(57)【要約】【課題】  組立作業能率を向上させることが出来る、六角形断面形状のレンズエレメントからなるレンズ集合体を備えた照明光学装置を提供すること。【解決手段】  六角形断面のレンズエレメント１１ａを束ねて形成した、全体としてほぼ六角形状のレンズ集合体１４は、保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされる。保持枠１５は、中央にレンズ集合体１４を収容して保持する貫通穴１７を有する、円盤状の前側保持枠部１８と、貫通穴１７と同心状の貫通穴１９を有し、レンズ集合体１４をその背面側から保持する円盤状の後側保持枠部２０を備える。位置決め部材１６は、六角形状のレンズ集合体１４の６辺のうち、下側の隣接する２辺に接する、１２０°の開き角度を有する一対のブロック片３１を有した、位置決めの際の基準となる押さえブロック３０と、レンズ集合体１４の残りの４辺（左右側の２辺と上側の２辺）に接する４個の調整部材３２から構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成する光源像形成手段を備えた照明光学装置であって、
前記光源像形成手段は、断面六角形状の複数のレンズエレメントを束ねた略六角形状のレンズ集合体と、該レンズ集合体を保持する保持枠と、該レンズ集合体を該保持枠内に位置決めする位置決め部材とを備え、
前記位置決め部材は、前記レンズ集合体の６辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に固定される押さえブロックを備え、該押さえブロックに前記レンズ集合体の隣接した２辺を押し当てて、前記レンズ集合体を前記保持枠内に位置決めすることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記位置決め部材が、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺にそれぞれ接し、前記保持枠に移動調整可能に配置された４個の調整部材をさらに備えてなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記位置決め部材が、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺のうち、隣接した２辺にそれぞれ接し、かつ前記保持枠に移動調整可能に配置された２個の調整部材をさらに備えなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明光学装置において、
前記押さえブロックが、前記隣接した２辺に接する１２０°の開き角度を持つ一対のブロック片を有し、一対のブロック片のうち、いずれか一方のブロック片を前記保持枠に移動調整可能に配置してなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明光学装置において、
前記保持枠に、その軸方向一端と他端に前記レンズ集合体の光軸方向一端部と他端部を固定するための、透明カバーをそれぞれ取り付けてなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
請求項２乃至５の何れか一項に記載の照明光学装置において、
前記押さえブロックと前記調整部材の、前記レンズ集合体の辺に接する部分に、前記レンズエレメントの線膨張係数と略同じ線膨張係数を有する側面カバーをそれぞれ設けてなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の照明光学装置において、
前記保持枠に前記調整部材を移動調整する調整ネジを設けてなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明光学装置において、
前記レンズ集合体の各辺と前記押さえブロック及び前記調整部材との間の各隙間に、補助部材をそれぞれ充填してなることを特徴とする照明光学装置。
【請求項９】
照明用光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成する光源像形成手段を備えた照明光学装置の製造方法であって、
前記光源像形成手段は、断面六角形状の複数のレンズエレメントを束ねた略六角形状のレンズ集合体と、該レンズ集合体を保持する保持枠と、該レンズ集合体を該保持枠内に位置決めする位置決め部材とを備え、
前記位置決め部材は、前記レンズ集合体の６辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に固定される押さえブロックと、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺にそれぞれ接し、前記保持枠に移動調整可能に配置される４個の調整部材とを備え、
前記保持枠に、前記押さえブロックと前記４個の調整部材を、該保持枠内の空間に配置される前記レンズ集合体を取り囲むように配置して仮止めする第１工程と、
前記保持枠に仮止めされた前記押さえブロックを該保持枠に固定する第２工程と、
前記保持枠に固定された前記押さえブロックに押し当てるようにして前記レンズエレメントを積み上げて前記レンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を前記保持枠の前記押さえブロックと前記調整部材により囲まれた空間内に配置する第３工程と、
前記保持枠に仮止めされた前記４個の調整部材を、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向及び上下方向の幅を調整する第４工程と、
前記調整後、前記４個の調整部材を前記保持枠に固定する第５工程と、を具備してなることを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明光学装置の製造方法において、
