JPS63159837A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザを光源とする照明装置にかかるもの
であり、特に、集積回路の製造に用いられる露光装置な
どに好適な照明装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、集積回路の製造に使用されている露光装置の光源
としては、主として超高圧水銀ランプが用いられてきた
。

しかし最近では、集積回路の集積度が増々向上しており
、従来以上の線幅精度が要求されるに至っている。

このため、上述した超高圧水銀ランプに代って、エキシ
マレーザ等の短波長高出力レーザが露光用光源として用
いられ°始めている。

ところが、特にインジェクションロッキングを用いたレ
ーザなどの波長幅が狭いレーザを用いると、干渉により
スペックルが発生し、微細パターン形成の妨げとなる。

従来、このようなスペックルの発生を防ぐため、第２図
に示すような照明装置が使用されている。

第２図において、レーザ光源１０から出力されたレーザ
光ＬＢは、レンズ１２．１４を各々透過して、偏向ミラ
ーないし振動ミラー１６に入射し、ここで曲折されてレ
ンズ１８を透過し、位置ＰＡにスボッｉを形成する。

更にレーザ光ＬＢは、コンデンサレンズ２０によって集
光されて、レチクルＲに入射し、これを透過して、例え
ば両側テレセントリックな投影光学系２２に入射する。

この投影光学系２２は、前群投影レンズ２２Ａと、後群
投影レンズ２２Ｂとを有しており、これらをＭＡしたレ
ーザ光ＬＢは、ウェハＷに入射される。これによって、
レチクルＲ上の回路パターンがウェハＷ上に露光投影さ
れることとなる。

以上のような装置について、更に説明すると、レーザ光
ＬＢは、レンズ１２．１４によって、径が広げられたの
ち、振動ミラー１６に入射するが、露光中この振動ミラ
ー１６を振ることによって、位置ＰＡに広がった二次光
源が形成される。

この二次光源の像は、ざらにコンデンサレンズ２０と、
投影光学系２２中の前群投影レンズ２２Ａとによって、
投影光学系２２中の瞳位置２２Ｐに結像される。

以上のような二次光源の各集光点からの光は、インコヒ
ーレントとみなすことができるので、ウェハＷ上にはス
ペックルは発生しない。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のような照明装置では、レチクルＲ
及びウェハＷ上の光強度分布が均一とならず、ガウス分
布ないしそれに近似する分布となる。

そこで、通常かかる光強度分布の均一性を確保するため
、位置ＰＡの二次光源とコンデンサレンズ２０との間に
、コリメータレンズとフライアイレンズ（図示せず）と
を各々挿入し、このフライアイレンズによる光源像群を
投影光学系２２の瞳位置２２Ｐに結像することとしてい
る。

ところが、この瞳位置２２Ｐの光は、振動ミラー１６を
振動させても、一般的にはインコヒーレントとはならず
、互いに干渉してウェハＷ上にスペックルか発生するこ
ととなる。

この発明は、以上のような問題点を解決し、光源がレー
ザ光であっても、均一で、かつ、スペックルを生じない
照明装置を提供することを、その目的とするものである
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、パルスレーザのレーザビームを振ることによ
って形成される二次光源の強度分布（ないし光源像の大
きさ）、および、複数のレンズ素子の少なくとも空間的
可干渉領域に含まれるレンズ素子配列構成を、レーザ光
の波長および照明対象に対する必要照明量を考慮して定
めることにより、上記問題点を解決しようとするもので
ある。

すなわち、この発明は、パルスレーザの波長λ、振れ角
θ。の振動ミラーによって形成される二次光源のスポッ
ト数ＮＸＮ′（２次元配列として）複数のレンズ素子の
間隔ｄ、これらのレンズ素子のうち、少なくとも空間的
可干渉領域に含まれるレンズ素子の一次元方向の配列個
数Ｍ、適当な整数ｍに対して、 ｄ＝ｍ（λ／θ０） Ｎ　（λ／θ０）＞Ｍｄ となるように各部分を構成するとともに、これらの条件
を満たすパルス数のレーザ光の全光量が照明対象の必要
光量となるように、前記パルスレーザの照明対象に対す
る光量を調整する光量調整手段を備えたことを技術的要
点とするものである。

［作用］ この発明によれば、少ｔ、、Ｉ−くとも空間的可干渉領
域に含まれるレンズ素子が、二次光源の強度分布のフー
リエ変換がτとなる位置に配列されるため、ファン・シ
ッターツエルニケ（Ｖａｎ　Ｃ１ｔｔｅｒｔ−Ｚｅｒｎ
ｉｋ＋、ｌの定理によりそれらのレンズ素子を透過する
レーザ光間で干渉が実際上生じない。

また、全体としての照明光量が、光量調整手段によって
調整され、照明対象には、必要な二〇照明光が送られる
。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。なお、上述した従来技術と同様の部分には
、同一の符号を用いることとする。

第１図には、この発明にかかる照明装置の一実施例が示
されている。この図において、上述したレーザ光源１０
から出力されるパルスレーザ光ＬＢは、減光フィルタ２
４、レンズ１２．１４を各々透過して、振動ミラー１６
に入射するようになっている。

次に、この振動ミラー１６によって光軸が曲折されたレ
ーザ光ＬＢは、し°ンズ１８を透過してコリメータレン
ズ２６に入射するようになっており、これによって平行
光束化されたレーザ光ＬＢは、複数のレンズ素子を有す
るフライアイレンズ２８に入射するようになっている。

更に、このフライアイレンズ２８を透過したレーザ光Ｌ
Ｂは、上述したようにコンデンサレンズ２０によって集
光され、これによって、レチクルＲの回路パターンの露
光投影が、投影光学系２２によってウェハＷに行なわれ
るようになっている。

一般的には、以上のような光学系では、上述したように
スペックルを生じるが、レーザ光ＬＢの露光パルス数お
よび振動ミラー１６の振れ角によって定められる二次光
源Ｑの強度分布と、フライアイレンズ２８を構成するレ
ンズ素子の配列構成との関係を適当に調整制御すること
により、スペックルを低減するとともに、光量分布の均
一化を図ることができる。

以下、この実施例における上記条件について、詳細に説
明する。

一般に、ファン・シッターツェルニケ （Ｖａｎ　Ｃ１ｔｔｅｒｔ−２ｅｒｎｉｋｅ）の定理に
よれば、２点間における光の干渉性の程度を表わす複素
コヒーレンス係数は、光源の強度分布のフーリエ変換で
表される。

ところで、上記実施例では、位置ＰＡに二次光源Ｑが形
成される。

そこで、フライアイレンズ２８から二次光源Ｑを見たと
きの該二次光源Ｑの強度分布と、そのフーリエ変換とを
示すと、第３図および第４図のようになる。

第３図には、二次光源Ｑの強度分布が各々示されており
、第４図には、それらのフーリエ変換が各々示されてい
る。

なお、これらの図の例は、いずれも−次元モデルである
が、これらを二次元に拡張することは容易である。

第３図および第４図中、（Ａ）は、二次光源Ｑの強度分
布が一様な分布を有する場合、　（Ｂ）ないしくＥ）は
、二次光源Ｑの強度分布が離散的に分布している場合で
、例えばパルスレーザをレーザ光源として用いた場合に
は、このような分布となる。なお、第３図において、「
θ。」は、二次光源Ｑの分布幅を振動ミラー１６の振れ
角で表わしたものである。尚、第３図（Ｂ）〜（Ｅ）に
示した矢印の夫々はパルスレーザの発生を意味し、振れ
角θ。の範囲で最後に発生すべきパルスを省略する必要
がある。

これらのうち、第４図（Ｂ）ないしくＥ）を参照すると
明らかなように、Ｎ個の等間隔（θ。／Ｎ）な二次光源
スポットに対し、フーリエ面（すなわちフライアイレン
ズ面では、同じく等間隔（λ／８゜）でＮ−１個の７点
がある。なお、「λ」は、レーザ光ＬＢの波長である。

かかる零点の位置では、上述したファン・シッターツェ
ルニケの定理により、複素コヒーレンス係数は「０」と
なる。

従って、二次光源Ｑのスポット数Ｎに対し、同数個以下
、すなわちＮ個以下の個数のレンズを、かかる間隔ｄ（
λ／８゜）で配列するようにすれば、これらの各レンズ
を通過したレーザ光ＬＢは、互いに干渉しなくなる。

なお、逆に、フライアイレンズ２８を構成する各レンズ
素子の間隔ｄが決っているときは、これに応じた振れ角
度θ。で入射レーザ光ＬＢを振動させるようにすればよ
い。

まとめると、レーザ光Ｌ８の波長をλ、振動ミラー１６
の振れ角をθ。、フライアイレンズ２８の構成レンズ素
子の間隔を一次元方向にｄとすると、 ｄ＝λ／θ０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（１）の関係か満たされたとき
に、スペックルの生じない均一な照明を行うことかでき
る。

なお、第５図を参照しながら説明するように、上述した
（１）式は、適宜の整数ｍに対して、ｄ＝ｍ（λ／θ０
）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
に拡張して考えることができる。

第５図（Ａ）には、二次光源Ｑのスポット数Ｎが４の場
合の強度分布が示されており、同図（Ｂ）には、スポッ
ト数Ｎが１２の場合が示されている。これらのフーリエ
変換は、同図（Ｃ）および（Ｄ）に各々示されている。

