JP2787133B2

JP2787133B2 - 照明光学装置

Info

Publication number: JP2787133B2
Application number: JP63325013A
Authority: JP
Inventors: 祐司工藤; 亨幸村松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JPH02170152A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、IC、LSI等のパターンを投影露光する装置
の照明光学装置に関するものである。

（従来の技術）従来、この種の照明光学装置は、例えば第７図に示す
ようなものが知られている。すなわち、光源１より供給
される光束２はオプティカルインテグレータ３を構成し
ている複数のレンズ素子により複数の集光点を形成し、
所謂、２次光源を形成している。そして、この２次光源
からの複数の光束はコンデンサーレンズ４により被照射
面５を導き、この被照射面５ではこれらの光束が重畳的
に照明しており、照度の平均化、平滑化を図っている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の如き光学装置では、オプティカ
ルインテグレータ、コンデンサーレンズ等の光学部材の
透過率ムラ及び偏心等、もしくは非回転対称で不均一な
光束密度分布（強度分布）を有する光束を供給する光源
等の原因により、被照射面での照度分布に傾きを生じ、
不均一な照度となる場合がある。このため、均一な照明
を行うことが困難となる。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもの
であり、常に一様な均一照明が達成できる高性能な照明
光学装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記の目的を達成するために、第１図に示す
如く、光束を供給する光源手段と、その光束によって２
次光源を形成するオプティカルインテグレータと、その
２次光源からの光束を被照射面へ導くコンデンサーレン
ズとを有する照明光学装置において、オプティカルインテグレータよりも被照射面側に、角
度透過率特性を有する光学部材を配置し、その光学部材
は光軸に対する傾角が可変となるように設けたものであ
る。

そして、光学部材は前記オプティカルインテグレータ
とコンデンサーレンズとの光路間に配置されることが望
ましい。

特に、この光学部材は、基板に誘電体多層膜がコート
されてなることがより好ましい。

（作用）本発明は、被照明面での照度分布に応じて、光学部材
の光軸に対する傾角を変化させることにより、被照射面
での照度を一様に均一となるようにしたものである。

（実施例）第１図は本発明の実施例の概略配置図を示しており、
この図に基づいて実施例について詳述する。

本発明の実施例における光学照明系には、コリメート
された光束20を供給する光源手段としての光源10と、複
数のレンズ素子（30a〜30c）の集合体よりなるオプティ
カルインテグレータ30と、光軸に対する傾角が可変な光
学部材40（ハーフミラー等）、コンデンサーレンズ50と
がそれぞれ配置されている。

光源10から供給されるコリメートされた光束20は、オ
プティカルインテグレータ30に入射し、その射出側の同
一平面内で複数の集光点を形成し、実質的に２次光源が
形成されている。そして、この２次光源からの光束は、
光学部材40、コンデンサーレンズ50を通過して、被照射
面60にて重畳するように均一に照明している。

尚、光源手段10は、コリメート光束を供給する光源の
みならず、光源から供給される光束がコリメートレンズ
等でコリメートされてオプティカルインテグレータへ導
かれるような構成であれば良い。

次に、本発明の原理について詳述する。

光学部材40は、例えば、ガラス等の平行平面板の基板
を誘電体多層膜がコートされてなり、第３図に示す如き
垂直入射（入射角がゼロ）に対して対称となるような角
度透過率特性を有している。

この光学部材40を、光軸に対して垂直に配置すると、
光学部材40に入射する光線は、第３図に示す如くＦ範囲
内の入射角（ｆ〜ｆ′）で入射する。そして、第１図に
示す如く、入射角ｆで光学部材40に入射する光線（20
a、20b、20c）は被照射面60のＡに到達するのに対し、
入射角ｆ′で光学部材40に入射する光線（20a′、20
b′、20c′）は被照射面60のＡ′位置に到達する。

第３図から分かるように、Ｆ範囲内の入射角に対する
透過率は略一定であるため、光源から均一な光束密度分
布を有する光束が供給されると、この状態における被照
射面60上の照度分布は第５図の示す如く一様に均一とな
る。

