JPH1070070A - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 斜入射照明法を利用することにより原板上の
パターンを基板上に高解像力で、しかも所定の焦点深度
を有しつつ投影露光することのできる照明装置及びそれ
を用いた投影露光装置を得ること。 【解決手段】 光源１０１からの光束を回折光学素子を
含む光束分離手段１０４によって５つの光束に分割し、
該５つの光束をオプティカルインテグレータ１０５に入
射させ、該オプティカルインテグレータの出射面に形成
した複数の２次光源からの光束をレンズ系１０６によっ
て集光して被照射面上に重ね合わせて照明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明装置及びそれを
用いた投影露光装置に関し、例えばＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣ
Ｄ、液晶パネル、磁気ヘッド等の各種のデバイスの製造
装置である、所謂ステッパーにおいて、照明装置からの
露光光で照明したフォトマスクやレチクル等の原板（以
下「レチクル」という。）上の回路パターンを感光剤を
塗布したウエハ面上に投影転写し、デバイスを製造する
際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイスの製造技術におい
ては、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が種々と行
われている。又エキシマレーザに代表される更に短い波
長のパルス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。

【０００３】露光装置（方法）として解像線幅を小さく
していく手段としては、高ＮＡ化と短波長化がある。高
ＮＡ化によりＮＡに逆比例して解像線幅は小さくなって
いくが、同時に焦点深度の方はＮＡの２乗に逆比例して
更に小さくなっていく。焦点深度は大きいのが望ましい
ので高ＮＡ化には、おのずと限界がある。

【０００４】これに対して本出願人はレチクル面上への
照明方法を種々と変えることにより、即ち投影光学系の
瞳面上に形成される０次光の光強度分布（有効光源分
布）を変えることにより、より解像力を高めた露光方法
及びそれを用いた投影露光装置を、例えば、特開平４−
２６７５１５号公報や特開平５−４７６２８号公報で提
案している。

【０００５】これらで提案されている照明方法は所謂斜
入射照明と呼ばれ、その中でも特に輪帯照明と４重極照
明が良く知られている。輪帯照明法(Annular) はドーナ
ツ形状の有効光源形状を投影光学系の瞳面上に有する。
これは細い線幅に対して結像に寄与しない有効光源の中
心付近の光を絞り等を用いてカットすることにより、解
像力を向上させようとする技術である。一方、４重極照
明はレチクルの回路パターンの方向性と等幅等間隔の線
状性を前提として結像性能向上を図るものである。即ち
回路パターンは２つの互いに垂直な方向に沿って等幅の
線で等間隔に形成されているという前提である。

【０００６】図４は４重極照明を用いた投影露光装置の
要部概略図である。

【０００７】図４に示す４重極照明においては、レチク
ル４０６からの回折光のうち回路パターンの２方向に沿
った回折光で、かつ０次と＋１次、又は０次と−１次の
いずれか２次数１組のみを投影光学系４０５に入射する
ように調整しており、これを実現するために照明光学系
内で照明光束を４分割する構成をとっている。

【０００８】図４において、光源４０１より出射した照
明光は楕円鏡４０２により集光され、レンズ４０３に入
射し、平行光となった後オプティカルインテグレータ
（フライアイレンズ）４０４に入射する。オプティカル
インテグレータ４０４の射出面は投影光学系４０５の瞳
面と略共役であり、この瞳面での位置がレチクル４０６
における露光光の角度に相当する。この露光光の角度を
調整することにより、レチクル４０６上の回路パターン
による回折光の次数成分を調整することが可能であるこ
とから、オプティカルインテグレータ４０４の射出面に
は変形照明用の開口絞り４０７が設置されている。変形
照明用の開口絞り４０７の開口の位置はレチクル４０６
上の回路パターンによる回折光の次数成分が、０次と＋
１次、又は０次と−１次のいずれか２次数１組のみを投
影光学系４０５に入射するように調整してあり、この構
成により開口の配置に沿った互いに垂直な２方向の線状
回路パターンに対する結像性能を向上させている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】変形照明法（斜入射照
明方法）は解像力を高め、又は焦点深度も比較的長くす
ることができるという特徴があるが、反面、次のような
問題点がある。 ・近接するパターンがくっつきやすい。 ・孤立するパターンが細かくなりやすい。 ・通常照明よりも照度が低下する。 ・パターンの粗密性や方向性に制限がある。特に４重極
照明は斜めパターンの解像力が低い。

【００１０】これらの問題点を解決する為に本出願人
は、特願平８−４６６４４号において、レチクルからの
０次回折光の利用を考慮した５重極照明を用いた露光装
置を提案している。この５重極照明においては、４重極
照明の照明光束に加え、０次、＋１次、−１次の３次数
１組の照明光束を用いることで、単純な線でない回路パ
ターンに対する結像性能劣化を抑えている。一般に投影
露光装置用の光源として高解像度を目的としてエキシマ
レーザ等の真空紫外の露光光を用いた場合、屈折光学素
子の硝材のダメージや露光光吸収による熱収差が問題と
なってくる。

