JP3562592B2 - Exposure equipment - Google Patents

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JP3562592B2
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誠 上原
光義 小泉
寿 武藤
信義 古川
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日立ハイテク電子エンジニアリング株式会社
株式会社ウシオユーテック
株式会社目白プレシジョン
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、露光装置に関し、詳細には、ウエハ、マスク、LCD基板等の露光装置に適し、あるいは高精細度の写真製版用の露光機に適し、広範囲に亙り均一な露光面が得られかつ露光均一化のための照度むら補正フィルタが不必要な露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来のLCD基板の露光装置の構成を示す概要図である。
1は、光源であり、通常、水銀ランプやハロゲンランプ等が使用される。この水銀ランプは垂直状態に立てて配置される。2は、集光ミラーであり、通常楕円ミラーの一部で構成される。3a ,3b は反射ミラーであり、4は、インテグレータであって、光を平滑化する。これは、通常、フライアイと呼ばれるような多数の小さな口径の棒状のレンズ群からなる。5は、照度むら補正フィルタであり、露光平面に対して照射される光のさらなる均一化を図る。6はコリメータレンズであり、7はマスク、8は露光対象のLCD基板、9は、基板載置台である。
【0003】
図示するように、この種の露光装置では、平面的に均一の露光面を得るためのケーラ照明系と、露光面内すべての点で照明光束が垂直に入射するテレセントリック照明系を組み合わせた光学系が採られている。水銀ランプ(光源)1より発する光束は、楕円ミラー2により反射ミラー3a を介して、インプットレンズ6a により平行光束としてインテグレータレンズ4に入射する。入射面は、光源の瞳面に相当するため、比較的照度が均一な面にするが、中心部は高く、周辺部は低い照度分布を持つ。複数のインテグレータ入射面をインテグレータレンズ4(個々のインテグレータレンズ)とコリメータレンズ6b により露光面7と共役とし、複数の入射面を重複させ、1つの露光面に結像させる形でケーラ照明系を構成している。また、個々のインテグレータ4の出射面には、光源像が形成され、ここをコリメータレンズ6b の前側焦点位置とすることにより、露光面7のすべての面内で照明光束が垂直に入射するテレセントリック光学系を実現する。
【0004】
しかし、光源の配向パターンにより、通常、中心部の光が強く、周辺部が弱くなる。したがって、半導体製造技術分野で使用されるこの種の露光装置にあっては、要求に応えるような平面的に均一な露光光を得るには、どうしても中心部の光の透過率を下げて弱くして、周辺にいくに従って透過率を大きくするような照度むらを補正する補正フィルタ5を設ける必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体技術では、形成パターンが高度に微細化され、従来以上に露光光の平面的な意味での均一化の要求が高くなってきている。このような状況にあっては、物理的に固定的な照度むら補正フィルタでは対応しきれなくなってきている。なぜなら、照度分布は、光源の状態や照明系の状態に対応して変化するからである。半導体製造技術分野の要求に応えるような平面的に均一な照度の露光面を得るには、光源の経年変化や光学系の調整により変化した光の分布状態に対応して照度むら補正をしなければならない。そのために、その都度、補正フィルタを作り変えるには、現在の照度部分を計測することが必要になり、また、それに対応した照度むら補正フィルタをその都度作って配置しなければならない。
補正フィルタは、露光面中心部に至る照度の高い光束を、散乱や吸収で落とす手法であるので、光量ロスという欠点も合わせ持っている。通常、10%程度の補正をかけるために、10%程度のロスが発生する。
このような作業は、手間のかかるものであり、過去作成したフィルタはすべて無駄になる。
【0006】
さて、写真製版の技術は、各種方式の印刷に必要な版を製作する技術として広く用いられている。印刷技術は、大別して、凸版印刷、凹版印刷、孔版印刷、平版印刷等に区別されるが、いずれの方式においても版が必要であり、高精度の印刷を製作する技術として写真製版におけるフィルム露光工程の改善が行われてきた。
製版工程にあっては、網フィルムの網の目の細かさが、出来上がる印刷の細かさ即ち解像度を決定する。すなわち、網の目が粗いと、出来上がる印刷物には、パターンの輪郭や色合いが変わる境界部分でギザギザした網点形状が視認される。新聞紙印刷等の場合を除き、通常の印刷ではこのようなギザギザした網点形状が視認されることはないが、より高精度の印刷という点でさらに網の目の細かい網点を使用することが要請されている。特に、美術複製など高級な印刷では、スクリーン線数が200線以上の網点を使用した高精細印刷が注目されているが、露光量の均一性の問題がここでもある。すなわち、網点が細かくなればなるほど、網点の像を忠実に転写することが困難になり、感光体フィルムの感光層が感光するパターンは、網点が細かくなるに従って網点が忠実に再現できなくなる。
【0007】
そこで、この出願に先だって後述するこの発明と同様な技術を開発し、写真製版の技術についてすでに出願済みである。しかし、この出願にあっては、半導体製造工程で利用するほどの高精度の均一露光まで考慮されていない関係から半導体の技術分野の要求に応えるだけの露光平面の全面的な均一化を達成するだけの事実関係の分析と技術の検討が不十分であった。
この発明の目的は、この事実関係を分析してLCD基板の製造を含め、半導体製造技術に十分適用し得、かつ、露光均一化のための照度むら補正フィルタを用いなくても済む露光装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するためのこの発明の特徴は、露光光源像を入射面側に受ける単一のロッドインテグレータと、このロッドインテグレータの出射面からの光を受ける第1のレンズとこの第1のレンズから所定距離離れた位置に配置された第2のレンズと有しロッドインテグレータの出射面を物点として露光面に共役関係で結像させ所定距離を変えることにより結像される出射面の像の周辺部分を中心部に対してより大きく縮ませる方向に歪ませる照度補正レンズ系と、照度補正レンズ系と露光面との間に配置されかつ照度補正レンズ系の合成焦点位置あるいはその近傍にその焦点が配置され共役関係を保持する凹面鏡とを備えていて、所定の距離を調整することにより露光面の像内に均一な照度の露光平面を形成するものである。
