JP2739712B2 - 照明光学系,焼付装置及び回路製造方法 - Google Patents

照明光学系,焼付装置及び回路製造方法

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JP2739712B2 JP61109978A JP10997886A JP2739712B2 JP 2739712 B2 JP2739712 B2 JP 2739712B2 JP 61109978 A JP61109978 A JP 61109978A JP 10997886 A JP10997886 A JP 10997886A JP 2739712 B2 JP2739712 B2 JP 2739712B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電子回路等の微細パターンをウエハ面上に投
影焼付けをし集積回路を製造する半導体焼付装置等に好
適な照明光学系、焼付け装置及び回路製造方法に関し、
特に光源からの光束の有効利用を図った照明光学系、焼
付け装置及び回路製造方法に関するものである。 (従来の技術) 最近の半導体製造技術には電子回路の高集積化に伴
い、高密度の回路パターンが形成可能のリソグラフィ技
術が要求されている。 一般にマスク又はレチクル面上の回路パターンをウエ
ハ面上に転写する場合、ウエハ面上に転写される回路パ
ターンの解像線幅は光源の波長に比例してくる。この為
従来から波長200〜300nmの遠紫外(ディープUV領域)の
短い波長を発振する超高圧水銀灯やキセノン水銀ランプ
等が多く用いられている。 又半導体製造におけるウエハ面上への焼付け露光にお
いては集光効率の向上、焼付け面全面における均一露光
そして物理光学的効果の制御のためにマスク面への照明
光束に一定の拡がり角を持たせることが要求される。こ
の為、従来は高輝度の光源を用い集光光学系とウエハ面
との間にフライアイレンズと呼ばれるレンズアレイやオ
プティカルファイバー束等から成る所謂オプティカルイ
ンテグレーターとコンデンサーレンズを用い均一照明及
び光束の拡がりを所定量持たせた照明光学系を構成して
いる。 このうちマスクとウエハを密着若しくは数十ミクロン
程度離して焼付けを行う所謂コンタクト/プロキシミテ
ィ露光法ではコンデンサーレンズによりオプティカルイ
ンテグレーターの像を無限遠に形成するようにしてい
る。又ステッパー等のマスクのパターンをウエハ面上に
投影光学系を用いて投影露光する所謂プロジェクション
露光法ではコンデンサーレンズによりオプティカルイン
テグレーターの像を投影光学系の入射瞳に形成するよう
にして所謂ケーラー照明系を構成している。 しかしながらこれらの照明光学系では照明光束の周辺
光束がオプティカルインテグレーターでケラレて光利用
効率を低下させ、この結果スループットを低下させてい
た。照明光学系における光効率の向上はg線吸収レジス
トやCEL(Contrast Enchancement Lager)等の使用によ
り最近特に重要な課題となっている。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明は従来の照明光学系においては照明用に利用さ
れなかった周辺光束をオプティカルインテグレーターに
入射させ、光源からの光束の有効利用を図り光利用効率
の向上を図った、例えば半導体焼付け装置等に好適な照
明光学系、焼付け装置及び回路製造方法の提供を目的と
する。 (問題点を解決するための手段) 本発明の照明光学系は、 (1−1)光源からの光をオプティカルインテグレータ
ーに入射させ、該オプティカルインテグレーターからの
光により被照明面を照明する照明光学系において、前記
光源と前記オプティカルインテグレーターの間に設けた
集光光学系のコマ収差を内向性コマ収差としたことを特
徴としている。 本発明の焼付け装置は、 (2−1)光源からの光をオプティカルインテグレータ
ーに入射させ、該オプティカルインテグレーターからの
光によりマスクを照明することにより該マスクのパター
ンを基板上に焼付ける焼付け装置において、前記光源と
前記オプティカルインテグレーターの間に設けた集光光
学系のコマ収差を内向性コマ収差としたことを特徴とし
