【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は露光装置に関し、特
に半導体素子または液晶表示素子等を製造するための露
光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus, and more particularly to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】たとえば半導体素子または液晶表示素子
等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスクと
してのレチクルに形成された転写用のパターンを、投影
光学系を介してウエハのような感光基板に転写する投影
露光装置が使用されている。また、レチクルのパターン
をレチクルに近接して配置された感光基板に直接転写す
るプロキシミティ方式の露光装置が使用されている。以
下、本明細書において、このような投影露光装置および
露光装置を単に「露光装置」と総称する。2. Description of the Related Art For example, when a semiconductor device or a liquid crystal display device is manufactured by a photolithography process, a transfer pattern formed on a reticle as a mask is transferred to a photosensitive substrate such as a wafer through a projection optical system. A projection exposure apparatus for transfer is used. In addition, a proximity type exposure apparatus that directly transfers the pattern of the reticle to a photosensitive substrate arranged in the vicinity of the reticle is used. Hereinafter, in the present specification, such a projection exposure apparatus and an exposure apparatus will be simply referred to as “exposure apparatus”.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この種の露光装置で
は、最近の半導体素子等の集積度の向上に対応するため
に、感光基板上の露光領域の全体に亘って極めて高い像
均質性が要求されるようになっている。すなわち、露光
領域内において、照度の均一性および開口数の均一性の
双方が極めて高いレベルで要求されている。In this type of exposure apparatus, extremely high image homogeneity is required over the entire exposed area on the photosensitive substrate in order to cope with recent improvements in the degree of integration of semiconductor elements and the like. It is supposed to be done. That is, in the exposure area, both the uniformity of illuminance and the uniformity of numerical aperture are required at extremely high levels.
【０００４】露光領域内における照度が均一でない場
合、すなわち照度が露光領域内の位置に依存して変化す
る場合、露光量が不均一になり、その結果感光基板上に
形成されるパターンの線幅が不均一になる。また、露光
領域内における開口数が均一でない場合、すなわち開口
数が露光領域内の位置に依存して変化する場合、空間コ
ヒーレンスが不均一になり、その結果感光基板上に形成
されるパターンの線幅が不均一になる。When the illuminance in the exposure area is not uniform, that is, when the illuminance changes depending on the position in the exposure area, the exposure amount becomes non-uniform, resulting in a line width of the pattern formed on the photosensitive substrate. Becomes uneven. In addition, when the numerical aperture in the exposure area is not uniform, that is, when the numerical aperture changes depending on the position in the exposure area, the spatial coherence becomes non-uniform, and as a result, the lines of the pattern formed on the photosensitive substrate are The width becomes uneven.
【０００５】従来の露光装置では、露光領域内において
照度の均一性と開口数の均一性とを同時に満たしていな
かった。その結果、感光基板上に形成されるパターンの
線幅が不均一になるという不都合があった。本発明は、
前述の課題に鑑みてなされたものであり、露光領域内に
おける照度の均一性と開口数の均一性とを同時に満たす
ことのできる露光装置を提供することを目的とする。In the conventional exposure apparatus, the uniformity of the illuminance and the uniformity of the numerical aperture were not satisfied at the same time in the exposure area. As a result, there is a disadvantage that the line width of the pattern formed on the photosensitive substrate becomes non-uniform. The present invention
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an exposure apparatus that can simultaneously satisfy the uniformity of illuminance and the uniformity of numerical aperture within an exposure region.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１の発明においては、照明光を供給するための光
源手段と、該光源手段からの光束に基づいて複数の光源
像を形成するための多光源像形成手段と、前記複数の光
源像からの光束を集光して所定のパターンが形成された
マスクを重畳的に照明するためのコンデンサー光学系と
を備え、前記マスクのパターン像を感光基板上に形成す
る露光装置において、前記コンデンサー光学系の焦点距
離をＦとし、前記コンデンサー光学系に対する光線の入
射角をθとし、前記光線が前記マスクに入射する位置の
前記光軸からの距離をＹとしたとき、 Ｙ＝Ｆ sinθ の条件を実質的に満足し、前記感光基板上の照度をほぼ
均一にするために、前記感光基板と光学的にほぼ共役な
位置には、位置により透過率が連続的に異なる透過率分
布を有する照度分布補正手段が設けられていることを特
徴とする露光装置を提供する。In order to solve the above problems, in the first invention, a plurality of light source images are formed based on a light source means for supplying illumination light and a light flux from the light source means. And a condenser optical system for converging the light beams from the plurality of light source images to illuminate a mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. In an exposure apparatus for forming an image on a photosensitive substrate, a focal length of the condenser optical system is F, an incident angle of a light ray with respect to the condenser optical system is θ, and the optical axis is at a position where the light ray is incident on the mask. Where Y = F sin θ, and in order to make the illuminance on the photosensitive substrate substantially uniform, the position at a position substantially optically conjugate with the photosensitive substrate is Due to Provided is an exposure apparatus, which is provided with an illuminance distribution correction means having a transmittance distribution with continuously different transmittances.
【０００７】第１の発明の好ましい態様によれば、前記
照度分布補正手段は、透過率が前記光軸から離れるにつ
れて増大するような透過率分布を有する透過フィルター
である。ここで、前記照度分布補正手段は、前記マスク
の近傍または前記マスクと共役な位置に配置された視野
絞りの近傍に配置されることが望ましい。また、前記多
光源像形成手段は、複数の単レンズエレメントからなり
且つ入射面が前記感光基板と光学的にほぼ共役な位置に
位置決めされたフライアイレンズであることが望まし
く、前記照度分布補正手段は、前記フライアイレンズの
前記入射面の近傍に位置決めされているのが好ましい。
また、前記照度分布補正手段は、前記フライアイレンズ
の前記入射面上に設けられても良い。According to a preferred aspect of the first invention, the illuminance distribution correction means is a transmission filter having a transmittance distribution in which the transmittance increases as the distance from the optical axis increases. Here, it is desirable that the illuminance distribution correction means is arranged near the mask or near a field stop arranged at a position conjugate with the mask. Further, the multi-light source image forming means is preferably a fly-eye lens including a plurality of single lens elements and having an incident surface positioned at a position that is substantially conjugate with the photosensitive substrate. Is preferably positioned near the entrance surface of the fly-eye lens.
Further, the illuminance distribution correction means may be provided on the incident surface of the fly-eye lens.
【０００８】また、前記課題を解決するために、第２の
発明においては、照明光を供給するための光源手段と、
該光源手段からの光束に基づいて複数の光源像を形成す
るための多光源像形成手段と、前記複数の光源像からの
光束を集光して所定のパターンが形成されたマスクを重
畳的に照明するためのコンデンサー光学系とを備え、前
記マスクのパターン像を感光基板上に形成する露光装置
において、前記コンデンサー光学系の焦点距離をＦと
し、前記複数の光源像からの光線の光軸に対する射出角
をθとし、前記光線が前記マスクに入射する位置の前記
光軸からの距離をＹとしたとき、 Ｙ＝Ｆ sinθ の条件を実質的に満足し、前記感光基板上の照度をほぼ
均一にするために、前記感光基板上において一点に集光
する光線群が実質的に平行になる位置には、光線の入射
角に依存して透過率が変化する角度特性を有する照度分
布補正手段が設けられていることを特徴とする露光装置
を提供する。In order to solve the above problems, in the second invention, a light source means for supplying illumination light,
The multiple light source image forming means for forming a plurality of light source images based on the light flux from the light source means and the mask on which a predetermined pattern is formed by condensing the light flux from the plurality of light source images in a superimposed manner. A condenser optical system for illuminating, and an exposure apparatus for forming a pattern image of the mask on a photosensitive substrate, wherein a focal length of the condenser optical system is F and an optical axis of a light beam from the plurality of light source images with respect to an optical axis. When the exit angle is θ and the distance from the optical axis at the position where the light beam enters the mask is Y, the condition of Y = F sin θ is substantially satisfied, and the illuminance on the photosensitive substrate is substantially uniform. In order to achieve the above, an illuminance distribution correction means having an angular characteristic in which the transmittance changes depending on the incident angle of the light beam is provided at a position where the light beam group condensed at one point is substantially parallel on the photosensitive substrate. It is provided And an exposure apparatus characterized by the following.
