JPH09288251A - パルス幅伸長光学系および該光学系を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス光の発光時間を疑似的に伸長すること
によって、発光時間内の平均エネルギを低減する。 【解決手段】 パルス光を複数の光路に沿って分割する
ための光分割手段と、複数の光路に沿った分割パルス光
を同一の光路に沿って合成するための光合成手段とを備
え、同一の光路に沿って合成された合成パルス光の強度
が複数の光路に沿って分割される元のパルス光の強度よ
りも実質的に小さくなるように、複数の光路は互いに所
定の光路長差を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパルス幅伸長光学系
および該光学系を備えた露光装置に関し、特にパルスレ
ーザー光源からのパルス光の発光時間を疑似的に伸長す
る光学系および該光学系を備えた露光装置に関する。さ
らには、本発明は、パルス幅伸長光学系を備えた露光装
置を用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、パルスレーザー光源を備えた
従来の露光装置の構成を概略的に示す図である。図１６
の露光装置において、パルス発光するレーザー光源１か
ら射出された光束は、ビーム整形光学系２によって所定
のビーム断面形状に整形された後、フライアイレンズ３
に入射する。フライアイレンズ３に入射した光束は、フ
ライアイレンズ３の後側焦点位置に複数の光源像（二次
光源）を形成する。

【０００３】複数の二次光源からの光束は、開口絞り４
を介して制限された後、コンデンサーレンズ５によって
集光され、マスク６を重畳的に均一照明する。マスク６
上には、半導体集積回路などの非常に微細なパターンが
描かれている。マスク６のパターンは、投影光学系７を
介してウエハ８上に縮小投影または拡大投影される。こ
のとき、ウエハ８上に形成することが可能な微細パター
ンのサイズは、レーザー光源１からの光の波長に比例す
る。このため、より微細なパターンを形成するために
は、レーザー光源１からの光の波長をできるだけ短くす
ることが必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
発光のレーザー光源においては、パルス光の発光時間内
の平均エネルギーが非常に大きい。例えば、波長193nm
のArF エキシマレーザーの場合、ビーム断面形状を20mm
×5mm とし、発光時間を10nsecとすると、発光時間内の
平均エネルギーは10MW/cm²となる。

【０００５】レーザー光の波長が短くなるにつれて発光
時間内の平均エネルギーが増大するので、光学材料のレ
ーザー耐性が低くなる傾向がある。このため、波長の短
いレーザー光を使用する従来の光学系においては、レン
ズ材料の透過率低下、反射防止コートや反射ミラーの性
能低下などにより、光学系全体としての光の透過率の低
下、照明パワーの低下、照度均一性の悪化などが発生す
る。また、波長の短いレーザー光を使用する従来の露光
装置においては、投影光学系のレンズ材料の屈折率変化
により収差が発生し、投影光学系の結像性能に重大な悪
影響を及ぼす場合もある。

【０００６】例えば、露光装置の光源として近年注目さ
れているArF エキシマレーザー（波長：１９３nm）を用
いる場合、合成石英ガラスおよび蛍石の２種類の光学屈
折材料しか実質的に使用することができなかった。しか
も、合成石英ガラスおよび蛍石のいずれの材料において
も、あるしきい値以上のエネルギー密度を有するレーザ
ー光に対して徐々に透過率の低下が観測される。このた
め、従来技術においては、光学系の性能低下を回避して
その耐久性を維持するために、光学系を大型化して単位
面積当たりのエネルギー密度を減らさざるを得なかっ
た。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、パルス光の発光時間を疑似的に伸長すること
によって、発光時間内の平均エネルギを低減することの
できるパルス幅伸長光学系および該光学系を備えた露光
装置を提供することを目的とする。また、本発明は、パ
ルス幅伸長光学系を備えた露光装置を用いた半導体デバ
イスの製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【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発明においては、パルス光の発光時間
を疑似的に伸長するパルス幅伸長光学系において、前記
パルス光を複数の光路に沿って分割するための光分割手
段と、前記複数の光路に沿った分割パルス光を同一の光
路に沿って合成するための光合成手段とを備え、前記同
一の光路に沿って合成された合成パルス光の強度が前記
複数の光路に沿って分割される元のパルス光の強度より
も実質的に小さくなるように、前記複数の光路は互いに
所定の光路長差を有することを特徴とするパルス幅伸長
光学系を提供する。

【０００９】第１発明の好ましい態様によれば、前記所
定の光路長差は、前記元のパルス光の発光時間内におい
て発光強度がピーク強度の１／２以上である時間と光速
との積よりも大きい。また、前記複数の光路のうち少な
くとも１つの光路中には、前記光分割手段の分割面と前
記光合成手段の合成面とを実質的に共役に構成するため
のリレー光学系が設けられているのが好ましい。

【００１０】また、本発明の第２発明においては、パタ
ーンが形成されたマスクをほぼ均一に照明するための照
明光学系を備え、前記マスク上に形成されたパターンの
像を感光基板上に形成する露光装置において、前記照明
光学系は、パルス発光する光源と、該光源からのパルス
光の発光時間を疑似的に伸長するためのパルス幅伸長光
学系とを備え、前記パルス幅伸長光学系は、前記パルス
光を複数の光路に沿って分割するための光分割手段と、
前記複数の光路に沿った分割パルス光を同一の光路に沿
って合成するための光合成手段とを備え、前記同一の光
路に沿って合成された合成パルス光の強度が前記複数の
光路に沿って分割される元のパルス光の強度よりも実質
的に小さくなるように、前記複数の光路は互いに所定の
光路長差を有することを特徴とする露光装置を提供す
る。

【００１１】第２発明の好ましい態様によれば、前記照
明光学系は、前記パルス幅伸長光学系を介して形成され
た合成パルス光に基づいて多数の光源像を形成するため
の多光源像形成手段と、該多光源像形成手段により形成
された多数の光源像からの光束を集光して前記マスク上
を重畳的に照明する集光光学系とをさらに備えている。

【００１２】

【発明の実施の形態】上述のように、本発明では、パル
ス光を複数の光路に沿って分割した後、複数の分割パル
ス光を同一の光路に沿って合成する。この場合、同一の
光路に沿って合成された合成パルス光の強度が複数の光
路に沿って分割される元のパルス光の強度よりも実質的
に小さくなるように、複数の光路は互いに所定の光路長
差を有する。

