(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系によって所定のパターンを有するマスクを照明し、前記マスクと所定の間隙をもって位置するワークに前記所定のパターンを転写するプロキシミティ露光装置において、
前記マスクと前記ワークとは走査方向に沿って相対的に移動可能に支持され、前記照明光学系は、第１の方向におけるワーク側開口数と、該第１の方向と直交する第２の方向におけるワーク側開口数とが異なるように構成されることを特徴とするプロキシミティ露光装置。
【請求項２】
前記マスクは、前記第１の方向に延びた形状のパターンを有するものであり、前記照明光学系は、前記第２の方向におけるワーク側開口数よりも前記第１の方向におけるワーク側開口数の方が大きくなるように構成されることを特徴とする請求項１記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、所定形状の照明領域を形成し、
該照明領域は、前記第２の方向に沿った幅が前記第１の方向に沿った長さよりも長くなるような形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項４】
前記マスクと前記ワークとは前記第１の方向に沿って相対的に走査されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、光源と、該光源からの光束が導かれる位置に配置され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、前記複数の光源からの光が導かれる位置に配置されて前記複数の光源像からの光を集光するコンデンサ光学系とを有し、
前記コンデンサ光学系は、前記第１の方向における焦点距離ｆｃｏｎ１と、前記第２の方向における焦点距離ｆｃｏｎ２とが異なるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、光源と、該光源からの光が導かれる位置に配置されて該光源からの光を実質的な平行光束に変換するコリメータ光学系と、前記実質的な平行光束を受ける位置に配置され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、前記複数の光源からの光が導かれる位置に配置されて前記複数の光源像からの光を集光するコンデンサ光学系とを有し、
前記コリメータ光学系は、前記第１の方向における焦点距離ｆｃｏｌ１と、前記第２の方向における焦点距離ｆｃｏｌ２とが異なるように構成され、
前記コンデンサ光学系は、前記第１の方向における焦点距離ｆｃｏｎ１と、前記第２の方向における焦点距離ｆｃｏｎ２とが異なるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項７】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項６記載のプロキシミティ露光装置。
ｆｃｏｌ１＞ｆｃｏｌ２
ｆｃｏｎ１＜ｆｃｏｎ２
但し、
ｆｃｏｌ１：前記コリメータ光学系の第１の方向における焦点距離、
ｆｃｏｌ２：前記コリメータ光学系の第２の方向における焦点距離、
ｆｃｏｎ１：前記コンデンサ光学系の第１の方向における焦点距離、
ｆｃｏｎ２：前記コンデンサ光学系の第２の方向における焦点距離、
である。
【請求項８】
前記照明光学系は、光源と、該光源からの光束が導かれる位置に配置されて複数の光源像を形成する第１オプティカルインテグレータと、前記複数の光源からの光が導かれる位置に配置されて前記複数の光源像の像を形成する第２オプティカルインテグレータと、前記第２オプティカルインテグレータからの光を集光するコンデンサ光学系とを有し、
前記第２オプティカルインテグレータは、前記第１の方向に沿った長さと前記第２の方向に沿った長さとが異なるように射出面形状が定められていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の露光装置。
【請求項９】
前記照明光学系の第１の方向におけるワーク側開口数をＮＡ１とし、該第１の方向と直交する第２の方向におけるワーク側開口数をＮＡ２とするとき、
０．０１  ＜ＮＡ２／ＮＡ１＜１．０
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項記載のプロキシミティ露光装置。
【請求項１０】
照明光学系によって所定のパターンを有するマスクを照明し、前記マスクと所定の間隙をもって位置するワークに前記所定のパターンを転写するプロキシミティ露光方法において、
前記マスクと前記ワークとを走査方向に沿って相対的に移動させ、
前記走査方向におけるワーク側開口数を、走査直交方向におけるワーク側開口数よりも大きくした状態で前記マスクを照明することを特徴とするプロキシミティ露光方法。
【請求項１１】
前記マスクは、前記第１の方向に延びた形状のパターンを有するものであり、前記ワーク上に前記第１の方向に延びた形状のパターンを転写することを特徴とする請求項１０記載のプロキシミティ露光方法。
【請求項１２】
