JPS597359A - 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】 本発明は照明装置に関し、殊に半導体焼付装置において
回路パターンな担持するマスクあるいはレチクルを照明
するための照明装置に適する。

半導体製造工程、特に焼付工程では集積回路パターンを
ウェハ上に転写するわけであるが、通常、マスクとウェ
ハなコンタクトさせて焼付ける方法、あるいはウェハか
らマスクを極微小距離層てて支持した状態で焼付ける方
法そしてマスク（一般にレチクルと呼ばれている物等も
マスクと総称する）上のパターンを結像光学系を介して
ウェハ上に投影して焼付ける方法が実施されている。

その際、マスクを良好に照明することはパターン像の性
能に大きな影響を与えるため多くの技術的改良が積み重
ねられているが、マスク面における照度ムラの除去や集
光効率の向上、マスク面に入射する光束の入射角度の最
大値（以下、集光角と称する）を所望の値に設定するこ
とを主なる目標として種々の方式が知られる。そして近
年主流となっている方式は、元の光源からプリズム又は
マルチレンズ等を用いて平面上に並んだ複数の二次光源
を形成し、二次光源からの多光束な進光佳コリメーター
レンズニヨシマスク面へ照射する型式で、例えば特開昭
５０＝１０３９７６号や特開昭５０−１２９０４５号等
に開示され、特に、光軸を中心に散在する各二次光源か
らの光束がウェハ上で全て重畳されるから照度ムラは著
しい改良を見た。他方、二次光源を形成するための多光
束形成光学素子へ光源を（発した光束を集光する手段と
して楕円鏡を使用すると集光効率が高まるので、半導体
焼付装置に既に用いらねている。

しかし・ながら、二次光源を用いた従来の方式は照度ム
ラの除去に関しては効果が見られたものの、二次光源の
輝度分布が均一でないため実効的な集光角を所望の値に
設定することが困難である。即ち、仮にウェハ上の任意
の一点から二次光源を見込んだとすると、二次光源の内
、光軸に近い二次光源はど光量が多いため、見る方向に
よって輝度が相違し、従って光軸附近の二次光源と周辺
部の二次光源の間の光量差が大きい場合、実質上の集光
角は光軸附近の二次光源に依存することになシ、仮に周
辺部の二次光源を絞りで遮光したとしても集光角を制御
することが難しく、その結果、解像度の向上は望めなか
った。

例えばウェハとマスクを極近接保持して焼付はル方式の
場合、マスクのパターンのエッジテ回折を起した照明光
によるサイドロブ（副極大）の影響を押えるために露光
時間中に種々異なる方向からマスク面を照射するが、こ
の際、集光角の値によって解像度が大幅に変わることが
指摘されており、最適な集光角は半角で５°位と言われ
る（第１５回サマーセミナー「光学とＩＣ技術」論文集
、「ＩＣ用レンズおよび焼付装置」）。

ところで上述°の様に集光角を所望の値および形状に設
定することが難しいと解像度を向上させられないことに
なる。

また投影焼付方式の場合、投影レンズの入射瞳上に二次
光源の像（以下、有効光源と称す）が形成されており、
この有効光源の大きさ、形状および強度分布が投影レン
ズの結像性能に極めて大きな影響を与えることは周知の
通セである。

従ってこの方式も、二次光源の輝度分布が不均一であっ
て有効光源を所望の大きさ、形状、強度分布に設定する
ことが困難でおれば、性能の向上が阻まれることになる
。

以上の通り、二次光源の輝度分布が解像度を決定する大
きな要因である。従来の照明系にあっても、二次光源の
輝度分布を均一にするための手段として二次光源に隣接
して絞シを配置し、輝度分布が均一とみなせるような二
次光源の一部のみを用いる方法も考えられるが、光量の
損失が大きく、現実には解像度と集光効率の妥協となる
ので効果的な方法とは言えない。

本発明の目的は二次光源の輝度分布が均一な照明装置を
提供することにある。そして本発明によシ、この目的が
達成されると共に高集光効率が得られ、また照度ムラの
更なる大幅な改善あるいは二次光源を所望の形状に設定
できるといった効果が発揮される。

また上記目的を達成するために、複数の二次光源を形成
すると共にこれら二次光源で多光束形成光学素子を照明
し、更に光学素子の射出光でマスク等の物体を照明する
構成を採用する。そしてここで多光束形成光学素子とは
互いにその焦点位置に配置された正レンズの１対を二次
元的に多数個並べた配列あるいは多数の正もしくは負レ
ンズを要素とする蝿の目レンズ、母線を直交させて重ね
たレンチキュラー板、棒状レンズ群、オプティカルファ
′イバー束、中心から族レート、拡散板あるいは指向性
の強い拡散素子などを含み、連続もしくは非連続に拡大
された二次光源を形成する手段である。

