JPH01198759A

JPH01198759A - 照明装置

Info

Publication number: JPH01198759A
Application number: JP63022131A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-10
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: JP2590510B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、コヒーレンスな照明系によって物体を照明す
る装置に関し、特にそのスペックル除去に関するもので
ある。

［従来の技術］第４図は、コヒーレンスな照明系によって物体を照明す
る装置の一例を示す構成図である。

図において、１０はレーザ制御装置、１２はパルス性の
レーザ発振装置、１４はフィルタ、１６はシャッタであ
る。レーザ発振装置１２は、レーザ制御装置１０によっ
て発振タイミング及び発振強度を制御されなからレーザ
ビームを出力する。

レーザ発振装置１２から出力されたレーザビームは、フ
ィルタ１４により光量を調整された後、ビームエキスパ
ンダーを構成する凹レンズ１８及び凸レンズ２０を透過
する。レーザビームはこのエキスパンダによって一定の
ビーム径に拡大された後、フライアイレンズ２２に入射
する。フライアイレンズ２２は、入射した光から複数の
光束を形成する。そして、これら複数の光束からなる照
明光は、コンデンサーレンズ２４を介してレチクル（マ
スク）Ｒ全面に照射される。ここでフライアイレンズ２
２とコンデンサーレンズ２４の組合せは、レーザビーム
の強度分布を一様化する手段として働く。

ここで、前記フライアイレンズ２２は、照度を均一にす
るため及びスペックルを除去するために設けられている
。すなわち、レーザビームの断面光量分布は一般に、第
５図に示すようなガウス分布をなしているが、このよう
なガウス分布のレーザ光をレチクルＲに照射した場合、
レチクルＲの周辺部の光量が不足して照度分布ムラを生
じる。

このため、フライアイレンズ２２によってレーザビーム
から複数の光束を形成させ、各光束が被照射対象物上を
重畳して照明することによって照度が均一となるように
しているものである。

一方、レーザビームは一般にコヒーレンスが良いのでス
ペックルを生じやすい。しかし、狭帯化等を行わないエ
キシマレーザは完全なコヒーレント光ではなく、第５図
のビーム断面図に示すように、一定間隔ａ以上前れたレ
ーザ光束は互いに干渉し合わない。従って、フライアイ
レンズ２２によって間隔ａ以上前して複数の光束を形成
して重ね合せることにより、スペックルが生じないよう
にしている。

［発明が解決しようとする課題］上記の如き従来の技術に於いては、フライアイレンズに
よってスペックルの除去を行っているが、スペックルを
十分に除去するためには、形成する光束数の多いフライ
アイレンズを使用する必要がある。しかし、フライアイ
レンズは形成する光束数が多くなるほど製作が困難とな
り、コストも高くなるという問題点があった。

また、波長幅を小さくする（狭帯化）ためにインジェク
ションロッキング法等を用いる場合があるが、この場合
にはレーザビームの空間的コヒーレンスが極めて高くな
り、フライアイレンズのみでは十分にスペックルを除去
できないという問題点があった。

さらに、レーザビームの断面光量分布の形状が第５図に
示すようなガウス分布であるため、フライアイレンズの
周辺部に入射する光量が少なくなるので、スペックル除
去効果が十分に得られないという問題点があった。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、コヒーレントな光を出力する光源を用いた場合でも
、スペックルの発生を十分に防止でき、均一な照明が行
える照明装置を提供することを目的とする。

［課題を解決する為の手段］上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、
前記光源と前記強度分布一様化手段との間に、前記光源
から出力された光を反射、あるいは透過により分割する
とともに該分割された光を互いに光の可干渉距離より大
きな光路差を与えてから合成する手段を設け、該手段に
より光源からの光の時間的コヒーレンスを低減させてか
ら前記強度分布一様化手段に入射させるようにしたもの
である。

［作用］スペックルは光のコヒーレンスが良い場合に生じる。す
なわち、空間的コヒーレンス及び時間的コヒーレンスの
いずれもが高い場合に生じる。従って、光の空間的コヒ
ーレンス又は時間的コヒーレンスのいずれかを低下させ
ることによりスペックルを防止することができる。

本発明においては、光源から出力された光を、まず、例
えば光の一部を反射し残りを透過するような手段により
分割し、該分割された光を、互いに光の可干渉距離より
大きな光路差を与えた後に再び合成するようにしたので
、該合成された光は時間的コヒーレンスが低減させる。

従って、インジェクションロッキング法等を用いて空間
的コヒーレンスが高くなった場合でも、時間的コヒーレ
ンスが低いので、スペックルを生じることなく照明する
ことが可能となる。

［実施例］以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例について
詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例を示す構成
図である。図において、第４図と同一符号は同一部分を
示す。