前記第４工程では、前記保持枠に仮止めされた前記調整部材のうち、前記レンズ集合体の左右方向両側に位置する２個の調整部材を、前記レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向の幅を調整し、また残りの２個の調整部材を、前記レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の上下方向の幅を調整し、前記レンズ集合体の左右方向の幅の調整と上下方向の幅の調整とを交互に繰り返して、前記レンズ集合体のレンズエレメント間に隙間が生じないようにすることを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明光学装置の製造方法において、
前記第１工程で、前記レンズ集合体と略同じ外周面形状を有する仮止め部材を、前記保持枠内の該レンズ集合体が配置される箇所に配置し、次いで前記押さえブロックと前記４個の調整部材を、該仮止め部材に接するようにして該保持枠に仮止めすることを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の照明光学装置の製造方法において、
前記４個の調整部材のうち、隣接する２個の調整部材が１２０°の開き角度を持って互いに連結され、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に移動調整可能に配置されていることを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の照明光学装置の製造方法において、
前記押さえブロックが、前記隣接した２辺に接する１２０°の開き角度を持つ一対のブロックを有し、一対のブロックのうち、いずれか一方のブロックを前記保持枠に移動調整可能に配置してなることを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３の何れか一項に記載の照明光学装置の製造方法において、
前記第３工程で、前記保持枠を水平面に対して傾斜させた状態で、前記レンズエレメントを前記押さえブロックに押し当てて積み上げて前記レンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を、該押さえブロックと前記調整部材により囲まれた空間内に配置することを特徴とする照明光学装置の製造方法。
【請求項１５】
露光光をマスクに照射して該マスクに形成されたパターンを被露光基板に露光転写する露光装置において、
前記露光光を前記マスクに照射する光学系に請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明光学装置を配置してなることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスや液晶表示デバイスを、リソグラフィ技術を用いて製造する際に使用される、マスクとしてのレチクルを均一に照明するための、照明光学装置、該照明光学装置の製造方法及び該照明光学装置を備えた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスや液晶表示デバイスを、リソグラフィ技術を用いて製造する際には、パターンが形成されたマスクに露光用照明光（露光光）を照射し、このマスクのパターンの像を、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の感光性基板上に投影露光する露光装置が使用されている。
【０００３】
この露光装置として、マスクと基板を投影光学系に対して走査するスキャン方式の装置が知られている。スキャン方式の露光装置では、照明光学装置によって照明されるマスクの照明領域が、走査方向に沿って短辺を有し且つ走査方向と直交する方向に沿って長辺を有する、細長い長方形状である。このため、照明光学装置では、照明領域と相似形状の長方形断面を有するレンズエレメントの集合体でフライアイインテグレータを構成することにより光量損失を可及的に回避することが望ましいとされている。しかし、水銀ランプなどのように所定大きさを有する円形光源を用いる場合にあっては、フライアイインテグレータの射出面において著しい光量損失が発生する不都合がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、円形光源を使用する場合、フライアイインテグレータの射出面での光量損失を可能な限り回避するため、フライアイインテグレータの入射側にマスクの照明領域の形状と相似形の長方形断面を有するレンズエレメントを配置する一方、フライアイインテグレータの射出側に円形光源像を出来るだけ内包する矩形断面形状を有するレンズエレメントを配置した、照明光学装置を提案した（特許文献１参照）。
【０００５】
上記照明光学装置にあっては、リレーレンズのパワー（屈折力）配置の制約などによって、フライアイインテグレータの射出面に形成される複数の円形光源像が互いに重なってしまい、このためフライアイインテグレータの射出面での光量損失が残るなどの改良の余地が指摘されていた。
【０００６】
本出願人は、さらにこの光量損失を少なくするため、フライアイインテグレータの射出側に矩形断面形状を有するレンズエレメントの代わりに六角形断面形状のレンズエレメントを配置した照明光学装置を提案した（特許文献２参照）。
【０００７】
六角形断面形状のレンズエレメントは、フライアイインテグレータの射出面での光量損失をより少なくすることができる反面、矩形断面形状のレンズエレメントに比して、レンズエレメントを束ねてレンズ集合体を組み立てるのに手間がかかる。すなわち、レンズエレメントを互いに隙間なく束ねてレンズ集合体を形成する際、例えばレンズ集合体の左右側面を押して左右方向におけるレンズエレメント間の隙間を無くそうとするときには、レンズエレメントどうしが互いに密着してずれるおそれがない反面、レンズ集合体の上下側面を押して上下方向におけるレンズエレメント間の隙間を無くそうとすると、レンズエレメントが左右方向に拡がるようにずれてレンズエレメント間に隙間が生じ、さらに進んでレンズエレメントの束自体が崩れるおそれがあり、互いに隙間無く数百本のレンズエレメントを束ねてレンズ集合体を組み立て、これを精度良くホルダーに位置決めするのは、非常に手間がかかる作業となり、この点の改良が要望されていた。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３１７３６号
