JP2002118043A - 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】 たとえば波面分割数を増大させても、スペッ
クル状干渉縞に起因する照度分布の均一性の悪化を良好
に抑えることのできる照明光学装置。 【解決手段】 コヒーレント光を供給するための光源手
段（１）と、光源手段からの光束に基づいて多数の光源
を形成するための多光源形成手段（５）と、多数の光源
からの光束を被照射面（１０，１２）へ導くための導光
光学系（７，９，１１）とを備えた照明光学装置。多数
の光源のうち第１群の光源を形成する第１群の光束と第
２群の光源を形成する第２群の光束との間に所定の位相
差を付与するための位相差付与手段（５１）を備えてい
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、特に半導体素
子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイ
クロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露
光装置に好適な照明光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の典型的な露光装置においては、
光源から射出された光束がマイクロフライアイレンズま
たはマイクロレンズアレイ（以下、単に「マイクロフラ
イアイ」という）に入射し、その後側焦点面に多数の光
源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束
は、マイクロフライアイ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
介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、
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
細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上に
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、マイクロフライアイの射
出側に配置された開口絞りの開口部（光透過部）の大き
さを変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ
（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値
＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口
数）を変化させる技術が注目されている。また、マイク
ロフライアイ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（すなわち４極状）に設定する
ことにより、マイクロフライアイにより形成される二次
光源の形状を輪帯状や４極状に制限して、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】ところで、二次光源の
形状を輪帯状や４極状に制限して変形照明（輪帯照明や
４極照明）を行うために、マイクロフライアイにより形
成された比較的大きな二次光源からの光束を輪帯状や４
極状の開口部を有する開口絞りによって単に制限する
と、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
口絞りにおける光量損失により、マスクおよびウェハ上
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。

【０００６】そこで、たとえば回折光学素子のような光
束変換素子を介して輪帯状や４極状に変換した光束をマ
イクロフライアイに入射させ、マイクロフライアイの射
出側に輪帯状または４極状の二次光源を形成する構成が
考えられる。また、マスクおよびウェハ上での照度ムラ
を低減するとともに、輪帯状または４極状の二次光源の
輪郭の連続性を向上させるために、マイクロフライアイ
の波面分割数を増大させる構成が考えられる。

【０００７】しかしながら、マイクロフライアイを構成
する各微小レンズのサイズを小さく設定することにより
波面分割数を増大させると、隣接する２つの微小レンズ
を介した２つの光の空間的コヒーレンシー（可干渉性）
が高くなる。その結果、被照射面であるマスク上および
ウェハ上においてスペックル状干渉縞が発生し、ひいて
は被照射面における照度分布の均一性が悪化する。

【０００８】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば照度ムラを低減するとともに二次光
源の輪郭の連続性を向上させるために波面分割数を増大
させても、スペックル状干渉縞に起因する照度分布の均
一性の悪化を良好に抑える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。また、本発明は、スペックル状干渉縞に起
因する照度分布の均一性の悪化が良好に抑えられた変形
照明を用いて、高いスループットおよび高い解像力で良
好なマイクロデバイスを製造することのできるマイクロ
デバイス製造方法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】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、コヒーレント光を供給する
ための光源手段と、該光源手段からの光束に基づいて多
数の光源を形成するための多光源形成手段と、前記多数
の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系と
を備えた照明光学装置において、前記多数の光源のうち
少なくとも第１群の光源を形成する第１群の光束と第２
群の光源を形成する第２群の光束との間に、前記コヒー
レント光の時間的可干渉距離よりも実質的に短い光路長
差を付与することによって、前記第１群の光束と前記第
２群の光束との間に所定の位相差を付与するための位相
差付与手段を備えていることを特徴とする照明光学装置
を提供する。

【００１０】第１発明の好ましい態様によれば、前記光
路差は、前記時間的可干渉距離の１／１０以下である。
また、前記多光源形成手段は、多数の微小レンズ要素を
有する波面分割型オプティカルインテグレータを有し、
前記波面分割型オプティカルインテグレータを前記位相
差付与手段として機能させるために、前記多数の微小レ
ンズ要素のうち、前記第１群の光源に対応する第１群の
微小レンズ要素と、前記第２群の光源に対応する第２群
の微小レンズ要素とは、光軸に沿って互いに異なる光学
的厚さを有することが好ましい。この場合、前記第１群
の微小レンズ要素と前記第２群の微小レンズ要素とは、
互いに異なる焦点距離を有するか、あるいは互いに異な
る大きさの入射面を有することが好ましい。

【００１１】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記位相差付与手段は、照明光路中に配置された位相板
を有し、前記位相板は、前記第１群の光束が通過する第
１群の微小領域と、前記第２群の光束が通過する第２群
の微小領域とを少なくとも有し、前記第１群の微小領域
と前記第２群の微小領域とが光軸に沿って互いに異なる
光学的厚さを有する。

【００１２】本発明の第２発明では、マスク上に設けら
れたパターンの像を感光性基板上へ転写する露光装置に
おいて、前記マスクを照明するための第１発明の照明光
学装置と、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板
上に形成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。

【００１３】本発明の第３発明では、第２発明の露光装
置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板上に
露光する露光工程と、該露光工程により露光された前記
感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす
るマイクロデバイスの製造方法を提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の典型的な実施形態では、
多数の光源を形成するための多光源形成手段として、多
数の微小レンズ要素を有する波面分割型オプティカルイ
ンテグレータを備えている。この場合、前述したよう
に、たとえば照度ムラを低減するとともに二次光源の輪
郭の連続性を向上させるために各微小レンズ要素のサイ
ズを小さく設定することにより波面分割数を増大させる
と、隣接する２つの微小レンズ要素を介した２つの光の
空間的コヒーレンシーが高くなる。その結果、被照射面
においてスペックル状干渉縞が発生し、ひいては被照射
面における照度分布の均一性が悪化する。

【００１５】そこで、本発明では、オプティカルインテ
グレータを介して形成される多数の光源のうち、第１群
の光源を形成する第１群の光束と第２群の光源を形成す
る第２群の光束との間に、コヒーレント光の時間的可干
渉距離よりも実質的に短い光路長差を付与することによ
って、第１群の光束と第２群の光束との間に所定の位相
差を付与する。具体的には、オプティカルインテグレー
タを構成する多数の微小レンズ要素のうち、第１群の光
源に対応する第１群の微小レンズ要素と、第２群の光源
に対応する第２群の微小レンズ要素とが光軸に沿って互
いに異なる光学的厚さを有するように構成する。

【００１６】この場合、光学的厚さの等しい２つの隣接
する微小レンズ要素を介した光は、被照射面上において
スペックル状干渉縞を形成する。一方、光学的厚さの異
なる２つの隣接する微小レンズ要素を介した光も、時間
的可干渉距離よりも実質的に短い光路長差（たとえば時
間的可干渉距離の１／１０以下の光路長差）しか付与さ
れていないので、被照射面上においてスペックル状干渉
縞を形成する。しかしながら、光学的厚さの等しい２つ
の隣接する微小レンズ要素を介した光すなわち同位相の
光が形成するスペックル状干渉縞と、光学的厚さの異な
る２つの隣接する微小レンズ要素を介した光すなわち逆
位相の光が形成するスペックル状干渉縞とでは位相がず
れることになる。

【００１７】その結果、互いに位相の異なる２つのスペ
ックル状干渉縞が重なり合い、互いに相殺されて、合成
干渉縞のコントラストが低減される。このように、本発
明の照明光学装置では、たとえば照度ムラを低減すると
ともに二次光源の輪郭の連続性を向上させるために波面
分割数を増大させても、互いに位相の異なる２つのスペ
ックル状干渉縞の相殺作用を利用して、スペックル状干
渉縞に起因する照度分布の均一性の悪化を良好に抑える
ことができる。

【００１８】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、被照射面である感光性基板の露光
面において照度の均一性を良好に確保することができる
ので、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、本発明の露光装
置を用いて、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、良好なマイクロデバイスを製造するこ
とができる。

【００１９】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる照明光学
装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行う
ように設定されている。図１の露光装置は、露光光（照
明光）を供給するための光源１として、たとえば２４８
ｎｍまたは１９３ｎｍの波長のコヒーレント光を供給す
るＫｒＦエキシマレーザー光源またはＡｒＦエキシマレ
ーザー光源を備えている。

【００２０】光源１から基準光軸ＡＸに沿って射出され
たほぼ平行な光束は、整形光学系（不図示）を介して所
望の矩形状の断面を有する光束に整形された後、光遅延
部２に入射する。光軸ＡＸに沿って光遅延部２に入射し
た光束は、ハーフミラー２００を透過する光束とハーフ
ミラー２００で反射される光束とに分割される。ハーフ
ミラー２００で反射された光束は、たとえば矩形形状の
遅延光路を形成するように配置された４つの反射ミラー
（不図示）において順次偏向された後に、ハーフミラー
２００に戻る。

【００２１】遅延光路を１回経た後にハーフミラー２０
０で反射された光束は、遅延光路を経ることなくハーフ
ミラー２００を透過した光束と同じ光軸ＡＸに沿って射
出され、２つの光束の間には遅延光路の光路長に等しい
光路長差が付与される。こうして、光遅延部２により、
光軸ＡＸに沿って入射する光束は、時間的に複数の光束
に分割され、時間的に連続する２つの光束の間には遅延
光路の光路長と等しい光路長差が付与される。ここで、
付与される光路長差は、コヒーレント光源１からの光束
の時間的可干渉距離以上に設定されている。

【００２２】したがって、光遅延部２により分割される
波連において時間的コヒーレンシー（可干渉性）を低減
することができ、被照明面におけるスペックル状干渉縞
の発生を良好に抑えることができる。なお、スペックル
状干渉縞の発生をさらに良好に抑えるには、上述のよう
な光遅延部を光軸ＡＸに沿って３段に配置することが好
ましい。この種の光遅延手段に関するさらに詳細な構成
および作用は、たとえば特開平１−１９８７５９号公
報、特開平１１−１７４３６５号公報、特願平１１‐２
１５９１号明細書および図面などに開示されている。

【００２３】光遅延部２を介して時間的にインコヒーレ
ントな多重のパルスに時間的に分割された光束は、回折
光学素子（ＤＯＥ）３１に入射する。一般に、回折光学
素子は、ガラス基板に露光光（照明光）の波長程度のピ
ッチを有する段差を形成することによって構成され、入
射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的
には、円形照明用の回折光学素子３１は、光軸ＡＸに沿
って入射した矩形状のほぼ平行な光束を、円形状の断面
を有する発散光束に変換する。

【００２４】回折光学素子３１を介した円形状の発散光
束は、第１のコンデンサー光学系としてのズームレンズ
４を介した後、一対のマイクロフライアイ５１および５
２から構成された多光源形成手段５に入射する。こうし
て、多光源形成手段５の入射面（すなわち光源側のマイ
クロフライアイ５１の入射面）には、円形状の照野が形
成される。そして、形成される円形状の照野の大きさ
（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に
依存して変化する。

【００２５】なお、マイクロフライアイ５１の入射面お
よびマイクロフライアイ５２の射出面が光化学反応によ
り汚染されるのを回避するために、マイクロフライアイ
５１の入射面およびマイクロフライアイ５２の射出面に
隣接して一対の平行平面板５３および５４がカバーガラ
スとしてそれぞれ配置されている。したがって、光化学
反応による汚染が起こったとしても、一対のマイクロフ
ライアイ５１および５２を交換することなく、一対のカ
バーガラス５３および５４だけを交換すればよい。

【００２６】図２は、図１の多光源形成手段の構成を示
す図であって、（ａ）は光軸ＡＸに沿って見た各マイク
ロフライアイの構成を示す図であり、（ｂ）は一対のマ
イクロフライアイの作用および断面形状を示す図であ
る。各マイクロフライアイ５１および５２は互いに同じ
基本構成を有し、図２（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、縦横に且つ稠密に配列された多数の矩形状の正屈折
力を有する微小レンズ要素５００からなる光学素子であ
る。各マイクロフライアイ５１および５２は、正方形状
の平行平面ガラス板５０１にエッチング処理を施して円
形状の領域５０２に微小レンズ群を形成することによっ
て構成されている。

【００２７】一般に、マイクロフライアイを構成する各
微小レンズ要素は、フライアイレンズを構成する各レン
ズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライ
アイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフ
ライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ要素が互
いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しか
しながら、正屈折力を有するレンズエレメントが縦横に
配置されている点でマイクロフライアイはフライアイレ
ンズと同じである。なお、図１および図２では、図面の
明瞭化のために、マイクロフライアイを構成する微小レ
ンズ要素の数を実際よりも非常に少なく表している。

【００２８】こうして、一対のマイクロフライアイ５１
および５２に入射した光束は、多数の微小レンズ要素に
より二次元的に分割される。そして、図２（ｂ）におい
て実線で示すように、一対のマイクロフライアイ５１お
よび５２において光軸ＡＸに沿って対応する一対の微小
レンズ要素５１ａおよび５２ａからなる合成光学系の後
側焦点面に、それぞれ１つの光源が形成される。なお、
図２（ｂ）において破線で示すように、一対のマイクロ
フライアイ５１および５２の前側焦点面が光源側のマイ
クロフライアイ５１の入射面と一致するように構成され
ている。

【００２９】こうして、一対のマイクロフライアイ５１
および５２の後側焦点面には、光源側のマイクロフライ
アイ５１の入射面に形成される照野と同じ円形状の多数
光源（以下、「二次光源」という）が形成される。この
ように、一対のマイクロフライアイ５１および５２は、
１つの波面分割型オプティカルインテグレータを構成
し、ひいては光源１からの光束に基づいて多数の光源を
形成するための多光源形成手段５を構成している。

【００３０】ここで、ズームレンズ４は、その前側焦点
面と回折光学素子３１の回折面とが一致し且つその後側
焦点面とマイクロフライアイ５１の入射面とが一致する
ように、たとえば３倍の範囲に亘って焦点距離を連続的
に変化させるように構成されていることが好ましい。し
たがって、ズームレンズ４は、光軸に沿って互いに独立
に移動可能な３つのレンズ群を備えていることが好まし
い。

【００３１】一対のマイクロフライアイ５１および５２
の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束
は、その近傍に配置された虹彩絞り６に入射する。虹彩
絞り６は、光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の開口部
（光透過部）を有し、ほぼ円形状を維持したままでその
開口径を連続的に変化させることができるように構成さ
れた照明開口絞りである。

【００３２】なお、回折光学素子３１は、照明光路に対
して挿脱自在に構成され、且つ輪帯変形照明用の回折光
学素子３２や４極変形照明用の回折光学素子３３と切り
換え可能に構成されている。具体的には、３つの回折光
学素子３１〜３３は、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）３００上に支持され
ている。輪帯変形照明用の回折光学素子３２および４極
変形照明用の回折光学素子３３の作用については後述す
る。

【００３３】ここで、円形照明用の回折光学素子３１と
輪帯変形照明用の回折光学素子３２と４極変形照明用の
回折光学素子３３との間の切り換えは、制御系２１から
の指令に基づいて動作する第１駆動系２２により行われ
る。また、ズームレンズ４の焦点距離の変化は、制御系
２１からの指令に基づいて動作する第２駆動系２３によ
り行われる。さらに、虹彩絞り６の開口径の変化は、制
御系２１からの指令に基づいて動作する第３駆動系２４
により行われる。

【００３４】円形状の開口部を有する虹彩絞り６を介し
た二次光源からの光は、第２のコンデンサー光学系とし
てのズームレンズ７の集光作用を受けた後、後述するマ
スク１０と光学的に共役な所定面を重畳的に照明する。
なお、ズームレンズ７は、ｆsinθレンズであって、正
弦条件を満足するように構成されている。こうして、こ
の所定面には、各マイクロフライアイ５１および５２を
構成する各微小レンズ要素の形状と相似な矩形状の照野
が形成される。そして、この所定面に形成される矩形状
の照野の大きさおよび照明ＮＡは、ズームレンズ７の焦
点距離に依存して変化する。

【００３５】ズームレンズ７は、その前側焦点面と一対
のマイクロフライアイ５１および５２の後側焦点面とが
一致し且つその後側焦点面と上述の所定面とが一致する
ように、焦点距離を連続的に変化させるように構成され
ていることが好ましい。したがって、ズームレンズ７
は、ズームレンズ４と同様に、光軸に沿って互いに独立
に移動可能な３つのレンズ群を備えていることが好まし
い。なお、ズームレンズ７の焦点距離の変化は、制御系
２１からの指令に基づいて動作する第４駆動系２５によ
り行われる。

【００３６】なお、マスク１０と光学的に共役な所定面
には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド８が配置
されている。マスクブラインド８の開口部（光透過部）
を介した光束は、リレー光学系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。こうして、リレー光学系９は、マスクブ
ラインド８の矩形状の開口部の像をマスク１０上に形成
することになる。

【００３７】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ェハ（あ
るいはプレート）１２上にマスクパターンの像を形成す
る。なお、ウェハ１２は、投影光学系１１の光軸ＡＸと
直交する平面内において二次元的に移動可能なウェハス
テージ１３上に保持されている。こうして、ウェハ１２
を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン
露光（走査露光）を行うことにより、ウェハ１２の各露
光領域（ショット領域）にはマスク１０のパターンが逐
次露光される。

【００３８】なお、一括露光方式では、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露
光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。こ
の場合、マスク１０上での照明領域の形状は正方形に近
い矩形状であり、一対のマイクロフライアイ５１および
５２の各微小レンズ要素の形状も正方形に近い矩形状と
なる。

【００３９】一方、スキャン露光方式では、いわゆるス
テップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクお
よびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウ
ェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露
光する。この場合、マスク１０上での照明領域の形状は
短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、一
対のマイクロフライアイ５１および５２の各微小レンズ
要素の形状もこれと相似な矩形状となる。

【００４０】本実施形態では、ズームレンズ７の焦点距
離を変化させると、マスク１０のパターン面に形成され
る照明領域の大きさ、さらにウェハ１２の露光面に形成
される露光領域の大きさが変化する。また、ズームレン
ズ７の焦点距離の変化に伴って、マスク１０のパターン
面における照明ＮＡが変化する。一方、ズームレンズ４
の焦点距離を変化させると、マスク１０のパターン面に
形成される照明領域の大きさが変化することなく、マス
ク１０上における照明ＮＡが変化する。

【００４１】したがって、本実施形態では、ズームレン
ズ７の焦点距離を所定の値に設定することにより、マス
ク１０上において所望の大きさの照明領域を得ること
が、ひいてはウェハ１２上において所望の大きさの露光
領域を得ることができる。また、所定の値に設定された
ズームレンズ７の焦点距離に対してズームレンズ４の焦
点距離を所定の値に設定することにより、マスク１０上
において所望の大きさの照明ＮＡを得ることが、ひいて
は所望のσ値に設定または調整することができる。

【００４２】さらに、前述したように、回折光学素子３
１は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯
変形照明用の回折光学素子３２や４極変形照明用の回折
光学素子３３と切り換え可能に構成されている。以下、
回折光学素子３１に代えて回折光学素子３２および３３
を照明光路中に設定することによってそれぞれ得られる
輪帯変形照明および４極変形照明について説明する。

【００４３】輪帯変形照明用の回折光学素子３２は、光
軸ＡＸに沿って入射する矩形断面の平行光束を輪帯状の
発散光束に変換する。回折光学素子３２を介した輪帯状
の発散光束は、ズームレンズ４を介した後、一対のマイ
クロフライアイ５１および５２に入射する。こうして、
光源側のマイクロフライアイ５１の入射面には、輪帯状
の照野が形成される。その結果、一対のマイクロフライ
アイ５１および５２の後側焦点面には、光源側のマイク
ロフライアイ５１の入射面に形成された照野と同じ輪帯
状の二次光源が形成され、この輪帯状の二次光源からの
光束に基づいて輪帯変形照明を行うことができる。

【００４４】一方、４極変形照明用の回折光学素子３３
は、光軸ＡＸに沿って入射する矩形断面の平行光束を４
極状の発散光束に変換する。回折光学素子３３を介した
４極状の発散光束は、ズームレンズ４を介した後、一対
のマイクロフライアイ５１および５２に入射する。こう
して、光源側のマイクロフライアイ５１の入射面には、
４極状の照野が形成される。その結果、一対のマイクロ
フライアイ５１および５２の後側焦点面には、光源側の
マイクロフライアイ５１の入射面に形成された照野と同
じ４極状の二次光源が形成され、この４極状の二次光源
からの光束に基づいて４極変形照明を行うことができ
る。

【００４５】なお、図２（ａ）において、微小レンズ要
素５００が形成される円形状の領域５０２の直径は、設
定すべき最大σ値に対応するように規定され、たとえば
８６ｍｍ程度に設定される。したがって、微小レンズ要
素５００のサイズを、たとえば０．５４ｍｍ×０．２ｍ
ｍと設定すると、円形状の領域５０２内に形成される微
小レンズ要素５００の有効個数は５万個程度となる。こ
の場合、多光源形成手段５において非常に大きな波面分
割効果が得られるので、被照射面であるマスク１０ある
いはウェハ１２上の照度ムラの発生を低減することがで
きる。その結果、照明条件の切り換え（円形照明と輪帯
変形照明と４極変形照明との切り換え、照明領域の大き
さやσ値などの照明パラメータの変更など）を行って
も、照度ムラの変動およびテレセントリシティの変化を
非常に小さく抑えることができる。

【００４６】また、多光源形成手段５において非常に大
きな波面分割効果が得られるので、輪帯変形照明や４極
変形照明に際して、輪帯状または４極状の二次光源の輪
郭の連続性が向上するので、輪帯状の開口部や４極状
（一般的には多重極状）の開口部を有する照明開口絞り
を虹彩絞り６の位置に配置する必要がなくなる。すなわ
ち、円形照明と輪帯変形照明と４極変形照明との切り換
えを行っても、従来技術のように円形開口絞りと輪帯状
開口絞りと４極状開口絞りとの切り換えを連動的に行う
ことなく、虹彩絞り６の開口径を必要に応じて変化させ
てフレアー光などの余分な光束を遮るだけでよい。換言
すると、いわゆるσ絞りと呼ばれる照明開口絞りの配置
を省略することができ、構成を簡素化することができ
る。

【００４７】なお、本実施形態において、十分な波面分
割効果を得るには、１つのマイクロフライアイを構成す
る微小レンズ要素の有効個数が数千個以上であることが
好ましい。さらに波面分割効果を高めるためには、微小
レンズ要素の有効個数が数万個以上であることが好まし
い。ここで、１つのマイクロフライアイを構成する微小
レンズ要素の有効個数は、合成光学系の有効個数に対応
し、ひいては多光源形成手段５の波面分割数に対応して
いる。

【００４８】ところで、本実施形態では、多光源形成手
段５が一対のマイクロフライアイ５１および５２により
構成され、且つ各微小レンズ要素のサイズおよび焦点距
離が非常に小さいので、光軸ＡＸに沿って対応すべき一
対の微小レンズ要素を互いに位置合わせすること、すな
わち一対のマイクロフライアイ５１および５２を互いに
位置合わせすることが重要である。具体的には、光軸Ａ
Ｘと直交する面内において二次元的に並進位置ずれする
ことなく、また光軸ＡＸと直交する面内において光軸Ａ
Ｘ廻りに回転位置ずれすることなく、対応すべき一対の
微小レンズ要素を位置合わせする必要がある。

【００４９】本実施形態では、図２（ａ）に示すよう
に、一対のマイクロフライアイ５１と５２との位置合わ
せ手段として、マイクロフライアイ５１および５２にそ
れぞれ４つのアライメントマーク５０３を形成してい
る。４つのアライメントマーク５０３は、多数の微小レ
ンズ要素５００が形成された円形状の領域５０２の外側
において、正方形の４つの角に対応する位置に、たとえ
ばクロムを蒸着することによって形成されている。各ア
ライメントマーク５０３は、たとえば１μｍ程度の位置
精度をもって形成され、その大きさは２ｍｍ程度であ
る。

【００５０】このように、アライメントマーク５０３の
形成されたマイクロフライアイ５１および５２は、図３
に示すような保持部材５０４によって支持され、照明光
路中において別の保持部材（不図示）に取り付けられた
状態で位置決めされる。保持部材５０４には、円形状の
領域５０２に対応した円形状の開口部５０４ａと、４つ
のアライメントマーク５０３に対応した４つの円形状の
開口部５０４ｂとが形成されている。また、保持部材５
０４には、たとえば複数のマイクロメータから構成され
た駆動系５０５が接続されている。そして、この駆動系
５０５の作用により、照明光路中に位置決めされた保持
部材５０４は、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ微
小移動するとともに、光軸ＡＸ廻りに微小回転する。

【００５１】一対のマイクロフライアイ５１と５２との
位置合わせに際しては、マイクロフライアイ５１に形成
された４つのアライメントマークおよびマイクロフライ
アイ５２に形成された４つのアライメントマークを、目
視により、あるいはルーペや顕微鏡などを介して観察す
る。そして、対応するアライメントマークが光軸ＡＸ方
向に沿って一致するように、駆動系５０５により一対の
保持部材のうちの少なくとも一方を微動させる。こうし
て、一対のマイクロフライアイ５１と５２とを互いに位
置合わせすること、ひいては光軸ＡＸに沿って対応すべ
き一対の微小レンズ要素を互いに位置合わせすることが
できる。なお、一対の保持部材５０４の双方を可動とし
てもよいし、一対の保持部材５０４の一方を可動とし且
つ他方を固定としてもよい。

【００５２】なお、他の位置合わせ方法として、たとえ
ばオートコリメータのような角度測定装置を用いて、対
応する一対の微小レンズ要素の位置ずれを観測する方法
が考えられる。この方法では、照明光路中に一対のマイ
クロフライアイ５１および５２を挿入しない状態におい
てオートコリメータを初期設定した後に、一対のマイク
ロフライアイ５１および５２を照明光路中に挿入し、一
対の微小レンズ要素の透過光束に基づいて位置合わせを
行う。また、顕微鏡などで一対の微小レンズ要素の透過
光束を観測し、その視野内で観察される一対の微小レン
ズ要素の位置ずれを読み取ることによって位置合わせを
行う方法も考えられる。

【００５３】ところで、前述したように、マイクロフラ
イアイ５１および５２を構成する各微小レンズ要素のサ
イズを小さく設定することにより波面分割数を増大させ
ると、隣接する２つの微小レンズ要素を介した２つの光
の空間的コヒーレンシーが高くなり、マスク１０上およ
びウェハ１２上においてスペックル状干渉縞が発生し、
ひいては照度分布の均一性が悪化する。そこで、本実施
形態では、スペックル状干渉縞に起因する照度分布の均
一性の悪化を良好に抑えるために、光源側のマイクロフ
ライアイ５１を、光軸ＡＸに沿って光学的厚さの異なる
２種類の微小レンズ要素で構成している。

【００５４】具体的には、光学的厚さの小さい微小レン
ズ要素を介した光と光学的厚さの大きい微小レンズ要素
を介した光との間の位相差がオプティカルインテグレー
タ（５１，５２）の後側焦点において１８０度になるよ
うに、２種類の微小レンズ要素の光学的厚さの差を設定
している。たとえば、光源１にＡｒＦエキシマレーザー
光源を用い、マイクロフライアイ５１を構成する各微小
レンズ要素に同じ光学材料（石英または蛍石）を用いる
場合、２種類の微小レンズ要素の厚さの差が約０．２μ
ｍまたはその奇数倍（３倍、５倍、・・）に設定され
る。なお、場合によっては、マイクロフライアイ５１を
構成する２種類の微小レンズ要素に屈折率の異なる光学
材料（単一の光学材料または複合の光学材料）を用いる
ことにより、各微小レンズ要素の厚さを一定に設定して
も、２種類の微小レンズ要素の間に所望の光学的厚さの
差を確保することができる。

【００５５】図４は、図１の光源側のマイクロフライア
イを構成する２種類の微小レンズ要素の配置例を示す図
である。図４において、斜線部は光学的厚さの小さい微
小レンズ要素を示し、空白部は光学的厚さの大きい微小
レンズ要素を示している。図４の配置例では、各水平方
向、各鉛直方向、および各対角方向（右上がり斜め方向
および左上がり斜め方向）の４方向に沿って、光学的厚
さの等しい微小レンズ要素が互いに隣接する組み合わせ
と、光学的厚さの異なる微小レンズ要素が互いに隣接す
る組み合わせとが同数になっている。

【００５６】ここで、光学的厚さの等しい２つの隣接す
る微小レンズ要素を介した光は、被照射面であるマスク
１０上およびウェハ１２上においてスペックル状干渉縞
を形成する。一方、光学的厚さの異なる２つの隣接する
微小レンズ要素を介した光も、時間的可干渉距離よりも
実質的に短い光路長差（たとえば時間的可干渉距離の１
／１０以下の光路長差）しか付与されていないので、マ
スク１０上およびウェハ１２上においてスペックル状干
渉縞を形成する。しかしながら、光学的厚さの等しい２
つの隣接する微小レンズ要素を介した光すなわち同位相
の光が形成するスペックル状干渉縞と、光学的厚さの異
なる２つの隣接する微小レンズ要素を介した光すなわち
逆位相の光が形成するスペックル状干渉縞とでは位相が
ずれることになる。

【００５７】その結果、互いに位相の異なる２つのスペ
ックル状干渉縞が重なり合い、互いに相殺されて、合成
干渉縞のコントラストが低減される。特に、図４に示す
配置例によれば、上述したように、光学的厚さの等しい
微小レンズ要素が互いに隣接する組み合わせと、光学的
厚さの異なる微小レンズ要素が互いに隣接する組み合わ
せとが、４方向に沿って同数になっている。したがっ
て、互いに位相の異なる２つのスペックル状干渉縞の相
殺作用を最大限に利用して、スペックル状干渉縞に起因
する照度分布の均一性の悪化を良好に抑えることができ
る。

【００５８】図５は、図１の光源側のマイクロフライア
イを構成する２種類の微小レンズ要素の別の配置例を示
す図である。図５においても、斜線部は光学的厚さの小
さい微小レンズ要素を示し、空白部は光学的厚さの大き
い微小レンズ要素を示している。図５の配置例では、光
学的厚さの等しい微小レンズ要素が互いに隣接する組み
合わせと、光学的厚さの異なる微小レンズ要素が互いに
隣接する組み合わせとが、４方向のうちいずれの方向に
沿っても同数ではないが、全体的には各方向に沿ってか
なり均等になっている。

【００５９】したがって、図５の配置例の場合も図４の
配置例の場合と同様に、互いに位相の異なる２つのスペ
ックル状干渉縞の相殺作用を利用して、スペックル状干
渉縞に起因する照度分布の均一性の悪化を良好に抑える
ことができる。また、全体の配置パターンが非常に規則
的で且つ簡素であり、マイクロフライアイ５１の製造が
容易である。なお、図示を省略したが、光学的厚さの異
なる２種類の微小レンズ要素をランダムに配置すること
により、図４の配置例および図５の配置例の場合と同様
に、互いに位相の異なる２つのスペックル状干渉縞の相
殺作用を利用して、スペックル状干渉縞に起因する照度
分布の均一性の悪化を良好に抑えることができる。

【００６０】以上のように、本実施形態では、マイクロ
フライアイ５１が多光源形成手段５の一部を構成すると
ともに、第１群の光源を形成する第１群の光束と第２群
の光源を形成する第２群の光束との間に、時間的可干渉
距離よりも実質的に短い光路長差を付与することによっ
て、第１群の光束と第２群の光束との間に所定の位相差
を付与するための位相差付与手段を構成している。その
結果、本実施形態では、たとえば照度ムラを低減すると
ともに二次光源の輪郭の連続性を向上させるために波面
分割数を増大させても、互いに位相の異なる２つのスペ
ックル状干渉縞の相殺作用を利用して、スペックル状干
渉縞に起因する照度分布の均一性の悪化を良好に抑える
ことができる。

【００６１】なお、上述の実施形態では、位相差が１８
０度になるように２種類の微小レンズ要素の光学的厚さ
の差を設定しているが、これに限定されることなく、位
相が互いに実質的に異なるように２種類の微小レンズ要
素の光学的厚さの差を設定することにより本発明の効果
を得ることができる。

【００６２】また、上述の実施形態では、光源側のマイ
クロフライアイ５１が位相差付与手段を構成している
が、これに限定されることなく、被照射面側のマイクロ
フライアイ５２で位相差付与手段を構成することもでき
る。さらに、双方のマイクロフライアイ５１と５２とで
位相差付与手段を構成したり、カバーガラス５３または
５４で位相差付与手段を構成することもできる。一般的
には、マイクロフライアイ５１、マイクロフライアイ５
２、カバーガラス５３およびカバーガラス５４のうちの
少なくとも１つの光学部材で位相差付与手段を構成する
ことができる。

【００６３】たとえば、カバーガラス５３で位相差付与
手段を構成する場合、およびカバーガラス５３を含む複
数の光学部材で位相差付与手段を構成する場合、カバー
ガラス５３は、上述の第１群の光束が通過する第１群の
微小領域と、上述の第２群の光束が通過する第２群の微
小領域とを有し、第１群の微小領域と第２群の微小領域
とが光軸に沿って互いに異なる光学的厚さを有するよう
に形成される。換言すると、カバーガラス５３は、いわ
ゆる位相板として形成されることになる。この観点によ
れば、照明光路中に配置された他の位相板で位相差付与
手段を構成することもできる。

【００６４】さらに、上述の実施形態では、光学的厚さ
の異なる２種類の微小レンズ要素でマイクロフライアイ
５１を構成しているが、マイクロフライを構成する微小
レンズ要素の種類数については３つ以上に設定すること
もできる。したがって、位相板においても、光学的厚さ
の異なる３種類以上の微小領域を形成することもでき
る。この場合、マイクロフライアイ（マイクロレンズア
レイ）５１により形成される多光源は、第１群〜第３群
の光源群を持ち、第１群の光束と第２群の光束との間、
第１群の光束と第３群の光束との間および第３群の光束
と第２群の光束との間に対してそれぞれ同じ量だけ位相
差（１２０度の位相差）を付与するように、マイクロフ
ライアイ５１は光学的厚さが異なる３種の微少レンズを
有する構成、または位相板は光学的厚さが異なる３種の
微少領域を有する構成とすることが望ましい。このと
き、３種の微少レンズの光学的厚さが異なることにより
付与されるマイクロフライアイ５１全体での光学的光路
長差の最大値は、光束の時間的可干渉距離の１／１０以
下であることがより一層好ましい。同様に、位相板にて
３種の微少領域の光学的厚さが異なることにより付与さ
れる位相板全体での光学的光路長差の最大値は、光束の
時問的可干渉距離の１／１０以下であることがより一層
好ましい。

【００６５】ここで、以上の事を一般的に言うと、マイ
クロフライアイ（マイクロレンズアレイ）５１により形
成される多光源は第１群〜第Ｎ群の光源群を持ち、第Ｎ
−１群の光束と第Ｎ群の光束との間の光束の組み合わせ
に対してそれぞれ同じ量だけ位相差（３６０／Ｎ度の位
相差）を付与するように、マイクロフライアイを光学的
厚さが異なるＮ種の微少レンズで構成、または位相板を
光学的厚さが異なるＮ種の微少領域で構成することが望
ましい。但し、Ｎは２以上の整数である。このとき、マ
イクロフライアイ５１全体での光学的光路長差の最大値
または位相板全体での光学的光路長差の最大値は、光束
の時間的可干渉距離の１／１０以下であることがより一
層好ましいことは言うまでもない。なお、マイクロフラ
イアイ５１を構成する多数のレンズ素子の大きさが小さ
くなるに従って、マイクロフライアイを構成する光学的
厚さが異なる微少レンズの種類、または位相板を構成す
る光学的厚さが異なる微少領域の種類を増加させること
が望ましい。これによって、本発明によるより一層の効
果を十分得ることかできる。

【００６６】また、上述の実施形態では、光学的厚さの
異なる２種類の微小レンズ要素でマイクロフライアイ５
１を構成しているが、この２種類の微小レンズ要素が互
いに異なる焦点距離を有するように設定することもでき
る。この場合、焦点距離の比較的長い微小レンズ要素を
介した光と、焦点距離の比較的短い微小レンズ要素を介
した光とでは、被照射面であるマスク１０上に形成する
照明領域の大きさが異なることになる。その結果、互い
に異なる焦点距離を有する複数種類の微小レンズ要素を
介して、照明領域の周辺における照度分布を制御するこ
とが可能になる。なお、互いに異なる焦点距離を有する
２種類の微小レンズ要素で被照射面側のマイクロフライ
アイ５２を構成してもよいし、互いに異なる焦点距離を
有する２種類の微小レンズ要素で双方のマイクロフライ
アイ５１および５２を構成してもよい。

【００６７】さらに、上述の実施形態では、光学的厚さ
の異なる２種類の微小レンズ要素でマイクロフライアイ
５１を構成しているが、たとえば図６に示すように、こ
の２種類の微小レンズ要素が互いに大きさの異なる入射
面を有するように設定することもできる。この場合、マ
イクロフライアイ５１を構成する微小レンズ要素の入射
面は被照射面と光学的に共役に配置されているので、入
射面の比較的大きい微小レンズ要素を介した光と、入射
面の比較的小さい微小レンズ要素を介した光とでは、被
照射面であるマスク１０上に形成する照明領域の大きさ
が異なることになる。その結果、互いに大きさの異なる
入射面を有する複数種類の微小レンズ要素を介して、照
明領域の周辺における照度分布を制御することが可能に
なる。

【００６８】また、本実施形態のような照明光学装置で
は、コンデンサー光学系としてのズームレンズ７などを
構成する各レンズに施された反射防止膜の角度特性に起
因して照度ムラが発生することが知られている。ここ
で、反射防止膜は、レンズ表面に複数枚の誘電体の薄膜
を蒸着して形成され、反射光を振幅分割して多数の光の
位相をずらして干渉させることによって反射光を消す。
位相のずらし方は膜の厚さで制御されるため、光束の入
射角度が異なると反射防止の効果に差異が発生する。一
般に、レンズを使用する光学系では、レンズ周辺を透過
する光線ほど大きく折り曲げられ入射角は大きい。一
方、反射防止膜は垂直入射に対して設計されているの
で、入射角の大きい光ほど反射され易い。その結果、被
照射面において像高が大きいほど、すなわち光軸から離
れるにしたがって照度がほぼ二次曲線状に低下する傾向
となる。

【００６９】本実施形態では、カバーガラス５３の被照
射面側の面にクロムのドットパターンが形成されたフィ
ルターを配置することによって、上述の反射防止膜の角
度特性などに起因して発生する照度ムラなどを補正する
ことができる。ここで、光源側のマイクロフライアイ５
１を構成する各微小レンズ要素の入射面に対応する微小
な矩形状の領域に形成されるドットパターンは、その中
心の透過率が最も小さくその周辺に向かって透過率が徐
々に増大するように構成されている。この場合も、カバ
ーガラス５３に形成された矩形状の微小ドットパターン
領域と光源側のマイクロフライアイ５１の各微小レンズ
要素とを位置合わせする必要がある。この位置合わせ
は、前述したアライメントマークをカバーガラス５３に
形成することによって、一対のマイクロフライアイの位
置合わせと同様に行うことができる。

【００７０】なお、上述のフィルタは、光源側のマイク
ロフライアイ５１の入射面に限定されることなく、被照
射面と光学的に共役な面の近傍に配置することができ
る。また、上述のドットパターンを、光源側のマイクロ
フライアイ５１を構成する各微小レンズ要素の入射面に
直接形成することもできる。また、ドットパターンの形
成されたカバーガラス５３に代えて、入射角に応じて透
過率の異なるフィルタを照明光学装置の瞳位置（たとえ
ば虹彩絞り６の位置またはその共役面）に配置すること
によって、上述の照度ムラを補正することができる。

【００７１】さらに、コンデンサー光学系としてのズー
ムレンズ７を構成する複数のレンズのうち一部のレンズ
を光軸方向に移動させることによって上述の照度ムラを
補正する方法も考えられる。しかしながら、この方法で
は、ディストーション（歪曲収差）のような諸収差が発
生するだけでなく、ズームレンズ７の焦点距離の変化に
伴ってσ値など照明パラメータが変化してしまう。ま
た、前述したように、照明条件の切り換えに伴って照度
ムラがわずかに変動することがある。この場合、照明条
件の切り換えに際して、上述のフィルターの切り換えな
どを行うことにより照度ムラの変動を補正することもで
きる。

【００７２】なお、上述の実施形態においては、間隔を
隔てた配置された一対のマイクロフライアイにより多光
源形成手段を構成しているが、一般に間隔を隔てた配置
された少なくとも２つの光学要素束により多光源形成手
段を構成することもできる。ここで、光学要素束は、レ
ンズ面の二次元アレイや反射面の二次元アレイを含む概
念である。また、上述の実施形態においては、エッチン
グ処理によりマイクロフライアイを形成しているが、た
とえば圧痕法や研磨法によりマイクロフライアイを形成
することもできる。

【００７３】さらに、上述の実施形態においては、一対
のマイクロフライアイが空気間隔を隔てて配置されてい
るが、その間隔空間を不活性ガスや光学ガラスで満たす
こともできる。なお、所定の波長よりも短い紫外光を供
給する光源を用いる場合には、石英ガラスまたは蛍石を
用いて波面分割型オプティカルインテグレータを形成す
ることが好ましい。また、上述の実施形態においては、
波面分割型オプティカルインテグレータとしてマイクロ
フライアイを用いているが、たとえばフライアイレンズ
のような波面分割型オプティカルインテグレータを用い
ることもできる。この場合、十分な波面分割効果を得る
ために、十分な数のレンズエレメントでフライアイレン
ズを構成することが好ましい。

【００７４】さらに、上述の実施形態においては、回折
光学素子をターレット方式で照明光路中に位置決めする
ように構成しているが、たとえば公知のスライダ機構を
利用して上述の回折光学素子の切り換えを行うこともで
きる。ところで、本発明で利用することのできる回折光
学素子に関する詳細な説明は、米国特許第5,850,300号
公報などに開示されている。また、上述の実施形態で
は、光強度分布変更手段として回折光学素子を用いてい
るが、たとえばフライアイレンズやマイクロフライアイ
のような波面分割型オプティカルインテグレータを用い
ることもできる。

【００７５】さらに、上述の実施形態では、マスク１０
と共役な所定面に照野を一旦形成し、この照野からの光
束をマスクブラインド８で制限した後に、リレー光学系
９を介してマスク１０上に照野を形成している。しかし
ながら、リレー光学系９を省略し、ズームレンズ７を介
して、マスクブラインド８の位置に配置したマスク１０
上に照野を直接形成する構成も可能である。また、上述
の実施形態では、４極状の二次光源を形成する例を示し
ているが、たとえば２極（２つ目）状の二次光源、ある
いは８極（８つ目）状のような多重極状の二次光源を形
成することもできる。

【００７６】図７は、図１に示す実施形態の変形例の要
部構成を概略的に示す図である。図７の変形例は、図１
に示す実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、
図１の実施形態ではオプティカルインテグレータとして
一対のマイクロフライアイ５１および５２を用いている
が、図７の変形例ではオプティカルインテグレータとし
て内面反射型のロッド状オプティカルインテグレータ
（以下、「ロッド状インテグレータ」という）を用いて
いることが基本的に相違している。なお、図７では、図
面の明瞭化のために、回折光学素子３１（３２，３３）
からマスク１０までの要部構成だけを示し、その他の構
成要素の図示を省略している。以下、図１の実施形態と
の相違点に着目して、図７の変形例を説明する。

【００７７】図７の変形例では、一対のマイクロフライ
アイ５１および５２に代えてロッド状インテグレータ７
１を用いることに対応して、ズームレンズ４とロッド状
インテグレータ７１との間の光路中にリレーレンズ７２
を付設し、虹彩絞り６、ズームレンズ７およびマスクブ
ラインド８を取り除いている。ここで、ズームレンズ４
とリレーレンズ７２とは、回折光学素子３１（３２，３
３）の回折面とロッド状インテグレータ７１の入射面と
を光学的に共役に配置している。また、リレー光学系９
は、ロッド状インテグレータ７１の射出面とマスク１０
のパターン面とを光学的に共役に配置している。

【００７８】ロッド状インテグレータ７１は、石英ガラ
スや蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラス
ロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での
全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面
に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。こ
こで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中
心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロ
ッド状インテグレータ７１に入射した光束は、内面反射
により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に
平行な面に沿って多数の光源像が形成される。ロッド状
インテグレータ７１によりその入射側に形成された多数
の光源像からの光束は、その射出面において重畳された
後、リレー光学系９を介してマスク１０を重畳的に照明
する。

【００７９】ところで、ロッド状インテグレータ７１に
おける内面反射数が大きく設定されている（すなわち形
成される光源の数が大きく設定されている）場合、隣接
する２つの光源からの光の空間的コヒーレンシーが高く
なり、マスク１０上およびウェハ１２上においてスペッ
クル状干渉縞が発生し、ひいては照度分布の均一性が悪
化する。そこで、図７の変形例では、ズームレンズ４と
リレーレンズ７２との間の光路中に、たとえばズームレ
ンズ４の後側焦点位置（すなわちリレーレンズ７２の前
側焦点位置）に、位相差付与手段としての位相板７３を
配置している。

【００８０】したがって、たとえば円形照明用の回折光
学素子３１が照明光路に設置されている場合、回折光学
素子３１およびズームレンズ４を介した光は、円形状の
光束となって位相板７３に入射する。位相板７３は、ロ
ッド状インテグレータ７１において形成される多数の光
源のうち第１群の光源を形成する第１群の光束と第２群
の光源を形成する第２群の光束との間に、時間的可干渉
距離よりも実質的に短い光路長差を付与することによっ
て、第１群の光束と第２群の光束との間に所定の位相差
を付与する。

【００８１】具体的には、位相板７３は、上述の実施形
態における位相板と同様に、上述の第１群の光束が通過
する第１群の微小領域と、上述の第２群の光束が通過す
る第２群の微小領域とを有し、第１群の微小領域と第２
群の微小領域とが光軸に沿って互いに異なる光学的厚さ
を有するように形成されている。その結果、図１の実施
形態と同様に、たとえば照度ムラを低減するとともに二
次光源の輪郭の連続性を向上させるために内面反射数を
増大させても、互いに位相の異なる２つのスペックル状
干渉縞の相殺作用を利用して、スペックル状干渉縞に起
因する照度分布の均一性の悪化を良好に抑えることがで
きる。

【００８２】上述の実施形態（変形例を含む）にかかる
露光装置では、照明光学装置によってマスク（またはレ
チクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマ
スクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光
する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導
体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）
を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光
装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路
パターンを形成することによって、マイクロデバイスと
しての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図８
のフローチャートを参照して説明する。

【００８３】先ず、図８のステップ３０１において、１
ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ
３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上に
フォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３
において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク
上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュー
ル）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領
域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４にお
いて、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像
が行われた後、ステップ３０５において、その１ロット
のウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチン
グを行うことによって、マスク上のパターンに対応する
回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成さ
れる。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等
を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造さ
れる。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて
微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループ
ット良く得ることができる。

【００８４】また、上述の実施形態の露光装置では、プ
レート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パター
ン、電極パターン等）を形成することによって、マイク
ロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。
以下、図９のフローチャートを参照して、このときの手
法の一例につき説明する。図９において、パターン形成
工程４０１では、各実施形態の露光装置を用いてマスク
のパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス
基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が
実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光
性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成さ
れる。その後、露光された基板は、現像工程、エッチン
グ工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによっ
て、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフ
ィルター形成工程４０２へ移行する。

【００８５】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【００８６】その後、モジュール組み立て工程４０４に
て、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【００８７】ところで、上述の実施形態および変形例で
は、光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎ
ｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）を用
いているが、ｇ線やｉ線を含む他の波長光を供給する適
当な光源に対しても本発明を適用することができる。ま
た、上述の実施形態および変形例では、照明光学装置を
備えた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。

【００８８】

【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、たとえば照度ムラを低減するとともに二次光
源の輪郭の連続性を向上させるために波面分割数を増大
させても、互いに位相の異なる２つのスペックル状干渉
縞の相殺作用を利用して、スペックル状干渉縞に起因す
る照度分布の均一性の悪化を良好に抑えることができ
る。

【００８９】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、被照射面である感光性基板の露光
面において照度の均一性を良好に確保することができる
ので、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、本発明の露光装
置を用いて、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、良好なマイクロ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】本発明の本実施形態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の多光源形成手段の構成を示す図であっ
て、（ａ）は光軸ＡＸに沿って見た各マイクロフライア
イの構成を示す図であり、（ｂ）は一対のマイクロフラ
イアイの作用および断面形状を示す図である。

【図３】図１の一対のマイクロフライアイの位置合わせ
を説明する図である。

【図４】図１の光源側のマイクロフライアイを構成する
２種類の微小レンズ要素の配置例を示す図である。

【図５】図１の光源側のマイクロフライアイを構成する
２種類の微小レンズ要素の別の配置例を示す図である。

【図６】互いに大きさの異なる入射面を有する２種類の
微小レンズ要素でマイクロフライアイを構成する例を示
す図である。

【図７】図１に示す実施形態の変形例の要部構成を概略
的に示す図である。

【図８】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法のフローチャートである。

【図９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る
際の手法のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 光遅延部 ３ 回折光学素子 ４ ズームレンズ ５ 多光源形成手段 ５１，５２ マイクロフライアイ ６ 虹彩絞り ７ ズームレンズ ８ マスクブラインド ９ リレー光学系 １０ マスク １１ 投影光学系 １２ ウェハ １３ ウェハステージ ２１ 制御系 ２２〜２５ 駆動系 ７１ ロッド状インテグレータ ７３ 位相板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 芳雄 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 渋谷 眞人 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA12 5F046 CB13 DA13

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレント光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を形
   成するための多光源形成手段と、前記多数の光源からの
   光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明
   光学装置において、 前記多数の光源のうち少なくとも第１群の光源を形成す
   る第１群の光束と第２群の光源を形成する第２群の光束
   との間に、前記コヒーレント光の時間的可干渉距離より
   も実質的に短い光路長差を付与することによって、前記
   第１群の光束と前記第２群の光束との間に所定の位相差
   を付与するための位相差付与手段を備えていることを特
   徴とする照明光学装置。
2. 【請求項２】 前記光路差は、前記時間的可干渉距離の
   １／１０以下であ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】 前記多光源形成手段は、多数の微小レン
   ズ要素を有する波面分割型オプティカルインテグレータ
   を有し、 前記波面分割型オプティカルインテグレータを前記位相
   差付与手段として機能させるために、前記多数の微小レ
   ンズ要素のうち、前記第１群の光源に対応する第１群の
   微小レンズ要素と、前記第２群の光源に対応する第２群
   の微小レンズ要素とは、光軸に沿って互いに異なる光学
   的厚さを有することを特徴とする請求項１または２に記
   載の照明光学装置。
4. 【請求項４】 前記第１群の微小レンズ要素と前記第２
   群の微小レンズ要素とは、互いに異なる焦点距離を有す
   ることを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
5. 【請求項５】 前記第１群の微小レンズ要素と前記第２
   群の微小レンズ要素とは、互いに異なる大きさの入射面
   を有することを特徴とする請求項３に記載の照明光学装
   置。
6. 【請求項６】 前記位相差付与手段は、照明光路中に配
   置された位相板を有し、 前記位相板は、前記第１群の光束が通過する第１群の微
   小領域と、前記第２群の光束が通過する第２群の微小領
   域とを少なくとも有し、前記第１群の微小領域と前記第
   ２群の微小領域とが光軸に沿って互いに異なる光学的厚
   さを有することを特徴とする請求項１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】 マスク上に設けられたパターンの像を感
   光性基板上へ転写する露光装置において、 前記マスクを照明するための請求項１乃至６のいずれか
   １項に記載の照明光学装置と、 前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成す
   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７に記載の露光装置を用いて前記
   マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工
   程と、該露光工程により露光された前記感光性基板を現
   像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバ
   イスの製造方法。