(57)【要約】【課題】長短軸方向ビームサイズを方向別に変更可能とするとともに、均一な強度でビームを照射することができるようにする。【解決手段】長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群１０ａ，２０ａと、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａと、を含み、光源１から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系を備えたビームサイズ可変照明光学装置であって、前記シリンドリカルアレイレンズ群１０ａ，２０ａ及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａのいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更し（Ｄｂ）、投影面９上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する。【選択図】図５
2011216863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変又は固定のレンズあるいはレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記レンズあるいはレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記レンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上
の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
この場合、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系を備え、前記光源サイズ可変光学系では前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更すること
を特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項３】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項４】
請求項３記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
前記シリンドリカルアレイレンズ群のうち、ビームサイズが変更可能な方向のシリンドリカルアレイレンズ群は２枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成され、変更不能な方向のシリンドリカルアレイレンズ群は１枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成されていること
を特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項５】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、
長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群、とを含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項６】
請求項５記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合、前記コリメータレンズ群は長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成され、レンズ間隔を変えることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項７】
請求項５記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
光源サイズを固定して使用する場合、前記コリメータレンズ群は最適な光源サイズとなるよう、長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成されていることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項８】
平行光を形成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項９】
請求項８に記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
前記ビームサイズ可変光学系は、
長軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群と、
短軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群と
からなり、
前記長軸方向と短軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群はそれぞれ、２枚あるいは３枚のシリンドリカルアレイレンズで構成されていること
を特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１０】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合、前記コリメータレンズ群は長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成され、レンズ間隔を変えることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
光源サイズを固定して使用する場合、前記コリメータレンズ群は最適な光源サイズとなる、長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成されていることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１３】
平行光を形成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のビームサイズ可変照明光学系において、
前記シリンドリカルテレスコープレンズ群は長軸方向及び短軸方向それぞれに３枚のシリンドリカルテレスコープレンズで構成され、
前記シリンドリカルアレイレンズ群は長軸方向及び短軸方向それぞれに１枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成されていること
を特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１５】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１６】
請求項１５記載のビームサイズＳ可変照明光学装置において、
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合、前記コリメータレンズ群は長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成され、レンズ間隔を変えることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１７】
請求項１５記載のビームサイズ可変照明光学装置において、
光源サイズを固定して使用する場合、前記コリメータレンズ群は最適な光源サイズとなる長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成されていることを特徴とするビームサイズ可変照明光学装置。
【請求項１８】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変又は固定のレンズあるいはレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記レンズあるいはレンズ群により完成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記レンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向及び短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のビームサイズ変更方法において、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系を備え、前記光源サイズ可変光学系では前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更すること
を特徴とする照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２０】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２１】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、
長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２２】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２３】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２４】
平行光を生成する光源と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、  前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳面に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【請求項２５】
平行光を生成する光源と、
前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、
長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、
前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、
を備え、
