JPH06204123A - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パターン形状の方向や線幅等により最適な照
明系を選択して高解像力の投影露光が可能な半導体素子
の製造に好適な照明装置及びそれを用いた投影露光装置
を得ること。 【構成】 光源からの光束で複数の微小レンズを２次元
的に配列したオプティカルインテグレータを介して被照
射面を照明する際、該光源とオプティカルインテグレー
タとの間に入射光束を所定方向に偏向させる光路中より
挿脱可能な光学素子と、該光学素子と該オプティカルイ
ンテグレータとの間に複数のレンズを光軸に対して２次
元的に配列した光学手段とを配置して、該光学素子によ
り該オプティカルインテグレータの入射面の光強度分布
を変更するようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は照明装置及びそれを用い
た投影露光装置に関し、具体的には半導体素子の製造装
置である所謂ステッパーにおいてレチクル面上のパター
ンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られるように
した照明装置及びそれを用いた投影露光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は１ＭＤＲＡＭの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工の技術まで達
している。解像力を向上させる手段としてこれまで多く
の場合、露光波長を固定して、光学系のＮＡ（開口数）
を大きくしていく方法を用いていた。しかし最近では露
光波長をｇ線からｉ線に変えて、超高圧水銀灯を用いた
露光法により解像力を向上させる試みも種々と行なわれ
ている。

【０００３】露光波長としてｇ線やｉ線を用いる方法の
発展と共にレジストプロセスも同様に発展してきた。こ
の光学系とプロセスの両者が相まって、光リソグラフィ
が急激に進歩してきた。

【０００４】一般にステッパーの焦点深度はＮＡの２乗
に反比例することが知られている。この為サブミクロン
の解像力を得ようとすると、それと共に焦点深度が浅く
なってくるという問題点が生じてくる。

【０００５】これに対してエキシマレーザーに代表され
る更に短い波長の光を用いることにより解像力の向上を
図る方法が種々と提案されている。短波長の光を用いる
効果は一般に波長に反比例する効果を持っていることが
知られており、波長を短くした分だけ焦点深度は深くな
る。

【０００６】短波長化の光を用いる他に解像力を向上さ
せる方法として位相シフトマスクを用いる方法（位相シ
フト法）が種々と提案されている。この方法は従来のマ
スクの一部に、他の部分とは通過光に対して１８０度の
位相差を与える薄膜を形成し、解像力を向上させようと
するものであり、ＩＢＭ社（米国）のＬｅｖｅｎｓｏｎ
らにより提案されている。解像力ＲＰは波長をλ、パラ
メータをｋ₁ 、開口数をＮＡとすると、一般に式 ＲＰ＝ｋ₁ λ／ＮＡ で示される。通常０．７〜０．８が実用域とされるパラ
メータｋ₁ は、位相シフト法によれば０．３５ぐらいに
まで大幅に改善できることが知られている。

【０００７】位相シフト法には種々のものが知られてお
り、それらは例えば日経マイクロデバイス１９９０年７
月号１０８ページ以降の福田等の論文に詳しく記載され
ている。

【０００８】しかしながら実際に空間周波数変調型の位
相シフトマスクを用いて解像力を向上させるためには未
だ多くの問題点が残っている。例えば現状で問題点とな
っているものとして以下のものがある。 （イ）．位相シフト膜を形成する技術が未確立。 （ロ）．位相シフト膜用の最適なＣＡＤの開発が未確
立。 （ハ）．位相シフト膜を付けれないパターンの存在。 （ニ）．（ハ）に関連してネガ型レジストを使用せざる
をえないこと。 （ホ）．検査、修正技術が未確立。

【０００９】このため実際に、この位相シフトマスクを
利用して半導体素子を製造するには様々な障害があり、
現在のところ大変困難である。

【００１０】これに対して本出願人は照明装置を適切に
構成することにより、より解像力を高めた露光方法及び
それを用いた露光装置を特願平３−２８６３１号（平成
３年２月２２日出願）で提案している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本出願人が先に提案し
た露光装置においては、主としてｋ₁ ファクターが０．
５付近の空間周波数が高い領域に注目した照明系を用い
ている。この照明系は空間周波数が高いところでは焦点
深度が深い。

【００１２】実際の半導体集積回路の製造工程はパター
ンの高い解像性能が必要とされる工程、それほどパター
ンの解像性能は必要とされない工程と種々様々である。
従って現在求められているのは各工程独自に求められる
解像性能への要求に対応できる投影露光装置である。

