DE69233508T2

DE69233508T2 - Bilderzeugungsgerät und -Verfahren zur Herstellung von Mikrovorrichtungen

Info

Publication number: DE69233508T2
Application number: DE69233508T
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Ohta-ku Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: US6473160B2; US20010015797A1; US5305054A; EP0500393A3; US6654101B2; EP0500393B2; EP0783135B1; DE69222963D1; CA2061499C; EP1118909A1; DE69222963T2; SG87739A1; CA2061499A1; ATE160028T1; EP0500393A2; DE69233508D1; EP0500393B1; ATE295555T1; DE69222963T3; KR960006684B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Abbildungsverfahren für Mikrovorrichtungen. Insbesondere beschäftigt sich ein Aspekt der Erfindung mit einem Abbildungsverfahren oder einem Beleuchtungsverfahren für dieses, das in geeigneter Weise bei der Ausbildung eines feinen Musters mit einer Linienbreite von 0,5 Mikron oder weniger auf einem Werkstück nutzbar ist.
Der Anstieg im Integrationsgrad eines Halbleiterbauelements ist mehr und mehr beschleunigt worden und zusammen mit diesem Trend sind die Feinbearbeitungstechniken erheblich verbessert worden. Insbesondere die optische Bearbeitungstechnik, welche die wichtigste ist, ist mit dem Start eines 1 Mega DRAM in eine Größenordnung im Submikronbereich fortgeschritten. Ein repräsentatives optisches Bearbeitungsgerät ist eine Reduktions-Projektionsbelichtungsvorrichtung, „Stepper bzw. Schritteinrichtung" genannt. Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass die Steigerung der Auflösung dieser Vorrichtung die Zukunft des Halbleiterbauelements bestimmt.
Herkömmlicherweise baut die Steigerung der Auflösung des Steppers auf der Vergrößerung der NA (numerischen Apertur) eines optischen Systems auf (Reduktions-Projektionslinsensystem). Da jedoch die Tiefenschärfe eines optischen Systems umgekehrt proportional zum Quadrat der NA ist, bewirkt die Vergrößerung der NA eine in unerwünschter Weise verringerte Tiefenschärfe. In Anbetracht dieser Tatsache sind in letzer Zeit Versuche unternommen worden, die Wellenlänge des Lichts zur Belichtung von der g-Linie zur i-Linie oder zu Excimerlaserlicht einer Wellenlänge von nicht länger als 300 nm umzuändern. Dies zielt auf eine Wirkung derart, daß die Tiefenschärfe und die Auflösung eines optischen Systems umgekehrt proportional zur Wellenlänge verbessert werden können.
Andererseits ist auf eine sich von der Verkürzung der Belichtungs-Wellenlänge unterscheidende Weise ein Verfahren, bei welchem eine Phasenverschiebungsmaske benutzt wird, als eine Maßnahme zur Verbesserung der Auflösung vorgeschlagen worden. Gemäß diesem Verfahren wird in einem Abschnitt eines lichtdurchlässigen Bereichs einer Maske eine dünne Schicht ausgebildet, wobei diese Schicht dazu dient, eine Phasenverschiebung von 180 Grad mit Bezug auf den anderen Abschnitt zu schaffen. Die Auflösung RP eines Steppers kann durch eine Gleichung RP = k₁λ/NA dargestellt werden, und normalerweise hat der Stepper einen k₁-Faktor mit einer Größe von 0,7–0,8. Bei dem Verfahren, bei welchem eine solche Phasenverschiebungsmaske angewandt wird, kann die Größe des k₁-Faktors auf ungefähr 0,35 verbessert werden.
Bei der Realisierung eines solchen Phasenverschiebungsverfahrens bleiben jedoch viele Probleme. Zur Zeit ungelöste Probleme sind die folgenden:

(1) Es ist noch keine zufriedenstellende Dünnschicht-Ausbildungstechnik zur Ausbildung einer Phasenverschiebungsschicht geschaffen worden.
(2) Es ist noch keine zufriedenstellende CAD (computergestützte Konstruktionsweise) zur Gestaltung eines Schaltungsmusters mit einer Phasenverschiebungsschicht entwikkelt worden.
(3) Eine Phasenverschiebungsschicht kann nicht in Abhängigkeit von einem Muster auf dieses aufgebracht werden.
(4) In Hinsicht auf die Prüfung und Korrektur einer Phasenverschiebungsschicht ist noch keine zufriedenstellende Korrektur geschaffen worden.

Wie bereits dargelegt, bleiben viele Probleme bei der Realisierung eines Phasenverschiebungsmaskenverfahren.
US-A-4931830 beschreibt eine Belichtungsvorrichtung, bei welcher mittels einer variablen Blende eine Beleuchtungsintensitätsverteilung einer sekundären Lichtquelle geändert wird. Es wird eine zweite variable Blende in dem optischen Projektionssystem eingestellt, um so die Weiterleitung von gebeugtem Licht höherer Ordnung durch das Projektionssystem zu blockieren.
US-A-5,061,956 offenbart eine Belichtungsvorrichtung mit einem variablen Aperturdefinitionsmechanismus zur Änderung einer Konfiguration einer effektiven Lichtquelle in Kombination mit einem Ansteuermechanismus zum Einstellen der Beleuchtungsungleichmäßigkeit gemäß Änderungen der Konfiguration der effektiven Lichtquelle.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einzigartiges und verbessertes Verfahren zu schaffen, das zur Herstellung von Mikrovorrichtungen wie zum Beispiel Halbleiter-Mikroschaltungsvorrichtungen geeignet ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikrovorrichtungs-Herstellungsverfahren zu schaffen, bei welchem ein derartiges Abbildungsverfahren genutzt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Belichtungsvorrichtung zur Herstellung von Mikrovorrichtungen zu schaffen, bei welcher ein solches Abbildungsverfahren angewendet wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Belichtungsvorrichtung bzw. ein Belichtungsgerät zur Belichtung eines zweiten Objekts durch ein Muster eines ersten Objekts zur Verfügung gestellt, mit
einer Beleuchtungseinrichtung zur Bereitstellung einer effektiven Lichtquelle und zur Beleuchtung des ersten Objekts mit Licht von der effektiven Lichtquelle, und
einem optischen Projektionssystem zur Abbildung eines Musters des ersten Objekts auf das zweite Objekt,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zur Auswahl einer Form der effektiven Lichtquelle, und
eine Einstelleinrichtung zur Einstellung einer Uneinheitlichkeit in der Belichtung entsprechend der ausgewählten Form der effektiven Lichtquelle.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Verfügung gestellt, bei welchem unter Verwendung der Vorrichtung ein Maskenmuster auf einen Wafer übertragen wird, und aus dem gemusterten Wafer eine Vorrichtung hergestellt wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung besser verständlich.
1 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Projektionsprinzips eines feinen Musterbilds.
2A und 2B sind jeweils schematische Ansichten, wobei 2A eine Lichtverteilung zeigt, wie sie auf einer Pupille mittels Beugungslicht von einer herkömmlichen Maske geschaffen wird, und 2B eine Lichtverteilung zeigt, wie sie auf einer Pupille mittels Beugungslicht von einer Phasenverschiebungsmaske geschaffen wird.
3A und 3B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine schematische Ansicht eines Beispiels einer effektiven Lichtquelle ist, wie sie auf einer Pupille mittels Licht nullter Ordnung bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet wird, und 3B ein anderes Beispiel der effektiven Lichtquelle zeigt, wie sie auf einer Pupille mittels Licht nullter Ordnung bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet wird.
4 ist eine grafische Darstellung zur Erklärung von Frequenzcharakteristiken eines Projektionssystems, welches die effektive Lichtquelle des Beispiels gemäß 3A und die eines Projektionssystems des herkömmlichen Typs bildet.
5A–5C zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 5A eine schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, 5B eine Vorderansicht eines bei dem zweiten Ausführungsbeispiel benutzten Anschlagelements ist, und 5C eine schematische Ansicht eines bei dem zweiten Ausführungsbeispiel benutzten Kreuzfilters ist.
6A und 6B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 6A eine schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, und 6B eine Vorderansicht eines bei dem dritten Ausführungsbeispiel benutzten Anschlagelements ist.
7 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine fragmentarische schematische Ansicht einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen einer Pupille eines optischen Projektionssystems und einem optischen Integrator.
15A bzw. 15B sind schematische Ansichten, die jeweils die Pupille des optischen Projektionssystems zeigen.
16 ist eine schematische Ansicht eines bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Anschlagelements.
17A bzw. 17B sind schematische Ansichten, die jeweils die Art und Weise der Verkabelung einer Quecksilberlichtlampe zeigen.
18 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
19A bzw. 19B sind schematische Ansichten zur Erklärung der Art und Weise der Einführung eines bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzten Prismas des Pyramidentyps.
20 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektions-Belichtungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die Beschreibung zunächst hinsichtlich Details der Abbildung eines feinen Musters vorgenommen.
1 zeigt das Prinzip der Bildabbildung eines feinen Musters 6, das eine hohe Frequenz hat (der Abstand 2d beträgt ungefähr einige Mikron), mittels eines Projektionslinsensystems 7. Das feine Muster 6, welches längs einer Richtung senkrecht zu dessen Oberfläche beleuchtet wird, beugt das auf ihm eintreffende Licht. Das dadurch verursachte Beugungslicht enthält Beugungslicht nullter Ordnung, das in die gleiche Richtung wie die Fortbewegungsrichtung des Eingangslichts gerichtet wird, und Beugungslicht höherer Ordnung wie zum Beispiel das Beugungslicht positiver und negativer erster Ordnung, das in sich von der Richtung des Eingangslichts unterscheidenden Richtungen gerichtet wird. Von diesem Beugungslicht fällt jenes mit bestimmten Beugungsordnungen wie zum Beispiel das Beugungslicht nullter Ordnung und das Beugungslicht positiver und negativer erster Ordnung auf eine Pupille 1 des Projektionslinsensystem 7 ein. Nach dem Passieren der Pupille 1 wird dann dieses Licht auf eine Bildebene des Projektionslinsensystems gerichtet, wodurch ein Bild des feinen Musters 6 in der Bildebene ausgebildet wird. Bei diesem Typ der Bilderzeugung bestehen die Lichtbestandteile, welche zum Kontrast des Bilds beitragen, aus Beugungslicht höherer Ordnung. Wenn die Frequenz eines feinen Musters ansteigt, entsteht ein Problem derart, daß ein optisches System kein Beugungslicht höherer Ordnung empfängt. Deshalb verschlechtert sich der Kontrast des Bilds und schließlich wird die Abbildung selbst undeutlich.
2A zeigt eine Lichtverteilung auf der Pupille 1 in einem Fall, wenn das feine Muster 6 gemäß 1 auf einer Maske des herkömmlichen Typs ausgebildet wird, während 2B eine Lichtverteilung auf der Pupille 1 in einem Fall zeigt, wenn das feine Muster 6 auf einer Phasenverschiebungsmaske ausgebildet ist.
Gemäß 2A gibt es neben einem Beugungslicht nullter Ordnung 3a ein Beugungslicht positiver erster Ordnung 3b und ein Beugungslicht negativer erster Ordnung 3c. Andererseits ist gemäß 2B ein Beugungslicht nullter Ordnung 5a aufgrund der Wirkung einer Phasenverschiebungsschicht "ausgelöscht", und es gibt nur das Beugungslicht positiver und negativer erster Ordnung 5b und 5c. Beim Vergleich der Fälle gemäß 2A und 2B können die folgenden zwei Punkte als vorteilhafte Effekte einer Phasenverschiebungsmaske hinsichtlich der Ortsfrequenzebene, d. h. der Pupillenebene hervorgehoben werden:

(1) In der Phasenverschiebungsmaske wird die Frequenz auf die Hälfte herabgesetzt.
(2) In der Phasenverschiebungsmaske ist kein Beugungslicht nullter Ordnung vorhanden.

Ein anderer Punkt, der zu beachten ist, ist, daß der Abstand a zwischen dem Beugungslicht positiver und negativer erster Ordnung auf der Pupillenebene im Fall der Phasenver schiebungsmaske dem Abstand a zwischen dem Beugungslicht nullter Ordnung und dem Beugungslicht positiver (negativer) erster Ordnung im Fall der Maske des herkömmlichen Typs entspricht.
Was andererseits die Lichtverteilung auf der Pupille 1 betrifft, so zeigen die Maske des herkömmlichen Typs und die Maske des Phasenverschiebungstyps in Bezug auf die Lage die gleiche Charakteristik. Der Unterschied zwischen ihnen besteht im Intensitätsverhältnis der Amplitudenverteilung auf der Pupille 1. Bei der in 2B gezeigten Phasenverschiebungsmaske ist das Amplitudenverhältnis zwischen dem Beugungslicht nullter Ordnung, positiver erster Ordnung und negativer erster Ordnung 0 : 1 : 1, wohingegen es bei der in 2A gezeigten Maske des herkömmlichen Typs 1 : 2/π : 2/π ist.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Lichtverteilung ähnlich der mittels einer Maske des Phasenverschiebungstyps zu erzeugenden auf der Pupille 1 erzeugt werden. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, um zu sichern, daß, wenn ein feines Muster 6 (insbesondere ein feines Muster, das eine Ortsfrequenz derart hat, daß der k₁-Faktor ungefähr 0,5 ist, wie im einleitenden Teil der Beschreibung vorgeschlagen ist) beleuchtet wird, ein Beugungslicht nullter Ordnung in einer Position außerhalb der Mitte der Pupille 1 auf der Pupille 1 auftrifft, während ein anderes Beugungslicht höherer Ordnung in gleicher Weise in einer Position außerhalb der Mitte der Pupille 1 auftrifft, eine optische Anordnung vorgesehen, um eine effektive Lichtquelle derart zu erzeugen, daß diese eine Lichtmengenverteilung hat, bei welcher, verglichen mit der Lichtintensität in jedem der Abschnitte auf einem Paar von Achsen, die durch die Mitte der Pupille verlaufen und sich entlang von längs verlaufenden und seitlich verlaufenden Mustermerkmalen des feinen Musters erstrecken, und verglichen mit der Lichtintensität in einem Abschnitt rund um die Mitte der Pupille, die Lichtintensität in einem anderen Abschnitt als diesen Abschnitten höher ist. Vorzugsweise kann eine effektive Lichtquelle erzeugt werden, bei welcher die Lichtintensität in jedem der Abschnitte auf einem Paar von Achsen, die durch die Mitte der Pupille verlaufen und sich entlang von längs verlaufenden und seitlich verlaufenden Mustermerkmalen des feinen Musters erstrecken, sowie die Lichtintensität in dem Abschnitt rund um die Mitte der Pupille, auf ungefähr Null herabgesetzt wird.
Wenn eine solche effektive Lichtquelle zum Beispiel mit Beugungslicht nullter Ordnung und erster Ordnung (wie es zum Beispiel als ein Ergebnis der Beleuchtung eines feinen Musters eines k₁-Faktors von ungefähr 0,5 erzeugt wird) geschaffen wird, kann das Beugungslicht nullter Ordnung und das Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung auf die Pupille 1 projiziert werden, wohingegen verhindert werden kann, daß das andere Beugungslicht positiver oder negativer erster Ordnung auf die Pupille 1 projiziert wird. Dies sichert eine Lichtverteilung auf der Pupille 1, die der mittels einer Phasenverschiebungsmaske zu schaffenden ähnlich ist.
