JP2001148345A - Illuminating optical system, method and apparatus for exposing by using the system - Google Patents

Illuminating optical system, method and apparatus for exposing by using the system

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JP2001148345A
JP2001148345A JP2000274133A JP2000274133A JP2001148345A JP 2001148345 A JP2001148345 A JP 2001148345A JP 2000274133 A JP2000274133 A JP 2000274133A JP 2000274133 A JP2000274133 A JP 2000274133A JP 2001148345 A JP2001148345 A JP 2001148345A
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laser
optical
light
harmonic
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JP2000274133A
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Akihiro Goto
明弘 後藤
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To illuminate a reticle in an equivalent illumination distribution even when a laser beam emitted from an optical fiber bundle is used as an exposure light beam. SOLUTION: The laser beam (beam bundle) LB5 radiated from an optical fiber bundle in an exposure source 161 is used as an exposure light beam IL. This beam IL is passed through a DOE (Diffraction Optical Element) 32A as a first optical integrator constituted of a plurality of basic elements 32a of the size included in individual beam section included in the bundle. Thereafter, the beam IL is reduced in a spatial coherence by a vibration mirror 34, and is illuminated to the reticle 163 through a relay lens 35, a fly eye lens 36 as a second optical integrator (homogenizer), a relay lens 37, a mirror 38 and a condenser lens system 39.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被照射面を均一な
照度分布で照明するための照明光学装置に関し、特に半
導体素子、撮像素子(CCDなど)、液晶表示素子、プ
ラズマディスプレイ素子、及び薄膜磁気ヘッドなどのマ
イクロデバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工
程で使用される露光装置に使用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical device for illuminating a surface to be illuminated with a uniform illuminance distribution, and more particularly to a semiconductor device, an imaging device (such as a CCD), a liquid crystal display device, a plasma display device, and a thin film. It is suitable for use in an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing a micro device such as a magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体集積回路を製造するための
フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マス
クとしてのレチクル(フォトマスク)上に精密に描かれ
た回路パターンを、基板としてのフォトレジストを塗布
したウエハ上に光学的に縮小して投影露光する。この露
光時におけるウエハ上での最小パターン寸法(解像度)
を小さくするのに最も単純かつ有効な方法の一つは、露
光光の波長(露光波長)を小さくすることである。ここ
で露光光の短波長化の実現と合わせて、露光光源を構成
する上で備えるべきいくつかの条件につき説明する。
2. Description of the Related Art For example, an exposure apparatus used in a photolithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit uses a circuit pattern precisely drawn on a reticle (photomask) as a mask and a photoresist as a substrate. The coated wafer is optically reduced and projected and exposed. Minimum pattern size (resolution) on the wafer during this exposure
Is one of the simplest and most effective methods for reducing the wavelength of the exposure light (exposure wavelength). Here, a description will be given of some conditions to be provided for configuring an exposure light source, together with the realization of a shorter wavelength of exposure light.

【0003】第1に、例えば数ワットの強力な光出力が
求められる。これは集積回路パターンの露光、転写に要
する時間を短くして、スループットを高めるために必要
である。第2に、露光光が波長300nm以下の紫外光
の場合には、投影光学系の屈折部材(レンズ)として使
用できる光学材料が限られ、色収差の補正が難しくなっ
てくる。このため露光光の単色性が必要であり、露光光
のスペクトル線幅は1pm程度以下にすることが求めら
れる。
First, a strong light output of, for example, several watts is required. This is necessary to shorten the time required for exposing and transferring the integrated circuit pattern and to increase the throughput. Second, when the exposure light is ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less, optical materials that can be used as a refraction member (lens) of the projection optical system are limited, and it becomes difficult to correct chromatic aberration. Therefore, monochromaticity of the exposure light is required, and the spectral line width of the exposure light is required to be about 1 pm or less.

【0004】第3に、このスペクトル線幅の狭帯化に伴
いコヒーレンス(可干渉性)が高くなるため、狭い線幅
の光をそのまま照射すると、スペックルと呼ばれる不要
な干渉パターンが生ずる。従ってこのスペックルの発生
を抑制するために、露光光源ではコヒーレンスを低下さ
せる必要がある。これらの条件を満たす従来の短波長の
光源の一つは、レーザの発振波長自身が短波長であるエ
キシマレーザを用いた光源であり、もう一つは赤外又は
可視域のレーザの高調波発生を利用した光源である。
Third, coherence (coherence) increases with the narrowing of the spectral line width. Therefore, if light having a narrow line width is directly irradiated, an unnecessary interference pattern called speckle occurs. Therefore, in order to suppress the occurrence of this speckle, it is necessary to reduce coherence in the exposure light source. One of the conventional short-wavelength light sources that satisfies these conditions is a light source that uses an excimer laser whose oscillation wavelength itself is a short wavelength, and the other is the generation of harmonics of an infrared or visible laser. It is a light source utilizing the above.

【0005】このうち、前者の短波長光源としては、K
rFエキシマレーザ(波長248nm)が使用されてお
り、現在では更に短波長のArFエキシマレーザ(波長
193nm)を使用する露光装置の開発が進められてい
る。更に、エキシマレーザの仲間であるF2 レーザ(波
長157nm)の使用も提案されている。しかし、これ
らのエキシマレーザは大型であること、発振周波数が現
状では数kHz程度であるため、単位時間当たりの照射
エネルギーを高めるためには1パルス当たりのエネルギ
ーを大きくする必要があり、このためにいわゆるコンパ
クション等によって光学部品の透過率変動等が生じやす
いこと、メインテナンスが煩雑でかつ費用が高額となる
ことなどの種々の問題があった。
Among them, the former short wavelength light source is K
An rF excimer laser (wavelength: 248 nm) is used, and an exposure apparatus using an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) having a shorter wavelength is currently being developed. Furthermore, it has been proposed the use of F 2 laser is a fellow excimer laser (wavelength 157 nm). However, these excimer lasers are large in size and the oscillation frequency is about several kHz at present, so that it is necessary to increase the energy per pulse in order to increase the irradiation energy per unit time. There have been various problems such as the fact that the transmittance of the optical component tends to fluctuate due to so-called compaction, etc., and that the maintenance is complicated and the cost is high.

【0006】また後者の方法としては、非線形光学結晶
の2次の非線形光学効果を利用して、長波長の光(赤外
光、可視光)をより短波長の紫外光に変換する方法があ
る。例えば文献「“Longitudinally diode pumped cont
inuous wave 3.5W green laser”,L. Y. Liu, M. Oka,
W. Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.1
9,p189(1994) 」では、半導体レーザ光で励起された固
体レーザからの光を波長変換するレーザ光源が開示され
ている。この従来例では、Nd:YAGレーザの発する
1064nmのレーザ光を、非線形光学結晶を用いて波
長変換し、4倍高調波の266nmの光を発生させる方
法が記載されている。なお、固体レーザとは、レーザ媒
質が固体であるレーザの総称である。
As the latter method, there is a method of converting long-wavelength light (infrared light or visible light) into shorter-wavelength ultraviolet light by utilizing the second-order nonlinear optical effect of a nonlinear optical crystal. . For example, in the document “Longitudinally diode pumped cont
inuous wave 3.5W green laser ”, LY Liu, M. Oka,
W. Wiechmann and S. Kubota; Optics Letters, vol.1
9, p189 (1994) "discloses a laser light source for converting the wavelength of light from a solid-state laser excited by semiconductor laser light. In this conventional example, a method is described in which a 1064 nm laser beam emitted from an Nd: YAG laser is wavelength-converted using a nonlinear optical crystal to generate 266 nm light of a fourth harmonic. Note that a solid-state laser is a general term for a laser whose laser medium is solid.

【0007】また、例えば特開平8−334803号公
報では、半導体レーザを備えたレーザ光発生部と、この
レーザ光発生部からの光を非線形光学結晶により紫外光
に波長変換する波長変換部とから構成されるレーザ要素
を複数個、マトリックス状(例えば10×10)に束ね
たアレイレーザが提案されている。
[0007] For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-334803, a laser light generator provided with a semiconductor laser and a wavelength converter for converting light from the laser light generator into ultraviolet light by a nonlinear optical crystal are used. There has been proposed an array laser in which a plurality of laser elements are bundled in a matrix (for example, 10 × 10).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このような構成の従来
のアレイレーザでは、個々のレーザ要素の光出力を低く
抑えつつ、装置全体の光出力を高出力とすることがで
き、各非線形光学結晶への負担を軽減することができ
る。しかし、一方では、個々のレーザ要素が独立してい
ることから、露光装置への適用を考慮した場合には、レ
ーザ要素全体でその発振スペクトルを全幅で1pm程度
以下まで一致させる必要がある。
In the conventional array laser having such a configuration, the optical output of the entire apparatus can be increased while the optical output of each laser element is suppressed low. The burden on the user can be reduced. However, on the other hand, since the individual laser elements are independent, it is necessary to match the oscillation spectrum of the entire laser element to about 1 pm or less in the entire width in consideration of application to an exposure apparatus.

【0009】このため、例えば、各レーザ要素に自律的
に同一波長の単一縦モード発振をさせるためには、各々
のレーザ要素の共振器長を調整し、あるいは共振器中に
波長選択素子を挿入したりする必要があった。しかし、
これらの方法は、その調整が微妙であること、構成する
レーザ要素が多くなればなるほど全体を同一波長で発振
させるのに複雑な構成が必要になること等の問題があっ
た。
For this reason, for example, in order for each laser element to autonomously oscillate in a single longitudinal mode having the same wavelength, the resonator length of each laser element is adjusted, or a wavelength selection element is provided in the resonator. Or had to be inserted. But,
These methods have problems such as that the adjustment is delicate, and that the more laser elements that compose, the more complicated the configuration is required to oscillate the whole at the same wavelength.

【0010】一方、これら複数のレーザを能動的に単一
波長化する方法としてインジェクションシード法がよく
知られている(例えば、「Walter Koechner; Solid-sta
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249」参照)。これは、発振スペ
クトル線幅の狭い単一のレーザ光源からの光を複数のレ
ーザ要素に分岐し、このレーザ光を誘導波として用いる
ことにより、各レーザ要素の発振波長を同調させ、かつ
スペクトル線幅を狭帯域化するという方法である。しか
し、この方法では、シード光を各レーザ要素に分岐する
光学系や、発振波長の同調制御部を必要とするため構造
が複雑になるという問題があった。
On the other hand, an injection seed method is well known as a method for actively converting a plurality of lasers to a single wavelength (for example, “Walter Koechner; Solid-stadium”).
te Laser Engineering, 3rd Edition, Springer Series
in Optical Science, Vol.1, Springer-Verlag, ISBN
0-387-53756-2, p246-249 "). This is because the light from a single laser light source with a narrow oscillation spectrum line width is split into a plurality of laser elements, and this laser light is used as a guided wave to tune the oscillation wavelength of each laser element, and This is a method of narrowing the width. However, this method has a problem that the structure is complicated because an optical system for branching the seed light to each laser element and a tuning control unit for the oscillation wavelength are required.

【0011】更に、このようなアレイレーザは、従来の
エキシマレーザに比べて装置全体を格段に小さくするこ
とが可能だが、それでもアレイ全体の出力ビーム径を数
cm以下におさえるパッケージングは困難であった。ま
た、このように構成されたアレイレーザでは、各アレイ
ごとに波長変換部が必要となるため高価となること、ア
レイを構成するレーザ要素の一部にアライメントずれが
生じた場合や構成する光学素子に損傷が発生した場合
に、このレーザ要素の調整をするためには、一度アレイ
全体を分解してこのレーザ要素を取り出し、調整した上
で再度アレイを組み立て直す必要があることなどの課題
があった。
Further, such an array laser can significantly reduce the size of the entire device as compared with a conventional excimer laser, but it is still difficult to reduce the output beam diameter of the entire array to several cm or less. Was. In addition, the array laser configured as described above is expensive because a wavelength conversion unit is required for each array, and it is expensive when a part of the laser elements forming the array is misaligned or when the optical element is configured. In the event that damage occurs to the laser element, there are issues such as the need to disassemble the entire array, take out the laser element once, adjust it, and reassemble the array in order to adjust this laser element. Was.

【0012】また、複数の光ファイバーを束ねた光ファ
イバー・バンドルからのレーザ光を露光光として使用す
る方法も試みられているが、この場合には、光ファイバ
ーの直径が125μm程度であり、フライアイレンズの
レンズ素子(通常2mm角程度)よりも小さいため、照
度分布の均一化を十分に図ることができないという問題
があった。また、光ファイバー・バンドルからのレーザ
光は細いビームの束ね合わせになっており、エキシマレ
ーザのような連続分布ではないため、照度分布を均一化
するためにダブルフライアイシステムを適用しても、イ
ンテグレート効果、即ち、照度分布の均一性は低下して
しまう。
Further, a method of using laser light from an optical fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled as exposure light has been attempted. In this case, the diameter of the optical fiber is about 125 μm, and the fly-eye lens is Since it is smaller than a lens element (usually about 2 mm square), there is a problem that the illuminance distribution cannot be sufficiently uniformized. In addition, since the laser light from the optical fiber bundle is a bundle of narrow beams and is not a continuous distribution like an excimer laser, even if a double fly-eye system is applied to make the illuminance distribution uniform, integration The effect, that is, the uniformity of the illuminance distribution is reduced.

