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JPH04225214A - 照明光学装置および投影露光装置並びに露光方法および素子製造方法 - Google Patents

照明光学装置および投影露光装置並びに露光方法および素子製造方法

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Publication number
JPH04225214A
JPH04225214A JP2407624A JP40762490A JPH04225214A JP H04225214 A JPH04225214 A JP H04225214A JP 2407624 A JP2407624 A JP 2407624A JP 40762490 A JP40762490 A JP 40762490A JP H04225214 A JPH04225214 A JP H04225214A
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JP
Japan
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optical
optical integrator
integrator
size
light source
Prior art date
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Application number
JP2407624A
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English (en)
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Inventor
Yuji Kudo
工藤祐司
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Priority to US07/811,665 priority patent/US5237367A/en
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Application granted granted Critical
Publication of JP3360686B2 publication Critical patent/JP3360686B2/ja
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • 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
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G03F7/70183—Zoom systems for adjusting beam diameter

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造用の露光装置
に好適な照明光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＳＩや超ＬＳＩ等の極微細パタ
ーンからなる半導体素子の製造に縮小投影型露光装置が
使用されており、より一層微細なパターンを転写するた
めに多大の努力が続けられている。このようなパターン
の微細化に対応するために、露光光の短波長化と共に、
投影光学系の開口数（以下、ＮＡと略称する。）の増大
が図られてきており、ＮＡ＝０．５　を越える投影光学
系も実現されてきている。
【０００３】そして、このように大きなＮＡを有する投
影光学系を用いた実際の投影露光においては、照明条件
を最適化することが重要となっている。このために、投
影光学系のＮＡに対する照明光学系のＮＡの比に相当す
る所謂σ値の調節によって、所定のパターンについての
解像力とコントラストとの適切なバランスを得るように
両光学系のＮＡの比を調整することが、例えば特開昭５
９−１５５８４３　号公報等により提案されている。
【０００４】この提案されている装置では、照明光学系
における２次光源像が形成されるフライアイレンズの射
出側の位置に開口部が可変な可変開口絞りを配置し、こ
の可変開口絞りの開口部の大きさを変化させて、光源像
