JPH06151279A - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 レチクル面及び位置合わせ用の基準マーク等
を照明するのに適した照明装置及びそれを用いた投影露
光装置を得ること。 【構成】 光源１から射出したコヒーレント光を互いに
インコヒーレントな複数の光束に分割２し、該複数のイ
ンコヒーレント光を露光用オプティカルインテグレータ
に異なる方向から角度αで入射させて重畳し、該露光用
オプティカルインテグレータから射出した光束で被照射
面を照明すると共に該複数のインコヒーレント光を位置
合わせ用オプティカルインテグレータ６，７に異なる方
向から角度βで入射させて重畳し、該位置合わせ用オプ
ティカルインテグレータから射出した光束を導光手段
８，９を用いて該被照射面１０の一部を照明するように
したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は照明装置及びそれを用い
た投影露光装置に関し、具体的には半導体素子の製造装
置である所謂ステッパーにおいてレチクル面上のパター
ンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られるように
した照明装置及びそれを用いた投影露光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子の高集積化及び高解
像力化を目的とし、エキシマレーザー等の強出力のコヒ
ーレント光源を用いた露光装置の開発が盛んに行なわれ
ている。コヒーレント光源からの光束でマスクやレチク
ル等の回路パターンを照明する場合に生じる問題点の１
つとして、マスクやレチクル上での照度分布の不均一性
が挙げられる。この不均一性が生ずる原因の１つとして
コヒーレント光源からの光束が形成する干渉縞に起因す
るものがある。この干渉縞による照度分布の不均一性を
解消するために、従来から様々なタイプの照明装置が提
案されている。

【０００３】例えば、被照明面における照度分布の不均
一性を解消する方法として、単一のコヒーレント光源か
らの光束を互いにインコヒーレントな複数の光束に分割
し、その後オプティカルインテグレータの光入射面に互
いに異なる方向から入射させて重畳し、光路中に形成さ
れる有効光源（２次光源の分布）の輝度分布を良好にす
る方法が提案されている。

【０００４】この他、半導体素子製造用の投影露光装置
において、ウエハ位置合わせ等を高精度に行う目的で露
光光と同一の光源からの光束の一部を光路途中で分岐
し、光ファイバ等を用いて引き回しウエハ位置合わせ用
の基準マークを照明するようにした装置が提案されてい
る。

【０００５】このように従来の投影露光装置では同一光
源からの光束を複数の照明用途に使用することが種々と
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体素子製造
用の装置やそれに用いる方法において、露光光とウエハ
位置合わせ用の照明光に同一波長の光束を用い、このと
き、エキシマレーザのような短い波長の光束を放射する
光源を用いた場合、ファイバ等を用いて光束を伝達して
も光エネルギーの伝達効率が小さく、故にそれぞれに独
立した光源を持つか、前記露光用光学系及び前記ウエハ
位置合わせ用光学系のそれぞれについて独立した前記複
数のインコヒーレントな光束への分割手段を設けないと
ウエハ位置合わせ用のパターンに十分な照射光量を与
え、かつパターン面の照度分布を均一にするのが難しい
という問題点があった。

【０００７】本発明はレチクルや位置合わせ用の基準マ
ークを照明する照明装置の各要素の構成を適切に設定す
ることにより、コヒーレントでかつ短い波長の光束を放
射する光源を用いて露光光とウエハ位置合わせ用の照明
光とに同一波長の光束を用いることを可能とし、レチク
ル面上の照度分布の均一化を図りつつ、位置合わせ用の
基準マークを適切に照明し、高精度な位置合わせを可能
とした照明装置及びそれを用いた投影露光装置の提供を
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、
（１−イ）光源から射出したコヒーレント光を分割光学
系により互いにインコヒーレントな複数の光束に分割
し、該複数のインコヒーレント光を光学部材と分岐手段
とを用いて第１のオプティカルインテグレータに異なる
方向から角度αで入射させて重畳し、該第１のオプティ
カルインテグレータから射出した光束を集光手段により
集光し被照射面を照明すると共に該複数のインコヒーレ
ント光を第２のオプティカルインテグレータに異なる方
向から角度βで入射させて重畳し、該第２のオプティカ
ルインテグレータから射出した光束を導光手段を用いて
該被照射面の一部を照明するようにしたことを特徴とし
ている。