【０００９】第２の発明の好ましい態様によれば、前記
照度分布補正手段は、光束の入射角が大きくなるにつれ
て透過率が増大するような角度特性を有する透過フィル
ターである。また、前記多光源像形成手段は、複数の単
レンズエレメントからなり且つ入射面が前記感光基板と
光学的にほぼ共役な位置に位置決めされたフライアイレ
ンズであり、前記照度分布補正手段は、前記多光源像形
成手段と前記コンデンサー光学系との間の光路中に配置
されているのが好ましい。According to a preferred aspect of the second invention, the illuminance distribution correction means is a transmission filter having an angular characteristic such that the transmittance increases as the incident angle of the light beam increases. Further, the multi-light source image forming means is a fly-eye lens which is composed of a plurality of single lens elements and whose incident surface is positioned at a position substantially optically conjugate with the photosensitive substrate, and the illuminance distribution correcting means is It is preferably arranged in the optical path between the multi-light source image forming means and the condenser optical system.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】まず、開口数の均一性を満足する
ための条件は、コンデンサー光学系の焦点距離をＦと
し、コンデンサー光学系に対する光線の入射角をθとし
たとき、マスクに入射する位置の光軸からの距離（像
高）Ｙが次の式（１）で示す射影関係を満足することで
ある。 Ｙ＝Ｆ sinθ （１）BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the condition for satisfying the uniformity of numerical aperture is that when the focal length of a condenser optical system is F and the incident angle of a light ray on the condenser optical system is θ, it is incident on a mask. That is, the distance (image height) Y from the optical axis of the position satisfies the projective relationship represented by the following expression (1). Y = F sin θ (1)
【００１１】以下、開口数の均一性を満足するための条
件は、コンデンサー光学系が式（１）を満足することで
あることを説明する。一般に、図７に示すように、ある
程度収差の補正された光学系Ｌに対して光学的に共役な
２つの点の間において、以下の式（２）に示す関係が成
立する。 ｎo2 cosθoｄΩoｄＡo＝ｎi2 cosθiｄΩiｄＡi （２）It will be explained below that the condition for satisfying the uniformity of the numerical aperture is that the condenser optical system satisfies the formula (1). In general, as shown in FIG. 7, the relationship shown in the following expression (2) is established between two points which are optically conjugate with the optical system L whose aberration is corrected to some extent.n o 2 cosθ o dΩ o dA o = n i 2 cosθ i dΩ i dA i (2)
【００１２】ここで、 ｎo：物体側の屈折率 θo：物体面の法線と主光線とがなす角度 ｄΩo：物体側の光束の微小立体角 ｄＡo：物体面の微小面積Here, no : Refractive index on the object side θo : Angle formed by the normal line of the object surface and the principal ray dΩo : Small solid angle of the light beam on the object side dAo : Small area of the object surface
【００１３】ｎi：像側の屈折率 θi：像面の法線と主光線とがなす角度 ｄΩi：像側の光束の微小立体角 ｄＡi：像面の微小面積 なお、式（２）に示す関係は、クラジウスの関係と呼ば
れる（鶴田匡夫：応用光学Ｉ、培風館、１９９０年を参
照）。Ni : refractive index on the image side θi : angle formed by the normal to the image plane and the principal ray dΩi : minute solid angle of the light flux on the image side dAi : minute area of the image plane The relationship shown in () is called the Clausius relationship (see Masao Tsuruta: Applied Optics I, Baifukan, 1990).
【００１４】ここで、図８に示す光学系について考え
る。図８において、光軸（Ｘ軸）からＹ方向に距離Ｙo
だけ離れた物点Ａからの光が、開口絞り１４および光学
系１３を介して光軸からＹ方向に距離Ｙiだけ離れた像
点Ａ’に集光する。なお、光学系１３よりも像側におい
て主光線αは光軸と平行である。図８において、光学系
１３の焦点距離をＦcとし、光学系１３に対する光線の
入射角をθmeとしたとき、像高Ｙiが次の式（３）で示
す射影関係を満足するものとする。 Ｙi＝ＦcＪ（θme） （３） なお、Ｊ（θme）はθmeの関数を表している。Now, consider the optical system shown in FIG. In FIG. 8, a distance Yo from the optical axis (X axis) in the Y direction
The light from the object point A distant by a certain distance is condensed via the aperture stop 14 and the optical system 13 at the image point A ′ which is a distance Yi away from the optical axis in the Y direction. The chief ray α is parallel to the optical axis on the image side of the optical system 13. In FIG. 8, assuming that the focal length of the optical system 13 is Fc and the incident angle of the light beam on the optical system 13 is θme , the image height Yi satisfies the projective relationship shown in the following expression (3). To do. Yi = Fc J (θme ) (3) Note that J (θme ) represents a function of θme .
【００１５】そして、Ｘ軸に関する回転量をφとして、
上述の式（２）に示す関係を図８の光学系について適用
すると、次の式（４）に示す関係が得られる。Then, with the rotation amount about the X axis being φ,
When the relationship shown in the above equation (2) is applied to the optical system of FIG. 8, the relationship shown in the following equation (4) is obtained.
【数１】 cosθme｛πdrydrzcos θme／（ｓ／ cosθme）2｝ＹoｄφｄＹo ＝πｄνｄμＦc2Ｊ（θme）ｄφ｛ｄＪ（θme）／ｄθme｝ｄθme （４）[Mathematical formula-see original document] cos θme {πdry drz cos θme / (s / cos θme )2 } Yo dφdYo = πdνdμFc2 J (θme ) dφ {dJ (θme ) / dθme } dθme ( 4)
【００１６】ここで、 dry, drz：開口絞り１４の開口の半径であり、物点Ａ
から開口までの距離に対して微小量であるものとする ｓ ：物点Ａから開口までの光軸に沿った距離 ｄφ ：φの微小量 ｄＹo：Ｙoの微小量 ｄν ：像点Ａ’に入射する光束の主光線に対するメリ
ディオナル方向最大入射角であり、ｄν≒ sinｄνが成
り立つ程度の微小量であるものとする ｄμ ：像点Ａ’に入射する光束の主光線に対するサジ
タル方向最大入射角であり、ｄμ≒ sinｄμが成り立つ
程度の微小量であるものとする ｄθme：θmeの微小量 π ：円周率 なお、ｄＪ（θme）／ｄθmeは、Ｊ（θme）のθmeにつ
いての微分である。Where dry and drz are the radii of the aperture of the aperture stop 14 and the object point A
It assumed to be very small amount relative to the distance to the aperture from the s: distance along the optical axis from the object point A to the opening d.phi: small amount dYo of phi: Yo of minute amount dv: image point A ' Is the maximum incidence angle of the light beam incident on the principal ray in the meridional direction, and is assumed to be a minute amount such that dν ≈ sindν holds. Dμ: The maximum incident angle of the light beam incident on the image point A ′ in the sagittal direction It is assumed that there is a small amount such that dμ≈sindμ holds. Dθme : Minute amount of θme π: Circularity Note that dJ (θme ) / dθme is about θme of J (θme ). Is the derivative of.
【００１７】式（４）をメリディオナル方向（ＸＹ平面
方向）に関する成分とサジタル方向（ＸＺ平面方向）に
関する成分とに分けると、メリディオナル方向に関して
次の式（５）に示す関係を、サジタル方向に関して次の
式（６）に示す関係を得ることができる。When the equation (4) is divided into a component relating to the meridional direction (XY plane direction) and a component relating to the sagittal direction (XZ plane direction), the relation shown in the following equation (5) for the meridional direction is given as follows for the sagittal direction. The relationship shown in equation (6) can be obtained.
【数２】 cosθme｛drycos θme／（ｓ／ cosθme）｝ｄＹo ＝ｄνＦc｛ｄＪ（θme）／ｄθme｝ｄθme （５）## EQU2 ## cos θme {dry cos θme / (s / cos θme )} dYo = dνFc {dJ (θme ) / dθme } dθme (5)
【００１８】[0018]
【数３】 ｛drz／（ｓ／ cosθme）｝Ｙoｄφ ＝ｄμＦcＪ（θme）ｄφ （６）## EQU00003 ## {drz / (s / cos θme )} Yo dφ = d μFc J (θme ) dφ (6)
【００１９】ここで、Ｙo＝ｓ tanθmeおよびｄＹo／
ｄθme＝ｓ／cos2θmeの関係により、式（５）および
（６）をそれぞれ次の式（７）および（８）のように表
すことができる。 ｄν＝drycos θme／｛ＦcｄＪ（θme）／ｄθme｝ （７） ｄμ＝drzsin θme／｛ＦcＪ（θme）｝ （８）Where Yo = s tan θme and dYo /
From the relationship of dθme = s / cos2 θme , the equations (5) and (6) can be expressed as the following equations (7) and (8), respectively.dν = dr y cos θ me / {F c dJ (θ me) / dθ me} (7) dμ = dr z sin θ me / {F c J (θ me)} (8)
【００２０】テレセントリックな照明光について、その
メリディオナル方向の開口数ＮＡmおよびサジタル方向
の開口数ＮＡsは、式（７）および（８）をそれぞれ積
分することにより求めることができる。図８において、
入射角θmeが変化し物点Ａおよび像点Ａ’の位置が光軸
に対して垂直に移動しても、収差が発生しなければ、光
学的に共役な２つの点ＡとＡ’との間は正弦条件を満た
しているはずである。The numerical aperture NAm in the meridional direction and the numerical aperture NAs in the sagittal direction of the telecentric illumination light can be obtained by integrating equations (7) and (8), respectively. In FIG.
