JPH11340126A

JPH11340126A - 照明装置及び露光装置

Info

Publication number: JPH11340126A
Application number: JP10146982A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】可干渉性の高い照明ビームを使用する場合で
も、照明ビームの機械的な振動を行うことなく被照明体
上でほぼ均一な照度分布が得られる照明装置を提供す
る。【解決手段】固定ユニット２２Ａ及び可動ユニット２
２Ｂを用いて、露光光源からのレーザビームＬＢとこの
ビームの強度分布を反転したビームとを合成して、強度
分布が平坦化された円形又は輪帯状のレーザビームＬＢ
１を出力する。レーザビームＬＢ１の断面形状をビーム
エキスパンダ２３Ａ，２３Ｂを介して可変倍率で拡大し
た後、分割プリズム系２８，２９に通すことによって、
互いに可干渉距離以上の光路長差が付与された複数個の
分割ビームよりなるレーザビームＬＢ４を形成し、この
レーザビームＬＢ４を２段のフライアイレンズ３０，３
２を有する光学系に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被照明体上での照
度分布を均一化するための光学部材を備えた照明装置に
関し、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶
表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソ
グラフィ工程中でマスクパターンをウエハ等の基板上に
転写する際に使用される露光装置の照明系に使用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用される
一括露光型（ステッパー型）、又は走査露光型（ステッ
プ・アンド・スキャン方式等）の投影露光装置において
は、マスクとしてのレチクル上の微細なパターンを、基
板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプ
レート等）上に高精度に転写するために、レチクル上の
パターンを均一な照度分布の照明光で照明する照明光学
系が備えられている。

【０００３】従来の照明光学系としては、特開平６−１
８８１７４号公報に開示されているように、オプティカ
ル・インテグレータを備えると共に、開口絞りの形状を
切り換えることによって、露光対象のパターンに応じて
通常照明といわゆる変形照明（輪帯照明、傾斜照明等）
とを切り換えることができる照明光学装置が提案されて
いる。この照明光学装置を使用することによって、露光
対象のパターンがライン・アンド・スペースパターン又
はコンタクトホール等の何れの場合であっても、適当な
焦点深度（ＤＯＦ）を確保することができる。また、特
開平６−１３２１９１号公報には、オプティカル・イン
テグレータと共に、エキシマレーザ光源のようなパルス
光源を用いた照明光学系で露光対象のレチクルを照明す
る、走査露光型の投影露光装置が開示されている。

【０００４】図９（ａ）は、オプティカル・インテグレ
ータとして２段のフライアイレンズ（ダブル・フライア
イ）を備えた従来の照明光学系の要部を示し、この図９
（ａ）において、不図示の露光光源からの幅ＢＷ１の照
明光ＩＬは第１フライアイレンズ３５に入射し、第１フ
ライアイレンズ３５の射出面に形成される複数の光源像
からの照明光が集光レンズ系３６を介して第２フライア
イレンズ３７に入射し、第２フライアイレンズ３７から
の照明光がコンデンサレンズ系３８を介してレチクルＲ
を照明している。

【０００５】一方、図９（ｂ）は、１段のフライアイレ
ンズ（シングル・フライアイ）を有する従来の照明光学
系の要部を示し、この図９（ｂ）において、幅ＢＷ２の
照明光ＩＬがフライアイレンズ３９に入射し、フライア
イレンズ３９の各レンズ素子の射出面に形成される各光
源像からの照明光が、コンデンサレンズ系４０を介して
重畳的にレチクルＲを照明している。

【０００６】前者のダブル・フライアイ方式では、所定
方向へのフライアイレンズ３５，３７のレンズ素子の配
列数をそれぞれＮ１，Ｎ２とすると、フライアイレンズ
３７の射出面でその所定方向に形成される光源像の個数
はＮ１・Ｎ２となる。これに対して、後者のシングル・
フライアイ方式でその所定方向にダブル・フライアイ方
式と同程度の照度分布均一性を得るためには、その所定
方向において、フライアイレンズ３９の配列数をＮ１・
Ｎ２程度に細分化する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の投
影露光装置では、１段又は２段のオプティカル・インテ
グレータを備えた照明光学系が使用されていた。これに
関して、近年ではより高い解像度を得るために露光波長
の短波長化が進んでおり、現在は主にＫｒＦエキシマレ
ーザ光（波長２４８ｎｍ）が使用されている。今後はＡ
ｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、更にはＦ₂
レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の使用が検討されてい
る。ところが、これらの短波長のレーザ光を、屈折系よ
りなる投影光学系に使用する場合、使用できる硝材が石
英ガラス及び蛍石等に限られて、色消しが困難になるた
め、そのレーザ光の波長は例えば半値幅が０．１〜１ｐ
ｍ程度のオーダに狭帯化される。このように狭帯化され
たレーザ光の可干渉性（空間コヒーレンス、時間コヒー
レンス）はかなり高くなるため、そのレーザ光を使用し
てフライアイレンズの各レンズ素子からの光束を重畳す
ると、レチクル上の照明領域に干渉縞が形成されて、こ
の干渉縞が照度むら（露光量むら）になる場合があっ
た。

【０００８】即ち、図９（ａ）のダブル・フライアイ方
式では、照明光ＩＬの空間的なコヒーレンス長をΔとし
て、１段目のフライアイレンズ３５の各レンズ素子の幅
はΔよりも広くできる。この場合、フライアイレンズ３
５の或る隣接するレンズ素子の境界近傍に入射した光束
Ａ１，Ａ２がそれぞれレチクルＲ上の異なる点Ｐ１，Ｐ
２に入射しているものとする。そして、そのレンズ素子
の境界からそれぞれ間隔Δ１及びΔ２（Δ１＋Δ２＝Δ
とする）だけ離れた位置に入射する光束Ｂ１，Ｂ２も、
フライアイレンズ３７を介することによってそれぞれ点
Ｐ１，Ｐ２に入射しているものとすると、点Ｐ１，Ｐ２
で干渉が生じて、レチクルＲ上に干渉縞が形成される。

【０００９】同様に、図９（ｂ）のシングル・フライア
イ方式では、フライアイレンズ３９のレンズ素子の幅
が、照明光ＩＬの空間的なコヒーレンス長Δと同程度に
狭く形成されているものとして、レンズ素子間の或る境
界に入射した光束Ａ３，Ａ４がそれぞれレチクルＲ上の
異なる点Ｐ３，Ｐ４に入射し、それと隣接する境界に入
射した光束Ｂ３，Ｂ４もそれぞれ点Ｐ３，Ｐ４に入射し
ているものとする。この場合にも、点Ｐ３，Ｐ４で干渉
が生じて、レチクルＲ上に干渉縞が形成される。

【００１０】このような干渉縞による照度むらを軽減す
るために、従来は例えばフライアイレンズの前に振動ミ
ラーを配置して、フライアイレンズに入射するレーザ光
を振動させてレチクル上の干渉縞を移動させることによ
って、積分効果で照度むらを低減させる方法も使用され
ている。この場合、エキシマレーザ等はパルス光である
ため、パルス発光毎に干渉縞が次第に移動するように制
御される。しかしながら、このように振動ミラーを用い
る方法では、或る程度の露光時間を確保する必要がある
ため、必要な露光量分布の均一性を得ようとすると、露
光時間が長くなってスループットが低下するという不都
合があった。

