JPH07104563B2 - Illumination optical device for exposure equipment - Google Patents

Illumination optical device for exposure equipment

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JPH07104563B2
JPH07104563B2 JP61225163A JP22516386A JPH07104563B2 JP H07104563 B2 JPH07104563 B2 JP H07104563B2 JP 61225163 A JP61225163 A JP 61225163A JP 22516386 A JP22516386 A JP 22516386A JP H07104563 B2 JPH07104563 B2 JP H07104563B2
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Japan
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light source
beam shaping
excimer laser
laser light
illumination optical
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哲男 菊池
宏一 松本
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザビームを照明光束としてマスクパター
ンを転写する半導体露光装置の照明光学装置、特に、エ
キシマレーザを照明光源とする半導体露光装置の露光用
照明光学装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to an illumination optical device of a semiconductor exposure apparatus that transfers a mask pattern using a laser beam as an illumination light flux, and in particular, an excimer laser as an illumination light source. The present invention relates to an exposure illumination optical device for a semiconductor exposure apparatus.

(従来の技術) IC、LSI等の微細なマスクパターンをウエハ面上に転写
する半導体露光装置においては、従来、例えば波長436n
mまたは365nmの光を主に発振する超高圧水銀灯が多く用
いられているが、さらに高密度で微細なパターンを得る
ためには、さらに短波長でしかも強力な光を発振する光
源を必要とする。そこで上記の紫外線波長域(350〜450
nm)を超えてさらに短い波長を発振するエキシマレーザ
を照明光源として備えた露光装置が、例えば特開昭57−
198631号公報によって開示され、既に公知である。
(Prior Art) In a semiconductor exposure apparatus that transfers a fine mask pattern such as IC and LSI onto a wafer surface, a wavelength of 436n has been conventionally used.
Ultra-high pressure mercury lamps that mainly oscillate m or 365 nm light are widely used, but in order to obtain higher density and finer patterns, a light source that oscillates powerful light at a shorter wavelength is required. . Therefore, the above ultraviolet wavelength range (350 to 450
The exposure apparatus provided with an excimer laser that oscillates a wavelength shorter than 100 nm as an illumination light source is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
It is disclosed by the Japanese Patent Publication No. 198631 and is already known.

上記の公開公報によれば、照明光源(エキシマレーザ)
からの光は、マスクの全範囲を均一に照明するために集
束成分およびその他の光学成分を用いた照明光学系を介
してマスクに投射されることが開示されている。一方、
露光装置におけるマスクの平均照明のための光学系とし
ては、従来、例えばフライアイレンズのようなオプチカ
ルインテグレータとコンデンサーレンズとを組み合せた
ものが公知である。また、レーザ光束を所望の大きい径
の光束に拡大するために、焦点距離の異る2個の球面レ
ンズにて構成されたビーム・エキスパンダーを用いるこ
とも、レーザを使用する光学装置においては、周知の技
術である。
According to the above publication, an illumination light source (excimer laser)
Light is projected onto the mask through illumination optics using a focusing component and other optical components to uniformly illuminate the entire area of the mask. on the other hand,
As an optical system for average illumination of a mask in an exposure apparatus, a combination of an optical integrator such as a fly's eye lens and a condenser lens is conventionally known. Further, in order to expand the laser beam to a beam having a desired large diameter, it is also known to use a beam expander composed of two spherical lenses having different focal lengths, which is well known in an optical device using a laser. Technology.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、エキシマレーザの出力断面は電極の形状
に依存し、例えば7mm×20mmのように縦と横の長さが異
なる断面矩形のビーム形状を有している。従って、上記
のオプチカルインテグレータを用いてマスク上での光強
度を均一化しても、レーザ光束の断面形状は依然として
矩形であるため、投影レンズを介してマスクのパターン
像を投影した場合、その像の解像力が縦と横とで異なっ
てしまう欠点が有った。また、ビームエキスパンダーで
光束径を拡大してもレーザ光束の断面形状は変らないの
で、絞りによって円形断面にビーム整形した場合には、
長手方向に大きくケラレを生じ、ややもすると、露光量
不足を来す恐れが有った。
(Problems to be solved by the invention) However, the output cross section of the excimer laser depends on the shape of the electrode, and has a beam shape of a rectangular cross section with different vertical and horizontal lengths, for example, 7 mm × 20 mm. . Therefore, even if the light intensity on the mask is made uniform using the above optical integrator, the cross-sectional shape of the laser light flux is still rectangular, so when the pattern image of the mask is projected through the projection lens, There was a drawback that the resolution was different between vertical and horizontal. Also, since the cross-sectional shape of the laser light flux does not change even if the beam diameter is expanded with a beam expander, when beam shaping into a circular cross section with a diaphragm,
Large vignetting occurs in the longitudinal direction, and in some cases, the exposure amount may be insufficient.

