JP2004055856A - Lighting device, manufacturing method for exposure device and for device utilizing the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting device in which a degree of illumination unevenness is minimized which occurs in change in a lighting condition (a lighting mode) and besides mouth patterns can be projected on a wafer surface with high resolution by performing correction with a secondary lighting source distribution targeted, and further to provide a device manufacturing method for an exposure device that utilize the lighting system. <P>SOLUTION: The lighting device is provided with an optical integrator comprising a plurality of minute lenses for illuminating uniformly a plane to be illuminated and a light intensity control means for controlling light intensity incident upon at least one minute lens making up an optical integrator. The light intensity control means controls the light intensity incident upon the minute lens of the optical integrator independently every minute lens so that secondary lighting source distribution for illuminating the plane to be illuminated becomes approximately axisymmetric in relation to optical axes. Further, there are provided the device manufacturing method for the exposure device in which the lighting system is utilized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００５】
かかる照度ムラＳを許容範囲内に収めて、かつ、光軸に対して対称の２次光源を形成する。
【０００６】
また、解像度を高めるために、斜入射照明や位相シフトマスクと呼ばれる超解像度技術が提案されている。このような照明法では、照明光学系の開口絞りを変更することによってσ値を小さくしたり、輪帯形状や四重極形状のような特殊な形状の２次光源を形成したりしている。更に、被照明面に応じて、標準照明、超解像度技術を利用した一又は複数の照明間で照明モードを切り替える方法も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近の超ＬＳＩの高集積化にと伴い、回路パターンの焼き付けに要求される照度の均一性は±１％前後という極めて高いものになり、コリメータレンズとオプティカルインテグレータの組み合わせのみでは不十分になってきた。
【０００８】
また、複数の照明モードを切り替える場合、ある照明モード（例えば、標準照明に対応する照明モード）に対して照度ムラＳが最小になるように照明光学系が調整されていても他の照明モード（例えば、斜入射照明や小σ値に対応する照明モード）では必ずしも照度ムラＳが最小にならない。これは、投影露光装置において照明モードを切り替えると光路が異なり、光学素子に使用される反射防止膜の効果が光線の角度によって低下したり、ミラーによる折り返しで反射ムラが発生したり、光学系が偏心したり、ウェハ面、レチクル面、投影光学系、照明光学系の間で生じる反射によって生じるフレアの影響が大きくなって、被照明面に照度ムラが増加するためである。このような照度ムラを照明モードの切り替え時に補正することは従来困難であった。
【０００９】
また、２次光源（又は有効光源）の分布もミラーによる折り返しでの反射ムラや光学系の偏心の影響により歪んで非対称となってしまい、縦、横、斜め方向など各種方向存在する回路パターンにおいてパターン方向によって解像性能が異なるという問題もある。
【００１０】
そこで、本発明は、これらの問題を解決する新規かつ有用な照明装置、当該照明装置を有する露光装置及びデバイス製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【００１１】
より特定的には、照明条件（又は照明モード）を変更した際に生じる照度ムラを最小にすると共に２次光源分布を対象に補正してマスクパターンをウェハ面に高い解像力で投影することができる照明装置、当該照明装置を有する露光装置及びデバイス製造方法を提供することを本発明の例示的な目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる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、被照明面を均一に照明するための複数の微小レンズから成るオプティカルインテグレータと、当該オプティカルインテグレータを構成する少なくとも一つの微小レンズに入射する光量を制御する光量制御手段を有し、該光量制御手段は前記被照明面を照明するための２次光源分布が光軸に対してほぼ線対称になるように、前記オプティカルインテグレータの微小レンズに入射する光量を微小レンズ毎独立に制御することを特徴とする。かかる照明装置は光量制御手段を利用して被照明面での照度の均一化を図ることができる。また、かかる照明装置は光量制御手段を利用して被照明面を照明する２次光源分布を制御することができる。必要があれば、前記照明装置は、別のオプティカルインテグレータを更に有し、前記被照明面は前記別のオプティカルインテグレータの入射面であり、前記別のオプティカルインテグレータの射出面に形成された２次光源を用いて別の被照明面をほぼ均一に照明してもよい。このようなダブルインテグレーター構成、更には、トリプルインテグレーター構成に対しても本発明は好適である。
【００１３】
前記光量制御手段は、例えば、ＮＤフィルターや遮光部を有する。また、前記光量制御手段は、透過率の異なる複数の光量調整部を有し、前記照明装置は、前記複数の光量調整部を切り替える切り替え部を更に有してもよい。かかる照明装置は、照明条件（例えば、コヒーレンスファクタσ）に応じて光量制御手段の光量調整部の種類を変更して被照明面の照度ムラの低減を図ることができる。
【００１４】
前記被照明面を異なる形状の２次光源で照明する複数の２次光源形成部と、前記複数の２次光源形成部を切り替える第２の切り替え部を更に有し、前記第１の切り替え部は前記第２の切り替え部に同期して前記光量調整部を切り替え、各光量調整部は対応する２次光源形成部が形成する２次光源を使用した場合の前記被照明面における照度ムラを小さくするように調整されていてもよい。これにより、２次光源形成部が形成する形状（例えば、輪帯や四重極などの）２次光源に応じて被照明面の照度ムラを低減することができる。
【００１５】
本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有する。かかる露光装置も、上述の照明装置と同様に、前記被照明面又は前記別の被照明面としてのレチクル又はマスク及び被露光体（例えば、ウェハ）の有効光源分布を均一にすることができる。
【００１６】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて前記被露光体を投影露光するステップと、前記投影露光された前記被露光体に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１７】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一側面としての露光装置１００及び照明装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の単純化された光路を示す概略図である。露光装置１は、照明装置１１０と、レチクル１２と、投影光学系１３と、プレート１５とを有する。図１は、照明装置１００の一例の単純化された光路を示す概略図である。
【００１９】
本実施形態の露光装置１は、ステップアンドスキャン方式でマスク１２に形成された回路パターンをプレート１５に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。ここで、ステップアンドスキャン方式は、マスクに対してプレート１５を連続的にスキャンしてマスクパターンをプレートに露光すると共に、１ショットの露光終了後プレートをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光法である。また、ステップアンドリピート方式は、プレートのショットの一括露光ごとにプレートをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法である。
【００２０】
照明装置１１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル１２を照度ムラなく、かつ、有効光源分布を均一に照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、光源１と、楕円ミラー２と、コールドミラー３とを有する。
【００２１】
光源１は、本実施形態では、ｇ線（波長約４３６ｎｍ）やｉ線（波長約３６５ｎｍ）等の水銀ランプ、キセノンランプからなる発光管であり、紫外線及び遠紫外線等を放射する高輝度の発光部１ａを有している。発光部１ａは、楕円ミラー２の第１焦点近傍に配置し、第２焦点４に結像する。コールドミラー３は多層膜より構成され、大部分の赤外光を透過すると共に大部分の紫外光を反射している。楕円ミラー２はコールドミラー３を介して第２焦点４近傍に発光部１ａの発光部像（光源像）１ｂを形成している。
【００２２】
