JPH11274060A - 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開口絞りにおける光損失を良好に抑えつつ輪
帯照明や４極照明のような変形照明を行う。 【解決手段】 第１オプティカルインテグレータ（３）
と第２オプティカルインテグレータ（７）との間の光路
中には、第１オプティカルインテグレータ（３）により
形成される第１多数光源からの光束に基づいて、第２オ
プティカルインテグレータ（７）の入射面に関して基準
光軸（ＡＸ）に対し偏心した複数の照射領域を形成する
プリズム光学系（４、５）が配置されている。プリズム
光学系（４、５）は、複数の照射領域の位置を調整可能
に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明光学装置および
該照明光学装置を備えた露光装置に関し、特に半導体デ
バイス等をリソグラフィー工程で製造するための投影露
光装置に好適な照明光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置において、光源から射
出された光束はフライアイレンズに入射し、その後側焦
点面に多数の光源像からなる二次光源を形成する。二次
光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近
傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデ
ンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件
（露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを
所望の形状または大きさに制限する。

【０００３】コンデンサーレンズにより集光された光束
は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明
する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を
介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上には、
マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マス
クに形成されたパターンは高集積化されており、この微
細パターンをウエハ上に正確に転写するにはウエハ上に
おいて均一な照度分布を得ることが不可欠である。

【０００４】近年においては、フライアイレンズの射出
側に配置された開口絞りの開口部の大きさを変化させる
ことにより、フライアイレンズにより形成される二次光
源の大きさを変化させて、照明のコヒーレンシィσ（σ
＝開口絞り径／投影光学系の瞳径）を変化させる技術が
注目されている。また、フライアイレンズの射出側に配
置された開口絞りの開口部の形状を輪帯状や四つ穴状に
設定することにより、フライアイレンズにより形成され
る二次光源の形状を輪帯状や四つ穴状に制限して、投影
光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来技
術では、二次光源の形状を輪帯状や四つ穴状に制限して
変形照明（輪帯変形照明や４極変形照明）を行うため
に、フライアイレンズにより矩形状に形成された比較的
大きな二次光源からの光束を輪帯状や四つ穴状の開口部
を有する開口絞りによって制限する。換言すると、従来
技術における輪帯変形照明や４極変形照明では、二次光
源からの光束の相当部分が開口絞りで遮蔽され、照明
（露光）に寄与することがない。その結果、開口絞りに
おける光損失により、マスクおよびウエハ上での照度が
低下し、露光装置としてのスループットも低下するとい
う不都合があった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、開口絞りにおける光損失を良好に抑えつつ輪
帯照明や４極照明のような変形照明を行うことのできる
照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、光束を供給するための光源
手段と、該光源手段からの光束に基づいて多数の光源か
らなる第１多数光源を形成するための第１オプティカル
インテグレータと、該第１オプティカルインテグレータ
により形成される第１多数光源からの光束に基づいてよ
り多数の光源からなる第２多数光源を形成するための第
２オプティカルインテグレータと、該第２オプティカル
インテグレータにより形成される第２多数光源からの光
束を集光して被照射面を照明するためのコンデンサー光
学系とを備えた照明光学装置において、前記第１オプテ
ィカルインテグレータと前記第２オプティカルインテグ
レータとの間の光路中には、前記第１オプティカルイン
テグレータにより形成される第１多数光源からの光束に
基づいて、前記第２オプティカルインテグレータの入射
面に関して基準光軸に対し偏心した複数の照射領域を形
成するプリズム光学系が配置され、前記プリズム光学系
は、前記複数の照射領域の位置を調整可能に構成されて
いることを特徴とする照明光学装置を提供する。

【０００８】第１発明の好ましい態様によれば、前記プ
リズム光学系は、光源側から順に、第１プリズム部材お
よび第２プリズム部材を有し、前記第１プリズム部材
は、前記被照射面側に向けて凹状に形成された屈折面を
持つ射出面を有し、前記第２プリズム部材は、前記基準
光軸回りに配置されるとともに前記基準光軸に対して傾
斜可能に設けられた複数の偏角プリズムを有し、前記偏
角プリズムは、前記光源側に屈折面を持つ入射面と、前
記被照射面側に平面を持つ射出面とを有する。

【０００９】また、本発明の第２発明では、第１発明の
照明光学装置と、前記被照射面上に配置されたマスクの
パターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系
とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

【００１０】また、第３発明では、第１発明の照明光学
装置を用いて、前記被照射面上に配置されたマスクのパ
ターンを感光性基板上に露光する工程を含むことを特徴
とする半導体デバイスの製造方法を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、フライアイレンズの
ような２つのオプティカルインテグレータの間の光路中
にプリズム光学系が配置されている。このプリズム光学
系は、第１フライアイレンズにより形成される多数の光
源からの光束に基づいて、第２フライアイレンズの入射
面に関して基準光軸に対し偏心した複数の照射領域を形
成する。また、プリズム光学系は、第２フライアイレン
ズの入射面に形成される複数の照射領域の位置を調整す
ることができるように構成されている。

【００１２】具体的には、プリズム光学系は、光源側か
ら順に、第１プリズム部材および第２プリズム部材を有
する。ここで、第１プリズム部材は、被照射面側に向け
て凹状に形成された屈折面を持つ射出面を有する。一
方、第２プリズム部材は、基準光軸回りに配置されると
ともに基準光軸に対して傾斜可能に設けられた複数の偏
角プリズムを有し、各偏角プリズムは光源側に屈折面を
持つ入射面と被照射面側に平面を持つ射出面とを有す
る。

