JPH1187236A - Lighting optical device and exposure device having lighting optical device thereof - Google Patents

Lighting optical device and exposure device having lighting optical device thereof

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JPH1187236A
JPH1187236A JP9261060A JP26106097A JPH1187236A JP H1187236 A JPH1187236 A JP H1187236A JP 9261060 A JP9261060 A JP 9261060A JP 26106097 A JP26106097 A JP 26106097A JP H1187236 A JPH1187236 A JP H1187236A
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JP
Japan
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optical system
light source
optical
illumination optical
incident
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Application number
JP9261060A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Tanitsu
修 谷津
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH1187236A publication Critical patent/JPH1187236A/en
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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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a lighting optical device having the constitution, wherein the illuminance distribution of the surface to be illuminated is hard to receive the effects of the deformation and displacement of each structure, even when the light source and the main body of the device are supported with other structures. SOLUTION: A light source means 1 which is supported by a first structure B, a beam expander optical system 4 which is supported by the first structure B, and lighting optical system 7-10 which are supported by a second structure A, are provided. The lighting optical system has an incident surface, which is conjugate with the specified region of the body to be illuminated and has a specified magnitude, at the incident side of the second beam through the beam expander 4. The beam expander optical system 4 forms a beam, having a cross-sectional shape larger than the incident beam by just the specified amount as the second beam for allowing the fluctuations of the cross-sectional position of the second beam in the specified range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学装置およ
び該照明光学装置を備えた露光装置に関し、特にエキシ
マレーザー光源を用いた露光装置および該露光装置を用
いた半導体デバイスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical apparatus and an exposure apparatus having the illumination optical apparatus, and more particularly to an exposure apparatus using an excimer laser light source and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等を製造する
ための露光装置は、全体的にかなり大きな装置であり、
設置のための所要床面積は大きい。一般に、露光装置の
照明光学装置では、光源として水銀ランプやレーザー光
源などが用いられるが、特にエキシマレーザー光源のよ
うなレーザー光源は、水銀ランプのような光源と比較し
てはるかに巨大な発光装置である。したがって、特にエ
キシマレーザー光源を用いる露光装置では、光源装置を
露光装置本体とは別配置にする必要がある。そこで、半
導体製造装置のためのクリーンルームの有効活用の観点
から、占有面積の大きいエキシマレーザー光源をクリー
ンルームの階下にあるクリーン度の低い部屋に設置する
場合がある。
2. Description of the Related Art Exposure apparatuses for manufacturing semiconductor elements, liquid crystal display elements, and the like are generally quite large apparatuses.
The floor space required for installation is large. In general, a mercury lamp or a laser light source is used as a light source in an illumination optical device of an exposure apparatus. It is. Therefore, especially in an exposure apparatus using an excimer laser light source, it is necessary to arrange the light source apparatus separately from the exposure apparatus body. Therefore, from the viewpoint of effective use of a clean room for a semiconductor manufacturing apparatus, an excimer laser light source having a large occupied area may be installed in a low-clean room below the clean room.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光装置の
照明光学装置では、マスクを重畳的に均一照明するため
にオプティカルインテグレータを用いており、このオプ
ティカルインテグレータを光源からの光で効率良く照明
しなければならない。しかしながら、上述のようにエキ
シマレーザー光源と照明光学装置本体または露光装置本
体とが別の床版に設置されているような場合、床版の変
形や変位によりオプティカルインテグレータを照明する
光束が位置ずれする。その結果、被照明面であるマスク
または感光性基板上において照度分布の均一性が悪化し
たり照度が低下したりする。
In an illumination optical apparatus of an exposure apparatus, an optical integrator is used to uniformly illuminate a mask in a superimposed manner. This optical integrator must be efficiently illuminated with light from a light source. Must. However, as described above, when the excimer laser light source and the illumination optical device main body or the exposure device main body are installed on different floor slabs, the light beam illuminating the optical integrator is displaced due to deformation or displacement of the floor slab. . As a result, the uniformity of the illuminance distribution is deteriorated or the illuminance is reduced on the mask or the photosensitive substrate which is the surface to be illuminated.

【0004】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光源と装置本体とを別の構造体で支持して
も、被照明面における照度分布が各構造体の変形や変位
の影響を受けにくい構成を有する照明光学装置、該照明
光学装置を備えた露光装置および該露光装置を用いた半
導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and even if the light source and the apparatus main body are supported by different structures, the illuminance distribution on the surface to be illuminated will not be affected by the deformation or displacement of each structure. It is an object of the present invention to provide an illumination optical device having a configuration that is hardly affected by the influence, an exposure device having the illumination optical device, and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、第1の構造体によって支持さ
れ、第1のビームを供給するための光源手段と、前記第
1の構造体によって支持され、前記光源手段から供給さ
れた前記第1のビームを所定の断面形状を有する第2の
ビームに拡大整形するためのビームエキスパンダ光学系
と、前記第1の構造体と実質的に隔絶された第2の構造
体によって支持され、前記ビームエキスパンダ光学系を
介して形成された前記第2のビームに基づいて被照明物
体の所定領域を照明するための照明光学系とを備え、前
記照明光学系は、前記ビームエキスパンダ光学系を介し
た前記第2のビームの入射側に前記被照明物体の前記所
定領域と共役で且つ所定の大きさを有する入射面を有
し、前記ビームエキスパンダ光学系は、前記第1の構造
体および前記第2の構造体の変形や変位に起因する前記
入射面を含む平面内における前記第2のビームの断面位
置の変動を所定の範囲で許容するために、前記第2のビ
ームとして前記入射面よりも所定量だけ大きな断面形状
を有するビームを形成することを特徴とする照明光学装
置を提供する。
According to the present invention, there is provided, in the present invention, a light source means supported by a first structure for supplying a first beam, and the first structure. A beam expander optical system for enlarging and shaping the first beam supplied from the light source means into a second beam having a predetermined cross-sectional shape, wherein the beam expander optical system is substantially supported by the first structure. An illumination optical system supported by the isolated second structure, and configured to illuminate a predetermined area of the illuminated object based on the second beam formed via the beam expander optical system; The illumination optical system has an incident surface having a predetermined size conjugate with the predetermined area of the object to be illuminated on an incident side of the second beam via the beam expander optical system, extract And a cross-sectional position of the second beam in a plane including the incident surface due to deformation and displacement of the first structure and the second structure within a predetermined range. Therefore, an illumination optical device is provided, wherein a beam having a cross-sectional shape larger by a predetermined amount than the incident surface is formed as the second beam.

【0006】本発明の好ましい態様によれば、前記照明
光学系は、前記ビームエキスパンダ光学系を介した前記
第2のビームに基づいて多数の光源像を形成するための
オプティカルインテグレータと、前記オプティカルイン
テグレータを介して形成された前記多数の光源像からの
光を集光して前記被照明物体を重畳的に照明するための
コンデンサー光学系とを有し、前記入射面は、前記オプ
ティカルインテグレータの入射面である。
According to a preferred aspect of the present invention, the illumination optical system includes: an optical integrator for forming a plurality of light source images based on the second beam via the beam expander optical system; A condenser optical system for condensing light from the plurality of light source images formed through an integrator to illuminate the illuminated object in a superimposed manner, wherein the incident surface is incident on the optical integrator. Plane.

