JPH0785140B2

JPH0785140B2 - 照明光学系

Info

Publication number: JPH0785140B2
Application number: JP60263222A
Authority: JP
Inventors: 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPS62123423A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、所定のパターンを投影するための照明光学
系、特に、ICパターンをマスク（レティクル）からウェ
ハーへ転写するための照明光学系に関する。

（発明の背景）縮小投影型露光装置や等倍投影型アライナー等の露光装
置で使用される従来の照明光学系においては、像側（ウ
ェハー側）にかして照明光の主光線が光軸と平行である
こと、つまり像側から見て射出瞳が無限遠にあるような
テレセントリックな光学系であることが必要である。

その理由は、像側にテレセントリックでない場合には、
焦点深度内でのデフォーカスにより像面が移動したと
き、像の大きさが大きくなったり、逆に縮んだりして投
影倍率の誤差を生じてしまうからである。

近年、ますます高密度化が進む半導体集積回路のパター
ンの転写に際して、投影されるパターンの最小線幅が微
細化するとともに、パターンの重ね合せのために極めて
高い精度が必要とされてきているが、このような最小線
幅の微細化およびパターンの重ね合せ精度に対して、前
記像の大きさの変化が非常に有害な要因となる。そこ
で、縮小投影型露光装置等に用いられる照明装置では、
像側での照明光の主光線と光軸との平行度（以下、テレ
セントリック性と称す）をなるべく良くしておく必要が
ある。

このテレセントリック性に関しては、縮小投影型露光装
置に用いられる照明装置だけではなく、プロキシミティ
方式の露光装置に用いられる照明装置に関しても同様の
ことが言える。この場合には、ウェハーに近接して置か
れたマスク面に照明光の主光線が垂直に当たる必要があ
り、例えば特開昭59−160134号公報で示すように、オプ
ティカルインテグレータの２次光源側の面、即ちオプテ
ィカルインテグレータにより形成される多数の２次光源
位置（多数の光源像位置）がコンデンサーレンズの前側
焦点に位置させてある。

しかしながら、像側（ウェハー側）に関して照明光の主
光線が光軸と平行となるように、つまり像側から見て射
出瞳が無限遠にあるようなテレセントリックな光学系と
なるように、オプティカルインテグレータの２次光源側
の面、即ちオプティカルインテグレータにより形成され
る２次光源位置（多数の光源像位置）とコンデンサーレ
ンズの前側（光源側）の焦点位置とが一致するように配
置しても、オプティカルインテグレータに入射する光束
の強度分布にムラがある場合には、照射される領域に場
所によっては前記テレセントリック性がずれてしまうと
いう問題点があり、またオプティカルインテグレータ付
近に可変絞りを設けた場合には、絞りの大きさによって
テレセントリック性がずれてしまうことがあるという問
題点があった。

（発明の目的）本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、オプティカルインテグレータに入射する光束の
強度分布にムラがある場合でも、テレセントリック性が
ずれたりすることがなく、また可変絞りを有する光学系
についても、絞りの大きさによってテレセントリック性
がずれたりすることがない照明光学系を提供することを
目的としている。

（発明の概要）かかる目的を達成するための本発明の要旨は、平行光束
を供給する光源系と、該光源系からの平行光束の光路中
に配置され、多数の２次光源を形成するオプティカルイ
ンテグレータと、該多数の２次光源の位置に焦点位置が
一致して配置され、該多数の２次光源からの光束を集光
して物体面を重畳的にかつテレセントリックに照明する
コンデンサーレンズ系とを備えた照明光学系において、
前記オプティカルインテグレータへの不均一な強度分布
の光束の入射に対し、前記オプティカルインテグレータ
の位置を、前記コンデンサーレンズ系の前記焦点位置に
関して前記多数の２次光源の位置が変位するように、光
軸方向あるいは光軸と垂直な方向に移動可能に構成し、
前記オプティカルインテグレータへの不均一な強度分布
を有する光束の入射に対しても前記オプティカルインテ
グレータの移動によりテレセントリック性を維持するよ
うに構成したものである。

そして、上記照明光学系では、オプティカルインテグレ
ータの入射面における光束の強度分布に応じて、該オプ
ティカルインテグレータを光軸方向あるいは光軸と垂直
な方向に移動した構成にすることにより、前記光束の強
度分布の不均一性に対してもテレセントリック性が保た
れるように成っている。