【特許文献２】特開平９−３２６３５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、組立に手間がかからず、組立作業能率を向上させることが出来る、六角形断面形状のレンズエレメントからなるレンズ集合体を備えた照明光学装置及び該照明光学装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、前記照明光学装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する、本発明の請求項１に記載の照明光学装置は、照明用光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成する光源像形成手段を備えた照明光学装置であって、前記光源像形成手段は、断面六角形状の複数のレンズエレメント１１ａを束ねた略六角形状のレンズ集合体１４と、該レンズ集合体を保持する保持枠１５と、該レンズ集合体を該保持枠内に位置決めする位置決め部材１６とを備え、前記位置決め部材は、前記レンズ集合体の６辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に固定される押さえブロック３０を備え、該押さえブロックに前記レンズ集合体の隣接した２辺を押し当てて、前記レンズ集合体を前記保持枠内に位置決めすることを特徴とする。
【００１２】
前記照明光学装置において、前記位置決め部材が、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺にそれぞれ接し、前記保持枠に移動調整可能に配置された４個の調整部材３２をさらに備えること（請求項２）又は、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺のうち、隣接した２辺にそれぞれ接し、かつ前記保持枠に移動調整可能に配置された２個の調整部材３２ａ、３２ｂをさらに備えること（請求項３）が好ましい。
【００１３】
前記押さえブロックが、前記隣接した２辺に接する１２０°の開き角度を持つ一対のブロック片３１を有し、一対のブロック片３１のうち、いずれか一方のブロック片３１を前記保持枠に移動調整可能に配置してもよい（請求項４）。
【００１４】
前記保持枠に、その軸方向一端と他端に前記レンズ集合体の光軸方向一端部と他端部を固定するための、透明カバーをそれぞれ取り付けることが好ましい（請求項５）。
【００１５】
前記押さえブロックと前記調整部材の、前記レンズ集合体の辺に接する部分に、前記レンズエレメントの線膨張係数と略同じ線膨張係数を有する側面カバー３１、３５をそれぞれ設けることが好ましい（請求項６）。
【００１６】
前記保持枠に、前記調整部材を移動調整する調整ネジ３６を設けることが好ましい（請求項７）。
【００１７】
前記レンズ集合体の各辺と前記押さえブロック及び前記調整部材との間の各隙間に、補助部材３７をそれぞれ充填することが好ましい（請求項８）。
【００１８】
また、上記目的を達成する、本発明の請求項９に記載の照明光学装置の製造方法は、照明用光源からの光束に基づいて複数の光源像を形成する光源像形成手段を備えた照明光学装置の製造方法であって、前記光源像形成手段は、断面六角形状の複数のレンズエレメントを束ねた略六角形状のレンズ集合体と、該レンズ集合体を保持する保持枠と、該レンズ集合体を該保持枠内に位置決めする位置決め部材とを備え、前記位置決め部材は、前記レンズ集合体の６辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に固定される押さえブロックと、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺にそれぞれ接し、前記保持枠に移動調整可能に配置される４個の調整部材を備え、
前記保持枠に、前記押さえブロックと前記４個の調整部材を、該保持枠内の空間に配置される前記レンズ集合体を取り囲むように配置して仮止めする第１工程と、
前記保持枠に仮止めされた前記押さえブロックを該保持枠に固定する第２工程と、
前記保持枠に固定された前記押さえブロックに押し当てるようにして前記レンズエレメントを積み上げて前記レンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を、前記保持枠の前記押さえブロックと前記調整部材により囲まれた空間内に配置する第３工程と、
前記保持枠に仮止めされた前記４個の調整部材を、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向及び上下方向の幅を調整する第４工程と、
前記調整後、前記４個の調整部材を前記保持枠に固定する第５工程と、を具備してなることを特徴とする。
【００１９】
上記照明光学装置の製造方法において、前記第４工程で、前記保持枠に仮止めされた前記調整部材のうち、前記レンズ集合体の左右方向両側に位置する２個の調整部材を、前記レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向の幅を調整し、また残りの２個の調整部材を、前記レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の上下方向の幅を調整し、前記レンズ集合体の左右方向の幅の調整と上下方向の幅の調整とを交互に繰り返して、前記レンズ集合体のレンズエレメント間に隙間が生じないようにすることが好ましい（請求項１０）。
【００２０】
また、前記第１工程で、前記レンズ集合体と略同じ外周面形状を有する仮止め部材３８を、前記保持枠内の該レンズ集合体が配置される箇所に配置し、次いで前記押さえブロックと前記４個の調整部材を、該仮止め部材に接するようにして該保持枠に仮止めすることが好ましい（請求項１１）。
【００２１】
前記４個の調整部材のうち、隣接する２個の調整部材が１２０°の開き角度を持って互いに連結され、前記レンズ集合体の前記２辺を除く残り各４辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ前記保持枠に移動調整可能に配置されることが好ましい（請求項１２）。
【００２２】
前記押さえブロックが、前記隣接した２辺に接する１２０°の開き角度を持つ一対のブロック片を有し、一対のブロック片のうち、いずれか一方のブロック片を前記保持枠に移動調整可能に配置することが好ましい（請求項１３）。
