JPH0311614A - 照明装置，投影露光装置及び素子製造方法 - 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】 ［技術分野］ 本発明は照明装置に関するものであり、特に、半導体製
造用の露光装置に搭載して、マスクやレチクル等の回路
パターンを照明するのに好適な照明装置に関するもので
ある。

［従来技術］ 従来から、エキシマレーザ−等のコヒーレント光源を用
いた露光装置の開発が盛んに行なわれている。コヒーレ
ント光源からの光束でマスクやレチクル等の回路パター
ンを照明する場合に生じる問題点として、マスクやレチ
クル上での照度分布の不均一性が挙げられる。この不均
一性は、コヒーレント光源からの光束が形成する干渉縞
に起因するものであり、この干渉縞による照度分布の不
均一性を解消するために、従来から様々なタイプの照明
装置が提案されてきた。

しかしながら、従来の照明装置では、照度分布の不均一
性を解消することはてきても、照明装置内の光路中に形
成される有効光源（２次光源の分布）が満足できるもの
ではなかった為、マスクやレチクルを良好に照明するこ
とが容易ではなかった。

［発明の概要コ 本発明の目的は、上記問題を考慮した、改良された照明
装置を提供することにある。

この目的を達成する為に、本発明の照明装置は、コヒー
レント光源と、オプティカルインテグレーターと、前記
光源からの光束を複数個の光束に振幅分割し、該複数個
の光束を互いにほぼインコヒーレントな光束に変換し、
前記オプティカルインテグレーターの光入射面に互いに
異なる方向から入射させて重畳せしめる光学手段と、前
記オプティカルインテグレーターからの光束を被照明面
に向ける光学系とを有することを特徴としている。

本発明では、オプティカルインテグレーターの光入射面
に、互いにインコヒーレントな複数個の光束を互いに異
なる方向から入射させて重畳しているので、オプティカ
ルインテグレーターにより非常に多くの２次光源を形成
することができる。

従って、２次光源か密に分布した有効光源を得ることか
でき、被照明面を良好に照明することが可能になる。そ
の上、光源からの光束を振幅分割して複数個の光束を形
成するようにしているため、光源からオプティカルイン
テグレーターに到る光学系が小型になる。

本発明の更なる特徴と具体的な形態は以下に述べる実施
例に記載されている。

［実施例コ 第１図は本発明の照明装置の一実施例を示す概略構成図
であり、ステッパーと呼称される縮小投影型露光装置に
本発明を適用した例である。

第１図において、１１は比較的空間的コヒーレンジイー
か小さな（横モードの数が多い）ＫｒＦエキシマレーザ
−１２０は光束分割・インコヒーレント化光学系、２２
はバーレンズアレイより成るオプティカルインテグレー
ター、２３はコンデンサーレンズ、Ｒは回路パターンが
描かれたレチクル（またはマスク）、Ｗはレジストが塗
布されたウェハ、２４はレチクルＲの回路パターンをウ
ェハＷに投影する縮小投影レンズ系を示す。光学系２０
は、ハーフミラ−（プリズム）１２とミラー（直角プリ
ズム）１３．１４．１５とクサビ形プリズム１６．１７
と、駆動装置２１０により駆動される回転可能なりサビ
計プリズム２１とを有しており、レーザー１１からのレ
ーザー光を振幅分割して、互いにインコヒーレントな複
数個の光束をオプティカルインテグレーター２２に向け
る機能を備えている。光学系２０は他の機能も備えてい
るが、他の機能に関しては後述する。

第２図は、第１図に示す装置のレーザー光の光路の、矢
印Ａ−Ｄで示す断面（紙面に垂直な平面）とレチクルＲ
上における光強度分布を示しており、以下、この第２図
と第１図を用いて、本照明装置に関して詳述する。