の大きさを制御していた。すなわち、σ値は投影光学系
の瞳の大きさに対する投影光学系の瞳上に形成される照
明光学系の光源像の大きさの比に対応する。このため、
実際に形成される光源像の遮光の度合いを変化させて、
光源像の大きさを可変とすることにより、実質的に照明
光学系のＮＡを変化させていた。これにより、投影露光
するパターンの微細化の程度に応じて、所定のパターン
についての解像力とコントラストとが最適状態となるよ
うに照明条件の最適化、すなわちσ値の最適化を図って
いた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、この種の照明
光学装置では、微細なパターンの露光焼付に際のスルー
プットを向上させるために、被照射面（マスクあるいは
レチクル）上では、より高い照度が要求される。ところ
が、上記の従来の装置においては、投影露光するパター
ンの微細化の程度に応じて、所定のパターンについての
解像力とコントラストとが最適状態となるような照明条
件としてのσ値の最適化を達成するために、可変開口絞
りの開口部の大きさを小さくした場合には、２次光源像
の周辺部が可変開口絞りにより遮光されて光量損失が大
きくなる。つまり、σ値を最大とした時（可変開口絞り
の口径を最大とした時）には、被照射面（マスクあるい
はレチクル）上で最大の照度が得られるものの、その値
よりも小さくした時（可変開口絞りの口径を小さくした
時）には、被照射面上での照度の低下が生じるため、ス
ループットの低下を免れないという致命的な欠点があっ
た。
【０００６】本発明は上記の欠点を克服して、σ値を変
化させた際にも常に光量損失によるスループットの低下
を招くことなく、照射光の有効利用を図って効率良く被
照射面へ導き、より高い照度で均一に照射できる高性能
な照明光学装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１図に示し
た如く、平行光束を供給するための平行光束供給手段と
、該平行光束供給手段からの光束によって複数の２次光
源を形成するための第１オプティカルインテグレータ２
０と、該複数の２次光源Ａからの光束を集光する第１集
光光学系（第１コンデンサーレンズ４）と、該第１集光
光学系によって集光された複数の光束からより複数の３
次光源Ｃを形成するための第２オプティカルインテグレ
ータ５と、該第２オプティカルインテグレータ４により
形成された複数の３次光源Ｂからの光束を集光して被照
射面Ｒを重畳的に照明する集光光学系（第２コンデンサ
ーレンズ７）とを有する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２０または前記第１集光
光学系４を焦点距離可変に構成し、該第１オプティカル
インテグレータ２０または前記第１集光光学系４の焦点
距離を変化させることにより、被照射領域Ｒの大きさを
一定に保ちながら、前記複数の３次光源Ｃの大きさを可
変とするようにしたものである。
【０００８】
【作用】図９には、本発明の構成の前提となる照明光学
系のレンズ構成及び光路図を示している。図９に示す如
く、レーザ等の光源１からの平行光束は、第１オプティ
カルインテグレータ２によりこれの射出側Ａに多数の２
次光源が形成され、この位置に固定開口絞り３が設けら
れている。そして、２次光源からの多数の光束は、第１
コンデンサーレンズ４により第２オプティカルインテグ
レータ５の入射面上を重畳的に照射する。その後、第２
オプティカルインテグレータ５によりこれの射出側によ
り多数の３次光源が形成され、この位置に可変開口絞り
６が設けられている。この３次光源らの多数の光束は、
第２コンデンサーレンズ７により被照射面（レチクル）
Ｒを重畳的に照明し、より均一な照明がなされる。そし
てレチクルＲ上の所定のパターンが投影対物レンズ８に
よってウエハＷ上に転写される。このような照明装置に
より、投影レンズ８の瞳Ｐ上に３次光源像が形成される
、所謂ケーラー照明が達成される。
【０００９】図９の照明装置において、上述の如きσ値
を変更するには、３次光源が形成される位置に設けられ
た可変開口絞り６の口径を点線で示す如く絞り込んで、
光束の一部を遮光することにより達成することができる
。しかしながら、光量損失を招くため、最適なσ値のも
とで効率の良い照明を行うことは不可能である。そこで
、本発明は、σ値が投影対物レンズの瞳上に形成される
照明光学系の光源像の大きさと投影対物レンズの瞳の大
