JPH0721585B2 - Illumination optics - Google Patents
Illumination opticsInfo
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- JPH0721585B2 JPH0721585B2 JP60240900A JP24090085A JPH0721585B2 JP H0721585 B2 JPH0721585 B2 JP H0721585B2 JP 60240900 A JP60240900 A JP 60240900A JP 24090085 A JP24090085 A JP 24090085A JP H0721585 B2 JPH0721585 B2 JP H0721585B2
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- light
- optical fiber
- lens
- fiber bundle
- optical system
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は照明光学系に関し、特に紫外域で高輝度のエキ
シマレーザー等の光源を用いて電子回路等の微細パター
ンが形成されている被照射面であるマスクを照明する際
に、光学要素の破損を防止しつつ効率的にしかも均一に
照明することのできる半導体製造装置に好適な照明光学
系に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system, and more particularly to an irradiation optical system in which a fine pattern such as an electronic circuit is formed using a light source such as an excimer laser having a high brightness in the ultraviolet region. The present invention relates to an illumination optical system suitable for a semiconductor manufacturing apparatus capable of efficiently and uniformly illuminating a mask that is a surface while preventing damage to optical elements.
(従来の技術) 最近の半導体製造技術には電子回路の高集積化に伴い、
高密度の回路パターンが形成可能のリングラフイ技術が
要求されている。(Prior Art) Recent semiconductor manufacturing technology has been accompanied by high integration of electronic circuits.
There is a demand for a lingrafie technology capable of forming a high-density circuit pattern.
一般にマスク又はレチクル面上の回路パターンをウエハ
面上に転写する場合、ウエハ面上に転写される回路パタ
ーンの解像線幅は光源に波長に比例してくる。この為波
長200〜300nmの遠紫外(デイープUV領域)の短い波長を
発振する従来の超高圧水銀灯やキセノン水銀ランプ等の
代わりに最近はエキシマレーザーが高輝度性、単色性、
指向性等の良さからリングラフイ技術への応用に種々研
究されている。Generally, when the circuit pattern on the mask or reticle surface is transferred onto the wafer surface, the resolution line width of the circuit pattern transferred onto the wafer surface is proportional to the wavelength of the light source. For this reason, excimer lasers have recently become more bright, monochromatic, instead of conventional ultra-high pressure mercury lamps or xenon mercury lamps that oscillate a short wavelength in the deep ultraviolet (deep UV region) with a wavelength of 200 to 300 nm.
Due to its good directivity, various researches have been conducted on its application to the Lingrafi technology.
一般に半導体製造におけるウエハ面上への焼付け露光に
おいては焼付け面全面における均一露光と物理光学的効
果の制御のためにマスク面への照明光束に一定の拡がり
角を持たせることが要求される。この為従来は光源とウ
エハ面との間にフライアイレンズと呼ばれるレンズアレ
イやオプテイカルフアイバー束等から成る所謂ライトイ
ンテグレータとコンデンサーレンズを用いた照明光学系
を利用している。照明光学系はマスクとウエハを密着若
しくは数十ミクロン程度離して焼付けを行う所謂コンタ
クト/プロキシミテイ露光法ではコンデンサーレンズに
よりライトインテグレータの像を無限遠に形成するよう
にしている。又ステツパー等のマスクのパターンをウエ
ハ面上に投影光学系を用いて投影露光する所謂プロジエ
クシヨン露光法ではコンデンサーレンズによりライトイ
ンテグレータの像を投影光学系の入射瞳に形成するよう
にして、所謂ケーラー照明系を構成している。Generally, in baking exposure on a wafer surface in semiconductor manufacturing, it is required that the illumination light flux on the mask surface has a constant spread angle for uniform exposure on the entire baking surface and control of the physical-optical effect. Therefore, conventionally, an illumination optical system using a so-called light integrator composed of a lens array called a fly's eye lens, an optical fiber bundle, and a condenser lens is used between the light source and the wafer surface. In the illumination optical system, a so-called contact / proximity exposure method in which a mask and a wafer are closely contacted or separated by several tens of microns to perform printing, a condenser lens is used to form a light integrator image at infinity. Further, in a so-called projection exposure method in which a pattern of a mask such as a stepper is projected and exposed on a wafer surface by using a projection optical system, a so-called projection lens is formed by a condenser lens to form an image of a light integrator on an entrance pupil of the projection optical system. It constitutes the Koehler illumination system.
