JPS63133522A - 露光装置 - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 本発明はレーザーを光源とする露光装置の構成に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、露光装置の光源として超高圧水銀ランプが使用さ
れている。しかし、最近ではマスクのパターンを更に高
密度で微細に転写するために、超高圧水銀ランプよりも
紫外線波長域を越えた、さらに波長の短いビームを発振
するエキシマレーザ−を光源として使用することに関心
を集めている。ところが、エキシマレーザ−は従来の光
源と比べて大型で高出力であるため、従来の超高圧水銀
ランプ等の光源と比べて発光形態も異なる。そのため、
露光装置用照明光学装置の構成も従来のものと異なった
構成にしなければならない。

また、光源としてのエキシマレーザ−は従来の超高圧水
銀ランプが出射する紫外線波長域を越えて、さらに短い
波長を発振し、高出力であるという利点はあるが、大型
でありエキシマレーザ−自体が振動の発生源となるため
光束が振れてしまうという問題点があった。このため、
特開昭６０−２４２４２１号公報で開示されている如く
、光源としてのエキシマレーザ−と露光装置照明系とを
独立分離して、露光装置照明系内に該光源からの光束を
導入するための光束導入口に防露光学系を配置すること
で解決しようとするものが知られていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、防露光学系を配置することで光源からの振動
を防止できるが、防露光学系自体を付加しなければなら
ないため、露光装置全体の複雑化や大型化を招く問題が
ある。また、光源としてのエキシマレーザ−と露光装置
照明系が独立分離された場合に、エキシマレーザ−の出
射口側から被照射面までの光路長が必然的に長くなるた
め、レーザービームの発散角が無視できなくなる問題が
ある。そのため、光束導入口側での光束径が大きくなり
、ケラレが生じ十分な光量を露光装置照明系に導入する
ことが困難となる。したがって、被照射面上やウェハ面
での照度を均一に保ことが困難であるために、さらに高
密度で微細なパターンをウェハに転写することが困難と
なる問題がある。

そこで、本発明は、照度の均一性に優れ且つ光１損失の
少ない従来よりも更に高性能な露光装置を提供すること
を目的としている。

〔聞届を解決するための手段〕

本発明は、レーザーを露光用照明光源とする光源部と、
該光源部からの光束を被照射面に導いて該被照射面のパ
ターンの像を感光基板上に投影する照明部とを有する露
光装置に於いて、前記照明部は前記光源部からの震動に
対して隔離されるように前記光源部とは分離して防震装
置」−に設置され、前記照明部の光束導入口側にビーム
エキスパンダ光学系を配置したものである。

〔作用〕

上記の如き構成にすることによって、光源からの被照射
面までの光路がビームエキスパンダ光学系の光源側で分
離され、ビームエキスパンダ光学系から被照射面までの
照明部を防震装置上に設置されるので震動による傾き角
、光束の発散角が軽減できる。

すなわち、ビームエキスパンダ光学系は、先ず、光束の
径を二次元的に拡大する。そして、光源または照明部の
振動により、光束が前記光学系３に入射したときの光軸
に対して、θ１だけ傾いたとすると、ビームエキスパン
ダ光学系３を通過した後の傾き角θ２は、拡大倍率をβ
として、θ２−θｌ／βとなる。したがって、光源の振
動により発生する傾き角をβ分の１に軽減することがで
きる。

同時に、光束の発散角ｔ１はビームエキスパンダ光学系
を通過する前の発散角ε、と通過した後の発散角ε２と
の間に　ｓ２−εＩ／βという関係が成り立つ。したが
って、光束の発散角による影響をβ分の１に軽減するこ
とができる。