【０００９】特に前記光学部材は前記分割光学系により
分割された光束の数と同数のくさび形プリズムより成る
プリズム部材を少なくとも２つ有し、該複数の光束の該
第１のオプティカルインテグレータへの入射角と、該第
２のオプティカルインテグレータへの入射角を互いに独
立に制御していることを特徴としている。

【００１０】又、本発明の投影露光装置は、（１−ロ）
光源から射出したコヒーレント光を分割光学系により互
いにインコヒーレントな複数の光束に分割し、該複数の
インコヒーレント光を光学部材と分岐手段とを用いて第
１のオプティカルインテグレータに異なる方向から角度
αで入射させて重畳し、第１のオプティカルインテグレ
ータから射出した光束を集光手段により集光しレチクル
面を照明し、該レチクル面上のパターンを投影レンズに
よりウエハ面上に投影すると共に該複数のインコヒーレ
ント光を第２のオプティカルインテグレータに異なる方
向から角度βで入射させて重畳し、該第２のオプティカ
ルインテグレータから射出した光束を導光手段を用いて
該レチクル面の一部の基準マークを照明するようにした
ことを特徴としている。

【００１１】特に前記光学部材は前記分割光学系により
分割された光束の数と同数のくさび形プリズムより成る
プリズム部材を少なくとも２つ有し、該複数の光束の該
第１のオプティカルインテグレータへの入射角と、該第
２のオプティカルインテグレータへの入射角を互いに独
立に制御していることを特徴としている。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の照明装置の実施例１を示す概
略構成図であり、ステッパーと呼称される縮小型の投影
露光装置に本発明を適用した例である。

【００１３】図１において、１は光源であり、比較的空
間的なコヒーレンシィが小さな（横モードの数が多い）
ＫｒＦエキシマレーザから成っている。光源１からはコ
ヒーレントな平行光束が放射されている。

【００１４】２は分割光学系であり、光源１からの時間
的にコヒーレントな光束を４つの互いにインコヒーレン
トな光束Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２に分割してい
る。分割光学系２からの４つの光束Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌ
ｂ１，Ｌｂ２は互いに平行であり、光束Ｌａ１と光束Ｌ
ａ２、光束Ｌｂ１と光束Ｌｂ２のそれぞれの対の光束を
光束断面に関して互いに中心光軸Ｌ０に対し点対称の位
置関係になるように配置し、かつ光束Ｌａ１と光束Ｌｂ
１の各々の中心を中心光軸Ｌ０に対して９０°の角度を
なして配置し射出している。

【００１５】３は第１のプリズム部材であり、該４分割
したそれぞれの光束Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２上
に配置した４つのくさび形プリズム３ａ１，３ａ２，３
ｂ１，３ｂ２より成っている。

【００１６】分割光学系２から射出した４つの光束Ｌａ
１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２はそれぞれの光束上に配置
されたくさび形プリズム３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ
２を透過し、本実施例においては光路切り換え用ミラー
（分岐手段）４を経た後、複数のバーレンズから成る露
光系の第１の（露光用の）オプティカルインテグレータ
６の光入射面で重畳し入射する。

【００１７】オプティカルインテグレータ６の光射出面
から射出した光束は集光手段としてのコンデンサーレン
ズ８で集光し被照射面であるレチクル面１０を照射して
いる。そして、投影レンズ系１１によりレチクル面１０
上のパターンをウエハ面１２上に所定倍率で縮小投影し
ている。

【００１８】ここで、第１のプリズム部材３は露光用の
オプティカルインテグレータ６の光入射面に４つの光束
を照射する際の各光束を中心光軸Ｌ０′からそれぞれあ
る角度をもって照射せしめるための偏向部材としての作
用を有している。このことによって被照射面であるレチ
クル面１０に対して、有効光源（レチクル面１０から見
た光源の輝度分布）を良好な輝度分布のものにすること
を可能にしている。

【００１９】一方、切り換えミラー４は、ミラーを光路
の外に移動させることが可能な機構を有し、切り換えミ
ラー４が光路外にあるときは、該くさび形プリズム３ａ
１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２を透過した４つの光束は第
２のプリズム部材５に入射する。第２のプリズム部材５
は４つのくさび形プリズム５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５
ｂ２より成っている。