【0007】また、本発明の別の局面によれば、上述の
ような本発明の照明光学装置を備え、前記照明光学装置
で前記被照明物体としてのマスクを照明し、前記マスク
に形成された所定のパターンを感光性基板上に露光する
ことを特徴とする露光装置を提供する。さらに、上述の
ような本発明の露光装置を用いて、前記マスクに形成さ
れた所定のパターンを前記感光性基板上に露光する露光
工程を含むことを特徴とする、半導体デバイスの製造方
法を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided the illumination optical device of the present invention as described above, and the illumination optical device illuminates a mask as the object to be illuminated, and is formed on the mask. An exposure apparatus for exposing a predetermined pattern onto a photosensitive substrate is provided. Further, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising an exposure step of exposing a predetermined pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present invention as described above. I do.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明の具体的な構成によれば、
照明光学系は、ビームエキスパンダ光学系を介した平行
ビームに基づいて多数の光源像を形成するためのオプテ
ィカルインテグレータと、オプティカルインテグレータ
を介して形成された多数の光源像からの光を集光して被
照明物体を重畳的に照明するためのコンデンサー光学系
とを有する。そして、オプティカルインテグレータへ光
軸に沿って入射する理想状態の平行ビームがオプティカ
ルインテグレータの入射面に対して所定量のマージンを
有するように設定されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to a specific configuration of the present invention,
The illumination optical system collects light from the multiple light source images formed via the optical integrator and the optical integrator for forming multiple light source images based on the parallel beam passing through the beam expander optical system. And a condenser optical system for illuminating the object to be illuminated in a superimposed manner. The ideal parallel beam incident on the optical integrator along the optical axis is set to have a predetermined margin with respect to the incidence surface of the optical integrator.

【0009】したがって、たとえば第1の構造体および
第2の構造体の変形や変位に起因して光源が光軸に対し
て傾き、その結果平行ビームが光軸に対して傾いた状態
でオプティカルインテグレータに入射したとしても、オ
プティカルインテグレータの入射面を含む平面内におけ
る平行ビームの位置ずれ量が設定したマージンを超えな
い限り、オプティカルインテグレータの入射面の一部の
領域に光が入射しないような事態を回避することができ
る。換言すれば、本発明では、オプティカルインテグレ
ータの入射面を含む平面内における平行ビームの断面位
置の変動を所定の範囲で許容することができるので、被
照明面における照度分布が各構造体の変形や変位の影響
を受けにくい構成を実現することができる。その結果、
本発明の露光装置では、被露光面において均一な照度分
布を得ることができ、安定した良好な露光を行うことが
できる。また、本発明の露光装置を用いることにより、
良好な半導体デバイスを製造することができる。
Therefore, for example, the light source is tilted with respect to the optical axis due to deformation and displacement of the first and second structures, and as a result, the optical integrator is tilted with the parallel beam tilted with respect to the optical axis. Even if it is incident on the optical integrator, light may not enter some areas of the optical integrator incident surface unless the amount of displacement of the parallel beam in the plane including the optical integrator incident surface exceeds the set margin. Can be avoided. In other words, according to the present invention, the variation of the cross-sectional position of the parallel beam in a plane including the entrance surface of the optical integrator can be allowed within a predetermined range, so that the illuminance distribution on the surface to be illuminated can be changed or deformed. A configuration that is not easily affected by displacement can be realized. as a result,
With the exposure apparatus of the present invention, a uniform illuminance distribution can be obtained on the surface to be exposed, and stable and favorable exposure can be performed. Also, by using the exposure apparatus of the present invention,
A good semiconductor device can be manufactured.

【0010】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の実施例にかかる照明光学装置
を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。本実
施例では、ウエハの各露光領域(ショット領域)にマス
クパターンを一括露光する工程を順次繰り返すことによ
って各露光領域にマスクパターンを逐次転写するステッ
プアンドリピート方式の露光装置に本発明を適用してい
る。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a step-and-repeat type exposure apparatus that sequentially transfers a mask pattern to each exposure region by sequentially repeating a process of collectively exposing a mask pattern to each exposure region (shot region) of a wafer. ing.

【0011】図1の露光装置は、光源手段として、たと
えば248nmまたは193nmの波長光を射出するエ
キシマレーザー光源1を備えている。エキシマレーザー
光源1から供給された平行ビームは、一対の偏角プリズ
ム2および平行平面板3を介した後に、ビームエキスパ
ンダ光学系4に入射する。ビームエキスパンダ光学系4
は、一対のシリンドリカルレンズからなるシリンダーエ
キスパンダー4Aと、一対の球面レンズからなるエキス
パンダー4Bとから構成されている。ビームエキスパン
ダ光学系4では、シリンダーエキスパンダー4Aおよび
エキスパンダー4Bを介して、基準光軸AX(すなわち
ビームエキスパンダ光学系の光軸)に垂直な面内におい
て平行ビームを二次元的に拡大し所定の断面形状に整形
する。
The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes, as light source means, an excimer laser light source 1 for emitting light having a wavelength of, for example, 248 nm or 193 nm. The parallel beam supplied from the excimer laser light source 1 passes through a pair of deflection prisms 2 and a parallel plane plate 3 and then enters a beam expander optical system 4. Beam expander optical system 4
Is composed of a cylinder expander 4A composed of a pair of cylindrical lenses and an expander 4B composed of a pair of spherical lenses. In the beam expander optical system 4, the parallel beam is two-dimensionally expanded in a plane perpendicular to the reference optical axis AX (that is, the optical axis of the beam expander optical system) via the cylinder expander 4A and the expander 4B to a predetermined size. Shape into a cross-sectional shape.

【0012】なお、ステップアンドリピート方式の露光
装置では、各露光領域の全体形状が正方形であるため、
後述のオプティカルインテグレータ7の入射面の形状も
正方形である。したがって、本実施例において、ビーム
エキスパンダ光学系4を介して拡大整形された平行ビー
ムの断面形状は正方形となる。また、一対の偏角プリズ
ム2のうちの少なくとも一方は、光軸AX回りに回転可
能に構成されている。したがって、一対の偏角プリズム
2を光軸AX回りに相対回転させることにより、光軸A
Xに対する平行ビームの角度を調整することができる。
すなわち、一対の偏角プリズム2は、エキシマレーザー
光源1から供給された平行ビームの光軸AXに対する角
度を調整するためのビーム角度調整手段を構成してい
る。
In the exposure apparatus of the step-and-repeat system, since the entire shape of each exposure area is square,
The shape of the incident surface of the optical integrator 7 described later is also square. Therefore, in this embodiment, the cross-sectional shape of the parallel beam enlarged and shaped via the beam expander optical system 4 is a square. At least one of the pair of deflection prisms 2 is configured to be rotatable around the optical axis AX. Therefore, by rotating the pair of deflection prisms 2 around the optical axis AX relatively, the optical axis A
The angle of the parallel beam with respect to X can be adjusted.
That is, the pair of deflection prisms 2 constitute beam angle adjusting means for adjusting the angle of the parallel beam supplied from the excimer laser light source 1 with respect to the optical axis AX.

【0013】さらに、平行平面板3は光軸AXに垂直な
面内において直交する2つの軸線回りに回転可能に構成
されている。したがって、平行平面板3を各軸線回りに
回転させて光軸AXに対して傾けることにより、平行ビ
ームを光軸AXに対して平行移動させることができる。
すなわち、平行平面板3は、エキシマレーザー光源1か
ら供給された平行ビームを光軸AXに対して平行移動さ
せるためのビーム平行移動手段を構成している。こうし
て、一対の偏角プリズム2および平行平面板3を介した
エキシマレーザー光源1からの平行ビームは、ビームエ
キスパンダ光学系4を介して所定の断面形状を有する平
行ビームに拡大整形された後に、折り曲げミラーM1に
入射する。
Further, the plane-parallel plate 3 is configured to be rotatable around two orthogonal axes in a plane perpendicular to the optical axis AX. Therefore, by rotating the parallel plane plate 3 around each axis and tilting it with respect to the optical axis AX, the parallel beam can be moved in parallel with respect to the optical axis AX.
That is, the plane-parallel plate 3 constitutes a beam translation means for translating the parallel beam supplied from the excimer laser light source 1 to the optical axis AX. In this way, the parallel beam from the excimer laser light source 1 via the pair of deflection prisms 2 and the parallel plane plate 3 is enlarged and shaped into a parallel beam having a predetermined cross-sectional shape via the beam expander optical system 4. The light enters the bending mirror M1.

