JPH07297111A - 露光照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便かつ安価な構成で露光光源の条件を満足
する光で照明することができる露光照明装置の提供を目
的とする。 【構成】 照明光学系内の再集光光学系１に散乱状態を
変化させる動的散乱板２を配し駆動部４、例えばモータ
４ｂの回転動作等に応じて動的散乱板２の散乱状態を変
化させ、再集光部３でこの動的散乱板２からの散乱光を
照明光学系の動的散乱板２に戻して集光した光を再利用
する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光光源からの出射光
を照明光学系により露光部に供給して被露光対象を照明
する露光照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から露光装置には、様々な露光に関
する条件が要求されている。例えば、露光装置は、使用
する光源の光学特性として単色性に優れ、かつ可干渉性
を持たない光が求められている。また、この露光装置の
出射光が、短波長の光であると、高解像度の露光パター
ンにも対応した露光を行うことができるので、出射光の
短波長化が進められてきている。さらに、露光装置の高
スループット化を達成するために、露光装置は、高出力
であることが要求される。

【０００３】これらの条件を満足する露光光源として
は、例えばエキシマレーザがある。このエキシマレーザ
は、現在、次世代の半導体露光装置の光源に本命と言わ
れて期待されている光源である。エキシマレーザは、単
色性及び指向性に優れていると共に、多モード発振のコ
ヒーレンシーの低いレーザ光を出射する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エキシマレ
ーザは、このレーザ発生装置自体が大型である。実際に
このエキシマレーザを発生させるためには、冷却水等の
大きなスペースをとる設備の必要性や頻繁な危険性の高
いガス及び部品等の交換の必要性が知られている。これ
らの点から、露光装置の設置から実際的な運用・保守の
面をも含めて多大なコストがかかることも知られてい
る。

【０００５】このような設備、運用及び保守のコストを
抑えることができる露光光源を検討してみると、例えば
アルゴンレーザ、色素レーザ及び固体レーザの高調波に
よるレーザが露光光源として挙げられる。この露光光源
が、短波長のレーザ光を出力するので、露光装置は、高
解像度にも対応させることができる。しかしながら、こ
れらのレーザ光は、露光光源の条件として挙げた条件の
一つである可干渉性が高い。このため、露光装置の光源
としては不適当なものとされている。

【０００６】従って、この露光光源の可干渉性を改善す
れば、特に、光電変換効率が高く狭スペクトルで可干渉
性の高い半導体レーザの高調波でも用いることができる
ようになる。そこで、可干渉性を改善するため、露光装
置は、回転する散乱板を光路中に設けている。回転する
散乱板は、コヒーレントなレーザ光を透過させることに
より疑似的に熱輻射光と同じようにインコヒーレントな
光に変換できることが知られている。

【０００７】このように光路中に回転する散乱板を配設
すると、露光光源の可干渉性は改善することができる。
しかしながら、回転する散乱板を透過する透過光は、散
乱板による損失が大きいため、散乱板からのインコヒー
レントな透過光光量は少なくなる。このため、入射光光
量に対するインコヒーレントな透過光光量を出力する効
率は低くなってしまう。

【０００８】これに対して、インコヒーレントな透過光
光量を多くすると、この透過光の強度分布は中心付近が
強く、いわゆるホットスポットと呼ばれる状態になり、
照明における光の強度分布が不均一になる。この光強度
分布を均一にするために各種の手法が提案されてきてい
るが、複雑な光学系が必要になる。この他にも、例えば
レーザ光の横モードの変動や個体差を吸収するため、露
光装置にはこれらの調整用の調整機構も必要である。

【０００９】また、上述した散乱板による光の散乱が不
十分な場合、透過光量は増加するが、可干渉性も増加し
てしまう。このような露光光源の改善方法では、露光光
源からの出射光に対する散乱板による散乱効果と散乱板
への入射光量に対する透過光量で表される光の利用効率
とは、互いにトレードオフの関係になっていることが判
る。

【００１０】そこで、本発明は、上述したような実情に
鑑みてなされたものであり、簡便かつ安価な構成で露光
光源の条件を満足する光で照明することができる露光照
明装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光照明装
置は、上述した課題を解決するために、光源からの出射
光を露光部に導く照明光学系を有する露光照明装置にお
いて、光源と露光部間の光路中に配され、散乱状態が変
化する動的散乱板と、この動的散乱板からの散乱光を照
明光学系に戻して集光する再集光部とを有することを特
徴としている。

