JPS59160134A - 照明光学系 - Google Patents

照明光学系

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JPS59160134A
JPS59160134A JP58035360A JP3536083A JPS59160134A JP S59160134 A JPS59160134 A JP S59160134A JP 58035360 A JP58035360 A JP 58035360A JP 3536083 A JP3536083 A JP 3536083A JP S59160134 A JPS59160134 A JP S59160134A
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light source
wavelength
collimator lens
optical system
luminous fluxes
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Masakatsu Oota
太田 正克
Takashi Komata
小俣 貴
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は所定のパターンを転写する為の照明光学系、特
に、ICパターンをマスクからウェハーへ転写する為の
マスク照明光学系に関する。
近年、半導体集積回路は高密度化、高速度化の要求に従
って、その中に含まれる素子の寸法は微細化の傾向にあ
り、ウエノ・−上に転写する線幅も数ミクロンから1〜
2ミクロン、更にサブミクロンへ移行しつつある。
マスクパターンの焼付方法から言えば、マスクとウェハ
ーを密着させて重ね焼きを行なうコンタクト法および、
マスクとウエノ・−を数ミクロンから数十ミクロン離し
てマスクを照明するプロキシミテイ法からマスク上のパ
ターンを投影光学系を用いてウエノ・−面へ転写するプ
ロジェクション法、さらにステップアンドリピート法へ
の移行となるが、コンタクト法、又はプロキンミテイ法
はスループットの高さ、焼付装置の完成度から現在なお
、量産用半導体素子の焼付方法として主流となっている
コンタクト法の解像力は前記の焼付方法の中で最も優れ
ているものの、ウェハー及びマスクの反シ、レジスト層
塗布の不均一性から密着性に問題があり、また直接接触
させる事によって膜面の負傷が起こり易く、生産の歩留
剤りを低下させる。特にパターンが微細化するに従い、
膜面の僅かな損傷も致命的な欠陥となり得るので、微細
パターンの転写にコンタクト法を用いるのは問題が多い
。一方、プロキシミティ法はマスクとウェハーが非接触
である為に原理的にはマスク膜面の損傷は生じ無いが、
マスクとウェハーの間で生じる回折が像に悪影響を与え
解像力が不足する。
プロキシミティ法によるパターン像の最小線幅Wは W−15ノL滲− 6・・・・曲 (1) によって与えられる。(1EEE、 ED−28、扁1
1.1268〜1278)″ここで、Sはマスクとレジ
スト面間の距離、λは焼付波長である。(1)式からプ
ロキシミティ法の解像力を上げるだめには波長を短かく
するか、ギャップ量Sを小さくすれば良いことがわかる
が、ウェハー及びマスクの反りの為にギャップ量は余り
小さくはできず、焼付波長を短かくするのが望ましい。
実際、ブロキシミティ法に用いられる波長も365 n
m〜436 nrlの所HNUV光がら250nm 〜
290nmのDeepUV光へと短かくなってきている
。しかし、光源として用いられる超高圧水4J、!ラン
プあるいはキセノン・マキユリ−ランプでは、UV領域
のエネルギーに比べ、Deep U V領域のエネルギ
ーが小さく、フォトレジストの感度もDeepUV−領
域では低い為に、DeepUV光を用いた焼付では露光
時間が長くがかりスループットが低い。
プロキシミティ法で効率良くパターンの転写を行なう為
には、高解像力を必要としないあらいパターンに対して
は焼付波長としてUV光を用い、高い解像力を必要とす
るパターンには、Deep”U V 光を用いれば良く
、従来はUV照明光学系とDeepUV照明光学系の焼
