JPS6380243A - Illumination optical device for exposure equipment - Google Patents

Illumination optical device for exposure equipment

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JPS6380243A
JPS6380243A JP61225163A JP22516386A JPS6380243A JP S6380243 A JPS6380243 A JP S6380243A JP 61225163 A JP61225163 A JP 61225163A JP 22516386 A JP22516386 A JP 22516386A JP S6380243 A JPS6380243 A JP S6380243A
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optical system
light source
luminous flux
beam shaping
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哲男 菊池
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    • 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

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  • 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)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress a loss of the light quantity of a luminous flux from an excimer laser light source to the minimum, and also, to shape a beam so that there is no directivity in a resolving power of a projected pattern image, by using a laser beam shaping optical system which has been constituted of an anamorphic lens. CONSTITUTION:A beam shaping optical system consisting of two pieces of anamorphic lenses 3A, 3B having each different refracting power in only one direction is provided on an illuminating optical path from an excimer laser light source 1 for outputting a laser luminous flux whose cross section is rectangular, by which its laser luminous flux is brought to beam shaping to a sectional form of roughly a regular square. Thereafter, only a luminous flux of four corners is cut to a rotational and symmetrical optical system. Therefore, it becomes a laser luminous flux whose cross section is roughly circular, illuminates a pattern area on a mask 6, and thereafter, passes through an entrance pupil of a projection objective lens 7 and forms a pattern image of the mask 6 on a wafer 8. Accordingly, the laser luminous flux outputted from the excimer laser light source is not cut uselessly, but utilized for a projection exposure by a sufficient quantity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザビームを照明光束としてマスクパター
ンを転写する半導体露光装置の照明光学装置、特に、エ
キシマレーザを照明光源とする半導体露光装置の露光用
照明光学装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an illumination optical device for a semiconductor exposure apparatus that transfers a mask pattern using a laser beam as an illumination light flux, and in particular to an illumination optical device that uses an excimer laser as an illumination light source. The present invention relates to an exposure illumination optical device for a semiconductor exposure apparatus.

(従来の技術) ICSLSI等の微細なマスクパターンをウェハ面上に
転写する半導体露光装置においては、従来、例えば波長
436nmまたは365n+nの光を主に発振する超高
圧水銀灯が多く用いられているが、さらに高密度で微細
なパターンを得るためには、さらに短波長でしかも強力
な光を発振する光源を必要とする。そこで上記の紫外線
波長域(350〜450nm)を超えてさらに短い波長
を発振するエキシマレーザを照明光源として備えた露光
装置が、例えば特開昭57−198631号公報によっ
て開示され、既に公知である。
(Prior Art) In semiconductor exposure equipment such as ICSLSI that transfers fine mask patterns onto wafer surfaces, ultra-high pressure mercury lamps that mainly emit light with a wavelength of 436 nm or 365n+n, for example, have traditionally been used in many cases. In order to obtain even higher-density and finer patterns, a light source that emits even shorter wavelength and more powerful light is required. Therefore, an exposure apparatus equipped with an excimer laser as an illumination light source which oscillates at a shorter wavelength beyond the above-mentioned ultraviolet wavelength range (350 to 450 nm) is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-open No. 57-198631, and is already known.

上記の公開公報によれば、照明光源(エキシマレーザ)
からの光は、マスク・3−全範囲を均一に照明するため
に集束成分およびその他の光学成分を用いた照明光学系
を介してマスクに投射されることが開示されている。一
方、露光装置におけるマスクの平均照明のための光学系
としては、従来、例えばフライアイレンズのようなオプ
チカルインテグレータとコンデンサーレンズとを組み合
せたものが公知である。また、レーザ光束を所望の大き
い径の光束に拡大するために、焦点距離の異る2個の球
面レンズにて構成されたビーム・エキスパンダーを用い
ることも、レーザを使用する光学装置においては、周知
の技術である。
According to the above publication, the illumination light source (excimer laser)
It is disclosed that light from the mask 3 is projected onto the mask through an illumination optical system using a focusing component and other optical components to uniformly illuminate the entire area. On the other hand, as an optical system for average illumination of a mask in an exposure apparatus, a combination of an optical integrator such as a fly's eye lens and a condenser lens is conventionally known. It is also well known in optical devices that use lasers to use a beam expander composed of two spherical lenses with different focal lengths in order to expand the laser beam into a beam with a desired large diameter. This is the technology of

