JPH0744141B2 - Lighting optics - Google Patents

Lighting optics

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JPH0744141B2
JPH0744141B2 JP62238225A JP23822587A JPH0744141B2 JP H0744141 B2 JPH0744141 B2 JP H0744141B2 JP 62238225 A JP62238225 A JP 62238225A JP 23822587 A JP23822587 A JP 23822587A JP H0744141 B2 JPH0744141 B2 JP H0744141B2
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JP
Japan
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light source
lens
light
optical integrator
exit
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宏一 松本
祐司 工藤
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Nikon Corp
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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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザーのようなコリメートされた光源を使
って対象物を均一に照明するための照明用光学装置に関
し、特にIC等の半導体素子を製造するための露光装置に
適した照明光学装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an illumination optical device for uniformly illuminating an object using a collimated light source such as a laser, and particularly to a semiconductor element such as an IC. The present invention relates to an illumination optical device suitable for an exposure apparatus for manufacturing a.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、IC等の半導体素子を製造するための露光装置に適
した照明光学装置としては、例えば特開昭56-81813号公
報に開示されているように、楕円鏡と1個の多数光源像
形成手段としてのオプティカルイングレータを用いたも
のや、照明の均一性をより高めるために特開昭58-14770
8号公報に開示される如く、直列配置された2個のオプ
ティカルイングレータを用いたものが知られている。し
かし、これらの照明光学装置においては光源として、超
高圧水銀灯を用いており、短波長域での発光特性が不十
分で光量も小さなものしか得ることが出来ないという欠
点があった。このため、超高圧水銀灯に代わる短波長用
の高出力光源としてレーザーを用いることが提案されて
きている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element such as an IC, an ellipsoidal mirror and one multi-source image formation are disclosed, for example, as disclosed in JP-A-56-81813. A device using an optical inflator as a means, and in order to further improve the uniformity of illumination, Japanese Patent Laid-Open No. 58-14770
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8 (1994), there is known one using two optical inlators arranged in series. However, in these illumination optical devices, an ultrahigh pressure mercury lamp is used as a light source, and there is a drawback that light emission characteristics in a short wavelength region are insufficient and only a small amount of light can be obtained. For this reason, it has been proposed to use a laser as a high-power light source for short wavelengths, which replaces the ultra-high pressure mercury lamp.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のような照明光学装置の光源とし
て、ある種のレーザー(例えば、エキシマレーザー、YA
Gレーザーなと)を用いる場合、レーザーのパワーが非
常に強いため、レンズそのものを破壊したり、レンズ内
部の反射により、ウェハ上にゴースト光が現れる恐れが
あった。
However, as a light source of the illumination optical device as described above, a certain type of laser (for example, excimer laser, YA
When using a G laser, etc., the power of the laser is so strong that the lens itself may be destroyed, or ghost light may appear on the wafer due to reflection inside the lens.

とりわけ両等凸正レンズの組み合わせからなるオプティ
カルインテグレーターを用いた照明光学系においては、
集光点において発する強い熱のためにレンズそのものが
破損する危険性が高かった。即ち、オプティカルイング
レータが、両等凸正レンズの集合体であって、各正レン
ズの後側焦点が射出側レンズ面に一致するように構成さ
れている場合には、射出側レンズ面上に集光点が形成さ
れることになる。このため、光源として大出力のレーザ
ーを用いた場合、オプティカルインテグレータのレンズ
面の破壊を起こす恐れがある。
Especially in an illumination optical system using an optical integrator consisting of a combination of biconvex positive lenses,
There was a high risk that the lens itself would be damaged due to the strong heat generated at the focal point. That is, when the optical integrator is an assembly of biconvex positive lenses and the rear focal point of each positive lens is configured to coincide with the exit side lens surface, the A condensing point will be formed. Therefore, when a high-power laser is used as the light source, the lens surface of the optical integrator may be destroyed.