きさの比に対応するため、光量損失を全く招くことなく
照明光学系の光源像の大きさ変化させることに着目した
。そして、複数の２次光源を形成する第１オプティカル
インテグレータを変倍系、あるいは第１コンデンサーレ
ンズを変倍系で構成し、被照射領域の大きさを一定に保
ちながら、第２オプティカルインテグレータによって形
成される３次光源の大きさを可変とすることにより、照
射光の光量損失を全く招くことなく被照射領域をより均
一かつ高効率で照射しながら、σ値を変化させることが
原理的に可能となった。
【００１０】
【実施例】図１は本発明による露光用照明装置の原理的
な光学構成を示す光路図であり、（Ａ）は第１オプティ
カルインテグレータ２０の最短焦点距離状態、（Ｂ）は
第１オプティカルインテグレータ２０の最長焦点距離状
態を示している。図１に示す如く、エキシマレーザ等の
レーザ光源１（平行光束供給手段）からの矩形状の光束
断面形状を有する平行光束は、変倍機能を有する第１オ
プティカルインテグレータ２０に入射する。第１オプテ
ィカルインテグレータ２０は、第１光学素子群２１及び
第２光学素子群２２とを有し、後述する３次光源の大き
さを可変にするために、双方の光学素子群２１，　２２
とも相対的間隔が変化するように光軸方向に移動可能に
設けられている。この第１及び第２光学素子群２１，２
２　とも並列的に配置された複数の棒状レンズ素子２１
０，２２０　から成っている。
【００１１】このように、上記の第１オプティカルイン
テグレータ２０の構成によってレーザ光源１からの平行
光束は、第１及び第２光学素子群２１，２２　での個々
のレンズ素子２１０，２２０　の集光作用を受けてこの
レンズ素子と同数の集光点を形成し、第１オプティカル
インテグレータ２０の射出側に実質的に面光源（２次光
源）Ａを形成する。 ここでは、レーザ光源を用いているため光源１からの光
束はほぼ完全にコリメートされており、面Ａ上に形成さ
れている個々の集光点には実質的に大きさがないと考え
られる。
【００１２】第１オプティカルインテグレータ２０中の
第１及び第２光学素子群２１，２２　を構成する個々の
レンズ素子２１０，２２０　は、図２の斜示図に示す如
く、光束断面形状に対応して断面が四角形でその入射側
に凸レンズ面２１０ａ，２２０ａ　を有し、射出側には
平面２１０ｂ，２２０ｂ　を有している。図３は第１オ
プティカルインテグレータの光路図を示しており、（Ａ
）は第１オプティカルインテグレータ２０の最短焦点距
離状態、（Ｂ）は第１オプティカルインテグレータ２０
の最長焦点距離状態を示している。図示の如く、互いに
対向する２つのレンズ素子２１０，２２０　の合成の後
側焦点位置２０Ｆ　は変倍した際にも不変で常に射出側
の空間内にある。従って、第１オプティカルインテグレ
ータ２０によって形成される実質的面光源Ａは、変倍し
た際にも常に位置及び大きさを変えることなく第１オプ
ティカルインテグレータ２０の射出側空間内の面Ａ上に
存在する。このため、強力な出力を持つエキシマレーザ
等のレーザ光の集光に伴う熱によって第１オプティカル
インテグレータ２０が破壊されるのが防止されている。
【００１３】特に、ズームオプティカルインテグレータ
２０中の第１光学素子群２１を構成するレンズ素子２１
０　が入射側面２１０ａにレンズ面を、射出側２１０ｂ
に平面を有する形状は、球面収差の発生をより小さく抑
え、この球面収差の起因により後述する第２オプティカ
ルインテグレータの入射面にて発生する歪曲収差の発生
を軽減させることが可能となる。これにより、３次光源
にて生ずる周辺光量を低下を抑えることが可能となる。 逆に、この棒状素子２１０　の入射側面に平面を、射出
側にレンズ面となるように構成すると、発散角を持つ光
束や棒状素子２０ａ　の僅かな倒れによる被照射面での
照明状態への悪影響や、また迷光が発生するため好まし
くない。
【００１４】なお、本実施例では第２光学素子群２２を
構成する個々のレンズ素子２２０　の入射側面にレンズ
面を、射出側に平面を有しているが、この射出側面にレ
ンズ作用を持たせることも可能である。図１に示した如
く、ズームオプティカルインテグレータ２０によって形
成される実質的面光源（２次光源）Ａは、これが形成さ
れる位置Ａまたはその近傍に設けられて所定形状の開口
部を有する固定開口絞り３によりこの面光源Ａを所定の
大きさに設定し、この実質的面光源（２次光源）Ａから
の光束は、第１コンデンサーレンズ４により平行光束化
されて、固定の第２オプティカルインテグレータ６へ導