レーザー１から射出した平行なレーザー光はハーフミラ
−１２に入射し、ハーフミラ−１２より２光束ＬＢＩと
ＬＢ２に振幅分割される。ハフミラー１２を透過した光
束ＬＢＩはクサビ型プリズム１７に向かって直進し、ハ
ーフミラ−１２で反射した光束ＬＢ２はミラー１３，１
４．１５で順次反射して、光路を３度直角に折り曲げら
れた後、クサビ型プリズム１６に向かう。光束ＬＢ１が
クサビ型プリズム１７に到達するまでの光路と光束ＬＢ
２がクサビ型プリズム１６に到達するまでの光路は互い
に長さが異なっており、光束ＬＢＩとＬＢ２の光路長差
が、レーザー光（即ち光束ＬＢＩ、ＬＢ２）の波長巾で
定められるレーザー光の時間的コヒーレンス長以上にな
るように光学系２０が構成される。従って、クサビ型プ
リズム１６．１７で偏向された光束ＬＢＩとＬＢ２は互
いに殆ど干渉しない。（はぼインコヒーレントである。

） 前述のように、本実施例で用いるエキシマレーザ−１１
は、空間的コヒーレンジイーは比較的小さいのであるか
、投影レンズ系２４で生じる色収差を抑える為にエタロ
ン、プリズムなどの狭帯域化素子でレーサー光の波長幅
（ハント幅）を非常に狭くしているのて、時間的コヒー
レンジイーか太きい。本実施例では、中心波長λ＝２４
８．４ｎｍ、波長幅Δλ＝０．００３ｎｍのレーザー光
を使用しているので、光束ＬＢＩ、ＬＢ２の時間的コヒ
ーレンス長か比較的長い。従って、光束ＬＢＩと光束Ｌ
Ｂ２に対して光路長差を与えることにより互いにインコ
ヒーレントな光束として、後述するようにオプティカル
インチグレータ２２の光入射面上に干渉縞が形成されな
いようにしている。

クサビ型プリズム１６．１７で偏向（屈折）された光束
ＬＢ）、ＬＢ２は、各々クサビ型プリズム２１に、平行
光のまま入射する。クサビ型プリズム２１は、駆動装置
２１０により、コンデンサレンズ２３と投影レンズ系２
４より成る光学系の光軸を回転中心として回転するので
、クサビ型プリズム２１を通過した光束ＬＢＩ、ＬＢ２
の、オプティカルインテグレーター２２の光入射面に対
する入射角と入射位置が時間的に変化する。

クサビ型プリズム１６，１７．２１は、光束ＬＢＩ　　
ＬＢ２がオプティカルインテグレーター２２の光入射面
上で部分的に常に重なり合うように配列しである。

第２図（Ａ）に示すように、レーザー１１からのレーザ
ー光の断面強度分布は、ガウス分布或いはこの分布に近
い分布であるため、第２図（Ｂ）に示すように、クサビ
型プリズム１６．１７に入射する光束ＬＢＩ、ＬＢ２の
断面強度分布もほぼガウス分布を呈する。さて、この光
束ＬＢＩ。

ＬＢ２がオプティカルインテグレーター２２の光入射面
に入射して重なり合った時の光束の断面強度分布は、第
２図（Ｃ）に示すように光軸に関して対称で、しかもほ
ぼ均一な分布になる。これは、前述のように光束ＬＢＩ
、ＬＢ２をオプティカルインテグレーター２２の光入射
面上で部分的に重なり合わせたことによる効果である。

又、この時のオプティカルインテグレーター２２の光出
射近傍（平面Ｄ）での光強度分布は第２図（Ｄ）に示す
ような形である。光束Ｌ１３１、ＬＢの平面Ｂにおける
断面強度分布かガウス分布以外の場合にも、オプティカ
ルインテグレーター２２の光入射面（平面Ｃ）での強度
分布か均一になるように、光束ＬＢＩ、ＬＢ２をオプテ
ィカルインテグレーター２２の光入射面上て重ね合せる
ことか好ましい。

