JP3576685B2 - Exposure apparatus and device manufacturing method using the same - Google Patents

Exposure apparatus and device manufacturing method using the same Download PDF

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    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばIC,LSI,CCD,液晶パネル,磁気ヘッド等の各種のデバイスの製造装置である所謂ステッパーにおいて、光源手段からの露光光で照明したフォトマスクやレチクル等の原板(以下「レチクル」という。)上の回路パターンを感光剤を塗布したウエハ面上に投影転写し、デバイスを製造する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
最近の半導体デバイスの製造技術においては、露光波長をg線からi線に変えて超高圧水銀灯を用いた露光法により解像力を向上させる試みが種々と行われている。又エキシマレーザに代表される更に短い波長のパルス光を用いることにより解像力の向上を図る方法が種々と提案されている。
【0003】
露光装置(方法)として解像線幅を小さくしていく手段としては高NA化と短波長化がある。高NA化によりNAに逆比例して解像線幅は小さくなっていくが、同時に焦点深度の方はNAの2乗に逆比例して更に小さくなっていく。焦点深度は大きいのが望ましいので高NA化には、おのずと限界がある。
【0004】
これに対して本出願人はレチクル面上への照明方法を種々と変えることにより、即ち投影光学系の瞳面上に形成される0次光の光強度分布(有効光源分布)を変えることにより、より解像力を高めた露光方法及びそれを用いた投影露光装置を、例えば、特開平4−267515号公報や特開平5−47628号公報で提案している。
【0005】
これらで提案されている照明方法は所謂斜入射照明と呼ばれ、その中でも特に輪帯照明と4重極照明が良く知られている。輪帯照明法(Annular) は、図11に示すようなドーナツ形状111の有効光源形状を投影光学系の瞳面上に有する。これは細い線幅に対して結像に寄与しない有効光源の中心付近の光を絞り等を用いてカットすることにより、解像力を向上させようとする技術である。又、4重極照明は、図12に示すように光軸Saを中心として所定の半径を有する円周方向の位置に4つの所定強度の有効光源121〜124を投影光学系の瞳面上に有する。有効光源中心付近の光に加えて十字形領域125の光もカットすることにより、縦横方向のパターンの解像力と焦点深度を飛躍的に向上させている。一般にICやLSIの回路パターンはほとんどの場合、縦横方向に辺をもつ図形で構成されており、斜め方向に辺をもつパターンは少ないので、このような照明法は特に有効である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
変形照明法(斜入射照明方法)は解像力を高め、又は焦点深度も比較的長くすることができるという特徴があるが、反面、次のような問題点がある。
・近接するパターンがくっつきやすい。
・孤立するパターンが細くなりやすい。
・通常照明よりも照度が低下する。
・パターンの粗密性や方向性に制限がある。特に4重極照明は斜めパターンの解像力が低い。
【0007】
これらの問題点を解決する為に、本出願人は特開平5−47639号公報で4重極照明の有効光源分布に有効光源中心付近及び十字形領域の光をある程度加えてやることにより、なだらかな4重極に類似の有効光源を形成する照明法を提案している。
【0008】
図13はこのときの有効光源の形状の摸式図である。この照明法(以下「照明法A」と呼ぶ)は変形照明の持つ欠点をほとんど発生することなく、しかも図14に示すように通常照明よりも焦点深度が向上し、輪帯照明と略同等の焦点深度を得ている。尚、この照明法Aにおいては、有効光源中心付近の照度はピークの光強度に対して10〜40%程度、ピークとピークの間の照度(ピーク間照度)はピークに対して35〜65%程度、又ピークの位置(有効光源中心からピークまでの距離)はσ0.5〜0.6程度で良い結果が得られている。
【0009】
本出願人による先の照明法Aは光源としてエキシマレーザを用い、光線を複数本の光線に一旦分割し、再び重ね合わせるというインコヒーレント化光学系を利用している。
【0010】
本発明は本出願人による先の照明法Aを更に改良し、特に超高圧水銀ランプ等のインコヒーレントな光を放射する光源手段を用いた場合に照明光学系全体の簡素化及び照明光束の有効利用を図りつつ、レチクル面上(1原板上)のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られるようにした露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の露光装置は、
光源手段からの光束を光学系を介してオプティカルインテグレータに導光し、該オプティカルインテグレータの出射面からの光束で原板面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系により基板上に投影する露光装置において、
該オプティカルインテグレータの入射面の前方に、特定の開口形状を持つ光軸方向に移動可能な絞り手段を有し、
該絞り手段により該投影光学系の瞳面上に、その中心領域で所定の値の光強度分布を持ち、該中心領域の周辺の周方向で等間隔の複数の位置に所定の値の光強度分布を持つ有効光源を形成することを特徴としている。
【0012】
請求項2の発明は請求項1の発明において、
前記絞り手段は光路中より着脱自在であることを特徴としている。
【0013】
請求項3の発明は請求項1の発明において、
前記光学系は焦点距離が変換可能な光学手段を有していることを特徴としている。
【0014】
請求項4の発明は請求項1から3のいずれか1項の発明において、
前記光学系は前記光源手段の発光面と前記オプティカルインテグレータの入射面とが略共役関係となるようにしていることを特徴としている。
【0015】
請求項5の発明のデバイスの製造方法は、
請求項1からのいずれか1項記載の露光装置を用いてウエハを露光し、該露光したウエハを現像してデバイスを製造していることを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の露光装置の実施形態1を示す概略構成図であり、所謂ステッパーと呼称される縮小型の投影型露光装置に適用した例である。
【0022】
図中1は紫外線や遠紫外線等を放射する高輝度の超高圧水銀灯等の光源(光源手段)でその発光部1aは楕円ミラー2の第1焦点近傍に配置している。光源1より発した光が楕円ミラー2によって集光され、楕円ミラー2の第2焦点近傍2aに発光部1aの像(発光部像)1bを形成している。
【0023】
3は光学系であり、レンズ系(第1コンデンサーレンズ)3aとレンズ系(第2コンデンサーレンズ)3Cの2つのレンズ系を有しており、第2焦点近傍2aに形成した発光部像1bを後述する光学素子3bを介してオプティカルインテグレータ4の入射面4aに結像している。光学素子3bは光路中より挿脱可能な4角錐プリズムより成り、入射光束を所定方向に偏向させている。
