JPH05217854A - Method and apparatus for illumination and projection aligner - Google Patents

Method and apparatus for illumination and projection aligner

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JPH05217854A
JPH05217854A JP4018676A JP1867692A JPH05217854A JP H05217854 A JPH05217854 A JP H05217854A JP 4018676 A JP4018676 A JP 4018676A JP 1867692 A JP1867692 A JP 1867692A JP H05217854 A JPH05217854 A JP H05217854A
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optical fiber
light
illumination
fiber bundle
incident
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Yoshitada Oshida
良忠 押田
Susumu Tawa
邁 田和
Yukihiro Shibata
行広 芝田
Shigemi Ishii
重美 石井
Minoru Noguchi
稔 野口
Tsuneo Terasawa
恒男 寺沢
Makoto Murayama
誠 村山
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Abstract

PURPOSE:To optimally and effectively illuminate a variety of patterns by focusing light projected from a exposure light source to apply it to one incidence plane of a bundle of optical fibers and branching the bundle to form a plurality of smaller bundles of optical fibers. CONSTITUTION:Light, projected from a mercury-arc lamp 24, is reflected by an ellipsoidal mirror 25 and then a wavelength selective mirror 26. The light then goes through a lens 21 and enters an end plane A-A' of a bundle 1 of optical fiber. A large number of optical fibers are bundled at its plane A-A' of incidence. The bundle of the optical fibers is branched into a plurality of smaller bundles at a specific distance away from the plane of incidence. A mechanism 10 is provided to control and vary the relative positions of the ends of a plurality of the smaller bundles on the exit plane B-B; of the optical fibers. This obtains a desired directivity and distribution of illumination light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体の投影式露光装置
等に用いられる露光照明の方法及び装置に係り、特に露
光や検出を行うパターンの寸法や形状、或いはマスクま
たはレチクルやウエハの種類に応じて照明光の指向性を
制御し、最適な状態でパターン露光やパターン検出を可
能にする投影式露光装置並びに照明方法及び照明装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for exposure illumination used in a semiconductor projection type exposure apparatus, etc. The present invention relates to a projection-type exposure apparatus, an illumination method, and an illumination apparatus that control the directivity of illumination light in accordance therewith and enable pattern exposure and pattern detection in an optimum state.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路のパターン微細化は光の
波長に近いパターン幅に迫る程に進んで来ている。光に
代わる露光方法として、X線或いは電子線による方法も
開発が進められているが、需要の大きいメモリ等では短
時間で多数の集積回路チップが露光できる光露光に比べ
量産性が劣り、安価なメモリーを大量に生産することが
難しい。このような状況下で、近年、従来のi線縮小投
影露光装置(i線ステッパ)に用いるマスクあるいはレ
チクル上のパターンに位相シフト部を設け、従来使用さ
れていた通常のレチクルに比べパターンの解像度を大幅
に向上させる技術の開発が進められている。またこのよ
うな特殊なレチクルを用いなくても、特開昭61−91
662号に記載されているように、レチクルに照射する
照明光が縮小投影レンズの入射瞳上で輪帯状になるよう
にし、レチクル透過光の高い空間周波数成分が露光結像
レンズの入射瞳を通過する様にすることにより、パター
ンの解像度を向上させる技術の開発も進められている。
2. Description of the Related Art The pattern miniaturization of semiconductor integrated circuits has advanced to the extent that the pattern width close to the wavelength of light is approached. A method using X-rays or electron beams has been developed as an exposure method instead of light, but mass production is inferior to optical exposure, which can expose a large number of integrated circuit chips in a short time, in a memory that is in high demand, and it is inexpensive. It is difficult to mass-produce large amounts of memory. Under these circumstances, in recent years, a pattern shifter is provided in a pattern on a mask or reticle used in a conventional i-line reduction projection exposure apparatus (i-line stepper), and the pattern resolution is higher than that of a conventional reticle that has been conventionally used. The development of technology that greatly improves Further, even if such a special reticle is not used, the method disclosed in JP-A-61-91
As described in No. 662, the illumination light illuminating the reticle is formed into an annular shape on the entrance pupil of the reduction projection lens, and the high spatial frequency component of the reticle transmitted light passes through the entrance pupil of the exposure imaging lens. By doing so, the development of a technique for improving the resolution of the pattern is under way.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような解像度向上
方法を用いようとするとき、従来用いていた半導体露光
装置(i線ステッパ)をそのまま用いると、レチクルを
照明する照明光の照明指向性を示すいわゆるσの値(σ
=露光結像レンズの瞳径に対する照明光のこの瞳上での
広がりの比)が上記の解像度向上方法で最適とされる照
明指向性を示すσ値と一致しないという課題を有してい
た。
When attempting to use such a resolution improving method, if the conventionally used semiconductor exposure apparatus (i-line stepper) is used as it is, the illumination directivity of the illumination light for illuminating the reticle can be improved. The so-called σ value (σ
There is a problem that the ratio of the spread of the illumination light on the pupil to the pupil diameter of the exposure imaging lens does not match the σ value that indicates the illumination directivity that is optimal in the above resolution improving method.

【0004】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、各種の解像度向上方法に対し最適となる照明
光を容易に選択制御し、かつ露光光源から発する露光光
を無駄することなく利用できるようにした投影式露光装
置並びに照明方法及び照明装置を提供することにある。
An object of the present invention is to easily select and control the illumination light that is optimal for various resolution improving methods and solve the above-mentioned problems of the prior art without wasting the exposure light emitted from the exposure light source. It is an object of the present invention to provide a projection type exposure apparatus, an illumination method and an illumination apparatus which can be used.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、露光光源と、該露光光源より出射した光
をマスクまたはレチクルに照射せしめるべく、前記露光
光源より出射した光が入射される入射面を有する複数の
光ファイバーを束ねた光ファイバー束部と該光ファイバ
ー束部から分岐され、出射面を有する複数個の小さい束
の小光ファイバー束部とから構成された光ファイバーを
備えた照明光学系と、該照明光学系により照明されてマ
スクまたはレチクルを透過した光を被露光物体上にマス
クまたはレチクルのパターン像として投影せしめる投影
露光系とを備えたことを特徴とする投影式露光装置であ
る。即ち、本発明は、投影式露光装置において、露光光
源より出射した光を集めて複数の光ファイバーを束ねた
光ファイバー束部の一方の入射面に照射し、この光ファ
イバー束部を分岐して複数個の小さい束の小光ファイバ
ー束部を有するように照明光学系を構成する。しかもこ
の光ファイバーの複数の小光ファイバー束部から出射し
た光をマスクまたはレチクルの被照射物体に照射する
際、この複数の小光ファイバー束部の各出射面の相対的
位置を制御可能に構成する。
In order to solve the above problems, the present invention is directed to an exposure light source and the light emitted from the exposure light source so that the light emitted from the exposure light source is applied to a mask or reticle. An illumination optical system including an optical fiber comprising a plurality of optical fibers having an incident surface and a plurality of small optical fiber bundles branched from the optical fiber bundle and having an emitting surface. And a projection exposure system for projecting light, which is illuminated by the illumination optical system and transmitted through the mask or reticle, onto the object to be exposed as a pattern image of the mask or reticle. That is, the present invention is, in a projection type exposure apparatus, collecting light emitted from an exposure light source and irradiating the light on one incident surface of an optical fiber bundle portion in which a plurality of optical fibers are bundled, and branching the optical fiber bundle portion into a plurality of portions. The illumination optical system is configured to have a small bundle of small optical fibers. Moreover, when the light emitted from the plurality of small optical fiber bundles of the optical fiber is applied to the irradiation target object of the mask or reticle, the relative positions of the emission surfaces of the plurality of small optical fiber bundles can be controlled.

【0006】また光ファイバーの入射端面近傍に当該入
射端面の法線に対し平行な対称軸を有し、その表面が露
光光に対し高反射率を有する鏡面である柱状鏡を、この
対称軸が入射端面の外形の中心とほぼ一致するごとく配
置することにより、光源より出射した光を光ファイバー
束の入射端面に輪帯状に入射させることが可能となる。
あるいは入射端面の法線に対し平行な回転対称軸を持ち
当該法線を含む平面で切った断面が凹状の直線となる透
明物体を入射端面近傍に配置し、光源より出射した光を
光ファイバー束の入射端面に輪帯状に入射させることが
可能となる。この入射端で輪帯状に照明される光ファイ
バの出射端は小ファイバ束の出射端の中心部に来ないよ
うにすれば輪帯照明光が出射端から得られる。更にこの
柱状鏡や断面が凹状の直線となる透過物体を光ファイバ
ーの入射端面の近傍に自動的に挿入、撤去可能にしてお
く。
Further, a columnar mirror having a symmetry axis parallel to the normal to the incident end face of the optical fiber and having a mirror surface whose surface has a high reflectance for exposure light is incident on the symmetric axis. The light emitted from the light source can be made to enter the incident end face of the optical fiber bundle in a ring-shaped manner by arranging the end face so as to substantially coincide with the center of the outer shape.
Alternatively, a transparent object that has a rotational symmetry axis parallel to the normal line of the incident end face and has a concave straight line cut by a plane including the normal line is arranged near the incident end face, and the light emitted from the light source is transmitted through the optical fiber bundle. It is possible to make the light incident on the entrance end face in a ring shape. If the exit end of the optical fiber illuminated in a ring shape at the entrance end does not come to the center of the exit end of the small fiber bundle, the ring illumination light can be obtained from the exit end. Further, the columnar mirror and the transmissive object having a concave straight line can be automatically inserted and removed in the vicinity of the incident end face of the optical fiber.

【0007】またエキシマレーザ等、干渉性並びに指向
性の高い光源に対しては、上記の構成で、光ファイバー
束の各光ファイバーの長さをレーザビームの断面の各位
置間での可干渉性に応じて、長さを変えることにより、
光路長を変化させ、出射端から得られる照射光の干渉性
を低減し、一様な照明光を得ることができる。また指向
性の高いレーザ光をファイバー束の入射端面に入射させ
る時、この入射端面を複数の部分に分割し、各部分で
は、入射レーザ光に対し入射角が異なるようにすること
により、ファイバー出射端から出て来る照射光の指向性
を照明に必要な所望の指向性にすることが可能となる。
With respect to a light source having high coherence and directivity, such as an excimer laser, the length of each optical fiber of the optical fiber bundle is adjusted according to the coherence between the positions of the cross section of the laser beam. By changing the length,
It is possible to change the optical path length, reduce the coherence of the irradiation light obtained from the emission end, and obtain uniform illumination light. Also, when a highly directional laser beam is incident on the incident end face of the fiber bundle, this incident end face is divided into multiple parts, and at each part the incident angle with respect to the incident laser light is made different It is possible to set the directivity of the irradiation light emerging from the end to the desired directivity required for illumination.

