JP4365953B2 - Projection exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents
Projection exposure apparatus and device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4365953B2 JP4365953B2 JP30153199A JP30153199A JP4365953B2 JP 4365953 B2 JP4365953 B2 JP 4365953B2 JP 30153199 A JP30153199 A JP 30153199A JP 30153199 A JP30153199 A JP 30153199A JP 4365953 B2 JP4365953 B2 JP 4365953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- illuminance
- light
- light source
- exposure apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、照度制御を行う投影露光装置に関し、特に、半導体素子、液晶表示素子、CCD(電荷結合素子)等の撮像素子又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中で使用される投影露光装置に関する。本発明は、一括露光型の投影露光装置にも使用できるが、マスク上のパターンの一部を感光性の基板上に投写した状態でそのマスクおよび基板を投影光学系に対して同期して走査することにより、そのマスクのパターンを逐次その基板上の各ショット領域に転写露光する、ステップ−アンド−スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置に適している。
【0002】
【従来の技術】
図13に従来技術における、高圧水銀ランプなどの、特定の分布を持って特定の範囲から光を発散する光源を用いて、パターンを均一に照明するように照度制御を行い、照明されたパターンを基板上に投影する投影光学系を有する走査型投影露光装置を示す。
【0003】
1は光源であり、2は光源1から放射された光束を、集光するための集光ミラーである。1から発散された光線は集光され、光学系3を通り、内面反射部材4に入射する。1の光源の集光ミラーに対する相対的な位置は、被照射面の照度が最大になるように位置決めされている。
【0004】
内面反射部材4は、入射した光線が内面反射部材4の側面で複数回反射することによって、内面反射部材の入射面で不均一であった光強度を内面反射部材の出射面で均一化する働きがある。内面反射部材4としては、例えば、向かい合って配置された鏡で有っても良いし、単にロッド状の硝材であっても良い。ロッド状の硝材の場合には、光線はロッド状の側面に当った際に、硝材と空気の屈折率が違いにより全反射するように設計する必要がある。
【0005】
5は光学系であり、内面反射部材4の出射面に形成された均一な光強度分布を、6のハエノ目レンズの入射面に投影する。ハエノ目レンズ6は入射面と出射面が互いの面のパワーの焦点となっているロッドレンズを束ねたものであり、同一角度でロッドレンズに入射した光束はロッドレンズの出射面で集光し、全体としてハエノ目レンズの出射面に多数の集光点を形成する。
【0006】
光学系7は、ハエノ目レンズ6の出射面に形成された集光点群を2次光源として利用することによって照明領域を均一に照明するための光学系である。投影露光装置の場合には照明領域を制御する必要があるので、直接照明領域を照明せずに、一度マスク面と共役な位置で均一な光強度分布を作る。8の照明領域を制御する絞りの位置が前記マスク面と共役な位置であり、ここでの均一な光強度分布を9のリレー光学系により投影し、照明領域であるマスク10を照明する構成となっている。8の照明領域を制御する絞りは可動であり、マスクの照明領域にあわせて絞りを移動させることができる。
【0007】
11はマスク10上のパターンを基板12上に結像するための投影光学系であり、前述の照明系により実現される均一な照明光によって照明されたマスク上のパターンを、基板に塗布された感光剤に感光させ、パターンを転写する。投影光学系11はマスク10の位置や基板の位置が光軸方向にずれても、投影倍率が変化しないように、テレセントリックな系になっている。
【0008】
この従来の技術は、走査型投影露光装置であるので、マスク10と基板12は同期して走査される。また、マスク10が移動することから、それにともない照明領域も変わるため、照明領域を制御する絞り8も同期して動く。
【0009】
13は基板12と露光量センサー14が載せられた可動なステージであって、基板12上へ走査露光するためのスキャンと複数のショットを露光するためのステップと、基板12と同じ位置で露光量を計測するために露光量センサー14を、基板が露光の際に存在するのと同じ位置に移動させることができるようになっている。
【0010】
半導体素子等の製造に用いられる投影露光装置は、マスク10上のパターンを基板12上に良好に転写する為に、基板12上に塗布された感光剤とマスク10のパターンに依存した適切な露光量を基板12に露光する必要がある。例えば、ポジティブパターンとネガレジストを使用した場合、適切な露光量以下の露光がされると、感光不足となりパターンの線が細ったり、線が途中で切れてしまったりする。一方、適切な露光量以上の露光がされると、感光過多となりパターンの線が太り、隣の線とつながってしまったりする。
【0011】
適切な露光量を露光する為に、基板12上への露光量を制御する必要があるが、マスク10上のパターンを基板12上へ転写中に基板12上の露光量を直接計測することはできない。また、露光光の光路中で露光量を計測すると露光量センサーの影が基板12上へマスク10上のパターンを転写する際に影響を及ぼす。したがって、基板と共役かつ露光光の光路から分岐された位置で露光量を計測し露光量制御を行っている。
【0012】
