KR100483981B1 - 펄스폭신장광학계및이러한광학계를갖춘노광장치 - Google Patents

펄스폭신장광학계및이러한광학계를갖춘노광장치 Download PDF

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Abstract

펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 것에 의하여 발광시간내의 평균 에너지를 저감한다.
펄스광을 복수의 광로에 따라 분할하기 위한 광 분할수단과 복수의 광로를 따르는 분할 펄스광을 동일한 광로에 따라 합성하기 위한 광 합성수단이 포함되어 있고, 동일한 광로에 따라 합성된 합성 펄스광의 강도가 복수의 광로에 따라 분할되는 원 펄스광의 강도보다 실질적으로 더 작게 되도록 복수의 광로는 서로 소정의 광로차를 가진다.

Description

펄스폭 신장 광학계 및 이러한 광학계를 갖춘 노광장치
본 발명은 펄스폭 신장 광학계 및 이러한 광학계를 갖춘 노광장치, 특히 펄스 레이저 광원으로부터의 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 광학계 및 이러한 광학계를 갖춘 노광장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 광학계를 갖춘 노광장치를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 16은 펄스 레이저 광원을 갖춘 종래의 노광장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16에 도시된 노광장치에 있어서, 펄스 발광하는 레이저 광원(1)으로부터 출사된 광속은 빔 정형 광학계(2)에 의하여 소정의 빔 단면형상으로 정형된 후, 프라이아이(fly-eye) 렌즈(3)에 입사한다. 프라이아이 렌즈(3)에 입사한 광속은 프라이아이 렌즈(3)의 후 측 초점위치에 복수의 광원 상(2차 광원)을 형성한다.
복수의 2차 광원으로부터의 광속은 개구조리개(4)를 거쳐 제한된 후, 콘덴서 렌즈(6)에 의하여 집광되고, 마스크(6)를 중첩적으로 균일하게 조명한다. 마스크(6)상에는 반도체 집적회로 등 매우 미세한 패턴이 그려져 있다. 마스크(6)의 패턴은 투영광학계(7)를 거쳐 웨이퍼(8)상에 축소 투영 또는 확대 투영된다. 이때, 웨이퍼(8)상에 형성될 수 있는 미세 패턴의 크기는 레이저 광원(1)으로부터의 광의 파장에 비례한다. 그러므로, 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위하여는 레이저 광원(1)으로부터의 광의 파장을 가능한 한, 짧게 하는 것이 필요하다.
그러나, 펄스 발광의 레이저 광원에 있어서는 펄스광의 발광시간 내의 평균에너지가 상당히 크다. 예를 들면, 파장 193㎝의 ArF 엑시머레이저의 경우, 빔 단면형상을 20㎜×5㎜로 하고, 발광시간을 10nsec으로 하면, 발광시간 내의 평균 에너지는 10MW/㎠가 된다.
레이저광의 파장이 짧아짐에 따라 발광시간 내의 평균에너지가 증대함으로, 광학재료의 레이저 내성이 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 파장이 짧은 레이저광을 사용하는 종래의 광학계에 있어서는 렌즈 재료의 투과율 저하, 반사방지 코팅이나 반사 미러의 성능 저하 등으로 인하여, 광학계 전체로서의 광 투과율의 저하, 조명력의 저하, 조도 균일성의 악화 등이 발생한다. 또한, 파장이 짧은 레이저광을 사용하는 종래의 노광장치에 있어서는 투영 광학계의 렌즈 재료의 굴절율 변화로 인하여 수차가 발생하고, 투영광학계의 결상 성능에 중대한 악영향을 주는 경우도 있다.
예를 들면, 노광장치의 광원으로서 근년에 주목을 받고 있는 ArF 엑시머 레이저(파장:193 nm)를 사용하는 경우에는 합성 석영유리와 형석 등 두 종류의 광학굴절재료만 실질적으로 사용할 수 있었다. 더구나, 이러한 합성 석영유리와 형석은 모두 어느 한계 값 이상의 에너지 밀도를 가지는 레이저 광에 대하여 서서히 투과율이 저하되는 것이 관측되었다. 이로 인하여, 종래의 기술에 있어서는 광학계의 성능 저하를 피하고, 그 내구성을 유지하기 위하여, 광학계를 대형화하여 단위면적당 에너지 밀도를 감소시키지 않을 수 없었다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여, 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장시킴으로써, 발광시간 내의 평균에너지를 저감시킬 수 있는 펄스폭 신장 광학계 및 이러한 광학계를 갖춘 노광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한 이와 같은 노광장치를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 발명에 있어서는 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 펄스폭 신장광학계에 있어서, 펄스광을 복수의 광로에 따라 분할하기 위한 광 분할수단과 복수의 광로에 따라 분할된 펄스광을 동일한 광로에 따라 합성하기 위한 광 합성수단이 포함되어 있고, 상기 동일한 광로에 따라 합성된 합성 펄스광의 강도가 복수의 광로에 따라 분할되는 원 펄스광의 강도보다 실질적으로 더 작아지도록, 복수의 광로가 서로 소정의 광로차를 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계를 제공한다.
