JP2001326171A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
源の光束を合成して入射させる光学素子すなわちハエの
目レンズ群などのインテグレータのNAを光源の楕円ミ
ラーのNAと同程度とした光学構成を実現する。 【解決手段】 不図示のランプ1cから発せられ、同じ
く不図示の楕円ミラー2cで反射された光束は、第一の
折り曲げミラー3cで光路を垂直から水平に偏向された
後、各々集光点cに集光される。この後、集光点cから
の光束は第一のコリメータ4cを経た後第二のコリメー
タ6に入射する。ランプ1cから発せられた光束は、第
二の折り曲げミラーを介さない。第一のコリメータ4
a、4bの焦点距離f1と第二のコリメータ6の焦点距
離f2の関係を、f2≧(3×f1)とする。第二コリ
メータ6の射出側の集光NA16も第一コリメータNA
と略同じか、それ以下にする。
Description
たとえば半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグ
ラフィ工程で製造する際に使用される投影露光装置にお
いて、特に光源として大出力のHgランプを複数個用い
る照明光学系に好適な照明装置に関する。
製造に使用される投影露光装置では、高スループットを
実現するために、照明光学系の高照度化を行ってきた。
ランプの大出力化である。1980年前半は数百W〜
2.0kWのものが用いられていたが、1990年前半
には3kW、1990年後半には5kWのランプが実用
化され、現在もさらに大出力のランプ開発が継続してい
る。
て高照度化することである。たとえば、特開平5−45
605号公報では、ハエの目レンズに対してランプと楕
円ミラーよりなる系が、ハエの目レンズ入射端を扇の要
となるように3組用いている。ランプの点灯状態として
は水平、および上向き、下向きの斜めとなる例が示され
ている。
ては、ランプと楕円ミラーを2組用いて、一組はランプ
が水平となるように配置し、もう片方の組はランプが垂
直になるように配置した上で、光路を90度折り曲げミ
ラーで偏向させ水平とさせる例が示されている。
開平6−349710号公報にも複数光源(ランプ)を
持つ例が示されているが、いずれも、ランプは斜めに傾
けて用いられている。
至150W程度の小型のHgランプでは、Hgの封入さ
れる量が少なく管球部も小さいため、ランプの姿勢を水
平や斜めの状態としても点灯、発光させるのに何の問題
もなかった。
あれば、上記の特開平5−45605号公報、及び特開
平7−135133号公報に示された光学構成で複数光
源の照明装置を実現することが可能である。
5−45605号公報に示された楕円ミラー集光点に直
接ハエの目を配置する構成ではハエの目レンズのNAが
少なくとも楕円ミラーのNAの3倍以上(光源が3つ)
でなければならない。
0cm近くにもなり、集光用に用いる楕円ミラーの径も
必然的に50cm程度もの大きさにならざるを得ない。
径の大きい楕円ミラーを用いないと、ランプの口金部な
どの温度制限のある部分が許容温度を超えるからであ
る。大出力のHgランプでは、楕円ミラー等の入るラン
プハウスを少しでも小さくしたいので、楕円ミラーはN
Aが大きく焦点間距離の短いものが使用されることにな
る。すなわち、NAが0.25以上とし光軸方向の長さ
を短くしているものが多い。すると、上記の特開平5−
45605号公報の例ではハエの目レンズのNAが0.
