光源裝置、照明裝置、曝光裝置和裝置制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光源裝置、照明裝置、曝光裝置和裝置制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在包含于半導(dǎo)體裝置等的制造步驟中的光刻步驟中，使用通過投影光學(xué)系統(tǒng)將在原稿上形成的圖案(刻線等)轉(zhuǎn)印到基板(表面涂敷有抗蝕劑層的晶片等)上的曝光裝置。曝光裝置包括用從光源裝置發(fā)射的光束照射原稿的照明裝置，該光源裝置會聚和發(fā)射從光源發(fā)射的光束。日本專利N0.4640688公開了使用高壓汞燈作為光源并使用橢圓鏡作為會聚器的光源裝置(照明裝置)。在光源裝置中，高壓汞燈的發(fā)光點(diǎn)位于橢圓鏡的第一焦點(diǎn)的附近，以在橢圓鏡的第二焦點(diǎn)附近會聚從發(fā)光點(diǎn)發(fā)射的光束。日本專利N0.3151534公開了使用二段結(jié)構(gòu)會聚器的光源裝置(光源單元)，該二段結(jié)構(gòu)會聚器被配置為從橢圓鏡的第一焦點(diǎn)到第二焦點(diǎn)依次包含橢圓鏡和球面鏡，以減少由此會聚的光束的最大入射角。另一方面，日本專利N0.4705852公開了使用二段結(jié)構(gòu)會聚器的光源裝置，該二段結(jié)構(gòu)會聚器被配置為從橢圓鏡的第一焦點(diǎn)到第二焦點(diǎn)依次包含球面鏡和橢圓鏡，以減小由此會聚的光束的會聚直徑。日本專利公開N0.2001-358071公開了通過將圓錐棱鏡插入到光源側(cè)的蠅眼透鏡的光瞳位置中使得在其間放置透鏡以將圓形的二次光源的圖像變?yōu)榄h(huán)形的曝光裝置。
[0003]但是，在以上的專利文獻(xiàn)公開的這些技術(shù)中，不能同時減小通過會聚器會聚的光束的最大入射角和會聚直徑以及構(gòu)成會聚器的會聚鏡的最大直徑。因此，在更有效地利用從光源發(fā)射的光束上，存在改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是在上述的環(huán)境下提出的，并且，本發(fā)明的目的是為提供例如有利于從光源發(fā)射的光束的利用效率的光源裝置。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種光源裝置，該光源裝置包括:被配置為從具有預(yù)先確定的尺寸的發(fā)光區(qū)域發(fā)射光束的光源；和被配置為會聚光束而允許光束出射到外面的會聚器，其中，發(fā)光區(qū)域具有旋轉(zhuǎn)對稱的發(fā)光強(qiáng)度分布，會聚器關(guān)于被定義為發(fā)光區(qū)域的旋轉(zhuǎn)對稱軸的光軸旋轉(zhuǎn)對稱，被設(shè)置為包圍發(fā)光區(qū)域并具有分別具有用于反射從發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光束的反射表面的四個或更多個反射鏡，所述四個或更多個反射鏡包含反射表面為橢圓形的橢圓表面反射鏡和反射表面為球面的球面反射鏡，并且，橢圓表面反射鏡和球面反射鏡沿所述光軸的方向被交替布置，并且，被一個球面反射鏡反射的光束進(jìn)一步被跨著發(fā)光區(qū)域相對設(shè)置的一個橢圓表面反射鏡反射，而允許光束出射到外面。
[0006]從參照附圖對示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0008]圖2A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的會聚器的會聚狀態(tài)的示圖。
[0009]圖2B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的會聚器的會聚狀態(tài)的示圖。
[0010]圖2C是示出根據(jù)第一實(shí)施例的會聚器的會聚狀態(tài)的示圖。
[0011]圖3A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的伸出形狀的第三反射鏡的示圖。
[0012]圖3B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的伸出形狀的第三反射鏡的示圖。
[0013]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的會聚器的最大會聚直徑等的示圖。
[0014]圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0015]圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0016]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0017]圖7A是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0018]圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的光源裝置的構(gòu)成的示圖。
