DE69511920T2

DE69511920T2 - Belichtungsapparat und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE69511920T2
Application number: DE69511920T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2015-01-26
Also published as: KR0164647B1; US5847746A; KR950024024A; JP3278277B2; EP0668541B1; JPH07211621A; EP0668541A1; DE69511920D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Fertigung verschiedener Vorrichtungen unter Verwendung des Projektionsbelichtungsgeräts, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein LSI-Schaltkreis, eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristalltafel, ein Magnetkopf oder dergleichen, verwendbar ist.
In letzter Zeit hat die Dichte von Halbleitervorrichtungen, wie z. B. ein LST-Schaltkreis, rasch zugenommen, und die daraus resultierende Entwicklung zur Feinbearbeitung eines Halbleiterwafers ist ebenfalls bemerkenswert. Das Projektionsbelichtungsverfahren, welches den Hauptteil der Feinbearbeitung darstellt, ist in Entwicklung, um die Auflösung zu steigern und ein Bild einer Dimension von nicht mehr als 0,5 um zu erzeugen. Die Erhöhung der Auflösung ist auf das optische Projektionsbelichtungssystem gerichtet, um eine NA (numerische Apertur) zu erhöhen oder die Wellenlänge des Belichtungsstrahls zu vermindern.
Mit der Abnahme der Wellenlänge des Belichtungslichts sinkt die Durchlässigkeit des Glasmaterials, und daher vermindert sich die Anzahl der Glasmaterialarten, die für das optische Projektionssystem verwendbar sind. Mit diesen Glasmaterialarten wird die Korrektur der chromatischen Aberration schwierig, und daher besteht der Wunsch, die Wellenlängen- Bandbreite der Lichtquelle in einem solchen Ausmaß zu vermindern, daß die sich ergebende chromatische Aberration vernachlässigbar klein ist. Z. B. sind in optischen Projektionssystemen, die Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm oder weniger verwenden, die verwendbaren Glasmaterialien Quarz und Fluorit, und die Lichtquelle stellt einen Schmalband- Laserstrahl bereit. Wenn eine Laservorrichtung als eine Lichtquelle Verwendung findet, wird eine Vielzahl von Punkten auf einer Pupille des optischen Projektionssystems von einem einzelnen Fokuspunkt erzeugt, auf welchen der Laserstrahl konzentriert wird, da der Laserstrahl einen hohe Richtfähigkeit aufweist. Die Energiedichte ist in dem Fokuspunkt sehr hoch, und wenn ein optisches Element in dieser Position angeordnet ist, wird das Glasmaterial oder dessen Beschichtung durch den Laserfokuspunkt bei der Langzeitbelichtung verschlechtert oder beschädigt. Wenn dies eintritt, nimmt die Durchlässigkeit des Glasmaterials ab, und die Eigenschaften der Beschichtung werden verändert. Um dieses Problem zu vermeiden, könnte erwägt werden, die Linse oder einen Konkavspiegel nicht angrenzend an die Pupillenebene des optischen Projektionssystems anzuordnen.
Wird jedoch die NA des optischen Systems zum Zweck der Erhöhung der Auflösung vergrößert oder wenn die Größe des Bildfelds zunimmt, mit dem Ergebnis der Zunahme der Anzahl der das optische System ausbildenden Linsen, ist es schwierig, einen Raum ohne ein optisches Element in der Nachbarschaft der Pupillenebene vorzusehen.
Die US-A-5121160 beschreibt ein Belichtungsgerät, welches ein Strahlformelement zum Justieren des Seitenverhältnisses des Laserstrahlquerschnitts aufweist, um jede Verschlechterung der Strahlform zu kompensieren. Der Laserstrahl tritt in die Strahlformvorrichtung als ein paralleler Strahl ein und verläßt das Strahlformelement als ein paralleler Strahl mit den erforderlichen Querschnittsabmessungen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Projektionsbelichtungsgeräts und eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung, welches dieselbe verwendet, in welcher die Energiedichte des in dem op tischen System kondensierten Laserstrahls vermindert werden kann.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät aufgezeigt, welches aufweist:
- ein optisches Beleuchtungssystem zum Beleuchten eines ersten Objekts mit Licht von einer Laserlichtquelle und
- ein optisches Projektionssystem mit einer optischen Achse zum Projizieren einer Struktur des ersten Objekts auf ein zweites Objekt,
wobei das optische Beleuchtungssystem ein Element mit unterschiedlichen Brechkräften in einer ersten Ebene (XY) und einer zweiten Ebene (XZ) aufweist, die jeweils die optische Achse des optischen Projektionssystems aufweisen, und die jeweiligen Bilder des Lichts von der Laserlichtquelle in den jeweiligen Bildebenen (A, B; A, C), rechtwinklig zu und in der Richtung der optischen Achse beabstandet, erzeugt, wobei die Bildebenen (A, B; A, C) zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt vorliegen.
