JP3584277B2 - 照明光学系、アライメント光学系及び投影露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系及びこのアライメント光学系を用いた投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影露光装置のアライメント光学系において、アライメントマークを照明する照明光学系として、例えば可動ステージ上の指標板に設けられた透光性アライメントマークを照明してそこから発光させたい時など、動きのある目標物を照明するために送光すること自体に自由度を持たせる必要がある場合、光ファイバからなるライトガイドを備えた照明光学系を用いていた。図１２にこのような従来の光ファイバを用いた照明光学系を示す。
【０００３】
図１２において、光源の水銀ランプ３００から放射された光は、楕円鏡３０１での反射によって集光され、レンズ系３０２を介して光ファイバ３０３に入射する。この最、光ファイバ３０３の入射端には十分なＮＡおよび径をもつ光源像が形成されていて、光ファイバ３０３から射出された光は、コンデンサレンズ３０４を通って適当な径と照明ＮＡをもった照野を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、投影用露光装置のアライメント装置の光源としても、エキシマレーザが使用されているが、石英ファイバなど、耐久性においてエキシマレーザに対応できる光ファイバも開発され、エキシマレーザを光源に自由度のある光ファイバ光学系からなるアライメント用照明光学系も考えられる。
【０００５】
しかしながら、エキシマレーザは、指向性の高い平行光束であり、そのまま照明光として使用すると、照明ＮＡがほとんど０である。従って、単に上記の図１２の如き従来の技術の光ファイバ光学系を用いた場合には、図１３に示すように、レンズ系３１２、光ファイバ３１３、コンデンサレンズ３１４を介したレーザ光では、必要な照度分布が得られないのはもちろんまず照野自体形成することができず、アライメント装置の照明光学系として用いることはできない。
【０００６】
そこで、この種の照明光学系では、レーザの照度ムラを無くし、かつ照明ＮＡをもたせるため、第１４図に示すようにフライアイレンズ４０１にレーザ光を通過させて２次光源を形成し、この２次光源からの光をコンデンサーレンズ４０２を介してケーラー照明で照野を形成する方法や、第１５図に示すように拡散板４１１の拡散作用によりこれの射出面上にレーザ光の２次光源を形成して、この２時光源からの光をコンデンサーレンズ４１２を介してケーラー照明で照野を形成する方法を用いた照明光学系が考えられる。
【０００７】
しかしながら、第１４図のフライアイレンズ４０１を用いたものに関しては、フライアイレンズ４０１の各レンズ個数が十分多くない（図１４では４個構成）と、入射するレーザーの照度ムラが十分補正しきれず、一方十分多くするにはコスト的に不利であった。また、エキシマレーザーのようなそれほどコヒーレンシーの良くないレーザーでさえも、隣り合う各要素レンズ間の２光束干渉により照野上で干渉縞が現れ、均一な照明が得られないといった問題があった。
【０００８】
さらに、第１５図の拡散板４１１を用いたものに関しては照野上の照度ムラ分布が拡散板通過後の角度特性により正規分布のような形状になってしまい、通常のコンデンサレンズ４１２では均一な照度分布は得られず、照明ムラを無視し得る照野中心の限られた領域しか使用できないため照明効率が悪いという問題があった。さらに加えて、エキシマレーザーのようなそれほどコヒーレンシーの良くないレーザーでさえも照野上でスペックルが発生しランダムな照度ムラが発生するといった問題があった。
このような問題を持った照明光学系では、アライメント装置に用いた場合にアライメント精度に問題が生じる。以上のように、エキシマレーザのように角度をもたない光源を用いた照明光学系において、十分なものはなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み、送光自由度が高く、簡便な構成でありながら、均一な照度分布が得られる照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系、このアライメント光学系を用いた投影露光装置を提供することを目的とする。また、送光自由度が高く簡便な構成でありながら、均一な照度分布でかつ照野内での照明ＮＡが一定の値を示すような照野が得られる照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系、このアライメント光学系を用いた投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る照明光学系では、平行光束を供給する平行光束供給手段と、該平行光束供給手段からの平行光束を被照明物体側へ導くライトガイドを有する照明光学系において、前記平行光束供給手段と前記ライトガイドの入射端との間に、前記平行光束を拡散させる拡散手段を設け、前記平行光束が前記拡散手段に入射する方向と直交する平面に対する前記ライトガイドの入射端面の傾斜角度をθとしたとき、
４°≦θ≦１０°
の範囲を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明に係る照明光学系では、請求項１に記載の照明光学系において、前記ライトガイドがランダムライトガイドを備えることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１又は２に記載の照明光学系において、前記ライトガイドの射出端には２次光源が形成され、該２次光源からの光を照野へ導くためのコンデンサ手段をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１〜３の何れか一項に記載の照明光学系において、前記拡散手段が、拡散板、位相型グレーティング、またはディフューザーを有することを特徴とする。
また、請求項５記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１〜４の何れか一項に記載の照明光学系において、前記平行光束供給手段が、レーザ光源を備えることを特徴とする。
また、請求項６記載の発明に係るアライメント光学系においては、投影露光装置に用いられるアライメント光学系において、請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備え、該照明光学系を用いてアライメントマークを照明することを特徴とする。
また、請求項７記載の発明に係る投影露光装置においては、露光用光源からの露光光に基づいてレチクルを照明するメイン照明系と、前記レチクルからの露光光をウエハに照射する投影系とを備える投影露光装置において、アライメントマークを照明するために請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備えることを特徴とする。
また、請求項８記載の発明に係る投影露光装置においては、請求項７記載の投影露光装置において、前記露光用光源が前記平行光束供給手段と共用されることを特徴とする。
