JP3658209B2 - 円弧照明光学系及びそれを用いた露光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は円弧照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、例えばICやLSI等の半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや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工程のうち、リソグラフィ工程において使用されるステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式の露光装置において、レチクル等の第1物体面上のパターンを円弧形のスリット光束で照明してウエハ等の第2物体面上に投影光学系により投影する際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、IC,LSI等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置(ミラープロジェクションアライナー)やマスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置(ステッパー)等が提案されている。
【0003】
又、最近は半導体素子1個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはマスク上のより大きな面積パターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【0004】
これらの要望に対して最近では、高解像力が得られ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置(露光装置)が種々と提案されている。
【0005】
この走査型露光装置では、レチクル面上のパターンをスリット光束により照明し、該スリット光束により照明されたパターンを投影系(投影光学系)を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【0006】
このような走査型露光装置の1つに円弧形のスリット光束を用いて走査を行なう方式のものがある。この方式では転写するパターンを持つ第1の物体と、転写される対象である第2物体の間に投影光学系が存在し、該投影光学系の特定の軸外像点のみを利用した露光が行なわれる。投影光学系には光軸があり、この軸に対して光学特性が回転対称なため、円弧形のスリット光束が用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
一般に円弧形の領域に光を効率良く集光することは光学的に非常に難しい技術である。過去にはこのために円弧形の発光面を有する光源を開発したり、或いは図5に示すように長方形に照明した領域51から円弧形の開口部材50を用いて円弧を切り出すといった切り出し方式が行われてきた。前者の円弧形の発光面を有する光源はDUVと呼ばれる短波長域になると開発が困難であり、後者の切り出し方式は光束の利用効率が悪いという欠点を持っている。
【0008】
本発明は光利用効率の良い円弧形のスリット光束が容易に得られる円弧照明光学系の提供を目的とする。
【0009】
本発明は特殊な光源を用いることなく、通常の超高圧水銀灯の放電管やレーザ光源を用いて光利用効率が良く、所定の照明角度条件を満たしながら円弧形の照明を行うことができる円弧照明光学系及びそれを用いた半導体デバイスの製造に好適なプロキシミティ方式やステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式等の露光装置の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の円弧照明光学系は、
(1-1) 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【0011】
特に、
(1-1-1) 前記プリズム素子の光入射側又は/及び光出射側にグレーティング素子を設けたこと。
【0012】
(1-1-2) 前記グレーティング素子が前記プリズム素子と一体化していること。
【0013】
(1-1-3) 前記円弧形のスリット光の半径方向の幅が所定値となるように前記長方形のスリット光の短手方向の長さを調整する長さ調整手段を有していること。
【0014】
(1-1-4) 前記円弧形のスリット光と前記物体面とを相対的に走査させて該物体面を走査照明していること。
【0015】
(1-1-5) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【0016】
(1-1-6) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【0017】
