(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマスクのマスク面が配置された方向に導光するための複数の複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための光学系を有し、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔がマスク面からみて開き角を１°より小さくなるように構成すると共に、
前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第１複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第２複眼レンズを備え、
前記複数の第１複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第２複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とする露光装置の照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトリソグラフィー技術分野に属し、更に詳しくは、半導体集積素子の回路パターン、液晶素子の回路パターン、カラーフィルタのパターン等を被転写体に転写するのに使用されるマスクを照明する露光装置の照明光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の露光装置の照明光学系では、一次光源を複数個並べて配置し、この複数個の一次光源によりフライアイレンズを区分してそれぞれ照明するするようにした光学系が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構成の照明光源では、複数個の一次光源により出射された照明光が互いにフライアイレンズに入射する前に部分的に重なり、複数個の照明光源による照明効率を上げることができないという問題がある。
【０００４】
一方、近年の露光技術では露光面積の広いマスクの照明や高い照度の露光照明が要求されているが、この要求を従来の露光装置の照明光学系では十分に満足させることができないものであった。
【０００５】
そこで、本発明は、従来からの問題を解決し、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現す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ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマスクのマスク面が配置された方向に導光するための複数の複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための光学系を有し、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔がマスク面からみて開き角を１°より小さくなるように構成すると共に、前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第１複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第２複眼レンズを備え、前記複数の第１複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第２複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１において、本発明に係る照明光学系は、基本的に第１照明光学系１と第２照明光学系２を有する。
【０００９】
第１の照明光学系１は、照明光源３，集光レンズ４，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラー６′，第１の複眼レンズ群であるフライアイレンズ５，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラー６，集束光学系（集束光学部材）としてのコリメータレンズ７を有する。そして、照明光源３から出射された光は、集光レンズ４により集光された後に反射ミラー６′を介してフライアイレンズ５に入射し、このフライアイレンズ５により均質化されて射出される。この均質化された照明光束は、均質化された後では最初の第１の偏向光学系である反射ミラー６でコリメータレンズ７側に向けて反射（偏向）させられた後、コリメータレンズ７を介して照明面であるマスク（露光面）８を照明する。
【００１０】
このマスク８への照明光は、図７（ａ）に示したマスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過して図１の基板Ｂに導光され、基板Ｂを露光することになる。このマスク８と基板Ｂの間隔は、図１に示した如く例えば１００μｍに設定され、図７（ｂ）に示した如くパターン８ａ，８ａの間隔は１０μｍに設定されている。尚、Ｏはコリメータレンズ７の光軸（主軸）、Ｏ１は照明光学系１の光軸である。また、図７（ａ）と図７（ｂ）では説明の便宜上、パターン８ａ，８ｂの大きさを異ならせて図示してある。
【００１１】
また、第２の照明光学系２は、照明光源９，集光レンズ１０，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラー１２′，第２の複眼レンズ群であるフライアイレンズ１１，偏向光学系（偏向光学部材）である反射ミラー１２，集束光学系（集束光学部材）としてのコリメータレンズ７を有する。そして、照明光源９から出射された光は、集光レンズ１０により集光された後に反射ミラー１２′を介してフライアイレンズ１１に入射し、このフライアイレンズ１１により均質化されて射出される。この均質化された照明光束は、均質化された後では最初で且つ上述の反射ミラー６との関係では第２の偏向光学系である反射ミラー１２でコリメータレンズ７側に向けて反射（偏向）させられた後、コリメータレンズ７を介して照明面であるマスク（露光面）８を照明する。このマスク８への照明光は、図７（ａ）、（ｂ）に示したマスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過して図１の基板Ｂに導光され、基板Ｂを露光することになる。
