JPH03215930A - 照明装置及びそれを用いた回路の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 木発明は照明装置に関し、特に半導体製造において可干
渉性の良い高輝度のレーザ等の光源を用いて被照射面で
ある電子回路等の微細パターンが形成されているマスク
面やレチクル面等を照明する際に光の干渉により生ずる
被照射面上の干渉縞による照明ムラを軽減し、均一なる
照明を行った照明装置に関するものである。

（従来の技術） 最近の半導体製造技術には電子回路の高集積化に伴い、
高密度の電子回路パターンが得られる超微細加工が可能
なリングラフイ技術か要求されている。

微細加工技術の中核をなす光学式露光方法はその形式を
コンタクト法、プロキシミティ法、ミラープロジェクシ
ョン法、そしてステッパー法とその方法を変えながら対
処してきた。現在既に１μｍ以下の微細パターンは光を
利用して容易にウエ八面上に形成されており、最近では
０．５μｍ以下のデザインルールに光を用い如何に対応
していくかが重要な課題となっている。１μｍ前後の解
像力から０．５μｍの解像力に至る微細加工技術の過程
においては光特有の種々な問題点か生じてくる。例えば
焦点深度が極めて浅くなってくるという問題点がある。

従来よりステッパーでは超高圧水銀灯より放射されるｇ
線（波長４３６ｎｍ）の光が用いられてきた。ｇ線は光
学レンズ用の硝材が無理なく使用出来る波長域の光とし
ての最も短い輝線スペクトルであり、又感光材であるフ
ォトレジストとのマッチングも良好である為、露光光と
して多用されている。

しかしながら０．５μｍ以下の細かい線幅の加工をｇ線
の光で達成する為には大きなＮ−Ａ　（開［コ数）を有
する投影光学系が必要となってくる。

般に投影光学系における解像力しは使用波長をλとした
とき比例定数ｋ１を用いて λ Ｌ″ｋ・　Ｎ−Ａ て示されることか知られている。一方焦点深度ＤＯＦは
比例定数ｋ２を用いて ？表わされる。これより例えば対象とする線幅Ｌに対し
て開口数Ｎ−Ａを決めるとし、開口数Ｎ−Ａが解像力Ｌ
と波長λにより一義的に決まってくるとすると焦点深度
ＤＯＦは ｋ２　Ｌ２ ＤＯＦ＝＋■・　■ ｋ，　　λ となる。即ち焦点深度ＤＯＦと波長λは互いに反比例の
関係となってくる。

最近では前述の比例定数ｋ，として０．７〜０．８、比
例定数ｋ２として０　５前後の値が用いられているが、
ｇ線の光を用いるとｋ，＝０　６、ｋ２＝０．５として
もレンジで１．５μｍと極めて浅い焦点深度しか許容さ
れない。

この為現在ではｇ線の波長より短波長の光を用いて焦点
深度を大きくすること、具体的には波長２４８ｎｍの光
を持つＫ，Ｆのエキシマレーザを用いた露光装置が種々
と提案されている。

この他、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザ等の高調波を用い
た短波長光源へのアプローチも種々な形で検討されてお
り、半導体製造用の露光装置に対して新しい分野を開く
ことが期待されている。

（発明が解決しようとする問題点） 露光装置としてエキシマレーザに代表される短波長用の
レーザ光源を用いた場合には従来の超高圧水銀灯を用い
た場合に比べ種々の特有の問題点が生してくる。例えば
それらの問題点を大別すると次の２項目に分けられる。

即ち （イ）コヒーレンスに伴う干渉によるスペックル（口）
発光がパルス点灯であること の要因に基づき被照射面の照度分布が不均一となってく
ることである。

露光装置の光源として前記レーザ光源の使用を可能とす
るにはこれらの問題点を解決しなければ高品位の結像（
高解像力）を得ることが出来ない。

本発明は前記２つの問題点を効果的に解決した半導体製
造用の露光装置に好適な照明装置の提供を目的とする。

次に前記２つの問題点について第２図に示す従来のエキ
シマレーザを用いた露光装置を例にとり説明する。

第２図においてエキシマレーザ１からの光束はビーム整
形光学系２で光束形状が変換されミラーＭ１を介し才ブ
ティカルインテグレータ３に導光される。そしてコンデ
ンサーレンズ４でオプティカルインテグレータ３からの
光束な揺動走査部５を介してレチクル面６に導光してい
る。

揺動走査部５は２つの回転ウエッジより成り、該回転ウ
エッジが形成するりサージュ図形によりレヂクル面６上
でレーザビームか走査されレーザ特有の干渉縞やスペッ
クルの消去を行フている。