【0009】
【作用】
単一のロッドインテグレータに入射された光源像の光は、ロッドインテグレータ中を伝搬した後、出射面から出射されるが、単一のロッドインテグレータを使用しているので、その出射面では、ほぼ均一な面光源が得られる。しかし、光源の特性やレンズの特性から中心部が強く、周辺部が弱いという照度むらは多少残っている。ここでは、この多少の照度むらを照度補正レンズ系の像歪による補正で解消する。すなわち、照度補正レンズ系は、出射面を物点として露光面にこれに共役となる像を結像させるとともに、周辺部を中心部に対して縮ませる歪補正を加える。このことにより中心部に対して周辺部の照度の密度を増加させて露光面の像の内部において照度むらのない均一な露光面を実現させる。
これにより、補正フィルタが不要になるため、露光光束のロスもほとんど少なくできる。
【0010】
【実施例】
図1は、この発明の露光装置を適用した一実施例の概略構成を示す断面図である。なお、図5と同様な構成は同一の符号を付してある。
図1では、図5のインテグレータ4に換えて単一のロッドインテグレータ10を設け、コリメータレンズ6に換えて凹面鏡11を設けている。さらに、照度むら補正フィルタ5に換えて照度むら補正レンズ系12(以下補正レンズ12)が設けられている。
ロッドインテグレータ10は、断面矩形の単一のロッドレンズで構成されている。このレンズの入射面は、光源1が置かれた焦点に対して楕円の他方の焦点に来るように配置されている。したがって、その入射面に投影された光源像からの光は、その出射面に移送されて均一化される。しかも、この出射面の像は、ここでは1つの光源像になっている。
【0011】
ロッドインテグレータ10(以下インテグレータ10)の出射面は、補正レンズ12の合成焦点の手前側の焦点位置あるいはその近傍に配置される。凹面鏡11は、後ろ側の合成焦点よりさらに後ろに配置されている。ここでは、インテグレータ10の出射面の像は、凹面鏡11の手前にある、補正レンズ12の後ろ側の合成焦点の位置あるいはその近傍に結像する。この結像位置は、凹面鏡11の焦点の位置あるいはその近傍になっている。この位置の結像が凹面鏡11を経てマスク7の位置に一致する露光面に照射される。この露光面の位置は、凹面鏡11とほぼ焦点距離fo に等しく、これによりテレセントリック光学系が構成され、露光面7のすべての面内で照明光束が垂直に入射するとともに、多重反射により照度均一化がなされたインテグレータ10の出射面が補正レンズ12と凹面鏡11によりケーラ照明系として露光面に結像する。
【0012】
図2は、単一のインテグレータ10のインテグレート作用を説明する図であって、ロッドインテグレータ中を伝搬する光線の経路を示している。
光源1からの光は、インテグレータ10の一方の端面から入射して、一部の光がロッドレンズの側面で全反射し、他方の端面から出射される。この際、ロッドレンズの入射端面のある点に入射する光線は、その入射角度に応じてインテグレータ10の出射端面上の各点に分散する。その結果として、照度分布の均一化が図られる。
【0013】
この点を、図2を用いてさらに詳しく説明する。図2の(A)は、入射端面の中心(光軸上の点)からインテグレータ10に入射した光線の軌跡を描いたものである。そして、図2の(B),(C),(D),(E)は、(A)の光線をインテグレータ10の側面での全反射の回数に応じて分離した図である。
まず、図2(B)に示すように、入射角が所定範囲の小さなものである場合、光線は全反射することなく出射端面全体に広がり、直接出射端面から出射される。入射角が小さければ(B)のようになが、それは、言うまでもなくインテグレータ10の長さとこれに垂直な断面積とに依存する。なお、ここでは、長さが300mm程度で断面が22mm×27mm程度のロッドレンズを用いている。次に、所定の入射角度の光線を中心とし、これから入射角度がプラスマイナスに多少ずれた光線は、図2(C)のようにインテグレータ10の側面で1回全反射する。やはりこの光線も、ロッドレンズの出射端面全体に広がって出射する。
【0014】
(C)よりもさらに大きな入射角の光線を中心とし、その光線から所定範囲内で入射角度がプラスマイナスに多少ずれた光線は、図2(D)のようにインテグレータ10の側面で2回全反射する。やはりこの光線も、インテグレータ10の出射端面全体に広がって出射する。さらに、(D)よりもさらに大きな所定の入射角の光線を中心とし、その光線から入射角度が多少プラスマイナスにずれた光線は、図2(E)のようにインテグレータ10の側面で3回全反射する。やはりこの光線も、インテグレータ10の出射端面全体に広がって出射する。
このように、入射面の入射角が大きくなるにつれて全反射の回数が多くなり、その光は、同様にインテグレータ10の出射面全体に広がって出射する。
【0015】
このようにして、入射端面の中心というある一点から入射する光線は、いずれも出射端面全体に広がって分散する。この状態は、(B),(C),(D),(E)を重ね合わせた(A)によってさらによく理解される。
このような出射端面全面への光の分散は、入射端面の他の点から入射する光についても同様に生じる。つまり、入射端面の各点において、入射した光線が出射端面に分散する。その結果、照度分布の均一化がほぼ達成され、光源の像がそのまま均一化された形で出射面に移送される。
つまり、インテグレータ10の入射面において照度分布があっても、各点の入射光が同様に出射面に分散する結果、出射面での照度分布が均一になる。しかし、このようなインテグレータ10による光を集積し、平均化をしたとしても、半導体製造工程で使用する露光装置としては、いまだ、光源の中心部の強度の影響が現れ、中心から周辺部に向かって照度が低くなる照度むら現象が完全には解消されたものとはならず、露光という点からみて未だ平面的には十分に均一な露光光が得られているとは言えない。
【0016】
ここで、重要な役割を果たすのが、補正レンズ12である。図3に示すように、このレンズ系は、第1のレンズ群として3枚の組み合わせ凸レンズ12a ,12b ,12c と、これと距離d1 だけ離れて配置された第2のレンズ群として2枚の凸レンズ12d ,12e とからなる。そして、第1のレンズ群とインテグレータ10の出射面SO との距離がd2 となっている。