【００２０】本実施例においては、第２のプリズム部材
５を透過したそれぞれの光束はウエハ位置決め用照明系
の第２の（位置合わせ用の）オプティカルインテグレー
タ７の光入射面に入射する。本実施例では第１，第２の
プリズム部材３，５は光束を重畳する為の光学部材の一
要素を構成している。

【００２１】ウエハ位置合わせ用照明系のオプティカル
インテグレータ７の光射出面を射出した光束はミラー１
４を介しウエハ位置合わせ用のコンデンサーレンズ９に
より集光され、レチクル面１０上の被照射面、または、
レチクル１０と同一平面上にある位置合わせ用の基準マ
ーク１０ａが形成されている被照射面を照射する。照射
された光束はレチクル１０上、あるいはレチクルと同一
平面上のウエハ位置合わせ用基準マーク１０ａ等を経て
投影露光系１１を透過しウエハ面１２上に達し、ウエハ
面１２で反射した後再び投影露光系１１を逆方向に透過
し、レチクル１０の手前か、あるいはレチクル１０上の
基準マーク１０ａを再度透過した後に設けられたハーフ
ミラー（図中１６）によって折り曲げられて光受光部１
７に受光させ、光量等の測定を行い、これによりウエハ
１２の位置合わせ、またはフォーカス合わせ等を行な
う。

【００２２】ここで、ウエハ１２等の位置合わせに用い
る光束は、レチクル１０を透過した後、投影レンズ１１
を２度通ることによる透過光量の減少、及びウエハ表面
における吸収散乱等による反射光量の減少が起こる。

【００２３】これに加え、特にエキシマレーザはパルス
レーザであり、ウエハ位置合わせ用の光受光部１７の解
像性能をよくするためには１パルス当りの光受光部１７
への入射光量を大きくする必要があることなどから、位
置合わせの為にレチクル面１０に照射される単位面積当
りの照度を露光用のそれに比べて大きくしてやることが
必要となる。

【００２４】このとき、ウエハ位置合わせ用光学系のオ
プティカルインテグレータ７に対する４分割された各光
束の光軸に対する傾きを露光系と同じように設定した場
合、ウエハ位置合わせ用照明系の照度分布を露光系のそ
れと同等にする目的でウエハ位置合わせ用オプティカル
インテグレータ７及びその後の引き回し光学系を露光系
のそれらと同様の構造に設定した場合、ＮＡ＊Ａ（Ｎ
Ａ：開口数、Ａ：照射される面積）は一定であることか
ら、ウエハ位置合わせ用照明系の単位面積当りの照度を
露光系のそれよりも大きくしようとするとレチクル面１
０の照明時のＮＡを露光系のＮＡよりも大きくする必要
がある。

【００２５】ところが、ウエハ位置合わせ用の光束も投
影レンズ１１を透過するものであり、また投影レンズ１
１のＮＡは露光系を基準に設定されるのが一般的であ
る。このため、レチクル面１０の照明のＮＡだけを大き
くしても有効光源は良好なものにならず、その結果充分
な照度は得られにくい。

【００２６】そこで、ウエハ位置合わせ用のオプティカ
ルインテグレータ７の光入射面に入射する該４分割され
た光束の光軸に対する傾きを照明系のそれとは別個に独
立した値に設定することによって、オプティカルインテ
グレータ７に入射する際に、オプティカルインテグレー
タ７の光入射面の照明面積を変えずにＮＡを小さくして
やると前記のＮＡ＊Ａの値を小さくすることができる。

【００２７】すなわち、該４分割された光束が、第１の
プリズム部材３を透過し、露光用照明系とウエハ位置合
わせ用照明系との分岐手段４を通過した後に、第１のプ
リズム部材３とは独立した第２のプリズム部材５を設置
し、その後ウエハ位置合わせ用のオプティカルインテグ
レータ７の光入射面に入射する角度を露光用のオプティ
カルインテグレータ６のそれよりも小さくすることによ
って、該ＮＡ＊Ａの値を小さくしている。

