JP2755349B2 - Illumination optical system of semiconductor exposure equipment - Google Patents
Illumination optical system of semiconductor exposure equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体デバイスを製造する際の光リソグラ
フィ等に用いられる半導体露光装置の照明光学系に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus used for optical lithography when manufacturing a semiconductor device.
高品位で解像力の良い露光を可能にするために、半導
体露光装置の照明光学系は、投影するパターンが描かれ
ているマスク（レチクル）面を極めて均一に照明し、更
に投影光学系の入射瞳面の所定の領域だけを実質上均一
な照度で照明する（以下これを正確なNAで照明すると云
う。）必要がある。そして、このような照明を行うには
一般に拡散性の良い面光源が必要である。しかし、この
種の照明光学系に用いられる主な光源は単色性が良い高
輝度のものが求められ、現在のところ超高圧水銀灯又は
レーザ光源が主に使われていて、何れの場合も略点光源
であるため、これを面光源に変換するのに何らかの工夫
が必要になる。In order to enable high-quality and high-resolution exposure, an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus illuminates a mask (reticle) surface on which a pattern to be projected is drawn extremely uniformly, and furthermore, an entrance pupil of the projection optical system. It is necessary to illuminate only a predetermined area of the surface with substantially uniform illuminance (hereinafter referred to as accurate NA). In order to perform such illumination, a surface light source having good diffusivity is generally required. However, the main light source used for this type of illumination optical system is required to have good monochromaticity and high brightness, and at present, an ultra-high pressure mercury lamp or laser light source is mainly used, and in any case, almost Since it is a light source, some contrivance is required to convert it to a surface light source.
その代表的なものが複数の光源像を作るフライアイレ
ンズ等のインテグレータを用いた照明光学系である。即
ち、レーザ光源を用いる場合を例にとれば、レーザ光を
必要な面光源の大きさまでビームエキスパンダで拡大
し、これをこのインテグレータに入射すると、インテグ
レータの射出側に規則的に並んだ光源像ができ、その一
つ一つから球面波が広がる。そして、これらの複数の光
源像の集まりを近似的に拡散性の良い面光源として扱う
ことができる。A typical example is an illumination optical system using an integrator such as a fly-eye lens that creates a plurality of light source images. That is, in the case of using a laser light source as an example, the laser light is expanded by a beam expander to the size of a required surface light source, and when this is incident on this integrator, the light source images regularly arranged on the exit side of the integrator And spherical waves spread from each one. Then, a group of the plurality of light source images can be treated as a surface light source having a good diffusivity approximately.
又、この他に光トンネルを用いた照明光学系がある。
レーザ光源を発した光束から凹又は凸レンズにより所定
の発散角度を持つ点光源像を一つ作る。そしてこの発散
光束が光トンネルに入射する。光トンネルとは内面が反
射鏡となった多角柱であり、所定の発散角度を持つ光束
が入射すると、その光束は光トンネルを抜ける間に反射
を繰り返し、光軸に垂直な面内に複数の見掛けの点光源
像を形成する。尚、その繰り返しの最大反射回数と作ら
れる点光源像の数は光トンネルに入射する光束の発散角
と光トンネルの縦横の長さに依存する。そしてこれらの
点光源像がインテグレータの作る面光源と同様な面光源
として働く。In addition, there is an illumination optical system using a light tunnel.
One point light source image having a predetermined divergence angle is formed from a light beam emitted from the laser light source by a concave or convex lens. This divergent light beam enters the light tunnel. A light tunnel is a polygonal prism whose inner surface is a reflecting mirror.When a light beam with a predetermined divergence angle enters, the light beam repeats reflection while passing through the light tunnel, and a plurality of light beams are placed in a plane perpendicular to the optical axis. An apparent point light source image is formed. The maximum number of repetitions of reflection and the number of point light source images formed depend on the divergence angle of the light beam entering the light tunnel and the length and width of the light tunnel. These point light source images function as surface light sources similar to the surface light source created by the integrator.
しかしながら、エキシマレーザ光を含むレーザ光は一
般光よりも高いコヒーレンシイを持つため、これら複数
の光源像からでる球面波は、レチクル面で互いに干渉し
合い干渉縞（ここではこれをスペックルと呼ぶことにす
る。）を作る。この干渉縞は、光リソグラフィにおいて
は極めて有害である。However, since laser light including excimer laser light has higher coherency than ordinary light, spherical waves generated from a plurality of light source images interfere with each other on a reticle surface and form interference fringes (this is called speckle). Let's make it.) This interference fringe is extremely harmful in optical lithography.
そこで、この有害なスペックルの発生を抑制するため
に、従来色々な方法が考えられてきた。以下、その代表
的な方法を示す。Therefore, various methods have conventionally been considered in order to suppress the generation of this harmful speckle. Hereinafter, a typical method will be described.
第８図は第一の方法を用いた光学系を示しており、エ
キシマレーザ光源１を発した光束は、ビームエキスパン
ダ２でその径が広げられ、ファイバーバンドル３に入射
する。ファイバーバンドル３は長さの違う複数のファイ
バを束ねて作られている。即ち、各ファイバ毎にその光
路長に差が設けられている。そして、ここの光路長の差
は、レーザ光の持つコヒーレンス長よりも大きく設定さ
れている。これにより、このファイバーバンドル３を透
過した光は全体としてみれば空間的コヒーレンシイが低
い光束となる。その後はよく知られている照明光学系と
同様にその光束をインテグレータ４に入射し、コンデン
サレンズ５によりレチクル画（マスク面）６上に照射せ
しめるのであるが、コヒーレンシイが低いので干渉縞は
抑制される。FIG. 8 shows an optical system using the first method. The beam emitted from the excimer laser light source 1 is expanded in diameter by a beam expander 2 and is incident on a fiber bundle 3. The fiber bundle 3 is made by bundling a plurality of fibers having different lengths. That is, there is a difference in the optical path length for each fiber. The difference between the optical path lengths is set to be larger than the coherence length of the laser light. Thus, the light transmitted through the fiber bundle 3 becomes a light beam having low spatial coherency as a whole. After that, similarly to a well-known illumination optical system, the light beam enters the integrator 4 and is radiated on the reticle image (mask surface) 6 by the condenser lens 5, but the interference fringes are suppressed because the coherency is low. Is done.
第９図は第二の方法を用いた光学系を示しており、こ
れはエキシマレーザ光源を発したレーザ光をコリメータ
レンズ７で集光し、適当なコンデンサレンズ５を用いて
レチクル面６を照明し、更に図示しない縮小投影レンズ
の入射瞳８に点像を作る。そして、コリメータレンズ７
とコンデンサレンズ５との間に走査光学素子（ミラー）
９を置き、露光中に前記縮小投影レンズの入射瞳８に作
られる点像を入射瞳８内で走査する。これにより、時間
平均的に見れば、照明光学系は所定のNAの照明光でレチ
クル免６を照明したことになるが、瞬間，瞬間を捕らえ
れば点像は一つなので干渉縞は生じない。FIG. 9 shows an optical system using the second method, in which laser light emitted from an excimer laser light source is condensed by a collimator lens 7, and a reticle surface 6 is illuminated by an appropriate condenser lens 5. Then, a point image is formed on the entrance pupil 8 of the reduction projection lens (not shown). And the collimator lens 7
Scanning optical element (mirror) between the lens and the condenser lens 5
9 is set, and a point image formed on the entrance pupil 8 of the reduction projection lens during the exposure is scanned in the entrance pupil 8. As a result, when viewed on a time average basis, the illumination optical system illuminates the reticle 6 with the illumination light having a predetermined NA. However, if the moment is captured, there is only one point image, so that no interference fringes occur. .