本発明は、上記従来装置の問題点を解決し、極めて微細
なマスクパターンをも効率良く正しく転写できる半導体
露光装置の照明光学装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the conventional apparatus and to provide an illumination optical apparatus for a semiconductor exposure apparatus, which can transfer an extremely fine mask pattern efficiently and correctly.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(問題点を解決する為の手段) 上記の問題点を解決するために、本発明においては、一
方向にのみ互いに異なる屈折力を有する2個のアナモル
フィックレンズから成るビーム整形光学系を断面矩形の
レーザ光束を出力するエキシマレーザ光源からの照明光
路上に設け、これによって、そのレーザ光束をほぼ正方
形の断面形状にビーム整形した後にマスク上のパターン
を照明するように構成することを技術的要点とするもの
である。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, in the present invention, a beam shaping optical system including two anamorphic lenses having different refracting powers in only one direction is cross-sectioned. It is technically provided to be provided on the illumination optical path from an excimer laser light source that outputs a rectangular laser light beam, whereby the laser light beam is shaped into a substantially square cross-sectional shape and then the pattern on the mask is illuminated. This is the main point.

(作用) 上記のビーム整形光学系3、13、23によって入射する断
面矩形のレーザ光束は、一方向のみの屈折力のために短
辺が拡大されるかあるいは長辺が縮小されてほぼ正方形
の断面形状にビーム整形されたレーザ光束となる。この
断面正方形に整形されたレーザ光束は、光軸のまわりに
回転対称な光学系に四隅の光束のみがカットされるため
にほぼ断面円形のレーザ光束となり、マスク6上のパタ
ーン領域を照明した後、投影対物レンズ7の入射瞳を通
ってウエハ8上にマスク6のパターン像を結像させる。
従って、エキシマレーザ光源から出力されるレーザ光束
は、無駄にカットされることなく、充分な光量で投影露
光のために利用される。
(Operation) The laser light flux having a rectangular cross section which is incident by the beam shaping optical systems 3, 13, and 23 has a substantially square shape in which the short side is enlarged or the long side is reduced due to the refracting power in only one direction. The laser beam is shaped into a cross-section. The laser light flux shaped into a square cross section becomes a laser light flux having a substantially circular cross section because only the light fluxes at the four corners are cut by the optical system rotationally symmetric about the optical axis, and after illuminating the pattern area on the mask 6. A pattern image of the mask 6 is formed on the wafer 8 through the entrance pupil of the projection objective lens 7.
Therefore, the laser light flux output from the excimer laser light source is used for projection exposure with a sufficient light amount without being cut wastefully.

(実施例) 次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。
(Example) Next, the Example of this invention is described in detail based on an accompanying drawing.

第1図は本発明の実施例を示す光学系構成図で、エキシ
マレーザ光源1から発振するレーザ光束は、ミラー2に
て下方へ反射転向され、後で詳しく述べられる一対のシ
リンドリカルレンズの如きアナモルフィック光学系3A、
3Bから成るビーム整形光学系3により断面が所定の形状
にビーム整形される。このビーム整形されたレーザ光束
は、例えば特開昭56−81813号公報に開示されているよ
うに、フライアイレンズの如きオプチカルインテグレー
タ4によって多数の発散光束に分割され、さらに、コン
デンサーレンズ5にて集束されてレチクル6を均一に照
明する。この場合、オプチカルインテグレータ4は、多
数の微小光源を一平面上に作り、二次光源として作用す
る。このレーザ光束によって一様に照明されたレチクル
6上の回路パターンは、投影対物レンズ7によってステ
ージ9に載置されたウエハ8上に投影される。
FIG. 1 is an optical system configuration diagram showing an embodiment of the present invention. A laser beam emitted from an excimer laser light source 1 is reflected and diverted downward by a mirror 2 and an analog such as a pair of cylindrical lenses described in detail later. Morphic optical system 3A,
The beam shaping optical system 3 composed of 3B shapes the beam into a predetermined cross section. The beam-shaped laser light flux is divided into a large number of divergent light fluxes by an optical integrator 4 such as a fly-eye lens, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-81813. The reticle 6 is focused and uniformly illuminated. In this case, the optical integrator 4 makes a large number of minute light sources on one plane and acts as a secondary light source. The circuit pattern on the reticle 6 that is uniformly illuminated by the laser beam is projected by the projection objective lens 7 onto the wafer 8 placed on the stage 9.

