JPS62115119A - 光学系の出力照度の一様性を向上させる方法 - 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】 本発明は光学的照明方式に関するものであって、更に詳
細には、光積分の為の小レンズ（レンズレット）アレイ
を組み込んだ光学的照明方式乃至はシステムに関するも
のである。

光学的照明方式は、大略、成る所望の態様で変調された
光の出力ビームを与えるものである。これらの光学方式
は、多様な使用態様があり且つエレクトロニクス産業に
おいて広く使用されている。

例えば、集積回路チップを製造する上で、基板ウェハ上
にパターンを形成するプロセスの一部として、シリコン
基板ウェハは典型的に感光性物質でコーティングされ且
つ、光学照明方式の光出力へ露光される。典型的に、基
板上に明暗領域の所望のパターンを形成する為に照明方
式の出力側において何等かのタイプのレチクルマスクを
使用する。

単一のウェハ上に通常多数の同一のパターンを形成し、
該ウェハは爾後に多数の個別的な集積回路チップに切断
される。

基板ウェハ上に形成される多数のパターン間に必要なレ
ベルの一貫性を確保する為に、集積回路チップの製造に
おいて使用される光学的照明方式は、それらの出力照明
、即ちそれらの光出力の強度において高度の一様性を与
えることが要求される。光学的照明方式から出力光強度
の一様性を向上させる為に通常使用される１つの装置は
光学的積分器である。光学的積分器は、典型的に、光学
方式内の光学的ビーム経路に沿って成る点に位置されて
いる個別的レンズ要素乃至は小レンズからなるアレイを
有している。該アイ１の個別的な小レンズは典型的に、
該光学方式内の光ビームを分割し且つ後に成る予め選択
した結像面において全ての小レンズからの出力を重畳し
、従って一層一様な出力ビームを与えるべく配設されて
いる。

小レンズアレイ型光学積分器を使用して、結像面におい
て出力ビームの全面積に対して平均的な出力ビーム光強
度が５％程度しか変化しない出力照度一様性を持った光
学照明方式が製造されている。然し乍ら、チップ製造技
術における継続的な改良と共に、単一基板ウェハ上に増
加する数のより一層小型の回路が形成されている。従っ
て、一層高塵の照度一様性が所望されている。従って、
光学照明方式の出力照明一様性を向上させる方法及び装
置に対する需要が未だ存在している。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、光学
照明方式の出力照度一様性を向上させる方法及び措置を
提供することを目的とする。本発明の別の目的とすると
ころは、現存する照明光学方式の出カ一様性を向上させ
るべく適合させることの可能な方法及び装置を提供する
ことである。

本発明においては、小レンズアレイ型光学的積分器内の
個別的な小レンズの光学的入力表面の中央部分を選択し
且つブロックする方法を提供している。選択した小レン
ズの光学的入力表面の中央部分をブロックすることによ
って、光学照明方式からの出力ビームの強度の一様性が
向上される。

本方法では、積分器アレイへの光入力を走査し、且つ複
数個の個別的な小レンズ（レンズレット）に対して光学
システム即ち方式の全出力照度に対してのこれらの小レ
ンズの光の寄与に関しての重み付は関数を決定する。次
いで、光学系出力照度の非一様性以下の結合した重み付
は関数を持った該アレイ内の小レンズの何れかから、ブ
ロックされるべき適宜の小レンズを選択することが可能
である。

該選択した小レンズへの光入力をブロックすることは、
幾つかの本発明方法の内の１つによって達成される。そ
の１つの方法では、金属を選択した小レンズの光学的入
力表面の中央部分上に付着させる。別の方法においては
、選択した小レンズの光学的入力表面を部分的に光学的
に導通状態から光学的に散乱特性へ変換させて、該小レ
ンズの変換させた部分に入射される光が該小レンズを介
して合焦されることがない様にさせる。更に別の方法に
おいては、光学的積分器小レンズアレイの端部の周りに
配設しである該選択した小レンズの光入力をブロックす
る為にマスク構成体が設けられている。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。第１図は、小レンズアレイ型
光学的積分器１２を組み込んだ典型的な光学的照明方式
１０の概略図である。光学的方式１０は通常光源即ち１
４及び合焦光学系１６を有している。光源１４からの光
入力を積分器アレイ１２に合焦させ且つ出力ビームから
光源１４からの光の不所望の周波数をフィルタ除去する
為に、付加的な光学的要素１８，２０２を設けることが
可能である。図示した光学システム１０においては、ミ
ラー２２も設けてあり、光学システム１０の全体的な寸
法を減少させている。

