JPS6381420A - 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】 〔技術分野〕 本発明は照明装置に係り、特にレーザー等の可干渉光源
を用いて物体を照明する際に被照射面である物体面に於
る照明ラムを除去して均一照明を行なう照明装置に関す
る。

（従来技術） 従来から被照射面を均一照明する為にケーラ照明法やレ
ンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等を用いた多光
束による照明法が用いられている。一般に単純なケーラ
照明法では光源の輝度分布の影響を完全に除去して均一
照明を行なう事は困難であり、又、多光束照明法は照明
光として可干渉な光束を用いる場合に被照射面に干渉パ
ターンを形成するという欠点を存している。

被照射面に於る照明光の強度分布の均一化が厳しく要求
される装置としては、マスクやレチクルに形成された回
路パターンをウェハ上に転写する、所謂ステッパーやア
ライナ−等の半導体製造装置がある。ウェハ上に塗布さ
れたレジストを所定のパターンで高精度に露光する為に
は、マスクやレチクルを照明する照明系に対しても厳し
い性能が要求される。言うまでもなく、この種の照明系
に於いてマスクやレチクルに対する照明光の強度分布均
一性は、装置の性能を決定する重要な因子の一つである
。

第６図は上述の半導体製造装置の照明系の従来例を示す
模式図であり、図示される照明系は、近年注目を浴びて
いるエキシマレーザ等の短波長光源を利用した装置に用
いられるものである。

図中、１はエキシマレーザ等のレーザ光源、Ｌｌ及びＬ
２は夫々レンズで正のパワーを有する。２はピンホール
、Ｍｒは回動もしくは回転可能な反射鏡、Ｌ３及びＬ４
も夫々レンズで正のパワーを有する。又、ＡはレンズＬ
４の瞳面であり、レンズＬ４の前側焦点位置に存する。

Ｂは被照射面であり、レンズＬ４の後側焦点位置に存す
る。具体的にはレンズＬ４の焦点距離をｆ４とすると、
瞳面Ａと被照射面ＢはレンズＬ４の前側及び後側主平面
からｆ４だけ趨れた位置に存在していることになる。

マスクやレチクルのパターンを結像光学系を介してウェ
ハ上に転写するステッパー等の装置では、所望の解像力
を得る為に照明のコヒーレンジイーを適当な値にする必
要がある。この為、一般には結像光学系のＮＡに対する
照明系のＮＡＯ比で定義されるσ値を制御してコヒーレ
ンジイーを決定する。第６図に示す照明系はレーザ等の
コヒーレントな光源を用いる際に所望のコヒーレンジイ
ーを得るのに好適な装置であり、この種の装置は例えば
特開昭５９−２２６３１７号公報等にも記載されている
。

第６図に於いて、レーザ光源１から出射した平行光束は
レンズＬ１によりピンホール２に一旦集光し、その後発
散光束となってレンズＬ２に入射する。レンズし２は所
謂コリメータレンズとしての機能を有しており、発散光
を平行光束に変換し反射鏡Ｍｒに指向する。反射鏡Ｍｒ
で反射された光束はレンズＬ３によって瞳面Ａに集光さ
れ、反射鏡Ｍｒを矢印方向に回動もしくは回転させるこ
とによって集光された光束のスポットは瞳面Ａ上をＸ方
向に走査される。更に、個面Ａに集光された走査光束は
レンズＬ４へ発散光束として入射し、レンズＬ４により
順次平行光束に変換されて被照射面Ｂの同一照明域を照
明する。この装置によれば、レーザ光源１から出射した
光束を瞳面Ａに集光し反射１ｔｊＭｒで（Ｊｉ向、走査
することにより必要とするコヒーレンジイーを得ること
が出来る。

しかしながら、通常、エキシマレーザ等のレーザ光源１
から出射するレーザ光の断面強度分布は不均一であり、
第６図に示す装置ではレーザ光の光束断面の強度むらが
被照射面Ｂにそのまま現われ、均一照明を達成すること
が出来なかった。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、光源としてレ
ーザ等のコヒーレントな光源を用いる場合にも被照射面
に於る強度分布の均一化を可能にする照明装置を提供す
ることにある。

本発明は、光束を供給する光源手段と前記光束を走査す
る走査手段と前記走査手段を介して得られる走査光束を
順次被照射面に指向する光学走査手段とを有し、前記走
査光束が前記被照射面に形成する照明域の位置を時間的
に変化せしめ、前記走査光束が順次形成する照明域を互
いに部分的に重畳させて照明することにより、上記目的
を達成せんとするものである。