なお、本発明は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなどレーザー光源やＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。レーザーを使用する場合は、レーザー光源からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換することによりビーム形状を所望のものに成形する整形光学系を使用し、後述するオプティカルインテグレータ６を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成することが好ましい。また、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。
【００２３】
照明光学系はマスク１２を照明し、光学系５、オプティカルインテグレータ６、絞り７、集光レンズ８、ミラー９、結像レンズ１１、光量制御手段１７を有する。
【００２４】
光学系５は、コンデンサーレンズ、コリメータレンズ、ズームレンズなどから構成され、第２焦点４近傍に形成された発光部像１ｂを光量制御手段１７を介してオプティカルインテグレータ６の入射面６ａに結像させている。
【００２５】
オプティカルインテグレータ６は、断面が四角形状の複数の微小レンズ６ｃを２次元的に所定のピッチで配列して構成しており、その射出面６ｂの近傍に２次光源を形成する。オプティカルインテグレータ６は、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射し、入射面６ａと出射面６ｂとはフーリエ変換の関係になっている（本明細書において、フーリエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味する）。
【００２６】
オプティカルインテグレータ６は、本実施形態では、このようにロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組み合わせて構成されたハエの目レンズであるが、本発明が使用可能なオプティカルインテグレータはかかる形状に限定されるものではなく、例えば各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などでもよい。また、ロッドレンズが３面以上の屈折面を有するハエの目レンズを使用してもよい。
【００２７】
ここで、シリンドリカルレンズアレイ板は、２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成される。１枚目と４枚目の組のシリンドリカルレンズアレイ板はそれぞれ焦点距離ｆ１を有し、２枚目と３枚目の組のシリンドリカルレンズアレイ板はｆ１とは異なる焦点距離ｆ２を有する。同一組のシリンドリカルレンズアレイ板は相手の焦点位置に配置される。２組のシリンドリカルレンズアレイ板は直角に配置され、直交方向でＦナンバー（即ち、レンズの焦点距離／有効口径）の異なる光束を作る。なお、組数が２に限定されないことはいうまでもない。
【００２８】
なお、必要があれば、オプティカルインテグレータ６を均一に照明するために別のハエの目レンズを設けてもよい。
【００２９】
光量制御手段１７は、後述する２次光源の変更に伴って切り替え可能であり、オプティカルインテグレータ６の入射面６ａの近傍に配置している。光量制御手段１７は、オプティカルインテグレータ６の複数の微小レンズのうち少なくとも一の微小レンズを透過する光量をＮＤフィルタや遮光部材からなる光量調整部により制御している。１８はホルダーであり、コンソール（不図示）からの指令信号に基づいて、照明モードの変更と共に複数種ある光量制御手段１７のうちの一つを選択してオプティカルインテグレータ６の入射面６ａに移動させ、被照明面１０上の照度分布及び２次光源分布を調整している。
【００３０】
絞り７は２次光源の形状を決定する。絞り７は照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１６によって種々の絞り７ａ、７ｂが光路中に位置するように切り替え可能となっている。絞り７としては、例えば、図９（ａ）に示すように、通常の円形開口の絞り、後述する投影レンズ１３の瞳面１４上の光強度分布を変化させる図９（ｂ）に示す輪帯照明用絞り、図９（ｃ）に示す４重極照明用絞り、図９（ｄ）に示す小σ値照明用絞り等の１つから構成される。ここで、図９は、絞り７に適用可能な様々な絞りの平面図であり、黒い部分は遮光部で白い部分は開口部である。
【００３１】
本実施形態は複数の種類の絞り７を使用することにより、集光レンズ８に入射する光束を変化させて投影光学系１３の瞳面１４上の光強度分布を適切に制御している。集光レンズ８はオプティカルインテグレータ６の射出面６ｂ近傍の２次光源から射出し、絞り７を透過した複数の光束を集光し、ミラー９で反射させて被照斜面としてのマスキングブレード１０面を均一にケーラー照明によって照明する。
【００３２】
マスキングブレード１０は複数の可動遮光板より構成され、任意の開口形状、例えば、投影光学系１３がレンズタイプの場合はほぼ矩形の開口を、オフナータイプの反射ミラー系の場合は円弧状の開口を有している。マスキングブレード１０の開口部を透過した光束を被照明面としてのマスク１２の照明光として使用する。マスキングブレード１０は開口幅を自動可変な絞りであり、後述するプレート１５の（開口スリットの）転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置１００は、プレート１５の（１ショットのスキャン露光領域としての）転写領域の横方向を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク１２面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。これにより露光装置１は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００３３】
結像レンズ１１は、マスキングブレード１０の開口形状を被照斜面としてのレチクル１２面に転写し、レチクル１２面上の回路パターンをウエハーチャックに載置したプレート（本実施形態ではウエハ）１５面上に縮小投影する。
【００３４】
本実施形態の照明光学系では、発光部１ａと第２焦点４とオプティカルインテグレータ６の入射面６ａとマスキングブレード１０とレチクル１２とプレート１５面とが共役関係である。また、絞り７と投影光学系１８の瞳面１４とが略共役関係となっている。
【００３５】
なお、本実施形態では、本出願人が特開平５−４７６５６号公報や特開平５−４７６４０公報で提案しているように、レチクル面１２面上のパターン形状に応じて開口形状の異なった絞り７を選択し、投影光学系１８の瞳面１４に形成される光強度分布を種々と変えている。
【００３６】
以下、光量制御手段１７の光学的作用について説明する。
【００３７】
図２（Ａ）は光量制御手段１７の光量調整部としてＮＤフィルター（又は遮光部材）を用いた光学フィルターの光入射側から見た概略平面図であり、図２（Ｂ）は光量制御手段（光学フィルター）１７とオプティカルインテグレータ６の位置関係を示す要部側面図である。
【００３８】
図２（Ａ）の光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズ６ｃ（同図では点線で示す６９個の微小レンズ）に各々対応していて、複数の領域の透過光量が調整できる光量調整部を有している。図２（Ａ）ではオプティカルインテグレータ６の微小レンズのうち１３個の微小レンズに対応して、入射光量を減少させる円形状のＮＤフィルター３１による１３個の光量調整部２１を示している。
【００３９】
本実施形態のＮＤフィルターや遮光部材は一般にガラス基板面上にＣｒ等の金属膜や誘導体多層膜を蒸着したり、または基板そのものに色素を混ぜたりして所望の透過率が得られるように構成している。なお、ＮＤフィルターと同様の光学的性質を有するものであれば、他の光学部材を用いても良い。
【００４０】
図２（Ｂ）において、６ｃはオプティカルインテグレータ６を構成する複数の微小レンズである。微小レンズ６ｃの光入射側のレンズ面６ｂの前側焦点は光入射側のレンズ面６ａの位置にある。このため、光学系５で微小レンズ６ｃのレンズ面６ａに集光した光束はレンズ面６ｂより平行光束として射出している。そしてレンズ面６ｂから射出した平行光束は絞り７ａを介し、集光レンズ８で集光されミラー９で反射してマスキングブレード１０上に集光している。このようにしてオプティカルインテグレータ６の光入射面６ａとマスキングブレード１０とを共役関係になるようにしている。
【００４１】
本実施形態において、被照射面に形成される照度分布は、理想的には各微小レンズ６ｃの入射面での照度分布を重ね合わせたものであり、光軸対称な系であれば照度ムラは発生しない。しかしながら実際には、オプティカルインテグレータ６の正弦条件不満足量により周辺の照度が低くなり、レンズ系のフレアー、偏心、レンズのコーティング特性などにより、被照斜面１０に照度ムラが生じてくる。図３（Ａ）はプレート１５面上での照度ムラの一例である。
【００４２】
更に、図４（Ａ）はこのとき計測された２次光源分布をオプティカルインテグレータ６の微小レンズ６ｃ単位毎に当てはめたときの数値である。ここで計測された２次光源分布は図４（Ａ）に示されたように、光軸に対して非対称な分布となっている。
【００４３】
次に、本実施形態における基本的な照度ムラ補正および２次光源分布の非対称性を補正する方法として、光学フィルター１７の構成について述べる。
【００４４】
光学フィルター１７は、オプティカルインテグレータを構成する微小レンズ群の内少なくとも１つの微小レンズにおいて、被照射面と共役な入射面６ａの一部の光量を調整している。今、図４（Ａ）において２次光源分布の計測結果は中心値を１００として正規化してあり、それぞれの計測値はオプティカルインテグレータの各々の微小レンズに対応している。光量調整部にあたる計測値の和をｎ、透過率をＴ、オプティカルインテグレータを構成する全ての微小レンズの計測値の和をＮとする（本例はＮ＝４６９３）。このとき光量制御手段の光量調整部の形状部分は（１−Ｔ）・ｎの光が被照斜面に到達しなくなる。よって被照斜面では、そのＮＤフィルターの形状に略対応領域において、
ｎ・（１−Ｔ）／Ｎ
という微小量の照度を低下させていることになる。
【００４５】
ここで光学フィルター１７はオプティカルインテグレータ６の入射面から所定間隔Ｄの位置に配置されており、Ｄが大きくなるに従ってＮＤフィルターによる照度低下部分とそうでない部分との境界が不鮮明になり、被照射面上（プレート１５）での照度分布変化の断面は矩形ではなく、図３（Ｃ）の斜線部でしめしたようななだらかな形状で照度低下を起こす。このようにＮＤフィルターの透過率調整部の形状、大きさ、透過率、距離Ｄを適切に決めることによって、被照斜面全域に渡って照度分布を均一にすることができる。
【００４６】