前記第２の方向に沿った幅が前記第１の方向に沿った長さよりも長くなるような形状の照明領域を前記ワーク上に形成することを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載のプロキシミティ露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクとワークとを近接配置し、マスクを露光光で照明してマスク上のパターンを焼き付けるプロキシミティ露光方法及びこれに好適なプロキシミティ露光装置に関する。特に本発明は、マスクとワークとを所定の走査方向に沿って走査させながら露光を行う走査型のプロキシミティ露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、ワーク上に塗布されたレジストなどの感光性樹脂に所望のパターンを転写するために露光装置が用いられていた。この露光装置は、ガラスなどの透明基板上にクロムなどの金属を蒸着して形成されるマスクに露光光を照射し、ワーク上のレジストにマスクのパターンを焼き付けるものである。ここで、焼き付ける方式としては、マスクの像を投影光学系によってワーク上に形成する投影露光方式、マスクとワークとを密着させてマスクパターンの転写を行う密着露光方式、マスクとワークとをわずかに離した状態でマスクに露光光を照射し、マスクパターンをワーク上に転写するプロキシミティ露光方式などがある。
【０００３】
従来のプロキシミティ露光装置としては、例えば図１１に示すものが知られている。図１１において、光源１が発する照明光を楕円鏡２で集光して光源像を形成し、この光源像からの光をコリメータレンズ４で実質的な平行光束に変換してフライアイレンズ５に入射させる。このフライアイレンズ５は入射する平行光束を波面分割してその射出側に複数の光源像を作る。複数の光源像からの光は、これら複数の光源像の位置に前側焦点をもつ凹面鏡６からなるコンデンサ光学系６によって集光されてマスク７上を重畳的に照明する。このマスク７の下方には、マスク７と所定の間隙をもって配置されたワーク８が位置しており、マスク７上のパターンの透明部分を通過した照明光はワーク８上に達し、ワーク８にはマスク７のパターンが転写される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如きプロキシミティ露光装置においては、ワーク上の解像度はコンデンサ光学系のマスク側開口数によって定められ、マスク上での照度もコンデンサ光学系のマスク側開口数によって定められる。このマスク上での照度Ｅは、光源の輝度をＢ、コンデンサ光学系のマスク側開口数をＮＡ、光学系の透過率をＴとするとき、
【０００５】
【数１】
（１）        Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ２・Ｔ
で表される。
また、プロキシミティ露光装置では、図１２に示す如く、マスク７とワーク８とが所定の間隙で配置されているため、コンデンサ光学系のマスク側開口数が大きくなればなるほどマスク７上のパターンのエッジ部分がぼけた状態でワーク８に転写されることになる、すなわちワーク上での解像度が低くなる。
【０００６】
このように、従来のプロキシミティ露光装置では、解像度を維持しつつスループットを向上させるためにマスク上での照度Ｅを向上させるには、光源の輝度Ｂを上げるより他はなかった。光源の輝度Ｂを向上させるためには、出力の高い光源を用いるしかなく、このような光源は、光源部の大型化を招き、光源から発する熱対策のために光源部の複雑化・大型化を招く問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は光源部に負荷をかけることなく、マスク上の照度を高めてスループットの向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の一つの態様にかかるプロキシミティ露光装置は、例えば図１に示す如く、照明光学系によって所定のパターンを有するマスクを照明し、前記マスクと所定の間隙をもって位置するワークに前記所定のパターンを転写するプロキシミティ露光装置であって、
前記マスクと前記ワークとは走査方向に沿って相対的に移動可能に支持され、前記照明光学系は、第１の方向におけるワーク側開口数と、該第１の方向と直交する第２の方向におけるワーク側開口数とが異なるように構成されるものである。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様においては、前記マスクは、前記第１の方向に延びた形状のパターンを有するものであり、
前記照明光学系は、前記第２の方向におけるワーク側開口数よりも前記第１の方向におけるワーク側開口数の方が大きくなるように構成されるものである。
また、本発明の別の好ましい態様においては、前記照明光学系は、所定形状の照明領域を形成し、
該照明領域は、前記第２の方向に沿った幅が前記第１の方向に沿った長さよりも長くなるような形状である。
【００１０】
そして、本発明のさらに好ましい態様においては、前記マスクと前記ワークとは前記第１の方向に沿って相対的に走査されるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明にかかる実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の概略的な構成を示す図であり、図中ＸＹＺ座標系を採用している。図１において、照明光学系１０はマスク７に対して照明光を照射し、このマスク７には、図中Ｚ方向（第１の方向）に延びた形状のパターンが形成されている。また、ワーク８は、レジストなどの感光性樹脂が塗布されたフィルムであって、図中Ｚ方向に沿って所定の速度で搬送される。これにより、フィルム上の感光性樹脂には、図中ｚ方向に延びた形状のパターンが転写される。以下、照明光学系の構成について詳述する。
【００１２】
