JPS633288B2 - - Google Patents
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- JPS633288B2 JPS633288B2 JP54158740A JP15874079A JPS633288B2 JP S633288 B2 JPS633288 B2 JP S633288B2 JP 54158740 A JP54158740 A JP 54158740A JP 15874079 A JP15874079 A JP 15874079A JP S633288 B2 JPS633288 B2 JP S633288B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、所定のパターンを投影するための照
明光学系、特に、コンタクト方式またはプロキシ
ミテイ方式で、ICパターンをマスクからウエハ
ーへ転写するためのマスク照明光学系に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an illumination optical system for projecting a predetermined pattern, and particularly to a mask illumination optical system for transferring an IC pattern from a mask to a wafer using a contact method or a proximity method.
従来、ICパターンの転写装置に用いられる照
明光学系は種々知られている。例えば、米国特許
明細書3296923のごとく、光源、橢円鏡、コール
ドミラー、発散性コリメーシヨンレンズ、２個の
フライアイ（ry−eye）レンズ、収斂性コリメ
ーシヨンレンズを基本構成とし、物体面（マスク
面）の所定領域を所定のコリメーシヨンハーフア
ングル（照明光が物体面の法線となす最大角）以
内の平行光束で照明するものがある。ここでフラ
イアイレンズは、複数の２次光源を形成しマスク
面を多数光束で照明することによりマスクによる
回折像を除去するとともに、ムラのない均一な照
明を得るためのものであり、以下このような手段
をオプテイカルインテグレーターと呼ぶ。一般に
橢円鏡を用いた照明光学系はそのパワー配置上２
つに大別される。１つは橢円鏡によつてオプテイ
カルインテグレーターの近傍に光源像を結ばせる
もので、他の１つは上記米国特許明細書3296923
のごとく橢円鏡からの光束を発散性のコリメータ
ーレンズで平行光としてオプテイカルインテグレ
ーターへ導くものである。集光効率の点から見る
と、後者の方がオプテイカルインテグレーターで
の光光のケラレが少ないので比較的優れている
が、それでもまだ十分満足できるものではなかつ
た。特に、遠紫外光を用いた場合の代表的フオト
レジストであるPMMAは感度が低いため、照明
光学系の集光効率を高めることが大きな課題であ
つた。 Conventionally, various illumination optical systems used in IC pattern transfer devices are known. For example, as in US Pat. Some devices illuminate a predetermined region of a surface (mask surface) with a parallel light beam within a predetermined collimation half angle (the maximum angle that the illumination light makes with the normal to the object surface). Here, the fly-eye lens is used to remove the diffraction image caused by the mask and to obtain even and uniform illumination by forming multiple secondary light sources and illuminating the mask surface with a large number of light beams. Such means are called optical integrators. Generally, the illumination optical system using an elliptical mirror has a power distribution of 2
It is broadly divided into One is to focus a light source image near the optical integrator using an elliptical mirror, and the other is as described in the above-mentioned US Patent Specification No. 3,296,923.
The light beam from the circular mirror is converted into parallel light by a diverging collimator lens and guided to the optical integrator. From the point of view of light collection efficiency, the latter is relatively superior because there is less vignetting of the light in the optical integrator, but it is still not completely satisfactory. In particular, PMMA, a typical photoresist, has low sensitivity when using deep ultraviolet light, so increasing the light collection efficiency of the illumination optical system has been a major challenge.
本発明の目的は、マスクによる回折像の影響を
除去しつつ、均一でしかも集光効率のより高いマ
スク照明光学系を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a mask illumination optical system that is uniform and has higher light collection efficiency while eliminating the influence of a diffraction image caused by a mask.
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明による照明光学系の実施例を示す概
略断面図である。 Hereinafter, the present invention will be explained based on examples. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the illumination optical system according to the present invention.