【００１３】このように、本発明では、パルス光の発光
時間を疑似的に伸長することによって、発光時間内の平
均エネルギーを、すなわち単位時間当たりのエネルギー
を低減することができる。したがって、パルス発光の光
源を使用する一般の光学系において、光照射による光学
材料の性能低下を回避することができる。特に、パルス
発光のレーザー光源を使用する露光装置では、レーザー
照射による投影光学系の結像性能の低下を回避して、微
細パターンを良好に形成することができる。

【００１４】以下、本発明の実施例を、添付図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１実施例にかかるパ
ルス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。ま
た、図２は、図１のレーザー光源から射出されるパルス
光のエネルギーの時間変化を模式的に示す図である。図
１のパルス幅伸長光学系は、ほぼ直線偏光のパルス光を
発するレーザー光源１を備えている。なお、レーザー光
源１からのパルス光の偏光方向は、図１の紙面に対して
垂直または平行であるものとする。

【００１５】レーザー光源１から射出されたパルス光
は、誘電体多層膜からなる半透過膜を有するハーフミラ
ー１０に入射して、反射光と透過光とに分割される。ハ
ーフミラー１０で１回目に反射された光は、分割パルス
光となってミラー１４に入射し、図中右側に反射され
る。一方、ハーフミラー１０を１回目に透過した光は、
分割パルス光となってミラー１１、１２および１３によ
り順次反射された後、ハーフミラー１０に再び入射す
る。

【００１６】ハーフミラー１０に再び入射した光のうち
ハーフミラー１０を２回目に透過した光は、ハーフミラ
ー１０で１回目に反射された光と同一の光路に沿って合
成される。また、ハーフミラー１０に再び入射した光の
うちハーフミラー１０で２回目に反射された光は、ミラ
ー１１、１２および１３により順次反射された後、ハー
フミラー１０に再び入射する。このように、ハーフミラ
ー１０は、パルス光を複数の光路に沿って分割するため
の光分割手段および複数の光路に沿った分割パルス光を
同一の光路に沿って合成するための光合成手段を構成し
ている。また、この３つのミラー（１１〜１３）とハー
フミラー１０とで形成される周回光路は、後述するよう
に所定の光路長となるように３つのミラー（１１〜１
３）の配置によって設定されており、３つのミラー（１
１〜１３）は、光路長差付与手段として機能している。

【００１７】ハーフミラー１０に再び入射した光のうち
ハーフミラー１０を３回目に透過した光は、ハーフミラ
ー１０で１回目に反射された光およびハーフミラー１０
を２回目に透過した光と同一の光路に沿って合成され
る。こうして、ハーフミラー１０で２回目以降に反射さ
れた光成分は、ミラー１１、１２および１３を介する同
一の光路を周回する。このように、周回光路の光路長を
Ｌとし、ｎを２以上の整数とすると、ハーフミラー１０
をｎ回介する分割光は、ハーフミラー１０を（ｎ−１）
回介する分割光に対して、光路長差Ｌが付与される。そ
して、ハーフミラー１０で２回目以降に反射された光成
分は、周回ごとにハーフミラー１０を透過する光の分だ
け徐々に減衰し、最終的にはすべての光がハーフミラー
１０を透過することになる。したがって、ミラー１１、
１２および１３の反射率がそれぞれ１００％であれば、
原理的には光量損失は発生しない。

【００１８】なお、パルス光の発光時間（以下、「パル
ス幅」という）をδ秒とすると、発光時間内に進む光の
距離（以下、「パルス長」という）は、３×１０⁸ ×δ
［ｍ］となる。したがって、ハーフミラー１０とミラー
１１、１２および１３とからなる光学系（以下、「周回
光学系」という）の光路長がパルス長よりも大きけれ
ば、ハーフミラー１０を介して順次合成される複数の分
割パルス光は時間的に重なり合わない。つまり、ハーフ
ミラー１０を介して順次合成される複数の分割パルス光
は、光路長差付与手段としての３つのミラー（１１〜１
３）の作用によってそれぞれ所定の光路長差が付与され
るため、時間的に重なることがない。図３は、時間的に
重なり合わない複数の分割パルス光からなる合成パルス
光のエネルギーの時間変化を示す図である。

【００１９】一例として、発光時間すなわちパルス幅δ
を10nsecすると、パルス長は３ｍとなる。したがって、
周回光学系の光路長を３ｍ以上にすれば、合成される複
数の分割パルス光は時間的に重なり合わないことにな
る。図３を参照すると、周回光学系の作用によりパルス
幅が疑似的に伸長され、単位時間当たりのエネルギーが
大きく低減されていることがわかる

【００２０】なお、光路長差（すなわち周回光学系の光
路長）がパルス長以下であっても、各分割パルス光の発
光エネルギーのピーク位置を時間的に十分ずらせること
により、合成光の平均エネルギーを、すなわち単位時間
当たりのエネルギーを実質的に低減することができる。
光路長差をたとえば半値パルス長に設定することによっ
て、単位時間当たりのエネルギーを実質的に低減するこ
とができる。ここで、図２に示すように、分割される元
のパルス光の発光強度がピーク強度Ｅの２分の１以上で
ある時間を半値パルス幅と定義し、半値パルス幅の間に
光が進む距離を半値パルス長と定義している。

【００２１】図４は、光路長差が半値パルス長に等しい
場合の合成パルス光のエネルギーの時間変化を示す図で
ある。図４を参照すると、各分割パルス光の発光エネル
ギーのピーク位置が、隣接するパルス光の半値パルス幅
の外側に位置している。このように、光路長差がたとえ
ば半値パルス長に等しい場合にも、単位時間当たりのエ
ネルギーを大幅に減少させることができる。

【００２２】ハーフミラー１０で分割された各分割パル
ス光のエネルギーは、パルス光に対するハーフミラー１
０の反射率に依存する。なお、前述したように、ハーフ
ミラー１０の半透過膜は誘電体多層膜により構成されて
おり、吸収損失および散乱損失は微小として無視するこ
とができる。したがって、ハーフミラー１０の反射率を
Ｒとすると、透過率ＴはＴ＝１−Ｒと表される。

【００２３】そして、各分割パルス光のエネルギーは、
以下の式（１）〜（４）で表される。 Ｅ1 ＝Ｅ・Ｒ （１） Ｅ2 ＝Ｅ・（１−Ｒ）・（１−Ｒ） （２） Ｅ3 ＝Ｅ・（１−Ｒ）・Ｒ・（１−Ｒ） （３） Ｅn ＝Ｅ・（１−Ｒ）・Ｒ^(n-2) ・（１−Ｒ） （４）

