JPH1164778A - 照明光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠紫外域、更には真空紫外域等の短波長の照
明光の光路を偏向して使用する場合に、その照明光の損
失を少なくする。 【解決手段】 ＡｒＦエキシマレーザ光源１からの紫外
パルス光ＩＬが、直角プリズム２Ａでの全反射によって
光路が９０°折り曲げられた後、リレーレンズ系３を介
して直角プリズム２Ｂに入射し、直角プリズム２Ｂでの
全反射によって光路が９０°折り曲げられた紫外パルス
光ＩＬは、リレーレンズ系４を介して直角プリズム２Ｃ
に入射する。直角プリズム２Ｃでの全反射によって光路
が鉛直下方に折り曲げられた紫外パルス光ＩＬは、フラ
イアイレンズ５、及びコンデンサレンズ系７等を介して
均一な照度分布でレチクルＲを照明する。直角プリズム
２Ａ〜２Ｃとして、ＡｒＦエキシマレーザ光に対して高
い透過率を有する蛍石等を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子、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において、マスクパタ
ーンを感光性の基板上に転写するために使用される露光
装置の照明光学系として使用して好適な照明光学装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体素子、又は液晶表示素子等
を製造する際に用いられるステッパー等の投影露光装
置、又はプロキシミティ方式の露光装置等の露光装置
は、所定のパターンが形成されたマスクとしてのレチク
ルを照明光（露光光）で照明し、そのレチクルのパター
ンをレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート
等）上に均一な照度分布の照明光（露光光）で転写する
機能を有している。そのため、露光装置においては、均
一な高い照度分布で、且つフォトレジストの感光特性に
合致した波長特性を持つ照明光を供給する照明光学系が
備えられている。

【０００３】従来の照明光学系は、一般に、露光光源
と、この露光光源からの照明光を導くビーム送光光学系
と、このビーム送光光学系を介して導かれた照明光より
複数の２次光源を形成するオプティカル・インテグレー
タと、それら複数の２次光源からの光束を集光してレチ
クル上に重ね合わせるためのコンデンサレンズ系と、を
備えている。この場合、露光光源からの照明光は、ビー
ム送光光学系内で１回、又は複数回光路が折り曲げられ
てフライアイレンズに導かれている。そして、従来はそ
のように照明光の光路を折り曲げるために、使用波長域
での反射率を高くする特性を持つように誘電体膜（多層
膜）を蒸着した誘電体ミラーが使用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来は露光
光源からフライアイレンズまでの照明光の光路を折り曲
げるために、誘電体ミラーが使用されていた。これで
も、照明光が水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）のよ
うな近紫外域の連続光である場合には、特に問題は無か
った。ところが、露光装置の解像度は波長に依存してお
り、解像度を向上するために露光用の照明光の波長は短
くなる傾向にある。

【０００５】そのため、最近は照明光としてＫｒＦエキ
シマレーザ光（波長２４８ｎｍ）のような遠紫外線が使
用されるようになっており、更にはＡｒＦエキシマレー
ザ光（波長１９３ｎｍ）のような真空紫外域の光束の使
用も開始されつつある。しかしながら、これらのエキシ
マレーザ光はパルス発光型であり、しかも、各パルス光
の発光時間が短いために、各パルス光のエネルギー密度
はかなり大きくなっている。そのため、エキシマレーザ
光を用いる照明光学系内で光路折り曲げ用に誘電体ミラ
ーを使用すると、巨大なエネルギー密度の紫外パルス光
が継続して照射されることによって、その誘電体ミラー
の誘電体膜が次第に劣化して反射率が低下するという不
都合がある。

【０００６】また、照明光の偏光を考慮した場合には、
Ｐ偏光時に比べ、Ｓ偏光時に特に誘電体膜の劣化が大き
くなって耐久性の問題が大きくなり、反射率の観点から
は、Ｓ偏光時に比べ、Ｐ偏光時に特に反射率が低下す
る。更に、波長２２０ｎｍ以下の照明光に対しては、誘
電体ミラーに蒸着できると共に、反射率の高い薄膜物質
が制限され、高反射率を得ることが難しい。