第10図は第三の方法を用いた光学系を示しており、こ
れは特開昭62−178904号公報に示されているものであ
る。レーザ光源１を発したレーザ光は、まずコリメータ
レンズ７により一旦収束した後発散するか又は負レンズ
により直接発散し、光トンネル10内の平坦な内側反射面
に対して所定の発散角度をなして入射する。この発散角
度を有する発散光束（以下これを発散レーザ光と称
す。）は光トンネル10内を反射しながら通過し、光軸と
垂直な面内にレーザ光源１の複数の見掛けの光源像を形
成する。光トンネル10の出射面では、複数の見掛けの光
源像からあたかも出射したかのように見えるレーザ光束
が重ね合わされることにより該出射面が均一に照明さ
れ、更にコンデンサレンズ５により該出射面がレチクル
面６と共役関係にあるのでレチクル面６上も均一に照明
されることになる。そして、コリメータレンズ７による
レーザ光の発散角度及び光トンネル10の長さと幅を考慮
して光トンネル10の形状を決定すると、各光源像からレ
チクル面６の各点に進む個々のレーザ光の光路長差がレ
ーザ光の有するコヒーレンス長以上になるようにするこ
とができる。これより、時間的コヒーレンシイを低下さ
せて、レチクル面６上でのスペックルの発生を抑えるこ
とができる。尚、11は開口絞り、12は瞳をリレーするフ
イールドレンズである。FIG. 10 shows an optical system using the third method, which is disclosed in JP-A-62-178904. The laser light emitted from the laser light source 1 is first converged by the collimator lens 7 and then diverges, or diverges directly by the negative lens, and forms a predetermined divergence angle with respect to the flat inner reflection surface in the light tunnel 10. Incident. A divergent light beam having this divergence angle (hereinafter referred to as a divergent laser beam) passes through the light tunnel 10 while being reflected, and forms a plurality of apparent light source images of the laser light source 1 in a plane perpendicular to the optical axis. I do. On the exit surface of the light tunnel 10, the exit surface is uniformly illuminated by superimposing laser beams that appear as if emitted from a plurality of apparent light source images. Since it has a conjugate relationship with the surface 6, the reticle surface 6 is also uniformly illuminated. When the shape of the light tunnel 10 is determined in consideration of the divergence angle of the laser light by the collimator lens 7 and the length and width of the light tunnel 10, the optical path of each laser light traveling from each light source image to each point on the reticle surface 6 is determined. The length difference can be set to be equal to or longer than the coherence length of the laser light. As a result, temporal coherency is reduced, and the occurrence of speckle on the reticle surface 6 can be suppressed. Reference numeral 11 denotes an aperture stop, and 12 denotes a field lens for relaying a pupil.
ところが、上記第一の方法のようにファイバーバンド
ル３を用いてインコヒーレントな光を得る方法は、ファ
イバーバンドル３の端面が均一な光を放つ面光源とはな
らず、該端面において、ファイバーとファイバーとの間
にどうしても光を放たない暗黒部が生じ、これが原因と
なってレチクル面６に不均一な照度分布を作る。そこ
で、この対策のために、ファイバーバンドル３の後側に
拡散板を置くと照明効率の低下及び拡散板によるスペッ
クルの発生が起こってしまう。即ち、ファイバーバンド
ル３によりコヒーレンシイを低下させたとはいえ、拡散
板のようにスペックルを出しやすいものを用いれば、ど
うしても有害な強度をもつスペックルが発生してしま
う。又、ファイバーバンドル３も光路長に差を設けるた
め特殊な作り方をしなければならないので高価なものと
なる。However, in the method of obtaining incoherent light using the fiber bundle 3 as in the first method, the end face of the fiber bundle 3 does not become a surface light source that emits uniform light. A dark portion that does not emit any light is generated between the reticle surface 6 and the reticle surface 6, which causes an uneven illuminance distribution. Therefore, if a diffusion plate is placed behind the fiber bundle 3 for this measure, the illumination efficiency will decrease and speckles will occur due to the diffusion plate. That is, although coherency is reduced by the fiber bundle 3, speckles having harmful strength are inevitably generated if a material such as a diffusion plate which easily emits speckles is used. Also, the fiber bundle 3 is expensive because a special method must be used to provide a difference in the optical path length.
又、上記第二の方法のように走査光学系を用いる方法
は、円形領域全体を二次元的に走査しなければならない
ので走査光学系そのものが高価になるという問題があ
る。又、一瞬一瞬を捕らえれば、縮小投影レンズの入射
瞳には一つの点像が作られているので、縮小レンズの瞳
面は大変高い光線密度の光が通り抜けていることにな
り、元々エキシマレーザはパルスレーザであって、瞬間
パワーは大変高いので、このように光線密度が高くなる
瞳付近のレンズが光によるダメージを受けてしまうとい
う問題が出てくる。そこでレーザパワーを或る程度以下
に絞らなければならないが、そうすると露光時間が長く
かかるようになる。Further, the method using the scanning optical system as in the second method has a problem that the scanning optical system itself becomes expensive because the entire circular area must be scanned two-dimensionally. In addition, if every moment is captured, one point image is formed on the entrance pupil of the reduction projection lens, so that light with a very high light density passes through the pupil surface of the reduction lens, and it is originally excimer. Since the laser is a pulse laser and the instantaneous power is very high, there is a problem that the lens near the pupil where the light density is increased is damaged by light. Therefore, the laser power must be reduced to a certain level or less, but this will increase the exposure time.
更に第三の方法では、各光源からのレーザ光の光路長
差をコヒーレンス長以上にするために、レーザ光の発散
角度及び光トンネル10の長さと幅の実際の使用に適した
常識的な値を考えると、光トンネル10により形成される
見掛けの光源像の数はせいぜい９〜25個程度である。一
方、見掛けの光源像の数は、多い方がより均一化が進
み、良好な照明が行える。このようにこの方法では、ス
ペックルの発生を押さえるために光トンネル10に課せら
れる設計条件は厳しく、適切な形状をとるように設計す
ると、見掛けの光源像の数を多くとることができず、反
対に見掛けの光源像の数を増やそうとすると該光トンネ
ル10の形状が長く大きくなりすぎ、照明系全体としての
寸法が適切ではなくなってしまうという欠点をもつ。Further, in the third method, in order to make the optical path length difference of the laser light from each light source equal to or longer than the coherence length, common angle values suitable for actual use of the divergence angle of the laser light and the length and width of the light tunnel 10 are used. In consideration of the above, the number of apparent light source images formed by the light tunnel 10 is at most about 9 to 25. On the other hand, the greater the number of apparent light source images, the more uniform the light source images, and favorable illumination can be performed. Thus, in this method, the design conditions imposed on the optical tunnel 10 to suppress the occurrence of speckles are severe, and if designed to have an appropriate shape, it is not possible to take a large number of apparent light source images, Conversely, if the number of apparent light source images is to be increased, the shape of the light tunnel 10 becomes too long and large, which has a disadvantage that the dimensions of the entire illumination system become inappropriate.