そこで本発明の目的は、これらの問題点を解消し、レー
ザーのような光強度が非常に強い光源を使用しても、レ
ンズ等の光源素子を破壊する恐れがなく、また照射物体
上で効率よくしかも均一な光強度分布を得ることのでき
る照明光学装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve these problems, even when using a light source having a very high light intensity such as a laser, there is no fear of destroying a light source element such as a lens, and the efficiency on an irradiated object is improved. An object of the present invention is to provide an illumination optical device which can obtain a good and uniform light intensity distribution.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、一実施例の構成を示す第1図に示した如く、
ほぼ平行な光束を供給する光源手段10と、該光源手段か
ら供給される光束から複数の光源像を形成する為の光源
像形成手段1と、前記光源像形成手段からの光束によっ
て所定の物体面を均一照射するためのコンデンサーレン
ズ3とを有する照明光学装置において、前記光源像形成
手段を並列配置された複数のレンズ要素からなるオプテ
ィカルインテグレータで構成したものである。そして、
このオプティカルインテグレータ1の各レンズ要素101
は、その入射側に正の屈折力を有するレンズ面101aを有
すると共に射出側にも正の屈折力を有するレンズ面101b
を有し、該射出側レンズ面の屈折力が該入射側レンズ面
の屈折力よりも大きくなる様に構成し、かつ各レンズ要
素の後側焦点Fが該各レンズ要素の射出側レンズ面より
後方に位置するように構成され、その各レンズ要素は、
光源手段からの光束をそれぞれ集光して、各レンズ要素
から前記コンデンサーレンズまでの間の光学部材以外の
外部空間中に、それぞれ光源像を形成する構成としたも
のである。
The present invention, as shown in FIG. 1 showing the configuration of one embodiment,
A light source means 10 for supplying a substantially parallel light flux, a light source image forming means 1 for forming a plurality of light source images from the light flux supplied from the light source means, and a predetermined object plane by the light flux from the light source image forming means. In the illumination optical device having a condenser lens 3 for uniformly irradiating the light source, the light source image forming means is composed of an optical integrator composed of a plurality of lens elements arranged in parallel. And
Each lens element 101 of this optical integrator 1
Has a lens surface 101a having a positive refractive power on its incident side and a lens surface 101b having a positive refractive power on its exit side as well.
And the rear-side focal point F of each lens element is larger than that of the exit-side lens surface of each lens element. Each lens element is configured to be located rearward,
The light beams from the light source means are respectively condensed to form a light source image in the external space between each lens element and the condenser lens except the optical member.

〔作用〕[Action]

このような本発明の構成により、オプティカルインテグ
レータ1に入射する光源手段10からのほぼ平行光束は、
オプティカルインテグレータ1の各レンズ要素の入射側
レンズ面の収斂作用により集光されるが、各レンズ要素
の後側焦点Fが該各レンズ要素の射出側レンズ面より後
方に位置するように構成されたものであるため、集光点
は射出レンズ面の後方空間中に位置することになり、集
光点で発する熱のために各レンズ要素を破損する恐れが
ない。また、射出側レンズ面の屈折力が該入射側レンズ
面の屈折力よりも大きくなる様に構成されているため、
光源に大きさがある場合に射出側レンズ面のフィールド
レンズとしての機能が十分に発揮され、後続のコンデン
サーレンズでの照明光のケラレを防止しつつ効率良い照
明を行うことが可能となる。
With the configuration of the present invention as described above, the substantially parallel light flux from the light source means 10 that enters the optical integrator 1 is
The optical integrator 1 is configured such that light is condensed by the converging action of the incident side lens surface of each lens element, but the rear focal point F of each lens element is located rearward of the exit side lens surface of each lens element. Therefore, the condensing point is located in the space behind the exit lens surface, and there is no risk of damaging each lens element due to the heat generated at the condensing point. Further, since the refracting power of the exit side lens surface is larger than that of the entrance side lens surface,
When the light source has a size, the function of the exit side lens surface as a field lens is sufficiently exerted, and it is possible to perform efficient illumination while preventing vignetting of illumination light at the subsequent condenser lens.

上記の如き本発明によるオプティカルインテグレータの
個々のレンズ要素の構成について、第2図の断面光路図
に基づいて詳述する。
The configuration of individual lens elements of the optical integrator according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the sectional optical path diagram of FIG.