Daher wird die Oberfläche des ersten Objekts mit dem Laserstrahl beleuchtet, und der Laserstrahl wird in Positionen konzentriert, die in der Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems unterschiedlich sind, und daher erzeugt der Laserstrahl keinen Fokuspunkt angrenzend an die Pupillenebene, wodurch die Energiedichte des Laserstrahls vermindert wird, so daß die Haltbarkeit des Geräts verlängert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät aufgezeigt, welches aufweist: ein optisches Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur eines ersten Objekts auf ein zweites Objekt, eine Laserstrahlquelle, eine optische Integrationsvorrichtung zum Erzeugen einer Sekundärlichtquelle aus dem Licht von der Laserlichtquelle und ein optisches Kondensorsystem zum Abbilden der Sekundärlichtquelle hinter dem ersten Objekt in Positionen, die in einer Richtung einer optischen Achse mit bezug auf die zwei unterschiedlichen Richtungen verschieden sind, um das erste Objekt damit zu beleuchten.
Die Oberfläche des ersten Objekts wird durch den Lichtstrahl von der Sekundärlichtquelle beleuchtet, und der Strahl von der Sekundärlichtquelle wird durch das optische Kondensorsystem in Positionen fokussiert, die in der optischen Achsrichtung in zwei unterschiedlichen Richtungen verschieden sind, hinter die erste Objektoberfläche. Da die Oberfläche des ersten Objekts durch den Strahl von der Sekundärlichtquelle der optischen Integrationsvorrichtung beleuchtet wird, kann daher die erste Objektoberfläche mit gleichmäßiger Beleuchtungsstärke beleuchtet werden. Außerdem wird verhindert, daß der Laserstrahl einen Fokuspunkt angrenzend an die Pupillenebene erzeugt. Somit wird die Energiedichte des Laserstrahls verringert, und daher wird die Haltbarkeit des Geräts verlängert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät aufgezeigt, welches aufweist: ein optisches Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur eines ersten Objekts auf ein zweites Objekt, eine Laserlichtquelle, eine optische Integrationsvorrichtung zum Ausbilden einer Sekundärlichtquelle aus Lichtstrahlen der Laserlichtquelle, eine Kondensorlinse zum Beleuchten des ersten Objekts mit Strahlen von der Sekundärlichtquelle, wobei die optische Integrationsvorrichtung eine Vielzahl von Linsen aufweist, die so angeordnet sind, daß hintere Fokuspositionen einen vorbestimmten Abstand voneinander in zwei rechtwinkligen Richtungen aufweisen, wobei die Strahlen durch das optische Kondensorsystem hinter dem ersten Objekt in Positionen kondensiert werden, die in einer Richtung einer optischen Achse in den zwei Richtungen verschieden sind.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Oberfläche des ersten Objekts durch den Strahl von der Sekundärlichtquelle der optischen Integrationsvorrichtung beleuchtet, und daher kann die Oberfläche des Objekts mit gleichmäßiger Beleuchtungs stärke beleuchtet werden. Durch Verhindern der Fokuspunkterzeugung des Laserstrahls angrenzend an die Pupillenebene wird die Energiedichte des Laserstrahls vermindert, so daß die Haltbarkeit des Geräts verlängert wird. Da außerdem die Vielzahl der Lichtquellen zum Bereitstellen der Sekundärlichtquelle eine lineare Anordnung aufweist, ist es wirkungsvoll, einen Beleuchtungsbereich in der Form eines Schlitzes zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aufgezeigt, das aufweist: ein optisches Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur eines ersten Objekts auf ein zweites Objekt und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Struktur auf dem ersten Objekt, und das Beleuchtungssystem weist auf: eine Laserlichtquelle als eine Lichtquelle und ein optisches Beleuchtungssystem zum Kondensieren des Strahls von der Laserlichtquelle in Positionen, die in der optischen Achsrichtung des optischen Projektionssystems zum Beleuchten der ersten Objektoberfläche unterschiedlich sind, wobei eine Strahlkondensierposition in einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastbewegungsrichtung auf der Pupillenebene des optischen Projektionssystems ist, wobei die Kondensierposition in einer Ebene mit der Abtastbewegungsrichtung von der Pupillenposition des optischen Projektionssystems abweicht. In der Ebene mit der Abtastbewegungsrichtung weicht die Kondensierposition des Laserstrahls von der Pupillenebene des optischen Projektionssystems ab. Der Beleuchtungsstrahl (Bilderzeugungsstrahl) wird abgelenkt (geneigt), abhängig von der Bildhöhe, doch angrenzend an die optische Achse des optischen Projektionssystems (vor oder hinter der optischen Achse in der Abtastbewegungsrichtung), wobei