【0014】折り曲げミラーM1によって鉛直方向に偏
向された平行ビームは、折り曲げミラーM2〜M5で順
次反射された後に、上階の床版Aの開口部を通過して折
り曲げミラーM6に入射する。図1に示すように、折り
曲げミラーM2〜M5は、折り曲げミラーM1によって
鉛直方向に偏向されて折り曲げミラーM6に向かう平行
ビームが純水供給用の配管や換気用の配管12などを迂
回するように配置されている。折り曲げミラーM6によ
って水平方向に偏向されたビームは、ハーフミラー5に
入射する。ハーフミラー5で反射されたビームは位置ず
れ傾き検出系6に導かれ、ハーフミラー5を透過したビ
ームはフライアイレンズのようなオプティカルインテグ
レータ7に導かれる。
The parallel beams deflected in the vertical direction by the bending mirror M1 are sequentially reflected by the bending mirrors M2 to M5, pass through the opening of the floor slab A on the upper floor, and enter the bending mirror M6. As shown in FIG. 1, the bending mirrors M2 to M5 are arranged such that the parallel beam deflected in the vertical direction by the bending mirror M1 and directed to the bending mirror M6 bypasses the pipe for supplying pure water and the pipe 12 for ventilation. Are located. The beam deflected in the horizontal direction by the bending mirror M6 enters the half mirror 5. The beam reflected by the half mirror 5 is guided to a displacement tilt detection system 6, and the beam transmitted through the half mirror 5 is guided to an optical integrator 7 such as a fly-eye lens.

【0015】図2は、図1の位置ずれ傾き検出系の内部
構成を概略的に示す図である。図2において、位置ずれ
傾き検出系6に導かれた平行ビームは、上述したように
正方形の断面形状を有し、ハーフミラー21に入射す
る。ハーフミラー21で反射された光は、集光レンズ2
2を介して4分割センサー23上に結像する。こうし
て、4分割センサー23では、4つの分割領域のうち対
角領域の差分信号をとることにより、オプティカルイン
テグレータ7に入射する平行ビームの光軸AXに対する
傾きを検出することができる。4分割センサー23の出
力は、制御系24に供給される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal configuration of the position shift inclination detection system of FIG. In FIG. 2, the parallel beam guided to the displacement tilt detection system 6 has a square cross-sectional shape as described above, and is incident on the half mirror 21. The light reflected by the half mirror 21 is
An image is formed on the four-divided sensor 23 via the second sensor 2. Thus, the quadrant sensor 23 can detect the inclination of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX by taking the difference signal of the diagonal region among the four subregions. The output of the quadrant sensor 23 is supplied to the control system 24.

【0016】一方、ハーフミラー21を透過した光は、
平行ビームのまま、もう1つの4分割センサー25に達
する。こうして、4分割センサー25では、各分割領域
の信号に基づいて、オプティカルインテグレータ7に入
射する平行ビームの光軸AXに対する位置ずれを検出す
ることができる。4分割センサー25の出力は、制御系
24に供給される。このように、ハーフミラー5、ハー
フミラー21、集光レンズ22および4分割センサー2
3は、オプティカルインテグレータ7に入射する平行ビ
ームの光軸AXに対する傾きを検出するための傾き検出
系を構成している。また、ハーフミラー5および4分割
センサー25は、オプティカルインテグレータ7に入射
する平行ビームの光軸AXに対する位置ずれを検出する
ための位置ずれ検出系を構成している。
On the other hand, the light transmitted through the half mirror 21 is
Remaining in a parallel beam, it reaches another quadrant sensor 25. In this manner, the four-division sensor 25 can detect the displacement of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX based on the signal of each divided region. The output of the quadrant sensor 25 is supplied to the control system 24. As described above, the half mirror 5, the half mirror 21, the condenser lens 22, and the four-divided sensor 2
Reference numeral 3 denotes an inclination detection system for detecting an inclination of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX. Further, the half mirror 5 and the four-divided sensor 25 constitute a displacement detection system for detecting a displacement of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX.

【0017】以上のように、制御系24には、オプティ
カルインテグレータ7に入射する平行ビームの光軸AX
に対する傾き情報および位置ずれ情報が、センサー23
および25を介してそれぞれ供給される。制御系24
は、必要に応じて、供給された傾き情報および位置ずれ
情報に基づいて、一対の偏角プリズム2および平行平面
板3をそれぞれ駆動制御する。そして、一対の偏角プリ
ズム2の相対回転駆動によりオプティカルインテグレー
タ7に入射する平行ビームの光軸AXに対する角度を調
整して平行ビームの傾きを補正するとともに、平行平面
板3の回転駆動によりオプティカルインテグレータ7に
入射する平行ビームを光軸AXに対して平行移動させて
平行ビームの位置ずれを補正する。
As described above, the control system 24 includes the optical axis AX of the parallel beam incident on the optical integrator 7.
The inclination information and the displacement information with respect to
And 25 respectively. Control system 24
Controls the drive of the pair of deflection prisms 2 and the plane-parallel plate 3 based on the supplied tilt information and positional deviation information as needed. The inclination of the parallel beam is corrected by adjusting the angle of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX by the relative rotation of the pair of deflection prisms 2, and the optical integrator is driven by the rotation of the parallel plane plate 3. The parallel beam incident on 7 is moved in parallel with respect to the optical axis AX to correct the displacement of the parallel beam.

【0018】一方、ハーフミラー5を透過してオプティ
カルインテグレータ7に入射した光束は、オプティカル
インテグレータ7を構成する複数のレンズエレメントに
より二次元的に分割され、その後側焦点位置にレンズエ
レメントの数と同数の光源像を形成する。オプティカル
インテグレータ7を介して形成された多数の光源像から
の光束は、コンデンサーレンズ8に入射する。コンデン
サーレンズ8により集光された光束は、折曲げミラーM
7で反射された後、所定のパターンが形成されたマスク
8を重畳的に照明する。マスク9を透過した光束は、投
影光学系10を介して、感光性基板であるウエハ11上
にマスク9のパターン像を形成する。
On the other hand, a light beam transmitted through the half mirror 5 and incident on the optical integrator 7 is two-dimensionally divided by a plurality of lens elements constituting the optical integrator 7, and the same number of lens elements as the number of lens elements at the rear focal position. Is formed. Light beams from a number of light source images formed via the optical integrator 7 enter the condenser lens 8. The luminous flux condensed by the condenser lens 8 is reflected by the bending mirror M
After being reflected by 7, the mask 8 on which a predetermined pattern is formed is illuminated in a superimposed manner. The luminous flux transmitted through the mask 9 forms a pattern image of the mask 9 on a wafer 11 serving as a photosensitive substrate via a projection optical system 10.

【0019】なお、マスク9は、投影光学系10の光軸
に対して垂直な平面内においてマスクステージ(不図
示)上に載置されている。一方、ウエハ11は、投影光
学系10の光軸に対して垂直な平面内において二次元的
に移動可能なウエハステージ(不図示)上に載置されて
いる。こうして、投影光学系10に対してウエハステー
ジをひいてはウエハ11を移動させながら露光を行うこ
とにより、ステップアンドリピート方式によりウエハ1
1上の各露光領域にマスク9のパターンを逐次転写する
ことができる。
The mask 9 is mounted on a mask stage (not shown) in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 10. On the other hand, the wafer 11 is placed on a wafer stage (not shown) that can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 10. In this way, the exposure is performed while moving the wafer stage and thus the wafer 11 with respect to the projection optical system 10, and thereby the wafer 1 is exposed by the step-and-repeat method.
The pattern of the mask 9 can be sequentially transferred to each of the exposure areas on 1.

