(57)【要約】【課題】レーザエネルギーを十分に放電容器内の放電部に導入でき、光学素子の損傷を防止するこ露光装置を提供する。【解決手段】放電ランプ９と、放電ランプ９から放射された紫外光を反射する楕円反射鏡１０と、楕円反射鏡１０で反射された紫外光を被照射物１７に照射する露光光学系と、放電ランプ９にエネルギーを供給するためのレーザビームを入射するためのレーザ発振器１とを有する露光装置であって、レーザ発振器１とレーザ発振器１からのレーザビームを分岐するビーム分岐部６を露光光学系外に配置し、楕円反射鏡１０で反射された紫外光の光路上に、レーザビームを導入するための波長選択機能を有する光学部材１２を配置し、分岐された複数のレーザビームは、光学部材１２を経由し、楕円反射鏡１０で反射された紫外光の反射光阻害領域を回避して、楕円反射鏡１０に入射され、放電ランプ９に入射させることを特徴とする露光装置である。【選択図】図１
2010157625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ランプと、該放電ランプから放射された紫外光を反射する楕円反射鏡と、該楕円反射鏡で反射された紫外光を被照射物に照射する露光光学系と、前記放電ランプにエネルギーを供給するためのレーザビームを入射するためのレーザ発振器とを有する露光装置であって、
前記レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザビームを分岐して複数のレーザビームを放射するビーム分岐部とを前記露光光学系外に配置し、
前記楕円反射鏡で反射された紫外光の光路上に、前記レーザビームを導入するための波長選択機能を有する光学部材を配置し、
前記ビーム分岐部で分岐された複数のレーザビームは、前記光学部材を経由し、前記楕円反射鏡の光路中に存在する前記楕円反射鏡で反射された紫外光の反射光阻害領域を回避して、前記楕円反射鏡に前記楕円反射鏡の開口側から入射され、前記放電ランプに入射されることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記放電ランプは、放電容器内に前記楕円反射鏡の光軸上に対向配置された一対の電極と、前記放電容器に連設され互いに反対方向に延在し前記楕円反射鏡の光軸上に配置された一対の封止部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記ビーム分岐部は、少なくともビームスプリッターと平面反射鏡とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記ビーム分岐部は、少なくともビームスプリッターと複数の放物面反射鏡を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記露光光学系は、コリメータレンズとインテグレータレンズを有し、前記光学部材は、前記コリメータレンズとインテグレータレンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記ビーム分岐部は、該ビーム分岐部から出射する前記複数のそれぞれのレーザビームの前記楕円反射鏡に入射する領域が、前記楕円反射鏡の光軸の回りで非点対称となるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記光学部材は、前記露光光学系を構成する平面反射鏡を兼ねることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つの請求項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記放電ランプに入射後、前記楕円反射鏡にて反射したレーザビームの強度を減衰させるレーザビーム減衰部材を前記露光光学系外に備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つの請求項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶基板、更には、カラーフィルタ等の製造工程で利用される露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体や液晶基板、更には、カラーフィルタ等の製造工程において、入力電力の大きな紫外線放電ランプを使うことにより、処理時間の短縮化や、大面積の被処理物への一括露光等が進められている。これに伴い、紫外線放電ランプである高圧放電ランプには、より高輝度の光を放射することが求められている。しかし、高圧放電ランプヘの入力電力を単純に大きくすれば、放電容器内部に配置されている電極への負荷が増大し、電極からの蒸発物が原因となって、高圧放電ランプ内が黒化し、短寿命の原因となるという問題がある。
【０００３】
図１２は、従来技術に係る特許文献１に記載の半導体露光装置を示す図である。