伺波長の異なる2種類の照明光学系を用いてこれを行っ
てきた。
本発明の目的は同一の照明光学系を用いて照度ムラを僅
少に保ちっつUV領域からDeepUV領域における広
い波長域での焼付波長の選択が行なえる照明光学系を供
給することにあり、そのため2次光源発生用の多光束発
生用光学素子を光軸方向に移動(光学的に同等の作用を
持たせる場合を含む)すること、及び波長選択用素子を
入れ変えることによって、簡単に波長を変えて焼付ける
ことが可能となった。
以下、第1図に従って本発明の詳細な説明する。図中1
は光源、2は光源から放射された光束を効率良く集光す
る為の楕円ミラーで、その第1焦点に光源1が位置する
ように配置され、光源から放射された光束をその第2焦
点に集光している。3は多層干渉薄膜の様な波長選択用
ミラー、4は楕円ミラーの第1焦点から放射し、楕円ミ
ラー2、波長選択用ミラー3によって反射されてきた光
束をコリメートする為の発散性コリメーターレンズで、
その後側焦点は楕円ミラーの第2焦点に一致している。
5はマスク面上に照射されるエネルギーを制御する為の
シャッターである。6は配光特性の均一な二次光源を形
成する為の多光束発生用光学素子で、集光性コリメータ
ーレンズ8とともにマスク面9を均一に照明するもので
ある。7は照明光学系全体をコンパクトにまとめる為の
平面ミラー、8はマスク面9を所望の集光角でムラ無く
照明する為の集光性コリメーターレンズで、該集光性コ
リメーターレンズの前側焦点位置は多光束発生用光学素
子6により形成された二次光源に一致している。9は転
写すべきパターンが描かれたマスク面、10はマスク面
から数μ〜数十μの距離を保ち、マスク面に平行に配置
されたウェハー面より成る。
光源1から発散した光束は楕円ミラー2により無駄無く
集められ、波長選択用ミラー3で所望の波長域のみが取
シ出される。次に、発散性コリメーターレンズ4により
平行光束となって多光束発生用光学素子6の前側端面を
照明する。
第1図では多光束発生用光学素子としてオプティカルイ
ンチブレター゛を用いであるので、該多光束発生用光学
素子6の後側端面に配光特性の均一な2次光源が形成さ
れることになり、該2次光源よシ発散した光束は集光性
コリメーターレンズ8によシ平行光束となってマスク面
9を均一に照明する。
グロキシミテイ法ではマスク面とウエノ・−面が非接触
で配置されている為、第2図に示す様に2次光源11の
中心から発散した光線とマスク面9の法線のなす角(以
後この角を主光線の傾き角と呼ぶ)が大きい場合にはウ
エノ・−面上の像の歪みとなるので、主光線の傾き角を
小さくおさえることは設計上極めて重要な項目となって
いるが、主光線の傾き角は集光性コリメーターレンズ8
の球面収差、焦点距離及び2次光源11と集光性コリメ
ーターレンズ8の間隔によって一意的に決まり、波長が
決まれば集光性コリメーターレンズ8の焦点距離は決定
してしまうので、広い波長域において主光線の傾き角を
小さく保つことはできない。本実施例では波長による集
光性コリメーターレンズの焦点距離の変化を補正する為
に多光束発生用光学素子6を光軸に沿って移動し、該多
光束発生用光学素子6と該集光性コリメーターレンズの
間隔を可変とすることで広い波長域で主光線り傾き角を
小さく保つことに成功している。第3図75蔦ら第5図
にはこの作用が示しである。第3図では、例えばUV領
域で主光線の傾き角を補正した状態で、簡単の為にコリ
メーターレンズ8の球面収差を零とすれば、2次光源と
コリメーターレンズ8の間隔がコリメーターレンズの焦
点距離に等しい場合に主光線の傾き角は零となる。この
状態で波長選択用ミラー3を交換し、使用波長をDee
pTJVにするとコリメーターレンズの焦点距離はUV
の場合よりも短かくなり、主光線の傾き角は大きくなっ
てマスク上のノ(ターンは縮んでウエノ・−上に転写さ
れる。これを補正する為に多光束発生用光学素子6を光
軸に沿ってコリメーターレンズ側に移動し、コリメータ
ーレンズと2次光源の間隔をコリメーターレンズの焦点
・距離に等しくしてやれば主光線の傾き角を小さくする
ことができる。
又、照度ムラは2次光源の配光特性と、コンデンサーレ
