JPH09326354A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光源が小型で且つ維持コストが低く、被
照射面において高い照度を得ること。 【解決手段】 照明光を供給するための複数の光源手段
と、複数の光源手段からの光束を、互いにほぼ平行で且
つ空間的に密に配列された複数の平行光束に変換するた
めの光束変換手段と、光束変換手段を介して形成された
複数の平行光束に基づいて多数の光源像を形成するため
の多光源像形成手段と、多光源像形成手段により形成さ
れた多数の光源像からの光束を集光してマスク上を重畳
的に照明する集光光学系とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光装置に関し、特
に半導体製造用の投影露光装置における照明光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば特開平６−６１１２１号公報に
開示された従来の露光装置では、照明光学系の光源とし
てＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８．４ｎｍ：以下、
単に「エキシマレーザ」という）を用いている。エキシ
マレーザからの平行光束は、第１オプティカルインテグ
レータによって複数の二次光源を形成する。複数の二次
光源からの光は、第１コンデンサレンズによって集光さ
れた後、平行光となって第２オプティカルインテグレー
タに入射する。

【０００３】第２オプティカルインテグレータを介した
光は、複数の三次光源を形成する。複数の三次光源から
の光は、第２コンデンサレンズによって集光された後、
被照射面であるマスク面を重畳的に照明する。こうし
て、上述のように構成された照明光学系により、マスク
面に対して、照明均一性が良好で且つ光量損失の少ない
ケーラー照明が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、露光装置で
は、マスクに形成された微細なパターンを感光基板であ
るウエハに露光する際のスループットを向上させるため
に、被照射面であるマスク面およびウエハ面においてよ
り高い照度が要求される。マスク面およびウエハ面にお
ける照度を高めるには、照明光を供給するエキシマレー
ザの高出力化を図る必要があるが、その高出力化にも自
ずと限界がある。

【０００５】また、エキシマレーザは、その維持コスト
が割高である点や筐体が大きくて設置のために大きな場
所を占有する点において、露光装置の光源として不利で
あることが指摘されている。この点を改善するために、
エキシマレーザの代替光源として小型で且つ維持コスト
の低いＹＡＧ４倍レーザ（波長２６６ｎｍ）の研究が行
われている。しかしながら、出力（パワー）に関して、
ＹＡＧ４倍レーザはエキシマレーザには及ばないといわ
れている。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、照明光源が小型で且つ維持コストが低く、被
照射面において高い照度を得ることのできる露光装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、パターンが形成されたマスクを
ほぼ均一に照明するための照明光学系を備え、前記マス
ク上に形成されたパターンの像を感光基板上に形成する
露光装置において、前記照明光学系は、照明光を供給す
るための複数の光源手段と、前記複数の光源手段からの
光束を、互いにほぼ平行で且つ空間的に密に配列された
複数の平行光束に変換するための光束変換手段と、前記
光束変換手段を介して形成された複数の平行光束に基づ
いて多数の光源像を形成するための多光源像形成手段
と、前記多光源像形成手段により形成された多数の光源
像からの光束を集光して前記マスク上を重畳的に照明す
る集光光学系と、を備えていることを特徴とする露光装
置を提供する。

【０００８】本発明の好ましい態様によれば、前記複数
の光源手段はそれぞれ平行光束を供給し、前記光束変換
手段は、前記複数の光源手段からの複数の平行光束が互
いに所定の間隔を隔ててほぼ平行に配列されるように光
束を導くための導光光学系と、前記導光光学系を介して
互いに所定の間隔を隔ててほぼ平行に配列された複数の
平行光束の各々を所定の倍率で拡大整形して空間的に密
に配列させるための光束整形手段と、を有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明では、照明光を供給するた
めの光源手段として、たとえば平行光束を供給する複数
のＹＡＧ４倍波レーザを用いる。複数のＹＡＧ４倍波レ
ーザからの複数の平行光束は、互いにほぼ平行で且つ空
間的に密な複数の平行光束に変換される。こうして、互
いにほぼ平行で且つ空間的に密に形成された複数の平行
光束に基づいて、たとえばフライアイレンズのような多
光源像形成手段（オプティカルインテグレータ）を介し
て多数の光源像を形成する。多数の光源像からの光束
は、コンデンサレンズのような集光光学系を介して集光
され、マスク上を重畳的に均一照明する。