前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、
前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳面に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長軸方向及び短軸方向ビームサイズを方向別に可変するビームサイズ可変照明光学系を有するビームサイズ可変照明光学装置、及び当該装置で実施されるビームサイズ変更方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板配線の将来的微細化に対応するため、レーザ加工装置の適用が従来の穴加工に加え、配線パターン溝加工にも必要とされている。この装置はマスク上の回路パターンを投影レンズで基板上に結像し、スリット照明光をステージ走査することによって基板を直接加工するものである。この装置では、加工性を考慮し、光源には短波長光源が採用されている。
【０００３】
半導体チップには様々な形状があるため、これを搭載するパッケージ基板も多様である。一方、前記光源に使用される短波長光源はランニングコストが高いため、入射エネルギを無駄なく利用したいという要望がある。このエネルギの有効利用のためには、ビームサイズを長軸方向及び短軸方向のそれぞれで変更できれば良い。長軸方向のビームサイズの変更は、様々なパッケージサイズへ対応させるためである。短軸方向のビームサイズの変更は、走査方向にスリット幅を拡大して光量積算を増加させ、加工速度を向上させるためである。
【０００４】
図３１は従来のパッケージサイズとビームとの関係を示す説明図、図３２は図３１におけるビームのビーム強度を示す図である。従来では、図３１（ａ）に示すように光学系は１種類のパッケージサイズ（投影面）９のみに対応するものとして構築されていた。そのため、パッケージサイズが符号９で示すものであるときにビーム９０の長軸方向のビームサイズ９１、短軸方向ビームサイズ９２とすると、このサイズ９１，９２は一意的にサイズが決まり、長軸及び短軸独立にビームサイズを変更することはできなかった。そのため、パッケージサイズが符号９’に示すように長軸方向のサイズが縮小した場合には、図３１（ｂ）に示すようにパッケージサイズ９’に対応して長軸方向ビームサイズ９１’及び短軸方向ビームサイズ９２’も変化するべきであるのに対して、図３１(ａ）の右図に示すように、従来では、長軸方向ビームサイズ９０は変化した形状に追従することはできなかった。
【０００５】
一方、パッケージの加工に際し、図３１(ａ）左図に対応する図３２(ａ)に示すように常に均一強度分布９３、９４であることと、加工ばらつきを低減するため同一条件（同一強度）９９での加工が必要である。そのため、図３１(ａ)右図に示すようにパッケージサイズが変更された場合、図３１（ｂ）に示すようにパッケージサイズ９’に対応して長軸方向ビームサイズ９１’及び短軸方向ビームサイズ９２’を変化させると、図３２（ｂ）に示すように均一強度分布９３’，９４’、かつ同一条件（同一強度）９９’での加工が可能となる。
【０００６】
一方、露光装置では、高解像度化、光量損失低減等を目的に、ズーム光学系の結像倍率を変えることにより、第２光源像の大きさを変え、マスクに対する照明光の開き角を変更することを特徴とした光学系が、特許文献１ないし６に記載されている。また、特許文献７には互いに離れた矩形加工箇所を対象に、三角プリズムにより、ビームを２箇所に分割しつつ、幅方向、長さ方向にビーム径を可変する光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願平３−１７０３７４号公報
【特許文献２】特開平５−２３４８４８号公報
【特許文献３】特開平１０−２７０３１２号公報
【特許文献４】特許２０００−１５０３７４号公報
【特許文献５】特開２００３−８６５０３号公報
【特許文献６】特開２００５−７９４７０号公報
【特許文献７】特開昭６３−１５３５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１ないし６に記載されている光学系は、第２光源像の大きさを変えることはできるが、投影面上でのビームサイズを任意に変更することはできなかった。また、特許文献７記載の発明では光源が１つのみであるので投影面での均一強度を得ることが困難であった。さらに、特許文献７ではレーザ光が投影面に対して斜め方向から照射されるため、光のムラができる可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、長短軸方向ビームサイズを方向別に変更可能とし、均一な強度でビームを照射することができるようにすることにある。
【００１０】
また、加工部ビームサイズと入射瞳面における照明サイズを独立に制御し、加工断面のテーパ（解像度）を調整することにある。加工断面のテーパは、入射瞳面における照明サイズに起因する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、第１の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変又は固定のレンズあるいはレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記レンズあるいはレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記ビームサイズ可変光学系では、前記レンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００１２】
この場合、前記平行光の光路上に配置された、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系を備え、前記光源サイズ可変光学系では前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更する。
【００１３】
第２の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００１４】
この場合、前記シリンドリカルアレイレンズ群のうち、ビームサイズが変更可能な方向のシリンドリカルアレイレンズ群は２枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成し、変更不能な方向のシリンドリカルアレイレンズ群は１枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成する。
【００１５】
第３の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群、とを含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００１６】
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合には、前記コリメータレンズ群を長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成し、レンズ間隔を変更する。また、光源サイズを固定して使用する場合、前記コリメータレンズ群が最適な光源サイズとなるよう、長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成する。
【００１７】
第４の手段は、平行光を形成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００１８】
この場合、前記ビームサイズ可変光学系を、長軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群と、短軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群とから構成し、前記長軸方向と短軸方向のビームサイズを変更するシリンドリカルアレイレンズ群をそれぞれ、２枚あるいは３枚のシリンドリカルアレイレンズで構成する。
【００１９】
第５の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記該被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００２０】
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合には、前記コリメータレンズ群を長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成し、レンズ間隔を変更する。また、光源サイズを固定して使用する場合には、最適な光源サイズとなる長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズが固定された形で前記コリメータレンズ群を構成する。
【００２１】
第６の手段は、平行光を形成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００２２】
この場合、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群を長軸方向及び短軸方向それぞれに３枚のシリンドリカルテレスコープレンズで構成し、前記シリンドリカルアレイレンズ群を長軸方向及び短軸方向それぞれに１枚以上のシリンドリカルアレイレンズで構成する。
【００２３】
第７の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、前記フィールドレンズによって前記被照射面の像が結像される投影面と、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群を用いて光源サイズを調整することにより、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更し、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更するビームサイズ可変照明光学装置を特徴とする。
【００２４】
光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に可変させる場合には、前記コリメータレンズ群を長軸方向及び短軸方向それぞれ３枚以上のコリメータレンズで構成し、レンズ間隔を変更する。また、光源源サイズを固定して使用する場合、最適な光源サイズとなる長軸方向及び短軸方向それぞれ２枚以上のコリメータレンズが固定した形で前記コリメータレンズ群を構成する。
