JPH02285628A - 照明光学系 - 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） 本発明は照明光学系に関し、特に半導体素子製造用の露
光装置において電子回路等の微細パターンが形成されて
いるマスクやレチクル専の被照射面を効率的に照明する
為の照明光学系に関するものである。

（従来の技術） 最近の半導体製造技術には電子回路の高集積化に伴い、
高密度の電子回路パターンが形成可能なりソグラフィ技
術が要求されている。

リソグラフィ技術のうち比較的高精度な焼付けが出来る
露光装置として電子回路パターンを必要とする寸法に比
べｍ倍に拡大して形成したレチクルを照明光学系で照明
し、該レチクルを投影光学系によりウェハ面上に１７　
ｍ倍に縮少投影する所謂縮少投影露光装置がある。

第７図は縮少投影露光装置に用いられるレチクルを照明
する為の照明光学系の概略図である。

同図において１０は光源で例えば水銀ランプやハロゲン
ランプ等から成っている。１１は楕円ミラーで光源ｌＯ
からの光束を効率良く集光する為にその第１焦点に光源
ｌＯの発光面を配置し、光源１０からの光束を第２焦点
近傍に集光している。１２はオプティカルインテグレー
タで配光特性の均一な２次光源を形成すると共に最適な
ＮＡを得る為に複数の微少レンズ（フライアイレンズ）
より成り、楕円ミラー２の第２焦点近傍に配置されてい
る。１３はコンデンサーレンズであり２次光源であるオ
プテイカルインテグレータ１２からの光束を集光し、被
照射面であるレチクル１４を均一照明している。

（発明が解決しようとする問題点） 電子回路パターンが形成されているレチクルは般に四角
形をしており、そのパターン領域の寸法には種々のもの
がある。

縮少投影露光装置におけるレチクル面を照明する照明光
学系の有効照明範囲は一般に円形をしている。そしてウ
ェハ而に投影露光する際には有効照明範囲の一部をマス
キング機構等で遮光し、レチクルパターン形状と同様の
四角形内の光束のみを使用するようにしている。

しかしながら現在使用されているレチクルパターンは種
々の大きさのものがある４全てのレチクルに対応させる
には照明光学系の有効照明範囲を最大寸法のレチクルを
対象に構成する必要がある。この４小さなパターン領域
しか持たないレチクルを用いる場合には不使用の光束が
多くなり照明効率を低下させる原因となってくる。

例えばレチクル上で直径１００ｍｍの円形領域を保証し
ている照明光学系で直径７０ｍｍの円形領域を対象とす
るレチクルを用いる場合には不必要な領域までも照明し
てしまい、照明効率が大変悪くなるという問題点があっ
た。

本発明は照明光学系のＮＡを変えずに照明領域を対象と
する領域に応じて任意に変えることができ、特に照明領
域が小さい場合には照度を高くすることができ効率的な
照明ができる照明光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 本発明の照明光学系はレーザからの光束を整形光学系を
介して所定の大きさに整形し、平行光束として複数の微
少レンズより成るオプティカルインテグレータに入射さ
せ、該オプティカルインテグレータから射出する光束を
利用して所定面上を照明する際、該オプティカルインテ
グレータの屈折力を変えることにより該所定面上の照明
範囲を変えたことを特徴としている。

（実施例） 第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の照明光学系を縮少投影
露光装置に適用したときの一実施例の要部概略図である
。

図中１はレーザて例えば指向性の強い光を放射するλ＝
２４８．４ｎｍエキシマレーザ−である。５はレーザ１
から放射された光束、２は光束調整手段であり後述する
ようにレーザ光束５の光束径を整形させるビームエクス
パンダ−等のビーム整形系と配光特性の均一な２次光源
面を形成する為の複数のフライアイレンズより成るオプ
ティカルインテグレータを有している。３は集光光学系
、４は被照射面であるレチクル面である。６は光束調整
手段２から出射した光束か集光する光束調整手段２の像
側焦点面であり、この点は集光光学系３の瞳面にも成っ
ている。１０１は投影光学系でありレチクル４面上のパ
ターンをウェハ１０２面上に所定の縮少倍率で投影して
いる。光束調整手段２を構成する各レンズはＳｉｎ、て
構成され、エキシマレーザ光を効率良く伝達する。

