JPH10270312A - 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
照明装置、露光装置及びデバイス製造方法Info
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- JPH10270312A JPH10270312A JP9069671A JP6967197A JPH10270312A JP H10270312 A JPH10270312 A JP H10270312A JP 9069671 A JP9069671 A JP 9069671A JP 6967197 A JP6967197 A JP 6967197A JP H10270312 A JPH10270312 A JP H10270312A
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- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
- G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
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- G—PHYSICS
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
- G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 照明状態を変えることができる、内面反射型
及び振幅分割型の各インテグレータを用いる照明装置を
提供する。 【解決手段】 内面反射型インテグレータ４と振幅分割
型インテグレータ７の間に、インテグレータ４が形成す
る面光源をインテグレータ７の光入射面上に結像するズ
ーム光学系を配し、ズーム光学系の結像倍率を可変とす
る。ズーム光学系の結像倍率を変えることによりインテ
グレータ７の光入射面上の面光源像の大きさを変え、マ
スク９に対する照明光の開き角αを変更する。
及び振幅分割型の各インテグレータを用いる照明装置を
提供する。 【解決手段】 内面反射型インテグレータ４と振幅分割
型インテグレータ７の間に、インテグレータ４が形成す
る面光源をインテグレータ７の光入射面上に結像するズ
ーム光学系を配し、ズーム光学系の結像倍率を可変とす
る。ズーム光学系の結像倍率を変えることによりインテ
グレータ７の光入射面上の面光源像の大きさを変え、マ
スク９に対する照明光の開き角αを変更する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は照明装置、露光装置
及びデバイス製造方法に関し、特に光源として真空紫外
域の光を発するエキシマレーザを用いて電子回路等の微
細パターンが形成されているマスク面やレチクル面やウ
エハ面を均一に照明する照明装置、露光装置及びデバイ
ス製造方法に関する。
及びデバイス製造方法に関し、特に光源として真空紫外
域の光を発するエキシマレーザを用いて電子回路等の微
細パターンが形成されているマスク面やレチクル面やウ
エハ面を均一に照明する照明装置、露光装置及びデバイ
ス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの製造工程では、複数のマ
スクに設けられた微細パターンをウエハ面上に順次重ね
て転写する。
スクに設けられた微細パターンをウエハ面上に順次重ね
て転写する。
【０００３】この場合露光装置の照明装置により、ウエ
ハ面と光学的に共役に位置に配置されたマスク（レチク
ル）を照明することによりマスク面のパターンを投影レ
ンズを介してウエハ面に投影し転写する。
ハ面と光学的に共役に位置に配置されたマスク（レチク
ル）を照明することによりマスク面のパターンを投影レ
ンズを介してウエハ面に投影し転写する。
【０００４】ウエハ面上に転写されるパターンの像質
は、照明装置の性能例えばマスク面やウエハ面での照度
分布の均一性等に大きく影響される。この照度分布の均
一性を内面反射型のインテグレータと振幅分割型のイン
テグレータとを用いて向上させた照明装置は、例えば、
特開昭６４−９１３号公報（太田、鈴木）や特開平１−
２９５２１６号公報（渋谷）や特開平１−２７１７１８
号公報（工藤、松本）や特開平２−４８６２７号公報
（工藤）等が提案している。
は、照明装置の性能例えばマスク面やウエハ面での照度
分布の均一性等に大きく影響される。この照度分布の均
一性を内面反射型のインテグレータと振幅分割型のイン
テグレータとを用いて向上させた照明装置は、例えば、
特開昭６４−９１３号公報（太田、鈴木）や特開平１−
２９５２１６号公報（渋谷）や特開平１−２７１７１８
号公報（工藤、松本）や特開平２−４８６２７号公報
（工藤）等が提案している。
【０００５】図１３に内面反射型及び振幅分割型の各イ
ンテグレータを用いる照明装置の部分的概略図を示す。
ンテグレータを用いる照明装置の部分的概略図を示す。
【０００６】図１３において、レーザー光源１０１を発
したレーザー光は、レンズ系１０７により内面反射型イ
ンテグレータである光パイプ１１０の光入射面のわずか
手前に一旦収束した後発散して光パイプ１１０の内面反
射面に所定の発散角度を成して光パイプ１１０に入射す
る。
したレーザー光は、レンズ系１０７により内面反射型イ
ンテグレータである光パイプ１１０の光入射面のわずか
手前に一旦収束した後発散して光パイプ１１０の内面反
射面に所定の発散角度を成して光パイプ１１０に入射す
る。
【０００７】光パイプに入射した発散レーザー光は光パ
イプ１１０の内部をその内面で反射しながら伝播するの
で、光パイプ１１０は光軸と垂直な平面例えば平面１１
３にレーザ光源１０１に関する虚像を複数個形成するこ
とになる。
イプ１１０の内部をその内面で反射しながら伝播するの
で、光パイプ１１０は光軸と垂直な平面例えば平面１１
３にレーザ光源１０１に関する虚像を複数個形成するこ
とになる。
【０００８】光パイプ１１０の光出射面１１０’では、
複数の虚像即ち見掛け上の複数の光源から恰も出射した
かのように見える複数のレーザー光束が重ね合わされ、
従って、光パイプ１１０の光出射面１１０’には強度分
布が均一な面光源が形成される。
複数の虚像即ち見掛け上の複数の光源から恰も出射した
かのように見える複数のレーザー光束が重ね合わされ、
従って、光パイプ１１０の光出射面１１０’には強度分
布が均一な面光源が形成される。
【０００９】コンデンサレンズ１０５と開口絞り１１１
とフィールドレンズ１１２とにより光パイプ１１０の光
出射面１１０’と振幅分割型インテグレータであるフラ
イアイレンズの光入射面１０６とが光学的に共役関係に
あり、光出射面１１０’の強度分布が均一な面光源がフ
ライアイレンズの光入射面１０６上に結像されるので、
フライアイレンズに断面の強度分布が均一な光が入射す
る。フライアイレンズは、その光出射面に複数の光源
（２次光源）を形成し、不図示のコンデンサーレンズ系
が複数の光源からの光束を不図示のレチクル上に重ね合
わせてレチクルのパターン全体を均一な強度で照明す
る。
とフィールドレンズ１１２とにより光パイプ１１０の光
出射面１１０’と振幅分割型インテグレータであるフラ
イアイレンズの光入射面１０６とが光学的に共役関係に
あり、光出射面１１０’の強度分布が均一な面光源がフ
ライアイレンズの光入射面１０６上に結像されるので、
フライアイレンズに断面の強度分布が均一な光が入射す
る。フライアイレンズは、その光出射面に複数の光源
（２次光源）を形成し、不図示のコンデンサーレンズ系
が複数の光源からの光束を不図示のレチクル上に重ね合
わせてレチクルのパターン全体を均一な強度で照明す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１３に示す照明装置
では、フライアイレンズの直後に形状及び径が固定され
た開口絞りが設けてある。従って、照明装置の開口数
（２次光源の寸法）が一定であり、レチクルの最小パタ
ーンの寸法に応じて照明状態を変えることができない。
では、フライアイレンズの直後に形状及び径が固定され
た開口絞りが設けてある。従って、照明装置の開口数
（２次光源の寸法）が一定であり、レチクルの最小パタ
ーンの寸法に応じて照明状態を変えることができない。
【００１１】又、図１３に示す照明装置では、レーザー
光源１０１がある種のエキシマレーザーのようにレーザ
ー光ＬＢの光路が光軸ＡＸに直交する方向に変位する光
源の場合、光路の微小変化に伴いフライアイレンズの光
入射面１０６各点に入射する光線束ＬＦの強度分布が変
化し、その結果レチクル上での照度分布が変化するとい
う問題がある。
光源１０１がある種のエキシマレーザーのようにレーザ
ー光ＬＢの光路が光軸ＡＸに直交する方向に変位する光
源の場合、光路の微小変化に伴いフライアイレンズの光
入射面１０６各点に入射する光線束ＬＦの強度分布が変
化し、その結果レチクル上での照度分布が変化するとい
う問題がある。
【００１２】そこで、本発明の第１の目的は、照明状態
を変えることができる、内面反射型及び振幅分割型の各
インテグレータを用いる照明装置を提供することにあ
る。
を変えることができる、内面反射型及び振幅分割型の各
インテグレータを用いる照明装置を提供することにあ
る。
【００１３】この第１の目的を達成する装置として振幅
分割型インテグレータの直前に結像倍率が可変な結像光
学系を配することが考えられるが、結像倍率を変えると
光線束ＬＦの開き角ＮＡが変化し、特に倍率を小さくす
る場合に光線束の開き角ＮＡがフライアイレンズの各レ
ンズ要素が許容できる範囲を越えて大きくなり、各レン
ズ要素に入射した光線束の一部が、各レンズ要素内でけ
られて、フライアイレンズから必要な範囲（方向）に出
射せず、レチクルを照明する光束の量が減少するという
問題が生じる場合がある。
分割型インテグレータの直前に結像倍率が可変な結像光
学系を配することが考えられるが、結像倍率を変えると
光線束ＬＦの開き角ＮＡが変化し、特に倍率を小さくす
る場合に光線束の開き角ＮＡがフライアイレンズの各レ
ンズ要素が許容できる範囲を越えて大きくなり、各レン
ズ要素に入射した光線束の一部が、各レンズ要素内でけ
られて、フライアイレンズから必要な範囲（方向）に出
射せず、レチクルを照明する光束の量が減少するという
問題が生じる場合がある。
【００１４】そこで発明の第２の目的は、このような場
合（内面反射型インテグレータのある無しに関係なく）
でも、マスク（レチクル）を照明する光束の量が殆ど減
少しない振幅分割型インテグレータを用いる照明装置を
提供することにある。
合（内面反射型インテグレータのある無しに関係なく）
でも、マスク（レチクル）を照明する光束の量が殆ど減
少しない振幅分割型インテグレータを用いる照明装置を
提供することにある。
【００１５】更にまた、本発明の第３の目的は、レーザ
ー光源からのレーザー光の光路が変位しても被照明面上
での照度分布が変化しない、内面反射型及び振幅分割型
の各インテグレータを用いる照明装置を提供することに
ある。
ー光源からのレーザー光の光路が変位しても被照明面上
での照度分布が変化しない、内面反射型及び振幅分割型
の各インテグレータを用いる照明装置を提供することに
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
る本発明の照明装置は、入射光の少なくとも一部を内面