【００２５】
第８の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変又は固定のレンズあるいはレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記レンズあるいはレンズ群により完成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記レンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向及び短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００２６】
この場合、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系を備え、前記光源サイズ可変光学系では前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更する。
【００２７】
第９の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、
前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００２８】
第１０の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向のうち一方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群及び前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００２９】
第１１の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００３０】
第１２の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が可変のシリンドリカルアレイレンズ群を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルアレイレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００３１】
第１３の手段は、平行光を生成する光源と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、  前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳面に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００３２】
第１４の手段は、平行光を生成する光源と、前記平行光の光路上に配置され、光源サイズを長軸方向及び短軸方向独立に変更するとともに、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するコリメータレンズ群を含む光源サイズ可変光学系と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間の間隔が固定のシリンドリカルアレイレンズ群と、長軸方向及び短軸方向それぞれの方向に対応して配置され、各レンズ間隔が可変のシリンドリカルテレスコープレンズ群と、を含み、前記光源から入射した平行光の直交する２軸方向のサイズを変更するビームサイズ可変光学系と、前記シリンドリカルアレイレンズ群により形成された複数の２次光源像からの光を被照射面に集光し、重畳させるコンデンサレンズと、前記光源による平行光から形成される複数の２次光源像を投影レンズの入射瞳面に再形成させるフィールドレンズと、を備え、前記光源サイズ可変光学系では、前記コリメータレンズ群により、マスク面に対する照明光の開き角を変更し、投影レンズの入射瞳における照明サイズを方向別に変更し、前記ビームサイズ可変光学系では、前記シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔を変更することにより前記投影レンズの入射瞳面に対する照明光の開き角を変更し、前記被照射面の像が結像される前記投影面上の投影光の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更する照明光学装置のビームサイズ変更方法を特徴とする。
【００３３】
なお、後述の実施形態では、光源は符号１に、シリンドリカルアレイレンズ群は１０ａ，１０ｂ，１０ｂ’，１０ｃ，１０ｄ，１０ｄ’，２０ａ，２０ａ’，２０ｂ，２０ｃ，２０ｃ’，２０ｄ，５０ａ，６０ａ，７０ａ，８０ａ，９０ａ，１００ａ，１１０ａ，１２０ａ，１７０ａ，１８０ａ，２１０ａ，２２０ａ，２５０ａ，２６０ａ，２９０ａ，３００ａに、シリンドリカルテレスコープレンズ群は３０ａ，３０ａ’，３０ｃ，３０ｃ’，４０ｂ，４０ｂ’，４０ｄ，４０ｄ’，１５０ａ，１５０ａ’，１６０ａ，１６０ａ’，１９０ａ，１９０ａ’，２００ａ，２００ａ’，２３０ａ，２３０ａ’，２４０ａ，２４０ａ’，２７０ａ，２７０ａ’，２８０ａ，２８０ａ’，３１０ａ，３１０ａ’に、被照射面は符号６に、コンデンサレンズは符号４に、入射瞳面は符号７に、フィールドレンズは符号５に、投影面は符号９に、それぞれ対応する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、シリンドリカルアレイレンズ群及びシリンドリカルテレスコープレンズ群のいずれか一方のレンズ群のレンズ間隔を変更するだけで、前記投影面上の長軸方向又は短軸方向のビームサイズを方向別に変更することができる。また、加工部ビームサイズと入射瞳面における照明サイズを独立に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のビームサイズ可変原理を説明するための説明図である。
【図２】２次元光源像から被照射面までの周縁光線を示す図である。
【図３】３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズを示す図である。
【図４】本発明の実施例１のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図５】実施例１において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例３のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例４のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例５のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図１０】実施例５において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図である。
【図１２】実施例６において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例７のビーム可変照明光学系を示す説明図である。
【図１４】実施例７において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例８のビーム可変照明光学系を示す説明図である。
【図１６】実施例８において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図１７】本発明の実施例９のビームサイズ可変光学系を示す説明図である。
【図１８】実施例９において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図１９】本発明の実施例１０のビームサイズ可変光学系を示す説明図である。
【図２０】実施例１０において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図２１】本発明の実施例１１のビームサイズ可変光学系を示す説明図である。
【図２２】実施例１１において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図２３】本発明の実施例１２のビームサイズ可変光学系を示す説明図である。
【図２４】実施例１２において開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図である。
【図２５】本発明の実施例１３のビームサイズ可変時の入射瞳における照明サイズを示す説明図（ＹＺ断面）である。
【図２６】本発明の実施例１３のビームサイズ可変時の入射瞳における照明サイズを示す説明図（ＸＺ断面）である。
【図２７】本発明の実施例１３の入射瞳における短軸方向の照明サイズ可変照明光学系を示す説明図（ＹＺ断面）である（低分解能）。
【図２８】本発明の実施例１３の入射瞳における短軸方向の照明サイズ可変照明光学系を示す説明図（ＹＺ断面）である（高分解能）。
【図２９】本発明の実施例１３の入射瞳における長軸方向の照明サイズ可変照明光学系を示す説明図（ＸＺ断面）である（低分解能）。
【図３０】本発明の実施例１３の入射瞳における長軸方向の照明サイズ可変照明光学系を示す説明図（ＸＺ断面）である（高分解能）。
【図３１】従来のパッケージサイズとビームとの関係を示す説明図で、従来のように一意的にビームサイズが決まっている場合と本発明が意図するビームサイズ可変光学系で長短軸方向のビームサイズを可変した場合のビームサイズを示す。
【図３２】図３１におけるビームサイズとビームの強度分布との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態について説明するにあたり、まず、本発明で実施されるビームサイズ可変の原理について説明する。
【００３７】
図１は本発明のビームサイズ可変原理を説明するための説明図である。図１において、本発明が対象とする光学系は、光源１と光源１から照射された光が照射される被照射面６との間に光源１側から長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａ、コンデンサレンズ４、及びフィールドレンズ５が配置された構成である。なお、同図（ａ）は長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａのレンズ枚数が１枚の例、同図（ｂ）は２枚の例をそれぞれ示す。