【0020】なお、本実施例では、図1に示すように、
エキシマレーザー光源1、一対の偏角プリズム2、平行
平面板3、ビームエキスパンダ光学系4および折り曲げ
ミラーM1は、第1の構造体である下階の床版Bによっ
て支持によって支持されている。また、折り曲げミラー
M6およびオプティカルインテグレータ7を含む露光装
置本体は、第1の構造体と実質的に隔絶された第2の構
造体である上階の床版Aによって支持されている。さら
に、折り曲げミラーM2〜M5は、下階の床版Bまたは
上階の床版Aによって支持されている。
In this embodiment, as shown in FIG.
The excimer laser light source 1, the pair of deflection prisms 2, the parallel plane plate 3, the beam expander optical system 4, and the bending mirror M1 are supported by a floor slab B on the lower floor as a first structure. The exposure apparatus main body including the bending mirror M6 and the optical integrator 7 is supported by an upper floor slab A which is a second structure substantially separated from the first structure. Further, the bending mirrors M2 to M5 are supported by a floor slab B on the lower floor or a floor slab A on the upper floor.

【0021】図3は、図1のエキシマレーザー光源1か
らオプティカルインテグレータ7までの展開光路図であ
って、本発明の作用を説明する図である。図3では、一
対の偏角プリズム2、平行平面板3、折り曲げミラーM
1〜M6、およびハーフミラー5の図示を省略してい
る。なお、図3のビームエキスパンダ光学系4では、説
明の簡略化のためにエキスパンダー4Bを省略し、シリ
ンダーエキスパンダー4Aを介して図3の紙面内におい
てのみ平行ビームを拡大している。
FIG. 3 is a developed optical path diagram from the excimer laser light source 1 to the optical integrator 7 in FIG. 1, and is a diagram for explaining the operation of the present invention. In FIG. 3, a pair of deflection prisms 2, a parallel plane plate 3, a folding mirror M
1 to M6 and the half mirror 5 are not shown. In the beam expander optical system 4 of FIG. 3, the expander 4B is omitted for simplification of description, and the parallel beam is expanded only in the plane of FIG. 3 via the cylinder expander 4A.

【0022】図3において、エキシマレーザー光源1か
ら光軸AXに沿って射出された平行ビーム(図中実線で
示す)は、図3の紙面において正の屈折力を有し且つ光
軸AXを通り紙面に垂直な面において無屈折力の第1シ
リンドリカルレンズ4aに入射する。第1シリンドリカ
ルレンズ4aを介して光軸AX上の点に一旦集光したビ
ームは、図3の紙面において正の屈折力を有し且つ光軸
AXを通り紙面に垂直な面において無屈折力の第2シリ
ンドリカルレンズ4bを介して再び平行ビームとなる。
こうして、ビームエキスパンダ光学系4を介して所定寸
法の正方形断面に拡大整形された平行ビームは、オプテ
ィカルインテグレータ7に入射する。
In FIG. 3, a parallel beam (shown by a solid line in FIG. 3) emitted from the excimer laser light source 1 along the optical axis AX has a positive refractive power on the paper of FIG. The light enters the first cylindrical lens 4a having no refracting power on a plane perpendicular to the paper surface. The beam once focused at a point on the optical axis AX via the first cylindrical lens 4a has a positive refractive power on the paper surface of FIG. 3 and has no refractive power on a surface passing through the optical axis AX and perpendicular to the paper surface. The beam becomes a parallel beam again via the second cylindrical lens 4b.
Thus, the parallel beam enlarged and shaped into a square cross section of a predetermined size via the beam expander optical system 4 enters the optical integrator 7.

【0023】図3に示すように、オプティカルインテグ
レータ7の入射面は、一辺の長さがDの正方形断面を有
する。そして、オプティカルインテグレータ7に入射す
る平行ビームは、一辺が(D+2W)の正方形断面を有
する。すなわち、エキシマレーザー光源1から光軸AX
に沿って平行ビームが射出される理想状態において、オ
プティカルインテグレータ7に光軸AXに沿って入射す
る平行ビームは、オプティカルインテグレータ7の入射
面に対して片側でマージンW(余裕幅)を有するように
設定されている。
As shown in FIG. 3, the incidence surface of the optical integrator 7 has a square cross section with a side length D. The parallel beam incident on the optical integrator 7 has a square cross section with one side being (D + 2W). That is, from the excimer laser light source 1 to the optical axis AX
In an ideal state in which a parallel beam is emitted along the optical integrator 7, the parallel beam incident on the optical integrator 7 along the optical axis AX has a margin W (margin width) on one side with respect to the incidence surface of the optical integrator 7. Is set.

【0024】一方、たとえば上階の床版Aおよび下階の
床版Bの変形や変位に起因してエキシマレーザー光源1
が光軸AXに対してわずかに傾いた場合、エキシマレー
ザー光源1から光軸AXに対してθだけ傾いて射出され
た平行ビーム(図中破線で示す)は、光軸AXに対して
θ’だけ傾いた状態でオプティカルインテグレータ7の
入射面に達することになる。ここで、オプティカルイン
テグレータ7に入射する平行ビームの光軸AXに対する
傾きθ’は、エキシマレーザー光源1から射出された平
行ビームの光軸AXに対する傾きθをビームエキスパン
ダ光学系4の角倍率γ分だけ縮小した値となる。
On the other hand, for example, due to the deformation and displacement of the floor slab A on the upper floor and the floor slab B on the lower floor, the excimer laser light source 1
Is slightly inclined with respect to the optical axis AX, a parallel beam (indicated by a broken line in the figure) emitted from the excimer laser light source 1 at an angle of θ with respect to the optical axis AX becomes θ ′ with respect to the optical axis AX. The light reaches the incidence surface of the optical integrator 7 in a state of being tilted only. Here, the inclination θ ′ of the parallel beam incident on the optical integrator 7 with respect to the optical axis AX is obtained by calculating the inclination θ of the parallel beam emitted from the excimer laser light source 1 with respect to the optical axis AX by the angular magnification γ of the beam expander optical system 4. It is a value reduced only by

【0025】そして、図3に示すように、光軸AXに対
してθ’だけ傾いた状態でオプティカルインテグレータ
7に入射する平行ビームは、オプティカルインテグレー
タ7の入射面を含む平面内において、オプティカルイン
テグレータ7に光軸AXに沿って入射する理想状態の平
行ビームから距離Δだけ位置ずれすることになる。この
とき、平行ビームの位置ずれ量Δは、ビームエキスパン
ダ光学系4を介してエキシマレーザー光源1のレーザー
射出面と共役な面Cからオプティカルインテグレータ7
の入射面までの光軸AXに沿った距離をdとすると、次
の式(1)で表される。 Δ=d・ tanθ’ (1)
Then, as shown in FIG. 3, the parallel beam incident on the optical integrator 7 in a state of being inclined by θ ′ with respect to the optical axis AX is transmitted to the optical integrator 7 within a plane including the incident surface of the optical integrator 7. Is shifted from the ideal parallel beam incident along the optical axis AX by a distance Δ. At this time, the positional deviation amount Δ of the parallel beam is calculated from the surface C conjugate with the laser emission surface of the excimer laser light source 1 via the beam expander optical system 4.
Let d be the distance along the optical axis AX to the incident surface of. Δ = d · tanθ '(1)

【0026】ところで、平行ビームの位置ずれ量Δが理
想状態における平行ビームのマージンWよりも大きくな
ると、オプティカルインテグレータ7の一部のレンズエ
レメントに光の入射しない領域が発生する。その結果、
被照明面であるマスク9およびウエハ11上において照
度分布の均一性が悪化し、特にステップアンドリピート
方式の露光装置では露光量エラーが発生する。したがっ
て、本実施例では、位置ずれ量ΔとマージンWとの間
で、次の条件式(2)を満足する必要がある。 Δ=d・ tanθ’≦W (2)
If the amount of displacement Δ of the parallel beam is larger than the margin W of the parallel beam in an ideal state, a region where light does not enter some lens elements of the optical integrator 7 is generated. as a result,
The uniformity of the illuminance distribution is deteriorated on the mask 9 and the wafer 11 which are the illuminated surfaces, and an exposure error occurs particularly in a step-and-repeat type exposure apparatus. Therefore, in the present embodiment, the following conditional expression (2) needs to be satisfied between the displacement amount Δ and the margin W. Δ = d · tan θ ′ ≦ W (2)