제 1 발명의 바람직한 태양에 의하면, 전술한 소정의 광로차는 원 펄스광의 발광시간 내에 있어서 발광강도가 피크강도의 1/2 이상인 시간과 광속과의 적(積)보다도 크다. 또한 복수의 광로 중 적어도 하나의 광로 중에는 광 분할수단의 분할면과 광 합성수단의 합성 면을 실질적으로 공역으로 구성하기 위한 릴레이 광학계가 제공되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 발명에 있어서는, 패턴이 형성된 마스크를 거의 균일하게 조명하기 위한 조명광학계가 포함되어 있고, 마스크 상에 형성된 패턴의 상을 감광기판 위에 형성하는 노광장치에 있어서, 상기 조명광학계에는 펄스를 발광하는 광원과 이러한 광원으로부터의 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하기 위한 펄스폭 신장광학계가 포함되어 있고, 이러한 펄스폭 신장광학계에는 상기 펄스광을 복수의 광로에 따라 분할하기 위한 광 분할수단과 복수의 광로를 따르는 분할 펄스광을 동일한 광로에 따라 합성하기 위한 광 분할수단이 포함되어 있으며, 상기 동일한 광로에 따라 합성된 합성 펄스광의 강도가 복수의 광로에 따라 분할되는 원 펄스광의 강도보다 실질적으로 더 작아지도록, 복수의 광로가 소정의 광로차를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
제 2 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 조명광학계에는 펄스폭 신장광학계를 거쳐 형성된 합성펄스광에 근거하여, 다수의 광원 상을 형성하기 위한 다수 광원 상 형성수단과 이러한 다수 광원 상 형성수단에 의하여 형성된 다수의 광원 상으로부터의 광속을 집광하여 마스크 상을 중첩적으로 조명하는 집광광학계가 포함되어 있다. 본 발명은 또한 제 2 발명의 노광장치를 사용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 펄스광을 복수의 광로에 따라 분할한 후, 복수의 분할 펄스광을 동일한 광로에 따라 합성한다. 이러한 경우에, 동일한 광로에 따라 합성된 합성펄스광의 강도가 광로에 따라 분할되는 원 펄스광의 강도보다 실질적으로 더 작아지도록, 복수의 광로는 서로 소정의 광로차를 가진다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장시킴으로써, 발광시간 내의 평균에너지, 즉 단위시간당 에너지를 저감할 수 있다. 따라서, 펄스 발광 광원을 사용하는 일반 광학계에서는 광 조사에 의한 광학재료의 성능 저하를 피할 수 있다. 특히, 펄스 발광의 레이저 광원을 사용하는 노광장치에서는 레이저 조사에 의한 투영광학계의 결상 성능의 저하를 방지하여, 미세패턴을 양호하게 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 양호한 성능을 가지는 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 레이저 광원으로부터 출사되는 펄스광의 에너지의 시간변화를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 펄스폭 신장광학계에는 거의 직선 편광의 펄스광을 발하는 레이저 광원(1)이 포함되어 있다. 레이저 광원(1)으로부터의 펄스광의 편광방향은 도 1의 지면에 대하여 수직 또는 평행으로 되어 있다.
레이저 광원으로부터 출사된 펄스광은 유도체 다층막으로 구성되는 반투과막을 가지는 반미러(10)에 입사되어, 반사광과 투과광으로 분할된다. 반미러(10)에서 1회째 반사된 광선은 분할 펄스광이 되어 미러(14)에 입사되고, 도면 중 우측으로 반사된다. 한편, 반미러(10)를 1회째 투과한 광선은 분할 펄스광이 되어 미러(11, 12,13)에 의하여 순차적으로 반사된 후, 반미러(10)에 다시 입사된다.
반미러(10)에 다시 입사된 광선 중 반미러(10)를 2회째 투과한 광선은 반미러(10)에서 1회째 반사된 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 반미러(10)에 재입사된 광선 중 반미러(10)에서 2회째 반사된 광선은 미러(11,12,13)에 의하여 순차반사된 후, 반미러(10)에 다시 입사된다.
이와 같이, 반미러(10)는 펄스광을 복수의 광로에 따라 분할하기 위한 광 분할수단과 복수의 광로에 따라 분할된 펄스광을 동일한 광로에 따라 합성하기 위한 광 합성수단을 구성하고 있다.
반미러(10)에 다시 입사된 광 중 반미러(10)를 3회째 투과한 광선은 반미러(10)에서 1회째 반사된 광선 및 반미러(10)를 2회째 투과한 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 이리하여, 반미러(10)에서 2 회 이상 반사된 광 성분은 미러(11,12, 13)를 거쳐 동일한 광로를 주회한다. 이에 의하여, 반미러(10)에서 2회 이상 반사된 광 성분은 주회할 때마다 반미러(10)를 투과하는 광선부분만큼 서서히 감쇠되고, 최종적으로는 모든 광선이 반미러(10)를 투과하게 된다. 이에 따라, 미러(11,12,13)의 반사율이 각각 100%이면, 원리적으로는 광량의 손실은 발생하지 아니한다.
펄스광의 발광시간(이하 "펄스폭"이라 한다)을 δ초라 하면, 발광시간 내에 진행하는 광의 거리(이하 "펄스길이"라 한다)는 3×108×δ(m)가 된다. 따라서, 반미러(10)와 미러(11,12,13)로 구성되는 광학계(이하 "주회광학계"라 한다)의 광로길이가 펄스길이보다 크면, 반미러(10)를 거쳐 순차 합성되는 복수의 분할 펄스광은 시간적으로 겹치지 아니한다. 도 3은 시간적으로 겹치지 아니하는 복수의 분할 펄스광으로 구성되는 합성펄스광의 에너지의 시간변화를 도시한 것이다.
일예로서, 발광시간, 즉 펄스폭(δ)을 10nsec으로 하면, 펄스길이는 3 m가 된다. 이에 따라, 주회 광학계의 광로길이를 3m 이상으로 하면, 합성되는 복수의 분할 펄스광은 시간적으로 겹치지 아니한다. 도 3을 참조하면, 주회 광학계의 작용에 의하여 펄스폭이 의사적으로 신장되어, 단위 시간당 에너지가 크게 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
더구나, 광로차(즉, 주회광학계의 광로길이)가 펄스길이 이하인 때에도, 각 분할 펄스광의 발광 에너지의 피크 위치를 시간적으로 겹치지 아니하도록 충분히 어긋나게 함으로써 합성 광의 평균에너지, 즉 단위시간당 에너지를 실질적으로 저감할 수 있다. 광로차를 예를 들면, 반치 펄스 길이로 설정함으로써 단위시간당 에너지를 실질적으로 저감할 수 있다. 여기에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 분할되는 원 펄스광의 발광 강도가 피크 강도(E)의 2분의 1이상인 시간을 반치 펄스폭이라 정의하고, 반치 펄스폭 사이에 광이 진행하는 거리를 반치 펄스 길이라 정의한다.
도 4는 광로차가 반치 펄스 길이와 같은 경우에, 합성 펄스광의 에너지의 시간변화를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 각 분할 펄스광의 발광 에너지의 피크 위치가 인접하는 펄스광의 반치 펄스폭의 외측에 위치하고 있다. 이와 같이, 광로차가 예를 들면, 반치 펄스길이와 같은 경우에도, 단위시간당 에너지를 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
반미러(10)에서 분할된 각 분할 펄스광의 에너지는 펄스광에 대한 반미러(10)의 반사율에 의존한다. 전술한 바와 같이, 반미러(10)의 반투과막은 유전체 다층막으로 구성되어 있고, 흡수손실과 산란손실은 미미한 것으로서 무시할 수 있다. 따라서, 반미러(10)의 반사율을 R 로 하면, 투과율(T)은 T = 1 - R 로 표시되며, 각 분할 펄스광의 에너지는 다음 식(1) 내지 (4)로 표시된다.