Even if the incident angle θme changes and the positions of the object point A and the image point A ′ move perpendicularly to the optical axis, if no aberration occurs, two optically conjugate points A and A ′ During the period, the sine condition should be satisfied.
【００２１】したがって、式（７）および（８）をそれ
ぞれ積分することにより、メリディオナル方向の開口数
ＮＡmおよびサジタル方向の開口数ＮＡsは、次の式
（９）および（10）で表される。 ＮＡm＝ｒycos θme／｛ＦcｄＪ（θme）／ｄθme｝ （９） ＮＡs＝ｒzsin θme／｛ＦcＪ（θme）｝ （10）Therefore, by integrating equations (7) and (8), the numerical aperture NAm in the meridional direction and the numerical aperture NAs in the sagittal direction are expressed by the following equations (9) and (10). It NAm = ry cos θme / {Fc dJ (θme ) /d θme } (9) NAs = rz sin θme / {Fc J (θme )} (10)
【００２２】ここで、Ｊ（θme）＝ sinθme（すなわち
光学系１３の射影関係をＹi＝Ｆcsinθme）とすれば、
メリディオナル方向の開口数ＮＡmおよびサジタル方向
の開口数ＮＡsは入射角θmeに依存することなく、すな
わち像高Ｙiに依存することなく一定となる。こうし
て、開口絞り１４を光源像に光学系１３をコンデンサー
光学系にそれぞれ置き換えてみると、開口数の均一性を
満足するための条件は、コンデンサー光学系が上述の式
（１）を満足することであることがわかる。Here, if J (θme ) = sin θme (that is, the projective relationship of the optical system 13 is Yi = Fc sin θme ),
The numerical aperture NAm in the meridional direction and the numerical aperture NAs in the sagittal direction are constant without depending on the incident angle θme , that is, without depending on the image height Yi . In this way, when the aperture stop 14 is replaced by the light source image and the optical system 13 is replaced by the condenser optical system, the condition for satisfying the uniformity of the numerical aperture is that the condenser optical system satisfies the above formula (1). It can be seen that it is.
【００２３】ただし、従来技術にしたがう露光装置で
は、式（１）の射影関係を満たすようなコンデンサー光
学系を用いると、以下の２つの理由により、露光領域内
での照度の均一性を満足することができなかった。However, in the exposure apparatus according to the prior art, if the condenser optical system satisfying the projection relation of the expression (1) is used, the uniformity of the illuminance in the exposure area is satisfied for the following two reasons. I couldn't.
【００２４】第１の理由は、コンデンサー光学系および
投影光学系を構成する各レンズに施された反射防止膜の
角度特性に起因する。反射防止膜は、硝子表面に複数枚
の誘電体の薄膜を蒸着して形成され、反射光を振幅分割
して多数の光の位相をずらして干渉させることによって
反射光を消す。位相のずらし方は膜の厚さで制御される
ため、光束の入射角度が異なると反射防止の効果に差異
が発生する。一般に、レンズを使用する光学系では、レ
ンズ周辺を透過する光線ほど大きく折り曲げられ入射角
は大きい。一方、反射防止膜は垂直入射に対して設計さ
れているので、入射角の大きい光ほど反射され易い。そ
の結果、露光装置の場合、露光領域内において像高が大
きいほど、すなわち光軸から離れるにしたがって照度が
低下する傾向となる。The first reason is due to the angular characteristic of the antireflection film formed on each lens constituting the condenser optical system and the projection optical system. The antireflection film is formed by vapor-depositing a plurality of dielectric thin films on the glass surface, and the reflected light is extinguished by amplitude-dividing the reflected light and shifting the phases of many lights to cause interference. Since how to shift the phase is controlled by the thickness of the film, if the incident angle of the light beam is different, a difference occurs in the antireflection effect. Generally, in an optical system using a lens, a light ray that passes through the periphery of the lens is bent to a larger extent and has a large incident angle. On the other hand, since the antireflection film is designed for vertical incidence, light having a larger incident angle is more likely to be reflected. As a result, in the case of the exposure apparatus, the illuminance tends to decrease as the image height increases in the exposure area, that is, as the distance from the optical axis increases.
【００２５】第２の理由は、多光源像形成手段として用
いられるフライアイレンズの正弦条件違反量に起因す
る。図９は、フライアイレンズの光路図である。図９に
おいて、フライアイレンズを構成する各レンズエレメン
トへの光線の入射高をｙとし、各レンズエレメントの焦
点距離をｆとし、光線の射出角をθとして、次の式（1
1）で示す関係が成立するものとする。 ｙ＝ｆｇ（θ） （11） なお、ｇ（θ）は、光線の射出角θに関する所定の関数
である。The second reason is due to the amount of violation of the sine condition of the fly-eye lens used as the multi-light source image forming means. FIG. 9 is an optical path diagram of the fly-eye lens. In FIG. 9, the incident height of a light ray on each lens element that constitutes the fly-eye lens is y, the focal length of each lens element is f, and the exit angle of the light ray is θ.
The relationship shown in 1) shall be established. y = fg (θ) (11) Note that g (θ) is a predetermined function relating to the exit angle θ of the light beam.
【００２６】このとき、フライアイレンズの射出面にお
ける放射輝度分布Ｌ（θ）は、反射防止膜等の影響を無
視すれば、次の式（12）で与えられる。 Ｌ（θ）＝Ｌ（０）ｇ（θ）ｇ’（θ）／（ sinθ cosθ） （12） ここで、ｇ’（θ）はｇ（θ）のθによる微分（ｄｇ
（θ）／ｄθ）である（森 孝司：”ステッパーの照明
光学系”，光アライアンス，vol.5(1994), No.3,P32〜P
35,日本工業出版を参照）。At this time, the radiance distribution L (θ) on the exit surface of the fly-eye lens is given by the following equation (12), ignoring the influence of the antireflection film and the like. L (θ) = L (0) g (θ) g '(θ) / (sinθ cosθ) (12) where g' (θ) is the derivative of g (θ) with respect to θ (dg
(Θ) / dθ) (Koji Mori: “Stepper Illumination Optical System”, Optical Alliance, vol.5 (1994), No.3, P32〜P
35, see Nippon Kogyo Publishing).
【００２７】また、コンデンサー光学系の焦点距離をＦ
とし、コンデンサー光学系への光線の入射角をθとし、
その光線の像高をＹとして、次の式（13）で示す射影関
係が成立するものとする。 Ｙ＝ＦＧ（θ） （13） なお、Ｇ（θ）は、光線の入射角θに関する所定の関数
である。The focal length of the condenser optical system is F
And the incident angle of the light beam to the condenser optical system is θ,
Assume that the image height of the light ray is Y, and the projective relationship shown in the following Expression (13) is established. Y = FG (θ) (13) Note that G (θ) is a predetermined function related to the incident angle θ of the light ray.
【００２８】このとき、被照射面での放射照度Ｅ（Ｙ）
は、反射防止膜等の影響を無視すれば、次の式（14）で
与えられる。 E(Y) ＝E(0)｛L(θ) ／L(0)｝ cosθ sinθ／｛G(θ)G'(θ) ｝ （14） ここで、Ｇ’（θ）はＧ（θ）のθによる微分（ｄＧ
（θ）／ｄθ）である。At this time, the irradiance E (Y) on the irradiated surface
Is given by the following equation (14), ignoring the influence of the antireflection film and the like. E (Y) = E (0) {L (θ) / L (0)} cosθ sin θ / {G (θ) G '(θ)} (14) where G' (θ) is G (θ) Of θ with respect to (dG
(Θ) / dθ).
【００２９】したがって、式（12）の関係を式（14）に
代入することによって、次の式（15）に示す関係が得ら
れる。 Ｅ（Ｙ）＝Ｅ（０）ｇ（θ）ｇ’（θ）／｛Ｇ（θ）Ｇ’（θ）｝（15） 前述したように、開口数の均一性を満足するための条件
として、Ｇ（θ）＝ sinθが成立しているものとする。
したがって、上述の式（15）を、以下の式（16）のよう
に書き換えることができる。 Ｅ（Ｙ）＝Ｅ（０）ｇ（θ）ｇ’（θ）／｛ sinθ cosθ｝ （16）Therefore, by substituting the relationship of the expression (12) into the expression (14), the relationship shown in the following expression (15) is obtained. E (Y) = E (0) g (θ) g '(θ) / {G (θ) G' (θ)} (15) As described above, as a condition for satisfying the uniformity of the numerical aperture, , G (θ) = sin θ holds.
