KR101380506B1

KR101380506B1 - 노광 장치

Info

Publication number: KR101380506B1
Application number: KR1020090089511A
Authority: KR
Inventors: 다쿠 스미토모; 기요유키 가부키; 도시오 요코타
Original assignee: 에너제틱 테크놀로지 아이엔씨.; 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2014-04-01
Also published as: US8253926B2; TW201015627A; US20100085549A1; KR20100038048A; JP2010087388A; EP2172962A1; CN101713928A; TWI469196B; EP2172962B1; CN101713928B

Abstract

반도체나 액정 등의 제조에 이용하는 노광 장치에 있어서, 자외선 등의 광을 방사하는 방전 램프에 레이저광을 이용하여 높은 에너지를 공급하는 경우, 방전 용기에 구멍이 뚫리지 않고, 발생한 광을 효율적으로 이용할 수 있는 광학계를 구비한 노광 장치를 제공한다.

자외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에 에너지를 공급하는 레이저광을 입사하기 위한 레이저 장치와, 상기 광원으로부터 방사된 자외선을 반사하는 타원 반사경과, 상기 타원 반사경의 제1 초점에 배치된 상기 광원으로부터 방사된 광을 상기 타원 반사경으로 반사하고, 콜리메이터 렌즈, 인터그레이터 렌즈를 포함하는 광학 소자를 통해 피조사물에 조사하는 광학계를 갖는 노광 장치에 있어서, 상기 광원에 대해 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저광을 입사하기 위해, 상기 타원 반사경에 의해 반사된 광의 광로 중에 파장 선택 기능을 갖는 빔 스플리터를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

노광 장치{EXPOSURE APPARATUS}

이 발명은, 반도체나 액정 기판, 또한, 컬러 필터 등의 제조 공정에서 이용되는 노광 장치에 관한 것이다. 특히, 방사하는 광으로서 예를 들면 자외선 영역에 방사를 갖는 광원으로서, 상기 광원으로의 에너지 공급 수단으로서 레이저광을 상기 광원에 입사하는 광원을 구비한 노광 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체나 액정 기판, 또한, 컬러 필터 등의 제조 공정에서는, 입력 전력이 큰 자외선 광원을 사용함으로써, 처리 시간의 단축화나, 대면적의 피처리물에 대한 일괄 노광 등이 진행되고 있다. 이에 따라, 자외선 광원인 고압 방전 램프에는, 보다 고휘도의 광을 방사하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 고압 방전 램프에 대한 입력 전력을 단순히 크게 하면, 방전 용기 내부에 배치된 전극으로의 부하가 증대하고, 상기 전극으로부터의 증발물이 원인이 되어, 고압 방전 램프의 흑화, 단수명이 발생한다는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 여러 가지의 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 소61-193385호 공보(특허 문헌 1)에 의하면, 무전극의 방전 램프를 타원 반사경 내에 배치하고, 상기 타원 반사경의 측면에 형성된 구멍부를 통해, 레이저광을 상기 방전 램프의 방전 용기 내에 입사시키며, 상기 방전 용기 내에 봉입된 방전 가스를 여기하여 발광시키는 것이 개시되어 있다. 이 기술을 이용하면, 상기 방전 램프 중에 전극이 없으므로, 램프 점등 중에, 전극이 증발하여 상기 방전 용기의 흑화가 생기고, 램프 단수명을 일으킨다는 문제가 해소되어, 장수명의 방전 램프를 제공할 수 있다는 이점이 있다.

여기에서, 상기 특허 문헌 1에 개시되어 있는 무전극 방전 램프에 레이저광을 입사하는 경우의 구성을, 종래 기술의 하나로서 도 6에 나타낸다. 도 6은, 레이저 여기에 의한 무전극 방전 램프를 이용한 반도체 노광 장치의 일례로서, 상기 반도체 노광 장치(101)에는, 레이저 발진기(102), 상기 레이저 발진기(102)로부터 방사된 레이저광을 원하는 빔 직경으로 조정하는 광학 부품(103) 및 광학 부품(104), 상기 레이저광을 집광하는 집광 렌즈(105), 상기 집광 렌즈(105)에 의해 집광한 레이저광을 입사하는 무전극 방전 램프(106), 상기 무전극 방전 램프(106)로부터 방사된 자외선을 반사하는 타원 반사경(107), 상기 타원 반사경(107)으로 반사된 자외선을 피조사물인 반도체 웨이퍼(121)에 조사하기 위한 광학계(108)로 구성되어 있다. 또, 상기 타원 반사경(107)에는, 상기 레이저광을 입사하기 위한 광 취입 구멍(110a)과, 상기 무전극 방전 램프(106) 내에서 흡수되지 않고 투과된 레이저광을 상기 타원 반사경(107) 바깥으로 방사하기 위한 광 취출 구멍(110b)이 형성되고, 상기 광 취출 구멍(110b)으로부터 방사된 레이저광은, 광 흡수판(109)에 의해 흡수되어, 예를 들면, 열로 변환되며, 상기 레이저 발진기(102)에 레이저광이 돌아오지 않도록 하고 있다.

