JPH0950958A

JPH0950958A - 照明光学装置及びそれを備えた投影露光装置

Info

Publication number: JPH0950958A
Application number: JP8127421A
Authority: JP
Inventors: Hideki Komatsuda; 秀基小松田; Osamu Tanitsu; 修谷津
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-29
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-02-18
Also published as: US5790239A

Abstract

(57)【要約】【目的】効率良く長方形状の照野を形成する際に均一な
面光源を形成すること。また、線幅が均一な解像を行な
うこと。【構成】光源（１）、この光源からの光束に基づいて複
数の光源像を形成するオプティカルインテグレータ（５
０）及びここから射出される光束を集光してレチクル
（Ｒ）を重畳的に照明するコンデンサ光学系（６）とを
有する。ここで、オプティカルインテグレータは、長辺
と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を有する複数のレ
ンズ素子（５０ａ）の短辺同士を隣接して配列した第１
及び第２の段（ｎ₁，ｎ₂）を備える。これら第１及び
第２の段は、互いに隣接して配列されると共に、第１の
段における短辺の位置が第２の段におけるそれとは長辺
に沿った方向で異なるように配列される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被照明物体を均一に照
明する照明光学装置に関するものであり、特に、半導体
素子、液晶表示素子等の製造過程中のリソグラフフィ工
程で使用される投影露光装置に好適な照明光学装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、投影露光装置としては、投影露光
すべき回路が描かれた原板（レチクル）のパターン全体
を投影光学系（投影レンズ）を介して、感光剤が塗布さ
れたウエハやプレート等の感光基板上に１ショット毎に
逐次投影露光する、所謂ステップ・アンド・リピート方
式の露光装置、いわゆるステッパーが知られており、こ
の装置は、解像力並びスループットの点で優れている。

【０００３】近年においては、より高解像力のもとでよ
り高スループット化を達成するために、スキャン方式の
投影露光装置が提案されている。１つのスキャン方式の
投影露光装置として、円弧状のイメージフィールドを有
する反射縮小光学系を用いて、レチクル上のパターンを
ウエハ上に投影露光するものがあり、例えば、Proc.SPI
E,1088(1989),P424 〜433 において提案されている。

【０００４】また別のスキャン方式の投影露光装置とし
て、円形のイメージフィールドを有する通常の投影光学
系（フル・フィールドタイプの投影光学系）を用いて、
ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル上のパター
ンをウエハ上に投影露光するものがある。例えば、特開
平4-196513号公報では長方形状のイメージフィールドを
スキャンする方式が提案されており、この提案されてい
る装置は、広い露光フィールドによって高スループット
化を実現しながら、より高解像力が確保できるため、上
記ステップ・アンド・リピート方式の露光装置に次ぐ将
来の露光装置として注目されてきている。

【０００５】ここで、代表的なステップ・アンド・スキ
ャン方式の露光装置用の照明光学装置を図１２に示す。
なお、図１２においては、ＸＹＺ座標系を採用してい
る。図１２において、集光鏡としての楕円鏡２の第１焦
点２１には光源としての水銀ランプ１が配置され、この
水銀ランプ１からの光束が楕円鏡の第２焦点２２に集光
される。第２焦点２２に露光光を制御するシャッターＳ
を備える。この第２焦点２２からの発散光束は、コリメ
ータレンズ３により平行光束に変換された後、バンドパ
スフィルター４によって、所定の露光波長（例えば436n
m のｇ線又は365nm のｉ線等) の光が選択される。この
所定の露光波長の光は、複数のレンズ素子の集合体より
構成されるフライアイレンズ５を通過に入射する。

【０００６】フライアイレンズ５を被照射面側から（−
Ｚ方向から）見たＸＹ平面図である図１３に示す如く、
フライアイレンズ５は、長辺と短辺とを持つ長方形状の
レンズ断面を有する複数のレンズ素子５ａからなり、こ
れらのレンズ素子がマトリックス状に配置された構成で
ある。各々のレンズ素子５ａは、フライアイレンズ５に
入射する光束をそれぞれ集光し、その被照射面側に光源
像５ｂを形成する。フライアイレンズ５全体では、各々
のレンズ素子５ａが形成する複数の光源像を擬似的な面
光源と見做すことができる。なお、以下においては、こ
れを二次光源と称する。

【０００７】さて、図１２に戻って、フライアイレンズ
５の射出面には、照明系のσ値を決定するための開口絞
りＡＳが配置されている。このフライアイレンズ５の射
出側に形成される複数の光源像（２次光源）からの複数
の光束は、コンデンサーレンズ６によってそれぞれ集光
作用を受けて、被照明物体としてのレチクルＲ上におい
て重畳される。従って、レチクルＲ上では均一な照度で
照明されることになる。そして、照明されたレチクルＲ
上のパターンは、投影光学系ＰＬを介してウエハＷに投
影露光される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の図１３に示すよ
うに、従来のフライアイレンズ５では、フライアイレン
ズ５全体の外径を最も小さくし、その製造を容易とする
ため、これを構成するレンズ素子がそれぞれの長辺及び
短辺が合致するように配置されていた。さて、ステップ
・アンド・スキャン方式の露光装置においては、照明系
による照野とスキャンされた際に照明される領域との面
積比を最大とするために、スリット形状または円弧形状
の照野のもとでレチクルを照明することが一般的であ
る。従って、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装
置に用いられるフライアイレンズを構成する複数のレン
ズ素子は、長辺と短辺の長さが大きく異なる長方形の断
面形状を有する。これは、フライアイレンズ入射面がマ
スク及びウエハと共役であるため、フライアイ入射面の
レンズ素子の一つ一つの形状が一種の視野絞りとなり、
細長い照野を効率よく照明するためには、この細長い照
野とフライアイレンズ中のレンズ素子一つ一つの断面形
状が相似でなければならないためである。