本発明は、上記問題点に鑑み、有害なスペックルの発
生を抑制でき且つ均一で明るい（短時間で露光ができ
る）照明が得られると共に設計に自由度があり低価格で
済む半導体露光装置の照明光学系を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor exposure apparatus which can suppress generation of harmful speckles, can provide uniform and bright illumination (can perform exposure in a short time), has a high degree of freedom in design, and is inexpensive. It is an object to provide an illumination optical system.
本発明による照明光学系の一つは、光軸に沿って順次
配列された、光源と該光源の像を複数形成する光学素子
とコンデンサレンズとを備えた半導体露光装置の照明光
学系において、上記光学素子を露光中に光軸を中心とし
て回転させるようにしたことにより、実効的コヒーレン
シイを低下させるようにしたものである。One of the illumination optical systems according to the present invention is an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus including a light source, an optical element that forms a plurality of images of the light source, and a condenser lens, which are sequentially arranged along the optical axis. The effective coherency is reduced by rotating the optical element about the optical axis during exposure.
即ち、本発明照明光学系のようにインテグレータ又は
光トンネルを回転させた場合は、干渉縞を作る光源自体
も回転するのでレチクル面上の干渉縞パターンも回転す
る即ち干渉縞（スペックル）が動き、時間平均をとれば
有害な強度をもつスペックルの発生が抑さえられるので
ある。よって、実効的コヒーレンシイが低下する。That is, when the integrator or the light tunnel is rotated as in the illumination optical system of the present invention, the light source itself that forms the interference fringes also rotates, so that the interference fringe pattern on the reticle surface also rotates, that is, the interference fringes (speckles) move. If the time average is taken, the generation of speckles having harmful intensity can be suppressed. Therefore, the effective coherency is reduced.
又、インテグレータ又は光トンネルを回転することに
より、単に実効的コヒーレンシイを低下させ得るという
だけではなく、インテグレータや光トンネルの製作誤差
から生じる照度むらも軽減できる効果をもつ。例えば、
ここでいうインテグレータは、複数個のレンズエレメン
トを束ねて作られたものであるが、各レンズエレメント
の出来具合や束ねるときの誤差などからレチクル面上に
非対称な照度むらを作ることがある。しかしインテグレ
ータを回転させながら露光を行えば時間平均的にはこの
非対称な照度むらは消滅する。又、光トンネルを有する
場合も同様である。In addition, by rotating the integrator or the light tunnel, not only can the effective coherency be reduced, but also the illuminance unevenness resulting from a manufacturing error of the integrator or the light tunnel can be reduced. For example,
The integrator referred to here is made by bundling a plurality of lens elements. However, there is a case where asymmetric illuminance unevenness is generated on the reticle surface due to the condition of each lens element or an error in bundling. However, if exposure is performed while rotating the integrator, this asymmetrical illuminance unevenness disappears on a time average. The same applies to the case where a light tunnel is provided.
特に、この場合、インテグレータの作る点光源像の数
と光トンネルの作る点光源像の数とをかけ合わせた数が
結果的に作られる光源像の数となるので、各光学素子が
作ることが要求される光源像の数が非常に少なくて済
み、それ故各光学素子をコンパクトに構成できるという
利点がある。尚、両方の光学素子を回転させた方がどち
らか一方を回転させるよりも効果が大きいことは云うま
でもない。In particular, in this case, the number of point light source images produced by the integrator multiplied by the number of point light source images produced by the light tunnel becomes the number of light source images produced as a result. There is an advantage that the number of light source images required is very small, so that each optical element can be made compact. It goes without saying that rotating both optical elements is more effective than rotating either one.
以下、本発明の主要な構成要素であるインテグレー
タ、或いは光トンネルを用いた半導体露光装置の照明光
学系の参考例を基に、上記従来例と同一の部材には同一
符号を付して本願発明の実施例について詳細に説明す
る。Hereinafter, based on a reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using an integrator or a light tunnel, which is a main constituent element of the present invention, the same members as those of the above conventional example are denoted by the same reference numerals. Will be described in detail.
第１図は本発明の主要な構成要素の１つであるインテ
グレータを用いた半導体露光装置の照明光学系の参考例
を示しており、13及び14はビームエキスパンダ２とコン
デンサレンズ５との間に何れも光軸を中心として回転可
能に配置されたイメージローテータ及びインテグレータ
であって、インテグレータ14は第２図に示した如く複数
のレンズエレメント14aを束ねて成るものである。15は
縮小投影レンズである。FIG. 1 shows a reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using an integrator, which is one of the main components of the present invention. Reference numerals 13 and 14 denote a portion between a beam expander 2 and a condenser lens 5. 2 are image rotators and integrators arranged so as to be rotatable about the optical axis, and the integrator 14 is formed by bundling a plurality of lens elements 14a as shown in FIG. Reference numeral 15 denotes a reduction projection lens.
次に本実施例の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
まず、エキシマレーザ光源１を射出した光束はビーム
エキスパンダ２で拡大され、光軸を中心として回転して
いるイメージローテータ13に入射する。これを射出した
光束はイメージローテータ13の回転につれて回転し、イ
ンテグレータ14の端面に入射する。これによりインテグ
レータ14はその後側焦点位置に複数の光源像を作る。こ
こで、インテグレータ14も光軸（インテグレータ14の中
心軸）を中心として回転しているので、この光源像もそ
れに伴い光軸の周りに回転する。一つ一つの光源像から
広がる光束は、コンデンサレンズ５により調整され、何
れもレチクル面６の同一領域を照明する。そして、光源
像の回転によりレチクル面６上の干渉縞パターン（スペ
ックル）も回転するので、時間平均をとればスペックル
の発生が抑制される。尚、コンデンサレンズ５の働きは
この他にインテグレータ14が作る複数の光源像を投影レ
ンズ15の入射瞳にリレーする働きもある。First, a light beam emitted from the excimer laser light source 1 is expanded by a beam expander 2 and is incident on an image rotator 13 rotating about an optical axis. The emitted light beam rotates as the image rotator 13 rotates, and enters the end face of the integrator 14. As a result, the integrator 14 creates a plurality of light source images at the rear focal position. Here, since the integrator 14 also rotates around the optical axis (the center axis of the integrator 14), the light source image also rotates around the optical axis accordingly. The luminous flux spreading from each light source image is adjusted by the condenser lens 5, and all illuminate the same area of the reticle surface 6. Then, the interference fringe pattern (speckle) on the reticle surface 6 is also rotated by the rotation of the light source image. In addition, the function of the condenser lens 5 also has a function of relaying a plurality of light source images created by the integrator 14 to the entrance pupil of the projection lens 15.
ところで、このような構成でスペックルの発生を抑さ
える場合、インテグレータ14の回転中心にレンズエレメ
ント14aがあるとインテグレータ14が回転しても移動し
ない光源像ができるので好ましくない。そこで、各レン
ズエレメント14aの配列は、第２図に示すように回転中
心Ｏにはレンズエレメント14aが存在しないような配列
にするとよい。By the way, when the generation of speckle is suppressed by such a configuration, it is not preferable that the lens element 14a is located at the center of rotation of the integrator 14, since a light source image that does not move even if the integrator 14 rotates can be formed. Therefore, the arrangement of the lens elements 14a may be such that the lens element 14a does not exist at the rotation center O as shown in FIG.