【0027】本実施例において、エキシマレーザー光源
1から射出される平行ビームの断面形状はたとえば17
mm×4mmの長方形断面であり、オプティカルインテ
グレータ7の入射面の形状はたとえば40mm×40m
mの正方形である。この場合、オプティカルインテグレ
ータ7の入射面の一辺の長さDと、オプティカルインテ
グレータ7に光軸AXに沿って入射する理想状態の平行
ビームのマージンWとの間には、次の条件式(3)が成
立することが好ましい。 0.1≦W/D≦0.35 (3)
In this embodiment, the cross-sectional shape of the parallel beam emitted from the excimer laser light source 1 is, for example, 17
mm × 4 mm, and the shape of the incident surface of the optical integrator 7 is, for example, 40 mm × 40 m
m square. In this case, the following conditional expression (3) is satisfied between the length D of one side of the incident surface of the optical integrator 7 and the margin W of the ideal parallel beam incident on the optical integrator 7 along the optical axis AX. Is preferably satisfied. 0.1 ≦ W / D ≦ 0.35 (3)

【0028】条件式(3)の上限値を上回ると、オプテ
ィカルインテグレータ7へ入射する理想状態の平行ビー
ムのマージンWが大きくなり、オプティカルインテグレ
ータ7の入射面における光量損失が大きくなる。その結
果、ウエハ11における照度が低下し、露光装置のスル
ープットが低下するので好ましくない。また、条件式
(3)の下限値を下回ると、エキシマレーザー光源1が
光軸AXに対してわずかに傾いても、オプティカルイン
テグレータ7の一部のレンズエレメントに光の入射しな
い領域が発生し、ステップアンドリピート方式の露光装
置では露光量エラーが起こるので好ましくない。
When the value exceeds the upper limit of conditional expression (3), the margin W of the ideal parallel beam incident on the optical integrator 7 becomes large, and the light quantity loss on the incidence surface of the optical integrator 7 becomes large. As a result, the illuminance on the wafer 11 decreases, and the throughput of the exposure apparatus decreases, which is not preferable. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, even if the excimer laser light source 1 is slightly inclined with respect to the optical axis AX, a region where light does not enter some lens elements of the optical integrator 7 is generated, A step-and-repeat type exposure apparatus is not preferable because an exposure error occurs.

【0029】以上のように、本実施例では、オプティカ
ルインテグレータ7へ入射する理想状態の平行ビームが
オプティカルインテグレータ7の入射面に対してマージ
ンWを有するように設定されている。したがって、たと
えば上階の床版Aおよび下階の床版Bの変形や変位に起
因してエキシマレーザー光源1が光軸AXに対して傾
き、その結果平行ビームが光軸AXに対して傾いた状態
でオプティカルインテグレータ7に入射したとしても、
オプティカルインテグレータ7の入射面を含む平面内に
おける平行ビームの位置ずれ量ΔがマージンWを超えな
い限り、オプティカルインテグレータ7の入射面の一部
の領域に光が入射しないような事態を回避することがで
きる。換言すれば、本実施例では、オプティカルインテ
グレータ7の入射面を含む平面内における平行ビームの
断面位置の変動を所定の範囲で許容することができるの
で、被照明面における照度分布が上階の床版Aおよび下
階の床版Bの変形や変位の影響を受けにくい構成を実現
することができる。したがって、本実施例の露光装置で
は、被露光面において均一な照度分布を得ることがで
き、安定した良好な露光を行うことができる。
As described above, in this embodiment, the ideal parallel beam incident on the optical integrator 7 is set to have a margin W with respect to the incidence surface of the optical integrator 7. Therefore, for example, the excimer laser light source 1 is tilted with respect to the optical axis AX due to deformation or displacement of the floor slab A on the upper floor and the floor slab B on the lower floor, and as a result, the parallel beam is tilted with respect to the optical axis AX. Even if the light enters the optical integrator 7 in this state,
As long as the positional deviation amount Δ of the parallel beam in the plane including the incident surface of the optical integrator 7 does not exceed the margin W, it is possible to avoid a situation where light does not enter a part of the incident surface of the optical integrator 7. it can. In other words, in the present embodiment, the variation of the cross-sectional position of the parallel beam in the plane including the entrance surface of the optical integrator 7 can be allowed within a predetermined range, and the illuminance distribution on the illuminated surface is higher than the floor of the upper floor. A configuration that is less susceptible to deformation and displacement of the plate A and the floor slab B on the lower floor can be realized. Therefore, in the exposure apparatus of this embodiment, a uniform illuminance distribution can be obtained on the surface to be exposed, and stable and good exposure can be performed.

【0030】また、本実施例では、オプティカルインテ
グレータ7へ入射する平行ビーム光軸AXに対する傾き
および位置ずれ傾き検出系および位置ずれ検出系で検出
し、検出した傾き情報および位置ずれ情報に基づいて、
一対の偏角プリズム2および平行平面板3をそれぞれ駆
動制御することにより、オプティカルインテグレータ7
に入射する平行ビームの光軸AXに対する角度を調整し
て平行ビームの傾きを補正するとともに、オプティカル
インテグレータ7に入射する平行ビームを光軸AXに対
して平行移動させて平行ビームの位置ずれを補正するこ
とができる。したがって、上階の床版Aおよび下階の床
版Bの非弾性的な過度の変形や変位により、またはエキ
シマレーザー光源1のメンテナンス作業の影響などによ
りエキシマレーザー光源1が光軸AXに対して恒常的に
傾いたり位置ずれした場合にも、この恒常的な傾きおよ
び位置ずれを適宜補正することができる。
Further, in the present embodiment, the inclination and the displacement of the parallel beam optical axis AX incident on the optical integrator 7 are detected by a displacement detection system and a displacement detection system, and based on the detected inclination information and displacement information,
By driving and controlling each of the pair of deflection prisms 2 and the parallel plane plate 3, the optical integrator 7 is controlled.
The tilt of the parallel beam incident on the optical integrator 7 is corrected by adjusting the angle of the parallel beam incident on the optical axis AX, and the parallel beam incident on the optical integrator 7 is moved in parallel with the optical axis AX to correct the displacement of the parallel beam. can do. Therefore, the excimer laser light source 1 is moved with respect to the optical axis AX by inelastic excessive deformation or displacement of the floor slab A on the upper floor and the floor slab B on the lower floor, or by the maintenance work of the excimer laser light source 1. Even in the case where the tilt and the position are constantly tilted, the constant tilt and the position shift can be appropriately corrected.

【0031】さらに、本実施例では、折り曲げミラーM
1〜M6を、ビームエキスパンダ光学系4とオプティカ
ルインテグレータ7との間の平行光束光路中に配置する
ことができる。換言すれば、レーザービームの集光点の
近傍に折り曲げミラーM1〜M6を配置する必要がな
く、したがって集光点エネルギによる破損などの影響を
受けることがない。その結果、装置の据え付け時に折り
曲げミラーを平行光束光路中において自由に配置し、現
場の純水供給用の配管や換気用の配管を適宜迂回するこ
とができる。
Further, in this embodiment, the folding mirror M
1 to M6 can be arranged in the parallel light beam path between the beam expander optical system 4 and the optical integrator 7. In other words, there is no need to dispose the bending mirrors M1 to M6 near the laser beam converging point, and therefore, there is no influence such as damage due to the converging point energy. As a result, the folding mirror can be freely arranged in the parallel light beam path when the apparatus is installed, and the piping for supplying pure water and the piping for ventilation at the site can be appropriately bypassed.