【０００９】このように、フライアイレンズを構成する
レンズ素子の断面形状が長辺と短辺の長さが大きく異な
る長方形である場合は、図１３に示すように複数の光源
像５ｂのＸ方向における間隔とＹ方向における間隔とが
著しく異なるため、この複数の光源像５ｂからの光に基
づいて投影露光を行なうと、縦方向（図１２のＸ方向）
と横方向（図１２のＹ方向）とで解像の具合が異なり、
ウエハ上に形成されるパターンの線幅が異なるという問
題点が生じる。

【００１０】そこで、本発明は、効率良く長方形状の照
野を形成しているにもかかわらず均一な面光源を実現で
きる照明光学装置を提供することを目的とする。また、
本発明は、線幅が均一な解像を行なうことのできる投影
露光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、以下の構成を有する。例えば、図１、
図２に示す如く、光源（１）と、該光源からの光束に基
づいて複数の光源像を形成するオプティカルインテグレ
ータ（５０）と、該オプティカルインテグレータから射
出される光束を集光して所定の面を重畳的に照明するコ
ンデンサ光学系（６）とを有し、前記オプティカルイン
テグレータは、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断
面を有する複数のレンズ素子（５０ａ）の前記短辺同士
を隣接して配列した第１及び第２の段を備え、前記第１
及び第２の段（ｎ₁，ｎ₂）は、互いに隣接して配列さ
れると共に、前記第１の段（ｎ₁）における前記短辺の
位置が前記第２の段（ｎ₂）における前記短辺の位置と
は前記長辺に沿った方向で異なるように配列されるもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に本
発明の原理について簡単に説明する。図３（ａ）は本発
明のオプティカルインテグレータを被照射面側から見た
ＸＹ平面図であり、図３（ｂ）は本発明のオプティカル
インテグレータが形成する複数の光源像の配置を示すＸ
Ｙ平面図である。また、図３（ｃ）は従来のオプティカ
ルインテグレータを被照射面側から見たＸＹ平面図であ
り、図３（ｄ）は従来のオプティカルインテグレータが
形成する複数の光源像の配置を示すＸＹ平面図である。

【００１３】図３（ａ），（ｂ）に示す如く、本発明の
オプティカルインテグレータでは、長辺と短辺とを持つ
長方形状のレンズ断面を有する複数のレンズ素子５０ａ
の短辺同士を隣接して配列した第１及び第２の段（例え
ば行ｎ₃及び行ｎ₄）を備え、第１の段（行ｎ₃）の短
辺の位置が長辺に沿った方向（Ｙ方向）において第２の
段（行ｎ₄）の短辺の位置とは異なるように配列されて
いるため、複数の光源像５０ｂが作る行と列との間隔の
差を少なくすることができ、均一な面光源を得ることが
可能である。これにより、レチクル上の縦パターンと横
パターンとをほぼ同じ解像のもとで投影露光することが
でき、ウエハ上での線幅を均一化することができる。

【００１４】それに対し、図３（ｃ），（ｄ）に示すよ
うな従来のものでは、オプティカルインテグレータが形
成する複数の光源像５ｂにおける行（ｎ₁〜ｎ₁₃）と列
（ｍ ₁〜ｍ₄）との間隔は大きく異なるものとなり、均
一な面光源は達成されず、レチクル上の縦パターンと横
パターンとの解像状態が大きく異なり、ウエハ上での線
幅の均一化は達成できない。

【００１５】以下、図面を参照して本発明による実施例
を説明する。図１は本発明の照明光学装置をステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置に応用したときの
照明光学装置全体の概略的な構成を示している。なお、
図１では、ＸＹＺ座標系を採用しており、図１２と同様
の機能を有する部材には同じ符号を付してある。図１に
示す如く、集光鏡としての楕円鏡２の第１焦点２１には
光源としての水銀ランプ１が配置され、この水銀ランプ
１からの光束が楕円鏡の第２焦点２２に集光される。こ
の第２焦点２２からの発散光束は、前側焦点位置が第２
焦点２２と一致するように配置されたコリメート光学系
としてのコリメータレンズ３により平行光束に変換され
た後、バンドパスフィルター４を介することにより、所
定の露光波長（例えば436nm のｇ線又は365nm のｉ線
等) の光が選択される。その後、この所定の露光波長の
光は、フライアイレンズ５０に入射する。フライアイレ
ンズ５０は、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面
を有しかつその両端にレンズ面を有する複数のレンズ素
子から構成されている。また、フライアイレンズ５０の
射出側（＋Ｚ方向側）には、円形状の開口部を有する開
口絞りＡＳが配置されている。

