JPH07183200A

JPH07183200A - 露光装置

Info

Publication number: JPH07183200A
Application number: JP34516093A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Tonai; 圭一郎東内
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-21
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2661536B2

Abstract

(57)【要約】【目的】選択可能な複数の光源形状に対して、レチク
ル面上の照度均一性を向上させた露光装置を提供する。【構成】露光装置の照明系にて、形状の異なる複数の
有効光源６を持つ。レチクル１２上の照度均一化のた
め、フライアイレンズ５および照度均一性調整用のフィ
ルタ１３を有する。フィルタ１３の位置は、レチクル１
２と共役な位置で、フライアイレンズ５の入射側の直前
とする。フライアイレンズ５は要素レンズ１５を配列し
て構成する。フィルタ１３はフライアイレンズの各要素
レンズに対応する要素フィルタを配列して構成する。フ
ィルタの位置は視野絞り９の近くとしてもよい。フィル
タ５は有効光源の切替と連動させ、複数の光源形状に対
して、最適な照度均一性調整が可能となる。この結果、
半導体装置の品質、製造歩留まりが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ等のパターン形
成プロセスに使用される露光装置に関し、特に切替式の
照明用光源を有する露光装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の露光装置を図８を参照して説明す
る。この図は従来の露光装置の照明系の概略を示す光路
図である。従来の露光装置では、光源１からの照明光２
を楕円鏡３とリレーレンズ４とによりフライアイレンズ
５へ導く。このフライアイレンズ５の出射側に二次光源
が形成される。この二次光源を口径絞り７により任意の
形状に整形し、有効光源６を得る。この有効光源６の形
状は、露光装置の結像性能に大きな影響を与える。この
有効光源６からの光はリレーレンズ８を通して視野絞り
９を照明する。この視野絞り９で視野範囲を決めた後、
リレーレンズ１０とコンデンサレンズ１１とを通した光
によりレチクル１２を照明する。なお、この図では省略
したが実際の露光装置の照明系では、さらに、波長フィ
ルタ、ビームスプリッタ、および、照度計などが搭載さ
れる。

【０００３】この場合、レチクル１２の面（Ｆ１，Ｆ
２）に対してフライアイレンズ５を構成している各要素
レンズの入射側の面（Ａ１，Ａ２）は共役な位置関係に
ある。また、視野絞り９の面（Ｃ１，Ｃ２）もレチクル
１２の面（Ｆ１，Ｆ２）に対して共役な位置関係にあ
る。さらに、光源１の光強度分布は不均一であるため、
フライアイレンズ５を用いて、有効光源６の面内での光
強度の均一化が施されている。この有効光源６によりレ
チクル１２を照明し、レチクル１２上の照度の均一化が
図られている。また、照明系内の各光学部品の製造誤差
などにより、レチクル１２面上での照度の不均一性が発
生するが、光源１の位置またはフライアイレンズ５の位
置などの微調整により、レチクル１２面上の照度が最良
の均一性となるよう調整している。これらの微調整によ
り、レチクル１２面上の照度均一性は、±１．２％以下
程度となっている。

【０００４】また、有効光源６の面内の光強度分布は、
レチクル１２面へ入射する照明光の角度分布に対応して
いる。レチクル１２への照明光の入射角度分布は、露光
装置の解像度および焦点深度へ影響を与える。従来の口
径絞り７は円形開口が用いられている。しかし、近年の
研究により、有効光源６の光強度分布（主に面内での形
状）を変更して、露光装置の解像度および焦点深度を向
上する手法が提案されている。また、各種の有効光源６
の形状を用いる露光方法が研究開発されている。この研
究結果によると、最適な有効光源６の形状はレチクル１
２面上のパターン形状により異なる。このため、数種類
の形状の有効光源６を用意し、この有効光源６をレチク
ル１２面上のパターンによって切り替えて使用すれば、
最大の改善効果が得られることが解った。

【０００５】さらに、レチクル１２の透過パターン上に
透過光の位相を変化させる位相シフタを配置し、露光装
置の解像度と焦点深度とを向上する方法が検討されてい
る。この場合、口径絞り７の円形開口の径を小さくした
方が、露光装置の解像度および焦点深度がより向上す
る。