【００１３】本発明は投影焼き付けを行なう対象とする
パターン形状及び解像線幅に応じて適切なる照明方法を
その都度適用し、即ち最大２０を越える工程数を有する
集積回路製造工程に対応するため、従来型の照明系と高
解像型の照明系を目的に応じて光束の有効利用を図りつ
つ容易に切り替えることができ、高い解像力が容易に得
られる照明装置及びそれを用いた投影露光装置の提供を
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、 （１−１）光源からの光束で複数の微小レンズを２次元
的に配列したオプティカルインテグレータを介して被照
射面を照明する際、該光源とオプティカルインテグレー
タとの間に入射光束を所定方向に偏向させる光路中より
挿脱可能な光学素子と、該光学素子と該オプティカルイ
ンテグレータとの間に複数のレンズを光軸に対して２次
元的に配列した光学手段とを配置して、該光学素子によ
り該オプティカルインテグレータの入射面の光強度分布
を変更するようにしたことを特徴としている。

【００１５】特に、前記光学素子は前記光学手段の入射
面近傍又は該入射面と略共役な位置に挿脱可能に配置し
ていることや、前記光学素子を多面体プリズムより構成
していること等を特徴としている。

【００１６】（１−２）楕円鏡の第１焦点近傍に発光部
を配置し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介して該楕
円鏡の第２焦点近傍に該発光部の像を形成し、該発光部
の像からの光束を入射光束を所定方向に偏向させる光路
中より挿脱可能な光学素子と複数のレンズを光軸に対し
て２次元的に配列した光学手段とを順に介した後に複数
の微小レンズを２次元的に配列したオプティカルインテ
グレータの入射面に入射させ、該オプティカルインテグ
レータの射出面からの光束で被照射面を照明する際、該
光学素子を利用して該オプティカルインテグレータの入
射面の光強度分布を調整したことを特徴としている。

【００１７】（１−３）光源からの光束を複数のレンズ
を光軸に対して２次元的に配列した光学手段と複数の微
小レンズを２次元的に配列したオプティカルインテグレ
ータとを介して被照射面を照明する際、該光学手段とオ
プティカルインテグレータとの間に２つの多面体プリズ
ムより成り、そのうち少なくとも一方の多面体プリズム
を移動可能とし、双方を近接させたときに光学的に平行
平面板となり、離したときに入射光束の入射位置を変え
て射出させるようにしたプリズム部材を配置し、該プリ
ズム部材を利用して該オプティカルインテグレータの入
射面の光強度分布を変更するようにしたことを特徴とし
ている。

【００１８】特に、前記プリズム部材は光束の入射角と
射出角が一定となるように構成していることを特徴とし
ている。

【００１９】（１−４）光源からの光束を順にレンズ
群、複数のレンズを光軸に対して２次元的に配列した光
学手段、そして複数の微小レンズを２次元的に配列した
オプティカルインテグレータとを介して被照射面を照明
する際、該レンズ群又は該光学手段の少なくとも一方の
光学配置を変更することにより、該オプティカルインテ
グレータの入射面の光強度分布を変更するようにしたこ
とを特徴としている。

【００２０】又本発明の投影露光装置としては、 （１−５）光源からの光束で複数の微小レンズを２次元
的に配列したオプティカルインテグレータを介して第１
物体面上のパターンを照明し、該パターンを投影光学系
により第２物体面上に投影露光する際、該光源とオプテ
ィカルインテグレータとの間に入射光束を所定方向に偏
向させる光路中より挿脱可能な光学素子と、該光学素子
と該オプティカルインテグレータとの間に複数のレンズ
を光軸に対して２次元的に配列した光学手段とを配置し
て、該光学素子により該オプティカルインテグレータの
入射面の光強度分布を変更し、該投影光学系の瞳面上の
光強度分布を調整したことを特徴としている。

【００２１】（１−６）楕円鏡の第１焦点近傍に発光部
を配置し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介して該楕
円鏡の第２焦点近傍に該発光部の像を形成し、該発光部
の像からの光束で複数の微小レンズを２次元的に配列し
たオプティカルインテグレータを介して第１物体面上の
パターンを照明し、該パターンを投影光学系を介して第
２物体面上に投影露光する際、該楕円鏡とオプティカル
インテグレータとの間に入射光束を所定方向に偏向させ
る光路中より挿脱可能な光学素子と該光学素子と、該オ
プティカルインテグレータとの間に複数のレンズを光軸
に対して２次元的に配列した光学手段とを配置し、該光
学素子を利用して該オプティカルインテグレータの入射
面の光強度分布を変更し、該投影光学系の瞳面上の光強
度分布を調整したことを特徴としている。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の照明装置及びそれを用いた投
影露光装置の実施例１を示す概略構成図であり、ステッ
パーと呼称される縮小型の投影露光装置に本発明を適用
した例である。図２は図１の一部分の斜視図である。

【００２３】図中１は紫外線や遠紫外線等を放射する高
輝度の超高圧水銀灯等の光源で、その発光部１ａは楕円
ミラー２の第１焦点近傍に配置している。

【００２４】光源１より発した光が楕円ミラー２によっ
て集光され、コールドミラー３で反射して楕円ミラー２
の第２焦点近傍４に発光部１ａの像（発光部像）１ｂを
形成している。コールドミラー３は多層膜より成り、主
に赤外光を透過させると共に紫外光を反射させている。

【００２５】５はレンズ群であり、第２焦点近傍４に形
成した発光部像１ｂを後述する光学素子６と光学手段７
とを介してオプティカルインテグレータ８の入射面８ａ
に結像している。オプティカルインテグレータ８は複数
の微小レンズを２次元的に配列して構成している。オプ
ティカルインテグレータ８の射出面８ｂ近傍には入射面
８ａの光強度分布に対応した２次光源９が形成されてい
る。

【００２６】光学素子６は図２に示すように入射光束を
所定方向に偏向させる複数（同図では４つ）のプリズム
６ａ〜６ｄを有しており、光路中より挿脱可能となって
いる。光学手段７は図２に示すように複数（４つ）のレ
ンズ（７ａ〜７ｄ）を光軸に対して２次元的に配列して
構成している。

【００２７】本実施例ではオプティカルインテグレータ
８の入射面８ａに４つの独立した光量分布を形成する為
に光学素子６と光学手段７を各々４つの要素より構成し
ている。このとき光学素子６の４つのプリズム６ａ〜６
ｄと光学手段７の４つのレンズ７ａ〜７ｄは光軸Ｓａを
中心として各々４象限に配列されている。

【００２８】１０は絞り部材であり、複数の開口部材を
有し、その開口形状が光路中で切り替えられる機構を有
している。絞り部材１０は２次光源９の形状を変えてい
る。１２はレンズ系であり、オプティカルインテグレー
タ８の射出面８ｂからの光束を集光し、絞り部材１０と
ミラー１１を介してレチクルステージ１４に載置した被
照射面であるレチクル１３を照明している。

【００２９】１５は投影光学系であり、レチクル１３に
描かれたパターンをウエハチャック１７に載置したウエ
ハ１６面上に縮小投影している。１８はウエハステージ
であり、ウエハチャック１７を載置している。

【００３０】本実施例ではオプティカルインテグレータ
８の射出面８ｂ近傍の２次光源９がレンズ系１２により
投影光学系１５の瞳１５ａ近傍に形成されている。

【００３１】本実施例ではレチクル１のパターンの方向
性及び解像線幅等に応じてレンズ群５や光学素子６、そ
して光学手段７の変更や挿脱等を行なうと共に必要に応
じて絞り部材１０の開口形状を変化させている。これに
より投影光学系１５の瞳面１５ａに形成される２次光源
像の光強度分布を変化させて前述の特願平３−２８６３
１号で提案した照明方法と同様にして高解像度が可能な
照明（第１照明）と比較的低解像で深度の深い照明（第
２照明）とを切り替えて行なっている。

【００３２】次に本実施例の光学的作用の特徴について
説明する。

【００３３】図３（Ａ），（Ｂ）は光学手段７を構成す
る４つのレンズ７ａ〜７ｄのうちの１つのレンズ７ａの
光学作用を示す要部断面図である。同図（Ａ）は光束が
レンズ７ａの射出面近傍に結像し、同図（Ｂ）はレンズ
７ａの射出面から離れた位置に結像している場合を示し
ている。尚、レンズ７ａはその前側焦点位置が入射面に
略一致している。

【００３４】このような構成により、レンズ７ａへの光
束の入射角度を４つのプリズムから成る光学素子６の挿
脱により実線から点線に示すように変えている。これに
より光束の射出角度が不変のまま射出位置のみを変えて
いる。即ち、後述するように投影光学系１５の瞳面１５
ａに形成される光量分布を変化させている。

【００３５】尚、本実施例においてレンズ７ａは図３に
示す棒状の単レンズの他に図４（Ａ），（Ｂ）に示すよ
うな複数のレンズ７ａ１，７ａ２を組み合わせて構成し
ても良い。