例えば第2図はライトインテグレータとして凸レンズア
レイを用いたときのレンズアレイを構成する1組のレン
ズの断面図である。1組のレンズは凸レンズ21,22の2
つのレンズより成つている。凸レンズ21,22は共に同じ
焦点距離を有し、両レンズは該焦点距離だけ離して配置
されている。そして凸レンズ21の径で光束を制限し、即
ち絞りを構成し、凸レンズ21に種々の角度で入射した平
行光束を凸レンズ22の一方のレンズ面近傍に集光した
後、各主光線が互いに平行となるように射出させてい
る。このとき凸レンズ22はフイールドレンズの役目を果
たしている。すなわち凸レンズ21,22により全体として
テレセントリツク光学系を構成している。For example, FIG. 2 is a cross-sectional view of a set of lenses constituting a lens array when a convex lens array is used as a light integrator. One set of lenses is 2 of convex lenses 21 and 22
It consists of two lenses. Both the convex lenses 21 and 22 have the same focal length, and the two lenses are arranged apart by the focal length. Then, the light flux is limited by the diameter of the convex lens 21, that is, a diaphragm is formed, and after parallel light fluxes that have entered the convex lens 21 at various angles are condensed in the vicinity of one lens surface of the convex lens 22, the respective chief rays become parallel to each other. It is ejected to become. At this time, the convex lens 22 functions as a field lens. That is, the convex lenses 21 and 22 collectively constitute a telecentric optical system.
一般のエキシマレーザーはその光束の拡がり角が数ミリ
ラジアンと略平行光に近く、更に紫外域で高出力を有し
ている。この為第2図に示す光学系にエキシマレーザー
を利用すると、主に軸上の平行光束のみとなり、その集
光点(図中F)では莫大なエネルギー密度となる。従つ
て凸レンズ22のコーテイングやレンズ材そのものを破壊
してしまうことがある。この為凸レンズ22を省略するこ
とも考えられるが、この場合でも空気中にレーザー光束
が集光し、その際空気が絶縁破壊を起こし、放電したり
発光したりしてレーザー光束のエネルギーを無駄にして
しまうことがある。A general excimer laser has a divergence angle of its luminous flux of several milliradians, which is close to parallel light, and has a high output in the ultraviolet region. For this reason, when an excimer laser is used in the optical system shown in FIG. 2, only parallel axial light fluxes are produced, and the energy density becomes enormous at the focal point (F in the figure). Therefore, the coating of the convex lens 22 or the lens material itself may be destroyed. Therefore, it is conceivable to omit the convex lens 22, but even in this case, the laser light flux is condensed in the air, and at that time, the air causes a dielectric breakdown and discharges or emits light to waste the energy of the laser light flux. It may happen.
(発明が解決しようとする問題点) 本発明はエキシマレーザーを光源として用いる際の出力
エネルギーの無駄をなくし、レーザー光束の集光による
光学要素の破壊を防止し、更に被照射面の均一照明を可
能とした照明光学系の提供を目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention eliminates waste of output energy when using an excimer laser as a light source, prevents destruction of optical elements due to focusing of a laser beam, and further provides uniform illumination of a surface to be illuminated. The purpose is to provide a possible illumination optical system.
(問題点を解決するための手段) レーザーからの可干渉光を受けるオプティカルファイバ
ー束と該オプティカルファイバー束からの光を被照明面
に向けるコンデンサーレンズとを有する照明光学系にお
いて、前記オプティカルファイバー束の各オプティカル
ファイバーの長さに互いに可干渉距離以上の差を与え且
つ前記オプティカルファイバー束の各オプティカルファ
イバーの光出射面に発散性のレンズ面を形成したことで
ある。(Means for Solving the Problems) In an illumination optical system having an optical fiber bundle that receives coherent light from a laser and a condenser lens that directs the light from the optical fiber bundle to an illuminated surface, This is to form a divergent lens surface on the light emitting surface of each optical fiber of the optical fiber bundle by giving a difference of coherence length or more to the length of each optical fiber.
この他本発明の特徴は実施例において記載されている。Other features of the present invention are described in the embodiments.