発光管１は紫外線及び遠紫外線を発する高輝度
光源ａを有しており、この光源ａは橢円鏡２の第
１焦点にほぼ位置している。橢円鏡２はその第２
焦点位置に光源ａの像a′を形成する。コールドミ
ラー３は赤外線の大部分を透過し、遠紫外光の大
部分を反射するもので、一般には多層膜を被覆さ
れて作られている。２個の正レンズから成るコリ
メーシヨンレンズ４はその前側焦点を光源像a′に
合致して配置されており、光源像a′からの光を平
行光束にする。この平行光束中に多数の２次光源
を形成するためのオプテイカルインテグレーター
５が配置されており、実質的に多数の光束を発生
させている。オプテイカルインテグレーター５は
具体的には第２図ａの縦断面図、ｂの横断面図に
示すごとく、六角柱のガラスの両端面を凸レンズ
に加工したものをはちの巣状に束ねたものであ
る。前側の小レンズ１１と後側の小レンズ１２と
はほぼ等しい屈折力を有し、両者の間隔は前側小
レンズ１１の後側焦点距離に等しく、もちろん後
側小レンズ１２の前側焦点距離にも等しい。そし
て、前側の小レンズ１１と後側の小レンズ１２と
は各々１対１に対応しており、後側小レンズ１２
はこれに対応する前側小レンズ１１の像を物体面
（マスク面）に結ばせる働きを有している。この
ため、前側小レンズ１１の口径の形状と物体面上
の照明領域は相似形となり、ここでは、小レンズ
の個々の形が六角形であるから照明領域も六角形
になつている。このようなオプテイカルインテグ
レーターとしては第３図ａの縦断面図及びｂの横
断面図に示すごとく、前側小レンズ１１と後側小
レンズ１２とをそれぞれ有する２個のフライアイ
レンズ５ａ，５ｂによつて構成することも可能で
ある。 The arc tube 1 has a high-intensity light source a that emits ultraviolet rays and deep ultraviolet rays, and this light source a is located approximately at the first focal point of the rectangular mirror 2. Horenkyo 2 is the second one.
An image a' of the light source a is formed at the focal position. The cold mirror 3 transmits most of the infrared rays and reflects most of the deep ultraviolet light, and is generally made of a multilayer coating. A collimation lens 4 consisting of two positive lenses is arranged so that its front focal point coincides with the light source image a', and converts the light from the light source image a' into a parallel beam of light. An optical integrator 5 is arranged to form a large number of secondary light sources in this parallel light beam, and substantially generates a large number of light beams. Specifically, the optical integrator 5 is a hexagonal prism of glass, with both end surfaces processed into convex lenses, which are bundled together in a honeycomb shape, as shown in the longitudinal cross-sectional view of FIG. 2a and the cross-sectional view of FIG. 2b. The front small lens 11 and the rear small lens 12 have almost the same refractive power, and the distance between them is equal to the back focal length of the front small lens 11 and, of course, the front focal length of the rear small lens 12. equal. The front small lens 11 and the rear small lens 12 have a one-to-one correspondence, and the rear small lens 12
has the function of focusing the image of the corresponding front small lens 11 on the object plane (mask plane). Therefore, the shape of the aperture of the front small lens 11 and the illumination area on the object plane are similar, and here, since the individual small lenses are hexagonal in shape, the illumination area is also hexagonal. As shown in the longitudinal cross-sectional view of FIG. 3a and the cross-sectional view of FIG. It is also possible to configure it accordingly.