そしてレチクル面６トのパターンを投影レンズ７により
ウエハ８面上に縮小投影している。ウエハ８はウエハー
チャック９に吸着されてＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動及びθ方
向やティルト等を行うステージ（不図示）上に載置され
ている。

オプティカルインテグレータ３はそれを構成する蝿の目
レンズ状の複数の微小レンズの各々の入射面に入射した
光束がレチクル面６全体に拡がるように構成されている
。即ちオブティカルインテクレータ３の入射面全体での
光強度分布が多少不均一であっても才プティカルインテ
グレータ３を構成する個々の縮小レンズについての光強
度分布は細かい領域に分割されている為、かなり緩和さ
れている。そして個別に緩和された光強度分布か更にレ
ヂクル面６上で才ブティカルインテクレータ３を構成す
る蝿の目レンズ状の複数の微小レンズの数たけ重なり合
うので全体として一様な光強度分布が得られる。これか
オプティカルインテグレータ３の光学的作用の特長であ
る。

しかしながらエキシマレーザを第２図に示す露光装置に
照明用として単純に用いると、レチクル面、ひいてはウ
エ八面で一様な照明分布を得るのが難しくなフてくる。

その一つの要因は結像系の性能を発揮させる九レーザの
コヒーレンスに対する要求が高まってきたことである。

現在石英のみの単一硝材で構成されたレンズ系を用いる
為に必要なレーザの発振波長の半値幅はエキシマレーザ
を用いたりソグラフィが提案されてきた当初の波長幅よ
り更に２桁小さい０．００３ｎｍ程度が要求されており
、レーザのコヒーレンスはその分だけ増大している。こ
の為、才プティカルインテグレータからの光をレチクル
面で単純に重ね合わせるとオプテイカルインテグレータ
相互の干渉による干渉縞か観察されたり、又途中の光路
の散乱によるスペックルの存在が顕著になってくる。こ
れが前述した問題点（イ）である。

この問題点（イ）に対して第２図に示す露光装置では回
転ウエッジ５によりビームの角度を時間的に変えること
により平均化して均一照明を行っているがコヒーレンス
が増大している為、この方法は必ずしも十分ではなかっ
た。

又、コヒーレンスを減らす目的で光をビーム整形光学系
２で拡大し、この光を分割し分割した光路に可干渉距離
以上の光路長差を持たせ、個々の分割したビームを１個
１個才プティカルインテグレー夕に選択的に入射させる
という手段も提案されているが、この方法は分割に伴う
光量損失が大きいという問題点があった。

次に前述の問題点（口）に対応する問題点は更に２つあ
る。そのうちの１つの問題点は回転ウエッジによるどー
ムずらしの効果が連続的でなく離散的に行われることで
ある。この為ビームずらしの重ね合わせの効果がかなり
減じさせられてしまう。

もう一つの問題点はエキシマレーザの発光原理そのもの
に伴う問題点である。エキシマレーザは般に紫外域で非
常に高いゲインを持つレーザと９ して知られている。ゲインか高いということは出力が高
いということの反面、簡単にレーザ発振してしまう為に
安定した出力モードが得にくいという難点がある。ゲイ
ンの低いレーザ、例えばＨｅＮａレーザではレーザ発振
を行う迄に光は何千回と共振器内を往復する。その為、
共振器内に奇麗な定在波モードが形成され、それらがＴ
ＥＭ００モード等という名称で呼ばれているのは周知の
通りである。

エキシマレーザでは発振が一種の雪崩れ現象に様に生じ
る為、非安定共振器といわれる状態でも発振することが
知られている。この為一回一回のパルス発振で出力がバ
ラックたけでなく、発光パターンの分布も異ってきてし
まう。雪崩れ現象的な発振原理を考えれば、この両者の
制御が難しいのは言うまでもない。

発振の出力の方は何パルスもの露光を重ねていき露光バ
スルの数をコントロールするということで制御可能であ
るが、一方発光パターンの方は甚だ問題である。何故な
らばオプティカルインテグ１　０ レータの光束の重ね合わせの光学的作用として説明した
ように重ね合わせて全体が−様になるということはオプ
テイカルインテグレータを構成するつの蝿の目レンズ状
の微小レンズを考えたとき、それに対して必ずベアにな
って逆の入射光分布を持つ蝿の目レンズ状の微小レンズ
の存在を仮定しているからである。この為の必要条件は
入射光分布がオプテイカルインテグレータ全体の入射面
で回転対称であるということになる。

第２図に示す露光装置ではレーザの発光分布が非対称に
なることに対しては何の対処もしておらず、その影響を
直接受けるという問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明の照明装置では、レーザ光源としての性質を利用
し、発生する干渉縞を制御することによって、即ちレー
ザ光源を用いたときに不可避的に発生する干渉縞に対し
て相補的な干渉縞をインコヒーレントな形で重ね合わせ
ることによって相殺し、これにより被照射面の照度分布
の均一化を１１ 図っていることを特徴としている。