【００１１】更に、上記のように露光波長が短波長化す
ると、通常の照明方式では焦点深度（ＤＯＦ）が露光波
長にほぼ比例して狭くなってしまうため、特に投影光学
系の開口数を大きくする場合には、より広い焦点深度が
得られる変形照明を併用することが望ましい。ところ
が、従来の照明光学系で例えば通常照明と輪帯照明との
切り換えを行う場合には、フライアイレンズ（ダブル・
フライアイ方式では２段目のフライアイレンズ）の射出
面で円形の開口絞りと輪帯状の開口絞りとを交換して配
置する必要があり、輪帯照明での光量損失が大きくなる
という不都合があった。

【００１２】また、最近は大面積のパターンを高精度に
ウエハ上の各ショット領域に転写するために、走査露光
型の投影露光装置が注目されているが、このような走査
露光型の投影露光装置に適した照明光学系が要求されて
いる。本発明は斯かる点に鑑み、可干渉性の高い照明ビ
ーム（露光ビーム）を使用する場合でも、照明ビームの
機械的な振動を行うことなく被照明体上でほぼ均一な照
度分布が得られる照明装置を提供することを第１の目的
とする。

【００１３】また、本発明は、照明効率を殆ど低下させ
ることなく変形照明を行うことができる照明装置を提供
することを第２の目的とする。更に本発明は、そのよう
な照明装置を用いて高いスループットで露光を行うこと
ができる露光装置を提供することをも目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の照明
装置は、照明ビームを供給する光源（９）と、この光源
からの照明ビームより複数の光源像を形成するオプティ
カル・インテグレータ（３０）と、このオプティカル・
インテグレータからの照明ビームを被照明体に導くコン
デンサ光学系（７）と、を有する照明装置において、そ
の光源からの照明ビームの断面形状をそのオプティカル
・インテグレータの入射面の形状に合わせて調整すると
共に、その照明ビーム中でその複数の光源像に対応する
複数の部分ビームに互いに異なる光路長差を付与して、
そのオプティカル・インテグレータに導く可干渉性低減
部材（２８，２９）を設けたものである。

【００１５】斯かる本発明によれば、そのオプティカル
・インテグレータ（又はホモジナイザー）が例えばフラ
イアイレンズである場合には、その光源（９）からの照
明ビームは、そのフライアイレンズを構成する複数のレ
ンズ素子と同じ個数の部分ビームに分割され、複数の部
分ビームは互いに異なる光路長差が付与されてそのフラ
イアイレンズに入射する。これによって、その照明ビー
ムが狭帯化されたエキシマレーザ光のように可干渉性
（空間コヒーレンス）の高い光であっても、複数の光源
像からの照明ビーム間の可干渉性が低く（時間的コヒー
レンスへの代替）なっており、その被照明体上にコント
ラストの大きい干渉縞が形成されることがなくなり、ほ
ぼ均一な照度分布が得られる。

【００１６】次に、本発明による第２の照明装置は、照
明ビームを供給する光源（９）と、この光源からの照明
ビームより複数の光源像を形成する第１オプティカル・
インテグレータ（３０）と、このオプティカル・インテ
グレータからの照明ビームより複数の光源像を形成する
第２オプティカル・インテグレータ（３２）と、このオ
プティカル・インテグレータからの照明ビームを被照明
体に導くコンデンサ光学系（７）と、を有する照明装置
において、その光源からの照明ビームを第１ビーム及び
第２ビームに分割するビーム分割系（１５）と、その第
１ビームの断面形状を伸縮したビーム（Ｉ１）と、その
第２ビームの照度分布を中心部と周辺部とで反転して断
面形状を伸縮したビーム（Ｉ２）とを合成するビーム整
形系（２２Ａ，２２Ｂ）と、このビーム整形系からの照
明ビームをその第１オプティカル・インテグレータの複
数の光源像に対応させて複数のビームに分割してその第
１オプティカル・インテグレータに導くビーム断面形状
可変系（２８，２９）と、を設けたものである。

【００１７】斯かる本発明によれば、その光源（９）か
らの照明ビームの断面内での照度分布が光軸を中心とす
るガウス分布状であっても、その照明ビームから分割さ
れた第１ビームと、その照明ビームから分割された第２
ビームの照度分布を反転したビームとを合成して得られ
るビームの断面内での照度分布はほぼ平坦となる。更
に、例えばその第１ビームの断面を拡大したビームとそ
の第２ビームの照度分布を反転したビームの断面を拡大
したビームとを合成することで、例えば断面形状が輪帯
状で平坦な照度分布を有する照明ビーム（以下「変形ビ
ーム」と呼ぶ）が得られる。この変形ビームを複数のビ
ームに分割してその第１オプティカル・インテグレータ
（３０）に供給すると、例えば図７に示すように、個々
の光源像からのビームがそれぞれ輪帯状の照度分布を有
している。それらのビームを重畳してその第２オプティ
カル・インテグレータ（３２）に供給することで、高い
照明効率で均一な照度分布を有する変形照明としての輪
帯照明用の照明ビームが得られる。

【００１８】次に、本発明の第３の照明装置は、照明ビ
ームを供給する光源（９）と、この光源からの照明ビー
ムより複数の光源像を形成するオプティカル・インテグ
レータ（３０）と、このオプティカル・インテグレータ
からの照明ビームを被照明体に導くコンデンサ光学系
（７）と、を有する照明装置において、その光源からの
照明ビームの断面形状をそのオプティカル・インテグレ
ータの入射面の形状に合わせて調整するビーム断面形状
可変系（２８，２９）と、その光源とそのビーム断面形
状可変系との間に配置されてその照明ビームを光軸に平
行な軸の回りに回転させるビーム回転系（２５）と、を
設けたものである。

【００１９】斯かる本発明によれば、例えばその光源
（９）がパルス光源である場合、パルス発光毎にその回
転系（２５）を次第に回転することによって、そのオプ
ティカル・インテグレータによって形成される複数の光
源像に対応する複数の部分的な照明ビームが互いに回転
する。更に、その回転系（２５）を偏心させることによ
って、それらの部分的な照明ビームが横ずれする。従っ
て、その複数の光源像からの照明ビームを重畳した際に
形成される干渉縞、及びスペックル干渉縞の状態が例え
ばパルス発光毎に変化するため、その照明ビームの可干
渉性が高い場合でも、積分効果によって被照明体上で実
質的にほぼ均一な照度分布が得られる。

【００２０】次に、本発明による露光装置は、上記の本
発明による照明装置と、その被照明体としてのマスク
（Ｒ）を支持するマスクステージ（５）と、その照明装
置によって照明されたマスクのパターンが転写される基
板（Ｗ）を位置決めする基板ステージ（１）と、を有す
るものである。斯かる露光装置によって、そのマスクが
均一な照度分布で照明されて、所望の露光量分布の均一
性を得るための露光時間が短縮できるため、スループッ
トが向上する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図１〜図８を参照して説明する。本例は、ステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適
用したものである。図１は、本例の投影露光装置の概略
構成を示し、この図１において、露光光源９からパルス
発光される照明ビームとしての狭帯化された波長を有す
るレーザビームＬＢが照明系８に入射している。本例の
露光光源９としては、発振波長が狭帯化されたＫｒＦエ
キシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）が使用されて
いるが、それ以外にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３
ｎｍ）等の他のエキシマレーザ光源、又はＦ₂レーザ
（波長１５７ｎｍ）やＹＡＧレーザの高調波発生装置等
の可干渉性の高いレーザビーム等を発生する光源を使用
する場合にも本発明が適用される。更には、露光光源９
として、Ｘ線源等も使用できる。なお、これらの光源は
パルス光源であるが、連続発光する光源も使用できる。

【００２２】また、照明系８は、後述のように入射する
光束の断面形状を所望の形状に変換する光学系と、オプ
ティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）としての
２段のフライアイレンズとを備えている。そして、入射
するレーザビームＬＢは照明系８によって所定の開口数
を有すると共に、照度分布が均一化された照明光ＩＵに
変換され、照明光ＩＵはコンデンサレンズ系７を経てレ
チクルＲのパターン面を細長い矩形の照明領域で照明す
る。図１では簡略化して表されているが、コンデンサレ
ンズ系７には、実際にはリレーレンズ系や視野絞り（レ
チクルブラインド）等も含まれている。その照明光ＩＵ
のもとで、レチクルＲのパターンの像が屈折系よりなる
投影光学系３を介して投影倍率β（βは例えば１／４，
１／５等）で、レジストが塗布されたウエハＷ上の矩形
の露光領域に投影される。以下、投影光学系３の光軸Ａ
Ｘに垂直な平面で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙
面に垂直にＹ軸を取って説明する。

【００２３】このとき、レチクルＲはレチクルステージ
５上に保持され、レチクルステージ５は例えばリニアモ
ータ方式でレチクルベース４上をＹ方向に連続移動し、
Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に微動できる。レチクルステ
ージ５のＸ座標、Ｙ座標、回転角はレチクルステージ制
御系１２に備えられたレーザ干渉計によって高精度に計
測されており、この計測結果、及び主制御系１３からの
制御情報に基づいてレチクルステージ制御系１２はレチ
クルステージ５を駆動する。

【００２４】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを
介してウエハステージ１上に保持されており、ウエハス
テージ１は、不図示の定盤上を例えばリニアモータ方式
でＹ方向に連続移動し、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動
する。また、不図示のオートフォーカスセンサの検出結
果に基づいて、ウエハステージ１は、ウエハＷの露光領
域の表面が投影光学系３の像面に合致するように、ウエ
ハＷのフォーカス位置、及び傾斜角をサーボ方式で制御
する。ウエハステージ１のＸ座標、Ｙ座標、回転角はウ
エハステージ制御系１１に備えられたレーザ干渉計によ
って高精度に計測されており、この計測結果及び主制御
系１３からの制御情報に基づいてウエハステージ制御系
１１はウエハステージ１を駆動する。また、主制御系１
３には照明制御系１０が接続され、照明制御系１０は、
露光光源９の発光タイミングや発光出力の制御を行うと
共に、照明系８内の所定の部材（詳細後述）の動作を制
御することによって、照明条件の設定（通常照明と変形
照明との切り換え、及び照明光ＩＵのコヒーレンスファ
クタであるσ値の設定等）を行う。

【００２５】走査露光時には、主制御系１３の制御のも
とで照明制御系１０によって照明条件の設定が行われ、
露光光源９のパルス発光が開始された後、レチクルステ
ージ５を介してレチクルＲを＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）
に速度ＶＲで移動するのに同期して、ウエハステージ１
を介してウエハＷを−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β
・ＶＲ（βはレチクルＲからウエハＷへの投影倍率）で
移動することで、ウエハＷ上の一つのショット領域への
露光が行われる。その後、ウエハＷを次のショット領域
が露光領域の手前に来るようにステップ移動して、上記
の同期走査を行うという動作がステップ・アンド・スキ
ャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領域
へのレチクルＲのパターン像の露光が行われる。

【００２６】次に、本例の照明系８の構成につき詳細に
説明する。図２は、図１中の照明系８の構成を示し、こ
の図２において、図１の露光光源９から直線偏光状態で
供給されたレーザビームＬＢは、１／４波長板１４によ
り円偏光となって偏光ビームスプリッタ１５に入射す
る。入射したレーザビームＬＢの内で、偏光ビームスプ
リッタ１５を透過したＰ偏光の第１光束は、ミラー１８
を介して入射面が平面で射出面が外側に凹の円錐面とさ
れた凹の円錐状光学部材１９Ａ、及び入射面が外側に凸
の円錐面とされ射出面が平面とされた凸の円錐状光学部
材１９Ｂを順次通過した後、偏光ビームスプリッタ２０
を透過する。一方、偏光ビームスプリッタ１５で反射さ
れたＳ偏光の第２光束は、入射面が平面で射出面が外側
に凸の円錐面とされた凸の円錐状光学部材１６Ａ、及び
入射面が外側に凸の円錐面で射出面が平面とされた凸の
円錐状光学部材１６Ｂを順次通過した後、ミラー１７を
経て偏光ビームスプリッタ２０で反射される。偏光ビー
ムスプリッタ２０で同軸に合成された第１光束及び第２
光束は、１／４波長板２１を経て円偏光のレーザビーム
ＬＢ１となって、レンズ２３Ａ及び２３Ｂよりなるビー
ムエキスパンダ２３Ａ，２３Ｂに入射する。

【００２７】この場合、１／４波長板１４、偏光ビーム
スプリッタ１５、ミラー１８、及び２つの円錐状光学部
材１６Ａ，１９Ａより固定ユニット２２Ａが構成され、
２つの円錐状光学部材１６Ｂ，１９Ｂ、ミラー１７、偏
光ビームスプリッタ２０、及び１／４波長板２１より可
動ユニット２２Ｂが構成され、可動ユニット２２Ｂは、
スライド装置ＤＲＶ１によって固定ユニット２２Ａに対
してレーザビームＬＢ１の光軸に沿って移動自在に構成
されている。固定ユニット２２Ａ及び可動ユニット２２
Ｂが本発明のビーム整形系に対応している。また、ビー
ムエキスパンダ２３Ａ，２３Ｂの一方のレンズ２３Ｂも
スライド装置ＤＲＶ２によって光軸に沿って移動自在に
配置され、レンズ２３Ｂを駆動することでレーザビーム
ＬＢ１の断面形状の伸縮倍率を制御できるように構成さ
れている。スライド装置ＤＲＶ１，ＤＲＶ２の動作は図
１の照明制御系１０に制御されている。

【００２８】ここで、固定ユニット２２Ａ、可動ユニッ
ト２２Ｂ及びビームエキスパンダ２３Ａ，２３Ｂの動作
につき図３、図４を参照して説明する。図３（ａ）は、
図２の１／４波長板１４からレンズ２３Ｂまでの構成を
示し、この図３（ａ）において、可動ユニット２２Ｂは
固定ユニット２２Ａに対して最も近接した位置に移動し
ており、円錐状光学部材１９Ａの凹の射出面と円錐状光
学部材１９Ｂの凸の入射面とが密着している。従って、
入射するレーザビームＬＢの断面内での強度分布をガウ
ス分布状であるとすると、偏光ビームスプリッタ１５を
透過した後に円錐状光学部材１９Ａ，１９Ｂをそのまま
通過した第１光束Ｉ１の断面内（断面に沿った方向をｘ
方向とする）での強度分布は、図３（ｂ）に示すように
光軸を中心として凸のガウス分布状である。

【００２９】一方、円錐状光学部材１６Ａ，１６Ｂの間
隔は、入射する第２光束Ｉ２の強度分布の中心部と周辺
部とが反転するように設定されており、円錐状光学部材
１６Ａ，１６Ｂを通過した第２光束Ｉ２の断面内での強
度分布は、図３（ｃ）に示すようにガウス分布を上下に
反転したような分布となる。従って、偏光ビームスプリ
ッタ２０にて第１光束Ｉ１、及び第２光束Ｉ２を合成し
て得られるレーザビームＬＢ１の断面内での強度分布
は、図３（ｄ）に示すようにほぼ平坦となっている。そ
して、レーザビームＬＢ１は、ビームエキスパンダ２３
Ａ，２３Ｂによって断面形状が可変倍率で拡大されたレ
ーザビームＬＢ２に変換される。図３のレーザビームＬ
Ｂ２は通常照明で使用されるが、仮にコヒーレンスファ
クタであるσ値を小さくした小σ値の照明を行いたい場
合には、レンズ２３Ａ，２３Ｂの間隔を狭くして（倍率
を小さくして）、レーザビームＬＢ２の外径を小さくす
ればよい。

【００３０】なお、エキシマレーザ光源から射出される
レーザビームの断面内での強度分布は、所定方向にガウ
ス分布状であるとすると、それに直交する方向ではほぼ
平坦とみなすことができる。従って、本例の円錐状光学
部材１６Ａ，１６Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの代わりに、図３
（ａ）の紙面に垂直な方向には屈折効果を持たない「く
さび型」、又はシリンドリカルレンズ状の光学部材を使
用してもよい。

【００３１】これに対して、図４（ａ）は、可動ユニッ
ト２２Ｂを固定ユニット２２Ａから離れる方向に移動し
た配置を示し、この図４（ａ）において、円錐状光学部
材１９Ａ，１９Ｂを通過した第１光束Ｉ１の強度分布
は、図４（ｂ）に示すように、光軸付近の強度がほぼ０
となった輪帯状のガウス分布状となる。また、円錐状光
学部材１６Ａ，１６Ｂを通過した第２光束Ｉ２の強度分
布は、図４（ｃ）に示すように光軸付近の強度がほぼ０
でガウス分布を上下に反転したような輪帯状分布とな
る。従って、偏光ビームスプリッタ２０にて第１光束Ｉ
１、及び第２光束Ｉ２を合成して得られるレーザビーム
ＬＢ１の強度分布は、図４（ｄ）に示すようにほぼ平坦
な輪帯状の分布となる。この場合、レーザビームＬＢ１
の外径は図３（ａ）の場合よりも拡大されているため、
レーザビームＬＢ１の外径を小さくしたいときには、レ
ンズ２３Ａ，２３Ｂの間隔を狭くして、最終的に射出さ
れるレーザビームＬＢ２の倍率を小さくすればよい。図
４のレーザビームＬＢ２は、変形照明の一例である輪帯
照明を行う場合に使用される。

【００３２】図２に戻り、ビームエキスパンダ２３Ａ，
２３Ｂを通過したレーザビームＬＢ２は、ミラー２４で
反射されてビーム回転系としてのイメージローテータ２
５に入射する。イメージローテータ２５は、回転並進装
置ＤＲＶ３によって回転自在に、かつ微小量横ずれでき
るように支持されている。イメージローテータ２５は、
或る基準位置からの回転角をΘとすると、入射する平行
光束を光軸に平行な軸の回りに２・Θだけ回転する光学
部材であり、例えば直角プリズムから頂角付近を切り欠
いたような構造のドーブプリズム（Dove prism）が使用
できる。露光中に図１の照明制御系１０は、回転並進装
置ＤＲＶ３を介してイメージローテータ２５を連続的に
回転させる。これによって、入射するレーザビームＬＢ
２は連続的に回転しながら射出される。本例のレーザビ
ームＬＢ２は、パルス発光されているため、パルス発光
毎にレーザビームＬＢ２が次第に回転しているとも言う
ことができる。なお、特にレーザビームＬＢ２の可干渉
性が高いような場合には、更に回転並進装置ＤＲＶ３を
介して例えばイメージローテータ２５の回転軸を僅かに
偏心させることによって、射出されるレーザビームＬＢ
２の回転角と共に光軸を周期的にずらすようにしてもよ
い。

【００３３】イメージローテータ２５を通過したレーザ
ビームＬＢ２は、ミラー２６及びミラー２７で反射され
て第１の可干渉性低減部材としての第１の分割プリズム
系２８に入射し、分割プリズム系２８においてそれぞれ
レーザビームＬＢ２と同じ断面形状で互いに所定の光路
長差を有するほぼ同じ強度の３つのレーザビーム（以下
まとめて「レーザビームＬＢ３」と呼ぶ）に分割され
る。その光路長差は、レーザビームＬＢ２の可干渉距離
程度、又は望ましくはこれより長くなるように設定され
ている。そのレーザビームＬＢ３は、第２の可干渉性低
減部材としての第２の分割プリズム系２９に入射する。
この分割プリズム系２９は、分割プリズム系２８を相似
形状でほぼ３倍に拡大して９０°回転した構成であり
（図２では便宜上、ほぼ同じ大きさで表されている）、
レーザビームＬＢ３は、分割プリズム系２９において更
にそれぞれレーザビームＬＢ３と同じ断面形状で互いに
可干渉距離程度、又はこれより長い光路長差を有するほ
ぼ同じ強度の３つのレーザビーム（以下まとめて「レー
ザビームＬＢ４」と呼ぶ）に分割される。

【００３４】即ち、ミラー２７で反射されたレーザビー
ムＬＢ２は、２つの分割プリズム系２８，２９によっ
て、それぞれレーザビームＬＢ２と同じ断面形状で互い
に可干渉距離程度以上の光路長差を有すると共に、互い
にほぼ同じ強度の９（＝３×３）個のレーザビームに分
割され、この９個のレーザビームを束ねた形のレーザビ
ームＬＢ４は、第１のオプティカル・インテグレータと
しての第１のフライアイレンズ３０に入射する。この意
味で、本例の２つの分割プリズム系２８，２９は本発明
のビーム断面形状可変系にも対応している。フライアイ
レンズ３０は、図８（ｃ）に示すように、９個のレンズ
素子３０ａを３行×３列に束ねて構成され、この９個の
レンズ素子３０ａに分割プリズム系２８，２９によって
分割された９個のレーザビームが入射している。従っ
て、９個のレンズ素子３０ａから射出される各レーザビ
ームは、互いに殆ど干渉しない。

【００３５】図２において、フライアイレンズ３０の射
出面にはレンズ素子の個数と同じ数（ここでは９個）の
光源像が形成され、これらの光源像からのレーザビーム
ＬＢ４が集光レンズ系３１を介して、第２のオプティカ
ル・インテグレータとしての第２のフライアイレンズ３
２に重畳的に入射する。フライアイレンズ３０の入射面
と、フライアイレンズ３２の入射面とはほぼ共役であ
り、フライアイレンズ３２を構成する複数のレンズ素子
の射出面には、それぞれフライアイレンズ３０を構成す
るレンズ素子と同じ個数（ここでは９個）の光源像が形
成される。フライアイレンズ３２から射出されたレーザ
ビームとしての照明光ＩＵは、図１のコンデンサレンズ
系７に向かう。この際に、フライアイレンズ３０の隣接
するレンズ素子からのレーザビームには可干渉性が殆ど
無いため、フライアイレンズ３２を経てレチクルＲに照
射される照明光ＩＵには干渉縞が殆ど生じることが無
い。従って、従来と同じ程度の露光量分布の均一性が得
られればよいときには、露光時間を短縮できるため、ス
ループットが向上する。

【００３６】また、本例では固定ユニット２２Ａ，可動
ユニット２２ＢによってレーザビームＬＢ４の各ビーム
の強度分布がかなり平坦化されているため、第２のフラ
イアイレンズ３２のレンズ素子の個数を少なくできる。
このため、レーザビームＬＢ４の空間的なコヒーレンス
長をΔとすると（図９参照）、フライアイレンズ３２の
レンズ素子の間隔はその空間的なコヒーレンス長Δより
も広くできるため、空間的なコヒーレンスによる干渉縞
の影響も軽減される。

【００３７】次に、可干渉性低減部材としての分割プリ
ズム系２８，２９の構成例につき図５、及び図６を参照
して説明する。図５（ａ）は、図２中の第１の分割プリ
ズム系２８を示す正面図、図５（ｂ）はその図５（ａ）
の側面図であり、分割プリズム系２８は、ほぼ３０％〜
５０％の間の所定の透過率を有する分割部材としてのビ
ームスプリッタ２８ａ、及びビームスプリッタ２８ａと
共に３角柱の側面となるように配置された反射部材とし
ての２枚のミラー２８ｂ，２８ｃより構成されている。
そして、図２のミラー２７からビームスプリッタ２８ａ
に斜めに入射したレーザビームＬＢ２は、反射する分割
ビームＬＢ２１と透過する分割ビームとに分割される。
反射された分割ビームＬＢ２１は、図２の分割プリズム
系２９の方向に進み、透過した分割ビームは、２枚のミ
ラー２８ｂ，２８ｃに順次反射されて、再びビームスプ
リッタ２８ａに入射して、透過する分割ビームＬＢ２２
と反射する分割ビームとに分かれる。その際の入射領域
は、レーザビームＬＢ２が入射する領域に隣接するよう
に横ずれしている。

【００３８】そして、分割ビームＬＢ２２は、分割ビー
ムＬＢ２１に沿って進み、ビームスプリッタ２８ａで反
射された分割ビームは、ミラー２８ｂ，２８ｃで再び反
射された後に、ビームスプリッタ２８ａを通過すること
なく分割ビームＬＢ２２に隣接した光路を進み、３つの
分割ビームＬＢ２１〜ＬＢ２３がレーザビームＬＢ３と
して図２の分割プリズム系２９に向かう。この際の、分
割ビームＬＢ２１〜ＬＢ２３の相互の横ずれ量は、図２
の第１のフライアイレンズ３０のレンズ素子の中心間隔
（配列ピッチ）に等しく設定されている。また、図５
（ｂ）に示すビームスプリッタ２８ａとミラー２８ｂ，
２８ｃとの相互の平均間隔をＤｙ、ビームスプリッタ２
８ａの厚さをＴｙ、ビームスプリッタ２８ａのレーザビ
ームＬＢ２に対する屈折率をｎｙとすると、射出される
分割ビームＬＢ２１〜ＬＢ２３の間には、順次ほぼ次式
で定まる光路長差ΔＯＰ１が付与される。

【００３９】 ΔＯＰ１＝ｎｙ（４／３^1/2)Ｔｙ＋３・Ｄｙ（１）なお、分割プリズム系２８，２９は例えばレーザビーム
ＬＢ２に対する吸収の少ない気体（オゾンを除去した空
気、窒素ガス、又はヘリウムガス等）中、又は真空中に
配置されるため、その空間（気体）の屈折率はほぼ１と
みなしている。その光路長差ΔＯＰ１は、レーザビーム
ＬＢ２の可干渉距離ＣＬ程度、又はこれより長くなるよ
うに設定されている。レーザビームＬＢ２の中心波長を
λ₀、その波長の半値幅をΔλとすると、その可干渉距
離ＣＬはほぼ次のように表される。なお、半値幅Δλ
は、レーザビームＬＢ２の時間的なコヒーレンスに応じ
て定まる値である。

【００４０】ＣＬ＝λ₀ ²／Δλ （２）本例のレーザビームＬＢ２は狭帯化されたＫｒＦエキシ
マレーザ光であるため、中心波長λ₀を２４８ｎｍとし
て、波長の半値幅Δλを０．８ｐｍ、０．６ｐｍ、又は
０．４ｐｍとすると、可干渉距離ＣＬはそれぞれ７７ｍ
ｍ、１０３ｍｍ、又は１５３ｍｍとなり、光路長差ΔＯ
Ｐ１はこの程度に設定すればよい。実際には、例えば図
１の露光光源１の半値幅Δλの最良値に応じて（２）式
より算出される可干渉距離ＣＬに対して、（１）式で表
される光路長差ΔＯＰ１が同程度になるように分割プリ
ズム系２８を形成すればよい。

【００４１】また、図５（ａ）の分割ビームＬＢ２１〜
ＬＢ２３の強度は互いにほぼ同じに設定されている。こ
の場合、ビームスプリッタ２８ａの反射率をｒ（透過率
はほぼ１−ｒとなる）、ミラー２８ｂ，２８ｃの反射率
をほぼ１（１００％）、入射するレーザビームＬＢ２の
強度（パルスエネルギー）をＥ_inとすると、分割ビーム
ＬＢ２１，ＬＢ２２，ＬＢ２３の強度Ｅ２１，Ｅ２２，
Ｅ２３はそれぞれ近似的に次のようになる。

【００４２】Ｅ２１＝ｒ・Ｅ_in （３）Ｅ２２＝（１−ｒ）²・Ｅ_in （４）Ｅ２３＝ｒ（１−ｒ）・Ｅ_in （５）例えば反射率ｒを０．３８（３８％）に設定すると、
（３）式〜（５）式より強度Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３は
それぞれＥ_inの３８％、ほぼ３８％、ほぼ２４％とな
り、分割ビームＬＢ２１〜ＬＢ２３は比較的均等な強度
で分割される。なお、より均等な強度に分割したいとき
には、ビームスプリッタ２８ａのレーザビームＬＢ２の
照射領域、及び分割ビームの照射領域の透過率の分布を
制御すればよい。なお、本例では、分割プリズム系２８
をビームスプリッタ２８ａ、及び２枚のミラー２８ｂ，
２８ｃより構成しているが、特許第２５９０５１０号公
報（特開平１−１９８７５９号公報）に開示されている
ように、分割プリズム系２８を１つの３角プリズムより
構成してもよい。この３角プリズムは、１面が所定の反
射率を有するビームスプリッタ面で、他の２面が完全な
反射面（又は全反射面）となっているものである。これ
は、次の分割プリズム系２９についても同様である。

【００４３】次に、図６（ａ）は、図２中の第２の分割
プリズム系２９を示す図、図６（ｂ）はその図６（ａ）
の側面図（これが図２の観察方向と同じ）であり、分割
プリズム系２９は、第１の分割プリズム系２８と同じく
ほぼ３０％〜５０％の間の所定の透過率を有するビーム
スプリッタ２９ａ、及び２枚のミラー２９ｂ，２９ｃよ
り構成されている。ただし、分割プリズム系２９は、分
割プリズム系２８をほぼ３倍に拡大した形状である。

【００４４】そして、図５のビームスプリッタ２８ａ、
及びこの側面を通過してビームスプリッタ２９ａに斜め
に入射した３個の円形を連ねた断面形状のレーザビーム
ＬＢ３は、ビームスプリッタ２９ａで反射される分割ビ
ームＬＢ３１、ビームスプリッタ２９ａとミラー２９
ｂ，２９ｃとの間を１回往復した分割ビームＬＢ３２、
及びビームスプリッタ２９ａとミラー２９ｂ，２９ｃと
の間を２回往復してビームスプリッタ２９ａの側面を通
過する分割ビームＬＢ３３とに分割され、これらの分割
ビームＬＢ３１〜ＬＢ３３はレーザビームＬＢ４として
図２のフライアイレンズ３０に向かう。図６より分かる
ように、３個の分割ビームＬＢ３１〜ＬＢ３３はそれぞ
れ、分割方向に直交する方向に図５の３個の分割ビーム
ＬＢ２１〜ＬＢ２３を配列して構成されているため、全
体として図２のフライアイレンズ３０のレンズ素子の個
数と同じ９（＝３×３）個の分割ビームが生成されたこ
とになる。

【００４５】また、本例の分割ビームＬＢ３１〜ＬＢ３
３には、順次（１）式で定まる第１の分割プリズム系２
８の光路長差ΔＯＰ１の約３倍の光路長差ΔＯＰ２が付
与される。例えば、図１の露光光源１の発振波長の半値
幅Δλが０．８ｐｍ、０．６ｐｍ、又は０．４ｐｍであ
る場合、光路長差ΔＯＰ２はそれぞれ２３１ｍｍ、３０
９ｍｍ、又は４５９ｍｍ程度となる。これは、この第２
の分割プリズム系２９に入射するレーザビームＬＢ３
は、順次光路長差ΔＯＰ１が付与された３個の分割ビー
ムＬＢ２１，ＬＢ２２，ＬＢ２３より構成され、光路長
差ΔＯＰ１は例えば（２）式の可干渉距離ＣＬ程度であ
るため、付与する光路長差ΔＯＰ２を単に可干渉距離Ｃ
Ｌ程度に設定すると、図６（ａ）の分割光束ＬＢ３１，
ＬＢ３２，ＬＢ３３の中に光路長差がその可干渉距離Ｃ
Ｌより短くなる分割光束が生じてしまうからである。本
例のように、第２の分割プリズム系２９で付与する光路
長差ΔＯＰ２を、ΔＯＰ１の３倍程度、即ち可干渉距離
ＣＬの３倍程度（望ましくはこれ以上）に設定すること
によって、最終的に生成される９個の分割ビーム間には
確実に可干渉距離ＣＬ程度、又はこれ以上の光路長差が
付与される。

【００４６】更に、図６のビームスプリッタ２９ａの反
射率も３０％〜５０％の間、望ましくは３８％程度に設
定されているため、３つの分割ビームＬＢ３１〜ＬＢ３
３の強度はほぼ均一となり、最終的に生成される９個の
分割ビームの強度もほぼ均一となる。この第２の分割プ
リズム系２９においても、３個の分割ビームＬＢ３１〜
ＬＢ３３間の強度の均一性をより高めるために、ビーム
スプリッタ２９ｃの透過率分布を制御するようにしても
よい。

【００４７】このように本例では、レーザビームＬＢ２
を分割プリズム系２８，２９を介して３分割ずつして、
合計で９個の分割ビームに分割しているが、このように
３分割ずつする場合には、ビーム分割系としての図５の
ビームスプリッタ２８ａ、及び図６のビームスプリッタ
２９ａの反射率をほぼ一定の３８％程度にするだけで、
ほぼ互いに同程度の強度を有する９個の分割ビームが得
られる。即ち、分割プリズム系２８，２９の構成を簡素
化でき、製造コストを低減できる利点がある。また、こ
の場合の第１のフライアイレンズ３０としては、３×３
個に配列されたレンズ素子を有するフライアイレンズが
好適である。

【００４８】ただし、ビームスプリッタ２８ａ，２９ａ
の反射率分布を制御する場合には、レーザビームＬＢ２
を２次元方向に任意の個数に分割することができ、かつ
これらの分割ビームの強度をほぼ一定にすることができ
る。この場合には、フライアイレンズ３０として、レン
ズ素子が例えば３×３個以上に配列されたフライアイレ
ンズを使用することができる。

【００４９】次に、本例の照明光学系で通常照明と変形
照明とを切り換える場合の動作の一例につき説明する。
まず、通常照明を行う際には、図３に示すように、可動
ユニット２２Ｂを固定ユニット２２Ａに最も近接させ
る。これによって、図２の分割プリズム系２８，２９に
入射するレーザビームＬＢ２の断面形状はほぼ円形とな
り、第１のフライアイレンズ３０の各レンズ素子に入射
する分割ビーム（レーザビームＬＢ４）もそれぞれ断面
形状が円形となるため、第２のフライアイレンズ３２は
それぞれほぼ円形に広がるレーザビームで重畳的に照明
される。従って、フライアイレンズ３２の射出面にはほ
ぼ円形の領域に分布する多数の光源像が形成されるた
め、フライアイレンズ３２の射出面に円形の開口絞りを
置いた場合と等価の通常照明が行われる。

【００５０】この際に、σ値を小さくしたいときには、
ビームエキスパンダ２３Ａ，２３Ｂのレンズ２３Ｂをレ
ンズ２３Ａ側に移動してレーザビームＬＢ２の断面形状
を小さくすればよい。これによって、第２のフライアイ
レンズ３２は、小さい円形のレーザビームで重畳的に照
明されるため、フライアイレンズ３２の射出面に小さい
円形の開口絞りを配置したのと等価になる。このように
本例では、ビームエキスパンダ２３Ａ，２３Ｂによって
σ値を切り換えることができるため、σ値を変えたとき
にも照明光ＩＵの光量損失がない。従って、図１のウエ
ハＷ上での照明光ＩＵの照度（パルスエネルギー）が高
く維持されて、露光時間を短縮できるため、特に感度が
低い（露光時間が長い）レジストを使用する場合のスル
ープットが更に向上する。

【００５１】次に、変形照明中の輪帯照明を行う際に
は、図４に示すように、可動ユニット２２Ｂを固定ユニ
ット２２Ａから離してレーザビームＬＢ２の断面形状を
輪帯状に設定する。この結果、図２の分割プリズム系２
８，２９によってレーザビームＬＢ２から分割される９
個の分割ビーム（レーザビームＬＢ４）もそれぞれ断面
形状が輪帯状となる。

【００５２】図７は、そのようにレーザビームＬＢ４を
構成する各分割ビームが輪帯状の強度分布を有する場合
のフライアイレンズ３０，３２間の光路を示し、この図
７において、フライアイレンズ３０の各レンズ素子３０
ａから射出される分割ビームは、第２のフライアイレン
ズ３２の入射面を輪帯状に重畳的に照明する。従って、
フライアイレンズ３２の射出面に輪帯状の開口絞りを設
置した場合と等価な輪帯照明が行われる。この場合に
も、例えばそのフライアイレンズ３２の入射面での輪帯
状の照明領域の外径と内径との比率は、図４の固定ユニ
ット２２Ａと可動ユニット２２Ｂとの間隔で制御できる
と共に、その照明領域の外径はビームエキスパンダ２３
Ａ，２３Ｂによって制御できるため、上記のように干渉
縞が殆ど形成されないという利点を活かした上に、殆ど
光量損失を伴うことなく所望の特性で輪帯照明を行うこ
とができる。従って、スループットを高めることができ
る。

【００５３】また、輪帯照明の外に、例えば４個の偏心
した光源像からの照明光を使用するいわゆる傾斜照明を
行う場合には、図２において、例えば円錐状光学部材１
６Ａ，１６Ｂ，１９Ａ，１９Ｂの代わりに円錐状の面が
４角錐状（ピラミッド状）の面となった光学部材を使用
してもよい。これによって、光量損失を生じることな
く、傾斜照明を行うことができる。この際に、最終的に
光源像の整形を行うための開口絞りをフライアイレンズ
３２の射出面に配置してもよく、この開口絞りによる光
量損失は僅かなものである。

【００５４】なお、図７において、第１のフライアイレ
ンズ３０の各レンズ素子３０ａからのレーザビームの光
量分布（角度毎の光量分布）を更に高精度に個別に制御
するために、２点鎖線で示すように、フライアイレンズ
３０の入射面に光学フィルタ５１を配置してもよい。こ
の光学フィルタ５１は、フライアイレンズ３０の各レン
ズ素子３０ａにそれぞれ対応する微小領域５１ａ，５１
ｂ，５１ｃ，…毎にそれぞれ互いに独立の透過率分布を
持つ光学フィルタである。微小領域５１ａ，５１ｂ，５
１ｃ，…毎の透過率分布を制御して、各レンズ素子３０
ａからのレーザビームの状態を例えば共通に理想状態に
設定することによって、レチクル上の各点に対する照明
光のコヒーレンスファクタ等を最適化することができ
る。

【００５５】次に、図２のイメージローテータ２５の作
用につき説明する。前述の通り、本例では図２の固定ユ
ニット２２Ａ、及び固定ユニット２２Ａを用いて予めレ
ーザビームＬＢ２の断面内での強度分布を平坦化した後
に、分割プリズム系２８，２９を用いて第１のフライア
イレンズ３０の各レンズ素子に入射する分割光束間の可
干渉性を低くしている。このために、第２のフライアイ
レンズ３２のレンズ素子の個数を少なくしても、図１の
レチクルＲ上（更にはウエハＷ上）で十分な照度分布均
一性が得られる。

【００５６】しかしながら、今後、投影光学系の開口数
ＮＡが更に高められるのに伴って、投影露光装置で使用
されるレーザビームの半値幅Δλは益々狭くなって、レ
ーザビームの空間コヒーレンス長Δ（図９参照）が大き
くなる可能性がある。この結果、その空間コヒーレンス
長Δが第２のフライアイレンズ３２のレンズ素子の中心
間隔（配列ピッチ）よりも大きくなると、フライアイレ
ンズ３２の各レンズ素子から射出される照明光ＩＵを重
畳したときに干渉縞が形成されて、これが照度むらにな
る恐れがある。このような照度むらの影響を低減するた
めに、露光中に連続して本例ではイメージローテータ２
５を回転することとしている。

【００５７】図８（ａ）はそのイメージローテータ２５
を回転している状態を示す正面図、図８（ｂ）はその平
面図、図８（ｃ）は図２の第１のフライアイレンズ３０
の入射面を示す平面図である。そのようにイメージロー
テータ２５を回転させると、フライアイレンズ３０の各
レンズ素子３０ａに入射するレーザビームＬＢ４の各分
割ビームは、互いに独立に矢印で示すように異なった方
向に回転することとなる。

【００５８】一般的にエキシマレーザ等のレーザビーム
の断面形状は円形ではなく、矩形形状をしており、断面
内の方向によって空間コヒーレンス長Δも異なってい
る。そのため、例えば図１の露光光源１からのレーザビ
ームＬＢの断面形状を不図示の整形光学系を介してほぼ
円形に変換した場合でも、レーザビームＬＢ、ひいては
フライアイレンズ３０に入射するレーザビームＬＢ４の
空間コヒーレンス長Δも方向によって異なっている。

【００５９】このように方向によって干渉条件が微妙に
異なるため、イメージローテータ２５を回転することに
よって、パルス発光毎に図１のレチクルＲ上で照明光Ｉ
Ｕによって形成される干渉縞が移動する。また、走査露
光中にレチクルＲ上の各点はそれぞれ複数パルスの照明
光ＩＵで照明されるため、積分効果によって走査露光後
の照度分布はほぼ均一となる。この場合、イメージロー
テータ２５の回転方向を正、逆に切り換えてもよい。こ
れによって、干渉縞の移動方向や移動速度等が変化する
ため、照度分布の均一性が高まる。更に、回転中にイメ
ージローテータ２５を僅かに偏心させてもよい。これに
よって、パルス発光毎に光源像が移動するので、走査露
光後の照度分布が更に均一化される。