【0024】
レンズ系3cは光路中より挿脱可能で他の焦点距離の異なるレンズ系と交換可能又は焦点距離が可変のズームレンズ(光学手段)より成っている。光学系3は射出側でテレセントリックとなっている。光学素子3bは光学系3の瞳面近傍に位置している。
【0025】
オプティカルインテグレータ4は複数の微小レンズを2次元的に配列して構成しており、その射出面4b近傍に2次光源を形成している。5は光路折り曲げ用のミラーである。
【0026】
6はレンズ系であり、オプティカルインテグレータ4の射出面4bからの光束をミラー5を介して集光し、レチクルステージに載置した被照射面であるレチクル(原板)7を照明している。
【0027】
8は投影光学系であり、レチクル7に描かれたパターンをウエハチャックに載置したウエハ(基板)9面上に縮小投影している。本実施形態ではオプティカルインテグレータ4の射出面4b近傍の2次光源はレンズ系6により投影光学系8の瞳8a近傍に形成されている。
【0028】
又、オプティカルインテグレータ4の射出面4bとレチクル面7とは互いに像と瞳との関係となっている。オプティカルインテグレータ4上の光強度分布はレチクル7面上では光束の角度による強度分布特性に対応している。
【0029】
そこで本実施形態ではレチクル7のパターンの方向性及び解像線巾等に応じて光学素子3bのプリズムを選択的に光路中に切り変えると共に必要に応じてレンズ系3cの焦点距離を変化させている。これにより投影光学系8の瞳面8aに形成される2次光源像の光強度分布を変化させて種々な斜入射照明を作成して高解像度が可能投影露光を行なっている。
【0030】
次に本実施形態において光学素子3bとレンズ系3cとを利用することによりオプティカルインテグレータ4の入射面4aの光強度分布を変更すると共に投影光学系8の瞳面8aに形成される2次光源像の光強度分布の変更方法について説明する。
【0031】
本実施形態においては、投影光学系8の瞳面8a上で光軸中心付近に所定の強度の有効光源を有し、かつ光軸を中心として所定の半径の円周方向で等間隔の複数位置に複数(4つ)の所定強度の有効光源(4重極照明)を有するようにしてレチクル7面上を照明し、これにより照明法Aを達成している。
【0032】
本実施形態において照明法Aを得るには、光源1とオプティカルインテグレータ4との間のオプティカルインテグレータ4に対して瞳の関係になる位置に4角錐プリズムより成る光学素子3bを挿入し、それによって光線の角度を制御すると共にレンズ系3cの焦点距離を変えてオプティカルインテグレータ4の入射面4a(射出面3b)上の照度分布を調整する方法をとっている。
【0033】
図2は本実施形態において、レンズ系3aとオプティカルインテグレータ4との間に設ける光学素子3bと、レンズ系3cをズームレンズ又は交換可能なレンズ系より構成して、その焦点距離を種々と変えたときの光路とオプティカルインテグレータ4の入射面4a(射出面4b)に形成される光強度分布(照度分布)の説明図である。
【0034】
本実施形態ではオプティカルインテグレータ4の射出面4bの光強度分布を変えて、それと共役関係にある投影光学系8の瞳面8a上での光強度分布を変えている。レンズ系3cはズーミングによりオプティカルインテグレータ4の射出面4bに形成される2次光源像を拡大及び縮小させている。
【0035】
図2(A)は光学素子(プリズム)3bを挿入していない通常照明の状態を示している。光源1とオプティカルインテグレータ4の入射面4aは略共役関係にあるので、光源1の輝度分布がオプティカルインテグレータ4上に像として結像され、そのまま照度分布となっている。光源1の輝度分布は通常ガウス分布で表わされるので、オプティカルインテグレータ4上には中心にピークを持つガウス分布形状の光強度分布が得られる。
【0036】
図2(B)はレンズ系3cの焦点距離を調節することによって、オプティカルインテグレータ4上に結像した光源の像を拡大又は縮小することができることを示している。
【0037】
図2(C)は図2(A)の状態にオプティカルインテグレータ4に対して瞳になる位置に4角錐形状のプリズム3b1を挿入した状態を示している。この状態では光線が4角錐のそれぞれの面で折り曲げられて、オプティカルインテグレータ4上には光強度のピークが4つ現れる。この場合も図2(A)と同様に、各々のピークはガウス分布形状をしている。
【0038】
即ち、各々のガウス分布の裾野同士が重なっているので、有効光源中心付近及びピーク間領域においても光強度は0ではない。このような有効光源形状において、ピークの位置(ピークの中心からの距離)及び中心の照度、ピーク間の照度を適切な値に調整することによって照明系Aを構成している。
【0039】
本実施形態において、中心照度及びピーク間の照度を調節する為にプリズムの角度を変化させている。図2(D)はより角度の小さい(より底面から頂点までの高さが低い)プリズム3b2を設置した状態を示している。角度の異なるプリズムを設置すると光線の折れ曲がる角度が変化し、各光強度ピーク同士の距離が変化する(しかし、各ピークの形状は略一定である)。そうすると、各ピークの裾野の重なり具合が変化することになり、即ち有効光源中心及びピーク間の照度も変化する。例えば図2(C)と図2(D)とを比較すると、図2(D)の場合の方が強度分布のピーク同士の距離が近いので、中心照度及びピーク間照度が高くなっている。
【0040】
本実施形態ではこのような性質を利用して、光学素子として適切な角度のプリズムを配設することにより、適切な中心及びピーク間の照度の値を得ている。
【0041】
次に、ピークの位置を調節する為にはレンズ系3cのズーム機構を利用している。レンズ系3cを調節することによって図2(E)に示すように中心の照度とピーク間の照度をほとんど変化させることなく、ガウス分布のピークの中心からの距離を変化させている。
【0042】
図2(F)は光学素子として8角錐形状、或いは4角錐形状の各稜辺と頂角を削ぎ落した形状、又はそれに類似した形状のプリズム3b3を使用した状態を示している。
【0043】
プリズムの形状としては、例えば図3に示したようなものが挙げられる。このような形状のプリズムを使用しても照明系Aを構成することができる。
【0044】
この場合は、前述の4角錐形状のプリズムのように、光強度の山の裾野の重なり具合で中心照度及びピーク間照度を調節するのではなく、有効光源中心及びピーク間の位置に前述の4つのピークとは別の独立したピークを作り、その強度で各々の照度を調節する方式になる。各ピークは略8角錐形状のそれぞれの面で折り曲げられた光線が作っている。即ち、略8角錐の各々の面は、オプティカルインテグレータ4上において、それぞれの光強度のピークに対応している。そして各々のピークの強度は、その面を通過した光の量によって決まる。この場合、プリズムの各面の面積比やプリズムを挿入する箇所の光軸と垂直方向の照度分布が有効光源形状を決定する。
【0045】
本実施形態では適切な形状のプリズムを選び、その面を通過する光量を適切な値にすることによって、中心照度及びピーク間照度を適切な値の範囲内に収めている。
【0046】