그러나, 도 6에 나타낸 상기 특허 문헌 1에서 개시되어 있는 구성에서는, 이하의 문제가 발생한다. 상기 무전극 방전 램프(106)로의 에너지 공급에, 상기 타원 반사경(107)의 측면에 광 취입 구멍(110a) 및 광 취출 구멍(110b)을 형성하고, 상기 구멍부(110)를 통해 레이저광을 상기 무전극 방전 램프(106)에 입사하고 있다. 이와 같이, 타원 반사경(107)의 측면에 상기 구멍부(110)가 형성됨으로써, 상기 무전극 방전 램프로부터 발생한 자외선을 모으는 상기 타원 반사경(107)의 본래의 기능이 저하하여, 발생한 자외선을 효율적으로 이용할 수 없다는 문제가 생긴다.

또한, 상기 타원 반사경(107)에 형성하는 상기 구멍부(110)를 작게 하면, 상기 무전극 방전 램프(106)에 입사하는 레이저광의 입사각이 작아져, 큰 에너지를 입사하는 경우, 방전 용기를 통과하는 레이저광의 에너지 밀도가 너무 높아져, 상기 방전 용기 자신에 구멍이 뚫리는 등의 문제점이 발생한다. 또, 레이저광의 에너지 밀도를 낮추기 위해, 레이저광을 입사하기 위해 형성한 상기 구멍부(110)를 크게 하면, 전술한 바와 같이, 상기 무전극 방전 램프(106)로부터 방사된 자외선을 효율적으로 이용할 수 없다는 문제가 생긴다.

[특허 문헌 1] 일본국 특허공개 소61-193385호

이 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반도체나 액정, 또한 컬러 필터 등의 제조에 이용하는 노광 장치에 있어서, 자외선 등의 광을 방사하는 방전 램프에 레이저광을 이용하여 높은 에너지를 공급하는 경우에, 방전 용기에 구멍이 뚫린다는 문제점을 발생하지 않고, 발생한 광을 효율적으로 이용할 수 있는 광학계를 구비한 노광 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 청구항 1에 기재된 노광 장치에 의하면, 자외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에 에너지를 공급하는 레이저광을 입사하기 위한 레이저 장치와, 상기 광원으로부터 방사된 자외선을 반사하는 타원 반사경과, 상기 타원 반사경의 제1 초점에 배치된 상기 광원으로부터 방사된 광을 상기 타원 반사경으로 반사하고, 콜리메이터 렌즈, 인터그레이터 렌즈를 포함하는 광학 소자를 통해 피조사물에 조사하는 광학계를 갖는 노광 장치에 있어서, 상기 광원에 대해 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저광을 입사하기 위해, 상기 타원 반사경에 의해 반사된 광의 광로 중에 파장 선택 기능을 갖는 빔 스플리터를 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 2에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 레이저 장치는, 출사되는 레이저광의 확산각이, 상기 타원 반사경의 제2 초점을 기준으로 하여 상기 타원 반사경의 개구 둘레 가장자리를 향해 확산되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 3에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 레이저 장치는, 레이저광의 출사구와 상기 빔 스플리터의 사이에 레이저광을 평행화, 또는, 집속하는 렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 4에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 광원은, 방전 용기 내에 대향하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 전극과 전기적으로 접속된 급전부가 상기 방전 용기의 양단으로부터 돌출되어 있으며, 상기 전극을 연결하며, 각각의 상기 급전부를 통과하는 램프축과, 상기 타원 반사경의 장축이 대략 일치하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 청구항 5에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 레이저 장치는, 레이저광의 출사구측에, 가운데가 뚫린 광을 형성하는 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 청구항 6에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 빔 스플리터는, 상기 광로 중의 인터그레이터 렌즈보다 광원측으로서, 상기 광로 중의 광이 대략 평행광인 범위에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 청구항 7에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 빔 스플리터는, 상기 타원 반사경의 제2 초점보다 광원측으로서, 상기 타원 반사경의 제1 초점과 제2 초점을 연결하는 직선 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또는, 본 발명의 청구항 8에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 빔 스플리터는, 상기 타원 반사경으로부터 방사되는 광의 광로 중에 존재하는 제2 초점과, 상기 콜리메이터 렌즈의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 청구항 9에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 빔 스플리터는, 평면 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 청구항 10에 기재된 노광 장치에 의하면, 상기 빔 스플리터는, 곡면 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 1의 기재에 의하면, 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저광을 입사하므로, 상기 타원 반사경에 상기 레이저광의 광 취입 구멍이나 광 취출 구멍을 형성할 필요가 없고, 상기 광원으로부터 방사되는 자외선을 상기 타원 반사경으로부터 새어나오지 않게 효율적으로 이용할 수 있다. 또한, 상기 레이저광의 빔 직경을 상기 타원 반사경 개구부 전체로까지 확장시켜 입사하는 것이 가능해지고, 상기 타원 반사경으로 집광되는 상기 레이저광이 상기 광원의 방전 용기를 통과할 때의 레이저광의 에너지 밀도를 낮게 할 수 있으며, 상기 방전 용기에 구멍이 뚫리는 등의 문제점을 일으키는 일이 없다.

