JP3200654B2 - 投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マスク，レチクルな
どの微細パターンをウエハなどの被露光基板上に転写す
る投影露光装置に関するものである。

【０００２】原図基板上のＬＳＩなどのパターンを被露
光基板上に転写する投影露光装置は、ＬＳＩなどのパタ
ーン寸法の微細化の必要性に呼応して高い解像性が要求
される。ところで、これらの投影露光装置の解像度は、
被露光基板上の一点から投影露光光学系を見るときの開
口数をＮＡ、露光にしようする光線の波長をλとすると
き、概ねλ／ＮＡに比例すると考えられていた。しかし
ながら、近年、解析や実験が進み、原図基板を照射して
投影露光光学系に入れる照明光線の状態によっても、被
露光基板上に投影露光する原図基板上のパターンの像の
コントラスト、つまり解像性が大きく変化することが分
かった。

【０００３】特願昭５９−２１１２６９号には、「レチ
クル照射する２次光源の射出面強度分布を周辺部強度が
中心部強度より大とせしめる特殊絞りを有する」ように
することにより、高解像になることが示され、特願平３
−９９８２２号、特願平３−１４８１３３号、特願平３
−１５７４０１号、特願平３−２１８１００号、特願平
３−２１８０９８号、特願平３−２２５３３５号、特願
平３−２３５７５３号、特願平３−２５４３０６号、特
願平３−２９０４４２号には、レチクルに入射する光を
投影露光光学系の開口数に対応した角度、あるいは、そ
れより小さい角度で傾けて照射する方法，装置が多数提
案されている。

【０００４】しかしながら、これらの出願においては、
何れもレチクルを照射する２次光源の射出時の強度分布
が理想的であり、前記の各出願で指定する２次光源の各
々の形状の範囲では光強度が均一である、ということが
暗黙の内に仮定されている。したがって、前記の出願
は、何れもレチクルを照射する２次光源の射出形状内の
強度分布や射出方位分布の不均一性についてはなんら触
れておらず、その均一化を図る方策についても勿論全く
触れていない。

【０００５】従来の投影露光装置の光学系の基本構造を
図１３に示す。超高圧水銀ランプ，エキシマレーザなど
の１次光源６７から発した光は、第１照明光学系６８を
通り、均一化光学系６９に導かれる。均一化光学系６９
としては、ほとんどの場合、小断面寸法の棒状レンズの
集合体、あるいはその棒状レンズの集合体を一体化して
作ったフライアイレンズと呼ばれるオプティカルインテ
グレータが使用されている。

【０００６】棒状のフライアイレンズ各々の射出光が第
２照明光学系７０を介して原図基板７１を照射するよう
にして、その重畳効果によってそのフライアイレンズか
らなるオプティカルインテグレータに入射する光に強度
や方向の場所的なばらつきや分布があっても、原図基板
７１上では、照明光の露光領域内均一性がなるべく良く
なるようにしている。そして、第２照明光学系７０によ
って照射された原図基板７１上の被露光パターンは、投
影露光光学系７２を通して被露光基板７３上に転写され
る。

【０００７】図１４は、光源として超高圧水銀ランプを
用いた、投影露光装置の照明系の１例をより具体的に示
す断面図である。超高圧水銀ランプ７４を楕円ミラー７
５の第１焦点の位置に設置し、超高圧水銀ランプ７４か
ら四方八方にでる光を平面ミラー８０を介して楕円ミラ
ー７５の第２焦点に一旦集める。その後、インプットレ
ンズ７６によって、光線を光軸にほぼ平行な光とし、そ
してこの光をフィルタ７７を通して露光に必要な単光色
を取り出して、オプティカルインテグレータ７８に入れ
る。超高圧水銀ランプ７４は、ランプの軸方向には光が
取り出せないので、図１４に示した光学系では、インプ
ットレンズ７６に入る光は中心部で弱く、周辺部が強
い。

【０００８】従来の一般的な投影露光装置では、オプテ
ィカルインテグレータ７８の射出光の全域または、中心
部から射出される光を利用していた。このため、図１４
に示すように、周辺部の光を中心部に寄せるためのコー
ンレンズ７９を入れ、オプティカルインテグレータ７８
に入る周辺部に対する中心部の強度をコーンレンズ７９
をいれない場合より高めている。特願昭５９−２１１２
６９号や特願昭３−１６７４９１号に示される、オプテ
ィカルインテグレータ７８の周辺部からの光だけ、もし
くは、周辺部からの光を中心部より強くして露光する装
置では、コーンレンズ７９をいれない方がより効果的に
集光できる。

【０００９】図１４の楕円ミラー７５，平面ミラー８
０，インプットレンズ７６，フィルタ７７，コーンレン
ズ７９からなる光学系が、図１３に示した第１照明光学
系６８に相当し、オプティカルインテグレータ７８と、
オプティカルインテグレータ７８の出射側に設置される
開口絞り８１とが図１３に示した均一化光学系６９に相
当する。そして、レチクル８５が図１３に示した原図基
板７１に相当し、縮小投影レンズ８６が図１３の投影露
光光学系７２に相当し、ウエハ８７が図１３の被露光基
板７３に相当する。縮小投影レンズ８６の中に設けられ
た開口絞り８８は、投影露光光学系の開口数ＮＡを決定
する絞りである。なお、図１４の８９はランプハウスで
ある。

【００１０】光源を超高圧水銀ランプ７４でなく、エキ
シマレーザを使用する場合は、楕円ミラー７５などの集
光光学系を用いる必要はないが、レーザのスペックルを
消すための、例えば特願昭５８−１００６８９号や特願
昭６３−２２１３１号に示されるような工夫を行った光
学系を第１照明光学系６８の中に設置する必要がある。
均一化光学系６９以降は、超高圧水銀ランプ７４を光源
とする場合と基本的に同様である。以上のような、投影
露光装置の光学系においては、原図基板からみると、照
明光があたかも均一光学系の射出側を光源としてくるか
のように見えるため、オプティカルインテグレータ７８
の出射側は、２次光源と呼ばれる。

【００１１】ところで、露光領域全域の光を使用する場
合、オプティカルインテグレータ７８を構成する各要素
レンズの軸直角断面形状は、レチクル８５のパターン領
域（露光領域）の形状になるべく似た形の方がよい。な
ぜならば、露光領域は、オプティカルインテグレータ７
８の各要素レンズによって、その各要素レンズの断面形
状の形で照射されるため、パターン領域の形状に似た形
の要素レンズを用いれば、オプティカルインテグレータ
７８を出た光のほとんど全てが、そのパターン領域を照
射するからである。逆に、４角形のパターン領域を持つ
レチクル８５に対し、断面が円形の要素レンズを集合し
て構成したオプティカルインテグレータ７８によって照
射すれば、円形から４角形を差し引いた部分の光は原図
基板のパターン領域の周りを照射することになり、パタ
ーン領域の露光には有効に使われないので、その分の光
量も失われる。