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、エキシマレーザの出力断面は電極の形状
に依存し、例えば7mX20mmのように縦と横の長さ
が異なる断面矩形のビーム形状を有している。従って、
上記のオプチカルインテグレータを用いてマスク上での
光強度を均一化しても、レーザ光束の断面形状は依然と
して矩形であるため、投影レンズを介してマスクのパタ
ーン像を投影した場合、その像の解像力が縦と横とで異
なってしまう欠点が有った。また、ビームエキスパンダ
ーで光束径を拡大してもレーザ光束の断面形状じ、やや
もすると、露光量不足を来す恐れが有った。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the output cross section of the excimer laser depends on the shape of the electrode, and has a beam shape of a rectangular cross section with different vertical and horizontal lengths, for example, 7 m x 20 mm. Therefore,
Even if the optical integrator described above is used to make the light intensity uniform on the mask, the cross-sectional shape of the laser beam is still rectangular, so when the pattern image of the mask is projected through the projection lens, the resolution of the image is low. There was a drawback that the vertical and horizontal directions were different. Further, even if the beam diameter is expanded using a beam expander, the cross-sectional shape of the laser beam remains the same, and there is a risk that the amount of exposure will be insufficient.

本発明は、上記従来装置の問題点を解決し、極めて微細
なマスクパターンをも効率良く正しく転写できる半導体
露光装置の照明光学装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an illumination optical device for a semiconductor exposure apparatus that can solve the problems of the conventional devices described above and can efficiently and correctly transfer even extremely fine mask patterns.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決する為の手段) 上記の問題点を解決するために、本発明においては、一
方向にのみ互いに異なる屈折力を有する2個のアナモル
フインクレンズから成るビーム整形光学系を断面矩形の
レーザ光束を出力するエキシマレーザ光源からの照明光
路上に設け、これによって、そのレーザ光束をほぼ正方
形の断面形状にビーム整形した後にマスク上のパターン
を照明するように構成することを技術的要点とするもの
である。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, in the present invention, a beam shaping optical system consisting of two anamorphic lenses having refractive powers that differ from each other only in one direction is Technically, it is installed on the illumination optical path from an excimer laser light source that outputs a rectangular laser beam, so that the laser beam is shaped into a nearly square cross-sectional shape and then illuminates the pattern on the mask. This is the main point.

(作用) 上記のビーム整形光学系3.13.23によって入射す
る断面矩形のレーザ光束は、一方向のみの屈折力のため
に短辺が拡大されるかあるいは長辺が縮小されてほぼ正
方形の断面形状にビーム整形されたレーザ光束となる。
(Function) The laser beam having a rectangular cross section that enters the beam shaping optical system 3.13.23 is either enlarged on the short side or reduced on the long side due to the refractive power in only one direction, so that it becomes almost square. The laser beam is shaped into a cross-sectional shape.

この断面正方形に整形されたレーザ光束は、光軸のまわ
りに回転対称な光学系に四隅の光束のみがカントされる
ためにほぼ断面円形のレーザ光束となり、マスク6上の
パターン領域を照明した後、投影対物レンズ7の入射瞳
を通ってウェハ8上にマスク6のパターン像を結像させ
る。従って、エキシマレーザ光源から出力されるレーザ
光束は、無駄にカットされることなく、充分な光量で投
影露光のために利用される。
This laser beam shaped to have a square cross section becomes a laser beam having an approximately circular cross section because only the light beams at the four corners are canted by the optical system that is rotationally symmetrical around the optical axis, and after illuminating the pattern area on the mask 6, , an image of the pattern of the mask 6 is formed onto the wafer 8 through the entrance pupil of the projection objective 7 . Therefore, the laser beam output from the excimer laser light source is not wasted and is used in sufficient quantity for projection exposure.