【００１１】本発明は本出願人の先に提案した５重極照
明を用いた照明装置を更に改良し、光源からの光束を５
つの光束に分割する光束分離手段を適切に構成すること
によって被照射面（レチクル面）を均一に照明して、高
い解像力のパターンが容易に得られるようにした照明装
置及びそれを用いた投影露光装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、 （１−１）光源からの光束を回折光学素子を含む光束分
離手段によって５つの光束に分割し、該５つの光束をオ
プティカルインテグレータに入射させ、該オプティカル
インテグレータの出射面に形成した複数の２次光源から
の光束をレンズ系によって集光して被照射面上に重ね合
わせて照明していることを特徴としている。

【００１３】特に、(1-1-1) 前記光束分離手段は中央部
に光透過領域を設け、その周辺部を面積的に４つの領域
に分割し、各領域に互いに９０度方向に格子線方向をず
らした回折光学素子を設けた回折光学手段を有している
こと、(1-1-2) 前記光束分離手段は前記回折光学手段を
少なくとも２つ有していること、(1-1-3) 前記光透過領
域には強度調整用のフィルターが設けられていること、
(1-1-4) 前記光束分離手段には前記光源からの光束を照
明系によって平行光として入射しており、該光束分離手
段は入射した平行光を５つの平行光に分割し出射してい
ること等を特徴としている。

【００１４】本発明の投影露光装置は、構成（１−１）
の照明装置からの光束によって照明された被照射面上に
設けた第１物体面上のパターンを投影光学系により第２
物体面上に投影していることを特徴としている。

【００１５】本発明のデバイスの製造方法は、構成（１
−１）の照明装置からの光束によりレチクル面上のパタ
ーンを照明し、該パターンを投影光学系によりウエハ面
上に投影し、露光した後に該ウエハを現像処理工程を介
してデバイスを製造していることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の照明装置を半導体
素子製造用の、所謂ステッパーと称される縮小型の投影
露光装置に適用したときの実施形態１の要部概略図であ
る。

【００１７】図中、１０１は紫外線や遠紫外線等を放射
する高輝度の超高圧水銀灯やレーザー等の光源（光源手
段）で、その発光部１０１ａは楕円ミラー１０２の第１
焦点近傍に配置している。光源１０１より発した光が楕
円ミラー１０２によって集光され、楕円ミラー１０２の
第２焦点近傍１０２ａに発光部１０１ａの像（発光部
像）１０１ｂを形成している。

【００１８】１０３は照明系（コリメーターレンズ系）
であり、発光部像１０１ｂからの発散光束を集光して平
行光束として射出している。照明系１０３からの平行光
束は光束分離用の回折光学手段１０４に入射し、５つの
平行光束として出射した後、オプティカルインテグレー
タ（フライアイレンズ）１０５の入射面１０５ａに入射
している。

【００１９】本実施形態における光束分離用の回折光学
手段１０４は第１回折光学手段２０１と第２回折光学手
段３０１の２つの回折光学手段を有し、後述する構成に
より入射光束を５つの光束に分離して射出させている。
オプティカルインテグレータ１０５は複数の微小レンズ
を２次元的に配列して構成しており、その射出面１０５
ｂ近傍に２次光源を形成している。

【００２０】１０６はレンズ系（コンデンサ光学系）で
あり、オプティカルインテグレータ１０５の射出面１０
５ｂからの光束を集光し、レチクルステージに載置した
被照射面であるレチクル（第１物体）１０７を照明して
いる。１０８は投影光学系であり、レチクル１０７に描
かれたパターンをウエハチャックに載置したウエハ（第
２物体）１０９面上に縮小投影している。１０８ａは投
影光学系１０８の光軸である。本実施形態ではオプティ
カルインテグレータ１０５の射出面１０５ｂ近傍の２次
光源はレンズ系６により投影光学系１０８の瞳近傍に形
成されている。

【００２１】本実施形態では５重極変形照明を面積分割
型の回折光学手段１０４により実現した照明装置を用い
ることにより、投影露光装置の回路パターンに依存性の
ない結像性能の向上を、スループット低下や装置作成の
困難さ、構成の複雑さを伴わずに実現している。更に、
回折光学素子の硝材を薄く作成できるという利点によ
り、エキシマレーザ等の真空紫外の露光光を用いた場合
の硝材のダメージや露光光吸収による熱収差問題を最小
限に留めている。

【００２２】次に本実施形態における回折光学手段１０
４を構成する第１，第２回折光学手段２０１，３０１に
ついて図２，図３を用いて説明する。

【００２３】図２は第１回折光学手段２０１の形状を示
す要部概略図である。同図において、中心には円形の強
度調整用のフィルター２０２が配置され、その周辺の領
域には４分割された回折光学素子２０３，２０４，２０
５，２０６が配置されている。４つの回折光学素子２０
３〜２０６には、それぞれ光軸１０８ａ周りに９０度ず
つの光束を分離して出射するように所定のピッチの直線
回折パターンが刻まれている。