【００２３】
前記第３工程で、前記保持枠を水平面に対して傾斜させた状態で、前記レンズエレメントを前記押さえブロックに押し当てて積み上げて前記レンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を、該押さえブロックと前記調整部材により囲まれた空間内に配置することが好ましい（請求項１４）。
【００２４】
また、上記目的を達成する、本発明の請求項１４に記載の露光装置は、露光光をマスクに照射して該マスクに形成されたパターンを被露光基板に露光転写する露光装置において、前記露光光を前記マスクに照射する光学系に請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明光学装置を配置してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の照明光学装置によれば、断面六角形状の複数のレンズエレメントを束ねた略六角形状のレンズ集合体を保持する保持枠と、該レンズ集合体を該保持枠内に位置決めする位置決め部材とを備えて、該位置決め部材が、レンズ集合体の６辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ保持枠に固定される押さえブロックを備え、該押さえブロックにレンズ集合体の隣接した２辺を押し当てて、レンズ集合体を保持枠内に位置決めするようにしてあるので、複数のレンズエレメントを束ねた略六角形状のレンズ集合体を組み立てる際、押さえブロックがガイドとなり、レンズ集合体の組立が容易となる上に、レンズ集合体の位置決めが同時に行え、組立作業能率を格段と向上させることができる。また、断面六角形状のレンズエレメントを束ねてレンズ集合体を構成しているので、円形光源からの光量の損失を可及的に回避することが出来る。
【００２６】
また、位置決め部材に、レンズ集合体の、押さえブロックに押し当てられる２辺を除く残り各４辺にそれぞれ接し、保持枠に移動調整可能に配置された４個の調整部材をさらに備えるか、又は、レンズ集合体の残り各４辺のうち、隣接した２辺にそれぞれ接し、かつ記保持枠に移動調整可能に配置された２個の調整部材をさらに備える場合には、調整部材によって微調整をしながらレンズ集合体の組立が行え、レンズ集合体の組立がさらに容易となる上に、レンズ集合体の位置決めが同時に且つ精度良く行えるようになる。
【００２７】
また、押さえブロックが、前記隣接した２辺に接する１２０°の開き角度を持つ一対のブロック片を有し、一対のブロック片のうち、いずれか一方のブロック片を保持枠に移動調整可能に配置する場合には、他方のブロック片を位置決め基準とし、一方のブロック片によって微調整が行えることから、万が一レンズエレメントの角度誤差が大きいときであってもレンズ集合体を位置決めすることが出来る。
【００２８】
また、保持枠に、その軸方向一端と他端にレンズ集合体の光軸方向一端部と他端部を固定するための、透明カバーをそれぞれ取り付ける場合には、レンズ集合体の組立の際に何れかの透明カバーを利用することができ、また組立後は位置決めされた箇所にレンズ集合体を保持することが出来る。
【００２９】
また、押さえブロックと調整部材の、レンズ集合体の辺に接する部分に、レンズエレメントの線膨張係数と略同じ線膨張係数を有する側面カバーをそれぞれ設ける場合には、押さえブロック、調整部材とレンズ集合体との間に引っ張り応力或いは圧縮応力などの線膨張係数の差によって生じる不具合がなく、レンズ集合体を位置決めした箇所に保持することができる。
【００３０】
また保持枠に、調整部材を移動調整する調整ネジを設ける場合には、調整部材をレンズ集合体の辺に押し当てながら該調整部材を保持枠に対して微動させてレンズ集合体の左右方向或いは上下方向の幅を微調整する作業が容易に行える。
【００３１】
また、レンズ集合体の各辺と押さえブロック及び調整部材との間の各隙間に、補助部材をそれぞれ充填する場合には、レンズ集合体の各レンズエレメントどうしが互いに互いに密着し、レンズ集合体の機械的安定性を確保することが出来る。
【００３２】
また、本発明の照明光学装置の製造方法は、保持枠に、押さえブロックと４個の調整部材を、該保持枠内の空間に配置されるレンズ集合体を取り囲むように配置して仮止めし、この保持枠に仮止めされた押さえブロックを該保持枠に固定し、保持枠に固定された押さえブロックに押し当てるようにしてレンズエレメントを積み上げてレンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を、押さえブロックと調整部材により囲まれた空間内に配置し、保持枠に仮止めされた４個の調整部材を、レンズ集合体の残り各４辺に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向及び上下方向の幅を調整し、この調整後に４個の調整部材を保持枠に固定するようにしているので、レンズエレメントの束を崩すおそれなく、レンズ集合体を組み立てて同時に位置決めすることができ、組立作業能率を格段と向上させることができる。
【００３３】
また、保持枠に仮止めされた調整部材のうち、レンズ集合体の左右方向両側に位置する２個の調整部材を、レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の左右方向の幅を調整し、また残りの２個の調整部材を、レンズ集合体に押し当てながら該保持枠に対して微動させて該レンズ集合体の上下方向の幅を調整し、レンズ集合体の左右方向の幅の調整と上下方向の幅の調整とを交互に繰り返して、レンズ集合体のレンズエレメント間に隙間が生じないようにする場合には、レンズエレメントの寸法公差に対処しつつレンズ集合体を効率よく組み立てることができる。
【００３４】
また、レンズ集合体と略同じ外周面形状を有する仮止め部材を、保持枠内の該レンズ集合体が配置される箇所に配置して、押さえブロックと４個の調整部材を、該仮止め部材に接するようにして該保持枠に仮止めする場合には、保持枠に対する押さえブロックと４個の調整部材の仮止め作業が効率良く行える。
【００３５】
