JPH04196280A - 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、半導体露光装置等に用いる照明装置に関する
ものである。

従来の技術 近年・エキシマレーザが半導体露光装置の光源として盛
んに利用されるようになってきた。エキシマレーザ光の
ような短波長な光を扱うことができる光学材料は限られ
るため、波長の帯域幅の色収差を補正するのは極めて困
難であり、レーザの波長の帯域幅を数ｐｍ程度に狭くし
て使用するのが一般的である。しかし、波長の帯域幅を
狭くすると、スペックルの発生を招くため、これを消滅
するための手段が必要になる。

このスペックルを消滅させるためには、例えば、特開昭
５９−２２６３１７号公報に記載されているように、光
源を相互的インコヒーレントにしなければならない。以
下、図面を参照しながらエキシマレーザ光を半導体露光
装置の光源に用いてスペックルを消滅させるようにした
従来例について説明するＯ 第４図（ａ）は従来の照明装置を示す構成図、第４図（
ａ）および（Ｃ）は上記従来例におけるスポット光の走
査の様子を示す斜視図である。

第４図（ａ）において、１０１はエキシマレーザ、１０
２は２次元のスキャン光学系、１０３は走査面、１０４
はコヒ−レンヌ゛、１０５ははえの目しンス゛、１０６
はコンデンサーレンズ、１０７は投影レンズ、１０８は
レチクル、１０９はウェハである。

以上の構成において、エキシマレーザ１０１を射出した
エキシマレーザ光は、スキャン光学系１０２で走査面１
０３上を２次元的にスキャンされ、コリメータレンズ１
０４を通り、はえの目レンズ１０５０入射面１０５ａに
導かれる。干渉性の高いエキシマレーザ光を露光光とし
て用いる場合、スペックルが生じるため、コヒーレンス
を下げる必要がある。

このため、エキシマレーザ光が２次元スキャン光学系１
０２により走査面１０３で第４図（ｂ）に示す軌跡のよ
うにスキャンされ、第４図（Ｃ）に示すように、はえの
目レンズ１０５の射出瞳１０５ｂに走査面１０３と相似
形状の軌跡でスポット隊が走査され、マルチスクリーン
化され、はえの目レンズ１０５等の光学系の収差の存在
によりインコヒーレントとなり、しかも、拡大された光
源面が形成される。

そして、コンデンサーレンズ１０６によりレチクル１０
９を照明し、レチクル１０９上のパターンを投影レンズ
１０７によりウェハ１１０上に投影することができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような従来例の構成では、実際にエキシ
マレーザ光を露光装置の光計として用いる場合、エキシ
マレーザ１０１から射出したエキシマレーザ光のビーム
形状が長方形であるため、ヒームを成形するだめの光学
系と、この光学系にエキシマレーザ光を導くだめの入射
光学系が必要となる。また、露光装置の入射光学系にエ
キシマレーザ光を導くだめの光学系も必要になり、最終
的に投影レンズ１０７に入射させるために数十枚の光学
素子を介さなければならないことになり、光源のエネル
ギーの利用効率が低下する。また、上記光学素子の反射
率や屈折率が空間的に一様でなければ、照明むらを生じ
る。更に、エキシマレーザ光のような短波長な光を扱う
光学素子はそのコストが極めて高いのが現状である。こ
のため、入射光学系やビーム成形素子に使用される光学
素子を一枚でも少なくしなければならないという問題を
廟していた。

また、上記従来の構成では、スペックルを消滅させるた
めに、揺動ミラー等でエキシマレーザ光を二次元的にス
キャンさせなければならない。そのため、露光領域を均
一に照明するためには、エキシマレーザ１０１を最低、
数１００回発光させなければならない。このため、ヌル
−プツトの向上に制約があるという問題を有していた。

