JP2000106346A - Projection aligning device and method, and method for forming semiconductor element - Google Patents

Projection aligning device and method, and method for forming semiconductor element

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JP2000106346A
JP2000106346A JP11314900A JP31490099A JP2000106346A JP 2000106346 A JP2000106346 A JP 2000106346A JP 11314900 A JP11314900 A JP 11314900A JP 31490099 A JP31490099 A JP 31490099A JP 2000106346 A JP2000106346 A JP 2000106346A
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Japan
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light
optical system
illumination
pattern
fly
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JP11314900A
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Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Shiraishi
直正 白石
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a high resolution and a large focus depth even if using a standard reticle by a method wherein, in an illuminating lights distributed outside of a center part within an illumination optical system, there is provided a movable optical member in a radiant direction centering an optical axis of the illumination optical system on a Fourier transform plane. SOLUTION: An emission side focal plane is disposed within a Fourier transform plane for a mask in a light path of an illumination optical system, and also at each center of a plurality of positions shifted from an optical axis AX of the illumination optical system, a plurality of first fly eye lenses 41a, 41b are disposed. An emission side focal plane is disposed within the Fourier transform plane for each incident end of the first fly eye lenses 41a, 41b, and also a plurality of second fly eye lenses 40a, 40b are provided in response to each of the first fly eye lenses 41a, 41b. In addition, there are provided beam splitters 20, 21 in which illumination beams from a light source are split and made incident on each of the second fly eye lenses 40a, 40b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、又は
液晶デバイス等のパターン形成に使用するパターンを投
影露光する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for projecting and exposing a pattern used for forming a pattern of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、
一般にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要であ
る。この工程には通常、レチクル(マスク)パターンを
半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用される。
基板上には、感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置(例えばステッパー)で
は、レチクル上に描画された転写すべき回路パターンの
像が、投影光学系を介して基板(ウエハ)上に投影、結
像される。
2. Description of the Related Art For forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like,
In general, a process called a photolithographic technique is required. In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted.
A photosensitive photoresist is applied on the substrate, and a circuit pattern is transferred to the photoresist according to an irradiation light image, that is, a pattern shape of a transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper), an image of a circuit pattern to be transferred, which is drawn on a reticle, is projected and formed on a substrate (wafer) via a projection optical system.

【0003】また、レチクルを照明するための照明光学
系中には、フライアイレンズ、ファイバー等のオプチカ
ルインテグレーターが使用されており、レチクル上に照
射される照明光の強度分布が均一化される。その均一化
を最適に行なうためにフライアイレンズを用いた場合、
レチクル側焦点面(射出面側)とレチクル面(パターン
面)とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、さら
にレチクル側焦点面と光源側焦点面(入射面側)ともフ
ーリエ変換の関係で結ばれている。従って、レチクルの
パターン面と、フライアイレンズの光源側焦点面(正確
にはフライアイレンズの個々のレンズの光源側焦点面)
とは、結像関係(共役関係)で結ばれている。このた
め、レチクル上では、フライアイレンズの各光学エレメ
ント(2次光源像)からの照明光がコンデンサーレンズ
等を介することによってそれぞれ加算(重畳)されるこ
とで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好とする
ことが可能となっている。
[0003] In an illumination optical system for illuminating the reticle, an optical integrator such as a fly-eye lens or fiber is used, so that the intensity distribution of illumination light applied to the reticle is made uniform. If a fly-eye lens is used to optimize the uniformity,
The focal plane on the reticle side (exit plane side) and the reticle plane (pattern plane) are almost connected by a Fourier transform, and the focal plane on the reticle side and the focal plane on the light source side (incident side) are also in a Fourier transform relation. Tied. Therefore, the pattern surface of the reticle and the focal plane on the light source side of the fly-eye lens (more precisely, the focal plane on the light source side of each lens of the fly-eye lens)
Are connected in an imaging relationship (conjugate relationship). For this reason, on the reticle, the illumination light from each optical element (secondary light source image) of the fly-eye lens is added (superimposed) by passing through a condenser lens or the like, and is averaged, thereby averaging the illuminance on the reticle. It is possible to make the property good.

【0004】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプチカルインテグレータ入射面に入射す
る照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心とす
るほぼ円形内(あるいは矩形内)でほぼ一様になるよう
にしていた。図19は上述の如き従来の投影露光装置
(ステッパー)の概略的な構成を示しており、照明光束
L140は照明光学系中のフライアイレンズ41c、空
間フィルター(開口絞り)5a、及びコンデンサーレン
ズ8を介してレチクル9のパターン10を照射する。こ
こで、空間フィルター5aはフライアイレンズ41cの
レチクル側焦点面414c、すなわちレチクルパターン
10に対するフーリエ変換面17(以後、瞳面と略
す)、もしくはその近傍に配置されており、投影光学系
11の光軸AXを中心としたほぼ円形領域の開口を有
し、瞳面内にできる2次光源(面光源)像を円形に制限
する。こうしてレチクル9のパターン10を通過した照
明光は、投影光学系11を介してウエハ13のレジスト
層に結像される。このとき、照明光学系(41c、5
a、8)の開口数と投影光学系11のレチクル側開口数
との比、いわゆるσ値は開口絞り(例えば空間フィルタ
ー5aの開口径)により決定され、その値は0.3〜
0.6程度が一般的である。
In a conventional projection exposure apparatus, the light amount distribution of an illumination light beam incident on an optical integrator incidence surface such as a fly-eye lens described above is substantially circular (or rectangular) around the optical axis of the illumination optical system. It was almost uniform. FIG. 19 shows a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus (stepper) as described above. The illumination light beam L140 is a fly-eye lens 41c, a spatial filter (aperture stop) 5a, and a condenser lens 8 in the illumination optical system. Irradiate the pattern 10 of the reticle 9 through the. Here, the spatial filter 5a is arranged on the reticle-side focal plane 414c of the fly-eye lens 41c, that is, the Fourier transform plane 17 (hereinafter abbreviated as a pupil plane) for the reticle pattern 10, or in the vicinity thereof. It has an opening in a substantially circular area centered on the optical axis AX, and limits a secondary light source (surface light source) image formed in the pupil plane to a circular shape. The illumination light that has passed through the pattern 10 of the reticle 9 is imaged on the resist layer of the wafer 13 via the projection optical system 11. At this time, the illumination optical system (41c, 5c)
The ratio between the numerical aperture of a, 8) and the reticle-side numerical aperture of the projection optical system 11, that is, the so-called σ value, is determined by the aperture stop (for example, the aperture diameter of the spatial filter 5a).
About 0.6 is common.

【0005】さて、照明光L140はレチクル9にパタ
ーニングされたパターン10により回折され、パターン
10からは0次回折光Do、+1次回折光Dp、及び−1
次回折光Dmが発生する。それぞれの回折光(Do、D
m、Dp)は投影光学系11により集光され、ウエハ(基
板)13上に干渉縞を発生させる。この干渉縞がパター
ン10の像である。このとき、0次回折光Doと±1次
回折光Dp、Dmとのなす角θ(レチクル側)は sinθ=
λ/P(λ:露光波長、P:パターンピッチ)により決
まる。
The illumination light L140 is diffracted by the pattern 10 patterned on the reticle 9, and from the pattern 10, the 0th-order diffracted light Do, the + 1st-order diffracted light Dp, and -1
Next-order diffracted light Dm is generated. Each diffracted light (Do, D
m, Dp) are condensed by the projection optical system 11 and generate interference fringes on the wafer (substrate) 13. This interference fringe is an image of the pattern 10. At this time, the angle θ (reticle side) between the zero-order diffracted light Do and the ± first-order diffracted lights Dp and Dm is sin θ =
It is determined by λ / P (λ: exposure wavelength, P: pattern pitch).

【0006】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、 sinθが投影光学系11のレチク
ル側開口数(NAR)より大きくなると、±1次回折光
Dp、Dmは投影光学系11内の瞳(フーリエ変換面)1
2の有効径で制限され、投影光学系11を透過できなく
なる。このとき、ウエハ13上には0次回折光Doのみ
しか到達せず干渉縞は生じない。つまり、 sinθ>NA
Rとなる場合にはパターン10の像は得られず、パター
ン10をウエハ13上に転写することができなくなって
しまう。
By the way, when the pattern pitch becomes finer,
When sinθ becomes larger and sinθ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system 11, the ± first-order diffracted lights Dp and Dm become pupils (Fourier transform surfaces) 1 in the projection optical system 11.
The effective diameter is limited by 2 and cannot pass through the projection optical system 11. At this time, only the zero-order diffracted light Do reaches the wafer 13 and no interference fringes occur. That is, sinθ> NA
In the case of R , an image of the pattern 10 cannot be obtained, and the pattern 10 cannot be transferred onto the wafer 13.

【0007】以上のことから、今までの投影露光装置に
おいては、 sinθ=λ/P≒NARとなるピッチPは次
式で与えられていた。 P≒λ/NAR …(1) これより、最小パターンサイズはピッチPの半分である
から、最小パターンサイズは0.5・λ/NAR程度と
なるが、実際のフォトリソグラフィ工程においてはウエ
ハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、また
はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点
深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パター
ンサイズはk・λ/NARとして表される。ここで、k
はプロセス係数と呼ばれ、0.6〜0.8程度となる。
レチクル側開口数NARとウエハ側開口数NAWとの比
は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル
上における最小解像パターンサイズはk・λ/NAR
ウエハ上の最小パターンサイズは、k・λ/NAW=k
・λ/B・NAR(但し、Bは結像倍率(縮小率))と
なる。
From the above, in the conventional projection exposure apparatus, the pitch P at which sin θ = λ / P ≒ NA R is given by the following equation. P ≒ λ / NA R (1) From this, since the minimum pattern size is half the pitch P, the minimum pattern size is about 0.5 · λ / NA R. A certain depth of focus is required due to the curvature of the wafer, the effect of the step on the wafer due to the process, or the thickness of the photoresist itself. Therefore, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k · λ / NA R. Where k
Is called a process coefficient, which is about 0.6 to 0.8.
Since the ratio between the reticle-side numerical aperture NA R and the wafer-side numerical aperture NA W is the same as the imaging magnification of the projection optical system, the minimum resolution pattern size on the reticle is k · λ / NA R ,
The minimum pattern size on the wafer is k · λ / NA W = k
· Λ / B · NA R (where, B is the imaging magnification (reduction ratio)) becomes.

【0008】従って、より微細なパターンを転写するた
めには、より短い波長の露光光源を使用するか、あるい
はより開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択す
る必要があった。もちろん、露光波長と開口数の両方を
最適化する努力も考えられる。しかしながら、上記の如
き従来の投影露光装置において、照明光源を現在より短
波長化(例えば200nm以下)することは、透過光学
部材として使用可能な適当な光学材料が存在しない等の
理由により現時点では困難である。また、投影光学系の
開口数は、現状でも既に理論的限界に近く、これ以上の
大開口化はほぼ望めない状態である。さらに、もし現状
以上の大開口化が可能であるとしても、±λ/2NA2
で表わされる焦点深度は開口数の増加に伴なって急激に
減少し、実使用に必要な焦点深度がますます少なくなる
という問題が顕著になってくる。
Therefore, in order to transfer a finer pattern, it was necessary to select whether to use an exposure light source having a shorter wavelength or a projection optical system having a larger numerical aperture. Of course, efforts can be made to optimize both the exposure wavelength and the numerical aperture. However, in the conventional projection exposure apparatus as described above, it is difficult at present at present to shorten the wavelength of the illumination light source (for example, 200 nm or less) because there is no suitable optical material usable as a transmission optical member. It is. Also, the numerical aperture of the projection optical system is already close to the theoretical limit at present, and it is almost impossible to increase the numerical aperture further. Furthermore, even if the aperture can be made larger than the current state, it should be noted that ± λ / 2NA 2
Decreases sharply with an increase in the numerical aperture, and the problem that the depth of focus required for actual use is further reduced becomes significant.