そのため、従来技術の如く防露光学系を照明部の光束導
入部に配置する必要がなくなり、従来よりも簡単な構造
で、高性能な露光装置を得ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例に従って、本発明を具体的に説明する。第
１図に示すように光源部としてのエキシマレーザ−とビ
ーム整形光学部材とからなる光源部と、照明部とは独立
分離されて、それぞれ別個の防震装置上に設置されてい
る。光源部では、光Ｒ１とビーム整形光学系２とが第一
防震装置１０上に設置されており、照明部では、第二防
震装置ｌｌ上に設置されている。光源１から出射された
光束はビーム整形光学部材２に入射する。光源１として
のエキシマレーザ−から出射された光束の断面形状は矩
形をしており、ビーム整形光学系２に入射した光束は所
定の断面形状に整形される。

第１図において、ビーム整形光学系２の母線を含む面（
紙面に平行な面）内の光線を実線で、また、母線に垂直
な面（紙面に垂直な面）内の光線を破線にて示す。そし
て、整形された光束はビーム整形光学系２から照明部側
の光束導入口Ｇに向けて出射される。照明部に入射した
光束は、反射ミラーＱで反射転向され、ビームエキスパ
ンダ光学系３に入射する。ビームエキスパンダ光学系ａ
を通過した光束は反射ミラーＲで反射転向しフライアイ
インチグレーター４に入射する。そして、フライアイイ
ンチグレーター４によって多数の発散光束に分割され、
メインコンデンサーレンズ５にて、これらの光束が集光
されてレチクル６を均一に照明する。この場合、フライ
アイインチグレーター４は、多数の微小光源を一平面上
に作り、二次光源として作用する。そして、この光束は
反射ミラーＳで反射転向される。このような光束によっ
て一様に照明されたレチクル６上の回路パターンは、投
影対物レンズ７によってステージ９に！！置されたウェ
ハ８上に投影される。

エキシマレーザ−光源１は、封入されたレーザー媒質の
雰囲気中に設けられた、第２図に示すような細長いカマ
ボコ型の主放電電極Ｅ、　、Ｅ！を有し、レーザー光は
その主放電電極Ｅ、％Ｅ２間に高電圧が印加されて放電
する際に生じる閃光が電極の長手方向に共振して矢印り
の方向に発光するものである。その際、レーザー光束の
断面形状は、電極Ｅ、　、Ｅ、の形状に大きく左右され
る特質を有しているが、一般に、放電電極が長辺Ｘで、
これに直角な方向が短辺ｙの第３図に示すような長方形
の断面形状を有している。

光源とビーム整形光学系とが（第１防震装置ｌＯ）上に
設置されている。そして、エキシマレーザ−による光源
ｌからレーザー光束が発振される。

そのレーザー光束の断面形状が矩形（長方形）となって
おり、アフォーカルなビーム整形光学系２に入射する。

そして、この光束は正方形の断面形状の光束に整形され
る。そして、第２防震装置の設置された照明部の光導入
口Ｇに、整形された光束が入射し、反射ミラーＱで反射
転向しビームエキスパンダ光学系３に入射する。

第４図（Ｃ）には、ビームエキスパンダ光学系ａの断面
図を示しており、この光学系３は、それぞれ正の屈折力
を有するレンズ３Ａと正の屈折力を有するレンズ３Ｂと
によるケブラー型の構成となっている。レーザー光束は
ビームエキスパンダ光学系３を通過すると、光束は二次
元的に拡大される。

第６図（Ｃ）、（ｄ）はビームエキスパンダ光学系３を
通過する前と後のレーザー光束の断面形状を示している
。第６図（ｃ）に示すように、ビーム整形光学系２を通
過することによって、−辺の長さがＸの正方形の断面形
状に整形される。

そして、この光束は、ビームエキスパンダ光学系３を通
過すると、第６図（ｄ）に示すように、光束の断面形状
が二次元的にそれぞれβ倍に拡大される。したがって、
正方形の光束断面形状の一辺の長さはβＸの光束に拡大
される。

さらに、ビームエキスパンダ光学系３は、光束を二次元
的に拡大する他に以下のような機能を有している。

このビームエキスパンダ光学系３の機能の１つは振動に
より生ずる光束の傾き角の軽減にある。

第５図（ａ）に示すように、露光袋Ｗ（光源部または照
明部）または露光装置周辺の振動により、光束がビーム
エキスパンダ光学系３にに入射したときの光軸に対して
、θ璽だけ傾いたとする。このとき、このビームエキス
パンダ光学系３を通過する前の傾き角θ、とビームエキ
スパンダ光学系ａを通過した後の傾き角θ２との間に、
θ２−θＩ／βという関係が成り立つ。したがって、振
動の影響によって発生する傾き角θ１をβ分の１に軽減
することができる。