図２は、第１の実施の形態にかかるプロキシミティ露光装置の照明光学系の構成を示す図であり、図２（ａ）はＹＺ平面図、図２（ｂ）はＸＹ平面図である。図２（ａ），（ｂ）において、例えば高圧水銀ランプからなる光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、コリメータレンズ１４によりコリメートされてフライアイレンズ１５に入射する。ここで、コリメータレンズ１４は、楕円鏡１２による光源像の位置にその前側焦点が位置するように配置されており、フライアイレンズ１５へは略平行光束が導かれる。このフライアイレンズ１５は、例えば四角形、六角形の断面形状を有する複数のレンズ素子をマトリックス状に積み重ねて構成されており、各々のレンズ素子がコリメータレンズ１４からの平行光束を集光することにより、フライアイレンズ１５の射出面側に複数の光源像を形成する。この複数の光源像が形成される位置には、略円形状の開口を有する絞りＳが配置されており、この絞りＳの開口部からの光は、互いに異なる焦点距離を有する１組のシリンドリカルレンズ１６ａ，１６ｂからなるコンデンサ光学系へ導かれる。
【００１３】
このコンデンサ光学系のシリンドリカルレンズ１６ａは、ＸＹ平面内においてのみ焦点距離ｆｃｏｎ２を有し、シリンドリカルレンズ１６ｂは、ＹＺ平面内においてのみ焦点距離ｆｃｏｎ１を有する。これらのシリンドリカルレンズ１６ａ，１６ｂは共にその前側焦点位置がフライアイレンズによる複数の光源像位置にほぼ一致するように配置されている。従って、コンデンサ光学系１６ａ，１６ｂからの光は、所定のパターンが形成されたマスク７上をテレセントリック照明する。
【００１４】
さて、本実施の形態では、シリンドリカルレンズ１６ａの焦点距離ｆｃｏｎ２と、シリンドリカルレンズ１６ｂの焦点距離ｆｃｏｎ１とは、
【００１５】
【数２】
（２）        ｆｃｏｎ１＜ｆｃｏｎ２
の関係にある。従って、マスク８上におけるコンデンサ光学系の開口数は、Ｚ方向におけるものの方がＸ方向におけるものよりも大きくなる。
なお、コンデンサ光学系の開口数の比βは、
【００１６】
【数３】
（３）        β＝ＮＡ１／ＮＡ２＝ｆｃｏｎ２／ｆｃｏｎ１
となる。
図２中において、マスク７の後側（−Ｙ方向側）には、所定の間隙をもってワーク８が配置されており、前述したようにこのワーク８は、図中Ｚ方向に沿って移動可能に支持されており、これにより走査露光が実現される。
【００１７】
本実施の形態においては、ワーク８を図中Ｚ方向に沿って移動させつつＺ方向に延びた形状のパターンを転写するものであるため、Ｚ方向における解像度が低くても問題にはならない。
また、ワーク８上における照度Ｅは、光源１１の輝度をＢ、コンデンサ光学系のＺ方向におけるマスク側開口数をＮＡ１とし、Ｘ方向におけるマスク側開口数をＮＡ２、光学系の透過率をＴとするとき、
【００１８】
【数４】
（４）        Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２・Ｔ
で表される。
ここで、前述の（２）式より、
【００１９】
【数５】
（５）        ＮＡ１＞ＮＡ２
であり、かつＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のものと同程度であるため、ワーク８上での照度Ｅは、従来のものよりもβだけ高くなる。
【００２０】
そして、本実施の形態では、光源１１からフライアイレンズ１５までの光学系を従来と同じ構成にでき、コンデンサ光学系の部分のみを変更するだけで良く、装置の製造が容易になる利点がある。
このように、本実施の形態においては、所定の方向に延びたパターンに対して、該所定の方向におけるコンデンサ光学系の開口数ＮＡ１を、所定の方向と直交する方向におけるコンデンサ光学系の開口数ＮＡ２よりも大きくなるように構成しているため、パターンを転写する際の解像力を低下させることなく、ワーク上での照度を高めることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００２１】
なお、第１の実施の形態において、１対のシリンドリカルレンズ１６ａ，１６ｂの代わりに、直交する方向で焦点距離の異なるトーリックレンズを用いても良い。また、絞りＳの開口部は円形には限られず、例えばＸ方向よりもＺ方向が長い楕円形状であっても良い。
次に、図３を参照して第２の実施の形態について説明する。図３に示す第２の実施の形態は、図２の第１の実施の形態のコンデンサ光学系おけるシリンドリカルレンズ１６ａ，１６ｂを、シリンドリカルミラー２６ａ，２６ｂで置き換えたものである。
【００２２】
なお、図３において、図２のものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付してある。また、図３では、マスク７及びワーク８上においてのみ図２と同様の座標系を採用しており、光源からマスク７までの光路においては、マスク７上でＸＹ方向に沿った光束断面を実線で示し、マスク７上でＹＺ面内に沿った光束断面を破線で示している。なお、以下の説明においては、マスク７上でＸ方向（第２の方向）に対応する方向をＳ方向とし、マスク７上でＺ方向（第１の方向）に対応する方向をＭ方向とする。
【００２３】
図３において、光源１１からの光は、前述の図２の実施の形態と同様に、楕円鏡１２、コリメータレンズ１４及びフライアイレンズ１５の順に通過し、フライアイレンズ１５の射出面側に配置される絞りＳの開口部に複数の光源像を形成する。これら複数の光源像からの光は、一対のシリンドリカルミラー２６ａ，２６ｂからなるコンデンサ光学系によって集光されて、マスク７上を重畳的に照明する。
