JPH0936034A - Method and apparatus for projection exposure - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To substantially reduce the coherency that a laser beam has by splitting this beam into a plurality of beams, combining them into a plurality of beam spots with optical path differences over mutual coherency distances and infinitesimally changing the incident angles of the laser beam spots being irradiated at once. SOLUTION: Beam emitted from an excimer laser has an impression at the center and is split into four beams by a prism 310 which advance in four mutually orthogonal directions perpendicular to the incidence and the beams mutually different in optical path length over the coherency distance pass through wedge glasses 31114, 3124, 3134 and 3144 just before incidence on a prism 311. Since a galvano-mirror 301 and face of the reticle are conjugate, the four superimposed beams provide a uniform intensity distribution also on the reticle and uniformly irradiate the circuit pattern on the reticle.

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光を用いた投
影露光装置及びその方法に係り、特に半導体露光装置の
微細パターン解像に適したエキシマレーザ光を用いた投
影露光装置及びその方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体露光装置は従来、水銀ランプのｇ
線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）を照明
光に用いて来た。半導体パターンの微細化のニーズに対
して、縮小レンズの開口数（Ｎ．Ａ）を大きくすること
により解像度の向上が進められて来た。また上記ｇ線か
らｉ線への移行によっても微細化が進められて来た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はいずれ
も光源のスペクトル幅の比較的広い（数ｎｍ以上）露光
照明光を用い、結像レンズはこのスペクトル幅に対し色
収差の生じない複数種のガラス材から成っていた。微細
化のニーズに伴ないディープ（Ｄｅｅｐ）ＵＶ領域の光
による露光が必要となるが、この領域では石英、蛍石等
の数種の材料しか使用できず、また材質の均一性を考慮
すると一種類の材料を使用せざるを得なくなる。この場
合色収差の補正は不可能であるので、レーザ光、それも
スペクトル幅が０．０１ｎｍ以下のレーザ光を使用する
必要がある。例えばエキシマレーザにインジェクション
ロックをかけたものなどが使われることになる。 【０００４】このようなレーザ光を露光照明に用いる
と、レーザの指向性が高いため、所謂コヒーレント照明
となる。その結果感光材料に露光されるパターンは、結
像光学系で決まる特定空間周波数以下はＭＴＦ（（モデ
ュレーション，トランスファー，ファンクション（Ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏ
ｎ））が１になり、それ以上の周波数ではＭＴＦは０と
なり、このカットオフ周波数に相当する空間周波数の凹
凸が、パターンに重畳し、良質な像が感光材に形成され
ない。 【０００５】本発明の目的は、上述の従来の課題を解決
し、レーザ光を露光用光源とすることにより結像に好適
な単色光とすると共に、所望のスポット数を形成する
際、互いに干渉しない複数のレーザスポット光を同時に
照射しながら入射角を微小に変えることによってレーザ
光の持つコヒーレンシーを実効的に低減して、高輝度
で、かつ高解像度の投影露光を、露光物体に対して均一
化して非常に効率的に実現する投影露光装置及びその方
法を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、レーザ光源と、該レーザ光源より出射し
たレーザビームを複数のビームに分割する分割光学系と
該分割光学系で分割された複数のビームについて互いに
可干渉距離以上の光路長差を付与して複数のビームスポ
ットに合成する光路長差付与光学系と該光路長差付与光
学系で合成された複数のビームスポットを一緒に２次元
的に偏向走査して露光物体に照射する偏向走査手段とを
備えた照明光学系と、該照明光学系の偏向走査手段で複
数のビームスポットを一緒に２次元的に偏向走査して露
光物体に照射することにより該露光物体の像を被露光物
体の表面に結像させて露光する投影光学系とを有するこ
とを特徴とする投影露光装置である。 【０００７】また本発明は、前記投影露光装置における
前記照明光学系において、前記偏向走査手段によって複
数のビームスポットが一緒に２次元的に偏向走査される
範囲を制限し、前記投影光学系の入射瞳と共役な位置に
設置された開口絞りを備えたことを特徴とする。また本
発明は、前記投影露光装置における前記照明光学系にお