E1 = E · R (1)
E2 = E · (1 - R) · (1 - R) (2)
E3 = E · (1 - R) · R · (1 - R) (3)
En = E · (1 - R) · R(n-2) · (1 - R) (4)
상기 식에서, E : 반미러(10)에서 분할되는 원 펄스광의 에너지,
E1: 반미러(10)에서 1회째로 반사되는 분할 펄스광, 즉 제 1펄스광의 에너지,
E2: 주회 광학계를 일주한 후, 반미러(10)로부터 출사되는 분할 펄스광, 즉 제 2 펄스광의 에너지,
E3: 주회 광학계를 2주한 후, 반미러(10)로부터 출사되는 분할 펄스광, 즉 제 3 펄스광의 에너지,
En: 주회 광학계를 (n-1)주회한 후, 반미러(10)로부터 출사되는 분할 펄스광, 즉 제 n 펄스광의 에너지.
이러한 경우에는, 반미러(10)의 반사율(R)에 따라 제 1 펄스광의 에너지(E1)와 제 2 펄스광의 에너지(E2)가 최대로 된다. 그러므로, 합성광에서의 각 분할 펄스광의 발광강도의 최대치를 가능한 한 줄이려면, 제 1 펄스광의 에너지(E1)와 제 2 펄스광의 에너지(E2)가 거의 동등하게 되도록 반미러(10)의 반사율(R)을 설정하는 것이 바람직하다. 즉, E·R = E·(1-R)·(1-R)를 만족시킬 수 있도록 반미러(10)의 반사율(R)을 0.382 로 설정하는 것이 유리하다. 반미러(10)의 반사율(R)이 0.382 인 경우에, 각 분할 펄스광의 에너지(En)의 원 펄스광 에너지(E)에 대한 비는 다음의 식(5) 내지 (9)와 같이 표시된다.
제 1펄스광 E1 / E = 38.2% (5)
제 2펄스광 E2 / E = 38.2% (6)
제 3펄스광 E3 / E = 14.6% (7)
제 4펄스광 E4 / E = 5.6% (8)
제 5펄스광 E5 / E = 2.1% (9)
다만, 반미러의 투과율에는 제조 오차나 변동도 있기 때문에, 제 1 펄스광의 에너지와 제 2 펄스광의 에너지를 엄밀히 같게 하는 것은 어렵다. 그러므로, 제 1 펄스광 에너지(E1)와 제 2 펄스광 에너지(E2)는 원 펄스광 에너지(E)의 50% 이하가 되는 것을 최저조건으로 하여, 다음의 조건식(10 및 11)을 만족시키도록 설정하여도 된다.
E · R < 0.5 E (10)
E · (1 - R) · (1 - R) < 0.5E (11)
구체적으로는 조건식(10,11)을 만족시키는 반미러(10)의 반사율(R)은 다음의 조건식(12)을 만족시킨다.
29.3% < R < 50% (12)
제 1 실시예에서는 레이저 광원으로부터의 펄스광이 직선편광인 것으로 하고 있으나, 비편광, 원편광 또는 랜덤편광이어도 된다. 다만, 비편광, 원편광 또는 랜덤편광인 경우에는 S 편광에 대한 반미러의 반사율과 P 편광에 대한 반미러의 반사율이 같아지도록 구성하는 것이 바람직하다. S 편광에 대한 반미러의 반사율과 P 편광에 대한 반미러의 반사율이 다른 경우에는 S 편광에 대한 반사율과 P 편광에 대한 반사율의 평균반사율이 조건식(12)을 만족시키면, 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 경우에는 제 1 펄스광에서의 S 편광과 P 편광의 비율이 제 2 펄스광에서의 S 편광과 P 편광의 비율이 다르게 되나, 본 발명의 작용효과를 저해하지 아니한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 2 실시예의 펄스폭 신장광학계는 제 1 실시예와 유사한 구성을 가지지만, 광 분할수단과 광 합성수단을 구성하는 반미러의 투과 및 반사작용이 제 1 실시예와는 반대로 되어 있다. 제 2 실시예를 제 1 실시예와의 상위점을 참작하면서 설명하면 다음과 같다.
도 5의 펄스폭 신장 광학계에 있어서, 레이저 광원(1)으로부터 출사된 펄스광은 유전체 다층막으로 구성되는 반투과막을 가지는 반미러(20)에 입사하여 반사광과 투과광으로 분할된다. 반미러(20)를 1회째 투과한 광선은 분할 펄스광이 되어 도면 중 우측으로 진행한다. 한편, 반미러(20)에서 1회째 반사된 광선은 분할 펄스광이 되어 미러(21,22,23,24)에 의하여 순차 반사된 후, 반미러(20)에 다시 입사된다.
반미러(20)에 다시 입사한 광선 중 반미러(20)에서 2회째 반사된 광선은 반미러(20)를 1회째 투과한 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 반미러(20)에 다시 입사한 광선 중 반미러(20)를 2회째 투과한 광선은 미러(21,22,23,24)에 의하여 순차 반사된 후, 반미러(20)에 다시 입사한다.
반미러(20)에 다시 입사한 광선 중 반미러(20)에서 3회째 반사된 광선은 반미러(20)를 1회째 투과한 광선 및 반미러(20)에서 2회째 반사된 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 이리하여, 반미러(20)를 2회 이상 투과한 광 성분은 미러(21,22,23,24)를 거치는 동일한 광로를 주회한다. 이에 의하여, 반미러(20)를 2회 이상 투과한 광 성분은 주회할 때마다 반미러(20)에서 반사되는 광선부분만큼 서서히 감쇠되어, 최종적으로는 모든 광선이 반미러(20)에서 반사된다. 따라서, 미러(21,22,23,24)의 반사율이 각각 100%이면, 원리적으로는 광량손실이 발생하지 아니한다.
제 2 실시예에서는 반미러(20)의 투과 및 반사작용이 제 1 실시예와는 전혀 반대이다. 따라서, 제 2 실시예에 있어서, 제 1펄스광의 에너지와 제 2펄스광의 에너지가 거의 동등하게 되게 하는 반미러(20)의 투과율(T)은 제 1 실시예에 있어서, 제 1펄스광의 에너지와 제 2펄스광의 에너지가 거의 같아지게 되는 반미러(10)의 반사율(R)과 같다. 즉, 제 1펄스광의 에너지와 제 2펄스광의 에너지를 거의 같게 하려면, 반미러(20)의 투과율(T)을 38.2% 로 하면 된다.
이와 마찬가지로, 제 1펄스광 에너지(E1)와 제 2펄스광 에너지(E2)를 원 펄스광 에너지(E)의 50%이하로 하려면, 반미러(20)의 투과율(T)이 다음의 조건식(13)을 만족시키도록 구성하면 된다.
