JPH0721585B2 - 照明光学系 - Google Patents

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、特に紫外域で高輝度のエキ
シマレーザー等の光源を用いて電子回路等の微細パター
ンが形成されている被照射面であるマスクを照明する際
に、光学要素の破損を防止しつつ効率的にしかも均一に
照明することのできる半導体製造装置に好適な照明光学
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、
高密度の回路パターンが形成可能のリングラフイ技術が
要求されている。

一般にマスク又はレチクル面上の回路パターンをウエハ
面上に転写する場合、ウエハ面上に転写される回路パタ
ーンの解像線幅は光源に波長に比例してくる。この為波
長200〜300nmの遠紫外（デイープUV領域）の短い波長を
発振する従来の超高圧水銀灯やキセノン水銀ランプ等の
代わりに最近はエキシマレーザーが高輝度性、単色性、
指向性等の良さからリングラフイ技術への応用に種々研
究されている。

一般に半導体製造におけるウエハ面上への焼付け露光に
おいては焼付け面全面における均一露光と物理光学的効
果の制御のためにマスク面への照明光束に一定の拡がり
角を持たせることが要求される。この為従来は光源とウ
エハ面との間にフライアイレンズと呼ばれるレンズアレ
イやオプテイカルフアイバー束等から成る所謂ライトイ
ンテグレータとコンデンサーレンズを用いた照明光学系
を利用している。照明光学系はマスクとウエハを密着若
しくは数十ミクロン程度離して焼付けを行う所謂コンタ
クト／プロキシミテイ露光法ではコンデンサーレンズに
よりライトインテグレータの像を無限遠に形成するよう
にしている。又ステツパー等のマスクのパターンをウエ
ハ面上に投影光学系を用いて投影露光する所謂プロジエ
クシヨン露光法ではコンデンサーレンズによりライトイ
ンテグレータの像を投影光学系の入射瞳に形成するよう
にして、所謂ケーラー照明系を構成している。

例えば第２図はライトインテグレータとして凸レンズア
レイを用いたときのレンズアレイを構成する１組のレン
ズの断面図である。１組のレンズは凸レンズ21,22の２
つのレンズより成つている。凸レンズ21,22は共に同じ
焦点距離を有し、両レンズは該焦点距離だけ離して配置
されている。そして凸レンズ21の径で光束を制限し、即
ち絞りを構成し、凸レンズ21に種々の角度で入射した平
行光束を凸レンズ22の一方のレンズ面近傍に集光した
後、各主光線が互いに平行となるように射出させてい
る。このとき凸レンズ22はフイールドレンズの役目を果
たしている。すなわち凸レンズ21,22により全体として
テレセントリツク光学系を構成している。

一般のエキシマレーザーはその光束の拡がり角が数ミリ
ラジアンと略平行光に近く、更に紫外域で高出力を有し
ている。この為第２図に示す光学系にエキシマレーザー
を利用すると、主に軸上の平行光束のみとなり、その集
光点（図中Ｆ）では莫大なエネルギー密度となる。従つ
て凸レンズ22のコーテイングやレンズ材そのものを破壊
してしまうことがある。この為凸レンズ22を省略するこ
とも考えられるが、この場合でも空気中にレーザー光束
が集光し、その際空気が絶縁破壊を起こし、放電したり
発光したりしてレーザー光束のエネルギーを無駄にして
しまうことがある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はエキシマレーザーを光源として用いる際の出力
エネルギーの無駄をなくし、レーザー光束の集光による
光学要素の破壊を防止し、更に被照射面の均一照明を可
能とした照明光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） レーザーからの可干渉光を受けるオプティカルファイバ
ー束と該オプティカルファイバー束からの光を被照明面
に向けるコンデンサーレンズとを有する照明光学系にお
いて、前記オプティカルファイバー束の各オプティカル
ファイバーの長さに互いに可干渉距離以上の差を与え且
つ前記オプティカルファイバー束の各オプティカルファ
イバーの光出射面に発散性のレンズ面を形成したことで
ある。

