JP4004601B2 - Illumination optical system of exposure equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトリソグラフィー技術分野に属し、更に詳しくは、半導体集積素子の回路パターン、液晶素子の回路パターン、カラーフィルタのパターン等を被転写体に転写するのに使用されるマスクを照明する露光装置の照明光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の露光装置の照明光学系では、一次光源を複数個並べて配置し、この複数個の一次光源によりフライアイレンズを区分してそれぞれ照明するするようにした光学系が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構成の照明光源では、複数個の一次光源により出射された照明光が互いにフライアイレンズに入射する前に部分的に重なり、複数個の照明光源による照明効率を上げることができないという問題がある。
【0004】
一方、近年の露光技術では露光面積の広いマスクの照明や高い照度の露光照明が要求されているが、この要求を従来の露光装置の照明光学系では十分に満足させることができないものであった。
【0005】
そこで、本発明は、従来からの問題を解決し、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現することができる露光装置の照明光学系を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマスクのマスク面が配置された方向に導光するための複数の複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための光学系を有し、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔がマスク面からみて開き角を1°より小さくなるように構成すると共に、前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第1複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第2複眼レンズを備え、前記複数の第1複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第2複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0008】
図1において、本発明に係る照明光学系は、基本的に第1照明光学系1と第2照明光学系2を有する。
【0009】
第1の照明光学系1は、照明光源3,集光レンズ4,偏向光学系(偏向光学部材)である反射ミラー6′,第1の複眼レンズ群であるフライアイレンズ5,偏向光学系(偏向光学部材)である反射ミラー6,集束光学系(集束光学部材)としてのコリメータレンズ7を有する。そして、照明光源3から出射された光は、集光レンズ4により集光された後に反射ミラー6′を介してフライアイレンズ5に入射し、このフライアイレンズ5により均質化されて射出される。この均質化された照明光束は、均質化された後では最初の第1の偏向光学系である反射ミラー6でコリメータレンズ7側に向けて反射(偏向)させられた後、コリメータレンズ7を介して照明面であるマスク(露光面)8を照明する。
【0010】
このマスク8への照明光は、図7(a)に示したマスク8のパターン8a,8a間を透過して図1の基板Bに導光され、基板Bを露光することになる。このマスク8と基板Bの間隔は、図1に示した如く例えば100μmに設定され、図7(b)に示した如くパターン8a,8aの間隔は10μmに設定されている。尚、Oはコリメータレンズ7の光軸(主軸)、O1は照明光学系1の光軸である。また、図7(a)と図7(b)では説明の便宜上、パターン8a,8bの大きさを異ならせて図示してある。
【0011】
また、第2の照明光学系2は、照明光源9,集光レンズ10,偏向光学系(偏向光学部材)である反射ミラー12′,第2の複眼レンズ群であるフライアイレンズ11,偏向光学系(偏向光学部材)である反射ミラー12,集束光学系(集束光学部材)としてのコリメータレンズ7を有する。そして、照明光源9から出射された光は、集光レンズ10により集光された後に反射ミラー12′を介してフライアイレンズ11に入射し、このフライアイレンズ11により均質化されて射出される。この均質化された照明光束は、均質化された後では最初で且つ上述の反射ミラー6との関係では第2の偏向光学系である反射ミラー12でコリメータレンズ7側に向けて反射(偏向)させられた後、コリメータレンズ7を介して照明面であるマスク(露光面)8を照明する。このマスク8への照明光は、図7(a)、(b)に示したマスク8のパターン8a,8a間を透過して図1の基板Bに導光され、基板Bを露光することになる。
【0012】
尚、O2は第2の照明光学系2の光軸である。また、フライアイレンズ5,11は一つ又は複数の複眼レンズ群を構成し、反射ミラー6,12は複数の偏向光学系群を構成している。
【0013】
この様な光学系に於いて、第1の照明光学系1と第2の照明光学系2は、光軸O1と光軸O2とが所定間隔Lだけ離れた状態で配置される。この所定間隔Lは、マスク8の面(マスク面)に対する開口数、2つの照明光学系1,2のマスク8(マスク面)に対する開き角等で設定される。
【0014】
以下、この開口数及び開き角等について詳述する。
【0015】