なお、出射面SO からの光は、図2の(A)に示すように、中央部は中央部で、周辺部は周辺部で広がるので、補正レンズ12を経て凹面鏡11でこれを集光する。そして、露光面に出射面SO の像を投影するようなっている。したがって、これらレンズ系12と凹面鏡11の組み合わせ光学系にとっては、インテグレータ10の出射面SO が物点であり、露光面が(図1では、マスク7の基板側に当たる裏面)が像点になる。そして、インテグレータ10の出射面の像を露光面に投影していることになる。すなわち、ここでは、出射面SO の物点像と露光面の投影像とが共役関係にある。
【0017】
次に、照度むら補正について説明すると、第1のレンズ系と第2のレンズ系との距離d1 により像の中心部に対する周辺部の歪量を調整する。そして、距離d2 を調整することで、インテグレータ10の出射面を補正レンズ12の手前側の合成焦点の近傍とし、その像を後ろ側の合成焦点の近傍に位置付けるととも、この後ろ側の合成焦点の位置をあまり移動させないように調整する。これにより図1に示すテレセントリック系の条件をできるだけ維持できるようにして露光面での平面的な光の均一化を図る。
すなわち、距離d1 ,d2 を変化させることで凹面鏡11の焦点あるいはその近傍に配置された補正レンズ12の後ろ側の合成焦点位置あるいはその近傍にインテグレータ10の出射面SO の像を歪ませた状態で投影して、周辺部の光束密度を向上させてるとともに、露光面に対するケーラ照明とテレセントリック系の条件をほぼ維持できるようにして露光面の光を均一化する。
【0018】
露光面の像の大きさは、この像が露光されるマスク面より大きくなるようにあらかじめ設計されている。そして、距離d1 の距離を調整することによりこの像が中心部に対して周辺部を大きく歪ませて縮小させる。その結果、露光面に投影される像も周辺部が中心部よりも大きく縮小する歪が加わる。
この歪は、レンズの機能上からその光軸に近づくにつれてその縮小率が低下する特性になる。大きく縮小された周辺部は、単位面積あたりの光の密度が増加し、中心部に近づくにつれてその影響がなくなる。しかし、距離d1 を調整すると当然のことながら、出射面の投影像も合成焦点の焦点位置から前後に移動する。この移動をできるだけ少なくして焦点位置に近傍に維持しなければケーラ照明とテレセントリック系の関係が維持できない。
すなわち、この補正レンズ12が修正できる範囲は、ここでは、ケーラ照明とテレセントリック系を維持する条件の下で行われ、後ろの合成焦点位置の近傍に形成され出射面の像が位置付けられるようになっていなければならない。そこで、歪で調整できる範囲も多少制限を受ける。このような歪の調整制限範囲になるように、その前段で光の均一化を図る役割を果たすのがインテグレータ10である。
【0019】
その具体例について説明する。
インテグレータ10の出射面SO の面積を22mm×27mm、長さを300mmとする。こととき、光源1の物点としての大きさ(出射面の物点像)が約25mmφとする。第1のレンズ群の凸レンズ12a と出射面SO との距離は25mm,凸レンズ12e と凹面鏡11との距離は2000mm,第1のレンズ群と第2のレンズ群との距離は70mmである。凸レンズ12a は、口径=約80mmφ,曲率R1 =94mm,R2 =273mm,n=1.47455の石英メニスカレンズであり、凸レンズ12b ,12c は、それぞれ口径=約80mmφ,曲率R1 =144,R2 =∞,n=1.47455の石英平凸レンズである。そして、第2のレンズ群の凸レンズ12d ,12e は、それぞれ口径=約100mmφ,曲率R1 =144,R2 =∞,n=1.47455の石英平凸レンズである。最後にこれらによる補正レンズ12の合成焦点距離は、約93mmである。
【0020】
この例では、出射面の物点像がほぼ20倍で露光面に投影される。この場合の周辺歪と光量との関係を露光面Sに対して各ブロックに分解して図示したのが図4であり、各ブロックにおけるz方向の高さが露光面Sの上半分についての各ブロックについての歪量を表している。露光面Sの面積とその後ろにある歪み面Dの各ブロック面積比が露光面Sでの各ブロックの光の増加量となる。
ここで、例えば、この露光面の大きさを縦横の長さが420×540mmとすれば、前記の補正レンズの条件で中心部の歪量を0%として周辺部の角部分で1.47%〜1.48%程度、縦方向の周辺部の中央で0.37%〜0.45%、横方向の周辺部の中央で0.79〜0.83%程度になる。この歪量に応じて光量の補正がなされる。
【0021】
前記の約20倍程度の倍率で出射面の像を露光面に投影する場合の実際の補正レンズ12は、凸レンズ12a と出射面との距離d2 =10〜30mm,第1のレンズ群と第2のレンズ群との距離d1 =60〜100mm, 合成焦点距離としてf=85〜115mm程度の範囲で変化するようになっている。
以上の条件は、物点の投影倍率が20倍程度の例であり、倍率を変更することにより前記の数値は適宜選択される。また、インテグレータ10の出射面の面積によっても前記の数値は変更され、これらは設計事項になる。
【0022】
ところで、凹面鏡11は、図5に示すようなコリメータレンズが用いられてもよいことはもちろんである。さらに、補正レンズと露光面との間に反射ミラーや固定的なインテグレータレンズ等を設けてもよいことはもちろんである。
また、実施例では、ケーラ照明等の条件付けをした例を挙げているが、露光光の均一の要求の度合いにより、このような条件をすべて十分に満たす必要はない。したがって、特に、均一露光について高い精度が要求されない露光の場合や写真製版の技術の場合に適用するときには、インテグレータの出射面と補正レンズとの距離を必ずしも調整するようにする必要はない。
さらに、露光光源は、楕円ミラーにより投影することも必要としない。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したことから理解できるように、この発明にあっては、単一のインテグレータを使用してほぼ均一な光源像を物点像として得て、この物点像の中心部が強く、周辺部が弱くなる多少の照度むらを、インテグレータの出射面を物点として照度むら補正レンズ系を経て露光面にこれに共役となる像を結像させるとともに、周辺部を中心部に対して縮ませる歪補正を補正レンズで加えるようにしているので、中心部に対して周辺部の照度の密度を増加させてこの像の内部において照度むらのない面を実現することができる。
その結果、従来のような補正フィルタを用いることなく、従来以上に照度が均一な露光面が得られる。しかも、補正フィルタが不要になるため、露光光束のロスもほとんど少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の露光装置を適用した一実施例の露光装置の構成の概要断面図である。