いて、前記分割光学系で分割された複数のビームについ
て所望の領域内で強度分布をほぼ一様にする均一化光学
系を備えたことを特徴とする。また本発明は、前記投影
露光装置において、前記レーザ光源をパルスレーザ光源
で構成し、該パルスレーザ光源の発光パルスと同期して
前記照明光学系における偏向走査手段を駆動することを
特徴とする。また本発明は、前記投影露光装置におい
て、前記レーザ光源はエキシマレーザ光源であることを
特徴とする。 【０００８】また本発明は、レーザ光源より出射したレ
ーザビームを分割光学系で複数のビームに分割し、この
分割された複数のビームについて互いに可干渉距離以上
の光路長差を付与して複数のビームスポットに合成し、
この合成された複数のビームスポットを偏向走査手段に
より一緒に２次元的に偏向走査して露光物体に照射し、
この照射された露光物体の像を投影光学系により被露光
物体の表面に結像させて露光することを特徴とする投影
露光方法である。また本発明は、前記投影露光方法にお
いて、前記投影光学系の入射瞳と共役な位置に設置され
た開口絞りにより前記偏向走査手段によって複数のビー
ムスポットが一緒に２次元的に偏向走査される範囲を制
限することを特徴とする。また本発明は、前記投影露光
方法において、前記分割光学系で分割された複数のビー
ムについて所望の領域内で強度分布をほぼ一様にするこ
とを特徴とする。また本発明は、前記投影露光方法にお
いて、前記レーザビームがエキシマレーザビームである
ことを特徴とする。 【０００９】また本発明は、前記投影露光装置およびそ
の方法において、光を透過する硝材の種類が少ない３５
０ｎｍ以下の波長領域の光に対し、エキシマレーザ等の
パルスレーザ光を用い、単種又は数種の硝材から成る結
像光学系に対し、上述の露光照明をパルス光に対し、パ
ルス周期と偏向駆動を同期させることにより、同様に空
間的なコヒーレンシーの低減を図ることができる。 【００１０】以上説明したように本発明によれば、レー
ザ光を露光用光源とすることにより結像に好適な単色光
とすると共に、投影光学系の瞳上に所望のスポット数を
形成する際、互いに干渉しない複数のレーザスポット光
を同時に照射しながら入射角を微小に変えることによっ
て離散性の少ないパーシャルコヒーレント照明（レーザ
光の持つコヒーレンシーを実効的に低減した照明）を実
現することができ、その結果高輝度で、かつ高解像度の
投影露光を、露光物体に対して均一化して、非常に短縮
した露光時間により効率的に実現することができる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。１はエキシマレーザ光源であり、ここを
出射したパルスレーザ光は本発明に係る露光照明装置３
を通り、露光物体であるレチクル２を一様に照明し、こ
のレチクルを透過したレーザ光は縮小レンズ５を通過
し、被露光媒体であるウェハ４の上に塗布された感光剤
（レジスト）に露光物体の像を結像する。 【００１２】露光照明装置３は以下の構成から成ってい
る。レーザ光源より出射したレーザ光の分布は、特にイ
ンジェクションロック方式のエキシマレーザの場合、中
央部に窪みがあるため、ビームを一様な分布にするビー
ム一様化手段３１を通る。このビーム一様化手段は、レ
ーザ光の波面を球面或いは平面波からランダムな波面、
或いはランダムでなくてもビームの広がり角を大幅に増
大させるような波面を発生させるようなものではなく、
例えばレンズと微小な開口等から成るものである。従っ
てビーム一様化手段３１を通過したレーザ光は所望のビ
ーム領域内で一様な分布を持ち、ビーム広がり角も、エ
キシマレーザ本来の広がり角程度である。この一様なレ
ーザビームは３２の集光レンズでＡ点に絞り込まれる。
Ａ点に到る途中にはガルバノミラー３０１があり、レー
ザ光をｘ−ｙ面内に偏向する。Ａ点を前側焦点とするレ
ンズ３０２は偏向されたレーザ光を受け、３０３のガル
バノミラー面上に、３０１のガルバノミラー面を結像す
る様に配置されている。従ってレンズ３０２を通過した
レーザ光はほぼ平行光となり、ガルバノミラー３０１の
偏向角に無関係に、ガルバノミラー３０３上の同一位置
にレーザ光を当てる。ガルバノミラー３０３はｙ軸を回
転軸として振れる。レンズ３３とレンズ３４は、Ａ点を
開口絞り３５及び縮小レンズ５の瞳５１に結像すると同
時に、ガルバノミラー３０１，３０３とレチクル２の描
画面（下面）を互に共やくな位置関係にしている。 【００１３】従って制御回路７により、エキシマレーザ
１のパルス発光のタイミングと、ガルバノミラー３０１
と３０３の偏向制御を図５のように行なうことにより、
縮小レンズの瞳５１上に図２に示すようにＡ点を結像す
る。これら各点にＡ点を結像している時には、レチクル
２への照明光の入射角度が変化しているのであり、いず
れの場合もレチクル上の照射光の分布は一様光となって
いることは、３０１と３０３とレチクルが共やくである
ことから明らかである。図５（ａ）はガルバノミラー３
０１の駆動信号を、図５（ｂ）はガルバノミラー３０３
の駆動信号を、図５（ｃ）はエキシマレーザの発光パル
スを示す図である。このように図５に示すようにガルバ
ノミラーとエキシマレーザのパルス光を制御すると縮小
レンズの瞳５１上にはスポットが基盤状に矩形に広がっ
た範囲にできる。一般には瞳上に回転対称的な分布で広
がっている方が、結像パターンの解像度の方向依存性が
無くなる。そこでレンズ３３の後方に開口絞り３５を設
ける。これは円形開口を有し、開口径が制御できるもの
であり、レチクル上の回路パターンの種類に応じて任意
の開口径とすることができる。この開口絞り３５はレン
ズ３４により、縮小レンズの瞳５１上に結像されている
ため、瞳５１上のレーザスポットの広がりを（従ってレ
チクル照明角の範囲を）任意にコントロールすることが
可能となる。 【００１４】図３は瞳５１上へのレーザ光の集光の状態
と、集光点の広がりとパーシャルコヒーレンシーσを説
明する図である。レチクル２のＢ１，Ｂ２，Ｂ３の各パ
ターン位置に、或る瞬間には６１１，６２１，６３１で
光線が表わせる指向性の高いパルス光が入射し、瞳上の
３６１に集光する。当然Ｂ１〜Ｂ３には回路パターンが