【0008】即ち本発明は、光源より出射した光を集め
て複数の光ファイバ−を束ねた光ファイバ−束の一方の
端面に照射し、該光ファイバ−束の他の端面が複数個の
小さい束の小光ファイバ−束になるように構成された光
ファイバ−の複数の小光ファイバ−束の各端面の相対的
位置を制御して該複数の小光ファイバ−束から出射した
光を被照明物体に照射することを特徴とする。また本発
明は上記複数の小光ファイバ−束の数を5個以上にする
と共に、その端面が所望の面内に有り、上記相対的位置
の制御に伴う該端面の移動は該所望の面に沿ってなされ
ることを特徴とする。また本発明は、上記複数の小光フ
ァイバ−束の相対的位置の制御は1つの駆動系により同
時になされることを特徴とする。また本発明は、上記複
数の小光ファイバ−束の相対的位置の制御により各小光
ファイバ−束端面の相対的位置は相似的に変化すること
を特徴とする。また本発明は、上記複数の小光ファイバ
−束の相対的位置の制御により各小光ファイバ−束端面
の相対的位置は該複数の小光ファイバ−束端面が形成す
る面上の1点を中心に放射状に変化することを特徴とす
る。また本発明は、上記光ファイバ−束の一方の端面で
ある入射端面はその外形が円形もしくはほぼ正多角形で
あり、該入射端面近傍に該入射端面の法線に対し平行な
対称軸を有し、その表面が上記照明光に対し高反射率を
有する鏡面である柱状鏡を、該対称軸が該入射端面の外
形の中心とほぼ一致するごとく配置し、上記光源より出
射した光を光ファイバ−束の入射端面に輪帯状に高い光
の利用効率で入射せしめたことを特徴とする。また本発
明は、上記柱状鏡を上記光ファイバ−の入射端面近傍に
自動的に挿入、撤去可能としたことを特徴とする。ま
た、本発明は、上記光ファイバ−束の一方の端面である
入射端面はその外形が円形もしくはほぼ正多角形であ
り、該入射端面近傍に該入射端面の法線に対し平行な回
転対称軸を持ち該法線を含む平面で切った断面が凹状の
直線となる透明物体を配置し、上記光源より出射した光
を光ファイバ−束の入射端面に輪帯状に高い光の利用効
率で入射せしめたことを特徴とする。また本発明は、上
記透明物体を光ファイバ−の入射端面近傍に自動的に挿
入、撤去可能としたことを特徴とする。また本発明は、
上記光ファイバ−束の一方の端面である入射端面は各光
ファイバ−の光を透過する部分の間の部分を光反射率の
高い材料とし、該入射端面へ入射する光の吸収による発
熱を低減したことを特徴とする。また本発明は、上記光
ファイバ−束の一方の端面である入射端面は各光ファイ
バ−の光を透過する部分の形状が該各光ファイバ−の出
射端の光を出射する部分の形状と異なることを特徴とす
る。また本発明は、光源をレ−ザ光源とし、該レ−ザ光
源を出射した光を所望のビ−ム径にした後、複数の光フ
ァイバ−を束ねた光ファイバ−束の一方の端面に該ビ−
ムを入射せしめたことを特徴とする。また本発明は、上
記光ファイバ−束の入射端面上における該レ−ザ光源か
ら出射したレ−ザ光の可干渉性に応じて、該光ファイバ
−束の各光ファイバ−の長さを変え、出射端から得られ
る照射光の干渉性を低減し、照明の一様化を図ったこと
を特徴とする。また本発明は、上記レ−ザ光源から出射
したレ−ザ光のビ−ム断面上の各位置間における可干渉
性に応じてビ−ム断面内の各部分で光路長を変化させた
後、各部分のビ−ムを光ファイバ−束に入射せしめたこ
とを特徴とする。また本発明は、レ−ザ光源を出射した
レ−ザ光を所望のビ−ム径にした後、該ビ−ム光路に複
数の光ファイバ−を束ねた光ファイバ−束の一方の端面
を挿入し、該光ファイバ−束の他方の端面から出射する
レ−ザビ−ムを照明に用いる照明方法であって、上記フ
ァイバ−束の入射端面は複数の部分から成り、各部分は
該入射端面の法線が該部分に入射するレ−ザビ−ムの入
射方向となす角、即ち入射角が各部分間で異なるように
構成することにより、上記出射端面からの出射光に対し
て照明において所望な光の指向性を持たせたことを特徴
とする。
That is, according to the present invention, the light emitted from the light source is collected and applied to one end face of the optical fiber bundle in which a plurality of optical fibers are bundled, and the other end face of the optical fiber bundle is a plurality of small ones. A plurality of small optical fibers of a bundle-a plurality of small optical fibers of a bundle configured to control the relative position of each end face of the bundle to receive the light emitted from the plurality of small optical fibers. It is characterized by irradiating an illumination object. Further, according to the present invention, the number of the plurality of small optical fiber bundles is 5 or more, and the end face thereof is in a desired plane, and the movement of the end face due to the control of the relative position is in the desired plane. It is characterized by being done along. Further, the present invention is characterized in that the relative positions of the plurality of small optical fibers-bundles are controlled simultaneously by one drive system. Further, the present invention is characterized in that the relative position of each small optical fiber-end face of the bundle is changed in a similar manner by controlling the relative positions of the plurality of small optical fibers-bundle. Further, according to the present invention, by controlling the relative positions of the plurality of small optical fibers-bundles, the relative position of each small optical fiber-bundle end face is one point on the surface formed by the plurality of small optical fibers-bundle end faces. It is characterized by a radial change in the center. According to the present invention, the incident end face which is one end face of the optical fiber bundle has a circular or substantially regular outer shape, and has a symmetry axis near the incident end face and parallel to a normal line of the incident end face. Then, a columnar mirror whose surface is a mirror surface having a high reflectance with respect to the illumination light is arranged so that the axis of symmetry substantially coincides with the center of the outer shape of the incident end face, and the light emitted from the light source is supplied to the optical fiber. -It is characterized in that the light is made incident on the entrance end face of the bundle in a ring-shaped manner with high light utilization efficiency. Further, the present invention is characterized in that the columnar mirror can be automatically inserted and removed in the vicinity of the incident end face of the optical fiber. Further, according to the present invention, the incident end face which is one end face of the optical fiber bundle has a circular or substantially regular outer shape, and a rotation symmetry axis near the incident end face and parallel to a normal line of the incident end face. And a transparent object having a concave straight line cut in a plane including the normal line is arranged, and the light emitted from the light source is incident on the incident end face of the optical fiber bundle with a high light utilization efficiency in an annular shape. It is characterized by Further, the present invention is characterized in that the transparent object can be automatically inserted and removed in the vicinity of the incident end face of the optical fiber. Further, the present invention is
The incident end face which is one end face of the optical fiber bundle is made of a material having a high light reflectance between the light transmitting portions of each optical fiber, and heat generation due to absorption of light incident on the incident end face is reduced. It is characterized by having done. Further, according to the present invention, the shape of a portion of the optical fiber bundle, which is one end surface of the optical fiber bundle, for transmitting light of each optical fiber is different from the shape of a portion of the optical fiber for emitting light. It is characterized by Further, in the present invention, the light source is a laser light source, and the light emitted from the laser light source is made to have a desired beam diameter, and then a plurality of optical fibers are bundled on one end face of the bundle. The bee
The feature is that the light is made incident. Further, according to the present invention, the length of each optical fiber of the optical fiber bundle is changed according to the coherence of the laser light emitted from the laser light source on the incident end face of the optical fiber bundle. The feature is that the coherence of the irradiation light obtained from the emission end is reduced and the illumination is made uniform. In the present invention, after changing the optical path length at each part in the beam section according to the coherence between the positions of the beam section of the laser light emitted from the laser light source. , The beam of each part is made incident on the optical fiber bundle. Further, according to the present invention, after the laser beam emitted from the laser light source has a desired beam diameter, a plurality of optical fibers are bundled in the beam optical path and one end face of the bundle is provided. An illumination method using a laser beam which is inserted and emitted from the other end face of the optical fiber bundle for illumination, wherein an incident end face of the fiber bundle is composed of a plurality of parts, and each part is the incident end face. The angle formed by the normal line to the incident direction of the laser beam incident on the portion, that is, the incident angle is different between the portions, so that the light emitted from the emission end face is desired for illumination. It is characterized by having a directivity of light.

【0009】[0009]

【作用】上記の手段を用いることにより、位相シフトレ
チクルの場合に適した指向性の比較的高い、σの小さな
照明にしたり、通常のレチクルで高解像度のパターンを
得るために輪帯照明にしたり、あるいは従来の照明の指
向性にしたりすることが容易に可能となる。更に上記手
段を用いることにより光源から出射した光を高い利用効
率で被露光物体に照射させることが可能となる。また将
来パターン線幅が更に小さくなり、露光波長を小さくす
るためにエキシマレーザ等を用いるようになると、レー
ザの干渉性や指向性に伴う、照明のむらの問題を上記の
方法で容易に解決することが可能となり、エキシマレー
ザステッパにおいても上記の各種の照明を容易に、かつ
光の損失を少なく実現することができる。
By using the above means, it is possible to make an illumination having a relatively high directivity and a small σ suitable for the case of a phase shift reticle, or to make an annular illumination for obtaining a high resolution pattern with an ordinary reticle. Alternatively, the directivity of conventional lighting can be easily achieved. Further, by using the above means, it becomes possible to irradiate the object to be exposed with the light emitted from the light source with high utilization efficiency. Further, if the pattern line width becomes smaller in the future and an excimer laser or the like is used to reduce the exposure wavelength, it is possible to easily solve the problem of uneven illumination due to laser coherence and directivity by the above method. The above-mentioned various types of illumination can be easily realized in the excimer laser stepper and the loss of light can be reduced.

【0010】[0010]

【実施例】以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。図4は投影式露光装置における露光照明光学系を示
した図である。水銀ランプ24から出射したi線光を楕
円面鏡25で反射させ波長選択ミラー26、インプット
レンズ27を通し、ロットレンズ28に集める。ロット
レンズを出射した光はアウトプットレンズ29で集めな
がらミラー26’で反射させ、コンデンサレンズ23を
通した後レチクル3に照射される。レチクル3のパター
ンを通過した光は縮小レンズ4によりウエハステージ6
上のウエハチャックに固定されたウエハ5にレチクルの
パターンの1/5倍の像を結像し、露光する。1回の露
光では20ないし25mm角の領域に2ないし3チップ
を同時に露光する。ウエハステージはレーザ測長機(図
示せず)のレーザビーム60と平面ミラー61により正
確に位置決めされ、ウエハ全面にチップのパターンが露
光される。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing an exposure illumination optical system in the projection type exposure apparatus. The i-line light emitted from the mercury lamp 24 is reflected by the ellipsoidal mirror 25, passes through the wavelength selection mirror 26 and the input lens 27, and is collected in the lot lens 28. The light emitted from the lot lens is reflected by the mirror 26 ′ while being collected by the output lens 29, passes through the condenser lens 23, and is then irradiated onto the reticle 3. The light passing through the pattern of the reticle 3 is passed through the reduction lens 4 to the wafer stage 6
An image that is ⅕ times the pattern of the reticle is formed on the wafer 5 fixed to the upper wafer chuck and exposed. In one exposure, 2 to 3 chips are simultaneously exposed in an area of 20 to 25 mm square. The wafer stage is accurately positioned by a laser beam 60 of a laser length measuring machine (not shown) and a plane mirror 61, and a chip pattern is exposed on the entire surface of the wafer.

