KR100296778B1 - 노광장치및그장치를사용하는소자제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마스크상의 전사 영역내에 형성된 패턴을 주사 노광 방식으로 감광기판상에 전사하는 투영 노광 장치에 있어서, 마스크의 패턴면과 공역인 면에서 이격되어 배지된 시야 조리개의 직사각형 개구를 거쳐서 마스크의 전사 영역에 조명광을 조사하는 조명 광화계와 마스크의 패턴면과 거의 공역인 면내에 배치되고 시야 조리개의 직사각형 개구에 의해서 규정되는 마스크상의 조명 영역의 적어도 일부를 차광하는 마스크와 감광기판과의 상대 주사의 방향으로 개구폭을 가변으로 하는 차광부재를 설치하고 또한, 상대 주사에 의해서 변화하는 마스크의 전사 영역상에서의 조명 영역의 위치 변화에 연동해서 차광 부재를 그 개구폭을 변경하게 구동하는 부재를 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

노광 장치 및 그 장치를 사용하는 소자제조방법
본 발명은 예컨대, 반도체 소자, 액정 표시 소자, 또는 박막 자기 헤드등을 제조하는 리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치에 관한 것으로서 특히, 마스크(또는 레티클)와 감광기판을 동기적으로 이동하므로써 마스크의 패턴을 감광기판상에 노광하는 주사 노광 장치에 관한다.
그런데, 반도체 소자 제조의 포토리소그래피 공정에서는 마스크, 또는 레티클(이하, 레티클이라 총칭한다)의 패턴을 투영 광학계를 거쳐서 감광재(포토레지스트)가 도포된 반도체 웨이퍼상에 전사하는 투영 노광 장치가 사용되어 있다. 최근에는 반도체 소자의 대형화, 및 미세화에 대응해서 투영 광학계의 이미지 필드의 확대, 및 해상도의 향생을 행할 것이 요구되고 었다. 그러나, 투영 광학계의 고해상화와 광 필드화의 양쪽을 실현하는 것은 설계상 및 제조상 매우 곤란하다. 그래서, 예컨대 미국특허 제 4,747,678 호, 미국특허 제 4,924,257호, 미국특허 제5,194,893호에 개시되어 있듯이 레티클 상의 국소적인 영역만을 조명하고, 또한 레티클과 웨이퍼를 동기하여 이동하므로써 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 전사하는 주사식 노광 장치가 주목되어 있다. 주사식 노광장치는 투영 광학계의 이미지 피일드가 작아도 대면적의 패턴 이미지를 웨이퍼상에 전사 가능하며 또한 투영 광학계의 해상도를 비교적 용이하게 향상시킬 수 있다.
그런데 주사식 노광 장치에서는 시야 조리개(레티클 블라인드)에 의해서 규정되는 조명 영역에 대해서 레티클을 상대 주사한다. 따라서, 주사의 개시시 또는 종료시에는 레티클상의 패턴 영역의 외측까지도 조명되므로 불필요한 패턴이 웨이퍼상에 전사될 수 있다. 불필요한 패턴의 전사를 방지하기 위해서는 패턴 영역을 규정하는 차광대의 폭을 넓게해야 될 것이나 이것으로는 레티클상의 패턴 영역의 면적이 좁아지며 전사패턴의 대면적화를 거스르는 것이 된다. 또, 레티클상의 2개의 회로 패턴의 한쪽만을 웨이퍼상에 주사 노광하는 경우에는, 2 개의 회로 패턴을 사이에 두는 차광대의 폭이 조명 영역의 폭보다 좁으면 다른쪽의 회로 패턴의 일부가 웨이퍼상에 전사되게 된다.
그래서, 예컨대 특개평 4-196513 호 공보(미국 특허 출원번호 068, 101)(1993.5.28)에서는 레티클상의 조명 영역을 규정하는 시야 조리개의 각 플레이트(차광판)를 가동으로 하고, 주사의 개시 및 종료시에는 플레이트를 구동하여 시야 조리개의 직사각형 개구, 즉 레티클상의 조명 영역의 주사 방향의 폭을 변화시키므로써 불필요한 패턴을 조명하지 않도록 하는 것이 제안되어 있다. 그런데, 주사식 노광 장치에서는 웨이퍼상에서 양호한 조도 균일성을 얻기(환언하면 고정밀도인 노광량 제어를 행한다) 위해서는 조명 영역의 주사 방향의 폭이 충분히 일정하게 되어야 한다. 따라서, 시야 조리개에 대해서는 주사 방향과 수직인 엣지부에 요철이 적다는 것과, 주사 방향의 폭을 변화시킬 때 2 개의 엣지부를 충분히 평행하게 유지한 채로 가동 제어할 것이 요구된다. 그러나, 시야 조리개의 엣지부는 기계적인 나이프 엣지같은 것으로 형성된다. 즉, 기계적인 나이프 엣지에서는 형상 오차가 크고 조도 균일성이 저하한다는 문제점이 있다.
또, 레티클의 주사에 동기하여 상술의 시야 조리개를 가변 제어하는 것으로는 평행도에 관한 요구 정밀도를 만족하는 것은 어렵다. 이것을 만족하기 위해서는 고정밀도의 위치 결정기구가 필요하게 되며 가변 기구가 매우 복잡해진다는 단점이 있다.
또, 펄스 광원을 사용하는 주사식 노광 장치에서는 웨이퍼상에서의 노광량불균일을 저감하기 위해서 예컨대, 미국특허 제 4,822,975 호에 개시되어 있듯이 웨이퍼상에서의 주사 방향의 광강도를 거의 이등변 사다리꼴형상으로 하는 것이 제안되어 있다.
본 발명은 양호한 조도 균일성(노광량 제어 정밀도)이 얻어지고 또한 마스크상의 소망의 패턴만을 감광기판상에 전사할 수 있는 주사식 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 주사 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 주사 노광 장치에 적용되는 조명 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 2중의 가동 차광판 및 고정 레티클 블라인드의 구성을 도시하는 사시도.
도 4는 도 1중의 레티클상의 조명 영역 및 조명 시야를 도시하는 도면.
도 5a는 고정 레티클 블라인드의 개구의 일예를 도시하는 도면.
도 5b는 도 5a의 개구를 사용한 경우의 웨이퍼상의 노광 영역을 도시하는 도면.
도 5c는 도 5a의 개구를 사용한 경우의 웨이퍼상의 비주사 방향의 적산 노광량 분포를 도시하는 도면.
도 6a는 고정 레티클 블라인드의 개구의 변형예를 도시하는 도면
도 6b는 도 6a의 개구를 사용한 경우의 웨이퍼상의 노광 영역을 도시하는 도면.
도 6c는 도 6a의 개구를 사용한 경우의 웨이퍼상의 적산 노광량 분포를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 주사 노광 장치의 조명 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 도 7 중의 고정 레티클 블라인드이 개구 패턴을 도시하는 도면.
도 9는 도 7 중의 가변 동공 필터판의 개구 형상을 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 주사 노광 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 11a 내지 도 11f는 제 3 실시예의 주사 노광 동작의 일예의 설명을 제공하는 도면.
도 12a 내지 도 12c는 도 11a 내지 도 11f의 주사 노광 동작에 대응하는 레티클과 가동 블라인드의 날개사이의 이동 속도의 관계를 도시하는 도면.
도 13a 내지 도 13f는 제 3 실시예의 주사 노광 동작의 다른 예의 설명을 제공하는 도면.
도 14는 가동 블라인드의 날개가 4 개인 경우를 도시하는 도면.
도 15a는 고정의 시야 조리개에서 웨이퍼 까지의 광학계의 모식도.
도 15b는 레티클 상의 조명 영역의 주사 방향의 조도분포를 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
8 : 투영 광학계 12 : 레티클
22A : 주제어계 22B : 구동장치
38,39 : 가동 차광판 40A,40B : 구동 장치
101 : 펄스 광원 102 : 빔 성형 광학계
105 : 시야 조리개
본 발명에 의한 제 1 의 주사식 노광 장치는 조명광을 발생하는 광원과 그 조명광으로 마스크상의 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와, 그 조명 영역내의 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영 광학계를 가지며, 그 조명 영역에 대해서 마스크를 소정 방향으로 주사하고 또한 투영 광학계에 관해서 그 조명영역과 공액인 노광 영역에 대해서 기판을 소정 방향으로 주사하므로써 마스크의 패턴의 이미지를 기판상에 주사 노광하는 것이다. 그리고, 마스크상의 조명 영역을 소정의 형상, 크기로 설정하는 고정의 시야 조리개와, 시야 조리개에 의해서 마스크상에 설정되는 조명 영역의 그 소정 방향에 관한 범위를 가변으로 제한하는 차광 부재를 각각 조명 광학계중의 마스크의 패턴면과 공액인 면, 또는 그 근처에 배치한 것이다. 또, 시야 조리개에 의해서 마스크상에 설정하는 조명 영역의 형상을 기판상에서의 소정 방향과 수직인 방향에 관한 적산 노광량 분포에 따른 형상으로 설정하면 좋다. 또한, 시야 조리개를 광투과성의 기판상에 차광막을 피착하므로써 형성하고 차광막이 피착된 면을 마스크의 패턴면과 공액인 면에서 소정량만큼 디포커스(defocus)된 위치에 설치하면 좋다.
본 발명의 제 1 주사식 노광 장치에 의하면 마스크와 기판의 동기 주사의 개시 직후 및 종료 직전에서는 고정의 시야 조리개에 의해서 마스크상에 설정되는 조명 영역은 그 일부가 마스크상의 패턴 영역을 규정하는 차광대의 밖으로 빠져 나와 있다. 그래서, 고정의 시야 조리개와는 별도로 설치되는 차광부재를 마스크의 주사에 동기하여 이동하므로써 그 차광 부재의 마스크상으로의 투영 이미지의 엣지부를 마스크의 차광대중에 설정한다. 이것으로 차광대와의 보이드 패턴(void pattern)이 기판상에 노광된다. 환언하면 차광대의 외측을 지나서 기판상에 도달하는 광에 의해서 그 일부가 감광하는 것이 방지된다. 또, 조명 영역의 전부가 마스크상의 패턴 영역내에 존재할 때, 조명 영역은 그 형상, 크기가 고정의 시야 조리개에 의해서 설정된다. 따라서, 차광 부재의 위치 제어 정밀도는 마스크상의 차광대의 폭 정도로 좋다. 이상과 같이 기판상에서의 적산 노광량을 결정하기 위한 고정의 시야 조리개와 마스크상의 조명 시야를 제한하기 위한 차광 부재를 분리해서 배치하기 때문에 차광 부재의 위치결정 정밀도는 종래의 추종식보다 거칠어도 되며, 그 가동기구의 구조, 및 제어계를 간략화할 수 있고 또한, 고정의 시야 조리개에 의한 조명 영역의 형상, 크기의 설정 정밀도를 고 정밀도화할 수 있다.
