JP2000138155A - 照明装置及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明領域の全体を実質的に均一な照度分布
で、かつ高照度に照明できる照明装置を提供する。 【解決手段】 ライトガイド１０３の射出端１０３ａか
らの照明光ＩＬがリレーレンズ１０４ａを介してフライ
アイレンズ１０５ａに入射し、フライアイレンズ１０５
ａの射出面の開口絞り１０７の開口１０７ａを通過した
照明光ＩＬが、コンデンサレンズ１０６ａ，視野絞り１
１２、レンズ１０８ａ等を介してマスク８上のＹ方向に
細長い長方形の照明領域１１１ａを照明する。開口１０
７ａの形状を照明領域１１１ａの長手方向に対応する方
向に狭い楕円形状とすることによって、照明領域１１１
ａの長手方向の端部に入射する照明光ＩＬのσ値がその
長手方向に大きくなり過ぎることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被照射面を均一な
照度分布で照明するための照明装置に関し、特に半導体
素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜
磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマス
クパターンを感光性の基板上に転写するために使用され
る投影露光装置に備えられた、細長い照明領域を高い照
度で照明する照明光学系に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用される
ステッパー等の投影露光装置においては、露光用の照明
光でレチクル、又はフォトマスク等のマスク上の照明領
域（照明視野）を均一な照度分布で照明するための照明
光学系が備えられている。その照明光学系は一般に、光
源と、この光源からの照明光より複数の光源像を形成す
るフライアイレンズと、このフライアイレンズの射出面
に配置された照明系の開口絞りと、この開口絞りを通過
した照明光をマスク上に導くコンデンサ光学系とを備え
ている。

【０００３】そして、従来のフライアイレンズを構成す
る各レンズ素子としては、一般に両面が球面、又は一面
が球面で他方が平面のレンズが使用されていた。更に、
フライアイレンズの入射面はマスク上の照明領域の面
（パターン面）と実質的に共役であるため、照明効率を
高めるために、フライアイレンズを構成する各レンズ素
子の断面形状はその照明領域の外形とほぼ相似形に設定
されていた。そのため、ステップ・アンド・スキャン方
式のように照明領域の形状が長方形状である走査露光型
の投影露光装置の照明光学系では、フライアイレンズの
各レンズ素子の断面形状は長方形に設定されていた。

【０００４】また、従来の通常の照明方式では、開口絞
りの開口は円形であり、この円形の開口内に分布する複
数の光源像からの照明光を用いてマスクを重畳的に照明
していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の通常
の照明方式の照明光学系では、フライアイレンズの射出
面の開口絞りの開口は円形に設定されていた。しかしな
がら、フライアイレンズの各レンズ素子は、その形状よ
り正弦条件を満たしていないため、特に照明領域が長方
形状の場合に、照明領域の全体で照度分布を均一化しよ
うとすると、その照明領域の周辺では照明光の開口数が
大きくなり、また、円形開口からの照明光の分布とはか
なり変形した分布の照明となっていた。

【０００６】更に、最近の投影露光装置では、解像度を
高めることも必要であるが、照明領域における照明光の
照度をできるだけ高めて、ウエハ等の被露光基板に対す
る露光時間を短縮すること、即ち露光工程のスループッ
トを高めることも求められている。このように照明光の
照度を高めるためには、照明系の開口絞りの開口を大き
くして、投影光学系の開口数ＮＡに対する照明光学系の
開口数ＮＡ_ILの比の値であるコヒーレンスファクタ、即
ちσ値（＝ＮＡ_IL／ＮＡ）を１に近付ければよい。とこ
ろが、上記のように特に長方形状の照明領域の場合に
は、照明領域の周辺では照明光の開口数が大きくなるた
め、σ値を１に近付けると、照明光が投影光学系の開口
の外に出て遮光されてしまい、光量損失が生じると共
に、被露光基板上で露光量のむらが生じる恐れがあっ
た。これは、特にσ値を０．８程度以上にした場合に問
題となっていた。

【０００７】また、ステッパー型の投影露光装置であっ
ても、正方形から外れた長方形状の照明領域を使用する
場合には、照度を高めるためにσ値を１に近付けた際に
は、例えば照明領域の周辺において光量損失が生じる恐
れがある。このような光量損失は僅かであるが、今後被
露光基板上でより高い線幅の均一性等が要求される場合
には、障害になる恐れがある。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、照明領域の全体
を実質的に均一な照度分布で、かつ高照度に照明できる
照明装置を提供することを第１の目的とする。更に本発
明は、照明領域が円弧状等を含む長方形状である場合で
あっても、その照明領域の全体を実質的に均一な照度分
布で、かつ例えばσ値が０．８程度以上の高照度に照明
できる照明装置を提供することを第２の目的とする。ま
た、本発明は、そのような照明装置を備えた投影露光装
置を提供することを第３の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による照明装置
は、照明光を供給する光源系（１０２，１０３，１０４
ａ）と、この光源系からの照明光より複数の光源像を形
成する光源像形成光学系（１０５ａ）と、その複数の光
源像からの光束を集光して被照射面（８ｈ）を重畳的に
照明するコンデンサ光学系（１０６ａ，１１２，１０８
ａ〜１１０ａ）とを有する照明装置において、その光源
像形成光学系は、それぞれ少なくとも入射側が球面状で
断面形状が長方形の複数のレンズ素子（１１３）を束ね
て構成され、その被照射面に対する光学的なフーリエ変
換面、又はこの近傍の面上にそのレンズ素子の断面形状
の長手方向に対応する方向（Ｙ方向）に短い回転非対称
な開口（１０７ａ）を有する開口絞り（１０７）が配置
されたものである。

【００１０】斯かる本発明の照明装置によれば、そのレ
ンズ素子の断面形状は長方形であるため、その断面形状
と相似な長方形状の照明領域（照明視野）を高い照明効
率で照明できる。ただし、例えば所定の投影光学系を使
用した場合の照明光の照度をより高めるために、その開
口絞りの開口（１０７ａ）の平均的な外径をコヒーレン
スファクタ（σ値）換算で１に近い値に設定したとき
に、そのレンズ素子は正弦条件を満足していないため、
その照明領域の周辺部でその断面形状の長手方向への照
明光の開口数が大きくなる傾向がある。そこで、その断
面形状の長手方向に対応する方向、即ちその照明領域の
長手方向に対応する方向（Ｙ方向）で、その開口の幅を
予め狭くしておくことによって、その照明領域の周辺部
でも照明光の開口数の分布が殆ど変形しないようにな
る。従って、その照明領域の全域で、照明光の０次光が
その投影光学系の瞳（開口絞りの開口）の外部にはみ出
ることがなくなり、実質的にその照明領域の全域で高い
均一な照度が得られる。