また、請求項９記載の発明に係る投影露光装置においては、請求項８記載の投影露光装置において、アライメント時に前記露光用光源からの光を前記照明光学系へ導くための切り換え手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の照明光学系は、平行光束供給手段から供給される平行光束をライトガイドによって被照明物体側へ導く照明光学系であり、平行光束供給手段とライトガイドの入射端との間に設けた拡散手段によって平行光束を拡散させると共に、該平行光束が拡散手段へ入射する方向と直交する平面に対しライトガイドの入射端面が所定の角度傾斜するように配置したものである。
【００１３】
ここで用いられるライトガイドは、細いガラスファイバーを束ね、かつ入射側での各単線の配列が射出側でランダム配列となるようなライトガイド（以下、ランダムライトガイドと記す）である。以下に、このランダム性の高いランダムライトガイドの光学的性質について説明する。
【００１４】
図７（ａ）に示すように、完全に整列した光ファイバーを束にしたライトガイド２００においてはほぼ入射角θ１ と射出角θ２ は同じとなり、方向はランダムになるため光束断面がドーナツ状になるように広がる。また、入射端面での光量分布は、射出端面でも維持される（図７（ｂ））。但し、光ファイバを束ねた時に光を通すのはコア部分だけなので、クラッドの部分と光ファイバー間の隙間は光量０となる。
【００１５】
これに対して、ランダムライトガイドにおいては、図８（ａ）に示すように、内部にて各光ファイバがランダムにねじれ合っているため、射出角は入射角に対して広がりを持った形で維持され、これは、ランダムライトガイドに角度拡散効果があることを意味する。また、方向もランダムであるためやはり光束断面はドーナツ状となり、光量分布は中心対称になる。また、入射端面での光量分布は射出端面ではほぼ均一と考えることができる。
【００１６】
このような光学的性質を持つランダムライトガイド２１０の入射端面２１１に、輝度が角度によらず一定値を示す完全拡散面２２０をおいたような理想的な場合（図９（ａ））でも、射出側の輝度の角度特性は一定でなく、図９（ｂ）の実線で示す如く最大入射角度に向かって低下している。
【００１７】
なお、ここでは、θ０ （最大入射角度）は光ファイバのコアの屈折率ｎ１ 、クラッドの屈折率ｎ２ としたときの以下の式で決まる開口数から求まるものとしている。ｓｉｎθ０ ＝ＮＡ０ ＝√（ｎ１ ２−ｎ２ ２）
【００１８】
従って、必要な照野に応じた角度（必要角度）まで一定の輝度となるような角度特性を得るには、入射側の輝度の角度特性が、図９（ｂ）の実線で示したものに対して相補的な形、即ち図９（ｂ）に点線で示したような角度特性になるようにすればよい。本発明においては、拡散手段を用いて平行光束に角度の広がりを持たせる（輝度の角度特性は図１０（ａ））と共に、ライトガイド入射端に角度をつけて入射させることにより、図９（ｂ）に点線で示した輝度の角度特性に近い図１０（ｂ）に示した角度特性とすることができる。よって、射出側では輝度が必要角度までほぼ一定な角度特性（図１０（ｃ））とすることができる。
【００１９】
即ち、例えば、図６に示すようにレーザ光束を、拡散手段としての拡散板２１３を介してランダムライトガイド２１０の入射端面２１１へ入射させる際、レーザ光束が拡散板２１１へ入射する方向と直交する平面に対しランダムライトガイド２１０の入射端面２１１が角度θだけ傾斜する配置とした場合、射出端面２１２の光量分布はランダムライトガイドの性質により均一と考えられるため、ランダムライトガイド２１０射出端には必要角度まで完全拡散面と同等な完全拡散性をもつ２次光源が形成できる。この時、必要角度以上の余分な部分の光量が小さくできるので、光学系全体のエネルギー損失もより低減できる。
【００２０】
なお、本発明の照明光学系は、前述したような、入射側からある角度をもって一方向から平行光束を入射すると、射出側での角度は多少拡散されるがほぼ維持されその方向はまったくランダムに分布するというランダムライトガイドの光学的性質が利用されているが、ここで、入射側レーザー光の径をランダムライトガイド入射端面２１１の径に合わせることにより、効率の高いエネルギー伝送が行える。
【００２１】
このようにして形成した２次光源を利用して、コンデンサレンズ２１４により、照度分布の均一なかつ、照明ＮＡも照野内で一定な所望の照野が形成されることになる。
以上のように、本発明によれば、引き回しの自由度が高く、簡便な構成でありながら、均一な照度分布で、且つ照明ＮＡも照野内で一定な照野が得られることになる。
【００２２】
また、本発明の照明光学系は、平行光束が拡散手段に入射する方向と直交す平面に対するライトガイドの入射端面の傾斜角度θが、４°≦θ≦１０°を満足するものである。傾斜角度θが４°未満である場合、前記の図９（ｂ）に示したように、傾斜不足で図中実線で示した輝度の角度特性を補うような点線の輝度の角度特性が入射側で得られず、ライトガイドの射出端での輝度の角度特性は、図１１（ａ）のように最大入射角度に向かって急激に低下し、必要角度まで一定の輝度の角度特性は得られない。
【００２３】
また、傾斜角度θが１０°を越えた場合には、傾斜過剰であり、必要角度までの範囲において輝度が低下してしまう。例えばθを１２°とした場合を例に図１１（ｂ）に示すが、輝度の角度特性は最大入射角度θ０ 付近がピークとなり、必要角度範囲内は輝度が非常に低くなっている。従って、上記条件式を満足すれば、ライトガイド射出端において、必要角度まで一定で且つ高い輝度の角度特性が得られる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって説明する。
（実施例１）
まず、本発明の第１実施例として、投影露光装置のＩＳＳ（イメージスリットセンサ）系アライメント装置に用いられる照明光学系を図１に示す。この露光装置において、エキシマレーザ光源１００から出力された露光光は、ビームエキスパンダ１０１で適当な径の平行光束に調整された後、フライアイインテグレータ１１３、リレーレンズ１１４、ミラー１１５、コンデンサレンズ１１６からなるメイン照明系を介してレチクル１１０に入射する。レチクル１１０を透過した露光光は、投影レンズ１０９を透過してステージ上のウエハテーブルに載置されたウエハ（不図示）に照射され、レチクル１１０のパターンがウエハ面上に投影される。
【００２５】
本実施例におけるレチクル１１０の位置座標検出のためのアライメント装置は、露光用のエキシマレーザ光源１００を共用する構成とした。また、アライメント時には、光源１００側とメイン照明系との間に切り換えミラー１０２を挿入し、光源からのレーザ光をアライメント装置の照明光学系へ導くものとした。照明光学系は、拡散板１０４とランダムライトガイド１０５とコンデンサレンズ１０６からなる。
【００２６】