15は基板と共役でかつ露光光の光路から分岐された位置を作り出すために光路中に差し込まれた反射率の非常に低いハーフミラーであり、露光光の光軸に対して斜めに配置され、露光光を分岐して16の露光量を計測する露光量センサーの位置に基板と共役でかつ露光光の光路から分岐された位置を作っている。
【0013】
適正露光量を基板12上に露光するために、基板12を露光する前に、ステージ13上に取り付けられた露光量センサー14を照明領域に移動させて較正を行う。較正はダミー露光を行い、露光量センサー14と16の出力を比較することによって行う。基板12を露光する際には、露光量を制御するための制御装置17が、露光量センサー16の出力に基いて露光量制御を行う。
【0014】
走査型投影露光装置の露光量は、照明領域の走査方向の長さsと基板上の照度Iとスキャンスピードvより、s×I/vで決まる。よって、走査型投影露光装置の露光量を制御する為には、照明領域の走査方向の長さsか基板上の照度Iかスキャンスピードvの少なくとも1つを制御することとなる。照明領域の走査方向の長さsは、照明領域を制御する絞り8を動かすことによりかえられ、スキャンスピードv基板、マスク、照明領域を制御する絞りの走査スピードをかえることによってかえられる。
【0015】
従来の技術では、基板12上の照度Iは18で示した光路中に置かれた透過率が可変な減光装置によって変えていた。透過率が可変な減光装置18とは、例えば、ターレット状に数種の透過率の異なる光学部材を配置し、それを選択することにより透過率を可変にする減光装置や、光線となす角度によって反射率の異なるミラーの角度を変えて透過率を可変とする減光装置などが考えられる。
【0016】
19はシャッターであり開閉する。一括露光型の投影露光装置においては、基板上の露光量が適切な露光量に達成した際に、シャッターを閉じることによって、露光量を制御することができる。しかし、走査型投影露光装置においては、走査が終了するまでは露光を終了することはできないので、シャッターの開閉を用いて、露光量を制御することはできない。走査型投影露光装置において、シャッターはショット間のステップ、もしくは露光作業をしていない際に照明系の硝材の劣化を抑えるために使用される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の技術においては、基板上の照度を変えるために、光路中に置かれた透過率が可変な減光装置18を用いていた。しかし、減光装置18に用いられる透過率を変えている光学部材は、光線の光学部材に入射する角度によって透過率が変わるという角度特性を持っている。例えば、ターレット上に数種の透過率の異なる光学部材を配置し、それを選択することにより透過率を可変にする減光装置において、所望の透過率を持った光学部材は、素ガラスに多層膜を着けたものからできている。多層膜は、屈折率と膜の厚さにより透過率を決めているが、斜めに入射したものは、垂直に入射したものに比べて、膜の厚さが見かけ上厚くなる。このため、光線の光学部材に入射する角度によって、透過率が異なる。透過率が角度によって異なることは、減光装置以降で照明光が均一ではない角度分布を持つことになり好ましくない。よって、減光装置に入射する照明光の角度分布が広がっていない場所に、減光装置18を配置するのが望ましい。光学において良く知られているように、光学系の途中において、光束の位置分布の広がりが小さい場所では、角度分布の広がりが大きく、光束の位置分布の広がりが大きい場所では、角度分布の広がりが小さい。よって、減光装置18は位置分布の広がっている場所に配置することが望ましいことになる。
【0018】
しかし、所望の透過率を持った光学部材は、照明光がもれなく当るように配置しなければならないために、位置分布が広がっている場所におけば、減光用の光学部材の径は大きくなる。減光用の光学部材の径が大きくなれば、透過率が可変である減光装置18も大きくなる。
【0019】
以上のことから、光路の途中に透過率可変の減光装置18を配置するためには、光路中に位置分布が広がっている場所をつくり、そこに減光装置18を配置するスペースを作らなければならなかった。よって、光路中に置かれた減光装置18において、照度を制御する装置は、設計負荷が非常に大きかった。
【0020】
そこで、本発明は、透過率可変な減光装置を用いずに、高圧水銀ランプ等の発散光源の照度を制御することを課題としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板上に投影する投影光学系と、を備える投影露光装置において、前記基板の露光量を制御する制御装置を備え、前記照明光学系は、前記光源からの光を集光する集光ミラーを有し、前記制御装置は、前記光源と前記集光ミラーとの相対位置を変化させることにより予め取得された前記基板上の照度のデータを用いて、前記基板を露光する際の露光量に基づいて決定された前記基板上の照度となるときの前記相対位置を算出し、前記光源と前記集光ミラーとの相対位置を、前記基板上の照度が最大となるときの前記相対位置から、該算出された相対位置となるように変化させることにより、前記基板に到達する前記光源からの光の量を減少させ、前記基板上の照度を調整している。
【0023】
すなわち、本発明においては、光源の集光ミラーに対する相対位置を照度最大の位置から動かすことにより、被照明面の照度を均一にする。これによって、光路中に透過率可変な減光装置を設けるとなく照度を制御することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
投影露光装置のように、照明領域と、照明領域に入射する照明光の角度が決められている光学系においては、Helmholtz−Lagrangeの関係と呼ばれる光学法則から照明領域に到達する光線が光路中において満足していなければならない条件がある。
【0025】
Helmholtz−Lagrangeの関係とは結像系において、2つの光線が、それぞれ物点と像点において満たしている関係である。
【0026】
図1を用いて説明する。物点において光軸からの高さhの点から角度αをなして発散した2つの光が、像点において高さh′の点で、角度α′をなして交わったとする。Helmholtz−Lagrangeの関係とは、これらの量の間に、