Wenn bei der vorliegenden Erfindung ein einzelner Lichtstrahl zur Beleuchtung benutzt wird, wird das Amplitudenverhältnis eines Paars von gebeugten Lichtstrahlen an der Pupille 1 1 : 2/π, das sich von einem wünschenswerten Amplitudenverhältnis von 1 : 1 ähnlich dem, wie es mittels einer Phasenverschiebungsmaske zu erzielen ist, unterscheidet. Gemäß den von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung vorgenommenen Analysen wurde jedoch festgestellt, daß zur Auflösung eines längsgerichteten Mustermerkmals einer Maske ein solcher Unterschied im Amplitudenverhältnis im wesentlichen durch die Nutzung eines Paars von Lichtstrahlen von einem Paar von Lichtquellen, die in bezug auf eine Längsachse der Pupille (eine Achse, welche die Mitte der Pupille passiert und sich entlang des längsgerichteten Mustermerk mals erstreckt) symmetrisch zueinander angeordnet sind, als das schräg auf die Maske (das feine Muster) zu projizierende Licht, um auf der Pupille ein Paar von Lichtmustern zu erzeugen, welche mit Bezug auf die Längsachse der Pupille symmetrisch sind, kompensiert werden kann, und daß zur Auflösung eines seitlich gerichteten Mustermerkmals der Maske der Unterschied im Amplitudenverhältnis durch die Nutzung eines Paars von Lichtstrahlen von einem Paar von Lichtquellen, die in bezug auf eine seitliche Achse der Pupille (eine Achse, welche die Mitte der Pupille passiert und sich senkrecht zur Längsachse der Pupille erstreckt) symmetrisch zueinander angeordnet sind, als das schräg auf die Maske (das feine Muster) zu projizierende Licht, um ein Paar von Lichtmustern zu erzeugen, welche mit Bezug auf die seitliche Achse der Pupille symmetrisch sind, kompensiert werden kann.
Zur Auflösung eines Maskenmusters, das längs und seitlich ausgerichtete Mustermerkmale hat, können zum Beispiel zwei Beleuchtungs-Lichtstrahlen benutzt werden und schräg auf die Maske projiziert werden, um eine effektive Lichtquelle zu erzeugen, die auf der Pupille eine Lichtmengenverteilung mit einem Paar von Spitzenwerten mit im wesentlichen gleichen Intensitäten in jenen Positionen aufweist, welche bezüglich der Mitte der Pupille symmetrisch zueinander sind und welche längs einer ersten Achse angeordnet sind, welche die Mitte der Pupille passiert und sich in einem Winkel von ungefähr 45 Grad mit Bezug auf die X- und Y-Achsen erstreckt. Außerdem können zum Beispiel vier Beleuchtungs-Lichtstrahlen angewendet und schräg auf die Maske projiziert werden, um eine effektive Lichtquelle zu erzeugen, die auf der Pupille eine Lichtmengenverteilung mit (i) einem Paar von Abschnitten mit im wesentlichen gleichen Intensitäten in jenen Positionen, welche bezüglich der Mitte der Pupille symmetrisch zueinander sind und welche längs einer ersten Achse angeordnet sind, welche die Mitte der Pupille passiert und sich in einem Winkel von ungefähr 45 Grad mit Bezug auf die X- und Y-Achsen erstreckt, und (ii) mit einem Paar von Abschnitten mit im wesentlichen gleichen Intensitäten in jenen Positionen aufweist, welche bezüglich der Mitte der Pupille symmetrisch zueinander sind und welche längs einer zweiten Achse angeordnet sind, welche die Mitte der Pupille passiert und sich in einem Winkel von ungefähr 90 Grad mit Bezug auf die erste Achsen erstreckt, und welche sich an im wesentlichen entsprechenden Orten bezüglich des Positionspaars auf der ersten Achse und der Mitte der Pupille befinden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 3A und 3B erklärt, wobei 3A eine Lichtverteilung von Beugungslicht nullter Ordnung auf der Pupille 1 gemäß 1 zeigt, während 3B eine Verteilung der effektiven Lichtquelle auf einer Pupillenebene zeigt.
In den Zeichnungen ist eine Pupille mit 1 bezeichnet, ist eine seitlich bzw. lateral verlaufende Achse der Pupille (eine Achse, die durch die Mitte der Pupille verläuft und sich längs eines seitlichen Mustermerkmals erstreckt) mit x bezeichnet, ist eine Längsachse der Pupille (eine Achse, die durch die Mitte der Pupille verläuft, sich längs eines längs gerichteten Mustermerkmals verläuft und senkrecht zur x-Achse ist) mit y bezeichnet, und sind Abschnitte einer effektiven Lichtquelle mit 2a, 2b, 2c und 2d bezeichnet.
Bei diesen zwei Beispielen hat die effektive Lichtquelle eine Verteilung, die im allgemeinen aus vier Abschnitten besteht. Jeder Abschnitt (jedes Lichtmuster) hat eine Verteilung mit kreisförmiger Gestalt. Wenn der Radius der Pupille 1 1,0 ist, sich die Mitte der Pupille am Ursprung der Koordinaten befindet, und die x- und y-Achse die orthogonalen Koordinatenachsen sind, dann sind die Mitten der Abschnitte 2a, 2b, 2c und 2d bei dem Beispiel gemäß 3A an den Abschnitten (0,45; 0,45), (–0,45; 0,45), (–0,45; –0,45) und (0,45; –0,45). Bei dem Beispiel gemäß 3B sind die Mitten der Abschnitte 2a, 2b, 2c und 2d an den Positionen (0,34; 0,34), (–0,34; 0,34), (–0,34; –0,34) und (0,34; –0,34), und der Radius jedes Abschnitts ist 0,25.
Die effektive Lichtquelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Pupillenebene mit Hilfe der auf der Pupillenebene definierten x- und y-Achse in vier Quadranten geteilt ist, wie vorhergehend beschrieben ist, jeder Abschnitt 2a, 2b, 2c oder 2c in einem entsprechenden der Quadranten definiert wird und außerdem diese Abschnitte in einer symmetrischen Beziehung definiert und unabhängig voneinander definiert sind, ohne sich zu überlappen. Hier entsprechen die x- und y-Achse für die Teilung der Quadranten zum Beispiel der x- und y-Achse, die zur Gestaltung eines Muster einer integrierten Schaltun benutzt werden, und sie entsprechen den Verlängerungsrichtungen von längs und seitlich verlaufenden Mustermerkmalen einer Maske.
Die Form der effektiven Lichtquelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird unter spezieller Berücksichtigung der Ausrichtung der längs und seitlich gerichteten Mustermerkmale eines feinen Musters festgelegt, dessen Bild zu projizieren ist und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mitten der vier kreisförmigen Abschnitte 2a–2d gerade in Richtungen von ±45 Grad befinden (den Richtungen längs eines Paars von Achsen, die durch die Mitte der Pupille 1 verlaufen und sich mit Winkeln von ±45 Grad mit Bezug auf die x- und y-Achse erstrecken). Um eine derartige effektive Lichtquelle zu erzeugen, kann eine Lichtquelle (Sekundärlichtquelle), welche die gleiche Form und die gleichen Verhältnisse bezüglich der x- und y-Achse wie die veranschaulichte Lichtquelle hat, in einer Ebene vorgesehen sein, die optisch konjugiert mit der Pupille 1 ist, und vier Beleuchtungs-Lichtstrahlen aus der geschaffenen Lichtquelle können mit dem gleichen Einfallswinkel und entlang von zwei orthogonalen Einfallsebenen (jeweils zwei Lichtstrahlen paarweise) schräg auf ein feines Muster projiziert werden. Dies sichert, daß lineare Mustermerkmale, die sich längs der x-Achse erstrecken, schräg mittels der Lichtstrahlen beleuchtet werden, die längs der Wege projiziert werden, welche bezüglich der Einfallsebene, welche die x-Achse einschließt, symmetrisch zueinander sind, während lineare Mustermerkmale, die sich längs der x-Achse erstrecken, schräg mittels der Lichtstrahlen beleuchtet werden, die längs der Wege projiziert werden, welche bezüglich der Einfallsebene, welche die y-Achse einschließt, symmetrisch zueinander sind.
Es ist wichtig, daß die vier Abschnitte 2a–2d der effektiven Lichtquelle im wesentlichen die gleiche Intensität haben. Wenn sich das Intensitätsverhältnis ändert, verursacht zum Beispiel jede Defokussierung einer Halbleiterscheibe bzw. eines Wafers während deren bzw. dessen Bedruckung eine Deformation des Bilds eines Schaltungsmusters. Aus diesem Grunde werden die vier Beleuchtungs-Lichtstrahlen vorzugsweise so eingestellt, daß sie die gleiche Intensität haben. Was die Intensitätsverteilung von jedem der vier Abschnitte 2a–2d betrifft, kann sie wie gewünscht festgelegt werden. Sie kann zum Beispiel eine einheitliche Intensitätsverteilung sein, bei welcher der gesamte Bereich auf einem Spitzenwert ist, oder sie kann eine nicht einheitliche Intensitätsverteilung sein, bei welcher sich der Spitzenwert nur in der Mitte befindet. Dies bedeutet, daß die vier Beleuchtungs-Lichtstrahlen in Übereinstimmung mit der Form einer effektiven Lichtquelle, die auf der Pupille 1 zu schaffen ist, verschiedene Formen einnehmen können. Während beispielsweise bei diesem Ausführungsbeispiel die vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle voneinander getrennt sind und folglich in keinem anderen Abschnitt als den vier Abschnitten ein Lichtmuster erzeugt wird, können die vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle derart ausgebildet werden, daß sie unter Einschub von Lichtmustern niedrigerer Intensität auf kontinuierliche Weise verlaufen.
Die Verteilung (Form) von jedem der vier Abschnitte 2a–2d der effektiven Lichtquelle ist nicht auf eine kreisförmige Form eingeschränkt. Es ist jedoch wünschenswert, daß sich die Mittelpunkte der vier Abschnitte oder die Schwerpunkte von deren Intensitätsverteilungen unabhängig von der Form in einer symmetrischen Beziehung zueinander befinden und mit Bezug auf die x- und y-Achsen in den ±45 Grad-Richtungen gelegen sind, wie in den Beispielen gemäß 3A und 3B gezeigt ist.
Zur weiteren Steigerung der Auflösung, d. h. bei einem Versuch, eine Anordnung einer optimalen effektiven Lichtquelle anzuwenden, die dazu angepaßt ist, ein System mit einem niedrigeren k₁-Wert zu schaffen, ist aus dem Vergleich von 3A mit 3B zu sehen, daß die Schwerpunktposition von jedem Abschnitt 2a, 2b, 2c oder 2d der effektiven Lichtquelle in jedem Quadranten aus der Mitte der Pupille 1 verschoben ist und als ein Ergebnis dessen der Durchmesser von jedem unabhängigen Abschnitt 2a, 2b, 2c oder 2d im entsprechenden Quadranten abnimmt.
In 3A und 3B sind zwei erwartete Typen von effektiven Lichtquellen veranschaulicht. Bei der praktischen Gestaltung kann eine effektive Lichtquelle ähnlich diesen zwei Typen verwendet werden, da, wenn die Position des Schwerpunkts jedes Abschnitts der effektiven Lichtquelle zu weit vom Mittelpunkt der Pupille 1 entfernt ist, kann zum Beispiel ein Problem der Verminderung der Lichtmenge das Ergebnis sein (hinsichtlich der Bequemlichkeit der Gestaltung des optischen Systems).
Gemäß den von den Erfindern angestellten Untersuchungen zu diesem Punkt ist festgestellt worden, daß für die in 3A und 3B gezeigten Koordinaten und die Pupille 1 gilt, wenn jeder Abschnitt eines Paars von Abschnitten 2a und 2c, welche sich jeweils im ersten und dritten Quadranten befinden, und welche voneinander beabstandet sind, eine kreisförmige Form und einen Radius q hat, und wenn sich die Mittelpunkt-Positionen (Schwerpunktpositionen) des ersten und zweiten Abschnitts 2a und 2c jeweils an den Koordinaten (p, p) und (–p, –p) befinden, dann sind durch Erfüllung der folgenden Bedingungen gute Resultate erzielbar: 0,25 < p < 0,6 0,15 < q < 0,3
Es ist festzustellen, daß die Größe und Position jedes der übrigen Abschnitte 2b und 2d im zweiten und vierten Quadranten selbstverständlich von deren Symmetrie zu den Abschnitten 2a und 2c im ersten und dritten Quadranten bestimmt werden. Es ist außerdem festgestellt worden, daß in einem Fall, in welchem jeder Abschnitt der effektiven Lichtquelle eine andere Form als die kreisförmige wie zum Beispiel eine dreieckige oder rechtwinklige Form hat, vorzugsweise die vorhergehend genannten Bedingungen erfüllt sein sollten. In einem solchen Fall kann der Radius eines Kreises, der jeden Abschnitt umschreibt, als der Wert von q benutzt werden. Bei den in 3A und 3B gezeigten Beispielen ist jeder Wert nahe der Mitte des durch die entsprechende Bedingung definierten Bereichs. Die Werte von p und q können sich in Abhängigkeit von einer gewünschten Linienbreite eines feinen Musters ändern, welches mittels eines angewandten optischen Systems (Beleuchtungssystem/Projektionssystem) projiziert werden soll.
Bei einem gegenwärtig benutzten Stepper hat eine effektive Lichtquelle in einem Mittelpunkt (x, y) =(0, 0) einer Pupille 1 einen Spitzenwert. Bei diesem Typ der Vorrichtung ist zu sagen, daß der Kohärenzfaktor (σ-Wert) 0,3 oder 0,5 ist, und dies bedeutet, daß sie eine Verteilung der effek tiven Lichtquelle hat, die einen Radius von 0,3 oder 0,5 um den Mittelpunkt der Pupille 1 hat. Gemäß den von den Erfindern vorgenommenen Analysen ist festgestellt worden, daß, wenn eine effektive Lichtquelle nahe dem Pupillenmittelpunkt positioniert ist, wenn zum Beispiel der σ-Wert in einem Bereich nicht größer als 0,1 ist, dies einen Vorteil derart schafft, daß, wenn eine Defokussierung auftritt, ein hoher Kontrast hauptsächlich in Bezug auf eine relativ breite Linienbreite (eine Linienbreite, bei welcher der vorhergehend beschriebene k₁-Faktornicht kleiner als 1 ist) erhalten werden kann. Ein derartiger Vorteil, wie er erzielbar ist, wenn eine Defokussierung auftritt, wird jedoch schnell verringert, wenn sich der k₁-Faktor 0,5 annähert. Wenn der k₁-Faktor unter 0,5 abfällt, geht in einem extremen Fall der Kontrast eines Bilds vollständig verloren. Was gegenwärtig am meisten erforderlich ist, ist die Verbesserung der Defokussierungs-Funktion bei einem Wert des k₁-Faktors von nicht größer als 0,6, und in Fällen, in denen der k₁-Faktor nahe diesem Wert ist, hat das Vorhandensein einer effektiven Lichtquelle angrenzend dem Pupillenmittelpunkt eine ungünstige Wirkung auf die Abbildung.