【0011】この投影式露光装置で上記の例えば位相シ
フトレチクルを用いる場合、指向性を高く、即ちσを小
さくする必要があるため、露光照明系内の上記露光結像
レンズの入射瞳と共役な場所に露光光束の外周部分を遮
光する遮光板を挿入する必要がある。そこで図4(b)
に示す開口を有する遮光版19をインプットレンズ27
の前面もしくはアウトプットレンズ29の後方に設け遮
光版19内の比較的小さな開口192を通ったi線を露
光に用いる。また上記の輪帯照明ではこの入射瞳と共役
な場所に露光光束の中心部を遮光する円板を挿入する必
要が生じる。この場合には図4(b)に示す開口を有す
る遮光版19内の輪帯上の開口193を用いる。また、
この輪帯照明の場合、照明光束の入射瞳と共役な場所で
の露光光束を従来の半導体露光装置の露光光束に比べ
1.2から1.6倍程度拡大する事が望ましい。
When the above-mentioned phase shift reticle, for example, is used in this projection exposure apparatus, it is necessary to have high directivity, that is, to reduce σ, and therefore, it is not conjugate with the entrance pupil of the exposure imaging lens in the exposure illumination system. It is necessary to insert a light shielding plate that shields the outer peripheral portion of the exposure light flux at a place. Therefore, FIG. 4 (b)
The light-shielding plate 19 having the opening shown in FIG.
The i-line that passes through a relatively small opening 192 in the light-shielding plate 19 is used for exposure. Further, in the above-mentioned annular illumination, it is necessary to insert a disc that shields the central portion of the exposure light flux at a location conjugate with this entrance pupil. In this case, the opening 193 on the annular zone in the light shielding plate 19 having the opening shown in FIG. 4B is used. Also,
In the case of this annular illumination, it is desirable to expand the exposure light flux at a location conjugate with the entrance pupil of the illumination light flux by about 1.2 to 1.6 times that of the exposure light flux of the conventional semiconductor exposure apparatus.

【0012】このように解像度を向上するための上記各
種の方法を一台の半導体露光装置で実現しようとする
と、方法が変わるたびに、露光照明系2’の内部に各種
の遮光板を入れ替える必要があるばかりでなく、露光光
束を一部遮光することにより、露光光を無駄にすること
になり、この結果集積回路チップを露光する時間が長く
なり露光のスループットを大幅に落してしまう。例えば
位相シフトレチクルを用いるため、σを0.6から0.
4に変えようとすると、露光のエネルギーはこの比の2
乗に逆比例するため、2.25倍露光時間がかかること
になる。
In order to realize the above various methods for improving the resolution with a single semiconductor exposure apparatus, it is necessary to replace various light shielding plates inside the exposure illumination system 2'whenever the method is changed. Not only that, but the exposure light is wasted by partially blocking the exposure light flux, and as a result, the exposure time of the integrated circuit chip is lengthened and the exposure throughput is significantly reduced. For example, since a phase shift reticle is used, .sigma.
If you try to change it to 4, the exposure energy is 2 of this ratio.
Since it is inversely proportional to the power, it takes 2.25 times the exposure time.

【0013】そこで、本発明は、これらの課題を解決す
るようにしたものであり、本発明について更に図面を用
いて詳細に説明する。図1は本発明の露光照明装置2を
示す一実施例である。水銀ランプ24から発した光は楕
円面鏡25で反射され、所望の露光波長である例えばi
線を反射する波長選択ミラー26で反射された後にレン
ズ21を透過し、光ファイバー束1の端面A−A’面に
入射する。光ファイバーの入射端面A−A’面は多数の
光ファイバーを束ねたものであり、例えば光ファイバー
1本の径は0.2mmで、束ねたものの径は30mm程
度である。束ねられた光ファイバーは入射端から或る距
離離れた所から複数の小光ファイバー束に分岐される。
分岐された複数の小光ファイバー束の各端面の相対的位
置を制御可能にする機能を持つ小光ファイバー束相対位
置可変機構10により、小光ファイバー束出射端面が面
B−B’内で相対的な位置を変える。B−B’面に有る
光ファイバー束の出射端はいわゆる2次光源となるた
め、小光ファイバー束相対位置可変機構10を稼働する
ことにより2次光源の形状や大きさを変える事が可能と
なる。B−B’面上の光ファイバー束端面から出射した
露光光は通常の半導体露光装置等で用いられる照明系と
同様にアウトプットレンズ22を通過した後コンデンサ
レンズ23を通り被露光物体であるレチクル3を照明す
る。
Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an embodiment showing an exposure illumination device 2 of the present invention. The light emitted from the mercury lamp 24 is reflected by the ellipsoidal mirror 25 and has a desired exposure wavelength, for example i.
After being reflected by the wavelength selection mirror 26 that reflects a line, the light passes through the lens 21 and enters the end face AA ′ of the optical fiber bundle 1. The incident end face AA 'of the optical fiber is a bundle of many optical fibers. For example, the diameter of one optical fiber is 0.2 mm, and the diameter of the bundle is about 30 mm. The bundled optical fibers are branched into a plurality of small optical fiber bundles at a distance from the entrance end.
The small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10 having a function of controlling the relative positions of the end surfaces of the plurality of branched small optical fiber bundles allows the small optical fiber bundle emitting end surface to have a relative position within the plane BB ′. change. Since the emission end of the optical fiber bundle on the BB 'plane serves as a so-called secondary light source, it is possible to change the shape and size of the secondary light source by operating the small optical fiber bundle relative position varying mechanism 10. The exposure light emitted from the end surface of the optical fiber bundle on the BB 'plane passes through the output lens 22 and then passes through the condenser lens 23 to pass through the reticle 3 which is the object to be exposed, similarly to the illumination system used in a typical semiconductor exposure apparatus. Illuminate.

【0014】半導体露光装置の場合、図4に示す様に従
来の露光照明系2’では水銀ランプの2次光源はいわゆ
るロットレンズの出射端であり、この出射端が図1のB
−B’面上にある小光ファイバー束の出射端に相当す
る。この2次光源から出た露光光は上記のアウトプット
レンズとコンデンサレンズ23を通りレチクル3を照射
する。レチクルのパターンを透過した光は縮小投影露光
レンズ4によりxyzの3次元方向に粗微動可能なウエ
ハステージ6上のウエハチャック51上に有るウエハ5
の表面にレチクルの1/5倍の像を結像、露光する。先
に説明したように従来の半導体露光装置では、露光照明
系の2次光源の縮小露光レンズの瞳41上での像200
の径dの瞳径Dに対する比、即ちパーシャルコヒーレン
シーσは固定であったが、本発明の露光照明系2を半導
体露光装置に搭載することにより、縮小露光レンズの瞳
41上の2次光源の像の大きさは小光ファイバー束相対
位置可変機構10を稼働することにより可変となる。例
えば従来の光を通すか、通さないかでパターン情報を表
すレチクルの場合にはσ=0.6程度に、また位相シフ
トレチクルを用いる場合σ=0.4程度にはなるように
小光ファイバー束相対位置可変機構10を駆動制御回路
を含む制御系7を用いて駆動する。
In the case of the semiconductor exposure apparatus, as shown in FIG. 4, in the conventional exposure illumination system 2 ', the secondary light source of the mercury lamp is the emission end of a so-called lot lens, and this emission end is B in FIG.
It corresponds to the exit end of the small optical fiber bundle on the −B ′ plane. The exposure light emitted from the secondary light source passes through the output lens and the condenser lens 23 and illuminates the reticle 3. The light transmitted through the reticle pattern is moved by the reduction projection exposure lens 4 to the wafer chuck 5 on the wafer chuck 51 on the wafer stage 6 which can be finely moved in the three-dimensional directions of xyz.
An image 1/5 times as large as the reticle is formed on the surface of and exposed. As described above, in the conventional semiconductor exposure apparatus, the image 200 on the pupil 41 of the reduction exposure lens of the secondary light source of the exposure illumination system is
The ratio of the diameter d to the pupil diameter D, that is, the partial coherency σ was fixed. However, by mounting the exposure illumination system 2 of the present invention in the semiconductor exposure apparatus, the secondary light source on the pupil 41 of the reduction exposure lens The size of the image can be changed by operating the small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10. For example, in the case of a reticle that expresses pattern information depending on whether light passes through or not, σ = about 0.6 for a reticle, and σ = 0.4 for a phase shift reticle. The relative position variable mechanism 10 is driven by using the control system 7 including a drive control circuit.

【0015】図2は上記の小光ファイバー束相対位置可
変機構10の詳細を説明する本発明の1実施例である。
光ファイバー束1は分岐されフレキシブルな部分11’
と、これに続く周囲が剛性の有る金属パイプで覆われた
部分11からなる。この剛性の有る金属パイプで覆われ
た部分11の端面110が出射端で有り、面B−B’上
に出射端が有る。金属パイプで覆われた部分11はその
長さ方向の中間点に対してほぼ対称な形状をしており、
垂直な部分(光の進む方向の部分)111’と111及
び傾斜部分112’、112からなっている。傾斜部分
は表面が滑らかであり、傾斜穴ガイドスライド機構1
2’、12の各傾斜穴ガイドの穴の方向に沿ってスライ
ドする。傾斜穴ガイドスライド機構12’、12はその
周辺にガイド棒16(複数)を通すスライド穴が複数有
るとともに、モータ19により歯車15、15’を介し
て回転駆動する左右回りネジ付き回転シャフト14が回
転することにより互いに近付いたり、離れたりする。こ
の結果、近付くと各光ファイバー端110は接近し、照
明のパーシャルコヒーレンシーσは小さくなり、離れれ
ばσは大きくなる。傾斜穴ガイドスライド機構12’、
12の間隔の変化に伴うこのようなσの変化を示したも
のが図3である。図3の(a)は傾斜穴ガイドスライド
機構12’、12が最も接近したときの小光ファイバー
束の出射端B−B’における配列を示している。図3
(b)〜(d)は傾斜穴ガイドスライド機構12’、1
2が徐々に離れていったときの配列を表している。この
ように制御系7からの指令信号にもとずき、モータ19
を駆動する事により光源の光を損失することなく、所望
の照明の指向性σに簡単に、短時間に設定することが可
能となる。
FIG. 2 is an embodiment of the present invention for explaining the details of the small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10 described above.
The optical fiber bundle 1 is branched and has a flexible portion 11 '.
And a portion 11 that is covered with a rigid metal pipe. The end face 110 of the portion 11 covered with the rigid metal pipe is the emission end, and the emission end is on the plane BB ′. The portion 11 covered with the metal pipe has a shape that is substantially symmetrical with respect to the midpoint in the length direction,
It is composed of vertical portions (portions in the light traveling direction) 111 ′ and 111 and inclined portions 112 ′ and 112. The inclined part has a smooth surface, and the inclined hole guide slide mechanism 1
2 ', 12 slide along the direction of the holes of each inclined hole guide. The inclined hole guide slide mechanisms 12 ', 12 have a plurality of slide holes around which guide rods 16 are passed, and a rotary shaft 14 with a left-right turning screw which is rotationally driven by a motor 19 via gears 15, 15'. Rotate to move toward and away from each other. As a result, the optical fiber ends 110 approach each other when approaching, and the partial coherency σ of the illumination decreases, and when approaching each other, σ increases. Inclined hole guide slide mechanism 12 ',
FIG. 3 shows such a change in σ with a change in the interval of 12. FIG. 3A shows the arrangement at the exit end BB 'of the small optical fiber bundle when the inclined hole guide slide mechanisms 12', 12 are closest to each other. Figure 3
(B) to (d) are inclined hole guide slide mechanisms 12 ', 1
2 represents the arrangement when two are gradually separated. In this way, the motor 19 receives the command signal from the control system 7.
It becomes possible to easily set the desired illumination directivity .sigma. In a short time by driving the.

