JPH10199800A - オプティカルインテグレータを備える照明光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不連続な変化を伴わずに光の強度を調節でき
る照明光学装置を提供する。 【解決手段】 複数の光源像を形成するオプティカルイ
ンテグレータ１２３と；前記オプティカルインテグレー
タの光路に配置されて所定の広がりの光通過領域を有す
る光学フィルタ１６２とを備え；該フィルタの光通過領
域は、連続的に光透過率が変化するように構成され；前
記光路と重なる領域を前記光通過領域内で選択できるよ
うに構成されている照明光学装置。光学フィルタの光通
過領域は連続的に光透過率が変化するように構成され、
光学フィルタにおける装置の光路と重なる領域を前記光
通過領域内で選択できるように構成されているので、選
択する領域により光透過率が定まり、しかもその光透過
率を時間的に連続的に変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オプティカルイン
テグレータを備える照明光学装置に関し、特に液晶表示
基板等を製造するためのリソグラフィ工程において使用
される投影露光装置の照明系に適用して好適な照明光学
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコン、テレビ等の表示素子と
して、液晶表示基板が多用されるようになった。この液
晶表示基板は、ガラス基板上に透明薄膜電極をフォトリ
ソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして作ら
れる。このフォトリソグラフィの為の装置として、マス
ク上に形成された原画パターンを投影光学系を介してガ
ラス基板上のフォトレジスト層に露光する投影光学装置
が用いられている。

【０００３】また、最近では液晶表示基板の大面積化が
要求されており、それに伴って上記の投影露光装置にお
いても露光領域の拡大が望まれている。この露光領域の
拡大の手段として、複数の投影光学系を備えた走査型露
光装置が提案されている。即ち、複数の照明光学系をも
つ照明光学装置を設け、各照明光学系から射出した光束
でマスクを照明し、照明されたマスクの像を複数の投影
光学系のそれぞれを介してガラス基板上の投影領域に投
影する。そして、マスクとガラス基板とを同期して投影
光学系に対して、走査することによって、マスク上のパ
ターン領域の全面をガラス基板上に転写する。

【０００４】上記の如き走査型露光装置に必要な複数の
照明光学装置においては、露光量制御を正確、且つ容易
に行う為、各照明領域の照度が揃っていることと、マス
クとガラス基板の走査中、各照射領域の光強度は一定で
あることが望まれる。この為、本出願人は、特開平７−
１５３６８３号において、複数の投影光学系のそれぞれ
に配置された照明光学系からの光束を検出し、最低の照
度が得られる照明光学系の強度に他の照明光学系の照度
を合わせるように制御することにより、常に全ての照明
領域で均一な照度得ることが出来る露光装置を提案し
た。

【０００５】この従来技術では、楕円鏡を有する光源、
コリメータレンズ系、フライアイレンズ、コンデンサレ
ンズ系によって構成される照明光学系と、マスク、投影
光学系、基板がこの順に配置された光学系が、複数並列
に配列されており、その各光学系について光源とコリメ
ータレンズ系との間に、各照明光学系の光束の強度を調
節するためのＮＤフィルタが設けられている。ＮＤフィ
ルタは透過率が異なるものが複数用意されており、さら
にこのＮＤフィルタを駆動するフィルタ駆動装置が備え
られている。各照明光学系の光束の強度が揃うように、
前記複数のＮＤフィルタを挿入・退避させるようになっ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような露光装置
によれば、ＮＤフィルター制御時に不連続な光強度変化
を伴う。また、不連続な光強度変化を低減するために、
例えばＮＤフィルタの組み合わせ枚数を増やすことも考
えられるが、この場合、装置全体が巨大化してしまう。
一方、照明光学装置全体の小型化と省電力化の目的で光
供給部を独立させ、その他の照明光学系部へ多分岐ラン
ダムライトガイドにて光束を等分分岐させることが考え
られているが、各照明光学系と投影光学系の透過率のバ
ラツキや多分岐ランダムライトガイドを構成している光
ファイバーの断線、その他製造バラツキ等の原因によ
り、各照射領域の光強度を十分に揃えることは出来ず、
この場合も上記の様な調光手段は不可欠である。

【０００７】そこで本発明は、不連続な変化を伴わずに
光の強度を調節できる照明光学装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による照明光学装置は、図１に
示すように、光源からの光に基づいて複数の光源像を形
成するオプティカルインテグレータ１２３と；前記オプ
ティカルインテグレータの前記光源側の光路に配置され
て所定の広がりの光通過領域を有する、例えば図２に示
すような光学フィルタ１６２とを備え；前記光学フィル
タの光通過領域は、該光通過領域内において連続的に光
透過率が変化するように構成され；前記光学フィルタに
おける前記光路と重なる領域が、前記光通過領域の一部
であり；前記光路と重なる領域を前記光通過領域内で選
択できるように構成されていることを特徴とする。

【０００９】ここで、連続的に光透過率が変化するよう
に構成された光学フィルタは、図２のような短冊状の遮
光パターンを形成したものの他、光通過領域内に複数の
点状の遮光パターンを粗から密に分布するように配した
フィルタ、複数の点状の遮光パターンを一定の密度で、
少しづつ各点の大きさを変化させて配したフィルタ、光
通過領域内に光透過率を連続的に変化させた薄膜を塗布
したフィルタ、光通過領域内において光透過率を連続的
に変化させたＮＤフィルタ等、該領域内で光透過率が位
置的に連続的に変化するいずれのフィルタであってもよ
い。

