JP2003100622A - 照明装置、およびそれを用いた露光装置、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 反射型オプティカルインテグレータの長さを
適正にすることで、小型で光利用効率の高い照明装置、
およびそれを用いた露光装置、デバイス製造方法を提供
する。 【解決手段】 集光光学系と被照明領域の間に位置し、
ｍ角形（ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対
の反射面を構成すると共に、光束を対向する複数対の反
射面間で反射させる反射型オプティカルインテグレータ
とを有し、前記反射面間の媒質の屈折率をｎ、前記複数
対の反射面間の距離をφ、前記集光光学系から出射した
光束が前記反射型オプティカルインテグレータに入射す
る際の発散角をθ、前記反射型インテグレータの断面形
状に関連して定まる定数をＣ、自然数をＡとすると、前
記反射型オプティカルインテグレータの軸方向の長さＬ
がＲ＝φ／［ｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ／
ｎ）｝］、Ｃ×（Ａ−０．１）×Ｒ ≦ Ｌ ≦ Ｃ×
（Ａ＋０．１）×Ｒを満足する照明装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、照明光
学系に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶
ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイス
を製造するのに用いられる照明装置及び露光装置、デバ
イス製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバ
イスに関する。本発明は、例えば、微細パターン製造に
おけるマイクロリソグラフィ工程において半導体ウェハ
用の単結晶基板を露光する露光装置の照明装置に好適で
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型及び薄型化の要請
から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要
求はますます高くなっている。例えば、マスクパターン
に対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。

【０００３】半導体製造用の代表的な露光装置である投
影露光装置は、（本出願では交換可能に使用する）マス
ク又はレチクル上に描画されたパターンをウェハ上に投
影露光する投影光学系を備えている。投影露光装置の解
像度（正確に転写できる最小寸法）Ｒは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられ
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。一
方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度と
いい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられる。

【０００６】

【数２】

【０００７】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、焦点深度は小さく（浅
く）なる。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難
しくなり、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス
精度を上げることが要求されるため、基本的に大きい方
が好ましい。

【０００８】数式１及び２から、焦点深度が小さくなり
過ぎるのを防ぎつつ解像度を向上させるには、波長を短
くする方がＮＡを大きくするよりも望ましいことが理解
される。近年では、露光光源の波長はＫｒＦエキシマレ
ーザー（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ
ー（波長約１９３ｎｍ）に、ＮＡは約０．６から約０．
７５になろうとしている。また、Ｆ_２レーザー（波長約
１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。

【０００９】また、その他に解像度に影響するものとし
て、被照明面における照度の均一性が挙げられる。被照
明面における照度の均一性が良好でないと高解像のパタ
ーンを形成することが出来なくなる。そこで、波面分割
型オプティカルインテグレータ（例えば、ハエの目レン
ズなどであって、かかる表現を本願では交換可能に使用
する）や反射型オプティカルインテグレータ（ガラス棒
や中空パイプを含みオプティカルパイプとも称し、かか
る表現を本願では交換可能に使用する）などのオプティ
カルインテグレータを光源と被照明面の間に配置するこ
とで、照度均一性を向上させる技術が知られている。

【００１０】例えば、公開特許平成７年第２０１７３０
号公報では、オプティカルパイプ（ガラス棒）を反射型
オプティカルインテグレータとして用い、オプティカル
パイプの出射端面をレチクル面と共役な位置に配置する
ことで、被照明面の照度均一性を向上させる方法を提案
している。同公報において、オプティカルパイプへ入射
する光束の発散角（収斂角）は、オプティカルインテグ
レータの前段に設けられた光学系を駆動することにより
可変となっている。

【００１１】また、本出願人は公開特許平成１０年第２
７０３１２号公報において、オプティカルパイプを反射
型オプティカルインテグレータとして用い、その前段に
はオプティカルパイプに所定の発散角をもって入射する
ための出射角度保存光学素子を配置することで、被照明
面の照度均一性を向上させる方法を提案している。同公
報において、オプティカルパイプの射出端面は、投影光
学系の瞳面と共役な位置に配置されており、オプティカ
ルパイプ後段のハエの目レンズで形成される光強度分布
（有効光源）の均一性を向上させると共に、被照射面
（レチクル面ないしウェハ面）における照度均一性の向
上にも寄与している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射型
オプティカルインテグレータを用いた照明装置は、一般
に被照明面を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）
照明することについての検証が十分になされていなかっ
た。不均一な照明はレジストへのパターン転写が不十分
になり高品位な半導体ウェハ、ＬＣＤ、薄膜磁気ヘッド
などが提供できなくなる。また、高照度で照明できなけ
ればスループットが低下する。

【００１３】オプティカルパイプの射出端面における照
度分布（光強度分布）を均一とするには、オプティカル
パイプの断面形状を多角形とし、内面反射の回数を十分
多くとる必要がある。そのためには、オプティカルパイ
プの断面を小さくするか、オプティカルパイプを軸方向
に長くする必要がある。しかし、断面を小さくするとそ
れだけ光が集光することになるため、光学部材の耐久性
の観点から限界がある。一方、オプティカルパイプの長
さを長くするとパイプ内での光量ロス（ガラス棒の場合
には、硝材透過率に依存するロスや、中空ロッドの場合
には、反射面の反射効率に依存するロス）が大きくなる
と共に、装置の大型化を招くため好ましくない。

【００１４】更に、上述したように、近年半導体素子な
どの微細パターン製造用の露光装置では露光波長の短波
長化が図られてきている。露光波長が短くなると、十分
に高い透過率を有する硝材や、反射効率の高いコーティ
ング材料が限定されてくる。従って、オプティカルパイ
プの冗長化は、光利用効率の低下を招き、結果としてス
ループットを低下させるという問題を抱えている。

【００１５】そこで、本発明は、反射型オプティカルイ
ンテグレータの射出端面の照度分布均一性を良好としな
がらも、反射型オプティカルインテグレータの長さを適
正に短くすることで、小型で光利用効率の高い照明装
置、およびそれを用いた露光装置、デバイス製造方法を
提供することを例示的目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の一側面としての照明装置は、光源から出射
した光束を用いて被照明領域を照明する照明装置であっ
て、前記光源から出射した光束を集光する集光光学系
と、前記集光光学系と前記被照明領域の間に位置し、ｍ
角形（ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対の
反射面を構成すると共に、前記集光光学系から出射した
前記光束を前記対向する複数対の反射面間で反射させる
反射型オプティカルインテグレータとを有し、前記反射
面間の媒質の屈折率をｎ、前記複数対の反射面間の距離
をφ、前記集光光学系から出射した光束が前記反射型オ
プティカルインテグレータに入射する際の発散角をθ、
前記反射型インテグレータの断面形状に関連して定まる
定数をＣ、自然数をＡとすると、前記反射型オプティカ
ルインテグレータの軸方向の長さＬが、 Ｒ＝φ／［ｔａｎ｛ｓｉｎ−^１（ｓｉｎθ／ｎ）｝］ Ｃ×（Ａ−０．１）×Ｒ ≦ Ｌ ≦ Ｃ×（Ａ＋０．
１）×Ｒ なる式を満足する。

【００１７】かかる照明装置によれば、かかる式に基き
反射型オプティカルインテグレータの長さＬを決定する
ことで、反射型オプティカルインテグレータにおける反
射を安定的かつ被照明領域が均一とすると共に、反射型
オプティカルインテグレータの長さＬを従来よりも短く
することができる。よって、かかる照明装置は均一な照
明が可能であり、また装置の小型化に寄与する。

【００１８】なお、かかる照明装置において、前記反射
型オプティカルインテグレータの前記断面形状が正方形
もしくは長方形のとき、Ｃ＝１とするとよい。また、前
記反射型オプティカルインテグレータの前記断面形状が
正６角形のとき、Ｃ＝１．０５又は１．１５とするとよ
い。

【００１９】かかる照明装置において、前記集光光学系
は前記発散角の異なる複数の光学系を含み、当該光学系
は照明条件に応じて切り替え可能としてもよい。これに
より、反射型オプティカルインテグレータの出射面に位
置する構成要素へ入射する光束の角度を照明条件に応じ
て適正にすることができる。更に、上述の前記集光光学
系は、照明条件に応じて前記発散角を可変とするズーム
機構を有する構成であってもよい。

【００２０】更に、かかる照明装置は、前記光源と前記
集光光学系の間に光束の角度分布を矩形の前記被照明領
域の縦横比と略同じとする光学素子を更に有するもので
あってもよい。かかる照明装置によれば、矩形の照明領
域を効率よく照明することができる。前記光学素子は前
記矩形の被照明領域における長手及び短手方向に関する
焦点距離が互いに異なるアナモフィック光学系より構成
される光学素子である。もちろん、装置簡略化のため、
前記光学素子の長手及び短手方向に関する焦点距離は、
同じであってもよい。その際には、光束がケラレない様
に、照明領域の短手方向に合わせて焦点距離を設定する
ことが照明効率の観点から重要である。前記光学素子
は、入射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複
数の光源を形成する波面分割型オプティカルインテグレ
ータである。なお、前記波面分割型オプティカルインテ
グレータは前記発散角の異なる複数の光学素子を含み、
当該光学素子は照明条件に応じて切り替え可能としても
よい。

【００２１】また、本発明の別の側面としての露光装置
は、上述したいずれかの照明装置と、レチクル又はマス
クに形成されたパターンを被処理体に投影する光学系と
を有する。かかる露光装置は上述の照明装置を有し、同
様の作用を奏する。

【００２２】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、Ｌ
ＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、
磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００２３】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下
添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって
明らかにされるであろう。

【００２４】

【発明の実施形態】以下、添付図面を参照して、本発明
の例示的な露光装置１及び照明装置１００について説明
する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を
表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露光装
置１及びその一部である照明装置１００の概略構成図で
ある。

【００２５】露光装置１は、図１に示すように、照明装
置１００と、マスク３００と、投影光学系４００と、図
示しない制御装置とを有する。露光装置１は、例えば、
ステップ・アンド・スキャン投影露光方式でマスク３０
０に形成されたパターンをプレートＷ上に露光する走査
型投影露光装置である。しかし、本発明の露光装置１は
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置であっても
よい。

【００２６】照明装置１００は、典型的に、光源部、照
明光学系、図示しない制御部とを有し、転写用パターン
が形成されたマスク３００を照明する。

【００２７】光源部はレーザー１１０とビーム整形系１
２０とを有し、照明光学系に照明光を供給している。

【００２８】レーザー１１０は照明光を発光する光源
で、本実施例では、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーで
あるが、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや
波長約２４８ｎｍのＫｒＦレーザー等に置換されても良
い。また、光源は、例えば、一般に出力５００Ｗ以上の
超高圧水銀ランプ（波長約４３６ｎｍのｇ線や、波長約
３６５ｎｍのｉ線）、キセノンランプなどであってもよ
い。

【００２９】ビーム整形系１２０は、例えば、複数のシ
リンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使
用することができ、レーザー１１０からの平行光の断面
形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、
断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビ
ーム形状を所望のものに成形する。

【００３０】また、図１には示されていないが、整形系
１２０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレ
ント化するインコヒーレント化光学系を使用することが
好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開
特許平成３年第２１５９３０号公報の図１に開示されて
いるような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光
束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光
束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光の
コヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再
誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにし
た折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いるこ
とができる。