【0032】なお、本実施例において、エキシマレーザ
ー光源1から供給された平行ビームの光軸AXに対する
角度を調整するためのビーム角度調整手段として、一対
の偏角プリズム2に代えて、たとえば直交する2つの軸
線回りに回転可能な振動ミラーを用いることができる。
また、本実施例の位置ずれ傾き検出系6において、4分
割センサー23および25に代えてCCDカメラ等を用
い、検出した画像を処理することにより傾き情報および
位置ずれ情報を得ることもできる。
In this embodiment, as a beam angle adjusting means for adjusting the angle of the parallel beam supplied from the excimer laser light source 1 with respect to the optical axis AX, for example, the beam is orthogonal to the pair of deflection prisms 2 instead of the pair of deflection prisms 2. A vibrating mirror rotatable about two axes can be used.
In addition, in the positional deviation inclination detection system 6 of the present embodiment, a CCD camera or the like may be used instead of the four-divided sensors 23 and 25, and the detected image may be processed to obtain inclination information and positional deviation information.

【0033】図4は、図1の実施例の変形例の要部構成
を概略的に示す斜視図である。図4の変形例では、投影
光学系に対してマスクおよびウエハとを相対移動させな
がらウエハの各露光領域にマスクパターンをスキャン露
光する工程を繰り返すことによってウエハの各露光領域
にマスクパターンを逐次転写するステップアンドスキャ
ン方式の露光装置に本発明を適用している。図4では、
図1におけるエキシマレーザー光源1からハーフミラー
5までの構成要素の図示を省略しているが、エキシマレ
ーザー光源1からハーフミラー5までの構成は図1の実
施例と同様である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a main part of a modification of the embodiment of FIG. In the modification of FIG. 4, the mask pattern is sequentially transferred to each exposure area of the wafer by repeating the process of scanning and exposing the mask pattern to each exposure area of the wafer while moving the mask and the wafer relative to the projection optical system. The present invention is applied to a step-and-scan type exposure apparatus. In FIG.
Although illustration of components from the excimer laser light source 1 to the half mirror 5 in FIG. 1 is omitted, the configuration from the excimer laser light source 1 to the half mirror 5 is the same as that of the embodiment of FIG.

【0034】図4の変形例において、エキシマレーザー
光源1から射出された平行ビームは、ビームエキスパン
ダ光学系4を介して所定の断面形状に拡大整形された後
に、全体として長方形状の入射面を有する第1オプティ
カルインテグレータ41に入射する。第1オプティカル
インテグレータ41に入射した光束は、第1オプティカ
ルインテグレータ41を構成する複数のレンズエレメン
トにより二次元的に分割され、第1オプティカルインテ
グレータ41の後側焦点位置に、第1オプティカルイン
テグレータ41を構成するレンズエレメントの数と同数
の光源像を形成する。
In the modification shown in FIG. 4, the parallel beam emitted from the excimer laser light source 1 is enlarged and shaped into a predetermined cross-sectional shape via a beam expander optical system 4, and then the incident surface having a rectangular shape as a whole is formed. Incident on the first optical integrator 41 having the same. The light beam incident on the first optical integrator 41 is two-dimensionally divided by a plurality of lens elements constituting the first optical integrator 41, and forms the first optical integrator 41 at the rear focal position of the first optical integrator 41. The same number of light source images as the number of lens elements to be formed are formed.

【0035】第1オプティカルインテグレータ41を介
して形成された複数の光源像からの光束は、たとえば一
対のレンズからなる集光光学系42により集光された
後、全体として正方形状の入射面を有する第2オプティ
カルインテグレータ43を重畳的に照明する。第2オプ
ティカルインテグレータ43に入射した光束は、第2オ
プティカルインテグレータ43を構成する複数のレンズ
エレメントにより二次元的に分割され、第2オプティカ
ルインテグレータ43の後側焦点位置に、第1オプティ
カルインテグレータ41を構成するレンズエレメントの
数と第2オプティカルインテグレータ43を構成するレ
ンズエレメントの数との積に等しい数の光源像を形成す
る。
Light beams from a plurality of light source images formed via the first optical integrator 41 are condensed by, for example, a condensing optical system 42 comprising a pair of lenses, and then have a square incident surface as a whole. The second optical integrator 43 is illuminated in a superimposed manner. The light beam incident on the second optical integrator 43 is two-dimensionally divided by a plurality of lens elements constituting the second optical integrator 43, and forms the first optical integrator 41 at the rear focal position of the second optical integrator 43. The number of light source images equal to the product of the number of lens elements to be formed and the number of lens elements constituting the second optical integrator 43 is formed.

【0036】なお、集光光学系42は、第1オプティカ
ルインテグレータ41の入射面と第2オプティカルイン
テグレータ43の入射面とを共役にするとともに、第1
オプティカルインテグレータ41の射出面と第2オプテ
ィカルインテグレータ43の射出面とを共役にしてい
る。第2オプティカルインテグレータ43を介して形成
された多数の光源像からの光束は、折り曲げミラーM8
で図中鉛直方向に反射された後、コンデンサーレンズ4
4に入射する。コンデンサーレンズ44により集光され
た光束は、所定のパターンが形成されたマスク45を重
畳的に照明する。マスク45を透過した光束は、投影光
学系46を介して、その像面に位置決めされたウエハ4
7に達する。こうして、感光性基板であるウエハ47上
には、マスク45のパターン像が形成される。
The condensing optical system 42 makes the incident surface of the first optical integrator 41 and the incident surface of the second optical integrator 43 conjugate, and
The exit surface of the optical integrator 41 and the exit surface of the second optical integrator 43 are conjugate. Light beams from a number of light source images formed via the second optical integrator 43 are reflected by the bending mirror M8.
After being reflected in the vertical direction in the figure, the condenser lens 4
4 is incident. The light beam condensed by the condenser lens 44 illuminates the mask 45 on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light beam transmitted through the mask 45 passes through the projection optical system 46 to the wafer 4 positioned on its image plane.
Reach seven. Thus, a pattern image of the mask 45 is formed on the wafer 47 which is a photosensitive substrate.

【0037】なお、ウエハ47は、光軸AXに対して垂
直な平面内において二次元的に移動可能なウエハステー
ジ48上に載置されている。一方、マスク45も、光軸
AXに対して垂直な平面内において二次元的に移動可能
なマスクステージ(不図示)上に載置されている。こう
して、投影光学系46に対してマスク45およびウエハ
47を相対移動させながらスキャン露光を行うことによ
り、ウエハ47上の各露光領域にマスク45のパターン
領域に形成されたパターンを逐次転写することができ
る。
The wafer 47 is mounted on a wafer stage 48 which can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX. On the other hand, the mask 45 is also mounted on a mask stage (not shown) that can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX. In this manner, by performing scan exposure while relatively moving the mask 45 and the wafer 47 with respect to the projection optical system 46, the pattern formed in the pattern area of the mask 45 can be sequentially transferred to each exposure area on the wafer 47. it can.