(実施例) 次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。
(Example) Next, an example of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

第1図は本発明の実施例を示す光学系構成図で、述べら
れる一対のシリンドリカルレンズの如きアナモルフィッ
ク光学系3A、3Bから成るビーム整形光学系3により
断面が所定の形状にビーム整形される。このビーム整形
されたレーザ光束は、例えば特開昭56−81813号
公報に開示されているように、フライアイレンズの如き
オブチカルインテグレータ4によって多数の発散光束に
分割され、さらに、コンデンサーレンズ5にて集束され
てレチクル6を均一に照明する。この場合、オプチカル
インテグレータ4は、多数の微小光源を−平面上に作り
、二次光源として作用する。このレーザ光束によって一
様に照明されたレチクル6上の回路パターンは、投影対
物レンズ7によってステージ9に載置されたウェハ8上
に投影される。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system showing an embodiment of the present invention, in which the beam is shaped into a predetermined cross-sectional shape by a beam shaping optical system 3 consisting of anamorphic optical systems 3A and 3B such as a pair of cylindrical lenses. Ru. This beam-shaped laser beam is divided into a large number of diverging beams by an optical integrator 4 such as a fly's eye lens, and is further divided into a number of diverging beams by a condenser lens 5, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-81813. and is focused to uniformly illuminate the reticle 6. In this case, the optical integrator 4 creates a large number of minute light sources on the -plane and acts as a secondary light source. The circuit pattern on the reticle 6 uniformly illuminated by this laser beam is projected by the projection objective lens 7 onto the wafer 8 placed on the stage 9.

エキシマレーザ光源1は、封入されたレーザ媒質の雰囲
気中に設けられた、第2図に示すような細長いカマボコ
型の放電電極El 、Etを有し、レーザ光は、その主
放電電極E、 、 IF、、間に高電圧が印加されて放
電する際に生じる閃光が電極の長手方向に共振して矢印
りの方向に発光するものである。その際、レーザビーム
の断面形状は、電極E+、Exの形状に大きく左右され
る特質を有しているが、現在市販されているエキシマレ
ーザでは、放電方向が長辺(x)で、これに直角な方向
が短辺(y)の、第3図に示すような長方形の断面形状
を有しているものが多い。第1図のエキシマレーザ光源
1においては、主放電電極E1、E2が第2図の如く上
下に並設されているので、発振されるレーザ光束の断面
は上下に長い長方形である。このレーザ光束は、ミラー
2によって下方へ転向された後は、第4図(a)に示す
ように左右に長い長方形の断面形状となって、本発明の
要部を構成するビーム整形光学系3に入射する。
The excimer laser light source 1 has elongated semi-cylindrical discharge electrodes El, Et, as shown in FIG. A flash of light generated when a high voltage is applied between IF and discharge resonates in the longitudinal direction of the electrode and emits light in the direction of the arrow. At this time, the cross-sectional shape of the laser beam has the characteristic that it is greatly influenced by the shape of the electrodes E+ and Ex, but in the excimer lasers currently on the market, the discharge direction is the long side (x), and Many of them have a rectangular cross-sectional shape as shown in FIG. 3, with the short side (y) being perpendicular to the direction. In the excimer laser light source 1 shown in FIG. 1, the main discharge electrodes E1 and E2 are arranged vertically in parallel as shown in FIG. 2, so that the cross section of the emitted laser beam is a vertically long rectangle. After this laser beam is deflected downward by the mirror 2, it has a rectangular cross-sectional shape that is elongated from side to side, as shown in FIG. incident on .

このビーム整形光学系3は、発散性のシリンドリカルレ
ンズ3Aと収斂性のシリンドリカルレンズ3Bとから成
り、第5図に示すように両シリンドリカルレンズ3A、
3Bの母線は互いに平行となるように構成されている。
This beam shaping optical system 3 consists of a diverging cylindrical lens 3A and a convergent cylindrical lens 3B, and as shown in FIG.
The generatrix lines of 3B are configured to be parallel to each other.

すなわち、母線を含む面内の光線は、第5図(a)に示
すように屈折することなく、そのまま通過し、この母線
に垂直な面内の光線は第5図(b)に示す如く屈折する
In other words, rays in a plane including the generatrix pass through without being refracted as shown in Figure 5(a), and rays in a plane perpendicular to this generatrix are refracted as shown in Figure 5(b). do.

この場合、双方のシリンドリカルレンズ3A13Bの各
焦点を点0.で合致するように配置すれば、両シリンド
リカルレンズによってアフォーカル系が形成され、一方
のシリンドリカルレンズ3Aに入射する母線に平行な平
行光束は、他方のシリンドリカルレンズ3Bからも平行
光束として射出され、その際、母線に垂直な面内の光線
のみ、第5図(b)に示すように光束幅が拡大されて再
び平行光束となって射出される。
In this case, each focal point of both cylindrical lenses 3A13B is set to a point 0. If they are arranged so that they match, an afocal system is formed by both cylindrical lenses, and a parallel light beam parallel to the generatrix that enters one cylindrical lens 3A is also emitted as a parallel light beam from the other cylindrical lens 3B, and its At this time, only the light rays in the plane perpendicular to the generatrix are expanded in beam width and emitted as parallel light beams again, as shown in FIG. 5(b).