【００２４】
第２の実施の形態においては、シリンドリカルミラー２６ａは、光路中におけるＳ方向において焦点距離ｆｃｏｎ２を有し、シリンドリカルミラー２６ｂは、光路中におけるＭ方向において焦点距離ｆｃｏｎ１を有する。ここで、シリンドリカルミラー２６ａのＭ方向及びシリンドリカルミラー２６ｂのＳ方向ではパワー（屈折力）を有しない。
【００２５】
次に、Ｍ方向とＳ方向とにわけて、フライアイレンズ１５以降の光路について説明する。なお、図３においては、Ｍ方向の光路を破線で、Ｓ方向の光路を実線で示している。まず、Ｓ方向に関して説明する。図３において、フライアイレンズ１５が形成する複数の光源像からの光は、Ｓ方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラー２６ａによって集光された後、Ｓ方向にはパワーを有しないシリンドリカルミラー２６ｂにて偏向されてマスク７に達する。このとき、マスク７は開口数ＮＡ２の光束によって照明される。
【００２６】
また、Ｍ方向に関して説明すると、フライアイレンズ１５による複数の光源像からの光は、Ｍ方向にはパワーを有しないシリンドリカルミラー２６ａにて偏向された後、Ｍ方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラー２６ｂにて集光されてマスク７に達する。このときマスク７は開口数ＮＡ１の光束によって照明される。
【００２７】
ここで、開口数ＮＡ２はシリンドリカルミラー２６ａの焦点距離ｆｃｏｎ２によって定まり、開口数ＮＡ１はシリンドリカルミラー２６ｂの焦点距離ｆｃｏｎ１によって定まる。これらの開口数ＮＡ１，ＮＡ２およびコンデンサ光学系２６ａ、２６ｂの焦点距離ｆｃｏｎ１，ｆｃｏｎ２は、前述の（２）式乃至（５）式を満足している。
【００２８】
このように、コンデンサ光学系を直交する２方向で焦点距離の異なる反射光学系とすることにより、第１の実施の形態による効果に加えて、照明光学系中の色収差の影響のない良好な光学性能のもとで広い範囲の波長を用いた照明を行うことができる効果を奏する。
次に図４（ａ），（ｂ）を参照して、第３の実施の形態を説明する。図４（ａ）はＹＺ平面図であり、図４（ｂ）はＸＹ平面図である。
【００２９】
図４（ａ），（ｂ）に示す第３の実施の形態は、オプティカルインテグレータへ実質的な平行光束を供給するコリメータ光学系を直交方向で焦点距離の異なる光学系で構成すると共に、オプティカルインテグレータからの光を集光してマスクを重畳的に照明するコンデンサ光学系を直交方向で焦点距離の異なる光学系で構成したものである。
【００３０】
なお、図４において、前述の図１乃至図３に示す実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してあり、また、前述の図１及び図２と同様のＸＹＺ座標系を採用している。
図４（ａ），（ｂ）において、光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、ＸＹ平面内のみにパワーを持つコンデンサレンズ３４ａ及びＹＺ平面内のみにパワーを持つコンデンサレンズ３４ｂから構成されるコリメータ光学系によりコリメートされてフライアイレンズ３５に入射する。ここで、コンデンサレンズ３４ａ及びコンデンサレンズ３４ｂは共に、楕円鏡１２による光源像位置にその前側焦点位置が位置するように設けられている。このとき、フライアイレンズ３５に入射する光束は、その（ＸＺ平面内の）断面形状が略楕円形状の略平行光束となる。
【００３１】
このフライアイレンズ３５は、図５に示すように、Ｘ方向の高さＬｘ、Ｚ方向の長さＬｚ（Ｌｘ≠Ｌｚ）の矩形状の断面を有する複数のレンズ素子３５ａの集積体で構成されており、全体としてＸ方向の高さＤｘ、Ｚ方向の長さＤｚ（Ｄｘ≠Ｄｚ）の矩形状断面を有している。
図４（ａ），（ｂ）に戻って、フライアイレンズ３５の射出側には、略楕円形状の開口部を持つ絞りＳが配置されており、この絞りＳの開口部には、フライアイレンズ３５の各々のレンズ素子によって形成される複数の光源像が位置する。これら複数の光源像からの光は、ＸＹ平面内のみにパワーを持つコンデンサレンズ３６ａ及びＹＺ平面内のみにパワーを持つコンデンサレンズ３６ｂから構成されるコンデンサ光学系に入射する。ここで、コンデンサレンズ３６ａ及びコンデンサレンズ３６ｂは共に、それらの前側焦点位置が複数の光源像の位置になるように設けられている。従って、マスク７は、これら複数の光源像からの光によって重畳的にテレセントリック照明される。
【００３２】
さて、本実施の形態においては、ＹＺ平面内におけるコンデンサ光学系のマスク側開口数ＮＡ１及びＸＹ平面内におけるコンデンサ光学系のマスク側開口数ＮＡ２は、前述の実施の形態と同様に、
【００３３】
【数６】
（５）        ＮＡ１＞ＮＡ２
を満足する構成である。
また、本実施の形態では、コンデンサ光学系は、マスク７上にＸ方向の長さがＭｘ、Ｚ方向の長さがＭｚの矩形状の照明領域を形成している。
【００３４】
ここで、コリメータレンズ３４ｂのＹＺ平面内での焦点距離ｆｃｏｌ１、コリメータレンズ３４ａのＸＹ平面内での焦点距離ｆｃｏｌ２、フライアイレンズ３５を構成するレンズ素子３５ａのＸ方向の高さＬｘ、Ｚ方向の長さＬｚ、フライアイレンズ３５の全体のＸ方向の高さＤｘ、全体のＺ方向の長さＤｚ、コンデンサレンズ３６ａのＸＹ平面内の焦点距離ｆｃｏｎ２、コンデンサレンズ３６ｂのＹＺ平面内の焦点距離ｆｃｏｎ１とするとき、以下の関係を満足している。