そこで、今、光軸と直交する方向を中心としてｄ方向
に光学部材40を傾斜させると、これに入射する光線の入
射角範囲が、第３図に示す如くＧ範囲（ｇ〜ｇ′）へ移
行する。

具体的には、第２図に示す如く、レンズ素子（30a、3
0b、30c）を通過した光線（20a、20b、20c）が光学部材
40に入射する入射角は、ｆからｇに変化してやや大きく
なる。その結果、第３図に示す如く、透過率が同等もし
くはやや下がるため、被照射面60上のＡ位置での照度も
同等もしくはやや下がる。

一方、第２図で示す如く、各レンズ素子（30a、30b、
30c）を通過した光線（20a′、20b′、20c′）の入射角
は、ｆ′からｇ′に変化して大きくなる。その結果、第
３図から分かるように、透過率が下がるため、被照射面
60上のＡ′位置での照度が下がる。

このように、光学部材40を適切な傾角でｄ方向に傾斜
させることにより、被照射面60での照度は、第６図の実
線で示す如く傾きを持った分布となる。

これに対し、光学部材40をｅ方向に上記と同様な角度
だけ傾斜させると、これに入射する各方向の光線の入射
角範囲は、第３図に示す如くＨ範囲（ｈ〜ｈ′）へ移行
する。このため、透過率の傾向が上記とは逆になり、被
照射面60上での照度分布は、第６図の破線で示す如き分
布となる。

以上の如く、光学部材40を光軸に対して傾斜させるこ
とにより、光学部材40を通過する光線の透過率の分布を
変化させることができるため、被照射面上での照度分布
の傾きを調整することができる。

そこで、今、オプティカルインテグレータ、コンデン
サーレンズ等の光学部材に透過率ムラ及び偏芯等、もし
くは非回転対称で不均一な光束密度分布を有する光束を
供給する光源等の原因により、第４図の破線で示す如く
被照射面での照度分布に傾きを生じ、不均一な照明状態
であるとする。このとき、光学部材40は光軸に対して垂
直に位置しているとする。

そして、第２図に示す如く、光軸と直交する方向を中
心としてｄ方向に光学部材40を傾斜させる。すると、前
述の如く、光線（20a、20b、20c）が光学部材40に入射
する角度は同等もしくはやや大きくなるため、透過率が
同等もしくはやや下がる。その結果、被照射面60のＡ位
置では照度が同等もしくはやや低下する。

一方、光線（20a′、20b′、20c′）が光学部材40に
入射する角度は大きくなるため、透過率が下がる。この
ため、被照射面60のＡ′位置では照度が下がる。

したがって、光学部材40を最適な傾角でｄ方向に傾斜
させることにより、照度は第４図の破線で示すような傾
きの有る分布から実線で示すような傾きの無い、すなわ
ち一様に均一な分布にバランス良く調節することができ
る。

尚、被照射面での照度分布が第４図の破線で示すよう
な傾きと逆の傾きである場合には、光学部材をｅ方向に
傾斜させれば良いことは言うまでもない。

また、光軸に対して互いに直交する２方向での傾角を
それぞれ変化できる２つの光学部材40を設けることによ
り、被照射面での２次元的な傾きを有する照度分布を一
様に均一な照明分布にすることができる。さらに、１つ
の光学部材40を２次元的に傾けられる構成としても良
い。

ところで、被照射面での照度分布に応じて光学部材40
の傾角を自動的に制御させるには、第１図に示す如く、
被照射面60上に照度分布等を光電検出する光電検出手段
（センサー等）70と、これにより出力される照度分布等
の情報と、予め記憶されている光学部材40の角度透過率
特性の情報とに基づいて被照射面60での照度分布等が均
一となるように、光学部材40の最適な傾角を決定する傾
角決定手段80と、これにより出力される信号に基づいて
光学部材40を光軸に対して傾斜させる傾斜制御手段90と
を配置することが望ましい。