第１図にもどつてオプテイカルインテグレータ
ー５の直後には、正レンズ６が配置され、さらに
この直後には絞り７が設けられ、反射鏡８で反射
された光束はコリメーターレンズ９によつて物体
面１０上に集光される。正レンズ６の作用により
コリメーターレンズ９の口径を小さくすることが
でき、またコリメーターレンズ９と物体面１０と
の距離を小さくできるので装置全体をよりコンパ
クトに構成することが可能である。しかし、コリ
メーターレンズ９と物体面との距離はいわゆる作
動距離であり、何らかの目的のために作動距離を
大きくしたい場合には、正レンズ６の代りに負レ
ンズを配置することができる。絞り７はその口径
を変えることによつて照明光のコリメーシヨンハ
ーフアングルを変えるためのものである。反射鏡
８は光束の進行方向を単に90゜曲げるためのもの
である。コリメーターレンズ９は、オプテイカル
インテグレーター５の後面即ちオプテイカルイン
テグレーターの前側小レンズ１１による２次光源
像の位置にその前側焦点を合致するように配置さ
れており、オプテイカルインテグレーター５の後
側小レンズ１２のそれぞれからの発散光束を平行
光束に変換し、物体面１０上で完全に重ね合せる
ものである。 Returning to FIG. 1, a positive lens 6 is disposed immediately after the optical integrator 5, and an aperture 7 is disposed immediately after this, and the light beam reflected by the reflector 8 is directed to an object by a collimator lens 9. The light is focused on the surface 10. The aperture of the collimator lens 9 can be made small by the action of the positive lens 6, and the distance between the collimator lens 9 and the object plane 10 can be made small, so that the entire apparatus can be constructed more compactly. However, the distance between the collimator lens 9 and the object plane is a so-called working distance, and if it is desired to increase the working distance for some purpose, a negative lens can be placed in place of the positive lens 6. The aperture 7 is used to change the collimation half angle of the illumination light by changing its aperture. The reflector 8 simply serves to bend the traveling direction of the light beam by 90 degrees. The collimator lens 9 is arranged so that its front focus matches the position of the secondary light source image formed by the rear surface of the optical integrator 5, that is, the front small lens 11 of the optical integrator. The diverging light beams from each of the lenses 12 are converted into parallel light beams, and the parallel light beams are completely superposed on the object plane 10.
以上のごとき本発明の構成において、光源ａは
完全な点光源ではなく、光源像a′にある大きさが
あるため、コリメーシヨンレンズ４を射出する光
束は光源像a′の大きさに相当する角度で広がる発
散光束となる。ここで、コリメーシヨンレンズ４
の収斂作用により、橢円鏡２の開口面ｂの像b′が
第４図に示すごとく、コリメーシヨンレンズ４の
後方距離ｄの位置に形成されるので、この位置に
オプテイカルインテグレーター５を配置すること
によつて、ケラレを防ぐことができる。もし、コ
リメーシヨンレンズが従来のように発散性の凹レ
ンズであるならば、橢円鏡２の開口面ｂの像b′は
コリメーシヨンレンズの前方に形成されるためケ
ラレを防ぐことはできない。 In the configuration of the present invention as described above, the light source a is not a complete point light source, but has a certain size in the light source image a', so the light flux exiting the collimation lens 4 corresponds to the size of the light source image a'. It becomes a diverging beam of light that spreads at an angle of . Here, collimation lens 4
Due to the convergence action, an image b' of the aperture surface b of the rectangular mirror 2 is formed at a distance d behind the collimation lens 4, as shown in FIG. 4, so the optical integrator 5 is placed at this position. This arrangement can prevent vignetting. If the collimation lens is a concave diverging lens as in the past, the image b' of the aperture surface b of the rectangular mirror 2 will be formed in front of the collimation lens, making it impossible to prevent vignetting. .
第４図に示すごとく、コリメーシヨンレンズ４
の焦点距離を、橢円鏡２の開口面ｂとコリメー
シヨンレンズ４との距離をｌとすると、コリメー
シヨンレンズ４と橢円鏡２の開口面ｂの像b′との
距離ｄは、周知のごとく、
ｄ＝・ｌ／ｌ−
と表わされる。 As shown in Figure 4, the collimation lens 4
When the distance between the aperture b of the rectangular mirror 2 and the collimation lens 4 is l, the distance d between the collimation lens 4 and the image b' of the aperture b of the rectangular mirror 2 is , as is well known, is expressed as d=·l/l−.