Im Vergleich dazu hat die effektive Lichtquelle, die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, einen kleinen k₁-Faktor. Dies schafft für die Abbildung in bezug auf einen k₁-Faktor von ungefähr 0,5 den vorteilhaften Effekt der Beibehaltung eines hohen Kontrasts, wenn eine Defokussierung auftritt. Da bei dem Beispiel gemäß 3A jeder der Abschnitte 2a–2d der effektiven Lichtquelle, verglichen mit denen des Beispiels gemäß 3B, weiter auswärts gelegen angeordnet ist, wird, verglichen mit dem Beispiel gemäß 3B, eine sehr hohe Frequenzcharakteristik geschaffen. Es ist festzustellen, daß in einem Abschnitt der effektiven Lichtquelle, der von dem Pupillenmittelpunkt beabstandet ist, die Defokussierungscharakteristik derart vorliegt, daß die Tiefenschärfe bis zu einem k₁-Faktor von ungefähr 1 im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten wird.
4 zeigt die Beziehung zwischen der Auflösung und der Tiefenschärfe in einem Fall, in dem das Beispiel gemäß 3A bei einem i-Linien-Stepper angewandt wird, der eine NA von 0,5 hat, wobei die Berechnungen unter der Annahme ausgeführt worden sind, daß die Defokussierung in einem Bereich, in dem der Kontrast eines optischen Bilds zu 70% erfüllt ist, innerhalb der Tiefenschärfe (Toleranz) ist. Die Kurve A in der Zeichnung bezeichnet die Beziehung zwischen der Auflösung und der Tiefenschärfe für den Fall des herkömmlichen Verfahrens (σ = 0,5) unter Anwendung eines herkömmlichen Retikels, während die Kurve B die Beziehung zwischen der Auflösung und der Tiefenschärfe im Fall des Beispiels gemäß 3B zeigt. Wenn die Grenze der Tiefenschärfe eines Steppers, welche in der Praxis zulässig ist, auf 1,5 Mikron festgesetzt wird, dann beträgt im Fall des herkömmlichen Verfahrens die Grenze der Auflösung 0,52 Mikron. Zum Vergleich, im Fall des Beispiels gemäß 3B wird die Auflösung auf ungefähr 0,4 Mikron verbessert. Dies entspricht vom Verhältnis her einer Verbesserung von ungefähr 30%, was in dem Gebiet, zu welchem die vorliegende Erfindung gehört, erheblich viel ist. Tatsächlich ist eine Auflösung von ungefähr 0,45 (k₁-Faktor) auf einfache Weise erzielbar.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich in dieser Hinsicht von einem sogenannten "Ringbeleuchtungs-Verfahren", bei welchem keine effektive Lichtquelle im Pupillenmittelpunkt ausgebildet wird, derart, daß die effektive Lichtquelle auf der Pupille 1 weder auf der x-Achse noch auf der y-Achse einen Spitzenwert hat, die der Richtung des längs ausgerichteten Mustermerkmals oder des lateral ausgerichteten Mustermerkmals des feinen Musters entsprechen. Dies ist aus dem Grunde so, da der Kontrast eines Bilds in hohem Maße verschlechtert wird und folglich keine hohe Tiefen schärfe erreichbar ist, wenn die effektive Lichtquelle einen Spitzenwert auf der x-Achse oder der y-Achse aufweist. Es ist bestätigt worden, daß die vorliegende Erfindung bezüglich der Bildprojektion eines feinen Musters, das hauptsächlich aus längs ausgerichteten und lateral ausgerichteten Mustermerkmalen besteht, verglichen mit der Bildqualität, die mittels des Ringbeleuchtungs-Verfahrens erzielbar ist, die Erzeugung eines Bild mit verbesserter Bildqualität sichert.
Die Lichtmenge (Lichtintensität) in jedem Hauptabschnitt der effektiven Lichtquelle der vorliegenden Erfindung kann entweder einheitlich oder uneinheitlich wie zum Beispiel eine Gaußsche Normalverteilung sein.
5A, 5B und 5C zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und veranschaulichen eine Halbleiterbauelementherstellungs-Belichtungsvorrichtung, die derart eingerichtet ist, daß sie ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung projiziert.
In den Zeichnungen ist mit 11 eine Ultrahochdruck-Hg-Lampe bezeichnet, deren Licht-emittierender Abschnitt in einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Spiegels 12 angeordnet ist, sind mit 14, 21, 25 und 27 ablenkende Spiegel bezeichnet und ist mit 15 eine Belichtungssteuerungsblende bezeichnet. Mit 105 ist eine Vorsatzlinse bezeichnet, mit 16 ist ein Wellenlängen-selektierendes Interferenzfilter bezeichnet, ist mit 17 ein kreuzförmiges Neutral- (Neutralgrau-) Filter, ist mit 18 ein Blendenelement bezeichnet, das eine festgelegte Öffnung hat, ist mit 19 ein optischer Integrator bezeichnet, dessen Licht-empfangende Fläche an einem zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels 12 angeordnet ist, und sind mit 20 und 22 Linsen eines ersten abbildenden Linsensystem (20, 22) bezeichnet. Mit 23 ist ein Halbspiegel bezeichnet; mit 24 ist eine Maskierungsblatt einrichtung bezeichnet, die eine rechtwinklige Öffnung hat, um auf einem Retikel einen Beleuchtungsbereich zu definieren; mit 26 und 28 sind Linsen eines zweiten abbildenden Linsensystems (26, 28) bezeichnet; und mit 30 ist ein Retikel bezeichnet, auf dem ein Muster einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, das hauptsächlich aus längs ausgerichteten und lateral ausgerichteten Mustermerkmalen (gitterartige lineare Merkmale) mit einer minimalen Linienbreite von ungefähr 2 Mikron besteht. Mit 31 ist ein Reduktions-Projektionslinsensystem zur Projizierung des Schaltungsmusters des Retikels 30 in einem reduzierten Maßstab von 1 : 5 bezeichnet; mit 32 ist ein mit einem Abdecklack beschichteter Wafer bezeichnet; mit 33 ist eine Wafer-Aufspannvorrichtung zum Halten des Wafers 32 mittels Anziehungskraft bezeichnet; und mit 34 ist ein X-Y-Tisch zum Lagern der Wafer-Aufspannvorrichtung 33 bezeichnet, der in x- und y-Richtung eines Koordinatensystems bewegbar ist, das in der Belichtungsvorrichtung in Beziehung zu dem X-Y-Tisch definiert ist. Mit 35 ist eine Glasplatte bezeichnet, in der eine Licht-blockierende Schicht mit einer Öffnung 35a in deren Mitte ausgebildet ist; mit 36 ist ein Gehäuse bezeichnet, in dessen oberer Fläche eine Öffnung ausgebildet ist; mit 37 ist ein fotoelektrischer Wandler bezeichnet, der in dem Gehäuse 36 vorgesehen ist; und mit 38 ist ein Spiegel bezeichnet, welcher ein Bestandteil eines Laser-Interferometers (nicht gezeigt) zur Messung des Betrags der Bewegung (x-Achse) des Wafertischs 34 ist. Mit 40 ist eine Licht-blockierende Platte bezeichnet, die eine festgelegte Öffnung hat, welche in einer Position angeordnet ist, die der Licht-empfangenden Fläche des Blatts 24 optisch äquivalent ist, so daß die aus den Linsen des optischen Integrators 19 austretenden Lichtstrahlen wie bei dem Blatt 24 auf der Platte 40 miteinander überlappt werden. Mit 41 ist eine Kondensorlinse zum Sammeln des Lichts bezeichnet, das die Öffnung der Licht-blockierenden Platte 40 passiert hat; und mit 42 ist ein in vier Teile geteilter Detektor bezeichnet.
Wie gemäß dem Stand der Technik wohlbekannt ist, wird ein Schaltungsmuster eines Retikels (einer Maske) normalerweise in bezug auf orthogonale Achsen (Koordinaten) gestaltet, so daß sich die längs gerichteten Mustermerkmale bzw. die lateral gerichteten Mustermerkmale des Musters entlang dieser Achsen erstrecken. Wenn ein solches Retikel in eine Projektions-Belichtungsvorrichtung eingeführt wird, wird das Retikel mit Bezug auf die x- und y-Achsen eines in der Belichtungsvorrichtung definierten X-Y-Koordinatensystems auf einem Retikeltisch plaziert, wobei die orthogonal ausgerichteten Achsen des Retikels exakt oder im wesentlichen mit der x- und y-Achse der Belichtungsvorrichtung ausgerichtet angeordnet werden. Außerdem hat der X-Y-Tisch, auf welchem der Wafer plaziert ist, ein X-Y-Koordinatensystem mit einer x- und y-Achse, entlang welcher der X-Y-Tisch bewegbar ist. Diese x- und y-Achse des X-Y-Tischs sind so gestaltet, daß sie exakt oder im wesentlichen der x- und y-Achse der Belichtungsvorrichtung entsprechen. Wenn ein Retikel in der Belichtungsvorrichtung angeordnet wird, werden folglich die Richtungen der längs und lateral ausgerichteten Mustermerkmale des Retikels in exakter oder wesentlicher Ausrichtung mit der in der Belichtungsvorrichtung definierten x- bzw. y-Achse oder mit der x- und y-Achse angeordnet, entlang welcher sich der X-Y-Tisch bewegt.
Ein strukturelles Merkmal dieser Vorrichtung besteht in dem Filter 17 und dem Blendenelement 18, die vor dem Integrator 19 angeordnet sind. Wie in 5B gezeigt ist, weist das Blendenelement 18 eine Öffnungsblende mit einer ringförmigen Öffnung auf, um das Licht nahe der optischen Achse der Vorrichtung zu blockieren, und sie dient dazu, die Größe und Form einer effektiven Lichtquelle in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 zu definieren. Die Mitte der Öffnung ist mit der optischen Achse der Vorrichtung ausgerichtet. Wie in 5C gezeigt ist, weist andererseits der Filter 17 vier Neutralfilter auf, welche als Ganzes in einer kreuzähnlichen Form angeordnet sind. Diese vier Neutralfilter dienen zur Dämpfung der Intensität des Lichts, das in vier Zonen in der ringförmigen Öffnung des Blendenelements 18 projiziert wird, um 10–100%. Diese vier Zonen entsprechen jeweils den Abschnitten in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31, wobei die Abschnitte vier Punkte auf der x- und y-Achse enthalten, die jeweils den Richtungen der längs und lateral ausgerichteten Mustermerkmale des Retikels 30 entsprechen. Mit Hilfe dieses Filters 17 werden die Lichtintensität in dem mittleren Abschnitt einer Sekundärlichtquelle, wie sie an der Lichtemittierenden Fläche des Integrators 19 ausgebildet wird, sowie die Lichtintensität entlang der x- und y-Achse, die einander in der Mitte der Sekundärlichtquelle schneiden, gedämpft, und im Ergebnis wird die Lichtintensität der effektiven Lichtquelle längs der x- und y-Achse in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 gedämpft.
Das Retikel 30 ist auf einem nicht gezeigten Retikeltisch gehalten. Das Projektionslinsensystem 31 kann mit Bezug auf Licht einer i-Linie (Wellenlänge 365 nm), wie es mittels des Filters 16 ausgewählt wird, gestaltet werden. Das erste und zweite abbildende Linsensystem (20, 22; 26, 28) sind so eingestellt, daß die Licht-emittierende Fläche des Integrators 19 und die Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 in einer optisch konjugierten Beziehung angeordnet sind, während das zweite abbildende Linsensystem (26, 28) derart eingestellt ist, das die Kante der Öffnung der Blatteinrichtung 24 und das Schaltungsmuster des Retikels 30 in einer optisch konjugierten Beziehung angeordnet sind. Die Blatteinrichtung 24 weist vier Licht-blockierende Platten auf, die jeweils einen messerschneidenartigen Endabschnitt haben und jeweils unabhängig von den anderen bewegbar sind, um die Einstellung der Größe der Öffnung in Übereinstimmung mit der Größe des integrierten Schaltungsmusters auf dem Retikel 30 zu gestatten. Die Position jeder Lichtblockierenden Platte wird in Antwort auf ein Signal von einem zur Gesamtsteuerung der Vorrichtung vorgesehenen Computer (nicht gezeigt) gesteuert, und die Größe der Öffnung wird gemäß dem benutzten Retikel 30 optimiert. Obgleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, ist die Belichtungsvorrichtung mit einem Retikelausrichtungsrahmen, der zur Ausrichtung des Retikels 30 mit Bezug auf die Belichtungsvorrichtung benutzt wird, sowie einem für außerhalb der Achse vorgesehenen Ausrichtungsrahmen ausgestattet, der neben dem Projektionslinsensystem 31 angeordnet ist, um den Wafer 32 in bezug auf das Retikel 30 auszurichten.
Der Halbspiegel 23 dient dazu, einen Teil des Lichts aus dem Integrator 19 zu reflektieren, und das reflektierte Licht wird durch die Öffnung der Licht-blockierenden Platte 40 projiziert und wird mittels der Kondensorlinse 41 auf dem in vier Teile geteilten Detektor 42 gesammelt. Der Detektor 42 hat eine Licht-empfangende Fläche, die derart angeordnet ist, daß sie optisch äquivalent zur Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 ist, und eine ringförmige effektive Lichtquelle, wie sie mittels des Blendenelements 18 ausgebildet wird, wird auf diese Licht-empfangende Fläche projiziert. Jeder Detektorabschnitt des Detektors 42 erzeugt ein Signal entsprechend der auf der Oberfläche dieser Sektion auftreffenden Intensität des Lichts. Durch Zusammennehmen der Ausgangssignale der Sektionen des Detektors 42 ist ein Integrationssignal zur Steuerung des Öffnens/Schließens der Blende 15 erzielbar.