(1-2) 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光をそれと略同形の複数の円弧形のスリット光に分割する分割手段と、該分割した複数の円弧形のスリット光を円弧方向に連結する円弧結合手段とを有し、該円弧結合手段からの円弧形のスリット光を用いて、物体面上を照明することを特徴としている。
【0018】
特に、
(1-2-1) 前記分割手段は前記プリズム素子からの円弧形のスリット光を光強度が略等しい複数の円弧形のスリット光に分割していること。
【0019】
(1-2-2) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【0020】
(1-2-3) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【0021】
(1-3) 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の長方形のスリット光に変換すする第1光学手段と、該第1光学手段からの複数の長方形のスリット光を円弧形の1つのスリット光に変換する第2光学手段とを有し、該第2光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【0022】
特に、
(1-3-1) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【0023】
(1-3-2) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【0024】
(1-4) 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の円弧形のスリット光に変換する第1光学手段と、該第1光学手段からの複数の円弧形のスリット光を円弧形の1つのスリット光に変換する第2光学手段とを有し、該第2光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【0025】
特に、
(1-4-1) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【0026】
(1-4-2) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していること。
【0027】
又、構成(1-3) と構成(1-4) において、
(1-4-3) 前記第1光学手段と第2光学手段は同形のプリズム素子を有していること。
等を特徴としている。
【0028】
本発明の露光装置は、
(2-1) 構成(1-1) 〜(1-4) のいずれか1項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを露光基板に露光転写していることを特徴としている。
【0029】
(2-2) 構成(1-1) 〜(1-4) のいずれか1項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを投影光学系により露光基板に、該物体と該露光基板の双方を該投影光学系の光軸と垂直方向に該投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて走査して露光することを特徴としている。
【0030】
本発明のデバイスの製造方法は、
(3-1) 構成(2-1) 又は(2-2) の露光装置を用いて物体面上のパターンを露光基板上に露光転写した後、該露光基板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。
【0031】
【発明の実施の形態】
図1は本発明において長方形のスリット光束より円弧形のスリット光を得る為の原理を示す円弧変換光学形の概略図である。図中13は円弧変換光学系である。1は断面形状が長方形のスリット光、2は集光レンズ、3はプリズム素子(プリズム)である。長方形のスリット光の長手方向はプリズム3の稜線と平行な関係にある。プリズム3を出た光は集光レンズ4を通過して像面5に結像する。このときプリズム3に長方形のスリット光1を斜めから通過させることにより、像面5に結像される光束形状に歪みを生じさせ、長方形のスリット光1を円弧形のスリット光に変換している。
【0032】
この間の光学原理は久保田 広著「光学」の第1章で分光器の光学系に関して記述されている。
【0033】
従来、分光器では長方形のスリット光に絞った光が分光の為のプリズムを通過することで円弧形になっていた。この光学系で行われる光の形状変更は屈折を用いているため極めて効率が良いことが特徴である。
【0034】
従来より、円弧形のスリット光で照明を効率良く行うことが困難なのは、光源からの光の形状の変換が難しいことにあった。半導体デバイスあるいは液晶デバイス製造用の露光装置の光源としては超高圧水銀灯やキセノン水銀灯のようなショートアークランプやエキシマレーザの様なレーザが用いられている。
【0035】
ショートアーク型のランプからの光の配光特性、あるいはレーザ光源から出てくる指向性の良い光の特性を考えたとき、光の形状を対称軸をもった形状に変換するのは容易である。即ち円形、楕円形、正方形、長方形等の形に変換するのは比較的容易である。
【0036】