更に本発明の照明装置ではより強く要求されている照度
分布の均一化を図る為にレーザビームの非対称分布を解
消すると共にインコヒーレント化を図りビームの対称性
を確保することにより照度分布のより一層の均一化を図
ったことを特徴としている。

本発明の照明装置の具体的な構成は、入射光束を光分割
面で少なくとも２つの光束に分岐した後、一方の光束を
光学部材を介して該光分割面に再導光し、他方の光束に
重ね合わせて射出させるようにした折り返し系を用いて
複数の互いにインコヒーレントな光束を形成し、該複数
の光束を被照射面に導光するようにしたことである。

特に木発明では、前記光分割面で分岐した一方の光束を
該光学部材を介して該光分割面に再導光するまでの光路
長差を該光束の可干渉距離よりも長くしたことを特徴と
している。

（実施例） 第１図は木発明の照明装置の一実施例の要部概１　２ 略図である。この装置は第２図で示したような半導体製
造用露光装置に適用される。もちろん他のレーザシステ
ムにも応用できる。

本実施例ではエキシマレーザ１から放射されたレーザ光
をビーム整形光学系２て光束形状を変形し、プリズム１
１３を介した後、平行平面板１１、ミラー１２、位相シ
フト板１１１、そしてミラー１３を有する後述する光学
的作用を有する第１の折り返し系３１を介し、次いでλ
／４板１６を通過させた後、第１の折り返し系３１と同
様の構成の第２の折り返し系３２を介し、ミラーＭ２で
反射させ才プテイカルインテグレータ３に入射させてい
る。モしてオブテイカルインテグレータ３からのレーザ
光をコンデンサーレンズ４により集光し、回転ウエッジ
より成る揺動走査部５を介して被照射面、例えばレチク
ル面（不図示）を均一な照度分布で照明している。

次に本実施例の照明装置の各要素の特長について説明す
る。

第３図（Ａ）は第１図の折り返し系（以下単に１　３ 「系」という場合もある。）３１の光学的作用を示す説
明図である。尚、同図では位相シフト板１１１は必要に
応じて用いれば良い為省略している。

一般に発光するレーザ光はある偏光性を有している。そ
の為レーザ木体より射出するレーザ光に位相板やフレネ
ルロム等の手段を適用することにより射出するレーザ光
をランダム或いは円偏光に代表されるような所定の偏光
方向を持つレーザ光に変換することができる。

第３図（Ａ）に示す実施例ではこのような状態のレーザ
光Ｌを平行平面板１１に所定の角度で入射させている。

同図において平行平面板１１の表面１１ａには多層膜が
施されており、レーザ光Ｌを所定の角度で入射させるこ
とにより反射光をＳ偏光のレーザ光とし、透過光をＰ偏
光のレーザ光となるようにしている。表面１１ａを透過
するＰ偏光のレーザ光は平行平面板１１の反射防止膜が
施された裏面１ｌｂを光量損失が殆んどない状態で透過
する。

１　４ 次いてこのレーザ光を２つのミラー１２．１３で順に反
射させ平行平面板１１に再度裏面ｆｌｂ側から元のレー
ザ光ＬのＳ偏光の反射レーザ光と光束中心が同じ位置１
１ｃで、かつ同方向に伝播するように戻している。この
とき平行平面板１１を透過する際もＰ偏光のレーザ光と
なっているから反射防止膜の作用で表面反射による光量
損失は殆んどない。従って透過光は２つのミラー１２，
１３の反射率による光量損失のみとなる。

同図においては入射角固定で単波長のみを対象とすれば
良いのでこのときの光量損失は多層膜を利用することに
より、一般には殆んど無視できる程度に小さくすること
かできる。この結果、本実施例では折り返し系３１に入
射したレーザ光を光量損失が殆んどない状態で２つの偏
光成分のレーザ光に分岐した後再結合し、所定方向に導
光することができる。

本実施例において注目すべき事項は次の如く３つある。

（工）２つの偏光成分のレーザ光の偏光方向が互１　５ いに直交していること （ＩＩ）２つの偏光成分のレーザ光の光路長差は可干渉
距離以上にすることが容易であること（ＩＩＩ）ミラー
での反′転により光強度分布がＳ偏光のレーザ光とＰ偏
光のレーザ光で入れ変っていること このうち要件（Ｉ），（ＩＴ）は２つの偏光成分のレー
ザ光が干渉しないことに寄与している。

