JPH08227844A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

露光装置および露光方法

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JPH08227844A
JPH08227844A JP7032164A JP3216495A JPH08227844A JP H08227844 A JPH08227844 A JP H08227844A JP 7032164 A JP7032164 A JP 7032164A JP 3216495 A JP3216495 A JP 3216495A JP H08227844 A JPH08227844 A JP H08227844A
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    • 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)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】露光装置および露光方法において、安定した精
度の高い微細パターン形成を行う。 【構成】フライアイレンズ11の単一レンズを透過する
光強度を測定する照度センサ2と、この照度センサ2に
フライアイレンズ11の単一レンズと位置合せする機構
とを設け、ウェハに露光する前に露光光の光強度分布を
測定し所望の光強度分布を修正してからウェハに露光光
を投射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、露光装置及び露光方法
に関し、特に紫外線露光を用いた露光装置および露光方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、半導体基板であるウェハに集積回
路を形成するのに、ウェハ上のマスクのパターン転写す
る露光装置が用いられている。図5は従来の露光装置の
一例である縮小投影露光装置の構成を示す図である。こ
の縮小投影露光装置は、図5に示すように、破線で示さ
れるi線光8を投射する光源部9と、投射されたi線光
8を反射鏡10でその方向を変え入光しi線光8を均一
化して照度むらを少なくするフライアレンズ11と、フ
ライアインズ11から出光する光を任意の形状に絞ると
ともに光強度分布を変えるフィルタ12aをもつアパー
チャー絞り12と、整形された光をレチクル14上に結
像するコンデンサーレンズ13と、レチクル14のパタ
ーン像をウェハステージ20のウェハ21に縮小投影す
る縮小投影レンズ15とを備えていた。
【0003】また、レチクル14には、例えば、原寸パ
ターンの2〜10倍の大きさのパターンが形成され、レ
チクル14上のパターンはウェハ21の表面上に、例え
ば、20mm×20mm程度の四角形の露光領域に結像
させられていた。そして、ウェハステージ20を移動す
ることで、各露光領域が順次露光されウェハ21の全面
をパターンが転写された。
【0004】図6は図5の光源部の一例における構成を
示す図である。露光光としてg線光(波長436nm)
やi線光(波長365nm)を発光する場合には、図5
の光源部9は、図6に示すように、光源として水銀灯1
9を用い、楕円鏡18により集光し、反射鏡22で方向
を変えコリメートレンズ16により平行光17として発
光する。
【0005】また、露光光としてKrFエキシマ光(波
長248nm)やArFエキシマ光(波長193nm)
を発光する場合には、通常、光源はそれぞれの波長の光
を発生するレーザ光源を用いている。
【0006】図7(a)および(b)はフライアイレン
ズの出口における光強度分布の例を示すグラフである。
また、フライアイレンズ11の出口の光強度分布はレチ
クル14のパターンの解像度を左右するものである。従
って、レチクル14のパターンによりその都度アパーチ
ャ絞り12とフィルタ12aを変えていた。このアパー
チャ絞り12とフィルタ12aを変えるのには、所望の
アパーチャ絞り12とフィルター12aを回転軸12b
を回転させフライアレイレンズ11の下に位置決めし行
なっていた。そして、その代表的な光強度分布例とし
て、図7(a)に示すように、中心分が高く周辺部が低
いガウス状の分布である。
【0007】しかし、精密な微細パターンを形成すると
きに、レチクル14に斜めに入射する成分、つまり、フ
ライアイレンズ11の周辺部の成分の効果が重要で、均
一な光強度分布にすることで焦点深度が広くなることが
知られている。例えば、K.Yamanaka et
al,SPIE,vol.1927,p310に開示さ
れているように、i線光を用い、縮小投影レンズのNA
=0.6,コヒーレンスファクタσ=0.7の場合にお
いて、前述のようにアパーチャー絞り出口における光強
度分布が図7(a)のような山なりの分布の場合と、図
7(b)のような均一な場合では、0.35μmL/S
の焦点深度は、後者の均一な分布のほうが有利であるこ
とが報告されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の露光装
置では、露光する前にアパーチャ絞り出口における光強
度分布を測定する機能をもっていないので、光源におけ
る経時的な照度の劣化や光源の水銀灯の交換などにより