【００１２】したがって、ＬＳＩチップのように、長方
形または正方形形状のパターン領域を有するレチクル８
５を用いる場合は、オプティカルインテグレータ７８を
構成する各要素レンズの軸直角断面形状を長方形または
正方形とする事が多い。例えば、図１５に示すように、
長方形または正方形の断面形状の要素レンズ９０を規則
正しく直交２方向に密接して並べて使用している。この
ような形態とすることにより、オプティカルインテグレ
ータ７８に入射した光線を無駄無くレチクル８５上のパ
ターン領域へと差し向けることができる。

【００１３】ところで、図１５に示す、要素レンズ９０
の断面配置を示したようなオプティカルインテグレータ
７８は、その中心部分を通過する光を、円形開口９１に
よって取り出して使用する場合は、レチクル８５の露光
領域（パターン領域）内の強度分布が比較的均一とな
り、円形開口９１の大きさが多少変わっても不均一性は
あまり増大しない。

【００１４】ここで、図１３に示した原図基板７１（レ
チクル８５）から投影露光光学系７２（縮小投影レンズ
８６）を見るときの開口数をＮＡｐ、原図基板７１から
第２照明光学系７０を通して均一化光学系６９の射出側
の２次光源を見るときの開口数をＮＡｉとするとき、オ
プティカルインテグレータ７８の射出側の開口の大きさ
は一般にコヒーレンシィファクタσ＝ＮＡｉ／ＮＡｐで
規格化して表す。

【００１５】被露光基板７３から投影露光光学系７２を
見るときの開口数ＮＡが０．３５のｉ線縮小投影露光装
置を用いて、通常の投影露光装置で用いられるσ＝０．
２５〜０．６５の範囲で、円形開口９１の大きさを各種
変えて露光領域内の光強度分布の不均一性を調べた結
果、概ね±２％以下のデータが得られた。図１５で、各
要素レンズ９０の軸直角断面寸法は、縦４．５ｍｍ，横
４ｍｍであり、横方向ぎりぎりの開口（円形開口９１の
直径２４ｍｍ）がσ＝０．６５に相当する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置は
以上のように構成されていたので、図１４に示す、オプ
ティカルインテグレータ７８の射出側に、特願昭５９−
２１１２６９号、特願平３−１４８１３３号、特願平３
−２３５７５３号、特願平３−２５４３０６号、特願平
３−２９０４４２号に示されるような、円輪または、部
分円輪形の開口を付与すると、露光領域内の強度分布の
均一性が著しく劣化する。例えば、図１５に示したオプ
ティカルインテグレータ７８の射出側に、σ＝０．６５
の条件で、円形開口９１の開口半径に対する中心遮光率
を変化させた円輪形の開口を付与すると、図１６に示す
ように、中心遮光率Ｒｉ／Ｒｏが０．６以上で露光領域
内の強度分布の均一性が著しく劣化し、実用上は露光量
マージンの大幅な低下につながることが分かる。

【００１７】例えば、実際のＬＳＩを製作する場合に、
微細パターンを転写する際には、既に別の微細パターン
が形成されている被露光基板上に、その微細パターンに
重ね合わせて新たな微細パターンを転写することになる
ため、重ね合わせる微細パターンの転写時の露光量をそ
の下の微細パターンと同じ露光量で露光してもパターン
の寸法，形状にばらつきが出やすい。したがって、前述
のように２次光源からの露光量自体が上記のようにばら
つくと、既に形成されている下層の微細パターンの影響
と合わさり、転写するパターンの寸法，形状は大きくば
らつく。また、その各要因が一緒になってパターン寸
法，形状のばらつきとなるため、パターンのばらつきの
原因が、下地の影響なのか、投影露光装置の光学系の影
響なのかが把握できず、対策がとれず、その結果性能の
良いＬＳＩができない。

【００１８】また、特願昭５９−２１１２６９号、特願
平３−１４８１３３号などに示されるように、オプティ
カルインテグレータ７８の周辺の円輪または部分円輪形
の部分に入射光を集めるようにする工夫を、オプティカ
ルインテグレータ７８の入射側に施しても、光線の利用
率が高まるだけで露光領域内の光の強度分布の均一性の
劣化を改善することはできない。

【００１９】このように、２次光源として、円輪または
部分円輪形の光源とした場合に前述した露光領域内の露
光強度むらができる原因を以下に説明する。まず、オプ
ティカルインテグレータ７８を構成する要素レンズを通
過する光の状態について説明する 図１７は図１４のオプティカルインテグレータ７８を構
成する棒状の要素レンズの軸を含む断面とその中の光線
の進み方を示した断面図である。

【００２０】オプティカルインテグレータ７８に入射す
る光は、もともとの光源が点光源でなく大きさを持って
いること、図１３の第１照明光学系６８に収差が存在す
ること、光源の可干渉性を調整するために意図的に若干
の広がりを持たせることがあることなど、様々な理由か
ら広がり角αを持っている。

【００２１】要素レンズ９０ａに入る光の進み方を追跡
するとき、広がり角度αで入射する光は、要素レンズ９
０ａの入射面９３と射出面９４により屈折し、図１７
（ａ）に示すように、要素レンズ９０ａ内で交差する
か、図１７（ｂ）に示すように要素レンズ９０ｂをでた
ところで交差するか、図１８（ａ）に示すように、射出
面９４付近で交差する。つまり、図１７（ａ）の要素レ
ンズ９０ａは入射面９３から入った光の焦点が要素レン
ズ９０ａ内にある場合、図１７（ｂ）の要素レンズ９０
ｂは入射面９３から入った光の焦点が要素レンズ９０ｂ
の射出面９４より後方にある場合、図１８（ａ）の要素
レンズ９０ｃと図１８（ｂ）の要素レンズ９０ｄは、入
射面９３から入った光の焦点がおおよそ射出面９４上に
ある場合をそれぞれ示している。

【００２２】これらの要素レンズ９０ａ，９０ｂ，９０
ｃにはいる光が無限小の１点からでた光、あるいは完全
に平行な光であれば、ある一点に全ての光が集中し焦点
を結ぶが、それらの要素レンズに入る光は広がり角αを
持っているので、完全には焦点を結ばない。

【００２３】ところで、図１７（ａ），（ｂ），図１８
（ａ）においては、入射面９３上の任意の点から出る光
は、要素レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃの側壁に当たら
ずに進むかわりに、射出面９４の全域を照射しない。一
方、入射した光が、入射面９３で屈折した後、射出面９
４に達する前に、その一部が要素レンズ９０ａ，９０
ｂ，９０ｃの側壁に当たるようにすれば、入射側の任意
の１点に広がり角αで入る光が、射出面９４の全域を照
射することもできる。また、図１８（ａ）の場合に、図
１８（ｂ）に示すように入射側の任意の一点から要素レ
ンズ９０ｄに入って広がった光が、ちょうど射出面９４
を覆うように要素レンズの光学定数や寸法を選べば、要
素レンズ９０ｄの側壁に光をほとんど当てること無く、
射出面９４の全域を照射することができる。