【0038】ステップアンドスキャン方式の露光装置で
は、マスク45上における照明領域が長方形状となるた
め、第1オプティカルインテグレータ41の入射面の形
状も長方形となる。したがって、変形例において、エキ
シマレーザー光源1から射出される平行ビームの断面形
状はたとえば17mm×4mmの長方形断面であり、第
1オプティカルインテグレータ41の入射面の形状はた
とえば15mm×50mmの長方形である。この場合、
第1オプティカルインテグレータ41の入射面の長辺の
長さD1 と第1オプティカルインテグレータ41へ入射
する理想状態の平行ビームの長辺方向におけるマージン
W1 との間には、次の条件式(4)が成立することが好
ましい。また、第1オプティカルインテグレータ41の
入射面の短辺の長さD2 と第1オプティカルインテグレ
ータ41へ入射する理想状態の平行ビームの短辺方向に
おけるマージンW2 との間には、次の条件式(5)が成
立することが好ましい。 0.05≦W1 /D1 ≦0.35 (4) 0.2≦W2 /D2 ≦0.4 (5)
In the step-and-scan type exposure apparatus, since the illumination area on the mask 45 is rectangular, the shape of the incident surface of the first optical integrator 41 is also rectangular. Therefore, in the modification, the cross-sectional shape of the parallel beam emitted from the excimer laser light source 1 is, for example, a rectangular cross section of 17 mm × 4 mm, and the shape of the incident surface of the first optical integrator 41 is, for example, a rectangular shape of 15 mm × 50 mm. in this case,
The following conditional expression (4) is satisfied between the length D1 of the long side of the incident surface of the first optical integrator 41 and the margin W1 in the long side direction of the ideal parallel beam incident on the first optical integrator 41. It is preferable to hold. Further, between the length D2 of the short side of the entrance surface of the first optical integrator 41 and the margin W2 in the short side direction of the ideal parallel beam incident on the first optical integrator 41, the following conditional expression (5) ) Is preferably satisfied. 0.05 ≦ W1 / D1 ≦ 0.35 (4) 0.2 ≦ W2 / D2 ≦ 0.4 (5)

【0039】条件式(4)および条件式(5)の上限値
を上回ると、第1オプティカルインテグレータ41へ入
射する理想状態の平行ビームのマージンWが大きくな
り、第1オプティカルインテグレータ41の入射面にお
ける光量損失が大きくなる。その結果、ウエハ47にお
ける照度が低下し、露光装置のスループットが低下する
ので好ましくない。また、条件式(4)および条件式
(5)の下限値を下回ると、エキシマレーザー光源1が
光軸AXに対してわずかに傾いても、第1オプティカル
インテグレータ41の一部のレンズエレメントに光の入
射しない領域が発生し、ステップアンドスキャン方式の
露光装置では露光量ムラが起こるので好ましくない。
If the upper limits of conditional expressions (4) and (5) are exceeded, the margin W of the ideal parallel beam incident on the first optical integrator 41 increases, and the margin W on the incident surface of the first optical integrator 41 is increased. Light amount loss increases. As a result, the illuminance on the wafer 47 decreases, and the throughput of the exposure apparatus decreases, which is not preferable. If the lower limits of conditional expressions (4) and (5) are not reached, even if the excimer laser light source 1 is slightly inclined with respect to the optical axis AX, light will be transmitted to some lens elements of the first optical integrator 41. This is not preferable because a non-incident region is generated, and an exposure amount unevenness occurs in a step-and-scan type exposure apparatus.

【0040】なお、図1の実施例では正方形断面を有す
る平行ビームがハーフミラー5で反射されて位置ずれ傾
き検出系6へ導かれるが、変形例では長方形断面を有す
る平行ビームが位置ずれ傾き検出系へ導かれる。したが
って、変形例では、位置ずれ傾き検出系6のハーフミラ
ー5とハーフミラー21との間にエキスパンダーを介在
させ、位置ずれ傾き検出系へ導かれた平行ビームの断面
形状を正方形に整形する必要がある。あるいは、ハーフ
ミラー21と4分割センサー23との間の光路中および
ハーフミラー21と4分割センサー25との間の光路中
にエキスパンダーを介在させ、位置ずれ傾き検出系へ導
かれた平行ビームの断面形状を正方形に整形する必要が
ある。
In the embodiment shown in FIG. 1, the parallel beam having a square cross section is reflected by the half mirror 5 and guided to the displacement tilt detection system 6. In the modification, the parallel beam having a rectangular cross section is used to detect the displacement tilt. Guided to the system. Therefore, in the modified example, it is necessary to interpose an expander between the half mirror 5 and the half mirror 21 of the displacement tilt detection system 6 and to shape the cross-sectional shape of the parallel beam guided to the displacement tilt detection system into a square. is there. Alternatively, an expander is interposed in the optical path between the half mirror 21 and the four-split sensor 23 and in the optical path between the half mirror 21 and the four-split sensor 25, and a cross section of the parallel beam guided to the displacement tilt detection system. The shape needs to be shaped into a square.

【0041】ところで、本実施例および変形例の露光装
置による露光の工程(フォトリソグラフィ工程)を経た
ウエハは、現像する工程、現像したレジスト以外の部分
を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後の不
要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経てウ
エハプロセスが終了する。ウエハプロセスが終了する
と、実際の組立工程において、焼き付けられた回路毎に
ウエハを切断してチップ化するダイシングの工程、各チ
ップに配線等を付与するボンディングの工程、各チップ
毎にパッケージングするパッケージングの工程等を経
て、最終的にLSIのような半導体デバイスが製造され
る。なお、本実施例および変形例では、露光装置を用い
たフォトリソグラフィ工程により半導体素子を製造する
例を示したが、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工
程によって、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子
(CCD素子等)のような他の半導体デバイスを良好に
製造することができる。
By the way, the wafer subjected to the exposure step (photolithography step) by the exposure apparatus of the present embodiment and the modified example is subjected to a developing step, an etching step for removing portions other than the developed resist, and a wafer after the etching step. The wafer process ends through a step of removing unnecessary resist and the like. When the wafer process is completed, in the actual assembling process, a dicing process in which the wafer is cut into chips for each printed circuit, a bonding process in which wiring and the like are provided to each chip, and a package in which each chip is packaged Finally, a semiconductor device such as an LSI is manufactured through a process such as a packaging process. In the present embodiment and the modified example, the example in which the semiconductor element is manufactured by the photolithography process using the exposure apparatus has been described. However, the liquid crystal display element, the thin film magnetic head, Other semiconductor devices such as (CCD elements, etc.) can be manufactured favorably.

【0042】なお、上述の実施例および変形例では、光
源手段として長方形断面の平行ビームを射出するエキシ
マレーザーを使用した例を示したが、たとえば円形断面
の平行ビームを射出する他の光源手段を用いた露光装置
に対しても本発明を適用することができる。また、上述
の実施例および変形例では、ステップアンドリピート方
式の露光装置およびステップアンドスキャン方式の露光
装置に本発明を適用している。しかしながら、投影光学
系に対してウエハおよびマスクを相対的に移動させなが
らウエハの露光領域全体にマスクパターンを一括的に露
光するスキャン方式の露光装置に本発明を適用すること
もできる。さらに、上述の実施例および変形例では、フ
ライアイレンズからなるオプティカルインテグレータを
用いた例を説明しているが、フライアイレンズに代えて
たとえば内面反射型のロッド型のオプティカルインテグ
レータを用いることもできる。
In the above-described embodiments and modified examples, an example has been described in which an excimer laser that emits a parallel beam having a rectangular cross section is used as the light source means. For example, another light source that emits a parallel beam having a circular cross section is used. The present invention can be applied to the used exposure apparatus. In addition, in the above-described embodiments and modified examples, the present invention is applied to the step-and-repeat type exposure apparatus and the step-and-scan type exposure apparatus. However, the present invention can also be applied to a scan type exposure apparatus that collectively exposes a mask pattern to an entire exposure area of a wafer while moving the wafer and the mask relatively to the projection optical system. Further, in the above-described embodiments and modified examples, the example using the optical integrator including the fly-eye lens is described. However, for example, an internal reflection type rod-type optical integrator may be used instead of the fly-eye lens. .

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オプティカルインテグレータの入射面を含む平面内にお
ける平行ビームの断面位置の変動を所定の範囲で許容す
ることができるので、光源と装置本体とを別の構造体で
支持しても被照明面における照度分布が各構造体の変形
や変位の影響を受けにくい。その結果、本発明の露光装
置では、被露光面において均一な照度分布を得ることが
でき、安定した良好な露光を行うことができる。したが
って、本発明の露光装置を用いることにより、良好な半
導体デバイスを製造することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the variation of the cross-sectional position of the parallel beam within the plane including the entrance surface of the optical integrator can be tolerated within a predetermined range, the illuminance distribution on the illuminated surface even if the light source and the device main body are supported by different structures. Are not easily affected by deformation or displacement of each structure. As a result, in the exposure apparatus of the present invention, a uniform illuminance distribution can be obtained on the surface to be exposed, and stable and favorable exposure can be performed. Therefore, a good semiconductor device can be manufactured by using the exposure apparatus of the present invention.