上記の如き構成において、エキシマレーザ光源１００からのレーザ光は、ビームエキスパンダ１０１を介して切り換えミラー１０２で反射され、アライメント用照明光学系へ入射する。照明光学系において、ビームエキスパンダ１０３によって適当なビーム径に調整された平行光束は、拡散板１０４によって拡散された後ランダムライトガイド１０５へ入射する。このとき、平行光束の拡散板１０４への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイド１０５の入射端面が所定の傾斜角度θとなるように配置されている。ここでは、平行光束は拡散板１０４面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイド１０５の入射端面を拡散板１０４面に対してθ＝約７°傾けて配置した。
【００２７】
これによって、ランダムライトガイド１０５の入射端では図１０（ａ）に示した輝度の角度特性となり、射出端では、図１０（ｃ）のように必要角度まで一定の輝度の角度特性をもって射出される。ランダムライトガイド１０５を射出した照明光は、２次光源となりコンデンサレンズ１０６、ミラー１０７を介して均一な照度分布で適当な照野をもってステージの内側からステージ上のウエハ表面位置と同位置（投影レンズ１０９の結像面）に設置された指標板１０８のマークＳＭを照明する。
【００２８】
本実施例において、マークＳＭは透光性スリットであり、このマークを下から照明することによりスリットから照明光が発せられる構成となっている。指標板１０８と両側テレセントリックの投影レンズ１０９を挟んで共役な位置にあるレチクル１１０にレチクルマークＲＭが設けられているが、このマークも透光性スリットである。
【００２９】
ここでは、ステージ上の指標板１０８に対して投影レンズ１０９を介してレチクル１１０が光学的に重なっているとき、マークＳＭからの光は投影レンズ１０９を通ってレチクルマークＲＭを透過し、露光用のメイン照明系を逆行し、切り換えミラー１１１（アライメント時にのみ光路中へ挿入される）で光路を偏向されて検出光学系へ導かれ、検出器（フォトマル）１１２で検出されるように設定されている。
【００３０】
ステージの移動に伴う、レチクルマークＲＭとマークＳＭとの相対的な移動によって、検出器１１２で検出される光量は変化する（図１（ｂ））。検出光量が最大になるよう、即ち、レチクルマークＲＭとマークＳＭとが投影レンズ１０９を介して重なるよう駆動系を制御してステージを移動させ、検出光量が最大となる位置でのステージ座標を干渉計等によって求めることができる。
【００３１】
例えば、図１（ｃ）に示すように、レチクル１１０上のレチクル中心から予め定められた距離にレチクルマークＲＭを複数（ここでは３ケ所）設け、各レチクルマークＲＭについてステージ座標を計測すれば、レチクル中心のステージ換算座標が得られる。なお、投影レンズ１０９内の光束の広がりを露光時と同様にするため、照明光学系による照明ＮＡは、露光用のメイン照明系のウエハ上に換算したものと同等にすることが精度上望ましい。
【００３２】
（実施例２）
次に、本発明の第２実施例として、投影露光装置のＲＡ（レチクルアライメント）系アライメント装置に用いられる照明光学系を図２に示す。この露光光学系は実施例１と同様のものであり、エキシマレーザ光源１２０から出力された露光光は、ビームエキスパンダ１２１で適当な径の平行光束に調整された後、フライアイインテグレータ１３４、リレーレンズ１３５、ミラー１３６、コンデンサレンズ１３７からなるメイン照明系を介してレチクル１３０に入射する。レチクル１３０を透過した露光光は、投影レンズ１２９を透過してステージ上のウエハテーブルに載置されたウエハ（不図示）に照射され、レチクル１３０のパターンがウエハ面上に投影される。
【００３３】
本実施例におけるレチクル１３０の位置合わせのためのアライメント装置は、露光用のエキシマレーザ光源１２０を共用する構成とした。また、アライメント時には、光源１２０側とメイン照明系との間に切り換えミラー１２２を挿入し、光源からのレーザ光をアライメント装置の照明光学系へ導くものとした。照明光学系は、拡散板１２４とランダムライトガイド１２５とコンデンサレンズ１２６からなる。
【００３４】
上記の如き構成において、エキシマレーザ光源１３０からのレーザ光は、ビームエキスパンダ１２１を介して切り換えミラー１２２で反射され、アライメント用照明光学系へ入射する。照明光学系において、ビームエキスパンダ１２３によって適当なビーム径に調整された平行光束は、拡散板１２４によって拡散された後ランダムライトガイド１２５へ入射する。このとき、平行光束の拡散板１２４への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイド１２５の入射端面が所定の傾斜角度θとなるように配置されている。ここでは、平行光束は拡散板１２４面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイド１２５の入射端面を拡散板１２４面に対してθ＝約７°傾けて配置した。
【００３５】
これによって、ランダムライトガイド１２５の入射端では図１０（ａ）に示した輝度の角度特性となり、射出端では、図１０（ｃ）のように必要角度まで一定の輝度の角度特性をもって射出される。ランダムライトガイド１２５を射出した照明光は、２次光源となりコンデンサレンズ１２６、ミラー１２７を介して均一な照度分布で適当な照野をもってステージの内側からステージ上のウエハ表面位置と同位置（投影レンズ１２９の結像面）に設置された指標板１２８を照明する。
【００３６】
指標板１２８には透光性マークＳＭが形成されており、このマークＳＭを下から照明することによりここから照明光が発せられる構成となっている。指標板１２８と両側テレセントリックの投影レンズ１２９を挟んで共役な位置にあるレチクル１３０には、図２（ｂ）に示すような十字状の透光性レチクルマークＲＭが設けられている。
【００３７】
ステージ上の指標板１２８に対してレチクル１３０が所定の位置にあるとき、マークＳＭからの光は投影レンズ１３９を通ってレチクルマークＲＭを透過した後、４５°ミラー１３１で光路を偏向され、対物レンズ１３２を介してＣＣＤカメラ１３３へ入射し、ここでレチクルマークＲＭの画像検出が行われる。この画像検出結果に基づいて、対物レンズ１３２の光軸中心にレチクルマークＲＭ中心が来るようにアライメントすることができる。
【００３８】
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、本露光装置に用いる各レチクルについて、レチクル中心に対するレチクルマークを規格化しておけば、レチクルが交換されても、常にレチクル中心が同じ位置に来るようをレチクル位置を再現できる。なお、レチクルマークＲＭの像がＣＣＤカメラ１３３の受光面上に結像する際に良好な像強度分布を形成するためには、照明系による照明ＮＡが適当量必要である。
【００３９】
上記第１及び第２実施例の照明光学系では、平行光束は拡散板面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイドの入射端面を拡散板面に対して所定角度θ傾けて配置したが、平行光束の拡散板への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイドの入射端面を所定の傾斜角度θとする他の方法を用いた照明光学系の変形例を図３に示す。
【００４０】