die Abtastbelichtung ausgeführt wird, wodurch die Abweichung des Beleuchtungsstrahls in der Abtastbewegungsrichtung ausgeglichen wird, so daß die Belichtung ohne Abweichung des Strahls bewirkt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der dritte Gesichtspunkt dadurch verbessert, daß eine hintere Fokusposition in einer Richtung rechtwinklig zu der Abtastbewegungsrichtung der optischen Integrationsvorrichtung, welche durch eine Vielzahl von Linsen ausgebildet wird, so angeordnet wird, daß die hinteren Fokuspositionen eine vorbestimmte Entfernung in der optischen Achsrichtung abweichen, rechtwinklig in zwei Richtungen, mit der Pupillenebene des optischen Projektionssystems optisch konjugiert ist, und die hintere Fokusposition in der Abtastbewegungsrichtung nicht in optischer Konjugation mit der Pupillenebene des optischen Projektionssystems ist. In der Ebene, welche die Abtastbewegungsrichtung aufweist, ist die Bildposition der Sekundärlichtquelle, die durch die optische Integrationsvorrichtung bereitgestellt wird, von der Pupillenebene des optischen Projektionssystems abweichend. Daher ist der Beleuchtungsstrahl (Bildstrahl) abhängig von der Bildhöhe abweichend (geneigt). Die Abweichung kann selbst in der Abtastbewegungsrichtung ausgebildet werden, indem die Abtastbelichtung angrenzend an die optische Achse des optischen Projektionssystems bewirkt wird (vor und hinter der optischen Achse in der Abtastbewegungsrichtung), wodurch die Belichtung mit dem Strahl ohne Abweichung möglich ist.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aufgezeigt, welches ein optisches Projektionssystem zum Projizieren der Struktur auf dem ersten Objekt auf das zweite Objekt und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Struktur des ersten Objekts aufweist, und das Beleuchtungssystem weist eine Laserlichtquelle auf und ein optisches Beleuchtungssystem zum Kondensieren des Lichtstrahls von der Laserlichtquelle in Positionen, die in der Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems unterschiedlich sind, hinter dem ersten Objekt, um die Oberfläche des ersten Objekts mit dem Laserstrahl von der Laserlichtquelle zu beleuchten, und das optische Beleuchtungssystem ist wirkungsvoll, um den Strahl von der Laserstrahlquelle in eine Position der Pupillenebene des optischen Projektionssystems und eine davon abweichende Position zu kondensieren. Durch diese Vorgehensweise kann die Energiedichte des Laserstrahls durch Vermeiden der Fokuspunkterzeugung angrenzend an die Pupillenebene erhöht werden und somit die Haltbarkeit des Geräts verlängert werden. Außerdem wird die Verminderung der Abbildungsleistung durch Anordnen einer Konzentrierposition in der Pupillenebene vermieden.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung aufgezeigt, welches ein optisches Projektionssystem zum Projizieren einer Struktur eines ersten Objekts auf ein zweites Objekt und ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Struktur des ersten Objekts aufweist, und das Beleuchtungssystem weist eine Laserlichtquelle und ein optisches Beleuchtungssystem zum Kondensieren des Lichtstrahls von der Laserlichtquelle in Positionen auf, die sich in der Richtung der optischen Achse des optischen Projektionssystems unterscheiden, hinter die Oberfläche des ersten Objekts, um die Oberfläche des ersten Objekts mit dem Strahl von der Laserstrahlquelle zu beleuchten. Durch diese Vorgehensweise wird die Fokuspunktausbildung des Laserstrahls angrenzend an die Pupillenebene verhindert und somit die Energiedichte des Laserstrahls vermindert, wodurch die Haltbarkeit des Geräts verlängert wird, und durch Verwendung eines optischen Beleuchtungssystems, das Astigmatismus erzeugt, durch welches der Strahl von der Lichtquelle in einer linearen Form in unterschiedlichen Positionen kondensiert wird, wodurch ferner die Energiedichte reduziert wird.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die zwei vorhergehenden Ausführungsformen weiter dadurch verbessert, daß das erste und das zweite Objekt durch den Laserstrahl von der Laserlichtquelle so abgetastet werden, daß jeder Teil der Struktur des ersten Objekts nacheinander auf das zweite Objekt projiziert wird, und ein optisches Beleuchtungssystem kondensiert das Licht von der Laserlichtquelle in eine Position der Pupillenebene in eine Ebene, welche die optische Achse aufweist, und eine Richtung rechtwinklig zu der Abtastbewegungsrichtung und kondensiert das Licht von der Laserlichtquelle in eine Position von der Pupillenebene weg in eine Ebene, welche die optische Achse und die Abtastbewegungsrichtung aufweist. Durch diese Vorgehensweise kann die Energiedichte des Laserstrahls vermindert werden, ohne die Abbildungsleistung zu schmälern.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer XY-Ebene,