光学方式１０からの光出力は結像面２４上に合焦される
。本光学方式１０が例えば集積回路を製造する為に使用
される場合、感光性物質でコーティングされたシリコン
基板ウェハを露光する為のレチクルマスクがこの結像面
２４に位置され−る。

典型的に、光源１４からのビームの光強度乃至は光学的
照度は、通常、ベル形状乃至はガウス分布を持っており
、ホットスポット乃至は最大強度は略ビームの中心に位
置されている。

積分器アレイ１２が光学方式１０内に設けられており、
光源１４の光出力を積分してホットスポットを検証させ
且つ結像面２４における光分布を均一とさせる。第２図
及び第３図に一層明確に示した積分器アレイ１２は、典
型的に、ハウジング２６を有しており、その中に、クラ
ンプ要素３０の成る適宜の配置によって複数個の個別的
なレンズ要素乃至は小レンズ２８が所定位置に保持され
ている。動作に付いて説明すると、光源１４からの光は
積分器アレイ１２上へ合焦され、個別的な小レンズ２８
の各々は結像面２４の全面積に渡って光源１４からの光
の一部を別々に合焦させる。

光学的積分器は業界において周知であり、その動作原理
は文献に概略説明されており、例えば、Ｔ。

ＨａｒｒｉｓとＭ、！１ｌｊｌｓｏｎ共著の［高強度光
ビームの発生の為の可変光学系の太陽シミュレーション
システムへの適用（Ａｐｐｌｊ、ｃａｔｊｏｎ　ｏｆ　
Ｖａｒｉａｂｌｅ　０ｐｔｊ、ｃｓｔｏ　５ｏｌａｒ　
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｏｍｓ　ｆｏｒ　Ｇｅ
ｎｅｒａｔｉｏｎ　。

ｆＨｉｇｈ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｌｉｇｈｔ　Ｂｅａ
ｍｓ）Ｊ、ＡＩＡＡ第４回スペースシミュレーション会
議、１９６９年、を参照すると良い。

積分器アレイ１２を使用した場合でも、光学方式１０の
出力照度は尚多少とも非一様性である。

大略曲線２５で示した如く、光強度は未だ結像面２４に
渡って変動しており、全体的な変動は典型的に１０％の
程度であり且つ最大強度は結像面の中心で発生している
。

結像面の中心部分に当る光の量を減少させる為に、１つ
又はそれ以上の特別に選択した小レンズ２８の光学的入
力表面２８ａの中心部分をブロックすることによって光
学方式１０からの出力照明の一様性を改良することが可
能であることが判明した。即ち、各小レンズの中心に入
射する光源１４からの光は結像面の中心上に結像され、
一方各小レンズの端部に入射する光源からの光は結像面
の端部に結像される。結像面の中心における強度は、従
って１選択した小レンズの中心をブロックすることによ
って減少させることが可能である。

１３一 本発明は、適切な小レンズ２８を選択し且つ第１図にお
ける光学方式１０の如き光学的照明方式からの出力照度
の一様性を向」ニさせる為にこれらの小レンズ２８の光
学的入力表面２８ａの中心部分をブロックする方法及び
装置に関するものである。

出力照度の一様性は以下の手順によって向上される。第
１に、光学方式１０からの出力照度の非一様性を結像面
２４において測定する。結像面２４内の種々の点での光
強度は、従来の光検知器、好適には結像面２４で遭遇す
る光強度の範囲に渡′　　って大略リニアな出力を持っ
たものを使用して、測定する。この様な光検知器は従来
公知であり、１例としては米国マサチューセッツ州すレ
ムのイージーアンドジー社によって製造されているスペ
クトル放射計がある。次いで、出力照度の光検知器の読
みを正規化する。次いで、光学方式１０からの出力照度
の非一様性を、最大及び最小の正規化した光検知器の読
みの間の差を取り且つその差を全ての正規化した読みの
平均値で割ることによる全出力ビーム強度の割合として
決定することが可能である。

次いで、個別的な小レンズ及び光学的方式１０の全体的
な出力照度の光の寄与に関係した重み付は関数を決定す
る。このことは、光源１４から小レンズ２８への光入力
の強度を測定することによって達成される。次いで、入
力照度光検知器の読みを正規化し且つその読みが得られ
た位置に対して正規化した光検知器の読みの曲線をプロ
ットすることによって重み付は関数が得られる。次いで
、検知器の位置を表す座標軸に垂直に一連のヒストグラ
ムの棒を引き、各棒の頂部は正規化した光検知器の読み
の曲線と交差する。次いで、何れかの特定の小レンズ２
８に対しての重み付は関数は、対応するヒストグラム棒
の面積を検知器の読みの曲線の下側の全面積によって割
ることによって得られる。