エキシマレーザ光源1は、封入されたレーザ媒質の雰囲
気中に設けられた、第2図に示すような細長いカマボコ
型の放電電極E1、E2を有し、レーザ光は、その主放電電
極E1,E2間に高電圧が印加されて放電する際に生じる閃
光が電極の長手方向に共振して矢印Lの方向に発光する
ものである。その際、レーザビームの断面形状は、電極
E1、E2の形状に大きく左右される特質を有しているが、
現在市販されているエキシマレーザでは、放電方向が長
辺(x)で、これに直角な方向が短辺(y)の、第3図
に示すような長方形の断面形状を有しているものが多
い。第1図のエキシマレーザ光源1においては、主放電
電極E1、E2が第2図の如く上下に並設されているので、
発振されるレーザ光束の断面は上下に長い長方形であ
る。このレーザ光束は、ミラー2によって下方へ転向さ
れた後は、第4図(a)に示すように左右に長い長方形
の断面形状となって、本発明の要部を構成するビーム整
形光学系3に入射する。
The excimer laser light source 1 has elongated chamfered discharge electrodes E 1 and E 2 provided in the atmosphere of the enclosed laser medium, as shown in FIG. Flash light generated when a high voltage is applied between 1 and E 2 to cause discharge resonates in the longitudinal direction of the electrode and emits light in the direction of arrow L. At that time, the cross-sectional shape of the laser beam is
Although it has characteristics that are greatly influenced by the shapes of E 1 and E 2 ,
Excimer lasers currently on the market have a rectangular cross-sectional shape as shown in FIG. 3, in which the discharge direction is the long side (x) and the direction perpendicular to this is the short side (y). Many. In the excimer laser light source 1 shown in FIG. 1, the main discharge electrodes E 1 and E 2 are vertically arranged side by side as shown in FIG.
The cross section of the oscillated laser beam is a rectangle that is vertically long. After being turned downward by the mirror 2, this laser light flux has a rectangular cross section that is long in the left and right as shown in FIG. 4 (a), and has a beam shaping optical system 3 that constitutes a main part of the present invention. Incident on.

このビーム整形光学系3は、発散性のシリンドリカルレ
ンズ3Aと収斂性のシリンドリカルレンズ3Bとから成り、
第5図に示すように両シリンドリカルレンズ3A、3Bの母
線は互いに平行となるように構成されている。すなわ
ち、母線を含む面内の光線は、第5図(a)に示すよう
に屈折することなく、そのまま通過し、この母線に垂直
な面内の光線は第5図(b)に示す如く屈折する。この
場合、双方のシリンドリカルレンズ3A、3Bの各焦点を点
O1で合致するように配置すれば、両シリンドリカルレン
ズによってアフォーカル系が形成され、一方のシリンド
リカルレンズ3Aに入射する母線に平行な平行光束は、他
方のシリンドリカルレンズ3Bからも平行光束として射出
され、その際、母線に垂直な面内の光線のみ、第5図
(b)に示すように光束幅が拡大されて再び平行光束と
なって射出される。
The beam shaping optical system 3 includes a diverging cylindrical lens 3A and a converging cylindrical lens 3B.
As shown in FIG. 5, the generatrices of both cylindrical lenses 3A and 3B are arranged to be parallel to each other. That is, the rays in the plane including the generatrix pass through without being refracted as shown in FIG. 5 (a), and the rays in the plane perpendicular to the generatrix are refracted as shown in FIG. 5 (b). To do. In this case, set the focal points of both cylindrical lenses 3A and 3B
If they are arranged so that they match each other at O 1 , an afocal system is formed by both cylindrical lenses, and a parallel light flux parallel to the generatrix incident on one cylindrical lens 3A is also emitted as a parallel light flux from the other cylindrical lens 3B. At that time, only the light rays in the plane perpendicular to the generatrix are expanded in width as shown in FIG.

いま、一方のシリンドリカルレンズ3Aの焦点距離をf1
他方のシリンドリカルレンズ3Bの焦点距離をf2とし、エ
キシマレーザ光束の長辺の長さをx、短辺の長さをyと
し、|f1|<|f2|とすると |f2/f1|=x/y……(1) の式を満足するように両焦点距離を選べば、断面長方形
のエキシマレーザ光束を断面正方形にビーム整形するこ
とができる。
Now, set the focal length of one cylindrical lens 3A to f 1 ,
The focal length of the other of the cylindrical lens 3B and f 2, the long side length of the excimer laser beam x, the length of the short side and y, | f 1 | <| f 2 | to the | f 2 / f By selecting both focal lengths so that the formula 1 | = x / y (1) is satisfied, the excimer laser beam with a rectangular cross section can be shaped into a square cross section.

