JPS62284340A - 照射光学系 - Google Patents

照射光学系

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JPS62284340A
JPS62284340A JP61127443A JP12744386A JPS62284340A JP S62284340 A JPS62284340 A JP S62284340A JP 61127443 A JP61127443 A JP 61127443A JP 12744386 A JP12744386 A JP 12744386A JP S62284340 A JPS62284340 A JP S62284340A
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JP
Japan
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intensity distribution
light
lens
fly
gaussian
Prior art date
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Pending
Application number
JP61127443A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiichi Takamoto
喜一 高本
Yoshiharu Ozaki
尾崎 義治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、強度分布がほぼガウス形である光を、はぼ一
様な強度分布の光に変換するための光学系に関するもの
である。
〔従来の技術〕
波長が360 nm以下の遠紫外線を発生する光源とし
て、エキシマレーザがある。エキシマレーザから発生す
る光の強度は、従来の高圧水銀ランプなどから発生する
紫外線よりも高く、さらに、エキシマレーザ光の波長は
、遠紫外線領域にあるため、エキシマレーザは、半導体
集積回路パタンなどの等倍転写装置あるいは縮小投影装
置用の光源として期待されている。しかし、エキシマレ
ーザ光の強度分布は一様ではないため、バタン形成装置
に適用する場合には、エキシマレーザ光の強度分布を一
様にするための照射光学系が必要となる。
エキシマレーザが発生する光の強度分布を第7図に示す
。横方向の強度分布は、同図(1)K示すようにはit
一様であるが、縦方向の強度分布は、同図(b)K示す
ようにガウス形をしている。横方向の寸法は、約30+
nである。縦方向の強度分布において、ガウス分布の標
準偏差をσとすると、2σ#20Bである。
強度分布がガウス形の光を、一様な強度分布の光に変換
する方法として、プリズムを用いる方法がある。この方
法を説明するためのモデル図を第7図に示す。1はガウ
ス形の強度分布、2は2分割プリズム、3は観測面であ
る。4は、観測面3における光の強度分布であり、強度
分布4は、プリズム2で分割された2つの強度分布5.
6を重ね合わせたものとなっている。強度を11、強度
分布1の中心からの距離をX1強度分布1の標準偏差を
σとして、強度分布1を、 I 1= @Xp(−X”/σ” )        
 (1)と表す。強度分布4において、強度分布5.6
が重々っている距離をLとすると、強度分布4は、!。
=exp〔−(X+し2)”/(F” )+ axp 
((X −L/2 fA” )となる。
L/σ=1.0 の場合について、上記式(2)から算
出した強度分布を第9図に示す。このよう々強度分布に
おける強阜の最大値を100*として、強度が99チに
なるときのXの値Xmを求めた。また、レーザ光の利用
効率ηを、 で定義する。
L/σとXrR/σの関係を第10図に示す。またL/
σとηの関係を第11図に示す。これらの図から明らか
なようにL/σの値が1.5を越えると、Xl!l/σ
の値および利用効率りが急激に小さくなる。
また、第11図より、利用効率ηは、78チ以下である
。第10図より、利用効率ηが最大値をとるときのXm
/σの値は、約0.6となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このようにプリズムによりガウス形の強度分布を一様に
する方法では、レーザ光の利用効率が最大でも78係で
ある。そのうえ、利用効率(η)が最大となる点から、
わずかでもはずれる( 1./σが1.5よりもおおき
くなる)と、強度分布の一様性および利用効率が急激に
低下するため、照射光学系を最適な状態に調整すること
が非常に困難である。
また、他の方法として2枚の非球面レンズをもちいて、
ガウス形強度分布の光を一様な強度分布の光に変換する
方法が提案されている。しかし、この方法で用いる非球
面レンズは特殊な面形状をしているため、非球面レンズ
の製作が非常に困難で、高価であるという不都合を有し
ている。
なお、ガウス形強度分布の光を2分割して重ね合わせる
方法は、レーザフォーカス(Lamer Foeus)
、1982年3月号、p、42〜44に示されている。
非球面レンズを用いる方法は、応用光学(Appli@
dOpticm)、 19巻20号、1980年、 9
.3545〜3553(著者: patrlck W、
 Rhod*a and Davld L。
