JP2590530B2 - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JP2590530B2
JP2590530B2 JP63122017A JP12201788A JP2590530B2 JP 2590530 B2 JP2590530 B2 JP 2590530B2 JP 63122017 A JP63122017 A JP 63122017A JP 12201788 A JP12201788 A JP 12201788A JP 2590530 B2 JP2590530 B2 JP 2590530B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008Production of exposure light, i.e. light sources

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光学装置に係るものであり、例えばエキシマ
レーザを用いて半導体ウェハに対するマスクパターンの
投影を行なう露光装置に好適な光学装置に関するもので
ある。
[従来の技術] 近年、半導体集積回路の集積度を高めるために、紫外
域で高出力発振するエキシマレーザを露光光源とした半
導体製造用露光装置の研究が盛んである。
特に、最近では0.5μm以下の解像力を要求するプロ
セスにおける量産型装置として、248.5nmでパルス発振
するKrFレーザを露光光源とした縮小投影露光装置の開
発実用化が期待されている。
この種の露光光源において、問題となるのは、レーザ
光の可干渉性(コヒーレンス)によって不都合な干渉パ
ターンが発生し、像に重畳してしまうことである。エキ
シマレーザは本来時間的にも空間的にも比較的コヒーレ
ンスの低いレーザであるが、完全なインコヒーレントで
はない故、この不都合は不可避である。
また、投影レンズとしては、比較的広いフィールドの
レンズの製作が容易な単色レンズ(石英のみで構成)の
使用が好ましい。しかしながら、単色レンズを使う場合
には、レーザの発振線幅を0.005nm程度以下に狭帯化す
る必要があり、必然的に可干渉性の高いエキシマレーザ
が必要とされる。それに起因して、上記の不都合の発生
が、より助長される結果となる。
従来、上記問題点を解決する方法としては、例えばマ
スクに対するレーザ光の照明方向を発振パルス毎に偏向
させることにより、干渉パターンを少しずつずらして多
数回照射積算し、その結果として干渉パターンを除くこ
とが考えられていた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような従来の干渉パターン除去
法においては、スペックルなどの不都合な干渉パターン
を除去しようとすると、1回の露光に要する照射パルス
数が増大し、スループットが著しく低下するという問題
点があった。
この発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、レーザ光束の空間的コヒ
ーレンスを低減し、しかも簡単にマスクの照明光学系に
適用できる光学装置を提供することである。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、第
1の反射面と第2の反射面とを互いに対向させて平行に
配置させ、これらの反射面の間に所定の角度で入射され
るレーザ光をインコヒーレントな光束に変換して射出す
る光学装置であって、 前記第1の反射面は、所定角度で入射したレーザ光が
直接若しくは前記第1と第2の反射面間で反射された後
に前記第1の反射面を照射する複数の照射領域と、夫々
の照射領域内の一部の領域にレーザ光を透過させる透過
窓とを備え、 前記第1の反射面の隣り合う前記照射領域に設けられ
た透過窓から射出するレーザ光の位相差が、レーザ光の
コヒーレンス長よりも長くなるように、前記第1と第2
の反射面との光学的距離が定められているものである。
[作 用] 本発明の作用については、第1図及び第2図を参照し
て説明する。
第1図において、入射窓103から、厚さd屈折率nの
平行平面板1に対して所定角度θで入射したレーザ光
束は、 sinθ=nsinθ (1) を満たす角θで屈折して第1の反射面101を照射して
反射した後、第2の反射面102で反射し、再度第1の反
射面101を照射し、以下第1と第2の反射面101,102で交
互に反射を繰り返す。その際、第1の反射面101を照射
するレーザ光束の一部の光束は、第2図に示すように第
1の反射面101の各照射位置に対応して各々所定間隔を
持って順次配設された複数の透過窓領域M1〜M5を透過す
る。次に、この複数の透過窓領域M1〜M5を透過したレー
ザ光束の位相差を考える。
複数の透過窓領域Mを透過したレーザ光束に垂直な面
Sを仮定すると、隣り合う透過窓領域、例えば、M1とM2
を透過したレーザ光束の面Sでの位相差△は △=2ndcosθ (2) となる。
