JP3618944B2 - 照明光学系及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

照明光学系及びそれを用いた露光装置 Download PDF

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

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、特にIC、LSI 等の半導体デバイス、CCD 等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、マスクやレチクル面上の回路パターンをウエハ面上に投影光学系を介して走査露光するのに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より半導体デバイス等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際にレチクル上の回路パターンを投影光学系を介してフォトレジスト等を塗布したウエハ又はガラスプレート等の感光基板上に露光転写する露光装置が使用されているが、最近は半導体デバイス1 個のチップサイズが大型化する傾向にあり、露光装置においてはレチクル上のより大きな面積の回路パターンを感光基板上により大きく露光することが求められている。
【0003】
上記の転写対象の回路パターンの大面積化に応える装置としては、スティッチング及びスリットスキャン露光方式の投影露光装置が知られている。
【0004】
スリットスキャン露光方式とはレチクル上の回路パターンをスリット状の照明領域で照明し、露光に際して投影光学系の光軸に直交する第1 方向にレチクルと感光基板を同期して相対的に走査しながら露光することで第1 方向に対して投影光学系の有効露光フィールドよりも広い感光基板上の範囲にレチクル上の回路パターンを投影露光する方式である。
【0005】
又、スティッチング露光方式とは、上記スリットスキャン露光方式による第1 方向の露光が行われた後、レチクルを交換するか、又はそのレチクルを照明領域の第1 方向に垂直、且つ光軸に対して垂直な第2 方向に所定量だけ移動し、同時に感光基板を第2 の方向に共役な方向に横ずれさせ、再び照明領域に対して第1 方向 (但し逆方向) にレチクル及び感光基板を同期して相対的に走査することで第2 列目の領域への露光を行い、結果として感光基板上で第1 方向及び第2 方向の両方に対し投影光学系の有効露光フィールドよりも広い範囲にレチクル上の回路パターンを投影露光する方式である。
【0006】
なお、この時第1 方向の露光は所謂ステップアンドリピート法、即ち露光した後レチクルとウエハを夫々1 露光領域分移動し、隣接する部分において次ぎの露光を行うことによって行ってもよい。
【0007】
また半導体素子の高集積化、微細化に応じて投影光学系の解像度の向上も求められており、これに応えるためにパルスレーザーのエキシマレーザーが遠紫外領域の光源として露光装置に使用されて来た。
【0008】
しかしながら、パルス光を発振するエキシマレーザを光源とするスリットスキャン方式の走査型の露光装置においては、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた場合はマスク面上やウエハ面上で露光むらが生じる。
【0009】
又、パルス光を発振するエキシマレーザを光源とするスティッチング露光方式においては、前記の第2 方向の移動によるパターンの重ね合わせの際に位置ずれが生じないようにするために、1 回目のスリットスキャン露光での投影露光と2 回目のスリットスキャン露光での投影露光により2 回露光される接続領域を設けるが、その際接続部での照度むらを防ぐために、照明領域の前記第2 方向での照度分布を台形状にする投影光学装置が特開平06−132195号公報で開示されている。
【0010】
図20は該公報に開示されている投影光学装置の露光方式の説明図である。同図はスティッチング及びスリットスキャン露光方式で露光する際の被露光領域を示す平面図であり、被露光領域121 部分に回路パターンを露光する説明図である。
【0011】
被露光領域121 中の最初の転写領域は図中122 の位置にあり、そこからs1方向へ走査し123 の位置へ至る。そしてs2方向へ横ずれして124 の位置へ至った後、s3方向へ走査し、125 の位置に至って被露光領域121 全体への露光が終わる。
【0012】
この際すでに述べたようにs1方向の走査露光部とs3方向の走査露光部は接続領域126 を設けている。
【0013】