또, 시야 조리개의 개구의 형상이 직사각형인 경우, 마스크와 기판을 Y방향으로 이동하고 주사 노광을 행하면 조명 광학계의 광학 특성에 따라서는 도 5c에 도시한 바와 같이 주사 방향(Y 방향)에 수직인 비주사 방향(X 방향)에 관한 기판상에서의 적산 노광량(E(X))의 분포는 고르지 않는 수가 있다. 그래서, 도5c의 적산노광량(E(X))에 따라서,예컨대, 도6a에 도시한 바와같이 시야 조리개의 개구 형상을 변형한다. 이것으로 기판상의 비주사 방향의 적산 노광량(EX))의 분포를 고르게 할 수 있다.
또한, 고정의 시야 조리개를 광 투과성의 기판상의 소정범위에 차광막을피착하므로써 형성한 경우에는, 예컨대, 도 6a 와 같은 개구를 고정밀도로 형성 할 수 있고 적산 노광량의 불균일이 작아진다. 또, 그 차광막이 피착된 면을 마스크의 패턴면과 공액인 면에서 소정량만큼 디포커스된 위치에 설치한 경우에는 그 광투과성의 기판상에 부착한 이물질(먼지 따위)의 이미지가 기판상에 흐리게 투영되므로 그 이물질은 기판상의 적산 노광량의 불균일에 영향을 주지 않는다.
본 발명에 의한 제 2 의 주사식 노광 장치는 마스크상의 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와, 마스크와 감광기판을 동기하여 주사하는 상대 주사 부재를 구비하며, 마스크의 패턴 형성면의 근처면, 조명 광학계 중의 패턴 형성면과 공액인 면 및 이 공액면의 근처면으로 이루어진 부착면군중의 제 1 부착면상에 배치된 마스크상의 조명 영역의 주사 방향의 폭을 설정하기 위한 고정 시야 조리개를 갖는다. 또한, 그 부착면군중의 제 1 부착면과 상이한 제 2 부착면상에 배치된 마스크상의 조명 영역내에서 감광 기판상에 실제로 노광해야 할 가변노광 영역을 설정하기 위한 가동의 시야 조리개를 구비하며 이 가동의 시야 조리개는 그 노광 영역의 주사 방향에 대해서 각각 앞쪽 및 뒷쪽의 엣지부를 설정하는 제 1 날개 및 제 2 날개를 가지며, 마스크 패턴의 노광 개시시에는 가동의 시야 조리개의 제 1 날개를 구동하고 그 노광영역의 주사방향에 대해서 앞쪽의 엣지부를 조명 영역에 대해서 주사 방향으로 동기하여 이동시키고 마스크 패턴의 노광 종료시에는 가동 시야 조리개의 제 2 날개를 구동하고 그 노광 영역의 주사 방향에 대해서 뒷쪽의 엣지부를 조명 영역에 대해서 주사 방향으로 동기하여 이동시키는 것이다.
본 발명에 의한 제 3 주사식 노광 장치는 조명광을 발생하는 광원과, 그 조명광으로 마스크상의 조명 영역을 조명하는 조명 광학계와, 그 조명 영역내의 패턴의 이미지를 감광기판상에 투영하는 투영 광학계와, 조명 영역에 대해서 마스크와 감광기판을 동기하여 주사하는 상대 주사부재를 구비하며, 조명 광학계중의 마스크의 패턴 형성면과 공액인 면에서 그 광축 방향으로 △z 만큼 떨어진 제 1 부 착면상에 배치된 마스크상의 조명 영역의 주사 방향의 폭을 설정하기 위한 고정의 시야 조리개를 갖는다. 또한, 마스크의 패턴 형성면의 공액면과 거의 일치한 제 2 부착면상에 배치된 마스크상의 조명 영역내에서 감광기판상에 실제로 노광해야 할 가변 노광 영역을 설정하기 위한 가동 시야 조리개를 구비하며, 투영 광학계의 감광 기판측의 개구수를 NAw, 조명 광학계에서의 조명광의 코히어런스 팩터(coherence factor)를 σ, 투영 광학계의 투영 배율을 MRW, 제 1 부착면 근처의 마스크의 패턴 형성면과 공액인 면과 패턴 형성면사이의 광학계의 배율을 MBR, 고정 시야 조리개의 배치면상의 한점에서 나오는 광의 감광 기판상에서의 흐림의 반경 허용 최소치를 △Dmin으로 했을 때, 그 제 1 부착면의 디포커스량인 △z 가 다음의 조건을 만족한다.
|△Z| ≥Dmin/[MBR·MRW·tan {arcsin(MBR·MRW·NAW·σ)}] (1)
본 발명의 주사식 노광 장치에 의하면 조명 영역의 주사 방향의 폭을 결정하는 시야 조리개를 고정으로 했으므로 주사 방향의 엣지부가 충분히 평행하게되도록 정밀하게 제조 또는 조정할 수 있다. 또, 조명 영역보다 형상 정밀도가 거칠어도 되는 가변 노광 영역을 결정하기 위한 제 1 날개 및 제 2 날개를 갖는 가동 시야 조리개가 설치되어 있다. 그래서, 예컨대 마스크상의 복수의 패턴 영역의 하나만을 감광기판상에 전사할 때는 주사 노광 개시시에는 제 1 날개를 구동하고 노광 영역의 주사 방향에 대해서 앞쪽의 엣지부를 조명 영역에 대해서 주사 방향으로 이동시키고 주사 노광 종료시에는 제 2 날개를 구동하고 노광 영역의 뒷쪽의 엣지부를 조명 영역에 대해서 주사 방향으로 이동시킨다.
이것으로 소망의 패턴 영역만이 감광기판상에 전사된다. 이 경우, 제 1 날개와 제 2 날개의 간격은 최대라해도 조명 영역과 공액인 영역의 폭을 근소하게 초과하는 정도면 된다. 게다가 제 1, 제 2 날개의 이동 스트로크는 그 조명 영역과 공액인 영역의 폭을 근소하게 초과하는 정도면 된다. 이 때문에 가동 시야 조리개는 소형으로도 된다. 또한, 마스크상의 복수의 패턴 영역을 사이에 두는 차광부의 폭을 조명 영역의 주사 방향의 폭보다 작게 할 수있으며 마스크상에서 패턴영역의 면적을 넓게 취할 수 있다. 또, 고정시야 조리개는 마스크의 패턴 형성면의 공액면에서 어긋나게 배치할 수 있기때문에 가변 노광 영역을 결정하기 위한 가동 시야 조리개를 예컨대, 마스크의 패턴 형성면과 실질적으로 공액인 면에 배치할 경우에도 스페이스적으로 양립된다.
또, 본 발명의 제 3 주사식 노광 장치에 의하면, 고정 시야 조리개를 사용하고 있으므로 슬릿형상의 조명 영역의 주사 방향의 엣지부가 충분히 평행하게되도록 정밀하게 제조 또는 조정할 수 있다. 또한, 가동 시야 조리개를 병용하고 있으므로 마스크상의 복수의 회로 패턴을 사이에 둔 차광부의 폭이 좁은 경우에도 소망의 회로 패턴만을 감광기판상에 전사할 수 있다. 또, 가동의 시야 조리개를 마스크의 패턴 형성면과 거의 공액인 면에 배치하고, 또한 고정 시야 조리개를 그 공액면으로부터 상술의 조건식(1)을 만족하는 간격 △z만큼 어긋나게 배치하고 있다. 이 때문에 도 6b에 도시한 바와 같이 조명영역의 주사방향에 관한 조도분포의 양단에 소정의 슬로프를 갖게 할 수 있다.
따라서, 노광광원이 특히 엑시머레이저 등의 펄스 광원인 경우, 노광량 제어면, 또는 조도 균일성의 유지면에서 적합하다.
적합한 실시예의 설명
도 1 내지 도 4를 참조해서 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 주사식 투영 노광 장치의 구성을 도시한다. 도 1에 있어서 도시 생략된 조명 광학계로부터의 노광량(EL)은 레티클(12)상의 국소적인 가늘고 긴 직사각형 영역만에 조사된다. 레티클(12)을 통과한 노광광(EL)은 투영 광학계(8)에 입사되고 투영 광학계(8)는 레티클(12)의 패턴의 이미지를 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(5)상에 투영한다. 주사 노광시에는 노광광(EL)의 조명 영역에 대해서 레티클(12)이 도 1의 지면에 대해서 수직인 앞방향으로 일정속도(V)로 주사되는 것에 동기하여 웨이퍼(5)는 도 1의 지면에 대해서 수직인 뒷방향으로 일정 속도(V/M)(1/M 은 투영 광학계(8)의 투영 배율)로 주사된다.
다음에 레티클(12)및 웨이퍼(5)의 구동계에 대해서 설명한다. 지지대(9)상에는 Y 방향(도 1의 지면에 수직인 방향)으로만 이동 가능한 조동(粗動) 스테이지(10)가 설치되며 이 조동 스테이지(10)상에는 미동 스테이지(11)가 설치되며, 레티클(12)은 진공척을 매개로 미동 스테이지(11)상에 유지된다. 미동 스테이지(11)는 투영 광학계(8)의 광축(AX)과 수직인 면내에서 X, Y 방향 및 회전 방향(θ 방향)으로 미동 가능하며 고정밀도인 레티클(12)의 위치 제어를 행한다. 미동 스테이지(11)의 단부에는 이동 거울(21)이 배치되며 지지대(9)상에 배치된 레이저 간섭계(14)에 의해서 상시 미동 스테이지(11)의 X, Y 및 θ 방향의 위치가 모니터되고 있다. 간섭계(14)부터의 위치 정보(S1)는 주제어계(22A)에 공급된다. 한편, 지지대(베이스)(1)상에는 Y 방향으로 이동 가능한 Y 스테이지(2)가 설치되며 그 위에 X 방향으로 이동 가능한 X 스테이지(3)가 설치된다. 또한, X 스테이지(3)상에는 광축(AX)방향으로 미동 가능하며, 또한 광축(AX)과 수직인 면에 대해서 임의로 경사가능한 ZL 스테이지(4)가 설치되며 웨이퍼(5)는 진공 척(θ테이블)을 거쳐서 ZL 스테이지(4)상에 유지된다. ZL 스테이지(4)상에는 이동 거울(7)이 고정되어 있으며 외부에 배치된 간섭계(13)에 의해서 ZL 스테이지(4)의 X, Y 및 θ 방향의 위치가 모니터된다. 간섭계(13)부터의 위치 정보도 주제어계(22A)에 공급된다. 주제어계(22A)는 구동 장치(22B)등을 거쳐서 Y 스테이지(2)내지 ZL 스테이지(4)의 위치결정 동작을 제어함과 동시에 장치 전체의 동작을 제어한다.