【0009】また、レチクルの回路パターンの透過部分
のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過部
分からの透過光の位相よりπだけずらす、いわゆる位相
シフトレチクルが、例えば特公昭62−50811号公
報等で提案されている。この位相シフトレチクルを使用
すると、従来よりも微細なパターンの転写が可能とな
る。
A so-called phase shift reticle, which shifts the phase of the light transmitted from a specific portion of the reticle circuit pattern by π from the phase of the light transmitted from another portion, is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. Sho. It is proposed in, for example, JP-A-62-50811. Use of this phase shift reticle enables transfer of a finer pattern than in the past.

【0010】ところが、位相シフトレチクルについて
は、その製造工程が複雑になる分コストも高く、また検
査及び修正方法も未だ確立されていないので、多くの問
題が残されている。そこで、位相シフトレチクルを使用
しない投影露光技術として、レチクルの照明方法を改良
することで転写解像力を向上させる試みがなされてい
る。その1つの照明方法は、例えば図19の空間フィル
ター5aを輪帯状の開口にし、フーリエ変換面17上で
照明光学系の光軸の回りに分布する照明光束をカットす
ることにより、レチクル9に達する照明光束に一定の傾
斜を持たせるものである。
However, the phase shift reticle has many problems because the manufacturing process is complicated and the cost is high, and the inspection and repair methods have not been established yet. Therefore, as a projection exposure technique that does not use a phase shift reticle, an attempt has been made to improve the transfer resolution by improving the reticle illumination method. One of the illumination methods is to reach the reticle 9 by, for example, making the spatial filter 5a in FIG. 19 an annular aperture and cutting the illumination light flux distributed around the optical axis of the illumination optical system on the Fourier transform surface 17. This is to make the illumination light beam have a certain inclination.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明光
学系のフーリエ変換面内での照明光束分布を輪帯状にす
るような特殊な照明方法を採用すると、確かに通常のレ
チクルでも解像力の向上は認められるが、レチクルの全
面に渡って均一な照度分布を保証することが難しくなる
といった問題点が生じた。また、図19のように単に空
間フィルター等のような部分的に照明光束をカットする
部材を設けた系では、当然のことながらレチクル上、又
はウエハ上での照明強度(照度)を大幅に低下させるこ
とになり、照明効率の低下に伴う露光処理時間の増大と
いう問題に直面する。さらに、照明光学系中のフーリエ
変換面には、光源からの光束が集中して通るため、空間
フィルター等の遮光部材の光吸収による温度上昇が著し
くなり、照明光学系の熱的な変動による性能劣化の対策
(空冷等)も考える必要がある。
However, if a special illumination method is adopted such that the illumination light beam distribution in the Fourier transform plane of the illumination optical system is formed into an annular shape, the resolving power can be certainly improved even with a normal reticle. However, there has been a problem that it is difficult to guarantee a uniform illuminance distribution over the entire surface of the reticle. Further, in a system in which a member for simply cutting the illumination light beam such as a spatial filter as shown in FIG. 19 is provided, the illumination intensity (illuminance) on the reticle or the wafer is naturally significantly reduced. As a result, there is a problem that the exposure processing time is increased due to a decrease in illumination efficiency. Furthermore, since the luminous flux from the light source passes through the Fourier transform surface in the illumination optical system in a concentrated manner, the temperature rise due to light absorption of a light shielding member such as a spatial filter becomes remarkable, and the performance due to the thermal fluctuation of the illumination optical system. It is also necessary to consider measures for deterioration (air cooling, etc.).

【0012】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、通常のレチクルを使用しても、高解像度かつ大焦点
深度が得られるとともに、照度均一性の優れた投影露光
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection exposure apparatus which can obtain a high resolution, a large depth of focus, and has excellent illuminance uniformity even when a normal reticle is used. With the goal.

【0013】[0013]

【課題を解決する為の手段】本発明においては、照明光
学系の光路中のマスクに対するフーリエ変換面(1
7)、もしくはその近傍面内に射出側焦点面が配置され
るとともに、照明光学系の光軸(AX)から偏心した複
数の位置の夫々に中心が配置される複数の第1フライア
イレンズ(41a、41b)と、複数の第1フライアイ
レンズ(41a、41b)の夫々の入射端に対するフー
リエ変換面、もしくはその近傍面内に射出側焦点面が配
置されるとともに、第1フライアイレンズ(41a、4
1b)の夫々と対応して設けられる複数の第2フライア
イレンズ(40a、40b)と、複数の第2フライアイ
レンズ(40a、40b)の夫々に光源からの照明光束
を分割して入射させる光分割器(20、21)とを設け
るようにした。そして、複数の第2フライアイレンズの
1つからの射出光は、複数の第1フライアイレンズのう
ち対応する1つに入射するようにガイド光学素子を設け
るようにした。
According to the present invention, a Fourier transform plane (1) for a mask in an optical path of an illumination optical system is used.
7) Or, a plurality of first fly-eye lenses in which the emission-side focal plane is arranged in a plane in the vicinity thereof and whose centers are respectively arranged at a plurality of positions decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system ( 41a, 41b), a Fourier transform plane for each of the incident ends of the plurality of first fly-eye lenses (41a, 41b), or an exit-side focal plane in the vicinity thereof, and a first fly-eye lens (41a, 41b). 41a, 4
1b) A plurality of second fly-eye lenses (40a, 40b) provided corresponding to each of the plurality of second fly-eye lenses (40a, 40b), and the illumination light flux from the light source is divided and incident on each of the plurality of second fly-eye lenses (40a, 40b). Light splitters (20, 21) were provided. The guide optical element is provided so that the light emitted from one of the plurality of second fly-eye lenses is incident on a corresponding one of the plurality of first fly-eye lenses.

【0014】[0014]

【作用】本発明による作用を図18を用いて説明する。
図18中、本発明の第2フライアイレンズに相当する第
2フライアイレンズ群40a、40bは光軸AXに対す
る垂直な面内に並び、これより射出される光束は、それ
ぞれガイド光学系42a、42bにより、本発明の第1
フライアイレンズに相当する第1フライアイレンズ群4
1a、42bに入射する。第1フライアイレンズ入射面
における照度分布は第2フライアイレンズ群によって均
一化されている。
The operation of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 18, the second fly-eye lens groups 40a and 40b corresponding to the second fly-eye lens of the present invention are arranged in a plane perpendicular to the optical axis AX. 42b, the first of the present invention
First fly-eye lens group 4 corresponding to a fly-eye lens
1a and 42b. The illuminance distribution on the first fly-eye lens incident surface is made uniform by the second fly-eye lens group.

【0015】第1フライアイレンズ群を射出した光束
は、コンデンサーレンズ8によりレチクル9に照射され
る。レチクル9上での照度分布は、上記の第1、第2の
両フライアイレンズ群で均一化され、きわめて均一性の
良いものとなっている。ここで、第1フライアイレンズ
群41a、41bの各中心は共に、光軸AXより離れた
位置に存在している。また、第1フライアイレンズ群4
1a、41bのレチクル側焦点面414a、414b
は、レチクルパターン10のフーリエ変換面17とほぼ
一致しているので、光軸AXと第1フライアイレンズの
中心との距離は、第1フライアイレンズを射出した光束
のレチクル9への入射角に相当する。
The light beam emitted from the first fly-eye lens group is applied to a reticle 9 by a condenser lens 8. The illuminance distribution on the reticle 9 is made uniform by the first and second fly-eye lens groups, and has extremely good uniformity. Here, the centers of the first fly-eye lens groups 41a and 41b are both located at positions apart from the optical axis AX. The first fly-eye lens group 4
Reticle-side focal planes 414a, 414b of 1a, 41b
Is substantially coincident with the Fourier transform surface 17 of the reticle pattern 10, so that the distance between the optical axis AX and the center of the first fly-eye lens is determined by the angle of incidence of the light beam emitted from the first fly-eye lens on the reticle 9. Is equivalent to

【0016】レチクル(マスク)上に描画された回路パ
ターン10は、一般に周期的なパターンを多く含んでい
る。従って1つのフライアイレンズ群41aからの照明
光が照射されたレチクルパターン10からは0次回折光
成分Do 及び±1次回折光成分Dp、Dm、及びより高次
の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生
する。
The circuit pattern 10 drawn on a reticle (mask) generally contains many periodic patterns. Therefore, from the reticle pattern 10 irradiated with the illumination light from one fly-eye lens group 41a, the 0th-order diffracted light component Do, the ± 1st-order diffracted light components Dp and Dm, and the higher-order diffracted light components are converted to the pattern fineness. Occurs in the direction corresponding to

【0017】このとき、照明光束(主光線)が傾いた角
度でレチクル9に入射するから、発生した各次数の回折
光成分も、垂直に照明された場合に比べ、傾き(角度ず
れ)をもってレチクルパターン10から発生する。図1
8中の照明光L130は、光軸に対してψだけ傾いてレ
チクル9に入射する。照明光L130はレチクルパター
ン10により回折され、光軸AXに対してψだけ傾いた
方向に進む0次回折光Do、0次回折光に対してθpだけ
傾いた+1次回折光Dp、及び0次回折光Doに対してθ
mだけ傾いて進む−1次回折光Dmを発生する。しかしな
がら、照明光L130は両側テレセントリックな投影光
学系11の光軸AXに対して角度ψだけ傾いてレチクル
パターンに入射するので、0次回折光Doもまた投影光
学系の光軸AXに対して角度ψだけ傾いた方向に進行す
る。
At this time, since the illumination light beam (principal ray) is incident on the reticle 9 at an inclined angle, the generated diffracted light components of each order also have an inclination (angle shift) as compared with the case where the illumination is performed vertically. Generated from pattern 10. FIG.
The illumination light L130 in 8 enters the reticle 9 at an angle of ψ with respect to the optical axis. The illumination light L130 is diffracted by the reticle pattern 10, and is converted into a 0th-order diffracted light Do that travels in a direction inclined by 傾 with respect to the optical axis AX, a + 1st-order diffracted light Dp inclined by θp with respect to the 0th-order diffracted light, and a 0th-order diffracted light Do For θ
A -1st-order diffracted light Dm that advances by m is generated. However, since the illumination light L130 is incident on the reticle pattern at an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11 which is telecentric on both sides, the zero-order diffracted light Do is also at an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system. Proceed only in the inclined direction.

【0018】従って、+1次光Dpは光軸AXに対して
θp+ψの方向に進行し、−1次回折光Dmは光軸AXに
対してθm−ψの方向に進行する。このとき、回折角θ
p、θmはそれぞれ sin(θp+ψ)−sinψ=λ/P (2) sin(θm−ψ)+sinψ=λ/P (3) である。
Accordingly, the + 1st-order light Dp travels in the direction of θp + ψ with respect to the optical axis AX, and the -1st-order diffracted light Dm travels in the direction of θm-ψ with respect to the optical axis AX. At this time, the diffraction angle θ
p and θm are respectively sin (θp + ψ) −sinψ = λ / P (2) sin (θm−ψ) + sinψ = λ / P (3)

【0019】ここでは、+1次回折光Dp、−1次回折
光Dmの両方が投影光学系11の瞳12を透過している
ものとする。レチクルパターン10の微細化に伴って回
折角が増大すると、先ず角度θp+ψの方向に進行する
+1次回折光Dpが投影光学系11の瞳12を透過でき
なくなる。すなわち sin(θp+ψ)>NARの関係になっ
てくる。しかし、照明光L130が光軸AXに対して傾
いて入射している為、このときの回折角でも−1次回折
光Dmは、投影光学系11を透過可能となる。すなわち
sin(θm−ψ)<NARの関係になる。
Here, it is assumed that both the + 1st-order diffracted light Dp and the -1st-order diffracted light Dm are transmitted through the pupil 12 of the projection optical system 11. When the diffraction angle increases with miniaturization of the reticle pattern 10, firstly, the + 1st-order diffracted light Dp traveling in the direction of the angle θp + ψ cannot pass through the pupil 12 of the projection optical system 11. That is, the relationship becomes sin (θp + ψ)> NA R. However, since the illumination light L130 is incident obliquely with respect to the optical axis AX, the -1st-order diffracted light Dm can be transmitted through the projection optical system 11 even at this diffraction angle. Ie
sin (θm−ψ) <NA R

【0020】従って、ウエハ13上には0次回折光Do
と−1次回折光Dmの2光束による干渉縞が生じる。こ
の干渉縞はレチクルパターン10の像であり、レチクル
パターン10が1:1のラインアンドスペースの時、約
90%のコントラストとなってウエハ13上に塗布され
たレジストに、レチクルパターン10の像をパターニン
グすることが可能となる。
Therefore, the zero-order diffracted light Do
And interference fringes due to two light beams of the -1st-order diffracted light Dm. This interference fringe is an image of the reticle pattern 10. When the reticle pattern 10 has a line and space ratio of 1: 1, the image of the reticle pattern 10 is formed on a resist applied on the wafer 13 with a contrast of about 90%. Patterning becomes possible.