またレチクル面６上での照度分布は、インテグレータ
14の各レンズエレメント14aの収差が大きく影響する。
そこで各レンズエレメント14aを二群以上のレンズ構成
（第１図参照）にし、その群間隔を変更できるようにす
れば、この変更で収差が調整できるようになる即ち照度
分布の微調整ができるようになる。照度むらを大変小さ
くするためには、このような照度むらの調整機構がある
ことは好ましいことである、しかし、二群以上のレンズ
構成では、各群同志が互いに横ずれを起こし非対称な収
差を僅かなりとも発生する。そして、このようなレンズ
エレメント14aが集まって出来上がったインテグレータ1
4は、レチクル面６上に非対称な照度むらを作る。しか
しインテグレータ14を回転させることはこの非対称な照
度むらをなくすることにも効果がある。即ち、上記非対
称な照度むらの方位は、インテグレータ14の回転に伴い
回転する。従って、これらの非対称な照度むらの時間平
均を取れば非対称な照度むらは消失する。尚、一群構成
のインテグレータでも非対称な照度むらが出ないわけで
はないので、インテグレータ14の回転はやはり効果があ
る。The illuminance distribution on the reticle surface 6 is determined by the
The aberration of each of the fourteen lens elements 14a has a great effect.
Therefore, if each lens element 14a is made up of two or more groups of lenses (see FIG. 1) and the interval between the groups can be changed, the aberration can be adjusted by this change, that is, the illuminance distribution can be finely adjusted. become. It is preferable to have such a mechanism for adjusting the illuminance unevenness in order to make the illuminance unevenness extremely small.However, in the case of two or more lens arrangements, each group shifts laterally with each other, and asymmetric aberrations are reduced. It happens at all. Then, the integrator 1 formed by gathering such lens elements 14a
4 produces asymmetric illumination unevenness on the reticle surface 6. However, rotating the integrator 14 is also effective in eliminating this asymmetric illumination unevenness. That is, the azimuth of the asymmetric illuminance unevenness rotates with the rotation of the integrator 14. Therefore, if the time average of these asymmetrical uneven illuminances is taken, the asymmetrical uneven illuminance disappears. It is to be noted that even in the case of a group of integrators, the rotation of the integrator 14 is still effective because asymmetric illumination unevenness does not occur.
またイメージローテータ13を回転させている理由は次
の通りである。インテグレータ14に入射する光束の光束
断面強度分布が軸対称又は点対称でない場合、やはり照
度むらの原因となる。しかも、エキシマレーザ光源１は
対称な強度の光束断面をもつ光束を発するように調整す
るのが難しい。そこで、このように光軸周りに回転する
イメージローテータ13を設けることで、時間平均的に光
束断面の強度分布を対称にしているのである。尚、この
ようにインテグレータ14やイメージローテータ13のどち
らか或は両方を回転させると、照明光学系に付着した埃
が原因となり生じる照度むら即ち埃の影大幅に軽減され
る。イメージローテータ13の回転でそれより前側の埃は
実質上回転運動をしていることになり、埃が定点に留ま
っているときにはその悪影響がレチクル面６上の局部に
集中するが、回転すればこのような集中が避けられ悪影
響を減じることが出来る。インテグレータ14の回転によ
っても同様に埃が作る影はレチクル面６上に移動するの
で、イメージローテータ13の回転と同様悪影響を減じる
ことができる。尚、インテグレータ14とイメージローテ
ータ13とを共に回転させる場合は、両者を連結して一体
に回転するようにすれば、メカニズムが簡単になり好ま
しい。The reason for rotating the image rotator 13 is as follows. If the light beam cross-sectional intensity distribution of the light beam incident on the integrator 14 is not axially symmetric or point symmetric, it also causes uneven illuminance. Moreover, it is difficult to adjust the excimer laser light source 1 so as to emit a light beam having a light beam cross section with symmetric intensity. Thus, by providing the image rotator 13 that rotates around the optical axis in this way, the intensity distribution of the light beam cross section is made symmetrical on a time average basis. When one or both of the integrator 14 and the image rotator 13 are rotated in this manner, uneven illuminance caused by dust adhered to the illumination optical system, that is, dust shadow is greatly reduced. The rotation of the image rotator 13 causes the dust on the front side to substantially rotate, and when the dust stays at a fixed point, its adverse effect is concentrated on a local portion on the reticle surface 6. Such concentration can be avoided and adverse effects can be reduced. Even when the integrator 14 rotates, the shadow created by the dust moves on the reticle surface 6, so that the adverse effect can be reduced similarly to the rotation of the image rotator 13. In the case where the integrator 14 and the image rotator 13 are rotated together, it is preferable to connect them so that they rotate together, because the mechanism becomes simpler.
第３図は本発明の主要な構成要素の１つであるインテ
グレータを用いた半導体露光装置の照明光学系の別の参
考例を示しており、これはイメージローテータ13をイン
テグレータ14とコンデンサレンズ５との間即ちインテグ
レータ14の後方に配置し、インテグレータ14を固定し且
つイメージローテータ13を回転させるようにしたもので
ある。この構成によっても複数の光源像を光軸の周りに
回転させることができるので、第一実施例と同様な作用
効果を得ることができる。FIG. 3 shows another reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using an integrator, which is one of the main components of the present invention. 1, that is, behind the integrator 14 to fix the integrator 14 and rotate the image rotator 13. Also with this configuration, a plurality of light source images can be rotated around the optical axis, so that the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
第４図は、本発明の主要な構成要素の１つである光ト
ンネルを用いた半導体露光装置の照明光学系の参考例を
示している。コリメータレンズ７とコンデンサレンズ５
との間には光トンネル10が光軸を中心として回転可能に
配置されており、光トンネル10は平坦な内面が反射を生
ぜしめるように柱状の空洞構造のものである。16はウエ
ハである。FIG. 4 shows a reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using a light tunnel, which is one of the main components of the present invention. Collimator lens 7 and condenser lens 5
An optical tunnel 10 is rotatably arranged about the optical axis between the optical tunnel 10 and the optical tunnel 10. The optical tunnel 10 has a columnar hollow structure so that a flat inner surface causes reflection. 16 is a wafer.
次に本実施例の作用について説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
一般的なエキシマレーザ光源１は、光軸に略平行とみ
なせる（発散角度が極めて小さい）レーザ光l1を発す
る。第４図では説明のためレーザ光l1は光軸に平行とす
る。レーザ光l1を光トンネル10内で反射させながら通過
させるためには適当な発散角度θ（この場合の発散角度
は、光トンネル10内における周縁光線と光軸との間な角
度と定義する。）を有した発散レーザ光l2を入射させる
必要がある。このためコリメータレンズ７によりレーザ
光l1をレンズ７の焦点f0に一旦集束させて適当な発散角
度θを有する発散レーザ光l2を発生させる。A general excimer laser light source 1 emits a laser beam 11 that can be regarded as substantially parallel to the optical axis (the divergence angle is extremely small). In FIG. 4, the laser beam 11 is assumed to be parallel to the optical axis for explanation. Suitable divergence angle theta (divergence angle in this case is to pass while the laser beam l 1 is reflected by the light tunnel 10. is defined as between angle the marginal ray and the optical axis of the light tunnel 10. ) must be incident divergent laser beam l 2 having a. Therefore by once focusing the laser beam l 1 to focus f 0 of the lens 7 generates a divergent laser beam l 2 with appropriate divergence angle θ by the collimator lens 7.
