KR930002513B1 - 조명방법 및 그 장치와 투영식 노출방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

요약 없음.

Description

조명방법 및 그 장치와 투영식 노출방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 실시예에서 엑사이머노출장치의 노출 조명계를 도시한 도면.

제2도는 축소렌즈의 눈동자면 내의 렌즈스포트상의 주사배열 상황을 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 1실시예의 균일빔 노출수단의 구성을 상세하게 도시한 도면.

제4도∼제8도는 광로도중의 조도분포를 도시한 도면.

제9도는 균일빔 노출수단의 다른 실시예를 도시한 상세 구성도.

제10도 및 제11도는 제9도의 광로도중의 조도분포를 도시한 도면.

제12도는 프리즘형상의 광속분리수단을 도시한 도면.

제13도는 본 발명에 의한 실효적 진폭분포제어수단의 구성을 설명하기 위한 도면.

제14도는 제13도에 도시한 회절격자형 필터를 개략적으로 확대해서 도시한 도면.

제15도는 제13도에 도시한 실효적 진폭분포제어수단 전후의 빔의 강도분포를 도시한 도면.

제16도는 제13도에 도시한 일차원적 회절격자형 필터를 확대해서 도시한 도면.

제17도는 제13도에 도시한 2차원적 회절격자형 필터를 확대해서 도시한 도면.

제18도는 본 발명에 관한 균일빔 노출수단을 플라이아이렌즈를 이용한 노출장치에 적용한 예를 도시한 도면.

제19도는 제18도에 도시한 장치에서 플라이아이렌즈에 입사하는 조명광의 조도분포가 균일하지 않은 경우의 예를 도시한 도면.

제20도는 본 발명에 관한 균일빔 노출수단을 현미경에 적용한 예를 도시한 도면.

제21도는 본 발명에 판한 균일빔 노출수단을 패턴 검출장치에 적용한 예를 도시한 도면.

제22도는 제21도에서 균일빔 노출수단을 구비하지 않은 경우에 검출되는 노이즈성분이 중첩된 검출신호파형을 도시한 도면.

제23도는 본 발명에 관한 균일빔 노출수단을 레이저가공기에 적용한 예를 도시한 도면.

제24도는 제23도에 도시한 장치에 의해서 구멍뚫기 가공을 한 경우의 구멍형상을 도시한 도면.

제25도는 제23도에 도시한 장치에서 균일빔 노출수단을 구비하지 않은 경우의 구멍뚫기 가공을 한 구멍형상을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 엑사이머레이저광원 2 : 레티클

3 : 노출조명장치 4 : 웨이퍼

5 : 축소렌즈 6 : 제어수단

31, 31' : 균일빔 노출 32, 33, 35 : 집광렌즈

34 : 편향미러 37 : 렌즈

39 : 플라이아이렌즈 311, 311' : 빔손택수단

312 : 실효적 진폭분포제어수단 313, 316 : 하프미러

313" : 프리즘형 빔스플리터

본 발명은 레이저등 지향성이 높은 광원을 이용하는 조명방법 및 그 장치, 특히 지향성이 너무 높기때문에 균일분포를 얻기어려운 상기 고아원을 이용하여 지향성이 균일한 또는 지향성의 편중이 적은 조명방법 및 그 장치와 그 조명방법 또는 장치를 각각 이용한 투영식노출방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체회로의 고집적화에 따라 점차 상기 반도체회로등의 회로패턴의 노출에 이용하는 광원의 파장을 짧게하고, 해상도의 향상을 도모하는 것이 불가결하게 되고 있다. 그리고, 엑사이머레이저로 대표되는 자외성레이저는 에너지가 높아 합성석영렌즈에 필요한 스페클의 협대역화도 비교적 용이하며, 노출광원으로써 유망시되고 있다. 엑사이머레이저는 발진장치의 구성에서 그 발사빔의 단명강도분포의 한쪽방향이 가우스형상이고, 다른쪽방향이 대형상으로 되어 있으며, 또한 일반적으로 이 대형 분포도 기울기를 갖거나, 중앙부의 강도가 높게 되어 있는 등 바람직한 평탄한 균일한 분포의 것은 거의 없다. 또, 엑사이머레이저이외의 레이저, 예를들면 제2 및 제3의 조파를 이용하도록 한 자외선레이저에 대해서도 방사분포의 균일성은 거의 기대할 수 없다.

