JP2000223405A - 照明光学装置および該照明光学装置を備えた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フライアイレンズの入射面や被照射面で重な
る２つのビーム間の干渉に起因する照明むらを実質的に
回避する。 【解決手段】 コヒーレントな光束を供給するための光
源（１）と、該光源からの光束を複数の光束に分割する
ための光束分割手段（２０）と、複数の光束に基づいて
多数の光源像を形成するためのオプティカルインテグレ
ータ（２５）と、多数の光源像からの光束を集光して被
照射面を照明するためのコンデンサー光学系（２６）と
を備えている。光束分割手段は、オプティカルインテグ
レータに入射する複数の光束に対して、光束の断面の所
定の局所位置における波長分布に基づいて規定される時
間的可干渉距離よりも大きい光路長差を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明光学装置および
該照明光学装置を備えた投影露光装置に関し、特に半導
体デバイス等をリソグラフィー工程で製造するための投
影露光装置に好適な照明光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の投影露光装置において、光源か
ら射出された光束はフライアイレンズに入射し、その後
側焦点面に多数の光源像からなる二次光源を形成する。
二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光
された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的
に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光
学系を介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上
には、マスクパターンが投影露光（転写）される。な
お、マスクに形成されたパターンは高集積化されてお
り、この微細パターンをウエハ上に正確に転写するには
マスク上およびウエハ上において均一な照度分布を得る
ことが不可欠である。

【０００３】特開平５−４７６３９号公報には、レーザ
光源からのビームを分割して得られた複数のビームをフ
ライアイレンズの入射面の異なる位置に入射させること
によって、フライアイレンズの射出側に形成される二次
光源の強度分布を制御して、投影光学系の解像力を向上
させる技術が提案されている。この従来技術では、フラ
イアイレンズの入射面において部分的に重なる２つのビ
ーム間の干渉、およびマスクを重畳的に照明する２つの
ビーム間の干渉を回避するために、分割された複数のビ
ーム間に所定の光路長差を付与している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
ビーム断面全体としての波長分布に基づいて規定される
時間的可干渉距離よりも大きい光路長差を複数のビーム
間に付与している。しかしながら、たとえばエキシマレ
ーザではビーム断面の各局所位置によって波長分布が異
なるため、ビーム断面全体としての波長分布に基づいて
規定される時間的可干渉距離よりもわずかに大きい光路
長差を付与しても、フライアイレンズの入射面において
部分的に重なる２つのビーム間やマスク上で重なる２つ
のビーム間で干渉が起こり、結果としてマスク上および
ウエハ上において照明むらが起こる可能性があった。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、フライアイレンズのようなオプティカルイン
テグレータの入射面や被照射面で重なる２つのビーム間
の干渉に起因する照明むらを実質的に回避することので
きる照明光学装置および該照明光学装置を備えた投影露
光装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、コヒーレントな光束を供給するための
光源と、該光源からの光束を複数の光束に分割するため
の光束分割手段と、該光束分割手段を介して形成された
前記複数の光束に基づいて多数の光源像を形成するため
のオプティカルインテグレータと、該オプティカルイン
テグレータにより形成される多数の光源像からの光束を
集光して被照射面を照明するためのコンデンサー光学系
とを備えた照明光学装置において、前記光束分割手段
は、前記オプティカルインテグレータに入射する前記複
数の光束に対して、前記光源から供給される光束の断面
の所定の局所位置における波長分布に基づいて規定され
る時間的可干渉距離よりも大きい光路長差を付与するこ
とを特徴とする照明光学装置を提供する。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記光源
は、エキシマレーザ光源を有し、前記時間的可干渉距離
は、前記エキシマレーザ光源から供給されるレーザビー
ムの断面の中心位置における波長分布に基づいて規定さ
れる。