これは、拡散板１４２面に対してランダムライトガイド１４３の入射端面１４４を平行に配置し、光源から送光された平行光束をケプラー型リレーレンズ系１４１を介し、拡散板１４２面に直交する方向に対して所定角度傾斜させて入射させるものである。ここでは、ケプラー型リレーレンズ系１４１の光源側のレンズを拡散板１４２側レンズに対して偏心させることによって、ケプラー型リレーレンズ系１４１からの光束の射出方向を該リレーレンズ系への入射方向に対して傾斜させる構成としている。
【００４１】
従って、ランダムライトガイド１４３の射出端１４５において、照明光は図１０（ｃ）に示すような輝度の角度特性を持ち、コンデンサレンズ１４６を通って、均一な照度分布を持つ適当な照野を形成する。
【００４２】
また、図４に照明光学系の他の変形例を示す。これは、図４と同様に拡散板１５２面に対してランダムライトガイド１５３の入射端面１５４を平行に配置したものであるが、図４の光源側の偏心レンズの代わりにフライアイレンズ１５０（４個構成）を用いて、レンズ１５１からの光束の射出方向をフライアイレンズ１５０への入射方向に対して傾斜させる、即ち拡散板１５４への入射方向を拡散板１５４と直交する方向に対して傾斜させた光学系である。この照明光学系は、ランダムライトガイド１５４入射端面１５４での光量ムラを均一化させる効果があるため、入射するレーザー光の照度ムラに対してより強い系といえる。
【００４３】
なお、以上のような照明光学系にて形成された照野においては、拡散板の拡散効果およびランダムライトガイドによる角度の拡散効果、さらにランダムライトガイドの光ファイバ配列がランダムなことによる入射側の位置関係が保存されない、ことの相乗効果にてスペックルや干渉縞といった問題は、特にコヒーレンシーのあまりよくないエキシマレーザーなどでは問題にならないことが見出された。
【００４４】
次に、参考として主にランダムライトガイド１６３の角度拡散効果のみから所望の照野を得ようとした照明光学系を図５に示す。ここでは入射側にフライアイレンズ１６１を一つの拡散手段として用いているが、上記の実施例のように拡散板による角度特性の広がりがないため、図１０（ｃ）に示すような必要角度までの一定な輝度の角度特性は得られず、照野の照明ムラに関して多少劣る。このような照明光学系は、一定な輝度の角度特性の必要ない場合に用いることができる。この場合、フライアイレンズ１６１系は単なるリレーレンズ系でもよい。
【００４５】
なお、上記実施例では、拡散手段として拡散板を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば位相型グレーティングやディフュザー等、拡散効果を有するものであれば使用可能である。また、上記実施例では、投影露光装置のアライメント装置用の照明光学系について説明したが、本発明による照明光学系は、それ以外の光学系、特に、エキシマレーザのような照明ＮＡ、角度のない光源を用いた送光自由度の必要な光学系などに使用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、エキシマレーザーのような指向性の高い平行光束であるレーザ光源を用いた場合でも、送光自由度が高く、簡便な構成でありながら照度ムラがなく、且つ照明ＮＡも照野内で一定な照野が得られるという効果がある。
【００４７】
また、平行光束が拡散手段を入射する方向と直交する平面に対するライトガイドの入射端面の傾斜角度θを特定の範囲内に設定することによって、常に、ライトガイド射出端に必要角度まで一定の輝度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による照明光学系をアライメント光学系に用いたＩＳＳ系投影露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例による照明光学系をアライメント光学系に用いたＲＡ系投影露光装置の概略構成図である。
【図３】実施例１、２に示した照明光学系の変形例を示す概略構成図である。
【図４】実施例１、２に示した照明光学系の他の変形例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の一部を応用した照明光学系の概略構成図である。
【図６】本発明の作用の説明に用いた照明光学系の概略構成図である。
【図７】ライトガイド（整列した光ファイバの束からなる）の光学特性を示す説明図で、（ａ）光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図８】ランダムライトガイドの光学特性を示す説明図で、（ａ）光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図９】ランダムライトガイドの入射面を完全拡散面とした場合の光学特性を示す説明図で、（ａ）は光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図１０】本発明の作用を説明するための線図である。
【図１１】本発明の作用を説明するための線図で、（ａ）は傾斜角度θが４°未満の場合のライトガイド射出光の輝度の角度特性、（ｂ）傾斜角度θが１２°の場合のライトガイド射出光の輝度の角度特性を示すものである。
【図１２】従来技術による照明光学系を示す概略構成図である。
【図１３】従来技術の照明光学系にエキシマレーザ光源を用いた場合の概略構成図である。
【図１４】フライアイレンズを用いた照明光学系を示す概略構成図である。
【図１５】拡散板を用いた照明光学系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００，１２０：エキシマレーザ光源
１０１，１０３，１２１，１２３：ビームエキスパンダ
１０２，１１１，１２２：切り換えミラー
１０４，１２４，１４２，１５２，２１３：拡散板
１０５，１２５，１４３，１５３，１６３，２１０：ランダムライトガイド
１０６，１２６，１４６，１５６，１６６，２１４：コンデンサレンズ
１０７，１２７：ミラー
１０８，１２８：指標板
１０９，１２９：投影レンズ
１１０，１３０：レチクル
１１２：検出器
１３２：対物レンズ
１３３：ＣＣＤカメラ
２２０：完全拡散面
ＳＭ：（指標板）マーク
ＲＭ：レチクルマーク
【産業上の利用分野】
本発明は、照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系及びこのアライメント光学系を用いた投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影露光装置のアライメント光学系において、アライメントマークを照明する照明光学系として、例えば可動ステージ上の指標板に設けられた透光性アライメントマークを照明してそこから発光させたい時など、動きのある目標物を照明するために送光すること自体に自由度を持たせる必要がある場合、光ファイバからなるライトガイドを備えた照明光学系を用いていた。図１２にこのような従来の光ファイバを用いた照明光学系を示す。
【０００３】