【0021】このときの解像限界は、 sin(θm−ψ)=NAR (4) となるときであり、従って NAR+sinψ=λ/P P=λ/(NAR+sinψ) (5) が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチであ
る。
The resolution limit at this time is when sin (θm−ψ) = NA R (4). Therefore, NA R + sinψ = λ / PP = λ / (NA R + sinψ) (5) This is the pitch of the smallest transferable pattern on the reticle side.

【0022】一例として、今sinψを0.5×NAR程度
に定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの
最小ピッチは P=λ(NAR+0.5NAR)=2λ/3NAR (6) となる。
As an example, if sinψ is determined to be about 0.5 × NA R , the minimum pitch of the pattern on the reticle that can be transferred is P = λ (NA R + 0.5NA R ) = 2λ / 3NA R ( 6)

【0023】一方、図19に示したように、照明光の瞳
17上での分布が投影光学系11の光軸AXを中心とす
る円形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は
(1)式に示したようにP≒λ/NARであった。従っ
て、従来の露光装置より高い解像度が実現できることが
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、0次回折光成分と1次
回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形成方
法によって、焦点深度も大きくなる理由について説明す
る。
On the other hand, as shown in FIG. 19, in the case of a conventional exposure apparatus in which the distribution of the illumination light on the pupil 17 is within a circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 11, the resolution limit Was P ≒ λ / NA R as shown in the equation (1). Therefore, it can be seen that a higher resolution than the conventional exposure apparatus can be realized. Next, the reticle pattern is irradiated with exposure light in a specific incident direction and an incident angle, and a depth of focus is formed by a method of forming an imaging pattern on a wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component. The reason for the increase will be described.

【0024】図18のようにウエハ13が投影光学系1
1の焦点位置(最良結像面)に一致している場合は、レ
チクルパターン10中の1点を出てウエハ13上の一点
に達する各回折光は、投影光学系11のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このた
め、従来のように0次回折光成分が投影光学系11の瞳
面12のほぼ中心(光軸近傍)を貫通する場合でも、0
次回折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等し
く、相互の波長収差も零である。しかし、ウエハ13が
投影光学系11の焦点位置に一致していないデフォーカ
ス状態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は
光軸近傍を通る0次回折光に対して焦点前方(投影光学
系11から遠ざかる方)では短く、焦点後方(投影光学
系11に近づく方)では長くなり、その差は入射角の差
に応じたものとなる。従って、0次、1次、・・・の各
回折光は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後にお
けるボケを生じることとなる。
As shown in FIG. 18, the projection optical system 1
If the focal position coincides with one of the focal positions (the best imaging plane), each diffracted light that exits one point in the reticle pattern 10 and reaches one point on the wafer 13 passes through any part of the projection optical system 11. Have the same optical path length. For this reason, even when the 0th-order diffracted light component penetrates substantially the center (near the optical axis) of the pupil plane 12 of the projection optical system 11 as in the conventional case, the
The optical path lengths of the next-order diffracted light component and the other diffracted light components are equal, and the mutual wavelength aberration is also zero. However, when the wafer 13 is in a defocused state in which the focal position of the projection optical system 11 is not coincident, the optical path length of the high-order diffracted light obliquely incident is in front of the 0th-order diffracted light passing near the optical axis. The distance becomes shorter at a position away from the projection optical system 11) and becomes longer at a position behind the focal point (a direction approaching the projection optical system 11), and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, each of the 0th-order, 1st-order,... Diffracted light forms a wavefront aberration, and blurs before and after the focal position.

【0025】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ13の焦点位置からのずれ量をΔF、各回折光がウ
エハ上の1点に入射するときの入射角θWの正弦をr
(r=sinθW)とすると、ΔFr2/2で与えられる量
である。このとき、rは各回折光の、瞳面12での光軸
AXからの距離を表わす。従来の図18に示した投影露
光装置では、0次回折光Doは光軸AXの近傍を通るの
で、r(0次)=0となり、一方±1次回折光Dp、Dm
は、r(1次)=M・λ/Pとなる(Mは投影光学系の倍
率)。従って、0次回折光Doと±1次回折光Dp、Dm
とのデフォーカスによる波面収差は、 ΔF・M2(λ/P)2/2 となる。
The wavefront aberration due to the above-mentioned defocusing is represented by ΔF, the deviation from the focal position of the wafer 13, and the sine of the incident angle θ W when each diffracted light is incident on one point on the wafer.
When (r = sinθ W), it is an amount given by ΔFr 2/2. At this time, r represents the distance of each diffracted light from the optical axis AX on the pupil plane 12. In the conventional projection exposure apparatus shown in FIG. 18, since the 0th-order diffracted light Do passes near the optical axis AX, r (0th-order) = 0, while the ± 1st-order diffracted lights Dp and Dm.
Is r (first order) = M · λ / P (M is the magnification of the projection optical system). Therefore, the 0th-order diffracted light Do and ± 1st-order diffracted lights Dp and Dm
Wavefront aberration due to defocus and is a ΔF · M 2 (λ / P ) 2/2.

【0026】一方、本発明における投影露光装置では、
図18に示すように0次回折光成分Doは光軸AXから
角度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面19におけ
る0次回折光成分の光軸AXからの距離はr(0次)=M
・sinψである。一方、−1次回折光成分Dmの瞳面にお
ける光軸からの距離はr(−1次)=M・sin(θm−ψ)と
なる。そしてこのとき、sinψ=sin(θm−ψ)となれ
ば、0次回折光成分Doと−1次回折光成分Dmのデフォ
ーカスによる相対的な波面収差は零となり、ウエハ13
が焦点位置より光軸方向に若干ずれてもパターン10の
像ボケは従来程大きく生じないことになる。すなわち、
焦点深度が増大することになる。また、(3)式のよう
に、sin(θm−ψ)+sinψ=λ/Pであるから、照明光
束L130のレチクル9への入射角ψが、ピッチPのパ
ターンに対して、sinψ=λ/2Pの関係にすれば焦点
深度をきわめて増大させることが可能である。
On the other hand, in the projection exposure apparatus of the present invention,
As shown in FIG. 18, the 0th-order diffracted light component Do is generated in a direction inclined by an angle か ら from the optical axis AX. Therefore, the distance of the 0th-order diffracted light component from the optical axis AX on the pupil plane 19 is r (0th) = M
・ It is sinψ. On the other hand, the distance of the -1st-order diffracted light component Dm from the optical axis on the pupil plane is r (-1st) = M · sin (θm−ψ). At this time, if sinψ = sin (θm-ψ), the relative wavefront aberration due to defocusing of the 0th-order diffracted light component Do and the -1st-order diffracted light component Dm becomes zero, and the wafer 13
Is slightly deviated in the optical axis direction from the focal position, the image blur of the pattern 10 does not occur as much as in the related art. That is,
The depth of focus will increase. Further, since sin (θm−ψ) + sinψ = λ / P as shown in the equation (3), the incident angle の of the illumination light beam L130 on the reticle 9 becomes sin 、 = λ / With a 2P relationship, it is possible to greatly increase the depth of focus.

【0027】さらに、本発明は光源より発せられる照明
光束を複数の光束に分割してから、各フライアイレンズ
に導くために、光源からの光束を光量的にわずかの損失
のみで利用して、上記の高解像、大焦点深度の投影露光
方式を実現することができる。
Further, according to the present invention, in order to divide the illumination light beam emitted from the light source into a plurality of light beams and guide them to each fly-eye lens, the light beam from the light source is utilized with only a slight loss in light quantity. The above-described projection exposure method with high resolution and large depth of focus can be realized.

【0028】[0028]

【実施例】図1は本発明の実施例であって、光分割光学
系として2個の多面体プリズムを使用したものである。
水銀灯等の光源1より放射される照明光束は楕円鏡2で
焦光され、折り曲げミラー3及びインプットレンズ4に
よりほぼ平行光束となって光分割光学系20、21に入
射する。ここでは、光分割器は、V型の凹部を持つ第1
の多面体プリズム20と、V型の凸部を持つ第2の多面
体プリズム21とした。これら2つのプリズムの屈折作
用によって照明光束は2つの光束に分割される。そし
て、それぞれの光束は別々の第2フライアイレンズ40
a、40bに入射する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which two polyhedral prisms are used as a light splitting optical system.
An illumination light beam emitted from a light source 1 such as a mercury lamp is focused by an elliptical mirror 2, converted into a substantially parallel light beam by a bending mirror 3 and an input lens 4, and incident on light splitting optical systems 20 and 21. Here, the light splitter has a first shape having a V-shaped concave portion.
And a second polyhedral prism 21 having a V-shaped convex portion. Due to the refraction of these two prisms, the illumination light beam is split into two light beams. Each light beam is separated into a separate second fly-eye lens 40.
a and 40b.

【0029】ここでは第2フライアイレンズ40a、4
0bを2コとしたが、この数量は任意でよい。また、光
分割光学系も、第2フライアイレンズ群の個数に合わせ
て2分割とするものとしたが、第2フライアイレンズ群
の個数に応じていくつに分割してもよい。例えば、第2
フライアイレンズ群が4個より成れば、光分割光学系2
0、21はそれぞれ4角錐型(ピラミッド型)の凹部を
有する第1の多面体プリズム20と、4角錐型(ピラミ
ッド型)の凸部を有する第2の多面体プリズム21とよ
り構成すればよい。
Here, the second fly-eye lenses 40a, 4a
Although 0b is two, this quantity may be arbitrary. In addition, the light dividing optical system is divided into two parts in accordance with the number of the second fly-eye lens groups. However, the light dividing optical system may be divided into any number according to the number of the second fly-eye lens groups. For example, the second
If the fly-eye lens group consists of four, the light splitting optical system 2
The first and second polygons 0 and 21 may each be constituted by a first polyhedral prism 20 having a quadrangular pyramid (pyramid) concave portion and a second polyhedral prism 21 having a quadrangular pyramid (pyramid) convex portion.

【0030】第2フライアイレンズ群40a、40bを
射出した照明光はそれぞれガイド光学系42a、43
a、42b、43bにより、第1フライアイレンズ群4
1a、41bに入射する。このとき、第1フライアイレ
ンズ41aには、第2フライアイレンズ40aからの光
束のみ入射し、第1フライアイレンズ41bには第2フ
ライアイレンズ40bからの光束のみ入射する。
The illumination light emitted from the second fly-eye lens groups 40a and 40b is applied to guide optical systems 42a and 43, respectively.
a, 42b, 43b, the first fly-eye lens group 4
1a and 41b. At this time, only the light beam from the second fly-eye lens 40a enters the first fly-eye lens 41a, and only the light beam from the second fly-eye lens 40b enters the first fly-eye lens 41b.

【0031】第1フライアイレンズ41a、41bを射
出した光束はコンデンサーレンズ6、8、折り曲げミラ
ー7に導かれ、レチクル9の下面側に形成されたパター
ン10を照明する。パターン10を透過、回折した光は
投影光学系11により集光結像され、ウエハ13上にパ
ターン10の像を形成する。尚、同図中12は投影光学
系11中のパターン10に対するフーリエ変換面(以
後、投影光学系瞳面と称す)を表わし、この投影光学系
瞳面に可変絞り(N.A絞り)を設ける場合もある。
The light beams emitted from the first fly-eye lenses 41a and 41b are guided to the condenser lenses 6, 8 and the bending mirror 7, and illuminate the pattern 10 formed on the lower surface of the reticle 9. The light transmitted and diffracted through the pattern 10 is condensed and imaged by the projection optical system 11 to form an image of the pattern 10 on the wafer 13. In the drawing, reference numeral 12 denotes a Fourier transform plane (hereinafter referred to as a projection optical system pupil plane) for the pattern 10 in the projection optical system 11, and a variable aperture (NA aperture) is provided on the projection optical system pupil plane. In some cases.

【0032】一方、照明光学系中にも、パターン10に
対するフーリエ変換面に相当する照明光学系瞳面17が
存在するが、前述の第1フライアイレンズ41a、41
bのレチクル側焦点面(射出側焦点面)は、この照明光
学系瞳面17とほぼ一致した位置にある。また、第2フ
ライアイレンズ40a、40bの射出面は、ガイド光学
系42、43によって第1フライアイレンズ41a、4
1bの入射面に対するフーリエ変換面になっている。た
だし、厳密にフーリエ変換の関係に維持される必要はな
く、要は第2フライアイレンズ群の各エレメントから射
出した光束が、第1フライアイレンズ群の入射面上で重
畳されているような関係が維持されていれば良い。
On the other hand, the illumination optical system also has an illumination optical system pupil plane 17 corresponding to the Fourier transform plane for the pattern 10, but the first fly-eye lenses 41a and 41 described above.
The reticle-side focal plane (emission-side focal plane) b is located at a position substantially coincident with the illumination optical system pupil plane 17. The exit surfaces of the second fly-eye lenses 40a and 40b are connected to the first fly-eye lenses 41a and 41a by guide optical systems 42 and 43, respectively.
1b is a Fourier transform surface with respect to the incident surface. However, it is not necessary to strictly maintain the Fourier transform relationship. In short, it is necessary that the light flux emitted from each element of the second fly-eye lens group is superimposed on the incident surface of the first fly-eye lens group. It is only necessary that the relationship be maintained.

【0033】ここで、各フライアイレンズの構成につい
て図10を用いて説明する。図10(A)〜(D)の各
図はフライアイレンズの1つのエレメントの拡大図であ
る。実際のフライアイレンズ、例えば図1中の40a、
40b、41a、41b等は、この各エレメントの集合
体である。各エレメントは図10の上下方向及び紙面と
垂直な方向にいくつか並び(集合して)1つのフライア
イレンズを形成する。
Here, the configuration of each fly-eye lens will be described with reference to FIG. Each of FIGS. 10A to 10D is an enlarged view of one element of the fly-eye lens. An actual fly-eye lens, for example, 40a in FIG.
40b, 41a, 41b, etc. are an aggregate of these elements. Each element is arranged (collected) in the vertical direction in FIG. 10 and in the direction perpendicular to the paper surface to form one fly-eye lens.

【0034】図10(A)は、入射面401aと光源側
焦点面403aが一致し、かつ射出面402aとレチク
ル側焦点面404bが一致しているものである。図1の
実施例、及び他の実施例においては、特に明記しない限
り、この図10(A)の型のフライアイレンズを使用す
るものとする。光源(図中左側)から入射する平行な光
束410aは実線のように、レチクル側焦点面404a
に集光し、一方、光源側焦点面403a上の1点より発
する光束(破線)は射出後、平行光束となる。尚、図1
0(B)〜(D)の夫々に示した型については後述す
る。
FIG. 10A shows a case where the incident surface 401a and the light source side focal plane 403a coincide with each other, and the exit plane 402a and the reticle side focal plane 404b coincide with each other. In the embodiment of FIG. 1 and other embodiments, a fly-eye lens of the type shown in FIG. 10A is used unless otherwise specified. The parallel light flux 410a incident from the light source (the left side in the figure) has a reticle-side focal plane 404a as shown by a solid line.
On the other hand, a light beam (broken line) emitted from one point on the light source side focal plane 403a becomes a parallel light beam after emission. FIG.
The types shown in 0 (B) to (D) will be described later.

【0035】図1中の第2フライアイレンズ群40a、
40bと第1フライアイレンズ群41a、41bの各光
源側焦点面(ここでは入射面と一致)は、前述の如く結
像関係となっている。従って、第2フライアイレンズ群
中の、例えば40a中の各エレメント入射面に入射した
光束は、第1フライアイレンズ41aのすべてのエレメ
ント上に結像投影される。これは、第1フライアイレン
ズ41a中の1つのエレメント上に、第2フライアイレ
ンズ40aの各エレメントからの光束が重ね合わされて
いるということでもある。従って、第1フライアイレン
ズ入射面における照度分布は、積分効果によって均一化
される。この均一化された第1フライアイレンズ中の各
エレメントは、さらに積分されて(重ね合わされて)レ
チクル9を照明するため、レチクル9上の照度の均一性
はきわめてよい。
The second fly-eye lens group 40a in FIG.
The light source side focal planes of the first fly-eye lens group 40a and the first fly-eye lens groups 41a and 41b (here, coincide with the incident planes) have an image-forming relationship as described above. Therefore, the light beam incident on each element entrance surface in the second fly-eye lens group 40a, for example, is image-formed and projected on all the elements of the first fly-eye lens 41a. This means that the light flux from each element of the second fly-eye lens 40a is superimposed on one element in the first fly-eye lens 41a. Therefore, the illuminance distribution on the entrance surface of the first fly-eye lens is made uniform by the integration effect. Each element in the uniformed first fly-eye lens is further integrated (superimposed) to illuminate the reticle 9, so that the illuminance on the reticle 9 is very uniform.

【0036】また、第1フライアイレンズ群41a、4
1bは光軸AXより離れた位置にあるため、レチクルパ
ターン10中で特定の方向及びピッチを有するパターン
の投影像の焦点深度を極めて大きくすることが可能とな
っている。ただし、レチクルパターン10の方向やピッ
チは、使用するレチクル9により異なることが予想され
る。従って、各レチクル9に対して最適となるように、
駆動系56により第1フライアイレンズ群41a、41
b、及びガイド光学系42a、42b、43a、43
b、あるいはさらに第2フライアイレンズ群40a、4
0bや光分割光学系20、21の位置等を変更可能とし
ておくとよい。なお、駆動系56は主制御系50の動作
命令により動作するが、このときの位置等の設定条件は
キーボード54より入力する。あるいはバーコードリー
ダー52によりレチクル9上のバーコードパターンを読
み、その情報に基づいて設定を行なってもよい。レチク
ル9上のバーコードパターンに、上記照明条件を記入し
ておいてもよいし、あるいは主制御系は、レチクル名と
それに対応する照明条件を記憶(予め入力)しておき、
バーコードパターンに記されたレチクル名と、上記記憶
内容とを照合して、照明条件を決定してもよい。
The first fly-eye lens groups 41a, 4a
Since 1b is located at a position distant from the optical axis AX, the depth of focus of a projected image of a pattern having a specific direction and pitch in the reticle pattern 10 can be extremely increased. However, the direction and pitch of the reticle pattern 10 are expected to differ depending on the reticle 9 used. Therefore, to be optimal for each reticle 9,
The first fly-eye lens groups 41a and 41 are driven by the drive system 56.
b and guide optical systems 42a, 42b, 43a, 43
b or the second fly-eye lens groups 40a, 4b
0b, the position of the light splitting optical systems 20, 21 and the like can be changed. The drive system 56 operates according to the operation command of the main control system 50, and the setting conditions such as the position at this time are input from the keyboard 54. Alternatively, a barcode pattern on the reticle 9 may be read by the barcode reader 52, and setting may be performed based on the information. The above illumination conditions may be written in a barcode pattern on the reticle 9, or the main control system stores (inputs in advance) the reticle name and the illumination conditions corresponding thereto,
The illumination condition may be determined by collating the reticle name described in the barcode pattern with the stored content.

【0037】図2は、図1中の光分割光学系20、21
から第1フライアイレンズ群41a、41bまでの拡大
図である。ここでは、第1の多面体プリズム20と第2
の多面体プリズム21との互いに対向する面は平行であ
るものとし、プリズム20の入射面とプリズム21の射
出面とは光軸AXと垂直であるものとする。その第1の
多面体プリズム20は保持部材22により保持され、第
2の多面体プリズム21は保持部材23により保持され
る。各保持部材22、23はそれぞれ可動部材24a、
24b、及び25a、25bにより保持され、固定部材
26a、26b上を図中左右方向、すなわち光軸AXに
沿った方向に可動となっている。この動作はモータ等の
能動部材27a、27b、28a、28bによって行な
われる。また、第1の多面体プリズム20と第2の多面
体プリズム21は独立に移動可能であるので、2つのプ
リズムの間隔の変更により射出する2光束の間隔を光軸
AXを中心として放射方向に変更することができる。
FIG. 2 shows the light splitting optical systems 20, 21 in FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of the first fly-eye lens groups 41a and 41b. Here, the first polyhedral prism 20 and the second
The surfaces facing each other with the polygonal prism 21 are assumed to be parallel, and the entrance surface of the prism 20 and the exit surface of the prism 21 are perpendicular to the optical axis AX. The first polyhedral prism 20 is held by a holding member 22, and the second polyhedral prism 21 is held by a holding member 23. Each of the holding members 22 and 23 includes a movable member 24a,
It is held by 24b and 25a, 25b, and is movable on the fixing members 26a, 26b in the left-right direction in the figure, that is, the direction along the optical axis AX. This operation is performed by active members 27a, 27b, 28a, 28b such as motors. Further, since the first polyhedral prism 20 and the second polyhedral prism 21 can be moved independently, the interval between the two light beams to be emitted is changed in the radial direction around the optical axis AX by changing the interval between the two prisms. be able to.

【0038】多面体プリズム21から射出する複数の光
束は、第2フライアイレンズ群に入射する。図2では第
2フライアイレンズ群中の1つと、第1フライアイレン
ズ群中の1つと、1つのガイド光学系(42、43)が
1つの保持部材44a、44bに保持されている。ま
た、この保持部材はそれぞれ可動部材45a、45bに
より保持されている為に、固定部材46a、46bに対
して可動となっている。この動作は能動部材47a、4
7bによりおこなわれる。
A plurality of light beams emitted from the polyhedral prism 21 enter the second fly-eye lens group. In FIG. 2, one of the second fly-eye lens group, one of the first fly-eye lens group, and one guide optical system (42, 43) are held by one holding member 44a, 44b. Since the holding members are held by the movable members 45a and 45b, respectively, they are movable with respect to the fixed members 46a and 46b. This operation is performed by the active members 47a, 4
7b.

【0039】第2フライアイレンズ、第1フライアイレ
ンズ、及びガイド光学系を一体に保持及び移動すること
により、第1フライアイレンズと第2フライアイレンズ
との間の光学的な位置関係をずらすことなく、第1フラ
イアイレンズから射出する光束の位置を光軸AXと垂直
な面内で任意に変更することができる。尚、保持部材4
4a、44bより突き出た部材48a、48bは遮光板
である。これにより、光分割光学系より発生する迷光を
遮断し、不必要な光がレチクルへ達することを防止す
る。また、遮光版48a、48bが光軸AX方向に各々
ずれていることにより、保持部材44a、bの可動範囲
の制限を少なくすることができる。
By holding and moving the second fly-eye lens, the first fly-eye lens, and the guide optical system integrally, the optical positional relationship between the first fly-eye lens and the second fly-eye lens can be changed. Without shifting, the position of the light beam emitted from the first fly-eye lens can be arbitrarily changed within a plane perpendicular to the optical axis AX. The holding member 4
Members 48a and 48b protruding from 4a and 44b are light shielding plates. Thereby, stray light generated from the light splitting optical system is blocked, and unnecessary light is prevented from reaching the reticle. Further, since the light shielding plates 48a and 48b are shifted from each other in the direction of the optical axis AX, the limitation on the movable range of the holding members 44a and b can be reduced.