第１図は本発明の第１実施例を描いている。

図中１は光源で、高輝度であることが望まれるので例え
ば超高圧水銀灯が使用される。２は楕円鏡で、光源１か
ら放射された光束を無駄なく集光する機能を持ち、その
第１焦点に光源１が位置するように配置され、光源１か
ら放射された光束をその第２焦点位置に集光している。

６能を持つ。４は照射エネルギーを制限するためのシャ
ッターである。５は多光束形成光学素子の１つで、ここ
では第２図に描く様に、同じ焦点距靜を持った正レンズ
Ｌ１とＬｖ’Ｑ互いにその焦点位置に配置して鏡筒に固
定し、この１対のレンズを二次元的に配列したものを使
用する。そして正レンズＬ１を含む第１列は楕円鏡２の
第２席点に一致する様に配置され、また後述する理由で
正レンズＬ２を含む第２列上に複数個の二次光源が形成
される。

６と９は光軸を９００折り曲げ、照明系全体をコンパク
トにまとめるための平面鏡。７は焼付波長より短い波長
の光をカットするためのシャープカットフィルター。８
は集光性コリメーターレンズ、１０は上述したのと同様
構造の多光束形成光学素子である。ここで、多光束形成
光学素子の二次光源面ｂ（正レンズの第２列）は集光性
コリメーターレンズ８の一方の焦点位置、多光束形成光
学素子１０の物体面Ｃ（正レンズの第１列）は他方の焦
点位置に位置する。

１１は絞シで最終的な二次光源を所望の大きさと形状に
設定する機能を持つ。１２は光軸を９０’折り曲げるた
めの平面鎮。１６は第２の集光性コリメーターレンズで
、その一方の熱点位置は多光束形成光学素子１０の二次
光源面ｄに一致し、他の焦点位置は物体面ｅに一致する
。

この物体面ｅ上にマスクが配置され、マスクに接触ある
いは極近接したウエノ・にパターンが焼付けられ、ある
いは投影レンズを介してウエノ・に焼付けられる。

以上の構成において、光源１を点灯すると楕円鏡２によ
り楕円鏡の第２焦点面ａに光源像が結像される。この光
源像の強度分布は楕円鏡２の収差のために第５図に描く
様に極めて不均一な分布となシ、光軸上で最も強く、光
軸から離れると急激に低下している。従ってこの段階で
は光源像を二次光源として第１物体面Ｃを照明しようと
すると、輝度分布が不均一であるとともに光源１の輝度
ムラがμ光特性の不均一さとなって現われるため、クリ
ティカル照明法あるいはケーラー照明法では第１物体面
Ｏを均一に照明することはできない。

ここで楕円鏡２の第２焦点面九に多光束発生用光学素子
５を配置しているので、第２焦点面ａ上に光源１の像を
形成した光束は複数個の小区画（二次元的に並んだ正レ
ンズによる区画）に分割され、光束中の種々の傾きをも
った平行成分は第１列の正レンズで結像され、各々の小
区画内で入射角に対応した新しい二次光源すを形成する
。この二次光源には輝度ムラは存在するものの配光特性
の均一な二次光源が得られる（第４図）。配光特性の不
均一な光源から配光特性の均一な二次光源を形成するこ
とが、多光束形成用光学素子の働きであシ、この二次光
源を用いて第１物体面Ｃをケーラー照明法により照明す
れば、均一な照度が得られる。更に第１物体面０を光源
の像とみなし、ここに多光束形成用光学素子を配置する
ことにより、新しく形成される二次元源ｄは輝度ムラも
なく、配光特性の極めて均一なものになる（第５図）か
ら、この新二次光源ｄによシ集光性コリメーターレンズ
１６を用いて第２物体面ｅを照明すれば照度ムラも著し
く減少する。

一方、第２物体面ｅ　（マスク）を照明する照射エネル
ギーを制限するためのシャッター４は楕円鏡２の第２焦
点面ａに隣接して置かれ、シャッター４を開閉した時の
輝度分布の変化は多光束形成光学素子１０で打消される
ので、新二次光源ｄの配光特性は均一で輝度ムラの無い
状態を保つことができる。更に露光時間中の原光源１の
アークのゆらぎ−や、アークの取付誤差等による第２焦
点而ａでのアーク像強度分布の変動にともなう二次光源
すの輝度分布の変化による影響も上記理由により打ち消
される。

また二次光源ｄ１７）輝度分布が均一であることから、
二次光源ｄに隣接して配置された絞シ１１の大きさ、形
状を変えることにより二次光源ｄの大きさと形状を自由
に且つ容易に変化させることが可能となる。