一方、レーザ光源(図示せず)のスペクトルの半値幅
を△λとするとコヒーレンス長(可干渉距離)lcは lc=λ2/△λ (3) で与えられる。故に、(2),(3)により、隣り合う
透過窓領域M1,M2を透過しレーザ光束の位相差が、レー
ザ光のコヒーレンス長よりも長くなる条件、 △>lc すなわち 2ndcosθ>λ2/△λ (4) を得る。
従って、この条件式(4)を満足するように、平行平
面板2の第1と第2の反射面101,102の間の距離d及び
第1と第2の反射面101,102の間のレーザ光に対する屈
折率nを設定しておけば、初めの入射したレーザ光束が
完全に空間的にコヒーレントだとしても、隣り合う透過
窓領域M1,M2を透過した光束同志はインコヒーレントと
なる。なお、上記説明では、隣り合う透過窓領域の組合
せの一例としてM1,M2を示したが、他の組合せを選んで
も、同様にインコヒーレントな光束が得られる。
[実施例] 以下、本発明の実施例に付いて添付図面を参照して説
明する。
第1図は本発明の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、透明な材質から形成された平行平面板1の正対
する二つの内側面101,102は、レーザ光に対する反射面
を成している。そのうち、レーザ光源(図示せず)側の
反射面102(第2の反射面)の端部には、レーザ光束を
入射させる入射窓103が設けられている。
一方、反射面101(第1の反射面)には、第2図に示
すように透過窓領域M1,M2,・・・M5がマスクパターンと
して形成されている。第2図上、左側の透過窓領域M
1は、入射窓103から所定角度θで入射したレーザ光が
第2の反射面102の反射を伴なわずに直接に第1の反射
面101を照射する位置に設けられている。以下、第2の
反斜面102の反射によるレーザ光の第1の反射面101に対
する照射位置に対応して、M2,・・M5が各々所定間隔を
持って順次配列されている。
上記の構成において、第1と第2の反射面101,102間
の距離d及び第1と第2の反射面101,102間のレーザ光
に対する屈折率nは、上記作用で説明したように、隣り
合う透過窓領域を透過したレーザ光の位相差が、レーザ
光のコヒーレンス長よりも長くなるように設定されてい
る。これにより、透過窓領域M1〜M5のうち、隣り合う透
過窓領域を透過した光束は、互いにインコヒーレントと
なる。
なお、透過窓領域M1〜M5は、照射レーザ光のうち、一
部の光束を透過するように構成されている。次に、この
透過窓領域M1〜M5の構成の一例について説明する。
入射レーザ光束の幅をb1とすると、第1の反射面101
の断面でのレーザ光束の幅b2は、 b2=b1/cosθ となる。透過窓領域M1〜M5を互いに重ならないようにす
るためには、このレーザ光束の幅b2が、 2dtanθ>b2 の関係を満たせばよい。
また、それぞれの透過窓領域M1〜M5内には、各々長辺
a、短辺bの矩形形状の透過窓104が各々3本づつ設け
られている。
この透過窓104は、ピッチ5bで並んでおり、各透過窓
領域M1〜M5における相違は、順次bづつずらされて配置
されている点である。各透過窓領域M1〜M5を重ね合せて
考えると、15本の透過窓104は、a×15bの単一の窓と等
しく、互いに重なり合うことがない。従って、 15bb2=b1/cosθ としておけば光量の損失が生じない。
また、一つの透過窓領域内の透過窓104は、レーザ光
束断面内の部分部分から光束をサンプルする働きを持
つ。従って、入射レーザ光束に光量分布のむらがあった
としても、各透過窓領域M1〜M5を透過した光束同志の光
量の差は小さい。
次に、上記第1図に示した装置を二次元的に拡張した
装置構成例について説明する。
第3図(a)にはその平面図が、第3図(b)にはそ
の側面図が示されている。
図において、レーザ光源(図示せず)から発したレー
ザ光束は、調整系2により適宜径に調整される。なお、
調整系2としては、一例としてシリンドリカル・エクス
パンダーを図示してある。勿論、これに限定されるもの
ではなく、直交する方向でビーム拡大率の異なる(ある
いは等しい)系であればよい。
適宜径に調整されたレーザ光束は、平行平面板1に入
射する。平行平面板1は、入射したレーザ光束を、第1
図を参照して説明したと同様に、互いにインコヒーレン
トな光束群として射出する。
その射出側には、もう一つの平行平面板3が配されて
いる。この平行平面板1は、基本的には平行平面板2と
同様な構造であり、その正対する内側面には第1と第2
の反射面301,302を備えている。
但し、この平面平行板3は、横方向に広がった光束を
一括してコヒーレンス低減を図る目的で、平行平面板1
に比してレーザ入射方向に対して幅広くなっている。ま
た、第2の反射面302の透過窓領域(図示せず)の大き
さも、第2図に示したM1〜M5に比して長手方向を長くし
てある。
平行平面板3の入射窓303から入射して各反射面301,3
02で反射される途中で射出したレーザ光束は、5×5の