3healy)に示されている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る照射光学系は上述したような問題点を解決
すべくなされた本ので、光の強度分布においてその断面
の直交する2軸のうち少なくともいずれか一方の軸にお
ける強度分布がガウス形の分布を呈する光の前記ガウス
形の強度分布を、光軸に対して定められた一方向に集光
または発散作用を有するレンズで構成したフライズアイ
レンズによってほぼ一様な強度分布に変換するようにし
たものである。
〔作用〕
本発明においてはプリズムの代りにフライズアイレンズ
で構成しているので、光の強度分布のうちガウス形の強
度分布をほぼ一様々強度分布に変換することがでキ、マ
たプリズムに比べて光の利用効率が向上し、光学系の設
定に余裕を持たせることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
先ず1本発明の第1の実施例として、第6図に示したよ
うに縦方向だけがガウス形の強度分布である光を一様々
強度分布にする照射光学系を説明する。第1図はその説
明のためのモデル図で、10は標準偏差がσのガウス形
強度分布、20.21.22.23.24はそれぞれ光
軸に対して定められた一方向にだけ集束作用を有するレ
ンズ、30はレンズ20〜24で構成したフライズアイ
レンズ、40は観測面である。50は観測面40におけ
る強度分布であり、この強度分布50は、強度分布60
.61.82.63.64の重ね合わせになっている。
ここで、フライズアイレンズ30の斜視図を第2図に示
す。
強度分布10について、強度をIl、中心からの距離を
Xとして、 1 (= exp (−x”/σ” ’)      
    (4)と表す。レンズ20〜24は、同一の形
状・寸法を有している。強度分布10の中心を原点Oと
して、レンズ20〜24の中心座標をX。(、=・・・
−2,−1,0,1,2,−・・)とする。Xoがレン
ズ20の中心座標、X−1がレンズ23の中心座標、X
がレンズ21の中心座標を表す。各レンズ20〜240
幅を2Rとする。レンズ20〜24により、強度分布1
0は、k倍に拡大されて、観測面40に投影されるとす
る。各レンズ20〜24により、観測面40に投影され
た強度分布をII(n=  ・・・−2,−1,0,1
,2,・・・)とする。■。がレンズ20による強度分
布、I−1がレンズ23による強度分布、■1がレンズ
21による強度分布を表す。
と表される。強度分布50をIとすると、工は、■=Σ
Ir1(6) となる。
式(5)、(6)により求めた強度分布50の一例を第
3図に示す。同図において、R/σ=0.4.に=20
である。このような強度分布におけるX=00強度を1
001として、強度が99%あるいは101 %になる
ときのXの値XI!lを求めた。また、レーザ光の利用
効率ηを、 で定義した。
R/σとX□/σの関係を第4図に示す。R/σとηの
関係を第5巳に示す。第5図より、k=5の場合、R/
σが0.39〜0.57の範囲、k=10の場合、R/
σが0.39〜0.59の範囲、k=200場合、R/
σが0.37〜0.61の範囲、k=40の場合、R/
σが0.35〜0.61の範囲、において、利用効率η
がそれぞれほぼ一定となり、しかも、各にの値において
ηが最大となっている。各にの値にたいして、利用効率
ηが最大となるR/σ の範囲において、第4図より、
Xm/σがある幅をもって変化している。したがって、
照射光学系を設計する際には、利用効率ηを最大にする
とともに、Xff1/σを適切な値に設定することが可
能となる。
さらに、第5図より、k=20の場合、りの最大値が8
54、k=40の場合、ηの最大値が92%であシ、従
来の分割プリズムを用いる方法よυも、利用効:slが
高いことがわかる。
次に、本発明の第2の実施例として、横方向および縦方
向の強度分布がともにガウス形である光を一様な強度分
布に変換する照射光学系を、第6図に示す。100は、
横方向および縦方向がガウス形の強度分布、110.1
20はそれぞれ光軸に対して定められた一方向にだけ集
束作用を有するレンズで構成したフライズアイレンズ、
13oは観測面、140は観測面130における光の強
度分布である。
フライズアイレンズ110と120は、各フライズアイ
レンズの集束作用が直交するよう表向きに設置しである
。強度分布100を有する光をフライズアイレンズ11
0によって観測面130に投影した場合、観測面130
において、縦方向の光の強度分布が一様な強度分布にな
るように、フライズアイレンズ110の倍率などを設定
しておく。また、強度分布100を有する光をフライズ
アイレンズ120によって観測面130に投影した場合
、観測面130において、横方向の光の強度分布が一様
な強度分布になるように、フライズアイレンズ120を
設定しておく。この場合、フライズアイレンズ110は
光軸に対して定められた一方向にだけしか集束作用がな
いので、強度分布100を有する光がフライズアイレン
ズ110を通過すると、強度分布の形は縦方向が変形す
るが、横方向はその!まである。同様に、フライズアイ
レンズ120では、横方向の強度分布が変形するが、縦
方向はそのままである。この結果、観測面130では、
強度分布140のように、縦方向および横方向の強度分
布が一様な光を得ることができる。