しかしながら円弧形に変換するのが困難なことは通常用いるレンズ、あるいはミラー光学系を考えれば容易に想像がつく。
【0037】
本発明では光源からの光の形状を先ず変換しやすい長方形に整形した後、図1の光学系を用いて円弧形に変換することを特徴としている。このような段階を踏むことによって、光源からの光を効率良く円弧形に変換している。
【0038】
また、長方形のスリット光のプリズム3への入射角度や集光レンズ4の焦点距離等を種々と変化させることで円弧の曲率半径を任意に変えることにより様々な投影光学系に対応できるようにしている。
【0039】
図2はエキシマレーザを光源として用いた本発明の円弧照明光学系を用いた露光装置の実施形態1の要部ブロック図である。図中11はエキシマレーザ光源、12はビーム形状を所定の長方形にする為のビーム形状変換光学系である。ビーム形状変換光学系12としてはシリンドリカルレンズやトーリックレンズ、アナモフィックレンズ等を用いる或いはスリット形のオプティカルパイプを用いる等してレーザ11からの出力光の形状を効率良く長方形のスリット光に変換している。
【0040】
ビーム形状変換光学系12から出力された光束が図1のスリット光1に対応している。13は図1の円弧変換光学系である。この部分で光源11からの光が円弧形に変換される。20は円弧変換光学系13によって作られる円弧照明領域を実際にマスク又はレチクルを照明する為に必要となる補正を行う為の光学素子である。
【0041】
具体的には、円弧変換光学系13をテレセントリック系に保つこと、及び円弧照明領域内で照度分布、配光分布を略一様にすること等を行う為の補正光学系より成っている。
【0042】
21は円弧形に照明された部分から所定の大きさを切り取る円弧スリットである。円弧スリット21は放射方向の幅が可変となっており、走査を行うときの照度の一様性を調整できるようになっている。22,23の光学系(反射光学系)は円弧スリット21を結像するリレー光学系である。該リレー光学系22,23により円弧スリット21は所定面に転写されるべきパターンが形成されているマスク又はレチクル(物体)24上に結像され、円弧スリット21を介した光束で物体24を照明する。
【0043】
照明された物体24上のパターンは投影光学系によって被転写物体である基板やウエハー26に結像している。
【0044】
図3は本発明に係る円弧変換光学系の実施形態1の要部概略図である。本実施形態では円弧変換光学系13内で色消しを行い、広帯域波長幅にしたものである。
【0045】
本発明ではプリズムを用いている為、硝子の分散作用で、波長によって結像される円弧の位置が異なるという問題がある。これを打ち消す為プリズム33とグレーティング36が逆の分散作用をすることに着目し、プリズム33に入射する前にグレーティング36を配して、円弧変換光学系13全体での分散を小さくしたのが本実施形態の特徴である。
【0046】
光学系での光の利用効率を向上させるため、該グレーティング36はブレーズドタイプであることが望ましい。なお、該グレーティングはプリズムの後側に配置することも可能である。
【0047】
本実施形態の円弧変換光学系13を図2の照明光学系に適用することで、レーザばかりではなくショートアーク型のランプも光源として利用することができる。
【0048】
また、図3ではグレーティング36とプリズム33とを別体の素子として用いているが、これら2つの素子を一体化することも可能である。
【0049】
広帯域波長幅の光源を用いた場合、グレーティングの逆分散作用を用いても帯域全体に渡って色収差を良好に取り除くことは難しく、いくらかの残存色収差がある。この残存色収差は円弧を半径方向に伸ばす働きをする。
【0050】
図2の実施形態に示したように通常の照明光学系は円弧スリット21を有するので、物体24上で円弧の形状は変化しないが、円弧スリット21によりケラレる部分が大きくなるので、結果的に効率の低下を招くことになる。
【0051】
これを解決するためには、残存色収差による円弧の幅の増加を算出し、円弧変換光学系へ入射する前に長方形短手方向の辺の長さを前もって短くしておけば良い。このとき、円弧の半径方向に波長分布が付くことになるが、このような広帯域波長幅の光源が用いられる場合、マスク或いはレチクルを転写する為の投影光学系はミラー系で組まれることが多く、色収差が存在しないので、照明領域での波長分布が転写に問題を引き起こすことはない。
【0052】
さらに、円弧形スリット光を用いた露光装置では通常、照明領域は物体上を相対的に走査されるので、ウエハ上では波長分布が平均化されることも問題を低減する方向に働く。
【0053】
尚、本実施形態においてビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布、例えばスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整する輝度分布調整手段(例えば光学フィルター等)を用いても良く、これによれば円弧形のスリット光の輝度を均一化を図ることができる。尚、これは以下の各実施形態において全て当てはまることである。
【0054】