オプティカルインテグレータを構成する各レンズ要素の
機能としては、まず、入射面に入ってくる平行光束を射
出側にて集光さることが挙げられる。いま、オプティカ
ルインテグレーターを構成する各レンズ要素の第1面の
曲率半径をr1、第2面の曲率半径をr2、中心厚をd、屈
折率をn、焦点距離をfとすると、容易な幾何光学よ
り、射出側のバックスフォーカスbf1と入射側のバック
フォーカスbf2はそれぞれ、 となる。
As a function of each lens element that constitutes the optical integrator, first, it is mentioned that the parallel light flux entering the incident surface is condensed on the exit side. Now, if the radius of curvature of the first surface of each lens element constituting the optical integrator is r 1 , the radius of curvature of the second surface is r 2 , the central thickness is d, the refractive index is n, and the focal length is f, then it becomes easy. From geometrical optics, the exit side back focus bf 1 and the incident side back focus bf 2 are Becomes

本発明の場合、オプティカルインテグレータの各レンズ
要素の集光点を空気中に出し、射出面への集光を防ぐの
で、(1)式において、bf1がある有限の正の値εをと
ることを意味する。
In the case of the present invention, the condensing point of each lens element of the optical integrator is exposed to the air to prevent the condensing on the exit surface. Therefore, in the formula (1), bf 1 has a finite positive value ε. Means

また、オプティカルインテグレータを構成する各レンズ
要素の入射側レンズ面の頂点が、該各レンズ要素の射出
側レンズ面の入射側焦点にほぼ一致するように構成する
ことによって、オプティカルインテグレータの射出側で
テレセントリックであるように構成することができ、こ
れによってオプティカルインテグレータに後続するコン
デンサーレンズ等の光学素子でのケラレを防止して、小
型な構成であって照明の効率を高めることができる。こ
の場合、(2)式においてbf2=0となることが必要で
ある。従って、 と求められる。故に、オプティカルインテグレータの射
出側においてテレセントリックに構成するためには、曲
率半径の絶対値は、 |r1|>|r2| てあることが必要となる。
In addition, the apex of the incident side lens surface of each lens element forming the optical integrator is configured so as to substantially coincide with the incident side focal point of the exit side lens surface of each lens element, so that the telecentric on the exit side of the optical integrator. Therefore, it is possible to prevent vignetting in the optical element such as a condenser lens following the optical integrator, and to improve the illumination efficiency with a small configuration. In this case, it is necessary that bf 2 = 0 in the equation (2). Therefore, Is required. Therefore, in order to configure the optical integrator on the exit side in a telecentric manner, the absolute value of the radius of curvature needs to be | r 1 |> | r 2 |.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

第1図は本発明による照明光学装置を、投影型露光装置
の照明装置として用いた場合の一実施例の概略構成を示
す展開光路図である。
FIG. 1 is a development optical path diagram showing a schematic configuration of an embodiment in which the illumination optical device according to the present invention is used as an illumination device of a projection type exposure apparatus.

光源としてのレーザ光源11から供給されるコリメートさ
れた光束は、面光源形成用オプティカルインテグレータ
12の作用を受けてその射出側空間の面A上に複数の集光
点12aとして集光される。この複数の集光点12aからの光
束は、コリメーターレンズとしての正レンズ13により平
行光束に変換されて、光源像形成手段としての主オプテ
ィカルインテグレータ4に入射する。
The collimated light beam supplied from the laser light source 11 as a light source is an optical integrator for forming a surface light source.
Under the action of 12, the light is condensed as a plurality of condensing points 12a on the surface A of the exit side space. Light fluxes from the plurality of condensing points 12a are converted into parallel light fluxes by a positive lens 13 as a collimator lens, and are incident on a main optical integrator 4 as a light source image forming means.

主オプティカルインテグレータ1は、並列配置された複
数のレンズ要素から構成されており、各レンズ要素は、
第3図の斜視図に示す如く、四角柱の棒状素子11が複数
束ねられて構成されたものであり、各棒状素子101の入
射面101aも射出面101bも共に凸レンズ面に形成されてい
る。そして、各棒状素子101の入射面101a上の凸レンズ
面によって、棒上素子101の射出面から離れた位置に光
束の集光点を形成し、この点に光源像が形成される。
The main optical integrator 1 is composed of a plurality of lens elements arranged in parallel, and each lens element is
As shown in the perspective view of FIG. 3, a plurality of quadrangular rod-shaped elements 11 are bundled together, and both the incident surface 101a and the emission surface 101b of each rod-shaped element 101 are formed as convex lens surfaces. Then, the convex lens surface on the entrance surface 101a of each rod-shaped element 101 forms a focal point of the light flux at a position away from the exit surface of the rod-shaped element 101, and a light source image is formed at this point.