【００１０】このように、本発明では、照明光を供給す
るための光源手段として、たとえば複数のＹＡＧ４倍波
レーザを用いる。したがって、使用する複数のＹＡＧ４
倍波レーザの出力の総和がエキシマレーザの出力よりも
大きくなるように構成すれば、エキシマレーザと同等な
波長で且つ同等以上の照度を得ることができる。すなわ
ち、本発明によれば、小型で維持コストが低く且つ被照
射面における照度の高いエキシマレーザの代替レーザを
実現することができる。

【００１１】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構
成を概略的に示す図である。また、図２は、図１の露光
装置における光源および導光光学系の構成を説明するた
めの斜視図である。

【００１２】本実施例の露光装置は、図示のように９個
のＹＡＧ４倍波レーザ１を備えている。なお、ＹＡＧ４
倍波レーザとは、ＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎ
ｍ）に基づいて、その第４高調波（４倍波：２６６ｎ
ｍ）のレーザ光を射出する光源である。ＹＡＧ４倍波レ
ーザの構成については、たとえば１９９５年第２０回光
学シンポジウムの「光学系および光学素子の設計、製
作、評価を中心にして」の講演予稿集第１５頁および第
１６頁に詳述されている。

【００１３】本実施例において、９個のＹＡＧ４倍波レ
ーザ１の出力の総和が１つのエキシマレーザの出力より
も大きくなるように構成されている。９個のＹＡＧ４倍
波レーザ１は、３個ずつ段違いに配列されている。そし
て、９個のＹＡＧ４倍波レーザ１から射出された９個の
平行光束Ｌは、図２に示すように、三次元的に適宜配列
された合計１６個のミラーＭによって導かれ、互いに所
定の間隔を隔ててほぼ平行に配列された９個の平行光束
Ｌとなって第１ビームエキスパンダ２に入射する。

【００１４】第１ビームエキスパンダ２は、一対のフラ
イアイレンズ２ａと２ｂとから構成されている。各フラ
イアイレンズ２ａおよび２ｂは、それぞれ９個のレンズ
エレメントからなる。そして、２つのフライアイレンズ
２ａおよび２ｂにおいて、対応するレンズエレメントの
レンズ光軸は互いに一致している。ミラーＭを介した９
個の平行光束Ｌは、フライアイレンズ２ａの各レンズエ
レメントにそれぞれ入射する。フライアイレンズ２ａの
各レンズエレメントに入射した平行光束Ｌは、一旦集光
された後、フライアイレンズ２ｂの対応するレンズエレ
メントを介して再び平行光束になる。

【００１５】なお、図１に示すように、フライアイレン
ズ２ａの各レンズエレメントの焦点距離よりもフライア
イレンズ２ｂの各レンズエレメントの焦点距離の方が長
く設定されている。したがって、フライアイレンズ２ｂ
の各レンズエレメントを介した９個の平行光束Ｌはそれ
ぞれ所定の倍率で拡大され、互いにほぼ平行で且つ空間
的に密になるように配列される。

【００１６】このように、１６個のミラーＭは、複数の
光源からの平行光束が互いに所定の間隔を隔ててほぼ平
行に配列されるように光束を導くための導光光学系を構
成している。また、第１ビームエキスパンダ２は、導光
光学系を介して互いに所定の間隔を隔ててほぼ平行に配
列された複数の平行光束の各々を所定の倍率で拡大整形
して空間的に密に配列させるための光束整形手段を構成
している。

【００１７】第１ビームエキスパンダ２を介して互いに
ほぼ平行で且つ空間的に密に配列された９個の平行光束
Ｌは、第２ビームエキスパンダ３に入射する。第２ビー
ムエキスパンダ３は、一対のレンズ３ａおよび３ｂから
なる。第２エキスパンダ３に入射した９個の平行光束Ｌ
は、第１フライアイレンズ４の入射面の形状に合致した
全体断面を有する光束に整形される。

【００１８】第２エキスパンダ３により整形された光束
は、多光源像形成手段である第１フライアイレンズ４に
入射する。第１フライアイレンズ４に入射した光束は、
第１フライアイレンズ４を構成する複数のレンズエレメ
ントにより二次元的に分割され、第１フライアイレンズ
４の後側焦点面Ａにレンズエレメント数と同じ数の光源
像すなわち二次光源を形成する。なお、第１フライアイ
レンズ４の後側（マスク側）には開口絞り４ａが配置さ
れ、この開口絞り４ａの作用により焦点面Ａに形成され
る二次光源の形状が規定される。

【００１９】二次光源からの光束は、第１コンデンサレ
ンズ５により集光された後、平行光束となって第２の多
光源像形成手段である第２フライアイレンズ６の入射面
Ｂを重畳的に照明する。第２フライアイレンズ６に入射
した光束は、第２フライアイレンズ６を構成する複数の
レンズエレメントにより二次元的に分割される。こうし
て、、第２フライアイレンズ６の後側焦点面Ｃには、第
１フライアイレンズ４のレンズエレメントの数と第２フ
ライアイレンズ６のレンズエレメントの数との積に相当
する数の光源像すなわち三次光源が形成される。

【００２０】なお、第１コンデンサレンズ５は、第１フ
ライアイレンズ４の後側焦点面Ａと第２フライアイレン
ズ６の後側焦点面Ｃとを共役にしている。また、第１フ
ライアイレンズ４および第２フライアイレンズ６の各レ
ンズエレメントは、たとえば両凸レンズ形状を有する。
そして、各レンズエレメントに入射した平行光束はそれ
ぞれ集光され、各レンズエレメントの射出側に光源像が
形成される。

【００２１】第２フライアイレンズ６を介して形成され
た三次光源からの光束は、開口絞り６ａを介して制限さ
れた後、第２コンデンサレンズ７により集光され、所定
のパターンが形成されたマスク８を重畳的に且つほぼ均
一に照明する。マスク８を透過した光束は、投影光学系
ＰＬを介して、その像面に位置決めされたウエハＷに達
する。こうして、感光基板であるウエハＷ上には、マス
ク８のパターンが転写される。

【００２２】投影露光装置では、投影光学系の開口数Ｎ
Ａを大きくすると、限界解像力が良くなるが、その反面
焦点深度が浅くなる。逆に、投影光学系の開口数ＮＡを
小さくすると、限界解像力が悪化するが、その反面焦点
深度が深くなる。このため、図１に示すように、投影光
学系４の瞳（入射瞳）位置には、口径が可変の可変開口
絞り９が設けられている。こうして、露光焼付けすべき
所定の最小線幅パターンに最適な投影光学系の開口数Ｎ
Ａを得るために、可変開口絞り９の口径を適宜変化させ
る。こうして、比較的大きな焦点深度を維持しつつ、微
細パターンをより鮮明にウエハ上に転写することが可能
となる。

【００２３】なお、三次光源が形成される第２フライア
イレンズ６の後側焦点面Ｃに設けられた開口絞り６ａ
と、投影光学系８の瞳面に設けられた可変開口絞り９と
は、互いにほぼ共役になっている。また、第１フライア
イレンズ４により形成される二次光源からの光束が重畳
的に照明する第２フライアイレンズ６の入射面Ｂは、第
２フライアイレンズ６の射出側のレンズ面と第２コンデ
ンサレンズ７とに関して、マスク８とほぼ共役に構成さ
れている。

