JPS5850511A - Ｉｃパタ−ン転写装置における照明光学系 - 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】 −この発明は、一般にＩＣ回路と呼ばれる集積回路を製
造するために、フォトマスク（以下単にマスク°と云う
）に形成された微細なパターンをウェー・−などのフォ
トレジスト上に投影して感光させるための照明光学系に
関するものである。

この種の投影感光による転写方式には密着方式（フンタ
クト法）ト半接触方式（プロキシミテイ法）とがある。

コンタクト法によれば、原理的にはマスクのパターンが
そのま＼正確に転写されることになるが、現実にはマス
クやウェー−の密着光したとしても元の回折現象を伴な
い、その部分で二次極大の影響を受けて解像力は低下し
、鮮鋭なパターン像を転写することができず映像の乱れ
や不鮮明々転写結果を来たし易い。またマスクとウェー
ハとの密着作業の際にマスクやウェーハに損傷を与え易
いという作業上の難点もあ？て、必ずしも有効な転写手
段とはならない。

その結果、昨今は、寧ろマスクとウェーハとをＮ接的に
接触さザずに数μ乃至十数μ程度の微細な隙間を隔て＼
直接々触によって生じ易いマスクやウェーへの損傷を防
ぎ、°できるだけ平行度の高い平行光線を投光して光の
回折現象による影響を防ぐという考え方により、前述の
プロキシミティ法が採用されて来ている。

ウェーハ上にマスクを占位させ、マスク及ヒウェーへに
投光照明する上で必ＩＬＬ−＆要請としては、１、照明
光が明るく無駄のないこと ２、照明はむらなく均一に行なわれること３、光の回折
現象を可及的に少なくすることが挙けられる。　　。

照明光が暗かったり、光源光が充分に被熱射面に達しな
いときは、転写作業に時間がか＼シ生産性に影響するこ
とは明らかであり、また均一な照明がなされないと、部
分的なむらが微細パターンの線幅偉の転写結果を悪くし
てその部分に乱れ十”むらを生ずることとなる。光の回
折現象による像の乱れや不鮮明な投影転写を防ぐ為には
マスク及びウェーハを照明する照射光の平行性を高め、
平行光束以外の光の入射をできるだけ少くしてやる・　
−仁とが必要とされる。ヒの為に、第１のコリメーショ
ンレンズによる平行光束中に７ライアイレンズ（ｆｌ７
　ｅｙｅ　１ｅｎｓ−蝿の眼レンズと通称されている）
のような収斂性の複眼し／ズをおき、これによってその
焦点位置に生ずる多数の二次光源を用い、第２のコリメ
ーションレンズの焦点をこの二次光源に合致させて、第
２のコリメーションレンズより射出する光を二盗光源の
数に応じた多数の平行光線としてマスク及びウェー・・
上に１置設７元することが既に行なわれて来ている。前
記２．及び３．０目的を達成するための新たな技術的手
段と開発については、同時に出願し九特許願（１）によ
って明らかにしたが、本発明では光源からの光を第１の
コリメーションレンズによって平行光線の光束とする上
で、第１のコリメーションレンズに入射する一足の入射
光に対し、同人射角内の元のすべてを有効に使用し、被
照射体たるマスク及びウェーハの大きさに応じてオプテ
ィカルインチグレーター、としての複眼レンズに入射さ
せる平行光線束の直径を変化させ、前記１．の目的を達
成することを主目的とし、これに附帯する構成金以って
副次的に前記２．及び３．０目的にも適合させるように
したものである。より具体的に述べれば、楕円鏡の第１
焦点に位置する光源の光は、楕円反射面によってその第
２焦点に向けて進むが、楕円鏡の大きさ、楕円反射面の
形状によって、第２焦点面を通過する光の最大入射角は
決定づけられる。またよって制限される。゛そこで、最
終的にマスク及びウェー・・に投射させる光は、第１の
コリメーションレンズに入射させ得る前記入射角内のす
べての光を無駄なく用いることが照明効率を高めること
となるという事実に着目した。マスク及びつ、ｚ　−・
・への投光上、従前多くは固足され念照射角のものが用
いられた。稀に照射角を変え得るものがあったとしても
、それは段階的に変化させるものであシ、被照射面の大
きさに対し必ずしも効果的電照射角とになら危い。小さ
鬼マスク及びウェー−に対しては照射角を小さくする仁
とが完全な平行光線以外の迷走光による回折現象を防ぐ
上で有益となるため、プライアイレンズ等の＊眼レンズ
の直後に虹彩絞りを設け、その開口径を絞ってゆくとい
う手段も採用された。然し、この場合絞り込みによって
照射角を小さくすることはできても逆に光量が減少する
という欠陥があった。