【００１１】次に、本発明の第１の投影露光装置は、本
発明の照明装置（１０２，１０３，１０４ａ，１０５
ａ，１０７，１０６ａ，１１２，１０８ａ〜１１０ａ）
と、この照明装置による被照射面に配置されたマスク
（８）のパターンの像を基板（９）上に投影する投影光
学系（２ａ）とを有する投影露光装置であって、その照
明装置によるその被照射面上の照明領域（１１１ａ）
は、そのレンズ素子（１１３）の断面形状に実質的に相
似な長方形状（長方形、円弧状等）であり、その投影光
学系の開口数をＮＡ、その被照射面上のその照明装置の
光軸上での照明光のその照明領域の長辺方向及び短辺方
向の開口数をそれぞれＮＡｍ及びＮＡｓ、その光源像形
成光学系（１０５ａ）から射出されてその照明領域の周
辺に向かう光線がその光軸となす角度をθ、その光源像
形成光学系を構成するレンズ素子（１１３）の屈折率を
ｎとしたときに、次の関係が成立するものである。

【００１２】

【数３】

【００１３】この関係が成立する場合には、その照明領
域の周辺に入射する照明光の０次光は、その照明領域の
長辺方向、及び短辺方向の何れについてもその投影光学
系の瞳の外側に出ることがなくなり、そのマスク上の照
明領域と共役なその基板上の露光領域（視野）での照度
分布の均一性が高く維持される。次に、本発明の第２の
投影露光装置は、本発明の照明装置と、この照明装置に
よる被照射面に配置されたマスク（８）のパターンの像
を基板（９）上に投影する投影光学系（２ａ）と、を有
する投影露光装置であって、その照明装置によるその被
照射面上の照明領域（１１１ａ）は、そのレンズ素子
（１１３）の断面形状に実質的に相似な長方形状（長方
形、円弧状等）であり、その投影光学系の開口数をＮ
Ａ、その被照射面上のその照明装置の光軸上での照明光
のその照明領域の長辺方向及び短辺方向の開口数をそれ
ぞれＮＡｍ及びＮＡｓとしたときに、次の関係が成立す
るものである。

【００１４】

【数４】 ０．９５・ＮＡ＞ＮＡｓ＞ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ 斯かる本発明の第２の投影露光装置によれば、第１の条
件（ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ）は、設計上のコヒーレンス
ファクタ（σ値）が０．８以上であるときに、本発明に
よる非軸対称の開口絞りが有効であることを意味してい
る。また、第２の条件（ＮＡｓ＞ＮＡｍ）は、仮に軸対
称の開口絞りを用いたときには、照明領域の周辺では長
辺方向の開口数が特に大きくなることから、予め光軸上
（視野中心）において、長辺方向の開口数ＮＡｍを小さ
くしておくことを意味する。そして、第３の条件（０．
９５・ＮＡ＞ＮＡｓ）は、照明領域の周辺の照明光の０
次光が投影光学系の瞳によって遮光されないための条件
である。

【００１５】また、上記の投影露光装置は、そのマスク
のパターンの像をその基板上に露光する際に、そのマス
ク及びその基板をその照明領域の短辺方向にその投影光
学系に対して同期走査するものであることが望ましい。
このように走査露光型である場合には、照明領域が長方
形状であってもその基板上の広い転写領域（ショット領
域）にマスクパターンの像を高いスループットで転写す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、液晶表示素子
等のデバイスを製造する際に使用される走査露光型の投
影露光装置に本発明を適用したものである。図１は、本
例の投影露光装置の概略構成を示す斜視図であり、この
図１において、転写用の回路パターンが形成されたマス
ク８と、ガラス基板上にフォトレジストを塗布してなる
プレート９とが、投影光学系２ａ〜２ｇを挟んで対向す
るように、かつ所定方向に一体的に（同期して）移動で
きるように配置されている。以下では、マスク８及びプ
レート９が移動する（搬送される）方向（走査方向）に
沿ってＸ軸を、マスク８のパターン形成面（下面）８ｈ
内でＸ軸と直交する方向（非走査方向）に沿ってＹ軸
を、そのパターン形成面８ｈの法線方向に沿ってＺ軸を
取って説明する。即ち、パターン形成面８ｈはＸＹ平面
に平行であり、プレート９の表面もＸＹ平面に平行であ
る。

【００１７】図１において、露光時に照明光学系１０か
ら射出される露光用の照明光（露光光）ＩＬは、マスク
８のパターン形成面８ｈの複数の照明領域を均一な照度
分布で照明する。図２は、図１に示す照明光学系１０の
具体的な構成例を示し、この図２において、楕円鏡１０
２の内部には、ｇ線（波長４３５ｎｍ）、ｈ線（波長４
０５ｎｍ）、及びｉ線（３６５ｎｍ）等の光を放射する
水銀ランプよりなる露光光源が配置されている。なお、
露光光源としては、水銀ランプ以外の輝線ランプ、又は
ＫｒＦ，ＡｒＦ，Ｆ₂ 等のエキシマレーザ光源やＹＡＧ
レーザ光源等を使用することができる。

【００１８】その露光光源からの光は楕円鏡１０２によ
り反射集光されて、ライトガイド１０３の入射端に光源
像を形成する。ライトガイド１０３は、その分岐した複
数の射出端１０３ａ，１０３ｂに均一な光強度分布の２
次光源面を形成する。なお、ライトガイド１０３は、ラ
ンダムに束ねられた光ファイバで構成されることが望ま
しい。また、楕円鏡２とライトガイド１０３との間の不
図示の波長選択用の光学フィルタによって、ｇ線、ｈ
線、ｉ線よりなる３波長の光、ｇ線、ｈ線よりなる２波
長の光、ｇ線及びｉ線よりなる２波長の光、又はｉ線よ
りなる単波長の光等の何れかを露光用の照明光ＩＬとし
て選択できるように構成されている。その波長の選択
は、露光対象のマスクの種類（パターンの種類や最小線
幅等）に応じて行われる。