【００２４】以上のように、要素レンズの入射側の全て
の点から来る光が、要素レンズの射出側で重畳されるよ
うにした方が、原図基板を照射する光の均一性が良くな
ることはいうまでもない。ここで、要素レンズの射出側
に開口絞りを置いた場合について考える。たとえば、図
１８（ｂ）の射出側に図１９（ａ）に示すように開口絞
り９５を設けると、図１９（ａ）のＡ点から出て開口絞
り９５を通ることのできる光は、図１９（ａ）中の斜線
で示すとおり、Ａ点から出る光の一部となり、Ａ点から
出て開口絞り９５を通る光だけでは、露光領域の全域を
照射できなくなり、Ａ点に入る光のうち、角度が所定の
範囲のものだけが原図基板の照明に寄与することにな
る。

【００２５】要素レンズ９２の入射側のＡ点以外の任意
の点Ｂ，Ｃ・・・に入射した光も、同様に開口絞り９５
によって制限を受け、Ａ点から入射した光が原図基板を
照射できるのとは別の場所のみを照射するようになる。
また、図１９（ａ）に示した例は、図１８（ｂ）の入射
側の任意の一点から要素レンズ９０ｄに入った光が、射
出面９４の全域を照射する場合であるが、図１７
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように、入射角の任意
の一点から要素レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃに入った
光が射出面９４の全域を照射しない場合には、開口絞り
９５の位置にある入射点の位置によっては、その入射点
から要素レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃに入った光の大
部分、または、全部がカットされてしまうこともある。

【００２６】図１９（ａ）に示すような状態で原図基板
の露光領域が照明されると、露光領域内の全ての場所
は、要素レンズ９２の入射側のあるところからくる光に
よって照射されるものの、図１９（ａ）中の点Ａ，Ｂ，
Ｃ・・・から等しく照射されないため、露光領域内にお
ける照明の均一性が劣化する。そして、図１７（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すように、入射側の任意の一点から
要素レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃに入って光が射出面
９４の全域を照射しない場合には、さらに照明の均一性
が悪化する。

【００２７】ここで、以上では１つ１つの要素レンズ毎
に対して、その射出光に開口絞りを設けた場合を述べた
が、要素レンズを図１５に示すようにオプティカルイン
テグレータ７８として組合わせた状態で、図１９（ｂ）
に斜線で示すように、その射出側に円輪状の開口絞りを
設けた場合は、１つ１つの要素レンズ９０が開口の位
置，面積，形状が異なる。したがって、１つ１つの要素
レンズ９０からくる光の均一性が悪い上に、多数の要素
レンズ９０からその均一性が悪い光が、強度の大小，光
線の角度分布が全くバラバラに重畳され、さらに露光領
域を照射する照明の均一性は悪くなる。

【００２８】ところで、図１５に示す円形の開口絞りを
用いる場合には、円形開口９１の中央部の要素レンズ９
０は全域が均等に使われ、この均等に使われる要素レン
ズ９０からの光量が、円形の開口絞りによってその一部
または大部分が遮光される要素レンズ９０からの光量に
比較して、大きい割合で露光領域を照射するのでその均
一性は悪化しない。

【００２９】この発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたもので、円輪または円輪状の２次光源
を用いる投影露光装置において、原図基板露光領域の照
明均一性を向上させることを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】この発明の投影露光装置
は、要素レンズの集合体または、一体化した要素レンズ
群をオプティカルインテグレータとして用い、そのオプ
ティカルインテグレータの射出光を２次光源として、投
影露光光学系を通して、原図基板上のパターンを被露光
基板上に転写する投影露光装置において、オプティカル
インテグレータへの入射光が、円輪または部分円輪形に
集められた光であり、要素レンズをその中心がおおよそ
円輪の半径を半径とする１つの円の円周上、または、円
輪の半径を半径とする円弧の上に並ぶように配置したオ
プティカルインテグレータを備えるようにしたものであ
る。

【００３１】また、この発明の投影露光装置は、要素レ
ンズの集合体または、一体化した要素レンズ群をオプテ
ィカルインテグレータとして用い、オプティカルインテ
グレータの出射光を２次光源として、投影露光光学系を
通して、原図基板上のパターンを被露光基板上に転写す
る投影露光装置において、要素レンズをその中心がおお
よそ１つの円の円周上、または円弧の上に並ぶようにし
たオプティカルインテグレータを有し、オプティカルイ
ンテグレータの出射側に、円輪状または部分円輪状の開
口絞り、あるいは、周辺部の光透過率が中心部の光透過
率より大きくなるようにした絞りを設け、要素レンズの
中心を配置したおおよその円の円周または円弧の位置
が、円輪または部分円輪の開口絞りの開口の範囲、ある
いは、周辺部の光透過率が中心部の光透過率より大きく
なるようにした絞りの周辺部の光透過率が大の範囲にあ
るようにしたものである。

【００３２】

【作用】オプティカルインテグレータの要素レンズ各々
の射出面の全域、または、かなり広い面積の部分から原
図基板照明を取り出すことができ、かつ、要素レンズ各
々の光軸に近い光線を使うことができる。原図基板上の
露光領域内の任意の点が多くの要素レンズによってほぼ
均一の条件で照射されるようになる。

【００３３】

【実施例】（実施例１） 図１はこの発明の１実施例を示すオプティカルインテグ
レータの要素レンズの軸直角方向の配置を示す断面図で
ある。１は軸直角断面が正方形の要素レンズ、２は要素
レンズ１が配置する円、３はＸ軸，Ｙ軸と４５°を成す
直線と円２との交点である。ここで、円輪状の２次光源
を用いて投影露光を行う場合、必要とする円輪の半径を
ｒ、円輪の幅をｂとするとき、半径ｒの円２上に要素レ
ンズ１を密接して並べる条件を以下に記す。

【００３４】パターンが露光される基板上でのｘ方向、
ｙ方向での照射条件を同じくして解像度を同じにするた
めには、要素レンズをｘ方向，ｙ方向に関して対称に配
置する必要がある。このための条件は、Ｘ軸，Ｙ軸と４
５°を成す直線に対し、要素レンズを対称に配置するこ
とである。

【００３５】図１に示すように、Ｘ軸，Ｙ軸と４５°を
成す直線と半径ｒの円との交点３上に、まず、要素レン
ズ１の中心を置いた場合、要素レンズ１をその中心が円
２上を通るように密接して並べるには、その要素レンズ
３の中心すなわち交点３からＸ軸とＹ軸それぞれに下ろ
した垂線の長さｈを、要素レンズ１の１辺の長さａのｎ
／２倍（ｎは正の正数）でなければならない。したがっ
て、垂線の長さｈは以下の式で表される