【００３５】
まず、ＹＺ平面内におけるコンデンサ光学系のマスク側開口数ＮＡ１及びＸＹ平面内におけるコンデンサ光学系のマスク側開口数ＮＡ２の比βは、
【００３６】
【数７】
（６）        β＝ＮＡ１／ＮＡ２
であり、コリメータレンズ３４ａ，３４ｂの焦点距離の比ｋを、
【００３７】
【数８】
（７）        ｋ＝ｆｃｏｌ２／ｆｃｏｌ１
とし、コンデンサレンズ３６ａ，３６ｂの焦点距離の比ｍを、
【００３８】
【数９】
（８）        ｍ＝ｆｃｏｎ２／ｆｃｏｎ１
とすると、前述の開口数の比βは、
【００３９】
【数１０】
（９）        β＝ｍ／ｋ
の関係を満足する。このとき、ｋ≧１の場合にはｍ≦１、ｋ≦１の場合にはｍ≧１となる。
また、フライアイレンズ３５を構成する各レンズ素子のＸ方向の高さＬｘ及びＺ方向の長さＬｚは、
【００４０】
【数１１】
（１０）      （Ｌｚ／Ｌｘ）／ｍ  ＝  Ｍｚ／Ｍｘ
の関係を満足し、フライアイレンズ３５の全体のＸ方向の高さＤｘ及びＺ方向の長さＤｙは、その射出側に配置される絞りＳの開口部の高さ及び長さと同じ比率であり、
【００４１】
【数１２】
（１１）      （Ｄｚ／Ｄｘ）・ｍ  ＝  ＮＡ２／ＮＡ１
を満足する。
本実施の形態では、ｋ＜１，ｍ＞１となるように、すなわち
【００４２】
【数１３】
（１２）      ｆｃｏｌ１＞ｆｃｏｌ２
【００４３】
【数１４】
（１３）      ｆｃｏｎ１＜ｆｃｏｎ２
を満足するようにコリメータ光学系３４ａ，３４ｂ及びコンデンサ光学系３６ａ，３６ｂを構成している。このときのワーク８上の照度Ｅは、先の実施の形態と同様に
【００４４】
【数１５】
（４）      Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２・Ｔ
を満足している。このとき、ＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のものと同程度であるため、ワーク８上での照度Ｅは、従来のものよりもβだけ高くなる。
【００４５】
さらに本実施の形態では、直交する方向において開口数を異ならせる作用をコリメータ光学系及びコンデンサ光学系で分担しているため、これらの光学系の設計に無理が生じる恐れが少なく光学性能を向上できる効果がある。
なお、本実施の形態においてフライアイレンズ３５を２×８のレンズ素子３５ａで構成しているが、この構成に限られないことは言うまでもない。
【００４６】
次に、図６を参照して第４の実施の形態について説明する。図６に示す第４の実施の形態は、図４及び図５の第４の実施の形態のコンデンサ光学系におけるシリンドリカルレンズ３６ａ，３６ｂを、シリンドリカルミラー４６ａ，４６ｂで置き換えたものである。
なお、図６において、図４及び図５のものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付してある。また、図６では、マスク７及びワーク８上においてのみ図４（ｂ）と同様の座標系を採用しており、光源１１からマスク７までの光路においては、マスク７上でＸＹ方向に沿った光束断面を実線で示し、マスク７上でＹＺ方向に沿った光束断面を破線で示している。なお、以下の説明においては、マスク７上でＸ方向に対応する方向をＳ方向とし、マスク７上でＺ方向に対応する方向をＭ方向とする。
【００４７】
図６において、光源１１からの光は、前述の図４の実施の形態と同様に、楕円鏡１２、コリメータ光学系３４ａ，３４ｂ及びフライアイレンズ３５の順に通過し、フライアイレンズ３５の射出面側に配置される絞りＳの開口部に複数の光源像を形成する。これら複数の光源像からの光は、一対のシリンドリカルミラー４６ａ，４６ｂからなるコンデンサ光学系によって集光されて、マスク７上を重畳的に照明する。
【００４８】
第４の実施の形態においては、コリメータレンズ３４ｂは光路中におけるＭ方向において焦点距離ｆｃｏｌ１を有し、コリメータレンズ３４ａは光路中におけるＳ方向において焦点距離ｆｃｏｌ２を有する。また、シリンドリカルミラー４６ａは、光路中におけるＳ方向において焦点距離ｆｃｏｎ２を有し、シリンドリカルミラー４６ｂは、光路中におけるＭ方向において焦点距離ｆｃｏｎ１を有する。ここで、コリメータレンズ３４ａのＭ方向、コリメータレンズ３４ｂのＳ方向及びシリンドリカルミラー４６ａのＭ方向及びシリンドリカルミラー４６ｂのＳ方向ではパワーを持たない。
【００４９】
次に、Ｍ方向とＳ方向とにわけて、楕円鏡１２以降の光路について説明する。まず、Ｓ方向に関して説明する。図６において、楕円鏡１２により形成される光源像からの光は、Ｓ方向にのみパワーを有するコリメータレンズ３４ａによりコリメートされた後、Ｓ方向にはパワーを有しないコリメータレンズ３４ｂを通過して、フライアイレンズ３５に入射する。このフライアイレンズ３５は複数の光源像を形成する。フライアイレンズ３５による複数の光源像からの光は、Ｓ方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラー４６ａによって集光された後、Ｓ方向にはパワーを有しないシリンドリカルミラー４６ｂにて偏向されてマスク７に達する。このとき、マスク７は開口数ＮＡ２の光束によって照明される。
【００５０】