hsinα=h′sinα′ (1)
の関係があるというものである。
【0027】
この関係を略テレセントリックな投影露光装置において適用すると、前述のHelmholtz−Lagrangeの関係を、2つの光線に対する関係から、光強度分布の関係に応用することができる。この関係を用いると、楕円ミラーの第2焦点の位置における光強度分布の、光軸からの最大の高さをh、光軸となす最大角をαとし、基板上における光強度分布の、光軸からの最大の高さをh′、光軸となす最大角をα′とすると、これらの量の間には、
hsinα=h′sinα′ (2)
の関係が成り立つ。
【0028】
ところで、投影露光装置においては、基板上の照明範囲と、照明範囲内での照明光の入射光(照明条件)が決まっているので、基板上におけるh′とα′は決まっていることとなる。例えば、照明領域が半径10mmの円で、投影系のNAが0.65、コヒーレンスファクターであるσ値が0.8である照明条件だとすると、h′が10mm、sinα′が0.65×0.8であることになる。照明領域まで到達する光は(2)式から楕円ミラーの第2焦点において、
hsinα=10×0.65×0.8 (3)
をみたす、光軸からの最大の高さh、光軸となす最大角α、で表される光強度分布を形成することになる。反対にこの関係は、楕円ミラーの第2焦点において上述のhよりも光軸からの高さが高い光線や、αよりも光軸となす角が大きい光線は、基板上まで到達しないことを示す。
【0029】
一方、集光ミラーは楕円ミラーよりなり、第1焦点近傍より発散した光が、第2焦点付近に集光するようになっている。
【0030】
図2に示すように、第1焦点O直上から発散した光は第2焦点O′に集光するが、第1焦点から離れた点Aから発散された光は、第2焦点から離れた所Bを通る。前述のHelmholtz−Lagrangeの関係から、例えば、Oから発散した光線は基板上に到達するが、Aから発散した光線は基板上に到達しないというようになる。
【0031】
本発明はこれを利用したものであり、光源の集光ミラーに対する相対位置を移動することにより、例えば図2において、光源の位置を第1焦点Oの位置から、第1焦点から離れたAの位置に動かし、基板上へ到達する光線を減らし、照度を調整する。
【0032】
図3に集光ミラーに対する光源の位置と、ある照明条件での基板上の照度の関係を、シミュレーションにより求めた結果を示す。また、グラフの縦軸は基板上の相対照度であり、横軸は陰極先端の楕円ミラーの第1焦点に対する光軸方向の位置を楕円ミラーの開口方向を正として表したものである。
【0033】
図3をみると、高圧水銀ランプは点光源ではなく、特定の分布を持って特定の範囲から光を発散する光源であるために、最も基板上の照度が高い位置は陰極先端が第1焦点直上の位置ではなく、光軸に沿って、ミラー側に−1.5mm移動させた位置であることがわかる。例えば、この最大照度に対して50%の照度に下げようとした場合、従来技術では、減光は光路中に配置した減光装置の透過率を50%にして達成していた。
【0034】
本発明は、図3のように光源位置を変えることで照度が変化することに注目し、例えば光源位置をミラー側に約3.5mm移動させることにより、照度を最大照度に対して50%に下げる。なお、照度と光源の集光ミラーに対する相対位置との関係は、照明系の構成や照明条件などによるので、あらかじめ計測し関連づけて置かなければならない。また、光軸方向と垂直方向に光源の位置を移動させることによっても、照度を調整することができる。
【0035】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0036】
図4は、本発明の照度制御を行う投影露光装置の光路図である。従来例と同一の符号の部材は、同一の機能を有するので、従来例と異なる点についてのみ説明する。20は可動なランプステージであり、3軸駆動が可能であり、光軸方向への移動、およびそれに垂直する方向へ光源を動かすことが可能である。
【0037】
ランプは始め照度最大の位置に調整されていて、基板上の照度Iは、20のランプステージを動かすことにより、光源1の集光ミラー2に対する相対的な位置を照度最大の位置から動かして調整する。
【0038】
基板を露光する前に、あらかじめ光源1の集光ミラー2に対する相対的な位置変化と、基板上の照度Iの関係を関連付ける。関連付けは、ステージ上に取り付けられた露光量センサー14を照明領域に移動させて、各照明条件において、光源を動かしながら露光量センサー14の出力を計測することによって行えばよい。もしくは、露光量センサー14と基板と共役な位置に配置された露光量センサー16の出力の関係はあらかじめ求められているので、各照明条件において、光源を動かしながら、露光量センサー16の出力を計測することによって、光源1の集光ミラー2に対する相対的な位置変化と、基板上の照度Iの関係を関連付けることも可能である。
【0039】
図4に示した照度制御を行う投影露光装置では、光源の移動のみで基板上の照度Iの調整を行うが、所望の減光を行うのに、光源の移動距離が大きく、ランプステージの可動範囲が取れない場合などには、図13に示した減光装置18と併用することも考えられる。この場合、被照明面の照度の租調整の光路中に置かれた減光手段で行い、微調整を、光源の集光ミラーに対する相対位置の移動で行えばよい。
【0040】
以上の説明では、光源1のみを移動しているが、光源の移動に替えて、集光ミラー2を移動してもよい。
【0041】
又、光学系のいずれかの場所で、基板に到達しない光線がケラレることになるが、フレアを発生させる要因となるので、フレア防止のために、絞り8を設けて特定の場所で光線をケルようにした方がより好ましい。
【0042】
図5に示すように、内面反射部材4に替えて、ハエノ目レンズ21を用いてもよい。
【0043】