本発明は、上記のよう寿従来技術の問題を解決するもの
であり、照明光としてエキシマレーザ光を用いながら、
複雑なビーム成形素子を含む入射光学系を要することな
く、簡単な構成でスペックルが生じない高効率、高スル
ープツトな照明を行うことができるようにした照明装置
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するだめの本発明の技術的解決手段は、
エキシマレーザ光源と、入射面側がエキシマレーザ光の
ビーム形状と相似形となり、射出面側が円形と々るよう
に変形された光ファイバ束と、この光ファイバ束の入射
面側と上記エキシマレーザ光源との間に配置され、エキ
シマレーザ光を散乱させる拡散板と、上記光ファイバ束
の途中に設けられ、エキシマレーザ光の一部を遅延させ
る遅延手段と、上記光ファイバ束の射出側から射出され
るエキシマレーザ光を均一化する均質化手段と、上記均
質化手段により均一化されたエキシマレーザ光を被照明
物上に集光するコンデサーレンズとを備えたものである
。

そして、上記均質化手段を複数用い、エキシマレーザ光
を上記均質化手段に導く光ファイバ束の射出側を複数本
に分岐することができる。

捷た、上記遅延手段は、一部の長さをエキシマレーザ光
のコヒーレント長以上異にする光ファイバ束と、この光
ファイバ束の開口数に合わせてエキシマレーザ光を集光
するレンズとから構成し、または変形された光ファイバ
束の途中の一部の長さをエキシマレーザ光のコヒーレン
ト長以上異ならせるように形成することができる。また
、上記均質化手段は変形された光ファイバ束から射出し
たエキシマレーザ光を平行光にするレンズと、エキシマ
レーザ光を多重化するはえの目レンズとから構成するこ
とができる。

作　　　　用 したがって、本発明によれば、エキシマレーザ光源から
射出したエキツマレーザ光を拡散板により拡げ、変形し
た光ファイバ束の入射側に入射させ、その途中で遅延手
段によりエキシマレーザ光の一部をそのコヒーレント長
程度遅延させてコヒーレンシイヲ低下させ、このコヒー
レンシイの低下したエキシマレーザ光を光ファイバ束の
射出側から均質化手段に射出して均一化させ、コンデン
サーレンズにより被照明物上に集光させる。このように
、干渉性が強く、スペックルが発生しやすいエキシマレ
ーザ光を用いても従来のような複雑なヒーム成形素子を
含む入射光学系に代えて変形した光ファイバ束を用いる
と共に、エキシマレーザ光の一部を遅延させる遅延手段
を組み合わせて用いることにより、スペックルの原因と
なる複雑な二次元のスキャン光学系を用いることなく、
エキシマレーザが持つコヒーレンシイを低下させること
ができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における照明装置を示す全体
の概略構成図、第２図（ａ）は上記実施例に用いる遅延
手段の一例を示す概略説明図、第２図（ｂ）はその射出
側の端面図、第３図は上記実施例に用いる変形された光
ファイバ束を示す説明図である。

第１図において、１は照明光源であるパルス発光のエキ
シマレーザであり、波長を狭帯域化したエキシマレーザ
光（ＫｒＦ、波長２４８ｎｍ、帯域幅３ｐｍ）　　が射
出される。２はエキシマレーザ１から射出されるエキシ
マレーザ光の光量分布を均一化する拡散板であシ、例え
ば、厚さ２ｍｍの石英の擦りガラスで作られている。３
は均一化されたエキシマレーザ光を導くだめの光ファイ
バ束であり、第３図に示すように、入射側と射出側とで
全体形状が異なるように光ファイバが組み合わされ、変
形されたものが用いられ、入射側がエキシマレーザ１の
ヒーム形状と相似形の細長い矩形形状に形成され、射出
側が円形に形成され、射出側が必要νて応じて複数本（
図示例では３本）の光ファイバ束３′に分岐されている
。４は変形された光ファイバ束３の途中に設けられ、エ
キシマレーザ光の一部を遅延させる遅延手段であり、第
２図（ａ）に示すように、光ファイバ束３の変形側から
射出したエキシマレーザ光をレンズ５で光ファイバ束６
の開口数に合わせるように集光させて入射させるように
なっている。光ファイバ束６の一部（約半分）６ａ　が
ランダムに抽出されてエキシマレーザ光のコヒーレント
長以上に延長され、エキシマレーザ光の一部を遅延させ
るようになっており、この遅延させる一部の光ファイバ
束６ａが遅延させない他の一部の光ファイバ束６ｂと再
びランダムに統合されている。したがって、光ファイバ
束６の射出側では第２図（ｂ）に示すように、遅延させ
る光ファイバ（斜線で示す）　６ａと、遅延させない光
ファイバ（白抜きで示す）６ｂ　とが混在している。