【0016】次に輪帯照明を実現する本発明の実施例を
図6を用いて説明する。図6の部品に付けた番号が図1
のそれと同じものは同一物を表す。水銀ランプ24から
出射した光は光ファイバー束1の入射端に集光される。
この入射端面はその外形が円形もしくはほぼ正多角形で
ある。この入射端面の法線に対し平行な対称軸を有し、
その表面が露光光に対し高反射率を有する鏡面である柱
状鏡を、この対称軸が光ファイバー束の入射端面の外形
の中心とほぼ一致するごとく配置し、光源より出射した
光を光ファイバー束の入射端面に輪帯状に高い光の利用
効率で入射させる。このような構成にすると図7(a)
に示すようにもしこの柱状鏡17がなかったとしたとき
に、光ファイバー束の中心付近に入射する光は柱状鏡1
7の表面で反射し、図7の(b)の斜線で示すように光
ファイバー束の外周より内側で外周に近い部分に入射す
る。この光の入射角は柱状鏡17が無いとしたときに光
ファイバー束の入射端に入射する光のそれとほぼ同にな
るため、光の損失を生じること無く光ファイバー束に入
射し、他端の小光ファイバー束から、輪帯状の露光照明
光が出射される。ただしこの場合入射端の光ファイバー
の位置とその光ファイバーの出射端での位置はランダム
ではなく、入射端の周辺部のファイバは出射端の周辺部
にのみつながっていることは明らかである。
Next, an embodiment of the present invention for realizing annular illumination will be described with reference to FIG. The numbers given to the parts in FIG. 6 are shown in FIG.
The same thing as that of represents the same thing. The light emitted from the mercury lamp 24 is condensed at the incident end of the optical fiber bundle 1.
The incident end face has a circular outer shape or an approximately regular polygonal shape. Has an axis of symmetry parallel to the normal to this incident end face,
A columnar mirror whose surface has a high reflectance for exposure light is arranged so that the axis of symmetry is substantially coincident with the center of the outer shape of the incident end face of the optical fiber bundle, and the light emitted from the light source is incident on the optical fiber bundle. The light is incident on the end face in a ring shape with high light use efficiency. With such a configuration, FIG.
If the columnar mirror 17 is absent as shown in FIG.
The light is reflected by the surface of No. 7 and is incident on a portion inside the outer circumference of the optical fiber bundle and near the outer circumference, as indicated by the diagonal lines in FIG. Since the incident angle of this light is almost the same as that of the light incident on the incident end of the optical fiber bundle when the columnar mirror 17 is not provided, the light enters the optical fiber bundle without loss of light and the small optical fiber at the other end. A ring-shaped exposure illumination light is emitted from the bundle. However, in this case, the position of the optical fiber at the entrance end and the position of the optical fiber at the exit end are not random, and it is clear that the fiber at the periphery of the entrance end is connected only to the periphery of the exit end.

【0017】輪帯照明を実現する本発明の他の実施例を
図8を用いて説明する。図8の部品に付けた番号が図1
のそれと同じものは同一物を表す。水銀ランプ24から
出射した光は光ファイバー束1の入射端に集光される。
この入射端面はその外形が円形もしくはほぼ正多角形で
ある。この入射端の前面近傍にこの入射端面の法線に対
し平行な回転対称軸を持ちこの法線を含む平面で切った
断面が凹状のほぼ直線となる透明物体を配置する。この
凹状透明物体を透過する光は光軸の外側に発散するので
凸レンズで各光ファイバーに入射する光束の主光線がほ
ぼ平行になるようにすれば、上記光源より出射した光を
光ファイバー束の入射端面に輪帯状に高い光の利用効率
で入射させる事が可能になる。このようにすると図9
(a)に示すように光ファイバー束の入射端面の中央部
には光が達せず光ファイバー束の外周より内側で外周に
近い部分に入射し、他端の小光ファイバー束から、図9
(b)の斜線で示すように輪帯状の露光照明光が出射さ
れる。ただしこの場合にも入射端の光ファイバーの位置
とその光ファイバーの出射端での位置はランダムではな
く一定の関係を持っていることは明らかである。
Another embodiment of the present invention for realizing annular illumination will be described with reference to FIG. The numbers given to the parts in FIG.
The same thing as that of represents the same thing. The light emitted from the mercury lamp 24 is condensed at the incident end of the optical fiber bundle 1.
The incident end face has a circular outer shape or an approximately regular polygonal shape. A transparent object having a rotational symmetry axis parallel to the normal line of the incident end face and having a substantially straight line having a concave cross section taken along a plane including the normal line is arranged near the front face of the incident end face. Since the light transmitted through this concave transparent object diverges to the outside of the optical axis, if the principal rays of the light flux entering each optical fiber are made substantially parallel by a convex lens, the light emitted from the above light source will enter the end face of the optical fiber bundle. It is possible to make the light incident on the ring with high light utilization efficiency. If this is done, FIG.
As shown in (a), the light does not reach the central part of the incident end face of the optical fiber bundle and is incident on a portion inside the outer periphery of the optical fiber bundle and close to the outer periphery, and from the small optical fiber bundle at the other end,
The ring-shaped exposure illumination light is emitted as indicated by the diagonal lines in (b). However, also in this case, it is apparent that the position of the optical fiber at the incident end and the position of the optical fiber at the outgoing end have a fixed relationship rather than random.

【0018】図10は光ファイバー束1から出射する光
を所望の発散角にするための手段を示す1実施例であ
る。図10(a)に示すように、出射端の各小光ファイ
バー束に微小な凹レンズ122を配置し、小光ファイバ
ー束の開口角(発散角)θを大きくし、Θにしている。
本実施例では凹レンズを出射端に配置しているが、凸レ
ンズを用いても本発明の目的を達成できることは明らか
である。
FIG. 10 is an embodiment showing a means for making the light emitted from the optical fiber bundle 1 have a desired divergence angle. As shown in FIG. 10A, a minute concave lens 122 is arranged in each small optical fiber bundle at the exit end, and the opening angle (divergence angle) θ of the small optical fiber bundle is increased to Θ.
In this embodiment, the concave lens is arranged at the exit end, but it is clear that the object of the present invention can be achieved by using a convex lens.

【0019】図11は光ファイバー束1から出射する光
を所望の発散角にするための手段を示す1実施例であ
る。図11(a)(b)に示すように、光ファイバー束
の入射端の径Dと出射端の径dが異なる様に徐々に光フ
ァイバー径を変化させておくと、入射側の開口角θと出
射側の開口角Θが異なるようにできる。出射側の開口角
が所望の角Θになるようにすれば、図10の実施例の様
に凹レンズを用いなくとても所望の発散角にすることが
できる。
FIG. 11 is an embodiment showing a means for making the light emitted from the optical fiber bundle 1 have a desired divergence angle. As shown in FIGS. 11A and 11B, when the optical fiber diameter is gradually changed so that the diameter D at the entrance end and the diameter d at the exit end of the optical fiber bundle are changed, the opening angle θ on the entrance side and the exit angle θ The side opening angle Θ can be different. If the aperture angle on the emission side is set to a desired angle Θ, a very desired divergence angle can be obtained without using a concave lens as in the embodiment of FIG.

【0020】図12は光ファイバー束1の入射端の拡大
した構造を示す本発明の実施例である。図12(a)は
入射端が円形の光ファイバーからなり、各光ファイバー
の間隙は反射率の高い素材および構造からなっている。
特に光源として紫外線の水銀ランプのi線、あるいはK
rFやArFエキシマレーザのような遠視外線を用いる
場合にはアルミニュウムのようなこの波長域で反射率の
高い素材を用い、その表面の保護と、増反射効果を持っ
た酸化シリコンの薄膜を保護コートするとよい。このよ
うにすれば、露光光のエネルギーが高くなっても、光フ
ァイバー束の入射端面で光エネルギーを吸収して高温に
なり、光ファイバー入射端面が破損するようなことが無
くなり、照度の高い、長寿命の光ファイバー束が実現で
きる。なお図12からも分かるように、各光ファイバー
間の間隙は面積が小さいほど光の利用効率は高くなり、
特に図12(b)に示すような入射端面ファイバ形状に
し、この間隙の面積を原理的に0にすることができるよ
うにすることが好ましい。上記の間隙に充填された高反
射材は光ファイバー束の入射端面の近傍のみにあれば本
発明の目的を十分達成できる事は明らかである。またこ
の間隙に充填された高反射材の表面の形状は平面にした
り、凹面にしたりして、この反射面で反射した光が本発
明の照明系の目標に合致するように形状を選択する。
FIG. 12 is an embodiment of the present invention showing an enlarged structure of the incident end of the optical fiber bundle 1. In FIG. 12A, the incident end is made of a circular optical fiber, and the gap between the optical fibers is made of a material and a structure having a high reflectance.
Especially as a light source, i-line of ultraviolet mercury lamp or K
When using hyperopic rays such as rF and ArF excimer lasers, use a material with a high reflectance in this wavelength range, such as aluminum, to protect the surface and a silicon oxide thin film with a reflection enhancing effect. Good to do. By doing so, even if the energy of the exposure light becomes high, the incident end surface of the optical fiber bundle does not absorb the light energy and become high temperature, and the incident end surface of the optical fiber is not damaged. The optical fiber bundle can be realized. As can be seen from FIG. 12, the smaller the area between the optical fibers, the higher the light utilization efficiency,
In particular, it is preferable to form the fiber on the incident end face as shown in FIG. 12B so that the area of this gap can be set to 0 in principle. It is clear that the object of the present invention can be sufficiently achieved if the high-reflecting material filled in the above-mentioned gap is only near the incident end face of the optical fiber bundle. Further, the shape of the surface of the high-reflecting material filled in this gap is made flat or concave, and the shape is selected so that the light reflected by this reflecting surface matches the target of the illumination system of the present invention.

【0021】図13は本発明の照明装置の光源がKrF
やArFエキシマレーザの場合の場合の1実施例であ
る。この図の部品番号と図5の部品番号が同じものは同
一物を表している。光源24’から出射したレーザ光は
そのビーム断面は矩形であるが、そのままの形状で、こ
の矩形と同じ入射端面を有する光ファイバー束1’に入
射させる。出射端には図10の実施例に示した様に各小
光ファイバー束に小さいレンズを配置し、出射光が所望
の発散角になるようにしている。この照明系を図5の投
影露光装置に搭載することにより、レーザ光の光利用効
率の高い投影露光装置が実現する。また本レーザ光を用
いた照明系は投影露光装置に限らず各種のレーザ光の一
様照明を必要とする装置に適用することにより、高い光
の利用効率を有し、光の指向性あるいは照明範囲を可変
にする照明を実現することが可能となる。
In FIG. 13, the light source of the illumination device of the present invention is KrF.
This is one embodiment in the case of an ArF excimer laser. The parts having the same part numbers in FIG. 5 and FIG. 5 represent the same parts. The laser light emitted from the light source 24 'has a rectangular beam cross section, but is incident on the optical fiber bundle 1'having the same shape as the rectangular shape and having the same incident end face. At the exit end, as shown in the embodiment of FIG. 10, a small lens is arranged in each small optical fiber bundle so that the exit light has a desired divergence angle. By mounting this illumination system on the projection exposure apparatus of FIG. 5, a projection exposure apparatus with high light utilization efficiency of laser light is realized. The illumination system using this laser light is not limited to the projection exposure apparatus, but can be applied to an apparatus that requires uniform illumination of various types of laser light, so that it has high light utilization efficiency and can be used for directivity or illumination of light. It is possible to realize illumination with a variable range.