そこで、本発明では、光源からの党を平行光線としてオ
プティカルインチグレーターである複眼レンズに導くに
当たって、平行光線束を得るためのコリ・メーションレ
ンズを少なくとも２　群乃至２枚で構成して、平行−ｆ
ｆｉ線束を得るためにその焦点位置を楕円鏡の第２焦点
位置に保ったま＼、これらレンズ群またはレンズを相対
的に移動し、このてｆ、損失を除き、被照射面の大きさ
が小さい場合には射出する平行光線束の直径管小さくし
て光密度を高め、被照射面の単位面積当りの照度を高め
て１畳投光させるようにした。その結果、楕円鏡からの
入射光量は、第１のコリメーションレンズの合成焦点距
離の大小に係りなく一定となり、第１のコリメーション
レンズはその射出光線束の直径のみが変ることとなるの
で、被照射面を照明する光量は最大の前記一定光量を保
持させることができ、而も２群乃至２枚で構成される第
１のコリメーションレンズを前述のように相対的に動か
す連続操作によって希望め照射角を連続的に変化させ、
被照射対象の大きさに応じた最適が照明効果のである。

　　　　゛ 以下本発明の詳細を図に示した実施例によって説明する
と、第１図において、１は楕円鏡２の焦点に位置する光
源であシ、３はこの楕円＠１の開口部の近傍において光
軸と４５°の角度を以って設けｆ（ｊ−にドミラーであ
る。コールドミラー３は平面性のよいものを用いるが、
周知のようにコールドミラーは熱射を透過放出し有効光
線のみを反射する。４・は第１のコリメーションレンズ
群で、第１図示の実例では発散性をもつが、第５Ａ図及
び第５Ｂ図に示すようＩＩｃＩｃ性のものであってもよ
い。第１図及び第４Ａ図、第４Ｂ図に示したも′のでは
、その後り焦点（射出光１ｉｌｌ）は楕円鏡２の第２焦
点（光源１を第１焦点とする）と一致させて設けである
。その結果、楕円＠１２により反射されコールドミラー
３より反射して第１　（Ｄ　コ！ｊ　Ｊ　−シヨ線とな
って射出する。５はオプティカルインチグレーターとし
ての複眼レンズ群であって、図の場合夫々単一の複眼レ
ンズ２枚を以って前群レンズ及び後群レンズとしている
が、複数の複眼レンズを組合わせたレンズを以って夫々
前群レンズ及び後群レンズとしてもよいことは勿論であ
る。複眼レンズ群５の詳細は第２Ａ図、第２Ｂ図、第３
図を以って示した。図示の場合各１！！眼レンズは第２
Ａ図によって理解で話るように正面から見て正方形の連
接列線を以って構成された多数の単−小しン“　ズより
成り立つフライアイレンズを以って構成しであるが、個
々の小レンズは正六角形をなす連接配置から成る・・二
カム状（蜂の巣状）の小レンズの聚合体を以って形成し
て本より０フライアイレンズ及びハニカムレンズの双方
を総称してと＼では？Ｊ眼レンズと呼び、それらの２群
をオプティカルインチグレーターと称している。そして
、第１のコリメーションレンズ群４に近い側の前群また
は第１の複眼レンズの各単一レンズ素子は第３図に示す
ように、その背後に置かれる後群または第２の複眼レン
ズの各単一レンズ素子と共通の光軸Ｘ−Ｘ上に位置させ
ねばならなり。また前群又は第１のＩレンズの各単一レ
ンズ素子も後群又は第２の複眼レンズの各単一レンズ素
子もともに曲率半径の小さな凸面が入射光側即ち光源１
の方向に向いて位置される。前群又は第１の複眼レンズ
の各単一レンズ素子の焦点距離ｆ１　　と、後群又は第
２の複眼レンズの各単一レンズ素子の焦点距離ｆ２とは
厳密に等しい値をもつ必要はなく、略等しい値であって
よい。これら６単−の対をなすレンズの主点間隔りの範
囲としそ、 なる関係を充足させることが望ましい。