図6は、光強度均一化部材を一つだけ用いる本発明の照度制御を行う投影露光装置の光路図である。図6に示すように、この装置においては、集光ミラー2の第2焦点の光強度分布の変化が、そのまま光強度均一化部材としてのハエノ目レンズ6の入射面の光強度分布に影響をおよぼす。前述のように、本発明は、光源の集光ミラーに対する相対的な位置を変えて、集光ミラーの第2焦点での光強度分布を変えて照度を調整するので、照度を調整した際に、ハエノ目レンズ6の入射面での光強度分布も変わる。従って、図6に示す装置の場合は、投影露光装置のように照明条件への要求が厳しいものについては好ましくなく、内面反射部材とハエノ目レンズ、もしくはハエノ目レンズとハエノ目レンズ、ハエノ目レンズと内面反射部材、内面反射部材と内面反射部材のように、第2焦点における光強度分布の位置分布と角度分布を共に均一にして、被照明面を照明するように、均一化手段が2つ以上あることが望ましい。
【0044】
図7は、本発明の参考例である照度制御を行う投影露光装置の光路図である。開口の異なる複数の絞りをターレット状に配置した可変開口絞り22を備えている。開口を切り替えることによって、遮光量を変え、内面反射部材4に入射する光線数を制御する。
【0045】
このように、光学系の中の適当な場所、例えば図7に示すように光学系3の後方に可変開口絞り22を配置すれば、透過率可変の減光装置を用いなくても、光路の後方に位置する被照明面に達する光線数を制御することができる。
【0046】
図8は、本発明の他の参考例である照度制御を行う投影露光装置の光路図である。虹彩絞り222を備えている。図8に示すように、可変開口絞り22に替えて、連続的に開口の大きさを変えることができる虹彩絞り222を光学系3の後方に設けてもよい。
【0047】
図9は、本発明の他の参考例である照度制御を行う投影露光装置の光路図である。ズーム光学系24を備えている。ズーム光学系24は簡単のため2枚のみ図示している。ズーム光学系24の倍率を替えることによって、絞り23の位置での光束の大きさを変えている。
【0048】
図10は、3枚のレンズ24a、24b,24cからなるズーム光学系24の動作を説明する光路図である。図10(a)に示すように、レンズ24b、24cを光路の後方に移動させると、絞り23の位置での光束は大きくなり、図10(b)に示すように、レンズ24b、24cを光路の前方に移動させると、絞り23の位置での光束は小さくなる。
【0049】
このように、光学系の中の適当な場所にズーム光学系24を配置すれば、透過率可変の減光装置を用いなくても、光路の後方に位置する被照明面に達する光線数を制御することができる。
【0050】
図7、図9においては、光強度均一化部材として、内面反射部材4とハエの目レンズ6が各々一つずつ用いられているが、光強度均一化部材を3以上とすれば、被照明面の照度分布は更に均一化される。
【0051】
又、図4、図5、図6、図7、図9においては、光源1として、ランプ等の発散光源が用いられているが、レーザー等の平行光を発する光源であってもよい。
【0052】
図11は、半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネルやCCD)の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【0053】
ステップ1の回路設計工程においては、半導体デバイスの回路設計を行う。
【0054】
ステップ2のマスク制作工程においては、設計した回路パターンを形成したマスク、すなわちレチクル12を作製する。
【0055】
一方、ステップ3のウエハ製造工程においては、シリコン等の材料を用いてウエハ15を製造する。
【0056】
ステップ4のウエハプロセス工程(前工程)においては、用意したれちくる12とウエハ15とを用いて、リソグラフィーによってウエハ15上に実際の回路を形成する。
【0057】
ステップ5の組立工程(後工程)においては、ステップ4で作成されたウエハ15をチップ化する。具体的には、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が行われる。
【0058】
ステップ6の検査工程においては、ステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性試験等の検査が行われる。
【0059】
ステップ7においては、こうして完成した半導体デバイスが出荷される。
【0060】
図12は、図11に示したステップ4、すなわちウエハプロセス工程(前工程)を説明するためのフローチャートである。
【0061】
ステップ11の酸化工程では、ウエハ15の表面を酸化させる。
【0062】
ステップ12のCVD工程では、CVD(化学気相成長)によってウエハの表面に絶縁膜を形成する。
【0063】
ステップ13の電極形成工程では、ウエハ15条に電極を蒸着等によって形成する。
【0064】
ステップ14のイオン打ち込み工程では、ウエハ15にイオンを打ち込む。
【0065】
ステップ15のレジスト処理工程では、ウエハにレジスト、すなわち感光材料を塗布する。
【0066】
ステップ16の露光工程では、本発明の露光投影装置によって、レチクル12の回路パターンの像でウエハ15を露光する。
【0067】
ステップ17の現像工程では、露光したウエハを現像する。
【0068】
ステップ18のエッチング工程では、現像したレジスト以外の部分を除去する。
【0069】
ステップ19のレジスト隔離工程ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
【0070】
これらのステップを繰り返すことによってウエハ上に回路パターンが形成される。
【0071】
このような、本発明の半導体デバイスの製造方法によって、従来は困難であった高集積度の半導体デバイスを製造する。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、光路中に置かれた減光装置を用いなくても、半導体基板等の基板上の照度が制御でき、設計上の負荷を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ヘルムホルズ・ラグランジュの関係を説明するための光路図
【図2】 楕円ミラーにおける発光点と集光度を説明するための光路図
【図3】 光源位置と基板上の照度の関係を示すシュミレーション結果のグラフ
【図4】 本発明の照度制御を行う投影露光装置の光路図