このとき、２次光源分布は以下のように変化する。即ち、各オプティカルインテグレータ６の微小レンズ入射面側の照度分布は各微小レンズにおいて均一だと仮定する。ここで、微小レンズの入射面全域の面積をＳａｌｌとし、光量調整部の面積をＳｓｕｂとすると、光量調整を行った微小レンズ６ｃを透過する光量は、（１−Ｔ）・（Ｓｓｕｂ／Ｓａｌｌ）だけ光強度が弱まることになる。これにより、２次光源分布図４（Ａ）が光軸に対して点対称になるように光量調整部とＮＤフィルターの透過率を選択すればよい。
【００４７】
以下のように光学フィルター１７を構成することによって、被照斜面における照度ムラ補正と２次光源分布の非対称性の補正が同時に行うことができる。
【００４８】
これを本例に当てはめれば、例えば図３（Ａ）において軸上と周辺部での照度分布差が４．７％、オプティカルインテグレータ６を構成する微小レンズの数は図２（Ａ）のごとく６９個とする。このとき照度ムラおよび２次光源分布の非対称性を補正する為に光量調整部２１に透過光量を８０％に減少させる円形状のＮＤフィルター３１を図３（Ｂ）（または図４（Ｂ））のように４個設けている。また、微小レンズを□１０ｍｍ×１０ｍｍ、このＮＤフィルター径をφ８．０ｍｍとする。
【００４９】
円形状部を透過した光束の強度は低下し、理想的には透過率調整部と共役な面上で２７７・（１−８０／１００）／４６９３≒４．７（％）の照度低下が起こるため、軸上と周辺部での照度分布差を補正することができる。
【００５０】
このときＮＤフィルターにより２次光源分布は光量制御する各微小レンズにおいて、（１−８０／１００）・（４．０・４．０・π／１０・１０）＝１０（％）だけ分布を低下させる。これにより、２次光源分布は図４（Ｃ）のようになり、光軸に対してほぼ対称な２次光源分布が達成される。
【００５１】
以上のように、照度ムラ及び２次光源の非対称性を各照明モードで最適に補正するＮＤフィルターを構成し、これを照明モード毎に切り替えることによって、各照明モードで照度ムラ及び２次光源の非対称性を補正することができる。ＮＤフィルターの構成にあたっては、装置組立後、各照明モードで照度ムラ及び２次光源の非対称性を測定器（図不示）で測定し、その結果から最適なＮＤフィルターを装置に構成しても良いし、事前にシミュレーションや光学部品の透過率・反射率等の測定結果から、装置で発生する照度ムラや２次光源分布の非対称性を予測しておき、それを最適に補正するＮＤフィルターを複数構成し、照度ムラおよび有効光源を測定器（図不示）で測定した結果によって、最も適したＮＤフィルターを選択するようにしても良い。
【００５２】
次に、ＮＤフィルターの形状について説明する。ＮＤフィルターの形状は、照度分布の補正形状に応じて様々な形状が考えられる。図５に、これらの例を図２（Ａ）と同様に示す。図５（Ａ）は、ＮＤフィルターの中心に円形の光量調整部が形成されている。この形状は被照射面の中心部ホットスポットを修正するのに適している。図５（Ｂ）は、ＮＤフィルター１７に輪帯の光量調整部が形成されており、被照射面が輪帯形状に照度が高くなっている場合の補正に有効である。図５（Ｃ）は、微小レンズの大きさに合わせた四角形に穴のあいたような形状の光量調整部が形成されており、被照射面での周辺部の照度が高い場合に有効である。図５（Ｄ）は、正方形領域のうち対角線上の２つの隅に光量調整部が形成されており、非対称な照度ムラを補正する場合のフィルターの形状を示している。このように、照度ムラの形状に合わせて光量調整部の形状を最適化すれば被照射面上で均一な照度を得ることができる。
【００５３】
また、照度分布の形状、量が異なる複数の照度不均一部分が被照射面に分布している場合は、各々の透過率調整部の形状が異なったり、透過率が異なったりすることがあり得る。図６に示すのは、図５（Ａ）及び図５（Ｄ）の透過率調整部を組み合わせた光学フィルター１７とそれにより補正される照度分布の２次元表示の一例である。
【００５４】
本実施形態では、照明条件毎にＮＤフィルター１７を交換機構によって切り替えているので照明モード毎に最適なＮＤフィルターを使用することによって各照明条件に対して照度ムラ及び２次光源分布の非対称性を最適に補正することができる。
【００５５】
マスク１２は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク１２から発せられた回折光は投影光学系１３を通りプレート１５上に投影される。プレート１５は、被露光体でありレジストが塗布されている。マスク１２とプレート１５とは光学的に共役の関係に配置される。
【００５６】
露光装置１００がステップアンドスキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であれば、マスク１２とプレート１５を走査することによりマスク１２のパターンをプレート１５上に転写する。また、露光装置１００が、ステップアンドリピート方式の露光装置（即ち、ステッパー）であれば、マスク１２とプレート１５とを静止させた状態で露光を行う。
【００５７】
図示しないマスクステージは、マスク１２を支持して図示しない移動機構に接続される。マスクステージ及び投影光学系１３は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、光軸と直交する方向にマスクステージを駆動することでマスク１２を移動することができる。露光装置１００は、マスク１２とプレート１５を図示しない制御装置によって同期した状態で走査する。
【００５８】
投影光学系１３は、マスク１２に形成されたパターンを経た光束をプレート１５上に結像する。投影光学系１３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する反射屈折光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。投影光学系１３の瞳面１４は有効光源形状を規定する。
【００５９】
プレート１５は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート１５にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００６０】
プレート１５は図示しないウェハステージに支持される。ウェハステージは、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプレート１５を移動する。マスク１２とプレート１５は、例えば、同期して走査され、マスクステージとウェハステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。
【００６１】
以下、露光装置１の露光動作について説明する。露光において、光源１から発せられた光は、楕円ミラー２及びコールドミラー３によって第２焦点４で結像して光学系５に入射する。予め、被照明面としてのマスク１２面を照明するのに適した絞り７が絞り交換機構１６によって選択され、当該絞り７に対応した光量制御手段１７がホルダー１８によって選択されている。
【００６２】
光学系５を経た光は、光量制御手段１７によって光量制御された後にオプティカルインテグレータ６に入射し、絞り７、集光レンズ８、ミラー９、マスキングブレード１０、結像レンズ１１を経てマスク１２面を照明する。マスク１２を通過した光束は投影光学系１３の結像作用によって、プレート１５上に所定倍率で縮小投影される。プレート１５上の露光光束の角度分布（即ち、有効光源分布）はほぼ均一になる。
【００６３】
本実施形態の露光装置１００は、光量制御手段１７及び対応する絞り７を使用してマスキングブレード１０及びマスク１２を照明する際に照度ムラが最小になり、２次光源分布を対称にするように予め光量制御手段１７を設定している。絞り７を変更すればそれに応じて光量制御手段１７も変更される。このため、本実施形態は、照明モードを変更した際に生じる照度ムラを最小にできると共に、２次光源分布及び有効光源分布を均一にし、レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６４】
次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法を説明する。図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では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。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。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ェ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、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００６５】
図８は、ステップ４のウェ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）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。
【００６６】
ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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。
【００６７】
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上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によれば有効光源分布の均一化を図れるので従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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。
【００６９】
本実施形態によれば、オプティカルインテグレータ６を使用した投影露光装置１００において照度均一性及び２次光源分布の対称に優れた照明が可能になり、更に照明モードを変更しても最適な照明条件を維持しえる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、照明条件（又は照明モード）を変更した際に生じる照度ムラを最小にすると共に２次光源分布を対象に補正してマスクパターンをウェハ面に高い解像力で投影することができる照明装置、当該照明装置を有する露光装置及びデバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の露光装置の単純化された光路図である。
【図２】図１に示す光量制御手段とオプティカルインテグレータとの関係を示す概略平面図及び側面図である。
【図３】本実施形態による被照明面での照度分布の変化特性例を説明するための図である。
【図４】図１に示すオプティカルインテグレータの各微小レンズに対応した２次光源分布を示す図である。