【００３１】照明光学系は、レーザー１１０より出射さ
れた光束を利用してマスク３００を照明する光学系であ
り、本実施例では、集光光学系１３０、反射型オプティ
カルインテグレータ（オプティカルパイプ）１４０、集
光ズームレンズ１５０、波面分割型オプティカルインテ
グレータ（ハエの目レンズ）１６０、開口絞り１７０、
集光レンズ１８０、ブレード（視野絞り）１９０、結像
レンズ２００及び２１０、偏向ミラー２２０、パイプ駆
動装置２３０とを有する。

【００３２】集光光学系１３０は、ビーム整形系１２０
より射出された光束をオプティカルパイプ１４０の入射
面１４２近傍（集光点Ｐ）に集光し、オプティカルパイ
プ１４０に入射する光束に所定の発散角を持つ光束を形
成する。集光光学系１３０は、少なくとも一枚のレンズ
素子より成るが、場合によっては光路を折り曲げるため
のミラーを有してもよい。なお、オプティカルパイプ１
４０がガラス棒で構成されている場合には、ガラス棒の
耐久性を高めるために、集光光学系１３０による集光点
Ｐはオプティカルパイプ１４０の入射面１４２より光源
側に（集光されている）デフォーカスされるように構成
されることが好ましい。

【００３３】本実施例において、集光光学系１３０は後
段の集光ズームレンズ１５０が変倍しても、ハエの目レ
ンズ１６０へ入射する光束の角度を適正にするために、
射出角度の異なる集光光学素子１３２と切り替え可能な
構成となっている。例えば、かかる構成は、集光光学素
子１３０及び１３２に図示しない駆動装置を接続し、集
光光学素子１３０及び１３２が光軸を交差するようにか
かる駆動装置によりリニア駆動することで、集光光学素
子１３０及び１３２を切り替える方法であってもよい。
但し、かかる切り替え機構はこのような構成及び方法の
みに限定されるものではなく、当業者が想達し得るいか
なる技術をも適用可能である。よって、ここでの詳細な
説明は省略する。なお、図１において交換可能な集光光
学系として集光光学系１３２のみが描かれているが、か
かる形態は例示的であって、出射角度の異なる複数の集
光光学系を更に有してもよいことは言うまでもない。な
お、本明細書において、参照番号１３０は、特に断らな
い限り集光光学系１３２及びその他の図示しない集光光
学系を総括するものとする。

【００３４】オプティカルパイプ１４０は、集光点Ｐか
ら所定の発散角を持って入射した光束が側面で反射を繰
り返すことにより、入射面で不均一である光強度分布を
出射面で均一にする。図２を参照するに、オプティカル
パイプ１４０は焦点Ｐから少し距離をおいて配置される
ことが好ましい。これは、レーザー光がエキシマレーザ
光である場合は、焦点Ｐ近傍では莫大なエネルギー密度
となり、オプティカルパイプ入射面１４２のコーティン
グ（反射防止膜）や硝材そのものを損傷させてしまう恐
れがあるからである。ここで、図２は、図１に示すオプ
ティカルパイプ１４０近傍を示す光軸ＡＸを含む概略断
面図である。 本実施例において、オプティカルパイプ
１４０は、６角形の断面形状において対向する複数対の
反射面を構成し、例えば、ガラスから整形される６角柱
ロッドである。ただし、かかる形態は例示的であり、か
かるロッドと同様の作用を奏する部材の適用を妨げるも
のではない。例えば、オプティカルパイプ１４０は内部
が反射面を形成し、中空のロッドより構成されても良
い。また、オプティカルパイプ１４０は対向する複数対
の反射面を構成するためにｍ角形（ｍ：偶数）であれば
よく、６角形に限定されるものではない。

【００３５】ここで、図３乃至図４を参照するに、オプ
ティカルパイプ１４０について詳細に説明する。ここ
で、図３は、図１に示す集光光学系１３０とオプティカ
ルパイプ１４０の位置関係並びに光路を示した概略側面
図である。図４は、図１に示すオプティカルパイプ１４
０を示す概略斜視図である。説明の便宜上、オプティカ
ルパイプ１４０は断面形状が正方形の四角柱ロッドと
し、屈折率ｎのガラス棒である。正方形断面の対向する
反射面間の間隔はφ（ｍｍ）、長さはＬ（ｍｍ）であ
る。集光光学系１３０からオプティカルパイプ１４０へ
の入射する光束の角度（発散角）はθ（ｄｅｇ）とす
る。

【００３６】オプティカルパイプ１４０に入射した光束
が、かかるオプティカルパイプ１４０において内面反射
を１回行うのに必要な長さＲは、数式３で示される。

【００３７】

【数３】

【００３８】なお、オプティカルパイプ１４０が中空ロ
ッドの場合にはｎ＝１と考える。長さＬのオプティカル
パイプ１４０において反射する光束の回数Ｎは数式４と
なる。

【００３９】

【数４】

【００４０】一般的に、オプティカルパイプ１４０の射
出面１４４の照度分布を均一にするためには、反射回数
Ｎを多くすれば良い。しかし、そのためにはＬを長くし
たり、φを小さくしたりする必要があるが、前述した問
題が発生するので好ましくない。一方、光利用効率を向
上させるためには、長さＬを短く（反射回数Ｎを小さ
く）すれば良いが、無闇に反射回数Ｎを小さくすると、
光束の混合具合が最適化されないため、以下の問題が起
こりやすい。まず、オプティカルパイプ１４０の射出端
１４４における照度分布が均一となりにくい。そして、
集光光学系１３０とオプティカルパイプ１４０との偏心
（平行ズレ、傾きズレ）などにより、オプティカルパイ
プ１４０に入射する光束の位置ズレや角度ズレが発生す
ると、オプティカルパイプ射出面１４４の照度分布変化
が大きく変化してしまう。

【００４１】ここで、本発明ではこれらの問題を定量的
に扱うため、オプティカルパイプ１４０の射出面１４４
の「照度分布安定性」という尺度を用いる。かかる表現
にて上記偏心が生じた場合のオプティカルパイプ１４０
の射出面１４４における、照度均一性や分布重心の安定
性を表現することとする。

【００４２】オプティカルパイプ射出端１４４の「照度
分布安定性」が悪いと、ハエの目レンズ１６０で形成さ
れる有効光源分布が非対称になってしまう。これは、プ
レートＷ面でのパターン像形成に悪影響を与えるため好
ましくない。また、公開特許平成７年第２０１７３０号
公報において、オプティカルパイプ射出端の「照度分布
安定性」が悪いと、露光面の照度分布が悪化してしま
う。露光装置は、露光面で高い照度均一性が要求され
る。よって、かかる露光装置は悪化した照度分布を補正
する機構が別途必要となり装置の複雑化を招く。また、
照度分布の補正機構としてオプティカルパイプ射出端近
傍にフィルタを配置すると、光量低下を招いて露光装置
の生産性を低下させてしまうので好ましくない。

【００４３】以上から、オプティカルパイプ１４０の長
さＬは、オプティカルパイプ射出面１４４の「照度分布
安定性」が良好となる適正な短さが求められることが理
解される。

【００４４】そこで、図５を参照するに、オプティカル
ロッド１４０における反射回数Ｎとオプティカルパイプ
射出端１４４の「照度分布安定性」の関係を説明する。
ここで、図５は、反射回数Ｎとオプティカルパイプ出射
端１４４の「照度分布安定性」示したものである。尚、
オプティカルパイプ１４０へ入射する光束の角度θとオ
プティカルパイプ１４０の多角形断面の対向する反射面
間の距離φは固定としている。図５において、横軸に反
射回数Ｎをとり、縦軸に「照度分布安定性」を任意単位
でとっている。「照度分布安定性」は絶対値が０である
ときが、最も安定している状態で、絶対値が大きいほど
安定性が悪いことを表している。

【００４５】「照度分布安定性」は、図５に示すよう
に、反射回数Ｎが大きくなるにつれて、周期変動しなが
ら収束していく傾向がある。つまり、少ない反射回数で
も「照度分布安定性」が良好となる条件が離散的に存在
することを示している。本発明者は、かかる良好な条件
を光学シミュレーションにより探索した結果、定数Ｃの
自然数倍付近（±１０％）であることを発見した。これ
により、「照度分布安定性」が良好である反射回数Ｎの
条件は以下の式で表される。

【００４６】

【数５】

【００４７】ここで、Ｃは定数であって、オプティカル
ロッドの形状と入射光束の角度θにより決定される正の
実数である。Ａは係数であって、自然数である。

【００４８】即ち、「照度分布安定性」が良好となるオ
プティカルパイプ４の長さは数式３乃至５より、次式で
表すことができる。

【００４９】

【数６】

【００５０】以上から、「照度分布安定性」を良好にす
るには、式４を満たす反射回数Ｎとなるようにオプティ
カルパイプ１４０の長さＬと径φを設定すればよいこと
が理解される。なお、光利用効率を向上させ、装置の小
型化を図るためには、係数Ａの小さい値を選択すれば良
い。このように「照度分布安定性」の良好な条件であれ
ば、後述するパイプ駆動装置２３０でオプティカルパイ
プ１４０を駆動させても、オプティカルパイプ射出面１
４４の照度分布均一性はほとんど変化しないので、有効
光源分布の位置ずれを良好に（分布を崩すことなく）補
正することが可能となる。

【００５１】再び、図１を参照するに、集光ズームレン
ズ１５０はオプティカルパイプ１４０からの光束をハエ
の目レンズ１６０の入射面に集光する。集光ズームレン
ズ１５０は、オプティカルパイプ１４０の射出面１４４
をハエの目レンズ１６０の入射面に所定の倍率で結像さ
せており、双方が互いに略共役関係となっている。本実
施例において、集光ズームレンズ１５０は倍率可変のズ
ームレンズであり、ハエの目レンズ１６０へ入射する光
束領域を調整することが可能となっており、複数の照明
条件を形成させることができる。

【００５２】ハエの目レンズ１６０は、被照射面（マス
ク３００面及びプレートＷ面）を均一に照明する機能を
有する。ハエの目レンズ１６０は、入射光の波面を分割
して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面
分割型オプティカルインテグレータである。ハエの目レ
ンズ１６０は入射光の角度分布を位置分布に変換して出
射し、ハエの目レンズ１６０の入射面と出射面とはフー
リエ変換の関係になっている（本明細書において、フー
リエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像
面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味す
る）。これにより、ハエの目レンズ１６０の射出面近傍
は２次光源（有効光源）となっている。ハエの目レンズ
１６０は、本実施例ではロッドレンズ（即ち、微小レン
ズ素子）を多数組み合わせて構成されている。但し、本
発明が使用可能な波面分割型オプティカルインテグレー
タはハエの目レンズに限定されるものではなく、例えば
各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリ
カルレンズアレイ板などが考えられる。

【００５３】開口絞り１７０は不要光を遮光して所望の
有効光源を形成する可変開口絞りであり、通常の円形開
口及び輪帯照明等の各種の絞りからなっている。可変開
口絞りを変えるためには、例えば、これらの開口絞り１
７０を形成した円盤状ターレットを用い、図示しない制
御部が開口を切り替えるべくターレットを回転させるこ
とで可能となる。