Therefore, the above equation (15) can be rewritten as the following equation (16). E (Y) = E (0) g (θ) g '(θ) / {sinθ cosθ} (16)
【００３０】ここで、ｇ（θ）について考察する。通
常、露光装置に用いられるフライアイレンズは、図９に
示すように、複数の単レンズエレメントからなる。そし
て、各レンズエレメントの対向する屈折面（入射面およ
び射出面）が互いに他方の屈折面の焦点位置にほぼ一致
するように構成されている。すなわち、各レンズエレメ
ントの対向する屈折面が互いに他方のフィールドレンズ
の役割を果たしている。Now, g (θ) will be considered. Usually, a fly-eye lens used in an exposure apparatus is composed of a plurality of single lens elements, as shown in FIG. The refracting surfaces (incident surface and exit surface) of each lens element facing each other are substantially aligned with the focal positions of the other refracting surface. That is, the opposing refracting surfaces of the respective lens elements play the role of the other field lens.
【００３１】したがって、フライアイレンズのパワー
（屈折力：フライアイレンズの焦点距離の逆数）は、各
レンズエレメントの１つの屈折面によって担われてお
り、比較的明るいフライアイレンズでは正弦条件の不満
足量（違反量）を無視することができない。その結果、
露光領域における照度の均一性および開口数の均一性を
同時に満足することができない。Therefore, the power of the fly-eye lens (refractive power: the reciprocal of the focal length of the fly-eye lens) is borne by one refracting surface of each lens element, and the sine condition is not satisfied with a relatively bright fly-eye lens. The amount (violation amount) cannot be ignored. as a result,
It is not possible to simultaneously satisfy the uniformity of illuminance and the uniformity of numerical aperture in the exposure area.
【００３２】フライアイレンズの正弦条件不満足量ＯＳ
Ｃは、次の式（17）に示すように定義することができ
る。 ＯＳＣ＝ｙ／ sinθ−ｆ （17） 式（17）より、像高ｙは次の式（18）で表される。 ｙ＝ｆ（１＋ＯＳＣ／ｆ） sinθ （18）OS not satisfying the sine condition of the fly-eye lens
C can be defined as shown in the following equation (17). OSC = y / sin θ−f (17) From the expression (17), the image height y is expressed by the following expression (18). y = f (1 + OSC / f) sin θ (18)
【００３３】したがって、式（11）を参照すると、ｇ
（θ）は次の式（19）で表される。 ｇ（θ）＝（１＋ＯＳＣ／ｆ） sinθ （19） ここで、次の式（20）に示すように、正弦条件不満足量
ＯＳＣに対応する量として関数ＤＳ（θ）を導入する。 ＤＳ（θ）＝ＯＳＣ／ｆ （20）Therefore, referring to the equation (11), g
(Θ) is expressed by the following equation (19). g (θ) = (1 + OSC / f) sin θ (19) Here, as shown in the following equation (20), the function DS (θ) is introduced as an amount corresponding to the sine condition dissatisfaction amount OSC. DS (θ) = OSC / f (20)
【００３４】こうして、ｇ（θ）およびｇ’（θ）は、
それぞれ次の（21）および（22）で表される。 ｇ（θ）＝｛１＋ＤＳ（θ）｝ sinθ （21） ｇ’（θ）＝ sinθＤＳ’（θ）＋｛１＋ＤＳ（θ）｝ cosθ （22） ここで、ＤＳ’（θ）はＤＳ（θ）のθによる微分（ｄ
ＤＳ（θ）／ｄθ）である。Thus, g (θ) and g '(θ) are
They are represented by (21) and (22) below. g (θ) = {1 + DS (θ)} sinθ (21) g '(θ) = sinθ DS' (θ) + {1 + DS (θ)} cosθ (22) where DS '(θ) is DS (θ) Differentiation of θ by (d
DS (θ) / dθ).
【００３５】なお、三次収差の範囲内においては、関数
ＤＳ（θ）を次の式（23）のように表すことができる。 ＤＳ（θ）＝Ｋsin2θ （23） ここで、Ｋは定数である。In the range of the third-order aberration, the function DS (θ) can be expressed by the following equation (23). DS (θ) = Ksin2 θ (23) Here, K is a constant.
【００３６】こうして、ｇ（θ）およびｇ’（θ）は、
それぞれ次の式（24）および（25）で表される。 ｇ（θ）＝（１＋Ｋsin2θ） sinθ （24） ｇ’（θ）＝ sinθ２Ｋ sinθ cosθ＋（１＋Ｋsin2θ） cosθ （25） 式（24）および（25）の関係を式（16）に代入して、次
の式（26）に示すような関係が得られる。 Ｅ（Ｙ）＝Ｅ（０）（１＋Ｋsin2θ）（１＋３Ｋsin2θ） （26）Thus, g (θ) and g '(θ) are
They are expressed by the following equations (24) and (25), respectively. g (θ) = (1 + Ksin2 θ) sinθ (24) g '(θ) = sinθ2K sinθ cosθ + (1 + Ksin2 θ) cosθ (25) Substituting the relationships of equations (24) and (25) into equation (16). Then, the relation as shown in the following equation (26) is obtained. E (Y) = E (0) (1 + Ksin2 θ) (1 + 3Ksin2 θ) (26)
【００３７】図１０は、図９のフライアイレンズの正弦
条件不満足量の一例を示す図である。図１０では、正弦
条件不満足量ＯＳＣに対応する量を表す関数ＤＳ（θ）
（＝ＯＳＣ／ｆ）を縦軸に、２ｙ／ｆ（＝１／ＦNO，ｙ
＝ｆｇ（θ））を横軸に示している。すなわち、図１０
は、レンズエレメントの屈折率ｎが１．４、１．５、
１．６および１．７の場合について、関数ＤＳ（θ）の
変化をレンズエレメントのＦナンバー（ＦNO）の逆数の
関数として示している。FIG. 10 is a diagram showing an example of the sine condition dissatisfaction amount of the fly-eye lens of FIG. In FIG. 10, the function DS (θ) representing the quantity corresponding to the sine condition dissatisfaction quantity OSC
(= OSC / f) on the vertical axis, 2y / f (= 1 / FNO, y
= Fg (θ)) is shown on the horizontal axis. That is, FIG.
Is the refractive index n of the lens element is 1.4, 1.5,
The variation of the function DS (θ) is shown as a function of the reciprocal of the lens element F-number (FNO) for the cases 1.6 and 1.7.
【００３８】図１０から明らかなように、フライアイレ
ンズの屈折率が高くなるにつれて、正弦条件不満足量Ｏ
ＳＣに対応する量ＤＳ（θ）が小さくなることがわか
る。しかしながら、半導体露光装置で使用される紫外線
領域の露光光に対して、透過率および紫外線耐性に優れ
た高屈折材料を得ることは容易ではなく、実際には屈折
率ｎが１．４〜１．７程度の光学材料に限定されてしま
う。このため、定数Ｋの値は、約−０．４５になる。As is clear from FIG. 10, as the refractive index of the fly-eye lens increases, the sine condition dissatisfaction amount O
It can be seen that the amount DS (θ) corresponding to SC becomes smaller. However, it is not easy to obtain a highly refractive material having excellent transmittance and ultraviolet resistance to exposure light in the ultraviolet region used in a semiconductor exposure apparatus, and actually, the refractive index n is 1.4 to 1. It is limited to about 7 optical materials. Therefore, the value of the constant K is about −0.45.
【００３９】このように、露光装置において通常使用さ
れるフライアイレンズでは、定数Ｋは少なくとも負の値
である。したがって、上述の式（26）を参照すると、コ
ンデンサー光学系の射影関係が前述の式（１）を満足し
ていると、露光領域内において光軸から離れるにしたが
って照度が低下する傾向があることがわかる。As described above, in the fly-eye lens normally used in the exposure apparatus, the constant K is at least a negative value. Therefore, referring to the above formula (26), if the projection relationship of the condenser optical system satisfies the above formula (1), the illuminance tends to decrease in the exposure area as the distance from the optical axis increases. I understand.