상세한 것은 후술하지만, 간섭계(13)에 의해서 규정되는 웨이퍼 좌표계와 간섭계(14)에 의해서 규정되는 레티클 좌표계와의 대응을 취하기 위해서 ZL 스테이지(4)상의 웨이퍼(5)의 근처에 기준 마크판(6)이 고정되어 있다. 기준 마크판(6)상에는 여러 가지의 기준 마크가 형성되어 있다. 이들 기준 마크의 하나는 ZL 스테이지(4)측에 인도된 조명 광에 의해 뒷쪽으로부터 조명되고 있는 기준 마크, 즉, 발광성의 기준 마크가 있다. 기준 마크 판(6)의 구성, 및 그 조명계의 일에는 예컨대 미국특허 제 4,780,616호에 개시되어 있다.
또, 레티클(12)의 위쪽에는 기준 마크판(6)상의 기준 마크와 레티클(12)상의 마크를 동시에 관찰하기 위한 얼라인먼트 현미경(19, 20)이 장비되어 있다. 또한, 레티클(12)로부터의 검출광을 얼라인먼트 현미경(19, 20)로 인도하기 위한 거울(15, 16)이 이동 가능하게 배치되며 노광 스퀀스가 개시되면, 주제어계(22A)부터의 지령에 따라서 구동 장치(17, 18)는 거울(15, 16)을 노광광로외로 퇴피시킨다. 또한, 투영 광학계(8)의 Y 방향의 측면부에 웨이퍼(5) 상의 얼라인먼트 마크(웨이퍼 마크)를 관찰하기 위한 오프 액시스 방식의 얼라인먼트 장치934)가 배치되어 있다. 얼라인먼트 장치(34)의 구성등에 대해선 예컨대 미국특허 제 4,962,318호에 개시되어 있다.
도 2는 본 실시예의 조명 광학계를 도시한다. 도 2에 있어서 수은 램프(31)에서 사출된 노광광(예컨대 파장 365 nm의 i선)은 타원 거울(32)에 의해서 그 제 2 초점에 집광된 후, 입력 렌즈(33)에 의해 거의 평행 광속으로 변환되어서 플라이아이 렌즈(36)에 입사한다. 타원 거울(32)의 제 2 초점부근에 셔터(34)를 배치하고 주제어계(22A)가 구동 장치(35)를 거쳐서 셔터(34)를 개폐하므로써 노광 시간을 제어한다.
플라이아이렌즈(36)의 사출측의 촛점면(조명 광학계의 동공면과 거의 일치)에는 다수의 2 차 광원이 형성되고 다수의 2 차 광원으로부터의 노광광(EL)은 제 1 릴레이렌즈(37A)를 거쳐서 균일한 조도로 1 쌍의 가동 차광판(38,39)상에 조사된다. 가동 차광판(38,39)로 둘러싸인 개구부를 통과한 광은 가동 차광판(38,39)으로부터 약간 이격되어 배치되는 고정형 레티클 블라인드(42)에 달한다. 고정형 레티클 블라인드(42)는 석영 등의 유리 기판(43)의 가동 차광판(38,39)측 표면에 크롬막(44)을 증착하고 직사각형 개구를 형성한 것이며 크롬막(44)내의 개구(44a)(도 3 참조)에 의해서 레티클(12)상의 조명 영역의 형상 및 크기(면적)를 결정하고 있다. 또, 가동 차광판(38,39)은 각각 구동 장치(40A,40B)에 접속되며 주사 노광시에 주제어계(22A)가 구동 장치(40A,40B)를 거쳐서 가동 차광판(38,39)의 위치 제어를 행한다.
도 3은 가동 차광판(38,39)및 고정항 레티클 블라인드(42)를 확대한 사시도이다. 도 3에 있어서 조명 광학계의 광축(AX)과 수직인 면내에 있어서, 도 2중의 레티클(12)의 주사 방향(Y 방향)에 대응하는 방향을 Y1 방향, 비주사 방향(X 방향)에 대응하는 방향을 X1 방향으로 한다. 가동 차광판(38)은 Y1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(38y), 및 X1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(38x)를 일체화해서 형성된다. 한편, 가동 차광판(39)은 Y1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(39y) 및 X1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(39x)를 일체화해서 형성된다. Y1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(38y,39y)는 동일면내에 배치되며 마찬가지로 X1 방향에 수직인 엣지를 갖는 날개(38x,39x)는 동일면내에 배치된다. 또한, 가동 차광판(38,39)을 이동할 때, 날개(38y,39y)와 날개(38x,39x)가 서로 간섭하지 않게 광축(AX)방향으로 어긋나게 해서 배치하고 있다.
또, 가동 차광판(38,39)은 각각 X1 및 Y1 방향을 따라서 이동할 수 있게 지지되어 있다. 또, 날개(38y,39y)로 둘러싸인 개구에 의해서 도 2의 레티클(12)상의 조명 영역이 Y 방향으로 제한되고 날개(38x,39x)로 에워싸인 개구에 의해서 도 2의 레티클(12)상의 조명 영역이 X 방향으로 제한된다. 환언하면, 고정형 레티클 블라인드(42)의 개구(44a)에 의해서 규정되는 레티클(12)상의 조명 영역은 그 폭방향(Y 방향)의 폭이 날개(38y,39y)에 의해 제한되며, 그 길이방향(X 방향)의 폭이 날개(38x,39x)에 의해서 제한된다. 이제, 날개(38y,39y)및 날개(38x,39x)에 의해 둘러싸인 개구를 통과한 광은 고정형 레티클 블라인드(42)에 입사되고 또한, 그 개구(44a)를 통과한 광이 레티클(12)을 조사한다.
도 2로 돌아가, 고정형 레티클 블라인드(42)의 개구를 통과한 노광광(EL)은 제 2 릴레이렌즈(37B), 거울(41)및 메인 콘덴서 렌즈(45)를 거쳐서 레티클(12)상의 조명 영역(46)을 균일한 조도로 조명한다. 엄밀하게는 조명 영역(46)은 고정형 레티클 블라인드(42)의 개구에 의해 설정되는 영역이며 그 조명 영역(46)과 가동 차광판(38,39)으로 둘러싸이는 개구부에 의해 설정되는 조명 시야가 겹친 영역에만 노광광(EL)이 조사되는 것으로 된다. 주사 노광을 행할때는 조명 영역(46)에 대해서 Y방향 (도 2의 지면에 평행인 방향)으로 레티클(12)이 소정 속도로 주사된다.
또, 가동 차광판(38, 39)중에서 레티클(12)상의 주사 방향(Y 방향)의 조명시야를 설정하는 날개(38y, 39y)가 레티클(12)의 패턴 형성면과 공액인 면에 배치도고 레티클(12)상의 비주사 방향(X방향)의 조명시야를 설정하는 날개(38x, 39x)는 그 공액면에서 제 1 릴레이 렌즈(37A)측으로 약간 디포커스된 면에 배치되어 있다. 또, 고정형 레티클 블라인드942)(크롬막 (44)의 증착에 의해서 개구(44a)가 형성된 면)를 레티클(12)의 패턴 형성면과의 공액면에서 제 2 릴레이 렌즈(37B)측으로 소정거리만큼 디포커스된 면에 배치되어 있다.
또, 주사 노광시에는 미동 스테이지(11)상의 Y방향용의 이동 거울(21y)과 Y방향용의 간섭계(14y)에 의해서 레티클(12)의 Y방향의 위치가 상기 검출되어 있다. 이 검출 결과가 주제어계(22A)에 공급되고 주제어계(22A)는 레티클(12)의 Y방향의 위치 및 간섭계(13)로부터 얻어지는 웨이퍼(5)의 Y방향의 위치에 따라서 구동부(47)를 거쳐서 조동 스테이지(10)의 주사속도(또는 미동 스테이지 (11)의 X, Y, θ방향의 위치)를 제어한다.
다음에 본 실시예에 있어서의 주사 노광 동작의 일예에 대해서 도 4를 참조해서 설명한다.
도 4는 본 실시예에서 사용되는 레티클(12)의 구성도이며, 레티클(12)의 내부의 패턴 영역(PA)내의 패턴의 이미지가 웨이퍼(5)상에 노광된다. 또 패턴 영역(PA)은 소정폭의 차광대(금지대)(48)에 의해서 둘러싸이고 있다. 그 레티클(12)상의 고정형 레티클 블라인드(42)에 의해 설정되는 조명 영역(46)과 가동 차광판(38,39)에 의해서 설정되는 조명시야(49)가 겹친 영역만에 노광광(EL)이 조사된다. 따라서 레티클(12)의 Y 방향으로의 주사를 개시할 때는 레티클(12)의 Y 방향으로의 주사에 동기하여 가동 차광판(38)의 날개(38y)를(Y1)방향으로 이동시키므로써 조명시야(49)의 주사 방향측의 엣지부(49a)를 차광대(48)내에 설정해 둔다. 그리고, 또한, 레티클(12)이 Y 방향으로 나아가 조명 영역(46)의 주사 방향측의 엣지부(46a)가 차광대(48)에 걸렸을 때, 날개(38y)를 크게 Y1 방향으로 이동시켜서 조명시야(49)의 엣지부(49a)를 차광대(48)의 외측으로 이동시킨다.