29.3% < T < 50% (13)
제 1 실시예와 마찬가지로, 레이저 광원(1)으로부터의 펄스광이 비편광, 원편광 또는 랜덤편광인 경우에, S 편광에 대한 투과율과 P 편광에 대한 투과율의 평균 투과율이 상기 조건식(13)을 만족시키면, 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 1 실시예와 제 2 실시예에서는 광 분할수단과 광 합성수단을 하나의 반미러로 구성하고 있는 것에 대하여, 제 3 실시예에서는 광 분할수단과 광 합성수단을 각각 하나의 편광 빔 스플리터로 구성하고 있다. 제 1 실시예 및 제 2 실시예와의 상위점을 참작하면서, 제 3 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 6의 펄스폭 신장 광학계에 있어서, 레이저 광원(1)에서 출사된 펄스광은 편광빔 스플리터(30)에 의하여 P 편광과 S 편광으로 분할된다. 즉, 편광빔 스플리터(30)를 투과한 P 편광의 분할 펄스광은 편광빔 스플리터(33)를 더 투과한다. 한편, 편광빔 스플리터(30)에서 반사된 S 편광의 분할 펄스광은 미러(31,32)에서 순차 반사된 후, 편광빔 스플리터(33)로 입사한다.
편광빔 스플리터(33)로 입사한 S 편광의 분할 펄스광은 편광빔 스플리터(33)에서 반사되어, 편광빔 스플리터(33)를 투과한 P 편광의 분할 펄스광과 동일한 광로에 따라 합성된다.
이와 같이, 편광빔 스플리터(30)는 펄스광을 복수의 광로에 따라 분할하기 위한 광 분할수단을 구성하고 있고, 편광빔 스플리터(33)는 복수의 광로에 따라 분할된 펄스광들을 동일한 광로에 따라 합성하기 위한 광 합성수단을 구성하고 있다.
따라서, 편광빔 스플리터(30,33)를 거치는 P 편광의 분할 펄스광과 편광빔 스플리터(30), 미러(31,32) 및 편광빔 스플리터(33)를 거치는 S 편광의 분할 펄스광 사이에는 소정의 광로차가 설정되어 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 광로차를 펄스길이보다 더 크게 설정하면, 합성 광에 있어서 2 개의 분할 펄스광들이 시간적으로 서로 겹치지 아니하며, 광로차를 예를 들면, 반치 펄스 길이로 설정하면, 합성광의 단위시간당 에너지를 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
제 3 실시예에서는 주회 광학계가 존재하는 제 1 실시예 및 제 2 실시예와는 달리, 원 펄스광은 2개의 광로에 따라 분할된 후 합성될 뿐이다. 따라서, 비편광, 원편광, 랜덤편광 등과 같이, 원 펄스광이 편광빔 스플리터에 대하여 P 편광의 성분과 S 편광의 성분이 항시 동등한 광이면, 분할된 2 개의 분할펄스의 에너지는 각각 원 펄스광 에너지의 약 50% 가 된다.
한편, 원 펄스광이 직선 편광이나 타원 편광의 경우에는 편광빔 스플리터에 대하여 P 편광의 성분과 S 편광의 성분이 항상 같아지지 아니한다. 따라서, 분할된 2개의 분할 펄스광의 강도가 거의 동등하게 되도록 편광빔 스플리터의 편광 축을 배치하는 것이 유리하다. 즉, 원 펄스 편광이 직선 편광이고, 그 편광방향이 도 6 의 지면에 대하여 수직 또는 평행인 경우에는 편광빔 스플리터의 편광 축을 지면에 대하여 거의 45°로 배치하는 것이 바람직하다.
제 3 실시예에서는 편광빔 스플리터(30,33)를 대신하여 반미러를 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는 광 합성수단을 구성하는 반미러(참조번호 33 의 편광빔 스플리터에 상당)에 있어서, 도면 중 아랫방향으로의 광 누출에 기인하는 광량손실이 생긴다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 4 실시예의 펄스폭 신장광학계는 제 1 실시예와 유사한 구성을 가지나, 주회 광학계의 광로 중에 파장판(41)이 부설되어 있는 점만이 제 1 실시예와 기본적으로 다르다. 제 1 실시예와의 상위점을 참작하면서, 제 4 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 7의 펄스폭 신장 광학계에는 거의 직선 편광의 펄스광을 발광하는 레이저 광원(1)이 제공되어 있다. 레이저 광원(1)으로부터의 펄스광은 도 1의 지면에 대하여 평행인 편광방향을 가지는 P 편광으로 한다.
레이저 광원(1)에서 출사된 P 편광의 펄스광은 반미러(40)에 입사하여 반사광과 투과광으로 분할된다. 반미러(40)에서 1회째 반사된 광선은 분할 펄스광이 되어 미러(14)로 입사하고, 도면 중 우측으로 반사된다. 한편, 반미러(40)를 1회째 투과한 광선은 분할 펄스광이 되어, 미러(11,12)에 의하여 순차 반사된 후, 1/2 파장판(41)으로 입사한다.
1/2 파장판(41)은 지면에 대하여 결정축이 45°의 각도를 이루는 수정으로 구성되어 있다. 따라서, 1/2 파장판(41)은 주회광학계를 통과하는 광선의 편광방향을 90°만 회전시키는 역할을 한다. 즉, 1/2 파장판(41)을 통과할 때, P 편광은 S 편광으로, S 편광은 P 편광으로 각각 변환된다. 따라서, 1/2 파장판(41)을 거쳐 S 편광으로 변환된 분할 펄스광은 반미러(40)로 다시 입사한다.
반미러(40)에 다시 입사한 광선 중 반미러(40)를 2회 투과한 광선은 반미러(40)에서 1회째 반사된 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 한편, 반미러(40)에 다시 입사한 광선 중 반미러(40)에서 2회째 반사된 광선은 미러(11,12)에 의하여 순차 반사된 후, 1/2 파장판(41)으로 입사한다. 1/2 파장판(41)을 거쳐 P 편광으로 변환된 분할 펄스광은 반미러(40)에 다시 입사한다.
반미러(40)에 다시 입사한 광선 중 반미러(40)를 3회 투과한 광선은 반미러(40)에서 1회 반사된 광선 및 반미러(40)를 2회 투과한 광선과 동일한 광로에 따라 합성된다. 이에 의하여, 반미러(40)에서 2 회 이후에 반사된 광 성분은 미러(11,12), 1/2 파장판(41) 및 미러913)를 거치는 동일한 광로를 주회한다. 따라서, 반미러(40)에서 2회째 이후에 반사된 광 성분은 주회마다 편광상태가 P 편광과 S 편광 사이에서 교호적으로 변하고, 반미러(40)를 투과하는 광선의 분량만큼 서서히 감쇠하여, 최종적으로는 모든 광선이 반미러(40)를 투과하게 된다.