【００５４】集光レンズ１８０は、例えば、コンデンサ
ーレンズであって、ハエの目レンズ１６０の出射面近傍
で形成された有効光源をできるだけ多く集めてブレード
１９０上で重畳的に重ね合わせブレード１９０をケーラ
ー照明する。

【００５５】ブレード１９０は被照射面であるマスク３
００（更には、プレートＷ）面上の露光範囲を制限して
いる。ブレード１９０は複数の可動な遮光板から成り、
任意の開口形状が形成される。

【００５６】結像レンズ２００及び２１０は、例えば、
コンデンサーレンズであって、ブレード１９０の開口形
状を被照射面であるマスク３００上に転写している。

【００５７】偏向ミラー２２０は、結像レンズ２００か
ら射出された光束を結像レンズ２１０（更にはマスク３
００）に入射するように偏向させる。なお、結像レンズ
２１０が予め結像レンズ２００対し平行に配置されてい
るならば、偏向ミラー２２０は省略することも可能であ
る。しかし、かかる構成において、偏向ミラー２２０は
装置の小型化に寄与する。

【００５８】パイプ駆動装置２３０はオプティカルパイ
プ１４０を光軸と垂直な面内で微小駆動、もしくは入射
面近傍位置を支点に傾け駆動させることで、有効光源の
位置を最適に調整している。より詳細には、パイプ駆動
装置２３０は、例えば、複数の照明条件を設定する際、
集光ズームレンズ１５０の駆動誤差や、開口絞り１７０
の位置誤差によって発生する有効光源の位置ずれを照明
条件毎に最適に補正する。パイプ駆動装置２３０はオプ
ティカルパイプ１４０と直接又は間接的に接続されると
共に、図示しない制御部と電気的に接続されている。パ
イプ駆動装置２３０は、上述の作用を実現可能な当該周
知のいかなる技術より構成されてもよく、本実施例での
詳細な説明は省略する。

【００５９】図示しない制御部は、典型的に、ＣＰＵと
メモリを有し、照明装置１００を制御する。制御部は、
集光光学系１３０の図示しない切り替え機構、集光ズー
ムレンズ１５０、可変開口絞り１７０、ブレード１９
０、及びパイプ駆動装置２３０と（又は、各要素の制御
又は駆動機構を介し）電気的に接続されている。本実施
例において、制御部は集光光学系１３０の切り替え機
構、集光ズームレンズ１５０、開口絞り１７０及びブレ
ード１９０の開口形状、オプティカルパイプ１４０の位
置を照明条件に応じて、それぞれ適切となるように変更
する。なお、照明装置１００の制御部は、後述する露光
装置１の図示しない制御装置にその機能を代替されても
よく、かかる構成において照明装置１００の制御部は省
略可能である。

【００６０】ＣＰＵはＭＰＵなど名前の如何を問わずい
かなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。ま
た、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、照明装置
１００を動作するファームウェアを格納する。なお、上
述した機能を達成可能であるならば、照明装置１００の
制御部の構成はかかる記述に限定されるものではない。
当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用可能であ
る。

【００６１】マスク３００は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成さ
れ、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。
マスク３００から発せられた回折光は投影光学系４００
を通りプレートＷ上に投影される。プレートＷは、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク３００と
プレートＷとは光学的に共役の関係に配置される。本実
施形態の露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式
の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク３
００とプレートＷを走査することによりマスク３００の
パターンをプレートＷ上に転写する。なお、ステップ・
アンド・リピート方式の露光装置（即ち、「ステッパ
ー」）であれば、マスク３００とプレートＷとを静止さ
せた状態で露光を行う。

【００６２】マスクステージは、マスク３００を支持し
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系４００は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、光軸と直交する方向に
マスクステージを駆動することでマスク２００を移動す
ることができる。露光装置１は、マスク３００とプレー
トＷを図示しない制御装置によって同期した状態で走査
する。

【００６３】投影光学系４００は、マスク３００に形成
されたパターンを経た光束をプレートＷ上に結像する。
投影光学系４００は、複数のレンズ素子のみからなる光
学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを
有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数の
レンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折
光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使
用することができる。色収差の補正が必要な場合には、
互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複
数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素
子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

【００６４】プレートＷは、本実施形態ではウェハであ
るが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート
Ｗにはフォトレジストが塗布されている。フォトレジス
ト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フ
ォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前
処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理
は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表
面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理で
あり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａ
ｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プ
リベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそ
れよりもソフトであり、溶剤を除去する。

【００６５】プレートＷは図示しないウェハステージに
支持される。ウェハステージは、当業界で周知のいかな
る構成をも適用することができるので、ここでは詳しい
構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステー
ジはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプレ
ートＷを移動する。マスク３００とプレートＷは、例え
ば、同期して走査され、マスクステージとウェハステー
ジの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視さ
れ、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステー
ジは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるス
テージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学
系４００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベー
スフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない
鏡筒定盤上に設けられる。

【００６６】更に、ウェハステージはプレートＷを焦点
深度の範囲内で光軸方向に移動させ、プレート４００の
結像位置を調節する。露光装置１は、光軸方向において
異なる位置に配置されたプレートＷに対して露光を複数
回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばら
つきをなくすことができる。かかる機能は、光軸方向に
伸びる図示しないラックと、ウェハステージに接続され
てラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオ
ンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術
をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は
省略する。

【００６７】図示しない制御装置は、典型的に、ＣＰＵ
とメモリを有し、露光装置１を制御する。制御装置は、
照明装置１００、図示しないマスクステージ、図示しな
いウェハステージと電気的に接続されている。本実施例
において、制御装置は照明装置１００、マスクステー
ジ、ウェハステージを露光に対応して、それぞれ適切と
なるように変更及び移動する。ＣＰＵはＭＰＵなど名前
の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作
を制御する。また、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構成
され、露光装置１を動作するファームウェアを格納す
る。なお、上述した機能を達成可能であるならば、露光
装置の制御装置の構成はかかる記述に限定されるもので
はない。当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用
可能である。

【００６８】次に、図６及び図７を参照するに、図１に
示す露光装置１及び照明装置１００の変形例である露光
装置１ａ及び照明装置１００ａについて説明する。ここ
で、図６は、図１に示す露光装置１及びその一部である
照明装置１００の変形例である照明装置１００ａの一部
を示す側面図である。図７は、図６に示す露光装置を光
軸に関し９０度回転した際の照明装置１００ａの一部を
示す別の側面図である。なお、上述した露光装置１及び
照明装置１００と同一な構成のものに関しては同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００６９】ステップ・アンド・スキャン（走査）方式
を採用する露光装置では、一般的に、マスク３００とプ
レートＷを同期走査させて露光を行うため、走査方向の
照明領域が短く、露光面内で走査方向と直交する照明領
域は長くなっている。図６は走査（短手）方向を照明す
る方向（以下、「ｚ方向」と記す）での照明装置１００
ａを示し、図７は、長手方向を照明する方向（以下、
「ｙ方向」と記す）での照明装置１００ａを示してい
る。尚、光軸ＡＸからｙ方向に延びる軸とを含む断面を
ｘｙ断面、光軸ＡＸからｚ方向に延びる軸とを含む断面
をｘｚ断面と記す。

【００７０】本変形例の露光装置１ａの照明装置１００
ａは、露光装置１における照明装置１００のビーム整形
系１２０（図不指示）の後段に射出角保存光学素子２４
０が配置されている。

【００７１】射出角保存光学素子２４０は、図６のｘｚ
断面と図７のｘｙ断面とで出射角度θａ、θｂが異なる
光束を射出する。ステップ・アンド・スキャン方式の投
影露光装置１ａでは、ｚ方向よりもｙ方向の方が長いス
リット状の照明領域をマスク３００面上に効果的に形成
する必要があり、θａはθｂよりも小さくなるように構
成されている。これにより、各断面における光束の開き
角が異なっており、所望のスリット照明領域が効率よく
形成されている。

【００７２】本実施例では、射出角保存光学素子２４０
として、ｘｚ断面に関する焦点距離とｘｙ断面に関する
焦点距離とが互いに異なるアナモフィック光学系より成
る光学素子を用いている。例えば、射出角保存光学素子
２４０はｘｙ断面とｘｚ断面とで焦点距離が異なる微小
レンズを複数個２次元的にｙｚ断面に沿って配置したハ
エの目レンズや、焦点距離の異なるシリンドリカルレン
ズ（アレイ）をそれぞれｘｙ断面とｘｚ断面に複数配置
した光学系などで適用可能である。各ハエの目レンズを
構成する微小レンズは、通常のレンズや回折光学素子
（フレネルレンズ）によって構成される。

【００７３】射出角保存光学素子２４０は、後段の集光
ズームレンズ１５０が変倍しても、ハエの目レンズ１６
０へ入射する光束の角度を適正にするために、射出角度
の異なる射出角保存光学素子２４２と切り替え可能な構
成となっている。なお、かかる切り替え機構は、上述し
た集光光学系１３０と同様の機構を適用可能であり、こ
こでの詳細な説明は省略する。

【００７４】ここで、かかる構成における照明装置１０
０ａにおいて、光学シミュレーションにより求めたオプ
ティカルパイプ１４０の最適条件の結果を紹介する。

【００７５】まず、第１に、オプティカルパイプ１４０
が四角柱で、射出角保存光学素子２４０が２方向のシリ
ンドリカルレンズの組み合わせ（ｘ方向とｙ方向にのみ
射出角を規定するように互いに直交）である場合、最適
条件は定数Ｃ＝１である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出
端の分布が均一にならないので、露光装置１ａ上有効な
反射回数Ｎは、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）である。
よって、かかる構成でのオプティカルパイプ１４０にお
ける反射回数は、次式を満たせばよい。

【００７６】

【数７】

【００７７】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００７８】第２に、オプティカルパイプ１４０が六角
柱で、射出角保存光学素子２４０が_Ｘ、ｙ２方向のシリ
ンドリカルレンズの組み合わせ（ｘ方向とｙ方向にのみ
射出角を規定するように２つのシリンドリカルレンズア
レイを互いに直交）の場合（ｘ、ｙ方向の一方にオプテ
ィカルロッド４の一辺を一致させる場合、即ち両者のな
す角がθ＝０°の場合）、最適条件は定数Ｃ＝１．１５
である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出端の分布が均一に
なりきらないので、露光装置１ａ上有効な反射回数Ｎ
は、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）である。よって、か
かる構成でのオプティカルパイプ１４０における反射回
数は、次式を満たせばよい。

【００７９】

【数８】

【００８０】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００８１】また、上記θ＝０°の状態から１５°時計
回り又は反時計回りに回転させたθ＝１５°の場合は、
次の式を満たせば良い。Ｎは反射回数、Ａは２以上の自
然数である。

【００８２】

【数９】

【００８３】第３に、オプティカルパイプ１４０が六角
柱で、射出角保存光学素子２４０が六角形開口の微小レ
ンズから構成されるハエの目レンズの場合、最適条件は
定数Ｃ＝１．１５である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出
端の分布が均一になりきらないので、露光装置１ａ上有
効な反射回数Ｎは、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）であ
る。よって、かかる構成でのオプティカルパイプ１４０
における反射回数は、次式を満たせばよい。

【００８４】

【数１０】

【００８５】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００８６】本発明の露光装置１ａ及びその一部である
照明装置１００ａでは、照明領域の短手方向に対応する
入射角度θａが小さいので、θａのときにオプティカル
パイプ射出端１４４の「照度分布安定性」が良好な条件
を数式５から決定すれば良い。更に、照明領域の長手方
向に対応する入射角度θｂにおいても、同様に「照度分
布安定性」が良好な条件となることが望ましいが、図５
からも理解されるように反射回数が十分多くとれている
場合には、照度分布安定性は収束して良好状態にあるの
で、必ずしも数式５を満足する必要はない。

【００８７】このように本発明によれば、光利用効率を
向上させ、装置の小型化を図りつつ、「照度分布安定
性」が良好な照明装置を提供することが可能となる。ま
た、露光装置１ａでは、オプティカルパイプ１４０の断
面が正方形で、入射光束の角度がｘｙ断面、ｘｚ断面で
それぞれ異なる場合を示したが、オプティカルパイプ１
４０が六角柱や八角柱などのｍ角柱（ｍ：偶数）であっ
ても良いし、断面形状が矩形の四角柱であっても良い。
また、各々のオプティカルパイプ１４０へ入射する角度
条件も様々考えられ、多くの組み合わせが考えられる
が、いずれにおいても「照度分布安定性」が良好となる
条件は、数式４で定められる。つまり、ｍ角形（ｍ：偶
数）断面で対向する面間距離φに応じて、入射光束の角
度θを調整し、その組み合わせから決まる定数Ｃを求め
ることで、最適な反射回数（最適なオプティカルパイプ
の長さ）を設定することが可能である。

【００８８】次に、図８を参照するに、図１に示す露光
装置１及び照明装置１００の変形例である露光装置１ｂ
及び照明装置１００ｂについて説明する。ここで、図８
は、図１に示す露光装置１及びその一部である照明装置
１００の変形例である照明装置１００ｂの一部を示す側
面図である。なお、上述した露光装置１及び照明装置１
００と同一な構成のものに関しては同一の符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００８９】本変形例の露光装置１ｂの照明装置１００
ｂは、照明光学系において、集光ズームレンズ２５０
と、反射型オプティカルインテグレータ（オプティカル
パイプ）１４０と、ブレード１９０と、結像レンズ２０
０及び２１０と、偏光ミラー２２０とを有する。照明装
置１００ｂは、典型的に、集光ズームレンズ２５０を有
する点において、照明装置１００及び１００ａと異な
る。

【００９０】集光ズームレンズ２５０は、前段のビーム
整形系１２０からの光束を所望の発散角（収斂角）θで
オプティカルパイプ１４０に導光している。オプティカ
ルパイプ射出端面１４４は結像レンズ２００及び２１０
により、マスク３００面と略共役な位置に置かれてい
る。従って、被露光面（マスク３００ないしプレート
Ｗ）の照度均一性を達成するには、オプティカルパイプ
１４０の射出面１４４の照度分布を安定的に均一とする
必要がある。

【００９１】集光ズームレンズ２５０はズーム機構によ
り、オプティカルパイプ１４０へ入射する発散角（収斂
角）θを任意に調整可能とし、投影光学系４００の瞳面
分布（有効光源分布）を連続的に可変としている。しか
し、発散角（収斂角）を可変とすると、オプティカルパ
イプ１４０での反射回数も変化する。即ち、図５の関係
から、ズーム毎にオプティカルパイプ射出端１４４の
「照度分布安定性」が良好になったり、悪化したりと変
動する。かかる変動は反射回数が多くなると収束してい
く傾向にあるので、ズーム可変領域全域で「照度分布安
定性」を良好とするには、オプティカルパイプ１４０を
十分長くする方法もあるが、光利用効率を考えると、適
正に短くする必要がある。

【００９２】そこで、図８におけるオプティカルパイプ
１４０の長さは、集光ズームレンズ２４０で可変となる
発散角（収斂角）が最小となる条件で射出端面４ｂの
「照度分布安定性」が良好となるように設定されてい
る。ズームにより発散角（収斂角）が大きくなると、
「照度分布安定性」は多少悪化するが、装置運用上問題
ないレベルであればデバイス製造は可能である。

【００９３】以下、露光装置１００を使用した露光動作
を説明する。露光において、レーザー１１０から発せら
れた光束は、ビーム整形系１２０によりそのビーム形状
が所望のものに成形された後で、集光光学系１３０に入
射する。集光光学系１３０からのレーザー光は焦点Ｐに
一旦集光（結像）し、その後、発散角θを有する発散光
束となってオプティカルパイプ１４０に入射する。

【００９４】そして、図２を参照するに、オプティカル
パイプ１４０に入射した光束は内面反射で繰り返し反射
（いわゆる全反射）しながら内部を通過する。ここで、
オプティカルパイプの断面がｍ角形（ｍ：偶数）の場合
には、対向する反射面内で繰り返し反射する光束の入射
角度を保ったままオプティカルパイプ１４０から射出す
る。この時、オプティカルパイプ１４０の内面反射面の
各部分において反射された光束は、破線により示されて
いるように、後方に虚像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０を形成する。な
お、図示してはいないが、実際には六角柱のガラス棒の
場合には、残り２組の内面反射面対の作用により上記と
同様な虚像群が更に形成されている。従って、オプティ
カルパイプ射出面１４４では、これら多数の虚像があた
かも光束を射出したかのよう、多数の光束が互いに重な
り合い、照度分布が均一になる。上述したように、本実
施例のオプティカルパイプは「照度分布安定性」が良好
であると共に、最適な長さＬを達成可能であり、照明領
域を均一な照明し装置の小型化に寄与する。

【００９５】オプティカルパイプ１４０の射出面は集光
ズームレンズ１５０によりハエの目レンズ１６０の入射
面に所定の倍率で結像する。ハエの目レンズ１６０は開
口絞り１７０を透過し、集光レンズ１８０を介して、絞
り１９０を均一に照明する。絞り１９０を通過した光束
は結像光学系２００及び２１０を通った後マスク３００
の照射面を照明する。

【００９６】マスク３００を通過した光束は投影光学系
４００の結像作用によって、プレートＷ上に所定倍率で
縮小投影される。ステップ・アンド・スキャン方式の露
光装置１であれば、光源部と投影光学系４００は固定し
て、マスク３００とプレートＷの同期走査してショット
全体を露光する。更に、プレートＷのウェハステージを
ステップして、次のショットに移り、プレートＷ上に多
数のショットを露光転写する。なお、露光装置１がステ
ップ・アンド・リピート方式であれば、マスク３００と
プレートＷを静止させた状態で露光を行う。

【００９７】本発明の露光装置１は、オプティカルパイ
プ１４０の後段のハエの目レンズ１６０で形成される光
強度分布（有効光源）の均一性を向上させると共に、被
照射面（レチクル面ないしウェハ面）における照度均一
性の向上にも寄与している。これにより、露光装置１は
レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデ
バイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤな
ど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

【００９８】次に、図９及び図１０を参照して、上述の
露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説
明する。図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体
チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフ
ローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を
例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの
回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステッ
プ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウ
ェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工
程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラ
フィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ス
テップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４に
よって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工
程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの
検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００９９】図１０は、ステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
はウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）
では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）で
は、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【０１００】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。

【０１０１】

【発明の効果】本発明による条件で、オプティカルパイ
プの形状とそれに入射する光束の角度を最適に決定すれ
ば、パイプ射出端での照度分布の均一性および偏心に対
する安定性を良好に実現することができる。更に、パイ
プ長さを適正に短くできるので、小型で、高効率、高性
能な照明装置およびそれを用いた露光装置、デバイスの
製造方法を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の例示的な露光装置及びその一部であ
る照明装置を示す概略構成図である。

【図２】 図１に示すオプティカルパイプ及び光軸ＡＸ
を示す模式図である。

【図３】 図１に示す集光光学系とオプティカルパイプ
の位置関係並びに光路を示した模式図である。

【図４】 図１に示すオプティカルパイプを示す概略斜
視図である。

【図５】 反射回数Ｎとオプティカルパイプ出射端の
「照度分布安定性」示したグラフである。

【図６】 図１に示す照明装置の変形例である照明装置
の一部を示す側面図である。

【図７】 図６に示す照明装置を光軸に関し９０度回転
した際の照明装置の一部を示す別の側面図である。

【図８】 図１に示す照明装置の変形例である照明装置
の一部を示す側面図である。

【図９】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフロー
チャートである。

【図１０】 図９に示すステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。

【符号の説明】

１ 露光装置 １００ 照明装置 １１０ レーザー １２０ ビーム成形系 １３０ 集光光学系 １４０ 反射型オプティカルインテグレータ
（オプティカルパイプ） １５０ 集光ズームレンズ １６０ 波面分割型オプティカルインテグレー
タ １７０ 開口絞り １８０ 集光レンズ １９０ ブレード（視野絞り） ２００ 結像レンズ ２１０ 変更ミラー ２２０ 結像レンズ ２３０ パイプ駆動装置 ２４０ 出射角保存光学素子 ２５０ 集光ズームレンズ ３００ マスク ４００ 投影光学系

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月２日（２００２．８．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、照明光
学系に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶
ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイス
を製造するのに用いられる照明装置及び露光装置、デバ
イス製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバ
イスに関する。本発明は、例えば、微細パターン製造に
おけるマイクロリソグラフィ工程において半導体ウェハ
用の単結晶基板を露光する露光装置の照明装置に好適で
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型及び薄型化の要請
から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要
求はますます高くなっている。例えば、マスクパターン
に対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。

【０００３】半導体製造用の代表的な露光装置である投
影露光装置は、（本出願では交換可能に使用する）マス
ク又はレチクル上に描画されたパターンをウェハ上に投
影露光する投影光学系を備えている。投影露光装置の解
像度（正確に転写できる最小寸法）Ｒは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられ
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。一
方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度と
いい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられる。

【０００６】

【数２】

【０００７】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、焦点深度は小さく（浅
く）なる。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難
しくなり、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス
精度を上げることが要求されるため、基本的に大きい方
が好ましい。

【０００８】数式１及び２から、焦点深度が小さくなり
過ぎるのを防ぎつつ解像度を向上させるには、波長を短
くする方がＮＡを大きくするよりも望ましいことが理解
される。近年では、露光光源の波長はＫｒＦエキシマレ
ーザー（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ
ー（波長約１９３ｎｍ）に、ＮＡは約０.６から約０.７
５になろうとしている。また、Ｆ_２レーザー（波長約１
５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。

【０００９】また、その他に解像度に影響するものとし
て、被照明面における照度の均一性が挙げられる。被照
明面における照度の均一性が良好でないと高解像のパタ
ーンを形成することが出来なくなる。そこで、波面分割
型オプティカルインテグレータ（例えば、ハエの目レン
ズなどであって、かかる表現を本願では交換可能に使用
する）や反射型オプティカルインテグレータ（ガラス棒
や中空パイプを含みオプティカルパイプとも称し、かか
る表現を本願では交換可能に使用する）などのオプティ
カルインテグレータを光源と被照明面の間に配置するこ
とで、照度均一性を向上させる技術が知られている。