【００１６】図２は、このフライアイレンズ５０を被照
射面側から見た平面図であり、図２の座標系は図１の座
標系と対応している。図２において、フライアイレンズ
５０は、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を持
つ複数のレンズ素子５０ａの短辺同士を隣接して配置し
た第１の段５０ｎ₁と、複数のレンズ素子５０ａの短辺
同士を隣接して配置した第２の段５０ｎ₂とを少なくと
も有し、第１の段５０ｎ₁における短辺の位置が、レン
ズ素子ａの長辺の方向（Ｙ方向）において第２の段５０
ｎ₂の短辺の位置とは異なるような配置で構成されてい
る。

【００１７】尚、本実施例のフライアイレンズ５０で
は、複数のレンズ素子５０ａの短辺同士を隣接して配置
した段を９つ有しているが、この数は９つには限られな
い。また、図２においては、フライアイレンズ５０が形
成する複数の光源像５０ａが形成される（Ｚ方向におけ
る）位置に設けられる開口絞りＡＳの開口部ＡＳａを併
せて示している。

【００１８】さて、図１に戻って、フライアイレンズ５
０の作用によって、フライアイレンズ５０の射出側に形
成された複数の光源像から発散する光束は、コンデンサ
光学系としてのコンデンサレンズ６の集光作用によって
集光される。これにより、フライアイレンズ５０からの
光束は、所定の回路パターンが形成されたレチクルＲ上
において重畳し、このレンズＲを均一な照度で照明す
る。

【００１９】本実施例では、フライアイレンズ５０を構
成する複数のレンズ素子５０ａの入射側のレンズ断面が
長方形状であるため、レチクルＲ上には長方形（スリッ
ト状）の照野が形成される。そして、レジストが塗布さ
れたウエハＷ上には、レチクルＲのパターン中の照明さ
れた部分が両側テレセントリックな投影光学系ＰＬ（投
影レンズ）を介して投影露光される。

【００２０】図１では、不図示ではあるが、レチクルＲ
とウエハＷとは、図中±Ｘ方向に移動可能なレチクルス
テージ及びウエハステージにそれぞれ載置されており、
ウエハＷとレチクルＲが同期して長方形（スリット状）
の照野の短手方向（図中±Ｘ方向）に移動することによ
り走査露光が実現され、大きな露光領域の露光が可能に
なる。

【００２１】なお、本実施例では、フライアイレンズ５
０の入射面は被照射面としてのレチクルＲと共役であ
る。また、フライアイレンズ５０の射出面は投影光学系
ＰＬの瞳ＥＰと共役であり、この瞳ＥＰの面上にはフラ
イアイレンズ５０による２次光源の像が形成されるた
め、本実施例の照明光学装置はケーラー照明となる。図
４に本発明を２つのフライアイレンズを有する照明光学
装置を備えたステップ・アンド・スキャン方式の投影露
光装置に適用した第２実施例を示す。図４は、第２実施
例による投影露光装置を概略的に示す図であり、ＸＹＺ
座標系を採用している。なお、図４では図１と同様の機
能を有する部材には同一の符号を付してある。

【００２２】図４において、楕円鏡２の第１焦点２１に
配置された水銀ランプ１からの光は、この楕円鏡２によ
り第２焦点２２に集光されて光源像を形成する。この第
２焦点２２からの光束は、コリメータレンズ３により平
行光束に変換された後、図示なきバンドパスフィルター
を介して第１フライアイレンズ８に入射する。この第１
フライアイレンズ８は、第１フライアイレンズを被照射
面側から見た平面図である図５（ａ）に示す如く、略正
方形状のレンズ断面を持つ複数のレンズ素子８ａをマト
リックス状に配列して構成されており、各々のレンズ素
子８ａは、光源像８ｂをレンズ素子の射出面側に形成す
る。なお、図５（ａ）では、各々のレンズ素子８ａが形
成する光源像８ｂを１つしか図示していないが、実際に
は全てのレンズ素子がこの光源像を形成する。

【００２３】図４に戻って、第１フライアイレンズ８の
射出面側には、リレーレンズ系７と第２フライアイレン
ズ５０とが配置されている。このリレーレンズ系７は、
第１フライアイレンズ８の入射面と第２フライアイレン
ズ５０の入射面とを共役にすると共に、第１フライアイ
レンズ８の射出面と第２フライアイレンズ５０の射出面
とを共役にする機能を有している。

【００２４】さて、第２フライアイレンズ５０は、それ
を被照射面側から見た平面図である図５（ｂ）に示す如
く、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を持つ複
数のレンズ素子５０ａの短辺同士を隣接して配置した第
１の段５０ｎ₁と、複数のレンズ素子５０ａの短辺同士
を隣接して配置した第２の段５０ｎ₂とを少なくとも有
し、第１の段５０ｎ₁における短辺の位置が、レンズ素
子ａの長辺の方向（Ｙ方向）において第２の段５０ｎ₂
の短辺の位置とは異なるような配置で構成されている。

【００２５】ここで、第２フライアイレンズ５０を構成
するレンズ素子５０ａが形成する光源像５０ｂが、第１
フライアイレンズ８により形成される複数の光源像８ｂ
の像となる。従って、開口絞りＡＳの開口部ＡＳａ内に
形成される面光源は、より均一なものとなり、照度ムラ
をより低減させることが可能となる。図４に戻って、第
２フライアイレンズ５０が形成する三次光源からの光束
は、コンデンサレンズ６により集光されてレチクルＲ上
を重畳的に照明する。このとき、レチクルＲ上には、長
方形状（スリット形状）の照野が形成される。