【0013】本発明は斯かる点に鑑み、光ファイバー・
バンドルから射出されるレーザ光を露光光として使用す
るような場合であっても、照度分布の均一化を図ること
のできる照明光学装置を提供することを第1の目的とす
る。更に本発明は、露光装置の光源に使用できると共
に、装置を小型化でき、かつメンテナンスの容易な照明
光学装置を提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and
It is a first object of the present invention to provide an illumination optical device capable of achieving a uniform illuminance distribution even when laser light emitted from a bundle is used as exposure light. A second object of the present invention is to provide an illumination optical device which can be used as a light source of an exposure apparatus, can be downsized, and can be easily maintained.

【0014】また、本発明は発振周波数を高くして、か
つ全体としての発振スペクトル線幅を簡単な構成で狭く
できる照明光学装置を提供することを第3の目的とす
る。更に本発明は、そのような照明光学装置を用いた露
光方法、及びコンパクトで自由度の高い露光装置を提供
することをも目的とする。
It is a third object of the present invention to provide an illumination optical apparatus capable of increasing the oscillation frequency and narrowing the overall oscillation spectrum line width with a simple configuration. Another object of the present invention is to provide an exposure method using such an illumination optical device, and a compact and highly flexible exposure device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による照明光学装
置は、単一波長の紫外光を発生するレーザ装置(16
1)と、このレーザ装置からのレーザ光により被照射面
を照明する照明光学系(162)とを有する照明光学装
置において、そのレーザ装置は、赤外域から可視域まで
の波長範囲内で単一波長のレーザ光を発生するレーザ光
発生部(11)と、このレーザ光発生部から発生された
レーザ光を伝送する光ファイバーを束ねた光ファイバー
・バンドル(19)と、その光ファイバー・バンドルか
らのレーザ光を非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変
換する波長変換部(20)とを含み、その照明光学系
は、そのレーザ光を発散する複数の基本素子(32a)
から形成される拡散素子からなる第1のオプティカル・
インテグレータ(32A)と、この第1のオプティカル
・インテグレータを通過したレーザ光より複数の光源像
を形成する第2のオプティカル・インテグレータ(3
6)とを含むものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An illumination optical device according to the present invention is a laser device (16) for generating ultraviolet light of a single wavelength.
1) and an illumination optical system (162) for illuminating a surface to be illuminated with laser light from the laser device, wherein the laser device has a single wavelength within a wavelength range from an infrared region to a visible region. A laser light generator (11) for generating laser light of a wavelength, an optical fiber bundle (19) in which optical fibers for transmitting the laser light generated from the laser light generator are bundled, and laser light from the optical fiber bundle And a wavelength conversion unit (20) for converting the wavelength into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal. The illumination optical system includes a plurality of basic elements (32a) for diverging the laser light.
A first optical element comprising a diffusion element formed from
An integrator (32A) and a second optical integrator (3A) that forms a plurality of light source images from the laser light passing through the first optical integrator.
6).

【0016】斯かる本発明の照明光学装置によれば、第
1のオプティカル・インテグレータである拡散素子とし
て、例えばDOE(Diffractive Optical Element: 回折
光学素子)を使用し、第2のオプティカル・インテグレ
ータとして、例えばフライアイレンズを使用する。フラ
イアイレンズは、通常2mm角程度のレンズ素子より構
成されるが、DOEを構成する基本素子は、100μm
角程度まで小さくできる。従って、例えば直径125μ
m程度の複数の光ファイバーから構成されるの光ファイ
バー・バンドルからのレーザ光を露光光として使用する
ような場合であっても、照度分布の均一性の向上を図る
ことができる。
According to the illumination optical apparatus of the present invention, for example, a DOE (Diffractive Optical Element) is used as a diffusing element as a first optical integrator, and a second optical integrator is used as a second optical integrator. For example, a fly-eye lens is used. A fly-eye lens is usually composed of a lens element of about 2 mm square, and the basic element constituting the DOE is 100 μm
It can be as small as an angle. Thus, for example, 125 μm in diameter
Even when laser light from an optical fiber bundle composed of a plurality of optical fibers of about m is used as exposure light, the uniformity of the illuminance distribution can be improved.

【0017】なお、DOEを構成する基本素子とは、所
望のファーフィールド光分布を発生するための必要かつ
十分な最小単位を指すものとする。例えば第1のオプテ
ィカル・インテグレータとしてフライアイレンズを使用
する場合には、フライアイレンズに含まれる各要素レン
ズ素子が基本素子に対応する。また、そのレーザ光発生
部としては、例えば発振波長が制御されたDFB(Dist
ributed feedback)半導体レーザ、又はファイバーレー
ザ等の小型で発振スペクトルの狭い光源を使用すること
ができる。そして、そのレーザ光発生部からの単一波長
のレーザ光を複数段の光ファイバー増幅器で増幅した
後、非線形光学結晶で紫外光に変換することによって、
高出力で単一波長の狭いスペクトル幅の紫外光を得るこ
とができる。従って、小型でかつメンテナンスの容易な
レーザ装置を有する照明光学装置を提供できる。
Note that the basic element constituting the DOE indicates a necessary and sufficient minimum unit for generating a desired far-field light distribution. For example, when a fly-eye lens is used as the first optical integrator, each element lens element included in the fly-eye lens corresponds to a basic element. As the laser light generating unit, for example, a DFB (Dist
ributed feedback) A small light source having a narrow oscillation spectrum such as a semiconductor laser or a fiber laser can be used. Then, by amplifying the single-wavelength laser light from the laser light generation unit with a plurality of stages of optical fiber amplifiers, and converting it to ultraviolet light with a nonlinear optical crystal,
It is possible to obtain a high-output, single-wavelength, narrow-spectrum ultraviolet light. Therefore, it is possible to provide an illumination optical device having a laser device that is small and easy to maintain.

【0018】この場合、光ファイバー増幅器としては、
例えばエルビウム(Er)・ドープ・光ファイバー増幅
器(Erbium-Doped Fiber Amplifier: EDFA)、イッ
テルビウム(Yb)・ドープ・光ファイバー増幅器(Y
DFA)、プラセオジム(Pr)・ドープ・光ファイバ
ー増幅器(PDFA)、又はツリウム(Tm)・ドープ
・光ファイバー増幅器(TDFA)等を使用することが
できる。
In this case, as the optical fiber amplifier,
For example, erbium (Er) -doped optical fiber amplifier (EDFA), ytterbium (Yb) -doped optical fiber amplifier (Y
DFA), praseodymium (Pr) -doped optical fiber amplifier (PDFA), thulium (Tm) -doped optical fiber amplifier (TDFA), or the like can be used.

【0019】また、光ファイバー増幅器として、例えば
エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器(EDFA)
を使用する場合、励起光としては980nm及び148
0nmの光を使用できる。ところが、励起波長として、
980nmを用いる場合、1480nmを用いる場合に
比較して、単位長さ当たりの利得が大きくなる。従っ
て、所望の利得を得るために必要なファイバー長を短く
することができ、ノイズの主要因であるASE(Amplif
ied Spontaneous Emission)を小さくできる。このた
め、980nm励起では1480nm励起に比較して、
光ファイバー増幅器のノイズを低減できる。また、各レ
ーザ光は共通のレーザ光発生部から発生しているため、
最終的に得られる紫外光のスペクトル線幅は狭くなって
いる。
As an optical fiber amplifier, for example, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA)
Is used, the excitation light is 980 nm and 148 nm.
0 nm light can be used. However, as the excitation wavelength,
When 980 nm is used, the gain per unit length is larger than when 1480 nm is used. Therefore, the fiber length required to obtain a desired gain can be shortened, and ASE (Amplif
ied Spontaneous Emission) can be reduced. For this reason, the 980 nm excitation, compared to the 1480 nm excitation,
The noise of the optical fiber amplifier can be reduced. Also, since each laser beam is generated from a common laser beam generator,
The spectral line width of the finally obtained ultraviolet light is narrow.

【0020】更に、そのレーザ光は光変調器等によって
例えば100kHz程度の高い周波数で容易に変調する
ことができる。従って、エキシマレーザ光(周波数は数
kHz程度)を使用する場合に比べて、同じ照度を得る
ためにはパルスエネルギーを1/10〜1/100程度
にできるため、露光光源として用いた場合に、コンパク
ション等による光学部材の透過率変動が殆ど無くなり、
安定にかつ高精度に露光を行うことができる。
Further, the laser light can be easily modulated at a high frequency of, for example, about 100 kHz by an optical modulator or the like. Therefore, compared with the case of using excimer laser light (frequency is about several kHz), the pulse energy can be reduced to about 1/10 to 1/100 to obtain the same illuminance. Fluctuation of transmittance of optical members due to compaction etc. is almost eliminated,
Exposure can be performed stably and with high accuracy.

【0021】次に、本発明の波長変換部の構成について
は、複数の非線形光学結晶の2次高調波発生(SHG)
及び和周波発生(SFG)の組み合わせによって、基本
波に対して任意の整数倍の周波数(波長は整数分の1)
の高調波よりなる紫外光を容易に出力することができ
る。そして、例えばレーザ光発生部で波長が1.5μ
m、特に1.544〜1.552μmに限定されたレー
ザ光を放射し、波長変換部でその基本波の8倍高調波の
発生を行う構成によって、ArFエキシマレーザと実質
的に同一波長の193〜194nmの紫外光が得られ
る。また、レーザ光発生部として波長が1.5μm付
近、特に1.57〜1.58μmに限定されたレーザ光
を放射し、波長変換部でその基本波の10倍高調波の発
生を行う構成によって、F2 レーザと実質的に同一波長
の157〜158nmの紫外光が得られる。同様に、例
えばレーザ光発生部として波長が1.1μm付近、特に
1.099〜1.106μmに限定されたレーザ光を放
射し、波長変換部でその基本波の7倍高調波の発生を行
う構成によって、F2 レーザと実質的に同一波長の紫外
光が得られる。
Next, regarding the configuration of the wavelength conversion section of the present invention, the second harmonic generation (SHG) of a plurality of nonlinear optical crystals will be described.
And the sum frequency generation (SFG), the frequency of which is an integral multiple of the fundamental wave (the wavelength is 1 / integer)
Can be easily output. Then, for example, the wavelength is 1.5 μm in the laser light generating section.
m, in particular, a laser beam limited to 1.544 to 1.552 μm, and the wavelength converter generates an eighth harmonic of the fundamental wave, so that a wavelength of 193 is substantially the same as that of the ArF excimer laser. UV light of 19194 nm is obtained. In addition, the laser light generating section emits laser light having a wavelength of about 1.5 μm, particularly 1.57 to 1.58 μm, and the wavelength conversion section generates a tenth harmonic of the fundamental wave. , ultraviolet light 157~158nm of F 2 laser and substantially the same wavelength can be obtained. Similarly, for example, a laser beam generator emits a laser beam having a wavelength around 1.1 μm, particularly 1.099 to 1.106 μm, and a wavelength converter generates a seventh harmonic of the fundamental wave. Depending on the configuration, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser can be obtained.

【0022】また、本発明において、その基本素子の一
つの大きさは、その基本素子に入射するビームバンドル
内に含まれる個々のビーム断面の中に包含される大きさ
であることが望ましい。次に、本発明による露光方法
は、本発明の照明光学装置(161,162)からの紫
外光を使用する露光方法であって、その紫外光をマスク
(163)に照射し、このマスクのパターンを通過した
紫外光で基板(166)を露光するものである。また、
本発明による露光装置は、本発明の照明光学装置(16
1,162)と、マスク(163)のパターンの像を基
板上に投影する投影光学系(165)とを有し、その照
明光学装置からの紫外光をマスクに照射し、このマスク
のパターンを通過したその紫外光でその基板(166)
を露光するものである。本発明の照明光学装置の使用に
よって、装置全体を小型化でき、かつメンテナンスが容
易になる。
In the present invention, it is desirable that the size of one of the basic elements is a size included in each beam cross section included in a beam bundle incident on the basic element. Next, the exposure method according to the present invention is an exposure method using the ultraviolet light from the illumination optical device (161, 162) of the present invention, and irradiates the ultraviolet light to the mask (163) to form a pattern on the mask. The substrate (166) is exposed with ultraviolet light passed through the substrate. Also,
The exposure apparatus according to the present invention includes the illumination optical apparatus (16) according to the present invention.
1, 162) and a projection optical system (165) for projecting an image of the pattern of the mask (163) onto the substrate, and irradiating the mask with ultraviolet light from the illumination optical device, and changing the pattern of the mask. The substrate is passed by the ultraviolet light (166).
Is exposed. By using the illumination optical device of the present invention, the entire device can be reduced in size and maintenance can be facilitated.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の露光装置に本発明を適用したもの
である。図1(a)は、本例の露光装置に使用される紫
外光発生装置(紫外光を発生するレーザ装置)を示し、
この図1(a)において、レーザ光発生部としての単一
波長発振レーザ11からスペクトル幅の狭い単一波長の
連続波(CW)よりなる波長1.544μmのレーザ光
LB1が発生する。このレーザ光LB1は、逆向きの光
を阻止するためのアイソレータIS1を介して光変調器
としての光変調素子12に入射し、ここでパルス光のレ
ーザ光LB2に変換されて光分岐増幅部4に入射する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to an exposure apparatus of a step-and-scan method. FIG. 1A shows an ultraviolet light generation device (a laser device that generates ultraviolet light) used in the exposure apparatus of the present embodiment,
In FIG. 1A, a laser beam LB1 having a wavelength of 1.544 μm, which is a single-wavelength continuous wave (CW) having a narrow spectrum width, is generated from a single-wavelength oscillation laser 11 as a laser light generation unit. The laser light LB1 is incident on an optical modulation element 12 as an optical modulator via an isolator IS1 for blocking light in the opposite direction, where it is converted into a pulsed laser light LB2, Incident on.