図1の複眼レンズ群、偏向光学系群を介した照明光の光束をマスク面即ちマスク8側(コリメータレンズ7の出射瞳側)から見ると、図3に示したように表すことができる。図3に於いて、S1′,S2′は図1のフライアイレンズ5,11を透過した照明光束S1,S2の瞳面上における外形を示し、Sは図1のマスク8(マスク面)の外接瞳面を示す。
【0016】
また、各フライアイレンズ(複眼レンズ)5,11を構成する図2の多数のレンズ5a,・・・・5a,11a,・・・11aの一つ一つから射出される光束は重ね合わせの法則により一つの光束として認識できる。図2は、この光束を作り出すフライアイレンズ5,11をコリメータレンズ7の入射側(入射瞳側)から見たときの、フライアイレンズ5,11の反射ミラー6,12上における大きさ及び間隔を表したものである。
【0017】
この図2に於いて、フライアイレンズ5,11は1辺あたりが寸法dの大きさの四角形として示してあり、フライアイレンズ5,11の光軸間隔は図1に示した所定間隔Lで示してある。尚、図2ではフライアイレンズ5,11の多数のレンズ5a,・・・・5a,11a,・・・11aを図示したが、図4及び図8では説明の便宜上外形のみを示す。
【0018】
この様な前提において、フライアイレンズ5,11の光軸間隔すなわち所定間隔Lを図4の如くdとすると、照明光束S1,S2の瞳面上における外形S1′,S2′はコリメータレンズ7の上面に投影したときに図5の如く接する状態となる。この照明光束S1,S2のコリメータレンズ7に投影された外形S1′,S2′を光軸O,O1,O2との関係でマスク8側から立体角として描くと、図6の様に表すことができる。この図6では、2つの照明光学系1,2のマスク8(マスク面)に対する開き角が0°となる。尚、マスク8の面(マスク面)に対する開口数NAは2°に設定されている。
【0019】
そして、この状態におけるマスク8のパターン8a,8aを透過(回折)した照明光の強度は図7(b)に破線で示した光強度曲線30の如く表すことができる。そして、この図7(b)の照明光は理想的な露光照明となる。
【0020】
しかし、現実の光学部品の配置では、反射ミラー6,12の配置の制約により、理想的な照明は難しいものである。従って、反射ミラー6,12の間隔をより小さくすることにより、理想的な露光照明に近づけるのが望ましい。図8,図9は、その一例を示したものである。この図8では、フライアイレンズ5,11の間隔をdとすることにより、所定間隔Lを2dとすると共に、光束の開き角は0.5°にしている。このときのマスク8のパターン8a,8a間を透過(回折)した光束の強度は図12に光強度曲線31で示した如くなる。この光強度曲線31によれば、理想的な光強度曲線30を100%としたときに、理想的な光強度の85%の光強度を得ることができた。
【0021】
また、開き角を図10に示した如く1°とした場合には、マスク8のパターン8a,8a間を透過(回折)した光束の強度は図13に光強度曲線32で示した如くなる。この光強度曲線32によれば、理想的な光強度曲線30を100%としたときに、理想的な光強度の70%の光強度を得ることができた。
【0022】
更に、開き角を図11に示した如く1.5°とした場合には、マスク8のパターン8a,8a間を透過(回折)した光束の強度は図14に光強度曲線33で示した如くなる。この光強度曲線33によれば、理想的な光強度曲線30を100%としたときに、理想的な光強度の60%の光強度を得ることができた。
【0023】
従って、2つの照明光学系1,2の開き角度を1°よりも小さい開き角にすれば、光強度は常に70%以上確保できることになり、光量の損失は少なくなり、広領域の最適な照明が可能になる。
【0025】
そして、本発明は以上説明した基本的構成に基づいて、図15に示した照明光学系を構成している。。この図15は、4つの照明光学系に用いるフライアイレンズ組立体40を示したもので、照明光源やコリメートミラー等の図示を省略している。
【0026】
図16に示すように、フライアイレンズ組立体40は立方体形状に形成されている。そのフライアイレンズ組立体40の四側面には、第1複眼レンズとしての平板状のフライアイレンズ42〜45が配置されている。そのフライアイレンズ42〜45は正方形状とされそのサイズは、その側面の面積の1/2である。図示しない4つの各光源部からの照明光P1〜P4は、ここでは、互いに直交する方向からそれぞれフライアイレンズ42〜45に入射するものとされ、図示しない4つの各光源部からの照明光P1〜P4が各フライアイレンズ42〜45に入射する前に干渉しないようにされている。そのフライアイレンズ組立体40の上面には第2複眼レンズとしての4個の正方形状のフライアイレンズ46〜49が配置され、フライアイレンズ46〜49とフライアイレンズ42〜45とは互いに直交している。
【0027】
そのフライアイレンズ46〜49の各焦点距離は、各フライアイレンズのサイズtよりも大きくされて、フライアイレンズ46〜49とフライアイレンズ42〜45との間に以下に説明する反射ミラーが設置できるようにされている。
【0028】
フライアイレンズ42とフライアイレンズ46との間には、フライアイレンズ42に入射した照明光をフライアイレンズ46に向けて偏向する反射ミラー50が設けられ、フライアイレンズ43とフライアイレンズ47との間にはフライアイレンズ43に入射した照明光をフライアイレンズ47に向けて偏向する反射ミラー51が設けられ、フライアイレンズ44とフライアイレンズ48との間にはフライアイレンズ44に入射した照明光をフライアイレンズ48に向けて偏向する反射ミラー52が設けられ、フライアイレンズ45とフライアイレンズ49との間にはフライアイレンズ45に入射した照明光をフライアイレンズ49に向けて偏向する反射ミラー(図示を略す)が設けられている。その各反射ミラー50,51,52,(図示せず)は、第1複眼レンズであるフライアイレンズ42〜45を通過した照明光を二次光源としての第2複眼レンズであるフライアイレンズ46〜49に向けて偏向する偏向光学系群を構成している。
