JP2565133B2 - 半導体露光装置の照明光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体露光装置の照明光
学系に関し、特に電子回路などの微細加工パターンを照
明する際の均一なる照明を可能とした半導体露光装置の
照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体製造技術には電子回路の高
集積化に伴い、より微細な回路パターンの形成可能なリ
ソグラフィー技術が要求されている。

【０００３】一般に回路パターンの解像線幅は光源の波
長に比例している。このため、使用する光源の波長はよ
り短波長化の傾向にある。ＵＶ領域に発振輝線をもつ超
高圧水銀ランプやキセノン水銀ランプ等が用いられてい
る。これらの光源は低輝度で指向性もなく、光源の光強
度分布は照射状にほぼ均一である。さらに短波長の光源
として、エキシマレーザというディープＵＶ領域に発振
波長を有する光源が開発され、その高輝度性、単色性、
指向性等の良さから、リソグラフィー技術への応用が種
々研究されている。

【０００４】しかしながら、短波長光源を用いる場合、
使用可能な硝材の種類も限られてくる。２００ｍｍ以下
の波長に対しては実用上使用可能な硝材としては合成石
英と蛍石に限られ、広帯域なスペクトル幅を持った光源
に対して、投影レンズの色消しを行うことは困難であ
り、それらの硝材を用いる場合には、波長のスペクトル
幅が挟帯域化された光源を用いる必要がある。波長スペ
クトル幅が挟帯域で高出力なレーザ光を得る手法とし
て、波長スペクトル幅の挟帯域な光を注入光とした注入
同期方式のレーザ発振器がある。注入同期方式を用いた
発振器は一般に不安定共振器が用いられている。不安定
共振器を用いたレーザ発振器で発振したレーザ光の光強
度分布は出射側のミラーによって、けられが生じ、光強
度分布が急激に変化する部分が存在する。急激に光強度
分布が変化する部分は照明の均一性に悪影響を与え、解
像性能に悪影響が生じる。

【０００５】従来の半導体露光装置の照明光学系につい
て図面を参照して説明する。

【０００６】図５は従来の半導体露光装置の照明光学系
の一例を示す図である。

【０００７】図５において、この従来の半導体露光装置
の証明光学系は、特開昭６４−７６７２０号公報に記載
された内容を示し、光軸に沿って順次配列された、エキ
シマレーザ光源２１と該光源２１の複数の像を形成する
光学素子とコンデンサレンズ２４を備えた半導体露光装
置の証明光学系において、上記光源２１とインテグレー
タ２３との間にイメージローテータ２８を配置し、該イ
メージローテータ２８を露光中に光軸を中心として回転
させるようにしたことにより、イメージローテータ２８
を射出してインテグレータ２３の端面に入射する光束を
光軸を中心として回転させて、その照明特性が時間平均
をとれば光軸に関して回転対称となるようにしたもので
ある。

【０００８】また、一般に急激な光強度分布が変化する
部分は照明の均一性に悪影響を与え、解像性能に悪影響
を生じるので、それらの悪影響を避けるために光強度分
布が急激に変化している部分の光束を遮光して、比較的
光強度分布が均一な部分だけを用いていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体露光
装置の照明光学系は、図５に示すようにエキシマレーザ
光源２１とインテグレータ２３との間にイメージローテ
ータ２８を光軸を中心として回転させるようにして、そ
の照明特性が時間的に平均となるようにしているので、
イメージローテータ２８の挿入は、それ自体光の損失に
つながり、又、回転する機構から発生する振動によって
解像性能に悪影響を及ぼすという問題点がある。

【００１０】又、光強度分布が急激に変化している場合
には、光強度分布が急激に変化している部分の光束を遮
光して、比較的光強度分布が均一なる部分だけを用いて
いるので光源の光エネルギーの利用効率が低下するとい
う問題点がる。

【００１１】本発明は、急激な光強度分布の変化の割合
をもつレーザ高原を用いた際に非照射面の照明均一性に
及ぼす悪影響の軽減を図り、被照射面の均一照明を可能
をした照明光学装置の提供を目的とする。