【００１９】ライトガイド１０３の射出端１０３ａ，１
０３ｂから射出された照明光ＩＬは、それぞれリレーレ
ンズ１０４ａ，１０４ｂを介して、光源像形成光学系又
はオプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）と
してのフライアイレンズ１０５ａ，１０５ｂに達する。
上記の不図示の露光光源、楕円鏡１０２、ライトガイド
１０３、不図示の光学フィルタ、及びリレーレンズ１０
４ａ，１０４ｂより光源系が構成されている。フライア
イレンズ１０５ａ，１０５ｂに入射した照明光ＩＬは、
それぞれフライアイレンズ１０５ａ，１０５ｂの射出面
近傍（後側焦点位置）に複数の光源像からなる二次光源
を形成する。これらの二次光源からの照明光ＩＬは、そ
れぞれ照明系の開口絞り（σ絞り）１０７に設けられた
楕円形状の開口１０７ａ，１０７ｂを通過した後、その
二次光源形成位置に前側焦点が位置するように設けられ
たコンデンサレンズ１０６ａ，１０６ｂを介して、視野
絞り１１２の長方形の開口１１２ａ，１１２ｂを均一な
照度分布で照明する。そして、視野絞り１１２の開口１
１２ａ，１１２ｂを通過した照明光ＩＬは、それぞれレ
ンズ１０８ａ，１０８ｂを経て、ミラー１０９ａ，１０
９ｂによって光路が９０°下方（−Ｚ方向）に折り曲げ
られて、レンズ１１０ａ，１１０ｂに達する。

【００２０】この場合、レンズ１０８ａ，１１０ａとレ
ンズ１０８ｂ，１１０ｂとは、それぞれ視野絞り１１２
の配置面とマスク８のパターン形成面（下面）とを共役
にするリレー光学系であり、レンズ１１０ａ，１１０ｂ
を通過した照明光ＩＬは、マスク８のパターン形成面８
ｈ（図１参照）上に視野絞り１１２の開口１１２ａ，１
１２ｂの像である長方形の照明領域（照明視野）１１１
ａ，１１１ｂを形成する。言い換えると、照明領域１１
１ａ，１１１ｂが照明光ＩＬによって均一な照度分布で
照明される。また、フライアイレンズ１０５ａ，１０５
ｂの射出面の二次光源形成面、即ち開口絞り１０７の配
置面は、マスク８のパターン形成面に対して光学的なフ
ーリエ変換面となっており、フライアイレンズ１０５
ａ，１０５ｂの入射面は、マスク８のパターン形成面と
光学的に共役となっている。

【００２１】本例では、コンデンサレンズ１０６ａ、視
野絞り１１２、レンズ１０８ａ、ミラー１０９ａ、及び
レンズ１１０ａが照明領域１１１ａに対するコンデンサ
光学系を構成している。更に、照明領域１１１ａに関し
ては、不図示の露光光源と光学フィルタ、楕円鏡１０
２、ライトガイド１０３、リレーレンズ１０４ａ、フラ
イアイレンズ１０５ａ、開口絞り１０７、コンデンサレ
ンズ１０６ａ、視野絞り１１２、レンズ１０８ａ、ミラ
ー１０９ａ、及びレンズ１１０ａより照明光学系が構成
され、この照明光学系が本発明の照明装置に対応してい
る。

【００２２】マスク８のパターン形成面には、Ｙ方向に
所定間隔を隔てて配置された同一形状の４個の照明領域
１１１ａ〜１１１ｄが設定され、更にこれらの照明領域
１１１ａ〜１１１ｄに対してＸ方向にずれた位置に、照
明領域１１１ａ〜１１１ｄの間隔を覆うようにそれらと
同一形状の３個の照明領域１１１ｅ〜１１１ｇが設定さ
れている。図２では、照明領域１１１ｃ〜１１１ｇを照
明する照明光学系は、その光軸のみを示しているが、そ
れらの構成は、照明領域１１１ａ用の照明光学系と同一
である。また、図２では図示省略されているが、ライト
ガイド１０３の射出端は、照明領域の数に対応して設け
られており、露光光源〜ライトガイド１０３は７個の照
明領域１１１ａ〜１１１ｇに対して共通に使用されてい
る。

【００２３】図１に戻り、図２の７個の照明領域１１１
ａ〜１１１ｇ用の７個の照明光学系がまとめて照明光学
系１０で表されている。図１において、マスク８の下方
には、７個の投影光学系２ａ〜２ｇが配置されている。
投影光学系２ａ〜２ｇは、互いに同じ構成であるため、
図３を参照して投影光学系２ａのみについて説明する。

【００２４】図３は、投影光学系２ａのレンズ構成図で
あり、図３において、投影光学系２ａは、実質的に２組
のダイソン型光学系を組み合わせた構成である。即ち、
投影光学系２ａは、第１部分光学系２１〜２４と、視野
絞り２５と、第２部分光学系２６〜２９とから構成され
ており、これらの第１及び第２部分光学系は、それぞれ
ダイソン型光学系を変形したものである。

【００２５】第１部分光学系２１〜２４は、マスク８の
パターン形成面８ｈに対して４５°の傾斜角で配置され
た反射面を持つ直角プリズム２１と、パターン形成面８
ｈに平行な面内でＸ軸に平行な光軸を有し、凸面を直角
プリズム２１の反対側に向けた平凸レンズ成分２２と、
全体としてメニスカス形状であって凹面を平凸レンズ成
分２２側に向けた反射面を有するレンズ成分２３と、直
角プリズム２１の反射面と直交し、かつパターン形成面
８ｈに対して４５°の傾斜角で配置された反射面を持つ
直角プリズム２４とを有する。

【００２６】そして、マスク８の照明領域１１１ａを通
過した照明光ＩＬは、直角プリズム２１によって光路が
９０°偏向され、直角プリズム２１に接合された平凸レ
ンズ成分２２に入射する。この平凸レンズ成分２２に
は、このレンズ成分とは異なる硝材にて構成されたレン
ズ成分２３が接合面２２ａにて接合されており、直角プ
リズム２１からの光は、接合面２２ａにて屈折し、レン
ズ成分２３の反射膜が蒸着された反射面２３ａに達す
る。反射面２３ａで反射された光は、接合面２２ａで屈
折され、レンズ成分２２に接合された直角プリズム２４
に達する。レンズ成分２２からの光は、直角プリズム２
４により光路が９０°偏向されて、この直角プリズム２
４の射出面側に、マスク８の照明領域１１１ａ内のパタ
ーンの１次像を形成する。ここで、第１部分光学系２１
〜２４が形成するマスク８の１次像は、Ｘ方向（光軸方
向）の横倍率が正であり、かつＹ方向の横倍率が負とな
る等倍像である。