このような各レンズ要素は、前述した第2図にて説明し
たとおり、 (i)入射面に正の屈折力を有するレンズ面r1を有する
と共に射出側にも正の屈折力を有するレンズ面r2を有
し、 (ii)射出側レンズ面の屈折力が該入射側レンズ面の屈
折力よりも大きく(|r1|>|r2|)、 (iii)そして、後側焦点Fが該各レンズ要素の射出側
レンズ面よりも後方に位置するように構成されている。
As described with reference to FIG. 2 described above, each of such lens elements has (i) a lens surface r 1 having a positive refractive power on the entrance surface and a lens surface having a positive refractive power on the exit side as well. r 2 and (ii) the refractive power of the exit side lens surface is larger than the refractive power of the entrance side lens surface (| r 1 |> | r 2 |), (iii) and the rear focal point F is It is configured to be located rearward of the exit-side lens surface of each lens element.

このため、光源手段10からの平行光束は主オプティカル
インテグレータ1の各レンズ要素に入射して各レンズ要
素毎に、その射出面からε=bf1だけ隔たった空間上に
1つの光源像から形成される。従って、主オプティカル
インテグレータ1の射出面からεだけ離れた面B上に主
オプティカルインテグレータを構成するレンズ要素の数
に等しい数の複数の光源像が形成される。尚、ここに形
成される各光源像とは、光源手段10における面光源形成
用オプティカルインテグレータ12による複数の集光点て
構成される実質的面光源の像である。
For this reason, the parallel light flux from the light source means 10 enters each lens element of the main optical integrator 1 and is formed for each lens element from one light source image in a space separated from its exit surface by ε = bf 1. It Therefore, a plurality of light source images, the number of which is equal to the number of lens elements forming the main optical integrator, are formed on the surface B separated by ε from the exit surface of the main optical integrator 1. The respective light source images formed here are substantially surface light source images formed by a plurality of condensing points by the surface light source forming optical integrator 12 in the light source means 10.

このようにして主オプティカルインテグレータ1の射出
面から隔たった面B上に形成される複数の光源像からの
光束は、アウトプットレンズ2を通って、コンデンサー
レンズ3によって収斂され、被照射物体としてのレティ
クルR上を照明する。そして、投影対物レンズLによ
り、レティクルR上の所定のパターンがウエハW上に転
写される。ここで、コンデンサーレンズ3によって投影
対物レンズLの入射瞳Laに相当する面C上に、主オプテ
ィカルインテグレータ1の射出側空間の面B上に成形さ
れる複数の光源像が再結像され、所謂ケーラー照明が達
成される。尚、アウトプットレンズ2は主オプティカル
インテグレータ1の射出側の各正レンズ面と同様に、視
野レンズとして機能しているため、必ずしも必要ではな
く除去することも可能である。
Light fluxes from a plurality of light source images formed on the surface B separated from the exit surface of the main optical integrator 1 in this manner pass through the output lens 2 and are converged by the condenser lens 3 to form a reticle as an illuminated object. Illuminate on R. Then, a predetermined pattern on the reticle R is transferred onto the wafer W by the projection objective lens L. Here, a plurality of light source images formed on the surface B of the exit side space of the main optical integrator 1 are re-imaged on the surface C corresponding to the entrance pupil La of the projection objective L by the condenser lens 3, so-called. Koehler illumination is achieved. Since the output lens 2 functions as a field lens, like the positive lens surfaces on the exit side of the main optical integrator 1, it is not always necessary and can be removed.

次に、上記実施例における光源手段10について詳述す
る。
Next, the light source means 10 in the above embodiment will be described in detail.

面光源形成用オプティカルインテグレータ12は、第4A図
の斜視図に示す如く、四角柱の棒状素子102が複数束ね
られて構成されたものであり、各棒状素子102の入射面1
02aは凸レンズ面に形成されている。各棒状素子102の入
射面102a上の凸レンズ面によって、棒上素子102の射出
面102bから離れた空間の面A上に光束の集光点が形成さ
れる。そして、この面A上には面光源形成用のオプティ
カルインテグレータを構成する棒状素子102の数に等し
い数の集光点が形成され、これら複数の集光点によっ
て、この面A上に実質的な面光源が形成される。従っ
て、光源11と面光源形成用オプティカルインテグレータ
12とにより面光源形成部材が構成されている。
As shown in the perspective view of FIG. 4A, the surface light source forming optical integrator 12 is configured by bundling a plurality of square rod-shaped elements 102, and the incident surface 1 of each rod-shaped element 102 is formed.
02a is formed on the convex lens surface. The convex lens surface on the entrance surface 102a of each rod-shaped element 102 forms a light condensing point on the surface A of the space apart from the exit surface 102b of the rod-shaped element 102. Then, the number of condensing points equal to the number of rod-shaped elements 102 forming the optical integrator for forming the surface light source are formed on the surface A, and the plurality of condensing points substantially form the surface A. A surface light source is formed. Therefore, the light source 11 and the optical integrator for forming the surface light source are
A surface light source forming member is constituted by 12 and.

