JP2004014881A - 露光装置の照明系 - Google Patents

Abstract

【目的】水銀ランプやエキシマレーザなどの光源の違いに拘らず、高い光利用効率で照明光の光強度分布を均一化できる露光装置の照明系を提供する。
【構成】光源の発光面Ａと原版Ｂの間に焦点距離ｆ１のレンズ１とフライアイレンズ対２と焦点距離ｆ３のコンデンサレンズ３をそれぞれ配置し、原版Ｂの先に結像光学系Ｃと被処理基板Ｄを設置する。フライアイレンズ対２は焦点距離ｆ２の二組のフライアイレンズを一体化したものである。発光面Ａとレンズ１およびレンズ１とフライアイレンズ対２の前側は、それぞれ焦点距離ｆ１を隔てて配置し、フライアイレンズ対２の後側とコンデンサレンズ３およびコンデンサレンズ３と原版Ｂは、それぞれ焦点距離ｆ３を隔てて配置する。そのため、発光面Ａとフライアイレンズ対２の後側およびフライアイレンズ対２の前側と原版Ｂは、共役の関係にある。フライアイレンズ対２は、要素レンズ４の開口形状を従来の四角形から六角形とし、これらの要素レンズ４を略円形に束ねて形成する。この外形が原版Ｂに対する照明光学系の射出瞳を形成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体薄膜に回路パターンを転写したり、カラーフィルタなどの表示装置の部品を露光したりする露光装置に関し、特に六角形の露光領域に照明光を照射して走査露光することにより、大面積基板を露光する露光装置の照明系に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
メモリの大容量化、ＣＰＵなどの多機能化に伴い、半導体基板はますます微細パターン化し、基板面積も世代毎に大きくなっている。カラーフィルタなどの表示装置についても同様である。
基板面積が露光領域を超えると、１回の露光だけでは回路パターン全体を転写できなくなり、そのため基板を多数回に分割して露光する「ステップ＆リピート」や、原版と基板を結像光学系に対して同時に移動させながら露光する「走査露光」が開発されている。
「走査露光」の典型的な方法では、露光装置の照明系と結像系の間に原版用のステージを設け、このステージを移動すると同時に基板のステージも移動して大面積基板を露光する。このとき走査露光の一方法として、基板上で露光領域を、一定の間隔を保って直線走査する方法がある。
このとき、各走査線の間隔が設計値から外れると、近接走査の境界線に露光されない部分ができたり、２重に露光される部分ができて露光量に段差を生じる。
【０００３】
この問題を解決するために、米国特許明細書第４９２４２５７号によれば、図５に示すように、露光領域を照明用マスクにより六角形にして下向きの三角形Ｔ１と上向きの三角形Ｔ２をオーバラップさせて図上横方向に走査露光することにより、近接走査の境界線に露光量の段差が生じないように工夫している。
また、米国特許明細書第５０５９０１３号によれば、図６に示すように、このときレンズａで集光した照明光を断面六角形の透明ロッドｂに入射し、この光を軸方向に進行させて内部での反射を繰り返すことにより、照明光の光強度分布を均一化させている。
【０００４】
ところが、この方法では照明光の光強度分布を必要レベルまで均一化するのは難しく、この透明ロッドを長くして反射回数を増やすことによりある程度の均一化は達成できるが、その場合光学部品が大型となる、透明ロッド自身の光吸収が増えて光利用効率が低下するなどの問題があった。
また、高解像度の微細パターンを得るために最近は短波長のエキシマレーザを用いるのが一般的であるが、レーザは従来の水銀ランプと比べて平行度が高く、光が広がらないので、透明ロッドを通しても光が内部で反射せず、光強度分布を均一化できないという問題もあった。
また従来も、要素レンズの開口形状が正方形もしくは長方形である、一体化された二組のフライアイレンズを用いて照明光の光強度分布を均一化する方法は行なわれていた。ただし、この方法では照明領域は正方形もしくは長方形となり、前記のように露光領域が六角形の場合は、照明領域と露光領域の形状が一致しないため、光利用効率が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、水銀ランプやエキシマレーザなどの光源の違いに拘らず、高い光利用効率で照明光の光強度分布を均一化できる露光装置の照明系を提供することを目的になされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は以下のように構成した。
【０００７】
すなわち、本発明の露光装置の照明系は、少なくとも一組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズで構成される露光装置の照明系において、前記フライアイレンズは、その要素レンズの開口形状が照明領域の形状と相似形であることにより上記目的が達成される。