第６図は別の実施例を示している。付番１は上述の実施
例と同様の光源。２２と２２′はそれぞレコンデンサー
レンズで、本図では左右２個配置しているが、紙面に垂
直な方向に更に２個配置することも可能である。コンデ
ンサーレンズ２２．２２’は光源１から発散した光束を
無駄なく集光する機能を持つ。６′と６′はコールドミ
ラーで、各コンデンサーレンズ２２．２２’で平行光に
変換した光束から赤外光を濾光し、コンデンサーレンズ
２３．２５’へ指向させる。７′と７′は使用波長外の
光を遮断するためのフィルターで、コールドミラー５’
、　　３’とコンデンサーレンズ２３．２５’の間に装
着する。また４はシャッターである。

５′は多光束形成用光学素子で、例えば入力面と出力面
の並びがランダムになる様に結束したオプティカルファ
イバー束である。そして多光束形成用光学素子の入力面
ａはコンデンサーレンズ２５．２３’の焦点位置に一致
させる。８′は集光性コリメータレンズ、１０′は例え
ば第２図に構造を描いた様な多光束形成用光学素子であ
って、多光束形成用光学素子の出力面すはコリメータレ
ンズ８′の第１の焦点に位置し、多光束膨面 成用光学素子１０’の第１物体０は第２の焦点にハ 位置するから、ｂ上の二次光源はクー２−照明によシ第
１面物体Ｃをムラなく照明する。コリメーターレンズ８
′以降は第１図に類似の配置で、１５′はコリメーター
レンズ、ｅは第２物体面で、第２物体面にはマスクが支
持され、Ｗ−はウェハである。

上記構成によシ後段の多光束形成用光学素子１０′の端
面は均一に照明されるので、他の端面ｄに形成される二
次光源は輝度ムラもなく、配光特性の均一な光源となυ
、第２物体面ｅに対する理想的な光源が得られる。

第６図と第１図の後段多光束形成用光学素子１０′以前
の光学系の配置は全く異なったものではあるが、原理的
な効果は全く同じである。即ち、光源から発散される光
束を効率良く集光し、前段多光束形成用光学素子の端面
ａに光源の像を結像するために、第１図では楕円鏡を用
い、第６図では２組（又は４組）のコンデンサーレンズ
系を用いている。なお、これ以外にも楕円鏡による反射
光束をレンズで平行光束に変換し、この平行光束中に蝿
の目レンズ等を配置しても良く、また後段の多光束形成
用光学素子も第２図の構造に限られるわけではなく、オ
プティカルファイバー束や蝿の目レンズ等が使用できる
。

この様に、光源からの光束を多光束用光学素子の端面に
集光し、多光束用光学素子により形成された二次光源を
用いて、前段多光束形成用光学素子の端面を均一に照明
すれば、該後段多光束形成用光学素子によシ形成される
新二次光源は輝度ムラも無く、配光特性の均一な光源と
なる。

以上の如く本発明は輝度の不均一を解消し得る効果があ
り、更に集光効率を低下させること無く、又は場所によ
る照度ムラが減少し、角度特性の均一な理想的光源を得
ることができ、もしくは二次光源を所望の大きさ、形状
に設定することが容易になる。また原光源である超高圧
水銀灯のアークのゆらぎやシャッターの開閉、あるいは
アークの位置ズレ等による二次光源の輝度ムラ又は角度
特性を僅少にすることができ、常に一定の二次光源が得
られ、照度ムラの大幅な改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す光学断面図。 第２図は構成要素の断面図。第３図は光源像の強度分布
図。第４図は二次元源すの輝度分布図。 第５図は二次光源ｄの輝度分布図。第６図は別実施例を
示す光学断面図。 図中、１は光源、２は楕円鏡、６と５’、５’はコール
ドミラー、５と１０．５’、　１０’は多光束形成光学
素子、６と１５．６’、１３’はコリメーターレンズ、
ｂとｄは二次光源、Ｃは第１物体面、ｅは第２物体面即
ちマスク設置面である。 出願人　ギヤノン株式会社 ３３９−

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の二次光源を形成するための第１光学手段と
   、多光束形成光学素子と、前記二次光源で前記多光束形
   成光学素子を形成するための第２光学手段と、前記多光
   束形成光学素子の射出光で被照明物体を照明するための
   第６光学手段を具備する照明装置。
2. （２）前記多光束形成光学素子は互いにその焦点位置に
   配置されたレンズの１対を二次元的に配列して成る特許
   請求の範囲第１項記載の照明装置。
3. （３）前記第１光学手段は楕円鏡と多光束形成光学素子
   を有する特許請求の範囲第１項記載の照明装置。
4. （４）前記第１光学手段は複数のコンデンサーレンズ系
   トランダム配列されたオプティカル７アイパ一束を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の照明装置。
5. （５）前記第２及び第６光学手段は夫々コリメータレン
   ズ系である特許請求の範囲第１項記載の照明装置。