【００１０】このように構成すると、光学フィルタの光
通過領域は光通過領域内において連続的に光透過率が変
化するように構成され、光学フィルタにおける装置の光
路と重なる領域を前記光通過領域内で選択できるように
構成されているので、選択する領域により光透過率が定
まり、しかもその光透過率を時間的に連続的に変化させ
ることができる。

【００１１】請求項２に係る発明による照明光学装置
は、請求項１に記載の発明に加えて、図１に示すよう
に、前記光源からの光を前記オプティカルインテグレー
タへ導くためのリレー光学系をさらに備え；前記光学フ
ィルタは、前記リレー光学系と前記オプティカルインテ
グレータとの間の光路中に配置されることを特徴とす
る。

【００１２】このように構成すると、光学フィルタがリ
レー光学系と前記オプティカルインテグレータとの間の
光路中、即ちオプティカルインテグレータよりも光源側
に配置されるので、マスク上の照射領域での照度分布均
一性が高まる。

【００１３】請求項３に係る発明による照明光学装置
は、請求項１、請求項２に記載の発明に加えて、前記オ
プティカルインテグレータは、前記複数の光源像に対応
する複数の光学要素を第１のピッチで配列して構成さ
れ；前記光学フィルタは、前記第１のピッチの方向とほ
ぼ直交する方向に光透過率が連続的に変化し、前記第１
のピッチ方向に第２のピッチで周期的に光透過率が変化
するように構成されていることを特徴とする。ここで、
周期は１を含んでもよい。

【００１４】このように構成すると、光学フィルタは、
周期的に光透過率が変化するように構成されているの
で、設計が比較的容易になる。

【００１５】請求項４に係る発明による照明光学装置
は、請求項３に記載の発明に加えて、前記第１のピッチ
をＰ0、前記第２のピッチをＰf、前記第１のピッチ方向
における前記光学要素の個数をＭ、前記光学フィルタと
前記オプティカルインテグレータとの間に介在する光学
系の倍率をβ、０を含む正の整数をｋ、前記Ｍの、１を
除く素因数にて素因数分解されることのない、Ｍ未満の
正の整数をｉとするとき、 Ｐf＝（Ｍ／（Ｍ・ｋ＋ｉ））・Ｐ0／β を満足するように構成されていることを特徴とする。こ
こで、倍率βは１であってもよい。

【００１６】このように構成すると、オプティカルイン
テグレータを構成する光学要素と光学フィルタの周期性
とが干渉しあうことがなく、照明光の不均一を招くこと
がない。

【００１７】請求項５に係る発明による走査型投影露光
装置は、所定のパターンが設けられたマスクを載置し、
所定の走査方向に沿って移動可能な第１のステージと；
基板を載置し、前記所定の走査方向に祖手前記第１のス
テージと同期して移動可能な第２のステージと；前記所
定のパターン像を前記基板上に形成するための投影光学
系と；請求項３または請求項４に記載の照明光学系とを
備え；前記光学フィルタの光透過率が変化する方向は、
前記第１と第２のステージの移動する方向と対応するこ
とを特徴とする。

【００１８】この場合、光学フィルタの光透過率が変化
する方向が前記第１と第２のステージの移動する方向と
対応するように構成されているので、オプティカルイン
テグレータを構成する光学要素の、前記光透過率が変化
する方向におけるピッチを小さくすれば非常に小さく抑
えることができるとは言うものの、必ず傾向として生じ
る光強度の傾斜の影響を除去することができる。

【００１９】請求項６に係る発明による照明装置組立体
は、１以上の光源と；複数の、請求項１乃至請求項４の
いずれかに記載の照明光学装置と；前記光源の数と同数
のそれぞれが該光源に接続された入射端と、前記照明光
学系の数と同数のそれぞれが前記照明光学系に接続され
た出射端とを有するライトガイドとを備える。

【００２０】このようにすると、光強度を連続的に変化
させることのできる照明装置組立体を提供できる。

【００２１】請求項７に係る発明による光学フィルタ
は、複数の光源像を形成するオプティカルインテグレー
タを備えた照明光学系の照明光の光路中に設けて用いら
れる光学フィルターにおいて；前記光学フィルタの光が
通過する領域内に、幅を変化させた短冊状の遮光パター
ンを形成することによって、連続的に光透過率が変化す
るように構成される。

【００２２】このような光学フィルタは、幅を変化させ
た短冊状の遮光パターンを形成しているので、設計・製
造が容易で確実に光透過率を領域内で位置的に連続的に
変化させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一または類似符号を
付し、重複した説明は省略する。

【００２４】図１は、本発明の第１の実施の形態を示
す。本実施の形態は、本発明の照明光学装置を半導体素
子、又は、液晶表示素子製造用の露光装置の照明系に適
用したものである。図１において、ｇ線（４３６ｎ
ｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、又はｈ線（４０７ｎｍ）等
の光束を出力する水銀ランプ等の光源１１１が楕円鏡１
１２の第１焦点位置に配置されて、光源装置１１０が構
成されている。

【００２５】この光源装置１１０の光路中に、照明手段
１２０を構成するコリメータレンズ１２１、オプティカ
ルインテグレータ１２３、コンデンサレンズ１２５がこ
の順に配置され、レチクル（マスク）Ｒ１を照射するよ
うに照明光学装置が構成されている。