【０００８】
また、本発明の露光装置の照明系は、少なくとも２組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズで構成される露光装置の照明系において、前記２組のフライアイレンズは、いずれもその要素レンズの開口形状が照明領域の形状と相似形であることにより上記目的が達成される。
【０００９】
また、本発明の露光装置の照明系は、少なくとも一組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズと、照明用マスクと、照明用結像光学系で構成される露光装置の照明系において、前記フライアイレンズの要素レンズの開口形状と、照明用マスクの開口形状と照明領域の形状が互いに略相似形であることにより上記目的が達成される。
【００１０】
また、好ましくは、前記照明領域の形状を六角形とする。
【００１１】
また、好ましくは、前記２組のフライアイレンズは一体化されたものであり、その要素レンズは、ロッド状の透明部材の両端面に凸レンズを形成したものであるとする。
【００１２】
また、好ましくは、前記２組のフライアイレンズは互いに等しい焦点距離を持ち、その焦点距離に等しい間隔を設けて配置されたものであるとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に、本発明を実施した露光装置の照明系の構成図を示す。
露光装置の照明系は、光源の発光面Ａと原版Ｂの間に焦点距離ｆ１のレンズ１とフライアイレンズ対２と焦点距離ｆ３のコンデンサレンズ３をそれぞれ配置し、原版Ｂの先に結像光学系Ｃと被処理基板Ｄを設置する。フライアイレンズ対２は焦点距離ｆ２の二組のフライアイレンズを一体化したものである。
発光面Ａとレンズ１およびレンズ１とフライアイレンズ対２の前側は、それぞれ焦点距離ｆ１を隔てて配置し、フライアイレンズ対２の後側とコンデンサレンズ３およびコンデンサレンズ３と原版Ｂは、それぞれ焦点距離ｆ３を隔てて配置する。
そのため、発光面Ａとフライアイレンズ対２の後側およびフライアイレンズ対２の前側と原版Ｂは、共役の関係にある。
フライアイレンズ対２は、要素レンズ４の開口形状を従来の四角形から六角形とし、図２に示すように、これらの要素レンズ４を略円形に束ねて形成する。この外形が原版Ｂに対する照明光学系の射出瞳を形成する。
このとき、要素レンズ４間を接着してもよく、あるいは接着せずに要素レンズ４の束を枠で囲んで固定してもよい。特に光源として紫外光を用いる場合は、光により劣化しない接着材を用いるか、接着材を用いない後者を選択することが必要である。
要素レンズ４は、円筒形のガラスの両端面に凸レンズを形成した後、側面を研磨して断面を六角形に形成する。
以上は２組のフライアイレンズが一体化された場合であるが、別々でも支障ない。その場合は、二枚の比較的薄いフライアイレンズを、位置を合わせて平行に配置する。
以上は発光面を直接、後側のフライアイレンズ面に結像させた場合であるが、異なる光学系を配置し、二回もしくはそれ以上の回数結像を繰り返してもよい。例えば、前記と異なる別のフライアイレンズ系を配置する場合はそのような光学系となる。
【００１５】
本発明を実施した露光装置の照明系は以上のような構成で、発光面Ａの像は、図３に示すように、フライアイレンズ対２の後側に縮小結像され、蝿の目状の等輝度微小２次光源群を形成する。
この等輝度微小２次光源群の光は、後方のコンデンサレンズ３により寄せ集められて混合され、原版Ｂの照明領域を形成する。
また、この図では発光面Ａはフィラメントで描かれているが、高圧水銀灯のような放電による発光面でもよく、またレーザ光束の一断面でもよい。
【００１６】
一方、フライアイレンズ対２の前側の要素レンズの開口は、図４に示すように、コンデンサレンズ３の像側焦点である原版Ｂの照明域に結像される。
このとき、フライアイレンズ対２を構成する全ての要素レンズ４の開口の像が略同じ場所に重畳して結像される。
このため、照明域の形状が要素レンズ４の前面の開口と同じ六角形になる。
また、図７に示すように、照明領域と相似系の開口を有する照明用マスク５と照明用結像光学系６を追加配置し、照明用マスク５を照明用結像光学系６により原版Ｂに投影することにより、光利用効率を低下させることなく、かつ照明領域の周辺をより明確にすることが可能となる。フライアイレンズの開口よりも照明用マスクの開口の方がより正確な加工ができるためである。この場合、図８に示すように、照明用マスク５の開口部５ａを、その縁辺の遮蔽部５ｂ上にできる光束の外形線５ｃより少し小さくすると、光利用効率をほとんど低下させることはないので望ましい。