【図５】ＮＤフィルタの種々の例を示す図である。
【図６】図５に示すＮＤフィルタの組み合わせの一例とその補正形状を示す図である。
【図７】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図９】図１に示す絞りに適用可能な様々な例を示す平面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　水銀ランプ（光源）
２　　　　　　　楕円ミラー
３　　　　　　　コールドミラー
４　　　　　　　楕円ミラーの第２焦点
５　　　　　　　ズームレンズ
６　　　　　　　オプティカルインテグレータ
７　　　　　　　絞り
８　　　　　　　レンズ
９　　　　　　　ミラー
１０　　　　　　マスキングブレード
１１　　　　　　レンズ
１２　　　　　　マスク又はレチクル
１３　　　　　　投影光学系（投影レンズ）
１４　　　　　　投影レンズの瞳面
１５　　　　　　プレート
１６　　　　　　絞り交換機構
１７　　　　　　光量制御手段
１８　　　　　　光学フィルタ交換機構
２１　　　　　　光量調整部
３１　　　　　　ＮＤフィルタ
１００　　　　　露光装置
１１０　　　　　照明装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination device that illuminates a surface to be illuminated using light from a light source, and more particularly to a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, an imaging element (such as a CCD) or a thin-film magnetic head. The present invention relates to an exposure apparatus for illuminating a mask or a reticle on which a pattern is drawn (the terms are used interchangeably in the present application).
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for miniaturization of semiconductor elements has been increasing more and more, and the minimum line width of line and space has fallen below 0.15 μm and is approaching 0.10 μm. In order to achieve miniaturization, in addition to shortening the wavelength of the exposure light and increasing the NA of the projection lens, an effective light source that is uniform in the illuminance for illuminating the mask and the angular distribution of the exposure light for illuminating the mask and wafer Uniform distribution is also important.
[0003]
As an optical system for uniformly illuminating the mask with uniform illuminance and uniforming the effective light source distribution, for example, a collimator lens and an optical integrator composed of a plurality of microlenses (or a fly-eye lens) are combined, There is a method of uniformly illuminating the illuminated surface. By arranging such optical integrators symmetrically with respect to the optical axis, secondary light sources corresponding to the number of microlenses can be formed, and the illuminated surface can be illuminated in a superimposed manner from a plurality of directions. . Generally, the illuminance non-uniformity S as a value indicating the illuminance non-uniformity on the illuminated surface is represented by the following equation, with the maximum illuminance value on the illuminated surface being Smax and the minimum value being Smin.
[0004]
(Equation 1)

[0005]
The illuminance unevenness S is kept within an allowable range, and a secondary light source symmetrical with respect to the optical axis is formed.
[0006]
In order to increase the resolution, a super-resolution technique called oblique incidence illumination or a phase shift mask has been proposed. In such an illumination method, the σ value is reduced by changing the aperture stop of the illumination optical system, or a secondary light source having a special shape such as an annular shape or a quadrupole shape is formed. . Further, a method of switching an illumination mode between one or a plurality of illuminations using standard illumination and super-resolution technology according to a surface to be illuminated has been proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the recent high integration of VLSI, the uniformity of illuminance required for printing a circuit pattern has become extremely high of about ± 1%, and the combination of a collimator lens and an optical integrator alone is insufficient. It has become.
[0008]
Further, when a plurality of illumination modes are switched, even if the illumination optical system is adjusted so that the illuminance unevenness S is minimized with respect to a certain illumination mode (for example, an illumination mode corresponding to standard illumination), another illumination mode (eg, an illumination mode) is adjusted. For example, in the case of oblique incidence illumination or an illumination mode corresponding to a small σ value), the illuminance unevenness S is not always minimized. This is because, when the illumination mode is switched in the projection exposure apparatus, the optical path is different, and the effect of the antireflection film used for the optical element is reduced by the angle of the light beam, reflection unevenness occurs due to reflection by the mirror, and the optical system This is because the influence of eccentricity or flare caused by reflection generated between the wafer surface, the reticle surface, the projection optical system, and the illumination optical system increases, and the illuminance unevenness increases on the illumination target surface. Conventionally, it has been difficult to correct such illuminance unevenness when switching the illumination mode.