【０００８】また、本発明の別の好ましい態様によれ
ば、前記オプティカルインテグレータは、縦横に配置さ
れた多数のレンズエレメントからなるフライアイレンズ
を有し、前記光束分割手段により分割された前記複数の
光束の各々は、前記フライアイレンズの入射面において
それぞれ異なる位置に入射する。あるいは、前記オプテ
ィカルインテグレータは、内面反射型のロッドインテグ
レータを有し、前記光束分割手段により分割された前記
複数の光束の各々は、前記内面反射型のロッドインテグ
レータの入射面においてそれぞれ異なる方向から入射す
る。

【０００９】また、本発明の別の局面によれば、上述し
た本発明の照明光学装置と、前記被照射面上に配置され
たマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための
投影光学系とを備えていることを特徴とする投影露光装
置を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図６は、エキシマレーザビームの
断面の各局所位置における波長分布およびビーム断面全
体としての波長分布を示す図である。図６（ａ）に示す
ように、エキシマレーザ光源は、細長い矩形状の断面を
有するビームを射出する。図６（ａ）では、矩形状のビ
ーム断面の短辺方向に沿ってｘ軸を設定し、ビーム断面
における図中左端の位置をｘ１とし、図中中央の位置を
ｘ２とし、図中右端の位置をｘ３としている。

【００１１】図６（ｂ）には、ビーム断面の各位置ｘ１
〜ｘ３における波長分布を実線で示し、ビーム断面全体
としての波長分布を破線で示している。図６（ｂ）にお
いて、横軸は波長λであり、縦軸は強度である。そし
て、各位置ｘ1 〜ｘ３におけるビームの中心波長をλ１
〜λ３で示し、半値全幅をΔλ１〜Δλ３で示してい
る。図６（ｂ）を参照すると、ビーム断面の各位置にお
いて中心波長がわずかにずれているが、その半値全幅Δ
λ１〜Δλ３は互いにほぼ等しいことがわかる。一方、
ビーム断面全体としての波長分布を参照すると、その中
心波長λ０は中央位置ｘ２における中心波長λ２とほぼ
一致するが、その半値全幅Δλ０はビーム断面の各位置
における半値全幅Δλ１〜Δλ３よりもかなり大きいこ
とがわかる。

【００１２】ところで、ある光路長差を有する分割され
た２つのレーザビームがスクリーン上の同じ位置に入射
する場合、スクリーン上において干渉縞が形成されるこ
とがある。ここで、２つのレーザビームの光路長差が小
さいほどコントラストの強い干渉縞が形成されるが、こ
の状態から光路長差を徐々に大きくすると干渉縞のコン
トラストは低下し、やがて光路長差がある値に達したと
きに２つのレーザビームが干渉しなくなる。このときの
光路長差、すなわち２つのレーザビームが干渉しなくな
る限界的な光路長差は、時間的可干渉距離（あるいは時
間的コヒーレント長）と呼ばれている。なお、時間的可
干渉距離Ｌｃは、次の式（１）で表される。 Ｌｃ＝λ² ／Δλ （１） ここで、λはレーザビームの中心波長であり、Δλはレ
ーザビームの半値全幅である。

【００１３】したがって、図６に示すスペクトル分布を
有するレーザビームにおいて、ビーム断面全体としての
波長分布に基づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc0
は、次の式（２）で表される。 Ｌc0＝（λ０）² ／Δλ０ （２） 一方、ビーム断面の中心位置ｘ２における波長分布に基
づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc2は、次の式
（３）で表される。 Ｌc2＝（λ２）² ／Δλ２ （３）

【００１４】上述したように、ビーム断面全体としての
波長分布の中心波長λ０とビーム断面の中心位置ｘ２に
おける波長分布の中心波長λ２とはほぼ一致している。
一方、ビーム断面全体としての波長分布の半値全幅Δλ
０は、ビーム断面の中心位置ｘ２における波長分布の半
値全幅Δλ２よりもかなり大きい。したがって、ビーム
断面全体としての波長分布に基づいて規定される時間的
可干渉距離Ｌc0は、ビーム断面の中心位置ｘ２における
波長分布に基づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc2よ
りもかなり小さくなる。