なお、上記実施例はいずれも、フライズアイレンズを、
平面と円筒面で構成したレンズによって構成しているが
、これに限らず円筒面と円筒面、凹形の円筒面と凸形の
円筒面、などのように集束作用を有するレンズの面の組
合せで構成してもよいものである。また、第1、第2の
実施例において、フライズアイレンズは、集束作用を有
するレンズで構成しているが、レンズの倍率は1以上で
あるので、凹レンズのように発散作用のあるレンズによ
って構成してもよい。発散作用のあるレンズについても
レンズ面の形状には極々あることはいうまでもない。さ
らに、第1、第2の実施例では、各フライズアイレンズ
を構成する各レンズは、一枚のレンズで構成しているが
、このレンズを数枚のレンズにより構成するようにして
もよい。
また、第2の実施例において、2つのフライズアイレン
ズ11G、120は、間隔をおいて設置しているが、こ
の2枚のレンズを接着するような形にしてもよい。また
、集束作用を有するフライズアイレンズと、発散作用を
有するフライズアイレンズとの組合せ、2枚の発散作用
を有するフライズアイレンズの組合せであってもよい。
さらに第1の実施例において、観測面40において強度
分布が一様な光の寸法が横方向と縦方向で異なっている
場合がある。このような場合には、一方向にだけレンズ
作用のある円筒形レンズをもちいて光の寸法を所定の寸
法にすることができる。
加えて第1.第2の実施例では、光源からの光を直接フ
ライズアイレンズに入射しているが、レンズを用いて拡
大あるいは縮小した後にフライズアイレンズに入射する
ようにすることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように1本発明に係る照射光学系は、光軸
に対して定められた一方向に集束作用あるいは発散作用
を有するレンズで構成したフライズアイレンズによって
、光の強度分布のうちガウス形の強度分布を一様な強度
分布に変換するようにしているので、1)光源からの光
の利用効率を90チ・以上にできる、2)利用効率が高
い状態において、一様な強度分布にした光の寸法をある
範囲から選択することができ、照射光学系の設計が容易
になる、などの利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例で、縦方向だけがガウス
形強度分布の光を一様化する照射光学系、第2図は本発
明の第1の実施例で用いている7ライズアイレンズの斜
視図、第3図は本発明の第1の実施例で得られる一様化
した強度分布の一例を示す図、第4図はR/σとX、/
σの関係を示す図、第5図はR/σと利用効率ηの関係
を示す図、第6図は本発明の第2の実施例で、縦方向お
よび横方向がガウス形強度分布である光を一様化する照
射光学系、第7図はエキシマレーザが発生する光の強度
分布、第8図は分割プリズムを用いた従来の照射光学系
を示す図、第9図は分割プリズムによシ一様化した強度
分布を示す図、第10図はL/σとXm/σの関係を示
す図、第11図はL/σと利用効率ηとの関係を示す図
である。 1.10.100・・・・ガウス形の強度分布、140
・・・拳強度分布、20,21.22.23.24−・
・・集束レンズ、30. 110.120  #−@−
7ライズアイレンズ。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 山 川 政 樹(ほか1名)第1図 第2図 第3図 第6図 U                      「第
7図 (a) nλ□□□ (b)捻方勺 第8図 第9図 X15″ 第10区 第11図 手続補正書(自発) 1、事件の表示 昭和61年 特 許 願第127443号2、発明の名
称 照射光学系 3゜補正をする者 事件との関係     特  許  出願人名称(氏名
) (422) B本電信電話株式会社5、補正の対象 III  形罎(/J Z 貝1 !J 何りl ’/
凶」で16凶」と補正する。 (2)同上6頁10行の「第6図」を「第7図」と補正
する。 以  上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  光の強度分布においてその断面の直交する2軸のうち
    少なくともいずれか一方の軸における強度分布がガウス
    形の分布を呈する光の前記ガウス形の強度分布を、光軸
    に対して定められた一方向に集光または発散作用を有す
    るレンズで構成したフライズアイレンズによつてほぼ一
    様な強度分布に変換するようにしたことを特徴とする照
    射光学系。
JP61127443A 1986-06-02 1986-06-02 照射光学系 Pending JPS62284340A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS597360A (ja) * 1982-06-23 1984-01-14 インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション 光源発生装置
JPS60230629A (ja) * 1984-04-28 1985-11-16 Nippon Kogaku Kk <Nikon> 照明光学装置

Patent Citations (2)

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