図１２において、光源の水銀ランプ３００から放射された光は、楕円鏡３０１での反射によって集光され、レンズ系３０２を介して光ファイバ３０３に入射する。この最、光ファイバ３０３の入射端には十分なＮＡおよび径をもつ光源像が形成されていて、光ファイバ３０３から射出された光は、コンデンサレンズ３０４を通って適当な径と照明ＮＡをもった照野を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、投影用露光装置のアライメント装置の光源としても、エキシマレーザが使用されているが、石英ファイバなど、耐久性においてエキシマレーザに対応できる光ファイバも開発され、エキシマレーザを光源に自由度のある光ファイバ光学系からなるアライメント用照明光学系も考えられる。
【０００５】
しかしながら、エキシマレーザは、指向性の高い平行光束であり、そのまま照明光として使用すると、照明ＮＡがほとんど０である。従って、単に上記の図１２の如き従来の技術の光ファイバ光学系を用いた場合には、図１３に示すように、レンズ系３１２、光ファイバ３１３、コンデンサレンズ３１４を介したレーザ光では、必要な照度分布が得られないのはもちろんまず照野自体形成することができず、アライメント装置の照明光学系として用いることはできない。
【０００６】
そこで、この種の照明光学系では、レーザの照度ムラを無くし、かつ照明ＮＡをもたせるため、第１４図に示すようにフライアイレンズ４０１にレーザ光を通過させて２次光源を形成し、この２次光源からの光をコンデンサーレンズ４０２を介してケーラー照明で照野を形成する方法や、第１５図に示すように拡散板４１１の拡散作用によりこれの射出面上にレーザ光の２次光源を形成して、この２時光源からの光をコンデンサーレンズ４１２を介してケーラー照明で照野を形成する方法を用いた照明光学系が考えられる。
【０００７】
しかしながら、第１４図のフライアイレンズ４０１を用いたものに関しては、フライアイレンズ４０１の各レンズ個数が十分多くない（図１４では４個構成）と、入射するレーザーの照度ムラが十分補正しきれず、一方十分多くするにはコスト的に不利であった。また、エキシマレーザーのようなそれほどコヒーレンシーの良くないレーザーでさえも、隣り合う各要素レンズ間の２光束干渉により照野上で干渉縞が現れ、均一な照明が得られないといった問題があった。
【０００８】
さらに、第１５図の拡散板４１１を用いたものに関しては照野上の照度ムラ分布が拡散板通過後の角度特性により正規分布のような形状になってしまい、通常のコンデンサレンズ４１２では均一な照度分布は得られず、照明ムラを無視し得る照野中心の限られた領域しか使用できないため照明効率が悪いという問題があった。さらに加えて、エキシマレーザーのようなそれほどコヒーレンシーの良くないレーザーでさえも照野上でスペックルが発生しランダムな照度ムラが発生するといった問題があった。
このような問題を持った照明光学系では、アライメント装置に用いた場合にアライメント精度に問題が生じる。以上のように、エキシマレーザのように角度をもたない光源を用いた照明光学系において、十分なものはなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み、送光自由度が高く、簡便な構成でありながら、均一な照度分布が得られる照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系、このアライメント光学系を用いた投影露光装置を提供することを目的とする。また、送光自由度が高く簡便な構成でありながら、均一な照度分布でかつ照野内での照明ＮＡが一定の値を示すような照野が得られる照明光学系、この照明光学系を用いたアライメント光学系、このアライメント光学系を用いた投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る照明光学系では、平行光束を供給する平行光束供給手段と、該平行光束供給手段からの平行光束を被照明物体側へ導くライトガイドを有する照明光学系において、前記平行光束供給手段と前記ライトガイドの入射端との間に、前記平行光束を拡散させる拡散手段を設け、前記平行光束が前記拡散手段に入射する方向と直交する平面に対する前記ライトガイドの入射端面の傾斜角度をθとしたとき、
４°≦θ≦１０°
の範囲を満足することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明に係る照明光学系では、請求項１に記載の照明光学系において、前記ライトガイドがランダムライトガイドを備えることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１又は２に記載の照明光学系において、前記ライトガイドの射出端には２次光源が形成され、該２次光源からの光を照野へ導くためのコンデンサ手段をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１〜３の何れか一項に記載の照明光学系において、前記拡散手段が、拡散板、位相型グレーティング、またはディフューザーを有することを特徴とする。
また、請求項５記載の発明に係る照明光学系においては、請求項１〜４の何れか一項に記載の照明光学系において、前記平行光束供給手段が、レーザ光源を備えることを特徴とする。
また、請求項６記載の発明に係るアライメント光学系においては、投影露光装置に用いられるアライメント光学系において、請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備え、該照明光学系を用いてアライメントマークを照明することを特徴とする。
また、請求項７記載の発明に係る投影露光装置においては、露光用光源からの露光光に基づいてレチクルを照明するメイン照明系と、前記レチクルからの露光光をウエハに照射する投影系とを備える投影露光装置において、アライメントマークを照明するために請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備えることを特徴とする。
また、請求項８記載の発明に係る投影露光装置においては、請求項７記載の投影露光装置において、前記露光用光源が前記平行光束供給手段と共用されることを特徴とする。
また、請求項９記載の発明に係る投影露光装置においては、請求項８記載の投影露光装置において、アライメント時に前記露光用光源からの光を前記照明光学系へ導くための切り換え手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の照明光学系は、平行光束供給手段から供給される平行光束をライトガイドによって被照明物体側へ導く照明光学系であり、平行光束供給手段とライトガイドの入射端との間に設けた拡散手段によって平行光束を拡散させると共に、該平行光束が拡散手段へ入射する方向と直交する平面に対しライトガイドの入射端面が所定の角度傾斜するように配置したものである。
【００１３】
ここで用いられるライトガイドは、細いガラスファイバーを束ね、かつ入射側での各単線の配列が射出側でランダム配列となるようなライトガイド（以下、ランダムライトガイドと記す）である。以下に、このランダム性の高いランダムライトガイドの光学的性質について説明する。
【００１４】