【００１５】また、上述したように、各位置ｘ１〜ｘ３
における半値全幅Δλ１〜Δλ３は互いにほぼ等しく、
各位置ｘ１〜ｘ３における中心波長λ１〜λ３も互いに
わずかにずれているだけでほぼ等しい。したがって、特
にエキシマレーザの場合、ビーム断面の任意の局所位置
における波長分布に基づいて規定される時間的可干渉距
離Ｌciは、ビーム断面の中心位置ｘ２における波長分布
に基づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc2とほぼ等し
い。換言すると、ビーム断面の任意の局所位置における
波長分布に基づいて規定される時間的可干渉距離Ｌci
は、選択された断面位置に依存して変動することがほと
んどなく、しかもビーム断面全体としての波長分布に基
づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc0よりもかなり大
きい。

【００１６】図７は、狭帯域化装置が付設されたエキシ
マレーザ光源の全体構成を概略的に示す図である。図７
に示すように、エキシマレーザ光源では、射出レーザビ
ームの狭帯域化を図るために、レーザチャンバ（レーザ
共振器）７１の後方に回折格子７２を含む狭帯域化装置
が付設されている。図７に示すように光路に対して斜設
された回折格子７２の作用により射出レーザビームの狭
帯域化を図る場合、図６に示すスペクトル分布を有する
レーザビームが得られることが容易に想像される。とこ
ろで、図６に示すスペクトル分布を有するレーザビーム
を複数の反射ミラーなどを介して折り曲げられた光路に
沿って引き回すと、波長分布が混じり合うが、ビーム断
面の各位置における波長分布が伝播方向も含めて完全に
一様になることはない。

【００１７】図８は、エキシマレーザ光源の射出面のフ
ーリエ変換面における様子を示す図である。図８におい
て、エキシマレーザ光源は、図８の紙面上の鉛直方向に
沿って短辺を有し且つ紙面に垂直な方向に沿って長辺を
有する矩形状の断面を有するレーザビームを射出する。
したがって、エキシマレーザ光源の射出面８１の図中上
端の位置から射出された中心波長がλ１のビーム（図中
実線で示す）と、射出面８１の図中下端の位置から射出
された中心波長がλ３のビーム（図中破線で示す）と
が、レンズ８２を介して射出面３１のフーリエ変換面８
３（図中破線で示す）で混じり合うことになる。しかし
ながら、図８を参照すると、フーリエ変換面８３におい
て波長の場所むらが方向むらに変換されているだけであ
ることがわかる。この場合、フーリエ変換面８３に拡散
板を配置することにより波長の方向むらをある程度解消
することができるが光量損失を招いてしまう。

【００１８】特開平５−４７６３９号公報に開示された
従来技術では、分割された複数のビーム間に、ビーム断
面全体としての波長分布に基づいて規定される時間的可
干渉距離よりもわずかに大きい光路長差を付与してい
る。しかしながら、上述したように、たとえばエキシマ
レーザでは、ビーム断面の各位置における波長分布に基
づいて規定される時間的可干渉距離Ｌciが、ビーム断面
全体としての波長分布に基づいて規定される時間的可干
渉距離Ｌc0よりもかなり大きい。したがって、上述の従
来技術において、ビーム断面全体としての波長分布に基
づいて規定される時間的可干渉距離Ｌc0よりもわずかに
大きい光路長差を付与しても、その光路長差がビーム断
面の各位置における波長分布に基づいて規定される時間
的可干渉距離Ｌciよりも小さいため、フライアイレンズ
の入射面において部分的に重なる２つのビーム間で、あ
るいはマスク上で重なる２つのビーム間で干渉が起こる
ことになる。

