JPH10256143A

JPH10256143A - 露光装置

Info

Publication number: JPH10256143A
Application number: JP9070894A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyai; 恒夫宮井; Nobutaka Umagome; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-10
Also published as: JP3743103B2

Abstract

(57)【要約】【課題】照明光学系における光学要素の劣化を防止す
るとともに、装置のメンテナンス性を向上させた露光装
置を提供する。【解決手段】この露光装置は、光源２から射出された
パルス光を所定パターンの形成されたマスク８に照明す
るための照明光学系４を備え、照明されたマスクの所定
パターンを感光基板１０に露光する露光装置において、
光源２は照明光学系４とは独立して配置されており、光
源側にパルス光を減光する減光手段３を配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示デバイス等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される、マスクパターンを感光基板上に露光する
ための露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光源から射出されたパルス
光を所定パターンの形成されたマスクに照明するための
照明光学系を備え、照明されたマスクの所定パターンを
感光基板に露光する露光装置において、光源からのレー
ザ光の透過光量を所定の透過光量に制御するＮＤフィル
タ（ｎｅｕｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙｆｉｌｔｅｒ）
が照明光学系の途中の光路、または照明光学系とマスク
との間に設置されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、照明光学系とマスクとの間にレーザ光の透
過率を制御するＮＤフィルタを設置しているので、照明
光学系に減衰されていないレーザ光が直接入射する。こ
のため、過剰なエネルギの光が照明光学系を構成する光
学要素を照射するため、レーザ光によって照明光学系の
光学要素の劣化が著しくなる可能性が考えられる。例え
ば、光学要素の屈折率の変化やコーティングの悪化であ
る。近年、露光装置の光源が短波長化していく中で、パ
ルス発振するエキシマレーザに代表されるレーザ光源に
その主流が移ってきているため、パワーの強いエキシマ
レーザ光を透過させるための光学材料の耐久性が問題と
なってきており、かかる照度劣化に対する対策が要求さ
れている。

【０００４】また、レーザ光源が露光装置本体と切り離
されて床下部分に設置される場合、照明光学系全体の配
置構成が長くなるため、レーザ光の照射エネルギによっ
て光学要素の劣化が生じて部分交換を行う際に、そのメ
ンテナンスに手間がかかり、メンテナンス性が悪いとい
う問題が生じてしまう。即ち、レーザ光による光学要素
の照度劣化の及ぶ範囲は、床下のレーザ光源から上部の
露光装置本体のところまで広範囲にわたっているため、
交換しなければならない部品の数も多く作業性が悪い。

【０００５】本発明の目的は、照明光学系における光学
要素の劣化を防止するとともに、装置のメンテナンス性
を向上させた露光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、一
実施の形態を表す図１に対応付けて説明すると、本発明
は、光源（２）から射出されたパルス光を所定パターン
の形成されたマスク（８）に照明するための照明光学系
（４）を備え、前記照明されたマスクの所定パターンを
感光基板（１０）に露光する露光装置において、前記光
源は前記照明光学系とは独立して配置されており、前記
光源側に前記パルス光を減光する減光手段（３）を配置
したことを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、光源が照明光学系とは独
立して配置され、減光手段が光源側に配置されているの
で、光源から射出されたパルス光が減光されて照明光学
系に入射する。このように減光手段を光源側に配置し
て、照明光学系の保護を図ることができる。そして、こ
の減光は、感光基板を感光するのに必要かつ十分な光量
になる程度まで可能であるから、パルス光が不必要な過
剰エネルギを持たない。従って、このパルス光が照明光
学系を構成する光学要素を照射するから、光学要素が過
剰なエネルギのパルス光に照射されて劣化することはな
く、光学要素の耐久性を向上させることができる。この
ため、レーザ光の照射による劣化が及ぶ範囲を光源近傍
の一部分に限定することが可能となるので、メンテナン
スの行われる場所が限定され、装置のメンテナンス性を
向上させることができる。

【０００８】また、前記照明光学系は複数の光学要素を
備えている場合、前記複数の光学要素の少なくとも一部
が石英または蛍石から構成されることが好ましい。特
に、パルス光が短波長化した場合、光学要素の材料には
高価な石英または蛍石が用いられることが多いが、本発
明によれば、これらの高価な材料からなる光学要素の耐
久性を向上させることができるのでコスト的に有利であ
る。