Fig. 2 zeigt dasselbe in einer ZX-Ebene,
Fig. 3 zeigt eine Pupillenebene des optischen Projektionssystems gemäß der ersten Ausführungsform und ein Bild einer Sekundärlichtquelle in einer Position in einem vorbestimmten Abstand von der Pupillenebene,
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform in der XY-Ebene,
Fig. 5 zeigt die zweite Ausführungsform in der ZX-Ebene,
Fig. 6 zeigt ein System gemäß einer dritten Ausführungsform in der XY-Ebene,
Fig. 7 zeigt das System der dritten Ausführungsform in der ZX-Ebene,
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Projektionssystems unter Verwendung des optischen Brechungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Projektionssystems unter Verwendung des optischen Reflexions- und Brechungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 zeigt einen Ablaufplan zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
Fig. 11 zeigt einen Ablaufplan der Waferbearbeitung in Fig. 10.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch ein Projektionsbelichtungsgerät, das zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie z. B. ein LSI-Schaltkreis, eine Bildaufnahmevorrichtung, wie z. B. eine CCD, eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristalltafel, ein Magnetkopf oder dergleichen, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. In Fig. 1 und Fig. 2 ist die Richtung der optischen Achse mit "X" bezeichnet, und Fig. 1 zeigt eine Ansicht in einer XY-Ebene, und Fig. 2 zeigt dieselbe in einer ZX-Ebene.
In Fig. 1 fällt ein im wesentlichen kollimierter Laserstrahl, abgestrahlt von der Laserlichtquelle 1, auf eine Vorrichtung 2, um den Strahl inkohärent auszubilden. In der Vorrichtung 2 wird die Form des Laserstrahls, der von der Laserlichtquelle 1 abgestrahlt ist, reformiert, um ihn de Form der optischen Integrationsvorrichtung 3 anzupassen, und das Teilen oder Abtasten des Laserstrahls, so daß kein Fleckenbild oder andere Interferenzstreifen auf dem Wafer 8 erzeugt werden. Das Licht, das durch die Vorrichtung 2 tritt, fällt auf die optische Integrationsvorrichtung 3 ein und wird in eine Anzahl von Lichtstrahlen geteilt und dabei in eine Anzahl von Streustrahlen. In anderen Worten, die lichtabstrahlende Oberfläche der optischen Integrationsvorrichtung 3 wirkt als eine Sekundärlichtquelle, und eine Anzahl von Abtaststrahlen von der Sekundärlichtquelle fällt auf eine Kondensorlinse 4, welche andererseits dem Retikel 5 überlagert werden, um die gleichmäßige Beleuchtung zu bewirken.
Die Kondensorlinsengruppe 4 weist eine Zylinderlinse 4a und 4b auf. In der XY-Ebene weist die Linse 4a eine Brechkraft auf, doch die Linse 4b weist in dieser Ebene keine Brechkraft auf. Die Lichtstrahlen von der Sekundärlichtquelle werden durch die Kondensorlinse 4a auf der Oberfläche überlagert, um das Retikel 5 zu beleuchten. Wenn zu diesem Zeitpunkt das optische Projektionssystem 6 ein telezentrisches optisches System ist, fällt der Beleuchtungshauptstrahl in der Form eines afokalen Lichts auf das Retikel 5 ein und erzeugt ein Bild der Sekundärlichtquelle in der XY-Ebene auf einer Pupillenebene 7 des optischen Projektionssystems 6. Das Retikel 5 weist eine auf den Wafer 8 zu übertragende Schaltungsstruktur einer Halbleitervorrichtung auf, so daß das optische Projektionssystem 6 ein Bild der Schaltungsstruktur auf dem Wafer 8 erzeugt, und daher wird das Strukturbild darauf übertragen.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht in der ZX-Ebene (senkrecht zu dem Zeichnungsblatt der Fig. 1 gesehen), und die Linse 4b der Kondensorlinsengruppe 4 ist eine Zylinderlinse, welche in der XY-Ebene keine Brechkraft aufweist, aber in der ZX-Ebene eine Brechkraft aufweist. Die Lichtstrahlen von der Sekundärlichtquelle in der abstrahlseitigen Oberfläche der optischen Integrationsvorrichtung 3 werden durch die Kondensorlinse 4b dem Retikel 5 überlagert. Die Kondensorlinse erzeugt ein Bild der Sekundärlichtquelle in der ZX-Ebene in einer Position B, welche in einem vorbestimmten Abstand von der Pupillenebene 7 des optischen Projektionssystems 6 ist. Jeder Hauptstrahl des Beleuchtungslichts, das auf jeden Punkt auf dem Retikel 5 einfällt, ist in der XY-Ebene der Fig. 1 parallel, aber unter einem vorbestimmten Winkel zu der optischen Achse in der ZX-Ebene der Fig. 2 geneigt, so daß das Licht konvergiert, wie in der Figur gezeigt ist.