ここでは、レーザー光源を用いているために光源11から
の光束はほぼ完全にコリメートされており、面A上に形
成される個々の集光点には実質的に大きさが無いと考え
られる。このため、面光源形成用オプティカルインテグ
レータ12を構成する棒状素子102の射出側には所謂視野
レンズの如きレンズ作用を必要とはしない。従って、棒
状素子102の射出面102bはここでは平面に形成されてい
る。但し、若干のレンズ作用を持たせることは可能であ
る。
Here, since the laser light source is used, the light flux from the light source 11 is almost completely collimated, and it is considered that the individual condensing points formed on the surface A have substantially no size. For this reason, the exit side of the rod-shaped element 102 forming the optical integrator 12 for forming the surface light source does not require a lens action such as a so-called field lens. Therefore, the emission surface 102b of the rod-shaped element 102 is formed flat here. However, it is possible to give some lens action.

そして、面光源形成用オプティカルインテグレータ12に
よる複数集光点の強い集光位置を避けるために面Aから
離れて配置された正レンズ14により、コリメートレンズ
13及び主オプティカルインテグレータ1の入射面101aと
を含めた系に関して、複数の集光点が形成されるA面と
主オプティカルインテグレータ1の射出側空間内のB面
とが共役に構成されている。従って、主オプティカルイ
ンテグレータ1の射出側空間内の面B上には、面光源形
成用オプティカルインテグレータ12を構成する棒状素子
102の数と、主オプティカルインテグレータ1を構成す
る棒状素子101の数との積に相当する数の集光点が形成
され、この面B上により均一な実質的面光源が形成され
る。
Then, the collimator lens is provided by the positive lens 14 which is arranged away from the surface A in order to avoid strong converging positions of a plurality of converging points by the surface light source forming optical integrator 12.
Regarding the system including 13 and the incident surface 101a of the main optical integrator 1, the A surface where a plurality of condensing points are formed and the B surface in the exit side space of the main optical integrator 1 are configured to be conjugate. Therefore, on the surface B in the emission side space of the main optical integrator 1, the rod-shaped element forming the optical integrator 12 for forming the surface light source is formed.
The number of condensing points corresponding to the product of the number of 102 and the number of rod-shaped elements 101 constituting the main optical integrator 1 is formed, and a uniform substantially surface light source is formed on this surface B.

尚、面光源形成用オプティカルインテグレータ12の射出
側に配置される正レンズ14のレンズの焦点距離は、この
正レンズ14と主オプティカルインテグレータ1の入射面
との距離にほぼ等しく配置されている。また、コリメー
ターレンズ13の光源側焦点は前記複数の集光点が形成さ
れるA面上にほぼ一致しており、A面からの光束を平行
光束に変換している。
The focal length of the positive lens 14 arranged on the exit side of the surface light source forming optical integrator 12 is substantially equal to the distance between the positive lens 14 and the incident surface of the main optical integrator 1. The focal point of the collimator lens 13 on the light source side substantially coincides with the A surface on which the plurality of condensing points are formed, and the light flux from the A surface is converted into a parallel light flux.

また、本実施例においては、面光源形成用オプティカル
インテグレータ12の射出側空間の面A上に、口径が可変
の第1開口絞りS1が設けられており、主オプティカルイ
ンテグレータ1の射出側空間内の面B上にも口径が可変
の第2開口絞りS2が設けられている。この第1開口絞り
S1の口径変化によって、σ値を一定に保ったまま被照射
物体に達する光量を制御することができ、また第2開口
絞りS2の口径変化によって、σ値を制御することができ
る。σ値とは、投影対物レンズのN.A.(開口数)に対す
る照明光学系のN.A.の比の値として定義され、この値に
よって投影対物レンズの解像力とコントラストとのバラ
ンスを調整することができる。このような2つの開口絞
りS1,S2の組み合わせによって、光量の制御とσ値の制
御とを独立に行うことが可能となり、光源から供給され
る光量の変化や、レティクルR上の投影パタンの微細
度、ウエハ上に塗布されるレジストの特性等に応じて、
それぞれ最適な照明状態を実現することが可能となる。
In addition, in the present embodiment, the first aperture stop S 1 having a variable aperture is provided on the surface A of the exit side space of the surface light source forming optical integrator 12, and the inside of the exit side space of the main optical integrator 1 is provided. The second aperture stop S 2 having a variable aperture is also provided on the surface B of FIG. This first aperture stop
By changing the aperture of S 1 , it is possible to control the amount of light reaching the irradiated object while keeping the σ value constant, and by changing the aperture of the second aperture stop S 2 , it is possible to control the σ value. The σ value is defined as the value of the ratio of the NA of the illumination optical system to the NA (numerical aperture) of the projection objective lens, and the balance between the resolution and the contrast of the projection objective lens can be adjusted by this value. Such a combination of the two aperture stops S 1 and S 2 makes it possible to control the light amount and the σ value independently, and to change the light amount supplied from the light source and the projection pattern on the reticle R. Depending on the fineness of the resist, the characteristics of the resist applied on the wafer, etc.
It is possible to realize the optimum lighting condition.