이때, 조명시야(49)의 주사 방향(Y 방향)으로는 병렬한 양측(X 방향으로 연장한 2조)의 엣지부는 조명 영역(46)의 외측에 설정된다. 한편, 조명시야(49)의 비주사 방향(X 방향)으로 병렬한 양축(Y 방향으로 연장한 2 조)의 엣지부는 차광대(48), 특히 Y 방향으로 연장한 차광대 중에 설정된다. 또, 고정형 레티클 블라인드(42)의 개구(44a)에 의해서 설정되는 조명 영역(46)의 X 방향으로 병렬한(Y 방향으로 연장한 2 조의)엣지는 차광대(48)의 외측에 설정되어 있다. 따라서, 조명 영역(46)이 패턴 영역(PA)내에 설정되어 있는 동안은 주사 방향에서는 조명 영역(46)에 설정되고 비주사 방향에서는 차광대(48)로 구분되는 범위의 패턴의 이미지가 웨이퍼(5)상에 투영된다. 그후, 레티클(12)이 또한 Y 방향으로 나아가, 조명시야(49)의 주사 방향에 대해서 뒷쪽의 엣지부(49b)가 차광대(48)에 걸린 시점에서 주사 노광이 종료하기 까지의 동안은 레티클(12)의 주사에 동기하여 가동 차광판(39)의 날개(39y)를(Y1)방향으로 주사하므로써 그 엣지부(49b)를 차광대(48)중에 넣어둔다. 이것으로 차광대(48)의 외측을 통과한 노광광이 웨이퍼(5)상에 조사되는 일이 없어진다. 이같이 가동 차광판(38,39)으로 결정되는 조명 시야(49)는 항상 레티클상의 차광대(48)에서 외측에 위치하게 제어되며, 주사 노광중, 특히 주사노광의 개시직후 및 종료 직전 일지라도 레티클(12)상의 차광대(48)의 밖에 조명광이 누설되는 것을 방지하고 있다.
이같이 본 실시예에서는 레티클(12)상의 패턴 영역(PA)이외의 영역을 차광하기 위한 가동 차광판(38,39)의 위치 결정 정밀도는 레티클(12)상의 차광대(48)의 폭정도로 되며 구동기구 및 제어기구를 간략화 할 수 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서 노광광(EL)의 광강도가 일정하고 또한 레티클(12)및 웨이퍼(5)의 주사 속도가 각각 일정하다고 하면, 고정형 레티클 블라인드(42)에 의해서 설정되는 레티클(12)상의 조명 영역(46)의 주사 방향(X 방향)의 폭에 따라서 웨이퍼(5)상에서의 적산 노광량이 결정된다. 이때, 조명광학계의 광학 특성 등에 따라 웨이퍼(5)상에서의 주사 방향과 수직인 X 방향에 관한 조도 분포는 소정의 불균일을 갖는다고 생각된다. 예컨대, 도 5a에 도시한 바와 같이 고정형 레티클 블라인드(42)의 개구(44a)가 직사각형이면, 웨이퍼(5)상의 쇼트 영역(SA)은 도 5b에 도시한 바와 같이 이 개구(44a)와 공액인 직사각형의 노광영역(레티클패턴의 투영 영역)(46A)에 대해서 Y 방향으로 주사된다. 따라서, 쇼트 영역(SA)상의 X 방향(비주사 방향)을 따른 직선상에서의 적산 노광량(EX))의 분포는 도 5c의 분포곡선(50)같이 목표 노광량(Eo)에 대해서 소정 폭으로 불균일할 수가 있다.
이 경우에는 투영 노광 장치마다 그 분포 곡선(50)을 실측하고 도 6a에 도시한 바와 같이 고정 레티클 블라인드(42)의 개구(44b)의 형상(특히, 주사 방향(Y 방향)에 대응하는(Y1)방향의 폭의 분포)을 그 분포곡선(50)의 높이에 거의 반비례하게 결정한다. 즉, 분포 곡선(50)의 값이 큰 부분에서는 개구(44b)의 폭을 좁게하고 역으로 분포곡선(50)의 값이 작은 부분에서는 개구(44b)폭을 넓게 한다. 여기에서 웨이퍼(5)상의 쇼트 영역(SA)을 개구(44b)와 상사(相似)인 노광 영역(46B)(도 6b)에 대해서 Y 방향으로 주사된다. 따라서, 쇼트 영역(SA)상의 X 방향(비주사 방향)을 따른 직선상에서의 적산 노광량(EX))의 분포는 도 6c의 분포곡선(51)과 같이 전범위에서 거의 목표 노광량(Eo)에 합치하게 된다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면 고정 레티클 블라인드(42)에 비주사 방향의 적산 노광량 분포에 따라서 정해진 형상의 개구를 형성하고 이 개구와 상사인 조명 영역(46)에 대해서 레티클(12)을 주사하므로 웨이퍼(5)상에서의 비주사방향의 적산 노광량의 분포가 고르게 된다. 또, 고정 레티클 블라인드(42)에 있어서 유리 기판(43)상에 피착한 크롬막(44)내의 개구의 형상은 고정밀도로 소망의 형상으로 설정할 수 있기 때문에 적산 노광량의 비주사 방향에 대한 분포를 고정밀도로 균일화할 수 있다. 또, 고정 레티클 블라인드(42)의 유리 기판(43)의 양면은 레티클(12)의 패턴 형성면과 공액인 면에서 떨어져 있기 때문에 유리 기판(43)에 부착한 이물질(먼지 등)의 이미지가 웨이퍼(5)상에서 디포커스하여 전사되는 일이 없으며 게다가 적산 노광량의 분포가 흩어지게 되는 일이 없다.
또한, 제 1 실시예에서는 고정 레티클 블라인드(42)의 개구의 형상 정밀도를 향상시키기 위해서 유리 기판(43)상에 크롬막을 피착해서 형성하고 있다. 그러나, 장래적으로 기계적인 제조 정밀도가 항상되고 비주사 방향의 적산 노광량의 불균일(조도 불균일)에 맞춰서 나이프엣지의 형상을 형성할 수 있게 되면 그 고정 레티클 블라인드(42)로서 기계식의 나이프 엣지로 개구를 설정하는 블라인드를 사용할 수 있음은 분명하다.
또한, 제 1 실시예에서는 미리 소망의 형상으로 블라인드의 개구를 설계하고 있으나, 실질적으로는 설계에 의해 알 수 있는 조도 불균일에 따라 유리 기판(43)상의 패턴부를 흑색으로 도포하거나, 또는 유리 기판(43)상의 크롬부(차광부)를 깎아내거나 하여도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제 1 실시예에서는 고정 레티클 블라인드(42)와 가동 차광판(38,39)을 소정거리만큼 이격시켜 배치하고 있지만, 예컨대, 조명 광학계 중에 릴레이 렌즈계를 설치하여 레티클의 패턴 형성면과 공액인 면을 만들고, 고정 레티클 블라인드(42)와 차광판(38,39)을 렬레이 렌즈계에 관해서 공액으로 배치해도 된다. 즉, 양자를 동일한 공액면의 근처에 근접해서 배치하지 않아도 된다. 또, 차광판(38,39)은 레티클의 패턴 형성면과 공액인 면에서 소정량 만큼 광축 방향으로 어긋나게 해도 된다.
다음에, 도 7 내지 도 9를 참조해서 본 발명의 제 2 의 실시예에 대해서 설명한다. 본 실시예는 제 1 실시예(도 2)의 조명 광학계의 일부를 개량하고 통상조명, 윤대(輪帶)조명, 및 변형조명을 전환가능하게 실현하는 것이며 도 7에서도 2에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 상세 설명을 생략한다. 또, 노광광의 가간섭성의 정도를 나타내는 코히어런스 팩터(σ 값)는 조명 광학계의 레티클 측 개구수와 투영 광학계의 레티클측 개구수사이의 비에 의해 정의되지만 본 실시예에서 전환하는 조명 광학계에는 통상의 광학계, σ값을 작게한 광학계, 소위 변형 광원법(변형 조명법)용의 광학계 및 윤대조명법용의 광학계가 있다. 변형 광원법(특개평 4-225514 호 공보)(미국 특허 출원번호 791,138(1991.11.13)참조)는 조명 광학계중에서 2차 광원을 광축의 주위에 복수개(예컨대 4개)배치하므로써, 특히 라인 앤드 스페이스 패턴의 투영시의 해상도를 향상하는 동시에 초점심도를 넓게하는 방법이다. 또, 윤대 조명법(특개소 61-91662 호 공보 참조)도 소정의 패턴을 투영할 때 해상도 및 초점심도의 향상을 초래하는 방법이다.
또한, 변형 광원법이나 윤대 조명법은 예컨대 1992년 SPIE Optica1/Laser Microlithography V Vo1.1674 에도 개시되어 있다.
본 실시예에 있어서도 투영 광학계(8)를 포함하는 본체부의 구성은 도 1과 같은데, 또한 투영 광학계(8)의 동공면(푸리에 변환면)에 투영 광학계(8)의 개구수를 변경하기 위한 가변 개구 조리개(도시 생략)를 설치한다. 주제어계(22A)가 투영하는 레티클(12)의 패턴등에 따라서 그 가변 개구 조리개를 거쳐서 투영 광학계(8)의 개구수를 소정값으로 설정하는 동시에 조명 광학계의 전환을 행한다.
도 7은 본 실시예의 조명 광학계를 도시한다. 도 7에 있어서 플라이아이렌즈(36)의 사출면(레티클 측면)측의 투영 광학계(8)의 동공면과 공액인 면상에 가변 개구 조리개(이하, 필터판이라 한다)(56)를 회전축(57a)을 증심으로 회전가능하게 배치하고 회전축(57a)에 회전 장치(57)를 부착한다. 회전 장치(57)는 도 1의 주제어계(22A)로부터의 지령에 따라서 필터판(56)을 지령한 회전각만큼 회전시킨다.
도 9는 필터판(56)에 설치되는 4 종류의 개구 조리개를 도시한다. 도 9에 있어서 차광성의 원판으로 되는 필터판(56)에는 회전축(57a)을 중심으로 하여 90˚ 간격으로 제 1 원형 개구(58), 제 2 원형 개구(59), 윤대개구(60)및 4 개의 작은 개구(61a 내지 61d)로 이루어진 변형 광원용의 개구(61)가 형성되어 있다. 여기에서 제 1 원형 개구(58)는 상술의 σ값을 예컨대 σ = 0.5 내지 0.8 정도로 설정하는 것이다. 한편, 제 2 원형 개구(59)는 위상 시프트 레티클에 대해서 사용되며 예컨대, σ = 0.1 내지 0.4 정도로 설정하는 것이다.
도 7에 있어서 회전장치(57)가 필터판(56)을 회전시키고 플라이아이렌즈(36)의 사출면에 4 종류의 개구(58 내지 61)중의 하나를 설정한다. 그리고, 제 1 원형 개구(58)가 선택된 경우에는 통상 조명법으로 노광이 행해지며 제 2 원형 개구(59)가 선택된 경우에는 σ 값을 좁힌 상태에서 노광이 행해지며 윤대개구(60)가 선택된 경우에는 윤대 조명법으로 노광이 행해지며 변형광원용 개구(61)가 선택된 경우에는 변형 광원법으로 노광이 행해진다. 또한, 선택되는 조명 법에 따라서 투영 광학계(8)내의 가변 개구 조리개의 지름(개구수 NA)도 대응하는 값으로 설정된다.