또, 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저광을 입사하기 위해서는, 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 방사되는 상기 자외선의 광로 중에 레이저 장치를 배치하지 않으면 안되고, 상기 레이저 장치가 상기 자외선을 차폐하여, 상기 광원으로부터 방사되는 자외선의 이용 효율을 낮춰 버린다.

본 발명의 청구항 1의 기재에 의하면, 광로 중에 빔 스플리터를 설치하고, 상기 레이저 장치를 광로 외에 배치하고 있으므로, 상기 광원으로부터 방사된 상기 자외선을 방해하지 않고, 상기 광원으로부터 방사되는 광을 상기 타원 반사경으로 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 2의 기재에 의하면, 레이저 장치로부터 출사되는 레이저광의 확산각이, 상기 타원 반사경의 제2 초점을 기준으로 하여 상기 타원 반사경의 개구 둘레 가장자리를 향해 확산되도록 배치되어 있으므로, 상기 레이저광의 입사 경로와 상기 광원으로부터 방사되는 광을 반사하는 상기 타원 반사경의 반사 경로가 겹치게 되고, 상기 레이저광은 상기 타원 반사경에 의해 상기 타원 반사경의 제1 초점에 배치된 상기 광원에 확실하게 집광할 수 있다. 결과적으로, 레이저광을 효율적으로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 3의 기재에 의하면, 레이저 장치의 레이저 출사구와 빔 스플리터의 사이에 레이저광을 평행화, 또는 집속하는 렌즈가 배치되어 있으므로, 빔 스플리터가 상기 노광 장치의 광로 중의 어느 위치에 배치되어도, 레이저광을 상기 타원 반사경의 제1 초점, 즉 상기 광원에 확실하게 집광할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 4의 기재에 의하면, 상기 광원의 램프축과 상기 타원 반사경의 장축이 일치하고 있으므로, 상기 타원 반사경의 개구측에서 본 상기 광원의 투영 면적이 작아지고, 상기 광원부의 급전부에 직접 입사하는(상기 타원 반사경에 입사하는 레이저광 중, 급전부에서 방해되는) 레이저광이 감소하며, 레이저광을 효율적으로 상기 광원에 집광할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 청구항 5의 기재에 의하면 상기 타원 반사경에 입사하는 레이저광의 빔 직경이 가운데가 뚫린 광으로 되어 있으므로, 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 입사하는 레이저광이 상기 광원에 직접 조사되지 않고, (입사하는 상 기 레이저광의 모두가 상기 타원 반사경으로 반사·집광되고), 상기 광원이 쓸데없이 가열 등이 되지 않으며 레이저광을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 6의 기재에 의하면, 광로 중의 광이 대략 평행광인 범위에 상기 빔 스플리터를 설치하고, 상기 레이저광을 입사하므로, 초점 위치 등을 고려하여 레이저 장치를 배치할 필요가 없고, 확실하게 레이저광을 상기 타원 반사경을 통해 상기 광원에 집광 입사할 수 있다.