また、Ｍ方向に関して説明すると、楕円鏡１２が形成する光源像からの光は、Ｍ方向にはパワーを有しないコリメータレンズ３４ａを通過した後、Ｍ方向にのみパワーを有するコリメータレンズ３４ｂによりコリメートされてフライアイレンズ３５に入射する。このフライアイレンズは、複数の光源像を形成する。そして、フライアイレンズ３５による複数の光源像からの光は、Ｍ方向にはパワーを有しないシリンドリカルミラー４６ａにて偏向された後、Ｍ方向にのみパワーを有するシリンドリカルミラー４６ｂにて集光されてマスク７に達する。このときマスク７は開口数ＮＡ１の光束によって照明される。
【００５１】
ここで、開口数ＮＡ１は、絞りＳのＭ方向における径及びシリンドリカルミラー４６ｂの焦点距離ｆｃｏｎ１によって定まり、開口数ＮＡ２は、絞りＳのＳ方向における径及びシリンドリカルミラー４６ａの焦点距離ｆｃｏｎ２によって定まる。これらの開口数ＮＡ１，ＮＡ２、絞りＳの径及びコンデンサ光学系４６ａ、４６ｂの焦点距離ｆｃｏｎ１，ｆｃｏｎ２は、第１の実施の形態と同様に（３）式を満足している。
【００５２】
このように、コンデンサ光学系を直交する２方向で焦点距離の異なる反射光学系とすることにより、第３の実施の形態による効果に加えて、照明光学系中の色収差の影響のない良好な光学性能のもとで広い波長を用いた照明を行うことができる効果を奏する。
次に図７を参照して第５の実施の形態について説明する。図７（ａ）はＹＺ平面図であり、図７（ｂ）はＸＹ平面図である。
【００５３】
図７（ａ），（ｂ）に示す第３の実施の形態は、第１フライアイレンズで複数の光源像からなる２次光源を形成し、第２フライアイレンズにより複数の光源像からなる３次光源を形成するように構成し、第２フライアイレンズの全体形状を長方形状とするように構成したものである。
なお、図７において、前述の図１乃至図６に示す実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してあり、また、前述の図１及び図２と同様のＸＹＺ座標系を採用している。
【００５４】
図７（ａ），（ｂ）において、光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、コリメータ光学系１４によりコリメートされて、略平行光束となってフライアイレンズ５５に入射する。
このフライアイレンズ５５は、図８（ａ）に示す如く、Ｘ方向における長さＬ５５ＸとＺ方向における長さＬ５５Ｚとの断面形状を有するレンズ素子５５ａの集積体で構成されており、その射出面側に複数の光源像を形成する。
【００５５】
図７（ａ），（ｂ）に戻って、フライアイ５５による複数の光源像の位置には、略円形状の開口部を有する絞りＳ１が設けられており、この絞りＳ１の開口部を通過した光束は、フライアイレンズ５５による複数の光源像位置に前側焦点を有するリレーレンズ５７により集光されてフライアイレンズ５８に入射する。このときフライアイレンズ５８の入射面は、複数のレンズ素子５５ａの各々が形成する複数の光源像からの光が重畳される位置になる。
【００５６】
フライアイレンズ５８は、図８（ｂ）に示す如く、Ｘ方向における長さＬ５８ＸとＺ方向における長さＬ５８Ｚとの断面形状を有するレンズ素子５８ａの集積体から構成されており、全体としてＸ方向における長さＤ５８ＸとＺ方向における長さＤ５８Ｚとの断面形状を有する。
図７（ａ），（ｂ）に戻って、フライアイレンズ５８の射出面側には、複数の光源像が形成される。また、このフライアイレンズ５８による複数の光源像の位置には、略楕円形状の開口部を有する絞りＳ２が配置されており、この略楕円形状の開口部の長辺と短辺との比は、フライアイレンズ５８が形成する複数の光源像の長さＤ５８Ｘと長さＤ５８Ｚとの比と実質的に等しくなるように構成されている。
【００５７】
フライアイレンズ５８による複数の光源像からの光は、この複数の光源像位置に前側焦点位置を持つコンデンサレンズ５６によって集光されて、マスク７上を重畳的にテレセントリック照明する。
このとき、マスク７上に形成される照明領域のＸ方向の長さＭｘとＺ方向の長さＭｚとの比は、フライアイレンズ５８を構成するレンズ素子５８ａのＸ方向の長さＬ５８ＸとＺ方向の長さＬ５８Ｚとの比に等しく、
【００５８】
【数１６】
（１４）      Ｍｘ／Ｍｚ＝Ｌ５８Ｘ／Ｌ５８Ｚ
が成立している。
また、ＹＺ平面内の開口数ＮＡ１とＸＹ平面内の開口数ＮＡ２との比は、絞りＳ２の長辺と短辺との比がフライアイレンズ５８全体の長さＤ５８Ｘと長さＤ５８Ｚとの比と実質的に等しいとき、
【００５９】
【数１７】
（１５）      ＮＡ２／ＮＡ１＝Ｄ５８Ｘ／Ｄ５８Ｚ
である。
また、本実施の形態では、長方形状の断面を有するフライアイレンズ５８へ効率的に光を導くため、フライアイレンズ５５を構成するレンズ素子５５ａの断面形状をフライアイレンズ５８全体の形状と相似となるように構成している。すなわち、レンズ素子５５ａのＸ方向の長さＬ５５Ｘ、Ｚ方向の長さＬ５５Ｚ、フライアイレンズ５８全体のＸ方向の長さＤ５８Ｘ、全体のＺ方向の長さＤ５８Ｚが、
【００６０】
【数１８】
（１６）      Ｌ５５Ｘ／Ｌ５５Ｚ＝Ｄ５８Ｘ／Ｄ５８Ｚ
を満たすように構成している。
本実施の形態においても、先の実施の形態と同様に、
【００６１】
【数１９】
（５）        ＮＡ１＞ＮＡ２
を満足する構成である。従って、絞りＳ２の長辺と短辺との比がフライアイレンズ５８全体の長さＤ５８Ｘと長さＤ５８Ｚとの比と実質的に等しいとき、
【００６２】
【数２０】
（１７）      Ｄ５８Ｘ＜Ｄ５８Ｚ
が成立する。
このときのワーク８上の照度Ｅは、先の実施の形態と同様に
【００６３】
【数２１】
（４）        Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２・Ｔ