図７（ａ）に示すように、完全に整列した光ファイバーを束にしたライトガイド２００においてはほぼ入射角θ１ と射出角θ２ は同じとなり、方向はランダムになるため光束断面がドーナツ状になるように広がる。また、入射端面での光量分布は、射出端面でも維持される（図７（ｂ））。但し、光ファイバを束ねた時に光を通すのはコア部分だけなので、クラッドの部分と光ファイバー間の隙間は光量０となる。
【００１５】
これに対して、ランダムライトガイドにおいては、図８（ａ）に示すように、内部にて各光ファイバがランダムにねじれ合っているため、射出角は入射角に対して広がりを持った形で維持され、これは、ランダムライトガイドに角度拡散効果があることを意味する。また、方向もランダムであるためやはり光束断面はドーナツ状となり、光量分布は中心対称になる。また、入射端面での光量分布は射出端面ではほぼ均一と考えることができる。
【００１６】
このような光学的性質を持つランダムライトガイド２１０の入射端面２１１に、輝度が角度によらず一定値を示す完全拡散面２２０をおいたような理想的な場合（図９（ａ））でも、射出側の輝度の角度特性は一定でなく、図９（ｂ）の実線で示す如く最大入射角度に向かって低下している。
【００１７】
なお、ここでは、θ０ （最大入射角度）は光ファイバのコアの屈折率ｎ１ 、クラッドの屈折率ｎ２ としたときの以下の式で決まる開口数から求まるものとしている。ｓｉｎθ０ ＝ＮＡ０ ＝√（ｎ１ ２−ｎ２ ２）
【００１８】
従って、必要な照野に応じた角度（必要角度）まで一定の輝度となるような角度特性を得るには、入射側の輝度の角度特性が、図９（ｂ）の実線で示したものに対して相補的な形、即ち図９（ｂ）に点線で示したような角度特性になるようにすればよい。本発明においては、拡散手段を用いて平行光束に角度の広がりを持たせる（輝度の角度特性は図１０（ａ））と共に、ライトガイド入射端に角度をつけて入射させることにより、図９（ｂ）に点線で示した輝度の角度特性に近い図１０（ｂ）に示した角度特性とすることができる。よって、射出側では輝度が必要角度までほぼ一定な角度特性（図１０（ｃ））とすることができる。
【００１９】
即ち、例えば、図６に示すようにレーザ光束を、拡散手段としての拡散板２１３を介してランダムライトガイド２１０の入射端面２１１へ入射させる際、レーザ光束が拡散板２１１へ入射する方向と直交する平面に対しランダムライトガイド２１０の入射端面２１１が角度θだけ傾斜する配置とした場合、射出端面２１２の光量分布はランダムライトガイドの性質により均一と考えられるため、ランダムライトガイド２１０射出端には必要角度まで完全拡散面と同等な完全拡散性をもつ２次光源が形成できる。この時、必要角度以上の余分な部分の光量が小さくできるので、光学系全体のエネルギー損失もより低減できる。
【００２０】
なお、本発明の照明光学系は、前述したような、入射側からある角度をもって一方向から平行光束を入射すると、射出側での角度は多少拡散されるがほぼ維持されその方向はまったくランダムに分布するというランダムライトガイドの光学的性質が利用されているが、ここで、入射側レーザー光の径をランダムライトガイド入射端面２１１の径に合わせることにより、効率の高いエネルギー伝送が行える。
【００２１】
このようにして形成した２次光源を利用して、コンデンサレンズ２１４により、照度分布の均一なかつ、照明ＮＡも照野内で一定な所望の照野が形成されることになる。
以上のように、本発明によれば、引き回しの自由度が高く、簡便な構成でありながら、均一な照度分布で、且つ照明ＮＡも照野内で一定な照野が得られることになる。
【００２２】
また、本発明の照明光学系は、平行光束が拡散手段に入射する方向と直交す平面に対するライトガイドの入射端面の傾斜角度θが、４°≦θ≦１０°を満足するものである。傾斜角度θが４°未満である場合、前記の図９（ｂ）に示したように、傾斜不足で図中実線で示した輝度の角度特性を補うような点線の輝度の角度特性が入射側で得られず、ライトガイドの射出端での輝度の角度特性は、図１１（ａ）のように最大入射角度に向かって急激に低下し、必要角度まで一定の輝度の角度特性は得られない。
【００２３】
また、傾斜角度θが１０°を越えた場合には、傾斜過剰であり、必要角度までの範囲において輝度が低下してしまう。例えばθを１２°とした場合を例に図１１（ｂ）に示すが、輝度の角度特性は最大入射角度θ０ 付近がピークとなり、必要角度範囲内は輝度が非常に低くなっている。従って、上記条件式を満足すれば、ライトガイド射出端において、必要角度まで一定で且つ高い輝度の角度特性が得られる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例をもって説明する。
（実施例１）
まず、本発明の第１実施例として、投影露光装置のＩＳＳ（イメージスリットセンサ）系アライメント装置に用いられる照明光学系を図１に示す。この露光装置において、エキシマレーザ光源１００から出力された露光光は、ビームエキスパンダ１０１で適当な径の平行光束に調整された後、フライアイインテグレータ１１３、リレーレンズ１１４、ミラー１１５、コンデンサレンズ１１６からなるメイン照明系を介してレチクル１１０に入射する。レチクル１１０を透過した露光光は、投影レンズ１０９を透過してステージ上のウエハテーブルに載置されたウエハ（不図示）に照射され、レチクル１１０のパターンがウエハ面上に投影される。
【００２５】
本実施例におけるレチクル１１０の位置座標検出のためのアライメント装置は、露光用のエキシマレーザ光源１００を共用する構成とした。また、アライメント時には、光源１００側とメイン照明系との間に切り換えミラー１０２を挿入し、光源からのレーザ光をアライメント装置の照明光学系へ導くものとした。照明光学系は、拡散板１０４とランダムライトガイド１０５とコンデンサレンズ１０６からなる。
【００２６】
上記の如き構成において、エキシマレーザ光源１００からのレーザ光は、ビームエキスパンダ１０１を介して切り換えミラー１０２で反射され、アライメント用照明光学系へ入射する。照明光学系において、ビームエキスパンダ１０３によって適当なビーム径に調整された平行光束は、拡散板１０４によって拡散された後ランダムライトガイド１０５へ入射する。このとき、平行光束の拡散板１０４への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイド１０５の入射端面が所定の傾斜角度θとなるように配置されている。ここでは、平行光束は拡散板１０４面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイド１０５の入射端面を拡散板１０４面に対してθ＝約７°傾けて配置した。
【００２７】
これによって、ランダムライトガイド１０５の入射端では図１０（ａ）に示した輝度の角度特性となり、射出端では、図１０（ｃ）のように必要角度まで一定の輝度の角度特性をもって射出される。ランダムライトガイド１０５を射出した照明光は、２次光源となりコンデンサレンズ１０６、ミラー１０７を介して均一な照度分布で適当な照野をもってステージの内側からステージ上のウエハ表面位置と同位置（投影レンズ１０９の結像面）に設置された指標板１０８のマークＳＭを照明する。
【００２８】
