JP2634038C - - Google Patents

Info

Publication number
JP2634038C
JP2634038C JP2634038C JP 2634038 C JP2634038 C JP 2634038C JP 2634038 C JP2634038 C JP 2634038C
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
light source
shape
projection exposure
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
Other languages
Japanese (ja)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication date

Links

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、半導体集積回路等の製造に要する微細レジストパターンを形成する
投影露光装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】 図5に従来の投影露光装置を示す。図5において、1はランプ、2は楕円反射
鏡、3は楕円反射鏡2の第2焦点、4はインプットレンズ、5はオプチカルイン
テグレータ、6はアウトプットレンズ、7はコリメーションレンズ、8はレチク
ル、9は均一絞りとしての開口絞り、10はフィルタ、11,12はコールドミ
ラー、13はランプハウス、14はレンズまたはミラーあるいはその組み合わせ
によりレチクル8上のパターンの像をウエハ上に投影する投影光学系、15はウ
エハ、16は開口絞りである。 【0003】 従来、この種の投影露光装置の多くは光源のランプ1として水銀灯を使用し、
g線436nm,h線405nm,i線365nm等の輝線またはこれらの波長
近辺の連続スペクトルを取り出して用いている。このため光源のランプ1は高い
輝度が必要であるとともに集光効率や照射均一性を考えると点光源に近い方が良
い。しかし、実際にはそのような理想的な光源は存在しないため、有限の大きさ
でしかも強度に分布を持つランプ1を使用せざるを得ず、そのようなランプ1か
ら発せられる光をいかに高効率で、かつ、照射均一性の良い光に変換するかが問
題となる。 【0004】 図5に示した装置は従来の代表的な集光方法を用いた構成の装置であり、楕円
反射鏡2の第1焦点にランプ1を置き、楕円反射鏡2の第2焦点3付近に一旦光 束を集める。そして、第2焦点3とほぼ焦点位置を共有するインプットレンズ4
により光束をほぼ平行光束に直し、オプチカルインテグレータ5に入れる。オプ
チカルインテグレータ5は多数の棒状レンズを束ねたもので、はえの目レンズと
も称される。このオプチカルインテグレータ5を通すことが照射均一性を高める
主因となっており、インプットレンズ4はオプチカルインテグレータ5を通る光
線のケラれを少なくして集光効率を高める役目をなす。このオプチカルインテグ
レータ5を出た光は、アウトプットレンズ6およびコリメーションレンズ7によ
って、オプチカルインテグレータ5の各小レンズから出た光束がレチクル8上に
重畳して当たるよう集光せられる。オプチカルインテグレータ5に入射せらるる
光線は場所による強度分布を有するが、オプチカルインテグレータ5の各小レン
ズから出る光がほぼ等しく重畳せらるる結果、レチクル8上では照射強度がほぼ
均一となる。当然のことながらオプチカルインテグレータ5に入射する光の強度
分布が均一に近ければ、出射光を重畳させたレチクル8の照度分布はより均一に
なる。オプチカルインテグレータ5の出射側には開口絞り9がおかれ、オプチカ
ルインテグレータ5の出射側寸法を決めている。 【0005】 ランプ1として水銀灯を用いて楕円反射鏡2で集光する場合、水銀灯の構造が
図2に示すように縦長であり両端が電極となっているため、ランプ1の軸方向の
光線を取り出すことができない。そのため、図5に示すように、インプットレン
ズ4として凸レンズを使用したのみではオプチカルインテグレータ5の中心部に
入る光の強度分布が落ちる場合がある。そこで、インプットレンズ4とオプチカ
ルインテグレータ5との間に両凸又は片凸片凹の円錐レンズを挿入し、オプチカ
ルインテグレータ5に入る光の強度分布をより一様にする場合もある。 【0006】 フィルタ10は、光学系が収差補正されている波長の光だけを通すためのもの
であり、コールドミラー11,12は光路を曲げて装置の高さを低くするととも
に、長波長光熱線を透過させてランプハウス13の冷却可能部分に吸収させる役
目を担う。レチクル8を照射した光は投影光学系14を通り、レチクル8上の微
細パターンの像がウエハ15上のレジストに投影露光転写される。投影光学系1 4の中には開口数を決定する絞り16が存在する。 【0007】 従来の投影露光装置の構成は図5に示した以外にも多数あるが、模式的には図
6のごとく、光源17、第1集光光学系18、均一化光学系19、第2集光光学
系20、レチクル8、投影光学系14、ウエハ15の順に配列されている。 第1集光光学系18は図5の例で楕円反射鏡2およびインプットレンズ4に相
当する部分であり、楕円鏡のほか球面鏡、平面鏡、レンズ等を適当に配置し、光
源から出る光束をできるだけ効率よく均一化光学系19に入れる役目を持つ。ま
た、均一化光学系19は図2のオプチカルインテグレータ5に相当する部分であ
り、その他として光ファイバや多面体プリズム等が使用されることもある。 【0008】 第2集光光学系20は図5のアウトプットレンズ6およびコリメーションレン
ズ7とに相当する部分であり、均一化光学系19の出射光を重畳させ、また、像
面テレセントリック性を確保する。この他、光束が光軸平行に近い個所に図5の
フィルタ10に相当するフィルタが挿入され、また、コールドミラー11,12
に相当する反射鏡も、場所は一義的でないが、挿入される。 【0009】 このように構成された装置においてレチクル8から光が来る側を見た場合、光
の性質は、第2集光光学系20を通して均一化光学系19から出てくる光の性質
となり、均一化光学系19の出射側が見掛け上の光源に見える。このため、上記
のような構成の場合、一般に均一化光学系19の出射側24を2次光源と称して
いる。 【0010】 レチクル8がウエバ15上に投影せらるる時、投影露光パターンの形成特性、
すなわち、解像度や焦点深度等は、投影光学系14の開口数およびレチクル8を
照射する光の性状、すなわち、2次光源24の性状によって決まる。図7は図6
に示した投影露光装置におけるレチクル照明光線、結像光線に関する説明図であ
る。 【0011】 図7において、投影光学系14は通常内部に開口絞り16を有しており、レチ
クル8を通った光が通過し得る角度θaを規制するとともにウエハ15上に落射
する光線の角度θを決めている。 一般に投影光学系の開口数NAと称しているのは、NA=sinθで定義され
る角度であり、投影倍率を1/mとすると、sinθa=sinθ/mの関係に
ある。またこの種の装置においては、「像面テレセントリック」、すなわち、像
面に落ちる主光線が画像に垂直に構成されるのが普通であり、この「像面テレセ
ントリック」の条件を満たすため、図6の均一化光学系19の出射面、すなわち
、2次光源24の光源面の実像が開口絞り16の位置に結像せらるる。このよう
な条件下でレチクル8から第2集光光学系を通して2次光源面を見た時の張る角
をレチクル8に入射する光の範囲としてとらえ半角をφとし照明光のコヒーレン