한편, 반도체의 노출장치에서는 원판으로 되는 레티클에 조사하는 조명광의 균일성은 ±2% 정도의 편차범위로 제어할 필요가 있다. 협대역화된 레이저광원에 대해서 통상 수은램프를 광원으로 하는 조명계에 이용하는 로프렌즈에 의한 조명의 균일화의 방법을 단순히 그대로 적용하면 레이저광의 간섭성에 의해 레티클상의 조명광의 분포에 미세한 간섭무늬가 발생하여 균일한 조명을 실현할 수 없다. 이와같은 방법이외에 이미 일본국 특허공개공보 소화 56-85724호(이하 제1의 참증이라 한다)와 일본국 특허공개공보 소화 59-19332호(이하, 제2의 참증이라 한다)에 가우스분포를 갖는 레이저빔을 사용하여 균일조명을 얻는 방법이 개시되어 있다. 1의 참증은 빔을 그 진행방향과 수직인 단면내에서 4개의 부분으로 분할한 후, 피조사물체상에서 중첩하여 균일화를 도모하고 있다. 중첩했을 때에 발생하는 간섭에 의한 조명의 불균일을 제거하기 위하여 상기 4개의 부분을 2개씩 2조로 나누고, 그 1조를 구성하는 2개의 부분 상호간에서 편광이 직교하도록해서 간섭의 발생을 억제하고, 또 4개중의 다른조의 2개의 부분 상호간에서는 조명시간내에서 상기 2개의 부분중의 한쪽의 광의 위상을 변화시켜 조명시간의 평균을 취하면 간섭무늬가 삭감되도록 하고 있다.

이 제1의 참증에 의한 방법등 종래의 방법의 경우에 가우스분포는 그대로의 형상으로 중합되므로 설령 2개의 빔상호간의 간섭에 의한 상술한 조명의 불균일을 완전히 소거하였다 하더라도 상기 종래의 것에서는 3%정도의 조명광도 편차에 의한 조명의 불균일이 남는다. 그리고, 이와 같은 방법을 본건의 출원발명과 같이 엑사이머레이저등의 단펄스레이저에 적용하고자 하면 펄스발광시간폭은 수 ns∼수십 ns로 짧으므로 이펄스발광의 시간과 동기해서 이 단펄스의 전반과 후반에서의 단시간내에서 정확한 위상을 π만큼 변화시키는 것에 의한(본 발명과 같은) 간섭무늬의 소거, 균일화등의 효과를 얻는 것은 거의 불가능하다. 그 결과, 종래의 것은 상술한 3% 정도의 조명불균일에, 또 상기의 간섭무늬에 의한 조명불균일이 중첩되게 되어 결국 종합해서 10% 전후의 조명불균일(조명강도분포불균일)이 남게 되어 본 발명의 지향하고 있는 분야에서의 적용은 불가능하다.

상기 제2의 참증은 역시 가우스형의 강도분포를 갖는 레이저빔을 4분할해서 중첩하는 것에 의해 균일화를 도모하는 것이지만, 분할후 중첩할 때 까지의 광로중에는 각 분할광이 서로 비간섭상태에 의한 수단을 마련하고 있지 않으므로 중첩한 부분에서는 미세한 간섭무늬가 발생하고 있다. 이와 같은 방식을 노출장치의 레티클조명에 이용하면 웨이퍼상에 간섭무늬모양이 전사되어 레티클상의 회로패턴의 정확한 전사가 불가능하게 된다.

이와 같은 빔을 분할한 후, 레티클상에서 중첩하는 것에 의한 간섭무늬의 발생을 방지하여 스페클로이즈등을 제거하는 노출방법으로써는 일본국 특허공개공보 소화 54-111832호(이하, 제3의 참증이라 한다)에 분할빔사이에 광로길이차를 부여하는 방법이 개시되어 있다. 또, 일본국 특허공개공보 소화 62-25483호(이하, 제4의 참증이라 한다)에는 상기 제3의 참증의 광로길이차를 부여하는 1방법으로써 광로우회수단을 구성하는 반사경을 사용하는 방식이 기재되어 있다.

상기 종래기술은 가우스분포를 한 레이저광에만 어느정도의 거시적 균일화를 도모하는 것에서 유효하거나 미시적 균일화(스페클로이즈의 저감)를 도모하는데에는 유효하다고 하여도 거시적 균일화는 도모되지 않았던 것으로써 거시적으로도 미시적으로도 균일한 조명을 실현하고자 하는 점에 대해서 고려되어 있지 않았다.