Die auf dem X-Y-Tisch 34 angeordneten Komponenten 35–37 bilden eine Meßeinheit zur Prüfung der Funktion des Beleuchtungssystems oberhalb des Retikels 30. Zur Prüfung des Beleuchtungssystems wird der X-Y-Tisch 34 in eine festgelegte Position bewegt, um die Meßeinheit in einer Position genau unterhalb des Projektionslinsensystems 31 zu plazieren. In dieser Meßeinheit wird das Licht, das aus dem Beleuchtungssystem austritt und die Bildebene des Projektionslinsensystems 31 erreicht, durch die Öffnung 35a der Glasplatte 35 und die Öffnung des Gehäuses 36 auf den foto elektrischen Wandler 37 gerichtet. Die Licht-empfangende Ebene der Öffnung 35a ist in der Bildebenenposition des Projektionslinsensystems 31 plaziert, und, wenn nötig, kann die Höhe der Öffnung 35a in Richtung der optischen Achse der Vorrichtung unter Anwendung eines nicht gezeigten Fokuserfassungssystems (ein Sensor eines wohlbekannten Typs zur Erfassung der Höhe der Fläche des Wafers 32) sowie einer Meßeinheit, die in dem X-Y-Tisch 34 vorgesehen ist, justiert werden. Die Glasplatte 35 ist an dem Gehäuse 36 angebracht, und in dem Gehäuse 36 ist eine Öffnung ausgebildet, wie vorhergehend beschrieben ist. Bei diesem Beispiel ist die Meßeinheit derart angeordnet, daß die Öffnung des Gehäuses 36 um einen festgelegten Betrag zur der Öffnung der Glasplatte verschiebbar ist. Die Öffnung des Gehäuses 36 ist an einem Ort plaziert, an welchem die NA auf der Bildebenenseite des Projektionslinsensystems 31 groß ist, und welcher außerdem ausreichend von der Bildebene beabstandet ist. Im Ergebnis wird in der Licht-empfangenden Ebene der Öffnung des Gehäuses 36 die gleiche Lichtverteilung erzeugt, wie sie in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 geschaffen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird keine derartige Meßeinheit benutzt. Wie die Meßeinheit anzuwenden ist, wird später mit Bezug auf ein im folgenden zu beschreibendes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mittels der Funktionsweise des Filters 17 und des Blendenelements 18 auf der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 eine effektive Lichtquelle definiert, die eine im allgemeinen ringförmige Form hat, aber, verglichen mit der Intensität der anderen Abschnitte, Abschnitte mit herabgesetzter Intensität hat, die auf der x- und y-Achse vier Zonen entsprechend den Richtungen der längs und lateral ausgerichteten Mustermerkmale des Retikels 30 enthalten, wird mittels des Beleuchtungssystems (11, 12, 14, 15, 105, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28) das Schaltungsmuster des Re tikels 30 mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet, und wird ein Bild des Schaltungsmusters mit Hilfe des Projektionslinsensystems 31 auf den Wafer 32 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers 32 übertragen (gedruckt) wird. Die Wirkung einer derartigen Projektionsbelichtung ist im vorhergehenden beschrieben worden, und mittels Licht der i-Linie kann ein feines Muster von 0,4 Mikron auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
Während bei diesem Beispiel das Filter 17 und das Blendenelement 18 vor dem Integrator 19 angeordnet sind, können sie genau hinter dem Integrator angeordnet sein, insbesondere an einem Ort, welcher optisch konjugiert zu der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 ist. Ferner kann ein Blendenelement 18, welches in 6B gezeigt ist und in einem dritten Ausführungsbeispiel benutzt wird, das später beschrieben wird, im Austausch gegen das Filter 17 und das Blendenelement 18 benutzt werden.
6A und 6B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches ein anderes Beispiel der Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung ist, bei welcher ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Verfahren der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
In den Zeichnungen sind entsprechende Elemente oder die Elemente, die denen in 5A–5C entsprechende Funktionen haben, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Beim Vergleich der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der gemäß 5A–5C unterscheidet sich die erstgenannte von der letztgenannten darin, daß, wie in 6B gezeigt ist, die Öffnung des Blendenelements 18 anstelle des kreuzförmigen Neutralfilters vier separate Öffnungen aufweist, vier separate Filter 17a, 17b, 17c und 17c benutzt werden, die jeweils den separaten Öffnungen des Blendenelements entsprechen, und ein pyramidenförmiges Prisma 13 zwischen die Spiegel 12 und 14 eingefügt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Ausgangswert des in vier Teile geteilten Detektors 42 nicht nur für die Öffnungs/Schließ-Steuerung der Blende 15, sondern auch für einen anderen Zweck oder Zwecke benutzt. Zusätzlich wird die Meßeinheit (35–37) genutzt.
Nun wird hauptsächlich auf die Unterschiede des vorliegenden Ausführungsbeispiels zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen; es werden vorteilhafte Merkmale des vorliegenden Ausführungsbeispiels erklärt.
Wenn der Integrator 19 mit Licht von der Hg-Lampe 11 beleuchtet wird, ohne das Prisma 13, die Filter 17a–17d und das Blendenelement 18 zu benutzen, dann wird an der Lichtaustrittsfläche des Integrators 19 eine Sekundärlichtquelle ausgebildet, die eine Lichtmengenverteilung ähnlich einer Gaußschen Normalverteilung mit einem hohen Spitzenwert in ihrer Mitte hat. Da die Lichtaustrittsfläche des Integrators optisch konjugiert mit der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 ist, wird in dieser Pupillenebene eine effektive Lichtquelle ausgebildet, die in der Mitte der Pupille einen Spitzenwert der Lichtmengenverteilung hat. Wie im vorhergehenden beschrieben ist, ist die gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung anzuwendende effektive Lichtquelle eine Lichtquelle, die eine Lichtmengenverteilung ohne Spitzenwert im Pupillenmittelpunkt hat, und deshalb ist es notwendig, das auf einem Abschnitt um den Mittelpunkt des Integrators 19 auftreffende Licht zu blockieren. Wenn jedoch das Blendenelement 18 einfach vor dem Integrator 19 angeordnet ist, wird eine große Menge des Lichts von der Hg-Lampe abgefangen, und folglich ist die Verlustlichtmenge groß. In Anbetracht dieser Tatsache ist das pyramidenförmige Prisma 13 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel genau hinter dem elliptischen Spiegel 12 eingesetzt, um die Beleuchtungsstärke-Verteilung auf dem optischen Integrator 19 zu steuern.
Die Hg-Lampe 11 ist derart angeordnet, daß deren Lichtemittierender Abschnitt mit der Position des ersten Brennpunkts des elliptischen Spiegels 12 übereinstimmt, und das aus der Hg-Lampe 11 austretende und mittels des elliptischen Spiegels 12 reflektierte Licht mit Hilfe des Prismas 13 in vier Lichtstrahlen umgewandelt wird, die in verschiedene Richtungen abgelenkt werden. Diese vier Lichtstrahlen werden mit Hilfe des Spiegels 14 reflektiert und erreichen die Position der Blende 15. Wenn die Blende 15 geöffnet ist, treffen die Lichtstrahlen auf das Filter 16 auf. Mit Hilfe dieses Filter 16 wird der i-Linien-Bestandteil aus den von der Hg-Lampe 11 emittierten Lichtspektren selektiert, um die beste Funktionsweise des Projektionslinsensystems 31 für die Projizierung eines Bilds des Retikels 31 auf einen Abdecklack (eine lichtempfindliche Schicht) des Wafers 32 zu sichern.
Die vier Lichtstrahlen aus dem Filter 16 passieren die Vorsatzlinse 105 und treffen dann jeweils auf den Filtern 17a–17d auf, welche wichtige Komponenten bei diesem Ausführungsbeispiel sind. Diese vier Filter dienen als eine Korrektureinrichtung, um die Lichtmengen der vier Lichtstrahlen im wesentlichen auf einheitliche Weise zu realisieren, um dadurch die Symmetrie in der Lichtmenge von vier Abschnitten der effektiven Lichtquelle zu korrigieren, wie sie an der Lichtaustrittsfläche des Integrators 19 ausgebildet wird, und wie sie folglich in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 ausgebildet wird. Wenn eine Einstellung der Lichtmengenabschwächungsfunktion jedes Filters erwünscht ist, können verschiedene Typen von Neutralfiltern für jeden Filter vorbereitet werden, so daß diese wahlweise benutzt werden können. Alternativ dazu kann jeder Filter mittels eines Interferenzfilters geschaffen sein, und der Interferenzfilter kann unter Ausnutzung der engen Bandbreite des Interferenzfilter geneigt werden, um die Einstellung zu bewirken.
Das Blendenelement 18 empfängt die vier Lichtstrahlen aus den Filtern 17a–17d. Wie in 6B gezeigt ist, hat das Blendenelement 18 vier kreisförmige Öffnungen, welche im Verhältnis eins zu eins den vier Lichtstrahlen von den Filtern 17a–17d entsprechen. Folglich wird der Integrator 19 mit vier Lichtstrahlen aus den vier Öffnungen des Blendenelements 18 beleuchtet, wodurch an der Lichtaustrittsfläche des Integrators 19 und folglich in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 eine effektive Lichtquelle ausgebildet wird, wie sie zum Beispiel in 3A gezeigt ist und die den Öffnungen des Blendenelements 18 entspricht.
Normalerweise können die Öffnungen des Blendenelements 18 jeweils eine Form entsprechend der äußeren Bauform jeder der kleinen Linsen haben, die den Integrator bilden. Wenn jede kleine Linse des Integrators eine hexagonale Querschnittsform hat, so sollte deshalb jede Öffnung mit einer hexagonalen Form wie die Querschnittsform der kleinen Linse ausgebildet werden.
Das Licht aus dem optischen Integrator 19 geht mittels der Linse 20, des Spiegels 21, der Linse 22 und des Halbspiegels 23 zu der Blatteinrichtung 24. Hier werden die Lichtstrahlen aus den Linsen des Integrators 19 in der Ebene der Blatteinrichtung 24 miteinander überlagert, wodurch die Blatteinrichtung 24 mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet wird. Außerdem dient der Halbspiegel 23 dazu, einen Teil jedes Lichtstrahls aus jeder Linse des Integrators 19 zu reflektieren, und die Licht-blockierende Platte 40 wird mittels des reflektierten Lichts beleuchtet. Das die Öffnung der Licht-blockierenden Platte 40 passierende Licht wird mit Hilfe der Linse 41 auf dem in vier Teile geteilten Detektor 42 gesammelt.
Das die Öffnung der Blatteinrichtung 24 passierende Licht wird mittels des Spiegels 25, der Linse 16, des Spiegels 27 und der Linse 28 auf das Retikel 30 gerichtet. Da die Öffnung der Blatteinrichtung 24 und das Schaltungsmuster des Retikels 30 sich in optisch konjugierter Beziehung befinden, werden die Lichtstrahlen aus den Linsen des Integrators 19 auch auf dem Retikel 30 miteinander überlagert. Folglich wird das Retikel 30 mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet, und wird mit Hilfe des Projektionslinsensystems 31 ein Bild des Schaltungsmusters des Retikels 30 projiziert.
Die Detektorsektionen des in vier Teile geteilten Detektors 42 entsprechen jeweils vier separaten Abschnitten der effektiven Lichtquelle, wie zum Beispiel in 3A gezeigt ist, und jede Sektion ist dazu geeignet, die Lichtmenge in jedem entsprechenden Abschnitt unabhängig von den anderen zu erfassen. Durch Kombination der Ausgangswerte aller Sektionen kann die Öffnungs-/Schließ-Steuerung für die Blende 15 bewirkt werden, wie vorhergehend beschrieben ist. Andererseits kann durch den Vergleich der Ausgangswerte der Sektionen untereinander jede Unsymmetrie im Verhältnis der Lichtmengen in den jeweiligen Abschnitten der effektiven Lichtquelle geprüft werden. Der Abgleich zwischen den Detektorabschnitten des in vier Teile geteilten Detektors 42 dient der verbesserten Zuverlässigkeit der Unsymmetrieprüfung. Ein solcher Abgleich wird später beschrieben.
Die Form der in der Pupillenebene der Vorrichtung ausgebildeten effektiven Lichtquelle entspricht der Form des Integrators 19. Da der Integrator 19 selbst mit Hilfe einer Kombination von kleinen Linsen geschaffen wird, weist die Lichtmengenverteilung des effektiven Lichtquelle in einem mikroskopischen Sinne eine Kombination von diskreten Verteilungen auf, die jeweils der Form der jeweiligen Linse entsprechen. In einem makroskopischen Sinne wird jedoch eine Lichtmengenverteilung geschaffen, wie sie in 3A gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Lichtmengen-Überwachungseinrichtung (23 und 40–42) und die Meßeinheit (35–37) dazu benutzt, die Lichtmengenverteilung der effektiven Lichtquelle zu prüfen. Zu diesem Zweck wird der X-Y-Tisch 34 bewegt, um die Meßeinheit (35–37) in einer Position genau unter dem Projektionslinsensystem 31 zu plazieren. Bei dieser Meßeinheit wird das aus dem Beleuchtungssystem austretende und die Bildebene des Projektionslinsensystems 31 erreichende Licht durch die Öffnung 35a der Glasplatte 35 und die Öffnung des Gehäuses 36 auf den fotoelektrischen Wandler 37 gerichtet. Die Licht-empfangende Ebene der Öffnung 35a ist in der Bildebenenposition des Projektionslinsensystems 31 plaziert. Die Glasplatte 35 ist auf dem Gehäuse 36 angebracht, und das Gehäuse 36 hat in seiner Mitte eine Öffnung, wie vorhergehend beschrieben ist. Bei diesem Beispiel ist die Meßeinheit derart angeordnet, daß die Öffnung des Gehäuses 36 um einen festgelegten Betrag zu der Öffnung der Glasplatte 36 verschiebbar ist. Wenn die Beleuchtung mittels des Beleuchtungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, werden auf der Oberseite des Gehäuses 36 vier Abschnitte einer effektiven Lichtquelle geschaffen, wie es in 3A gezeigt ist. Die Größe und Form der Öffnung des Gehäuses 36 kann wie die Öffnung der Blatteinrichtung 24 geändert werden. Durch die Änderung der Größe und/oder der Form der Öffnung mittels eines Antriebssystems (nicht gezeigt) ist es möglich, jeden der vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle unabhängig von den anderen zu erfassen, oder ist es alternativ dazu möglich, die vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle gleichzeitig zu erfassen. Andererseits hat der fotoelektrische Wandler 37 einen Licht-empfangenden Abschnitt mit einer Fläche, die ausreicht, um das gesamte Licht zu empfangen, das die Öffnung 35a der Glasplatte 35 passiert. Wenn die Fläche des Licht-empfangenden Abschnitts des fotoelek trischen Wandlers 37 zu groß ist und sich die Antwortcharakteristik des elektrischen Systems verschlechtert, kann eine Kondensorlinse zwischen die Glasplatte 35 und den fotoelektrischen Wandler 37 eingesetzt werden, um das Licht aus der Öffnung 35a der Glasplatte 35 zu sammeln. Dies dient dazu, die Fläche des Licht-empfangenden Abschnitts des fotoelektrischen Wandlers 37 zu reduzieren, um dadurch die Antwortcharakteristik zu verbessern. Ferner kann, wenn es gewünscht ist, die Einheitlichkeit der Beleuchtungsstärke in der Bildebene durch Bewegen des X-Y-Tischs 34 entlang der Bildebene gemessen werden, während die Öffnung des Gehäuses 36 in einen Zustand zur gleichzeitigen Erfassung aller vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle gebracht ist.