シイσをσ=sinφ/sinθaで定義した場合、パターン形成特性はNAと
σで決定せらるるものと従来考えていた。次にNAおよびσとパターン形成特性
との関連について詳細に説明する。NAが大きい程解像度は上がるが、焦点深度
が浅くなり、また、投影光学系14の収差のため広露光領域の確保が難しくなる
。ある程度の露光領域と焦点深度(例えば10mm角、±1μm)がないと実際
のLSI製造等の用途に使えないため、従来の装置ではNA=0.35程度が限
界となっている。一方、σ値は主としてパターン断面形状、焦点深度に関係し、
断面形状と相関を持って解像度に関与する。σ値が小さくなるとパターンの淵が
強調されるため、断面形状は側壁が垂直に近づいて良好なパターン形状となるが
、細かいパターンでの解像性が悪くなり解像し得る焦点範囲が狭くなる。逆にσ
値が大きいと細かいパターンでの解像性、解像し得る焦点範囲が若干良くなるが
、パターン断面の側壁傾斜がゆるく、厚いレジストの場合、断面形状は台形ない
し三角形となる。このため従来の投影露光装置では、比較的バランスのとれたσ
値として、σ=0.5〜0.7に固定設定されており、実験的にσ=0.3等の
条件が試みられているにすぎない。σ値を設定するには2次光源24の光源面の
大きさを決めれば良いため、一般に2次光源24の光源面の直後にσ値設定用の
円形開口絞り9を置いている。 【0012】 【発明が解決しようとする問題点】 このような従来の装置においては、レチクル8を照射する光の性質を制御する
のがコヒーレンシイσ値だけであるため、焦点深度、領域内均一性、線幅制御性
等各種条件を満たしつつ微細パターンを形成しようとすると、NAとσとによっ
て決まる限界があった。したがって、投影光学系14の開口数NAと2次光源2
4の大きさが決まると、パターン形成特性が自動的に決り、さらに解像性能を高
めることはできなかった。 【0013】 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは
、投影光学系の開口数とレチクル照射用2次光源の大きさを固定した後のパター
ン解像性能をさらに向上させる投影露光装置を提供することにある。 【0014】 【問題点を解決するための手段】 このような目的を達成するために、第1発明は、レチクルを照明光で照明し、
前記レチクルに形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影露光
する投影露光方法において、前記レチクルを均一に照明する均一化光学系により
形成される2次光源の形状を、該2次光源の周辺部の強度が中心部の強度よりも
大きくなるような形状と円形状とのいずれかに変更する第1工程と;前記2次光
源の形状の変更に応じて前記均一化光学系の入射側の前記照明光の分布を変更す
る第2工程とを有することとした。また第2発明は、レチクルを均一に照明する
均一化光学系を含む照明光学系と、前記レチクル上に形成されたパターンの像を
基板上に投影する投影光学系とを有する露光装置において、前記レチクルを均一
に照明する均一化光学系により形成される2次光源の形状を、該2次光源の周辺
部の強度が中心部の強度よりも大きくなるような形状と円形状とのいずれかに変
更する第1変更手段と;前記2次光源の形状の変更に応じて前記均一化光学系の
入射側の前記照明光の分布を変更する第2変更手段とを有するものである。 【0015】 【作用】 本発明においては、レジストが薄い場合、解像度向上のために2次光源の中心 部の光を用いず2次光源の周辺部の光のみによって露光する。 【0016】 【実施例】 本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとしての2次光源制御用絞
りの各実施例を図1〜図4に示す。 図1に示す絞りは円輪状に通過域を有する絞りであり、照射光の透過率が高い
石英、フッ化カルシウム、フッ化リチウム等の基板にクロム等の遮光体を蒸着す
ることによって作製することができる。また図2(a)に示す絞りは透過率に分
布を有する絞りである。この透過率の分布は、図2(b)に示すように、周辺に
近づく程透過率が高く中心に近づくと低透過率あるいは完全遮光となる絞りであ
る。この絞りは、図1に示す絞り同様に、透過基板に遮光体を径方向に厚さ分布
を持たせて付着させることにより作製することができる。なお図2(b)に示す
曲線は、円の周辺に近づく程透過率が高くなる曲線であれば何でもよい。図3に
示す絞りは周辺部のみに数個又はそれ以上の多数個の小開口を有する絞りであり
、金属板等に穴をあけることにより作製できる。また、図4に示す絞りは図1に
示した絞りに近いものを簡便に金属板等をくりぬいて作製するため、円輪開口部
の一部につなぎの部分を入れたものである。 【0017】 本発明の構成は、図5または図6に示した従来装置の構成と同じでよく、開口
絞り9の代わりに図1〜図4に示した絞りを装着すればよい。 開口絞り9の大きさを変えた場合、開口が小さい程、すなわち、σ値が小さい
程得られるパターンの側壁は垂直に近くなる。一方、細かいパターンでの解像性
を調べると、逆に、σ値が大きい程細かいパターン迄隣接したパターンどうしが
分かれて転写される。かかる2つの傾向、すなわち、σ値が小さい程断面形状が
良くなる一方、σ値が大きい程細かいパターン迄解像できるという傾向からレジ
ストの種類、膜厚を決めると、使用に耐える範囲の断面形状で最も細かいパター
ン迄ぬけるσ値の適値が存在する。そして、多層レジスト等の使用を考え露光す
べきレジスト層を薄くする場合には、パターンの断面形状の差異はさほど顕著に
ならず解像性のみが問題となるので、上記のσ値の適値はσが大きい方に移行す る。 【0018】 照明光とパターン解像性との間に上記のごとき関係があるから、薄いレジスト
層の場合には、2次光源の外側迄使う程細かいパターン迄解像する。したがって
、さらに一歩進めて、細かいパターン迄解像するために必要な2次光源の周辺部
の光だけを用いれば、一層の高解像度化がはかれる。 図1〜図4に示した絞りを用いた本発明に係わる投影露光装置では、2次光源
の中心部の光を用いず2次光源の周辺の光のみによって露光することができるの
で、レジストを薄くすれば、従来の装置ではとうてい得られなかった微細寸法の
パターンを得ることができる。例えば、波長365nmのi線を用い、投影倍率
1/10、投影光学系14の開口数0.35、レジストOFPR800、0.5
μm厚でパターン形成を行なうと、従来の円形開口絞りでσ=0.5とした装置
条件では、線幅0.5μm、ピッチ1μmのラインアンドスペースまでしか解像
し得ないが、図1に示した円輪状開口絞りを使用した本発明のの投影露光装置の
一実施例によれば、線幅0.4μm、ピッチ0.8μmのラインアンドスペース
まで解像し得ることが確認されている。円輪状開口絞りにおいてはできるだけ外
側の光線だけを使うようにする程高解像性となるので、円輪開口絞りの外形、内
径により効果はおのおの異なってくるが、いずれの場合も単純な円形開口に比較
すると高解像となる。また、図2〜図4に示した絞りを用いてもそれぞれ透過光
の分布に応じた効果を生じ、これら以外の形状でも外側で高透過性を有する形状
ならば何でもよい。 【0019】 さらに本発明によれば、解像性が上がるとともに焦点深度が深くなることが確
認されている。例えば、上記レジストパターンの場合、0.4μmラインアンド
スペースで±0.5μm以上、0.5μmラインアンドスペースで±1μm以上
の焦点深度となる。従来は0.5μmラインアンドスペースでも±0.5μm程
度であり、かなりの改善がはかれる。 【0020】 このような特殊絞りを装置に固定設置することも可能であるが、前述のように レジスト膜厚が厚い場合には、2次光源の中心部付近を使用した方が有利になる