かれる。ここで、第１のズームオプティカルインテグレ
ータ２０の各レンズ素子２１０，２２０　による複数の
集光点（２次光源）Ａからの光束が、第２の固定オプテ
ィカルインテグレータ６の入射側面Ｂ上を重畳的に照射
する。
【００１５】この第２オプティカルインテグレータ６は
、並列的に配置された複数のレンズ素子から構成されて
おり、図４に示す如く、四角形の棒状レンズ素子５０が
複数束ねられて構成されたものである。そして、各棒状
レンズ素子５０の入射側面５０ａ　及び射出側面５０ｂ
　は凸レンズ面に構成されており、個々の棒状レンズ素
子５０の射出側面、即ち後側焦点位置に集光点が形成さ
れ、この点に光源像が形成される。従って、第２オプテ
ィカルインテグレータ全体として見れば、これの射出側
（後側焦点位置）に多数の集光点が形成され、これは第
１オプティカルインテグレータ２の内の一方の光学素子
群２１（２２）の棒状レンズ素子の数２１０（２２０）
と、第２オプティカルインテグレータを構成する棒状レ
ンズ素子５０の数との積に相当する数の集光点が形成さ
れ、この面Ｃ上により均一な面光源（３次光源）が形成
される。
【００１６】なお、第１コンデンサーレンズ４と第２オ
プティカルインテグレータの入射側面５０ａ１を含めた
系に関して、複数の集光点が形成される２次光源として
のＡ面と、複数の集光点が形成される３次光源としての
第２オプティカルインテグレータ５の射出側面Ｃとが共
役に構成されている。また、本実施例では３次光源を第
２オプティカルインテグレータ５の射出側面に形成して
いるが、レンズ素子面あるいは内部での強い強度の光の
集光によるレンズの破壊を避けるために、第２オプティ
カルインテグレータ５の棒状レンズ素子５０の射出側面
５０ｂ　のレンズ作用を弱めて等の手法により３次光源
を第２オプティカルインテグレータ２の射出側空間に形
成することが可能であることは言うまでもない。
【００１７】以上の如く、第２オプティカルインテグレ
ータ５の構成によって、形成される実質的面光源（３次
光源）Ｃの大きさは、第２オプティカルインテグレータ
２の移動に伴う変倍により変化する。このため、実質的
面光源（３次光源）が形成される位置Ｃまたはそれの近
傍には、口径が可変で所定形状の開口部を有する可変開
口絞り６が設けられており、この可変開口絞り６は、こ
の実質的面光源（３次光源）Ｃの大きさの変化に伴い口
径が適切の大きさに変化する機能を有する。そして、可
変開口絞り６により適切な大きさに設定された実質的面
光源（３次光源）Ｃからの光束は、第２コンデンサーレ
ンズ７（第２集光光学系）により平行光束化されて、被
照射面としてのレチクル（マスク）Ｒ上へ導かれ、第２
オプティカルインテグレータ５の各棒状レンズ素子５０
による複数の集光点（３次光源）Ｃからの光束が、レチ
クルＲ上を重畳的に照射し、極めて均一な照明がなされ
る。
【００１８】このレチクルＲには、所定の回路パターン
が形成されており、投影レンズ８に関してこのレチクル
Ｒと共役な位置に配置されたウエハＷ上にレチクルＲ上
の所定の回路パターンの像が投影される。一般には微細
なパターンの露光焼付けに際して、投影対物レンズのＮ
Ａを大きくすると限界解像力が良くなる反面焦点深度が
浅くなり、逆にＮＡを小さくすると限界解像力が悪化す
る反面焦点深度が深くなる。このため、これに対応する
ために、投影レンズ８の瞳位置Ｐには口径が可変な可変
開口絞り８ａが設けられている。従って、これの口径を
適宜変化させることにより、露光焼付けすべき所定の最
小線幅パターンに最適な口径に設定され、比較的大きな
焦点深度を維持しつつ微細パターンをより鮮明にウエハ
上に転写することが可能となる。
【００１９】なお、３次光源が形成される位置Ｃに設け
られた照明光学系の可変開口絞り６と投影対物レンズ８
の瞳位置Ｐに設けられた可変開口絞り８ａは互いに共役
に構成されている。また、第１オプティカルインテグレ
ータ２０により形成される２次光源Ａからの多数の光束
が重畳する位置、すなわち第２オプティカルインテグレ
ータ２０の入射側面（第２オプティカルインテグレータ
の前側焦点位置）Ｂは、第２オプティカルインテグレー
タの射出側のレンズ面５０ｂ　と第２コンデンサーレン
ズ７に関して、レチクル（被照射面）Ｒと共役に構成さ
れている。
【００２０】以上の如き本発明の基本構成において、第
１オプティカルインテグレータ２０の焦点距離が最小の
状態の時には、第２オプティカルインテグレータ５の入
射面Ｂを重畳的に照射する光束は、この第２オプティカ
ルインテグレータ５の入射面Ｂのほぼ全体をカバーする
の大きさ（光束径または光束幅）に形成されている。そ
して、第１オプティカルインテグレータ２０を最小焦点
距離状態から最大焦点距離状態へ変倍は、図１及び図３
に示す如く、第１オプティカルインテグレータ２０を構
成する正の屈折力の第１光学素子群２１を光源側へ、正
の屈折力の第２光学素子群２２を被照射面側へ移動させ
る。これによって、第１オプティカルインテグレータ２
０の射出側空間Ａに形成される実質的な面光源（２次光
源）の大きさ及び位置を変化させることなく射出角が変
化し、変倍が達成される。そして、第２オプティカルイ
ンテグレータ５の入射面Ｂを重畳的に照射する光束の大
きさは変化し、第２オプティカルインテグレータ５の棒
状レンズ素子５０を少なくとも２つ以上含む大きさ（光
束径または光束幅）に形成される。このように変倍が達
成されると、２次光源と共役な位置、すなわち第２オプ
ティカルインテグレータ５の射出面Ｃに形成されるより
複数の実質的面光源（３次光源）の位置を変化させるこ
となく、大きさのみを効率良く変化させることか可能と
なる。その結果、図１に示す如く、第１オプティカルイ
ンテグレータ２０の焦点距離の最小状態から最大状態へ
の変倍によって、照明光学系の開口数がＮＡ＝ｓｉｎ　
θＷ　からＮＡ＝ｓｉｎθＴ　へ変化し、照明光学系の
実質的な開口数ＮＡは小さくなる。
【００２１】この様に、第１オプティカルインテグレー
タ２０に変倍機能を持たせることによって、レチクル（
被照射面）Ｒでの照射領域を変化させることなく、この
レチクルＲを照射する照明光学系からの光束の実質的な
開口数（ＮＡ）の変更が達成され、高い照明効率を維持
させながら最適なσ値に変更することが可能となる。ま
た、図５に示す如く、第１オプティカルインテグレータ
２０を構成する第１光学素子群２１及び第２光学素子群
２２にそれぞれ正の屈折力，負の屈折力を持たせても良
い。図５における（Ａ）は第１オプティカルインテグレ
ータ２０の最短焦点距離状態、（Ｂ）は第１オプティカ
ルインテグレータ２０の最長焦点距離状態を示している
。この時、第１光学素子群２１は、断面が四角形でその
入射側に凸レンズ面２１０ａを、射出側には平面２１０
ｂを有しており、第２光学素子群２３は、断面が四角形
でその入射側に平面２３０ａを、射出側には凹レンズ面
２３０ｂを有している。この構成による第１オプティカ
ルインテグレータ２０を最大焦点距離状態から最小焦点
距離状態に変倍する際には、第１光学素子群２１と第２
光学素子群２２との相対間隔が拡大するように両者がと
もに被照射面側へ移動する。これにより、第１オプティ
カルインテグレータ２０の射出側空間に形成される多数
の集光点（２次光源）Ａの位置及び大きさを変化させる
ことなく、不図示の第２オプティカルインテグレータ５
の射出側に形成される多数の集光点より形成される実質
的な面光源（３次光源）Ｃの位置を変えることなく、こ
れの大きさのみを変化させることが可能となる。その結
果、被照射面をより均一かつ高い照度に維持しながら最
適なσ値に変更することが可能となる。
【００２２】なお、不図示ではあるが、変倍機能を有す
る第１オプティカルインテグレータ２０を構成する第１
光学素子群２１及び第２光学素子群２２にそれぞれ負の
屈折力，正の屈折力を持たせても良い。さらには、第１
オプティカルインテグレータ２０を構成する光学素子群
は原理的に２群構成で変倍機能を十分に持たせることが
可能であるが、これを３群以上の構成にしても良い。
【００２３】以上においては、主に光学的構成について
説明したが、次に、最適なσ値の設定についての動作を
図１を参照しながら説明する。露光焼付けを行うべき最
小線幅、投影対物レンズ８の焦点深度、σ値あるいは照
明光学系の開口数ＮＡと投影対物レンズの開口数ＮＡ等
の情報を入力手段１１に入力すると、この入力手段１１
のメモリー部に格納される一方、これらの情報が不図示
の表示部等のＣＲＴモニターにこれらの情報が表示され
る。 次に、入力手段１１のメモリー部に格納された情報が制
御手段１２へ出力され、この制御手段１２内部のＣＰＵ
によって、投影対物レンズのＮＡが最適値となるように
、可変開口絞り８ａの最適な口径の大きさに見合う口径
の変化量が算出される。また、制御手段１２内部のＣＰ
Ｕは、投影対物レンズの最適なＮＡ値に基づいて、第２
オプティカルインテグレータ６により形成される最適な
３次光源像Ｃの大きさを算出すると共に、これに見合う