このような構成により、例えば被照射面60の測定方向
に沿って等間隔に配置された光電検出手段70の各センサ
ー等から出力された照度分布等の情報が、まず傾角決定
手段80の一部を構成している演算部81に取り込まれる。
また、傾角決定手段80のメモリー部82には光学部材40の
角度透過率特性の情報が予めメモリーされている。そし
て、この演算部81は、光電検出手段70から取り込まれた
照度分布等の情報と、メモリー部82からの角度透過率特
性の情報とに基づいて、光学部材40の最適な傾角を算出
し、これを傾斜制御手段90に出力する。ここで、傾斜制
御手段90は光学部材40の姿勢を制御する姿勢制御部91と
傾斜部92とを有する構成となっている。

姿勢制御部91は、傾角決定手段80からの出力信号を取
り込み、光学部材の姿勢を制御しながら、傾斜部92を構
成しているモータ等に必要な駆動量の信号を出力する。
そして、この駆動信号に基づいて傾斜部92のモータ等は
駆動するため、光学部材40は被照射面60での照度分布が
均一となるように傾斜する。

尚、傾斜部92のモータ等に姿勢制御部91の１部として
のエンコーダ等を取付け、この姿勢制御部91がこのモ
ータの駆動量に応じて変化する光学部材40の姿勢状態を
エンコーダ等を通して検知できるような構成であること
が望ましい。

ところで、本発明の第１図では図示していないが、被
照射面60の後方に、投影対物レンズを設けても良い。こ
の場合、この投影対物レンズはオプティカルインテグレ
ータにより形成される２次光源がこの投影対物レンズの
瞳位置にて再結像され、所謂ケーラー照明を実質的に達
成できるように配置されてることが好ましい。そして、
上記の被照射面60に相当する位置（第１被照射面）にレ
チクル等を配置し、投影対物レンズに関してレチクルと
共役な位置（第２被照射面）にウエハ等の基板を配置す
ると、レチクル上のパターンの像が基板上に形成され
る。このとき、照度分布に対する投影対物レンズ等の影
響を考慮すれば、照度分布等を光電検出するセンサー等
は、基板が位置する面（第２被照射面）に設けられるこ
とが好ましい。

尚、本発明は露光中にセンサー等で照度分布等を光電
検出することが可能であるが、センサー等のみが配列さ
れている部材を被照射面に沿って移動可能に設けて、露
光外に照度分布を光電検出することも可能である。

また、露光中に被照射面60での照度分布等をセンサー
で連続的に光電検出し、光軸に対する光学部材40の傾角
を連続的に制御することにより、露光中に何等かの原因
で変動する照度分布を抑えることも可能である。

さらに、本発明は必ずしも厳密にケーラー照明を達成
しなくても上記の如き効果を得ることができるが、光学
部材の角度透過率特性と被照射面での照度分布との関係
を直接的に把握するにはケーラー照明を達成できる効果
が有効である。

また、本発明は半導体露光装置の照明光学装置に限ら
ずレーザーアニール装置あるいは光CVD等の照明光学装
置としても好適である。

尚、上記で述べた角度透過率特性を有する光学部材を
照明光路内で着脱可能に構成し、光学部材を光路内に位
置させてから光軸に対して傾斜させたり、あるいは光学
部材を光路外で光軸方向に対して傾斜させてから光路内
に位置させるような構成としても同様な効果を期待する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被照射面上での照度分布に傾きが存
在していても、この傾き応じて、角度透過率特性を有す
る光学部材の光軸に対する傾角を変化させることによ
り、一様に均一な照明を達成することができる。しか
も、比較的簡素な構成でありながら、大きな効果を達成
できるため非常に有効である。

〔主要部分の説明〕

10……光源手段 20……コリメート光束 30（30a、30b、30c）……オプティカルインテグレータ 40……光学部材 50……コンデンサーレンズ 60……被照射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03F 7/20 - 7/24 H01L 21/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光束を供給する光源手段と、該光束によっ
て２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、
該２次光源からの光束を被照射面へ導くコンデンサーレ
ンズとを有する照明光学装置において、前記オプティカルインテグレータよりも被照射面側に、
角度透過率特性を有する光学部材を配置し、該光学部材
は、光軸に対する傾角が可変となるように設けられたこ
とを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】前記光学部材は前記オプティカルインテグ
レータとコンデンサーレンズとの光路間に配置されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の照明光
学装置。
【請求項３】前記光学部材は、基板に誘電体多層膜がコ
ートされてなることを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の照明光学装置。