これらの図から明らかなように、フーリエ面における７
点位置の間隔は異るものの、間隔ｄではいずれも；点と
なる。

ここで、同図（Ａ）にお番プる振動ミラー１６の触ね角
をθ。おとし、同図（Ｂ）の振ね角をθ。ｈとすると、 ｄ＝λ／θ。３＝３λ／θ。５ となる。従って、一般的には、適宜の整数ｍに対して（
２）式が成り立つ。

次に、以上のようなレーザ光ＬＢが互いに干渉しない条
件について、更に詳細に説明する。

上述した間隔ｄのフライアイレンズ２８の各構成レンズ
の配列個数を所定の配列方向でＭとすると、 Ｎ　（λ／　θｏ）＞　　Ｍ−ｄ　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（３）を満たずようにしてやれば
良い。

これらの（２）　、　　（３）式を書きなおすと、θ。

＝　（ｍ・λ）／　ｄ　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（４）となり、また、 λ （θｏ　／　Ｎ　）　＜　　　　＝θ。７ｍ−Ｍ　　・
・・・・・（５）−ｄ Ｎ　）　ｍ・Ｍ　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（６）となる。

従って、振動ミラー１６の振れ角の振幅（最大値）は、 で表わされることとなる。

また、二次光源Ｑのスポット間隔に対応した振動ミラー
１６の捩角は、 ｅ　ｏ　／　Ｎ　＜λ／Ｍ−ｄ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（８）の関係となる。

次に、最終的な振動ミラー１６の捩角は、レンズ１８と
コリメータレンズ２６との倍率によって補正する。

すなわち、レンズ１８と、コリメータレンズ２６の焦点
距離が、各々ｆａ、ｆｂであるとすると、振動ミラー１
６の捩角が、フライアイレンズ２８の入射光束の振れ角
のｆ　ｂ　／　ｆ　ａ倍となるようにすればよい。

以上のように、レーザ光ＬＢの波長えに対し、二次光源
のスポット数および分布幅、フライアイレンズ２８のレ
ンズ素子の配列個数および素子間隔を、各々決定するこ
とにより、良好にレーザ光ＬＢのスペックルを基本的に
は除去することができる。

しかしながら、実際の露光作業では、露光パルス数、す
なわち二次光源Ｑのスポット数Ｎを任意に選ぶことはで
きない。というのは、露光パルス数Ｅは、ウェハＷ上に
形成されたレジスト層の５感光の程度との兼合いで定め
られ、最適露光量によって決定されるからである。

今、最適露光量をｒ。、レーザ光ＬＢの１パルス当りの
露光量をＩＰとすると、露光パルス数Ｅは１ｏ／Ｉｐと
なる。

これが、上述した二次光源Ｑのスポット数Ｎの整数倍と
一致しなければならない。すなわち、かかる整数をｎと
すると、 Ｅ　＝　ｎ　Ｎ　＝　Ｉｏ／　Ｔｐ　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（９）となることが必要
である。

一方、露光装置用のフライアイレンズ２８は、二次元状
の平面パターンの投影露光を行うため、通常直行方向に
、全体でＭＸＸＭＹ個のレンズ素子が等間隔に並べられ
ている。すなわち、直行するＸ方向にＭ８個、Ｙ方向に
ＭＹ個のレンズ素子が各々配列されており、通常はＭＸ
＝ＭＹである。

このような場合の露光パルス数Ｅは、上述した（８）式
の条件から、１ｉｌＸｘ　Ｍ、より大きくなければなら
ない。

すなわち、 １ｏ／　ＩＰ＞　ＭＸＭＹ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）の条件を満
たす必要がある。

例えば、Ｍｘ＝Ｍｙ＝　１０の場合、露光パルス数は、
１００以上でなければならない。

従って、この条件を満たすため、まず、レーザ光ＬＢＩ
パルス当りの露光量■、があらかじめ測定される。そし
て、その条件を満たさない場合には、減光フィルタ２４
の挿入あるいはレーザ光源１０の電源（図示せず）の調
整により、１パルス当りの露光ｉｔ　Ｉ　ｐを低減して
上記条件を満たすようにする。

更に、フライアイレンズ２８の配列方向に対応した二次
光源スポット数を５ＸＸＳＹとすると、ｒａ／ＩＦはＳ
つ×ＳＹの整数倍であって、かつ、ｍｘ、　ｍ、を整数
として、 Ｓ、＞　ｍ、Ｍｘ　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）ＳＹ＞
　ｍｙＭｙ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１２）でなければな
らない。