【００３６】 ｈ＝ｒ／√２＝ｎａ／２（ｎ＝１，２・・・）・・・（１）

【００３７】ゆえに、円２の半径ｒと要素レンズ１の１
辺の長さａは以下の等式の関係を満たす必要がある。

【００３８】 ｒ＝ｎａ／√２（ｎ＝１，２・・・） ・・・（２）

【００３９】そこで、要素レンズ１の１辺の長さａを必
要な円輪の幅ｂと等しくする場合には、ａ＝ｂなので、
以下の等式が成り立つ、

【００４０】 ｒ＝ｎｂ／√２（ｎ＝１，２、・・・） ・・・（３）

【００４１】したがって、パターンが露光される基板上
でのｘ方向、ｙ方向での照射条件を同じくして解像度を
同じにするために、要素レンズをｘ方向，ｙ方向に４５
°の直線に対して対称に配置する条件は、以下の等式が
成り立つことが条件となる。

【００４２】 ｒ／ｂ＝ｎ／√２（ｎ＝１，２・・・） ・・・（４）

【００４３】すなわち、要素レンズ１を並べる円２の半
径を、光を透過させたい円輪の幅ｂのｎ／√２倍とすれ
ば、軸直角断面形状が１辺の長さａの正方形である要素
レンズを、半径ｒ，幅ｂの円輪に類似した形状の、半径
ｒの円２上に隙間なく並べることができる。

【００４４】このように、軸直角断面が正方形の要素レ
ンズ１を、その各中心が円２上に位置するように配置し
たため、各要素レンズ１に入射して射出面に達する光は
全て射出され、各要素レンズ１の射出面全体が２次光源
となり、かつ、原図基板はそれぞれの要素レンズ１の射
出面前域から、射出面積や射出角度分布が均等の条件で
発せられる光によって、重畳して照射される。したがっ
て、原図基板の照明は、強度、照射角度分布とも露光領
域内の場所によるばらつきが少ない均一な光となる。要
素レンズ１が集合した２次光源の輪郭形状は、ほぼ円輪
状であり、微細パターンの転写に関しても、中心半径
ｒ，幅ｂの円輪状の２次光源を用いた場合とほぼ同じ投
影露光特性を得ることができる。

【００４５】（実施例２）図２は、この発明の第２の実
施例を示すオプティカルインテグレータの要素レンズの
軸直角方向の配置を示す断面図である。４は図１の要素
レンズ１と同様に軸直角断面が正方形の要素レンズであ
り、その中心が円５の上に位置するように配置してあ
る。要素レンズ４の配置は、図１の要素レンズ１とは異
なり、Ｘ軸，Ｙ軸と４５°を成す直線上に要素レンズ４
の中心は置かれず、Ｘ軸，Ｙ軸と４５°を成す直線上に
２つの要素レンズ４の角を配置する。この場合の半径ｒ
の円５上に１辺の長さａの要素レンズ４を密接して並べ
る条件は以下に記す。

【００４６】Ｘ軸、Ｙ軸と４５°を成す直線上に角を置
く正方形の要素レンズ４の中心６から、Ｘ軸に下ろした
垂線の長さｈｙは、要素レンズ４の１辺の長さａの２分
のｎ（ｎは正の整数）倍でなければならないので、以下
の等式が成立する。

【００４７】 ｈｙ＝ｎａ／２（ｎ＝１，２，・・・） ・・・（５）

【００４８】一方、このオプティカルインテグレータの
中心７と要素レンズ４の中心とを結ぶ距離がｒであるか
ら、要素レンズ４からＹ軸に下ろした垂線である図２の
ｈｘは以下の式で示せる。

【００４９】 ｈｘ＝ｈｙ＋ａ ・・・（６）

【００５０】オプティカルインテグレータの中心７と要
素レンズ４の中心を結ぶ距離ｒとｈｘ，ｈｙとの間には
以下の等式が成立する。

【００５１】 ｒ＝（ｈｘ²＋ｈｙ²）^1/2 ・・・（７）

【００５２】ここで式（５），（６）を式（７）に代入
して以下の式を導く。

【００５３】 ｒ＝（（ｈｙ＋ａ）²＋ｈｙ²）^1/2 ＝ａ・（ｎ²／２＋ｎ＋１）^1/2 ・・・（８）

【００５４】ここで要素レンズ４の１辺の長さａを必要
な円輪の幅ｂと等しくとれば、式（８）のａをｂに置き
換えて、以下の等式が成立する。

【００５５】 ｒ＝ｂ・（ｎ²／２＋ｎ＋１）^1/2 ・・・（９）

【００５６】式（９）の等式を満たすように半径ｒと幅
ｂの関係を定めれば、半径ｒ，幅ｂの円輪に類似した形
状に要素レンズを配置することができる。この実施例２
の場合も、軸直角断面が正方形の要素レンズ４をその中
心が円５の上に位置するように配置したため、各要素レ
ンズ４に入射して射出面に達する光は遮られることなく
全て射出され、各要素レンズ４の射出面全域が２次光源
となり、くわえて、それぞれの要素レンズ４の射出面全
域から、射出面積や射出角度分布が均等の条件で光は発
せられ、それらの光が重畳して原図基板を照射する。し
たがって、原図基板の照明は、強度，照明角度，照明分
布が露光領域内の場所によるばらつきの少ない、均一な
光となる。

【００５７】要素レンズ４が集合した２次光源の輪郭形
状は、ほぼ円輪状であり、微細パターンの転写に関して
も、従来のオプティカルインテグレータの射出側に中心
半径ｒ，幅ｂの円輪状の開口絞りを設置した場合と同様
の投影露光特性を得ることができる。ところで、図２の
配列は図１のそれと大差がないように見えるが、図２の
要素レンズ４の配列はその要素レンズ４の存在する場所
がＸ軸およびＹ軸方向に偏り、Ｘ軸およびＹ軸から４５
°傾いた方向からの光が他の方向からの光より若干弱
い。したがって、図１の配列と図２の配列を比較した場
合、図１の場合どちらかと言うと、円輪光源に近いのに
対し、図２の配列の場合は、Ｘ軸とＹ軸で分割される部
分円輪光源に近い。

【００５８】転写するパターンがｘ方向とｙ方向だけの
場合には、特願平３−２５４３０６号に示されるよう
に、円輪光源よりＸ軸とＹ軸で分割される部分円輪光源
の方が高解像となり、一方、その部分円輪光源ではＸ
軸，Ｙ軸に対し４５°方向のパターンの解像性が落ち
る。つまり、転写するパターンが全方位の場合、図１の
配列が好ましく、転写するパターンがＸ軸方向およびＹ
軸方向だけの場合には図２の配列の方が好ましい。