【００２６】この照明光学装置内には、さらにコリメー
タレンズ１２１とオプティカルインテグレータ１２３の
入射面Ｂ１との間に光学フィルタ１６２が挿入・配置さ
れ、コンデンサレンズ１２５と照射面たるレチクルＲ１
の位置との間には、ハーフミラー１２６が、照明手段１
２０から外部に光束の一部を取り出せるように、この実
施の形態では照明手段１２０の光軸に対して約４５度の
角度をもって配置されている。そしてハーフミラー１２
６で反射された光束の結像面の位置には、ディテクタ１
４０が置かれている。

【００２７】また、オプティカルインテグレータ１２３
の射出面Ｃ１の位置には、円形開口絞り１２４が設けら
れている。

【００２８】さらに上記のように照射されたレチクルＲ
１上の露光パターンを基板（図１には表面のみ図示）Ｗ
１上に投影露光するための投影光学系が、レチクルＲ１
と基板露光面Ｗ１との間に設けられている。

【００２９】次にこの装置の作用を説明する。図１にお
いて、光源１１１から出力された光束は、楕円鏡１１２
の集光作用により楕円鏡１１２の第２焦点位置Ａ１に光
源像を形成する。楕円鏡１１２の第２焦点位置Ａ１に光
源像から射出された光束は、コリメータレンズ１２１に
よって平行光束に変換され、オプティカルインテグレー
タ１２３の入射面Ｂ１に入射する。オプティカルインテ
グレータ１２３は、図８（ａ）に示されている矩形状の
断面形状を有する要素レンズ１２３Ａを、（ｂ）に示さ
れるように、要素レンズ１２３Ａの光軸１２３Ｘに垂直
な方向に並列に束ねて構成されている。

【００３０】この要素レンズ１２３Ａは、その焦点距離
と、硝路長が一致するように構成されているので、その
入射側面に入射したコリメータレンズ１２１からの平行
光束は、集光され各要素レンズの射出面に光源像を形成
する。即ち、図１において、オプティカルインテグレー
タ１２３の射出面Ｃ１には、要素レンズ１２３Ａの配列
に従って、複数の光源像が形成される。

【００３１】オプティカルインテグレータ１２３の射出
面Ｃ１に形成された複数の光源像からの光束は、この直
後におかれた円形開口絞り１２４により円形断面形状を
有する光束に変換されて、コンデンサーレンズ１２５に
入射する。コンデンサーレンズ１２５のほぼ後側焦点位
置に被照射面Ｒ１がおかれている為、オプティカルイン
テグレータ１２３の各要素レンズ１２３Ａの入射面Ｂ１
と被照射面Ｒ１とは、ほぼ共役な関係で結ばれる。した
がって、オプティカルインテグレータ１２３の射出面Ｃ
１に形成された複数の２次光源面像からの光束は、重畳
的に被照射面Ｒ１を照射する。

【００３２】また、前述のようにオプティカルインテグ
レータ１２３と被照射面Ｒ１との間には、ハーフミラー
１２６が設けられ、光束の一部をディテクタ１４０に導
く。このディテクタ１４０は常時この導かれた光束の強
度を検出しており、その強度に応じた信号ａ１を発信す
る。また、信号ａ１を受信して処理する信号処理装置１
５０が設けられており、得られた信号ａ１を入力され
る。

【００３３】信号処理装置１５０は信号ａ１に基づき、
被照射面Ｒ１に照射されている光束の強度を算出し、こ
の値が常に等しくなる様、信号ｂ１をコリメータレンズ
１２１とオプティカルインテグレータ１２３との間に配
置されるフィルタ１６２を駆動するフィルタ駆動装置１
６１に入力する。

【００３４】フィルタ駆動装置１６１は、図２に示され
るような透過率可変フィルタ１６２が光路中を移動でき
るように構成されている。透過率可変フィルター１６２
には、遮光パターンが形成されているが、それは、例え
ば図２の１６２Ａのような、そのパターン巾が徐々に変
化（但し単調に、本実施の形態では直線的に）する短冊
状のパターンであり、このパターンが並列に複数本並べ
られることにより構成されている。これは、例えば平行
平面硝子の上に短冊状の遮光パターンを形成して作られ
る。

【００３５】このフィルタは、図２に示すように透過率
可変フィルタ１６２が受ける光束の位置をパターンの長
手方向に変化させれば、光束の透過率を連続的に変化さ
せることが可能となる。これを、調光手段として用いる
ことができる。

【００３６】フィルタ駆動装置１６１は信号処理装置１
５０より入力された信号ｂ１を基に、透過率可変フィル
タ１６２を変位させ、光束の透過率を制御する。

【００３７】ところで投影露光装置では、高い解像度で
パターンを被露光基板Ｗ１に露光するため、マスクＲ１
上の照射領域での照度分布均一性を高める必要があるの
は前述の通りである。ところが、透過率可変フィルタ１
６２を通過した直後の光束断面は、透過率可変フィルタ
１６２のパターン形状に従い短冊状の光量分布を呈す
る。この為、マスク上の照射領域での照度分布均一性へ
の配慮として、透過率可変フィルタ１６２はオプティカ
ルインテグレータ１２３よりも光源１１１側に配置され
るのが望ましい。