(実施例) 第1図は本発明を半導体製造法の1つであるコンタクト
/プロキシミテイ露光装置に適用したときの一実施例の
光学系の概略図である。同図において1は光源としての
エキシマレーザー、2は光束変換部材で、通常矩形をし
ているエキシマレーザーの光束を等方的に変換する為の
ものであり、例えばシリンドリカルレンズより成るビー
ムエクスパンダーより構成されている。3は反射鏡、4
はオプティカルファイバー束であり、それを構成するオ
プティカルファイバーの長さがレーザー光のコヒーレン
ス長以上の差がつくように束ねており、且つ各オプティ
カルファイバーの射出面(光出射面)に発散性のレンズ
面を形成している。尚第1図では簡単の為にレンズ面の
みを示している。5は収斂性のコンデンサーレンズ、6
はマスク、7はウエハであり、マスク6とウエハ7は密
着しているか(コンタクト)若しくは数ミクロンから数
十ミクロンの間隔をへだてて配置されている(プロキシ
ミテイ)。(Embodiment) FIG. 1 is a schematic view of an optical system of an embodiment when the present invention is applied to a contact / proximity exposure apparatus which is one of semiconductor manufacturing methods. In the figure, 1 is an excimer laser as a light source, and 2 is a light flux conversion member for isotropically converting the light flux of a normally rectangular excimer laser. For example, a beam expander including a cylindrical lens is used. It is configured. 3 is a reflector, 4
Is an optical fiber bundle, and the optical fibers that make up the optical fiber bundle are bundled so that there is a difference of at least the coherence length of the laser light, and the exit surface (light exit surface) of each optical fiber is a divergent lens. Forming a surface. In FIG. 1, only the lens surface is shown for simplicity. 5 is a convergent condenser lens, 6
Is a mask, and 7 is a wafer. The mask 6 and the wafer 7 are in close contact with each other (contact) or are arranged at intervals of several microns to several tens of microns (proximity).
オプティカルファイバー束4の射出面に形成したレンズ
面とコンデンサーレンズ5との距離及びコンデンサーレ
ンズ5とマスク6との距離は略コンデンサーレンズ5の
焦点距離に一致させている。The distance between the lens surface formed on the exit surface of the optical fiber bundle 4 and the condenser lens 5 and the distance between the condenser lens 5 and the mask 6 are made substantially equal to the focal length of the condenser lens 5.
エキシマレーザー1から放射されたレーザー光束はその
拡がり角が数ミリラジアンとほとんど拡がつていない。
この為絞りにより単に整形したり若しくは光束変換手段
2により光束を等方的に拡大した後に反射鏡3で反射さ
せた後オプティカルファイバー束4に入射させている。
本実施例ではオプティカルファイバー束4を構成する各
オプティカルファイバーの射出面に発散性のレンズ面を
形成している。これによりレンズ面の数だけ複数の第2
次光源を形成している。そしてこれらの複数の第2次光
源からの光束は各々コンデンサーレンズ5の収斂作用で
光軸と平行となるように集光された後マスク面6を照射
する。このような構成をとることにより複数の第2次光
源からの光束を各々被照射面であるマスク6上で重なり
合わすことができる。これにより被照射面において照度
分布の均一化を図つた照明光学系を達成している。The divergence angle of the laser beam emitted from the excimer laser 1 is a few milliradians, which is very small.
For this reason, the light beam is simply shaped by a diaphragm or isotropically expanded by the light beam conversion means 2 and then reflected by a reflecting mirror 3 and then incident on an optical fiber bundle 4.
In this embodiment, a divergent lens surface is formed on the exit surface of each optical fiber forming the optical fiber bundle 4. As a result, a plurality of second lenses corresponding to the number of lens surfaces are
It forms the next light source. Then, the light fluxes from the plurality of secondary light sources are condensed by the condenser lens 5 so as to be parallel to the optical axis and then irradiate the mask surface 6. With such a configuration, the light beams from the plurality of secondary light sources can be overlapped on the mask 6, which is the surface to be illuminated. As a result, an illumination optical system that achieves uniform illuminance distribution on the illuminated surface is achieved.
又本実施例ではマスク6面上の照射光束を射出面に発散
性のレンズ面を有するオプティカルファイバー束の全体
の大きさに応じた一定の拡がり角αを有する光束にして
いる。本実施例の構成ではエキシマレーザー1から射出
した平行光束が光学系中において集光する点がない。こ
の為レーザー光束の集光化に伴う光学要素例えばコーテ
イング等の破壊及び空気の絶縁破壊といつた問題点を改
善した照明光学系を達成している。Further, in this embodiment, the irradiation light beam on the mask 6 surface is a light beam having a constant spread angle α according to the entire size of the optical fiber bundle having a divergent lens surface on the exit surface. In the configuration of this embodiment, there is no point where the parallel light beam emitted from the excimer laser 1 is condensed in the optical system. For this reason, an illumination optical system has been achieved in which problems such as destruction of optical elements such as coating due to focusing of a laser beam and insulation breakdown of air are improved.