또한, 상기 광원으로부터 전파되어 오는 상기 자외선과 동일한 정도로 확산된 상기 레이저광을 상기 빔 스플리터에 입사할 수 있으므로, 빔 스플리터의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 7의 기재에 의하면, 상기 타원 반사경의 제1 초점과 제2 초점을 연결하는 선분 상에 상기 빔 스플리터를 설치하고, 상기 레이저광을 입사하므로, 노광 장치로의 배치가 간편하고, 상기 타원 반사경을 통해 확실하게 레이저광을 상기 광원에 집광 입사할 수 있다.

또한, 종래의 노광 장치의 광학계에서, 상기 타원 반사경의 제1 초점과 제2 초점을 연결하는 선분 상에 배치되어 있는 광학 부품(반사 미러)을, 상기 빔 스플리터로 변경하기만 하면 되기 때문에, 기존의 광학계의 배치인 채로 실현할 수 있으므로 간편하다는 이점이 있다.

또, 상기 레이저광이 적외역의 파장이면, 상기 광원으로부터의 자외선을 반사하고, 적외선을 투과하는, 이른바 콜드 미러를 염가로 사용하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 청구항 8의 기재에 의하면, 종래의 노광 장치의 광학계에서, 상기 빔 스플리터를 배치하는 공간을 확보하기 쉽다는 이점이 있다.

또, 상기 빔 스플리터의 배치 방향을 적절히 함으로써, 종래의 노광 장치의 광학계의 빈 스페이스에 상기 레이저 장치를 저장할 수 있어, 노광 장치의 대형화를 회피할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 청구항 9의 기재에 의하면 상기 빔 스플리터의 형상이 평면 형상이므로, 상기 빔 스플리터 상에 형성하는 유전체 다층막의 설계가 용이하다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 청구항 10의 기재에 의하면 상기 빔 스플리터의 형상이 곡면 형상이므로, 레이저 장치의 레이저 출사구측에 렌즈를 설치할 필요가 없고, 장치를 콤팩트화할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명의 노광 장치는, 방전 용기 중에 한 쌍의 대향하는 전극을 구비하고, 상기 방전 용기의 양단에 상기 전극에 급전하는 급전부가 돌출되며, 자외선을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 광을 반사하는 타원 반사경과, 상기 타원 반사경으로부터 방사된 광을, 콜리메이터 렌즈, 인터그레이터 렌즈를 포함하는 광학계를 통해, 피조사물에 조사하는 노광 장치로서, 상기 광원에 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저를 입사하기 위해, 광로 중에 파장 선택 기능을 갖는 빔 스플리터를 설치한 것이다. 이하에 구체적인 실시예를 나타낸다.

[실시예 1]

도 1에 나타낸 것은, 본 발명의 노광 장치(1)에 있어서의 제1 실시예이다. 도 1에서는, 광원(20)과, 타원 반사경(2)이 램프 하우스(3) 내에 설치되어 있다. 상기 광원(20)으로부터 방사된 광은, 상기 타원 반사경(2)으로 반사되고, 평판형의 빔 스플리터(4)로 방향을 바꾸며, 어퍼쳐(5) 부근에서 집광된다. 그 후, 콜리메이터 렌즈(6), 인터그레이터 렌즈(7)를 통해 평면 미러(8)로 다시 광의 진행 방향을 바꾸어 제2 콜리메이터 렌즈(9), 마스크면(10)을 통해, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 등의 피조사면(11)에 조사된다.

상기 광원(20)은, 본 실시예에 있어서는, 수은을 봉입한 고압 방전 램프를 채용하고 있다. 상기 광원(20)은, 방전 용기(21) 내에 대향 배치된 한 쌍의 전극(22)인 양극(22a), 음극(22b)을 구비하고, 상기 전극(22)에 급전하는 급전부(23a, 23b)가 상기 방전 용기(21)의 양단으로부터 돌출되어 있다. 상기 양극(22a)과 상기 음극(22b)을 연결하며, 상기 급전부(23a, 23b)를 통과하는 램프축(25)은, 상기 타원 반사경(2)의 장축(26)(제1 초점(A) 및 상기 타원 반사경(2)의 개구측에 미러 등 광의 진행 방향을 바꾸는 부재가 배치되어 있지 않는 경우의 제2 초점(B))과 일치하고 있다. 본 실시예에서는, 상기 광원(20)의 상기 방전 용기(21)는 석영 유리제의 대략 럭비공 형상의 방전 용기로서, 상기 방전 용기(20) 내에는, 희가스로서, 예를 들면 크세논이 봉입되고, 발광 물질로서 수은이 봉입되어 있다. 본 실시예에서는, 상기 광원(20)의 전극간 중심이, 상기 타원 반사경(2)의 제1 초점(A)과 겹치도록 배치되어 있다.