【００３６】図５（Ａ），（Ｂ）、図６（Ａ），（Ｂ）
は図１の一部分の光路図と、各位置での光束の断面強度
分布を示す説明図である。

【００３７】図５（Ａ）は高解像度用の第１照明、図６
（Ａ）は低解像度用の第２照明を示している。図５
（Ｂ），図６（Ｂ）は各々同図（Ａ）の光路中の各位置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの光束の各断面における光量分布を模
式的に示している。

【００３８】本実施例では光学素子６の光路中からの挿
脱により図５の第１照明と図６の第２照明とを切り替え
ている。

【００３９】図５（Ａ）の第１照明では楕円ミラー２の
第１焦点近傍に配置された発光部１ａの像１ｂが楕円ミ
ラー２の第２焦点近傍に形成される。レンズ群５はその
前側焦点位置が発光部像１ｂと略一致するように配置さ
れ、発光部像１ｂからの光束を光学手段７に入射させて
いる。楕円ミラー２の開口面Ａと光学手段７の入射面Ｃ
はレンズ群５により略共役な位置に配置されている。オ
プティカルインテグレータ８の入射面８ａは光学手段７
を構成する各レンズ７ａ〜７ｄの後側焦点位置に略一致
して配置されている。

【００４０】このような構成をとることにより、オプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａには光学手段７を
構成する各レンズ７ａ〜７ｄの光軸に対応する位置に各
々１つ、計４つの光源像が形成され（図６（Ｂ），
Ｄ）、これにより第１照明を行なっている。

【００４１】図６（Ａ）の第２照明では図５（Ａ）の第
１照明に比べて光学手段７の前方に光学素子６を挿入し
た構成となっている。光学素子６は図２に示すように４
つのプリズム４ａ〜４ｄより成り、各々４つの入射面
（又は４つの射出面）を持ち、各レンズ７ａ〜７ｄに入
射する光束をそれぞれ光軸方向に指向している。

【００４２】このような構成をとることにより、オプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａに形成された４つ
の光源像は光学素子６による光線の偏向角に応じてそれ
ぞれ中心方向にずれる。このとき最適化された光学素子
６を挿入することにより、オプティカルインテグレータ
８の入射面８ａには図６（Ｂ），Ｄに示すような光量分
布が形成される。この光量分布は実際には４つの部分に
分けられているが、各々が近接しているため、比較的低
解像度だが深度の深い照明状態（第２照明）となってい
る。

【００４３】以上、説明したように光学素子６の挿脱に
より第１照明と第２照明を切り替えている。尚、本実施
例において必要な照明状態に応じて複数のプリズムを用
意し、その中から選択して挿入しても良い。

【００４４】本実施例においては光学素子６の挿脱を光
学手段７の直前で行なっているが、光学素子６の挿脱は
各レンズ７ａ〜７ｄの入射面と略等価な位置ならどこで
も良い。例えば各レンズ７ａ〜７ｄが図４（Ａ），
（Ｂ）に示すように構成されているときは第１レンズ７
ａ１の直後で行なっても良い。

【００４５】図７（Ａ），（Ｂ）、図８（Ａ），（Ｂ）
は各々本発明の実施例２の一部分の光路と光束の断面強
度分布の説明図である。図７（Ａ）は高解像度用の第１
照明、図８（Ａ）は低解像度用の第２照明を示してい
る。

【００４６】本実施例では図９（Ａ）に示す形状の４つ
のプリズムより成る光学素子１０６の光路中からの挿脱
により第１照明と第２照明の切り替えを行なっている。

【００４７】本実施例において光学手段１０７を構成す
るレンズ１０７ａ〜１０７ｄは光軸が外形中心になく、
図９（Ｂ）に示すような形状をしている。図９（Ｃ）は
光学手段１０７の４つのレンズ１０７ａ〜１０７ｄの光
軸と垂直方向の断面図である。

【００４８】図中、０１〜０４は各レンズ１０７ａ〜１
０７ｄの光軸を示している。図９（Ｄ），（Ｅ）はレン
ズ１０７ａの光路であり、その作用は実施例１における
レンズ７ａと同じである。

【００４９】図８（Ａ）の第２照明において楕円ミラー
２の第１焦点近傍に配置された発光部１ａの像１ｂが楕
円ミラー２の第２焦点近傍に形成される。レンズ群５は
その前側焦点位置が発光部像１ｂと略一致するように配
置され、発光部１ｂからの光束を光学手段１０７に入射
させている。楕円ミラー２の開口面Ａと光学手段１０７
の入射面Ｃはレンズ群５により略共役な位置に配置され
ている。オプティカルインテグレータ８の入射面８ａは
光学手段１０７を構成する各レンズ１０７ａ〜１０７ｄ
の後側焦点位置に略一致して配置されている。