本実施例において、マークＳＭは透光性スリットであり、このマークを下から照明することによりスリットから照明光が発せられる構成となっている。指標板１０８と両側テレセントリックの投影レンズ１０９を挟んで共役な位置にあるレチクル１１０にレチクルマークＲＭが設けられているが、このマークも透光性スリットである。
【００２９】
ここでは、ステージ上の指標板１０８に対して投影レンズ１０９を介してレチクル１１０が光学的に重なっているとき、マークＳＭからの光は投影レンズ１０９を通ってレチクルマークＲＭを透過し、露光用のメイン照明系を逆行し、切り換えミラー１１１（アライメント時にのみ光路中へ挿入される）で光路を偏向されて検出光学系へ導かれ、検出器（フォトマル）１１２で検出されるように設定されている。
【００３０】
ステージの移動に伴う、レチクルマークＲＭとマークＳＭとの相対的な移動によって、検出器１１２で検出される光量は変化する（図１（ｂ））。検出光量が最大になるよう、即ち、レチクルマークＲＭとマークＳＭとが投影レンズ１０９を介して重なるよう駆動系を制御してステージを移動させ、検出光量が最大となる位置でのステージ座標を干渉計等によって求めることができる。
【００３１】
例えば、図１（ｃ）に示すように、レチクル１１０上のレチクル中心から予め定められた距離にレチクルマークＲＭを複数（ここでは３ケ所）設け、各レチクルマークＲＭについてステージ座標を計測すれば、レチクル中心のステージ換算座標が得られる。なお、投影レンズ１０９内の光束の広がりを露光時と同様にするため、照明光学系による照明ＮＡは、露光用のメイン照明系のウエハ上に換算したものと同等にすることが精度上望ましい。
【００３２】
（実施例２）
次に、本発明の第２実施例として、投影露光装置のＲＡ（レチクルアライメント）系アライメント装置に用いられる照明光学系を図２に示す。この露光光学系は実施例１と同様のものであり、エキシマレーザ光源１２０から出力された露光光は、ビームエキスパンダ１２１で適当な径の平行光束に調整された後、フライアイインテグレータ１３４、リレーレンズ１３５、ミラー１３６、コンデンサレンズ１３７からなるメイン照明系を介してレチクル１３０に入射する。レチクル１３０を透過した露光光は、投影レンズ１２９を透過してステージ上のウエハテーブルに載置されたウエハ（不図示）に照射され、レチクル１３０のパターンがウエハ面上に投影される。
【００３３】
本実施例におけるレチクル１３０の位置合わせのためのアライメント装置は、露光用のエキシマレーザ光源１２０を共用する構成とした。また、アライメント時には、光源１２０側とメイン照明系との間に切り換えミラー１２２を挿入し、光源からのレーザ光をアライメント装置の照明光学系へ導くものとした。照明光学系は、拡散板１２４とランダムライトガイド１２５とコンデンサレンズ１２６からなる。
【００３４】
上記の如き構成において、エキシマレーザ光源１３０からのレーザ光は、ビームエキスパンダ１２１を介して切り換えミラー１２２で反射され、アライメント用照明光学系へ入射する。照明光学系において、ビームエキスパンダ１２３によって適当なビーム径に調整された平行光束は、拡散板１２４によって拡散された後ランダムライトガイド１２５へ入射する。このとき、平行光束の拡散板１２４への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイド１２５の入射端面が所定の傾斜角度θとなるように配置されている。ここでは、平行光束は拡散板１２４面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイド１２５の入射端面を拡散板１２４面に対してθ＝約７°傾けて配置した。
【００３５】
これによって、ランダムライトガイド１２５の入射端では図１０（ａ）に示した輝度の角度特性となり、射出端では、図１０（ｃ）のように必要角度まで一定の輝度の角度特性をもって射出される。ランダムライトガイド１２５を射出した照明光は、２次光源となりコンデンサレンズ１２６、ミラー１２７を介して均一な照度分布で適当な照野をもってステージの内側からステージ上のウエハ表面位置と同位置（投影レンズ１２９の結像面）に設置された指標板１２８を照明する。
【００３６】
指標板１２８には透光性マークＳＭが形成されており、このマークＳＭを下から照明することによりここから照明光が発せられる構成となっている。指標板１２８と両側テレセントリックの投影レンズ１２９を挟んで共役な位置にあるレチクル１３０には、図２（ｂ）に示すような十字状の透光性レチクルマークＲＭが設けられている。
【００３７】
ステージ上の指標板１２８に対してレチクル１３０が所定の位置にあるとき、マークＳＭからの光は投影レンズ１３９を通ってレチクルマークＲＭを透過した後、４５°ミラー１３１で光路を偏向され、対物レンズ１３２を介してＣＣＤカメラ１３３へ入射し、ここでレチクルマークＲＭの画像検出が行われる。この画像検出結果に基づいて、対物レンズ１３２の光軸中心にレチクルマークＲＭ中心が来るようにアライメントすることができる。
【００３８】
また、例えば、図２（ｃ）に示すように、本露光装置に用いる各レチクルについて、レチクル中心に対するレチクルマークを規格化しておけば、レチクルが交換されても、常にレチクル中心が同じ位置に来るようをレチクル位置を再現できる。なお、レチクルマークＲＭの像がＣＣＤカメラ１３３の受光面上に結像する際に良好な像強度分布を形成するためには、照明系による照明ＮＡが適当量必要である。
【００３９】
上記第１及び第２実施例の照明光学系では、平行光束は拡散板面に対して直交方向に入射させ、ランダムライトガイドの入射端面を拡散板面に対して所定角度θ傾けて配置したが、平行光束の拡散板への入射方向と直交する平面に対するランダムライトガイドの入射端面を所定の傾斜角度θとする他の方法を用いた照明光学系の変形例を図３に示す。
【００４０】
これは、拡散板１４２面に対してランダムライトガイド１４３の入射端面１４４を平行に配置し、光源から送光された平行光束をケプラー型リレーレンズ系１４１を介し、拡散板１４２面に直交する方向に対して所定角度傾斜させて入射させるものである。ここでは、ケプラー型リレーレンズ系１４１の光源側のレンズを拡散板１４２側レンズに対して偏心させることによって、ケプラー型リレーレンズ系１４１からの光束の射出方向を該リレーレンズ系への入射方向に対して傾斜させる構成としている。
【００４１】
従って、ランダムライトガイド１４３の射出端１４５において、照明光は図１０（ｃ）に示すような輝度の角度特性を持ち、コンデンサレンズ１４６を通って、均一な照度分布を持つ適当な照野を形成する。
【００４２】
また、図４に照明光学系の他の変形例を示す。これは、図４と同様に拡散板１５２面に対してランダムライトガイド１５３の入射端面１５４を平行に配置したものであるが、図４の光源側の偏心レンズの代わりにフライアイレンズ１５０（４個構成）を用いて、レンズ１５１からの光束の射出方向をフライアイレンズ１５０への入射方向に対して傾斜させる、即ち拡散板１５４への入射方向を拡散板１５４と直交する方向に対して傾斜させた光学系である。この照明光学系は、ランダムライトガイド１５４入射端面１５４での光量ムラを均一化させる効果があるため、入射するレーザー光の照度ムラに対してより強い系といえる。
【００４３】
