JP3415251B2

JP3415251B2 - 投影露光装置用照明光学系

Info

Publication number: JP3415251B2
Application number: JP05160994A
Authority: JP
Inventors: 靖弘上原; 一司大橋
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH07263313A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置に用いる
照明光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体の集積度の向上に伴い、投
影露光装置に要求される解像力も年々高まりつつある。
解像力を向上させるため、光源の短波長化、位相シフト
法の採用、変形照明法の採用等の種々の方法が研究開発
されており、その中でも変形照明法は従来装置に対し大
幅な変更を加える必要がないという利点を有している。
変形照明法の代表的な例としては、照明光学系の開口絞
りを光束が通過する際に光束の通過位置が光軸から離間
した４箇所に制限される４極照明もしくは４点照明と称
される方法と、照明光学系の開口絞りを通過する光束の
通過位置が光軸と同心の輪帯状に制限される輪帯照明と
称される方法とがある。４極照明は、特に、縦横の線か
ら成るパターンについて、解像力の向上および焦点深度
増大の効果が顕著であることが知られている。一方、輪
帯照明は、解像力の向上および焦点深度増大の効果は４
極照明ほど顕著ではないが、レチクルパターンの方向に
対する依存性がないという特徴を有している。

【０００３】４極照明の従来例としては、例えば図４２
および図４３に示すものがある。図４２の従来例は、楕
円鏡１０２、水銀ランプ１０３およびレンズ１０４を有
する光源部からの照明光束をフライアイレンズ１０８に
入射し、フライアイレンズの直後に設けられた４つの円
形開口を有する開口絞り１０９ａにより前記照明光束を
４つに分離するようにしている。また、図４３の従来例
は、特開平４−２２５３５７号公報に開示されたもので
あり、楕円鏡１０２、水銀ランプ１０３およびレンズ１
０４を有する光源部からの照明光束を４本に分岐した光
ファイバ１２１により４つに分離するようにしている。

【０００４】一方、輪帯照明の従来例としては、例えば
図４４および図４５に示すものがある。図４４の従来例
は、楕円鏡１０２、水銀ランプ１０３およびレンズ１０
４を有する光源部からの照明光束をフライアイレンズ１
０８に入射し、フライアイレンズの直後に設けられた輪
帯状の開口を有する開口絞り１０９ｂにより前記照明光
束を輪帯状に制限するようにしている。また、図４５の
従来例は、楕円鏡１０２、水銀ランプ１０３およびレン
ズ１０４を有する光源部からの照明光束をレンズ１０４
の直後に設けたアキシコンレンズ１２２によって輪帯状
に変換するようにしている。なお、上記各従来例におい
ては、４つに分離された照明光束または輪帯状に変換さ
れた照明光束は、コンデンサレンズ１１０、レチクル１
１１、結像光学系１１２を経てウエハ１１３に到達す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図４２の従来例で
は、開口絞り１０９ａに設けた開口に到達することがで
きた照明光束のみしか透過し得ないので、光源部からの
光束の利用効率が大幅に低下するとともに著しい照度ム
ラが生じてしまう。また、上記図４３の従来例では、光
源部からの光束の利用効率を高めることはできるが、多
数の光ファイバを必要とするため、構成が複雑化し、製
作が困難になり、機械的な信頼性が低下してしまう。ま
た、上記図４４の従来例では、開口絞り１０９ｂに設け
た開口に到達することができた照明光束のみしか透過し
得ないので、光源部からの光束の利用効率が大幅に低下
してしまう。また、上記図４５の従来例では、光源部か
らの光束の利用効率を高めることはできるが、製作が困
難なアキシコンレンズを必要とするため、コストアップ
が避けられない。

【０００６】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであり、光源からの光の利用効率が高くなるとともに
構成が簡略化されて容易に実現し得る投影露光装置用照
明光学系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】この目的のため、本発明
の請求項１の構成は、光源からの光束を分離する光束分
離光学系と、該光束分離光学系により分離された光束を
レチクル上へ導くコンデンサ光学系とを有する投影露光
装置用照明光学系において、前記光束分離光学系が、前
記光源からの光束を４つに分離する回折格子パターンを
有する第１の回折光学手段と、前記第１の回折光学手段
により生じた４つの光束に対応する位置に配置され、回
折格子パターンを有する第２の回折光学手段とを具える
ことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の請求項２の構成は、上記に
おいて、前記第１の回折光学手段の回折格子パターンは
直線格子パターンであって、該直線格子パターンは境界
をほぼ十字型になすように配されるとともにほぼ等間隔
の格子ピッチを有する４つの直線格子パターンであり、
互いに隣合う直線格子パターンの格子方向がほぼ直交す
ることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の請求項３の構成は、上記に
おいて、前記第１の回折光学手段は、ｍ_１、ｍ_２、ｍ
_３を任意の自然数としたとき、＋ｍ_１次回折光および
−ｍ_１次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形
状の直線格子パターンを有する第１の回折光学面と、前
記第１の回折光学面から光軸方向に離間して配されて前
記第１の回折光学面による前記＋ｍ_１次回折光を入射
される領域であって、＋ｍ_２次回折光および−ｍ_２次
回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ前
記第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方向
の直線格子パターンを有する第１の回折領域と、前記第
１の回折光学面による前記−ｍ_１次回折光を入射され
る領域であって、＋ｍ_３次回折光および−ｍ_３次回折
光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ前記第
１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方向の直
線格子パターンを有する第２の回折領域とを具える第２
の回折光学面との２つの回折光学面を具備することを特
徴とする。

【００１０】また、本発明の請求項４の構成は、上記に
おいて、前記第１の回折光学手段は、深さを異ならせた
ほぼ正方形の領域を互い違いに市松模様に配された回折
光学素子を有することを特徴とする。