【０００６】このように、投影するレチクル１２の種類
またはそのパターン形状によって、最適な有効光源６の
形状が異なる。このため、複数の口径絞り７を搭載し、
口径絞り７を切り替えることにより、有効光源６の形状
を切り替える露光装置が開発されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の露光
装置にあっては、各光学部品の製造誤差等に起因するレ
チクル１２面上の照度の不均一さは、光源１の位置また
はフライアイレンズ５の位置などの微調整により補正さ
れていた。この場合、複数の光源１の形状を切り替え選
択可能な露光装置においては、ある特定の光源１の形状
において最良の照度均一性が得られるように調整してい
る。よって、この後、他の光源１の形状に切り替えた場
合、照度均一性が劣化するという課題があった。

【０００８】これは、図８に示すように、有効光源６内
の異なる位置から出た光（Ａ１，Ａ２からの各光）は、
その後に通るリレーレンズ８，１０およびコンデンサレ
ンズ１１での面内位置が異なる。Ａ１の光は、Ｂ１，Ｄ
１，Ｅ１を通ってＦ１としてレチクル１２面に照射され
る。一方、Ａ２を透過した光は、Ｂ２，Ｄ２，Ｅ２の各
部分を通ってＦ２としてレチクル１２面に照射される。
このため、有効光源６からの光であっても、その出射し
た位置がフライアイレンズ５において異なることによ
り、リレーレンズ８，１０およびコンデンサレンズ１１
の製造誤差等の影響もそれぞれ異なることになる。

【０００９】一方、全ての光源１の形状に対して同程度
の照度均一性が得られるように調整した場合、各々の光
源１の形状に対しては照度均一性を最良状態に調整する
ことはできない。このため、±２．５％程度という不十
分な面内照度均一性分布しか得られないという課題があ
った。そして、このレチクル１２上の照度不均一性は、
ウェーハ上の露光量の不均一性の原因となり、形成され
るレジストパターン寸法の不均一性を引き起こし、半導
体装置の品質低下およびその製造歩留まりの低下を招く
ことになる。

【００１０】一方、特開平３−４１７１８号公報、特開
平３−４１７１４号公報には、照明系にフィルタを設け
て照度均一性を向上させる技術が開示されている。この
技術は、周辺露光装置の照明部に照明光強度分布を補正
するフィルタを設け、照度均一性を向上させたものであ
る。しかしながら、投影露光装置の照明系は、公報記載
のこのような周辺露光装置の照明系とは異なるものであ
る。照明光のレチクル１２の入射角度分布特性も重要で
ある。投影露光装置では、この照明光の入射角度分布特
性は、投影像の解像特性に直接影響を与えるからであ
る。したがって、この角度分布を制御し、なおかつ、照
度均一性も向上させる方法として、上述したように、フ
ライアイレンズ５とコンデンサレンズ１１とを用いた照
明系を採用しているのである。

【００１１】そこで、本発明は、各有効光源に対応して
レチクル面での照度均一性を確保した露光装置を提供す
ることを、その目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光装置
は、形状の異なる複数の有効光源を持ち、レチクル面上
の照度均一化のための第１の手段としてフライアイレン
ズを、その第２の手段として照度均一性調整用のフィル
タをそれぞれ有している。

【００１３】この照度均一性調整用のフィルタの位置
は、レチクルと共役な位置に設定する。例えば、このフ
ィルタはフライアイレンズの入射側の直近に配置する。
または、このフィルタの位置は視野絞りの近くとする。
また、フライアイレンズは複数の要素レンズを配列して
構成し、照度均一性調整用のフィルタは各要素レンズに
対応する複数の要素フィルタを配列して構成する。そし
て、これらの要素フィルタの面内での透過率分布は、要
素レンズの面内の照度分布の逆数となるように設定して
いる。

【００１４】さらに、本発明に係る露光装置にあって
は、複数の照度均一性調整用のフィルタを有し、複数の
有効光源の切替に対応、連動させてこのフィルタを切り
替える構成とする。

【００１５】

【作用】本発明に係る露光装置では、投影面での形状が
異なる複数の有効光源のいずれかから照射された照明に
対しても、レチクル面にての照度均一性は常に最良の状
態として確保される。例えばフライアイレンズを構成す
る要素レンズにより生じる面内の照度分布むらについて
も、要素フィルタにより補正し、レチクル面での照度均
一性を確保している。そして、異なる有効光源について
はそれぞれに最適なフィルタを使用し、レチクル面での
照度分布を均一化している。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る露光装置の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施
例に係る露光装置の照明系の概略を示す光路図である。
図２はその主要部分を示す斜視図である。図３はフライ
アイレンズを、図４は照度均一化フィルタをそれぞれ示
している。図５は異なるフィルタによるレチクル面での
照度分布を示すグラフである。