본 발명의 목적은 레이저광원을 사용하는 노출장치에 필요한 거시적 및 미시적으로 강도가 균일한 조명을 부여할 뿐만아니라 노출패턴을 원화레티클에 충실한 형상으로 투영하는데 필요한 바라는 지향성을 갖는 조명광을 부여하고, 또한 레이저광원에서 발사된 광에너지의 이용효율이 높은 조명광을 부여하는 조명방법 및 그 장치와 투영식노출방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 지향성이 높은 광원(예를 들면, 엑사이머레이저를 사용한광원)에서 발사한 광속의 강도분포를 대략선형의 분포로 변환하는 진폭분포제어수단을 마련하고, 이 광속을 여러 광속으로 분리하여 분리된 여러개의 광속을, 예를들면 레티클등의 피조사물체상에서 중합시키는 중첩수단에 의해 피조사물체상의 바라는 영역에서 균일한 조도분포를 얻도록 구성한, 예를 들면 노출등에 사용되는 조명 방법 및 그 장치를 마련한 것이다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 지향성이 높은 광원에서 발사한 광속의 강도분포를 대략 선형인 분포로 변환함과 동시에 이 광속을 여러개의 광속으로 분리하고, 이들 분리된 광속을 간섭하지 않도록 피조사물체상의 바라는 영역에서 중합시켜서 균일한 조도분포로 조명하는 것에 의해 달성된다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 대략 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 대략선형인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 피조사물체상에 중합시키는 중첩수단을 마련하고, 피조사물체상의 바라는 영역에서 균일한 조도분포를 얻도록 구성하는 것에 의해 달성된다.

또, 본 발명은 지향성의 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스 길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태로 피조사물체상에 중합시키는 중첩수단을 마련한 것이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 대략 선형의 강도분포를 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포 제어수단 및 광속분리수단에 의해서 대략 선형인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 일정한 면상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 피조사물체상으로 유도하는 집광렌즈를 구비한 것이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태에서 일정한 면상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 피조사물체상으로 유도하는 집광렌즈를. 구비한 것이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원에서 발사한 광속의 강도분포를 대략 선형인 분포로 변환함과 동시에 이 광속을 여러개의 광속으로 분리하고, 이들 분리된 광속을 간섭하지 않도록 레티클상의 바라는 영역에서 중합시켜서 균일한 조도분포로 조명하고, 상기 레티클상의 회로패턴을 투영렌즈에 의해 기판상에 축소투영하는 것을 특징으로 하는 투영식 노출방법이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 대략 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 대략 선형인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 레티클상에서 중합시키는 중첩수단을 마련하고, 레티클상의 바라는 영역에서 균일한 조도분포를 얻도록 구성한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소 투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태에서 레티클상에서 중합시키는 중첩수단을 갖는 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 대략 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포 제어수단 및 광속분리수단에 의해서 대략 선형인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 일정한 면상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로드렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 레티클상으로 유도하는 집광렌즈를 구비한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치이다.

또, 본 발명은 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태에서 일정한 면상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 레티클상으로 유도되는 집광렌즈를 구비한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치이다.

상술한 바와같은 구성에 의해서 본 발명은 레이저발사광의 강도분포를 선형인 분포로 할 수 있다. 즉, 예를들면 엑사이머레이저인 경우, 강도분포의 한쪽방향은 가우스분포, 다른쪽 방향은 대형에 가까운 기울기를 갖는 분포를 나타내고 있는 경우가 많다 이와같은 분포형상에 대해서 에너지의 이용효율이 가장 높고, 또한 이용하는 광분포 내에서는 선형인 강도분포로 되도록 실효적 진폭분포제어수단을 이용해서 분포형상을 보정한다. 이와 같이 선형인 분포로 되면, 이 빔을 빔스플리터등으로 분리하고, 코히어런스길이가 긴 경우에는 각 빔을 코히어런스길이 이상의 광로길이차를 부여하도록 해서 재차 중합시킨다. 이때, 미러등을 이용해서 선형인 강도분포로 되어 있는 각 빔이 중합되는 장소에서는 예를들면 빔 A가 오른쪽 아래의 분포이면, 빔B는 왼쪽 아래의 분포로 되도록해 둔다. 이와같이 하면, 레티클등 조명할 물체상의 조도분포가 거시적인 균일성이 얻어짐과 동시에 간섭무늬등의 미시적인 불균일도 없어진다. 또, 상기 분리후, 레티클상에서 겹치는 각 빔은 서로 각도를 부여해서 레디클을 조명하고 있으므로 조명광의 지향성도 너무 높이는 일이 없다. 또, 상기 분리하는 빔의 수가 적은 경우에는 바라는 조명지향성이 충분히 얻어지지 않는다. 이 경우에는 조명광학계의 레티클과 공액인 위치에 배치한 광편향수단을 이용하여 전체분리빔을 동시에 편향하고, 이 편향시간내에서 노출(또는 검출)을 실행하는 것에 의해 바라는 조명의 지향성을 얻을 수가 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로 명확하게 될 것이다.