第１のズームオプティカルインテグレータ２０を構成す
る第１光学素子群２１及び第２光学素子群２２の適切な
変倍量、即ち移動量を算出する。
【００２４】次に、制御手段１２は、投影対物レンズ８
の可変開口絞り８ａを適切な大きさの口径に変化される
旨を第２口径可変手段１５へ指令し、照明光学系の可変
開口絞り６を適切な大きさの口径に変化される旨を第１
口径可変手段１４へ指令すると共に、３次光源像Ｃが最
適な大きさとなるように，第１のズームオプティカルイ
ンテグレータ２０を構成する第１光学素子群２１及び第
２光学素子群２２をそれぞれ移動させる旨を駆動手段１
３へ指令する。駆動手段１３には、モータ等を含む駆動
部の他に、第１光学素子群２１及び第２光学素子群２２
の変位位置を検知するエンコーダ等の変位検出器が内蔵
されており、また第１口径可変手段１４及び第２口径可
変手段１５もモータ等を含む駆動部の他に、口径の大き
さを検知できる口径変位検出器が内蔵されている。従っ
て、制御手段１２からの出力により、投影対物レンズ８
の可変開口絞り８ａ及び照明光学系の可変開口絞り６の
口径の大きさが正確に設定されると共に、第１のズーム
オプティカルインテグレータ２０の変倍が正確に行われ
る。よって、第２オプティカルインテグレータ５により
形成される３次光源像Ｃの大きさと、投影対物レンズ８
の瞳Ｐの大きさが適切に設定されため、高い照明効率状
態のもとで所望の最適なσ値での露光焼付けが可能とな
る。
【００２５】このように、高い照明効率のもとで、適切
なσ値に変更できるため、スループットの低下を招くこ
となく、焼付けるべきパターンの最小線幅及び焦点深度
に応じた最適な照明状態での照明が達成できる。なお、
図１に示した入力手段１１は、入力された最小線幅のみ
の情報から適切なσ値を算出し、このσ値の算出結果に
基づいて制御手段１２は投影レンズ８の可変開口絞り８
ａ及び照明光学系の可変開口絞り６の絞り量を算出する
と共に、第１のズームオプティカルインテグレータ２０
の変倍のための第１及び第２光学素子群の移動量を算出
して、投影レンズ８の可変開口絞り８ａの口径、照明光
学系の可変開口絞り６の口径及びズームオプティカルイ
ンテグレータ２０の移動量を制御しても良い。
【００２６】また、例えばウエハ上での最小線幅等の情
報が盛り込まれたバーコード等のマークがレチクルＲの
照射領域外に刻印されたレチクルＲを用いた場合、この
マークを検知するマーク検知手段を適切な箇所に設け、
マーク検知手段により出力された情報に基づいて、制御
手段１２が投影レンズ８の可変開口絞り８ａの口径、照
明光学系の可変開口絞り６の口径及びズームオプティカ
ルインテグレータ２０の移動量を制御するようにしても
良い。 さらには、ズームオプティカルインテグレータ２０の移
動に連動して照明光学系の開口絞り６の口径が変化する
ように電気的または機械的な連動機構を設けても良い。 また、開口部の口径の大きさが変化する照明光学系の可
変開口絞り６の代わりに、円形形状等を有する基板上に
互いに異なる口径を有する開口部を円周方向に複数設け
、σ値を変更する際に、この基板を回転させるターレッ
ト式（レボルバー式）の可変開口絞りとしても良い。
【００２７】次に、本発明による別の実施例について図
６を参照しながら説明する。図６の（Ａ）は第１コンデ
ンサーレンズ４０の最小焦点距離状態、（Ｂ）は第１コ
ンデンサーレンズ４０の最小焦点距離状態を示している
。なお、図１に示した同一の機能を持つ部材については
同一の符号を付してある。本実施例において図１に示し
た実施例と異なる所は、変倍機能を持つ第１オプティカ
ルインテグレータを固定のオプティカルインテグレータ
とし、第１コンデンサーレンズを変倍系とした点である
。
【００２８】まず、第１オプティカルインテグレータ２
は、図７の斜示図に示す如く、断面が四角形でその入射
側に凸レンズ面２００ａを有し、射出側には平面２００
ｂを有している。そして、図８の断面光路図に示す如く
、実質的面光源Ａは、第１オプティカルインテグレータ
２の射出側空間（後側焦点位置２００Ｆ）の面Ａ上に存
在する。このため、強力な出力を持つエキシマレーザ等
のレーザ光の集光に伴う熱によって第１オプティカルイ
ンテグレータ２が破壊されるのが防止されている。
【００２９】変倍機能を有する第１コンデンサーレンズ
４０は、正の屈折力の第１レンズ群４１，　正の屈折力
の第２レンズ群４２，　正の屈折力の第３レンズ群４３