レーザ発振装置１２から出力されたレーザビームは、フ
ィルタ１４を介して三角プリズム光学系１００に到達す
る。この三角プリズム光学系１００は、正三角形の第一
プリズム１０２及び第ニブリズム１０４からなり、これ
らの三角プリズムに光が入射すると、入射面以外の他の
２面で内面反射して入射面から再び外部へ出るようにな
っている。なお、第ニブリズム１０４の内部光路長は第
一プリズム１０２の内部光路長の２倍となっており、第
一プリズムの内部光路長はレーザビームの可干渉距離よ
りも大きくなるように設定されている。

各プリズムのプリズム面は、いずれも到達する光のうち
１／３の光量を反射し、２／３の光量を透過するように
なっている。一方、各プリズム内反射されて入射面に戻
り、再び１／３の光量が反射され、２／３の光量が透過
してプリズム外に射出される。反射された光はさらに他
の２面で全反射されて入射面に戻り、上述の如く反射及
び透過を繰返す。

従って、各プリズムに到達した光は、プリズム内に入射
せずに反射する光、プリズム内に入射してプリズム内で
１回転して外部へ出る光、プリズム内で２回転して外部
へ出る光等、光路長の異なる複数の分割光に分割された
後、プリズムから射出される際に再び合成されることに
なる。

従って、三角プリズム光学系１００に到達したレーザビ
ームは、まず第一プリズム１０２において上記のように
分割・合成された後、第ニブリズム１０４に到達し、同
様に分割・合成されて射出される。このように、レーザ
ビームを三角プリズム光学系１００を通過させると、レ
ーザビームの時間的コヒーレンスが低減される。次にそ
の作用について詳述する。

第一プリズム１０２内の１回転の光路長をｂとすると、
第ニブリズム１０４内の１回転の光路長は２ｂとなる。

このとき、第一プリズム１０２に到達する光の光量を１
とすると、各分割光のプリズム内の光路長及び光量は第
１表のようになる。

第１表の結果から、第一プリズム１０２及び第ニブリズ
ム１０４内の光路長ごとの光量分布は次のようになる。

光路長　Ｏｂ　　　２ｂ　　　３ｂ　　４ｂ　　５ｂ　
　６ｂ光量比　８１　：　１０８　：　１４４　：　１
４４　：　８４　：　４８　：　１にのように、光路差
がｂ以上異なる複数の光に分割される結果、三角プリズ
ム光学系１００から射出される光は、時間的コヒーレン
スが１１５〜１／６程度に低下することになり、スペッ
クルの発生が大幅に低減される。なお、上記三角プリズ
ム光学系１００を通過させたときに得られる光量は、入
射光の約８０％程度である。

１表上記のように、三角プリズム光学系１００によって時間
的コヒーレンスが低減された光を用い、従来装置と同様
に凹レンズ１８、凸レンズ２０、フライアイレンズ２２
、及びコンデンサレンズ２４（レンズ２２．２４によっ
て強度分布一様化手段が構成される）を介して被照射対
象たるレチクルＲを照射すれば、スペックルの発生が低
減された照明を行うことが可能となるが、本実施例にお
いては、ビーム平坦化光学系２００を付加してビームの
断面光量分布を平坦化することにより、スペックル除去
効果をさらに高めている。

上記三角プリズム光学系１００から射出された光は、凹
レンズ２６及び凸レンズ２８からなるビームエキスパン
ダーによって適宜径に拡大された後、第一偏光ビームス
プリッタ２０２に入射し、ここで異なる偏光に分割され
る。

第一の偏光は、前記第一偏光ビームスブリツタ２０２を
透過し、さらにミラー２１０及び２１２によって偏向さ
れ、第二偏光ビームスプリッタ２０６に入射する。この
偏光の断面光量分布は、第３図（ａ）　に示すように当
初のガウス分布をなしている。

一方、第二の偏光は、前記第一偏光ビームスプリッタ２
０２で偏向され、光学部材２０４を透過した後、第二偏
光ビームスプリッタ２０６に入射する。光学部材２０４
は、第２図に示すような形状をしている。すなわち、中
央部が円柱状であってその両端面に円錐を合せた形状と
なっている。

このような構成の光学部材２０４を光が円錐部側から入
射した場合、光の断面光量分布は、入射するときには第
３図（ａ）のようなガウス分布であったものが射出する
ときは第３図（ｂ）に示すような分布、すなわち光束の
中心と周辺とが反転した分布となる。