【図2】図2は、図1のインテグレータの作用の説明図である。
【図3】図3は、図1のインテグレータと補正レンズ系との関係の説明図である。
【図4】図4は、補正レンズによる露光面における歪量の説明図である。
【図5】図5は、従来の露光装置の構成の概要断面図である。
【符号の説明】
1…光源、2…集光ミラー、3…ミラー、4…インテグレータ、
5…補正フィルタ、6…コリメータレンズ、
7…マスク、8…LCD基板、
10…ロッドインテグレータ、11…凹面鏡、
12…照度むら補正レンズ系。
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an exposure apparatus, and more particularly, to an exposure apparatus for a wafer, a mask, an LCD substrate, or the like, or to an exposure machine for high-definition photolithography, which can provide a uniform exposure surface over a wide range and The present invention relates to an exposure apparatus that does not require an illumination unevenness correction filter for uniformizing exposure.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional LCD substrate exposure apparatus.
Reference numeral 1 denotes a light source, and a mercury lamp, a halogen lamp, or the like is usually used. The mercury lamp is arranged upright. Reference numeral 2 denotes a condensing mirror, which is usually constituted by a part of an elliptical mirror. 3a and 3b are reflection mirrors, and 4 is an integrator, which smoothes light. It consists of a number of small-diameter rod-shaped lenses, usually called fly's eyes. Reference numeral 5 denotes an illuminance non-uniformity correction filter for further uniformizing the light applied to the exposure plane. Reference numeral 6 denotes a collimator lens, 7 denotes a mask, 8 denotes an LCD substrate to be exposed, and 9 denotes a substrate mounting table.
[0003]
As shown in the figure, in this type of exposure apparatus, an optical system combining a Koehler illumination system for obtaining a planarly uniform exposure surface and a telecentric illumination system in which an illumination light beam is vertically incident at all points in the exposure surface. Is adopted. The light beam emitted from the mercury lamp (light source) 1 is incident on the integrator lens 4 as a parallel light beam by the input lens 6a via the reflection mirror 3a by the elliptical mirror 2. Since the entrance surface corresponds to the pupil plane of the light source, the illuminance is relatively uniform, but the central portion is high and the peripheral portion has a low illuminance distribution. A plurality of integrator entrance surfaces are conjugated to an exposure surface 7 by an integrator lens 4 (individual integrator lens) and a collimator lens 6b, and a plurality of entrance surfaces are overlapped to form an image on one exposure surface to form a Koehler illumination system. are doing. In addition, a light source image is formed on the exit surface of each integrator 4, and this is set as the front focal position of the collimator lens 6 b, so that the telecentric optics in which the illumination light flux is vertically incident on all surfaces of the exposure surface 7. Realize the system.
