アクチ
ュエータ等の駆動手段により可動する複数の遮光板で構
成され、オプティカルインテグレータ４の光射出面に配
置される。そして、２次光源の周辺部をマスキングする
ことにより２次光源の形状を変えることができる。６は
コンデンサーレンズであり、オプティカルインテグレー
タ４の２次光源からの光束でマスキングブレード７をケ
ーラー照明するよう配置されている。従来、マスキング
ブレード７とレチクル１０を、結像レンズ８とミラー９
により共役な関係になるように配置していたが、本実施
例ではマスキングブレード７を共役位置よりわずかにず
らし、レチクル面上でその像がデフォーカスするように
している。このため、マスキングブレード７の開口の形
状、寸法、及び共役位置からのずれ量によりレチクル１
０における照明領域の形状と寸法が規定される。また、
マスキングブレード７を構成する遮光板は、光軸方向お
よび光軸と垂直方向に移動可能であり、レチクル１０に
おける照明領域の形状と寸法を変えることができる。レ
チクル１０における照明領域は、レチクル１０の走査方
向に短手方向を設定した長方形のスリット形状である。

【００１７】１１は投影レンズであり、レチクル１０に
描かれた回路パターンを感光材を塗布したウエハ１２に
縮小投影している。ウエハ１２上での１パルス当たりの
照明領域の強度分布は、ウエハ１２を載置する可動ステ
ージ上に設置された強度分布測定センサ１３により測定
される。強度分布測定センサ１３はウエハ１２の走査方
向に並んだラインセンサ、または、ウエハ１２の走査方
向にスキャン可能なフォトセンサ等で構成され、その受
光面が投影レンズ１１の像面とほぼ一致するよう配され
る。

【００１８】なお、照明領域の強度分布の測定は、ウエ
ハ１２上に実際に露光を行い、その結果を測定してもよ
い。この場合には照明領域の強度分布は手動で露光量制
御系１０６に入力される。

【００１９】１０１はレチクル１０とウエハ１２を不図
示の駆動装置により投影レンズ１１の倍率と同じ比率で
正確に一定速度で移動させるための移動制御系である。
１０２は光量制御系であり目標積算露光量にしたがっ
て、可変ＮＤフィルタ３の透過光量を調整する。１０３
はレーザ制御系であり光源１の射出光量と発振周波数を
制御している。１０４は２次光源制御系であり２次光源
用マスキング５を制御して２次光源の形状を調整する。
１０５はビーム整形制御系であり、ビーム整形光学系２
から指向される４本の光束のオプティカルインテグレー
タ４への入射位置を制御して、２次光源の光強度分布を
制御する。１０６は露光量制御系であり、ステージ駆動
制御系１０１、光量制御系１０２、レーザ制御系１０
３、２次光源制御系１０４、およびビーム整形制御系１
０５に対して、目標の露光量と露光むら精度を得るた
め、それぞれレチクル１０とウエハ１２の走査速度、可
変ＮＤフィルタ３の透過光量、光源１の射出光量と発振
周波数、２次光源の形状、２次光源の強度分布の条件設
定を行い、露光量を制御する。

【００２０】マスキングブレード７を通過してきた光
は、被露光面上でマスキングブレード７の開口の形状、
本実施例の場合は長方形、を映し出す。この長方形の短
辺方向に、レチクル１０とウエハ１２が移動しながら、
光源１のパルス発振にしたがって、順次レチクル１０が
照明されていく様子を図２に示す。ここで斜線で示した
２０１は１パルスの照明領域である。また、この時のウ
エハ１２の速度は投影レンズ１１の倍率をｍとすると、
レチクル１０の移動速度のｍ倍になっている。なお、マ
スキングブレード７の開口の形状は長方形に限らず他の
形状でもよい。

【００２１】レチクル１０が連続的にＸ方向に移動して
いる時に、露光光が断続的に照射されると、図２に示す
ように、照明領域が変位量ΔＸだけ変位し、露光が積算
されていく。パルス光の発振周期をＴ、レチクル１０の
移動スピードをＶとすると、 ΔＸ＝Ｖ×Ｔで表される。

【００２２】照明領域の変位量ΔＸは露光条件によって
変化させる必要がある。ΔＸが変化すれば、照明領域の
走査方向の強度分布に対応して決まる露光むらの状態も
変化するため、その時のΔＸに対して最適な強度分布に
照明領域の強度分布を変更する必要も生ずる。

【００２３】照明領域が台形状の強度分布を有している
場合、その端部のぼけ領域の強度分布の形状を変えるこ
とにより、ΔＸの変化に対応できる。おおむね露光むら
を少なくするには、ΔＸが大きいほどぼけ領域の直線か
らのずれ量を大きくすればよい。厳密には、予め実験や
シュミレーション等により様々なΔＸに対応した最適な
強度分布の形状を求めてメモリ等に記憶しておき、実露
光時の条件に応じて最適な強度分布の形状を選択する。