【００２８】これにより例えば、レチクル１０面上にお
けるウエハ位置合わせ時の照明面積を露光時の照明面積
よりも小さく設定したとき、ウエハ位置合わせ用の照明
の単位面積当りの照度を大きくすることが可能になる。
さらに、結果としてウエハ位置合わせ用の照明の引き回
し光学系においても露光用の照明の引き回し光学系に比
べて装置を比較的小型簡便なものにすることができる。

【００２９】又、ウエハ位置合わせ用のオプティカルイ
ンテグレータ７に照射する前記光束の光軸に対する角度
を変えずに該オプティカルインテグレータ７の光入射面
の面積を小さくしてやること、もしくは該角度及び該面
積を同時に変えてやることによっても同等の効果を得る
ことが可能である。

【００３０】尚、本実施例においては、該第１のプリズ
ム部材３を透過した後、ウエハ位置合わせ用光学系に該
第２のプリズム部材５を設置する第１の方法のほか、図
２に示すように該第１のプリズム部材３を露光用光学系
とウエハ位置合わせ用光学系との分岐手段４の後段の露
光用光学系上に設置し、該第２のプリズム部材５を該分
岐手段４の後段のウエハ位置合わせ用光学系上に設置
し、該２つのプリズム部材３，５を該２つの光学系のそ
れぞれに専用のものとして配置しても良い。

【００３１】又、図３に示すように該第１の方法におい
て該分岐手段４の後段の該露光用光学系上に該第１及び
第２のプリズム部材とは独立した第３のプリズム部材１
８を設置するようにしても良い。

【００３２】この他図４に示すように、図３に比べて該
第２のプリズム部材５を取り除いた配置などでも同等の
効果を得ることが可能である。

【００３３】図５は本発明の照明装置の実施例２の要部
概略図であり、投影露光装置に適用した場合を示してい
る。図５において図１で示した要素と同一要素には同符
番を付している。

【００３４】本実施例ではインコヒーレントな複数の光
源１ａ，１ｂを用いるか、あるいは該インコヒーレント
な複数の光源１ａ，１ｂからの光束をさらに互いにイン
コヒーレントな複数の光束に分岐する手段２を用いて得
られる複数の光束を用いて、実施例１と同様の効果を得
ている。

【００３５】本実施例ではウエハ位置合わせ用の基準マ
ークの照明はレチクル面１０ではなく本体に固定された
ウエハ位置合わせ用基準マーク１９を照射している。

【００３６】尚、本実施例において分岐手段４で分岐し
た光束をウエハ位置合わせに用いるほか、露光、フォー
カス合わせ、投影倍率の補正、あるいはレチクル位置合
わせや、投影レンズを透過しないウエハ位置合わせ等の
照明以外の他の種々の用途に用いることが可能である。

【００３７】又、図６に示すように複数に分岐した光束
を互いに異なる用途に用いるだけでなく、ミラー２０
ｂ，２１を用い同じ照明に用いることも可能である。図
６では切り替えミラー４で分岐したそれぞれの光束の光
路上に配置された各オプティカルインテグレータ２２，
７を射出した光束を切り替えミラー４と連動して切り替
わる切り替えミラー２１を介し共通の被照明面を照射す
ることによって、被照明面におけるＮＡの変換を容易に
すること、または被照明面の照明領域を変化させたと
き、それぞれの照明領域に対する照度を任意に効率よく
設定することを容易にしている。

【００３８】又、図７に示す様に切り替えミラー４によ
り分岐した光束にプリズム部材５等で異なるＮＡを与え
てやり、切り替えミラー４と連動して切り替わる切り替
えミラー２１を介し共通のオプティカルインテグレータ
２２に入射することにより、被照明面におけるＮＡの変
換を容易に行うことも可能である。

【００３９】尚、本発明の照明装置はパターン等の焼付
け用の露光装置に限らず、顕微鏡、計測器あるいは位置
決め装置等の被観察面、被測定面の照明に関して、複数
の照明対象を有するか、あるいは複数の照明状態（照明
面積・単位面積当りの照度・照度分布・照明系の開口数
・照明方向・照明系のテレセントリック度等が異なる照
明）を同一被照明面に適用する場合にも同様に応用でき
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、レチクル
や位置合わせ用の基準マークを照明する照明装置の各要
素の構成を適切に設定することにより、コヒーレントで
かつ短い波長の光束を放射する光源を用いて露光光とウ
エハ位置合わせ用の照明光とに同一波長の光束を用いる
ことを可能とし、レチクル面上の照度分布の均一化を図
りつつ、位置合わせ用の基準マークを適切に照明し、高
精度な位置合わせを可能とした照明装置及びそれを用い
た投影露光装置を達成することができる。

