JPH07161601A

JPH07161601A - 照明光学装置

Info

Publication number: JPH07161601A
Application number: JP5302696A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川; Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】種々の照明系開口絞りを使用した場合でも、
製造コストを抑えてそれぞれ被照射面上での照度分布均
一性の再現性を良好に維持する。【構成】水銀ランプ１からの光を、楕円鏡２及びイン
プットレンズ４等を介してフライアイレンズ８に導き、
フライアイレンズ８の射出面に照明系開口絞り１２〜１
５の何れかを設置する。フライアイレンズ８の焦点面の
光源像の内、照明系開口絞り１２〜１５の開口部内の光
源像からの光が、コンデンサーレンズ２１等を介してレ
チクルＲ上を照明する。照明系開口絞り１２〜１５に応
じて、駆動装置９によりフライアイレンズ８を照明光学
系の光軸ＡＸに垂直な平面に沿って移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被照射面を均一な照度
で照明するための照明光学装置に関し、例えば半導体素
子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等を製造するため
のフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置の照明
光学系に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体素子の進歩は目覚ましく、
特にその集積度、及び動作速度が益々向上している。こ
れに応じて、半導体素子の微細化も進み、パターニング
に用いられる投影露光装置に対しても、フォトマスク又
はレチクル（以下、「レチクル」を例に取る）の微細な
パターンの像を、投影光学系を介して大きな焦点深度で
フォトレジストが塗布されたウエハ上に投影露光するこ
とが要求されている。斯かる投影露光装置においては、
ウエハ上での露光量分布の均一性を高めるため、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を用
いて、原画パターンが形成されたレチクルを均一な照度
分布で照明する照明光学系が設けられている。

【０００３】従来のフライアイレンズは、例えば特開平
４−３２９６２３号公報に開示されているように、断面
形状が四角形のレンズエレメントを束ねて形成されてい
る。そして、照明光学系内では、光源からの光により、
フライアイレンズの各レンズエレメントの射出側の焦点
面（以下、単に「射出面」という）にそれぞれ光源像が
形成され、これら多数の光源像からの光がコンデンサー
レンズを経て重畳的にレチクルを照明する。従って、レ
チクル上での照度分布の均一性が高くなっている。

【０００４】ところで、従来の照明光学系において、光
源として水銀ランプのような、一定の大きさを持ち、そ
の中央部の輝度が周辺部の輝度よりも高い光源を使用す
る場合には、フライアイレンズの各レンズエレメントの
射出面にも同様な輝度分布を持った光源像が形成され
る。この場合、フライアイレンズの各レンズエレメント
の射出面一杯に光源像を形成すると、フライアイレンズ
の各レンズエレメントの射出面の周辺部の輝度が中央部
の輝度より低くなる。これを避けようとすると、光源の
周辺部からの光を遮断して、光源像の中心部のみをフラ
イアイレンズの各レンズエレメントの射出面に形成する
ことになる。しかしながら、これではその周辺部からの
光の分だけ照度が低下することになるため、光源の周辺
部からの光を遮断することは望ましくない。このため、
通常は、フライアイレンズの各レンズエレメントの射出
面の中心部の輝度は、その周辺部の輝度よりも高くなっ
ている。

【０００５】また、最近、特開平４−１０１１４８号公
報において、レチクルを照明する光の入射角を最適範囲
付近のみに制限することにより、解像度及び焦点深度を
共に改善できる手法である所謂変形光源法が提案されて
いる。この変形光源法では、レチクルへの照明光の主光
線を傾斜させるために、照明光学系中のフライアイレン
ズの射出面付近に、光軸に対して偏心した複数個の開口
を有する開口絞り（以下、「照明系開口絞り」という）
を設ける方法が提案されている。なお、転写するパター
ンのピッチによってレチクルに対する照明光の最適な入
射角は異なるため、転写するパターンのピッチに応じて
照明系開口絞りを切り換える方法も提案されている。

【０００６】このように照明系開口絞りを切り換える方
法としては、特開平４−３２９６２３号公報に開示され
ているように、種々の開口絞りが取り付けられたターレ
ット板を回転して機械的に開口絞りを交換する方法があ
る。しかしながら、このように機械的に開口絞りを交換
する方法では、開口絞りの位置は機械的に決定されるた
め、同一の開口絞りを使用しても、その絞りを位置決め
する際の位置決め精度によってレチクル上での照度均一
性が変化するという事態が生じる。

【０００７】照度均一性が悪い場合には、ウエハ上のフ
ォトレジストとしてポジレジストを使用した場合に、照
度が高く露光量が多い所ではレジスト線幅が細くなり、
照度が低く露光量が少ない所ではレジスト線幅が太くな
る。従って、例えばトランジスタの動作速度を決めるゲ
ート層では、レジスト線幅のばらつきがゲート幅のばら
つきとなり、それがトランジスタの動作速度のばらつき
となって高速動作が制限される。そのため、高速動作が
要求されるデバイスを作製するためには、照度分布均一
性や、その再現性は厳しく管理される必要がある。

【０００８】このような照明光学系で開口絞りを交換し
たときの照度分布均一性の再現性の低下を防ぐために、
開口絞りの開口部のエッジとフライアイレンズの各レン
ズエレメントの境界線（接合線）とがほぼ一致するよう
に、開口絞りの開口部の形状を決める方法（特願平５−
２８３７２号）が提案されている。これに関して、１台
の投影露光装置でレチクル上の微細なパターンをウエハ
上に露光転写する場合に、フライアイレンズ内で開口絞
りの開口部の間の遮光帯で遮光するフライアイレンズの
列数としては１列、２列、３列、４列、５列、…等の任
意の場合が考えられる。

【０００９】そして、フライアイレンズが奇数列のレン
ズエレメントからなる場合には、開口絞りの遮光帯の幅
が奇数列のレンズエレメントの幅であるときに、開口絞
りとして上下左右に対称な形状の絞りを使用すると、開
口絞りの開口のエッジとフライアイレンズのレンズエレ
メントの接合線とが一致し、照度分布均一性の再現性が
良好となる。一方、開口絞りの遮光帯の幅が偶数列のレ
ンズエレメントの幅であるときには、開口絞りの開口部
のエッジはフライアイレンズのレンズエレメントの中心
部付近、即ち最も照度の高い位置を通ることになり、照
度分布均一性の再現性が悪くなる。

【００１０】一方、フライアイレンズが偶数列のレンズ
エレメントからなる場合には、逆に、遮光帯の幅がフラ
イアイレンズの偶数列分のレンズエレメント分の開口絞
りを使用すると、照度分布均一性の再現性が良いが、遮
光帯の幅が奇数列分のレンズエレメント分の開口絞りを
使用すると、照度分布均一性の再現性が悪くなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の照明
光学系のように、遮光帯のエッジをフライアイレンズの
レンズエレメントの接合線と一致させるものとすると、
開口絞りの形状はフライアイレンズのレンズエレメント
の構成に依存することになる。例えばレンズエレメント
４列分の遮光帯幅を有する開口絞りにとって最適なパタ
ーンを有するレチクルと、レンズエレメント３列分の遮
光帯幅を有する開口絞りにとって最適なパターンを有す
るレチクルとを同一の投影露光装置で露光する場合に
は、以下のような方法を取るしかなかった。（１）フライアイレンズの各レンズエレメントの大きさ
を小さくする。（２）レチクルに応じてフライアイレンズを交換する。（３）一方のレチクルに最適なフライアイレンズを使用
し、照明系開口絞りの位置決め精度を高精度にすること
により、照度分布均一性の再現性を高める。（４）一方のレチクルに最適なフライアイレンズを使用
し、他方のレチクルを使用する場合の照度分布均一性の
再現性は考慮しないか、そのレチクルでは最適化されて
いない照明系開口絞りを使用する。

【００１２】ここで、それぞれの場合について考える。
先ず（１）の方法については、フライアイレンズを構成
する各レンズエレメントの小型化に伴い、照明系開口絞
りに高い位置合わせ精度が要求されたり、フライアイレ
ンズを構成するレンズエレメントの数の増大によってフ
ライアイレンズの組立に要する時間が増大したりするこ
とにより、装置が高価になるという不都合がある。ま
た、フライアイレンズのレンズエレメントの大きさが小
さくなった分、そのレンズエレメントの射出面にできる
光源像の範囲が狭くなるため、レンズエレメントが大き
い場合に比べて照度が低下し、露光装置としての処理速
度（スループット）が低下するという不都合もある。

【００１３】また、（２）の方法については、フライア
イレンズが２個以上必要となり、また、それを交換する
機構が必要なことから、装置の複雑化、大型化を招き、
さらには製造コストの上昇という不都合が生じる。そし
て、（３）の方法については、照明系開口絞りの位置決
め機構が複雑となるため、装置の製造コストの上昇を伴
い、また、光源である高圧水銀ランプの交換時の、その
水銀ランプの位置決め調整が困難になるという不都合が
ある。

【００１４】最後に、（４）の方法については、他方の
レチクルに対する照度むらが大きくなるという不都合
や、照明系開口絞りの開口形状が最適化されないために
焦点深度が小さかったり、パターンによる線幅の差が生
じたりするために、製造される製品の歩留まりが低下す
るといった不都合がある。本発明は斯かる点に鑑み、種
々の照明系開口絞りを使用した場合でも、それぞれ被照
射面上での照度分布均一性の再現性が良好で、且つ製造
コストの小さい照明光学装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【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及び図２に示すように、光源（１）
と、光源（１）からの光で所定の大きさの領域を照明す
る光束整形光学系（４）と、複数の光学エレメント（３
１）を束ねて構成され光束整形光学系（４）により照明
された領域の光から複数の光源像を形成するフライアイ
・インテグレータ（８）と、それら複数の光源像からの
光を集光して被照射面（Ｒ）を重畳的に照明する集光光
学系（１７，１９，２１）とを有し、被照射面（Ｒ）を
ほぼフライアイ・インテグレータ（８）の射出面に対す
るフーリエ変換面として被照射面（Ｒ）を照明する照明
光学装置において、フライアイ・インテグレータ（８）
の入射面、射出面、又はこの射出面と共役な面に開口絞
り（１２〜１５）を配し、フライアイ・インテグレータ
（８）をその集光光学系の光軸（ＡＸ）に対して垂直な
面に平行な方向に移動自在に、又はその集光光学系の光
軸（ＡＸ）に平行な軸の回りに回動自在に支持するよう
にしたものである。

【００１６】この場合、フライアイ・インテグレータ
（８）をこのフライアイ・インテグレータを構成する複
数の光学エレメント（３１）の所定の配列方向に沿って
移動自在に支持し、フライアイ・インテグレータ（８）
の最大移動距離をその所定の配列方向への光学エレメン
ト（３１）の配列ピッチ（ＰＸ）の１／２としてもよ
い。

【００１７】

【作用】斯かる本発明によれば、各光学エレメントの大
きさが従来と同じフライアイ・インテグレータを用いて
も、光学エレメントで奇数個分の遮光帯幅をもつ開口絞
り（以下、「照明系開口絞り」という）（１２）を使用
する場合と（図２（Ａ））、光学エレメントで偶数個分
の遮光帯幅をもつ照明系開口絞り（１３）を使用する場
合とで（図２（Ｅ））、それぞれ遮光帯のエッジとフラ
イアイ・インテグレータ（８）の各光学エレメントの接
合線（境界線）が一致するように、フライアイ・インテ
グレータ（８）を移動させる。これによりそれぞれ図２
（Ｂ）又は図２（Ｄ）に示すように、各光学エレメント
（３１）の中央部で照度分布の高い光源像（３２）が照
明系開口絞り（１２，１３）の開口部のエッジ上から外
れるため、被照射面上での照度分布均一性の再現性が高
くなる。

【００１８】この場合、フライアイ・インテグレータを
１つだけ用意すれば良い。また、フライアイ・インテグ
レータの移動量も小さく、固定位置も偶配置（図２
（Ｄ））及び奇配置（図２（Ｂ））の２箇所だけである
ため、特別に高精度なフライアイ・インテグレータ用の
位置決め機構は必要ない。以上のように、製造コストの
上昇は最低限で、照度分布均一性の再現性が良好な照明
系開口絞りの選択範囲を広げることが可能である。

【００１９】また、図２から分かるように、フライアイ
・インテグレータ（８）の光学エレメント（３１）のＸ
方向への配列ピッチをＰＸとすると、照明系開口絞り
（１２，１３）の開口部のエッジをＸ方向で光学エレメ
ント（３１）の接合線に合致させるには、最大でもフラ
イアイ・インテグレータ（８）をＸ方向にＰＸ／２だけ
移動させればよい。従って、フライアイ・インテグレー
タ（８）の移動機構は簡単なものでよい。

【００２０】また、フライアイ・インテグレータの断面
形状の大きさも、同一の照明系開口数（ＮＡ）を得るた
めには、従来例と比べて光学エレメント（３１）の１／
２個分（即ち、フライアイ・インテグレータの最大移動
量）だけ大きいものを使用すれば良い。更に、図５に示
すように、フライアイ・インテグレータ（８）を回転さ
せることによっても、照明系開口絞りの開口部のエッジ
を平均的に光学エレメント（３１）の中央部の光源像
（３２）の位置からずらすことができ、これにより照度
分布均一性の再現性が良好になる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による照明光学装置の一実施例
につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、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は本実施例の投影露光装置を示し、この図１に
おいて、光源である高圧水銀ランプ１から射出された光
ＩＬは楕円鏡２、干渉フィルタ３、インプットレンズ
４、シャッタ５及びミラー７を経て、フライアイレンズ
８に入射し、フライアイレンズ８の射出側の焦点面（射
出面）に光源像を結像する。シャッタ５は駆動モータ６
により開閉され、コンピュータよりなる主制御系１０が
駆動モータ６の動作を制御する。

【００２２】照明光学系の光軸ＡＸに垂直な平面の直交
座標系をＸ軸及びＹ軸として（図２（Ａ）参照）、フラ
イアイレンズ８は駆動装置９により照明光学系の光軸Ａ
Ｘに垂直な面内でＸ方向及びＹ方向に移動自在に支持さ
れている。フライアイレンズ８の射出面には回転板１１
が駆動モータ１６により回転自在に支持され、回転板１
１内に４種類の照明系開口絞り１２〜１５が等角度間隔
で配置されている。図１の状態ではフライアイレンズ８
の射出面に照明系開口絞り１２が配置され、主制御系１
０が駆動モータ１６を介して回転板１１を回転させるこ
とにより、他の照明系開口絞り１３〜１５をもフライア
イレンズ８の射出面に配置できるようになっている。照
明系開口絞り１２〜１５を順次フライアイレンズ８の射
出面に設定した場合、照明系開口絞り１２〜１５の中心
がそれぞれ光軸ＡＸに合致するように位置決めが行われ
る。

【００２３】図１において、照明開口絞り１２の開口部
を通過した光は、第１リレーレンズ１７、投影式レチク
ルブラインド１８、第２リレーレンズ１９、ミラー２
０、及びコンデンサーレンズ２１を経て、レチクルＲ上
をほぼ均一な照度分布で照明する。レチクルＲ上には回
路パターン２２が形成され、この回路パターン２２の像
は投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージ２６上にウ
エハホルダ２５を介して載置されたウエハＷの所定のシ
ョット領域に結像投影される。また、投影光学系ＰＬの
瞳面（レチクルＲのパターン形成面に対するフーリエ変
換面）には、可変開口絞り２３及びその駆動装置２４が
設けられ、主制御系１０は駆動装置２４を介して投影光
学系ＰＬの開口数（ＮＡ）を制御できるようになってい
る。

【００２４】更に、ウエハステージ２６上には小さな受
光部を有する光電変換素子よりなる照度むらセンサ２７
が設けられ、照度むらセンサ２７の検出信号が主制御系
１０に供給されている。ウエハステージ２６を投影光学
系ＰＬの光軸に垂直な平面内で駆動して照度むらセンサ
２７の検出信号をモニタすることにより、主制御系１０
はウエハＷ上での照度分布の均一性を計測できる。

【００２５】本実施例のシステム全体は主制御系１０に
より制御され、主制御系１０に対する露光条件等の設定
はコンソール２９を介するか、またはネットワークによ
り接続された別のコンソール（図不示）を介して行うよ
うになっており、ＣＲＴディスプレィ２８には主制御系
１０からの情報が表示される。オペレータは、照明系開
口絞り１２〜１５の選択、フライアイレンズ８のＸ方向
及びＹ方向の位置の選択、更には投影光学系ＰＬの開口
数の選択が可能である。

【００２６】なお、図１においては、ウエハＷやレチク
ルＲの位置合わせやフォーカス合わせのための機構は省
略されている。実際の照明系開口絞り１２〜１５の選
択、フライアイレンズ８の位置の設定、投影光学系ＰＬ
の開口数の制御は、以下の３通りの方法の何れかの方法
で行われる。

【００２７】（１）コンソール２９（またはリモートコ
ンソール）より照明系開口絞り、フライアイレンズ８の
位置、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを入力する。（２）コンソール２９（またはリモートコンソール）の
画面に表示されている照明系開口絞り、フライアイレン
ズ８の位置、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡの組合わせの
中から所望の組み合せを選択する。（３）露光しようとする露光データファイルと照明系開
口絞り、フライアイレンズ８の位置、投影光学系ＰＬの
開口数ＮＡとを予め関連づけておき、露光データファイ
ルを選択することにより、照明系開口絞り、フライアイ
レンズ８の位置、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを自動的
に選択する。

【００２８】次に、本実施例でフライアイレンズ８を移
動させる場合の動作の一例につき説明する。ここでは、
図２（Ｂ）に示すように、フライアイレンズ８が断面形
状が正方形のレンズエレメント３１をＸ方向及びＹ方向
に密着させて配列したものであるり、Ｘ方向及びＹ方向
の配列数が共に１４個である場合を例にとって説明す
る。なお、レンズエレメント３１のＸ方向の幅をＰＸ、
Ｙ方向の幅をＰＹ（＝ＰＸ）とする。従って、レンズエ
レメント３１のＸ方向及びＹ方向への配列ピッチはそれ
ぞれＰＸ及びＰＹ（＝ＰＸ）であり、レンズエレメント
３１の配列ピッチはレンズエレメント３１の各射出面に
形成される光源像３２の配列ピッチと等しい。また、図
２〜図４の斜線部は照明系開口絞りの開口部であり、フ
ライアイレンズ８の各レンズエレメント３１の射出面の
中央部に結像される光源像３２の内で、照明系開口絞り
の開口部内に収まる部分からの光のみが重畳的にレチク
ル側に照射される。なお、照明系開口絞りのＸ、Ｙ方向
の遮光帯の各幅は、レチクルパターンのピッチに対応し
た各開口部を通る照明光の光量分布の重心位置の照明光
学系の光軸からの距離、及び開口部の大きさ（コヒーレ
ンスファクターσ値に相当し、通常σ＝０．１〜０．３
程度に定められる）によって一義的に定められるもので
ある。

【００２９】先ず、図２（Ａ）に示すように、４個の扇
形の開口部１２ａ〜１２ｄを有し、Ｘ方向の遮光帯の幅
Ｌ１Ｘ及びＹ方向の遮光帯の幅Ｌ１Ｙがそれぞれレンズ
エレメント３１の幅の３個分（３・ＰＸ）である変形光
源用の照明系開口絞り１２を使用する場合を考える。こ
の場合、図２（Ｃ）に示すように、照明光学系の光軸
（即ち、照明系開口絞りの中心）ＡＸとフライアイレン
ズ８の中心ＦＣとが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれＰＸ
／２及びＰＹ／２だけずれた状態に、駆動装置９を介し
てフライアイレンズ８の位置を固定する。

【００３０】図２（Ｃ）の状態では、開口部１２ａのエ
ッジ部１２ａＸ及び１２ａＹがそれぞれレンズエレメン
ト３１の接合線上に位置している。他の開口部１２ｂ〜
１２ｄについても、Ｘ方向及びＹ方向に平行なエッジ部
がそれぞれレンズエレメント３１の接合線上に位置して
いる。従って、照明系開口絞り１２の位置決めの再現性
が多少悪い場合でも、開口部１２ａ〜１２ｄ内の光源像
の分布はほぼ同じであり、照度分布均一性の再現性が良
好である。

【００３１】これに対して、図２（Ｂ）に示すように、
光軸ＡＸとフライアイレンズ８の中心ＦＣとを、Ｘ方向
及びＹ方向に合致させると、開口部１２ａのエッジ部１
２ａＸ及び１２ａＹがそれぞれレンズエレメント３１の
中央部の光源像３２上を横切ることになる。従って、照
明系開口絞り１２の僅かな位置決めのずれが生じても、
開口部１２ａ内の光源像の光量分布が大きく変化して、
レチクル上での照度分布が変化するため、照度分布均一
性の再現性が悪くなる。

【００３２】次に、例えばレチクル交換等によるレチク
ルパターンの微細度（ピッチ等）の変更に伴い、図２
（Ｄ）に示すように、４個の扇形の開口１３ａ〜１３ｄ
を有し、Ｘ方向の遮光帯の幅Ｌ２Ｘ及びＹ方向の遮光帯
の幅Ｌ２Ｙがそれぞれレンズエレメント３１の幅の４個
分（４・ＰＸ）である変形光源用の照明系開口絞り１３
を使用する場合を考える。この場合、図２（Ｅ）に示す
ように、照明光学系の光軸ＡＸとフライアイレンズ８の
中心とが合致した状態でフライアイレンズ８の位置を固
定する。

【００３３】図２（Ｅ）の状態では、開口部１３ａのエ
ッジ部１３ａＸ及び１３ａＹがそれぞれレンズエレメン
ト３１の接合線上に位置している。他の開口部１２ｂ〜
１２ｄについても、同様である。従って、照明系開口絞
り１３の位置決めの再現性が多少悪い場合でも、開口部
１３ａ〜１３ｄ内の光源像の分布はほぼ同じであり、照
度分布均一性の再現性が良好である。

【００３４】これに対して、図２（Ｆ）に示すように、
光軸ＡＸに対してフライアイレンズ８の中心ＦＣが、Ｘ
方向及びＹ方向にそれぞれＰＸ／２及びＰＹ／２だけず
れた状態では、開口部１３ａのエッジ部１３ａＸ及び１
３ａＹがそれぞれレンズエレメントの中央部の光源像上
を横切ることになる。従って、図２（Ｂ）の場合と同様
に照度分布均一性の再現性が悪くなる。

【００３５】また、図２（Ａ）の照明系開口絞り１２及
び図２（Ｄ）の照明系開口絞り１３を交互に、それぞれ
図２（Ｃ）及び図２（Ｅ）の状態でフライアイレンズ８
の射出面に設定し、図１の照度むらセンサ２７を用いて
ウエハＷ上での照度分布均一性の再現性を計測したとこ
ろ、どちらの照明系開口絞を使用したときにも良好な再
現性が得られた。

【００３６】また、照明系開口絞り１２及び１３をそれ
ぞれ図２（Ｂ）及び図２（Ｆ）の状態でフライアイレン
ズ８の射出面に設定し、照度むらセンサ２７を用いてウ
エハＷ上での照度分布均一性の再現性を計測したとこ
ろ、その再現性は悪かった。具体的に、図２（Ｂ）及び
（Ｆ）の場合の照度分布均一性のばらつきは、図２
（Ｃ）及び（Ｅ）の場合に比べて約３倍大きかった。

【００３７】また、図２（Ａ）又は（Ｄ）の照明系開口
絞り１２又は１３を使用する場合のフライアイレンズ８
の最大移動量は、共通にＸ方向にＰＸ／２且つＹ方向に
ＰＹ／２であればよい。従って、図１の駆動装置９の構
成は簡略なものでよい。但し、本実施例ではフライアイ
レンズ８を照明系開口絞りに対して相対的に移動するた
め、フライアイレンズ８の外形を従来例と比べてＸ方向
にＰＸ／２以上且つＹ方向にＰＹ／２以上大きくしてお
くことが望ましい。

【００３８】なお、上述実施例では照明系開口絞り１
２，１３の開口部の一部のエッジ部（遮光帯のエッジ
部）がフライアイレンズ８のレンズエレメントの境界線
と完全に一致しているが、照明系開口絞りの開口部のエ
ッジ部（遮光帯のエッジ部）とフライアイレンズ８のレ
ンズエレメントの境界線とは完全に一致している必要は
ない。要は、フライアイレンズ８上で光源像の輝度の高
い位置に、開口部のエッジ部（遮光帯のエッジ部）が懸
かっている割合が低ければよい。

【００３９】これは図３（Ａ）に示すような輪帯状の照
明開口絞り１４を使用する際に適用される。即ち、例え
ば図３（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸ（照明系開口絞り
１４の中心）がフライアイレンズ８の中心と合致してい
る状態で、照明系開口絞り１４のＸ方向の外側のエッジ
部１４ａ，１４ｄ、及びＸ方向の内側のエッジ部１４
ｂ，１４ｃがそれぞれほぼレンズエレメント３１の中央
部の光源像３２を横切る位置にあり、Ｙ方向のエッジ部
もそれぞれほぼ光源像３２を横切る位置にあるときに
は、ウエハ上での照度分布均一性の再現性が悪い。そこ
で、このような場合には、図３（Ｃ）に示すように、光
軸ＡＸに対してフライアイレンズ８の中心ＦＣがＸ方向
及びＹ方向にそれぞれＰＸ／２及びＰＹ／２だけずれた
状態にフライアイレンズ８を移動して、フライアイレン
ズ８を固定する。これにより、ウエハ上での照度分布均
一性の再現性を高めることができる。

【００４０】また、図４（Ａ）に示すような、４つの小
さい円形の開口部１５ａ〜１５ｄを有する変形光源法用
の照明系開口絞り１５を用いる場合にも、例えば図４
（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸ（照明系開口絞り１５の
中心）がフライアイレンズ８の中心と合致している状態
で、開口部１５ａの円周のエッジ部がほぼレンズエレメ
ント３１の中央部の光源像３２を横切る位置にあるとき
には、ウエハ上での照度分布均一性の再現性が悪い。そ
こで、このような場合には、図４（Ｃ）に示すように、
光軸ＡＸに対してフライアイレンズ８の中心ＦＣがＸ方
向及びＹ方向にそれぞれＰＸ／２及びＰＹ／２だけずれ
た状態にする。これにより、ウエハ上での照度分布均一
性の再現性を高めることができる。

【００４１】以上のように、本発明は、照明系開口絞り
の開口部のエッジ部（遮光帯のエッジ部）が直線である
場合に限定されるものではなく、曲線で構成されていて
もよく、曲線と直線両方を含んでいてもよい。更に、特
願平５−２８３７２号に開示されているように開口部の
全てのエッジ部を直線のみで構成しておいてもよい。こ
の場合、照度分布均一性の再現性をさらに向上させるこ
とができる。また、図１の実施例ではフライアイレンズ
８を駆動装置９を介してＸ方向及びＹ方向に移動自在に
支持しているが、そのフライアイレンズ８を更に回動自
在に支持し、所望の回転角で固定できるようにしてもよ
い。この場合のフライアイレンズ８の回動中心（平行移
動可能）は、光軸ＡＸに平行な軸である。図４（Ａ）の
照明系開口絞り１５を用いて、フライアイレンズ８を並
進及び回転させる場合の動作の一例を図５を参照して説
明する。

【００４２】即ち、図５（Ａ）のようにフライアイレン
ズ８の回転角が０で、開口部１５ａ〜１５ｄを有する照
明系開口絞り１５の中心でもある光軸ＡＸがフライアイ
レンズ８の中心に合致している状態では、開口部１５ａ
〜１５ｄの円周のエッジ部がほぼレンズエレメント３１
の中央部の光源像３２を横切る位置にあるため、ウエハ
上での照度分布均一性の再現性が悪い。そこで、このよ
うな場合には、図５（Ｂ）に示すように、フライアイレ
ンズ８の中心ＦＣを光軸ＡＸに対してＸ方向及びＹ方向
にレンズエレメント３１の幅の１／２ずつ並進移動させ
た後に、光軸ＡＸの回りにフライアイレンズ８を４５°
回転し、開口部１５ａ〜１５ｄの円周のエッジ部がほぼ
レンズエレメント３１の接合線付近を通過するようにす
る。これにより、ウエハ上での照度分布均一性の再現性
を高めることができる。なお、この実施例ではフライア
イレンズ８に並進及び回転を行わせているが、フライア
イレンズ８を回転させるだけでもよい。この場合、回転
量はフライアイレンズ８と照明系開口絞りとの相対的な
シフト量に応じて決められる。

【００４３】また、フライアイレンズの各レンズエレメ
ントの断面形状は必ずしも正方形である必要はなく、長
方形であってもよい。各レンズエレメントの断面形状が
長方形の場合には、例えば図２（Ｂ）において、レンズ
エレメント３１のＸ方向の幅ＰＸがＹ方向の幅ＰＹと異
なる。この場合、図２（Ａ）及び（Ｂ）において、例え
ば照明系開口絞り１２のＸ方向の遮光帯の幅Ｌ１Ｘをレ
ンズエレメント３１のＸ方向の幅ＰＸの３倍としたと
き、Ｙ方向の遮光帯の幅Ｌ１Ｙを必ずしもレンズエレメ
ント３１のＹ方向の幅ＰＹの３倍とする必要はなく、そ
のＹ方向の遮光帯の幅Ｌ１ＹをＸ方向の遮光帯の幅Ｌ１
Ｘと等しくしてもよい。

【００４４】更に、フライアイレンズとして、断面形状
が例えば３角形や６角形のレンズエレメントを密着して
配列した構成のフライアイレンズを使用してもよい。図
６は、断面形状が正６角形のレンズエレメント３４を密
着して配列してなるフライアイレンズ３３の射出面に、
図２（Ａ）の照明系開口絞り１２を設置した状態を示
す。この図６において、各レンズエレメント３４の射出
面の中央部にはそれぞれ光源像３５が結像され、Ｘ方向
に隣接する光源像３５の間隔（配列ピッチ）をＱＸ、Ｘ
方向に並んだ光源像列と隣接する光源像列との間隔をＱ
Ｙとする。

【００４５】この場合、図６（Ａ）のように照明系開口
絞りの中心（照明光学系の光軸）ＡＸとフライアイレン
ズ８の中心とが合致している状態では、開口部１２ａの
Ｙ軸に平行なエッジ部１２ａＹ上では、レンズエレメン
ト３４の中央部と接合線とが交互に配列されているた
め、仮にエッジ部１２ａＹがＸ方向にずれても平均的な
輝度分布はほぼ一定である。これに対して、開口部１２
ａＹのＸ軸に平行なエッジ部１２ａＸ上にはレンズエレ
メント３４の中心部の光源像３５が続いて配列されてい
るため、エッジ部１２ａＸが僅かにＹ方向に位置ずれす
ると、輝度分布が大きく変動する。他の開口部１２ｃ〜
１２ｄについても同様である。

【００４６】そこで、図６（Ｂ）に示すように、光軸Ａ
Ｘに対してフライアイレンズ３３をＹ方向にＱＹ／２だ
けずらした状態でフライアイレンズ３３を固定する。こ
れにより開口部１２ａ〜１２ｄのＸ方向に平行なエッジ
部が、それぞれレンズエレメント３４のほぼ接合線上に
設定され、照明系開口絞りが多少位置ずれしても、ウエ
ハ上での照度分布均一性の再現性が良好である。図６の
場合のフライアイレンズ３３の最大駆動量は、Ｙ方向に
ＱＹ／２であればよく、Ｘ方向には駆動する必要がな
い。また、照明系開口絞りのエッジ部が曲線で構成され
ている場合の効果も、レンズエレメントの断面形状が正
方形ないし長方形の場合と同様である。

【００４７】なお、フライアイレンズの各レンズエレメ
ント内部の輝度分布が一定でない場合には、照明系開口
絞りの開口部の形状によっては、レチクルＲ上のパター
ンの方向によってウエハＷ上での像のコントラスト、形
成されるレジスト像の線幅、更には焦点深度が異なるこ
とがある。このような場合にも、フライアイレンズと照
明開口絞りとの相対位置を変化させることにより、線幅
差や焦点深度差を低減することが可能である。

【００４８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、光源は高圧水銀ランプに限定され
るものではなく、例えばエキシマレーザ光源、又は固体
レーザであるＮｄ（ネオジウム）：ＹＡＧレーザの等の
高調波発生装置等を用いてもよい。光源がレーザ光源の
場合には、図１のインプットレンズ４の代わりにレーザ
ビームの断面形状を所定形状に整形するビーム整形光学
系が使用される。また、フライアイレンズも縦横偶数個
のレンズエレメントから構成されている必要はなく、縦
横が共に奇数個であってもよく、又は縦は偶数個で横は
奇数個といった組み合わせでもよく、その逆の組み合わ
せでもよい。

【００４９】また、図１の実施例では照明系開口絞り１
２〜１５は、フライアイレンズ８の射出面に設置される
が、照明系開口絞り１２〜１５を、フライアイレンズ８
の入射側の面にほぼ密着するように設置してもよい。更
には、リレーレンズを用いてフライアイレンズ８の射出
面と共役な面を生成し、この共役な面にそれら照明系開
口絞り１２〜１５を設置するようにしてもよい。

【００５０】また、本発明の適用は実施例に示したステ
ップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に限られる
ものではなく、例えばステップ・アンド・スキャン方式
又はスリットスキャン方式の投影露光装置、更には投影
光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置な
ど、原版パターンを照明するための照明光学系内にフラ
イアイレンズを有する露光装置であれば、全ての方式に
適用が可能である。

【００５１】このように、本発明は上述実施例に限定さ
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。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、開口絞り（照明系開口
絞り）の開口部の形状に応じて、フライアイ・インテグ
レータの位置又は回転角を調整できるため、種々の照明
系開口絞りを使用した場合に、それぞれ被照射面上での
照度分布均一性の再現性が良好な状態に設定できる利点
がある。また、フライアイ・インテグレータを集光光学
系の光軸に垂直な面内で移動又は回転させるだけでよい
ため、装置構成が簡略であり、そのために装置コストの
上昇が小さい。

【００５３】そのため、開口絞りの開口部の形状の選択
範囲が広がり、所謂変形光源法を使用したような場合で
も、照度分布均一性の再現性を良好に維持できる。更に
は、変形光源法使用時に見られる、マスクパターンの方
向による線幅差や焦点深度差を補正できるという利点も
ある。また、本発明を投影露光装置に適用した場合、ウ
エハ等の感光基板上での照度分布均一性が常に良好であ
るため、焦点深度が小さい場合でもパターン形状による
線幅の差が小さくなり、製造される製品の歩留まりが高
く維持される。

【００５４】また、フライアイ・インテグレータをこれ
を構成する複数の光学エレメントの所定の配列方向に沿
って移動自在に支持し、そのフライアイ・インテグレー
タの最大移動距離をその所定の配列方向への光学エレメ
ントの配列ピッチの１／２とした場合でも、その所定の
配列方向に対してフライアイ・インテグレータと開口絞
りとを最適な位置関係に設定できる。従って、フライア
イ・インテグレータの移動距離が少なくて済み、フライ
アイ・インテグレータの駆動装置が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による照明光学装置の一実施例が適用さ
れた投影露光装置を示す一部を切り欠いた斜視図であ
る。

【図２】実施例の照明系開口絞り１２及び照明系開口絞
り１３とフライアイレンズ８との位置関係をそれぞれ示
す説明図である。

【図３】実施例の照明開口絞り１４とフライアイレンズ
８との位置関係を示す説明図である。

【図４】実施例の照明開口絞り１５とフライアイレンズ
８との位置関係を示す説明図である。

【図５】フライアイレンズ８を並進移動及び回転させる
場合の、照明系開口絞りとフライアイレンズ８との位置
関係を示す説明図である。

【図６】断面形状が正６角形のレンズエレメントを束ね
た構成のフライアイレンズと、照明系開口絞りとの位置
関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１高圧水銀ランプ２楕円鏡３干渉フィルタ４インプットレンズ５シャッタ８フライアイレンズ９フライアイレンズの駆動装置１０主制御系１１回転板１２〜１５照明系開口絞り１６回転板の駆動装置１７，１９リレーレンズ１８投影式レチクルブラインド２１コンデンサーレンズＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２６ウエハステージ２７照度むらセンサ３１レンズエレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 Ｈ 9122−2Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光で所定の大きさ
の領域を照明する光束整形光学系と、複数の光学エレメ
ントを束ねて構成され前記光束整形光学系により照明さ
れた領域の光から複数の光源像を形成するフライアイ・
インテグレータと、前記複数の光源像からの光を集光し
て被照射面を重畳的に照明する集光光学系とを有し、前
記被照射面をほぼ前記フライアイ・インテグレータの射
出面に対するフーリエ変換面として前記被照射面を照明
する照明光学装置において、前記フライアイ・インテグレータの入射面、射出面、又
は該射出面と共役な面に開口絞りを配し、前記フライアイ・インテグレータを前記集光光学系の光
軸に対して垂直な面に平行な方向に移動自在に、又は前
記集光光学系の光軸に平行な軸の回りに回動自在に支持
するようにしたことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】前記フライアイ・インテグレータを該フ
ライアイ・インテグレータを構成する複数の光学エレメ
ントの所定の配列方向に沿って移動自在に支持し、前記
フライアイ・インテグレータの最大移動距離を前記所定
の配列方向への前記光学エレメントの配列ピッチの１／
２としたことを特徴とする請求項１記載の照明光学装
置。