【００１１】また、本発明の請求項５の構成は、光源か
らの光束を輪帯光束に変換する光束分離光学系と、該光
束分離光学系により変換された輪帯光束をレチクル上へ
導くコンデンサ光学系とを有する投影露光装置用照明光
学系において、前記光束分離光学系が、同心リング格子
パターンを有する回折光学手段を具えることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明の請求項６の構成は、上記に
おいて、前記回折光学手段の前記同心リング格子パター
ンは、格子ピッチがほぼ等間隔であるとともに前記回折
光学手段に入射される前記光源からの光束の波長に対し
溝断面形状がブレーズ化されていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項７の構成は、上記に
おいて、前記回折光学手段は、ｍ_１を任意の自然数とし
たとき、前記同心リング格子パターンの格子ピッチがほ
ぼ等間隔であるとともに＋ｍ_１次回折光および−ｍ_１
次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状の回折
光学素子を有することを特徴とする。また、本発明の請
求項８の構成は、光源からの光束を分離する光束分離光
学系と、該光束分離光学系により分離された光束をレチ
クル上へ導くコンデンサ光学系とを有する投影露光装置
用照明光学系において、前記光束分離光学系が、前記光
源からの光束を４つに分離する直線格子パターンを有す
る回折光学手段を具え、前記回折光学手段は、ｍ_１、
ｍ_２、ｍ_３を任意の自然数としたとき、＋ｍ_１次回
折光および−ｍ_１次回折光の回折効率がほぼ等しくな
る溝断面形状の直線格子パターンを有する第１の回折光
学面と、前記第１の回折光学面から光軸方向に離間して
配されて前記第１の回折光学面による前記＋ｍ_１次回
折光を入射される領域であって、＋ｍ_２次回折光およ
び−ｍ_２次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面
形状でかつ前記第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交
する格子方向の直線格子パターンを有する第１の回折領
域と、前記第１の回折光学面による前記−ｍ_１次回折
光を入射される領域であって、＋ｍ_３次回折光および
−ｍ_３次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形
状でかつ前記第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交す
る格子方向の直線格子パターンを有する第２の回折領域
とを具える第２の回折光学面との２つの回折光学面を具
備して成ることを特徴とする。また、本発明の請求項９
の構成は、前記第１の回折光学手段および前記第２の回
折光学手段の回折格子パターンは、断面形状がブレーズ
形状または該ブレーズ形状を階段形状に近似した形状で
あることを特徴とする。

【００１４】

【作用】４極照明を用いる場合には、照明光束を４つに
分離し、夫々をレチクルに対し傾斜させた角度で入射さ
せる（従来技術では、照明光束の分離に反射部材（ミラ
ー）、屈折部材（プリズム）等を用いている）。本発明
の請求項１の構成によれば、光源からの光束は光束分離
光学系に設けられた回折格子パターンを有する第１の回
折光学手段により４つに分離される。それら４つに分離
された光束は夫々、前記第１の回折光学手段により生じ
た４つの光束に対応する位置に配置され、回折格子パタ
ーンを有する第２の回折光学手段に入射する。そして、
第２の回折光学手段から射出した光束は、コンデンサ光
学系によりレチクル上へ導かれる。その際、照明光束を
分離するために第１および第２の回折光学手段を用いて
いるので、例えば回折光として１次光を用いる場合に回
折作用を発揮させるために回折面に要求される厚さは高
々照明光学系の波長程度であることから、照明光束を反
射部材、屈折部材等を用いて分割する従来例に比べて、
照明光学系を小型化、軽量化することができる。

【００１５】また、本発明の請求項２の構成によれば、
光源からの光束が光束分離光学系に設けられた第１の回
折光学手段の回折格子パターンである直線格子パターン
に入射する際には、該直線格子パターンはほぼ等間隔の
格子ピッチを有する４つの直線格子パターンより成り、
それらの格子方向は互いに隣合う直線格子パターンの格
子方向がほぼ直交するようにしてあるので、前記光源か
らの光束は入射した直線格子パターンの格子方向に応じ
た方向に回折されることになり、前記光源からの光束か
ら４つの光束が分離される。したがって、第１の回折光
学手段を１つの回折光学面により実現し得るので、構成
が簡略化され、アライメントが容易になる。

【００１６】また、本発明の請求項３の構成によれば、
例えばｍ₁ ＝ｍ₂ ＝ｍ₃ ＝１の場合を例に挙げて説明す
ると、第１の回折光学面に入射した光源からの光束は、
直線格子パターンにより＋１次回折光、−１次回折光お
よびその他の次数の回折光に分離され、このとき＋１次
回折光および−１次回折光の強度はほぼ等しくなる。第
１の回折光学面により回折された＋１次回折光は、第２
の回折光学面の第１の回折領域に入射した後、第２の回
折光学面に第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する
方向に形成された直線格子パターンにより＋１次回折
光、−１次回折光およびその他の次数の回折光に分離さ
れる。同様に、第１の回折光学面により回折された−１
次回折光は、第２の回折光学面の第２の回折領域に入射
した後、第２の回折光学面に第１の回折光学面の格子方
向とほぼ直交する方向に形成された直線格子パターンに
より＋１次回折光、−１次回折光およびその他の次数の
回折光に分離される。

【００１７】この場合、第１の回折光学面により形成さ
れた＋１次回折光が第２の回折領域で＋１次回折光およ
び−１次回折光に回折されたものと、第１の回折光学面
により形成された−１次回折光が第２の回折領域で＋１
次回折光および−１次回折光に回折されたものとの、合
計４つの光束が形成され、照明光束として用いられるこ
とになる。この請求項３の構成は、回折光学面により光
束の径が変わることはないので、最終的に同一の径の光
束を形成するのであれば、光束を波面分割する請求項２
の構成に比べ、第１の回折光学手段に入射する光束の径
を小さくすることができる。したがって、光源に第１の
回折光学手段を接近させることができ、照明光学系の全
長の短縮が可能になる。

【００１８】また、本発明の請求項４の構成によれば、
光源からの光束は光束分離光学系の第１の回折光学手段
に設けられた回折光学素子に入射し、該回折光学素子に
は深さを異ならせたほぼ正方形の領域を互い違いに市松
模様に配されているので、図４０（ａ）に示すＸおよび
Ｙ方向について考えると、入射された光束は回折格子の
ピッチと深さにより決定される、回折し得る次数に回折
される。よって、全体について考えると、ほぼ正方形の
領域を市松模様状に配された回折光学素子に入射した光
束は図４１に示すように、ほぼ方眼模様の格子点の位置
に回折されることになるので、これらの光束の中から通
常、強度が高くかつほぼ正方形状に配される４つの光束
を選択し、照明光束として利用することができる。

【００１９】一方、輪帯照明を用いる場合には、照明光
束から輪帯光束を形成し、それをレチクルに対し傾斜さ
せた角度で入射させる（従来技術では、輪帯光束を形成
するためにアキシコンレンズ等を用いている）。本発明
の請求項５の構成によれば、光源からの光束は光束分離
光学系に設けられた同心リング格子パターンを有する回
折光学手段により輪帯光束に変換され、それら輪帯光束
は夫々、コンデンサ光学系によりレチクル上へ導かれ
る。その際、輪帯光束を形成するために、アキシコンレ
ンズ等よりも製作の容易な同心リング格子パターンを用
いることができる。

【００２０】また、本発明の請求項６の構成によれば、
光源からの光束が同心リング格子パターンに入射する際
には、該同心リング格子パターンの溝断面形状は光源か
らの光束に対しブレーズ化されているので、同心リング
格子パターンによる損失は生じず、光源からの光束を高
い効率で輪帯状の光束に変換することができる。

