JPS6363028A - 照明光学装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は照明光学装置に関し、特に半導体製造装置に用
いられる投影露光装置の照明光学装置に通用して好適な
ものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の投影露光装置の照明光学装置は光源部及
び投影光学系で構成され、光源部と投影光学系の間に介
挿されたマスク（レチクル）を光源部から得られる照明
光によって照明すると同時に、マスク上に形成されたパ
ターンを投影光学系を用いて結像面のウェハ上に転写す
るようになされている。

このような投影露光装置において、微細なパターンをウ
ェハ上に正確に転写するためには、光学性能が高い投影
光学系を用いて歪のないかつ分解能の高いパターンの像
をウェハ上に投影すると同時に、投影光学系を透過して
ウェハに達する光の照度の差（以下、照度むらと呼ぶ）
を極力小さくする必要がある。

このため従来、光源部においては、例えばフライアイレ
ンズなどの多光束発生用光学素子を用いてマスクを均一
な照度（例えば、±２〜３％程度の照度むらの範囲）で
照明することにより、ウェハ上における照度むらを小さ
くするようになされていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、近年ＩＣパターンは微細化すると共に、投影
面積が大面積化している。

従って投影光学系も開口数（Ｎ　、　Ａ　、　）が大き
く、しかも結像領域の大きなものが用いられるようにな
り、その結果、投影光学系を構成するレンズの枚数が増
加する傾向になっている。

ところがこのように投影光学系のレンズの枚数が増加す
ると、投影光学系の透過率特性は投影光学系の中央部に
対して周辺部の透過率が低下してしまう。

これは、各レンズ面の反射防止コート膜に対して周辺部
の光が中央部の光に対して傾いて入射し、より大きな減
衰を受けることにより生じるもので、投影光学系を構成
するレンズの枚数の増加に伴って透過率の差は大きくな
り、場合によっては３〜４％程度の大きさになるおそれ
がある。

その結果、第７図に示すように、マスク上で照度むらを
抑えてマスクが中央部ａから周辺部すに亘って均一な照
度分布で照明された場合でも、第５図に示すように、投
影光学系を通して得られた光のウェハ上の照度分布は、
中央部ａに対して周辺部すが低下する照度むらが生じ、
所望の照度分布が得られないという問題があった。

また、例えば入射光の傾きによって光の減衰率が変化し
ないような理想的な反射防止コート膜を用いた場合は、
投影光学系の周辺部を通る光に対して中央部を通る光の
方が投影光学系のレンズのより厚い部分を通るようにな
るので上述の場合とは逆に周辺部すに対して中央部ａの
透過率が低下するおそれがある。

この場合は上述の場合とは逆に第８図に示すように周辺
部すに対して中央部ａの照度が低下するような照度むら
が生じるという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、結像面上
での照度むらを未然に防止して所定の照度分布を得るこ
とができる照明光学装置を提供しようとするものである
。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するために本発明においては、光源
部２．３．４．５．６．７．８から得られる照明光をマ
スク９に入射し、マスク９を介して得られる透過光を投
影光学系１０を介して結像面１１に結像することにより
、マスク９上に形成されたパターンを結像面１１に投影
するようになされた照明光学装置１において、照明光に
よって得られるマスク９上の照度分布を投影光学系１０
の透過率特性に応じて補正する補正手段８を具え、〔作
用〕 周辺部すと中央部ａで透過率の差があるような透過率特
性を有する投影光学系に対して、マスク９の照明光の照
度分布を投影光学系１０の透過率特性に応じて補正する
ような補正手段８を設けたことにより、結像面１１にお
けるマスク９の透過光の結像する各部分の照度を所定の
照度分布にすることができる。

〔実施例〕

以下図面と共に、本発明の一実施例について詳述する。

　　　゛ 第１図において、１は全体として本発明を適用した投影
露光装置の照明光学装置を示し、楕円鏡２の第１焦点に
設けられた水銀ランプ３から放射された光束は、楕円鏡
２の第２焦点に集光された後、コリメータレンズ４を介
して波長選択フィルタ５に入射する。波長選択フィルタ
５を透過した所定波長域の光束は、コーン状プリズム６
を介して例えばフライアイレンズからなる多光束発生用
光学素子（以下オプテイカルインテグレータと呼ぶ）７
の各レンズ要素７１．７２．７３．７４・・・・・・に
入射する。