また、可変絞りを有する照明光学系の場合には、該可変
絞りの大きさに応じてオプティカルインテグレータを光
軸方向あるいは光軸と垂直な方向に移動することによ
り、テレセントリック性が保たれるように構成すること
もできる。

（実施例）以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は一実施例に係る縮小投影型露光装置に用いられ
る照明光学系を示している。

第１図に示す照明光学系においては、光源として水銀ラ
ンプ１が使用されており、該水銀ランプ１の周囲には、
水銀ランプ１からの光線を第２焦点３に結像する楕円鏡
２が配置されている。

この第２焦点３に前側焦点面を一致させてコリメーター
レンズ４が配置されている。なお、水銀ランプ１、楕円
鏡２及びコリメーターレンズ４で平行光束を供給する光
源系が構成されている。コリメーターレンズ４からの平
行光束中には、水銀ランプ１の中心部の穴によって光の
こない部分、すなわち光束の中抜け部分（図の斜線で示
した部分）をなくすためにコーン状プリズム５が配置さ
れている。このコーン状プリズム５は、コリメーターレ
ンズ４からの平行光束の幅を縮小して光束の中抜け部分
をなくしている。

コーン状プリズム５からの平行光束中には、第２図
（ａ）に示すようなオプティカルインテグレータ６が配
置されている。このオプティカルインテグレータ６は第
２図（ｂ）に示すような四角柱状の光学要素60を集合し
てできている。各光学要素60はその空気換算長が入射面
60aおよび射出面60bの焦点距離と等しくなっている。し
たがって、各光学要素60の入射面60aに入射した平行光
束は、各光学要素60の射出面60bに焦点を結び、各光学
要素60の射出面60bには２次光源像がそれぞれ形成され
る。すなわち、オプティカルインテグレータ６の入射面
6aに入射した平行光束は、その射出面6bに多数の２次光
源像として結像される。

該オプティカルインテグレータ６の射出面6bの近傍には
絞り７が設けられており、該オプティカルインテグレー
タ６と絞り７とは光軸方向および光軸に垂直な方向に一
体的に移動可能に成っている。

絞り７の後方にはコンデンサーレンズ８およびマスク９
が配置されており、該マスク９はコンデンサーレンズ８
に関してオプティカルインテグレータ６の入射面6aと共
役な位置に配置されている。したがって、オプティカル
インテグレータ６の各光学要素60の入射面60aはマスク
９の上に重ね合せて結像され、これによってマスク９が
均一に照明されるように成っている。

該マスク９の後方には、マスク９をウェハー13に投影す
る投影レンズ10,12が配置され、該投影レンズ10,12間に
は対物レンズ絞り11が配置されている。ここで、絞り７
はコンデンサーレンズ８および投影レンズ前群10に関し
て対物レンズ絞り11と共役な位置に配置されており、か
つ投影レンズ後群12の前側焦点は対物レンズ絞り11とほ
ぼ一致している。

また、絞り７の像がコンデンサーレンズ８、投影レンズ
前群10を経て対物レンズ絞り11の付近に球面収差なく結
像するように、該コンデンサーレンズ８が設計されてい
る。また、投影レンズ後群12についてもウェハー13の側
から入射する平行光線について球面収差が十分補正され
ているものとする。

上記構成を有する照明光学系では、水銀ランプ１を得た
光線は楕円鏡２によって一度その第２焦点３の結像し、
コリメーターレンズ４によって平行光束となる。この平
行光束は、コーン状プリズム５によってその幅を縮小さ
れ、これによって図の斜線で示す光束の中抜け部分がな
くされてオプティカルインテグレータ６の入射面6aに入
射する。

各光学要素60の入射面60aに入射した平行光束は、各光
学要素60の射出面60bに焦点を結び、各光学要素60の射
出面60bには２次光源像がそれぞれ形成される。すなわ
ち、オプティカルインテグレータ６の射出面6bに多数の
２次光源像（多数の２次光源）が形成される。該多数の
２次光源像（多数の２次光源）からの多光束はコンデン
サーレンズ８により集光されて、マスク９が重畳的に照
明され、これによってマスク９が均一に照明される。そ
して、マスク９は投影レンズ10,12によってウェハー13
に投影される。