通常Ｍ×＝ＭＹであるから、（■。／ＩＰ）　ｌ／２　
に最も近く、かつ、ＭＸより大きい値を、二次光源Ｑの
スポット数ＳＸとする。

また、 Ｓｘ　（Ｓｙ−１）　＜　Ｉｏ／　Ｉｐ≦５ｘＳｙ　　
−−（１３）を満たすＳＶを求める。

ざらに、 ■。／Ｉｐ≦５ＸＳＹ　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１４）であるので、 ■。／ＩＰ”５ＸＳＹ　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１５）となるように前
記と同様な手段でＩＰを減らす。

これらの計算の基礎となるＩｐ（及びＩ０）は、これら
の露光以前の１回以上の露光時にＩ、をモニターし、そ
の値から算出したものを用いる。

以上のようにして、各構成部分の条件が定めされる。

次に、上記実施例の作用について説明する。

レーザ光源１０から出力されるレーザ光ＬＢは、上述し
たように、最適露光量Ｉ。が考慮されて、１パルス当り
の露光量ＩＰが設定され、減光フィルタ２４によって光
量調節が行われる。

次に、かかるレーザ光ＬＢは、レンズ１２゜１４によっ
て、そのビーム径が拡大され、振動ミラー１６に入射す
る。この振動ミラー１６は、上述した（１）ないしく３
）式に示す条件を満たすように定められた振れ角θ０で
振動し、レーザ光ＬＢが振られることとなる。

このレーザ光ＬＢは、コリメータレンズ２６、フライア
イレンズ２８を透過するため、レチクルＲ上では、レー
ザ光が均一に光量分布することとなる。

また、二次光源Ｑのスポット数とその分布幅、フライア
イレンズ２８のレンズ素子配列個数とその間隔とが、上
述したように設定されているので、フライアイレンズ２
８を構成する各レンズ素子を各々透過したレーザ光ＬＢ
が干渉してスペックルが発生するという不都合も生じな
い。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、フライアイレンズのレンズ素子の二次元配
列個数は、直行する方向で一致する必要はなく、異って
いてもよい。

また、実際には、レーザ光源（例えはエキシマレーザ）
の可干渉性（空間的コヒーレンス度）は、上述した数式
が適用されるほど良好ではない。すなわち、フライアイ
レンズ全体を透過する光が干渉するのではなく、あるレ
ンズ素子を透過したレーザ光と干渉するのは、そのレン
ズ素子近傍の数個のレンズ素子を透過したレーザ光のみ
である。

従って、上述した実施例においてフライアイレンズを構
成するすべてのレンズ素子個数を示すＭｘｘＭＹのかわ
りに、フライアイレンズ面での空間的な可干渉領域に含
まれるレンズ素子の個数を用いるようにしても、実用的
には、充分な効果を得ることかできる。

具体的には、空間的な可干渉距離を℃とすると、フライ
アイレンズの構成レンズ素子の間隔ｄに対して５．１２
／ｄよりも大きい数のうち、最も小さい整数を、上記Ｍ
ｘＸＭ、のかわりに通用すればよい。

更に、上記実施例は、露光装置に適用した場合であるが
、その他の装置に対しても本発明は適用されるものであ
る。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、光源であるパルスレーザ
の波長に対し、照明対象の必要照明量を考慮しつつ、レ
ーザ光の振動によって形成される二次光源の強度分布、
フライアイレンズを構成するレンズ素子の配置構成、特
に少なくとも空間的可干渉領域に含まれるレンズ素子の
配置構成を定めることとしたので、照明の均一性を確保
しつつ良好にスペックルの低減を図ることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図は
従来装置の一例を示す４Ｍ成説明図、第３図は二次光源
の強度分布を示す線図、第４図は第３図の強度分布に対
応するフーリエ変換の関係を示す線図、第５図は（２）
式を説明するための線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １０・・・レーザ光源、１６・・・振動ミラー、２０・
・・コンデンサレンズ、２２・・・投影光学系、２４・
・・減光フィルタ、２６・・・コリメータレンズ、２８
・・・フライアイレンズ、Ｑ・・・二次光源、Ｒ・・・
レチクル、Ｗ・・・ウェハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルスレーザを光源とし、これから出力された波長λの
   レーザ光を、振れ角θ＿０の振動ミラーによって振動さ
   せることによりスポット数Ｎの二次光源を形成し、この
   レーザ光を、間隔ｄの複数のレンズ素子を介して照明対
   象に照射する照明装置において、 前記複数のレンズ素子のうち、少なくとも空間的可干渉
   領域に含まれるレンズ素子の所定の配列方向の個数Ｍ、
   適当な整数ｍに対して、ほぼｄ＝ｍ（λ／θ＿０） Ｎ（λ／θ＿０）＞Ｍｄ を満足するように構成するとともに、 この条件を満たすパルス数のレーザ光の全光量が照明対
   象の必要光量となるように、前記パルスレーザの照明対
   象に対する光量を調整する光量調整手段を備えたことを
   特徴とする照明装置。