JP4366163B2 - 照明装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、特に、半導体素子等のデバイスの製造の際のリソグラフィ工程に用いられる投影露光装置に好適に用いられる照明装置に関する。

最近の超ＬＳＩ等の高集積化を図った半導体素子の製造用の投影露光装置には回路パターンの焼き付けの際に照度分布の均一性とともに、ウエハ（基板）上に入射する光束のテレセントリック性の高いものが要求されている。

一般に半導体素子は複数回のリソグラフィ工程を経て製造される。従って、ウエハに入射する光束のテレセントリック性が崩れてくると、前回のリソグラフィ工程によって段差が生じたウエハの表面に、今回の工程で別の回路パターンを重ね合わせて露光する際に像ズレが生じ、結果として高精度の半導体素子が得られないという問題があるためである。ウエハに入射する光束のテレセントリック性が崩れる原因としては、たとえば、
イ）投影系の製造時誤差による幾何光学的ずれに起因するもの
ロ）投影系の光学素子の誘電体多層膜の透過率の不均一性による光量重心のずれに起因するもの
ハ）照明系の製造時誤差、照明系の開口数と投影系の開口数の比で表される値σを変更する際や、照明モード（通常照明か斜入射照明か）を変更する際の可動部の移動誤差による幾何光学的ずれに起因するもの
ニ）照明系の光学素子の誘電体多層膜の透過率の不均一性による光量重心のずれに起因するもの
等がある。もちろんこれらが単独でおこるのみならず、これらのいくつかが同時に発生する場合もある。

この被照明面上でのテレセントリック性の崩れを補正するために、例えば、照明系の光路内に振幅分割オプティカルインテグレータであるハエの目レンズを２つ直列に配置し、前段のハエの目レンズの出射光で後段のハエの目レンズの光入射面をケーラー照明し、後段のハエの目レンズを前群と後群の２群構成として、後群を前群に対して光軸と垂直な平面内に平行移動させることで後段のハエの目レンズからの出射光束の方向を変化させることにより、像面上での光束のテレセントリック性を調整しているものもある（例えば、特許文献１参照。）。

また、この特許文献１の従来例として示された技術においては、ハエの目レンズ以降の光学系の一部を光軸と垂直な方向、または光軸方向に移動させることにより投影系の像面でのテレセントリック性を調整している。

被照射面上でのテレセントリック性の崩れを補正するためのその他の手段として、内面反射型のオプティカルロッドを第一のオプティカルインテグレータに、そして第２のオプティカルインテグレータに振幅分割型のハエの目を用い、第一のオプティカルインテグレータであるオプティカルロッドを光軸と直行方向に移動することで光量分布の重心位置を変位させることにより、像面上でのテレセントリック性を調整しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平０９−０２６５５４号公報 特開２００２−５０５６４号公報

しかし、上記特許文献１に開示された調整方法では、後段のハエの目レンズの後群のシフトによって後段のハエの目レンズからの出射光束の進行方向が変化するが、その際、後段のハエの目レンズによって被照明面をケーラー照明する形態であるため、照明光による照明領域が横ずれすることになる。そのためテレセントリック性の調整を可能にするためには、必要な被照明領域よりも大きな範囲を照明光で照明する必要があり、照明光の利用効率の低下を招いていた。それは、結果として、スループットの低下へつながることになる。

また上記公報の従来例に示された技術においても同様に、半導体素子製造用の装置としては、必要な被照射領域よりも大きな範囲を照明光で照明しなければならないという問題がある。

一方、上記特開２００２−５０５６４号公報に開示された形態では第一のオプティカルインテグレータとしてオプティカルロッドを用いることなるが、内面反射型のオプティカルインテグレータの性質として出射端での照度分布の均一度はオプティカルロッド内での反射回数に略比例する。近年の半導体デバイスの微細化の結果照射面での照度の均一化への要求は厳しくなる傾向にある。その結果、オプティカルロッド内での反射回数を増やすため、オプティカルロッドは長くなる傾向にあるが、これは硝材による照明光の透過率の低下の原因となっている。