以上のように本実施形態では、光学素子として4角錐形状のプリズムや8角錐型プリズム等の多角錐プリズムを用い、又レンズ系3cの焦点距離を変えることによって投影光学系の瞳面上で所望の照度分布を有する照明系Aを構成している。尚、本実施形態における光学素子としてのプリズムは光路より挿脱可能となっているので、他の照明法、例えば通常照明や輪帯照明等にも簡単に切り換えることができる。
【0047】
又、プリズムを使用しても所望の中心照度とピーク間照度が得られなかったときの為に微調整の方法として、光源位置を光軸方向に移動する手段を備えるようにしても良い。光源を光軸方向に動かすことにより輝度分布を変化させ、ガウス分布の形状(例えば半値幅など)を変化させることができるので、それによって中心照度及びピーク間照度を調節しても良い。
【0048】
次に本発明の実施形態2について説明する。本実施形態では実施形態1に比べて、光学素子としてプリズムの代わりに部分的に透過率が異なる透過率制御手段を用いて照明系Aを構成している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【0049】
本実施形態では、図1のオプティカルインテグレータ4の射出面4bの直後に光路より挿脱可能な部分的に透過率の異なる透過率分布を持ったNDフィルタを配設し、これにより照明系Aを構成している。通常、オプティカルインテグレータ4上の照度分布はガウス分布形状又は均一な形状であるが、そのガウス分布形状に透過率制御を行って照明系Aの照度分布を作っている。このときのNDフィルタ41の透過率分布形状は、例えば図4(B)のようなものを用いている。
【0050】
図4(B)の数値は透過率(%)を表わしている。図4(A)はオプティカルインテグレータ4上のガウス分布状の照度分布を示している。このような照度分布に図4(B)のような透過率分布を持ったNDフィルタ41を併用することにより、投影光学系8の瞳8a上に図4(C)のような照度分布の有効光源を形成している。
【0051】
本実施形態におけるNDフィルタ41の透過領域は主に9つの領域に分かれ、それぞれの領域毎に固有の透過率を持っているような形状をしているが、透過率は連続的に変化しても構わない。又、有効光源の元の形状がガウス分布でないような場合でも、NDフィルタ41の透過率分布を別の形状にすることによって対応できる。このフィルタも光路より挿脱可能であるので、他の照明法、例えば通常照明や輪帯照明等との切り換えが簡単に行える。又、このフィルタを挿入する箇所はオプティカルインテグレータ4の入射面直前であっても良い。
【0052】
次に本発明の実施形態3について説明する。本実施形態では図1の実施形態1に比べて、光学素子としてのプリズムの代わりにオプティカルインテグレータを構成する各微小レンズの少なくとも1個1個に対して開口径や透過強度を調節する調整手段を利用して照明系Aを構成している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【0053】
オプティカルインテグレータ4は、通常、図5に示すように、複数の微小レンズ51を2次元的に配列し組み合わせた構成になっている。本実施形態ではオプティカルインテグレータ4を構成する各微小レンズ51から射出される光の量を調整手段により個々に調整し、結果としてオプティカルインテグレータ4全体の照度分布を照明系Aの形状にしている。
【0054】
本実施形態では、図1のオプティカルインテグレータ4の射出面4bの直後に、例えば図6のような光路より挿脱可能なフィルタ61を配設している。図6のフィルタ61は照明系Aにおける4つのピークがあるべき位置にある開口面積は大きく、有効光源中心付近やピーク間の位置にある開口面積は小さくなっている。当然、大きい開口面積からの光量は大きく、小さい開口面積からの光量は小さい。オプティカルインテグレータ61上にこのフィルタ61を装着することにより照明系Aの照度分布を得ている。
【0055】
この場合も、元の有効光源形状がどんな形状であっても、各開口面積の大きさを調整することにより照明系Aの有効光源を得ることができる。開口の形状も長方形に限らず、どんな形状でも良い。この場合も、このフィルタは光路より挿脱可能であるので、他の照明法、例えば通常照明や輪帯照明等との切り換えが簡単に行える。又、このフィルタを挿入する箇所はオプティカルインテグレータの入射面直前でも構わない。
【0056】
図7は本発明の実施形態4の光学系の一部分の要部概略図である。本実施形態は図1の実施形態1に比べて、光学素子としてのプリズムの代わりにオプティカルインテグレータ4の前方に図8に示すような4隅に開口を有する開口絞り71を配設して、照明系Aを構成している点が異なっており、その他の構成は同じである。
【0057】
本実施形態では、オプティカルインテグレータ4の前方、ある程度距離をおいた所に特定の開口形状を持った開口絞り71を配設する。開口絞り71の形状としては、図8に示すような十字形の遮光領域を有するものを用いている。
【0058】
本実施形態では、開口絞り71をオプティカルインテグレータ4の入射面4aの直前ではなく、少し距離をおいて配設する。直前に置いてしまうと、十字形の部分72は完全に遮光されてしまうが、少し距離をおいて設置すると回り込む光によって中心部分も照度0ではなくなる。そして、この開口絞り71を光軸方向に動かす手段を備えるようにして、開口絞りを光軸方向に動かして中心照度やピーク間照度を調節するようにしている。
【0059】
この開口絞り71を配設するのに適切な箇所としては、この他に、楕円ミラー2の第2焦点面2aの近傍がある。楕円ミラーの第2焦点面2aとオプティカルインテグレータ4の入射面4aは略共役関係にあるので、楕円ミラー2の第2焦点面2aに置かれた開口絞り71の像はオプティカルインテグレータ4上に結像される。このときも同じように開口絞り71を光軸方向に動かすことにより、オプティカルインテグレータ4上の像がぼけるので、それにより中心照度とピーク間照度を調節している。
【0060】
本発明においては、以上の各実施形態の方法を独立に用いる他に互いに組み合わせて重複して用いても良い。又、本実施形態1〜4ではi線を用いた露光装置の他にg線やKrF線を用いた露光装置にも同様に適用することができる。
【0061】
次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【0062】
図9は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、或いは液晶パネルやCCD等)の製造のフローを示す。
【0063】
ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。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。
【0064】
一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
【0065】
次のステップ5(組立)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエ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。
【0066】
ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。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。
【0067】
図10は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【0068】
ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【0069】
ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。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)ではエッチングがすんで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0070】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することにより、超高圧水銀ランプ等のインコヒーレントな光を放射する光源手段を用いた場合に照明光学系全体の簡素化及び照明光束の有効利用を図りつつ、レチクル面上(1原板上)のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られるようにした露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【0072】
特に、斜入射照明による問題点を殆ど発生させずに高解像力及び焦点深度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】図1の一部分の光路とオプティカルインテグレータ上の光強度分布の説明図
【図3】本発明に係る光学素子の説明図
【図4】本発明に係る透過率制御手段の説明図
【図5】オプティカルインテグレータの説明図
【図6】本発明に係る調整手段の説明図
【図7】本発明の実施形態4の要部概略図
【図8】本発明の実施形態4に係る絞り手段の説明図
【図9】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図10】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図11】輪帯照明における有効光源像の説明図
【図12】4重極照明における有効光源像の説明図
【図13】斜入射照明における有効光源像の説明図
【図14】斜入射照明における解像線幅と焦点深度との説明図
【符号の説明】
1 光源手段
2 楕円ミラー
3 光学系
3a レンズ系
3b,3b1,3b2,3b3 光学素子
3c 光学手段
4 オプティカルインテグレータ
5 ミラー
6 レンズ系
7 レチクル(原板)
8 投影光学系
9 基板(ウエハ)
41 透過率制御手段
61 調整手段
71 絞り手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and a method of manufacturing a device using the same. For example, a so-called stepper, which is an apparatus for manufacturing various devices such as an IC, an LSI, a CCD, a liquid crystal panel, and a magnetic head, is illuminated with exposure light from light source means. A circuit pattern on an original plate (hereinafter, referred to as a “reticle”) such as a photomask or a reticle is projected and transferred onto a wafer surface coated with a photosensitive agent, which is suitable for manufacturing a device.
[0002]
[Prior art]
In recent semiconductor device manufacturing techniques, various attempts have been made to change the exposure wavelength from g-line to i-line and improve the resolving power by an exposure method using an ultra-high pressure mercury lamp. Also, various methods have been proposed for improving the resolving power by using pulse light of a shorter wavelength represented by an excimer laser.
[0003]
Means for reducing the resolution line width as an exposure apparatus (method) include increasing the NA and shortening the wavelength. As the NA increases, the resolution line width decreases in inverse proportion to NA, but at the same time, the depth of focus further decreases in inverse proportion to the square of NA. Since it is desirable to have a large depth of focus, there is naturally a limit in increasing the NA.
[0004]
On the other hand, the present applicant changes the illumination method on the reticle surface in various ways, that is, by changing the light intensity distribution (effective light source distribution) of the zero-order light formed on the pupil plane of the projection optical system. For example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-267515 and 5-47628 propose an exposure method with a higher resolution and a projection exposure apparatus using the same.