尚、コリメータレンズ７の替わりに発散レンズを用い
ることもできる。又、エキシマレーザ光源１から発する
レーザ光l1は高出力のためコリメータレンズ７の焦点f0
では莫大なエネルギー密度となり光トンネル10のコーテ
ィングや硝材そのものを破壊してしまう虞れがあるの
で、コリメータレンズ７の焦点f0の後に光トンネル10を
配置する際、第４図に示すように焦点f0から離して配置
している。光トンネル10は、光軸に関して対称な四角柱
即ち入出射面は光軸に対し垂直であり、反射面は光軸に
対して平行であるような四角柱であるが、複数の平行な
反射面を有する多角形柱でも良い。又、光軸に関して非
対称のものでも良い。Note that a diverging lens can be used instead of the collimator lens 7. Moreover, the focus f 0 of the collimator lens 7 for laser beam l 1 emitted from the excimer laser light source 1 is high output
In there is a possibility that destroy the coating or the glass material itself becomes light tunnel 10 and enormous energy density, when arranging the light tunnel 10 after the focus f 0 of the collimator lens 7, the focus as shown in Figure 4 It is arranged away from the f 0. The light tunnel 10 is a quadrangular prism symmetrical with respect to the optical axis, that is, a rectangular prism whose input / output surface is perpendicular to the optical axis and whose reflective surface is parallel to the optical axis. May be used. In addition, it may be asymmetrical with respect to the optical axis.
発散レーザ光l2は光トンネル10の入口端面10aにより
その断面が正方形に制限され、光トンネル10内を反射を
繰り返しながら通過した後、入射した際の発散角度θを
保ったまま出射する。この時、各々の部分において反射
された光線が反射後も発散しているので、それらの反射
された光線は、破線により示されているように後方に虚
像（又は虚焦点）f1,f2,f3,f4を形成する。第４図には
示していないが、実際には光トンネル10の左右の内側反
射面から反射された光により更に４個の虚像f5,f6,f7,f
8を形成するので、二つの隣接する面の各々から反射さ
れた光等を考慮すると更に16個の虚像を形成する。第５
図は第４図の光トンネル10により生じた25個の見掛けの
光源像（実光源像f0及び虚光源像f1,f2,‥‥,f24）の配
列を示す焦平面17の平面図である。Its cross-section diverging laser beam l 2 is the inlet end face 10a of the light tunnel 10 is limited to a square, after the light tunnel 10 through repeatedly reflected, emitted while maintaining a divergence angle θ at the time of the incident. At this time, since the light rays reflected in the respective parts are still diverging after the reflection, the reflected light rays are backwardly virtual images (or virtual focal points) f 1 and f 2 as shown by the broken lines. , f 3 and f 4 are formed. Although not shown in FIG. 4, actually four virtual images f 5 , f 6 , f 7 , and f are further reflected by the light reflected from the left and right inner reflecting surfaces of the light tunnel 10.
Since 8 is formed, 16 virtual images are further formed in consideration of light reflected from each of two adjacent surfaces. Fifth
The figure shows a plane of a focal plane 17 showing an array of 25 apparent light source images (real light source image f 0 and imaginary light source images f 1 , f 2 , ‥‥, f 24 ) generated by the light tunnel 10 of FIG. FIG.
ここで、第４図に示す光トンネル10は発散角度θを有
する周縁光線が２回反射することにより25個の見掛けの
光源像を焦平面17上に形成しているが、光トンネル10の
長さＬ（光トンネル10の入射側に置かれた点光源から光
トンネル10の射出端面までの長さ）と幅Ｗ及び入射する
発散レーザ光l2が有する発散角度θを適宜変えることに
より見掛けの光源像の数を任意に増減できる。これらの
値を変化させる際理想的には、全ての見掛けの光源像が
光トンネル10の出口面を完全に満たすように照射させる
ことが必要である。即ち光トンネル10の上部反射面から
反射された発散レーザl2の周辺部及び底部反射面から反
射された発散レーザ光l2の周辺部が、各々光トンネル10
の出口面を丁度満たすように光トンネル10の長さＬと幅
Ｗを決定することである。この時の光トンネル10内にお
ける反射の数をP,その見掛けの光源の数をＮとすると、 Ｐ＝Int｛（L/W）・tan（θ）＋1/2｝ ……（１） Ｎ＝（2P＋１）２ ……（２） の関係が成り立つ。ここでInt（ｘ）は数値ｘを越えな
い最大の整数値を求めるオペレータである。上式におい
て、コリメータレンズ７によるレーザ光l2の発散角度θ
を常識的な値例えばθ＝30゜とした場合の所望の見掛け
の光源像数と光トンネル10の長さL,幅Ｗとの関係を以下
に示す。Here, the light tunnel 10 shown in FIG. 4 forms 25 apparent light source images on the focal plane 17 by reflecting the marginal ray having the divergence angle θ twice, is L (from a point light source placed on the incident side of the light tunnel 10 to the exit end face of the light tunnel 10 in length) and apparent by changing the divergence angle θ properly with a width W and diverging laser beam l 2 incident The number of light source images can be arbitrarily increased or decreased. Ideally, when changing these values, it is necessary to irradiate so that all apparent light source images completely fill the exit surface of the light tunnel 10. That peripheral portion of the diverging laser beam l 2 reflected from the peripheral portion and a bottom reflecting surface of the diverging laser l 2 reflected from the upper reflective surface of the light tunnel 10 are each light tunnel 10
The length L and the width W of the light tunnel 10 are determined so as to just fill the exit surface of the light tunnel 10. Assuming that the number of reflections in the light tunnel 10 at this time is P and the number of apparent light sources is N, P = Int ｛(L / W) · tan (θ) +｝｝ (1) N = (2P + 1) 2 ... (2) holds. Here, Int (x) is an operator for finding the maximum integer value not exceeding the numerical value x. In the above equation, the divergence angle θ of the laser beam l 2 by the collimator lens 7
The relationship between the desired apparent number of light source images and the length L and width W of the light tunnel 10 when is set to a common sense value, for example, θ = 30 ° is shown below.
ここで、例えばＰ＝5,N（つまり見掛けの光源像数）
＝121の時W5＝15mmとすると、Ｌ＝129.9mmとなり、照明
光学系としての大きさを考えても妥当である。このよう
に、θとＷとＬを適切な値に取れば、見掛けの光源像数
は容易に増やすことができるし、これらの値の組み合わ
せ方によっては、見掛けの光源像数をより一層増やすこ
とも容易である。これは、θとW,Lとの間に光トンネル
を回転させない例のようにスペックルを除去するために
必要なお互いを厳しく規制するような関係がなく、光ト
ンネル10の形状的設計に自由度がかなりあることに起因
する。 Here, for example, P = 5, N (that is, the apparent number of light source images)
If W 5 = 15 mm when L = 121, L = 129.9 mm, which is reasonable considering the size of the illumination optical system. As described above, if θ, W, and L are set to appropriate values, the number of apparent light source images can be easily increased, and depending on how these values are combined, the number of apparent light source images can be further increased. Is also easy. This is because there is no relationship such as the case where the optical tunnel is not rotated between θ and W and L, which is necessary to remove speckles and strictly controls each other, and the shape design of the optical tunnel 10 is free. Due to the considerable degree.