【００５９】（実施例３）図３は、この発明の第３の実
施例を示すオプティカルインテグレータの要素レンズの
軸直角方向の配置を示す断面図である。８は、軸直角断
面が図１，図２の場合とは異なり長方形の要素レンズ、
９は要素レンズ８の軸直角断面の中心が配置される円で
ある。露光領域が長方形の場合は、オプティカルインテ
グレータの各要素レンズから出る光が長方形に集光され
るようにするため、要素レンズを長方形にしてこれらを
密接配置した方が集光効率の点からは有利となる。この
場合の、半径ｒの円９上に長辺の長さｌ1，短辺の長さ
ｌ2の要素レンズ８を密接して並べる条件を以下に記
す。

【００６０】ｎ２個の長方形を、Ｙ軸に対称に、長辺に
あたる左辺と右辺を隣接して円９上にその中心を置きな
がら横に並べるとき（図３中の斜線の要素レンズ８）、
そのｎ２個の長方形の要素レンズ８のうち、両端となる
要素レンズ８の中心間のｘ方向の距離ｌｘは次式で表せ
る。

【００６１】 ｌｘ＝ｌ2（ｎ２−１） ・・・（１０）

【００６２】そのｎ２個の長方形のうち、両端となる長
方形の中心がＸ軸とＹ軸の交点を中心としてＹ軸に対し
て張る角度をθとすれば以下の等式が成立する。

【００６３】 ｓｉｎθ＝ｌｘ／２ｒ＝ｌ2（ｎ２−１）／２ｒ・・・（１１）

【００６４】一方、そのｎ２個の要素レンズ８うち、両
端となる要素レンズ８の間に、ｎ１個の要素レンズを、
Ｘ軸を対称に、短辺にあたる上辺と下辺を隣接して円９
上に中心を置きながら縦に並べるとき（図３中横線で示
した要素レンズ８）、ｎ２個の長方形（図３中斜線で示
した要素レンズ８）のうち両端の要素レンズ８同士の間
のｙ方向の中心間の距離は、以下の式で表せる。

【００６５】 ｌｙ＝ｌ1（ｎ１＋１） ・・・（１２）

【００６６】斜線で示したｎ２個の要素レンズ８のうち
両端の要素レンズ８の中心がＸ軸とＹ軸の交点を中心と
してＸ軸と張る角度をφとすれば、以下の等式が成立す
る。

【００６７】 ｓｉｎφ＝ｌ1（ｎ１＋１）／２ｒ ・・・（１３）

【００６８】一方、図３から明らかなようにφ＝π／２
−θであるからｓｉｎφ＝ｃｏｓθであり式（１３）の
左辺はｃｏｓθとなり、以下の等式が成立する。

【００６９】 ｔａｎθ＝ｌ2（ｎ２−１）／ｌ1（ｎ１＋１）・・・（１４）

【００７０】また、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１なので以
下の等式が成立する。

【００７１】 ｌ1²（ｎ１＋１）²＋ｌ2 ²（ｎ２＋１）²＝ｒ²・・・（１５）

【００７２】ｌ1，ｌ2を、必要とする円輪の幅ｂと近い
値とすれば、円輪光源を２次光源とした場合とほぼ同じ
条件での照明が、この実施例３の要素レンズ８を、図３
に示すように、配列したオプティカルインテグレータで
得られ、従来のオプティカルインテグレータの射出側に
円輪開口絞りを配置した場合より、長方形露光領域の照
明均一性を改善できる。

【００７３】この実施例３の場合も、実施例１，２と同
様に、要素レンズ８をその中心が円９上に位置するよう
に配置したので、各要素レンズ８に入射して射出面に達
する光は、開口絞りなどに部分的に遮られることなく、
全て射出され、各要素レンズ８の射出面全域が２次光源
となる。そして、射出面積，射出角度分布が均一な条件
で各要素レンズ８の射出面から発せられた光は、それぞ
れ重畳して照明されるので、その光が照射される原図基
板上は、照射される光の強度，照射角度分布ともパター
ンが転写される露光領域内の場所によるばらつきが少な
い均一な光となる。

【００７４】図３に示す、要素レンズ８が集合した２次
光源の輪郭形状は、ほぼ円形であり、微細パターンの転
写に関しても、従来の、中心半径ｒ，幅ｂの円輪状の開
口絞りをオプティカルインテグレータの射出側に配置し
て２次光源とした場合と、ほぼ同じ投影露光特性を得る
ことができる。

【００７５】（実施例４）上記実施例では、配置する要
素レンズの軸直角断面の形状は同一のものであったが、
正方形の要素レンズと長方形の要素レンズとを組合わせ
て配置しても良い。投影露光装置の２次光源が円輪照明
の場合、円輪の幅ｂも解像性に影響するために、実施例
３の図３に示した長方形からなる要素レンズ８を配置し
たオプティカルインテグレータのように半径方向の幅が
Ｘ軸上とＹ軸上とで異なると、転写するパターンの解像
性にｘ方向とｙ方向とで相違を生じる。つまりこの場
合、縦に配置した長方形のパターンを転写すると、その
長方形のパターンの長辺方向の解像性と短辺方向の解像
性とが異なる。

【００７６】図４は、この実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの要素レンズの軸直角方向の配置を示す断
面図である。図４は、円輪の幅ｂに相当する寸法を、ｘ
方向とｙ方向とでなるべく同じにしようとしたものであ
り、１０は軸直角断面形状が正方形で１辺の長さが長方
形の要素レンズ８の長辺と同じ長さの要素レンズであり
他は図４と同様である。露光領域が長方形の場合、正方
形の要素レンズ１０の左右両端の部分に入った光線は、
露光領域の外を照らすので、光線の利用効率は落ちる。
しかし、ｘ方向とｙ方向でほぼ同じ解像性を得る方向に
持っていくことができる。

【００７７】この実施例４の場合も、要素レンズ８，１
０の各中心が円９上に配置されているので、各要素レン
ズ８，１０に入射して射出面に達する光は全て射出さ
れ、各要素レンズ８，１０の射出面全域が２次光源とな
り、その要素レンズ９，１０それぞれから射出面積，射
出角度分布が均等な条件の光が発せられ、それらが重畳
して露光領域を照明する。要素レンズ８，１０が集合し
た２次光源の輪郭形状は、ほぼ円輪状であり、微細パタ
ーンの転写に関しても、従来のオプティカルインテグレ
ータの射出側に円輪状の開口絞りを配置した２次光源の
場合と、ほぼ同様の投影露光特性を得ることができる。

【００７８】（実施例５）上記の実施例では要素レンズ
を円上に１列に並べたが、その円上に並べた要素レンズ
の内側や外側にさらに要素レンズを配置しても良い。図
５は、図１から４に示した円輪状に配置した要素レンズ
の内側と外側に、さらに、要素レンズを配置した例を示
す、投影露光装置のオプティカルインテグレータの１例
を示す断面図である。配置した要素レンズ１５〜１８の
全領域に光が入射するようにすれば、要素レンズの個数
が増える分だけ、さらに、照明均一性が向上する。