[0009]
Also, the distribution of the secondary light source (or effective light source) is distorted and asymmetrical due to the uneven reflection at the return by the mirror and the influence of the eccentricity of the optical system, and in a circuit pattern existing in various directions such as vertical, horizontal and oblique directions. There is also a problem that the resolution performance differs depending on the pattern direction.
[0010]
Accordingly, it is an exemplary object of the present invention to provide a new and useful illumination device that solves these problems, an exposure apparatus having the illumination device, and a device manufacturing method.
[0011]
More specifically, it is possible to minimize the illuminance unevenness that occurs when the illumination condition (or the illumination mode) is changed, correct the secondary light source distribution, and project the mask pattern onto the wafer surface with high resolution. It is an exemplary object of the present invention to provide a lighting apparatus, an exposure apparatus having the lighting apparatus, and a device manufacturing method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, an illumination apparatus according to one aspect of the present invention includes an optical integrator including a plurality of microlenses for uniformly illuminating a surface to be illuminated, and at least one microlens forming the optical integrator. Light control means for controlling the amount of light incident on the optical integrator so that the secondary light source distribution for illuminating the illuminated surface is substantially line-symmetric with respect to the optical axis. It is characterized in that the amount of light incident on the minute lens is controlled independently for each minute lens. Such a lighting device can make uniform the illuminance on the surface to be illuminated by utilizing the light amount control means. Further, such a lighting device can control the secondary light source distribution for illuminating the illuminated surface using the light amount control means. If necessary, the illumination device further includes another optical integrator, the illuminated surface is an entrance surface of the another optical integrator, and a secondary light source formed on an exit surface of the another optical integrator. May be used to illuminate another illuminated surface substantially uniformly. The present invention is suitable for such a double integrator configuration and also for a triple integrator configuration.
[0013]
The light amount control means has, for example, an ND filter and a light shielding unit. In addition, the light amount control unit may include a plurality of light amount adjustment units having different transmittances, and the lighting device may further include a switching unit that switches the plurality of light amount adjustment units. Such an illuminating device can reduce the unevenness of the illuminance on the surface to be illuminated by changing the type of the light amount adjusting unit of the light amount control means according to the illumination condition (for example, coherence factor σ).
[0014]
The apparatus further includes a plurality of secondary light source forming units that illuminate the illuminated surface with secondary light sources having different shapes, and a second switching unit that switches the plurality of secondary light source forming units, wherein the first switching unit The light amount adjusting units are switched in synchronization with the second switching unit, and each light amount adjusting unit reduces illuminance unevenness on the illuminated surface when a secondary light source formed by a corresponding secondary light source forming unit is used. It may be adjusted as follows. Thereby, it is possible to reduce the illuminance unevenness of the illuminated surface according to the secondary light source (for example, an annular zone or a quadrupole) formed by the secondary light source forming unit.
[0015]
An exposure apparatus as another aspect of the present invention includes the above-described illumination apparatus and a projection optical system that projects a pattern formed on a reticle or a mask onto an object to be exposed. This exposure apparatus can also make the effective light source distribution of the reticle or mask and the object to be exposed (for example, a wafer) as the illuminated surface or another illuminated surface similar to the above-described illumination device.
[0016]
A device manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a step of projecting and exposing the object to be exposed using the above-described exposure apparatus, and a step of performing a predetermined process on the object to be exposed and projected. Have. The claims of the device manufacturing method having the same operation as that of the above-described exposure apparatus extend to the device itself as an intermediate and final product. Such devices include, for example, semiconductor chips such as LSI and VLSI, CCDs, LCDs, magnetic sensors, thin-film magnetic heads, and the like.
[0017]
Other objects and further features of the present invention will become apparent from preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an exposure apparatus 100 and an illumination apparatus 100 according to one aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing a simplified optical path of the exposure apparatus 100. The exposure apparatus 1 includes an illumination device 110, a reticle 12, a projection optical system 13, and a plate 15. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a simplified optical path of an example of the illumination device 100.
[0019]
The exposure apparatus 1 of the present embodiment is a projection exposure apparatus that exposes a circuit pattern formed on a mask 12 to a plate 15 by a step-and-scan method, but the present invention applies a step-and-repeat method or another exposure method. Can be. Here, in the step-and-scan method, the plate 15 is continuously scanned with respect to the mask to expose the mask pattern to the plate. The exposure method moves to The step-and-repeat method is an exposure method in which the plate is step-moved every time one shot of the plate is exposed, and the next shot is moved to an exposure area.
[0020]
The illuminating device 110 illuminates the reticle 12 on which the transfer circuit pattern is formed without unevenness in illuminance and uniformly with the effective light source distribution, and includes a light source unit and an illumination optical system. The light source section has a light source 1, an elliptical mirror 2, and a cold mirror 3.
[0021]
In the present embodiment, the light source 1 is an arc tube composed of a mercury lamp or a xenon lamp for g-line (wavelength: about 436 nm) or i-line (wavelength: about 365 nm), and emits high-luminance light that emits ultraviolet rays, far ultraviolet rays, and the like. It has a portion 1a. The light emitting unit 1 a is arranged near the first focal point of the elliptical mirror 2 and forms an image at the second focal point 4. The cold mirror 3 is composed of a multilayer film and transmits most infrared light and reflects most ultraviolet light. The elliptical mirror 2 forms a light emitting portion image (light source image) 1b of the light emitting portion 1a near the second focal point 4 via the cold mirror 3.
[0022]
The present invention relates to an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of about 248 nm, and an Fr excimer laser having a wavelength of about 157 nm. ₂ A laser light source such as an excimer laser or a YAG laser may be used, and the number of lasers is not limited. When a laser is used, an optical integrator, which will be described later, uses a shaping optical system that shapes the beam shape to a desired one by converting the aspect ratio of the cross-sectional shape of the parallel light from the laser light source to a desired value. It is preferable to form a light beam having a size and a divergence angle necessary for illuminating the light source 6. Further, it is preferable to use an incoherent optical system for incohering a coherent laser beam.
[0023]
The illumination optical system illuminates the mask 12 and includes an optical system 5, an optical integrator 6, a stop 7, a condenser lens 8, a mirror 9, an imaging lens 11, and a light amount control unit 17.
[0024]
The optical system 5 includes a condenser lens, a collimator lens, a zoom lens, and the like. The optical system 5 forms a light emitting unit image 1b formed in the vicinity of the second focal point 4 on an incident surface 6a of an optical integrator 6 via a light amount control unit 17. ing.
[0025]
The optical integrator 6 is configured by arranging a plurality of microlenses 6c having a square cross section two-dimensionally at a predetermined pitch, and forms a secondary light source near the exit surface 6b. The optical integrator 6 converts the angle distribution of the incident light into a position distribution and emits the light, and the incident surface 6a and the emission surface 6b have a Fourier transform relationship (in this specification, the relationship of the Fourier transform means Optically, the relationship between a pupil plane and an object plane (or an image plane), and an object plane (or an image plane) and a pupil plane).
[0026]
In this embodiment, the optical integrator 6 is a fly-eye lens configured by combining a large number of rod lenses (that is, minute lens elements) in this embodiment, but the optical integrator to which the present invention can be used is limited to such a shape. However, for example, a plurality of sets of cylindrical lens array plates in which each set is arranged orthogonally may be used. Also, a fly-eye lens in which the rod lens has three or more refracting surfaces may be used.