75以上必要となり、ハエの目レンズの光学収差が著し
く大きくなるため、光学系の構成が非常に困難となる。
光束を合成して入射させる光学素子すなわちハエの目レ
ンズ群などのインテグレータのNAに合わせて、照明光
のNAを最適に設定することが可能な複数の光源ランプ
からなる光学構成を実現することを課題としている。
用の投影露光装置に用いる大出力のHgランプでは、ラ
ンプの発光管が伸びる方向を鉛直な状態で配置しないと
安定した発光が行えない。
が伸びる方向を鉛直な状態で配置することが可能な複数
の光源ランプからなる光学構成を実現することを課題と
している。
めの本願第1発明は、複数のランプからの光を被照明面
に導光する照明装置であって、前記ランプの中心から発
散する光線を略平行な光線とする複数の第1光学手段
と、該複数の第1光学手段からの略平行な光線各々が隣
接して入射し、前記複数の光源の重なり合った像を形成
する第2光学手段とを有する。
光を前記被照明面に導光する照明装置であって、該複数
のランプの発光管が伸びる方向を鉛直に配置すると共
に、該複数のランプの各々から発する光が隣接するよう
に偏向させる複数の偏向手段を有する。
実施の形態について説明する。
の上面図である。発光管の伸びる方向が鉛直に置かれた
図示しないランプ1a及び1bより発せられた光束は、
紙面の裏面から表面に向けて進行し、図示しない楕円ミ
ラー2a及び2bで反射され、第一の折り曲げミラー3
a及び3bで光路を垂直から水平に偏向された後、楕円
ミラー2a、2bの第2焦点である集光点a及び集光点
bに集光される。すなわち、ランプ1a、1bは楕円ミ
ラー2a.2bの略第1焦点に配置されている。
ある。ランプ1a、1bは大出力のランプであり、安定
して発光させるためには発光管をその伸びる方向に鉛直
な状態に配置して点灯されねばならないものである。こ
のようなランプとしては、一般に500W以上の出力の
Hgランプ、Xeランプなどが相当する。
ー2a、2bの第一焦点位置に配置することにより、楕
円ミラー2a、2bの第二焦点位置近傍に集光点a、b
として各々のランプの輝点像を結像している。ここで用
いられる楕円ミラー2a、2bは、第一と第二の焦点間
距離をできるだけ短くするために、集光点に集光する光
束のNAを0.25以上とするのが一般的である。
を垂直方向から水平方向に偏向させている。
た光束は、この後第一のコリメータレンズ(第一光学手
段)4aを経て略平行光束となり、第二の折り曲げミラ
ー5aにより水平面内で偏向された後、第一のコリメー
タレンズ4aよりも長い焦点距離を持つ第二のコリメー
タレンズ(第二光学手段)6に入射する。同様にランプ
1bから発せられ集光点aに集光した光束は、この後第
一のコリメータレンズ4bを経て略平行光束となり、第
二の折り曲げミラー5aにより水平面内で偏向された
後、第二のコリメータレンズ6に入射する。
光点a、bを第一のコリメータの入射側の主点位置から
略第一のコリメータの焦点距離f1の距離となるよう配
置している。従って、第一のコリメータに入る入射光束
の開口角が大きくなるが、この開口角に対応するNA
は、楕円ミラー2a、2bの集光NAにほぼ等しい。
b)および、楕円ミラー2a(2b)と第一の折り曲げ
ミラー3a(3b)の間には、空気的な遮断を行うため
の図示しないシールガラスが配置されている。すなわ
ち、ランプ、楕円ミラー、シールガラスによってランプ
ボックスとし、熱排気を行うことが、大出力のランプを
用いた照明系では一般的である。このランプボックス
は、外壁の温度を安全上、手を触れても火傷しないよう
に壁構造を2重にするなどの対策がなされており、非常
に大きな断面積を持ったボックス構造となっている。
て配置すると、各々のランプボックスの光軸間距離が大
きくなる。そこで、第一のコリメータで略平行光束とな
った状態で、第二の折り曲げミラーにより光束を水平方
向面内に偏向させることで、ランプボックスを離した配
置としながらも、2つランプからの2光束の間隔をでき
るだけ接近させるようにしている。
束は第二の折り曲げミラー5a、5bにより偏向され隣
接した状態で、第二のコリメータ6に入射する。
数の素子レンズより成るハエの目レンズ7に入射する。
点距離は前述のf1とし、第二のコリメータ6の焦点距
離をf2とした場合に、第一のコリメータ4a、4bの
射出側の主点位置と、第二のコリメータ6の入射側の主
点位置との距離を略(f1+f2)の関係となるように
する。
点位置から後方f2の位置に、ランプ1a及びランプ1
bの輝点像が、2つの再結像の像が重なった状態で集光
される。
置から後方f2の位置に、ハエの目レンズ7を配置す
る。これによって、ハエの目レンズ群7を構成する全て
の素子レンズに対して、ランプ1aおよびランプ1bか
らの光束を入射させている。
距離f1、第二のコリメータ6の焦点距離f2として、
