(57)【要約】【課題】照明光源から発せられた露光用の光の利用効率を極力高めることができ、かつ、サイズのコンパクト化をも図ることができる露光装置の照明光学系を提供する。【解決手段】本発明の露光装置１０の照明光学系は、超高圧ランプ１１０から発せられて楕円鏡１２０により反射された露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写するものにおいて、  楕円鏡１２０により反射された露光用の光の進行方向前方側であって楕円鏡１２０の第２焦点位置ｆ２よりも進行方向前方の被転写物体側に、超高圧ランプ１１０の側が狭い中空の截頭円錐形の集光用ミラー筒体４０が配置されている。【選択図】図１
2008177465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源から発せられて非球面鏡により反射された露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写する露光装置の照明光学系において、
前記非球面鏡により反射された露光用の光の進行方向前方側であって前記非球面鏡の第２焦点位置よりも進行方向前方の被転写物体側に、前記照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の集光用ミラー筒体が配置されていることを特徴とする露光装置の照明光学系。
【請求項２】
照明光源から発せられて非球面鏡により反射されかつフライアイレンズを通った露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写する露光装置の照明光学系において、
前記非球面鏡により反射された露光用の光の進行方向前方側であって前記非球面鏡の第２焦点位置よりも進行方向前方であり、フライアイレンズよりも照明光源側に、前記照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の集光用ミラー筒体が配置されていることを特徴とする露光装置の照明光学系。
【請求項３】
前記集光用ミラー筒体の中空の截頭円錐形のテーパ角が集光角の１／２〜１／５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置の照明光学系。
【請求項４】
前記集光用ミラー筒体は、照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の内面にミラー面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載の露光装置の照明光学系。
【請求項５】
前記非球面鏡が２次光源を形成する楕円鏡、放物面鏡であ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項に記載の露光装置の照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源から発せられて楕円鏡等の非球面鏡で反射された露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写する露光装置の照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、露光装置の照明光学系には、均一な照度分布を得るため、例えばリレーレンズによる集光点群と共役位置に中空の角柱状内面反射型インテグレータが配置されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、露光装置の照明光学系には、楕円ミラーの光軸に沿って進むに従って直線状に拡開する導光パイプを光軸に沿って配置し、楕円ミラーの第２焦点をこの導光パイプの光入射口よりも僅かに導光パイプ内方側に位置させる構成のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、照明光源の第１焦点位置の近傍に、照明光源の側に拡開する楕円反射鏡を配置した照明光学系も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平２−４８６２７号公報
【特許文献２】特開平３−２１０５４８号公報
【特許文献３】特開２００６−１５４３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の照明光学系では、十分な集光効率をあげることができなかった。従来のテーパ式の集光方式では２次光源に集光する効率は高いが、開口数（ＮＡ）も大きくなり、２次光源以降の光学要素で全ての光を利用できないため、露光装置の照明光学系に用いた場合に、全体の照明効率が芳しくないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、照明光源から発せられた露光用の光の利用効率を極力高めることができ、かつ、サイズのコンパクト化をも図ることができる露光装置の照明光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の露光装置の照明光学系は、照明光源から発せられて非球面鏡により反射された露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写するものにおいて、