を有しており、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、第
１コンデンサーレンズ４０の最小焦点距離状態から最大
焦点距離状態への変倍に際して、第１レンズ群４１が光
源側へ移動し、第２レンズ群４２及び第３レンズ群４３
が互いに異なる移動量で被照射面側へ移動する。これに
より、第１オプティカルインテグレータ２で形成される
多数の２次光源からの光束は、第２オプティカルインテ
グレータ４の入射面Ｂを重畳的に照射する位置を変える
ことなく照射領域の大きさを変化させることができるの
で、第２オプティカルインテグレータ４により形成され
る実質的面光源（３次光源）Ｃの位置を変えることなく
大きさのみを可変にすることが可能となる。
【００３０】従って、本実施例によれば、第１オプティ
カルインテグレータにより形成される２次光源Ａの位置
及び大きさを変化させることなく、第２オプティカルイ
ンテグレータにより形成される３次光源の大きさのみを
コントロールできる。その結果、図６に示す如く、第１
コンデンサーレンズ４０の焦点距離の最小状態から最大
状態への変倍によって、照明光学系の開口数がＮＡ＝ｓ
ｉｎθＷ　からＮＡ＝ｓｉｎ　θＴ　へ変化し、照明光
学系の実質的な開口数ＮＡは小さくなり、第１実施例と
同様な効果を達成することが可能となる。なお、変倍機
能を有する第１コンデンサーレンズ４０を変倍した際に
も常に、第１コンデンサーレンズ４０の前側焦点位置に
２次光源Ａが、後側焦点位置には第２オプティカルイン
テグレータの入射面（前側焦点位置）Ｂが位置するよう
に第１コンデンサーレンズ４０が構成されている。また
、変倍機能を有する第１コンデンサーレンズ４０を構成
する各レンズ群は、３群以上の構成にしても良く、さら
には正・負の屈折力を持つレンズ群を適宜組み合わせて
構成しても良い。
【００３１】なお、最適なσ値の自動設定は、第１実施
例で述べた如き手法により達成できるため、説明を省略
する。また、図１及び図６に示した本発明による各実施
例とも、第１オプティカルインテグレータ２，２０の射
出側空間に形成される２次光源の大きさを規定する開口
絞り３は原理的に固定絞りで構成することができるが、
光量調節のためにこの開口絞り３の口径を可変にするこ
とも可能である。さらに、本実施例では平行光束供給手
段として平行光束を供給するレーザ等の光源を用いたが
、これに限ることなく、高圧水銀アーク灯等からの光束
を楕円鏡で集光し、その後コリメータレンズで平行光束
化したものを用いても良いことは言うまでもない。また
、各オプティカルインテグレータを構成する棒状レンズ
素子の断面形状を適宜、円形、多角形にすることも可能
である。
【００３２】また、第１オプティカルインテグレータと
第１コンデンサーレンズとを同時にズーム化することも
可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、光量損失
を招くことなく、高い照度で被照射面を均一に照射する
ことができるので、露光焼付けを行うべき最小線幅，焦
点深度に応じて、最適なσ値に設定した際にも、スルー
プットの低下を全く招くことが全くない高性能な照明光
学装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明による第１実施例の構成及び光路図を
示す図である。
【図２】は本発明による第１実施例の第１オプティカル
インテグレータを構成するレンズ素子の様子を示す斜示
図である。
【図３】は本発明による第１実施例の第１オプティカル
インテグレータの光路図である。
【図４】は本発明による第１実施例の第２オプティカル
インテグレータを構成するレンズ素子の様子を示す斜示
図である。
【図５】は本発明による第１実施例の第１オプティカル
インテグレータを正のレンズ素子群と負のレンズ素子群
とで構成した時の光路図である。
【図６】は本発明による第２実施例の構成及び光路図を
示す図である。
【図７】は本発明による第２実施例の第１オプティカル
インテグレータを構成するレンズ素子の様子を示す斜示
図である。
【図８】は本発明による第２実施例の第１オプティカル
インテグレータを構成するレンズ素子の光路図である。
【図９】は本発明の照明光学装置の構成の前提となる照
明光学系のレンズ構成及び光路図を示している。
【主要部分の符号の説明】
１・・・・・　光源 ２，２００・・・・・　第１オプティカルインテグレー
タ３・・・・・　固定開口絞り ４・・・・・　第１コンデンサーレンズ５・・・・・　
