JPH01913A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は照明装置に関し、特に半導体製造装置において
被照射面に設けられた電子回路等の微細パターンが形成
されているマスク面やレチクル面等を均一に照明する為
の照明装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体製造装置の製造工程ではマスクに設けられたパタ
ーンをウニ八面上に順次重ねて転写している。この場合
照明装置によりウェハ面に対して密着若しくは極近接状
態に保持した状態でマスク面を照明してマスク面上のパ
ターンをウニ八面上に転写したり、ウェハ面と共役に配
置されたマスク（レチクルも含む。）を照明して投影レ
ンズを用いてウェハ面に投影転写している。

この場合、ウニ八面上に転写されるパターンの像質は照
明装置の性能、例えば被照射面上の照度分布の均−性等
に大きく影響される。均−照明等の光学性能の向上を図
った照明装置としては例えば特開昭４７−４８１７号公
報や特開昭５０−１０３９７６号公報等で提案されてい
る。

一般に半導体製造装置に使用される照明装置には次のよ
うな要件が要求されている。

（イ）マスク面における照度ムラの除去。

（０）集光効率の向上。

（八）マスク面に入射する光束の入射角度を所望の値に
設定すること。

従来より（イ）のマスク面上の照度ムラの除去はハエの
目レンズや自己収束性あるいは普通のファイバーを集束
した光学エレメントあるいはプリズムを放射状に配した
もの等の多光束発生部材で多数の部分光束を発生させ、
これら部分光束の各々をコリメートして被照射面で重畳
させる（オプティカル・インチグレート）ことにより行
フており、この方法によれば±２〜±３％の照度ムラの
範囲に納めることができる。

又（ロ）の集光効率の向上は光源の高輝度化により推進
されている。（ハ）の入射光束の入射角度は多光束発生
部材の直径とコリメーターレンズの焦点距離によって所
望の値に設定している。

これらの各要素のうち入射光束内の強度分布の均一性が
特に重要視されている。

一般には、不均一な強度分布は楕円反射鏡の様なコンデ
ンサーによる光源像に既に発生している。この為コンデ
ンサーに続く多光束発生部材を複数設配して性能を向上
させる方法が提案されている。しかしながら、多光束発
生部材を照明光路に１個配すると２０乃至３０％の光量
損失を生ずる為、複数個使用すると集光効率が大きく低
下する難点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は光束内の光強度分布の均一性を高め、被照射面
上の照度分布の均一化を図ると共に、集光効率の向上を
図った半導体製造装置に好適な照明装置の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 光源と該光源からの光束を集光する為の集光手段と、該
集光手段からの光束を混合する光束混合手段と、該光束
混合手段からの射出光束を用いて多数の部分光束を発生
させる多光束発生手段と、該多光束発生手段からの光束
を重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射手段とを
有していることである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の概略図である。同図におい
て１は光源で、超高圧水銀ランプ等である。２は集光手
段で楕円ミラー等から成り、該楕円ミラー２０の第１焦
点付近に光源１が配置されている。３は光束混合手段で
所定形状のオプティカルバイブより成り、該オプティカ
ルバイブ３の入射面３ａは楕円ミラー２の第２焦点付近
に配置されている。４は多光束発生手段であり、集光レ
ンズ５とオプティカルインテグレーター６とを有してい
る。集光レンズ５はオプティカルバイブ３の射出面３ｂ
とオプティカルインテグレーター６の入射面６ａとが略
共役関係となるように設定されている。

又、本実施例では射出面３ｂが入射面６ａ上に拡大結像
するように集光レンズ５の光学諸定数が設定されている
。７は照射手段でコンデンサーレンズ等から成り、オプ
ティカルインテグレーター６の射出面６ｂからの光束を
用いてマスクやレチクル面等が設定される被照射面８を
照射している。