レチクルＲ上での照度分布の均一性は、通常、オプティ
カルインテグレーター２２の光入射面における光強度分
布の均一性と、オプティカルインテグレーター２２を構
成するレンズエレメントの数とに比例する。一方、光束
ＬＢＩ、ＬＢ２のようなコヒーレントな光束がオプティ
カルインテグレーター２２に入射する場合、ある光束が
入射するレンズエレメントの数が多い程、オプティカル
インテグレーター２２の光射出近傍に、互いにコヒーレ
ントな２次光源が多く形成されるので、これらの２次光
源からのコヒーレント光同志（７）　干？Ｊｉによりレ
チクルＲ上にコントラストの高い干渉縞が形成され易い
。オプティカルインチグレータ２２は入射光束の波面を
分割するように機能するのて、この干ン歩縞のコントラ
ストは、レーザ１１の空間的コヒーレンジイーの度合に
より決まる。

本実施例ては、レーサー１１として空間的コヒーレンジ
イーが小さいものを用いて、オプティカルインテグレー
ター２２のレンズエレメントの数を増やす代わりにいく
つかのレンズエレメントに光束ＬＢＩ、ＬＢ２の双方を
入射させて２次光源の数を増やし、レチクルＲ上に形成
される干渉縞がレチクルＲ上での照度分布の均一性を損
害しないようにしている。又、光束ＬＢＩ、ＬＢ２は互
いに異なる方向からオプティカルインテグレーター２２
に向けられているので、オプティカルインテグレーター
２２を介して、光束ＬＢＩ。

ＬＢ２の各々によりレチクルＲ上に形成されるコントラ
ストの弱い各干渉縞の位相は互いに異なる。従って、こ
れらの干渉縞により定まる光強度分布は平滑化されたも
のとなり、レヂクルＲ上での照度分布にあまり影響しな
い。

更に、本実施例では、クサビ型プリズム２１を回転させ
ることにより、光束ＬＢＩ、ＬＢ２のオプティカルイン
テグレーター２２に対する入射角と入射位置を変化させ
ているので、オプティカルインテグレーター２２の光入
射面上での光強度分布は、順次生じるいくつかの光強度
分布を重畳させた形になり、更に均一性が向上している
。この時、光束ＬＢＩ、ＬＢ２によりオプティカルイン
テグレーターの光射出面近傍に形成される２次光源の分
布（有効光源）も時々刻々と変化するので、２次光源の
数が実質的に増加することになる。

エキシマレーザ−１１はパルスレーザ−であるため、所
定の間隔でパルスレーザ−光を放射する。レチクルＲ上
の回路パターンでウェハＷのレジスト層を露光するのに
必要なパルス数をＭとすると、露光中にクサビ型プリズ
ム２１が回転し続けるとすれば、オプティカルインテグ
レーター２２の光入射面での光強度分布はＭ個の光強度
分布が重なり合った形になる。又、光束ＬＢＩＬＢ２に
より、１パルス当りＮ個の２次光源が形ティカルインチ
グレーター２２以降の光学系に関して詳しく説明する。

コンデンサレンズ２３は複数のレンズエレメントを光軸
に沿って設けたレンズアセンブリであり、オプティカル
インテグレーター２２の光射出面近傍に形成した多数個
の２次光源からの光束をレチクルＲ上へ向ける。多数個
の２次光源はコンデンサレンズ２３の光軸に垂直な面内
に分布しており、この面（２次光源形成面）とコンデン
サレンズ２３の光入射側（前側）主平面との間隔はコン
デンサレンズ２３の焦点距離と等しい。一方、コンデン
サレンズ２３の光射出側（後側）主平面とレチクルＲと
の間隔間もコンデンサレンズ２３の焦点距離と等しくな
るように設定しである。このような構成において、多数
個の２次光源からの各光束はコンデンサレンズ２３によ
り平行光束にされ、レヂクルＲ上で互いに効率良く重ね
合せられる。この時のレチクルＲ上の照度分布は、第２
１ 図（Ｅ）に示すように、均一である。