[0004]
However, depending on the orientation pattern of the light source, the light in the central part is usually strong and the peripheral part is weak. Therefore, in this type of exposure apparatus used in the field of semiconductor manufacturing technology, in order to obtain exposure light that is uniform in a plane so as to meet the demand, it is inevitable to lower the transmittance of light at the center and to weaken it. Therefore, it is necessary to provide a correction filter 5 that corrects the illuminance unevenness such that the transmittance increases toward the periphery.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in semiconductor technology, formed patterns have been highly miniaturized, and there has been a higher demand for uniformity of exposure light in a planar sense than ever before. In such a situation, a physically fixed illuminance non-uniformity correction filter is no longer sufficient. This is because the illuminance distribution changes according to the state of the light source and the state of the illumination system. In order to obtain a flat and uniform illuminance exposure surface that meets the requirements of the semiconductor manufacturing technology field, illuminance unevenness must be corrected in accordance with the aging of the light source and the light distribution changed by adjusting the optical system. Must. Therefore, in order to change the correction filter each time, it is necessary to measure the current illuminance portion, and a corresponding illuminance non-uniformity correction filter must be prepared and arranged each time.
The correction filter is a method of dropping the luminous flux reaching the center of the exposure surface with high illuminance by scattering or absorption, and thus has a disadvantage of light amount loss. Normally, a correction of about 10% causes a loss of about 10%.
Such an operation is troublesome, and all filters created in the past are useless.
[0006]
Now, the technology of photoengraving is widely used as a technology for producing plates required for various types of printing. Printing technology can be broadly classified into relief printing, intaglio printing, stencil printing, lithographic printing, etc.A plate is required in any system, and film exposure in photolithography is a technology for producing high-precision printing. Process improvements have been made.
In the plate making process, the fineness of the mesh of the netting film determines the fineness, that is, the resolution of the resulting print. That is, if the mesh is coarse, a jagged halftone dot shape is visually recognized at the boundary portion where the contour and the color of the pattern change in the finished printed matter. Except in newspaper printing, such jagged halftone dots are not visible in normal printing.However, in order to achieve higher precision printing, it is possible to use halftone halftone dots. Has been requested. In particular, for high-quality printing such as art reproduction, high-definition printing using halftone dots having a screen ruling of 200 lines or more has attracted attention, but there is also the problem of uniformity of exposure. In other words, the finer the dots, the more difficult it is to transfer the image of the dots faithfully, and the pattern exposed by the photosensitive layer of the photoreceptor film can be reproduced faithfully as the dots become finer. Disappears.
[0007]
Therefore, prior to this application, a technique similar to the present invention described later has been developed, and a photolithography technique has already been filed. However, in this application, since the uniform exposure with high precision enough to be used in the semiconductor manufacturing process is not taken into consideration, it is possible to achieve the uniformization of the entire exposure plane enough to meet the demands of the semiconductor technical field. The analysis of facts alone and the examination of technology were insufficient.
It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus which analyzes this fact and can be sufficiently applied to semiconductor manufacturing techniques, including the manufacture of LCD substrates, and which does not require the use of a filter for correcting uneven illuminance for uniform exposure. To provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The features of the present invention for achieving such an object include a single rod integrator that receives an exposure light source image on an incident surface side, a first lens that receives light from an exit surface of the rod integrator, and a first lens that receives the light from the exit surface . And a second lens disposed at a predetermined distance away from the lens of the rod integrator and having the exit surface of the rod integrator as an object point to form an image on the exposure surface in a conjugate relationship and changing the predetermined distance to form an exit surface of the rod integrator. and illuminance correction lens system to distort in the direction of greater contracted with respect to the central portion of the peripheral portion of the image, the composite focal position or its vicinity of the arranged and illuminance correction lens system between the illuminance correction lens system and the exposure surface A concave mirror having a focal point disposed therein and maintaining a conjugate relationship is provided, and by adjusting a predetermined distance, an exposure plane having uniform illuminance is formed in an image on the exposure plane.
[0009]
[Action]
The light of the light source image incident on the single rod integrator propagates through the rod integrator and is emitted from the emission surface. However, since the single rod integrator is used, the light emission surface is substantially uniform. A simple surface light source can be obtained. However, from the characteristics of the light source and the characteristics of the lens, the illuminance unevenness in which the central part is strong and the peripheral part is weak remains. Here, this slight illuminance unevenness is eliminated by correction due to image distortion of the illuminance correction lens system. That is, the illuminance correction lens system forms a conjugate image on the exposure surface using the emission surface as an object point, and performs distortion correction for contracting the peripheral portion with respect to the central portion. As a result, the illuminance density at the peripheral portion is increased with respect to the central portion, and a uniform exposure surface without uneven illuminance is realized inside the image on the exposure surface.
This eliminates the need for a correction filter, so that the loss of the exposure light beam can be substantially reduced.
[0010]
【Example】
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an embodiment to which the exposure apparatus of the present invention is applied. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 1, a single rod integrator 10 is provided in place of the integrator 4 of FIG. 5, and a concave mirror 11 is provided in place of the collimator lens 6. Further, an uneven illuminance correction lens system 12 (hereinafter referred to as a correction lens 12) is provided in place of the uneven illuminance correction filter 5.
The rod integrator 10 includes a single rod lens having a rectangular cross section. The entrance surface of this lens is arranged so as to come to the other focal point of the ellipse with respect to the focal point where the light source 1 is placed. Therefore, the light from the light source image projected on the entrance surface is transferred to the exit surface and is made uniform. In addition, the image of the emission surface is one light source image here.