要件（Ｉ）の偏光方向の直交性は干渉条件の緩和と共に
後続する光学系とのマッチングをとる意味でも重要であ
る。又折り返し系３１から射出する２つの偏光したレー
ザ光の強度比を１：１に保つべく折り返し系に入射する
レーザ光に合せて光学系の偏光状態を予め調整しておく
のか良い。

要件（ＩＩ）のレーザ光の光路長差は干渉性を防ぐ為に
必要な条件である。発振スペクトルの半値幅をΔλ、中
心波長をん。とじたとき、可干渉距離の目途はλ。′／
Δλで示される。Ｈ．，Ｎ．，レーザ等のレーザのキャ
ビティ長の周期に依存して出てくる様な弱い高次の干渉
項を除く為にも要件１　６ （Ｉ）との組み合わせは有効である。

要件（ＩＩＩ）はレーザ光の対称性の整形の為のもので
ある。これは同図の一点鎖線で示したレーザ光Ｌ２と点
線で示したレーザ光Ｌ３の入れ替わりによって示されて
いる。即ち、同図に示す各要素を通過させることによっ
て一方向に対するレーザ光の対称性を改善している。

第３図（Ｂ）．（Ｃ）は本発明に係る折り返し系３１の
他の一実施例の要部概略図である。

第３図（Ｂ）の折り返し系３１は同図（Ａ）の各要素を
単一のプリズムブロック１４より構成したものである。

プリズムブロック１４の内面反射の回数が偶数回であれ
ばプリズムブロック１４の表面１４ａで直接反射したレ
ーザ光とプリズムブロック１４の内部反射面１４ｂ，１
４ｃで反射したレーザ光が互いに対称性を補うような形
で重なり合わせることができる。

第３図（Ｃ）の折り返し系３１は同図（Ａ）と同図（Ｂ
）の折衷型の一例である。

般に第１の面に入射するレーザ光が偏光的に１　７ 等方的な性質を持っている場合はレーザ光をそのまま入
射させれば良い。又直線偏光型のレーザ光を用いる場合
にはλ／４板を光路中に挿入して偏光を等方的にしても
良いし、又入射時Ｓ偏光とＰ偏光が１＝１の強度になる
様に偏光方向を４５０にセットする様にしても良い。こ
の様にすることにより第３図（Ａ＞　，　（Ｂ）　，　
（Ｃ）において折り返し系３１から射出する２つの偏光
成分のレーザ光の強度比を１：１とすることができる。

第３図（Ａ）　，　（Ｂ）　．　（Ｃ）に示す折り返し
系３１はレーザ光の一方向のみへの折り返しによる対称
性を改善している。レーザ光全体の対称性を図る為には
もう一方向の対称性の改善が必要である。

第４図は第３図（Ａ）に示す折り返し系３１（第１の折
り返し系）にそれと同様の折り返し系を第２の折り返し
系３２として第１の折り返し系３１とは直交する方向に
つなげて配置した一実施例の概略図である。

第４図においては第１の折り返し系３１と第２の折り返
し系３２を互いに直交する方向に、例え１　８ ばＸ方向とｙ方向に折り返し、これによりレーザ光全体
の対称性を改善している。

今、第１の折り返し系３１での２つのレーザ光束の光路
長差をＯＰＤＩ．第２の折り返し系３２で形成される２
つのレーザ光束の光路長差をＯＰＤ２とすると、第２の
折り返し系３２を射出した時、射出光束には第１〜第４
の光束の４つの種類の光束が存在している。

ここで第１の光束を第１及び第２の折り返し系の両方で
表面反射した光束とすると第２の光束は第１の系で表面
反射せず、第２の系の表面反射した光で第１の光束に対
し光路長差ＯＰＤ　１、第３の光束は第１の系で表面反
射し、第２の系で表面反射しなかった光で第１の光束に
対し光路長差ＯＰＤ２、第４の光束は第１及び第２の系
で共に表面反射しなかった光で第１の光束に対し光路長
差（ＯＰＤ　１　＋ＯＰＤ２）たけ光路長差かついてい
ることになる。

これらが相互に干渉しない為には光路長差ＯＰＤ２とＯ
ＰＤＩが可干渉距離より大きい距離１　９ たけの差があることが必要である。これには例えば ＯＰＤ２　　　＝　　　２０ＰＤ１ という関係が成立しておれば良いことになる。