【００５０】このような構成をとることにより、オプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａには光学手段１０
７を構成するレンズ１０７ａ〜１０７ｄの光軸に対応す
る位置に各々１つ、計４つの光源像が形成される。

【００５１】しかし、各レンズ１０７ａ〜１０７ｄの光
軸は図９（Ｃ）に示すように近接しており、したがって
オプティカルインテグレータ８の入射面８ａにおける光
量分布も図８（Ｂ）に示すように近接したものになる。
したがってこの状態が第２照明となる。

【００５２】図７（Ａ）は光学手段１０７の直前に光学
素子１０６を挿入した様子である。光学素子１０６は図
９（Ａ）に示すように４つのプリズムより成り、各々は
入射面（又は４つの射出面）をもち、各レンズ１０７ａ
〜１０７ｄに入射する光束をそれぞれ光軸と反対方向に
指向している。

【００５３】このような構成をとることにより、オプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａに形成された４つ
の光源像は光学素子１０６による光線の偏向角に応じて
放射方向にずれ、図７（Ｂ），Ｄに示すような４重極状
の光量分布が形成され、これにより第１照明にしてい
る。

【００５４】以上、説明したように光学素子１０６の挿
脱により、第１照明と第２照明を切り替えている。

【００５５】図１０（Ａ），（Ｂ）、図１１（Ａ），
（Ｂ）は各々本発明の実施例３の一部分の光路と光束の
断面強度分布の説明図である。図１０（Ａ）は高解像度
の第１照明、図１１（Ａ）は低解像度の第２照明を示し
ている。

【００５６】本実施例においては発光部像１ｂからの光
束を光学手段７へ入射させるレンズ群５の少なくとも一
部のレンズ群と光学手段７の少なくとも一部のレンズ群
とを光軸上に沿って移動させて光学配置を変えることに
より、第１照明と第２照明との切り替えを行なってい
る。

【００５７】図１０（Ａ）の第１照明では図５の実施例
１と略同じ構成になっており、図１０（Ｂ），Ｄに示す
ようにオプティカルインテグレータ８の入射面８ａに離
散した４つの光源像を形成している。

【００５８】図１１（Ａ）は図１０（Ａ）に比べてレン
ズ群５と光学手段７との光学配置を変え（共に光軸上右
方に移動させている。）、これにより第２照明を行なっ
ている。即ち、レンズ群５はその前側焦点位置と発光部
像１ｂとの位置を一致状態から変えることにより、光学
手段７への入射光束の入射角度を変えている。

【００５９】楕円ミラー２の開口面Ａと光学手段７の入
射面Ｃはレンズ群５の配置変更にかかわらず略共役な位
置に配置されている。配置変更された光学手段７は発光
部像１６の像がオプティカルインテグレータ８の入射面
８ａに形成される状態を保ったまま配置変更されてい
る。

【００６０】図１１（Ａ）ではレンズ群５の前側焦点位
置５ｆが発光部像１ｂより後側になるように配置し、楕
円ミラー２の開口面Ａを光学手段７の入射面Ｃに結像さ
せている。このとき光学手段７を構成する各レンズ７ａ
〜７ｄへの入射光は収束光となり、かつ光軸方向へ偏向
している。

【００６１】したがって各レンズ７ａ〜７ｄによりオプ
ティカルインテグレータ８の入射面８ａに形成される４
つの光源像は各レンズ７ａ〜７ｄの後側焦点位置よりも
若干光源側に、又第１照明よりもそれぞれが近接して形
成される。この像形成位置はオプティカルインテグレー
タ８の入射面８ａと略一致するように配置されている。
各光源像の大きさや位置はレンズ群５や光学手段７の配
置や焦点距離により変更することができ、それらを最適
化することにより図１１（Ｂ），Ｄのようにして第２照
明を行なっている。

【００６２】又、レンズ群５の前側焦点位置を変え、光
学手段７の配置を変えることによりオプティカルインテ
グレータ８の入射面８ａにおける光源像の位置を変え
て、第１照明における４つの光源像を離散度を任意に設
定している。