반미러(40)에서 분할된 각 분할 펄스광의 에너지는 펄스광에 배한 반미러(40)의 반사율에 의존한다. 즉, P 편광에 대한 반미러(40)의 반사율을 Rp라 하고, S 편광에 대한 반미러(40)의 반사율을 Rs라 하면, 제 1펄스광 내지 제 3펄스광의 에너지(E1 내지 E3)는 다음의 식(14) 내지 (16)으로 표시된다.
E1 = E · Rp (14)
E2 = E · (1 - Rp) · (1 - Rs) (15)
E3 = E · (1 - Rp) · Rs · (1 - Rp) (16)
제 3 실시예에서는 주회 광학계의 광로 중에 부설된 1/2 파장판(41)을 거쳐 분할 펄스광의 편광방향을 교호적으로 변화시킴으로써, 제 1 펄스광의 에너지(E1), 제 2 펄스광의 에너지(E2) 및 제 3 펄스광의 에너지(E3)를 거의 같게 할 수 있다. 식(14) 내지 (16)에 표시된 각 펄스광의 에너지가 서로 같게 될 때, P 편광에 대한 반미러(40)의 반사율(Rp)은 29.3%가 되고, S 편광에 대한 반미러(40)의 반사율(Rs)은 58.6%가 된다.
이러한 경우에, 3개의 펄스광 에너지(E1 내지 E3)는 원 펄스광 에너지(E)의 약 29.3%가 된다. 이와 같이, 제 4 실시예에서는 2개의 분할 펄스광의 에너지(E1, E2)를 원 펄스광 에너지(E)의 약 38.2%로 최적화할 수 있는 제 1 실시예보다도 각 분할 펄스광 당 에너지를 더 저감시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 반미러(40)의 반사율의 오차를 고려하여, 3개의 펄스광 에너지(E1 내지 E3)가 원 펄스광 에너지(E)의 약 40% 이하로 되는 것을 최저조건으로 하고, 다음의 조건식(17) 내지 (19)을 만족시키도록 구성할 수도 있다.
E · Rp < 0.4 E (17)
E · (1 - Rp) · (1 - Rs) < 0.4 E (18)
E · (1 - Rp) · Rs · (1 - Rp) < 0.4 E (19)
레이저 광원(1)으로부터의 펄스광에 지면에 대하여 수직인 편광방향을 가지는 S 편광인 경우에는 상기 식(14) 내지 (19)에 있어서 Rp와 Rs를 서로 바꾸어 생각하면 된다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 5 실시예의 펄스폭 신장광학계는 도 5 의 제 2 실시예와 유사한 구성을 가지나, 주회 광학계의 광로 중에 파장판(51)이 부설되어 있는 점만이 제 2 실시예와 기본적으로 다르다. 즉, 제 5 실시예에서는 제 4 실시예와 마찬가지로, 제 1내지 제 3펄스광의 에너지(E1 내지 E3)가 서로 거의 같게 되도록 구성할 수 있다. 제 5 실시예를 제 2 실시예 및 제 4 실시예와의 상위점을 참작하면서 설명하면 다음과 같다.
제 5 실시예에서는, 레이저 광원(1)으로부터의 펄스광이 지면에 대하여 평행인 편광방향을 가지는 P 편광인 경우에는, 제 4 실시예에서의 반사율(Rp 및 Rs)을 각각 투과율(Tp 및 Ts)로 치환하여 생각하면 된다. 따라서, 반미러(50)의 P 편광에 대한 투과율(Tp)이 29.3%이고, 반미러(50)의 S 편광에 대한 투과율(Ts)이 58.6%라는 조건을 만족시킬 때, 3개의 분할 펄스광의 에너지(E1 내지 E3)가 서로 동등하게 된다.
레이저 광원(1)으로부터의 레이저 광이 지면에 대하여 수직인 편광방향을 가지는 S 편광인 경우에는 반미러(50)의 투과율(Tp,Ts)을 서로 바꾸어 생각하면 된다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 6 실시예의 펄스폭 신장광학계는 도 5의 제 2 실시예와 유사한 구성을 가지나, 주회 광학계의 광로 중에 케플러(Kepler)형 릴레이 광학계(61,62)가 부설되어 있는 점만이 제 2 실시예와 기본적으로 다르다. 제 2 실시예와의 상위점을 참작하면서, 제 6 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 9의 펄스폭 신장광학계에 있어서, 주회광학계의 광로 중에 부설된 케플러형 릴레이 광학계(61,62)는 광 분할수단으로서의 반미러(20)의 분할 면과 광 합성 수단으로서의 반미러(20)의 합성 면이 거의 공역으로 구성되어 있다.
레이저 광원(1)으로서 엑시머 레이저와 같은 발산각이 큰 광원을 레이저 광원(1)으로 이용하는 경우에는, 도 5의 제 2 실시예에서는 주회 광학계를 거치는 회수가 커질수록 분할 펄스광만큼 발산각에 의한 빔의 퍼짐이 크게 발생한다.
도 10은 도 5의 제 2 실시예에 있어서, 주회 광학계를 거치는 회수가 큰 분할 펄스광만큼 발산각에 의한 퍼짐이 크게 발생하는 모양을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10에는 반미러(20)에서 합성될 때, 제 1펄스광, 제 2펄스광 및 제 3펄스광의 빔 강도의 단면형상이 각각 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 5의 제 2 실시예에서는 반미러(20)에서 복수의 분할 펄스광이 합성될 때, 각 분할 펄스광의 빔 단면 형상이 서서히 변화하는 것을 알 수 있다.
도 9의 제 6 실시예의 펄스폭 신장 광학계에 있어서는 주회 광학계의 광로 중에 케플러형 릴레이 광학계(61,62)가 부설되어 있기 때문에, 주회광학계를 거치는 회수에 관계없이, 발산각에 의한 빔의 퍼짐이 증대되지 아니한다. 제 6 실시예에서는 릴레이 광학계(61,62)의 배율이 -1배로 되어있기 때문에, 제 1펄스광과 제 2펄스광은 상대적으로 180°만큼 회전하여 합성된다.
이에 따라, 도 11 에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저 광원(1)이 대칭성이 좋지 않은 빔 단면 형상의 펄스광을 출사하는 경우에도, 도 12 에 도시된 바와 같이, 홀수번째의 펄스광과 짝수번째의 펄스광이 180°만큼 회전하여 합성된다. 이와 같이, 제 6 실시예에서는 반미러(20)의 분할 면과 합성 면이 거의 공역으로 구성되어 있고, 발산각에 의한 빔의 퍼짐의 증대를 피하는 한편, 합성광의 빔 단면형상을 거의 대칭이 되도록 개선할 수 있다.
