JPH0917725A - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH0917725A
JPH0917725A JP7188560A JP18856095A JPH0917725A JP H0917725 A JPH0917725 A JP H0917725A JP 7188560 A JP7188560 A JP 7188560A JP 18856095 A JP18856095 A JP 18856095A JP H0917725 A JPH0917725 A JP H0917725A
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JP
Japan
Prior art keywords
reflection mirror
partial reflection
reflecting mirror
exposure apparatus
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP7188560A
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English (en)
Inventor
Terushi Tada
昭史 多田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0917725A publication Critical patent/JPH0917725A/ja
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ArFエキシマレーザを光源とした場合に生
じる2光子吸収による投影露光装置の光学素子損傷を抑
え、その性能低下を防止する。 【構成】 ArFエキシマレーザを光源とする投影露光
装置において、光源21と投影光学系2との間に、レー
ザ光を異なる光路のレーザ光として2つに分割する分割
手段と、分割されたレーザ光に光路差を与えるための手
段と、前記分割されかつ光路差が与えられたレーザ光を
同一の光軸上に戻すための手段からなるパルス分割装置
1を備える。光はこのパルス分割装置1において2つの
光路に分割され、分割されたレーザ光はそれぞれ異なる
距離を伝搬して再び同一の光軸上に戻るため、1パルス
の光が時間軸上において2つ以上のパルス列に変化さ
れ、レーザ光のパルス強度のピークが低くされ、投影露
光装置の光学素子における2光子吸収による損傷が低減
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、特
に光源としてArFエキシマレーザを用いる投影露光装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のエキシマレーザを光源とした投影
露光装置として、例えば特開昭64−11326号公報
に記述されたものがあり、その概略構成を図 に示す。
この投影露光装置は、光源としてのエキシマレーザ21
と、このレーザ光のビーム形状を整形するシリンドリカ
ルレンズ22,24と、反射ミラー23と、光分布を均
一化するための蠅の目レンズ25と、集光用のコンデン
サレンズ26と、絞り27と、前記コンデンサレンズ2
6により照明される投影対象としてのレチクル28と、
レチクルパターンを結像するための投影レンズ29と、
被投影体としてのウェハ30と、このウェハ30を平面
XY方向に移動させるX−Yテーブル31とで構成され
ている。
【0003】この投影露光装置では、レーザ光源21に
より所望のパターンが形成されたレチクル28を照明
し、レチクル28を通過した光を投影レンズ29を介し
てウェハ30の上に投影露光することにより、レチクル
パターンをウェハ30上に転写するものである。
【0004】この種の投影露光装置では、近年における
半導体素子の微細化、高集積化に伴い、投影露光装置に
おける解像力の向上が要求されている。このため、レー
ザ光の波長を短くし、あるいは照明用光源の単波長化が
進められている。これに伴い、波長193nmの真空紫
外光を発生するArFエキシマレーザが光源として注目
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ArFエキ
シマレーザはパルス幅が約10nsecのパルスレーザ
であるため出力光のピーク強度が高いことと、短波長で
あることから光子エネルギが高いことにより、2光子吸
収の発生確率が水銀ランプやKrFエキシマレーザより
も高い。この結果、従来構成の投影露光装置では、蠅の
目レンズ、コンデンサレンズ、投影レンズ等の光学素子
において、2光子吸収による損傷が発生し、投影露光装
置の性能低下を招くという問題が生じている。また、こ
の種の光学素子は一般に高価であるため、損傷を生じた
場合には、その修理コストが極めて高くつくという問題
もある。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、2光子吸収による投影
露光装置の光学素子損傷を抑え、性能低下を防止した投
影露光装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、投影光学系に入射されるレーザ光を異なる光路のレ
ーザ光として2つに分割する分割手段と、分割されたレ
ーザ光に光路差を与えるための手段と、前記分割されか
つ光路差が与えられたレーザ光を同一の光軸上に戻すた
めの手段とを備えている。
【0008】すなわち、本発明の好ましい態様として
は、光源がArFエキシマレーザであり、光路を2つに
分割する手段が第1の部分反射ミラーであり、分割され
たレーザ光を同一の光軸上に戻すための手段が第2の部