[0011]
The exit surface of the rod integrator 10 (hereinafter, the integrator 10) is disposed at or near the focal position on the near side of the combined focal point of the correction lens 12. The concave mirror 11 is arranged further behind the composite focus on the rear side. Here, the image of the exit surface of the integrators 10, in front of the concave mirror 11, positioned or focused in the vicinity of the synthesis focal point behind the correcting lens 12. This imaging position is at or near the focal point of the concave mirror 11. The image formed at this position is radiated through the concave mirror 11 onto the exposure surface corresponding to the position of the mask 7. The position of the exposure surface is substantially equal to the focal length fo of the concave mirror 11, thereby forming a telecentric optical system. Illumination light beams are vertically incident on all surfaces of the exposure surface 7, and the illuminance is made uniform by multiple reflection. the exit surface of the made the integrators 10 is imaged on the exposed surface as a Koehler illumination system by correcting lens 12 and the concave mirror 11.
[0012]
Figure 2 is a diagram illustrating the integration action of a single integrators 10 shows the paths of light rays propagating in the rod integrator.
The light from the light source 1 enters from one end face of the integrator 10, a part of the light is totally reflected on the side face of the rod lens, and is emitted from the other end face. At this time, the light beam incident on a certain point on the incident end face of the rod lens is dispersed to each point on the exit end face of the integrator 10 according to the incident angle. As a result, the illuminance distribution is made uniform.
[0013]
This will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2A illustrates the trajectory of a light beam incident on the integrator 10 from the center of the incident end face (point on the optical axis). 2B, 2C, 2D, and 2E are diagrams in which the light beam of FIG. 2A is separated according to the number of total reflections on the side surface of the integrator 10.
First, as shown in FIG. 2B, when the incident angle is small within a predetermined range, the light beam spreads over the entire exit end face without being totally reflected, and is emitted directly from the exit end face. If the angle of incidence is small, as in (B), it depends, of course, on the length of the integrator 10 and the cross-sectional area perpendicular thereto. Here, a rod lens having a length of about 300 mm and a cross section of about 22 mm × 27 mm is used. Next, a light beam having a predetermined incident angle as a center and a light beam whose incident angle slightly deviates from the plus or minus direction is totally reflected once by the side surface of the integrator 10 as shown in FIG. This light beam also spreads out the entire exit end face of the rod lens and exits.
[0014]
A light beam having an incident angle larger than that of FIG. 2C and whose incident angle slightly deviates from the light beam within a predetermined range by plus or minus is totally twice on the side surface of the integrator 10 as shown in FIG. reflect. Again, this light beam spreads out the entire exit end face of the integrator 10 and exits. Further, a light beam having a predetermined incident angle larger than that of (D) as a center and a light beam whose incident angle deviates slightly to plus or minus from the light beam is totally three times on the side surface of the integrator 10 as shown in FIG. reflect. Again, this light beam spreads out the entire exit end face of the integrator 10 and exits.
As described above, as the angle of incidence on the incident surface increases, the number of times of total reflection increases, and the light also spreads and exits the entire exit surface of the integrator 10.
[0015]
In this manner, light rays incident from a certain point at the center of the incident end face are all spread and dispersed throughout the output end face. This situation is better understood by (A), which superimposes (B), (C), (D), and (E).
Such dispersion of light over the entire exit end face occurs similarly for light incident from another point on the entrance end face. That is, at each point on the incident end face, the incident light beam is dispersed to the exit end face. As a result, the uniformity of the illuminance distribution is almost achieved, and the image of the light source is transferred to the exit surface in a uniform form.
That is, even if there is an illuminance distribution on the entrance surface of the integrator 10, the incident light at each point is similarly dispersed on the exit surface, so that the illuminance distribution on the exit surface becomes uniform. However, even if the light from such an integrator 10 is integrated and averaged, as an exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process, the influence of the intensity at the center of the light source still appears, and the influence from the center toward the periphery is still present. Thus, the uneven illuminance phenomenon in which the illuminance is reduced is not completely eliminated, and it cannot be said that sufficiently uniform exposure light is still obtained in a planar view from the viewpoint of exposure.
[0016]
Here, the correction lens 12 plays an important role. As shown in FIG. 3, this lens system has three combined convex lenses 12a, 12b, and 12c as a first lens group, and two convex lenses as a second lens group disposed at a distance d1 from the combined convex lenses. 12d and 12e. The distance between the first lens group and the exit surface SO of the integrator 10 is d2.
As shown in FIG. 2A, the light from the emission surface SO 2 spreads at the center at the center and at the periphery at the periphery, and is condensed by the concave mirror 11 via the correction lens 12. . Then, an image of the emission surface SO 2 is projected on the exposure surface. Therefore, for the combined optical system of the lens system 12 and the concave mirror 11, the emission surface SO 1 of the integrator 10 is the object point, and the exposure surface (in FIG. 1, the back surface corresponding to the substrate side of the mask 7) is the image point. Then, the image on the exit surface of the integrator 10 is projected on the exposure surface. That is, here, the object point image on the emission surface SO 2 and the projected image on the exposure surface have a conjugate relationship.