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

【図1】本発明の実施例にかかる照明光学装置を備えた
露光装置の構成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の位置ずれ傾き検出系の内部構成を概略的
に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal configuration of a misalignment inclination detection system of FIG. 1;

【図3】図1のエキシマレーザー光源1からオプティカ
ルインテグレータ7までの展開光路図であって、本発明
の作用を説明する図である。
FIG. 3 is a developed optical path diagram from the excimer laser light source 1 to the optical integrator 7 in FIG. 1, and is a diagram illustrating the operation of the present invention.

【図4】図1の実施例の変形例の要部構成を概略的に示
す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part of a modification of the embodiment of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エキシマレーザー光源 2 一対の偏角プリズム 3 平行平面板 4 ビームエキスパンダ光学系 5、21 ハーフミラー 6 位置ずれ傾き検出系 7 オプティカルインテグレータ 8、44 コンデンサーレンズ 9、45 マスク 10、46 投影光学系 11、47 ウエハ 12 配管 23、25 4分割センサー 24 制御系 41 第1オプティカルインテグレータ 42 集光光学系 43 第2オプティカルインテグレータ 48 ウエハステージ AX 光軸 M1〜M8 折り曲げミラー A 上階の床版 B 下階の床版 REFERENCE SIGNS LIST 1 excimer laser light source 2 pair of deflection prisms 3 parallel plane plate 4 beam expander optical system 5, 21 half mirror 6 misalignment tilt detection system 7 optical integrator 8, 44 condenser lens 9, 45 mask 10, 46 projection optical system 11 , 47 Wafer 12 Piping 23, 25 Quadrant sensor 24 Control system 41 First optical integrator 42 Condensing optical system 43 Second optical integrator 48 Wafer stage AX Optical axis M1-M8 Folding mirror A Upper floor slab B Lower floor Floor slab

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の構造体によって支持され、第1の
ビームを供給するための光源手段と、 前記第1の構造体によって支持され、前記光源手段から
供給された前記第1のビームを所定の断面形状を有する
第2のビームに拡大整形するためのビームエキスパンダ
光学系と、 前記第1の構造体と実質的に隔絶された第2の構造体に
よって支持され、前記ビームエキスパンダ光学系を介し
て形成された前記第2のビームに基づいて被照明物体の
所定領域を照明するための照明光学系とを備え、 前記照明光学系は、前記ビームエキスパンダ光学系を介
した前記第2のビームの入射側に前記被照明物体の前記
所定領域と共役で且つ所定の大きさを有する入射面を有
し、 前記ビームエキスパンダ光学系は、前記第1の構造体お
よび前記第2の構造体の変形や変位に起因する前記入射
面を含む平面内における前記第2のビームの断面位置の
変動を所定の範囲で許容するために、前記第2のビーム
として前記入射面よりも所定量だけ大きな断面形状を有
するビームを形成することを特徴とする照明光学装置。
1. A light source means supported by a first structure for supplying a first beam; and a first beam supported by the first structure and supplied from the light source means. A beam expander optical system for enlarging and shaping into a second beam having a predetermined cross-sectional shape; and a beam expander optical system supported by a second structure substantially isolated from the first structure. An illumination optical system for illuminating a predetermined area of the object to be illuminated based on the second beam formed through the system, wherein the illumination optical system is configured to transmit the second beam through the beam expander optical system. An incident surface having a predetermined size conjugate with the predetermined region of the object to be illuminated on the incident side of the second beam, wherein the beam expander optical system includes the first structure and the second structure. Structural In order to allow a variation of the cross-sectional position of the second beam in a plane including the incident surface due to a shape or displacement within a predetermined range, a cross-section larger than the incident surface by a predetermined amount as the second beam. An illumination optical device for forming a beam having a shape.
【請求項2】 前記照明光学系は、前記ビームエキスパ
ンダ光学系を介した前記第2のビームに基づいて多数の
光源像を形成するためのオプティカルインテグレータ
と、前記オプティカルインテグレータを介して形成され
た前記多数の光源像からの光を集光して前記被照明物体
を重畳的に照明するためのコンデンサー光学系とを有
し、 前記入射面は、前記オプティカルインテグレータの入射
面であることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装
置。
2. The illumination optical system is formed via an optical integrator for forming a large number of light source images based on the second beam via the beam expander optical system, and the optical integrator. A condenser optical system for condensing light from the plurality of light source images and illuminating the illuminated object in a superimposed manner, wherein the incident surface is an incident surface of the optical integrator. The illumination optical device according to claim 1.
【請求項3】 前記光源手段は、エキシマレーザー光源
を有し、 前記ビームエキスパンダ光学系は、前記エキシマレーザ
ー光源から射出された前記第1のビームを一旦集光した
後に平行ビームに変換し、前記第2のビームとして射出
することを特徴とする請求項1または2に記載の照明光
学装置。
3. The light source means has an excimer laser light source, and the beam expander optical system converts the first beam emitted from the excimer laser light source into a parallel beam after being once focused, The illumination optical device according to claim 1, wherein the light is emitted as the second beam.
【請求項4】 前記照明光学系の前記入射面に入射する
前記第2のビームに基づいて、前記照明光学系の光軸に
対する前記第2のビームの位置ずれを検出するための位
置ずれ検出系と、 前記光軸に対する前記第2のビームの位置ずれを補正す
るために、前記位置ずれ検出系の出力に基づいて前記第
1のビームを前記ビームエキスパンダ光学系の光軸に対
して平行移動させるためのビーム平行移動手段と、 前記照明光学系の前記入射面に入射する前記第2のビー
ムに基づいて、前記照明光学系の光軸に対する前記第2
のビームの角度を傾きするための傾き検出系と、 前記光軸に対する前記第2のビームの傾きを補正するた
めに、前記傾き検出系の出力に基づいて前記第1のビー
ムの前記ビームエキスパンダ光学系の光軸に対する角度
を調整するためのビーム角度調整手段とを備えているこ
とを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
照明光学装置。
4. A displacement detection system for detecting a displacement of the second beam with respect to an optical axis of the illumination optical system based on the second beam incident on the incident surface of the illumination optical system. Moving the first beam parallel to the optical axis of the beam expander optical system based on the output of the positional shift detection system to correct the positional shift of the second beam with respect to the optical axis. Beam translation means for causing the illumination optical system to emit light based on the second beam incident on the incident surface of the illumination optical system.
A tilt detection system for tilting the angle of the beam, and a beam expander for the first beam based on an output of the tilt detection system to correct the tilt of the second beam with respect to the optical axis. The illumination optical device according to claim 1, further comprising a beam angle adjustment unit configured to adjust an angle of the optical system with respect to an optical axis.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
照明光学装置を備え、前記照明光学装置で前記被照明物
体としてのマスクを照明し、前記マスクに形成された所
定のパターンを感光性基板上に露光することを特徴とす
る露光装置。
5. An illumination optical device according to claim 1, wherein the illumination optical device illuminates a mask as the object to be illuminated, and a predetermined pattern formed on the mask is provided. An exposure apparatus for exposing a photosensitive substrate.
【請求項6】 請求項5に記載の露光装置を用いて前記
マスクに形成された所定のパターンを前記感光性基板上
に露光する工程を含むことを特徴とする、半導体デバイ
スの製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of exposing a predetermined pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 5.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270571A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Canon Inc Illuminating optical device, drawing optical device, exposure apparatus, and device manufacturing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008270571A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Canon Inc Illuminating optical device, drawing optical device, exposure apparatus, and device manufacturing method

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