【００２１】また、本発明の請求項７の構成によれば、
光源からの光束は同心リング格子パターンの格子ピッチ
および溝の深さにより決定される、回折し得る次数に回
折される。したがって、前記各次数に対応した複数の輪
帯光束が形成され、その中から適切なものが照明光束と
して利用される。その際、例えばｍ_１＝１とすると、
＋ｍ_１次光および−ｍ_１次光の回折効率がほぼ等しく
なるので、ムラのない照明光束を形成することができ
る。また、最終的に同一輪帯幅の光束を形成するのであ
れば、光束の径は請求項５の構成の約半分にすることが
できる。したがって、光源に回折光学手段を接近させる
ことができ、照明光学系の全長の短縮が可能になる。ま
た、本発明の請求項８の構成によれば、光源からの光束
は光束分離光学系に設けられた直線格子パターンを有す
る回折光学手段により４つに分離され、それら４つに分
離された光束は夫々、コンデンサ光学系によりレチクル
上へ導かれる。その際、照明光束を分離するために回折
光学手段を用いているので、例えば回折光として１次光
を用いる場合に回折作用を発揮させるために回折面に要
求される厚さは高々照明光学系の波長程度であることか
ら、照明光束を反射部材、屈折部材等を用いて分割する
従来例に比べて、照明光学系を小型化、軽量化すること
ができる。また、本発明の請求項８の構成は、回折光学
面により光束の径が変わることはないので、最終的に同
一の径の光束を形成するのであれば、光束を波面分割す
る請求項２の構成に比べ、回折光学手段に入射する光束
の径を小さくすることができる。したがって、光源に回
折光学手段を接近させることができ、照明光学系の全長
の短縮が可能になる。また、本発明の請求項９の構成に
よれば、前記第１の回折光学手段および前記第２の回折
光学手段の回折格子パターンは、断面形状がブレーズ形
状または該ブレーズ形状を階段形状に近似した形状であ
り、光束分離光学系にブレーズ化した回折光学素子を用
いているので、光源で発生された照明光を効率良く利用
することができ、それによりスループットの向上等の効
果がもたらされることになる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１は本発明の投影露光装置用照明光学系の
第１実施例の構成を示す図である。図中１は光源部であ
り、楕円鏡２、水銀ランプ３およびレンズ４から成る。
また、図中５１は光束分離部であり、透過型の回折光学
素子６１および７１から成る。

【００２３】回折光学素子６１は例えば石英から成り、
図２（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図、（ｃ）のＡ部詳
細図に示すように、その一方の面に境界をほぼ十字型に
して配された４つの領域には、等間隔の直線回折格子６
１ａが形成され、各領域の格子パターンの方向は隣接す
る領域間で互いに直交するようになっている。直線回折
格子６１ａの断面形状は１次回折光に対しブレーズ化さ
れている。一方、回折光学素子７１は例えば石英から成
り、図３に示すように、直線回折格子６１ａの４つの領
域に対応する４つの分離された領域には夫々、等間隔の
直線回折格子７１ａが形成されている。直線回折格子７
１ａの断面形状は１次光に対しブレーズ化されている
が、そのブレーズ化の方向は、直線回折格子６１ａとは
逆になっている。回折光学格子６１、７１の直線回折格
子を形成されていない他方の面には夫々、光源光に対す
る図示しない反射防止膜がコーティングされている。

【００２４】図中８はフライアイレンズであり、光束分
離部５１で分離された光束に応じて光軸から偏心した４
箇所に配置される。フライアイレンズ８の直後には４つ
の円形開口を有する開口絞り９が配置されている。ま
た、図中１０はコンデンサレンズ、１１はレチクルであ
り、レチクル１１およびウエハ１３の間には、結像投影
系１２が配置されている。なお、本発明の第１実施例を
用いて実際に照明光学系を構成する場合には、図示しな
い他の光学素子（波長選択フィルタ等）を必要とする
が、それらは従来技術に開示されているものと同様であ
るので説明を省略する。

【００２５】次に、上記第１実施例の照明光束の流れを
図４〜５を用いて説明する。光源部１により形成された
ほぼ平行な光束は回折光学素子６１に入射される（この
とき、回折光学素子６１の回折格子領域の形状を図４に
示すように方形にした場合には、回折格子領域の形状に
対応させた図示しない絞りを回折光学素子６１よりも光
源部側に設置してもよい）。照明光束１４は、回折光学
素子６１、７１の近傍の斜視図である図４に示すよう
に、回折光学素子６１により４つの照明光束１５に分離
（波面分割）される。このように波面分割されるのは、
回折光学素子６１に直線回折格子６１ａが格子方向また
はブレーズ化方向が夫々異なるように形成されており、
光束が入射された領域毎に所望の角度に回折されるよう
になっているからである。

【００２６】照明光束１５は、回折光学素子７１により
夫々光軸にほぼ平行な方向に変換された後、フライアイ
レンズ８に入射される。このとき、直線回折格子６１
ａ、７１ａの断面形状がブレーズ化されているためほぼ
１００％の回折効率が得られるので、光源光の利用効率
が高まることになる。フライアイレンズ８の射出側端面
は２次光源の作用を有するので、その位置に４箇所の円
形開口を有する開口絞り９が配置してある。４箇所の開
口の形状は、分離された光束の形状に合わせて方形とす
ることができるが、円形としてもよい。円形とした場
合、光束の一部がしゃ断されることになるが、本発明の
技術を用いずに、単にこのような開口絞りを設けた場合
に比べると、光源光の利用効率は遥かに高くなる。開口
絞り９の４箇所の開口を通過した照明光束は夫々、コン
デンサレンズ１０を介してレチクル１１を４極照明する
ことになり、レチクル１１の像は、結像光学系１２によ
りウエハ１３に結像される。

【００２７】ところで、直線回折格子６１ａ、７１ａの
格子ピッチｐは、入射角をθ₁ 、出射角をθ₂ 、回折次
数をｍ、光の波長をλとすると、ｐ（ｓｉｎθ₁ −ｓｉｎθ₂ ）＝ｍλ の関係を満たすようにして決定される。ただし、直線回
折格子６１ａおよび７１ａが異なる次数を採用した場合
等においては、直線回折格子６１ａおよび７１ａの格子
ピッチを必ずしも同一にする必要はない。また、格子ピ
ッチは必ずしも等間隔にする必要はなく、回折光学素子
６１および７１の組合せにより４つに分離された平行光
束を取り出せればよいので、回折光学素子６１、７１に
適当なピッチ分布を付与するようにしてもよいが、実際
には等間隔にした方が製作が容易になる。

【００２８】また、回折光学素子６１、７１の製作方法
としては、従来より公知の方法、例えば斜めイオンビー
ム照射によりブレーズ化を行って４つの領域の夫々に対
応する部分素子として同一物を４つ製作し、それらを組
み合わせる方法を用いることができる。一方、当初から
１つの素子として製作する方法としては、図２（ａ）に
示す格子パターンを図５に示すように４つの格子パター
ン６１ｂに分割し、斜めイオンビーム照射により４回に
分けて製作する方法や、あるいは特開平２−１１０９号
公報に開示されているように、図２（ａ）の格子パター
ンに対応するｎ（ｎは自然数）枚のマスクを用意し、ｎ
回のエッチング工程を繰り返すことによりブレーズ形状
を２ⁿ段の階段形状として近似して製作する方法も採用
することができる。この場合、ブレーズ形状を階段形状
で近似すると回折効率の低下が生じるか否かが問題にな
るが、例えばｎ＝４のとき１６段の階段形状になり、９
９％の回折効率が得られるので、実用上問題ない。

【００２９】以上説明したように、この第１実施例で
は、光束分離光学系にブレーズ化した回折光学素子を用
いているので、光源で発生された照明光を効率良く利用
することができ、それによりスループットの向上等の効
果がもたらされることになる。

【００３０】なお、上記においては、回折光学素子６
１、７１上の直線回折格子６１ａ、７１ａの配置例とし
て図２（ａ）〜（ｃ）、図３を示したが、本発明はこれ
らに限定されるものではなく、種々の変形または変更を
加えることができる。例えば、図６（ａ）に示すよう
に、回折光学素子６１上のほぼ正方形に４分割した直線
回折格子６１ｃの格子方向が境界に対しほぼ垂直または
ほぼ平行になるように配置し、それと対応して図６
（ｂ）に示すように回折光学素子７１上に直線回折格子
７１ｃを配置したり、あるいは、図７（ａ）に示すよう
に回折光学素子６１上のほぼ二等辺三角形に４分割した
直線回折格子６１ｄの格子方向が境界に対しほぼ４５°
をなすように配置し、それと対応して図７（ｂ）に示す
ように回折光学素子７１上に直線回折格子７１ｄを配置
してもよい。あるいは、図８に示すように、上記回折光
学素子６１、７１を一体化して対向する２つの面に夫々
回折面を設け、各回折面に図４の直線回折格子６１ａ、
７１ａを形成するようにしても、第１実施例と同様の効
果が得られる。また、直線回折格子６１ａ、７１ａの回
折次数を１次としたが、他の次数にしてもよい。さら
に、上記においては光源として水銀ランプ３を用いてい
るが、それ以外のもの、例えばエキシマレーザを用いる
ことができる。さらにまた、回折光学格子６１、７１の
材料として石英の代わりにそれ以外の透過率のよい光学
材料を使用し得るのは勿論である。

【００３１】図９は本発明の投影露光装置用照明光学系
の第２実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同一
の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５２
は光束分離部であり、回折光学素子６２および７２から
成る。なお、上記第１実施例では光源部１側に面積の小
さい回折光学素子６１を配置し、フライアイレンズ８側
に面積の大きい回折光学素子７１を配置したが、この第
２実施例では面積の大きい回折光学素子７２を光源部１
側に配置し、回折光学素子７２、６２間にレンズ４が配
置されるように変更している。

【００３２】回折光学素子６２は、図１０（ａ）の平面
図、（ｂ）の側面図、（ｃ）のＢ部詳細図に示すよう
に、その一方の面に境界をほぼ十字型にして配された４
つの領域には、反射型の直線回折格子６２ａが形成さ
れ、各領域の格子パターンの方向は隣接する領域間で互
いに直交するようになっている。直線回折格子６２ａの
断面形状は特定の反射回折次数、例えば＋１次に対しブ
レーズ化されている。一方、回折光学素子７２は、図１
１に示すように、その一方の面の、直線回折格子６２ａ
の４つの領域に対応する４つの分離された領域には夫
々、反射型の直線回折格子７２ａが形成され、直線回折
格子７２ａの断面形状は特定の反射回折次数、例えば−
１次に対しブレーズ化されている。さらに、回折光学素
子７２の中央付近の領域７２ｂは、回折光学素子７２の
位置における照明光束の通過範囲よりも広めにくり抜か
れている。

【００３３】次に、上記第２実施例の照明光束の流れを
図１２を用いて説明する。光源部１により形成されたほ
ぼ平行な照明光束１４は、回折光学素子７２、６２の近
傍の斜視図である図１２に示すように、回折光学素子６
２に入射される。この間、水銀ランプ３を発した光束
は、回折光学素子７２の領域７２ｂを貫通する。その
後、照明光束１４は、回折光学素子６２の直線回折格子
６２ａにより、入射された領域毎に夫々異なる方向に反
射回折され、４つの光束１５に分離される。その後、光
束１５は、回折光学素子７２の直線回折格子７２ａによ
り夫々光軸に対しほぼ平行な方向に変換され、４つの分
離した光束が形成される。これら４つに分離された光束
は、フライアイレンズ８に入射される。なお、図面の説
明の都合上、光束１４、１５の一部を省略してある。

【００３４】上記直線回折格子６２ａは、例えば第１実
施例で説明した方法を用いて石英基板上に形成し、反射
率を向上させるため、金属、例えばアルミニウムを蒸着
しておくものとする。あるいは、ほぼ平行な平面板上に
金属を蒸着し、その金属を直接ルーリングエンジンで加
工することにより直線回折格子を形成するようにしても
よい。また、回折光学素子６２、７２の材料として金属
を用いることもでき、その場合、ルーリングエンジンに
より直線回折格子を形成するだけでよい。

【００３５】この第２実施例では、光束分離光学系に２
枚の反射型回折格子を用いて光路を折り返すようにして
いるので、投影露光装置の光軸方向の長さを短縮するこ
とができる。

【００３６】なお、この第２実施例において、レンズ４
を設ける代わりに図１３に示すように回折光学素子７２
の中央部にレンズ４と同等の機能を有する透過型の回折
格子４ａを設けて、レンズ４の機能を回折光学素子７２
に付与してレンズ４を回折光学素子７２と一体化するこ
とができる。その場合、照明光学系を図１４に示すよう
に構成することにより、部品点数の削減が可能になると
ともにアライメントが容易になる。なお、この図１４の
構成の場合、透過型の回折格子４ａを形成するため、回
折光学素子７２の材料としては、石英等の光学材料が望
ましい。さらに、上記第１実施例と同様に、光源として
エキシマレーザ等の水銀ランプ３以外の光源を用いた
り、あるいは、開口絞りを配置すべき位置（フライアイ
レンズ８の直後）に４つの円形開口を有する開口絞り９
を配置したりすることができる。

【００３７】図１５は本発明の投影露光装置用照明光学
系の第３実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同
一の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５
３は光束分離部であり、回折光学素子６３、７３および
光束偏向部材１６から成る。回折光学素子６３は例えば
石英から成り、図１６（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図
に示すように、その一方の面には等間隔の直線回折格子
６３ａが形成され、その断面形状はデューティ比１：１
の矩形形状になっており、その深さｔ₁ は＋１次回折光
および−１次回折光の回折効率の合計値が最大になるよ
うに最適化されている。このとき、深さｔ₁ は、ｔ₁＝
λ／｛２（ｎ₁ −１）｝となり、＋１次回折光および−
１次回折光の回折効率の合計値は約８１％になる。ただ
し、λは光源の波長、ｎ₁ は回折光学素子６３の基板の
屈折率である。