【0022】図14は本発明の投影露光装置の1実施例
である。この図の部品番号と図5の部品番号が同じもの
は同一物を表している。露光光源はKrFまたはArF
エキシマレーザである。縮小露光装置に用いられる縮小
投影レンズは合成石英のみから構成されているため、レ
ーザ光のスペクトル幅は例えば1pm程度に狭いほど、
石英ガラスの屈折率の分散に伴う色収差による解像度劣
化が無く、微細なパターンが露光できるようになる。し
かし、一般にスペクトル幅を狭くするほどモード数が少
なくなる傾向が有る。この結果図13の光ファイバー束
の各光ファイバーの長さが総べてほぼ同一であると小光
ファイバー束から出射した光が発散され互いに重なりあ
うと、干渉が生じレチクル上の照明光にむらが発生す
る。本実施例では図14(a)から(e)に示すよう
に、入射端面AA’では(b)に示すようにレーザ光の
ビーム形状とほぼ等しい形状をしており、ビーム形状の
長手方向には1100から1500の5つの部分に分割
されている。各部分は図14(c)に示すようにマトリ
ックス状に分割されている。このマトリックスの互いに
近い部分は可干渉性が強いため、各マトリックス内の光
ファイバーの長さは等しいが、互いのマトリックス間で
は光ファイバーの長さが異なる。この長さの差は可干渉
距離以上であることが望ましいが、必ずしもその長さの
差がなくても、十分効果がある。上記の5つの部分に分
割した各部分については、図14(c)に示すように、
互いに対応する場所、例えば1111と1211、11
51と1251、1114と1214は同一の光ファイ
バー長を有し、これら同一光ファイバー長を有する物は
出射側で同一の小光ファイバー端110の1111’や
1211’等につながっている。
FIG. 14 shows an embodiment of the projection exposure apparatus of the present invention. The parts having the same part numbers in FIG. 5 and FIG. 5 represent the same parts. Exposure light source is KrF or ArF
It is an excimer laser. Since the reduction projection lens used in the reduction exposure apparatus is composed only of synthetic quartz, the narrower the spectral width of the laser light is, for example, about 1 pm,
A fine pattern can be exposed without deterioration of resolution due to chromatic aberration due to dispersion of the refractive index of quartz glass. However, in general, the number of modes tends to decrease as the spectral width becomes narrower. As a result, if the lengths of all the optical fibers of the optical fiber bundle of FIG. 13 are all substantially the same, the lights emitted from the small optical fiber bundle are diverged and overlap each other, and interference occurs, and uneven illumination light occurs on the reticle. .. In this embodiment, as shown in FIGS. 14A to 14E, the incident end face AA ′ has a shape substantially equal to the beam shape of the laser light as shown in FIG. Is divided into 5 parts 1100 to 1500. Each part is divided into a matrix as shown in FIG. Since the portions of this matrix close to each other have strong coherence, the lengths of the optical fibers in each matrix are equal, but the lengths of the optical fibers differ between the matrices. It is desirable that this difference in length be equal to or greater than the coherence length, but even if there is no difference in length, it is sufficiently effective. Regarding each part divided into the above five parts, as shown in FIG.
Locations corresponding to each other, for example, 1111 and 1211, 11
51 and 1251, 1114 and 1214 have the same optical fiber length, and those having the same optical fiber length are connected to 1111 ′ and 1211 ′ of the same small optical fiber end 110 on the emission side.

【0023】このようにすば、各小光ファイバー束から
出射するレーザ光はお互いに干渉すること無く、レチク
ル上では照明強度のバラツキはほとんど無くなり、照度
が一様で、光の利用効率が高く、所望の指向性を持った
露光照明光を実現することができる。本実施例では光フ
ァイバー束の断面積はエキシマレーザのビームの断面積
と等しく、4×20mm程度で良いため、高出力の水銀
ランプを光源にする場合(20〜30mmφ)に比べ、
少ない光ファイバー数で目的を達成することができ、経
済的である。
In this way, the laser beams emitted from the respective small optical fiber bundles do not interfere with each other, and there is almost no variation in illumination intensity on the reticle, the illuminance is uniform, and the light utilization efficiency is high. It is possible to realize exposure illumination light having a desired directivity. In this embodiment, the cross-sectional area of the optical fiber bundle is equal to the cross-sectional area of the beam of the excimer laser, and may be about 4 × 20 mm. Therefore, as compared with the case where a high-power mercury lamp is used as the light source (20 to 30 mmφ),
It is economical because the objective can be achieved with a small number of optical fibers.

【0024】図15はレーザ光の可干渉性の低減とレー
ザが元もと持っている指向性を低減する機能を有する部
分と、所望の照明の指向性を付与する機能の部分とを分
離した本発明の実施例である。即ち光ファイバー束1
A’は図16(a)に示すように入射断面が上記のエキ
シマレーザのビームの断面形状にほぼ等しい矩形であ
り、出射端面は図16(b)に示すように円形に成って
いる。また光ファイバーの長さは出射したレーザ光が互
いに干渉しないように可干渉距離程度以上にしてある。
光ファイバー束1A’の出射端にはレーザ光の高い指向
性を除去するため小レンズ群を配置し、これにより得ら
れる発散光をレンズにより、図16(c)に示す第2の
光ファイバー束1B’の入射端面に集めている。光ファ
イバー束1B’の出射端B22’は図16(d)に示す
ように小光ファイバー束相対位置可変機構10により所
望の広がりを与えられる。小光ファイバー束出射端面か
ら後の光路は図1の実施例と構成は同じである。
In FIG. 15, a part having a function of reducing the coherence of laser light and a directivity originally possessed by the laser and a part having a function of imparting a desired illumination directivity are separated. It is an example of the present invention. That is, the optical fiber bundle 1
As shown in FIG. 16 (a), A ′ is a rectangle whose incident cross section is substantially equal to the cross sectional shape of the beam of the excimer laser described above, and the emission end face is circular as shown in FIG. 16 (b). Further, the length of the optical fiber is set to be about the coherence length or more so that the emitted laser beams do not interfere with each other.
A small lens group is arranged at the emission end of the optical fiber bundle 1A 'to remove the high directivity of the laser light, and the divergent light obtained by this is reflected by the lens to produce a second optical fiber bundle 1B' shown in FIG. 16 (c). Are collected at the incident end face of. The exit end B 2 B 2 ′ of the optical fiber bundle 1B ′ is given a desired spread by the small optical fiber bundle relative position varying mechanism 10 as shown in FIG. 16 (d). The optical path after the exit end face of the small optical fiber bundle has the same configuration as that of the embodiment of FIG.

【0025】図17は本発明の投影露光装置の露光照明
系の1実施例である。光源としては水銀ランプを用いて
も、エキシマレーザを用いてもよい。例えば図5の露光
装置に図6の光ファイバ入射端付近の構造と同じ照明系
が搭載されている。光ファイバー束1”の出射端は図1
7に示すように5つの小光ファイバー束に分離されてお
り、一つは中心に、他の4つは周辺に配置されている。
中心の小光ファイバー束は固定であり、周辺の4つは放
射状にスライド可能な機構に固定されている。通常のレ
チクルを用い、比較的広いパターン幅を露光する場合に
は周辺の4つの小光ファイバー束を比較的内側に寄せて
5つの小光ファイバー束全部の露光光を用いて露光を行
う。通常のレチクルを用い、比較的狭いパターン幅を露
光する場合には制御系7の指令により、柱状鏡17を光
ファイバー束1の入射端の前面に挿入し、光ファイバー
束1の出射端である中心に有る小光ファイバー束に向か
う光を柱状鏡17の側面での反射により周辺に有る4つ
の小光ファイバー束に通じる光ファイバーの入射端に向
ける。さらに周辺の4つの小光ファイバー束を小光ファ
イバー束相対位置可変機構10により外側に寄せる。こ
のようにすることにより、光の損失を発生させずに輪帯
照明にして比較的狭いパターンを露光する。次に非常に
狭いパターンを露光する場合には、位相シフトレチクル
を用いて、制御系7の指令により周辺の4つの小光ファ
イバー束を一番内側まで寄せて、5つの小光ファイバー
束全部の露光光を用いて露光を行う。本実施例では簡単
な構成により、露光するパターンの形状、寸法に応じ
て、照明の指向性を容易に変化させ、かつ光の損失無
く、露光することが可能になる。
FIG. 17 shows an embodiment of the exposure illumination system of the projection exposure apparatus of the present invention. A mercury lamp or an excimer laser may be used as the light source. For example, the exposure system of FIG. 5 is equipped with the same illumination system as the structure near the optical fiber entrance end of FIG. The exit end of the optical fiber bundle 1 "is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, it is divided into five small optical fiber bundles, one in the center and the other four in the periphery.
The central small optical fiber bundle is fixed, and the four peripheral optical fiber bundles are fixed to a radially slidable mechanism. When using a normal reticle to expose a relatively wide pattern width, the four small optical fiber bundles on the periphery are relatively moved to the inner side, and the exposure light of all five small optical fiber bundles is used for exposure. When an ordinary reticle is used and a relatively narrow pattern width is exposed, the columnar mirror 17 is inserted in front of the entrance end of the optical fiber bundle 1 according to a command from the control system 7, and the center of the optical fiber bundle 1 which is the exit end is inserted. The light directed to the existing small optical fiber bundle is reflected by the side surface of the columnar mirror 17 and directed to the incident end of the optical fiber leading to the four small optical fiber bundles in the periphery. Further, the four small optical fiber bundles on the periphery are brought to the outside by the small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10. By doing so, a relatively narrow pattern is exposed by making annular illumination without causing light loss. Next, when exposing a very narrow pattern, the phase shift reticle is used to move the four small optical fiber bundles in the periphery to the innermost side by the command of the control system 7, and the exposure light of all five small optical fiber bundles is exposed. Exposure is performed using. In the present embodiment, with a simple configuration, it is possible to easily change the directivity of illumination according to the shape and size of the pattern to be exposed and to perform exposure without loss of light.