【００２７】その１次像からの光は、第２部分光学系２
６〜２９を介して、マスク８の２次像をプレート９上に
形成する。なお、第２部分光学系の構成は、第１部分光
学系と同一であるため説明を省略する。この第２部分光
学系２６〜２９は、第１部分光学系と同じく、Ｘ方向の
横倍率が正、かつＹ方向の横倍率が負となる等倍像を形
成する。従って、プレート９上の露光領域９ａに形成さ
れる２次像は、マスク８の等倍の正立像（上下左右方向
の横倍率が正となる像）となる。また、投影光学系２ａ
（第１及び第２部分光学系）は、両側テレセントリック
光学系である。

【００２８】なお、上述の第１及び第２部分光学系は、
反射面２３ａと、レンズ成分２８の反射面２８ａとが共
に同じ方向となるように構成されている。これにより、
投影光学系全体の小型化を図ることができる。本例によ
る第１及び第２部分光学系は、平凸レンズ成分２２，２
７と、反射面２３ａ，２８ａとの間の光路中を硝材で埋
める構成となっているため、平凸レンズ成分２２，２７
と反射面２３ａ，２８ａとの偏心が生じない利点があ
る。なお、このようなダイソン型光学系に関しては、例
えばJ.O.S.A.vol.49,pp.713〜P716(1959) に詳述されて
いる。また、投影光学系２ａとしては、例えば、凹面
鏡、凸面鏡及び凹面鏡が順に配列されたオフナー型光学
系を２組使用してもよく、これによっても、両側テレセ
ントリックで、等倍の正立像を形成することができる。

【００２９】また、図３において、第１部分光学系が形
成する１次像の位置に、視野絞り２５が配置されてい
る。視野絞り２５は、台形状の開口を有しており、この
視野絞り２５の開口の第１部分光学系によるマスク８上
への共役像を視野領域８ａとすると、プレート９上の露
光領域９ａは台形状であり、露光領域９ａ内に視野領域
８ａ内のパターンの等倍の成立像が投影される。ここ
で、本例のダイソン型光学系において、レンズ成分２
２，２３，２７，２８の各光軸に垂直な断面（ＹＺ平
面）形状が円形であるため、取り得る最大の視野の領域
がほぼ半円形状となる。このとき、視野絞り２５にて規
定される台形状の視野領域８ａ（図１参照）は、一対の
平行辺のうち短辺が半円状の領域（最大の視野の領域）
の円弧側を向くことが好ましい。これにより、ダイソン
型光学系の取り得る最大の視野領域に対して、視野領域
８ａの走査方向（Ｘ方向）の幅を最大とすることがで
き、走査速度を向上させることができる。

【００３０】図１に戻って、投影光学系２ａ〜２ｇの配
置について説明する。図１において、投影光学系２ａ〜
２ｇは、それぞれ内部の視野絞り（図３の視野絞り２５
に相当する）によって規定される台形状の視野領域８ａ
〜８ｇを有している。これらの視野領域８ａ〜８ｇ内の
パターンの像は、プレート９上の露光領域９ａ〜９ｇ上
に等倍の正立像として投影される。それらの内の４個の
投影光学系２ａ〜２ｄは、視野領域８ａ〜８ｄが図１中
のＹ方向に沿って配列されるように設けられている。ま
た、残りの３個の投影光学系２ｅ〜２ｇは、対応する視
野領域８ｅ〜８ｇがＸ方向に視野領域８ａ〜８ｄから所
定間隔離れた位置に、かつ視野領域８ｅ〜８ｇの間隔を
覆うように反転してＹ方向に沿って配列されるように設
けられている。このとき、投影光学系２ａ〜２ｄと、投
影光学系２ｅ〜２ｇとは、それぞれが有する直角プリズ
ム同士が近接するように１８０°反転して設けられてい
る。なお、Ｘ方向において、視野領域８ａ〜８ｄと視野
領域８ｅ〜８ｇとの間隔を広げるように投影光学系２ａ
〜２ｇを配置しても構わないが、このときには、走査露
光を行なうための走査量（マスク８及びプレート９の移
動量）が増し、スループットの低下を招くため好ましく
ない。

【００３１】そして、図２の長方形の照明領域１１１ａ
〜１１１ｇの輪郭は、それぞれ図１の台形状の視野領域
８ａ〜８ｇの輪郭に所定の余裕を持って外接するように
設定されている。ただし、本例では視野領域８ａ〜８ｇ
の全面にそれぞれ照明光ＩＬが照射されればよいため、
照明領域１１１ａ〜１１１ｇの形状を視野領域８ａ〜８
ｇの形状に合わせてＹ方向を長辺方向とする台形状に設
定してもよく、更にはＹ方向に細長い円弧状等としても
よい。また、本例では視野領域８ａ〜８ｇによって、実
質的に照明領域が規定されているため、図２の視野絞り
１１２を省いてもよい。

【００３２】図１において、マスク８は図示なきマスク
ステージ上に載置されており、プレート９は、プレート
ステージ６０上に載置されている。そのマスクステージ
とプレートステージ６０とは、図１中のＸ方向に同期し
て同じ速度で移動する。プレートステージ６０上には、
Ｘ軸に垂直な反射面を有する反射部材６１と、Ｙ軸に垂
直な反射面を有する反射部材６２とが設けられている。
また、プレートステージ６０が載置されている不図示の
ベースに、例えばＨｅ−Ｎｅ（６３３ｎｍ）等のレーザ
光を供給するレーザ光源６３、レーザ光源６３からのレ
ーザ光をＸ軸のレーザ光とＹ軸のレーザ光とに分割する
ビームスプリッタ６４、ビームスプリッタ６４からのＸ
軸のレーザ光を反射部材６１へ投射するためのプリズム
６５、及びビームスプリッタ６４からのＹ軸のレーザ光
を反射部材６２上の２点へ投射するためのプリズム６
６，６７が設けられている。これにより、プレートステ
ージ６０のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の回
りの回転角を検出することができる。なお、図１におい
ては、反射部材６１，６２にて反射されたレーザ光と参
照用レーザ光とを干渉させた後に検出する検出系につい
ては図示省略している。

【００３３】露光時には、図２に示すマスク８の照明領
域１１１ａ〜１１１ｇに図１の照明光学系１０から照明
光ＩＬを照射した状態で、そのマスクステージ及びプレ
ートステージ６０を介して例えば＋Ｘ方向にマスク８及
びプレート９を同期して互いに同一の一定速度で移動さ
せることによって、走査露光が行われる。そして、視野
領域８ａ〜８ｇによるマスク８のパターン領域の全面の
走査が完了すると、プレート９上の被転写領域の全面に
亘ってマスク８のパターン像が転写される。