【0040】図2中では、光分割光学系(多面体プリズ
ム)20、21の光軸方向の間隔を変更することで、分
割した各光束の位置を光軸AXに対して放射方向に変更
可能としたが、各光束を、光軸AXを中心とする同心円
方向に変更することも可能である。図3はその場合の実
施例であって、第2の多面体プリズム(ピラミッド型プ
リズム)21を保持する保持部材23は、固定具25に
より保持されるが、保持部材23は図3(A)において
固定具25に対して紙面内で回転可能である。また、こ
の回転は固定具29に設けたモータ等の駆動部材29に
より行なう。また、保持具23の周辺には、モータ29
の位置に対応してギア30を設けておく。尚、図3
(B)は図3(A)の3A矢視断面である。
In FIG. 2, the position of each split light beam can be changed in the radial direction with respect to the optical axis AX by changing the distance between the light splitting optical systems (polyhedral prisms) 20 and 21 in the optical axis direction. However, it is also possible to change each light beam in a concentric direction around the optical axis AX. FIG. 3 shows an embodiment in that case. A holding member 23 for holding a second polyhedral prism (pyramid prism) 21 is held by a fixing tool 25. The holding member 23 is the same as that shown in FIG. It is rotatable in the plane of the paper with respect to the fixture 25. This rotation is performed by a driving member 29 such as a motor provided on the fixture 29. A motor 29 is provided around the holder 23.
The gear 30 is provided in correspondence with the position of. FIG.
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the arrow 3A in FIG.

【0041】ここで、固定具25は、さらに図2の如く
保持され、光軸AX方向に可動であっても構わない。ま
た、図3では第2の多面体プリズム21の場合の例のみ
を示したが、第1の多面体プリズム20に対しても同様
にして回転(光軸AXに対して)可能とすることができ
る。また、各々の多面体プリズム20、21を別々に回
転するのではなく、図2中の固定部材26a、26b
を、さらに別の固定部(露光装置本体等)に対し光軸A
Xを中心に回転してもよい。この場合の回転機構は、例
えば図3中の保持部材23が、多面体プリズム21の代
わりに、図1で示す固定部材26a、26bを保持する
ように構成すればよい。
Here, the fixture 25 may be further held as shown in FIG. 2, and may be movable in the direction of the optical axis AX. Although FIG. 3 shows only an example of the case of the second polyhedral prism 21, the first polyhedral prism 20 can be similarly rotated (with respect to the optical axis AX). Also, instead of rotating each of the polyhedral prisms 20, 21 separately, the fixing members 26a, 26b in FIG.
With respect to the optical axis A with respect to another fixing portion (exposing device body, etc.)
It may rotate around X. The rotation mechanism in this case may be configured so that, for example, the holding member 23 in FIG. 3 holds the fixing members 26a and 26b shown in FIG. 1 instead of the polyhedral prism 21.

【0042】以上のように、光分割光学系20、21か
ら射出される複数の光束が、光軸AXを中心として放射
方向及び同心円方向に位置変化する場合、これらの光束
が入射する第2フライアイレンズ群40a、40bの位
置も、それに応じて可変となる必要がある。図4は、こ
のための2次元的(光軸AXに垂直な面内方向)な動作
を可能とする機構の例を示す。図4では図2の如く、第
2フライアイレンズ40a、40b、ガイド光学系42
a、42b、43a、43b、及び第1フライアイレン
ズ41a、41bが一体に保持された部材(保持部材4
4a、44b)を光軸AXのレチクル側方向から見た図
である。それぞれの合成フライアイレンズ41A、41
B、41C、41Dは保持部材44A、44B、44
C、44Dに保持され、それらはさらに可動部材45
A、45B、45C、45Dにより保持されかつ、能動
部材46A、46B、46C、46Dによって光軸AX
を中心として放射方向に可動となっている。また、能動
部材46A、46B、46C、46Dは、固定部材49
A、49B、49C、49D上を、前記の放射方向と、
ほぼ直交する方向(ほぼ同心方向)に移動可能であるの
で、合成フライアイレンズ41A、41B、41C、4
1Dはそれぞれ光軸AXに垂直な面内(紙面内)に2次
元的に可動である。これによって、光分割光学系で分割
された各光束を効率よくレチクルに照射することができ
る。
As described above, when a plurality of light beams emitted from the light splitting optical systems 20 and 21 change their positions in the radial direction and the concentric direction around the optical axis AX, the second fly on which these light beams are incident. The positions of the eye lens groups 40a and 40b also need to be variable accordingly. FIG. 4 shows an example of a mechanism that enables a two-dimensional (in-plane direction perpendicular to the optical axis AX) operation for this purpose. In FIG. 4, as shown in FIG. 2, the second fly-eye lenses 40a and 40b, the guide optical system 42
a, 42b, 43a, 43b and the first fly-eye lens 41a, 41b (the holding member 4)
4a and 44b) are views of the optical axis AX viewed from the reticle side. Each synthetic fly-eye lens 41A, 41
B, 41C, 41D are holding members 44A, 44B, 44
C, 44D, which are further movable members 45
A, 45B, 45C, 45D and the optical axis AX by the active members 46A, 46B, 46C, 46D.
It is movable in the radial direction around. The active members 46A, 46B, 46C and 46D are fixed to the fixing members 49.
A, 49B, 49C, 49D on the said radiation direction,
Since it can move in a direction substantially perpendicular (substantially concentric direction), the synthetic fly-eye lenses 41A, 41B, 41C,
1D is two-dimensionally movable in a plane perpendicular to the optical axis AX (in the paper). Thus, the reticle can be efficiently irradiated with each light beam split by the light splitting optical system.

【0043】尚、図4中の可動部材45A、45B、4
5C、45Dの動作方向は光軸AXを中心とする放射方
向に限定されるわけではなく、光軸AXに垂直な任意の
方向であってよい。また、図2に示した如く、1次元の
み可動な系の場合にも、その方向は、同様に、光軸AX
に垂直な任意の方向であってよい。図5はガイド光学系
の変形例であって、ガイド光学系42a、42b、43
a、43bは共に第2フライアイレンズ40a、40
b、第1フライアイレンズ41a、41bの各中心に対
して偏心して配置されている。
The movable members 45A, 45B, 4
The operation directions of 5C and 45D are not limited to the radiation direction about the optical axis AX, but may be any directions perpendicular to the optical axis AX. Also, as shown in FIG. 2, in the case of a system that is movable only in one dimension, the direction is similarly set to the optical axis AX.
May be any direction perpendicular to. FIG. 5 shows a modification of the guide optical system, in which the guide optical systems 42a, 42b, 43
a and 43b are second fly-eye lenses 40a and 40b, respectively.
b, the first fly-eye lenses 41a and 41b are arranged eccentrically with respect to the respective centers.

【0044】各第2フライアイレンズ40a、40bを
射出した各照明光束の位置は、偏心したガイド光学系4
2a、42b、43a、43bにより、光軸AXに垂直
な面内方向で変化して各第1フライアイレンズ41a、
41bに入射する。また、ガイド光学系42a、42
b、43a、43bの偏心の程度を変更することによ
り、第1フライアイレンズ群41a、41b入射面での
各光束の位置(光軸AXに垂直な面内での位置)を変え
ることができる。図5ではこの偏心量の変化は能動部材
421a、421b、431a、431bにより行なう
ものとした。能動部材421a、421b、431a、
431bは、保持部材420a、420b、430a、
430bを介して、ガイド光学系42a、42b、43
a、43bを可動ならしめる。尚、各第2フライアイレ
ンズ40a、40bの入射面(図中左端)と、各第1フ
ライアイレンズ41a、41bの入射面(図中左端)
は、ほぼ結像関係で結ばれているが、ガイド光学系42
a、42b、43a、43bの動作が光軸AXに対して
垂直な面内方向であれば、この結像関係(光軸AX方
向)を大きくくずすことはない。各第1フライアイレン
ズ41a、41bもまた、ガイド光学系同様に能動部材
411a、411bによって光軸AXと垂直な面内方向
に可動である。
The position of each illumination light beam emitted from each second fly-eye lens 40a, 40b is determined by the eccentric guide optical system 4.
2a, 42b, 43a, 43b, the first fly-eye lens 41a changes in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX.
It is incident on 41b. Further, the guide optical systems 42a, 42
By changing the degree of eccentricity of b, 43a, 43b, the position of each light beam on the entrance surface of the first fly-eye lens group 41a, 41b (position in a plane perpendicular to the optical axis AX) can be changed. . In FIG. 5, this change in the amount of eccentricity is performed by the active members 421a, 421b, 431a, and 431b. Active members 421a, 421b, 431a,
431b is a holding member 420a, 420b, 430a,
Guide optical systems 42a, 42b, 43 via 430b
a, 43b are movable. In addition, the incident surface (left end in the figure) of each second fly-eye lens 40a, 40b and the incident surface (left end in the figure) of each first fly-eye lens 41a, 41b.
Are almost formed in an image-forming relationship, but the guide optical system 42
If the operations of a, 42b, 43a, and 43b are in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX, this imaging relationship (in the optical axis AX direction) is not greatly disrupted. Each of the first fly-eye lenses 41a and 41b is also movable in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX by the active members 411a and 411b similarly to the guide optical system.

【0045】図5の系においては各第2フライアイレン
ズ40a、40bを射出した光束を、ガイド光学系42
a、42b、43a、43bにより光軸AXに垂直な面
内の任意の位置に移動することが可能である。従って、
各第2フライアイレンズ群40a、40b及び光分割光
学系20、21は可動でなく、固定的であっても構わな
い。図5ではこれらは共通の保持部材22aによって保
持されるものとした。但し、図5の如きガイド光学系4
2a、42b、43a、43b及び第1フライアイレン
ズ群41a、41bの構成としても、光分割光学系2
0、21及び第2フライアイレンズ群40a、40bは
図2、図3の如く個別に可動としてもよい。尚、図5で
は第1、第2のフライアイレンズ共に、各2個とした
が、これはいくつであっても構わない。
In the system shown in FIG. 5, a light beam emitted from each of the second fly-eye lenses 40a and 40b is transmitted to a guide optical system 42.
It is possible to move to an arbitrary position in a plane perpendicular to the optical axis AX by a, 42b, 43a, 43b. Therefore,
The second fly-eye lens groups 40a and 40b and the light splitting optical systems 20 and 21 may not be movable but may be fixed. In FIG. 5, these are held by the common holding member 22a. However, the guide optical system 4 as shown in FIG.
2a, 42b, 43a, 43b and the first fly-eye lens groups 41a, 41b,
The 0, 21 and second fly-eye lens groups 40a, 40b may be individually movable as shown in FIGS. In FIG. 5, each of the first and second fly-eye lenses has two lenses, but any number may be used.

【0046】図6、図7、図8はそれぞれ光分割光学系
の変形例である。図6の例では、光分割光学系は凹形状
の多面体プリズム20aと、凸レンズ(あるいは正のパ
ワーを持つレンズ群)21aとより構成される。インプ
ットレンズ4より射出されるコリメートされた照明光束
は多面体プリズム20aにより分割され、かつ発散され
るが、凸レンズ21aにより各々集光され、第2フライ
アイレンズ40a、40bに入射する。尚、多面体プリ
ズム20aの斜面の傾斜角はθ1であるとしたが、この
角度の変更によって、第2フライアイレンズ40a、4
0b近傍における分割後の各光束の光軸AXに垂直な面
内での位置を変えることもできる。例えば、図の如く、
θ1とθ2の異なる傾斜角を持った2個の多面プリズム2
0a、20bを用意し、これらを能動部材27cにより
交換可能にしてもよい。ここで、2つの多面プリズム2
0a、20bは一体の保持具22aにより保持され、か
つ保持具22aは可動部材24cにより保持されてい
る。可動部材24cは固定部材26cに対して、能動部
材27cの動力をもとに可動となっている。
FIGS. 6, 7 and 8 show modifications of the light dividing optical system. In the example of FIG. 6, the light splitting optical system includes a concave polygonal prism 20a and a convex lens (or a lens group having a positive power) 21a. The collimated illumination light beam emitted from the input lens 4 is split and diverged by the polyhedral prism 20a, but is condensed by the convex lens 21a and enters the second fly-eye lenses 40a and 40b. The inclination angle of the inclined surface of the polyhedron prism 20a is set to a theta 1, the change of this angle, the second fly-eye lens 40a, 4
The position in the plane perpendicular to the optical axis AX of each light beam after the division near 0b can be changed. For example, as shown in the figure,
theta 1 and theta of two with different tilt angles 2 polygonal prism 2
0a and 20b may be prepared, and these may be made replaceable by the active member 27c. Here, two polygonal prisms 2
0a and 20b are held by an integral holder 22a, and the holder 22a is held by a movable member 24c. The movable member 24c is movable with respect to the fixed member 26c based on the power of the active member 27c.