いま、一方のシリンドリカルレンズ3Aの焦点距離をf
11他方のシリンドリカルレンズ3Bの焦点距離をft
とし、エキシマレーザ光束の長辺の長さをx1短辺の長
さをyとし、1fll<1f21とすると l fz /f+  l−x/y””−(1)の式を満
足するように両焦点距離を選べば、断面長方形のエキシ
マレーザ光束を断面正方形にビーム整形することができ
る。
Now, the focal length of one cylindrical lens 3A is f.
11 The focal length of the other cylindrical lens 3B is ft.
Let the length of the long side of the excimer laser beam be x1, and the length of the short side be y, and let 1fll<1f21. By selecting the focal length, it is possible to shape an excimer laser beam having a rectangular cross section into a square cross section.

第1図において、シリンドリカルレンズ3A。In FIG. 1, a cylindrical lens 3A.

3Bの母線を含む面(紙面に平行な面)内の光線を実線
で、また、母線に垂直な面(紙面に垂直な面)内の光線
を破線にて示す、ミラー2で反射された断面形状が第4
図(a)の如く長辺がx1短辺がyの長方形断面のエキ
シマレーザ光束は、発散性のシリンドリカルレンズ3A
によって短辺yのみが拡大されて長辺Xと等しくなり、
吸斂性のシリンドリカルレンズ3Bにて平行光束となっ
て射出される。従って、ビーム整形光学系3を通過した
光束は、第4図(b)に示すように一辺がXの正方形断
面にビーム整形される。このビーム整形されたレーザ光
束は、オプチカルインテグレータ4と、このオプチカル
インテグレータ4による二次光源結像面またはこれに近
接して設けられた円形の開口を有する絞り(以下「α絞
り」と称する。)4Aおよびコンデンサーレンズ5を介
して、マスク6のパターン領域を均一に照明する。その
際、オプチカルインテグレータ4によって多数の輝点の
集合に形成された二次光源も一辺Xのほぼ正方形の断面
形状となっており、α絞り4Aによって四隅がカットさ
れてほぼ円形に形成され第4図(C)に示す如き形状と
なる。
A cross-section reflected by mirror 2, where rays in the plane containing the generatrix of 3B (plane parallel to the paper) are shown as solid lines, and rays in the plane perpendicular to the generatrix (plane perpendicular to the paper) are shown in broken lines. The shape is the fourth
As shown in Figure (a), the excimer laser beam having a rectangular cross section with x on the long side and y on the short side is transmitted through a diverging cylindrical lens 3A.
Only the short side y is expanded to be equal to the long side X,
The light is emitted as a parallel light beam by the absorptive cylindrical lens 3B. Therefore, the light beam passing through the beam shaping optical system 3 is shaped into a square cross section with one side of X as shown in FIG. 4(b). This beam-shaped laser beam is transmitted through an optical integrator 4 and a diaphragm (hereinafter referred to as "α diaphragm") having a circular aperture provided on or near the secondary light source imaging plane of the optical integrator 4. 4A and the condenser lens 5, the pattern area of the mask 6 is uniformly illuminated. At this time, the secondary light source formed by the optical integrator 4 into a set of many bright spots also has a substantially square cross-sectional shape with one side X, and the four corners are cut by the α aperture 4A to form a substantially circular shape. The shape is as shown in Figure (C).

マスク6上にパターンを照明したレーザ光束は、投影対
物レンズ7の入射瞳(第1図では実質的な絞りに担当す
る。)Pを通すウエハ8上にパターン像を結像する。こ
の場合、α絞り4Aは投影対物レンズ7の入射瞳Pと共
役な位置に設けられており、α絞り4Aの開口の像■が
第4図(d)に示すように入射瞳P内に結像される。こ
のα絞り4Aの開口の像■ (すなわち入射瞳Pを通る
光束の断面)の大きさが入射瞳Pに対して0.5〜0.
7となるようにすると、ウェハ8上で解像力およびコン
トラストが共に良好なパターン像を得ることができる。
The laser beam illuminating the pattern on the mask 6 forms a pattern image on the wafer 8, which passes through the entrance pupil P (corresponding to a substantial aperture in FIG. 1) of the projection objective lens 7. In this case, the α aperture 4A is provided at a position conjugate with the entrance pupil P of the projection objective lens 7, and the image of the aperture of the α aperture 4A is focused within the entrance pupil P as shown in FIG. 4(d). imaged. The size of the image (i.e., the cross section of the light beam passing through the entrance pupil P) of the aperture of the α aperture 4A is 0.5 to 0.
7, a pattern image with good resolution and contrast can be obtained on the wafer 8.