【００３８】
図１の例では、長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａのレンズ間隔ｄを変化させることによって被照射面６上の長軸方向ビームサイズを変化させることができる。ただし、被照射面６と後述する投影面９とは共役関係にあるものとする。
【００３９】
まず、図１（ａ）の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａのレンズ枚数が１枚の場合に、長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１の焦点距離をｆ１コンデンサレンズ４の焦点距離をｆ３、長軸方向シリンドリカルレンズの半径をｒとすると、被照射面６上のビームサイズＲは、
Ｒ＝（ｆ３／ｆ１）・ｒ                        ・・・（１）
で表すことができる。
【００４０】
式（１）から被照射面６上のビームサイズＲを変化させるには、第１の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１の焦点距離ｆ１、コンデンサレンズ４の焦点距離ｆ３あるいは第１の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１の半径ｒのいずれかを変化させれば良いことが分かる。従ってこの構成でビームサイズを可変とするためには様々な焦点距離のシリンドリカルアレイレンズ２１、及びコンデンサレンズ４を用意する必要がある。
【００４１】
また、図１（ｂ）の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａのレンズ枚数が２枚の場合に、第１及び第２の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１，２２の焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２、両者のレンズ間隔をｄ、コンデンサレンズ４の焦点距離をｆ３、長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１の半径をｒとした場合、被照射面６上のビームサイズＲは、
Ｒ＝ｆ３（ｆ１＋ｆ２−ｄ）ｒ／（ｆ１・ｆ２）  ・・・（２）
で表すことができる。
【００４２】
この式（２）から被照射面６上のビームサイズＲを変化させるためには、焦点距離ｆ１，ｆ２，ｆ３、及び長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１の半径ｒは、同一の光学系では定数であるから、第１及び第２の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１，２２のレンズ間隔ｄを変化させれば良いことが分かる。
【００４３】
また、図１（ａ）及び（ｂ）において、長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａを、これと直交する方向に軸が位置する短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ａ（図４参照）に置き換えると、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ａも同様の原理で短軸方向のビームサイズを変化させることができる。
【００４４】
３枚の長短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズを用いたビームサイズ可変照明光学系では、図４に示すように３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ３１，３２，３３による倍率とマスク面上のビームサイズの関係を近似式として導出する。この近似式を用いることにより、倍率とマスク面上のビームサイズの関係を把握することが容易になる。
【００４５】
なお、図１において、参照符号Ｏは軸線、参照符号βｘは開き角をそれぞれ示す。
【００４６】
図２は第２光源からマスク面までの周縁光線（ＸＺ断面）を示す説明図で、２次光源像３と被照射面６との間にＮ枚のレンズ面数を有する短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズが設けられたときの状態を示している。
【００４７】
横倍率βが１倍であるビームサイズ可変照明光学系の後焦点距離Ｂｆは、レンズの最終面後の屈折率をｎＮ，マスク面上のビームサイズをＨＮ，マスク面上で周縁光線と光軸のなす角度をαとすると、
Ｂｆ＝ｎＮ・ＨＮ／αＮ＋１                    ・・・（３）
で表すことができる。
【００４８】
横倍率βが任意であるビームサイズ可変照明光学系の後焦点距離Ｂｆ’は、レンズの最終面後の屈折率をｎＮ’、マスク面上のビームサイズをＨＮ’、マスク面上で周縁光線と光軸のなす角度をαＮ＋１’とすると、
Ｂｆ’＝ｎＮ’・ＨＮ’／αＮ＋１’            ・・・（４）
で表すことができる。
【００４９】
横倍率βが１倍であるビームサイズ可変照明光学系の焦点距離ｆａｌｌは、第１レンズ上のビームサイズをＨ１とすると、
ｆａｌｌ＝ｎＮ・Ｈ１／αＮ＋１                  ・・・（５）
で表すことができる。
【００５０】
横倍率βが任意であるビームサイズ可変照明光学系の焦点距離ｆａｌｌ’は、第１レンズ上のビームサイズをＨ１’とすると、
ｆａｌｌ’＝ｎＮ’・Ｈ１’／αＮ＋１’          ・・・（６）
で表すことができる。
【００５１】
さらに，横倍率βが１倍であるビームサイズ可変照明光学系の関係式は、式（３）及び式（５）から、
Ｈ１＝ｆａｌｌ・ＨＮ／Ｂｆ                    ・・・（７）
となる。
【００５２】
同様に，横倍率βが任意であるビームサイズ可変照明光学系の関係式は、式（４）及び式（６）から
Ｈ１’＝ｆａｌｌ’・ＨＮ’／Ｂｆ’            ・・・（８）
となる。
【００５３】
そして、横倍率βが１倍時と任意時の式（７）及び式（８）から
Ｂｆ／ｆａｌｌ＝Ｂｆ・ＨＮ’／ｆａｌｌ・ＨＮ      ・・・（９）
が導かれ、ビームサイズ可変照明光学系の横倍率Ｐ及び角倍率γは、
γ＝１／β＝ＨＮ’／ＨＮ                    ・・・（１０）
の関係となる。
【００５４】
そこで、ビームサイズ可変照明光学系の原理式は，式（８），式（９）及び式（１０）から
ＨＮ’＝Ｂｆ・Ｈ１’／ｆａｌｌ・β
＝Ｂｆ・γ・Ｈ１’／ｆａｌｌ            ・・・（１１）
となる。
【００５５】
この式（１１）から、横倍率βあるいは角倍率γによりマスク面上のビームサイズＨＮ’が変化することが分かる。
【００５６】
図３は３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズを示す図である。同図において、３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ３１，３２，３３の横倍率をβ（最小倍率βｗ、最大倍率βｔ）、２番目の短軸方向シリンドリカルレンズ３２の焦点距離をｆ２としたとき、１番目及び３番目の短軸方向シリンドリカルレンズ３１，３３の焦点距離ｆ１とｆ３は、
ｆ１＝（１＋１／βｗ）・ｆ２                ・・・（１２）
ｆ３＝（１＋βｔ）・ｆ２                    ・・・（１３）
から求められる。さらに、３枚の短軸方向シリンドリカルレンズ３１，３２，３３の焦点距離をｆ１，ｆ２，ｆ３、横倍率をβとしたとき、レンズ間隔Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ
Ｄ１＝ｆ１−（ｆ３／β）                    ・・・（１４）
Ｄ２＝ｆ３−βｆ１                          ・・・（１５）
の式で表すことができる。
【００５７】
また、３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ間隔が変化したときに、マスク面上の長軸方向ビームサイズが変化する原理も同様である。
【００５８】
以下、前記原理を適用した本発明の実施形態の各実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００５９】
実施例１はビームサイズ可変照明光学系における開き角φｘ、φｙを変化させ、ビームサイズを変える例である。
【００６０】
図４は実施例１のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。なお、以下の説明において、レンズ系に付した「’」は間隔を変化させたレンズを示す。
【００６１】
図４（ａ）において、ビームサイズ可変照明光学系は照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、エキシマレーザ、水銀ランプ等の平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３を形成する２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１，２２と、２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１，２２により形成された複数の２次光源像３からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から形成される複数の２次光源像３を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。
【００６２】
図４（ｂ）においても同様にビームサイズ可変照明光学系は照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３’を形成する固定した２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ１１，１２と、レンズ間隔を変更可能な３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ３１，３２，３３と、２次光源像３’からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から形成される複数の２次光源像３’を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。また、図１及び図４に示したように本明細書では、点線２は主光線、実線２’は周縁光線をそれぞれ示す。