本発明によれば、コヒーレントな光源を用いた場合に生
じる干渉パターンの悪影響をも除去出来、上述の如く均
一照明を得ることが可能になる為、例えばエキシマレー
ザ等を光源とする照明系に好適である。

尚、本発明の更なる特徴は以下に示す実施例に記載され
ている。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る照明装置の一例を示す概略構成図
である。図中、１はエキシマレーザ等のレーザ光源、２
はピンホールで、適宜設けられる。Ｌｌ及びＬ２は夫々
正のパワーを有するレンズで、レンズＬｌ、Ｌ２でエキ
スパンダー光学系を構成している。Ｍｒは回転又は回動
可能な反射鏡で、不図示の駆動機構により駆動され、少
なくとも図中矢印方向に回動する。Ｌ３及びＬ４は夫々
正のパワーを有するレンズ、ＡはレンズＬ４の瞳面を示
し、レンズＬ４の前側焦点位置に存する。又、Ｂは被照
射面を示し、レンズし、の後側焦点位置からΔｆだけ離
れた位置に存する。図中の矢印Ｘは反射鏡Ｍｒの回ｗＪ
（回転）によって生じる走査光束の走査方向を示し、矢
印Ｕは単に被照射面Ｂ上の位置を示す座標を示すもので
ある。

更に、第２図（Ａ）、（Ｂ）は本照明装置の効果を示す
為の説明図であり、第１図に示す被照射面Ｂに於る照度
分布を示している。第２図（Ａ）、（Ｂ）のグラフに於
いて横軸は被照射面上の位置を、縦軸は各位置での照度
を示し、（Ａ）は個々の走査光束により生じる照度分布
を実線と破線で表わし、（Ｂ）に各走査光束が重畳され
ることにより得られた照度分布を示している。

第１図に戻り、本照明装置の機能に関して詳述する。

レーザ光源１から出射した平行光束はレンズＬ１により
ピンホール２に集光され、ピンホール２から発散光束と
してレンズＬ２へ入射する。

レンズＬ２は発散光束を平行光束に変換して反射ｆｉＭ
ｒへ指向する。レンズＬ１の後側焦点位置とレンズＬ２
の前側焦点位置は一致しており、レンズＬ１に比ベレン
ズＬ２のパワーを小さくしておくことでレンズＬ１及び
Ｌ２によりビームエキスパンダー光学系を構成ししてい
る。

レンズＬｌ及びＬ２から成るビームエキスパンダー光学
系を介して光束径が拡大され反射ｉｉＭｒへ指向された
平行光束は、反射ｆｉＭｒで反射されてレンズＬ、に入
射する。そして、レンズＬ。

は平行光束をその後側焦点位置に集光する。

ここで、レンズＬ３の後側焦点位置は瞳面Ａと一致させ
てあり、レンズＬ３により形成される光スポット（例え
ばＸＩ　＊　ｘ２　）は、反射鏡Ｍｒを図中矢印の如く
回動することによりＸ方向に移動する。即ち、反射鏡Ｍ
ｒの回動によって瞳面Ａ上に集光され走査される走査光
束が形成される。瞳面Ａに形成された光スポットは再度
発散光束となってレンズＬ４に入射するが、瞳面Ａがレ
ンズＬ４の前側焦点位置に存する為、この発散光束はレ
ンズＬ４によって平行光束に変換され被照射面Ｂを照明
する。又、反射鏡Ｍｒの回動に伴なって瞳面Ａ上の光ス
ポットの位置が変わる為、レンズＬ４を介して被照射面
Ｂに入射する平行光束の入射角も順次変化する。