従って、α絞り4Aによりレーザ光束をわずかにカット
するのみで、エキシマレーザ光源からのレーザ光束を最
大限に利用して投影露光を行うことが可能となる。
Therefore, by only slightly cutting the laser beam with the α aperture 4A, it is possible to perform projection exposure by making maximum use of the laser beam from the excimer laser light source.

ビーム整形光学系3は、第5図に示す発散性(負)のシ
リンドリカルレンズ3Aと収斂性(正)のシリンドリカ
ルレンズ3Bとから成るアナモルフィック系ビーム整形
光学系の代りに、第6図に示すように正のシリンドリカ
ルレンズ13A、13Bのみを用いてアナモルフィック
系ビーム整形光学系13を構成してもよい。この場合、
両レンズ13A、13Bの焦点距離f、、f、は、前述
の(1)式を用いて決定される。また、両レンズ13A
、13Bは第6図に示すように点0□において焦点が合
致するように配置される。
The beam shaping optical system 3 is the same as shown in FIG. 6 instead of the anamorphic beam shaping optical system consisting of a divergent (negative) cylindrical lens 3A and a convergent (positive) cylindrical lens 3B shown in FIG. As shown, the anamorphic beam shaping optical system 13 may be configured using only positive cylindrical lenses 13A and 13B. in this case,
The focal lengths f, , f of both lenses 13A and 13B are determined using the above-mentioned equation (1). Also, both lenses 13A
, 13B are arranged so that their focal points coincide at point 0□ as shown in FIG.

第7図は、ビーム整形光学系3.13を構成するミリン
トリカルレンズ3A、3B、13A、13Bの母線の方
向とエキシマレーザ光源1の電極E+ 、Ezの方向と
の関係を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the direction of the generatrix of the millimeter lenses 3A, 3B, 13A, and 13B constituting the beam shaping optical system 3.13 and the direction of the electrodes E+ and Ez of the excimer laser light source 1. be.

各シリンドリカルレンズ3A、3B、13A、13Bは
、第7図<a>に示すように母線の方向(矢印Slにて
示す、)が、電極El、Etの並びの方向、すなわちレ
ーザビームの矩形断面の長手方向に平行するように設置
される。これによりレーザ光束は、母線の方向には第7
図(a)に示すように屈折することなくシリンドリカル
レンズ3A(13A)および3B(13B)を通って直
進するが、第7図(b)および第7図(c)に示すよう
に母線に垂直な方向(矢印S2にて示す。)に対しては
、一方のシリンドリカルレンズ3A。
As shown in FIG. 7 <a>, each cylindrical lens 3A, 3B, 13A, 13B has a generatrix direction (indicated by arrow Sl) that is aligned with the direction of the electrodes El and Et, that is, the rectangular cross section of the laser beam. installed parallel to the longitudinal direction of the As a result, the laser beam is directed to the seventh point in the direction of the generatrix.
As shown in Figure (a), it passes straight through the cylindrical lenses 3A (13A) and 3B (13B) without being refracted, but perpendicular to the generatrix as shown in Figures 7 (b) and 7 (c). For the direction (indicated by arrow S2), one cylindrical lens 3A.

13Aによって光束幅が拡大された後、他方のシリンド
リカルレンズ3B、13Bによって再び平行光束となる
。従って、このビーム整形光学系3.13を構成するシ
リンドリカルレンズの母線の方向を、エキシマレーザ光
源の放電電極E+、Exの放電方向と平行させることに
よって、断面矩形のレーザ光束の短辺の方向のみを拡大
することができる。
After the beam width is expanded by 13A, the beam becomes parallel again by the other cylindrical lenses 3B and 13B. Therefore, by making the direction of the generatrix of the cylindrical lens constituting this beam shaping optical system 3.13 parallel to the discharge direction of the discharge electrodes E+ and Ex of the excimer laser light source, only the direction of the short side of the laser beam having a rectangular cross section can be set. can be expanded.

