JPS63216338A - 照明光学装置 - 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） 本発明は、照明光学装置に係り、特に、微細パターン形
成のための露光用光源等として可干渉性の光（コヒーレ
ント光）を用いる際の干渉による悪影響を軽減する構造
に関する。

（従来技術およびその問題点） 半導体技術の進歩と共に超ＬＳＩをはじめ、半導体装置
の高集積化が進められてきている。半導体装置の高集積
化は素子の微細化によって実現されるため、微細かつ高
′Ｗ１度のパターン形成技術への要求が高まっている。

通常、微細パターンの形成には、フォトリソグラフィー
技術が用いられる。

近年、フォトリソグラフィーの使用波長である紫外域の
光を高出力で発振するエキシマレーザ等のレーザの開発
により、レーザ光が半導体露光装置の新しい光源として
注目されてきている。

一般にレーザ光は高い輝度と指向性を有することから、
露光用光源として用いる場合、極めて有効な光源である
が、レーザ光特有の強い干渉性によって、マスク面およ
び像面においてスペックルが光生じ、これが解像度の向
上をはばむ問題となっている。

そこで、マスク面および像面におけるスペックルを軽減
するため、複数のオプチカルファイバを用いて可干渉距
離分だけの光路差をもたせたのち複数の光線束に分岐し
、再び結合する方法（特開昭６Ｏ−２４７６４３）、段
差プリズムを用いて可干渉距離分だけの光路差を与える
方法（特開昭６ｌ−１６９８１５）、あるいは、レーザ
光束からの光源像を形成させるレンズへの入射角度を変
化させることにより光源像を移動せしめるスキャンミラ
一方式（ソリッドステートテクノロジー、夏８０’　、
１１５〜１２１）等が提案されている。

ところで、従来の自然発振のエキシマレーザのレーザ光
は半値全幅が０．３ｍｔｎ程度、可干渉距離が２００μ
ｍ程度と短いため、オプチカルファイバーまたは段差プ
リズムで生起せしめる光路差は小さいためオプチカルフ
ァイバや段差プリズムの製作は容易である。

しかしながら、石英のみのレンズ素材による縮小レンズ
を用いて縮小投影露光を行なう場合は、光源として狭帯
域発振のエキシマレーザを用いざるをえない。この場合
、半値全幅は０．００５ｎ１１程度であり、可干渉距離
は１２．５ｒＲＩｎＮ度となるため、オプチカルファイ
バの１本１本あるいは段差プリズムの１段１段の長さの
差が１２．５闇程度必要となるため製造が困難である。

また、エキシマレーザはパルスレーザであるため、スキ
ャンミラ一方式では、パルス数１０００以上で露光しな
いと干渉性をなくすことができず、繰り返し数５００Ｈ
ｚとして露光時間が２秒以上必要となり、スループット
が極めて悪くなるという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、コヒーレ
ント光源から複数の２次光源を形成するに際し、構造が
簡単でこれらの２次光源からの光束が被照明物体面上で
互いに干渉しないようにした照明光学装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、コヒーレント光源と、該コヒーレン
ト光源から供給される光束から１１ｕ数の２次光源を形
成するための２次光源形成部材を具えた照明光学装置に
おいて、 前記２次光源形成部材かつ、前記複数の２次光源を移動
せしめる移動手段を有しており、更に該コヒーレント光
源と該２次光源形成部との間に、互いに平行となるよう
に相対向して８＋！設された全反射ミラーと部分反射ミ
ラーとからなる光路差生起手段を配設し、これら全反射
ミラー又は部分反射ミラーの１部に形成されたレーザ光
入射口から該コヒーレント光源からの光がこれらの反射
ミラーの法線方向に対して傾斜して入Ｑｉ　Ｌ繰り返し
反射しながら部分反射ミラー側に射出せしめられるよう
にしている。

〔作用〕

すなわち、例えば、第７図にこの繰り返し反射ミラーの
原理を示すように、全反射ミラー而Ｃと部・分反射ミラ
ー面Ｒとが距離ｄだけ離間するように相対向して平行に
配設されており、全反射ミラー面Ｃの一端に幅Ｗのレー
ザ光入射口Ｉが配設されると共に、部分反射ミラー面Ｒ
の他端にも幅Ｗのレーザ光出射口０が配設された繰り返
し反射ミラーの構造を考えてみる。まずレーザ光りがこ
れらの反射ミラー面の法線に対して角０をなすようにレ
ーザ光入射口から入射せしめられるとする。