第1図において、シリンドリカルレンズ3A、3Bの母線を
含む面(紙面に平行な面)内の光線を実線で、また、母
線に垂直な面(紙面に垂直な面)内の光線を破線にて示
す。ミラー2で反射された断面形状が第4図(a)の如
く長辺がx、短辺がyの長方形断面のエキシマレーザ光
束は、発散性のシリンドリカルレンズ3Aによって短辺y
のみが拡大されて長辺xと等しくなり、吸斂性のシリン
ドリカルレンズ3Bにて平行光束となって射出される。従
って、ビーム整形光学系3を通過した光束は、第4図
(b)に示すように一辺がxの正方形断面にビーム整形
される。このビーム整形されたレーザ光束は、オプチカ
ルインテグレータ4と、このオプチカルインテグレータ
4による二次光源結像面またはこれに近接して設けられ
た円形の開口を有する絞り(以下「α絞り」と称す
る。)4Aおよびコンデンサーレンズ5を介して、マスク
6のパターン領域を均一に照明する。その際、オプチカ
ルインテグレータ4によって多数の輝点の集合に形成さ
れた二次光源も一辺xのほぼ正方形の断面形状となって
おり、α絞り4Aによって四隅がカットされてほぼ円形に
形成され第4図(c)に示す如き形状となる。
In FIG. 1, the light rays in the plane including the generatrix of the cylindrical lenses 3A and 3B (the plane parallel to the paper surface) are indicated by solid lines, and the light rays in the plane perpendicular to the generatrix (plane perpendicular to the paper surface) are indicated by broken lines. Show. As shown in FIG. 4 (a), the excimer laser light flux having a rectangular cross section with a long side x and a short side y reflected by the mirror 2 is reflected by the divergent cylindrical lens 3A.
Only the long side is enlarged and becomes equal to the long side x, and the parallel luminous flux is emitted by the absorptive cylindrical lens 3B. Therefore, the light beam that has passed through the beam shaping optical system 3 is beam shaped into a square cross section of which one side is x, as shown in FIG. The beam-shaped laser light flux has an optical integrator 4 and a diaphragm having a circular aperture provided in the image plane of the secondary light source formed by the optical integrator 4 or in the vicinity thereof (hereinafter referred to as “α diaphragm”). The pattern area of the mask 6 is uniformly illuminated through the 4A and the condenser lens 5. At that time, the secondary light source formed by the optical integrator 4 into a set of a large number of bright spots also has a substantially square cross-sectional shape with one side x, and the four corners are cut by the α stop 4A to form a substantially circular shape. The shape is as shown in FIG.

マスク6上にパターンを照明したレーザ光束は、投影対
物レンズ7の入射瞳(第1図では実質的な絞りに担当す
る。)Pを通りウエハ8上にパターン像を結像する。こ
の場合、α絞り4Aは投影対物レンズ7の入射瞳Pと共役
な位置に設けられており、α絞り4Aの開口の像Iが第4
図(d)に示すように入射瞳P内に結像される。このα
絞り4Aの開口の像I(すなわち入射瞳Pを通る光束の断
面)の大きさが入射瞳Pに対して0.5〜0.7となるように
すると、ウエハ8上で解像力およびコントラストが共に
良好なパターン像を得ることができる。従って、α絞り
4Aによりレーザ光束をわずかにカットするのみで、エキ
シマレーザ光源からのレーザ光束を最大限に利用して投
影露光を行うことが可能となる。
The laser light flux illuminating the pattern on the mask 6 passes through the entrance pupil (substantially the diaphragm in FIG. 1) P of the projection objective lens 7 to form a pattern image on the wafer 8. In this case, the α stop 4A is provided at a position conjugate with the entrance pupil P of the projection objective 7, and the image I of the aperture of the α stop 4A is the fourth.
An image is formed in the entrance pupil P as shown in FIG. This α
When the size of the image I of the aperture of the diaphragm 4A (that is, the cross section of the light flux passing through the entrance pupil P) is set to 0.5 to 0.7 with respect to the entrance pupil P, a pattern image with good resolution and contrast on the wafer 8 is obtained. Can be obtained. Therefore, α aperture
By only slightly cutting the laser light flux by 4A, it becomes possible to perform projection exposure by making maximum use of the laser light flux from the excimer laser light source.