[0005]
The illumination methods proposed in these are called so-called oblique incidence illumination, and among them, annular illumination and quadrupole illumination are particularly well known. In the annular illumination method (annular), an effective light source shape having a donut shape 111 as shown in FIG. 11 is provided on a pupil plane of the projection optical system. This is a technique for improving the resolving power by cutting off light near the center of the effective light source that does not contribute to image formation with a narrow line width using a diaphragm or the like. As shown in FIG. 12, the quadrupole illumination includes four effective light sources 121 to 124 having predetermined intensities at circumferential positions having a predetermined radius around the optical axis Sa on the pupil plane of the projection optical system. Have. By cutting the light in the cross-shaped region 125 in addition to the light near the center of the effective light source, the resolution and depth of focus of the pattern in the vertical and horizontal directions are dramatically improved. Generally, circuit patterns of ICs and LSIs are mostly constituted by figures having sides in vertical and horizontal directions, and there are few patterns having sides in oblique directions. Therefore, such an illumination method is particularly effective.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The modified illumination method (oblique incidence illumination method) has the feature that the resolution can be increased or the depth of focus can be made relatively long, but it has the following problems.
・ Easy patterns stick together.
・ Isolated patterns tend to be thin.
・ Illuminance is lower than normal illumination.
-There are restrictions on pattern density and directionality. In particular, quadrupole illumination has a low resolution of oblique patterns.
[0007]
In order to solve these problems, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-47639 a method of adding a certain amount of light near the center of the effective light source and in a cross-shaped area to the effective light source distribution of the quadrupole illumination, so An illumination method for forming an effective light source similar to a quadrupole is proposed.
[0008]
FIG. 13 is a schematic diagram of the shape of the effective light source at this time. This illumination method (hereinafter, referred to as “illumination method A”) hardly has the disadvantages of the modified illumination, and has a depth of focus that is higher than that of the normal illumination as shown in FIG. Has gained depth of focus. In this illumination method A, the illuminance near the center of the effective light source is about 10 to 40% of the peak light intensity, and the illuminance between the peaks (peak-to-peak illuminance) is 35 to 65% of the peak. The degree and the position of the peak (the distance from the center of the effective light source to the peak) are about 0.5 to 0.6, and good results are obtained.
[0009]
The above-mentioned illumination method A by the present applicant uses an incoherent optical system in which an excimer laser is used as a light source, a light beam is once divided into a plurality of light beams, and then superimposed again.
[0010]
The present invention further improves the above-described illumination method A by the present applicant, and particularly simplifies the entire illumination optical system and effectively uses the illumination light flux when using a light source means that emits incoherent light such as an ultra-high pressure mercury lamp. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of appropriately illuminating a pattern on a reticle surface (on one original plate) while easily utilizing the same so as to easily obtain a high resolution, and a method of manufacturing a device using the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The exposure apparatus according to claim 1 is
Exposure for guiding a light beam from a light source means to an optical integrator via an optical system, illuminating a pattern on an original plate surface with a light beam from an emission surface of the optical integrator, and projecting the pattern onto a substrate by a projection optical system In the device,
In front of the entrance surface of the optical integrator, having a stop means movable in the optical axis direction having a specific aperture shape,
A light intensity distribution of a predetermined value is provided in a central area on the pupil plane of the projection optical system by the aperture means, and a light intensity distribution of a predetermined value is provided at a plurality of equally spaced positions in the circumferential direction around the central area. It is characterized in that an effective light source having a distribution is formed.
[0012]
The invention of claim 2 is the invention according to claim 1,
The aperture means is detachable from the optical path.
[0013]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1,
The optical system has an optical unit whose focal length can be changed.
[0014]
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3,
The optical system is characterized in that the light emitting surface of the light source means and the incident surface of the optical integrator have a substantially conjugate relationship.
[0015]
The method for manufacturing a device according to the invention of claim 5 includes:
A device is manufactured by exposing a wafer using the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4 , and developing the exposed wafer.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an exposure apparatus of the present invention, and is an example in which the present invention is applied to a reduction-type projection exposure apparatus called a so-called stepper.
[0022]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source (light source means) such as a high-intensity ultra-high pressure mercury lamp which emits ultraviolet light, far ultraviolet light, or the like, and its light emitting portion 1a is arranged near the first focal point of the elliptical mirror 2. The light emitted from the light source 1 is condensed by the elliptical mirror 2 and forms an image (light emitting unit image) 1b of the light emitting unit 1a near the second focal point 2a of the elliptical mirror 2.
[0023]
Reference numeral 3 denotes an optical system, which has two lens systems, a lens system (first condenser lens) 3a and a lens system (second condenser lens) 3C, and emits a light-emitting part image 1b formed near the second focal point 2a. An image is formed on an incident surface 4a of the optical integrator 4 via an optical element 3b described later. The optical element 3b is formed of a quadrangular pyramid prism that can be inserted and removed from the optical path, and deflects the incident light beam in a predetermined direction.
[0024]
The lens system 3c is composed of a zoom lens (optical means) that can be inserted into and removed from the optical path and is interchangeable with another lens system having a different focal length or a variable focal length. The optical system 3 is telecentric on the emission side. The optical element 3b is located near the pupil plane of the optical system 3.
[0025]
The optical integrator 4 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of microlenses, and forms a secondary light source near the exit surface 4b. Reference numeral 5 denotes a mirror for bending the optical path.
[0026]
Reference numeral 6 denotes a lens system which collects a light beam from the exit surface 4b of the optical integrator 4 via a mirror 5 and illuminates a reticle (original plate) 7 which is a surface to be irradiated placed on a reticle stage.