また、４個の調整部材のうち、隣接する２個の調整部材を１２０°の開き角度を持って互いに連結し、レンズ集合体の残り各４辺のうち、隣接した２辺に接し、かつ保持枠に移動調整可能に配置する場合には、レンズ集合体を押さえブロックと調整部材とで３方からレンズ集合体の中心に向かって押すようにしてレンズエレメントを束ねて、レンズ集合体を組み立てるので、調整部材によって微調整をしながらレンズ集合体の組立が行え、レンズ集合体の組立がさらに容易となる上に、レンズ集合体の位置決めが同時に行えるようになる。
【００３６】
また、保持枠を水平面に対して傾斜させた状態で、レンズエレメントを押さえブロックに押し当てて積み上げてレンズ集合体を構成し、該レンズ集合体を、該押さえブロックと前記調整部材により囲まれた空間内に配置する場合には、レンズ集合体の組立作業能率をさらに向上させることが出来る。
【００３７】
また、本発明の露光装置は、露光光をマスクに照射する光学系に請求項１乃至８の何れか一項に記載の照明光学装置を配置してなるので、円形光源からの光量の損失を回避し、高い照明効率で且つ照明ムラの少ない状態でマスクを照明することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下本発明の照明光学装置、その製造方法及び露光装置の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００３９】
図１は本発明の照明光学装置の一実施形態を示す正面図、図２はレンズ集合体１４が保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされた状態を説明するための、図１に示す照明光学装置の横断面図、図３は本発明の照明光学装置の他の実施形態を示す正面図、図４は図２と同様の、レンズ集合体１４が保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされた状態を説明するための、図３に示す照明光学装置の横断面図、図５は第１フライアイインテグレータ１１を構成するレンズエレメント１１ａと第２フライアイインテグレータ１２を構成するレンズエレメント１１２ａの配置関係を説明する説明図、図６は第１フライアイインテグレータ１１のレンズ集合体と押さえブロック及び調整部材との間の隙間に充填される補助部材の説明図、図７は図１に示す照明光学装置を製造する過程で使用される仮止め部材を示す正面図、図８は本発明の照明光学装置を装備した露光装置の概略構成図である。
【００４０】
まず、図８を参照して露光装置全体の概略を説明する。図８において、光軸ＡＸに沿ってＺ軸を、また光軸ＡＸと直交し且つ紙面と平行にＸ軸を、さらに光軸ＡＸ及び紙面と直交してＹ軸をそれぞれ設定している。
【００４１】
露光装置４０は、半導体マイクロデバイス、液晶表示デバイス等を製造する際に用いられ、図１及び図２又は図３及び図４の何れかに示す照明光学装置１０を装備した照明光学系４１と、投影光学系４２と、照明光学系４１と投影光学系４２との間でマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ及び投影光学系４２の像面側に配置された、基板としてのウエハＷを保持するウエハホルダーＷＨと、該ウエハホルダーＷＨを搭載したウエハステージＷＳＴ等を備える。
【００４２】
照明光学系４１は、コリメートレンズ４３と、リレーレンズ４４と、ミラー４５及びコンデンサレンズ４６などを備えており、コリメートレンズ４３とリレーレンズ４４との間に照明光学装置１０の、光源像形成手段としての第１フライアイインテグレータ１１が配置され、またリレーレンズ４４とミラー４５との間に照明光学装置１０の、別の光源像形成手段としての第２フライアイインテグレータ１２が配置されている。照明光学装置１０及び照明光学系４１につては後で詳述する。
【００４３】
レチクルステージＲＳは、不図示の駆動系によりレチクルＲを投影光学系４２の光軸方向への微動、投影光学系４２の光軸に直交する面内での２次元的な移動及び微小回転をさせる。レチクルステージＲＳＴの端部には不図示のレーザ光波干渉測長器（干渉計）からのレーザビームを反射する移動鏡が固定されている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置は、干渉計によって例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出される。
【００４４】
投影光学系４２は、例えば両側テレセントリックな縮小系が用いられていて、その投影倍率が例えば１／４、１／５或いは１／６等に設定されている。照明光学系４１によりレチクルＲが照明されると、該レチクルＲに形成されたパターンが投影光学系４２によって前記投影倍率で縮小され、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影転写される。
【００４５】
ウエハステージＷＳＴは、ステージベース上で駆動系（不図示）により投影光学系４２の光軸に直交する面内において２次元方向に駆動される。ウエハステージＷＳＴ上にはウエハホルダーＷＨを介してウエハＷが真空吸着などにより固定される。ウエハステージＷＳＴ上には不図示のレーザ光波干渉測長器（干渉計）からのレーザビームを反射する移動鏡が固定されている。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は、干渉計によって例えば０．０１μｍ程度の分解能で常時検出される。
【００４６】
照明光学系４１は、水銀ランプからなる光源４７に接続されており、該光源４７からの光束をレチクルＲに導き、レチクルＲを照明する。光源４７は、楕円面からなる反射面を有する集光鏡（楕円鏡）４８の第１焦点に位置決めされており、光源４７から射出された光束は楕円鏡４８の第２焦点位置にほぼ円形の光源像を形成する。この第２焦点位置には、光源像とほぼ同じ大きさの円形開口部を備えたシャッター５０が設けられていて、該シャッター５０を開閉することにより、光源４７からの光束を取り込んでコリメートレンズ４３に入射させたり、コリメートレンズ４３への入射を遮断させたりすることが出来る。
【００４７】
