JPH11111596A - 露光装置の照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現する
ことができる露光装置の照明光学系を提供すること。 【解決手段】複数の照明光源３，９と、複数の照明光源
３，９から発せられた互いに異なる複数の照明光の光路
上に配置された複数のフライアイレンズ５，１１と、フ
ライアイレンズ５，１１を通過した照明光の各光束をマ
スク８が配置された方向に導光するするための反射ミラ
ー６，１２と、反射ミラー６，１２により導光された各
光束の光路上に配置されたマスク８を照明するためのコ
リメータレンズ７とを有し、反射ミラー６，１２から導
光された各光束の光路上に配置されたマスク８を照明す
るための露光装置の照明光学系において、反射ミラー
６，１２各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔が
マスク８からみて所定の開き角になるように構成した露
光装置の照明光学系。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィー技術分野に属し、更に詳しくは、半導体集積素子の
回路パターン、液晶素子の回路パターン、カラーフィル
タのパターン等を被転写体に転写するのに使用されるマ
スクを照明する露光装置の照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の露光装置の照明光学系では、一次
光源を複数個並べて配置し、この複数個の一次光源によ
りフライアイレンズを区分してそれぞれ照明するするよ
うにした光学系が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成の照明光源では、複数個の一次光源により出射された
照明光が互いにフライアイレンズに入射する前に部分的
に重なり、複数個の照明光源による照明効率を上げるこ
とができないという問題がある。

【０００４】一方、近年の露光技術では露光面積の広い
マスクの照明や高い照度の露光照明が要求されている
が、この要求を従来の露光装置の照明光学系では十分に
満足させることができないものであった。

【０００５】そこで、本発明は、従来からの問題を解決
し、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現すること
ができる露光装置の照明光学系を提供することを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、複数の照明光源と、それらの複
数の照明光源からの各光束上に配置されマスク面が配置
された方向に導光するための複眼レンズ及び偏向光学系
群を備え、その複眼レンズ及び偏向光学系群により導光
された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明する
ための集束光学系を有し、その複眼レンズ及び偏向光学
系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク
面を照明するための露光装置の照明光学系において、複
眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して
配置し、その間隔がマスク面からみて所定の開き角にな
るように構成したことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【０００８】＜第１実施例＞図１において、本発明に係
る照明光学系は、第１照明光学系１と第２照明光学系２
を有する。

【０００９】第１の照明光学系１は、照明光源３，集光
レンズ４，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラ
ー６′，第１の複眼レンズ群であるフライアイレンズ
５，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラー６，
集束光学系（集束光学部材）としてのコリメータレンズ
７を有する。そして、照明光源３から出射された光は、
集光レンズ４により集光された後に反射ミラー６′を介
してフライアイレンズ５に入射し、このフライアイレン
ズ５により均質化されて射出される。この均質化された
照明光束は、均質化された後では最初の第１の偏向光学
系である反射ミラー６でコリメータレンズ７側に向けて
反射（偏向）させられた後、コリメータレンズ７を介し
て照明面であるマスク（露光面）８を照明する。

【００１０】このマスク８への照明光は、図７（ａ）に
示したマスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過して図１
の基板Ｂに導光され、基板Ｂを露光することになる。こ
のマスク８と基板Ｂの間隔は、図１に示した如く例えば
１００μｍに設定され、図７（ｂ）に示した如くパター
ン８ａ，８ａの間隔は１０μｍに設定されている。尚、
Ｏはコリメータレンズ７の光軸（主軸）、Ｏ１は照明光
学系１の光軸である。また、図７（ａ）と図７（ｂ）で
は説明の便宜上、パターン８ａ，８ｂの大きさを異なら
せて図示してある。