描写されているので、このパターンで回折した光は３６
１を中心に広がりを持つことは云うまでもない。同様に
して他の瞬間には６１２，６２２，６３２の光線が入射
し、瞳上３６２（瞳中心）に集光する。同様にして他の
パルス光は３６３に集光する。瞳上の集光スポットの広
がりの範囲を直径ｄとし、瞳の直径をＤとすると、照明
光のパーシャルコヒーレンシσはｄ／Ｄとなる。ｄ≒０
即ち瞳の中心３６２のみに照明する場合には完全なコヒ
ーレント照明となり、ｄ／Ｄが１に近づく程コヒーレン
シーが失われる。σの値とパターンの解像については既
に知られているが、図４のようにσ＝０の時には結像パ
ターンの窪みが強度にも解像パターン形状にも表われ、
良好なパターンがウェハ上に形成されない。σを０．４
〜０．８にすれば良好なパターンを形成することができ
る。なお、図４において点線は理想的結像を示す。 【００１５】以上説明したように、レーザ光は露光物体
であるレチクル２に一様に照明される。この際、レチク
ル２上の各々の回路パターンには一定の入射角でレーザ
光が照明される。この方向は、縮小レンズ５の（片テレ
セントリックの場合には）入射瞳５１面上のほぼ一点に
入射光が集光されるように照明される。更にレーザ光源
１からレチクルに到る中間に、レーザ光を偏向せしめる
手段３０１，３０３が挿入されている。この偏向手段３
０１，３０３により、レーザ光を偏向することにより、
レチクル２には一様レーザ光が照明され、かつ各々の回
路パターンには入射角度が上記偏向に応じて変化し、従
って縮小レンズ５の入射瞳５１面上にはほぼ一点に入射
光が集光するが、その位置は上記偏向に応じて変化す
る。このような照明を行ない、所望の複数の入射角度で
照明され、レチクル２を透過した露光光を被露光媒体で
あるウェハ４上のレジストに積算露光する。このように
すれば、露光時間内の各瞬間はコヒーレント照明である
が、積算され露光されたものはインコヒーレント（或は
パーシャルコヒーレント）に照明されたものと同等の照
明となり、ノイズが少なく、解像度の高い良好なパター
ンがウェハ４に形成される。 【００１６】図６は本発明の他の一実施例であり、図１
と基本的な構成は同一であるがビーム一様化手段３１が
大幅に異なる。図６（ａ）はビーム一様化手段３１を図
１で示すｘ−ｙ−ｚ座標に対し、ｙ軸には直角方向か
ら、ｚ軸には４５°の傾き、ｘ軸には１３５°の傾きを
持って見た図である。エキシマレーザより出射したビー
ムは中央部に窪みがあるのでこれを３１０のプリズムに
よって４つに分割し、入射方向に直角で、互に直交する
４方向に進める。図６（ａ）のＢ−Ｂの断面をｇ方向に
沿って見た図が図６（ｂ）で、４方向に進むビームが示
されている。プリズム上の３１０１は遮光板であり中央
の窪み部分の微小領域をカットしている。４方向に進む
ビーム（図６（ａ）では紙面に垂直な２方向は図示せ
ず）は、例えば＜１，０，−１＞方向に進むビームにつ
いて説明すると、３１１０のレンズにより一旦集光さ
れ、この集光位置に微小円開口３１１１があるため、こ
の開口を通ることにより一様光となる。この一様光はレ
ンズ３１１２によりほぼ平行なビームとなり、プリズム
３１１３で折返される。この折返しの状態は、図６
（ａ）のプリズム３１２３と同様である。同じように４
つのビームは一様平行となり、共通のプリズム３１１に
入射する。ここで４つのビームがプリズム３１０で分離
され、共通のプリズム３１１に入射するまでの光路長は
各ビームで例えば等差的に異なっており、最も短い光路
長を有する３１１０を通るビームに対し、３１２０を通
るビームの光路は△ｌだけ長く、３１３０，３１４０を
通るビームはそれぞれ２△ｌ、３△ｌだけ長い。しかも
△ｌはエキシマレーザの可干渉距離以上である。例えば
エキシマレーザとしてインジェクションロック方式のも
のを用いた場合、スペクトル幅は０．００３ｎｍである
ので、△ｌは５０ｎｍ以上の値となる。このように光路
長が互いに可干渉距離以上に異なるビームがプリズム３
１１に入射する直前にある楔ガラス３１１４，３１２
４，３１３４，３１４４（３１１４と３１３４は図示せ
ず）を通過することにより、プリズム３１１を通過し、
レンズ３２により、ガルバノミラー３０１上のほぼ同一
位置で重なる。重なった４つのビームは互に干渉しない
ため、一様光同志が加えられ、ガルバノミラー３０１上
では一様な強度分布となる。しかしこれら４つのビーム
は進行方向が異なるため、図１に示すＡ点では図６
（ａ）及び（ｃ）に示すように、４つの分離したスポッ
トとなる。従ってＡ点の面は開口絞り３５及び縮小レン
ズの瞳５１の各面と共やくであるため、瞳上では図７
（ｂ）に示すように４点のスポットとなっている。また
先に説明したようにガルバノミラー３０１と、３０３、
及びレチクル２の面も共やくであるため、ガルバノミラ
ー３０１上で一様な強度分布となる４本の重畳ビームは
レチクル上でも一様な強度分布となり、レチクル上の回
路パターンを均一に照明する。この結果ガルバノミラー
３０１と３０３を偏向することにより、図７（ａ）に示
すように縮小レンズ５の瞳５１上に多数のスポット（図
２の実施例に示す場合に比べ、ガルバノミラー及びパル
スレーザの動作を同一とすると４倍のスポット）が照射
されることになり、レチクルの照明角を微小に変えた、
離散性の少ない、パーシャルコヒーレント照明を実現す
ることが可能となる。また、図１と同一の瞳上のスポッ
ト数を実現する場合には少ない（１／４の）パルス光で
所望のパーシャルコヒーレンスを得ることが可能とな
る。更に４本のビームは図６（ａ）に示す３１２５，３
１４５（３１１５，３１３５は図示せず）等の位置に図
８（ｂ）に示すような透過率を有する透過率分布フィル
タを配置し、レチクル照明光が更に均一となる様にす
る。例えば図８（ａ）に示すようにレチクルの回路パタ
ーンを照明する有効域内での均一性を更に良好にするた
め、この分布に逆比例するような透過率特性をこの有効
域内で有するフィルタ（図８（ｂ））を３１２５等の位
置に入れれば図８（ｃ）に示すように、有効域内での均
一性は高くなる。また４つの透過率分布フィルタを総合
的に透過率調整すれば更にレチクル照明の均一化が図れ
る。 【００１７】図９は本発明の他の一実施例であり、図６