このとき、レーザ光入射口から入ったレーザ光りは部分
反射ミラーの領域Ｒ１に当たり、１部は透過光下１とし
て出射すると共に、残りは前記領域Ｒ１で反射せしめら
れ、全反射ミラー面の領域Ｃ１に当たる。

この領域Ｃ１に当った光は全反射せしめられ、部分反射
ミラーの領域Ｒ２を照Ｑ＝Ｊする。そしてこの領域Ｒ２
を照射した光の１部は透過光−Ｕ２として出射するとノ
（に、残りは前記領域Ｒ２で反射じしめられ、全反射ミ
ラーの領域Ｃ２を照射する。

このようにして順次、透過および反０４をｎ回繰り返し
ていくと、最後にレーザ光出射口Ｏに当たった光は全て
透過光Ｔｎとして出！１Ｊシしめられ、ｎｌｌ！Ｉの互
いに光路差をもつ光線からなる光束を生起することがで
きる。

ここで、繰り返し反射ミラーの法線方向に対して入射レ
ーザ光のなす角を０１全反射ミラー而Ｃと部分反射ミラ
ー面の間隔をｄミラー間の媒質の屈折率をｎとすると Ｘ　＝　２　ｎ　ｄ　ｃｏｓθ　　　　　　　　　　（
１）なお、可干渉距離の詳細についてはマックスホルン
Ｊ３よぴエミルウルフの共著“光学原理（Ｐｒｉｎｃｉ
ｐｌｅｓ　　ｏｆ　　０ｐｔｉｃｓ）の第４版″に記載
されており、コヒーレント光源から供給される光束の中
心波長をλ、波長幅をΔλとするとき、可干渉距離１は ｌ−λ２／△λ ・・・・・・・・・　　　（２） で与えられる。

従って、Ｘ＞１となるように、繰り返し反射ミラーを股
ｈ１することにより干渉性の低い光束を得ることができ
る。

そして更に、このようにして得られた、干渉性の低い光
束は、更に、移動手段を具えたインテグレータ等の２次
光源発生部材に照射され、この２次光源発生部材によっ
て広げられ更に干渉性を軽減せしめられて、レチクル等
の被照射面上で重ね合わされ、均一照明を行なう。

例えばコヒーレント光源がレーザ光等のパルス光である
場合は、１パルス毎にインテグレータを移動させて、イ
ンテグレータによる２次光源の位置を移動さゼるように
すると有効である。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

この照明光学装置は、第１図に示す如く、半値全幅０．
００５ｎ１１のコヒーレントなレーザ光を出力する狭帯
域発振エキシマレーザ光源１と、該レーザ光から、互い
に光路差をもつ光線束を生起せしめる繰り返し反射ミラ
ー２と、前記レーザ光の発振パルスに同期して結伝位置
を動かしながら射出面近傍に複数の２次光源（像）３を
形成するように構成されたインテグレータ（プライアイ
レンズ）４と、該２次光源からの光を集光させるコンデ
ンサレンズ５とから構成されており、レチクル６の面上
にレーザ光が照射せしめられるようになっている。

このインテグレータ４は、第２図（ａ）に拡大図を示す
ように、インテグレータ本体４０と第１Ｊ３よび第２の
ピストン４１．４２によって夫々Ｘ軸方向およびＹ軸方
向にインテグレータ本体４０を揺動せしめる第１および
第２のバイブレータ４３、／１４とを具「＾しており、
第２図（ｂ）に示すようなジグザグ状の移動パターンに
従って該レーザ光の発振パルスに従って１ストロークず
つインテグレータ本体４０の受光面Ｓが移動するように
構成されている。第２図（Ｃ）はインテグレータ本体の
拡大図である。

そして、この繰り返し反射ミラー２は、第２図（ｄ）に
部分拡大図を示すように、屈折率ｎ＝１．５０８３８厚
さｄ＝４．５闇の石英基板２Ｓの両面に夫々全反射ミラ
ー而２Ｃおよび部分反射ミラー而２Ｒをコーティングし
てなるもので、シー１ア光しの入射方向に対して法線が
θ＝１５°傾斜するように配設され、一端にあるレーザ
光の入射位置は全反射ミラー面を構成せず、反射防１１
ニコートを施されて入射口Ｉを形成している。一方、他
端側の部分反射ミラー面にも１部反射防止コートが施さ
れ、透過口Ｏを形成しており、前述の繰り返し反射ミラ
ーと同様に部分反射ミラー面Ｒにあたった光は１部透過
光と反射光とに分岐され、反射光は更に反射ミラー而Ｃ
で反射され、再び部分反射ミラー而Ｒで透過光と反射光
とに分岐される・・・というふうに光路差　２　ｎ　ｄ
　ｃｏｓθを生起しつつ繰り返し反射を続け、非可渉光
束を形成するように構成されている。