【0024】光分岐増幅部4に入射したレーザ光LB2
は、先ず前段の光増幅部としての光ファイバー増幅器1
3を通過して増幅された後、アイソレータIS2を介し
て第1の光分岐素子としての平面導波路型のスプリッタ
14に入射して、m本のほぼ同一強度のレーザ光に分岐
される。mは2以上の整数であり、本例ではm=4であ
る。光ファイバー増幅器13としては、単一波長発振レ
ーザ11から発生されるレーザ光LB1と同じ波長域
(本例では1.544μm付近)の光を増幅するため
に、エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器(Erbium
-Doped Fiber Amplifier: EDFA)が使用されてい
る。なお、光ファイバー増幅器13には不図示のカップ
リング用の波長分割多重素子を介して不図示の励起用の
半導体レーザからの波長980nmの励起光が供給され
ている。エルビウム・ドープ・光ファイバー増幅器(E
DFA)には980nm又は1480nmの励起光が使
用できる。しかしながら、非線形効果による波長の広が
りを防止するためには、励起光として波長980nmの
レーザ光を使用して、ファイバー長を短くすることが望
ましい。これによって、1480nmの光を励起光に使
用する場合に比べてASE(Amplified Spontaneous Em
ission)による光ファイバー増幅器13のノイズを小さ
くできる。これは後段の光ファイバー増幅器についても
同様である。
The laser beam LB2 incident on the optical branching amplifier 4
First, an optical fiber amplifier 1 as an optical amplification unit in the previous stage
After being amplified by passing through the splitter 3, the light enters the planar waveguide type splitter 14 as the first optical splitter via the isolator IS2, and is split into m laser beams having substantially the same intensity. m is an integer of 2 or more, and in this example, m = 4. The optical fiber amplifier 13 is an erbium-doped optical fiber amplifier (Erbium) in order to amplify light in the same wavelength range (around 1.544 μm in this example) as the laser beam LB1 generated from the single-wavelength oscillation laser 11.
-Doped Fiber Amplifier (EDFA) is used. The optical fiber amplifier 13 is supplied with pumping light having a wavelength of 980 nm from a pumping semiconductor laser (not shown) via a coupling wavelength division multiplexing device (not shown). Erbium-doped optical fiber amplifier (E
For DFA), 980 nm or 1480 nm excitation light can be used. However, in order to prevent the wavelength from spreading due to the non-linear effect, it is desirable to use a laser beam having a wavelength of 980 nm as the excitation light and to shorten the fiber length. As a result, the ASE (Amplified Spontaneous Emulation) is compared with the case where the light of 1480 nm is used as the excitation light.
The noise of the optical fiber amplifier 13 due to ission can be reduced. This is the same for the optical fiber amplifier at the subsequent stage.

【0025】スプリッタ14から射出されたm本のレー
ザ光は、互いに異なる長さの光ファイバー15−1,1
5−2,…,15−mを介してそれぞれ第2の光分岐素
子としての平面導波路型のスプリッタ16−1,16−
2,…,16−mに入射して、それぞれほぼ同一強度の
n本のレーザ光に分岐される。nは2以上の整数であ
り、本例ではn=32である。その結果、単一波長発振
レーザ11から射出されるレーザ光LB1は、全体とし
てn・m本(本例では128本)のレーザ光に分割され
る。
The m laser beams emitted from the splitter 14 are coupled to optical fibers 15-1 and 15-1 having different lengths.
5-2,..., 15-m, the planar waveguide type splitters 16-1 and 16- as the second optical branching elements, respectively.
, 16-m, and is branched into n laser beams having substantially the same intensity. n is an integer of 2 or more, and in this example, n = 32. As a result, the laser beam LB1 emitted from the single-wavelength oscillation laser 11 is divided into nm (m in this example, 128) laser beams as a whole.

【0026】そして、スプリッタ16−1から射出され
たn本のレーザ光LB3は、互いに異なる長さの光ファ
イバー17−1,17−2,…,17−nを介してそれ
ぞれ後段の光増幅部としての光増幅ユニット18−1,
18−2,…,18−nに入射して増幅される。光増幅
ユニット18−1〜18−nは、単一波長発振レーザ1
1から発生されるレーザ光LB1と同じ波長域(本例で
は1.544μm付近)の光を増幅する。同様に他のス
プリッタ16−2〜16−mから射出されたn本のレー
ザ光も、それぞれ互いに異なる長さの光ファイバー17
−1〜17−nを介して後段の光増幅部としての光増幅
ユニット18−1〜18−nに入射して増幅される。
The n laser beams LB3 emitted from the splitter 16-1 are respectively provided as optical amplifiers at the subsequent stage via optical fibers 17-1, 17-2,..., 17-n having different lengths. Optical amplification unit 18-1,
, 18-n and amplified. The optical amplification units 18-1 to 18-n are single-wavelength oscillation lasers 1
Amplify the light in the same wavelength range (around 1.544 μm in this example) as the laser light LB1 generated from No. 1. Similarly, the n laser beams emitted from the other splitters 16-2 to 16-m also have optical fibers 17 having different lengths from each other.
The light enters the optical amplification units 18-1 to 18-n as optical amplification units at the subsequent stage via -1 to 17-n and is amplified.

【0027】m組の光増幅ユニット18−1〜18−n
で増幅されたレーザ光は、それぞれ光増幅ユニット18
−1〜18−n内の所定の物質がドープされた光ファイ
バー(後述)の射出端の延長部を伝播し、これらの延長
部が光ファイバー・バンドル19を構成する。光ファイ
バー・バンドル19を構成するm組のn本の光ファイバ
ーの延長部の長さは互いにほぼ同一である。但し、光フ
ァイバー・バンドル19をm・n本の互いに同じ長さの
無ドープの光ファイバーを束ねて形成すると共に、光増
幅ユニット18−1〜18−nで増幅されたレーザ光を
それぞれ対応する無ドープの光ファイバーに導いてもよ
い。光ファイバー増幅器13から光ファイバー・バンド
ル19までの部材より光分岐増幅部4が構成されてい
る。
M sets of optical amplification units 18-1 to 18-n
The laser light amplified by the optical amplifier unit 18
A predetermined substance in -1 to 18-n propagates through an extension of an exit end of an optical fiber (described later) doped with a predetermined substance, and these extensions constitute an optical fiber bundle 19. The lengths of the extension parts of the m sets of n optical fibers constituting the optical fiber bundle 19 are substantially the same. However, the optical fiber bundle 19 is formed by bundling m · n undoped optical fibers having the same length, and irradiating the laser light amplified by the optical amplification units 18-1 to 18-n with the corresponding undoped optical fibers. Optical fiber. The optical branching amplifier 4 is composed of members from the optical fiber amplifier 13 to the optical fiber bundle 19.

【0028】光ファイバー・バンドル19から射出され
たレーザ光LB4は、非線形光学素子を有する波長変換
部20に入射して紫外光よりなるレーザ光LB5に変換
され、このレーザ光LB5が露光光、アライメント光、
又は検査用の光として外部に射出される。また、光ファ
イバー・バンドル19の出力端19aは、図1(b)に
示すように、m・n本(本例では128本)の光ファイ
バーを密着するように、かつ外形が円形になるように束
ねている。実際には、その出力端19aの形状及び束ね
る光ファイバーの数は、後段の波長変換部20の構成、
及び本例の紫外光発生装置の使用条件等に応じて定めら
れる。光ファイバー・バンドル19を構成する各光ファ
イバーのクラッド直径は125μm程度であることか
ら、128本を円形に束ねた場合の光ファイバー・バン
ドル19の出力端19aの直径d1は、約2mm以下と
することができる。
The laser beam LB4 emitted from the optical fiber bundle 19 enters a wavelength converter 20 having a non-linear optical element and is converted into a laser beam LB5 made of ultraviolet light. The laser beam LB5 is used as an exposure light and an alignment light. ,
Alternatively, the light is emitted to the outside as inspection light. As shown in FIG. 1 (b), the output end 19a of the optical fiber bundle 19 bundles mn (128 in this example) optical fibers in close contact with each other and in a circular outer shape. ing. Actually, the shape of the output end 19a and the number of bundled optical fibers are determined by the configuration of the wavelength conversion unit 20 in the subsequent stage,
And it is determined according to the usage conditions of the ultraviolet light generation device of this example. Since the clad diameter of each optical fiber constituting the optical fiber bundle 19 is about 125 μm, the diameter d1 of the output end 19a of the optical fiber bundle 19 when 128 fibers are bundled in a circle can be set to about 2 mm or less. .

【0029】また、本例の波長変換部20では、入射す
るレーザ光LB4を8倍高調波(波長は1/8)、又は
10倍高調波(波長は1/10)よりなるレーザ光LB
5に変換する。単一波長発振レーザ11から射出される
レーザ光LB1の波長は1.544μmであるため、8
倍高調波の波長はArFエキシマレーザと同じ193n
mとなり、10倍高調波の波長はF2 レーザ(フッ素レ
ーザ)の波長(157nm)とほぼ同じ154nmとな
る。なお、レーザ光LB5の波長をよりF2 レーザ光の
波長に近付けたい場合には、波長変換部20で10倍高
調波を生成すると共に、単一波長発振レーザ11では波
長1.57μmのレーザ光を発生すればよい。
In the wavelength converter 20 of this embodiment, the incident laser beam LB4 is converted into a laser beam LB composed of an eighth harmonic (wavelength is 1/8) or a tenth harmonic (wavelength is 1/10).
Convert to 5. Since the wavelength of the laser beam LB1 emitted from the single-wavelength oscillation laser 11 is 1.544 μm,
The wavelength of the second harmonic is 193n which is the same as that of the ArF excimer laser.
m, and the wavelength of the 10th harmonic is 154 nm, which is almost the same as the wavelength (157 nm) of the F 2 laser (fluorine laser). To make the wavelength of the laser beam LB5 closer to the wavelength of the F 2 laser beam, the wavelength converter 20 generates the 10th harmonic and the single-wavelength oscillation laser 11 emits a 1.57 μm laser beam. Should be generated.

【0030】実用的には、単一波長発振レーザ11の発
振波長を1.544〜1.552μm程度に規定して、
8倍波に変換することにより、ArFエキシマレーザと
実質的に同一波長(193〜194nm)の紫外光が得
られる。そして、単一波長発振レーザ11の発振波長を
1.57〜1.58μm程度に規定して、10倍波に変
換することによってF2 レーザと実質的に同一波長(1
57〜158nm)の紫外光が得られる。従って、これ
らの紫外光発生装置をそれぞれArFエキシマレーザ光
源、及びF2 レーザ光源に代わる安価でメンテナンスの
容易な光源として使用することができる。
In practice, the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 is specified to be about 1.544 to 1.552 μm,
By converting to an eighth harmonic, ultraviolet light having substantially the same wavelength (193 to 194 nm) as the ArF excimer laser can be obtained. Then, the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 is specified to be about 1.57 to 1.58 μm, and is converted into a tenth harmonic, thereby substantially the same wavelength (1) as the F 2 laser.
57 to 158 nm). Therefore, it is possible to use these ultraviolet light generator as easy sources of each ArF excimer laser light source, and maintenance at low cost alternative to the F 2 laser light source.

【0031】なお、最終的にArFエキシマレーザ、又
はF2 レーザ等に近い波長域の紫外光を得る代わりに、
例えば製造対象の半導体デバイス等のパターンルールよ
り最適な露光波長(例えば160nm等)を決定し、こ
の理論的に最適な波長の紫外光を得るように単一波長発
振レーザ11の発振波長や波長変換部20における高調
波の倍率を決定するようにしてもよい。
Incidentally, instead of finally obtaining ultraviolet light in a wavelength range close to ArF excimer laser or F 2 laser, etc.,
For example, an optimum exposure wavelength (for example, 160 nm) is determined from a pattern rule of a semiconductor device or the like to be manufactured. The harmonic magnification in the unit 20 may be determined.