이하 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.

먼저, 제1도에 의해 본 발명의 균일노출조명수단을 적용하는 노출장치에 대해서 광학계의 전체구성과 동작을 설명한다. 제1도에서 (1)은 자외선 레이저광인 엑사이머레이저광원이며, 이것을 발사한 펄스레이저광을 노출조명장치(3)을 통해서 노출물체인 레티클(2)를 균일하게 조명하고, 이 레티클을 투과한 레이저광은 식영렌즈등으로 구성된 축소렌즈(5)를 통해서 피노출매체인 웨이퍼(4)상에 도포된 감광제(레지스트)에 노출물체의 상을 결상한다. 노출조명장치(3)은 다음의 구성으로 이루어져 있다. 레이저광원에서 발사한 자외선의 레이저광의 강도분포는 제4도에 도시한 바와같이 균일하지 않다. 이 때문에 빔의 강도를 균일한 분포로하는 균일빔 노출수단(31)를 통과시킨다. 균일빔 노출수단을 통과한 레이저광은 (32), (33), (35)의 집광렌즈로 A면에 집중시킨다. A면에 도달하는 도중에는 편향미러(34)가 있으며, 레이저광을 편광항다. A면에는 구경조리개(36)을 마련하고, 렌즈(37)에 의해 축소렌즈(5)의 눈동자(51)에 결상함과 동시에 렌즈(35)와(37)에 의해 편향미러(34)와 레티클(2)의 묘화면(아래면)을 서로 공액인 위치관계로 하고 있다. 따라서, 제어회로(6)에 의해 엑사이머레이저광원(1)의 펄스발광의 타이밍과 편향미러(34)의 편향의 타이밍과 동기를 취해서 제어하고, 구경조리개(36)의 조리개 직경을 바라는 크기로 하는 것에 의해 축소렌즈의 눈동자(51)상에 제2도에 도시한 바와 같이 레이저스포트상(38)을 결상한다. 이들 각 점에 레이저스포트를 결상하고 있을때에는 레티클(2)로의 조명광의 입사각도가 변화하고 있는 것이며, 어떠한 경우도 레티클상의 조명광의 분포는 균일한 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이 조명광의 균일화를 균일빔 노출수단(31)에 의해 실행하고 있다. 이하, 조명광의 균일화에 대해서 구체적으로 설명한다.

제3도는 본 발명에 의한 1실시예를 도시한 것으로 제1도의 균일빔 노출수단(31)의 구성을 구체적으로도시한 것이다. 레이저광원에서 발사된 레이저빔(11)의 조도분포는 일반적으로 중심부가 세고, 주변부가 약한 경향에 있으며, 세기가 균일하지 않다. 또, 엑사이머레이저의 경우에는 제4도에 도시한 바와 같이 대칭성이 나쁜 예도 볼 수 있다. 먼저, 빔선택수단(311)에 의해 중심 부근의 빔을 제4도의 실선으로 표시한 바와 같이 효율적으로 선택한다. 빔의 선택범위는 다음에 기술하는 필터등으로 되는 실효적 진폭분포제어수단(312)에 의해서 선형인 강도분포도 고르게 하고, 또한 가장 조도저하가 적은 범위가 좋다. 실효적 진폭분포제어수단(312)를 통과한 레이저빔은 하프미러(313)에 의해 2개의 빔으로 분할된다. 제5도는 실효적 진폭분포제어수단(312)에 의해서 직선적인 조도분포로 하고, 하프미러(313)을 통과한 직후의 방의 조도분포를 나타낸 것이다. 다른쪽의 빔은 하프미러(313), 전반사미러(314), (315)에서 3회(기수회) 반사된 후, 최초의 하프미러(313)을 통과한 빔과 평행으로 해서 하프미러(316)에 조사된다. 여기서 중요한 점은 2분할한 빔을 한쪽은 우수회(0, 2, 4, …), 다른쪽은 기수회(1, 3, 5, …) 반사시켜 서로 조도분포를 반사시키고 있는 점이다. (316)에 입사한 2개의 빔은 또 2분할되어 합계 4개의 빔으로 된다. 이믈 4개의 평행빔은 p자로 나타낸 패턴(p)와 같이 서로 조도분포가 제5도에 도시한 것에 대해서 반전한 것으로 된다(제6도). 이 조도분포가 반전한 4개의 빔(p, b, q, d)를 제1도에서 도시한 바와 같이 레티클(2)상에서 중합시키는 것에 의해 조도분포의 균일화가 도모된다. 제7도는 이 상태를 도시한 것이다. 또, 본 발명에 의하면 빔을 상기와 같이 분할할 때 서로 코히어런스길이 이상의 광로길이차를 부여하는 것에 의해 레이저조명의 비간섭성화도 동시에 도모할 수 있다.