【００１２】
尚、Ｏ２は第２の照明光学系２の光軸である。また、フライアイレンズ５，１１は一つ又は複数の複眼レンズ群を構成し、反射ミラー６，１２は複数の偏向光学系群を構成している。
【００１３】
この様な光学系に於いて、第１の照明光学系１と第２の照明光学系２は、光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とが所定間隔Ｌだけ離れた状態で配置される。この所定間隔Ｌは、マスク８の面（マスク面）に対する開口数、２つの照明光学系１，２のマスク８（マスク面）に対する開き角等で設定される。
【００１４】
以下、この開口数及び開き角等について詳述する。
【００１５】
図１の複眼レンズ群、偏向光学系群を介した照明光の光束をマスク面即ちマスク８側（コリメータレンズ７の出射瞳側）から見ると、図３に示したように表すことができる。図３に於いて、Ｓ１′，Ｓ２′は図１のフライアイレンズ５，１１を透過した照明光束Ｓ１，Ｓ２の瞳面上における外形を示し、Ｓは図１のマスク８（マスク面）の外接瞳面を示す。
【００１６】
また、各フライアイレンズ（複眼レンズ）５，１１を構成する図２の多数のレンズ５ａ，・・・・５ａ，１１ａ，・・・１１ａの一つ一つから射出される光束は重ね合わせの法則により一つの光束として認識できる。図２は、この光束を作り出すフライアイレンズ５，１１をコリメータレンズ７の入射側（入射瞳側）から見たときの、フライアイレンズ５，１１の反射ミラー６，１２上における大きさ及び間隔を表したものである。
【００１７】
この図２に於いて、フライアイレンズ５，１１は１辺あたりが寸法ｄの大きさの四角形として示してあり、フライアイレンズ５，１１の光軸間隔は図１に示した所定間隔Ｌで示してある。尚、図２ではフライアイレンズ５，１１の多数のレンズ５ａ，・・・・５ａ，１１ａ，・・・１１ａを図示したが、図４及び図８では説明の便宜上外形のみを示す。
【００１８】
この様な前提において、フライアイレンズ５，１１の光軸間隔すなわち所定間隔Ｌを図４の如くｄとすると、照明光束Ｓ１，Ｓ２の瞳面上における外形Ｓ１′，Ｓ２′はコリメータレンズ７の上面に投影したときに図５の如く接する状態となる。この照明光束Ｓ１，Ｓ２のコリメータレンズ７に投影された外形Ｓ１′，Ｓ２′を光軸Ｏ，Ｏ１，Ｏ２との関係でマスク８側から立体角として描くと、図６の様に表すことができる。この図６では、２つの照明光学系１，２のマスク８（マスク面）に対する開き角が０°となる。尚、マスク８の面（マスク面）に対する開口数ＮＡは２°に設定されている。
【００１９】
そして、この状態におけるマスク８のパターン８ａ，８ａを透過（回折）した照明光の強度は図７（ｂ）に破線で示した光強度曲線３０の如く表すことができる。そして、この図７（ｂ）の照明光は理想的な露光照明となる。
【００２０】
しかし、現実の光学部品の配置では、反射ミラー６，１２の配置の制約により、理想的な照明は難しいものである。従って、反射ミラー６，１２の間隔をより小さくすることにより、理想的な露光照明に近づけるのが望ましい。図８，図９は、その一例を示したものである。この図８では、フライアイレンズ５，１１の間隔をｄとすることにより、所定間隔Ｌを２ｄとすると共に、光束の開き角は０．５°にしている。このときのマスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過（回折）した光束の強度は図１２に光強度曲線３１で示した如くなる。この光強度曲線３１によれば、理想的な光強度曲線３０を１００％としたときに、理想的な光強度の８５％の光強度を得ることができた。
【００２１】
また、開き角を図１０に示した如く１°とした場合には、マスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過（回折）した光束の強度は図１３に光強度曲線３２で示した如くなる。この光強度曲線３２によれば、理想的な光強度曲線３０を１００％としたときに、理想的な光強度の７０％の光強度を得ることができた。
【００２２】
更に、開き角を図１１に示した如く１．５°とした場合には、マスク８のパターン８ａ，８ａ間を透過（回折）した光束の強度は図１４に光強度曲線３３で示した如くなる。この光強度曲線３３によれば、理想的な光強度曲線３０を１００％としたときに、理想的な光強度の６０％の光強度を得ることができた。
【００２３】
従って、２つの照明光学系１，２の開き角度を１°よりも小さい開き角にすれば、光強度は常に７０％以上確保できることになり、光量の損失は少なくなり、広領域の最適な照明が可能になる。
【００２５】
そして、本発明は以上説明した基本的構成に基づいて、図１５に示した照明光学系を構成している。。この図１５は、４つの照明光学系に用いるフライアイレンズ組立体４０を示したもので、照明光源やコリメートミラー等の図示を省略している。
【００２６】
図１６に示すように、フライアイレンズ組立体４０は立方体形状に形成されている。そのフライアイレンズ組立体４０の四側面には、第１複眼レンズとしての平板状のフライアイレンズ４２〜４５が配置されている。そのフライアイレンズ４２〜４５は正方形状とされそのサイズは、その側面の面積の１／２である。図示しない４つの各光源部からの照明光Ｐ１〜Ｐ４は、ここでは、互いに直交する方向からそれぞれフライアイレンズ４２〜４５に入射するものとされ、図示しない４つの各光源部からの照明光Ｐ１〜Ｐ４が各フライアイレンズ４２〜４５に入射する前に干渉しないようにされている。そのフライアイレンズ組立体４０の上面には第２複眼レンズとしての４個の正方形状のフライアイレンズ４６〜４９が配置され、フライアイレンズ４６〜４９とフライアイレンズ４２〜４５とは互いに直交している。