【0032】単一波長で発振する単一波長発振レーザ1
1としては、例えば発振波長1.544μm、連続波出
力(以下、「CW出力」ともいう)で出力が20mWの
InGaAsP構造のDFB(Distributed feedback:
分布帰還型)半導体レーザを用いる。ここでDFB半導
体レーザとは、縦モード選択性の低いファブリーペロー
型共振器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に形成
したもので、どのような状況下であっても単一縦モード
発振を行うように構成されている。DFB半導体レーザ
は、基本的に単一縦モード発振をすることから、その発
振スペクトル線幅は0.01pm以下に抑えられる。な
お、単一波長発振レーザ11としては、同様の波長領域
で狭帯域化されたレーザ光を発生する光源、例えばエル
ビウム(Er)・ドープ・ファイバー・レーザ等をも使
用することができる。
Single wavelength oscillation laser 1 oscillating at a single wavelength
For example, a DFB (Distributed feedback: InGaAsP structure) having an oscillation wavelength of 1.544 μm, a continuous wave output (hereinafter, also referred to as “CW output”), and an output of 20 mW.
(Distributed feedback type) semiconductor laser is used. Here, a DFB semiconductor laser is one in which a diffraction grating is formed in a semiconductor laser instead of a Fabry-Perot resonator having low longitudinal mode selectivity, and a single longitudinal mode oscillation can be performed under any circumstances. Is configured to do so. Since a DFB semiconductor laser basically oscillates in a single longitudinal mode, its oscillation spectrum line width can be suppressed to 0.01 pm or less. As the single-wavelength oscillation laser 11, a light source that generates laser light having a narrow band in the same wavelength region, for example, an erbium (Er) -doped fiber laser or the like can be used.

【0033】更に、本例の紫外光発生装置の出力波長は
用途に応じて特定波長に固定することが望ましい。その
ため、マスター発振器(Master Oscillator) としての単
一波長発振レーザ11の発振波長を一定波長に制御する
ための発振波長制御装置を設けている。通常、DFB半
導体レーザなどはヒートシンクの上に設けられ、これら
が筐体内に収納されている。そこで本例では、単一波長
発振レーザ11(DFB半導体レーザなど)に付設され
るヒートシンクに温度調整部5(例えばヒータ等の加熱
素子、ペルチェ素子等の吸熱素子、及びサーミスタ等の
温度検出素子よりなる)を固定し、その温度調整部5の
動作をコンピュータよりなる制御部1が制御して、その
ヒートシンク、ひいては単一波長発振レーザ11の温度
を高精度に制御する。また、制御部1は、ドライバ2を
介して単一波長発振レーザ11の駆動電力(一例として
駆動電流)を高精度に制御すると共に、ドライバ3を介
して光変調素子12を駆動する。
Further, it is desirable that the output wavelength of the ultraviolet light generator of this embodiment is fixed to a specific wavelength depending on the application. Therefore, an oscillation wavelength control device for controlling the oscillation wavelength of the single-wavelength oscillation laser 11 as a master oscillator (Master Oscillator) to a constant wavelength is provided. Usually, a DFB semiconductor laser or the like is provided on a heat sink, and these are housed in a housing. Therefore, in this example, a temperature adjustment unit 5 (for example, a heating element such as a heater, a heat absorbing element such as a Peltier element, and a temperature detecting element such as a thermistor) is attached to a heat sink attached to the single-wavelength oscillation laser 11 (such as a DFB semiconductor laser). ) Is fixed, and the operation of the temperature adjusting unit 5 is controlled by the control unit 1 composed of a computer, so that the temperature of the heat sink and thus the temperature of the single-wavelength oscillation laser 11 are controlled with high accuracy. The control unit 1 controls the driving power (for example, the driving current) of the single-wavelength oscillation laser 11 with high accuracy via the driver 2 and drives the light modulation element 12 via the driver 3.

【0034】そして、この発振波長を所定の波長に制御
する際のフィードバック制御のモニター波長としては、
DFB半導体レーザの発振波長、あるいは後述する波長
変換部20内での波長変換後の高調波出力(2倍波、3
倍波、4倍波等)の内から所望の波長制御を行うに当た
って必要な感度を与え、かつ最もモニターしやすい波長
を選択すればよい。
As the monitor wavelength for feedback control when controlling the oscillation wavelength to a predetermined wavelength,
The oscillation wavelength of the DFB semiconductor laser, or the harmonic output (2nd harmonic, 3rd harmonic) after wavelength conversion in the wavelength converter 20 described later.
It is sufficient to select a wavelength that gives the sensitivity required for performing the desired wavelength control from among the harmonics, the fourth harmonic and the like, and is the most easily monitored.

【0035】更に、半導体レーザなどではその電流制御
を行うことで、出力光をパルス発振させることができ
る。このため、本例では単一波長発振レーザ11(DF
B半導体レーザなど)の電力制御と光変調素子12とを
併用してパルス光を発生させることが好ましい。このよ
うにして得たパルス光出力を、初段のエルビウム・ドー
プの光ファイバー増幅器13に接続し、35dB(31
62倍)の光増幅を行う。このときパルス光は、ピーク
出力約63W、平均出力約6.3mWとなる。なお、こ
の光ファイバー増幅器13の代わりに複数段の光ファイ
バー増幅器を使用してもよい。
In a semiconductor laser or the like, the output light can be pulse-oscillated by controlling the current. For this reason, in this example, the single-wavelength oscillation laser 11 (DF
It is preferable to generate pulsed light by using both the power control of a B semiconductor laser and the light modulation element 12 together. The pulsed light output obtained in this way is connected to the first-stage erbium-doped optical fiber amplifier 13 to obtain 35 dB (31
(62 times). At this time, the pulse light has a peak output of about 63 W and an average output of about 6.3 mW. Note that a plurality of optical fiber amplifiers may be used instead of the optical fiber amplifier 13.

【0036】その初段の光ファイバー増幅器13の出力
を、スプリッタ14でまずチャネル0〜3の4個の出力
(本例ではm=4)に並列分割する。このチャネル0〜
3の各出力を、各々長さの異なる光ファイバー15−1
〜15−4に接続することにより、各光ファイバーから
の出力光には、光ファイバー長に対応した遅延時間が与
えられる。例えば本実施形態では、光ファイバー中の光
の伝搬速度を2×10 8 m/sであるとし、チャネル
0、1、2、3にそれぞれ0.1m、19.3m、3
8.5m、57.7mの長さの光ファイバー15−1〜
15−4を接続する。この場合、各光ファイバーの出口
での隣り合うチャネル間の光の遅延は96nsとなる。
The output of the first stage optical fiber amplifier 13
Are first output from the splitter 14 by four outputs of channels 0 to 3.
(M = 4 in this example). This channel 0
3 are connected to optical fibers 15-1 having different lengths.
~ 15-4 from each optical fiber
Output light has a delay time corresponding to the optical fiber length.
available. For example, in the present embodiment, the light in the optical fiber
Propagation speed of 2 × 10 8m / s and the channel
0.1m, 19.3m, 3 for 0, 1, 2, 3 respectively
8.5m, 57.7m long optical fiber 15-1
15-4 is connected. In this case, the exit of each optical fiber
The optical delay between adjacent channels in the above is 96 ns.

【0037】図2は、本例の光増幅ユニット18を示
し、この図2において、光増幅ユニット18は基本的に
2段のそれぞれエルビウム・ドープ・光ファイバー増幅
器(Erbium-Doped Fiber Amplifier:EDFA)よりな
る光ファイバー増幅器22及び25を接続して構成され
ている。そして、1段目の光ファイバー増幅器22の両
端部には、励起光をカップリングするための波長分割多
重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)素子
(以下、「WDM素子」と言う)21A及び21Bが接
続され、WDM素子21A及び21Bによってそれぞれ
励起光源としての半導体レーザ23Aからの励起光EL
1及び半導体レーザ23Bからの励起光(励起光EL1
と同一波長)が、光ファイバー増幅器22に前後から供
給されている。同様に、2段目の光ファイバー増幅器2
5の両端部にも、カップリング用のWDM素子21C及
び21Dが接続され、WDM素子21C及び21Dによ
ってそれぞれ半導体レーザ23C及び23Dからの励起
光が光ファイバー増幅器25に前後から供給されてい
る。半導体レーザ23C,23Dの励起光も互いに同一
波長であるが、第1段の励起光EL1とは同一波長でも
よく、異なる波長の場合もある。即ち、光ファイバー増
幅器22,25は共に双方向励起型である。
FIG. 2 shows the optical amplifying unit 18 of this embodiment. In FIG. 2, the optical amplifying unit 18 is basically composed of two stages of erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs). The optical fiber amplifiers 22 and 25 are connected. Wavelength division multiplexing (WDM) elements (hereinafter, referred to as "WDM elements") 21A and 21B for coupling pump light are connected to both ends of the first-stage optical fiber amplifier 22. Light EL from a semiconductor laser 23A as a pump light source by the WDM elements 21A and 21B, respectively.
1 and the excitation light from the semiconductor laser 23B (the excitation light EL1
) Are supplied to the optical fiber amplifier 22 from before and after. Similarly, the second-stage optical fiber amplifier 2
Coupling WDM elements 21C and 21D are also connected to both ends of 5, and pump light from semiconductor lasers 23C and 23D is supplied to optical fiber amplifier 25 from front and rear by WDM elements 21C and 21D, respectively. The pumping lights of the semiconductor lasers 23C and 23D have the same wavelength as each other, but may have the same wavelength as the first-stage pumping light EL1 or may have a different wavelength. That is, the optical fiber amplifiers 22 and 25 are both of a bidirectional pump type.

【0038】ところで、前述のように二重構造のクラッ
ドを持つ光ファイバー増幅器の出力波長として1.51
〜1.59μmを使用する場合には、ドープするイオン
としてエルビウム(Er)に加えイッテルビウム(Y
b)を共にドープすることが好ましい。これは半導体レ
ーザによる励起効率を向上させる効果があるためであ
る。
By the way, as described above, the output wavelength of the optical fiber amplifier having the cladding having the double structure is 1.51.
When using 1.59 μm, ytterbium (Y) in addition to erbium (Er) is added as ions to be doped.
Preferably, b) is co-doped. This is because there is an effect of improving the pumping efficiency by the semiconductor laser.

【0039】次に、図1の実施の形態の紫外光発生装置
における波長変換部20のいくつかの構成例につき説明
する。図3(a)は、2次高調波発生を繰り返して8倍
波を得ることができる波長変換部20を示し、この図3
(a)において、光ファイバー・バンドル19の出力端
19aから出力された波長1.544μm(周波数をω
とする)のレーザ光LB4の基本波は、1段目の非線形
光学結晶502に入射し、ここでの2次高調波発生によ
り基本波の周波数ωの2倍の周波数2ω(波長は1/2
の772nm)の2倍波が発生する。この2倍波は、レ
ンズ505を経て2段目の非線形光学結晶503に入射
し、ここでも再び2次高調波発生により、入射波の周波
数2ωの2倍、即ち基本波に対し4倍の周波数4ω(波
長は1/4の386nm)を持つ4倍波が発生する。発
生した4倍波は更にレンズ506を介して3段目の非線
形光学結晶504に進み、ここで再び2次高調波発生に
よって、入射波の周波数4ωの2倍、即ち基本波に対し
8倍の周波数8ωを有する8倍波(波長は1/8の19
3nm)が発生する。この8倍波は紫外のレーザ光LB
5として射出される。即ち、この構成例では、基本波
(波長1.544μm)→2倍波(波長772nm)→
4倍波(波長386nm)→8倍波(波長193nm)
の順に波長変換が行われる。
Next, some examples of the configuration of the wavelength converter 20 in the ultraviolet light generator of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3A shows a wavelength conversion unit 20 that can obtain an eighth harmonic by repeating the generation of the second harmonic.
In (a), the wavelength output from the output end 19a of the optical fiber bundle 19 is 1.544 μm (the frequency is ω
) Of the laser light LB4 is incident on the first-stage nonlinear optical crystal 502, where the second harmonic is generated, and the frequency 2ω (the wavelength is 2), which is twice the frequency ω of the fundamental wave.
(772 nm). The second harmonic wave enters the second-stage nonlinear optical crystal 503 through the lens 505, where the second harmonic is again generated, and the frequency is twice the frequency 2ω of the incident wave, ie, four times the fundamental wave. A fourth harmonic having 4ω (the wavelength is 4 of 386 nm) is generated. The generated fourth harmonic further proceeds to the third-stage nonlinear optical crystal 504 via the lens 506, where the second harmonic generation again causes the frequency to be twice the frequency 4ω of the incident wave, ie, eight times the fundamental wave. An eighth harmonic having a frequency of 8ω (the wavelength is 1/8
3 nm). This eighth harmonic is an ultraviolet laser beam LB
Injected as 5. That is, in this configuration example, the fundamental wave (wavelength: 1.544 μm) → the second harmonic wave (wavelength: 772 nm) →
4th harmonic (wavelength 386 nm) → 8th harmonic (wavelength 193 nm)
Are performed in this order.

【0040】その波長変換に使用する非線形光学結晶と
しては、例えば基本波から2倍波への変換を行う非線形
光学結晶502にはLiB3 5 (LBO)結晶を、2
倍波から4倍波への変換を行う非線形光学結晶503に
はLiB3 5 (LBO)結晶を、4倍波から8倍波へ
の変換を行う非線形光学結晶504にはSr2 Be2
2 7 (SBBO)結晶を使用する。ここで、LBO結
晶を使用した基本波から2倍波への変換には、波長変換
のための位相整合にLBO結晶の温度調節による整合方
法(Non-Critical Phase Matching:NCPM)を使用す
る。NCPMは、非線形光学結晶内での基本波と第二高
調波との間の角度ずれである「Walk-off」が起こらない
ため、高効率で2倍波への変換を可能にし、また発生し
た2倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため
有利である。
As the nonlinear optical crystal used for the wavelength conversion, for example, a LiB 3 O 5 (LBO) crystal is used for the nonlinear optical crystal 502 for converting a fundamental wave to a second harmonic.
LiB 3 O 5 (LBO) crystal is used for the nonlinear optical crystal 503 for converting the harmonic wave to the fourth harmonic, and Sr 2 Be 2 B for the nonlinear optical crystal 504 for converting the fourth harmonic to the eighth harmonic.
2 O 7 (SBBO) crystal is used. Here, in the conversion from the fundamental wave to the second harmonic using the LBO crystal, a non-critical phase matching (NCPM) by adjusting the temperature of the LBO crystal is used for phase matching for wavelength conversion. The NCPM enables conversion to the second harmonic wave with high efficiency and generates the "Walk-off", which is an angle shift between the fundamental wave and the second harmonic wave in the nonlinear optical crystal, and does not occur. The second harmonic is advantageous because it does not suffer from beam deformation due to walk-off.