【００２６】レチクルＲ上における上記照野の領域から
の光は、両側テレセントリックな投影光学系（投影レン
ズ）ＰＬを通過し、ウエハＷ上にレチクルＲのパターン
像を形成する。このように、本実施例では、２つのフラ
イアイレンズ８，５０を用いた所謂ダブル・フライアイ
照明光学系を用いて長方形状（スリット形状）の照野を
効率良く照明する際に問題となる面光源の不均一さを解
消するために、フライアイレンズの入射面を被照射面と
相似形状とせざるを得ない第２フライアイレンズ５０に
本発明を適用している。これにより、被照射面が長方形
状（スリット形状）であるにもかかわらず、均一な面光
源を形成することができ、さらには、ウエハＷ上におい
て線幅を均一とすることが可能である。

【００２７】さて、上述の第１及び第２実施例では、レ
チクルとウエハとを相対的に移動させつつ露光を行なう
所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に
本発明を適用したが、本発明はステップ・アンド・スキ
ャン方式の投影露光装置には限られない。レチクル上の
回路パターンをウエハ上に一括露光するステップ・アン
ド・リピート方式の露光装置（ステッパー）において
は、レチクル上に形成される回路パターンの領域の外形
が正方形とは限られず、長辺と短辺とを持つ長方形状と
なる場合がある。このような場合には、照野を長方形状
として効率良く照明するために本発明を適用できる。

【００２８】次に、図６を参照して、長方形状の照野の
もとでレチクルＲを照明する照明光学系を備えたステッ
パーに本発明を適用した第３実施例を説明する。なお、
図６においては、図１と同様の機能を有する部材には、
同一の符号を付してあり、ＸＹＺ座標系を採用してい
る。図６において、楕円鏡２の第１焦点２１に配置され
た水銀ランプ１からの光は、この楕円鏡２により第２焦
点２２に集光されて光源像を形成する。この第２焦点２
２からの光束は、コリメータレンズ３により平行光束に
変換された後、図示なきバンドパスフィルターを介して
フライアイレンズ５１に入射する。

【００２９】フライアイレンズ５１は、それを被照射面
側から見た平面図である図７（ａ）に示す如く、長辺と
短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を持つ複数のレンズ
素子５１ａの短辺同士を隣接して配置した第１の段５１
ｍ₁と、複数のレンズ素子５１ａの短辺同士を隣接して
配置した第２の段５１ｍ₂とを少なくとも有し、第１の
段５１ｍ₁における短辺の位置が、レンズ素子５１ａの
長辺の方向（Ｘ方向）において第２の段５１ｍ₂の短辺
の位置とは異なるような配置で構成されている。

【００３０】この構成により、図７（ｂ）に示す従来の
フライアイレンズ５に比べて、レンズ素子５１ａの長辺
に沿った方向（Ｘ方向）及び短辺に沿った方向（Ｙ方
向）における光強度分布が各々均一なものとなり、フラ
イアイレンズ５１が形成する面光源自体を均一とでき
る。図６に戻って、フライアイレンズ５１が形成する面
光源の位置には、所定形状の開口部ＡＳａを持つ開口絞
りＡＳが配置されている。この開口絞りＡＳの位置に形
成される複数の光源像からの光は、それぞれコンデンサ
レンズ６により集光されて重畳的にレチクルＲを均一に
照明する。ここで、レチクルＲ上に形成される照野は、
フライアイレンズ５１の入射面側のレンズ面と相似形状
となる。

【００３１】照明されたレチクルＲからの光は、両側テ
レセントリックな投影光学系（投影レンズ）によりウエ
ハＷ上にレチクルＲのパターン像を形成する。本実施例
においては、フライアイレンズ５１が形成する面光源の
光強度分布がＸＹ方向において共に均一となるため、ウ
エハＷ上において線幅を均一とすることができる。次
に、図８を参照して本発明の第４実施例を説明する。図
８は、光源としてレーザ光源を適用したステップ・アン
ド・スキャン型の露光装置を示す図である。この第４実
施例及び次に説明する第５実施例は、本件出願人と同一
出願人による特開平6-196389号に開示される照明光学装
置に本発明を適用したものである。なお、図８では、図
１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して
あり、ＸＹＺ座標系を採用している。

【００３２】図８において、レーザ光源１００は、例え
ば２４８ｎｍの光を発するＫｒＦエキシマレーザ又は１
９３ｎｍの光を発するＫｒＦエキシマレーザ等から構成
されており、このレーザ光源１００からの平行光束は、
例えば２組のシリンドリカルレンズから構成されるシリ
ンダーエキスパンダ９０により、シリンダーエキスパン
ダ９０の射出側に位置する第１フライアイレンズ８１の
断面と相似の形状となるようにその光束断面形状が変換
される。