また、もう１つの機能は、レーザー光束には、発散角が
存在し、空気中のビーム距離が長くなると、その発散角
の影響を無視できなくなる。ところが、レーザー光束を
ビームエキスパンダ光学系ａに通過させることでこの影
響を軽減することができる。第５図（ｂ）はレーザー光
束がビームエキスパンダ光学系３を通過した時の光路図
である。

第５図（ｂ）に示すように、光源１からのレーザーは、
二次元的な発散角ε、を持っている。この光束がビーム
エキスパンダ光学系３の双方のレンズ３Ａ、３Ｂを通過
することによって光束の径がβ倍に拡大され、このビー
ムエキスパンダ光学系３を通過する前の発散角ｅ１とビ
ームエキスパンダ光学系３を通過した後の発散角ε２と
の間に、ｔ２＝ε１／βという関係が成り立つ、したが
って、光源から出射されるレーザー光束の発散角εｒを
β分の１に軽減するこができる 以上のことから、ビームエキスパンダ光学系３は、ただ
単に、光束の断面形状を二次元的に拡大するだけでなく
、ビームの発散角と振動による傾き角とを共に減少させ
ることができる。

また、ビーム整形光学系２についても一次元的ではある
がビームの発散角を押さえる機能を有している。ビーム
整形光学系２は、それぞれ正の屈折力を有するシリンド
リカルレンズ２Ａと正の屈折力を有するシリンドリカル
レンズ２Ｂとからなるケプラー型の構成となっている。

第５図に示すように両シリンドリカルレンズ２Ａ、２Ｂ
の母線は互いに平行となるように構成されている。すな
わち、母線を含む面内の光束は、第４図（ａ）に示すよ
うに屈折することなく、そのまま通過し、この母線に垂
直な面内の光線は第４図（ｂ）の如く屈折する。この場
合、双方のシリンドリカルレンズ２Ａ、２Ｂの各焦点を
Ｏ【点で合致するように配置すれば、両シリンドリカル
レンズによって、第４図（ｂ）に示す母線に垂直な面内
の光線のみが光束幅をα倍に拡大されて再び平行光束と
なって射出され、ビーム整形される。したがって、第６
閾（ａン、（ｂ）に示す如く、長辺がＸ、短辺ｙの長方
形断面のレーザー光束は、ビーム整形光学系２によって
短辺ｙのみが拡大されて長辺Ｘと等しくなる。

さらに、上記の如きビームの拡大方向だけビーム整形光
学系２を通過する前の発散角ε、とビーム整形光学系２
を通過した後の発散角ε４との間に、ｔ４−ε、／αと
いう関係が成り立つ。但し、αは光束拡大方向の倍率で
ある。したがって、光源から出射されるレーザー光束の
発散角ε３をα分の１に軽減することができる。

このように、−辺の長さをβＸの正方形の断面形状に拡
大された光束はフライアイインテグレータ４と、このフ
ライアイインテグレータ４による二次光源結像面または
これに近接して設けられた円形の開口を有する絞り（以
下「σ絞り」と称する。）４Ａおよびコンデンサーレン
ズ５を介して、レチクル６のパターン領域を均一に照明
する。その際、フライアイインテグレータ４による多数
の輝点によって形成された二次光源も一辺βＸのほぼ正
方形の断面形状となっており、σ絞り４Ａによって四隅
がカットされてほぼ円形に形成され第６図（ｅ）の如き
形状となる。