【図5】 ハエノ目レンズを2個備えた本発明の照度制御を行う投影露光装置の光路図
【図6】 光強度均一化部材を一つだけ備えた本発明の照度制御装置を行う投影露光装置の光路図
【図7】 可変開口絞りを備えた本発明の参考例である照度制御を行う投影露光装置の光路図
【図8】 可変開口絞りに替えて用いる虹彩絞りの機能を説明するための光路図
【図9】 ズーム光学系を備えた本発明の他の参考例である照度制御を行う投影露光装置の光路図
【図10】 ズーム光学系の機能を説明するための光路図
【図11】 本発明の投影露光装置を用いる半導体デバイスの製造工程を説明するためのフローチャート
【図12】 半導体デバイスの製造工程におけるウエハプロセスのフローチャート
【図13】 従来の照度制御を行う投影露光装置の光路図
【符号の説明】
1 光源
2 集光ミラー
3 光学系
4 内面反射部材
5 光学系
6 ハエノ目レンズ
7 光学系
8 照明領域を制御する絞り
9 リレー光学系
10 マスク
11 投影光学系
12 基板
13 ステージ
14 ステージ上に取り付けられた露光量センサー
15 ハーフミラー
16 基板と共役位置に置かれた露光量センサー
17 露光量制御装置
18 減光手段
19 シャッター
20 ランプステージ
21 ハエノ目レンズ
222 虹彩絞り[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a projection exposure apparatus that performs illuminance control, and in particular, a projection used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, an imaging element such as a CCD (charge coupled device), or a thin film magnetic head. The present invention relates to an exposure apparatus . The present invention can be used in a batch exposure type projection exposure apparatus, but in a state where a part of a pattern on a mask is projected onto a photosensitive substrate, the mask and the substrate are scanned in synchronization with the projection optical system. By doing so, it is suitable for a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a step-and-scan method, in which the mask pattern is transferred and exposed to each shot area on the substrate sequentially.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13 shows a conventional light source that emits light from a specific range with a specific distribution, such as a high-pressure mercury lamp, and controls the illuminance so as to uniformly illuminate the pattern. 1 shows a scanning projection exposure apparatus having a projection optical system that projects onto a substrate.
[0003]
[0004]
The inner
[0005]
[0006]
The
[0007]
[0008]
Since this conventional technique is a scanning projection exposure apparatus, the
[0009]
[0010]
A projection exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element or the like can appropriately transfer the pattern on the
[0011]
In order to expose an appropriate exposure amount, it is necessary to control the exposure amount on the
[0012]
15 is a half mirror having a very low reflectivity inserted into the optical path in order to create a position that is conjugate with the substrate and branched from the optical path of the exposure light, and is disposed obliquely with respect to the optical axis of the exposure light. A position that is conjugate with the substrate and branched from the optical path of the exposure light is formed at the position of the exposure amount sensor that branches the exposure light and measures 16 exposure amounts.