同図に示すように、この半導体露光装置は、無電極放電ランプにレーザビームを照射し、レーザ励起により無電極放電ランプから紫外光を被照射物に照射する装置である。半導体露光装置１００には、レーザ発振器１０１、レーザ発振器１０１から放射されたレーザビームを所望のビーム径に調整する光学部品１０３、１０４、光学部品１０４から出射したレーザビームを集光する集光レンズ１０５、集光レンズ１０５によって集光したレーザビームを入射する無電極放電ランプ１０６、無電極放電ランプ１０６から放射された紫外光を反射する楕円反射鏡１０７、楕円反射鏡１０７で反射された紫外光を被照射物である半導体ウエハ１１０へ照射するための光学系１１１から構成されている。また、楕円反射鏡１０７には、レーザビームを入射するための光取り込み穴１０８と、無電極放電ランプ１０６内で吸収されずに透過したレーザビームを楕円反射鏡１０７外へ放射するための光取り出し穴１０９が設けられており、光取り出し穴１０９から放射されたレーザビームは、光吸収板１１２によって吸収され、例えば、熱に変換されて、無電極放電ランプ１０６にレーザビームが戻らないようにしている。この半導体露光装置１００によれば、放電ランプ１０６中に電極が無いので、ランプ点灯中に、電極が蒸発して放電容器内が黒化し、ランプが短寿命化するといった上記の問題を解決することができる。
【０００４】
また、他の従来技術に係る特許文献２には、放物面反射鏡の頂部側から無電極放電ランプにレーザビームを入射する光源装置、及び放電容器が放物面反射鏡を兼ねる無電極放電ランプの放物面反射鏡の開口側からレーザビームを入射する光源装置が開示されており、これらの光源装置においても、放電ランプ中に電極が無いので、ランプ点灯時に、電極が蒸発して放電容器内が黒化し、ランプが短寿命化するといった問題を解決することができる。
【特許文献１】特開昭６１−１９３３８５号公報
【特許文献２】米国特許２００７／０２２８３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の露光装置では、無電極放電ランプ１０６へのエネルギーの供給に、楕円反射鏡１０７の側面に光取り込み穴１０８、及び光取り出し穴１０９を設け、光取り込み穴１０８を介してレーザビームを無電極放電ランプ１０６へ入射している。光取り込み穴１０８、光取り出し穴１０９があるため無電極放電ランプから放射される紫外光を効率よく取り出すことができない。楕円反射鏡１０７にレーザビーム取り込み用の穴１０８を設け無電極放電ランプ１０６に楕円反射鏡１０７の光軸に対して略直交する方向からレーザビームを入射する場合、レーザビームによって形成されるプラズマの形状は、レーザビームの入射方向に沿った方向に伸びた細長い形状となる。この場合、楕円反射鏡１０７の光軸に交差する方向に伸びた細長い形状に形成されたプラズマを楕円反射鏡１０７で集光することになり、露光面に効率良く集光することができないという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の光源装置を露光装置に適用した場合、及び放物面反射鏡の頂部側からレーザビームを入射した場合は、放電容器で吸収されなかったレーザビームが放物面反射鏡の開口側から前面に向けて放射されることになり、露光面上に不要な光が出てくるといった問題がある。
【０００７】
また、特許文献１及び特許文献２の構成を実際の露光装置に適用した場合、入射するレーザビームの強度分布は、一般的にガウシアン分布のような中央部分に最も光強度の高い部位が存在するため、この最も光強度の高い部位が放電容器や、ランプの封止管部に当たり、レーザビームを効率よく集光できない、つまり、レーザビームのエネルギーを十分に放電容器内の放電部に導入することができないという問題がある。
【０００８】
この問題点を解決するためには、放電ランプの封止管部を避け、露光装置に入射したレーザビームを放電ランプに集光する場合、レーザビームのエネルギー密度が大きくなり、放電容器に穴が開くといった、露光装置に配置された光学素子に損傷を引き起こす等の不具合を引き起こすことが考えられる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、レーザビームのエネルギーを十分に放電容器内の放電部に導入することができ、光学素子の損傷を防止することのできるレーザ照射光学系を備えた露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、放電ランプと、該放電ランプから放射された紫外光を反射する楕円反射鏡と、該楕円反射鏡で反射された紫外光を被照射物に照射する露光光学系と、前記放電ランプにエネルギーを供給するためのレーザビームを入射するためのレーザ発振器とを有する露光装置であって、前記レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザビームを分岐して複数のレーザビームを放射するビーム分岐部とを前記露光光学系外に配置し、前記楕円反射鏡で反射された紫外光の光路上に、前記レーザビームを導入するための波長選択機能を有する光学部材を配置し、前記ビーム分岐部で分岐された複数のレーザビームは、前記光学部材を経由し、前記楕円反射鏡の光路中に存在する前記楕円反射鏡で反射された紫外光の反射光阻害領域を回避して、前記楕円反射鏡に前記楕円反射鏡の開口側から入射され、前記放電ランプに入射されることを特徴とする露光装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記放電ランプは、放電容器内に前記楕円反射鏡の光軸上に対向配置された一対の電極と、前記放電容器に連設され互いに反対方向に延在し前記楕円反射鏡の光軸上に配置された一対の封止部とを備えていることを特徴とする露光装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記ビーム分岐部は、少なくともビームスプリッターと平面反射鏡とを備えていることを特徴とする露光装置である。
第４の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記ビーム分岐部は、少なくともビームスプリッターと複数の放物面反射鏡を備えていることを特徴とする露光装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記露光光学系は、コリメータレンズとインテグレータレンズを有し、前記光学部材は、前記コリメータレンズとインテグレータレンズとの間に配置されていることを特徴とする露光装置である。
第６の手段は、第１の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記ビーム分岐部は、該ビーム分岐部から出射する前記複数のそれぞれのレーザビームの前記楕円反射鏡に入射する領域が、前記楕円反射鏡の光軸の回りで非点対称となるように構成されていることを特徴とする露光装置である。
第７の手段は、第１の手段ないし第６の手段のいずれか１つの手段において、前記光学部材は、前記露光光学系を構成する平面反射鏡を兼ねることを特徴とする露光装置である。
第８の手段は、第１の手段ないし第７の手段のいずれか１つの手段において、前記放電ランプに入射後、前記楕円反射鏡にて反射したレーザビームの強度を減衰させるレーザビーム減衰部材を前記露光光学系外に備えたことを特徴とする露光装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１ないし請求項５に記載の発明によれば、楕円反射鏡の光路中に存在する光の反射光阻害領域を回避して、楕円反射鏡の反射面に楕円反射鏡の開口側から露光光学系を経由して複数のレーザビームを入射させるので、レーザビームのエネルギーを効率よく放電ランプの放電容器内まで導くことが可能となる。
また、レーザビームが、楕円反射鏡全体に広げられ再び光源に集光されるので、光源の放電容器を通過するレーザビームのエネルギー密度を低くでき、放電容器に穴が開いたり、光学部材に損傷を与えたりする等の不具合を起こすことがない。
請求項６に記載の発明によれば、放電容器を通過したレーザビームがレーザ発振器に戻らないため、レーザ発振器の損傷又は不安定なレーザ発振を防ぐことができる。
請求項７に記載の発明によれば、露光光学系に新たにビームスプリッターを配設する必要がなく、簡便にレーザビームを露光光学系に導入することができる。
請求項８に記載の発明によれば、不要なレーザビームをレーザビーム減衰部材で減衰させることができ、レーザ発振器やその周囲に機器の損傷を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
同図において、放電ランプ９及び楕円反射鏡１０はランプハウス１８に収納されており、放電ランプ９は、放電容器内部において、一対の電極を楕円反射鏡１０の光軸方向に対向配置し、放電容器に連設され互いに反対方向に延在し楕円反射鏡１０の光軸上に配置される一対の封止部とを備える、いわゆる有電極ランプである。有電極ランプの典型例としては水銀蒸気放電ランプが挙げられる。なお、放電ランプ９は、有電極ランプに限定されず、放電容器内に電極を有しない無電極ランプであってもよい。
【００１３】
レーザ発振器１はレーザビーム２を放射し、放射されたレーザビーム２は、所定のビ−ム径にするためのビームエキスパンダー３で拡大され、反射鏡４を通過した後、レーザビーム５となって、ビーム分岐部６に入射される。ビーム分岐部６に入射されたレーザビーム５は、所定の光強度に分割され、複数のレーザビーム７、８となる。なお、レーザ発振器１から放射されるレーザビーム２が、コリメータレンズ１３で集光された後、楕円反射鏡１０の反射面に収まる程度の大きさであれば、ビームエキスパンダー３は不要である。また、レーザ発振器１、ビームスエキスパンダー３、反射鏡４、及びビーム分岐部６は、楕円反射鏡１０の一方の焦点とインテグレータレンズ１１との間の光学系外に配置される。
【００１４】
ビーム分岐部６は、ビームスプリッター６１と平面反射鏡６２とから構成され、レーザビーム５が入射されると、複数のレーザビーム７，８を出射する。ビームスプリッター６１に入射したレーザビーム５は、一方のレーザビーム７として透過して出射し、他方のレーザビーム８は平面反射鏡６２によって反射され進行方向が変更されて出射する。ビーム分岐部６を出射した複数のレーザビーム７、８は互いに平行に伝搬し、光学部材である反射鏡１２の楕円反射鏡１０から反射される紫外光１４が阻害される反射光阻害領域外に入射される。反射鏡１２は、少なくとも楕円反射鏡１０の第２焦点Ｆ２とインテグレータレンズ１１との間に配置され、レーザビーム７、８を反射すると共に、放電ランプ９から放射された紫外光１４を透過する波長選択機能を有する。反射鏡１２で反射された複数のレーザビーム７、８は、コリメータレンズ１３を通過し、アパーチャ１５付近で集光され、その後広がり、平面反射鏡１６で反射され広がりながら楕円反射鏡１０に入射して反射され、複数の方向から放電ランプ９に入射され、放電ランプ９内であって、楕円反射鏡１０の第１焦点Ｆ１に集光される。なお、本明細書において、楕円反射鏡１０の光路中に存在する光の反射光阻害領域とは、楕円反射鏡１０の前方光軸上とその周囲にある主として放電ランプ９によって阻害される反射光の集光しない光の暗部となる領域のことである。
【００１５】
複数のレーザビーム７、８が放電ランプ９に入射されることによって、放電物質が励起されて、放電ランプ９から放射される紫外光１４には、３６５ｎｍのｉ線や４３６ｎｍのｇ線が含まれ、露光光学系を介して被処理物であるマスク面１７に照射される。放電ランプ９としては通常は水銀ランプやキセノン水銀ランプが主に使用される。また、レーザ発振器１は、例えば、波長１．０６μｍのファイバレーザ等の数十Ｗ以上の高出力レーザが好適に使用され、その駆動方式は、連続波（ＣＷ）発振でもパルス発振でもよい。なお、本発明においては、露光に使用する放電ランプの種類及び発光波長、レーザ発振器のレーザ種及び駆動方式は特に限定されるものではない。
【００１６】
本実施形態においては、反射鏡１２がコリメータレンズ１３とインテグレータレンズ１１との間に配置されているが、コリメータレンズ１３に入射するレーザビーム７、８と放電ランプ９から放射される紫外光１４に色収差を生じる場合、反射鏡１２の入射直前に焦点距離の長いレンズを配置してもよい。焦点距離の長いレンズを通過した光は、レンズに入射する前のビームの進行方向から若干方向が変化させられるため、コリメータレンズ１３の色収差を補正した形で入射することができる。この焦点距離の長いレンズを用いても、入射されるレーザビーム７、８が各部位ごとに入射角の変化がほとんどなく、波長選択機能を有する反射鏡１２の反射多層膜の厚みを各部位ごとに変化させる必要がなくなる。なお、このレンズは、コリメータレンズ１３とインテグレータレンズ１１との間にスペースに設置しなければならないため、露光装置の設計に改良を加える必要がある。
【００１７】
また、反射鏡１２が、アパーチャ１５（楕円反射鏡１０の第２焦点Ｆ２）とコリメータレンズ１３との間に配置されている場合、反射鏡１２に入射されるレーザビーム７、８は、図２の露光に用いる紫外光１４と同じ立体角・焦点を持つように所定の焦点距離を有するレンズを反射鏡１２に入射する前の所定の位置に配置する必要がある。アパーチャ１５とコリメータレンズ１３との間は、もともと設置可能なスペースがあるので、露光装置の設計に改良を加える必要はないが、入射されるレーザビーム７、８が各部位ごとに入射角が異なるので、波長選択機能を有する反射鏡１２の反射多層膜の厚みを各部位ごとに変化させる必要がある。例えば、入射されるレーザビーム７、８の各部位ごとの入射角に応じ、入射されるレーザビーム７、８を８０％以上反射する反射膜多層膜が蒸着又は堆積する必要がある。
【００１８】
放電ランプ９内で放電物質の励起に使用後、吸収されなかったレーザビーム７’、８’は、放電ランプ９を通過して、それぞれレーザビーム８、７の入射時にたどった光路をたどり、レーザ発振器１に戻る。このとき、レーザ発振器１には、戻ってきたレーザビーム７’、８’がレーザ発振器１本体に戻らないようにするための不図示の光アイソレーターが設置されている。
【００１９】
本発明の第２の実施形態を図２及び図３を用いて説明する。
図２は、本実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
本実施形態の露光装置は、第１の実施形態の露光装置と比べて、ビーム分岐部１９と波長選択機能を有する反射鏡２３の構成及び配置が異なる点で相違している。なお、その他の構成は、図１に示した同符号の構成に対応するので、説明を省略する。
【００２０】