【００３３】第１フライアイレンズ８１を被照射面側か
ら見た平面図である図９（ａ）に示す如く、第１フライ
アイレンズは、ほぼ正方形状のレンズ断面を有するレン
ズ素子８１ａを全体としてレチクルＲ上のスリット状の
照野とほぼ相似形状をなすように配列して構成されてい
る。図８に戻って、第１フライアイレンズ８１の射出面
側（＋Ｚ方向側）には、リレーレンズ系７と第２フライ
アイレンズ５２とが配置されている。ここで、リレーレ
ンズ系７は、第１フライアイレンズ８１の入射面と第２
フライアイレンズ５２の入射面とを共役にすると共に、
第１フライアイレンズ８の射出面と第２フライアイレン
ズ５２の射出面とを共役にする機能を有している。

【００３４】さて、第２フライアイレンズ５２は、それ
を被照射面側から見た平面図である図９（ｂ）に示す如
く、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を持つ複
数のレンズ素子５２ａの短辺同士を隣接して配置した第
１の段５２ｎ₁と、複数のレンズ素子５２ａの短辺同士
を隣接して配置した第２の段５２ｎ₂とを少なくとも有
し、第１の段５２ｎ₁における短辺の位置が、レンズ素
子ａの長辺の方向（Ｙ方向）において第２の段５２ｎ₂
の短辺の位置とは異なるような配置で構成されている。

【００３５】ここで、第１フライアイレンズ８１が形成
する複数の光源像の外形がレチクルＲ上の照野と相似、
すなわち第２フライアイレンズ５２を構成する複数のレ
ンズ素子５２ａの入射面と相似であるため、第２フライ
アイレンズ５２の複数のレンズ素子５２ａの射出面のそ
れぞれには、この射出面とほぼ等しい大きさ、形状で複
数の光源像が形成される。このように第１フライアイレ
ンズ８１が形成する複数の光源像の外形を第２フライア
イレンズ５２の複数のレンズ素子５２ａの入射面と相似
形状にすることにより、第２フライアイレンズ５２が形
成する複数の光源像全体の均一性は向上する。

【００３６】ここで、第２フライアイレンズを従来のも
ののように単にマトリックス状に配列したものとする
と、第２フライアイレンズの列方向において、各レンズ
素子の短辺、すなわち複数の光源像が形成されない領域
が一列に並ぶため、第２フライアイレンズ５２が形成す
る複数の光源像の均一性が悪くなる。しかしながら、本
実施例では、第２フライアイレンズ５２を構成する各レ
ンズ素子５２の短辺、すなわち複数の光源像が全く形成
されない領域が、第２フライアイレンズ５２の射出面全
体においてランダム配置となるため、第２フライアイレ
ンズ５２の射出側に配置される開口絞りＡＳの開口部Ａ
Ｓａ内に形成される面光源の均一性はさらに向上する。
なお、第２フライアイレンズ５２の射出面側に形成され
る光源像の数は、第１フライアイレンズ８１を構成する
レンズ素子８１ａの個数と第２フライアイレンズ５２を
構成するレンズ素子５２ａの個数との積になる。

【００３７】図８に戻って、第２フライアイレンズ５２
の各々のレンズ素子５２ａからの光束は、コンデンサレ
ンズ６により集光されてレチクルＲ上の照野を重畳的に
照明する。そして、照明されたレチクルＲからの光は、
両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを通過してウエ
ハＷ上に達し、ウエハＷ上にレチクルＲのパターン像を
形成する。

【００３８】このように本実施例では、効率良く長方形
状の照野を照明しているにもかかわらず、第２フライア
イレンズ５２が形成する面光源を均一とすることがで
き、ウエハＷ上での線幅の均一性を十分に高めることが
可能である。また、本発明は、長方形状（スリット形
状）の照野を形成する照明光学装置のみには限られず、
円弧形状の照野を形成する照明光学装置にも適用でき
る。次に、本発明を円弧形状の照野を形成する照明光学
装置に適用した第５の実施例を図１０を参照して説明す
る。図１０（ａ）は、レチクルを円弧形状の照野にて照
明する照明光学装置のＹＺ平面図であり、図１０（ｂ）
はそのＸＺ平面図である。なお、図１０では、図８と同
様の機能を有する部材には、同一の符号を付してあり、
ＸＹＺ座標系を採用している。

【００３９】図１０において、レーザ光源１００から第
２フライアイレンズ５２までの構成は、前述の第４実施
例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。図
１０において、第２フライアイレンズ５２の射出面側の
開口絞りＡＳの位置には、上記第４実施例と同様に均一
な面光源が形成される。この面光源、すなわち複数の光
源像からの光は、リレーレンズ１０により集光されて、
ＸＹ平面において長方形状の開口部を有する絞りＦＳ上
で重畳された後、リレーレンズ１１を介して特殊反射鏡
１２へ導かれる。

【００４０】この特殊反射鏡１２は、放物線ＰＡの対称
軸ＡＸ₀と直交する基準軸ＡＸ₁を中心に放物線ＰＡを
回転させた放物トーリック形状の回転体の一部から構成
されている。また、リレーレンズ１０はｆ・ｓｉｎθの
射影関係を持つ光学系であり、リレーレンズ１１はｆθ
の射影関係を持つ光学系である。従って、レチクルＲ上
では、円弧形状の照野がケーラー照明され、かつこの照
野内の位置に到達する光束の開口数はどの位置において
も一定となる。