遅延手段４から射出したエキシマレーザ光は上記のよう
に分岐された光ファイバ束３′により３台の露光装置に
導かれる。各光ファイバ束３′は遅延手段４から射出し
たエキシマレーザ光を後述する均質化手段に導くために
、この均質化手段に最適となるよう上記のように円形形
状に形成されている。

第１図において、７は光ファイバ束３から拡がりを持っ
て射出されたエキシマレーザ光を平行光にするレンズ、
８は光ファイバ束３により導かれたエキシマレーザ光を
多重化するはえの目レンズであり、これらレンズ７とは
えの目レンズ８とによシエキシマレーザ光を空間的に一
様化する均質化手段が構成されている。９は均質化手段
により空間的に一様にされたエキシマレーザ光を集光す
るコンデンサーレンズ、１０ハコンデンサーレンズ９に
より照明されるレチクル、１１はレチクル１０のパター
ンをウェハ１２に投影する投影レンズである。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

エキシマレーザ１から波長を狭帯域化したエキシマレー
ザ光（ＫｒＦ、波長２４８ｎｍ、帯域幅３ｐｍ）を射出
する。この指向性の強いエキシマレーザ光を拡散板２で
散乱させて拡げ、光量分布を均一化し、入射側を密着さ
せ、若しくはわずかに離して配置した紫外光用の光ファ
イバ束３に入射させる。

この光ファイバ束３はその入射側がエキシマレーザ光の
ヒーム形状に合わせて細長い矩形形状となるように光フ
ァイバを組み合わせ、しかも、上記拡散板２でエキシマ
レーザ光を拡げて光ファイバ束３の開口数を補うことに
より、エキシマレーザ光を効率よく光フアイバ束３内に
導くことができる。コノ光ファイバ束３に導いたエキシ
マレーザ光の一部はその途中に設けた遅延手段４により
エキシマレーザ光のコヒーレント長程度の光路差を与え
て遅延させる。遅延手段４は上記のように光ファイバ束
６の一部６ａをエキシマレーザ光のコヒーレント長程度
延長し、変形光ファイバ束３から射出したエキシマレー
ザ光のコヒーレンシイを低下させ、スペックル発生を抑
制する。エキシマレーザ１のコヒーレント長ｅは、下記
（１）式のようになる。

ただし、Ｃは光束、△Ｗは角周波数幅である。

したがって、上記値以上、光ファイバ束６ａ、６ｂの長
さに差を与えれば良い。

このように、上記従来例のように二次元スキャン系を用
いることなく、エキシマレーザ光の空間的時間的コヒー
レントイを低下させることができるので、スペックルの
発生を抑制することができる。このコヒーレンシイが低
下したエキシマレーザ光を分岐した各光ファイバ束３の
射出側の円形形状部分から射出させ、レンズ７により平
行光にし、はえの目レンズ８に入射させて多重化を行い
、均一化する。このはえの目レンズ８においても光学収
差の存在によりコヒーレントなエキシマレーザ光をイン
コヒーレントにすることができる。そして、コンデンサ
ーレンズ９によりレチクル１０を一様に照明し、レチク
ル１０上のパターンを投影レンズ１１によりウェハ１２
上に投影する。光ファイバの透過率は６０数パーセント
であり、従来のヒーム成型素子を含む入射光学系と同等
、あるいはそれ以上に効率よくエキシマレーザ光を投影
レンズ１１に導くことができる。