【０００７】そこで、従来は、その誘電体ミラーの反射
率の低下によるウエハ上での照明光の照度低下に対する
１つの対策として、露光時間を次第に長くすることによ
り積算露光量を所定の目標値に維持していた。そして、
特に誘電体膜の劣化が激しい場合には、その誘電体ミラ
ーの交換を行っていた。また、特に波長が２２０ｎｍ以
下の照明光を使用する場合には、誘電体ミラーの反射率
はそれ程大きくできないため、ウエハ上での低い照度に
対処するため、始めから露光時間を長く設定していた。
しかしながら、このように露光時間が長くなると、露光
工程のスループットが低下するという不都合がある。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、遠紫外域、更に
は真空紫外域等の短波長の照明光の光路を偏向して使用
する場合に、その照明光の損失を少なくできる照明光学
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による照明光学装
置は、例えば図１に示すように、波長２２０ｎｍ以下の
照明光を供給する光源（１）と、この光源からの照明光
の照度分布を均一化するためのオプティカル・インテグ
レータ（５）と、このオプティカル・インテグレータを
通過した照明光を被照明体（Ｒ）に導くコンデンサレン
ズ系（７）と、を有する照明光学装置において、その光
源からの照明光をそのオプティカル・インテグレータに
導く送光光学系（２Ａ，３，２Ｂ，４，２Ｃ）を備え、
この送光光学系内に全反射を利用してその照明光の光路
を偏向する反射光学素子（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を配置し
たものである。

【００１０】斯かる本発明によれば、その送光光学系内
に配した反射光学素子（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）は全反射を
利用しているので、ほぼ１００％の反射率が期待でき、
その照明光がＳ偏光であっても反射率が次第に低下する
ことがなく、又はその照明光がＰ偏光であっても反射率
が低いということがない。これによって、その照明光の
光路を偏向する際の照明光の光量損失が少なくなり、被
照明体上での照明光の照度が向上する。

【００１１】また、反射光学素子（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）
は、反射のために（入射面、射出面には薄膜を使用する
ため）薄膜を使用していないため、薄膜物質による制限
を受けることがなく、また、耐久性に関しても殆ど問題
が無いため、継続して使用してもその反射光学素子を交
換する必要性は殆ど無い。この場合、その光源は、一例
としてパルス発光のレーザ光源である。波長２２０ｎｍ
以下のパルス発光のレーザ光源としては、ＡｒＦエキシ
マレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、又はＦ₂ レーザ光源
（波長１５７ｎｍ）等がある。

【００１２】また、その反射光学素子は、その照明光の
波長に対して１．４４以上の屈折率（本発明では絶対屈
折率）を有する直角プリズムであることが好ましい。例
えば、図２の直角プリズム（２Ａ）において、反射面
（２Ａａ）での照明光の入射角をθ、屈折角をθ’とし
て、照明光の波長における直角プリズム（２Ａ）の屈折
率（ここでは絶対屈折率）をｎ、直角プリズム（２Ａ）
が設置された環境の媒質の屈折率（ここでは絶対屈折
率）をｎ’とすると、次の関係がある。

【００１３】ｎ・sinθ＝ｎ’・sinθ’ （１） ここで、直角プリズム（２Ａ）の入射面（２Ａｂ）での
反射率をできるだけ低くするためには、入射する照明光
の主光線は入射面（２Ａｂ）に垂直であることが望まし
い。また、入射する照明光の開き角φを２°（片側で１
°）であるとすると、反射面（２Ａａ）に対する照明光
の入射角の最小値は４４°以上となる。このとき、屈折
角θ’が９０°になるときの入射角θ、即ち臨界角θｃ
ｒが４４°以下であれば、開き角が２°までの照明光の
全部を反射面（２Ａａ）での全反射によって偏向するこ
とができる。そのための条件は次のようになる。

【００１４】 sin θｃｒ＝（ｎ’／ｎ)sin９０°≦sin ４４° （２） この条件より、直角プリズム（２Ａ）の周囲の媒質に対
する相対屈折率（ｎ／ｎ’）の条件は次のようになる。 ｎ／ｎ’≧sin ９０°／sin ４４°＝１．４４ （３） 直角プリズム（２Ａ）の周囲の媒質は通常は、真空、又
は空気若しくは窒素ガス等の気体であるため、屈折率
ｎ’はほぼ１とみなすことができる。従って、（３）式
より直角プリズム（２Ａ）の屈折率ｎがほぼ１．４４以
上であれば、少なくとも開き角が２°までの主光線が垂
直入射する照明光を全て全反射できるようになる。従っ
て、通常の露光装置の照明光学系として好適である。

【００１５】また、その反射光学素子の光学材料の一例
は、フッ化カルシウム（ＣａＦ₂)、又は石英（ＳｉＯ₂)
である。フッ化カルシウムとしては、蛍石を使用するこ
とができる。このとき、石英（例えば合成石英）であれ
ばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）までは高
い透過率を有し、ＣａＦ₂ であれば更にＦ₂ レーザ光
（波長１５７ｎｍ）よりも短波長まで高い透過率を有す
るため、ＡｒＦエキシマレーザに対しては石英、又はＣ
ａＦ₂ の何れも使用でき、Ｆ₂ レーザに対してはＣａＦ
₂ を使用できる。

【００１６】但し、ＣａＦ₂ の方が石英に比べて透過率
が高く（照明光の吸収率が低い）、結果としてパルスレ
ーザ光等に対する耐性が高いため、照明光を有効利用す
るため、及び経時変化等の面からはＣａＦ₂ が好まし
い。その他に使用可能な物質としてはフッ化マグネシウ
ム（ＭｇＦ₂)やフッ化リチウム（ＬｉＦ）などが挙げら
れる。

【００１７】また、ＡｒＦエキシマレーザ光の波長にお
ける、ＣａＦ₂ 及び石英の屈折率は共に１．４４以上で
あり、それ以下の波長に対する屈折率は次第に大きくな
るため、ＣａＦ₂ 、又は石英を直角プリズムにした場合
には、それぞれＡｒＦエキシマレーザ光程度より短い波
長で開き角が２°までの垂直入射する照明光を全て全反
射できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による照明光学装置
の実施の形態の一例につき図１及び図２を参照して説明
する。本例は、投影露光装置の照明光学系に本発明を適
用したものである。図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、ＡｒＦエキシマレーザ
光源１からの波長１９３．４ｎｍで狭帯化された露光用
の照明光としての紫外パルス光ＩＬは、開き角が２°程
度以下のほぼ平行光束として水平に第１の直角プリズム
２Ａに入射する。直角プリズム２Ａでの全反射によって
光路が上方に９０°折り曲げられた紫外パルス光ＩＬ
は、第１レンズ３ａ及び第２レンズ３ｂよりなる第１の
ケプラー型のリレーレンズ系３によって一度集光された
後、再びほぼ平行光束になって第２の直角プリズム２Ｂ
に入射する。

【００１９】直角プリズム２Ｂでの全反射によって光路
が水平方向に９０°折り曲げられた紫外パルス光ＩＬ
は、第１レンズ４ａ及び第２レンズ４ｂよりなる第２の
ケプラー型のリレーレンズ系４によって一度集光された
後、再びほぼ平行光束になって第３の直角プリズム２Ｃ
に入射する。そして、直角プリズム２Ｃでの全反射によ
って光路が鉛直下方に９０°折り曲げられた紫外パルス
光ＩＬは、オプティカル・インテグレータとしてのフラ
イアイレンズ５に入射し、この射出面に多数の２次光源
が形成される。本例では、３個の直角プリズム２Ａ〜２
Ｃが、それぞれ全反射を利用して照明光の光路を偏向す
る反射光学素子となっている。

【００２０】そして、第１のリレーレンズ系３によって
ＡｒＦエキシマレーザ光源１の射出面と直角プリズム２
Ｂの反射面とが共役となり、第２のリレーレンズ系４に
よって直角プリズム２Ｂの反射面とフライアイレンズ５
の入射面とが共役となり、全体としてＡｒＦエキシマレ
ーザ光源１の射出面とフライアイレンズ５の入射面とが
共役になっていると共に、光束の発散が抑えられてい
る。これによって、振動等でＡｒＦエキシマレーザ光源
１が微少量回転した場合でも、射出された紫外パルス光
ＩＬが全部フライアイレンズ５に入射するため、常に安
定な照度が得られる。なお、本例ではフライアイレンズ
５は１段であるが、照度分布均一性を高めるために、例
えば特開平１−２３５２８９号公報に開示されているよ
うに、フライアイレンズを直列に２段配置するようにし
てもよい。

【００２１】フライアイレンズ５の射出面には照明系の
開口絞り６が配置されている。フライアイレンズ５から
射出されて開口絞り６を通過した紫外パルス光ＩＬは、
コンデンサレンズ系７を介してレチクルＲのパターン面
を均一な照度分布で照明する。なお、コンデンサレンズ
系７には、実際にはリレーレンズ系やレチクルＲ上の照
明領域を規定するための可変視野絞り（レチクルブライ
ンド）等が含まれている。紫外パルス光ＩＬのもとで、
レチクルＲの照明領域内の回路パターンの像が両側テレ
セントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率
β（βは例えば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬ
の結像面に配置されたウエハＷ上のレジスト層に転写さ
れる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を
取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向に
Ｘ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明す
る。

【００２２】このとき、レチクルＲは、レチクルステー
ジ２０Ａ上に吸着保持され、レチクルステージ２０Ａ
は、レチクルベース２０Ｂ上にＸ方向、Ｙ方向、回転方
向に位置決め自在に載置されている。レチクルステージ
２０Ａ（レチクルＲ）の２次元的な位置、及び回転角は
駆動制御ユニット２２内のレーザ干渉計によってリアル
タイムに計測されている。この計測結果、及び装置全体
の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系２
１からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット２２内
の駆動モータは、レチクルステージ２０Ａの位置制御を
行う。

【００２３】一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２３を介
してＺチルトステージ２４Ｚ上に吸着保持され、Ｚチル
トステージ２４Ｚは、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸ
Ｙ平面に沿って２次元移動するＸＹステージ２４ＸＹ上
に固定され、Ｚチルトステージ２４Ｚ及びＸＹステージ
２４ＸＹよりウエハステージ２４が構成されている。Ｚ
チルトステージ２４Ｚは、ウエハＷのフォーカス位置
（Ｚ方向の位置）、及び傾斜角を制御してウエハＷの表
面をオートフォーカス方式で投影光学系ＰＬの像面に合
わせ込み、ＸＹステージ２４ＸＹはウエハＷのＸ方向、
Ｙ方向へのステッピングを行う。Ｚチルトステージ２４
Ｚ（ウエハＷ）の２次元的な位置、及び回転角は駆動制
御ユニット２５内のレーザ干渉計によってリアルタイム
に計測されている。この計測結果及び主制御系２１から
の制御情報に基づいて、駆動制御ユニット２５内の駆動
モータは、ＸＹステージ２４ＸＹの位置制御を行う。

【００２４】主制御系２１は、レチクルステージ２０
Ａ、及びＸＹステージ２４ＸＹのそれぞれの移動位置等
の各種情報を駆動制御ユニット２２及び２５に送る。そ
して、露光時には、紫外パルス光ＩＬのもとでレチクル
Ｒのパターン像がウエハＷ上の１つのショット領域に露
光された後、ウエハステージ２４ＸＹをステッピング駆
動して次のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に
移動して露光を行うという動作がステップ・アンド・リ
ピート方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領
域への露光が行われる。この露光の際に主制御系２１の
制御のもとで、露光コントローラ２６は、ＡｒＦエキシ
マレーザ光源１の発光の開始、発光周波数、停止、及び
各パルス光の平均パルスエネルギー等を制御することに
よって、ウエハＷ上の各ショット領域のレジストに対す
る露光量がそれぞれ目標値になるように制御する。

【００２５】また、本例ではＡｒＦエキシマレーザ光源
１を用いているため、第１の直角プリズム２Ａの周囲か
らコンデンサレンズ系７までの各照明光路を外気から遮
断するサブチャンバを設け、そのサブチャンバ内の全体
に酸素含有率を極めて低く抑えた乾燥窒素ガス（Ｎ₂)を
供給するようにしてもよい。これによって、酸素による
紫外パルス光ＩＬの吸収量が少なくなる。同様に、投影
光学系ＰＬの鏡筒内部の空間（複数のレンズ素子間の空
間）の全体にも乾燥窒素ガスを供給するようにしてもよ
い。

【００２６】次に、本例の反射光学素子としての直角プ
リズム２Ａ〜２Ｃの構成、及び作用につき詳細に説明す
る。本例では照明光としてＡｒＦエキシマレーザ光より
なる紫外パルス光が使用されており、この波長域で良好
な透過率を有する硝材には石英（例えば合成石英）、フ
ッ化カルシウム（ＣａＦ₂)、又はフッ化マグネシウム
（ＭｇＦ₂)等がある。そして、これらの中でも透過率が
最も高く紫外パルス光に対する耐性が良好で、且つ大型
の光学部材も形成できる硝材はＣａＦ₂ であるため、本
例では直角プリズム２Ａ〜２Ｃの材料にＣａＦ₂ として
の蛍石を使用している。次に、代表的に直角プリズム２
Ａを例に取って、直角プリズムの屈折率の条件につき説
明する。

【００２７】図２は、図１中の直角プリズム２Ａの拡大
図を示し、この図２において、図１のＡｒＦエキシマレ
ーザ光源１からの紫外パルス光ＩＬが、直角プリズム２
Ａの入射面２Ａｂに主光線が垂直になるように入射して
いる。そして、入射した紫外パルス光ＩＬは、反射面２
Ａａで全反射されて射出面２Ａｃから主光線が垂直にな
るように射出されている。

【００２８】この場合、直角プリズム２Ａの屈折率（絶
対屈折率）をｎ、外部の気体（本例では空気、又は窒素
ガス）の屈折率（絶対屈折率）をｎ’、反射面２Ａａで
の紫外パルス光ＩＬの入射角をθ、屈折角をθ’とする
と、（１）式と同様に次式が成立している。 ｎ・sinθ＝ｎ’・sinθ’ （１Ａ） また、本例の紫外パルス光ＩＬの開き角φは２°以下で
あるため、反射面２Ａａでの紫外パルス光ＩＬの入射角
の範囲はほぼ４４°〜４６°となる。従って、紫外パル
ス光ＩＬの屈折角θ’が９０°になるときの入射角θ
（＝臨界角θｃｒ）が４４°以下であれば、紫外パルス
光ＩＬの全部を反射面２Ａａでの全反射によって偏向す
ることができる。外部の気体の屈折率ｎ’を近似的に１
とおくと、そのための条件は次のようになる。

【００２９】 sin θｃｒ＝（１／ｎ)sin９０°≦sin ４４° （２Ａ） この条件より、直角プリズム２Ａの屈折率ｎは次のよう
に１．４４以上であればよい。他の直角プリズム２Ｂ，
２Ｃについても同様である。 ｎ≧sin ９０°／sin ４４°＝１．４４ （３Ａ） これに関して、ＡｒＦエキシマレーザ光の狭帯化された
波長１９３．４ｎｍにおけるＣａＦ₂ 、及び石英の屈折
率ｎはそれぞれ以下の通りである。

【００３０】 ＣａＦ₂ ：ｎ＝１．５０ 石英 ：ｎ＝１．５６

【００３１】従って、ＡｒＦエキシマレーザ光の波長に
おける屈折率の条件からは、直角プリズム２Ａ〜２Ｃの
材料として、ＣａＦ₂ 、又は石英の何れも使用できる。
更に、それらの硝材の屈折率は波長が短くなると大きく
なるため、ＡｒＦエキシマレーザ光より短い波長におい
ても、ＣａＦ₂ 、又は石英の何れも（３Ａ）式の屈折率
の条件を満たしている。

【００３２】また、本例では紫外パルス光に対する耐性
の観点から直角プリズム２Ａ〜２Ｃとして蛍石を使用し
たが、石英は蛍石に比べて屈折率が高いため、臨界角θ
ｃｒが小さいという利点がある。従って、石英であれ
ば、より開き角の大きい光束でも全反射できるため、例
えばエネルギー密度の小さい位置に設置される直角プリ
ズムの材料に石英を使用してもよい。

【００３３】また、一般に結晶の（１１１）面を光束に
対して垂直に使用すると結晶の歪みの影響を低減できる
ことが知られている。そこで、図２において、直角プリ
ズム２Ａは蛍石であるため、入射面２Ａｂ、又は射出面
２Ａｃの何れかが蛍石の結晶の（１１１）面に平行にな
るようにしてもよい。これによって、入射する紫外パル
ス光ＩＬ、又は射出される紫外パルス光ＩＬの何れかの
主光線が、（１１１）面に垂直になるため、蛍石の歪の
影響が低減される。

【００３４】また、図２において、直角プリズム２Ａに
入射する紫外パルス光ＩＬの偏光状態は直線偏光（Ｐ偏
光、又はＳ偏光の何れでもよい）であってもよく、円偏
光等であってもよい。図１に戻り、本例の照明光学系で
は直角プリズム２Ａ〜２Ｃを用いて全反射によって紫外
パルス光ＩＬの光路を偏向しているため、光路偏向部で
の紫外パルス光ＩＬの光量損失量が少なくなっている。
従って、ウエハＷ上での紫外パルス光ＩＬの照度が高く
なり、ウエハＷ上の各ショット領域への露光時間が短縮
されるため、露光工程のスループットが向上している。

【００３５】また、上記の実施の形態では、反射光学素
子として直角プリズム２Ａ〜２Ｃが使用されているた
め、紫外パルス光ＩＬの光路を９０°折り曲げることが
でき、照明光学系が小型化されている。但し、必ずしも
紫外パルス光ＩＬの光路を９０°で折り曲げる必要が無
い場合等には、反射光学素子として直角プリズムを使用
する必要はなく、例えば入射面及び射出面がそれぞれ紫
外パルス光ＩＬに垂直になるような形状で全反射を利用
できるプリズムを使用することができる。この場合に
は、（３Ａ）式の屈折率ｎの条件も変化する。

【００３６】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図３を参照して説明する。本例は光路偏向部材の一部を
全反射を利用する反射光学素子として、他を誘電体ミラ
ーとしたものであり、この図３において、図１に対応す
る部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図３は、本例の投影露光装置の照明光学系を示し、この
図３において、ＡｒＦエキシマレーザ光源１Ａからの紫
外パルス光ＩＬは、ほぼ平行光束として水平に蛍石より
なる直角プリズム２Ｄに入射する。本例のＡｒＦエキシ
マレーザ光源１Ａからの紫外パルス光ＩＬの断面形状
は、図１の実施の形態に比べて小さくなっている。直角
プリズム２Ｄでの全反射によって光路が上方に９０°折
り曲げられた紫外パルス光ＩＬは、第１レンズ８ａ及び
第２レンズ８ｂよりなるビームエクスパンダ８によって
一度集光されて、断面形状が拡大された後にほぼ平行光
束になって第１の多層膜の誘電体ミラー９Ａに入射す
る。

【００３７】誘電体ミラー９Ａでの反射によって光路が
水平方向に９０°折り曲げられた紫外パルス光ＩＬは、
リレーレンズ系４を経て第２の多層膜の誘電体ミラー９
Ｂに入射する。そして、誘電体ミラー９Ｂでの反射によ
って光路が鉛直下方に９０°折り曲げられた紫外パルス
光ＩＬはフライアイレンズ５に入射し、フライアイレン
ズ５から射出されて開口絞り６を通過した紫外パルス光
ＩＬは、コンデンサレンズ系７を介してレチクルＲのパ
ターン面を均一な照度分布で照明する。他の構成は図１
と同様である。