Das Ergebnis der durch Zusammenwirken mit der Bewegung des Gehäuses 36 erzielten Messung der Lichtmenge (Intensität) in jedem Abschnitt der effektiven Lichtquelle wird mit einem Ausgangswert einer entsprechenden Sektion der Detektorsektionen des in vier Teile geteilten Detektors 42 auf der Seite des Beleuchtungssystems verglichen. Der fotoelektrische Wandler 37 auf der Seite des X-Y-Tischs 34 wird als ein Referenzdetektor zum Abgleich des Ausgangs des in vier Teile geteilten Detektors 42 benutzt. Dies gestattet die stabile Überwachung jeder Änderung der effektiven Lichtquelle im Laufe der Zeit. Dann kann jede Unsymmetrie in der Lichtmenge der Abschnitte der effektiven Lichtquelle mit Hilfe des in vier Teile geteilten Detektors 42 oder des fotoelektrischen Wandlers 37 erfaßt werden, und der Lichtmengenabgleich der Abschnitte der effektiven Lichtquelle kann unter Anwendung der Filter 17a–17d realisiert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe der Wirkungsweise des in 6B gezeigten Blendenelements 18 eine effektive Lichtquelle, die keinen Spitzenwert der Lichtmengenverteilung auf der x- und y-Achse, die den Richtungen der längs und lateral ausgerichteten Mustermerkmale des Retikels 30 entsprechen, oder in der Pupillenmitte (optische Achse) hat, durch Licht nullter Ordnung auf der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 definiert, während andererseits das Schaltungsmuster des Retikels 30 mit Hilfe des Beleuchtungssystems (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28) mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet wird. Folglich wird ein Bild des Schaltungsmusters mittels des Projektionslinsensystems 31 auf den Wafer 32 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers 32 übertragen wird. Die Wirkung einer derartigen Projektionsbelichtung ist im vorhergehenden mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben worden, und unter Anwendung von Licht der i-Linie kann ein feines Muster von 0,4 Mikron auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
7 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches eine verbesserte Form der Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung ist. Die den Elementen in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 entsprechenden Elemente von 7 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 6 bezeichnet.
In den Zeichnungen ist mit 11 eine Ultrahochdruck-Hg-Lampe bezeichnet, und ist mit 12 ein elliptischer Spiegel bezeichnet. Bei diesem Beispiel wird das aus dem elliptischen Spiegel 12 austretende Licht mit Hilfe einer Kombination von Strahlenteilern (51–53) geteilt. Inbesondere wird das aus dem elliptischen Spiegel 12 austretende Licht aufeinanderfolgend mittels eines ersten Strahlenteilers 51 und eines zweiten Strahlenteilers 53 geteilt, um eine effektive Lichtquelle zu schaffen, die vier Abschnitte hat, wie zum Beispiel in 3A gezeigt ist. Mit 52 ist eine Ablenkspiegel zum Ablenken des Lichtwegs bezeichnet. Der zweite Strahlenteiler 53 ist quer in den Lichtwegen der zwei Lichtstrahlen angeordnet, wie sie mittels des ersten Strahlenteilers 51 geteilt werden, und er dient dazu, jeden der zwei Lichtstrahlen zu teilen, der sich längs des Zeichnungsblatts ausbreitet, und einen Abschnitt von jedem der zwei Lichtstrahlen in eine Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt abzulenken. Der nicht abgelenkte restliche Teil von jedem der zwei Lichtstrahlen verläuft entlang des Zeichnungsblatts, wie es veranschaulicht ist. Ein optisches Spiegelsystem (nicht gezeigt) ist in dem Weg des Teils des Lichts angeordnet, das mittels des zweiten Strahlenteilers 53 abgelenkt wird, und es dient dazu, den Teil des Lichts entlang eines Wegs zu reflektieren und auszurichten, der parallel zu dem Weg des Lichts ist, das nicht mittels des zweiten Strahlenteilers abgelenkt wird. Auf diese Weise wird der Lichtweg mittels des Strahlenteilers 51 und 53 und des Spiegels 52 sowie des nicht gezeigten optischen Spiegelsystems in vier Lichtwege geteilt. Diese Lichtwege werden dann derart kombiniert, daß an der Lichtaustrittsfläche des Integrators 19 eine zweite Lichtquelle mit einer Lichtverteilung ausgebildet wird, wie sie in 3A gezeigt ist. Im Ergebnis wird in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 eine effektive Lichtquelle ausgebildet, wie sie in 3A gezeigt ist.
Auf den zwei geteilten Lichtwegen, welche auf dem Zeichnungsblatt vorhanden sind, sind jeweils die Relaislinsen 61a bzw. 62a angeordnet. Diese Relaislinsen 61 und 62a dienen zur Sammlung der sich entlang der jeweiligen Wege ausbreitenden Lichtstrahlen auf dem Integrator 19. Da die Einfügung des ersten Strahlenteilers eine Differenz in der optischen Weglänge dieser zwei Lichtstrahlen verursacht, unterscheiden sich die Relaislinsen 61a und 61b geringfügig voneinander in Hinsicht auf die Bauform und die Brennweite. Dies ist auch bei einem zusätzlichen Paar von Relaislinsen (nicht gezeigt) der Fall, welche auf dem Paar von Lichtwegen angeordnet sind, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind.
Mit 63 ist eine Blende bezeichnet, welche für jeden der vier Lichtstrahlen geregelt (geöffnet/geschlossen) werden kann, die mittels des Strahlenteilers 51 und 53 geschaffen werden. Mit 16a und 16b sind Wellenlängen-selektierende Filter bezeichnet, die jeweils auf den zwei geteilten Lichtwegen angeordnet sind, welche auf dem Zeichnungsblatt vorhanden sind. In der Zeichnung nicht gezeigt sind ähnliche Filter, welche auf den zwei Lichtwegen angeordnet sind, die nicht auf dem Zeichnungsblatt zu sehen sind. Diese Filter dienen jeweils, wie das Filter des vorhergehenden Ausführungsbeispiel, dazu, die i-Linien-Komponente aus dem Licht der Hg-Lampe zu extrahieren. Mit 17a und 17b sind auf den zwei geteilten Wegen auf dem Zeichnungsblatt angeordnete Filter bezeichnet, die jeweils zur Einstellung der Lichtmenge in einem entsprechenden Abschnitt der effektiven Lichtquelle dienen. Ähnliche Filter sind auf den zwei Lichtwegen angeordnet, die nicht auf dem Zeichnungsblatt zu sehen sind. Diese Filter haben eine ähnliche Funktion wie die Filter 17a–17d des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtweg zu dem Integrator in vier Teile geteilt, und aus diesem Grund ist der Integrator mit Hilfe einer Kombination von vier kleinen Integratoren geschaffen. Wegen der Überlagerungsbeziehung der Lichtwege sind in der Zeichnung nur zwei Integratoren 19a und 19b veranschaulicht. Da die Bauform hinter den Integratoren ähnlich der bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist, wird die weitere Beschreibung der Vereinfachung halber weggelassen.
8 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die eine Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung zeigt, bei welcher ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
Bei der Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Position einer effektiven Lichtquelle mit der Zeit geändert, um dadurch eine äquivalente effektive Lichtquelle wie die in 3A gezeigte Lichtquelle in der Pupillenebene auszubilden, und das Bild eines Schaltungsmusters wird projiziert. Gemäß 8 sind die Elemente, die denen im vorhergehenden Ausführungsbeispiel entsprechen, mit Hilfe der gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Folglich ist mit 11 eine Ultrahochdruck-Hg-Lampe bezeichnet, ist mit 12 ein elliptischer Spiegel bezeichnet, ist mit 14 ein Ablenkspiegel bezeichnet, ist mit 15 eine Blende bezeichnet, ist mit 16 ein Wellenlängen-selektierendes Filter bezeichnet und ist mit 19 ein optischer Integrator bezeichnet. Der nicht gezeigte Abschnitt hinter dem Projektionslinsensystem 31 hat den gleichen Aufbau wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Ein wichtiges Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß eine flache parallele Platte 71, welche mit der Zeit bewegbar ist, hinter dem Integrator 19 angeordnet ist. Die parallele Platte 71 ist schräg zur optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems angeordnet und ist schwenkbar, um den Winkel bezüglich der optischen Achse zu ändern, wie es veranschaulicht ist, um die optische Achse zu verschieben. Dies bedeutet, daß es, wenn der Integrator 19 von der Seite des Retikels 30 durch die flache parallele Platte 71 betrachtet wird, so scheint, als ob der Integrator 10 bei der Schwenkbewegung der parallelen Platte nach oben und unten oder links und rechts bewegt wird. Bei diesem Beispiel ist die parallele Platte 71 derart gelagert, daß sie auch um die optische Achse drehend bewegt werden kann. Somit ist es durch die drehende Bewegung der parallelen Platte 71, wobei ihre Neigung in einem festgelegten Winkel zur optischen Achse beibehalten wird, auf die Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 hin, möglich, eine einzelne effektive Lichtquelle in einer gewünschten Position in einem Umkreis mit einem bestimmten Radius, der von der optischen Achse (Pupillenmitte) beabstandet ist, zu plazieren. Zum tatsächlichen Belichtungsvorgang wird die parallele Platte 71 bewegt, und wenn die einzelne effektive Lichtquelle in eine gewünschte Position gelangt, wird die Stellung der parallelen Platte fixiert und die Belichtung wird für eine festgelegte Zeitdauer ausgeführt. Ein solcher Vorgang wird viermal durchgeführt, um in jeder der vier Positionen der effektiven Lichtquelle eine einzelne Lichtquelle zu schaffen, wie sie in 3A gezeigt ist, und dann ist die Belichtung einer Beschußfläche (des Wafers) beendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Hg-Lampe 11 als eine Lichtquelle verwendet. Wenn eine Lichtquelle des Impulsemissionstyps wie zum Beispiel ein Excimerlaser benutzt wird, kann die parallele Platte 71 ohne Unterbrechung bewegt werden, und die Belichtungssteuerung kann derart vorgenommen werden, daß die Lichtquelle mit Energie versorgt wird, wenn sich die parallele Platte 71 in einer festgelegten Position befindet. In einem solchen Fall wird herkömmlicherweise ein Excimerlaser als eine Lichtquelle verwendet, und die Zeitspanne der Drehung der parallelen Platte 71 um die optische Achse kann derart gewählt werden, daß sie mit der Emissionsfolgefrequenz des Excimerlasers zusammenpaßt. Wenn ein angewendeter Laser zum Beispiel bei 200 Hz emittiert, dann ist eine effiziente Belichtung dadurch erzielbar, daß die Anzahl der Drehungen der parallelen Platte derart gesteuert wird, daß die effektive Lichtquelle in Antwort auf jede Lichtemission in einen angrenzenden Quadranten verschoben wird.
Wenn das System derart aufgebaut ist, daß in Abhängigkeit von der Zeit eine einzelne effektive Lichtquelle verschoben wird, werden die Abschnitte (Verteilungen) der effektiven Lichtquelle, wie sie in den verschiedenen Abschnitten der Pupille definiert sind, mit Hilfe der Lichtenergie aus ein und derselben Lichtquelle geschaffen, und deshalb ist es einfach, die Abschnitte der effektiven Lichtquelle bei gleicher Intensität derart einzustellen, daß sie auf separate Weise auf der Pupillenebene definiert werden. Dies ist der Hauptgrund, warum das in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zur Korrektur der Lichtmenge der effektiven Lichtquelle benutzte Filter 17 nicht vorgesehen ist.
Gemäß der Zeichnung breitet sich das die parallele Platte 71 passierende Licht mit Hilfe einer Linse 72, eines Halbspiegels 73 und einer Linse 74 aus, und es beleuchtet das Retikel 30 auf einheitliche Weise. Da das bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen angewendete erste optische Abbildungssystem bei diesem Ausführungsbeispiel nicht benutzt wird, ist in der Umgebung des Retikels 30 eine Blatteinrichtung 74 vorgesehen, die sich von der Blatteinrichtung 24 der vorhergehenden Ausführungsbeispiele unterscheidet. Die Blatteinrichtung 74 hat einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Funktionsweise wie die Blatteinrichtung 24, und die Größe von deren Öffnung kann in Übereinstimmung mit der Größe des auf dem Retikel 30 ausgebildeten Schaltungsmusters geändert werden.
Der Spiegel 73 dient dazu, fast den gesamten Teil des auf diesen eingestrahlten Lichts zu reflektieren, aber er dient auch dazu, einen Teil des eingestrahlten Lichts zu einem zur Belichtungssteuerung vorgesehenen Lichtmengenmonitor zu übertragen und auszurichten. Mit 35 ist eine Kondensorlinse bezeichnet, und mit 76 ist eine Lochplatte bezeichnet, welche in einer Position angeordnet ist, die der des Retikels 30 optisch äquivalent ist. Das Licht von dem Spiegel 73 wird mittels der Kondensorlinse 75 auf der Lochplatte 76 gesammelt, und das die Lochplatte 76 passierende Licht wird mit Hilfe eines Fotodetektors 77 empfangen. Der Fotodetektor 77 erzeugt ein Signal, das der Intensität des auf ihm auftreffenden Lichts entspricht. Ein nicht gezeigter Computer der Vorrichtung steuert auf der Basis dieses Signals das Öffnen/Schließen der Blende 15. Es ist hier festzustellen, daß der Fotodetektor 77 von einem anderen als dem in vier Teile geteilten Detektor-Typ sein kann, da es bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig ist, das Lichtmengenverhältnis der Abschnitte der effektiven Lichtquelle zu überwachen.
Während bei diesem Ausführungsbeispiel eine effektive Lichtquelle, wie sie in 3A gezeigt ist, in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 definiert wird, wird das Schaltungsmuster des Retikels mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet. Folglich wird ein Bild des Schaltungsmusters mittels des Projektionslinsensystems 31 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers übertragen wird. Der Effekt einer solchen Projektionsbelichtung entspricht dem, wie er hierin beschrieben worden ist, und ein feines Muster von 0,4 Mikron kann auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
9 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die eine Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung zeigt, bei welcher ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein KrF-Excimerlaser 81 (mittlere Wellenlänge 248,4 nm und Bandbreite 0,03–0,05 nm) als eine Lichtquelle verwendet. Wichtige Merkmale bestehen darin, daß, da der Excimerlaser 81 von Impulsemissionstyp ist, keine Blende vorgesehen ist, und die Belichtungssteuerung mittels der Betätigungssteuerung des Lasers selbst vorgenommen wird, und daß, da der Laser selbst mit einem Filter versehen ist und die Bandbreite von Laserlicht eingeschränkt ist, kein Wellenlängen-selektierendes Filter vorgesehen ist. Die Strahlenteiler 51 und 53, der Spiegel 52, das Filter 17 und der Integrator 19 haben eine ähnliche Funktionsweise wie die entsprechenden Elemente des in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels. Der Abschnitt hinter dem Integrator 19 hat einen ähnlichen Aufbau, wie er in 6A gezeigt ist, außer daß mittels einer Linsenbaugruppe, die mit Bezug auf eine Wellenlänge von 248,4 nm gestaltet ist und aus Siliziumdioxid (Hauptbestandteil) besteht, ein Projektionslinsensystem (nicht gezeigt) geschaffen ist.
Bei dem Excimerlaser 81 hat das Laserlicht eine hohe Kohärenz, und deshalb ist es notwendig, die Erzeugung eines Fleckenmusters zu unterdrücken. Zu diesem Zweck ist bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Position, nachdem das Licht mittels einer Strahlenteilergruppe (51–53) geteilt worden ist, eine Inkohärenzerzeugungseinheit 82 vorgesehen. Während viele Vorschläge gemacht worden sind, wie der Fleck in einem optischen Beleuchtungssystem, bei dem ein Excimerlaser benutzt wird, entfernt werden kann, ist die Schaffung einer effektiven Lichtquelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im wesentlichen mit diesen vereinbar, und viele bekannte Verfahren können angewendet werden.