この接続領域126 では2 回露光されることとなるが、照明領域の照度分布形状を図21(A) に示すようにスティッチングの方向 (s2方向) に対して台形分布として、走査することにより、図21(B) に示すように被露光領域121 全体にフラットな露光量I121が得られるようにしている。この場合、例え僅かに走査間隔が小さくなっても図22に示すように接続領域126 の露光量としては特に大きくならず、接続領域に大きい露光むらが発生することを防ぐことができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特開平06−132195号公報で開示されているようにスティッチング露光方式において、照明領域の照度分布形状を台形分布にすれば、接続領域での露光むらを少なくすることができる。
【0015】
又、ステップアンドスキャン方式の走査型の露光装置においても走査方向の照度分布形状を台形分布にすれば、走査方向の接続領域での露光むらを少なくすることができる。
【0016】
しかしながら、特開平06−132195号公報では照明領域の照度分布形状を台形形状にする具体的な構成については触れていない。
【0017】
本発明の目的は、被照射面上において、第1 方向又は第1 方向とこれに直交する第2 方向の両方向の照度分布を効率よく台形形状にする照明光学系及びそれを用いた露光装置の提供である。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項の発明の照明光学系は、光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
前記複数の素子レンズを、焦点距離が夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴としている。
請求項の発明の照明光学系は、光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
前記インテグレータを、前記コンデンサーレンズの光軸を含む第1断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズAと、該光軸を含み該第1断面に直交する第2断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズBで構成し、
前記複数の素子レンズA又は前記複数の素子レンズBを、焦点距離が夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴としている。
請求項の発明の照明光学系は、光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
前記複数の素子レンズを、入射側開口の大きさが夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴としている。
請求項の発明の照明光学系は、光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
前記インテグレータを前記コンデンサーレンズの光軸を含む第1断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズAと、該光軸を含み該第1断面に直交する第2断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズBで構成し、
前記複数の素子レンズA又は前記複数の素子レンズBを、入射側開口のパワーを有する断面内の大きさが夫々異なる複数種類で構成していることを特徴としている。
【0019】
請求項の発明の露光装置は、請求項1〜のいずれか1項に記載の照明光学系を有し、
前記被照射面を照明する光束により第1物体の一部を照明し、該第1物体からの光束を投影光学系により第2物体の上に結像して露光する際、
該第1物体と第2物体の双方を該投影光学系の光軸と垂直且つ互いに直交する2つの方向の少なくとも1方向に移動させて該第1物体全体を露光することを特徴としている。
【0020】
請求項の発明のデバイスの製造方法は、請求項の露光装置を用いて前記第1物体を前記第2物体上に投影露光した後、該第2物体を現像処理してデバイスを製造することを特徴としている。
【0022】
【発明の実施の形態】
始めに図5 を用いてインテグレータの素子レンズとコンデンサーレンズ、被照射面の関係を説明する。
【0023】
図5 中、21はインテグレータの素子レンズであり、その焦点距離をf、開口幅をDとする。この素子レンズを複数個アレイ状に配列することで、素子レンズの後側焦点F’ の位置に2次光源面を形成する。
【0024】
その2次光源面に焦点距離fcのコンデンサーレンズ2の前側焦点Fを略一致させて配置し、コンデンサーレンズ2の後側焦点を被照射面に略一致させることで、所謂ケーラー照明系を構成している。
【0025】
その際被照射面の照明幅Dには
=D・f/f ‥‥(1)
の関係がある。従って素子レンズ21の焦点距離f、または開口幅Dを異ならすことで、照明幅Dを調整することが可能である。