f2≧(2×f1)とする。これによって、第一コリメ
ータの最大NAは入射側で楕円ミラーと略同じNAであ
る。第二コリメータは、入射瞳面で二つの第一コリメー
タ4a、4bからの光束を合成するため瞳径は第一コリ
メータの瞳径の略2倍である。
のハエの目射出側の集光NA16は第一コリメータNA
の2倍となるが、f2≧(2×f1)とすることによ
り、第二コリメータのハエの目射出側の集光NA16も
第一コリメータNAと略同じか、それ以下にしている。
ータ4a(4b)と第二コリメータ6よりなる結像系の
構成は、入射側及び射出側をテレセントリックとしてい
るが、この点について説明する。
メータ4a(4b)を通過した光束は略平行光束とな
り、その後の第二の折り曲げミラー5a、5bを配置す
る際にその位置が変わってもミラーが必要とする有効径
があまり変わらないため、ミラー配置の設計自由度が大
きくなる。
第二コリメータ6を通過した光束は、ハエの目レンズ7
の中心および周辺のどの素子レンズに対しても入射光束
の主光線は平行になっている。
とする。ハエの目レンズ7の中心の素子レンズが入射光
束とほぼ等しいNA(光束ケラレが無いNA)を持つと
して、周辺の素子レンズも中心の素子レンズと同じとす
ると、周辺の素子レンズではテレセン度が傾いている分
だけ入射光束にケラレが生じる。
子レンズで光束ケラレを生じさせないためには、周辺部
の素子レンズは中心部の素子レンズに対して、入射する
光束のテレセン度傾き分だけNAを大きくとらなければ
ならない。
た最密充填配置とするために各々の素子レンズ毎にその
径を最適化することはできない。従って、中心部の素子
レンズも周辺部の素子レンズと同じものを用いて細密充
填配置とする必要がある。
トリックとすれば、ハエの目レンズ7の各素子レンズ
を、中心部の素子レンズ(光束ケラレが生じない最小の
NAのもの)で共通化することが可能となる。
ある。ハエの目レンズ7を出射した光束は、コンデンサ
ーレンズ8を通過した後、折り曲げミラー9で向きを変
えられた後にスリット10を照明する。
11を通った後マスク12上を照明する。
た光を用いて、スリット面10をケーラー照明する。す
なわち、スリット面10から見ると、ハエの目レンズ7
の射出面は略瞳位置となっている。これによって、スリ
ット面を均一に照明するものである。
ラー投影系の場合はスリット10の開口形状は円弧状で
あり、投影光学系13がレンズタイプの投影系の場合は
スリット10の開口形状は一般に略矩形となるものであ
る。
口像をマスク12上に再結像する。
ズ7からマスク12の間のどこかに配置されていれば良
い。マスク12が垂直に配置される場合は、折り曲げミ
ラー9は不要である。
り、マスク12から発せられた回折光は投影光学系13
を通りプレート14上にパターン像を形成する。
ありレジストが塗布されている。走査型露光装置の場合
は、マスク12とプレート14を走査させることにより
マスク12のパターンをプレート14上に転写する。一
方、ステッパータイプの投影露光装置の場合はマスク1
2とプレート14の相対位置を固定させた状態で、露光
すなわちパターン転写が行われる。
場合の本発明の照明装置の上面図である。図示しないラ
ンプ1cから発せられ、図示しない楕円ミラー2cで反
射された光束は、第一の折り曲げミラー3cで光路を垂
直から水平に偏向された後、各々集光点cに集光され
る。
メータ4cを経た後第二のコリメータ6に入射する。ラ
ンプ1cから発せられた光束は、第二の折り曲げミラー
を介さない点を除いて、ランプ1a、1bから発せられ
た光束と同じであるので詳細な説明は省略する。
4a、4bの焦点距離f1と第二のコリメータ6の焦点
距離f2の関係を、f2≧(3×f1)とする。これに
よって、第二コリメータのハエの目射出側の集光NA1
6も第一コリメータNAと略同じか、それ以下になる。
2の相違点は、3つの光源から発せられた光束を第二の
コリメータ6の入射瞳面に隣接させて並列配置させるま
での、折り曲げミラーの個数が異なる点にある。
図である。光源1a、1bから発せられた光は、このコ
リメータ6の入射瞳面に至るまでに第一の折り曲げミラ
ー3a、3bと第二の折り曲げミラー5a、5bとによ
り導光される。
である。3つの光源から発せられた光束は隣接並列配置
された後、折り曲げミラー15により方向を変えられ
て、第二のコリメータ6に入射する。第二のコリメータ
6以降の光路は、実施形態2の場合と同様である。
一つの光源からの光路中に、二回の折り曲げが必要であ
ることがわかる。いずれの実施形態を選択するかは、装
置全体のレイアウトを最適化する観点から決定すればよ
い。
源から発せられた光束を楕円ミラーで集光した後、第一
のコリメータ1a、1b、1cで略平行な光束としてい
るためである。
タ1a、1b、1cの焦点距離f1により任意の径が選
べるが、当然の事ながら楕円ミラーの開口径より小さく