【0041】なお、図3(a)において、光ファイバー
・バンドル19と非線形光学結晶502との間に、レー
ザ光LB4の入射効率を高めるために集光レンズを設け
ることが望ましい。この際に、光ファイバー・バンドル
19を構成する各光ファイバーのモード径(コア径)は
例えば20μm程度であり、非線形光学結晶中で変換効
率の高い領域の大きさは例えば200μm程度であるた
め、各光ファイバー毎に10倍程度の倍率の微小レンズ
を設けて、各光ファイバーから射出されるレーザ光を非
線形光学結晶502中に集光するようにしてもよい。こ
れは以下の構成例でも同様である。
In FIG. 3A, it is desirable to provide a condenser lens between the optical fiber bundle 19 and the nonlinear optical crystal 502 in order to increase the incidence efficiency of the laser beam LB4. At this time, the mode diameter (core diameter) of each optical fiber constituting the optical fiber bundle 19 is, for example, about 20 μm, and the size of the region having high conversion efficiency in the nonlinear optical crystal is, for example, about 200 μm. A microlens with a magnification of about 10 may be provided for each time, and the laser light emitted from each optical fiber may be focused on the nonlinear optical crystal 502. This is the same in the following configuration examples.

【0042】次に、図3(b)は2次高調波発生と和周
波発生とを組み合わせて8倍波を得ることができる波長
変換部20Aを示し、この図3(b)において、光ファ
イバー・バンドル19の出力端19aから射出された波
長1.544μmのレーザ光LB4の基本波は、LBO
結晶よりなり上記のNCPMで制御されている1段目の
非線形光学結晶507に入射し、ここでの2次高調波発
生により2倍波(波長722nm)が発生する。更に、
非線形光学結晶507中を基本波の一部がそのまま透過
する。この基本波及び2倍波は、共に直線偏光状態で波
長板(例えば1/2波長板)508を透過して、基本波
のみが偏光方向が90度回転した状態で射出される。こ
の基本波と2倍波とはそれぞれレンズ509を通って2
段目の非線形光学結晶510に入射する。
Next, FIG. 3B shows a wavelength converter 20A capable of obtaining an eighth harmonic by combining the generation of the second harmonic and the generation of the sum frequency. In FIG. The fundamental wave of the laser light LB4 having a wavelength of 1.544 μm emitted from the output end 19a of the bundle 19 is LBO
The light enters the first-stage nonlinear optical crystal 507 made of crystal and controlled by the NCPM, and a second harmonic (wavelength: 722 nm) is generated by the generation of the second harmonic. Furthermore,
A part of the fundamental wave passes through the nonlinear optical crystal 507 as it is. Both the fundamental wave and the second harmonic wave pass through a wave plate (for example, a half-wave plate) 508 in a state of linear polarization, and only the fundamental wave is emitted with the polarization direction rotated by 90 degrees. The fundamental wave and the second harmonic wave pass through the lens 509 and pass through the lens 509, respectively.
The light is incident on the nonlinear optical crystal 510 of the stage.

【0043】非線形光学結晶510では、1段目の非線
形光学結晶507で発生した2倍波と、変換されずに透
過した基本波とから和周波発生により3倍波(波長51
5nm)を得る。非線形光学結晶510としてはLBO
結晶が用いられるが、1段目の非線形光学結晶507
(LBO結晶)とは温度が異なるNCPMで使用され
る。非線形光学結晶510で得られた3倍波と、波長変
換されずに透過した2倍波とは、ダイクロイック・ミラ
ー511により分離されて、ダイクロイック・ミラー5
11で反射された3倍波は、ミラーM1で反射されレン
ズ513を通って3段目のβ−BaB2 4 (BBO)
結晶よりなる非線形光学結晶514に入射する。ここで
3倍波が2次高調波発生により6倍波(波長257n
m)に変換される。
In the nonlinear optical crystal 510, a third harmonic (wavelength 511) is generated from the second harmonic generated in the first-stage nonlinear optical crystal 507 and the fundamental wave transmitted without being converted.
5 nm). As the nonlinear optical crystal 510, LBO
A crystal is used, but the first-stage nonlinear optical crystal 507 is used.
It is used in the NCPM having a different temperature from (LBO crystal). The third harmonic obtained by the non-linear optical crystal 510 and the second harmonic transmitted without wavelength conversion are separated by the dichroic mirror 511, and the dichroic mirror 5
The third harmonic reflected by 11 is reflected by mirror M1, passes through lens 513, and the third stage β-BaB 2 O 4 (BBO)
The light enters a nonlinear optical crystal 514 made of a crystal. Here, the third harmonic becomes the sixth harmonic (wavelength 257n) due to the generation of the second harmonic.
m).

【0044】一方、ダイクロイック・ミラーを透過した
2倍波はレンズ512及びミラーM2を経てダイクロイ
ック・ミラー516に入射し、非線形光学結晶514で
得られた6倍波もレンズ515を経てダイクロイック・
ミラー516に入射し、ここでその2倍波と6倍波とは
同軸に合成されて4段目のBBO結晶よりなる非線形光
学結晶517に入射する。非線形光学結晶517では、
6倍波と2倍波とから和周波発生により8倍波(波長1
93nm)を得る。この8倍波は紫外のレーザ光LB5
として射出される。なお、4段目の非線形光学結晶51
7として、BBO結晶の代わりにCsLiB6 10(C
LBO)結晶を用いることも可能である。この波長変換
部20Aでは、基本波(波長1.544μm)→2倍波
(波長772nm)→3倍波(波長515nm)→6倍
波(波長257nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換が行われている。
On the other hand, the second harmonic transmitted through the dichroic mirror enters the dichroic mirror 516 via the lens 512 and the mirror M2, and the sixth harmonic obtained by the nonlinear optical crystal 514 also passes through the lens 515 to the dichroic mirror.
The light enters the mirror 516, where the second harmonic and the sixth harmonic are combined coaxially and incident on the nonlinear optical crystal 517 made of the fourth stage BBO crystal. In the nonlinear optical crystal 517,
Eighth harmonic (wavelength 1) by sum frequency generation from sixth harmonic and second harmonic
93 nm). This eighth harmonic is generated by the ultraviolet laser beam LB5.
Injected as The fourth-stage nonlinear optical crystal 51
As CsLiB 6 O 10 (C
It is also possible to use (LBO) crystals. In the wavelength conversion unit 20A, the wavelength is changed in the order of fundamental wave (wavelength 1.544 μm) → second harmonic wave (wavelength 772 nm) → third harmonic wave (wavelength 515 nm) → sixth harmonic wave (wavelength 257 nm) → eighth harmonic wave (wavelength 193 nm). A conversion has been made.

【0045】このように6倍波と2倍波との一方が分岐
光路を通って4段目の非線形光学結晶517に入射する
構成では、6倍波と2倍波とをそれぞれ4段目の非線形
光学結晶517に集光して入射させるレンズ515,5
12を互いに異なる光路に配置することができる。この
場合、3段目の非線形光学結晶514で発生した6倍波
はその断面形状がWalk-off現象により長円形になってい
るため、4段目の非線形光学結晶517で良好な変換効
率を得るためには、その6倍波のビーム整形を行うこと
が望ましい。そこで本例のように、レンズ515,51
2を別々の光路に配置することにより、例えばレンズ5
15としてシリンドリカルレンズ対を用いること等が可
能となり、6倍波のビーム整形を容易に行うことができ
る。このため、4段目の非線形光学結晶(BBO結晶)
517での2倍波との重なり部を増加させて、変換効率
を高めることが可能である。
As described above, in the configuration in which one of the sixth harmonic and the second harmonic enters the fourth-stage nonlinear optical crystal 517 through the branch optical path, the sixth harmonic and the second harmonic are respectively transmitted to the fourth stage. Lenses 515 and 5 for condensing and entering the nonlinear optical crystal 517
12 can be arranged in different optical paths. In this case, since the sixth harmonic generated in the third-stage nonlinear optical crystal 514 has an elliptical cross-sectional shape due to the Walk-off phenomenon, good conversion efficiency is obtained by the fourth-stage nonlinear optical crystal 517. For this purpose, it is desirable to perform beam shaping of the sixth harmonic. Therefore, as in this example, the lenses 515, 51
2 are arranged in separate optical paths, for example, the lens 5
For example, a cylindrical lens pair 15 can be used, and the beam shaping of the sixth harmonic can be easily performed. Therefore, the fourth-stage nonlinear optical crystal (BBO crystal)
It is possible to increase the overlap with the second harmonic at 517 to increase the conversion efficiency.

【0046】なお、2段目の非線形光学結晶510と4
段目の非線形光学結晶517との間の構成は図3(b)
に限られるものではなく、4段目の非線形光学結晶51
7に6倍波と2倍波とが同時に入射するように、6倍波
と2倍波とでその光路長が等しくなっていれば、いかな
る構成であってもよい。更に、例えば2段目の非線形光
学結晶510と同一光軸上に3段目及び4段目の非線形
光学結晶514,517を配置し、3段目の非線形光学
結晶514で3倍波のみを2次高調波発生により6倍波
に変換して、波長変換されない2倍波と共に4段目の非
線形光学結晶517に入射させてもよく、これによりダ
イクロイック・ミラー511,516を用いる必要がな
くなる。
The second-stage nonlinear optical crystals 510 and 4
FIG. 3B shows the configuration between the non-linear optical crystal 517 at the stage.
However, the present invention is not limited to this.
Any configuration is possible as long as the optical path lengths of the sixth harmonic and the second harmonic are equal so that the sixth harmonic and the second harmonic enter the 7 at the same time. Further, for example, the third-stage and fourth-stage nonlinear optical crystals 514 and 517 are arranged on the same optical axis as the second-stage nonlinear optical crystal 510, and the third-stage nonlinear optical crystal 514 applies only the third harmonic wave to the second stage. It may be converted into a sixth harmonic by the generation of the second harmonic, and may be incident on the fourth-stage nonlinear optical crystal 517 together with the second harmonic that is not wavelength-converted. This eliminates the need to use the dichroic mirrors 511 and 516.

【0047】また、図3(a)及び(b)に示した波長
変換部20,20Aについてそれぞれ各チャネル当たり
の8倍波(波長193nm)の平均出力を実験的に求め
て見た。基本波の出力は前述の実施形態で説明した通り
各チャネルの出力端で、ピーク・パワー20kW、パル
ス幅1ns、パルス繰り返し周波数100kHz、及び
平均出力2Wである。この結果、各チャネル当たりの8
倍波の平均出力は、図3(a)の波長変換部20では2
29mW、図3(b)の波長変換部20Aでは38.3
mWであった。従って、全128チャネルを合わせたバ
ンドルからの平均出力は、波長変換部20では29W、
波長変換部20Aでは4.9Wとなり、何れの波長変換
部20,20Aであっても露光装置用光源として十分な
出力の、波長193nmの紫外光を提供することができ
る。
The average output of the eighth harmonic (wavelength: 193 nm) per channel for each of the wavelength converters 20 and 20A shown in FIGS. 3A and 3B was experimentally obtained. As described in the above embodiment, the output of the fundamental wave is the output terminal of each channel, and has a peak power of 20 kW, a pulse width of 1 ns, a pulse repetition frequency of 100 kHz, and an average output of 2 W. As a result, 8 per channel
The average output of the harmonic is 2 in the wavelength conversion unit 20 in FIG.
29 mW, 38.3 in the wavelength converter 20A of FIG.
mW. Therefore, the average output from the bundle including all 128 channels is 29 W in the wavelength converter 20,
The wavelength converter 20A has a power of 4.9 W, and any of the wavelength converters 20 and 20A can provide ultraviolet light having a wavelength of 193 nm, which has a sufficient output as a light source for an exposure apparatus.