[0017]
Next, a description will be given of illuminance unevenness correction. The distortion amount of the peripheral portion with respect to the central portion of the image is adjusted by the distance d1 between the first lens system and the second lens system. Then, by adjusting the distance d2, the emission surface of the integrator 10 is set near the combined focus on the front side of the correction lens 12, and the image is positioned near the combined focus on the rear side. Adjust so that the position of does not move too much. Thereby, the conditions of the telecentric system shown in FIG. 1 can be maintained as much as possible to achieve uniform light in a plane on the exposure surface.
That is, by changing the distances d1 and d2, the image of the exit surface SO 2 of the integrator 10 is distorted at or near the combined focal point behind the correction lens 12 disposed at or near the focal point of the concave mirror 11. By projecting, the luminous flux density in the peripheral portion is improved, and the light on the exposed surface is made uniform by substantially maintaining the conditions of the Koehler illumination and the telecentric system on the exposed surface.
[0018]
The size of the image on the exposure surface is designed in advance so that this image is larger than the mask surface on which the image is exposed. Then, by adjusting the distance d1, this image causes the peripheral portion to be greatly distorted with respect to the central portion and is reduced. As a result, the image projected on the exposure surface is also distorted such that the peripheral portion is greatly reduced from the central portion.
This distortion has such a characteristic that the reduction rate decreases as the lens approaches the optical axis from the function of the lens. The lightness per unit area of the greatly reduced peripheral portion increases, and its influence disappears as it approaches the central portion. However, when the distance d1 is adjusted, the projected image on the exit surface also moves back and forth from the focal position of the combined focal point. The relationship between Koehler illumination and telecentric systems cannot be maintained unless this movement is kept as close as possible to the focal position.
That is, the range in which the correction lens 12 can be corrected is performed under the condition of maintaining the Koehler illumination and the telecentric system, and the image of the emission surface formed near the rear combined focal position is positioned. Must be. Therefore, the range that can be adjusted by the distortion is somewhat limited. The integrator 10 plays a role in equalizing the light at the preceding stage so that the distortion is limited in the adjustment limitation range.
[0019]
A specific example will be described.
The area of the exit surface SO 2 of the integrator 10 is 22 mm × 27 mm, and the length is 300 mm. In this case, the size of the light source 1 as an object point (object point image on the emission surface) is about 25 mmφ. The distance between the convex lens 12a and the emission surface SO of the first lens group is 25 mm, the distance between the convex lens 12e and the concave mirror 11 is 2000 mm, and the distance between the first lens group and the second lens group is 70 mm. The convex lens 12a is a quartz meniscus lens having an aperture of about 80 mmφ, a curvature R1 = 94 mm, R2 = 273 mm, and n = 1.47455. , N = 1.47455. The convex lenses 12d and 12e of the second lens group are quartz plano-convex lenses each having an aperture of about 100 mmφ, a curvature R1 = 144, R2 = ∞, and n = 1.47455. Finally, the combined focal length of the correction lens 12 is about 93 mm.
[0020]
In this example, the object point image on the exit surface is projected onto the exposure surface at approximately 20 times . FIG. 4 illustrates the relationship between the peripheral distortion and the amount of light in each case with respect to the exposure surface S in the form of blocks, and FIG. This represents the amount of distortion for the block. The ratio between the area of the exposure surface S and the area of each block of the distorted surface D behind it is the amount of increase in light of each block on the exposure surface S.
Here, for example, assuming that the size of the exposed surface is 420 × 540 mm in length and width, the distortion amount in the central portion is 0% and 1.47% in the corner portion in the peripheral portion under the condition of the correction lens. About 1.48%, about 0.37% to 0.45% at the center of the peripheral part in the vertical direction, and about 0.79 to 0.83% at the center of the peripheral part in the horizontal direction. The light amount is corrected according to the distortion amount.
[0021]
When projecting the image of the exit surface onto the exposure surface at a magnification of about 20 times, the actual correction lens 12 has a distance d2 between the convex lens 12a and the exit surface of 10 to 30 mm, the first lens group and the second lens group. Distance d1 = 60 to 100 mm, and the combined focal length f varies from about 85 to 115 mm.
The above condition is an example in which the projection magnification of the object point is about 20 times , and the numerical value is appropriately selected by changing the magnification. The above-mentioned numerical values are also changed depending on the area of the exit surface of the integrator 10, and these are design items.
[0022]
Incidentally, it goes without saying that a collimator lens as shown in FIG. 5 may be used for the concave mirror 11. Further, it goes without saying that a reflection mirror, a fixed integrator lens, and the like may be provided between the correction lens and the exposure surface.
Further, in the embodiment, an example is given in which conditions such as Koehler illumination are set, but it is not necessary to fully satisfy all of these conditions depending on the degree of uniformity of exposure light. Therefore, particularly in the case of uniform exposure, which does not require high accuracy, or in the case of photolithography technology, it is not always necessary to adjust the distance between the exit surface of the integrator and the correction lens.
Further, the exposure light source does not even need to be projected by an elliptical mirror.
[0023]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the present invention, a substantially uniform light source image is obtained as an object point image using a single integrator, and the central part of the object point image is strong, and the peripheral part is strong. Distortion that causes the illuminance unevenness to weaken, forms an image conjugate to the illuminance unevenness correction lens system on the exposure surface through the illuminance unevenness correction lens system using the exit surface of the integrator as an object point, and shrinks the periphery to the center Since the correction is performed by the correction lens, it is possible to increase the illuminance density in the peripheral portion with respect to the central portion, thereby realizing a surface without uneven illuminance inside the image.