第３図の折り返し系３１を２つ互いに直交方向に折り返
そうという場合には偏光方向の取扱いに注意が必要であ
る。そのまま第３図の折り返し系を２つ連げると第１の
折り返し系３１でのＰ偏光が第２の折り返し系３２でＳ
偏光となり、第１の折り返し系３１てのＳ偏光か第２の
折り返し系３２でＰ偏光となり、先に記述した例で言う
と第１の光束と第４の光束の２つしか発生しないことに
なる。この為に第１の折り返し系３１と第２の折り返し
系３２の間にλ／４板、又はλ／４板に相当する素子、
例えばフレネルロミ（　Ｆｒｅｓｎｅｌｒｏｍｂ　）を
入れて各直線偏光成分を円偏光化するか又はλ／２板を
挿入して各直線偏光の偏光方向を４５°回転させること
が必要である。第４図に示す系ではλ／４板１６を挿入
している。

第３図の折り返し系を用いた別の実施形とじて２　０ は第１の折り返し系から射出したレーザ光をλ／４板や
λ／２板等の特殊な偏光素子を必ずしも用いることなく
、最初の折り返し方向に対して４５０をなす方向に順々
に折り返して行く折り返し系に入射させる方法がある。

この場合には次の折り返し系の平行平面板１１に入射す
るレーザ光のＰ成分偏光とＳ成分偏光か第１の折り返し
系で分割された２つの光束のＰ成分とＳ成分の偏光方向
が４５度であることより各々１：１の強度で混合するこ
となり都合が良い。勿論λ／４板やλ／２板を挿入して
同様の効果を得ることも可能である。

このようにして４５度ずつ傾けた４個の折り返しを行う
ことによりレーザ光は２’＝１６個の互いにインコヒー
レントな光源に分割され、しかもトータルとしては極め
て対称度の良いビームプロファイルを得ることができる
。１６個の光束はそのどの２つのベアをとっても互いの
光路長差は可干渉距離以上に離れていることは言うまで
も無い。これはｎ番目の折り返し系によって形成され２
１ る２つの光束の光路長差をＯＰＤｎとした時、例えば ＯＰＤｎ　　　＝　　　２””　　ＯＰＤＩとすること
により容易に達成することかできる。

但し、光路長差ＯＰＤｎの値があまり大きくなる時は光
路長差ＯＰＤＩの値と可干渉距離との関係より小さな値
を選ぶことが可能な場合もある。

この様な波面の振幅或いは偏光分割による分離合成法は
基本的に極めて光量損失の少ないビームの対称整形法で
ある。従来の波面分割法等で生じるエッジ部での光量損
失は０であり、光量損失となる部分はビームスプリッタ
ー等の膜による部分のみである。又ビーム自体のトータ
ルとしてのコヒーレンスが小さくなっている為、スペッ
クルの発生がかなり小さくなるという特長を有している
。

以上が本発明によるレーザ光のビーム形状対称比及びイ
ンコヒーレント比の基本的な原理である。エキシマレー
ザ等のレーザ光源を用いた露光装置では更にこれに微小
変形を付け加えた方が有２　２ 利な場合がある。

例えば第３図の折り返し系３１を第５図に示すように後
述する蝿の目レンズの影響を減らす為、２つのレーザ光
５１．５２の射出角を僅かに不致にすることである。

このように２つの光束の射出角度を変えて構成すると光
束か伝播するに従い序々に別れてくる。

この為複数の折り返し系を重ねて構成すると光束か大き
くズレてくる。このような場合には第６図に示すように
１つ１つの折り返し系３１．３２をリレー系２５を用い
てつないで構成するのが良い。

第５図の折り返し系３１ａで２つのビーム５１．５２の
中心光線が平行平面板１１の表面１１ａで交わる点を１
７ａとし、次の折り返し系での同様の交わる点を１７ｂ
としたときリレー系２５は第７図に示すように構成する
のが良い。

点１７ａと点１７ｂは基木的に共軛の関係となるのでリ
レー系２５の役割の１つは点線で示した結像を確保する
ことである。

２　３ 方、個々の折り返し系は原則的には平行光で構成されて
いる為に、実際の光束は実線で示した様に一たん集光さ
れ、又もとの平行先に戻される。この際、問題となるの
は集光点１８の存在である。光源としてエキシマレーザ
を用いた場合、エキシマレーザは非常に強度が強い為、
空気中で集光するとその集光点では電界の集中の為、空
気の絶縁破壊が起こり、空中に火花が飛ぶことが観察さ
れる。この為、第７図のリレー系２５ではリレーレンズ
１９ａ，１９ｂの間の光路中に真空チャンバー２１を設
けて集光点１８をその中に配置し、光束か真空チャンバ
ーの窓２０を通して次の折り返し系へ導く様に構成して
いる。このような構成を用いると、レーザービームの集
光点は真空である為、何も存在せず非線型な吸収現象か
らフリーとなる。

第７図のリレー系２５はリレーシステムの基本形を示し
たものであり、第５図に示すような折り返し系３１ａを
２つ９０度回転させて構成した装置にはこのリレー系の
一部にλ／４板を挿入配置２　４ している。