Fig. 3A und Fig. 3B zeigen Bilder der Lichtquelle in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse in einer Position A in der Pupillenebene 7 (Öffnungsposition) des optischen Projektionssystems 6 und in einer Position B von der Position A beabstandet. In Fig. 3A ist das Licht von der optischen Integrationsvorrichtung 3 in der Y-Richtung konvergiert, aber ist in der Z-Richtung in einem vorbestimmten Grad divergiert. Andererseits ist es in Fig. 3B in der Z-Richtung konvergiert, aber in der Y-Richtung divergiert, im Gegensatz zu Fig. 3A. Die Formen der Sekundärlichtquelle, ausgebildet in dem optischen Projektionssystem 6 und in Fig. 3A und Fig. 3B gezeigt, sind abhängig von der Struktur der Form der optischen Integrationsvorrichtung 7 und dem Aufbau der Vorrichtung 2.
Wie vorstehend beschrieben, verwendet das optische Projektionsbelichtungsgerät dieser Ausführungsform eine anamorphotisches optisches Beleuchtungssystem mit unterschiedlichen Brennweiten in zwei rechtwinkligen Richtungen, so daß der Astigmatismus für die Erzeugung von Bildern der Sekundärlichtquelle innerhalb des optischen Projektionssystems vorliegt, wodurch lineare Fokuspunkte in den Positionen A und B ausgebildet werden. Somit wird durch das Licht von der Laserlichtquelle kein Punktfleck in irgendeiner Position in dem optischen Projektionssystem 6 erzeugt und somit das Auftreten der Projektion mit hoher Energiedichte vermieden. Daher wird die Haltbarkeit des optischen Systems 6 und damit des Geräts verlängert. Diese vorteilhafte Wirkung wird in den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein Projektionsbelichtungsgerät, das zur Herstellung von Vorrichtungen, wie z. B. eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein LSI-Schaltkreis, eine Bildaufnahmevorrichtung, wie z. B. eine CCD, eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristalltafel, ein Magnetkopf oder dergleichen, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird die Abtastoperation in der in Fig. 5 durch einen Pfeil bezeichneten Richtung im Gleichlauf mit dem Retikel 5 und dem Wafer 8 bewirkt, so daß der Wafer 8 durch die Struktur des Retikels 5 belichtet wird. Daher wird die vorliegende Erfindung auf ein Belichtungsgerät der Abtasttype angewendet.
In dem Belichtungsgerät der Abtasttype ist der Beleuchtungsbereich auf dem Wafer und auf dem Retikel 5 schlitzförmig. Die optische Integrationsvorrichtung 3 ist aus einer Zylin derlinse oder dergleichen aufgebaut, die in zwei rechtwinkligen Richtungen rechtwinklig zu der optischen Achse unterschiedliche Brechkraft aufweist, wodurch eine Vielzahl von schlitzförmigen Lichtquellen auf der Oberfläche der Sekundärlichtquelle erzeugt wird. Die Längsrichtungen der Schlitzlichtquelle und des Beleuchtungsbereichs werden übereinstimmend ausgeführt, wodurch der Beleuchtungsbereich durch das schlitzartige Licht wirkungsvoll beleuchtet werden kann.
In dieser Ausführungsform ist die optische Integrationsvorrichtung 3 aus den Zylinderlinsen 3a und 3b aufgebaut. Die Zylinderlinse 3a weist eine Brechkraft in der XY-Ebene auf, und das Licht wird durch eine Kondensorlinse 4a kollimiert, um den schlitzförmigen Beleuchtungsbereich des Retikels 5 in der Längsrichtung zu beleuchten. Andererseits weist eine Zylinderlinse 3b eine Brechkraft in einer ZX-Ebene auf, und die Kondensorlinse 4b ist wirkungsvoll, um den schlitzförmigen Beleuchtungsbereich in einer Breite (Abtastbewegungsrichtung) zu beleuchten.
In Fig. 4 ist die Sekundärlichtquelle, ausgebildet auf der abstrahlenden Oberfläche der optischen Integrationsvorrichtung 3, durch die Kondensorlinse 4a auf einer Pupillenebene des optischen Projektionssystems 6 in der XY-Ebene erzeugt.
In Fig. 5 ist eine Lagebeziehung zwischen der Sekundärlichtquelle und der Pupillenebene des optischen Projektionssystems 6 in der ZX-Ebene erzeugt, welche die Abtastbewegungsrichtung aufweist. In der ZX-Ebene wird die abstrahlende Oberfläche der optischen Integrationsvorrichtung 3 durch die Kondensorlinse 4b in einer Position C abgebildet, welche einen vorbestimmten Abstand von der Pupillenebene 7 in der optischen Achsrichtung aufweist. Das Bild der Sekundärlichtquelle auf der Pupillenebene 7 in Fig. 4 weist dieselbe Verteilung auf, wie in Fig. 3A gezeigt ist, und das Bild der Sekundärlichtquelle in einer Position C in Fig. 5 weist dieselbe Verteilung auf wie in Fig. 3B in der ersten Ausführungsform gezeigt, so daß dort keine hohe Energiedichte vor liegt, was sich aus dem konvergierten Fokussierpunktbild ergibt.
Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 5 angenommen wird, daß das optische Projektionssystem 6 auf einer lichtabstrahlenden Seite (Seite des Wafers 8) telezentrisch ist, fällt der Hauptstrahl unter einem Winkel in bezug auf die optische Achse in den Positionen D und E auf den Wafer ein. Wenn im allgemeinen der Hauptstrahl geneigt einfällt, ändert sich die Größe des Bilds, wenn der Wafer 8 unter Defokussierung belichtet wird. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform wird jedoch die aufeinanderfolgende Belichtung ausgeführt, während das Abtasten in der Richtung des Pfeils erfolgt, und daher wird die Neigung des Hauptstrahls durch die Abtastbelichtung aus einer Position D in eine Position E ausgeglichen, und daher bleibt die Größe des Bilds trotz Defokussierung dieselbe.
Wird die vorliegende Erfindung in dem Belichtungsgerät der Abtasttype verwendet, ist es demgemäß wünschenswert, daß die Sekundärlichtquelle auf der Pupillenebene des optischen Projektionssystems 6 in einer Ebene abgebildet wird, welche die optische Achsrichtung und eine Längsrichtung des Schlitzes (rechtwinklig zu der Abtastbewegungsrichtung) aufweist, und das Bild der Sekundärlichtquelle in einer Position in einem vorbestimmten Abstand von der Pupillenebene des optischen Projektionssystems in einer Ebene erzeugt wird, welche die Abtastbewegungsrichtung und die optische Achsrichtung aufweist.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen ein Projektionsbelichtungsgerät, das zur Herstellung von Vorrichtungen, wie z. B. eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein LSI-Schaltkreis, eine Bildaufnahmevorrichtung, wie z. B. eine CCD, eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristalltafel, ein Magnetkopf oder dergleichen, verwendbar ist. Der Aufbau des Projektionsbelichtungsgeräts ist im wesentlichen derselbe wie in der ersten und der zweiten Ausführungsform, und daher wird nur das optische System abgangsseitig der Integrations vorrichtung 3 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist die Kondensorlinsengruppe 4 in dem Beleuchtungssystem eine rotationssymmetrische Linse mit gleichmäßiger Brechkraft auf. Die optische Integrationsvorrichtung 3 weist eine erste und eine zweite Matrix von Zylinderlinsen 3a und 3b auf, die in zwei rechtwinkligen Richtungen so angeordnet sind, daß die hinteren Fokuspositionen in der Richtung der optischen Achse in einem vorbestimmten Abstand voneinander abweichen.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht in der XY-Ebene der Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 ist die optische Integrationsvorrichtung 3A in der Form einer Gruppe von Zylinderlinsen mit Brechkräften in der XY-Ebene, um den Laserstrahl von der Laserlichtquelle 1 in eine hintere Fokusposition F zu konvergieren. Die optische Integrationsvorrichtung 3b weist keine Brechkraft in der XY-Ebene auf und wird durch Zylinderlinsen ausgebildet, die in der Richtung rechtwinklig zu dem Zeichnungsblatt überdecken. Die Kondensorlinse 4 weist eine Brennweite fc auf, und das optische Projektionssystem 6 ist in bezug auf die Objekt-(Retikel)-Seite telezentrisch. In diesem Fall ist die hintere Fokusposition F von der Kondensorlinse 4 in einem Abstand Fc angeordnet. In diesem Fall wird die Sekundärlichtquelle, die in der Position F erzeugt ist, auf der Pupillenebene 7 des optischen Projektionssystems in der XY- Ebene ausgebildet.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht in der ZX-Ebene des Geräts der dritten Ausführungsform. Die optische Integrationsvorrichtung 3b weist eine Brechkraft in der ZX-Ebene auf, und der Laserstrahl wird in eine Position der hinteren Fokusposition F' kondensiert, um dort eine Sekundärlichtquelle auszubilden. Die hintere Fokusposition F ist (fc + X) von der Kondensorlinse beabstandet. Daher wird die Sekundärlichtquelle in der ZX-Ebene in einer Position in einem vorbestimmten Abstand (xp) von der Pupillenebene 7 des optischen Projektionssystems 6 abgebildet. In diesem Fall wird die folgende Gleichung erfüllt:
xp = (fi/fc)² · X,
wobei fi eine Brennweite der Linsengruppe 6a vor dem optischen Projektionssystem 6 ist.
Ähnlich der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Bild der Sekundärlichtquelle in der Pupillenebene 7 des optischen Projektionssystems 6 in Fig. 6 in der dritten Ausführungsform ebenfalls schlitzförmig. Außerdem ist das Bild der Sekundärlichtquelle in der Bildposition angrenzend an die Pupillenebene 7 in der ZX-Ebene in Fig. 7 schlitzförmig, wie in Fig. 3B gezeigt. Daher wird der Laserstrahl nicht in einem Fokuspunkt in dem optischen Projektionssystem 6 kondensiert.
Wenn die dritte Ausführungsform für ein Projektionsbelichtungssystem der Abtasttype verwendet wird, in welchem der Wafer 8 abgetastet und gemäß der Schaltungsstruktur auf dem Retikel 5 im Gleichlauf dazu damit belichtet wird, erfolgt die Auswahl der Abtastbewegungsrichtung in Übereinstimmung mit der Z-Richtung, wodurch das Beleuchtungslicht ausgeglichen wird, mit dem Ergebnis, daß die Belichtung mit gleichmäßigem Licht ausführbar ist.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Projektionssystems, das in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform verwendet wird. In diesem Ausführungsbeispiel werden neun Linsen 61 bis 71 verwendet, und die Pupillenebene (Öffnung) 7 ist in enger Nachbarschaft zu der Linse 66.
Fig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines optischen Projektionssystems 6, das mit der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform verwendbar ist. Das in Fig. 10 gezeigte optische System weist Linsengruppen 101 und 104, einen Konkavspiegel 103 und eine Strahlteilvorrichtung 102 auf, welche ein optisches Reflexions- und Brechungssystem ausbilden. Das Licht von dem Retikel 5 tritt durch die Linsengruppe 101 sowie durch die Strahlteilvorrichtung 102 und wird dann durch den Konkavspiegel 103 reflektiert. Das von dem Konkavspiegel 103 reflektierte Licht wird ferner durch die Strahlteilvorrichtung 102 reflektiert und wird durch die Linsen gruppe 104 auf einem Wafer 8 kondensiert, so daß die Struktur des Retikels 5 auf dem Wafer 8 abgebildet wird. In diesem optischen System ist die Pupillenebene (Öffnungsebene) 7 im wesentlichen mit der Position des Konkavspiegels in Übereinstimmung. In dem optischen Projektionssystem wird der optische Pfad nicht durch Spiegel oder dergleichen geknickt, doch es ist möglich, den optischen Pfad unter Verwendung eines Spiegels oder von Spiegeln zu knicken.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die fokuspunktartige Kondensation des Laserstrahls in einem optischen Projektionssystem in einem Belichtungsgerät unter Anwendung einer hohen Richtwirkung, wie z. B. ein Laser, vermeidbar, und daher ist die Haltbarkeit der optischen Elemente z. B. in oder angrenzend an die Pupillenebene gegenüber dem Laserstrahl verlängerbar.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung im Hinblick auf eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung unter Verwendung des Abtastbelichtungsgeräts. Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie z. B. ein LSI-Schaltkreis oder dergleichen, oder von Vorrichtungen, wie z. B. eine Flüssigkristalltafel oder CCD oder dergleichen. Im Schritt 1 (Schaltungsentwurf) werden die Schaltungen der Halbleitervorrichtung entworfen. Im Schritt 2 (Maskenherstellung) wird die Maske (Retikel 304) mit der entworfenen Schaltungsstruktur hergestellt. Andererseits wird im Schritt 3 ein Wafer (306) unter Verwendung des geeigneten Materials, wie z. B. Silizium, hergestellt. Schritt 4 (Waferbearbeitung) wird als ein Vorschritt bezeichnet, in welchem die tatsächliche Schaltungsstruktur auf einem Wafer durch ein lithographisches Verfahren unter Verwendung der erzeugten Maske und des Wafers erzeugt wird. Im Schritt S (Nachschritt) wird ein Halbleiterchip aus dem Wafer hergestellt, der den Operationen des Schritts 4 unterzogen ist. Der Schritt S weist Montageschritte (Zertrennen, Bonden), den Verkappungsschritt (Chipversiegeln) oder dergleichen auf. Im Schritt 6 (Prüfung) wird die Funktion der im Schritt S hergestellten Halbleiter vorrichtung geprüft, und der Haltbarkeitstest wird ausgeführt. Auf diese Weise wird die Halbleitervorrichtung hergestellt und im Schritt 7 zum Versand gebracht.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm der Einzelheiten der Waferbearbeitung. Im Schritt 11 (Oxidation) wird die Oberfläche des Wafers oxidiert. Im Schritt 12 (CVD) wird eine Isolierschicht auf einer Oberfläche des Wafers erzeugt. Im Schritt 13 (Elektrodenerzeugung) wird eine Elektrode durch Aufdampfen auf dem Wafer erzeugt. Im Schritt 14 (Ioneninjektion) wird das Ion in dem Wafer implantiert. Im Schritt 15 (Resistverarbeitung) wird ein lichtempfindliches Material auf dem Wafer aufgetragen. Im Schritt 16 (Belichtung) wird die Schaltungsstruktur der Maske (Retikel 304) durch das vorstehend beschriebene Belichtungsgerät auf den Wafer projiziert. Im Schritt 17 (Entwicklung) wird der belichtete Wafer entwickelt. Im Schritt 18 (Ätzen) wird der Abschnitt außerhalb des Resistbilds entfernt. Im Schritt 19 (Resistentfernung) wird nach dem Ätzen der Resist entfernt. Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Schritte werden auf dem Wafer überdeckende Schaltungsstrukturen erzeugt.
Gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Integrationsdichte erhöht werden.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten begrenzt, und es sind Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Projektionsbelichtungsgerät, das aufweist:

- ein optisches Beleuchtungssystem (3, 4) zum Beleuchten eines ersten Objekts (5) mit Licht von einer Laserlichtquelle (1) und

- ein optisches Projektionssystem (6) mit einer optischen Achse zum Projizieren einer Struktur des ersten Objekts (5) auf ein zweites Objekt (8),

wobei das optische Beleuchtungssystem (3, 4) ein Element aufweist, das unterschiedliche Brechkräfte in der ersten Ebene (XY) und in der zweiten Ebene (XZ) aufweist, die jeweils die optische Achse des optischen Projektionssystems (6) aufweisen, und jeweils Bilder des Lichts von der Laserlichtquelle (1) in jeweiligen Bildebenen (A, B; A, C), rechtwinklig zu und in der Richtung der optischen Achse beabstandet, erzeugt, wobei die Bildebenen (A, B; A, C) zwischen dem ersten Objekt (5) und dem zweiten Objekt (8) vorliegen.

2. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei das optische Beleuchtungssystem aufweist:

- eine optische Integrationsvorrichtung (3) und

- ein optisches Kondensorsystem (4).

3. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 2, wobei das optische Kondensorsystem (4) ein erstes optisches Element (4a) und ein zweites optisches Element (4b) aufweist, welche unterschiedliche Brechkräfte in zwei sich schneidenden Ebenen aufweisen, die jeweils die optische Achse aufweisen.

4. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die optische Integrationsvorrichtung (3) ein erstes Element (3a) und ein zweites Element (3b) aufweist, die unterschiedliche Brechkräfte in zwei sich schneidenden Ebenen aufweisen, die jeweils die optische Achse aufweisen.

5. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 4, wobei das erste Element (3a) der optischen Integrationsvorrichtung (3) ein Bild der Laserlichtquelle (1, 2) auf einer ersten Ebene (F) erzeugt und das zweite Element (3b) der optischen Integrationsvorrichtung (3) ein zweites Bild der Laserlichtquelle auf einer zweiten Ebene (F') erzeugt, die von der ersten Ebene (F) beabstandet ist, und das optische Kondensorsystem (4) das erste Objekt (5) unter Verwendung des ersten und des zweiten Bilds als Sekundärlichtquellen beleuchtet.

6. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die zwei sich schneidenden Ebenen rechtwinklig sind.

7. Projektionsbelichtungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Projektionssystem (6) eine Pupillenposition (7) aufweist und eines (A) der Bilder (A, B; A, C), die durch das optische Beleuchtungssystem (3, 4) mit dem Licht von der Laserlichtquelle (1) erzeugt sind, in der Pupillenposition (7) erzeugt ist.

8. Projektionsbelichtungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner eine Abtastbewegungsvorrichtung aufweist, um das erste Objekt (5) und das zweite Objekt (8) in bezug auf das Laserlicht so zu bewegen, daß die Struktur des ersten Objekts (5) aufeinanderfolgend zu dem zweiten Objekt (8) übertragen wird.

9. Projektionsbelichtungsgerät gemäß Anspruch 8, wenn abhängig vom Anspruch 7, wobei das Bild (A), das auf der Pupillenebene (7) des optischen Systems (6) durch ein optisches Element (4a; 3a, 4) erzeugt ist, welches in einer Ebene (XY), rechtwinklig zu der Abtastbewegungsrichtung (Z), eine optische Brechkraft aufweist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, welches den Schritt aufweist:

- Projizieren einer Vorrichtungsstruktur einer Maske oder eines Retikels auf einen Wafer unter Verwendung des Projektionsbelichtungsgeräts gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und

- Herstellen einer Halbleitervorrichtung aus dem belichteten Wafer.