ている。 本発明の回路製造方法は、 (3−1)光源からの光をオプティカルインテグレータ
ーに入射させ、該オプティカルインテグレーターからの
光により回路パターンを照明することにより該回路パタ
ーンを基板上に焼付ける段階を有する回路製造方法にお
いて、前記光源と前記オプティカルインテグレーターの
間に設けた集光光学系のコマ収差を内向性コマ収差とし
たことを特徴としている。 (実施例) 第1図は本発明を半導体製造装置の1つであるコンタ
クト/プロキシミティ露光装置に適用したときの実施例
1の光学系の概略図である。 同図において1は光源で例えば超高圧水銀灯から成っ
ている。2は楕円反射鏡で第1焦点2a近傍に光源1の発
光部が配置されており、光源1からの光束を楕円反射鏡
2の第2焦点2b近傍に配置したフィールドレンズ3の近
傍に集光している。4は内向性コマ収差を有する集光光
学系であり第2焦点2b近傍に形成されている光源像をフ
ィールドレンズ5の近傍に再結像するように光源からの
光束を集光し、該フィールドレンズ5を介して配光特性
が均一な多数の光束を形成する為のオプティカル・イン
テグレーター6の左端面(入射面)6aに入射させてい
る。7はコリメーターレンズであり、オプティカル・イ
ンテグレーター6の右端面(出射面)6bに形成された多
数光束を用いて被照射面8を照明している。そして、本
実施例では被照射面8に設けた回路パターンが形成され
ているマスクを照明し、該マスクの回路パターンをウエ
ハに転写するようにした焼付け装置を用いて半導体(回
路)を製造している。 本実施例では集光光学系4の一部に主に内向性コマ収
差を発生させるメニスカス形状のレンズ4Aを設けて、特
に楕円反射鏡2による光源像の形成されている第2焦点
2b方向にレンズ4Aのレンズ面の曲率中心が位置するよう
にしている。これにより照明光束のうち周辺光束のケラ
レを防止し照明光として利用出来るようにしている。 第2図はこのときの集光光学系4の横収差図であり、
同図(B)は光軸上、同図(A)は最軸外の光束におけ
る収差図である。 第2図の横収差図において、結像レンズ系の入射瞳上
の座標Hを示し、縦軸は横収差ΔYを示している。横収
差量ΔYは主光線の結像位置に対する他の光線の入射位
置からのずれ量を表わしている。符号が負のときは主光
線に対して光軸側にずれているときを示している。第2
図(A)の曲線COAは光軸外の所定の画角において内向
性コマ収差があることを示し、第2図(B)の曲線COB
は例えば光軸上等のコマ収差のないことを示している。 第3図は各々集光光学系4の最適像面でのスポットダ
イヤグラムであり、同図(A)は光軸上、同図(B)は
最軸外における光束を示す。 第4図は楕円反射鏡の第2焦点面での光源像の強度分
布の説明図である。同図に示すように光源像の強度分布
は近似的にガウス分布となっている。 一般にこのときの広がった光束の全てを利用すること
が出来れば好ましい。 第4図において実際の照明光束として使用されるのは
同図の斜線で示した範囲Pの部分となり範囲Qの部分は
オプティカルインテグレーターによりケラレてしまうの
で被照射面には入射しない。そこで本実施例ではこの範
囲Qの部分が範囲Pに含まれるように集光光学系の一部
のレンズのレンズ形状を特定し、第3図(B)に示すよ
うに内向性コマ収差を発生させることにより達成してい
る。これにより光源の光量を増大させることなく被照射
面への入射光量を増大させて集光効率の向上を図ってい
る。 次に本実施例において光源からの光束をオプティカル
インテグレーターに入射させる集光光学系のコマ収差を
内向性コマ収差とすることにより、照明光束の有効利用
を図ることができる理由について詳しく説明する。 第5図(A)〜(C)は第1図の楕円反射鏡2の第2
焦点面2bの光源像を集光光学系4でオプティカルインテ
グレーター6の入射面6aに再結像したときの光源像のう
ち軸外の一点の光強度分布(点像)の説明図である。第
5図(A)は集光光学系4にコマ収差がないとき、第5
図(B)は集光光学系4に内向性コマ収差があるとき、
第5図(C)は集光光学系4に外向性コマ収差があると
きを示している。 同図において51(51a,51b,51c)はオプティカルイン
テグレーター6の入射面6aの最外径であり、これより外
側の光束は入射面6aに入射せず、内側の光束のみが入射