次いで、光学方式１０からの出力照度の測定した非一様
性以下の重み付は関数を持った小レンズ２８の中からブ
ロック用の適切な小レンズ２８を選択する。個別的な重
み付は関数の累積的な和が出力照度の非一様性以下であ
る場合には、幾つかの小レンズ２８を選択することが可
能である。例えば、結像面２４での出力照度が平均照度
の５％だけ変動する（５％の非一様性）場合、累積的な
重み付は関数が約５％以下である幾つかの小レンズ２８
をブロック用に選択することが可能である。

選択した小レンズ２８の光学的入力表面２８ａの中央部
分を幾つかの技術の内の１つによって実際にブロックす
る。本発明の出力照度一様性の向上方法の１実施例に拠
れば、選択した小レンズ光学的入力表面２８ａの中心部
分の上に金属を蒸着させることによってブロッキングが
行われる。小レンズ入力表面２８　ａ　」二への蒸着に
は多数の金属を使用することが可能である。使用される
金属は、好適には、光学方式１０の動作中に小レンズ２
８において典型的に経験される温度よりも高い融点を持
つものである。この様な温度は高々５００　’Ｃとする
ことが可能である。従って、例えば、クロム等の金属を
蒸着ブロッキング用コーティングとして使用するのに適
している。ガラス又は石英表面上に金属を蒸着する方法
及び装置は公知であるので、その説明は割愛する。

このブロッキングパターンは、選択した小レンズ２８の
全光学的入力表面積の約４０乃至６０％の間をカバーす
べきであることが判明した。ブロッキングパターンが小
レンズ２８の光学的入力表面の約５０％を被覆する場合
に典型的に良好な出力照度一様性が得られる。ブロッキ
ングパターンの特定の形状は多数の便利な形状の内の何
れかとすることが可能である。例えば、第５図における
小レンズ３１を被覆するものの如く一般的に円形状のブ
ロッキングパターンを使用することが可能であり、別法
として、第５図における小レンズ３３を被覆するパター
ンの如く大略方形のブロッキングパターンを使用するこ
とも可能である。

金属を蒸着する代りに、小レンズ入力表面２８ａの中心
部分は、その小レンズ入力表面のブロックすべき部分を
光学的に透過性から光学的に散乱特性へ変換させるべく
光学的入力表面２８ａの光学的透過特性を物理的に変更
させることによって一１７＝ ブロックさせることも可能である。この変更は、多数の
公知の技術、例えば、小レンズ入力表面の一部を物理的
に研磨するか、又は、別法として、研磨サンドブラステ
ィング技術等によって、行うことが可能である。光学的
透過特性ブロッキングパターンの寸法及び形状は、前述
した金属を蒸着させるブロッキングパターンの場合と同
一とすることが可能である。

本発明の出力照度一様性向」二方法の更に別の実施例に
おいては、特別の形態としたマスク要素３４を積分器ア
レイ１２への入力部に配置させて、積分器アレイ１２の
端部に位置された複数個の小レンズ２８を部分的にブロ
ックする。１つ又はそれ以上の小レンズ２８の光学的入
力表面２８ａの中心部分の４０乃至５０％の間でブロッ
クするか、又は幾つかの小レンズ２８の入力表面２８ａ
の側部又はコーナー即ち角部部分の１０乃至１５％を除
いた全てをブロックすることのいずれかによって出力照
度一様性の略等価的な向上を得ることが可能であること
が判明した。これらの幾つかのブロックした小レンズに
対しての重み付は関数の和は、中心部をブロックされた
小レンズの重み付は関数と略同じであるべきである。従
って、光学方式１０の出力照度一様性の略等価的な向上
は、２つの小レンズ３１及び３３の何れかの入力表面積
の中央部分の５０％をブロックするか、又は小レンズ３
１又は３３の重み付は関数と整合する累積的な重み付は
関数を持った８個の小レンズ３６の入力表面積の角部又
は側部部分の１２．５％を除いた全てをブロックするこ
とによって達成することが可能である。

本発明のマスク要素３４の１実施例を第４図及び第５図
に示しである。マスク３４の外側形状は、マスク３４を
積分器アレイ１２への入力部に装着するのに便利な任意
の形状とすることが可能である。第２図に示した実施例
においては、マスク３４は小レンズ２８のアイレに隣接
するハウジング２６内に直接装着されている。マスク３
４は開放内部部分３４ａ及び該開放内部部分３４ａ内に
突出する複数個のマスク用突出部３４ｂ、３４ｃを有し
ている。第５図に示した如く、突出部３４ｂ、３４ｃは
小レンズアレイの端部の周りに配設した選択した小レン
ズ３６の入力表面を部分的にブロックするべく機能する
。端部の小レンズ３６をブロックすることによって、マ
スク突出部３４ｂ。