こともあるので、従来の円形開口絞り等の均一絞りと特殊絞りを交換可能として
おけばより便利である。 また、装置を図5のごとく構成し、オプチカルインテグレータ5の前に円錐レ
ンズを着脱可能とし、オプチカルインテグレータ5に入る光の分布を円錐レンズ
の着脱により周辺円輪状と中央集中型とに切換え可能とし、従来の円形絞り等の
均一絞り使用時と特殊絞り使用時とで使い分けられるようにすれば、光線の使用
効率を落とさずに使い分けができる。さらにインプットレンズ4を交換できるよ
うにして焦点距離、設置位置を変え、オプチカルインテグレータ5に入る光束の
大きさを変えられるようにしても集光効率を改善できる。図6に基づき一般的に
言うと、特殊絞り使用時に特殊絞りの透過部分形状に類似した形状の光束に第1
集光光学系18により集光し、この光束を均一化光学系19に入れるようにすれ
ば、本発明はより有効である。 【0021】 【発明の効果】 以上説明したように本発明は、従来装置が用いていた2次光源の大きさを決め
る円形絞り等の均一絞りの代わりに円輪状透過部を有する形状等中央部に対して
周辺部の透過率が高くなるようにした特殊絞りを装着することにより、薄いレジ
スト層に従来より微細なパターンをより深い焦点深度で形成することができるの
で、半導体集積回路等の製造に適用すれば大幅な集積度向上がはかれる効果があ
る。また本発明はこのような特殊絞りと従来の均一絞りとを交換可能としたので
、膜厚の厚いレジストにも対応できる効果がある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for forming a fine resist pattern required for manufacturing a semiconductor integrated circuit and the like. 2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a conventional projection exposure apparatus. In FIG. 5, 1 is a lamp, 2 is an elliptical reflecting mirror, 3 is a second focal point of the elliptical reflecting mirror 2, 4 is an input lens, 5 is an optical integrator, 6 is an output lens, 7 is a collimation lens, 8 is a reticle, 9 Is an aperture stop as a uniform stop, 10 is a filter, 11 and 12 are cold mirrors, 13 is a lamp house, 14 is a projection optical system for projecting a pattern image on the reticle 8 onto a wafer by a lens or a mirror or a combination thereof. Reference numeral 15 denotes a wafer, and 16 denotes an aperture stop. Conventionally, many projection exposure apparatuses of this type use a mercury lamp as a light source lamp 1,
Bright lines such as g-line 436 nm, h-line 405 nm, and i-line 365 nm, or continuous spectra in the vicinity of these wavelengths are extracted and used. For this reason, the lamp 1 as a light source needs to have a high luminance, and it is better to be close to a point light source in consideration of light collection efficiency and irradiation uniformity. However, since such an ideal light source does not exist in practice, a lamp 1 having a finite size and a distribution of intensity must be used, and the light emitted from such a lamp 1 cannot be reduced. It is important to convert the light into light with good efficiency and uniform irradiation. The apparatus shown in FIG. 5 is an apparatus having a configuration using a conventional representative light condensing method, in which a lamp 1 is placed at a first focal point of an elliptical reflecting mirror 2 and a second focal point 3 of the elliptical reflecting mirror 2 is placed. Collect the luminous flux once in the vicinity. An input lens 4 which shares a substantially focal position with the second focal point 3
To convert the light beam into a substantially parallel light beam and enter the optical integrator 5. The optical integrator 5 is a bundle of a number of rod-shaped lenses, and is also called a fly-eye lens. Passing through the optical integrator 5 is a main factor for improving the irradiation uniformity, and the input lens 4 plays a role in reducing vignetting of the light beam passing through the optical integrator 5 and improving the light collection efficiency. The light that has exited the optical integrator 5 is condensed by the output lens 6 and the collimation lens 7 so that the light beams exiting from the respective small lenses of the