【００２４】以下に照明領域の強度分布を変更する方法
について説明する。

【００２５】オプティカルインテグレータ４の光射出面
（２次光源）、マスキングブレード７、レチクル１０の
光学的位置関係を図３に示す。Ａ−Ａ′はオプティカル
インテグレータ４の光射出面、Ｂ−Ｂ′はマスキングブ
レード７、Ｃ−Ｃ′はレチクル１０である。マスキング
ブレード７がレチクル１０と共役な位置からずれること
により、レチクル１０上の走査方向の照明領域の強度分
布は、台形に近い、台形の斜辺の部分が直線からわずか
にずれたＳ字状の曲線の、図３に示すような強度分布と
なる。これは台形状の強度分布の平坦部（所謂、台形の
上底部分）には、２次光源からの光束が遮られることな
く照射されるが、ぼけ領域では、２次光源からの光束の
一部がマスキングブレード７により遮られ、受ける光量
が円形の２次光源のＡ−Ａ′方向の面積に比例して変化
するためである。

【００２６】通常の半導体露光装置においては、２次光
源は、図４の様に円形状に形成される。この場合、照明
領域の走査方向の強度分布は、図５（ａ）に示すような
形状になり、ぼけ領域の強度分布は、緩いＳ字状の曲線
となる。

【００２７】このように、ぼけ領域の強度分布は２次光
源からの光量に依存して決まることが分かる。このた
め、２次光源の強度分布、あるいは２次光源の形状を変
えることによって、ぼけ領域の強度分布を変えることが
出来る。

【００２８】まず、２次光源の強度分布を変化させて、
ぼけ領域の強度分布を調整する方法を述べる。

【００２９】ここでは、ビーム整形光学系２の射出光の
指向方向を調節することにより、オプティカルインテグ
レータ４の光射出面Ａ−Ａ′での２次光源の光強度分布
を変化させて、ぼけ領域の強度分布を調整する。

【００３０】図５（ａ）に示した強度分布の場合には、
ビーム整形光学系２からオプティカルインテグレータ４
の光入射面に指向される４本の光束は図６の様に指向さ
れ、オプティカルインテグレータ４の光入射面上での強
度分布が平坦になるように設定されている。ここで、図
７の様にオプティカルインテグレータ４の光入射面に指
向される光束を、それぞれ光入射面の中心に近づけるよ
うにビーム整形光学系２を調節すると、光入射面での光
強度分布は中心が高く、周辺が低くなり、光射出面での
光強度分布、すなわち２次光源の光強度分布も中心が高
く、周辺が低くなる。この時の２次光源での光強度分布
の例を図８に示す。この場合、照明領域の強度分布の形
状は図５（ｂ）に示したようになり、ぼけ領域の強度分
布は、図５（ａ）に示したものより直線からのずれ量が
大きな曲線となる。

【００３１】このように２次光源の強度分布を変化させ
ることにより、ぼけ領域の強度分布が任意に設定でき、
露光むらが小さくなる強度分布を形成することが出来
る。

【００３２】なお、２次光源の強度分布は、ウエハ１２
上での像の解像度が、解像度の目標値を下回らない範囲
で行うために、２次光源の中心に光源の重心があり、中
心に対する強度分布の非対称性を５％以下にしなければ
ならない。

【００３３】次に、２次光源の形状を変化させて、ぼけ
領域の強度分布を調整する方法を述べる。

【００３４】ここでは、オプティカルインテグレータ４
の光射出面に配置された２次光源用マスキング５を調節
することにより、２次光源形状を変化させて、ぼけ領域
の強度分布を調整する。

【００３５】２次光源用マスキング５は、２次光源の周
辺部から中心部に向かってマスキング可能なように構成
される。図９に遮光板を６枚用いた２次光源用マスキン
グ５の例を示す。それぞれの遮光板は矢印方向に移動可
能であり、２次光源形状を変えることが出来る。

【００３６】図１０の様に２次光源をマスキングした場
合、照明領域の強度分布の形状は図５（ｃ）に示したよ
うになり、ぼけ領域の強度分布は、図５（ａ）に示すも
のより直線に近い形状となる。また、図１１の様に２次
光源をマスキングした場合には、照明領域の強度分布の
形状は図５（ｄ）に示したようになり、ぼけ領域の強度
分布は、図５（ａ）に示すものより直線からのずれが大
きな曲線となる。

【００３７】このように、２次光源形状を変化させるこ
とにより、ぼけ領域の強度分布を任意に設定でき、露光
むらが小さくなる強度分布を形成することが出来る。

【００３８】なお、２次光源のマスキングは、ウエハ１
２上での像の解像度が、解像度の目標値を下回らない範
囲で行うために、２次光源の中心に光源の重心があり、
また中心に対する形状の非対称性を５％以下にしなけれ
ばならない。