ンズのコマ収差により決定するが、多光束発生用光学素
子により形成される2次光源の配光特性は均一であるの
で、照度ムラの原因となシ得るのはコンデンサーレンズ
のコマ収差のみである。2次光源とコンデンサーレンズ
の距離を一定に保った場合にはコンデンサーレンズのコ
マ収差は波長によシ変わるので、照度ムラも変化するが
、2次光源の位置を波長によらず常にコンデンサーレン
ズの焦点位置に配置することにより、2次光源から射出
した光束がコンデンサーレンズに入射する角度を波長に
よらず一定とすることができるのでコマ収差の変化は僅
少となシ、従って照度ムラの変化も僅少である。
即ち、多光束発生用光学素子を光軸に沿って移動し、コ
リメーターレンズと2次光源の間隔をコリメーターレン
ズの焦点距離になる如く配置してやれば使用波長による
照度ムラの変化を僅少に保つことができる。第6図から
第8図に焼付波長として250nmb 290nm、4
00nmを用いた場合の照度ムラの実測値を示す(1目
盛2条)。前述の理由による通り、多光束発生用光学素
子を光軸方向に動かすことにより照度ムラの変化が僅少
に保たれていることが理解できる。なお、実際に多光束
発生用光学素子を移動する替りに透光平板を着脱して光
路長を変え、見相上の移動を引起しても良く、まだ波長
選択用ミラーの交換をフィルターの交換方式に変えても
良い。他に光学素子6とコリメーターレンズ8の間に多
光束発生用光学素子がもう一段挿入される場合がある。
プロジェクション方法による焼付用の照明光学系として
も照明ムラの除去、及び主光線の傾き角は焼付性能を決
定する重要な要因であるが、本発明によれば同一の照明
光学系を用いて、プロジェクション方法においても異な
る波長での焼付が、波長選択用ミラーの交換及び多光束
発生用光学素子の光軸方向への移動のみで可能とガつた
。但し、プロジェクション方法における主光線の傾き角
は投影光学系の主光線の傾き角と一致させなければなら
ない。
本発明はコンタクト方法による焼付に用いることもでき
る。即ち、コンタクト方法では主光線の傾き角は重要な
要因では無いが、焼付波長を変えた場合の照度ムラの補
正に本発明を用いることができるものである。
以上の如く本発明によれば、照明光学系の基本構成を変
えること無しに、波長選択用素子の交換及び多光束発生
用光学素子の光軸に沿った移動という簡単な操作によシ
照度ムシを僅少に保ったままでUV領域からDeepU
V領域の広い波長幅の焼付が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で、多光束発生用光学素子と
してオブテイカルインテグレターを用いた光学断面図。 第2図は主光線の傾き角(θ)の定義を示す図、第3図
、第5図は集光性コリメーターレンズの前側焦点と2次
光源の位置が合致したことを示す図、第4図はコリメー
ターレンズの前側焦点と2次光源の位置が一致しない場
合を示す図である。第6図から第8図は、2次光源が光
軸に沿って変化した場合の照jWムラの実測値を示す線
図である3、 図中、1は光源、2は楕円ミラー、3は波長選択用ミラ
ー、6は多光束発生用光学素子、8は集光性コリメータ
ーレンズ、9はマスク面、10はウニ・・−面、11は
2次光源であるO出願人  キャノン株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 楕円ミラーと楕円ミラーの第1焦点に配置された光源と
    、光源からの光束から所望の波長を選択するだめの波長
    選択用素子と、楕円ミラーの第2焦点付近に配置された
    多光束発生用光学素子と、多光束発生用光学素子により
    形成された2次光源の位置に前側焦点を有する集光性コ
    リメーターレンズとを有し、物体面を多光束にて照明す
    る照明光学系において、波長選択用素子を交換可能とし
    、多光束発生用光学素子を光軸方向に可動とすることを
    特徴とする照明光学系。
JP58035360A 1983-03-04 1983-03-04 照明光学系 Granted JPS59160134A (ja)

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