【0048】なお、波長変換部20,20Aと同様の構
成によって、基本波(波長1.544μm)→2倍波
(波長772nm)→4倍波(波長386nm)→6倍
波(波長257nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換することも可能である。更に、基本波(波長
1.544μm)→2倍波(波長772nm)→3倍波
(波長515nm)→4倍波(波長386nm)→7倍
波(波長221nm)→8倍波(波長193nm)の順
に波長変換することも可能であり、基本波(波長1.5
44μm)→2倍波(波長772nm)→3倍波(波長
515nm)→4倍波(波長386nm)→6倍波(波
長257nm)→7倍波(波長221nm)→8倍波
(波長193nm)の順に波長変換することによっても
8倍波を得ることができる。これらの中から変換効率が
高く、構成が簡素化できるものを使用することが望まし
い。
Note that, with the same configuration as the wavelength converters 20 and 20A, the fundamental wave (wavelength 1.544 μm) → the second harmonic wave (wavelength 772 nm) → the fourth harmonic wave (wavelength 386 nm) → the sixth harmonic wave (wavelength 257 nm) → It is also possible to perform wavelength conversion in the order of the eighth harmonic (wavelength 193 nm). Furthermore, fundamental wave (wavelength 1.544 μm) → second harmonic wave (wavelength 772 nm) → third harmonic wave (wavelength 515 nm) → fourth harmonic wave (wavelength 386 nm) → seventh harmonic wave (wavelength 221 nm) → eighth harmonic wave (wavelength 193 nm) Can be converted in the order of the fundamental wave (wavelength 1.5).
44 μm) → 2nd harmonic (wavelength 772 nm) → 3rd harmonic (wavelength 515 nm) → 4th harmonic (wavelength 386 nm) → 6th harmonic (wavelength 257 nm) → 7th harmonic (wavelength 221 nm) → 8th harmonic (wavelength 193 nm) The eighth harmonic can also be obtained by wavelength conversion in the following order. Of these, it is desirable to use one having a high conversion efficiency and a simplified configuration.

【0049】次に、F2 レーザ(波長157nm)とほ
ぼ同一の波長の紫外光を得るための波長変換部の構成例
につき説明する。この場合には、図1(a)の単一波長
発振レーザ11において発生する基本波の波長を1.5
7μmとして、波長変換部20として10倍波の発生を
行う波長変換部を使用すればよい。図4は、2次高調波
発生と和周波発生とを組み合わせて10倍波を得ること
ができる波長変換部20Bを示し、この図4において、
光ファイバー・バンドル19の出力端19aから射出さ
れた波長1.57μmのレーザ光LB4の基本波は、L
BO結晶よりなる1段目の非線形光学結晶602に入射
し、2次高調波発生により2倍波に変換される。この2
倍波は、レンズ603を介してLBOよりなる第2の非
線形光学結晶604に入射して、2次高調波発生による
4倍波に変換され、一部は2倍波のままで透過する。
Next, a description will be given of a configuration example of a wavelength converter for obtaining ultraviolet light having substantially the same wavelength as that of the F 2 laser (wavelength 157 nm). In this case, the wavelength of the fundamental wave generated in the single-wavelength oscillation laser 11 of FIG.
At 7 μm, a wavelength converter that generates a 10th harmonic may be used as the wavelength converter 20. FIG. 4 shows a wavelength conversion unit 20B that can obtain a 10th harmonic by combining the second harmonic generation and the sum frequency generation.
The fundamental wave of the 1.57 μm wavelength laser light LB4 emitted from the output end 19a of the optical fiber bundle 19 is L
The light enters the first-stage nonlinear optical crystal 602 made of a BO crystal, and is converted into a second harmonic by generation of a second harmonic. This 2
The harmonic enters the second nonlinear optical crystal 604 made of LBO via the lens 603, is converted into a fourth harmonic by generation of a second harmonic, and a part of the harmonic is transmitted as it is.

【0050】非線形光学結晶604を透過した4倍波及
び2倍波は、ダイクロイック・ミラー605に向かい、
ダイクロイック・ミラー605で反射された4倍波は、
ミラーM1で反射されレンズ608を通って3段目のS
2 Be2 2 7 (SBBO)結晶よりなる非線形光
学結晶609に入射して、2次高調波発生により8倍波
に変換される。一方、ダイクロイック・ミラーを透過し
た2倍波はレンズ606及びミラーM2を経てダイクロ
イック・ミラー607に入射し、非線形光学結晶609
で得られた8倍波もレンズ610を経てダイクロイック
・ミラー607に入射し、ここでその2倍波と8倍波と
は同軸に合成されて4段目のSBBO結晶よりなる非線
形光学結晶611に入射し、ここで8倍波と2倍波とか
らの和周波発生により10倍波(波長157nm)が得
られる。この10倍波は紫外のレーザ光LB5として射
出される。即ち、波長変換部20Bでは、基本波(波長
1.57μm)→2倍波(波長785nm)→4倍波
(波長392.5nm)→8倍波(波長196.25n
m)→10倍波(波長157nm)の順に波長変換が行
われる。
The fourth and second harmonics transmitted through the nonlinear optical crystal 604 travel to the dichroic mirror 605,
The fourth harmonic reflected by the dichroic mirror 605 is
The light reflected by the mirror M1 passes through the lens 608 and the third stage S
The light enters a nonlinear optical crystal 609 made of r 2 Be 2 B 2 O 7 (SBBO) crystal and is converted into an eighth harmonic by generation of a second harmonic. On the other hand, the second harmonic transmitted through the dichroic mirror enters the dichroic mirror 607 via the lens 606 and the mirror M2,
Is also incident on the dichroic mirror 607 via the lens 610, where the second harmonic and the eighth harmonic are synthesized coaxially to form the fourth stage SBBO crystal nonlinear optical crystal 611. Then, a 10th harmonic (wavelength: 157 nm) is obtained by generating a sum frequency from the 8th harmonic and the 2nd harmonic. This tenth harmonic is emitted as ultraviolet laser light LB5. That is, in the wavelength converter 20B, the fundamental wave (wavelength 1.57 μm) → the second harmonic wave (wavelength 785 nm) → the fourth harmonic wave (wavelength 392.5 nm) → the eighth harmonic wave (wavelength 196.25 n)
m) → the tenth harmonic (wavelength: 157 nm) in this order.

【0051】なお、上記の実施の形態では、図1(a)
より分かるようにm組のn個の光増幅ユニット18−1
〜18−nの出力の合成光を一つの波長変換部20で波
長変換している。しかしながら、その代わりに、例えば
m’個(m’は2以上の整数)の波長変換部を用意し、
m組の光増幅ユニット18−1〜18−nの出力をn’
個ずつm’個のグループに分けて、各グループ毎に1つ
の波長変換部で波長変換を行い、得られたm’個(本例
では例えばm’=4又は5等)の紫外光を合成するよう
にしてもよい。
In the above embodiment, FIG.
As can be seen, m sets of n optical amplification units 18-1
The wavelengths of the combined lights having outputs of 〜18-n are converted by one wavelength converter 20. However, instead, for example, m ′ (m ′ is an integer of 2 or more) wavelength conversion units are prepared,
Outputs of the m sets of optical amplification units 18-1 to 18-n are n ′
Each group is divided into m ′ groups, wavelength conversion is performed by one wavelength converter for each group, and the obtained m ′ (eg, m ′ = 4 or 5 in this example) ultraviolet light is synthesized. You may make it.

【0052】上記の実施の形態の紫外光発生装置によれ
ば、図1(a)の光ファイバー・バンドル19の出力端
の直径が全チャネルを合わせても2mm程度以下である
ため、1個、又は数個の波長変換部20ですべてのチャ
ネルの波長変換を行うことが可能である。しかも、出力
端が柔軟な光ファイバーを使用しているため、波長変換
部、単一波長発振レーザ、及びスプリッタ等の構成部を
分けて配置することが可能となるなど、配置の自由度が
極めて高い。従って、本例の紫外光発生装置によれば、
安価でコンパクト、かつ単一波長でありながら空間的コ
ヒーレンスの低い紫外レーザ装置が提供できる。
According to the ultraviolet light generator of the above-described embodiment, the diameter of the output end of the optical fiber bundle 19 of FIG. It is possible to perform wavelength conversion of all channels by several wavelength converters 20. Moreover, since the output end uses a flexible optical fiber, it is possible to arrange components such as a wavelength converter, a single-wavelength oscillation laser, and a splitter separately, and the degree of freedom in arrangement is extremely high. . Therefore, according to the ultraviolet light generator of this example,
It is possible to provide an inexpensive and compact ultraviolet laser device having a single wavelength and low spatial coherence.

【0053】また、以上のような波長変換部20,20
A,20Bにおいては、各非線形光学結晶中にレーザ光
のビームウエストが位置するように構成されていること
は言うまでもない。そして、波長変換部20に入射する
ファイバー・バンドル19の個々のファイバーからの光
の状態は、波長変換部20を通過した後もほぼ維持さ
れ、ファイバー・バンドル19の射出端での光の断面形
状は、波長変換部20を射出するレーザ光LB5におい
ても保存される。このため、上記の如きレーザ装置を用
いる場合には、後続の照明光学系において、後述する工
夫を行うことが有効である。
The wavelength converters 20, 20 as described above
Needless to say, A and 20B are configured such that the beam waist of the laser light is located in each nonlinear optical crystal. The state of the light from the individual fibers of the fiber bundle 19 incident on the wavelength conversion unit 20 is substantially maintained even after passing through the wavelength conversion unit 20, and the cross-sectional shape of the light at the exit end of the fiber bundle 19 is maintained. Is stored also in the laser beam LB5 emitted from the wavelength converter 20. For this reason, when the above-described laser device is used, it is effective to devise a later-described device in the subsequent illumination optical system.

【0054】次に、図1(a)の紫外光を発生するレー
ザ装置を用いたステップ・アンド・スキャン方式の露光
装置について説明する。図5は、本例の露光装置を示
し、この図5において、露光光源161としては、図1
(a)の紫外光発生装置で出力されるレーザ光の波長を
193nm、157nm、又はそれ以外の紫外域とした
装置を使用することができる。露光光源161から射出
されたレーザ光LB5は露光光ILとして照明系162
に入射する。照明系162に入射した露光光ILは、ビ
ーム整形系30によりビーム束の径が整形され、第1プ
リズム31aと第2プリズム31bとからなる偏光解消
プリズム31を介して、第1のオプティカル・インテグ
レータとしてのDOE(Diffractive Optical Element)
32Aに入射する。
Next, a description will be given of a step-and-scan type exposure apparatus using a laser device for generating ultraviolet light as shown in FIG. FIG. 5 shows an exposure apparatus of the present embodiment. In FIG.
It is possible to use a device in which the wavelength of the laser light output from the ultraviolet light generating device (a) is 193 nm, 157 nm, or another ultraviolet region. The laser beam LB5 emitted from the exposure light source 161 is used as the exposure light IL as the illumination system 162.
Incident on. The exposure light IL that has entered the illumination system 162 has its beam bundle shaped by the beam shaping system 30 and passes through the first optical integrator via the depolarizing prism 31 including the first prism 31a and the second prism 31b. (Diffractive Optical Element) as DOE
32A.

【0055】DOE32Aは、露光光ILを発散する複
数の基本素子32aから構成されており、回転板41に
設置されている。このDOE32Aは、通常の円形照明
用のDOEであり、ファーフィールド即ち瞳面上で図8
(c)に示すような円形の領域を照明する。回転板41
には、この通常照明用のDOE32Aの他に、図8
(a)の斜線で示した光分布を発生させる輪帯照明用D
OE32B、及び図8(b)の斜線で示した光分布を発
生させる4極照明用DOE(不図示)が設置されてお
り、駆動系42により回転板41を回転させることによ
り所望のDOEを選択できるようになっている。また、
駆動系42により、露光を通じてDOEを微小駆動、ま
たは微小チルトすることによって照明不均一を低減する
ことが望ましい。
The DOE 32A is composed of a plurality of basic elements 32a for diverging the exposure light IL, and is set on the rotating plate 41. This DOE 32A is a DOE for ordinary circular illumination, and is provided on a far field, that is, a pupil plane as shown in FIG.
Illuminate a circular area as shown in FIG. Rotating plate 41
In addition to the DOE 32A for normal illumination, FIG.
(D) D for annular illumination that generates a light distribution indicated by oblique lines
An OE 32B and a four-pole illumination DOE (not shown) for generating a light distribution indicated by oblique lines in FIG. 8B are installed, and a desired DOE is selected by rotating the rotary plate 41 by the drive system 42. I can do it. Also,
It is desirable that the drive system 42 minutely drives or tilts the DOE through exposure to reduce illumination non-uniformity.

【0056】DOE32Aの基本素子32aの露光光I
Lの光軸に垂直な断面の大きさは、100μm角程度で
設計することができる。本例では、照度分布の均一性を
高めるため、DOE32Aの位置における露光光ILの
バンドル内に含まれる個々のビームのビーム径より基本
素子32aの方が小さくなるように基本素子32a(即
ちDOE32A)の設計を行っている。また、本例の露
光装置はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置で
あり、後述するレチクル163とウエハ166との走査
方向については、平均化効果が得られて照度の均一性が
向上するが、走査方向に垂直な非走査方向については、
平均化効果が得られないため、基本素子32aの非走査
方向に対応する方向については、その着目方向につい
て、露光光ILのバンドル内に含まれる個々のビームの
ビーム径中に基本素子32aが2つ以上含まれるように
基本素子32aの大きさを設定することが望ましい。
Exposure light I of the basic element 32a of the DOE 32A
The size of the cross section perpendicular to the optical axis of L can be designed to be about 100 μm square. In this example, in order to increase the uniformity of the illuminance distribution, the basic element 32a (ie, the DOE 32A) is configured such that the basic element 32a is smaller than the beam diameter of each beam included in the bundle of the exposure light IL at the position of the DOE 32A. We are designing. The exposure apparatus of this example is a step-and-scan type exposure apparatus. In the scanning direction between the reticle 163 and the wafer 166, which will be described later, an averaging effect is obtained and the illuminance uniformity is improved. For the non-scanning direction perpendicular to the scanning direction,
Since the averaging effect cannot be obtained, in the direction corresponding to the non-scanning direction of the basic element 32a, the basic element 32a is included in the beam diameter of each beam included in the bundle of the exposure light IL in the focused direction. It is desirable to set the size of the basic element 32a so that at least one element is included.