分反射ミラーで構成される。また、光路差を与える手段
は、第1の部分反射ミラーで反射された光を第2の部分
反射ミラーに向けて反射させる全反射ミラーである。さ
らに、第1の部分反射ミラーと第2の部分反射ミラーを
光源と投影光学系とを結ぶ光軸上に配置し、4個の全反
射ミラーをそれぞれ前記第1及び第2の部分反射ミラー
に対向配置し、かつ全反射ミラーどうしがそれぞれ対向
するように配置される。
【0009】
【作用】本発明によれば、ArFエキシマレーザ光は第
1の部分反射ミラーにより2つの光路に分割され、これ
らの分割されたレーザ光はそれぞれ異なる距離を伝搬し
て第2の部分反射ミラーにおいて再びレーザ光を同一の
光軸上に戻るため、1パルスの光が時間軸上において2
つ以上のパルス列に変化され、レーザ光のパルス強度の
ピークが低くされ、投影露光装置の光学素子における2
光子吸収による損傷が低減される。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の投影露光装置の構成図である。な
お、図3に示した従来の投影露光装置と同一ないし等価
な部分には同一符号を付してある。すなわち、光源とし
てのArFエキシマレーザ21からのレーザ光は、詳細
を後述するパルス分割装置1を通過された後、投影露光
系2に入射される。この投影露光系2では、シリンドリ
カルレンズ22,24と反射ミラー23によりレーザ光
のビーム形状が整形され、蠅の目レンズ25により光分
布が均一化され、コンデンサレンズ26により集光用さ
れ、かつ絞り27で絞られた後、レチクル28を照明す
る。このレチクル28を通過した光は投影レンズ29に
よりウェハ30上に結像され、これによりウェハ30に
レチクルパターンを露光する。また、X−Yテーブル3
1によりウェハ30を平面XY方向に移動させること
で、ウェハ30にチップ単位の露光が行われる。
【0011】前記パルス分割装置1は、レーザ光を分
割、合成する反射率R1の部分反射ミラー11及び反射
率R2の部分反射ミラー12と、レーザ光に光路差を与
えるための全反射ミラー13,14,15,16とで構
成される。そして、部分反射ミラー11,12は前記光
源21と投影光学系を結ぶ光軸上に配置され、各全反射
ミラー13〜16はそれぞれ前記部分反射ミラー11,
12に対向する位置に配置される。この実施例では、部
分反射ミラー11,12はそれぞれ光軸に対して逆方向
に45°の角度で配置され、全反射ミラー13,16は
部分反射ミラー11に対して光軸と90°の方向に配置
され、全反射ミラー14,15は部分反射ミラー12に
対して光軸と90°の方向に配置される。そして、全反
射ミラー13,16と14,15はそれぞれ光軸と平方
な光路上に対向配置され、かつ各ミラーはその光路に対
して45°の角度に向けられている。
【0012】したがって、この投影露光装置では、Ar
Fエキシマレーザからのレーザ光は、パルス分割装置1
に入射されると、先ず、第1の部分反射ミラー11にお
いて、その一部は光軸に沿って透過され、他の一部は全
反射ミラー13に向けて反射される。透過された光は第
2の部分反射ミラー12に到達され、ここで一部は光軸
に沿って透過され、他の一部は全反射ミラー15に向け
て反射される。一方、全反射ミラー13に向けて反射さ
れた光は全反射ミラー14で再度反射され、第2の部分
反射ミラー12に到達される。そして、ここでその一部
は光軸に向けて反射され、他の一部は透過されて全反射
ミラー15に向けられる。そして、全反射ミラー15に
向けられる前記各光は全反射ミラー16において再度反
射され、第1の部分反射ミラー11に到達され、ここで
一部は光軸に向けて反射され、他の一部は全反射ミラー
13に向けて透過される。
【0013】したがって、説明を簡略化するために、図
2に示すように、第1の部分反射ミラー11において透
過されかつ第2の部分反射ミラー12を透過された光L
1と、第1の部分反射ミラー11において反射され、か
つ全反射ミラー13,14で反射され、さらに第2の部
分反射ミラー12において反射される光L2との関係に
ついてみると、両者は第1の部分反射ミラー11と全反
射ミラー13との距離と、全反射ミラー14と第2の部
分反射ミラー12との距離の和だけ光路に差が生じるこ
とになる。すなわち、図1,図2において、各ミラーの
位置をA〜Fで示すと、部分反射ミラー11において分
割された光のパルスは、光路差L1=AC+CD+DB
−ABだけ部分反射ミラー12に到達する時間に差が生
じる。
【0014】これにより、光速c,レーザ光パルス幅Δ
tにおいて、L1/c>Δtの関係が成り立つようにミ
ラーを配置すると、部分反射ミラー12で同じ光軸上に
戻された2つのパルスP1,P2は図3に示すように、
時間的にずれることになる。これにより、パルスの全エ
ネルギが時間的に分割された状態となり、パルスのピー
クが低下される。したがって、以降の投影露光装置の光
学素子における2光子吸収の発生確率が低減され、光学
素子における損傷が抑制される。
【0015】なお、実際には、前記したように、全反射
ミラー15,16で反射される光の一部は、部分反射ミ
ラー11,12で反射された上で光軸上に戻されるた
め、前記したパルスにこれらの光が加えられることにな
り、複雑な計算式によってパルス強度が求められること
になる。このため、パルス分割装置からの出力光パルス
強度は、光源から入射されるパルスに対して分割を繰返
す毎に等比級数的に小さくなり、どの出力パルス強度も
入射パルス強度よりも小さくなる。しかしながらその一
方で、繰り返しの毎に光の一部が光軸に戻されるため、
結果的にはエネルギの損失が生じることはない。
【0016】すなわち、前記したように第1、第2の各
部分反射ミラー11,12の反射率がR1,R2の場合