本実施例ではレーザｌからの光束５を光束調整手段２で
所定の開き角を有する光束とし、像側焦点面６に集光し
ている。そして像側焦点面６を瞳面とする集光光学系３
で被照射面４を均一照明している。

このうち第１図（Ａ）は基準状態の光路を示しており、
投影光学系１０１で対象としている領域Φｌを全て照明
している場合である。又第１図（Ｂ　、）は投影光学系
１０１が対象とする領域Φ２が同図（Ａ）に比べて小さ
い場合で光束調整手段２により後述する方法で照明領域
を小さくした場合を示している。

次に本実施例において照明領域を変化させる方法につい
て説明する。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は各々本実施例の光束調整手段２
内のビーム整形光学系２ａとオプティカルインテグレー
タ２ｂとの関係を示す光学配置の説明図である。

ビーム整形光学系２ａはレーザ等の指向性の良い光束５
の光束径を整形し、平行光束としてオプティカルインチ
グレーター２ｂに入射させている。オプティカルインチ
グレータ２ｂは複数のフライアイレンズより成る３つの
レンズユニット７．８．９より成っている。

同図においてビーム整形光学系２ａで整形された光束が
オプティカルインチグレーター２ｂに入射する際の各フ
ライアイレンズに入射する光束径をｄ、オプティカルイ
ンチグレータ２ｂの焦点距離をｆｌ、集光光学系３の焦
点距離をｒ２、照明領域４の照射径をΦとすると Φ＝（ｆ２／ｆｌ）　　・ｄとなっている。

例えばｄ＝１０ｍｍ、ｆｌ＝ｌｏｍｒｎ、ｆ２３５ｍｍ
とするとΦ＝３５ｍｍとなる。

本実施例では照明領域Φをオプティカルインチグレータ
２ｂの焦点距離を変えることにより行っている。

即ちオプティカルインチグレータ２ｂの像側焦点面６の
位置を固定としつつ、レンズユニット８．９を光軸上移
動させて第２図（Ｂ）の如く変位させてオブテイカルイ
ンテグレータ２ｂ全体の焦点距離ｆ１を変えている。こ
れにより前述した式 Φ−（ｆ２／ｆｌ）ｄに基づいて被照射面４上の照明範
囲を変化させている。

例えばオプティカルインチグレータ２ｂの焦点距離ｆ１
をｆｌ＝５０ｍｍに変化させると照明領域ΦはΦ＝７ｍ
ｍとなる。

次に具体的に式を用いて説明する。

今、レンズユニット７．８．９のパワー（焦点距離の逆
数）をそれぞれφ１、φ２、φ３、レンズユニット７と
８の主点間距離をｅ　ｌ　、レンズユニット８と９の主
点間距離をＣ２、レンズユニット９と後側焦点面６の主
点間距離をＳｋとすると、レンズユニット７．８．９に
より構成されるオプティカルインチグレータ２ｂの全体
のパワφは ψ・φ１＋φ２＋φ５−ｅＩφ旨φ２÷φ３）Ｃ２φ、
（φ、＋φ２）÷ｅ＋ｅ２φ、φ、φ。

となる。又、 Ｓｋ−φ　＝ｌ−ｅ＋　　φ　１−Ｃ２φ　１−Ｃ２φ
　２◆ｅ＋ｅ２φ　１φ２という関係がある。本実施例
ではＳｋの値を固定とし、全体のパワーφを目的とする
パワーとなるようにレンズユニット８．９を光軸に沿っ
て移動させている。

例えばφ＋　＝０．０４　（ｆ＝２５ｍｍ）φ！　　＝
　−〇、　　０５　　（ｆ＝　−２０ｍｍ）　　、　　
φｓ０．０４　（ｆ　＝２５ｍｍ）、Ｓ、＝１２ｍｍ、
ｅ＋　＝１２．４３ｍｍ、ｅｘ　＝ｔｏ、７７ｍｍのと
きφ＝０．０２８６　（ｆ＝３５ｍｍ）である。

