JPS6312135A - 照明光学系及びそれを用いた露光装置 - 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） 本発明は照明光学系に関し、特に半導体製造装置におい
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
レチクル等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。

このうち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被写体として投影光学系
によりウェハ面上に１／ｍ倍に縮少投影する所謂縮少投
影露光装置か比較的高い解像力が得られる為、現在数も
注目されている。

この縮少投影露光装置ではウェハ面上に一度に露光でき
る領域は投影光学系の有効面がウニ八寸法に比べて小さ
いので、１回の投影露光が終了するとウェハステージを
一定量移動させて次の領域の露光を繰り返して行うステ
ップ・アンド・すビート方式を採っている。

電子回路パターンか形成されているレチクルは一般に四
角形をしており、又ウェハ面上の投影露光範囲は数ミリ
から十数ミリ程度の四角形であり、この範囲中に１〜数
チツプの素子が配置されている。

一方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円形をしている。そしてウニ
へ面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。

この為レチクル面の大きさが照明光学系の有効照明範囲
の円形内に常に内接する四角形状で照明されれば光源か
らの光束を最も有効に使用することができる。

しかしながら現在使用する露光範囲はユーザーでまちま
ちであり、照明光学系の有効照明範囲よりも小さな露光
範囲で使用する場合には、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フてくる。

この他室子回路パターンが形成されているマスクを直接
ウェハに重ね合わせて焼付けるコンタクト方式やマスク
とウェハを所定量離して焼付けるプロキシミティ方式を
用いる半導体製造装置においてもマスク面上への照明に
ついても使用するウェハのインチサイズにより前述と同
様の問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は照明光学系の一部に使用されているオプティカ
ルインテグレータを変倍系より構成することにより、露
光範囲の大きさが有効照明範囲よりも小さい場合でも均
一照明が可能で、しかも光源からの光束を常に効率的に
使用することのできる特に半導体製造装置に好適な照明
光学系の提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 光源からの光束を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
照明光学系において、前記オプティカルインテグレータ
の屈折力を可変としたことである。

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図は本発明を縮少投影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
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。２は楕円ミラーで光源１からの光束を効率良く集光
する為にその第１焦点に光［１の発光面を配置し、光源
１からの光束を第２焦点近傍に集光している。３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
形成する為に複数の微少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。４はコンデンサーレン
ズであり、その前側焦点近傍に配置されている２次光源
であるオプティカルインテグレータ３からの光束を集光
し、被照射面であるレチクル５を均一照明している。６
は投影光学系でありレチクル５をウェハ７面上に縮少投
影している。

尚本実施例においてコンタクト方式やプロキシミティ方
式の場合は投影光学系６は不要で被照射面であるマスク
５とウェハ７は直接密着若しくは所定量の間隔を隔てて
配置される。

本実施例におけるレチクル５の焼付範囲は四角形であり
、一方照明光学系のコンデンサーレンズからの光束によ
る有効照明範囲は円形である。この為第２図（Ａ）に示
すようにレチクル５の焼付範囲２０が照明光学系の有効
照明範囲２１の円形内に内接する四角形となるように構
成しておけば光源からの光束を最も効率的に用いること
ができる。しかしながら実際には各種の仕様条件により
同図（Ｂ）のように焼付範囲２０が有効照明範囲２１に
比べて小さい場合がある。この為仕様条件によっては不
使用の照明光束が多くなり照明効率を低下させる原因と
なっている。

そこで本実施例ではオプティカルインテグレータ３を変
倍系より構成し、才プティカルインテグレータ３より射
出する光束の射出角を変化させることにより、照明光学
系による有効照明範囲の円形内にレチクル５の焼付範囲
が常に内接するようにして不使用の照明光束を減らし、
照明効率の向上を図っている。

第３図（Ａ）は第１図に示すオプティカルインテグレー
タ３の拡大図であり、３０は照明光学系の光軸、３１，
３２．３３は各々複数の微少レンズより成る微少レンズ
群である。

第３図（Ｂ）は同図（Ａ）の１つの微少レンズ群の横断
面図であり、個々の微少レンズを６角柱のガラスの片面
又は両面を凸面加工して構成している。

尚微少レンズ群を１枚の大きなガラスの片面又は両面に
複数の凸面を加工したガラスモールドより構成しても良
い。又同図（Ｃ）に示す如く微少レンズを１つ１つ鏡筒
に設けて構成しても良い。

第４図（Ａ）　、　（Ｂ）は各々オプティカルインテグ
レータ３を構成する３つの微少レンズ群の例えば第３図
（Ａ）の光軸３０上の３つの微少レンズの説明図である
。図中４１．４２．４３は各々微少レンズ群３１，３２
．３３に対応する微少レンズ、Ｌは照明光束である。

今微少レンズ４１の屈折力をΦ１、微少レンズ４２と微
少レンズ４３の合成レンズ４４の屈折力をΦ２３とする
と微少レンズ４３からの光束の最大射出角αは屈折力Φ
２３に比例してくる。