【0026】
図1 は本発明の照明光学系の実施形態1 の要部構成図である。図中、31は光源であり、ここではパルス発振するレーザで構成している。32はビーム整形光学系であり、光源31からの光束を所望の太さの光束に変換する。33は露光量調整手段であり、照明光学系による露光量を調整する。1Aはインテグレータであり、複数の素子レンズで構成しており、その射出面に複数の2 次光源を形成する。2 はコンデンサーレンズであり、素子レンズからの光束をを用い被照射面3 をケーラー照明する。なお、3 は被照射面又はマスキング面である。
【0027】
本実施形態の作用を説明する。光源31を出射した光束は、ビーム整形光学系32で所望の光束径に変換した後、露光量調整手段33を経て、インテグレータ1Aへ至る。そして、インテグレータ1Aを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズ2 を介して被照射面3 に照射し、その際、各素子レンズからの光束の主光線を該被照射面上で略重ねることにより被照射面3 上には所望の照度分布を有する照明領域が形成される。
【0028】
図2 は実施形態1 のインテグレータ1Aから被照射面3 までの要部概略図である。これによって本実施形態を詳しく説明する。なお、照明光学系にはコンデンサーレンズ2 の光軸をz 軸とする直交xyz 座標系を設定しyz断面を第1 断面、xz断面を第2 断面とする。
【0029】
インテグレータ1Aは焦点距離が異なる3 種類の素子レンズ101 、102 、103 をxy断面内にアレイ状に配置して構成しており、素子レンズ101 が最も長焦点、素子レンズ103 が最も短焦点となっている。なお、各素子レンズの入射側開口 (断面) は同じ大きさの正方形である。
【0030】
また各素子レンズの入射面と被照射面3 は共役な関係となっている。従って被照射面3 上には各素子レンズの入射面の開口形状 (正方形) と相似な形状の照明領域が各素子レンズによって形成されるが、その際各照明領域の中心は図中一点鎖線で示す各光束の主光線が被照射面3 と交わる位置であるので共通であり、又、照明領域の大きさは式(1) から示されるように、素子レンズの焦点距離が大きいもの程小さく、焦点距離が小さいもの程大きくなる。
【0031】
図3 は実施形態1 の被照射面3 に得られる照明領域と照度分布の説明図である。図中、s101は素子レンズ101 で形成される照明領域であり、以下s102は素子レンズ102 で、s103は素子レンズ103 により形成される照明領域である。
【0032】
被照射面3 上でこれらは重ね合わせられ、図3 で示すようなx 軸及びy 軸断面の照度分布を形成する。この例ではxy両方向ともに略台形状の照度分布を形成している。
【0033】
インテグレータ中の各素子レンズの分布は、被照射面3 上でのNAを均一にすることが望ましいので均等に分散して配置することが望ましい。これは後記の他の実施形態でも同様である。
【0034】
なお、台形照度分布の形状は、素子レンズの種類と、各々の入射側開口の面積の和により決定されるので、所望の照度分布形状に応じてそれらを決定すればよい。
【0035】
従ってこの実施形態では素子レンズの種類は3 種類であったが、必要に応じ種類を増減させて構わない。
【0036】
本実施形態の素子レンズの入射側開口は正方形であったが、これは必要に応じ長方形や六角形等にしてもよい。素子レンズの開口形状を長方形にした場合の被照射面3 上での照度分布の様子を図4 で示す。
【0037】
この場合の素子レンズの開口形状はy 方向の寸法がx 方向よりも短い長方形であり、その相似形の照明領域が被照射面3 上に形成される。
【0038】
なお、以下の照明光学系の各実施形態においても各素子レンズからの光束の主光線は図中で一点鎖線で示し、該主光線が被照射面3 と交わる位置は各実施形態においてすべて同じである。
【0039】
図6 は本発明の照明光学系の実施形態2 の要部概略図である。本実施形態は実施形態1 に対してインテグレータの構成のみが異なっており、その他の部分は同じであるので図ではインテグレータから被照射面3 までを図示している。図中、4 はyz断面内 (正しくはyz断面に平行な平面内と云うべきであるが、説明を簡単にする為に ”yz断面内” と表現する。以下同様) のみにパワーを有する複数のシリンドリカルの素子レンズからなる第1 インテグレータであり、焦点距離の異なる3 種類のシリンドリカルの素子レンズ (素子レンズA)401 、402 、403 により構成しており、素子レンズA401が最も長焦点、素子レンズA403が最も短焦点となっており、各々の入射側開口は等しい面積の長方形である。
【0040】
5 はxz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルの素子レンズ (素子レンズB)501 からなる第2 インテグレータである。