に示したプリズム３１０及び３１１に代り、６方向にビ
ームを分離及び合成するプリズム３１０’（３１１’は
図示せず）を用いるものである。この場合も角ビームが
分離されてから合成されるまでの光路長の差は互に可干
渉距離以上を保っている。このようなプリズム３１０’
を用いたビーム一様化手段を有する露光照明装置３’を
用いれば図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、一回の
パルス露光では６点のスポットが生じ、入射瞳５１内の
スポットの分布は更に密になり、パーシャルコヒーレン
ト照明が実現できる。また、所望のスポット数を瞳上に
生ずるためにパルスレーザの露光に要するパルス数も実
効的に低減でき、露光時間の短縮やレチクル照明光の均
一化も更に容易に実現しやすくなる。 【００１８】本発明においては光偏向手段として上述の
実施例に示したガルバノミラーに限定するものではな
く、ポリゴンミラ、Ａ／Ｏ偏向器等を用いることがで
き、これにより高速化を図ることも可能である。またレ
ーザ光源としてはエキシマレーザに限定されることな
く、他の露光に適した波長を有するレーザを用いても良
いことは明らかである。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、レーザ光を露光用光源
とすることにより結像に好適な単色光とすると共に、投
影光学系の瞳上に所望のスポット数を形成する際、互い
に干渉しない複数のレーザスポット光を同時に照射しな
がら入射角を微小に変えることによって離散性の少ない
パーシャルコヒーレント照明（レーザ光の持つコヒーレ
ンシーを実効的に低減した照明）を実現することがで
き、その結果例えば、０．５μｍ或はそれ以下の線幅の
パターンに対する高輝度で、かつ高解像度の投影露光
を、露光物体に対して均一化して、非常に短縮した露光
時間により効率的に実現することができる効果を奏す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus and method using laser light, and more particularly to an excimer laser light suitable for fine pattern resolution of a semiconductor exposure apparatus. The present invention relates to a projection exposure apparatus and a method thereof. 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor exposure apparatus has conventionally employed g of a mercury lamp.
Lines (wavelength 436 nm) and i-lines (wavelength 365 nm) have been used as illumination light. In response to needs for miniaturization of semiconductor patterns, resolution has been improved by increasing the numerical aperture (NA) of a reduction lens. Further, miniaturization has been promoted by the shift from the g-line to the i-line. [0003] In each of the above prior arts, exposure illumination light having a light source having a relatively wide spectral width (several nm or more) is used, and an imaging lens does not cause chromatic aberration with respect to this spectral width. It consisted of several types of glass. Exposure with light in the deep UV region is required in accordance with the need for miniaturization. However, in this region, only several types of materials such as quartz and fluorite can be used. You have to use different kinds of materials. In this case, since chromatic aberration cannot be corrected, it is necessary to use laser light, which has a spectral width of 0.01 nm or less. For example, an excimer laser with an injection lock is used. When such a laser beam is used for exposure illumination, so-called coherent illumination is obtained because the laser has high directivity. As a result, the pattern exposed on the photosensitive material has an MTF ((Modulation, Transfer, Function (Mo)) below a specific spatial frequency determined by the imaging optical system.