[0027]
Reference numeral 8 denotes a projection optical system, which reduces and projects a pattern drawn on the reticle 7 onto a wafer (substrate) 9 surface mounted on a wafer chuck. In the present embodiment, the secondary light source near the exit surface 4b of the optical integrator 4 is formed by the lens system 6 near the pupil 8a of the projection optical system 8.
[0028]
The exit surface 4b and the reticle surface 7 of the optical integrator 4 have a relationship between an image and a pupil. The light intensity distribution on the optical integrator 4 on the reticle 7 surface corresponds to the intensity distribution characteristics depending on the angle of the light beam.
[0029]
Therefore, in the present embodiment, the prism of the optical element 3b is selectively switched into the optical path according to the directionality of the pattern of the reticle 7, the resolution line width, and the like, and the focal length of the lens system 3c is changed as necessary. I have. As a result, various oblique incidence illuminations are created by changing the light intensity distribution of the secondary light source image formed on the pupil plane 8a of the projection optical system 8, and projection exposure capable of high resolution is performed.
[0030]
Next, in the present embodiment, the light intensity distribution on the entrance surface 4a of the optical integrator 4 is changed by using the optical element 3b and the lens system 3c, and the secondary light source image formed on the pupil plane 8a of the projection optical system 8 A method for changing the light intensity distribution of the first embodiment will be described.
[0031]
In the present embodiment, on the pupil plane 8a of the projection optical system 8, an effective light source having a predetermined intensity is provided in the vicinity of the center of the optical axis, and a plurality of positions at equal intervals in the circumferential direction having a predetermined radius around the optical axis. The reticle 7 is illuminated on the reticle 7 with a plurality of (four) effective light sources (quadrupole illumination) having a predetermined intensity, thereby achieving the illumination method A.
[0032]
In order to obtain the illumination method A in the present embodiment, an optical element 3b composed of a quadrangular pyramid prism is inserted between the light source 1 and the optical integrator 4 at a position where the optical integrator 4 has a pupil relationship, and thereby the light beam And the focal length of the lens system 3c is changed to adjust the illuminance distribution on the entrance surface 4a (exit surface 3b) of the optical integrator 4.
[0033]
FIG. 2 shows an optical element 3b provided between the lens system 3a and the optical integrator 4 and a lens system 3c in this embodiment, which are constituted by a zoom lens or an interchangeable lens system, and whose focal lengths are variously changed. FIG. 4 is an explanatory diagram of a light path at that time and a light intensity distribution (illuminance distribution) formed on an incident surface 4a (exit surface 4b) of the optical integrator 4.
[0034]
In the present embodiment, the light intensity distribution on the exit surface 4b of the optical integrator 4 is changed, and the light intensity distribution on the pupil plane 8a of the projection optical system 8 having a conjugate relationship therewith is changed. The lens system 3c enlarges and reduces the secondary light source image formed on the exit surface 4b of the optical integrator 4 by zooming.
[0035]
FIG. 2A shows a state of normal illumination in which the optical element (prism) 3b is not inserted. Since the light source 1 and the incident surface 4a of the optical integrator 4 have a substantially conjugate relationship, the luminance distribution of the light source 1 is imaged on the optical integrator 4 as an image, which is the illuminance distribution as it is. Since the luminance distribution of the light source 1 is usually represented by a Gaussian distribution, a light intensity distribution having a Gaussian distribution shape having a peak at the center is obtained on the optical integrator 4.
[0036]
FIG. 2B shows that the image of the light source formed on the optical integrator 4 can be enlarged or reduced by adjusting the focal length of the lens system 3c.
[0037]
FIG. 2C shows a state in which the prism 3b1 having a pyramid shape is inserted at a position that becomes a pupil with respect to the optical integrator 4 in the state of FIG. In this state, the light beam is bent at each surface of the quadrangular pyramid, and four light intensity peaks appear on the optical integrator 4. Also in this case, similarly to FIG. 2A, each peak has a Gaussian distribution shape.
[0038]
That is, since the tails of the respective Gaussian distributions are overlapped, the light intensity is not zero even near the center of the effective light source and in the region between the peaks. In such an effective light source shape, the illumination system A is configured by adjusting the position of the peak (the distance from the center of the peak), the illuminance at the center, and the illuminance between the peaks to appropriate values.
[0039]
In the present embodiment, the angle of the prism is changed to adjust the illuminance between the center and the peak. FIG. 2D shows a state in which the prism 3b2 having a smaller angle (a lower height from the bottom surface to the vertex) is installed. When prisms having different angles are provided, the angle at which the light beam is bent changes, and the distance between the light intensity peaks changes (however, the shape of each peak is substantially constant). Then, the degree of overlap of the base of each peak changes, that is, the illuminance between the effective light source center and the peak also changes. For example, comparing FIG. 2 (C) and FIG. 2 (D), the center illuminance and the inter-peak illuminance are higher in FIG. 2 (D) since the distance between the peaks of the intensity distribution is shorter.
[0040]
In the present embodiment, an illuminance value between the center and the peak is appropriately obtained by disposing a prism having an appropriate angle as an optical element by utilizing such a property.
[0041]
Next, the zoom mechanism of the lens system 3c is used to adjust the position of the peak. By adjusting the lens system 3c, the distance from the center of the Gaussian distribution peak is changed with almost no change in the illuminance at the center and the illuminance between the peaks as shown in FIG.
[0042]
FIG. 2F shows a state in which a prism 3b3 having an octagonal pyramid shape, a shape obtained by cutting off the ridges and apex angles, or a shape similar thereto is used as the optical element.
[0043]
As the shape of the prism, for example, the shape shown in FIG. The illumination system A can also be configured using a prism having such a shape.