オプテイカルインテグレータ７は、第２図に示すように
、その焦点距離が全長に等しいレンズ要素７１．７２．
７３．７４・・・・・・の集合体で構成されている。各
レンズ要素７１．７２．７３．７４・・・・・・に入射
した光束は、コンデンサレンズ８を経て、オプティカル
インチグレータフの各レンズ要素７１．７２．７３．７
４・・・・・・の各入射面７１ａ、７２ａ、７３ａ、７
４ａ・・・・・・と、コンデンサレンズ８を介して共役
な位置に配置されたマスク９上に照明光として拡大投射
される。

その結果マスク９において当該照明光によりマスク９上
のパターンは、投影レンズ群からなる投影光学系１０を
介して結像面に配置されるウェハ１１上に結像される。

このときウェハ１１の表面と、マスク９とは、投影光学
系を介して共役の位置に配置され、その結果マスク９上
のＩＣパターンが、ウェハ１１上に投影される。

以上の構成に加えて、オブテイカルインテグレータ７及
びマスク９間にコンデンサレンズ８が介挿され、これに
よりマスク９に入射する光束の照度分布が、第３図に示
すように、予め中央部分ａに対して周辺部分すの照度が
高（なるようにする。

その結果投影光学系１０が中央部に対して周辺部の透過
率が低下するような透過率特性を有している場合、投影
光学系１０の周辺部分で生じる照度の低下を補正するこ
とができる。

ここで、コンデンサレンズ８の結像特性は、オプティカ
ルインチグレータフの各レンズ要素７１．７２．７３．
７′４・・・・・・の各入射面７１ａ、７２ａ。

７３ａ、７４ａ・・・・・・及びマスク面９とがコンデ
ンサレンズ８を介して共役の関係になるように配置され
た上で、負のディストーション（歪曲収差）を生じるよ
うに選定される。すなわち第２図において、オプティカ
ルインチグレータフのレンズ要素７１の入射面７１ａの
中央位置Ｐ１に入射した光は、オブテイカルインテグレ
ータ７の出射面７１ｂから平行光となって出射した後、
コンデンサレンズ８によって、マスク９の中央部分Ｑ１
に集光される。

これに対してオブテイカルインテグレータ７のレンズ要
素７１の入射面７１ａの周辺位置Ｐ２に入射した光は、
第２図において破線で示すように、コンデンサレンズ８
によってマスク９の周辺部分Ｑ２に集光される。

同様にして、オプテイカルインテグレータ７の他のレン
ズ要素７２．７３．７４・・・・・・の入射面７２ａ、
７３ａ、７４ａ・・・・・・の周辺部分に入射した光は
コンデンサレンズ８によってマスク９の周辺部分Ｑ２に
集光され、これに対して中央部分に入射した光は、コン
デンサレンズ８によってマスク９の中央部分Ｑ１に集光
される。

ここで、コンデンサレンズ８は、負のディストーション
を存しているので、中央部の点Ｑ１の結像倍率に対して
周辺の点Ｑ２の結像倍率は小さくなり、その結果周辺部
分の単位面積当たりの光量が中央部分の光量に対して増
大する。

すなわちオプテイカルインテグレータ７を介してコンデ
ンサレンズ８にほぼ均一な照度分布で入射した照明光は
、コンデンサレンズ８を経ることにより、コンデンサレ
ンズ８のディストーション量に応じた照度分布でマスク
９を照明することとなる。

このとき各レンズ要素７１．７２．７３．７４・・・・
・・の入射面７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ・・・・
・・の中心からの物体高をｙｏ、これに対応するマスク
９上での像高をｙ１結像倍率をβとおくと、ディストー
ション量■は次式 で表される値となる。このとき、像高ｙをディストーシ
ョンによる像高の変化を考慮して、物体高ｙ０で表すと
、次式 ％式％ で表される式に展開することができる。ここで右辺第２
項以降の項はディストーションによるエラーを表し、ａ
、ｂはそれぞれの係数を表す。

ここでディストーション量が画角の３乗に比例すると仮
定すると、（２）式は次式 ｙ＃βＹｏ＋ａＹｏ３　　　　　　　・・・・・・（３
）で表される値に近似することができる。従って（３）
式より ｄｙｏ　　　　　１ □−□　　　　　・・・・・・（４） ｄｙ　　β＋３　ａ　ｙ　ｏ” で近似され、これを（１）式に代入することにより次式 ％式％（５） によってディストーションｉｌＶを近似することができ
る。

ここでディストーション量■が０の場合の照度に対する
ディストーションを生じている場合の照度の比（照度比
）をＵとすると照度比Ｕは次式２式％ で表される値になる。

従って照度比Ｕは（６）式に（３）式、（４４）式及び
（５）式を代入して次式 で表される値に近似することができる。このとき、ディ
ストーション量■を極めて小さな値にとると、（７）式
は次式　　゛ Ｕ＝１−４Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　・・・・
・・　（８）で表される値に近似することができる。