【００４１】なお、図１０においては不図示ではある
が、レチクルＲの−Ｘ方向側（図中下方）には、円弧形
状の視野を持つ投影光学系（例えばオフナー型光学系な
ど）が設けられており、レチクルＲのパターン像を図示
なきウエハ上に投影することができる。図１０に示す第
５実施例においても、円弧形状の照野を効率よく形成し
ているにもかかわらず、第２フライアイレンズ５２が形
成する面光源を均一とすることができ、ウエハ上での線
幅の均一性を十分に高めることが可能である。

【００４２】上述の第４及び第５実施例では、光源が点
光源と見做すことができるレーザ光源であるが、以上の
説明より、本発明はこのようなレーザ光源に対しても有
効であることが分かる。なお、上述の各実施例では、フ
ライアイレンズが形成する複数の光源像の第１の段と第
２の段とにおいて互いに半ピッチだけ長辺方向にずれて
いるが、これら複数のの光源像の配列は半ピッチずれた
ものに限られず、ランダムな配列であっても良い。

【００４３】ところで、以上の実施例においては、オプ
ティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを構
成する第１の段と第２の段とにおいて互いに半ピッチだ
け長辺方向にずらした例を示したが、次に、図１１を参
照しながら本発明のオプチカルインテグレータとしての
レンズ素子５０ａの最適な配置の範囲について説明す
る。

【００４４】図１１において、（ａ）はフライアイレン
ズを構成する第１の段と第２の段とにおいて互いに半ピ
ッチだけ長辺方向にずらした例を示し、（ｂ）はフライ
アイレンズを構成する第１の段と第２の段とにおいて互
いに３分の１ピッチだけ長辺方向にずらした例を示して
いる。まず、本発明のオプティカルインテグレータとし
てのフライアイレンズでは、図１１（ａ），（ｂ）に示
す如く、長辺と短辺とを持つ長方形状のレンズ断面を有
する複数のレンズ素子５０ａの短辺同士を隣接して配列
した第１及び第２の段（例えば行ｎ_k及び行ｎ_k+1、但
しｋは段の数を示す自然数である。）を有している。そ
して、図１１（ａ），（ｂ）に示す如く、第１の段（行
ｎ_k）の短辺の位置とその長辺に沿った方向（Ｙ方向）
において第２の段（行ｎ_k+1）の短辺の位置とのずれ量
をｄとし、オプティカルインテグレータ（フライアイレ
ンズ）を構成するレンズ素子５０ａのレンズ断面の短辺
の長さをｌx 、オプティカルインテグレータ（フライア
イレンズ）を構成するレンズ素子５０ａのレンズ断面の
長辺の長さをｌy とするとき、以下の条件を満足するこ
とが望ましい。（１）ｌy ／Ｎ≦ｄ≦ｌy ・（Ｎ−１）／Ｎ（２）Ｎ^0.5＜ｌy ／ｌx ＜２５但し、ｄはｌy ／Ｎの倍数とした値であり、Ｎは２以上
の自然数である。

【００４５】ここで、条件（１）は、第１の段（行
ｎ_k）の短辺の位置とその長辺に沿った方向（Ｙ方向）
において第２の段（行ｎ_k+1）の短辺の位置との最適な
ずれ量ｄを示し、条件（２）は、オプティカルインテグ
レータ（フライアイレンズ）を構成するレンズ素子５０
ａのレンズ断面の長辺の長さｌy とそのレンズ素子５０
ａのレンズ断面の短辺の長さｌx との比率の最適な範囲
を示している。

【００４６】上記条件（１）及び条件（２）は密接な関
係にあり、条件（１）のずらし量ｄは、オプチカルイン
テグレータ（フライアイレンズ）の複数のレンズ素子５
０ａのレンズ断面の縦方向と横方向との比率を規定して
いる条件（２）に基づいて決定される。ここで、条件
（２）の範囲を規定するレンズ素子５０ａの断面の長辺
と短辺との比率は、照明装置の仕様によって基本的に決
定される。しかしながら、条件（２）の上限を越える
と、オプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）内
の複数のレンズ素子５０ａのレンズ断面の短辺の長さが
極端に短くなり、そのレンズ素子５０ａの製造が困難と
なる。逆に、その複数のレンズ素子５０ａのレンズ断面
の短辺の長さを製造容易となる大きさで、オプチカルイ
ンテグレータ（フライアイレンズ）を構成しようとする
と、オプチカルインテグレータ（フライアイレンズ）の
大型化、さらには装置自体の大型化を招くため好ましく
ない。

【００４７】一方、条件（２）の下限を越えると、オプ
ティカルインテグレータ（フライアイレンズ）を構成す
るレンズ素子５０ａのレンズ断面形状が正方形に近づ
き、互いに隣接したレンズ素子５０ａ同士をずらして配
置することの意味が薄れてしまう。以上の如く、条件
（１）及び条件（２）を同時に満足するようにオプチカ
ルインテグレータ（フライアイレンズ）の複数のレンズ
素子５０ａを配列することにより、オプチカルインテグ
レータ（フライアイレンズ）を構成する複数のレンズ素
子５０ａのレンズ断面を長辺と短辺とを有する形状に構
成したとしても、オプチカルインテグレータ（フライア
イレンズ）の複数のレンズ素子５０ａにより形成される
複数の光源像の行方向と列方向とでの光源像間の間隔の
比率をレンズ要素の断面の長辺と短辺との長さの比率に
比べて許容できる範囲で１に近づけることができる。こ
のため、複数の光源像の行方向と列方向とでの光源像間
の間隔をできるだけ等しい方向に近づけることができ、
Ｘ方向とＹ方向とでの空間的コヒーレンスをできるだけ
等しくできる。その結果、Ｘ方向とＹ方向とでの解像さ
れる線幅が異なるという問題を改善することができる。