【0047】尚、図6中の2つの多面プリズムは斜面の
傾斜角は異なるが、その向きは同一であるとしてある
が、向きも異なっていてもよい。あるいは一方は、2分
割用のV型凹部であり、一方はピラミッド型凹部を有し
ていても構わない。また、図6中の第2フライアイレン
ズ群40a、40b、ガイド光学系42a、42b、4
3a、43b、第1フライアイレンズ群41a、41b
の保持機構は、図2、図4、図5に示したものと同じよ
うな構成とする。
Although the two polyhedral prisms in FIG. 6 have different inclination angles of the inclined surfaces and the same direction, the directions may be different. Alternatively, one may be a V-shaped recess for dividing into two, and one may have a pyramid-shaped recess. Also, the second fly-eye lens groups 40a and 40b and the guide optical systems 42a and 42b and 4 in FIG.
3a, 43b, first fly-eye lens groups 41a, 41b
Has a configuration similar to that shown in FIG. 2, FIG. 4, and FIG.

【0048】図7は光分割光学系として光ファイバー2
0cを用いた例である。ファイバー入射部20bより入
射した照明光は射出部21b、21cでは2光束に分割
される。尚、射出部21b、21cは、図2に示す如き
一体に保持された合成フライアイレンズと同一の保持部
材44c、44dにより保持される。これによって、各
合成フライアイレンズの移動に伴って、各光束の位置も
自動的に移動(追従)する。
FIG. 7 shows an optical fiber 2 as a light splitting optical system.
This is an example using 0c. The illumination light incident from the fiber incident part 20b is split into two light beams at the emission parts 21b and 21c. In addition, the emission portions 21b and 21c are held by the same holding members 44c and 44d as the synthetic fly-eye lens held integrally as shown in FIG. Accordingly, the position of each light beam automatically moves (follows) with the movement of each synthetic fly-eye lens.

【0049】図8は光分割光学系として複数のミラー2
0d、21e、21fを用いた例である。第1ミラー2
0dは、V字型のミラーであって光束を2分割する。第
2ミラー21e、21fは平面ミラーであって各光束を
第1フライアイレンズ40a、40bに導く。ここで
は、第2ミラー21e、21fは合成フライアイを一体
に保持する保持部材44e、44fと一体に保持される
ものとする。
FIG. 8 shows a plurality of mirrors 2 as a light splitting optical system.
This is an example using 0d, 21e, and 21f. First mirror 2
0d is a V-shaped mirror that divides a light beam into two. The second mirrors 21e and 21f are plane mirrors and guide each light beam to the first fly-eye lenses 40a and 40b. Here, it is assumed that the second mirrors 21e and 21f are integrally held by holding members 44e and 44f that integrally hold the composite fly eye.

【0050】図7、図8の例共に合成フライアイの保持
部材44c、44d、44e、44fは図2あるいは図
4と同様に、光軸AXと垂直な面内方向で移動可能であ
る。また、各フライアイレンズの個数及び光分割光学系
による分割数は2個に限らず何個でもよい。図7ではフ
ァイバー20cの分割数を変えればよく、図8では第1
ミラー20dに、ピラミッド型ミラー(4分割)等を用
いればよい。
7 and 8, the holding members 44c, 44d, 44e and 44f of the synthetic fly's eye can move in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX, as in FIG. 2 or FIG. The number of fly-eye lenses and the number of divisions by the light dividing optical system are not limited to two, but may be any number. In FIG. 7, the number of divisions of the fiber 20c may be changed, and in FIG.
A pyramid-type mirror (four-split) or the like may be used as the mirror 20d.

【0051】尚、光分割光学系の構成はこれらに限定さ
れるものではない。例えば、図6中の多面プリズム20
a、20bの代わりに、回折格子、特に位相回折格子あ
るいは、凸レンズアレイなどを用いることなども可能で
ある。図9は、第1フライアイレンズ群41a、41b
から投影光学系11までの系における変形例である。第
1フライアイレンズの射出面、すなわちレチクルパター
ン10に対するフーリエ変換面より射出した照明光は、
リレーレンズ6aによって、集光、整形される。このと
き、リレーレンズ6aの作用によってレチクルパターン
10と結像関係となる面が作られる。従って、この面に
視野絞り(照明エリア絞り)14を設けることで、レチ
クルパターン面での照明エリアを制限することができ
る。
The configuration of the light splitting optical system is not limited to these. For example, the polygon prism 20 shown in FIG.
Instead of a and 20b, it is also possible to use a diffraction grating, especially a phase diffraction grating, a convex lens array, or the like. FIG. 9 shows the first fly-eye lens groups 41a and 41b.
This is a modification of the system from to the projection optical system 11. The illumination light emitted from the emission surface of the first fly-eye lens, that is, the Fourier transform surface for the reticle pattern 10,
The light is condensed and shaped by the relay lens 6a. At this time, a surface having an image forming relationship with the reticle pattern 10 is created by the action of the relay lens 6a. Therefore, by providing the field stop (illumination area stop) 14 on this surface, the illumination area on the reticle pattern surface can be limited.

【0052】照明光は視野絞り14の後のリレーレンズ
6b、コンデンサーレンズ6c、8、ミラー7を介して
レチクル9に照射される。また、リレーレンズ6bとコ
ンデンサーレンズ6cの間には、レチクルパターン10
のフーリエ変換面17bが現われる。図9の開口絞り5
は第2フライアイレンズの射出面近傍に設けたが、この
フーリエ変換面17bの近傍に設けることもできる。
The illuminating light is applied to the reticle 9 via the relay lens 6b, condenser lenses 6c and 8 and mirror 7 after the field stop 14. A reticle pattern 10 is provided between the relay lens 6b and the condenser lens 6c.
Appears on the Fourier transform surface 17b. Aperture stop 5 in FIG.
Is provided near the exit surface of the second fly-eye lens, but may be provided near the Fourier transform surface 17b.

【0053】次に、図10を用いて本発明で使用するフ
ライアイレンズのエレメントについて説明する。図10
(A)は前述のとおり入射面401aと光源側焦点面4
03a及び、射出面402aとレチクル側焦点面404
aが一致する型式であり、以上の実施例中で用いられた
ものである。
Next, the fly-eye lens element used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
(A) shows the incident surface 401a and the light source side focal plane 4 as described above.
03a, the exit surface 402a and the reticle-side focal plane 404
"a" is a matching model, which is used in the above embodiment.

【0054】しかしながら、図10(A)の構成では、
フライアイレンズのエレメント内部の光束はすべてガラ
ス中を通るうえに、ガラス(フライアイレンズ)内部に
光束の集光点が生じる。例えば光源にエキシマ等のパル
スレーザを用いる場合、1パルスあたりのエネルギーが
極めて高くなり、集光点がガラス中に存在すると、集光
部の光エネルギーによってガラスが破損してしまう可能
性がある。
However, in the configuration of FIG.
All the light beams inside the element of the fly-eye lens pass through the glass, and a light-converging point is generated inside the glass (fly-eye lens). For example, when a pulsed laser such as an excimer is used as a light source, the energy per pulse becomes extremely high, and if the focal point exists in the glass, the glass may be damaged by the light energy of the focal point.

【0055】図10(B)、図10(C)は、これを防
止する為のフライアイレンズエレメントである。図10
(B)は、入射面401b、射出面402bが共に凸レ
ンズから成るが、そのレチクル側焦点面404bは射出
面402bとは異なる(光源側焦点面403bと入射面
401bは一致する)。これは、入射面401bと射出
面402bの曲率を変えることで実現できる。このよう
にすると、光源からの光束はフライアイレンズエレメン
ト400bの外部に集光点を持つ。
FIGS. 10B and 10C show fly-eye lens elements for preventing this. FIG.
In (B), both the entrance surface 401b and the exit surface 402b are formed of convex lenses, but the reticle-side focal surface 404b is different from the exit surface 402b (the light source-side focal surface 403b and the entrance surface 401b coincide). This can be realized by changing the curvature of the entrance surface 401b and the exit surface 402b. In this case, the light beam from the light source has a condensing point outside the fly-eye lens element 400b.

【0056】図10(C)は図10(B)の変形であっ
て、入射面401cを平面としたフライアイレンズエレ
メント400cを示したものである。ここでも集光点
(レチクル側焦点面404c)をレンズ400c外部に
出すことができる。また、レンズ400c内では光束は
全く集光しない。しかし、入射面401cに屈折作用が
ない為、垂直かつ平行な入射光以外では、光束がフライ
アイレンズ400c内壁に当たり、迷光を生じてしま
う。従って図10(C)は、光源がレーザである場合の
第2フライアイレンズとして特に有効である。なぜな
ら、レーザ光源を使うと、入射光束をほぼ平行光束と
し、かつ垂直に第1フライアイレンズに入射させること
ができるからである。
FIG. 10C is a modification of FIG. 10B, and shows a fly-eye lens element 400c having a plane of incidence 401c. Also in this case, the light condensing point (reticle side focal plane 404c) can be projected outside the lens 400c. Further, the light beam is not condensed at all in the lens 400c. However, since the incident surface 401c does not have a refraction action, a light beam hits the inner wall of the fly-eye lens 400c except for perpendicular and parallel incident light, causing stray light. Therefore, FIG. 10C is particularly effective as the second fly-eye lens when the light source is a laser. This is because, when a laser light source is used, the incident light beam can be made substantially parallel light beam and can be vertically incident on the first fly-eye lens.

【0057】一方、図10(B)の場合は、図10
(C)と同様にして、レーザ光源での第1フライアイレ
ンズとしての使用が適している。図10(D)に示すフ
ライアイレンズエレメントは2枚の凸レンズ400d、
400eから成るものである。図10(A)〜(C)と
異なり、2つの凸レンズ400d、400eの間の空間
に空気、窒素、あるいはヘリウム等の気体が満たされ
る。例えば200nm以下の露光波長を使用する場合、
レンズ材料は透過性の良いものがないので、図10
(D)のように極力ガラス等の透過性のソリッド部材を
減らした方がよい。また、この場合、投影光学系は反射
光学系(一部屈折部材を含んでもよい)を使用し、光分
割光学系も図8に示した如き、反射鏡を使用したものと
するとよい。
On the other hand, in the case of FIG.
As in the case of (C), use as a first fly-eye lens with a laser light source is suitable. The fly-eye lens element shown in FIG. 10D has two convex lenses 400d,
400e. Unlike FIGS. 10A to 10C, the space between the two convex lenses 400d and 400e is filled with a gas such as air, nitrogen, or helium. For example, when using an exposure wavelength of 200 nm or less,
Since there is no lens material having good transparency, FIG.
As shown in (D), it is better to reduce the number of transparent solid members such as glass as much as possible. In this case, it is preferable that the projection optical system uses a reflection optical system (which may include a partly refracting member), and the light splitting optical system uses a reflection mirror as shown in FIG.