[0013]
In order to expose an appropriate exposure amount on the
[0014]
The exposure amount of the scanning projection exposure apparatus is determined by s × I / v from the length s of the illumination area in the scanning direction, the illuminance I on the substrate, and the scanning speed v. Therefore, in order to control the exposure amount of the scanning projection exposure apparatus, at least one of the length s in the scanning direction of the illumination area, the illuminance I on the substrate, or the scanning speed v is controlled. The length s in the scanning direction of the illumination area can be changed by moving the diaphragm 8 that controls the illumination area, and can be changed by changing the scanning speed v of the substrate, the mask, and the scanning speed of the diaphragm that controls the illumination area.
[0015]
In the prior art, the illuminance I on the
[0016]
A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the prior art, the dimming
[0018]
However, since the optical member having a desired transmittance must be arranged so that the illumination light is completely incident, if the position distribution is wide, the diameter of the optical member for dimming becomes large. . As the diameter of the optical member for dimming increases, the dimming
[0019]
From the above, in order to arrange the dimming
[0020]
Therefore, an object of the present invention is to control the illuminance of a divergent light source such as a high-pressure mercury lamp without using a dimming device with variable transmittance.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problems provides a projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system that illuminates a mask with light from a light source; and a projection optical system that projects a pattern of the mask onto the substrate. A control device for controlling an exposure amount; and the illumination optical system includes a condensing mirror for condensing light from the light source, and the control device changes a relative position between the light source and the condensing mirror. Using the illuminance data on the substrate acquired in advance, the relative position when the illuminance on the substrate determined based on the exposure amount when exposing the substrate is calculated, The light source that reaches the substrate by changing the relative position between the light source and the condenser mirror from the relative position when the illuminance on the substrate is maximized to the calculated relative position. Of light from It reduces, and adjusting the illumination intensity on the substrate.
[0023]
That is, in the present invention, the illuminance of the illuminated surface is made uniform by moving the relative position of the light source with respect to the condenser mirror from the position where the illuminance is maximum. This makes it possible to control the illuminance without providing a dimming device with variable transmittance in the optical path.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In an optical system in which the illumination area and the angle of the illumination light incident on the illumination area are determined as in a projection exposure apparatus, a light beam that reaches the illumination area from the optical law called the Helmholtz-Lagrange relationship is in the optical path. There are conditions that must be satisfied.
[0025]
The Helmholtz-Lagrange relationship is a relationship in which two light rays satisfy the object point and the image point, respectively, in the imaging system.
[0026]
This will be described with reference to FIG. It is assumed that two lights diverging from an optical point at a height h from the optical axis at an object point intersect each other at an image point at a height h ′ at an angle α ′. The Helmholtz-Lagrange relationship is between these quantities:
hsinα = h′sinα ′ (1)
There is a relationship.
[0027]
When this relationship is applied to a substantially telecentric projection exposure apparatus, the above-mentioned Helmholtz-Lagrange relationship can be applied to the relationship of the light intensity distribution from the relationship with respect to the two light beams. Using this relationship, the maximum height from the optical axis of the light intensity distribution at the position of the second focal point of the elliptical mirror is h, the maximum angle with the optical axis is α, and the light intensity distribution on the substrate If the maximum height from the axis is h 'and the maximum angle with the optical axis is α', between these quantities,
hsinα = h′sinα ′ (2)
The relationship holds.
[0028]
By the way, in the projection exposure apparatus, since the illumination range on the substrate and the incident light (illumination condition) of the illumination light within the illumination range are determined, h ′ and α ′ on the substrate are determined. . For example, if the illumination area is a circle with a radius of 10 mm, the NA of the projection system is 0.65, and the coherence factor σ value is 0.8, h ′ is 10 mm and sin α ′ is 0.65 × 0. It will be 8. From the equation (2), the light reaching the illumination area is at the second focus of the elliptical mirror,
hsin α = 10 × 0.65 × 0.8 (3)
Therefore, a light intensity distribution represented by the maximum height h from the optical axis and the maximum angle α formed with the optical axis is formed. On the contrary, this relationship indicates that a light beam having a height higher than the above-mentioned h than the above-mentioned h at the second focal point of the elliptical mirror or a light beam having a larger angle with the optical axis than α does not reach the substrate. .
[0029]
On the other hand, the condensing mirror is composed of an elliptical mirror so that light diverging from the vicinity of the first focal point is condensed near the second focal point.
[0030]
As shown in FIG. 2, the light diverging from right above the first focal point O is collected at the second focal point O ′, but the light diverging from the point A away from the first focal point is away from the second focal point. Go through B. From the above-mentioned Helmholtz-Lagrange relationship, for example, a light beam emanating from O reaches the substrate, but a light beam emanating from A does not reach the substrate.
[0031]
The present invention utilizes this, and by moving the relative position of the light source with respect to the collector mirror, for example, in FIG. 2, the position of the light source is changed from the position of the first focus O to the position of A away from the first focus. Move it to a position to reduce the rays that reach the substrate and adjust the illuminance.