ビーム整形光学系3は、第5図に示す発散性(負)のシ
リンドリカルレンズ3Aと収斂性(正)のシリンドリカル
レンズ3Bとから成るアナモルフィック系ビーム整形光学
系の代りに、第6図に示すように正のシリンドリカルレ
ンズ13A、13Bのみを用いてアナモルフィック系ビーム整
形光学系13を構成してもよい。この場合、両レンズ13
A、13Bの焦点距離f1、f2は、前述の(1)式を用いて決
定される。また、両レンズ13A、13Bは第6図に示すよう
に点O2において焦点が合致するように配置される。
The beam shaping optical system 3 is shown in FIG. 6 in place of the anamorphic beam shaping optical system consisting of the divergent (negative) cylindrical lens 3A and the convergent (positive) cylindrical lens 3B shown in FIG. As shown, the anamorphic beam shaping optical system 13 may be configured using only the positive cylindrical lenses 13A and 13B. In this case, both lenses 13
The focal lengths f 1 and f 2 of A and 13B are determined by using the above equation (1). Further, both lenses 13A and 13B are arranged so as to be in focus at a point O 2 as shown in FIG.

第7図は、ビーム整形光学系3、13を構成するミリンド
リカルレンズ3A、3B、13A、13の母線の方向とエキシマ
レーザ光源1の電極E1、E2の方向との関係を示す説明図
である。各シリンドリカルレンズ3A、3B、13A、13Bは、
第7図(a)に示すように母線の方向(矢印S1にて示
す。)が、電極E1、E2の並びの方向、すなわちレーザビ
ームの矩形断面の長手方向に平行するように設置され
る。これによりレーザ光束は、母線の方向には第7図
(a)に示すように屈折することなくシリンドリカルレ
ンズ3A(13A)および3B(13B)を通って直進するが、第
7図(b)および第7図(c)に示すように母線に垂直
な方向(矢印S2にて示す。)に対しては、一方のシリン
ドリカルレンズ3A、13Aによって光束幅が拡大された
後、他方のシリンドリカルレンズ3B、13Bによって再び
平行光束となる。従って、このビーム整形光学系3、13
を構成するシリンドリカルレンズの母線の方向を、エキ
シマレーザ光源の放電電極E1、E2の放電方向と平行させ
ることによって、断面矩形のレーザ光束の短辺の方向の
みを拡大することができる。
FIG. 7 is an explanatory view showing the relationship between the directions of the generatrixes of the cylindrical lenses 3A, 3B, 13A and 13 constituting the beam shaping optical systems 3 and 13 and the directions of the electrodes E 1 and E 2 of the excimer laser light source 1. It is a figure. Each cylindrical lens 3A, 3B, 13A, 13B,
(Indicated by an arrow S 1.) Figure 7 direction of the bus as shown in (a) is, electrodes E 1, E 2 of the arrangement direction, ie installed so as to be parallel to the longitudinal direction of the rectangular cross section of the laser beam To be done. As a result, the laser light flux goes straight through the cylindrical lenses 3A (13A) and 3B (13B) without refracting in the direction of the generatrix as shown in FIG. 7 (a), but as shown in FIG. 7 (b) and As shown in FIG. 7C, in the direction perpendicular to the generatrix (indicated by the arrow S 2 ), the luminous flux width is expanded by one of the cylindrical lenses 3A and 13A, and then the other cylindrical lens 3B. , 13B, so that the light flux becomes parallel again. Therefore, this beam shaping optical system 3, 13
By paralleling the direction of the generatrix of the cylindrical lens constituting the above with the discharge direction of the discharge electrodes E 1 and E 2 of the excimer laser light source, it is possible to enlarge only the direction of the short side of the laser light flux having a rectangular cross section.

また、第5図および第6図に示すアナモルフィック系の
ビーム整形光学系3A、3B、13A、13Bに、左方から光を通
すと、母線に垂直な方向のみの光束幅を短縮することが
可能である。従って、エキシマレーザ光源1の出力断面
での光束が、例えば第3図中でy方向が適当で、x方向
が長すぎる場合には、x方向を縮小するために、拡大型
のビーム整形光学系が逆向きにすると共に、母線の方向
を放電電極の放電方向に対して直角に設置すれば、縮小
型ビーム整形光学系として用いることができる。
Further, when light is passed from the left side to the anamorphic beam shaping optical systems 3A, 3B, 13A, 13B shown in FIGS. 5 and 6, the light flux width in only the direction perpendicular to the generatrix is shortened. Is possible. Therefore, when the light flux in the output cross section of the excimer laser light source 1 is appropriate in the y direction and too long in the x direction in FIG. 3, for example, in order to reduce the x direction, the expansion type beam shaping optical system is used. And the direction of the busbar is set at right angles to the discharge direction of the discharge electrode, it can be used as a reduction type beam shaping optical system.

