(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を集光する集光光学系と、
該集光光学系からの光束を混合して出射する光束混合手段と、
多光束発生手段と、
前記光束混合手段の出射面からの光束を前記多光束発生手段の入射面に結像する結像光学系と、
前記多光束発生手段からの光束を重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射手段とを有する照明装置において、
前記光束混合手段の出射面又は前記出射面近傍に配置された遮光手段を有し、
前記光束混合手段の出射面の形状は多角形であり、
前記遮光手段は、前記光束混合手段の出射面のうち前記多角形の頂点を含む部分領域からの光を遮ることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光束混合手段は、入射光の少なくとも一部を内面で反射して出射面又は前記出射面の近傍に面光源を形成する内面反射型の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に記載の照明装置。
【請求項３】
前記多光束発生手段は、入射光の波面を分割して出射面又は前記出射面の近傍に複数の光源を形成する波面分割型の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又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記遮光手段は、機械的な開口絞りであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記遮光手段は前記光束混合手段の出射端に遮光性の物質を塗布したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記遮光手段は前記光束混合手段の出射端に遮光性の多層膜を蒸着したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記遮光手段は前記光束混合手段の出射端にクロムの膜を蒸着したものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記結像光学系はズーム光学系であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記結像光学系を透過する光束の断面形状が略円状であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記遮光手段は、前記結像光学系における光束断面の径が少なくとも０度、４５度、９０度、１３５度の４方向で等しくなるように設けられていることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された照明装置と、投影光学系とを有し、
前記照明装置で被照明面に配置されたマスクを照明し、
該マスク上のパターンを前記投影光学系でウエハに投影することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の投影露光装置を用いてマスク上のパターンをウエハ面上に投影する工程と、
前記パターンが転写された前記ウエハを現像処理する工程とを含むデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、具体的には半導体素子等のデバイスのリソグラフィー工程に用いられる製造装置において、レチクル面上及びウエハ面上を適切に照明し、高い解像力が容易に得られるようにした、例えばステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式の投影露光装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップの製造工程では、複数のマスクに設けられた微細パターンをウエハ面上に順次重ねて転写する。
【０００３】
この場合露光装置の照明装置により、ウエハ面と光学的に共役な位置に配置されたマスク（レチクル）を照明することによりマスク面のパターンを投影レンズを介してウエハ面に投射し転写する。
【０００４】
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能例えばマスク面やウエハ面上での照度分布の均一性等に大きく影響される。この照度分布の均一性を内面反射型のオプティカルインテグレータ（光束混合手段）と波面分割型のオプティカルインテグレータ（多光束発生手段）とを用いて向上させた照明装置は、例えば、特開平１０−２７０３１２号公報に開示されている。
【０００５】
図５に内面反射型及び波面分割型の各インテグレータを用いる照明装置を用いた投影露光装置の部分概略図を示す。
【０００６】
同図は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に適用した場合を示している。
【０００７】
図５において、１はＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマ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１２で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（ビーム整形光学系）、４は射出角度保存用の光学素子であり、入射光束の状態にかかわらず、射出角度が一定となる光学作用を保有している。
【０００８】
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パイプ（光束混合手段）６の入射面６ａに導光している。光束混合手段６は集光光学系５からの光束を混合し、多数の虚光源を作りだすことでその出射面６ｂに均一な照度分布を形成している。