を満足している。このとき、ＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のものと同程度であるため、ワーク８上での照度Ｅは、従来のものよりもβだけ高くなる。
【００６４】
この第５の実施の形態においては、図１及び図２の実施の形態による効果に加えて、フライアイレンズ５５，５８以外の光学系を通常の回転対称の光学系で構成することができるため、その製造・調整が容易となる利点がある。
次に図９を参照して、第６の実施の形態について説明する。図９（ａ）はＹＺ平面図であり、図９（ｂ）はＸＹ平面図である。図９（ａ），（ｂ）に示す第６の実施の形態では、図７及び図８に示した第５の実施の形態におけるリレーレンズを互いに直交する方向において焦点距離の異なる光学系としたものである。
【００６５】
なお、図９において、前述の図１乃至図８に示す実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付してあり、また、前述の図１及び図２と同様のＸＹＺ座標系を採用している。
図９において、光源１１からの光は、光源１１の位置に第１焦点が配置される楕円鏡１２によって集光されて、その第２焦点位置に光源像を形成する。この光源像からの光は、コリメータ光学系１４によりコリメートされて、略平行光束となってフライアイレンズ６５に入射する。このフライアイレンズ６５は、図１０に示す如く、ほぼ正方形の断面形状を有するレンズ素子６５ａの集積体で構成されており、その射出面側に複数の光源像を形成する。
【００６６】
図９（ａ），（ｂ）に戻って、フライアイレンズ６５による複数の光源像の位置には、略円形状の開口部を有する絞りＳ１が設けられており、この絞りＳ１の開口部を通過した光束は、互いに直交方向で焦点距離の異なるリレー光学系６７ａ，６７ｂにより集光されてフライアイレンズ５８に入射する。
このリレーレンズ系は、ＹＺ方向において焦点距離ｆｒ１を有するリレーレンズ６７ａと、ＸＹ方向において焦点距離ｆｒ２を有するリレーレンズ６７ｂとから構成されており、リレーレンズ６７ａおよびリレーレンズ６７ｂの前側焦点位置は、フライアイレンズ６５が形成する複数の光源像位置とそれぞれ一致している。従って、フライアイレンズ６５による複数の光源像からの光は、リレーレンズ６７ａによりＹＺ平面内において集光され、リレーレンズ６７ｂによりＸＹ平面内において集光されてフライアイレンズ５８に入射する。このときフライアイレンズ５８の入射面は、フライアイレンズ６５が形成する複数の光源像からの光が重畳される位置になる。
【００６７】
本実施の形態では、リレー光学系６７ａ，６７ｂの焦点距離は、以下の（１５）式を満足するように構成されている。
【００６８】
【数２２】
（１８）      ｆｒ１＞ｆｒ２
ここで、フライアイレンズ５８に入射する光束のＸＺ平面内での断面形状は、Ｚ方向が長手方向である矩形状となる。このときフライアイレンズ５８の入射面全体のＸ方向の長さをＤ５８Ｘ、全体のＺ方向の長さをＤ５８Ｚとするとき、フライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａの各入射面（フライアイレンズ５８の入射面と共役）のＸＺ平面内の断面形状が正方形であるため、
【００６９】
【数２３】
（１７）      ｆｒ１／ｆｒ２＝Ｄ５８Ｚ／Ｄ５８Ｘ
が成立する。
この構成により、第１フライアイレンズとしてのフライアイレンズ６５が通常のフライアイレンズであっても、第２フライアイレンズ５８へ導かれる光束の断面形状を矩形状に変換することができる。
【００７０】
フライアイレンズ５８は、前述の第５の実施の形態と同じものであり、Ｘ方向における長さＬ５８ＸとＺ方向における長さＬ５８Ｚとの断面形状を有するレンズ素子５８ａの集積体から構成されており、全体としてＸ方向における長さＤ５８ＸとＺ方向における長さＤ５８Ｚとの断面形状を有している。
図９（ａ），（ｂ）に戻って、フライアイレンズ５８の射出面側には、複数の光源像が形成される。また、このフライアイレンズ５８による複数の光源像の位置には、略楕円形状の開口部を有する絞りＳ２が配置されており、この略楕円形状の開口部の長辺と短辺との比は、フライアイレンズ５８が形成する複数の光源像の長さＤ５８Ｘと長さＤ５８Ｚとの比と実質的に等しくなるように構成されている。
【００７１】
フライアイレンズ５８による複数の光源像からの光は、この複数の光源像位置に前側焦点位置を持つコンデンサレンズ５６によって集光されて、マスク７上を重畳的にテレセントリック照明する。
この第６の実施の形態においては、第１フライアイレンズとしてのフライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａのＸＺ平面内での断面形状が正方形状であっても、直交方向において互いに異なる焦点距離を持つリレー光学系６７ａ，６７ｂによって、正方形状であるレンズ素子６５ａの入射面の像を、Ｚ方向に長手方向を持つ長方形状に変換した状態で形成している。
【００７２】
この第６の実施の形態においても、
【００７３】
【数２４】
（５）        ＮＡ１＞ＮＡ２
を満足する構成であり、ワーク８上の照度Ｅは、先の実施の形態と同様に
【００７４】
【数２５】
（４）        Ｅ＝π・Ｂ・ＮＡ１・ＮＡ２・Ｔ
となる。ここで、ＮＡ２はパターンのピッチ方向の解像度により定まる開口数であり、従来のものと同程度であるため、ワーク８上での照度Ｅは、従来のものよりもβだけ高くなる。
【００７５】
このように、第６の実施の形態においては、光源から第１フライアイレンズまでの光学系を従来の光学系と同じ構成としても、光量効率を落とすことなく、一方の方向における開口数を大きく構成できる。従って、パターンを転写する際の解像力を低下させることなく、ワーク上での照度を高めることができ、スループットの向上を図ることができる。
【００７６】
なお、上述の第６の実施の形態においては、直交する方向で焦点距離の異なるリレー光学系を、１対のシリンドリカルレンズ６７ａ，６７ｂで構成する代わりに、直交する方向で焦点距離の異なるトーリックレンズで構成しても良い。
また、第６の実施の形態では、第１フライアイレンズとしてのフライアイレンズ６５を正方形の断面形状を有する複数のレンズ素子６５ａの集積体で構成しているが、その代わりに、Ｚ方向に長手方向を持つ長方形の断面形状を有する複数のレンズ素子の集積体で構成しても良い。このとき、長方形の断面形状を持つレンズ素子のＸ方向の長さをＬ６Ｘ、Ｚ方向の長さをＬ６Ｚとし、フライアイレンズ５８全体のＸ方向の長さをＤ５８Ｘ、Ｚ方向の長さをＤ５８Ｚ、フライアイレンズ５８の焦点距離をｆｆとすると、
【００７７】
【数２６】
（１８）      Ｌ６Ｚ＊（ｆｒ１／ｆｆ）＝Ｄ５８Ｚ
【００７８】
【数２７】
（１９）      Ｌ６Ｘ＊（ｆｒ２／ｆｆ）＝Ｄ５８Ｘ
を満足するようにリレー光学系を構成すれば良い。
そして、第６の実施の形態における屈折光学系を適宜反射光学系に置き換えることも可能である。
【００７９】
上述の第１〜第６の実施の形態において、走査直交方向（パターン短手方向）に沿った開口数ＮＡ２と、走査方向（パターン長手方向）に沿った方向の開口数ＮＡ１とは、以下の式（２０）を満足するように構成されることが好ましい。
【００８０】
【数２８】
（２０）      ０．０１＜ＮＡ２／ＮＡ１＜１．０
この式（２０）は、マスク上における開口数の適切な比を規定するものであり、この上限を越える場合には、マスク上における照度を十分に高めることができず、スループットが低下するため好ましくない。
【００８１】
一方、式（２０）の下限を下回る場合には、マスク上における照度は十分に高めることができるが、直交する方向において開口数の差を大きくつけるために、照明光学系を構成する要素間で大きな焦点距離の差をつけるように構成することが必要となり、照明光学系の構成の複雑化を招くため好ましくない。
【００８２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、照明系に負荷をかけることなく、マスク上の照度を高めてスループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査型のプロキシミティ露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態による照明光学系の構成及び光路を示す図であって、（ａ）はＹＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面図である。
【図３】第２の実施の形態による照明光学系の構成及び光路を示す図である。
【図４】第３の実施の形態による照明光学系の構成及び光路を示す図であって、（ａ）はＹＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる照明光学系のフライアイレンズを示すＸＺ平面図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる照明光学系の構成及び光路を示す図である。
【図７】第５の実施の形態による照明光学系の構成及び光路を示す図であって、（ａ）はＹＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面図である。
【図８】第５の実施の形態にかかる照明光学系のフライアイレンズを示す図であって、（ａ）は第１フライアイレンズを示すＸＺ平面図、（ｂ）は第２フライアイレンズを示すＸＺ平面図である。
【図９】第６の実施の形態による照明光学系の構成及び光路を示す図であって、（ａ）はＹＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面図である。
【図１０】第６の実施の形態にかかる照明光学系のフライアイレンズを示すＸＺ平面図である。
【図１１】従来のプロキシミティ露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図１２】従来のプロキシミティ露光装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
７：マスク
８：ワーク
１１：光源
１２：楕円鏡
１４：コリメータレンズ
１５：フライアイレンズ
１６ａ，１６ｂ：コンデンサレンズ
【図１】
0003633105.tif 000002
【図２】
0003633105.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003633105.tif 000006
【図６】
0003633105.tif 000007
【図７】
0003633105.tif 000008
【図８】
0003633105.tif 000009
【図９】
0003633105.tif 000010
【図１０】
0003633105.tif 000011
【図１１】
0003633105.tif 000012
【図１２】
0003633105.tif 000013