【００３８】このようなフィルタを用いることにより、
均一性が高く且つ連続的に照度を変えることのできる照
明光学装置が得られる。しかしながら、透過率可変フィ
ルタ１６２をコリメーターレンズ１２１とオプティカル
インテグレータ１２３との間に挿入した場合に、さらに
次のような点に配慮することによって、さらにマスク上
の照射領域での照度分布均一性を高めることができる。

【００３９】以下図３により、遮光パターンとオプティ
カルインテグレータとの関係を説明する。図３におい
て、光軸をｘ軸、紙面上下方向即ちｘ軸に直角な方向に
ｙ軸、紙面鉛直方向にｚ軸を採る。ここに於いて、オプ
ティカルインテグレータは、図８に示すように、その長
方形断面を持つ要素レンズがｙ方向にＭ個、ｚ方向にＮ
個、縦横に配列されて構成されているとする。また、透
過率可変フィルタは、その短冊状のパターンがｚ方向に
伸びているように配置し、同じパターンが周期的にｙ方
向に等間隔で並列に並んでいるものとする。図３は、ｘ
-ｙ面と平行な関係にある平面（ｚ＝ｚ0）でオプティカ
ルインテグレータと透過率可変フィルタを含む光学系を
切断したときの切断図であり、この時の透過率可変フィ
ルタのパターンの巾をｗ（ｚ＝ｚ0におけるパターン
巾）、パターンのピッチをｐとする。ここでは説明を簡
単にする為、この平面（ｚ＝ｚ0）内を通る光線のみを
考察の対象とし、透過率可変フィルタ１６２に入射する
光束の強度は一様（Ｗ0ｍｗ/ｃｍ²（ミリワット／ｃ
ｍ²））であるとするなど、単純なモデルにて説明す
る。

【００４０】透過率可変フィルタ１６２の遮光パターン
部１６２Ａ（図２）の透過率を０％、パターンの蒸着さ
れていない部分１６２Ｂの透過率を１００％とし、透過
率可変フィルタ１６２上の全ての点で、開口数ＮＡの光
束が入射しているものとする。さらに、透過率可変フィ
ルタ１６２の下面とオプティカルインテグレータ１２３
の入射面との間の距離をＤＺとすると、オプティカルイ
ンテグレータの入射面における光束の強度分布Ｗ(ｙ)は
例えば図４のグラフに示されるようになることが容易に
分かる。図４に於いては、ｐ＝５ｍｍ、ｗ＝２ｍｍ、Ｄ
Ｚ＝１００ｍｍ、ＮＡ＝０.０７としてある。図４のグ
ラフによれば、オプティカルインテグレータ１２３の入
射面における光束の強度は周期的に変化し、そのピッチ
（Ｐ）は、Ｐ＝５ｍｍ、最大光量Ｗmaxは０.６４Ｗ0ｍ
ｗ/ｃｍ²、最小光量Ｗminは０.５７Ｗ0ｍｗ/ｃｍ²とな
っている。

【００４１】オプティカルインテグレータ１２３の入射
面に入射した光束は、オプティカルインテグレータ１２
３の作用により、オプティカルインテグレータの要素レ
ンズ１２３Ａの断面寸法（ξ×η）に分割され、被照射
面に重畳的に照射される。

【００４２】このとき、被照射面上の光束強度の均一性
が最も悪くなるのは、容易に想像される様に、Ｗ(ｙ)の
ピッチとオプティカルインテグレータの要素レンズ１２
３Ａのピッチが一致するか、もしくは、その比（ξ／
Ｐ）が整数となる場合である。例えば、オプティカルイ
ンテグレータの入射面Ｂ１に入射する光束の強度が、図
４のように表され、Ｗ(ｙ)のピッチとオプティカルイン
テグレータの要素レンズ１２３Ａのピッチが一致する場
合、つまりＰ＝ｐ＝ξ＝５ｍｍのときの被照射面上の光
量分布Ｗ’(ｙ)は、オプティカルインテグレータの要素
レンズの入射面Ｂ１と被照射面との倍率を等倍（＋１
倍）とすると、図５のようになる（ｗ＝２ｍｍ、ＤＺ＝
１００ｍｍ、ＮＡ＝０.０７）。このときの光束強度均
一性（Ｕ＝［〈Ｗ’(ｙ)の最大値〉-〈Ｗ’(ｙ)の最小
値〉］／［〈Ｗ’(ｙ)の最大値〉＋〈Ｗ’(ｙ)の最小
値〉］）は、Ｕ＝５.９％になる。

【００４３】ここで、Ｐ（＝ｐ）とξとの関係を上記の
ものから外せば、この光束強度均一性を改善できると期
待される。例えば、オプティカルインテグレータの入射
面Ｂ１に入射する光束の強度分布Ｗ(ｙ)が図４のように
表され（Ｐ＝ｐ＝５ｍｍ、ｗ＝２ｍｍ、ＤＺ＝１００ｍ
ｍ、ＮＡ＝０.０７）、オプティカルインテグレータの
要素レンズ１２３Ａの外径をξ＝５.５ｍｍとし配列個
数をＭ＝７個とすると、被照射面上での光束強度均一性
の値はＵ＝２.５％となる。

【００４４】しかし、近年光束強度均一性として要請さ
れている値として、これをさらに改善するために、本発
明による透過率可変フィルタの実施の形態を以下説明す
る。このような実施の形態によれば、不連続な光束の強
度の変化を伴うこと無く、常に全ての照射領域で等しい
光強度を得ることが可能で、且つ被照射面上での光束強
度均一性を損なうことのない調光手段を持つ照明光学装
置が提供される。

【００４５】本発明による光学フィルタの実施の形態で
ある、透過率可変フィルタ１６２の遮光パターン１６２
Ａは、オプティカルインテグレータ１２３の要素レンズ
１２３Ａの断面寸法をξ×η、配列数をＭ×Ｎとし、透
過率可変フィルタ１６２の遮光パターンピッチをｐとす
ると、以下の条件を満たす様設定されている。

【００４６】

【数１】 ここで、ｋは、０を含む正の整数、ｉは、１を除く素因
数にて素因数分解されることのない、Ｍ未満の正の整
数、βは、光学フィルタ１６２とオプティカルインテグ
レータ１２３との間に介在する光学系の倍率とする。こ
こで、介在するのはβ＝１の光学系であってもよく、ま
た光学系が介在しないときは言うまでもなく１である。
以下、分かり易いようにβ＝１の場合で説明する。

【００４７】この条件を満たす時、被照射面Ｒ１上に照
射される光束の強度均一性が最も良好に保たれる。この
理由を図３に基づき、以下に説明する。図３において、
光軸をｘ軸、紙面上下方向即ちｘ軸に直角な方向にｙ
軸、紙面鉛直方向にｚ軸をとる。ここに於いて、オプテ
ィカルインテグレータ１２３は、その長方形断面を持つ
要素レンズ１２３Ａがｙ方向にＭ個、ｚ方向にＮ個、縦
横に配列されて構成されているとする。また、透過率可
変フィルタ１６２は、その短冊状のパターンがｚ方向に
伸びているように配置し、同じパターンがｙ方向に等間
隔でｙ方向に並列に並んでいるものとする。図３はｘ-
ｙ面と平行な関係にある平面（ｚ＝ｚ0）で光学系を切
断したときの切断図であり、この時の透過率可変フィル
タ１６２のパターンの巾をｗ（ｚ＝ｚ0におけるパター
ン巾）、パターンのピッチをｐとする。説明を簡単にす
る為、この平面（ｚ＝ｚ0）内を通る光線のみを考察の
対象し、透過率可変フィルタ１６２に入射する光束の強
度は一様（Ｗ0ｍｗ/ｃｍ２）であるとするなど、単純な
モデルにて説明する。

【００４８】透過率可変フィルタ１６２のパターン部の
透過率を０％、パターンの蒸着されていない部分の透過
率を１００％とし、透過率可変フィルタ１６２上の全て
の点で、開口数ＮＡの光束が入射しているものとする。
さらに、透過率可変フィルタ１６２の下面とオプティカ
ルインテグレータ１２３の入射面Ｂ１との間の距離をＤ
Ｚとすると、オプティカルインテグレータ１２３の入射
面Ｂ１における光束の強度分布Ｗ(ｙ)は、

【００４９】

【数２】 と表すことができる。ここで［ａ］はガウスの記号を表
し、ａを実数とした時ａを越えない最大の整数を与え
る。数２は例えば図４のグラフのように表すことが出来
る（ｐ＝５ｍｍ、ｗ＝２ｍｍ、ＤＺ＝１００ｍｍ、ＮA
＝０.０７としたとき）。数２のｆ（ζ）は｛０≦ζ＜
Ｐ｝の範囲で定義されており、Ｗ(ｙ)はｆ(ζ)をピッチ
Ｐ（＝ｐ）で周期的に並べることにより成り立ってい
る。（但し、０≦ｆ（ζ）≦１）φ0は、オプティカル
インテグレータ１２３と透過率可変フィルタ１６２との
相対位置関係によってきまる補正の定数で、｛０≦φ0
＜Ｐ｝である。

【００５０】一般にＷ(ｙ)の最大値と最小値は以下の様
になる。

【００５１】

【数３】

【数４】 但し、

【００５２】

【数５】 である。

【００５３】オプティカルインテグレータ１２３の入射
面Ｂ１に入射した光束はオプティカルインテグレータ１
２３の要素レンズ１２３Ａの断面形状に従って分割さ
れ、被照射面Ｒ１上で重ね合わされる。したがって、被
照射面Ｒ１での光束強度分布Ｗ'（ｙ）は、被照射面Ｒ
１上の点をオプティカルインテグレータ１２３の入射面
Ｂ１における共役点（複数あるうちの一つ）と同じにと
れば、

【００５４】

【数６】 となる。ｆ（ζ）は｛０≦ζ＜Ｐ｝の範囲を境界条件を
満たしながら任意（但し連続に）の形をとって構わない
とすると、上式Ｗ'（ｙ）がｙに少しでも依存しない様
にするためには、以下の関係に着目する。

【００５５】

【数７】

【００５６】上の数７は、Ｍが十分大きくなければなら
ないが、ｆ（ζ）の対ζの特性が際立ったもので無い限
り、（６）式のＷ'（ｙ）のｙに対する依存性は緩和さ
れることが期待される。このとき、