【００１０】例えば、公開特許平成７年第２０１７３０
号公報では、オプティカルパイプ（ガラス棒）を反射型
オプティカルインテグレータとして用い、オプティカル
パイプの出射端面をレチクル面と共役な位置に配置する
ことで、被照明面の照度均一性を向上させる方法を提案
している。同公報において、オプティカルパイプへ入射
する光束の発散角（収斂角）は、オプティカルインテグ
レータの前段に設けられた光学系を駆動することにより
可変となっている。

【００１１】また、本出願人は公開特許平成１０年第２
７０３１２号公報において、オプティカルパイプを反射
型オプティカルインテグレータとして用い、その前段に
はオプティカルパイプに所定の発散角をもって入射する
ための出射角度保存光学素子を配置することで、被照明
面の照度均一性を向上させる方法を提案している。同公
報において、オプティカルパイプの射出端面は、投影光
学系の瞳面と共役な位置に配置されており、オプティカ
ルパイプ後段のハエの目レンズで形成される光強度分布
（有効光源）の均一性を向上させると共に、被照射面
（レチクル面ないしウェハ面）における照度均一性の向
上にも寄与している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射型
オプティカルインテグレータを用いた照明装置は、一般
に被照明面を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）
照明することについての検証が十分になされていなかっ
た。不均一な照明はレジストへのパターン転写が不十分
になり高品位な半導体ウェハ、ＬＣＤ、薄膜磁気ヘッド
などが提供できなくなる。また、高照度で照明できなけ
ればスループットが低下する。

【００１３】オプティカルパイプの射出端面における照
度分布（光強度分布）を均一とするには、オプティカル
パイプの断面形状を多角形とし、内面反射の回数を十分
多くとる必要がある。そのためには、オプティカルパイ
プの断面を小さくするか、オプティカルパイプを軸方向
に長くする必要がある。しかし、断面を小さくするとそ
れだけ光が集光することになるため、光学部材の耐久性
の観点から限界がある。一方、オプティカルパイプの長
さを長くするとパイプ内での光量ロス（ガラス棒の場合
には、硝材透過率に依存するロスや、中空ロッドの場合
には、反射面の反射効率に依存するロス）が大きくなる
と共に、装置の大型化を招くため好ましくない。

【００１４】更に、上述したように、近年半導体素子な
どの微細パターン製造用の露光装置では露光波長の短波
長化が図られてきている。露光波長が短くなると、十分
に高い透過率を有する硝材や、反射効率の高いコーティ
ング材料が限定されてくる。従って、オプティカルパイ
プの冗長化は、光利用効率の低下を招き、結果としてス
ループットを低下させるという問題を抱えている。

【００１５】そこで、本発明は、反射型オプティカルイ
ンテグレータの射出端面の照度分布均一性を良好としな
がらも、反射型オプティカルインテグレータの長さを適
正に短くすることで、小型で光利用効率の高い照明装
置、およびそれを用いた露光装置、デバイス製造方法を
提供することを例示的目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の一側面としての照明装置は、光源から出射
した光束を用いて被照明領域を照明する照明装置であっ
て、前記光源から出射した光束を集光する集光光学系
と、前記集光光学系と前記被照明領域の間に位置し、ｍ
角形（ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対の
反射面を構成すると共に、前記集光光学系から出射した
前記光束を前記対向する複数対の反射面間で反射させる
反射型オプティカルインテグレータとを有し、前記反射
面間の媒質の屈折率をｎ、前記複数対の反射面間の距離
をφ、前記集光光学系から出射した光束が前記反射型オ
プティカルインテグレータに入射する際の発散角をθ、
前記反射型インテグレータの断面形状に関連して定まる
定数をＣ、自然数をＡとすると、前記反射型オプティカ
ルインテグレータの軸方向の長さＬが、 Ｒ＝φ／［ｔａｎ｛ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ／ｎ）｝］ Ｃ×（Ａ−０．１）×Ｒ≦Ｌ≦Ｃ×（Ａ＋０．１）×Ｒ
なる式を満足する。

【００１７】かかる照明装置によれば、かかる式に基き
反射型オプティカルインテグレータの長さＬを決定する
ことで、反射型オプティカルインテグレータにおける反
射を安定的かつ被照明領域が均一とすると共に、反射型
オプティカルインテグレータの長さＬを従来よりも短く
することができる。よって、かかる照明装置は均一な照
明が可能であり、また装置の小型化に寄与する。

【００１８】なお、かかる照明装置において、前記反射
型オプティカルインテグレータの前記断面形状が正方形
もしくは長方形のとき、Ｃ＝１とするとよい。また、前
記反射型オプティカルインテグレータの前記断面形状が
正６角形のとき、Ｃ＝１．０５又は１．１５とするとよ
い。

【００１９】かかる照明装置において、前記集光光学系
は前記発散角の異なる複数の光学系を含み、当該光学系
は照明条件に応じて切り替え可能としてもよい。これに
より、反射型オプティカルインテグレータの出射面に位
置する構成要素へ入射する光束の角度を照明条件に応じ
て適正にすることができる。更に、上述の前記集光光学
系は、照明条件に応じて前記発散角を可変とするズーム
機構を有する構成であってもよい。

【００２０】更に、かかる照明装置は、前記光源と前記
集光光学系の間に光束の角度分布を矩形の前記被照明領
域の縦横比と略同じとする光学素子を更に有するもので
あってもよい。かかる照明装置によれば、矩形の照明領
域を効率よく照明することができる。前記光学素子は前
記矩形の被照明領域における長手及び短手方向に関する
焦点距離が互いに異なるアナモフィック光学系より構成
される光学素子である。もちろん、装置簡略化のため、
前記光学素子の長手及び短手方向に関する焦点距離は、
同じであってもよい。その際には、光束がケラレない様
に、照明領域の短手方向に合わせて焦点距離を設定する
ことが照明効率の観点から重要である。前記光学素子
は、入射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複
数の光源を形成する波面分割型オプティカルインテグレ
ータである。なお、前記波面分割型オプティカルインテ
グレータは前記発散角の異なる複数の光学素子を含み、
当該光学素子は照明条件に応じて切り替え可能としても
よい。

【００２１】また、本発明の別の側面としての露光装置
は、上述したいずれかの照明装置と、レチクル又はマス
クに形成されたパターンを被処理体に投影する光学系と
を有する。かかる露光装置は上述の照明装置を有し、同
様の作用を奏する。

【００２２】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、Ｌ
ＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、
磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００２３】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下
添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって
明らかにされるであろう。

【００２４】

【発明の実施形態】以下、添付図面を参照して、本発明
の例示的な露光装置１及び照明装置１００について説明
する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を
表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露光装
置１及びその一部である照明装置１００の概略構成図で
ある。

【００２５】露光装置１は、図１に示すように、照明装
置１００と、マスク３００と、投影光学系４００と、図
示しない制御装置とを有する。露光装置１は、例えば、
ステップ・アンド・スキャン投影露光方式でマスク３０
０に形成されたパターンをプレートＷ上に露光する走査
型投影露光装置である。しかし、本発明の露光装置1は
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置であっても
よい。

【００２６】照明装置１００は、典型的に、光源部、照
明光学系、図示しない制御部とを有し、転写用パターン
が形成されたマスク３００を照明する。

【００２７】光源部はレーザー１１０とビーム整形系１
２０とを有し、照明光学系に照明光を供給している。

【００２８】レーザー１１０は照明光を発光する光源
で、本実施例では、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーで
あるが、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや
波長約２４８ｎｍのＫｒＦレーザー等に置換されても良
い。また、光源は、例えば、一般に出力５００Ｗ以上の
超高圧水銀ランプ（波長約４３６ｎｍのｇ線や、波長約
３６５ｎｍのｉ線）、キセノンランプなどであってもよ
い。

【００２９】ビーム整形系１２０は、例えば、複数のシ
リンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使
用することができ、レーザー１１０からの平行光の断面
形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、
断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビ
ーム形状を所望のものに成形する。

【００３０】また、図１には示されていないが、整形系
１２０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレ
ント化するインコヒーレント化光学系を使用することが
好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開
特許平成３年第２１５９３０号公報の図１に開示されて
いるような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光
束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光
束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光の
コヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再
誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにし
た折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いるこ
とができる。

【００３１】照明光学系は、レーザー１１０より出射さ
れた光束を利用してマスク３００を照明する光学系であ
り、本実施例では、集光光学系１３０、反射型オプティ
カルインテグレータ（オプティカルパイプ）１４０、集
光ズームレンズ１５０、波面分割型オプティカルインテ
グレータ（ハエの目レンズ）１６０、開口絞り１７０、
集光レンズ１８０、ブレード（視野絞り）１９０、結像
レンズ２００及び２１０、偏向ミラー２２０、パイプ駆
動装置２３０とを有する。

【００３２】集光光学系１３０は、ビーム整形系１２０
より射出された光束をオプティカルパイプ１４０の入射
面１４２近傍（集光点Ｐ）に集光し、オプティカルパイ
プ１４０に入射する光束に所定の発散角を持つ光束を形
成する。集光光学系１３０は、少なくとも一枚のレンズ
素子より成るが、場合によっては光路を折り曲げるため
のミラーを有してもよい。なお、オプティカルパイプ１
４０がガラス棒で構成されている場合には、ガラス棒の
耐久性を高めるために、集光光学系１３０による集光点
Ｐはオプティカルパイプ１４０の入射面１４２より光源
側に（集光されている）デフォーカスされるように構成
されることが好ましい。

【００３３】本実施例において、集光光学系１３０は後
段の集光ズームレンズ１５０が変倍しても、ハエの目レ
ンズ１６０へ入射する光束の角度を適正にするために、
射出角度の異なる集光光学素子１３２と切り替え可能な
構成となっている。例えば、かかる構成は、集光光学素
子１３０及び１３２に図示しない駆動装置を接続し、集
光光学素子１３０及び１３２が光軸を交差するようにか
かる駆動装置によりリニア駆動することで、集光光学素
子１３０及び１３２を切り替える方法であってもよい。
但し、かかる切り替え機構はこのような構成及び方法の
みに限定されるものではなく、当業者が想達し得るいか
なる技術をも適用可能である。よって、ここでの詳細な
説明は省略する。なお、図１において交換可能な集光光
学系として集光光学系１３２のみが描かれているが、か
かる形態は例示的であって、出射角度の異なる複数の集
光光学系を更に有してもよいことは言うまでもない。な
お、本明細書において、参照番号１３０は、特に断らな
い限り集光光学系１３２及びその他の図示しない集光光
学系を総括するものとする。

【００３４】オプティカルパイプ１４０は、集光点Ｐか
ら所定の発散角を持って入射した光束が側面で反射を繰
り返すことにより、入射面で不均一である光強度分布を
出射面で均一にする。図２を参照するに、オプティカル
パイプ１４０は焦点Ｐから少し距離をおいて配置される
ことが好ましい。これは、レーザー光がエキシマレーザ
光である場合は、焦点Ｐ近傍では莫大なエネルギー密度
となり、オプティカルパイプ入射面１４２のコーティン
グ（反射防止膜）や硝材そのものを損傷させてしまう恐
れがあるからである。ここで、図２は、図１に示すオプ
ティカルパイプ１４０近傍を示す光軸ＡＸを含む概略断
面図である。 本実施例において、オプティカルパイプ
１４０は、６角形の断面形状において対向する複数対の
反射面を構成し、例えば、ガラスから整形される６角柱
ロッドである。ただし、かかる形態は例示的であり、か
かるロッドと同様の作用を奏する部材の適用を妨げるも
のではない。例えば、オプティカルパイプ１４０は内部
が反射面を形成し、中空のロッドより構成されても良
い。また、オプティカルパイプ１４０は対向する複数対
の反射面を構成するためにｍ角形（ｍ：偶数）であれば
よく、６角形に限定されるものではない。