【００７９】なお、円輪形の領域を有する光線が、この
このオプティカルインテグレータの円１１〜１４上に並
べた要素レンズ１５〜１８付近にのみ入射するようにし
ても良い。実施例１〜４では、要素レンズ１，４，８，
１０からなる要素レンズ群の輪郭の形状が複雑なため、
この要素レンズ群からなるオプティカルインテグレータ
に入射する光全部をその要素レンズ群が存在する部分の
みに集光することは難しく、そのため集光効率が低下す
る。

【００８０】しかし、円１１〜１４上に並べた要素レン
ズ１５〜１８付近にのみ入射するようにすれば、入射光
全部を無駄無く使用することが可能となり、光線の利用
効率を上げることができる。また、図５には円１１〜１
４上に並べた要素レンズ１５〜１８の外側と内側両方
に、さらに要素レンズを配置したが、外側だけや内側だ
けに要素レンズを配置しても良く、さらに、外側，内側
に要素レンズの配置を増やしても良い。

【００８１】ところで、図５（ａ）と（ｂ）は類似して
いるが、要素レンズ１５と要素レンズ１６の存在する場
所が異なり、要素レンズ１６はＸ軸およびＹ軸方向に偏
り、Ｘ軸，Ｙ軸から４５°傾いた方向からの光が他の方
向からの光より若干弱い。したがって、図５（ａ）は図
５（ｂ）に比較して、どちらかと言うと、普通の円輪光
源に近いのに対し、図５（ｂ）はＸ軸とＹ軸とで４分割
される部分円輪光源に近く、転写するパターンの方向に
よる解像性が、僅かではあるが異なる。また、図５
（ｂ）の配列の場合、要素レンズ１６全部の軸直角断面
形状を全て同形状とすることが可能で、図５（ａ）のよ
うに内側の要素レンズ１５の一部を角の落としたものと
しないで済むという利点もある。

【００８２】（実施例６）以上に示した実施例では、オ
プティカルインテグレータの要素レンズの断面全域を露
光に使用する場合について述べたが、従来の、例えば特
願昭５９−２１１２６９号に示されるような、円輪また
は部分円輪の形状をした開口絞り、あるいは、周辺部の
光透過率が中心部の光透過率より大きくなるように作っ
た開口絞りを、実施例１〜５のオプティカルインテグレ
ータと組合わせても良い。

【００８３】図６，７は、図１〜５に示したこの発明の
実施例１〜５の要素レンズの辺の長さとほぼ等しい幅を
持つ円輪状の開口絞りを、オプティカルインテグレータ
の射出側に配置した状態を示す断面図である。図６，７
において、１９，２１，２３，２５，２７，２９，３
１，３３は円輪状開口絞りの開口領域の外側を示す円、
２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４は円
輪状開口絞りの開口領域の内側を示す円であり、円１
９，２１，２３，２５，２７，２９，３１，３３と円２
０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４に挟ま
れた領域が円輪状の開口絞りの開口域を示す。このよう
にすると、原図基板を照射する光は、より正確な円輪状
となり、かつ、この円輪開口内の各要素レンズはほぼ全
域が使用され、照明均一性も良い。

【００８４】ところで、図６（ａ）と図６（ｂ）は類似
しているが、図５（ａ）と図５（ｂ）の場合と同様のこ
とが言える。

【００８５】（実施例７）図８は、実施例５の図５に示
したオプティカルインテグレータの射出側に、その要素
レンズの辺の長さより大きい幅を持つ円輪状の開口絞り
を配置した状態を示す断面図である。図８において、３
５，３７，３９，４１は円輪状開口絞りの開口領域の外
側を示す円、３６，３８，４０，４２は円輪状開口絞り
の開口領域の内側を示す円であり、円３５，３７，３
９，４１と円３６，３８，４０，４２に挟まれた領域が
円輪状の開口絞りの開口域を示す。このように構成する
と、原図基板を照射する光は、確実に円輪状の光源とな
り、図８に示すように、円輪状の開口絞りの開口部の中
央部にくる各要素レンズが、その全域を使用されるの
で、照明均一性も良くなる。

【００８６】この円輪状の開口絞りの開口幅が、要素レ
ンズの辺の長さの約２倍となる場合は、要素レンズの中
心が位置する円を円輪状の開口絞りの開口部の中央部に
配置させるのではなく、その円の上の要素レンズ群とそ
の要素レンズ群の内側や外側の要素レンズ群との間に、
円輪状の開口絞りの開口部の中央が位置するようにして
も良い。このようにすると、円輪状の開口絞りの開口部
の中にくる要素レンズ群は、その断面のほぼ全域が２次
光源として使用されるので、照明均一性が良くなる。

【００８７】ところで、この実施例においても、図８
（ａ）と図８（ｂ）が類似しているが図５（ａ）と図５
（ｂ）の場合と同様である。

【００８８】（実施例８）図９，１０は、この発明の実
施例１〜５に示したオプティカルインテグレータの要素
レンズの辺の長さより小さい幅を持つ円輪状の開口絞り
を、そのオプティカルインテグレータの射出側に配置し
た状態を示す断面図である。図９，１０において、４
３，４５，４７，４９，５１，５３，５５，５７は円輪
状開口絞りの開口領域の外側を示す円、４４，４６，４
８，５０，５２，５４，５６，５８は円輪状開口絞りの
開口領域の内側を示す円であり、円４３，４５，４７，
４９，５１，５３，５５，５７と円４４，４６，４８，
５０，５２，５４，５６，５８に挟まれた領域が円輪状
の開口絞りの開口域を示す。

【００８９】この場合、円輪状の開口絞りによって、要
素レンズからの射出光が制限を受けるが、図９に示すよ
うに、各要素レンズは開口絞りの中心部に位置し、か
つ、その開口絞りの開口の大きさも、最大でも要素レン
ズの辺の長さと要素レンズの対角線長の比率程度しか違
わない。したがって、各要素レンズからの光がほぼ均等
に使用され、その結果、図１９（ｂ）に示すように、従
来の円輪状の開口絞りが任意に要素レンズの一部を開口
し、開口面積も場所も全くバラバラになった要素レンズ
を使うオプティカルインテグレータに場合に比較して、
格段に照明均一性が良くなる。

【００９０】また、図１７（ａ），（ｂ）と図１８
（ａ）に示すような、入射面９３の任意の１点から出る
光が、射出面９４の全域を照射しない光学系となってい
る要素レンズの場合、要素レンズにはいる光は、要素レ
ンズの中，後または要素レンズの射出面９４（図１７）
上で交錯し、光束が要素レンズの光軸近くに挟まって、
おおよそ頂点を結ぶ（光源が点光源でないため焦点は１
点に集まらない）。