optical integrator 5 are superimposed on the reticle 8. Although the light beam incident on the optical integrator 5 has an intensity distribution depending on the place, the light emitted from each small lens of the optical integrator 5 is superimposed almost equally, so that the irradiation intensity on the reticle 8 becomes almost uniform. As a matter of course, if the intensity distribution of the light incident on the optical integrator 5 is close to uniform, the illuminance distribution of the reticle 8 on which the emitted light is superimposed becomes more uniform. An aperture stop 9 is placed on the exit side of the optical integrator 5 to determine the exit side dimensions of the optical integrator 5. When a mercury lamp is used as the lamp 1 and the light is condensed by the elliptical reflecting mirror 2, since the structure of the mercury lamp is vertically long and both ends are electrodes as shown in FIG. I can't take it out. Therefore, as shown in FIG. 5, the intensity distribution of light entering the center of the optical integrator 5 may be reduced only by using a convex lens as the input lens 4. Therefore, a biconvex or one-sided convex / concave conical lens may be inserted between the input lens 4 and the optical integrator 5 to make the intensity distribution of light entering the optical integrator 5 more uniform. The filter 10 is for passing only light having a wavelength whose optical system has been aberration-corrected. The cold mirrors 11 and 12 lower the height of the apparatus by bending the optical path, and also apply long-wavelength photothermal rays. In the lamp house 13 to be absorbed by the coolable portion of the lamp house 13. The light irradiated on the reticle 8 passes through the projection optical system 14, and the image of the fine pattern on the reticle 8 is projected and transferred to the resist on the wafer 15. In the projection optical system 14, there is a stop 16 for determining the numerical aperture. [0007] There are many configurations of a conventional projection exposure apparatus other than those shown in FIG. 5, but typically, as shown in FIG. 6, a light source 17, a first condensing optical system 18, a uniforming optical system 19, The two condensing optical systems 20, the reticle 8, the projection optical system 14, and the wafer 15 are arranged in this order. The first condensing optical system 18 is a portion corresponding to the elliptical reflecting mirror 2 and the input lens 4 in the example of FIG. 5, and appropriately arranges a spherical mirror, a plane mirror, a lens, etc., in addition to the elliptical mirror, and controls the light flux emitted from the light source as much as possible. It has a role to efficiently enter the uniforming optical system 19. The homogenizing optical system 19 is a portion corresponding to the optical integrator 5 in FIG. 2, and an optical fiber, a polyhedral prism, or the like may be used as the other components. The second condensing optical system 20 is a portion corresponding to the output lens 6 and the collimation lens 7 in FIG. 5, superimposes the light emitted from the uniformizing optical system 19, and secures the image plane telecentricity. . In addition, a filter corresponding to the filter 10 in FIG. 5 is inserted at a position where the light flux is close to the optical axis parallel.
