JP2914035B2 - 輪帯光束形成方法および照明光学装置 - Google Patents

輪帯光束形成方法および照明光学装置

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JP2914035B2
JP2914035B2 JP4237930A JP23793092A JP2914035B2 JP 2914035 B2 JP2914035 B2 JP 2914035B2 JP 4237930 A JP4237930 A JP 4237930A JP 23793092 A JP23793092 A JP 23793092A JP 2914035 B2 JP2914035 B2 JP 2914035B2
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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
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLSI等の半導体素子を
製造する際に用いられるマスクパターンの投影露光装置
の輪帯光束形成方法および照明光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子製造に用いられるマス
クパターンの投影露光装置における照明光学装置は、図
8に示すように、水銀ランプあるいはエキシマレーザを
光源51とし、光源51よりの光束52をレンズ53で
適当な大きさの光束にコリーメートし、微小レンズアレ
イより構成されるオプティカルインテグレータ42で光
量分布を均一にするとともに複数の点光源を2次光源と
して照明レンズ44でマスク45を照明する。このよう
な例として特公平4−13686がある。
【0003】照明されたマスクは結像レンズによりウエ
ハー面上に投影される。この照明方式は、オプティカル
インテグレータ42の焦点位置にできた二次光源の像
を、結像レンズの入射瞳につくるケーラー照明になって
おり、結像レンズの入射瞳にできる二次光源像の形状を
変えると結像性能が向上することが知られている。
【0004】図8に示す従来例の照明光学装置におい
て、輪帯照明光を得るためには、レンズ53の前後のあ
るいはオプティカルインテグレータ42の前後に輪帯状
の遮光板を挿入していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の照明光
学装置は、図8に示すように輪帯照明光を得るためには
レンズ53の前後あるいはオプティカルインテグレータ
42の前後に輪帯状の遮光板を挿入する構造となってい
るので、輪帯光束以外の光束がカットされるため、光量
損失が多いという問題点がある。
【0006】また輪帯形状を変える場合は遮光板を取り
替えなければならず、操作が煩雑になり、さらに連続的
に形状を変えることはできないという問題点がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本第1の発明の輪帯光束
形成方法は、第1,第2の凸型反射鏡と第1,第2の凹
型反射鏡とが光軸を同じくし、前記第1の凸型反射鏡に
入射した光束が前記第1の凸型反射鏡で反射し、前記第
1の凹型反射鏡を介して前記第2の凸型反射鏡で反射せ
れる輪帯状光束を得て、前記第2の凸型反射鏡を射出光
束の光軸方向に移動させれることにより、前記射出光束
の輪帯の形状を可変とし、又、前記第1の凸型反射鏡へ
の入射光束の直径を可変させて前記第2の凸型反射鏡か
らの射出光束の輪帯の内径および外径を独立に可変させ
る。
【0008】本第2の発明の輪帯光束形成装置は、光源
からの入射光束をこの入射光束の光軸に対しほぼ90度
方向に輪帯状に反射させる第1の凸型反射鏡と、この第
1の凸型反射鏡から反射された輪帯状光束を前記入射光
束の光軸と平行な方向に反射させる第1の凹型反射鏡
と、この第1の凹型反射鏡から反射された輪帯状光束を
前記入射光束の光軸に対し平行で反対方向に反射させる
第2の凹型反射鏡と、この第2の凹型反射鏡から反射さ
れた輪帯状光束を前記入射光束の反射光束の光軸と同じ
光軸で且つ同じ方向に射出し、又前記入射光束の光軸方
向に中心が移動可能な第2の凸型反射鏡とを有し、又、
前記凸型反射鏡は凸型円錐反射鏡又は凸型多角錐多面鏡