[0027]
Here, the cylindrical lens array plate is formed by stacking two sets of cylindrical lens array (or lenticular lens) plates. The first and fourth sets of cylindrical lens array plates each have a focal length f1, and the second and third sets of cylindrical lens array plates have a focal length f2 different from f1. The same set of cylindrical lens array plates are arranged at the focal position of the other party. The two sets of cylindrical lens array plates are arranged at right angles to produce light beams having different F numbers (ie, focal length of lens / effective aperture) in the orthogonal direction. Needless to say, the number of sets is not limited to two.
[0028]
If necessary, another fly-eye lens may be provided to uniformly illuminate the optical integrator 6.
[0029]
The light amount control means 17 is switchable in accordance with a change of a secondary light source, which will be described later, and is arranged near the incident surface 6a of the optical integrator 6. The light amount control unit 17 controls the amount of light transmitted through at least one of the plurality of minute lenses of the optical integrator 6 by a light amount adjustment unit including an ND filter and a light shielding member. Reference numeral 18 denotes a holder which, based on a command signal from a console (not shown), changes the illumination mode and selects one of a plurality of types of light amount control means 17 to move it to the incident surface 6a of the optical integrator 6. , The illuminance distribution on the illuminated surface 10 and the secondary light source distribution are adjusted.
[0030]
The aperture 7 determines the shape of the secondary light source. The aperture 7 can be switched by an aperture exchange mechanism (actuator) 16 so that various apertures 7a and 7b are located in the optical path according to the illumination conditions. As the stop 7, for example, as shown in FIG. 9A, an ordinary circular aperture stop, and an annular zone shown in FIG. 9B for changing the light intensity distribution on a pupil plane 14 of the projection lens 13 described later. It comprises one of an illumination diaphragm, a quadrupole illumination diaphragm shown in FIG. 9C, and a small σ-value illumination diaphragm shown in FIG. 9D. Here, FIG. 9 is a plan view of various diaphragms applicable to the diaphragm 7, in which a black part is a light-shielding part and a white part is an opening.
[0031]
In the present embodiment, the light intensity distribution on the pupil plane 14 of the projection optical system 13 is appropriately controlled by changing the light flux incident on the condenser lens 8 by using a plurality of types of stops 7. The condensing lens 8 converges a plurality of light beams emitted from a secondary light source near the exit surface 6b of the optical integrator 6 and transmitted through the stop 7 and reflected by the mirror 9 so that the surface of the masking blade 10 as an illuminated inclined surface is reflected. Illuminate uniformly with Koehler illumination.
[0032]
The masking blade 10 is composed of a plurality of movable light shielding plates, and has an arbitrary opening shape, for example, a substantially rectangular opening when the projection optical system 13 is a lens type, and an arc-shaped opening when an Offner type reflection mirror system. have. The light beam transmitted through the opening of the masking blade 10 is used as illumination light of the mask 12 as a surface to be illuminated. The masking blade 10 is an aperture whose opening width can be automatically changed, and makes it possible to change a transfer area (of an opening slit) of a plate 15 described later in the vertical direction. In addition, the exposure apparatus 100 may further include a scan blade having a structure similar to the above-described masking blade, which enables a lateral direction of a transfer area (as a one-shot scan exposure area) of the plate 15 to be changed. The scan blade is also an aperture whose aperture width can be automatically varied, and is provided at a position optically substantially conjugate with the mask 12 surface. Thus, the exposure apparatus 1 can set the size of the transfer area according to the size of the shot to be exposed by using these two variable blades.
[0033]
The imaging lens 11 transfers the shape of the opening of the masking blade 10 to the reticle 12 surface as an illuminated slope, and the circuit pattern on the reticle 12 surface is placed on a plate (wafer in this embodiment) 15 on a wafer chuck. To reduce projection.
[0034]
In the illumination optical system of the present embodiment, the light emitting unit 1a, the second focal point 4, the incident surface 6a of the optical integrator 6, the masking blade 10, the reticle 12, and the plate 15 have a conjugate relationship. Further, the stop 7 and the pupil plane 14 of the projection optical system 18 have a substantially conjugate relationship.
[0035]
In the present embodiment, as proposed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-47656 and Hei 5-47640, diaphragms having different aperture shapes according to the pattern shape on the reticle surface 12 surface. 7, the light intensity distribution formed on the pupil plane 14 of the projection optical system 18 is variously changed.
[0036]
Hereinafter, the optical operation of the light amount control unit 17 will be described.
[0037]
FIG. 2A is a schematic plan view of an optical filter using an ND filter (or a light blocking member) as a light amount adjustment unit of the light amount control unit 17 as viewed from the light incident side, and FIG. FIG. 4 is a side view of a main part showing a positional relationship between an optical filter 17 and the optical integrator 6.
[0038]
The optical filter 17 in FIG. 2A corresponds to each of a plurality of microlenses 6c (69 microlenses indicated by dotted lines in FIG. 2) constituting the optical integrator 6, and the amount of transmitted light in a plurality of regions can be adjusted. It has a light amount adjustment unit. FIG. 2A shows thirteen light quantity adjustment units 21 by a circular ND filter 31 for reducing the incident light quantity, corresponding to thirteen of the micro lenses of the optical integrator 6.
[0039]
The ND filter and the light shielding member of the present embodiment are generally configured so that a desired transmittance can be obtained by depositing a metal film such as Cr or a derivative multilayer film on a glass substrate surface, or mixing a dye into the substrate itself. are doing. Note that another optical member may be used as long as it has the same optical properties as the ND filter.
[0040]
In FIG. 2B, reference numeral 6c denotes a plurality of micro lenses constituting the optical integrator 6. The front focal point of the lens surface 6b on the light incident side of the micro lens 6c is located at the position of the lens surface 6a on the light incident side. For this reason, the light beam condensed on the lens surface 6a of the minute lens 6c by the optical system 5 is emitted as a parallel light beam from the lens surface 6b. The parallel light beam emitted from the lens surface 6b is condensed by a condenser lens 8 via a stop 7a, reflected by a mirror 9, and condensed on a masking blade 10. In this way, the light incident surface 6a of the optical integrator 6 and the masking blade 10 have a conjugate relationship.
[0041]
In the present embodiment, the illuminance distribution formed on the surface to be illuminated is ideally a superposition of the illuminance distributions on the entrance surfaces of the respective microlenses 6c. Does not occur. However, in practice, the illuminance at the periphery is lowered due to the unsatisfied amount of the sine condition of the optical integrator 6, and the illuminance unevenness occurs on the illuminated slope 10 due to flare, eccentricity, and coating characteristics of the lens system. FIG. 3A shows an example of uneven illuminance on the surface of the plate 15.
[0042]
Further, FIG. 4A is a numerical value when the secondary light source distribution measured at this time is applied to each microlens 6c unit of the optical integrator 6. The secondary light source distribution measured here is an asymmetric distribution with respect to the optical axis, as shown in FIG.
[0043]
Next, the configuration of the optical filter 17 will be described as a method of correcting uneven illuminance and correcting the asymmetry of the secondary light source distribution in the present embodiment.