前記非球面鏡により反射された露光用の光の進行方向前方側であって前記非球面鏡の第２焦点位置よりも進行方向前方の被転写物体側に、前記照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の集光用ミラー筒体が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の露光装置の照明光学系は、照明光源から発せられて非球面鏡により反射されかつフライアイレンズを通った露光用の光によってマスクのパターンを被転写物体に転写するものにおいて、前記非球面鏡により反射された露光用の光の進行方向前方側であって前記非球面鏡の第２焦点位置よりも進行方向前方であり、フライアイレンズよりも照明光源側に、前記照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の集光用ミラー筒体が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の露光装置の照明光学系は、前記集光用ミラー筒体の中空の截頭円錐形のテーパ角が集光角の１／２〜１／５であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の露光装置の照明光学系は、前記集光用ミラー筒体は、照明光源の側が狭い中空の截頭円錐形の内面にミラー面を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の露光装置の照明光学系は、前記非球面鏡が２次光源を形成する楕円鏡、放物面鏡であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来集光しきれなかった光線を利用することが可能になるため、集光効率が向上する。
【００１３】
また、集光した光線のＮＡ（集光角）が小さくなる。例えば、従来の方式でＮＡを小さくするためには、楕円鏡の倍率を大きくする必要が生じ、２次光源が必要以上に大きくなってしまうが、本発明によれば、２次光源像の大きさを従来よりも小さくすることができる。更に、光学系の全長を短くすることができる。
【００１４】
更に、従来は、必要なＮＡを実現するために楕円鏡の第２焦点距離を大きくする必要があったが、この方式ではトータルで短くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係わる露光装置の照明光学系の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明に係わる露光装置の一例を示す光学系図である。この図１において、１０は露光装置である。露光装置１０にはプロキシミティ・コンタクト方式が用いられている。この露光装置１０は照明光学系を有し、照明光学系は照明光源装置としての超高圧ランプ１１０、非球面鏡としての楕円鏡１２０、コールドミラー１３、１３、フライアイレンズ１４、コリメートミラー３０からなっている。なお、ここでは、非球面鏡として楕円鏡１２０を用いているが、放物面鏡でも良い。
【００１７】
超高圧ランプ１１０は、陰極１３０、陽極１４０を備えている。超高圧ランプ１１０は超高電圧を印加すると、陰極１３０の先端でアークスポット放電が生じる。その陰極１３０の先端が照明光源装置の発光中心である。
【００１８】
超高圧ランプ１１０から発せられた光は、２枚のコールドミラー１３、１３によって方向転換され、フライアイレンズ１４を通って、集光用ミラー筒体４０に導かれる。楕円鏡１２０により反射された光は、図２に示すように、その第２焦点位置ｆ２に二次光源像Ｑを形成する。
【００１９】
この集光用ミラー筒体４０は光源装置側が狭くなるテーパ面を有するメガフォン形状、すなわち、照明光源装置の側が狭い中空の截頭円錐形状とされている。この集光用ミラー筒体４０は楕円鏡１２０の第２焦点位置ｆ２の近傍に配置されている。
【００２０】
ここでは、集光用ミラー筒体４０は、楕円鏡１２０により反射された露光用の光の進行方向前方側であって楕円鏡１２０の第２焦点位置ｆ２よりも進行方向前方の被転写物体（後述する）側に配置されているが、楕円鏡１２０により反射された露光用の光の進行方向前方側であって楕円鏡１２０の第２焦点位置ｆ２よりも進行方向前方であり、フライアイレンズ１４よりも照明光源側に配置する構成としても良い。
【００２１】
その集光用ミラー筒体４０の内面にはミラー面が形成されている。ここでは、集光用ミラー筒体４０の形状は截頭円錐形とされているが、これに限るものではなく、台形反射板を４枚組み合わせた角柱筒体でも良いが截頭円錐形が好適である。集光用ミラー筒体４０のテーパ角度、開口サイズ、ミラー長をパラメータとして各種の集光用ミラー筒体４０の製作が可能であるが、テーパ角度θ１は楕円鏡１２０で集光された光線の最大角度としての集光角θ２より小さく設定するのが望ましく、集光角θ２の１／２〜１／５程度が良い。集光用ミラー筒体４０のミラー開口サイズは設計する光学系に依存する。集光用ミラー筒体４０の光軸方向のミラー長は多重反射（２回反射）が起こる長さより短く設定するのが望ましい。なお、露光装置では、小さい２次光源で小さいＮＡ（集光角）を実現するのが望ましい。
【００２２】
フライアイレンズ１４に導かれた光束は一旦その近傍で収束し、コリメートミラー３０に向かって進行するが、集光用ミラー筒体４０によって、そのフライアイレンズ１４に導かれた光束が効率よく集光される。