また、第5図および第6図に示すアナモルフィック系の
ビーム整形光学系3A、3B、13A、13Bに、左方
から光を通すと、母線に垂直な方向のみの光束幅を短縮
することが可能である。従って、エキシマレーザ光源1
の出力断面での光束が、例えば第3図中でX方向が適当
で、X方向が長すぎる場合には、X方向を縮小するため
に、拡大型のビーム整形光学系を逆向きにすると共に、
母線の方向を放電電極の放電方向に対して直角に設置す
れば、縮小型ビーム整形光学系として用いることができ
る。
Furthermore, when light passes from the left through the anamorphic beam shaping optical systems 3A, 3B, 13A, and 13B shown in FIGS. 5 and 6, the beam width only in the direction perpendicular to the generatrix can be shortened. is possible. Therefore, excimer laser light source 1
For example, if the beam at the output cross section of the beam in the X direction is appropriate in the X direction in Figure 3, but the X direction is too long, in order to reduce the X direction, the expanding beam shaping optical system should be turned in the opposite direction. ,
If the direction of the generatrix is set perpendicular to the discharge direction of the discharge electrode, it can be used as a reduction type beam shaping optical system.

第8図は、断面矩形のレーザ光束の長手方向を縮小して
断面正方形の光束にビーム整形して、マスク6を照明す
るように構成した本発明の第2の実施例を示す投影露光
装置の光学系配置図で、第9図の(a)、(b)、(c
)、(d)はそれぞれ、第8図の光束のA−A、B−B
、C−C,D−D断面図である。なお、第1図と同じ機
能を有する部分には第1図と同じ符号を付し、その構成
についての詳しい説明は省略する。
FIG. 8 shows a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention configured to reduce the longitudinal direction of a laser beam having a rectangular cross section and shape the beam into a beam having a square cross section to illuminate a mask 6. Optical system layout diagram, (a), (b), (c) in Figure 9
) and (d) are A-A and B-B of the luminous flux in Fig. 8, respectively.
, CC, and DD sectional views. Note that parts having the same functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed explanations of their configurations will be omitted.

第8図において、エキシマレーザ光源1からのレーザ光
束はミラー2によって反射され縮小型のビーム整形光学
系23に入射する。その際のレーザ光束の断面形状は、
第9図(a)に示す如く左右方向に長い矩形状となって
いる。ビーム整形光学系23は、紙面に垂直方向に母線
を持つ正のシリンドリカルレンズ23Aと負のシリンド
リカルレンズ23Bとから成り、このビーム整形光学系
23を通過したレーザ光束は、第9図(b)に示すよう
に左右方向のみが縮小されて入射光束の矩形断面の短辺
yを一辺とするほぼ正方形にビーム整形される。この断
面正方形のレーザ光束は、オプチカルインテグレータ4
および円形の開口を有するα絞り4Aとにより多数の輝
点の集合から成る円形の二次光源に形成される。この二
次光源からの光束はコンデンサーレンズ5を介してマス
ク6を均一に照明する。第9図(C)は、α絞り4Aの
開口を通過した光束の断面形状を示す。マスり6を照明
したレーザ光束は、投影対物レンズ7の入射瞳Pを通り
、ステージ9上のウェハ8の面に結像する。この場合も
、入射瞳P上に第9図(d)に示すように入射瞳Pに対
して適当な大きさでα絞り4Aの像■が形成される。従
って、エキシマレーザ光源1からの光束を最も有効に利
用することができる。なおこの第2実施例において、正
のシリンドリカルレンズ23Aの焦点距離をf2、負の
シリンドリカルレンズ23Bをf、として、前述の(1
)式を満足するようにアフォーカル系として構成されて
いるので、断面矩形のエキシマレーザ光束の長辺Xが短
辺yに等しくなる。
In FIG. 8, a laser beam from an excimer laser light source 1 is reflected by a mirror 2 and enters a reduction type beam shaping optical system 23. In FIG. The cross-sectional shape of the laser beam at that time is
As shown in FIG. 9(a), it has a rectangular shape that is long in the left-right direction. The beam shaping optical system 23 consists of a positive cylindrical lens 23A and a negative cylindrical lens 23B, each having a generatrix perpendicular to the plane of the paper. The laser beam that has passed through this beam shaping optical system 23 is shown in FIG. As shown, only the left and right directions are reduced and the beam is shaped into a substantially square shape with one side being the short side y of the rectangular cross section of the incident light beam. This laser beam with a square cross section is transmitted to the optical integrator 4.
and an α aperture 4A having a circular aperture, a circular secondary light source consisting of a collection of many bright spots is formed. The light flux from this secondary light source uniformly illuminates the mask 6 via the condenser lens 5. FIG. 9(C) shows the cross-sectional shape of the light beam passing through the aperture of the α aperture 4A. The laser beam illuminating the mass 6 passes through the entrance pupil P of the projection objective lens 7 and forms an image on the surface of the wafer 8 on the stage 9 . In this case as well, an image (2) of the α aperture 4A is formed on the entrance pupil P with an appropriate size relative to the entrance pupil P, as shown in FIG. 9(d). Therefore, the light beam from the excimer laser light source 1 can be used most effectively. In this second embodiment, the focal length of the positive cylindrical lens 23A is f2, and the negative cylindrical lens 23B is f, and the above-mentioned (1
Since the system is configured as an afocal system so as to satisfy the following equation, the long side X of the excimer laser beam having a rectangular cross section is equal to the short side y.