図4は本発明の円弧照明光学系を搭載した走査型の露光装置の実施形態2の要部概略図である。ここで41は図1,図3で説明したプリズム素子を含む円弧照明光学系であり、光源の特性によってレーザ光源の場合は色収差補正用のグレーティング素子を必要とはしないが、ショートアーク型の光源の場合は、グレーティング素子を含める必要がある。
【0055】
42は円弧照明光学系41によって照明される被照明物体(マスク,レチクル等)43を走査させる為の走査機構である。44は投影光学系であり、屈折型、反射型、屈折反射型など一般に用いられる結像系で良い。45は被転写物体(ウエハ)であり、投影光学系44により被照明物体43がこの上に結像されるように配置されている。46は被転写物体45を走査する為の走査機構であり、被照明物体43用の走査機構42と同期させて動かしている。
【0056】
照明領域が円弧スリット状に限られているため物体43全体を投影するには走査を行っているが回転対称な光学系に対して収差の一定した領域のみを用いることができる。
【0057】
本実施形態では被照明物体43と被転写物体45とを矢印で示す走査方向に投影倍率に対応した速度比で同期をとって駆動させることによって被照明物体43上のパターンを被転写物体45上に走査投影露光している。
【0058】
本発明での円弧照明光学系では円弧形の照明領域(スリット光束)を形成させる為にプリズム素子を使用し、長方形のスリット光束が該プリズム素子を通過することによって生じる像の歪を利用している。
【0059】
通常、スリット走査法における露光装置においてはスリットに長手方向と短手方向が存在するため、光源からの光を先ず長方形状の細長いスリットの形に変換している。そして該長方形のスリット光がプリズム素子を通過することによって円弧形のスリット光に変換している。
【0060】
このとき次のような課題が発生してくる。
【0061】
(ア-1) プリズムを用いている為、通過光束に色収差が存在するようになる。
【0062】
(ア-2) 長方形のスリット光内で一様な輝度分布であってもプリズム素子で変換された円弧形のスリット光内では主に偏角方向に照度分布が生じる。
【0063】
(ア-3) 円弧に必要な曲率半径が小さい一方、照明領域の長手方向に必要な長さは大きいので、プリズムへの入射角が大きくなる、コンデンサーレンズの設計が難しい等、光学的に無理が生じやすい。
【0064】
(ア-4) 照明領域が長手方向に長い場合、端に行くほど円弧からのずれ(曲率の変化)が生じてくる。
等である。
【0065】
そこで以下の各実施形態では前述の課題(ア-1) 〜(ア-4) のうち少なくとも1つを解決することを目的としている。
【0066】
まず各課題(ア-1) 〜(ア-4) の技術的内容について説明する。課題(ア-1) は図11にも図示してある。これは長方形のスリット光201内に、Hgのg線(λ=435.8nm)、h線(λ=404.7nm)、i線(λ=365.0nm)の3波長の光が入射した場合を仮定している。このとき、円弧形のスリット光は205,206,207の3本が現れ、それぞれi線、h線、g線に対応している。
【0067】
課題(ア-2) は以下のようにして起こる。図11に示すように長方形のスリット光内のある一点からの光はコンデンサーレンズ202を通ることで対応する角度を持ってプリズム203に入射する。そのプリズム203から出射した光はコンデンサーレンズ204を通り、円弧上のある一点に結像する。
【0068】
ここで、一般にプリズム204による角倍率はプリズムへの入射角に依存することを考えると、長方形内の場所によって倍率が異なるために元の長方形上で輝度分布が一定であっても円弧の照度が変化することが分かる。さらに、主断面外の光線に関しては見かけの屈折率が変化することにより、主断面内とは異なる角倍率を持つ。この二つの角倍率の違いが相俟って円弧上に照度分布をもたらしているので、課題(ア-1) と同様、プリズムを利用する限り避けられない問題となる。
【0069】
課題(ア-3) を説明する為に早水 良定著「光機器の光学I」のp.297(4.3.33)式を参照する。この式では長方形のスリット光が円弧形に変換される場合の円弧の曲率半径Rを与えており、それはR=fn2 coti1 /[2(n2 −1)]である。ただし、fはプリズムの後に配置されるレンズ(図11ではコンデンサーレンズ204に相当)の焦点距離、nはプリズムの硝材の屈折率、i1 は光がプリズムへ入射する角度である。通常、屈折率nは1.5程度であり、硝材を変えても大差ないので、曲率半径Rを決めるものはfとi1 と考えて良い。
【0070】
ここで、必要とされるスリット光の長手方向の長さを考えて、コンデンサーレンズの収差が十分取れるような焦点距離を設定すると、焦点距離fが大きくなる。一方で必要な曲率半径Rが小さいとcoti1 は小さく、すなわちi1 は大きくなる必要がある。
【0071】
課題(ア-4) は、「光機器の光学I」において長方形のスリット光がプリズム通過後に円弧形のスリット光になることを示すときに各光線が主断面となす角vが小さいという近似を使っていることから生じる。この近似は長方形のスリット光の長手方向が十分短いということに対応するが、必要とされる長さはこの近似の範囲を超えている。
【0072】