【００２４】ここで、 Ｅ ：ハーフミラー１０で分割される元のパルス光のエ
ネルギー Ｅ1 ：ハーフミラー１０で１回目に反射される分割パル
ス光すなわち第１パルス光のエネルギー Ｅ2 ：周回光学系を１周した後にハーフミラー１０から
射出される分割パルス光すなわち第２パルス光のエネル
ギー Ｅ3 ：周回光学系を２周した後にハーフミラー１０から
射出される分割パルス光すなわち第３パルス光のエネル
ギー Ｅn ：周回光学系を（ｎ−１）周した後にハーフミラー
１０から射出される分割パルスすなわち第ｎパルス光の
エネルギー

【００２５】この場合、ハーフミラー１０の反射率Ｒに
依存して、第１パルス光のエネルギーＥ1 と第２パルス
光のエネルギーＥ2 とが最大となる。したがって、合成
光における各分割パルス光の発光強度の最大値をできる
だけ小さくするには、第１パルス光のエネルギーＥ1 と
第２パルス光のエネルギーＥ2 とがほぼ等しくなるよう
に、ハーフミラー１０の反射率Ｒを設定することが望ま
しい。すなわち、Ｅ・Ｒ＝Ｅ・（１−Ｒ）・（１−Ｒ）
を満たすように、ハーフミラー１０の反射率Ｒを０．３
８２に設定するのが好ましい。ハーフミラー１０の反射
率Ｒが０．３８２の場合、各分割パルス光のエネルギー
Ｅn の元のパルス光のエネルギーＥに対する比は、次の
式（５）〜（９）のように表される。

【００２６】 第１パルス光 Ｅ1 ／Ｅ＝38.2％ （５） 第２パルス光 Ｅ2 ／Ｅ＝38.2％ （６） 第３パルス光 Ｅ3 ／Ｅ＝14.6％ （７） 第４パルス光 Ｅ4 ／Ｅ＝ 5.6％ （８） 第５パルス光 Ｅ5 ／Ｅ＝ 2.1％ （９）

【００２７】ただし、ハーフミラーの透過率には製造誤
差や変動もあるため、第１パルス光のエネルギーと第２
パルス光のエネルギーとを厳密に等しくすることは難し
い。そこで、第１パルス光のエネルギーＥ1 および第２
パルス光のエネルギーＥ2 が元のパルス光のエネルギー
Ｅの５０％以下になることを最低条件とし、以下の条件
式（10）および（11）を満足するように設定してもよ
い。 Ｅ・Ｒ＜０．５Ｅ （10） Ｅ・（１−Ｒ）・（１−Ｒ）＜０．５Ｅ （11）

【００２８】さらに具体的には、条件式（10）および
（11）を満足するハーフミラー１０の反射率Ｒは、以下
の条件式（12）を満足する。 ２９．３％＜Ｒ＜５０％ （12）

【００２９】なお、第１実施例において、レーザー光源
からのパルス光が直線偏光であるものとしているが、非
偏光、円偏光またはランダムな偏光であってもよい。た
だし、非偏光、円偏光またはランダムな偏光である場合
には、Ｓ偏光に対するハーフミラーの反射率とＰ偏光に
対するハーフミラーの反射率とが等しくなるように構成
することが望ましい。Ｓ偏光に対するハーフミラーの反
射率とＰ偏光に対するハーフミラーの反射率とが異なる
場合、Ｓ偏光に対する反射率とＰ偏光に対する反射率と
の平均反射率が条件式（12）を満たせば、ほぼ同等の効
果を得ることができる。この場合、第１パルス光におけ
るＳ偏光とＰ偏光との割合と、第２パルス光におけるＳ
偏光とＰ偏光との割合とが異なることになるが、本発明
の作用効果を阻害することはない。

【００３０】図５は、本発明の第２実施例にかかるパル
ス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第２実
施例のパルス幅伸長光学系は第１実施例と類似の構成を
有するが、光分割手段および光合成手段を構成するハー
フミラーの透過および反射の作用が第１実施例とは逆で
ある。以下、第１実施例との相違点に着目しながら、第
２実施例を説明する。

【００３１】図５のパルス幅伸長光学系において、レー
ザー光源１から射出されたパルス光は、誘電体多層膜か
らなる半透過膜を有するハーフミラー２０に入射して、
反射光と透過光とに分割される。ハーフミラー２０を１
回目に透過した光は、分割パルス光となって図中右側へ
進行する。一方、ハーフミラー２０で１回目に反射され
た光は、分割パルス光となってミラー２１、２２、２３
および２４により順次反射された後、ハーフミラー２０
に再び入射する。

【００３２】ハーフミラー２０に再び入射した光のうち
ハーフミラー２０で２回目に反射された光は、ハーフミ
ラー２０を１回目に透過した光と同一の光路に沿って合
成される。また、ハーフミラー２０に再び入射した光の
うちハーフミラー２０を２回目に透過した光は、ミラー
２１、２２、２３および２４により順次反射された後、
ハーフミラー２０に再び入射する。

【００３３】ハーフミラー２０に再び入射した光のうち
ハーフミラー２０で３回目に反射された光は、ハーフミ
ラー２０を１回目に透過した光およびハーフミラー２０
で２回目に反射された光と同一の光路に沿って合成され
る。こうして、ハーフミラー２０を２回目以降に透過し
た光成分は、ミラー２１、２２、２３および２４を介す
る同一の光路を周回する。このように、この４つのミラ
ー（２１〜２４）とハーフミラー２０とで形成される周
回光路は、所定の光路長となるように４つのミラー（２
１〜２４）の配置によって設定されており、４つのミラ
ー（２１〜２４）は、光路長差付与手段として機能して
いる。このため、周回光路の光路長をＬとし、ｎを２以
上の整数とすると、ハーフミラー２０をｎ回介する分割
光は、ハーフミラー２０を（ｎ−１）回介する分割光に
対して、光路長差Ｌが付与される。そして、ハーフミラ
ー２０を２回目以降に透過した光成分は、周回ごとにハ
ーフミラー２０で反射される光の分だけ徐々に減衰し、
最終的にはすべての光がハーフミラー２０で反射される
ことになる。したがって、ミラー２１、２２、２３およ
び２４の反射率がそれぞれ１００％であれば、原理的に
は光量損失は発生しない。

【００３４】第２実施例では、ハーフミラー２０の透過
および反射の作用が第１実施例とは全く逆である。した
がって、第２実施例において、第１パルス光のエネルギ
ーと第２パルス光のエネルギーとがほぼ等しくなるよう
なハーフミラー２０の透過率Ｔは、第１実施例において
第１パルス光のエネルギーと第２パルス光のエネルギー
とがほぼ等しくなるようなハーフミラー１０の反射率Ｒ
に等しい。すなわち、第１パルス光のエネルギーと第２
パルス光のエネルギーとをほぼ等しくするには、ハーフ
ミラー２０の透過率Ｔを３８．２％にすればよい。

【００３５】また、同様に、第１パルス光のエネルギー
Ｅ1 および第２パルス光のエネルギーＥ2 を元のパルス
光のエネルギーＥの５０％以下にするには、ハーフミラ
ー２０の透過率Ｔが以下の条件式（13）を満足するよう
に構成すればよい。 ２９．３％＜Ｔ＜５０％ （13） また、第１実施例と同様に、レーザー光源１からのパル
ス光が非偏光、円偏光またはランダムな偏光である場
合、Ｓ偏光に対する透過率とＰ偏光に対する透過率との
平均透過率が上記の条件式（13）を満たせば、ほぼ同等
の効果を得ることができる。

【００３６】図６は、本発明の第３実施例にかかるパル
ス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第１実
施例および第２実施例では光分割手段および光合成手段
を１つのハーフミラーで構成しているのに対し、第３実
施例では光分割手段および光合成手段をそれぞれ１つの
偏光ビームスプリッターで構成している。以下、第１実
施例および第２実施例との相違点に着目しながら、第３
実施例を説明する。

【００３７】図６のパルス幅伸長光学系において、レー
ザー光源１から射出されたパルス光は、偏光ビームスプ
リッター３０によってＰ偏光とＳ偏光とに分割される。
すなわち、偏光ビームスプリッター３０を透過したＰ偏
光の分割パルス光は、偏光ビームスプリッター３３をさ
らに透過する。一方、偏光ビームスプリッター３０で反
射されたＳ偏光の分割パルス光は、ミラー３１および３
２で順次反射された後、偏光ビームスプリッター３３に
入射する。

【００３８】偏光ビームスプリッター３３に入射したＳ
偏光の分割パルス光は、偏光ビームスプリッター３３で
反射され、偏光ビームスプリッター３３を透過したＰ偏
光の分割パルス光と同一の光路に沿って合成される。こ
のように、偏光ビームスプリッター３０は、パルス光を
複数の光路に沿って分割するための光分割手段を構成し
ている。また、偏光ビームスプリッター３３は、複数の
光路に沿った分割パルス光を同一の光路に沿って合成す
るための光合成手段を構成している。なお、２つのミラ
ー（３１、３２）は、偏光ビームスプリッター３０を透
過して偏光ビームスプリッター３３に入射する光の光路
と、偏光ビームスプリッター３０を反射して２つのミラ
ー（３１、３２）を経由して偏光ビームスプリッター３
３に向かう光の光路との間に所定の光路長差を付与する
光路長差付与手段として機能している。

【００３９】そして、偏光ビームスプリッター３０およ
び３３を介したＰ偏光の分割パルス光と、偏光ビームス
プリッター３０、ミラー３１、３２、および偏光ビーム
スプリッター３３を介したＳ偏光の分割パルス光との間
には、所定の光路長差が設定されている。前述のよう
に、この光路長差をパルス長よりも大きく設定すれば、
合成光において２つの分割パルス光が時間的に重なり合
わない。また、前述したように、光路長差をたとえば半
値パルス長に設定することによっても、合成光の単位時
間当たりのエネルギーを大幅に減少させることができ
る。

【００４０】第３実施例では、周回光学系が存在する第
１実施例および第２実施例とは異なり、元のパルス光は
２つの光路に沿って分割された後に合成されるだけであ
る。したがって、非偏光、円偏光、ランダム偏光などの
ように、元のパルス光が偏光ビームスプリッターに対し
てＰ偏光の成分とＳ偏光の成分とが常に等しい光であれ
ば、分割された２つの分割パルス光のエネルギーは、そ
れぞれ元のパルス光のエネルギーの約５０％となる。

【００４１】一方、元のパルス光が直線偏光や楕円偏光
の場合には、偏光ビームスプリッターに対してＰ偏光の
成分とＳ偏光の成分とが常に等しくはならない。したが
って、分割された２つの分割パルス光の強度がほぼ等し
くなるように、偏光ビームスプリッターの偏光軸を配置
するのが好ましい。すなわち、元のパルス光が直線偏光
であってその偏光方向が図６の紙面に対して垂直または
平行な場合、偏光ビームスプリッターの偏光軸を紙面に
対してほぼ45度に配置することが望ましい。

【００４２】なお、第３実施例において、偏光ビームス
プリッター３０および３３に代えてハーフミラーを使用
することもできる。しかしながら、この場合、光合成手
段を構成するハーフミラー（参照番号３３の偏光ビーム
スプリッターに相当）において、図中下方向への光の漏
れに起因する光量損失が起こる。

【００４３】図７は、本発明の第４実施例にかかるパル
ス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第４実
施例のパルス幅伸長光学系は第１実施例と類似の構成を
有するが、周回光学系の光路中に波長板４１が付設され
ている点だけが第１実施例と基本的に相違する。以下、
第１実施例との相違点に着目しながら、第４実施例を説
明する。

【００４４】図７のパルス幅伸長光学系は、ほぼ直線偏
光のパルス光を発するレーザー光源１を備えている。な
お、レーザー光源１からのパルス光は、図１の紙面に対
して平行な偏光方向を有するＰ偏光であるものとする。
レーザー光源１から射出されたＰ偏光のパルス光は、ハ
ーフミラー４０に入射して、反射光と透過光とに分割さ
れる。ハーフミラー４０で１回目に反射された光は、分
割パルス光となってミラー１４に入射し、図中右側に反
射される。一方、ハーフミラー４０を１回目に透過した
光は、分割パルス光となってミラー１１および１２によ
り順次反射された後、１／２波長板４１に入射する。

【００４５】１／２波長板４１は、紙面に対して結晶軸
が４５度の角度をなす水晶から構成されている。したが
って、１／２波長板４１は、周回光学系を通過する光の
偏光方向を９０度だけ回転させる役割を果たす。すなわ
ち、１／２波長板４１を通過する度に、Ｐ偏光はＳ偏光
に、Ｓ偏光はＰ偏光にそれぞれ変換される。したがっ
て、１／２波長板４１を介してＳ偏光に変換された分割
パルス光は、ハーフミラー４０に再び入射する。

【００４６】ハーフミラー４０に再び入射した光のうち
ハーフミラー４０を２回目に透過した光は、ハーフミラ
ー４０で１回目に反射された光と同一の光路に沿って合
成される。また、ハーフミラー４０に再び入射した光の
うちハーフミラー４０で２回目に反射された光は、ミラ
ー１１および１２により順次反射された後、１／２波長
板４１に入射する。１／２波長板４１を介してＰ偏光に
変換された分割パルス光は、ハーフミラー４０に再び入
射する。

【００４７】ハーフミラー４０に再び入射した光のうち
ハーフミラー４０を３回目に透過した光は、ハーフミラ
ー４０で１回目に反射された光およびハーフミラー４０
を２回目に透過した光と同一の光路に沿って合成され
る。こうして、ハーフミラー４０で２回目以降に反射さ
れた光成分は、ミラー１１、１２、１／２波長板４１、
およびミラー１３を介する同一の光路を周回する。そし
て、ハーフミラー４０で２回目以降に反射された光成分
は、周回ごとに偏光状態がＰ偏光とＳ偏光との間で交互
に変わり、ハーフミラー４０を透過する光の分だけ徐々
に減衰し、最終的にはすべての光がハーフミラー４０を
透過することになる。

【００４８】ハーフミラー４０で分割された各分割パル
ス光のエネルギーは、パルス光に対するハーフミラー４
０の反射率に依存する。すなわち、Ｐ偏光に対するハー
フミラー４０の反射率をＲp とし、Ｓ偏光に対するハー
フミラー４０の反射率をＲsとすると、第１パルス光〜
第３パルス光のエネルギーＥ1 〜Ｅ3 は、以下の式（1
4）〜（16）で表される。

【００４９】 Ｅ1 ＝Ｅ・Ｒp （14） Ｅ2 ＝Ｅ・（１−Ｒp ）・（１−Ｒs ） （15） Ｅ3 ＝Ｅ・（１−Ｒp ）・Ｒs ・（１−Ｒp ） （16）

【００５０】第３実施例では、周回光学系の光路中に付
設された１／２波長板４１を介して分割パルス光の偏光
方向を交互に変化させることにより、第１パルス光のエ
ネルギーＥ1 と、第２パルス光のエネルギーＥ2 と、第
３パルス光のエネルギーＥ3とをほぼ等しくすることが
可能である。式（14）〜（16）で表される各パルス光の
エネルギーが互いに等しくなるとき、Ｐ偏光に対するハ
ーフミラー４０の反射率Ｒp は２９．３％となり、Ｓ偏
光に対するハーフミラー４０の反射率Ｒs は５８．６％
となる。

【００５１】この場合、３つのパルス光のエネルギーＥ
1 〜Ｅ3 は、元のパルス光のエネルギーＥの約２９．３
％となる。このように、第４実施例では、２つの分割パ
ルス光のエネルギーＥ1 およびＥ2 を元のパルス光のエ
ネルギーＥの約３８．２％に最適化することのできる第
１実施例よりも、各分割パルス光当たりのエネルギーを
さらに低減することが可能となる。

【００５２】また、前述のように、ハーフミラー４０の
反射率の誤差を考慮して、３つのパルス光のエネルギー
Ｅ1 〜Ｅ3 が元のパルス光のエネルギーＥの約４０％以
下になることを最低条件とし、以下の条件式（17）〜
（19）を満足するように構成することもできる。

【００５３】 Ｅ・Ｒp ＜０．４Ｅ （17） Ｅ・（１−Ｒp ）・（１−Ｒs ）＜０．４Ｅ （18） Ｅ・（１−Ｒp ）・Ｒs ・（１−Ｒp ）＜０．４Ｅ （19） なお、レーザー光源１からのパルス光が紙面に対して垂
直な偏光方向を有するＳ偏光である場合には、上述の式
（14）〜（19）においてＲp とＲs とを入れ替えて考え
れば良い。

【００５４】図８は、本発明の第５実施例にかかるパル
ス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第５実
施例のパルス幅伸長光学系は図５の第２実施例と類似の
構成を有するが、周回光学系の光路中に波長板５１が付
設されている点だけが第２実施例と基本的に相違する。
すなわち、第５実施例では、第４実施例と同様に、第１
〜第３パルス光のエネルギーＥ1 〜Ｅ3 が互いにほぼ等
しくなるように構成することができる。以下、第２実施
例および第４実施例との相違点に着目しながら、第５実
施例を説明する。

【００５５】第５実施例では、レーザー光源１からのパ
ルス光が紙面に対して平行な偏光方向を有するＰ偏光で
ある場合には、第４実施例における反射率Ｒp およびＲ
s をそれぞれ透過率Ｔp およびＴs に置き換えて考えれ
ば良い。したがって、ハーフミラー５０のＰ偏光に対す
る透過率Ｔp が２９．３％で、ハーフミラー５０のＳ偏
光に対する透過率Ｔs が５８．６％の条件を満たすとき
に、３つの分割パルス光のエネルギーＥ1 〜Ｅ3 が互い
に等しくなる。また、レーザー光源１からのパルス光が
紙面に対して垂直な偏光方向を有するＳ偏光である場合
には、ハーフミラー５０の透過率Ｔp とＴs とを入れ替
えて考えれば良い。

【００５６】図９は、本発明の第６実施例にかかるパル
ス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第６実
施例のパルス幅伸長光学系は図５の第２実施例と類似の
構成を有するが、周回光学系の光路中にケプラー型のリ
レー光学系（６１、６２）が付設されている点だけが第
２実施例と基本的に相違する。以下、第２実施例との相
違点に着目しながら、第６実施例を説明する。

【００５７】図９のパルス幅伸長光学系において、周回
光学系の光路中に付設されたケプラー型のリレー光学系
（６１、６２）は、光分割手段としてのハーフミラー２
０の分割面と光合成手段としてのハーフミラー２０の合
成面とをほぼ共役に構成している。レーザー光源１とし
てエキシマレーザーのような発散角の大きい光源を用い
た場合、図５の第２実施例では、周回光学系を介する回
数が増えるほど分割パルス光ほど発散角によるビームの
ぼけが大きく発生する。

【００５８】図１０は、図５の第２実施例において周回
光学系を介する回数が大きい分割パルス光ほど発散角に
よるビームのぼけが大きく発生する様子を模式的に表わ
した図である。図１０には、ハーフミラー２０において
合成される際の第１パルス光、第２パルス光および第３
パルス光のビーム強度の断面形状がそれぞれ示されてい
る。図１０に示すように、図５の第２実施例では、ハー
フミラー２０において複数の分割パルス光を合成する際
に、各分割パルス光のビーム断面形状が徐々に変化する
ことがわかる。

【００５９】図９の第６実施例のパルス幅伸長光学系に
おいては、周回光学系の光路中にケプラー型のリレー光
学系（６１、６２）が設けられているので、周回光学系
を介する回数にかかわらず、発散角によりビームのぼけ
が増大することはない。なお、第６実施例では、リレー
光学系（６１、６２）の倍率が−１倍になっているた
め、第１パルス光と第２パルス光とは相対的に１８０度
だけ回転して合成される。すなわち、奇数番目のパルス
光と偶数番目のパルス光とが相対的に１８０度だけ回転
して合成されることになる。

【００６０】したがって、図１１に示すようにエキシマ
レーザー光源１が対称性の良くないビーム断面形状のパ
ルス光を射出するような場合でも、図１２に示すように
奇数番目のパルス光と偶数番目のパルス光とが１８０度
だけ回転して合成される。このように、第６実施例で
は、ハーフミラー２０の分割面とハーフミラー２０の合
成面とをほぼ共役に構成し且つ−１倍の倍率を有するリ
レー光学系（６１、６２）の作用により、発散角による
ビームのぼけの増大を回避するとともに、合成光のビー
ム断面形状をほぼ対称に改善することができる。

【００６１】なお、図９の第６実施例において、レーザ
ー光源１とハーフミラー２０とを結ぶ光路と、ミラー２
２とミラー２３とを結ぶ光路とが交差（クロス）するよ
うに構成されている。しかしながら、光路の交差が好ま
しくないような場合には、ミラー２１、２２、２３、２
４、およびリレー光学系（６１、６２）を含む面をたと
えば紙面に垂直な方向に沿って配置することにより、光
路の交差を回避することも可能である。なお、リレー光
学系の倍率は、１倍または−１倍に構成することが望ま
しい。また、リレー光学系の中間点に集光点が形成され
るため、光学素子が集光点から十分に離れるように構成
し、損傷を防ぐ必要がある。

【００６２】図１３は、本発明の第７実施例にかかるパ
ルス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第７
実施例のパルス幅伸長光学系は図１の第１実施例と類似
の構成を有するが、周回光学系の光路中にケプラー型の
リレー光学系（７０、７１）が付設されている点だけが
第１実施例と基本的に相違する。したがって、第７実施
例では、第６実施例と同様に、光分割手段の分割面と光
合成手段の合成面とをほぼ共役に構成し且つ−１倍の倍
率を有するリレー光学系（７０、７１）の作用により、
発散角によるビームのぼけの増大を回避するとともに、
合成光のビーム断面形状をほぼ対称に改善することがで
きる。

【００６３】図１４は、本発明の第８実施例にかかるパ
ルス幅伸長光学系の構成を概略的に示す図である。第８
実施例のパルス幅伸長光学系は図６の第３実施例と類似
の構成を有するが、分割された２つの光路のうち光路長
が長い方の光路中にケプラー型のリレー光学系（８０、
８１）が付設されている点だけが第３実施例と基本的に
相違する。したがって、第８実施例では、第６実施例お
よび第７実施例と同様に、光分割手段の分割面と光合成
手段の合成面とをほぼ共役に構成し且つ−１倍の倍率を
有するリレー光学系（８０、８１）の作用により、発散
角によるビームのぼけの増大を回避するとともに、合成
光のビーム断面形状をほぼ対称に改善することができ
る。

【００６４】図１５は、本発明の第９実施例にかかるパ
ルス幅伸長光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示
す図である。第９実施例の露光装置では、１９３ｎｍの
波長のパルス光を発光するパルス発光の光源として、エ
キシマレーザー光源（ＡｒＦエキシマレーザー光源）６
０を備えている。エキシマレーザー光源６０から射出さ
れたパルス光は、ケプラー型のリレー光学系（９１、９
２）を介して、ハーフミラー２０に入射する。なお、リ
レー光学系（９１、９２）は、エキシマレーザー光源６
０のレーザー射出口とハーフミラー２０の分割面とをほ
ぼ共役に構成している。

【００６５】また、ケプラー型のリレー光学系（９１、
９２）の倍率は、光源６０からのパルス光のビーム断面
形状とハーフミラー２０の大きさとに応じた適切な倍率
に規定されている。したがって、光源６０がリレー光学
系（９１、９２）の光軸に対して角度ずれを起こして
も、光源６０からのパルス光をハーフミラー２０に正確
に導くことが可能となっている。

【００６６】ハーフミラー２０に入射したパルス光は、
図９の第６実施例のパルス幅伸長光学系と同様に、ハー
フミラー２０を透過するパルス光と、ハーフミラー２０
で反射されて周回光学系に導かれるパルス光とに分割さ
れる。周回光学系に導かれたパルス光は、ミラー２１、
２２、２３、２４、ケプラー型のリレー光学系（９３、
９４）を介して、ハーフミラー２０に再び入射する。こ
うして、前述のように、ハーフミラー２０に戻って反射
された光が、順次同一光路に沿って合成される。なお、
ケプラー型のリレー光学系（９３、９４）は−１倍の倍
率を有し、光分割手段としてのハーフミラー２０の分割
面と、光合成手段としてのハーフミラー２０の合成面と
を光学的に共役に構成している。

【００６７】このように、ケプラー型のリレー光学系
（９１、９２）、ハーフミラー２０、ミラー２１、２
２、２３、２４、およびケプラー型のリレー光学系（９
３、９４）は、光源６０からのパルス光の発光時間を疑
似的に伸長するパルス幅伸長光学系を構成している。図
１５の露光装置のパルス幅伸長光学系においても、リレ
ー光学系（９３、９４）の作用により、レーザー光の発
散角によるビームのぼけの増大を回避することができ
る。また、レーザー光源６０からのパルス光が対称性の
良くないビーム断面形状を有する場合でも、合成光のビ
ーム断面形状をほぼ対称に改善することができる。

【００６８】なお、前述のように、周回光学系の光路長
をたとえば半値パルス長よりも大きく設定することによ
り、パルス幅を実質的に伸長させて、発光時間内の平均
エネルギを低減することができる。その結果、パルス幅
伸長光学系以降の照明光学系の性能低下を回避し、レー
ザー照射に対して十分な耐久性を維持することができ
る。

【００６９】ハーフミラー２０を介して同一の光路に沿
って合成されたパルス光は、ケプラー型のリレー光学系
（９５、９６）によってリレーされた後、たとえばシリ
ンドリカルレンズと球面レンズとからなるビーム整形光
学系２に入射する。ビーム整形光学系２を介してフライ
アイレンズ３の形状に応じたビーム断面形状に整形され
た光は、フライアイレンズ３に入射する。フライアイレ
ンズ３は、照明光学系の光軸に沿って並列配置された多
数のレンズエレメントからなる。フライアイレンズ３に
入射した光束は、複数の光束に分割され、フライアイレ
ンズ３の後側焦点位置に複数の光源像（二次光源）を形
成する。

【００７０】なお、ハーフミラー２０とフライアイレン
ズ３の入射面とは、ビーム整形光学系２によってほぼ共
役に構成されている。このため、ハーフミラー２０を介
して形成された合成パルス光の射出方向と照明光学系の
光軸との間に多少の角度差がある場合でも、すべての合
成パルス光をフライアイレンズ３の入射面に正確に導く
ことが可能になる。また、ビーム整形光学系２にシリン
ドリカルレンズが含まれている場合には、特願平７−５
３５７９号明細書および図面に開示されているように、
縦方向と横方向との双方においてハーフミラー２０とフ
ライアイレンズ３の入射面とがほぼ共役になるように構
成することが望ましい。

【００７１】複数の二次光源からの光束は、開口絞り４
を介して制限された後、コンデンサーレンズ５によって
集光され、折り曲げミラー９８を介してマスク６を重畳
的に均一照明する。マスク６上には、半導体集積回路な
どの非常に微細なパターンが描かれている。マスク６の
パターンは、投影光学系７を介してウエハ８上に縮小投
影または拡大投影され、ウエハ８上に塗布されたレジス
トに露光される。このように、光源６０、パルス幅伸長
光学系、リレー光学系（９５、９６）、ビーム整形光学
系２、フライアイレンズ３、開口絞り４、コンデンサー
レンズ５、および折り曲げミラー９８は、マスク６をほ
ぼ均一に照明するための照明光学系を構成している。

【００７２】以上のように、図１５に示した露光装置に
よる露光の工程（フォトリソグラフィ工程）は、投影光
学系７の物体面にマスク６を設定するマスク設定工程
と、投影光学系７の像面に感光性基板としてのウエハ８
を設定する基板設定工程と、マスク６とウエハ８とを設
定する工程後に、照明光学系によってマスク６を照明し
て、マスク６のパターンを投影光学系７を介してウエハ
８上に投影転写する転写工程とを含む。

【００７３】そして、図１５に示した露光装置による露
光の工程（フォトリソグラフィ工程）を経たウエハ８
は、現像する工程を経てから、現像したレジスト以外の
部分を除去するエッチングの工程、エッチングの工程後
の不要なレジストを除去するレジスト除去の工程等を経
る。そして、露光、エッチング、レジスト除去の工程を
繰り返して、ウエハプロセスが終了する。その後、ウエ
ハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付
けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシ
ング、各チップに配線等を付与するボンディング、各チ
ップ毎にパッケージングするパッケージング等の各工程
を経て、最終的にＬＳＩ等の半導体デバイスが製造され
る。なお、以上には、露光装置を用いたウエハプロセス
でのフォトリソグラフィ工程によりＬＳＩ等の半導体デ
バイスを製造する例を示したが、露光装置を用いたフォ
トリソグラフィ工程によって、液晶表示素子、薄膜磁気
ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）等の半導体デバイスも製
造することができる。

【００７４】なお、図１５の第９実施例において、ビー
ム整形光学系２をフライアイレンズ３の直前に配置して
いるが、ビーム整形光学系２の位置はこれに限定される
わけではない。前述のように、光源６０とハーフミラー
２０とフライアイレンズ３との共役関係が満たされる限
り、例えばレーザー光源６０の直後や、ハーフミラー２
０とリレー光学系（９５、９６）のレンズ９５との間の
光路中などにビーム整形光学系２を配置することもでき
る。

【００７５】また、投影光学系７を複数の屈折性レンズ
で構成した場合、投影光学系７の色収差の影響を防止し
て、良好なるマスクパターン像を感光性基板としてのウ
エハ８に露光するには、エキシマレーザ光源６０から出
力される光の波長幅を１０ｐｍ以下とする狭幅化手段
（エタロン、回折格子等）を、エキシマレーザ光源６０
の内部あるいはエキシマレーザ光源６０の射出側に設け
ることが好ましい。また、狭幅化手段を備えた光源とし
て、インジェクションロッキング型のエキシマレーザ光
源を用いることも可能である。特に、投影光学系７を全
て石英製の複数のレンズで構成した場合には、ＡｒＦエ
キシマレーザ等の光源６０から出力される光の波長幅
（狭幅化の幅）を１ｐｍ以下となるように狭帯化するこ
とが良く、より好ましくは狭帯化の幅を０．５ｐｍ以下
とすることが良い。

【００７６】また、投影光学系７を石英レンズと蛍石レ
ンズとの混合で構成した場合には、ＡｒＦエキシマレー
ザ等の光源６０から出力される光の波長幅を３ｐｍ以下
となるように狭帯化することが良く、より好ましくは狭
帯化の幅を１．５ｐｍ以下とすることが良い。また、投
影光学系７をミラー等の反射部材と屈折性レンズとの混
合で構成した場合には、ＡｒＦエキシマレーザ等の光源
６０から出力される光の波長幅を１０ｐｍ以下とするこ
とが良く、より好ましくは狭帯化の幅を５ｐｍ以下とす
ることが良い。

【００７７】以上の如く、狭幅化された光をパルス幅伸
長光学系へ入射させることにより、露光装置の光学特性
の低下を回避しながら良好なるマスクパターン像を感光
性基板に露光することができる。なお、以上の例では、
光路長差付与手段として主にミラーを用いた例を示した
が、これに限ることなく、例えば、平行平面板等の透過
性の光学部材を光路長差付与手段として、分割光路中に
配置しても良い。さらに、光路長差付与手段中の少なく
とも１つのミラーを移動可能に構成して、光路長差を可
変とすることもできる。

【００７８】また、図１５に示した露光装置としては、
マスク６上のパターンをウエハ８上の１ショット領域に
一括露光する所謂ステップ・アンド・リピート方式のも
ののみならず、照明光学系によってマスク６を円弧状又
はスリット状の照明領域のもとで照明し、マスク６を保
持するマスクステージとウエハを保持する基板ステージ
とを露光中に移動させて、走査露光する方式のものであ
っても良い。

【００７９】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、パルス
光の発光時間を疑似的に伸長することによって、単位時
間当たりのエネルギーを低減することができるので、光
学系の性能低下を回避することができる。特に、露光装
置では、レーザー照射による投影光学系の結像性能の低
下を回避して、微細パターンを良好に形成することがで
きる。したがって、この露光装置を用いて、良好なる半
導体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】本発明の第１実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図２】図１のレーザー光源から射出されるパルス光の
エネルギーの時間変化を模式的に示す図である。

【図３】時間的に重なり合わない複数の分割パルス光か
らなる合成パルス光のエネルギーの時間変化を示す図で
ある。

【図４】光路長差が半値パルス長に等しい場合の合成パ
ルス光のエネルギーの時間変化を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図６】本発明の第３実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図７】本発明の第４実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図８】本発明の第５実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図９】本発明の第６実施例にかかるパルス幅伸長光学
系の構成を概略的に示す図である。

【図１０】図５の第２実施例において周回光学系を介す
る回数が大きい分割パルス光ほど発散角によるビームの
ぼけが大きく発生する様子を模式的に表わした図であ
る。

【図１１】第６実施例においてエキシマレーザー光源１
が射出するパルス光の対称性の良くないビーム断面形状
を示す図である。

【図１２】第６実施例において奇数番目のパルス光と偶
数番目のパルス光とが１８０度だけ回転して合成される
様子を模式的に示す図である。

【図１３】本発明の第７実施例にかかるパルス幅伸長光
学系の構成を概略的に示す図である。

【図１４】本発明の第８実施例にかかるパルス幅伸長光
学系の構成を概略的に示す図である。

【図１５】本発明の第９実施例にかかるパルス幅伸長光
学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図１６】パルスレーザー光源を備えた従来の露光装置
の構成を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ レーザー光源 ２ ビーム整形光学系 ３ フライアイレンズ ４ 開口絞り ５ コンデンサーレンズ ６ マスク ７ 投影光学系 ８ ウエハ ９ ミラー １０ ハーフミラー １１〜１４ ミラー ２０ ハーフミラー ２１〜２４ ミラー ３０、３３ 偏光ビームスプリッター ３１、３２ ミラー ４１、５１ １／２波長板 ５０ ハーフミラー ６０ エキシマレーザー光源 ６１、６２ ケプラー型リレー光学系

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス光の発光時間を疑似的に伸長する
   パルス幅伸長光学系において、 前記パルス光を複数の光路に沿って分割するための光分
   割手段と、前記複数の光路に沿った分割パルス光を同一
   の光路に沿って合成するための光合成手段とを備え、 前記同一の光路に沿って合成された合成パルス光の強度
   が前記複数の光路に沿って分割される元のパルス光の強
   度よりも実質的に小さくなるように、前記複数の光路は
   互いに所定の光路長差を有することを特徴とするパルス
   幅伸長光学系。
2. 【請求項２】 前記所定の光路長差は、前記元のパルス
   光の発光時間内において発光強度がピーク強度の１／２
   以上である時間と光速との積よりも大きいことを特徴と
   する請求項１に記載のパルス幅伸長光学系。
3. 【請求項３】 前記光分割手段により分割された少なく
   とも１つの光路に、前記所定の光路長差を付与する光路
   長差付与手段が設けられていることを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載のパルス幅伸長光学系。
4. 【請求項４】 前記複数の光路のうち少なくとも１つの
   光路中には、前記光分割手段の分割面と前記光合成手段
   の合成面とを実質的に共役に構成するためのリレー光学
   系が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれか１項に記載のパルス幅伸長光学系。
5. 【請求項５】 前記複数の光路は２つの光路からなり、
   前記光分割手段と前記光合成手段とは同一の光学素子で
   あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
   記載のパルス幅伸長光学系。
6. 【請求項６】 パターンが形成されたマスクをほぼ均一
   に照明するための照明光学系を備え、前記マスク上に形
   成されたパターンの像を感光基板上に形成する露光装置
   において、 前記照明光学系は、パルス発光する光源と、該光源から
   のパルス光の発光時間を疑似的に伸長するためのパルス
   幅伸長光学系とを備え、 前記パルス幅伸長光学系は、前記パルス光を複数の光路
   に沿って分割するための光分割手段と、前記複数の光路
   に沿った分割パルス光を同一の光路に沿って合成するた
   めの光合成手段とを備え、前記同一の光路に沿って合成
   された合成パルス光の強度が前記複数の光路に沿って分
   割される元のパルス光の強度よりも実質的に小さくなる
   ように、前記複数の光路は互いに所定の光路長差を有す
   ることを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 前記照明光学系は、前記パルス幅伸長光
   学系を介して形成された合成パルス光に基づいて多数の
   光源像を形成するための多光源像形成手段と、該多光源
   像形成手段により形成された多数の光源像からの光束を
   集光して前記マスク上を重畳的に照明する集光光学系と
   をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の
   露光装置。
8. 【請求項８】 前記光分割手段により分割された少なく
   とも１つの光路に、前記所定の光路長差を付与する光路
   長差付与手段が設けられていることを特徴とする請求項
   ６または請求項７に記載の露光装置。
9. 【請求項９】 前記所定の光路長差は、前記元のパルス
   光の発光時間内において発光強度がピーク強度の１／２
   以上である時間と光速との積よりも大きいことを特徴と
   する請求項６乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記複数の光路のうち少なくとも１つ
    の光路中には、前記光分割手段の分割面と前記光合成手
    段の合成面とを光学的に共役に構成するためのリレー光
    学系が設けられていることを特徴とする請求項６乃至９
    のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の光路は２つの光路からな
    り、前記光分割手段と前記光合成手段とは同一の光学素
    子であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか
    １項に記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 前記多光源像形成手段は、前記照明光
    学系の光軸に沿って並列配置された多数のレンズエレメ
    ントからなるフライアイレンズであり、 前記フライアイレンズの入射面と前記光合成手段の合成
    面とが実質的に共役に位置決めされていることを特徴と
    する請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の露光装
    置。
13. 【請求項１３】 請求項６乃至請求項１２のいずれか１
    項に記載した露光装置を用いて、前記マスク上に形成さ
    れたパターンを感光性基板に露光する工程を含む、こと
    を特徴とする半導体デバイスの製造方法。