【００１７】図１において、光源１である水銀灯からの
照明光２は、楕円鏡３およびリレーレンズ４により、フ
ライアイレンズ５の入射側に設けられた照度均一化フィ
ルタ１３へ導かれる。このフライアイレンズ５を構成し
ている各要素レンズの入射側の面（例えばＡ１，Ａ２）
は、レチクル１２の面（Ｆ１，Ｆ２）と共役な位置関係
にある。したがって、フライアイレンズ５の入射側の面
の光強度分布を調整することにより、レチクル１２面上
の照度分布を調節することができる。照明光２は照度均
一化フィルタ１３により光強度を調節された後、フライ
アイレンズ５に入射し、フライアイレンズ５の出射側に
二次光源が形成される。この二次光源は、切り替え式の
口径絞り７により所望の光源形状（２点照明、４点照
明、輪帯照明等）に正確に整形され、有効光源６が得ら
れる。

【００１８】そして、この有効光源６によりリレーレン
ズ８を通して視野絞り９を照明し、リレーレンズ１０お
よびコンデンサレンズ１１を通してレチクル１２を照明
する構成である。

【００１９】図２に示すように、上記フライアイレンズ
５の上下（光路に対して上流側と下流側）には、それぞ
れ、多数の照度均一化フィルタ１３を環状に配設した円
板と、フィルタ１３と同数の口径絞り７を環状に配設し
た円板とが配設されている。これらの円板同士は連結軸
１８によりその中心同士を連結してもよい。または、連
結軸１８を中心としてフィルタ用円板と、絞り用円板と
は、独立して回転自在に構成してもよい。したがって、
１つの照度均一化フィルタ１３は１つの口径絞り７に対
応して光路に配列することができる。

【００２０】図３に示すように、フライアイレンズ５は
要素レンズ１５を縦横に多数配列して構成されている。
この要素レンズ１５のうち口径絞り７で選択された使用
領域１４のみが露光照明として実際に用いられる。図４
に示すように、照度均一化フィルタ１３も、フライアイ
レンズ５の各要素レンズ１５に対応するように配列され
た複数の要素フィルタ１６から構成される。

【００２１】さらに、フライアイレンズ５を構成する各
要素レンズ１５の入射面（図１中Ａ１，Ａ２等）は、レ
チクル１２の面（Ｆ１，Ｆ２）と共役の関係にあり、個
々の要素レンズ１５はそれぞれレチクル１２の全面を照
射している。また、個々の要素レンズ１５による照度分
布は異なる照度分布をそれぞれ持っている。図５の
（Ａ），（Ｂ）は、異なる要素レンズ１５の照度分布の
例を示す。

【００２２】したがって、照度均一化フィルタ１３を構
成する各要素フィルタ１６の透過率の特性分布を、対応
する要素レンズ１５の照度分布の逆数に設定すれば、各
照度分布が均一になるように要素レンズ１５の照度分布
について補正することができる。そして、使用する全て
の要素レンズ１５の照度分布を加算した総合の照度分布
も均一になる。このように、フライアイレンズ５の各要
素レンズ１５によるレチクル１２面での照度分布は、照
度均一化フィルタ１３の各要素フィルタ１６によりそれ
ぞれ均一化されるので、どのような光源１の形状が選択
されても、レチクル１２面内では均一な照度分布を得る
ことが可能となる。

【００２３】図６は、本発明の第２実施例に係る照度均
一化フィルタ１３の平面図である。この実施例は、さら
に精密な照度均一性の調整が必要な場合のため、各口径
絞り７専用の照度均一化フィルタ１３を用いている。複
数の照度均一化フィルタ１３は、回転板１７に取り付け
られている。この回転板１７は口径絞り７（同様構成の
円板）に連結軸１８で連結されている（図２参照）。こ
の結果、回転板１７は口径絞り７の回転と連動して回転
する。口径絞り７を切り替える際は、対応する照度均一
化フィルタ１３がフライアイレンズ５に重なる。この結
果、照明光源１の切り替えに連動して、専用の照度均一
化フィルタ１３が選択される。その他の構成は上記第１
実施例のそれと同様に構成してある。