【００２３】
コリメートミラー３０に導かれた光はこのコリメートミラー３０によって反射されて平行光束となる。コリメートミラー３０は図示を略す支持部材によって３点支持され、自重による撓みに耐えられる構造になっている。
【００２４】
コリメートミラー３０によって、平行光束とされた光の進行方向前方には、光軸Ｏと垂直になるように配設された露光用パターン１６を備えたガラス製のマスク板１５が設けられている。そのガラス製マスク板１５を通過した光の進行方向前方には被転写物体としてのレジスト材料１８が塗布された基板１７が設けられている。
【００２５】
基板１７に塗布されているレジスト材料はそのガラス製マスク板１５を通過した光によって露光され、露光用パターン１６のパターン形状に対応する形状に露光される。
【００２６】
ここで、このようなメガホン型ミラーの効果について下記のとおり検証した。
【００２７】
露光装置のインテグレータ（フライアイレンズ）の前に図のようなメガホンミラーを配置すれば、光量の取り込み効率向上が予想できる。具体的には、インテグレータの外側に当たってしまっていた光がメガホン型ミラーで反射することにより、インテグレータに入射し光量向上と入射角度が浅くなることが期待できる。
【００２８】
実際に効果があるかLight Toolsにてシミュレーションすることにより検証した。検証方法は、以下のとおりである。
【００２９】
メガホン型ミラーの入口の大きさ、傾き角をパラメータとする。インテグレータ前面で入射光の角度分布と光量を調べることによりメガホン型ミラーの効果を検証する。なお、メガホン型ミラーの位置、長さなどもパラメータとして考えられたが効果が少ないと考え今回は省略した。
【００３０】
効果が高く出ることが予想される楕円鏡１２０より少し楕円鏡側にメガホン型ミラー（集光用ミラー筒体４０）の入口を配置した。比較するモデルは、ランプ１１０〜楕円鏡１２０間、楕円鏡１２０〜インテグレータ（フライアイレンズ１４）間を同じにして、楕円鏡１２０の第２焦点距離ｆ２をインテグレータ（フライアイレンズ１４）の位置に変化させたものとする。
【００３１】
図３ないし図６に示すグラフを用いて結果を説明する。横軸にインテグレータ（フライアイレンズ１４）面への入射角、縦軸に積算光量、「・」、「■」、「▲」、「●」等はメガホン型ミラーのチルト角度を表している 。Nomal 「・」はメガホ型ミラーを設けていない照明光学系の積算光量であり、比較のためにプロットしたものである。
【００３２】
いずれのモデルにおいてもメガホン型ミラーを設けた照明光学系のほうが光量が増えていることがわかる。
【００３３】
また、入口の径（四角径）１００ｍｍ平方では、メガホン型ミラーを設けていない照明光学系よりも入射角が浅いほうで光量が増えているモデルがある。
【００３４】
インテグレータへの入射角が浅いものほど露光面に到達しやすいので、このモデルではメガホン型ミラーはかなり有効に働いているといえる。
【００３５】
結果として、ある位置におけるメガホン型ミラーの最適な角度と入口径の解があることがわかった。
【００３６】
本発明の実施の形態によれば、従来は集光しきれなかった光束を集光できることになるため、集光効率が向上する。また、集光した光束のＮＡ（集光角）が小さくなる。更に、従来の方式では、ＮＡを小さくするためには楕円鏡１２０の倍率を大きくする必要があり、３次光源の像が必要以上に大きくなるが、本発明の実施形態によれば、３次光源像の大きさを従来より小さくすることができる。また、照明光学系の全長を短くできる。更に、要求されるＮＡを実現するために、従来は楕円鏡１２０の第２焦点距離ｆ２を大きくする必要があったが、本発明の実施形態によれば、第２焦点距離ｆ２を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係わる露光装置の照明光学系の配置図である。
【図２】本発明に係わる超高圧ランプと集光用ミラー筒体との関係を示す拡大模式図である。
【図３】メガホン型ミラーの効果の検証のために用いたグラフであって、メガホン型ミラーの入り口の口径が７５ｍｍの場合の入射角と積算光線数（積算光量）との関係を示すグラフである。
【図４】メガホン型ミラーの効果の検証のために用いたグラフであって、メガホン型ミラーの入り口の口径が１００ｍｍの場合の入射角と積算光線数（積算光量）との関係を示すグラフである。
【図５】メガホン型ミラーの効果の検証のために用いたグラフであって、メガホン型ミラーの入り口の口径が１２５ｍｍの場合の入射角と積算光線数（積算光量）との関係を示すグラフである。
【図６】メガホン型ミラーの効果の検証のために用いたグラフであって、メガホン型ミラーの入り口の口径が１５０ｍｍの場合の入射角と積算光線数（積算光量）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１０…露光装置
４０…集光用ミラー筒体
１１０…超高圧ランプ
１２０…楕円鏡
【図１】
2008177465.tif 000003
【図２】
2008177465.tif 000004
【図３】
2008177465.tif 000005
【図４】
2008177465.tif 000006
【図５】
2008177465.tif 000007
【図６】
2008177465.tif 000008