도 9의 제 6 실시예에 있어서는 레이저 광원(1)과 반미러(20)를 연결하는 광로와 미러(22)와 미러(23)를 연결하는 광로가 교차하도록 구성되어 있다. 그러나, 광로의 교차가 바람직하지 아니한 경우에는 미러(21,22,23,24) 및 릴레이 광학계(61,62)를 포함하는 면을 예를 들면, 지면에 대하여 수직인 방향에 따라 배치함으로써 광로의 교차를 회피할 수도 있다. 레이저 광학계의 배율은 1배 또는 -1배로 구성하는 것이 바람직하다. 그 외에도, 레이저 광학계의 중간점에 집광점이 형성되기 때문에, 광학소자가 집광점으로부터 충분히 떨어지도록 구성하여 손상을 방지할 필요가 있다.
도 13은 본 발명의 제 7 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 7 실시예의 펄스폭 신장광학계는 도 1의 제 1 실시예와 유사한 구성을 가지나, 주회 광학계의 광로 중에 케플러형 릴레이광학계(70,71)가 부설되어 있다는 점만이 제 1 실시예와 기본적으로 다르다. 따라서, 제 7 실시예에서는 제 6 실시예와 마찬가지로, 광 분할수단의 분할 면과 광 합성수단의 합성 면이 거의 공역으로 구성되어 있고, -1배의 배율을 가지는 릴레이 광학계(70,71)의 작용에 의하여, 반사각에 의한 빔의 퍼짐의 증대를 피하는 동시에, 합성광의 빔 단면 형상을 거의 대칭이 되도록 개선할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제 8 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 8 실시예의 펄스폭 신장광학계는 도 6의 제 3 실시예와 유사한 구성을 가지나, 분할된 2개의 광로 중 광로길이가 긴 쪽의 광로 중에 케플러형 릴레이 광학계(80,81)가 부설되어 있는 점만이 제 3 실시예와 기본적으로 다르다. 이에 따라, 제 8 실시예에서는 제 6 및 제 7 실시예와 마찬가지로, 광 분할수단의 분할 면과 광 합성수단의 합성 면을 거의 공역으로 구성하고, -1배의 배율을 가지는 릴레이 광학계(80,81)의 작용에 의하여 발산각에 의한 빔의 퍼짐의 증대를 피하는 동시에, 합성광의 빔 단면 형상을 거의 대칭이 되도록 개선할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제 9 실시예에 관한 펄스폭 신장광학계가 포함되어 있는 노광장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
제 9 실시예의 노광장치에는 펄스발광의 광원으로서 엑시머 레이저 광원(60)이 포함되어 있다. 엑시머 레이저 광원(60)에서 출사된 펄스광은 케플러형 릴레이 광학계(91,92)에서는 엑시머 레이저 광원(60)의 레이저 출사구와 반미러(20)의 분할 면이 거의 공역으로 구성되어 있다.
케플러형 릴레이 광학계(91,92)의 배율은 광원(60)에서 출사되는 펄스광의 빔 단면형상과 반미러(20)의 크기에 따른 적절한 배율로 규정되어 있다. 이에 따라, 릴레이 광학계(91,92)의 광축에 대하여 광원(60)의 각도가 어긋나더라도, 광원(60)으로부터의 펄스광은 반미러(20)에 정확히 안내될 수 있다.
반미러(20)에 입사한 펄스광은 도 9의 제 6 실시예의 퍽스폭 신장 광학계와 마찬가지로, 반미러(20)를 투과하는 펄스광과 반미러(20)에서 반사되는 주회 광학계로 안내되는 펄스광으로 분할된다. 주회 광학계로 안내된 펄스광은 미러(21,22,23, 24)와 케플러형 릴레이 광학계(93,94)를 거쳐 반미러(20)로 다시 입사한다. 이와 같이, 반미러(20)로 되돌아가 반사된 광선들은 전술한 바와 같이, 순차적으로 동일한 광로에 따라 합성된다. 또한 케플러형 릴레이 광학계(93,94)는 -1 배의 배율을 가지며, 광 분할수단으로서의 반미러(20)의 분할 면과 광 합성수단으로서의 반미러(20)의 합성 면이 광학적으로 공역으로 구성되어 있다.
이와 같이, 케플러형 광학계(91,92), 반미러(20), 미러(21,22,23,24) 및 케플러형 릴레이 광학계(93,94)는 광원(60)으로부터의 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 펄스폭 신장광학계를 구성한다.
도 15 에 도시된 노광장치의 펄스폭 신장광학계에 있어서도, 릴레이 광학계(93,94)의 작용에 의하여, 레이저광의 발산각에 의한 빔의 퍼짐 증대를 피할 수 있다. 그 외에도, 레이저 광원(60)으로부터의 펄스광이 대칭성이 좋지 않은 빔 단면형상을 가지는 경우에도, 합성광의 빔 단면형상을 거의 대칭으로 개선할 수 있다.
전술한 바와 같이, 주회광학계의 광로길이를 예를 들면, 반치펄스길이보다 더 크게 설정함으로써 펄스폭을 실질적으로 신장시켜서, 발광시간내의 평균 에너지를 저감할 수 있다. 그 결과, 펄스폭 신장광학계 다음의 광학계의 성능 저하를 회피하고, 레이저 조사에 대하여 충분한 내구성을 유지할 수 있다.
반미러(20)를 거쳐 동일한 광로에 따라 합성된 펄스광은 케플러형 릴레이 광학계(95,96)에 의하여 릴레이된 후, 예를 들면, 원통형 렌즈와 구면렌즈로 구성되는 빔 정형광학계(2)에 입사한다. 빔 정형광학계(2)를 거쳐 플라이아이 렌즈(3)의 형상에 따르는 빔 단면형상으로 정형된 광선은 플라이아이 렌즈(3)에 입사한다. 플라이아이 렌즈(3)는 조명광학계의 광축에 따라 병렬 배치된 다수의 렌즈요소로 구성된다. 플라이아이 렌즈(3)로 입사한 광속은 복수의 광속으로 분할되고, 플라이아이 렌즈(3)의 후측 초점 위치에 복수의 광원 상(2차 광원)을 형성한다.