【００３５】ここで、図３乃至図４を参照するに、オプ
ティカルパイプ１４０について詳細に説明する。ここ
で、図３は、図１に示す集光光学系１３０とオプティカ
ルパイプ１４０の位置関係並びに光路を示した概略側面
図である。図４は、図１に示すオプティカルパイプ１４
０を示す概略斜視図である。説明の便宜上、オプティカ
ルパイプ１４０は断面形状が正方形の四角柱ロッドと
し、屈折率ｎのガラス棒である。正方形断面の対向する
反射面間の間隔はφ（ｍｍ）、長さはＬ（ｍｍ）であ
る。集光光学系１３０からオプティカルパイプ１４０へ
の入射する光束の角度（発散角）はθ（ｄｅｇ）とす
る。

【００３６】オプティカルパイプ１４０に入射した光束
が、かかるオプティカルパイプ１４０において内面反射
を１回行うのに必要な長さＲは、数式３で示される。

【００３７】

【数３】

【００３８】なお、オプティカルパイプ１４０が中空ロ
ッドの場合にはｎ＝１と考える。長さＬのオプティカル
パイプ１４０において反射する光束の回数Ｎは数式４と
なる。

【００３９】

【数４】

【００４０】一般的に、オプティカルパイプ１４０の射
出面１４４の照度分布を均一にするためには、反射回数
Ｎを多くすれば良い。しかし、そのためにはＬを長くし
たり、φを小さくしたりする必要があるが、前述した問
題が発生するので好ましくない。一方、光利用効率を向
上させるためには、長さＬを短く（反射回数Ｎを小さ
く）すれば良いが、無闇に反射回数Ｎを小さくすると、
光束の混合具合が最適化されないため、以下の問題が起
こりやすい。まず、オプティカルパイプ１４０の射出端
１４４における照度分布が均一となりにくい。そして、
集光光学系１３０とオプティカルパイプ１４０との偏心
（平行ズレ、傾きズレ）などにより、オプティカルパイ
プ１４０に入射する光束の位置ズレや角度ズレが発生す
ると、オプティカルパイプ射出面１４４の照度分布変化
が大きく変化してしまう。

【００４１】ここで、本発明ではこれらの問題を定量的
に扱うため、オプティカルパイプ１４０の射出面１４４
の「照度分布安定性」という尺度を用いる。かかる表現
にて上記偏心が生じた場合のオプティカルパイプ１４０
の射出面１４４における、照度均一性や分布重心の安定
性を表現することとする。

【００４２】オプティカルパイプ射出端１４４の「照度
分布安定性」が悪いと、ハエの目レンズ１６０で形成さ
れる有効光源分布が非対称になってしまう。これは、プ
レートＷ面でのパターン像形成に悪影響を与えるため好
ましくない。また、公開特許平成７年第２０１７３０号
公報において、オプティカルパイプ射出端の「照度分布
安定性」が悪いと、露光面の照度分布が悪化してしま
う。露光装置は、露光面で高い照度均一性が要求され
る。よって、かかる露光装置は悪化した照度分布を補正
する機構が別途必要となり装置の複雑化を招く。また、
照度分布の補正機構としてオプティカルパイプ射出端近
傍にフィルタを配置すると、光量低下を招いて露光装置
の生産性を低下させてしまうので好ましくない。

【００４３】以上から、オプティカルパイプ１４０の長
さＬは、オプティカルパイプ射出面１４４の「照度分布
安定性」が良好となる適正な短さが求められることが理
解される。

【００４４】そこで、図５を参照するに、オプティカル
ロッド１４０における反射回数Ｎとオプティカルパイプ
射出端１４４の「照度分布安定性」の関係を説明する。
ここで、図５は、反射回数Ｎとオプティカルパイプ出射
端１４４の「照度分布安定性」示したものである。尚、
オプティカルパイプ１４０へ入射する光束の角度θとオ
プティカルパイプ１４０の多角形断面の対向する反射面
間の距離φは固定としている。図５において、横軸に反
射回数Ｎをとり、縦軸に「照度分布安定性」を任意単位
でとっている。「照度分布安定性」は絶対値が０である
ときが、最も安定している状態で、絶対値が大きいほど
安定性が悪いことを表している。

【００４５】「照度分布安定性」は、図５に示すよう
に、反射回数Ｎが大きくなるにつれて、周期変動しなが
ら収束していく傾向がある。つまり、少ない反射回数で
も「照度分布安定性」が良好となる条件が離散的に存在
することを示している。本発明者は、かかる良好な条件
を光学シミュレーションにより探索した結果、定数Ｃの
自然数倍付近（±１０％）であることを発見した。これ
により、「照度分布安定性」が良好である反射回数Ｎの
条件は以下の式で表される。

【００４６】

【数５】

【００４７】ここで、Ｃは定数であって、オプティカル
ロッドの形状と入射光束の角度θにより決定される正の
実数である。Ａは係数であって、自然数である。

【００４８】即ち、「照度分布安定性」が良好となるオ
プティカルパイプ４の長さは数式３乃至５より、次式で
表すことができる。

【００４９】

【数６】

【００５０】以上から、「照度分布安定性」を良好にす
るには、式４を満たす反射回数Ｎとなるようにオプティ
カルパイプ１４０の長さＬと径φを設定すればよいこと
が理解される。なお、光利用効率を向上させ、装置の小
型化を図るためには、係数Ａの小さい値を選択すれば良
い。このように「照度分布安定性」の良好な条件であれ
ば、後述するパイプ駆動装置２３０でオプティカルパイ
プ１４０を駆動させても、オプティカルパイプ射出面１
４４の照度分布均一性はほとんど変化しないので、有効
光源分布の位置ずれを良好に（分布を崩すことなく）補
正することが可能となる。

【００５１】再び、図１を参照するに、集光ズームレン
ズ１５０はオプティカルパイプ１４０からの光束をハエ
の目レンズ１６０の入射面に集光する。集光ズームレン
ズ１５０は、オプティカルパイプ１４０の射出面１４４
をハエの目レンズ１６０の入射面に所定の倍率で結像さ
せており、双方が互いに略共役関係となっている。本実
施例において、集光ズームレンズ１５０は倍率可変のズ
ームレンズであり、ハエの目レンズ１６０へ入射する光
束領域を調整することが可能となっており、複数の照明
条件を形成させることができる。

【００５２】ハエの目レンズ１６０は、被照射面（マス
ク３００面及びプレートＷ面）を均一に照明する機能を
有する。ハエの目レンズ１６０は、入射光の波面を分割
して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面
分割型オプティカルインテグレータである。ハエの目レ
ンズ１６０は入射光の角度分布を位置分布に変換して出
射し、ハエの目レンズ１６０の入射面と出射面とはフー
リエ変換の関係になっている（本明細書において、フー
リエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像
面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味す
る）。これにより、ハエの目レンズ１６０の射出面近傍
は２次光源（有効光源）となっている。ハエの目レンズ
１６０は、本実施例ではロッドレンズ（即ち、微小レン
ズ素子）を多数組み合わせて構成されている。但し、本
発明が使用可能な波面分割型オプティカルインテグレー
タはハエの目レンズに限定されるものではなく、例えば
各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリ
カルレンズアレイ板などが考えられる。

【００５３】開口絞り１７０は不要光を遮光して所望の
有効光源を形成する可変開口絞りであり、通常の円形開
口及び輪帯照明等の各種の絞りからなっている。可変開
口絞りを変えるためには、例えば、これらの開口絞り１
７０を形成した円盤状ターレットを用い、図示しない制
御部が開口を切り替えるべくターレットを回転させるこ
とで可能となる。

【００５４】集光レンズ１８０は、例えば、コンデンサ
ーレンズであって、ハエの目レンズ１６０の出射面近傍
で形成された有効光源をできるだけ多く集めてブレード
１９０上で重畳的に重ね合わせブレード１９０をケーラ
ー照明する。

【００５５】ブレード１９０は被照射面であるマスク３
００（更には、プレートＷ）面上の露光範囲を制限して
いる。ブレード１９０は複数の可動な遮光板から成り、
任意の開口形状が形成される。

【００５６】結像レンズ２００及び２１０は、例えば、
コンデンサーレンズであって、ブレード１９０の開口形
状を被照射面であるマスク３００上に転写している。

【００５７】偏向ミラー２２０は、結像レンズ２００か
ら射出された光束を結像レンズ２１０（更にはマスク３
００）に入射するように偏向させる。なお、結像レンズ
２１０が予め結像レンズ２００対し平行に配置されてい
るならば、偏向ミラー２２０は省略することも可能であ
る。しかし、かかる構成において、偏向ミラー２２０は
装置の小型化に寄与する。

【００５８】パイプ駆動装置２３０はオプティカルパイ
プ１４０を光軸と垂直な面内で微小駆動、もしくは入射
面近傍位置を支点に傾け駆動させることで、有効光源の
位置を最適に調整している。より詳細には、パイプ駆動
装置２３０は、例えば、複数の照明条件を設定する際、
集光ズームレンズ１５０の駆動誤差や、開口絞り１７０
の位置誤差によって発生する有効光源の位置ずれを照明
条件毎に最適に補正する。パイプ駆動装置２３０はオプ
ティカルパイプ１４０と直接又は間接的に接続されると
共に、図示しない制御部と電気的に接続されている。パ
イプ駆動装置２３０は、上述の作用を実現可能な当該周
知のいかなる技術より構成されてもよく、本実施例での
詳細な説明は省略する。

【００５９】図示しない制御部は、典型的に、ＣＰＵと
メモリを有し、照明装置１００を制御する。制御部は、
集光光学系１３０の図示しない切り替え機構、集光ズー
ムレンズ１５０、可変開口絞り１７０、ブレード１９
０、及びパイプ駆動装置２３０と（又は、各要素の制御
又は駆動機構を介し）電気的に接続されている。本実施
例において、制御部は集光光学系１３０の切り替え機
構、集光ズームレンズ１５０、開口絞り１７０及びブレ
ード１９０の開口形状、オプティカルパイプ１４０の位
置を照明条件に応じて、それぞれ適切となるように変更
する。なお、照明装置１００の制御部は、後述する露光
装置１の図示しない制御装置にその機能を代替されても
よく、かかる構成において照明装置１００の制御部は省
略可能である。

【００６０】ＣＰＵはＭＰＵなど名前の如何を問わずい
かなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。ま
た、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、照明装置
１００を動作するファームウェアを格納する。なお、上
述した機能を達成可能であるならば、照明装置１００の
制御部の構成はかかる記述に限定されるものではない。
当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用可能であ
る。