【００２４】本実施形態では中心部分を強度調整用のフ
ィルター２０２としたが、これは単なる開口でもよく、
また回折光学素子と同一硝材上の単なる透過部で構成し
てもよい。第１回折光学手段２０１に入射した光束はフ
ィルター２０２と４つの回折光学素子２０３〜２０６の
面積比に対応した５つの光束に分離されて出射し、第２
回折光学素子３０１に入射している。

【００２５】図３は第２回折光学手段３０１の形状を示
す要部概略図である。第２回折光学手段３０１は第１回
折光学手段２０１により分離された５つの光束のうち、
回折光学素子２０３〜２０６で分離した周辺の４光束を
光軸に沿って平行光束として出射させる４つの回折光学
素子３０３〜３０６と第１回折光学素子２０１のフィル
ター２０２を通過した光束を単に出射させる透過部３０
２とを基板上に設けた構成より成っている。４つの回折
光学素子３０３，３０４，３０５，３０６には、それぞ
れ所定のピッチの直線回折パターンが刻まれている。本
実施形態では中心の光束が通過する位置は単なる透過部
３０２としたが、これは単なる開口でもよく、また強度
調整用のフィルターであってもよい。

【００２６】本実施形態では回折光学手段１０４からの
光束をオプティカルインテグレータ１０５に入射させ、
オプティカルインテグレータ１０５より拡がり角を持っ
た５つの光束として出射させている。そして５つの光束
をレンズ系１０６で集光してレチクル１０７全面を所定
の角度で照明している。このうち周辺の４つの光束はレ
チクル１０７への入射角度が、レチクル１０７上の回路
パターンによる回折光の次数成分のうち０次と＋１次、
又は０次と−１次のいずれか２次数１組のみが投影光学
系１０８に入射するように調整している。中央の光束は
レチクル１０７上の回路パターンによる回折光の次数成
分のうち、０次、＋１次、−１次の３次数１組が投影光
学系１０８に入射されるように調整している。

【００２７】本実施形態では５重極の変形照明を面積分
割型の回折光学手段１０４により実現した照明装置を用
いることにより、投影露光装置の回路パターン依存性の
ない結像性能の向上を、スループット低下や装置作成の
困難さを伴わずに実現している。更に、回折光学素子の
硝材を薄く作成できるという利点により、エキシマレー
ザ等の真空紫外の露光光を用いた場合の硝材のダメージ
や露光光の吸収による熱収差問題を最小限に留めてい
る。

【００２８】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００２９】図５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
フローチャートである。

【００３０】本実施形態において、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。

【００３１】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。

【００３２】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。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。

【００３３】図６は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１
３（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。

【００３４】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。

【００３５】本実施形態の製造方法を用いれば高集積度
のデバイスを容易に製造することができる。

【００３６】尚、本発明は以上説明した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に
おいてシーケンスの流れなどは種々に変更することが可
能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、光源から
の光束を５つの光束に分割する光束分離手段を適切に構
成することによって被照射面（レチクル面）を均一に照
明して、高い解像力のパターンが容易に得られるように
した照明装置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】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】 図１の光束分離手段の説明図

【図３】 図１の光束分離手段の説明図

【図４】 従来の照明装置の要部概略図

【図５】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【図６】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート

【符号の説明】

１０１ 光源手段 １０２ 楕円鏡 １０３ 照明系 １０４ 光束分離手段 １０５ オプティカルインテグレータ １０６ レンズ系 １０７ レチクル（第１物体） １０８ 投影光学系 １０９ ウエハ（第２物体） ２０１ 第１回折光学素子 ２０２ 透過部 ２０３〜２０６ 回折光学素子 ３０１ 第２回折光学素子 ３０２ 透過部 ３０３〜３０６ 回折光学素子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を回折光学素子を含む光
   束分離手段によって５つの光束に分割し、該５つの光束
   をオプティカルインテグレータに入射させ、該オプティ
   カルインテグレータの出射面に形成した複数の２次光源
   からの光束をレンズ系によって集光して被照射面上に重
   ね合わせて照明していることを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記光束分離手段は中央部に光透過領域
   を設け、その周辺部を面積的に４つの領域に分割し、各
   領域に互いに９０度方向に格子線方向をずらした回折光
   学素子を設けた回折光学手段を有していることを特徴と
   する請求項１の照明装置。
3. 【請求項３】 前記光束分離手段は前記回折光学手段を
   少なくとも２つ有していることを特徴とする請求項２の
   照明装置。
4. 【請求項４】 前記光透過領域には強度調整用のフィル
   ターが設けられていることを特徴とする請求項２又は３
   の照明装置。
5. 【請求項５】 前記光束分離手段には前記光源からの光
   束を照明系によって平行光として入射しており、該光束
   分離手段は入射した平行光を５つの平行光に分割し出射
   していることを特徴とする請求項１，２，３又は４の照
   明装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載の照明
   装置からの光束によって照明された被照射面上に設けた
   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
   上に投影していることを特徴とする投影露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１項記載の照明
   装置からの光束によりレチクル面上のパターンを照明
   し、該パターンを投影光学系によりウエハ面上に投影
   し、露光した後に該ウエハを現像処理工程を介してデバ
   イスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方
   法。