[0044]
In this case, the center illuminance and the peak-to-peak illuminance are not adjusted according to the degree of overlap of the skirts of the light intensity peaks as in the case of the above-described quadrangular pyramid-shaped prism. Independent peaks are created separately from the two peaks, and each intensity is adjusted according to its intensity. Each peak is formed by a light beam that is bent on each surface of the substantially octagonal pyramid. That is, each surface of the substantially octagonal pyramid corresponds to each light intensity peak on the optical integrator 4. The intensity of each peak is determined by the amount of light passing through that surface. In this case, the effective light source shape is determined by the area ratio of each surface of the prism and the illuminance distribution in the direction perpendicular to the optical axis at the place where the prism is inserted.
[0045]
In the present embodiment, the central illuminance and the peak-to-peak illuminance are set within appropriate values by selecting a prism having an appropriate shape and setting the amount of light passing through the surface to an appropriate value.
[0046]
As described above, in this embodiment, a polygonal pyramid prism such as a quadrangular pyramid-shaped prism or an octagonal pyramid-shaped prism is used as an optical element, and the focal length of the lens system 3c is changed so that a desired shape can be obtained on the pupil plane of the projection optical system. Illumination system A having the following illuminance distribution. In addition, since the prism as the optical element in the present embodiment can be inserted into and removed from the optical path, it can be easily switched to another illumination method, for example, normal illumination or annular illumination.
[0047]
As a method of fine adjustment when a desired center illuminance and peak-to-peak illuminance cannot be obtained even when a prism is used, a means for moving the light source position in the optical axis direction may be provided. By moving the light source in the direction of the optical axis, the luminance distribution can be changed, and the shape of the Gaussian distribution (for example, half-value width) can be changed, so that the center illuminance and the peak-to-peak illuminance may be adjusted accordingly.
[0048]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in that the illumination system A is configured using a transmittance control unit having a partially different transmittance instead of a prism as an optical element. Is the same.
[0049]
In the present embodiment, an ND filter having a transmittance distribution partially different from the optical path and having a transmittance different from that of the optical integrator 4 shown in FIG. Make up. Normally, the illuminance distribution on the optical integrator 4 has a Gaussian distribution shape or a uniform shape. The illuminance distribution of the illumination system A is created by controlling the transmittance of the Gaussian distribution shape. At this time, the transmittance distribution shape of the ND filter 41 is, for example, as shown in FIG.
[0050]
The numerical value in FIG. 4B represents the transmittance (%). FIG. 4 (A) shows a Gaussian distribution illuminance distribution on the optical integrator 4. By using an ND filter 41 having a transmittance distribution as shown in FIG. 4B together with such an illuminance distribution, the illuminance distribution as shown in FIG. Forming a light source.
[0051]
The transmission region of the ND filter 41 in the present embodiment is mainly divided into nine regions, each having a shape having a unique transmittance. However, the transmittance changes continuously. No problem. In addition, even when the original shape of the effective light source is not Gaussian distribution, it can be dealt with by changing the transmittance distribution of the ND filter 41 to another shape. Since this filter can also be inserted and removed from the optical path, it is possible to easily switch between other illumination methods, for example, normal illumination and annular illumination. The filter may be inserted immediately before the entrance surface of the optical integrator 4.
[0052]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, as compared with the first embodiment of FIG. 1, instead of a prism as an optical element, an adjusting means for adjusting an aperture diameter and a transmission intensity for at least one of each microlens constituting an optical integrator is provided. The difference is that the illumination system A is configured using the same, and the other configurations are the same.
[0053]
The optical integrator 4 generally has a configuration in which a plurality of microlenses 51 are two-dimensionally arranged and combined as shown in FIG. In the present embodiment, the amount of light emitted from each of the microlenses 51 constituting the optical integrator 4 is individually adjusted by adjusting means, and as a result, the illuminance distribution of the entire optical integrator 4 has the shape of the illumination system A.
[0054]
In the present embodiment, for example, a filter 61 that can be inserted into and removed from the optical path as shown in FIG. 6 is disposed immediately after the exit surface 4b of the optical integrator 4 in FIG. The filter 61 in FIG. 6 has a large aperture area at the position where the four peaks should be located in the illumination system A, and has a small aperture area near the center of the effective light source and between the peaks. Naturally, the light amount from a large opening area is large, and the light amount from a small opening area is small. By installing this filter 61 on the optical integrator 61, the illuminance distribution of the illumination system A is obtained.
[0055]
Also in this case, regardless of the original shape of the effective light source, the effective light source of the illumination system A can be obtained by adjusting the size of each opening area. The shape of the opening is not limited to a rectangle, but may be any shape. Also in this case, since this filter can be inserted and removed from the optical path, it is possible to easily switch between other illumination methods, for example, normal illumination and annular illumination. The filter may be inserted immediately before the entrance surface of the optical integrator.
[0056]
FIG. 7 is a schematic view of a main part of a part of an optical system according to Embodiment 4 of the present invention. In this embodiment, as compared with the first embodiment of FIG. 1, instead of a prism as an optical element, an aperture stop 71 having openings at four corners as shown in FIG. The difference is that the system A is configured, and the other configurations are the same.
[0057]
In the present embodiment, an aperture stop 71 having a specific aperture shape is disposed at a certain distance in front of the optical integrator 4. As the shape of the aperture stop 71, one having a cross-shaped light shielding region as shown in FIG. 8 is used.
[0058]
In the present embodiment, the aperture stop 71 is disposed not immediately before the entrance surface 4a of the optical integrator 4 but at a small distance. If it is placed immediately before, the cross-shaped portion 72 is completely shielded from light, but if it is installed at a distance, the illuminance of the central portion will not be zero due to the light that wraps around. A means for moving the aperture stop 71 in the optical axis direction is provided so that the aperture stop is moved in the optical axis direction to adjust the center illuminance and the peak-to-peak illuminance.