ところで、上述の実施例において、光源11としてはレー
ザビームをほぼ等方的な所定の幅のビーム形状とするた
めのビーム整形光学系及びビームエキスパンダー光学系
を含む構成とすることはいうまでもない。そして、上記
実施例の如く光源からの光束を定常的にレチクルR等の
物体面上に照射する場合に限らず、例えば、特開昭59−
226317号公報や特開昭61−212816号公報などに開示され
る如く、物体面をビームが走査するように構成した照明
装置においても本発明をそのまま適用することが可能で
ある。
Incidentally, it goes without saying that the light source 11 in the above-described embodiment includes a beam shaping optical system and a beam expander optical system for forming the laser beam into a beam shape having a substantially isotropic predetermined width. . Further, the present invention is not limited to the case where the light beam from the light source is constantly radiated onto the object surface such as the reticle R as in the above-mentioned embodiment.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 226317 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-212816, the present invention can be applied as it is to an illuminating device configured to scan a beam on an object plane.

第5図は本発明による第2実施例の光学構成図であり、
物体面上でビームを走査するように構成することによっ
て、レーザ光の持つ干渉性に起因するスペックルパター
ン等の照明ムラを除くことを可能としたものである。第
5図において、前記第1図に示した各部材とほぼ同様の
機能を有する部材に同一の記号を付して示した。
FIG. 5 is an optical configuration diagram of the second embodiment according to the present invention,
By making the beam scan on the object plane, it is possible to eliminate illumination unevenness such as a speckle pattern due to the coherence of laser light. In FIG. 5, members having substantially the same functions as those of the members shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

光源11から供給されるレーザ光束は回動鏡30で角度走査
されて、2つの正レンズ41,42からなるアフォーカルコ
ンバーター40に入射する。アフォーカルコンバータ40を
射出する平行光束は、前記第2図及び第3図に示した如
き複数のレンズ要素からなるオプティカルインテグレー
タ1に入射する。
The laser light flux supplied from the light source 11 is angularly scanned by the rotating mirror 30, and is incident on the afocal converter 40 including two positive lenses 41 and 42. The parallel light flux emitted from the afocal converter 40 is incident on the optical integrator 1 including a plurality of lens elements as shown in FIGS. 2 and 3.

ここで、アフォータルコンバーター40は光源11からのレ
ーザ後側の幅を所望の倍率で拡大又は縮小するものであ
り、またアフォーカルコンバータ40により、回動鏡30と
オプティカルインテグレータ1の入射面とがほぼ共役に
構成されている。このため、回動鏡30の回動に伴って、
オプティカルインテグレータ1の入射面に入射する平行
光束の角度が所望の範囲で連続的に変化し、オプティカ
ルインテグレータ1の射出側空間内の面D上に形成され
る複数の集光点がこの面内で連続的に移動する。このと
き、オプティカルインテグレータ1を構成する1つのレ
ンズ要素の射出側空間の面D上において、1つの集光点
が連続に移動し、該レンズ要素に対応する面D上の射出
側空間を走査する。このようにして、オプティカルイン
テグレータ1の射出側空間内のD面上に実質的な面光源
が形成される。この実質的な面光源からの光束はコンデ
ンサーレンズ3により被照射物体としてのレチクルR上
に導かれ、レチクルR面は複数の集光点からの光束によ
っ所定の時間内に重畳的に均一照明される。そして、図
示なき投影対物レンズによってレチクルR上の所望のパ
ターンがウエハ面上に転写されるのである。
Here, the afocal converter 40 enlarges or reduces the width of the laser rear side from the light source 11 at a desired magnification, and the afocal converter 40 causes the turning mirror 30 and the incident surface of the optical integrator 1 to be separated from each other. It is almost conjugate. Therefore, as the rotating mirror 30 rotates,
The angle of the parallel light flux incident on the incident surface of the optical integrator 1 continuously changes in a desired range, and a plurality of condensing points formed on the surface D in the exit side space of the optical integrator 1 are within this surface. Move continuously. At this time, one condensing point continuously moves on the surface D of the exit side space of one lens element that constitutes the optical integrator 1, and scans the exit side space on the surface D corresponding to the lens element. . In this way, a substantial surface light source is formed on the D surface in the exit side space of the optical integrator 1. The luminous flux from the substantial surface light source is guided by the condenser lens 3 onto the reticle R as an irradiated object, and the reticle R surface is uniformly illuminated in a predetermined time by the luminous fluxes from a plurality of condensing points. To be done. Then, a desired pattern on the reticle R is transferred onto the wafer surface by a projection objective lens (not shown).