光強度分布が変化しても検知できず、光学条件が変化
し、焦点深度の減少や解像度の劣化によるパターン形成
不良が発生していた。また、パターンの種類に応じた最
適化も行うことができなかった。さらに、測定し得るよ
うに写真フィルムを挿入して光スポットを焼き付けて行
なう方法も考えられるが、装置の停止時間が長くなり実
際に行なうことは困難である。
【0009】本発明の目的は、上記に鑑み、アパーチャ
絞り出口における光強度分布のばらつきを無くし、常に
一定の光強度分布において露光を行い、焦点深度の減少
や解像度の劣化をなくし、安定したパターン形成できる
露光装置および露光方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、光源部
より投射される露光光を入光し均一化して照度むらを少
なくするフライアイレンズと、フライアイレンズから出
光する前記露光光を任意の形状に絞るとともに光強度分
布を変えるフィルタをもつアパーチャ絞りと、このアパ
ーチャ絞りから出光する前記露光光をレチクル上に結像
し該レチクルのパターン像をウェハステージのウェハに
縮小投影する投影レンズとを備える露光装置において、
前記フライアイレンズの単一レンズから透過する前記露
光光の光強度を測定する照度センサと、この照度センサ
と前記フライアイレンズの各単一レンズとを位置合せす
る機構とを備える露光装置である。
【0011】また、前記照度センサが前記アパーチャ絞
りの下部に位置するかあるいは前記ウェハステージ上に
載置されている。
【0012】本発明の他の特徴は、前記照度センサと前
記位置合せ機構とにより前記露光光の光強度分布を測定
し、前記フィルタをもつアパーチャ絞りを入れ換えて測
定された前記光強度分布を修正してから前記ウェハに前
記露光光を投射する露光方法である。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0014】図1は本発明の露光装置の一実施例におけ
るフライアイレンズとコンデンサレンズ間を示す図であ
る。この露光装置は、図1に示すように、フライアイレ
ンズ11のそれぞれの単一レンズにi線光8が透過する
光強度を測定する光強度分布測定機構1をアパーシャ絞
り12とコンデンサーレンズ13との間に設けたことで
ある。それ以外は従来例と同じである。
【0015】この光強度分布測定機構1は、アパーチャ
ー絞り5出口直後に配置されたシュラウド3の開口3a
下に配置されフライアイレンズ11の単一レンズを透過
するi線光8を反射する反射鏡4と、この反射鏡4より
反射しレンズ対で収束されたi線光8を捕捉し光電変換
する照度センサ2と、反射鏡4およびレンズ対並びに照
度センサ2の光軸を保持し内蔵するシュラウド3をXお
よびY方向に定寸移動させる移動機構とを備えている。
【0016】また、移動機構は、シュラウド3のナット
(図示せず)に噛み合う送りねじを回転させるX方向ハ
ルスモータ5aと、X方向パルスモータ5aが取付けら
れたブラケットのナット(図示せず)に噛み合う送りね
じを回転するY方向パルスモータ5bを備えている。そ
して、XおよびY方向パルスモータ5a,5bに所定数
の出力パルスを与えることによりシュラウド3の開口3
aをフライアイレンズ11の任意の単一レンズの下に位
置決めすることができる。
【0017】この位置決めのための移動機構でフライア
イレンズ11のそれぞれの単一レンズの下にシュラウド
3の開口3aに位置決めし、各単一レンズの透過光を照
度センサ2へ入光させ、照度センサ2より変換された電
流値をデジタル値信号に変換し、パルスモータからの位
置信号とともにデータ処理してディスプレイに表示すれ
ば、露光光の照射領域内の光強度分布が表示できる。
【0018】図2(a〜(d))はアパーチャ絞りの例
を示す図である。図1の光強度分布測定機構1でアパー
チャ絞り12を変えて光強度分布を測定してみた。例え
ば、図1のアパーチャ絞り12は図2(a)に示すよう
な円形の絞りであるが、図2(b),図2(c)に示す
ような部分的に透過率を変化させるような絞りに変更す
ることで、前述の従来例で説明したように均一な光強度
分布にすることができた。
【0019】なお、図2(a)では、内側は100%透
過する絞りであるが、図2(b)ではσi の内側では透
過率35%でσi からσo までは透過率100%であ
る。図2(c)では、σ1 の内側は透過率50%,σ1
からσ2 までは透過率30%でσ2 からσo までは10
0%である。
【0020】また、フライアイレンズ11が縦13個×
横13個の四角形レンズで構成されている場合に、各フ
ライアイレンズ毎に光強度を補正するときにはアパーチ
ャ絞り12を図2(d)のように区切り、フライアイレ
ンズ11の単一レンズ毎に透過率を変更することも可能
である。
【0021】図3は図1の露光装置を使用して本発明の
露光方法の一実施例を説明するためのフローチャートで
ある。まず、ステップAで予じめ設定されたアパーチャ
絞り12で図1の光強度分布測定機構1を動作させ、露
光光の光強度分布を求める。例えば、ディスプレイにパ
ターン表示する。次に、ステップBで所望のパターンと
一致しているか否かを判定する。もし、一致していれ
ば、ステップDで露光準備完了となる。また、否であれ
ば、回転軸12bを回転させ別のアパーチャ絞り12に
入れ換えてステップAの光強度分布測定を行なう。この