【００３４】さて、このように走査露光を行う場合、照
明光ＩＬのプレート９上での照度をＥ_IL、プレート９上
の露光領域９ａ〜９ｇの走査方向（Ｘ方向）の幅をＤ
Ｘ、プレート９の走査速度をＶＰ、プレート９上のフォ
トレジストの感度（適正露光量）をＥ_TOTAL とすると、
Ｅ_TOTAL ＝Ｅ_IL・ＤＸ／ＶＰ の関係を満足する必要が
ある。また、露光工程のスループットを高めるために
は、走査速度ＶＰをできるだけ速くすればよい。従っ
て、幅ＤＸは一定であるとすると、照度Ｅ_ILを大きくす
ることによって、走査速度ＶＰを高くして、スループッ
トを高くできることが分かる。

【００３５】そこで、本例の照明光学系１０は、マスク
８上の照明領域１１１ａ〜１１１ｇでの照明光ＩＬの照
度を高くできるように構成されている。以下では、代表
的に照明領域１１１ａ用の照明光学系の構成及び作用に
つき詳細に説明する。これはそれ以外の照明領域の照明
光学系についても同様である。まず、図２において、照
明領域１１１ａは、マスク８の走査方向（Ｘ方向）の幅
ｄＸ１が、走査方向に直交する非走査方向の幅ｄＹ１よ
りも狭い（ｄＸ１＜ｄＹ１）長方形である。幅ｄＸ１と
幅ｄＹ１との比の値である縦横比（＝ｄＸ１／ｄＹ１）
は、一例として１／２〜１／５程度である。

【００３６】図４（ａ）は、図２の照明領域１１１ａに
対する照明光学系を簡略化して示し、この図４（ａ）に
おいて、図２のコンデンサレンズ１０６ａ、視野絞り１
１２、レンズ１０８ａ、ミラー１０９ａ、及びレンズ１
１０ａよりなる光学系が１つのコンデンサレンズ系１１
４で置き換えられている。この場合、マスク８上の照明
領域１１１ａの長辺方向（長手方向）はＹ方向（非走査
方向）であり、フライアイレンズ１０５ａから射出され
る照明光ＩＬの内で、光軸に対して角度θで射出される
照明光が照明領域１１１ａの長辺方向の端部（周辺）に
入射するものとしている。

【００３７】また、図４（ｂ）は図４（ａ）の開口絞り
１０７をフライアイレンズ１０５ａ側に見た図であり、
この図４（ｂ）中のＸ方向、及びＹ方向はそれぞれ図２
のマスク８上でのＸ方向（走査方向）、及びＹ方向（非
走査方向）に対応した方向である。本例のフライアイレ
ンズ１０５ａは複数のレンズ素子１１３をＸ方向、Ｙ方
向に密着させて配列して構成されており、レンズ素子１
１３の断面形状は、Ｘ方向の幅ｄＸ２とＹ方向の幅ｄＹ
２との比の値（＝ｄＸ２／ｄＹ２）が、図２の照明領域
１１１ａの幅ｄＸ１，ｄＹ１の比の値（＝ｄＸ１／ｄＹ
１）に等しくなるように設定されている。更にレンズ素
子１１３の入射面及び射出面は共に外側に凸の球面より
形成されている。なお、レンズ素子１１３の一方の面を
平面としてもよい。本例の照明領域１１１ａは縦横比
（＝ｄＸ１／ｄＹ１）が１／２〜１／５程度の長方形で
あり、レンズ素子１１３も同じ縦横比の長方形である。
図４（ａ）において、フライアイレンズ１０５ａの入射
面は、フライアイレンズ１０５ａ及びコンデンサレンズ
系１１４に関して照明領域１１１ａの面と共役であるた
め、レンズ素子１１３の断面形状（即ち、入射面の形
状）を照明領域１１１ａと相似形にすることによって、
高い照明効率のもとで照明領域１１１ａを照明すること
ができる。

【００３８】そして、図４（ｂ）に示すように、フライ
アイレンズ１０５ａの射出面の開口絞り１０７の開口１
０７ａの形状は、レンズ素子１１３の長辺方向（Ｙ方
向）、即ち照明領域１１１ａ（照明視野）の長辺方向に
対応する方向の幅が狭い楕円に設定されている。従っ
て、通常使用される円形開口を点線の開口１０７ａ’で
表すと、本例の開口１０７ａは、Ｘ方向を長軸方向、Ｙ
方向を短軸方向とする楕円である。このようにすると、
照明領域１１１ａの光軸上での照明光ＩＬのコヒーレン
スファクタ（σ値）が１に近いときでも、照明領域１１
１ａの長辺方向の周辺で、照明光ＩＬの開口角の分布が
あまり変形しないため、その照明光ＩＬの０次光が図３
の投影光学系２ａの瞳（本例では、マスク８のパターン
形成面８ｈに対する光学的なフーリエ変換面における光
学部材の大きさ）内に確実に収まるようになる。従っ
て、プレート９上の露光領域９ａでの照度分布は高く、
かつ均一になるため、現像後に得られるレジストパター
ンの線幅の解像度が向上し、線幅の均一性も向上する。

【００３９】図５は、本例の投影光学系２ａの瞳２０１
と照明光ＩＬの０次光が通過する領域（光源像）との関
係を示し、図５において、瞳２０１は円形領域であり、
目標とするσ値を持つ照明光の０次光が通過する理想的
な領域、即ち理想的な光源像２０４は、点線で示すよう
に瞳２０１内に収まる円形領域となっている。まず、図
５（ａ１）の実線の楕円領域２０２、及び図５（ｂ１）
の円形領域２０３は、それぞれ図４（ｂ）の楕円の開口
１０７ａを持つ開口絞り１０７を使用した場合におけ
る、照明領域１１１ａの光軸上、及び長辺方向の端部
（周辺）に入射する照明光ＩＬの０次光が通過する領域
を表している。楕円領域２０２は、楕円の開口１０７ａ
と相似であり、理想的な光源像２０４に近い形状である
と共に、円形領域２０３も、その光源像２０４に近い領
域である。従って、照明領域１１１ａの全体で、０次光
（光源像）は余裕を持って投影光学系の瞳２０１内に収
まっていることが分かる。