以上のような課題(ア-1) 〜(ア-4) を解決する手段としては、まず所望の円弧形のスリット光を少なくとも二つの円弧形のスリット光を用い、それを偏角方向に結合して形成することが有効である。すなわち、1つの長方形のスリット光を1つの円弧形のスリット光に直接変換するのではなく、所望の円弧より小さい円弧を一旦形成し、それを元に複数個の偏角方向に結合することにより、所望の大きさの円弧を得れば良い。これは特に、課題(ア-2),(ア-3),(ア-4) に有効である。
【0073】
次の有効な手段は長方形のスリット光の短手方向に波長分布を設けることである。これは、プリズムによる円弧の分散を考慮して変換前の長方形に逆分散を与えておくことで正しく円弧を形成しようとするものである。これは、円弧変換用のプリズムと同じものを用いることで容易に達成可能である。課題(ア-1) の解決策となる。
【0074】
課題(ア-2) に有効な更なる手段として、長方形のスリット光内に輝度分布を設けることもできる。プリズムを介した長方形から円弧形へのスリット光の変換は基本的に一対一の結像であるが、プリズムの主断面内での入射角による角倍率の違い、及び主断面に角度を持った入射での見かけの屈折率の違いの二つの効果により場所によって倍率が異なってくる。これにより、見かけ上、端部ほど照度が低下するが、これを相殺するように長方形内に輝度分布を与えておくことで円弧上の照度分布の一様性が確保できる。長方形内に与えるべき輝度分布は円弧の開角が小さい場合、短手方向にのみ単調な変化をする分布を与えればよいが、一般的には長手方向にも中心から端部に向かって増加するような分布を与える必要がある。
【0075】
尚、本発明において先の課題(ア-1) 〜(ア-4) を全て同時に解決する必要がある場合には、これらの解決手段を同時に用いれば良い。次に前述の課題(ア-1) 〜(ア-4) の少なくとも1つを解決することを目的とした実施形態について説明する。
【0076】
図6は本発明の円弧照明光学系の実施形態2の要部概略図である。図中100は図1や図3に示した円弧変換光学系又は後述する円弧変換光学系であり、円弧形のスリット光を出射している。
【0077】
101はプリズム素子に有する円弧変換光学系100によって形成された円弧形の光ビーム(スリット光)、102は反射鏡、103は強度透過率2/3の半透明鏡、104は強度透過率1/2の半透明鏡、105は反射鏡、106及び107はイメージローテイタ、108及び109は円弧の位置を調整する為の調整光学系、110,111,112は本光学系により形成された個々の円弧形のスリット光、113は円弧形のスリット光110,111,112の円弧を偏角方向に結合して形成された所望の円弧形の照明領域(スリット光束)である。
【0078】
ここで101の円弧形のスリット光は所望の円弧照明領域113より円弧方向で小さくしてある。
【0079】
本実施形態の場合は3つ(複数)の円弧形のスリット光から1つの円弧形のスリット光113を形成しているので、スリット光101の円弧の開角はスリット光113の1/3になっているが、何個の円弧から全体の円弧を形成するかは任意である。
【0080】
スリット光101が半透明鏡103に入射することで、強度の1/3が反射され、2/3が透過する。透過した強度2/3のスリット光は半透明鏡104により強度が透過と反射で等分された二つの円弧形のスリット光に分けられる。このようにして3つの強度が等しい円弧形のスリット光に分割した後、内二つをイメージローテイタ106あるいは107により回転させる。このとき与える回転角は元の円弧の開角の半分である。
【0081】
さらに、回転させた円弧形のスリット光110,112を回転させていない円弧形のスリット光束111と1つの円弧をなすように位置合わせを行う光学系108あるいは109を通過させた後で結像させて所望の円弧形のスリット光束113を得ている。
【0082】
本実施形態では開角の小さい複数の円弧形のスリット光束を作る光学系であるが、これを用いることで所望の円弧形のスリット光束を得る際に元の長方形のスリット光束の長手方向の長さを短くすることができる。これによってこの点に起因する問題を解決している。
【0083】
尚、本実施形態において各部材102〜105は分割手段の一要素を構成し、各要素106〜109は円弧結合手段の一要素を構成している。
【0084】
図7は本発明の円弧照明光学系の実施形態3の要部概略図である。図中121は長方形のスリット光束、122はプリズム素子(プリズム)、123,124,125はプリズム素子122によりそれぞれi線、h線、g線の波長に分散された長方形のスリット光束、126はコンデンサーレンズ、127はプリズム素子(プリズム)、128はコンデンサーレンズ、129は円弧形のスリット状照明領域(スリット光束)である。
【0085】
プリズム127は長方形のスリット光束を円弧形のスリット光束に変換する為のプリズム素子であるが、これを略同形のプリズムをプリズム122として用いている。そして長方形のスリット光束121からの光をコンデンサーレンズを介さず、プリズム素子122に入射させると光は円弧にはならず、長方形のスリット光束のまま出射する。
