JPH06175028A

JPH06175028A - 照明光学装置

Info

Publication number: JPH06175028A
Application number: JP4323193A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Namikawa; 敏之浪川; Gen Uchida; 玄内田; Michiaki Saito; 道明斎藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】使用する照明光の波長帯域が広い場合でも、
被照明物体上を均一な照度分布で照明する。【構成】光源１１からの照明光がインプットレンズ１
２でほぼ平行光束に変換されて、２次光源形成系５０に
入射する。２次光源形成系５０は多数のレンズエレメン
ト５１を束ねて構成され、各レンズエレメント５１によ
り形成された２次光源５２からの光が、コンデンサーレ
ンズ系３０を経て重畳的に被照明物体４０を照明する。
レンズエレメント５１は、分散の異なる複数のレンズを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源を使って対象物を
均一に照明するための照明光学装置に関し、例えば投影
露光装置の照明光学系として使用して好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をリソグラフィ工程で製造する場合に、フォト
マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）
のパターン像を投影光学系を介して感光基板上に転写す
る投影露光装置が使用されている。斯かる投影露光装置
において、感光基板上にレチクルのパターン像を良好な
状態で露光するためには、そのレチクルを均一な照度分
布の露光光で照明する必要がある。そのため従来より、
投影露光装置においてレチクルを均一な照度で照明する
ための照明光学系として、各種の照明光学装置が提案さ
れている。

【０００３】従来の照明光学装置の一例は、例えば特開
昭５６−８１８１３号公報に開示されているように、光
源として超高圧水銀灯を用い、この光源からの光を楕円
鏡で集めて、更に１個の多数光源像形成手段としてのオ
プティカルインテグレータで照度分布を均一化するもの
である。また、照度分布の均一性をより高めるために、
特開昭５８−１４７７０８号公報に開示される如く、２
個の直列配置されたオプティカルインテグレータを用い
たものも知られている。

【０００４】図５は従来の照明光学装置の一例を示す概
略図であり、この図５において、光源系１０内の光源１
１から射出された照明光は、インプットレンズ１２によ
りほぼ平行な照明光ＩＬに変換される。その照明光ＩＬ
がオプティカルインテグレータ、即ち２次光源形成手段
としてのフライアイレンズ２０に入射する。フライアイ
レンズ２０は多数のレンズエレメント２１を束ねて形成
され、各レンズエレメント２１はそれぞれ単一のレンズ
よりなる。そのフライアイレンズ２０の後側（被照射物
側）焦点面に、それらレンズエレメント２１の個数と同
じ数の照明光ＩＬの２次光源２２が形成される。

【０００５】多数の２次光源２２から射出された照明光
は、コンデンサーレンズ系３０によりそれぞれほぼ平行
光束に変換されて被照明物体（例えばレチクル）４０を
照明する。被照明物体４０上では多数の２次光源２２か
らの照明光が重畳されるので、照度分布が均一化され
る。また、従来の投影露光装置で使用される露光光の波
長帯域は比較的狭く、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２０においては、特に色収差を考
慮する必要がなかった。そのため、フライアイレンズ２
０を構成する各レンズエレメント２１はそれぞれ単レン
ズであっても、特に色収差については問題が無かった。

【０００６】その単レンズよりなるレンズエレメント２
１の諸元の一例を示すと、レンズエレメント２１の焦点
距離ｆは４．８ｍｍ、開口数（N.A.）は０．３である。
また、レンズエレメント２１は一例として両凸の単レン
ズであり、この両凸単レンズの両面の曲率は２．４８ｍ
ｍ、面間隔は７．３ｍｍ、屈折率は１．５１６８０、分
散ν_d は６４．１０３である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の照明光学装置で
は狭帯化された光束を利用しているため、色収差による
照度の不均一性についての問題は存在しない。ところ
が、広帯域の露光光に対して、従来の単レンズを束ねた
構成のフライアイレンズを使用した場合には、或る波長
の近傍において良好な照度均一性を持つようにフライア
イレンズを設計しても、それから離れた波長帯において
は、必ずしも最良の条件とはならないという不都合があ
った。

【０００８】例えば図５の従来の照明光学装置において
は、図６（ａ）に示すように、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）
における被照明物体面での照度分布は均一化されている
が、図６（ｂ）に示すように、ｇ線（４３５．８ｎｍ）
における照度分布は悪化している。また、照明光学装置
としては、光源から射出される照明光を高い効率で被照
明物体上に導くことが望ましい。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、使用する照明光
の波長帯域が広くとも被照明物体上を効率良く且つ均一
な照度分布で照明できる照明光学装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による照明光学装
置は、例えば図１及び図２に示す如く、所定の波長域の
照明光を発生する光源（１１）と、それぞれその照明光
より２次光源（５２）を形成する複数の微小レンズエレ
メント（５１）を束ねてなる２次光源形成手段（５０）
と、２次光源形成手段（５０）により形成される多数の
２次光源（５２）からの照明光をそれぞれ集光して重畳
的に被照射面（４０）を照明するコンデンサーレンズ系
（３０）とを有し、２次光源形成手段（５０）を構成す
る複数の微小レンズエレメント（５１）のそれぞれを、
複数の分散の異なる光学材料（Ｌ ₁₁〜Ｌ₂₂）より形成
し、２次光源形成手段（５０）にて色収差を補正したも
のである。

【００１１】この場合、それら複数の微小レンズエレメ
ント（５１）はそれぞれ、互いに分散が異なる正レンズ
（Ｌ₁₁）と負レンズ（Ｌ₁₂）とを接合した少なくとも１
つの接合レンズ成分（Ｌ₁ ）を有し、正レンズ（Ｌ₁₁）
の分散をν₁ 、負レンズ（Ｌ ₁₂）の分散をν₂ とすると
き、次の条件を満足することが望ましい。｜ν₁ −ν₂ ｜＞５（１）

【００１２】更に、それら複数の微小レンズエレメント
（５１）のそれぞれの全長をＤ、その接合レンズ成分
（Ｌ₁ ）の接合面の曲率半径をｒ₂ とするとき、次の条
件を満足することが望ましい。 0.01＜｜ｒ₂｜／Ｄ＜５（２）

【００１３】

【作用】斯かる本発明によれば、照明光を複数に分割し
てこの複数の分割光を被照明面に重畳的に均一照明する
機能を持つ２次光源形成手段において、色収差補正の機
能を担わせることに着目し、複数の分散の異なった光学
材料を用いて、２次光源形成手段を構成する微小レンズ
エレメント（５１）を形成して、各微小レンズエレメン
ト（５１）でそれぞれ色収差補正を行うようにしてい
る。従って、照明光の波長域が広い場合でも、被照射面
（４０）における照度均一性が良好であり、照明効率も
良好である。

【００１４】また、上記の条件（１）を満足することに
より、色収差補正の効果が大幅に大きくなり、被照射面
（４０）では、広い波長域に亘って均一な照度分布（光
強度分布）を得ることができる。更に、上記の条件
（２）の下限を超えた場合には、接合レンズ成分（Ｌ
₁ ）の接合面の曲率半径ｒ₂ が小さくなり過ぎて、色収
差の補正が困難となるばかりか、そのように接合面の曲
率半径が小さい接合レンズを製造することは困難であ
る。一方、その条件（２）の上限を超えた場合には、色
収差の補正が難しくなるばかりか、コンデンサーレンズ
系（３０）における収差補正上の負荷が大きくなる。そ
の結果として、被照射面（４０）上で均一な照度分布を
得ることが困難となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による照明光学装置の第１実施
例につき図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施
例の照明光学装置の概略構成を示し、この図１におい
て、光源系１０の光源１１から射出された照明光は、イ
ンプットレンズ１２によりコリメートされ、光源系１０
から射出されるほぼ平行な照明光ＩＬが、２次光源形成
系５０に入射する。この２次光源形成系５０は、一種の
フライアイレンズとみなせるが、従来のフライアイレン
ズとは異なり、２次光源形成系５０を構成する各レンズ
エレメント５１が、それぞれ複数のレンズより構成され
ている。

【００１６】即ち、２次光源形成系５０は、多数の同一
のレンズエレメント５１を束ねて構成され、レンズエレ
メント５１は、それぞれ複数のレンズより構成されてい
る。その２次光源形成系５０を構成する各レンズエレメ
ント５１の後側（被照明物体４０側）焦点面には、それ
ぞれ照明光ＩＬの２次光源５２が形成され、多数の２次
光源５２から射出される照明光が、それぞれコンデンサ
ーレンズ系３０を経て重畳的に被照明物体４０上を照明
する。それら２次光源５２は、コンデンサーレンズ系３
０の入射瞳上に形成され、被照明物体４０上ではそれら
２次光源５２からの照明光によりケーラー照明が行われ
る。これにより、被照明物体４０上の照明光の照度分布
は均一化される。次に、２次光源形成系５０を構成する
レンズエレメント５１の諸元の一例について説明する。

【００１７】図２は本例の２次光源形成系５０を示し、
この図２に示すように、２次光源形成系５０を構成する
複数のレンズエレメント５１は、それぞれ光源系１０側
より順に、両凸正レンズＬ₁₁と光源系１０側に凹面を向
けた負メニスカスレンズＬ₁₂とを貼り合わせてなる第１
の接合レンズＬ₁ と、負メニスカスレンズＬ₂₁と両凸正
レンズＬ₂₂とを貼り合わせてなる第２の接合レンズＬ₂
とを有する。後者の第２の接合レンズＬ₂ は、接合レン
ズＬ₁ とＬ₂ との間の面に関して前者の第１の接合レン
ズＬ₁ に対称である。また、負メニスカスレンズＬ₁₂と
Ｌ₂₁とは同じ光学材料より形成され、両凸正レンズＬ₁₁
とＬ₂₂とは同じ光学材料より形成されている。そして、
両凸正レンズＬ₁₁，Ｌ₂₂の分散と負メニスカスレンズＬ
₁₂，Ｌ₂₁の分散とは異なっている。

【００１８】以下の表１にそのレンズエレメント５１の
諸元の値を掲げる。表１において、光源系１０側から第
ｉ面（ｉ＝１，２，‥‥）のレンズ面の曲率半径をｒ
_i 、第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのレンズ面間隔をｄ_i 、
第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質のアッベ数を
ν_di、第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の媒質のｄ線（λ
＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をｎ_diとする。ま
た、レンズエレメント５１の全系の焦点距離ｆは４．８
ｍｍ、開口数（N.A.）は０．３である。

【００１９】

【表１】第１実施例の諸元ｉｒ_i ｄ_i ν_di ｎ_di 1 +3.8 1.5 64.103 1.51680 2 -2.3 2.0 36.270 1.62004 3 -6.3 1.6 1.00000 4 +6.3 2.0 36.270 1.62004 5 +2.3 1.5 64.103 1.51680 6 -3.8

【００２０】図３は、表１のレンズエレメント５１より
構成される２次光源形成系５０を用いた第１実施例の照
明光学装置によって、被照明物体４０上を照明した場合
の被照明物体４０上での照度分布を示す。図３（ａ）は
照明光がＣ線（６５６．３ｎｍ）の場合の照度分布、図
３（ｂ）は照明光がｇ線（４３５．８ｎｍ）の場合の照
度分布を示し、両者共に被照明物体４０上の照明光学装
置の光軸を中心としたその光軸に垂直な方向の照度分布
を示す。この図３の照度分布と、従来例による図６の照
度分布とを比較することにより、本実施例では長波長側
でも短波長側でも均一な照度分布が得られることが分か
る。

【００２１】次に、本発明の第２実施例につき説明す
る。本例の照明光学装置は図１と同様の構成であり、２
次光源形成系５０は図２と同様のレンズエレメント５１
より構成されている。以下の表２に、本実施例のレンズ
エレメント５１の諸元を示す。また、第２実施例のレン
ズエレメント５１の全系の焦点距離ｆは４．８１ｍｍ、
開口数（N.A.）は０．３である。

【００２２】

【表２】第２実施例の諸元ｉｒ_i ｄ_i ν_di ｎ_di 1 +4.0 1.6 64.103 1.51680 2 -3.76 2.0 28.341 1.72825 3 -6.5 1.78 1.00000 4 +6.5 2.0 28.341 1.72825 5 +3.76 1.6 64.103 1.51680 6 -4.0

【００２３】図４は、表２のレンズエレメント５１より
構成される２次光源形成系５０を用いた第２実施例の照
明光学装置によって、被照明物体４０上を照明した場合
の被照明物体４０上での照度分布を示す。図４（ａ）は
照明光がＣ線（６５６．３ｎｍ）の場合の照度分布、図
４（ｂ）は照明光がｇ線（４３５．８ｎｍ）の場合の照
度分布を示し、本実施例においても長波長側でも短波長
側でも均一な照度分布が得られることが分かる。

【００２４】また、本発明では上述の条件（１）及び
（２）が満足されるのが好ましいとされているが、以下
の表３に条件（１）及び（２）に対する各実施例のデー
タを示す。なお、第１実施例のレンズエレメント５１の
全長Ｄは８．６ｍｍ、第２実施例のレンズエレメント５
１の全長Ｄは８．９８ｍｍである。

【００２５】

【表３】条件対応表｜ν_d1−ν_d2｜｜ν_d5−ν_d4｜｜ｒ₂｜／Ｄ｜ｒ₅｜／Ｄ第１実施例 27.833 27.833 0.267 0.267 第２実施例 35.762 35.762 0.419 0.419

【００２６】なお、上記実施例では照明光の波長帯域は
可視光域であるが、本発明はこれに限られるものではな
く、可視近赤外域でも良く、さらには種々の波長帯域の
露光装置の照明光学系にも同様に適用することができ
る。更に、上述の各実施例では、各レンズエレメント５
１を接合レンズで構成する事によって色収差を補正する
例を示したが、例えば、各レンズエレメント５１を正・
負・正のトリプレットタイプのレンズ構成とし、正の屈
折力の第１フライアイレンズと、負の屈折力の第２フラ
イアイレンズと、正の屈折力の第３フライアイレンズと
を直列的に配置した構成を採用すれば、接合レンズを用
いなくても色収差を補正する事ができる。

【００２７】また、図１に示した構成は、分かり易くす
るために展開光路図としたものであり、実際の装置にお
いては、所望の位置に反射部材を設けて光路を折り曲
げ、装置全体を小型に構成することが望ましいことは言
うまでもない。更に、図２に示したレンズエレメント５
１は、２つの硝子部材を組み合わせた構成を前提にして
いるが、これらを複数の分散の異なるプラスチック部材
で構成してもよい。また、例えば接合レンズＬ₁ を形成
する２個のレンズは、一体成形の毎き加工方法をもって
一体となすことも可能である。

【００２８】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、複数の微小レンズエレ
メントのそれぞれが、複数の分散の異なる光学材料を有
するので、使用する照明光の波長帯域が広くとも被照明
物体上を効率良く且つ均一な照度分布で照明できる利点
がある。また、条件（１）を課した場合には、色収差補
正の効果が大幅に大きくなる。更に、条件（２）を課し
た場合には、コンデンサーレンズ系に対する色収差補正
の負荷を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明光学装置の実施例を示す概略
光路図である。

【図２】図１の２次光源形成系５０を示す拡大図であ
る。

【図３】第１実施例の被照明物体上の照度分布を示す図
である。

【図４】第２実施例の被照明物体上の照度分布を示す図
である。

【図５】従来の照明光学装置の構成を示す概略光路図で
ある。

【図６】従来の照明光学装置による被照明物体上の照度
分布を示す図である。

【符号の説明】

１０光源系１１光源１２インプットレンズ３０コンデンサーレンズ系４０被照明物体５０２次光源形成系５１レンズエレメント５２２次光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の波長域の照明光を発生する光源
と、それぞれ前記照明光より２次光源を形成する複数の
微小レンズエレメントを束ねてなる２次光源形成手段
と、該２次光源形成手段により形成される多数の２次光
源からの照明光をそれぞれ集光して重畳的に被照射面を
照明するコンデンサーレンズ系とを有し、前記２次光源形成手段を構成する複数の微小レンズエレ
メントのそれぞれを、複数の分散の異なる光学材料より
形成し、前記２次光源形成手段にて色収差を補正した事
を特徴とする照明光学装置。
【請求項２】前記複数の微小レンズエレメントはそれ
ぞれ、互いに分散が異なる正レンズと負レンズとを接合
した少なくとも１つの接合レンズ成分を有し、前記正レ
ンズの分散をν₁ 、前記負レンズの分散をν₂ とすると
き、｜ν₁ −ν₂ ｜＞５の条件を満足する事を特徴とする請求項１記載の照明光
学装置。
【請求項３】前記複数の微小レンズエレメントのそれ
ぞれの全長をＤ、前記接合レンズ成分の接合面の曲率半
径をｒとするとき、 0.01＜｜ｒ｜／Ｄ＜５の条件を満足することを特徴とする請求項２記載の照明
光学装置。