で成り、前記凹型反射鏡は凹型円錐反射鏡又は凹型多角
錐多面鏡で成っている。
【0009】本第3の発明の照明光学装置は、光源から
供給された光束を輪帯状光束に形成する前記輪帯光束形
成装置と、前記輪帯状光束の二次光源を形成する第1の
光学素子と、前記二次光源からの光束を基に被照射面を
照明する第2の光学素子とを備え、又、前記輪帯光束形
装置から射出される輪帯状光束の内径および外径を独立
に変化させる光束可変手段を有している。
【0010】
【作用】本発明は半導体露光装置の照明光学装置におい
て、二次光源を形成する第1の光学素子の前方に光束の
大きさを可変とすることのできる輪帯光束形成装置を設
置し、輪帯状光束による二次光源を形成被照射物体を照
明することにより光学系の解像度を向上させる。
【0011】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0012】図1は本第1,第2および第3の発明の一
実施例を適用する半導体露光装置を示す図である。
【0013】図1において、本適用例の半導体露光装置
は光源41と、光源41からの光束がミラー30で光路
が変更された光束をマスク45へ照明する本第3の発明
の一実施例の照明光学装置1と、マスク45の回路パタ
ーンをウェハー48に投影させるための照明光学装置1
からの光束を収束させる結像レンズ46とを有して構成
している。
【0014】本第3の発明の一実施例の照明光学装置1
はビーム変換器31からの光束を輪帯光束に形成する本
第1,第2の発明の一実施例の輪帯光束形成装置2と、
輪帯光束形成装置2からの光束の焦点面に輪帯状に二次
光源43を作るオプティカルインテグレータ42と、二
次光源43からの光束をマスク45へ照明するための照
明レンズ44とを有して構成している。
【0015】図2は本第1,第2の発明の一実施例を輪
帯光束形成装置を示し、(a)は輪帯状光束の直径を最
小にした場合を示す図、(b)は輪帯状光束の直径を最
大にした場合を示す図である。
【0016】図1及び図2において、本実施例の輪帯光
束形成装置2はビーム変換器31から平行に入射する光
束10を左右に反射される凸型円錐反射鏡11と、凸型
円錐反射鏡11の反射面に対して平行な反射面を持つ凹
型円錐反射鏡12と、凹型円錐反射鏡12から輪帯状に
反射される光束を同様に輪帯状に反射させる凹型円錐反
射鏡12と同形状の凹型円錐反射鏡13と、凹型円錐反
射鏡13から反射された輪帯状光束を入射光束10と平
行な方向に輪帯状の光束で射出する凸型円錐反射鏡14
とを有して構成している。
【0017】尚、凸型円錐反射鏡14は図2の(a),
(b)に示すように、A,B方向に移動可能で、A方向
に移動した場合には反射される輪帯状光束の直径が小さ
くなり、B方向に移動した場合には反射される輪帯状光
束の直径は大きくなり、各輪帯の幅は変らない。
【0018】次に、本実施例の輪帯光束形成装置の動作
について図1,図2を用いて説明する。
【0019】凸型円錐反射鏡11に入射した平行な光束
10は凸型円錐反射鏡11で放射状に反射される。放射
状に反射した光束は凸型円錐反射鏡11の反射面と平行
な反射面を持つ凹型円錐反射鏡12で輪帯状に反射され
る。輪帯状になった光束は凹型反射鏡12と同様な形状
を持つ凹型反射鏡13で反射し、凸型反射鏡14に入射
する。凸型反射鏡14に入射した光束は反射されて、入
射光束10と平行な方向に輪帯状の光束で射出する。こ
のとき図2の(a)のように凹型円錐反射鏡13と凸型
円錐反射鏡14の距離が凸型円錐反射鏡11と凹型円錐
反射鏡12の距離に似た距離であれば、射出された輪帯
光束の内径は小さい。凹型円錐反射鏡13と凸型反射鏡
14の距離が近づけば射出される輪帯光束の内径および
外径は大きくなる。図2の(b)はその様子を示した図
である。凸型反射鏡14を入射光束と平行方向に動かす
ことにより射出光束の大きさを変えることができる。
【0020】図3は本実施例における輪帯状光束の内径
を外径とを独立に変える方法を示す図である。
【0021】次に、本実施例の輪帯光束形成装置の輪帯
光束の内径と外径とを独立に変える方法について図1,
図2及び図3を用いて説明する。
【0022】変倍可能なビーム変換器31で光束の大き
さを変換した光束は二組の凸型円錐反射鏡11、14と
二組の凹型円錐反射鏡12,13より構成される輪帯光
束形成装置2に入射し、輪帯光束となって射出する。前