光源像からの光束は、シャッター５０の円形開口部からコリメートレンズ４３を介して集光され、照明光学装置１０の光源像形成手段としての第１フライアイインテグレータ１１に入射する。第１フライアイインテグレータ１１入射した光束は該第１フライアイインテグレータ１１を構成する複数のレンズエレメント１１ａにより二次元的に分割され、第１フライアイインテグレータ１１の後側焦点位置（射出面近傍）に該レンズエレメント１１ａの数に対応する数の複数の光源像を形成する。この第１フライアイインテグレータ１１に入射する光束の断面形状はほぼ円形であり、該第１フライアイインテグレータ１１の射出面に形成される光源像もほぼ円形であるので、第１フライアイインテグレータ１１を構成する各レンズエレメント１１ａは六角形断面を有し、該レンズエレメント１１ａを複数（数百本）束ねたレンズ集合体１４の全体形状はほぼ六角形である。すなわち、各レンズエレメント１１ａは、六角形断面を有し、その射出面に形成される円形光源像を内包するように配置されており、円形光源像のうち各レンズエレメント１１ａからはみ出す部分である照明に寄与せず、光量損失となる部分の割合を可及的に少なくしている。
【００４８】
第１フライアイインテグレータ１１の射出面に形成された複数の光源像からの光束は、リレーレンズ４４を介して集光され、第２フライアイインテグレータ１２を重畳的に照明する。第２フライアイインテグレータ１２は、細長い長方形断面を有するレンズエレメント１２ａを束ねて構成されている（図５参照）。
【００４９】
図５に示すように、各レンズエレメント１１ａの断面形状は六角形であり、各レンズエレメント１１ａの辺が隣接する６個のレンズエレメント１１ａの対応する辺と接するように配置される。これに対し、各レンズエレメント１２ａの断面形状は、Ｘ軸方向に長辺を有し、Ｙ軸方向に短辺を有する細長い長方形である。各レンズエレメント１２ａは、その短辺どうしが互いに接するようにして、Ｙ軸方向に沿って直線状に配置される。また、各レンズエレメント１２ａは、その長辺が隣接する４個のレンズエレメント１２ａの長辺の２分の一と接するように、互いに２分の一ずつずれて配置される。
【００５０】
第２フライアイインテグレータ１２に入射した光束は、各レンズエレメント１２ａにより二次元的に分割され、それぞれ集光作用を受ける。第２フライアイインテグレータ１２の射出面に形成された光源像の光束は、ミラー４５でその光路が直角に折り曲げられてコンデンサレンズ４６に入射し、該コンデンサレンズ４６で集光作用を受け、所定の回路パターンが形成されたレチクルＲを重畳的に均一に照明する。レチクルＲ上には、第２フライアイインテグレータ１２のレンズエレメント１２ａの断面形状と相似形の細長い長方形の照明領域が形成される。
【００５１】
レチクルＲを透過した光束は、投影光学系４２を介してウエハホルダーＷＨに保持されたウエハＷ上に照射され、レチクルＲの回路パターンをウエハＷに露光転写する。この露光転写の際、レチクルＲとウエハＷは、投影光学系４２に対し、互いに反対方向に移動して、レチクルＲの回路パターンをウエハＷに露光ムラなく順次露光転写する。
【００５２】
次に、本発明の照明光学装置１０の特徴部分である、光源像形成手段としての第１フライアイインテグレータ１１について、図１乃至図７を参照して詳細に説明する。
【００５３】
図１及び図２に示すように、六角形断面のレンズエレメント１１ａを束ねて形成した、全体としてほぼ六角形状のレンズ集合体１４は、保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされる。
【００５４】
保持枠１５は、中央にレンズ集合体１４を収容して保持する貫通穴１７を有する、円盤状の前側保持枠部１８と、貫通穴１７と同心状の貫通穴１９を有し、レンズ集合体１４をその背面側から保持する円盤状の後側保持枠部２０を備える。前側保持枠部１８は、第１フライアイインテグレータ１１の射出面側に位置し、また後側保持枠部２０は、第１フライアイインテグレータ１１の入射面側に位置する。
【００５５】
前側保持枠部１８の貫通穴１７の周囲には、位置決め部材１６の基部を取り付けるための段部２１が５箇所形成される。また、貫通穴１７には、レンズ集合体１４の光軸方向一端を固定する透明カバーである平板状の円形ガラス板２２が、貫通穴１７の内周に沿って形成した突出部２３を介して抜け落ちないように嵌め込まれる。
【００５６】
後側保持枠部２０の貫通穴１９には、レンズ集合体１４の光軸方向の他端を固定する透明カバーである平板状の円形ガラス板２４が嵌め込まれている。この円形ガラス板２４は、貫通穴１９の周囲に周方向に沿って適宜間隔をあけて配置した押さえバネ片２５により第１フライアイインテグレータ１１、円形ガラス板２２を介して突出部２３に対して付勢されている。
【００５７】
前側保持枠部１８と後側保持枠部２０は、後側保持枠部２０の外周寄りに周方向に沿って適宜間隔をあけて挿通したネジ２６（図２参照）を、前側保持枠部１８の外周寄りに周方向に沿って適宜間隔をあけて形成したネジ穴２７（図２参照）に螺合することにより、互いに連結されて固定される。レンズ集合体１４は、円形ガラス板２２、２４との間に挟まれた状態で貫通穴１７内に保持される。
【００５８】
位置決め部材１６は、ほぼ六角形状のレンズ集合体１４の６辺のうち、下側の隣接する２辺に接する、１２０°の開き角度を有する一対のブロック片３１を有した押さえブロック３０と、レンズ集合体１４の残りの４辺（左右側の２辺と上側の２辺）に接する４個の調整部材３２から構成される。
【００５９】
押さえブロック３０は、その基部が一対の固定ネジ３３により前側保持枠部１８の段部２１に固定され、その先端に上述した１２０°の開き角度を有する一対のブロック片３１が固定状態で配置される。押さえブロック３０は、レンズ集合体１４を構成する前に一対の固定ネジ３３により前側保持枠部１８に固定される。固定ネジ３３は押さえブロック３０の基部を貫通して段部２１のネジ穴に螺合される。一対のブロック片３１は、レンズ集合体１４の下側の隣接する２辺を支える側面カバーとして機能する。
【００６０】
この際、押さえブロック３０は、調整部材３２と共にレンズ集合体１４を保持枠１５内に位置決めする機能を有すると共に、この位置決めの際の基準となる機能を有する。調整部材３２は、レンズ集合体１４を位置決めする際に、押さえブロック３０を基準にして行う。したがって、押さえブロック３０は、前側保持枠部１８に対し、高精度で位置決めして固定しておく必要がある。押さえブロック３０が前側保持枠部１８に高精度で位置決めされていないと、この押さえブロック３０を基準としてレンズ集合体１４を位置決めすることが非常に困難となる。