【0041】
又、すべての素子レンズ401 、402 、403 、501 の入射側開口は被照射面3 と共役に配置している。
【0042】
第1 インテグレータ4 及び第2 インテグレータ5 等はインテグレータ1Bの一要素を構成している。
【0043】
図7 は実施形態2 の照度分布の説明図である。y 方向断面においては、実施形態1 と同様、焦点距離が異なるために、各素子レンズA によってy 方向の照明幅が異なり、一方、x 方向断面においては、焦点距離が同じ素子レンズB501によってx 方向の照明幅は同じになる。その結果、素子レンズ401+501 の組合わせは照明領域s401を形成し、以下素子レンズ402+501 の組み合わせは照明領域s402を、素子レンズ403+501 の組み合わせは照明領域s403を形成する。これらの積算により、y 方向断面では略台形状の照度分布となり、x 方向断面では一様な照度分布となる。
【0044】
図8 は本発明の照明光学系の実施形態3 の要部概略図である。本実施形態は実施形態1 に対してインテグレータの構成のみが異なっており、その他の部分は同じであるので図ではインテグレータから被照射面3 までを図示している。図中、6Aはyz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズからなるインテグレータであり、インテグレータ6Aは焦点距離の異なる複数のシリンドリカルレンズ611 、612 、613 で構成されている。 6Bはyz断面内でパワーを有するシリンドリカルレンズからなるインテグレータであり、インテグレータ6Bは焦点距離の異なる複数のシリンドリカルレンズ621 、622 、623 で構成されている。
【0045】
インテグレータ6A及びインテグレータ6B等は第1 インテグレータ6 の一要素を構成している。第1 インテグレータ6 はシリンドリカルレンズ611+621 、612+622 、613+623 と組み合わせて素子レンズA を構成しており、最初の組み合わせの素子レンズA の焦点距離が最も長く、最後の組み合わせの素子レンズA の焦点距離が最も短い。また各素子レンズA の入射側開口は同じ大きさの長方形である。7Aはxz断面内でパワーを有するシリンドリカルレンズ701 からなるインテグレータである。7Bはxz断面内でパワーを有するシリンドリカルレンズ702 からなるインテグレータである。
【0046】
インテグレータ7A及びインテグレータ7B等は第2 インテグレータ7 の一要素を構成している。第2 インテグレータ7 はシリンドリカルレンズ701+702 と組み合わせて素子レンズB を構成している。
【0047】
またインテグレータ6Aを構成するシリンドリカルレンズの入射側開口とインテグレータ7Aを構成するシリンドリカルレンズの入射側開口は被照射面3 と共役に配置している。
【0048】
第1 インテグレータ6 及び第2 インテグレータ7 等はインテグレータ1Cの一要素を構成している。
【0049】
本実施形態は実施形態2 と同様に図7 に示すy 方向断面が台形分布、x 方向断面が一様の照度分布を得ることができる。従って実施形態2 と同じ効果が得られる。
【0050】
図9 は本発明の照明光学系の実施形態4 の要部概略図である。本実施形態は実施形態1 に対してインテグレータの構成のみが異なっており、その他の部分は同じであるので図ではインテグレータから被照射面3 までを図示している。図中、1Dはインテグレータであり、焦点距離が等しく、入射側開口の大きさが異なる3 種類の素子レンズ801 、802 、803 より構成している。この場合のインテグレータの正面図を図10 に示す。
【0051】
この場合各素子レンズによる照明領域の大きさは式(1) で表されるように、素子レンズの開口の大きさに比例する。そこで、本実施形態では3 つの大きさの異なる照明領域の重ね合わせにより、実施形態1 の図4 と同様な照度分布を得ることができる。従って実施形態1 と同じ効果が得られる。
【0052】
図11は本発明の照明光学系の実施形態5 の要部概略図である。本実施形態は実施形態1 に対してインテグレータの構成のみが異なっており、その他の部分は同じであるので図ではインテグレータから被照射面3 までを図示している。図中、9Aはyz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズからなるインテグレータであり、インテグレータ9Aは焦点距離が等しく、入射側開口の大きさの異なる複数のシリンドリカルレンズ911 、912 、913 で構成している。
【0053】
9Bはyz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズからなるインテグレータであり、インテグレータ9Bは焦点距離が等しく、入射側開口の大きさの異なる複数のシリンドリカルレンズ921 、922 、923 で構成されている。