【００４０】以上より、式（１）に示す射影関係を満足
するコンデンサー光学系を用いて開口数の均一性を確保
しても、露光領域内の中央では照度が高く周辺では照度
の低い照度むらが発生し、照度の均一性を確保すること
ができないことがわかる。そこで、本発明の第１発明で
は、感光基板上の露光領域内の照度をほぼ均一にするた
めに、感光基板と光学的にほぼ共役な位置に、たとえば
光軸からの距離に依存して変化する透過率分布を有する
透過フィルターを照度分布補正手段として設けている。From the above, even if the uniformity of the numerical aperture is ensured by using the condenser optical system satisfying the projection relation shown in the equation (1), the illuminance unevenness is high in the center of the exposure area and low in the periphery. Therefore, it is understood that the uniformity of illuminance cannot be ensured. Therefore, in the first aspect of the present invention, in order to make the illuminance within the exposure area on the photosensitive substrate substantially uniform, the illuminance is changed to a position that is substantially conjugate with the photosensitive substrate, for example, depending on the distance from the optical axis. A transmission filter having a transmittance distribution is provided as an illuminance distribution correction means.
【００４１】前述したように、コンデンサーレンズの射
影関係が式（１）を満足する露光装置においては、何ら
対策を講じなければ、露光領域内において光軸から離れ
るにしたがって照度が低下する傾向がある。すなわち、
コンデンサーレンズの射影関係が式（１）を満足する露
光装置では、通常、図１１に示すように、露光領域内の
各位置における照度が光軸から離れるにしたがって低下
するようなほぼ回転対称の照度分布を有する。この場
合、図１２に示すように、中心から離れるにつれて透過
率が増大するような透過フィルターをたとえばマスク近
傍に配置することによって、露光領域内の照度を均一に
する。こうして、第１発明において、露光領域内におい
て、開口数の均一性に加えて照度の均一性も同時に確保
することができる。As described above, in the exposure apparatus in which the projection relationship of the condenser lens satisfies the expression (1), the illuminance tends to decrease in the exposure area as the distance from the optical axis increases, if no measures are taken. . That is,
In an exposure apparatus in which the projection relationship of the condenser lens satisfies Expression (1), as shown in FIG. 11, normally, the illuminance at each position in the exposure area decreases as it moves away from the optical axis, and the illuminance is substantially rotationally symmetrical. Have a distribution. In this case, as shown in FIG. 12, the illuminance in the exposure area is made uniform by disposing a transmission filter whose transmittance increases as the distance from the center increases, for example, in the vicinity of the mask. Thus, in the first aspect, in the exposure area, not only the uniformity of the numerical aperture but also the uniformity of the illuminance can be ensured at the same time.
【００４２】このように、中心からの距離に依存して変
化する透過率分布を有する透過フィルターを使用する方
法では、透過率分布に応じて各露光位置の照度を変化さ
せることができる。換言すれば、反射防止膜の角度特性
およびフライアイレンズの正弦条件不満足量以外の要因
（たとえば製造誤差）に起因するような照度むらも補正
することができる。なお、以下の理由により、感光基板
と光学的にほぼ共役な位置として、特にフライアイレン
ズの入射面の近傍に上述の透過フィルターを設けるのが
好ましい。As described above, in the method of using the transmission filter having the transmittance distribution that changes depending on the distance from the center, the illuminance at each exposure position can be changed according to the transmittance distribution. In other words, it is possible to correct illuminance unevenness caused by factors other than the angular characteristics of the antireflection film and the sine condition dissatisfaction amount of the fly-eye lens (for example, manufacturing error). For the following reasons, it is preferable to provide the above-mentioned transmission filter at a position that is substantially conjugate with the photosensitive substrate, especially near the entrance surface of the fly-eye lens.
【００４３】まず、フライアイレンズの入射面において
入射光束が波面分割されマスク上において重畳される。
したがって、フライアイレンズの複数のレンズエレメン
トのうちたとえば１つのレンズエレメントの入射面の近
傍に透過フィルターを配置しても、マスク上における照
度分布の変化に対する効きが弱いので微調整が可能にな
る。First, the incident light beam is wavefront-divided on the incident surface of the fly-eye lens and superposed on the mask.
Therefore, even if a transmission filter is arranged in the vicinity of the incident surface of one of the plurality of lens elements of the fly-eye lens, the effect on the change of the illuminance distribution on the mask is weak, and fine adjustment is possible.
【００４４】また、フライアイレンズの各レンズエレメ
ントが単レンズであるため、大きな収差が発生する。し
たがって、図１３に示すように、透過フィルターの透過
率が階段状の分布を有する場合にも、マスク上ひいては
感光基板上においては連続で滑らかに変化する照度分布
を得ることができる。また、フライアイレンズを構成す
るすべてのレンズエレメントに対して透過率を補正する
ような透過フィルターを使用すれば、前述した微調整が
可能であるというメリットはなくなるものの、近年標準
的な技術となりつつある露光装置照明系の開口絞りの切
り換えに対しても、開口絞りを異なる形状のものに切り
換えた時に照度均一性を保つことができる。Moreover, since each lens element of the fly-eye lens is a single lens, a large aberration occurs. Therefore, as shown in FIG. 13, even when the transmittance of the transmission filter has a stepwise distribution, it is possible to obtain an illuminance distribution that continuously and smoothly changes on the mask and then on the photosensitive substrate. Also, if a transmission filter that corrects the transmittance is used for all the lens elements that make up the fly-eye lens, the merit of fine adjustment described above is lost, but it has become a standard technology in recent years. Even when the aperture stop of a certain exposure apparatus illumination system is switched, the illuminance uniformity can be maintained when the aperture stop is switched to a different shape.
【００４５】また、本発明の第２発明では、感光基板上
の露光領域内の照度をほぼ均一にするために、感光基板
上において一点に集光する光線群がほぼ平行になる位置
に、光線の入射角に依存して透過率が変化する角度特性
を有する透過フィルターを照度分布補正手段として設け
ている。この透過フィルターは、図１４に示すように、
垂直入射光に対する透過率が最も小さく、入射角が大き
くなるにつれて透過率が増大するような角度特性を有す
る。一般に、露光装置では、フライアイレンズのような
多光源像形成手段とコンデンサー光学系との間の光路中
で、感光基板上において一点に集光する光線群がほぼ平
行になる。According to the second aspect of the present invention, in order to make the illuminance within the exposure area on the photosensitive substrate substantially uniform, the light beams focused on one point on the photosensitive substrate are set to be substantially parallel to each other. A transmission filter having an angular characteristic in which the transmittance changes depending on the incident angle of is provided as the illuminance distribution correction means. This transmission filter, as shown in FIG.
It has an angle characteristic such that the transmittance for vertically incident light is the smallest and the transmittance increases as the incident angle increases. Generally, in an exposure apparatus, a group of light rays focused at one point on a photosensitive substrate are substantially parallel in the optical path between a multi-light source image forming means such as a fly's eye lens and a condenser optical system.
【００４６】なお、フライアイレンズとコンデンサー光
学系との間の光路中に透過フィルターを配置した場合、
感光基板上において露光領域の周辺に集光する光ほど透
過フィルターへの入射角は大きい。したがって、小さな
入射角で透過フィルターを通過して露光領域の中央に集
光する光に対する透過率は小さく、大きな入射角で透過
フィルターを通過して露光領域の周辺に集光する光に対
する透過率は大きい。すなわち、露光領域の周辺よりも
中央に集光する光の光量を減じることにより、露光領領
域内において均一な照度分布を得ることができる。こう
して、第２発明においても、露光領域内において、開口
数の均一性に加えて照度の均一性も同時に確保すること
ができる。When a transmission filter is arranged in the optical path between the fly-eye lens and the condenser optical system,
The more the light is focused on the periphery of the exposure area on the photosensitive substrate, the larger the angle of incidence on the transmission filter is. Therefore, the transmittance for light that passes through the transmission filter at a small incident angle and is condensed in the center of the exposure area is small, and the transmittance for light that passes through the transmission filter at a large incident angle and is condensed around the exposure area is small. large. That is, it is possible to obtain a uniform illuminance distribution in the exposure area by reducing the light amount of the light condensed in the center of the exposure area rather than the periphery thereof. Thus, also in the second aspect of the invention, it is possible to secure not only the numerical aperture uniformity but also the illuminance uniformity in the exposure area.
【００４７】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の第１実施例にかかる露光装置
の構成を概略的に示す図である。図示の露光装置は、た
とえば超高圧水銀ランプからなる光源１を備えている。
光源１は、回転楕円面からなる反射面を有する集光鏡
（楕円鏡）２の第１焦点位置２１に位置決めされてい
る。したがって、光源１から射出された照明光束は、楕
円鏡２の第２焦点位置２２に光源像（二次光源）を形成
する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing the arrangement of an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention. The illustrated exposure apparatus is provided with a light source 1 which is, for example, an ultrahigh pressure mercury lamp.