이와 같이 본 실시예에서는 조명법을 전환할 수 있는데 조명법을 전환하면 조명 광학계중 및 투영 광학계(8)중에 있어서의 노광광의 광로로 변화하기 때문에 웨이퍼(5)의 노광면에서 조명법마다 서로 상이한 경향의 조도 불균일이 발생할 우려가 있다. 즉, 가령 통상 조명법으로도 조도 불균일이 발생하지 않게 해도 다른 조명법으로 전환해서 노광을 행하는 경우에는 조도 불균일이 발생할 우려가 있다. 이것을 회피하기 위한 한 방법은 노광광의 광로가 변화해도 조도 불균일이 생기지 않도록 조명 광학계 및 투영 광학계(8)의 설계, 제조를 행하는 것인데, 이것은 매우 곤란함과 더불어 광학계의 제조 비용이 상승한다.
그래서, 본 실시예에선 가동 차광판(38, 39)과 제 2 릴레이 렌즈(37B) 사이에 배치되는 고정 레티클 블라인드의 개구 형상을 조명법에 따라서 변경 가능하게 하고 조도 불균일의 발생을 방지한다.
즉, 도 7에 있어서 가동 차광판(38,39)에서 레티클(12)측에 소정 간격만큼 떨어진 위치에 복수의 개구가 형성된 고정형 레티클블라인드(52)를 배치하고 이 고정형 레티클 블라인드(52)를 슬라이드 기구(55)에 의해 레티클(12)의 주사 방향(Y 방향)에 대응하는 Y1 방향으로 이동할 수 있게 지지한다. 본 실시예의 고정형 레티클 블라인드(52)도 제 1 실시예(도 6a)와 마찬가지로 유리 기판(53)상에 차광막(크롬막)(54)을 피착해서 개구를 형성한 것이며, 고정형 레티클 블라이든(52)에는 도 9의 4개의 개구(58 내지 61)의 각각에 대응해서 4개의 개구(도 8)가 형성되어 있다. 또, 고정형 레티클 블라이든(52)의 크롬막(54)의 피착며은 레티클(12)의 패턴 형성면과 공액인 면에서 제 2 릴레이 젠즈(37B)측에 소정 간격만큼 디포커스된 면에 배치되어 있다.
도 8은 고정형 레티클 블라이드(52)의 크롬막(54) 중에 형성되는 개구 패턴을 도시한다. 도 8에 있어서 크롬막(54)중에는 Y1방향으로 병렬해서 4개의 개구(54a 내지 54d)가 형성되어 있다. 4개의 개구(54a 내지 54d)의 각각은 레티클(12)의 비주사방향(X 방향)에 대응하는(X1)방향, 즉,(Y1)방향에 수직인 방향으로 연장한 가늘고 긴 직사각형상이며 레티클(12)상의 조명 영역(46)의 형상, 크기를 결정한다. 기타의 구성은 제 1 실시예(도 2)와 같다.
그런데, 도 7에 있어서 필터판(56)의 회전각을 바꾸므로써 플라이아이렌즈(36)의 사출면측에 도 9의 4 개의 개구(58 내지 61)중의 하나를 설정하느데 연동해서 고정형 레티클 블라인드(52)를 슬라이드하므로써 가동 차광판(38, 39)의 레티클측 근처에 상술의 한 개구에 대응하는 도 8의 4 개의 개구(54a 내지 54d)중의 하나를 설정한다. 이 경우, 미리 필터판(56)의 4 종류의 개구의 각각을 플라이아이렌즈(36)의 사출면측에 순차 설정한 상태에서 레티클(12)을 주사했을 때의 웨이퍼(5)상의 비주사 방향(X 방향)에서의 적산 노광량 분포를 예컨대, Z 스테이지(4)상의 광량 센서를 이용해서 계측해둔다. 그리고, 그 적산 노광량분포가 일정하도록 도 8에 도시한 바와 같이 고정 레티클블라인드(52)의 개구(54a 내지 54d)의 각각에 대해서 X1 방향(비주사 방향에 대응하는 방향)으로 연장한 엣지부(54ya 내지 54yd)의 형상을 변형시켜둔다.
이상같이 본 실시예에 의하면 통상 조명법, σ 값의 작은 조명법, 변형 광원법, 및 윤대조명법 중의 어느 조명법을 사용한 경우에도 각 조명법에서 사용되는 고정 레티클 블라인드(52)의 개구(54a 내지 54d)의 엣지부의 형상이 조정되고 있으므로, 주사방식으로 레티클(12)의 패턴 이미지를 웨이퍼(5)상에 노광한 후의 웨이퍼(5)상에서의 조도 균일성이 양호해진다.
또한, 사용하는 조명법에 따라서는 웨이퍼(5)상에서의 조도(나아가서 적산 노광량)가 상이한 경우도 생각된다. 예컨대, 도 9에 있어서 제 1 원형 개구(58)를 사용하는 경우에 비해서 변형 광원용 개구(61)를 사용하는 경우에는 웨이퍼(4)상에서의 조도가 저하되는 일도 있을 수 있다. 이와 같은 경우, 변형 광원법으로는 노광을 행하는 경우에는 통상의 조명법으로 노광을 행할때보다 레티클(12)및 웨이퍼(5)의 주사속도를 낮게 하는 방법도 고려된다. 그러나, 이것으로는 스루풋이 저하된다. 그래서, 스루풋의 대폭저하를 피하기 위해서는 도 8의 고정 레티클 블라인드(52)에 있어서, 통상 조명법용의 개구(54a)의 Y1 방향의 폭의 평균값보다 변형 광원법용의 개구(54d)의 Y1 방향의 폭의 평균값을 넓게해두면 좋다. 이것으로 변형 광원법을 사용한 경우에도 스루풋을 거의 저하시키지 않고, 웨이퍼(5)상에서 통상조명법을 사용한 경우와 동등한 적산 노광량을 얻을 수 있는 동시에 조도 불균일이 생기지 않는다.
또, 제 2 실시예에서는 도 9의 필터판(56)상에 형성되는 개구(58 내지 61)의 형상은 개별적으로는 일정하지만 개구(58 내지 61)의 각 개구 지름등을 조정할 수 있는 기구를 두어도 좋다. 이 경우에는 도 8의 고정 레티클 블라인드(52)의 개구(54a 내지 54d)의 각각에 대해서도 Y1 방향의 폭 및 X1 방향으로 연장한 엣지부의 형상을 변경할 수 있는 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예컨대 개구(54a)의 형상등을 변경하는데는 개구를 2 개의 Y1 방향으로 이동할 수 있는 나이프 엣지로 끼워 형성하거나 또는 다수의 미리 준비된 개구로부터 요구되는 형상에 가장 가까운 형상의 개구를 선택하는 등의 방법이 있다.
다음에 도 10 내지 도 15a, 도 15b를 참조해서 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다. 도 10은 본 실시예에 의한 주사식 투영 노광 장치의 전체 구성을 도시한다. 도 10에 있어서 펄스 광원(101)과 빔 정형 광학계(102)로부터 부호순으로 릴레이렌즈(108)까지 포함하는 조명 광학계에 의해서 레티클(R)상의 Y방향(도 10의 지면과 수직인 방향)으로 연장한 가늘고 긴 직사각형의 조명 영역(121)이 균일한 조도로 조명되며 조명 영역(121)내의 레티클(R)패턴의 이미지가 투영 광학계(13)를 거쳐서 웨이퍼(W)상에 전사된다. 펄스 광원(101)으로서는 ArF 엑시머레이저, 또는 KrF 엑시머레이저 등의 엑시머레이저 광원, 금속 증기 레이저나 YAG 레이저의 고주파 발생장치 등이 사용된다.
도 10에 있어서 펄스 광원(101)으로부터의 조명광은 실린드리칼렌즈나 빔익스팬더 등을 갖는 빔 정형 광학계(102)에 입사되고, 여기에서 빔 지름이 확대되고, 또한 그 종횡비가 변경되어서 플라이아이렌즈(103)에 도달한다. 플라이아이렌즈(103)의 사출면에서는 다수의 2 차 광원이 형성되고, 이들 2 차 광원으로부터의 광은 콘덴서 렌즈(104)에 의해서 집광되고 고정의 시야 조리개(레티클 블라인드)(105)를 거쳐서 가동 블라인드(107)에 도달한다. 도 10에서는 시야 조리개(105)는 가동 블라인드(107)보다 콘덴서 렌즈(104)측에 배치되고 있으나 그것과는 역으로 시야 조리개(105)를 릴레이 렌즈계(108)측으로 배치해도 무방하다.
그런데, 시야 조리개(105)에는 가늘고 긴 장방형의 개구부가 형성되고 시야 조리개(105)를 통과한 광속은 단면형상이 장방향으로 되어서 릴레이 렌즈계(108)에 입사된다. 릴레이렌즈계(108)는 가동 블라인드(107)와 레티클(R)의 패턴 형성면을 거의 공액인 관계로 결부하는 렌즈계이다. 또, 가동 블라인드(107)는 후술의 주사 방향(X 방향)의 폭을 규정하는 2 개의 날개(차광판)(107A,107B)및 주사 방향으로 수직인 방향(Y 방향)의 폭을 규정하는 2 개의 날개(도시생략)로 구성되어 있다. 또한, 주사 방향의 폭을 규정하는 날개(107A, 1O8B)는 각각 구동부(106A,106B)에 의해 독립으로 주사방향으로 이동할 수 있게 지지되어 있다. 본 실시예에서는 고정의 시야 조리개(105)에 의해 설정되는 레티클(R)상의 조명 영역(12)내에서 특히 가동 블라인드(107)에 의해 설정되는 조명 시야내에만 조명광이 조사된다. 릴레이 렌즈계(108)는양측 텔레센트릭인 광학계이며, 레티클(R)상의 조명 영역(121)에서는 텔레센트릭성이 유지되어 있다.
본 실시예의 레티클(R)은 레티클 스테이지(109)상에 설치되고 레티클(R)상의 조명 영역(121)내에서 또한 가동 블라인드(107)에 의해 규정되는 조명 시야내의 회로 패턴의 이미지가 투영 광학계(113)를 거쳐서 웨이퍼(W)상에 투영된다. 투영 광학계(113)에 관해서 조명 영역(121)과 공액인 웨이퍼(W)상의 영역을 노광 영역(122)으로 한다. 또, 투영 광학계(113)의 광축(AX)에 수직인 면내에서 조명 영역(121)에 대한 레티클(R)의 주사 방향을 X방향(또는 -X 방향)으로 하고 투영 광학계(113)의 광축(AX)에 평행인 방향을 Z 방향으로 한다.
이 경우, 레티클 스테이지(109)는 구동부(110)에 의해 구동되며 레티클(R)을 주사방향으로 일정 속도로 이동시키는 동시에 레티클(R)의 주사에 동기하여 구동되는 가동 블라인드(107)의 구동부(106A,106B)의 동작은 제어부(111)에 의해 제어된다. 구동부(110)및 제어부(111)의 동작을 제어하는 것이 장치전체의 동작을 통괄 제어하는 주제어계(112)이다. 한편, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(114)에 설치되며 웨이퍼 스테이지(114)는 투영 광학계(113)의 광축(AX)과 수직인 면내에서 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행함과 동시에 웨이퍼(W)를 ±X 방향으로 주사하는 XY 스테이지, 및 Z 스테이지(W)의 위치 결정을 행하는 Z 스테이지 등으로 구성되어 있다. 주제어계(112)는 구동부(115)를 거쳐서 웨이퍼 스테이지(114)의 위치 결정 동작 및 주사동작을 제어한다.
그리고, 레티클(R)상의 패턴의 투영 이미지를 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역에 주사 노광할 때는 시야 조리개(105)에 의해 설정되는 조명 영역(121)에 대해서 +X 방향(또는 -X 방향)으로 레티클 스테이지(109)를 구동해서 레티클(R)을 주사한다. 또한, 이 주사에 동기하여 조명 영역(121)과 공액인 노광영역(122)에 대해서 -X 방향(또는 +X 방향)으로 웨이퍼 스테이지(114)를 구동하고 웨이퍼(W)를 주사한다. 즉, 이 -X 방향(또는 X 방향)이 웨이퍼(W)의 주사 방향이다. 이 같이 레티클(R) 및 웨이퍼(W)를 동기하여 주사하므로써 웨이퍼(W)상의 각 쇼트 영역에는 레티클(R)의 패턴의 투영 이미지가 차레로 전사된다.
그런데, 레티클 교환에 요하는 시간을 단축하고 스루픗을 향상시키기 위해서 레티클(R)상에 복수의 회로 패턴 영역을 설치하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 그 레티클(R)상의 복수의 회로 패턴 영역중에서 전사 대상의 회로 패턴 영역을 선택하기 위해서 가동 블라인드(107)를 사용한다. 그래서, 본 실시예의 투영 노광 장치에는 레티클(R)상의 회로 패턴 영역에 관한 정보를 입력하는 입력부(116)와 이 입력부(116)에서의 회로 패턴 정보를 기억하는 메모리부(117)가 설치되고, 주제어계(112)는 그 메모리부(117)의 회로 패턴 정보에 의거해서 제어부(111)및 구동부(106A,106B)를 거쳐서 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)를 소정의 시퀀스로 구동한다.
다음에 본 실시예에 있어서 스텝 앤드 스캔 방식으로 주사 노광을 행할때의 동작의 일예에 대해서 도 10 및 도 11a 내지 도 11f를 참조해서 설명한다. 레티클(R)에는 도 11a와 같이 2 개의 회로 패턴 영역(120A,120B)이 형성되며 이들 회로 패턴 영역(120A,120B)의 경계부에는 주사방향의 폭이 L1 인 차광부(차광대(120C))가 형성되며, 회로 패턴 영역(120A,120B)의 주사 방향의 외측에도 마찬가지로 폭 L1 의 차광부(120D,120E)가 형성되어 있다. 또, 본 실시예에 있어서 레티클(R)상에 형성되는 조명 영역(121)은 도 11a에 도시한 바와 같이 주사방향의 폭이 L2 인 가늘고 긴 장방형이며, 차광부(120C,120B,120E)의 폭(L1)은 조명영역(121)의 폭(L2)보다 좁게 설정되어 있다.
그런데, 우선 오퍼레이터는 도 10의 입력부(116)를 통해 메모리부(117)에 레티클(R)상의 회로 패턴 영역(120A;120B)에 관한 정보를 입력한다. 그리고, 제 1 회로 패턴 영역(120A)내의 패턴 이미지를 투영 광학계(113)를 거쳐서 웨이퍼(W)상에 전사하는 경우에는 주제어계(112)는 메모리부(117)에 기억된 회로 패턴 정보중 제 1 회로 패턴 영역(120A)에 관한 정보를 판독하고 이 정보에 의거해서 제어부(111)를 거쳐서 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)의 주사 방향의 위치를 제어한다. 이것에 의해 도 11b 내지 도 11f에 도시한 바와 같이 레티클(R)상의 제 2 의 회로 패턴 영역(120B)을 날개(107B)로 덮고 제 1 의 회로 패턴 영역(120A)만에 조명광이 조사되도록 한다. 단, 도 11a 내지 도 11f에 있어서 레티클(R)상에는 실제로는 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)의 이미지가 투영되지만, 그들의 이미지를 각각 날개(107A,107B)로 간주하고 있다.
보다 상세하게 설명하면 주제어계(112)는 구동부(110)를 거쳐서 레티클 스테이지(109)를 구동하고 도 11a와 같이 레티클(R)상의 제 1 회로 패턴 영역(120A)의 좌측에 조명 영역(121)을 위치시킨다. 그런후, 도 11b에 도시한 바와 같이 날개(107A,107B)를 닫고 날개(107A,107B)의 경계부를 차광부(120D)상에 겹치도록 위치시킨다. 다음에 레티클 스테이지(109)를 구동하고 도 11c에 도시한 바와 같이 레티클(R)및 날개(107A)를 동기하여 -X 방향(주사방향)으로 이동시킨다. 또한, 도 10에서 명백한 바와 같이 실제로는 날개(107A)는 X 방향으로 이동하고 있는데, 도 11a 내지 도 11f에서는 투영 이미지를 다루고 있기 때문에, 날개(107A, 107B)의 주사 방향은 레티클(R)의 주사 방향과 같다. 또, 조명 영역(121)내에서 날개(107A)의 우측 엣지부(107Ae)와 날개(107B)의 좌측 엣지부(107Be)로 꺼워진 영역내의 패턴이 웨이퍼(W)에 전사된다.
도 11d에 도시한 바와 같이 날개(107A)의 우측 엣지부(107Ae)가 조명영역(121)의 좌단을 넘은 시점에서 날개(107A)가 감속을 개시한다. 이 동작과 병행해서 날개(107B)의 좌측 엣지부(107Be)에 차광부(120C)가 겹친 시점 이후, 도 11e와 같이 날개(107B)는 레티클(R)과 동기하여 -X 방향으로 주사된다. 그리고, 도 11f에 도시한 바와 같이 패턴 영역(120A)이 조명 영역(121)을 통과해서 주사 노광이 종료된 시점에서 레티클(R)및 날개(107B)의 감속이 개시되고, 최종적으로 레티클(R)이 정지된 시점에서 날개(107A,107B)는 차광부(120C)상에서 닫히는 형태로 정지한다.
한편, 레티클(R)및 가동 블라인드(107)의 동작에 동기하여 주제어계(112)는 구동부(115)를 통해 웨이퍼 스테이지(114)를 구동해서 웨이퍼(W)를 주사 방향(X 방향)으로 주사한다. 투영 광학계(113)의 투영 배율을 MRW라 하면 주사 노광중에는 레티클(R)이 -X 방향(또는 X 방향)으로 속도 VRO로 주사되는 것에 동기하여 웨이퍼(W)는 X 방향(또는 -X 방향)으로 속도 VWO(=MRW·VRO)로 주사된다. 이 경우, 레티클(R)상의 제 1 회로 패턴 영역(120A)만에 조명광이 조사되므로 웨이퍼(W)상에는 제 1 회로 패턴 영역(120A)의 패턴 이미지만이 전사된다. 또한, 레티클(R)을 조명 영역(121)에 대해서 X 방향으로 주사하는 경우에는 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)는 도 11f, 도 11e, 도 11b의 순서로 제어된다.
여기에서 도 12a 내지 도 12c를 참조해서 도 11a 내지 도 11f에 도시한 레티클(R)및 날개(107A,107B)의 동작 속도의 관계를 대해서 설명한다. 레티클(R)의 속도(VR), 날개(107A)의 속도(V7A), 및 날개(1O7B)의 속도(V7B)를 각각 도 12a, 도 12b 및 도 12c에 도시한다. 우선, 도 11b에서 도 11c의 상태에 대응해서, 도 12a 내지 도 12c의 기간(T1)에서 나타내듯이 레티클(R)및 날개(107A)가 동기하여 이동하고 셋팅기간(TSE)후 레티클(R)의 속도(VR)가 안정되어 있는 기간(T2)에 주사 노광이 행해진다. 그후, 도 11e에서 도 11f의 상태에 대응해서, 도 12a 내지 도 12c의 기간(T3)에서 나타낸 바와 같이, 레티클(R)및 날개(107B)가 동기하여 정지할때까지 동작한다. 이 기간(T3)또는 레티클(R)이 정지하고 있는 기간에 웨이퍼(W)가 Y 방향으로 스텝핑하고 노광 영역(122)직전에 다음에 노광할 쇼트 영역이 위치 결정된다.
또한, 도 11f에서 도 11e의 상태에 대응해서, 도 12a 내지 도 12c의 기간(T4)에서 레티클(R)및 날개(107B)가 동시에 이동하고 셋팅기간(TSE)후 레티클(R)의 속도(VR)가 안정하고 있는 기간(TS)에 주사 노광이 행해진다. 그후, 도 11c에서 도 11b의 상대에 대응해서, 도 12a 내지 도 12c의 기간(T6)에서 나타낸 바와 같이 레티클(R)및 날개(107A)가 동시에 정지할때까지 동작한다. 이후는 이 동작이 반복된다. 또, 도 12a 내지 도 12c에 있어서 기간(T1및 T6)에서의 날개(107B)의 속도(V7B)는 거의 도 12c의 사선부(124A,124B)내에 들어갈 정도로 거칠게 제어하는 것만으로 되며 기간(T3및 T4)에서의 날개(107A)의 속도(V7A)는 거의 도 11b의 사선부(123A,123B)내에 들어갈 정도로 거칠게 제어하는 것만으로 된다. 따라서, 날개(107A,107B)의 제어가 용이하다.