[0032]
FIG. 3 shows a result obtained by simulation of the relationship between the position of the light source with respect to the condenser mirror and the illuminance on the substrate under a certain illumination condition. The vertical axis of the graph represents the relative illuminance on the substrate, and the horizontal axis represents the position of the elliptical mirror at the tip of the cathode in the optical axis direction with respect to the opening direction of the elliptical mirror.
[0033]
Referring to FIG. 3, the high-pressure mercury lamp is not a point light source but a light source that emits light from a specific range with a specific distribution. It can be seen that it is not the position directly above, but the position moved by -1.5 mm to the mirror side along the optical axis. For example, when it is attempted to reduce the illuminance to 50% with respect to the maximum illuminance, dimming has been achieved by setting the transmittance of the dimming device disposed in the optical path to 50% in the prior art.
[0034]
In the present invention, attention is paid to the fact that the illuminance changes by changing the light source position as shown in FIG. 3. For example, the illuminance is reduced to 50% of the maximum illuminance by moving the light source position to the mirror side by about 3.5 mm. Lower. Note that the relationship between the illuminance and the relative position of the light source with respect to the condensing mirror depends on the configuration of the illumination system, the illumination conditions, etc., and therefore must be measured and associated in advance. The illuminance can also be adjusted by moving the position of the light source in the direction perpendicular to the optical axis direction.
[0035]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0036]
FIG. 4 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control according to the present invention. The members having the same reference numerals as those in the conventional example have the same functions, and therefore, only differences from the conventional example will be described.
[0037]
The lamp is initially adjusted to the maximum illuminance position, and the illuminance I on the substrate is adjusted by moving the lamp stage of 20 to move the relative position of the
[0038]
Prior to exposing the substrate, the relative positional change of the
[0039]
In the projection exposure apparatus that performs illuminance control shown in FIG. 4, the illuminance I on the substrate is adjusted only by moving the light source. However, in order to perform desired dimming, the moving distance of the light source is large and the lamp stage is movable. When the range cannot be taken, it can be considered to be used together with the dimming
[0040]
In the above description, only the
[0041]
In addition, although light rays that do not reach the substrate will be vignetted at any place in the optical system, this may cause flare. Therefore, in order to prevent flare, an aperture 8 is provided to direct light rays at a specific place. It is more preferable to use Kell.
[0042]
As shown in FIG. 5, a fly-
[0043]
FIG. 6 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illumination control according to the present invention using only one light intensity uniformizing member. As shown in FIG. 6, in this apparatus, the change in the light intensity distribution at the second focal point of the
[0044]
FIG. 7 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control, which is a reference example of the present invention. A
[0045]
In this way, if the
[0046]
FIG. 8 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control as another reference example of the present invention. An
[0047]
FIG. 9 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control as another reference example of the present invention. A zoom
[0048]
FIG. 10 is an optical path diagram for explaining the operation of the zoom
[0049]
In this way, if the zoom
[0050]
In FIGS. 7 and 9, one
[0051]
Further, in FIGS. 4, 5, 6, 7, and 9, a divergent light source such as a lamp is used as the
[0052]
FIG. 11 is a flowchart for explaining a manufacturing process of a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, or a CCD).
[0053]
In the circuit design process of
[0054]
In the mask production process of
[0055]
On the other hand, in the wafer manufacturing process in
[0056]
In the wafer process step (previous step) of
[0057]
In the assembly process (post-process) of
[0058]
In the inspection process of
[0059]
In
[0060]
FIG. 12 is a flowchart for explaining
[0061]
In the oxidation process of
[0062]
In the CVD process of
[0063]
In the electrode forming process of
[0064]
In the ion implantation process of
[0065]
In the resist processing step of
[0066]
In
[0067]
In the developing process in
[0068]
In the etching process of
[0069]
In the resist isolating process of
[0070]
By repeating these steps, a circuit pattern is formed on the wafer.
[0071]
By such a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a highly integrated semiconductor device, which has been difficult in the past, is manufactured.