ｆ１＝ｆ２　ｔたは近似警にｆｌ−ｆ２　　とする理由
は、６単−のレンズ素子が収斂性のレンズで形成され、
夫々曲率半径の小さな凸曲面を入射光側に向けるという
条件と相俟って、それらが平凸レンズ、両凸レンズ、マ
たはメニスカスレンズトシて形成されたにせよ、球面収
差を減少して光量分布の一様化を図ることができるから
であり、単一の複眼レンズを用いた場合より均一な照明
を与えるのに役立つからである。また、２つのこれらレ
ンズの主点間隔について上記数式で示す範四内に各レン
ズに位＆つけることは、フィールドレンズとしての効果
を発揮させ、周辺光量を中心部に向けることによって光
量増加を図り、むらの少ない照明効果を与えるのに有益
となるからである。６はオプテイカルインテダレーーー
としての複眼レンズ群５によって形成される多数の二次
光源を光源とする光の方向を変えるための平面ミラーで
あり、７は収斂性の第２のコリメーションレンズである
。

この場合ｍ２のフリメーションレンズ７ｔ４遇する光を
平行な光線としてその下方に位置するマスク８及びウェ
ー／〜９にむらなく投光するために、複眼レンズ群５に
よる後＠焦点と第２コＩＪメーシヨンレンズ７の前側焦
点とを合致させること力；望ましい。

上記の構成によれば、第１フリメーシヨンレンズ群４に
よって射出される平行光線は複眼レンズ群５に入射し、
同レンズ群が形成する単一レンズ素子の個数に相当する
多数の二次光源に分けられ、複眼レンズ群５に入射する
光量が部分的に一様なものでない場合でも第２コリメー
シヨンレンズ７を経て被照射面に投光される光は、被照
射面に対し同一の全面に亘って重畳照射されることにな
り、上記分割された二次光源は多数の方向から第２コリ
メーシヨ／レンズ７によって平行光線束として被照射面
を照明し、回折による二次極大の影響が解像力の低下を
来すといったことを防ぐことになる。この際適当な照射
方向の角度（照射角）は、マスクとその下方のウェーへ
の間隔やマスクに形成されるパターンの微細程度によっ
て定まるめ鬼、光軸とのなす照射角は、複眼レンズ群５
の全体の有効半径ｔ−φ５とし、第２コリメーシヨンレ
ンズ７の焦点距離をｆ７とするとき、 を以って与えられる。

本発明による前記実施例の場合、第４Ａ図及び第４Ｂ図
に示すように、第１のコリメーションレンズ群４は、２
枚の凹レンズを一対として構成され、これらを光軸上で
移動し且つ前群に属する凹レンズと後群に楓する凹レン
ズとの間隔を全体の移動に関連して相関的に変えること
によって、それらを一対とする合成焦点距離が変化する
。即ち、前群に属する凹レンズの焦点距離をｆ４とし、
後群に属する凹レンズの焦点距離をｔ２とし、これらの
主点間隔をｄｏとすると、これらの合成焦点距離ｆ。