かくして、見掛けの光源像各々からのレーザ光が光ト
ンネル10の出口端面において重ね合わされることにより
レーザ光の均質化が行われるので、重ね合わされる回数
（即ち見掛けの光源像）が多いほど均質化は進む。更
に、光トンネル10は光軸を中心として回転しているの
で、見掛けの光源像もそれに伴い光軸の周りを回転し、
均質化は一層進む。そして、この均一な照明がなされて
いる光トンネルの出口端面とレチクル面６とはコンデン
サレンズ５とフイールドレンズ12に関して共役であるの
で、レチクル面６も均一な照明がなされる。更に隣接す
る見掛けの光源像からのレチクル面６のある一点までの
光路長差がレーザ光l2の持つコヒーレス長以下であって
も、回転によりレチクル面６上の干渉縞パターンも回転
するので、時間平均をとると有害なスペックルの発生が
抑制される。尚、コンデンサレンズ５により見掛けの光
源像と開口絞り11は共役関係にある。又、開口絞り11上
の二次光源像はフイールドレンズ12により更に図示しな
い投影レンズの入射瞳８にリレーされている即ちケーラ
ー照明が行われている。更に、このように光トンネル10
を回転させると、照明光学系に付着した埃が原因となり
生じる照度むら即ち埃の影も大幅に軽減される。つま
り、光トンネル10を回転する事で、それより前側の埃は
実質上回転運動をしていることになり、埃が定点に留ま
っているときにその悪影響がレチクル面６上の局部に集
中していたのが、回転によりこのような集中が避けられ
て悪影響が減じられるのである。Thus, the laser light from each of the apparent light source images is superimposed on the exit end face of the light tunnel 10 to homogenize the laser light. Therefore, the greater the number of superpositions (i.e., the apparent light source image), the more homogenized. Goes on. Furthermore, since the light tunnel 10 is rotated about the optical axis, the apparent light source image also rotates around the optical axis with it,
Homogenization proceeds further. Since the exit end face of the light tunnel and the reticle surface 6 on which the uniform illumination is performed are conjugate with respect to the condenser lens 5 and the field lens 12, the reticle surface 6 is also uniformly illuminated. Furthermore also the optical path length difference up to a point with a reticle surface 6 of the light source images of adjacent apparent is less than or equal Kohiresu length with a laser beam l 2, so also rotate fringe pattern on the reticle plane 6 by rotation, Taking a time average suppresses the generation of harmful speckles. Incidentally, the apparent light source image and the aperture stop 11 are in a conjugate relationship by the condenser lens 5. The secondary light source image on the aperture stop 11 is further relayed to the entrance pupil 8 of a projection lens (not shown) by a field lens 12, that is, Koehler illumination is performed. In addition, the light tunnel 10
Is rotated, uneven illuminance caused by dust attached to the illumination optical system, that is, dust shadow is greatly reduced. In other words, by rotating the light tunnel 10, the dust on the front side is substantially rotating, and when the dust stays at a fixed point, its adverse effect concentrates on a local portion on the reticle surface 6. However, the rotation avoids such concentration and reduces adverse effects.
尚、第４図において入射レーザ光の発散角度θが出射
レーザ光において保存されるのは、光トンネル10が光軸
に平行な内側反射面を有しているからであって、このよ
うな場合は所望の発散角度θを得るためにはコリメータ
レンズ７のENOだけを考慮すればよい。しかし、発散又
は収束する光トンネルが用いられた場合は、入射レーザ
光の発散角度θは出射レーザ光において保存されず、各
々小さいか又は大きくなる。即ち発散角度θの変換が行
われる。本発明では、このような発散又は収束する光ト
ンネルを用いることも可能である。又、第４図では光ト
ンネル10は正方形の断面を有しているが、この場合のよ
うに四つの内側反射面を有する光トンネル10の代わり
に、三つ或は六つ又は八つの内側反射面を有する光トン
ネルを用いることもできる。その断面形状は形成される
見掛けの光源像の各々の間隔が等しくなる正多角形であ
ることが好ましいが、正多角形でなくとも他の断面でも
可能である。更にレーザ光又は光トンネル或は両者が非
対称であっても、光トンネルを回転させるのでかまわな
い。又、ここでは、光トンネル10は内側に平坦な反射面
を有する空洞の構造のものから形成されているが、必要
ならば平坦な面の内側が反射を生ぜしめるように該面の
外側にコーティングを施した透明な柱状プリズムでもか
まわない。何れの場合も、反射を重ねる度にかなり光の
強度が弱まるので、実質見掛けの光源像数は多くできな
い。そこで、平坦な面の内側が全反射を生じるようにし
た透明の柱状プリズムを用いればこの問題は生じない。In FIG. 4, the divergence angle θ of the incident laser light is preserved in the emitted laser light because the light tunnel 10 has an inner reflecting surface parallel to the optical axis. it may be considered only E NO of the collimator lens 7 in order to obtain a desired divergence angle theta. However, if a diverging or converging light tunnel is used, the divergence angle θ of the incident laser light will not be preserved in the emitted laser light and will be smaller or larger respectively. That is, the divergence angle θ is converted. In the present invention, it is also possible to use such a diverging or converging light tunnel. Also, in FIG. 4, the light tunnel 10 has a square cross section, but instead of the light tunnel 10 having four inner reflecting surfaces as in this case, three or six or eight inner reflecting surfaces are used. A light tunnel having a surface can also be used. The cross-sectional shape is preferably a regular polygon in which the intervals between the apparent light source images to be formed are equal, but it is also possible to use other cross-sections without being regular polygons. Furthermore, even if the laser light or the light tunnel or both are asymmetric, the light tunnel is rotated, and thus it does not matter. Also, here, the light tunnel 10 is formed of a hollow structure having a flat reflecting surface on the inside, but if necessary, the inside of the flat surface is coated on the outside of the surface so as to cause reflection. It may be a transparent columnar prism that has been subjected to. In any case, the intensity of light is considerably reduced each time the reflection is repeated, so that the apparent number of light source images cannot be increased. Therefore, this problem does not occur if a transparent columnar prism in which the inside of a flat surface generates total reflection is used.
第６図は本発明の実施例を示しており、これはビーム
エキスパンダ２とコンデンサレンズ５との間にインテグ
レータ14と光トンネル10を配置し、それらの少なくとも
一方を光軸を中心として回転可能にしたものである。
又、本実施例の場合、インテグレータ14の射出側に近接
してフイールドレンズ18が配置され、その後側焦点位置
は光トンネル10の射出端面近傍にあるので、インテグレ
ータ14の作る複数の点光源像から広がる光束の中心は全
て光トンネル10の射出端面の中心近傍で重なり合うこと
になり、これにより点光源が発する光束が有効に使え
る。又、19は光トンネル10の射出端面近傍に置かれた視
野絞りであって、これによりレチクル面６で余分な部分
を照明しないよう照明範囲を明瞭に制限することができ
る。又、コンデンサレンズ５が光トンネルの作った複数
の点光源像をリレーして空中に実像を作るようになって
いる。そして、この位置に開口絞り11を配置しているの
で、光トンネル10が作る点光源像の配列の中から上述し
た光トンネル10の射出端面全面（正確には視野絞り19の
開口部全面）を照明しない点光源等（有効でない点光源
像）の除去が行なわれ、且つ所定のNAで照明を行なう上
で余分な点光源像を排除することが出来る。そして、更
にフイールドレンズ12により図示しない投影レンズの入
射瞳８へリレーされる。FIG. 6 shows an embodiment of the present invention in which an integrator 14 and an optical tunnel 10 are arranged between the beam expander 2 and the condenser lens 5, and at least one of them can be rotated about the optical axis. It was made.