[0019]圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的照明裝置的構(gòu)成的示圖。
[0020]圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的照明裝置的構(gòu)成的示圖。
[0021]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的曝光裝置的構(gòu)成的示圖。
[0022]圖1OA是示出圓錐棱鏡被應(yīng)用于照明系統(tǒng)的情況的示圖。
[0023]圖1OB是示出圓錐棱鏡被應(yīng)用于照明系統(tǒng)的情況的示圖。
[0024]圖1OC是示出圓錐棱鏡被應(yīng)用于照明系統(tǒng)的情況的示圖。
[0025]圖1lA是示出常規(guī)的光源裝置的第一例子的構(gòu)成的示圖。
[0026]圖1lB是示出常規(guī)的光源裝置的第一例子的構(gòu)成的示圖。
[0027]圖1lC是示出常規(guī)的光源裝置的第一例子的構(gòu)成的示圖。
[0028]圖12A是示出常規(guī)的光源裝置的第二例子的構(gòu)成的示圖。
[0029]圖12B是示出常規(guī)的光源裝置的第二例子的構(gòu)成的示圖。
[0030]圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的曝光裝置的構(gòu)成的示圖。
[0031 ]圖14A是用于解釋光強(qiáng)度分布的、示出照明系統(tǒng)的構(gòu)成的示圖。
[0032]圖14B是用于解釋光強(qiáng)度分布的、示出照明系統(tǒng)的構(gòu)成的示圖。
[0033]圖15A是用于解釋光強(qiáng)度分布的、示出照明系統(tǒng)的構(gòu)成的示圖。
[0034]圖15B是用于解釋光強(qiáng)度分布的、示出照明系統(tǒng)的構(gòu)成的示圖。
[0035]圖16A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第一例子的示圖。
[0036]圖16B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第一例子的示圖。
[0037]圖16C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第一例子的示圖。
[0038]圖16D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第一例子的示圖。
[0039]圖17A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第二例子的示圖。
[0040]圖17B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第二例子的示圖。
[0041]圖17C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第二例子的示圖。
[0042]圖17D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第二例子的示圖。
[0043]圖18A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第三例子的示圖。
[0044]圖18B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第三例子的示圖。
[0045]圖18C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第三例子的示圖。
[0046]圖18D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第三例子的示圖。
[0047]圖19A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第四例子的示圖。
[0048]圖19B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第四例子的示圖。
[0049]圖19C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第四例子的示圖。
[0050]圖19D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第四例子的示圖。
[0051]圖20A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第五例子的示圖。