図２において、ビーム分岐部１９は、レーザビーム５を所定の光強度に分割するビームスプリッター１９１と、ビームスプリッター１９１によって反射された一方のレーザビーム２０を反射集光する放物面反射鏡１９２と、ビームスプリッター１９１を透過した他方のレーザビーム２１の放射方向を変更する平面反射鏡１９３と、平面反射鏡１９３から放射されたレーザビーム２１を反射集光する放物面反射鏡１９４とからなり、放物面反射鏡１９２及び放物面反射鏡１９４からそれぞれ放射されたレーザビーム２０、２１は、反射鏡２２によって放射方向が変更されて光学部材である反射鏡２３に入射される。反射鏡２３は、放電ランプ９から放射された紫外光１４は反射し、複数のレーザビーム２０、２１は透過する波長選択機能を有する。
【００２１】
レーザ発振器１から放射されたレーザビーム２は、ビームエキスパンダー３を通過した後、レーザビーム５となってビーム分岐部１９に入射され、ビーム分岐部１９からは分岐され集光されたレーザビーム２０、２１は、別々の光路をたどって平面反射鏡２２により反射され、楕円反射鏡１０の第２焦点Ｆ２’と同じ場所で集光後、広がりながら、反射鏡２３を透過する。その際、レーザビーム２０、２１は反射光阻害領域の外を透過する。反射鏡２３は、少なくとも楕円反射鏡１０の第１焦点Ｆ１とインテグレータレンズ１１との間に配置され、反射鏡２３を透過した複数のレーザビーム２０、２１は、広がりながら楕円反射鏡１０に入射して反射されることによって、複数の方向から集光されて放電ランプ９に入射される。
【００２２】
ここで、放物面反射鏡１９２、１９４に代えて、平面反射鏡を用いる場合は、波長選択機能を有する反射鏡２３の直前に、レーザビーム２０、２１を一度集光するために、レンズが設置されていてもよい。ただし、図１の集光に用いる紫外光１４と同じ立体角・焦点を持つように所定の焦点距離のレンズを、波長選択機能を有する反射鏡２３に入射する前に所定の位置に設置することを必要とする。
【００２３】
図３は、図２に示したビーム分岐部１９の変形例を示す図であり、ビーム分岐部１９は、レーザビーム５を所定の光強度に分割するビームスプリッター１９５と、ビームスプリッター１９５を透過した一方のレーザビーム２０を反射集光する放物面反射鏡１９６と、ビームスプリッター１９５によって反射された他方のレーザビーム２１を反射集光する放物面反射鏡１９７とから構成される。放物面反射鏡１９６及び放物面反射鏡１９７からそれぞれ放射されたレーザビーム２０、２１は、平面反射鏡２２によって放射方向が変更され、その後、図２に示した複数のレーザビーム２０、２１と同様に、反射鏡２３を透過する。
【００２４】
第１及び第２の実施形態においては、レーザビームの光強度が弱い、またはレーザ発振器１からビームが放射される方向に設置された不図示の光アイソレーターの許容量に収まる程度の光強度のレーザビームを用いた場合の事例である。しかし、レーザビームの光強度が強い、又はレーザ発振器１からレーザビームが放射される方向に設置された不図示の光アイソレーターの許容量に収まる程度以上の光強度のレーザビームが用いられる場合は、以下に示す第３及び第４の実施形態が採用される。
【００２５】
本発明の第３の実施形態を図４ないし図７を用いて説明する。
図４は、本実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
本実施形態の露光装置は、第１の実施形態の露光装置と比べて、ビーム分岐部２４の構成が異なる点で相違している。なお、その他の構成は、図１に示した同符号の構成に対応するので、説明を省略する。
【００２６】
図５は、図４に示したビーム分岐部２４の構成を示す図であり、ビーム分岐部２４は、ビームスプリッター２４１と、平面反射鏡２４２と、ビームダンパー２４３、２４４とを有し、レーザビーム５が入射されると、複数のレーザビーム２５、２６を出射する。ビームスプリッター２４１に入射されたレーザビーム５は、ビームスプリッター２４１を透過して一方のレーザビーム２５として出射し、ビームスプリッター２４１で反射し、更に平面反射鏡２４２によって反射されて進行方向が変更されて他方のレーザビーム２６として出射する。図４に示すように、ビーム分岐部２４を出射した複数のレーザビーム２５、２６は平行光となって、光学部材である反射鏡１２で反射される。その際、レーザビーム２５、２６は反射光阻害領域の外で反射される。一方、放電ランプ９内で放電物質の励起に使用後、吸収されなかったレーザビーム２５’、２６’は、放電ランプ９を通過して、それぞれレーザビーム２５、２６の入射時にたどった光路と異なる光路をたどり、ビーム分岐部２４のビームダンパー２４３、２４４に入射され、レーザ発振器１に戻ることはない。
【００２７】