上記両偏光が第二偏光ビームスプリッタ２０６で合成さ
れると、第３図（ｃ）に示すような断面光量分布を示し
、光量分布が平坦化されていることが分る。従って、こ
のように断面光量分布が平坦化された光を凹レンズ１８
及び凸レンズ２０を介してフライアイレンズ２２に入射
させれば、フライアイレンズ２２の周辺部に入射する光
量も十分となり、フライアイレンズ２２によるスペック
ル除去効果がさらに顕著に得られるようになる。なお、
前記ビーム平坦化光学系２００によって平坦化された光
束は偏光に片寄りが生じているので、λ／４板２０８を
設け、これによって円偏光に変えている。

上述の如く本実施例の構成によれば、レーザ光源から出
力されたレーザビームを第一プリズム１０２及び第ニブ
リズム１０４を透過させてレーザビームの時間的コヒー
レンスを低下させることによってスペックルを除去する
ことができる。また、本発明の必須の構成ではないが、
ビーム平坦化光学系に２００よってレーザビームの断面
方向の光量（強度）分布を平坦化することにより、フラ
イアイレンズ２２に入射するレーザビームの光量を均一
化させ、フライアイレンズ２２によるスペックル除去効
果を向上させることができる。

なお、本実施例においては、光の時間的コヒーレンスを
低下させるための手段としてプリズム系を用いた例を示
したが、何等これに限定されず、光を分割し、互いに光
の可干渉距離よりも大きな光路差を与えた後に再び合成
するような手段であればよい。

また、上記実施例においては、プリズム面の反射率と透
過率の比が１＝２のものを用いたが、この比が他の値の
プリズムであってもよい。さらに、三角プリズム光学系
は単体であっても、あるいは３個以上のプリズムで構成
したものでもよい。

また、上記実施例の第一プリズム１０２．及び第ニブリ
ズム１０４を用いることにより得られた光束の偏光には
偏りが生じることが予想される。このため、偏光方向に
より、半導体露光装置等で使用される投影レンズ（レヂ
クルのパターンをクエへへ結像投影する系）の結像性能
に変化が生じる場合には、第一プリズム１０２と第ニブ
リズム１０４の入射、反射面の方向を互いに直交（実施
例では互いに平行）させたりすることにより、偏光ビー
ムスプリッタ２０２へ入射する光の偏光の方向性をなく
すのがよい。また、プリズム１０４から射出した光の偏
光に偏りがある場合でも、偏光ビームスプリッタ２０２
へ入射する光の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ２０
２の入射面に対して約４５°方向にすればよい。

［発明の効果］以上説明した通り本発明によれば、照射光の時間的コヒ
ーレンスを低下させることによってスペックルの発生を
防止しているので、従来よりも多数の光束を形成するフ
ライアイレンズ（多数のエレメントレンズ）を使用する
必要がなく、簡単な光学系によってスペックル除去がで
き、コストを下げることができるという効果がある。特
に、波長幅を小さくする為にインジェクションロッキン
グ法やエタロン等を用いてレーザ光の空間的コヒーレン
スが高くなった場合でも、十分にスペックルを除去する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はビー
ム平坦化光学系を構成する光学部材を示すものであって
第２図（ａ）はその正面図、第２図（ｂ）はその側面図
、第３図はレーザ光源から射出されたレーザビームの断
面光量分布を示すものであって第３図（ａ）はビーム平
坦化手段に入射前の断面光量分布図、第３図（ｂ）は光
学部材を透過後の断面光量分布図、第３図（Ｃ）はビー
ム平坦化手段を透過後の断面光量分布図、第４図は従来
の照明装置の一例を示す構成図、第５図はレーザビーム
の断面光量分布図である。［主要部分の符号の説明コ１０・・・レーザ制御装置１２・・・レーザ発振装置１４・・・フィルタ１６・・・シャッタ１８．２６・・・凹レンズ２０．２８・・・凸レンズ２２・・・フライアイレンズ２４・・・コンデンサーレンズ１０２・・・第一プリズム１０４・・・第ニブリズム２０２・・・第一偏光ビームスブリツタ２０４・・・光
学部材２０６・・・第二偏光ビームスプリッタ２０８・・・λ
／４板２１０．２１２・・・ミラーＲ・・・レチクル代理人　弁理士　　佐　藷　正　年（（ｚ）　　　　　　　　　　（ｂ）第２図第８図昭和６３年　５月１２日

Claims

【特許請求の範囲】

　コヒーレントな光を出力する光源と、出力された光を
適宜径に拡大するためのエキスパンダ光学系と、前記径
が拡大された光束を入射し、該光束の強度分布をほぼ一
様に整える強度分布一様化手段とを備え、さらに、前記
光源と前記強度分布一様化手段との間に、前記光源から
出力された光を分割するとともに該分割された光を互い
に光の可干渉距離より大きな光路差を与えてから合成す
る手段を設け、該手段により前記光源からの光の時間的
コヒーレンスを低減させてから前記強度分布一様化手段
に入射させることにより、被照射対象を均一に照明する
ことを特徴とする照明装置。