[0052]圖20B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第五例子的示圖。
[0053]圖20C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第五例子的示圖。
[0054]圖20D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第五例子的示圖。
[0055]圖21A是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第六例子的示圖。
[0056]圖21B是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第六例子的示圖。
[0057]圖21C是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第六例子的示圖。
[0058]圖21D是示出由會聚器鏡形成的光束的光強(qiáng)度分布的第六例子的示圖。
[0059]圖22是示出橢圓鏡和球面鏡的移動步驟的流程的流程圖。
[0060]圖23是示出二次光源的調(diào)整步驟的流程的流程圖。
[0061]圖24是示出用于解釋光強(qiáng)度分布的照明系統(tǒng)的另一構(gòu)成的示圖。
[0062]圖25A是示出用于解釋光強(qiáng)度分布的照明系統(tǒng)的另一構(gòu)成的示圖。
[0063]圖25B是示出用于解釋光強(qiáng)度分布的照明系統(tǒng)的另一構(gòu)成的示圖。
[0064]圖26A是示出用于解釋光強(qiáng)度分布的照明系統(tǒng)的另一構(gòu)成的示圖。
[0065]圖26B是示出用于解釋光強(qiáng)度分布的照明系統(tǒng)的另一構(gòu)成的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]以下，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0067](第一實(shí)施例)
[0068]首先，將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光源裝置。根據(jù)本實(shí)施例的光源裝置被用于例如被設(shè)置在曝光裝置中的照明裝置(照明系統(tǒng))中并且向預(yù)先確定的位置(區(qū)域)發(fā)射光束，該曝光裝置被用于包含于半導(dǎo)體裝置的制造步驟中的光刻步驟中。以下，為了闡明根據(jù)本實(shí)施例的光源裝置的特征，首先將描述兩個常規(guī)的光源裝置，然后將描述與常規(guī)光源裝置相比的根據(jù)本實(shí)施例的光源裝置。
[0069]作為常規(guī)光源裝置的第一例子，圖1lA?IlC是示出光源裝置500的構(gòu)成的示意性截面圖，在該光源裝置500中，光源I是高壓汞燈，并且會聚器是單個橢圓鏡(橢圓表面反射鏡)。其中，圖1lA是示出通過具有不同的偏心的分別關(guān)于光軸AX具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的大小兩個橢圓鏡反射光束的反射角度與通過光源I發(fā)射光束的放射角度之間的關(guān)系的示圖。光源I具有兩個電極，即陰極和陽極，并且，從在電極之間形成并且具有預(yù)先確定的尺寸的發(fā)光點(diǎn)(發(fā)光區(qū)域)Ia發(fā)射光束。該發(fā)光點(diǎn)Ia具有旋轉(zhuǎn)對稱的發(fā)光強(qiáng)度分布?？梢哉f，光軸AX是發(fā)光點(diǎn)Ia的旋轉(zhuǎn)對稱軸。此時，從光源I發(fā)射的光束的一部分被位于發(fā)光點(diǎn)Ia的附近的陰極和陽極遮蔽，因此，放射角度限于通過使用第一輔助線2a作為邊界所代表的預(yù)先確定的角度Θ cathode和預(yù)先確定的角度Qanode的范圍。具有大的外徑的第一橢圓鏡210和具有小的外徑的第二橢圓鏡230在光軸AX上共享兩個焦點(diǎn)，并且，通過第一橢圓鏡210反射光束的角度Θ 210等于通過第二橢圓鏡230反射光束的角度Θ 230。第一輔助線2a是在光軸AX上的第一焦點(diǎn)的位置繪制的線，并且，第二輔助線2b是在光軸AX上的第二焦點(diǎn)的位置繪制的線。在圖1lA?IlC中，第一焦點(diǎn)與第二焦點(diǎn)之間的距離(兩個焦點(diǎn)之間的距離)由符號“f”表示。在光源I中，橢圓鏡210和230被定位為使得發(fā)光點(diǎn)Ia基本上與橢圓鏡210和230中的每一個的第一焦點(diǎn)一致。