互いにインコヒーレントな光束群に変換される。これら
光束群は適宜集光レンズで集光して1つの光束にして
も、最早、干渉し合うことはなく、所望の対象物に干渉
パターンを生じることはない。
結果として、空間的コヒーレンスの比較的高いレーザ
光束が、大域的に一様かつ空間的コヒーレンスの低い光
束群に変換されたことになる。
但し、局所的には各単位光束内で透過窓パターンによ
る強度分布が存在する。そこで、この光学装置を半導体
露光装置のマスクの照明系に適用する場合には、この装
置からの射出光束群を二次光源として、照明均一化を行
う公知の手段、例えばフライアイレンズとコンデンサー
レンズ等から構成される照明装置に入射させることが好
ましい。
なお、上記第1図〜第3図においては、平行平面板1
(3)によりインコヒーレントに変換される光束群の数
は5つとして説明したが、これに限定されるものではな
い。平行平面板1(3)の長さ、透過窓領域の個数の変
更によって、光束群の数を任意に選べることは勿論であ
る。例えば、第3図に示した構成においては、各々の平
行平面板1,3により変換される光束群の数を各々N個,M
個(N≠M)としてN×M個の光束群に変換できるよう
に構成可能である。
また、各透過窓領域を透過したビーム毎に、ビームエ
クスパンダー等の調整系を入れてもよい。
さらに、第1の反射面101(301)と第2の第2の反射
面102(302)は、屈折率nの透明が材質からなる平行平
面板1(3)の内側面として示したが、平行平面板1
(3)に代えて、単に2枚の反射鏡を向い合わせること
により、第1と第2の反射面を構成してもよい。
また、互いにインコーレントな光束群を取り出す反射
面は第2の反射面102,302にしても全く同様の効果が得
られる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明の光学装置によれば、照射
レーザ光束を、空間的コヒーレンスが低く、かつ大域的
には一様な光束に変換できるという効果がある。
更に、本発明の光学装置によれば、第3図に示すよう
に、夫々の照射領域に設けられた透過窓の配置を、異な
る透過領域を重ねた時に夫々の透過窓の領域が重なり合
わない位置とすることにより、それぞれの照射領域内の
異なる位置に対応した透過窓からレーザ光が照射される
ようになる。このため、光学装置の射出領域全体に亙っ
て一様な強度の光束を射出することができるという利点
を備えている。
従って、この光学装置を半導体製造用露光装置のマス
クの照明系に適用すると、スペックルなどの不都合な干
渉パターンの発生を防ぐことが可能である。更に、この
場合、レーザ光としてエキシマレーザなどのパルスレー
ザを採用すると、パルスごとに空間的コヒーレンスを低
減した光を得ることが可能である。それ故、従来の多数
回の偏向照明などによる干渉パターン防止法に比べ、露
光に要するパルス数が少なくてすみ、スループットを大
幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る光学装置の構成図、第2
図は透過窓領域を示す平面図、 第3図(a)は本発明の実施例に係る光学装置の平面
図、第3図(b)は第3図(a)に対応する側面図であ
る。 [主要部分の符号の説明] 1,3……平行平面板 101,301……第1の反射面 102,302……第2の反射面 M1〜M5……透過窓領域 103……入射窓 104……透過窓

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の反射面と第2の反射面とを互いに対
    向させて平行に配置させ、これらの反射面の間に所定の
    角度で入射されるレーザ光をインコヒーレントな光束に
    変換して射出する光学装置であって、 前記第1の反射面は、所定角度で入射したレーザ光が直
    接若しくは前記第1と第2の反射面間で反射された後に
    前記第1の反射面を照射する複数の照射領域と、夫々の
    照射領域内の一部の領域にレーザ光を透過させる透過窓
    とを備え、 前記第1の反射面の隣り合う前記照射領域に設けられた
    透過窓から射出するレーザ光の位相差が、レーザ光のコ
    ヒーレンス長よりも長くなるように、前記第1と第2の
    反射面との光学的距離が定められていることを特徴とす
    る光学装置。
  2. 【請求項2】前記第2の反射面の一端部に、レーザ光を
    背面側から入射させるための入射窓が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載の光学装置。
  3. 【請求項3】前記夫々の照射領域に設けられた透過窓
    は、異なる透過領域を重ねた時に夫々の透過窓の領域が
    重なり合わない位置に夫々配置されていることを特徴と
    する請求項1又は2に記載の光学装置。
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