オプティカルインテグレーター６は複数の微少レンズよ
り成るハエの目レンズやファイバー束等から成り、その
射出面６ｂは第２次光源面を形成している。

半導体製造装置等では被照射面８にはマスクやレチクル
が配置されており、これらに設けられた電子回路等のパ
ターンは不図示のウェハ面上に直接転写されたり、又は
投影レンズにより所定倍率で投影転写されている。

尚、本実施例において光束混合手段３とは前述したライ
トパイプのように明確な光軸は１つで、かつ１つの領域
を有し、特定出来る光束が１つとなるような光学素子を
いい、又、多光束発生手段４とはハエの目レンズやファ
イバー束等のように複数の光学軸を有し、かつ各々の光
学軸を中心として有限な面積の領域を有し、各々の領域
において各々１つの光束が特定出来るような光学素子を
いう。

本実施例においては光源１からの光束は楕円ミラー２に
より集光され、楕円ミラー２の第２焦点付近に入射面３
ａが位置するように配置されたオプティカルパイプ３に
入射する。オプティカルパイプ３は例えば第２図に示す
ように円筒形状をして−おり、入射面３ａに入射した光
束を反射膜２１を施した内面壁面で多重反射させた後、
射出面３ｂから射出させている。このときオプティカル
パイプ３の・入射面３ａに入射する光束の内面壁面での
反射回数は入射角度の大小に依存し、入射角が大きい程
多くなる。

これによりオプティカルパイプ３内で光束の混合を行い
、例えば第３図（Ａ）に示すように入射面３ａ上の不均
一な強度分布を射出面３ｂでは第３図（Ｂ）に示すよう
な均一の強度分布となるようにしている。即ち強度分布
の平滑化を行っている。

そして第１図に示すように集光レンズ５によりオプティ
カルパイプ３の射出面３ｂから射出した光束を集光し、
オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに収束さ
せている。このように集光レンズ５を用いることにより
、射出面３ｂと入射面６ａを光学的に密着させるように
して集光効率の向上を図ると共に入射面６ａに射出面３
ｂと同様な均一の強度分布を形成している。

オプティカルインテグレーター６の入射面６ａの強度分
布はそのまま射出面６ｂに転写されるので第２次光源面
となる射出面６ｂの強度分布は第３図（Ｂ）に示すよう
な均一の強度分布となっている。

尚、オプティカルインテグレーター６は例えば第４図に
示す如く対象とする有効光束内をファイバー束等により
複数の微少領域４−１．４−２．−．４−ｎに分割して
いる。このときの各領域の充填率は７０〜８０％程度で
ある。そして各々の微少領域からの射出光束により被照
射面８上をコンデンサーレンズ７により重畳して照射す
ることにより被照射面８上を全体的に均一の照度分布と
なるようにしている。このときオプティカルインテグレ
ーター６の入射面６ａと被照射面８が略共役関係となる
ようオプティカルインテグレーター６とコンデンサーレ
ンズ７の光学諸定数が設定されている。

又、本実施例ではオプティカルパイプ３の射出面３ｂが
オプティカルインテグレーター６の入射面６ａｌｌに拡
大結像するように集光レンズ５の光学的諸定数を設定し
、これにより射出面３ｂからの光束が入射面６ａに効率
良く入射するようにしている。

尚、本実施例において集光レンズ５を用いず、オプティ
カルパイプ３とオプティカルインテグレーター６を直接
接合するようにして構成しても良い。

本実施例ではオプティカルパイプを用いて入射光束の全
ての光束の混合を行うことにより光損失を少なくし、光
束内の強度分布の均一化を容易にしている。即ち第２次
光源面の強度分布の均一化を容易にしている。

又、オプティカルパイプの形状や長さそして内面壁面の
反射率を制御することにより光束内の強度分布を任意に
制御することを可能としている。

第５図（＾）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は各々本発明に
係るオプティカルパイプの他の実施例の概略図である。

同図（Ａ）のオプティカルパイプ５１は硝子の円柱より
成り、側面において入射光束は全反射を繰り返し射出面
５１ｂより射出している。尚、本実施例において側面に
反射膜を施しても良い。