【００３８】一方、回折光学素子７３は例えば石英から
成り、図１７（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図に示すよ
うに、その一方の面には、直線回折格子６３ａにより分
離された光束に対応する２つの分離された領域に直線回
折格子７３ａ、７３ｂが形成され、直線回折格子７３
ａ、７３ｂの格子パターンは光軸方向から見たとき直線
回折格子６３ａの格子方向と直交する方向に形成されて
いる。このとき、直線回折格子７３ａ、７３ｂの各溝の
断面形状は、直線回折格子６３ａと同様にデューティ比
１：１の矩形形状になっており、その深さｔ₂ は＋１次
回折光および−１次回折光の回折効率が互いに等しくな
るとともに最大になるように最適化されている。直線回
折格子６３ａ、７３ａ、７３ｂは、光源として水銀ラン
プ３を用いる場合、光源部１から発せられる光束の断面
形状が円形になることから、１辺の長さが光束の直径よ
りも大きい正方形領域に形成すればよい。なお、正方形
領域の代わりに円形領域としてもよいことは勿論である
が、正方形領域とした方が一般に製作が容易である。

【００３９】光束偏向部材１６は例えば石英から成り、
図１８に示すように、その一方の面には、回折光学素子
７３の直線回折格子７３ａ、７３ｂの夫々からの＋１次
光、−１次光に対応する、互いに分離された４つの領域
に等間隔の直線回折格子１６ａが形成されており、直線
回折格子１６ａの断面形状は、特定の回折次数光、例え
ば１次光に対しブレーズ化されている。

【００４０】次に、上記第３実施例の照明光束の流れを
図１９を用いて説明する。回折光学素子６３に入射され
た光束は、回折光学素子６３、７３の近傍の斜視図であ
る図１９に示すように、直線回折格子６３ａにより＋１
次光１４ａ、−１次光１４ｂおよびその他の次数の回折
光に回折される。このとき、上述したように＋１次光、
−１次光に対し直線回折格子６３ａの深さｔ₁ が最適化
されているので、入射光束の内、約４０．５％が＋１次
光１４ａに、約４０．５％が−１次光１４ｂに、残り
（約１９％）がそれ以外の次数光に分離される。＋１次
光１４ａ、−１次光１４ｂは夫々、回折光学素子７３の
直線回折格子７３ａ、７３ｂに入射される。

【００４１】直線回折格子７３ａに入射された光束は、
＋１次光１５ａ、−１次光１５ｂおよびその他の次数の
回折光に回折され、同様に、直線回折格子７３ｂに入射
された光束は、＋１次光１５ｃ、−１次光１５ｄおよび
その他の次数の回折光に回折される。これら４つの光束
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは光束偏向部材１６に
入射され、直線回折格子１６ａにより夫々光軸に対しほ
ぼ平行な光束に変換された後、フライアイレンズ８に入
射される。

【００４２】この第３実施例においては、光束分離光学
系に断面がデューティ比１：１の矩形形状を有する回折
光学素子を用いているためブレーズ化する必要がなく、
容易に製作し得るという利点を有している。よって、回
折光学素子６３、７３の製作方法としては、従来より公
知の方法、例えばフォトリソグラフィ技術およびドライ
エッチング技術により矩形形状を製作する方法を用いる
ことができる。また、回折光学素子６３、７３により回
折される＋１次光、−１次光以外の光束により損失が生
じるが、各回折格子による光の損失は約１９％であるこ
とから、総合的に見ても回折光学素子６３に入射された
光束に対し約６５％の利用効率が得られる。この利用効
率は、本発明の技術を用いずに、単に開口絞りに４つの
開口を有する絞りを設けた場合に比べ、遥かに高いもの
となる。また、回折光学素子６３により光束の径が変わ
ることはないので、最終的に同一の径の４本の光束を形
成するのであれば、照明光束が４つに波面分割される第
１実施例に比べ、光束１４の径を半分にすることがで
き、レンズ４を光源に接近させることができる。これに
より、照明光学系の全長が短縮されることになる。

【００４３】なお、この第３実施例では、光束偏向部材
としてブレーズ化した回折光学素子を用いたが、代わり
に４つの三角プリズム、ミラー等の他の部材を用いて同
様の効果を得ることができる。しかし、図１８に示すよ
うな回折光学素子を用いた方が光束偏向部材の一体的な
製作が可能になるので、アライメントが容易でかつ安価
になる。また、＋１次回折光、−１次回折光の回折効率
を等しくする回折格子の溝断面形状は上述したデューテ
ィ比１：１の矩形形状に限定されず、左右対称な台形形
状または正弦波形状とすることもできる。ただし、＋１
次回折光、−１次回折光の回折効率の合計値が最大にな
るのは、本実施例の矩形形状の場合である。

【００４４】さらに、回折光学素子６３、７３を図２０
に示すように１つの回折光学素子としてまとめることも
可能である。その場合、一方の面には直線回折格子６３
ａを形成し、他方の面には直線回折格子６３ａと直交す
る方向に直線回折格子７３ｃを形成し、直線回折格子６
３ａ、７３ｃの断面形状をデューティ比１：１の矩形形
状とし、その深さを＋１次回折光および−１次回折光の
回折効率の合計値が最大になるように最適化しておく。
このとき、１枚の回折光学素子で光束分離が行えるので
構成が簡略化され、アライメントも容易になるという利
点がある。

【００４５】図２１は本発明の投影露光装置用照明光学
系の第４実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同
一の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５
４は光束分離部であり、透過型の回折光学素子６４およ
び７４から成る。回折光学素子６４は例えば石英から成
り、図２２（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図に示すよう
に、その一方の面には等間隔等ピッチで同心のリングパ
ターン回折格子６４ａが形成されている。回折格子６４
ａの断面形状は、１次光に対しブレーズ化されている。
一方、回折光学素子７４は例えば石英から成り、図２３
（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図に示すように、その回
折面には、回折格子６４ａからの光束に対応する輪帯状
の領域に等間隔等ピッチで同心のリングパターン回折格
子７４ａが形成されている。回折格子７４ａの断面形状
は、１次光に対しブレーズ化されている。ただし、ブレ
ーズ化の方向は回折格子６４ａとは逆になっている。フ
ライアイレンズ８は、光束分離部５４により形成された
光束に対応するように輪帯状に配置されている。また、
開口絞り９には、図２４に示すようにフライアイレンズ
８に対応した輪帯状の開口が形成されている。

【００４６】上記回折光学素子６４、７４のようなブレ
ーズ化されたほぼ同心のリングパターン回折格子を製作
する方法としては、従来より公知の方法、例えば特開平
２−１１０９号公報や特公昭６３−２１１７１号公報に
開示されている方法を用いることができる。

【００４７】次に、上記第４実施例の照明光束の流れを
図２５を用いて説明する。光源部１からほぼ平行な照明
光束１４が出射され、回折光学素子６４に入射される。
回折光学素子６４に入射された照明光束１４は、回折光
学素子６４、７４の近傍の斜視図である図２５に示すよ
うに、回折光学素子６４の回折格子６４ａにより輪帯照
明光束１５に変換され、輪帯照明光束１５は、回折光学
素子７４により光軸に対しほぼ平行な方向に変換された
後、フィライアイレンズ８に入射される。このとき、フ
ライアイレンズ８の射出側の端面が２次光源の作用をな
すので、その直後に配置された開口絞り９の輪帯状の開
口を通過した光束は、コンデンサレンズ１０を介してレ
チクル１１を輪帯照明することになる。

【００４８】この第４実施例においては、光束分離光学
系にブレーズ化した回折光学素子を用いているので、光
源で発生された照明光を効率良く利用することができ、
それによりスループットの向上がもたらされる。また、
光束分離部の回折光学素子の製作が容易であり、回折光
学素子として２枚の平板を配置するだけでよいので、従
来例に比べて構成が簡略化され、アライメントが容易に
なる。

【００４９】図２６は本発明の投影露光装置用照明光学
系の第５実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同
一の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５
５は光束分離部であり、透過型の回折光学素子６５およ
び７５から成る。回折光学素子６５は、図２７（ａ）の
平面図、（ｂ）の側面図に示すように、その一方の面に
は等間隔等ピッチで同心のリングパターン回折格子６５
ａが形成されている。回折格子６４ａの断面形状はデュ
ーティ比１：１の矩形形状になっており、その深さｔ₃
は＋１次光および−１次光の回折効率が等しくかつ最大
になるように最適化されている。このとき、ｔ₃ ＝λ／
｛２（ｎ−１）｝となることは第３実施例と同様であ
る。一方、回折光学素子７５の表面には、図２８（ａ）
の平面図、（ｂ）の側面図に示すように、回折格子６５
ａからの光束に対応する輪帯状の領域に等間隔等ピッチ
で同心のリングパターン回折格子７５ａが形成されてい
る。回折格子７５ａの断面形状は、特定の回折次数光、
例えば１次光に対しブレーズ化されている。

【００５０】次に、上記第５実施例の照明光束の流れを
図２９を用いて説明する。まず、説明の簡明化のため、
光軸を含む平面内について考察する、光源部１からの光
束１４は、回折光学素子６５に入射される。このとき、
回折光学素子６５の回折格子６５ａは、同心円状のパタ
ーンになっているが、角度方向に微小な領域では直線回
折格子とほぼ等価であると言える。よって、回折光学素
子６５に入射された光束は、回折格子６５ａにより＋１
次光、−１次光およびその他の次数光に回折される。上
述したように、＋１次光および−１次光に対し回折格子
６５ａの深さｔ₃ が最適化されているので、入射光束の
内、約４０．５％が＋１次光に、約４０．５％が−１次
光に、残り（約１９％）がそれ以外の次数光に分離され
る。＋１次光および−１次光は、回折光学素子７５の回
折格子７５ａに入射され、光軸に対しほぼ平行な方向に
変換される。

【００５１】次に、全体について考察する。上述したよ
うな角度方向に微小な領域について考察すると、回折光
学素子６５、７５の近傍の斜視図である図２９に示すよ
うに、回折格子６５ａに入射された光束は＋１次光およ
び−１次光に分離されることになる。よって、この考え
を全周に展開すると、回折光学素子６５に入射された光
束１４は回折格子６５ａにより輪帯状の光束１５に変換
されることが分かる。変換された光束１５は回折光学素
子７５に入射され、回折格子７５ａにより輪帯状のまま
進行方向を変換される。なお、その後の光束の流れは第
４実施例と同様であるので説明を省略する。

【００５２】この第５実施例は、光束分離光学系にデュ
ーティ比１：１の矩形形状を有する回折光学素子を用い
ているので、製作が容易であるという利点を有してい
る。また、最終的に同一輪帯幅の光束を形成するのであ
れば、光束の径は上記第４実施例の約半分でよいので、
レンズ４を光源に接近させることができ、照明光学系の
全長の短縮が可能になる。

【００５３】図３０は本発明の投影露光装置用照明光学
系の第６実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同
一の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５
６は光束分離部であり、透過型の回折光学素子６６およ
び７６から成る。なお、上記第４、第５実施例では光源
部１側に面積の小さい回折光学素子を配置し、フライア
イレンズ８側に面積の大きい回折光学素子を配置した
が、この第６実施例では面積の大きい回折光学素子７６
を光源部１側に配置し、回折光学素子７６、６６間にレ
ンズ４が配置されるように変更している。

【００５４】回折光学素子６６は、図３１（ａ）の平面
図、（ｂ）の側面図に示すように、その一方の面に等間
隔等ピッチで同心のリングパターン回折格子６６ａが形
成され、その断面形状は、特定の反射回折次数光、例え
ば＋１次光に対しブレーズ化されている。一方、回折光
学素子７６は例えば石英から成り、図３２（ａ）の平面
図、（ｂ）の側面図に示すように、その一方の表面の輪
帯状の領域には回折格子７６ａが同心状に形成されてい
る。回折格子７６ａの断面形状は特定の反射回折次数
光、例えば−１次光に対しブレーズ化されている。さら
に、回折光学素子７６の中央付近の領域７６ｂは、回折
光学素子７６の位置における照明光束の通過範囲よりも
広めにくり抜かれている。

【００５５】次に、上記第６実施例の照明光束の流れを
図３３を用いて説明する。光源部１によりほぼ平行な照
明光束１４が形成され、回折光学素子６６に入射され
る。その間、水銀ランプ３より発せられた光束は回折光
学素子７６の領域７６ｂを貫通する。回折光学素子６６
に入射された照明光束１４は、回折光学素子６６、７６
の近傍の斜視図である図３３に示すように、回折光学素
子６６の回折格子６６ａにより反射回折され、輪帯照明
光束１５に変換される。その後、輪帯照明光束１５は、
回折光学素子７６の回折格子７６ａにより反射回折され
て光軸に対しほぼ平行な方向に変換された後、フィライ
アイレンズ８に入射される。なお、その後の光束の流れ
は第４実施例と同様であるので説明を省略する。

【００５６】ところで、この第６実施例は、図３４に示
すように光学系を変更することができる。この場合、光
束分離部を反射型の回折光学素子１６６、１６７より成
る光束分離部１５６に変更する。回折光学素子１６６
は、図３５（ａ）の平面図、（ｂ）の側面図に示すよう
に、その一方の面に等間隔等ピッチで同心のリングパタ
ーン回折格子１６６ａが形成され、その断面形状はデュ
ーティ比１：１の矩形形状になっており、その深さｔ₄
は＋１次の反射回折光および−１次の反射回折光の回折
効率が等しくかつ最大になるように最適化されている。
このとき、ｔ₄ ＝λ／４となる。ただし、λは光源の波
長である。一方、回折光学素子１７６は、図３６（ａ）
の平面図、（ｂ）の側面図に示すように、その一方の面
の輪帯状の領域に等間隔等ピッチで同心にリングパター
ン回折格子１７６ａが形成され、その断面形状は特定の
反射回折次数光、例えば１次光に対しブレーズ化されて
いる。さらに、回折光学素子１７６の中央部付近の領域
１７６ｂには、光源波長に対する図示しない反射防止膜
がコーティングされている。

【００５７】上記図３４の構成の場合、照明光束の流れ
は以下のようになる。すなわち、上記と同様にして回折
光学素子１６６に入射された照明光束１４は、回折光学
素子１６６の回折格子１６６ａにより反射回折され、反
射回折された＋１次光および−１次光により輪帯照明光
束１５が形成される。この場合の回折格子１６６ａの作
用は、透過型と反射型の相違点を除き基本的には第５実
施例と同様である。その後、輪帯照明光束１５は回折光
学素子１７６に入射されて反射回折される。反射回折さ
れた輪帯照明光束１５は光軸に対しほぼ平行に変換さ
れ、フライアイレンズ８に入射される。なお、その後の
光束の流れは第４実施例と同様であるので説明を省略す
る。

【００５８】この第６実施例では、光束分離光学系に２
枚の反射型回折光学素子を用いて光路を折り返している
ので、投影露光装置の光軸方向の長さを短縮することが
できる。

【００５９】なお、この第６実施例において、レンズ４
を設ける代わりに図３７に示すように回折光学素子７６
の中央部にレンズ４と同等の機能を有する透過型の回折
格子４ａを設けて、レンズ４の機能を回折光学素子７２
に付与してレンズ４を回折光学素子７２と一体化するこ
とができる。その場合、照明光学系の構成は図３８に示
すようになり、部品点数の削減が可能になるとともにア
ライメントが容易になる。

【００６０】図３９は本発明の投影露光装置用照明光学
系の第７実施例の構成を示す図であり、第１実施例と同
一の部分には同一符号を付けて説明を省略する。図中５
７は光束分離部であり、透過型の回折光学素子６７およ
び光束偏向部材１６から成る。回折光学素子６７は例え
ば石英から成り、図４０（ａ）の平面図、（ｂ）、
（ｃ）の側面図に示すように、その一方の面に回折格子
６７ａが形成されている。回折格子６７ａは、方眼紙の
ように縦横に等間隔の直線により区画された多数の正方
形領域において図４０で斜線を付けた正方形の部分が他
の正方形の部分よりも高さｔ_Ｓだけ高くなる構造を有
している。縦横に延在する等間隔の直線と平行な方向で
見ると、その断面形状はデューティ比１：１の矩形形状
になっており、その深さｔ_Ｓは＋１次回折光および−
１次回折光の回折効率の合計値が最大になるように最適
化されている。

【００６１】光束偏向部材１６は例えば石英から成り、
先に説明した図１８に示すように、その一方の面には、
回折光学素子６７からの＋１次光、−１次光に対応す
る、互いに分離された４つの領域に、等間隔の直線回折
格子１６ａが形成されており、直線回折格子１６ａの断
面形状は、特定の回折次数光、例えば１次光に対しブレ
ーズ化されている。

【００６２】次に、上記第７実施例の照明光束の流れを
説明する。回折光学素子６７に入射された光束は回折格
子６７ａにより回折され、図４０（ａ）のｘ方向につい
て考察すると、＋１次光、−１次光およびその他の次数
光に分離され、ｙ方向についても同様に＋１次光、−１
次光およびその他の次数光に分離される。これらの内、
ｘ，ｙ両方向の＋１次光、−１次光の合計４つの光束１
５が夫々、光束偏向部材１６に形成された４箇所の直線
回折格子１６ａに入射される。直線回折格子１６ａに入
射された光束１５は、光軸に対しほぼ平行な方向に変換
される。

【００６３】この第７実施例においては、光束分離光学
系に断面がデューティ比１：１の矩形形状を有する回折
光学素子を用いているためブレーズ化する必要がなく、
容易に製作し得るという利点を有している。よって、回
折光学素子６７を製作する方法として、従来より公知の
方法、例えばフォトリソグラフィ技術およびドライエッ
チング技術により矩形形状を製作する方法を用いること
ができる。また、回折光学素子６７により光束の径が変
わることはないので、最終的に同一の径の４本の光束を
形成するのであれば、照明光束が４つに波面分割される
第１実施例に比べ、光束１４の径を半分にすることがで
き、レンズ４を光源に接近させることができる。これに
より、照明光学系の全長が短縮されることになる。ま
た、この第７実施例においては、結果的に２つの回折面
を１つにまとめたことになるので、上記と同様に＋１次
光、−１次光を利用する第３実施例と比較すると、回折
光学素子を製作する際に、製作行程が短縮される利点が
ある。

【００６４】なお、この第７実施例では、光束偏向部材
としてブレーズ化した回折光学素子を用いたが、代わり
に４つの三角プリズム、ミラー等の他の部材を用いて同
様の効果を得ることができる。しかし、図１８に示すよ
うな回折光学素子を用いた方が光束偏向部材の一体的な
製作が可能になるので、アライメントが容易でかつ安価
になる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、照
明光束を４つに分離したり、輪帯状に変換するために、
回折光学素子を用いているので、構成が簡略化され、機
械的な信頼性が向上する。また、回折格子の製作には公
知の方法を用いることができるので、実現が容易であ
る。さらに、照明光束を高い効率で利用することがで
き、光源光の利用効率が高まる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置用照明光学系の第１実施
例の構成を示す図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々、回折光学素子
６１を示す平面図、側面図、Ａ部詳細図である。

【図３】回折光学素子７１を示す平面図、側面図であ
る。

【図４】回折光学素子６１、７１の近傍の斜視図であ
る。

【図５】回折光学素子６１、７１の製作方法を説明する
ための図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は回折光学素子６１、７１の他
の構成例を示す図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は回折光学素子６１、７１の他
の構成例を示す図である。

【図８】回折光学素子６１、７１の他の構成例を示す図
である。

【図９】本発明の投影露光装置用照明光学系の第２実施
例の構成を示す図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々、回折光学素
子６２を示す平面図、側面図、Ｂ部詳細図である。