【００６３】
なお、２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ１１，１２は短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ａを、２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２１，２２は長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａを、３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ３１，３２，３３は短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａをそれぞれ構成する。図４において、φｘ、φｙはビームサイズ可変照明光学系のｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれの開き角であり、それぞれ軸線Ｏを基準として角度である。
【００６４】
図５は開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図で、同図（ａ）はｘ方向、同図（ｂ）はｙ方向の開き角を変更する例を示す。図５（ａ）は図４（ａ）に、図５（ｂ）は図４（ｂ）にそれぞれ対応する。
【００６５】
図５（ａ）では、図４（ａ）において２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａ’のレンズ間隔Ｄａを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｘを小さい開き角φｘ’とした例である。このようにすると、投影面上９の長軸方向ビームサイズ幅が小さくなるが、３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａの焦点距離は変えていないため、投影面上９の短軸方向ビームサイズ幅は変化しない。
【００６６】
図５（ｂ）では、図４（ｂ）において、３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａ’のレンズ間隔Ｄｂを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｙを小さい開き角φｙ’とした例である。このようにすると、投影面上９の長軸方向ビームサイズ幅は小さくなるが、２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ａの焦点距離は変えていないため、投影面９上の短軸方向ビームサイズ幅は変化しない。また、焦点距離変更時に移動させる３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａ’のレンズ３１，３２，３３の箇所は式（１４）及び式（１５）によって導かれたＤ１及び／又はＤ２によって設定される。
【実施例２】
【００６７】
図６は実施例２のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例２では実施例１に対してシリンドリカルテレスコープレンズ群３０ａを９０°回転させ、長軸方向シリンドリカルテレスコープ光学系４０ｂ，４０ｂ’としたものである。その他の各部は実施例１と同等に構成されているので、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６８】
本実施例２では、ビームサイズの変更は、長軸（Ｘ）方向については長軸方向シリンドリカルテレスコープ光学系４０ｂ’の３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ４１，４２，４３のレンズ間隔Ｄｃを、また、短軸（Ｙ）方向が短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ｂ’のレンズ１１，１２のレンズ間隔Ｄｄを、それぞれ変えることによってＸ，Ｙの各方向の開き角φｘ、φｙを変化させ、ビームサイズを変更する。
【００６９】
本実施例の場合も実施例１の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群４０ｂ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ｂ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００７０】
特に説明しない各部は実施例１と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例３】
【００７１】
図７は実施例３のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例３では実施例１のシリンドリカルアレイレンズ群１０ｂ’のシリンドリカルアレイレンズ１２を取り除いて短軸方向のシリンドリカルアレイレンズをシリンドリカルアレイレンズ１１の１枚とし（図７ではシリンドリカルアレイレンズ群１０ｃとして示す）、長軸（ｘ）方向については長軸方向シリンドリカルアレイレンズ２０ｃ’のレンズ間隔Ｄｅを、短軸（Ｙ）方向については短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ３０ｃ’のレンズ間隔Ｄｆを、それぞれ変えることによってＸ，Ｙの各方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【００７２】
本実施例の場合も実施例１の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３０ｃ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群２０ｃ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００７３】
特に説明しない各部は実施例１と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例４】
【００７４】
図８は実施例４のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例４では実施例１のシリンドリカルアレイレンズ群２０ａのシリンドリカルアレイレンズ２２を取り除いて短軸方向のシリンドリカルアレイレンズをシリンドリカルアレイレンズ２１の１枚とし（図８ではシリンドリカルアレイレンズ群１０ｄ，１０ｄ’として示す）、長軸（Ｘ）方向については長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群４０ｄ’のレンズ間隔Ｄｇを、短軸（Ｙ）方向については短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ｄ’のレンズ間隔Ｄｈを、それぞれ変えることによってＸ，Ｙの各方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【００７５】
本実施例の場合も実施例１の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群４０ｄ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１０ｄ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００７６】
特に説明しない各部は実施例１と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例５】
【００７７】
実施例５はビームサイズ可変照明光学系における開き角φｘ、φｙを変化させ、ビームサイズを変える例である。
【００７８】
図９は実施例５のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。なお、以下の説明において、レンズ系に付した「’」は間隔を変化させたレンズを示す。
【００７９】
図９（ａ）において、ビームサイズ可変照明光学系は照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、エキシマレーザ、水銀ランプ等の平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３を形成するレンズ間隔が変更可能な２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ６１，６２と、同様にレンズ間隔が変更可能な２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ５１，５２からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から形成される複数の２次光源像３を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。
【００８０】
図９（ｂ）においても同様にビームサイズ可変照明光学系は照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３’を形成するレンズ間隔が変更可能な２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ５１、５２と、同様にレンズ間隔が変更可能な２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ６１，６２と、２次光源像３’からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から複数の２次光源像３’を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。また図９において点線２は主光線、実線２’は周縁光線をそれぞれ示す。
【００８１】
なお、２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ５１，５２は短軸方向シリンドリカ
ルアレイレンズ群５０ａを、２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ６１，６２は長