ような操作を繰返して行ない所望の光強度分布に修正し
てからウェハに露光光を投射する。
【0022】図4は本発明の露光装置の他の実施例を示
す図である。この露光装置は、図4に示すように、フラ
イアイレンズ11の単一レンズを透過しアパーチャ絞り
12の開口12cを通過したi光線8を通過する一つの
穴7aをもつアパーチャ7と、このアパーチャ7をアー
ム6aで保持しアパーチャ7をXおよびY方向に移動さ
せフライアイレンズ11の各単一レンズの下に穴7aを
位置決めするXY移動機構6と、アパーチャ7とコンデ
ンサレンズ13と縮小投影レンズ15を透過したi線光
を入光し光電変換を行なうとともにウェハステージ20
に載置される照度センサとを備えている。
【0023】また、図面には示してはいないが、アーム
6aをX方向に出入りさせる機構およびパルスモータ並
びにアーム6aを保持するブロックをY方向に移動させ
る機構およびパルスモータも備えられている。この実施
例における光強度分布測定機構は、全ての光学構成物を
透過した後の露光光の光強度分布を測定できるので、前
述の実施例のようにフライアイレンズ以後の光強度分布
測定を測定するのに比べ実際のウェハ上の光強度分布が
得られるという利点がある。
【0024】なお、この実施例の光強度分布測定は、ウ
ェハステージ20上にあらかじめ照度センサ2を置き、
さらにレチクルを外しアパーチャ絞り12のフィルタの
ないものに入れ換えてから行なわれる。前述の実施例と
同じように、アパーチャ7の穴7aをXY移動機構6に
よりフライアイレンズ11の各単一レンズの下に位置決
めし、露光光の全面での光強度分布が測定することがで
きる。そして、所望の光強度分布にするには、前述の実
施例と同じように、アパーチャ絞り12を入れ換えて行
なわれる。
【0025】以上の実施例で説明した光強度分布測定機
構におけるシュラウドあるいはアパーチャの移動機構
は、図面で示した機構で説明したが、この機構に限定さ
れるものではない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フライア
イレンズの単一レンズを透過する光強度を測定する照度
センサと、この照度センサにフライアイレンズの単一レ
ンズと位置合せする機構とを設け、ウェハに露光する前
に露光光の光強度分布を測定し所望の光強度分布を修正
してからウェハに露光光を投射するので、安定した精度
の高いパターン形成が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の露光装置の一実施例におけるフライア
イレンズとコンデンサーレンズ間を示す図である。
【図2】アパーチャ絞りの例を示す図である。
【図3】図1の露光装置を使用して本発明の露光方法の
一実施例を説明するためのフローチャートである。
【図4】本発明の露光装置の他の実施例を示す図であ
る。
【図5】図5は従来の露光装置の一例である縮小投影露
光装置の構成を示す図である。
【図6】図5の光源部の一例における構成を示す図であ
る。
【図7】フライアイレンズの出口における光強度分布の
例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 光強度分布測定機構 2 照度センサ 3 シュラウド 3a,12c 開口 4,10 反射鏡 5a X方向パルスモータ 5b Y方向パルスモータ 6 XY移動機構 6a アーム 7 アパーチャ 7a 穴 8 i線光 9 光源部 11 フライアイレンズ 12 アパーチャ絞り 12a フィルタ 12b 回転軸 13 コンデンサレンズ 14 レチクル 15 縮小投影レンズ 16 コリメートレンズ 17 平行光 18 楕円鏡 19 水銀灯 20 ウェハステージ 21 ウェハ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源部より投射される露光光を入光し均
    一化して照度むらを少なくするフライアレンズと、フラ
    イアイレンズから出光する前記露光光を任意の形状に絞
    るとともに光強度分布を変えるフィルタをもつアパーチ
    ャ絞りと、このアパーチャ絞りから出光する前記露光光
    をレチクル上に結像し該レチクルのパターン像をウェハ
    ステージのウェハに縮小投影する投影レンズとを備える
    露光装置において、前記フライアイレンズの単一レンズ
    から透過する前記露光光の光強度を測定する照度センサ
    と、この照度センサと前記フライアイレンズの各単一レ
    ンズとを位置合せする機構とを備えることを特徴とする
    露光装置。
  2. 【請求項2】 前記照度センサが前記アパーチャ絞りの
    下部に位置することを特徴とする請求項1記載の露光装
    置。
  3. 【請求項3】 前記照度センサが前記ウェハステージ上
    に載置されることを特徴とする請求項1記載の露光装
    置。
  4. 【請求項4】 前記照度センサと前記位置合せ機構とに
    より前記露光光の光強度分布を測定し、前記フィルタを
    もつアパーチャ絞りを入れ換えて測定された前記光強度
    分布を修正してから前記ウェハに前記露光光を投射する
    ことを特徴とする露光方法。
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