Is also inserted, although the location is not unique. When the light coming from the reticle 8 is viewed from the apparatus configured as described above, the light has the property of the light coming out of the homogenizing optical system 19 through the second condensing optical system 20. The exit side of the homogenizing optical system 19 appears as an apparent light source. For this reason, in the case of the above configuration, the exit side 24 of the homogenizing optical system 19 is generally called a secondary light source. When the reticle 8 is projected onto the web 15, the characteristics of forming a projection exposure pattern,
That is, the resolution, the depth of focus, and the like are determined by the numerical aperture of the projection optical system 14 and the properties of the light irradiating the reticle 8, that is, the properties of the secondary light source 24. FIG. 7 shows FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram relating to a reticle illumination light beam and an imaging light beam in the projection exposure apparatus shown in FIG. In FIG. 7, a projection optical system 14 usually has an aperture stop 16 inside, and regulates an angle θa at which light passing through the reticle 8 can pass and an angle θ of a light ray falling on the wafer 15. Have decided. Generally, the numerical aperture NA of the projection optical system is an angle defined by NA = sin θ, and when the projection magnification is 1 / m, the relationship is sin θa = sin θ / m. In this type of apparatus, it is common that the image plane telecentric, that is, the principal ray falling on the image plane is formed perpendicular to the image. In order to satisfy the condition of this “image plane telecentric”, FIG. The real image of the exit surface of the optical system 19, that is, the light source surface of the secondary light source 24 is formed at the position of the aperture stop 16. Under such conditions, an angle formed when the secondary light source surface is viewed from the reticle 8 through the second condensing optical system is regarded as a range of light incident on the reticle 8, and a half angle is φ, and coherency σ of illumination light is σ. = Sin φ / sin θa, it has been conventionally considered that the pattern formation characteristic can be determined by NA and σ. Next, the relationship between NA and σ and the pattern formation characteristics will be described in detail. The larger the NA, the higher the resolution, but the depth of focus becomes shallow, and it becomes difficult to secure a wide exposure area due to the aberration of the projection optical system 14. Without a certain exposure area and a certain depth of focus (for example, 10 mm square, ± 1 μm), it cannot be used for actual LSI manufacturing and the like, and the conventional apparatus has a limit of about NA = 0.35. On the other hand, the σ value is mainly related to the pattern sectional shape and the depth of focus,
It is related to the resolution in correlation with the cross-sectional shape. When the σ value is small, the edge of the pattern is emphasized, so that the cross-sectional shape becomes a good pattern shape with the side wall approaching perpendicular, but the resolution in a fine pattern is deteriorated and the focus range that can be resolved is narrowed . Conversely, σ
When the value is large, the resolution of a fine pattern and the focus range that can be resolved are slightly improved. However, in the case where the slope of the side wall of the pattern is gentle and the resist is thick, the cross-sectional shape is trapezoidal or triangular. For this reason, in a conventional projection exposure apparatus, a relatively balanced σ
The value is fixedly set to σ = 0.5 to 0.7, and only experimental conditions such as σ = 0.3 have been tried. Since the size of the light source surface of the secondary light source 24 can be determined to set the σ value, the circular aperture stop 9 for setting the σ value is generally placed immediately after the light source surface of the secondary light source 24. In such a conventional apparatus, since only the coherency .sigma. Value controls the property of the light illuminating the reticle 8, the depth of focus and the uniformity in the area are controlled. When forming a fine pattern while satisfying various conditions such as the performance and line width controllability, there is a limit determined by NA and σ. Therefore, the numerical aperture NA of the projection optical system 14 and the secondary light source 2
When the size of No. 4 was determined, the pattern forming characteristics were automatically determined, and the resolution performance could not be further improved. The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to resolve a pattern after fixing the numerical aperture of a projection optical system and the size of a secondary light source for reticle irradiation. An object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus that further improves performance. Means for Solving the Problems To achieve such an object, a first invention illuminates a reticle with illumination light,
In a projection exposure method for projecting and exposing an image of a pattern formed on the reticle onto a substrate via a projection optical system, a shape of a secondary light source formed by a uniformizing optical system for uniformly illuminating the reticle may be adjusted. A first step of changing to a shape such that the intensity of the peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity of the central portion or to a circular shape; and the homogenizing optics according to the change in the shape of the secondary light source. And a second step of changing the distribution of the illumination light on the incident side of the system. Further, the second invention is an exposure apparatus having an illumination optical system including a uniformizing optical system for uniformly illuminating a reticle, and a projection optical system for projecting an image of a pattern formed on the reticle onto a substrate. The shape of the secondary light source formed by the uniformizing optical system that uniformly illuminates the reticle is changed to one of a shape in which the intensity of the peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity of the central portion and a circular shape. First changing means for changing; and second changing means for changing the distribution of the illumination light on the incident side of the uniformizing optical