【0058】次に、露光すべきレチクルパターンに応じ
て、これらの系をどのように最適にするかを説明する。
第1フライアイレンズ群の各位置(光軸と垂直な面内で
の位置)は、転写すべきレチクルパターンに応じて決定
(変更)するのが良い。この場合の位置決定方法は作用
の項で述べた通り、各第1フライアイレンズ群からの照
明光束が転写すべきパターンの微細度(ピッチ)に対し
て最適な解像度、及び焦点深度の向上効果を得られるよ
うにレチクルパターンに入射する位置(入射角ψ)とす
ればよい。
Next, how to optimize these systems according to the reticle pattern to be exposed will be described.
Each position of the first fly-eye lens group (a position in a plane perpendicular to the optical axis) is preferably determined (changed) according to a reticle pattern to be transferred. The position determination method in this case is, as described in the operation section, an effect of improving the resolution and the depth of focus that are optimal for the fineness (pitch) of the pattern to which the illumination light flux from each first fly-eye lens group is to be transferred. The position (incident angle ψ) at which light is incident on the reticle pattern may be obtained so as to obtain

【0059】次に、各第1フライアイレンズ群の位置決
定の具体例を、図11、及び図12(A)、(B)、
(C)、(D)を用いて説明する。図11は第1フライ
アイレンズ群41a、41bからレチクルパターン10
までの部分を模式的に表わす図であり、第1フライアイ
レンズ群41のレチクル側焦点面414a、414b
が、レチクルパターン10のフーリエ変換面17と一致
している。またこのとき両者をフーリエ変換の関係とな
らしめるレンズ、またはレンズ群を、一枚のレンズ6と
して表わしてある。さらに、レンズ6のフライアイレン
ズ側主点からフライアイレンズ群41のレチクル側焦点
面414a、414bまでの距離と、レンズ6のレチク
ル側主点からレチクルパターン10までの距離は共にf
であるとする。
Next, a specific example of determining the position of each first fly-eye lens group will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (C) and (D). FIG. 11 shows the reticle pattern 10 from the first fly-eye lens groups 41a and 41b.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a portion up to and including a reticle-side focal plane 414a, 414b of a first fly-eye lens group 41;
Correspond to the Fourier transform surface 17 of the reticle pattern 10. At this time, a lens or a lens group that makes them have a Fourier transform relationship is represented as one lens 6. Further, the distance from the fly-eye lens-side principal point of the lens 6 to the reticle-side focal planes 414a and 414b of the fly-eye lens group 41 and the distance from the reticle-side principal point of the lens 6 to the reticle pattern 10 are both f.
And

【0060】図12(A)、(C)は共にレチクルパタ
ーン10中に形成される一部分のパターンの例を表わす
図であり、図12(B)は図12(A)のレチクルパタ
ーンの場合に最適な第1フライアイレンズ群の中心の、
フーリエ変換面17(投影光学系の瞳面)での位置を示
し、図12(D)は図12(C)のレチクルパターンの
場合に最適な各フライアイレンズ群の位置(最適な各フ
ライアイレンズ群の中心の位置)を表わす図である。
FIGS. 12A and 12C are diagrams each showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 10, and FIG. 12B is a diagram showing the case of the reticle pattern of FIG. At the center of the optimal first fly-eye lens group,
FIG. 12D shows the position on the Fourier transform plane 17 (pupil plane of the projection optical system). FIG. 12D shows the optimal position of each fly-eye lens group (optimum fly-eye lens) in the case of the reticle pattern shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a position of a center of a lens group).

【0061】図12(A)は、いわゆる1次元ラインア
ンドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等し
い幅でY方向に帯状に並び、それらがX方向にピッチP
で規則的に並んでいる。このとき、個々の第1フライア
イレンズの最適位置は図12(B)に示すようにフーリ
エ変換面内に仮定したY方向の線分Lα上、及び線分L
β上の任意の位置となる。図12(B)はレチクルパタ
ーン10に対するフーリエ変換面17を光軸AX方向か
ら見た図であり、かつ面17内の座標系X、Yは、同一
方向からレチクルパターン10を見た図12(A)と同
一にしてある。
FIG. 12A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern in which a transparent portion and a light-shielding portion are arranged in a band in the Y direction with the same width, and they are arranged at a pitch P in the X direction.
Are arranged regularly. At this time, the optimum positions of the individual first fly-eye lenses are on the line segment Lα in the Y direction assumed in the Fourier transform plane and the line segment L as shown in FIG.
Any position on β. FIG. 12B is a diagram in which the Fourier transform surface 17 with respect to the reticle pattern 10 is viewed from the optical axis AX direction, and the coordinate system X, Y in the surface 17 is a diagram in which the reticle pattern 10 is viewed from the same direction. Same as A).

【0062】さて、図12(B)において、光軸AXが
通る中心Cから各線分Lα、Lβまでの距離α、βはα
=βであり、λを露光波長としたとき、α=β=f・
(1/2)・(λ/P)に等しい。この距離α・βをf
・sinψと表わせれば、sinψ=λ/2Pであり、これは
作用の項で述べた数値と一致している。従って、各第1
フライアイレンズの各中心(各第1フライアイレンズの
夫々によって作られる2次光源像の光量分布の各重心)
位置が線分Lα、Lβ上にあれば、図12(A)に示す
如きラインアンドスペースパターンに対して、各フライ
アイレンズからの照明光により発生する0次回折光と±
1次回折光のうちのどちらか一方との2つの回折光は、
投影光学系瞳面12において光軸AXからほぼ等距離と
なる位置を通る。従って、前述の如く、ラインアンドス
ペースパターン(図12(A))に対する焦点深度を最
大とすることができ、かつ高解像度を得ることができ
る。
In FIG. 12B, the distances α and β from the center C through which the optical axis AX passes to the line segments Lα and Lβ are α
= Β, and when λ is the exposure wavelength, α = β = f ·
It is equal to (1/2) · (λ / P). This distance α · β is f
If it can be expressed as sinψ, then sinψ = λ / 2P, which is consistent with the numerical value described in the section of operation. Therefore, each first
Each center of the fly-eye lens (each barycenter of the light intensity distribution of the secondary light source image created by each of the first fly-eye lenses)
If the position is on the line segments Lα and Lβ, the 0th-order diffracted light generated by the illumination light from each fly-eye lens and ± with respect to the line and space pattern as shown in FIG.
Two diffracted lights with one of the first-order diffracted lights are:
In the pupil plane 12 of the projection optical system, the light passes through a position that is substantially equidistant from the optical axis AX. Therefore, as described above, the depth of focus for the line and space pattern (FIG. 12A) can be maximized, and high resolution can be obtained.

【0063】次に、図12(C)はレチクルパターンが
いわゆる孤立スペースパターンである場合であり、パタ
ーンのX方向(横方向)ピッチがPx、Y方向(縦方
向)ピッチがPyとなっている。図12(D)は、この
場合の各第1フライアイレンズの最適位置を表わす図で
あり、図12(C)との位置、回転関係は図12
(A)、(B)の関係と同じである。図12(C)の如
き、2次元パターンに照明光が入射すると、パターンの
2次元方向の周期性(X:Px、Y:Py)に応じた2
次元方向に回折光が発生する。図12(C)の如き2次
元パターンにおいても回折光中の±1次回折光のうちの
いずれか一方と0次回折光とが投影光学系瞳面12にお
いて光軸AXからほぼ等距離となるようにすれば、焦点
深度を最大とすることができる。図12(C)のパター
ンではX方向のピッチはPxであるから、図12(D)
に示す如く、α=β=f・(1/2)・(λ/Px)と
なる線分Lα、Lβ上に各フライアイレンズ群の中心が
あれば、パターンのX方向成分について焦点深度を最大
とすることができる。同様に、r=ε=f・(1/2)
・(λ/Py)となる線分Lγ、Lε上に各フライアイ
レンズ群の中心があれば、パターンY方向成分について
焦点深度を最大とすることができる。
FIG. 12C shows a case where the reticle pattern is a so-called isolated space pattern, in which the pitch in the X direction (horizontal direction) is Px and the pitch in the Y direction (vertical direction) is Py. . FIG. 12D is a diagram showing the optimum position of each first fly-eye lens in this case, and the position and rotation relationship with FIG. 12C are shown in FIG.
This is the same as the relationship between (A) and (B). When illumination light is incident on a two-dimensional pattern as shown in FIG. 12C, two-dimensional patterns corresponding to the periodicity (X: Px, Y: Py) in the two-dimensional direction of the pattern are obtained.
Diffracted light is generated in the dimensional direction. In the two-dimensional pattern as shown in FIG. 12C, either one of the ± 1st-order diffracted lights in the diffracted light and the 0th-order diffracted light are set so as to be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 of the projection optical system. Then, the depth of focus can be maximized. Since the pitch in the X direction is Px in the pattern of FIG.
If the center of each fly-eye lens group is on the line segments Lα and Lβ such that α = β = f (()) ((λ / Px) as shown in FIG. Can be max. Similarly, r = ε = f · (1/2)
If the center of each fly-eye lens group is located on the line segments Lγ and Lε that become (λ / Py), the depth of focus can be maximized for the pattern Y-direction component.

【0064】以上、図12(B)、又は(D)に示した
各位置に配置したフライアイレンズ群からの照明光束が
レチクルパターン10に入射すると、0次光回折光成分
Doと、+1次回折光成分Dpまたは−1次回折光成分D
mのいずれか一方とが、投影光学系11内の瞳面12で
は光軸AXからほぼ等距離となる光路を通る。従って、
作用の項で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影
露光装置が実現できる。
As described above, when the illumination light flux from the fly-eye lens group arranged at each position shown in FIG. 12B or 12D enters the reticle pattern 10, the 0th-order light diffracted light component Do and the + 1st order Folded light component Dp or -1st order diffracted light component D
Any one of m passes through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 in the projection optical system 11. Therefore,
As described in the operation section, a projection exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus can be realized.

【0065】以上、レチクルパターン10として図12
(A)、又は(C)に示した2例のみを考えたが、他の
パターンであってもその周期性(微細度)に着目し、そ
のパターンからの+1次回折光成分または−1次回折光
成分のいずれか一方と0次回折光成分との2光束が、投
影光学系内の瞳面12では光軸AXからほぼ等距離にな
る光路を通るような位置に各フライアイレンズ群の中心
を配置すればよい。また、図12(A)、(C)のパタ
ーン例は、ライン部とスペース部の比(デューティ比)
が1:1のパターンであった為、発生する回折光中では
±1次回折光が強くなる。このため、±1次回折光のう
ちの一方と0次回折光との位置関係に着目したが、パタ
ーンがデューティ比1:1から異なる場合等では他の回
折光、例えば±2次回折光のうちの一方と0次回折光と
の位置関係が、投影光学系瞳面12において光軸AXか
らほぼ等距離となるようにしてもよい。
The reticle pattern 10 shown in FIG.
Although only the two examples shown in (A) or (C) were considered, even for other patterns, attention was paid to the periodicity (fineness), and a + 1st-order or -1st-order diffracted light component from the pattern was used. The center of each fly-eye lens group is located at a position where two light beams, one of the components and the 0th-order diffracted light component, pass through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 in the projection optical system. do it. The pattern examples in FIGS. 12A and 12C show the ratio (duty ratio) between the line portion and the space portion.
Is a 1: 1 pattern, so that ± 1st-order diffracted light becomes stronger in the generated diffracted light. For this reason, attention has been paid to the positional relationship between one of the ± 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light. However, when the pattern is different from the duty ratio of 1: 1 or the like, the other diffracted lights, for example, one of the ± 2nd-order diffracted lights The positional relationship between the zero-order diffracted light and the zero-order diffracted light may be substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 12 of the projection optical system.