【００５７】

【数８】 （ここで、ｋは０を含む正の整数である） なる関係が成り立つ必要がある。同様の考察にて、例え
ば、Ｍが奇数のときは以下の関係を満たす場合も含まれ
る。

【００５８】

【数９】 （ここで、ｋは０を含む正の整数である） このような考察を進めてゆくと、数８や数９は次の関係
式に包括される。

【００５９】

【数１０】 （ここで、ｋは０を含む正の整数、ｉはＭの素因数（１
は除く）にて素因数分解されることのないＭ未満の正の
整数である） これは、数１（β＝１の場合）と一致する。

【００６０】例として、オプティカルインテグレータ１
２３の入射面に図４の様な強度分布をもつ光束（ｐ＝５
ｍｍ、ｗ＝２ｍｍ、ＤＺ＝１００ｍｍ、ＮＡ＝０.０
７）が入射したとき、数１及び数１０を満たすように、
オプティカルインテグレータ１２３の配列を７個（Ｍ＝
７）、要素レンズの断面寸法を１５.７１４（ｉ＝１、
ｋ＝３として数１及び数１０に代入）としたときの被照
射面Ｒ１上での光束強度均一性の値（数６を利用する）
は、Ｕ＝０.１％程度となる。

【００６１】以上、一例として勾配のある短冊状の遮光
パターンを有する平行平面硝子を挙げたが、ドットパタ
ーンの疎密や、金属膜などの膜厚の勾配により透過率勾
配を表現した光学部材によっても同様の効果を得ること
ができる。

【００６２】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
６を参照して説明する。本実施の形態は、本発明の照明
光学装置を半導体素子、または液晶表示素子製造用の露
光装置の照明系に適用したものである。

【００６３】図６の照明光学装置は、図１に示した第１
の実施の形態の場合の、光源装置１１０と照明光学系１
２０を、楕円鏡１１２の第２焦点Ａ１で分離して、その
間にライトガイド２２０を挿入して構成した装置であ
る。

【００６４】具体的には、例えば３つの光源２１１ａ〜
２１１ｃ（２１１ｃは不図示）と楕円鏡２１２ａ〜２１
２ｃ（２１２ｃは不図示）を備えている。本第２の実施
の形態例では、それぞれが同じ構成を有しているが、こ
れらが異なる構成を呈していてもよく、またその数は３
つに限るものではない。これら３つの光源２１１ａ〜２
１１ｃと楕円鏡２１２ａ〜２１２ｃの各々の組は第１実
施例の光源１１１、及び楕円鏡１１２と同様な構成を示
しており、したがって光源２１１ａ〜２１１ｃからの光
束は楕円鏡２１２ａ〜２１２ｃの第２焦点の位置Ａ２１
〜Ａ２３（Ａ２３は不図示）にて再び集光し、ここに各
々の光源像を形成する。

【００６５】位置Ａ２１〜Ａ２３に形成された光源像か
らの光束は、同じく位置Ａ２１〜Ａ２３に、入射端が置
かれているライトガイド２２０に入射する。ライトガイ
ド２２０は、光源の個数（本実施の形態では３つ）と同
数の入射端と、照明手段の個数（本実施の形態では４
つ）と同数の射出端を有し、その間でライトガイドを構
成する光ファイバーはランダムに入り交じるように作ら
れているので、各入射端から入射した３つの光源からの
光束を４つの射出端へ、ほぼ均等に分配する機能を有し
ている。

【００６６】そして、ライトガイド２２０の各射出端よ
り以降には照明手段２３０ａ〜２３０ｄ（２３０ｄは不
図示）が配置され、ライトガイド２２０はそれぞれに光
束を供給している。したがって、ライトガイド２２０の
各射出端面Ｂ２１〜Ｂ２４にはそれぞれ２次光源面が実
質的に形成される。

【００６７】照明手段２３０ａ〜２３０ｄは第１の実施
の形態の光源像の形成されるＡ１面と被照射面Ｒ１との
間の光学系と同様な構成を有しており、互いに並列に配
置されている。したがって、ライトガイド２２０の各射
出端面Ｂ２１〜Ｂ２４に形成された２次光源面からの各
々の光束は、コリメータレンズにより平行光束に変換さ
れ、またオプティカルインテグレータの作用を受けて、
むらのない光強度分布に変換され、それぞれ被照射面Ｒ
２上の複数の被照射領域を照明する。

【００６８】また、オプティカルインテグレータと被照
射面Ｒ２との間には、それぞれハーフミラーが設けら
れ、各々の光束の一部をディテクタ２５０ａ〜２５０ｄ
（２５０ｄは不図示）に導く点も、図１の場合と同様で
ある。ディテクタ２５０ａ〜２５０ｄは常時これら導か
れた光束の強度を検出し、得られた信号ａ２１〜ａ２４
を信号処理装置２６０（図１の１５０に対応）に入力す
る。信号処理装置２６０は信号ａ２１〜ａ２４に基づき
被照射面Ｒ２に照射されている照明手段２３０ａ〜２３
０ｄの各々の光束の強度を算出し、この値が常に等しく
なる様、信号ｂ２１〜ｂ２４をコリメータレンズとオプ
ティカルインテグレータの間に配置されるフィルタ駆動
装置２７１ａ〜２７１ｄ（２７１ｄは不図示）に入力す
る。