즉, 코히어런스길이를 ℓ로 할때 하프미러(313)에서 반사하고 나서 전반사미러(315)에 의해 반사할때 까지의 광로길이를 ℓ, 하프미러(316))에서 반사하고 나서 전반사미러(317)에 의해 반사할때 까지의 광로길이를 2ℓ로 하면 서로 ℓ 이상의 광로길이차를 부여할 수가 있다. 여기서 코히어런스길이 ℓ은 레이저광의 중심파장을 λ, 스페클

값 폭을 △λ라 하면 대략 λ²/△λ이다. 즉, ℓ =

으로 된다.

이상의 설명에서는 레티클상의 조도분포가 완전히 균일하게 되는 것을 목표로 한 것이지만, 중심부와 주변부에 약간의 강도차를 허가하는 경우에는 다음에 기술하는 제2 및 제3의 실시예에서 실현할 수 있다. 즉, 제2의 실시예는 제3도에서 강도분포를 선형으로 고르게 하는 실효적 진폭분포제어수단(312)를 떼어낸상태이다. 이 상태에서 조도분포의 균일화를 도모한 경우에 레티클상의 조도분포는 제8도와 같게 된다. 중앙부의 조도가 주변부의 조도보다 약간 높게 된다. 제9도는 조도분포를 균일화하기 위한 제3의 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예는 레이저빔의 조도분포가 제10도에 도시한 바와 같이 대칭적인 경우에 유효하다. 먼저, 여러개의 구경을 갖는 빔선택수단(311')에 의해 제10도의 실선으로 둘러싸인 범위와 같이 조도분포가 대칭으로 되는 범위를 선택한다. 제9도에서는 4개의 빔이 선택된다. 이 4개의 빔을

의 면적을 반사면으로 한 미러(313'), (316')(사선부가 반사면을 나타낸다) 및 전면이 반사면인 전사반미러(314'), (318')에 의해서로 조도분포가 반전되지 않고, 또한 코히어런스길이 이상의 광로길이차를 갖은 4개의 빔으로 분리한다. 이 4개의 빔을 레티클상에서 중합시키는 것에 의해 제11도와 같이 조도분포의 균일화가 도모된다. 제9도의 실시예에서는 4개의 빔이 우수회(0, 2, 4회)의 반사를 위해 조도분포는 서로 반전되지 않는다.

제12도는 프리즘형 빔스플리터의 실시예를 도시한 것이다. 제3도 및 제9도의 본실시예에서는 평행평판형의 빔스플리터에 의해 레이저빔을 분할하였다. 그러나, 평행평판형의 빔스플리터에 간섭성이 높은 레이저광을 투과시킨 경우, 판두께가 코히어런스길이 이상이 아니면 이면반사(C면에서의 반사)에 의해 간섭무늬가 발생하여 조도분포를 나쁘게 하는 일이 있다. 그러나, 제12도에서 도시한 프리즘형의 빔스플리터에서는 이 문제가 발생하지 않는다. 프리즘형 빔스플리터(313")에 입사된 레이저빔(11)(패턴에 BP₁)은 B점에서 반사광(12)와 투과광(13)으로 분리된다. 반사광(12)은 전반사미러(314')에 의해 재차 반사되어 오른쪽방향으로 직진한다. 이 빔은 우수회(2회)의 반사를 위해 입사빔(11)과 같은 조도분포(패턴에 BP₂)이다. 한편, 프리즘내부로 진입한 투과광(13)은 C면에서 전반사하여 D점에서 재차 공기중으로 나와서 오른쪽방향으로 직진한다. D점에서는 점선으로 표시한 반사광이 발생하지만, 투과광과는 반대 방향으로 진입하여 간섭무늬를 발생하지 않는다. 투과광(13)은 기수회의 반사(프리즘내에서 1회 반사)를 위해 조도분포는 입사빔(11)의 반대(패턴에 BP₃)으로 된다.