上記のように、コリメーシヨンレンズ４に関し
て橢円鏡の開口面と共役な位置に、オプテイカル
インテグレーターを配置することによつてケラレ
をほぼ完全に除くことができるが、橢円鏡による
集光の不均一性が問題となる。すなわち、実際の
橢円鏡による集光系において、コリメーシヨンレ
ンズ４に関して橢円鏡２の開口面ｂと共役な位置
では、橢円鏡２の開口面ｂの光量分布を反映して
環状の光量分布となるため、物体面１０上への照
明にも不均一性を生じてしまうのである。第５図
はコリメーシヨンレンズ４と橢円鏡の開口面像
b′との間の４ケ所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける光量分
布を示したものである。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各位置
における光束断面にそつた光強度は各位置での基
準線x1、x2、x3、x4を零強度とし、左側を高い強
度として示されている。図示のごとく、橢円鏡の
開口面の像b′が形成されるＤ位置では光強度が中
央部でほとんど零であるが、Ｃ位置でいくぶん平
均化され、ほぼ中間のＢ位置では中央部の強度が
かなり、高まつており、Ａ位置ではほぼ均一にな
つている。このため、オプテイカルインテグレー
ター５はできる限りコリメーシヨンレンズ４に近
づけることが望ましい。しかしながら、光源に大
きさがあるため、コリメーシヨンレンズ４に近い
ほど光束巾は大きくなり、オプテイカルインテグ
レーター５の口径をより大きくする必要が生ず
る。実際にはオプテイカルインテグレーター５を
中間のＢ位置よりはコリメーシヨンレンズ４に近
い位置に配置することが望ましい。即ち、コリメ
ーシヨンレンズ４とオプテイカルインテグレータ
ー５との距離Ｄは
Ｄ＜ｄ／２＝・ｌ／２（ｌ−）
の条件を満足することが望ましい。 As mentioned above, vignetting can be almost completely eliminated by arranging the optical integrator at a position conjugate with the aperture surface of the rectangular mirror with respect to the collimation lens 4; The problem is the heterogeneity of That is, in an actual condensing system using a circular mirror, at a position conjugate with the aperture surface b of the circular mirror 2 with respect to the collimation lens 4, an annular shape is formed reflecting the light intensity distribution of the aperture surface b of the circular mirror 2. Because of the light amount distribution, non-uniformity also occurs in the illumination onto the object plane 10. Figure 5 is an aperture image of the collimation lens 4 and the oval mirror.
This figure shows the light amount distribution at four locations A, B, C, and D between the point and the point b'. The light intensity along the beam cross section at each position of A, B, C, and D is shown with reference lines x 1 , x 2 , x 3 , and x 4 at each position as zero intensity, and the left side as high intensity. . As shown in the figure, at position D, where image b' of the aperture surface of the rectangular mirror is formed, the light intensity is almost zero at the center, but it is somewhat averaged at position C, and at position B, which is approximately in the middle, the light intensity is almost zero at the center. The intensity has increased considerably and is almost uniform at position A. For this reason, it is desirable that the optical integrator 5 be placed as close to the collimation lens 4 as possible. However, since the light source has a size, the closer the light source is to the collimation lens 4, the larger the luminous flux width becomes, making it necessary to make the aperture of the optical integrator 5 larger. In reality, it is desirable to arrange the optical integrator 5 at a position closer to the collimation lens 4 than at the intermediate position B. That is, it is desirable that the distance D between the collimation lens 4 and the optical integrator 5 satisfy the following condition: D<d/2=.l/2(l-).