【００１９】本発明では、オプティカルインテグレータ
に入射する複数の光束に対して、光源から供給される光
束の断面の所定の局所位置における波長分布に基づいて
規定される時間的可干渉距離よりも大きい光路長差をそ
れぞれ付与している。具体的に、光源としてエキシマレ
ーザ光源を使用するような場合には、たとえばレーザビ
ーム断面の中心位置における波長分布に基づいて規定さ
れる時間的可干渉距離よりも大きい光路長差を付与す
る。したがって、本発明では、フライアイレンズのよう
なオプティカルインテグレータの入射面や被照射面であ
るマスク上で重なる２つのビーム間で干渉が実質的に起
こることなく、照明むらも実質的に発生することがな
い。

【００２０】以上のように、本発明の照明光学装置で
は、フライアイレンズのようなオプティカルインテグレ
ータの入射面および被照射面において重なる２つのビー
ム間の干渉に起因する照明むらを実質的に回避すること
ができる。したがって、本発明の照明光学装置を組み込
んだ投影露光装置では、照明むらの少ない均一な照度分
布および露光投影すべき微細パターンに適した投影光学
系の解像度を得ることができ、良好な露光条件のもとで
良好な半導体デバイスを製造することができる。

【００２１】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の各実施例にかかる照明光学装
置を備えた投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。また、図２は、本発明の第１実施例にかかる照明光
学装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１にお
いて、投影光学系６の光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸Ａ
Ｘに垂直な面内において図１の紙面に平行にＸ軸を、図
１の紙面に垂直にＹ軸を設定している。したがって、図
２では、被照射面であるマスク３のパターン面の法線方
向にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において図２の紙面に平
行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を設定している。

【００２２】図１の投影露光装置は、露光光（照明光）
を供給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍ、
１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの波長の光を供給するエキ
シマレーザ光源を備えている。光源１から射出された光
は、照明光学系２を介して、転写すべき所定のパターン
が形成されたマスク３を均一に照明する。マスク３は、
マスクホルダ４を介して、マスクステージ５上において
ＸＹ平面に平行に保持されている。なお、光源１ととも
に第１実施例の照明光学装置を構成する照明光学系２の
内部構成およびその作用については図２を参照して後述
する。

【００２３】マスク３に形成されたパターンからの光
は、投影光学系６を介して、感光性基板であるウエハ７
上にマスクパターン像を形成する。ウエハ７は、ウエハ
ホルダ８を介して、ウエハステージ９上においてＸＹ平
面に平行に保持されている。ウエハステージ９は、図示
を省略した駆動系の作用によりウエハ面（すなわちＸＹ
平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座
標は移動鏡を用いた干渉計１０によって計測され且つ位
置制御されるように構成されている。こうして、投影光
学系６の光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内におい
て駆動系および干渉計（１０）などを用いてウエハ７を
二次元的に駆動制御することにより、ウエハ７の各露光
領域にマスク３のパターンが逐次露光される。

【００２４】ここで、図２を参照すると、第１実施例の
照明光学装置では、光源１から−Ｚ方向に射出されたレ
ーザビームが、図示を省略した整形光学系を介して所望
の断面形状に整形された後に、ビームスプリッターとし
てのハーフミラー２０に入射する。ハーフミラー２０に
入射したビームは、ハーフミラー２０を透過するビーム
とハーフミラー２０で＋Ｘ方向に反射されるビームとに
分割される。なお、図２の明瞭化のために図示を省略し
ているが、ハーフミラー２０を透過したビームは別のハ
ーフミラーを介して２つのビーム２１と２３とに分割さ
れ、ハーフミラー２０で反射されたビームはさらに別の
ハーフミラーを介して２つのビーム２２と２４とに分割
される。