【００１３】さらに具体的な構成例によれば、第１プリ
ズム部材の射出面は基準光軸に関して対称な正四角錐の
角錐面で形成される４つの屈折面を有し、第２プリズム
部材中の４つの偏角プリズムが基準光軸に関して対称と
なるように傾斜可能に構成される。その結果、第１プリ
ズム部材および第２プリズム部材の作用により、第２フ
ライアイレンズの入射面には基準光軸に対して偏心した
４つの照射領域がそれぞれ所定位置に形成される。こう
して、第２フライアイレンズの後側焦点面の近傍に四つ
穴状の開口部を有する開口絞りを設定することにより、
いわゆる４極変形照明を行うことができる。この場合、
第２フライアイレンズを介して形成される二次光源から
の射出光束のうち開口絞りで遮蔽される光束は非常に少
なく、開口絞りでの光損失を良好に抑えつつ４極変形照
明を行うことができる。

【００１４】また、２つのフライアイレンズの間の光路
中に配置されたリレー光学系の焦点距離および第１フラ
イアイレンズの焦点距離のうちの少なくとも一方を変化
させることにより、第２フライアイレンズの入射面に形
成される照射領域の大きさを変化させることができる。
さらに、第２プリズム部材の各偏角プリズムの傾きを変
化させることにより、第２フライアイレンズの入射面に
形成される照射領域の中心位置を変化させることができ
る。換言すると、簡単な操作により、開口絞りでの光損
失を良好に抑えつつ、４極変形照明のパラメータを変化
させることができる。

【００１５】さらに別の具体的な構成例によれば、第１
プリズム部材の射出面は基準光軸に関して対称な円錐の
円錐面で形成される屈折面を有し、第２プリズム部材中
の少なくとも４つの偏角プリズムが基準光軸に関して対
称となるように傾斜可能に構成される。その結果、第１
プリズム部材および第２プリズム部材の作用により、第
２フライアイレンズの入射面に基準光軸に対して偏心し
た少なくとも４つの照射領域がほぼ輪帯状に整列して形
成される。こうして、第２フライアイレンズの後側焦点
面の近傍に輪帯状の開口部を有する開口絞りを設定する
ことにより、いわゆる輪帯変形照明を行うことができ
る。この場合も、開口絞りでの光損失を良好に抑えつつ
輪帯変形照明を行うことができるとともに、簡単な操作
により開口絞りでの光損失を良好に抑えつつ輪帯変形照
明のパラメータを変化させることができる。

【００１６】以上のように、本発明の照明光学装置で
は、開口絞りにおける光損失を良好に抑えつつ、輪帯照
明や４極照明のような変形照明を行うことができる。加
えて、簡単な操作により、開口絞りでの光損失を良好に
抑えつつ変形照明のパラメータを変化させることができ
る。したがって、本発明の照明光学装置を組み込んだ露
光装置では、変形照明の種類およびパラメータを適宜変
化させて、露光投影すべき微細パターンに適した投影光
学系の解像度および焦点深度を得ることができる。その
結果、高い露光照度および良好な露光条件のもとで、ス
ループットの高い良好な投影露光を行うことができる。
また、本発明の照明光学装置を用いて被照射面上に配置
されたマスクのパターンを感光性基板上に露光する工程
を含む半導体デバイスの製造方法では、良好な露光条件
のもとで投影露光を行うことができるので、良好な半導
体デバイスを製造することができる。

【００１７】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の実施例にかかる照明光学装置
を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１
において、露光装置の光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸Ａ
Ｘに垂直な面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸
を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直な
方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

【００１８】図１の露光装置は、露光光を供給するため
の光源１として、たとえば２４８ｎｍまたは１９３ｎｍ
の波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備えてい
る。光源１から射出された光束は、一対のシリンドリカ
ルレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー
２に入射する。各シリンドリカルレンズ２ａおよび２ｂ
は、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力お
よび正の屈折力をそれぞれ有し、光軸ＡＸを含んで紙面
と直交する面内（ＸＺ平面内）において平行平面板とし
て機能する。したがって、ビームエキスパンダー２に入
射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定形
状の断面を有する光束に整形された後、オプティカルイ
ンテグレータとしての第１フライアイレンズ３に入射す
る。

【００１９】第１フライアイレンズ３に入射した光束
は、第１フライアイレンズ３を構成する複数のレンズエ
レメントにより二次元的に分割され、その後側焦点面に
レンズエレメントの数に対応する複数の光源像を形成す
る。第１フライアイレンズ３の後側焦点面に形成された
複数の光源像からの光束は、角錐プリズム４と偏角プリ
ズム集合体５と焦点距離が可変のリレー光学系６とを介
した後、オプティカルインテグレータとしての第２フラ
イアイレンズ７を重畳的に照明する。なお、角錐プリズ
ム４および偏角プリズム集合体５の構成および作用につ
いては後述する。

【００２０】第２フライアイレンズ７に入射した光束
は、第２フライアイレンズ７を構成する複数のレンズエ
レメントにより二次元的に分割され、その後側焦点面に
第１フライアイレンズ３のレンズエレメントの数と第２
フライアイレンズ７のレンズエレメントの数との積で表
される数の光源像からなる二次光源が形成される。第２
フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された二次光源
からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８を介し
て制限された後に、コンデンサー光学系９に入射する。

【００２１】開口絞り８は、たとえば光軸ＡＸに平行な
所定の軸線回りに回転可能なターレット（回転板）上に
おいて円周状に形成された形状または大きさの異なる複
数の開口部を有する。すなわち、開口絞り８のターレッ
トには、大きさの異なる円形状の開口部や、大きさおよ
び形状の異なる輪帯状（円環状）の開口部や、大きさお
よび形状の異なる四つ穴状の開口部などが必要に応じて
形成されている。したがって、開口絞り８のターレット
を回転させて所望の形状または大きさの開口部を照明光
路内に設定することによって、第２フライアイレンズ７
を介して形成された二次光源の形状または大きさが所望
の形状または大きさに制限される。