The light source 1 is positioned at a first focus position 21 of a condenser mirror (elliptic mirror) 2 having a reflecting surface formed of a spheroidal surface. Therefore, the illumination light flux emitted from the light source 1 forms a light source image (secondary light source) at the second focal position 22 of the elliptical mirror 2.
【００４８】この光源像からの光束は、コリメートレン
ズ３によりほぼ平行な光束に変換された後、バンドパス
透過フィルター４に入射する。バンドパス透過フィルタ
ー４では、露光波長（水銀の輝線436nm （ｇ線）、365n
m （ｉ線）等）の照明光が選択され、フライアイレンズ
５に入射する。The light flux from this light source image is converted into a substantially parallel light flux by the collimator lens 3, and then enters the bandpass transmission filter 4. With the bandpass transmission filter 4, the exposure wavelength (mercury emission line 436 nm (g line), 365n
Illumination light of m (i line) or the like is selected and enters the fly-eye lens 5.
【００４９】フライアイレンズ５に入射した光束は、フ
ライアイレンズ５を構成する複数のレンズエレメントに
より二次元的に分割され、フライアイレンズ５の後側焦
点位置（すなわち射出面近傍）に複数の光源像（三次光
源）を形成する。このように、フライアイレンズ５は、
光源１からの光束に基づいて複数の光源像を形成する多
光源像形成手段を構成している。The light flux incident on the fly-eye lens 5 is two-dimensionally divided by a plurality of lens elements forming the fly-eye lens 5, and a plurality of light beams are placed at the rear focal position of the fly-eye lens 5 (that is, near the exit surface). A light source image (tertiary light source) is formed. In this way, the fly-eye lens 5
A multi-light source image forming unit that forms a plurality of light source images based on the light flux from the light source 1 is configured.
【００５０】複数の光源像からの光束は、フライアイレ
ンズ５の射出面５２に配置された開口絞り６により制限
された後、コンデンサーレンズ７に入射する。コンデン
サーレンズ７を介して集光された光は、投影露光用のパ
ターンが形成されたマスク８を重畳的に均一に照明す
る。Light fluxes from a plurality of light source images enter the condenser lens 7 after being restricted by the aperture stop 6 arranged on the exit surface 52 of the fly-eye lens 5. The light condensed via the condenser lens 7 uniformly illuminates the mask 8 on which a pattern for projection exposure is formed in a superimposed manner.
【００５１】マスク８を透過した光束は、投影光学系９
を介して、感光基板であるウエハ１０に達する。こうし
て、ウエハ１０上には、マスク８のパターン像が形成さ
れる。ウエハ１０は、投影光学系９の光軸ＡＸに対して
垂直な平面内において二次元的に移動可能なウエハステ
ージ（不図示）上に支持されている。したがって、ウエ
ハ１０を二次元的に移動させながら露光を行うことによ
り、ウエハ１０の各露光領域にマスク８のパターンを逐
次転写することができる。The light flux transmitted through the mask 8 is projected by the projection optical system 9
The wafer 10 which is a photosensitive substrate is reached through the. Thus, the pattern image of the mask 8 is formed on the wafer 10. The wafer 10 is supported on a wafer stage (not shown) that is two-dimensionally movable in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 9. Therefore, by performing the exposure while moving the wafer 10 two-dimensionally, the pattern of the mask 8 can be sequentially transferred to each exposure region of the wafer 10.
【００５２】図２は、図１のフライアイレンズ５の構成
を概略的に示す図であって、（ａ）はフライアイレンズ
５を光軸ＡＸに沿ってみた図であり、（ｂ）はフライア
イレンズ５の側面図である。図５（ａ）および（ｂ）に
示すように、フライアイレンズ５は、光軸ＡＸに垂直な
平面内において矩形の断面形状を有する多数のレンズエ
レメント５ａを縦横に且つ稠密に配列することによって
構成されている。そして、図５（ａ）中実線の円で示す
ように、開口絞り６の最大開口が、フライアイレンズ５
の全断面外形の内側に収まるように寸法決めている。2A and 2B are schematic views showing the configuration of the fly-eye lens 5 in FIG. 1, where FIG. 2A is a view of the fly-eye lens 5 taken along the optical axis AX, and FIG. It is a side view of the fly-eye lens 5. As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the fly-eye lens 5 is formed by arranging a large number of lens elements 5a having a rectangular sectional shape in a plane perpendicular to the optical axis AX vertically and horizontally and densely. It is configured. Then, as shown by the solid circle in FIG. 5A, the maximum aperture of the aperture stop 6 is the fly-eye lens 5.
Is dimensioned so that it fits inside the entire cross-section of the.
【００５３】図１の露光装置では、被照射面（マスク８
ひいてはウエハ１０）の照明開口数は、フライアイレン
ズ５の射出面５２に配置された開口絞り６の開口径によ
って規定される。照明開口数は、投影像の解像力、焦点
深度、像質等に大きな影響を与えるため、投影光学系９
の開口数、パターン寸法に応じて最適な値に設定されな
ければならない。In the exposure apparatus of FIG. 1, the surface to be illuminated (mask 8
Consequently, the illumination numerical aperture of the wafer 10) is defined by the aperture diameter of the aperture stop 6 arranged on the exit surface 52 of the fly-eye lens 5. Since the illumination numerical aperture has a great influence on the resolution of the projected image, the depth of focus, the image quality, etc., the projection optical system 9
It must be set to an optimum value according to the numerical aperture and pattern size.
【００５４】なお、ウエハ１０の露光面は、マスク８の
パターン面およびフライアイレンズ５の入射面５１と光
学的に共役である。そして、フライアイレンズ５を構成
する各レンズエレメント５ａの入射面がそれぞれ視野絞
りとなり、この視野絞りで制限された光束がコンデンサ
ーレンズ７を介してマスク８上ひいてはウエハ１０上で
重畳される。The exposure surface of the wafer 10 is optically conjugate with the pattern surface of the mask 8 and the incident surface 51 of the fly-eye lens 5. The incident surface of each lens element 5a forming the fly-eye lens 5 serves as a field stop, and the light flux limited by this field stop is superposed on the mask 8 and further on the wafer 10 via the condenser lens 7.
【００５５】したがって、フライアイレンズ５を構成す
る各レンズエレメント５ａの断面形状は、マスク８上の
照明領域と相似な形状となるように規定されている。一
般に、半導体露光装置では、マスク８上において矩形状
のパターン領域に転写用のパターンが形成されているの
で、マスク８上の照明領域も矩形状となる。したがっ
て、上述したように、フライアイレンズ５は、断面が矩
形状のレンズエレメント５ａを稠密に組み立てて構成さ
れ、その全断面の外形は開口絞り６の最大開口を含む広
がりを有する。Therefore, the cross-sectional shape of each lens element 5a forming the fly-eye lens 5 is defined to be similar to the illumination area on the mask 8. Generally, in the semiconductor exposure apparatus, since the transfer pattern is formed in the rectangular pattern area on the mask 8, the illumination area on the mask 8 is also rectangular. Therefore, as described above, the fly-eye lens 5 is configured by densely assembling the lens elements 5a having a rectangular cross section, and the outer shape of the entire cross section has a spread including the maximum aperture of the aperture stop 6.
【００５６】ここで、コンデンサーレンズ７は、本発明
の作用において説明した式（１）の射影関係を満足して
いる。その結果、ウエハ１０上の露光領域内では、その
位置に依存することなく開口数が一定であり、いわゆる
開口数の均一性が確保されている。Here, the condenser lens 7 satisfies the projection relation of the equation (1) described in the operation of the present invention. As a result, the numerical aperture is constant in the exposure area on the wafer 10 without depending on its position, and so-called uniformity of the numerical aperture is ensured.
【００５７】さらに、図１に示すように、ウエハ１０の
露光面と光学的に共役なマスク８のパターン面の近傍に
は、照度分布補正手段として透過フィルター１１ａが配
置されている。図３は、透過フィルター１１ａの透過特
性を示す図であり、（ａ）は等透過率曲線ｉ1〜ｉ7を
示し、（ｂ）は線Ａ−Ａに沿った断面方向における透過
率分布を示している。このように、透過フィルター１１
ａは、中心（光軸ＡＸに一致するように位置決めされ
る）から離れるにつれて透過率が増大するような透過率
分布を有する。Further, as shown in FIG. 1, a transmission filter 11a is arranged as an illuminance distribution correction means near the pattern surface of the mask 8 which is optically conjugate with the exposure surface of the wafer 10. Figure 3 is a graph showing the transmission characteristics of the transmission filter 11a, (a) shows the equivalent transmittance curve i1 through i7, the transmittance distribution in the sectional direction along the (b) a line A-A Shows. In this way, the transmission filter 11
a has a transmittance distribution such that the transmittance increases as the distance from the center (positioned so as to coincide with the optical axis AX) increases.