第8図は、断面矩形のレーザ光束の長手方向を縮小して
断面正方形の光束にビーム整形して、マスク6を照明す
るように構成した本発明の第2の実施例を示す投影露光
装置の光学系配置図で、第9図の(a)、(b)、
(c)、(d)はそれぞれ、第8図の光束のA−A、B
−B、C−C、D−D断面図である。なお、第1図と同
じ機能を有する部分には第1図と同じ符号を付し、その
構成についての詳しい説明は省略する。
FIG. 8 shows a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention configured to illuminate the mask 6 by reducing the longitudinal direction of a laser beam having a rectangular cross section and shaping the beam into a beam having a square cross section. In the optical system layout diagram, (a), (b) of FIG.
(C) and (d) are respectively AA and B of the luminous flux of FIG.
It is a B-C, CC, and DD sectional drawing. It should be noted that parts having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description of their configuration will be omitted.

第8図において、エキシマレーザ光源1からのレーザ光
束はミラー2によって反射され縮小型のビーム整形光学
系23に入射する。その際のレーザ光束の断面形状は、第
9図(a)に示す如く左右方向に長い矩形状となってい
る。ビーム整形光学系23は、紙面に垂直方向に母線を持
つ正のシリンドリカルレンズ23Aと負のシリンドリカル
レンズ23Bとから成り、このビーム整形光学系23を通過
したレーザ光束は、第9図(b)に示すように左右方向
のみが縮小されて入射光束の矩形断面の短辺yを一辺と
するほぼ正方形にビーム整形される。この断面正方形の
レーザ光束は、オプチカルインテグレータ4および円形
の開口を有するα絞り4Aとにより多数の輝点の集合から
成る円形の二次光源に形成される。この二次光源からの
光束はコンデンサーレンズ5を介してマスク6を均一に
照明する。第9図(c)は、α絞り4Aの開口を通過した
光束の断面形状を示す。マスク6を照明したレーザ光束
は、投影対物レンズ7の入射瞳Pを通り、ステージ9上
のウエハ8の面に結像する。この場合も、入射瞳P上に
第9図(d)に示すように入射瞳Pに対して適当な大き
さでα絞り4Aの像Iが形成される。従って、エキシマレ
ーザ光源1からの光束を最も有効に利用することができ
る。なおこの第2実施例において、正のシリンドリカル
レンズ23Aの焦点距離をf2、負のシリンドリカルレンズ2
3Bをf1として、前述の(1)式を満足するようにアフォ
ーカル系として構成されているので、断面矩形のエキシ
マレーザ光束の長辺xが短辺yに等しくなる。
In FIG. 8, the laser light flux from the excimer laser light source 1 is reflected by the mirror 2 and enters the reduction type beam shaping optical system 23. The cross-sectional shape of the laser beam at that time is a rectangular shape that is long in the left-right direction as shown in FIG. The beam shaping optical system 23 is composed of a positive cylindrical lens 23A and a negative cylindrical lens 23B having a generatrix in a direction perpendicular to the paper surface, and the laser beam passing through this beam shaping optical system 23 is shown in FIG. 9 (b). As shown, only the left-right direction is reduced and the beam is shaped into a substantially square shape having one side of the short side y of the rectangular cross section of the incident light flux. This laser beam having a square cross section is formed into a circular secondary light source composed of a set of a large number of bright spots by the optical integrator 4 and the α stop 4A having a circular aperture. The light flux from the secondary light source uniformly illuminates the mask 6 via the condenser lens 5. FIG. 9 (c) shows the cross-sectional shape of the light flux that has passed through the aperture of the α stop 4A. The laser light flux illuminating the mask 6 passes through the entrance pupil P of the projection objective lens 7 and forms an image on the surface of the wafer 8 on the stage 9. Also in this case, an image I of the α stop 4A is formed on the entrance pupil P with an appropriate size with respect to the entrance pupil P as shown in FIG. 9 (d). Therefore, the luminous flux from the excimer laser light source 1 can be used most effectively. In the second embodiment, the focal length of the positive cylindrical lens 23A is f 2 , and the negative cylindrical lens 2A is
Since 3B is f 1 and the afocal system is configured so as to satisfy the above equation (1), the long side x of the excimer laser beam having a rectangular cross section becomes equal to the short side y.