【００２５】ハーフミラー２０および別のハーフミラー
をともに透過したビーム２１は、反射ミラーなどによっ
て偏向されることなく、Ｚ方向に沿ってオプティカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ２５に入射す
る。また、ハーフミラー２０を透過した後に別のハーフ
ミラーで反射されたビーム２３（不図示）は、複数の反
射ミラーなどを介して折り曲げられた光路に沿って引き
回された後に、Ｚ方向に沿ってフライアイレンズ２５に
入射する。

【００２６】一方、ハーフミラー２０で＋Ｘ方向に反射
された後に別のハーフミラーを透過したビーム２２は、
複数の反射ミラーなどを介して折り曲げられた光路に沿
って引き回された後に、Ｚ方向に沿ってフライアイレン
ズ２５に入射する。また、ハーフミラー２０および別の
ハーフミラーでともに反射されたビーム２４（不図示）
も、複数の反射ミラーなどを介して折り曲げられた光路
に沿って引き回された後に、Ｚ方向に沿ってフライアイ
レンズ２５に入射する。

【００２７】図３は、フライアイレンズへの各ビームの
入射位置を示す図であって、フライアイレンズの入射面
を光軸ＡＸに沿って光源側から見た図である。図３に示
すように、ビーム２１がフライアイレンズ２５の入射面
の図中下側の楕円領域に入射するのに対し、ビーム２２
はフライアイレンズ２５の入射面の図中上側の楕円領域
に入射する。また、ビーム２３がフライアイレンズ２５
の入射面の図中右側の楕円領域に入射するのに対し、ビ
ーム２４はフライアイレンズ２５の入射面の図中左側の
楕円領域に入射する。

【００２８】フライアイレンズ２５は、たとえば正方形
状の断面を有する多数の正レンズエレメントをその中心
軸線が光軸ＡＸに沿って延びるように縦横に配列するこ
とによって構成されている。したがって、フライアイレ
ンズ２５に入射した各ビームは、多数のレンズエレメン
トにより二次元的に分割され、フライアイレンズ２５の
後側焦点面（すなわち射出面の近傍）に多数の光源像を
形成する。すなわち、フライアイレンズ２５の後側焦点
面には、二次光源として実質的な面光源が形成される。
そして、この二次光源の強度分布は、フライアイレンズ
２５の入射面に入射する各ビームの断面形状およびその
位置に依存して変化することになる。

【００２９】フライアイレンズ２５の後側焦点面に形成
された二次光源からのビームは、コンデンサーレンズ２
６を介した後、被照射面であるマスク３のパターン面を
重畳的に照明する。こうして、マスク３のパターン面に
は、フライアイレンズ２５の各レンズエレメントの断面
形状に相似な正方形状の照野が形成される。なお、コン
デンサーレンズ２６は、フライアイレンズ２５の射出面
と投影光学系６の入射瞳面とを光学的にほぼ共役に結ん
でいる。

【００３０】フライアイレンズ２５の入射面において２
つのビームの間に干渉性があると、被照射面であるマス
ク３のパターン面上において干渉が起こり、結果として
マスク３上およびウエハ７上において照明むらが発生し
てしまう。もちろん、フライアイレンズ２５の入射面に
おいて部分的に重なる２つのビームの間に干渉性がある
と、フライアイレンズ２５の入射面においても干渉が起
こり、結果としてマスク３上およびウエハ７上において
照明むらが発生してしまう。

【００３１】なお、エキシマレーザビームでは空間的コ
ヒーレンス（空間的干渉性）が低いので、分割された４
つのビーム２１〜２４のうちの１つのビームが照明する
２つのレンズエレメントの間では干渉性がほとんどな
い。具体的には、たとえば分割された１つのビーム２１
が照明する多数のレンズエレメントのうちのレンズエレ
メントＡを介したビームとレンズエレメントＢを介した
ビームとの間では干渉性がほとんどなく、マスク３のパ
ターン面上において重なっても干渉することがほとんど
ない。