本実施例では以上のようにしてレーザ光のビームプロフ
ァイルを改善し、コヒーレント性を低下させ、次いで第
１図に示すようにオブテイカルインテグレータ３に入射
させている。

このとき第５図で示すように分割した２つの光束に射出
角度差かついている系を用いるときは点１７ａに相当す
る位置にオプテイカルインテグレータ全体の中心が合致
するようにリレー系を構成している。又分割した２つの
光束に射出角度差をつけない系を用いるときは光束の中
心が才プティカルインテグレータ全体の中心と合致する
ように構成している。

木発明の特徴のもう一つの点はオブテイカルインテグレ
ータで不可避的に発生する干渉縞を軽減することにある
。干渉縞の軽減には幾つかの種類があるが、要はインコ
ヒーレントに種々の縞を重ね合わせその平均化効果を利
用して干渉縞を消すのか一般的である。

第２図で示す揺動走査法には時間的にその重ね２　５ 合わせを行う方式であるが、この方法は多くの時間を要
する為に実用的な観点からはこれに更に空間的なコヒー
レンスの除去をつけ加えることが望ましい。空間的なコ
ヒーレンスの除去は折り返し光学系を用いることによっ
て行われてはいるが、個々のビームはオブティカルイン
テグレータを通過することによって才ブティカルインテ
クレータ特有のピッチでの干渉縞なレチクル面に形成す
る。

本発明での特徴の一つは空間的なコヒーレンスの除去の
為、前述した折り返し系のもう一つの特性を利用するこ
とである。即ち、今迄説明してきた折り返し系は２つの
光束を重ね合わせていた。

このベアとなる光束は分割されて光路長差をつけられる
部分を除いて全く同一の光学素子を通るという共通性が
ある。この為、この２つの光束がレヂクル面に形成する
干渉縞は相似である。２つの光束がレチクル上に作る干
渉縞の位相を半ピッチずらし、両者か互いに相補う様な
形で重なり合わせるとレチクル面での照度分布の均−性
に対し大２　６ 変に好都合である。既に述べた様に互いに重なり合う２
つの光束は光路長的な意味でも偏光的な意味でも２重に
インコヒーレントな条件となっているので２つの干渉縞
は互いにインコヒーレントに重なり合う。

又、初期のレーザの出力の強度分布のプロファイルの対
称性が悪い場合は第８図に示すように第３図の折り返し
系３１を２重に用いて一たんビームを整形した後、イン
コヒーレント化の為の折り返しをしても良い。この時の
構成としては第３図（Ａ）の折り返し系を用いる場合と
第５図の折り返し系を用いる場合、或いは両者を混合し
て用いる場合等種々の組み合わせが可能である。

干渉縞の位相をずらす方法としては幾つかの方法がある
。本発明においては第１の方法として複数個の光束を斜
入射させて位置をずらして重ね合わせて干渉縞を除去す
る方法を用いている。

第９図はこの第１の方法の斜入射法での干渉縞の除去の
状況を示す説明図である。同図では簡単２　７ の為に才ブティカルインテグレータ３を構成する蝿の目
レンズとして２つの微少レンズ３ａ，３ｂに２方向から
光束が入射する場合を示している。

そして照明系としては最も簡単な構成とし、微少レンズ
３ａ，３ｂから射出した光束かコンデンサーレンズ４を
介してレヂクル而６を照明する場合を示している。微少
レンズ３ａ，３ｂを介した第１の光束によりレチクル面
６に形成される干渉縞を実線６ａ、第２の光束により作
られる干渉縞を破線６ｂとすると、実線６ａと破線６ｂ
は互いの山と谷が重なり合う様にして相互に補い合い全
体として均一な照度分布をレヂクル而６上、ひいては光
学的に等価面であるウエ八面」二に形成することができ
る。

この様な光束の角度ズレは第５図に示されるような折り
返し系３１ａで作り出されている。従って折り返し系で
の２つのビームの角度ズレは照明を行う面−トで山と谷
が相補的な関係となる様に予めセットされることになる
。干渉縞のピッチは蝿の目レンズの微少レンズの大きさ
やコリメータレ２　８ ンズ系等により設計的に計算される量なので、与えるべ
き角度ズレは計算をして求めることが可能である。

第９図の照明系では一次元的な場合を例に説明したが実
際のレチクル面は二次元的な拡がりを持っている。従っ
て角度ズレは少なくともＸ方向とｙ方向の２方向以上の
自由度を持っていることが良い。その為に本発明では第
６図に示すように複数の折り返し系を組み合わせて構成
している。