なるようf1を決定するものである。楕円ミラーの代わ
りに放物面鏡を用いると略平行な光束を得られるが、放
物面鏡の開口径を持った大きな平行光束となるため、多
数の光源から発せられた光束を隣接並列配置させるため
には、隣接径が大きくなりすぎて不適である。
うに次の第二のコリメータ6までの距離を離しても光束
が拡がることがなく、図5、6の場合も図4の場合も第
二のコリメータ6のレンズ径はほぼ同じでよい。
光源を作り出す光学素子(インテグレータ)としてハエ
の目レンズ7を用いた。ここで、ハエの目レンズとは、
個々の素子レンズの入射面と射出面の関係が、略、像と
瞳となる小レンズを最密充填となるように断面形状が矩
形や六角形である素子レンズを複数並べたものである。
テグレータとして、特開平4−78002号公報に開示
されたシリンドリカルハエの目を用いても構わない。シ
リンドリカルハエの目レンズは矩形の照明領域を形成す
る場合によく使われるものである。
(ロッド)と呼ばれる光学素子を用いても良い。この光
学パイプ(ロッド)は断面が矩形、円形、六角など用途
によって異なるが、いずれもパイプ(ロッド)の側面は
全反射面となっており、万華鏡のように入射端面での光
強度分布を射出端で平滑化するために用いられるもので
ある。ただし、光学パイプ(ロッド)を用いた場合は光
学パイプの射出面をコンデンサ8を用いてスリット面1
0をケーラー照明したのでは、スリット面に第二コリメ
ータ6の入射瞳面上の像(すなわち楕円ミラーの開口状
の輝度分布が複数並列に写ってしまう)の光強度分布が
現れてしまい、均一な照射領域が得られなくなってしま
う。この場合は、光学パイプ(ロッド)の後ににハエの
目レンズを配置したり(ハエの目レンズの入射面の光学
パイプの射出面に対する大きさおよび形状は、同等また
はそれ以上とする)、または、光学パイプ(ロッド)の
後に結像系を設けた後ハエの目レンズを配置し(光学パ
イプ射出面をハエの目レンズ群入射面に再結像させ
る)、ハエの目レンズ射出面を改めてコンデンサ8を用
いてスリット面10をケーラー照明してやればよい。
ッド)の射出端の像をスリット面10に再結像させる、
いわゆるクリティカル照明法としてもよい。この場合は
シングルインテグレータ(光学パイプ)+クリティカル
照明の実施形態である。
ータ(ハエの目)+ケーラー照明の例を示した。本発明
は、インテグレータの段数、インテグレータの種類とそ
れに適した照明方法の組み合わせは任意であることは言
うまでもない。
が伸びる方向を鉛直に配置した状態での点灯が必要であ
る大出力のランプ光源を複数構成した照明装置を提供す
ることが可能である。
度の照明装置を用いることで、投影露光装置のスループ
ットを高めることが可能となる。
良好とするために大型の楕円ミラーを用いるが、本実施
形態によれば、楕円ミラー以降の光学系のコンパクト化
が可能となり、フットプリントの小さな投影露光装置の
提供が可能となる。
の各々のレンズに対して多灯の光源の光が供給される構
成のため、たとえ1つの光源が消灯したとしても、照明
領域の照度は低下するものの照明領域の照度の均一性は
変化しない。すなわち点灯エラーに対して鈍感な照明装
置の供給が可能となるものである。
するための光学経路の構成の仕方に自由度が生まれるた
め、投影露光装置のレイアウト要求に適した照明装置の
供給が可能となる。
導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
の半導体チップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製
造を説明するためのフローチャートである。ステップ1
(回路設計)では、半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターン
を形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウエ
ハ製造)では、シリコン等の材料を用いてウエハを製造
する。ステップ4(ウエハプロセス)は、前工程と呼ば
れ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4
によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディ
ング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を
含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作製され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の
検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷(ステップ7)される。