このことは、マスク９上の照度分布が、コンデンサレン
ズ８のディストーション量■の約４倍の大きさで変化す
ることを意味する。ここで、マスク９上の中央部に集光
する光は、コンデンサレンズ８のディストーションの影
響をほとんど受けないで集光した光束であると考えるこ
とができる。

従ってマスク９の中央部の照度に対する周辺部分の照度
の比は、（８）式で表される値になり、コンデンサレン
ズ８のディストーションｌｖを変化させると当該変化量
の４倍の値で中央部分に対する周辺の照度が変化するこ
ととなる。

従って投影光学系ｌＯが中央部に対して周辺部の透過率
が低下するような透過率特性を有している場合は、投影
光学系１０で生じる周辺部の透過率の低下分だけマスク
９上の周辺部分すに対する中央部分ａの照度を下げるよ
うに、コンデンサレンズ８のディストーションｌｖを（
８）式に基づいて所定の値に選定すれば、第４図に示す
ように、ウェハ１１上で照度むらのないパターン像を得
ることができる。

以上の構成において、水銀ランプ３から放射された光束
は、楕円鏡２、コリメータレンズ４、波長選択フィルタ
５を介して所定波長域の光束になった後、コーン状プリ
ズム６、オプテイカルインテグレータ７、コンデンサレ
ンズ８を介してマスク９を照明する。

このとき、コンデンサレンズ８が負のディストーション
を有するので、マスク９上の照度分布は、コンデンサレ
ンズ８のディストーションｌｖの４倍で変化し、第３図
に示すように、中央部ａに対して周辺部分ｂ°の照度が
大きい照度分布になる。

さらにマスク９を透過した当該照度分布の透過光は、投
影光学系１０を介してウェハ１１上に結像する。

ここで、投影光学系１０として、第５図に示すように中
央付近に対して周辺部分の照度が低下するような光学特
性を有するものを用いたとしても、これに対して第３図
に示すように、マスク９が逆特性の照度分布を具えてい
るので、ウェハ１１上においては、第４図に示すような
照度むらのないパターン像を得ることができる。

以上の構成によれば、オブテイカルインテグレータ７の
各レンズ要素７１．７２．７３・・・・・・の各入射面
７１ａ、７２ａ、７３ａ・・・・・・及びマスク９とが
コンデンサレンズ８を介して共役の関係に配置した上で
、コンデンサレンズ８の結像特性を負のディストーショ
ンにすることにより、マスク９上で周辺部の照度が上昇
する。逆に投影光学系１０において、この上昇分を打ち
消すように周辺部の照度が低下するので、ウェハ１１上
では照度むらのないパターン像を得ることができる。

７及びコンデンサレンズ８間に第１及び第２のリレーレ
ンズ２０及び２１を設け、第１及び第２のリレーレンズ
２０及び２１間のマスク９と共役な面に視野絞り２２を
設けたものである。

囚にオプティカルインチグレータフのレンズ要素７１．
７２．７３・・・・・・の各入射面７１ａ、７２ａ、７
３ａ・・・・・・は、第１の・リレーレンズ２０を介し
て視野絞り２２と共役な関係にあり、従って第２のリレ
ーレンズ２１及びコンデンサレンズ８を介してマスク９
と共役な関係にある。

以上の構成に加えて第６図の実施例においては、第１の
リレーレンズ２０として（８）式によって求められる負
のディストーションを具えたレンズを用いるようにする
。

このとき視野絞り２２がディストーション量Ｏの状態で
マスク９上に結像するようにリレーレンズ２１、コンデ
ンサレンズ８を所定の結像特性に設定する。　　゛ 以上の構成において、オプテイカルインテグレータ７か
ら出射した光束は、第１のリレーレンズ２０に入射した
後、当該リレーレンズ２０のディストーション量に応じ
て視野絞り２２上における照度分布が変化し、当該照度
分布の照明光が第２のリレーレンズ２１、コンデンサレ
ンズ８を介してマスク９に入射する。

従ってマスク９上においては、視野絞り２２上の照度分
布に対応して周辺部の照度が上昇したような照度分布が
得られ、その結果ウェハ１１上では照度むらのないパタ
ーン像を得ることができる。

以上の構成によれば、オプテイカルインテグレータ７と
マスク９間に視野絞り２２を設けたような場合でも、マ
スク９上の視野絞りの像を歪ませることなく、ウェハ１
１上で照度むらのないパターン像を得ることができる。