【0057】なお、光ファイバー・バンドルから射出さ
れ非線形結晶によって高調波に変換されたバンドル中の
個々のレーザ光はWalk-off現象によって長円形となって
いる場合がある。この場合には、DOEの基本素子は長
円形の中に入るような長方形形状であってもよい。な
お、ビーム整形系30においてビームバンドル系を10
倍程度に拡大することによってバンドル中の個々のビー
ム径を1.25mmとし、DOEの基本素子を500μ
m角程度として設計することも可能である。以上ではD
OE32Aの基本素子32aについて説明したが、輪帯
照明用DOE32Bの基本素子や、4極照明用のDOE
(不図示)の基本素子についても上記と同様に設計する
ことが望ましい。
The individual laser beams in the bundle that are emitted from the optical fiber bundle and converted into higher harmonics by the nonlinear crystal may have an oval shape due to the walk-off phenomenon. In this case, the basic element of the DOE may have a rectangular shape so as to fit inside an oval. In the beam shaping system 30, the beam bundle system is
The size of each beam in the bundle is increased to about 1.25 mm by enlarging the element by about twice, and the basic element of the DOE is set to 500 μm.
It is also possible to design as about m square. Above is D
The basic element 32a of the OE 32A has been described, but the basic element of the DOE 32B for annular illumination and the DOE for quadrupole illumination have been described.
It is desirable to design the basic element (not shown) in the same manner as described above.

【0058】図6(a)は、各光ファイバーの直径がD
1の光ファイバー・バンドル19Aを示し、この図6
(a)において、各光ファイバーからはレーザ光が発散
角φ1で射出されている。図6(b)は、各光ファイバ
ーの直径がD2の光ファイバー・バンドル19Bを示
し、この図6(b)において、各光ファイバーの直径D
2は、光ファイバー・バンドル19Aの各光ファイバー
の直径D1よりも小さくなっており、各光ファイバーか
ら射出されるレーザ光の発散角φ2は、光ファイバー・
バンドル19Aの各光ファイバーから射出されるレーザ
光の発散角φ1よりも大きくなっている。このように、
光ファイバーから射出されるレーザ光の発散角は、光フ
ァイバーが細いほど大きくなる。露光光の可干渉性を低
減するためには、光ファイバーが細い方が望ましいが、
光ファイバーを細くしすぎると発散角が大きくなりすぎ
て露光光の引き回しが困難になってしまう。
FIG. 6A shows that the diameter of each optical fiber is D.
FIG. 6 shows one optical fiber bundle 19A.
In (a), laser light is emitted from each optical fiber at a divergence angle φ1. FIG. 6B shows an optical fiber bundle 19B in which the diameter of each optical fiber is D2. In FIG. 6B, the diameter D of each optical fiber is shown.
2 is smaller than the diameter D1 of each optical fiber of the optical fiber bundle 19A, and the divergence angle φ2 of the laser light emitted from each optical fiber is
The divergence angle φ1 of the laser light emitted from each optical fiber of the bundle 19A is larger. in this way,
The divergence angle of the laser light emitted from the optical fiber increases as the optical fiber becomes thinner. In order to reduce the coherence of the exposure light, it is desirable that the optical fiber is thin,
If the optical fiber is made too thin, the divergence angle becomes too large, and it becomes difficult to route the exposure light.

【0059】従って、スペックルを低減しつつ、露光光
の引き回しを容易にするためには、レーザ光LB5のバ
ンドル断面の短軸方向の径をDx[mm]、短軸方向の
発散角をφx[mrad]、長軸方向の径をDy[m
m]、長軸方向の発散角をφy[mrad]とし、短軸
方向の径Dxと発散角φxとの積をKx[mrad・m
m]、長軸方向の径Dyと発散角φyとの積をKy[m
rad・mm]としたときに、次の関係を満たすように
することが望ましい。なお、ここで、上述のDx及びD
yはそれぞれ図6に示したdの対応する方向に関する値
である。また、φx及びφyはそれぞれ図6に示したφ
1(又はφ2)の対応する方向に関する値である。 0.5<Kx<50 (1) 3<Ky<300 (2)
Therefore, in order to reduce the speckle and facilitate the routing of the exposure light, the diameter of the laser beam LB5 in the short axis direction of the bundle cross section is Dx [mm], and the divergence angle in the short axis direction is φx [Mrad], the diameter in the major axis direction is Dy [m
m], the divergence angle in the long axis direction is φy [mrad], and the product of the diameter Dx in the short axis direction and the divergence angle φx is Kx [mrad · m
m] and the product of the major axis diameter Dy and the divergence angle φy is Ky [m
rad · mm], it is desirable to satisfy the following relationship. Here, Dx and D
y is a value related to the corresponding direction of d shown in FIG. Further, φx and φy are respectively φφ and φy shown in FIG.
1 (or φ2) for the corresponding direction. 0.5 <Kx <50 (1) 3 <Ky <300 (2)

【0060】これに関して、KrFエキシマレーザ光源
(ArFエキシマレーザ光源についても同様)から射出
されるレーザビームの短軸方向の径と発散角との積は約
5[mrad・mm]であり、長軸方向の径と発散角と
の積は約30[mrad・mm]であるため、上記の
(1)式及び(2)式のレーザ光LB5の積Kx及びK
yはそれぞれKrF及びArFエキシマレーザの積の1
/10程度より大きく10倍程度より小さいことを意味
している。(1)式及び(2)式の条件を満たすことに
よって、上記の実施の形態のレーザ光LB5を用いる場
合にも、KrFエキシマレーザ又はArFエキシマレー
ザを用いる場合と同程度にスペックルを低減した上で、
露光光の引き回しが容易になる。
In this regard, the product of the diameter in the short axis direction and the divergence angle of the laser beam emitted from the KrF excimer laser light source (the same applies to the ArF excimer laser light source) is about 5 [mrad · mm], and the long axis is Since the product of the diameter in the direction and the divergence angle is about 30 [mrad · mm], the products Kx and K of the laser beams LB5 in the above equations (1) and (2) are obtained.
y is the product of the KrF and ArF excimer lasers, respectively.
It means that it is larger than about / 10 and smaller than about 10 times. By satisfying the conditions of the expressions (1) and (2), even when the laser beam LB5 of the above embodiment is used, the speckle is reduced to the same degree as when the KrF excimer laser or the ArF excimer laser is used. Above,
The exposure light can be easily routed.

【0061】図5に戻り、DOE32Aを通過した露光
光ILは、リレーレンズ33を介して振動ミラー34に
より反射される。振動ミラー34には、駆動系34aに
より所定の振動が与えられるようになっており、これに
よって露光光ILの空間的なコヒーレンスを低減できる
ようになっている。振動ミラー34により反射された露
光光ILは、リレーレンズ35、第2のオプティカル・
インテグレータ(ホモジナイザー)としてのフライアイ
レンズ36、リレーレンズ37、ミラー38、及びコン
デンサレンズ系39を介して、マスクとしてのレチクル
163のパターン面のスリット状の照明領域を均一な照
度分布で照明する。なお、不図示ではあるが、照明系1
62には、視野絞り(レチクルブラインド)等も含まれ
ている。一例としてレンズ39とレチクル163との間
に、視野絞り(レチクルブラインド)と結像型リレーレ
ンズとを配置し、そのリレーレンズによって視野絞りを
レチクル163に結像する配置を用いることが可能であ
る。
Returning to FIG. 5, the exposure light IL that has passed through the DOE 32A is reflected by the vibrating mirror 34 via the relay lens 33. A predetermined vibration is given to the vibration mirror 34 by a driving system 34a, so that the spatial coherence of the exposure light IL can be reduced. The exposure light IL reflected by the vibration mirror 34 is transmitted to the relay lens 35, the second optical
The slit-shaped illumination area on the pattern surface of the reticle 163 as a mask is illuminated with a uniform illuminance distribution via a fly-eye lens 36, a relay lens 37, a mirror 38, and a condenser lens system 39 as an integrator (homogenizer). Although not shown, the illumination system 1
62 also includes a field stop (reticle blind) and the like. As an example, an arrangement in which a field stop (reticle blind) and an imaging type relay lens are arranged between the lens 39 and the reticle 163, and the field stop is imaged on the reticle 163 by the relay lens can be used. .

【0062】レチクル163はレチクルステージ164
上に載置されており、レチクル163を透過した露光光
ILは投影光学系165を介して被露光基板としてのウ
エハ(wafer)166上に照明領域の内のパターンの縮小
像を倍率MRW(例えば1/4,1/5,1/6等)で投
影する。投影光学系165としては、屈折系、反射系、
又は反射屈折系が使用できる。但し、露光光ILが波長
200nm程度以下の真空紫外光である場合には高透過
率の材料が限定されるため、投影光学系を小型化して、
かつ結像性能を高めるために反射屈折系を使用してもよ
い。ウエハ166にはフォトレジストが塗布されてお
り、ウエハ166は、例えば半導体(シリコン等)又は
SOI(silicon on insulator)等の円板状の基板であ
る。
Reticle 163 is a reticle stage 164
The exposure light IL, which is mounted on the reticle 163 and passes through the reticle 163, passes through a projection optical system 165 onto a wafer (wafer) 166 as a substrate to be exposed and reduces the reduced image of the pattern in the illumination area to a magnification M RW ( (For example, 1/4, 1/5, 1/6, etc.). As the projection optical system 165, a refraction system, a reflection system,
Alternatively, a catadioptric system can be used. However, when the exposure light IL is vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 200 nm or less, the material having a high transmittance is limited.
In addition, a catadioptric system may be used to enhance the imaging performance. A photoresist is applied to the wafer 166, and the wafer 166 is a disk-shaped substrate such as a semiconductor (silicon or the like) or an SOI (silicon on insulator).

【0063】ウエハ166は、ウエハステージ167上
に保持され、ウエハ166の3次元的な位置は駆動部1
68によって駆動されるウエハステージ167によって
設定される。そして、露光時には、ウエハステージ16
7のステップ移動によってウエハ166の位置決めを行
った後、照明領域に対してレチクルステージ164を介
してレチクル163を所定方向に走査し、ウエハ166
をウエハステージ167を介して倍率MRWを速度比とし
て走査するというステップ・アンド・スキャン方式で、
ウエハ166上の各ショット領域にレチクル163のパ
ターンの像が転写される。このように本例の露光装置は
走査露光型であるが、本発明はステッパー等の一括露光
型の露光装置にも適用できることは明らかである。
The wafer 166 is held on a wafer stage 167, and the three-dimensional position of the wafer 166 is
The wafer stage 167 is driven by the wafer stage 167. At the time of exposure, the wafer stage 16
7, the reticle 163 is scanned in a predetermined direction through the reticle stage 164 with respect to the illumination area, and the wafer 166 is moved.
Is scanned through a wafer stage 167 using a magnification M RW as a speed ratio,
An image of the pattern of reticle 163 is transferred to each shot area on wafer 166. As described above, the exposure apparatus of this embodiment is of the scanning exposure type, but it is apparent that the present invention can be applied to a batch exposure type exposure apparatus such as a stepper.

【0064】また、本例の露光光源161は、小型であ
るため、照明系162を支持する架台に一緒に固定して
も良い。あるいは露光光源161を単独で架台に固定し
ても良い。但し、露光光源161に接続される電源など
は別置きにしておくことが好ましい。以上のように、本
例の紫外光発生装置を用いた露光装置は従来の他の方式
(エキシマレーザやアレイレーザを用いた露光装置)に
くらべて小型であり、また、各要素が光ファイバーで接
続されて構成されているため、装置を構成する各ユニッ
トの配置の自由度が高い利点がある。
Further, since the exposure light source 161 of this embodiment is small, it may be fixed together to a gantry supporting the illumination system 162. Alternatively, the exposure light source 161 may be independently fixed to the gantry. However, it is preferable that a power supply and the like connected to the exposure light source 161 are separately provided. As described above, the exposure apparatus using the ultraviolet light generator of this example is smaller than other conventional systems (exposure apparatus using an excimer laser or an array laser), and each element is connected by an optical fiber. Because of this, there is an advantage that the degree of freedom of arrangement of each unit constituting the apparatus is high.

【0065】なお、本発明の第1のオプティカル・イン
テグレータ(拡散素子)は、DOEに限られるものでは
なく、DOE32Aの代わりに、図7に示すようなレモ
ンスキン板(拡散板)40を使用してもよい。この場合
には、レモンスキン板40の平均径Dmを基本単位とし
て、レモンスキン板40の設計及び光ファイバー・バン
ドルから射出される個々のレーザ光のビーム径の調整を
行う。
The first optical integrator (diffusion element) of the present invention is not limited to the DOE, but uses a lemon skin plate (diffusion plate) 40 as shown in FIG. 7 instead of the DOE 32A. You may. In this case, using the average diameter Dm of the lemon skin plate 40 as a basic unit, the design of the lemon skin plate 40 and the adjustment of the beam diameter of each laser beam emitted from the optical fiber bundle are performed.