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, the illuminance on a substrate such as a semiconductor substrate can be controlled without using a dimming device placed in the optical path, and the design load can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical path diagram for explaining the relationship between Helmholz Lagrange. FIG. 2 is an optical path diagram for explaining an emission point and a light collection degree in an elliptical mirror. FIG. 3 shows a relationship between a light source position and illuminance on a substrate. FIG. 4 is a graph of a simulation result. FIG. 4 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control of the present invention. FIG. 5 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control of the present invention. FIG. 7 is an optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs the illuminance control apparatus of the present invention having only one light intensity uniformizing member. FIG. 7 is a diagram of a projection exposure apparatus that performs illuminance control as a reference example of the present invention having a variable aperture stop. FIG. 8 is an optical path diagram for explaining the function of an iris diaphragm used in place of a variable aperture stop. FIG. 9 is a projection exposure apparatus for performing illuminance control , which is another reference example of the present invention, equipped with a zoom optical system. Optical path diagram [Fig. 10] Zoom FIG. 11 is a flowchart for explaining a semiconductor device manufacturing process using the projection exposure apparatus of the present invention. FIG. 12 is a wafer process flowchart in the semiconductor device manufacturing process. 13) Optical path diagram of a projection exposure apparatus that performs conventional illuminance control
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板の露光量を制御する制御装置を備え、
前記照明光学系は、前記光源からの光を集光する集光ミラーを有し、
前記制御装置は、
前記光源と前記集光ミラーとの相対位置を変化させることにより予め取得された前記基板上の照度のデータを用いて、前記基板を露光する際の露光量に基づいて決定された前記基板上の照度となるときの前記相対位置を算出し、
前記光源と前記集光ミラーとの相対位置を、前記基板上の照度が最大となるときの前記相対位置から、該算出された相対位置となるように変化させることにより、前記基板に到達する前記光源からの光の量を減少させ、前記基板上の照度を調整することを特徴とする投影露光装置。In a projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system that illuminates a mask with light from a light source; and a projection optical system that projects a pattern of the mask onto a substrate.
A control device for controlling the exposure amount of the substrate;
The illumination optical system has a condenser mirror that collects light from the light source,
The controller is
On the substrate determined based on the exposure amount when the substrate is exposed, using the illuminance data on the substrate acquired in advance by changing the relative position of the light source and the condenser mirror Calculate the relative position when it becomes illuminance,
The relative position between the light source and the condenser mirror is changed from the relative position when the illuminance on the substrate is maximized so as to be the calculated relative position, thereby reaching the substrate. A projection exposure apparatus characterized in that the amount of light from a light source is reduced to adjust the illuminance on the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30153199A JP4365953B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30153199A JP4365953B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001126971A JP2001126971A (en) | 2001-05-11 |
| JP2001126971A5 JP2001126971A5 (en) | 2006-12-07 |
| JP4365953B2 true JP4365953B2 (en) | 2009-11-18 |
Family
ID=17898064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30153199A Expired - Fee Related JP4365953B2 (en) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4365953B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114384764A (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-22 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Exposure system, photoetching machine and exposure method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115236940A (en) * | 2021-04-22 | 2022-10-25 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Exposure system and lithographic apparatus |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30153199A patent/JP4365953B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114384764A (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-22 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Exposure system, photoetching machine and exposure method |
| CN114384764B (en) * | 2020-10-20 | 2023-11-03 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | Exposure system, photoetching machine and exposure method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001126971A (en) | 2001-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4289755B2 (en) | Exposure amount control method, device manufacturing method, and exposure apparatus | |
| JP4310816B2 (en) | Illumination apparatus, projection exposure apparatus, device manufacturing method, and projection exposure apparatus adjustment method | |
| JP3826047B2 (en) | Exposure apparatus, exposure method, and device manufacturing method using the same | |
| JP3259657B2 (en) | Projection exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
| JP3610175B2 (en) | Projection exposure apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same | |
| JP4545874B2 (en) | Illumination optical system, exposure apparatus provided with the illumination optical system, and device manufacturing method using the exposure apparatus | |
| JP3599629B2 (en) | Illumination optical system and exposure apparatus using the illumination optical system | |
| JP3817365B2 (en) | Projection exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
| KR101501303B1 (en) | Illumination optical device, exposure device, and device manufacturing method | |
| WO1999036832A1 (en) | Illuminating device and exposure apparatus | |
| US7064806B2 (en) | Illumination optical system and exposure apparatus | |
| US7385672B2 (en) | Exposure apparatus and method | |
| JP2004055856A (en) | Illumination apparatus, exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
| JP3710321B2 (en) | Exposure amount control method, exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| US6573977B1 (en) | Exposure control method, exposure apparatus and device manufacturing method | |
| JP3814444B2 (en) | Illumination apparatus and projection exposure apparatus using the same | |
| JP4365953B2 (en) | Projection exposure apparatus and device manufacturing method | |
| JP3008744B2 (en) | Projection exposure apparatus and semiconductor device manufacturing method using the same | |
| JP4545854B2 (en) | Projection exposure equipment | |
| JPH0729816A (en) | Projection exposure apparatus and method of manufacturing semiconductor device using the same | |
| JP3571945B2 (en) | Illumination apparatus and projection exposure apparatus using the same | |
| JP2001110706A (en) | Illumination apparatus, exposure apparatus, exposure method, and method for manufacturing micro device | |
| JP3223646B2 (en) | Projection exposure apparatus and method for manufacturing semiconductor device using the same | |
| JP4366374B2 (en) | Exposure equipment | |
| JP2000164500A (en) | Exposure apparatus, exposure method, and method of manufacturing exposure apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061020 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061020 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20090324 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090421 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090428 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090625 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090804 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090824 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4365953 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130828 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |