JPH01152411A - 半導体露光装置の照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体デバイスを製造する際の光りソグラフ
ィ等に用いられる半導体露光装置の照明光学系に関する
。

〔従来の技術〕

高品位で解像力の良い露光を可能にするために、半導体
露光装置の照明光学系は、投影するパターンが描かれて
いるマスク（レチクル）面を′ｉめて均一に一照明し、
更に投影光学系の入射瞳面の所定の領域だけを実質上均
一な照度で照明する（以下これを正確なＮ　、Ａで照明
すると云う。）必要がある。そして、このような照明を
行うには一般に拡散性の良い面光源が必要である。しか
し、この種の照明光学系に用いられる主な光源は単色性
が良い高輝度なものが求められ、現在のところ超高圧水
銀灯又はレーザ光源が主に使゛われでいて、何れの場合
も略点光源であるため、これを面光源に変換するのに何
らかの工夫が必要になる。

その代表的なものが複数の光源像を作るフライアイレン
ズ等のインテグレータを用いた照明光学系である。即ち
、レーザ光源を用いる場合を例にとれば、レーザ光を必
要な面光源の大きさまでビームエキスパンダで拡大し、
これをこのインテグレータに入射すると、インテグレー
タの射出側に規則的に並んだ光源像ができ、その一つ一
つから球面波が広がる。そして、これらの複数の光源像
の集まりを近似的に拡散性の良い面光源として扱うこと
７が゛できる。

又、この他に光トンネルを用いた照明光学系がある。レ
ーザ光源を発した光束から凹又は凸レンズに゛より所定
の発散角度を持つ点光源像を一つ作る。そしてこの発散
光束が光トンネルに入射する。

光トンネルとは内面が反射鏡となった多角柱であり、所
定の発散角度を持つ光束が入射すると、その光束は光ト
ンネルを抜ける間に反射を繰り返し、光軸に垂直な面内
に複数の見掛けの点光源像を形成する。尚、その繰り返
しの最大反射回数と作られる点光源像の数は光トンネル
に入射する光束の発散角と光トンネルの縦横の長さに依
存する。そしてこれらの点光源像がインテグレータの作
る面光源と同様な面光源として働く。

しかしながら、エキシマレーザ光を含むレーザ光は一般
光よりも高いコヒーレンシイを持つため、これら複数の
光源像からでる球面波は、レチクル面で互いに干渉し合
い干渉縞（ここではこれをスペックルと呼ぶことにする
。）を作る。この干渉縞は、光りソグラフィにおいては
極めて有害である。

そこで、この有害なスペックルの発生を抑制するために
、従来色々な方法が考えられてきた。以下、その代表的
な方法を示す。

第８図は第一の方法を用いた光学系を示しており、エキ
シマレーザ光源１を発した光束は、ビームエキスパンダ
２でそ、の径が広げられ、ファイバーバンドル３に入射
する。ファイバーバンドル３は長さの違う複数のファイ
バを束ねて作られている。即ち、各ファイバ毎にその光
路長に差が設けられている。そして、この光路長の差は
、レーザ光の持つコヒーレンス長よりも大きく設定され
ている。これにより、このファイバーバンドル３を透過
した光は全体としてみれば空間的コヒーレンス長が低い
光束となる。その後はよく知られている照明光学系と同
様にその光束をインテグレータ４に入射し、コンデンサ
レンズ５によりレチクル面（マスク面）６上に照射せし
めるのであるが、コヒーレンシイが低いので干渉縞は抑
制される。

第９図は第二の方法を用いた光学系を示しており、これ
はエキシマレーザ光源を発したレーザ光をコリメータレ
ンズ７で集光し、適当なコンデンサレンズ５を用いてレ
チクル面６を照明し、更に図示しない縮小投影レンズの
入射瞳８に点像を作る。そして、コリメータレンズ７と
コンデンサレンズ５との間に走査光学素子（ミラー）９
を置き、露光中に前記縮小投影レンズの入射瞳８に作ら
れる点像を入射瞳８内で走査する。これにより、時間平
均的に見れば、照明光学系は所定のＮＡの照い。

第１０図は第三の方法を用いた光学系を示しており、こ
れは特開昭６２−１７８９０４号公報に示されているも
のである。レーザ光源１を発したレーザ光は、まずコリ
メータレンズ７により一旦収束した後発散するか又は負
レンズにより直接発散し、光トンネル１０内の平坦な内
側反射面に対して所定の発散角度をなして入射する。こ
の発散角度を有する発散光束（以下これを発散レーザ光
と称す。）は光トンネル１０内を反射しながら通過し、
光軸と垂直な面内にレーザ光源１の複数の見掛けの光源
像を形成する。光トンネル１０の出射面では、複数の見
掛けの光源像からあたかも出射したかのように見えるレ
ーザ光束が重ね合わされることにより該出射面が均一に
照明され、更にコンデンサレンズ５により該出射面がレ
チクル面６と共役関係にあるのでレチクル面６上も均一
に照明されることになる。そして、コリメータレンズ７
によるレーザ光の発散角度及び光トンネル１０の長さと
幅を考慮して光トンネル１０の形状を決定すると、各光
源像からレチクル面６の各点に進む個々のレーザ光の光
路長差がレーザ光の有するコヒーレンス長以上になるよ
うにすることができる。これより、時間的コヒーレンス
長を低下させて、レチクル面６上でのスペックルの発生
を抑えることができる。尚、１１は開口絞り、１２は瞳
をリレーするフィールドレンズである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記第一の方法のようにファイバーバンドル
３を用いてインコヒーレントな光を得る方法は、ファイ
バーバンドル３の端面が均一な光を放つ面光源とはなら
ず、該端面において、ファイバーとファイバーとの間に
どうしても光を放たない暗黒部が生じ、これが原因とな
ってレチクル面６に不均一な照度分布を作る。そこで、
この対策のために、ファイバーバンドル３の後側に拡散
板を置くと照明効率の低下及び拡散板によるスペックル
の発生が起こってしまう。即ち、ファイバー−バンドル
３によりコヒーレンス長を低下させたとはいえ、拡散板
のようにスペックルを出しやすいものを用いれば、どう
しても有害な強度をもつスペックルが発生してしまう。

又、ファイバーバンドル３も光路長に差を設けるため特
殊な作り方をしなければならないので高価なものとなる
。

又、上記第二の方法のように走査光学系を用いる方法は
、円形領域全体を二次元的に走査しなければならないの
で走査光学系そのものが高価になるという問題がある。

又、−瞬一瞬を捕らえれば、縮小投影レンズの入射瞳に
は一つの点像が作られているので、縮小レンズの瞳面ば
大変高い光線密度の光が通り抜けていることになり、元
々エキシマレーザはパルスレーザであって、瞬間パワー
は大変高いので、このように光線密度が高くなる瞳付近
のレンズが光によるダメージを受けてしまうという問題
が出てくる。そこでレーザパワーを成る程度以下に絞ら
なければならないが、そうすると露光時間が長くかかる
ようになる。

更に第三の方法では、各光源からのレーザ光の光路長差
をコヒーレンス長以上にするために、レーザ光の発散角
度及び光トンネル１０の長さと幅の実際の使用に適した
常識的な値を考えると、光トンネル１０により形成され
る見掛けの光源像の数はせいぜい９〜２５個程度である
。一方１、見掛けの光源像の数は、多い方がより均一化
が進み、良好な照明が行える。このようにこの方法では
、スペックルの発生を押さえるために光トンネル１０に
課せられる設計条件は厳しく、適切な形状をとるように
設計すると、見掛けの光源像の数を多くとることができ
ず、反対に見掛けの光源像の数を増やそうとすると該光
トンネル１０の形状が長く大きくなりすぎ、照明系全体
としての寸法が適切ではなくなってしまうという欠点を
もつ。

本発明は、上記問題点に鑑み、有害なスペックルの発生
を抑制でき且つ均一で明るい（短時間で露光ができる）
照明が得られると共に設計に自由度があり低価格で済む
半導体露光装置の照明光学系を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による照
明光学系の一つは、光軸に沿って順次配列された、光源
と該光源の像を複数形成する光学素子とコンデンサレン
ズとを備えた半導体露光装置の照明光学系において、上
記光学素子を露光中に光軸を中心として回転させるよう
にしたことにより、実行的コヒーレンス長を低下させる
ようにしたものである。

即ち、本発明照明光学系のようにインテグレータ又は光
トンネルを回転させた場合は、干渉縞を作る光源自体も
回転するのでレチクル面上の干渉縞パターンも回転する
即ち干渉縞（スペックル）が動き、時間平均をとれば有
害な強度をもつスペックルの発生が抑さえられるのであ
る。よって、実効的コヒーレンシイが低下する。

又、インテグレータ又は光トンネルを回転することによ
り、単に実効的コヒーレンシイを低下させ得るというだ
けではなく、インテグレータや光トンネルの製作誤差か
ら生じる照度むらも軽減できる効果をもつ。例えば、こ
こでいうインテグレータは、複数個のレンズエレメント
を束ねて作られたものであるが、各レンズエレメントの
出来具合や束ねるときの誤差などからレチクル面上に非
対称な照度むらを作ることがある。しかもインテグレー
タを回転させながら露光を行えば時間平均的にはこの非
対称な照度むらは消滅する。又、光トンネルを有する場
合も同様である。

又、本発明照明光学系の他の一つは、複数の光源像を作
る光学素子とコンデンサレンズとの間にイメージローテ
ータを配置し、該イメージローテータを露光中に光軸を
中心として回転させるようにしたことより、上記と同じ
作用効果を得るようにしたものである。

又、本発明照明光学系の更に他の一つは、光軸に沿って
順次配列された、光源と該光源の像を複数形成する第一
の光学素子と線像の夫々から更に複数の光源像を形成す
る第二の光学素子とコンデンサレンズとを備えた半導体
露光装置の照明光学系において、前記第一の光学素子及
び前記第二の光学素子の少なくとも一方を露光中に光軸
を中心として回転させるようにしたことにより、上記と
同し作用効果を得るようにしたものである。特に、この
場合、第一の光学素子の作る点光源像の数と第二の光学
素子の作る点光源像の数とをかけ合わせた数が結果的に
作られる光源像の数となるので、各光学素子が作ること
が要求される光源像の数が非常に少なくて済み、それ故
各光学素子をコンパクトに構成できるという利点がある
。尚、両方の光学素子を回転させた方がどちらか一方を
回転させるよりも効果が大きいことは云うまでもない。

〔実施例〕

以下、図示した各実施例に基づき上記従来例と同一の部
材には同一符号を付して本発明の詳細な説明する。

第１図は第一実施例を示しており、１３及び１４はビー
ムエキスパンダ２とコンデンサレンズ５との間に何れも
光軸を中心として回転可能に配置されたイメージローテ
ータ及びインテグレータであって、インチグレー°夕１
４は第２図に示した如く複数のレンズエレメント１４ａ
を束ねて成るものである。１５は縮小投影レンズである
。

次に本実施例の作用について説明する。

まず、エキシマレーザ光源１を射出した光束はビームエ
キスパンダ２で拡大され、光軸を中心として回転してい
るイメージローテータ１３に入射する。これを射出した
光束はイメージローテータ１３の回転につれて回転し、
インテグレータ１４の端面に入射す７る。これによりイ
ンテグレータ１４はその後側焦点位置に複数の光源像を
作る。ここで、インテグレータ１４も光軸（インチグレ
ーり１４の中心軸）を中心として回転しているので、こ
の光源像もそれに伴い光軸の周りに回転する。

一つ一つの光源像から広がる光束は、コンデンサレンズ
５により調整され、何れもレチクル面６の同一領域を照
明する。そして、光源像の回転によリレチクル面６上の
干渉縞パターン（スペックル）も回転するので、時間平
均をとればスペックルの発生が抑制される。尚、コンデ
ンサレンズ５の働きはこの他にインテグレータ１４が作
る複数の光源像を投影レンズ１５の入射瞳にリレーする
働きもある。

ところで、このような構成でスペックルの発生を抑さえ
る場合、インテグレータ１４の回転中心にレンズエレメ
ント１４ａがあるとインテグレータ１４が回転しても移
動しない光源像ができるので好ましくない。そこで、各
レンズエレメント１４ａの配列は、第２図に示すように
回転中心０にはレンズエレメント１４ａが存在しないよ
うな配列にするとよい。

またレチクル面６上での照度分布は、インテグレータ１
４の各レンズエレメント１４ａの収差が大きく影響する
。そこで各レンズエレメント１４ａを二群以上のレンズ
構成（第１図参照）にし、その群間隔を変更できるよう
にすれば、この変更で収差が調整できるようになる即ち
照度分布の微調整ができるようになる。照度むらを大変
小さくするためには、このような照度むらの調整機構が
あることは好ましいことである。しかし、二群以上のレ
ンズ構成では、各群同志が互いに横ずれを起こし非対称
な収差を僅かなりとも発生する。そして、このようなレ
ンズエレメント１４ａが集まって出来上がったインテグ
レータ１４は、レチクル面６上に非対称な照度むらを作
る。しかしインテグレータ１４を回転させることはこの
非対称な照度むらをなくすることにも効果がある。即ち
、上記非対称な照度むらの方位は、インテグレータ１４
の回転に伴い回転する。従って、これらの非対称な照度
むらの時間平均を取れば非対称な照度むらは消失する。

尚、−群構成のインテグレータでも非対称な照度むらが
出ないわけではないので、インテグレータ１４の回転は
やはり効果がある。

またイメージローテータ１３を回転させている理由は次
の通りである。インテグレータ１４に入射する光束の光
束断面強度分布が軸対称又は点対称でない場合、やはり
照度むらの原因となる。しかも、エキシマレーザ光源１
は対称な強度の光束断面をもつ光束を発するように調整
するのが難しい。そこで、このように光軸周りに回転す
るイメージローテータ１３を設けることで、時間平均的
に光束断面の強度分布を対称にしているのである。

尚、このようにインテグレータ１４やイメージローテー
タ１３のどちらか或は両方を回転させると、照明光学系
に付着した埃が原因となり生じる照度むら即ち埃の影も
大幅に軽減される。イメージローテータ１３の回転でそ
れより前側の埃は実質上回転運動をしていることになり
、埃が定点に留まっているときにはその悪影響がレチク
ル面６上の局部に集中するカベ回転すればこのような集
中が避けられ悪影響を減じることが出来る。インテグレ
ータ１４の回転によっても同様に埃が作る影はレチクル
面６上を移動するので、イメージローテータ１３の回転
と同様悪影響を減じることができる。尚、インテグレー
タ１４とイメージローテータ１３とを共に回転させる場
合は、両者を連結して一体に回転するようにすれば、メ
カニズムが簡単になり好ましい。

第３図は第二実施例を示しており、これはイメージロー
テータ１３をインテグレータ１４とコンデンサレンズ５
との間即ちインテグレータ１４の後方に配置し、インテ
グレータ１４を固定し且つイメージローテータ１３を回
転させるようにしたものである。この構成によっても複
数の光源像を光軸の周りに回転させることができるので
、第一実施例と同様な作用効果を得ることができる。

第４図は、第三実施例を示している。コリメータレンズ
７とコンデンサレンズ５との間には光トンネル１０が光
軸を中心として、回転可能に配置されており、光トンネ
ル１０は平坦な内面が反射を生ぜしめるように柱状の空
洞構造のものである。

１６はウェハである。

次に本実施例の作用について説明する。

−船釣なエキシマレーザ光源１は、光軸に略平行トみな
せる（発散角度が極めて小さい）レーザ光Ｎ、を発する
。第４図では説明のためレーザ光Ｊ、は光軸に平行とす
る。レーザ光ｊ！１　を光トンネル１０内で反射させな
がら通過させるためには適当な発散角度θ（この場合の
発散角度は、光トンネル１０内における周縁光線と光軸
との間の角度と定義する。）を有した発散レーザ光１２
を入射させる必要がある。このためコリメータレンズ７
によりレーザ光１１をレンズ７の焦点ｆ０に一旦集束さ
せて適当な発散角度θを有する発散レーザ光ｌ、を発生
させる。

尚、コリメータレンズ７の替わりに発散レンズを用いる
こともできる。又、エキシマレーザ光源１から発するレ
ーザ光１１は高出力のためコリメータレンズ７の焦点ｆ
。では真人なエネルギー密度となり光トンネル１０のコ
ーティングや硝材そのものを破壊してしまう虞れがある
ので、コリメータレンズ７の焦点ｆ。の後に光トンネル
１０を配置する際、第４図に示すように焦点ｆ。がら離
して配置している。光トンネル１０は、光軸に関して対
称な四角柱即ち人出射面は光軸に対し垂直であり、反射
面は光軸に対し平行であるような四角柱であるが、複数
の平行な反射面を有する多角形柱でも良い。又、光軸に
関して非対称のものでも良い。

発散レーザ光１２は光トンネル１０の入口端面１０ａに
よりその断面が正方形に制限され、光トンネル１０内を
反射を繰り返しながら通過した後、入射した際の発散角
度θを保ったまま出射する。

この時、各々の部分において反射された光線が反射後も
発散しているので、それらの反射された光線は、破線に
より示されているように後方に虚像（又は虚焦点）ｆ＋
　、ｆ２．ｆ３．ｆｎを形成する。第４図には示してい
ないが、実際には光トンネル１０の左右の内側反射面か
ら反射された光により更に４個の虚像ｆ５．ｆｂ、ｆ７
．ｆｅを形成するので、二つの隣接する面の各々から反
射された光等を考慮すると更に１６個の虚像を形成する
。第５図は第４図の光トンネル１０により生じた２５個
の見掛けの光源像（実光源像ｆｏ及び虚光源像ｆ、、ｆ
２．・・・・、ｆｚｎ）の配列を示す焦平面１７の平面
図である。

ここで、第４図に示す光トンネル１０は発散角度θを有
する周縁光線が２回反射することにより２５個の見掛け
の光源像を焦平面１７上に形成しているが、光トンネル
１０の長さしく光トンネル１０の入射側に置かれた点光
源から光トンネル１０の射出端面までの長さ）と幅Ｗ及
び入射する発散レーザ光１２が有する発散角度θを適宜
変えることにより見掛けの光源像の数を任意に増減でき
る。これらの値を変化させる際理想的には、全ての見掛
けの光源像が光トンネル１０の出口面を完全に満たすよ
うに照射させることが必要である。

即ち光トンネル１０の上部反射面から反射された発散レ
ーザ光！２の周辺部及び底部反射面から反射された発散
レーザ光７！２の周辺部が、各々光トンネル１０の出口
面を丁度溝たすように光トンネル１０の長さしと幅Ｗを
決定することである。この時の光トンネル１０内におけ
る反射の数をＰ。

その見掛けの光源の数をＮとすると、 Ｐ　＝　Ｉｎｔ　（（Ｌ／Ｗ）　　・ｊａｎ　（θ）　
＋　’Ａ　）　　−４ｌｌＮ　＝　（２Ｐ　＋　１　）
　”　　　　　　　　　　　−−−４２１の関係が成り
立つ。ここでＩｎｔ（ｘ）は数値Ｘを越えない最大の整
数値を求めるオペレークである。

上式において、コリメータレンズ７によるレーザ光１２
の発散角度θを常識的な値例えばθ＝３ｏ。

とした場合の所望の見掛けの光源像数と光トンネル１０
の長さし１幅Ｗとの関係を以下に示す。

Ｐ　　　　’Ｎ　　　　　Ｗ　　　　　　　Ｌｌ　　　
　　９　　　　　Ｗ、　　　　’Ｌ７３Ｗ＋２　　　２
５　　　　　Ｗ２　　　−　３．４６Ｗ２３　　　４９
　　　　　Ｗ３　　　　５．２０Ｗ３４　　　８１　　
　　　Ｗ４　　　’　　　６．９３Ｗ４５　　１２１　
　　　　ｗ５’　　　　　８．６６ｗ５６　　１６９　
　　　　Ｗｂ　　　’　　１’０．３９Ｗにこで、例え
ばＰ＝５．Ｎ　（つまり見掛けの光源像数）＝１２１の
時ＷＳ　＝　１’　５　＊＊＊とすると、Ｌ＝　１２９
．９　鰭となり、照明光学系としての大きさを考えても
妥当である。このように、θとＷとＬを適切な値に取れ
ば、見掛けの光源像数は容易に増やすことができるし、
これらの値の組み合わせ方によっては、見掛けの光源像
数をより一層増やすことも容易である。これは、θとＷ
、Ｌとの間に光トンネルを回転させない例のようにスペ
ックルを除去するために必要なお互いを厳しく規制する
ような関係がなく、光トンネル１ｏの形状的設計に自由
度がかなりあることに起因する。

かくして、見掛けの光源保谷々からのレーザ光が光トン
ネル１０の出口端面において重ね合わされることにより
レーザ光の均質化が行われるので、重ね合わされる回数
（即ち見掛けの光源像）が多いほど均質化は進む。更に
、光トンネル１ｏは光軸を中心として回転しているので
、見掛けの光源像もそれに伴い光軸の周りを回転し、均
質化は一層進む。そして、この均一な照明がなされてい
る光トンネルの出口端面とレチクル面６とはコンデンサ
レンズ５とフィールドレンズ１２に関して共役であるの
で、レチクル面６も均一な照明がなされる。更に隣接す
る見掛けの光源像からのレチクル面６のある一点までの
光路長差がレーザ光！２の持つコヒーレス長以下であっ
ても、回転よりレチクル面６上の干渉縞パターンも回転
するので、時間平均をとると有害なスペックルの発生が
抑制される。尚、コンデンサレンズ５により見掛けの光
源像と開口絞り１１は共役関係にある。又、開口絞り１
１上の二次光源像はフィールドレンズ１２により更に図
示しない投影レンズの入射瞳８にリレーされている即ち
ケーラニ照明が行われている。更に、このように光トン
ネル１０を回転させると、照明光学系に付着した埃が原
因となり生じる照度むら即ち埃の影も大幅に軽減される
。つまり、光トンネル１０を回転する事で、それより前
側の埃は実質上回転運動をしていることになり、埃が定
点に留まっているときにその悪影響がレチクル面６上の
局部に集中していたのが、回転によりこのような集中が
避けられて悪影響が減じられるのである。

尚、第４図において入射レーザ光の発散角度θが出射レ
ーザ光において保存されるのは、光トンネル１０が光軸
に平行な内側反射面を有しているからであって、このよ
うな場合は所望の発散角度θを得るためにはコリメータ
レンズ７のＦＮＯだけを考慮すればよい。しかし、発散
又は収束する光トンネルが用いられた場合は、入射レー
ザ光の発散角度θは出射レーザ光において保存されず、
各々小さいか又は大きくなる。即ち発散角度θの変換が
行われる。本発明では、このような発散又は収束する光
トンネルを用いることも可能である。

又、第４図では光トンネル１０は正方形の断面を有して
いるが、この場合のように四つの内側反射面を有する光
トンネル１ｏの代わりに、三つ或は六つ又は八つの内側
反射面を有する光トンネルを用いることもできる。その
断面形状は形成される見掛けの光源像の各々の間隔が等
しくなる正多角形であることが好ましいが、正多角形で
なくとも他の断面でも可能である。更にレーザ光又は光
トンネル或は両者が非対称であっても、光トンネルを回
転させるのでかまわない。又、ここでは、光トンネル１
０は内側に平坦な反射面を有する空洞の構造のものから
形成されているが、必要ならば平坦な面の内側が反射を
生ぜしめるように線面の外側にコーティングを施した透
明な柱状プリズムでもかまわない。何れの場合も、反射
を重ねる度にかなり光の強度が弱まるので、実質見掛け
の光源像数は多くできない。そこで、平坦な面の内側が
全反射を生じるようにした透明の柱状プリズムを用いれ
ばこの問題は生じない。

第６図は第四実施例を示しており、これはビームエキス
パンダ２とコンデンサレンズ５との間にインテグレータ
１４と光トンネル１０を配置し、それらの少なくとも一
方を光軸を中心として回転可能にしたものである。又、
本実施例の場合、インテグレータ１４の射出側に近接し
てフィールドレンズ１８が配置され、その後側焦点位置
は光トンネル１０の射出端面近傍にあるので、インテグ
レータ１４の作る複数の点光源像から広がる光束の中心
は全て光１−ンネル１０の射出端面の中心辺傍で重なり
合うことになり、これにより点光源が発する光束が有効
に使える。又、１９は光トンネル１０の射出端面近傍に
置かれた視野絞りであって、これによりレチクル面６で
余分な部分を照明しないよう照明範囲を明瞭に制限する
ことができる。又、コンデンサレンズ５が光トンネルの
作った複数の点光源像をリレーして空中に実像を作るよ
うになっている。そして、この位置に開口絞り１１を配
置しているので、光トンネル１０が作る点光源像の配列
の中から上述した光トンネル１０の射出端面全面（正確
には視野絞り１９ａの開口部全面）を照明しない点光源
像（有効でない点光源像）の除去が行なわれ、且つ所定
のＮＡで照明を行なう上で余分な点光源像を排除するこ
とが出来る。そして、更にフィールドレンズ１２により
入射瞳８ヘリレーされる。

さて、本実施例においても、光トンネル１０内での最大
の反射回数Ｐ及び光トンネル１ｏが四角柱である場合の
点光源像の数Ｎは上記式（１）及び（２）から夫々求め
られる。しかし、光トンネル１０に入射する光束の断面
が円形であることを考慮すると、点光源像は２ＰＸ２Ｐ
の升に内接する円の内部に作られるのが有効となる。従
って、点光源の数は、 Ｎ＝、（２Ｐ＋１）”　−２Ｐ　（Ｐ＋１）　　　−−
−（ｓ）で表わされる。

実際にはこの計算結果よりも多くの点光源像が出来るこ
とがあるが、最外周部にできた点光源像の中には光トン
ネル１０の射出端面全体を照明しないものも存在するの
で、これらを除き照明に有効な点光源像の数を求めると
このようになる。また上述の如く有効でない点光源像は
開口絞り１１　。

で除去されるので、レチクル面６を均一に照明する上で
不都合が出ることはない。一つの例としてＰ＝２となる
ようにすれば光源像−の数は１３個にもなりその、時の
点光源の配列は第７図のようになる・、。

ところで、以上の説明では入射側に一個の点光源があっ
た場合について説明−しているが、イ、ンテグレータ１
４により作られたｎ個の点光源があれば、光トンネル１
０により出来る最終的光源の数は一個の場合のｎ倍にな
る。第６図は光線が複雑になりすぎるためＰ＝１．ｎ＝
２の例を示したが、例えばｎ＝１６．Ｐ＝２とすれば２
０１（＝１６×１３）個の点光源像が作られることにな
る。そしてこれら一つ一つの点光源像は全て光トンネル
１０の射出端面全面をほぼ一様に照明する。従って、イ
ンテグレータ１４及び光トンネル１０が作ることが要求
される光源像の数が非常に少なくて済むので−、インテ
グレータ１４及び光トンネル１０をコンパクトに構成で
きる。

さてこのようにして光トンネルｌＯの射出端面は大変均
一に照明されるわけだが、コンデンサレンズ５に関して
、その射出端面とレチクル面６とは共役関係にある。即
ち射出端面の像がレチクル面６に拡大投影されるので°
ある。従って、光トジネル１０の射出端面が一様に照明
されているならレチク・ル面６も一様に照明されること
になる。尚、光トンネ′ル１−０が内側に平坦な反射面
を有する空洞の構造を有している場合には問題がないが
Ｊ光トンネル１０が透明な媒質で作られた一種の柱状プ
リズムから成りその全反射を利用しでいる゛場合は、射
出端面に付着した埃の像゛が・レチクル面６に結像し照
明むらを作ることがある。そこで、これを防止するため
に上記共役関係ば、意図的にある・程度ずらしてお（方
が良い。更に□、インテグレータ１４の作る点光源像が
プリズム内或は鏡面表面に結像するレーザ光は集光性が
良いのでそれらが破損することがある。従って、点光源
像は第６図に示した如く光トンネル１０の外（手前）に
作る゛ようにするとよい。　　　　　　　　　　　　　
１ところで、隣接する点光源像からの光路長差がレーザ
光の持つコヒーレン゛ス長よりも長ければこの干渉パタ
ーン（スペソ・りル）は生”じ゛ないが・、レーザ光の
単色性が年々向上するにつれ可干渉距離が伸び、現実的
には光路長差を可干渉距離よ□′り大きくすることは“
難しく成ってきた。そこ′で本実施例では光トンネル１
゛０及びイン誉グ°レー”夕１“４のどちらかを又は両
方を′照明系゛″の光軸を軸゛ドシて回転させる。これ
により、各点光源像の位置が移動しこれと共に干渉パタ
ーン（スペックル）も移動するので、光路中の時間平均
を取ると干渉パターンのコントラストは減少する。特に
光トンネル１０とインテグレータ１４を同時に且つ異な
、る速度或は向きで回転させた時には点光源像の動きは
複雑になり、それにより上記平均化による干渉パターン
のゴンドラスト軽減に大きな効果が得られる。