特に、ＡｒｆエキシマレーザやＦ２レーザを光源に用いた露光装置の場合、オプティカルロッドによる照明光の透過率の低下が著しく、スループット低下の原因となっている。

そこで、本発明の例示的な目的は、照明光の利用効率を低下させることなく、像面上のテレセントリック性を調整することが出来る照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明装置は、光源からの光で被照射面を照射する照明装置において、複数のレンズ群を含み、前記光源からの光で第１の複数の二次光源を形成する第１のオプティカルインテグレータと、前記第１の複数の二次光源からの光で第２の複数の二次光源を形成する第２のオプティカルインテグレータと、前記第１の複数の二次光源からの光を前記第２のオプティカルインテグレータの入射面に重ねる第１の集光光学系と、前記第２の複数の二次光源からの光を前記被照射面に重ねる第２の集光光学系と、前記複数のレンズ群のいずれかを光軸と垂直な面内で平行移動することにより、前記第２のオプティカルインテグレータの入射面上の照射範囲を移動させて、前記被照射面を照射する照明光のテレセントリック性を調整する駆動機構と、を有し、前記複数のレンズ群は、第１シリンドリカルレンズ群、第２シリンドリカルレンズ群、第３シリンドリカルレンズ群、と第４シリンドリカルレンズ群を持ち、前記第１及び第３シリンドリカルレンズ群は前記光軸に垂直な第１方向に屈折力を持ち、前記第２及び第４シリンドリカルレンズ群は前記第１方向に垂直な第２方向に屈折力を持ち、前記駆動機構は、前記照射範囲を前記第１方向に移動させる際には、前記第１シリンドリカルレンズ群又は前記第３シリンドリカルレンズ群を駆動し、前記照射範囲を前記第２方向に移動させる際には、前記第２シリンドリカルレンズ群又は前記第４シリンドリカルレンズ群を駆動することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い照明装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１の照明装置をレチクル（マスク）を照明するための照明系として用いた投影露光装置の要部概略図である。同図の装置はＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体チップやＣＣＤ、磁気センサ、液晶素子等のデバイスを製造するステップ＆リピート型、またはステップ＆スキャン型投影露光装置の場合を示している。

図１において、１はＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザ等のレーザ光源である。２は光源１からのコヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化し、基板（ウエハ）１３上で干渉縞によるスペックルが生じないようにするためのインコヒーレント化光学系（干渉性低減手段）、３はインコヒーレント化光学系２からの光束を所望のビーム形状に整形するための光束整形光学系、４は射出角度保存用の光学素子であり、それに入射する光束の変位にかかわらず、射出角度を一定とする光学作用を有している。

５は集光光学系であり、光学素子４からの光束を集光してオプティカルインテグレータ系６の入射面６ａに導光している。その内、オプティカルインテグレータは、図３のように前群６１（シリンドリカルレンズ群６３，６４）と後群６２（シリンドリカルレンズ群６５，６６）の２群のレンズから構成される。シリンドリカルレンズ群６３、６５はＸＺ平面内に屈折力を持ち、シリンドリカルレンズ群６４、６６はＹＺ平面内に屈折力を持ち、図２に表すように、集光面６ｂに多数の点光源（６ｅ）を作りだし、コンデンサー６ｃにより第一の面である面６ｄに重畳して均一な照度分布（６ｆ）を形成している。

第一の面６ｄに形成される照明範囲は、前群６１、後群６２のいずれか一方をＸ、Ｙ方向に平行移動することで調整移動することができる。また、６１〜６４の各レンズ群を個別の４群のレンズ群とし、照射範囲をＸ方向に移動する時は、レンズ群６１か６３の何れか一方Ｘ方向に、Ｙ方向に移動する時は、レンズ群６２か６４の何れか一方をＹ方向に調整移動するようにしてもよい。

このレンズ群を図示されない駆動手段により、移動させることで、光出射面６ｄでの光束の照明範囲を同直行方向に変位させる。これによって。結像系７を介して、多光束発生手段８の光入射面８ａ上での光強度分布の重心位置が変位することにより、基板１３上での光束の（軸上結像光束の）テレセントリック性が調整される。

７はズーム光学系（結像光学系）であり、オプティカルインテグレータ系６からの光束を多光束発生手段８の光入射面８ａに種々の倍率で投影できる。この光束混合手段６により形成される第一の面６ｄと多光束発生手段８の光入射面８ａ上とは略共役な関係となっている。この結像光学系７とコンデンサー６ｃをあわせて第１の集光光学系とも呼ぶ。