上記第１の実施例では、変形した光ファイバ束３の途中
に遅延手段４を挿入しているが、レンズ５を設けること
なく、変形した光ファイバ束３の途中で、その光ファイ
バ束３の一部をエキシマレーザ光のコヒーレント長以上
に延長させた後、他の一部とランダムに統合して時間的
空間的コヒーレントイを低下させ、その変形した光ファ
イバ束３から射出したエキシマレーザ光を直接、均質化
手段に導くようにすることができる。この場合において
も光ファイバ束３の射出側を上記第１の実施例と同様に
複数の露光装置に対して分岐することができる。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、エキシマレーザ光源
から射出したエキシマレーザ光を拡散板により拡げ、変
形した光ファイバ束の入射側に入射させ、その途中で遅
延手段によりエキシマレーザ光の一部を遅延させてコヒ
ーレンシイを低下させ、このコヒーレンシイの低下した
エキシマレーザ光を光ファイバ束の射出側から均質化手
段に射出して均一化させ、コンデンサーレンズにより被
照明物上に集光させる。このように、干渉性が強く、ス
ペックルが発生しやすいエキシマレーザ光を用いても、
従来のような複雑なビーム成形素子を含む入射光学系に
代えて変形した光ファイバ束を用いると共に、エキシマ
レーザ光の一部を遅延させる遅延手段を組み合わせて用
いることにより、スペックルの原因となる複雑な二次元
のスキャン光学系を用いることなく、エキシマレーザが
持つコヒーレンシイを低下させることができる。

したがって、スペックルが生じない高効率、高スループ
ツトな照明を行うことができる。

まだ、分岐型変形光ファイバ束を用いることによシーつ
のエキシマレーザ光源で複数の照明を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における照明装置を示す全体
の概略構成図、第２図（ａ）は上記実施例に用いる遅延
手段の一例を示す概略説明図、第２図（ｂ）はその射出
側の端面図、第３図は上記実施例に用いる変形された光
ファイバ束を示す説明図、第４図（ａ）は従来の照明装
置を示す構成図、第４図（ｂ）および（りは上記従来例
におけるスポット光の走査の様子を示す斜視図である。 １　エキシマレーザ、２・・・拡散板、３・・変形した
光ファイバ束、３′−・・分岐した光ファイバ束、４・
・遅延手段、５・・レンズ、６　・光ファイバ束、７・
・・Ｌ／７ス、８・・・はえの目レンズ、９・・・コン
テンサーレンズ、１０・　レチクル、１１・・　投影レ
ンズ、１２−　　ウェハ。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　　明　ほか２名第１
図 ′　　　ｌ１７′Ｌハ 第２図 第３図 第４図 （践）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）エキシマレーザ光源と、入射面側がエキシマレー
   ザ光のビーム形状と相似形となり、射出面側が円形とな
   るように変形された光ファイバ束と、この光ファイバ束
   の入射面側と上記エキシマレーザ光源との間に配置され
   、エキシマレーザ光を散乱させる拡散板と、上記光ファ
   イバ束の途中に設けられ、エキシマレーザ光の一部を遅
   延させる遅延手段と、上記光ファイバ束の射出側から射
   出されるエキシマレーザ光を均一化する均質化手段と、
   上記均質化手段により均一化されたエキシマレーザ光を
   被照明物上に集光するコンデンサーレンズとを備えた照
   明装置。
2. （２）均質化手段が複数用いられ、エキシマレーザ光を
   上記均質化手段に導く光ファイバ束の射出側が複数本に
   分岐された請求項１記載の照明装置。
3. （３）遅延手段が、一部の長さをエキシマレーザ光のコ
   ヒーレント長以上異にする光ファイバ束と、この光ファ
   イバ束の開口数に合わせてエキシマレーザ光を集光する
   レンズとから成る請求項１または２記載の照明装置。
4. （４）遅延手段が、変形された光ファイバ束の途中の一
   部の長さをエキシマレーザ光のコヒーレント長以上異な
   らせるように形成された請求項１または２記載の照明装
   置。
5. （５）均質化手段が変形された光ファイバ束から射出し
   たエキシマレーザ光を平行光にするレンズと、エキシマ
   レーザ光を多重化するはえの目レンズとから成る請求項
   １ないし４のいずれかに記載の照明装置。