述したように射出光束の輪帯形状は凸型円錐反射鏡14
を光軸方向に動かすことにより変えることができるが内
径と外径とが同時に同じ量だけ変化する。さらに変倍可
能なビーム変換器31で入射光束の大きさを変えること
により、射出光束の外径を変えることが可能である。す
なわち、凸型円錐反射鏡14の移動で射出光束の内径を
変化させ、入射側に設置された変倍可能なビーム変換器
31で射出光束の外径を変えることができ、内径、外径
共に独立に可変な輪帯光束を光束を遮光することなく得
ることが可能である。
【0023】図3では入射側にビーム変換器31として
ビームコンプレッサを用いて、光束を小さくして輪帯形
状形成装置2に入射させているが、ビームエキスパンダ
で光束を大きくしてから輪帯形状形成装置2に入射させ
ても良い。さらにビーム変換器31であるビームコンプ
レッサあるいはビームエキスパンダを輪帯形状形成装置
2の射出側に設置しても同様の効果を得ることができ
る。また二組の凸型円錐反射鏡11,14および二組の
凹型円錐反射鏡12,13は円錐型の反射面に限らず、
多面鏡の反射面でも効果は同様に得ることができる。
【0024】図4は本実施例に用いる凸型円錐反射鏡を
示す斜視図、図5は本実施例に用いる凹型円錐反射鏡を
示す斜視図、図6は本実施例に用いる凸型多角錐多面鏡
の一例を示す斜視図、図7は本実施例に用いる凹型多角
錐多面鏡の一例を示す斜視図である。
【0025】次に、本適用例の半導体露光装置の動作に
ついて図1〜図7を用いて説明する。
【0026】水銀ランプあるいはエキシマレーザなどを
光源とする光源41からの光束はミラー30を介してビ
ーム変換器31に入射し、ビームの形状が変換される。
次に二組の凸型円錐反射光11,14と二組の凹型円錐
反射鏡12,13により構成される輪帯形状形成装置2
で任意の輪帯状の光束となる。
【0027】輪帯光束は微小レンズアレイより構成され
るオプティカルインテグレータ42でオプティカルイン
テグレータ42の焦点面に輪帯状の二次光源43を作
る。輪帯状の二次光源43は照明レンズ44で半導体の
回路パターンが描かれているマスク45を照明し、結像
レンズ46でウエハー48に御回路パターンを投影す
る。このとき二次光源の像が投影レンズ46の入射瞳4
7にできる。入射瞳47の径より光源像の大きさを小さ
くすることにより低周波数のコントラストを向上させる
ことができ、さらに輪帯状にすることにより高周波数の
コントラストを向上させることができる。
【0028】二組の凸型円錐反射鏡11,14の形状は
図4の様な形状をしており、二組の凹型円錐反射鏡1
2,13の形状は図5の様な形状をしている。照明光束
が結像レンズ46の入射瞳47に作る輪帯像は必ずしも
円形である必要はない。正方形であれば各辺と同じ方向
の解像度向上に効果が大きく現れ、多角形であれば円形
輪帯とほぼ同じ効果が得られる。図4および図5に示し
た凸型円錐反射鏡および凹型円錐反射鏡は図6および図
7のような凸型多角錐多面鏡および凹型多角錐多面鏡に
することもできる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本第1,第2の発明
は、第1,第2の凸型反射鏡と第1,第2の凹型反射鏡
を用いて輪帯状光束を形式することにより、被照明体へ
の照明光の光量損失のほとんどない輪帯状光束を得るこ
とができる効果がある。
【0030】又、本第2の発明は、凸型反射鏡および凹
型反射鏡を凸型多角錐多面鏡および凹型多角錐多面鏡で
構成することにより輪帯光束形成装置のコストダウンを
図ることができる効果がある。
【0031】更に、本第3の発明は、輪帯光束の二次光
源からの光束を基に被照射面を照明する第2の光学素子
を有し、被照射面を結蔵レンズでウェハー上に結像させ
ることにより、結像レンズの回折による解像限界以上の
解像度を得ることができる効果がある。
【0032】更に又、本第3の発明は、輪帯状光束の内
径および外形を独立に可変させる光束可変手段を有する
ことにより、マスクパターンの形状に合わせた最適な照
明形状と結像レンズの最高値の解像度とを得ることがで
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適用する半導体露光装置を
示す図である。
【図2】本発明の一実施例を輪帯光束形式装置を示し、
(a)は輪帯状光束の内径を最小にした場合を示す