Während bei diesem Ausführungsbeispiel eine effektive Lichtquelle, wie sie in 3A gezeigt ist, mittels des veranschaulichten optischen Beleuchtungssystems (17, 19, 51, 52, 53 und 82) in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 definiert wird, wird das Schaltungsmuster des Retikels mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet. Folglich wird ein Bild des Schaltungsmusters mittels des Projektionslinsensystems 31 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers übertragen wird. Der Effekt einer solchen Projektionsbelichtung entspricht dem, wie er im vorhergehenden beschrieben worden ist, und ein feines Muster von 0,3–0,4 Mikron kann auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
10 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches eine verbesserte Form der Vorrichtung gemäß dem in 9 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Laserlicht aus einem Laser 81 mittels eines pyramidenähnlichen Prismas des Reflexionstyps in vier Lichtstrahlen geteilt. Während bei der Vorrichtung gemäß 6 ein pyramidenähnliches Prisma 13 des Transmissionstyps zur Lichtteilung benutzt wird, ist dieselbe Wirkung durch die Anwendung eines Prismas vom Reflexionstyp erzielbar. Selbstverständlich kann der Aufbau gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Nutzung einer Ultrahochdruck-Hg-Lampe realisiert werden, aber bei diesem Beispiel wird ein KrF-Laser als eine Lichtquelle verwendet. Das aus dem Laser 81 austretende Laserlicht wird mit Hilfe eines afokalen Strahlenwandlers 91 zu einem geeigneten Strahldurchmesser umgewandelt und danach tritt es in ein pyramidenähnliches Prisma 92 ein. Die Anordnung des pyramidenähnlichen Prismas ist so festgesetzt, daß dessen vier Reflexionsflächen derart orientiert sind, daß sie im Ergebnis in der Pupillenposition des Projektionslinsensystems (nicht gezeigt) eine effektive Lichtquelle definieren, wie sie in 3B gezeigt ist. Mit 93 sind Spiegel zum Ablenken des Lichts bezeichnet, das mit Hilfe der Reflexionsflächen des Primas 92 geteilt und reflektiert wird. Der Abschnitt hinter den Spiegeln 93 hat einen ähnlichen Aufbau wie bei der Vorrichtung gemäß 9, wohingegen der Abschnitt hinter dem Integrator 19 einen ähnlichen Aufbau wie in 6A hat, außer daß mittels einer Linsenbaugruppe, die mit Bezug auf eine Wellenlänge von 248,4 nm gestaltet ist und aus Siliziumdioxid (Hauptbestandteil) besteht, das nicht gezeigte Projektionslinsensystem geschaffen ist.
Während auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine effektive Lichtquelle, wie sie in 3A gezeigt ist, mittels des veranschaulichten optischen Beleuchtungssystems (17, 19, 91, 92, 93 und 82) in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 definiert wird, wird das Schaltungsmuster des Retikels mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet. Folglich wird ein Bild des Schaltungsmusters mittels des Projektionslinsensystems 31 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers übertragen wird. Die Wirkung einer solchen Projektionsbelichtung entspricht dem, wie er im vorhergehenden beschrieben worden ist, und ein feines Muster von 0,3–0,4 Mikron kann auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
11 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die eine andere Form einer Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung zeigt, bei welcher ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Beleuchtungssystem gezeigt, bei dem ein Faserbündel 101 angewendet wird. Das Faserbündel 101 hat eine Lichteintrittsfläche, die in einer Position angeordnet ist, in welcher Licht aus einer Ultrahochdruck-Hg-Lampe 11 mittels eines elliptischen Spiegels 12 fokussiert wird. Die Lichtstrahlen breiten sich durch die Fasern hindurch aus und werden auf die Lichteintrittsflächen der Integratoren 10 gerichtet. Der von der Ultrahochdruck-Hg-Lampe 11 beabstandete Endabschnitt des Faserbündels, d. h. der Endabschnitt an dessen Lichtaustrittsfläche ist in vier Bündel verzweigt, die jeweils den in 3A gezeigten Abschnitten der effektiven Lichtquelle entsprechen. Die Filter 17 sind jeweils an den Ausgängen der Faserbündel angeordnet, um die Lichtmengen in dem Abschnitt der effektiven Lichtquelle einzustellen. Der optische Aufbau des restlichen Teils der Vorrichtung wird durch den gleichen Aufbau wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 geschaffen. Jedoch wird als Fotodetektor zur Lichtmengenüberwachung ein in vier Teile geteilter Detektor 102 benutzt, um die Symmetrie der Lichtmengen aus den Faserbün deln (d. h. den vier Abschnitten der Sekundärlichtquelle und folglich den vier Abschnitten der effektiven Lichtquelle) zu erfassen. Die Detektorsektionen des in vier Teile geteilten Detektors 102 entsprechen jeweils den Ausgängen der vier Integratoren 19.
Während bei diesem Ausführungsbeispiel eine effektive Lichtquelle, wie sie in 3A gezeigt ist, in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 definiert wird, wird das Schaltungsmuster des Retikels mit einheitlicher Beleuchtungsstärke beleuchtet, und ein Bild des Schaltungsmusters wird mittels des Projektionslinsensystems 31 projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters auf den Abdecklack des Wafers übertragen wird. Die Wirkung einer solchen Projektionsbelichtung entspricht dem, wie er im vorhergehenden beschrieben worden ist, und ein feines Muster von 0,4 Mikron kann auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers 32 aufgezeichnet werden.
12 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die ein anderes Beispiel der Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung zeigt, bei welcher ein Bild eines feinen Musters in Übereinstimmung mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Beleuchtungssystem unter Nutzung einer Vielzahl von Lichtquellen geschaffen. Bei diesem Beispiel werden die Ultrahochdruck-Hg-Lampen 11a und 11b verwendet. Es ist jedoch eine mögliche Alternative, einen Excimerlaser zu verwenden und ein optisches Lasersystem, d. h. ein optisches System für einen parallelen Strahl mit kleinem Divergenzwinkel zu konstruieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden vier Ultrahochdruck-Hg-Lampen angewendet, was wegen der übereinanderliegenden Darstellung nicht in der Zeichnung gezeigt ist. Die Licht strahlen aus diesen vier Hg-Lampen erreichen eine konkave Linse 103. Dann passiert das Licht ein Wellenlängenselektierendes Interferenzfilter 16 und vier Filter, um die Lichtmengen in den Abschnitten der effektiven Lichtquelle einzustellen, und wird mit Hilfe des Integrators 19 empfangen. Der optische Aufbau hinter den Integratoren 19 ist ähnlich dem der Vorrichtung gemäß 11, und es wird in der Pupillenebene des Projektionslinsensystems 31 eine effektive Lichtquelle ausgebildet, wie sie in 3A gezeigt ist, Folglich wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Bild des Schaltungsmusters des Retikels 31 auf den Wafer projiziert, wodurch das Bild des Schaltungsmusters des Retikels auf einen Abdecklack des Wafers übertragen wird. Der Effekt einer solchen Projektionsbelichtung entspricht dem, wie er im vorhergehenden beschrieben worden ist, und ein feines Muster von 0,4 Mikron kann auf deutliche und stabile Weise auf dem Abdecklack des Wafers aufgezeichnet werden.
Bei der Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung, die im vorhergehenden beschrieben worden ist, ist die Anordnung der effektiven Lichtquelle in der Pupillenebene feststehend. Wie jedoch in dem einleitenden Abschnitt der Beschreibung beschrieben ist, sind der Parameter p, der die mittlere Position jedes Abschnitts der effektiven Lichtquelle repräsentiert, und der Parameter q, der den Radius jedes Abschnitts oder den Radius eines Kreises repräsentiert, der diesen umschreibt, sowie die Form jedes Abschnitts der effektiven Lichtquelle in Übereinstimmung mit einem Schaltungsmuster zu optimieren, welches der Gegenstand der Projektionsbelichtung ist. In Anbetracht dieser Tatsache ist es wünschenswert, das System derart aufzubauen, daß bei jedem Ausführungsbeispiel zum Beispiel die Parameter p und q veränderbar sind. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem das Blendenelement 18 verwendet wird, als dieses ein Blendenelement benutzt werden, das eine variable Öffnungsform hat, oder alternativ dazu können verschiedene Blendenelemente bereit gestellt werden, die Öffnungen mit verschiedenen Formen haben.
Ferner sind die im vorhergehenden beschriebenen Vorrichtungen für die Herstellung von Halbleiterbauelementen bestimmt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Projizierung eines Bilds eines integrierten Schaltungsmusters eingeschränkt. Das heißt, die Erfindung ist in vielen Fällen anwendbar, in welchen mittels eines optisches Systems ein Bild eines Gegenstands zu projizieren ist, der ein feines Muster hat, das hauptsächlich aus längs und lateral ausgerichteten Mustermerkmalen besteht.
Während das optische Bildprojektionssystem bei den vorhergehend beschriebenen Vorrichtungen ein Linsensystem aufweist, ist die Erfindung auch in einem Fall anwendbar, in welchem dafür ein Spiegelsystem benutzt wird.
Während ferner bei den vorhergehend beschriebenen Vorrichtungen das Licht der i-Linie oder Laserlicht einer Wellenlänge von 248,4 nm zur Bildprojektion benutzt wird, hängt die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht von der Wellenlänge ab. Folglich ist die Erfindung beispielsweise bei einer Halbleiterbauelementherstellungs-Projektionsbelichtungsvorrichtung anwendbar, bei welcher Licht der g-Linie (436 nm) genutzt wird.
Wie im vorhergehenden beschrieben ist, kann mit Hilfe der Erzeugung einer speziellen effektiven Lichtquelle auf einer Pupille eines optischen Bildprojektionssystems ein Bild eines feinen Musters, das eine sehr hohe Frequenz hat, mit einer ähnlichen Auflösung, wie sie mittels einer Phasenverschiebungsmaske erzielbar ist, und günstigerweise mit Hilfe eines einfachen Verfahrens, verglichen mit dem Gebrauch der Phasenverschiebungsmaske, projiziert werden.
Wie beschrieben wurde, wird bei der vorliegenden Erfindung der notwendigen Auflösung für ein Muster und der Ausrichtung eines Musters einer integrierten Halbleiterschaltung eine besondere Bedeutung beigelegt und wird die Auswahl eines optimalen Beleuchtungsverfahrens vorgeschlagen, das am besten für die Raumfrequenz und die Ausrichtung dieses Musters geeignet ist.
Einige im folgenden zu beschreibende Ausführungsbeispiele haben ein wichtiges Merkmal derart, daß eine Beleuchtungseinrichtung ein herkömmliches Beleuchtungssystem und ein Hochauflösungs-Beleuchtungssystem hat, welche auf einfache Weise ausgetauscht werden können, um den Herstellungsprozessen für integrierte Halbleiterschaltungen zu entsprechen, die Schritte in einer maximalen Anzahl von nicht weniger als 20 (zwanzig) enthalten.
13 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Mit 11 ist eine Lichtquelle wie zum Beispiel eine Ultrahochdruck-Hg-Lampe bezeichnet, deren Licht-emittierender Punkt angrenzend einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Spiegels 12 angeordnet ist. Das aus der Lampe 11 austretende Licht wird mittels des elliptischen Spiegels 12 gesammelt. Mit 14 ist ein Spiegel zum Ablenken des Lichtwegs bezeichnet, und mit 15 ist eine Blende zur Begrenzung der diese passierenden Lichtmenge bezeichnet. Mit 150 ist ein Relaislinsensystem bezeichnet, welches dazu dient, das Licht aus der Hg-Lampe 11 mittels eines Wellenlängen-selektierenden Filters 16 auf einem optischen Integrator 19 zu sammeln. Der optische Integrator 19 ist mit Hilfe zweidimensional angeordneter kleiner Linsen geschaffen, was später beschrieben wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der optische Integrator 19 entweder in Übereinstimmung mit einem "kritischen Beleuchtungsverfahren" oder mit einem "Köhlerschen Beleuch tungsverfahren" beleuchtet werden. Es kann außerdem sein, daß der Lichtaustrittsabschnitt des elliptischen Spiegels auf dem optischen Integrator 19 abgebildet wird. Das Wellenlängen-selektierende Filter 16 dient dazu, Licht eines erforderlichen Wellenlängenbestandteils oder -bestandteilen (z. B. der i-Linie oder g-Linie) aus den Wellenlängenbestandteilen des Lichts von der Hg-Lampe 11 zu selektieren und durchzulassen.
Mit 12 ist ein Blendenform-Einstellelement (Auswahleinrichtung zur Auswahl der Intensitätsverteilung der sekundären Lichtquelle) bezeichnet, um die Form einer Blende einzustellen, und es weist eine Vielzahl von Blenden auf, die in einer Revolverkopfanordnung vorgesehen sind. Das Einstellelement ist hinter dem optischen Integrator und insbesondere angrenzend der Lichtaustrittsfläche 19b des Integrators 19 angeordnet. Das Blendenform-Einstellelement 18 dient dazu, in Übereinstimmung mit der Form des Integrators 19 bestimmte Linsen aus den kleinen Linsen auszuwählen, die den optischen Integrator 19 bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird unter Anwendung des Blendenform-Einstellelements 18 ein Beleuchtungsverfahren ausgewählt, das für die Form eines Musters einer zu belichtenden integrierten Halbleiterschaltung (die später beschrieben wird) geeignet ist. Details der Auswahl der kleinen Linsen werden später beschrieben.
Mit 21 ist ein Spiegel zur Ablenkung des Lichtwegs bezeichnet, und mit 122 ist ein Linsensystem zur Sammlung des Lichts bezeichnet, welches das Einstellelement 18 passiert. Das Linsensystem 122 spielt eine wichtige Rolle für die Steuerung der Einheitlichkeit der Beleuchtung. Mit 23 ist ein Halbspiegel zur Teilung des Lichts aus dem Linsensystem 122 in durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht bezeichnet. Von diesem Licht wird das mittels des Halbspiegels 23 reflektierte Licht durch eine Linse 138 und eine Lochplatte 40 auf einen Fotodetektor 42 gerichtet. Die Lochplatte 40 ist in einer Position angeordnet, die der eines Retikels 30 optisch äquivalent ist, das ein zu belichtendes (druckendes) Muster hat, und das die Lochplatte passierende Licht wird mittels des Fotodetektors 42 erfaßt, um den Betrag der Belichtung (auf der Basis der Steuerung der Blende 15) zu steuern.
Mit 24 ist eine mechanische Maskierungsblatteinrichtung bezeichnet, und deren Position wird mittels eines Antriebssystems (nicht gezeigt) in Übereinstimmung mit der Größe eines zu belichtenden Musters auf dem Retikel 30 eingestellt. Mit 25 ist ein Spiegel bezeichnet, mit 26 ist ein Linsensystem bezeichnet, mit 27 ist ein Spiegel bezeichnet, und mit 28 ist ein Linsensystem bezeichnet, die alle dazu dienen, das Retikel 30, das auf einem Retikeltisch 137 plaziert ist, mit dem Licht von der Hg-Lampe zu beleuchten.