【００６３】又、レンズ群５による楕円ミラー２の開口
面Ａと光学手段７の入射面Ｃの光量分布の倍率を変える
ことにより各光源像の大きさを変えている。

【００６４】図１２は図１０，図１１の実施例３におい
て光学手段７の各レンズ７ａ〜７ｄを複数のレンズ７ａ
１〜７ａ４（７ｂ１〜７ｂ４，７ｃ１〜７ｃ４，７ｄ１
〜７ｄ４）より構成し、各レンズを光軸上移動させてオ
プティカルインテグレータ８の入射面８ａ上の光量分布
を種々と変化させたときの説明図である。

【００６５】図１２（Ｃ）のＣ１〜Ｃ５は図１２（Ａ）
から図１２（Ｂ）に示す如く各レンズを光軸上、種々と
移動させて光学配置を変えたときのオプティカルインテ
グレータ８の入射面８ａ上の光量分布の状態を示してい
る。

【００６６】図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４（Ａ），
（Ｂ）は各々本発明の実施例４の一部分の光路と光路中
の各位置での光束の断面強度分布の説明図である。図１
３（Ａ）は高解像度の第１照明、図１４（Ａ）は低解像
度の第２照明を示している。

【００６７】本実施例においては図１５に示すような２
つの多面体プリズム２０，２１を対向配置したプリズム
部材２２をオプティカルインテグレータ８の入射面８ａ
の前方に配置している。プリズム部材２２は２つの多面
体プリズム２０，２１を近接したときは光学的に平行平
面板となっている。又離したときは入射光束を偏向させ
て入射光束の射出角度を不変とし、射出位置のみを変え
て射出させる光学作用を有している。

【００６８】そしてプリズム部材２２の少なくとも一方
の多面体プリズムを光軸上移動させ、これによりオプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａ上の光量分布を変
えて第１照明と第２照明との切り替えを行なっている。

【００６９】図１３（Ａ）において楕円ミラー２の第１
焦点近傍に配置された発光部１ａの像１ｂが楕円ミラー
２の第２焦点近傍に形成される。レンズ群５はその前側
焦点位置が発光部像１ｂと略一致するように配置され、
発光部１ｂからの光束を光学手段７に入射させている。
楕円ミラー２の開口面Ａと光学手段７の入射面Ｃはレン
ズ群５によりほぼ共役な位置に配置されている。光学手
段７を射出した光束は密着（近接）した多面体プリズム
２０，２１を通過し、光学手段７を構成する各レンズ７
ａ〜７ｄの後側焦点位置に略一致して配置されたオプテ
ィカルインテグレータ８の入射面８ａに離散した４つの
光源像を形成し、これにより第１照明にしている。

【００７０】図１５に示す多面体プリズム２０，２１は
各レンズ７ａ〜７ｄからの光束をそれぞれ偏向させるも
のであるが、双方の多面体プリズム２０，２１を図１３
（Ａ）のように密着（近接）させた場合には一つの平行
平面板と同じ働きになるように構成されている。

【００７１】図１４（Ａ）は多面体プリズム２０，２１
の少なくとも一方を光軸方向に移動し、双方の光軸上の
間隔を広げたときの状態である。

【００７２】このように構成することにより、オプティ
カルインテグレータ８の入射面８ａにおいて離散した４
つの光源像を接近させることができ、これにより第２照
明にしている。

【００７３】以上、説明したように多面体プリズム２
０，２１の少なくとも一方を光軸方向に移動させ、これ
により第１照明と第２照明の切り替えを行なっている。

【００７４】図１６は本発明の実施例５の一部分の要部
概略図である。図１６（Ａ）は一部分の斜視図、図１６
（Ｂ）は一部分の断面図、図１６（Ｃ）は同図（Ｂ）の
各位置における光束の断面強度分布の説明図である。

【００７５】図１６（Ａ）は図２の実施例１に比べて光
学素子６を構成する各プリズム６ａ〜６ｄを光軸Ｓａに
関して４５度回転させている。これにより光学素子６の
各プリズム６ａ〜６ｄと光学手段７の各レンズ７ａ〜７
ｄの対応関係を１：１より外して、オプティカルインテ
グレータ８の入射面８ａに複数（同図では８つ）の光源
像を形成している。そして光学素子６の光路中からの挿
脱により実施例１と同様にして第１照明と第２照明との
切り替えを行なっている。

【００７６】図１７（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例６
の一部分の光路と光路中の各位置での光束の断面強度分
布の説明図である。

【００７７】本実施例では前述した実施例１〜５ではレ
ンズ群５により楕円ミラー２の開口面Ａと光学手段７の
入射面Ｃとを略共役な関係にしているが、その代わりに
レンズ群５により光源像１ｂと光学手段７の入射面Ｃと
を略共役関係にしている点が異なっており、その他の構
成（不図示）は実施例１〜５の各要素がそのまま適用可
能な構成となっている。