【0026】図18は本発明の投影露光装置の露光照明
系の1実施例である。光ファイバー束1”の出射端は図
に示すように9つの小光ファイバー束に分離されてお
り、一つは中心に、4つは中心の小光ファイバー束の周
辺に配置されており、この4つの小光ファイバー束の周
辺に残りの4つ小光ファイバー束が配置されている。中
心の小光ファイバー束は固定であり、その周辺の8つは
放射状にスライド可能な機構に固定されている。8つの
小光ファイバー束を図18の(a)(b)(c)に示す
ように移動し、(b)の輪帯照明の時には上記図6で説
明したように、柱状鏡17を挿入することにより、解像
度とレチクルの種類に応じて所望の露光照明光の指向性
と最大の光の利用効率を実現することが可能と成る。
FIG. 18 shows an embodiment of the exposure illumination system of the projection exposure apparatus of the present invention. The output end of the optical fiber bundle 1 "is divided into nine small optical fiber bundles as shown in the figure, one is arranged at the center and four are arranged around the central small optical fiber bundle. The remaining four small optical fiber bundles are arranged around the optical fiber bundle, the central small optical fiber bundle is fixed, and the eight peripheral small optical fiber bundles are fixed to a radially slidable mechanism. The bundle is moved as shown in (a), (b) and (c) of FIG. 18, and at the time of the annular illumination of (b), the columnar mirror 17 is inserted as described in FIG. It is possible to realize the desired directivity of the exposure illumination light and the maximum light utilization efficiency according to the type of reticle.

【0027】図19は本発明の投影露光装置の露光照明
系の1実施例である。レーザ光源24’を出射しA
33’断面のレーザ光は図20(a)に示すように、図
19の紙面に垂直な方向には長く、紙面内の方向には短
い。この紙面内の方向にはモード数が少ないため、干渉
性が強い。シリンドリカルレンズ261、262により
図20(b)にA44’断面を示すように、図19の紙
面内の方向を広げる。広げられたビームは光路長差発生
プリズム250により光路長差の付いた6つのビームに
分割される。各分割ビームは入射端面が6つに分割され
た入射端面分割光ファイバー束1C’に入射する。この
入射端面A55’は図20(c)に示すような強度分布
をしている。光ファイバー束1C’の入射端は図20
(c)に示すように6つに分離した矩形の端面を有し、
中央付近の2つのファイバー端は図の矢印が示すように
移動する。移動する合計4つのファイバー端のうち図1
9、20に示すファイバー端101”、101’はそれ
ぞれファイバー出射端122の中心部と周辺部につなが
っている。他の固定の入射端101は全て出射端122
の周辺部にのみつながっている。このようにすることに
より、101”に光が入射する状態(位置)の時には通
常の、σが可変な照明を、また101’に光が入射する
状態(位置)の時には輪帯照明を実現することが可能と
なる。
FIG. 19 shows an embodiment of the exposure illumination system of the projection exposure apparatus of the present invention. A laser light source 24 'is emitted
As shown in FIG. 20A, the laser light of the 3 A 3 'section is long in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 19 and short in the direction of the paper surface. Since the number of modes is small in the direction of this paper surface, the interference is strong. The cylindrical lenses 261 and 262 expand the direction in the plane of FIG. 19 as shown in the A 4 A 4 ′ cross section in FIG. 20B. The expanded beam is split by an optical path length difference generation prism 250 into six beams with different optical path lengths. Each split beam is incident on the incident end face splitting optical fiber bundle 1C ′ whose incident end face is split into six. The incident end face A 5 A 5 ′ has an intensity distribution as shown in FIG. The incident end of the optical fiber bundle 1C 'is shown in FIG.
As shown in (c), it has six rectangular end faces,
The two fiber ends near the center move as shown by the arrows in the figure. Figure 1 of a total of four moving fiber ends
Fiber ends 101 ″ and 101 ′ shown in FIGS. 9 and 20 are respectively connected to the central portion and the peripheral portion of the fiber output end 122. All other fixed input ends 101 are output ends 122.
It is connected only to the peripheral area. By doing so, normal illumination with variable σ is realized when light is incident on 101 ″ (position), and annular illumination is realized when light is incident on 101 ′ (position). It becomes possible.

【0028】図21は本発明の投影露光装置の露光照明
系のの1実施例である。レーザ光源24’を出射したレ
ーザ光は図19の実施例同様シリンドリカルレンズ26
1、262により所望の大きさに拡大され、光路長差発
生プリズム250’により光路長差の付いた6つのビー
ムに分割される。図19と異なるのは各分割ビームのビ
ーム寸法が異なることである。周辺は寸法が大きく、中
心部は小さい。この光路長差発生プリズムを出射したビ
ームは図22(c)(d)(e)にその断面を示す光路
選択プリズム120に到る。このプリズムは120A,
120Bの2つのプリズムからなり、この2つのプリズ
ムが一定の距離を保ち、固定され、一体となって、図2
2の(c)〜(e)で紙面内を左右に移動可能になって
いる。この光路選択プリズム120を通過した光は光フ
ァイバー束1D’の入射端に入射する。この入射端はビ
ームの寸法に応じて、周辺は大きく、中心部は小さい。
また、このファイバーの端面は図21および図22
(a)に示すように、その法線方向が周辺部では入射光
線に対し傾き、中心部では入射光線に対し平行になって
いる。光ファイバー端への入射角と出射光線の出射端面
法線に対する角度の関係を図23を用いて説明する。周
辺部に有り、入射光線に対しθ1傾いている光ファイバ
ー101aや101fに入射した光は図23(a)に示
すように、出射端101a’や101f’からは図23
(b)に示すように、出射端の法線に対し、一定の角度
範囲を持った指向性で出射する。即ち、出射端法線に対
し出射光線のなす角度をθとすると、 θ1−Δθ≦θ≦θ1+Δθ となる。一方中心部の光ファイバー101cや101d
に垂直に入射する光は図23(e)に示すように、その
主光線が出射端にほぼ垂直に若干の広がりを持って出射
して来る。中心と周辺の中間の位置に有る光ファイバー
101b,101eは図23(c)に示すように図の
(a)と(e)の中間的な広がりを持って出射する。こ
のような光ファイバーの入射角度と出射光の指向性の関
係があるから、次に示すような入射端と出射端のつなが
りにすると、出射端の各場所からは所望の一様な指向性
の光が平均的に得られ、レチクルを一様に照明すること
が可能となる。即ち、図22(a)に示すように光ファ
イバー束1D’の各入射端、例えば101aを3つの部
分101aA,101aB、および101aCに分割
し、101aAは図22(f)に示すように光ファイバ
ー出射端110の中心と周辺の中間にある110Aにつ
ながっている。同様にして101aBは110Bに、1
01aCは110Cにつながっている。光ファイバーの
入射端101bについても同様に、101bAは110
Aに、101bBは110Bに、101bCは110C
にそれぞれつながっている。図21に示す光路選択プリ
ズム120が図22(c)に示す状態にある時には、光
路長差発生プリズム250’から出射した光はファイバ
ー入射端の101aB,101bB,101cB,10
1dB,101eBおよび101fBに入射し、光ファ
イバー出射端101Bからのみ出射光が出て来る。また
この出射光の指向性は図23を用いて説明したごとく、
ファイバー入射端への光の指向性が高いにもかかわら
ず、所望の指向性を得ることが可能となる。しかも光フ
ァイバー出射端101Bのみから光が発射するので、露
光光学系には指向性の高い、即ちσの小さな露光照明
が、位相シフトレチクル3になされる。
FIG. 21 shows an embodiment of the exposure illumination system of the projection exposure apparatus of the present invention. The laser light emitted from the laser light source 24 'is a cylindrical lens 26 as in the embodiment of FIG.
It is expanded to a desired size by 1, 262, and is divided into six beams having an optical path length difference by an optical path length difference generating prism 250 '. The difference from FIG. 19 is that the beam size of each split beam is different. The periphery is large and the center is small. The beam emitted from this optical path length difference generation prism reaches the optical path selection prism 120 whose cross section is shown in FIGS. 22 (c), (d) and (e). This prism is 120A,
It consists of two prisms of 120B, and these two prisms are fixed at a certain distance and are integrated into one body.
In (c) to (e) of 2, it is possible to move right and left in the paper surface. The light that has passed through the optical path selection prism 120 is incident on the incident end of the optical fiber bundle 1D '. The entrance end is large at the periphery and small at the center, depending on the size of the beam.
The end face of this fiber is shown in FIGS.
As shown in (a), the normal direction is inclined with respect to the incident light ray in the peripheral portion and is parallel with the incident light ray in the central portion. The relationship between the angle of incidence on the end of the optical fiber and the angle of the outgoing ray with respect to the normal to the outgoing end face will be described with reference to FIG. The light incident on the optical fibers 101a and 101f that are in the peripheral portion and are inclined by θ 1 with respect to the incident light beam is emitted from the emission ends 101a ′ and 101f ′ as shown in FIG.
As shown in (b), the light is emitted with directivity having a certain angle range with respect to the normal line of the emission end. That is, when the angle formed by the outgoing light ray with respect to the normal to the outgoing end is θ, then θ 1 −Δθ ≦ θ ≦ θ 1 + Δθ. On the other hand, the optical fibers 101c and 101d in the central part
As shown in FIG. 23 (e), the light vertically incident on the main light emerges with its principal ray having a slight spread substantially perpendicular to the exit end. The optical fibers 101b and 101e located at the intermediate positions between the center and the periphery emit as shown in FIG. 23 (c) with an intermediate spread between (a) and (e). Since there is such a relationship between the incident angle of the optical fiber and the directivity of the outgoing light, if the following connection between the incoming end and the outgoing end is made, the light of desired uniform directivity will be emitted from each position of the outgoing end. Is obtained on average, and it becomes possible to uniformly illuminate the reticle. That is, as shown in FIG. 22 (a), each entrance end of the optical fiber bundle 1D ', for example 101a, is divided into three parts 101aA, 101aB, and 101aC, and 101aA is an optical fiber exit end as shown in FIG. 22 (f). It is connected to 110A in the middle between the center and the periphery of 110. Similarly, 101aB becomes 110B and 1
01aC is connected to 110C. Similarly, for the incident end 101b of the optical fiber, 101bA is 110
A, 101bB is 110B, 101bC is 110C
Connected to each. When the optical path selection prism 120 shown in FIG. 21 is in the state shown in FIG. 22C, the light emitted from the optical path length difference generation prism 250 'is 101aB, 101bB, 101cB, 10 at the fiber entrance end.
Light is incident on 1 dB, 101 eB, and 101 fB, and emitted light comes out only from the optical fiber emission end 101B. The directivity of the emitted light is as described with reference to FIG.
It is possible to obtain a desired directivity even though the directivity of light to the fiber entrance end is high. Moreover, since the light is emitted only from the optical fiber emission end 101B, the exposure optical system is exposed to the phase shift reticle 3 with exposure light having high directivity, that is, small σ.

【0029】レチクルが通常の線幅を有するものに変え
られた場合には光路選択プリズムを移動し、プリズム1
20Aが図22(b)に示すような位置に来るようにす
る。このようにすると光ファイバー入射端101aAと
101aBの2部分に同時に光が入射する。他の光ファ
イバー入射端に付いても同様に2部分に入射する。この
2部分は光ファイバー出射端110Aと110Bにつな
がっているので、照明の指向性が中間程度の照明光が得
られ上記線幅のレチクルに対し最適な指向性となるよう
に小光ファイバー束相対位置可変機構10を駆動すれ
ば、この線幅パターンに対し最適な露光が実現できる。
When the reticle is changed to one having a normal line width, the optical path selecting prism is moved, and the prism 1
20A should be positioned as shown in FIG. 22 (b). By doing so, light is simultaneously incident on the two portions of the optical fiber incident ends 101aA and 101aB. Even if it is attached to the other optical fiber incident end, it is incident on two portions in the same manner. Since these two parts are connected to the optical fiber emitting ends 110A and 110B, the relative position of the small optical fiber bundle can be changed so that the illumination light with an intermediate directivity of the illumination is obtained and the directivity is optimal for the reticle having the above line width. By driving the mechanism 10, optimum exposure can be realized for this line width pattern.