제13도는 본 발명의 주요부의 1실시예로써, 제1도중 및 제3도에 도시한 균일빔 노출수단(31)에 이용되는 실효적 진폭분포제어수단(312)를 설명하는 도면이다. 상술한 바와 같이 레이저광원에서 발생된 빔은 제13도의 X축, Y축으로 도시한 ∑면상에서 제15도(a), (c)에 도시한 바와 같은 강도분포를 갖고 있다. 이 빔은 회절격자형 필터(3121)로 입사한다. 상기 회절격자형 필터(3121)은 제14도, 제16도에 도시한 바와 같이 입사빔의 영역내에서 세분된 부분영역 F0, F1, F2, ···F5를 갖고 있다. 각각의 영역내에서는 동일선폭(W0, W1, W2, ‥·W5)으로 되는 회절격자로 되어 있다. 다음의 표 1은 이 선폭의 1예를 표시한 것으로 회절격자의 피치 PR을 단위로써 나타내고 있다.

[표 1]

이 회절격자형 필터는 투명한 합성석영평면 유리에 크록막을 증착하고, 전자선용 포토레지스트를 도포한것을 전자선요화장치로 묘화하고, 현상, 에칭처리등을 실시하는 것에 의해 제작된다. 크롬막 패턴에 의해 형성된 회절격자형 필터에서는 패턴폭 W가 넓게 될수록 투과율은 낮게 됨과 동시에 ±1차가 고차로 회절하는 성분이 많게 되어 직진하는 0차 광성분이 그 만큼 더욱 적게 된다. 제13도에 도시한 바와 같이 투과광의 일부분을 선택하는 수단(3122)에 의해 회절광성분은 선택적으로 차단되고, 0차투과광성분만이 조명광으로써 다음에 이용된다. 이와 같이 하면, 제3도의 실효적 진폭분포제어수단(312)를 통과한 광은, 즉 이 경우 제13도에 도시한 (3121) 및 (3122)를 통과한 광은 ∑' 면 상에서 제15도(b), (d)에 도시한 바와 같이 강도분포를 균일한 설명분포로 하는 것이 가능하게 되어 상술한 바와 같이 피조사물을 균일하게 대략 일정한강도로 조명할 수 있게 된다.

상기 실시예에서는 회절격자형 필터(3121)로써 크롬막을 이용하는 진폭변조형을 사용하였지만, 상기의 필터 제작시에 크롬막을 증착하지 않은 석영유리를 사용하여 현상해서 얻어진 레지스트패턴을 마스크유리면을 에칭해서 오목볼록형상을 형성하고, 위상변조형 필터로 하여도 좋다. 또, 상기 실시예에서는 일차원적 회질격자패턴을 사용하고 있지만, 2차원적 회절격자를 사용하여도 동일함 효과가 얻어진다. 이 경우, 패턴은 약간 복잡하게 되지만, 투과율의 미소한 변화를 부여하는 것이 용이하게 된다.

제17도는 본 발명의 구요부의 1실시예를 도시한 것으로, 입사빔의 영역내에서 세분된 부분영역 F0'. F1', F2', ···F5'를 갖고 있다.

이 실시예에서는 1차원적 회절격자형 필터대신에 2차원적 회절격자형 필터를 이용하고 있다. 격자상의 패턴은 제17도에 도시한 바와 같이 원형의 패턴(통상 Cr 패턴 등이 사용된다)이라도 좋고, 구형의 패턴이라도 좋다. 필터의 장소에 따라 패턴의 칫수를 다음의 표 2에 나타낸 바와 같이 변경하여 이곳을 통과한 레이저빔의 분포가 제13도∼제15도에서 설명한 방법에 의해 선형인 분포로 되도록 하고 있다.

또한, 아래의 표 2 및 제17도에서 도시한 직경 D(제17도에서는 일예로써 D4로 표시한다)는 상기 원형 필더의 직경을 나타낸다.