【００３２】しかしながら、分割された４つのビーム２
１〜２４のうちの２つの異なるビームの間に可干渉性が
あると、この２つのビームはマスク３のパターン面上に
おいて干渉する。具体的には、たとえば分割された１つ
のビーム２１が照明するレンズエレメントＡを介したビ
ームと、ビーム２１とは異なるビーム２２が照明するレ
ンズエレメントａを介したビームとが、マスク３のパタ
ーン面上において干渉する。換言すると、分割された４
つのビーム２１〜２４のうちの２つのビーム間に可干渉
性があると、マスク３のパターン面上において干渉が起
こることになる。

【００３３】そこで、第１実施例では、ハーフミラー２
０からフライアイレンズ２５の入射面までの４つのビー
ム２１〜２４の光路長Ｌ21〜Ｌ24が次の条件式（４）〜
（６）を満足するように構成している。 Ｌ21＋Ｌｃ＜Ｌ22 （４） Ｌ22＋Ｌｃ＜Ｌ23 （５） Ｌ23＋Ｌｃ＜Ｌ24 （６） ここで、Ｌｃは、光源１から射出されたビームの断面の
中心位置における波長分布に基づいて規定された時間的
可干渉距離である。

【００３４】以上のように、第１実施例では、フライア
イレンズ２５に入射する４つのビーム２１〜２４に対し
て、ビーム断面の中心位置における波長分布に基づいて
規定される時間的可干渉距離Ｌｃよりも大きい光路長差
をそれぞれ付与している。さらに厳密な表現をすると、
４つのビーム２１〜２４から任意に選択される２つのビ
ームに対して時間的可干渉距離Ｌｃよりも大きい光路長
差を付与している。この時間的可干渉距離Ｌｃは、式
（３）を参照して前述した時間的可干渉距離Ｌc2であっ
て、ビーム断面の任意の局所位置における波長分布に基
づいて規定される時間的可干渉距離とほぼ一致する。そ
の結果、分割された４つのビーム２１〜２４のうちの２
つの異なるビームの間の時間的コヒーレンスが実質的に
解消されるので、フライアイレンズ２５の入射面やマス
ク３のパターン面上において重なる２つのビーム間で干
渉が実質的に起こることなく、マスク３上およびウエハ
７上において照明むらも実質的に発生することがない。
したがって、第１実施例の投影露光装置では、照明むら
の少ない均一な照度分布および露光投影すべき微細パタ
ーンに適した投影光学系の解像度を得ることができ、良
好な露光条件のもとで良好な半導体デバイスを製造する
ことができる。

【００３５】なお、前述したように、エキシマレーザビ
ームでは空間的コヒーレンスが比較的低いので、１つの
ビームが照明する２つのフライアイレンズエレメントを
介してマスク上で重なる２つのビーム間の干渉性は低
い。しかしながら、第１実施例では、図２に示すよう
に、フライアイレンズ２５の入射側に、光軸ＡＸを中心
として回転自在に構成されたくさび状プリズム２７を配
置することが望ましい。この場合、くさび状プリズム２
７が回転することにより、フライアイレンズ２５の各レ
ンズエレメントへのビームの入射角がレーザービームの
パルス毎に変化し、１つのビームが照明する２つのレン
ズエレメントを介する２つのビームの間に光の位相差が
付与される。

【００３６】その結果、１つのビームが照明する２つの
レンズエレメントを介してマスク上で重なる２つのビー
ム間の空間的干渉性が低減され、さらに照明むらの少な
い均一な照度分布を得ることができる。なお、図４に示
すように、くさび状プリズム２７に代えて図４の紙面に
垂直な軸線周りに回動自在な走査ミラー４１を用い、フ
ライアイレンズ２５の各レンズエレメントへのビームの
入射角を変化させて、空間的干渉性の低減を図ることも
できる。