軸方向シリンドリカルアレイレンズ群６０ａをそれぞれ構成する。
【００８２】
図９において、φｘ、φｙはビームサイズ可変光学系のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの開き角であり、それぞれの軸線Ｏを基準とした角度である。
【００８３】
図１０は開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図で、同図（ａ）はＸ方向、同図（ｂ）はＹ方向の開き角を変更する例を示す。図１０（ａ）は図９（ａ）に、図１０（ｂ）は図９（ｂ）にそれぞれ対応する。
【００８４】
図１０（ａ）では、図９（ａ）において２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群６０ａ’のレンズ間隔Ｄｉを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｘを小さい開き角φｘ’とした例である。このようにすると、投影面９上の長軸方向ビームサイズ幅が小さくなる。このとき、２枚の短軸方向ビームサイズは変化しない。
【００８５】
図１０（ｂ）では、図９（ｂ）において、２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群５０ａのレンズ間隔Ｄｊを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｙを大きい開き角φｙ’とした例である。このようにすると、投影面９上の短軸方向ビームサイズ幅が大きくなる。
【００８６】
なお、レンズ間の間隔変更のための機構はここでは特に例示してはいないがこの種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構であれば十分である。いずれにしても長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群６０ａ’，短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群５０ａ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に替えることができる。ビームサイズは、Ｘ，Ｙ方向で逐次的に変更でき、また、Ｘ，Ｙ方向の両方向同時に変更することもできる。
【実施例６】
【００８７】
図１１は実施例６のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）は、ビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例６では実施例５に対して短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群５０ａ及び長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群６０ａのシリンドリカルアレイレンズの枚数をそれぞれ２枚から３枚にしたものである（図１１ではシリンドリカルアレイレンズ群７０ａ，８０ａとして示す）。その他の各部は実施例１と同等に構成されているので、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８８】
本実施例６では、ビームサイズの変更は、長軸（Ｘ）方向については図１２（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群８０ａ’の３枚のシリンドリカルアレイレンズ８１，８２，８３のレンズ間隔Ｄｋを、また、短軸（Ｙ）方向については図１２（ｂ）に示すように短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群７０ａ’の３枚のシリンドリカルアレイレンズ７１，７２，７３のレンズ間隔Ｄｌをそれぞれ変えることによって、Ｘ，Ｙ各方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【００８９】
本実施例の場合も実施例５の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群８０ａ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群７０ａ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ、Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００９０】
特に説明しない各部は実施例５と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例７】
【００９１】
図１３は、実施例７のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）は、ビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例７では実施例５に対して短軸方向シリンドリカルレンズ群５０ａのシリンドリカルレンズの枚数を２枚から３枚にしたものである（図１３では、シリンドリカルアレイレンズ群９０ａ，１００ａとして示す）。その他の各部は実施例５と同等に構成されているので、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９２】
本実施例７では、ビームサイズの変更は、長軸（Ｘ）方向については図１４（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１００ａ’の２枚のシリンドリカルアレイレンズ１０１，１０２のレンズ間隔Ｄｍを、また、短軸（Ｙ）方向については図１４（ｂ）に示すように短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群９０ａ’の３枚のシリンドリカルアレイレンズ９１，９２，９３のレンズ間隔Ｄｎを、それぞれ変えることによって、Ｘ，Ｙ各方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【００９３】
本実施例の場合も実施例５の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１００ａ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群９０ａ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００９４】
特に説明しない各部は実施例５と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例８】
【００９５】
図１５は、実施例８のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）は、ビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ平面をそれぞれ示す。実施例８では実施例５に対して長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群６０ａのシリンドリカルレンズの枚数を２枚から３枚にしたものである（図１５では、シリンドリカルアレイレンズ群１１０ａ，１２０ａとして示す）。その他の各部は実施例５と同等に構成されているので、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９６】
本実施例８では、ビームサイズの変更は、長軸（Ｘ）方向については図１６（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１２０ａ’の３枚のシリンドリカルアレイレンズ１２１、１２２，１２３のレンズ間隔Ｄｏを、また、短軸（Ｙ）方向については図１６（ｂ）に示すように短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１１０ａ’の２枚のシリンドリカルアレイレンズ１１１，１１２のレンズ間隔Ｄｐを、それぞれ変えることによって、Ｘ，Ｙ各方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【００９７】
本実施例の場合も実施例５の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１２０ａ’、短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１１０ａ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ、Ｙ方向別に自由に変えることができる。
【００９８】
特に説明しない各部は実施例５と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例９】
【００９９】
実施例９はビームサイズ可変照明光学系における開き角φｘ、φｙを変化させ、ビームサイズを変える例である。
【０１００】
図１７は実施例９のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。なお、以下の説明において、レンズ系に付した「’」は間隔を変化させたレンズを示す。
【０１０１】
図１７（ａ）において、ビームサイズ可変照明光学系は、照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、エキシマレーザ、水銀ランプ等の平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３を形成する固定した２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ１４１，１４２と、レンズ間隔を変更可能な３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ１６１，１６２，１６３と、固定した２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ１４１，１４２により形成された複数の２次光源像３からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から形成される複数の２次光源像３を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。