【００６９】フィルタ駆動装置２７１ａ〜２７１ｄは、
第１の実施の形態と同様、図２の如き透過率可変フィル
タ２７２ａ〜２７２ｄ（２７２ｄは不図示）が光路中を
移動できる様に構成されている。したがって、フィルタ
駆動装置２７１ａ〜２７１ｄの各々は、照明手段２３０
ａ〜２３０ｄの各々の光束の透過率を連続的に変化させ
ることが可能となる。

【００７０】フィルタ駆動装置２７１ａ〜２７１ｄは信
号処理装置２６０より入力された信号ｂ２１〜ｂ２４を
基に、透過率可変フィルタ２７１ａ〜２７１ｄを変位さ
せ、光束の透過率を制御する。このとき、透過率可変フ
ィルタ２７１ａ〜２７１ｄの遮光パターンのピッチｐ
は、オプティカルインテグレータの要素レンズの断面寸
法及びその配列数との関係が、数１０の条件を満たすよ
うに設定されているのは第２の実施の形態と同様であ
る。この条件を満たす時、被照射面Ｒ２上に照射される
照明手段２３０ａ〜２３０ｄの各々からの光束の強度均
一性が最も良好に保たれる。

【００７１】図７は、本発明の第３の実施の形態を示
す。これは、図１の第１の実施の形態の照明光学装置を
並列に並べて構成した装置である。本図の露光装置は、
たとえば３組の投影光学系を有し、これに対応して照明
光学系も３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃと３組用意され
ている。集光手段としての楕円鏡３１２ａは、その第１
焦点位置に光源３１１ａが配置されており、この光源３
１１ａから射出された光束を楕円鏡３１２ａの第２焦点
位置Ａ３１に集光させ、ここに光源像を形成させる。こ
の光源像からの光束は、照明光学系３２０ａを構成する
コリメーターレンズ３２１ａにより平行光束に変換され
オプティカルインテグレータ３２３ａに入射する。この
オプティカルインテグレータ３２３ａは、複数の光学要
素レンズを縦横に並列に配置することにより構成されて
いる。

【００７２】オプティカルインテグレータ３２３ａの入
射端Ｂ３１に入射した光束は集光されオプティカルイン
テグレータの射出端Ｃ３１に複数の光源像を形成する。
オプティカルインテグレータ３２３ａの射出端Ｃ３１に
形成された複数の光源像からの光束は、コンデンサーレ
ンズ３２５ａに入射する。コンデンサーレンズ３２５ａ
に入射した光束は集光され、被照射面Ｒ３上の原画パタ
ーンを重畳的に均一照明する。

【００７３】マスクＲ３上の原画パターンを通過した光
束により投影光学系３３０ａは、感光基板Ｗ３上に対応
する被照射面Ｒ３上の原画パターンを転写させる。他の
２組の照明光学系３２０ｂ、３２０ｃと投影光学系３３
０ｂ、３３０ｃにおいても同様である。

【００７４】また、照明手段３２０ａには、たとえばハ
ーフミラー３２６ａが配置され、ディテクタ３４０ａに
照明手段３２０ａの光束の一部を導いている。ディテク
タ３４０ａは、入射された光束の強度を検出し、得られ
た情報をもとに信号ａ３１を信号処理手段３５０に送信
する。他の照明手段３２０ｂ、３２０ｃについても同様
にして、それぞれの信号ａ３２、ａ３３が信号処理手段
３５０に送信される。

【００７５】一方各照明光学系の光束の強度を調節する
ための透過率可変フィルタ３６２ａが、コリメートレン
ズ３２１ａとオプティカルインテグレータ３２３ａとの
間に設けられており、このフィルタ３６２ａを駆動す
る、フィルタ駆動装置３６１ａを備えられている。他の
照明手段３２０ｂ、３２０ｃについても同様である。

【００７６】信号処理手段３５０は入力された信号ａ３
１〜ａ３３をもとに、照明手段３２０ａ〜３２０ｃの光
束の強度を算出する。この結果から、全ての照明光学系
の光束の強度が揃う様に、各照明手段３２０ａ〜３２０
ｃにそれぞれ挿入されているフィルタ駆動装置３６１ａ
〜３６１ｃに信号ｂ３１〜ｂ３３を送信する。

【００７７】各フィルタ駆動装置３６１ａ〜３６１ｂは
信号処理手段３５０の指令をもとに、全ての照明光学系
の光束の強度が揃う様に、所望の透過率が得られる様透
過率可変フィルタを出し入れすべく駆動して、それぞれ
対応する照明光学系の光束を調節する。上記の如きフィ
ードバック制御を行うことより、常に全ての照明領域で
均一な照度得ることが出来る露光装置を提供できる。

【００７８】以上のように、遮光パターンの周期方向の
光強度は、均一に設定することができるが、周期方向に
直角な方向即ち透過率が連続的に変化する方向には、必
ず一定の方向に光強度の勾配ができる。しかしながら、
走査型の光学装置例えば走査型投影露光装置等では、走
査の方向を前記光強度の勾配の方向に合わせれば、勾配
の影響は全く受けずにすむ。また、オプティカルインテ
グレータの要素レンズの前記光強度の勾配の方向の断面
寸法ηを小さくする、即ち同方向の要素レンズの数Ｎを
大きくすることで、前記勾配を実質的にゼロに近づける
ことができる。