【００１２】ここで、動的散乱板は、照明光学系の一対
のレンズの入射光側のレンズによりビーム径が絞り込ま
れる位置に配している。

【００１３】露光照明装置の再集光部は、動的散乱板に
対して相前後する位置に配された一対のレンズの少なく
とも一方のレンズに出射光の有効光路範囲外に反射膜を
設けている。また、再集光部としては、一対のハーフミ
ラーを共振型配置としたり、積分球を用いてもよい。こ
の積分球には、積分球の一部分を動的散乱媒体で置き換
えてもよい。

【００１４】上記動的散乱板の散乱状態の変化は、例え
ば動的散乱媒体をモータで回転させても可能であるが、
このモータの代わりに動的散乱板を振動させるトランス
デューサを動的散乱板上に設けてもよい。

【００１５】また、照明光学系には、この照明光学系の
光路長を光軸方向に時間的に変化させる光路長可変部を
設ける。この光路長可変部には、光路長可変部への入射
光に対する屈折率を電気的、力学的または磁気的な効果
を用いて光路長を可変制御できる媒質が用いられてい
る。光路長可変部は、例えば光路の方向を変えるための
折り返しのミラー部に圧電素子を取り付けたものや照明
光学系中のレンズを光軸方向に微小に変化させてもよ
い。この光路長可変部を有する照明光学系には、必要に
応じて再集光部を有する光学系と組み合わせてもよい。

【００１６】

【作用】本発明に係る露光照明装置では、照明光学系内
に散乱状態を変化させる動的散乱板を配し、例えば駆動
部の動作に応じて動的散乱板の散乱状態を変化させ、再
集光部でこの動的散乱板からの散乱光を照明光学系に戻
して集光して再利用することにより、ビーム断面の各点
に対してランダムな散乱を与えてビームの空間的・時間
的な強度、位相及び偏光方向に対して平均化を行い、可
干渉性を有するコヒーレントな光を疑似的な熱輻射光と
同様のインコヒーレント光に変換すると共に、変換され
たインコヒーレント光の光利用効率を高めている。

【００１７】動的散乱板は、照明光学系の一対のレンズ
の入射光側のレンズによりビーム径が絞り込まれる位置
に配して、動的散乱板による空間的な平均化を行ってい
る。この位置に配された動的散乱媒体を駆動部の駆動に
応じて例えば回転させることにより、時間的に干渉縞の
光強度分布が移動しビームの各点の光強度分布が時間的
に平均化される。

【００１８】再集光部は、動的散乱板に対して相前後す
る位置に配された一対のレンズの少なくとも一方のレン
ズに出射光の有効光路範囲外に反射膜を設けて再集光す
ることにより、集光を容易にして集光効率を上げると共
に、変換されたインコヒーレント光の光利用効率を高め
ている。

【００１９】再集光部として一対のハーフミラーを共振
型配置とすることにより、例えば密着露光を行う場合に
再集光部の構成を簡潔な構成にしている。

【００２０】再集光部に積分球を設けることにより、積
分球からの出射光の光強度分布を均一にする。

【００２１】動的散乱板を変化させる駆動部として動的
散乱板を振動させるトランスデューサを動的散乱板上に
設けることにより、従来の動的散乱板を回転させた場合
と同じビームの空間的・時間的な強度、位相及び偏光方
向に対する平均化を行いながら、装置構成を小型にし、
制御の自由度を得ている。

【００２２】照明光学系には、この照明光学系の光路長
を光軸方向に時間的に変化させる光路長可変部を設け
て、露光像上のスペックルをキャリブレーションして干
渉縞の平均化を行っている。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係る露光照明装置の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。ここで、本発明
では、可干渉性の高い光源でも用いることができる構成
にしているので、多種多用なレーザを露光光源として使
用する。特に、実施例では、光電変換効率が高く、狭ス
ペクトルで可干渉性の高い半導体レーザを露光光源とし
て用いている。

【００２４】この半導体レーザは、励起個体レーザにお
ける単モード高調波を用いる。励起個体レーザには、Ｎ
ｄ；ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ₄ 等があり、出射されるレ
ーザ光の第４、第５高調波を用いる。

【００２５】第１の実施例における露光照明装置の光学
系は、例えば図１に示すように、再集光光学系１を一部
に有している。この再集光光学系１の一部には、基本的
に、レーザ光源と露光部間の光路中に一対のレンズ群と
して集光レンズ１ａと、コレクタレンズ１ｂと、この集
光レンズ１ａとコレクタレンズ１ｂとの間に駆動部４の
動作に応じて動く動的散乱板２と、動的散乱板２からの
散乱光を照明光学系１に戻して集光する再集光部３を有
している。

