JPS6373221A - スペツクル消去光学装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザの如き可干渉性の光を使用して露光ま
たはアライメントを行う露光装置において、光の干渉に
よる悪影響、特にスペックルによる悪影響を除去する光
学装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来、マスク上のパターンをウェハ上に転写するための
半導体露光装置においては、マスクとウェハとの精密な
アライメントのためにレーザ光束が多く用いられている
。また、近年、超ＬＳＩ等の微細パターンをウェハ上に
転写するための露光用光源に波長が短くしかも高輝度の
レーザ光の使用が提案されている。しかしながら、この
レーザ光は強い干渉性を有するため、マスク面やウェハ
面で光の干渉に帰因するスペックルが発生し、微細パタ
ーン像の形成に悪影響を及ぼす恐れが有る。

このレーザ光の干渉による悪影響を減少させるために、
第４図に示すように、レーザ光源１からのレーザ光束を
ビームエキスパンダ２にて拡大した後、長さのそれぞれ
異なる単位ファイバー束を多数束ねたオプチカルファイ
バー束３に入射させ、各単位ファイバー束にて分岐され
た異なる光路長のファイバー内を通過したレーザ光束を
集光レンズ４にて重ね合せる光学装置が、例えば特開昭
６０−２４７６４３号公報によって開示され、既に公知
である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、レーザ光の干渉の影響を減するための上
記公知技術においては、各ファイバー内を通過する光束
間に可干渉距離以上の光路差を持たせる必要があるため
、可干渉の距離が長い波長に対しては、それだけ長くし
かも互いに長さの異るファイバー束を何束も用いなけれ
ばならない。

そのため、そのオプチカルファイバー束は構成が複雑で
しかも長いファイバー束を必要とし、高価なものとなる
欠点が有った。

と 本発明は、従来装置の上記問題点材解決し、安価でしか
も従来装置と同等またはそれ以上に干渉による悪影響を
除去できる効果を有するスペックル消去光学装置を提供
することを目的とするものである。

（問題点を解決する為の手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、レーザ
光源からのレーザ光束の光路上にハーフミラ−を斜設す
ると共に、そのハーフミラ−によって分割されたレーザ
光束の反射光と透過光のうち、返 いずれか一方の光束をそのハーフミラ−に繰り込して入
射させて他方の光束に対して可干渉距離以上の光路差を
持たせる光転向手段を設け、分割された双方の光束を前
記のハーフミラ−に重ね合わせるように構成することを
技術的要点とするものである。

（作用） レーザ光源から出た光はレーザ光特有の強い干渉性を有
し、例えば光学系の透過面の不規則な凹）」 凸や外相の荒摺り面等を透過または反射した光が互いに
重なり合うと、光の干渉によって投射面に明暗模様のス
ペックルが生じる。また、その重なり合う２光束の光路
差が、レーザ光束の可干渉距離より大きければ、干渉す
ることの無いインコヒーレント光となる。従って、レー
ザ光源（１）からのコヒーレント光をハーフミラ−（１
１）にて反射光と透過光とに２分し、分割された一方の
光束を、オプチカルファイバー（１５）　、反射ミラー
（２１，２２，２３）あるいはプリズム（３２，３３）
等の光転向手段を介しそのハーフミラ−（１１）に繰り
返し入射させると、分割された一方の光束と他方の光束
との光路差が可干渉距離より大き（なり、その光路差が
可干渉距離より太きい２光束を、ハーフミラ−（１１）
によって重ね合わせると、その２光束はインコヒーレン
ト光となって投射面（１３）に向う。そのため、投射面
（１３）でのレーザ光の干渉によるスペックルは消去さ
れる。また、光転向手段を介してハーフミラ−（１１）
に入射される一方の光束のうち、光路差が可干渉距離に
達しない光束も、ハーフミラ−（１１）を介して投射面
に向い、他方の光束と重なり合う。この場合、スペック
ルが生じるが、種々光路差の異なる光波によって生じる
多数のスペックルが重なり合うため、はぼ−襟元分布と
なる。従ってスペックルの明暗の差が減少するし、実質
的に影響するスペックルは殆んど消滅する。

（実施例） 次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す光学装置の概略構
成図で、レーザ光源１０から出力されたレーザ光はハー
フミラ−１１にて２分され、一方のレーザ光の反射して
ビームエキスパンダのようなビーム整形光学系１２に入
射した後、投光面１３に投射される。一方、ハーフミラ
−１１を透過したレーザ光は集光レンズ１４によって集
光されてオプチカルファイバー束１５の一方の入射端面
１５Ａに入射し、他方の射出端面１５Ｂから射出され、
集光レンズ１６にて再び平行なレーザ光束となってハー
フミラ−１１に入射する。集光レンズ１６を介してハー
フミラ−１１に入射されたレーザ光束の一部はハーフミ
ラ−１１を透過してビーム整形光学系１２に入射するが
、残りのレーザ光束はハーフミラ−１１にて反射されて
、再び集光レンズ１４、オプチカルファイバー束１５、
集光レンズ１６を介してハーフミラ−１１に入射し、こ
のハーフミラ−１１により、レーザ光束の反射および透
過がそれぞれ繰り返して行われる。

このハーフミラ−１１からオプチカルファイバー束１５
を経由して再びハーフミラ−１１によって反射されるま
での光路長は、スペースの節約のためレーザ光の可干渉
距離より短（構成されている。この場合、オプチカルフ
ァイバー束１５を構成する単位ファイバー束の長さは、
特にランダムに形成する必要は無く、一定の長さのもの
を複数集めて束ねたものでもよい。

ハーフミラ−１１を透過してオプチカルファイバー束１
５に入射するレーザ光束は、ハーフミラ−１１にて繰返
して反射される。その際、一部のレーザ光はハーフミラ
−１１を透過し、レーザ光源１０から発してハーフミラ
−１１にて反射されたレーザ光と重り合う。この場合、
オプチカルファイバー束１５を介して繰り返してハーフ
ミラ−１１に入射した光は、通過する光路長が長くなり
、その光路差がレーザ光の可干渉距離より大きくなると
、その光は互いに干渉せず、スペックルは生じない、ま
た、その光路長がレーザ光の可干渉距離に達しないでハ
ーフミラ−１１を透過した光は、レーザ光源１０からの
レーザ光と干渉し、スペックルを生じさせる恐れが有る
。しかし、このスペックルは、光路差すなわち干渉する
光波の位相が種々異なることになるため、極めて多数の
スペックルが重なり合うことになり、スペックルはさら
に微細化されて一様に分布することになる。従っ晴 て、各スペックルの明番の差か減少し、実質的に悪影響
を及ぼすスペックルは殆ど消滅する。

第２図は第１図におけるオプチカルファイバー束１５の
代りに反射ミラーを用いた本発明の第２実施例を示す光
学系配置図である。第１図の実施例と同一の機能を有す
る部分には同一の符号を付し、その構成についての詳し
い説明は省略する。

第２図において、レーザ光源１０からのレーザ光束は、
ハーフミラ−１１により一部は反射されて、ビーム整形
光学系１２にて拡大され、投光面１３に達する。一方、
ハーフミラ−１１を透過したレーザ光束は、反射ミラー
２１．２２．２３にて順次反射転向されてハーフミラ−
１１に戻り、一部は透過し、残りは反射して、反射ミラ
ー２１へ向い、第１図の実施例と同様にハーフミラ−１
１において繰り返して反射され、また、その都度一部の
レーザ光は透過してビーム整形光学系１２に向う。この
場合にも、ハーフミラ−１１、反射ミラー２１．２２．
２３による反射の繰り返しによって得られる光路長がレ
ーザ光源１０から発するレーザ光の可干渉距離を超える
と、ハーフミラ−１１を透過したレーザ光とレーザ光源
１０からのレーザ光とは、もはや干渉しなくなり、両者
はインコヒーレント光となる。従って両レーザ光がハー
フミラ−１１によって互いに重ね合わされても、スペッ
クルが生じることが無い。すなわち、３枚の反射ミラー
２１．２２．２３により、第１図のオプチカルファイバ
ー束１５と同様の機能を有する光転聞手段が構成される
。また、この第２図の実施例においては、製作の容易な
反射ミラー２１．２２．２３のみが用いられるので構成
が簡単で安価なものとなる。

なお、ハーフミラ−１１で光束が繰返して反射、透過さ
れると、反射ミラー２１〜２３によって転向される光束
には、一方の偏光成分（Ｓ偏光成分）のみが残る恐れが
有る。この偏光を転換するために第２図の実施例におい
ては、反射ミラー２１〜２３によって転向される光路中
に、破線にて示す如く位相板２４が設けられている。こ
れにより、その偏光は転換され、ハーフミラ−１１によ
って分割される透過光と反射光とをほぼ一定の比率に保
つことが可能性である。

第３図は、第２図の実施例におけるハーフミラ−で最初
に反射された光を、一対の直角プリズムにて転向させて
光路長を伸ばすように構成した本発明の第３実施例を示
す光学系配置図である。なお第２図の実施例と同一機能
を有する部分には同一の符号を付し、それについての詳
しい構成の説明は省略する。

第３図において、レーザ光源１０から発したレーザ光束
は、反射ミラー３４にて反射転向された後、ハーフミラ
−３１に入射する。このハーフミラ−３１に入射したレ
ーザ光束のうちの一部は、ハーフミラ−３１を透過して
ビーム整形光学系含乙 ↓に向い、残りのレーザ光束は、ハーフミラ−３１にて
反射転向され、そのハーフミラ−３１を挟んで対向する
２個の直角プリズム３２．３３で全反射し、ハーフミラ
−３１に繰り返して入射する。

その際、ハーフミラ−３１において、反射ミラー３４に
よって反射されたレーザ光源１０からの光と重ね合わさ
れる。この場合にも、前記の第１図および第２図の実施
例と同様に、プリズム３２．３３内を繰り返して反射し
、光路長がレーザ光の可干渉距離を超えたものはインコ
ヒーレント光となってハーフミラ−３１を介してビーム
整形光学系に向う。また、可干渉距離を超えないでハー
フミラ−３１によって重ね合わされて、ビーム整形光学
系１２に向うレーザ光は、コヒーレント光でようなスペ
ックルは殆んど消滅する。

なお、この第３実施例においても、対向する直角プリズ
ム３２と３３の間の光路上に位相板２４を設けることに
よって、重ね合わされるレーザ光の位相を互いにわずか
ずつズラすことができ、これにより、ハーフミラ−１１
にて繰り返して光束が分割されることによる偏光が転換
される。

上記実施例のハーフミラ−１１やプリズム３２．３３等
の光ｖＡ透過面には増透処理を施し、光の損失を少なく
することが望ましい。またハーフミラ−１１の反射、透
過率を適当に設立することにより光量がほぼ等しい光を
重ね合わせることができる。

なお、一対のプリズム３２．３３は、オプチカルファイ
バー束１５、複数の反射ミラー２１〜２３と同様に、ハ
ーフミラ−１１にて２分された光束のうちの一方を繰り
返してそのハーフミラ−に入射させる光転向手段を構成
する。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、ハーフミラ−によって分
割された一方の光束が光転向手段を介して繰り返しその
ハーフミラ−に入射させ、そのハーフミラ−によって、
多数の光路長の異なる光を重ね合わせるように構成した
ので、光路の短い光転向手段であっても、そのレーザ光
の可干渉距離よりも長い光路差をもつレーザ光束を互い
に重ね合せて実質的にインコヒーレントなレーザ光束と
することができ、光の干渉によって生じるスペックルを
殆んど消去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光学系構成図、 第２図は本発明の第２の実施例を示す光学系構成図、 第３図は、第１図および第２図の実施例とは光転向手段
を異にする第３実施例を示す光学系構成図、 第４図は従来公知のスペックル発生防止光学装置の構成
図である。 （主要部分の符号の説明） １０・・・レーザ光源 １１・・・ハーフミラ− １３・・・投光面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源からのレーザ光束を反射光と透過光と
   に分割するハーフミラーを光路上に斜設すると共に、該
   ハーフミラーによって分割された反射光と透過光のうち
   、いずれか一方の光束が前記ハーフミラーに繰り返して
   入射するように光束を転向させる光転向手段を設け、前
   記ハーフミラーに繰り返して入射した前記一方の光束と
   前記ハーフミラーによって分割された他方の光束とを前
   記ハーフミラーによって重ね合わせる如く構成したこと
   を特徴とするスペックル消去光学装置。
2. （２）前記光転向手段は、前記ハーフミラー（１１）に
   よって分割された前記一方の光束の進路に設けられたオ
   プチカルファイバー束（１５）または複数の光反射部材
   （２１、２２、２３、３２、３３）にて構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスペック
   ル消去光学装置。
3. （３）前記光転向手段は、互いに分離設置された複数の
   光反射部材（２１、２２、２３、３２、３３）から成り
   、前記一方の光束を前記ハーフミラー（１１）の近傍に
   設けられた位相板（２４）を介して前記ハーフミラー（
   １１）に導く如く構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のスペックル消去光学装置。