【００１１】また、第２の照明光学系２は、照明光源
９，集光レンズ１０，偏向光学系（偏向光学部材）であ
る反射ミラー１２′，第２の複眼レンズ群であるフライ
アイレンズ１１，偏向光学系（偏向光学部材）である反
射ミラー１２，集束光学系（集束光学部材）としてのコ
リメータレンズ７を有する。そして、照明光源９から出
射された光は、集光レンズ１０により集光された後に反
射ミラー１２′を介してフライアイレンズ１１に入射
し、このフライアイレンズ１１により均質化されて射出
される。この均質化された照明光束は、均質化された後
では最初で且つ上述の反射ミラー６との関係では第２の
偏向光学系である反射ミラー１２でコリメータレンズ７
側に向けて反射（偏向）させられた後、コリメータレン
ズ７を介して照明面であるマスク（露光面）８を照明す
る。このマスク８への照明光は、図７（ａ）、（ｂ）に
示したマスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過して図１
の基板Ｂに導光され、基板Ｂを露光することになる。

【００１２】尚、Ｏ２は第２の照明光学系２の光軸であ
る。また、フライアイレンズ５，１１は一つ又は複数の
複眼レンズ群を構成し、反射ミラー６，１２は複数の偏
向光学系群を構成している。

【００１３】この様な光学系に於いて、第１の照明光学
系１と第２の照明光学系２は、光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とが
所定間隔Ｌだけ離れた状態で配置される。この所定間隔
Ｌは、マスク８の面（マスク面）に対する開口数、２つ
の照明光学系１，２のマスク８（マスク面）に対する開
き角等で設定される。

【００１４】以下、この開口数及び開き角等について詳
述する。

【００１５】図１の複眼レンズ群、偏向光学系群を介し
た照明光の光束をマスク面即ちマスク８側（コリメータ
レンズ７の出射瞳側）から見ると、図３に示したように
表すことができる。図３に於いて、Ｓ１′，Ｓ２′は図
１のフライアイレンズ５，１１を透過した照明光束Ｓ
１，Ｓ２の瞳面上における外形を示し、Ｓは図１のマス
ク８（マスク面）の外接瞳面を示す。

【００１６】また、各フライアイレンズ（複眼レンズ）
５，１１を構成する図２の多数のレンズ５ａ，・・・・５
ａ，１１ａ，・・・１１ａの一つ一つから射出される光束
は重ね合わせの法則により一つの光束として認識でき
る。図２は、この光束を作り出すフライアイレンズ５，
１１をコリメータレンズ７の入射側（入射瞳側）から見
たときの、フライアイレンズ５，１１の反射ミラー６，
１２上における大きさ及び間隔を表したものである。

【００１７】この図２に於いて、フライアイレンズ５，
１１は１辺あたりが寸法ｄの大きさの四角形として示し
てあり、フライアイレンズ５，１１の光軸間隔は図１に
示した所定間隔Ｌで示してある。尚、図２ではフライア
イレンズ５，１１の多数のレンズ５ａ，・・・・５ａ，１１
ａ，・・・１１ａを図示したが、図４及び図８では説明の
便宜上外形のみを示す。

【００１８】この様な前提において、フライアイレンズ
５，１１の光軸間隔すなわち所定間隔Ｌを図４の如くｄ
とすると、照明光束Ｓ１，Ｓ２の瞳面上における外形Ｓ
１′，Ｓ２′はコリメータレンズ７の上面に投影したと
きに図５の如く接する状態となる。この照明光束Ｓ１，
Ｓ２のコリメータレンズ７に投影された外形Ｓ１′，Ｓ
２′を光軸Ｏ，Ｏ１，Ｏ２との関係でマスク８側から立
体角として描くと、図６の様に表すことができる。この
図６では、２つの照明光学系１，２のマスク８（マスク
面）に対する開き角が０°となる。尚、マスク８の面
（マスク面）に対する開口数ＮＡは２°に設定されてい
る。

【００１９】そして、この状態におけるマスク８のパタ
ーン８ａ，８ａを透過（回折）した照明光の強度は図７
（ｂ）に破線で示した光強度曲線３０の如く表すことが
できる。そして、この図７（ｂ）の照明光は理想的な露
光照明となる。