なお、以上のような照明光学系にて形成された照野においては、拡散板の拡散効果およびランダムライトガイドによる角度の拡散効果、さらにランダムライトガイドの光ファイバ配列がランダムなことによる入射側の位置関係が保存されない、ことの相乗効果にてスペックルや干渉縞といった問題は、特にコヒーレンシーのあまりよくないエキシマレーザーなどでは問題にならないことが見出された。
【００４４】
次に、参考として主にランダムライトガイド１６３の角度拡散効果のみから所望の照野を得ようとした照明光学系を図５に示す。ここでは入射側にフライアイレンズ１６１を一つの拡散手段として用いているが、上記の実施例のように拡散板による角度特性の広がりがないため、図１０（ｃ）に示すような必要角度までの一定な輝度の角度特性は得られず、照野の照明ムラに関して多少劣る。このような照明光学系は、一定な輝度の角度特性の必要ない場合に用いることができる。この場合、フライアイレンズ１６１系は単なるリレーレンズ系でもよい。
【００４５】
なお、上記実施例では、拡散手段として拡散板を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば位相型グレーティングやディフュザー等、拡散効果を有するものであれば使用可能である。また、上記実施例では、投影露光装置のアライメント装置用の照明光学系について説明したが、本発明による照明光学系は、それ以外の光学系、特に、エキシマレーザのような照明ＮＡ、角度のない光源を用いた送光自由度の必要な光学系などに使用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、エキシマレーザーのような指向性の高い平行光束であるレーザ光源を用いた場合でも、送光自由度が高く、簡便な構成でありながら照度ムラがなく、且つ照明ＮＡも照野内で一定な照野が得られるという効果がある。
【００４７】
また、平行光束が拡散手段を入射する方向と直交する平面に対するライトガイドの入射端面の傾斜角度θを特定の範囲内に設定することによって、常に、ライトガイド射出端に必要角度まで一定の輝度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による照明光学系をアライメント光学系に用いたＩＳＳ系投影露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例による照明光学系をアライメント光学系に用いたＲＡ系投影露光装置の概略構成図である。
【図３】実施例１、２に示した照明光学系の変形例を示す概略構成図である。
【図４】実施例１、２に示した照明光学系の他の変形例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の一部を応用した照明光学系の概略構成図である。
【図６】本発明の作用の説明に用いた照明光学系の概略構成図である。
【図７】ライトガイド（整列した光ファイバの束からなる）の光学特性を示す説明図で、（ａ）光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図８】ランダムライトガイドの光学特性を示す説明図で、（ａ）光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図９】ランダムライトガイドの入射面を完全拡散面とした場合の光学特性を示す説明図で、（ａ）は光路図、（ｂ）はライトガイド射出光の輝度の角度特性を示す線図である。
【図１０】本発明の作用を説明するための線図である。
【図１１】本発明の作用を説明するための線図で、（ａ）は傾斜角度θが４°未満の場合のライトガイド射出光の輝度の角度特性、（ｂ）傾斜角度θが１２°の場合のライトガイド射出光の輝度の角度特性を示すものである。
【図１２】従来技術による照明光学系を示す概略構成図である。
【図１３】従来技術の照明光学系にエキシマレーザ光源を用いた場合の概略構成図である。
【図１４】フライアイレンズを用いた照明光学系を示す概略構成図である。
【図１５】拡散板を用いた照明光学系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００，１２０：エキシマレーザ光源
１０１，１０３，１２１，１２３：ビームエキスパンダ
１０２，１１１，１２２：切り換えミラー
１０４，１２４，１４２，１５２，２１３：拡散板
１０５，１２５，１４３，１５３，１６３，２１０：ランダムライトガイド
１０６，１２６，１４６，１５６，１６６，２１４：コンデンサレンズ
１０７，１２７：ミラー
１０８，１２８：指標板
１０９，１２９：投影レンズ
１１０，１３０：レチクル
１１２：検出器
１３２：対物レンズ
１３３：ＣＣＤカメラ
２２０：完全拡散面
ＳＭ：（指標板）マーク
ＲＭ：レチクルマーク
Claims (9)
- 平行光束を供給する平行光束供給手段と、該平行光束供給手段からの平行光束を被照明物体側へ導くライトガイドを有する照明光学系において、
前記平行光束供給手段と前記ライトガイドの入射端との間に、前記平行光束を拡散させる拡散手段を設け、前記平行光束が前記拡散手段に入射する方向と直交する平面に対する前記ライトガイドの入射端面の傾斜角度をθとしたとき、以下の範囲を満足することを特徴とする照明光学系。
４°≦θ≦１０° - 前記ライトガイドはランダムライトガイドを備えることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
- 前記ライトガイドの射出端には２次光源が形成され、
該２次光源からの光を照野へ導くためのコンデンサ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。 - 前記拡散手段は、拡散板、位相型グレーティング、またはディフューザーを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の照明光学系。
- 前記平行光束供給手段は、レーザ光源を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の照明光学系。
- 投影露光装置に用いられるアライメント光学系において、
請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備え、
該照明光学系を用いてアライメントマークを照明することを特徴とするアライメント光学系。 - 露光用光源からの露光光に基づいてレチクルを照明するメイン照明系と、前記レチクルからの露光光をウエハに照射する投影系とを備える投影露光装置において、
アライメントマークを照明するために請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。 - 前記露光用光源は前記平行光束供給手段と共用されることを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。
- アライメント時に前記露光用光源からの光を前記照明光学系へ導くための切り換え手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。
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