【００６０】なお、上記の実施の形態では、オプティカ
ル・インテグレータとしてフライアイレンズが使用され
ているが、オプティカル・インテグレータとしてロッド
レンズを使用する場合にも本発明が適用できる。また、
上記の実施の形態は、本発明を走査露光型の投影露光装
置に適用したものであるが、本発明はステッパー等の一
括露光型の投影露光装置、又はプロキシミティ方式の露
光装置等の照明光学系にも適用できることは明きらかで
ある。このように、本発明は上述の実施の形態に限定さ
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。

【００６１】

【発明の効果】本発明の第１の照明装置によれば、可干
渉性低減部材が使用されているため、可干渉性の高い照
明ビーム（露光ビーム）を使用する場合でも、照明ビー
ムの機械的な振動を行うことなく被照明体上でほぼ均一
な照度分布が得られる利点がある。また、オプティカル
・インテグレータとして例えば２段のフライアイレンズ
を使用する場合には、２段目のフライアイレンズを構成
するレンズ素子の個数を少なくできるため、その照明ビ
ームの空間的なコヒーレンスによって形成される干渉縞
のコントラストを低減でき、被照明体上での照度分布の
均一性が向上する。そして、本発明をパルス光源を使用
する走査型露光装置に使用すれば、１回の露光に必要な
パルス発光数を少なくすることができ、露光時間の短縮
によるスループット向上が期待できる。

【００６２】次に、本発明の第２の照明装置によれば、
ビーム整形光学系からの照明ビームを分割して第１オプ
ティカル・インテグレータに供給しているため、照明効
率を殆ど低下させることなく均一な照度分布で変形照明
（例えば輪帯照明）を行うことができる利点がある。ま
た、本発明の第３の照明装置によれば、ビーム回転系が
設けられているため、パルス光の場合には複数パルスの
積算照明を行うことによって、又は連続光の場合には所
定時間の照明を行うことによって、可干渉性の高い照明
ビームを使用する場合でも、被照明体上での照度分布の
均一性を向上することができる。

【００６３】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の照明装置が使用されており、露光時間が短縮できるた
め、露光工程のスループットが向上する利点がある。特
に、レジスト感度の低いレイヤに対するスループットを
大幅に向上できると共に、露光光源の出力を低く設定で
きるために、露光光源の寿命が伸びて運用コストを低減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影
露光装置を示す構成図である。

【図２】図１の照明系を示す構成図である。

【図３】図２において可動ユニット２２Ｂを固定ユニ
ット２２Ａに最も近接させた配置、及びこの配置におけ
る各レーザビームの強度分布を示す図である。

【図４】図２において可動ユニット２２Ｂを固定ユニ
ット２２Ａから離した配置、及びこの配置における各レ
ーザビームの強度分布を示す図である。

【図５】（ａ）は図２中の分割プリズム系２８を示す
正面図、（ｂ）は図５（ａ）の側面図である。

【図６】（ａ）は図２中の分割プリズム系２９を示す
図、（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。

【図７】輪帯照明を行う場合の図２のフライアイレン
ズ３０からフライアイレンズ３２までの光路を示す拡大
図である。

【図８】（ａ）は図２のイメージローテータ２５を示
す側面図、（ｂ）はそのイメージローテータ２５を示す
平面図、（ｃ）は図２のフライアイレンズ３０を示す平
面図である。

【図９】（ａ）は従来のダブル・フライアイ方式の照
明光学系を示す図、（ｂ）は従来のシングル・フライア
イ方式の照明光学系を示す図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル、Ｗウエハ、３投影光学系、８照明
系、９露光光源、１３主制御系、１４，２１１／
４波長板、１５，２０偏光ビームスプリッタ、１６
Ａ，１６Ｂ，１９Ｂ凸の円錐状光学部材、１９Ａ凹
の円錐状光学部材、２２Ａ固定ユニット、２２Ｂ可
動ユニット、２３Ａ，２３Ｂビームエキスパンダのレ
ンズ、２５イメージローテータ、２８，２９分割プ
リズム系、２８ａ，２９ａビームスプリッタ、２８
ｂ，２８ｃ，２９ｂ，２９ｃミラー、３０第１のフ
ライアイレンズ、３１集光レンズ系、３２第２のフ
ライアイレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明ビームを供給する光源と、該光源か
らの照明ビームより複数の光源像を形成するオプティカ
ル・インテグレータと、該オプティカル・インテグレー
タからの照明ビームを被照明体に導くコンデンサ光学系
と、を有する照明装置において、前記光源からの照明ビームの断面形状を前記オプティカ
ル・インテグレータの入射面の形状に合わせて調整する
と共に、前記照明ビーム中で前記複数の光源像に対応す
る複数の部分ビームに互いに異なる光路長差を付与し
て、前記オプティカル・インテグレータに導く可干渉性
低減部材を設けたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記オプティカル・インテグレータは、
互いに交差する第１方向及び第２方向にそれぞれ複数個
配列された光源像を形成し、前記可干渉性低減部材は、前記光源からの照明ビームを
部分的に第１分割部材と第１反射部材との間で所定回数
往復させることによって前記照明ビームを前記第１方向
に互いに異なる光路長差を付与して分割する第１可干渉
性低減部材と；該第１可干渉性低減部材からの照明ビー
ムを部分的に第２分割部材と第２反射部材との間で所定
回数往復させることによって前記照明ビームを前記第２
方向に互いに異なる光路長差を付与して分割する第２可
干渉性低減部材と、を有することを特徴とする請求項１
記載の照明装置。
【請求項３】照明ビームを供給する光源と、該光源か
らの照明ビームより複数の光源像を形成する第１オプテ
ィカル・インテグレータと、該オプティカル・インテグ
レータからの照明ビームより複数の光源像を形成する第
２オプティカル・インテグレータと、該オプティカル・
インテグレータからの照明ビームを被照明体に導くコン
デンサ光学系と、を有する照明装置において、前記光源からの照明ビームを第１ビーム及び第２ビーム
に分割するビーム分割系と、前記第１ビームの断面形状を伸縮したビームと、前記第
２ビームの照度分布を中心部と周辺部とで反転して断面
形状を伸縮したビームとを合成するビーム整形系と、該ビーム整形系からの照明ビームを前記第１オプティカ
ル・インテグレータの複数の光源像に対応させて複数の
ビームに分割して前記第１オプティカル・インテグレー
タに導くビーム断面形状可変系と、を設けたことを特徴
とする照明装置。
【請求項４】照明ビームを供給する光源と、該光源か
らの照明ビームより複数の光源像を形成するオプティカ
ル・インテグレータと、該オプティカル・インテグレー
タからの照明ビームを被照明体に導くコンデンサ光学系
と、を有する照明装置において、前記光源からの照明ビームの断面形状を前記オプティカ
ル・インテグレータの入射面の形状に合わせて調整する
ビーム断面形状可変系と、前記光源と前記ビーム断面形状可変系との間に配置され
て前記照明ビームを光軸に平行な軸の回りに回転させる
ビーム回転系と、を設けたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載の照明装
置と、前記被照明体としてのマスクを支持するマスクス
テージと、前記照明装置によって照明された前記マスク
のパターンが転写される基板を位置決めする基板ステー
ジと、を有することを特徴とする露光装置。