JPH01165187A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は照明装置に関し、特に半導体製造装置において
被照射面に設けられた電子回路等の微細パターンが形成
されているマスク面やレチクル面、（以下「マスク」と
いう。）等を均一に照明する為の照明装置に関するもの
である。

（従来の技術） 半導体製造装置の製造工程ではマスクに設けられたパタ
ーンをウェハ面上に順次重ねて転写している。この場合
、照明装置によりウェハ面に対して密着若しくは極近接
状態に保持した状態でマスクを照明してマスク面上のパ
ターンをウェハ面上に転写したり、ウェハ面と共役に配
置されたマスクを照明して投影レンズを用いてウェハ面
に投影転写している。

この場合、ウェハ面上に転写されるパターンの像質は照
明装置の性能、例えば被照射面上の照度分布の均−性等
に大きく影響される。

最近、短波長領域に発振波長を有するエキシマレーザ−
を用いたフォトリソグラフィ用の照明装置が種々と提案
されている。エキシマレーザ−等のレーザーは高輝度性
、単色性そして指向性等で優れた光源である。しかしな
がらレーザーを光源として用いるとレーザー特有の可干
渉性の為、即ちコヒーレンスが良い為、照明系の光学的
諸特性の影響によりマスク面やウニ八面上に不規則な干
渉縞、所謂スペックルが発生してくる。

このスペックルは照明ムラや焼付は誤差を起こし、マス
クパターン像の解像力を低下させる原因となってくる。

コヒーレンスの軽減を図る方法としては、例えば、レー
ザーからの光束をスポット状に集光し、該光束をコンデ
ンサーレンズに導光する際、コンデンサーレンズの瞳面
を光学的に走査する方法があるが、この方法は光束の照
度ムラが直接風われてくる問題点がある。又、被照射面
を直接走査する方法があるが、この方法は被照射面上を
完全にムラなく走査するのが難しい等の問題点があった
。

この他、特開昭６０−２３０６２９号公報では光学素子
を用い各光束間に光路長差を与えてインコヒーレント化
を図っている。しかしながらこの方法は光学素子の内部
を光束が屈折、透過する際の反射やケラレによる光量損
失、そして光路長差を付与する為に光束を分割する際の
光量損失が多い等の問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はレーザー等の可干渉性の良い高輝度の光源を用
いた際に被照射面上に生じる照度ムラの原因となるスペ
ックルの軽減を図り、被照射面の均一照明を可能とした
照明装置に提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） コヒーレント光束を所定角度発散した状態で光束混合手
段に指向し、該光束混合手段からの射出光束又は該光束
混合手段への入射光束を光束揺動手段で揺動し、該光束
混合手段からの光束により被照明部を均一照明すること
である。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の概略図である。

図中１は光源で例えばコヒーレンスの良い光束を放射す
るエキシマレーザ−等である。２は光束揺動手段であり
、例えば回転可能の所定角度を有するプリズム等から成
っており、光源１からの光束を回転させて光束成形手段
３に入射させている。

光束成形手段３は凹レンズ等のレンズ系より成り入射光
束を所定角度で射出させて光束混合手段４の入射面４ａ
に入射させている。

光束混合手段４は入射面４ａから入射した各光束間に光
路長差を与えて射出面４ｂから射出させるものであり、
例えば石英材を用いた円筒形のオプティカルパイプ等か
ら成っている。６は照射手段であり、例えばコリメータ
ーレンズ等から成り、オプティカルパイプ４の射出面４
ｂからの光束を被照射面５上に照射している。被照射面
５は例えば半導体製造用の露光装置においてはマスク面
やレチクル面等である。

本実施例におけるオプティカルパイプ４は光束成形手段
３から拡げられて入射してきた入射光のうち一部をその
まま透過し、残りの光束を内面で何回か全反射を繰り返
した後、各光束を混合して射出面４ｂに導光している。

内面で全反射を起こさせることにより、その反射面を実
質的に新しい光源面とし、全反射を起こした光束と起こ
さない光束間に光路長差を付与している。又、全反射す
る光束にはその各光束の全反射回数に差を付け、これに
より射出面４ｂに到達する各光束間に光路長差を付与し
ている。