【００５８】前述したように、反射防止膜の角度特性お
よびフライアイレンズの正弦条件不満足量に起因して、
ウエハ１０の露光領域内では光軸ＡＸから離れるにした
がって照度が低下する傾向がある。そこで、光軸ＡＸ
（中心）から離れるにつれて透過率が増大するような透
過率分布を有する透過フィルター１１ａを用いることに
より、ウエハ１０の露光領域内においてほぼ均一は照度
を確保することができる。こうして、第１実施例では、
ウエハ１０の露光領域内において、開口数の均一性に加
えて照度の均一性も同時に確保することができる。As described above, due to the angle characteristic of the antireflection film and the unsatisfactory amount of the sine condition of the fly-eye lens,
In the exposure area of the wafer 10, the illuminance tends to decrease as the distance from the optical axis AX increases. Therefore, the optical axis AX
By using the transmissive filter 11a having a transmissivity distribution in which the transmissivity increases with increasing distance from the (center), it is possible to secure substantially uniform illuminance within the exposure region of the wafer 10. Thus, in the first embodiment,
In the exposure area of the wafer 10, in addition to the uniformity of the numerical aperture, the uniformity of the illuminance can be secured at the same time.
【００５９】図４は、本発明の第２実施例にかかる露光
装置の構成を概略的に示す図である。第２実施例の露光
装置の構成は、第１実施例の構成と類似している。しか
しながら、第１実施例では照度分布補正手段としての透
過フィルターがマスク８の近傍に配置されているのに対
し、第２実施例ではフライアイレンズ５の入射面近傍に
配置されている点だけが相違する。したがって、図４に
おいて、第１実施例の要素と同様の機能を有する構成要
素には同じ参照符号を付している。以下、第１実施例と
の相違点に着目して第２実施例を説明する。FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement of an exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention. The structure of the exposure apparatus of the second embodiment is similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the transmission filter as the illuminance distribution correction means is arranged in the vicinity of the mask 8, whereas in the second embodiment, it is arranged in the vicinity of the incident surface of the fly-eye lens 5. Be different. Therefore, in FIG. 4, components having the same functions as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
【００６０】図４に示すように、第２実施例では、フラ
イアイレンズ５の入射面近傍に照度分布補正手段として
の透過フィルター１１ｂが配置されている。図５は、透
過フィルター１１ｂの透過特性を示す図であり、（ａ）
は等透過率曲線ｉ1〜ｉ9を示し、（ｂ）は線Ｂ−Ｂに
沿った断面方向における透過率分布を示している。As shown in FIG. 4, in the second embodiment, a transmission filter 11b as an illuminance distribution correction means is arranged near the entrance surface of the fly-eye lens 5. FIG. 5 is a diagram showing the transmission characteristics of the transmission filter 11b.
Shows the equal transmittance curves i1 to i9 , and (b) shows the transmittance distribution in the cross-sectional direction along the line BB.
【００６１】図５において破線で示すように、透過フィ
ルター１１ｂは、フライアイレンズ５の各レンズエレメ
ント５ａの入射面に対応する複数の分割領域を仮想的に
有する。そして、フライアイレンズ５の中央のレンズエ
レメントの入射面に対応する所定領域だけが透過率分布
を有するように構成されてている。すなわち、この所定
領域においては、対応する中央レンズエレメントの中心
軸線（この場合光軸ＡＸと一致する）から離れるにつれ
て透過率が増大するような透過率分布を有する。As shown by the broken line in FIG. 5, the transmission filter 11b virtually has a plurality of divided areas corresponding to the incident surface of each lens element 5a of the fly-eye lens 5. Then, only the predetermined region corresponding to the incident surface of the lens element in the center of the fly-eye lens 5 is configured to have the transmittance distribution. That is, the predetermined area has a transmittance distribution in which the transmittance increases as the distance from the central axis (corresponding to the optical axis AX in this case) of the corresponding central lens element increases.
【００６２】したがって、ウエハ１０の露光領域内にお
いて光軸ＡＸから離れるにしたがって照度が低下する傾
向があっても、透過フィルター１１ｂを用いることによ
り、ウエハ１０の露光領域内においてほぼ均一な照度を
確保することができる。こうして、第２実施例において
も、ウエハ１０の露光領域内において、開口数の均一性
に加えて照度の均一性も同時に確保することができる。Therefore, even if the illuminance tends to decrease in the exposure area of the wafer 10 as it moves away from the optical axis AX, the use of the transmission filter 11b ensures a substantially uniform illuminance in the exposure area of the wafer 10. can do. Thus, also in the second embodiment, in the exposure area of the wafer 10, not only the uniformity of the numerical aperture but also the uniformity of the illuminance can be secured at the same time.
【００６３】なお、上述の第１実施例および第２実施例
において、透過フィルター１１ａおよび１１ｂの透過率
分布が図１３に示すように階段状の分布を有する場合が
ある。この場合には、透過フィルターの透過率段差の境
界線が露光面において解像されることがないように、透
過フィルターを共役面（すなわちマスク面またはフライ
アイレンズ入射面）から光軸ＡＸに沿って移動させてい
わゆるデフォーカス状態を形成するのが好ましい。ここ
で、透過フィルターが共役面から外れた（デフォーカス
させた）位置とは、透過率段差の境界面が露光面におい
て解像されない位置から透過フィルターによる補正効果
が存在するまでの位置を指す。In the above-described first and second embodiments, the transmittance distribution of the transmission filters 11a and 11b may have a stepwise distribution as shown in FIG. In this case, the transmission filter is moved along the optical axis AX from the conjugate surface (that is, the mask surface or the fly-eye lens entrance surface) so that the boundary line of the transmittance step of the transmission filter is not resolved on the exposure surface. It is preferable that the so-called defocused state is formed by moving it. Here, the position where the transmission filter is out of the conjugate plane (defocused) means the position where the boundary surface of the transmittance step is not resolved on the exposure surface until the correction effect by the transmission filter exists.
【００６４】また、第２実施例では、フライアイレンズ
５を構成する複数のレンズエレメントのうち中央のレン
ズエレメントに入射する光だけに所定分布の透過率を作
用させている。しかしながら、複数のレンズエレメント
のうち他の位置にある１つのレンズエレメントまたは複
数のレンズエレメントあるいはすべてのレンズエレメン
トに入射する光に、それぞれ所定分布の透過率を作用さ
せてもよい。この場合、各レンズエレメントに対する透
過率分布は一定でもよいし、互いに異なっていてもよ
い。Further, in the second embodiment, the transmittance of a predetermined distribution is applied only to the light incident on the central lens element of the plurality of lens elements forming the fly-eye lens 5. However, the light having a predetermined distribution may be applied to the light incident on one lens element, a plurality of lens elements, or all the lens elements at other positions among the plurality of lens elements. In this case, the transmittance distribution for each lens element may be constant or different from each other.
【００６５】なお、上述の第１および第２実施例におい
て、フライアイレンズを構成するレンズエレメントの各
々に対して、所定の透過率分布を有する透過フィルター
を設けてもよい。これにより、近年において標準的な技
術となりつつある露光装置の照明系の開口絞りを異なる
形状に切り換える技術を用いたとしても、照明光が通過
するレンズエレメントの各々において照度が補正される
ため、被露光面上での照度均一性を維持することができ
る。In the first and second embodiments described above, a transmission filter having a predetermined transmittance distribution may be provided for each of the lens elements forming the fly-eye lens. As a result, even if a technique is used in which the aperture stop of the illumination system of the exposure apparatus, which has become a standard technique in recent years, is switched to a different shape, the illuminance is corrected in each of the lens elements through which the illumination light passes. It is possible to maintain the illuminance uniformity on the exposed surface.
【００６６】図６は、本発明の第３実施例にかかる露光
装置の構成を概略的に示す図である。第３実施例の露光
装置の構成は、第１実施例の構成と類似している。しか
しながら、第１実施例では所定位置からの距離に透過率
が依存して変化する透過フィルターをマスク８の近傍に
配置しているのに対し、第３実施例では光線の入射角度
に依存して透過率が変化する角度特性を有する透過フィ
ルターをフライアイレンズ５とコンデンサーレンズ７と
の間の光路中に配置している点だけが相違する。したが
って、図６において、第１実施例の要素と同様の機能を
有する構成要素には同じ参照符号を付している。以下、
第１実施例との相違点に着目して第３実施例を説明す
る。FIG. 6 is a schematic view showing the arrangement of an exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention. The structure of the exposure apparatus of the third embodiment is similar to that of the first embodiment. However, in the first embodiment, the transmission filter whose transmittance changes depending on the distance from the predetermined position is arranged near the mask 8, whereas in the third embodiment, it depends on the incident angle of the light beam. The only difference is that a transmission filter having an angle characteristic in which the transmittance changes is arranged in the optical path between the fly-eye lens 5 and the condenser lens 7. Therefore, in FIG. 6, the components having the same functions as the components of the first embodiment are designated by the same reference numerals. Less than,
The third embodiment will be described by focusing on the difference from the first embodiment.