【００２４】図７は、本発明の第３実施例の露光装置の
照明系の概略を示す光路図である。光源１からの照明光
２により楕円鏡３、リレーレンズ４、フライアイレンズ
５により二次光源を作り、口径絞り７により所望の形状
に整形して有効光源６を得て、リレーレンズ８を通して
視野絞り９を照明する構成である。上述したように、視
野絞り９面とレチクル１２面とは共役になっており、視
野絞り９の直後に置かれた照度均一化フィルタ１３によ
りレチクル１２上の照度均一性を調整することができ
る。有効光源からの照明光は照度均一化フィルタ１３に
より照度均一性を調整された後、リレーレンズ１０およ
びコンデンサレンズ１１を通してレチクル１２を照明す
る。この場合、照度均一性が口径絞り７の開口形状によ
り変化する。このため、口径絞り７の切り替え時に、照
度均一化フィルタ１３を切り替える必要がある。そこ
で、第２実施例と同様に、各口径絞り７専用の照度均一
化フィルタ１３を用意し、これを回転軸２０の回転によ
り切り替えられるようにする。口径絞り７も回転軸１９
により回転するように構成し、図示しない機構により、
照度均一化フィルタ１３と口径絞り７とが同期して回転
し、照明光源１の形状切り替えの際は、各口径絞り７に
対応する照度均一化フィルタ１３が選択されるようにす
る。その他の構成、作用は上記各実施例と同様である。

【００２５】以上のように本発明を用いれば、任意の光
源１の形状（レチクル１２への照明光入射角度範囲）を
選択可能であり、かつ、複数の任意の光源１の形状に対
してレチクル１２上の照度均一性を最良の状態に調整す
ることが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】複数の光源形状を選択可能な露光装置で
あって、本発明による照明光学系を用いれば、全ての光
源形状に対してレチクル面上の照度均一性を最良の状態
に調整可能となる。このため、従来の方法においては全
ての光源に対して±２．５％程度の照度均一性しか得ら
れなかったものが、±１．０％以下の照度均一性に向上
可能となる。したがって、半導体装置の品質および製造
歩留まりを向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る露光装置の照明系の
概略を示す光路図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る露光装置の主要部分
を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例に係るフライアイレンズを
示す平面図である。

【図４】本発明の第１実施例に係る照度均一化フィルタ
を示す平面図である。

【図５】本発明の第１実施例に係る露光装置において異
なる要素レンズの照度分布の例を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例に係る均一化フィルタの平
面図である。

【図７】本発明の第３実施例に係る露光装置の照明系の
概略を示す光路図である。

【図８】従来の露光装置の照明系の概略を示す光路図で
ある。

【符号の説明】

１…光源（水銀ランプ）、２…照明光、５…フライアイレンズ、６…有効光源、７…口径絞り、９…視野絞り、１２…レチクル、１３…照度均一化フィルタ、１４…フライアイレンズの使用領域、１５…要素レンズ、１６…要素フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５２７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルの像を基板上に投影露光する露
光装置の照明系において、形状の異なる複数の有効光源を持ち、レチクル面上での照度均一化のため、第１の手段としてフライアイレンズを、第２の手段とし
て照度均一性調整用のフィルタを用いることを特徴とす
る露光装置。
【請求項２】上記レチクルと共役な位置に上記照度均
一性調整用のフィルタを配置した請求項１に記載の露光
装置。
【請求項３】上記照度均一調整用のフィルタはフライ
アイレンズの照明光入射側直前に配置した請求項２に記
載の露光装置。
【請求項４】上記照度均一調整用のフィルタは視野絞
りの近くに配置した請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】上記フライアイレンズを複数の要素レン
ズを平面上に配列して構成するとともに、上記照度均一
性調整用のフィルタをこれらの要素レンズに対応した複
数の要素フィルタによって構成し、これらの要素フィルタは、これらの要素レンズによって
形成される面内の照度分布の逆数となるように、その面
内での透過率分布を設定した請求項１，２，３または４
のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】上記露光装置は、複数の照度均一性調整
用のフィルタを有し、上記有効光源の切り替えとこの複数のフィルタの切り替
えとを連動させることにより、各有効光源に対応したフ
ィルタを用いる請求項１から請求項５までのいずれか１
項に記載の露光装置。