【００４１】特に本発明では、コヒーレント光を分割光
学系により複数のインコヒーレント光束に分割した後、
該複数のインコヒーレント光束を光路途中で分岐するこ
とが可能な機構を設けることによって、ウエハ位置合わ
せ等の露光以外の用途に露光光と同一の光源の光束を用
いることが可能になり、そのため、ウエハ位置合わせ等
がより小型簡便に行うことが可能になる。

【００４２】又、ウエハ位置合わせ用光学系に露光側と
は独立したオプティカルインテグレータと該各光束それ
ぞれに露光側とは独立したくさび型プリズムを用いるこ
とによって、該複数に分割されたそれぞれの光束の光軸
に対してなす角を、露光側とは独立して与え、ウエハ位
置合わせ側の被商社面の単位面積あたりの照度を露光側
とは独立した大きさにすることが可能になる、等の特徴
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】図１の一部分を変更した他の実施例の説明図

【図３】図１の一部分を変更した他の実施例の説明図

【図４】図１の一部分を変更した他の実施例の説明図

【図５】本発明の実施例２の要部概略図

【図６】図５の一部分を変更した他の実施例の説明図

【図７】図５の一部分を変更した他の実施例の説明図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 分割光学系 ３ 第１のプリズム部材 ４ 分岐手段 ５ 第２のプリズム部材 ６ 露光用オプティカルインテグレータ ７ 位置合わせ用オプティカルインテグレータ ８，９ 集光手段 １０ 被照射面 １１ 投影レンズ １２ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ 9122−2Ｈ Ｈ０１Ｓ 3/101 8934−4Ｍ 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３１１ Ｍ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から射出したコヒーレント光を分割
   光学系により互いにインコヒーレントな複数の光束に分
   割し、該複数のインコヒーレント光を光学部材と分岐手
   段とを用いて第１のオプティカルインテグレータに異な
   る方向から角度αで入射させて重畳し、該第１のオプテ
   ィカルインテグレータから射出した光束を集光手段によ
   り集光し被照射面を照明すると共に、該複数のインコヒ
   ーレント光を第２のオプティカルインテグレータに異な
   る方向から角度βで入射させて重畳し、該第２のオプテ
   ィカルインテグレータから射出した光束を導光手段を用
   いて該被照射面の一部を照明するようにしたことを特徴
   とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記光学部材は前記分割光学系により分
   割された光束の数と同数のくさび形プリズムより成るプ
   リズム部材を少なくとも２つ有し、該複数の光束の該第
   １のオプティカルインテグレータへの入射角と、該第２
   のオプティカルインテグレータへの入射角を互いに独立
   に制御していることを特徴とする請求項１の照明装置。
3. 【請求項３】 光源から射出したコヒーレント光を分割
   光学系により互いにインコヒーレントな複数の光束に分
   割し、該複数のインコヒーレント光を光学部材と分岐手
   段とを用いて第１のオプティカルインテグレータに異な
   る方向から角度αで入射させて重畳し、該第１のオプテ
   ィカルインテグレータから射出した光束を集光手段によ
   り集光しレチクル面を照明し、該レチクル面上のパター
   ンを投影レンズによりウエハ面上に投影すると共に該複
   数のインコヒーレント光を第２のオプティカルインテグ
   レータに異なる方向から角度βで入射させて重畳し、該
   第２のオプティカルインテグレータから射出した光束を
   導光手段を用いて該レチクル面の一部の基準マークを照
   明するようにしたことを特徴とする投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記光学部材は前記分割光学系により分
   割された光束の数と同数のくさび形プリズムより成るプ
   リズム部材を少なくとも２つ有し、該複数の光束の該第
   １のオプティカルインテグレータへの入射角と、該第２
   のオプティカルインテグレータへの入射角を互いに独立
   に制御していることを特徴とする請求項３の投影露光装
   置。