【００１２】又、本発明の目的は、エキシマレーザ等の
光強度分布が急激に変化する光源を用いた際に非照射面
を均一に照明し、回路パターン像の高解像力化を可能と
した半導体製造用の露光装置に好適な均一照明光学系の
提供にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体露光装置
の照明光学系は、レーザ光源と、このレーザ光源を基に
するビーム光によって複数の２次光源を形成するフライ
アイレンズおよびコンデンサレンズとを備える半導体露
光装置の照明光学系において、前記フライアイレンズは
入射する前記ビーム光の光強度の分布に対応する形状が
異なる複数のレンズから構成して成り、前記複数のレン
ズから構成して成る前記フライアイレンズはこのフライ
アイレンズで形成する前記複数の２次光源を結ぶ面が曲
面をなす焦点距離の曲率を持ち、前記コンデンサレンズ
は前記フライアイレンズを通った複数種類の光束がすべ
て同一の形状で被照射面を照明するように前記複数種類
の光束に対応する異った前記複数種類の曲率を有してい
る。

【００１４】

【作用】本発明においては、光源の光強度分布の変化に
応じた形状のフライアイレンズとそのフライアイレンズ
に対応したコンデンサーレンズを組み合わせることによ
り、フライアイレンズに入射する前で光強度分布の変化
の大きい部分は大きく拡大し、平行光に変換することに
より、単位あたりの光強度の変化を減少させる。被照射
面では、各２次光源から形成される平行光の単位あたり
の光強度の変化が実質的に減少し、さらに光強度の変化
の小さいものが重なり合うことになり、光強度分布が均
一な照明光が得られる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１は本発明の一実施例を示す図、図２は
本実施例におけるレーザ光源を示し、（ａ）はその構成
を示す模式図、（ｂ）はその出力の光強度の分布例を示
す図である。

【００１７】図１において、本実施例はレーザ光を放出
するレーザ光源１と、必要に応じてビームを拡大もしく
は縮小させて所望のビーム形状に変換させるビーム成形
光学系２と、ビーム成形光学系２からのレーザ光をフラ
イアルレンズ系３へ入射させる全反射ミラー１０と、入
射ビーム光を複数のビームに分割させるフライレンズ系
３と、被照射面５に対してフライアルレンズ系３からの
レーザ光を同じ形状の平行光に変換させるコンデンサレ
ンズ４と、被照射面５からのレーザ光をウェハワへ投影
する投影レンズ６とを備えて構成している。尚、フライ
アイレンズ系３はフライアイレンズ１３と１４とから成
っている。

【００１８】図２において、本実施例におけるレーザ光
源１は、レーザ光の誘電放出を起こさせる放電管８と、
放電管８の両端に配置した共振器ミラー９ａ，９ｂとを
含んで不安定共振型のエキシマレーザ光を射出する不安
定共振器９を有している。この不安定共振器９から射出
されるレーザビームは、ビーム形状の長手方向の１次元
の光強度分布が図２の（ｂ）に示すように光強度分布が
急激に変化する部分が含まれている。

【００１９】図３は本実施例における光強度分布が急激
に変化する場合に対応したフライアイレンズ系とコンデ
ンサレンズとの第１の構成例を示す図である。

【００２０】図４は本実施例における光強度分布が急激
に変化する場合に対応したフライアイレンズ系とコンデ
ンサレンズとの第２の構成例を示す図である。

【００２１】次に、本実施例の動作について図１、図
２、図３及び図４を参照して説明する。

【００２２】レーザ光源１から射出されたレーザ光はシ
リンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー、ビームエ
キスパンダー光学系などのビーム成形光学系２を経て、
必要に応じてビームは拡大もしくは縮小され、所望のビ
ーム形状に変換される。所望のビーム形状になったレー
ザ光は全反射ミラー１０で全反射されてフライアイレン
ズ系３に入射する。フライアイレンズ系３によって、ビ
ームは複数のビームに分割される。ビームを分割する
再、均等分割するのではなく、入射されたビームの光強
度分布に対応した形状にする。

【００２３】例えば、図２の不安定共振器９から出射さ
れた光強度分布のような場合、図２の（ｂ）の光強度分
布１２は単位長さあたりの光強度の変化は非常に大き
く、光強度分布１１は単位長さあたりの強度の変化はほ
とんどない。図３において、光強度分布１２を受け持つ
フライアイレンズ１４の形状はできるだけ小さくして、
光強度の変化が大きい部分を細かく小さいので、できる
だめ形状を大きくし、光強度の変化の小さい部分の大ま
かに分割する。