【０００９】また、前記減光手段がＮＤフィルタから構
成されることが好ましい。ＮＤフィルタによれば、入射
光の成分を変えることなく、透過光量を減少させること
ができる。

【００１０】また、前記減光手段が前記光源の光軸と直
交する方向に回転し、この回転中心が前記光軸に対して
偏心している構成とすることにより、光源からパルス光
が射出している間、減光手段の一部分にのみ光源からの
パルス光が照射されて減光手段の一部分のみが劣化され
ることを防止でき、減光手段自体の耐久性を向上させる
ことができる。

【００１１】また、前記減光手段の光透過率が可変であ
るように構成すると、最適な光量で露光を常時行うこと
が可能となる。

【００１２】また、前記露光装置本体を床面に配置し、
前記光源を前記床面の下方に配置することにより、床下
に配置されている光源付近の光学要素のみを交換する構
成にすることができる。このため、光源近傍の比較的作
業の容易な場所のみにおいてメンテナンスが行われるの
で、メンテナンス性の向上を図ることができ、また、光
源は露光装置本体と床面で隔離されているため、露光装
置本体が設置される部屋の環境の清浄度をメンテナンス
の実行により悪化させてしまうことはなく、有利であ
る。

【００１３】また、前記光源がエキシマレーザである
と、短波長のパルスレーザ光を得ることができて好まし
い。一方、エキシマレーザはパワーが強く、照明光学系
の光学要素を劣化させ易いが、本構成の露光装置によれ
ば、かかるエキシマレーザを採用したことの問題点を解
消できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係わる実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の露
光装置全体の概略的構成を示す図である。この露光装置
は、ステップアンドリピート方式またはステップアンド
スキャン方式の露光装置本体１，パルス光を射出するレ
ーザ光源２，及び照明光学系４を備える。

【００１５】レーザ光源２は、床１５上に設置される装
置本体１と切り離されて、床１５の下方に設置されてい
る。レーザ光源２は、ＡｒＦエキシマレーザから構成さ
れ、例えば、レーザ発信周波数１ＫＨｚ、パワー１０
Ｗ、１５パルス／秒、ビーム寸法３×１０ｍｍのもので
ある。ＡｒＦエキシマレーザは、中心波長が１９２〜１
９３ｎｍである。また、ＫｒＦエキシマレーザも使用で
き、その中心波長は２４８ｎｍである。

【００１６】照明光学系４は、レーザ光源２からの光を
折り曲げるミラー５、レンズ群６，６’、及び光を装置
本体１方向に折り曲げるミラー５’を備える。これらの
光学要素は、石英または蛍石から構成される。ミラー５
及びレンズ６は床下に配置されている。

【００１７】露光装置本体１は、ミラー５’からの光を
折り曲げるダイクロイックミラー７，照明光学系４から
の光により照明される所定パターンの形成されたマスク
８，及び照明されたマスク８の所定パターンを感光基板
であるウエハ１０に投影して露光する投影光学系９を備
える。

【００１８】レーザ光源２の光軸ｐ上であって、光源２
と照明光学系４のミラー５との間にはフィルタ装置３が
配置されている。図２によりフィルタ装置３を説明す
る。図２は、フィルタ装置３の正面図（ａ）及び側面図
（ｂ）である。

【００１９】図３（ａ）に示すように、フィルタ装置３
は、異なる光透過率を選択できるように複数の円盤状の
ＮＤフィルタ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを備
える。これらの複数のＮＤフィルタ３ａ〜３ｆは円盤状
回転部材１３に等間隔に取り付けられている。この円盤
状回転部材１３は回転軸１３ａを中心に回転手段（図示
省略）により回転可能に構成され、図１に示す制御系１
１からの信号に基づき図２（ａ）の矢印両方向に回転軸
１３ａを中心に回転する。フィルタ装置３は、レーザ光
源２の光軸ｐが例えば図３（ｂ）に示すようにＮＤフィ
ルタ３ａを通るように設置される。そして、円盤状回転
部材１３を光軸ｐがフィルタ３ｂ〜３ｆのいずれかを通
るように回転軸１３ａを中心に回転させることにより、
任意のＮＤフィルタに切り替えることができる。