同図（Ｂ）　、　（（：）は各々側面に傾きをつけたも
のであり同図（Ｂ）のオプティカルパイプ５２は入射光
束径を縮少して射出面５２ｂより射出させている。同図
（Ｃ）のオプティカルパイプ５３は逆に入射光束径を拡
大して射出面５３ｂより射出させている。

このようにオプティカルパイプの側面の角度を変えるこ
とにより射出面からの光束径及び射出角を任意に変化さ
せている。即ち射出面からの光束の射出角と射出光束径
はへルムホルツ・ラグランジェの不変量より一定値とな
るので、これを利用して射出角と射出光束径を適切に設
定している。

第６図、第７図は本発明の照明装置における光束混合手
段と多光束発生手段との関係を示す他の実施例の概略図
である。

第６図に示す実施例はオプティカルパイプ３の両側にフ
ィールドレンズ６２．６３を配置し、入射光束の入射角
及び射出光束の射出角の補正を行い、より効率良く、光
束を混合し射出面３ｂの強度分布の均一化を行っている
。

尚、本実施例においてオプティカルパイプ３の片側のみ
フィールドレンズを配置しても、所定の効果を得ること
が出来る。

第７図に示す実施例はオプティカルパイプ３の射出面３
ｂからの光束を集光レンズ７１により略平行光束として
オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに入射さ
せている。

これにより射出面３ｂの配向分布を入射面６ａに転写し
ている。第１図に示す実施例のように射出面３ｂと入射
面６ａとを集光レンズ７１により必ずしも共役関係にし
なく、本実施例のように構成しても第２次光源面となる
射出面６ｂの強度分布の均一化を良好に達成することが
できる。

尚、第１図、第７図に示す実施例のおいてオプティカル
パイプの両側若しくは片側に第６図に示すようなフィー
ルドレンズを配置しても良く、これによればより集光効
率を向上させることができる。

（発明の効果） 本発明によれば前述の構成の光束混合手段と多光束発生
手段を利用することにより高い集光効率を有しつつ、第
２次光源面の強度分布の均−化及び被照射面上の照度分
布の均一化が容易な特に半導体製造装置に好適な照明装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略図、第２図は本発明に
係るオプティカルパイプの一実施例の説明図、第３図（
Ａ）　、　（Ｂ）は第２図に示すオプティカルパイプの
入射面と射出面の強度分布の説明図、第４図は本発明に
係るオプティカルインテグレーターの一実施例の説明図
、第５図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（（：）は本発明に
係るオプティカルパイプの他の実施例の説明図、第６．
第７図は本発明の他の実施例の要部の概略図である。 図中、１は光源、２は集光手段、３は光束混合手段、４
は多光束発生手段、５は集光レンズ、６はオプティカル
インテグレーター、７は照射手段、８は被照射面である
。 第　　　２　　　図 第　　３　　図 （Ａ）（Ｂ） 強 酩　　　４　　　図 第　　５　　図 （Ａ） （Ｂ） （の 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と該光源からの光束を集光する為の集光手段
   と、該集光手段からの光束を混合する光束混合手段と、
   該光束混合手段からの射出光束を用いて多数の部分光束
   を発生させる多光束発生手段と、該多光束発生手段から
   の光束を重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射手
   段とを有していることを特徴とする照明装置。
2. （２）前記光束混合手段はオプティカルパイプを有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の照明
   装置。
3. （３）前記多光束発生手段は集光レンズとオプティカル
   インテグレーターを有しており、該集光レンズを介して
   前記光束混合手段の射出面と該オプティカルインテグレ
   ーターの入射面とが略共役関係に維持されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の照明装置。
4. （４）前記オプティカルインテグレーターの射出面が第
   ２次光源面となるように各要素が設定されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の照明装置。
5. （５）前記集光レンズは前記光束混合手段の射出面が前
   記オプティカルインテグレーターの入射面に拡大結像す
   るように設定されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の照明装置。