[표 2]

제18도는 본 발명의 주요부인 균일빔 노출수단을 종래의 플라이아이렌즈를 이용한 노출장치에 적용한 예를 도시한 것이다. 광원(1)에서 발사된 조명광은 균일빔 노출수단(31)에 의해 균일화되어 집광렌즈(32')에 의해 플라이아이렌즈(39) 위치에 중합된다. 플라이아이렌즈(39)에 의해서 집광된 2차 광원상은 렌즈(37)에 의해 레티클(2)를 균일하게 조명하여 축소렌즈(5)의 눈동자면에 결상하고, 그 상은 또 축소렌즈(5)를 통과해서 피노출매체인 웨이퍼(4)상의 감광제에 노출물체의 상을 결상한다. 본 실시예의 적용에 의해 레티클(2)는 조도분포가 균일하고, 지향성이 편중되지 않는 조명을 할 수 있게 된다. 제19도는 플라이아이렌즈(39)에 입사하는 조명광의 조도분포가 패턴(100)으로 표시한 바와 같이 균일하지 않은 경우의 예를 도시한 것으로, 실선 SL 방향의 조도 L1과 점선 BL 방향의 조도 L2가 다르게 되어 지향성에 편중이 일어나는 것을 알 수 있다. . 제19도에서는 L1〉L2인 경우를 나타내고 있다.

제20도는 본 발명을 현미경에 적용한 예를 도시한 것이다. 광원(1')의 출력측에 균일빔 노출수단(31')를 부가하는 것에 의해 실현할 수 있다. 광원(1')가 간섭성이 높은 레이저광에 대해서 특히 유효하다.

제21도는 본 발명을 패턴검출장치에 적용한 예를 도시한 것이다. 광원(1')에서 발사된 조명광을 균일빔노출수단(31')에 의해 균일화하고, 대물렌즈(71)을 거쳐서 웨이퍼(4)상의 검출패턴을 조명한다. 검출패턴은 대물렌즈(71)에 의해서 검출기(72)상에 결상하여 검출신호(73)을 얻는다. (74)는 CPU로써 검출신호의 처리, 연산을 실행한다. 균일빔 노출수단(31')를 마련하지 않은 경우는 제22도에 도시한 바와 같이 노이즈성분이 중첩된 검출신호(75)로 되어 정확한 패턴검출이 곤란하게 된다.

제23도는 본 발명을 레이저가공기에 적용한 예를 도시한 것이다. 광원(1')에서 발사된 레이저광은 균일빔노출수단(31')에 의해 균일화되어 편향미러(34)에 의해 빔을 시료(4')상에서 주사한다. 가공위치의 선택은 편향미러(34)를 고정하고 시료스테이지(76)을 이동해서 실행하여도 좋다. 레이저빔은 렌스(71')에 의해 집광되어 시료(4')의 가공(예를 를면, 구멍뚫기가공)을 실행한다. 제24도, 제25도는 본 발명에 의한 균일빔노출수단(31')를 적용한 예와 적용하지 않은 예를 도시한 것이다. 균일빔 노출수단(31')를 적용하지 않은 경우는 제25도에 도시한 바와 같이 조명 불균일에 의해 구멍의 주변이 깨끗하게 가공되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 조명광로중에 강도분포를 대략 선형인 분포로 고르게 하는 실효적 진폭분포제어수단을 마련하고, 상기 실효적 진폭분포제어수단의 전 또는 후의 광로에 광속분리수단을 마련하고, 상기 광속분리수단에 의해 분리한 후의 여러개의 광속을 피조사물체상에서 중합시키도록 하였으므로, 균일한 조도분포가 얻어지게 되었다. 또, 상기 구성에 부가해서 광속분리수단에 의해 분리한 후, 상기 피조사물체상에 도달할 때까지의 광로길이가 각분리광속 사이에서 서로 코히어런스길이 이상으로 되도록하였으므로, 간섭에 의한 스페클노이즈의 저감과 조도분포의 균일화가 동시에 도모되게 되었다. 또, 각 분리빔을 상하 또는 좌우가 서로 반전한 상태에서 중합시키도록 하였으므로, 균일한 조도분포가 얻어지게 되었다. 또, 상기 피조사물체에 해당하는 위치에 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈를 배치하고, 그 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 집광렌즈에 의해 피조사물체로 유도하는 것에 의해 지향성이 편중되지 않은조명을 할 수 있게 된다는 효과가 있다.