Further, in the case of the present embodiment, the field lens 18 is arranged close to the exit side of the integrator 14, and the rear focal point is near the exit end face of the light tunnel 10. The centers of the spread light beams all overlap near the center of the exit end face of the light tunnel 10, whereby the light beams emitted from the point light source can be used effectively. Reference numeral 19 denotes a field stop placed near the exit end face of the light tunnel 10, whereby the illumination range can be clearly limited so as not to illuminate an extra portion on the reticle surface 6. Further, the condenser lens 5 relays a plurality of point light source images formed by the light tunnel to form a real image in the air. Since the aperture stop 11 is arranged at this position, the entire exit end face of the light tunnel 10 (to be exact, the entire opening of the field stop 19) is selected from the arrangement of the point light source images created by the light tunnel 10. A point light source that is not illuminated or the like (ineffective point light source image) is removed, and an extra point light source image can be eliminated when performing illumination with a predetermined NA. Then, it is further relayed by the field lens 12 to the entrance pupil 8 of the projection lens (not shown).
さて、本実施例においても、光トンネル10内での最大
の反射回数Ｐ及び光トンネル10が四角柱である場合の点
光源像の数Ｎは上記式（１）及び（２）から夫々求めら
れる。しかし、光トンネル10に入射する光束は断面が円
形であることを考慮すると、点光源像は2P×2Pの升に内
接する円の内部に作られるのが有効となる。従って、点
光源の数は、 Ｎ≒（2P＋１）２−2P（Ｐ＋１） ……（３） で表わされる。By the way, also in the present embodiment, the maximum number of reflections P in the light tunnel 10 and the number N of point light source images when the light tunnel 10 is a quadrangular prism can be obtained from the above equations (1) and (2), respectively. . However, considering that the light beam incident on the light tunnel 10 has a circular cross section, it is effective that the point light source image is formed inside a circle inscribed in a 2P × 2P cell. Therefore, the number of point light sources is represented by N ≒ (2P + 1) 2 −2P (P + 1) (3).
実際にはこの計算結果よりも多くの点光源像が出来る
ことがあるが、最外周部にできた点光源像の中には光ト
ンネル10の射出端面全体を照明しないものも存在するの
で、これらを除き照明に有効な点光源像の数を求めると
このようになる。また上述の如く有効でない点光源像は
開口絞り11で除去されるので、レチクル面６を均一に照
明する上で不都合が出ることはない。一つの例としてＰ
＝２となるようにすれば光源像の数は13個にもなりその
時の点光源の配列は第７図のようになる。Actually, there may be more point light source images than this calculation result, but some of the point light source images formed on the outermost periphery do not illuminate the entire exit end face of the light tunnel 10. Except for, the number of point light source images effective for illumination is obtained as follows. Further, as described above, the point light source image which is not effective is removed by the aperture stop 11, so that there is no inconvenience in uniformly illuminating the reticle surface 6. One example is P
= 2, the number of light source images becomes thirteen, and the arrangement of point light sources at that time is as shown in FIG.
ところで、以上の説明では入射側に一個の点光源があ
った場合について説明しているが、インテグレータ14に
より作られたｎ個の点光源があれば、光トンネル10によ
り出来る最終的光源の数は一個の場合のｎ倍になる。第
６図は光線が複雑になりすぎるためＰ＝1,n＝２の例を
示したが、例えばｎ＝16,P＝２とすれば208（＝16×1
3）個の点光源像が作られることになる。そしてこれら
一つ一つの点光源像は全て光トンネル10の射出端面全面
をほぼ一様に照明する。従って、インテグレータ14及び
光トンネル10が作ることが要求される光源像の数が非常
に少なくて済むので、インテグレータ14及び光トンネル
10をコンパクトに構成できる。By the way, in the above description, the case where there is one point light source on the incident side is described. However, if there are n point light sources created by the integrator 14, the number of final light sources formed by the light tunnel 10 is It becomes n times of one case. FIG. 6 shows an example in which P = 1 and n = 2 because the rays become too complicated. For example, if n = 16 and P = 2, 208 (= 16 × 1)
3) Point light source images are created. These individual point light source images illuminate the entire exit end face of the light tunnel 10 almost uniformly. Therefore, the number of light source images required to be created by the integrator 14 and the light tunnel 10 is very small, and the integrator 14 and the light tunnel
10 can be made compact.
さてこのようにして光トンネル10の射出端面は大変均
一に照明されるわけだが、コンデンサレンズ５に関し
て、その射出端面とレチクル面６とは共役関係にある。
即ち射出端面の像がレチクル面６に拡大投影されるので
ある。従って、光トンネル10の射出端面が一様に照明さ
れているならレチクル面６も一様に照明されることにな
る。尚、光トンネル10が内側に平坦な反射面を有する空
洞の構造を有している場合には問題がないが、光トンネ
ル10が透明な媒質で作られた一種の柱状プリズムから成
りその全反射を利用している場合は、射出端面に付着し
た埃の像がレチクル面６に結像し照明むらを作ることが
ある、そこで、これを防止するために上記共役関係は意
図的にある程度ずらしておく方が良い。更に、インテグ
レータ14の作る点光源像がプリズム内或は鏡面表面に結
像するレーザ光は集光性が良いのでそれらが破損するこ
とがある。従って、点光源像は第６図に示した如く光ト
ンネル10の外（手前）に作るようにするとよい。The exit end face of the light tunnel 10 is very uniformly illuminated in this way. However, the exit end face of the condenser lens 5 and the reticle surface 6 are in a conjugate relationship.
That is, the image of the exit end face is enlarged and projected on the reticle surface 6. Therefore, if the exit end face of the light tunnel 10 is uniformly illuminated, the reticle surface 6 is also uniformly illuminated. There is no problem if the light tunnel 10 has a hollow structure having a flat reflection surface inside, but the light tunnel 10 is composed of a kind of columnar prism made of a transparent medium and has a total reflection. Is used, an image of dust adhering to the exit end face may form an image on the reticle surface 6 to produce uneven illumination. Therefore, in order to prevent this, the conjugate relationship is intentionally shifted to some extent. It is better to put. Further, the laser light formed by the point light source image formed by the integrator 14 on the inside of the prism or on the mirror surface has a good condensing property, so that they may be damaged. Therefore, the point light source image should be formed outside (in front of) the light tunnel 10 as shown in FIG.