投影レンズ系２４も、複数のレンズエレメントを光軸に
沿フて設けたレンズアセンブリであり、レチクルＲの回
路パターン面とウェハＷの被露光面とを光学的に共役に
する。本実施例では、投影レンズ系２１が１１５の縮小
倍率でレチクルＲの回路パターン像をウェハＷ上に形成
するよう設定しである。投影レンズ系２４の入射瞳（不
図示）は、オプティカルインテグレーター２２の光射出
面近傍の２次光源形成面と光学的に共役であり、ウェハ
Ｗは、レチクルＲと同しように、ケーラー照明される。

又、オプティカルインテグレーター２２の光入射面とレ
チクルＲの回路パターン面が光学的に共役になるように
、オプティカルインチグレータ２２とコンデンサレンズ
２３が構成されている。

本実施例の照明装置では、光源として空間的コヒーレン
ジイーが小さなエキシマレーザ−１１を用い、光学系２
０により、オプティカルインテグレーター２２の光入射
面に、互いにインコヒーレ　２ ントな光束ＬＢ１．ＬＢ２を互いに異なる方向から入射
させて重畳しているため、オプティカルインテグレータ
ー２２の光射出面近傍に非常に多くの２次光源を形成で
き、しかも、オプティカルインテグレーター２２の光入
射面の強度分布を均にすることができる。従って、２次
光源が密に分布した有効光源を形成することが可能にな
り、レチクルＲの回路パターン面を良好に照明してレチ
クルＲの回路パターン像をウェハＷ上に正確に投影する
。

又、光学系２０は、エキシマレーザ−１１からのレーザ
ー光を振幅分割して複数個の光束を形成するので、レー
ザー光を波面分割するタイプの光学系に比べて、光学系
が小型になる。

回転可能なりサビ型プリズム２１の配置は、レーザー１
１とオプティカルインテグレーター２２とレチクルＲの
間に設けても良い。又、光学系２０内の光路中において
光束ＬＢＩやＬＢ２の回折損失が多い時には、アフォー
カルコンバーターなどの結像系を光路中に設けて、光束
ＬＢＩどＩＢ２を効率良くオブティカルインテグレタ−
２２まで伝送すると良い。この結像系は光学系２０を構
成する所定のエレメント光通過面同志を光学的に共役関
係にするように設ける。

本発明では、レーザーなどのコヒーレント光源からの光
束を振幅分割して複数個の光束を形成するが、この光束
の数は３個乃至２０個程度か好ましい。この範囲内に光
束数を定めることにより、光学系か比較的小型になり、
且つ有効光源も満足できるものか得られる。

又、本発明では、横モードの数が多い、空間的コヒーレ
ンジイーが小さなレーザーを用いるのか有効であり、横
モート数が１００以上のレーザ（とりわけエキシマレー
ザ−）を用いると効果的である。そして、このようなレ
ーザーを光源とした照明装置を、第１図に示したように
縮小投影型露光装置に適用することにより、極めて転写
性能が優れた露光装置を提供できる。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は第１図に示した装置の変形例を
示す説明図である。第１図に示した実施例では、説明を
容易にするために、光学系２０によるレーザー光の振幅
分割数を２個（光束ＬＢＩとＩＢ２）としていたが、本
実施例では、振幅分割数を４個とする場合の光学系２０
の構成に関して簡単に説明する。

第３図（Ａ）は、第１図におりる光学系２０１Ｊ）らレ
チクルＲに到る部分に対応する系のみを図示している。

ここでは、光学系２０をハーフミラ−ＨＭＩ　　ＨＭ２
　８Ｍ３とミラーＭ１．Ｍ２Ｍ３２Ｍ４．Ｍ５とクサビ
型プリズム１６１７、ＩＢ、１９と回転可能なりサビ型
プリズム２１とで構成している。不図示のレーザーから
射出したレーザー光ＬＢＯは、ハーフミラ−ＨＭｌ、Ｈ
Ｍ２，８Ｍ３とミラーＭｌ、Ｍ２．Ｍ３゜Ｍ４．Ｍ５か
ら成る系で４つの光束に振幅分割され、各光束が対応す
るクサビ型プリズム１６゜＋７．１８．１９に入射して
、クサビ型プリズム１６．１７，１８．１９から光束Ｌ
Ｂ１．ＬＢ２、ＩＢ３．ＩＢ４が射出する。これらの光
束ＬＢＩ　　ＩＢ２．ＩＢ３．ＩＢ４は互いにインク５ ヒーレントな光であり、クサビ型プリズム２１を通過し
てオプティカルインテグレーター２２の光入射面上で部
分的に重なり合う。