第1図および第8図に実施例においてビーム整形された
エキシマレーザ光束の正方形断面をさらにそのまま比例
的に拡大または縮小して適当な大きさにする場合には、
アフォーカル系からなる一般のビームエキスパンダー又
はそれを逆向きにしたものを、シリンドリカルレンズか
ら成るビーム整形光学系13.23とオプチカルインテ
グレータ4との間の光路上に付加すればよい。また、第
または負)に形成することによって、正方形にビーム整
形された光束をさらに全体に拡大あるいは縮小して、投
影対物レンズの入射瞳に対して適当な大きさにビーム整
形することも可能である。
When the square cross section of the excimer laser beam that has been beam-shaped in the embodiments shown in FIGS. 1 and 8 is further proportionally expanded or contracted to an appropriate size,
A general beam expander made of an afocal system or its inverted version may be added on the optical path between the beam shaping optical system 13.23 made of a cylindrical lens and the optical integrator 4. In addition, it is also possible to further expand or contract the square beam-shaped beam by forming the square beam into an appropriate size for the entrance pupil of the projection objective lens. be.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の如く本発明によれば、アナモルフインクレンズに
よって構成されたレーザビーム整形光学系を用いること
により、エキシマレーザ光源からの光束の光を損失を最
小限にとどめて、投影されるパターン像の解像力に方向
性が無いようにビーム整形が可能となり、しかも、構成
が簡単で、光源からの光束を最も有効に投影レンズへ導
き、コントラストと解像力に優れたパターン像を形成さ
せることができる。
As described above, according to the present invention, by using a laser beam shaping optical system configured with an anamorphic lens, the loss of the light beam from the excimer laser light source is minimized, and the projected pattern image is Beam shaping is possible so that there is no directionality in resolution, the configuration is simple, and the luminous flux from the light source can be guided most effectively to the projection lens to form a pattern image with excellent contrast and resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例を示す投影露光装置の光
学系配置図、第2図は、第1図の実施例に用いられるエ
キシマレーザ光源の放電電極部の斜視図、第3図は第2
図の放電電極部から出力されるエキシマレーザ光束の断
面形状を示す平面図、第4図は第1図の実施例における
エキシマレーザ光束断面形状の変化を示す説明図で、(
a)、(b)、(C)、(d)は、それぞれ第1図にお
けるA−ASB−B、C−C,D−D断面のエキシマレ
ーザ光束断面図、第5図は、本発明の要部をなす第1図
中のビーム整形光学系の説明図で(a)は母線に平行な
横断面図(b)は<a>の縦断面図、第6図は第5図と
は異なる実施例を示すビーム整形光学系の構成図、第7
図は、第5図および第6図に示すビーム整形光学系とエ
キシマレーザ光源の放電電極間の放電方向との関係を示
す説を 明図、第8図は第2の実施例七示す投影露光装置の光学
系配置図、第9図は第8図中のエキシマレーザ光束の断
面形状の変化を示す説明図で、(a)、(b)、(C)
、(d)はそれぞれ第8図のA−A、B−B、C−C5
D−D断面におけるエキシマレーザ光束断面図である。 (主要部分の符号の説明) 1・・・エキシマレーザ光源 3.13.23・・・ビーム整形光学系3A、3B、1
3A、13B、23A、23B・・・シリンドリカルレ
ンズ(アナモルフインクレンズ) 4・・・オプチカルインテグレータ 4A・・・α絞り 5・・・コンデンサーレンズ 6・・・マスク 7・・・投影対物レンズ 8・・・ウェハ(感光基板) El 、Ez・・・主放電電極 P・・・入射瞳
1 is a layout diagram of an optical system of a projection exposure apparatus showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a discharge electrode section of an excimer laser light source used in the embodiment of FIG. 1, and FIG. The figure is the second
FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in the cross-sectional shape of the excimer laser beam in the embodiment shown in FIG.
a), (b), (C), and (d) are cross-sectional views of the excimer laser beam at A-ASB-B, CC, and D-D cross sections in FIG. 1, respectively, and FIG. 5 is the cross-sectional view of the excimer laser beam of the present invention. An explanatory diagram of the beam shaping optical system in Fig. 1, which is the main part, where (a) is a cross-sectional view parallel to the generatrix, (b) is a longitudinal cross-sectional view of <a>, and Fig. 6 is different from Fig. 5. 7th block diagram of a beam shaping optical system showing an embodiment
The figure clearly shows the relationship between the beam shaping optical system shown in Figs. 5 and 6 and the discharge direction between the discharge electrodes of the excimer laser light source, and Fig. 8 shows the projection exposure method according to the second embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the change in the cross-sectional shape of the excimer laser beam in FIG. 8, showing the arrangement of the optical system of the device.
, (d) are A-A, B-B, and C-C5 in Fig. 8, respectively.
FIG. 3 is a sectional view of an excimer laser beam along the DD cross section. (Explanation of symbols of main parts) 1... Excimer laser light source 3.13.23... Beam shaping optical system 3A, 3B, 1
3A, 13B, 23A, 23B... Cylindrical lens (anamorphic lens) 4... Optical integrator 4A... α aperture 5... Condenser lens 6... Mask 7... Projection objective lens 8. ...Wafer (photosensitive substrate) El, Ez...Main discharge electrode P...Entrance pupil