[0059]
Other suitable places for disposing the aperture stop 71 include the vicinity of the second focal plane 2 a of the elliptical mirror 2. Since the second focal plane 2a of the elliptical mirror and the entrance plane 4a of the optical integrator 4 have a substantially conjugate relationship, the image of the aperture stop 71 placed on the second focal plane 2a of the elliptical mirror 2 is formed on the optical integrator 4. Is done. At this time, similarly, by moving the aperture stop 71 in the optical axis direction, the image on the optical integrator 4 is blurred, so that the center illuminance and the peak-to-peak illuminance are adjusted.
[0060]
In the present invention, the methods of the above embodiments may be used in combination with each other, or may be used in combination with each other. Further, in the first to fourth embodiments, in addition to the exposure apparatus using i-line, the present invention can be similarly applied to an exposure apparatus using g-line or KrF line.
[0061]
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the above-described projection exposure apparatus will be described.
[0062]
FIG. 9 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, or a liquid crystal panel or a CCD).
[0063]
In step 1 (circuit design), the circuit of the semiconductor device is designed. Step 2 is a process for making a mask on the basis of the circuit pattern design.
[0064]
On the other hand, in step 3 (wafer manufacturing), 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 prepared mask and wafer.
[0065]
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). including.
[0066]
In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0067]
FIG. 10 shows a detailed flow of the wafer process. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the wafer surface.
[0068]
Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed on the wafer by exposure using the above-described exposure apparatus.
[0069]
Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist are removed. In step 19 (resist removal), the resist which has become unnecessary after the etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0070]
By using the manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to easily manufacture a highly integrated semiconductor device which has been conventionally difficult to manufacture.
[0071]
【The invention's effect】
According to the present invention, by setting each element as described above, the simplification of the entire illumination optical system and the effective use of the illumination light flux when using a light source means that emits incoherent light, such as an ultra-high pressure mercury lamp, are used. Exposure apparatus that appropriately illuminates the pattern on the reticle surface (on one original plate) while easily achieving high resolution can be achieved, and a device manufacturing method using the same can be achieved.
[0072]
In particular, it is possible to improve the high resolution and the depth of focus with almost no problems caused by the oblique incidence illumination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of a part of an optical path in FIG. 1 and a light intensity distribution on an optical integrator. FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical element according to the present invention. FIG. 4 is an explanatory view of a transmittance control means according to the present invention. FIG. 5 is an explanatory view of an optical integrator. FIG. 6 is an explanatory view of an adjusting means according to the present invention. FIG. 8 is an explanatory view of a narrowing means according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 9 is a flowchart of a device manufacturing method of the present invention. FIG. 10 is a flowchart of a device manufacturing method of the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram of an effective light source image in illumination. FIG. 12 is an explanatory diagram of an effective light source image in quadrupole illumination. FIG. 13 is an explanatory diagram of an effective light source image in oblique incident illumination. Explanatory diagram with depth of focus
Reference Signs List 1 light source means 2 elliptical mirror 3 optical system 3a lens system 3b, 3b1, 3b2, 3b3 optical element 3c optical means 4 optical integrator 5 mirror 6 lens system 7 reticle (original plate)
8 Projection optical system 9 Substrate (wafer)
41 transmittance control means 61 adjusting means 71 aperture means

Claims (5)

光源手段からの光束を光学系を介してオプティカルインテグレータに導光し、該オプティカルインテグレータの出射面からの光束で原板面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系により基板上に投影する露光装置において、
該オプティカルインテグレータの入射面の前方に、特定の開口形状を持つ光軸方向に移動可能な絞り手段を有し、
該絞り手段により該投影光学系の瞳面上に、その中心領域で所定の値の光強度分布を持ち、該中心領域の周辺の周方向で等間隔の複数の位置に所定の値の光強度分布を持つ有効光源を形成することを特徴とする露光装置。
Exposure for guiding a light beam from a light source means to an optical integrator via an optical system, illuminating a pattern on an original plate surface with a light beam from an emission surface of the optical integrator, and projecting the pattern onto a substrate by a projection optical system In the device,
In front of the entrance surface of the optical integrator, having a stop means movable in the optical axis direction having a specific aperture shape,
A light intensity distribution of a predetermined value is provided in a central area on the pupil plane of the projection optical system by the aperture means, and a light intensity distribution of a predetermined value is provided at a plurality of equally spaced positions in the circumferential direction around the central area. An exposure apparatus for forming an effective light source having a distribution.
前記絞り手段は光路中より着脱自在であることを特徴とする請求項の露光装置。2. An exposure apparatus according to claim 1 , wherein said stop means is detachable from an optical path. 前記光学系は焦点距離が変換可能な光学手段を有していることを特徴とする請求項の露光装置。2. An exposure apparatus according to claim 1 , wherein said optical system has an optical unit whose focal length can be converted. 前記光学系は前記光源手段の発光面と前記オプティカルインテグレータの入射面とが略共役関係となるようにしていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の露光装置。Wherein the optical system exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, and the light emitting surface and the incident surface of the optical integrator is characterized in that as a substantially conjugate relationship of the light source means. 請求項1からのいずれか1項記載の露光装置を用いてウエハを露光し、該露光したウエハを現像してデバイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造方法。A device manufacturing method characterized by claim exposing the wafer from claim 1 by using the exposure apparatus according to any one of 4, and manufacturing a device by developing the wafer the exposed light.
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