【０００９】
７はズーム光学系（結像系）であり、光束混合手段６からの光束を多光束発生手段８としてのハエの目レンズの入射面８ａに種々の倍率で投影結像してσの連続可変を可能としている。その際オプティカルパイプ６の出射面６ｂとハエの目レンズ８の入射面８ａとは略共役な関係となっている。
【００１０】
ハエの目レンズ８は、その出射面８ｂに複数の２次光源像を形成している。
【００１１】
９はコンデンサーレンズ等を含む照射手段であり、多光束発生手段８の各素子レンズからの光束を集光してマスクあるいはレチクル等（以下「レチクル」という）の被照射面１０を重畳して均一照明している。
【００１２】
１１は投影光学系であり、出射テレセントリック系より成りレチクル１０面上のパターンをウエハ（基板）１２面上に縮小投影している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図６（Ａ）は従来例における、オプティカルパイプ６からウエハ面１２までを投影光学系１１におけるσ（瞳面内での照明光束の大きさ）に着目した概略図であり、ここではオプティカルパイプ６は正方形断面のものとする。
【００１４】
オプティカルパイプ６の正方形断面を有する出射面６ｂはズーム光学系７でほぼ共役にハエの目レンズ８の入射面８ａへと写される。
【００１５】
ハエの目レンズ８は素子レンズの集合体なので、入射面８ａの光量分布はそのまま出射面８ｂへ伝えられる。
【００１６】
従ってこの場合、６ｂが正方形であるため８ｂも正方形分布の光量分布を有している。
【００１７】
８ｂ面からの出射光束はコンデンサーレンズ９を経てレチクル１０を照明するケーラー照明系となっているので、８ｂ面と投影光学系１１の瞳面とは略共役の関係となる。
【００１８】
図６（Ｂ）に投影光学系１１の瞳面（１１ｐｕｐｉｌ）内の照明光の分布を１１ｉｌｌｕｍで示すと、上記の関係よりこれも正方形の分布となっている。
【００１９】
σは投影光学系の瞳面内での照明光の大きさであるが、この場合、０度方向のσ０と、４５度方向のσ４５は、図から分かる様に正方形の辺の長さと対角線の長さの比となっているので、σ４５はσ０の１．４１倍大きいことになる。
【００２０】
このことはレチクル１０上の１点を照明する光束の開き角が０度方向と４５度方向で異なることを意味しており、ウエハ１２へレチクル１０のパターンを投影した場合の解像力の差が生じる。
【００２１】
また、８ｂ面に例えば円形開口のσ調整用絞りを設ければ上述のσの異方性は解消されるが、設定σの種類だけσ調整用絞りが必要となってしまいσ連続可変が不能になる他、ハエの目レンズの出射面付近に絞りを配置することになるので、絞りの耐久性にも問題がある。
【００２２】
そこで、本発明は、オプティカルパイプの断面形状により投影光学系のσの異方性が左右されることなく、良質の投影露光性能を得ることを課題としている。
【００２３】
又、照度を落とさずしかもハエの目レンズの出射面にσ調整用絞りの切り替え機構が必ずしも必要とされず、系をコンパクト化し、耐久性を向上することも補足的な課題としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明は、光源からの光束を集光する集光光学系と、該集光光学系からの光束を混合して出射する光束混合手段と、多光束発生手段と、前記光束混合手段の出射面からの光束を前記多光束発生手段の入射面に結像する結像光学系と、前記多光束発生手段からの光束を重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射手段とを有する照明装置において、前記光束混合手段の出射面又は前記出射面近傍に配置された遮光手段を有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。
【００２６】
この実施形態１と、図５を参照して説明した従来例の違いはオプティカルパイプ６の出射面の違いのみであるのでその他要部の説明は省く。
【００２７】
本実施形態において、オプティカルパイプ６の断面形状は正方形であり、その出射面６ｂ１を図２の（Ａ）に示す。
【００２８】
出射面６ｂ１には図中斜線で示した遮光手段を設けており、照明光の出射形状は６２Ａに示すように円となり、斜線部の光は遮光される。従って従来の問題点であったσの異方性はない。
【００２９】
また遮光手段をオプティカルパイプ６の出射面付近に設けたので、σの連続可変の際、既にσ形状が遮光手段で整ったものをズーム光学系で投影結像することになるので、ハエの目レンズ８の出射面８ｂにσの調整用絞りを設けることは必ずしも必要ではない。
【００３０】
この遮光手段は例えば円形開口の機械的な絞りでもよいし、またオプティカルパイプの出射面に円形開口部を除き遮光性の塗料を塗ったり、ないしは誘電体多層膜あるいはクロム等の金属膜の蒸着を施して構成してもよい。
【００３１】
図２（Ｂ）には、実施形態２を示す。実施形態１の遮光手段によって形成される照明光の出射形状がオプティカルパイプ断面に内接する円だったのに対し、本実施形態においては、その円を若干大きめにとり、σの異方性が許される範囲で照明光の出射形状６２Ｂを円から崩している。
【００３２】
これは、実施形態１よりも開口部の面積が大きくなるため、光利用効率が向上する。
【００３３】
図２（Ｃ）には、実施形態３を示す。本実施例においては、照明光の出射形状６２Ｃを正八角形としており、σが０度、４５度、９０度、１３５度の４方向で等しくなるようにしている。
【００３４】
この場合も実施形態１よりは開口部の面積が大きくなるため、光利用効率が向上する。
【００３５】