Mit 31 ist ein optisches Projektionssystem bezeichnet, um das Muster des Retikels 30 auf einen Wafer 32 zu projizieren und auf diesem abzubilden. Der Wafer 32 wird mittels einer Wafer-Aufspannvorrichtung 33 angezogen und gehalten und ist außerdem auf einem X-Y-Tisch 34 angeordnet, dessen Position mit Hilfe eines Laserinterferometers 136 und einer nicht gezeigten Steuereinrichtung gesteuert wird. Mit 38 ist ein Spiegel 38 bezeichnet, der auf dem X-Y-Tisch 34 befestigt ist, um Licht von dem Laserinterferometer zu reflektieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mittels des Einstellelements 18 auf der Seite der Lichtaustrittsfläche 19b des optischen Integrators 19 eine Sekundärlichtquelle ausgebildet, und die Lichtaustrittsfläche des Integrators 19 ist mittels der Elemente 21, 122, 25, 26, 27 und 28 in einer optisch konjugierten Beziehung mit der Pupillenebene 31a des optischen Projektionssystems 31 angeordnet. Folglich wird auf der Pupillenebene 31a des optischen Projektions systems 31 eine effektive Lichtquelle ausgebildet, die der Sekundärlichtquelle entspricht.
Mit Bezug auf 14 wird nun die Beziehung zwischen der Pupillenebene 31 des optischen Projektionssystems 31 und der Lichtaustrittsfläche 19b des optischen Integrators 19 erklärt. Die Form der effektiven Lichtquelle, wie sie auf der Pupillenebene 31a des optischen Projektionssystems 31 ausgebildet wird, entspricht der Form des optischen Integrators 19. 14 zeigt dies, und in der Zeichnung ist die Form des Bilds der effektiven Lichtquelle 19c der Lichtaustrittsfläche 19b, das in der Pupillenebene 31a des optischen Projektionssystems 31 ausgebildet wird, übereinandergelegt veranschaulicht. Zur Vereinheitlichung wird der Durchmesser der Pupille 31a des optischen Projektionssystems als 1,0 angenommen, und in dieser Pupille 31a werden die Lichtaustrittsflächen der kleinen Linsen, die den optischen Integrator 19 bilden, abgebildet, um die effektive Lichtquelle 19c zu schaffen. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat jede kleine Linse des optischen Integrators 19 eine rechteckige Form.
Hier sind die orthogonalen Achsen, welche die bei der Gestaltung eines Musters einer integrierten Halbleiterschaltung zu benutzenden Hauptrichtungen sind, auf der x- und y-Achse dargestellt. Diese Richtungen entsprechen jeweils den Hauptrichtungen des auf dem Retikel 30 ausgebildeten Musters, und entsprechen auch im wesentlichen den Richtungen (Längs- und Lateralseite) der äußeren Bauform des Retikels 30, das eine rechteckige Form hat. Wie beschrieben und im Stand der Technik bekannt ist, entsprechen normalerweise die bei der Mustergestaltung benutzten orthogonalen Achsen der in der Projektionsbelichtungsvorrichtung definierten x- und y-Achse, mit Bezug auf welche ein Retikel auf dem Retikeltisch anzuordnen ist. Außerdem entspricht die x- und y-Achse der x- und y-Achse, entlang welcher der X-Y-Tisch 34 bewegt wird.
Das Hochauflösungs-Beleuchtungssystem zeigt seine beste Funktionsweise insbesondere dann, wenn der k₁-Faktor einen Wert nahe 0,5 hat, wie beschrieben wurde. In Anbetracht dieser Tatsache werden bei diesem Ausführungsbeispiel mittels der Beschränkung durch das Einstellelement 18 nur die Lichtstrahlen, die bestimmte Linsen der kleinen Linsen des optischen Integrators 19 passieren, die in Übereinstimmung mit der Form des Musters auf der Retikeloberfläche 30 ausgewählt werden, zur Beleuchtung des Retikels 30 genutzt. Die Auswahl der kleinen Linsen wird insbesondere so ausgeführt, daß gesichert wird, daß das Licht andere Bereiche der Pupillenebene 31a des optischen Projektionssystems 31 als deren mittleren Bereich passiert.
15A bzw. 15B sind schematische Ansichten der Pupillenebene 31a, wobei jede das Ergebnis der Auswahl von den Lichtstrahlen zeigt, die bestimmte Linsen der kleinen Linsen des optischen Integrators 19 passieren, was mit Hilfe der Einschränkung mittels des Einstellelements 18 vorgenommen wird. In jeder dieser Zeichnungen entspricht die ausgemalte Fläche dem Licht-blockierenden Bereich, während die nicht ausgemalte Fläche den Bereichen entspricht, welche das Licht passiert.
15A zeigt ein Bild einer effektiven Lichtquelle auf der Pupillenebene 31a, das in einem Fall ausgebildet wird, in welchem bei einem Muster die Richtungen, mit Bezug auf welche die Auflösung erforderlich ist, jeweils der x- und y-Achse entsprechen. Wenn nun angenommen wird, daß der die Pupillenebene 31a repräsentierende Kreis durch x2 + y2 = 1ausgedrückt wird, werden die folgenden vier Kreise in Betracht gezogen: (x – 1)2 + y2 = 1 x2 + (y – 1)2 = 1 (x + 1)2 + y2 = 1 x2 + (y + 1)2 = 1
Mit Hilfe dieser vier Kreise wird der die Pupillenebene 31a repräsentierende Kreis in acht Bereiche 101–108 geteilt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Beleuchtungssystem, das eine hohe Auflösung und eine große Tiefenschärfe in bezug auf die x- und y-Richtung hat, dadurch gesichert werden, daß vorzugsweise eine Gruppe von kleinen Linsen ausgewählt wird, die in den geradzahligen Bereichen, und zwar den Bereichen 102, 104, 106 und 108 vorhanden sind, um das Licht durch die ausgewählten kleinen Linsen hindurchzuführen. Folglich wird beispielsweise eine in 16 veranschaulichte Blende 18b oder 18c ausgewählt und die Projektionsbelichtung wird ausgeführt. Diese kleinen Linsen rund um den Ursprung (x = 0, y = 0) haben hauptsächlich in bezug auf ein Muster mit relativ breiter Linienbreite eine große Wirkung bei der Steigerung der Tiefenschärfe, und somit kann gewählt werden, ob solche kleinen Linsen auszuwählen sind oder nicht, was in Übereinstimmung mit einem zu druckenden Muster festgelegt werden kann.
Bei dem Beispiel gemäß 15A sind diese kleinen Linsen rund um die Mitte ausgeschlossen, und folglich ist die ausgebildete effektive Lichtquelle im wesentlichen äquivalent der in 3A gezeigten Lichtquelle. Es ist hier festzustellen, daß der äußere Abschnitt des optischen Integrators 19 innerhalb des Beleuchtungssystems mittels einer Integratorhalteeinrichtung (nicht gezeigt) gegen Licht blockiert ist. Außerdem sind in 15A und 15B die Pupillenebene 31a und das Bild der effektiven Lichtquelle 19c des optischen Integrators 19 zum besseren Verständnis der Beziehung zwischen den kleinen Linsen und der Pupillenebene 31a des optischen Projektionssystems 31 übereinanderliegend veranschaulicht.
15B zeigt ein Beispiel der Einschränkung in einem Fall, in welchem eine hohe Auflösung mit Bezug auf ein Muster mit Merkmalen erforderlich ist, die sich in Richtungen von ±45 Grad erstrecken. Die Beziehung zwischen der Pupille 31a und dem Bild der effektiven Lichtquelle 19c des optischen Integrators ist wie in dem Fall gemäß 15A veranschaulicht. Für ein ± Muster können unter den gleichen Bedingungen die folgenden vier Kreise übereinanderliegend auf der Pupille 31a gezogen werden, (x – 1/√2)2 + (y – 1/√2)2 = 1 (x + 1/√2)2 + (y – 1/√2)2 = 1 (x + 1/√2)2 + (y + 1/√2)2 = 1 (x – 1/√2)2 + (y + 1/√2)2 = 1,und die Pupille 31a wird wie bei dem Beispiel gemäß 15A in acht Bereiche 111–118 geteilt. In diesem Fall sind die Bereiche, welche zu der Steigerung der Auflösung eines Musters mit Merkmalen von ±45 Grad beitragen, ungeradzahlige Bereiche, d. h. die Bereiche 111, 113, 115 und 117. Durch vorzugsweise Auswahl derjenigen kleinen Linsen des optischen Integrators, welche in diesen Bereichen vorhanden sind, für das Muster mit den Merkmalen von ±45 Grad und eines k₁-Faktors mit einer Größe von ungefähr 0,5 wächst die Tiefenschärfe beträchtlich an. Folglich wird beispielsweise eine Blende ausgewählt, wie sie in 16 gezeigt ist, und die Projektionsbelichtung wird bewirkt.
16 ist eine schematische Ansicht von auswechselbaren Blenden 18a–18d des Einstellelements 18. Wie veranschaulicht ist, wird eine Auswechsel-Bauform des Revolverkopftyps benutzt. Die erste Blende 18a wird benutzt, wenn ein Muster zu drucken ist, welches nicht sehr fein ist und einen k₁-Faktor von nicht weniger als 1 hat. Die erste Blende 18a hat den gleichen Aufbau wie bei einem im Stand der Technik bekannten herkömmlichen Beleuchtungssystem, und dient dazu, den äußeren Abschnitt der Gruppe von kleinen Linsen des optischen Integrators 19 gegen Licht zu blockieren. Die Blenden 18a–18d wurden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zugefügt.
Im allgemeinen ist in einem Beleuchtungssystem für hohe Auflösung ein vorteilhaftes Ergebnis bis zu einer hohen Raumfrequenz erzielbar, wenn auch ein Bereich des optischen Integrators benutzt wird, welcher sich auf der Pupillenebene außerhalb der Größe befindet, wie sie bei dem herkömmlichen Typ des Beleuchtungssystems erforderlich ist. Beispielsweise kann es bei dem herkömmlichen Typ des Beleuchtungssystems zu bevorzugen sein, diejenigen kleinen Linsen zu benutzen, welche innerhalb eines Radius von 0,5 vorhanden sind, wohingegen es bei einem Beleuchtungssystem für hohe Auflösung, obgleich die kleinen Linsen rund um die Mitte nicht benutzt werden, einen Fall gibt, in welchem diejenigen kleinen Linsen vorzugsweise benutzt werden sollten, die innerhalb eines Kreises mit einem maximalen Radius von 0,75 auf der Pupillenebene (der Radius der Pupillenebene ist 1) vorhanden sind.
Aus diesem Grund sollten zum Beispiel die Größe des optischen Integrators 19 sowie der effektive Durchmesser des Beleuchtungssystems vorzugsweise unter Berücksichtigung sowohl des herkömmlichen Typs als auch des Hoch-Auflösungs-Typs festgelegt werden. Außerdem ist es zu bevorzugen, daß die Lichtintensitätsverteilung an der Lichteingangsfläche 19a des optischen Integrators 19 eine ausreichende Größe in der Art hat, daß er in ausreichender Weise funktioniert, selbst wenn eine Blende 18 eingefügt ist. Die Möglichkeit der Blockierung der äußeren kleinen Linsen mit der Blende 18a besteht aus dem vorhergehend beschriebenen Grund. So kann es folglich beispielsweise einen Fall geben, in welchem die Blende 18a Bereiche innerhalb eines Radius von 0,5 auswählt, obgleich von Seiten des optischen Integrators 19 ein maximaler Radius von 0,75 vorbereitet ist.
Durch die Festlegung der Form einer Blende unter Berücksichtigung der Besonderheiten eines zu druckenden Musters der integrierten Halbleiterschaltung, wie es beschrieben ist, ist es möglich, die am besten für dieses Muster geeignete Belichtungsvorrichtung aufzubauen. Die Auswahl der Blenden kann auf automatische Weise in Antwort auf ein von einem Computer aus zugeführtes Signal ausgeführt werden, der für die Gesamtsteuerung der Belichtungsvorrichtung geschaffen ist. In 16 ist ein Beispiel des Blendenform-Einstellelements 18 veranschaulicht, das mit solchen Blenden versehen ist. Bei diesem Beispiel kann jede der vier Blenden 18a–18d gewählt werden. Selbstverständlich kann die Anzahl der Blenden auf einfache Weise erhöht werden.
Es gibt einen Fall, in welchem die Uneinheitlichkeit der Beleuchtung mit der Auswahl einer Blende geändert wird. In Anbetracht dieser Tatsache kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine derartige Uneinheitlichkeit der Beleuchtung durch Justieren des Linsensystems 122 fein eingestellt werden. Eine solche Feineinstellung kann durch Justieren des Abstands zwischen den einen Bestandteil des Linsensystems 122 bildenden Linsen in Richtung der optischen Achse ausgeführt werden. Mit 151 ist ein Antriebsmechanismus zur Verschiebung einer oder mehrerer der einen Bestandteil des Linsensystems 122 bildenden Linse oder Linsen bezeichnet. Die Einstellung des Linsensystems 122 kann in Übereinstimmung mit der Auswahl der Blende bewirkt werden. Wenn es gewünscht ist, kann das Linsensystem 122 in Reaktion auf die Blendenform im Ganzen durch ein anderes ersetzt werden. Für diesen Fall können verschiedene Linsensysteme, die jeweils dem Linsensystem 122 entsprechen, vorbereitet sein, und diese können in Art eines Revolverkopfs in Übereinstimmung mit der Auswahl der Blendenform ausgetauscht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gemäß Vorbeschreibung die Form der Blende geändert, um ein für die Charakteristiken des Musters einer integrierten Halbleiterschaltung geeignetes Beleuchtungssystem auszuwählen. Außerdem besteht ein wichtiges Merkmal dieses Ausführungsbeispiels darin, daß, wenn ein Beleuchtungssystem für hohe Auflösung in der allgemeinen Form der effektiven Lichtquelle eingestellt wird, die Lichtquelle selbst in vier Bereiche geteilt ist. Ein wichtiger Faktor ist in diesem Fall die Symmetrie der Intensitäten in diesen vier Bereichen. Bei der in 13 gezeigten Anordnung liegt jedoch ein Fall vor, in welchem der Schatten eines Kabels zu der Hg-Lampe 11 diese Symmetrie nachteilig beeinflußt. Deshalb ist es bei einem Beleuchtungssystem für hohe Auflösung, bei welchem die in 15A oder 15B gezeigte Blendeneinrichtung benutzt wird, wünschenswert, die Anordnung so vorzunehmen, daß die dem Schatten des Kabels entsprechende lineare Zone mit denjenigen kleinen Linsen des optischen Integrators übereinstimmt, welche vom Licht abgeschirmt sind.
Insbesondere sollte sich das Kabel 11a bei dem Beispiel gemäß 15A vorzugsweise in die x- oder y-Richtung erstrecken, wie beispielsweise in 17A gezeigt ist. Andererseits sollte sich das Kabel 11a gemäß dem Beispiel in 15B vorzugsweise mit einem Winkel von ±45 Grad mit Bezug auf die x- und y-Richtung erstrecken. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise die Richtung, in die sich das Kabel der Hg-Lampe erstreckt, in Reaktion auf den Austausch der Blende geändert werden.