또, 상기 광원(20)의 전극간에서 생성되는 플라즈마에 레이저광을 이용하여 에너지를 공급하기 위해, 레이저 발진기(30)로부터 출사하는 레이저광은, 빔 익스 팬더 등의 광학 부품을 통해, 상기 레이저광의 빔 직경이 조정되고, 상기 타원 반사경(2)의 개구 둘레 가장자리를 향해 상기 레이저광의 빔 직경이 확장된다. 이 때, 상기 타원 반사경(2)에 의해 반사되는 광의 광로와 겹치도록 상기 레이저광의 확산각을 조정함으로써, 상기 타원 반사경(2)의 제1 초점(A)에 배치된 상기 광원(20)의 전극간에 레이저광이 집광된다. 본 실시예에서는, 상기 레이저 발진기(30)는, 평판형의 상기 빔 스플리터(4)보다 도면 아래쪽에 배치되어 있다. 또, 상기 레이저 발진기(30)의 레이저 출사구(31)는, 상기 타원 반사경(2)의 장축 상으로서, 평판형의 상기 빔 스플리터(4)로 광의 진행 방향을 바꾸지 않은 경우의 제2 초점의 위치(제2 초점(B))에 배치되어 있다. 또, 본 실시예에서는 레이저 발진기(30)로서, 취급이 용이하고, 대출력의 레이저광을 생성할 수 있는 점에서, 파장 약 1μm의 적외광을 출력하는 파이버 레이저를 이용하였다.

또, 상기 빔 스플리터(4)는 평판형으로서, 레이저광을 투과하고, 상기 광원(20)으로부터 방사되는 광을 반사하는 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 상기 레이저 발진기(30)로부터 출사된 파장 1μm의 적외광을 투과하고, 상기 광원(1)으로부터 방사되고 상기 타원 반사경(2)에 의해 반사된 광인 반도체 노광으로 일반적으로 이용되는 수은으로부터의 i선(파장 365nm의 자외선)을 반사한다. 상기 빔 스플리터(4)는, 예를 들면, TiO₂과 SiO₂를 교대로 겹친 유전체 다층막으로 이루어지며, 상기 유전체 다층막의 막두께와 막의 총수를 적절히 설정함으로써, 원하는 파장의 레이저광을 투과하고, 광원으로부터 방사되는 원하는 파장의 광을 반사할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 상기 빔 스플리터(4)를 투과한 레이저광을 상기 타원 반사경(2)의 개구측으로부터 입사하고, 상기 타원 반사경(2)으로 반사시키며, 상기 광원(20)에 집광하고 있다. 이 경우, 레이저광을 취입하기 위해 상기 타원 반사경(2)의 광 반사면에 구멍 등을 형성할 필요가 없고, 상기 타원 반사경(2)의 반사면 전체를 이용할 수 있으므로, 상기 광원(20)으로부터 방사된 자외선을 상기 타원 반사경(2)으로 효율적으로 집광할 수 있다는 이점이 있다. 또, 상기 타원 반사경(2)을 통해 레이저광을 상기 광원(20)에 입사하기 위해, 레이저광을 상기 타원 반사경(2)의 반사면 전체로 확산시켜 상기 타원 반사경(2)으로부터 상기 광원(20)으로 입사할 수 있다. 이 때문에, 상기 광원(20)의 상기 방전 용기(21)를 통과하는 레이저광의 단위 면적당의 에너지 밀도를 낮게 할 수 있으므로, 상기 방전 용기(21)에 구멍이 뚫리는 등의 문제점을 일으키지 않는다는 효과도 있다.

[실시예 2]

도 2에 나타낸 것은, 본 발명의 제2 실시예이다. 도 2의 노광 장치(50)는, 기본 구조는 도 1에 나타낸 노광 장치(1)와 거의 동등하고, 동일 부재에는 도 1에서 나타낸 도면 번호와 동일한 도면 번호를 붙이고 있다. 도 2에서는, 광원(20)과, 타원 반사경(2)이 램프 하우스(3) 내에 설치되어 있다. 상기 광원(20)으로부터 방사된 광은, 상기 타원 반사경(2)으로 반사되고, 알루미늄 등의 금속막을 증착한 평면 미러(51)로, 상기 광원(20)으로부터 방사된 광의 방향을 바꾸어, 어퍼쳐(5) 부근에서 집광된다. 그 후, 콜리메이터 렌즈(6), 인터그레이터 렌즈(7)를 통해 평면 미러(8)로 다시 광의 진행 방향을 바꾸어 제2 콜리메이터 렌즈(9), 마스크면(10)을 통해, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 등의 피조사면(11)에 조사된다.