반미러(20)와 플라이아이 렌즈(3)의 입사면은 빔 정형광학계(2)에 의하여 거의 공역으로 구성되어 있다. 이에 의하여, 반미러(20)를 거쳐 형성된 합성 펄스광의 출사방향과 조명광학계의 광축 사이에 다소의 각도 차가 있는 경우에도, 모든 합성펄스광을 플라이아이 렌즈(3)의 입사면에 정확히 안내할 수 있다. 빔 정형광학계(2)에 원통형 렌즈가 포함되어 있는 경우에는 미국 특허출원 제 08/603,001 (1996년 2월 16일 출원)의 명세서 및 도면에 개시되어 있는 바와 같이, 반미러(20)와 플라이아이 렌즈의 입사면이 세로와 가로방향 모두에서 거의 공역으로 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
복수의 2차 광원으로부터의 광속은 개구 조리개(4)를 거쳐 제한된 후, 콘덴서렌즈(5)에 의하여 집광되고, 굴절 미러(98)를 거쳐 마스크(6)를 중첩적으로 균일하게 조명한다. 마스크(6) 위에는 반도체 집적회로 등과 같은 매우 미세한 패턴이 그려져 있다. 마스크(6)의 패턴은 투영광학계(7)를 거쳐 웨이퍼(8)상에 축소투영 또는 확대 투영되고, 웨이퍼(8)상에 도포된 레지스트에 노광된다.
도 15 에 도시된 노광장치에 의한 노광공정(사진평판공정)을 거친 웨이퍼(8)는 현상 공정을 거쳐 현상된 레지스트 이외의 부분을 제거하는 에칭공정, 에칭공정후의 불필요한 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 공정 등을 경유하여 웨이퍼 프로세스가 종료된다. 이와 같은 웨이퍼 프로세스가 종료되면, 실제의 조립공정에서 프린팅된 회로마다 웨이퍼를 절단하여 칩으로 만드는 다이싱(dicing), 각 칩에 배선 등을 부여하는 본딩(bonding), 각 칩마다 패키징하는 패키징(packaging) 등의 각 공정을 거쳐서, 최종적으로 LSI 등의 반도체 소자가 제조된다.
이상에서 노광장치를 이용한 웨이퍼 프로세스에서의 포토리소그래피(photolithography)공정에 의하여 LSI 등의 반도체 소자를 제조하는 예를 설명하였으나, 노광장치를 이용한 포토리소그래피 공정에 의하여 액정표시소자, 박막자기헤드, 촬상소자(CCD 등) 등의 반도체 소자도 제조할 수 있다.
이와 같이, 광원(60), 펄스폭 신장 광학계, 릴레이 광학계(95,96), 빔 정형광학계(2), 플라이아이 렌즈(3), 개구조리개(4), 콘덴서 렌즈(5) 및 굴절 미러(98)는 마스크(6)를 거의 균일하게 조명하기 위한 조명광학계를 구성하고 있다.
도 15 의 제 9 실시예에서는 빔 정형광학계(2)가 플라이아이 렌즈(3)의 직전에 배치되어 있으나, 빔 정형광학계(2)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 광원(60)과 반미러(20) 및 플라이아이 렌즈(3)의 공역관계가 만족되는 한, 예를 들면, 레이저 광원(60)의 직후 또는 반미러(20)와 릴레이 광학계(95,96) 렌즈(95) 사이의 광로 중에 빔 정형광학계(2)를 배치할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장함으로써 단위시간당 에너지를 저감할 수 있기 때문에, 광학계의 성능저하를 피할 수 있다. 특히, 노광장치에서는 레이저 조사에 의한 투영광학계의 결상성능의 저하를 피하며, 미세패턴을 양호하게 형성할 수 있으며, 이에 따라, 양호한 성능을 가지는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 레이저 광원으로부터 출사된 펄스광의 에너지의 시간변화를 모식적으로 도시한 도면.
도 3은 시간적으로 겹치지 않는 복수의 분할 펄스광으로 이루어지는 합성 펄스광의 에너지의 시간변화를 도시한 도면.
도 4는 광로차가 반치(半値)(절반) 펄스 길이와 같은 경우에, 합성 펄스광의 에너지의 시간변화를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 도 5의 제 2 실시예에 있어서, 주회(周回) 광학계를 거치는 회수가 큰 분할 펄스광 만큼 발산 각에 의한 빔의 퍼짐이 크게 발생하는 모양을 모식적으로 표시한 도면.
도 11은 제 6 실시예에 있어서, 엑시머 레이저 광원(1)이 출사하는 펄스광의 대칭성이 좋지 않은 빔 단면 형상을 도시한 도면.
도 12는 제 6 실시예에 있어서, 홀수번째의 펄스광과 짝수번째의 펄스광이 180°만큼 회전하여 합성되는 모양을 모식적으로 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 제 7 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 제 8 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 제 9 실시예에 관한 펄스폭 신장 광학계를 갖춘 노광장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 16은 펄스 레이저 광원을 갖춘 종래의 노광장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 레이저 광원 2: 빔 정형광학계
3: 플라이아이 렌즈 4: 개구 조리개
5: 콘덴서 렌즈 6: 마스크
7: 투영광학계 8: 웨이퍼
9: 미러 10: 반미러(half mirror)
30,33: 편광 빔 스플리터 41,51: 1/2 파장판
60: 엑시머 레이저 광원 61,62: 케플러형 릴레이 광학계

Claims (40)

  1. 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 펄스폭 신장 광학계에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 펄스광을 복수의 광로를 따라서 분할하기 위한 광 분할수단과, 상기 복수의 광로를 따르는 분할 펄스광을 동일 광로를 따라서 합성하기 위한 광 합성수단을 가지고,
    상기 동일 광로를 따라 합성된 합성 펄스광의 강도가 상기 복수의 광로를 따라서 분할되는 원래의 펄스광의 강도보다도 실질적으로 작아지도록 상기 복수의 광로는 서로 소정의 광로 길이 차를 가지며,
    상기 광 분할 부재의 반사율을 R로 하고, 상기 광 분할 부재의 투과율을 T로 할 때, 상기 광 분할 부재는 29.3%<R<50%, 또는 29.3%<T<50%의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 광로 길이 차는 상기 원 펄스광의 발광 시간 내에 있어서 발광강도가 피크 강도의 1/2 이상인 시간과 광속의 적보다 큰 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소정의 광로 길이 차는 3m 이상인 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광 분할수단에 의하여 분할된 적어도 하나의 광로에, 상기 소정의 광로 길이 차를 부여하는 광로 길이 차 부여수단이 설치되고,
    상기 광로 길이 차 부여수단은 적어도 하나의 편향 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광 분할수단과 상기 광 합성수단은 동일한 광학 소자인 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  6. 펄스광을 발광하는 광원을 구비한 광원 장치에 있어서,
    상기 광원으로부터의 상기 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하기 위하여, 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 펄스폭 신장 광학계를 설치한 것을 특징으로 하는 광원장치.