system in accordance with a change in the shape of the secondary light source. In the present invention, when the resist is thin, the light is exposed only by the light at the peripheral portion of the secondary light source without using the light at the central portion of the secondary light source to improve the resolution. FIG. 1 to FIG. 4 show embodiments of a secondary light source controlling aperture as a special aperture applied to the projection exposure apparatus according to the present invention. The stop shown in FIG. 1 is a stop having a ring-shaped pass band, and is manufactured by depositing a light-shielding body such as chromium on a substrate made of quartz, calcium fluoride, lithium fluoride, or the like having high transmittance of irradiation light. Can be. The stop shown in FIG. 2A is a stop having a distribution in transmittance. As shown in FIG. 2 (b), the aperture distribution is such that the transmittance increases as it approaches the periphery, and the transmittance decreases or the light is completely shielded as it approaches the center. This diaphragm can be manufactured by attaching a light shield to the transmission substrate with a thickness distribution in the radial direction, similarly to the diaphragm shown in FIG. Note that the curve shown in FIG. 2B may be any curve as long as the transmittance increases as approaching the periphery of the circle. The aperture shown in FIG. 3 is an aperture having a small number of small apertures of several or more only in the peripheral portion, and can be manufactured by making a hole in a metal plate or the like. The stop shown in FIG. 4 has a connection portion in a part of the opening of the circular ring in order to easily manufacture a stop similar to the stop shown in FIG. 1 by hollowing out a metal plate or the like. The configuration of the present invention may be the same as the configuration of the conventional apparatus shown in FIG. 5 or FIG. 6, and the aperture shown in FIGS. When the size of the aperture stop 9 is changed, the smaller the aperture is, that is, the smaller the σ value is, the closer the obtained side wall of the pattern is to the vertical. On the other hand, when the resolution of a fine pattern is examined, conversely, as the σ value is larger, adjacent patterns are separated and transferred to the finer pattern. From these two tendencies, that is, the smaller the σ value is, the better the cross-sectional shape is, while the larger the σ value is, the finer the pattern can be resolved. , There is an appropriate value of σ value that passes through the finest pattern. When the thickness of the resist layer to be exposed is reduced in consideration of the use of a multilayer resist or the like, the difference in the cross-sectional shape of the pattern is not so remarkable and only the resolution is a problem. Shifts to the larger σ. Since there is the above-mentioned relationship between the illumination light and the pattern resolution, in the case of a thin resist layer, the finer the pattern is, the more it is used up to the outside of the secondary light source. Therefore, by taking one step further and using only the light at the periphery of the secondary light source necessary for resolving a fine pattern, higher resolution can be achieved. In the projection exposure apparatus according to the present invention using the aperture shown in FIGS. 1 to 4, exposure can be performed only by light around the secondary light source without using light at the center of the secondary light source. If the thickness is reduced, it is possible to obtain a pattern having a fine size that could not be obtained by a conventional apparatus. For example, using an i-line having a wavelength of 365 nm, the projection magnification is 1/10, the numerical aperture of the projection optical system 14 is 0.35, and the resist OFPR800, 0.5
When a pattern is formed with a thickness of μm, the resolution can be reduced only to a line and space having a line width of 0.5 μm and a pitch of 1 μm under an apparatus condition of σ = 0.5 with a conventional circular aperture stop. According to the embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention using the shown annular aperture stop, it has been confirmed that resolution up to a line and space having a line width of 0.4 μm and a pitch of 0.8 μm is possible. In a circular aperture stop, the higher the resolution, the more the outer rays are used, the higher the resolution.Therefore, the effect differs depending on the outer diameter and inner diameter of the circular aperture stop. The resolution is higher than that of. In addition, even if the apertures shown in FIGS. 2 to 4 are used, an effect corresponding to the distribution of transmitted light is produced, and any other shape may be used as long as it has a high transmittance on the outside. Further, according to the present invention, it has been confirmed that the resolution increases and the depth of focus increases. For example, in the case of the above resist pattern, the depth of focus is ± 0.5 μm or more for a 0.4 μm line and space, and ± 1 μm or more for a 0.5 μm line and space. Conventionally, even a 0.5 μm line and space is about ± 0.5 μm, which is a considerable improvement. Although such a special diaphragm can be fixedly installed in the apparatus, it is more advantageous to use the vicinity of the center of the secondary light source when the resist film thickness is large as described above. Therefore, it is more convenient if the conventional uniform aperture such as a circular aperture stop and the special aperture can be exchanged. Further, the apparatus is configured as shown in FIG. 5, and a conical lens is detachable in front of the optical integrator 5, and the distribution of light entering the optical integrator 5 can be switched between a peripheral ring shape and a centralized type by attaching and detaching the conical lens. If a conventional uniform stop such as a circular stop can be used and a special stop can be used, the light can be used without lowering the light use efficiency. Further, even if the input lens 4 can be replaced so that the focal length and the installation position can be changed so that the size of the light beam entering the optical integrator 5 can be changed, the light collection efficiency can be improved. Generally speaking, based on FIG. 6, when a special aperture is used, the first luminous flux having a shape similar to the transmission portion shape of the special aperture is used.