このようなビーム走査によってオプティカルインテグレ
ータへの入射角を種々変化させ、結果としてウェハ面上
に発生するレーザスペックルを低減する構成において
も、本発明の如きオプティカルインテグレータの構成に
より、オプティカルインテグレータの射出面に物理的破
壊を生じてしまう危険性を軽減することができる。
Even in a configuration in which the incident angle to the optical integrator is variously changed by such beam scanning, and as a result, the laser speckle generated on the wafer surface is reduced, the exit surface of the optical integrator is configured by the configuration of the optical integrator according to the present invention. The risk of causing physical damage to the can be reduced.

尚、上記の各実施例は投影型露光装置の照明光学装置で
あったが、本発明はこれに限られるものではなく、種々
の露光装置の照明光学装置としても有効である。また、
図示した構成は、分り易くするために展開光路図とした
ものであり、実際の装置においては、所望の鋳造に反射
部材を設けて光路を折り曲げ、装置全体を小型に構成す
ることが望ましいことはいうまでもない。
Although each of the above embodiments is an illumination optical device of a projection type exposure apparatus, the present invention is not limited to this, and is effective as an illumination optical device of various exposure apparatuses. Also,
The configuration shown is a developed optical path diagram for the sake of clarity.In an actual device, it is desirable that a reflecting member is provided in a desired casting and the optical path is bent to make the entire device compact. Needless to say.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の如く、本発明によれば、強い光強度となる光源像
形成手段による多数光源像の形成位置を、該多数光源像
形成手段の外部の空間として素子内部または表面での集
光を避けたため、レーザーのような光強度が非常に強い
光源を使用しても、レンズ等の光学素子を破壊する恐れ
がない。そして、照射物体上で均一な光強度分布を効率
よく得ることのできる照明光学装置が実現される。
As described above, according to the present invention, the formation position of the multiple light source images by the light source image forming means having a high light intensity is set as a space outside the multiple light source image forming means to avoid light collection inside the element or on the surface. Even if a light source with a very high light intensity such as a laser is used, there is no risk of destroying optical elements such as lenses. Then, an illumination optical device that can efficiently obtain a uniform light intensity distribution on the illuminated object is realized.

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

第1図は本発明による第1実施例の概略構成を示す展開
光路図、第2図は主オプティカルインテグレータを構成
する棒状素子の作用を示す断面光路図、第3図はその形
状を例示する斜視図、第4A図は光源手段の中に用いられ
る面光源形成用オプティカルインテグレータを構成する
棒状素子の形状を示す斜視図、第4B図はその作用を示す
断面光路図、第5図は本発明による第2実施例の概略構
成を示す光路図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1…オプティカルインテグレータ (光源像形成手段) 3…コンデンサーレンズ 10…光源手段 11…光源 12…面光源形成用オプティカルインテグレータ (面光源形成部材) R,W…被照射物体 L…投影対物レンズ
FIG. 1 is a developed optical path diagram showing a schematic configuration of a first embodiment according to the present invention, FIG. 2 is a sectional optical path diagram showing an action of a rod-shaped element which constitutes a main optical integrator, and FIG. 3 is a perspective view illustrating its shape. FIG. 4A is a perspective view showing the shape of a rod-shaped element constituting an optical integrator for forming a surface light source used in the light source means, FIG. 4B is a sectional optical path diagram showing its action, and FIG. It is an optical-path figure which shows schematic structure of 2nd Example. [Description of Symbols of Main Parts] 1 ... Optical integrator (light source image forming means) 3 ... Condenser lens 10 ... Light source means 11 ... Light source 12 ... Surface light source forming optical integrator (surface light source forming member) R, W ... Irradiated object L: Projection objective lens