【００６１】マスク３００は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成さ
れ、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。
マスク３００から発せられた回折光は投影光学系４００
を通りプレートＷ上に投影される。プレートＷは、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク３００と
プレートＷとは光学的に共役の関係に配置される。本実
施形態の露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式
の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク３
００とプレートＷを走査することによりマスク３００の
パターンをプレートＷ上に転写する。なお、ステップ・
アンド・リピート方式の露光装置（即ち、「ステッパ
ー」）であれば、マスク３００とプレートＷとを静止さ
せた状態で露光を行う。

【００６２】マスクステージは、マスク３００を支持し
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系４００は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、光軸と直交する方向に
マスクステージを駆動することでマスク２００を移動す
ることができる。露光装置１は、マスク３００とプレー
トＷを図示しない制御装置によって同期した状態で走査
する。

【００６３】投影光学系４００は、マスク３００に形成
されたパターンを経た光束をプレートＷ上に結像する。
投影光学系４００は、複数のレンズ素子のみからなる光
学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを
有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数の
レンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折
光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使
用することができる。色収差の補正が必要な場合には、
互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複
数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素
子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

【００６４】プレートＷは、本実施形態ではウェハであ
るが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート
Ｗにはフォトレジストが塗布されている。フォトレジス
ト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フ
ォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前
処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理
は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表
面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理で
あり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａ
ｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プ
リベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそ
れよりもソフトであり、溶剤を除去する。

【００６５】プレートＷは図示しないウェハステージに
支持される。ウェハステージは、当業界で周知のいかな
る構成をも適用することができるので、ここでは詳しい
構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステー
ジはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプレ
ートＷを移動する。マスク３００とプレートＷは、例え
ば、同期して走査され、マスクステージとウェハステー
ジの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視さ
れ、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステー
ジは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるス
テージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学
系４００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベー
スフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない
鏡筒定盤上に設けられる。

【００６６】更に、ウェハステージはプレートＷを焦点
深度の範囲内で光軸方向に移動させ、プレート４００の
結像位置を調節する。露光装置１は、光軸方向において
異なる位置に配置されたプレートＷに対して露光を複数
回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばら
つきをなくすことができる。かかる機能は、光軸方向に
伸びる図示しないラックと、ウェハステージに接続され
てラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオ
ンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術
をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は
省略する。

【００６７】図示しない制御装置は、典型的に、ＣＰＵ
とメモリを有し、露光装置１を制御する。制御装置は、
照明装置１００、図示しないマスクステージ、図示しな
いウェハステージと電気的に接続されている。本実施例
において、制御装置は照明装置１００、マスクステー
ジ、ウェハステージを露光に対応して、それぞれ適切と
なるように変更及び移動する。ＣＰＵはＭＰＵなど名前
の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作
を制御する。また、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構成
され、露光装置１を動作するファームウェアを格納す
る。なお、上述した機能を達成可能であるならば、露光
装置の制御装置の構成はかかる記述に限定されるもので
はない。当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用
可能である。

【００６８】次に、図６及び図７を参照するに、図１に
示す露光装置１及び照明装置１００の変形例である露光
装置１ａ及び照明装置１００ａについて説明する。ここ
で、図６は、図１に示す露光装置１及びその一部である
照明装置１００の変形例である照明装置１００ａの一部
を示す側面図である。図７は、図６に示す露光装置を光
軸に関し９０度回転した際の照明装置１００ａの一部を
示す別の側面図である。なお、上述した露光装置１及び
照明装置１００と同一な構成のものに関しては同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００６９】ステップ・アンド・スキャン（走査）方式
を採用する露光装置では、一般的に、マスク３００とプ
レートＷを同期走査させて露光を行うため、走査方向の
照明領域が短く、露光面内で走査方向と直交する照明領
域は長くなっている。図６は走査（短手）方向を照明す
る方向（以下、「ｚ方向」と記す）での照明装置１００
ａを示し、図７は、長手方向を照明する方向（以下、
「ｙ方向」と記す）での照明装置１００ａを示してい
る。尚、光軸ＡＸからｙ方向に延びる軸とを含む断面を
ｘｙ断面、光軸ＡＸからｚ方向に延びる軸とを含む断面
をｘｚ断面と記す。

【００７０】本変形例の露光装置１ａの照明装置１００
ａは、露光装置１における照明装置１００のビーム整形
系１２０（図不指示）の後段に射出角保存光学素子２４
０が配置されている。

【００７１】射出角保存光学素子２４０は、図６のｘｚ
断面と図７のｘｙ断面とで出射角度θａ、θｂが異なる
光束を射出する。ステップ・アンド・スキャン方式の投
影露光装置１ａでは、ｚ方向よりもｙ方向の方が長いス
リット状の照明領域をマスク３００面上に効果的に形成
する必要があり、θａはθｂよりも小さくなるように構
成されている。これにより、各断面における光束の開き
角が異なっており、所望のスリット照明領域が効率よく
形成されている。

【００７２】本実施例では、射出角保存光学素子２４０
として、ｘｚ断面に関する焦点距離とｘｙ断面に関する
焦点距離とが互いに異なるアナモフィック光学系より成
る光学素子を用いている。例えば、射出角保存光学素子
２４０はｘｙ断面とｘｚ断面とで焦点距離が異なる微小
レンズを複数個２次元的にｙｚ断面に沿って配置したハ
エの目レンズや、焦点距離の異なるシリンドリカルレン
ズ（アレイ）をそれぞれｘｙ断面とｘｚ断面に複数配置
した光学系などで適用可能である。各ハエの目レンズを
構成する微小レンズは、通常のレンズや回折光学素子
（フレネルレンズ）によって構成される。

【００７３】射出角保存光学素子２４０は、後段の集光
ズームレンズ１５０が変倍しても、ハエの目レンズ１６
０へ入射する光束の角度を適正にするために、射出角度
の異なる射出角保存光学素子２４２と切り替え可能な構
成となっている。なお、かかる切り替え機構は、上述し
た集光光学系１３０と同様の機構を適用可能であり、こ
こでの詳細な説明は省略する。

【００７４】ここで、かかる構成における照明装置１０
０ａにおいて、光学シミュレーションにより求めたオプ
ティカルパイプ１４０の最適条件の結果を紹介する。

【００７５】まず、第１に、オプティカルパイプ１４０
が四角柱で、射出角保存光学素子２４０が２方向のシリ
ンドリカルレンズの組み合わせ（ｘ方向とｙ方向にのみ
射出角を規定するように互いに直交）である場合、最適
条件は定数Ｃ＝１である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出
端の分布が均一にならないので、露光装置１ａ上有効な
反射回数Ｎは、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）である。
よって、かかる構成でのオプティカルパイプ１４０にお
ける反射回数は、次式を満たせばよい。

【００７６】

【数７】

【００７７】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００７８】第２に、オプティカルパイプ１４０が六角
柱で、射出角保存光学素子２４０がｘ、ｙ２方向のシリ
ンドリカルレンズの組み合わせ（ｘ方向とｙ方向にのみ
射出角を規定するように２つのシリンドリカルレンズア
レイを互いに直交）の場合（ｘ、ｙ方向の一方にオプテ
ィカルロッド４の一辺を一致させる場合、即ち両者のな
す角がθ＝０°の場合）、最適条件は定数Ｃ＝１．１５
である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出端の分布が均一に
なりきらないので、露光装置１ａ上有効な反射回数Ｎ
は、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）である。よって、か
かる構成でのオプティカルパイプ１４０における反射回
数は、次式を満たせばよい。

【００７９】

【数８】

【００８０】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００８１】また、上記θ＝０°の状態から１５°時計
回り又は反時計回りに相対的に回転させたθ＝１５°の
場合は、次の式を満たせば良い。Ｎは反射回数、Ａは２
以上の自然数である。

【００８２】

【数９】

【００８３】第３に、オプティカルパイプ１４０が六角
柱で、射出角保存光学素子２４０が六角形開口の微小レ
ンズから構成されるハエの目レンズの場合、最適条件は
定数Ｃ＝１．１５である。但し、Ａ＝１ではパイプ射出
端の分布が均一になりきらないので、露光装置１ａ上有
効な反射回数Ｎは、約Ａ回（Ａ：２以上の自然数）であ
る。よって、かかる構成でのオプティカルパイプ１４０
における反射回数は、次式を満たせばよい。

【００８４】

【数１０】

【００８５】ここで、Ａは２以上の自然数である。

【００８６】本発明の露光装置１ａ及びその一部である
照明装置１００ａでは、照明領域の短手方向に対応する
入射角度θａが小さいので、θａのときにオプティカル
パイプ射出端１４４の「照度分布安定性」が良好な条件
を数式５から決定すれば良い。更に、照明領域の長手方
向に対応する入射角度θｂにおいても、同様に「照度分
布安定性」が良好な条件となることが望ましいが、図５
からも理解されるように反射回数が十分多くとれている
場合には、照度分布安定性は収束して良好状態にあるの
で、必ずしも数式５を満足する必要はない。

【００８７】このように本発明によれば、光利用効率を
向上させ、装置の小型化を図りつつ、「照度分布安定
性」が良好な照明装置を提供することが可能となる。ま
た、露光装置１ａでは、オプティカルパイプ１４０の断
面が正方形で、入射光束の角度がｘｙ断面、ｘｚ断面で
それぞれ異なる場合を示したが、オプティカルパイプ１
４０が六角柱や八角柱などのｍ角柱（ｍ：偶数）であっ
ても良いし、断面形状が矩形の四角柱であっても良い。
また、各々のオプティカルパイプ１４０へ入射する角度
条件も様々考えられ、多くの組み合わせが考えられる
が、いずれにおいても「照度分布安定性」が良好となる
条件は、数式４で定められる。つまり、ｍ角形（ｍ：偶
数）断面で対向する面間距離φに応じて、入射光束の角
度θを調整し、その組み合わせから決まる定数Ｃを求め
ることで、最適な反射回数（最適なオプティカルパイプ
の長さ）を設定することが可能である。

【００８８】次に、図８を参照するに、図１に示す露光
装置１及び照明装置１００の変形例である露光装置１ｂ
及び照明装置１００ｂについて説明する。ここで、図８
は、図１に示す露光装置１及びその一部である照明装置
１００の変形例である照明装置１００ｂの一部を示す側
面図である。なお、上述した露光装置１及び照明装置１
００と同一な構成のものに関しては同一の符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００８９】本変形例の露光装置１ｂの照明装置１００
ｂは、照明光学系において、集光ズームレンズ２５０
と、反射型オプティカルインテグレータ（オプティカル
パイプ）１４０と、ブレード１９０と、結像レンズ２０
０及び２１０と、偏光ミラー２２０とを有する。照明装
置１００ｂは、典型的に、集光ズームレンズ２５０を有
する点において、照明装置１００及び１００ａと異な
る。

【００９０】集光ズームレンズ２５０は、前段のビーム
整形系１２０からの光束を所望の発散角（収斂角）θで
オプティカルパイプ１４０に導光している。オプティカ
ルパイプ射出端面１４４は結像レンズ２００及び２１０
により、マスク３００面と略共役な位置に置かれてい
る。従って、被露光面（マスク３００ないしプレート
Ｗ）の照度均一性を達成するには、オプティカルパイプ
１４０の射出面１４４の照度分布を安定的に均一とする
必要がある。