【００７８】図１８，図１９，図２０は各々本発明の実
施例７，８，９の一部分の光路の説明図である。

【００７９】図１８の実施例７では図６に示す実施例１
に比べて光学素子６と光学手段７との間に結像系３０を
配置して、光学素子６と光学手段７の入射面Ｃとが略共
役になるようにしている点が異なり、その他の構成は同
じである。

【００８０】結像系３０を用いて倍率やテレセン度等を
変えてオプティカルインテグレータ８の入射面８ａに形
成される光源像の大きさや位置等を調整している。

【００８１】尚、本実施例において光学手段７により光
源像１ｂがオプティカルインテグレータ８の入射面８ａ
に形成されるように構成しても良い。

【００８２】図１９の実施例８では図１８の実施例７に
比べて光学手段７とオプティカルインテグレータ８との
間に結像系３１を配置し、光学手段７の射出面に形成さ
れる光源像位置７Ｐとオプティカルインテグレータ８の
入射面８ａとが略共役関係となるようにしている点が異
なっており、その他の構成は同じである。

【００８３】図２０の実施例９では図１３，図１４の実
施例４に比べてプリズム部材２２とオプティカルインテ
グレータ８との間に結像系３１を配置し、プリズム部材
２２の射出面に形成される光源像位置２２Ｐとオプティ
カルインテグレータ８の入射面８ａとが略共役関係とな
るようにしている点が異なっており、その他の構成は同
じである。

【００８４】図１８〜図２０の各実施例では結像系３
０，３１等を用いることにより光束の有効利用を図り、
被照射面を効率的に照明している。

【００８５】尚、以上の各実施例において光学手段７と
して図２１（Ａ）に示す４つのレンズ７ａ〜７ｄの代わ
りに、例えば同図（Ｂ），（Ｃ）に示すように６つ又は
７つの４つ以上の複数のレンズより構成して光束を複数
に分割してオプティカルインテグレータ８の入射面８ａ
に複数の光量分布を形成するようにしても良い。そして
入射面８ａ上の光量分布を変更して第１照明と第２照明
の切り替えを行なっても良い。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば投影露光するレチクル面
上のパターンの細かさ、方向性等を考慮して、該パター
ンに適合した照明系を選択することによって最適な高解
像力の投影露光が可能な照明装置及びそれを用いた投影
露光装置を達成している。

【００８７】又、本発明によればそれほど細かくないパ
ターンを露光する場合には従来の照明系そのままで用い
ることができると共に細かいパターンを露光する場合に
は光量の損失が少なく高解像を容易に発揮できる照明装
置を用いて大きな焦点深度が得られるという効果が得ら
れる。

【００８８】又、照明系のみの変形で像性能がコントロ
ールでき、投影光学系に対しては制約を加えないため、
ディストーション、像面の特性等の光学系の主要な性質
が照明系で種々変形を加えるのにも変わらず安定してい
るという効果を有した照明装置及びそれを用いた投影露
光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１のレンズ７ａの光学作用の説明図