【００２０】しかし、現実の光学部品の配置では、反射
ミラー６，１２の配置の制約により、理想的な照明は難
しいものである。従って、反射ミラー６，１２の間隔を
より小さくすることにより、理想的な露光照明に近づけ
るのが望ましい。図８，図９は、その一例を示したもの
である。この図８では、フライアイレンズ５，１１の間
隔をｄとすることにより、所定間隔Ｌを２ｄとすると共
に、光束の開き角は０．５°にしている。このときのマ
スク８のパターン８ａ，８ａ間を透過（回折）した光束
の強度は図１２に光強度曲線３１で示した如くなる。こ
の光強度曲線３１によれば、理想的な光強度曲線３０を
１００％としたときに、理想的な光強度の８５％の光強
度を得ることができた。

【００２１】また、開き角を図１０に示した如く１°と
した場合には、マスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過
（回折）した光束の強度は図１３に光強度曲線３２で示
した如くなる。この光強度曲線３２によれば、理想的な
光強度曲線３０を１００％としたときに、理想的な光強
度の７０％の光強度を得ることができた。

【００２２】更に、開き角を図１１に示した如く１．５
°とした場合には、マスク８のパターン８ａ，８ａ間を
透過（回折）した光束の強度は図１４に光強度曲線３３
で示した如くなる。この光強度曲線３３によれば、理想
的な光強度曲線３０を１００％としたときに、理想的な
光強度の６０％の光強度を得ることができた。

【００２３】従って、２つの照明光学系１，２の開き角
度を１°よりも小さい開き角にすれば、光強度は常に７
０％以上確保できることになり、光量の損失は少なくな
り、広領域の最適な照明が可能になる。

【００２４】＜第２実施例＞以上説明した実施例では、
集光レンズ４と反射ミラー６との間、及び集光レンズ１
０と反射ミラー１２との間にフライアイレンズ５及び１
１をそれぞれ配置した例を示したが、このフライアイレ
ンズ５，１１は図１５に示したように反射ミラー６，１
２とコリメータレンズ７との間に配設してもよい。

【００２５】＜第３実施例＞また、以上説明した実施例
では、２つの照明光学系１，２を有する場合について説
明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例
えば、４つの照明光学系に上述した本発明の開き角を適
用してもよい。図１６は、４つの照明光学系に用いるフ
ライアイレンズ組立体４０を示したもので、照明光源や
コリメートミラー等の図示を省略している。

【００２６】図１６に示すように、フライアイレンズ組
立体４０は立方体形状に形成されている。そのフライア
イレンズ組立体４０の四側面には、第１複眼レンズとし
ての平板状のフライアイレンズ４２〜４５が配置されて
いる。そのフライアイレンズ４２〜４５は正方形状とさ
れそのサイズは、その側面の面積の１／２である。図示
しない４つの各光源部からの照明光Ｐ１〜Ｐ４は、ここ
では、互いに直交する方向からそれぞれフライアイレン
ズ４２〜４５に入射するものとされ、図示しない４つの
各光源部からの照明光Ｐ１〜Ｐ４が各フライアイレンズ
４２〜４５に入射する前に干渉しないようにされてい
る。そのフライアイレンズ組立体４０の上面には第２複
眼レンズとしての４個の正方形状のフライアイレンズ４
６〜４９が配置され、フライアイレンズ４６〜４９とフ
ライアイレンズ４２〜４５とは互いに直交している。

【００２７】そのフライアイレンズ４６〜４９の各焦点
距離は、各フライアイレンズのサイズｔよりも大きくさ
れて、フライアイレンズ４６〜４９とフライアイレンズ
４２〜４５との間に以下に説明する反射ミラーが設置で
きるようにされている。

【００２８】フライアイレンズ４２とフライアイレンズ
４６との間には、フライアイレンズ４２に入射した照明
光をフライアイレンズ４６に向けて偏向する反射ミラー
５０が設けられ、フライアイレンズ４３とフライアイレ
ンズ４７との間にはフライアイレンズ４３に入射した照
明光をフライアイレンズ４７に向けて偏向する反射ミラ
ー５１が設けられ、フライアイレンズ４４とフライアイ
レンズ４８との間にはフライアイレンズ４４に入射した
照明光をフライアイレンズ４８に向けて偏向する反射ミ
ラー５２が設けられ、フライアイレンズ４５とフライア
イレンズ４９との間にはフライアイレンズ４５に入射し
た照明光をフライアイレンズ４９に向けて偏向する反射
ミラー（図示を略す）が設けられている。その各反射ミ
ラー５０，５１，５２，（図示せず）は、第１複眼レン
ズであるフライアイレンズ４２〜４５を通過した照明光
を二次光源としての第２複眼レンズであるフライアイレ
ンズ４６〜４９に向けて偏向する偏向光学系群を構成し
ている。