[0070]圖1lB是示出通過第二橢圓鏡230會聚的光束的最大會聚直徑Φ230和最大會聚角度Ψ230以及第二橢圓鏡230的最大反射鏡外徑D230的示圖。注意，圖1lB是光源I的一般示圖的簡化表示，示出從具有預(yù)先確定的尺寸的發(fā)光點(diǎn)Ia的最外周邊發(fā)射的光束的會聚狀態(tài)，并且，明確示出第一焦點(diǎn)FP1、第二焦點(diǎn)FP2、反射點(diǎn)PI230和反射點(diǎn)P0230。首先，基于第二橢圓鏡230的反射表面由連續(xù)顯微面構(gòu)成的假定考慮光束的會聚直徑。如果反射點(diǎn)PI230是顯微面，那么反射點(diǎn)PI230處的入射光束的擴(kuò)展角度可近似等于反射光的擴(kuò)展角度。類似地，反射點(diǎn)P0230處的入射光束的擴(kuò)展角度可近似等于反射光的擴(kuò)展角度。當(dāng)反射點(diǎn)處的入射光束的擴(kuò)展角度等于反射光的擴(kuò)展角度時，可通過將發(fā)光點(diǎn)Ia的直徑乘以從反射點(diǎn)到第二焦點(diǎn)FP2的距離與從反射點(diǎn)到第一焦點(diǎn)FPl的距離的比來近似由反射光形成的會聚直徑。因此，最大會聚直徑Φ230是由在第二橢圓鏡230上的最接近發(fā)光點(diǎn)Ia的反射點(diǎn)PI230處反射的光在與包含第二焦點(diǎn)FP2的光軸AX垂直的面上形成的擴(kuò)展。相反，最大會聚角度Ψ230是由在第二橢圓鏡230上的最接近第二焦點(diǎn)FP2的反射點(diǎn)P0230處反射的光束中的分別在光軸AX上具有位置更接近第一焦點(diǎn)FPl側(cè)的交點(diǎn)的光束形成的角度。最大反射鏡外徑D230是由第二橢圓鏡230的第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的開口形成的外徑。如果由第二橢圓鏡230會聚的光束的最大會聚直徑隨著第二橢圓鏡230的兩個焦點(diǎn)FPl和FP2被固定而減小，那么從最接近發(fā)光點(diǎn)Ia的橢圓鏡上的反射點(diǎn)到第一焦點(diǎn)FPl的距離可增大。
[0071]圖1lC是示出通過第一橢圓鏡210會聚的光束的最大會聚直徑Φ210和最大會聚角度Ψ210以及第一橢圓鏡210的最大反射鏡外徑D210的示圖。注意，圖1lC也是光源I的一般示圖的簡化表示，示出從具有預(yù)先確定的尺寸的發(fā)光點(diǎn)Ia的最外周邊發(fā)射的光束的會聚狀態(tài)，并且，明確示出第一焦點(diǎn)FP1、第二焦點(diǎn)FP2、反射點(diǎn)PI210和反射點(diǎn)P0210。與第二橢圓鏡230同樣，第一橢圓鏡210的最大會聚直徑Φ210是由在第一橢圓鏡210上的最接近發(fā)光點(diǎn)Ia的反射點(diǎn)PI210處反射的光在與包含第二焦點(diǎn)FP2的光軸AX垂直的面上形成的擴(kuò)展。這里，最大會聚直徑Φ210比第二橢圓鏡230的最大會聚直徑Φ230小。最大會聚角度Ψ210比第二橢圓鏡230的最大會聚角度Ψ230大。最大反射鏡外徑D210比第二橢圓鏡230的最大反射鏡外徑D230大。
[0072]如上所述，在會聚器是單個橢圓鏡的常規(guī)光源裝置500中，即使橢圓鏡的形狀(偏心率)改變，也不能同時減小會聚器的最大會聚直徑Φ、最大會聚角度Ψ和最大反射鏡外徑D的值。
[0073]作為常規(guī)的光源裝置的第二例子，圖12A和圖12B是示出光源裝置600的構(gòu)成的示意性截面圖，在該光源裝置600中，光源I是高壓汞燈，并且會聚器是被配置為依次包含一個橢圓鏡(橢圓表面反射鏡)和一個球面鏡(球面反射鏡)的二段結(jié)構(gòu)會聚器。其中，圖12A是示出通過分別關(guān)于光軸AX具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的第一橢圓鏡2101和第一球面鏡2102反射光束的反射角度與由光源I發(fā)射光束的放射角度之間的關(guān)系的示圖。第一橢圓鏡2101和第一球面鏡2102被定義為替代第一例子中的第一橢圓鏡210的二段結(jié)構(gòu)會聚器，并且，第一橢圓鏡2101被配置為使得第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的第一例子中的第一橢圓鏡210的開口減小。圖12A示出第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的第一橢圓鏡2101的開口的尺寸等于第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的第一例子中的第二橢圓鏡230的開口的尺寸(D230)的情況。第一球面鏡2102的中心點(diǎn)基本上處于第一橢圓鏡2101的第一焦點(diǎn)的同一位置處。第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的第一球面鏡2102的反射角度與第二焦點(diǎn)FP2側(cè)的光源I的放射角度Θ anode相同。第一輔助線2a側(cè)的第一橢圓鏡2101的開口端跨著第一輔助線2a向第一球面鏡2102伸出由光源I的陰極與陽極之間的間隔確定的距離S 2101。這是由于，如果第一球面鏡2102的開口端向第一輔助線2a延伸，那么，要避免多