なお上述の実施例においては、投影光学系１０の透過率
変化は一定なものとして取扱ったが、例えばマスクの投
影倍率を切り換えるような機能を具えて中央部に対して
周辺部の透過率が変化するような投影光学系を用いた場
合には、ディストーション量の異なるコンデンサレンズ
、あるいはリレーレンズを用意しておき、投影光学系の
変化に応じてこれを切り換えるようにすれば良い。

また投影光学系において、装置間の透過率特性のバラツ
キが無視できないような場合には、ディストーション量
を変えたコンデンサレンズを何種類か用意しておき、そ
の中から適当なものを選んで組合わせることにより常に
ウェハ１１上で均一な照度分布を得ることができる。

また、投影光学系を構成するレンズ系の経年変化等によ
って透過率が変化した場合などでも、ディストーション
量の異なるレンズを交換することにより、常にウェハ上
で均一な照度分布を得ることができる。

さらに上述の実施例においては、光源を構成する水銀ラ
ンプからウェハ面まで直線的に配置した場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、例えば反射面を介在さ
せて光学系を折り曲げて配置した場合など広く適用する
ことができる。

さらに上述の実施例においては、負のディストーション
を具えたコンデンサレンズ又はリレーレンズを用いて、
マスク面で周辺部の照度を中央部に比して高くするよう
にした場合について述べたが、マスク面で所望の照度分
布を得るために操作する光学系はこれに限らず種々の変
形が考えられる。

また上述の実施例においては投影光学系の透過率特性が
周辺部に比して中央部が高い場合について述べたが、こ
れとは逆に投影光学系の透過率特性が周辺部に比して周
辺部が低い場合は上述の実施例の場合とは逆に正のディ
ストーションを与えるようにすれば良い。

さらにマスク面で所望の照度分布を得るためには、コン
デンサレンズ、あるいはリレーレンズ等のディストーシ
ョンを変化させる場合のみならず、種々の操作方法が考
えられる。

さらに上述ｐ実施例においては、ウェハ上で均一な照度
分布を得る場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、例えばウェハ上で周辺部が上昇したような照度分布
を得る場合など所定の照度分布を得る照明光学装置に広
く適用することができる。

因に例えば投影光学系が収差を有していて均一な照度分
布で露光した場合に周辺部の線幅が太く感光してしまう
ような場合でも、周辺部で照度が高くなるようにすると
周辺部の露光が増加しその結果当該周辺部の線幅を細く
感光することができ、全体として投影光学系の周辺部の
解像度不足を補うことができる。

さらに上述の実施例においては投影光学系を介してウェ
ハ上にマクス像を結像させるようにした照明光学装置に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えばマスク
及びウェハーを近接して配置したいわゆるプロキシミテ
イ用の照明光学装置などにも広く通用することができる
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、結像面で所定の照度分布
を得る°ことのできる照明光学装置を容易に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による照明光学装置の一実施例を示す路
線図、第２図はその要部を示す部分拡大図、第３図はそ
のマスク上での照度分布を示す特性曲線図、第４図は第
１図の照明光学装置のウェハ上での照度分布を示す特性
曲線図、第５図は第１図の投影光学系１０及び従来の照
明光学装置の照度分布を示す特性曲線図、第６図は本発
明による照明光学装置の第２の実施例を示す路線図、第
７図及び第８図は従来の照明光学装置のマスク上での照
度分布を示す特性曲線図である。 １・・・・・・照明光学装置、２・・・・・・楕円鏡、
３・・・・・・水銀ランプ、４・・・・・・コリメータ
レンズ、５・・・・・・波長選択フィルタ、６・・・・
・・コーン状プリズム、７・・・・・・オブテイカルイ
ンテグレータ、８・・・・・・コンデンサレンズ、９・
・・・・・マスク、１０・・・・・・投影光学系、１１
・・・・・・ウェハ、２０，２１・・・・・・リレーレ
ンズ、２２・・・・・・視野絞り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源部から得られる照明光をマスクに入射し、上記マス
   クを介して得られる透過光を投影光学系を介して結像面
   に結像することにより、上記マスク上に形成されたパタ
   ーンを上記結像面に投影するようになされた照明光学装
   置において、 上記照明光によつて得られる上記マスク上の照度分布を
   上記投影光学系の透過率特性に応じて補正する補正手段
   を具え、上記結像面における上記透過光の集光する各部
   分の照度が所定の照度分布になるようにした ことを特徴とする照明光学装置。