レチクル６上のパターンを照明した光束は、投影対物レ
ンズ７の絞りＰを通りウェハ８−ヒにパターン像が形成
される。この場合、σ絞り４Ａは投影対物レンズ７の入
射瞳Ｐと共役な位置に設けられており、σ絞り４Ａの開
口の像が第６図（ｆ）に示すように入射瞳Ｐ内に結像さ
れる。このσ絞り４Ａの像Ｔ　（すなわち、入射瞳Ｐを
通る光束の断面）の大きさが入射瞳Ｐに対して０．５〜
０゜７となるようにすると、ウェハ８上で解像力および
コントラストが共に良好なパターン像を得ることができ
る。したがって、σ絞り４Ａによりレーザー光束を僅か
にカットするのみで、エキシマレーザ−光源からのレー
ザー光束を最大限に利用して投影露光をｆテなうことが
できる。

尚、アフォーカル系として機能するビーム整形光学系２
とビームエキスパンダ光学系３とを上記実施例に示した
ケプラー型に代えてガリレオ型として構成しても良い。

また、本発明の実施例では光源部と照明部とをそれぞれ
別個の防震装置上に設置した場合について説明したが、
光源部と照明部との間隔を大きくとる場合には、照明部
のみに防震装置を設置しても同様な効果が期待できる。

したがって、本発明はこの実施例に限定されるものでは
ないことは言う・までもない。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、光源から被照射面までの
光路をビームエキスパンダ光学系の光源側で分離し、こ
のビームエキスパンダ光学系から被照射面までの照明部
を防震装置上に設置することで、露光装置く光源部また
は照明部）または露光装置周辺による振動による光束の
傾きの影響を軽減することができる。しかも、ビームの
進行に伴う発散角の影響も軽減することが可能となる。

したがって、本発明によって、照度の均一性に優れ且つ
光１３（ｊＥＪ失の少ない従来よりも更に高性能な露光
装置を得ることができる。

さらに、光源部にビーム整形光学系を設ける構成にする
ことでビームの発散角をさらに軽減することができ、光
源とビーム整形光学系との間隔を狭めた時のその効果は
大きい。

尚、本発明はレーザーを光源とし得る他の装置、たとえ
ばアニール装置、ＣＶＤ装置等の様々な露光装置にも使
用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の概略光路図である。 第２回実施例に用いられるエキシマレーザ−光源放電電
極部の斜視図である。 第３図は第２図から出力されるエキシマレーザ−光源の
断面形状を示す平面図である。 第４図の（ａ）はビーム整形光学系の母線に平行な横断
面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（Ｃ）はビームエキ
スパンダ光学系の縦断面図である。 第５図（ａ）は本発明によりレーザー光束の振動による
レーザー光束の傾き角を防止する原理を示した図、（ｂ
）は本発明によりレーザー光束の発散角を防止する原理
を示した光学図である。 第６図は第１図中のエキシマレーザ−光束の断面シマレ
ーザー光束の断面図である。 （主要部分の符号の説明） ト・・エキシマレーザ−１２・・・ビーム整形光学系、
３１５．ビームエキスパンダ光学系、４・・・フライア
イインテグレータ、４Ａ・・・　σ絞り、５・・・コン
デンサーレンズ、６・・・　レチクル（被照射面）、７
・・・投影レンズ、８・・・ウェハ（基板）、１０・・
・第一防震装置、１１・・・第二防震装置 Ｅ鵞、Ｅ２・・・主放電電極 Ｇ・・・光束導入口、Ｐ・・・入射瞳 Ｑ、Ｒ，Ｓ・・・反射ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザーを露光用照明光源とする光源部と、該光
   源部からの光束を被照射面に導いて該被照射面のパター
   ンの像を感光基板上に投影する照明部とを有する露光装
   置に於いて、 前記照明部は前記光源部からの震動に対して隔離される
   ように前記光源部とは分離して防震装置上に設置されて
   おり、前記照明部は光束導入口側にビームエキスパンダ
   光学系を有することを特徴とする露光装置。
2. （２）前記露光装置の光源部は光源と、ビーム整形光学
   系とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の露光装置。
3. （３）前記光源部は前記照明部が設置された防震装置と
   は別の防震装置に設置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の露光装置。