본 실시예에서는, 상기 어퍼쳐(5)와, 상기 콜리메이터 렌즈(6)의 사이에, 평판형의 빔 스플리터(52)를 배치하고 있다. 상기 빔 스플리터(52)는, 상기 어퍼쳐(5)측에 적외선 반사막이 형성되어 있고, 레이저 발진기(30)로부터 방사된 레이저광(예를 들면, 파장 1μm)이 집속 렌즈(53)를 통해 입사하여, 상기 어퍼쳐(5) 근방에 집속되도록, 상기 빔 스플리터(52)로 반사된다. 여기에서, 상기 집속 렌즈(53)는, 레이저 발진기(30)로부터 방사된 레이저광이, 상기 레이저 출사구(31)에 배치된 빔 익스팬더 등에 의해 한 번 확산되고, 그 후, 상기 타원 반사경(2)으로부터 반사되는 광의 광로에 겹쳐져 상기 타원 반사경(2)의 개구 둘레 가장자리로 확산되도록, 상기 레이저광의 빔 직경을 조정하고 있다.

상기 빔 스플리터(52)로 반사된 레이저광은 상기 타원 반사경(2)의 개구측으로부터 입사하여, 상기 광원(20)에 에너지를 공급한다. 이 레이저광에 의해 에너지가 공급된 상기 광원(20)으로부터는, 예를 들면, 파장 365nm의 자외선이 방사되고, 상기 평면 미러(51)로 진행 방향이 바뀌며, 상기 어퍼쳐(5)를 통해, 광로 상에 배치된 상기 빔 스플리터(52)를 투과한다. 그 후, 또한 상기 콜리메이터 렌즈(6), 상기 인터그레이터 렌즈(7), 상기 제2 콜리메이터 렌즈, 상기 마스크면(10)을 통해 피조사면(11)에 조사된다.

이 제2 실시예의 구성은, 기존의 상기 노광 장치(50)의 광로 중에, 상기 빔 스플리터(52)를 삽입 배치하면 달성된다. 상기 노광에 사용되는 자외선을 투과하 고, 상기 레이저광을 반사하기만 하면, 빔 스플리터의 방향은 임의로 선택 가능하다. 본 실시예에서는 레이저 발진기(30)를 하측에 배치하고 있지만, 상측이어도 상관없다. 즉, 기존의 상기 노광 장치의 빈 공간에 레이저 발진기(30)나 그 밖의 광학계를 포함하는 레이저 장치를 배치할 수 있도록, 빔 스플리터의 방향·배치를 자유롭게 설계할 수 있다. 이렇게 해서 상기 노광 장치(50) 전체를 콤팩트하게 할 수 있다는 이점을 갖는다.

[실시예 3]

도 3은, 본 발명의 제3 실시예이다. 도 3에 나타낸 노광 장치(60)는, 기본 구조는 도 2에 나타낸 제2 실시예의 노광 장치(50)와 동등하다. 본 실시예에 있어서는, 도 2에 나타낸 상기 빔 스플리터(52) 대신에, 곡면 형상의 빔 스플리터(61)를 배치하고 있다. 상기 빔 스플리터(61)는, 형상이 곡면 형상이고, 상기 어퍼쳐(5)측의 면이 레이저광을 반사함과 더불어, 상기 광원(20)으로부터 방사되는 광을 투과하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 적외광 반사, 자외선 투과의 유전체 다층막이 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 상기 레이저 발진기(30)로부터 빔 익스팬더 등으로 확산된 레이저광이, 상기 빔 스플리터(61)에 의해, 상기 어퍼쳐(5)의 위치에서 집광되고, 그 후, 상기 타원 반사경(2)의 개구 둘레 가장자리로 확산되도록, 상기 빔 스플리터(61)의 곡면이 설계되어 있다.

이와 같이, 제3 실시예에서는, 상기 빔 스플리터(61)가 곡면 형상이므로, 상기 레이저 발진기(30)로부터 출사된 레이저광을 집속 렌즈에 의하지 않고도 집광할 수 있기 때문에, 상기 노광 장치(30)를 보다 콤팩트하게 할 수 있다는 효과가 있 다.