The present invention is more effective if the light is condensed by the condensing optical system 18 and this light beam is input to the homogenizing optical system 19. As described above, according to the present invention, a central portion such as a shape having a ring-shaped transmission portion is used instead of a uniform stop such as a circular stop for determining the size of the secondary light source used in the conventional device. By mounting a special diaphragm with high transmittance in the peripheral area, a finer pattern can be formed on a thin resist layer with a deeper depth of focus than in the past. In this case, there is an effect that the degree of integration can be greatly improved. Further, since the present invention makes it possible to exchange such a special stop and a conventional uniform stop, there is an effect that it can cope with a resist having a large film thickness.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとしての2次光源制御用絞
りを示す平面図。 【図2】 本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとしての2次光源制御用絞
りを示す平面図。 【図3】 本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとしての2次光源制御用絞
りを示す平面図。 【図4】 本発明に係わる投影露光装置に適用される特殊絞りとしての2次光源制御用絞
りを示す平面図。 【図5】 従来の代表的な投影露光装置を示す構成図。 【図6】 模式的構成図。 【図7】 レチクル照明光線、結像光線に関する説明図。 【符号の説明】 1 ランプ 2 楕円反射鏡 3 第2焦点 4 インプットレンズ 5 オプチカルインテグレータ 6 アウトプットレンズ 7 コリメーションレンズ 8 レチクル 9,16 開口絞り 10 フィルタ 11,12 コールドミラー 13 ランプハウス 14 投影光学系 15 ウエハ 17 光源 18 第1集光光学系 19 均一化光学系 20 第2集光光学系 24 2次光源
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to a projection exposure apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a plan view showing a secondary light source control stop as a special stop applied to the projection exposure apparatus according to the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional typical projection exposure apparatus. FIG. 6 is a schematic configuration diagram. FIG. 7 is an explanatory diagram relating to a reticle illumination light beam and an imaging light beam. [Description of Signs] 1 lamp 2 elliptical reflecting mirror 3 second focus 4 input lens 5 optical integrator 6 output lens 7 collimation lens 8 reticle 9, 16 aperture stop 10 filters 11, 12 cold mirror 13 lamp house 14 projection optical system 15 wafer 17 Light Source 18 First Condensing Optical System 19 Uniformizing Optical System 20 Second Condensing Optical System 24 Secondary Light Source

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 レチクルを照明光で照明し、前記レチクルに形成されたパターンの像を投影光
学系を介して基板上に投影露光する投影露光方法において、 前記レチクルを均一に照明する均一化光学系により形成される2次光源の形状
を、該2次光源の周辺部の強度が中心部の強度よりも大きくなるような形状と円
形状とのいずれかに変更する第1工程と; 前記2次光源の形状の変更に応じて前記均一化光学系の入射側の前記照明光の
分布を変更する第2工程とを有することを特徴とする投影露光方法。 【請求項2】 前記第1工程は、前記2次光源の周辺部の強度が中心部の強度よりも大きくな
るような形状の光透過領域を持つ第1光学部材と、前記円形状の光透過領域を持
つ第2光学部材とのうちの1つを、前記均一化光学系の射出側に設定する工程を
含むことを特徴とする請求項1記載の投影露光方法。 【請求項3】 前記第2工程は、前記均一化光学系の入射側の前記照明光の分布を光学手段に
よって変更する工程を含むことを特徴とする請求項1または2記載の投影露光方
法。 【請求項4】 前記光学手段は、前記均一化光学系の入射側の照明光路に対して挿脱可能に設
けられた円錐レンズを有し、 前記第2工程は、前記円錐レンズの挿脱によって、前記均一化光学系の入射側
の光量分布を円形状と円輪状とに変換することを特徴とする請求項3記載の投影
露光方法。 【請求項5】 前記光学手段は、前記均一化光学系の入射側の照明光路に対して互いに交換可
能に設けられた複数のインプットレンズを有し、 前記第2工程は、前記複数のインプットレンズの交換によって、前記均一化光
学系の入射側の前記照明光の大きさを変更することを特徴とする請求項3記載の
投影露光方法。 【請求項6】 レチクルを均一に照明する均一化光学系を含む照明光学系と、前記レチクル上
に形成されたパターンの像を基板上に投影する投影光学系とを有する露光装置に
おいて、 前記レチクルを均一に照明する均一化光学系により形成される2次光源の形状
を、該2次光源の周辺部の強度が中心部の強度よりも大きくなるような形状と円
形状とのいずれかに変更する第1変更手段と; 前記2次光源の形状の変更に応じて前記均一化光学系の入射側の前記照明光の
分布を変更する第2変更手段とを有することを特徴とする投影露光装置。 【請求項7】 前記第1変更手段は、前記2次光源の周辺部の強度が中心部の強度よりも大き
くなるような形状の光透過領域を持つ第1光学部材と、該第1光学部材と互いに
交換可能に設けられかつ前記円形状の光透過領域を持つ第2光学部材とを有する
ことを特徴とする請求項6記載の投影露光装置。 【請求項8】 前記第2変更手段は、前記第1光学部材と前記第2光学部材との交換に応じて
、前記均一化光学系の入射側の前記照明光の分布を変更する光学手段を有するこ
とを特徴とする請求項7記載の投影露光装置。 【請求項9】 前記光学手段は、前記均一化光学系の入射側の光量分布を円形状と円輪状とに
変換するために、前記均一化光学系の入射側の照明光路に対して挿脱可能に設け
られた円錐レンズを有することを特徴とする請求項8記載の投影露光装置。 【請求項10】 前記光学手段は、前記均一化光学系の入射側の前記照明光の大きさを変更する ために、前記均一化光学系の入射側の照明光路に対して互いに交換可能に設けら
れた複数のインプットレンズを有することを特徴とする請求項8記載の投影露光
装置。
1. A projection exposure method for illuminating a reticle with illumination light and projecting and exposing an image of a pattern formed on the reticle onto a substrate via a projection optical system. Changing the shape of the secondary light source formed by the uniformizing optical system that illuminates the light source into one of a shape in which the intensity of the peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity of the central portion and a circular shape. A projection exposure method, comprising: a first step; and a second step of changing a distribution of the illumination light on the incident side of the uniformizing optical system according to a change in a shape of the secondary light source. 2. The first step includes: a first optical member having a light transmitting region having a shape such that the intensity of a peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity of a central portion thereof; and the circular light transmitting portion. 2. The projection exposure method according to claim 1, further comprising the step of setting one of a second optical member having a region and an exit side of the uniforming optical system. 