【００２４】ここで、各フライアイレンズ１３，１４の
軸を入射するレーザ光の光軸に対して、傾斜させ、さら
に各フライアイレンズ１３，１４の形状とレーザ光の光
軸と各フライアイレンズ１３，１４の位置関係に応じ
て、各フライアイレンズ１３，１４の焦点距離と軸の偏
芯を決定する。次に各フライアイレンズ１３，１４によ
って、形成され２次光源を結んだ線１５は曲線になり、
２次元的には曲面を形成する。形状の異なった各フライ
アイレンズ１３，１４によって形成された２次光源がコ
ンデンサーレンズ４によって被照射面５ですべて、同じ
形状の平行光に変換されるようにフライアイレンズ１
３，１４の形状と被照射面５での平行光の形状から決ま
る倍率によって、コンデンサーレンス４の焦点距離が決
まり、コンデンサーレンス４は各フライアイレンズ１
３，１４を受け持つレンズ面内に曲面の軸の偏芯と焦点
距離を決定すると、自動的にその面で曲率とその曲率の
中心が決定される。

【００２５】コンデンサーレンズ４の作製方法には図３
のコンデンサーレンズ４に示すとおり一体成形、削りだ
しによる一体型、図４に示すとおりフライアイレンズ１
３に対応したコンデンサーレンズ１６を作成し、フライ
アイレンズ１３に対応したコンデンサーレンズ１７を作
成し、接合してコンデンサーレンズ４と同じ機能をもつ
接合コンデンサーレンズを構成することにより実現でき
る。

【００２６】フライアイレンズ系３とコンデンサーレン
ズ４の組み合わせにより、フライアイレンズ系３に入射
する前で光強度の変化の大きい部分を大きく拡大するこ
とになり、単位あたりの光強度分布の変化を減少させる
効果がある。被照射面５では、各２次光源から形成され
る平行光の単位あたりの光強度分布の変化が実質的に減
少し、さらに光強度分布の変化の小さいものが重なり合
うことにより、光強度分布が均一な照明光が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、光源の光
強度分布に応じて、フライアイレンズの形状、軸の偏芯
を決定し、それらに応じて、コンデンサーレンズの面内
で曲率、偏芯を決定することにより、フライアイレンズ
によって形成された２次光源が同じ形状の平行光に変換
され、被照射面に均一に照明することができる効果あ
る。また、均一照明に悪影響を及ぼす部分を遮光したり
しないので光の利用効率を低下させることなく、被照射
面に対し均一照明を行うことができる効果がる。

【００２８】又、本発明は回転機構がないので、回転機
構から発生する振動による解像性能への悪影響をなくす
ことができる効果がある。

【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】本実施例におけるレーザ光源を示し、（ａ）は
その構成を示す模式図であり、（ｂ）はその出力の光強
度の分布例を示す図である。

【図３】本実施例における光強度分布が急激に変化する
場合に対応したフライアイレンズとコンデンサレンズと
の第１の構成例を示す図である。

【図４】本実施例における光強度分布が急激に変化する
場合に対応したフライアイレンズとコンデンサレンズと
の第２の構成例を示す図である。

【図５】従来の半導体露光装置の照明光学系の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ ビーム成形光学系 ３ フライアイレンズ系 ４ コンデンサーレンズ ５ 被照射面 ６ 投影レンズ ７ ウエハ ８ 放電管 ９ 不安定共振器 ９ａ，９ｂ 共振器ミラー １０，１１，１２ 光強度分布 １３，１４ フライアイレンズ １５ ２次光源を結んだ線 １６，１７ コンデンサーレンズ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、このレーザ光源を基にす
   るビーム光によって複数の２次光源を形成するフライア
   イレンズおよびコンデンサレンズとを備える半導体露光
   装置の照明光学系において、前記フライアイレンズは入
   射する前記ビーム光の光強度の分布に対応する形状が異
   なる複数のレンズから構成して成ることを特徴とする半
   導体露光装置の照明光学系。
2. 【請求項２】 前記複数のレンズから構成して成る前記
   フライアイレンズはこのフライアイレンズで形成する前
   記複数の２次光源を結ぶ面が曲面をなす焦点距離の曲率
   を持つことを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置
   の照明光学系。
3. 【請求項３】 前記コンデンサレンズは前記フライアイ
   レンズを通った複数種類の光束がすべて同一の形状で被
   照射面を照明するように前記複数種類の光束に対応する
   異った前記複数種類の曲率を有することを特徴とする請
   求項１，２記載の半導体露光装置の照明光学系。