は、以下の式によって求められる。

従って、主点間距離ｄ０をｄよりｄ′に向けて拡けたと
きにも常にその後側焦点Ｆ４（射出＠）が楕円ｆａ２の
第２焦点上にあるように夫々のレンズの相対的移動を行
なう限り、第１のコリメーションレンズ群４からオプ誉
イカルインテグレーターとしての複眼レンズ群５に向け
て射出する光線は平行光束として射出されることとなる
。この場合楕円鏡２の第２焦点とも一致する前記焦点Ｉ
Ｆ、に向がう集光々束のなす角、即ち第１のコリメーシ
ョンレンズ群４に対する入射角αは一定値であるので、
第１のコリメーションレンズ群４についテ行われる前記
相関的移動の結果は、射出光線の平行光束の直径におい
てφ１よシφ８の間で変化し、前群レンズと抜群レンズ
との相関的移動により、複眼レンズ群５への入射光の光
束幅が変化す条。＠４Ｂ図に示すように、両レンズを楕
円鏡２の第２焦点に近づける移動と両レンズ相互間の主
点間隔を拡げる動きは入射角α中の全光量の光密度を高
め、強す元を複眼レンズ群５に与えることとなる。その
結果、複眼レンズ群５によって分割されて生ずる多数の
二次光源は、光軸上に近い崗囲に生じて第２のコリメー
ションレンズ７ＩＩｃよる射出平行ｆ束をその光軸に近
い部分に向けて集中的に重畳させることになる。従って
、小面積の被照射体に対して全光量を光量損失なく集中
的にむらなく重量照明することができる。逆に、大面積
に亘ってむらのない均一な照明を行なうためには、第１
のコリメーションレンズ群４の焦点Ｆ４の位置を楕円鏡
２゜の第２焦点の位置に保ったま＼、両レンズを光源１
１１１Ｖｃ向けて移動し、この移動に関連して相互のレ
ンズ主点間距離を狭めてゆけば、第１のコリメーション
レンズ群４から射出する平行光束の直径は大きくなって
ゆき、オプティカルインチグレーターとしての複眼レン
ズ群５によって分割形成される二次元源吃増加して、第
２コリメーシヨンレンズ７による平行光線の光束径は増
して広域に亘る均一な照明がなされる。第４Ａ図、及び
第４Ｂ図においてｆＬ及び’＝は両レンズによる合成焦
点距離のより大きな値及びよシ小さな値としてｆＭ解さ
れるべきである。

第４Ａ図及び第４Ｂ図に示す実例は、第１のコリメーシ
ョンレンズ群４赤発散性のレンズ倉以って構成された例
を示し、従ってこれによってその後側焦点を常に楕円鏡
２の＠２２焦に一致させこれを維持するようにレンズ群
の動きを与えるようにしたが、゛収斂性のコリメーショ
ンレンズｔ−用いる場合は、コリメーションレンズ群の
前備焦点を楕円鏡２の第２焦点と一致させこれを維持し
たま＼レンズ群を動かすことになる。第５Ａ図及び第５
Ｂ図はその場゛・合の実例を示すものであるが、図から
も明らかなように、第４Ａ図、第４Ｂ図の実例では、反
射集光々束を第１のコリメーションレンズ群４に入射さ
せるが、第５Ａ図及び第５Ｂ図の実例では楕円鏡２の第
２焦点Ｆ′に一旦集光した元の発散光を、収斂性の第１
のコリメーションレンズ群４′を射出する光線を平行光
束として複眼レンズ群５に導くようにしである。この場
合の平行光束のφよりφの変化とレンズ群を構成する６
凸しＬ　　　　　　　８ ンズの動きは、上記第４Ａ図及び第４Ｂ図によるｉ明か
ら自明であると考えるので、その詳ａは省略する。