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)エキシマレーザを露光用照明光源としてマスク上
のパターンの像を感光基板上に投影する投影露光装置に
おいて、一方向にのみ異なる屈折力を有する少なくとも
2個のアナモルフィックレンズから成るビーム整形光学
系を、エキシマレーザ光源からの照明光路上に設け、前
記エキシマレーザの光束断面をほぼ正方形にビーム整形
した後に前記マスクを照明する如く構成したことを特徴
とする露光装置用照明光学装置。
(1) In a projection exposure apparatus that projects an image of a pattern on a mask onto a photosensitive substrate using an excimer laser as an exposure illumination light source, beam shaping is made up of at least two anamorphic lenses having different refractive powers in only one direction. An illumination optical device for an exposure apparatus, characterized in that an optical system is provided on an illumination optical path from an excimer laser light source, and is configured to illuminate the mask after shaping the beam cross section of the excimer laser into a substantially square beam.
(2)前記ビーム整形光学系は、焦点距離の互いに異な
るシリンドリカルレンズ(3A、3B、13A、13B
、23A、23B)にて形成され、一方のレンズの焦点
距離をf_1、他方のそれをf_2断面矩形の前記エキ
シマレーザ光束の長辺をx、短辺をyとし、|f_1|
<|f_2|とするとき|f_2/f_1|=x/yの
関係をほぼ満足するように構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の露光装置用照明光学装置。
(2) The beam shaping optical system includes cylindrical lenses (3A, 3B, 13A, 13B) having different focal lengths.
, 23A, 23B), the focal length of one lens is f_1, the other is f_2, the long side of the excimer laser beam having a rectangular cross section is x, and the short side is y, |f_1|
The illumination optical device for an exposure apparatus according to claim 1, characterized in that the illumination optical device for an exposure apparatus is configured to substantially satisfy the relationship |f_2/f_1|=x/y when <|f_2|.
(3)前記ビーム整形光学系は、母線に垂直な屈折面が
前記エキシマレーザ光源(1)の放電電極(E_1、E
_2)間の放電方向と平行するように設置されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載
の露光装置用照明光学装置。
(3) In the beam shaping optical system, the refraction surface perpendicular to the generatrix is the discharge electrode (E_1, E_1, E_1) of the excimer laser light source (1).
_2) The illumination optical device for an exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the illumination optical device is installed parallel to the discharge direction between the two.
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