多光束発生手段８は多数の素子レンズからなるハエの目レンズであり、その光出射面８ｂに複数の２次光源像より成る有効光源を形成している。９はその有効光源の大きさや形状を決める開口絞りである。この開口絞り９の開口の大きさ（σ値）や開口の形状を変更することで、先に述べた照明モードの変更を行っている。

１０はコンデンサレンズ等を含むコンデンサー（第２の集光光学系）であり、多光束発生手段８の各素子レンズからの光束をマスク（レチクル）１１上で重畳することによりマスク１１を均一にケーラー照明している。

１２は投影光学系であり、光出射側がテレセントリックな系より成りレチクル１１面上のパターンをウエハ（基板）１３面上に縮小投影している。１４は検出器であり、入射光束の光量分布の重心を検出し、その検出結果に基づいて基板１３面上に入射する光束のテレセントリック性を検出している。

出射角度保存用の光学素子４は、例えば図４（Ａ）に示すようにアパーチャ（絞り）２１とレンズ系２２を有する。そして入射光束が例えば光束２４Ａ（光束中心２４ａ）から光束２５Ａ（光束中心２５ａ）と光軸と直交する方向に微小変動して入射したとしても、この光学素子４より出射される光束の出射角度２６ａが一定となる。

また、出射角度保存用の光学素子４は、図４（Ｂ）に示すように、複数の微小レンズ２３より成るハエの目レンズで構成しても良く、この場合は光束の出射角度２６ｂはハエの目レンズ２３の形状により決定される。この場合も入射光束が微小変動して光束２４Ｂ（光束中心２４ｂ）又は、光束２５Ｂ（光束中心２５ｂ）の状態で入射したとしても、素子４から出射される光束の出射角度２６ｂが一定となる。

図５は、本発明の第１の実施形態でのテレセントリック性を調整する際の動作の説明図である。

図５（Ａ）は基準状態であり、オプティカルインテグレータ系６、ズーム光学系（結像系７、ハエの目レンズ（多光束発生手段）８の中心位置が全て光軸上に配置されている。

その際のハエの目レンズの光入射面８ａでの光強度分布を８ａＡとして示す。光強度分布８ａＡは、光軸に対し対称な照度分布となっている。

図５（Ｂ）はテレセントリック性の調整動作を行った場合であり、オプティカルインテグレータのレンズ群の一つを図中矢印の方向へ基準状態から移動している。このように、オプティカルインテグレータのレンズ群を移動させた結果ハエの目レンズ入射面８ａでの光強度分布は８ａＢで示す様になり、結果として、ハエの目レンズ８の出射面８ｂに形成される有効光源の重心位置が変わるので、基板１３上でのテレセントリック性を調整することができる。このような調整は投影露光装置自身の製造時や出荷時、又投影露光装置を稼動している際の照明モードの変更時や光学部品の経時変化が生じた場合等、テレセントリック性が変化したと思われる際に随時行われるものである。

上記のテレセントリック性の調整は、検出器１４の結果を駆動手段７にフィードバックして自動的に所望の良好な状態となるように行ってもよいし、検出器の結果により作業者が調整作業として行ってもよい。

また、予め照明モード毎に最適とされた調整位置を図示しない記憶手段に記憶しておき、照明モードの切り替え時に記憶された位置情報に基づいて、オプティカルインテグレータの駆動を行ってもよい。

また、予め期間を定めておき、その期間が経過した後で、かつ装置の基板への露光を妨げないときに、上記の照明モード毎に最適な調整位置を求めて記憶する作業を行ってもよい。

以上説明した本実施例によれば、被照射明面上のテレセントリック性のずれを適切に調整する際に、照明範囲が移動しないため、調整部分を考慮し照射範囲を大きくとる必要がなく、照明光の効率を低下を防止できる。また、第一のオプティカルインテグレータとして、前群と後群を有し、その夫々の群が複数のシリンドリカル面を持つシリンドリカルレンズ群を有するオプティカルインテグレータを用いていることから硝材内の光路長が内面反射型のオプティカルロッドを使用した場合と比較して短くできるため硝材による、照度劣化についても低く抑えることが可能である。このことから、本実施例の発明は、光源にＡｒｆエキシマレーザやＦ２レーザを用いた場合、特に好適である。

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形態を説明する。

図６は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。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。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。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。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。

図７は、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。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等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）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）ではウエハに感光材を塗布する。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部を削り取る。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。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハに多重に回路パターンが形成される。