第２オプティカルインテグレータ６・・・・・　可変開
口絞り ７・・・・・　第２コンデンサーレンズ８・・・・・　
投影対物レンズ ８ａ・・・・・　可変開口絞り Ｒ・・・・・　レチクル Ｗ・・・・・　ウエハ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平行光束を供給するための平行光束供給手
    段と、該平行光束供給手段からの光束によって複数の２
    次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、該複数の２次光源からの光束を集光する第１集光
    光学系と、該第１集光光学系によって集光された複数の
    光束からより複数の３次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た複数の３次光源からの光束を
    集光して被照射面を重畳的に照明する第２集光光学系と
    を有する照明光学装置において、前記第１オプティカル
    インテグレータを焦点距離可変に構成し、該第１オプテ
    ィカルインテグレータの焦点距離を変化させることによ
    り、被照射領域の大きさを一定に保ちながら、前記複数
    の３次光源の大きさを可変とすることを特徴とする照明
    光学装置。
  2. 【請求項２】前記第１オプティカルインテグレータは、
    第１光学素子群と第２光学素子群とを有し、該両光学素
    子群との間隔を変化させて、前記第１オプティカルイン
    テグレータの焦点距離を変化させることを特徴とする請
    求項１記載の照明光学装置。
  3. 【請求項３】前記第１オプティカルインテグレータの後
    側焦点位置と前記第２オプティカルインテグレータの後
    側焦点位置とが共役関係となるように構成することを特
    徴とする請求項１または請求項２記載の照明光学装置。
  4. 【請求項４】前記第１オプティカルインテグレータの焦
    点距離が最小の時には、前記第２オプティカルインテグ
    レータに入射する２次光源からの複数の光束は、前記第
    ２オプティカルインテグレータのほぼ全体をカバーする
    大きさに形成され、前記第１オプティカルインテグレー
    タの焦点距離が最大の時には、前記第２オプティカルイ
    ンテグレータに入射する２次光源からの複数の光束は、
    前記第２オプティカルインテグレータを構成する光学素
    子の内、２つ以上含む大きさに形成されることを特徴と
    する請求項１乃至請求項３記載の照明光学装置。
  5. 【請求項５】前記第２オプティカルインテグレータの被
    照射面側の焦点位置あるいはそれの近傍に、大きさが可
    変な所定形状の開口部を有する可変開口絞りを有し、該
    可変開口絞りは、前記第１オプティカルインテグレータ
    の焦点距離を変化に連動して、前記開口部の大きさを変
    化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の
    照明光学装置。
  6. 【請求項６】前記第１光学素子群及び第２光学素子は、
    正の屈折力を有するレンズ素子または負の屈折力を有す
    るレンズ素子の集合よりなることを特徴とする請求項１
    乃至請求項５記載の照明光学装置。
  7. 【請求項７】平行光束を供給するための平行光束供給手
    段と、該平行光束供給手段からの光束によって複数の２
    次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、該複数の２次光源からの光束を集光する第１集光
    光学系と、該第１集光光学系によって集光された複数の
    光束からより複数の３次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た複数の３次光源からの光束を
    集光して被照射面を重畳的に照明する第２集光光学系と
    を有する照明光学装置において、前記第１集光光学系を
    焦点距離可変に構成し、該第１集光光学系の焦点距離を
    変化させることにより、被照射領域の大きさを一定に保
    ちながら、前記複数の３次光源の大きさを可変とするこ
    とを特徴とする照明光学装置。
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