ここで用いた狭帯域発振エキシマレーザの半値全幅は０
．００５ｎｉである丈、可干渉距離は１２．５ｆｆｉａ
程度である。

これに対し、繰り返し反射ミラーで生起される光路差は
前記（１）式から ２　ｎ　ｄ　ＣＯ３θ＝２Ｘ１．５０８３８Ｘ４．５ｍ
１ｘ　ｃｏｓ１５゜ −１３，４Ｍ となり可干渉距離１２．５Ｍより大となっている。

このようにして、繰り返し反射ミラーと、移動手段を具
えたインテグレータとにより、２段階にコヒーレント性
が軽減されることになる。

従って、この照明光学装置をフォトリソグラフィーにお
ける露光に用いた場合、スペックルもなく極めて高精度
の微細パターンの形成が可能となる。

また、ここで用いている繰り返し反射ミラーは４Ｍ造が
簡単でかつ安価で製作し易い。

更に、この繰り返し反射ミラーは光の利用効率が１００
％であり、光路差生起手段としてオブヂカルファイバを
用いた従来の方法に比べ、光の利用効率が大幅に高めら
れる。

また、容易に無数の光路差を有する光束を発生せしめた
ることができる。

加えて、従来のスキャンミラ一方式に比べ、低いパルス
数で干渉性のない露光を行なうことができるため、露光
時間の低減をはかることがでさ、スルーブツトが向上す
る。また、レーザの長寿命化をはかることができる。

なお、実施例では部分反射ミラーの反射率を全面にわた
って一定となるようにしたが、実際は各ミラー領域Ｒ１
・・・Ｒｎからの透過光線は、強度が多少不均一となる
。

従って部分反射ミラーの反射等を各領域毎に変えること
によって、強度の均一化をはかることも可能である。

すなわち、第５図において部分反射ミラーＲをＲ１・・
・Ｒｎの領域に分けｎ個の光束に分けるとし、入射光強
度を１としたときの各領域からの透過光の強度Ｔ　Ｉ　
・Ｔ　ｎがＴ　Ｉ　＝　Ｔ　２　＝　Ｔ　３　・−・−
・・＝　Ｔ　ｎ＝１／ｎの関係を満たすようにする。各
領域Ｒ１・・・Ｒｎにおける反射率をＲ１・・・Ｒｎで
表ゎずと、ｒｌ＝　（１−Ｒ１） Ｔ２＝　（１−Ｒ１−ＴＩ＞（１−Ｒ２＞＝（１−Ｒ１
−１／ｎ）（１−Ｒ２） Ｔｋ＝　＜１−に／ｎ＞（１−Ｒｋ） Ｔｎ＝　（ｊ−ｎ／ｎ）（１−Ｒｎ） 上記ｎ個の式を満たすように各領域の反射率Ｒ１・・・
Ｒｎを決定すれば全面にわたって均一な光強度を有する
光照射を行なうことが可能となる。

また、実施例では、繰り返し反射ミラーを石英基板２Ｓ
の両面に夫々全反射ミラー面および部分反！）１ミラ一
面を形成したものを用いたが、基板は石英基板に限定さ
れることなく、使用レーザ光の可干渉距離、レーザ光の
入射角を考慮してその屈折率に応じて厚さを考慮すれば
、他の材料を用いても良く、また、２枚のミラーを所定
の間隔で相対向して配置したものすなわちエアギャップ
を形成するようにしたものも有効である。例えば、実施
例と同一半値全幅のレーザ光が同一方向から入射するよ
うにした場合、屈折率ｎ＝ｉであるから（１）式に代入
してエアギャップｄ′は、・２ｄ’ｃｏｓ１５°＜１２
．５ ｄ’＞６．４７ｚｉ となるようにすればよい。

更にまた、第３図に示す如く、第１の繰り返し反射ミラ
ー２０と第２の繰り返し反射ミラー３０と２つの繰り返
し反射ミラーを組合わせることによって格子状に非干渉
性の光線からなる光束を発生させるようにしてもよい。