【0066】ここで、レモンスキン板40の平均径Dm
は、例えば図7に示したレモンスキン板40の断面(光
軸に垂直な面内の直交する2方向のそれぞれの断面)の
各点における局所的粒径を表面段差計等で計測し、その
直径データ列の平均値として定義することができる。局
所的粒直径は、断面方向に谷→山→谷と段差が変化した
場合の谷から谷までの距離によって定義することができ
る。
Here, the average diameter Dm of the lemon skin plate 40
For example, the local particle size at each point of the cross section (each cross section in two directions perpendicular to the optical axis) of the lemon skin plate 40 shown in FIG. It can be defined as the average value of the diameter data sequence. The local grain diameter can be defined by the distance from valley to valley when the step changes from valley to peak to valley in the cross-sectional direction.

【0067】更に、本発明の第1のオプティカル・イン
テグレータ(拡散素子)として、単一の基盤上に多数の
微小プリズムを集積した素子や、多数の微小レンズを集
積したマイクロレンズアレイなど、屈折型の集積光学素
子を使用することも可能である。また、第2のオプティ
カル・インテグレータはフライアイレンズに限定される
ものではなく、上記のマイクロレンズアレイや、ロッド
型のインテグレータ等を使用することも可能である。
Further, as the first optical integrator (diffusion element) of the present invention, a refraction type such as an element in which a large number of micro prisms are integrated on a single substrate, a micro lens array in which a large number of micro lenses are integrated, or the like. It is also possible to use the integrated optical element of the above. Further, the second optical integrator is not limited to a fly-eye lens, and it is also possible to use the above-described micro lens array, a rod-type integrator, or the like.

【0068】ところで、前述の走査露光時における露光
量制御では、図1(a)の光変調素子12によって規定
されるパルス繰り返し周波数fと、遅延素子(光ファイ
バー15−1〜15ーm,17−1〜17−n)によっ
て規定されるチャネル間の遅延時間との少なくとも一方
を調整して、走査露光中に基本波発生部から複数のパル
ス光を等時間間隔で発振させるようにしてもよい。更
に、フォトレジストの感度特性に応じて、ウエハ166
上でのパルス光の強度、ウエハ166の走査速度、パル
ス光の発振間隔(周波数)、及びウエハ166の走査方
向に関するパルス光(即ちその照射領域)の幅の少なく
とも1つを調整し、ウエハ上の各点が照射領域を横切る
間に照射される複数のパルス光の積算光量を適正露光量
に制御する。このとき、スループットを考慮して、ウエ
ハ166の走査速度がウエハステージ167の最高速度
にほぼ維持されるように、他の制御パラメータ、即ちパ
ルス光の強度、発振周波数、及び照射領域の幅の少なく
とも1つを調整することが好ましい。
Incidentally, in the exposure amount control at the time of the scanning exposure, the pulse repetition frequency f defined by the light modulation element 12 in FIG. 1A and the delay elements (optical fibers 15-1 to 15-m, 17-) are used. 1 to 17-n), a plurality of pulsed lights may be oscillated at equal time intervals from the fundamental wave generator during scanning exposure by adjusting at least one of the delay times between the channels defined by 1-17-n). Further, depending on the sensitivity characteristics of the photoresist, the wafer 166 may be used.
By adjusting at least one of the intensity of the pulse light above, the scanning speed of the wafer 166, the oscillation interval (frequency) of the pulse light, and the width of the pulse light (that is, the irradiation area) in the scanning direction of the wafer 166, The integrated light quantity of the plurality of pulsed lights emitted while each of the points traverses the irradiation area is controlled to an appropriate exposure amount. At this time, in consideration of the throughput, at least the other control parameters, that is, the intensity of the pulse light, the oscillation frequency, and the width of the irradiation area are set so that the scanning speed of the wafer 166 is almost maintained at the maximum speed of the wafer stage 167. It is preferable to adjust one.

【0069】なお、前述した実施形態で用いる光ファイ
バー(光ファイバー増幅器などを含む)はその表面をテ
フロン(登録商標)で被覆しておくことが好ましい。こ
れは、光ファイバーから発生する異物(繊維などを含
む)が露光装置を汚染する物質となり得るため、そのよ
うな汚染物質の発生を防止するためである。但し、テフ
ロンで被覆する代わりに、チャンバー内に配置される光
ファイバーをまとめてステンレス製の筐体に収納するよ
うにしてもよい。
It is preferable that the surface of the optical fiber (including the optical fiber amplifier and the like) used in the above-described embodiment is covered with Teflon (registered trademark). This is to prevent the generation of such contaminants since foreign matter (including fibers and the like) generated from the optical fiber can become a substance that contaminates the exposure apparatus. However, instead of coating with Teflon, optical fibers arranged in the chamber may be collectively housed in a stainless steel housing.

【0070】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
構成を取り得ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、例えば100μm角程
度の基本素子から構成されるDOEを第1のオプティカ
ル・インテグレータとして使用するため、例えば直径が
125μm程度の複数の光ファイバーから構成される光
ファイバー・バンドルからのレーザ光を露光光として使
用するような場合であっても、照度分布の均一性の向上
を図ることができる。
According to the present invention, since a DOE composed of, for example, a basic element of about 100 μm square is used as a first optical integrator, for example, an optical fiber composed of a plurality of optical fibers having a diameter of about 125 μm is used. Even when the laser light from the bundle is used as the exposure light, the uniformity of the illuminance distribution can be improved.

【0072】また、光ファイバー増幅器を用いているた
め、小型で、かつメンテナンスの容易なレーザ装置を有
する照明光学装置を提供することができ、この照明光学
装置は露光装置の露光光源や検査用光源等に使用するこ
とができる。また、出力光の発振周波数を高くして、全
体としての発振スペクトル線幅を簡単な構成で狭くでき
る。
Further, since the optical fiber amplifier is used, it is possible to provide an illumination optical device having a laser device which is small in size and easy to maintain. This illumination optical device includes an exposure light source of an exposure device, a light source for inspection, and the like. Can be used for Further, the oscillation frequency of the output light can be increased, and the oscillation spectrum line width as a whole can be reduced with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態の一例の紫外光発生装置
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an ultraviolet light generating device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1中の光増幅ユニット18−1〜18−n
の構成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating optical amplification units 18-1 to 18-n in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration.

【図3】 (a)は図1中の波長変換部20の第1の構
成例を示す図、(b)はその波長変換部20の第2の構
成例を示す図である。
3A is a diagram illustrating a first configuration example of the wavelength conversion unit 20 in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram illustrating a second configuration example of the wavelength conversion unit 20.

【図4】 波長変換部20の第3の構成例を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating a third configuration example of the wavelength conversion unit 20;

【図5】 上記の実施の形態の紫外光発生装置を適用し
た露光装置の一例を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of an exposure apparatus to which the ultraviolet light generation device according to the above embodiment is applied.

【図6】 光ファイバーの直径とその光ファイバーから
射出されるレーザ光の発散角との関係を説明するための
図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the diameter of an optical fiber and the divergence angle of laser light emitted from the optical fiber.

【図7】 本発明の第1のオプティカル・インテグレー
タの一例としてのレモンスキン板40を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a lemon skin plate 40 as an example of the first optical integrator of the present invention.

【図8】 変形照明用DOE及び通常照明用DOEが生
成するファーフィールド強度分布パターンを示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram illustrating a far-field intensity distribution pattern generated by a modified illumination DOE and a normal illumination DOE.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…単一波長発振レーザ、IS1〜IS3…アイソレ
ータ、12…光変調素子、13…光ファイバー増幅器、
14…スプリッタ、15−1〜15−m,17−1〜1
7−n…光ファイバー(遅延素子)、16−1〜16−
m…スプリッタ、18−1〜18−n…光増幅ユニッ
ト、18,18A〜18D…光増幅ユニット、19…光
ファイバー・バンドル、20…波長変換部、20A〜2
0C…波長変換部、22,25…光ファイバー増幅器、
24A…狭帯域フィルタ、31…偏光解消プリズム、3
2A…DOE、34…振動ミラー、36…フライアイレ
ンズ
11: single wavelength oscillation laser, IS1 to IS3: isolator, 12: optical modulator, 13: optical fiber amplifier,
14 splitter, 15-1 to 15-m, 17-1 to 1
7-n: Optical fiber (delay element), 16-1 to 16-
m: Splitter, 18-1 to 18-n: Optical amplification unit, 18, 18A to 18D: Optical amplification unit, 19: Optical fiber bundle, 20: Wavelength conversion unit, 20A to 2
0C: wavelength conversion unit, 22, 25: optical fiber amplifier,
24A: narrow band filter, 31: depolarizing prism, 3
2A: DOE, 34: vibrating mirror, 36: fly-eye lens

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一波長の紫外光を発生するレーザ装置
と、該レーザ装置からのレーザ光により被照射面を照明
する照明光学系と、を有する照明光学装置において、 前記レーザ装置は、赤外域から可視域までの波長範囲内
で単一波長のレーザ光を発生するレーザ光発生部と、該
レーザ光発生部から発生されたレーザ光を伝送する光フ
ァイバーを束ねた光ファイバー・バンドルと、前記光フ
ァイバー・バンドルからのレーザ光を非線形光学結晶を
用いて紫外光に波長変換する波長変換部とを含み、 前記照明光学系は、前記レーザ光を発散する複数の基本
素子から形成される拡散素子からなる第1のオプティカ
ル・インテグレータと、該第1のオプティカル・インテ
グレータを通過したレーザ光より複数の光源像を形成す
る第2のオプティカル・インテグレータとを含むことを
特徴とする照明光学装置。
1. An illumination optical device comprising: a laser device that generates ultraviolet light of a single wavelength; and an illumination optical system that illuminates a surface to be illuminated with laser light from the laser device. A laser light generator for generating a laser light of a single wavelength within a wavelength range from the outer region to the visible region, an optical fiber bundle which bundles optical fibers for transmitting the laser light generated from the laser light generator, and the optical fiber A wavelength conversion unit that converts the wavelength of the laser light from the bundle into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal, wherein the illumination optical system includes a diffusion element formed from a plurality of basic elements that diverge the laser light. A first optical integrator, and a second optical integrator for forming a plurality of light source images from the laser light passing through the first optical integrator. An illumination optical system which comprises a integrators.
【請求項2】 前記一の基本素子の大きさは、前記基本
素子に入射するビームバンドル内に含まれる個々のビー
ム断面の中に包含されることを特徴とする請求項1記載
の照明光学装置。
2. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the size of the one elementary element is included in individual beam cross sections included in a beam bundle incident on the elementary element. .
【請求項3】 前記レーザ装置から射出されるビームバ
ンドルの全体的な断面形状は長円形又は長方形であり、
該ビームバンドル全体の断面の短軸方向の径をDx[m
m]、前記ビームバンドル内の個々のビームの短軸方向
の発散角をφx[mrad]、長軸方向のビームバンド
ル全体の径をDy[mm]、ビームバンドル内の個々の
ビームの長軸方向の発散角をφy[mrad]、前記短
軸方向の径Dxと前記発散角φxとの積をKx[mra
d・mm]、前記長軸方向の径Dyと前記発散角φyと
の積をKy[mrad・mm]とするとき、次の関係が
成立することを特徴とする請求項1又は2記載の照明光
学装置。 0.5<Kx<50 3<Ky<300
3. The overall cross-sectional shape of a beam bundle emitted from the laser device is oval or rectangular,
The diameter of the cross section of the entire beam bundle in the minor axis direction is Dx [m
m], the divergence angle in the short axis direction of each beam in the beam bundle is φx [mrad], the diameter of the entire beam bundle in the long axis direction is Dy [mm], and the long axis direction of each beam in the beam bundle is Is the divergence angle of φy [mrad], and the product of the diameter Dx in the minor axis direction and the divergence angle φx is Kx [mra].
3. The illumination according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied when Ky [mrad · mm] is the product of the diameter Dy in the major axis direction and the divergence angle φy. Optical device. 0.5 <Kx <503 3 <Ky <300
【請求項4】 請求項1、2、又は3記載の照明光学装
置からの紫外光を使用する露光方法であって、 前記紫外光をマスクに照射し、該マスクのパターンを通
過した紫外光で基板を露光することを特徴とする露光方
法。
4. An exposure method using ultraviolet light from the illumination optical device according to claim 1, 2, or 3, wherein the ultraviolet light is applied to a mask, and the ultraviolet light having passed through the pattern of the mask is used. An exposure method comprising exposing a substrate.
【請求項5】 請求項1、2、又は3記載の照明光学装
置と、 マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と
を有し、 前記照明光学装置からの紫外光をマスクに照射し、該マ
スクのパターンを通過した前記紫外光で前記基板を露光
することを特徴とする露光装置。
5. An illumination optical device according to claim 1, further comprising: a projection optical system configured to project an image of a pattern of a mask onto a substrate, wherein the ultraviolet light from the illumination optical device is applied to a mask. An exposure apparatus, comprising: irradiating the substrate with the ultraviolet light having passed through the pattern of the mask.
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