【図１１】回折光学素子７２を示す平面図である。

【図１２】回折光学素子６２、７２の近傍の斜視図であ
る。

【図１３】回折光学素子７２の他の構成例を示す図であ
る。

【図１４】図１３に対応する投影露光装置用照明光学系
の構成を示す図である。

【図１５】本発明の投影露光装置用照明光学系の第３実
施例の構成を示す図である。

【図１６】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子６３を
示す平面図、側面図である。

【図１７】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子７３を
示す平面図、側面図である。

【図１８】光束偏向部材１６を示す平面図である。

【図１９】回折光学素子６３、７３の近傍の斜視図であ
る。

【図２０】回折光学素子６３、７３の他の構成例を示す
図である。

【図２１】本発明の投影露光装置用照明光学系の第４実
施例の構成を示す図である。

【図２２】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子６４を
示す平面図、側面図である。

【図２３】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子７４を
示す平面図、側面図である。

【図２４】開口絞り９を示す平面図である。

【図２５】回折光学素子６４、７４の近傍の斜視図であ
る。

【図２６】本発明の投影露光装置用照明光学系の第５実
施例の構成を示す図である。

【図２７】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子６５を
示す平面図、側面図である。

【図２８】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子７５を
示す平面図、側面図である。

【図２９】回折光学素子６５、７５の近傍の斜視図であ
る。

【図３０】本発明の投影露光装置用照明光学系の第６実
施例の構成を示す図である。

【図３１】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子６６を
示す平面図、側面図である。

【図３２】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子７６を
示す平面図、側面図である。

【図３３】回折光学素子６６、７６の近傍の斜視図であ
る。

【図３４】第６実施例の投影露光装置用照明光学系の他
の構成を示す図である。

【図３５】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子１６６
を示す平面図、側面図である。

【図３６】（ａ）、（ｂ）は夫々、回折光学素子１７６
を示す平面図、側面図である。

【図３７】回折光学素子７６の他の構成例を示す図であ
る。

【図３８】図３７に対応する投影露光装置用照明光学系
の構成を示す図である。

【図３９】本発明の投影露光装置用照明光学系の第７実
施例の構成を示す図である。

【図４０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は夫々、回折光
学素子６７を示す平面図および側面図である。

【図４１】回折光学素子６７の作用を示す平面図であ
る。

【図４２】従来技術を説明するための図である。

【図４３】従来技術を説明するための図である。

【図４４】従来技術を説明するための図である。

【図４５】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１光源部２楕円鏡３水銀ランプ４レンズ８フライアイレンズ９開口絞り１０コンデンサレンズ１１レチクル１２結像投影系１３ウエハ５１光束分離部６１回折光学素子６１ａ直線回折格子７１回折光学素子７１ａ直線回折格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−225514（ＪＰ，Ａ) 特開平５−188577（ＪＰ，Ａ) 特開平５−326366（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−294202（ＪＰ，Ａ) 特開平６−310396（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G02B 27/42 G03F 7/20 521

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光束を分離する光束分離光学
系と、該光束分離光学系により分離された光束をレチク
ル上へ導くコンデンサ光学系とを有する投影露光装置用
照明光学系において、前記光束分離光学系が、前記光源からの光束を４つに分
離する回折格子パターンを有する第１の回折光学手段
と、前記第１の回折光学手段により生じた４つの光束に対応
する位置に配置され、回折格子パターンを有する第２の
回折光学手段とを具えることを特徴とする投影露光装置
用照明光学系。
【請求項２】前記第１の回折光学手段の回折格子パタ
ーンは直線格子パターンであって、該直線格子パターン
は境界をほぼ十字型になすように配されるとともにほぼ
等間隔の格子ピッチを有する４つの直線格子パターンで
あり、互いに隣合う直線格子パターンの格子方向がほぼ
直交するようにしたことを特徴とする、請求項１記載の
投影露光装置用照明光学系。
【請求項３】前記第１の回折光学手段は、ｍ_１、ｍ
_２、ｍ_３を任意の自然数としたとき、＋ｍ_１次回折
光および−ｍ_１次回折光の回折効率がほぼ等しくなる
溝断面形状の直線格子パターンを有する第１の回折光学
面と、前記第１の回折光学面から光軸方向に離間して配されて
前記第１の回折光学面による前記＋ｍ_１次回折光を入
射される領域であって、＋ｍ_２次回折光および−ｍ_２
次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ
前記第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方
向の直線格子パターンを有する第１の回折領域と、前記
第１の回折光学面による前記−ｍ_１次回折光を入射さ
れる領域であって、＋ｍ_３次回折光および−ｍ_３次回
折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ前記
第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方向の
直線格子パターンを有する第２の回折領域とを具える第
２の回折光学面との２つの回折光学面を具備して成るこ
とを特徴とする、請求項１記載の投影露光装置用照明光
学系。
【請求項４】前記第１の回折光学手段は、深さを異な
らせたほぼ正方形の領域を互い違いに市松模様に配され
た回折光学素子を有することを特徴とする、請求項１記
載の投影露光装置用照明光学系。
【請求項５】光源からの光束を輪帯光束に変換する光
束分離光学系と、該光束分離光学系により変換された輪
帯光束をレチクル上へ導くコンデンサ光学系とを有する
投影露光装置用照明光学系において、前記光束分離光学系が、同心リング格子パターンを有す
る回折光学手段を具えることを特徴とする投影露光装置
用照明光学系。
【請求項６】前記回折光学手段の前記同心リング格子
パターンは、格子ピッチがほぼ等間隔であるとともに前
記回折光学手段に入射される前記光源からの光束の波長
に対し溝断面形状がブレーズ化されていることを特徴と
する、請求項５記載の投影露光装置用照明光学系。
【請求項７】前記回折光学手段は、ｍ_１を任意の自
然数としたとき、前記同心リング格子パターンの格子ピ
ッチがほぼ等間隔であるとともに＋ｍ_１次回折光およ
び−ｍ_１次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面
形状の回折光学素子を有することを特徴とする、請求項
５記載の投影露光装置用照明光学系。
【請求項８】光源からの光束を分離する光束分離光学
系と、該光束分離光学系により分離された光束をレチク
ル上へ導くコンデンサ光学系とを有する投影露光装置用
照明光学系において、前記光束分離光学系が、前記光源からの光束を４つに分
離する直線格子パターンを有する回折光学手段を具え、前記回折光学手段は、ｍ_１、ｍ_２、ｍ_３を任意の自
然数としたとき、＋ｍ_１次回折光および−ｍ_１次回折
光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状の直線格子パ
ターンを有する第１の回折光学面と、前記第１の回折光学面から光軸方向に離間して配されて
前記第１の回折光学面による前記＋ｍ_１次回折光を入
射される領域であって、＋ｍ_２次回折光および−ｍ_２
次回折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ
前記第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方
向の直線格子パターンを有する第１の回折領域と、前記
第１の回折光学面による前記−ｍ_１次回折光を入射さ
れる領域であって、＋ｍ_３次回折光および−ｍ_３次回
折光の回折効率がほぼ等しくなる溝断面形状でかつ前記
第１の回折光学面の格子方向とほぼ直交する格子方向の
直線格子パターンを有する第２の回折領域とを具える第
２の回折光学面との２つの回折光学面を具備して成るこ
とを特徴とする、投影露光装置用照明光学系。
【請求項９】前記第１の回折光学手段および前記第２
の回折光学手段の回折格子パターンは、断面形状がブレ
ーズ形状または該ブレーズ形状を階段形状に近似した形
状であることを特徴とする、請求項１記載の投影露光装
置用照明光学系。