この為２つの微少レンズ４２．４３との間隔を変えて屈
折力Φ２３を変化させれば最大射出角αを同図（Ｂ）に
示す如く射出角α゛の如く任意に変えることができる。

第４図（Ｃ）はこのときの屈折力配置の説明図である。

２次光源の位置４５からオプティカルインテグレータの
合成レンズ群４４の後側主点位置までの距離ｄは、ｄ＝
１／Φ２（１−Φ１／Φ２３）である。

又微少レンズ４１の主点から２次光源４５までの長さｌ
は、ｌ＝　１／Φ２３（２−Φ１／Φ２３）である。

本実施例では変倍系に伴う２次光源位置を不変とし、例
えば２次光源の結像位置が投影レンズの瞳位置からズレ
ないようにオプティカルインテグレータ全体を光軸方向
に移動させる。

本実施例ではオプティカルインテグレータの屈折力を変
化させる際、各状態にあけるオプティカルインテグレー
タからの射出光束の主光線が常に照明光学系の光軸と略
平行に射出するようにしてレチクル中心に入射させるこ
とにより、オプティカルインテグレータの射出面の各点
からの光束によるレチクル上の照明範囲が一致し効率の
良い照明を可能にし、レチクル面上の照明の均一化を図
っている。即ち微少レンズ３１と合成レンズ群４４との
主点間隔を各状態で１／Φ２３となるように、つまり合
成レンズ群４４の焦点距離と一致するようにしてレチク
ル面上を均一に照明している。

第５図はオプティカルインテグレータ３から射出する光
束の２つの射出角α、α′に対するレチクル５面上の有
効照明範囲との関係を示す説明図である。

同図において射出角α、α゛のときレチクル５面上の照
明範囲の半径は各々Ｒ，Ｒ”となる。ここで図より明ら
かのようにα°／α＝Ｒ’／Ｒの関係がある。

本実施例ではこのときの関係を利用して２つ微少レンズ
群３２．３３との間隔を変えて、即ちオプティカルイン
テグレータの屈折力を変えて、光束の射出角α、α゛を
変化させることにより照明範囲を任意に制御している。

尚この場合レチクル５面上への入射光束の入射角度βは
投影解像力に影響する量であるが、この角度βはオプテ
ィカルインテグレータの変倍に伴って変化しない不変量
である。これはコンタクト方式やプロキシミティ方式を
用いた場合でも同様である。

これにより本実施例では露光範囲が小さくなっても有効
照明範囲を第２図（Ａ）に示す如くレチクルの焼付範囲
２０を内接する円形とすることにより常に効率の良い照
明を行フている。

例えば焼付範囲２０の１辺の長さを変倍により１０％小
さくすると約２３％の照度アップを図ることができる。

又コンタクト方式やプロキシミティ方式の照明光学系で
は照明範囲を６”から５”に変えると約４４％の照度ア
ップを図ることができる。

本実施例ではオプティカルインテグレータ３を３つの微
少レンズ群より構成し、このうち２つの微少レンズ群を
光軸上移動させ、かつインテグレータ全体を光軸上移動
させることにより照明範囲を変化させたが、微少レンズ
群を４つ以上で構成し、このうち少なくとも２つのレン
ズ群間隔を変化させるようにしても良い。

オプティカルインテグレータの変倍はショットレイアル
ドをコンソールから人力する際に自動的に行っても良い
。即ちショットレイアウトからレチクル面上の照明範囲
をコンピュータにより計算し、その値に基づいてオプテ
ィヵルインテグレータの所定の微少レンズ群を駆動機構
により自動的に駆動させても良い。

尚以上の実施例はそのままコンタクト方式やブロキシミ
ティ方式の照明光学系にも良好に適用することができる
。

（発明の効果） 本発明によれば被照射面の有効画面寸法に応じて照明光
学系中のオプティカルインテグレータを構成する少なく
とも２つの微少レンズ群を移動させて変倍を行い有効照
明範囲を変えることにより、光束の損失の少ない常に効
率的な照明が可能な照明光学系を達成することが出来る
。又変倍をコンソール人力により自動的に行うことによ
り高精度で、かつ迅速に行うことを可能としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を微少投影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（Ａ）。 （Ｂ）　、　（Ｇ）は各々被照射面と有効照明範囲との
関係を示す説明図、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（
Ｃ）は各々第１図の一部分の説明図、第４図（Ａ）　、
　（Ｂ）　。 （Ｃ５）は各々本発明に係るオプティカルインテグレー
タの変倍の説明図、第５図はオプティカルインテグレー
タからの射出光束と有効照明範囲との関係を示す説明図
である。 図中１は光源、２は楕円ミラー、３はオプティカルイン
テグレータ、４はコンデンサーレンズ、５は被照射面、
６は投影光学系、７はウェハである。 特許出願人　　キャノン株式会社 児　　１　　図 扼　　り　　ロ （△）　　　　　　（Ｂ）（Ｇ） 兜　　３　　回 （Ａ）　　　　　　　（Ｂ）　　　　　　　（Ｃ）夷　
　４　　回 ９１　　　　　　　φ２３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からの光束を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
   明する照明光学系において、前記オプティカルインテグ
   レータの屈折力を可変としたことを特徴とする照明光学
   系。
2. （２）前記オプティカルインテグレータを少なくとも３
   つの屈折面を有するレンズ群より構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の照明光学系。
3. （３）前記オプティカルインテグレータの変倍をコンソ
   ールからの入力信号により自動的に行ったことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の照明光学系。