Claims (23)

1. 지향성이 높은 광원에서 발사한 광속의 강도분포를 선형인 분포로 변환함과 동시에 이 광속을 여러개의 광속으로 분리하고, 이들 분리된 광속을 간섭하지 않도록 피조사물체상의 바라는 영역에서 중합시켜서 균일한 조도분포로 조명하는 것을 특징으로 하는 조명방법.
2. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 선형인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 피조사물체상에 중합시키는 중첩수단을 마련하고, 피조사물체상의 바라는 영역에서 균일한 조도분포를 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 조명장치.
3. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 광속분리수단에 의해서 분리되는 각 광속에 대해서의 피조사물체에 이르는 광로길이를 코히어런스길이 이상의 차를 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 조명장치.
4. 특허청구의 범위 제2항에 있어서, 상기 실효적 진폭분포제어수단은 투과 또는 반사매체상에 형성되어 장소에 따라 칫수가 다른 미세패턴과 상기 매체를 투과 또는 반사한 광의 일부분을 선택하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 조명장치.
5. 특허청구의 범위 제4항에 있어서, 상기 미세패턴은 일정피치로 배열한 한쪽방향을 향한 선형상의 패턴으로 형성한 것을 특징으로 하는 조명장치.
6. 특허청구의 범위 제4항에 있어서, 상기 미세패턴을 일정피치로 배열한 2차원적으로 배열한 정형패턴으로 형성한 것을 특징으로 하는 조명장치.
7. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태로 피조사물체상에서 중합시키는 중첩수단을 마련한 것을 특징으로 하는 조명장치.
8. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 선형이 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 일정한 면상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면를 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 피조사물체상으로 유도하는 집광렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 조명장치.
9. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태로 일정한 면 상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한면을 입사 측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 피조사물체상으르 유도하는 집광렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 조명장치.
10. 지향성이 높온 광원에서 발사한 광속의 강도분포를 선형인 분포로 변환함과 동시에 이 광속을 여러개의 광속으로 분리하고, 이들 분리된 광속을 간섭하지 않도록 레티클상의 바라는 영역에서 중합시켜서 균일한 조도분포로 조명하고, 상기 레티클상의 회로패턴을 투영렌즈에 의해 기판상에 축소투영하는 것을 특징으로 하는 투영식 노출방법.
11. 특허청구의 범위 제10항에 있어서, 상기 광속은 자외선레이저광인 것을 특징으로 하는 투영식 노출방법.
12. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 선헝인 강도분포로 변환되어 분리된 여러개의 광속을 레티클상에서 중합시키는 중첩수단을 마련하고, 레티클상의 바라는 영역에서 균일한 조도분포를 얻도록 구성한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
13. 특허청구의 범위 제12항에 있어서, 상기 광원은 엑사이머레이저광원으로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
14. 특허청구의 범위 제12항에 있어서, 상기 투영렌즈를 석영렌즈로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
15. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태로 레티클상에서 중합시키는 중첩수단을 갖는 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로 패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
16. 특허청구의 범위 제15항에 있어서, 상기 광원은 엑사이머레이저광원으로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
17. 특허청구의 범위 제15항에 있어서, 상기 투영렌즈를 석영렌즈로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
18. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사한 광속에 대해서 바라는 영역을 선형의 강도분포로 변환하는 실효적 진폭분포제어수단, 상기 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 실효적 진폭분포제어수단 및 광속분리수단에 의해서 선형인 강도분포로 빈환되어 분리된 여러개의 광속을 일정한면 상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한 면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌스 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 레티클상으로 유도하는 집광렌즈를 구비한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클 상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
19. 특허청구의 범위 제18항에 있어서, 상기 광원은 엑사이머레이저광원으로 형성한 것을 특징으로 하는 노출장치.
20. 특허청구의 범위 제18항에 있어서, 상기 투영렌즈를 석영렌즈로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
21. 지향성이 높은 광원, 상기 광원에서 발사된 광속에 대해서 여러개의 광속으로 분리하는 광속분리수단, 상기 광속분리수단에 의해서 분리된 여러개의 광속에 대해서 각 광속의 광로길이가 서로 코히어런스길이 이상으로 형성됨과 동시에 서로 회전시킨 상태로 일정한 면 상에서 중합시키는 중첩수단, 상기 일정한면을 입사측의 광원면으로 하는 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈, 상기 로트렌즈 또는 플라이아이렌즈의 투과광을 레티클상으로 유도하는 집광렌즈를 구비한 조명장치를 마련하고, 상기 조명장치에 의해 조명된 레티클상의 회로패턴을 기판상에 축소투영하는 투영렌즈를 마련한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
22. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 광원은 엑사이머레이저광원으로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.
23. 특허청구의 범위 제21항에 있어서, 상기 투영렌스를 석영렌즈로 형성한 것을 특징으로 하는 투영식 노출장치.

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