【００４０】これに対して、図５（ａ２）の実線の円形
領域２０２’、及び図５（ｂ２）の楕円状の領域２０
３’は、それぞれ通常の円形開口を持つ開口絞りを使用
した場合における、照明領域１１１ａの光軸上、及び長
辺方向の端部（周辺）に入射する照明光ＩＬの０次光が
通過する領域を表している。円形領域２０２’は、理想
的な光源像２０４に合致しているが、楕円領域２０３’
は、その光源像２０４から比較的大きく外れてしまうた
め、照明領域１１１ａの周辺に入射する照明光ＩＬの０
次光は瞳２０１から外れて、その周辺に対応する露光領
域で照度が低下する恐れのあることが分かる。

【００４１】このように、フライアイレンズ１０５ａの
光源像形成位置に設置する開口絞り１０７の開口１０７
ａを楕円形状にすることによって、マスク８上の照明領
域１１１ａの全域に入射する照明光ＩＬの０次光が、投
影光学系２ａの瞳面上で通過する領域は、平均的に理想
的な光源像２０４に近い領域となる。なお、開口絞り１
０７の開口１０７ａの形状は、厳密に楕円である必要は
なく、照明光ＩＬの０次光がほぼ理想的な光源像２０４
に近いという条件のもとで、ほぼ楕円状であってもよ
い。

【００４２】次に、図４（ｂ）の開口絞り１０７の開口
１０７ａの形状の数値的な条件の一例を設定する。この
際に、投影光学系２ａの開口数をＮＡ、マスク８の照明
領域１１１ａ上の照明光学系の光軸上での照明光ＩＬの
Ｙ方向（長辺方向、即ちメリジオナル方向）、及びＸ方
向（短辺方向、即ちサジタル方向）の開口数をそれぞれ
ＮＡｍ及びＮＡｓとする。これらの開口数ＮＡｍ及びＮ
Ａｓは、開口１０７ａのＹ方向の幅及びＸ方向の幅に応
じて定まる値であり、本例では次の関係が成立すること
が望ましい。

【００４３】

【数５】 ０．９５・ＮＡ＞ＮＡｓ＞ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ この場合、条件（ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ）によって、Ｎ
Ａｍ／ＮＡ＞０．８、即ち照明光学系のσ値が０．８以
上になって、照明光ＩＬの照度が高くなる。また、条件
（ＮＡｓ＞ＮＡｍ）によって、開口１０５ａはＹ方向に
狭い楕円状となり、照明領域１１１ａの周辺部に入射し
た照明光ＩＬの０次光が投影光学系２ａの瞳面でＹ方向
に広がり過ぎることが防止される。更に、条件（０．９
５・ＮＡ＞ＮＡｓ）によって、図５（ａ１），（ｂ１）
に示すように、照明領域１１１ａの全域で照明光ＩＬの
０次光が、投影光学系２ａの瞳２０１内に確実に収まる
ようになる。

【００４４】また、更に高い照度を得るためには、照明
光学系のσ値を０．８５以上とすること、即ち（数５）
の条件（ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ）を条件（ＮＡｍ＞０．
８５・ＮＡ）で置き換えることが望ましい。次に、（数
５）とは別の条件を求めるために、本例の照明光学系に
つき更に詳細な検討を行う。まず、図２の照明光学系、
及び図３の投影光学系２ａを含む光学系を簡略化した光
学系を図６に示す。この図６において、ライトガイドの
射出端１０３ａから射出された照明光ＩＬは、リレーレ
ンズ１０４ａ、フライアイレンズ１０５ａ、開口絞り１
０７、コンデンサレンズ系１１４を介してマスク８上の
照明領域１１１ａを照明している。そして、照明領域１
１１ａ内のパターンの像は、第１光学系１１６、開口絞
り１１７、及び第２光学系１１８からなる投影光学系１
１５によって、プレート９上に転写される。ただし、こ
の投影光学系１１５は、実際には図３の投影光学系２ａ
の第１部分光学系２１〜２４に対応しているため、図６
のプレート９は視野絞り２５とみなしてもよい。また、
開口絞り１１７は、仮想的に配置されている。

【００４５】この場合、フライアイレンズ１０５ａの射
出面の近傍の開口１０７ａを二次光源として、この二次
光源からの照明光ＩＬが照明領域１１１ａを照明してい
る。理想的には、その二次光源が完全拡散光源とみなす
ことができ、かつコンデンサレンズ系１１４がｆsin θ
レンズであることが望ましい。しかしながら、フライア
イレンズ１０５ａを構成するレンズ素子１１３（図４
（ｂ）参照）は、正弦条件を満足していないため、開口
１０７ａは完全拡散光源とは見なすことができない。そ
こで、本例では、照明領域１１１ａ上の照度分布の均一
性を高めるために、コンデンサレンズ系１１４は、ｆsi
n θレンズよりも更に負の歪曲特性を持つ光学系として
いる。

【００４６】これらの関係につき図７及び図８を参照し
て更に詳細に説明する。なお、以下の説明は、文献「鶴
田匡夫：第４光の鉛筆，３４章（pp.452-462）（新技術
コミュニケーション，1997）」を参考にしている。図７
は、フライアイレンズ１０５ａを構成するレンズ素子１
１３を通過する照明光ＩＬの光路の一例を示し、この図
７において、レンズ素子１１３は、基本的に１対の平凸
単レンズが向かい合った構成であり、レンズ素子１１３
の光軸に平行に入射する照明光ＩＬが、レンズ素子１１
３の射出面１１３ｂと光軸上で交差して、光軸に対して
角度θで射出されている。レンズ素子１１３の入射面１
１３ａ及び射出面１１３ｂ（共に球面）の曲率半径を
ｒ、レンズ素子１１３の屈折率をｎとすると、レンズ素
子１１３の焦点距離ｆ_eye は、次式により表される。

【００４７】

【数６】ｆ_eye ＝ｒ／(ｎ−１) また、レンズ素子１１３の光軸ＡＸ上での入射面１１３
ａと射出面１１３ｂとの間隔Ｄａｂは、その焦点距離ｆ
_eye に屈折率ｎを乗じて次のように表される。

【００４８】

【数７】Ｄａｂ＝ｎ・ｒ／(ｎ−１) 図７において、点線の入射面１１３ｃが正弦条件を満た
すレンズの一部であるとすると、実線で示す本例の照明
光ＩＬの光路は、点線で示す正弦条件を満足する光路と
は異なっており、レンズ素子１１３は正弦条件を満足し
ていない。また、図７の紙面に平行な方向をレンズ素子
１１３の長辺方向（Ｙ方向）であるとすると、入射する
照明光ＩＬの光軸からのＹ方向の高さｈと、射出される
照明光ＩＬの光軸に対する角度θとの関係は、所定の係
数αを用いて次式で近似できる。