【０１０２】
図１７（ｂ）においても、ビームサイズ可変照明光学系は、照明光学系と投影光学系から構成される。照明光学系は、平行光を形成する光源１と、光源１による平行光から複数の２次光源像３’を形成する固定した２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ１３１，１３２と、レンズ間隔が変更可能な３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ１５１，１５２，１５３と、固定した２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ１３１，１３２により形成された複数の２次光源像３’からの光を被照射面６に集光し、重畳するコンデンサレンズ４から構成される。同様に投影光学系は、光源１による平行光から形成される複数の２次光源像３’を投影レンズ８の入射瞳面７に再形成させるフィールドレンズ５と、被照射面６の像を投影面９に結像させる投影レンズ８から構成される。また、図１７において点線２は主光線、実線２’は周縁光線をそれぞれ示す。
【０１０３】
なお、２枚の短軸方向シリンドリカルアレイレンズ１３１，１３２は短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１３０ａを、２枚の長軸方向シリンドリカルアレイレンズ１４１，１４２は長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群１４０ａを、３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ１５１，１５２，１５３は短軸方向シリンドリカルテレスコープ群１５０ａを、３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ１６１，１６２，１６３は長軸方向シリンドリカルテレスコープ群１６０ａを、それぞれ構成する。図１７において、φｘ、φｙはビームサイズ可変照明光学系のＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの開き角であり、それぞれ軸線Ｏを基準とした角度である。
【０１０４】
図１８は開き角φｘ、φｙを変化させてビームサイズを変更する例を示す図で、同図（ａ）はＸ方向、同図（ｂ）はＹ方向の開き角を変更する例を示す。図１８（ａ）は図１７（ａ）に、図１８（ｂ）は図１７（ｂ）にそれぞれ対応する。
【０１０５】
図１８（ａ）では図１７（ａ）において３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔Ｄｑを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｘを小さい開き角φｘ’とした例である。このようにすると、投影面９上の長軸方向ビームサイズ幅が小さくなるが、３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１５０ａの焦点距離は変えていないため、投影面９上の短軸方向ビームサイズ幅は変化しない。
【０１０６】
図１８（ｂ）では図１７（ａ）において３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群のレンズ間隔Ｄｒを変化させ（広げ）、焦点距離を変化させて（長くして）投影レンズ８の入射瞳面７に対する照明光の開き角φｙを大きい開き角φｙ’とした例である。このようにすると、投影面９上の短軸方向ビームサイズ幅が大きくなるが、３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１６０ａの焦点距離は変えていないため投影面９上の長軸方向ビームサイズ幅は変化しない。また、焦点距離変更時に移動させる３枚の短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１５０ａ’のレンズ１５１，１５２，１５３及び３枚の長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１６０ａ’のレンズ１６１，１６２，１６３の箇所は式（１２）及び式（１３）によって導かれたＤ１及びＤ２のいずれか一方によって設定される。
【０１０７】
なお、レンズ間の間隔変更のための機構はここで特に例示してはいないがこの種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構であれば十分である。いずれにしても長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１６０ａ’，短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１５０ａ’の焦点距離を変更することによりビームサイズをＸ，Ｙ方向別に自由に変えることができる。ビームサイズはＸ，Ｙ方向で逐次的に変更でき、また、Ｘ，Ｙ方向同時に変更することもできる。
【実施例１０】
【０１０８】
図１９は実施例１０のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例１０では実施例９に対して短軸方向及び長軸方向のシリンドリカルアレイレンズ群１３０ａ、１４０ａのそれぞれのシリンドリカルアレイレンズの枚数を２枚から１枚にしたものである（図１９では、シリンドリカルアレイレンズ群１７０ａ，１８０ａとして示す）。その他の各部は実施例９と同等に構成されているので、重複する説明は省略する。
【０１０９】
本実施例１０においても、ビームサイズの変更は長軸（Ｘ）方向については図２０（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２００ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ２０１，２０２，２０３のレンズ間隔Ｄｓを、また、短軸（Ｙ）方向については図２０（ｂ）に示すように短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１９０ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ１９１，１９２，１９３のレンズ間隔Ｄｔをそれぞれ変えることによってＸ，Ｙ方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【０１１０】
本実施例の場合も実施例９の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２００ａ’、短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群１９０ａ’の焦点距離を変更することによりＸ，Ｙ方向に自由にビームサイズを変更することができる。
【０１１１】
特に説明しない各部は実施例９と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例１１】
【０１１２】
図２１は実施例１１のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例１１では実施例９に対して短軸方向のシリンドリカルアレイレンズ群１３０ａのシリンドリカルアレイレンズ枚数を２枚から１枚にしたものである（シリンドリカルアレイレンズ群２１０ａ）。その他の各部は実施例９と同等に構成されているので、重複する説明は省略する。
【０１１３】
本実施例１１においても、ビームサイズの変更は長軸（Ｘ）方向については図２２（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２４０ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ２４１，２４２，２４３のレンズ間隔Ｄｕを、また、短軸（Ｙ）方向については図２２（ｂ）に示すように短軸方向テレスコープレンズ群２３０ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ群２３１，２３２，２３３のレンズ間隔Ｄｖを、それぞれ変えることによってＸ，Ｙ方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【０１１４】
本実施例の場合も実施例９の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２４０ａ’、短軸方向シリンドリカルテレスコープ群２３０ａ’の焦点距離を変更することによりＸ，Ｙ方向に自由にビームサイズを変更することができる。
【０１１５】
特に説明しない各部は実施例９と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例１２】
【０１１６】
図２３は実施例１２のビームサイズ可変照明光学系を示す説明図で、同図（ａ）はビームサイズ可変照明光学系のＸＺ断面を、同図（ｂ）はビームサイズ可変照明光学系のＹＺ断面をそれぞれ示す。実施例１２では実施例９に対して長軸方向のシリンドリカルアレイレンズ群１４０ａのシリンドリカルアレイレンズ枚数を２枚から１枚にしたものである（シリンドリカルアレイレンズ群２６０ａ）。その他の各部は実施例９と同等に構成されているので、重複する説明は省略する。
【０１１７】
本実施例１２においても、ビームサイズの変更は長軸（Ｘ）方向については図２４（ａ）に示すように長軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２８０ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ２８１，２８２，２８３のレンズ間隔Ｄｗを、また、短軸（Ｙ）方向については図２４（ｂ）に示すように短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群２７０ａ’の３枚のシリンドリカルテレスコープレンズ２７１，２７２，２７３のレンズ間隔Ｄｘを、それぞれ変えることによってＸ，Ｙ方向の開き角φｘ’、φｙ’を変化させ、ビームサイズを変更する。
【０１１８】
本実施例の場合も実施例９の場合と同様に、この種の光学装置に使用される公知の平行移動の機構により長軸方向シリンドリカルテレスコープ群２８０ａ’、短軸方向シリンドリカルテレスコープ群２７０ａ’の焦点距離を変更することによりＸ，Ｙ方向に自由にビームサイズを変更することができる。