【００４８】さて、図１１に戻って、オプチカルインテ
グレータとしてのフライアイレンズを構成する複数のレ
ンズ素子５０ａの具体的な配置の例を説明する。図１１
（ａ）には、ｄ＝３ｍｍ、ｌx ＝２．５ｍｍ、ｌy ＝
６．０ｍｍとし、フライアイレンズを構成する第１の段
と第２の段とにおいて互いに半ピッチだけ長辺方向にず
らした時の複数のレンズ素子５０ａの配列の様子を示し
ている。

【００４９】この時、フライアイレンズを構成する第１
の段と第２の段とにおいて互いに半ピッチだけ長辺方向
にずらしていることから、Ｎ＝２であり、上述の条件
（１）及び（２）の対応値は、それぞれ６ｍｍ／２≦ｄ
≦６ｍｍ・（２−１）／２、２ ^0.5＜ｌy ／ｌx ＜２５
となる。そして、ｄ＝３ｍｍは、ｌy ／Ｎ＝６ｍｍ／２
の倍数である。従って、図１１（ａ）の例は、上述の条
件（１）及び（２）を満足する。

【００５０】また、図１１（ｂ）には、ｄ＝２ｍｍ、ｌ
x ＝２．０ｍｍ、ｌy ＝６．０ｍｍとし、フライアイレ
ンズを構成する第１の段と第２の段とにおいて互いに３
分の１ピッチだけ長辺方向にずらした時の複数のレンズ
素子５０ａの配列の様子を示している。この時、フライ
アイレンズを構成する第１の段と第２の段とにおいて互
いに３分の１ピッチだけ長辺方向にずらしていることか
ら、Ｎ＝３であり、上述の条件（１）及び（２）の対応
値は、それぞれ６ｍｍ／３≦ｄ≦６ｍｍ・（３−１）／
３、３^0.5＜ｌy ／ｌx ＜２５となる。そして、ｄ＝２
ｍｍは、ｌy ／Ｎ＝６ｍｍ／３の倍数である。従って、
図１１（ｂ）の例は、上述の条件（１）及び（２）を満
足する。

【００５１】図１１（ｂ）の例では、ｄ＝２ｍｍとし
て、フライアイレンズを構成する第１の段と第２の段と
において互いに３分の１ピッチだけ長辺方向にずらした
時の複数のレンズ素子５０ａの配列の様子を示したが、
上記（１）及び（２）式から理解できるように、ｄ＝４
ｍｍとして、フライアイレンズを構成する第１の段と第
２の段とにおいて互いに３分の２ピッチだけ長辺方向に
ずらしても良い。

【００５２】また、フライアイレンズを構成する第１の
段と第２の段とにおいて互いに３分の１ピッチだけ長辺
方向にずらし、フライアイレンズを構成する第３の段と
第４の段とにおいて互いに３分の２ピッチだけ長辺方向
にずらすようにｄ＝２ｍｍとｄ＝４ｍｍとの組合せによ
り複数のレンズ素子５０ａの配列してもよい。また、本
発明では、フライアイレンズが形成する複数の光源像の
第１の段と第２の段とにおいて互いに所定ピッチだけ長
辺方向にずらすと共に、フライアイレンズが形成する複
数の光源像の第３の段と第４の段とにおいても第１の段
と第２の段と同様に互いに所定ピッチだけ長辺方向にず
らした規則性のある複数のレンズ素子５０ａの配列の様
子を示したが、複数のレンズ素子５０ａの配列は、この
様な配列に限られず、ランダムな配列であっても良い。

【００５３】ところで、以上において述べた第１、第
２、第４及び第５実施例における具体的な数値を述べ
る。図１〜図２に示した第１実施例は、ｄ＝７．５ｍ
ｍ、ｌx ＝５．０ｍｍ、ｌy ＝１５．０ｍｍとし、フラ
イアイレンズを構成する第１の段と第２の段とにおいて
互いに２分の１ピッチだけ長辺方向にずらした時の複数
のレンズ素子５０ａの配列したものである。

【００５４】また、図４〜図５に示した第２実施例は、
ｄ＝４．５ｍｍ、ｌx ＝３．０ｍｍ、ｌy ＝９．０ｍｍ
とし、フライアイレンズを構成する第１の段と第２の段
とにおいて互いに２分の１ピッチだけ長辺方向にずらし
た時の複数のレンズ素子５０ａの配列したものである。
また、図７〜図１０に示した第４、第５実施例は、ｄ＝
６．０ｍｍ、ｌx ＝４．０ｍｍ、ｌy ＝１２．０ｍｍと
し、フライアイレンズを構成する第１の段と第２の段と
において互いに２分の１ピッチだけ長辺方向にずらした
時の複数のレンズ素子５０ａの配列したものである。