【0030】位相シフトレチクルではないが、線幅が縮
小レンズの解像限界に近いパターンを含むレチクル3が
露光装置に搭載された場合には、図22(e)に示すよ
うに、光路選択プリズム120を移動し、プリズム12
0Bが光路中に入り、光を光ファイバー入射端101a
C等に入射する様にする。このようにすれば各光ファイ
バー入射端から入った光は光ファイバー出射端の最外周
の110Cから出射することになり、輪帯照明が実現
し、解像限界に近いパターンが良好なパターン形状で解
像可能となる。
When the reticle 3 which is not a phase shift reticle but includes a pattern whose line width is close to the resolution limit of the reduction lens is mounted in the exposure apparatus, as shown in FIG. Move 120, prism 12
0B enters the optical path and allows light to enter the optical fiber entrance end 101a.
It is made incident on C etc. By doing so, the light entering from each optical fiber entrance end is emitted from the outermost circumference 110C at the optical fiber exit end, and ring-shaped illumination is realized, and a pattern close to the resolution limit is resolved with a good pattern shape. It will be possible.

【0031】以上の実施例では縮小露光装置に本発明の
照明系を適用したものについて説明したが、これに限ら
れる訳ではない。即ち、例えば、大面積の液晶テレビデ
ィスプレイ用の露光装置や、パターン検査装置、あるい
は各種のディスプレイ装置等、照明光がその2次光源を
変えることにより、最適な照明指向性、あるいは最適照
明照度分布を得、パターンの結像による、露光、検出あ
るいは表示等を行う対象に広く適用することが可能であ
る。またある場合には結像系の無い、露光(プロキシミ
ティ露光)や検出或いは表示等に適用できる。
In the above embodiments, the reduction exposure apparatus to which the illumination system of the present invention is applied has been described, but the invention is not limited to this. That is, for example, in an exposure device for a large area liquid crystal television display, a pattern inspection device, various display devices, etc., the illumination light changes its secondary light source to obtain the optimal illumination directivity or the optimal illumination illuminance distribution. Therefore, it can be widely applied to objects to be exposed, detected, or displayed by imaging a pattern. Further, in some cases, it can be applied to exposure (proximity exposure), detection or display without an image forming system.

【0032】図24は本発明の1実施例を示す図であ
る。この図の部品番号と図5及び図6のそれが等しいも
のは同一物を表している。照明系2は上記に示した実施
例のいずれであってもよい。縮小レンズ4’には入射瞳
41’上にここを通過する光を所望の領域に限り部分的
に遮光又は透過光量を減少することが可能な可変フィル
タ400が挿入されている。可変フィルタ400は例え
ば図24(b)に示すように3つの部分401、40
2、403からなり、図24(a)に示すように、縮小
レンズ4の瞳に各部分が来るように移動可能である。通
常のパターン線幅のレチクルの時には小光ファイバー束
相対位置可変機構10を駆動し、σ=0.5になるよう
にし、可変フィルタ400は401の部分が瞳上に来る
ようにする。次に細いパターン線幅の通常のレチクルを
用いて露光する場合には、光ファイバー束1の入射端に
有る柱状鏡17を光路に挿入し、小光ファイバー束相対
位置可変機構10を駆動して出射ファイバー端を広げ、
輪帯照明にする。さらに可変フィルタ400の403の
部分が瞳上に来るようにする。403は輪帯照明の瞳上
の2次光源像とほぼ等しい形状と大きさであるため、4
03が401に代わった単なる輪帯照明の場合に比べ、
細いパターンと太いパターンが混ざったような回路パタ
ーンに対し、両パターンを比較的解像度高く露光するこ
とが可能となる。このように縮小レンズの瞳上に可変フ
ィルタを設けることにより、更に各種のパターンに対
し、対応可能となる。
FIG. 24 is a diagram showing an embodiment of the present invention. Parts in this figure that are the same as those in FIGS. 5 and 6 represent the same item. Illumination system 2 may be any of the embodiments described above. The reduction lens 4'is provided with a variable filter 400 on the entrance pupil 41 'that can partially block the light passing therethrough or reduce the amount of transmitted light. The variable filter 400 has three parts 401 and 40 as shown in FIG.
24, and can be moved so that each part comes to the pupil of the reduction lens 4, as shown in FIG. In the case of a reticle having a normal pattern line width, the small optical fiber bundle relative position varying mechanism 10 is driven so that σ = 0.5, and the variable filter 400 causes the portion 401 to come on the pupil. Next, when exposure is performed using an ordinary reticle having a narrow pattern line width, the columnar mirror 17 at the entrance end of the optical fiber bundle 1 is inserted into the optical path, and the small optical fiber bundle relative position varying mechanism 10 is driven to output the fiber. Spread the edges,
Use ring lighting. Further, the portion 403 of the variable filter 400 is placed on the pupil. Since 403 has a shape and size that are almost the same as the secondary light source image on the pupil of the annular illumination,
Compared to the case of simple ring-shaped lighting in which 03 is replaced with 401,
For a circuit pattern in which a thin pattern and a thick pattern are mixed, both patterns can be exposed with relatively high resolution. By providing the variable filter on the pupil of the reduction lens in this way, it becomes possible to deal with various patterns.

【0033】図25は本発明の照明系をパターン検査装
置に適用した実施例である。この図の部品番号と図5、
図6及び図24のそれが等しいものは同一物を表してい
る。光ファイバ出射端より出射した光はコンデンサレン
ズ23”によりハーフミラー91で反射された後、対物
レンズ4”の瞳41”上に光ファイバ出射端の像を結像
する。この像の外径の瞳径に対する比率σがパターン検
出における照明のパーシャルコヒーレンシになる。小光
ファイバー束相対位置可変機構10を駆動することによ
り、光ファイバ出射端の広がりが変えられると、上記σ
を変化させることができる。例えば、表面が粒状のパタ
ーンの時にはσを1に近くし、照明光の指向性を低くす
ることにより、ノイズの小さな検出が可能となる。また
段差が小さなパターンに対しては、σを小さくすること
により、低いコントラストを高くし、信号を検出しやす
くできる。またパターンのエッジを強調して検出したい
ときには柱状鏡17を光路に挿入することにより輪帯照
明にでき、エッジ部が強調されてくる。更に図には表し
ていないが、この対物レンズの瞳の位置に図24の実施
例と同様に図24(b)の403に示すような輪帯状の
ストッパを挿入すれば、いわゆる暗視野照明となり、パ
ターンエッジ部のみが明るい暗視野像が得られる。この
ように本発明の照明装置をパターン検出系に用いること
により、制御系7’の指令により、検出パターンの種類
に応じて、最適な照明を簡単に光の損失を少なく実現す
ることが可能となる。
FIG. 25 shows an embodiment in which the illumination system of the present invention is applied to a pattern inspection device. Part numbers in this figure and Figure 5,
6 and 24 that are the same represent the same. The light emitted from the output end of the optical fiber is reflected by the half mirror 91 by the condenser lens 23 ″, and then an image of the output end of the optical fiber is formed on the pupil 41 ″ of the objective lens 4 ″. The ratio σ to the pupil diameter becomes the partial coherency of the illumination in the pattern detection.When the spread of the optical fiber emission end is changed by driving the small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10, the above σ
Can be changed. For example, when the surface has a granular pattern, σ is made close to 1 and the directivity of the illumination light is lowered, whereby small noise can be detected. Further, for a pattern having a small step, by reducing σ, low contrast can be increased and a signal can be easily detected. When it is desired to detect the edge of the pattern by emphasizing it, the columnar mirror 17 is inserted into the optical path to realize annular illumination, and the edge portion is emphasized. Although not shown in the figure, if a ring-shaped stopper as shown by 403 in FIG. 24 (b) is inserted at the position of the pupil of this objective lens as in the embodiment of FIG. A dark field image in which only the pattern edge is bright is obtained. As described above, by using the illumination device of the present invention in the pattern detection system, it is possible to easily realize the optimum illumination according to the type of the detection pattern by the instruction of the control system 7 ′ with a small light loss. Become.

【0034】本発明の小光ファイバー束相対位置可変機
構10は図2で示した実施例に限定されるものではな
く、例えばそれを駆動することにより、図6や図8の輪
帯照明用の光学部品の搬入搬出を行わずに、その小光フ
ァイバー束相対位置可変機構のみで総ての所望の照明指
向性を実現することも可能である。またこの駆動による
小ファイバ束の位置変化は上記の実施例で示した放射状
の移動に限らず、例えば螺旋状、あるいは非線形な動き
であってもよいことは明らかである。
The small optical fiber bundle relative position changing mechanism 10 of the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 2, and for example, by driving it, the optical system for annular illumination of FIGS. It is also possible to realize all desired illumination directivities only by the small optical fiber bundle relative position changing mechanism without carrying in and carrying out parts. Further, it is obvious that the position change of the small fiber bundle due to this driving is not limited to the radial movement shown in the above embodiment, but may be, for example, a spiral movement or a non-linear movement.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上実施例を用いて説明したように、本
発明によりパターンの露光、検査或いは表示等に用いる
照明系において、露光、検査或いは表示の対象とするパ
ターンの形状や寸法とこの露光、検査或いは表示を行う
際に用いられる光学系の関係において最適となる照明を
比較的簡単な構成で、容易に得られるのみならず、パタ
ーンの形状や寸法の変化や、光学系の変化に伴う最適照
明の変化を簡単に実現することが可能と成る。これによ
り従来固定の照明系内に照明光を部分的に遮光する必要
がなくなり、光の利用効率を低下させることなく、所望
の照明指向性あるいは照明光分布を実現することが可能
となり、スループットの大きな露光装置あるいは検査装
置が実現する。また表示装置においても明るい表示が可
能となり、同一の明るさを実現しようとする場合には、
出力の小さな光源で済む。
As described above with reference to the embodiments, in the illumination system used for exposing, inspecting or displaying a pattern according to the present invention, the shape and size of the pattern to be exposed, inspected or displayed and this exposure. The optimum illumination in relation to the optical system used for inspection or display is not only easily obtained with a relatively simple configuration, but also changes in the shape and dimensions of the pattern and changes in the optical system It is possible to easily realize the change of the optimum illumination. As a result, it is not necessary to partially block the illumination light in the conventionally fixed illumination system, and it becomes possible to realize a desired illumination directivity or illumination light distribution without lowering the light utilization efficiency, and to improve throughput. A large exposure apparatus or inspection apparatus is realized. In addition, when it is possible to achieve a bright display on a display device and to achieve the same brightness,
A light source with a small output is sufficient.

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

【図1】本発明の投影式露光装置等に用いる水銀ランプ
を光源とする露光照明装置の光学系の実施例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an optical system of an exposure illuminating device using a mercury lamp as a light source, which is used in a projection type exposing device of the present invention.