【００３８】本例においては、ビームエクスパンダ８に
おいて、紫外パルス光ＩＬの断面形状がほぼ４倍以上に
拡大されており、ビームエクスパンダ８から射出される
紫外パルス光ＩＬの単位面積当たりのエネルギー密度
は、入射する紫外パルス光ＩＬに比べて１／４以下に低
下している。そして、紫外パルス光ＩＬのエネルギー密
度の大きい位置では、直角プリズム２Ｄの全反射を利用
して紫外パルス光ＩＬを偏向しているため、その偏向部
での光量損失が少なくなっている。また、ビームエクス
パンダ８を通過した後のエネルギー密度の低い位置で
は、誘電体ミラー９Ａ，９Ｂによって紫外パルス光ＩＬ
の光路が偏向されているが、エネルギー密度が低いため
に誘電体ミラー９Ａ，９Ｂの反射率が次第に低下する割
合は小さくなっている。従って、従来のように光路偏向
部材の全部を誘電体ミラーで構成する場合に比べて、紫
外パルス光ＩＬの光量損失量を低減できると共に、誘電
体ミラーの交換頻度も全体として少なくできる。

【００３９】なお、上記の実施の形態では、露光用の照
明光としてＡｒＦエキシマレーザ光が使用されている
が、その照明光としてはハロゲン分子レーザであるＦ₂
レーザ光（波長１５７ｎｍ）よりなる紫外パルス光を使
用することもできる。このＦ₂レーザ光に対しては、石
英の透過率はかなり低下するため、全反射を利用する反
射光学素子の材料としては、フッ化カルシウム（ＣａＦ
₂)、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、又はフッ化マグネシウ
ム（ＭｇＦ₂)等が使用できる。

【００４０】また、本発明は、レチクル及びウエハを投
影光学系に対して同期走査するステップ・アンド・スキ
ャン方式の投影露光装置の照明光学系としても使用でき
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。

【００４１】

【発明の効果】本発明の照明光学装置によれば、波長２
２０ｎｍ以下の照明光に対して全反射を利用して光路を
偏向する反射光学素子を備えているため、誘電体ミラー
のみを使用して光路を偏向する場合に比べて、その照明
光の損失を少なくできる利点がある。従って、この照明
光学装置を露光装置の照明光学系に適用すれば、ウエハ
等の基板上での照度が向上して、露光工程のスループッ
トが向上する。

【００４２】また、光源がパルス発光のレーザ光源であ
る場合には、照明光のエネルギー密度が特に大きくなっ
て誘電体ミラーでは反射率が次第に低下するため、本発
明は特に有効である。また、反射光学素子は、その照明
光の波長に対して１．４４以上の屈折率を有する直角プ
リズムである場合には、その開き角が２°程度までの垂
直入射する照明光を全て全反射できるため、特に露光装
置用の照明光学装置として好適である。

【００４３】また、その反射光学素子の光学材料は、フ
ッ化カルシウム、又は石英である場合には、照明光がＡ
ｒＦエキシマレーザ光である場合に使用できる。更に、
フッ化カルシウムであれば、Ｆ₂ レーザ光についても使
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明光学装置の実施の形態の一例
が適用された投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の直角プリズム２Ａを示す拡大図である。

【図３】本発明の実施の形態の他の例の要部を示す構成
図である。

【符号の説明】

１ ＡｒＦエキシマレーザ光源 ２Ａ〜２Ｄ 直角プリズム ３，４ ケプラー型のリレーレンズ ５ フライアイレンズ ７ コンデンサレンズ系 Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ ８ ビームエクスパンダ ９Ａ，９Ｂ 誘電体ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２７

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長２２０ｎｍ以下の照明光を供給する
   光源と、該光源からの照明光の照度分布を均一化するた
   めのオプティカル・インテグレータと、該オプティカル
   ・インテグレータを通過した照明光を被照明体に導くコ
   ンデンサレンズ系と、を有する照明光学装置において、 前記光源からの照明光を前記オプティカル・インテグレ
   ータに導く送光光学系を備え、 該送光光学系内に全反射を利用して前記照明光の光路を
   偏向する反射光学素子を配置したことを特徴とする照明
   光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の照明光学装置であって、 前記光源はパルス発光のレーザ光源であることを特徴と
   する照明光学装置。
3. 【請求項３】 請求項１、又は２記載の照明光学装置で
   あって、 前記反射光学素子は、前記照明光の波長に対して１．４
   ４以上の屈折率を有する直角プリズムであることを特徴
   とする照明光学装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２、又は３記載の照明光学装
   置であって、 前記反射光学素子の光学材料は、フッ化カルシウム、又
   は石英であることを特徴とする照明光学装置。