ここで照明範囲を狭くするため例えばφ０．０２　（ｆ
＝５０ｍｍ）に設定したい場合にはｅ、＝１０．２、ｅ
ｘ＝３３．８５となるようにレンズユニット７と８を動
かせばよい。

本実施例ではオプティカルインチグレータ２ｂのパワー
φをレンズユニット７．８を移動させて変化させたが、
移動させるレンズユニットはレンズユニット７．８に限
らず、どのレンズユニットを移動させても良い。

レンズユニット７．８．９の屈折力はオプティカルイン
チグレータ２ｂ全体のパワーを所定のレンズユニットの
移動で変えることができるものであれば任意に設定する
ことができる。

本実施例ではオブテイカルインテグレータ２ｂ全体とし
てのパワーが正の場合を示したが第３図に示すように全
体として負のパワーであっても良い。この場合は第２図
（Ａ）、（Ｂ）における像側焦点位置６がレンズユニッ
ト９の左側の位置２９に変位するだけであり基本的には
第２図（Ａ）、（Ｂ）に示す場合と全く同様である。

第２図（Ａ）、（Ｂ）に示す実施例ではオプティカルイ
ンチグレータ２ｂを所定の屈折力の３つのレンズユニッ
ト７．８．９より構成した場合を示したが、第４図（Ａ
）、（Ｂ）に示すように正と負の屈折力の２つのレンズ
ユニット１３．１４より構成しても良い、この場合は２
つのレンズユニット１３．１４を移動させれば像側焦点
面６の位置を固定した状態でオプティカルインチグレー
タ２ｂ全体のパワーを変えることができる。

第５図（Ａ）、ＣＢ）は本発明に係るオプティカルイン
テグレータの他の一実施例の要部概略図であり、同図（
Ａ）は基や状態、同図（■３）は同図（Ａ）に比べて照
明範囲が小さい場合である。

本実施例ではオプティカルインテグレータ２ｂを前群２
ｂｌと後群２ｂ２の２つに分は前群でアフォーカル系を
構成している。そして前群２ｂｌのアフォーカル倍率を
変えることによりオプティカルインテグレータ２ｂ全体
のパワーを変えて、前述したのと同様にして被照射面４
の照明範囲を変えている。

第６図は本発明に係るオプティカルインテグレータ２ｂ
の他の一実施例の要部概略図である。

本実施例では第５図に示すオプティカルインテグレータ
を用いると共に２次光源面をより均一にする為に拡散板
や非常に細かいフライアイレンズ等から成る拡散効果を
有する光学素子２５をレンズユニット２４の前側焦点面
に配置している。これにより均一な２次光源面を形成し
ている。尚、２６は光学素子２５から射出する光束のＮ
Ａを規制する絞りであり、全系の瞳面位置に配置されて
いる。

（発明の効果） 本発明によれば指向性の高いレーザを光源として用い、
光束調整手段を構成するオプティカルインテグレータの
屈折力を変えることにより、光量損失を防止しつつ、被
照射面一にの照明範囲を任意に変化させることができ、
例えば照明範囲の小さいレチクルを用いたときには照度
を上げることができる為、ｌショット当りの露光時間を
短縮することができる等の特長を有した照明光学系を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を縮少投影露光装置に適用したときの一
実施例の要部概略図、第２図は第１図の光束調整手段２
の説明図、第３図、第４図、第５図、第６図は各々第１
図の光束調整手段２の他の実施例の要部概略図、第７図
は従来の照明光学系の要部概略図である。図中１はレー
ザ、２は光】　２ 東調整手段、３は集光光学系、４は被照射面、２ａは拡
大系、２ｂはオプティカルインテグレータ、７．８．９
．３０．３１．３２．１３．１４．２１〜２４はレンズ
ユニット、２５は光学素子、２６は絞り、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザからの光束を、整形光学系を介して所定の
   大きさに整形し、平行光束として複数の微少レンズより
   成るオプティカルインテグレータに入射させ、該オプテ
   ィカルインテグレータから射出する光束を利用して所定
   面上を照明する際、該オプティカルインテグレータの屈
   折力を変えることにより該所定面上の照明範囲を変えた
   ことを特徴とする照明装置。