【００６７】図６に示すように、フライアイレンズ５か
ら平行に射出された光束は、マスク８上で一旦集光し、
さらに投影光学系９を介してウエハ１０上に再び集光す
る。そして、ウエハ１０上の露光領域の中央に集光する
光束はコンデンサーレンズ７に対する入射角θが小さ
く、露光領域の周辺に集光する光束はコンデンサーレン
ズ７に対する入射角θが大きい。As shown in FIG. 6, the light flux emitted from the fly-eye lens 5 in parallel is once condensed on the mask 8,
Further, the light is focused again on the wafer 10 via the projection optical system 9. The light beam focused on the center of the exposure area on the wafer 10 has a small incident angle θ with respect to the condenser lens 7, and the light beam focused on the periphery of the exposure area has a large incident angle θ on the condenser lens 7.
【００６８】そこで、第３実施例では、感光基板である
ウエハ１０上において一点に集光する光線群がほぼ平行
になる位置としてフライアイレンズ５とコンデンサーレ
ンズ７との光路中に、光線の入射角θに依存して透過率
が変化する角度特性を有する透過フィルター１１ｃを照
度分布補正手段として設けている。この透過フィルター
１１ｃは、図１４に示すように、垂直入射光に対する透
過率が最も小さく、入射角θが大きくなるにつれて透過
率が増大するような角度特性を有する。Therefore, in the third embodiment, the light beam is incident on the optical path between the fly-eye lens 5 and the condenser lens 7 at a position where a group of light beams focused on one point on the wafer 10, which is a photosensitive substrate, becomes substantially parallel. A transmission filter 11c having an angle characteristic in which the transmittance changes depending on the angle θ is provided as an illuminance distribution correction means. As shown in FIG. 14, the transmission filter 11c has an angular characteristic such that the transmittance for vertically incident light is the smallest and the transmittance increases as the incident angle θ increases.
【００６９】すなわち、小さな入射角θで透過フィルタ
ー１１ｃを通過して露光領域の中央に集光する光に対す
る透過率は小さく、大きな入射角θで透過フィルター１
１ｃを通過して露光領域の周辺に集光する光に対する透
過率は大きい。したがって、ウエハ１０の露光領域内に
おいて光軸ＡＸから離れるにしたがって照度が低下する
傾向があっても、透過フィルター１１ｃを用いることに
より、ウエハ１０の露光領域内においてほぼ均一な照度
を確保することができる。こうして、第３実施例におい
ても、ウエハ１０の露光領域内において、開口数の均一
性に加えて照度の均一性も同時に確保することができ
る。That is, the transmittance for light passing through the transmission filter 11c at a small incident angle θ and condensed in the center of the exposure region is small, and the transmission filter 1 at a large incident angle θ.
The transmittance of the light passing through 1c and condensed on the periphery of the exposure area is large. Therefore, even if the illuminance tends to decrease in the exposure area of the wafer 10 as it moves away from the optical axis AX, by using the transmission filter 11c, a substantially uniform illuminance can be ensured in the exposure area of the wafer 10. it can. Thus, also in the third embodiment, in the exposure area of the wafer 10, not only the uniformity of the numerical aperture but also the uniformity of the illuminance can be secured at the same time.
【００７０】なお、上述の第３実施例では、透過フィル
ター１１ｃの配置位置に関して厳密性が求められていな
いことに注目すべきである。すなわち、透過フィルター
１１ｃは、光軸ＡＸに対する傾きが発生しないように調
整するだけでよく、光軸ＡＸに沿った位置決め精度はあ
まり要求されないので、位置決めを規定する公差は緩や
かなものになるという利点がある。It should be noted that in the above-mentioned third embodiment, strictness is not required for the arrangement position of the transmission filter 11c. In other words, the transmission filter 11c only needs to be adjusted so that an inclination with respect to the optical axis AX does not occur, and positioning accuracy along the optical axis AX is not required so much, so that the tolerance that defines positioning is moderate. There is.
【００７１】[0071]
【効果】以上説明したように、本発明によれば、所定の
射影関係を有するコンデンサー光学系を用いるとともに
照度分布補正手段としてたとえば１枚の透過フィルター
を付設するだけで、露光面において照度の均一性と開口
数の均一性を同時に確保することができる。その結果、
極めて高い像均質性を有する露光装置を実現することが
できる。As described above, according to the present invention, even if the condenser optical system having a predetermined projection relationship is used and only one transmission filter is attached as the illuminance distribution correcting means, the illuminance is uniform on the exposure surface. And uniformity of numerical aperture can be ensured at the same time. as a result,
An exposure apparatus having extremely high image homogeneity can be realized.
【図１】本発明の第１実施例にかかる露光装置の構成を
概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のフライアイレンズ５の構成を概略的に示
す図であって、（ａ）はフライアイレンズ５を光軸に沿
ってみた図であり、（ｂ）はフライアイレンズ５の側面
図である。2 is a diagram schematically showing the configuration of the fly-eye lens 5 of FIG. 1, (a) is a diagram of the fly-eye lens 5 as seen along the optical axis, and (b) is a fly-eye lens 5; FIG.
【図３】透過フィルター１１ａの透過特性を示す図であ
り、（ａ）は等透過率曲線ｉ1〜ｉ7を示し、（ｂ）は
線Ａ−Ａに沿った断面方向における透過率分布を示して
いる。FIG. 3 is a diagram showing a transmission characteristic of a transmission filter 11a, (a) shows equal transmittance curves i1 to i7 , and (b) shows a transmittance distribution in a cross-sectional direction along the line AA. Shows.
【図４】本発明の第２実施例にかかる露光装置の構成を
概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図５】透過フィルター１１ｂの透過特性を示す図であ
り、（ａ）は等透過率曲線ｉ1〜ｉ9を示し、（ｂ）は
線Ｂ−Ｂに沿った断面方向における透過率分布を示して
いる。FIG. 5 is a diagram showing a transmission characteristic of a transmission filter 11b, in which (a) shows equal transmittance curves i1 to i9 , and (b) shows a transmittance distribution in a cross-sectional direction along line BB. Shows.
【図６】本発明の第３実施例にかかる露光装置の構成を
概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図７】ある程度収差の補正された光学系Ｌに対して光
学的に共役な２つの点の間において成立するクラジウス
の関係を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship of Clausius established between two points that are optically conjugate with the optical system L whose aberrations have been corrected to some extent.
【図８】本発明におけるコンデンサー光学系の所定の射
影関係を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a predetermined projection relationship of the condenser optical system in the present invention.
【図９】フライアイレンズの光路図である。FIG. 9 is an optical path diagram of a fly-eye lens.
【図１０】図９のフライアイレンズの正弦条件不満足量
の一例を示す図である。10 is a diagram showing an example of a sine condition dissatisfaction amount of the fly-eye lens of FIG.
【図１１】各露光位置における照度が光軸から離れるに
したがって低下するようなほぼ回転対称の照度分布を示
す図である。FIG. 11 is a diagram showing a substantially rotationally symmetrical illuminance distribution in which the illuminance at each exposure position decreases as the distance from the optical axis increases.
【図１２】位置に依存して変化する透過率分布の一例を
示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a transmittance distribution that changes depending on a position.
【図１３】階段状に変化する透過率分布の一例を示す図
である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a transmittance distribution that changes stepwise.
【図１４】光線の入射角位置に依存して透過率が変化す
る角度特性の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of angle characteristics in which the transmittance changes depending on the incident angle position of a light ray.
１ 光源 ２ 楕円鏡 ３ コリメートレンズ ４ バンドパスフィルター ５ フライアイレンズ ６ 開口絞り ７ コンデンサーレンズ ８ マスク ９ 投影光学系 １０ ウエハ １１ 透過フィルター 1 Light Source 2 Elliptical Mirror 3 Collimating Lens 4 Band Pass Filter 5 Fly Eye Lens 6 Aperture Stop 7 Condenser Lens 8 Mask 9 Projection Optical System 10 Wafer 11 Transmission Filter
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7195922AJPH0922869A (en) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Exposure equipment |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7195922AJPH0922869A (en) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | Exposure equipment |
| Publication Number | Publication Date |
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