【００２６】動的散乱板２は、再集光光学系１の一対の
レンズの入射光側のレンズ、すなわち上記集光レンズ１
ａによりレーザ光のビーム径が絞り込まれる位置に配さ
れている。この動的散乱板２は、例えば動的散乱板２を
回転させるため、動的散乱板２の回転中心位置に回転軸
４ａが取り付けられている。回転軸４ａは、モータ４ｂ
からの回転駆動力によって回転する。駆動部４は、この
ように構成されている。

【００２７】集光レンズ１ａは、この集光レンズ１ａに
入射される平行光を動的散乱板２に収束させる。動的散
乱板２は、集光された光を散乱し、透過させている。コ
レクタレンズ１ｂには、この動的散乱板２からの透過光
が入射する。

【００２８】このコレクタレンズ１ｂには、例えば予め
設定した有効出射光光路以外の領域にミラーコーティン
グが反射膜として施されている。このミラーコーティン
グが施されたコレクタレンズ１ｂが再集光部３に対応し
ている。コレクタレンズ１ｂは、ミラーコーティングさ
れた領域で動的散乱板２から散乱された入射光を反射し
て再び動的散乱板２へと向かわせ、動的散乱板２上に焦
点を結ぶ。動的散乱板２上では、再び再集光した光が散
乱される。この散乱・再集光の過程を繰り返しながら、
コレクタレンズ１ｂは、ミラーコーティングしていない
領域から動的散乱板２で散乱された光を平行光にして出
射する。

【００２９】このコレクタレンズ１ｂに設けた再集光部
３により、動的散乱板２からの散乱光の散乱範囲をある
程度狭めて、この散乱光の再集光を容易にしている。ま
た、再集光部３は、後述する動的散乱板２の効果をビー
ム全体に亘って均一にし、動的散乱板２の移動、振動等
の速度・帯域に対する効果を向上させる。しかしなが
ら、上述したように再集光された光が動的散乱板２上に
焦点を結ぶことは、必ずしも必要な要件ではない。再集
光部３の目的は、コレクタレンズ１ｂの位置に焦点を置
いて集光率を上げ、動的散乱板２上のビーム径を広げ
て、露光照明の空間分布を不均一にする大きな要因であ
るいわゆる“ホットスポット”を弱めること等にある。

【００３０】次に、動的散乱板２は、ビーム断面の各点
に対してランダムな散乱を与え、このビームが有する空
間的・時間的な光強度・位相・偏光方向についての平均
化を行い、入射するコヒーレントな光から疑似的な熱輻
射光（インコヒーレント光）への変換を可能にするため
の散乱部材である。この動的散乱板２を配して入射光を
散乱して出射させることにより、入射光に対して空間的
な平均を行っている。さらに、この動的散乱板２を駆動
部４によって回転させると、動的散乱板２は、時間的に
干渉縞の光強度分布を移動させ、ビームの各点が平均化
される。

【００３１】このように構成して動作させることによ
り、従来のいわゆる“ホットスポット”現象、すなわち
入射光に対する散乱が不十分なとき、動的散乱板２から
の透過光が増え、この散乱の影響が少ないために生じる
レンズの光軸近傍付近の光強度分布が強くなる現象を抑
えることができる。

【００３２】また、再集光部３を設けて散乱光を再集光
して有効出射光領域からインコヒーレント光を出射させ
ることにより、従来の散乱光の増加に応じて増加する露
光照明の光量損失分を抑えて、入射光量に対する出射光
量を増加させることで、光の利用効率を高めることがで
きる。この動的散乱板２と再集光部３との間で散乱光の
反射を繰り返すことにより、繰り返し動的散乱板２上で
散乱され、この両者間を往復した光が重ね合わされるこ
とによって、コレクタレンズ１ｂからの出射光を空間的
・時間的なスペックルを低減させることができる。結果
として、カップリング効率の向上と散乱光量の増加を同
時に実現させることができる。

【００３３】次に、この第１の実施例に対する変形例に
ついて図２〜図５を参照しながら説明する。ここで、図
１と共通する部分に同じ参照番号を付して説明を省略す
る。第１の変形例として露光照明装置の再集光光学系
は、例えば図２に示すように、再集光部３として２つの
凹面鏡３ａ、３ｂを一組設けている。凹面鏡３ａ、３ｂ
は、それぞれ凹面鏡の中心部に貫通口が形成されてい
る。この凹面鏡３ａ、３ｂの貫通口の大きさは、それぞ
れ集光レンズ１ａへの入射光断面積とコレクタレンズ１
ｂからの出射光断面積にして散乱光量の損失が最小にな
るよう配設している。このように再集光部３は、散乱光
量を空間的に妨げることがないように配設されている。

