JPH06349710A

JPH06349710A - 照明光学装置

Info

Publication number: JPH06349710A
Application number: JP5140579A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3291839B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フライアイレンズを用いた照明光学装置にお
いて、複数の光源を使用した場合でも照度むらが生じる
ことなく、且つ何れか１つの光源が寿命等で消灯した場
合でも照度均一性が悪化しないようにする。【構成】第１の光源３１Ａから射出されてハーフプリ
ズム６１を透過した光束、及び第２の光源３１Ｂから射
出されてハーフプリズム６１で反射された光束よりなる
第１の照明光ＥＬ１が、三角形のプリズム６５の第１の
反射面で偏向されて第１フライアイレンズ４１に入射す
る。一方、第１の光源３１Ａから射出されてハーフプリ
ズム６１で反射された光束、及び第２の光源３１Ｂから
射出されてハーフプリズム６１を透過した光束よりなる
第２の照明光ＥＬ２が、第１の照明光ＥＬ１と異なる方
向から第１フライアイレンズ４１に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される投影露光装置の照明光学系として使用して
好適な照明光学装置に関し、特に所謂スリットスキャン
露光方式の投影露光装置の照明光学系として使用した場
合に卓効あるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、
「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に露光する投影露光装置が使用されて
いる。最近は、半導体素子等の１個のチップパターンが
大型化する傾向にあり、投影露光装置においては、レチ
クル上のより大きな面積のパターンをウエハ上に露光す
るための大面積化が求められている。

【０００３】また、半導体素子等のパターンが微細化す
るのに応じて、投影光学系の解像度を向上することも求
められているが、投影光学系の解像度を向上し、且つ投
影光学系の露光フィールドを大きくすることは設計上及
び製造上困難であるという問題がある。特に、投影光学
系として、反射屈折系を使用するような場合には、無収
差の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることも
ある。

【０００４】斯かる転写対象パターンの大面積化及び投
影光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例え
ば細長い矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを
「スリット状の照明領域」という）に対してレチクルを
走査し、その照明領域と共役な露光領域に対してレチク
ルに同期してウエハを走査することにより、レチクル上
のパターンの像を逐次ウエハ上に露光する所謂スリット
スキャン露光方式の投影露光装置が注目されている。こ
のスリットスキャン露光方式では、レチクル上の照明領
域の形状が長方形状であるため、その照明光学系では光
源からの照明光の利用効率を高めるために、照明視野を
長方形状にすることが望ましい。

【０００５】そのような長方形状の照明視野を得るため
の従来の照明光学系では、例えば特開平５−４５６０５
号公報に開示されているように、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の個々のレンズエレメ
ントの断面形状を長方形としている。但し、この場合、
照明光の光源として水銀ランプ等のように光源像が所定
半径の円形パターンとなる光源を使用すると、その個々
のレンズエレメントの断面形状の幅が狭い方向で光源像
のケラレが生じ易くなる。そこで、その照明光学系で
は、その個々のレンズエレメントの断面形状の長手方向
に沿って複数の光源を配置することにより、ケラレの少
ない長手方向で照明パワーを向上させている。

【０００６】また、光源としてエキシマレーザ光源等の
レーザ光源、又は水銀ランプ等のランプ光源を備えた一
般の照明光学系で、そのようにフライアイレンズの個々
のレンズエレメントが長方形を成す場合、フライアイレ
ンズの全体の断面形状を正方形とすると、フライアイレ
ンズの縦方向と横方向との個数の比は個々のレンズエレ
メントの断面形状の縦横比に反比例する。そのため、個
々のレンズエレメントの縦横比を例えば５：１とする
と、光源が１つの場合に従来はフライアイレンズの射出
面での光源像の分布は、縦方向と横方向との個数の比が
１：５となり、縦方向の光源像の密度が低くなってい
た。それに対して、縦方向に光源の個数を増やすことに
より、縦方向の光源像の密度を高めることができると共
に、可干渉性の強いレーザ光源の場合には、スペックル
パターンを低減させるという利点も生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の照明
光学系では、光源の個数を増やすことにより、照明光の
パワー、照度均一性及びスペックル特性を向上できる。
しかしながら、異なる光源からの光束を互いに異なる方
向からフライアイレンズに入射せしめている為に、フラ
イアイレンズの射出面の光源像は、異なる光源によって
それぞれ異なった位置に形成されることとなる。従っ
て、各光源の照明光のパワーに差異がある場合には、そ
の射出面で照度むらが発生して、均一な照度でレチクル
を照明できないという不都合があった。

【０００８】更に、複数光源の内の何れか１個でも、寿
命等により消灯した場合、レチクル上での照度むらは許
容できないものとなる。そのため、光源を交換する間
は、装置を停止させる必要があり、露光工程のスループ
ットが低下するという不都合があった。更に、照度むら
を除去する為には、各光源に高精度な照射量モニターと
照射パワー可変システムとを設け、各光源の照明光の照
度が同じになる様に制御する必要があり、制御が複雑化
するという不都合があった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑み、長方形状の断面
形状のレンズエレメントを束ねてなるフライアイレンズ
からの照明光で重畳的に長方形状の照明領域（照明視
野）を照明する照明光学装置において、複数の光源を使
用した場合でも照度むらが生じることなく、且つ何れか
１つの光源が寿命等で消灯した場合でも照度均一性が悪
化しないようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の照明
光学装置は、例えば図１に示すように、照明光よりそれ
ぞれ光源像を形成する断面が矩形の複数のレンズエレメ
ントを束ねてなるフライアイレンズ（４１）と、このフ
ライアイレンズにより形成される複数の光源像からの照
明光で矩形状の照明領域（５１）を重畳的に照明するコ
ンデンサーレンズ系（５０）とを有する照明光学装置に
おいて、第１の方向に入射する光束を、フライアイレン
ズ（４１）を構成するレンズエレメントの断面形状の長
手方向に沿って所定の複数の方向に向かう光束に分割し
てフライアイレンズ（４１）に供給すると共に、その第
１の方向と異なる第２の方向に入射する光束をその所定
の複数の方向に向かう光束に分割してフライアイレンズ
（４１）に供給する光束分割光学系（３７，４０Ａ，４
０Ｂ）と、この光束分割光学系に対してその第１の方向
に照明光を供給する第１の光源系（３１Ａ，３３Ａ，３
６Ａ）と、その光束分割光学系に対してその第２の方向
に照明光を供給する第２の光源系（３１Ｂ，３３Ｂ，３
６Ｂ）とを有するものである。

【００１１】また、本発明による第２の照明光学装置
は、例えば図１に示すように、照明光よりそれぞれ光源
像を形成する断面が矩形の複数のレンズエレメントを束
ねてなるフライアイレンズ（４１）と、このフライアイ
レンズにより形成される複数の光源像からの照明光で矩
形状の照明領域（５１）を重畳的に照明するコンデンサ
ーレンズ系（５０）とを有する照明光学装置において、
互いに異なる位置に配置されてそれぞれ照明光を発生す
る第１の光源系（３１Ａ）及び第２の光源系（３１Ｂ）
と、第１の光源系（３１Ａ）からの照明光を、フライア
イレンズ（４１）を構成するレンズエレメントの断面形
状の長手方向に沿って所定の複数の方向に向かう光束に
分割してフライアイレンズ（４１）に供給すると共に、
第２の光源系（３１Ｂ）からの照明光を、その所定の複
数の方向に向かう光束に分割してフライアイレンズ（４
１）に供給する光束分割光学系とを有するものである。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の第１の照明光学装置において
は、第１の光源系（３１Ａ，３３Ａ，３６Ａ）からの照
明光を光束分割光学系（３７，４０Ａ，４０Ｂ）を介し
て例えば第１の光束と第２の光束とに分けてフライアイ
レンズ（４１）に供給している。また、第１の光源系
（３１Ａ，３３Ａ，３６Ａ）からの照明光も、光束分割
光学系（３７，４０Ａ，４０Ｂ）を介して例えば第１の
光束と第２の光束とに分けてフライアイレンズ（４１）
に供給されている。この場合、図１において、フライア
イレンズ（４１）に第１の方向から入射する照明光ＥＬ
１は、第１の光源系からの光束及び第２の光源系からの
光束が合成されたものであり、フライアイレンズ（４
１）に第２の方向から入射する照明光ＥＬ２も、第１の
光源系からの光束及び第２の光源系からの光束が合成さ
れたものである。

【００１３】また、フライアイレンズ（４１）の個々の
レンズエレメントの断面形状の長手方向に沿って、それ
ぞれ照明光ＥＬ１及びＥＬ２に対応する２個の光源像が
形成される。従って、フライアイレンズ（４１）の射出
面での光源像の密度が縦方向と横方向とでほぼ等しくな
っている。また、各光源系毎に独立にフライアイレンズ
の射出面上に光源像が形成され、且つそれぞれの光源像
が同一点で重なっているので、第１の光源系と第２の光
源系とで照明光の照度が大きく異なっても、フライアイ
レンズ（４１）の射出面での光源像の照度分布は均一で
ある。また、仮に一方の光源系が消灯しても、他方の光
源系の光源像が同じ密度分布で形成されているため、照
度むらが発生することがない。

【００１４】また、上述の発明は第１の光源系の光軸と
第２の光源系の光軸とが交差している場合を扱っている
ため、光学系の構成は比較的単純である。これに対し
て、第１の光源系（３１Ａ，３３Ａ，３６Ａ）の光軸と
第２の光源系（３１Ｂ，３３Ｂ，３６Ｂ）の光軸とが平
行であっても、要は２つの光源系からの光束を同じ方向
に重ねてフライアイレンズ（４１）に供給することがで
きれば、フライアイレンズ（４１）の射出面での光源像
は共通となり、上述の第１の照明光学装置と同じ作用効
果を奏することができる。これが、本発明の第２の照明
光学装置である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による照明光学装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本実施例は、スリット
スキャン露光方式でレチクルのパターンを逐次ウエハ上
に露光する投影露光装置の照明光学系に本発明を適用し
たものである。図２は本実施例の投影露光装置を示し、
この図２において、図示省略された照明光学系からの露
光光ＥＬによる矩形の照明領域（以下、「スリット状の
照明領域」という）によりレチクル１２上のパターンが
照明され、そのパターンの像が投影光学系８を介してフ
ォトレジストが塗布されたウエハ５上に投影露光され
る。スリットスキャン露光方式で露光を行う際には、露
光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、レチクル１
２が図１の紙面に対して前方向に一定速度Ｖで走査され
るのに同期して、ウエハ５は図１の紙面に対して後方向
に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影光学系８の縮小倍率）
で走査される。

【００１６】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向（図２の
紙面に垂直な方向）に駆動されるレチクルＹ駆動ステー
ジ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上
にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル
微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック
等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１
１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面に
平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞ
れ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行
う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が
配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４
によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干
渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａ
に供給されている。

【００１７】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動されるウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動されるウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺθ軸駆動ステージ４が設けられ、
このＺθ軸駆動ステージ４上にウエハ５が真空吸着によ
って保持されている。Ｚθ軸駆動ステージ４上にも移動
鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３により、
Ｚθ軸駆動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位
置がモニターされ、干渉計１３により得られた位置情報
も主制御系２２Ａに供給されている。主制御系２２Ａ
は、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ軸駆動ス
テージ２〜Ｚθ軸駆動ステージ４の位置決め動作を制御
すると共に、装置全体の動作を制御する。

【００１８】また、後述するが、ウエハ側の干渉計１３
によって計測される座標により規定されるウエハ座標系
と、レチクル側の干渉計１４によって計測される座標に
より規定されるレチクル座標系の対応をとるために、Ｚ
θ軸駆動ステージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板
６が固定されている。この基準マーク板６上には各種基
準マークが形成されている。これらの基準マークの中に
はＺθ軸駆動ステージ４側に導かれた照明光により裏側
から照明されている基準マーク、即ち発光性の基準マー
クがある。

【００１９】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は待避され
る。

【００２０】図１は本例の照明光学系を示し、この図１
において、それぞれ水銀ランプよりなる第１の光源３１
Ａ及び第２の光源３１Ｂにはそれぞれランプ電源３２Ａ
及び３２Ｂから所定の電圧のもとで電流が供給されてい
る。光源３１Ａ及び３１Ｂの光をそれぞれ集光するため
に楕円鏡３３Ａ及び３３Ｂが配置され、楕円鏡３３Ａ及
び３３Ｂの背面の近傍にそれぞれ光源チェックセンサー
３５Ａ及び３５Ｂが配置されている。第１の光源チェッ
クセンサー３５Ａは、楕円鏡３３Ａからの光源３１Ａの
漏れ光を受光するための受光素子と、その受光素子から
の光電変換信号が所定レベルを超えている間は時間を積
算するタイマーとより構成され、第２の光源チェックセ
ンサー３５Ｂも同様に構成されている。

【００２１】そして、第１の光源チェックセンサー３５
Ａは、第１の光源３１Ａが点灯されていた時間の情報及
び現在点灯されているかどうかの情報を、露光量に関す
る制御を行う露光量制御系２２Ｃに供給する。同様に、
第２の光源チェックセンサー３５Ｂは、第２の光源３１
Ｂが点灯されていた時間の情報及び現在点灯されている
かどうかの情報を、露光量制御系２２Ｃに供給する。光
源チェックセンサー３５Ａ又は３５Ｂは、それぞれ対応
する光源３１Ａ又は３１Ｂが交換されたときに内部のタ
イマーがリセットされる。露光量制御系２２Ｃは、ラン
プ電源３２Ａ及び３２Ｂを介してそれぞれ光源３１Ａ及
び３１Ｂの点灯を制御する。

【００２２】第１の光源３１Ａから射出された照明光
（例えば波長３６５ｎｍのｉ線）は、楕円鏡３３Ａによ
って集光された後、インプットレンズ３６Ａによりほぼ
平行光束に変換されて、図１の紙面に平行な光軸に沿っ
て所定の入射角で回折格子板３７に入射する。同様に、
第２の光源３１Ｂから射出された照明光（例えば波長３
６５ｎｍのｉ線）は、楕円鏡３３Ｂによって集光された
後、インプットレンズ３６Ｂによりほぼ平行光束に変換
されて、第１の光源３１Ａからの照明光と対称な入射角
で回折格子板３７に入射する。楕円鏡３３Ａ及び３３Ｂ
の第２焦点付近にそれぞれシャッター３８Ａ及び３８Ｂ
を配置し、露光量制御系２２Ｃが駆動装置３９Ａ及び３
９Ｂを介してそれぞれシャッター３８Ａ及び３８Ｂを開
閉することにより、露光時間等が制御される。

【００２３】また、回折格子板３７は、照明光に対して
透過性のガラス基板上に図１の紙面に平行な方向に所定
ピッチで凹凸の回折格子パターンを形成したものであ
る。その回折格子パターンのピッチは、第１の光源３１
Ａからの照明光の０次回折光と＋１次回折光とが回折格
子板３７の法線に対して対称に射出されるように定めて
有る。また、回折格子板３７上の回折格子パターンの凹
凸の溝の深さは、法線に対して対称に射出される０次回
折光の光量と１次回折光の光量とが等しくなるように定
められている。この場合、第２の光源３１Ｂからの照明
光は、第１の光源３１Ａからの照明光に対して対称に回
折格子板３７に入射しているため、回折格子板３７から
は、第１の光源３１Ａの照明光の０次回折光と第２の光
源３１Ｂの照明光の−１次回折光とが同軸に合成された
第１の照明光ＥＬ１と、第１の光源３１Ａの照明光の＋
１次回折光と第２の光源３１Ｂの照明光の０次回折光と
が同軸に合成された第２の照明光ＥＬ２とが、照明光学
系の光軸ＡＸに対称に射出される。

【００２４】そして、回折格子板３７からの第１の照明
光ＥＬ１はミラー４０Ｂで反射されて第１フライアイレ
ンズ４１に所定の入射角で入射し、第２の照明光ＥＬ２
はミラー４０Ａで反射されて、第１の照明光ＥＬ１と軸
対称に第１フライアイレンズ４１に入射する。第１フラ
イアイレンズ４１を構成する各レンズエレメントの断面
形状は図１の紙面に平行な方向を長手方向とする長方形
であり、各レンズエレメントの射出面には断面形状の長
手方向に沿ってそれぞれ２個の光源像が形成される。

【００２５】第１フライアイレンズ４１の射出面の複数
の光源像からの照明光は、第１リレーレンズ４２を経て
第２フライアイレンズ４３に入射し、第２フライアイレ
ンズ４３の射出面には更に多くの光源像が形成され、こ
れら光源像からの照明光は、第２リレーレンズ４４を経
て第３フライアイレンズ４５に入射し、第３フライアイ
レンズ４５の射出面にも更に多くの光源像が形成され
る。そして、第３フライアイレンズ４５の射出面に形成
される多くの光源像からの照明光が、ミラー４６、第３
リレーレンズ４７、視野絞り（レチクルブラインド）４
８、第４リレーレンズ４９、及びメインコンデンサーレ
ンズ５０を経てレチクル１２上の矩形の照明領域５１を
均一な照度で照明する。その第３フライアイレンズ４５
の射出面に、通常の円形の開口絞り、又は所謂変形照明
法若しくは輪帯照明法等を実施するための開口絞りを配
置しても良い。

【００２６】本例では、第１フライアイレンズ４１の入
射面は、順次第２フライアイレンズ４３の入射面、第３
フライアイレンズ４５の入射面、レチクルブラインド４
８の配置面及びレチクル１２のパターン形成面と共役で
あり、レチクル１２上の矩形の照明領域５１の形状は第
３フライアイレンズ４５を構成する個々のレンズエレメ
ントの断面形状と相似である。従って、レチクルブライ
ンド４８は、そのように個々のレンズエレメントの断面
形状で定まる照明領域５１の周辺部をカットする役割を
有する。

【００２７】次に、図３を参照して、本例の照明光学系
の光源像の状態等について詳細に説明する。図３は、図
１の照明光学系の主要な要素を示し、この図３におい
て、レチクル１２上の照明領域５１はＸ方向の幅がＬで
Ｙ方向の幅がＤ（Ｄ＜Ｌ）のＸ方向に細長い長方形であ
る。但し、図１のレチクルブラインド４８及びレンズ系
は省略している。スリットスキャン露光方式で露光を行
う際には、照明領域５１の短辺方向であるＹ方向にレチ
クル１２が走査される。この場合、レチクル１２上のＸ
方向及びＹ方向に対応する各フライアイレンズ４１，４
３，４５での方向をそれぞれＸ１方向及びＹ１方向とし
て、説明の便宜上、第１フライアイレンズ４１はＹ１方
向に２個のレンズエレメンント４１ａ，４１ｂを配列し
たものであり、第２フライアイレンズ４３はＸ１方向に
２個のレンズエレメント４３ａ，４３ｂを配列したもの
であるとする。レンズエレメント４１ａ及び４１ｂの断
面形状は、Ｘ１方向の幅とＹ１方向の幅との比が２：１
であり、レンズエレメント４３ａ及び４３ｂの断面形状
は、正方形である。

【００２８】また、第３フライアイレンズ４５はＹ１方
向に５列で、Ｘ１方向に３行のレンズエレメント４５
ａ，４５ｂ，…を配列したものであり、個々のレンズエ
レメントのＸ１方向の幅とＹ１方向の幅との比は５：３
であるとする。従って、第１フライアイレンズ４１の全
体としての断面形状のＸ１方向とＹ１方向との比は１：
１（正方形）であり、第２フライアイレンズ４３の全体
としての断面形状のＸ１方向とＹ１方向との比は２：１
であり、第３フライアイレンズ４５の全体としての断面
形状のＸ１方向とＹ１方向との比は１：１（正方形）で
ある。

【００２９】この場合、第１フライアイレンズ４１の入
射面のほぼ円形の領域５２に、Ｘ１方向に光軸ＡＸに対
して対称に第１の照明光ＥＬ１及び第２の照明光ＥＬ２
が入射する。従って、第１フライアイレンズ４１の個々
のレンズエレメントの射出面にはそれぞれＸ１方向に２
個（合計で４個）の光源像５３が形成される。また、光
源像５３からの照明光はそれぞれ第２フライアイレンズ
４３の入射面で、第２フライアイレンズ４３の全体とし
ての断面形状とほぼ等しい矩形の領域５４を照明し、第
２フライアイレンズ４３の個々のレンズエレメントの射
出面にはそれぞれＸ１方向に２行でＹ１方向に２列（フ
ライアイレンズ全体で８個）の光源像５５が形成され
る。同様に、光源像５５からの照明光はそれぞれ第３フ
ライアイレンズ４５の入射面で、第３フライアイレンズ
４５の全体としての断面形状とほぼ等しい正方形の領域
５６を照明し、第３フライアイレンズ４５の個々のレン
ズエレメントの射出面にはそれぞれＸ１方向に４行でＹ
１方向に２列の光源像５７が形成される。第３フライア
イレンズ４５の射出面に形成される光源像の合計は１２
０（＝８×５×３）個である。

【００３０】そして、第３フライアイレンズ４５による
１２０個の光源像５７からの照明光は、それぞれレチク
ル１２上の長方形の照明領域５１を重畳的に照明する。
第３フライアイレンズ４５の個々のレンズエレメントの
Ｘ１方向の幅とＹ１方向の幅との比は５：３であるた
め、照明領域５１のＸ方向の幅ＬとＹ方向の幅Ｄとの比
は５：３となる。この場合、本例では断面形状がＸ１方
向に長いレンズエレメント４１ａ，４１ｂよりなる第１
フライアイレンズ４１に対して、Ｘ１方向に２方向から
照明光ＥＬ１，ＥＬ２を入射させているため、Ｘ１方向
での光源像の密度が２倍となり、照明領域５１でのＸ方
向の照度均一性が向上している。

【００３１】なお、図３ではフライアイレンズ４１，４
３及び４５のレンズエレメントの個数を簡単の為に少な
くしているが、多くしても良い。また、図３では、レチ
クル１２上の照明領域５１の縦横比が５：３となる場合
を例として示したが、この比がより大きくなると図４に
示す様なケラレが生じることになる。図４（ａ）は入射
する照明光の方向が１方向である場合のフライアイレン
ズのレンズエレメント４５ａの射出面を示し、この図４
（ａ）において、光源像のスポット５８が大きいと、レ
ンズエレメント４５ａの短辺方向で光源像のスポット５
８内の斜線部５８ａ及び５８ｂがケラれていることが分
かる。このケラレ部はレチクル１２上に達しないので光
量が低下する。

【００３２】これに対して、図４（ｂ）はレンズエレメ
ント４５ａの長辺方向に２方向から照明光を入射させた
場合を示し、この図４（ｂ）において、レンズエレメン
ト４５ａの射出面には、長辺方向に２個の光源像のスポ
ット５９Ａ及び５９Ｂが並列に形成される。この場合
も、光源像のスポット５９Ａ内の斜線部５９Ａａ，５９
Ａｂ及び光源像のスポット５９Ｂ内の斜線部５９Ｂａ，
５９Ｂｂがケラレ部となっているが、長手方向の余裕の
あるフィールドを有効に使用できるので、照明光の光量
を約２倍にすることができる。

【００３３】次に、図１に戻り、２個の光源３１Ａ及び
３１Ｂの使用方法の一例につき説明する。先ず、例えば
第１の光源３１Ａが寿命で切れた（消灯した）ような場
合でも、本例では第２の光源３１Ｂの照明光が２方向か
ら第１フライアイレンズ４１に入射する。従って、第１
フライアイレンズ４１の射出面での光源像の密度は同じ
であり、レチクル１２上の照度分布の均一性に変化は無
い。また、１個の光源３１Ｂのみを用いた場合の図２の
ウエハ５に対する積算露光量を、２個の光源３１Ａ，３
１Ｂを用いた場合と同じにするには、例えばレチクル１
２及びウエハ５の走査速度を１／２にすれば良い。

【００３４】そこで、例えば第１の光源３１Ａの交換及
び調整を行っている際でも、第２の光源３１Ｂのみを点
灯することにより、ウエハ５への露光を続行することが
できる。また、図２のウエハ５上に高感度のフォトレジ
ストが塗布されているような場合には、必ずしも２個の
光源３１Ａ，３１Ｂの照明光を合成した光量を必要とし
ないことがある。そこで、このような場合には、図１に
おいて、主制御系２２Ａからの指令により、露光量制御
系２２Ｃがランプ電源３２Ｂを介して他方の光源３１Ｂ
を消灯させる。これにより、２個の光源３１Ａ，３１Ｂ
の寿命が全体として延びる。

【００３５】また、高感度のフォトレジストに対して例
えば第１の光源３１Ａのみを点灯させている場合に、第
１の光源チェックセンサー３５Ａで積算されている点灯
時間が光源の寿命に達したときには、露光量制御系２２
Ｃは、ランプ電源３２Ｂを介して第２の光源３１Ｂの点
灯を行う。その後、露光量制御系２２Ｃが、駆動装置３
９Ａ及び３９Ｂを介して第２の光源３１Ｂ用のシャッタ
ー３８Ｂを開けると同時に、第１の光源３１Ａ用のシャ
ッター３８Ａを閉じるようにする。これにより、第１の
光源３１Ａが切れる前に、第２の光源３１Ｂへの切り替
えを行うことができ、露光作業が中断されることがなく
なる。

【００３６】次に、本発明の他の実施例につき図５を参
照して説明する。図５において、図１に対応する部分に
は同一符号を付してその詳細説明を省略する。本例の照
明光学系は、図１の照明光学系と比較して第１フライア
イレンズ４１までの光源系が異なるのみであるため、以
下ではその光源系につき説明する。図５は本例の光源系
を示し、この図５において、第１の光源３１Ａからの照
明光は楕円鏡３３Ａによって集光され、インプットレン
ズ３６Ａを経てハーフプリズム６１に入射する。この照
明光はハーフプリズム６１により第１光束と第２光束と
に分割される。ハーフプリズム６１を透過した第１光束
は、リレーレンズ６２Ａ、ミラー６３Ａ及びリレーレン
ズ６４Ａを経た後、三角形のプリズム６５の第１の反射
面で偏向されて第１フライアイレンズ４１に入射する。
一方、ハーフプリズム６１で反射された第２光束は、リ
レーレンズ６２Ｂ、ミラー６３Ｂ及びリレーレンズ６４
Ｂを経た後、三角形のプリズム６５の第２の反射面で偏
向されて、第１光束と異なる方向から第１フライアイレ
ンズ４１に入射する。ハーフプリズム６１は５０％反
射、且つ５０％透過型であり、第１の光源３１Ａからの
光束の５０％ずつがそれぞれ第１光束と第２光束とに分
割されて別方向から第１フライアイレンズ４１を照射し
ている。

【００３７】次に、第２の光源３１Ｂからの光束は楕円
鏡３３Ｂによって集光され、インプットレンズ３６Ｂを
経てハーフプリズム６１に入射する。このときの入射面
は、第１の光源３１Ａからの照明光の入射面に直交する
面であり、この面から入射した照明光はハーフプリズム
６１で分割される。即ち、第２の光源３１Ｂからの照明
光の内、ハーフプリズム６１で反射された第１光束は、
第１の光源３１Ａからの照明光の内でハーフプリズム６
１を透過した第１光束と合成されて第１の照明光ＥＬ１
となる。また、第２の光源３１Ｂからの照明光の内、ハ
ーフプリズム６１を透過した第２光束は、第１の光源３
１Ａからの照明光の内でハーフプリズム６１で反射され
た第２光束と合成されて第２の照明光ＥＬ１となる。

【００３８】これにより、それぞれ第１の光源３１Ａ及
び第２の光源３１Ｂからの光束が合成された光束ＥＬ１
及びＥＬ２が、異なる入射角で第１フライアイレンズ４
１に入射する。従って、第１フライアイレンズ４１の射
出面には第１の光束ＥＬ１及び第２の光束ＥＬ２に対応
した光源像がほぼ同一光量で形成される。この場合、本
例によれば光束分割光学系としてハーフプリズム６１が
使用されているため、第１の光源３１Ａ及び第２の光源
３１Ｂからの照明光が、それぞれ損失無く第１フライア
イレンズ４１に伝達される。なお、この実施例は図１の
実施例と比べると、構成が複雑になるが、分割と合成と
の効率が１００％であり、また回折を用いていないの
で、波長帯幅が広い照明光や光源像の大きい場合には有
効である。

【００３９】また、図１の実施例と同様に本例でも、光
源３１Ａ及び３１Ｂからの照明光を開閉するシャッター
３８Ａ及び３８Ｂが、駆動装置３９Ａ及び３９Ｂにより
駆動されるように配置されている。また、光源チェック
センサー３５Ａ及び３５Ｂから露光量制御系２２Ｃに対
して、それぞれ光源３１Ａ及び３１Ｂのランプの寿命及
び点灯に関する警告が発せられる。

【００４０】なお、上述の実施例では、２個の光源３１
Ａ及び３１Ｂからの照明光を異なる入射角で光束分割光
学系（例えば図１の回折格子板３７）に入射させてい
る。しかしながら、２個の光源３１Ａ及び３１Ｂからの
照明光をほぼ平行に光束分割光学系に供給する方式も考
えられる。また、３個以上の光源からの照明光を分割及
び合成しても良い。

【００４１】また、上述実施例では光源として水銀ラン
プが使用されているが、照明光の光源として、エキシマ
レーザ光源、アルゴンレーザ光の高調波を発生する光
源、又は他のランプ光源等を使用した場合にも本発明は
そのまま適用される。特に光源としてレーザ光源を使用
した場合には、本発明の適用により、ウエハの露光面で
のスペックルパターンが減少する。

【００４２】また、スリットスキャン露光方式の投影露
光装置のみならず、通常のステッパーのような一括露光
方式の投影露光装置でも、特にレチクル上の照明領域が
矩形であるような場合には、本発明の適用により照明光
の照度増大、照度均一性の向上等が期待される。このよ
うに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。

【００４３】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の照明光学装置に
よれば、第１の光源系からの光束及び第２の光源系から
の光束をそれぞれ含む複数の光束を、フライアイレンズ
のレンズエレメントの断面形状の長手方向に異なる角度
で入射させているため、そのフライアイレンズの射出面
の光源像はそれぞれ第１の光源系からの照明光及び第２
の光源系からの照明光が合成されたものである。従っ
て、第１の光源系からの照明光と第２の光源系からの照
明光との光量が異なっても、照度むらが生じることな
い。且つ、何れか１つの光源系が寿命等で消灯した場合
でも、照度は略１／２になるが照度均一性は悪化しな
い。即ち、これを利用すれば、一方の光源系により露光
動作を行っている最中に、他方の光源系の交換及び調整
を行うことができる。これにより、照明光学系を連続し
て使用できるため、スループットが向上する。また、光
源系としてレーザー光源を使用した場合は、複数のレー
ザー光の合成光束を用いる為スペックルパターンが低減
される。

【００４４】また、本発明をスリットスキャン露光方式
の投影露光装置の照明光学系に適用した場合、フォトレ
ジストの感度が高いウエハへの露光を行う際は、低い積
算露光量で露光を完了させるために、ウエハ及びマスク
の走査速度を速くする必要がある。しかしながら、ステ
ージの走査速度には機械的な限界があるため、照明光の
照度をＮＤフィルター等の挿入により下げる必要があ
る。この場合、本発明の照明光学装置では、自動的に一
方の光源系を消灯して使用すれば、照明パワーを無駄に
する事がなく光源の寿命を延ばす効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用された投影露光装置の
照明光学系を示す構成図である。

【図２】図１の照明光学系が使用される投影露光装置の
ステージ系を示す構成図である。

【図３】図１の照明光学系中のフライアイレンズの入射
面及び射出面の照明光の分布状態を示す概念図である。

【図４】（ａ）は入射する光束が１個の場合のフライア
イレンズの個々のレンズエレメントの射出面での光源像
を示す図、（ｂ）は入射する光束が２個の場合のフライ
アイレンズの個々のレンズエレメントの射出面での光源
像を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例の照明光学系の光源系を示
す構成図である。

【符号の説明】

５ウエハ８投影光学系１２レチクル２２Ｃ露光量制御系３１Ａ，３１Ｂ光源３３Ａ，３３Ｂ楕円鏡３５Ａ，３５Ｂ光源チェックセンサー３７回折格子板３８Ａ，３８Ｂシャッター４１，４３，４５フライアイレンズ４２，４４リレーレンズ５０メインコンデンサーレンズ５１照明領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光よりそれぞれ光源像を形成する断
面が矩形の複数のレンズエレメントを束ねてなるフライ
アイレンズと、該フライアイレンズにより形成される複
数の光源像からの照明光で矩形状の照明領域を重畳的に
照明するコンデンサーレンズ系とを有する照明光学装置
において、第１の方向に入射する光束を、前記フライアイレンズを
構成するレンズエレメントの断面形状の長手方向に沿っ
て所定の複数の方向に向かう光束に分割して前記フライ
アイレンズに供給すると共に、前記第１の方向と異なる
第２の方向に入射する光束を前記所定の複数の方向に向
かう光束に分割して前記フライアイレンズに供給する光
束分割光学系と、前記光束分割光学系に対して前記第１の方向に照明光を
供給する第１の光源系と、前記光束分割光学系に対して前記第２の方向に照明光を
供給する第２の光源系と、を有することを特徴とする照
明光学装置。
【請求項２】照明光よりそれぞれ光源像を形成する断
面が矩形の複数のレンズエレメントを束ねてなるフライ
アイレンズと、該フライアイレンズにより形成される複
数の光源像からの照明光で矩形の照明領域を重畳的に照
明するコンデンサーレンズ系とを有する照明光学装置に
おいて、互いに異なる位置に配置されてそれぞれ照明光を発生す
る第１の光源系及び第２の光源系と、前記第１の光源系からの照明光を、前記フライアイレン
ズを構成するレンズエレメントの断面形状の長手方向に
沿って所定の複数の方向に向かう光束に分割して前記フ
ライアイレンズに供給すると共に、前記第２の光源系か
らの照明光を、前記所定の複数の方向に向かう光束に分
割して前記フライアイレンズに供給する光束分割光学系
と、を有することを特徴とする照明光学装置。