すなわち第１の繰り返し反射ミラー２０で縦方向に光束
を発生させ、第２の繰り返し反射ミラー３０で横方向に
光束を発生させ、格子状に光束を１Ｎ生せしめることが
できる。

また、第４図に示す如く、部分反則ミラー２Ｒ′に入射
口Ｉおよび射出口Ｏを形成し部分反射ミラー側からレー
ザ光を入射さｔ１繰り返し反射させるようにした繰り返
し反則ミラーも有効である。

加えて、インテグレータ本体は、実施例に限定されるこ
となく、第５図（ａ）および（ｂ）に示す如く人々両面
に深いカーブの凹溝Ｕを形成し少数の凹レンズ面に分割
したもの、うずまき状に凹＠Ｕを形成したものも有効で
ある。

また、インテグレータの移動パターンについても実施例
に限定されることなく、第６図（ａ）及至（Ｃ）に示す
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の照明光学装置によれ
ば、レーザ光のコヒーレント光源を用いながらも、光路
差生起手段として全反射ミラー面と部分反射ミラー面と
を所定の距離だけ離間するように相対向して配置すると
共に、２つのミラー面のうちのいずれかに九人０４０を
設けたものを九人Ｑ（方向に対して傾斜して光路上に配
置Ｆｌｉシ、光入射口から入ＱＪ　したレーザ光が反則
を繰り返し光路差を生起しながら複数の光線束を形成す
るようにし、更にこの光線束を移ＩＦ、Ｉ）させるよう
にしているため、桶造が簡単で極めて均一性に優れ、ス
ペックルのない高輝度照明を行なうことが可能となり、
フォトリソグラフィーにおける露光用に用いる場合、ス
ルーブツトが向上する上より短波長（レー（ア）の光を
用いることができるため、極めて高精度の微細パターン
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本ｎ明実施例の照明光学装置の説明図、第２
図（ａ）は同装置で用いられているインデグレータを示
す図、第２図（ｂ）は同インテグレータのインテグレー
タ本体を示す図、第２図（Ｃ）はインテグレータの移動
パターンを示す同第２図（ｄ）は同装置で用いられてい
る繰り返し反射ミラーを示す図、第３図および第４図は
、繰り返し反射ミラーの変形例、第５図（ａ）および（
ｂ）はインテグレータ本体の変形例を示す図、第６図（
ａ）及至（Ｃ）はインテグレータの移動パターンの他の
例を示す同第７図は、本発明の繰り返し反射ミラーの原
理説明図である。 Ｃ・・・全反射ミラー面、 Ｒ・・・部分反射ミラー面、 し・・・レーザ光、 １・・・エキシマレーザ光源、２・・・繰り返し反射ミ
ラー、２Ｓ・・・石英基板、２Ｃ・・・全反射ミラー面
、２Ｒ，２Ｒ’　・・・部分反射ミラー面、３・・・２
次光源、４・・・インテグレータ、５・・・コンデンサ
レンズ、６・・・レチクル、２０・・・第１の繰り返し
反射ミラー、３０・・・第２の繰り返し反ｑ１ミラー、
■・・・入射口、Ｏ・・・射出口、Ｕ・・・凹溝。 第１図 ＾ 第２図（Ｃ１） 第２図（ｂ） 第２図（Ｃ） Ｓ 第２図（ｄ） 告 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光源と、 該コヒーレント光源から供給される光束から複数の２次
   光源を形成するための２次光源形成部材と、 該コヒーレント光源と２次光源形成部材との間に介在せ
   しめられた光路差生起手段とを具備してなる照明光学装
   置において、 前記２次光源形成部材が、前記複数の２次光源を移動さ
   せる移動手段を有しておりかつ、前記光路差生起手段が
   、 所定の間隔だけ離間して互いに平行となるように相対向
   して配設された全反射ミラー面と部分反射ミラー面とを
   具え、 前記コヒーレント光源からの光が前記２つのミラー面の
   うちいずれか一方の一端に配設された入射口に対して傾
   斜して入射せしめられ、部分反射ミラー面では透過光と
   して一部を射出しながら、２つのミラー面の間で繰り返
   し反射を生ぜしめ所定の光路差を有する複数の光束を生
   起せしめるように構成されていることを特徴とする、照
   明光学装置。
2. （２）前記部分反射ミラー面は、複数の領域に分別せし
   められ、各領域の反射率が順次段階的に変化するように
   構成されていることを特徴とする照明光学装置。