ここで、前述したとおり、オプテイカルインテ
グレーター５の前側小レンズ１１の像が物体面１
０上に形成されるのであるから、オプテイカルイ
ンテグレーターの前側小レンズが楕円鏡開口面像
b′の形成されるＤ位置にある時に、物体面上での
照明の不均一性が最も著しくなることが明らかで
ある。従つて、上記条件におけるコリメーシヨン
レンズ４とオプテイカルインテグレーター５との
距離Ｄとは、実用的にはコリメーシヨンレンズ４
とオプテイカルインテグレーターの前側小レンズ
との距離として構成すべきことは言うまでもな
い。 Here, as mentioned above, the image of the front small lens 11 of the optical integrator 5 is
0, the front small lens of the optical integrator is formed on the elliptical mirror aperture image.
It is clear that the non-uniformity of illumination on the object plane is most significant at position D where b' is formed. Therefore, the distance D between the collimation lens 4 and the optical integrator 5 under the above conditions is practically the distance D between the collimation lens 4 and the optical integrator 5.
It goes without saying that this should be configured as the distance between the lens and the front small lens of the optical integrator.
上記の条件を外れる場合には、ケラレを防止し
て照明効率を高く維持するには有利となる傾向に
あるものの、オプテイカルインテグレーターの位
置が環状の光量分布となる位置に近づくためオプ
テイカルインテグレーターを用いたとしても照明
ムラが著しくなり、ケラレを防止しつつ同時に均
一な照明を維持することが難しくなる。 If the above conditions are not met, it tends to be advantageous to prevent vignetting and maintain high lighting efficiency, but the position of the optical integrator approaches the position where an annular light intensity distribution occurs, so the optical integrator is Even if it is used, illumination unevenness will be significant, making it difficult to prevent vignetting and maintain uniform illumination at the same time.
尚、上記の構成において、絞りの開口径を変え
ることによつてコリメーシヨンハーフアングルを
変えることができるが、第６図ａのごとく絞り径
を大きくする時にはコリメーシヨンレンズを焦点
距離の大きなものに、また第６図ｂのごとく絞り
径を小さくする時には焦点距離の小さなものに交
換することにより、常に損失なく最高の集光効率
を維持することができる。 In the above configuration, the collimation half angle can be changed by changing the aperture diameter of the diaphragm, but when increasing the diaphragm diameter as shown in Figure 6a, the collimation lens has a large focal length. In addition, when reducing the aperture diameter as shown in FIG. 6b, by replacing the aperture with one with a smaller focal length, the highest light collection efficiency can always be maintained without loss.
以上のごとく本発明によれば、マスクによる回
折像の影響を十分に除去しつつ、均一で極めて集
光効率の高いマスク照明光学系が達成された。 As described above, according to the present invention, a mask illumination optical system that is uniform and has extremely high light collection efficiency while sufficiently eliminating the influence of the diffraction image due to the mask has been achieved.
第１図は本発明における照明光学系の実施例を
示す概略断面図、第２図ａはオプテイカルインテ
グレーターの縦断面図、第２図ｂはその横断面
図、第３図ａはオプテイカルインテグレーターの
別の実施例の縦断面図、第３図ｂはその横断面
図、第４図は橢円鏡の開口面の像がコリメーシヨ
ンレンズの後方距離の位置に形成される説明図、
第５図はコリメーシヨンレンズと橢円鏡の開口面
像との間の４カ所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける光量分
布を示す説明図、第６図ａは絞りの開口径を大き
くするときの、第６図ｂは絞り径を小さくすると
きのコリメーシヨンレンズの種類を示す説明図で
ある。
〔主要部分の符号の説明〕、２…橢円鏡、３…
コールドミラー、４…コリメーシヨンレンズ、５
…オプテイカルインテグレーター。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the illumination optical system according to the present invention, FIG. 2 a is a vertical cross-sectional view of an optical integrator, FIG. 2 b is a cross-sectional view thereof, and FIG. 3 a is an optical integrator. 3b is a cross-sectional view thereof, and FIG. 4 is an explanatory diagram in which the image of the aperture surface of the rectangular mirror is formed at a distance behind the collimation lens.