【００２２】開口絞り８によって所望の形状または大き
さに制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学
系９の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成され
たマスク１０を重畳的に均一照明する。マスク１０のパ
ターンを透過した光束は、投影光学系１１を介して、感
光性基板であるウエハ１２上にマスクパターンの像を形
成する。こうして、投影光学系１１の光軸ＡＸと直交す
る平面（ＸＹ平面）内においてウエハ１２を二次元的に
駆動制御しながら投影露光を行うことにより、ウエハ１
２の各露光領域にはマスク１０のパターンが逐次露光さ
れる。

【００２３】図２は、図１の第１フライアイレンズ３か
ら第２フライアイレンズ７までの構成を概略的に示す図
であって、（ａ）は小径開口照明を行う第１状態を、
（ｂ）は４極変形照明を行う第２状態を、（ｃ）は偏角
プリズム集合体５を構成する各偏角プリズムの構成をそ
れぞれ示している。また、図３は、角錐プリズム４と偏
角プリズム集合体５との作用を説明する図であって、
（ａ）は図２（ａ）に対応する第１状態を、（ｂ）は図
２（ｂ）に対応する第２状態をそれぞれ示している。

【００２４】まず、図２（ａ）および（ｂ）を参照する
と、角錐プリズム４の光源側の面は、光軸ＡＸに垂直な
平面状に形成されている。また、角錐プリズム４のマス
ク側の面は、４つの屈折面４ａ〜４ｄからなり、マスク
側に向かって全体的に角錐凹面状に形成されている。さ
らに詳細には、４つの屈折面４ａ〜４ｄは、光軸ＡＸ上
の一点を頂点し且つＸ軸およびＹ軸に沿って４つの稜線
を有する正四角錐の角錐面（底面を除く側面）に相当し
ている。すなわち、４つの屈折面４ａ〜４ｄは、光軸Ａ
Ｘに関して対称な正四角錐の角錐面に相当している。

【００２５】また、偏角プリズム集合体５は、角錐プリ
ズム４の４つの屈折面４ａ〜４ｄに対向して光軸ＡＸに
関して対称に配置された４つの偏角プリズム５ａ〜５ｄ
から構成されている。各偏角プリズム５ａ〜５ｄは、図
２（ｃ）に示すように、全体的に矩形状に形成され、角
錐プリズム４の各屈折面の偏角（すなわち光軸ＡＸに垂
直な面と屈折面とがなす角度）と同じ角度の偏角を有す
る。したがって、図２（ａ）の第１状態において、偏角
プリズム５ａ〜５ｄの光源側の屈折面は角錐プリズム４
の対向する屈折面４ａ〜４ｄとそれぞれ平行であり、偏
角プリズム５ａ〜５ｄのマスク側の面はともに光軸ＡＸ
に垂直である。

【００２６】一方、図２（ｂ）の第２状態においては、
偏角プリズム５ａ〜５ｄが光軸ＡＸに関して対称に所定
の角度だけ第１状態から傾いている。その結果、偏角プ
リズム５ａ〜５ｄの光源側の屈折面は角錐プリズム４の
対向する屈折面４ａ〜４ｄと平行ではなくなり、偏角プ
リズム５ａ〜５ｄのマスク側の面は光軸ＡＸに垂直では
なくなっている。

【００２７】ここで、図２（ａ）の第１状態に対応する
図３（ａ）を参照すると、第１フライアイレンズ３を介
して形成された光源像からの射出光の主光線は、光軸Ａ
Ｘに平行に角錐プリズム４に入射する。光軸ＡＸに平行
に角錐プリズム４に入射した主光線は、角錐プリズム４
の屈折面および偏角プリズム集合体５の屈折面でそれぞ
れ屈折する。しかしながら、上述したように第１状態で
は、角錐プリズム４の屈折面と偏角プリズム集合体５の
屈折面とは互いに平行であるため、角錐プリズム４およ
び偏角プリズム集合体５を介した主光線は、再び光軸Ａ
Ｘに平行になって射出される。

【００２８】偏角プリズム集合体５から光軸ＡＸに平行
に射出された主光線は、リレー光学系６を介して、第２
フライアイレンズ７の入射面の中心（光軸ＡＸと入射面
との交点）に入射する。こうして、図４に示すように、
第２フライアイレンズ７の入射面の中心には、第１フラ
イアイレンズ３のレンズエレメントの断面形状と相似な
比較的サイズの小さい矩形状の照射領域４１（図中斜線
で示す）が形成される。すなわち、図２（ａ）の第１状
態では、第２フライアイレンズ７の入射面に形成される
照射領域４１のサイズが比較的小さくなるように、リレ
ー光学系６の焦点距離が設定されている。

【００２９】なお、図２〜図４では、図面の明瞭化のた
めに、各フライアイレンズの分割を極端に粗くした模式
的な形態を示しているが、実際には各フライアイレンズ
は多数のレンズエレメントから構成されている。したが
って、図４において、第２フライアイレンズ７の入射面
に形成された照射領域４１は多数のレンズエレメントに
入射する。この点は、関連する他の図においても同様で
ある。

【００３０】この場合、第２フライアイレンズ７の後側
焦点面に形成される二次光源の全体形状は、第２フライ
アイレンズ７の入射面に形成される照射領域４１の全体
形状に対応している。したがって、図４に示すように、
第１状態において第２フライアイレンズ７の後側焦点面
に形成された二次光源の全体形状に対応した開口径の小
さな円形開口部４２を照明光路内に設定することによ
り、二次光源の形状を径の小さな円形状に制限して、い
わゆる小径開口照明を行うことができる。この場合、二
次光源からの射出光束のうち開口絞り８で遮蔽される光
束は非常に少なく、開口絞り８での光損失を良好に抑え
ることができる。

【００３１】一方、図２（ｂ）の第２状態に対応する図
３（ｂ）を参照すると、第１フライアイレンズ３を介し
て形成された光源像からの射出光の主光線は光軸ＡＸに
平行に角錐プリズム４に入射するが、角錐プリズム４の
屈折面と偏角プリズム集合体５の屈折面とが平行ではな
いため、角錐プリズム４および偏角プリズム集合体５を
介した主光線は光軸ＡＸに対して傾いて射出される。さ
らに詳細には、角錐プリズム４の屈折面と偏角プリズム
集合体５の屈折面との間隔が光軸ＡＸから離れるにした
がって小さくなるように設定されているので、角錐プリ
ズム４および偏角プリズム集合体５を介した主光線は光
軸ＡＸから放射状に離れる方向に沿って射出される。

【００３２】したがって、偏角プリズム集合体５から射
出された主光線は、リレー光学系６を介して、第２フラ
イアイレンズ７の入射面においてＸ軸およびＹ軸に対し
てそれぞれ４５度だけ傾いた４本の放射軸線に沿って第
２フライアイレンズ７の入射面の中心から離れた位置に
入射する。こうして、図５に示すように、第２フライア
イレンズ７の入射面には、第１フライアイレンズ３のレ
ンズエレメントの断面形状と相似で比較的サイズの小さ
な矩形状の照射領域５１〜５４が形成される。すなわ
ち、図４と図５とを比較参照すると、角錐プリズム４の
各屈折面と偏角プリズム集合体５の各屈折面とが平行な
第１状態から、角錐プリズム４の各屈折面に対して偏角
プリズム集合体５の各屈折面が光軸ＡＸに関して対称に
所定角度だけ傾いた第２状態に変化することにより、第
２フライアイレンズ７の入射面の中心に形成されていた
照射領域４１がその入射面の４隅に向かって平行移動し
て４つの照射領域５１〜５４が形成される。

【００３３】この場合、第２フライアイレンズ７の後側
焦点面に形成される二次光源の全体形状は、第２フライ
アイレンズ７の入射面に形成される４極状の照射領域５
１〜５４の全体形状に対応している。したがって、図５
に示すように、第２状態において第２フライアイレンズ
７の後側焦点面に形成された二次光源の全体形状に対応
して４つの小さな円形開口部（四つ穴状開口部）５５〜
５８を照明光路内に設定することにより、二次光源の形
状を四つ穴状に制限して、いわゆる４極変形照明を行う
ことができる。この場合も、二次光源からの射出光束の
うち開口絞り８で遮蔽される光束は非常に少なく、開口
絞り８での光損失を良好に抑えることができる。

【００３４】ところで、図２（ａ）の第１状態でリレー
光学系６の焦点距離を適宜変化させることにより、図６
に示すように、第２フライアイレンズ７の入射面にサイ
ズの大きな照射領域６１を形成することができる。この
場合、第２フライアイレンズ７の後側焦点面において照
射領域６１に応じて形成される二次光源に対応して開口
径の大きな円形開口部６２を照明光路内に設定すること
により、二次光源の形状を径の大きな円形状に制限し
て、いわゆる大径開口照明を行うことができる。この場
合も、二次光源からの射出光束のうち開口絞り８で遮蔽
される光束は非常に少なく、開口絞り８での光損失を良
好に抑えることができる。このように、第１状態におい
てリレー光学系６の焦点距離を変化させるだけで、開口
絞り８での光損失を良好に抑えつつ円形状に制限された
二次光源の大きさを変化させて、露光投影すべきパター
ンに適した照明コヒーレンシィを得ることができる。

【００３５】また、図３（ａ）の第２状態で角錐プリズ
ム４の屈折面に対する偏角プリズム集合体５の屈折面の
傾きを適宜変化させることにより、第２フライアイレン
ズ７の入射面に形成される照射領域５１〜５４の中心位
置を変化させることができる。さらに、上述したよう
に、リレー光学系６の焦点距離を適宜変化させることに
より、第２フライアイレンズ７の入射面に形成される照
射領域５１〜５４のサイズを変化させることができる。
この場合、照射領域５１〜５４のサイズおよび中心位置
に対応した四つ穴状開口部を照明光路内に設定すること
により、４極変形照明のパラメータ（照射領域のサイズ
および中心位置）を変化させることができる。このよう
に、第２状態において角錐プリズム４の屈折面に対する
偏角プリズム集合体５の屈折面の傾きを適宜変化させた
りリレー光学系６の焦点距離を適宜変化させたりするだ
けで、開口絞り８での光損失を良好に抑えつつ、４極変
形照明のパラメータを変化させて、露光投影すべき微細
パターンに適した投影光学系の解像度および焦点深度を
得ることができる。

【００３６】図７は、偏角プリズム集合体５の屈折面を
光軸ＡＸに関して対称に傾けるための駆動機構を説明す
る図であって、（ａ）は駆動機構の側面図であり、
（ｂ）は光軸に沿って偏角プリズム集合体５と角錐プリ
ズム４との位置関係を示す図である。なお、図７（ｂ）
では、図面の明瞭化のために、駆動機構の構成要素のう
ちロッド部材５００以外の要素の図示を省略している。

【００３７】図７に示す駆動機構は、光軸ＡＸに沿って
延びるように配置されたロッド部材５００を備えてい
る。ロッド部材５００には、その長手軸線（すなわち光
軸ＡＸ）に沿って滑動自在に押さえ部材５０１が取り付
けられている。この押さえ部材５０１には、４本のアー
ム部材５０２ａ〜５０２ｄの一端が枢着されている。ま
た、４本のアーム部材５０２ａ〜５０２ｄの他端は、偏
角プリズム集合体５を構成する偏角プリズム５ａ〜５ｄ
のマスク側の面の所定位置にぞれぞれ枢着されている。
上述のように、図７に示す駆動機構は、偏角プリズム集
合体５の屈折面を光軸ＡＸに関して対称に傾けるため
に、光軸ＡＸに関して対称な構造を有する。

【００３８】したがって、たとえば適当なアクチュエー
タ（不図示）により、図７において実線で示す位置から
破線で示す位置まで押さえ部材５０１を滑動させると、
４本のアーム部材５０２ａ〜５０２ｄは図中実線で示す
位置から破線で示す位置まで開いた状態となる。その結
果、偏角プリズム集合体５の偏角プリズム５ａ〜５ｄが
図中実線で示す位置から破線で示す位置まで駆動され
る。こうして、簡素な駆動機構により、偏角プリズム集
合体５の屈折面を光軸ＡＸに関して対称に所望の角度だ
け傾けることができる。

【００３９】以上のように、本実施例では、角錐プリズ
ム４の各屈折面に対して偏角プリズム集合体５の各屈折
面を平行に保った第１状態において、リレー光学系６の
焦点距離を適宜変化させるだけで、開口絞り８での光損
失を良好に抑えつつ、円形状に制限された二次光源の大
きさを変化させて、露光投影すべきパターンに適した照
明コヒーレンシィを得ることができる。また、角錐プリ
ズム４の各屈折面に対して偏角プリズム集合体５の各屈
折面を傾けた第２状態において、偏角プリズム集合体５
の屈折面の傾きを適宜変化させたりリレー光学系６の焦
点距離を適宜変化させるだけで、開口絞り８での光損失
を良好に抑えつつ、４極変形照明のパラメータを変化さ
せて、露光投影すべき微細パターンに適した投影光学系
の解像度および焦点深度を得ることができる。

【００４０】図８は、第１変形例を説明する図であっ
て、光軸に沿って配置された円錐プリズム４０と偏角プ
リズム集合体５０との位置関係を示す図である。第１変
形例は上述の実施例と類似の構成を有するが、角錐プリ
ズム４に代えて円錐プリズム４０が配置され且つ４つの
偏角プリズムからなる偏角プリズム集合体５に代えて８
つの偏角プリズムからなる偏角プリズム集合体５０が配
置されている点だけが上述の実施例と相違している。以
下、上述の実施例との相違点に着目して、第１変形例を
説明する。

【００４１】第１変形例において、円錐プリズム４０の
光源側の面は、実施例の角錐プリズム４の光源側の面と
同様に、光軸ＡＸに垂直な平面状に形成されている。ま
た、円錐プリズム４０のマスク側の面は、マスク側に向
かって円錐凹面状に形成されている。さらに詳細には、
円錐プリズム４０のマスク側の屈折面は、光軸ＡＸに関
して対称な円錐の円錐面（底面を除く側面）に相当して
いる。また、偏角プリズム集合体５０は、光軸ＡＸに関
して対称に配置された８つの偏角プリズム５０ａ〜５０
ｈから構成されている。各偏角プリズム５０ａ〜５０ｈ
は、図８に示すように、全体的に三角形状に形成され、
円錐プリズム４０の対向する屈折面の偏角（すなわち光
軸ＡＸに垂直な面と屈折面とがなす角度）とほぼ同じ角
度の偏角を有する。

【００４２】したがって、第１状態において、偏角プリ
ズム５０ａ〜５０ｈの光源側の屈折面は円錐プリズム４
０の対向する屈折面とそれぞれほぼ平行であり、偏角プ
リズム５０ａ〜５０ｈのマスク側の面はともに光軸ＡＸ
に垂直である。こうして、第１変形例の第１状態では実
施例の第１状態とほぼ同様に、第２フライアイレンズ７
の入射面の中心において、第１フライアイレンズ３のレ
ンズエレメントの断面形状とほぼ相似な比較的サイズの
小さい矩形状の照射領域が形成される。

【００４３】一方、第２状態においては、偏角プリズム
５０ａ〜５０ｈが光軸ＡＸに関して対称に所定の角度だ
け第１状態から傾く。その結果、偏角プリズム５０ａ〜
５０ｈの光源側の屈折面は円錐プリズム４０の対向する
屈折面と所定の角度だけ傾き、偏角プリズム５０ａ〜５
０ｈのマスク側の面は光軸ＡＸに垂直ではなくなる。し
たがって、偏角プリズム集合体５０から射出された光
は、リレー光学系６を介して、第２フライアイレンズ７
の入射面においてＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ０度
および４５度だけ傾いた８本の放射軸線に沿って第２フ
ライアイレンズ７の入射面の中心から離れた位置に入射
する。

【００４４】こうして、第１変形例の第２状態では、図
９に示すように、第２フライアイレンズ７の入射面にお
いて、第１フライアイレンズ３のレンズエレメントの断
面形状とほぼ相似で比較的サイズの小さな矩形状の照射
領域９１〜９８が形成される。すなわち、第１状態から
第２状態に変化することにより、第２フライアイレンズ
７の入射面の中心に形成されていた照射領域が８本の放
射軸線に沿って平行移動して、８つの照射領域９１〜９
８が全体的に円周状に形成される。

【００４５】この場合、第２フライアイレンズ７の後側
焦点面に形成される二次光源の全体形状は、第２フライ
アイレンズ７の入射面に形成される照射領域９１〜９８
の全体形状に対応している。したがって、図９に示すよ
うに、第２状態において第２フライアイレンズ７の後側
焦点面に形成された二次光源の全体形状に対応して輪帯
状の開口部９９を照明光路内に設定することにより、二
次光源の形状を輪帯状に制限して、いわゆる輪帯変形照
明を行うことができる。この場合も、二次光源からの射
出光束のうち開口絞り８で遮蔽される光束は非常に少な
く、開口絞り８での光損失を良好に抑えることができ
る。

【００４６】また、第１変形例の第２状態で円錐プリズ
ム４０の屈折面に対する偏角プリズム集合体５０の屈折
面の傾きを適宜変化させることにより、第２フライアイ
レンズ７の入射面に形成される照射領域９１〜９８の中
心位置を変化させることができる。さらに、リレー光学
系６の焦点距離を適宜変化させることにより、第２フラ
イアイレンズ７の入射面に形成される照射領域９１〜９
８のサイズを変化させることができる。換言すると、第
１変形例の第２状態において、偏角プリズム集合体５０
の屈折面の傾きを適宜変化させたりリレー光学系６の焦
点距離を適宜変化させるだけで、開口絞り８での光損失
を良好に抑えつつ、輪帯変形照明のパラメータを変化さ
せて、露光投影すべき微細パターンに適した投影光学系
の解像度および焦点深度を得ることができる。

【００４７】図１０は、第２変形例を説明する図であっ
て、光軸に沿って配置された山形状プリズム１０４と偏
角プリズム集合体１０５との位置関係を示す図である。
第２変形例は上述の実施例と類似の構成を有するが、４
つの屈折面を有する角錐プリズム４に代えて２つの屈折
面を有する山形状プリズム１０４が配置され且つ４つの
偏角プリズムからなる偏角プリズム集合体５に代えて２
つの偏角プリズムからなる偏角プリズム集合体１０５が
配置されている点だけが上述の実施例と相違している。
以下、上述の実施例との相違点に着目して、第２変形例
を説明する。

【００４８】第２変形例において、山形状プリズム１０
４の光源側の面は、実施例の角錐プリズム４の光源側の
面と同様に、光軸ＡＸに垂直な平面状に形成されてい
る。また、山形状プリズム１０４のマスク側の面は、光
軸ＡＸと直交するＸ軸（またはＹ軸）に関して対称な２
つの平面状の屈折面１０４ａおよび１０４ｂからなり、
マスク側に向かって全体的に凹状に形成されている。ま
た、偏角プリズム集合体１０５は、Ｘ軸（またはＹ軸）
に関して対称に配置された２つの偏角プリズム１０５ａ
および１０５ｂから構成されている。各偏角プリズム１
０５ａおよび１０５ｂは、図１０に示すように、全体的
に矩形状に形成され、山形状プリズム１０４の対向する
屈折面の偏角（すなわち光軸ＡＸに垂直な面と屈折面と
がなす角度）と同じ角度の偏角を有する。

【００４９】したがって、第１状態において、偏角プリ
ズム１０５ａおよび１０５ｂの光源側の屈折面は山形状
プリズム１０４の対向する屈折面１０４ａおよび１０４
ｂとそれぞれ平行であり、偏角プリズム１０５ａおよび
１０５ｂのマスク側の面はともに光軸ＡＸに垂直であ
る。こうして、第１変形例の第１状態では実施例の第１
状態と同様に、第２フライアイレンズ７の入射面の中心
において、第１フライアイレンズ３のレンズエレメント
の断面形状と相似な比較的サイズの小さい矩形状の照射
領域が形成される。

【００５０】一方、第２状態においては、偏角プリズム
１０５ａおよび１０５ｂがＸ軸（またはＹ軸）に関して
対称に所定の角度だけ第１状態から傾く。その結果、偏
角プリズム１０５ａおよび１０５ｂの光源側の屈折面は
山形状プリズム１０４の対向する屈折面１０４ａおよび
１０４ｂと所定の角度だけ傾き、偏角プリズム１０５ａ
および１０５ｂのマスク側の面は光軸ＡＸに垂直ではな
くなる。したがって、偏角プリズム集合体１０５から射
出された光は、リレー光学系６を介して、第２フライア
イレンズ７の入射面においてＹ軸（またはＸ軸）に沿っ
た２本の放射軸線に沿って第２フライアイレンズ７の入
射面の中心から離れた位置に入射する。

【００５１】こうして、第１変形例の第２状態では、図
１１（ａ）に示すように、第２フライアイレンズ７の入
射面において、第１フライアイレンズ３のレンズエレメ
ントの断面形状と相似で比較的サイズの小さな矩形状の
照射領域１１１および１１２が形成される。すなわち、
第１状態から第２状態に変化することにより、第２フラ
イアイレンズ７の入射面の中心に形成されていた照射領
域が２本の放射軸線に沿って平行移動して、２つの照射
領域１１１および１１２がＹ軸（またはＸ軸）に沿って
間隔を隔てて形成される。

【００５２】この場合、第２フライアイレンズ７の後側
焦点面に形成される二次光源の全体形状は、第２フライ
アイレンズ７の入射面に形成される照射領域１１１およ
び１１２の全体形状に対応している。したがって、第２
状態において第２フライアイレンズ７の後側焦点面に形
成された二次光源の全体形状に対応して図１１（ｂ）に
示すような形状の開口部１１３を照明光路内に設定する
ことにより、二次光源の形状を開口部１１３の形状に制
限した変形照明を行うことができる。この場合も、二次
光源からの射出光束のうち開口絞り８で遮蔽される光束
は非常に少なく、開口絞り８での光損失を良好に抑える
ことができる。

【００５３】また、第２変形例の第２状態で山形状プリ
ズム１０４の屈折面に対する偏角プリズム集合体１０５
の屈折面の傾きを適宜変化させることにより、第２フラ
イアイレンズ７の入射面に形成される照射領域１１１お
よび１１２の中心位置を変化させることができる。さら
に、リレー光学系６の焦点距離を適宜変化させることに
より、第２フライアイレンズ７の入射面に形成される照
射領域１１１および１１２のサイズを変化させることが
できる。換言すると、第２変形例の第２状態において、
偏角プリズム集合体１０５の屈折面の傾きを適宜変化さ
せたりリレー光学系６の焦点距離を適宜変化させるだけ
で、開口絞り８での光損失を良好に抑えつつ、変形照明
のパラメータを変化させて、露光投影すべき微細パター
ンに適した投影光学系の解像度および焦点深度を得るこ
とができる。

【００５４】以上のように、上述の実施例および変形例
では、開口絞りにおける光損失を良好に抑えつつ、輪帯
照明や４極照明のような変形照明を行うことができる。
加えて、偏角プリズム集合体の屈折面の傾きを適宜変化
させたりリレー光学系の焦点距離を適宜変化させるだけ
で、開口絞りでの光損失を良好に抑えつつ変形照明のパ
ラメータを変化させて、露光投影すべき微細パターンに
適した投影光学系の解像度および焦点深度を得ることが
できる。その結果、高い露光照度および良好な露光条件
のもとで、スループットの高い良好な投影露光を行うこ
とができる。

【００５５】各実施例および変形例の露光装置による露
光の工程（フォトリソグラフィ工程）を経たウエハは、
現像する工程を経てから、現像したレジスト以外の部分
を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後の不
要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経てウ
エハプロセスが終了する。そして、ウエハプロセスが終
了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎
にウエハを切断してチップ化するダイシング、各チップ
に配線等を付与するボンディング、各チップ毎にパッケ
ージングするパッケージング等の各工程を経て、最終的
にデバイスとしての半導体装置（ＬＳＩ等）が製造され
る。

【００５６】なお、以上の説明では、投影露光装置を用
いたウエハプロセスでのフォトリソグラフィ工程により
半導体素子を製造する例を示したが、露光装置を用いた
フォトリソグラフィ工程によって、半導体デバイスとし
て、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ
等）を製造することができる。こうして、本発明の照明
光学装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、良好
な露光条件のもとで投影露光を行うことができるので、
良好な半導体デバイスを製造することができる。

【００５７】なお、上述の実施例および変形例では、第
２フライアイレンズ７の入射面に形成される照射領域の
大きさ（サイズ）を変化させるために、焦点距離が可変
のリレー光学系６を用いている。しかしながら、焦点距
離が固定のリレー光学系６を用いても、第１フライアイ
レンズ３の焦点距離を変化させることにより、第２フラ
イアイレンズ７の入射面に形成される照射領域のサイズ
を変化させることができる。また、リレー光学系６の焦
点距離を変化させるとともに第１フライアイレンズ３の
焦点距離を変化させることにより、第２フライアイレン
ズ７の入射面に形成される照射領域のサイズを変化させ
ることもできる。この場合、第１フライアイレンズ３の
焦点距離を変化させるには、たとえば焦点距離の異なる
複数のフライアイレンズを用意し、選択された１つのフ
ライアイレンズを第１フライアイレンズ３として照明光
路内に設定する構成が考えられる。

【００５８】また、上述の実施例では、角錐プリズム４
および偏角プリズム集合体５を照明光路内に設定した状
態で円形開口照明を行っている。しかしながら、角錐プ
リズム４および偏角プリズム集合体５を照明光路内に設
定した状態で円形開口照明を行うと照明効率が若干低下
する。そこで、角錐プリズム４および偏角プリズム集合
体５を照明光路に対して挿脱自在に構成し、円形開口照
明の際には照明光路から退避させることもできる。この
点は、他の変形例においても同様である。

【００５９】さらに、上述の実施例では、第１フライア
イレンズ３と角錐プリズム４とを別の部材として構成し
ているが、第１フライアイレンズ３と角錐プリズム４と
を一体的に構成することもできる。この点は、他の変形
例においても同様である。また、上述の実施例では、照
明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を
説明したが、マスク以外の被照射面を均一照明するため
の一般的な照明光学装置に本発明を適用することができ
ることは明らかである。

【００６０】なお、以上の各実施例では、２４８ｎｍの
波長を持つ光を供給するＫｒＦエキシマレーザや１９３
ｎｍの波長を持つ光を供給するＡｒＦエキシマレーザ等
を光源として用いた例を示したが、これ以外の光源を備
えた装置にも本発明を適用できることは言うまでもな
い。例えば、１５７ｎｍの波長を持つ光を供給するＦ₂
レーザ等のレーザ光源、あるいは所定の波長の光を供給
するレーザ光源とそのレーザ光源からの光を２００ｎｍ
以下の短波長の光に変換する非線型光学素子との組合せ
等からなる光源ユニット等を本発明の光源手段として用
いることも可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、開口絞りにおける光損失を良好に抑えつつ、
輪帯照明や４極照明のような変形照明を行うことができ
る。加えて、簡単な操作により、開口絞りでの光損失を
良好に抑えつつ変形照明のパラメータを変化させること
ができる。

【００６２】したがって、本発明の照明光学装置を組み
込んだ露光装置では、変形照明の種類およびパラメータ
を適宜変化させて、露光投影すべき微細パターンに適し
た投影光学系の解像度および焦点深度を得ることができ
る。その結果、高い露光照度および良好な露光条件のも
とで、スループットの高い良好な投影露光を行うことが
できる。また、本発明の照明光学装置を用いて被照射面
上に配置されたマスクのパターンを感光性基板上に露光
する工程を含む半導体デバイスの製造方法では、良好な
露光条件のもとで投影露光を行うことができるので、良
好な半導体デバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる照明光学装置を備えた
露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】図１の第１フライアイレンズ３から第２フライ
アイレンズ７までの構成を概略的に示す図であって、
（ａ）は小径開口照明を行う第１状態を、（ｂ）は４極
変形照明を行う第２状態を、（ｃ）は偏角プリズム集合
体５を構成する各偏角プリズムの構成をそれぞれ示して
いる。

【図３】角錐プリズム４と偏角プリズム集合体５との作
用を説明する図であって、（ａ）は図２（ａ）に対応す
る第１状態を、（ｂ）は図２（ｂ）に対応する第２状態
をそれぞれ示している。

【図４】実施例の第１状態において第２フライアイレン
ズ７の入射面に形成される照射領域と開口絞り８の開口
部との関係を示す図である。

【図５】実施例の第２状態において第２フライアイレン
ズ７の入射面に形成される照射領域と開口絞り８の開口
部との関係を示す図である。

【図６】実施例の第１状態においてリレー光学系６の焦
点距離を変化させたときに第２フライアイレンズ７の入
射面に形成される照射領域と開口絞り８の開口部との関
係を示す図である。