(b)は輪帯状光束内径及び外径を最大にした場合を示
す図である。
【図3】本実施例における輪帯状光束の内径と外径とを
独立に変える方法を示す図である。
【図4】本実施例に用いる凸型円錐反射鏡を示す斜視図
である。
【図5】本実施例に用いる凹型円錐反射鏡を示す斜視図
である。
【図6】本実施例に用いる凸型多角錐多面鏡の一例を示
す斜視図である。
【図7】本実施例に用いる凹型多角錐多面鏡の一例を示
す斜視図である。
【図8】従来の照明光学装置の一例を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1 照明光学装置 2 輪帯光束形成装置 10 光束 11 凸型円錐反射鏡 12 凹型円錐反射鏡 13 凹型円錐反射鏡 14 凸型円錐反射鏡 30 ミラー 31 ビーム変換器 41 光源 42 オプティカルインテグレータ 43 二次光源 44 照明レンズ 45 マスク 46 結像レンズ 47 入射瞳 48 ウエハー 51 光源 52 光束 53 レンズ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−91662(JP,A) 特開 平6−20914(JP,A) 特開 平5−251308(JP,A) 特開 平5−232397(JP,A) 特開 平6−29182(JP,A) 特開 平2−35407(JP,A) 特開 平1−308022(JP,A) 特開 平5−121290(JP,A) 特開 平1−164029(JP,A) 特開 昭63−108318(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 G02B 27/09

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1,第2の凸型反射鏡と第1,第2の
    凹型反射鏡とが光軸を同じくし、前記第1の凸型反射鏡
    に入射した光束が前記第1の凸型反射鏡で反射し、前記
    第1の凹型反射鏡を介して前記第2の凹型反射鏡で反射
    した後、前記第2の凸型反射鏡で反射る輪帯状光束を
    得て、前記第2の凸型反射鏡を射出光束の光軸方向に移
    動させることにより、前記射出光束の輪帯の形状を可変
    とすることを特徴とする輪帯光束形成方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の凸型反射鏡への入射光束の直
    径を可変させて前記第2の凸型反射鏡からの射出光束の
    輪帯の内径および外径を独立に可変させることを特徴と
    する請求項1記載の輪帯光束形成方法。
  3. 【請求項3】 光源からの入射光束をこの入射光束の光
    軸に対しほぼ90度方向に輪帯状に反射させる第1の凸
    型反射鏡と、この第1の凸型反射鏡から反射された輪帯
    状光束を前記入射光束の光軸と平行な方向に反射させる
    第1の凹型反射鏡と、この第1の凹型反射鏡から反射さ
    れた輪帯状光束を前記入射光束の反射光束の光軸に対し
    平行で反対方向に反射させる第2の凹型反射鏡と、この
    第2の凹型反射鏡から反射された輪帯状光束を前記入射
    光束の光軸と同じ光軸で且つ同じ方向に射出し、又前記
    入射光束の光軸方向に中心が移動可能な第2の凸型反射
    鏡とを有することを特徴とする輪帯光束形成装置。
  4. 【請求項4】 前記凸型反射鏡は凸型円錐反射鏡又は凸
    型多角錐多面鏡で成り、前記凹型反射鏡は凹型円錐反射
    鏡又は凹型多角錐多面鏡で成ることを特徴とする請求項
    3記載の輪帯光束形成装置。
  5. 【請求項5】 光源から供給された光束を輪帯状光束に
    形成する前記請求項3または請求項4記載の輪帯光束形
    成装置と、前記輪帯状光束の二次光源を形成するオプテ
    ィカルインテグレータと、前記二次光源からの光束を基
    に被照射面を照明する照射レンズとを備えることを特徴
    とする照明光学装置。
  6. 【請求項6】 前記請求項3または請求項4記載の輪帯
    光束形装置から射出される輪帯状光束の内径および外径
    を独立に変化させる光束可変手段を有することを特徴と
    する請求項5記載の照明光学装置。
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