本実施例では、光束ＬＢＩ、ＬＢ２．ＬＢ３ＬＢ４の各
々が、オプティカルインチグレータ２２を成すレンズエ
レメントの内のいずれか４個のレンズエレメントに入射
するように設定してあり、ＬＢＩとＩＢ２、Ｌ１３１と
ＩＢ４、ＩＢ２とＩＢ３、ＩＢ３とＩＢ４が、オプティ
カルインテグレーター２２の光入射面上で互いに重なり
合う。

又、第３図（Ｂ）に示すように、光束ＬＢＩ。

ＩＢ２．ＩＢ３．ＩＢ４の断面強度分布は互いに異なり
、オプティカルインテグレーター２２の光入射面上にお
ける光強度分布が均一になるように且つレチクル上に各
光束により形成される干渉縞の位置が互いに異なるよう
に、光束ＬＢＩ、ＬＢ２、ＩＢ３．ＩＢ４がオプティカ
ルインテグレーター２２へ向けられる。

第４図は本発明のいくつかの実施例１〜７を示　６ ず表であり、振幅分割により形成された所定の（１個の
）光束が入射するオプティカルインテグレーターの一部
分の断面形状と、オプティカルインテグレーター全体の
断面形状と、オプティカルインテグレーターの光入射面
上での複数の光束の重なり具合と、１パルスのレーザー
光によりオプティカルインテグレーターの光射出面近傍
に形成できる有効光源（２次光源の分布）と、パルスの
レーザー光によりオプティカルインチグレータの光射出
面近傍に形成できる２次光源の数とが示されている。尚
、表中の実施例１は第３図（Ａ）、（Ｂ）で説明した装
置に対応している。

［発明の効果コ 以上、本発明によれば、レチクル、ウェハなどの被照明
面の照度分布を均一にするだけでなく、装置の光路中に
、多くの２次光源が分布した有効光源を形成できるので
、被照明面を良好に照明できる。従って、水装置により
レチクル、ウェハを照明するようにすれば、レチクルの
回路パターンを正確にウェハ上へ転写することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図。 第２図（Ａ）〜（Ｅ）は第１図に示す装置のレーザー光
の光路の断面とレチクル上での光強度分布を示すグラフ
図。 第３図（Ａ）、（Ｂ）は第１図に示す装置の変形例を示
す説明図。 第４図は本発明のいくつかの実施例を示す表。 １１・・・エキシマレーザ ２０・・・光束分割・インコヒーレント化光学系２１・
・・回転可能なりサビ型プリズム２２・・・オプティカ
ルインテグレータ２３・・・コンデンサーレンズ ２４・・・投影レンズ系 ２１０・・・プリズム駆動装置 Ｒ・・・レヂクル Ｗ・・・ウェハ （ハ） （ビ） （と：、ン ８３− （しン （’Ｅ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光源と、オプティカルインテグレー
   ターと、前記光源からの光束を複数個の光束に振幅分割
   し、該複数個の光束を互いにほぼインコヒーレントな光
   束に変換し、前記オプティカルインテグレーターの光入
   射面に互いに異なる方向から入射させて重畳せしめる光
   学手段と、前記オプティカルインテグレーターからの光
   束を被照明面に向ける光学系とを有することを特徴とす
   る照明装置。
2. （２）前記光学手段が前記複数個の光束を前記入射面上
   で揺動せしめる偏向手段を有する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。
3. （３）前記光学系が前記オプティカルインテグレーター
   からの光束を前記被照明面上で揺動せしめる偏向手段を
   有することをと特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の照明装 置。