【００７９】光学フィルタの、遮光パターンの前記周期
は１の場合もあり得る。

【００８０】また、図２に示す光学フィルタでは遮光パ
ターンは硝子板の一端で幅ゼロ、他端で最高幅になるよ
うに形成されているが、高透過率側に遮光パターンが全
く無い領域を、遮光パターンの長手方向に所定の長さだ
け設け、その端から幅ゼロで幅が徐々に広がって行く遮
光パターンが始まるように形成してもよい。

【００８１】以上一つの例として、勾配のある短冊状の
遮光パターンを有する平行平面硝子を挙げたが、ドット
パターンの疎密や、金属膜厚の勾配により透過率勾配を
表現した光学部材によってもやはり同様の効果を得るこ
とができる。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による照明光
学装置によれば、連続的に透過率を変化させることの可
能なフィルタを用いて調光するので、不連続な光束の強
度の変化を伴うこと無く、常に全ての照射領域で等しい
光強度を得ることが可能である。

【００８３】また、短冊状の遮光パターンが並列に列せ
られた平行平面硝子にて調光を行う際も、遮光パターン
のピッチとオプティカルインテグレータの要素レンズの
配列ピッチを最適なものに合わせる為、被照射面上での
光束強度均一性を損なうことのない調光手段を持つ照明
光学装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である照明光学装置
の概要を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態である光学フィルタのパ
ターンの例を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態である照明光学装置のオ
プティカルインテグレータと透過率可変フィルタとの関
係を示す図である。

【図４】本発明の実施例であり、遮光パターンが所定の
ピッチを有するときの、オプティカルインテグレータの
入射面における光束の強度分布を示す図である。

【図５】本発明の実施例であり、図４に対応する被照射
面上の光束の強度分布を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態である照明光学装置
の概要を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態である照明光学装置
の概要を示す図である。

【図８】本発明に用いるオプティカルインテグレータを
説明する図である。

【符号の説明】 １１１ 光源 １１２ 楕円鏡 １２０ 照明光学系 １２３ オプティカルインテグレータ １２３Ａ オプティカルインテグレータの要素レンズ １２５ コンデンサレンズ １２６ ハーフミラー １３０ 投影光学系 １４０ ディテクタ １５０ 信号処理装置 １６１ フィルタ駆動装置 １６２ 透過率可変フィルタ ２２０ オプティカルガイド Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ レチクル Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光に基づいて複数の光源像を
   形成するオプティカルインテグレータと；前記オプティ
   カルインテグレータの前記光源側の光路に配置されて所
   定の広がりの光通過領域を有する光学フィルタとを備
   え；前記光学フィルタの光通過領域は、該光通過領域内
   において連続的に光透過率が変化するように構成され；
   前記光学フィルタにおける前記光路と重なる領域が、前
   記光通過領域の一部であり；前記光路と重なる領域を前
   記光通過領域内で選択できるように構成されていること
   を特徴とする；照明光学装置。
2. 【請求項２】 前記光源からの光を前記オプティカルイ
   ンテグレータへ導くためのリレー光学系をさらに備え；
   前記光学フィルタは、前記リレー光学系と前記オプティ
   カルインテグレータとの間の光路中に配置されることを
   特徴とする；請求項１に記載の照明光学装置。
3. 【請求項３】 前記オプティカルインテグレータは、前
   記複数の光源像に対応する複数の光学要素を第１のピッ
   チで配列して構成され；前記光学フィルタは、前記第１
   のピッチの方向とほぼ直交する方向に光透過率が連続的
   に変化し、前記第１のピッチ方向に第２のピッチで周期
   的に光透過率が変化するように構成されていることを特
   徴とする；請求項１または請求項２に記載の照明光学装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１のピッチをＰ0、前記第２のピ
   ッチをＰf、前記第１のピッチ方向における前記光学要
   素の個数をＭ、前記光学フィルタと前記オプティカルイ
   ンテグレータとの間に介在する光学系の倍率をβ、０を
   含む正の整数をｋ、前記Ｍの、１を除く素因数にて素因
   数分解されることのない、Ｍ未満の正の整数をｉとする
   とき、 Ｐf＝（Ｍ／（Ｍ・ｋ＋ｉ））・Ｐ0／β を満足するように構成されてい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】 所定のパターンが設けられたマスクを載
   置し、所定の走査方向に沿って移動可能な第１のステー
   ジと；基板を載置し、前記所定の走査方向に祖手前記第
   １のステージと同期して移動可能な第２のステージと；
   前記所定のパターン像を前記基板上に形成するための投
   影光学系と；請求項３または請求項４に記載の照明光学
   装置とを備え；前記光学フィルタの光透過率が変化する
   方向は、前記第１と第２のステージの移動する方向と対
   応することを特徴とする；走査型投影露光装置。
6. 【請求項６】 １以上の光源と；複数の、請求項１乃至
   請求項４のいずれかに記載の照明光学装置と；前記光源
   の数と同数のそれぞれが該光源に接続された入射端と、
   前記照明光学系の数と同数のそれぞれが前記照明光学装
   置に接続された出射端とを有するライトガイドとを備え
   る；照明光学装置組立体。
7. 【請求項７】 複数の光源像を形成するオプティカルイ
   ンテグレータを備えた照明光学装置の照明光の光路中に
   設けて用いられる光学フィルターにおいて；前記光学フ
   ィルタの光が通過する領域内に、幅を変化させた短冊状
   の遮光パターンを形成することによって、連続的に光透
   過率が変化するように構成された；光学フィルター。