【００９１】集光ズームレンズ２５０はズーム機構によ
り、オプティカルパイプ１４０へ入射する発散角（収斂
角）θを任意に調整可能とし、投影光学系４００の瞳面
分布（有効光源分布）を連続的に可変としている。しか
し、発散角（収斂角）を可変とすると、オプティカルパ
イプ１４０での反射回数も変化する。即ち、図５の関係
から、ズーム毎にオプティカルパイプ射出端１４４の
「照度分布安定性」が良好になったり、悪化したりと変
動する。かかる変動は反射回数が多くなると収束してい
く傾向にあるので、ズーム可変領域全域で「照度分布安
定性」を良好とするには、オプティカルパイプ１４０を
十分長くする方法もあるが、光利用効率を考えると、適
正に短くする必要がある。

【００９２】そこで、図８におけるオプティカルパイプ
１４０の長さは、集光ズームレンズ２４０で可変となる
発散角（収斂角）が最小となる条件で射出端面４ｂの
「照度分布安定性」が良好となるように設定されてい
る。ズームにより発散角（収斂角）が大きくなると、
「照度分布安定性」は多少悪化するが、装置運用上問題
ないレベルであればデバイス製造は可能である。

【００９３】以下、露光装置１００を使用した露光動作
を説明する。露光において、レーザー１１０から発せら
れた光束は、ビーム整形系１２０によりそのビーム形状
が所望のものに成形された後で、集光光学系１３０に入
射する。集光光学系１３０からのレーザー光は焦点Ｐに
一旦集光（結像）し、その後、発散角θを有する発散光
束となってオプティカルパイプ１４０に入射する。

【００９４】そして、図２を参照するに、オプティカル
パイプ１４０に入射した光束は内面反射で繰り返し反射
（いわゆる全反射）しながら内部を通過する。ここで、
オプティカルパイプの断面がｍ角形（ｍ：偶数）の場合
には、対向する反射面内で繰り返し反射する光束の入射
角度を保ったままオプティカルパイプ１４０から射出す
る。この時、オプティカルパイプ１４０の内面反射面の
各部分において反射された光束は、破線により示されて
いるように、後方に虚像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０を形成する。な
お、図示してはいないが、実際には六角柱のガラス棒の
場合には、残り２組の内面反射面対の作用により上記と
同様な虚像群が更に形成されている。従って、オプティ
カルパイプ射出面１４４では、これら多数の虚像があた
かも光束を射出したかのよう、多数の光束が互いに重な
り合い、照度分布が均一になる。上述したように、本実
施例のオプティカルパイプは「照度分布安定性」が良好
であると共に、最適な長さＬを達成可能であり、照明領
域を均一な照明し装置の小型化に寄与する。

【００９５】オプティカルパイプ１４０の射出面は集光
ズームレンズ１５０によりハエの目レンズ１６０の入射
面に所定の倍率で結像する。ハエの目レンズ１６０は開
口絞り１７０を透過し、集光レンズ１８０を介して、絞
り１９０を均一に照明する。絞り１９０を通過した光束
は結像光学系２００及び２１０を通った後マスク３００
の照射面を照明する。

【００９６】マスク３００を通過した光束は投影光学系
４００の結像作用によって、プレートＷ上に所定倍率で
縮小投影される。ステップ・アンド・スキャン方式の露
光装置１であれば、光源部と投影光学系４００は固定し
て、マスク３００とプレートＷの同期走査してショット
全体を露光する。更に、プレートＷのウェハステージを
ステップして、次のショットに移り、プレートＷ上に多
数のショットを露光転写する。なお、露光装置１がステ
ップ・アンド・リピート方式であれば、マスク３００と
プレートＷを静止させた状態で露光を行う。

【００９７】本発明の露光装置１は、オプティカルパイ
プ１４０の後段のハエの目レンズ１６０で形成される光
強度分布（有効光源）の均一性を向上させると共に、被
照射面（レチクル面ないしウェハ面）における照度均一
性の向上にも寄与している。これにより、露光装置１は
レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデ
バイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤな
ど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

【００９８】次に、図９及び図１０を参照して、上述の
露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説
明する。図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体
チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフ
ローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を
例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの
回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステッ
プ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウ
ェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工
程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラ
フィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ス
テップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４に
よって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工
程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの
検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００９９】図１０は、ステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
はウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）
では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）で
は、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【０１００】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。

【０１０１】

【発明の効果】本発明による条件で、オプティカルパイ
プの形状とそれに入射する光束の角度を最適に決定すれ
ば、パイプ射出端での照度分布の均一性および偏心に対
する安定性を良好に実現することができる。更に、パイ
プ長さを適正に短くできるので、小型で、高効率、高性
能な照明装置およびそれを用いた露光装置、デバイスの
製造方法を達成することができる。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射した光束を用いて被照明領
   域を照明する照明装置であって、 前記光源から出射した光束を集光する集光光学系と、 前記集光光学系と前記被照明領域の間に位置し、ｍ角形
   （ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対の反射
   面を構成すると共に、前記光束を前記対向する複数対の
   反射面間で反射させる反射型オプティカルインテグレー
   タとを有し、 前記反射面間の媒質の屈折率をｎ、前記複数対の反射面
   間の距離をφ、前記集光光学系から出射した光束が前記
   反射型オプティカルインテグレータに入射する際の発散
   角をθ、前記反射型インテグレータの断面形状に関連し
   て定まる定数をＣ、自然数をＡとすると、前記反射型オ
   プティカルインテグレータの軸方向の長さＬが以下の式
   を満足する照明装置 Ｒ＝φ／［ｔａｎ｛ｓｉｎ^−１ （ｓｉｎθ／ｎ）｝］ Ｃ×（Ａ−０．１）×Ｒ ≦ Ｌ ≦ Ｃ×（Ａ＋０．
   １）×Ｒ。
2. 【請求項２】 前記反射型オプティカルインテグレータ
   の前記断面形状が正方形もしくは長方形のとき、Ｃ＝１
   である請求項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】 前記反射型オプティカルインテグレータ
   の前記断面形状が正６角形のとき、Ｃ＝１．０５又は
   １．１５である請求項１記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記集光光学系は前記発散角の異なる複
   数の光学系を含み、当該光学系は照明条件に応じて切り
   替え可能である請求項１記載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記照明装置は、前記光源と前記集光光
   学系の間に光束の角度分布を矩形の前記被照明領域の縦
   横比と略同じとする光学素子を更に有する請求項１記載
   の照明装置。
6. 【請求項６】 前記光学素子は前記矩形の被照明領域に
   おける長手及び短手方向に関する焦点距離が互いに異な
   るアナモフィック光学系より構成される光学素子である
   請求項５記載の照明装置。
7. 【請求項７】 前記光学素子は、入射光の波面を分割し
   て光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面分
   割型オプティカルインテグレータである請求項５記載の
   照明装置。
8. 【請求項８】 前記照明装置は、前記光源と前記集光光
   学系の間に光束の角度分布を矩形の前記被照明領域の短
   手方向に合わせて設定する光学素子を更に有する請求項
   １記載の照明装置。
9. 【請求項９】 前記光学素子は、入射光の波面を分割し
   て光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面分
   割型オプティカルインテグレータである請求項８記載の
   照明装置。
10. 【請求項１０】 前記波面分割型オプティカルインテグ
    レータは発散角の異なる複数の光学素子を含み、当該光
    学素子は照明条件に応じて切り替え可能である請求項９
    記載の照明装置。
11. 【請求項１１】 照明条件に応じて前記発散角を可変と
    するズーム機構を有する請求項１記載の照明装置。
12. 【請求項１２】 前記光束の光軸と垂直な面内で前記反
    射型オプティカルインテグレータを移動する移動機構を
    更に有する請求項１記載の照明装置。
13. 【請求項１３】 前記照明光学系は、前記反射型オプテ
    ィカルインテグレータを入射面近傍位置を支点に傾け駆
    動する駆動機構を更に有する請求項１記載の照明装置。
14. 【請求項１４】 光源から出射した光束を用いてレチク
    ル又はマスクを照明する照明装置であって、前記光源か
    ら出射した光束を集光する集光光学系と、前記集光光学
    系と前記レチクル又はマスクの間に位置し、ｍ角形
    （ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対の反射
    面を構成すると共に、前記光束を前記対向する複数対の
    反射面間で反射させる反射型オプティカルインテグレー
    タとを有し、前記反射面間の媒質の屈折率をｎ、前記複
    数対の反射面間の距離をφ、前記集光光学系から出射し
    た光束が前記反射型オプティカルインテグレータに入射
    する際の発散角をθ、前記反射型インテグレータの断面
    形状に関連して定まる定数をＣ、自然数をＡとすると、
    前記反射型オプティカルインテグレータの軸方向の長さ
    Ｌが以下の式を満足する照明装置Ｒ＝φ／［ｔａｎ｛ｓ
    ｉｎ−^１（ｓｉｎθ／ｎ）｝］、Ｃ× （Ａ−０．１）
    ×Ｒ ≦ Ｌ ≦ Ｃ× （Ａ＋０．１）×Ｒと、 前記レチクル又はマスクに形成されたパターンを被処理
    体に投影する光学系とを有する露光装置。
15. 【請求項１５】 前記反射型オプティカルインテグレー
    タの前記断面形状が正方形もしくは長方形のとき、Ｃ＝
    １である請求項１４記載の露光装置。
16. 【請求項１６】 前記反射型オプティカルインテグレー
    タの前記断面形状が正６角形のとき、Ｃ＝１．０５又は
    １．１５である請求項１４記載の露光装置。
17. 【請求項１７】 光源から出射した光束を用いてレチク
    ル又はマスクを照明する照明装置であって、前記光源か
    ら出射した光束を集光する集光光学系と、前記集光光学
    系と前記レチクル又はマスクの間に位置し、ｍ角形
    （ｍ：偶数）の断面形状において対向する複数対の反射
    面を構成すると共に、前記光束を前記対向する複数対の
    反射面間で反射させる反射型オプティカルインテグレー
    タとを有し、前記反射面間の媒質の屈折率をｎ、前記複
    数対の反射面間の距離をφ、前記集光光学系から出射し
    た光束が前記反射型オプティカルインテグレータに入射
    する際の発散角をθ、前記反射型インテグレータの断面
    形状に関連して定まる定数をＣ、自然数をＡとすると、
    前記反射型オプティカルインテグレータの軸方向の長さ
    Ｌが以下の式を満足する照明装置Ｒ＝φ／［ｔａｎ｛ｓ
    ｉｎ^−１（ｓｉｎθ／ｎ）｝］、Ｃ× （Ａ−０．１）
    ×Ｒ ≦ Ｌ ≦ Ｃ×（Ａ＋０．１）×Ｒと、前記レ
    チクル又はマスクに形成されたパターンを被処理体に投
    影する光学系とを有する露光装置を用いて被処理体を投
    影露光する工程と、 前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
    程とを有するデバイス製造方法。
18. 【請求項１８】 前記反射型オプティカルインテグレー
    タの前記断面形状が正方形もしくは長方形のとき、Ｃ＝
    １である請求項１７記載のデバイス製造方法。
19. 【請求項１９】 前記反射型オプティカルインテグレー
    タの前記断面形状が正６角形のとき、Ｃ＝１．０５又は
    １．１５である請求項１７記載のデバイス製造方法。