この例では６２Ｃは正八角形としたが、σの異方性の許す範囲で正八角形を崩して遮光部分を小さくして利用効率の向上を図ってもよい。
【００３６】
図３（Ａ）には、実施形態４を示す。この場合オプティカルパイプの断面形状は、正六角形であり、それに対して遮光手段により照明光の出射形状６３Ａは正六角形に内接する円となっている。
【００３７】
図３（Ｂ）には、実施形態５を示す。これは実施形態２と同様、正六角形断面のオプティカルパイプを用いる際に、遮光手段により形成される照明項の出射形状６３Ｂを円を内接円より若干大きめに取り、光利用効率の向上を図ったものである。
【００３８】
図３（Ｃ）には、実施形態６を示す。これはオプティカルパイプ断面の正六角形の頂角を遮光する様に遮光手段を設けたもので、開口部の６３Ｃは十二角形となる。
【００３９】
図４（Ａ）には、実施形態７を示す。この場合オプティカルパイプの断面形状は正三角形断面であり、それに対して遮光手段により照明光の出射形状６４Ａは正三角形に内接する円となっている。
【００４０】
図４（Ｂ）には、実施形態８を示す。正三角形断面のオプティカルパイプを用いる際、遮光手段の開口部６４Ｂを正三角形の内接円より若干大きめに取り、光利用効率の向上を図ったものである。
【００４１】
図４（Ｃ）には、実施形態９を示す。これはオプティカルパイプ断面の正三角形の頂角を遮光する様に遮光手段を設けたもので、開口部の６３Ｃは六角形となる。
【００４２】
図７（Ａ）には、実施形態１０を示す。実施形態１乃至９においては、σの異方性を解消することを目的としているが、本実施形態においては、照明モードを形成するために積極的に遮光手段を使用する。この場合は、輪帯照明を形成するために遮光手段を使用している。
【００４３】
図７（Ｂ）には、実施形態１１を示す。実施形態１乃至９においては、σの異方性を解消することを目的としているが、本実施形態においては、照明モードを形成するために積極的に遮光手段を使用する。この場合は、４重極照明を形成するために遮光手段を使用している。
【００４４】
次に、上記説明した投影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。
【００４５】
図８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。
【００４６】
図９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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４７】
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精度の半導体デバイスを製造することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、光束混合手段（オプティカルパイプ）の出射面を多光束発生手段の入射面に略共役に結像する系からなる照明系を有する露光装置であっても、オプティカルパイプの断面により投影光学系のσの異方性が左右されることなく、良質の投影露光性能を得ることができる。
【００４９】
特にズーム光学系と並用すれば、照度を落とさずしかもハエの目出射面にσ調整用絞りの切り替え機構が不要であり、系のコンパクト化、耐久性向上が得られる。
【００５０】
又、σの異方性を解消するだけでなく、所望の変形照明を容易に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の概略図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態１でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｂ）は本発明の実施形態２でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｃ）は本発明の実施形態３でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施形態４でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｂ）は本発明の実施形態５でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｃ）は本発明の実施形態６でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図である。
【図４】（Ａ）は本発明の実施形態７でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｂ）は本発明の実施形態８でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図、（Ｃ）は本発明の実施形態９でのオプティカルパイプ出射面および遮光手段の図である。
【図５】従来例の概略図である。
【図６】従来例の詳細な概略図である。
【図７】（Ａ）は実施形態１０の遮光手段の図、（Ｂ）は実施形態１１の遮光手段の図である。
【図８】デバイス製造工程のフローチャートである。
【図９】ウエハプロセスのフローチャートである。
【符号の説明】
１  レーザ
２  干渉性低減手段
３  ビーム整形手段
４  光束振動抑制手段
５  集光光学系
６  光束混合手段（オプティカルパイプ）
７  結像系（ズーム）
８  多光束発生手段（ハエの目）
９  照射手段
１０  被照射面（レチクル）
１１  投影光学系
１２  基板（ウエハ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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