[실시예 4]

도 4는, 본 발명의 제4 실시예이다. 도 4에 나타낸 노광 장치(70)의 기본 구조는, 도 2에 나타낸 제2 실시예의 노광 장치(50)와 동등하다. 본 실시예에 있어서는, 도 2에 나타낸 빔 스플리터(52)와 동등한 평판형의 빔 스플리터(71)를 구비하고 있다. 그러나, 그 배치되어 있는 위치는, 콜리메이터 렌즈(6)와 인터그레이터 렌즈(7)의 사이로서, 상기 타원 반사경(2)으로부터 반사된 광이 대략 평행광이 되어 진행하는 부분에 배치되어 있다. 또, 상기 빔 스플리터(71)에 입사하는 레이저광은, 상기 레이저 발진기(30)의 출사구측에 배치된 가운데가 뚫린 광을 형성하는 부재로서, 예를 들면 콘 렌즈(72)를 배치하고 있다.

상기 콘 렌즈(72)에 대해 설명한다. 도 5에 나타낸 것은, 상기 콘 렌즈(72)를 광 입사 방향을 따라 절단한 단면도이다. 상기 콘 렌즈(72)는 대략 원뿔형의 오목부인 입사면(77)으로부터 레이저광을 입사하고, 유리체로 이루어지는 광 굴절부(76), 대략 원뿔형의 광 출사부(75)로 구성된, 메니스커스 구조를 갖는 광학 소자이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기(30)의 레이저 출사구(31)로부터 출사한 레이저광(화살표로 그 광로를 나타내고 있다)은, 상기 콘 렌즈(72)의 입사면(77)에서 2방향으로 분기되고, 광 굴절부(76)를 통해 상기 레이저광의 빔 직경을 중앙 부분에 광이 없는 링형상, 또는, 도너츠형상의 광으로 변환하여, 광 출사부로부터 출사한다.

도 4의 노광 장치(70)에서는, 상기 콘 렌즈(72)에 의해, 상기 레이저 발진기(30)로부터 출사하는 레이저광이, 그 빔 직경의 중심 부분에 광이 없는, 링형상 또는 도너츠형상의 레이저광(가운데가 뚫린 광)으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 콘 렌즈(72)에 의해, 상기 레이저광의 빔 직경은, 이하와 같이 형성된다. 상기 레이저광의 외측부(721)와 내측부(722)의 사이는 광이 있는 부분이다. 또, 외측부(724)와 내측부(723)의 사이는 광이 있는 부분이다. 내측부(722)와 내측부(723)는, 광이 없는 부분이고, 이 부분이 가운데가 뚫린 상태를 형성하고 있다. 또, 이 가운데가 뚫린 광은, 상기 타원 반사경(2)에 입사하는 경우, 이하와 같이 된다. 상기 콘 렌즈(72)로부터 출사한 시점의 상기 레이저광의 상기 외측부(721)는 상기 타원 반사경(2)에 입사하는 시점에서의 개구 둘레 가장자리를 향해 입사하는 외측부(725)에 대응하고 있다. 또, 상기 외측부(724)는, 외측부(728)에 대응하고 있다. 또한, 상기 콘 렌즈(72)로부터 출사한 시점의 상기 레이저광의 상기 내측부(722)는, 상기 타원 반사경(2)에 입사하는 시점에서의 내측부(726)에 대응하고 있다. 또, 상기 내측부(723)는, 내측부(727)에 대응하고 있다.

이와 같이, 제4 실시예에서는, 레이저 발진기(30)로부터 출사되는 레이저광이 가운데가 뚫린 광을 형성하는 부재인 콘 렌즈(72)에 의해, 그 빔 직경의 중심 부분에 광이 없는 가운데가 뚫린 광으로 형성되어 있고, 이 가운데가 뚫린 광이 상기 타원 반사경(2)에 입사한다. 이 때, 상기 광원(20)의 급전부(23a)나 방전 용기(21)에 상기 타원 반사경(2)의 개구측으로부터 레이저광이 직접 입사하지 않고(내측부(726, 727)의 사이에 상당하는 부분), 상기 타원 반사경(2)으로부터 효율적 으로 레이저광을 상기 광원(20)에 입사할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 레이저광이 상기 광원(20)의 급전부(23a)나 방전 용기(21)에 직접 입사하는 일이 없으므로, 상기 광원(20)이 레이저광에 의해 쓸데없이 가열 등이 되지 않으며, 레이저광을 효율적으로 이용할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 이 발명의 노광 장치에 있어서의 제1 실시예를 도시한 개략도이다.