【００４９】

【数８】ｈ＝ｆ_eye ・sin θ＋ｆ_eye ・α（sin θ)³ ここで、α＝０のときに正弦条件が満足されているた
め、本例ではα≠０である。なお、図７では、原理的な
考察であるため、球面収差については無視して考えてい
る。更に、図７から分かるように、角度θは、正弦条件
が成立する場合の照明光の角度よりも大きくなるため、
係数αは負の値を取る。

【００５０】図８は、図６の光学系中の照明光学系の要
部を示し、この図８において、レンズ素子１１３に対し
て光軸ＡＸからの高さｈで光軸ＡＸに平行に入射した照
明光ＩＬは、レンズ素子１１３から光軸ＡＸに対して角
度θで射出された後、コンデンサレンズ系１１４を経て
マスク８上で光軸ＡＸから高さＨの位置に入射してい
る。コンデンサレンズ系１１４の焦点距離をｆ_c とし
て、所定の係数βを用いると、コンデンサレンズ系１１
４の射影関係は次式により近似される。

【００５１】

【数９】Ｈ＝ｆ_c・sin θ＋ｆ_c・β（sin θ)³ （数９）において、β＝０のときが、コンデンサレンズ
系１１４がｆsin θレンズであることを示している。こ
こで、レンズ素子１１３に入射する照明光ＩＬの断面内
での照度分布は、その開口が十分に小さいため、一様で
あるとすると、マスク８上の照明領域内において照度分
布を均一とするためには、（数８）のｈと（数９）のＨ
とが比例関係にあること、即ち所定の比例係数γを用い
て次式を満たすことが必要となる。

【００５２】

【数１０】Ｈ＝γ・ｈ そして、（数１０）に（数８）及び（数９）を代入する
と、次式のようになる。

【００５３】

【数１１】ｆ_c・sin θ＋ｆ_c・β(sinθ)³＝γ・{ｆ_eye・si
n θ＋ｆ_eye・α(sinθ)³｝ 従って、被照射面の照度分布を均一にするためには、β
＝α（α＜０）であること、即ち、係数βを負の値にし
て、コンデンサレンズ系１１４にｆsin θレンズよりも
更に負の歪曲収差を持たせることが必要となる。

【００５４】次に、図９を参照してコンデンサレンズ系
１１４について更に解析する。図９は、図８中の開口絞
り１０７及びコンデンサレンズ系１１４を示し、この図
９において、まず開口１０７ａは円形であるとする。そ
して、遠く（無限遠）に有る物体が結像しているとする
と、照明の開口数は結像倍率で決まるため、ｆsin θ結
像を基本としたときに比べて、照明光ＩＬのサジタル方
向（本例では照明領域の短辺方向）の開口数ＮＡｓは、
理想的な場合の開口数に比べて単純に次式の倍率ｋｓで
大きくなる。即ち、α＜０であるため、ｋｓ＞１とな
る。

【００５５】

【数１２】

【００５６】また、メリジオナル方向（本例では照明領
域の長辺方向）の開口数ＮＡｍは、（数９）をsin θで
微分して得られる次式の倍率ｋｍで、理想的な場合に比
べて大きくなる。

【００５７】

【数１３】

【００５８】この場合、ｋｍ＞ｋｓが成立しているた
め、特にメリジオナル方向で開口数の増加量が大きくな
る。これは図５（ｂ２）の状態に対応している。これよ
り、本例の照明領域１１１ａ（より正確には視野領域８
ａ）のように長方形、台形、円弧状、又は輪帯の一部等
の細長い照明領域を使用する場合には、その照明領域の
長辺方向の端部において、照明光の開口数がメリジオナ
ル方向に大きくならないように、開口絞り１０７の開口
１０７ａをその長辺方向を短軸方向とする楕円形状にす
ればよいことが分かる。また、照明領域（照明視野）が
正方形近い場合でも、その照明領域の幅の広い方を長辺
方向として、その開口１０７ａを楕円形状にすること
で、或る程度の照度分布均一効果が得られる。

【００５９】次に、図７を参照して更に詳細な検討を行
う。図７において、フライアイレンズ１０５ａを構成す
るレンズ素子１１３の両面の曲率半径はｒ、屈折率はｎ
である。そして、レンズ素子１１３の入射面１１３ａに
入射する照明光ＩＬの入射角をδとすると、入射する照
明光ＩＬのレンズ素子１１３の光軸からの高さｈは、幾
何学的関係より次式により表される。

【００６０】

【数１４】ｈ＝ｒ・sin δ また、レンズ素子１１３内を通過する照明光ＩＬがレン
ズ素子１１３の光軸となす角度をθ’とすると、入射面
１１３ａでの照明光ＩＬの屈折角は（δ−θ’）で表さ
れるため、屈折の法則（スネルの法則）より、以下の式
が得られる。

【００６１】

【数１５】ｎ・sin(δ−θ'）＝sin δ 更に、レンズ素子１１３の射出面１１３ｂから射出され
る照明光ＩＬがその光軸に対してなす角度θを用いる
と、屈折の法則より次式が成立する。

【００６２】

【数１６】ｎ・sin θ'＝sin θ そして、（数１４）〜（数１６）より、δ及びθ’を消
去すると、次式が得られる。

【００６３】

【数１７】

【００６４】ここで、符号が合理的なもののみを選択
し、（数６）を用いて上式よりｒを消去し、ｈ／ｒが１
に比べて小さいという近似を用いて整理すると、次式が
得られる。

【００６５】

【数１８】

【００６６】更に、ｈ／ｆ_eye が大きくないとして、
（数１８）の右辺第２項のｈにｆ_eye・sin θを代入し
て、ｈについて解くと、次式のようになる。

【００６７】

【数１９】

【００６８】そして、（数８）と（数１９）とを比較す
ることによって、係数αは次式のように求められる。

【００６９】

【数２０】

【００７０】従って、（数１２）及び（数１３）に（数
２０）の係数αを代入することによって、倍率ｋｓ及び
ｋｍの値が得られる。そして、図３の照明領域１１１ａ
の長辺方向の端部に入射した照明光ＩＬの０次光が、投
影光学系２ａの瞳からはみ出さないようにするために
は、照明領域１１１ａの光軸上に入射する照明光ＩＬの
短辺方向（サジタル方向）の開口数をＮＡｓ、長辺方向
（メリジオナル）方向の開口数をＮＡｍとすると、ＮＡ
／Ｋｓ≧ＮＡｓ，かつＮＡ／Ｋｍ≧ＮＡｍが成立すれば
よい。即ち、次式が成立すればよい。

【００７１】

【数２１】

【００７２】図２の開口絞り１０７の開口１０７ａは、
（数２１）の関係が成立するような楕円に設定されてい
る。これによって、照明光ＩＬのσ値を１に近い値に設
定して照度を高くした場合でも、照明領域１１１ａの全
域を通過した照明光ＩＬの０次光が投影光学系２ａの瞳
を通過できるようになるため、照度むらが生じることが
なく、現像後に高い線幅均一性が得られる。更に、サジ
タル方向とメリジオナル方向とで像質の差があまりなく
なるという利点もある。

【００７３】なお、上記の実施の形態では、フライアイ
レンズは１段であるが、所定のリレーレンズ系を介して
フライアイレンズを２段配置するいわゆるダブル・フラ
イアイ方式の照明光学系に対しても本発明を適用するこ
とができる。また、上記の実施の形態では、複数の等倍
の投影光学系２ａ〜２ｇが使用されているが、通常の縮
小投影型のステップ・アンド・スキャン方式の投影露光
装置のように、単一の屈折型、反射屈折型、又は反射型
等の投影光学系を使用する投影露光装置の照明光学系に
も本発明が適用できることは明きらかである。更に、投
影光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置の
照明光学系としても本発明を適用することができる。

【００７４】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００７５】

【発明の効果】本発明の照明装置、及び第１の投影露光
装置によれば、回転非対称な開口を持つ開口絞りが配置
されているため、照明領域の一方の幅が他方の幅よりも
長い場合に、照明領域の全体を実質的に均一な照度分布
で、かつ高照度に照明できる利点がある。

【００７６】また、本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、照明領域が円弧状等を含む長方形状である場合であ
っても、その照明領域の全体を実質的に均一な照度分布
で、かつ例えばσ値が０．８程度以上の高照度に照明で
きる。更に、上記の各投影露光装置によれば、照明領域
の長辺方向（メリジオナル方向）と短辺方向（サジタル
方向）とでの像質の差があまりなくなるという利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による実施の形態の一例の投影露光装
置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】 図１中のマスク８及び照明光学系の要部を示
す斜視図である。

【図３】 図１中の投影光学系２ａを示す図である。

【図４】 （ａ）は図２の照明領域１１１ａに対する照
明光学系の要部を簡略化して示す図、（ｂ）は図４
（ａ）の開口絞り１０７をフライアイレンズ１０５ａ側
に見た図である。

【図５】 本発明の実施の形態、及び従来技術における
投影光学系の瞳面での光源像の分布の相違を示す図であ
る。

【図６】 図２の照明光学系及び図３の投影光学系を簡
略化した光学系を示す図である。

【図７】 図６中のフライアイレンズ１０５ａの一つの
レンズ素子１１３を通過する照明光の光路を示す図であ
る。

【図８】 図７中のコンデンサレンズ系１１４の射影関
係を示す図である。

【図９】 図８中のコンデンサレンズ系１１４を示す図
である。

【符号の説明】

２ａ〜２ｇ…投影光学系、８…マスク、８ａ〜８ｇ…視
野領域、９…プレート、９ａ〜９ｇ…露光領域、１０…
照明光学系、１０２…楕円鏡、１０３…ライトガイド、
１０４ａ，１０４ｂ…リレーレンズ、１０５ａ，１０５
ｂ…フライアイレンズ、１０７…開口絞り、１０７ａ，
１０７ｂ…開口、１０６ａ，１０６ｂ…コンデンサレン
ズ、１１２…視野絞り、１１１ａ〜１１１ｇ…照明領
域、１１３…レンズ素子

フロントページの続き (72)発明者 山元 規彰 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 5F046 CB05 CB13 DA02 DB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を供給する光源系と、該光源系か
   らの照明光より複数の光源像を形成する光源像形成光学
   系と、前記複数の光源像からの光束を集光して被照射面
   を重畳的に照明するコンデンサ光学系とを有する照明装
   置において、 前記光源像形成光学系は、それぞれ少なくとも入射側が
   球面状で断面形状が長方形の複数のレンズ素子を束ねて
   構成され、 前記被照射面に対する光学的なフーリエ変換面、又はこ
   の近傍の面上に前記レンズ素子の断面形状の長手方向に
   対応する方向に短い回転非対称な開口を有する開口絞り
   が配置されたことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の照明装置と、該照明装置
   による被照射面に配置されたマスクのパターンの像を基
   板上に投影する投影光学系と、を有する投影露光装置で
   あって、 前記照明装置による前記被照射面上の照明領域は、前記
   レンズ素子の断面形状に実質的に相似な長方形状であ
   り、 前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記被照射面上の前記
   照明装置の光軸上での照明光の前記照明領域の長辺方向
   及び短辺方向の開口数をそれぞれＮＡｍ及びＮＡｓ、前
   記光源像形成光学系から射出されて前記照明領域の周辺
   に向かう光線が前記光軸となす角度をθ、前記光源像形
   成光学系を構成するレンズ素子の屈折率をｎとしたとき
   に、次の関係が成立することを特徴とする投影露光装
   置。 【数１】
3. 【請求項３】 請求項１記載の照明装置と、該照明装置
   による被照射面に配置されたマスクのパターンの像を基
   板上に投影する投影光学系と、を有する投影露光装置で
   あって、 前記照明装置による前記被照射面上の照明領域は、前記
   レンズ素子の断面形状に実質的に相似な長方形状であ
   り、 前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記被照射面上の前記
   照明装置の光軸上での照明光の前記照明領域の長辺方向
   及び短辺方向の開口数をそれぞれＮＡｍ及びＮＡｓとし
   たときに、次の関係が成立することを特徴とする投影露
   光装置。 【数２】 ０．９５・ＮＡ＞ＮＡｓ＞ＮＡｍ＞０．８・ＮＡ
4. 【請求項４】 請求項２、又は３記載の投影露光装置で
   あって、 前記マスクのパターンの像を前記基板上に露光する際
   に、前記マスク及び前記基板を前記照明領域の短辺方向
   に前記投影光学系に対して同期走査することを特徴とす
   る投影露光装置。