【図４】 図１のレンズ７ａの光学作用の説明図

【図５】 図１の一部分の説明図

【図６】 図１の一部分の説明図

【図７】 本発明の実施例２の一部分の要部概略図

【図８】 本発明の実施例２の一部分の要部概略図

【図９】 図７の一部分の説明図

【図１０】 本発明の実施例３の一部分の要部概略図

【図１１】 本発明の実施例３の一部分の要部概略図

【図１２】 図１０の一部分の他の実施例の説明図

【図１３】 本発明の実施例４の一部分の要部概略図

【図１４】 本発明の実施例４の一部分の要部概略図

【図１５】 図１３の一部分の説明図

【図１６】 本発明の実施例５の一部分の要部概略図

【図１７】 本発明の実施例６の一部分の要部概略図

【図１８】 本発明の実施例７の一部分の要部概略図

【図１９】 本発明の実施例８の一部分の要部概略図

【図２０】 本発明の実施例９の一部分の要部概略図

【図２１】 本発明に係る光学手段の他の実施例の説明
図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 楕円鏡 ３ コールドミラー ４ 第２焦点 ５ レンズ群 ６，１０６ 光学素子 ７，１０７ 光学手段 ８ オプティカルインテグレータ ９ ２次光源 １０ 絞り １１ ミラー １２ レンズ系 １３ レチクル １５ 投影光学系 １５ａ 瞳 １６ ウエハ １７ ウエハチャック １８ ステージ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束で複数の微小レンズを２
   次元的に配列したオプティカルインテグレータを介して
   被照射面を照明する際、該光源とオプティカルインテグ
   レータとの間に入射光束を所定方向に偏向させる光路中
   より挿脱可能な光学素子と、該光学素子と該オプティカ
   ルインテグレータとの間に複数のレンズを光軸に対して
   ２次元的に配列した光学手段とを配置して、該光学素子
   により該オプティカルインテグレータの入射面の光強度
   分布を変更するようにしたことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子は前記光学手段の入射面近
   傍又は該入射面と略共役な位置に挿脱可能に配置してい
   ることを特徴とする請求項１の照明装置。
3. 【請求項３】 前記光学素子を多面体プリズムより構成
   していることを特徴とする請求項２の照明装置。
4. 【請求項４】 楕円鏡の第１焦点近傍に発光部を配置
   し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介して該楕円鏡の
   第２焦点近傍に該発光部の像を形成し、該発光部の像か
   らの光束を入射光束を所定方向に偏向させる光路中より
   挿脱可能な光学素子と複数のレンズを光軸に対して２次
   元的に配列した光学手段とを順に介した後に複数の微小
   レンズを２次元的に配列したオプティカルインテグレー
   タの入射面に入射させ、該オプティカルインテグレータ
   の射出面からの光束で被照射面を照明する際、該光学素
   子を利用して該オプティカルインテグレータの入射面の
   光強度分布を調整したことを特徴とする照明装置。
5. 【請求項５】 光源からの光束を複数のレンズを光軸に
   対して２次元的に配列した光学手段と複数の微小レンズ
   を２次元的に配列したオプティカルインテグレータとを
   介して被照射面を照明する際、該光学手段とオプティカ
   ルインテグレータとの間に２つの多面体プリズムより成
   り、そのうち少なくとも一方の多面体プリズムを移動可
   能とし、双方を近接させたときに光学的に平行平面板と
   なり、離したときに入射光束の入射位置を変えて射出さ
   せるようにしたプリズム部材を配置し、該プリズム部材
   を利用して該オプティカルインテグレータの入射面の光
   強度分布を変更するようにしたことを特徴とする照明装
   置。
6. 【請求項６】 前記プリズム部材は光束の入射角と射出
   角が一定となるように構成していることを特徴とする請
   求項５の照明装置。
7. 【請求項７】 光源からの光束を順にレンズ群、複数の
   レンズを光軸に対して２次元的に配列した光学手段、そ
   して複数の微小レンズを２次元的に配列したオプティカ
   ルインテグレータとを介して被照射面を照明する際、該
   レンズ群又は該光学手段の少なくとも一方の光学配置を
   変更することにより、該オプティカルインテグレータの
   入射面の光強度分布を変更するようにしたことを特徴と
   する照明装置。
8. 【請求項８】 光源からの光束で複数の微小レンズを２
   次元的に配列したオプティカルインテグレータを介して
   第１物体面上のパターンを照明し、該パターンを投影光
   学系により第２物体面上に投影露光する際、該光源とオ
   プティカルインテグレータとの間に入射光束を所定方向
   に偏向させる光路中より挿脱可能な光学素子と、該光学
   素子と該オプティカルインテグレータとの間に複数のレ
   ンズを光軸に対して２次元的に配列した光学手段とを配
   置して、該光学素子により該オプティカルインテグレー
   タの入射面の光強度分布を変更し、該投影光学系の瞳面
   上の光強度分布を調整したことを特徴とする投影露光装
   置。
9. 【請求項９】 楕円鏡の第１焦点近傍に発光部を配置
   し、該発光部からの光束で該楕円鏡を介して該楕円鏡の
   第２焦点近傍に該発光部の像を形成し、該発光部の像か
   らの光束で複数の微小レンズを２次元的に配列したオプ
   ティカルインテグレータを介して第１物体面上のパター
   ンを照明し、該パターンを投影光学系を介して第２物体
   面上に投影露光する際、該楕円鏡とオプティカルインテ
   グレータとの間に入射光束を所定方向に偏向させる光路
   中より挿脱可能な光学素子と、該光学素子と該オプティ
   カルインテグレータとの間に複数のレンズを光軸に対し
   て２次元的に配列した光学手段とを配置し、該光学素子
   を利用して該オプティカルインテグレータの入射面の光
   強度分布を変更し、該投影光学系の瞳面上の光強度分布
   を調整したことを特徴とする投影露光装置。