この時、照明のコヒーレンジイーは被照射面Ｂに対する
光束の入射角で決まり、換言すれば上記走査光束の走査
範囲の大器さによって決まる。さて、本実施例に於いて
は、レンズＬ４の後側焦点位置からΔｆだけ離れた位置
（ｆ４＋Δｆ）に被照射面Ｂが存する為に、レンズＬ４
を介して得られる各平行光束の照射域は被照射面Ｂで完
全に重ならすΔＳだけずれる。即ち、第１図の実線及び
破線で示す様に、ある時間１゜に於る光スポットｘ１か
ら生じた平行光束による照射域と、時間ｔ２　（ｔ＋≠
ｔ２）に於る光スポットｘ２から生じた平行光束による
照射域とは部分的に重畳され、この重畳した照明域を照
明の有効部として使用する。レーザ光源１から出射する
光束の断面強度分布が不均一な場合、第２図（Ａ）の実
線及び破線で示す如く個々の平行光束に上る＞＋ｕ　ｆ
ｆ　＊＋而面トでの照度分布は均一性をもたない。しか
しながら、平行光束の照射域をΔＳだけ時間的に変化さ
せることにより個々の平行光束による照度分布が重畳さ
れ、時間的平均をとれば被照射面Ｂ上での実質的な照度
分布は第２図（Ｂ）に示す様に重畳された部分でフラッ
トになる。即ち、被照射面での照度分布の均一化が成し
得、均一照明を可能にする。

又、レーザ光源１の如きコヒーレントな光源を使用する
場合、重畳した光束同志により被照射面で干渉パターン
が形成され均一照明を妨げるが、本発明の如く光束を走
査せしめることにより重畳する光束には時間差が生じる
為、干渉パターンが発生することはない。従って、干渉
パターンの問題をも除去する点を鑑みると、本発明は特
にコヒーレントな光源を用いる照明系に有効である。

又、本実施例に於るΔｆの値は、照明系の開ロ数ＮＡ、
照度分布の所定空間周波数をＶ（１／　ｍ　ｍ　）とす
ると、 を満足させることが望ましい。即ち、光束断面のムラか
ら生じる被照射面でのムラの内除去したい最低空間周波
数Ｖの値を求め、上記（１）式を満足させることにより
空間周波数Ｖ以上の空間周波数のムラを除去出来る。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は第１図に示す照明装置の応用例
を示す図である。同図に於いて第１図に。

示す部材と同部材には同一符号が符してあり、又、第１
図に於るレンズＬ、以降の系は省略して図示している。

ここで、３はダブプリズムを示し、不図示の駆動機構に
よりレンズＬ２で形成された平行光束中を光軸と直交す
る方向（図中矢印方向）に移動する。

第３図（Ｂ）に示す様に、ダブプリズム３の一方の斜面
に入射する光束は該斜面で屈折し、屈折した光束はダブ
プリズム３の低面で全反射して他方の斜面へ進み、該他
方の斜面で再度屈折して出射する。この時、入射光束と
出射光束の進行方向は一致しており、ある像ａ出射側に
於いて上下が反転した像ａ′に変換される。

即ち、ダブプリズム３を通過する光束の断面強度分布は
該光束の中心光線を軸にして反転することになる。

従って、反射鏡Ｍｒの回動と共にダブプリズム３を８勅
させることにより、レンズＬ２を出射した平行光束の内
ダブプリズム３を通過する光束成分の強度分布が順次反
転することになり、被照射面Ｂに於る所定の平行光束に
よる照射域中の照度分布をランダムに変えることが可能
となる。依って、第１図の照明装置によって得られる照
度分布を更に均一化出来る。又、同一の照度分布を得る
為に第１図に於るΔｆを小さくすることが出来、第２図
（Ｂ）に示す照明の有効部を広げることも可能となる。

第４図は第３図の応用例で用いたダブプリズムの異なる
使用方法を示す図であり、図中の符号は全て第３図の部
材と同一部材を指している。

本実施例によれば、ダブプリズム３はレンズＬ２から出
射する平行光束を全て受け、時間的に位置を変化させる
ことはない。但し、ここに於けるダブプリズム３は光軸
を回転軸として回転可能であり、反射鏡Ｍｒの回動と共
に回転させることにより照明中にランダムな方向で光束
の断面強度分布を反転させ、被照射面Ｂに於ける照度分
布の更なる均一化をもたらす。

但し、レンズＬ２を介して得られる平行光束の断面強度
分布が光軸を中心に回転対称な場合には効果は望めない
。

第３図に於いて、ダブプリズムの移動が紙面と平行な面
内で行なわれる場合を示したが、紙面と交差する面内で
移動させても良く、光軸に直交する面内で２次元的に８
勤させれば更なる均一化効果を得ることが出来る。又、
第４図に示す構成は特に光束断面強度分布がランダムな
場合に有効であり、第３図の装置に比ベダブプリズムの
駆動が容易でもある為この種の強度分布を有する光束に
対し特に好適である。