尚本実施例において射出面に発散性のレンズ面を有する
オプティカルファイバー束を用いる際ファイバー束の前
端形状と後端形状とを任意な形状で構成することがで
き、これによれば特に光束変換部材2を用いなくても光
束形状を最適化することができる利点がある。又光源と
して用いたエキシマレーザーをインジェクションロッキ
ング手法により発振波長幅を狭くするとコヒーレンシー
が向上し微細パターン露光に有害な所謂スペックルが生
じる場合がある。このような場合でもファイバー束の各
ファイバーの長さを互いにコヒーレンス長以上の差がつ
くように構成しており、これにより光束のコヒーレンシ
ーを低下させて、スペックルを良好に除去した照明光学
系を達成している。In this embodiment, when an optical fiber bundle having a divergent lens surface on the exit surface is used, the front end shape and the rear end shape of the fiber bundle can be formed in any desired shape. There is an advantage that the shape of the light flux can be optimized without using 2. Further, if the oscillation wavelength width is narrowed by the injection locking method using the excimer laser used as the light source, coherency is improved and so-called speckle harmful to fine pattern exposure may occur. Even in such a case, the length of each fiber of the fiber bundle is configured to have a difference of not less than the coherence length with each other, whereby the coherency of the light flux is reduced, and the illumination optical system in which the speckle is well removed is provided. Has achieved.
尚本実施例の照明光学系はステツパーのようなプロジエ
クシヨン法にも適用することができる。The illumination optical system of this embodiment can be applied to a projection method such as a stepper.
又本実施例では光源としてエキシマレーザーの代わりに
高出力発振するレーザーであれば同様な効果を有した照
明光学系を達成することができる。Further, in the present embodiment, an illumination optical system having a similar effect can be achieved by using a laser that oscillates at a high output as a light source instead of an excimer laser.
(発明の効果) 本発明によればエキシマレーザーのような高出力のレー
ザーを光源として半導体露光装置に使用する場合、被照
射面の均一照明が可能でしかも光学要素の破損や空気の
絶縁破壊によるエネルギー損失を防止した照明光学系を
達成することができる。(Effect of the Invention) According to the present invention, when a high-power laser such as an excimer laser is used as a light source in a semiconductor exposure apparatus, it is possible to uniformly illuminate a surface to be irradiated, and further, due to damage to optical elements or dielectric breakdown of air An illumination optical system that prevents energy loss can be achieved.
第1図は本発明をコンタクト/プロキシミテイ露光装置
に適用したときの一実施例の光学系の概略図、第2図は
従来のライトインテグレータの説明図である。図中1は
光源、2は光束変換部材、4はオプティカルファイバー
束、5はコンデンサーレンズ、6はマスク、7はウエハ
である。FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system of one embodiment when the present invention is applied to a contact / proximity exposure apparatus, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional light integrator. In the figure, 1 is a light source, 2 is a light flux conversion member, 4 is an optical fiber bundle, 5 is a condenser lens, 6 is a mask, and 7 is a wafer.
Claims (1)
カルファイバー束と該オプティカルファイバー束からの
光を被照明面に向けるコンデンサーレンズとを有する照
明光学系において、前記オプティカルファイバー束の各
オプティカルファイバーの長さに互いに可干渉距離以上
の差を与え且つ前記オプティカルファイバー束の各オプ
ティカルファイバーの光出射面に発散性のレンズ面を形
成したことを特徴とする照明光学系。1. An illumination optical system having an optical fiber bundle for receiving coherent light from a laser and a condenser lens for directing the light from the optical fiber bundle to a surface to be illuminated, the length of each optical fiber in the optical fiber bundle. And a divergent lens surface is formed on the light emitting surface of each optical fiber of the optical fiber bundle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60240900A JPH0721585B2 (en) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | Illumination optics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60240900A JPH0721585B2 (en) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | Illumination optics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62100724A JPS62100724A (en) | 1987-05-11 |
| JPH0721585B2 true JPH0721585B2 (en) | 1995-03-08 |
Family
ID=17066348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60240900A Expired - Lifetime JPH0721585B2 (en) | 1985-10-28 | 1985-10-28 | Illumination optics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721585B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0744141B2 (en) * | 1987-09-22 | 1995-05-15 | 株式会社ニコン | Lighting optics |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50103976A (en) * | 1974-01-12 | 1975-08-16 | ||
| JPS54111832A (en) * | 1978-02-22 | 1979-09-01 | Hitachi Ltd | Exposure device |
| JPS60166951A (en) * | 1984-02-10 | 1985-08-30 | Canon Inc | illumination optical device |
| JPS60192901A (en) * | 1984-03-14 | 1985-10-01 | Canon Inc | Array lens |
-
1985
- 1985-10-28 JP JP60240900A patent/JPH0721585B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62100724A (en) | 1987-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |