JPH043528B2 - - Google Patents
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- JPH043528B2 JPH043528B2 JP58018697A JP1869783A JPH043528B2 JP H043528 B2 JPH043528 B2 JP H043528B2 JP 58018697 A JP58018697 A JP 58018697A JP 1869783 A JP1869783 A JP 1869783A JP H043528 B2 JPH043528 B2 JP H043528B2
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- conical prism
- prism
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- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/06—Means for illuminating specimens
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons
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- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Lenses (AREA)
- Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は照明光学系、特に楕円ミラー等の２次
曲面を有する反射鏡を含む照明光学系に関する。
曲面を有する反射鏡を含む照明光学系に関する。
（発明の背景）
超高圧水銀ランプのような放電型光源を用いた
照明装置においては、楕円ミラーや球面ミラー等
の二次曲面ミラーによつて集光することが最も効
率の良いものであつた。しかし、光軸の近傍に光
束は存在せず、角度分布的には中心の抜けた照明
光束になつてしまう欠点があつた。すなわち、例
えば対物レンズによつて物体像を結像する顕微鏡
にこのような照明系を用いると、対物レンズの入
射瞳において、中心を通る光束が存在せず、環状
の分布を持つてしまう。このことは、多少の収差
を含有した実際の対物レンズに対し、周辺光束の
みを使うことになり、余り望ましいことではな
い。また対物レンズのN.A.に対応して、照明光
のN.Aを規定する場合、中心を通る光束がないた
め、絶対光量としても不利な面があつた。通常、
照明系（コンデンサーレンズ）のN.A.（開口数）
と対物レンズのN.A.（開口数）の比で定義される
σ値、すなわち σ＝照明系のN.A.／対物レンズのN.A. の値が１より多少小さな値になるよう照明系の
N.A.を設定すると、対物レンズの焦点深度、解
像力は一番良くなる。従つて、この種の照明系で
は照明系のN.A.を必要に応じて限定するために、
開口絞りにて照明光束を周辺部で遮光する場合が
あり、この場合光量の多い環状部分が遮光される
ため、有効な照明光は急激に低下してしまう。他
方、例えば設定したσに合致するよう焦点距離の
短いコンデンサーレンズを使うことも考えられ
る。しかし実際の光源は点光源ではなく、大きさ
を持つているため、焦点距離が短くなるとコンデ
ンサーレンズの後で平行になるべき光束が、光軸
に対し角度を持つようになり、やはり絞りで遮断
されムダになる光量が多くなる。
照明装置においては、楕円ミラーや球面ミラー等
の二次曲面ミラーによつて集光することが最も効
率の良いものであつた。しかし、光軸の近傍に光
束は存在せず、角度分布的には中心の抜けた照明
光束になつてしまう欠点があつた。すなわち、例
えば対物レンズによつて物体像を結像する顕微鏡
にこのような照明系を用いると、対物レンズの入
射瞳において、中心を通る光束が存在せず、環状
の分布を持つてしまう。このことは、多少の収差
を含有した実際の対物レンズに対し、周辺光束の
みを使うことになり、余り望ましいことではな
い。また対物レンズのN.A.に対応して、照明光
のN.Aを規定する場合、中心を通る光束がないた
め、絶対光量としても不利な面があつた。通常、
照明系（コンデンサーレンズ）のN.A.（開口数）
と対物レンズのN.A.（開口数）の比で定義される
σ値、すなわち σ＝照明系のN.A.／対物レンズのN.A. の値が１より多少小さな値になるよう照明系の
N.A.を設定すると、対物レンズの焦点深度、解
像力は一番良くなる。従つて、この種の照明系で
は照明系のN.A.を必要に応じて限定するために、
開口絞りにて照明光束を周辺部で遮光する場合が
あり、この場合光量の多い環状部分が遮光される
ため、有効な照明光は急激に低下してしまう。他
方、例えば設定したσに合致するよう焦点距離の
短いコンデンサーレンズを使うことも考えられ
る。しかし実際の光源は点光源ではなく、大きさ
を持つているため、焦点距離が短くなるとコンデ
ンサーレンズの後で平行になるべき光束が、光軸
に対し角度を持つようになり、やはり絞りで遮断
されムダになる光量が多くなる。
（発明の目的）
そこで、本発明の目的は、ミラー集光型の照明
系において光量分布を改善し、より効率の高い優
れた照明光学系を提供することにある。
系において光量分布を改善し、より効率の高い優
れた照明光学系を提供することにある。
（発明の概要）
本発明は２次曲面を有する反射鏡によりある有
限の大きさを持つ光源からの光束を集光しほぼ平
行光束を供給する照明光学系において、 入射光側に頂角θを持つ凸の円錐面状屈折面と
射出光側に該円錐面状屈折面と等しい頂角θを持
つ凸の円錐面状屈折面とを有する円錐状プリズム
を前記ほぼ平行光束中にてその頂点を該照明光学
系の光軸にほぼ一致して配置するとともに、以下
の条件を満足するように前記円錐状プリズムを構
成し、前記円錐状プリズムに入射するほぼ平行光
束を前記光軸に関して内側と外側とで反転させる
とともに前記ほぼ平行光束の内部のケラレを補正
するようにしたものである。
限の大きさを持つ光源からの光束を集光しほぼ平
行光束を供給する照明光学系において、 入射光側に頂角θを持つ凸の円錐面状屈折面と
射出光側に該円錐面状屈折面と等しい頂角θを持
つ凸の円錐面状屈折面とを有する円錐状プリズム
を前記ほぼ平行光束中にてその頂点を該照明光学
系の光軸にほぼ一致して配置するとともに、以下
の条件を満足するように前記円錐状プリズムを構
成し、前記円錐状プリズムに入射するほぼ平行光
束を前記光軸に関して内側と外側とで反転させる
とともに前記ほぼ平行光束の内部のケラレを補正
するようにしたものである。
２／３H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝≦ｄ≦３／
２H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝i′＝sin-1sin（π
／２−θ）／ｎ 但し、 H0：前記円錐状プリズムに入射する最も周縁の
平行光線の入射高、 θ：前記円錐状プリズムの円錐面状屈折面の頂角
の半分、 i′：前記円錐状プリズムの入射光側の円錐面状屈
折面での屈折角、 ｄ：２つの円錐面の頂点間の距離、 ｎ：前記円錐状プリズムの屈折率、 である。
２H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝i′＝sin-1sin（π
／２−θ）／ｎ 但し、 H0：前記円錐状プリズムに入射する最も周縁の
平行光線の入射高、 θ：前記円錐状プリズムの円錐面状屈折面の頂角
の半分、 i′：前記円錐状プリズムの入射光側の円錐面状屈
折面での屈折角、 ｄ：２つの円錐面の頂点間の距離、 ｎ：前記円錐状プリズムの屈折率、 である。
（実施例）
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明による照明光学系の第１実施例を示
した光路図で、公知の如く楕円ミラー１の一方の
焦点０上に光源を設けると光源からの光束は他方
の焦点0′上に集光する。そしてこの光束はコンデ
ンサーレンズ２で平行光束系に変換される。この
コンデンサーレンズ２の後方に第１面３ａ及び第
２面３ｂをそれぞれ円錐状の凸面に加工した円錐
状プリズム３が配設されている。第２図はこの円
錐状プリズム３の斜視図であり、光束の入射面と
しての第１面３ａ及び光束射出面としての第２面
３ｂは共に凸円錐面に形成されており、これらの
凸円錐面の間は円柱状に形成されている。２つの
凸円錐面３ａ，３ｂは互いに等しい頂角を有して
おり、表面は十分なめらかに研摩されている。従
つて、第１図の光路図に示したごとく、コンデン
サーレンズ２を出た平行光束は、円錐状プリズム
３の第１面３ａで内側に向かつて屈折され、第２
面３ｂから射出した後再び平行光束となる。ここ
で、円錐状プリズム３により、光軸から最も離れ
て入射する平行光線が光軸にほぼ一致する位置に
までシフトされ、同時に、光軸に最も近く入射す
る平行光線が光軸から最も遠くから射出するよう
にシフトされる。すなわち、円錐状プリズム３に
よりこれに入射する光束は光軸に対して内側と外
側が反転されるとともに、中心部にケラレのない
稠密な光束に変換されるのである。例えば、第１
図に示したごとく、焦点０上の点光源から立体的
に光軸に垂直な面に対して等しい角度（α＝β＝
45°）で均等に光が放射されているとすると、円
錐状プリズム３に入射する直前のＡ−A′面にお
けるスポツトダイアグラムは第３図のごとくであ
り、円錐状プリズム３の射出後のＢ−B′面にお
けるスポツトダイアグラムは第４図のごとくであ
る。すなわち、入射前には半径Dsの円形内には
光束がなく、円形のケラレを有していた光束が、
円錐状プリズム３により中抜け（中心部のケラ
レ）のないほぼ均質な光束となる。
１図は本発明による照明光学系の第１実施例を示
した光路図で、公知の如く楕円ミラー１の一方の
焦点０上に光源を設けると光源からの光束は他方
の焦点0′上に集光する。そしてこの光束はコンデ
ンサーレンズ２で平行光束系に変換される。この
コンデンサーレンズ２の後方に第１面３ａ及び第
２面３ｂをそれぞれ円錐状の凸面に加工した円錐
状プリズム３が配設されている。第２図はこの円
錐状プリズム３の斜視図であり、光束の入射面と
しての第１面３ａ及び光束射出面としての第２面
３ｂは共に凸円錐面に形成されており、これらの
凸円錐面の間は円柱状に形成されている。２つの
凸円錐面３ａ，３ｂは互いに等しい頂角を有して
おり、表面は十分なめらかに研摩されている。従
つて、第１図の光路図に示したごとく、コンデン
サーレンズ２を出た平行光束は、円錐状プリズム
３の第１面３ａで内側に向かつて屈折され、第２
面３ｂから射出した後再び平行光束となる。ここ
で、円錐状プリズム３により、光軸から最も離れ
て入射する平行光線が光軸にほぼ一致する位置に
までシフトされ、同時に、光軸に最も近く入射す
る平行光線が光軸から最も遠くから射出するよう
にシフトされる。すなわち、円錐状プリズム３に
よりこれに入射する光束は光軸に対して内側と外
側が反転されるとともに、中心部にケラレのない
稠密な光束に変換されるのである。例えば、第１
図に示したごとく、焦点０上の点光源から立体的
に光軸に垂直な面に対して等しい角度（α＝β＝
45°）で均等に光が放射されているとすると、円
錐状プリズム３に入射する直前のＡ−A′面にお
けるスポツトダイアグラムは第３図のごとくであ
り、円錐状プリズム３の射出後のＢ−B′面にお
けるスポツトダイアグラムは第４図のごとくであ
る。すなわち、入射前には半径Dsの円形内には
光束がなく、円形のケラレを有していた光束が、
円錐状プリズム３により中抜け（中心部のケラ
レ）のないほぼ均質な光束となる。
尚、本発明の円錐状プリズム３は本実施例に限
ることなく２つのプリズムに分解してもよい。す
なわち例えば凸円錐面と平面とを有するプリズム
を２個組合せれば同様な効果を持ち、このように
分けることにより、プリズムを通る光路長が短か
くなると透過率の点で有利になることは言う迄も
ない。更に第５図の断面図のように円錐状プリズ
ム３をフレネル型のプリズム３′にしても同等の
効果を得ることができる。
ることなく２つのプリズムに分解してもよい。す
なわち例えば凸円錐面と平面とを有するプリズム
を２個組合せれば同様な効果を持ち、このように
分けることにより、プリズムを通る光路長が短か
くなると透過率の点で有利になることは言う迄も
ない。更に第５図の断面図のように円錐状プリズ
ム３をフレネル型のプリズム３′にしても同等の
効果を得ることができる。
上記実施例では、光源を理想的な点光源として
説明した。即ち、第１図において点光源より角度
βで出た光線は、楕円ミラー１の外径絞り及び光
源の指向性により最も光軸に遠い光線として、コ
ンデンサーレンズ２を通る。そして、第６図に詳
記した如くH0の高さで光軸と平行な光線となつ
て、円錐状プリズム３に入射し、円錐状の第１面
３ａで内側へ即ち光軸側へ屈折された後光軸を横
切り、第１面３ａと平行な第２面３ｂで再度内側
へ屈折される。その結果光軸からの高さH1の平
行光束となつて円錐状プリズム３を射出し、一般
には、Δh＝H0−H1だけシフトされるのである。
第１図に示した実施例では、光軸から最も離れた
位置に入射した光線が光軸に一致する光線に変換
されており、この場合はH1＝０であつて、Δh＝
H0であつた。しかしながら一般に光源は有限な
大きさを持つておりコンデンサーレンズ２の後
で、円錐状プリズム３に入る光線は光軸に平行な
ものばかりではない。確かに点光源の場合には Δh＝H0 が望ましいが、光源が有限の大きさを持つている
こと、また被照明領域及び前述したσ値との関係
から、 ２／３H0≦Δh≦３／２H0 ……(1) とすることが望ましい。光軸に平行な光束だけを
考えると、左辺では補正不足、右辺では補正過多
になるが、大きさを持つた光源では、ともに中抜
けがなくなり、照明光として良い結果が得られ
る。この条件を満たすための円錐状プリズムにつ
いて具体的に考察するならば、第６図に示したご
とく、平行光束のシフト量をΔh、各円錐の頂角
の半分をθ、プリズムの屈折率をｎ、両円錐の頂
点間隔をｄとするとき、 Δh＝ｄ／tan（θ＋i′）＋１／tan ……(2) と表わされ、ここでi′は円錐面での屈折角であ
り、 i′＝sin-1sin（π／２−θ）／ｎ と定義される。従つて、光源が理想的な点光源で
ある場合には、Δh＝H0とすればよいから、上記
(2)式よりこの時の円錐状プリズムは ｄ＝H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝……(3) の条件を満たす構成とすればよい。そして、実際
的には光源の大きさを考慮して、 ２／３H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝≦ｄ≦ ３／２H0{tan(θ+i′)＋１／tanθ｝ ……(4) 但し、 i′＝sin-1sin（π／２−θ）／ｎ の条件を満たすことが望ましい。この範囲で円錐
状プリズムを構成することにより、大きさを持つ
た光源に対しても、光量的にも、中抜けの解消に
ついても実用上は有効に作用させることができ
る。
説明した。即ち、第１図において点光源より角度
βで出た光線は、楕円ミラー１の外径絞り及び光
源の指向性により最も光軸に遠い光線として、コ
ンデンサーレンズ２を通る。そして、第６図に詳
記した如くH0の高さで光軸と平行な光線となつ
て、円錐状プリズム３に入射し、円錐状の第１面
３ａで内側へ即ち光軸側へ屈折された後光軸を横
切り、第１面３ａと平行な第２面３ｂで再度内側
へ屈折される。その結果光軸からの高さH1の平
行光束となつて円錐状プリズム３を射出し、一般
には、Δh＝H0−H1だけシフトされるのである。
第１図に示した実施例では、光軸から最も離れた
位置に入射した光線が光軸に一致する光線に変換
されており、この場合はH1＝０であつて、Δh＝
H0であつた。しかしながら一般に光源は有限な
大きさを持つておりコンデンサーレンズ２の後
で、円錐状プリズム３に入る光線は光軸に平行な
ものばかりではない。確かに点光源の場合には Δh＝H0 が望ましいが、光源が有限の大きさを持つている
こと、また被照明領域及び前述したσ値との関係
から、 ２／３H0≦Δh≦３／２H0 ……(1) とすることが望ましい。光軸に平行な光束だけを
考えると、左辺では補正不足、右辺では補正過多
になるが、大きさを持つた光源では、ともに中抜
けがなくなり、照明光として良い結果が得られ
る。この条件を満たすための円錐状プリズムにつ
いて具体的に考察するならば、第６図に示したご
とく、平行光束のシフト量をΔh、各円錐の頂角
の半分をθ、プリズムの屈折率をｎ、両円錐の頂
点間隔をｄとするとき、 Δh＝ｄ／tan（θ＋i′）＋１／tan ……(2) と表わされ、ここでi′は円錐面での屈折角であ
り、 i′＝sin-1sin（π／２−θ）／ｎ と定義される。従つて、光源が理想的な点光源で
ある場合には、Δh＝H0とすればよいから、上記
(2)式よりこの時の円錐状プリズムは ｄ＝H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝……(3) の条件を満たす構成とすればよい。そして、実際
的には光源の大きさを考慮して、 ２／３H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝≦ｄ≦ ３／２H0{tan(θ+i′)＋１／tanθ｝ ……(4) 但し、 i′＝sin-1sin（π／２−θ）／ｎ の条件を満たすことが望ましい。この範囲で円錐
状プリズムを構成することにより、大きさを持つ
た光源に対しても、光量的にも、中抜けの解消に
ついても実用上は有効に作用させることができ
る。
第７図は本発明による照明光学系を投影型露光
装置に用いた第２実施例の概略構成図である。第
７図において、光源Ｓからの光束は楕円ミラー１
で集光され、第１コンデンサーレンズ２によりほ
ぼ平行光束に変換される。この平行光束は円錐状
凸面３ａと円錐状凸面３ｂとを有する屈折部材３
を通つて、フライアイレンズ群からなるオプテイ
カルインテグレーター４に達する。図中光源Ｓか
らオプテイカルインテグレーター４までの光束を
斜線で示したが図から分るように、第１コンデン
サーレンズ２を射出する光束は光軸付近の中央部
には光線がほとんど存在しない中空状態であり、
円錐状屈折部材３により光束が光軸へ向つて回転
対称的に変換し、光軸付近の中空を埋めたほぼ均
一な光束となる。オプテイカルインテグレーター
は例えば特開昭56−81813号公報に開示されてい
るように、複数の２次光源を形成するためのもの
である。オプテイカルインテグレーターの射出面
近傍には開口絞り５が設けられており、開口絞り
５を通過した光束は第２のコンデンサーレンズ６
を通つて、被投影原版としてのレテイクルＲを照
明する。レテイクルＲは投影対物レンズ１０によ
り所定の倍率でウエハＷ上に投影される。ここ
で、開口絞り５と投影対物レンズ１０の入射瞳１
１とが第２コンデンサーレンズ６に関して共役で
あり、いわゆるケーラー照明がなされている。投
影対物レンズ１０の入射瞳の口径φeとし、ここ
に形成される開口絞り５の像の大きさをφaとす
るとき、σ（シグマ）値は先に述べたことより
φa／φeであり、図示なき手段により開口絞り５
の大きさを変えることによつてσ値を変えること
ができ、レテイクルのパターンによつて最適σ値
を得ることができる。このように本発明による照
明光学系を用いることによつて、投影対物レンズ
１０の瞳面へ中抜きのない光束を供給することが
できるため、投影対物レンズの性能を十分に引き
出すことができ、レチクル上のパターンをウエハ
上に鮮明に投影焼付けすることができる。ところ
が、レチクル上のパターンによつてはσ値をより
小さくする必要があり、この時開口絞り５により
周辺部の光束を遮光しなければならない。この場
合、円錐状プリズム３を射出し、オプテイカルイ
レテグレーター４に入射する光束の状態は例えば
第４図のスポツトダイアグラムのごとく均一であ
つたが、円錐状プリズム３により光軸に関して、
内側と外側の光束が反転しているため、開口絞り
を絞ることにより比較的光強度の強い外側の光束
を遮光することとなり効率的にはやや問題が残さ
れている。このような問題点を解決した照明光学
系が第８図に示した第３実施例である。第８図で
は前記と同等の部材は同一の番号で示し、第７図
と同様に、光源Ｓからオプテイカルインテグレー
ター４までの光路を斜線で示した。本実施例では
先の実施例に示したごとき円錐状プリズム３の射
出光側にさらに第２の円錐状プリズム３０が配置
されている。この第２の円錐状プリズム３０も入
射光側に凸な円錐面３０ａと射出光側に凸な円錐
面３０ｂとを有しており、第１の円錐状プリズム
３と同様の作用により、入射する平行光束は光軸
に関して内側と外側とが反転した平行光束に変換
される。但し、第２円錐状プリズム３０に入射す
る平行光束は既に第１円錐状プリズムによつて中
央部のケラレが補正されているため、光束を光軸
に関して反転させる作用のみを持てば十分であ
る。本実施例の構成によれば、第１円錐状プリズ
ム３において中抜けを補正するために光軸に関し
て内側と外側とが反転された光束が、第２円錐状
プリズム３０によつて再度反転されるため、楕円
ミラー１により集光される光束のうちの最も強度
の高い内側の光束を光軸近傍にて供給することが
できる。２つの円錐状プリズム３，３０を通過し
た光束分布の状態は第９図のスポツトダイアグラ
ムに示すとおりである。これは前述した第３図、
第４図に示したスポツトダイアグラムと同一条件
によるものであり、円錐状プリズム１個のみによ
る状態を示した第４図と比較すれば、中心部の密
度が一層高くなつており、光束分布がより稠密に
なつていることが明らかである。従つて、第８図
に示したごとく開口絞り５を絞つた場合にも強度
の高い光束を遮光することがなく、最も効率良い
照明状態を維持することが可能である。第１０図
は第１円錐状プリズム３と第２円錐状プリズム３
０との両者の関係の説明図である。第６図で説明
したごとく、円錐状プリズムの通過の前後での光
束のシフト量Δhは一般に前記の(2)式のごとく表
わされ、第１円錐状プリズム(3)としての基本的条
件はΔh＝H0であり(3)式のとおりであつた。本実
施例における第２円錐状プリズム３０では光束の
シフト量Δhは、第１円錐状プリズム３の場合に
比べて、光束中央部のケラレ部分の半径Dsだけ
少なくてよいため Δh＝H0−Ds である。従つて、第２円錐状プリズム３０の頂角
の半分を、両頂点の間隔をd2、屈折率をn2とす
るとき、 d2＝（H0−Ds）｛tan（＋j′）＋１／tan｝……(5) 但し、 j′＝sin-1sin（π／２−）／ｎ の関係が成り立つことが必要である。ここでj′は
第２円錐状プリズムでの屈折角である。しかしな
がら実際上は、光源に有限の大きさがあつて、光
軸に対してある程度の角度を持つた光束も存在す
るため、 ２／３(H0-Ds){tan(+j′)＋１／tan｝≦ d2≦３／２(H0-Ds){tan(+j′)＋１／tan｝ の範囲で構成することが望ましい。尚、第１円錐
状プリズム３と第２円錐状プリズム３０とを同一
材料でしかも同一頂角の円錐形状とすれば製造上
もコスト的にも有利であることはいうまでもな
い。尚、上記の各実施例ではいずれも楕円ミラー
を用いたがこれに限るものではなく、例えば放物
面ミラーを用いる場合にも本発明は有効である。
すなわち、放物面ミラーではその焦点位置に光源
を設けることによつて平行光束を供給することが
可能であるが、やはり光束の中央部にはケラレが
生じ、実施例に示したのと同様の円錐状プリズム
により光量分布を改善することができる。
装置に用いた第２実施例の概略構成図である。第
７図において、光源Ｓからの光束は楕円ミラー１
で集光され、第１コンデンサーレンズ２によりほ
ぼ平行光束に変換される。この平行光束は円錐状
凸面３ａと円錐状凸面３ｂとを有する屈折部材３
を通つて、フライアイレンズ群からなるオプテイ
カルインテグレーター４に達する。図中光源Ｓか
らオプテイカルインテグレーター４までの光束を
斜線で示したが図から分るように、第１コンデン
サーレンズ２を射出する光束は光軸付近の中央部
には光線がほとんど存在しない中空状態であり、
円錐状屈折部材３により光束が光軸へ向つて回転
対称的に変換し、光軸付近の中空を埋めたほぼ均
一な光束となる。オプテイカルインテグレーター
は例えば特開昭56−81813号公報に開示されてい
るように、複数の２次光源を形成するためのもの
である。オプテイカルインテグレーターの射出面
近傍には開口絞り５が設けられており、開口絞り
５を通過した光束は第２のコンデンサーレンズ６
を通つて、被投影原版としてのレテイクルＲを照
明する。レテイクルＲは投影対物レンズ１０によ
り所定の倍率でウエハＷ上に投影される。ここ
で、開口絞り５と投影対物レンズ１０の入射瞳１
１とが第２コンデンサーレンズ６に関して共役で
あり、いわゆるケーラー照明がなされている。投
影対物レンズ１０の入射瞳の口径φeとし、ここ
に形成される開口絞り５の像の大きさをφaとす
るとき、σ（シグマ）値は先に述べたことより
φa／φeであり、図示なき手段により開口絞り５
の大きさを変えることによつてσ値を変えること
ができ、レテイクルのパターンによつて最適σ値
を得ることができる。このように本発明による照
明光学系を用いることによつて、投影対物レンズ
１０の瞳面へ中抜きのない光束を供給することが
できるため、投影対物レンズの性能を十分に引き
出すことができ、レチクル上のパターンをウエハ
上に鮮明に投影焼付けすることができる。ところ
が、レチクル上のパターンによつてはσ値をより
小さくする必要があり、この時開口絞り５により
周辺部の光束を遮光しなければならない。この場
合、円錐状プリズム３を射出し、オプテイカルイ
レテグレーター４に入射する光束の状態は例えば
第４図のスポツトダイアグラムのごとく均一であ
つたが、円錐状プリズム３により光軸に関して、
内側と外側の光束が反転しているため、開口絞り
を絞ることにより比較的光強度の強い外側の光束
を遮光することとなり効率的にはやや問題が残さ
れている。このような問題点を解決した照明光学
系が第８図に示した第３実施例である。第８図で
は前記と同等の部材は同一の番号で示し、第７図
と同様に、光源Ｓからオプテイカルインテグレー
ター４までの光路を斜線で示した。本実施例では
先の実施例に示したごとき円錐状プリズム３の射
出光側にさらに第２の円錐状プリズム３０が配置
されている。この第２の円錐状プリズム３０も入
射光側に凸な円錐面３０ａと射出光側に凸な円錐
面３０ｂとを有しており、第１の円錐状プリズム
３と同様の作用により、入射する平行光束は光軸
に関して内側と外側とが反転した平行光束に変換
される。但し、第２円錐状プリズム３０に入射す
る平行光束は既に第１円錐状プリズムによつて中
央部のケラレが補正されているため、光束を光軸
に関して反転させる作用のみを持てば十分であ
る。本実施例の構成によれば、第１円錐状プリズ
ム３において中抜けを補正するために光軸に関し
て内側と外側とが反転された光束が、第２円錐状
プリズム３０によつて再度反転されるため、楕円
ミラー１により集光される光束のうちの最も強度
の高い内側の光束を光軸近傍にて供給することが
できる。２つの円錐状プリズム３，３０を通過し
た光束分布の状態は第９図のスポツトダイアグラ
ムに示すとおりである。これは前述した第３図、
第４図に示したスポツトダイアグラムと同一条件
によるものであり、円錐状プリズム１個のみによ
る状態を示した第４図と比較すれば、中心部の密
度が一層高くなつており、光束分布がより稠密に
なつていることが明らかである。従つて、第８図
に示したごとく開口絞り５を絞つた場合にも強度
の高い光束を遮光することがなく、最も効率良い
照明状態を維持することが可能である。第１０図
は第１円錐状プリズム３と第２円錐状プリズム３
０との両者の関係の説明図である。第６図で説明
したごとく、円錐状プリズムの通過の前後での光
束のシフト量Δhは一般に前記の(2)式のごとく表
わされ、第１円錐状プリズム(3)としての基本的条
件はΔh＝H0であり(3)式のとおりであつた。本実
施例における第２円錐状プリズム３０では光束の
シフト量Δhは、第１円錐状プリズム３の場合に
比べて、光束中央部のケラレ部分の半径Dsだけ
少なくてよいため Δh＝H0−Ds である。従つて、第２円錐状プリズム３０の頂角
の半分を、両頂点の間隔をd2、屈折率をn2とす
るとき、 d2＝（H0−Ds）｛tan（＋j′）＋１／tan｝……(5) 但し、 j′＝sin-1sin（π／２−）／ｎ の関係が成り立つことが必要である。ここでj′は
第２円錐状プリズムでの屈折角である。しかしな
がら実際上は、光源に有限の大きさがあつて、光
軸に対してある程度の角度を持つた光束も存在す
るため、 ２／３(H0-Ds){tan(+j′)＋１／tan｝≦ d2≦３／２(H0-Ds){tan(+j′)＋１／tan｝ の範囲で構成することが望ましい。尚、第１円錐
状プリズム３と第２円錐状プリズム３０とを同一
材料でしかも同一頂角の円錐形状とすれば製造上
もコスト的にも有利であることはいうまでもな
い。尚、上記の各実施例ではいずれも楕円ミラー
を用いたがこれに限るものではなく、例えば放物
面ミラーを用いる場合にも本発明は有効である。
すなわち、放物面ミラーではその焦点位置に光源
を設けることによつて平行光束を供給することが
可能であるが、やはり光束の中央部にはケラレが
生じ、実施例に示したのと同様の円錐状プリズム
により光量分布を改善することができる。
（発明の効果）
以上のごとく本発明によれば、楕円ミラー等の
二次曲面を有する反射鏡によつてほぼ平行光束を
供給するミラー集光型照明光学系において、円錐
状プリズムによる等方的屈折作用によりミラーで
の集光に不可避的に生ずる中心部の光束のケラレ
を良好に補正することができ、効率の高い照明を
行なうことができる。しかも、いわゆるオプテイ
カルインテグレーターと円錐状プリズムとを組み
合せて投影型露光装置用の照明系を構成するなら
ば、開口絞りの制御により照明状態を変化させる
場合にも安定した高い効率で照明を行なうことが
可能である。
二次曲面を有する反射鏡によつてほぼ平行光束を
供給するミラー集光型照明光学系において、円錐
状プリズムによる等方的屈折作用によりミラーで
の集光に不可避的に生ずる中心部の光束のケラレ
を良好に補正することができ、効率の高い照明を
行なうことができる。しかも、いわゆるオプテイ
カルインテグレーターと円錐状プリズムとを組み
合せて投影型露光装置用の照明系を構成するなら
ば、開口絞りの制御により照明状態を変化させる
場合にも安定した高い効率で照明を行なうことが
可能である。
第１面は本発明による第１実施例の光路図、第
２図は実施例に用いた円錐状プリズムの斜視図、
第３図、第４図は第１実施例における光量分布を
示すためのスポツトダイアグラム、第５図は円錐
状プリズムの他の例を示す断面図、第６図は円錐
状プリズムの説明図、第７図は第２実施例の概略
構成図、第８図は第３実施例の概略構成図、第９
図は第３実施例における光量分布を示すためのス
ポツトダイアグラム、第１０図は第３実施例の説
明図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１……楕円ミラー、
２，６……コンデンサーレンズ、３，３０……円
錐状プリズム、３ａ，３ｂ，３０ａ，３０ｂ……
凸面錐面、４……オプテイカルインテグレータ
ー、５……開口絞り、１０……投影対物レンズ。
２図は実施例に用いた円錐状プリズムの斜視図、
第３図、第４図は第１実施例における光量分布を
示すためのスポツトダイアグラム、第５図は円錐
状プリズムの他の例を示す断面図、第６図は円錐
状プリズムの説明図、第７図は第２実施例の概略
構成図、第８図は第３実施例の概略構成図、第９
図は第３実施例における光量分布を示すためのス
ポツトダイアグラム、第１０図は第３実施例の説
明図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１……楕円ミラー、
２，６……コンデンサーレンズ、３，３０……円
錐状プリズム、３ａ，３ｂ，３０ａ，３０ｂ……
凸面錐面、４……オプテイカルインテグレータ
ー、５……開口絞り、１０……投影対物レンズ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２次曲面を有する反射鏡によりある有限の大
きさを持つ光源からの光束を集光しほぼ平行光束
を供給する照明光学系において、 入射光側に頂角θを持つ凸の円錐面状屈折面と
射出光側に該円錐面状屈折面と等しい頂角θを持
つ凸の円錐面状屈折面とを有する円錐状プリズム
を前記ほぼ平行光束中にてその頂点を該照明光学
系の光軸にほぼ一致して配置するとともに、以下
の条件を満足するように前記円錐状プリズムを構
成し、前記円錐状プリズムに入射するほぼ平行光
束を前記光軸に関して内側と外側とで反転させる
とともに前記ほぼ平行光束の内部のケラレを補正
することを特徴とするミラー集光型照明光学系。 ２／３H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝≦ｄ≦３／
２H0｛tan（θ＋i′）＋１／tanθ｝i′＝sin-1sin（π
／２−θ）／ｎ 但し、 H0：前記円錐状プリズムに入射する最も周縁の
平行光線の入射高、 θ：前記円錐状プリズムの円錐面状屈折面の頂角
の半分、 i′：前記円錐状プリズムの入射光側の円錐面状屈
折面での屈折角、 ｄ：２つの円錐面の頂点間の距離、 ｎ：前記円錐状プリズムの屈折率、 である。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58018697A JPS59143146A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ミラ−集光型照明光学系 |
| US06/576,477 US4637691A (en) | 1983-02-07 | 1984-02-02 | Mirror converging-type illumination optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58018697A JPS59143146A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ミラ−集光型照明光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59143146A JPS59143146A (ja) | 1984-08-16 |
| JPH043528B2 true JPH043528B2 (ja) | 1992-01-23 |
Family
ID=11978814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58018697A Granted JPS59143146A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ミラ−集光型照明光学系 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4637691A (ja) |
| JP (1) | JPS59143146A (ja) |
Families Citing this family (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6252647B1 (en) | 1990-11-15 | 2001-06-26 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| US6885433B2 (en) * | 1990-11-15 | 2005-04-26 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method |
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| US6710855B2 (en) | 1990-11-15 | 2004-03-23 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus and method |
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| JP4595067B2 (ja) | 2002-08-01 | 2010-12-08 | エックスワイ，エルエルシー | 低圧精子細胞分離システム |
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1983
- 1983-02-07 JP JP58018697A patent/JPS59143146A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-02 US US06/576,477 patent/US4637691A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4637691A (en) | 1987-01-20 |
| JPS59143146A (ja) | 1984-08-16 |
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