duplication Transfer Function
n)) becomes 1, and the MTF becomes 0 at frequencies higher than that, and the unevenness of the spatial frequency corresponding to this cutoff frequency is superimposed on the pattern, and a good quality image is not formed on the photosensitive material. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to make a monochromatic light suitable for image formation by using a laser beam as an exposure light source, and to interfere with each other when forming a desired number of spots. The laser beam coherency is effectively reduced by changing the incident angle slightly while simultaneously irradiating multiple laser spot lights, and high-brightness, high-resolution projection exposure is performed uniformly on the exposed object. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus and a method thereof that can be realized very efficiently by implementing the method. In order to achieve the above object, the present invention provides a laser light source, a splitting optical system for splitting a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of beams, and the splitting optical system. Optical path length difference imparting optical system for imparting an optical path length difference of a coherence length or more to each other for a plurality of beams divided by the system, and a plurality of beams synthesized by the optical path length difference imparting optical system An illumination optical system including a deflection scanning means for irradiating an exposure object by two-dimensionally deflecting and scanning spots together, and two-dimensionally deflecting a plurality of beam spots together by the deflection scanning means of the illumination optical system. And a projection optical system for forming an image of the exposed object on the surface of the exposed object by scanning and irradiating the exposed object with the projection optical system. In the illumination optical system of the projection exposure apparatus, a range in which a plurality of beam spots are two-dimensionally deflected and scanned together by the deflective scanning means is limited. An aperture stop is provided at a position conjugate with the pupil. Further, according to the present invention, in the illumination optical system of the projection exposure apparatus, the illumination optical system further includes a uniforming optical system that makes a plurality of beams split by the splitting optical system substantially uniform in intensity distribution in a desired region. Features. Further, the invention is characterized in that in the projection exposure apparatus, the laser light source is constituted by a pulse laser light source, and a deflection scanning means in the illumination optical system is driven in synchronization with a light emission pulse of the pulse laser light source. According to the invention, in the projection exposure apparatus, the laser light source is an excimer laser light source. Further, according to the present invention, a laser beam emitted from a laser light source is split into a plurality of beams by a splitting optical system, and the plurality of split beams are given a plurality of optical path length differences equal to or more than a coherence distance. Combine it into a beam spot,
The combined beam spots are two-dimensionally deflected and scanned by the deflection scanning means to irradiate the exposure object,
The projection exposure method is characterized in that an image of the irradiated exposure object is formed on the surface of the exposure object by a projection optical system to perform exposure. According to the present invention, in the projection exposure method, a range in which a plurality of beam spots are two-dimensionally deflected and scanned by the deflection scanning means by an aperture stop installed at a position conjugate with an entrance pupil of the projection optical system. It is characterized by limiting. Further, according to the present invention, in the projection exposure method, the intensity distribution of the plurality of beams split by the split optical system is made substantially uniform within a desired region. According to the present invention, in the projection exposure method, the laser beam is an excimer laser beam. Further, according to the present invention, in the projection exposure apparatus and the method therefor, the number of types of glass material that transmits light is small.
A pulse laser beam such as an excimer laser is used for light in a wavelength region of 0 nm or less, and the above-described exposure illumination is applied to the pulse light and the pulse period and deflection for an image forming optical system made of one or several types of glass materials. By synchronizing the driving, spatial coherency can be similarly reduced. As described above, according to the present invention, when a laser beam is used as an exposure light source, monochromatic light suitable for image formation is obtained, and a desired number of spots are formed on a pupil of a projection optical system. By simultaneously irradiating a plurality of laser spot lights that do not interfere with each other and changing the incident angle minutely, partial coherent illumination with little discreteness (illumination that effectively reduces the coherency of the laser light) can be realized. As a result, high-brightness, high-resolution projection exposure can be uniformized for an exposed object, and can be efficiently realized with a very short exposure time. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes an excimer laser light source, and a pulsed laser beam emitted from the excimer laser light source is an exposure illumination device 3 according to the present invention.
, The reticle 2 as an exposure object is uniformly illuminated, and the laser beam transmitted through the reticle passes through a reduction lens 5 to a photosensitive agent (resist) applied on a wafer 4 as a medium to be exposed. An image of the exposed object is formed. The exposure illumination device 3 has the following configuration. The distribution of the laser light emitted from the laser light source passes through the beam uniforming means 31 for uniformly distributing the beam, particularly in the case of an injection lock type excimer laser, since there is a depression at the center. This beam uniforming means changes the wavefront of the laser beam from a spherical or plane wave to a random wavefront,
Or even if it is not random, it does not generate a wavefront that greatly increases the spread angle of the beam,
For example, it comprises a lens and a minute aperture. Therefore, the laser beam that has passed through the beam homogenizing means 31 has a uniform distribution within a desired beam area, and the beam divergence angle is about the original divergence angle of the excimer laser. This uniform laser beam is narrowed down to point A by 32 condenser lenses.
On the way to the point A, there is a galvanometer mirror 301, which deflects the laser light into the xy plane. The lens 302 having the point A as a front focal point receives the deflected laser light, and is arranged on the galvanomirror surface 303 so as to form an image on the galvanomirror surface 301. Therefore, the laser light that has passed through the lens 302 becomes almost parallel light, and the laser light is applied to the same position on the galvano mirror 303 irrespective of the deflection angle of the galvanomirror 301. The galvanomirror 303 swings around the y axis as a rotation axis. The lenses 33 and 34 form an image of the point A on the aperture stop 35 and the pupil 51 of the reduction lens 5 and, at the same time, set the galvanomirrors 301 and 303 and the drawing surface (lower surface) of the reticle 2 to be in a positional relationship so as to be mutually easy. I have. Accordingly, the control circuit 7 controls the pulse emission timing of the excimer laser 1 and the galvanomirror 301
And 303 are performed as shown in FIG.
The point A is imaged on the pupil 51 of the reduction lens as shown in FIG. When the point A is imaged at each of these points, the angle of incidence of the illumination light on the reticle 2 changes, and in each case, the distribution of the irradiation light on the reticle is uniform. This is clear from the fact that the reticles 301 and 303 are common. FIG. 5A shows a galvanometer mirror 3.
FIG. 5B shows the galvanomirror 303 in FIG.
FIG. 5C is a diagram showing emission pulses of the excimer laser. By controlling the pulse light of the galvanomirror and the excimer laser as shown in FIG. 5, a spot can be formed on the pupil 51 of the reduction lens so as to have a base-shaped rectangular area. In general, when the image is spread in a rotationally symmetric distribution on the pupil, the direction dependency of the resolution of the image forming pattern is eliminated. Therefore, an aperture stop 35 is provided behind the lens 33. This has a circular opening, the diameter of which can be controlled, and can have an arbitrary diameter depending on the type of the circuit pattern on the reticle. Since the aperture stop 35 is imaged on the pupil 51 of the reduction lens by the lens 34, it is possible to arbitrarily control the spread of the laser spot on the pupil 51 (therefore, the range of the reticle illumination angle). . FIG. 3 is a view for explaining the state of focusing of the laser beam on the pupil 51, the spread of the focusing point, and the partial coherency σ. At a certain moment, highly directional pulsed light, which can be represented by 611, 621, and 631, is incident on each pattern position of B1, B2, and B3 of the reticle 2, and is condensed on 361 on the pupil. Naturally, since a circuit pattern is drawn on B1 to B3, light diffracted by this pattern is 36
Needless to say, it has a spread centered at 1. Similarly, at other moments, rays 612, 622, and 632 are incident and converge on the pupil 362 (the center of the pupil). Similarly, other pulsed light is focused on 363. Assuming that the range of the spread of the converging spot on the pupil is d and the diameter of the pupil is D, the partial coherency σ of the illumination light is d / D. d ≒ 0
That is, when illuminating only the center 362 of the pupil, complete coherent illumination is obtained, and the coherency is lost as d / D approaches 1. Although the value of σ and the resolution of the pattern are already known, when σ = 0 as shown in FIG. 4, the depression of the imaging pattern appears in both the intensity and the resolution pattern shape,
Good patterns are not formed on the wafer. σ is 0.4
If it is set to 0.8, a good pattern can be formed. In FIG. 4, the dotted line indicates an ideal image. As described above, the laser beam is uniformly illuminated on the reticle 2 which is the object to be exposed. At this time, each circuit pattern on the reticle 2 is illuminated with laser light at a fixed incident angle. This direction is illuminated so that the incident light is condensed at substantially one point on the entrance pupil 51 surface of the reduction lens 5 (in the case of one telecentricity). Further, means 301 and 303 for deflecting the laser light are inserted between the laser light source 1 and the reticle. This deflection means 3
01 and 303, by deflecting the laser light,
The reticle 2 is illuminated with a uniform laser beam, and the angle of incidence on each circuit pattern changes according to the above deflection. Therefore, the incident light is condensed at almost one point on the entrance pupil 51 of the reduction lens 5. However, the position changes according to the deflection. By performing such illumination, exposure light illuminated at a plurality of desired incident angles and transmitted through the reticle 2 is integratedly exposed on a resist on a wafer 4 as a medium to be exposed. In this way, each moment within the exposure time is coherent illumination, but the integrated and exposed one has illumination equivalent to that illuminated incoherently (or partially coherently), with less noise and lower resolution. And a good pattern having a high value is formed on the wafer 4. FIG. 6 shows another embodiment of the present invention.
Although the basic configuration is the same, the beam uniforming means 31 is significantly different. FIG. 6 (a) shows the beam uniforming means 31 tilted at 45 ° on the z-axis and 135 ° on the x-axis from the direction perpendicular to the y-axis with respect to the xyz coordinates shown in FIG. It is the figure which looked at with inclination. Since the beam emitted from the excimer laser has a dent at the center, it is divided into four by a prism 310, and is advanced in four directions perpendicular to each other and perpendicular to the incident direction. FIG. 6B is a view of a cross section taken along line BB of FIG. 6A along the direction g. FIG. 6B shows beams traveling in four directions. Numeral 3101 on the prism is a light-shielding plate, which cuts a minute area in the central depression. The beam traveling in four directions (in FIG. 6A, two directions perpendicular to the paper surface are not shown), for example, the beam traveling in the <1, 0, -1> direction will be described. Since there is a small circular opening 3111 at this light condensing position, uniform light is generated by passing through this opening. This uniform light becomes a substantially parallel beam by the lens 3112 and is turned back by the prism 3113. This folded state is shown in FIG.