As a result, an exposure surface with more uniform illuminance than before can be obtained without using a conventional correction filter. Moreover, since a correction filter is not required, the loss of the exposure light beam can be almost reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of the configuration of an exposure apparatus according to an embodiment to which the exposure apparatus of the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of the integrator of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a relationship between the integrator of FIG. 1 and a correction lens system.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a distortion amount on an exposure surface by a correction lens.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a configuration of a conventional exposure apparatus.
[Explanation of symbols]
1 light source, 2 condensing mirror, 3 mirror, 4 integrator,
5: correction filter, 6: collimator lens,
7 ... mask, 8 ... LCD substrate,
10: rod integrator, 11: concave mirror,
12: Illumination unevenness correction lens system.

Claims (4)

露光光源像を入射面側に受ける単一のロッドインテグレータと、このロッドインテグレータの出射面からの光を受ける第1のレンズとこの第1のレンズから所定距離離れた位置に配置された第2のレンズと有し前記ロッドインテグレータの出射面を物点として露光面に共役関係で結像させ前記所定距離を変えることにより結像される前記出射面の像の周辺部分を中心部に対してより大きく縮ませる方向に歪ませる照度補正レンズ系と、前記照度補正レンズ系と前記露光面との間に配置されたかつ前記照度補正レンズ系の合成焦点位置あるいはその近傍にその焦点が配置され前記共役関係を保持する凹面鏡とを備え、前記所定の距離を調整することにより前記露光面の像内に均一な照度の露光平面を形成することを特徴とする露光装置。A single rod integrator that receives the exposure light source image on the incident surface side, a first lens that receives light from the exit surface of the rod integrator, and a second lens that is disposed at a predetermined distance from the first lens With the lens and the exit surface of the rod integrator as an object point, an image is formed in a conjugate relationship on the exposure surface and the peripheral portion of the image of the exit surface formed by changing the predetermined distance is larger than the center portion. An illuminance correction lens system for distorting in the direction of contraction, and a conjugate relationship in which the focal point is disposed between the illuminance correction lens system and the exposure surface and at or near a composite focal position of the illuminance correction lens system. And a concave mirror for holding an image, and forming an exposure plane having uniform illuminance in an image on the exposure surface by adjusting the predetermined distance. 露光光源と、この露光光源を第1の焦点位置あるいはその近傍に配置しその像を第2の焦点位置に投影する楕円ミラーの一部を構成する集光ミラーと、前記第2の焦点位置あるいはこの近傍の前記露光光源の投影位置に入射面側が配置された断面矩形の単一のロッドインテグレータと、このロッドインテグレータの出射面を物点として露光面に共役関係で結像させる照度補正レンズ系と、前記照度補正レンズ系と前記露光面との間に配置されかつ前記照度補正レンズ系の合成焦点位置あるいはその近傍にその焦点が配置され前記共役関係を保持する凹面鏡とを備え、前記照度補正レンズ系は、前記ロッドインテグレータの出射面からの光を受ける第1のレンズ群とこの第1のレンズ群から所定距離離れた位置に配置された第2のレンズ群とからなり、前記所定距離を変えることにより結像される前記出射面の像の周辺部分を中心部に対してより大きく縮ませる方向に歪ませるものであって、前記所定の距離を調整することにより前記露光面の像内に均一な照度の露光平面を形成することを特徴とする露光装置。An exposure light source, a condenser mirror that arranges the exposure light source at or near a first focal position and forms a part of an elliptical mirror that projects an image to a second focal position, and the second focal position or A single rod integrator having a rectangular cross section in which the incident surface side is disposed at the projection position of the exposure light source in the vicinity thereof, and an illuminance correction lens system that forms an image on the exposure surface in a conjugate relationship with the emission surface of the rod integrator as an object point. A concave mirror that is disposed between the illuminance correction lens system and the exposure surface and whose focus is disposed at or near a combined focal position of the illuminance correction lens system and maintains the conjugate relationship, system, Toka second lens group and the first lens group that receives light from the first lens group are arranged in a position at a predetermined distance from the exit surface of the rod integrator It is to distort the peripheral portion of the image of the exit surface formed by changing the predetermined distance in a direction to shrink more greatly with respect to the center, and by adjusting the predetermined distance, An exposure apparatus for forming an exposure plane with uniform illuminance in an image on an exposure surface. 前記ロッドインテグレータの出射面と前記補正レンズ系との距離が調整可能であって、前記出射面が前記合成焦点の手前の焦点位置あるいはその近傍に配置され、かつ、前記所定の距離の調整において前記合成焦点の後ろの焦点位置が前記露光面の距離との関係でケーラ照明とテレセントリック照明とが維持される焦点の位置あるいはほぼケーラ照明とテレセントリック照明とが維持される前記焦点位置の近傍に配置される関係に維持されることを特徴とする請求項2記載の露光装置。The distance between the exit surface of the rod integrator and the correction lens system is adjustable, and the exit surface is disposed at or near a focal position before the composite focal point, and the adjustment of the predetermined distance The focal position behind the combined focal point is located near the focal position where the Kera illumination and the telecentric illumination are maintained or almost in the vicinity of the focal position where the Kayla illumination and the telecentric illumination are maintained in relation to the distance of the exposure surface. 3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the relationship is maintained. 前記凹面鏡に換えてコリメータレンズが用いられることを特徴とする請求項3記載の露光装置。The exposure apparatus according to claim 3, wherein a collimator lens is used instead of the concave mirror.
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