３４ｃはブロックされることを意図しない何れかの小レ
ンズ２８を部分的に不鮮明化させることはない。

マスク３４は、好適には、光学的方式１ｏの動作中に積
分器アイレ１２への入力部で経験される極端な温度に耐
えることの可能な物質から構成する。例えば、マスク３
４は以前黄銅から形成していた。

マスク要素３４を使用して選択した小レンズ２８をブロ
ックすることは、個々の小レンズ２８の光学的入力表面
２８ａ上に金属を蒸着されるが、又は小レンズの入力表
面２８ａの一部を光学的に透過性から光学的に散乱特性
へ変換させることよりも有利である。何故ならば、積分
器アレイ１２を構成している典型的に高価な小レンズ２
８の何れかを機械加工するか又はその他の方法で物理的
に変化させることの必要性が無いからである。ブロッキ
ング用のマスク要素３４に関連して上述した小レンズ選
択方法を使用することによって、照明用光学方式１０の
結像面２４の表面上の出力照度の非一様性は平均照度出
力が５％から２％へ減少されている。

上述した出力照度向上方法は、光学システムの設計及び
テストの一部として実施することが可能であり、一方、
別法として、同じ方法を現存する照明用光学システムの
出力照度の一様性を向上させる為に使用することも可能
である。既に使用されている小レンズアレイ型光学的積
分器１２を金属の蒸着又は光学的透過特性の変換によっ
て容易に変更させることが可能である。同様に、光学的
方式１０又は積分器アレイハウジング２６をブロッキン
グマスク３４を装着する様に容易に適合させることが可
能である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。例えば、マス
ク３４を使用する場合に使用したのと同じ小レンズ２８
上に同一のブロックパターンを使用して金属蒸着ブロッ
キングを使用することが可能であり、適宜の小レンズ入
力表面２８ａの側部部分の１０乃至１５％を除いた全て
をブロックする。