This is the same as the prism 3123 in FIG. Likewise 4
The two beams are uniformly parallel and enter the common prism 311. Here, the four beams are separated by the prism 310, and the optical path lengths until they enter the common prism 311 are, for example, equal to each other, and are different from the beam passing through 3110 having the shortest optical path length by 3120. The optical path of the beam passing through is longer by Δl and the beams passing through 3130 and 3140 are longer by 2Δl and 3Δl, respectively. Moreover, Δl is longer than the coherence length of the excimer laser. For example, when an injection lock type excimer laser is used, the spectrum width is 0.003 nm, and thus Δl is a value of 50 nm or more. In this way, beams whose optical path lengths differ from each other by more than the coherent distance are
Wedge glasses 3114, 312 immediately before the light enters
4,3134,3144 (3114 and 3134 are not shown) to pass through the prism 311;
The lens 32 overlaps at almost the same position on the galvanometer mirror 301. Since the four overlapping beams do not interfere with each other, uniform light is added to each other, and a uniform intensity distribution is formed on the galvanomirror 301. However, since these four beams travel in different directions, at point A shown in FIG.
As shown in (a) and (c), there are four separate spots. Therefore, the plane at the point A is the same as the plane of the aperture stop 35 and the pupil 51 of the reduction lens.
There are four spots as shown in FIG. Also, as described above, the galvanomirrors 301 and 303,
Since the surface of the reticle 2 is uniform, the four superimposed beams having a uniform intensity distribution on the galvanomirror 301 also have a uniform intensity distribution on the reticle, and uniformly illuminate a circuit pattern on the reticle. . As a result, by deflecting the galvanometer mirrors 301 and 303, as shown in FIG. 7A, a large number of spots are formed on the pupil 51 of the reduction lens 5 (compared to the case shown in the embodiment of FIG. If the operation is the same, a spot four times larger) will be irradiated, and the illumination angle of the reticle is slightly changed.
Partial coherent illumination with little discreteness can be realized. Further, when the same number of spots on the pupil as in FIG. 1 is realized, a desired partial coherence can be obtained with a small (1/4) pulse light. Further four beams are 3125,3 shown in FIG.
A transmittance distribution filter having a transmittance as shown in FIG. 8B is disposed at a position such as 145 (3115, 3135 not shown) or the like, so that the reticle illumination light becomes more uniform. For example, as shown in FIG. 8A, in order to further improve the uniformity in the effective area for illuminating the circuit pattern of the reticle, a filter having a transmittance characteristic in this effective area that is inversely proportional to this distribution (FIG. 8 (b)) at a position such as 3125, the uniformity within the effective area is increased as shown in FIG. 8 (c). Further, if the transmittance of the four transmittance distribution filters is comprehensively adjusted, the reticle illumination can be made more uniform. FIG. 9 shows another embodiment of the present invention.
Instead of the prisms 310 and 311 shown in (1), a prism 310 '(311' is not shown) for separating and combining beams in six directions is used. Also in this case, the difference between the optical path lengths from the separation of the angular beams to the synthesis of the angular beams is maintained at a coherence distance or more. Such a prism 310 '
As shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), when an exposure illumination device 3 'having a beam uniformizing means using the method shown in FIG. The distribution of the spots becomes more dense, and partial coherent illumination can be realized. Further, the number of pulses required for pulsed laser exposure to generate a desired number of spots on the pupil can be effectively reduced, and the exposure time can be shortened and the reticle illumination light can be more easily uniformized. In the present invention, the light deflecting means is not limited to the galvanomirror shown in the above embodiment, but a polygon mirror, an A / O deflector, or the like can be used. It is possible. It is apparent that the laser light source is not limited to an excimer laser, and that a laser having a wavelength suitable for another exposure may be used. According to the present invention, when a laser beam is used as an exposure light source, monochromatic light suitable for image formation is obtained, and a desired number of spots are formed on a pupil of a projection optical system. By simultaneously irradiating a plurality of laser spot lights that do not interfere with each other and changing the incident angle minutely, partial coherent illumination with little discreteness (illumination that effectively reduces the coherency of the laser light) can be realized. As a result, for example, a high-brightness and high-resolution projection exposure for a pattern having a line width of 0.5 μm or less can be uniformly performed on an exposed object, and can be efficiently realized with a very short exposure time. The effect that can be achieved.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す図である。 【図２】縮小レンズの瞳上のレーザスポット分布を示す
図である。 【図３】レーザ照明光線を示す図である。 【図４】本発明の効果を示す図である。 【図５】ガルバノミラーとエキシマレーザのパルスのタ
イミングを示す図である。 【図６】本発明の他の一実施例である一様露光手段を示
す図である。 【図７】図６に示す実施例に於る瞳上のスポットを示す
図である。 【図８】本発明の他の一実施例である透過率分布フィル
タの効果を示す図である。 【図９】本発明の他の一実施例を示す図である。 【図１０】本発明の他の一実施例を示す図である。 【符号の説明】 １…エキシマレーザ、 ２…レチクル、 ３…露光照明
装置、 ４…ウェハ ５…縮小レンズ、 ３０１，３０３…ガルバノミラー、