細なフローチャートである。ステップ11(酸化)で
は、ウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CV
D)では、ウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ1
3(電極形成)では、ウエハ上に電極を蒸着等によって
形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウエハ
にイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)で
はウエハに感光材を塗布する。ステップ16(露光)で
は、上記説明した露光装置によってマスクの回路パター
ンをウエハに露光する。ステップ17(現像)では露光
したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)で
は、現像したレジスト像以外の部部を削り取る。ステッ
プ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要
となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。
造が難しかった高精度の半導体デバイスを製造すること
ができる。
れば、照明光のNAを所望の値に設定することが出来
る。
管の伸びる方向を鉛直に配置することが出来る。
図で、3次元的に構成される照明装置を上から見た光路
図である。
図で、3次元的に構成される照明装置を後ろから見た光
路図である。
図で、3次元的に構成される照明装置を側面から見た光
路図である。
実施形態の光路図で、3次元的に構成される照明装置を
上から見た光路図である。
実施形態の光路図で、3次元的に構成される照明装置を
後ろから見た光路図である。
実施形態の光路図で、3次元的に構成される照明装置を
側面から見た光路図である。
造方法のフローチャートである。
Claims (11)
- 【請求項1】 複数のランプからの光を被照明面に導光
する照明装置であって、 前記複数のランプの中心から発散する光線の各々を略平
行な光線とする複数の第1光学手段と、 該複数の第1光学手段からの略平行な光線各々が隣接し
て入射し、前記複数の光源の重なり合った像を形成する
第2光学手段とを有することを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 前記第2光学手段は前記第1光学手段よ
りも焦点距離が長いことを特徴とする請求項1記載の照
明装置。 - 【請求項3】 前記複数の第1光学手段からの略平行な
光線の各々が前記第2光学手段に隣接して入射するよ
う、前記複数の第1光学手段の少なくとも1つからの光
束を偏向する偏向手段を有することを特徴とする請求項
1、2いずれか一つに記載された照明装置。 - 【請求項4】 前記ランプが第1焦点に配置され、第2
焦点に前記ランプの像を形成する楕円ミラーを有し、 前記第1光学手段の焦点は前記楕円ミラーの第2焦点に
略一致することを特徴とする請求項1乃至3いずれか一
つに記載された照明装置。 - 【請求項5】 前記楕円ミラーの開口径は、前記第1光
学手段により形成される略平行な光束の径よりも大きい
ことを特徴とする請求項4記載の照明装置。 - 【請求項6】 前記被照明面を均一に照明するためのオ
プティカルインテグレーターを有し、 前記複数の光源の重なり合った像は前記オプティカルイ
ンテグレーターの入射面に形成されることを特徴とする
請求項1乃至5いずれか一つに記載された照明装置。 - 【請求項7】 前記第2光学手段から射出する光束は、
テレセントリックであることを特徴とする請求項6記載
の照明装置。 - 【請求項8】 複数のランプからの光を前記被照明面に
導光する照明装置であって、 該複数のランプの発光管が伸びる方向を鉛直に配置する
と共に、該複数のランプの各々から発する光が隣接する
ように偏向させる複数の偏向手段を有することを特徴と
する照明装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8いずれか一つに記載され
た照明装置を有し、該照明装置によって前記被照射面と
してのマスク面を照明することを特徴とする露光装置。 - 【請求項10】 前記マスク面上のパターンを感光基板
に投影する投影光学系を有することを特徴とする請求項
9記載の露光装置。 - 【請求項11】 ウエハに感光材を塗布する工程と、 マスク面上のパターンを請求項9、10のいずれか一つ
に記載された露光装置を用いてウエハ面上に露光転写す
る工程と、 露光転写されたパターンを現像する工程とを含むことを
特徴とするデバイスの製造方法。
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