第1図および第8図に実施例においてビーム整形された
エキシマレーザ光束の正方形断面をさらにそのまま比例
的に拡大または縮小して適当な大きさにする場合には、
アフォーカル系からなる一般のビームエキスパンダー又
はそのを逆向きにしたものを、シリンドリカルレンズか
ら成るビーム整形光学系13、23とオプチカルインテグレ
ータ4との間の光路上に付加すればよい。また、第1図
および第2図に示すシリンドリカルレンズの円筒面とは
反対側の平面を適当な曲率の球面(正または負)に形成
することによって、正方形にビーム整形された光束をさ
らに全体に拡大あるいは縮小して、投影対物レンズの入
射瞳に対して適当な大きさにビーム整形することも可能
である。
When the square cross section of the beam-shaped excimer laser beam in the embodiment shown in FIG. 1 and FIG.
A general beam expander composed of an afocal system or a reversed version thereof may be added to the optical path between the beam shaping optical systems 13 and 23 composed of cylindrical lenses and the optical integrator 4. In addition, by forming a plane on the side opposite to the cylindrical surface of the cylindrical lens shown in FIGS. 1 and 2 into a spherical surface (positive or negative) having an appropriate curvature, the beam shaped into a square beam can be further formed as a whole. It is also possible to enlarge or reduce the size and perform beam shaping to an appropriate size for the entrance pupil of the projection objective lens.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の如く本発明によれば、アナモルフィックレンズに
よって構成されたレーザビーム整形光学系を用いること
により、エキシマレーザ光源からの光束の光量損失を最
小限にとどめて、、投影されるパターン像の解像力に方
向性が無いようにビーム整形が可能となり、しかも、、
構成が簡単で、光源からの光束を最も有効に投影レンズ
へ導き、コントラストと解像力に優れたパターン像を形
成させることができる。
As described above, according to the present invention, by using the laser beam shaping optical system configured by the anamorphic lens, the light amount loss of the light flux from the excimer laser light source is minimized, and the projected pattern image Beam shaping is possible so that there is no directionality in resolution, and moreover,
The structure is simple, and the light flux from the light source can be guided most effectively to the projection lens to form a pattern image excellent in contrast and resolution.

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

第1図は本発明の第1の実施例を示す投影露光装置の光
学系配置図、第2図は、第1図の実施例に用いられるエ
キシマレーザ光源の放電電極部の斜視図、第3図は第2
図の放電電極部から出力されるエキシマレーザ光束の断
面形状を示す平面図、第4図は第1図の実施例における
エキシマレーザ光束断面形状の変化を示す説明図で、
(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれ第1図に
おけるA−A、B−B、C−C、D−D断面のエキシマ
レーザ光束断面図、第5図は、本発明の要部をなす第1
図中のビーム整形光学系の説明図で(a)は母線に平行
な横断面図(b)は(a)の縦断面図、第6図は第5図
とは異なる実施例を示すビーム整形光学系の構成図、第
7図は、第5図および第6図に示すビーム整形光学系と
エキシマレーザ光源の放電電極間の放電方向との関係を
示す説明図、第8図は第2の実施例を示す投影露光装置
の光学系配置図、第9図は第8図中のエキシマレーザ光
束の断面形状の変化を示す説明図で、(a)、(b)、
(c)、(d)はそれぞれ第8図のA−A、B−B、C
−C、D−D断面におけるエキシマレーザ光束断面図で
ある。 (主要部分の符号の説明) 1…エキシマレーザ光源 3、13、23…ビーム整形光学系 3A、3B、13A、13B、23A、23B…シリンドリカルレンズ
(アナモルフィックレンズ) 4…オプチカルインテグレータ 4A…α絞り 5…コンデンサーレンズ 6…マスク 7…投影対物レンズ 8…ウエハ(感光基板) E1、E2…主放電電極 P…入射瞳
1 is a layout view of an optical system of a projection exposure apparatus showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a discharge electrode portion of an excimer laser light source used in the embodiment of FIG. 1, and FIG. The figure is the second
FIG. 4 is a plan view showing the cross-sectional shape of the excimer laser light flux output from the discharge electrode section in the figure, and FIG. 4 is an explanatory view showing changes in the cross-sectional shape of the excimer laser light flux in the embodiment of FIG.
(A), (b), (c), and (d) are cross-sectional views of the excimer laser light flux taken along the lines AA, BB, CC, and DD in FIG. 1, and FIG. The first, which is an essential part of the present invention
In the explanatory diagram of the beam shaping optical system in the figure, (a) is a transverse sectional view parallel to the generatrix (b) is a longitudinal sectional view of (a), and FIG. 6 is a beam shaping showing an embodiment different from FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the beam shaping optical system shown in FIGS. 5 and 6 and the discharge direction between the discharge electrodes of the excimer laser light source, and FIG. An optical system layout of a projection exposure apparatus showing an embodiment, FIG. 9 is an explanatory view showing a change in cross-sectional shape of the excimer laser light flux in FIG. 8, (a), (b),
(C) and (d) are AA, BB, and C of FIG. 8, respectively.
FIG. 6 is a cross-sectional view of excimer laser light fluxes on cross sections -C and DD. (Explanation of symbols of main parts) 1 ... Excimer laser light source 3, 13, 23 ... Beam shaping optical system 3A, 3B, 13A, 13B, 23A, 23B ... Cylindrical lens (anamorphic lens) 4 ... Optical integrator 4A ... α Aperture 5 ... Condenser lens 6 ... Mask 7 ... Projection objective lens 8 ... Wafer (photosensitive substrate) E 1 , E 2 ... Main discharge electrode P ... Entrance pupil