Figure 5 is an explanatory diagram showing the light intensity distribution at four locations A, B, C, and D between the collimation lens and the aperture image of the rectangular mirror, and Figure 6 a is when increasing the aperture diameter of the diaphragm. FIG. 6b is an explanatory diagram showing the types of collimation lenses used when reducing the aperture diameter. [Explanation of the symbols of the main parts], 2...Oroen mirror, 3...
Cold mirror, 4... Collimation lens, 5
...Optical integrator.
Claims (1)
の第１焦点に配置された発光管とを有し、該楕円
鏡の開口面上にて環状の光量分布をもつて前記発
光管からの光束を第２焦点上に集光する光源装置
と、該光源装置からの光束を平行光束に変換する
ための平行光束変換手段と、該平行光束から多数
の２次光源像と該２次光源像による多数光束を形
成するために互いの焦点距離にほほ等しい距離だ
け隔てて配置された前側小レンズ群と後側小レン
ズ群とを有するオプテイカルインテグレーター
と、該オプテイカルインテグレーターからの光束
を物体側へ導くための収斂性レンズとを有する照
明光学系において、 前記平行光束変換手段は前記楕円鏡の第２焦点
の射出光側に配置された収斂性コリメーシヨンレ
ンズであり、該収斂性コリメーシヨンレンズの前
側焦点が前記楕円鏡の第２焦点にほぼ合致するよ
うに配置され、該収斂性コリメーシヨンレンズの
射出光側の平行光束中に配置される前記オプテイ
カルインテグレーターは、前記収斂性コリメーシ
ヨンレンズにより該コリメーシヨンレンズの射出
光側に形成される前記楕円鏡開口面の像位置と該
収斂性コリメーシヨンレンズとの間に配置され、
該コリメーシヨンレンズの焦点距離をｆ、前記楕
円鏡の開口から該コリメーシヨンレンズまでの距
離をｌとするとき、オプテイカルインテグレータ
ーの前側小レンズ群と前記コリメーシヨンレンズ
との距離Ｄは、 Ｄ＜ｆ・ｌ／２（ｌ−ｆ） の条件を満たすごとく構成されていることを特徴
とする照明光学系。[Claims] 1. An elliptical mirror having first and second focal points, and an arc tube disposed at the first focal point of the elliptical mirror, and an annular light amount on the aperture surface of the elliptical mirror. a light source device for condensing the light beam from the arc tube onto a second focal point with a distribution; a parallel light beam conversion means for converting the light beam from the light source device into a parallel light beam; an optical integrator having a front small lens group and a rear small lens group arranged at a distance approximately equal to each other's focal length to form a multiple light beam by a secondary light source image and the secondary light source image; In the illumination optical system including a convergent lens for guiding the light flux from the optical integrator toward the object side, the parallel light flux conversion means includes a convergent collimation disposed on the exit light side of the second focal point of the elliptical mirror. A lens, arranged so that the front focal point of the convergent collimation lens substantially coincides with the second focal point of the elliptical mirror, and arranged in a parallel light beam on the exit light side of the convergent collimation lens. The optical integrator is disposed between the convergent collimation lens and an image position of the elliptical mirror aperture surface formed on the exit light side of the collimation lens by the convergent collimation lens,
When the focal length of the collimation lens is f and the distance from the aperture of the elliptical mirror to the collimation lens is l, the distance D between the front small lens group of the optical integrator and the collimation lens is , D<f·l/2(l−f).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP15874079A JPS5681813A (en) | 1979-12-08 | 1979-12-08 | Mask lighting optical system |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP15874079A JPS5681813A (en) | 1979-12-08 | 1979-12-08 | Mask lighting optical system |
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Publications (2)
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| JPS5681813A JPS5681813A (en) | 1981-07-04 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
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Families Citing this family (19)
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|---|---|
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