【0054】
インテグレータ9A及びインテグレータ9B等は第1 インテグレータ9 の一要素を構成している。第1 インテグレータ9 はシリンドリカルレンズ911+921 、912+922 、913+923 と組み合わせて素子レンズA を構成しており、各素子レンズA の前後のシリンドリカルレンズの入射側開口は同じ大きさの長方形である。そして、最初の組み合わせの素子レンズA の入射側開口が最も大きく、最後の組み合わせの素子レンズA の入射側開口が最も小さい。
【0055】
10A はxz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズ1001からなるインテグレータである。又、10B はxz断面内のみにパワーを有するシリンドリカルレンズ1002からなるインテグレータである。なお、シリンドリカルレンズ1001とシリンドリカルレンズ1002の開口形状は同じである。
【0056】
インテグレータ10A 及びインテグレータ10B 等は第2 インテグレータ10の一要素を構成している。第2 インテグレータ10はシリンドリカルレンズ1001+1002 と組み合わせて素子レンズB を構成している。
【0057】
またインテグレータ9Aを構成するシリンドリカルレンズの入射側開口とインテグレータ10A を構成するシリンドリカルレンズの入射側開口は被照射面3 と共役に配置している。
【0058】
第1 インテグレータ9 と第2 インテグレータ10等はインテグレータ1Eの一要素を構成している。
【0059】
本実施形態は実施形態2 と同様にy 方向断面が台形分布、x 方向断面が一様の照度分布を得ることができる。従って実施形態2 と同じ効果を得ることが出来る。
【0060】
以上の実施形態4 及び5 は被照射面3 を照明するNAを均等にするため、照明領域の異なる素子レンズを分散させて配置することが望ましい。例えば、実施形態4 のインテグレータ1Dは図10にその正面図を示すように、素子レンズ801 、802 、803 を分散させて配置する。
【0061】
この様に素子レンズを分散して配置するには、素子レンズに高い製作精度や高い組立精度が要求される。
【0062】
しかしながら、これらの素子レンズを回折光学素子であるバイナリレンズ(以下BOE と記す)で製作すれば、基板上にリソグラフィーの技術を用いて作製できるので製作が容易となる。以下BOE を使用した実施形態を説明する。
【0063】
図12は本発明の照明光学系の実施形態6 の要部概略図である。又、図12(B) は図12(A) の点線部分の拡大図である。本実施形態は実施形態4 のインテグレータと同等なものをBOE を用いて構成したものである。その他の部分は実施形態4 と同じである。
【0064】
図中、11A は第1 基板であり、図12(B) に示すように基板の上に焦点距離はすべて同じで、夫々開口の大きさが異なる微小なBOE 1111,1112,1113をアレイ状に形成している。又、11B は第2 基板であり、図12(B) に示すように基板の上に焦点距離はすべて同じで、夫々開口の大きさが異なる微小なBOE 1121,1122,1123をアレイ状に形成している。
【0065】
そして、BOE 1111+1121 、1112+1122 、1113+1123 の組み合わせにより素子レンズを構成している。そして、この順に入射側開口が大きい。
【0066】
第1 基板11A 及び第2 基板11B 等はインテグレータ1Fの一要素を構成している。
【0067】
本実施形態の各素子レンズの焦点距離は等しく、且つ第1 基板11A の各BOE の入射面は被照射面3 と共役となっている。この結果実施形態1 の図4 と同様なy 方向、x 方向とも台形形状の照度分布を得ることができる。従って実施形態1 と同じ効果を得ることが出来る。
【0068】
図13は本発明の照明光学系の実施形態7 の要部概略図である。又、図14は図13の点線部分の拡大図である。本実施形態は実施形態3 のインテグレータと同等なものをBOE を用いて構成したものである。その他の部分は実施形態3 と同じである。
【0069】
図中、12A は第1 基板であり、図14(A) で示すように、1 つの基板の上にyz面内のみに同じパワーがあり、夫々この平面内の開口の大きさが異なる3 つのシリンドリカルBOE 1211、1212、1213を複数個数配列して形成している。12B は第2 基板であり、図14(A) で示すように、1 つの基板の上にyz面内のみに同じパワーがあり、夫々この平面内の開口の大きさが異なる3 つのシリンドリカルBOE 1221、1222、1223を複数個数配列して形成している。そしてシリンドリカルBOE 1211+1221 、1212+1222 、1213+1223 の組み合わせにより夫々素子レンズA を構成している。またこの順に素子レンズA の入射側開口が大きい。なお、各素子レンズA の焦点距離は等しい。