【０１１９】
特に説明しない各部は実施例９と同等に構成され、同等に機能する。
【実施例１３】
【０１２０】
図２５は実施例１３のビームサイズ可変時の入射瞳面における照明サイズを示す説明図（ＹＺ断面）で、同図（ａ）は基準ビームサイズの照明光学系とその入射瞳面における照明サイズを、同図（ｂ）はビームサイズを変更した場合の照明光学系とその入射瞳面における照明サイズをそれぞれ示す。
【０１２１】
図２６は実施例１３のビームサイズ可変時の入射瞳面における照明サイズを示す説明図（ＸＺ断面）で、同図（ａ）は基準ビームサイズの照明光学系とその入射瞳面における照明サイズを、同図（ｂ）はビームサイズを変更した場合の照明光学系とその入射瞳面における照明サイズをそれぞれ示す。
【０１２２】
図２５及び図２６に示すように、例えば、投影面上のビームサイズ６００，６１０を方向別に変更する場合、短軸方向はシリンドリカルテレスコープレンズ群３１０ａ（シリンドリカルテレスコープレンズ３１１，３１２，３１３）のレンズ間隔を、長軸方向はシリンドリカルアレイレンズ群３００ａ（シリンドリカルアレイレンズ３０１，３０２）のレンズ間隔を変更する。
【０１２３】
このとき、短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３１０ａのレンズ間隔を変えて、短軸方向のビームサイズ６００，６１０を変更すると、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５００，５１０も変わる。この原因は、レンズ間隔Ｄａａを変更するレンズの種類によるものである。短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３１０ａ’のレンズ間隔Ｄｚを変更した場合、図２５（ａ），（ｂ）の点線で示すように、変更前後で光線２が曲げられてしまう。
【０１２４】
以上より、短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３１０ａ’を用い、レンズ間隔Ｄｚを変えることで、短軸方向の投影面上のビームサイズ６００，６１０を変更する場合、これとは独立で、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５００，５１０を制御する必要がある。これは、投影面上の短軸方向ビームサイズ６００，６１０における、加工断面テーパの調整を狙いとするものである。
【０１２５】
ここで、加工断面テーパ（投影面上のビームサイズ６００，６１０の分解能）は、投影レンズ８と入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ比による。例えば、図２５に示すように、短軸方向シリンドリカルテレスコープレンズ群３１０ａ’を用い、投影面上の短軸方向ビームサイズ６００，６１０を２倍にした場合、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５００、５１０は１／２倍になる。これにより、投影面上の短軸方向ビームサイズ６００，６１０の分解能が高くなる。一方、投影面上の短軸方向ビームサイズ６００，６１０を１／２倍にした場合、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５００，５１０は２倍になる。これにより、投影面上の短軸方向ビームサイズ６００，６１０の分解能が低くなる。
【０１２６】
そこで、図２５（ｂ）に対し、投影面上の短軸方向ビームサイズ６１０の分解能を低く設定するため、図２７に示すように、光源１の後に短軸方向のコリメータレンズ群３３０ａ（コリメータレンズ３３１，３３２，３３３）を配置し、レンズ間隔Ｄａｃを変更する必要がある。ここで、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５２０を自由かつ連続的に制御させる場合、短軸方向のコリメータレンズ群３２０ａ（コリメータレンズ３２１，３２２，３２３）は３枚以上のコリメータレンズで構成しても良い。また、入射瞳面７における短軸方向の照明サイズ５２０を固定して使用する場合、短軸方向のコリメータレンズ群３２０ａは最適な光源サイズとなる２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成しても良い。
【０１２７】
この構成により、マスク面６に対する照明光の開き角φｙｙ’が変更され、投影レンズ８の入射瞳面７における照明サイズ５２０を短軸方向に自由に変えることができる。
【０１２８】
さらに、図２５（ｂ）に対し、投影面上の短軸方向ビームサイズ６２０の分解能を高く設定するため、図２８に示すように、光源１の後に短軸方向のコリメータレンズ群３２０ａを配置し、レンズ間隔Ｄａｂ’を変更する必要がある。これにより、マスク面６に対する照明光の開き角φｙｙ’が変更され、投影レンズ８の入射瞳面７における照明サイズ５２０’を短軸方向に自由に変えることができる。
【０１２９】
一方、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群３００ａのレンズ間隔を変えて、長軸方向のビームサイズを変更しても、入射瞳面７における長軸方向の照明サイズは変わらない。この原因は、レンズ間隔を変更するレンズの種類によるものである。長軸方向シリンドリカルアレイレンズ群３００ａ’のレンズ間隔Ｄｙを変更した場合、図２６（ａ），（ｂ）の実線で示すように、変更前後で光線２が変化しない。これは、光源からの平行光２が、各シリンドリカルアレイレンズの主光線となるためである。
【０１３０】
そこで、投影面上の長軸方向のビームサイズはそのままで、図２６（ｂ）に対し、投影面上の長軸方向ビームサイズ６３０の分解能を低く設定するため、図２９に示すように、光源１の後に長軸方向のコリメータレンズ群３３０ａを配置させ、レンズ間隔Ｄａｃを変更する必要がある。ここで、投影面上の長軸方向ビームサイズ６３０と独立させて、入射瞳面７における長軸方向の照明サイズ５３０を自由かつ連続的に制御させる場合、長軸方向のコリメータレンズ群３３０ａは３枚以上のコリメータレンズで構成しても良い。また、入射瞳面７における長軸方向の照明サイズ５３０を固定して使用する場合、長軸方向のコリメータレンズ群３３０ａは最適な光源サイズとなる、２枚以上のコリメータレンズを固定した形で構成しても良い。
【０１３１】
なお、２９０ａは短軸方向シリンドリカルアレイレンズ群であり、シリンドリカルアレイレンズ２９１，２９２を備えている。
【０１３２】
この構成により、マスク面６に対する照明光の開き角φｘｘ’が変更され、投影レンズ８の入射瞳面７における照明サイズ５３０を長軸方向に自由に変えることができる。
【０１３３】
さらに、図２６（ｂ）に対し、投影面上の長軸方向ビームサイズ６３０の分解能を高く設定するため、図３０に示すように、光源１の後に長軸方向のコリメータレンズ群３３０ａを配置させ、レンズ間隔Ｄａｂ’を可変させる必要がある。これにより、マスク面６に対する照明光の開き角φｘｘ’が変更され、投影レンズ８の入射瞳面７における照明サイズ５３０’を長軸方向に自由に変えることができる。
【０１３４】
なお、本実施例は、コリメータレンズ群を実施例１に組み込んだ構成で説明したが、本願に記載した他の実施例に組み込むことで同様の効果が期待できる。
【０１３５】
以上のように本実施形態によれば、
１）長軸方向のビームサイズが可変なので、エネルギロスをすることなく、様々なパッケージサイズへの対応が可能となる。  
２）短軸方向（走査方向）にスリット幅を拡大することにより、光量積算を増加させ、加工速度の向上、及びスループット向上が可能となる。  
３）長軸方向及び短軸方向のビームサイズ可変なので、同一条件による加工が可能となる。その結果、加工ばらつきを低減することができる。
【０１３６】
４）長軸方向及び短軸方向のビームサイズ可変に対し、長軸及び短軸のうち一方向を固定したシリンドリカルアレイレンズを用いるので、シリンドリカルアレイレンズの光軸調整箇所が１箇所で済み、簡易な光学系で構成することができる。  
５）軸方向及び短軸方向のビームサイズ可変に対し、長軸及び短軸の両方向のビームサイズ可変に各３枚のシリンドリカルテレスコープレンズを用いる場合と比較して、光学部品が少なくて済むため、収差の影響が小さくなる。  
６）曲率半径が小さい長軸方向シリンドリカルアレイレンズ、及び短軸方向シリンドリカルアレイレンズを各１枚から２枚にすることにより、曲率半径を大きくすることが可能となり、製造の容易性が向上する。  
７）長軸方向シリンドリカルアレイレンズ及び短軸方向シリンドリカルアレイレンズを２枚用いることにより、長距離伝播時の光の拡がりを抑制することができる。  
８）長軸方向及び短軸方向にシリンドリカルアレイレンズを用いているので、２次光源を視数個形成させることが可能となり、投影面において均一な強度分布を得ることができる。  
９）光源後に長（短）軸方向コリメータレンズ群を配置させることにより、光源サイズを変更し、長短軸方向の投影パターンに対し、一定、あるいは所望の分解能を得ることができる。  
１０）加工部ビームサイズと入射瞳面における照明サイズを独立に制御することができる。  
等の効果を奏する。
【０１３７】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  光源
３、３’  ２次光源像
４  コンデンサレンズ
５  フィールドレンズ
６  被照射面
７  入射瞳面
８  投影レンズ
９  投影面
１０ａ，１０ｂ，１０ｂ’，１０ｃ，１０ｄ，１０ｄ’，２０ａ，２０ａ’，２０ｂ，２０ｃ，２０ｃ’，２０ｄ，５０ａ，６０ａ，７０ａ，８０ａ，９０ａ，１００ａ，１１０ａ，１２０ａ，１７０ａ，１８０ａ，２１０ａ，２２０ａ，２５０ａ，２６０ａ，２９０ａ，３００ａ  シリンドリカルアレイレンズ群
３０ａ，３０ａ’，３０ｃ，３０ｃ’，４０ｂ，４０ｂ’，４０ｄ，４０ｄ’，１５０ａ，１５０ａ’，１６０ａ，１６０ａ’，１９０ａ，１９０ａ’，２００ａ，２００ａ’，２３０ａ，２３０ａ’，２４０ａ，２４０ａ’，２７０ａ，２７０ａ’，２８０ａ，２８０ａ’，３１０ａ，３１０ａ’  シリンドリカルテレスコープレンズ群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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