【００５５】従って、以上において述べた第１、第２、
第４及び第５実施例とも、前述した条件（１）及び
（２）を同時に満足する。

【００５６】

【発明の効果】以上の如く、本発明の照明光学系を使用
すれば、被照明領域が長辺と短辺とを持つ長方形状ある
いは円弧形状であることに起因するパターンの縦横の解
像具合の差が発生せず、線幅の均一な解像を可能とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】第１実施例のオプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）を示す平面図である。

【図３】本発明の原理を説明するための図である。

【図４】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図５】第２実施例のオプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）を示す平面図である。

【図６】本発明の第３実施例の構成を示す図である。

【図７】第３実施例のオプティカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）を示す平面図である。

【図８】本発明の第４実施例の構成を示す図である。

【図９】第４実施例及び第５実施例のオプティカルイン
テグレータ（フライアイレンズ）を示す平面図である。

【図１０】本発明の第５実施例の構成を示す図である。

【図１１】本発明によるオプチカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）の最適な構成を示す平面図である。

【図１２】従来の照明光学装置を説明するための図であ
る。

【図１３】従来の照明光学装置に用いられるオプティカ
ルインテグレータを示す平面図である。

【符号の説明】

１ … 水銀ランプ（光源）、２ … 楕円鏡、５０… フライアイレンズ（オプティカルインテグレー
タ）、６ … コンデンサレンズ、Ｒ … レチクル、Ｗ … ウエハ、ＰＬ… 投影光学系、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光束に基づいて複数
の光源像を形成するオプティカルインテグレータと、該
オプティカルインテグレータから射出される光束を集光
して所定の面を重畳的に照明するコンデンサ光学系とを
有し、前記オプティカルインテグレータは、長辺と短辺とを持
つ長方形状のレンズ断面を有する複数のレンズ素子の前
記短辺同士を隣接して配列した第１及び第２の段を備
え、前記第１及び第２の段は、互いに隣接して配列されると
共に、前記第１の段における前記短辺の位置が前記第２
の段における前記短辺の位置とは前記長辺に沿った方向
で異なるように配列されることを特徴とする照明光学装
置。
【請求項２】前記複数のレンズ素子はレンズ面を有し、
該レンズ面は２面のみであることを特徴とする請求項１
記載の照明光学装置。
【請求項３】前記第１の列における前記短辺の位置は、
前記第２の列における前記レンズ素子の長辺の中点に位
置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照
明光学装置。
【請求項４】前記レンズ素子のレンズ断面の短辺側の長
さをｌx とし、前記レンズ素子のレンズ断面の長辺側の
長さをｌy 、前記第１の段の短辺の位置とその長辺に沿
った方向において前記第２の段の短辺の位置とのずれ量
をｄ、２以上の自然数をＮとするとき、以下の条件を満
足することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の照
明光学装置。ｌy ／Ｎ≦ｄ≦ｌy ・（Ｎ−１）／ＮＮ^0.5＜ｌy ／ｌx ＜２５但し、ｄはｌy ／Ｎの倍数とした値である。
【請求項５】第１の物体を長方形状の照野のもとで照明
する照明光学系と、該第１の物体の像を第２の物体上に
形成する投影光学系とを備え、前記照明光学系は、光源と、該光源からの光束に基づい
て複数の光源像を形成するオプティカルインテグレータ
と、該オプティカルインテグレータから射出される光束
を集光して所定の面を重畳的に照明するコンデンサ光学
系とを有し、前記オプティカルインテグレータは、長辺と短辺とを持
つ長方形状のレンズ断面を有する複数のレンズ素子の前
記短辺同士を隣接して配列した第１及び第２の段を備
え、前記第１及び第２の段は、互いに隣接して配列されると
共に、前記第１の段における前記短辺の位置が前記第２
における段の前記短辺の位置とは前記長辺に沿った方向
で異なるように配列されることを特徴とする投影露光装
置。
【請求項６】前記オプティカルインテグレータは、前記
光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成する第１
オプティカルインテグレータと、該第１オプティカルイ
ンテグレータからの光束に基づいて複数の光源像を形成
する第２オプティカルインテグレータとを有し、前記第２オプティカルインテグレータは、長辺と短辺と
を持つ長方形状のレンズ断面を有する複数のレンズ素子
の前記短辺同士を隣接して配列した第１及び第２の段を
備え、前記第１及び第２の段は、互いに隣接して配列されると
共に、前記第１の段における前記短辺の位置が前記第２
における段の前記短辺の位置とは前記長辺に沿った方向
で異なるように配列されることを特徴とする請求項５記
載の投影露光装置。
【請求項７】前記レンズ素子のレンズ断面の短辺側の長
さをｌx とし、前記レンズ素子のレンズ断面の長辺側の
長さをｌy 、前記第１の段の短辺の位置とその長辺に沿
った方向において前記第２の段の短辺の位置とのずれ量
をｄ、２以上の自然数をＮとするとき、以下の条件を満
足することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の投
影露光装置。ｌy ／Ｎ≦ｄ≦ｌy ・（Ｎ−１）／ＮＮ^0.5＜ｌy ／ｌx ＜２５但し、ｄはｌy ／Ｎの倍数とした値である。