【００９１】この発明のように要素レンズを配置すれ
ば、円輪状の開口絞りを置くとき、その開口絞りの開口
部のほぼ中央に全ての要素レンズが配置される。したが
って、円輪状の開口絞りを配置する位置に、要素レンズ
のおおよその焦点を結ぶ位置を近づければ、そのようを
レンズを射出するほとんどの光が遮られること無く、円
輪状の開口絞りの開口部を通過することができる。

【００９２】ところで、この実施例８の場合でも、図９
（ａ）と図９（ｂ）が類似しているが、実施例１の図１
と実施例２の図２との差と同様のことが存在する。ま
た、この実施例８では、図１０（ａ）と図１０（ｂ）も
類似しているが、これは実施例５の図５（ａ）と図５
（ｂ）の差と同様の関係がある。

【００９３】なお、上記の実施例１〜実施例８では、要
素レンズの無い部分は光りが透過しないようにする。

【００９４】（実施例９）図１１，１２は図１〜図５に
示した実施例１〜５の円輪状に配置した要素レンズ１，
４，１０，１５〜１８の内側に、従来の投影露光装置の
オプティカルインテグレータのように要素レンズを縦横
に規則正しく並べた別の要素レンズ群５９〜６６を配置
した状態を示す断面図である。図１１，１２において、
１ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ
は、それぞれ要素レンズ１，４，８，１５，１６，１
７，１８からなる要素レンズ群５９，６０，６１，６
２，６３，６４，６５，６６はそれぞれ要素レンズ群１
ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａの内
側に配置される要素レンズ群である。

【００９５】円輪状２次光源を使用して投影露光を行う
には、前述のコヒーレンシィファクタσが大きいほど高
解像となり、理論的にはσ＝１のときに解像度最大とな
る。一方、従来の円形２次光源を使用して投影露光を行
う場合には、コヒーレンシィファクタσは０．４から
０．６までの値が最も良いとされている。また、光の位
相を１８０°反転させる膜をつけた位相反転マスクを原
図基板として使用するためには、光の干渉性がより大き
いことが必要とされるため、コヒーレンシィファクタσ
はさらに小さい０．２から０．４程度の値が使用され
る。

【００９６】こうした多種の用途を同一の投影露光装置
で行うためには、図１１，１２に示すように、２種類の
要素レンズ群からオプティカルインテグレータを使用
し、周辺の要素レンズ群１ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１
６ａ，１７ａ，１８ａからの光だけを通すようにした開
口絞りと、内側の要素レンズ群５９〜６６の一部または
全部からの光を通すようにした開口絞りとを用意し、そ
れらを選択して使用すれば良い。周辺の要素レンズ群１
ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａから
の光のみが原図基板に到達するようにする開口絞りは、
実施例１〜５の図１〜５に示したように、要素レンズ群
１ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａの
全域からの光が通るようにしても良く、図６〜１０に示
したように、円輪状の開口絞りを使用しても良い。

【００９７】また、中央部の要素レンズ群５９〜６６の
一部または全部からの光が原図基板に到達するようにす
る開口絞りは、円形や要素レンズ群５９〜６６の輪郭に
類似させた形状など、照明の均一性が確保できる条件の
範囲ならどのような形状でも良い。場合によっては、図
１１，１２に示すような要素レンズ群の全ての領域の要
素レンズからの光を使用するようにしても良い。

【００９８】このように、どの要素レンズを使うかを切
換えて使用しても、円輪に類似させた周辺の要素レンズ
群１ａ，４ａ，８ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ
からの光と、中央の要素レンズ群５９〜６６の光と両方
とも均一に原図基板を照射できるので、どの場合におい
ても、原図基板の照明均一性は良好である。

【００９９】ところで、この実施例９においても図１１
（ａ）と図１１（ｂ）および図１２（ａ）と図１２
（ｂ）がそれぞれ類似しているが、この場合には、外側
の円輪状に並んだ要素レンズと中央の密接して並んだ要
素レンズ群との間にできる隙間が、その要素レンズの個
数によって図１１（ａ）と図１１（ｂ）とで変わり、図
１２（ａ）と図１２（ｂ）とで変わってくる。その隙間
は、少ないほど光線の使用効率を高められ、かつ、中央
の要素レンズ群の部分を使用するようにする開口絞り
は、その開口部がなるべく大きい方が、解像性，照明均
一性を確保する上で、投影露光装置の柔軟性が増加して
有利となる。

【０１００】この他、この実施例９の場合、外側の円輪
状に並んだ要素レンズを使用して露光する場合には、図
１１（ａ）と図１１（ｂ）との間に図１と図２との間の
関係と同様の関係が存在し、図１２（ａ）と図１２
（ｂ）の間には実施例５の図５（ａ）と図５（ｂ）との
間に存在する関係と同様の関係が存在する。

【０１０１】以上の実施例では、円輪に類似した形状に
要素レンズを配置する場合のみを説明したが、どの実施
例においても、円輪に類似した形状に配置した要素レン
ズ群の一部のみを使用するか、または、最初から一部の
みを配置するようにしておけば、部分円輪光源を得るの
と同様の効果になることはあきらかである。

【０１０２】また、以上の図６〜１０に示す実施例に類
似させて、部分円輪状の開口絞りを使用しても良い。こ
の場合、その開口絞りの開口の位置を、要素レンズの存
在する位置に合わせるか、もしくは、要素レンズの中心
部を含む位置にすれば、よりよい結果が得られる。

【０１０３】特別の場合として、部分円輪の円弧の長さ
を円輪幅とほぼ等しくする場合には、その部分円輪の円
弧の長さや円輪幅と等しい大きさの長方形や正方形、ま
たは、その部分円輪の円弧の長さや円輪幅よりやや大き
い長方形や正方形の要素レンズまたは要素レンズ群、あ
るいは、必要なその部分円輪の１つ分を包合できる円形
の要素レンズを用意し、それらをおおよそ同心円上に並
べ、さらにその同心円上に並べた要素レンズに合致する
長方形，正方形あるいは円形の開口絞りを使用してもよ
い。特願昭５９−２１１２６９号に示されるような、周
辺部の光透過率が中央部の光透過率より大きくなるよう
にした開口絞りを、図６〜図１０の実施例に類似させ
て、使用しても良いことも言うまでもない。

【０１０４】なお、以上の実施例では、オプティカルイ
ンテグレータの要素レンズが、完全な円の上に配置され
ている例を示したが、必ずしも完全な円の上に配置され
る必要はなく、その参照する円の半径も正確に必要とす
る円輪光源の半径ｒである必要はない。必要とする円輪
光源の半径ｒと要素レンズの断面寸法との間には、所定
の関係が成り立つ必要があるが、おおよそ半径ｒの円上
に、要素レンズが配置されていれば、ほぼ同じ効果が得
られる。