本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高精度の半導体デバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例の投影露光装置の構成を説明する図である。 本発明の照明装置のオプティカルインテグレータ系の構成を説明する図である。 本発明の照明装置の第一のオプティカルインテグレータの斜視図である。 出射角保存用光学素子の説明図である。 本発明の実施例のテレセントリック性の調整の動作の説明図である。 半導体デバイス製造のフローチャートである。 ウエハプロセスのフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
２ インコヒーレント化光学系
３ 光束整形手段
４ 射出角度保存光学系
５ 集光光学系
６ オプティカルインテグレータ系
６ａ オプティカルインテグレータの入射面
６ｂ シリンドリカルレンズ群の集光面
６ｃ コンデンサー
６ｄ 所定面（照度が略均一）
６ｅ ６ｂ面での点光源をあらわしたもの
６ｆ ６ｄ面での光源をあらわしたもの
７ 結像光学系
８ 多光束発生手段
８ａ 多光束発生手段の光入射面
８ａＡ 光入射面での光強度分布
８ａＢ 光入射面での光強度分布
８ｂ 多光束発生手段の光射出面
９ 開口絞り
１０ コンデンサレンズ
１１ レチクル
１２ 投影光学系
１３ ウエハ
１４ 検出器
２１ アパーチャ
２２ レンズ系
２３ ハエの目レンズ
２４ 入射光束
２４ａ 入射光束中心
２４ｂ 入射光束中心
２５ 入射光束
２５ａ 入射光束中心
２５ｂ 入射光束中心
２６ａ 出射角度
２６ｂ 出射角度
６１ 前レンズ群
６２ 後レンズ群
６３〜６６ シリンドリカルレンズ群

Claims (7)

1. 光源からの光で被照射面を照射する照明装置において、
   複数のレンズ群を含み、前記光源からの光で第１の複数の二次光源を形成する第１のオプティカルインテグレータと、
   前記第１の複数の二次光源からの光で第２の複数の二次光源を形成する第２のオプティカルインテグレータと、
   前記第１の複数の二次光源からの光を前記第２のオプティカルインテグレータの入射面に重ねる第１の集光光学系と、
   前記第２の複数の二次光源からの光を前記被照射面に重ねる第２の集光光学系と、
   前記複数のレンズ群のいずれかを光軸と垂直な面内で平行移動することにより、前記第２のオプティカルインテグレータの入射面上の照射範囲を移動させて、前記被照射面を照射する照明光のテレセントリック性を調整する駆動機構と、を有し、
   前記複数のレンズ群は、第１シリンドリカルレンズ群、第２シリンドリカルレンズ群、第３シリンドリカルレンズ群、と第４シリンドリカルレンズ群を持ち、
   前記第１及び第３シリンドリカルレンズ群は前記光軸に垂直な第１方向に屈折力を持ち、前記第２及び第４シリンドリカルレンズ群は前記第１方向に垂直な第２方向に屈折力を持ち、
   前記駆動機構は、前記照射範囲を前記第１方向に移動させる際には、前記第１シリンドリカルレンズ群又は前記第３シリンドリカルレンズ群を駆動し、前記照射範囲を前記第２方向に移動させる際には、前記第２シリンドリカルレンズ群又は前記第４シリンドリカルレンズ群を駆動することを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の集光光学系は、前記第１の複数の二次光源からの光を面に重ねるコンデンサーと、該面からの光を前記第２のオプティカルインテグレータの入射面に結像する結像光学系とを有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記駆動手段は、前記第１のオプティカルインテグレータに入射する光の損失がない範囲で前記複数のレンズ群のいずれかを光軸と直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記被照射面又はそれと共役な面を照明するの光のテレセントリック性を検出する検出手段を有し、該検出手段の検出結果に基づいて前記複数のレンズ群のいずれかを駆動することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
5. 互いに異なる照明条件で前記被照射面を照明する複数の照明モード毎に、前記複数のレンズ群のいずれかを駆動する駆動量を記憶する記憶手段を有し、
   該照明モードの変更に際して、該記憶手段に記憶された情報に基づいて前記複数のレンズ群のいずれかを駆動することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
6. レチクルを照明する請求項１〜５のいずれか一項に記載された照明装置と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
7. 請求項６記載の露光装置を用いて前記基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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