【0029】
その第2複眼レンズを通過した照明光P5は公知のコリメートミラーに導光されて平行光束とされ、このコリメートミラーの反射方向前方に存在するマスク25を照明し、このマスク8のパターン8aが被転写体としての基板Bに投影される。ここで、照明光は実際には各フライアイレンズ46〜49の全面から出射するが、説明の便宜上、4つの照明光学系の光軸と一致する4つの照明光P5として図示してある。しかも、4つの照明光P5の光軸間距離は所定間隔Lに設定され、この所定間隔Lは上述した開き角が1°以下になるように設定されている。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明は、複数の照明光源と、それらの複数の照明光源からの各光束上に配置されマスクのマスク面が配置された方向に導光するための複数の複眼レンズ及び偏向光学系群を備え、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群により導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための光学系を有し、その複数の複眼レンズ及び偏向光学系群から導光された各光束の光路上に配置されたマスク面を照明するための露光装置の照明光学系において、複眼レンズ及び偏向光学系群の各光学系を所定間隔離して配置し、その間隔がマスク面からみて開き角を1°より小さくなるように構成すると共に、前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第1複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第2複眼レンズを備え、前記複数の第1複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第2複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とするので、光強度は常に70%以上確保することになり、光量の損失は少なくなり、広領域の最適な照明が可能になり、露光面積の拡大や高照度露光の要求を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の露光装置の照明光学系の基本的構成を示す説明図である。
【図2】図1に示した照明光学系のフライアイレンズの説明図である。
【図3】図1に示した照明光学系の照明範囲と反射ミラー上における照明光束の径との関係を示す説明図である。
【図4】図1に示した照明光学系のフライアイレンズ及び反射ミラーの理想的な配置を示す説明図である。
【図5】図4の配置による照明光学系の照明範囲と反射ミラー上における照明光束の径との関係を示す説明図である。
【図6】図4の配置による照明光学系の立体角の説明図である。
【図7】(a)は図1に示したマスクの説明のための部分断面図、(b)は(a)に示したマスクのパターンと図4の配置によるマスク透過光束の光量との関係を示す説明図である。
【図8】図1に示した照明光学系のフライアイレンズの反射ミラーによる間隔設定例を示す説明図である。
【図9】図8に示した配置の立体角の説明図である。
【図10】図1に示した反射ミラーの配置設定による立体角の他の例を示す説明図である。
【図11】図1に示した反射ミラーの配置設定による立体角の更に他の例を示す説明図である。
【図12】図4及び図9に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図13】図4及び図10に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図14】図4及び図11に示した配置例によるマスクパターン透過光量の光強度曲線の関係を示す説明図である。
【図15】本発明の露光装置の照明光学系を示す説明図である。
【符号の説明】
3・・・照明光源
5・・・フライアイレンズ(複眼レンズ群)
6・・・反射ミラー(偏向光学系群)
7・・・コリメータレンズ(集光光学系)
8・・・マスク(マスク面)
8a・・・パターン
9・・・照明光源
11・・・フライアイレンズ(複眼レンズ群)
12・・・反射ミラー(偏向光学系群)
50,51,52・・・反射ミラー(偏向光学系群)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the field of photolithography technology, and more specifically, exposure that illuminates a mask used to transfer a circuit pattern of a semiconductor integrated device, a circuit pattern of a liquid crystal device, a color filter pattern, and the like onto a transfer target. The present invention relates to an illumination optical system of the apparatus.