【図面の簡単な説明】

第１図は小レンズアレイ型光学的積分器を使用する光学
的照明方式の概略図、第２図は積分器アレイ入力部に装
着したブロッキングマスクを有する小レンズアレイ型光
学的積分器の切断側面概略図、第３図は積分器アレイの
斜視概略図、第４図は本発明のブロッキングマスクの１
実施例を示した正面図、第５図は幾つかの小レンズの中
心部が金属蒸着によりブロックされており且つ他の小レ
ンズが本発明のマスクによってブロックされている状態
を示した積分器アレイの正面図、である。 （符号の説明） １０：光学的方式 １２：光学的積分器 １４：光源 １６：合焦光学系 ２４：結像面 ２８：小レンズ（レンズレット） ２８ａ：光学的入力表面 ３４：マ久り ３４ａ：開放内部部分 ３４ｂ、３４ｃ：突起 特許出願人　　　　アメリカン　セミコンダクタ　イク
イップメント　チ クノロシーズ 手続補正書 昭和６１年１１月１１日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示　　　昭和６１年　特　許　願　第２２
３９２７号２、発明の名称　　　光学系の出力照度の一
様性を向上させる方法３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名称　　　　アメリカン　セミコンダクタ　イクイップ
メントテクノロジーズ ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小レンズアレイ型光学積分器を組み込んだ光学照明
   方式の出力照度を改良する方法において、（ａ）該小レ
   ンズアレイへの入力照度を測定し、（ｂ）該光学照明方
   式の全出力照度に対しての該アレイの複数個の小レンズ
   によって貢献される照度の相対的百分率を決定し、（ｃ
   ）該小レンズアレイの入力照度非一様性を越えることの
   ない照度に貢献する結合した相対的百分率を持った複数
   個の個別的小レンズを選択し、（ｄ）複数個の選択した
   小レンズの光学的入力表面の一部をブロックする、上記
   各ステップを有することを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、該小レンズ入力表
   面の一部上に金属コーティングを付着させることによっ
   て該小レンズをブロックすることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、該金属コーティン
   グは所定のパターンで該小レンズ光学入力表面の中央部
   分をブロックし且つ該小レンズ入力表面の全表面積の４
   ０乃至６０％を被覆することを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第２項において、該金属コーティン
   グは該全小レンズ光学入力表面の８５乃至９０％をカバ
   ーし且つ該小レンズ入力表面の複数個の端部部分を所定
   のパターンで露出されたままとすることを特徴とする方
   法。 ５、特許請求の範囲第２項において、該金属コーティン
   グがクロムを有していることを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第１項において、該小レンズ光学入
   力表面の一部を光学的に導通性から光学的に散乱性の特
   性へ変換させることによって小レンズをブロックするこ
   とを特徴とする方法。 ７、特許請求の範囲第６項において、全小レンズ光学入
   力表面積の４０乃至６０％を持った該小レンズ入力表面
   の中央部分を所定のパターンで光学的に導通状態から光
   学的に散乱性の特性へ変換させることによって小レンズ
   をブロックすることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第１項において、小レンズは該小レ
   ンズアレイへ入力される光に隣接してマスクを設けるこ
   とによってブロックされ、前記マスクは中央開口部分と
   その中に突出する複数個の突出部を有すると共に該小レ
   ンズアレイの側部に沿って配設された複数個の個別的小
   レンズのブロック部分を有していることを特徴とする方
   法。 ９、特許請求の範囲第８項において、該マスク突出部が
   所定のパターンで複数個の小レンズの全小レンズ光学入
   力表面積の４５乃至９０％をブロックし、それにより該
   ブロック小レンズの複数個の端部部分を露出されたまま
   とさせることを特徴とする方法。 １０、小レンズアレイ型光学積分器を組み込んだ光学照
   明方式の出力照度の一様性を改良する方法において、所
   定のパターンで小レンズ光学入力表面の一部上に金属コ
   ーティングを付着させることによって該アレイ内の複数
   個の小レンズを部分的にブロックすることを特徴とする
   方法。 １１、特許請求の範囲第１０項において、該金属コーテ
   ィングはクロムを有していることを特徴とする方法。 １２、特許請求の範囲第１０項において、該金属コーテ
   ィングは複数個の選択した小レンズの小レンズ光学入力
   表面の中央部分を被覆し且つ該選択した小レンズ入力表
   面の全表面積の４０乃至６０％をコーティングすること
   を特徴とする方法。 １３、特許請求の範囲第１０項において、該金属コーテ
   ィングは所定のパターンで全小レンズ入力表面積の４５
   乃至９０％を被覆し、それにより該小レンズ入力表面の
   複数個の角部部分を露出させたままとさせることを特徴
   とする方法。 １４、小レンズアレイ型光学積分器を組み込んだ光学照
   明方式の出力照度一様性を改良する方法において、少な
   くとも１個の小レンズ光学入力表面の一部を光学的に導
   通状態から光学的に散乱特性へ変換させることによって
   該アレイ内の複数個の小レンズをブロックすることを特
   徴とする方法。 １５、特許請求の範囲第１４項において、全小レンズ光
   学入力表面積の４０乃至６０％を該小レンズ入力表面の
   中央部分を包含する所定のパターンで光学的に散乱特性
   へ変換させることを特徴とする方法。 １６、小レンズアレイ型光学積分器を組み込んだ光学照
   明方式の出力照度一様性を改良する方法において、該小
   レンスアレイへ入力される光に隣接して該光学方式内に
   装着してマスクを設け、前記マスクは中央開口と該開口
   内へ突出する複数個の突出部を有しており又該小レンズ
   アレイの側部に沿って配設した複数個の小レンズへ入力
   される光の選択した部分をブロックすることを特徴とす
   る方法。 １７、特許請求の範囲第１６項において、該マスクは金
   属であることを特徴とする方法。 １８、特許請求の範囲第１６項において、各マスク突出
   部は予め選択したパターンで複数個の小レンズの小レン
   ズ入力表面の８５乃至９０％をブロックし、それにより
   該小レンズ入力表面の複数個の角部部分を露出させたま
   まとさせることを特徴とする方法。 １９、小レンズアレイ型光学積分器を組み込んだ光学照
   明方式の出力照度一様性を改良する装置において、該小
   レンズアレイへ入力される光に隣接して該光学方式内に
   装着したマスクは中央開口及び該中央開口内へ突出する
   複数個の突出部を有しており且つ該小レンズアレイの側
   部に沿って配設した複数個の小レンズへ入力される光の
   一部をブロックすることを特徴とする装置。 ２０、光学的照明方式において、光源、該光源からの光
   を結像面上へ合焦させる光学系であって複数個の小レン
   ズから構成される積分器を具備する光学系、少なくとも
   １個の小レンズから該結像面へ到達する光の量及び分布
   を制御する為に該少なくとも１個の小レンズの部分を選
   択的にブロックするマスクであって環状セクションと該
   環状セクションの中心へ突出する少なくとも１個の突出
   部を具備することを特徴とするマスク、を有することを
   特徴とする方式。