【図2】本発明の照明装置の小光ファイバー束相対位置
可変機構の実施例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a small optical fiber bundle relative position changing mechanism of the illuminating device of the present invention.

【図3】本発明の小光ファイバー束相対位置可変機構の
小光ファイバー束端の配置を示す図である。
FIG. 3 is a view showing an arrangement of small optical fiber bundle ends of a small optical fiber bundle relative position varying mechanism of the present invention.

【図4】本発明に係る照明光学系を用いた投影式露光装
置で各種照明法を実現する場合を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a case where various illumination methods are realized by a projection type exposure apparatus using an illumination optical system according to the present invention.

【図5】本発明の照明光学系を備えた投影式露光装置を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a projection type exposure apparatus provided with the illumination optical system of the present invention.

【図6】本発明の投影式露光装置等に用いられる照明装
置で輪帯照明を実現する第1の実施例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a first embodiment for realizing annular illumination with an illuminating device used in the projection type exposure apparatus and the like of the present invention.

【図7】図6の実施例の詳細を示す図である。FIG. 7 shows details of the embodiment of FIG.

【図8】本発明の投影式露光装置等に用いられる照明装
置で輪帯照明を実現する第2の実施例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment for realizing annular illumination with an illumination device used in the projection type exposure apparatus of the present invention.

【図9】図8の実施例の詳細を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing details of the embodiment of FIG.

【図10】本発明の投影式露光装置等に用いられる照明
装置で小光ファイバー束の出射端に光拡散光学部品を実
装した実施例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment in which a light diffusing optical component is mounted on the emitting end of a small optical fiber bundle in an illuminating device used in the projection type exposure apparatus of the present invention.

【図11】光ファイバーの径を変化させる実施例を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example in which the diameter of an optical fiber is changed.

【図12】光ファイバー入射端の隣接する各ファイバー
間の部分を高反射材とする実施例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment in which a portion between adjacent fibers at an optical fiber incident end is made of a highly reflective material.

【図13】光源としてレーザを用いる場合の第1の実施
例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a first embodiment when a laser is used as a light source.

【図14】光源としてレーザを用い場合の実施例におい
て光ファイバーの入射端と出射端の関係を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between an incident end and an emitting end of an optical fiber in an example in which a laser is used as a light source.

【図15】2つの光ファイバー束を用いた場合の実施例
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example in which two optical fiber bundles are used.

【図16】図15の実施例の光路の断面を示す図であ
る。
16 is a diagram showing a cross section of an optical path in the embodiment of FIG.

【図17】本発明の小光ファイバー束の出射端が小光フ
ァイバー束相対位置可変機構により変化する状況を示す
図である。
FIG. 17 is a diagram showing a situation in which the emitting end of the small optical fiber bundle of the present invention is changed by the small optical fiber bundle relative position changing mechanism.

【図18】本発明の小光ファイバー束の出射端が小光フ
ァイバー束相対位置可変機構により変化する状況を示す
図である。
FIG. 18 is a diagram showing a situation where the emitting end of the small optical fiber bundle of the present invention is changed by the small optical fiber bundle relative position changing mechanism.

【図19】光源としてレーザを用いる場合の第2の実施
例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a second embodiment when a laser is used as a light source.

【図20】図19の実施例で光路の断面を示す図であ
る。
20 is a diagram showing a cross section of an optical path in the embodiment of FIG.

【図21】光源としてレーザを用いる場合の第3の実施
例を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a third embodiment when a laser is used as a light source.

【図22】図21の実施例で光路の断面を示す図であ
る。
22 is a diagram showing a cross section of an optical path in the embodiment of FIG.

【図23】図21、22の実施例の原理を示す光ファイ
バーの入射光の入射角と出射光の出射角(発散光の状
況)を示す図である。
23 is a diagram showing an incident angle of incident light and an outgoing angle of emitted light (a situation of divergent light) showing the principle of the embodiment of FIGS.

【図24】本発明の縮小投影露光装置の実施例で、縮小
露光レンズの入射瞳の位置に可変フィルタを実装したも
のを示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an embodiment of the reduction projection exposure apparatus of the present invention in which a variable filter is mounted at the position of the entrance pupil of the reduction exposure lens.

【図25】本発明の照明装置をパターン検査装置に適用
した実施例を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing an example in which the illumination device of the present invention is applied to a pattern inspection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’、1A’、1B’、1C’、1D’…光ファイ
バー束、10…小光ファイバー束相対位置可変機構、1
7…柱状鏡、2、2’…照明光学系、24…水銀ランプ
光源、24’…レーザ光源、3…レチクル、4、4’…
縮小投影(露光)レンズ、4”…対物レンズ、400…
可変フィルタ、5…ウエハ、6…ウエハ駆動ステージ、
60…測長用のレーザビーム、7、7’…制御系。
1, 1 ', 1A', 1B ', 1C', 1D '... Optical fiber bundle, 10 ... Small optical fiber bundle Relative position variable mechanism, 1
7 ... Columnar mirror, 2 2 '... Illumination optical system, 24 ... Mercury lamp light source, 24' ... Laser light source, 3 ... Reticle 4, 4 '...
Reduction projection (exposure) lens, 4 ″ ... Objective lens, 400 ...
Variable filter, 5 ... Wafer, 6 ... Wafer drive stage,
60 ... Laser beam for length measurement, 7, 7 '... Control system.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 重美 茨城県勝田市大字市毛882番地株式会社日 立製作所計測器事業部内 (72)発明者 野口 稔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 寺沢 恒男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 村山 誠 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shigemi Ishii 882 Ichige, Ita, Katsuta-shi, Ibaraki Nitto Manufacturing Co., Ltd. Measuring Instruments Division (72) Minoru Noguchi 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock Company, Hitachi, Ltd., Production Technology Laboratory (72) Inventor, Tsuneo Terasawa, 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture, Ltd., Production Technology Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Makoto Murayama, 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa Hitachi, Ltd., Production Engineering Laboratory

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】露光光源と、該露光光源より出射した光を
マスクまたはレチクルに照射せしめるべく、前記露光光
源より出射した光が入射される入射面を有する複数の光
ファイバーを束ねた光ファイバー束部と該光ファイバー
束部から分岐され、出射面を有する複数個の小さい束の
小光ファイバー束部とから構成された光ファイバーを備
えた照明光学系と、該照明光学系により照明されてマス
クまたはレチクルを透過した光を被露光物体上にマスク
またはレチクルのパターン像として投影せしめる投影露
光系とを備えたことを特徴とする投影式露光装置。
1. An exposure light source, and an optical fiber bundle section which bundles a plurality of optical fibers having an incident surface on which the light emitted from the exposure light source is incident so that the mask or reticle is irradiated with the light emitted from the exposure light source. An illumination optical system provided with an optical fiber which is branched from the optical fiber bundle part and comprises a plurality of small bundles of small optical fiber bundle parts each having an emission surface, and which is illuminated by the illumination optical system and transmitted through a mask or reticle. A projection type exposure apparatus, comprising: a projection exposure system for projecting light as a pattern image of a mask or a reticle onto an object to be exposed.
【請求項2】前記照明光学系に、更に前記小光ファイバ
ー束部の出射面の相対的位置を制御する制御手段を備え
たことを特徴とする請求項1記載の投影式露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the illumination optical system further comprises control means for controlling the relative position of the exit surface of the small optical fiber bundle portion.
【請求項3】前記照明光学系の光ファイバーの入射側に
露光光源から出射された光を集光する集光光学系を設け
たことを特徴とする請求項1記載の投影式露光装置。
3. A projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein a condensing optical system for condensing the light emitted from the exposure light source is provided on the incident side of the optical fiber of the illumination optical system.
【請求項4】前記照明光学系の光ファイバーの入射側に
鏡を備えたことを特徴とする請求項1記載の投影式露光
装置。
4. The projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein a mirror is provided on the incident side of the optical fiber of the illumination optical system.
【請求項5】前記鏡を、柱状鏡で形成したことを特徴と
する請求項3記載の投影式露光装置。
5. The projection type exposure apparatus according to claim 3, wherein the mirror is a columnar mirror.
【請求項6】前記照明光学系の集光光学系に、更に前記
光ファイバー束部の入射面に輪帯状光を入射させる光学
要素を有することを特徴とする請求項1記載の投影式露
光装置。
6. The projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein the condensing optical system of the illumination optical system further includes an optical element for making the annular light incident on the incident surface of the optical fiber bundle section.
【請求項7】前記露光光源をレーザ光源にて構成したこ
とを特徴とする請求項1記載の投影式露光装置。
7. The projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure light source is a laser light source.
【請求項8】前記照明光学系の光ファイバー部の少なく
とも入射面部を複数の部分で形成し、各部分は入射する
光の入射方向となす入射角が各部分間で異ならしめて光
ファイバーから出射する出射光に対して所望の指向性を
もたせるように構成したことを特徴とする請求項1記載
の投影式露光装置。
8. An outgoing light emitted from an optical fiber in which at least an incident surface portion of an optical fiber portion of the illumination optical system is formed of a plurality of portions, and the incident angle of the incident light with each portion is different between the respective portions. 2. The projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection type exposure apparatus is configured to have a desired directivity.
【請求項9】前記照明光学系の光ファイバーにおいて、
光路長を異ならしめて照明光の可干渉性を低減するよう
に構成したことを特徴とする請求項1または7記載の投
影式露光装置。
9. The optical fiber of the illumination optical system,
8. The projection type exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection exposure apparatus is configured to have different optical path lengths to reduce the coherence of illumination light.
【請求項10】光源より出射した光を集光し、この集光
された光を、複数の光ファイバーを束ねて形成された光
ファイバー束を通し、更に複数個の小さい束の小光ファ
イバー束で形成された複数の小光ファイバー束に分岐し
て通して相対的位置が制御された複数の小光ファイバー
束の各出射面から光を出射して被照明物体に照射するこ
とを特徴とする照明方法。
10. The light emitted from a light source is condensed, the condensed light is passed through an optical fiber bundle formed by bundling a plurality of optical fibers, and further a plurality of small optical fiber bundles are formed. An illuminating method characterized in that light is emitted from each emission surface of the plurality of small optical fiber bundles whose relative positions are controlled by branching through the plurality of small optical fiber bundles to illuminate the illuminated object.
【請求項11】照明光源と、該光源より出射した照明光
を所望の領域に集光せしめる集光光学系と、該集光光学
系で集光された照明光を入射させる光ファイバー束部お
よび該光ファイバー束部から分岐されてた複数の小光フ
ァイバー束部で形成された光ファイバーと、該光ファイ
バーの小光ファイバー束部の出射面の相対的位置を制御
する制御手段とを具備したことを特徴とする照明装置。
11. An illuminating light source, a condensing optical system for condensing the illuminating light emitted from the light source in a desired region, an optical fiber bundle section for injecting the illuminating light condensed by the converging optical system, and Illumination characterized by comprising an optical fiber formed by a plurality of small optical fiber bundles branched from the optical fiber bundle, and a control means for controlling the relative position of the emission surface of the small optical fiber bundle of the optical fiber. apparatus.
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