する。52(52a,52b,52c)はオプティカルインテグレー
ター6の入射面6aの最外径51(51a,51b,51c)よりも外
側の外径であり、本来この外径52上の点像54を形成する
光束は入射面6aに入射しない。53(53a,53b,53c)、54
(54a,54b,54c)は入射面6a近傍に形成される光源像の
うちの軸外の一点(点像)を形成する光束の光強度分布
を各々摸式的に示している。 第5図(A)ではオプティカルインテグレーター6の
入射面6aの最外径51a上の点像53aを形成する光束の一部
はオプティカルインテグレーター6の入射面6a内に入射
する。しかしながら外径52a上の点像54aを形成する光束
は入射面6a内に入射しない。 これに対して第5図(B)では集光光学系4に内向性
コマ収差がある為に第3図(B)に示すように中心O方
向に尾を引く。この結果、最外径51b上の点像53bの光束
の殆んどは入射面6aに入射し、外径52b上の点像54bを形
成する光束の一部はオプティカルインテグレーター6の
入射面6a内に入射する。 第5図(C)では集光光学系4に外向性コマ収差があ
る為に最外径51c上の点像53cを形成する光束の殆んどは
入射面6aに入射しない。しかしながら外径52c上の点像5
4cの光束(光強度分布)は第3図(B)とは逆に中心O
と逆方向に尾を引く為に、当然のことながら入射面6aに
は入射しない。 本発明では以上のように集光光学系4のコマ収差を内
向性コマ収差とすることにより本来なら入射面6aに入射
しない光束を入射させるようにして照明光束の有効利用
を図っている。 尚、本実施例において照明光束の周辺光束の有効利用
を図る為に集光光学系において内向性コマ収差を発生さ
せるレンズとしてはメニスカス形状に限らずどのような
レンズ形状のものであっても可能である。 (発明の効果) 本発明によれば以上のように各要素を特定することに
より、従来の照明光学系においては照明用に利用されな
かった照明光束のうちの周辺光束をオプティカルインテ
グレーターに入射させ、光源からの光束の有効利用を図
り集光効率の向上を図った、例えば半導体焼付け装置等
に好適な照明光学系、焼付け装置及び回路製造方法を達
成することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第2図、
第3図は各々本発明に係る集光光学系の横収差図とスポ
ットダイヤグラムの説明図、第4図は本発明に係る楕円
反射鏡の第2焦点面での光源像の強度分布の説明図、第
5図は第1図のオプティカルインテグレーターの入射面
上の光源像の説明図である。 図中1は光源、2は楕円反射鏡、3,5はフィールドレン
ズ、4は集光光学系、6はオプティカルインテグレータ
ー、7はコリメーターレンズ、8は被照射面である。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.光源からの光をオプティカルインテグレーターに入
    射させ、該オプティカルインテグレーターからの光によ
    り被照明面を照明する照明光学系において、前記光源と
    前記オプティカルインテグレーターの間に設けた集光光
    学系のコマ収差を内向性コマ収差としたことを特徴とす
    る照明光学系。 2.光源からの光をオプティカルインテグレーターに入
    射させ、該オプティカルインテグレーターからの光によ
    りマスクを照明することにより該マスクのパターンを基
    板上に焼付ける焼付け装置において、前記光源と前記オ
    プティカルインテグレーターの間に設けた集光光学系の
    コマ収差を内向性コマ収差としたことを特徴とする焼付
    け装置。 3.光源からの光をオプティカルインテグレーターに入
    射させ、該オプティカルインテグレーターからの光によ
    り回路パターンを照明することにより該回路パターンを
    基板上に焼付ける段階を有する回路製造方法において、
    前記光源と前記オプティカルインテグレーターの間に設
    けた集光光学系のコマ収差を内向性コマ収差としたこと
    を特徴とする回路製造方法。
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