【００１７】
【実施例】
１）石英ガラスで作製したロッドの両端面に凸レンズを形成した後、側面を研磨して断面六角形の要素レンズ４を形成し、この要素レンズ４を多数作製して略円形に束ねてフライアイレンズ対２とした。このとき、要素レンズ４間には何も挟まず、外周を枠で囲って束ねた。
２）このフライアイレンズ対２を用いて図１に示す露光装置の照明系を組み立てた。光源としては超高圧水銀ランプ等を用い、図１の発光面Ａに超高圧水銀ランプ等の発光点がくるように配置した。これにより、原版Ｂ上に直径２０ｍｍの六角形の照明光が均一に照射されるようにした。
３）結像光学系Ｃは、レンズを用いて等倍結像系を組み立てた。露光領域は照明領域と同じく直径２０ｍｍの六角形となる。原版として有効領域１００ｍｍ角のマスクを設置した。
４）以上２）の照明系と３）の結像光学系とその他に移動ステージと基板の保持装置を組み合わせて露光装置とした。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光面と後側のフライアイレンズおよび前側のフライアイレンズと原版が共役の関係になるように配置して照明光学系を組み立てることにより、前側のフライアイレンズの開口の像は原版上に結像することから、要素レンズの開口形状を六角形にすると、原版上に六角形の照明領域ができる。
従って、照明領域と露光領域が同じ形になるので照明光の無駄をなくすことができると共に、照明光はフライアイレンズの全ての要素レンズを透過した光を一定の照明領域内に重ね合わせたものなので、従来の透明ロッドに光を通して反射を繰り返すのと同様の拡散効果が得られ、照明光の光強度分布を高レベルに均一化できる。
このため、途中での光の反射や吸収がない、極めて光利用効率の高い照明系を実現できる。
その結果、同じパワーの光源を用いても露光強度が向上し、その分露光時間を短縮できる。
もしくは露光時間を従来と同程度とする場合は、光源のパワーを小さくできるので、消費電力を削減できると共に、光源の寿命も延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した露光装置の照明系の構成図である。
【図２】要素レンズを略円形に束ねて形成したフライアイレンズ組の断面図である。
【図３】発光面の１点から出射する光の光線図である。
【図４】照明域の１点へ入射する光の光線図である。
【図５】六角形の露光領域の模式図である。
【図６】透明ロッドを進行する光の光線図である。
【図７】照明用マスクと照明用結像光学系を追加配置した照明系の構成図である。
【図８】照明用マスクの開口部と遮蔽部と光束の関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　　　　　レンズ
２　　　　　　フライアイレンズ組
３　　　　　　コンデンサレンズ
４　　　　　　要素レンズ
５　　　　　　照明用マスク
５ａ　　　　　開口部
５ｂ　　　　　遮蔽部
５ｃ　　　　　光束
６　　　　　　照明用結像光学系
Ａ　　　　　　発光面
Ｂ　　　　　　原版
Ｃ　　　　　　結像光学系
Ｄ　　　　　　被処理基板
Ｔ　　　　　　三角形
ａ　　　　　　レンズ
ｂ　　　　　　透明ロッド

Claims (6)

1. 少なくとも一組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズで構成される露光装置の照明系において、前記フライアイレンズは、その要素レンズの開口形状が照明領域の形状と相似形である露光装置の照明系。
2. 少なくとも２組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズで構成される露光装置の照明系において、前記２組のフライアイレンズは、いずれもその要素レンズの開口形状が照明領域の形状と相似形である露光装置の照明系。
3. 少なくとも一組のフライアイレンズと、その後方に配置するコンデンサレンズと、照明用マスクと、照明用結像光学系で構成される露光装置の照明系において、前記フライアイレンズの要素レンズの開口形状と、照明用マスクの開口形状と照明領域の形状が互いに略相似形である露光装置の照明系。
4. 前記照明領域の形状を六角形とする請求項１〜３記載の露光装置の照明系。
5. 前記２組のフライアイレンズは一体化されたものであり、その要素レンズは、ロッド状の透明部材の両端面に凸レンズを形成したものである請求項２記載の露光装置の照明系。
6. 前記２組のフライアイレンズは互いに等しい焦点距離を持ち、その焦点距離に等しい間隔を設けて配置されたものである請求項２記載の露光装置の照明系。

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