又、こめように点光源像を移動させる事は、やはり時間
平均を・とって考えれば実質点光源の数を増やしたこと
にもなり、より理想的な面光源に近づくためより厳、密
に所定のＮ、Ａでマスクを照明できることになる。

尚、インテグレータ１４の回転は必ずしも光軸を軸とし
なくても良く、意図的に光軸とは異なる軸−で回転゛−
を行って点光源像の動きをより複雑にすることも出来る
。この場合回転中に常にインテグレータ１゛４が作゛８
点光源像が光トンネル１０の開口を十分に満たすように
インチブレ”−夕１４の全体□の径は光゛□ドンネ・ル
１０の開口より゛も大きく取るのが好まし□い。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による半導体露光装置の照明光学系
は、有害なスペックルの発生を抑制でき且つ均一で明る
い照明が得られると共に設計に自由度があり低価格で済
むという実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体露光装置の照明光学系の第
一実施例を示す図、第２図は上記第一実施例のインテグ
レータの正面図、第３図は第二実施例を示す図、第４図
は第三実施例を示す図、第５図は上記第三実施例の光ト
ンネルによって作られる複数の点光源像の配置を示す図
、第６図は第四実施例を示す図、第７図は上記第四実施
例の光トンネルによって一つの点光源から作られる複数
の点光源像の配置を示す図、第８図乃至第１０図は夫々
各従来例を示す図である。 １・・・・レーザ光源、２・・・・ビームエキスパンダ
、５・・・・コンデンサレンズ、６・・・・レチクル面
、７・・・・コリメータレンズ、８・・・・入射瞳、１
０・・・・光トンネル、１１・・・・開口絞り、１２．
１８・・・・フィールドレンズ、１３・・・・イメージ
ローテータ、１４・・・・インテグレータ、１５・・・
・縮小投影レンズ、１６・・・・ウェハ、１７・・・・
焦平面、１９・・・・視野絞り。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光軸に沿って順次配列された、光源と該光源の像
   を複数形成する光学素子とコンデンサレンズとを備えた
   半導体露光装置の照明光学系において、上記光学素子を
   露光中に光軸を中心として回転させるようにしたことを
   特徴とする照明光学系。
2. （２）前記光学素子がインテグレータである請求項（１
   ）に記載の照明光学系。
3. （３）前記光源と前記光学素子との間に前記光源からの
   光束に所定の発散角をもたせる光束発散手段を備えてい
   ると共に、前記光学素子が前記光束を受けて複数の見掛
   けの光源像を形成する平坦な内側反射面を有し且つ該複
   数の見掛けの光源像からの光束が出口において重なるよ
   うに構成された光トンネルであることを特徴とする請求
   項（１）に記載の照明光学系。
4. （４）光軸に沿って順次配列された、光源と該光源の像
   を複数形成する光学素子とコンデンサレンズとを備えた
   半導体露光装置の照明光学系において、上記光学素子と
   コンデンサレンズとの間にイメージローテータを配置し
   、該イメージローテータを露光中に光軸を中心として回
   転させるようにしたことを特徴とする照明光学系。
5. （５）光軸に沿って順次配列された、光源と該光源の像
   を複数形成する第一の光学素子と該像の夫々から更に複
   数の光源像を形成する第二の光学素子とコンデンサレン
   ズとを備えた半導体露光装置の照明光学系において、前
   記第一の光学素子及び前記第二の光学素子の少なくとも
   一方を露光中に光軸を中心として回転させるようにした
   ことを特徴とする照明光学系。