[0002]
[Prior art]
In an illumination optical system of a conventional exposure apparatus, there has been proposed an optical system in which a plurality of primary light sources are arranged side by side, and a fly-eye lens is divided and illuminated by the plurality of primary light sources.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the illumination light source having this configuration, the illumination light emitted from the plurality of primary light sources partially overlaps each other before entering the fly-eye lens, and the illumination efficiency by the plurality of illumination light sources cannot be increased. There is.
[0004]
On the other hand, in recent exposure technologies, mask illumination with a large exposure area and exposure illumination with high illuminance are required, but this requirement cannot be sufficiently satisfied by the illumination optical system of the conventional exposure apparatus. .
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an illumination optical system of an exposure apparatus that can solve the conventional problems and can realize the demand for an exposure area expansion and high illumination exposure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, a first aspect of the invention, a plurality of illumination sources, multiple for the mask surface of the mask is disposed on the light beams is guided to the arranged direction from those of the plurality of illumination light sources of comprising a compound lens and the deflection optical group has an optical system for illuminating a mask surface that is disposed on the optical path of the light beam guided by the plurality of the compound lens and the deflection optical group, the plurality In the illumination optical system of the exposure apparatus for illuminating the mask surface arranged on the optical path of each light beam guided from the compound eye lens and the deflection optical system group, each optical system of the compound eye lens and the deflection optical system group is predetermined. The compound eye lens is arranged so as to be spaced apart from each other so that the opening angle is smaller than 1 ° when viewed from the mask surface. Each incident on A plurality of first compound eye lenses and a plurality of second compound eye lenses that respectively deflect light beams incident on the plurality of reflection mirrors toward the mask surface, the plurality of first compound eye lenses having a cubic shape. Each of the plurality of second compound eye lenses is arranged on one of the surfaces orthogonal to the four side surfaces of the fly array lens assembly, and is disposed on each of the four side surfaces of the fly array lens assembly. Is arranged in the fly array lens assembly.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0008]
In FIG. 1 , the illumination optical system according to the present invention basically includes a first illumination
[0009]
The first illumination
[0010]
The illumination light to the
[0011]
The second illumination
[0012]
O2 is the optical axis of the second illumination
[0013]
In such an optical system, the first illumination
[0014]
Hereinafter, the numerical aperture and the opening angle will be described in detail.
[0015]
When the luminous flux of the illumination light through the compound eye lens group and the deflection optical system group in FIG. 1 is viewed from the mask surface, that is, the
[0016]
Further, the light beams emitted from each of the multiple lenses 5a,... 5a, 11a,. It can be recognized as one light beam by the law. FIG. 2 shows the size and spacing of the fly-
[0017]
In FIG. 2, the fly-
[0018]
Under such a premise, if the distance between the optical axes of the fly-
[0019]
The intensity of the illumination light transmitted (diffracted) through the
[0020]
However, in the actual arrangement of optical components, ideal illumination is difficult due to the restrictions on the arrangement of the reflection mirrors 6 and 12. Accordingly, it is desirable that the distance between the reflecting
[0021]
When the opening angle is set to 1 ° as shown in FIG. 10, the intensity of the light beam transmitted (diffracted) between the
[0022]
Furthermore, when the opening angle is 1.5 ° as shown in FIG. 11, the intensity of the light beam transmitted (diffracted) between the
[0023]
Therefore, if the opening angle of the two illumination
[0025]
And this invention comprises the illumination optical system shown in FIG. 15 based on the basic composition demonstrated above. . FIG. 15 shows a fly-
[0026]
As shown in FIG. 16, the fly-
[0027]
The focal lengths of the fly-
[0028]
Between the fly-
[0029]
The illumination light P5 that has passed through the second compound eye lens is guided to a known collimator mirror to be converted into a parallel light beam, illuminates the mask 25 existing in the reflection direction of the collimator mirror, and the
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of an illumination optical system of an exposure apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a fly-eye lens of the illumination optical system shown in FIG.