各光束間の光路長差が十分大きければ射出面で重なり合
う各光束は互いに干渉せず、これによりインコヒーレン
ト化が達成される。

光源からの光束のコヒーレンス長が長い場合には複雑な
高周波の干渉縞が射出面４ｂに形成される場合がある。

エキシマレーザ−等を光源として用いた場合は両者の中
間的な場合が多い。

そこで本実施例では光束揺動手段２を設け、時間的に平
均化させる効果をもたせエキシマレーザ−等を用いた中
間的な場合にもこの効果により光束のインコヒーレント
化が容易に行われるようにしている。

特にオプティカルパイプ４の前方に配置した光束成形手
段３により射出面４ｂでの干渉縞が高周波である為の時
間的な積分効果を良好に発揮させている。即ち、光束Ｉ
ｆ動千手段を回転させオプティカルパイプ４への光束の
入射角度分布を変化させ、オプティカルパイプ内で全反
射する光束の分布状態を変化させて射出面４ｂでの干渉
縞を移動させて平均化している。これにより高周波の干
渉縞を良好に消去している。

本実施例では光束揺動手段２を揺動させてオプティカル
パイプ４に対する光束の入射角が変わってもオプティカ
ルパイプ内で全反射の条件が維持されるように光束揺動
手段２の角度と光束成形手段３の屈折力を設定して光量
の損失を少なくしている。

以上のようにして本実施例ではオプティカルパイプ４の
射出面４ｂに生ずる干渉縞を少なくし、たとえ干渉縞が
形成されたとしてもそれらを時間的に平均化することに
より射出面４ｂを均一なる輝度を有した第２次光源面に
形成している。

尚、本実施例において光束揺動手段２を光束形成手段３
の射出側に配置しても良い。

第１図の照明装置ではケーラー照明を行った場合を示し
たが第２図に示すようにクリティカル照明を行う場合に
も本発明を同様に適用することができる。

第２図において７．９はコリメーターレンズ、８は絞り
であり、これらの各要素は照射手段の一部を構成してい
る。

以上の各実施例において光源としてエキシマレーザ−を
用いる場合には、光束が透過する光学要素は石英や蛍石
等から構成するのが比較的高い透過率が得られるので好
ましい。オプティカルパイプの入射面又は／及び射出面
を凹面若しくは凸面の屈折面より構成し入射光束や射出
光束を所定量屈折させるようにしてもよい。

この様に本実施例においてケーラー照明及びクリティカ
ル照明が可能となるのはオプティカルパイプ４の射出面
４ｂでの一様性と射出面４ｂでの角度分布制御が可能な
事の２点によっている。射出面４ｂでの一様性は既に述
べた様に空間的及び時間的な積分効果によるものである
。前述の項目を更に抽象化して表現するなら、 ・オプティカルパイプにより光源の反射像を多数作る事
による空間的な積分効果 ・オプティカルパイプを通過する光束に角度分布を与え
る光束成形手段のパワー系による空間的な積分効果 ・光束揺動手段による時間的積分効果 という事である。ここでパワー系の配置は重要であり、
光束揺動手段による角度の揺らぎを摂動項として取り入
れバイアスを与える効果をもつ。即ち、光束揺動手段に
よる角度の動きが大きすぎると、揺動が回転運動とした
時、その周期のなかでの開始時点と終了時点との関係が
問題となる。即ち、丁度周期の整数倍で露光を打ち切っ
た場合と（整数＋ｌ／２）倍の周期で露光を打ち切った
場合の差が大きくなってしまう。これに対して予めパワ
ー系を入れておくと角度分布の大部分はパワー系による
角度分布で定まってしまい、揺動による効果は分布自体
に対しては小さい為、影響が小さくなる。この事は露光
量制御の上で重要である。即ち、露光量を回転運動の整
数倍としなければならないとする事は、露光時間として
周期の整数倍しか許されない事を意味している。これは
１％或はそれ以下の値を要求される露光量制御を行う際
、重大な制約条件となってきて露光系の制御を複雑化さ
せてしまう。

一方、角度分布の制御については、オプティカルパイプ
４の角度保存性が挙げられる。例えばオプティカルパイ
プ４が平行な面で構成されて１７）る、例えば円柱や四
角柱等で構成されている時は入射光束の入射角度以上の
角度でオプティカルパイプ４を射出する光束は存在しる
い。

即ち、入射光の入射角度が保存される事になる。又、円
錐台や四角鉢台の様な形状で構成すれば、良く知られて
いる反射の法則により角度分布を拡げたり、狭くしたり
して射出させる事ができる。射出する光束の角度分布は
後に続く照明手段の光学特性に従って定められる。

又、光束揺動手段による角度分布に従ってオプティカル
パイプに入射する位置が揺動するが、オプティカルパイ
プの入射面はこの揺動に伴う光束の動きによって定まる
光束の有効径より大きくとっておくと効率が良い。エキ
シマレーザ−からの光束は必ずしも−様なビーム形状を
していないのでこの様な形状にすると光量分布の裾の部
分迄の光束を系内に取り入れる事ができて効率が良い。

又、機械の振動が問題となる場合がある。即ちエキシマ
レーザ−と露光装置自体がアイソレートされている場合
、床振動、或は装置自体の振動が問題となる事がある。

その時にはオプティカルパイプの入射面を装置の振動の
原点、具体的には装置の足の部分の近傍に置くか、その
光学的に共軛な位置に配置するのが望ましい。

第３図は本発明の他の一実施例の要部概略図である。同
図において第１図に示す要素と同一要素には同符番な付
しである。

本実施例では光束揺動手段としてポリゴンミラー２ａを
用い光源１からの光束を揺動させて光束成形手段３に入
射させている。この他の構成は第１図の実施例と同様で
ある。

一般にオプティカルパイプからの射出光の断面強度分布
はレーザー自体の発振光の光束の分布を反映して中央部
かやや高くなってしまう場合がある。これは発振光の裾
の部分迄取り入れた為に裾の部分の光が弱い為である。

この現象を改善する為に例えば第４図（Ａ）。

（Ｂ）に示すようにアキシコンと呼ばれる光学素子１０
をレーザー１と光束揺動手段との間に配置するのが良い
。同図において１０はアキシコン、１１は円錐形ミラー
である。同図において光源１からの光束をアキシコンｌ
Ｏによって周方向に反射分割し、外側に配置した円錐形
ミラー１１により光束揺動手段方向に反射している。こ
のとき光束断面の光量分布を制御することによりオプテ
ィカルパイプの射出面での光量分布の均一化を図ってい
る。

第４図（Ａ）では光源ｌからの光束の直進成分がなくな
る為に、角度分布がドーナツ状となり光束断面の中央が
高くなる現象を回避することができる。

又、光束断面の中央部が低くなりすぎる場合は第４図（
Ｂ）に示すようにアキシコン１０を中央部の光束を少し
通すように構成すれば良い。

尚、第４図（Ｃ）は同図（Ｂ）に示すアキシコン１０の
斜視図である。

本実施例のようにアキシコンを用いれば角度分布を制御
することができるのでアキシコン１０と円錐ミラー１１
の角度関係を適当に選べば第１図に示す光束成形手段３
の代用をさせることが可能となる。

第５図は本発明を光源としてエキシマレーザ−を用いた
半導体素子製造用の露光装置に適用したときの一実施例
の概略図である。

エキシマレーザ−１からの光束を光束引き回し用のプリ
ズム反射鏡２１で露光装置の足の部分３９の高さと殆ど
同じ高さ迄引き下げている。引き回し用のレンズ２２は
エキシマレーザ−１の射出面Ａを足の位置近傍の入射面
Ｂと共軛関係にしている。２４はレンズ系であり入射面
Ｂをオプティカルパイプ４の入射面Ｃと共軛関係にして
いる。レンズ系２４からの射出光が平行光であれば第１
図で構成した系が等偏向に実現される。光束揺動手段２
、光束成形手段３、オプティカルパイプ４の構成は第１
図に示した実施例と同様である。