【0070】
第1 基板12A 、第2 基板12B 等は第1 インテグレータ12の一要素を構成している。
【0071】
図15は第1 基板12A の正面部分拡大図である。図示するようにシリンドリカルBOE はy 方向では位相分布を持つが、x 方向では位相分布を有しない。
【0072】
13A は第1 シリンドリカルレンズアレイであり、図14(B) で示すように、xz面内のみにパワーがあるシリンドリカルレンズ1311を配列して構成している。13B は第2 シリンドリカルレンズアレイであり、図14(B) で示すように、xz面内のみにパワーがあるシリンドリカルレンズ1312を配列して構成している。第1 シリンドリカルレンズアレイ13A 、第2 シリンドリカルレンズアレイ13B 等は第2 インテグレータ13の一要素を構成している。
【0073】
そして、シリンドリカルレンズ1311+1312 の組み合わせにより素子レンズB を構成している。
【0074】
第1 インテグレータ12及び第2 インテグレータ13等はインテグレータ1Gの一要素を構成している。
【0075】
上記の第1 基板12A 及び第1 シリンドリカルレンズアレイ13A の入射面は被照射面3 と共役に設定している。この結果、本実施形態は実施形態2 の図7 と同様にy 方向には台形状、x 方向には一様な照度分布を得ることができる。従って実施形態2 と同じ効果が得られる。
【0076】
図16は本発明の照明光学系の実施形態8 の要部概略図である。本実施形態は実施形態7 の第2 インテグレータ中のシリンドリカルレンズアレイをBOE で構成したものである。その他の部分は実施形態7 と同じである。
【0077】
図中、15A は第3 基板であり、xz断面内にのみパワーを有するシリンドリカルBOE 1511を配置して構成している。又、15B は第4 基板であり、xz断面内にのみパワーを有するシリンドリカルBOE 1512を配置して構成している。そして、シリンドリカルBOE 1511+1512 の組み合わせで素子レンズB を構成している。これらで構成される素子レンズB の入射側開口の大きさは等しい。
【0078】
第3 基板15A 、第4 基板15B 等は第2 インテグレータ15の一要素を構成している。又、第1 インテグレータ12及び第2 インテグレータ15等はインテグレータ1Hの一要素を構成している。
【0079】
また、第3 基板15A の各BOE の入射面は被照射面3 と共役になっている。
【0080】
この結果、本実施形態は実施形態2 の図7 と同様にy 方向には台形状、x 方向には一様な照度分布を得ることができる。従って実施形態2 と同じ効果が得られる。
【0081】
また本実施形態の第2 インテグレータ15のシリンドリカルBOE はすべて入射側開口の大きさを等しくしていたが、第3 基板15A 、第4 基板15B を入射側開口が異なる複数種類のシリンドリカルBOE から構成してもよい。この場合の被照射面3 上での照度分布は、実施形態1 の図5 で示すような照度分布となる。
【0082】
上記の回折光学素子を使った各実施形態では、光利用効率の点から4 レベル以上のバイナリレンズで構成することが望ましい。
【0083】
次に、上記の照明光学系を利用した露光装置について説明する。
【0084】
図17は本発明の露光装置の実施形態の要部概略図である。図中、光源31から被照射面 (マスキング面) 3 までは本発明の照明光学系の実施形態1 である。34は視野絞りであり、該視野絞り34の開口により被照射面3 を照明する光束から所定断面形状の光束を取り出す。35はマスキング結像レンズであり、視野絞り34の開口から射出する光束をレチクル37上に結像する。
【0085】
38は投影光学系であり、レチクル37上の回路パターン (第1 物体) からの光束をウエハ (第2 物体) 40上に結像する。また36はレチクル移動手段、39は基板移動手段である。照明光学系、視野絞り34、マスキング結像レンズ35等はレチクル37を照明する照明系の一要素を構成している。なお、コンデンサーレンズ2 から投影光学系38に至る光軸をz 軸とするxyz 直交座標系を設定する。
【0086】
本実施形態の作用を説明する。光源31を出射した光束は、ビーム整形光学系32で所望の光束径に変換された後、露光量調整手段33を経て、インテグレータ1Aへ至る。そして、インテグレータ1Aとコンデンサーレンズ2 によりマスキング面3 上にはx 方向、y 方向共に台形形状の照度分布を有する照明領域が形成される。その照明領域は絞り開口34の開口を介してマスキング結像レンズ35により転送され、その照明領域の形状でレチクル37を照明する。レチクル上の回路パターンは該照明領域によってその一部が照明され、この部分は投影レンズ38により基板40上に露光・転写される。
【0087】
次いで、レチクル37はレチクル移動手段36によって、又ウエハ40は基板移動手段39によって例えばy 方向に夫々所定量移動し、回路パターンの先に露光した部分に隣接する部分を露光する。これを繰り返し、y 方向にステップアンドリピート法によって露光を行なう。
【0088】
y 方向への1 回目の走査露光が終わったところでレチクル37をレチクル移動手段36によって、又ウエハ40を基板移動手段39によってx 方向に夫々所定量移動し、(−y)方向への2 回目の走査露光をスタートする。これによって回路パターン上の(−y)方向に1 回目の走査露光を行なった部分の隣接する部分を走査露光する。以上の露光を繰り返して回路パターン全体をウエハ40上に転写する。
【0089】
本実施形態は光利用効率も高く、且つ回路パターンの一部分を照明するのに、x 方向、y 方向共台形状の照度分布をもって照明するので、例え走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのずれに起因して隣り合う露光領域の間隔が僅かにずれたとしても露光量のむらは大きくならず、結果として良好な全体像を与える。
【0090】
次に上で説明した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【0091】
図18はデバイス (ICやLSI 等の半導体チップ、或いは液晶パネルやCCD 等)の製造方法のフローチャートである。
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。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、上記の露光装置と前記用意したマスク (レチクル) 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。
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。
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。
【0092】
図19は上記ウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ11(酸化)ではウ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。
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)では上記の露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに焼付露光する。
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。
【0093】
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。
【0094】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、被照射面上において、第1 方向又は第1 方向とこれに直交する第2 方向の両方向の照度分布を効率よく台形形状にする照明光学系を達成し、パルス発振するレーザ光源を用いて走査露光を行う露光装置に該照明光学系を用いることにより、走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのずれに起因する露光量のばらつきの小さい露光装置を達成する。
【0095】
又、本発明の露光装置を用いれば、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デバイスの製造方法を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の照明光学系の実施形態1 の要部構成図
【図2】実施形態1 のインテグレータから被照射面までの要部概略図
【図3】実施形態1 の照明領域と照度分布の説明図
【図4】別の実施形態1 の照度分布の説明図
【図5】素子レンズとコンデンサーレンズの関係の説明図
【図6】本発明の照明光学系の実施形態2 の要部概略図
【図7】実施形態2 の照度分布の説明図
【図8】本発明の照明光学系の実施形態3 の要部概略図
【図9】本発明の照明光学系の実施形態4 の要部概略図
【図10】実施形態4 のインテグレータ1D の正面図
【図11】本発明の照明光学系の実施形態5 の要部概略図
【図12】本発明の照明光学系の実施形態6 の要部概略図
【図13】本発明の照明光学系の実施形態7 の要部概略図
【図14】実施形態7 の部分拡大図
【図15】第1 基板12A の正面部分拡大図
【図16】本発明の照明光学系の実施形態8 の要部概略図
【図17】本発明の露光装置の実施形態の要部概略図
【図18】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図19】ウエハプロセスのフローチャート
【図20】従来の投影光学装置の露光方式の説明図
【図21】従来の投影光学装置の照明領域の照度分布形状及び露光量の説明図
【図22】従来の投影光学装置において走査間隔が僅かに小さくなった際の露光量のばらつきの説明図
【符号の説明】
1A〜1H インテグレータ
2 コンデンサーレンズ
3 被照射面又はマスキング面
4,6,9,12 第1 インテグレータ
5,7,10,13,15 第2 インテグレータ
6A,6B,7A,7B,9A,9B,10A,10B インテグレータ
11A,12A 第1 基板
11B,12B 第2 基板
13A 第1 シリンドリカルレンズアレイ
13B 第2 シリンドリカルレンズアレイ
15A 第3 基板
15B 第4 基板
21 素子レンズ
31 光源
32 ビーム整形光学系
33 露光量調整手段
34 視野絞り
35 マスキング結像レンズ
36 レチクル移動手段
37 レチクル
38 投影光学系
39 基板移動手段
40 ウエハ
101〜103,801〜803 素子レンズ
s101〜s103,s401〜s403 照明領域
401〜403 シリンドリカルの素子レンズA
501 シリンドリカルの素子レンズB
611〜613,621〜623,701,702,911〜913,921〜923,1001,1002 シリンドリカルレンズ
1111〜1113,1121〜1123 回折光学素子(BOE)
1211〜1213,1221〜1223,1511,1512 シリンドリカルBOE
1311,1312 シリンドリカルレンズ

Claims (6)

  1. 光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
    前記複数の素子レンズを、焦点距離が夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴とする照明光学系。
  2. 光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
    前記インテグレータを、前記コンデンサーレンズの光軸を含む第1断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズAと、該光軸を含み該第1断面に直交する第2断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズBで構成し、
    前記複数の素子レンズA又は前記複数の素子レンズBを、焦点距離が夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴とする照明光学系。
  3. 光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
    前記複数の素子レンズを、入射側開口の大きさが夫々異なる複数種類によって構成していることを特徴とする照明光学系。
  4. 光源からの光束をインテグレータに入射させ、該インテグレータを構成する複数の素子レンズからの光束をコンデンサーレンズを介して被照射面に照射することで、該被照射面をケーラー照明する照明光学系において、
    前記インテグレータを前記コンデンサーレンズの光軸を含む第1断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズAと、該光軸を含み該第1断面に直交する第2断面内のみにパワーを有する複数の素子レンズBで構成し、
    前記複数の素子レンズA又は前記複数の素子レンズBを、入射側開口のパワーを有する断面内の大きさが夫々異なる複数種類で構成していることを特徴とする照明光学系。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の照明光学系を有し、
    前記被照射面を照明する光束により第1物体の一部を照明し、該第1物体からの光束を投影光学系により第2物体の上に結像して露光する際、
    該第1物体と第2物体の双方を該投影光学系の光軸と垂直且つ互いに直交する2つの方向の少なくとも1方向に移動させて該第1物体全体を露光することを特徴とする露光装置。
  6. 請求項の露光装置を用いて前記第1物体を前記第2物体上に投影露光した後、該第2物体を現像処理してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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