또, 웨이퍼(W)상에 도 11a의 레티클(R)상의 제 2 의 회로 패턴 영역(120B)의 패턴을 전사하는 경우에는, 주제어계(112)는 메모리부(117)에 기억된 입력 정보 중, 제 2 회로 패턴 영역(120B)에 관한 정보를 판독하고, 이 정보에 의거해서 제어부(111)를 거쳐서 날개(107A,107B)의 주사 방향의 위치를 제어한다. 즉, 도 11a 내지 도 11f와 마찬가지의 방법으로 노광개시시에 날개(107A)를 차광부(120C)에, 노광 종료시에 날개(107B)를 차광부(120E)에 각각 추종시키고 레티클(R)상의 제 1 회로 패턴 영역(120A)을 날개(107A)로 덮도록 해서 제 2 회로 패턴 영역(120B)만에 조명광을 조사한다. 이에 의해 제 2 회로 패턴 영역(120B)의 패턴 이미지만이 웨이퍼(W)상에 전사된다.
이상과 같이 본 실시예에 의하면 가동 블라인드(107)를 구성하는 날개(107A,107B)에 의해서 노광해야 할 회로 패턴 영역이외의 영역을 차광하고 있으므로, 레티클(R)상에 주사 방향에 관해서 좁은 간격으로 복수의 회로 패턴 영역을 형성한 경우에도 그것들 중의 소망의 회로 패턴 영역만을 웨이퍼(W)상에전사할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 레티클(R)상의 좁은 간격으로 고밀도로 복수의 회로 패턴 영역을 형성할 수 있다. 또한, 도 11a 내지 도 11f로 알수 있듯이, 날개(107A,107B)의 간격의 최대치는 조명 영역(121)과 공액인 영역의 폭을 근소하게 넘어서는 정도이면 되고, 또한 날개(107A,107B)의 이동 스트로크도 그 조명 영역과 공액인 영역의 폭을 근소하게 넘어서는 정도면 된다. 이 때문에 가동 블라인드(107)의 형상이 소형으로도 된다는 이점이 있다.
다음에 도 10 및 도 13a 내지 도 13f를 참조해서 스텝 앤드 스캔 방식으로 주사 노광을 행할 때의 동작의 다른예에 대해서 설명한다. 본 예에서도 노광대상으로 하는 레티클(R)은 도 13a에 도시한 바와 같이 도 11a의 레티클(R)과 마찬가지로 2 개의 회로 패턴 영역(120A,120B)을 구비하고 있는데, 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)의 제어 방법이 도 11a 내지 도 11f의 경우와는 다르게 되어 있다. 본 예에서는 노광 개시전에 도 13b 내지 도 13f에 도시한 바와 같이 날개(107A,107B)(실제로는 이들의 투영 이미지)의 엣지부를 각각 차광부(120D,120C)내에 설정하고 다음에 레티클 스테이지(109)를 구동해서 레티클(R), 및 날개(107A,107B)를 주사 방향인 -X 방향으로 동기하여 이동시킨다. 또, 이것과 동기하여 웨이퍼(W)를 주사방향(X 방향)으로 이동시킨다.
이 경우도 레티클(R)상의 제 1 회로 패턴 영역(120A)만에 조명광이 조사되므로 웨이퍼(W)상에는 제 1 회로 패턴 영역(120A)의 이미지만이 전사된다. 또한, 역방향으로 주사하는 경우는 가동 블라인드(107)의 날개(107A,107B)는 도 13f, 도 13e, …, 도 13b의 순서로 주사된다. 도 13a 내지 도 13f에 도시한 제어 방법은 날개(107A,108B)의 가감속 제어가 동일해서 좋다는 이점이 있지만, 날개(107A,107B)의 간격은 제 1 회로 패턴 영역(120A)의 폭 이상일 필요가 있음과 더불어 날개(107A,107B)의 이동 스트로크도 길어지며 가동 블라인드(107)가 대형화한다. 또한, 도 11a 내지 도 11f, 및 도 13a 내지 도 13f에 도시한 가동 블라인드(107)의 위치의 제어 정밀도는 차광부(120C,120D,120E)의 폭 L1)이내에 있으면 되고 레티클(R)의 위치의 제어 정밀도에 비해서 거칠어도 좋다.
또, 도 11a 내지 도 11f 및 도 13a 내지 도 13f에서 주사 방향(X 방향)과 직교하는 지면내의 상하 방향인 Y 방향(비주사 방향)의 날개(차광판)는 도시되지 않았으나, 이 비주사 방향의 날개에 의해서 형성되는 개구부는 주사 노광중에는 고정이어도 된다. 이것은 제 1 실시예로도 분명하다. 또, 조명 영역(121)의 비주사 방향의 조도 분포의 단면 형상의 엣지부도 주사 방향과 같으며, 시야조리개(105)가 레티클(R)과의 공액 위치에서 어긋나있어 슬로프를 가지며, 그 단면 형상은 사다리꼴형상으로 되어 있다(비주사 방향의 길이는 충분하므로 3 각형상으로 되기까지는 흐려져 있지 않는 것으로 본다). 이 때문에 레티클(R)상의 비주사 방향으로 차광부로 끼워진 조명 시야는 조명 영역(121)내의 비주사 방향으로 조도분포가 평평한 부분에 설정할 것이 소망된다. 그 까닭은 주사 방향의 엣지의 슬로프는 주사 노광에 의해서 적분되며 조도 균일성에 기여하지 않으나 비주사 방향의 엣지의 슬로프는 그대로 조도 균일성에 기여하기 때문이다.
이 경우, 레티클(R)상에서의 실질적인 조명 영역(121)의 형상은 주사 방향은 시야 조리개(105)에 의해서, 비주사 방향은 가동 블라인드(107)에 의해서 각각 규정되게 된다. 또한, 가동 블라인드(107)는 주사 방향으로 2 개, 비주사 방향으로 2 개인 합계 4 개의 날개를 독립으로 구동할 수 있게 구성되고 있는데, 도 3과 마찬가지로 가동 블라인드(107)를 L 자형의 2 개의 날개를 X,Y 방향으로 독립으로 구동할 수 있게 구성해도 된다. 또한, 제 11 도 내지 도 11f 및 도 13a 내지 13f 도에 있어서는 조명 영역(121)의 폭(L2)이 차광부(120C,12OD,120E)의 폭(L1)보다 큰 것으로 했는데, 차광부(120C,120D,120E)의 폭(L1)을 폭(L2)에 레티클(R)의 가감속시의 이동량을 가한 것보다 크게 잡을 수 있는 경우에는 주사 방향의 가동 블라인드(107)를 생략할 수 있는 가능성이 있다. 이 경우는 가동 블라인드(107)는 비주사 방향용의 날개만으로 구성된다.
다음에, 도 14를 참조해서 가동 블라인드(107)를 주사방향(X 방향)으로 가동인 2 개의 날개(107A,107B), 및 비주사 방향(Y 방향)으로 가동인 2 개의 날개(107C,107D)로 이루어지는 합계 4 개의 날개로 구성한 경우의 동작의 한예를 설명한다. 이 경우, 레티클(R)상에 비주사방향(Y 방향)으로 복수의 회로 패턴 영역이 형성되어 있어도 소망의 회로 패턴 영역만을 웨이퍼(W)상에 전사할 수 있다. 즉, 레티클(R)상에 X 방향 및 Y 방향으로 분리된 형태로 예컨대 4 개의 회로 패턴 영역(120F 내지 120I)이 형성되어 있는 경우, 4 개의 날개(107A 내지 107D)의 위치를 독립으로 조정하므로써 4 개의 회로 패턴 영역(120F 내지 120I)중의 하나만에 조명광을 조사할 수 있다. 그리고, 레티클(R)및 날개(107A 내지 107D)를 도 11a 내지 도 11f 또는 도 13a 내지 도 13f의 방법으로 조명 영역(121)에 대해서 X 방향으로 주사하므로써 레티클(R)상의 선택된 회로 패턴 영역만이 웨이퍼(W)상에 전사된다.
그런데, 본 실시예에 있어서는 도 10에 있어서 고정의 시야 조리개(105)의 배치면은 레티클(R)의 패턴 형성면과 공액인 면(RP)에서 광축 방향(Z 방향)으로 어긋나 있다. 이 어긋남량을 △z 로 하고 도 15a, 도 15b를 참조해서 어긋남량(△z)의 조건을 구한다. 도 15a는 시야 조리개(105)에서 웨이퍼(W)까지의 광학계를 간략화해서 도시하고 있다. 도 15a에 있어서 릴레이렌즈계(108)의 투영 배율을 MBR, 투영 광학계(113)의 투영 배율을 MRW, 투영 광학계(113)의 웨이퍼측의 개구수를 NAw, 조명 광학계로부터의 조명광의 가간섭성의 정도를 나타내는 코히어런스 팩터를 σ 로 한다. 이때, 레티클(R)상 및 웨이퍼(W)상에서 한점에 집속시키는 조명광의 가동 블라인드(107)의 배치면(공액면 RP)에서의 광속각(θ)은 다음같이 된다.
θ=arcsin(MBR·MRW·NAW·σ) (2)
그리고, 그 공액면(RP)에서 광축방향으로 △ z 만큼 떨어진 고정의 시야 조리개(105)의 배치면에서의 조명광의 흐름의 반경(r)은 다음과 같이 된다.
r=△z·tanθ
=△z·tan{arcsin(MBR·MRW·NAW·σ)} (3)
또, 역으로 고정의 시야 조리개(105)의 배치면의 한점에서 사출된 조명광의 웨이퍼(W)의 노광면(예컨대 표면)에서의 흐림의 반경(△ D)은 다음같이 나타내어진다.
△D=r·MBR·MRW(4)
따라서, 식(3),(4)에서 다음식이 성립한다.