【０１０５】例えば、実施例１〜実施例４には、長方形
または正方形断面の要素レンズを正確に円上に配置する
ための条件を示したが、何らかの事情により、要素レン
ズを全て正確に円上に配置できない場合には、一部の要
素レンズを若干ずらしてもほぼ同様の効果が得られる。

【０１０６】また、図６（ａ）〜（ｄ）や図９（ｃ），
（ｄ）を見れば分かるように、要素レンズを正確な円上
に配置して、円形開口絞りの開口部の中心部をその円の
ところにくるようにその円形開口絞りを配置すれば、そ
の円の外側にできる、要素レンズが存在しない隙間の方
がその円の内側にできる要素レンズが存在しない隙間の
面積より大きい場合が生ずる。この場合には、円形開口
絞りの開口部の位置を内側にずらした方が、光損失が少
なくでき、また、円形開口絞りの開口部の中心半径の位
置が必要とする円輪光源の半径ｒであるとすれば、要素
レンズを配置するその円の半径はｒより若干大きくした
方が良いこととなる。同様に、こうした場合に、一部の
要素レンズが正確に円上に配置されず、若干ずれていて
も良いことは言うまでもない。

【０１０７】また、特願昭５９−２１１２６９号，特願
平３−１４８１３３号などに示されているように、オプ
ティカルインテグレータの光の入射側に、入射光をオプ
ティカルインテグレータ周辺の、概ね、円輪の形をした
部分に集めるための工夫をなし、光線の利用効率を高め
てこの発明を適用すれば、原図基板を照明する光の強度
を低下させることなく、照明の均一性を向上することが
できる。

【０１０８】図１１，１２に示した実施例のように、周
辺の円輪に類似させた要素レンズ群と、中央の円形部分
の要素レンズ群と、さらにはそれら全部とを、投影露光
する原図基板が有する微細パターンの形状に合わせて選
択して用いる場合には、オプティカルインテグレータの
使用する要素レンズ群の部分だけに光源からの光を切換
えて有効に集められるように図１３に示した第一照明光
学系６８の照明域が変えられるようにして、原図基板を
照明する光の強度を低下させることなくこの発明を適用
すれば一層有用である。

【０１０９】さらに、以上で説明した全ての実施例につ
いて、形状や断面寸法が異なる要素レンズを適宜組合わ
せて使用しても良い。図４，図５（ｄ），図６（ｄ），
図７（ｄ），図８（ｄ），図９（ｄ），図１０（ｄ），
図１１（ｄ），図１２（ｄ）では、Ｘ軸，Ｙ軸付近で円
輪の幅に相当する要素レンズの寸法を統一するために、
異なる断面寸法の要素レンズを用いたが、円輪または、
部分円輪に類似した形状を得るために、任意に異なる形
状や断面寸法の、要素レンズを用いても良い。

【０１１０】また、以上の説明では、ＬＳＩパターンの
ように、通常では長方形または正方形の露光領域を有す
る被露光対象が多いため、要素レンズの軸直角断面が長
方形または正方形の実施例のみ述べた。しかし、円形の
ウエハ全域を露光領域とする場合など、正六角形や円形
などの軸直角断面を有する要素レンズが好ましい場合に
も、この発明が有用なことは言うまでもない。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、円輪または部分円輪形状の２次光源を使用する投影
露光装置において、原図基板の照明均一性を大幅に改善
できるので、投影露光光学系を通してＬＳＩなどの微細
パターンを転写する際、露光領域内で転写した微細パタ
ーンの線幅を均一にできると言う効果がある。また、原
図基板の照明強度の均一性だけでなく、照明光の入射角
度分布も均一化が図れると言う効果がある。したがっ
て、投影露光光学系を通してＬＳＩなどの微細パターン
を転写する際、露光領域内で転写できる解像性が均一化
され、微細パターンの断面形状も均一にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を示すオプティカルインテ
グレータの断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図３】この発明の第３の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図４】この発明の第４の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図５】この発明の第５の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図６】この発明の第６の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図７】この発明の第６の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図８】この発明の第７の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図９】この発明の第８の実施例を示すオプティカルイ
ンテグレータの断面図である。

【図１０】この発明の第８の実施例を示すオプティカル
インテグレータの断面図である。

【図１１】この発明の第９の実施例を示すオプティカル
インテグレータの断面図である。

【図１２】この発明の第９の実施例を示すオプティカル
インテグレータの断面図である。

【図１３】従来の投影露光装置の光学系の基本的な構成
を示す断面図である。

【図１４】従来の投影露光装置の光学系を示す断面図で
ある。

【図１５】従来の投影露光装置のオプティカルインテグ
レータを示す断面図である。

【図１６】従来の投影露光装置のオプティカルインテグ
レータに円輪形開口絞りを設置したときの露光領域内の
強度分布の測定例を示す相関図である。

【図１７】オプティカルインテグレータを構成する要素
レンズの中の光りの進み方を示す断面図である。

【図１８】オプティカルインテグレータを構成する要素
レンズの中の光りの進み方を示す断面図である。

【図１９】オプティカルインテグレータを構成する要素
レンズに開口絞りを配置した状態を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 要素レンズ ２ 円 ３ 交点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G02B 26/02 G03B 27/32 G03F 7/20 521

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 要素レンズの集合体または、一体化した
   要素レンズ群をオプティカルインテグレータとして用
   い、前記オプティカルインテグレータの射出光を２次光
   源として、投影露光光学系を通して、原図基板上のパタ
   ーンを被露光基板上に転写する投影露光装置において、前記オプティカルインテグレータへの入射光が、円輪ま
   たは部分円輪形に集められた光であり、 前記要素レンズをその中心がおおよそ前記円輪の半径を
   半径とする１つの円の円周上、または、前記円輪の半径
   を半径とする円弧の上に並ぶように配置したオプティカ
   ルインテグレータを有することを特徴とする投影露光装
   置。
2. 【請求項２】 要素レンズの集合体または、一体化した
   要素レンズ群をオプティカルインテグレータとして用
   い、前記オプティカルインテグレータの出射光を２次光
   源として、投影露光光学系を通して、原図基板上のパタ
   ーンを被露光基板上に転写する投影露光装置において、 前記要素レンズをその中心がおおよそ１つの円の円周
   上、または円弧の上に並ぶようにしたオプティカルイン
   テグレータを有し、 前記オプティカルインテグレータの出射側に、円輪状ま
   たは部分円輪状の開口絞り、あるいは、周辺部の光透過
   率が中心部の光透過率より大きくなるようにした絞りを
   設け、前記要素レンズの中心を配置したおおよその円の
   円周または円弧の位置が、前記円輪または部分円輪の開
   口絞りの開口の範囲、あるいは、前記周辺部の光透過率
   が中心部の光透過率より大きくなるようにした絞りの周
   辺部の光透過率が大の範囲にあるようにしたことを特徴
   とする投影露光装置。