又、光束揺動手段２は駆動手段５０により；し制御され
、光束を所定量揺動する。又、駆動手段５０は不図示の
制御装置により制御され、揺動状態は制御装置からの信
号にもとづいて可変である。レンズ系２４からの射出光
が発散光、又は収束光であれば光束成形手段３を省略す
ることも可能である。

露光装置は足の部分を支点として振動を起こすと考えら
れるので、この構成は振動のＢＧ　Ｍを光学的に補正す
る事を意味している。第５図の実施例では防震光学系は
本体定盤３８に取り付けられている。

本実施例の露光装置自体はレチクルである被照射面３１
の像を縮小レンズ３２でウェハー３３上に縮小投影する
事でパターンの転写を行っている。３４はウェハーチャ
ック、３５はＸ−Ｙステージ、３６はＸ−Ｙステージ３
５の位置を知る為の光学スフウェア、３７はレーザー干
渉計の部品である。照明系の主要部４１は本体装置に直
接取り付けられる。

第５図はケーラー照明の場合で、２５はリレーレンズで
オプティカルパイプ４からの射出光をマスキングブレー
ト２７に導いている。マスキングブレート２７はレチク
ル３１と共軛の関係にあり、マスキングブレード２７の
開口部の大きさを不図示の制御系で変化させる事により
、レチクル３１の不要部分に入射する光束を遮光したり
、テストチップを用いる場合の露光領域の制御を行った
りしている。マスキングブレート２７を通過した光束は
レンズ２８とレンズ３０で所望のケーラー照明をレチク
ル３１に対して行っている。

尚、２６．２９は光路折り曲げ用のミラーである。４０
はミラー２６の一部を通過した露光光をモニターする積
算露光系の検出器であり、該検出器４０からの出力信号
を利用してエキシマレーザ１のパルス発光数を制御して
いる。

又、光束揺動手段２用のモーターは示していないが公知
の方法を用いることができる。

又、揺動の方法としてはプリズムを回転させる他に、例
えば第６図に示すように平行平面板６１を用い３次元的
に傾きを変えるようにしても良い。又、第６図に示すよ
うに用に光束の混合部材であるオプティカルパイプと揺
動部の順序を変更させて構成する事も可能である。

（発明の効果） 本発明によれば光束成形手段とオプティカルパイプ等の
光束混合手段を用い各光束間に光路長差を付与し、更に
光束揺動手段により各光束間の時間的平均化を行うこと
により、レーザー等のコヒーレントの良い光束を容易に
インコヒーレントにすることが出来、被照射面上にスペ
ックルパターンが発生することのない均一照明が可能な
、特に半導体素子製造用の露光装置に好適な照明装置を
達成することができる。又、アキシコン等の光学素子を
用いることにより被照射面上の照度分布を容易に制御す
ることができる等の特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を半導体素子製造用の露光装置に適用し
たときの一実施例の概略図、第２図。 第３図は本発明の他の一実施例の概略図、第４図（八）
　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は各々本発明に係る光源近傍
の説明図、第５図は本発明を光源としてエキシマレーザ
−を用いた半導体素子製造用の露光装置に適用したとき
の一実施例の概略図、第６図は本発明に係る光束揺動手
段の他の一実施例の説明図である。 図中、１はエキシマレーザ−１２，６１は光束揺動手段
、３は光束成形手段、４は光束混合手段、５は被照射面
、６，７．９は照射手段、８は絞り、２ａはポリゴンミ
ラー、１０はアキシコン、１１はミラー、３１はレチク
ル、３３はウェハ、３２は投影レンズ、４１は照明系で
ある。 特許出願人　　キャノン株式会社 Ｔ−・ 夷　　３　　　Ｍ 兜　　４　　図 （Ｃ） ４シ！ｌＦｒ面 第　　６　　回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光束を所定角度発散した状態で光束
   混合手段に指向し、該光束混合手段からの射出光束又は
   該光束混合手段への入射光束を光束揺動手段で揺動し、
   該光束混合手段からの光束により被照明面を均一照明す
   ることを特徴とする照明装置。
2. （２）前記コヒーレント光を供給する光源をレーザー、
   前記光束混合手段をオプティカルパイプより構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の照明装置。