【００２９】その第２複眼レンズを通過した照明光Ｐ５
は公知のコリメートミラーに導光されて平行光束とさ
れ、このコリメートミラーの反射方向前方に存在するマ
スク２５を照明し、このマスク８のパターン８ａが被転
写体としての基板Ｂに投影される。ここで、照明光は実
際には各フライアイレンズ４６〜４９の全面から出射す
るが、説明の便宜上、４つの照明光学系の光軸と一致す
る４つの照明光Ｐ５として図示してある。しかも、４つ
の照明光Ｐ５の光軸間距離は所定間隔Ｌに設定され、こ
の所定間隔Ｌは上述した開き角が１°以下になるように
設定されている。

【００３０】尚、上述した図１及び図１５における反射
ミラー４′，１０′は図１７の如く省略してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明
は、複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの
各光束上に配置されマスク面が配置された方向に導光す
るための複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複眼
レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路
上に配置されたマスク面を照明するための集束光学系を
有し、その複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された
各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための
露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光
学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔が
マスク面からみて所定の開き角になるように構成したの
で、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の照明光学系の一実施例を示
す説明図である。

【図２】図１に示した照明光学系のフライアイレンズの
説明図である。

【図３】図１に示した照明光学系の照明範囲と反射ミラ
ー上における照明光束の径との関係を示す説明図であ
る。

【図４】図１に示した照明光学系のフライアイレンズ及
び反射ミラーの理想的な配置を示す説明図である。

【図５】図４の配置による照明光学系の照明範囲と反射
ミラー上における照明光束の径との関係を示す説明図で
ある。

【図６】図４の配置による照明光学系の立体角の説明図
である。

【図７】（ａ）は図１に示したマスクの説明のための部
分断面図、（ｂ）は（ａ）に示したマスクのパターンと
図４の配置によるマスク透過光束の光量との関係を示す
説明図である。

【図８】図１に示した照明光学系のフライアイレンズの
反射ミラーによる間隔設定例を示す説明図である。

【図９】図８に示した配置の立体角の説明図である。

【図１０】図１に示した反射ミラーの配置設定による立
体角の他の例を示す説明図である。

【図１１】図１に示した反射ミラーの配置設定による立
体角の更に他の例を示す説明図である。

【図１２】図４及び図９に示した配置例によるマスクパ
ターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図であ
る。

【図１３】図４及び図１０に示した配置例によるマスク
パターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図であ
る。

【図１４】図４及び図１１に示した配置例によるマスク
パターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図であ
る。

【図１５】本発明の露光装置の照明光学系の他の例を示
す説明図である。

【図１６】本発明の露光装置の照明光学系の反射ミラー
の配置の他の例を示す説明図である。

【図１７】本発明の露光装置の照明光学系の他の例を示
す説明図である。

【符号の説明】 ３・・・照明光源 ５・・・フライアイレンズ（複眼レンズ群） ６・・・反射ミラー（偏向光学系群） ７・・・コリメータレンズ（集光光学系） ８・・・マスク（マスク面） ８ａ・・・パターン ９・・・照明光源 １１・・・フライアイレンズ（複眼レンズ群） １２・・・反射ミラー（偏向光学系群） ５０，５１，５２・・・反射ミラー（偏向光学系群）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 敏樹 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内 (72)発明者 榎本 芳幸 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の照明光源と、 それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマス
   ク面が配置された方向に導光するための複眼レンズ及び
   偏向光学系群を備え、 その複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光
   束の光路上に配置されたマスク面を照明するための集束
   光学系を有し、 その複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束
   の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装
   置の照明光学系において、 複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離し
   て配置し、その間隔がマスク面からみて所定の開き角に
   なるように構成したことを特徴とする露光装置の照明光
   学系。