【図７】偏角プリズム集合体５の屈折面を光軸ＡＸに関
して対称に傾けるための駆動機構を説明する図であっ
て、（ａ）は駆動機構の側面図であり、（ｂ）は光軸に
沿って偏角プリズム集合体５と角錐プリズム４との位置
関係を示す図である。

【図８】第１変形例を説明する図であって、光軸に沿っ
て配置された円錐プリズム４０と偏角プリズム集合体５
０との位置関係を示す図である。

【図９】第１変形例の第２状態において第２フライアイ
レンズ７の入射面に形成される照射領域と開口絞り８の
開口部との関係を示す図である。

【図１０】第２変形例を説明する図であって、光軸に沿
って配置された山形状プリズム１０４と偏角プリズム集
合体１０５との位置関係を示す図である。

【図１１】第２変形例の第２状態において第２フライア
イレンズ７の入射面に形成される照射領域と開口絞り８
の開口部との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビームエキスパンダー ３ 第１フライアイレンズ ４ 角錐プリズム ５、５０、１０５ 偏角プリズム集合体 ６ リレー光学系 ７ 第２フライアイレンズ ８ 開口絞り ９ コンデンサー光学系 １０ マスク １１ 投影光学系 １２ ウエハ ４０ 円錐プリズム １０４ 山形状プリズム ５００ ロッド部材 ５０１ 押さえ部材 ５０２ アーム部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を供給するための光源手段と、該光
   源手段からの光束に基づいて多数の光源からなる第１多
   数光源を形成するための第１オプティカルインテグレー
   タと、該第１オプティカルインテグレータにより形成さ
   れる第１多数光源からの光束に基づいてより多数の光源
   からなる第２多数光源を形成するための第２オプティカ
   ルインテグレータと、該第２オプティカルインテグレー
   タにより形成される第２多数光源からの光束を集光して
   被照射面を照明するためのコンデンサー光学系とを備え
   た照明光学装置において、 前記第１オプティカルインテグレータと前記第２オプテ
   ィカルインテグレータとの間の光路中には、前記第１オ
   プティカルインテグレータにより形成される第１多数光
   源からの光束に基づいて、前記第２オプティカルインテ
   グレータの入射面に関して基準光軸に対し偏心した複数
   の照射領域を形成するプリズム光学系が配置され、 前記プリズム光学系は、前記複数の照射領域の位置を調
   整可能に構成されていることを特徴とする照明光学装
   置。
2. 【請求項２】 前記プリズム光学系は、光源側から順
   に、第１プリズム部材および第２プリズム部材を有し、 前記第１プリズム部材は、前記被照射面側に向けて凹状
   に形成された屈折面を持つ射出面を有し、 前記第２プリズム部材は、前記基準光軸回りに配置され
   るとともに前記基準光軸に対して傾斜可能に設けられた
   複数の偏角プリズムを有し、 前記偏角プリズムは、前記光源側に屈折面を持つ入射面
   と、前記被照射面側に平面を持つ射出面とを有すること
   を特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 【請求項３】 前記第１プリズム部材の射出面は、前記
   基準光軸に関して対称な正四角錐の角錐面で形成される
   ４つの屈折面を有し、 前記第２オプティカルインテグレータの入射面に前記基
   準光軸に対して偏心した４つの照射領域をそれぞれ所定
   位置に形成するために、前記第２プリズム部材中の４つ
   の偏角プリズムが前記基準光軸に関して対称となるよう
   に傾斜可能に構成されていることを特徴とする請求項２
   に記載の照明光学装置。
4. 【請求項４】 前記第１プリズム部材の射出面は、前記
   基準光軸に関して対称な円錐の円錐面で形成される屈折
   面を有し、 前記第２オプティカルインテグレータの入射面に前記基
   準光軸に対して偏心した少なくとも４つの照射領域をほ
   ぼ輪帯状に整列させるために、前記第２プリズム部材中
   の少なくとも４つの偏角プリズムが前記基準光軸に関し
   て対称となるように傾斜可能に構成されていることを特
   徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
5. 【請求項５】 前記プリズム光学系と前記第２オプティ
   カルインテグレータとの間の光路中には、前記第１オプ
   ティカルインテグレータにより形成される第１多数光源
   と前記第２オプティカルインテグレータにより形成され
   る第２多数光源とを光学的に共役にするリレー光学系が
   配置され、 前記第１オプティカルインテグレータと前記リレー光学
   系とのうちの少なくとも一方は、前記第２オプティカル
   インテグレータの入射面に形成される前記複数の照射領
   域の大きさを変化させるために、焦点距離が可変に構成
   され、 前記プリズム光学系は、前記第１オプティカルインテグ
   レータと前記リレー光学系とのうちの少なくとも一方の
   焦点距離が変化することに応じて、前記複数の照射領域
   の位置を調整することを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれか１項に記載の照明光学装置。
6. 【請求項６】 前記第２プリズム部材の前記複数の偏角
   プリズムをそれぞれ傾斜させるために駆動する駆動手段
   を備え、 前記駆動手段は、前記基準光軸に沿って延びるように配
   置されたロッド部材と、該ロッド部材に対して前記基準
   光軸の方向に沿って滑動自在に取り付けられた押さえ部
   材と、一端が前記押さえ部材に枢着され且つ他端が前記
   複数の偏角プリズムの各々に枢着された複数のアーム部
   材とを有し、前記押さえ部材の滑動により前記複数の偏
   角プリズムを前記基準光軸に関して対称となるように傾
   斜させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１
   項に記載の照明光学装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
   照明光学装置と、前記被照射面上に配置されたマスクの
   パターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系
   とを備えていることを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
   照明光学装置を用いて、前記被照射面上に配置されたマ
   スクのパターンを感光性基板上に露光する工程を含むこ
   とを特徴とする半導体デバイスの製造方法。