ところで、隣接する点光源像からの光路長差がレーザ
光の持つコヒーレンス長よりも長ければこの干渉パター
ン（スペックル）は生じないが、レーザ光の単色性が年
々向上するにつれ可干渉距離が伸び、現実的には光路長
差を可干渉距離より大きくすることは難しくなってき
た。そこで本実施例では光トンネル10及びインテグレー
タ14のどちらかを又は両方を照明系の光軸を軸として回
転させる。これにより、各点光源像の位置が移動しこれ
と共に干渉パターン（スペックル）も移動するので、光
路中の時間平均を取ると干渉パターンのコントラストは
減少する。特に光トンネル10とインテグレータ14を同時
に且つ異なる沿度或は異なる向きで回転させた特には点
光源像の動きは複雑になり、それにより上記平均化によ
る干渉パターンのコントラスト軽減に大きな効果が得ら
れる。又、このように点光源像を移動させる事は、やは
り時間平均をとって考えれば実質点光源の数を増やした
ことにもなり、より理想的な面光源に近づくためより厳
密に所定のNAでマスクを照明できることになる。By the way, if the optical path length difference from the adjacent point light source image is longer than the coherence length of the laser light, this interference pattern (speckle) does not occur, but the coherence length increases as the monochromaticity of the laser light improves year by year. However, it is actually difficult to make the optical path length difference larger than the coherent distance. Therefore, in this embodiment, one or both of the light tunnel 10 and the integrator 14 are rotated around the optical axis of the illumination system. As a result, the position of each point light source image moves and the interference pattern (speckle) also moves with it, so that taking the time average in the optical path reduces the contrast of the interference pattern. In particular, when the light tunnel 10 and the integrator 14 are rotated at the same time and in different directions or in different directions, the movement of the point light source image in particular becomes complicated, thereby greatly reducing the contrast of the interference pattern by the averaging. . In addition, moving the point light source image in this way also means that the number of point light sources is actually increased when time-averaging is considered, and a predetermined NA is more strictly set in order to approach a more ideal surface light source. Can illuminate the mask.
尚、インテグレータ14の回転は必ずしも光軸を軸とし
なくても良く、意図的に光軸とは異なる軸で回転を行っ
て点光源軸の動きをより複雑にすることも出来る。この
場合回転中に常にインテグレータ14が作る点光源像が光
トンネル10の開口を十分に満たすようにインテグレータ
14の全体の径は光トンネル10の開口よりも大きく取るの
が好ましい。The rotation of the integrator 14 does not necessarily have to be on the optical axis, and the movement of the point light source axis can be made more complicated by intentionally rotating on an axis different from the optical axis. In this case, the integrator should always be able to fill the opening of the light tunnel 10 with the point light source image created by the integrator 14 during rotation.
It is preferable that the entire diameter of 14 is larger than the opening of the light tunnel 10.
上述の如く、本発明による半導体露光装置の照明光学
系は、インテグレータの作る複数の点光源像から広がる
光束の中心は、全て光トンネルの射出端面の中心近傍で
重なり合うことになり、これにより点光源が発する光束
が有効に使えるとともに、照明の均一化に必要な光源像
の数が非常に少なくで済むので、インテグレータ及び光
トンネルをコンパクトに構成できる。しかも、インテグ
レータと光トンネルとを、フィールドレンズを介して近
接して配置することが可能となるので、極めて簡単でか
つコンパクトな光学系にすることができる。さらにまた
リレーレンズ光学系が不要なので、部品数も少なく、安
価に作ることも可能である。As described above, in the illumination optical system of the semiconductor exposure apparatus according to the present invention, the centers of the luminous fluxes spread from the plurality of point light source images formed by the integrator are all overlapped near the center of the exit end face of the light tunnel. Can be used effectively and the number of light source images required for uniform illumination is very small, so that the integrator and the light tunnel can be made compact. Moreover, since the integrator and the light tunnel can be arranged close to each other via the field lens, an extremely simple and compact optical system can be realized. Furthermore, since a relay lens optical system is not required, the number of parts is small, and it is possible to make it at low cost.
第１図は本発明の主要な構成要素の１つであるインテグ
レータを用いた半導体露光装置の照明光学系の参考例を
示す図、第２図は上記参考例のインテグレータの正面
図、第３図は本発明の主要な構成要素の１つであるイン
テグレータを用いた半導体露光装置の照明光学系の別の
参考例を示す図、第４図は本発明の主要な構成要素の１
つである光トンネルを用いた半導体露光装置の照明光学
系の参考例を示す図、第５図は上記光トンネルを用いた
照明光学系の参考例の光トンネルによって作られる複数
の点光源像の配置を示す図、第６図は本発明の実施例を
示す図、第７図は上記実施例の光トンネルによって一つ
の点光源から作られる複数の点光源像の配置を示す図、
第８図乃至第10図は夫々各従来例を示す図である。 １……レーザ光源、２……ビームエキスパンダ、５……
コンデンサレンズ、６……レチクル面、７……コリメー
タレンズ、８……入射瞳、10……光トンネル、11……開
口絞り、12,18……フイールドレンズ、13……イメージ
ローテータ、14……インテグレータ、15……縮小投影レ
ンズ、17……焦平面、19……視野絞り。FIG. 1 is a view showing a reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using an integrator, which is one of the main components of the present invention. FIG. 2 is a front view of the integrator of the reference example. FIG. 4 is a diagram showing another reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using an integrator, which is one of the main components of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing one of the main components of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a reference example of an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus using a light tunnel, and FIG. 5 is a view showing a plurality of point light source images formed by the light tunnel of the reference example of the illumination optical system using the light tunnel. FIG. 6 is a diagram showing an arrangement, FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a diagram showing an arrangement of a plurality of point light source images formed from one point light source by the light tunnel of the above embodiment;
FIG. 8 to FIG. 10 are diagrams showing respective conventional examples. 1 ... laser light source, 2 ... beam expander, 5 ...
Condenser lens, 6 reticle surface, 7 collimator lens, 8 entrance pupil, 10 light tunnel, 11 aperture stop, 12, 18 field lens, 13 image rotator, 14 Integrator, 15: Reduction projection lens, 17: Focal plane, 19: Field stop.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−247643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−178904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−57244（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−173322（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−188152（ＪＰ，Ｕ)Continuation of the front page (56) References JP-A-60-247643 (JP, A) JP-A-62-124521 (JP, A) JP-A-62-178904 (JP, A) JP-A-50-57244 (JP) JP-A-63-173322 (JP, A) JP-A-61-188152 (JP, U)
Claims (1)
源の像を複数形成する第一の光学素子と前記像の夫々か
ら更に複数の光源像を形成する第二の光学素子とコンデ
ンサレンズとを備えた半導体露光装置の照明光学系にお
いて、前記第一の光学素子がインテグレータであり、前
記第二の光学素子が光トンネルであり、前記インテグレ
ータと前記光トンネルの少なくとも一方を露光中に光軸
を中心として回転させるようにしたことを特徴とする半
導体露光装置の照明光学系。1. A light source, a first optical element that forms a plurality of images of the light source, and a second optical element that forms a plurality of light source images from each of the images, the light source being sequentially arranged along the optical axis. In an illumination optical system of a semiconductor exposure apparatus including a condenser lens, the first optical element is an integrator, the second optical element is a light tunnel, and at least one of the integrator and the light tunnel is being exposed. An illumination optical system for a semiconductor exposure apparatus, wherein the illumination optical system is rotated about an optical axis.
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