図６は、ビーム分岐部２４から出射し、仮想面２７を通ったレーザビーム２５、２６が楕円反射鏡１０で反射され、放電ランプ９中で放電物質を励起後、吸収されなかったレーザビーム２５’、２６’となって再び楕円反射鏡１０で反射されて、仮想面２７を通ってビーム分岐部２４のビームダンパー２４３、２４４に戻るまでの光路を模式的に示した概念図である。同図によれば、レーザビーム２５’、２６’がレーザビーム２５、２６と同一の光路をたどることなく、ビームダンパー２４３、２４４に戻ることが理解される。このように、レーザビームの光強度が強い、又はレーザ発振器１からレーザビームが放射される方向に設置された不図示の光アイソレーターの許容量に収まる程度以上の光強度のレーザビームを用いた場合は、吸収されなかったレーザビーム２５’、２６’をビームダンパー２４４、２４５に吸収させることができる。
【００２８】
本実施形態の露光装置によれば、図４に示すように、レーザ発振器１から放射されたレーザビーム２は、所定のビーム径にするビームエキスパンダー３及び反射鏡４を通過した後、図５に示すように、ビームスプリッター２４１により、透過されたレーザビーム２５と、ビームスプリッター２４１で反射され、再度平面反射鏡２４２で反射されたレーザビーム２６とからなり、平行光となったレーザビーム２５、２６は、光学部材である反射鏡１２の紫外光１４が透過される透過領域に入射される。反射鏡１２は、少なくとも楕円反射鏡１０の第１焦点とインテグレータレンズ１１との間に配置され、レーザビーム２５、２６を反射すると共に、放電ランプ９から放射された紫外光１４を透過する波長選択機能を有しており、反射鏡１２で反射された複数のレーザビーム２５、２６は、コリメータレンズ１３を通過し、アパーチャ１５付近で集光され、その後広がり、平面反射鏡１６で反射され広がりながら楕円反射鏡１０に入射して反射されることによって、複数の方向から集光されて放電ランプ９に入射される。
なお、図４において、レーザビーム２はビームエキスパンダー３で拡張され、本来レーザビーム５のビーム径は拡張されている。しかし、第１及び第２の実施形態に示した図１及び図２のようにビーム径を拡張して示すと、図面表示が錯綜するので拡張しないで表示されている。
【００２９】
放電容器を透過したビームは、図６に示すように、レーザビーム２５、２６とは入射位置が異なった楕円反射鏡１０の位置で反射して、レーザビーム２５’、２６’となり、その後、レーザビーム２５’、２６’は、レーザビーム２５、２６のたどった光路とは異なった光路を通過し、集光されながら平面反射鏡１６で反射され、アパーチャ１５付近で集光され、その後広がりながら、コリメーターレンズ１３を通過し、反射鏡１２で反射され、図５及び図６に示した位置に設置されたビームダンパー２４３、２４４で阻止される。
【００３０】
なお、反射鏡１２がコリメータレンズ１３とインテグレータレンズ１１との間に設置されており、コリメータレンズ１３に入射するレーザビーム２５、２６の波長と放電ランプ９から放射され紫外光１４の波長との間に色収差を生じる場合、反射鏡１２に入射される直前に焦点距離の長いレンズが設置されていてもよい。この焦点距離の長いレンズを通過した光は、このレンズに入射する前のビームの進行方向から若干方向を変化させられるため、コリメータレンズ１３の色収差を補正した形で入射できる。この焦点距離の長いレンズを用いることによって、入射されるレーザビーム２５、２６が各部位ごとに入射角の変化がほとんどなく、波長選択機能を有する反射鏡１２の反射多層膜の厚みを各部位ごとに変化させる必要がなくなる。なお、このレンズは、コリメータレンズ１３とインテグレータレンズ１１との間のスペースに設置しなければならないため、露光装置の設計に改良を加える必要がある。
【００３１】
また、反射鏡１２が、楕円反射鏡１０の第２焦点Ｆ２（アパーチャ１５）とコリメータレンズ１３との間に配置されている場合、反射鏡１２に入射されるレーザビーム２５、２６は、図２の露光に用いる光路１４と同じ立体角・焦点を持つように所定の焦点距離を有するレンズを反射鏡１２に入射する前の所定の位置に配置する必要がある。アパーチャ１５とコリメータレンズ１３の間は、もともと設置可能なスペースがあるので、露光装置の設計に改良を加える必要はないが、入射されるレーザビーム２５、２６が各部位ごとに入射角が異なるので、波長選択機能を有する反射鏡１２の反射多層膜の厚みを各部位ごとに変化させる必要がある。例えば、入射されるレーザビーム２５、２６のの各部位ごとの入射角に応じ、入射されるレーザビーム２５、２６を８０％以上反射する反射膜多層膜が蒸着又は堆積する必要がある。
【００３２】
また、図７（ａ）に示すように、ビーム分岐部２４から出射するレーザビーム２５、２６の径を縮小し、かつ、レーザビーム２５、２６の透過領域を縮小するために、ビーム分岐部２４と反射鏡１２との間に、縮小光学系２８を設けてもよい。これは、ビーム分岐部２４に配置される光学素子が多数となるため、使用する光学素子の大きさによっては、分岐したレーザビーム２５、２６の距離が離れ過ぎて、反射鏡１２に収まらない場合に使用する。縮小光学系２８としては、図７（ｂ）に示すように、凸レンズ２８１、２８２を組み合わせて構成されたもので、それぞれの焦点距離は異なる。基本的な配置は、焦点距離の長い凸レンズ２８１をレーザビーム２５、２６の入射側に、焦点距離の短い凸レンズ２８２をレーザビーム２５、２６の出射側に配置する。焦点距離の長い凸レンズ２８１の焦点距離ｆ１、焦点距離の短い凸レンズ２８２の焦点距離ｆ２とすると、縮小の比率ｍはｍ＝ｆ２／ｆ１となる。図７（ｃ）は、凸レンズ２８３と凹レンズ２８４の組み合わせで構成されたもので、それぞれの焦点距離が異なる。基本的な配置は、凸レンズ２８３をレーザビーム２５、２６の入射側に、凹レンズ２８４をレーザビーム２５、２６の出射側に配置する。凸レンズ２８３の焦点距離ｆ３，焦点距離の短い凹レンズ２８４の焦点距離ｆ４とすると、縮小の比率ｍはｍ＝ｆ４／ｆ３となる。図７（ｃ）の構成は、それぞれの配置する距離が短いため、配置スペースが図７（ｂ）のものと比べて少なくて済むので実用的である。
【００３３】
本発明の第４の実施形態を図８ないし図１１を用いて説明する。
図８は、本実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
本実施形態の露光装置は、第１の実施形態の露光装置と比べて、ビーム分岐部２９の構成と波長選択機能を有する反射鏡２３の構成及び配置が異なる点で相違している。なお、その他の構成は、図１に示した同符号の構成に対応するので、説明を省略する。
【００３４】
図９は、図８に示したビーム分岐部２９の構成を示す図であり、ビーム分岐部２９は、ビームスプリッター２９１と、放物面反射鏡２９２と、平面反射鏡２９３と、放物面反射鏡２９４と、ビームダンパー２９５、２９６とから構成され、ビーム分岐部２９に、レーザビーム５が入射されると、複数のレーザビーム３０、３１を出射する。ビームスプリッター２９１に入射されたレーザビーム５は分岐され、ビームスプリッター２９１を透過し、平面反射鏡２９３で反射され、更に放物面反射鏡２９４で反射集光され、一方のレーザビーム３０として出射し、ビームスプリッター２８１で反射され、更に放物面反射鏡２９２で反射集光され、他方のレーザビーム３１として出射する。反射集光されたレーザビーム３０、３１は、図８に示すように、反射鏡２２によって放射方向が変更されて光学部材である反射鏡２３に入射される。反射鏡２３は、放電ランプ９から放射された紫外光１４は反射し、複数のレーザビーム３０、３１が反射鏡２３の楕円反射鏡１０から反射される紫外光１４が阻害される反射光阻害領域外を透過する波長選択機能を有する。なお、レーザビーム２はビームエキスパンダー３で拡張され、本来レーザビーム５のビーム径は拡張されているが、第１及び第２の実施形態に示した図１及び図２のようにビーム径を拡張して示すと、図面表示が錯綜するので拡張しないで表示されている。
【００３５】
図１０は、図９に示したビーム分岐部２９と異なる構成を示す、図８に示したビーム分岐部２９の構成を示す図である。ビーム分岐部２９は、ビームスプリッター２９１と、放物面反射鏡２９２と、放物面反射鏡２９４と、ビームダンパー２９５、２９６とから構成され、ビーム分岐部２９に、レーザビーム５が入射されると、複数のレーザビーム３０、３１を出射する。ビームスプリッター２９１に入射されたレーザビーム５は分岐され、ビームスプリッター２９１を透過し、放物面反射鏡２９４で反射集光されて、一方のレーザビーム３０として出射し、ビームスプリッター２９１で反射され、更に放物面反射鏡２９２で反射集光され、他方のレーザビーム３１として出射する。
【００３６】
図８に示すように、レーザ発振器１から放射されたレーザビーム２は、ビームエキスパンダー３でビームが拡張され、ビーム分岐部２９にレーザビーム５として入射される。ビーム分岐部２９からは、分岐され集光されたレーザビーム３０、３１が、反射鏡２２に向けて放射される。レーザビーム３０、３１は、別々の光路をたどって平面反射鏡２２により反射され、楕円反射鏡１０の第２焦点Ｆ２’と同じ場所で集光後、広がりながら、反射鏡２３を透過する際、レーザビーム３０、３１は反射光阻害領域の外を透過する。反射鏡２３は、少なくとも楕円反射鏡１０の第１焦点Ｆ１とインテグレータレンズ１１との間に配置され、反射鏡２３を透過した複数のレーザビーム３０、３１は、広がりながら楕円反射鏡１０に入射して反射されることによって、複数の方向から集光されて放電ランプ９に入射される。
【００３７】
図１１は、ビーム分岐部２９から出射したレーザビーム３０、３１がそれぞれ楕円反射鏡１０に入射されて反射後、放電ランプ９中で放電物質を励起後、吸収されなかったレーザビーム３０’、３１’が再び楕円反射鏡１０で反射される様子を楕円反射鏡１０の光軸方向から見た図である。
【００３８】
放電ランプ９内で放電物質を励起した後、吸収されなかったのレーザビーム３０’、３１’は、放電ランプ９を透過して、図１１に示すように、レーザビーム３０、３１とは入射位置が異なった楕円反射鏡１０の位置で反射する。レーザビーム３０’、３１’は、レーザビーム３０、３１のたどった光路とは異なった光路を通過し、集光されながら平面反射鏡２３を透過する。そして第２焦点Ｆ２’で集光され、その後、広がりながら、平面反射鏡２２で反射され、図９、図１０に示した位置に設置されたビームダンパー２９５、２９６で阻止される。
【００３９】
ここで、図９及び図１０に示す放物面反射鏡２９２、２９４に代えて、平面反射鏡を用いる場合は、波長選択機能を有する反射鏡２３に入射される直前にビームを一度集光するために、その入射前にレンズが設置されていてもよい。このレンズは、図８の露光に用いる紫外光１４と同じ立体角・焦点を持つように所定の焦点距離のレンズを、波長選択機能を有する反射鏡２３に入射する前に所定の位置に設置することを必要とする。
【００４０】
なお、上記の各実施形態の発明に係る露光装置においては、分岐するレーザビームの本数は、２本以上が好ましい。多数本に分岐すると、レーザビームの単位面積あたりの光強度が減少し、それにより光学部品のダメージや著しい劣化を減らすことができ、立体角の大きいレーザビーム入射を実現できる。分岐するビームの本数が２本の場合、どちらかのレーザビームのエネルギー密度が高くなると、光学素子が損傷する可能性があり、この可能性を可能な限り低減するため、上記の各実施形態において使用されたビームスプリッターは、ビームの光強度を、入射ビームの光強度に対し５０％の光強度の透過ビームと、５０％の光強度の反射ビームに分割するものが好ましい。分岐するビームの本数をｎ本とした場合、いずれかのビームのエネルギー密度が高くなると、光学素子を損傷する可能性が出てくる。この可能性を可能な限り低減させるため、所定の光強度に分割するビームスプリッターと平面反射鏡の枚数はそれぞれｎ−１個となり、所定の光強度に分割するビームスプリッターは、入射ビームの光強度に対し１００／ｎ％の光強度の透過ビームと、１００（１−１／ｎ）％の光強度の反射ビームに分割するものが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１の実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示したビーム分岐部１９の変形例を示す図である。
【図４】第３の実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示したビーム分岐部２４の構成を示す図である。
【図６】レーザビーム２５、２６及び吸収されなかったレーザビーム２５’、２６’の光路を模式的に示した概念図である。
【図７】ビーム分岐部２４と反射鏡１２との間に設けられる縮小光学系２８の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態の発明に係る露光装置の構成を示す図である。
【図９】図８に示したビーム分岐部２８の構成を示す図である。
【図１０】図９に示したビーム分岐部２８と異なる構成を示す図である。
【図１１】楕円反射鏡１０の光軸方向から見た図である。
【図１２】従来技術に係る特許文献１に記載の半導体露光装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  レーザ発振器
２  レーザビーム
３  ビームエキスパンダー
４  反射鏡
５  レーザビーム
６  ビーム分岐部
６１  ビームスプリッター
６２  平面反射鏡
７、８  レーザビーム
７’、８’吸収されなかったレーザビーム
９  放電ランプ
１０  楕円反射鏡
１１  インテグレータレンズ
１２  反射鏡
１３  コリメータレンズ
１４  紫外光
１５  アパーチャ
１６  平面反射鏡
１７  マスク面
１８  ランプハウス
１９  ビーム分岐部
１９１  ビームスプリッター
１９２  放物面反射鏡
１９３  平面反射鏡
１９４  放物面反射鏡
１９５  ビームスプリッター
１９６  放物面反射鏡
１９７  放物面反射鏡
２０、２１  レーザビーム
２２  平面反射鏡
２３  反射鏡
２４  ビーム分岐部
２４１  ビームスプリッター
２４２  平面反射鏡
２４３、２４４  ビームダンパー
２５、２６  レーザビーム
２５’、２６’  吸収されなかったレーザビーム
２７  仮想面
２８  縮小光学系
２８１、２８２、２８３  凸レンズ
２８４  凹レンズ
２９  ビーム分岐部
２９１  ビームスプリッター
２９２  放物面反射鏡
２９３  平面反射鏡
２９４  放物面反射鏡
２９５、２９６  ビームダンパー
３０、３１  レーザビーム
３０’、３１’  吸収されなかったレーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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