次に第２の方法としては蝿の目レンズの所で位相分布を
作ってしまう方法である。

第１０図はこのときの光学的原理の説明図である。照明
系の基本的構成は第９図に示す照明系と同じであるが同
図では第１の光と第２の光が同じ角度で入ってくる点が
異っている。ここで第１の光と第２の光で違うのは第１
の光が微少レンズ３ａ，３ｂの入射面３Ｃの所で作る位
相分布と第２の光が入射面３Ｃの所で作る位相分布であ
る。第１０図に示すように第１の光が微少レンズ２　９ ３ａ，３ｂの入射面３ｃの所で一様な位相分布を持って
いるとした時、第２の光の位相分布は丁度半分の所から
１８０°位相が変化する様な形成のものとする。レチク
ル面６上の中心Ａ点で考えた時、第１の光が作る微少レ
ンズの相互の干渉縞が強め合う条件であるとすれば第２
の光が作る微少レンズの相互の干渉縞は干渉する一方の
位相が１８０°ずれているので今度は弱め合う条件とな
る。従フて第１の光の干渉縞と第２の光の干渉縞は相補
的な関係となり両者が重なり合うことによってレチクル
面６、即ちウェハ面での光の−様性は大幅に改善される
。

この様な１８０°の位相シフトは第３図（Ａ），（Ｂ）
　，　（Ｃ）等に示したインコヒーレント化のモジュー
ルの中に位相をシフトする様な蒸着膜のついた位相差付
与手段を挿入すれば良い。

第１１図（Ａ）　，　（Ｂ）　，　（Ｃ）は各々このと
きの位相差付与手段１１１を有した折り返し系３１ｂを
示す概略図である。

第１１図（Ａ）　，　（Ｂ）は第３図（Ａ）の折り返し
系３　０ に位相差付与手段として位相シフ１〜板１１１を挿入し
たものである。第３図（Ａ）の折り返し系にこの位相シ
フト板１１１の機能と対称比の機能を兼用させられる位
ビームの形が対称であれば、第１１図（Ａ）　，　（Ｂ
）の形が位相分布で干渉縞を作る場合の基本形となる。

対称比と位相シフトの機能を兼用できない位ビームの強
度分布のプロファイルが悪い場合は第８図の２段目の折
り返し系にこの位相シフ１・板１１１を入れて第１２図
の様にしたものを基本ユニットとしても良い。

第１１図（Ａ）　，　（Ｂ）において位相シフト板１１
１は例えば第１３図（Ａ）の様に平行平面板１１２の板
の上に蒸着膜で段差をつけて構成してもよい。図中、斜
線を施した所が蒸着膜である。

第１３図（Ａ）では両面に反射防止膜がついているが左
側の面の下側の部分１１２ｂは反射防止膜の上にｄ＝λ
／　｛２　（ｎ−１）　｝　　（ｎ　；膜の屈折率、ｄ
；膜の厚さ、λ：露光波長）だけ厚く膜が付けられてい
る。

この為上側の部分１１２ａを透過した光と下側３１ の部分１１２ｂを透過した光は位相が１８０°異なるこ
とになる。又、膜で位相差を作る代りに第１３図（Ｂ）
に示す様に平行平面板１１２をエッヂングして１８０°
即ちλ／２の位相差がつくようにし、その上に反射防止
膜をつけても良い。

第１１図（Ｃ）の実施例は折り返し系を構成するプリズ
ムブロック１５に直接この様な位相をつける手段を付加
したものである。

第１１図（Ａ）〜（Ｃ’）に示したインコヒーレント化
ユニットは第１の干渉縞の除去法と同じく２次元的に干
渉縞の発生を押えるべくやはり位相をシフトさせる境界
を２次元的に組み合わせて構成される。例えば第１１図
の折り返し系３１ｂを第４図に示した様に２段階に組み
合わせる時は、２つの位相シフト板１１１が各折り返し
系に１つずつ挿入される。この時、第１の位相シフト板
の境界と第２の位相シフト板の境界は等価的に直交する
様な形でセットされることが好ましい。更に蝿の目レン
ズの構成にもよるがその等価的な交点３　２ が蝿の目レンズユニット全体の光学的な中心近傍にある
と望ましい。この場合、更にこの境界線の方向と蝿の目
レンズの構成方向が合致していると更に望ましい。

又、位相シフト板の境界線は第１３図に示した様に単純
な線で構成する様なものだけてなく、例えば蝿の目レン
ズの構成要素をなぞった直線群で構成する等種々の変形
も適用可能である。

第１図はこの様に種々の変形が考えられる中から構成し
た１つの代表的な一実施例である。

第１１図（Ａ）の位相シフト板１１１を採用し、折り返
し系３１．３２を２段で構成することによって才プティ
カルインテグレータ３に照明光を導いている。又第１図
の照明系では更に位相シフト法たけでは干渉縞、或いは
スペックルの除去が難しい場合も考えて揺動走査部５を
配置した場合を示している。照度分布の均一性に対する
要求が低い場合にはこの揺動走査部５の設置は必ずしも
必要では無い。