で反射して光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面
光源を形成する内面反射型の第１インテグレータと、入
射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複数の光
源を形成する波面分割型の第２インテグレータと、前記
面光源を前記第２インテグレータの光入射面又はその近
傍に結像する結像光学系と、前記複数の光源からの光を
被照明面上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、
前記結像光学系が結像倍率を変えることができることを
特徴とする。
る本発明の照明装置は、入射光の少なくとも一部を内面
で反射して光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面
光源を形成する内面反射型の第１インテグレータと、入
射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複数の光
源を形成する波面分割型の第２インテグレータと、前記
面光源を前記第２インテグレータの光入射面又はその近
傍に結像する結像光学系と、前記複数の光源からの光を
被照明面上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、
前記結像光学系が結像倍率を変えることができることを
特徴とする。
【００１７】上記第２の目的を達成する本発明の他の照
明装置は、入射光の波面を分割して光出射面又はその近
傍に複数の光源を形成する波面分割型インテグレータ
と、光源からの光を前記インテグレータの光入射面に照
射する照射光学系と、前記複数の光源からの光を被照明
面上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、前記照
射光学系は、前記光源からの光の前記光入射面上での大
きさ及び／又は強度分布を変えるために焦点距離が可変
であり、前記焦点距離の変化による前記光入射面へ入射
する光線束の開き角の変化を補正又はほぼ補正するよう
に構成してあることを特徴とする。
明装置は、入射光の波面を分割して光出射面又はその近
傍に複数の光源を形成する波面分割型インテグレータ
と、光源からの光を前記インテグレータの光入射面に照
射する照射光学系と、前記複数の光源からの光を被照明
面上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、前記照
射光学系は、前記光源からの光の前記光入射面上での大
きさ及び／又は強度分布を変えるために焦点距離が可変
であり、前記焦点距離の変化による前記光入射面へ入射
する光線束の開き角の変化を補正又はほぼ補正するよう
に構成してあることを特徴とする。
【００１８】上記第３の目的を達成する本発明の更に別
の照明装置は、入射光の波面を分割して光出射面又はそ
の近傍に複数の光源を形成する波面分割型の第１インテ
グレータと、入射光の少なくとも一部を内面で反射して
光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面光源を形成
する内面反射型の第２インテグレータと、入射光の波面
を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成す
る波面分割型の第３インテグレータと、前記第１インテ
グレータが形成した前記複数の光源を前記第２インテグ
レータの光入射面又はその近傍に結像する第１結像光学
系と、第２インテグレータが形成する前記面光源を前記
第３インテグレータの光入射面又はその近傍に結像する
第２結像光学系と、前記第３インテグレータが形成した
前記複数の光源からの光を被照明面上で互いに重ね合わ
せる集光光学系とを有することを特徴とする。
の照明装置は、入射光の波面を分割して光出射面又はそ
の近傍に複数の光源を形成する波面分割型の第１インテ
グレータと、入射光の少なくとも一部を内面で反射して
光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面光源を形成
する内面反射型の第２インテグレータと、入射光の波面
を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成す
る波面分割型の第３インテグレータと、前記第１インテ
グレータが形成した前記複数の光源を前記第２インテグ
レータの光入射面又はその近傍に結像する第１結像光学
系と、第２インテグレータが形成する前記面光源を前記
第３インテグレータの光入射面又はその近傍に結像する
第２結像光学系と、前記第３インテグレータが形成した
前記複数の光源からの光を被照明面上で互いに重ね合わ
せる集光光学系とを有することを特徴とする。
【００１９】本発明によれば、上記の各照明装置を適用
した露光装置やデバイス製造方法も提供される。露光装
置としては、特に、０．５ミクロンよりも小さい解像力
を有する、ステップ＆リピート型の縮小投影露光装置や
ステップ＆スキャン型の投影露光装置がある。又、この
種の露光装置により製造される上記デバイスには、ＬＳ
ＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気セン
サ、液晶素子等がある。
した露光装置やデバイス製造方法も提供される。露光装
置としては、特に、０．５ミクロンよりも小さい解像力
を有する、ステップ＆リピート型の縮小投影露光装置や
ステップ＆スキャン型の投影露光装置がある。又、この
種の露光装置により製造される上記デバイスには、ＬＳ
ＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気セン
サ、液晶素子等がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例を示
す概略図で、ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、Ｃ
ＣＤ、磁気センサ、液晶素子等のデバイスを製造する、
ステップ＆リピート型やステップ＆スキャン型の投影露
光装置に用いる照明装置の概略図である。
す概略図で、ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、Ｃ
ＣＤ、磁気センサ、液晶素子等のデバイスを製造する、
ステップ＆リピート型やステップ＆スキャン型の投影露
光装置に用いる照明装置の概略図である。
【００２１】図１において、１はＡｒＦエキシマレーザ
ー（波長約193nm）やＫｒＦエキシマレーザー（波長約2
48nm）等のレーザー光源、２は入射光が変位してもそれ
から出射する光束の出射角が変化しない（保存する）出
射角度保存光学素子、３は集光光学系、４は光束混合手
段、５はズーム光学系、７は多光束発生手段、８は集光
光学系、９はデバイスパターンが形成されたマスク（レ
チクル）等の被照明物体を示す。又、ＡＸは照明装置の
光軸を示す。
ー（波長約193nm）やＫｒＦエキシマレーザー（波長約2
48nm）等のレーザー光源、２は入射光が変位してもそれ
から出射する光束の出射角が変化しない（保存する）出
射角度保存光学素子、３は集光光学系、４は光束混合手
段、５はズーム光学系、７は多光束発生手段、８は集光
光学系、９はデバイスパターンが形成されたマスク（レ
チクル）等の被照明物体を示す。又、ＡＸは照明装置の
光軸を示す。
【００２２】集光光学系8及びズーム光学系５は、基本
的に複数のレンズ素子より成り、場合によっては光路を
折り曲げるためのミラーを少なくとも一枚有する。又、
レンズ素子が一枚の場合もある。特にズーム光学系の複
数のレンズ素子の内の複数のレンズ素子は不図示の駆動
機構により光軸ＡＸに沿って移動するよう構成してあ
り、複数のレンズ素子を光軸方向に所定の関係で動かす
ことにより、結像面の位置を固定しつつ結像倍率を変え
るようにしてある。
的に複数のレンズ素子より成り、場合によっては光路を
折り曲げるためのミラーを少なくとも一枚有する。又、
レンズ素子が一枚の場合もある。特にズーム光学系の複
数のレンズ素子の内の複数のレンズ素子は不図示の駆動
機構により光軸ＡＸに沿って移動するよう構成してあ
り、複数のレンズ素子を光軸方向に所定の関係で動かす
ことにより、結像面の位置を固定しつつ結像倍率を変え
るようにしてある。
【００２３】光束混合手段４は、例えば、単一の光パイ
プ又は複数個の光パイプを束ねた光パイプ束である。光
パイプは、レーザー光源１からのレーザー光に対して透
過率の良い硝材（石英や蛍石）を用いた多角柱又は頂点
側を切断した多角錐より成るガラス棒や、３枚以上の平
面鏡を各々の反射面を対面させて筒状に構成したカレイ
ドスコ−プ（万華鏡）のような中空の光学素子から成
る。この中空の光学素子も外形は多角柱又は頂点側を切
断した多角錐となる。光パイプの側面にある反射面（ガ
ラス棒の場合は空気との界面、中空光学素子の場合は内
側の反射面）は平坦で高い反射率を有する。光束混合手
段４は、その側面の反射面により入射光の少なくとも一
部を反射しつつ伝播させて入射光の複数の光線を混ぜ合
わせることにより、その光出射面４'に又はその近傍に
強度分布が均一な面光源（光）を形成する。以下、本願
明細書では、光束混合手段４及びこれと同じ機能を有す
るものを「内面反射型インテグレータ」と記載する。
プ又は複数個の光パイプを束ねた光パイプ束である。光
パイプは、レーザー光源１からのレーザー光に対して透
過率の良い硝材（石英や蛍石）を用いた多角柱又は頂点
側を切断した多角錐より成るガラス棒や、３枚以上の平
面鏡を各々の反射面を対面させて筒状に構成したカレイ
ドスコ−プ（万華鏡）のような中空の光学素子から成
る。この中空の光学素子も外形は多角柱又は頂点側を切
断した多角錐となる。光パイプの側面にある反射面（ガ
ラス棒の場合は空気との界面、中空光学素子の場合は内
側の反射面）は平坦で高い反射率を有する。光束混合手
段４は、その側面の反射面により入射光の少なくとも一
部を反射しつつ伝播させて入射光の複数の光線を混ぜ合
わせることにより、その光出射面４'に又はその近傍に
強度分布が均一な面光源（光）を形成する。以下、本願
明細書では、光束混合手段４及びこれと同じ機能を有す
るものを「内面反射型インテグレータ」と記載する。
【００２４】多光束発生手段７は、複数の微小レンズよ
り成るハエの目レンズや光ファイバー束等からなり、そ
の光入射面７'に入射した入射光の波面を複数の部分に
分割してその光射出面７''又はその近傍に複数の点光源
から成る面光源（光）を形成している。複数の点光源か
らの光は後段の光学系を介して互いに重なり合い所定の
平面に強度分布が均一な面光源（光）を形成する。以
下、本願明細書では、多光束発生手段７及びこれと同じ
機能を有するものを「波面分割型インテグレータ」と記
載する。
り成るハエの目レンズや光ファイバー束等からなり、そ
の光入射面７'に入射した入射光の波面を複数の部分に
分割してその光射出面７''又はその近傍に複数の点光源
から成る面光源（光）を形成している。複数の点光源か
らの光は後段の光学系を介して互いに重なり合い所定の
平面に強度分布が均一な面光源（光）を形成する。以
下、本願明細書では、多光束発生手段７及びこれと同じ
機能を有するものを「波面分割型インテグレータ」と記
載する。
【００２５】レーザ光源１から射出したレーザ光は不図
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て出射角度保存光学素子２に入射する。出射角度保
存光学素子２は図２（Ａ）に示すようにアパーチャ２１
とレンズ系２２から構成されており、入射光束が光軸Ａ
Ｘに直交又はほぼ直交する方向にある範囲内で変位して
光束２７から光束２８の状態に変化しても、出射角度保
存光学素子２から射出される光束の出射角度（開き角）
εが一定である性質を有する。
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て出射角度保存光学素子２に入射する。出射角度保
存光学素子２は図２（Ａ）に示すようにアパーチャ２１
とレンズ系２２から構成されており、入射光束が光軸Ａ
Ｘに直交又はほぼ直交する方向にある範囲内で変位して
光束２７から光束２８の状態に変化しても、出射角度保
存光学素子２から射出される光束の出射角度（開き角）
εが一定である性質を有する。
【００２６】又、出射角度保存光学素子２は、図２
（Ｂ）に示すような複数の、微小レンズ２３より成るハ
エの目レンズにより構成しても良い。この場合は出射角
度φは微小レンズの形状に依存する。図２（Ｂ）の光学
素子２も、入射光束が光軸ＡＸに直交する方向にある範
囲内で変位して光束２７から光束２８の状態に変化して
も、出射角度保存光学素子２から出射する光束の出射角
度（開き角）εが一定である。尚、ハエの眼レンズ以外
の波面分割型インテグレータが、出射角度保存光学素子
２として適用可能である。
（Ｂ）に示すような複数の、微小レンズ２３より成るハ
エの目レンズにより構成しても良い。この場合は出射角
度φは微小レンズの形状に依存する。図２（Ｂ）の光学
素子２も、入射光束が光軸ＡＸに直交する方向にある範
囲内で変位して光束２７から光束２８の状態に変化して
も、出射角度保存光学素子２から出射する光束の出射角
度（開き角）εが一定である。尚、ハエの眼レンズ以外
の波面分割型インテグレータが、出射角度保存光学素子
２として適用可能である。
【００２７】出射角度保存光学素子２から出射角度εで
射出された光束（ハエの眼レンズの場合は多光束）は、
集光光学系３により内面反射型インテグレータの手前に
一旦集光され、その後内面反射型インテグレータ４内に
発散状態で入射する。内面反射型インテグレータ４に入
射した発散光束は、その内面反射面で多重反射しながら
内部を通過して光軸ＡＸに垂直な平面にレーザー光源１
の複数の虚像（見掛けの光源像）を形成する。従って内
面反射型インテグレータ４の光射出面４’では、これら
複数の虚像からあたかも射出したかのように見える複数
の光束が互いに重ね合わされるので、光射出面４’にお
ける照度分布は均一になる。この現象については後で図
４を用いて説明する。
射出された光束（ハエの眼レンズの場合は多光束）は、
集光光学系３により内面反射型インテグレータの手前に
一旦集光され、その後内面反射型インテグレータ４内に
発散状態で入射する。内面反射型インテグレータ４に入
射した発散光束は、その内面反射面で多重反射しながら
内部を通過して光軸ＡＸに垂直な平面にレーザー光源１
の複数の虚像（見掛けの光源像）を形成する。従って内
面反射型インテグレータ４の光射出面４’では、これら
複数の虚像からあたかも射出したかのように見える複数
の光束が互いに重ね合わされるので、光射出面４’にお
ける照度分布は均一になる。この現象については後で図
４を用いて説明する。
【００２８】内面反射型インテグレータ４に入射する時
のレーザー光の発散角（出射角度保存光学素子２と集光
光学系３に依存する）と、内面反射型インテグレータ４
の長さと幅（径）とを考慮しつつ内面反射型インテグレ
ータ４の形状を決定すると、各虚像から出て被照明物体
９に入射する個々のレーザー光の光路長差がレーザー光
固有のコヒーレンス長以上に設定でき、レーザー光の時
間的コヒーレンスを低下させさせることにより被照明物
体９上でのスペックルの発生を抑えることができる。
のレーザー光の発散角（出射角度保存光学素子２と集光
光学系３に依存する）と、内面反射型インテグレータ４
の長さと幅（径）とを考慮しつつ内面反射型インテグレ
ータ４の形状を決定すると、各虚像から出て被照明物体
９に入射する個々のレーザー光の光路長差がレーザー光
固有のコヒーレンス長以上に設定でき、レーザー光の時
間的コヒーレンスを低下させさせることにより被照明物
体９上でのスペックルの発生を抑えることができる。
【００２９】さて図１に戻り、内面反射型インテグレー
タ４の光出射面４'に形成された均一な照度分布（光強
度分布）を持つ面光源（光）は、ズーム光学系５により
所望の倍率で、波面分割型インテグレータ７の光入射面
７'上へ拡大結像され、光入射面７'上に均一光源像６が
形成されることになる。
タ４の光出射面４'に形成された均一な照度分布（光強
度分布）を持つ面光源（光）は、ズーム光学系５により
所望の倍率で、波面分割型インテグレータ７の光入射面
７'上へ拡大結像され、光入射面７'上に均一光源像６が
形成されることになる。
【００３０】光入射面７’上に均一光源像６が形成され
ると、光入射面７'の光強度分布がそのまま波面分割型
インテグレータ７光射出面７”に転写され、光射出面
７”又はその近傍には、個々の強度が互いにほぼ等しい
多数個の点光源より成る、光強度分布が均一な面光源が
形成される。
ると、光入射面７'の光強度分布がそのまま波面分割型
インテグレータ７光射出面７”に転写され、光射出面
７”又はその近傍には、個々の強度が互いにほぼ等しい
多数個の点光源より成る、光強度分布が均一な面光源が
形成される。
【００３１】光射出面７”又はその近傍の多数個の点光
源から射出する各光束は、集光光学系８により、被照明
物体９上で互いに重なり合うように物体を照明するの
で、被照明物体９全体の照度分布は均一となる。
源から射出する各光束は、集光光学系８により、被照明
物体９上で互いに重なり合うように物体を照明するの
で、被照明物体９全体の照度分布は均一となる。
【００３２】上記の「所望の倍率」とは被照射物体９へ
入射する照射光束の開き角（出射角度）αが露光に最適
な値になるように均一光源像６の大きさが設定される倍
率であり、被照明物体が微細パターンを有するマスク
（レチクル）等の場合には、マスクパターンの種類（最
小パターン線幅の大小）に応じてこの「所望の倍率」が
変えられる。
入射する照射光束の開き角（出射角度）αが露光に最適
な値になるように均一光源像６の大きさが設定される倍
率であり、被照明物体が微細パターンを有するマスク
（レチクル）等の場合には、マスクパターンの種類（最
小パターン線幅の大小）に応じてこの「所望の倍率」が
変えられる。
【００３３】「所望の倍率」をｍとする時、内面反射型
インテグレータ４から出射する光束の開き角（出射角
度）βに依存するズーム光学系５の光入射側開口数をＮ
Ａ’、波面分割型インテグレータ７に入射する光束の開
き角（入射角度）θに依存するズーム光学系５の光出射
側開口数をＮＡ”とすると、ＮＡ’＝ｍ・ＮＡ” が成
立する。ここで、角度θの大きさは波面分割型インテグ
レータ７の光入射側開口数ＮＡを越えない範囲で、且つ
この開口数ＮＡにできるだけ近い値であることが、照明
光の利用効率の観点から望ましい。
インテグレータ４から出射する光束の開き角（出射角
度）βに依存するズーム光学系５の光入射側開口数をＮ
Ａ’、波面分割型インテグレータ７に入射する光束の開
き角（入射角度）θに依存するズーム光学系５の光出射
側開口数をＮＡ”とすると、ＮＡ’＝ｍ・ＮＡ” が成
立する。ここで、角度θの大きさは波面分割型インテグ
レータ７の光入射側開口数ＮＡを越えない範囲で、且つ
この開口数ＮＡにできるだけ近い値であることが、照明
光の利用効率の観点から望ましい。
【００３４】従って本実施例の照明装置では、角度θの
値は、倍率ｍの値の変化によらず、常時、波面分割型イ
ンテグレータ７の入射側開口数に適合した最適角度に設
定されるようにしている。
値は、倍率ｍの値の変化によらず、常時、波面分割型イ
ンテグレータ７の入射側開口数に適合した最適角度に設
定されるようにしている。
【００３５】即ち、マスクの種類などの露光の条件が変
わり、ズーム光学系５の最適な倍率ｍの値を無視できな
い程度に変える時には、内面反射型インテグレータ４か
らの出射する光束の開き角βの値も変えることにより、
照明光の利用効率が低下しないようにする。
わり、ズーム光学系５の最適な倍率ｍの値を無視できな
い程度に変える時には、内面反射型インテグレータ４か
らの出射する光束の開き角βの値も変えることにより、
照明光の利用効率が低下しないようにする。
【００３６】尚、ある条件の露光に最適な倍率ｍが決ま
ると、（１）式に基いて、内面反射型インテグレータ４
から出射する光束の開き角β（射出角度β）の最適角度
が適宜決める。
ると、（１）式に基いて、内面反射型インテグレータ４
から出射する光束の開き角β（射出角度β）の最適角度
が適宜決める。
【００３７】本実施例の照明装置は、角度βの値が内面
反射型インテグレータ４へ入射する光束の入射角度φに
等しく且つ入射角度φが出射角度保存光学素子２からの
光束の開き角（出射角度）εに依存していることを利用
し、出射角度保存光学素子２を露光条件に応じて他の出
射角度εが異なる出射角度保存光学素子に切り換えるこ
とにより、角度θの値を一定又はほぼ一定に維持してい
る。
反射型インテグレータ４へ入射する光束の入射角度φに
等しく且つ入射角度φが出射角度保存光学素子２からの
光束の開き角（出射角度）εに依存していることを利用
し、出射角度保存光学素子２を露光条件に応じて他の出
射角度εが異なる出射角度保存光学素子に切り換えるこ
とにより、角度θの値を一定又はほぼ一定に維持してい
る。
【００３８】この出射角度保存光学素子２の切り換えに
ついて図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
ついて図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
【００３９】図３において、２ａは出射角度ε（＝ε
ａ）が小さい出射角度保存光学素子であり、２ｂは出射
角度ε（＝εｂ）が大きい出射角度保存光学素子であ
り、その他の符番については図１で説明した符番と同じ
部材を指す。
ａ）が小さい出射角度保存光学素子であり、２ｂは出射
角度ε（＝εｂ）が大きい出射角度保存光学素子であ
り、その他の符番については図１で説明した符番と同じ
部材を指す。
【００４０】一般に半導体チップ製造用投影露光装置の
照明装置においては、被照明物体９であるマスク（レチ
クル）のパターン形成面に入射する光束の開き角（入射
角度）αを最適角度に設定し且つ入射光束の利用効率
（光量）も高く維持することが要求されるので、本実施
例の照明装置では、ズーム光学系と複数個の出射度保存
光学素子２を用意し、マスクの種類の変更等必要に応じ
て、ズーミングと光学素子の切り替えを行なうことによ
り達成している。
照明装置においては、被照明物体９であるマスク（レチ
クル）のパターン形成面に入射する光束の開き角（入射
角度）αを最適角度に設定し且つ入射光束の利用効率
（光量）も高く維持することが要求されるので、本実施
例の照明装置では、ズーム光学系と複数個の出射度保存
光学素子２を用意し、マスクの種類の変更等必要に応じ
て、ズーミングと光学素子の切り替えを行なうことによ
り達成している。
【００４１】図３（Ａ）はマスク９に入射する光束の入
射角度αが比較的小さい場合（この状態を「小σ（シグ
マ）」の状態と言う。）を示し、マスク９の回路パター
ンの最小線幅が比較的大き場合（サブミクロンの範囲で
はあるが）に対応する。尚、σ（シグマ）は照明光学系
の光出射側開口数Ｎｉと投影光学系の光入射側開口数Ｎ
ｐの比（Ｎｉ／Ｎｐ）を意味する。
射角度αが比較的小さい場合（この状態を「小σ（シグ
マ）」の状態と言う。）を示し、マスク９の回路パター
ンの最小線幅が比較的大き場合（サブミクロンの範囲で
はあるが）に対応する。尚、σ（シグマ）は照明光学系
の光出射側開口数Ｎｉと投影光学系の光入射側開口数Ｎ
ｐの比（Ｎｉ／Ｎｐ）を意味する。
【００４２】この小σの状態を設定するためには、波面
分割型インテグレータ７の光入射面７'上に内面反射型
インテグレータ４の光出射面４’（そこ又はその近傍に
ある面光源）を小さい倍率で結像する必要がある。これ
はズーム光学系５の倍率を小さくすることにより達成さ
れるが、前述したように入射角度θは波面分割型インテ
グレータ４の構成に依存した最適角度に維持される必要
がある。そこで、この小σ値の状態に変える時には、入
射角度αの値に対応する倍率になるようにズーム光学系
の倍率を変えると共に、入射角度θの値が最適値に維持
されるように、出射角度がεｂ（＞εａ ）である出射
角度保存光学素子２ｂを出射角度がεａである出射角度
保存光学素子2aに切換える。
分割型インテグレータ７の光入射面７'上に内面反射型
インテグレータ４の光出射面４’（そこ又はその近傍に
ある面光源）を小さい倍率で結像する必要がある。これ
はズーム光学系５の倍率を小さくすることにより達成さ
れるが、前述したように入射角度θは波面分割型インテ
グレータ４の構成に依存した最適角度に維持される必要
がある。そこで、この小σ値の状態に変える時には、入
射角度αの値に対応する倍率になるようにズーム光学系
の倍率を変えると共に、入射角度θの値が最適値に維持
されるように、出射角度がεｂ（＞εａ ）である出射
角度保存光学素子２ｂを出射角度がεａである出射角度
保存光学素子2aに切換える。
【００４３】図３（Ｂ）はマスク９に入射する光束の入
射角度αが比較的大きい場合（この状態を「大σ（シグ
マ）」の状態と言う。）を示し、マスク９の回路パター
ンの最小線幅が比較的小さい場合（サブミクロンの範囲
ではあるが）に対応する。この大σの状態を設定するた
めには、波面分割型インテグレータ７の光入射面７'上
に内面反射型インテグレータ４の光出射面４’（そこ又
はその近傍にある面光源）を大きい倍率で結像する必要
がある。これはズーム光学系５の倍率を大きく大きする
ことにより達成されるが、前述したように入射角度θは
波面分割型インテグレータ４の構成に依存した最適角度
に維持される必要がある。そこで、この大σ値の状態に
変える時には、入射角度αの値に対応する倍率になるよ
うにズーム光学系の倍率を変えると共に、入射角度θの
値が最適値に維持されるように、出射角度がεa（＜ε
ｂ ）である出射角度保存光学素子２aを出射角度がεｂ
である出射角度保存光学素子2ｂに切換える。
射角度αが比較的大きい場合（この状態を「大σ（シグ
マ）」の状態と言う。）を示し、マスク９の回路パター
ンの最小線幅が比較的小さい場合（サブミクロンの範囲
ではあるが）に対応する。この大σの状態を設定するた
めには、波面分割型インテグレータ７の光入射面７'上
に内面反射型インテグレータ４の光出射面４’（そこ又
はその近傍にある面光源）を大きい倍率で結像する必要
がある。これはズーム光学系５の倍率を大きく大きする
ことにより達成されるが、前述したように入射角度θは
波面分割型インテグレータ４の構成に依存した最適角度
に維持される必要がある。そこで、この大σ値の状態に
変える時には、入射角度αの値に対応する倍率になるよ
うにズーム光学系の倍率を変えると共に、入射角度θの
値が最適値に維持されるように、出射角度がεa（＜ε
ｂ ）である出射角度保存光学素子２aを出射角度がεｂ
である出射角度保存光学素子2ｂに切換える。
【００４４】ここでは、ズーム光学系の結像倍率と出射
角度保存光学素子とを2段階で切換える説明を行なった
が、ズーム光学系の結像倍率と出射角度保存光学素子と
を3段階以上で切換えるように構成することもできる。
上記実施例のズーム光学系は所定の範囲で連続的に倍率
を変えられるから3段階以上の倍率変更は容易で、従っ
てそのまま使用でき、又、出射角度保存光学素子は、互
いに焦点距離が異なる３種類以上の出射角度保存光学素
子を準備しておけばいい。尚、出射角度保存光学素子を
切換えてもそれらによるレーザー光の集光位置（本実施
例の場合無限遠にある発光部の実像又は虚像の絶対位
置）は一定に維持される構成とする。
角度保存光学素子とを2段階で切換える説明を行なった
が、ズーム光学系の結像倍率と出射角度保存光学素子と
を3段階以上で切換えるように構成することもできる。
上記実施例のズーム光学系は所定の範囲で連続的に倍率
を変えられるから3段階以上の倍率変更は容易で、従っ
てそのまま使用でき、又、出射角度保存光学素子は、互
いに焦点距離が異なる３種類以上の出射角度保存光学素
子を準備しておけばいい。尚、出射角度保存光学素子を
切換えてもそれらによるレーザー光の集光位置（本実施
例の場合無限遠にある発光部の実像又は虚像の絶対位
置）は一定に維持される構成とする。
【００４５】又、ズーム光学系として互いに結像倍率が
異なる複数種の結像光学系を用意しておき、2つのイン
テグレータ４、７の間に選択的に一つの結像光学系を設
けるようにしてもいい。一方、出射角度保存光学素子
に、光軸方向に動く複数のレンズを有するズーム光学系
を用いてもいい。
異なる複数種の結像光学系を用意しておき、2つのイン
テグレータ４、７の間に選択的に一つの結像光学系を設
けるようにしてもいい。一方、出射角度保存光学素子
に、光軸方向に動く複数のレンズを有するズーム光学系
を用いてもいい。
【００４６】次に内面反射型インテグレータ４の光射出
面４’の照度分布が均一になる理由について図４を用い
て説明する。
面４’の照度分布が均一になる理由について図４を用い
て説明する。
【００４７】図4では、内面反射型インテグレータ４は
六角柱状のガラス棒であるとする。尚、図４は光軸ＡＸ
を含む側断面図である。
六角柱状のガラス棒であるとする。尚、図４は光軸ＡＸ
を含む側断面図である。
【００４８】不図示の集光光学系３からのレーザー光は
焦点Ｐ０に一旦集光（結像）し、その後、発散角φを有
する発散光束となる。この時、レーザー光がエキシマレ
ーザ光である場合は、一般に大強度であるため、焦点Ｐ
０近傍では莫大なエネルギー密度となり、内面反射型イ
ンテグレータ４の光入射面のコーティング（反射防止
膜）や硝材そのものを破壊してしまう恐れがある。従っ
て、このような場合は図示の通り焦点Ｐ０から少し距離
をおいて内面反射型インテグレータ４を配置する。
焦点Ｐ０に一旦集光（結像）し、その後、発散角φを有
する発散光束となる。この時、レーザー光がエキシマレ
ーザ光である場合は、一般に大強度であるため、焦点Ｐ
０近傍では莫大なエネルギー密度となり、内面反射型イ
ンテグレータ４の光入射面のコーティング（反射防止
膜）や硝材そのものを破壊してしまう恐れがある。従っ
て、このような場合は図示の通り焦点Ｐ０から少し距離
をおいて内面反射型インテグレータ４を配置する。
【００４９】内面反射型インテグレータ４に入射した発
散光束は内面反射面で繰り返し反射（所謂全反射）しな
がら内部を通過した後、入射した際の発散角度４１を保
ったまま内面反射型インテグレータ４から出射する。こ
の時、内面反射型インテグレータ４の内面反射面の各部
分において反射された光束は反射後も発散しているの
で、各部分において反射された光束は、破線により示さ
れているように、後方に虚像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，
Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０を形成する。図
示してはいないが、実際には六角柱のガラス棒の場合に
は、残りの二組の内面反射面対の作用により上記と同様
な虚像群が更に形成されている。
散光束は内面反射面で繰り返し反射（所謂全反射）しな
がら内部を通過した後、入射した際の発散角度４１を保
ったまま内面反射型インテグレータ４から出射する。こ
の時、内面反射型インテグレータ４の内面反射面の各部
分において反射された光束は反射後も発散しているの
で、各部分において反射された光束は、破線により示さ
れているように、後方に虚像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，
Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０を形成する。図
示してはいないが、実際には六角柱のガラス棒の場合に
は、残りの二組の内面反射面対の作用により上記と同様
な虚像群が更に形成されている。
【００５０】従って内面反射型インテグレータ４の光射
出面４’では、これら多数の虚像からあたかも射出した
かのように見える多数の光束が互いに重なり合い、照度
分布が均一になる。
出面４’では、これら多数の虚像からあたかも射出した
かのように見える多数の光束が互いに重なり合い、照度
分布が均一になる。
【００５１】図５は図４の内面反射型インテグレータ４
により生じた虚像（見掛けの光源像）群の配列を、例え
ば図３（Ａ）の配置において波面分割型インテグレータ
７を構成する一つの微小レンズの光射出面から見た図を
示している。図５において、５１は波面分割型インテグ
レータ７の微小レンズを、Ｐ１からＰ１０は図４の虚像
を示している。図5から分かる通り、内面反射型インテ
グレータ４が六角柱の光パイプの場合には虚像群は蜂の
巣状に配列するが、内面反射型インテグレータ４が四角
柱の光パイプである場合は虚像群は矩形の格子状に配列
する。尚、この虚像は、集光光学系３と内面反射型イン
テグレータ４の間に形成されたレーザー光の集光点（点
光源）の像である。
により生じた虚像（見掛けの光源像）群の配列を、例え
ば図３（Ａ）の配置において波面分割型インテグレータ
７を構成する一つの微小レンズの光射出面から見た図を
示している。図５において、５１は波面分割型インテグ
レータ７の微小レンズを、Ｐ１からＰ１０は図４の虚像
を示している。図5から分かる通り、内面反射型インテ
グレータ４が六角柱の光パイプの場合には虚像群は蜂の
巣状に配列するが、内面反射型インテグレータ４が四角
柱の光パイプである場合は虚像群は矩形の格子状に配列
する。尚、この虚像は、集光光学系３と内面反射型イン
テグレータ４の間に形成されたレーザー光の集光点（点
光源）の像である。
【００５２】本実施例の照明装置は、図３（Ａ）に示し
た通り出射角度保存光学素子２ａ、２ｂがｍ×ｎ個の微
小レンズより成るハエの目レンズ（ ｍ≧２、ｎ≧２）
であるから、虚像群の一つ一つの虚像はｍ×ｎ程度に分
割された複数像で構成される。従ってこの分割複数像が
蜂の巣状に並んだ虚像が見え、これらが波面分割型イン
テグレータ７の微小レンズ一つに対応することになる。
た通り出射角度保存光学素子２ａ、２ｂがｍ×ｎ個の微
小レンズより成るハエの目レンズ（ ｍ≧２、ｎ≧２）
であるから、虚像群の一つ一つの虚像はｍ×ｎ程度に分
割された複数像で構成される。従ってこの分割複数像が
蜂の巣状に並んだ虚像が見え、これらが波面分割型イン
テグレータ７の微小レンズ一つに対応することになる。
【００５３】従って、本実施例の照明装置は、波面分割
型インテグレータ７の光出射面7''又はその近傍に形成
された複数の点光源（有効光源）からの各光束を集光光
学系８により被照明物体９上に重畳して照明する際の点
光源（有効光源）の数を非常に多くしており、被照明物
体９全体がより均一な照度分布となるように物体9を照
明することを可能にしている。
型インテグレータ７の光出射面7''又はその近傍に形成
された複数の点光源（有効光源）からの各光束を集光光
学系８により被照明物体９上に重畳して照明する際の点
光源（有効光源）の数を非常に多くしており、被照明物
体９全体がより均一な照度分布となるように物体9を照
明することを可能にしている。
【００５４】また、図２（Ｂ）で説明したように、レー
ザ光源１からの光束が外乱により微小変位したとして
も、出射角度保存光学素子２ａ、２ｂからの光束の出射
度εは一定に維持されるので、図５における分割複数像
の各々が微小変動するだけであって、蜂の巣状を成す虚
像群には変動がなく、出射角度保存光学素子２ａ、２ｂ
波面分割型インテグレータ７の各微小レンズ５１の中の
虚像全体をマクロに見たときの変動は殆どなく、従って
被照明物体９上の照度分布への影響も無視できる程度に
小さくなる。
ザ光源１からの光束が外乱により微小変位したとして
も、出射角度保存光学素子２ａ、２ｂからの光束の出射
度εは一定に維持されるので、図５における分割複数像
の各々が微小変動するだけであって、蜂の巣状を成す虚
像群には変動がなく、出射角度保存光学素子２ａ、２ｂ
波面分割型インテグレータ７の各微小レンズ５１の中の
虚像全体をマクロに見たときの変動は殆どなく、従って
被照明物体９上の照度分布への影響も無視できる程度に
小さくなる。
【００５５】従って本実施例の照明装置は、レーザ光源
１からのレーザー光が変位しても非常に性能が安定して
いる系である。
１からのレーザー光が変位しても非常に性能が安定して
いる系である。
【００５６】図６に上記実施例の照明装置をＬＳＩやＶ
ＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気センサ、液晶
素子等のデバイスを製造するステップ＆リピート型又は
ステップ＆スキャン型投影露光装置に適用した実施例を
示す。
ＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気センサ、液晶
素子等のデバイスを製造するステップ＆リピート型又は
ステップ＆スキャン型投影露光装置に適用した実施例を
示す。
【００５７】図６において、９１はＡｒＦエキシマレー
ザやＫｒＦエキシマレーザレーザ等のレーザー光源１か
らの平行光束を所望のビーム形状に整形するための光束
整形光学系、９２はコヒーレントなレーザ光束をインコ
ヒーレント化するためのインコヒーレント化光学系、９
３はマスク９の回路パターンの等倍像又は縮小像を投影
する投影光学系、９４は基板（シリコンやガラス）に感
光材を塗布したウエハを示す。又、ここでは図１に示し
た部材と同じ部材には図1と同じ符番を付し、説明は省
略する。
ザやＫｒＦエキシマレーザレーザ等のレーザー光源１か
らの平行光束を所望のビーム形状に整形するための光束
整形光学系、９２はコヒーレントなレーザ光束をインコ
ヒーレント化するためのインコヒーレント化光学系、９
３はマスク９の回路パターンの等倍像又は縮小像を投影
する投影光学系、９４は基板（シリコンやガラス）に感
光材を塗布したウエハを示す。又、ここでは図１に示し
た部材と同じ部材には図1と同じ符番を付し、説明は省
略する。
【００５８】レーザー光源１からのレーザー光は、投影
光学系９３が色収差補正されていない場合にはスペクト
ル線の半値幅が１ｐｍ−３ｐｍ程度に狭帯域化されてお
り、投影光学系９３が色収差補正されている場合には、
スペクトル線の半値幅が１０ｐｍ以上のある値に狭帯域
化されている。又、投影光学系９３が色収差補正されて
いる場合に狭帯域化されていないレーザー光を用いる場
合もある。
光学系９３が色収差補正されていない場合にはスペクト
ル線の半値幅が１ｐｍ−３ｐｍ程度に狭帯域化されてお
り、投影光学系９３が色収差補正されている場合には、
スペクトル線の半値幅が１０ｐｍ以上のある値に狭帯域
化されている。又、投影光学系９３が色収差補正されて
いる場合に狭帯域化されていないレーザー光を用いる場
合もある。
【００５９】投影光学系９３としては複数のレンズ素子
のみで構成した光学系や複数のレンズ素子と少なくとも
一枚の凹面鏡とで構成した光学系や複数のレンズ素子と
少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学素子とで構
成した光学系が使用できる。色収差の補正は、互いに分
散値（アッベ数）の異なる硝材より成る複数のレンズ素
子を用いたり、上記回折光学素子をレンズ素子と逆方向
の分散が生じるように構成したりする。
のみで構成した光学系や複数のレンズ素子と少なくとも
一枚の凹面鏡とで構成した光学系や複数のレンズ素子と
少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学素子とで構
成した光学系が使用できる。色収差の補正は、互いに分
散値（アッベ数）の異なる硝材より成る複数のレンズ素
子を用いたり、上記回折光学素子をレンズ素子と逆方向
の分散が生じるように構成したりする。
【００６０】レーザ光源１から射出したレーザ光は不図
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て光束整形光学系９１に入射する。この光束整形光
学系９１は、複数のシリンドリカルレンズやビームエク
スパンダ等より構成されており、レーザー光の（光軸Ａ
Ｘと垂直な）断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変
換する。
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て光束整形光学系９１に入射する。この光束整形光
学系９１は、複数のシリンドリカルレンズやビームエク
スパンダ等より構成されており、レーザー光の（光軸Ａ
Ｘと垂直な）断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変
換する。
【００６１】光束整形光学系９１により断面形状が整形
された光束は、ウエハ９４上で光が干渉してスペックル
を生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学系９
２に入射し、光学系９２によりスペックルが生じにくい
インコヒーレントな光束に変換される。
された光束は、ウエハ９４上で光が干渉してスペックル
を生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学系９
２に入射し、光学系９２によりスペックルが生じにくい
インコヒーレントな光束に変換される。
【００６２】インコヒーレント化光学系９２としては、
例えば特開平３−２１５９３０号公報の図１に開示され
ているような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの
光束（例えばｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光
束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光の
コヒーレンス長以上の光路長差を与えてから該分割面に
再導光して他方の光束と重ね合わせて射出されるように
した折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いる
ことができる。
例えば特開平３−２１５９３０号公報の図１に開示され
ているような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの
光束（例えばｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光
束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光の
コヒーレンス長以上の光路長差を与えてから該分割面に
再導光して他方の光束と重ね合わせて射出されるように
した折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いる
ことができる。
【００６３】インコヒーレント化光学系９２からのイン
コヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子２
に入射する。以下図１乃至図５を用いて述べた手順によ
り、波面分割型インテグレータ７の各微小領域（微小レ
ンズ）から出射した光束が集光光学系８によりマスク９
を重畳して照明し、マスク９の投影すべき回路パターン
全面で均一な照度分布が得られるようにマスク９を均一
照明する。そしてマスク９上に形成された回路パターン
が投影光学系９３によりウエハ９４上に投影結像され、
ウエハ9４の感光材料への回路パターン（像）の露光が
行なわれる。尚、ウエハ９４は不図示のＸＹＺ可動ステ
ージに真空吸着法等により固定されており、ＸＹＺ可動
ステージは紙面の上下左右前後に平行移動する機能を持
ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御
される。このような技術は周知技術であるので、詳しい
説明は省略する。
コヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子２
に入射する。以下図１乃至図５を用いて述べた手順によ
り、波面分割型インテグレータ７の各微小領域（微小レ
ンズ）から出射した光束が集光光学系８によりマスク９
を重畳して照明し、マスク９の投影すべき回路パターン
全面で均一な照度分布が得られるようにマスク９を均一
照明する。そしてマスク９上に形成された回路パターン
が投影光学系９３によりウエハ９４上に投影結像され、
ウエハ9４の感光材料への回路パターン（像）の露光が
行なわれる。尚、ウエハ９４は不図示のＸＹＺ可動ステ
ージに真空吸着法等により固定されており、ＸＹＺ可動
ステージは紙面の上下左右前後に平行移動する機能を持
ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御
される。このような技術は周知技術であるので、詳しい
説明は省略する。
【００６４】図６においては、波面分割型インテグレー
タ７の光出射側光路中に照明用の開口絞りが配置されて
いないが、互いに異なるσ値に対応する複数の開口絞り
を円盤（ターレット）等に設けておき、ズーム光学系の
ズーミングと出射角度保存光学素子の切換えに連動させ
て円盤を回転させることにより、σ値に合わせて所望の
開口絞りを波面分割型インテグレータ７の光出射側光路
中に挿入するように構成してもいい。
タ７の光出射側光路中に照明用の開口絞りが配置されて
いないが、互いに異なるσ値に対応する複数の開口絞り
を円盤（ターレット）等に設けておき、ズーム光学系の
ズーミングと出射角度保存光学素子の切換えに連動させ
て円盤を回転させることにより、σ値に合わせて所望の
開口絞りを波面分割型インテグレータ７の光出射側光路
中に挿入するように構成してもいい。
【００６５】複数の開口絞りの開口形状としては、通常
の円形開口や円環（リング）状開口や特開平４−３２９
６２３号公報（鈴木）に記載された光軸外の４つの開口
等が使える。
の円形開口や円環（リング）状開口や特開平４−３２９
６２３号公報（鈴木）に記載された光軸外の４つの開口
等が使える。
【００６６】図7及び図8を用いて本発明の照明装置の他
の実施例を説明する。
の実施例を説明する。
【００６７】図7及び図8は、ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導
体チップや、ＣＣＤ、磁気センサ、液晶素子等のデバイ
スを製造するステップ＆スキャン（走査）型の投影露光
装置に好適な照明装置の概略図である。
体チップや、ＣＣＤ、磁気センサ、液晶素子等のデバイ
スを製造するステップ＆スキャン（走査）型の投影露光
装置に好適な照明装置の概略図である。
【００６８】図７（Ａ）と（Ｂ）は本実施例の照明装置
が前述の小σの状態にある場合を示しており、（Ａ）は
照明装置をスキャン方向（以下、「ｚ方向」と記す。）
から見た図で、（Ｂ）は照明装置をスキャン方向と直交
する方向（以下、「ｙ方向」と記す。）から見た図であ
る。又、図８（Ａ）と（Ｂ）は本実施例の照明装置が前
述の大σの状態にある場合を示しており、（Ａ）は照明
装置をｚ方向から見た図で、（Ｂ）は照明装置をｙ方向
から見た図である。尚、以下、図８（Ａ），（Ｂ）にお
いて光軸ＡＸと光軸ＡＣからｙ方向に延びる軸とを含む
断面をｘｙ断面、光軸ＡＸと光軸ＡＸからｚ方向に延び
る軸とを含む断面をｘｚ断面と記す。
が前述の小σの状態にある場合を示しており、（Ａ）は
照明装置をスキャン方向（以下、「ｚ方向」と記す。）
から見た図で、（Ｂ）は照明装置をスキャン方向と直交
する方向（以下、「ｙ方向」と記す。）から見た図であ
る。又、図８（Ａ）と（Ｂ）は本実施例の照明装置が前
述の大σの状態にある場合を示しており、（Ａ）は照明
装置をｚ方向から見た図で、（Ｂ）は照明装置をｙ方向
から見た図である。尚、以下、図８（Ａ），（Ｂ）にお
いて光軸ＡＸと光軸ＡＣからｙ方向に延びる軸とを含む
断面をｘｙ断面、光軸ＡＸと光軸ＡＸからｚ方向に延び
る軸とを含む断面をｘｚ断面と記す。
【００６９】図７及び図８において、20a、20bはｘｙ断
面とｘｚ断面とで出射光束の開き角（出射角度）が異な
る出射角度保存光学素子、４０は内面反射型インテグレ
ータ、40'は内面反射型インテグレータの光出射面、７
０は波面分割型インテグレータ、70'、70''は波面分割
型インテグレータの光入射面、光出射面、２００ｙはマ
スク上の照明域（光）のy方向の長さ、２００ｚはマス
ク上の照明域（光）のz方向の長さを示す。又、図中の
図１乃至図６で示した部材と同じ部材には図３と同一の
符番を付している。
面とｘｚ断面とで出射光束の開き角（出射角度）が異な
る出射角度保存光学素子、４０は内面反射型インテグレ
ータ、40'は内面反射型インテグレータの光出射面、７
０は波面分割型インテグレータ、70'、70''は波面分割
型インテグレータの光入射面、光出射面、２００ｙはマ
スク上の照明域（光）のy方向の長さ、２００ｚはマス
ク上の照明域（光）のz方向の長さを示す。又、図中の
図１乃至図６で示した部材と同じ部材には図３と同一の
符番を付している。
【００７０】図７及び図８で示す本実施例の照明装置の
基本的な構成と機能は、その変形例も含めて図１乃至図
６で示した前記実施例の照明装置と同じであり、本実施
例の照明装置の前記実施例の照明装置との相違点は出射
角度保存光学素子と内面反射型インテグレータと波面分
割型インテグレータの構成と機能にある。従って、ここ
では前記実施例との相違点のみ説明することにする。
基本的な構成と機能は、その変形例も含めて図１乃至図
６で示した前記実施例の照明装置と同じであり、本実施
例の照明装置の前記実施例の照明装置との相違点は出射
角度保存光学素子と内面反射型インテグレータと波面分
割型インテグレータの構成と機能にある。従って、ここ
では前記実施例との相違点のみ説明することにする。
【００７１】ステップ＆スキャン型の投影露光装置で
は、ｙ方向に延びた（ｚ方向よりもｙ方向の方が長い）
矩形スリット状の照明域をマスク９上に効果的に形成す
る必要がある。
は、ｙ方向に延びた（ｚ方向よりもｙ方向の方が長い）
矩形スリット状の照明域をマスク９上に効果的に形成す
る必要がある。
【００７２】そこで本実施例では、出射角度保存光学素
子として、各々が個々の微小レンズの光軸と直交する断
面（ｙｚ断面）の形状がｙ方向に延びる矩形であるフラ
イアイレンズより成る素子２０ａと２０ｂを用い、内面
反射型インテグレータとして、光軸と直交する断面（以
下、「ｙｚ断面」と記す。）の形状がｙ方向に延びる一
対の直線とｚ方向に延びる一対の直線とで表わされる四
角柱の光パイプより成るインテグレータ４０を用い、波
面分割型インテグレータとして、個々の微小レンズのｙ
ｚ断面の形状がｙ方向に延びる矩形であるフライアイレ
ンズより成るインテグレータ７０を用いている。
子として、各々が個々の微小レンズの光軸と直交する断
面（ｙｚ断面）の形状がｙ方向に延びる矩形であるフラ
イアイレンズより成る素子２０ａと２０ｂを用い、内面
反射型インテグレータとして、光軸と直交する断面（以
下、「ｙｚ断面」と記す。）の形状がｙ方向に延びる一
対の直線とｚ方向に延びる一対の直線とで表わされる四
角柱の光パイプより成るインテグレータ４０を用い、波
面分割型インテグレータとして、個々の微小レンズのｙ
ｚ断面の形状がｙ方向に延びる矩形であるフライアイレ
ンズより成るインテグレータ７０を用いている。
【００７３】出射角度保存光学素子２０ａと２０ｂを構
成する各微小レンズは、各々ｘｙ断面における開口数が
ｘｚ断面における開口数よりも大きく、従って、各断面
で見た光束の開き角（出射角度）の関係は、ｘｙ断面に
おける出射角度εａｙ、εｂｙの方がｘｚ断面における
出射角度εａｚ、εｂｚよりも大きい。従って、図示さ
れた光束の開き角（出射角度又は入射角度）φｙ、φ
ｚ、βｙ、βｚ、θｙ、θｚ、γｙ、γｚ、αｙ、αｚ
の関係も、φｙ＞φｚ、βｙ＞βｚ、θｙ＞θｚ、γｙ
＞γｚ、αｙ＝αｚである。ここで、γｙ＞γｚである
ので、マスク９上ではｙ方向に延びた矩形スリット状の
照明域が形成される。
成する各微小レンズは、各々ｘｙ断面における開口数が
ｘｚ断面における開口数よりも大きく、従って、各断面
で見た光束の開き角（出射角度）の関係は、ｘｙ断面に
おける出射角度εａｙ、εｂｙの方がｘｚ断面における
出射角度εａｚ、εｂｚよりも大きい。従って、図示さ
れた光束の開き角（出射角度又は入射角度）φｙ、φ
ｚ、βｙ、βｚ、θｙ、θｚ、γｙ、γｚ、αｙ、αｚ
の関係も、φｙ＞φｚ、βｙ＞βｚ、θｙ＞θｚ、γｙ
＞γｚ、αｙ＝αｚである。ここで、γｙ＞γｚである
ので、マスク９上ではｙ方向に延びた矩形スリット状の
照明域が形成される。
【００７４】又、前記実施例と同様に、σの大小に依存
してεａｙ＜εｂｙ、εａｚ＜εｂｚの関係があり、角
柱状の光パイプの性質に依存してφｙ＝βｙ、φｚ＝β
ｚの関係がある。
してεａｙ＜εｂｙ、εａｚ＜εｂｚの関係があり、角
柱状の光パイプの性質に依存してφｙ＝βｙ、φｚ＝β
ｚの関係がある。
【００７５】出射角度保存光学素子２０ａと２０ｂは、
ｘｙ断面における焦点距離がｘｚ断面における焦点距離
よりも小さい微小レンズを複数個2次元的にｙｚ断面に
そって並べたフライアイレンズや図２（Ａ）の絞り２１
としてｙ方向に延びたスリット開口を有するものを用い
た素子も適用可能である。尚、各フライアイレンズを構
成する微小レンズは、通常のレンズや回折光学素子（フ
レネルレンズ）によって構成される。
ｘｙ断面における焦点距離がｘｚ断面における焦点距離
よりも小さい微小レンズを複数個2次元的にｙｚ断面に
そって並べたフライアイレンズや図２（Ａ）の絞り２１
としてｙ方向に延びたスリット開口を有するものを用い
た素子も適用可能である。尚、各フライアイレンズを構
成する微小レンズは、通常のレンズや回折光学素子（フ
レネルレンズ）によって構成される。
【００７６】図9は図７及び図８の内面反射型インテグ
レータ４０により生じた虚像（見掛けの光源像）群の配
列を、波面分割型インテグレータ７０を構成する一つの
微小レンズの光射出面から見た図を示している。図９に
おいて、２２０は波面分割型インテグレータ７０の微小
レンズを、Ｙ１からＹ１２及びＺ１からＺ８は虚像を示
している。
レータ４０により生じた虚像（見掛けの光源像）群の配
列を、波面分割型インテグレータ７０を構成する一つの
微小レンズの光射出面から見た図を示している。図９に
おいて、２２０は波面分割型インテグレータ７０の微小
レンズを、Ｙ１からＹ１２及びＺ１からＺ８は虚像を示
している。
【００７７】図９から分かる通り、内面反射型インテグ
レータ４０が四角柱の光パイプであるので、虚像群はｙ
方向とｚ方向と沿って格子状に配列する。又、内面反射
型インテグレータ４０に入射する発散光束の入射角度が
ｘｙ断面とｘｚ断面とで互いに異なるので、内面反射面
での反射回数がｘｙ断面とｘｚ断面とで互いに異なり、
そのためｙ方向とｚ方向とで虚像の数が異なっている。
尚、この虚像は、集光光学系３と内面反射型インテグレ
ータ４０の間に形成されたレーザー光の集光点（点光
源）の像である。
レータ４０が四角柱の光パイプであるので、虚像群はｙ
方向とｚ方向と沿って格子状に配列する。又、内面反射
型インテグレータ４０に入射する発散光束の入射角度が
ｘｙ断面とｘｚ断面とで互いに異なるので、内面反射面
での反射回数がｘｙ断面とｘｚ断面とで互いに異なり、
そのためｙ方向とｚ方向とで虚像の数が異なっている。
尚、この虚像は、集光光学系３と内面反射型インテグレ
ータ４０の間に形成されたレーザー光の集光点（点光
源）の像である。
【００７８】本実施例の照明装置は、図７及び図８に示
した通り出射角度保存光学素子２０ａ、２０ｂがｍ×ｎ
個の微小レンズより成るハエの目レンズ（ｍ≧２、ｎ≧
２）であるから、虚像群の一つ一つの虚像はｍ×ｎ程度
に分割された複数像で構成される。従ってこの分割複数
像が格子状に並んだ虚像が見え、これらが波面分割型イ
ンテグレータ７０の微小レンズ一つに対応することにな
る。
した通り出射角度保存光学素子２０ａ、２０ｂがｍ×ｎ
個の微小レンズより成るハエの目レンズ（ｍ≧２、ｎ≧
２）であるから、虚像群の一つ一つの虚像はｍ×ｎ程度
に分割された複数像で構成される。従ってこの分割複数
像が格子状に並んだ虚像が見え、これらが波面分割型イ
ンテグレータ７０の微小レンズ一つに対応することにな
る。
【００７９】従って、本実施例の照明装置も、波面分割
型インテグレータ７０の光出射面7０''又はその近傍に
形成された複数の点光源（有効光源）からの各光束を集
光光学系８によりマスク９上に重畳して照明する際の点
光源（有効光源）の数を非常に多くしており、マスク９
全体がより均一な照度分布となるようにマスク9を照明
することを可能にしている。
型インテグレータ７０の光出射面7０''又はその近傍に
形成された複数の点光源（有効光源）からの各光束を集
光光学系８によりマスク９上に重畳して照明する際の点
光源（有効光源）の数を非常に多くしており、マスク９
全体がより均一な照度分布となるようにマスク9を照明
することを可能にしている。
【００８０】以上のような構成を有する本実施例の照明
装置も、前記実施例同様に、マスク９の種類等に応じて
小σの状態と大σの状態を作る際に、ズーム光学系５の
結像倍率を小さな値と大きな値の間で切換え且つ出射角
度保存光学素子２０ａと出射角度保存光学素子２０ｂを
切換えることにより、角度θｙ、θｚの各々の値を一定
又はほぼ一定に維持しつつ角度αｙ、αｚ（＝αｙ）の
各々の値を変えることができ、光の利用効率を低下させ
ることなくσを変更することが可能である。又、レーザ
ー光源からのレーザー光が変位してもマスク９上で照度
むらが生じることもない。
装置も、前記実施例同様に、マスク９の種類等に応じて
小σの状態と大σの状態を作る際に、ズーム光学系５の
結像倍率を小さな値と大きな値の間で切換え且つ出射角
度保存光学素子２０ａと出射角度保存光学素子２０ｂを
切換えることにより、角度θｙ、θｚの各々の値を一定
又はほぼ一定に維持しつつ角度αｙ、αｚ（＝αｙ）の
各々の値を変えることができ、光の利用効率を低下させ
ることなくσを変更することが可能である。又、レーザ
ー光源からのレーザー光が変位してもマスク９上で照度
むらが生じることもない。
【００８１】図１０に図７乃至図９で示した照明装置を
ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気セ
ンサ、液晶素子等のデバイスを製造するステップ＆スキ
ャン型等の走査型露光装置に適用した実施例を示す。
ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体チップや、ＣＣＤ、磁気セ
ンサ、液晶素子等のデバイスを製造するステップ＆スキ
ャン型等の走査型露光装置に適用した実施例を示す。
【００８２】図１０において、９１はＡｒＦエキシマレ
ーザやＫｒＦエキシマレーザ等のレーザ光源１からの光
束を所望のビーム形状に整形するための光束整形光学
系、９２はコヒーレントなレーザ光束をインコヒーレン
ト化するためのインコヒーレント化光学系、９３はマス
ク９の回路パターンの等倍像又は縮小像を投影する投影
光学系、９４は基板（シリコンやガラス）に感光材を塗
布したウエハを示す。又、ここでは図７乃至図９に示し
た部材と同じ部材には図７乃至図９と同じ符番を付し、
説明は省略する。
ーザやＫｒＦエキシマレーザ等のレーザ光源１からの光
束を所望のビーム形状に整形するための光束整形光学
系、９２はコヒーレントなレーザ光束をインコヒーレン
ト化するためのインコヒーレント化光学系、９３はマス
ク９の回路パターンの等倍像又は縮小像を投影する投影
光学系、９４は基板（シリコンやガラス）に感光材を塗
布したウエハを示す。又、ここでは図７乃至図９に示し
た部材と同じ部材には図７乃至図９と同じ符番を付し、
説明は省略する。
【００８３】レーザ光源１から射出したレーザ光は不図
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て光束整形光学系９１に入射する。この光束整形光
学系９１は、複数のシリンドリカルレンズやビームエク
スパンダ等より構成されており、レーザー光の（光軸Ａ
Ｘと垂直な）断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変
換する。
示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光学系
を経て光束整形光学系９１に入射する。この光束整形光
学系９１は、複数のシリンドリカルレンズやビームエク
スパンダ等より構成されており、レーザー光の（光軸Ａ
Ｘと垂直な）断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変
換する。
【００８４】光束整形光学系９１により断面形状が整形
された光束は、ウエハ９４上で光が干渉してスペックル
を生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学系９
２に入射し、光学系９２によりスペックルが生じにくい
インコヒーレントな光束に変換される。
された光束は、ウエハ９４上で光が干渉してスペックル
を生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学系９
２に入射し、光学系９２によりスペックルが生じにくい
インコヒーレントな光束に変換される。
【００８５】インコヒーレント化光学系９２としては、
特開平３−２１５９３０号公報の図１に開示されている
ような、前述の光学系を用いることができる。
特開平３−２１５９３０号公報の図１に開示されている
ような、前述の光学系を用いることができる。
【００８６】インコヒーレント化光学系９２からのイン
コヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子２
０ａ又は２０ｂに入射する。以下最初の実施例で図１乃
至図５を用いて述べた手順と同様の手順により、波面分
割型インテグレータ７０の各微小領域（微小レンズ）か
ら出射した光束が集光光学系８によりマスク９を重畳し
て照明し、マスク９の投影すべき回路パターン全面で均
一な照度分布が得られるようにマスク９を均一照明す
る。この時、マスク９上には、ｙ方向に伸びる矩形スリ
ット状の照明域（光）が形成される。そしてマスク９上
に形成された回路パターンの内の前記照明域が形成され
た部分が投影光学系９３によりウエハ９４上に投影結像
され、ウエハ9４の感光材料への回路パターン（像）の
露光が行なわれる。
コヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子２
０ａ又は２０ｂに入射する。以下最初の実施例で図１乃
至図５を用いて述べた手順と同様の手順により、波面分
割型インテグレータ７０の各微小領域（微小レンズ）か
ら出射した光束が集光光学系８によりマスク９を重畳し
て照明し、マスク９の投影すべき回路パターン全面で均
一な照度分布が得られるようにマスク９を均一照明す
る。この時、マスク９上には、ｙ方向に伸びる矩形スリ
ット状の照明域（光）が形成される。そしてマスク９上
に形成された回路パターンの内の前記照明域が形成され
た部分が投影光学系９３によりウエハ９４上に投影結像
され、ウエハ9４の感光材料への回路パターン（像）の
露光が行なわれる。
【００８７】ウエハ９４は不図示のｘｙｘの各方向に移
動可能なＸＹＺ可動ステージに真空吸着法等により固定
されており、マスク９も不図示のｘｙｘの各方向に移動
可能なＸＹＺ可動ステージに真空吸着法等により固定さ
れており、各ＸＹＺ可動ステージの移動は不図示のレー
ザ干渉計等の測長器で制御される。そして、マスク９の
回路パターン部の端部に矩形スリット状の照明域を形成
した状態で各ＸＹＺ可動ステージを移動させて、マスク
９をｚ方向にウエハ９４を−ｚ方向に走査することによ
り、マスク９の回路パターン全体をウエハ９４上に投影
して回路パターン全体をウエハ９４上に転写する。尚、
投影光学系９３の投影倍率がＭ、マスク９の走査速度が
Ｖの時、ウエハ９４の走査速度は−Ｍ×Ｖである。
動可能なＸＹＺ可動ステージに真空吸着法等により固定
されており、マスク９も不図示のｘｙｘの各方向に移動
可能なＸＹＺ可動ステージに真空吸着法等により固定さ
れており、各ＸＹＺ可動ステージの移動は不図示のレー
ザ干渉計等の測長器で制御される。そして、マスク９の
回路パターン部の端部に矩形スリット状の照明域を形成
した状態で各ＸＹＺ可動ステージを移動させて、マスク
９をｚ方向にウエハ９４を−ｚ方向に走査することによ
り、マスク９の回路パターン全体をウエハ９４上に投影
して回路パターン全体をウエハ９４上に転写する。尚、
投影光学系９３の投影倍率がＭ、マスク９の走査速度が
Ｖの時、ウエハ９４の走査速度は−Ｍ×Ｖである。
【００８８】図１１は、以上説明した各種露光装置によ
りＬＳＩやＶＬＳＩ（半導体チップ）等のデバイスを製
造する際の製造フローを示す説明図であり、上記各実施
例の露光装置はステップ４の「ウエハプロセス」で利用
される。
りＬＳＩやＶＬＳＩ（半導体チップ）等のデバイスを製
造する際の製造フローを示す説明図であり、上記各実施
例の露光装置はステップ４の「ウエハプロセス」で利用
される。
【００８９】図１２は図１１のウエハプロセスを示す説
明図であり、上記各実施例の露光装置はステップ１６の
「露光」工程で使用される。
明図であり、上記各実施例の露光装置はステップ１６の
「露光」工程で使用される。
【００９０】
【発明の効果】以上、本発明によれば、照明状態を変え
ることができる、内面反射型及び振幅分割型の各インテ
グレータを用いる照明装置を提供することができる。
ることができる、内面反射型及び振幅分割型の各インテ
グレータを用いる照明装置を提供することができる。
【００９１】また、本発明によれば、照明状態を変えて
もマスク（レチクル）等の被照明物体を照明する光束の
量が殆ど減少しない振幅分割型インテグレータを用いる
照明装置を提供することができる。
もマスク（レチクル）等の被照明物体を照明する光束の
量が殆ど減少しない振幅分割型インテグレータを用いる
照明装置を提供することができる。
【００９２】更にまた、本発明によれば、レーザー光源
からのレーザー光の光路が変位してもマスク（レチク
ル）等の被照明物体上での照度分布が変化しない、内面
反射型及び振幅分割型の各インテグレータを用いる照明
装置を提供することができる。
からのレーザー光の光路が変位してもマスク（レチク
ル）等の被照明物体上での照度分布が変化しない、内面
反射型及び振幅分割型の各インテグレータを用いる照明
装置を提供することができる。
【図１】本発明の照明装置の第１実施例を示す概略図で
ある。
ある。
【図２】出射角度保存光学素子の２つの例を示す概略図
である。
である。
【図３】出射角度保存光学素子の切り換えについての説
明図である。
明図である。
【図４】内面反射型インテグレータの機能についての説
明図である。
明図である。
【図５】図１乃至図４の内面反射型インテグレータ４に
より形成される虚像群を示す説明図である。
より形成される虚像群を示す説明図である。
【図６】本発明の露光装置の第１実施例を示す概略図
で、図１の照明装置を搭載した露光装置を示している。
で、図１の照明装置を搭載した露光装置を示している。
【図７】本発明の照明装置の第２実施例を示す概略図
で、小σの状態における装置構成を示している。
で、小σの状態における装置構成を示している。
【図８】本発明の照明装置の第２実施例を示す概略図
で、大σの状態における装置構成を示している。
で、大σの状態における装置構成を示している。
【図９】図７及び図８の内面反射型インテグレータ４０
により形成される虚像群を示す説明図である。
により形成される虚像群を示す説明図である。
【図１０】本発明の露光装置の第２実施例を示す概略図
で、図７及び図８が示す照明装置を搭載した露光装置を
示している。
で、図７及び図８が示す照明装置を搭載した露光装置を
示している。
【図１１】本発明のデバイス製造方法の製造フローの一
例を示す説明図で、本発明の露光装置の第１実施例又は
第２実施例がウエハプロセスに利用されるものである。
例を示す説明図で、本発明の露光装置の第１実施例又は
第２実施例がウエハプロセスに利用されるものである。
【図１２】図１１のウエハプロセスを示す説明図であ
り、本発明の露光装置の第１実施例又は第２実施例が露
光工程に使用されるものである。
り、本発明の露光装置の第１実施例又は第２実施例が露
光工程に使用されるものである。
【図１３】従来の照明装置を示す概略図である。
１ レーザ光源 ２ 射出角度保存光学素子 ３ 集光光学系 ４ 内面反射型インテグレータ ５ ズーム光学系 ７ 波面分割型インテグレータ ８ 集光光学系 ９ マスク ９３ 投影光学系 ９４ ウエハ
Claims (33)
- 【請求項１】 入射光の少なくとも一部を内面で反射し
て光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面光源を形
成する内面反射型の第１インテグレータと、入射光の波
面を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成
する波面分割型の第２インテグレータと、前記面光源を
前記第２インテグレータの光入射面又はその近傍に結像
する結像光学系と、前記複数の光源からの光を被照明面
上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、前記結像
光学系が結像倍率を変えることができることを特徴とす
る照明装置。 - 【請求項２】 前記第１インテグレータは角柱状又は角
錐状のガラス棒、若しくは３枚以上の平面鏡を各々の反
射面が対面するように組み合わせたカレイドスコープ
（万華鏡）を備えることを特徴とする請求項１の照明装
置。 - 【請求項３】 前記第２インテグレータはフライアイレ
ンズ（ミラー）又はレンチキュラーレンズ（ミラー）又
は光ファイバー束を備えることを特徴とする請求項１又
は２の照明装置。 - 【請求項４】 前記結像光学系は互いに結像倍率が異な
る複数の光学系を有し、該複数の光学系の一つが前記第
１、第２インテグレータの間に選択的に供給されること
を特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の照明装
置。 - 【請求項５】 前記結像光学系は像面位置を一定又はほ
ぼ一定に維持しつつ焦点距離が変化するように変位する
複数の移動レンズを備えることを特徴とする請求項１−
３のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項６】 光源からの光を前記第１インテグレータ
に入射させる光学系が、前記光源からの光が光軸と直交
する方向又はほぼ直交する方向に偏心しても前記第１イ
ンテグレータへ入射する際の発散角（収斂角）を一定に
維持するための光学部材を備えることを特徴とする請求
項１−５のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項７】 前記光学部材が、入射光の波面を分割し
て光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面分
割型のインテグレータ（第３インテグレータ）を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。 - 【請求項８】 前記第３インテグレータがフライアイレ
ンズであることを特徴とする請求項７に記載の照明装
置。 - 【請求項９】 前記光学部材が、レンズと該レンズの口
径よりも小さな開口を備える絞りとを有することを特徴
とする請求項６に記載の照明装置。 - 【請求項１０】 前記光学部材を複数個有し、該複数個
の光学部材は互いに異なる発散角（収斂角）の光を出射
するように構成され、前記結像倍率の変更に応じて光路
中にある前記光学部材を他の前記光学部材と交換するこ
とにより、前記結像倍率の変更にも係わらず前記第２イ
ンテグレータに入射する光の開口数を一定又はほぼ一定
に維持することを特徴とする請求項６に記載の照明装
置。 - 【請求項１１】 前記光学部材は焦点距離が可変である
ことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。 - 【請求項１２】 前記光学部材は直交する二断面に関し
ての発散角（収斂角）が互いに異なる光束を出射するこ
とを特徴とする請求項６に記載の照明装置。 - 【請求項１３】 入射光の波面を分割して光出射面又は
その近傍に複数の光源を形成する波面分割型インテグレ
ータと、光源からの光を前記インテグレータの光入射面
に照射する照射光学系と、前記複数の光源からの光を被
照明面上で互いに重ね合わせる集光光学系とを有し、前
記照射光学系は、前記光源からの光の前記光入射面上で
の大きさ及び／又は強度分布を変えるために焦点距離が
可変であり、前記焦点距離の変化による前記光入射面へ
入射する光線束の開き角の変化を補正又はほぼ補正する
ように構成してあることを特徴とする照明装置。 - 【請求項１４】 前記インテグレータはフライアイレン
ズ（ミラー）又はレンチキュラーレンズ（ミラー）又は
光ファイバー束を備えることを特徴とする請求項１３の
照明装置。 - 【請求項１５】 前記照射光学系は、入射光の少なくと
も一部を内面で反射して光出射面又はその近傍に強度分
布が均一な面光源を形成する内面反射型のインテグレー
タと、前記面光源を前記波面分割型インテグレータの光
入射面又はその近傍に結像する結像光学系とを有し、前
記結像光学系の焦点距離が可変であり、前記結像光学系
は焦点距離を変えて結像倍率を変えることを特徴とする
請求項１３又は１４の照明装置。 - 【請求項１６】 前記内面反射型インテグレータは角柱
状又は角錐状のガラス棒、若しくは３枚以上の平面鏡を
各々の反射面が対面するように組み合わせたカレイドス
コ−プであることを特徴とする請求項１５の照明装置。 - 【請求項１７】 前記結像光学系は互いに結像倍率が異
なる複数の光学系を有し、該複数の光学系の一つが前記
２つのインテグレータの間に選択的に供給されることを
特徴とする請求項１５又は１６のいずれかに記載の照明
装置。 - 【請求項１８】 前記結像光学系は像面位置を一定又は
ほぼ一定に維持しつつ焦点距離が変化するように変位す
る複数の移動レンズを備えることを特徴とする請求項１
５又は１６のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項１９】 前記照射光学系は、入射光の波面を分
割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波
面分割型のインテグレータを複数個有し、該複数個の波
面分割型インテグレータは、互いに焦点距離が異なり、
それらの一つが前記光源と前記内面反射型インテグレー
タの間の光路中に供給され、前記焦点距離の変化に応じ
て光路中の前記波面分割型インテグレータを他の前記波
面分割型インテグレータと交換することにより前記光入
射面へ入射する光の開き角の変化を補正又はほぼ補正す
ることを特徴とする請求項１５−１８のいずれかに記載
の照明装置。 - 【請求項２０】 前記照射光学系の前記複数個の波面分
割型インテグレータが夫々フライアイレンズであること
を特徴とする請求項１９載の照明装置。 - 【請求項２１】 前記照射光学系が、レンズと該レンズ
の口径よりも小さな開口を備える絞りとを有する光学部
材を複数個有し、該複数個の光学部材は、互いに焦点距
離が異なり、それらの一つが前記光源と前記内面反射型
インテグレータの間の光路中に供給され、前記焦点距離
の変化に応じて光路中の前記光学部材を他の前記光学部
材と交換することにより前記光入射面へ入射する光の開
き角の変化を補正又はほぼ補正することを特徴とする請
求項１５−１８のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項２２】 前記照射光学系が前記光源と前記内面
反射型インテグレータの間にいずれか一つが配される複
数個の光学部材を有し、該複数個の光学部材は互いに異
なる発散角（収斂角）の光を出射するように構成され、
前記焦点距離の変更に応じて光路中にある前記光学部材
を他の前記光学部材と交換することにより前記光入射面
へ入射する光の開き角の変化を補正又はほぼ補正するこ
とを特徴とする請求項１５−１８に記載の照明装置。 - 【請求項２３】 前記照射光学系が前記光源と前記内面
反射型インテグレータの間に焦点距離が可変な光学手段
を有し、該光学手段の焦点距離を変えることにより前記
結像光学系の焦点距離の変化による前記光入射面へ入射
する光の開口数の変化を補正又はほぼ補正することを特
徴とする請求項１５−１８に記載の照明装置。 - 【請求項２４】 前記光学部材又は光学手段又は波面分
割型インテグレータは直交する二断面に関しての発散角
（収斂角）が互いに異なる光束を出射することを特徴と
する請求項１５−２３のいずれかに記載の照明装置。 - 【請求項２５】 入射光の波面を分割して光出射面又は
その近傍に複数の光源を形成する波面分割型の第１イン
テグレータと、入射光の少なくとも一部を内面で反射し
て光出射面又はその近傍に強度分布が均一な面光源を形
成する内面反射型の第２インテグレータと、入射光の波
面を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成
する波面分割型の第３インテグレータと、前記第１イン
テグレータが形成した前記複数の光源を前記第２インテ
グレータの光入射面又はその近傍に結像する第１結像光
学系と、第２インテグレータが形成する前記面光源を前
記第３インテグレータの光入射面又はその近傍に結像す
る第２結像光学系と、前記第３インテグレータが形成し
た前記複数の光源からの光を被照明面上で互いに重ね合
わせる集光光学系とを有することを特徴とする照明装
置。 - 【請求項２６】 前記第１インテグレータは直交する二
断面に関しての発散角（収斂角）が互いに異なる光束を
出射することを特徴とする請求項２５の照明装置。 - 【請求項２７】 前記光源はエキシマレーザーであるこ
とを特徴とする請求項１−２６に記載の照明装置。 - 【請求項２８】 請求項１−２７のいずれかの照明装置
によりマスクのパターンを照明し、前記照明された前記
マスクのパターンを投影光学系により基板上に投影する
ことを特徴とする露光装置。 - 【請求項２９】 前記エキシマレーザはＫｒＦエキシマ
レーザーであることを特徴とする請求項２８の露光装
置。 - 【請求項３０】 前記エキシマレーザはＡｒＦエキシマ
レーザーであることを特徴とする請求項２８の露光装
置。 - 【請求項３１】 前記投影光学系は、石英及び／又は蛍
石より成るレンズ系を含むことを特徴とする請求項２８
の露光装置。 - 【請求項３２】 前記投影光学系は石英より成る回折光
学素子を含むことを特徴とする請求項３０の露光装置。 - 【請求項３３】 請求項２８−３２のいずれかの露光装
置によりデバイスパターンを基板上に転写する段階を含
むデバイス製造方法。
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|---|---|---|---|
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| KR1019980009848A KR100305657B1 (ko) | 1997-03-24 | 1998-03-21 | 조명장치및이조명장치를가진노광장치 |
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|---|---|---|---|
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Family
ID=13409552
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP0867772B1 (ja) |
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| DE (1) | DE69837358T2 (ja) |
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