[0044]
The optical filter 17 adjusts the light amount of a part of the incident surface 6a conjugate with the irradiated surface in at least one of the microlenses constituting the optical integrator. Now, in FIG. 4A, the measurement result of the secondary light source distribution is normalized with the center value as 100, and each measurement value corresponds to each microlens of the optical integrator. It is assumed that the sum of the measured values corresponding to the light amount adjustment unit is n, the transmittance is T, and the sum of the measured values of all the micro lenses constituting the optical integrator is N (N = 4693 in this example). At this time, in the shape portion of the light amount adjusting section of the light amount control means, the light of (1-T) · n does not reach the illuminated slope. Therefore, on the illuminated slope, in a region substantially corresponding to the shape of the ND filter,
n · (1-T) / N
That is, the minute amount of illuminance is reduced.
[0045]
Here, the optical filter 17 is arranged at a position of a predetermined distance D from the incident surface of the optical integrator 6, and as D increases, the boundary between the illuminance-reduced portion due to the ND filter and the other portion becomes unclear, and The cross section of the change in the illuminance distribution on the upper side (plate 15) is not rectangular, but causes a decrease in illuminance in a gentle shape as indicated by the hatched portion in FIG. By appropriately determining the shape, size, transmittance, and distance D of the transmittance adjusting unit of the ND filter in this manner, the illuminance distribution can be made uniform over the entire slope to be illuminated.
[0046]
At this time, the secondary light source distribution changes as follows. That is, it is assumed that the illuminance distribution of each optical integrator 6 on the microlens incident surface side is uniform in each microlens. Here, assuming that the area of the entire incident surface of the microlens is Sall and the area of the light amount adjustment unit is Ssub, the amount of light transmitted through the microlens 6c whose light amount has been adjusted is (1-T) · (Ssub / Sall). Only the light intensity will be weakened. Thus, the transmittance of the light amount adjustment unit and the ND filter may be selected so that the secondary light source distribution diagram 4A is point-symmetric with respect to the optical axis.
[0047]
By configuring the optical filter 17 as described below, it is possible to simultaneously perform the correction of the illuminance unevenness on the illuminated slope and the correction of the asymmetry of the secondary light source distribution.
[0048]
If this is applied to this example, for example, in FIG. 3A, the illuminance distribution difference between the on-axis and peripheral portions is 4.7%, and the number of microlenses forming the optical integrator 6 is as shown in FIG. It is assumed to be 69 pieces. At this time, in order to correct the illuminance unevenness and the asymmetry of the secondary light source distribution, a circular ND filter 31 for reducing the transmitted light amount to 80% is provided to the light amount adjustment unit 21 as shown in FIG. 3 (B) (or FIG. 4 (B)). Are provided as shown in FIG. The microlens is □ 10 mm × 10 mm, and the diameter of the ND filter is φ8.0 mm.
[0049]
The intensity of the luminous flux transmitted through the circular portion is reduced, and ideally, the illuminance is reduced by 277 · (1-80 / 100) /4693≒4.7 (%) on a plane conjugate with the transmittance adjuster. Therefore, it is possible to correct the difference in the illuminance distribution between the on-axis and peripheral portions.
[0050]
At this time, the distribution of the secondary light source is reduced by (1−80 / 100) · (4.0 · 4.0 · π / 10 · 10) = 10 (%) in each microlens whose light amount is controlled by the ND filter. Let it. Thereby, the secondary light source distribution is as shown in FIG. 4C, and a secondary light source distribution substantially symmetric with respect to the optical axis is achieved.
[0051]
As described above, the ND filter that optimally corrects the illuminance non-uniformity and the asymmetry of the secondary light source in each illumination mode is configured, and the ND filter is switched for each illumination mode. Asymmetry can be corrected. Regarding the configuration of the ND filter, after assembling the apparatus, the illuminance unevenness and the asymmetry of the secondary light source are measured by a measuring device (not shown) in each illumination mode, and based on the result, the optimal ND filter can be configured in the apparatus. It is good to predict illuminance unevenness and asymmetry of secondary light source distribution generated in the device from simulation and measurement results such as transmittance and reflectance of optical components in advance, and to provide an ND filter that optimally corrects it. A plurality of ND filters may be selected and the most suitable ND filter may be selected based on the result of measuring the illuminance unevenness and the effective light source with a measuring device (not shown).
[0052]
Next, the shape of the ND filter will be described. Various shapes of the ND filter can be considered according to the correction shape of the illuminance distribution. FIG. 5 shows these examples similarly to FIG. 2A. In FIG. 5A, a circular light amount adjusting section is formed at the center of the ND filter. This shape is suitable for correcting a central hot spot on the irradiated surface. FIG. 5B shows a case where the ND filter 17 is provided with an annular light amount adjusting section, which is effective for correction when the illuminance is high in an annular shape on the irradiated surface. FIG. 5C shows a case in which a light amount adjusting portion having a square shape and a hole corresponding to the size of a microlens is formed, and is effective when the illuminance at the peripheral portion on the surface to be irradiated is high. FIG. 5D shows the shape of a filter in which light amount adjustment sections are formed at two diagonal corners of a square area to correct asymmetric illuminance unevenness. As described above, by optimizing the shape of the light amount adjusting unit in accordance with the shape of the illuminance unevenness, uniform illuminance can be obtained on the irradiated surface.
[0053]
In the case where a plurality of non-uniform illuminance portions having different shapes and different amounts of illuminance distribution are distributed on the surface to be illuminated, the shape of each transmittance adjuster may be different or the transmittance may be different. . FIG. 6 shows an example of a two-dimensional display of the optical filter 17 in which the transmittance adjusters of FIGS. 5A and 5D are combined and the illuminance distribution corrected by the optical filter 17.
[0054]
In the present embodiment, since the ND filter 17 is switched by the exchange mechanism for each illumination condition, the use of the optimal ND filter for each illumination mode can reduce the illuminance unevenness and the asymmetry of the secondary light source distribution for each illumination condition. It can be optimally corrected.
[0055]
The mask 12 is made of, for example, quartz, on which a circuit pattern (or image) to be transferred is formed, and is supported and driven by a mask stage (not shown). Diffracted light emitted from the mask 12 is projected on a plate 15 through a projection optical system 13. The plate 15 is an object to be exposed and is coated with a resist. The mask 12 and the plate 15 are arranged in an optically conjugate relationship.
[0056]
If the exposure apparatus 100 is a step-and-scan exposure apparatus (that is, a scanner), the pattern of the mask 12 is transferred onto the plate 15 by scanning the mask 12 and the plate 15. If the exposure apparatus 100 is a step-and-repeat exposure apparatus (that is, a stepper), the exposure is performed with the mask 12 and the plate 15 stationary.
[0057]
The mask stage (not shown) supports the mask 12 and is connected to a moving mechanism (not shown). The mask stage and the projection optical system 13 are provided, for example, on a stage barrel base plate supported via a damper or the like on a base frame mounted on a floor or the like. Any configuration known in the art can be applied to the mask stage. A moving mechanism (not shown) is configured by a linear motor or the like, and can move the mask 12 by driving the mask stage in a direction orthogonal to the optical axis. The exposure apparatus 100 scans the mask 12 and the plate 15 in a synchronized state by a control device (not shown).
[0058]
The projection optical system 13 forms an image on the plate 15 of a light beam having passed through the pattern formed on the mask 12. The projection optical system 13 includes an optical system including only a plurality of lens elements, a catadioptric optical system including a plurality of lens elements and at least one concave mirror (a catadioptric optical system), a plurality of lens elements and at least one An optical system having a diffractive optical element such as a kinoform, an all-mirror optical system, or the like can be used. When chromatic aberration needs to be corrected, a plurality of lens elements made of glass materials having different dispersion values (Abbe values) from each other may be used, or the diffractive optical element may be configured to cause dispersion in a direction opposite to that of the lens element. I do. The pupil plane 14 of the projection optical system 13 defines an effective light source shape.
[0059]
The plate 15 is a wafer in the present embodiment, but widely includes a liquid crystal substrate and other objects to be processed. The plate 15 is coated with a photoresist. The photoresist application step includes a pretreatment, an adhesion improver application process, a photoresist application process, and a pre-bake process. Pretreatment includes washing, drying and the like. The adhesion improver application treatment is a surface modification treatment (that is, a hydrophobic treatment by applying a surfactant) for increasing the adhesion between the photoresist and the base, and the organic film such as HMDS (Hexamethyl-disilazane) is treated. Coat or steam. Prebaking is a baking (firing) step, but is softer than that after development, and removes the solvent.
[0060]
The plate 15 is supported on a wafer stage (not shown). Since any configuration known in the art can be applied to the wafer stage, a detailed description of its structure and operation is omitted here. For example, the wafer stage moves the plate 15 in a direction orthogonal to the optical axis using a linear motor. The mask 12 and the plate 15 are scanned synchronously, for example, and the positions of the mask stage and the wafer stage are monitored by, for example, a laser interferometer, and both are driven at a constant speed ratio. The wafer stage is provided on a stage base supported on a floor or the like via a damper, for example.
[0061]
Hereinafter, the exposure operation of the exposure apparatus 1 will be described. In the exposure, light emitted from the light source 1 forms an image at the second focal point 4 by the elliptical mirror 2 and the cold mirror 3 and enters the optical system 5. A stop 7 suitable for illuminating the mask 12 surface as an illuminated surface is selected in advance by a stop replacement mechanism 16, and a light amount control unit 17 corresponding to the stop 7 is selected by a holder 18.
[0062]
The light having passed through the optical system 5 is subjected to a light amount control by a light amount control unit 17 and then enters an optical integrator 6. Light up. The light beam that has passed through the mask 12 is reduced and projected at a predetermined magnification on the plate 15 by the image forming action of the projection optical system 13. The angular distribution of the exposure light beam on the plate 15 (that is, the effective light source distribution) becomes substantially uniform.
[0063]
The exposure apparatus 100 of the present embodiment minimizes illuminance unevenness when illuminating the masking blade 10 and the mask 12 using the light amount control means 17 and the corresponding aperture 7, and makes the secondary light source distribution symmetric. The light amount control means 17 is set in advance. If the aperture 7 is changed, the light amount control means 17 is changed accordingly. For this reason, the present embodiment can minimize the illuminance unevenness that occurs when the illumination mode is changed, make the secondary light source distribution and the effective light source distribution uniform, transfer the pattern to the resist with high precision, and achieve high quality. Devices (semiconductor devices, LCD devices, imaging devices (such as CCDs), thin-film magnetic heads, and the like) can be provided.
[0064]
Next, a method of manufacturing a device using the above-described exposure apparatus 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart for explaining the manufacture of devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, LCDs, CCDs, etc.). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 1 (circuit design), the circuit of the device is designed. Step 2 (mask fabrication) forms a mask on which the designed circuit pattern is formed. In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is referred to as a preprocess, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the mask and the wafer. Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). . In step 6 (inspection), inspections such as an operation check test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0065]
FIG. 8 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the surface of the wafer. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition or the like. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer.
[0066]
Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus 100 to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer. Step 17 (development) develops the exposed wafer. Step 18 (etching) removes portions other than the developed resist image. Step 19 (resist stripping) removes unnecessary resist after etching.
[0067]
By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer. According to the manufacturing method of the present embodiment, the effective light source distribution can be made uniform, so that a device with higher quality than the conventional device can be manufactured. As described above, the device manufacturing method using the exposure apparatus 100 and the resulting device also function as one aspect of the present invention.
[0068]
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.
[0069]
According to the present embodiment, in the projection exposure apparatus 100 using the optical integrator 6, illumination excellent in illuminance uniformity and symmetry of the secondary light source distribution can be achieved. I can keep it.
[0070]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the illuminance unevenness which arises when changing illumination conditions (or illumination mode) can be minimized, and a secondary light source distribution can be corrected and a mask pattern can be projected on a wafer surface with high resolving power. An illumination device, an exposure device having the illumination device, and a device manufacturing method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified optical path diagram of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a schematic plan view and a side view showing a relationship between a light amount control unit and an optical integrator shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a change characteristic of an illuminance distribution on a surface to be illuminated according to the embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing a secondary light source distribution corresponding to each minute lens of the optical integrator shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing various examples of an ND filter.
6 is a diagram showing an example of a combination of the ND filters shown in FIG. 5 and a correction shape thereof.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the manufacture of devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, LCDs, CCDs, etc.).
FIG. 8 is a detailed flowchart of a wafer process in Step 4 shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view showing various examples applicable to the stop shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Mercury lamp (light source)
2 Elliptical mirror
3 Cold mirror
4. Second focus of elliptical mirror
5 Zoom lens
6 Optical integrator
7 Aperture
8 lenses
9 Mirror
10 Masking blade
11 lenses
12 Mask or reticle
13. Projection optical system (projection lens)
14 Pupil plane of projection lens
15 plates
16 Aperture exchange mechanism
17 Light control means
18 Optical filter exchange mechanism
21 Light intensity adjustment unit
31 ND filter
100 Exposure equipment
110 Lighting device

Claims (8)

An optical integrator comprising a plurality of microlenses for uniformly illuminating the illuminated surface;
The optical integrator includes a light amount control unit for controlling a light amount incident on at least one microlens constituting the optical integrator. A lighting device, wherein the amount of light incident on the microlenses of the optical integrator is controlled independently for each microlens so as to be line-symmetric. The lighting device according to claim 1, wherein the light amount control unit includes an ND filter. The lighting device according to claim 1, wherein the light amount control unit includes a light blocking unit. The light quantity control unit has a plurality of light quantity adjustment units having different transmittances,
The lighting device according to claim 1, wherein the lighting device further includes a switching unit that switches the plurality of light amount adjustment units. The light quantity control unit has a plurality of light quantity adjustment units having different shapes,
The lighting device according to claim 1, wherein the lighting device further includes a first switching unit that switches the plurality of light amount adjustment units. A plurality of secondary light source forming units that illuminate the illuminated surface with secondary light sources of different shapes;
A second switching unit that switches the plurality of secondary light source forming units;
The first switching unit switches the light amount adjustment unit in synchronization with the second switching unit, and each of the light amount adjustment units is illuminated when a secondary light source formed by a corresponding secondary light source forming unit is used. The illumination device according to claim 5, wherein the illumination device is adjusted so as to reduce illuminance unevenness on the surface. The lighting device according to any one of claims 1 to 6,
An exposure apparatus having a projection optical system for projecting a pattern formed on a reticle or a mask onto an object to be exposed. Projecting and exposing an object to be exposed using the exposure apparatus according to claim 7;
Performing a predetermined process on the object subjected to the projection exposure.

Images