【００２７】
そのフライアイレンズ４６〜４９の各焦点距離は、各フライアイレンズのサイズｔよりも大きくされて、フライアイレンズ４６〜４９とフライアイレンズ４２〜４５との間に以下に説明する反射ミラーが設置できるようにされている。
【００２８】
フライアイレンズ４２とフライアイレンズ４６との間には、フライアイレンズ４２に入射した照明光をフライアイレンズ４６に向けて偏向する反射ミラー５０が設けられ、フライアイレンズ４３とフライアイレンズ４７との間にはフライアイレンズ４３に入射した照明光をフライアイレンズ４７に向けて偏向する反射ミラー５１が設けられ、フライアイレンズ４４とフライアイレンズ４８との間にはフライアイレンズ４４に入射した照明光をフライアイレンズ４８に向けて偏向する反射ミラー５２が設けられ、フライアイレンズ４５とフライアイレンズ４９との間にはフライアイレンズ４５に入射した照明光をフライアイレンズ４９に向けて偏向する反射ミラー（図示を略す）が設けられている。その各反射ミラー５０，５１，５２，（図示せず）は、第１複眼レンズであるフライアイレンズ４２〜４５を通過した照明光を二次光源としての第２複眼レンズであるフライアイレンズ４６〜４９に向けて偏向する偏向光学系群を構成している。
【００２９】
その第２複眼レンズを通過した照明光Ｐ５は公知のコリメートミラーに導光されて平行光束とされ、このコリメートミラーの反射方向前方に存在するマスク２５を照明し、このマスク８のパターン８ａが被転写体としての基板Ｂに投影される。ここで、照明光は実際には各フライアイレンズ４６〜４９の全面から出射するが、説明の便宜上、４つの照明光学系の光軸と一致する４つの照明光Ｐ５として図示してある。しかも、４つの照明光Ｐ５の光軸間距離は所定間隔Ｌに設定され、この所定間隔Ｌは上述した開き角が１°以下になるように設定されている。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明は、複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマスクのマスク面が配置された方向に導光するための複数の複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための光学系を有し、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔がマスク面からみて開き角を１°より小さくなるように構成すると共に、前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第１複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第２複眼レンズを備え、前記複数の第１複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第２複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とするので、光強度は常に７０％以上確保することになり、光量の損失は少なくなり、広領域の最適な照明が可能になり、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の照明光学系の基本的構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した照明光学系のフライアイレンズの説明図である。
【図３】図１に示した照明光学系の照明範囲と反射ミラー上における照明光束の径との関係を示す説明図である。
【図４】図１に示した照明光学系のフライアイレンズ及び反射ミラーの理想的な配置を示す説明図である。
【図５】図４の配置による照明光学系の照明範囲と反射ミラー上における照明光束の径との関係を示す説明図である。
【図６】図４の配置による照明光学系の立体角の説明図である。
【図７】（ａ）は図１に示したマスクの説明のための部分断面図、（ｂ）は（ａ）に示したマスクのパターンと図４の配置によるマスク透過光束の光量との関係を示す説明図である。
【図８】図１に示した照明光学系のフライアイレンズの反射ミラーによる間隔設定例を示す説明図である。
【図９】図８に示した配置の立体角の説明図である。
【図１０】図１に示した反射ミラーの配置設定による立体角の他の例を示す説明図である。
【図１１】図１に示した反射ミラーの配置設定による立体角の更に他の例を示す説明図である。
【図１２】図４及び図９に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図１３】図４及び図１０に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図１４】図４及び図１１に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の露光装置の照明光学系を示す説明図である。
【符号の説明】
３・・・照明光源
５・・・フライアイレンズ（複眼レンズ群）
６・・・反射ミラー（偏向光学系群）
７・・・コリメータレンズ（集光光学系）
８・・・マスク（マスク面）
８ａ・・・パターン
９・・・照明光源
１１・・・フライアイレンズ（複眼レンズ群）
１２・・・反射ミラー（偏向光学系群）
５０，５１，５２・・・反射ミラー（偏向光学系群）
【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】
0004004601.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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