【００３７】図５は、本発明の第２実施例にかかる照明
光学装置の要部構成を概略的に示す図である。第２実施
例は第１実施例と類似の構成を有するが、オプティカル
インテグレータとしてフライアイレンズ２５に代えて内
面反射型のロッドインテグレータ５３を用いている点が
第１実施例と基本的に相違している。なお、第２実施例
においても、光源１からフライアイレンズ２５の入射面
に相当する面５１（図５中破線で示す）までの構成は第
１実施例と同様であり、図５ではこの部分の図示を省略
している。以下、第１実施例との相違点に着目して第２
実施例を説明する。

【００３８】第２実施例では、フライアイレンズ２５に
代えてロッドインテグレータ５３を用いることに対応し
て、ロッドインテグレータ５３の入射側に集光レンズ５
２が付設されるとともに、コンデンサーレンズ２６に代
えて結像レンズ５４が設置されている。ここで、集光レ
ンズ５２の後側焦点面とロッドインテグレータ５３の入
射面とがほぼ一致するように配置されている。また、結
像レンズ５４は、ロッドインテグレータ５３の射出面と
被照射面であるマスク３のパターン面とを光学的にほぼ
共役に結んでいる。

【００３９】第２実施例では、分割された４つのビーム
２１〜２４が集光レンズ５２を介してロッドインテグレ
ータ５３の入射面の近傍に集光する。このとき、図５に
示すように、各ビームはロッドインテグレータ５３の入
射面に対してそれぞれ異なる方向から入射する。ロッド
インテグレータ５３は、石英ガラスや蛍石のような硝子
材料からなる内面反射型のガラスロッドであり、内部と
外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光
点を通りロッド入射面に平行な面に沿って多数の光源像
を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚
像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像とな
る。すなわち、ロッドインテグレータ５３に入射したビ
ームは、内面反射により角度方向に分割され、集光点を
通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源像からな
る二次光源を形成する。そして、この二次光源の強度分
布は、ロッドインテグレータ５３の入射面に入射する各
ビームの断面形状およびその入射方向に依存して変化す
ることになる。

【００４０】ロッドインテグレータ５３によりその入射
側に形成された二次光源からのビームは、その射出面に
おいて重畳された後、結像レンズ５４を介して所定のパ
ターンが形成されたマスク３を均一照明する。上述した
ように、結像レンズ５４は、ロッドインテグレータ５３
の射出面とマスク３（ひいてはウエハ７）とを光学的に
ほぼ共役に結んでいる。したがって、マスク３上には、
ロッドインテグレータ５３の断面形状と相似な矩形状の
照野が形成される。

【００４１】第２実施例においても、ロッドインテグレ
ータ５３に入射する４つのビーム２１〜２４に対して、
光源１からのビームの断面の中心位置における波長分布
に基づいて規定される時間的可干渉距離Ｌｃよりも大き
い光路長差を付与している。その結果、分割された４つ
のビーム２１〜２４のうちの２つの異なるビームの間の
時間的コヒーレンスが実質的に解消され、ロッドインテ
グレータ５３の射出面やマスク３のパターン面上におい
て重なる２つのビーム間で干渉が実質的に起こることな
く、マスク３上およびウエハ７上において照明むらも実
質的に発生することがない。また、第２実施例において
も、空間的干渉性の低減を図るために、集光レンズ５２
の入射側に第１実施例のくさび状プリズム２７と同様の
構成を有するくさび状プリズム５５を設け、このくさび
状プリズム５５を光軸ＡＸを中心として回転させて、ロ
ッドインテグレータ５３への入射角度を変化させること
が好ましい。

【００４２】なお、上述の各実施例では、照明光学装置
を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明した
が、マスク以外の被照射面を均一照明するための一般的
な照明光学装置に本発明を適用することができることは
明らかである。さらに、上述の各実施例では、２４８ｎ
ｍの波長光を供給するＫｒＦエキシマレーザや１９３ｎ
ｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザ等を光源と
して用いた例を示したが、これ以外の光源を備えた装置
にも本発明を適用することができることは言うまでもな
い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、オプティカルインテグレータに入射する複数
の光束に対して、光源から供給される光束の断面の所定
の局所位置における波長分布に基づいて規定される時間
的可干渉距離よりも大きい光路長差を付与しているの
で、フライアイレンズのようなオプティカルインテグレ
ータの入射面や被照射面であるマスク上で重なる２つの
ビーム間で干渉が実質的に起こることなく、照明むらも
実質的に発生することがない。