この他本発明の特徴は実施例において記載されている。

（実施例） 第１図は本発明を半導体製造法の１つであるコンタクト
／プロキシミテイ露光装置に適用したときの一実施例の
光学系の概略図である。同図において１は光源としての
エキシマレーザー、２は光束変換部材で、通常矩形をし
ているエキシマレーザーの光束を等方的に変換する為の
ものであり、例えばシリンドリカルレンズより成るビー
ムエクスパンダーより構成されている。３は反射鏡、４
はオプティカルファイバー束であり、それを構成するオ
プティカルファイバーの長さがレーザー光のコヒーレン
ス長以上の差がつくように束ねており、且つ各オプティ
カルファイバーの射出面（光出射面）に発散性のレンズ
面を形成している。尚第１図では簡単の為にレンズ面の
みを示している。５は収斂性のコンデンサーレンズ、６
はマスク、７はウエハであり、マスク６とウエハ７は密
着しているか（コンタクト）若しくは数ミクロンから数
十ミクロンの間隔をへだてて配置されている（プロキシ
ミテイ）。

オプティカルファイバー束４の射出面に形成したレンズ
面とコンデンサーレンズ５との距離及びコンデンサーレ
ンズ５とマスク６との距離は略コンデンサーレンズ５の
焦点距離に一致させている。

エキシマレーザー１から放射されたレーザー光束はその
拡がり角が数ミリラジアンとほとんど拡がつていない。
この為絞りにより単に整形したり若しくは光束変換手段
２により光束を等方的に拡大した後に反射鏡３で反射さ
せた後オプティカルファイバー束４に入射させている。
本実施例ではオプティカルファイバー束４を構成する各
オプティカルファイバーの射出面に発散性のレンズ面を
形成している。これによりレンズ面の数だけ複数の第２
次光源を形成している。そしてこれらの複数の第２次光
源からの光束は各々コンデンサーレンズ５の収斂作用で
光軸と平行となるように集光された後マスク面６を照射
する。このような構成をとることにより複数の第２次光
源からの光束を各々被照射面であるマスク６上で重なり
合わすことができる。これにより被照射面において照度
分布の均一化を図つた照明光学系を達成している。

又本実施例ではマスク６面上の照射光束を射出面に発散
性のレンズ面を有するオプティカルファイバー束の全体
の大きさに応じた一定の拡がり角αを有する光束にして
いる。本実施例の構成ではエキシマレーザー１から射出
した平行光束が光学系中において集光する点がない。こ
の為レーザー光束の集光化に伴う光学要素例えばコーテ
イング等の破壊及び空気の絶縁破壊といつた問題点を改
善した照明光学系を達成している。

尚本実施例において射出面に発散性のレンズ面を有する
オプティカルファイバー束を用いる際ファイバー束の前
端形状と後端形状とを任意な形状で構成することがで
き、これによれば特に光束変換部材２を用いなくても光
束形状を最適化することができる利点がある。又光源と
して用いたエキシマレーザーをインジェクションロッキ
ング手法により発振波長幅を狭くするとコヒーレンシー
が向上し微細パターン露光に有害な所謂スペックルが生
じる場合がある。このような場合でもファイバー束の各
ファイバーの長さを互いにコヒーレンス長以上の差がつ
くように構成しており、これにより光束のコヒーレンシ
ーを低下させて、スペックルを良好に除去した照明光学
系を達成している。

尚本実施例の照明光学系はステツパーのようなプロジエ
クシヨン法にも適用することができる。

又本実施例では光源としてエキシマレーザーの代わりに
高出力発振するレーザーであれば同様な効果を有した照
明光学系を達成することができる。

（発明の効果） 本発明によればエキシマレーザーのような高出力のレー
ザーを光源として半導体露光装置に使用する場合、被照
射面の均一照明が可能でしかも光学要素の破損や空気の
絶縁破壊によるエネルギー損失を防止した照明光学系を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をコンタクト／プロキシミテイ露光装置
に適用したときの一実施例の光学系の概略図、第２図は
従来のライトインテグレータの説明図である。図中１は
光源、２は光束変換部材、４はオプティカルファイバー
束、５はコンデンサーレンズ、６はマスク、７はウエハ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザーからの可干渉光を受けるオプティ
   カルファイバー束と該オプティカルファイバー束からの
   光を被照明面に向けるコンデンサーレンズとを有する照
   明光学系において、前記オプティカルファイバー束の各
   オプティカルファイバーの長さに互いに可干渉距離以上
   の差を与え且つ前記オプティカルファイバー束の各オプ
   ティカルファイバーの光出射面に発散性のレンズ面を形
   成したことを特徴とする照明光学系。