【００２０】フィルタ装置３では、複数のＮＤフィルタ
３ａ〜３ｆを、例えば光透過率４０〜９０％のうちの任
意の値のものを順に並べており、光透過率を複数段階に
切り替えることができる。この切替は制御系１１からの
信号に基づいて行われる。このようにフィルタ装置３
は、異なる光透過率をもつＮＤフィルタを選択すること
ができるいわゆるレボルバタイプに構成されている。な
お、ＮＤフィルタは、どの波長光に対しても一様に吸収
する中性濃度のフィルタであって、入射光の成分を変え
ることなく、透過光量を減少させる機能を有するもので
ある。

【００２１】また、円盤状回転部材１３に取り付けられ
た各フィルタ３ａ〜３ｆは、取り外しが容易な構成とさ
れており、他の任意の光透過率のフィルタと逐次交換可
能なため、フィルタ装置３は、所望の光透過率のフィル
タに交換することが可能な構成である。また、フィルタ
装置３自体を他の光透過率を持つ複数のＮＤフィルタか
ら構成された別のフィルタ装置に切替が可能なように構
成することもできる。このようにして、ＮＤフィルタの
光透過率を選択でき、任意の光透過率のＮＤフィルタを
使用して露光を行うことができる。

【００２２】次に、上述のような露光装置の動作につい
て説明する。露光装置本体１から切り離されて床下に設
置されているレーザ光源２から光軸ｐに沿って出射され
たレーザ光は、ＮＤフィルタ装置３を通り、照明光学系
４に入射する。照明光学系４に入射した光は、ミラー
５、レンズ６，６’、及びミラー５’の光学要素を介し
て、照明光として露光装置本体１に入り、ダイクロイッ
クミラー７によって向きを変えられ、マスク８に形成さ
れているマスクパターンを照明し、その照明されたマス
クパターンが投影光学系９を介して一括方式またはスリ
ットスキャン方式でウエハ１０に逐次、投影されて露光
される。

【００２３】この場合、フィルタ装置３においては、制
御系１１からの指令によって所望の光透過率を持つＮＤ
フィルタ３ａ〜３ｆが選択されている。従って、レーザ
光源２から射出されたパルス光が所望の光量に減光され
て照明光学系４に入射する。また、制御系１１によっ
て、どの光透過率のＮＤフィルタが円盤状回転部材１３
に取り付けられているか、どのＮＤフィルタを使用して
いるかを、常時把握し、必要に応じてＮＤフィルタを切
り替えるように制御できる。このため、露光装置本体１
において常に最適な光量で露光を行うことができる。

【００２４】以上のように、本実施の形態における露光
装置において、レーザ光源２の直後にフィルタ装置３を
位置させ、光源２からのパルス光が照明光学系４に入射
する前に必要な光量に減光できるため、照明光学系を構
成する光学要素には過剰なエネルギを持つパルス光が照
射されず、光学要素の照度劣化を防止することができ
る。

【００２５】また、レーザ光の照射による照度劣化がお
よぶ範囲をレーザ光源近傍のフィルタ装置３の部分に限
定でき、床下に配置されるレーザ光源２近傍の比較的作
業の容易な部分のみを交換する構成となるので、メンテ
ナンス性の向上が達成できる。また、通常、露光装置本
体１はクリーンルーム等の環境が高度に清浄にされた場
所に設置され、メンテナンスはこれらの清浄な環境を汚
染させ易いが、この実施の形態の露光装置によれば、従
来の装置と比べて、クリーンルーム内での照明光学系の
メンテナンスの必要性を低減させることができるので、
クリーンルームの清浄度維持の観点からも好ましい。

【００２６】また、照明光学系４のレンズ６，６’等に
は、パルス光が短波長であるので、石英または蛍石を用
いているが、本実施の形態によれば、これらの高価な材
料からなる光学要素の耐久性を向上させることができる
ので、コストの面からも効果的である。また、エキシマ
レーザを光源としているので、パワーの強い光が光源か
ら射出するが、照明光学系に入射する前に減光するた
め、エキシマレーザを採用したことの問題は解消され
る。なお、エキシマレーザには最適な出力パワーがあ
り、レーザ光の過剰エネルギ低減のためレーザ自体の出
力パワーを低下させることは好ましくない。