【００４４】したがって、本発明の照明光学装置を組み
込んだ投影露光装置では、照明むらの少ない均一な照度
分布および露光投影すべき微細パターンに適した投影光
学系の解像度を得ることができ、良好な露光条件のもと
で良好な半導体デバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各実施例にかかる照明光学装置を備え
た投影露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】本発明の第１実施例にかかる照明光学装置の構
成を概略的に示す図である。

【図３】第１実施例のフライアイレンズへの各ビームの
入射位置を示す図であって、フライアイレンズの入射面
を光軸ＡＸに沿って光源側から見た図である。

【図４】第１実施例のくさび状プリズムに代えて回動自
在な走査ミラーを用いた変形例を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例にかかる照明光学装置の要
部構成を概略的に示す図である。

【図６】エキシマレーザビームの断面の各局所位置にお
ける波長分布およびビーム断面全体としての波長分布を
示す図である。

【図７】狭帯域化装置が付設されたエキシマレーザ光源
の全体構成を概略的に示す図である。

【図８】エキシマレーザ光源の射出面のフーリエ変換面
における様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 照明光学系 ３ マスク ６ 投影光学系 ７ ウエハ ２０ ハーフミラー ２５ フライアイレンズ ２６ コンデンサーレンズ ２７、５５ くさび状プリズム ４１ 走査ミラー ５２ 集光レンズ ５３ ロッドインテグレータ ５４ 結像レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷津 修 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） 2H097 AA03 AB05 BB02 CA13 CA17 EA01 LA10 5F046 BA03 CA04 CB02 CB07 CB10 CB12 CB13 CB22 CB23 5F072 AA06 JJ05 KK07 KK30 MM11 RR05 YY09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントな光束を供給するための光
   源と、該光源からの光束を複数の光束に分割するための
   光束分割手段と、該光束分割手段を介して形成された前
   記複数の光束に基づいて多数の光源像を形成するための
   オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテ
   グレータにより形成される多数の光源像からの光束を集
   光して被照射面を照明するためのコンデンサー光学系と
   を備えた照明光学装置において、 前記光束分割手段は、前記オプティカルインテグレータ
   に入射する前記複数の光束に対して、前記光源から供給
   される光束の断面の所定の局所位置における波長分布に
   基づいて規定される時間的可干渉距離よりも大きい光路
   長差を付与することを特徴とする照明光学装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、エキシマレーザ光源を有
   し、 前記時間的可干渉距離は、前記エキシマレーザ光源から
   供給されるレーザビームの断面の中心位置における波長
   分布に基づいて規定されることを特徴とする請求項１に
   記載の照明光学装置。
3. 【請求項３】 前記オプティカルインテグレータは、縦
   横に配置された多数のレンズエレメントからなるフライ
   アイレンズを有し、 前記光束分割手段により分割された前記複数の光束の各
   々は、前記フライアイレンズの入射面においてそれぞれ
   異なる位置に入射することを特徴とする請求項１または
   ２に記載の照明光学装置。
4. 【請求項４】 前記オプティカルインテグレータは、内
   面反射型のロッドインテグレータを有し、 前記光束分割手段により分割された前記複数の光束の各
   々は、前記内面反射型のロッドインテグレータの入射面
   においてそれぞれ異なる方向から入射することを特徴と
   する請求項１または２に記載の照明光学装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   照明光学装置と、前記被照射面上に配置されたマスクの
   パターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系
   とを備えていることを特徴とする投影露光装置。