△z=△D/[MBR·MRW·tan{arcsin(MBR·MRW·NAW·σ)}] (5)
식(5)에서 고정의 시야 조리개(105)의 배치면상의 한 점에서 발하는 조명광이 형성하는 웨이퍼(W)의 노광면에서의 흐림의 반경의 허용량 최소값을 △ Dmin로 할 때, 고정의 시야 조리개(105)의 광축 방향으로의 어긋남량(디포커스량)(△z)은 다음의 조건을 만족하도록 설정하면 된다.
|△z|≥△Dmin/[MBR·MRW·tan{arcsin(MBR·MRW·NAW·σ)}] (6)
또, 식(6)에 있어서의 흐림의 반경의 허용량 최소값(△ Dmin)은 펄스 광원(101)의 펄스 발광마다의 노광 에너지의 불균일등에 의해서 결정된다. 이같이 고정의 시야 조리개(105)의 위치를 레티클(R)과의 공액면(RP에서 광축 방향으로 △ z 만큼 어긋나게 하므로써 레티클(R)상의 조명 영역(121)의 주사 방향(X 방향)의 조도 분포(E(X))는 도 15b에 도시한 바와 같이 주사 방향의 엣지부가 각각 폭(△ L1및 △ L2)(도 15b의 예에서는 △ L2=△ L1)의 사다리꼴형상이 된다. 이 경우, 조도 분포(E(X))의 값이 최대값의 1/2 로 되는 위치의 간격, 즉 반값 폭(L2)이 조명 영역(121)의 주사 방향의 폭이 된다. 또한, 펄스 광원(101)대신에 수은 램프같은 연속 광원을 사용한 경우에는 흐름의 반경의 허용 최소값(△ Dmin)은 매우 작은 값이 되며 어굿남량(△ z)은 거의 O 이어도 좋게된다.
이상, 본 실시예에서는 조명 영역(121)의 형상, 즉, 시야 조리개(105)의 개구 형상은 장방형을 예로 설명했지만, 개구 형상은 장방형에 한하는 것은 아니며, 예컨대, 미국특허 제 3,538,828 호에 개시되어 있는 6 각형의 조명 영역, 특공소 53-25790 호 공보, 미국특허 제 4,239,379 호에 개시되어 있는 마름모형의 조명영역, 또는 미국특허 제 4,682,885 호에 개시하고 있는 원호형상의 조명 영역이어도 좋다. 이것은 제 1, 제 2 실시예에서도 마찬가지다. 또, 노광광원으로서 펄스 광원(101)이 사용되고 있지만, 수은 램프와 같은 연속 광원을 노광광원으로서 사용한 경우에도 본 실시예는 그대로 적용된다.
또, 이상의 각 실시예에서는 레티클의 주사에 연동해서 개구폭을 변화시키는 가변 시야 조리개(38,39;107)를 복수의 가동 브레이드로 구성했지만, 예컨대, 액정 표시 소자, 또는 일렉트로크로믹(electrochromic) 소자로 시야 조리개를 구성하고 상술과 마찬가지로 그 개구폭을 차례로 변화시키게 해도 된다. 또, 레티클상의 조명 영역을 규정하는 시야 조리개(42; 52; 105)에 대해서도 액정표시 소자, 또는 일렉트로크로믹 소자로 구성해도 된다. 또한, 이상의 각 실시예에서 사용하는 투영 광학계는 굴절계나 반사계 또는 반사 굴절계를 이용하여도 된다. 또, 본 발명은 투영 노광 장치만에 한정되지 않고 콘택트 방식이나 프록시미티 방식의 노광 장치에도 적용된다. 이같이 본 발명은 상술 실시예에 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 구성을 취할 수 있다.

Claims (36)

  1. 마스크상의 전사영역내에 형성된 패턴을 감광기판상에 투영하는 투영광학계, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광기판상에 전사하기 위하여 상기 마스크와 상기 감광기판을 상기 투영광학계의 광축과 거의 수직인 방향으로 상대주사하는 장치.
    상기 마스크 패턴의 면과 공액인 면에서 떨어져서 배치된 시야 조리개의 개구를 통해 상기 마스크의 전사영역에 조명광을 조사하는 조명 광학계로서, 그 시야조리개의 개구는 상기 기판의 노광중에 고정되어 있는 조명 광학계, 상기 시야 조리개의 개구에 의해 규정되는 상기 마스크상의 조명영역 중 적어도 일부를 차광하는 차광부재, 및 상기 마스크상에서의 상기 조명영역의 위치변화에 동기하여 상기 차광부재를 구동하는 부재로서, 상기 마스크상에서의 조명영역의 위치는 상기 상대주사에 따라 변화하는 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 투영 광학계의 상기 감광기판측의 개구수를 NAW, 상기 조명 광학계의 코히어런스 팩터를 σ, 상기 투영 광학계의 투영 배율을 MRW, 상기 시야 조리개의 배치면 근처의 마스크의 패턴면과 공액인 면과 상기 마스크의 패턴면사이에 배치되는 광학계의 배율을 MBR, 상기 시야 조리개의 배치면상의 한점에서 발하는, 광의 상기 감광 기판상에서의 흐림의 반경의 허용 최소값을 △ Dmin으로 하면, 상기 시야 조리개의 배치면과 상기 마스크의 패턴면과 공액인 면과의 상기 조명 광학계의 광축 방향의 간격 △ z 은
    |△z|≥△Dmin/[MBR·MRW·tan{arcsin(MBR·MRW·NAW·σ)}]
    인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 광학계는 상기 조명광으로서 펄스광을 발생하는 펄스광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 펄스 광원은 엑시머레이저 광원인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 차광 부재는 상기 조명광을 지나는 개구의 폭을 가변으로 하는 가변 시야 조리개인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가변 시야 조리개는 상기 상대 주사의 방향으로 가동하는 2 개의 차광판을 가지며, 상기 구동 부재는 상기 2 개의 차광판을 구동하여 상대 주사의 방향의 개구폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 시야 조리개는 광 투과성의 기판상에 차광막을 피착해서 형성하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제 1 물체에 형성된 패턴의 이미지를 제 2 물체상에 투영하는 투영광학계, 상기 제 1 물체에 조사되는 조명광을 사출하는 광원, 상기 제 2 물체의 노광중에 상기 제 1 물체를 이동하는 이동수단, 상기 조명광의 조명영역을 규정함과 동시에 그 조명영역을 규정하는 면이 상기 제 1 물체의 패턴면과의 공액면에서 소정량만큼 벗어나서 배치되고, 상기 기판의 노광중에 고정되는 제 1 규정부재, 및 상기 제 2 물체의 노광중에 상기 제 1 물체의 이동에 동기하여 이동함과 동시에 상기 조명광의 조명영역을 규정하는 제 2 규정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 규정부재는 투명부재에 차광막을 피착하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 규정부재는 상기 제 1 물체의 이동에 동기하여 상기 이동수단에 의한 상기 제 1 물체의 이동방향의 상기 조명영역의 폭을 규정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 규정부재는 상기 광원으로부터의 조명광이 상기 제 1 물체의 차광대의 바깥을 통과하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 소정량은 상기 투영광학계의 투영배율에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 소정량은 상기 투영광학계의 개구수에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 공액면과 상기 제 1 물체의 사이에 배치된 릴레이광학계를 더 포함하고, 상기 소정량은 상기 릴레이광학계의 배율에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 양측 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 소정량은 코히어런스 팩터에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 규정부재의 상기 조명영역을 규정하는 면은 상기 공액면에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제 1 물체에 형성된 패턴의 이미지를 제 2 물체상에 투영하는 투영광학계, 상기 제 1 물체에 조사되는 조명광을 발생하는 광원, 유리기재에 증착을 실시함으로써 형성되고, 상기 광원으로부터 발생한 조명광의 일부의 통과를 제한하는 제한부재, 상기 조명광의 조명영역을 규정하는 가동부재, 및 상기 가동부재를 구동하는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제한부재의 상기 증착이 실시된 면은 상기 제 1 물체의 패턴면과의 공액면에서 소정량만큼 벗어난 면내에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제학부재에 부착한 이물질의 이미지가 상기 제 2 물체상에 투영되지 않도록 상기 제한부재의 상기 증착이 실시된 면이 상기 제1 물체의 패턴면과의 공액면에서 소정량만큼 벗어난 면내에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 가동부재의 상기 조명영역을 규정하는 면은 상기 공액면내에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 물체의 노광을 위하여 상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체를 이동하는 이동수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  23. 제 1 물체에 형성된 패턴의 이미지를 제 2 물체상에 투영하는 투영광학계, 상기 제 2 물체의 노광증에 상기 제 1 물체를 소정 주사방향으로 이동하는 이동수단과, 상기 제 1 물체에 조사되는 조명광의 조도균일성을 향상시키기 위한 옵티컬 인테그레이터, 상기 옵티컬 인테그레이터와 상기 제 1 물체의 사이에 배치되고, 상기 제 1 물체상에 있어서의 상기 조명광의 상기 주사방향의 조도분포의 에지부에 슬로프부를 발생시키는 제 1 광학부재, 및 상기 제 1 광학부재와 상기 제 1 물체의 사이에 배치되고, 상기 제 1 물체의 이동에 동기하여 이동함과 동시에 상기 제 1 물체상에서의 조명영역을 규정하는 제 2 광학부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 광학부재는 상기 제 1 물체의 패턴면과의 공액면에서 소정 거리만큼 벗어나서 배치된 시야 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 주사방향의 조도분포는 사다리꼴형상인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 주사방향의 조도분포는 삼각형형상인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 조명광을 펄스발진하는 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  28. 마스크에 형성된 패턴의 이미지를 기판상에 투영하는 투영광학계, 상기 마스크에 조사되는 조명광을 사출하는 광원, 및 상기 조명광의 조명영역을 규정함과 동시에 그 조명영역을 규정하는 면이 상기 마스크 패턴의 면과의 공액면에서 소정량만큼 벗어나서 배치된 제 1 규정부재로서, 상기 소정량은 상기 광원에서 사출된 조명광이 형성하는 상기 제 2 물체상에서의 흐림의 크기에 의거하여 결정되는 제 1 규정부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장처.
  29. 제 32 항에 있어서, 상기 소정량은 상기 투영광학계의 투영배율에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 공액면과 상기 제1물체의 사이에 배치된 릴레이광학계를 구비하고, 상기 소정량은 그 릴레이광학계의 투영배율에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 릴레이광학계는 양측 텔레센트릭인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  32. 제 28 항에 있어서, 상기 소정량은 상기 투영광학계의 개구수에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  33. 제 28 항에 있어서, 상기 소정량은 코히어런스 팩터에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  34. 제 28 항에 있어서, 상기 광원은 조명광을 펄스발광하고, 상기 흐림의 크기의 허용치는 상기 광원의 펄스발광마디의 에너지 편차로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  35. 제 28 항에 있어서, 상기 제 2 물체를 노광하기 위하여 상기 제 1 물체와 상기 제 2 물체를 이동하는 이동수단과, 상기 제 1 물체의 이동에 동기하여 이동함과 동시에 상기 조명광의 조명영역을 규정하는 제 2 규정부재를 더 구비하는 노광 장치.
  36. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항 내지 제 35 항 중 어느 한항에 기재된 장치를 사용하는 소자제조방법.
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