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エキシマレーザを露光用照明光源としてマ
スク上のパターンの像を感光基板上に投影する投影露光
装置において、 一方向にのみ異なる屈折力を有する少なくとも2個のア
ナモルフィックレンズから成るビーム整形光学系を、エ
キシマレーザ光源からの照明光路上に設け、前記エキシ
マレーザ光源の光束断面をほぼ正方形にビーム整形した
後に前記マスクを照明する如く構成し、 前記ビーム整形光学系は、一方のレンズの前記一方向に
おける焦点距離をf1、他方のレンズの前記一方向におけ
る焦点距離をf2、矩形断面の前記エキシマレンズ光束の
長辺をx、短辺をyとし、|f1|<|f2|とするとき、 |f2/f1|=x/y の関係をほぼ満足するように構成したことを特徴とする
露光装置用照明光学装置。
1. A projection exposure apparatus for projecting an image of a pattern on a mask onto a photosensitive substrate using an excimer laser as an illumination light source for exposure, comprising at least two anamorphic lenses having different refractive powers in only one direction. A beam shaping optical system is provided on the illumination optical path from the excimer laser light source, and is configured to illuminate the mask after beam shaping of the light flux cross section of the excimer laser light source into a substantially square shape. Let f 1 be the focal length of the lens in the one direction, f 2 be the focal length of the other lens in the one direction, x be the long side and y be the short side of the excimer lens light flux having a rectangular cross section, and | f 1 | < An illumination optical apparatus for an exposure apparatus, characterized in that when | f 2 |, the relationship of | f 2 / f 1 | = x / y is substantially satisfied.
【請求項2】前記ビーム整形光学系は、焦点距離の互い
に異なるシリンドリカルレンズにて形成されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装置用照明光
学装置。
2. The illumination optical apparatus for an exposure apparatus according to claim 1, wherein the beam shaping optical system is formed by cylindrical lenses having different focal lengths.
【請求項3】前記ビーム整形光学系は、母線に垂直な屈
折面が前記エキシマレーザ光源(1)の放電電極(E1,E
2)間の放電方向と平行するように設置されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の
露光装置用照明光学装置。
3. The beam shaping optical system has a refraction surface perpendicular to a generatrix, the discharge electrodes (E 1 , E 1) of the excimer laser light source (1).
2 ) The illumination optical device for an exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the illumination optical device is installed so as to be parallel to the discharge direction between them.
【請求項4】前記露光装置用照明光学装置は、前記ビー
ム整形光学系の射出側光路中に配置されたオプティカル
インテグレータ及びコンデンサーレンズを有し、 前記オプティカルインテグレータによる二次光源形成面
には円形の開口を有する絞りが配置されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項乃至第3項の何れか一項記載
の露光装置用照明光学装置。
4. The illumination optical device for an exposure apparatus has an optical integrator and a condenser lens arranged in an optical path on the exit side of the beam shaping optical system, and a secondary light source forming surface by the optical integrator has a circular shape. An illumination optical apparatus for an exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a diaphragm having an opening is arranged.
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