又、Ｘ方向は位相シフト板１１１、ｙ方向け角３　３ 度をずらす方法といった組み合わせも適用可能である。

本発明において光のインコヒーレント化を図る為の折り
返し系を複数個、組み合わせる際、必要に応して第７図
に示すリレー系２５を用いれば、それらはどのように組
み合わせても本発明の目的を達成することができる。

第７図のリレー系２５は特に２つの光束の射出角度が異
なる場合や位相シフト板１１１を用いる場合にも有効で
ある。

又、蝿の目レンズ状の微少レンズの１個１個の境界と位
相シフト板の境界との対比が第７図のリレー系２５がな
くても十分つくのであれば第７図のリレー系２５は不要
である。又インコヒーレント化を達成する為の光束間の
光路長のつけ方をＯＰＤｎ＝２”　　−ＯＰＤＩ としたが、逆に光路長差ＯＰＤＩを最も大きい光路長差
として Ｏ　Ｐ　Ｄ　ｎ　＝　Ｏ　Ｐ　Ｄ　１　／　２°−１と
することも可能である。この場合、光路長差３　４ ＯＰＤｎはコヒーレント長より長くする必要がある。又
２ｎ−１を３°−Ｉ又は他の値にしても良く、要はどの
光の光路長差をとってもコヒーレンス長以上であれば良
い。

（発明の効果） 本発明によればコヒーレンスの高い光源、例えばレーザ
からの光を前述の構成の折り返し系を介することにより
容易にインコヒーレント化することができ、又レーザ光
自体の発光の不均一性を容易に補正すると共に、例えば
エキシマレーザのようなパルスレーザにおいては１個１
個のパルス光に対して不均一性と干渉縞の補正を行うこ
とができ、被照射面」一の照度分布の均一性をより改善
することができる照明装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を半導体製造用の露光装置に適用したと
きの一実施例の要部概略図、第２図は従来の露光装置の
概略図、第３図（Ａ）　．　（Ｂ）　，　（Ｃ）は木発
明に係る折り返し系の説明図、第４図は本発明３　５ に係る折り返し系を２つ２次元的に重ねた説明図、第５
図は本発明に係る折り返し系の他の−実施例の概略図、
第６図は本発明に係る２つの折り返し系をリレー系でつ
ないだ一実施例の説明図、第７図は本発明に係るリレー
系の説明図、第８図は本発明に係る折り返し系を２つ用
いた系の説明図、第９，第１０図は被照射面における照
度分布の説明図、第１１図（Ａ）　，　（Ｂ）　，　（
Ｃ）は木発明に係る折り返し系に位相シフト板を用いた
説明図、第１２図は位相シフト板を用いた木発明に係る
折り返し系の説明図、第１３図（八）　，　（Ｂ）は本
発明に係る位相シフト板の説明図である。 図中、１はエキシマレーザ、２はビーム整形光学系、３
は才プティカルインテグレータ、４はコンデンサーレン
ズ、５は揺動走査部、６は被照射面（レチクル面）、７
は投影レンズ、８はエウハ、９はウエハステージ、１１
は光分割器、１２．１３はミラー、３１，３２，３１ａ
，３１ｂは折り返し系、１１１は位相差付与手段、１６
はλ／４板、２５はリレーレンズである。 ３　６

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光束を光分割面で少なくとも２つの光束に分
   岐した後、一方の光束を光学部材を介して該光分割面に
   再導光し、他方の光束に重ね合わせて射出させるように
   した折り返し系を用いて複数の互いにインコヒーレント
   な光束を形成し、該複数の光束を被照射面に導光するよ
   うにしたことを特徴とする照明装置。
2. （２）前記折り返し系を複数個用いたことを特徴とする
   請求項１記載の照明装置。
3. （３）前記光分割面で分岐した一方の光束を該光学部材
   を介して該光分割面に再導光するまでの光路長差を該光
   束の可干渉距離よりも長くしたことを特徴とする請求項
   ２記載の照明装置。
4. （４）前記光分割面を偏光ビームスプリッターより構成
   したことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
5. （５）前記光分割面で重ね合わされる２つの光束は互い
   に異なる方向に伝播していることを特徴とする請求項３
   記載の照明装置。
6. （６）前記光分割面で重ね合わされるまでの一方の光束
   の光路中に位相差付与部材を配置し、該光束のうちの約
   半分の光束の位相を残り半分の光束の位相より約半波長
   ずらしたことを特徴とする請求項３記載の照明装置。