ところで、前記絞り７（又はオプティカルインテグレー
タ６によって形成される多数の２次光源）はコンデンサ
ーレンズ８および投影レンズ前群10を経て対物レンズ絞
り11の位置の付近に結像され（この結像倍率をβ_Ｐとす
る）、かつ投影レンズ後群12の前側（光源側）の焦点を
対物レンズ絞り11の位置（多数の３次光源）とほぼ一致
させてあるので、コンデンサーレンズ８と投影レンズ
（10,12）とを１つの光学系（コンデンサーレンズ系）
として見なすと、この光学系（8,10,12）の前側（光源
側）の焦点位置と絞り７の位置（又はオプティカルイン
テグレータ６によって形成される多数の２次光源像の位
置）とがほぼ一致することになる。従って、ウエハー13
側から見たと対物レンズ絞り11の像は無限遠に見え、す
なわちウエハー13側に関して照明光の主光線が第１図の
破線で示すように光軸と平行となり、テレセントリック
に照明されるはずである。

ところが、上記照明光学系において、第５図に示すよう
な強度Ｉの分布が一様でない平行光束がオプティカルイ
ンテグレータ６に入射した場合には、以下に詳しく述べ
る理由からテレセントリック性がくずれてしまう。

絞り７の像を対物レンズ絞り11の位置に球面収差なく結
像した状態を該対物レンズ絞り11の部分で見たスポット
ダイアグラムが第３図で示されている。ここで、第３図
（ａ）はウェハー13上で像面の端の方に結像する光線を
選んだときのもので、第３図（ｂ）はウェハー13上で像
面の中心に結像する光線を選んだときのものである。す
なわち、第３図はオプティカルインテグレータ６の２次
光線側、つまりオプティカルインテグレータ６の射出面
6bの共役像を見たものであり、第３図における各スポッ
トは前記各光学要素60の射出面60bに結像した２次光源
の対物レンズ絞り11上での像に対応する。

第３図（ａ），（ｂ）のいずれの場合においても、スポ
ットダイアグラムは中心に対して幾何学的に対称に見え
る（球面収差が補正されている）が、第３図（ａ）で
は、第３象限（左下の領域）の光源像のスポットダイア
グラムと第１象限（右上の領域）の光源像のスポットダ
イアグラムとを比べると、第３象限の方がスポットの数
が少なく、光量が少ない（この場合、光量はスポットの
本数に比例するように計算してある）。

そこで、第３図において光量の重心位置を“◎”で示し
てある。

光量の重心位置の定義を次のように定めた。

ここで、CMxは光量の重心のｘ座標、Ｉ（ｘ）は光量の
重心を見る面でのｘ方向における光束の強度分布、Ｒは
光量の重心を定義する有効範囲である。

該（１）式から光量の重心のx,y座標CMx,CMyを求めて光
量の重心位置を“◎”でプロットした第３図を見ると、
第３象限の光量が少ない分だけ光量の重心位置が第１象
限の方にずれていることがわかる。

主光線の定義を光束の強度分布の中心とすると、第３図
（ａ）の場合は、光量の重心が光軸と一致せず、したが
ってウェハー13上で端の方に結像する光線に関しては前
記テレセントリック性がずれていることになる。

この原因について第４図および第５図を参照して説明す
る。第４図は第３図（ａ）で示した一点鎖線14を含む子
午面で切った断面の光路図である。

第４図で光線a,bはマスク９（また、マスク９と共役な
ウェハー13）上の光軸から離れた点15に結像するもの
で、第３図（ａ）の場合に対応している。光線ａは第３
図の第１象限の光線に、光線ｂは第３図の第３象限の光
線にそれぞれ対応しており、光線ａの方が光線ｂよりも
強度が大きい。

この理由について第５図を用いて説明する。

第５図は第４図のオプティカルインテグレータ６付近を
拡大したもので、前記光線a,bがオプティカルインテグ
レータ６に入射するところから示してある。ここで、該
オプティカルインテグレータ６の各光学要素60は光軸16
に関して対称に配置されているものとし、かつ該オプテ
ィカルインテグレータ６に入射する光束の強度分布は、
図に示すように光軸16に関して対称であり、光軸16から
離れるにしたがって減衰しているものとする。

オプティカルインテグレータ６の入射面6aはマスク９と
共役であるので、第４図で示すようにマスク９上の下方
の点15に結像する光線は、第５図に示すようにオプティ
カルインテグレータ６の各光学要素60の入射面において
上方部を通過した光である。そこで、第５図において光
軸16から２番目の光学要素60A,60B（図の斜線で示した
光学要素）の上方部に入射した光線a,bについて考察す
ると、入射面6aでは光線ａの方が光線ｂより光軸16に近
く、したがって光線ａの強度I aの方が光線ｂの強度I b
よりも大きい。

このことは一対の光学要素60A,60Bについてだけではな
く、光軸16に関して対称な各一対の光学要素についても
同様のことが言えるので、結局、第４図で示すようにマ
スク９上の下方の点15を通過する光については、光軸16
よりも下側にある各光学要素60を通過したすべての光線
（記号ａで代表される光線）は、光軸16よりも上側にあ
る各光学要素60を通過したすべての光線（記号ｂで代表
される光線）よりも強度が強く、したがって第３図
（ａ）で示したように光量の重心が光軸と一致しない。

また、マスク９上の中心（光軸位置）に結像する光線
は、オプティカルインテグレータ６の入射面6aで各光学
要素60の中心を通るので、光軸16に関して対称に配置さ
れたオプティカルインテグレータ６の内の光軸16よりも
上側にある各光学要素60を通過する光量は、光軸16より
も下側にある各光学要素60を通過する光量と同じにな
る。従って、この場合には光量の重心のずれは生じな
い。

このように、第５図に示すような強度分布が一様でない
平行光束がオプティカルインテグレータ６に入射した場
合には、マスク９（ウェハー13）上で光軸16から離れた
位置に結像する光線については、光量の重心位置が光軸
16からずれてしまい、その結果としてウェハー13側にて
照明光の主光線が光軸16と平行にならなくなってしま
い、テレセントリツク性がくずれる。

これらのことについてさらに考察を加える。第６図は前
記オプティカルインテグレータ６を入射面6a側から見た
図である。マスク９（ウェハー13）上の中心（光軸位
置）に結像する光線はオプティカルインテグレータ６の
各光学要素60の中心に入射し、この入射する位置を第６
図において“・”で示してある。また、マスク９（ウェ
ハー13）上で光軸16から離れた位置に結像する光線は各
光学要素60に中心からずれた点に入射し、この入射する
位置を第６図において“×”で示してある。これは、上
述したようにオプティカルインテグレータ６の入射面6a
とマスク９（ウェハー13）とが共役だからである。第６
図で各光学要素60の“・”や“×”を通過した光線はそ
の射出面6bで２次光源となるが、入射面6aで見た光量の
分布は“・”から“×”に右上に平行移動しているの
で、射出面6bで見た２次光源の光量分布は、第７図の矢
印で示すように左下に平行移動することになる。

この移動量δは、ウェハー13とオプティカルインテグレ
ータ６の入射面6aとの倍率関係をβ１とし、ウェハー13
上での像点の中心からの距離をｈとすると、 δ＝ｈ・β１ ……（２）で表わされる。

ところで、オプティカルインテグレータ６の入射面6aに
入射する光束の実際の強度分布は第８図に示すような形
になっている。この図において、縦軸は光強度を、横軸
は光軸からの距離をそれぞれ表わしている。

第８図に示すように、前記コーン状プリズム５を設けた
ことにより光束の中抜け部分はないが、水銀ランプ１の
光源像の大きさが有限であることなどにより、やや中央
部がへこんだ形になっている。

第８図に示す強度分布を簡単のためにガウス曲線で近似
して考えてみると、となる。

ここで、上述したようにウエハー13上で光軸16からｈだ
け離れた位置に結像する光を見たときに、コンデンサー
レンズ８と投影レンズ（10,12）とでなる光学系（コン
デンサーレンズ系）の前側（光源側）の焦点位置は、絞
り７の位置、すなわちオプティカルインテグレータ６の
射出面6b上（オプティカルインテグレータ６により形成
される多数の２次光源像位置上）でその強度分布がδ
（−ｈ・β１）だけずれている。

そこで、強度分布がδだけずれたときに光量の重心位置
がどれだけずれるかを見積もると次のようになる。

上式でＲに比べてδが小さいとすると、と表わされる。ここで、ｇ（Ｒ）は簡単な考察により常
に正で、Ｒに関して単調増加である。

この（４）から、光量の重心位置のずれ量、すなわち、
前記テレセントリック性のずれ量は画角（ウェハー13上
での結像点の位置、すなわちｈ＝δ／β１）に比例し、
絞り７の径Ｒについて増加関数であることがわかる。

絞り７の径Ｒを大きくすることは、照明光のσ値を大き
くすることであり、このσ値は次のように定義される。

σ≡（照明光学径のN.A.）／（投影レンズのN.A.）実際にテレセントリック性のずれ量をウェハー13上での
画角、σ値（絞り７の径Ｒ）を変えてシミュレーション
したものを第９図に示してある。

第９図に示すように、画角が小さい（δが小さい）とき
には、（４）式で示すように画角（∝δ）が大きくなる
に従ってテレセントリック性のずれ量が大きくなる。該
テレセントリック性のずれ量は、光軸と主光線との傾き
（rad）で示してある。

ところで、テレセントリック性のずれ量が画角（∝δ）
にほぼ比例していることは、それを補正することに関し
て好都合なことである。

瞳の光量重心が画角に比例してずれることが、画角に比
例してテレセントリック性のずれが起ることの原因であ
るが、いま瞳の光量重心が画角によらず光軸上にあるよ
うな仮想的な瞳を考える。

投影レンズ後群12の前側焦点面（第11図でＡの位置）に
できる実際の瞳像の光量重心が画角に比例してずれると
いうことは、前記仮想的な瞳が第11図でＡの位置からＢ
の位置までデフォーカスしたことと等価である。

第11図において、投影レンズ後群12の焦点距離をf2、ウ
ェハー13上での像の位置（画角）を光軸からｈとし、ま
た、その画角における実際の瞳像の光量重心のずれを△
ｙ、仮想的な瞳の、実際の瞳像からのずれ量（デフォー
カス量）を△ｚとしてある。（第11図の場合、△ｚはＡ
の位置を原点に左に正の値をとる）このデフォーカス量△ｚは、 △ｚ＝f2/（h/△ｙ−１） ……（５）で表わされる。

前記（２），（４）式により△ｙを △ｙ＝β１・ｈ・ｇ（Ｒ）として上記（５）式に代入すると、 △ｚ＝f2/（1/β１・ｇ（Ｒ）−１） ……（６）となる。

従って、上記（６）式で表わされるデフォーカス量△ｚ
を補正してやれば（第11図でＡの位置にできた実際の瞳
像を右の方へ△ｚだけ移動してやれば）、画角に比例し
たテレセントリック性のずれはなくなる。具体的には、
対物レンズ絞り11での絞り７の倍率がβｐであるから、
コンデンサーレンズ８と投影レンズ（10,12）とでなる
光学系（コンデンサーレンズ系）の前側（光源側）の焦
点位置に対して、前記オプティサルインテグレータ６
と、該オプティカルインテグレータ６と一体の絞り７と
を−△z/βp²だけ移動すればよい。

また、上記（６）式をみると、△ｚの量はＲの関数、つ
まり、照明光学系のσ値によって変る。従って、絞り７
の大きさを可変にしてσ値を変えられるような照明光学
系の場合には、σ値によって前記オプティカルインテグ
レータ６および絞り７を光軸に沿って前後に移動させて
やれば、常にテレセントリック性のずれは起らない。

なお、オプティカルインテグレータ６の移動によって入
射面6aでの強度分布が変化し、これに伴ってマスク９上
での照明ムラが若干変化する場合があるので、その場合
には、コーン状プリズム５とオプティカルインテグレー
タ６との間に光路補正用の平行平面ガラスを挿入するこ
とによって、照明ムラを防止することが可能である。

また、オプティカルインテグレータ６を実際に前後動さ
せる代りにオプティカルインテグレータ６とコンデンサ
ーレンズ８との間に平行平面ガラスを挿脱してもよい。

以上述べたようにして補正したテレセントリック性のず
れと画角との関係を第10図で示してある。この図におい
て、絞り７の開口径を変えて前記σ値をσ＝0.5にした
場合と、σ＝0.85にした場合の２種類が示されている。

第９図と第10図とを比べてみると、オプティカルインテ
グレータ６の移動によって前記テレセントリック性のず
れが非常に良く補正されているのがわかる。

また、第12図は、σ＝0.5としてテレセントリック性の
ずれを補正した後に、対物レンズ絞り11の部分で見た瞳
の像のスポットダイアグラムを示している。同様に、第
13図は、σ＝0.85としてテレセントリック性のずれを補
正した後に、対物レンズ絞り11の部分で見た瞳の像のス
ポットダイアグラムを示している。ここで、第12図およ
び第13図は、上記第３図（ａ）の場合と同様に、ウェハ
ー13上で端の方に結像する光線を選んだときのものであ
る。

第12図および第13図に示すように、オプティカルインテ
グレータ６の射出面6bに形成される２次光源像が、第３
図（ａ）で示した場合に比べて全体的に左下（第３象限
側）に移動しており、この移動量は前記テレセントリッ
ク性のずれについての補正量の大きい第13図の場合の方
が第12図の場合より大きい。また、第12図および第13図
に示すように、テレセントリック性のずれを補正した後
の光量の重心位置は“◎”で示したように光軸と一致し
ている。

ここまでの説明においては、オプティカルインテグレー
タ６の入射面6aでの光束の第８図のごとき強度分布をガ
ウス曲線で近似した場合について説明したが、その他の
分布形状であっても該入射面6aでの光束の強度分布が光
軸に対称で、δが比較的小さい場合には、光量の重心位
置CMxは近似的にδに比例するので、上に述べてきたこ
とと同様にテレセントリック性の補正が可能である。

次に、前記オプティカルインテグレータ６および絞り７
の移動方向について説明する。

オプティカルインテグレータ６の入射面6aでの光束の強
度分布が第５図で示すように光軸から離れるに従って減
少するような場合には、該オプティカルインテグレータ
６および絞り７を水銀ランプ１から離れる方向（第１図
で右方向）に移動すればよい。なぜなら、（４）式にお
けるｇ（Ｒ）が正であり、従って（６）式の△ｚの値が
正になるからである。また、該入射面6aでの光束の強度
分布が第14図で示すように光軸から離れるに従って増加
するような場合には（ｇ（Ｒ）＜０で△ｚ＜０だか
ら）、該オプティカルインテグレータ６および絞り７を
水銀ランプ１に近づける方向（第１図で左方向）に移動
すればよい。

また、入射面6aでの光束の強度分布が第15図で示すよう
に傾いている場合には、その強度分布をｆ（ｘ）＝ax＋ｂと近似すると、光量の重心位置CMxはとなり、とくにその傾きが大きくない場合には、b/a≫
δよりとなって、画角によらない一定値となる。

このような場合には、オプティカルインテグレータ６お
よび絞り７を光軸16と垂直な方向に移動すれば前記テレ
セントリック性のずれが補正される。

また、前記σ値（絞り７の径Ｒ）を変えた場合、前記オ
プティカルインテグレータ６を前後動させてテレセント
リック性のずれを補正したが、該オプティカルインテグ
レータ６を移動する代りにσ値に応じてコリメーターレ
ンズ４の焦点距離を変えるように構成してもよいし、ま
たコーン状プリズム５とオプティカルインテグレータ６
との間にアフォーカル光学系を挿入してその倍率を変換
するように構成してもよい。

すなわち、入射面6aでの光束の強度分布をσ値に応じて
拡大あるいは縮小することにより、σ値を変えても光量
の重心位置CMxが変化しないようにする。これは、
（４）式でｇ（Ｒ）の中でＲ（∝σ値）を変えるときに
ａを変えてやり、結果としてｇ（Ｒ）の値を変えないこ
とに相当する。そして、ａを変えることはコリメーター
レンズ４の焦点距離やアフォーカル系の倍率を変えるこ
とによって実現できる。

第16図にコリメーターレンズ４の焦点距離を変えたとき
の光束の強度分布を、第17図にそのときの光学系の図を
示してある。なお、第17図（ａ），（ｂ）のコリメータ
ーレンズ４は構成レンズの位置を変えることにより、そ
の焦点距離が可変になっている。第16図において、実線
はσ値が小さく、絞り７の半径をR1とした場合を、点線
はσ値が大きく、絞り７の半径をR2とした場合をそれぞ
れ示している。これと対応して第17図（ａ）はコリメー
ターレンズ４の焦点距離が短くてσ値の小さい場合を、
第17図（ｂ）はコリメーターレンズ４の焦点距離が長く
てσ値が大きい場合をそれぞれ示している。この場合に
おいても、当然のことながら、オプティカルインテグレ
ータ６および絞り７は予めテレセントリック性が良くな
るような位置にセットされている。