3. The projection exposure method according to claim 1, wherein the second step includes a step of changing the distribution of the illumination light on the incident side of the uniformizing optical system by an optical unit. 4. The optical unit has a conical lens provided so as to be insertable into and removable from an illumination optical path on an incident side of the uniformizing optical system, and the second step is performed by inserting and removing the conical lens. 4. The projection exposure method according to claim 3, wherein the light quantity distribution on the incident side of the uniformizing optical system is converted into a circular shape and a circular shape. 5. The optical unit includes a plurality of input lenses provided interchangeably with respect to an illumination light path on an incident side of the uniformizing optical system, and the second step includes: 4. The projection exposure method according to claim 3, wherein the magnitude of the illumination light on the incident side of the uniforming optical system is changed by replacing the light. 6. An exposure apparatus comprising: an illumination optical system including a uniformizing optical system for uniformly illuminating a reticle; and a projection optical system for projecting an image of a pattern formed on the reticle onto a substrate. The shape of the secondary light source formed by the uniformizing optical system that uniformly illuminates the light source into one of a shape in which the intensity at the peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity at the central portion and a circular shape A projection exposure apparatus comprising: a first changing unit that changes the distribution of the illumination light on the incident side of the uniformizing optical system according to a change in the shape of the secondary light source. . 7. The first optical member having a light transmission region having a shape such that the intensity of the peripheral portion of the secondary light source is greater than the intensity of the central portion, and the first optical member. 7. The projection exposure apparatus according to claim 6, further comprising: a second optical member provided so as to be exchangeable with each other and having the circular light transmitting region. 8. An optical unit for changing the distribution of the illumination light on the incident side of the homogenizing optical system according to exchange of the first optical member and the second optical member. The projection exposure apparatus according to claim 7, further comprising: 9. The optical unit inserts into and removes from the illumination optical path on the entrance side of the homogenizing optical system in order to convert the light quantity distribution on the entrance side of the homogenizing optical system into a circular shape and an annular shape. 9. The projection exposure apparatus according to claim 8, further comprising a conical lens provided so as to be able to be provided. 10. The optical means are interchangeably provided with respect to an illumination light path on an incident side of the homogenizing optical system in order to change a size of the illumination light on an incident side of the homogenizing optical system. 9. The projection exposure apparatus according to claim 8, comprising a plurality of input lenses provided.

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0682598B2 (en) Projection exposure device
US6473160B2 (en) Projection exposure apparatus and device manufacturing method including an aperture member having a circular light transmitting portion and a light blocking member
JP3293882B2 (en) Projection exposure equipment
JP2008033365A (en) Rema objective for microlithographic projection exposure system
US5760963A (en) Fly-eye lens, illumination optical apparatus, and exposure apparatus
JPH09190969A (en) Projecting exposure system and manufacture of device using it
JP3201027B2 (en) Projection exposure apparatus and method
JP2817615B2 (en) Reduction projection exposure equipment
JP3210123B2 (en) Imaging method and device manufacturing method using the method
US6798577B2 (en) Illumination apparatus with light shielding near an exit plane of an optical pipe and projection exposure apparatus using same
JP3293917B2 (en) Projection exposure equipment
JP3044778B2 (en) Projection exposure apparatus and projection exposure method
JP2634037B2 (en) Projection exposure equipment
JP3008744B2 (en) Projection exposure apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same
JP2634039B2 (en) Projection exposure equipment
JP2634038B2 (en) Projection exposure method and exposure apparatus
JP2634040B2 (en) Projection exposure equipment
JPH07142369A (en) Aligner
JP2673915B2 (en) Fine pattern projection exposure equipment
JP2001033875A (en) Illuminator and projection aligner using the same
JP2634038C (en)
JP2503696B2 (en) Projection exposure device
JPH0644549B2 (en) Projection exposure method and apparatus
JP2000133562A (en) Reduction stepper
JP2000164500A (en) Aligner, exposure and manufacture thereof