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ほぼ平行な光束を供給する光源手段と、該
光源手段から供給される光束から複数の光源像を形成す
る為の光源像形成手段と、前記光源形成手段からの光束
によって所定の物体面を均一照射するためのコンデンサ
ーレンズとを有する照明光学装置において、前記光源像
形成手段は並列配置された複数のレンズ要素からなるオ
プティカルインテグレータで構成され、該オプティカル
インテグレータの各レンズ要素は、その入射面に正の屈
折力を有するレンズ面を有すると共に射出面にも正の屈
折力を有するレンズ面を有し、該各レンズ要素の射出側
レンズ面の屈折力が該入射側レンズ面の屈折力よりも大
きく、かつ該各レンズ要素の後側焦点が該各レンズ要素
の射出側レンズ面より後方に位置するように構成され、
該各レンズ要素は、前記光源手段からの光束をそれぞれ
集光して、前記各レンズ要素から前記コンデンサーレン
ズまでの間の光学部材以外の外部空間中に、それぞれ光
源像を形成することを特徴とする照明光学装置。
1. A light source means for supplying a substantially parallel light flux, a light source image forming means for forming a plurality of light source images from the light flux supplied from the light source means, and a predetermined light flux from the light source forming means. In an illumination optical device having a condenser lens for uniformly illuminating an object surface, the light source image forming means is composed of an optical integrator composed of a plurality of lens elements arranged in parallel, and each lens element of the optical integrator is The entrance surface has a lens surface having a positive refracting power and the exit surface also has a lens surface having a positive refracting power, and the refracting power of the exit side lens surface of each lens element is the refraction of the entrance side lens surface. And a rear focal point of each lens element is located rearward of an exit side lens surface of each lens element,
Each of the lens elements collects a light beam from the light source means and forms a light source image in an external space other than an optical member between the lens element and the condenser lens. Illumination optical device.
【請求項2】前記オプティカルインテグレータを構成す
る各レンズ要素の入射側レンズ面の頂点が、該各レンズ
要素の射出側レンズ面の入射側焦点にほぼ一致するよう
に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の照明光学装置。
2. The apex of the incident side lens surface of each lens element constituting the optical integrator is configured to substantially coincide with the incident side focal point of the exit side lens surface of each lens element. Claim 1 to
The illumination optical device according to the item.
【請求項3】前記光源手段は、実質的な面光源を形成す
る部材と該部材により形成される実質的面光源からの光
束をほぼ平行光束に変換する正レンズ成分とを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の照明光学装
置。
3. The light source means has a member forming a substantially surface light source and a positive lens component for converting a light beam from the substantially surface light source formed by the member into a substantially parallel light beam. The illumination optical device according to claim 2.
【請求項4】前記実質的な面光源を形成する部材は、ほ
ぼコリメートされた光束を発する光源と、該コリメート
された光束中に配置され多数の集光点を形成するための
他のオプティカルインテグレーターを有することを特徴
とする特許請求の範囲第3項記載の照明光学装置。
4. A member forming the substantially surface light source includes a light source which emits a substantially collimated light beam, and another optical integrator which is disposed in the collimated light beam and forms a large number of condensing points. The illumination optical device according to claim 3, further comprising:
【請求項5】前記実質的面光源を形成するための部材を
構成するオプティカルインテグレーターは、入射側に正
レンズ面と該正レンズ面の射出光側焦点よりも入射光側
に位置する射出面を有することを特徴とする特許請求の
範囲第4項記載の照明光学装置。
5. An optical integrator constituting a member for forming the substantially surface light source has a positive lens surface on the incident side and an exit surface located on the incident light side of a focal point on the exit light side of the positive lens surface. The illumination optical device according to claim 4, characterized in that it has.
【請求項6】前記光学手段は、前記オプティカルインテ
グレータに入射する平行光束の角度を変更するための走
査部材を有することを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載の照明光学装置。
6. The illumination optical apparatus according to claim 2, wherein the optical means has a scanning member for changing the angle of the parallel light flux incident on the optical integrator.
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