【0086】
ただし、長方形のスリット光束がg,h,i線の3波長を含む光であるとすると、プリズム素子122から出射した光は光束123,124,125のように分散される。
【0087】
この分散した状態でコンデンサーレンズ126を介して、円弧変換用のプリズム素子127に入射させ、出射光をコンデンサーレンズ28により集光させて色分散のない円弧形のスリット光束129を得ている。ここで、要素122は第1光学手段を構成し、各要素126〜128は第2光学手段を構成している。
【0088】
図8は本発明の円弧照明光学系の実施形態4の要部概略図である。図中131は長方形のスリット光束、132はコンデンサーレンズ、133は長方形のスリット光束を円弧形のスリット光束に変換させる為のプリズム素子、134はコンデンサーレンズ、135,136,137はプリズム素子133によりそれぞれi線,h線,g線の波長に分散された円弧形のスリット光束、138は色分散された円弧形のスリット光束135,136,137をほぼ単一の円弧形のスリット光束139にする為のプリズム素子、139は円弧形のスリット状照明領域(スリット光束)である。
【0089】
ここで、プリズム素子138はプリズム素子133とほぼ同形であり、プリズム素子133によって分散した円弧形のスリット光束135,136,137からの光をコンデンサーレンズを介さずに入射させることで、逆の色分散を与えて円弧を同じ位置に結合させる役割を持つ。
【0090】
ただし、ここでは長方形のスリット光束131がg,h,i線の3波長を含む光であるとすると、プリズム素子133から出射した光はスリット光束135,136,137のように分散される。この分散した状態でプリズム素子138に入射させ、色分散のない円弧形のスリット光束139を得ている。
【0091】
ここで各要素132〜134は第1光学手段を構成し、要素138は第2光学手段を構成している。
【0092】
図9は本発明の円弧照明光学形の実施形態5を説明する為の一部分の概略図である。図9(A)のように長方形のスリット141上で輝度分布を短手方向141−1、長手方向141−2のように一定にした場合、プリズム素子による角倍率の違いにより、図9(B)のように円弧142上に半径方向141−1、偏角方向142−2のような照度分布が現れる。
【0093】
一方、この角倍率の違いは計算によって求めることができるので、この効果をキャンセルするように予め長方形のスリット143上に図9(C)に示したような短手方向143−1、長方形143−2の輝度分布(光学手段)を設けている。
【0094】
これによって円弧144上の半径方向に144−1、偏角方向に144−2に示したようなほぼ一様の照度分布を形成している。尚、図9(C)の輝度分布は長方形の長手、短手の双方に輝度分布を与えているが、長手方向の長さが短い場合には短手方向の輝度分布のみで対応できることもある。
【0095】
この輝度分布調整は前述の各実施形態、全てに適用することができる。図10は本発明の円弧照明光学系を用いた露光装置の実施形態2の概略図である。図中150はエキシマレーザ光源、151はビーム形状変換光学系である。ビーム形状変換光学系151としてはシリンドリカルレンズやトーリックレンズ、アナモフィックレンズ等を用いる、あるいはスリット形状のオプティカルパイプを用いるなどしてレーザ光源150からの出力光の形状を効率良く長方形のスリット光に変換すると共に、フィルタ等を用いて円弧の照度分布が一様となるようにビーム内の輝度分布を設定している。
【0096】
ビーム形状変換光学系151から出力された光束が、図9(C)の長方形のスリット光束の輝度分布に対応する。152は円弧照明光学系である。この内、153はプリズム素子を有する部分で図1に示されている。154は図6に示した円弧結合光学系である。この部分で光源150からの光が円弧形のスリット光束に変換している。尚、円弧照明光学系152を図7又は図8の円弧照明光学系より構成しても良い。
【0097】
155は円弧照明光学系152によって作られる円弧照明領域を実際にマスクまたはレチクルを照明するために必要となる補正を行う為の補正素子である。具体的には、円弧変換光学系152をテレセントリック系に保つことを行う補正光学系である。156は円弧形に照明された部分から所定の大きさを切り取る円弧スリットである。円弧スリット156は放射方向の幅が可変となっており、走査を行うときの照度の一様性を調整できるようになっている。
【0098】
157,158の光学系は円弧スリット156を結像するリレー光学系である。該リレー光学系157,158により円弧スリット156は転写されるべきパターンが形成されているマスク又はレチクル(物体)159上に結像され、円弧スリット156を介した光まで物体159を照明する。
【0099】
照明された物体159上のパターンは投影光学系160によって被転写物体である基板やウエハー161上に結像している。尚、レーザを光源とする場合にはほぼ単色光とみなせるためにプリズム素子の色分散を補正する必要がない。
【0100】
しかし、超高圧水銀灯やキセノン水銀灯のようなショートアークランプを使用する場合はプリズム素子の色分散を補正する必要がある。この為、図10中の円弧変換光学系の一部153を図1のものから色分散を補正した図7の実施形態2又は図8の実施形態8に置き換える必要がある。
【0101】
本発明では光源からの光をまず変換しやすい長方形の形に整形した後、プリズム素子を用いて円弧形に変換することを特徴としている。これによりプリズム素子を照明光学系に適用する際の問題点を解決している。このような段階を踏むことによって、光源からの光の利用効率が良く、かつ露光装置に適用可能な精度で円弧形のスリット光束に変換している。
【0102】
本発明では図2,図4,図10に示す露光装置(走査型投影露光装置)を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造している。
【0103】
【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、
(イ-1) 光利用効率の良い円弧形のスリット光束が容易に得られる円弧照明光学系を達成している。
【0104】
(イ-2) 特殊な光源を用いることなく、通常の超高圧水銀灯の放電管やレーザ光源を用いて光利用効率が良く、所定の照明角度条件を満たしながら円弧形の照明を行うことができる円弧照明光学系及びそれを用いた半導体デバイスの製造に好適なプロキシミティ方式やステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式等の露光装置を達成している。
【0105】
(イ-3) 光利用効率の良い円弧照明系をレーザ光源やショートアーク型光源に対して実現することができる。又、本発明の円弧照明光学系を投影露光装置に搭載することで効率良く、かつ安定した結像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る円弧変換光学系の光学原理を示す説明図
【図2】本発明の露光装置の実施形態1の要部概略図
【図3】本発明の円弧照明光学系の実施形態1の要部概略図
【図4】本発明の円弧照明光学系を搭載した露光装置の実施形態2の要部概略図
【図5】従来の円弧照明の作製方法を示す説明図
【図6】本発明の円弧照明光学系の実施形態2の要部概略図
【図7】本発明の円弧照明光学系の実施形態3の要部概略図
【図8】本発明の円弧照明光学系の実施形態4の要部概略図
【図9】本発明の円弧照明光学系の実施形態5の一部分の長方形スリット上での輝度分布とそれから形成される円弧照明領域上での照度分布の関係を示す図
【図10】本発明の露光装置の実施形態2の要部概略図
【図11】本発明の特徴である円弧変換光学系の原理を表すと共にその問題点を示す説明図
【符号の説明】
1 略長方形の照明領域
2 コンデンサーレンズ
3 プリズム素子
4 コンデンサーレンズ
5 略円弧形状の照明領域
11 光源
12 ビーム形状変換光学系
13 円弧変換光学系
20 照明光補正光学系
21 円弧スリット
22 円弧スリット結像リレー光学系1
23 円弧スリット結像リレー光学系2
24 被照明物体
25 投影レンズ
26 感光基板
31 略長方形の照明領域
32 コンデンサーレンズ
33 プリズム素子
34 コンデンサーレンズ
35 略円弧形状の照明領域
36 グレーティング素子
41 円弧照明光学系
42 被照明物体走査機構
43 被照明物体
44 投影光学系
45 被転写物体
46 被転写物体走査機構
50 切り出し前の長方形の照明領域
51 切り出された円弧形状の照明領域
101 円弧系の照明領域
102 反射鏡
103 透過強度2/3、反射強度1/3の半透明鏡
104 透過強度1/2、反射強度1/2の半透明鏡
105 反射鏡
106,107 イメージローテイタ
108,109 円弧位置調整光学系
110,111,112 円弧
113 110,111,112の円弧が結合されて形成された所望の円弧
121 長方形スリット
122 プリズム素子
123,124,125 プリズム素子22により分散された長方形スリット
126 コンデンサーレンズ
127 プリズム素子
128 コンデンサーレンズ
129 円弧形の照明領域
131 長方形スリット
132 コンデンサーレンズ
133 プリズム素子
134 コンデンサーレンズ
135,136,137 色分散をもって形成された円弧
138 プリズム素子
139 円弧形の照明領域
141 長方形スリット
141−1 長方形スリット上短手方向の輝度分布
141−2 長方形スリット上長手方向の輝度分布
142 円弧照明領域
142−1 円弧照明領域上半径方向の輝度分布
142−2 円弧照明領域上偏角方向の輝度分布
143 長方形スリット
143−1 長方形スリット上短手方向の輝度分布
143−2 長方形スリット上長手方向の輝度分布
144 円弧照明領域
144−1 円弧照明領域上半径方向の輝度分布
144−2 円弧照明領域上偏角方向の輝度分布
150 光源
151 ビーム形状変換、及び輝度調整光学系
152 円弧変換光学系
153 円弧変換光学形のプリズム素子を含む主要部
154 照明光補正光学系
156 円弧スリット
157 円弧スリット結像リレー光学系1
158 円弧スリット結像リレー光学系2
159 被照明物体
201 g,h,i線の3波長を含む光が出射する長方形スリット
202 コンデンサーレンズ
203 プリズム素子
204 コンデンサーレンズ
205 主としてi線の円弧照明領域
206 主としてh線の円弧照明領域
207 主としてg線の円弧照明領域
Claims (21)
- 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
- 前記プリズム素子の光入射側又は/及び光出射側にグレーティング素子を設けたことを特徴とする請求項1の円弧照明光学系。
- 前記グレーティング素子が前記プリズム素子と一体化していることを特徴とする請求項2の円弧照明光学系。
- 前記円弧形のスリット光の半径方向の幅が所定値となるように前記長方形のスリット光の短手方向の長さを調整する長さ調整手段を有していることを特徴とする請求項2又は3の円弧照明光学系。
- 前記円弧形のスリット光と前記物体面とを相対的に走査させて該物体面を走査照明していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項の円弧照明光学系。
- 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項の円弧照明光学系。
- 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項6の円弧照明光学系。
- 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光をそれと略同形の複数の円弧形のスリット光に分割する分割手段と、該分割した複数の円弧形のスリット光を円弧方向に連結する円弧結合手段とを有し、該円弧結合手段からの円弧形のスリット光を用いて、物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
- 前記分割手段は前記プリズム素子からの円弧形のスリット光を光強度が略等しい複数の円弧形のスリット光に分割していることを特徴とする請求項8の円弧照明光学系。
- 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項8又は9のいずれか1項の円弧照明光学系。
- 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項10の円弧照明光学系。
- 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の長方形のスリット光に変換する第1光学手段と、該第1光学手段からの複数の長方形のスリット光を円弧形の1つのスリット光に変換する第2光学手段とを有し、該第2光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
- 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項12の円弧照明光学系。
- 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項13の円弧照明光学系。
- 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の円弧形のスリット光に変換する第1光学手段と、該第1光学手段からの複数の円弧形のスリット光を円弧形の1つのスリット光に変換する第2光学手段とを有し、該第2光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
- 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項15の円弧照明光学系。
- 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は/及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項16の円弧照明光学系。
- 前記第1光学手段と第2光学手段は同形のプリズム素子を有していることを特徴とする請求項12又は15の円弧照明光学系。
- 請求項1から18のいずれか1項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを露光基板に露光転写していることを特徴とする露光装置。
- 請求項1から18のいずれか1項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを投影光学系により露光基板に、該物体と該露光基板の双方を該投影光学系の光軸と垂直方向に該投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて走査して露光することを特徴とする走査型の露光装置。
- 請求項14又は15の露光装置を用いて物体面上のパターンを露光基板上に露光転写した後、該露光基板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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