以上何れの実例によっても、本発明によればオプティカ
ルインチグレーターとしての複眼レンズ群５には、直径
を連続的に変化させ得る平行光束を与えることになシ、
直径の大きな光線束の場合は複眼レンズ群５の多くの凸
レンズ素子に光が入射して有効光線束の直径を拡け、む
らなく均一に広域の照明を対象に与えることができ、逆
に直径の小さな光線束にする場合には複眼レンズ群５の
元軸に近い周辺の少数の素子に強い光を入射させて、狭
い領域に対するむらのない均−且つ強力な照明を与える
ことが可能であって、特に虹彩絞のような光量制限機構
によらないので照明上の光量損失を生じない点が優れた
特長として実用上益するところが多大である。また、前
記した通り元の回折による影響を除去するための照射角
は複眼レンズ群５０半径を第２コリメーシヨンレンズ７
の練 焦点距離で際した値に関係するので、適当な照射角をＷ
Ｉｌコリメーションレンズ群４またｎ　４　’Ｏ合照明
を選択的に得ることができて極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の照明光学系の概要を示す側面図、第２
Ａ図は本発明の照明光学系に用いられるフライアイレン
ズの正面図、第２Ｂ図は本発明照明光学系において組合
わされて用いられるプライアイレンズ群を示す側面図、
第３図は夫々のフラ輛 イアイレンズを透過する光路とレンズ間隔との関係を示
す側面図である、＊４Ａ図及び第４Ｂ図は、前後２群構
成から成る発散性の第１コリメーシダンレンズの位置移
動及び相互間隔を変化させて光、線束の径を変化させた
態様を示す説明図であって、第５Ａ図及び第５Ｂ図は、
夫々前後２群から成る駄 集斂性のｆｇｌコリメーションレンズの位ｈｓｍ及び相
互間隔を変化させて平行光線束の径を変化させた態様を
示す説明図である。 ｌ・・・光源、２・・・楕円−１３・・・コールドミラ
ー４．４’・・・第１０１Ｊ　／−ジョンレンズ群５・
・・プライアイレンズ群、 ７・・・第２コリア１−ジョンレンズ、８・拳−マスク
、　　９・・・ウェーハｆｘ　＋　ｆ２・・・フライア
イレンズの焦点距離Ｄ・・・レンズ間隔、ｆＩ、、ｆｓ
・・・合成焦点距離、ｆ、　＃　ｆν・・；第１コリメ
ーションレンズ群の容態（１，、ｄ’・・・レンズ間隔
、φ１．φ８・・・光線束の経、ｙ′・−・楕円鏡の焦
点 特許出願人　ミカサ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）楕円鏡と、その第１焦点に位置する光源と、前記
   楕円鏡の第２焦点に焦点を一致させるように配置した少
   くとも２群よりなる可動の第１のコ１）メーションレン
   ズと、この第１のコリメーションレンズによりその光軸
   に平行な平行光騙として射出する光源からの光束中に占
   位させたオプティカルインチグレーターと、該オプティ
   カルインチグレーターにより形成される多数の二次光源
   のｆｔ、ｔ−マスク及びウェー−・に重畳して投光させ
   る集敵性の第２のコリメーションレンズとから成り、前
   記オプティカルインチグレーターが多数の凸レンズ素子
   ｔ［合させたプライアイレンズの如き複眼しなく前後２
   群より成る各レンズを相組的に移動させてこれより射出
   する平行光線束の直径を変化さ明光学系。 （２）前項に記載の２群よりなる可動の第１のコリメー
   ションレンズが発散性をもち、その後側焦点を楕円鏡の
   ｓｇ２焦点と一致させた特許請求の範囲第＋１１　ＪＪ
   Ｉに記載のＩＣパターン転写装置における照明光学系。 （３１前項に記載の２群よりなる可動の第１のコリメー
   ションレンズが収斂性をもち、その前側焦点を楕円鏡の
   第２焦点と一致させた特許請求の範囲第（１）項に記載
   のＩＣパターン転写装置における照明光学系。 （４）第１のコリメーションレンズより射出する平行光
   線束中におかれるオプティカルインチグレーターが、多
   数の凸レンズ素子を聚合させたプライアイレンズの如き
   複眼レンズの複数を以って構成記載のＩＣパターン転写
   装置における照明光学系。 （５）前記オプティカルインチグレーターが多数の凸レ
   ンズ素子を聚合させたフライアイレンズノ如き複眼レン
   ズの複数を以って構成され、該複数の複眼レンズを前群
   と後群の２群を以って主点間距離りを隔て＼配電させる
   とともに、前記多数の凸レンズ素子は曲率半径の小さな
   凸面が入射ｆｔ４１１Ｋ　−向って位置し、前群の各凸
   レンズ素子と後群の各凸レンズ素子とを一対とする光学
   系は共通の光軸上に置かれ、夫々の凸レンズ素子の焦点
   距ｍをｆｌ及びｆ２とするとき、 ｆ１＝　ｆ２　　または　ｆ□中ｆ２であって、２　　
   ・　　　　　　１．８ なる関係を充足するようになされた特許請求の範囲第０
   ）項また＃′ｉ第１２１　ＪＡ若しくは第（３）項に記
   載のＸａパターン転輸装置における照明光学系。