【００３４】このように構成することにより、コレクタ
レンズ１ｂからの出射光のコヒーレンシーを低下させる
と共に、散乱光の損失を極力抑えて入射光の利用効率を
高めることができる。

【００３５】第２の変形例の再集光光学系には、例えば
図３に示すように、集光レンズ１ａの入射光側、コレク
タレンズ１ｂの出射光側にミラーコーティングが施され
ている。ミラーコーティング領域は、それぞれ集光レン
ズ１ａへの入射光断面積とコレクタレンズ１ｂからの出
射光断面積に相当する部分以外の領域にしている。この
領域が、それぞれ再集光部３のミラー部３Ａ、３Ｂであ
る。

【００３６】このように構成することにより、コレクタ
レンズ１ｂからの出射光のコヒーレンシーを低下させ、
散乱光の損失を極力抑えて入射光の利用効率を高めると
共に、光学系の構成を簡略化させることができる。

【００３７】第３の変形例の再集光光学系は、例えば図
４に示すように、動的散乱板２の前側、すなわち集光レ
ンズ１ａの入射光側だけにミラー部３Ａを設けた例を示
している。このように集光レンズ１ａ側にだけ再集光部
３を設けても散乱光の損失を抑えて入射光の利用効率を
高めると共に、コレクタレンズ１ｂからの出射光のコヒ
ーレンシーを低下させ、光学系の構成をより一層簡略化
させることができる。この再集光光学系でもカップリン
グ効率を十分にとることができる。図１の構成から明か
なように、再集光部３の構成は、動的散乱板２の前後に
１つ以上設けるとよいことが判る。

【００３８】第４の変形例の再集光光学系は、戻り光ノ
イズ等の問題も生じないあるいはコレクタレンズを用い
る必要のない密着露光を行う場合、例えば図５に示す光
学系にするとよい。この光学系は、露光光量に必要な散
乱光量を出射させる透過率を有するハーフミラー３Ｃ、
３Ｄを設けている。このハーフミラー３Ｃ、３Ｄは、互
いにミラー部を対向させてレーザ光源からの入射光を共
振させる共振型の光学系の要素である。再集光部３がミ
ラーコーティングされた集光レンズ１ａ及びコレクタレ
ンズ１ｂを設ける代わりにこのハーフミラー３Ｃ、３Ｄ
を設けることにより、散乱光の損失を抑えて入射光の利
用効率を高めると共に、ハーフミラー３Ｄからの出射光
のコヒーレンシーを低下させ、光学系の構成を簡略化さ
せることができる。

【００３９】つぎに、本発明の露光照明装置の光学系に
おける第２の実施例について図５を参照しながら説明す
る。この第２の実施例でも第１の実施例と共通する部分
に同じ参照番号を付して説明を省略する。

【００４０】第２の実施例に用いられている露光照明系
の一部は、図３に示した第１の実施例の第２の変形例の
場合と同じ光学系の構成を用いている。すなわち、この
構成は、集光レンズ１ａとコレクタレンズ１ｂの間に動
的散乱板２を配している。集光レンズ１ａの入射光側と
コレクタレンズ１ｂの出射光側にはミラーコーティング
されたミラー部３Ａ、３Ｂが施されている。ミラー部３
Ａ、３Ｂは、各レンズのそれぞれ入射光と出射光を損失
なくことのないような領域にだけミラーコーティング処
理が行われている。

【００４１】ただし、動的散乱板２として振動板２ａを
用いている。この動的散乱板２により各点に対するビー
ムの時間的な平均化を行う方法は、第１の実施例では駆
動部４のモータ４ｂによって回転させていたが、この実
施例では超音波をこの動的散乱板２の代わりに振動板２
ａを用い、振動板２ａの内部あるいはその表面を伝搬さ
せる方法を用いている。

【００４２】この振動板２には、信号源４ｃからの信号
に応じて振動板２ａを振動させるトランスデューサ４ｄ
が配設されている。トランスデューサ４ｄからの超音波
の振動が振動板板２に伝えられると、振動板２は、表面
に微小な凸凹を形成される。この微小な凸凹によって入
射光が散乱させられる。この散乱光がミラー部３Ａ、３
Ｂで反射されることを繰り返しながら、コレクタレンズ
１ｂからインコヒーレント光が出射される。

【００４３】なお、トランスデューサ４ｄには、信号源
４ｃから信号を供給する構成を示したが、トランスデュ
ーサ４ｄに電源を供給する電源部と接続する構成にして
もよい。

【００４４】この構成により、光学系の構成は、第１の
実施例の場合に比べて駆動部４の構成を小型化すること
ができ、駆動部４内のトランスデューサ４ｄの制御を容
易化し制御の自由度を獲得することができる。

【００４５】つぎに、本発明の露光照明装置の光学系に
おける第３の実施例について図７を参照しながら説明す
る。この第３の実施例の光学系には、積分球３Ｅを用い
る。積分球３Ｅは、入射光のビームを収束させるために
集光レンズ１ａが一部の壁面に配設される。また、積分
球３Ｅには、集光レンズ１ａが配設された位置を考慮
し、複数回の反射が行われた後に入射光が積分球３Ｅか
ら出射されるような位置にコレクタレンズ１ｂを設けて
いる。

【００４６】このように積分球３Ｅを用いて積分球内部
での複数回の反射によって出射光の強度分布を均一にす
ることができる。他の光学素子を用いることなく、光学
系の構成を簡略化させることができる。また、コヒーレ
ントな入射光が様々な光路を経てくる光の重ね合わせに
よる光として出射されるため、入射光の時間的なコヒー
レンシーも低下させることができる。

【００４７】なお、この積分球３Ｅの一部壁面に例えば
駆動部４のモータ４ｂにより回転する動的散乱板２を配
設する組合せを行ってもよい。

【００４８】つぎに、本発明の露光照明装置のより具体
的な構成について図８〜図１０を参照しながら説明す
る。図８及び図９の構成は、縮小露光系の構成図を示し
ている。縮小露光系の露光照明装置は、例えば図８を参
照しながら説明すると、レーザ光源１０と、コリメータ
レンズ１１と、予備的なビーム整形部１２と、コヒーレ
ント光をインコヒーレント光に変換するスペックル除去
部１３と、ミラー１４、１６の間に配されているビーム
整形部１５と、コンデンサレン１７と、露光パターンが
形成されているレティクル１８と、縮小レンズ１９と、
ウェ ハ２０を載置するステージ２１とを有している。

【００４９】レーザ光源１０は、スペックル除去部１３
を照明光学系内に配設しているため、光源の空間的・時
間的なコヒーレンシーを制御できるので、露光光源とし
て可干渉性を有する光源でも使用することができる。従
来における縮小露光系の露光照明装置では、多モード発
振のコヒーレンシーの低いエキシマレーザが用いられる
が、このエキシマレーザには、設備・保守面等に難があ
った。本実施例によれば、このエキシマレーザにおける
難点を持たない半導体レーザが、エキシマレーザの代わ
りに縮小露光系の露光照明装置の露光光源として使用で
きることになる。このように多種多様なレーザ光を露光
光源として使用する中で、特に、光電変換効率が高く、
狭スペクトルで可干渉性の高い励起固体レーザの単モー
ド高調波のレーザが有効である。縮小露光系の露光照明
装置は、設備・保守面に要するコスト等を低減させるこ
とができる。

【００５０】レーザ光源１０から出射されたレーザ光が
コリメータレンズ１１に入射する。コリメータレンズ１
１は、このレーザ光を平行光にして予備的なビーム整形
部１２に送る。

【００５１】予備的なビーム整形部１２は、アナモルフ
ィクプリズムやシリンドリカルレンズ等で構成されアス
ペクト比の改善を行う。この予備的なビーム整形部１２
を経た光がスペックル除去部１３に入射する。

【００５２】スペックル除去部１３は、入射光を収束さ
せる集光レンズ１ａと、駆動部４のモータ４ｂによって
回転する動的散乱板２と、動的散乱板２による散乱光を
再集光させる凹面鏡３ａと、動的散乱板２からの透過光
を平行光にして出射するコレクタレンズ１ｂとを有す
る。

【００５３】スペックル除去部１３の動的散乱板２によ
る散乱で空間的なコヒーレンシーの低下が図られてい
る。また、この動的散乱板２を回転させることにより、
時間的に干渉縞の光強度分布を移動させることによって
各点での光量が平均化される。この動的散乱板２からの
散乱光が動的散乱板２と凹面鏡３ａの間を往復させるこ
とによっても空間的・時間的な光の重ね合わせが行われ
てレーザ光のコヒーレンシーを低下させる。凹面鏡３ａ
を設けることにより、散乱光の利用効率を高めることが
でき、この散乱光量を増やしてもいわゆる“ホットスポ
ット”の発生を抑えることができる。

【００５４】スペックル除去部１３は、コヒーレントな
入射光をインコヒーレント光にしてコレクタレンズ１ｂ
から例えば時計回り方向に４５゜傾斜配置されているミ
ラー１４に出射する。ミラー１４は、このスペックル除
去部１３からの出射光の光路をミラー面で９０゜反射さ
せて曲げている。ミラー１４は、このように９０゜光路
を曲げてビーム整形部１５にビームを供給する。

【００５５】ビーム整形部１５は、例えばフライアイレ
ンズのような光学部品で構成されている。ビーム整形部
１５は、ビームの光強度分布を矩形分布に変換してミラ
ー１６に出射する。

【００５６】ミラー１６は、反時計回り方向に４５゜傾
斜配置されている。ミラー１６は、ブーム整形部１５か
らの出射光の光路をミラー面で９０゜反射させてコンデ
ンサレンズ１７の方向に曲げている。コンデンサレンズ
１７は、光強度が矩形分布のインコヒーレントな入射光
をレティクル１８に露光照明光として照射する。レティ
クル１８に形成されている露光パターンに応じた透過光
が縮小レンズ１９に供給される。

【００５７】縮小レンズ１９は、レティクル１８が有す
る縮小像をウェ ハ２０上に結像させる。ウェ ハ２０の表
面に感光剤であるレジストが塗布されているため、この
縮小像によってレティクル１８の露光パターンがウェ ハ
２０上に形成される。

【００５８】このように構成することにより、露光にお
けるスペックルを除去して均一な露光照明をウェ ハに照
射することができる。また、レーザ光源がエキシマレー
ザの構成に比べて小さくできるので、露光照明装置の小
型化及び簡易化を達成することができる。

【００５９】散乱によって失われていた光も有効利用で
きるようになることから、光源の光出力が少なくても露
光部のウェ ハを支障なく露光照明することができる。

【００６０】図８に示した露光照明装置の構成に図示し
ないが光軸方向のスキャニングを行う光学部品移動部を
設けた変形例について図９を参照しながら説明する。こ
の光学部品移動部としては、例えば図９の圧電素子２
２、２３が一例に挙げられる。光学部品移動部は、この
照明光学系の光路中の光路長を時間的に変化させること
になる。これによって、レティクル１８からウェ ハ２０
の結像面までの距離と結像関係を保ったまま、レーザ光
源１０から結像面までの距離を変化させることによっ
て、ウェ ハ２０の結像面上のスペックルをキャリブレー
ションすることができる。この光学部品移動部を干渉縞
平均化手段とすることができる。

【００６１】この図９に示した変形例では、光路を折り
返すミラー１４、１６にそれぞれ圧電素子２２、２３を
配設し、印加電圧に応じてミラー面に垂直方向に増減す
ることにより、一体的に配設されているミラー１４、１
６をそれぞれ矢印ａ、ｂ方向に移動させる。これによ
り、露光照明装置は光路長を変化させている。

【００６２】干渉縞平均化手段としては、圧電素子だけ
に限定されるものでなく、例えばビーム整形部１５のよ
うな部材の屈折率を電気的、力学的及び磁気的な手段を
用いて変化させることが可能な媒質を用いて光路長を変
化させることもできる。また、図９に示すように、照明
光学系内のレンズ、すなわちコリメータレンズ１１、集
光レンズ１ａ、コレクタレンズ１ｂ、コンデンサレンズ
１７を光軸（すなわち図９の矢印ｃ）方向に微小にキャ
リブレーションすることによっても光路長を変化させる
ことができる。

【００６３】このように構成することにより、従来の光
軸方向に垂直な面内方向で行っていたキャリブレーショ
ンに比べて光軸方向の微小変化でキャリブレーションを
行うことができるので、光学系の面内面積を小型化する
ことができる。また、従来の面内スキャニングでは、照
明光学系中の像面と共役な位置に存在する微小な埃の影
響を取り除くことができなかったが、上述した方式を用
いることによって露光照明装置は、微小な埃の影響を低
減させることができる。

【００６４】最後に、本発明の露光照明装置を密着露光
系に適用した際の構成について図１０を参照しながら説
明する。この密着露光系の露光照明装置は、図８に示し
た縮小露光系の露光照明装置に比べてみると、縮小レン
ズ１９がなく、レティクル１８とウェ ハ２０が密着して
配設されていることを特徴としている。

【００６５】簡単に照明光学系について説明すると、こ
の露光照明装置は、レーザ光源１０から光束をコリメー
タレンズ１１に出射する。コリメータレンズ１１で平行
光にされた光束が予備的なビーム整形部１２によりアス
ペクト比の改善を受けてスペックル除去部１３の集光レ
ンズ１ａに入射される。この集光レンズ１ａは、入射光
を動的散乱板としての振動板２ａに集光する。

【００６６】振動板２ａには、信号源４ｃから供給され
る信号に応じて微小振動を伝搬させるトランスデューサ
４ｄが配設されている。この振動板２ａは、トランスデ
ューサ４ｄにより供給される例えば超音波の微小振動に
よって振動する。この振動板２ａの振動によって振動板
２ａからの出射光は、散乱を受ける。この散乱光がコレ
クタレンズ１ｂの有効出射光領域からミラー１４に出射
されると共に、コレクタレンズ１ｂの有効出射光領域外
のミラー部３Ｂでは振動板２ａの出射方向に反射され
る。このようにして散乱を繰り返し行って、散乱による
光量損失を抑えている。

【００６７】ミラー１４は、出射された散乱光をビーム
整形部１５の方向に光路を折り返す。ビーム整形部１５
では、入射光の光強度分布を矩形分布に変換してビーム
をミラー１６に送る。ミラー１６によって、この光路が
コンデンサレンズ１７の方向に曲げられる。コンデンサ
レンズ１７は、供給される入射光を露光照明とするよう
に調整してレティクル１８に照射する。レティクル１８
とステージ２１上のウェ ハ２０は密着露光するために接
近している。ウェ ハ２０上には、レティクル１８の近視
野像が結像され、ウェ ハ２０表面のレジストへの露光が
行われる。

【００６８】このように密着露光における露光照明装置
に対しても露光におけるスペックルを除去して均一な露
光照明をウェ ハに照射することができる。また、レーザ
光源がエキシマレーザの構成に比べて小さくできるの
で、露光照明装置の小型化及び簡易化を達成することが
できる。

【００６９】以上のように構成することにより、空間的
・時間的に高い可干渉性を有する光を可干渉性の低い疑
似熱的な輻射光に高効率で変換を行うことができ、露光
におけるスペックルを除去できる。この変換において生
じる散乱光の損失も再集光部を設けることにより抑えて
有効利用することができるので、光源の光出力を小さく
済ませることができる。レーザ光源の発光素子の損傷を
減らし光源の負担を軽減させることで素子の寿命を長く
することにより、メンテナンスコストを低減させること
ができる。

【００７０】再集光部の構成として有効光路範囲外のレ
ンズ背面側への反射膜形成、共振型にハーフミラーを配
置したり、積分球を用いたり、動的散乱板や振動板等へ
のそれぞれ駆動部によって回転や振動等の変動が与えら
れることによって、光源からの出射光に対して空間的・
時間的な光の重ね合わせが行われ、露光照明の均一化が
図られる。この再集光部により、空間的・時間的な光の
重ね合わせが行われた散乱光が外部に漏れにくい構成に
なるので、装置の安全性を高めることができる。

【００７１】また、照明光学系の光路長を光軸方向に時
間的に変化させる光路長可変部を設けて、露光像上のス
ペックルをキャリブレーションすることによっても干渉
縞の平均化が行え、この構成にすることにより、微小な
埃の影響を取り除くことができる。さらに、従来の面内
（横）方向で調整する装置構成に比べて予め必要として
設けている空間を利用した光軸方向の変化によってキャ
リブレーションを行うことにより、装置の小型化を実現
することができる。

【００７２】この構成により、露光照明装置は、次世代
の光源として期待されているエキシマレーザに代わって
可干渉性の高い半導体レーザからの出射光の高調波を用
いて高解像度の露光ができるようになる。これによっ
て、エキシマレーザを用いた露光照明装置に比べて装置
の設置面積の低減化、装置自体の小型化、装置のメンテ
ナンスの安全性の改善及びランニングコストや消費電力
の節減を行うことができる。

【００７３】

【発明の効果】本発明に係る露光照明装置では、照明光
学系内に駆動部の動作に応じて動く動的散乱媒体を配
し、再集光手段でこの動的散乱媒体からの散乱光を照明
光学系に戻して集光して再利用することにより、空間的
・時間的に高い可干渉性を有する光を可干渉性の低い疑
似熱的な輻射光に高効率で変換を行うことができ、露光
におけるスペックルを除去できる。この変換において生
じる散乱光の損失も再集光部を設けることにより抑えて
有効利用することができるので、光源の光出力を小さく
済ませることができる。レーザ光源の発光素子の損傷を
減らし光源の負担を軽減させることで素子の寿命を長く
することにより、メンテナンスコストを低減させること
ができる。