【００２７】また、エキシマレーザ光の波長は紫外域で
あり、可視域外のため目に見えずメンテナンスの際の調
整が困難になるが、本実施の形態の構成によれば、照明
光学系の光学要素のライフサイクルが長くなり、メンテ
ナンスの時期的間隔が長くなり好ましい。

【００２８】次に、図３によりＮＤフィルタ装置の変形
例を説明する。図３に示すフィルタ装置２３は、レーザ
光源２の光軸ｐ上にくさび形状をした一対のほぼ相似形
状のくさび状部材２３ａ、２３ｂを光軸ｐに対して垂直
方向に配置し、各部材２３ａ、２３ｂを図の上下方向ｖ
に移動機構（図示省略）により移動させて、くさび状部
材２３ａと２３ｂとの間の距離ｄを変えることができる
ように構成したものである。一対のくさび状部材２３
ａ、２３ｂはＮＤフィルタを構成し、その間隔ｄを変化
させることにより、ＮＤフィルタの光透過率を連続的に
変えることができる。制御系１１からの指令に基づいて
移動機構（図示省略）を駆動して所定の光透過率になる
ように各くさび状部材２３ａ，２３ｂをｖ方向に移動さ
せることができる。

【００２９】次に、図４によりＮＤフィルタ装置の別の
変形例を説明する。図４に示すフィルタ装置３３は、円
盤状のＮＤフィルタ３３ｂが回転軸３３ａを中心に回転
手段（図示省略）により回転することができるように構
成されている。図のようにレーザ光源の光軸ｐが回転軸
３３ａから離間するようにフィルタ装置３３が設置され
る。レーザ光源からパルス光が射出されている間、回転
軸３３ａがＮＤフィルタ３３ｂを例えば図のｎ方向に回
転させると、ＮＤフィルタ３３ｂはその面上で光軸ｐに
対して破線で示す円ｍのような軌跡を描いて回転する。
このため、レーザ光源からのパルス光がＮＤフィルタの
一部分しか通らず部分的に悪化してしまうことはなく、
ＮＤフィルタ自体の耐久性を向上させることができる。
なお、ＮＤフィルタ３３ｂの回転制御は図１の制御系１
１からの指示に基づいて行うことができる。また、図４
のフィルタ装置３３の機構を図２または図３に示したフ
ィルタ装置に備えさせてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、減光手
段を照明光学系に前置して光源側に配置したので、照明
光学系の光学要素の劣化を防止できるとともに、メンテ
ナンスの際の部品交換を容易にできる構成が可能となる
メンテナンス性のよい露光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態の露光装置の全体を示
す概略図である。

【図２】図１に示すフィルタ装置の正面図（ａ）及び側
面図（ｂ）である。

【図３】フィルタ装置の変形例を示す側面図である。

【図４】フィルタ装置の別の変形例を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１露光装置本体２レーザ光源３，２３，３３フィルタ装置３ａ〜３ｆＮＤフィルタ２３ａ，２３ｂ，３３ｂＮＤフィルタ４照明光学系５，５’ ミラー６，６’ レンズ７ダイクロイックミラー８マスク９投影光学系１０ウエハ（感光基板）１１制御系１５床ｐレーザ光源の光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から射出されたパルス光を所定パタ
ーンの形成されたマスクに照明するための照明光学系を
備え、前記照明されたマスクの所定パターンを感光基板
に露光する露光装置において、前記光源は前記照明光学系とは独立して配置されてお
り、前記光源側に前記パルス光を減光する減光手段を配
置したことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記照明光学系は複数の光学要素を備え
ており、前記複数の光学要素の少なくとも一部は石英ま
たは蛍石であることを特徴とする請求項１記載の露光装
置。
【請求項３】前記減光手段がＮＤフィルタから構成さ
れる請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】前記減光手段が前記光源の光軸と直交す
る方向に回転し、この回転中心が前記光軸に対して偏心
している請求項１，２または３記載の露光装置。
【請求項５】前記減光手段の光透過率が可変である請
求項１，２，３または４記載の露光装置。
【請求項６】前記露光装置本体は床面に配置されてお
り、前記光源は前記床面の下方に配置されていることを
特徴とする請求項１〜５いずれか記載の露光装置。
【請求項７】前記光源がエキシマレーザである請求項
１〜６いずれか記載の露光装置。