３５…開口絞り ３１…一様露光手段、 ５１…入射瞳 ３１０，３１１，３１０’…ビーム分割又は合成用のプ
リズム ７…制御回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a laser spot distribution on a pupil of a reduction lens. FIG. 3 is a diagram showing a laser illumination light beam. FIG. 4 is a diagram showing the effect of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing timings of pulses of a galvanomirror and an excimer laser. FIG. 6 is a view showing a uniform exposure means according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing spots on a pupil in the embodiment shown in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an effect of a transmittance distribution filter according to another embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention. [Description of Signs] 1 ... excimer laser, 2 ... reticle, 3 ... exposure illuminator, 4 ... wafer 5 ... reduction lens, 301, 303 ... galvanometer mirror,
35 ... Aperture stop 31 ... Uniform exposure means 51 ... Entrance pupil 310,311,310 '... Prism 7 for beam splitting or combining ... Control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１８ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/30 518

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．レーザ光源と、該レーザ光源より出射したレーザビ
ームを複数のビームに分割する分割光学系と該分割光学
系で分割された複数のビームについて互いに可干渉距離
以上の光路長差を付与して複数のビームスポットに合成
する光路長差付与光学系と該光路長差付与光学系で合成
された複数のビームスポットを一緒に２次元的に偏向走
査して露光物体に照射する偏向走査手段とを備えた照明
光学系と、該照明光学系の偏向走査手段で複数のビーム
スポットを一緒に２次元的に偏向走査して露光物体に照
射することにより該露光物体の像を被露光物体の表面に
結像させて露光する投影光学系とを有することを特徴と
する投影露光装置。 ２．前記照明光学系において、前記偏向走査手段によっ
て複数のビームスポットが一緒に２次元的に偏向走査さ
れる範囲を制限し、前記投影光学系の入射瞳と共役な位
置に設置された開口絞りを備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の投影露光装置。 ３．前記照明光学系において、前記分割光学系で分割さ
れた複数のビームについて所望の領域内で強度分布をほ
ぼ一様にする均一化光学系を備えたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の投影露光装置。 ４．前記レーザ光源をパルスレーザ光源で構成し、該パ
ルスレーザ光源の発光パルスと同期して前記照明光学系
における偏向走査手段を駆動することを特徴とする特許
請求範囲第１項記載の投影露光装置。 ５．前記レーザ光源はエキシマレーザ光源であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の投影露光装置。 ６．レーザ光源より出射したレーザビームを分割光学系
で複数のビームに分割し、この分割された複数のビーム
について互いに可干渉距離以上の光路長差を付与して複
数のビームスポットに合成し、この合成された複数のビ
ームスポットを偏向走査手段により一緒に２次元的に偏
向走査して露光物体に照射し、この照射された露光物体
の像を投影光学系により被露光物体の表面に結像させて
露光することを特徴とする投影露光方法。 ７．前記投影光学系の入射瞳と共役な位置に設置された
開口絞りにより前記偏向走査手段によって複数のビーム
スポットが一緒に２次元的に偏向走査される範囲を制限
することを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の投影
露光方法。 ８．前記分割光学系で分割された複数のビームについて
所望の領域内で強度分布をほぼ一様にすることを特徴と
する特許請求の範囲第６項記載の投影露光方法。 ９．前記レーザビームがエキシマレーザビームであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の露光照明方
法。[Claims] 1. A laser light source, a splitting optical system that splits a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of beams, and a plurality of beams that are split by the splitting optical system are given a plurality of optical path length differences equal to or more than the coherence distance. An optical path length difference giving optical system for combining with a beam spot and a deflection scanning means for irradiating an exposure object by two-dimensionally deflecting and scanning a plurality of beam spots combined by the optical path difference giving optical system together are provided. An illumination optical system and a deflection scanning means of the illumination optical system two-dimensionally deflect and scan a plurality of beam spots together to irradiate the exposure object to form an image of the exposure object on the surface of the exposure object. And a projection optical system for performing exposure. 2. In the illumination optical system, an aperture stop is provided at a position conjugate with an entrance pupil of the projection optical system, which limits a range in which the plurality of beam spots are two-dimensionally deflected and scanned together by the deflection scanning means. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein 3. 3. The illumination optical system according to claim 1, further comprising a homogenizing optical system for making the intensity distribution of a plurality of beams divided by the dividing optical system substantially uniform in a desired region. The projection exposure apparatus described. 4. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the laser light source is a pulse laser light source, and the deflection scanning means in the illumination optical system is driven in synchronization with the light emission pulse of the pulse laser light source. 5. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein said laser light source is an excimer laser light source. 6. The laser beam emitted from the laser light source is split into multiple beams by the splitting optical system, and the split multiple beams are combined into multiple beam spots by giving an optical path length difference equal to or longer than the coherence length to each other. The exposed plurality of beam spots are two-dimensionally deflected and scanned by the deflection scanning means to irradiate the exposed object, and an image of the irradiated exposed object is formed on the surface of the exposed object by the projection optical system. A projection exposure method, which comprises exposing. 7. 9. An apparatus according to claim 8, wherein an aperture stop provided at a position conjugate with an entrance pupil of said projection optical system limits a range in which a plurality of beam spots are two-dimensionally deflected and scanned by said deflection scanning means. 7. The projection exposure method according to claim 6, wherein: 8. 7. The projection exposure method according to claim 6, wherein the intensity distribution of the plurality of beams split by the split optical system is made substantially uniform within a desired area. 9. 7. The exposure illumination method according to claim 6, wherein the laser beam is an excimer laser beam.