18 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das System gemäß 18 ist in bezug auf die Projektionsbelichtung eines Musters, welches nicht sehr fein ist, so daß es einen k₁-Faktor von nicht weniger als 1 hat, das gleiche wie das gemäß 13. Andererseits wird zur Projektionsbelichtung eines feinen Musters mit einem k₁-Faktor von ungefähr 0,5 eine Blende, wie sie zum Beispiel in 15A oder 15B gezeigt ist, in Übereinstimmung mit der Ausrichtung des Musters eingefügt, wie im vorhergehenden beschrieben ist. Da in diesem Fall bei dem System gemäß 13 auf einfache Weise das Licht blockiert wird, wird die Effizienz der Nutzung des Lichts aus der Hg-Lampe 11 herabgesetzt. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist das Ausführungsbeispiel gemäß 18 derart aufgebaut, daß das Licht auf effektive Weise genutzt wird.
Bei dem System gemäß 18 kann zu diesem Zweck als ein wichtiges Merkmal ein pyramidenförmiges Prisma 61 zwischen dem elliptischen Spiegel 12 und dem Spiegel 14 eingefügt werden. Der von einem Abschnitt nahe einer Elektrode der Ultrahochdruck-Hg-Lampe 11 erzeugte Lichtstrahl wird mittels des elliptischen Spiegels 12 reflektiert, und er tritt dann in das pyramidenförmige Prisma 61 ein, wodurch in einer Ebene, die einen zweiten Brennpunkt des elliptischen Spiegels 12 einschließt, vier Lichtquellenbilder ausgebildet werden, die den vier das Prisma bildenden Flächen entsprechen. Das Linsensystem 162 kann anstelle des Linsensystems 150 eingefügt werden, um das Licht derart auszurichten, daß die vier Lichtquellenbilder jeweils den vier separaten Licht-durchlassenden Abschnitten einer eingefügten Blende entsprechen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte das einzufügende pyramidenförmige Prisma mit spezieller Ausrichtung angeordnet werden. Bei einer Blende mit einer Form, wie sie in 15A gezeigt ist, sollte jede Kante zwischen angrenzenden Flächen des Prismas 61 in Ausrichtung mit der x- oder y-Richtung (19A) angeordnet werden. Zur Korrektur einer Änderung im Abbildungsverhältnis des optischen Systems aufgrund der Einfügung des Prismas wird bei dem System gemäß 18 gleichzeitig mit der Einfügung des Prismas das hinter der Blende 15 angeordnete Linsensystem 150 durch das Linsensystem 162 ausgetauscht.
Andererseits wird in einem Fall, in welchem sich die lichtdurchlässigen Bereiche der Blende auf der x- und y-Achse befinden, wie in dem Beispiel gemäß 15B, jede Kante des Prismas in einem Winkel von ±45 Grad bezüglich der x- und y-Achse ausgerichtet (19B). Außerdem wird in diesem Fall zur Korrektur des Abbildungsverhältnisses anstelle des Linsensystems 150 die Linse 162 benutzt.
In Übereinstimmung mit der Anzahl von bereitgestellten Blenden kann eine Vielzahl von pyramidenähnlichen Prismen vorgesehen sein.
20 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 in dem Aufbau eines Linsensystems 65, das auf dem optischen Integrator 19 abbildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet das Linsensystem 65 ein Bild der Lichtaustrittsfläche des elliptischen Spiegels 12 auf dem optischen Integrator 19 aus. Hier wird ein Fall in Betracht gezogen, in dem eine Blende angewendet wird, wie sie zum Beispiel in 16 gezeigt ist. In diesem Fall besteht ein Problem darin, daß es zwischen einem Fall, in welchem die Blende 18a für das herkömmliche Beleuchtungsverfahren gemäß Vorbeschreibung benutzt wird, und einem Fall, in welchem eine der Blenden 18b–18d für das Hochauflösungs-Beleuchtungssystem benutzt wird, einen Unterschied im maximalen effektiven Durchmesser des Lichts gibt, wie er auf dem optischen Integrator 19 erforderlich ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird in Anbetracht dieser Tatsache ein Linsensystem 65 mit einem optischen Zoomsystem versehen, um der Änderung im Durchmesser des Lichts zu entsprechen. Da der Durchmesser des Lichts aus der Ultrahochdruck-Hg-Lampe 11 eindeutig durch den Lichtaustrittsabschnitt des elliptischen Spiegels 12 festgelegt wird, sichert der Gebrauch des optischen Zoomsystems 65 dieses Ausführungsbeispiels die Steuerung des Lichtstrahl-Durchmessers in Übereinstimmung mit einem angewandten Beleuchtungsverfahren. Folglich wird die Lichtanwendungseffizienz verbessert.
Die Steuerbarkeit der Größe oder der Intensitätsverteilung des Lichts auf dem optischen Integrator 19 ist auch in einem Fall wichtig, in dem das Linsensystem 150 des Systems gemäß 13 auf der Lichteintrittsfläche 19a des Integrators 19 ein Bild der Hg-Lampe 11 und nicht ein Bild des Lichtaustrittsabschnitts des elliptischen Spiegels 12 ausbildet.
Folglich kann die Hg-Lampe selbst zur Steuerung der Lichtintensitätsverteilung auf dem Integrator 19 entlang der optischen Achse angeordnet sein, so daß sie mit Bezug auf die Lichteintrittsfläche 19a des optischen Integrators 19 defokussiert wird.
21 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Ein bedeutendes Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß der optische Integrator im Doppel benutzt wird, um eine einheitliche Lichtintensitätsverteilung auf dem optischen Integrator sowie eine gleichmäßige Wichtung der kleinen Linsen zu sichern. In der Zeichnung ist mit 171 ein Linsensystem bezeichnet, welches dem Linsensystem 150 entspricht, mit 16 ist ein Wellenlängenselektierendes Filter bezeichnet, und mit 172 ist ein erster optischer Integrator bezeichnet. In Übereinstimmung mit der Funktionsweise eines optischen Integrators werden Lichtstrahlen, die aus den den ersten optischen Integrator 172 bildenden kleinen Linsen austreten und eine Relaislinse 173 passieren, auf einem zweiten optischen Integrator 174 miteinander überlagert. Im Ergebnis wird auf der Lichtein trittsfläche 174a des zweiten optischen Integrators 174 eine einheitliche Beleuchtungsverteilung geschaffen.
Wenn bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen keine einheitliche Beleuchtungsverteilung auf dem optischen Integrator 19 geschaffen wird (beispielsweise, wenn die Verteilung eine Gaußsche Verteilung ist, bei welcher der Wert in der Mitte hoch ist), ist es notwendig, die Form der Blende für die Hochauflösungs-Beleuchtung zum Beispiel auf der Basis von Experimenten endgültig festzulegen. Andererseits kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Kontrast der Bildleistung auf einfache Weise gesteuert werden, da die Wichtung der kleinen Linsen (die von diesen zugeführte Lichtmenge) gleichmäßig ist. Ferner ist es bei diesem Ausführungsbeispiel, da doppelte optische Integratoren benutzt werden, nicht notwendig, dem Kabel besondere Aufmerksamkeit zu widmen, wie es mit Bezug auf 17A und 17B beschrieben ist.
22 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vor dem optischen Integrator 19 ein Faserbündel 181 vorgesehen. Bei diesem Beispiel wird die zu bestrahlende Zone des optischen Integrators mit Hilfe eines Abstandeinstellmechanismus 182 und eines Antriebsmechanismus 183 für diesen gesteuert, um den Abstand von angrenzenden Endabschnitten des Faserbündels 181 einzustellen, das in vier Teile verzweigt ist. Der Abstand der vier Faserbündel 181a–181b wird verringert, um eine Verteilung für ein Beleuchtungssystem des herkömmlichen Typs zu schaffen. Um eine Verteilung zu schaffen, die der entspricht, die in 15A gezeigt ist, wird der Abstand der Faserbündel 181a–181d um einen festgelegten Betrag verbreitert. Ein derartige Einstellung wird in Übereinstimmung mit einer benutzten Blende 18 bewirkt. In dem letzteren Fall ist auch die Drehung der Faserbündel 181a–181d notwendig.
Bei einigen im vorhergehenden beschriebenen Beispielen wird eine Ultrahochdruck-Hg-Lampe benutzt, die häufig benutzt worden ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch für den Fall anwendbar, daß mehrere Lichtquellen benutzt werden, oder alternativ dazu, ein Excimerlaser als eine Lichtquelle benutzt wird. In einem Fall, in welchem bei einem Beleuchtungssystem ein Excimerlaser benutzt wird, ist es möglich, daß die Position des Lasers auf dem optischen Integrator mit der Zeit abrasternd geändert wird. In diesem Fall kann eine effektive Lichtquelle, wie sie zum Beispiel in 15 gezeigt ist, auf einfache Weise durch Änderung des Abrasterungsbereichs in Übereinstimmung mit dem Typ eines zu druckenden Schaltungsmusters geschaffen werden.
Bei dem Hochauflösungs-Beleuchtungssystem ist die Symmetrie der im allgemeinen mit Hilfe der Blende abgeteilten vier Abschnitte wichtig, obgleich dies nicht mit Bezug auf diese Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist. Da die Details der Überwachung der Verteilungen der vier Abschnitte der effektiven Lichtquelle oder der Art und Weise der Korrektur der Verteilung im vorhergehenden beschrieben worden sind, wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Während ferner bei diesen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Blendeneinrichtung in einer Position hinter dem optischen Integrator eingefügt wird, kann sie vor dem Integrator angeordnet werden. Alternativ dazu kann, wenn es in dem Beleuchtungssystem eine Ebene gibt, welche optisch konjugiert zu dem optischen Integrator ist, die Blende in einer solchen Ebene angeordnet sein.
Bei einigen vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird in Übereinstimmung mit der Feinheit oder der Ausrichtung von beispielsweise einem zu projizierenden und zu belichtenden Muster auf einem Retikel ein für dieses Muster geeignetes Beleuchtungssystem ausgewählt, um dadurch ein optimales Belichtungsverfahren und eine Vorrichtung mit hoher Auflösung zu sichern. Ferner schaffen diese Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung einen Vorteil derart, daß zur Belichtung eines Musters, welches nicht sehr fein ist, ein herkömmliches Beleuchtungssystem so benutzt werden kann, wie es ist, wohingegen es bei der Belichtung eines feinen Musters möglich ist, eine große Tiefenschärfe zu erzielen, wenn ein Beleuchtungssystem benutzt wird, welche eine hohe Auflösung mit einem geringen Verlust an Lichtmenge sichert.
Während die Erfindung mit Bezug auf die hierin offenbarten Bauformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die dargelegten Details eingeschränkt, und diese Anmeldung ist dazu vorgesehen, derartige Modifikationen oder Änderungen abzudecken, wie sie zum Zweck von Verbesserungen oder innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche auftreten können.

Claims

Belichtungsgerät zur Belichtung eines zweiten Objekts (32) durch ein Muster eines ersten Objekts (30), mit einer Beleuchtungseinrichtung (11, 12, 14, 16, 17) zur Bereitstellung einer effektiven Lichtquelle und zur Beleuchtung des ersten Objekts (30) mit Licht von der effektiven Lichtquelle, und einem optischen Projektionssystem zur Abbildung eines Musters des ersten Objekts auf das zweite Objekt (32), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18, 50, 61, 150, 62) zur Auswahl einer Blende für die effektive Lichtquelle und eine Einstelleinrichtung (122, 151) zur Einstellung einer Uneinheitlichkeit in der Belichtung entsprechend der für die effektive Lichtquelle ausgewählten Blende.
Gerät nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung (40, 41 oder 42) zur Erfassung einer Lichtintensitätsverteilung der effektiven Lichtquelle.
Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die effektive Lichtquelle in einer Lichtaustrittsseite eines optischen Integrators (19) in einem optischen Beleuchtungssystem zur Beleuchtung des ersten Objekts (30) ausgebildet ist.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Auswahleinrichtung eine Öffnungsblendenauswahleinrichtung (18, 50) umfasst zur selektiven Platzierung einer einer Vielzahl von Öffnungsblenden mit unterschiedlichen Öffnungskonfigurationen in einem optischen Weg bei einer Position, die vor, nach oder optisch konjugiert mit dem optischen Integrator (19) ist.
Gerät nach Anspruch 4, wobei die Auswahleinrichtung einen Revolverkopf (18) mit den Öffnungen bei unterschiedlichen Positionen und eine Antriebseinrichtung (50) zum Drehen des Revolverkopfs aufweist.
Gerät nach Anspruch 4, wobei eine der Öffnungsblenden eine erste Öffnungsblende mit einer Öffnung ist, die den optischen Weg kreuzt, wenn die erste Öffnungsblende in dem optischen Weg angeordnet ist, und eine zweite Öffnungsblende mit einer Öffnung ist, die außerhalb einer optischen Achse angeordnet ist, wenn die zweite Öffnungsblende in dem optischen Weg angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 6, wobei die zweite Öffnungsblende vier Öffnungen aufweist.
Gerät nach Anspruch 7, wobei ein X-Y-Koordinatensystem bei der zweiten Öffnungsblende angenommen wird, wobei die optische Achse eine Mitte des Systems ist und zwei orthogonale Hauptrichtungen des Geräts X- und Y-Achsen des Systems sind, wobei die vier Öffnungen in dem ersten oder vierten Quadranten angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 8, wobei das optische Beleuchtungssystem eine bewegbare Quecksilberlampe (11) umfasst, die in einer Richtung der optischen Achse entsprechend der Änderung der Öffnungsblende bewegt wird.
Gerät nach Anspruch 8, wobei das optische Beleuchtungssystem ein optisches Zoomsystem umfasst, das zur Bewirkung eines Zoomvorgangs entsprechend der Änderung der Öffnungsblende betreibbar ist.
Gerät nach Anspruch 8, wobei das optische Beleuchtungssystem Fasern umfasst, die in einem Bündel bei einer Lichteintrittsseite gebündelt sind und die in vier Bündel bei der Lichtaustrittsseite geteilt werden, wobei der Abstand zwischen den vier Bündeln entsprechend der Änderung der Öffnungsblende geändert werden.
Gerät nach Anspruch 8, wobei das optische Beleuchtungssystem ein viereckiges pyramidenförmiges Prisma (61) umfasst, das in den optischen Weg entsprechend der Änderung der Öffnungsblende eingeführt ist.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Einstelleinrichtung eine bewegbare Linse (122) oder eine austauschbare Linse in einem optischen System zum Leiten eines Lichtstroms von dem optischen Integrator zu dem ersten Objekt umfasst.
Gerät nach Anspruch 3, wobei das optische Beleuchtungssystem eine Ultrahochdruck-Quecksilberlampe und eine Auswahleinrichtung zur Auswahl eines Lichts einer gewünschten Wellenlänge von dem Licht von der Ultrahochdruck-Quecksilberlampe umfasst.
Gerät nach Anspruch 3, wobei das optische Beleuchtungssystem einen Excimerlaser umfasst.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem optischen Projektionssystem (31) zur Projektion eines Bilds des ersten Objekts (30) auf das zweite Objekt (32), wobei die effektive Lichtquelle auf eine Pupille des optischen Projektionssystems projiziert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, mit einem Schritt zum Übertragen eines Schaltungsmusters einer Maske (30) auf einen Wafer (32) unter Verwendung eines Geräts, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 16 definiert ist, und zum Herstellen einer Vorrichtung aus dem gemusterten Wafer.