  7. 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 펄스폭 신장 광학계에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 펄스광을 복수의 광로를 따라서 분할하기 위한 광 분할수단과, 상기 복수의 광로에 따른 분할 펄스광을 동일 광로를 따라서 합성하기 위한 광 합성수단과 상기 복수의 광로 중 적어도 하나의 광고 중에 배치됨과 동시에 상기 광 분할수단의 분할 면과 상기 광 합성수단의 합성 면을 실질적으로 공역으로 구성하기 위한 릴레이 광학계를 가지고,
    상기 동일 광로를 따라서 합성된 합성 펄스광의 강도가 상기 복수의 광로를 따라서 분할되는 원래의 펄스광의 강도보다 실질적으로 작아지도록 상기 복수의 광로는 서로 소정의 광로 길이 차를 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 릴레이 광학계는 -1배의 배율을 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 소정의 광로 길이 차는 상기 원래의 펄스광의 발광 시간 내에 있어서 발광 강도가 피크 강도의 1/2 이상인 시간과 광속의 적 보다 큰 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 소정의 광로 길이 차는 3m 이상인 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 소정의 광로 길이 차는 3m 이상인 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 광 분할수단과 상기 광 합성수단은 동일한 광학 소자인 것을 특징으로 하는 조명장치.
  13. 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스광을 발광하는 광원을 구비한 광원장치에 있어서,
    상기 광원으로부터 발광되는 상기 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하기 위하여 펄스폭 신장 광학계를 설치한 것을 특징으로 하는 광원장치.
  14. 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하는 펄스폭 신장 광학계에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 펄스광을 복수의 광로를 따라 분할하기 위한 광 분할수단과 상기 복수의 광로를 따른 분할 펄스광을 동일한 광로를 따라서 합성하기 위한 광 합성수단을 구비하고,
    상기 동일 광로를 따른 합성된 합성 펄스광의 강도가 상기 복수의 광로에 따라 분할된 원래의 펄스광의 강도보다 실질적으로 작도록 상기 복수의 광로는 서로 소정의 광로 길이 차로서 3m 이상의 광로 길이 차를 가지며,
    상기 광 분할수단 및 상기 광 합성수단은 편광 빔 스플리터를 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 광 분할수단에 의하여 분할된 적어도 하나의 광로에, 입사되는 광의 편광상태를 변화시키는 파장부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 편광 부재는 1/2 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장광학계.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 광 분할수단에 의하여 분할된 적어도 하나의 광로에, 상기 소정이 광로 길이 차를 부여하는 광로 길이 차 부여수단을 설치하고,
    상기 광로 길이 차 부여수단은 적어도 하나의 편향 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 광 분할수단과 상기 광 합성수단은 동일한 광학 소자인 것을 특징으로 하는 펄스폭 신장 광학계.
  19. 제 14항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    펄스광을 발광하는 광원을 구비한 광원장치에 있어서,
    상기 광원으로부터 발광되는 상기 펄스광의 발광 시간을 의사적으로 신장하기 위하여 펄스폭 신장 광학계를 설치한 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  20. 마스크를 조명하는 조명 광학계를 구비하고, 상기 마스크가 형성된 패턴을 감광성 기판에 형성하는 노광장치에 있어서,
    상기 조명 광학계는 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 펄스폭 신장 광학계를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  21. 마스크를 조명하는 조명 광학계를 구비하고, 상기 마스크가 형성된 패턴을 감광성 기판에 편성하는 노광장치에 있어서,
    상기 조명 광학계는 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 펄스폭 신장광학계를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  22. 마스크를 조명하는 조명광학계를 가지고, 상기 마스크가 형성된 패턴을 감광성 기판에 형성하는 노광장치에 있어서,
    상기 조명 광학계는 제 14 내지 18항 중 어느 한 항에 기재된 펄스폭 신장 광학계를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  23. 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 21항에 기재된 노광 장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
  24. 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 21항에 기재된 노광장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
  25. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 22항에 기재된 노광장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조방법.
  26. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 20항에 기재된 노광장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  27. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 21항에 기재된 노광장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  28. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 22항에 기재된 노광장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  29. 패턴이 형성된 마스크를 펄스광으로 조명하는 조명 광학계를 구비하고, 마스크에 형성된 패턴을 감광성 기판에 형성하는 노광장치에 있어서,
    상기 조명광학계는 광원으로부터의 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하기 위한 펄스폭 신장 광학계와, 상기 펄스폭 신장 광학계와 상기 마스크가 설정되는 위치의 사이의 광로 중에 상기 마스크를 균일하게 조명하는 균일 조명수단을 가지고,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 광원으로부터의 펄스광을 복수의 펄스광으로 분할하는 분할 부재를 가지고,
    상기 분할 부재의 광 분할 면에는 다층막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 광원으로부터의 펄스광을 3m 이상의 광로 길이 차를 가지는 광으로 분할하기 위하여, 적어도 하나의 편향 부재를 가지는 광로 길이 차 부여수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 균일 조명수단은 플라이아이 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  32. 패턴이 형성된 마스크를 펄스광으로 조명하는 조명 광학계를 구비하고, 마스크에 형성된 패턴을 감광성 기판에 형성하는 노광장치에 있어서,
    상기 조명 광학계는 광원으로부터의 펄스광의 발광시간을 의사적으로 신장하기 위한 펄스폭 신장 광학계와, 상기 펄스폭 신장 광학계와 상기 마스크가 설정되는 위치와의 사이의 광로 중에 상기 마스크를 균일하게 조명하는 균일 조명수단을 가지고,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 광원으로부터의 펄스광을 편광 분할하는 편광 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 광원으로부터의 펄스광을 3m 이상의 광로 길이 차를 가지는 광원으로 분할하기 위하여, 적어도 하나의 편향 부재를 가지는 광로 길이 차 부여수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  34. 제 32항에 있어서,
    상기 균일 조명수단은 플라이아이 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  35. 제 32항에 있어서,
    상기 펄스폭 신장 광학계는 상기 편광 빔 스플리터에 의하여 분할되는 적어도 하나의 광로 중에 배치되고, 입사되는 광의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 편광 부재는 1/2 파장 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  37. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 29항에 기재된 노광 장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
  38. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 29항에 기재된 노광 장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  39. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 32항에 기재된 노광 장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
  40. 마스크 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정을 포함하는 노광방법에 있어서,
    상기 마스크의 패턴을 감광성 기판에 형성하는 공정은 제 32항에 기재된 노광 장치를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
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