で、前記したように第1の部分反射ミラー11を透過し
た光と反射した光が第2の部分反射ミラー12で合成さ
れた場合のみを試算すると、前者の光のパルス強度は、
入射光強度1に対して、(1−R1)×(1−R2)と
なり、後者の光のパルス強度はR1×R2となる。0<
R1<1,0<R2<1であるから、共に入力光強度よ
り低くなる。
【0017】例えば、部分反射ミラー11,12が半透
過ミラー、すなわち、R1とR2が0.5の場合、透過
光のパルス強度は0.25となり、反射光のパルス強度
も0.25となり、図3に示した各パルスP1,P2の
ピークはそれぞれ0.25となる。そして、残りの強度
分である0.5の分は、さらに時間差をもって合成され
ることになり、例えは図2に破線で示すようになる。
【0018】なお、前記したパルス分割装置は部分反射
ミラーや全反射ミラーの個数や配置を任意に設計するこ
とができ、それに応じて光路差を適宜に設定することが
できる。また、光特性に影響を与えない範囲で光路上に
ガラス等を設置することで、光路差を変化させることも
可能である。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、投
影光学系に入射されるレーザ光を異なる光路のレーザ光
として2つに分割し、かつ分割されたレーザ光に光路差
を与え、かつ分割されかつ光路差が与えられたレーザ光
を同一の光軸上に戻すことが可能なパルス分割装置を備
えているので、光源としてのArFエキシマレーザ光は
1パルスの光が時間軸上において2つ以上のパルス列に
変化され、レーザ光のパルス強度のピークが低くされ、
投影露光装置の光学素子における2光子吸収による損傷
が低減される。
【0020】特に、パルス分割装置を、第1の部分反射
ミラーと第2の部分反射ミラーを光源と投影光学系とを
結ぶ光軸上に配置し、4個の全反射ミラーをそれぞれ前
記第1及び第2の部分反射ミラーに対向配置し、かつ全
反射ミラーどうしがそれぞれ対向するように配置した構
成とすることで、パルスのエネルギの損失が生じること
なく、パルス強度を時間軸上で分割してパルスピークを
低減した光として投影光学系に入力させることが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投影露光装置の全体構成を示す光学構
成図である。
【図2】パルス分割装置に入力されるパルス強度特性
と、出力されるパルス強度特性を比較して示す図であ
る。
【図3】従来の投影露光装置の構成を示す光学構成図で
ある。
【符号の説明】
1 パルス分割装置 11,12 部分反射ミラー 13〜16 全反射ミラー 21 光源 25 蠅の目レンズ 26 投影レンズ 28 レチクル 30 ウェハ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年11月24日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投影露光装置の全体構成を示す光学構
成図である。
【図2】部分反射ミラーによる光路差を説明するための
パルス分割装置の構成図である。
【図3】 パルス分割装置に入力されるパルス強度特性
と、出力されるパルス強度特性を比較して示す図であ
る。
【図4】 従来の投影露光装置の構成を示す光学構成図で
ある。
【符号の説明】 1 パルス分割装置 11,12 部分反射ミラー 13〜16 全反射ミラー 21 光源 25 蠅の目レンズ 26 投影レンズ 28 レチクル 30 ウェハ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から射出されるレーザ光を投影光学
    系により被露光体に露光するための投影露光装置におい
    て、前記投影光学系に入射されるレーザ光を異なる光路
    のレーザ光として2つに分割する分割手段と、分割され
    たレーザ光に光路差を与えるための手段と、前記分割さ
    れかつ光路差が与えられたレーザ光を同一の光軸上に戻
    すための手段とを備えることを特徴とする投影露光装
    置。
  2. 【請求項2】 光源がArFエキシマレーザであり、光
    路を2つに分割する手段が第1の部分反射ミラーであ
    り、分割されたレーザ光を同一の光軸上に戻すための手
    段が第2の部分反射ミラーである請求項1の投影露光装
    置。
  3. 【請求項3】 光路差を与える手段は、第1の部分反射
    ミラーで反射された光を第2の部分反射ミラーに向けて
    反射させる全反射ミラーである請求項2の投影露光装
    置。
  4. 【請求項4】 第1の部分反射ミラーと第2の部分反射
    ミラーを光源と投影光学系とを結ぶ光軸上に配置し、4
    個の全反射ミラーをそれぞれ前記第1及び第2の部分反
    射ミラーに対向配置し、かつ全反射ミラーどうしがそれ
    ぞれ対向するように配置されてなる請求項3の投影露光
    装置。
JP7188560A 1995-06-30 1995-06-30 投影露光装置 Pending JPH0917725A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6549267B1 (en) 1996-02-22 2003-04-15 Nikon Corporation Pulse-width extending optical systems, projection-exposure apparatus comprising same, and manufacturing methods using same
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