3 is an explanatory diagram showing a relationship between an illumination range of the illumination optical system shown in FIG. 1 and a diameter of an illumination light beam on a reflection mirror. FIG.
4 is an explanatory diagram showing an ideal arrangement of a fly-eye lens and a reflecting mirror of the illumination optical system shown in FIG. 1. FIG.
5 is an explanatory diagram showing the relationship between the illumination range of the illumination optical system with the arrangement of FIG. 4 and the diameter of the illumination light beam on the reflection mirror. FIG.
6 is an explanatory diagram of a solid angle of the illumination optical system according to the arrangement of FIG.
7A is a partial sectional view for explaining the mask shown in FIG. 1, and FIG. 7B is a relationship between the mask pattern shown in FIG. 1A and the amount of light transmitted through the mask according to the arrangement shown in FIG. It is explanatory drawing which shows.
8 is an explanatory diagram showing an example of setting an interval by a reflection mirror of the fly-eye lens of the illumination optical system shown in FIG. 1. FIG.
9 is an explanatory diagram of a solid angle of the arrangement shown in FIG.
10 is an explanatory diagram showing another example of the solid angle by the arrangement setting of the reflecting mirror shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing still another example of the solid angle according to the arrangement setting of the reflection mirror shown in FIG. 1;
12 is an explanatory diagram showing a relationship of a light intensity curve of a mask pattern transmitted light amount according to the arrangement example shown in FIGS. 4 and 9. FIG.
13 is an explanatory diagram showing a relationship of a light intensity curve of a mask pattern transmitted light amount according to the arrangement example shown in FIGS. 4 and 10. FIG.
14 is an explanatory diagram showing a relationship of a light intensity curve of a mask pattern transmitted light amount according to the arrangement example shown in FIGS. 4 and 11. FIG.
[15] Ru explanatory view showing an illumination optical system of the exposure apparatus of the present invention.
[ Explanation of symbols]
3 ... Illumination
6 ... Reflection mirror (deflection optical system group)
7 ... Collimator lens (Condensing optical system)
8 ... Mask (mask surface)
8a ...
12 ... Reflection mirror (deflection optical system group)
50, 51, 52 ... Reflection mirror (deflection optical system group)
Claims (1)
前記複眼レンズは、前記複数の照明光源の光束を前記偏向光学系群の複数の反射ミラーにそれぞれ入射させる複数の第1複眼レンズと、前記複数の反射ミラーにそれぞれ入射される光束を前記マスク面に向けてそれぞれ偏向させる複数の第2複眼レンズを備え、
前記複数の第1複眼レンズは立方体形状のフライアレイレンズ組立体の四側面にそれぞれ配設され、前記複数の第2複眼レンズは前記フライアレイレンズ組立体の四側面に直交する面の一つに配列されていると共に、前記複数の反射ミラーは前記フライアレイレンズ組立体内に配設されていることを特徴とする露光装置の照明光学系。 A plurality of illumination light sources, and a plurality of compound eye lenses and a deflecting optical system group for guiding light in the direction in which the mask surface of the mask is disposed on each light beam from the plurality of illumination light sources . an optical system for illuminating a mask surface that is disposed on the optical path of the light beam guided by the compound eye lens and deflection optical group, each of which is guided from the plurality of the compound lens and the deflection optical group In the illumination optical system of the exposure apparatus for illuminating the mask surface arranged on the optical path of the luminous flux, the optical systems of the compound eye lens and the deflection optical system group are arranged separated by a predetermined distance, and the interval is opened as viewed from the mask surface. While configuring the angle to be less than 1 ° ,
The compound eye lens includes a plurality of first compound lenses that allow light beams of the plurality of illumination light sources to be incident on a plurality of reflection mirrors of the deflection optical system group, and light beams incident on the plurality of reflection mirrors, respectively, on the mask surface. A plurality of second compound eye lenses that respectively deflect toward the
The plurality of first compound eye lenses are respectively disposed on four side surfaces of a cube-shaped fly array lens assembly, and the plurality of second compound eye lenses are arranged on one of the surfaces orthogonal to the four side surfaces of the fly array lens assembly. An illumination optical system of an exposure apparatus, wherein the illumination mirror system is arranged and the plurality of reflection mirrors are disposed in the fly array lens assembly.
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