도 2는 이 발명의 노광 장치에 있어서의 제2 실시예를 도시한 개략도이다.

도 3은 이 발명의 노광 장치에 있어서의 제3 실시예를 도시한 개략도이다.

도 4는 이 발명의 노광 장치에 있어서의 제4 실시예를 도시한 개략도이다.

도 5는 콘 렌즈의 개략을 도시한 단면도이다.

도 6은 종래의 노광 장치를 도시한 개략도이다.

[부호의 설명]

1 : 노광 장치 2 : 타원 반사경

3 : 램프 하우스 4 : 빔 스플리터

5 : 어퍼쳐 6 : 콜리메이터 렌즈

7 : 인터그레이터 렌즈 8 : 평면 미러

9 : 제2 콜리메이터 렌즈 10 : 마스크면

11 : 피조사면 20 : 광원

21 : 방전 용기 22 : 전극

22a : 양극 22b : 음극

23a : 급전부 23b : 급전부

A : 제1 초점 B : 제2 초점

25 : 램프축 26 : 장축

30 : 레이저 발진기 31 : 레이저 출사구

50 : 노광 장치 51 : 평면 미러

52 : 빔 스플리터 53 : 집속 렌즈

60 : 노광 장치 61 : 빔 스플리터

70 : 노광 장치 71 : 빔 스플리터

72 : 콘 렌즈 721 : 외측부

722 : 내측부 723 : 내측부

724 : 외측부 725 : 외측부

726 : 내측부 727 : 내측부

728 : 외측부 75 : 광 출사부

76 : 광 굴절부 77 : 입사면

101 : 반도체 노광 장치 102 : 레이저 발진기

103 : 광학 부품 104 : 광학 부품

105 : 집광 렌즈 106 : 무전극 방전 램프

107 : 타원 반사경 108 : 광학계

109 : 광 흡수판 110 : 구멍부

110a : 광 취입 구멍 110b : 광 취출 구멍

121 : 반도체 웨이퍼

Claims

자외선을 방사하는 광원과, 상기 광원에 에너지를 공급하는 레이저광을 입사하기 위한 레이저 장치와, 상기 광원으로부터 방사된 자외선을 반사하는 타원 반사경과, 상기 타원 반사경의 제1 초점에 배치된 상기 광원으로부터 방사된 광을 상기 타원 반사경으로 반사하고, 콜리메이터 렌즈, 인터그레이터 렌즈를 포함하는 광학 소자를 통해 피조사물에 조사하는 광학계를 갖는 노광 장치에 있어서,

상기 광원에 대해 상기 타원 반사경의 개구측으로부터 레이저광을 입사하기 위해서, 상기 타원 반사경에 의해 반사된 광의 광로 중에 파장 선택 기능을 갖는 빔 스플리터를 설치한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 레이저 장치는, 출사되는 레이저광의 확산각이, 상기 타원 반사경의 제2 초점을 기준으로 하여 상기 타원 반사경의 개구 둘레 가장자리를 향해 확산되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 레이저 장치는, 레이저광의 출사구와 상기 빔 스플리터의 사이에 상기 레이저광을 평행화, 또는 집속하는 렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 광원은, 방전 용기 내에 대향하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 전극과 전기적으로 접속된 급전부가 상기 방전 용기의 양단으로부터 돌출되어 있으며, 상기 전극을 연결하며, 각각의 상기 급전부를 통과하는 램프축과, 상기 타원 반사경의 장축이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 레이저 장치는, 레이저광의 출사구측에, 가운데가 뚫린 광을 형성하는 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 빔 스플리터는, 상기 광로 중의 인터그레이터 렌즈보다 광원측으로서, 상기 광로 중의 광이 평행광인 범위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 빔 스플리터는, 상기 타원 반사경의 제2 초점보다 광원측으로서, 상기 타원 반사경의 제1 초점과 제2 초점을 연결하는 직선 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 빔 스플리터는, 상기 타원 반사경으로부터 방사되는 광의 광로 중에 존재하는 제2 초점과, 상기 콜리메이터 렌즈의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 8에 있어서,

상기 빔 스플리터는, 평면 형상인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
청구항 8에 있어서,

상기 빔 스플리터는, 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 노광 장치.