【００３９】２次光源形状が図１２の様なリング状の場
合にも、前述した円形の２次光源の場合と同様に、光射
出面での光強度分布、または光射出面の周辺をマスキン
グすることにより、ぼけ領域の強度分布を変化させるこ
とが出来る。

【００４０】次に図１の走査型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。

【００４１】図１３は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを
示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回
路設計を行う。ステップ２（マスク制作）では設計した
回路パターンを形成したマスク（レチクル１０）を制作
する。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（ウエハ１２）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とを用いて、リソグラフィー技術に
よってウエハ上に実際の回路を形成する。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
作成されたウエハを用いて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で作成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。

【００４２】図１４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（ウエハ１
２）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では
ウエハの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）ではウエハにレジ
スト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上
記走査型露光露光装置によってマスク（レチクル１０）
の回路パターンの像でウエハを露光する。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。これらステッ
プを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パターンが
形成される。

【００４３】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可
能になる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、走査方向の強度分布が
台形状の照明領域で、走査露光する走査型露光装置にお
いて、台形のぼけ領域を露光条件に応じて、任意の曲線
の強度分布にすることができ、ウエハ上の照明領域の強
度分布と、レチクルとウエハの走査速度と、パルスの発
振周波数で決まる露光むらを最小になるように調整で
き、最適な露光条件で、均一に露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。

【図２】照明領域とレチクルを示す図である。

【図３】２次光源、マスキングブレード、レチクルの光
学的関係を示した図である。

【図４】２次光源形状を示す図である。

【図５】照明領域の強度分布を示す図である。

【図６】ビーム整形光学系からオプティカルインテグレ
ータに指向される光束を示す図である。

【図７】ビーム整形光学系からオプティカルインテグレ
ータに指向される光束を示す図である。

【図８】２次光源の光強度分布を示す図である。

【図９】２次光源用マスキングの構成を示す図である。

【図１０】２次光源に対するマスキングの例を示した図
である。

【図１１】２次光源に対するマスキングの例を示した図
である。

【図１２】２次光源に対するマスキングの例を示した図
である。

【図１３】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャ
ートである。

【図１４】図１３の工程中のウエハプロセスの詳細を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１パルス光源２ビーム整形光学系３可変ＮＤフィルタ４オプティカルインテグレーター５２次光源用マスキング６コンデンサーレンズ７マスキングブレード８結像レンズ９ミラー１０レチクル１１投影レンズ１２ウエハ１３強度分布測定センサ１０１移動制御系１０２光量制御系１０３レーザ制御系１０４２次光源制御系１０５ビーム整形制御系１０６露光量制御系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス光源と、該パルス光源より発した
複数のパルス光が順次形成する照明領域を物体に対して
相対的に走査する走査手段とを有し、前記照明領域を前
記物体上で相対的に変位させながら重ね合わせることに
より、前記照明領域よりも広い領域を照明する照明装置
において、前記照明領域の前記物体に対する相対的な変
位量に応じて、前記照明領域の強度分布の形状を変える
強度分布形状可変手段を有することを特徴とする照明装
置。
【請求項２】２次光源形成手段を有し、前記強度分布
形状可変手段は、該２次光源形成手段によって形成され
た２次光源の強度分布を変える２次光源強度分布可変手
段であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】前記２次光源強度分布可変手段は、前記
２次光源形成手段に指向する光束の指向位置を変える指
向位置可変手段であることを特徴とする請求項２記載の
照明装置。
【請求項４】２次光源形成手段を有し、前記強度分布
形状可変手段は、該２次光源形成手段によって形成され
た２次光源の形状を変える２次光源形状可変手段である
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】前記２次光源形状可変手段は、前記２次
光源をマスキングする２次光源マスキング手段であるこ
とを特徴とする請求項４記載の照明装置。
【請求項６】前記パルス光源は、エキシマレーザであ
ることを特徴とする請求項１乃至５記載の照明装置。
【請求項７】前記照明領域の走査方向の強度分布が対
称な台形に近い形状であることを特徴とする請求項１乃
至６記載の照明装置。
【請求項８】請求項１乃至７記載の照明装置を有する
ことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項９】パルス光源と、該パルス光源より発した
複数のパルス光が順次形成する照明領域をマスク及びウ
エハに対して相対的に走査する走査手段とを有し、前記
照明領域を前記マスク及びウエハ上で相対的に変位させ
ながら重ね合わせることにより、前記照明領域よりも広
い領域を照明し、前記マスクに形成された転写パターン
を前記ウエハに露光転写する走査型露光装置において、
前記照明領域の前記物体に対する相対的な変位量に応じ
て、前記照明領域の強度分布の形状を変える強度分布形
状可変手段を有することを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１０】請求項８、９記載の走査型露光装置を
用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの
製造方法。