尚、上記の説明では、レチクル上のパターンを投影対物
レンズによってウェハ上に投影する場合について述べた
が、投影対物レンズを用いる場合に限らず、所謂プロキ
シミティ方式の場合にも、同様にオプティカルインテグ
レータ６に入射する光束の強度分布に不均一性が有って
もテレセントリック性を維持することが可能である。こ
の場合には、コンデンサーレンズ８の光源側焦点位置に
オプティカルインテグレータの射出面が位置する状態を
基準（光束の強度分布が均一である場合）として、オプ
ティカルインテグレータを強度分布の状態に応じて変位
した位置に配置する構成とすれば良い。

（発明の効果）本発明に係る照明光学系によれば、オプティカルインテ
グレータに入射する光束の強度分布にムラがある場合で
も、該光束の強度分布に応じて該オプティカルインテグ
レータを光軸方向あるいは光軸と垂直な方向に移動する
ことにより、非常に良いテレセントリック性を保つこと
ができ、また、可変絞りを有する照明光学系の場合に
は、該可変絞りの大きさに応じてオプティカルインテグ
レータを光軸方向あるいは光軸と垂垂直な方向に移動す
ることにより、テレセントリック性を保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第17図は本発明の一実施例を示しており、第
１図は照明光学系の概略的な配置図、第２図（ａ）はオ
プティカルインテグレータの全体を示す斜視図、第２図
（ｂ）はオプティカルインテグレータを構成する光学要
素の一つを示す斜視図、第３図は、テレセントリック性
の補正前に、オプティカルインテグレータの射出面を絞
りの位置で見たときのスポットダイアグラムで、第３図
（ａ）はマスク上で光軸から離れた位置に結像する光線
についてのスポットダイアグラム、第３図（ｂ）はマス
ク上の光軸位置に結像する光線についてのスポットダイ
アグラム、第４図は第３図（ａ）の一点鎖線を含む子午
面で切った断面での光路図、第５図は第４図の一部を拡
大して示した説明図、第６図はオプティカルインテグレ
ータの入射面での画角ごとの光線の入射点を示した説明
図、第７図はオプティカルインテグレータの射出面側で
の光量の移動を示した説明図、第８図はオプティカルイ
ンテグレータの入射面での光束の強度分布図、第９図は
補正前における画角とテレセントリック性のずれ量との
関係を示すグラフ、第10図は補正後における画角とテレ
セントリック性のずれ量との関係を示すグラフ、第11図
は第１図の一部を拡大した説明図、第12図および第13図
はテレセントリック性の補正後に、マスク上で光軸から
離れた位置に結像する光線について、オプティカルイン
テグレータの射出面を絞りの位置で見たときのスポット
ダイアグラムで、第12図はσ＝0.5の場合のスポットダ
イアグラム、第13図はσ＝0.85の場合のスポットダイア
グラム、第14図、第15図および第16図はそれぞれオプテ
ィカルインテグレータの入射面での光束の強度分布図、
第17図（ａ），（ｂ）はコリメーターレンズの焦点距離
が変った場合の光路の部分図である。１……水銀ランプ（光源）３……第２焦点（光源像の位置）４……コリメーターレンズ６……オプティカルインテグレータ 6a……入射面、6b……射出面７……絞り（可変絞り） 13……ウェハー（物体）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１Ｈ０１Ｌ 21/027 7352−4ＭＨ０１Ｌ 21/30 ５２７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行光束を供給する光源系と、該光源系か
らの平行光束の光路中に配置され、多数の２次光源を形
成するオプティカルインテグレータと、該多数の２次光
源の位置に焦点位置が一致して配置され、該多数の２次
光源からの光束を集光して物体面を重畳的にかつテレセ
ントリックに照明するコンデンサーレンズ系とを備えた
照明光学系において、前記オプティカルインテグレータへの不均一な強度分布
の光束の入射に対し、前記オプティカルインテグレータ
の位置を、前記コンデンサーレンズ系の前記焦点位置に
関して前記多数の２次光源の位置が変位するように、光
軸方向あるいは光軸と垂直な方向に移動可能に構成し、
前記オプティカルインテグレータへの不均一な強度分布
を有する光束の入射に対しても前記オプティカルインテ
グレータの移動によりテレセントリック性を維持したこ
とを特徴とする照明光学系。
【請求項２】前記オプティカルインテグレータにより形
成される前記多数の２次光源近傍に可変絞りを設け、該
可変絞りの大きさに応じて前記オプティカルインテグレ
ータを光軸方向あるいは光軸と垂直な方向に移動可能に
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の照明光学系。