【００７４】また、露光照明装置は、次世代の光源とし
て期待されているエキシマレーザに代わって可干渉性の
高い半導体レーザからの出射光の高調波を用いて高解像
度の露光ができるようになる。これによって、エキシマ
レーザを用いた露光照明装置に比べて装置の設置面積の
低減化、装置自体の小型化、装置のメンテナンスの安全
性の改善及びランニングコストや消費電力の節減を行う
ことができる。

【００７５】再集光手段の構成として有効光路範囲外の
レンズ背面側への反射膜形成、共振型にハーフミラーを
配置したり、積分球を用いたり、動的散乱媒体へのそれ
ぞれ駆動手段によって回転や振動等の変動が与えられる
ことによって、光源からの出射光に対して空間的・時間
的な光の重ね合わせが行われ、露光照明の均一化が図ら
れる。この再集光部により、空間的・時間的な光の重ね
合わせが行われた散乱光が外部に漏れにくい構成になる
ので、装置の安全性を高めることができる。

【００７６】また、照明光学系の光路長を光軸方向に時
間的に変化させる光路長可変手段を設けて、露光像上の
スペックルをキャリブレーションすることによっても干
渉縞の平均化が行え、この構成にすることにより、微小
な埃の影響を取り除くことができる。

【００７７】さらに、従来の面内（横）方向で調整する
装置構成に比べて予め必要として設けている空間を利用
した光軸方向の変化によってキャリブレーションを行う
ことにより、装置の小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る露光照明装置における再集光光学
系の第１の実施例を示す概略的なブロック図である。

【図２】上記再集光光学系の第１の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図３】上記再集光光学系の第２の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図４】上記再集光光学系の第３の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図５】上記再集光光学系の第４の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図６】本発明に係る露光照明装置における再集光光学
系の第２の実施例を示す概略的なブロック図である。

【図７】本発明に係る露光照明装置における再集光光学
系の第３の実施例を示す概略的なブロック図である。

【図８】上記再集光光学系を適用した縮小露光系の露光
照明装置の構成を示すブロック図である。

【図９】上記再集光光学系を適用した縮小露光系の露光
照明装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】上記再集光光学系を適用した密着露光系の露
光照明装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 再集光光学系 ２ 動的散乱板 ３ 再集光部 ４ 駆動部 ５ 光学ピックアップ制御部 １ａ 集光レンズ １ｂ コレクタレンズ ２ａ 振動板 ３ａ、３ｂ 凹面鏡 ３Ａ、３Ｂ ミラー部 ３Ｃ、３Ｄ ハーフミラー ３Ｅ 積分球 ４ａ 回転軸 ４ｂ モータ ４ｃ 信号源 ４ｄ トランスデューサ ２２、２３ 圧電素子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの出射光を露光部に導く照明光
   学系を有する露光照明装置において、 上記光源と上記露光部間の光路中に配され、散乱状態が
   変化する動的散乱媒体と、 この動的散乱媒体からの散乱光を上記照明光学系に戻し
   て集光する再集光手段とを有することを特徴とする露光
   照明装置。
2. 【請求項２】 上記動的散乱媒体は、上記照明光学系の
   一対のレンズの入射光側のレンズによりビーム径が絞り
   込まれる位置に配することを特徴とする請求項１記載の
   露光照明装置。
3. 【請求項３】 上記再集光手段は、上記動的散乱媒体に
   対して相前後する位置に配された一対のレンズの少なく
   とも一方のレンズに出射光の有効光路範囲外に反射膜を
   設けることを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
4. 【請求項４】 上記再集光手段として一対のハーフミラ
   ーを共振型配置とすることを特徴とする請求項１記載の
   露光照明装置。
5. 【請求項５】 上記再集光手段として積分球を用いるこ
   とを特徴とする請求項１記載の露光照明装置。
6. 【請求項６】 上記動的散乱媒体の散乱状態の変化に
   は、上記動的散乱媒体を振動させる振動手段が上記動的
   散乱媒体上に配設されることを特徴とする請求項１記載
   の露光照明装置。
7. 【請求項７】 上記照明光学系には、この照明光学系の
   光路長を光軸方向に時間的に変化させる光路長可変手段
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載の露光
   照明装置。