第５図は本発明の更なる実施例を示す概略構成図で、図
中、１及びＬ２は上記実施例同様夫々レーザ光源、レン
ズを示し、４は光偏向装置で、Ａ１０光変調装置やＥ１
０光変調装置等から成る。Ｍｒ’　は反射鏡であるが、
上記実施例と異なり固定されている。尚、反射鏡Ｍｒ’
の後に続く系は第１図の装置同様である為省略している
。

第５図に於いて、レーザ光源１から出射した光束は光偏
向装置４に入射し、光偏向装置４内で例えば回折されて
偏向、走査される。光偏向装置４を出射した光束はレン
ズＬ４により平行光束に変換され光束径が拡大された状
態で反射鏡Ｍｒ’に入射し反射される。反射鏡Ｍｒ’　
で反射された平行光束は不図示のレンズＬ３及びレンズ
Ｌ４を介して被照射面Ｂを照明する。（第１図参照）本
実施例によれば走査光束を形成する為にＡ１０光変調装
置やＥ１０光変調装置を使用する為に高速走査が可能で
あり、短時間で均一な照度分布を得ることが出来る。

以上説明した実施例では光源としてコヒーレントな光源
を使用する場合を示したが、インコヒーレントな光源を
使用する場合も本発明は有効であり、良好な均一照明を
行なうことが出来る。

又、第１図に示す実施例ではレンズＬ、及びレンズＬ４
によりアフォーカルな光学系を構成しているが、この種
の光学系に限らずレンズＬ４から出射する光束が収れん
光束となる様な系を選択しても良い。又、第１図に於る
Δｆは正の値でも負の値でも良く、Δｆの絶対値は所望
の有効照明領域と照度分布の均一性とを鑑みて適宜決定
すれば良い。

上記各実施例に於いて反射鏡Ｍｒは一方向に回動可能と
して示しているが、一方向に限らず２次元的に回動又は
回転可能な反射鏡を用い２次元走査を行なえば、更にフ
ラットな照度分布を得ることが出来る。又、反射鏡Ｍｒ
としてはガルバノミラ−やポリゴンミラー等を使用すれ
ば良い。

又、レーザ光源としてエキシマレーザを使用し、インジ
ェクションロッキング等の手法で波長幅が狭い可干渉性
の良い光束を用いる場合、この光束の断面強度分布はラ
ンダムに乱れており、光束同志の干渉や照度分布の均一
化の点から本発明はこの種のレーザ光源に対して非常に
有効である。又、第４図の構成がこの種のレーザ光源に
対して有効であることは言うまでもない。

尚、上述した各照明装置に配されているピンホール２は
レーザ光源から射出するレーザ光の横モードを選択する
為に使用されており、モードの選択を行なわない場合は
必ずしも設置する必要はない。即ち、ピンホール２の開
口形状を適当に選択することによりモードに依存する複
数の強度分布から所定の断面強度分布を選択或いは除去
することで、照明に使用するレーザ光の強度分布を決定
してやるのである。

〔発明の効果〕

以上、本発明に係る照明装置は光束を走査して走査光束
が被照射面に形成する照明域の位置を時間的に変化させ
ることにより被照射面上での照度分布を均一化出来る。

更に、光源としてコヒーレントな光源を用いる場合でも
被照射面で干渉パターンが生じることなく、良好な均一
照明を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構
成図。 第２図（Ａ）、（Ｂ）は被照射面上での照度分布を示す
図。 第３図（Ａ）、（Ｂ）及び第４図は第１図の照明装置の
応用例を示す図。 第５図は本発明に係る照明装置の更なる実施例を示す概
略図。 第６図は従来の照明系の一例を示す図。 １　−−−−−−−−一一−−−−−−−−−−−−−
−レーザ光源２　−−−−−−一−−−−−−−−−−
−−−−−−−ピンホールＭ　ｒ　　−−−−一−−−
−−−−−−−−−−−−−一回動又は回転可能な反射
鏡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光束を供給する光源手段と前記光束を走査する走査手段
   と前記走査手段を介して得られる走査光束を順次被照射
   面に指向する光学手段とを有し、前記走査光束が前記被
   照射面に形成する照明域の位置を時間的に変化せしめ、
   前記走査光束が順次形成する照明域を互いに部分的に重
   畳させて照明することを特徴とする照明装置。