【００６１】
各調整部材３２は、その基部が一対の固定ネジ３４により前側保持枠部１８の段部２１に固定され、その先端にレンズ集合体１４の４辺を支える側面カバー３５が配置される。各調整部材３２は、レンズ集合体１４を位置決めする際、前側保持枠部１８に対して微動させて、レンズエレメント１１ａ間に隙間が生じないように、レンズ集合体１４の左右方向の幅や上下方向の幅を調整するため、固定ネジ３４を締め付けて前側保持枠部１８に固定する前の段階で、その基部が前側保持枠部１８に対し、回転方向及びレンズ集合体１４の中心部の方向に微動し得るようにされている。例えば、調整部材３２の基部に固定ネジ３４の直径よりも若干大きな挿通穴（通称バカ穴）を設け、固定ネジ３４を段部２１のネジ穴に締め付ける前の段階において、調整部材３２の基部を前側保持枠部１８に対して微動させることが出来るようにしている。このようにするのは次の理由による。すなわち、各レンズエレメント１１ａには、若干ではあるが外形公差があり、このレンズエレメント１１ａを数百本積み上げて構成されるレンズ集合体１４には、レンズエレメント１１ａの数百倍の外形公差が生じてしまうので、これに対処できるようにするためである。
【００６２】
前側保持枠部１８の、調整部材３２の基部が配置される各段部２１の箇所には、調整部材３２を移動調整するための（レンズ集合体１４の中心方向への前進、後退させる）調整ネジ３６が螺合される。固定ネジ３４で調整部材１８の基部を段部２１に固定する前の調整段階で、調整ネジ３６を回動操作することにより、調整部材１８をレンズ集合体１４の中心方向に前進、後退させる。
【００６３】
上述した押さえブロック３０の一対のブロック片３１と調整部材３２の側面カバー３５は、その線膨張係数がレンズエレメント１１ａの線膨張係数と同じ材料から形成されていて、線膨張係数が異なることによって生じる不都合、例えばブロック片３１、側面カバー３５とレンズ集合体１４の各辺との間で引っ張り応力や圧縮応力が生じないようにしている。
【００６４】
ブロック片３１、側面カバー３５とレンズ集合体１４の各辺との間に生じた隙間には、図６に示すように、六角形を２分割したほぼ台形状の補助部材３７が充填される。この補助部材３７は、レンズエレメント１１ａどうしを互いに密着させて、レンズ集合体１４の保持枠１５内での機械的安定性を増す機能を有する。ブロック片３１、側面カバー３５とレンズ集合体１４の各辺との間に生じた隙間の部分は、レンズ集合体１４として光学的には何ら機能しない箇所なので、補助部材３７はガラス或いは金属のいずれでも形成することができる。コスト面からは、補助部材３７を金属で形成することが好ましい。なお、六角形を２分割したほぼ台形状に形成することは加工工数が多く、コストアップの要因となるので、例えば円筒を２分割した断面半円形のものでもよい。
【００６５】
次に、上述のように構成された、光源像形成手段としての第１フライアイインテグレータ１１の製造方法の一実施態様について説明する。
【００６６】
第１工程では、まず保持枠１５の前側保持枠部１８の貫通穴１７内を介して突出部２３上に円形ガラス板２２を載置する。次いで、前側保持枠部１８を水平面に対して傾斜させたときに下側となる段部２１に押さえブロック３０の基部を取り付け、押さえブロック３０の先端にある一対のブロック片３１を貫通穴１７側に向け、固定ネジ３３により押さえブロック３０の基部を段部２１に仮止めする。また、前側保持枠部１８の残りの段部２１にそれぞれ４個の調整部材３２の基部を取り付け、各調整部材３２の先端にある側面カバー３５を貫通穴１７側に向け、固定ネジ３４により各調整部材３２の基部を段部２１に仮止めする。押さえブロック３０のブロック片３１と４個の調整部材３２の側面カバー３５は、貫通穴１７内に配置されるレンズ集合体１４を取り囲むように配置されるが、この仮止め時に、図７に示すようにレンズ集合体１４の外形形状と同じ六角形状の仮止め部材３８を予め貫通穴１７内に配置して行うと、仮止め作業が容易となり、作業能率を向上させることが出来る。
【００６７】
上述のように、前側保持枠部１８に押さえブロック３０及び調整部材３２を仮止めしたら、第２工程で押さえブロック３０を固定ネジ３３により段部２１に固定する。この際、仮止め部材３８により押さえブロック３０が位置決めされているので、押さえブロック３０を前側保持枠部１８に対して精度良く位置決めして固定することが出来る。
【００６８】
押さえブロック３０を前側保持枠部１８に固定したら、仮止め部材３８を貫通穴１７から外し、第３工程でレンズエレメント１１ａを押さえブロック３０の一対のブロック片３１上に積み上げ又は押し当ててレンズ集合体１４を形成する。レンズエレメント１１ａを押さえブロック３０の一対のブロック片３１上に積み上げる際、前側保持枠部１８を水平面に対して傾斜させた状態に維持しておくと、レンズエレメント１１ａの積み上げ作業が容易となる。この際、貫通穴１７には円形ガラス板２２が嵌め込まれているので、レンズエレメント１１ａが貫通穴１７から抜け落ちることはない。
【００６９】
押さえブロック３０の一対のブロック片３１上にレンズエレメント１１ａを積み上げてレンズ集合体１４を形成したら、第４工程で４個の調整部材３２をそれぞれ微動させて、各調整部材３２の側面カバー３５をレンズ集合体１４に押し当てて、レンズ集合体１４の左右方向の幅と中心を調整し、またレンズ集合体１４の上下方向の幅を調整する。この調整作業は、各調整部材３２をレンズ集合体１４の中心方向に前進、後退させ、また各調整部材３２を、固定ネジ３４の部分を支点として回動させて行う。調整部材３２のレンズ集合体１４の中心方向への前進、後退は、レンズエレメント１１ａ（レンズ集合体１４）の寸法公差に対処するためであり、また調整部材３２の回動は、レンズエレメント１１ａ（レンズ集合体１４）の角度公差に対処するためである。この調整作業では、まずレンズ集合体１４の左右に位置する調整部材３２を移動調整（レンズ集合体１４の中心方向への前進、後退、回動）させ、次いでレンズ集合体１４の上側に位置する調整部材３２を移動調整（レンズ集合体１４の中心方向への前進、後退、回動）させ、これをレンズエレメント１１ａ間に隙間がほぼ無くなるまで交互に繰り返して行う。この調整作業は、レンズエレメント１１ａ間の隙間を顕微鏡などで確認しつつ行う。
【００７０】
上述のようにしてレンズ集合体１４を前側保持枠部１８の貫通穴１７内に位置決めしたら、第５工程で各調整部材３２の基部を固定ネジ３４で段部２１に固定し、次いで円形ガラス板２４を嵌め込んだ後側保持枠部２０を前側保持枠部１８に取り付け、ネジ２６をネジ穴２７に螺合して固定する。
【００７１】
このようにして製造した第１フライアイインテグレータ１１を照明光学系４１に、レンズ集合体１４の中心が光軸ＡＸに一致するように設置する。
【００７２】
図３及び図４は、第１フライアイインテグレータ１１の別の実施態様を示している。
【００７３】
この別の実施態様によれば、図１及び図２に示す調整部材３２のように４個の調整部材３２がそれぞれ互いに独立して構成されているのとは異なり、隣接する調整部材３２どうしが互いに連結されている。すなわち、レンズ集合体１４の左側の辺と該辺と隣接する上側の一方の辺に接する調整部材どうしが１２０°の開き角度をもって互いに連結して調整部材３２ａが構成され、またレンズ集合体１４の右側の辺と該辺と隣接する上側の他方の辺に接する調整部材どうしが１２０°の開き角度をもって互いに連結して調整部材３２ｂが構成されている。
【００７４】
また、これら調整部材３２ａ、３２ｂが配置される前側保持枠部１８には、その貫通穴１７の周囲に、押さえブロック３０の基部を固定する段部２１と１２０°の開き角度を持った位置に調整部材３２ａ、３２ｂの基部を固定するための段部２１ａ、２１ｂがそれぞれ形成される。また、前側保持枠部１８の、段部２１ａ、２１ｂが形成された箇所には、調整部材３２ａ、３２ｂを移動調整するための（レンズ集合体１４の中心方向への前進、後退させるための）調整ネジ３６ａ、３６ｂがそれぞれ螺合される。
【００７５】
調整部材３２ａ、３２ｂ、段部２１ａ、２１ｂ、調整ネジ３６ａ、３６ｂ以外の部分については図１及び図２に示す部分と同じ構成なので、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
上述した別の実施態様によれば、図１及び図２に示す４個の調整部材３２がそれぞれ独立してレンズ集合体１４の左右方向の幅、中心、上下方向の幅を調整するのとは異なり、２個の調整部材３２ａ、３２ｂにより互いに独立して調整するので、若干調整精度が落ちるものの、調整作業能率は良い。
【００７７】
すなわち、六角形のレンズ集合体１４を紙面上側から押すと、レンズエレメント１１ａが左右に拡がろうとするので、上側から押し過ぎた後は左右方向から押して拡がったレンズエレメント１１ａを元に戻さなければならないが、上側と左側或いは上側と右側から同時にレンズ集合体１４を押すので、上側から押し過ぎてレンズエレメント１１ａが左右に拡がろうとしても左側か右側の何れかでこれを阻止するので、左右に拡がったレンズエレメント１１ａを元に戻す作業を少なくして、調整作業回数を減らすことが出来る。
【００７８】
図３及び図４に示す第１フライアイインテグレータ１１の製造方法は、図１及び図２に示す場合の製造方法と基本的には同じである。上述した第１工程から第５工程を実行することにより製造される（組み立てられる）。
【００７９】
本発明は上述した実施態様に限定されるものではない。例えば、図１及び図２又は図３及び図４に示す実施態様では、いずれも押さえブロック３０については、一対のブロック片３１が１２０°の開き角度をもって固定状態で配置されている場合を示しているが、これは、レンズエレメント１１ａの角度公差が、通常、その寸法公差に比してそれほど大きくなく、無視できる程度であり、寸法公差を主にしてこれに対処出来るようにしておけば何ら支障がないとすることから導かれたことであり、仮に角度公差が大きく、無視できない場合には、一対のブロック片３１のうち、何れか一方のブロック片３１を前側保持枠部１８に対して調整可能に構成してもよい。この場合、他方のブロック片３１が、レンズ集合体１４の一辺の位置決め基準となるように押さえブロック３０に対して機械的に固定される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の照明光学装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】レンズ集合体１４が保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされた状態を説明するための、図１に示す照明光学装置の横断面図である。
【図３】本発明の照明光学装置の他の実施形態を示す正面図である。
【図４】図２と同様の、レンズ集合体１４が保持枠１５内に位置決め部材１６を介して位置決めされた状態を説明するための、図３に示す照明光学装置の横断面図である。
【図５】第１フライアイインテグレータ１１を構成するレンズエレメント１１ａと第２フライアイインテグレータ１２を構成するレンズエレメント１１２ａの配置関係を説明する説明図である。
【図６】第１フライアイインテグレータ１１のレンズ集合体と押さえブロック及び調整部材との間の隙間に充填される補助部材の説明図である。
【図７】図１に示す照明光学装置を製造する過程で使用される仮止め部材を示す正面図である。
【図８】本発明の照明光学装置を装備した露光装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０  照明光学装置
１１  第１フライアイインテグレータ（光源像形成手段）
１１ａ  レンズエレメント
１４  レンズ集合体
１５  保持枠
１６  位置決め部材
１８  前側保持枠部
２０  後側保持枠部
２２，２４  円形ガラス板（透明カバー）
３０  押さえブロック
３１  ブロック片
３２、３２ａ、３２ｂ  調整部材
３６、３６ａ、３６ｂ  調整ネジ
３７  補助部材
Ｒ  レチクル（パターン）
Ｗ  ウエハ（被露光基板）
【図１】
2005317675.tif 000003
【図２】
2005317675.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005317675.tif 000007
【図６】
2005317675.tif 000008
【図７】
2005317675.tif 000009
【図８】
2005317675.tif 000010