【００２４】上述のような構成を有する投影露光装置に
おいて、ウエハＷ上での照度を規定する最大のファクタ
ーは、第１フライアイレンズ４に入射する平行光束のパ
ワーである。そして、像面照度すなわちウエハＷ上での
照度は、第１フライアイレンズ４に入射する平行光束の
パワーにほぼ比例するものと考えられる。したがって、
本実施例のように、出力の総和がエキシマレーザの出力
を上回るような複数のＹＡＧ４倍波レーザを束ねて光源
を構成することによって、エキシマレーザ光と同等の波
長で且つ同等以上の像面照度を得ることができる。

【００２５】また、本実施例では、第１ビームエキスパ
ンダにより互いにほぼ平行に且つ空間的に密に配列され
た複数の平行光束が、第１フライアイレンズ４に入射す
る。したがって、第１フライアイレンズ４に入射する平
行光束の断面のパワー分布は必ずしも均一ではないが、
１つのエキシマレーザからの平行光束の断面のパワー分
布と比べて性能上大差がないパワー分布が得られるもの
と考えられる。

【００２６】さらに、本実施例では、半導体レーザに基
づいてＹＡＧ４倍波レーザを構成することができる。し
たがって、たとえば９個のＹＡＧ４倍波レーザを使用し
ても、エキシマレーザと比較して非常に小型でガス交換
などの維持コストも低く光源を構成することができる。

【００２７】なお、上述の実施例では、２つの多光源像
形成手段を用いた例を示したが、１つの多光源像形成手
段で本発明の露光装置を構成することもできる。また、
上述の実施例では、光源として９個のＹＡＧ４倍波レー
ザを使用してエキシマレーザの代替レーザを構成した例
を示したが、本発明により他の適当な光源の代替光源を
構成することもできる。

【００２８】

【効果】以上説明したように、本発明では、使用する複
数のＹＡＧ４倍波レーザの出力の総和がＫｒＦエキシマ
レーザの出力以上になるように構成することにより、小
型で維持コストが低く且つ被照射面における照度の高い
エキシマレーザの代替レーザを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略
的に示す図である。

【図２】図１の露光装置における光源および導光光学系
の構成を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

Ｍ ミラー Ｗ ウエハ ＰＬ 投影光学系 １ エキシマレーザ光源 ２ 第１エキスパンダ ３ 第２エキスパンダ ４ 第１フライアイレンズ ５ 第１コンデンサレンズ ６ 第２フライアイレンズ ７ 第２コンデンサレンズ ８ マスク ９ 可変開口絞り

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成されたマスクをほぼ均一
   に照明するための照明光学系を備え、前記マスク上に形
   成されたパターンの像を感光基板上に形成する露光装置
   において、 前記照明光学系は、 照明光を供給するための複数の光源手段と、 前記複数の光源手段からの光束を、互いにほぼ平行で且
   つ空間的に密に配列された複数の平行光束に変換するた
   めの光束変換手段と、 前記光束変換手段を介して形成された複数の平行光束に
   基づいて多数の光源像を形成するための多光源像形成手
   段と、 前記多光源像形成手段により形成された多数の光源像か
   らの光束を集光して前記マスク上を重畳的に照明する集
   光光学系と、 を備えていることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記複数の光源手段はそれぞれ平行光束
   を供給し、 前記光束変換手段は、 前記複数の光源手段からの複数の平行光束が互いに所定
   の間隔を隔ててほぼ平行に配列されるように光束を導く
   ための導光光学系と、 前記導光光学系を介して互いに所定の間隔を隔ててほぼ
   平行に配列された複数の平行光束の各々を所定の倍率で
   拡大整形して空間的に密に配列させるための光束整形手
   段と、 を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記光源手段は、ＹＡＧ４倍波レーザで
   あることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装
   置。