【0066】また、レチクルパターン10が図12
(D)の如く2次元の周期性パターンを含む場合、特定
の1つの0次回折光成分に着目したとき、投影光学系の
瞳面12上ではその1つの0次回折光成分を中心として
X方向(第1方向)に分布する1次以上の高次回折光成
分と、Y方向(第2方向)に分布する1次以上の高次回
折光成分とが存在し得る。そこで、特定の1つの0次回
折光成分に対して2次元のパターンの結像を良好に行う
ものとすると、第1方向に分布する高次回折光成分の1
つと、第2方向に分布する高次回折光成分の1つと、特
定の0次回折光成分との3つが、瞳面12上で光軸AX
からほぼ等距離に分布するように、特定の0次回折光成
分(1つの第1フライアイレンズ)の位置を調節すれば
よい。例えば、図12(D)中で第1フライアイレンズ
中心位置を点Pζ、Pη、Pκ、Pμのいずれかと一致
させるとよい。点Pζ、Pη、Pκ、Pμはいずれも線
分LαまたはLβ(X方向の周期性について最適な位
置、すなわち0次回折光とX方向の±1次回折光の一方
とが投影光学系瞳面12上で光軸からほぼ等距離となる
位置)及び線分Lγ、Lε(Y方向の周期性について最
適な位置)の交点であるため、X方向、Y方向のいずれ
のパターン方向についても最適な光源位置となる。
The reticle pattern 10 is shown in FIG.
When a two-dimensional periodic pattern is included as in (D), when focusing on one specific 0th-order diffracted light component, on the pupil plane 12 of the projection optical system, the X-direction ( A first or higher order diffracted light component distributed in the first direction) and a first or higher order diffracted light component distributed in the Y direction (second direction) can exist. Therefore, if it is assumed that a two-dimensional pattern is favorably imaged with respect to one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction can be used.
And one of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0th-order diffracted light component, on the pupil plane 12, the optical axis AX
The position of a specific 0th-order diffracted light component (one first fly-eye lens) may be adjusted so as to be distributed at substantially the same distance from. For example, the center position of the first fly's eye lens in FIG. 12D may be matched with any of the points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ. Each of the points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ is a line segment Lα or Lβ (the position optimal for the periodicity in the X direction, ie, the 0th-order diffracted light and one of the ± 1st-order diffracted lights in the X direction are on the pupil plane 12 of the projection optical system). And the line segments Lγ and Lε (optimal positions for the periodicity in the Y direction), so that the optimal light source position in both the X and Y pattern directions Becomes

【0067】尚、以上において2次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に2次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
も上記の方法を適用することができる。レチクル上のパ
ターンが複数の方向性又は微細度を有している場合、フ
ライアイレンズ群の最適位置は、上述の様にパターンの
各方向性及び微細度に対応したものとなるが、或いは各
最適位置の平均位置に第1フライアイレンズを配置して
もよい。また、この平均位置は、パターンの微細度や重
要度に応じた重みを加味した荷重平均としてもよい。
In the above description, a pattern having a two-dimensional direction is assumed at the same location on the reticle as a two-dimensional pattern. However, when a plurality of patterns having different directions exist at different positions in the same reticle pattern. The above method can be applied also to the above. When the pattern on the reticle has a plurality of directions or finenesses, the optimal position of the fly-eye lens group corresponds to each directionality and fineness of the pattern as described above, or The first fly-eye lens may be arranged at the average position of the optimum positions. In addition, the average position may be a load average taking into account the weight according to the fineness and importance of the pattern.

【0068】また、各第1フライアイレンズを射出した
光束の0次光成分は、それぞれウエハに対して傾いて入
射する。このときこれらの傾いた入射光束(複数)の光
量重心の方向がウエハに対して垂直でないと、ウエハ1
3の微小デフォーカス時に、転写像の位置がウエハ面内
方向にシフトするという問題が発生する。これを防止す
る為には、各フライアイレンズ群からの照明光束(複
数)の結像面、もしくはその近傍の面上での光量重心の
方向は、ウエハと垂直、すなわち光軸AXと平行である
ようにする。
The 0th-order light component of the light beam emitted from each first fly-eye lens is obliquely incident on the wafer. At this time, if the direction of the center of gravity of the light quantity of these inclined incident light beams (plurality) is not perpendicular to the wafer, the wafer 1
At the time of minute defocusing of No. 3, a problem occurs that the position of the transferred image shifts in the in-plane direction of the wafer. In order to prevent this, the direction of the center of gravity of the light quantity on the image plane of the illuminating light beam (plural) from each fly-eye lens group or on a surface in the vicinity thereof is perpendicular to the wafer, that is, parallel to the optical axis AX. To be there.

【0069】つまり、各第1フライアイレンズに光軸
(中心線)を仮定したとき、投影光学系11の光軸AX
を基準としたその光軸(中心線)のフーリエ変換面内で
の位置ベクトルと、各フライアイレンズ群から射出され
る光量との積のベクトル和が零になる様にすればよい。
また、より簡単な方法としては、第1フライアイレンズ
を2m個(mは自然数)とし、そのうちのm個の位置を
前述の最適化方法(図12)により決定し、残るm個は
前記m個と光軸AXについて対称となる位置に配置すれ
ばよい。
That is, when the optical axis (center line) is assumed for each first fly-eye lens, the optical axis AX of the projection optical system 11
The vector sum of the product of the position vector of the optical axis (center line) in the Fourier transform plane with respect to the amount of light emitted from each fly-eye lens group may be set to zero.
As a simpler method, the number of first fly-eye lenses is 2m (m is a natural number), and the positions of m are determined by the above-described optimization method (FIG. 12), and the remaining m are m What is necessary is just to arrange | position at the position which becomes symmetrical about an optical axis AX with this.

【0070】以上のように、各第1フライアイレンズの
位置が決定されると、それに従ってガイド光学系の位置
(図5)や光分割光学系の状態(図2、図3、図6)が
決定される。このときガイド光学系や、光分割光学系あ
るいは第2フライアイレンズの位置等は最も効率よく
(光量損出なく)、第1フライアイレンズに照明光を入
射すべく決定する。
As described above, when the position of each first fly-eye lens is determined, the position of the guide optical system (FIG. 5) and the state of the light splitting optical system (FIGS. 2, 3, and 6) are accordingly determined. Is determined. At this time, the position of the guide optical system, the light splitting optical system, the position of the second fly-eye lens, and the like are determined so that the illumination light is incident on the first fly-eye lens most efficiently (without loss of light amount).

【0071】尚、以上の系において、各動作部にはエン
コーダ等の位置検出器を備えておくと良い。図1中の主
制御系50または駆動系56は、これらの位置検出器か
らの位置情報を基に各構成要素の移動、回転、交換を行
なう。また、各フライアイレンズ群のレンズエレメント
の形状であるが、通常、レチクルの有効エリア、又は回
路パターンエリアは直方形であることが多い。従って、
第1フライアイレンズの各エレメントの入射面(レチク
ルパターンと結像関係:なぜなら射出面とレチクルパタ
ーン面はフーリエ変換の関係であり、入射面(光源側焦
点面)と射出面(レチクル側焦点)も当然フーリエ変換
の関係であるため)は、レチクルパターン面の平面形状
に応じた矩形であると、効率よくレチクルのパターン部
のみを照明できる。
In the above system, it is preferable that each operation unit is provided with a position detector such as an encoder. The main control system 50 or the drive system 56 in FIG. 1 moves, rotates, and exchanges each component based on the position information from these position detectors. Although the shape of the lens element of each fly-eye lens group is usually the effective area of the reticle or the circuit pattern area is often rectangular. Therefore,
The incident surface of each element of the first fly-eye lens (the reticle pattern and the image forming relationship: the exit surface and the reticle pattern surface are in a Fourier transform relationship, and the incident surface (the light source side focal plane) and the exit surface (the reticle side focal point) However, since it is a relationship of the Fourier transform), if the rectangular shape corresponds to the planar shape of the reticle pattern surface, only the pattern portion of the reticle can be efficiently illuminated.

【0072】第1フライアイレンズは、各上記エレメン
トの組みとして成るが、その全入射面の合計は、任意の
形状でよい。但し、この全入射面の合計と、第2フライ
アイレンズの1つのエレメントの入射面は結像関係とな
るので、第2フライアイレンズの1つのエレメントの入
射面と似たような形状であると光量損出が少なくて済
む。例えば、第2フライアイレンズの1つのエレメント
の入射面が長方形ならば、各第1フライアイレンズの全
入射面もまた長方形とする。あるいは、第2フライアイ
レンズの1つのエレメントの入射面が正六角形ならば、
各第1フライアイレンズの全入射面は、正六角形に内接
するような形状とするとよい。
The first fly-eye lens is formed as a set of the above-mentioned elements, and the total of all the incident surfaces may be any shape. However, since the total of all the incident surfaces and the incident surface of one element of the second fly-eye lens have an image-forming relationship, the shape is similar to the incident surface of one element of the second fly-eye lens. Light loss can be reduced. For example, if the incident surface of one element of the second fly-eye lens is rectangular, the entire incident surface of each first fly-eye lens is also rectangular. Alternatively, if the incident surface of one element of the second fly-eye lens is a regular hexagon,
The entire entrance surface of each first fly-eye lens may have a shape inscribed in a regular hexagon.

【0073】尚、第2フライアイレンズの1つのエレメ
ントの入射面形状の像が、ガイド光学系によって各第1
フライアイレンズの全入射面よりやや大きくなるように
投影されると、第1フライアイレンズでの照度均一化効
果が一層高まる。また、各第1フライアイレンズの射出
面の大きさは、射出する各光束の1つあたりの開口数
(レチクル上の角度分布の片幅)が、投影光学系のレチ
クル側開口数に対して0.1から0.3倍程度であると
よい。これは0.1倍以下では転写パターン(像)の忠
実度が低下し、0.3倍以上では、高解像度かつ大焦点
深度の効果が薄らぐからである。
An image of the shape of the incident surface of one element of the second fly-eye lens is formed by the guide optical system for each first element.
When the light is projected so as to be slightly larger than the entire incident surface of the fly-eye lens, the effect of uniforming the illuminance of the first fly-eye lens is further enhanced. The size of the exit surface of each first fly-eye lens is such that the numerical aperture per light beam to be emitted (one width of the angular distribution on the reticle) is smaller than the numerical aperture on the reticle side of the projection optical system. The ratio is preferably about 0.1 to 0.3 times. This is because if the magnification is 0.1 or less, the fidelity of the transfer pattern (image) decreases, and if the magnification is 0.3 or more, the effect of high resolution and large depth of focus is diminished.

【0074】また、本発明の実施例で示した装置におい
て、光分割器から第1フライアイレンズ群、ガイド光学
系、第2フライアイレンズ群の各光学系(図2に示す構
成)を、従来の照明光学系における対応部分、すなわち
リレーレンズと1つのフライアイレンズとを一体にした
ものと交換可能にしてもよい。先にも述べたように、各
第1フライアイレンズ(41a、41b・・・・)を射出し
た照明光によってレチクルパターンで発生した各0次回
折光は、それぞれウエハに対してほぼ対称的に傾いて入
射する。この複数の0次回折光の傾きの対称性を十分に
良くしておかないと、ウエハが最良結像面から光軸AX
方向にずれたときに像シフトを招くことになる。そこ
で、そのことについて、さらに図13〜図16を参照し
て詳述する。
In the apparatus shown in the embodiment of the present invention, each optical system (the configuration shown in FIG. 2) of the first fly-eye lens group, the guide optical system, and the second fly-eye lens group from the light splitter is A corresponding part in a conventional illumination optical system, that is, a relay lens and one fly-eye lens may be exchangeable with an integrated one. As described above, each 0th-order diffracted light generated in the reticle pattern by the illumination light emitted from each of the first fly-eye lenses (41a, 41b,...) Is inclined substantially symmetrically with respect to the wafer. Incident. Unless the symmetry of the inclination of the plurality of 0th-order diffracted lights is sufficiently improved, the wafer cannot move from the best imaging plane to the optical axis AX.
When it shifts in the direction, an image shift is caused. Therefore, this will be described in detail with reference to FIGS.

【0075】図13は、原理説明を行った図17と同様
に、第1フライアイレンズ41a、41b、コンデンサ
ーレンズ8、レチクル9、及び投影光学系11の前側の
レンズ系11Aまでの系を模式的に示したものである。
ここで、レチクル9上には互いにピッチが異なる2つの
1次元格子パターンGR1、GR2が形成されているもの
とする。第1フライアイレンズ41a、41bの射出面
(正確には多数の点光源像が形成される面)はフーリエ
変換面17とほぼ一致して配置され、個々の点光源像か
らの発散光はコンデンサーレンズ8によってほぼ平行光
束にコリメートされてレチクル9上で重畳される。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the system including the first fly-eye lenses 41a and 41b, the condenser lens 8, the reticle 9, and the lens system 11A on the front side of the projection optical system 11, as in FIG. It is shown in a typical manner.
Here, it is assumed that two one-dimensional grating patterns GR 1 and GR 2 having different pitches are formed on the reticle 9. The exit surfaces of the first fly-eye lenses 41a and 41b (more precisely, the surfaces on which a large number of point light source images are formed) are arranged substantially coincident with the Fourier transform surface 17, and divergent light from each point light source image is condensed. The light is collimated into a substantially parallel light beam by the lens 8 and superimposed on the reticle 9.

【0076】ここで、第1フライアイレンズ41aの射
出面内の中心に位置する点光源像をISa、この点光源
ISaからの照明光をLAとし、第2フライアイレンズ
41bの射出面内の中心に位置する点光源像をISb、
この点光源ISbからの照明光をLBとする。図13に
おいて、各点光源像からレチクル9の中心へ向かう破線
は、各光束の中心線を表す。照明光LA、LBは光軸A
Xに対して対称的に角度ψだけ傾いてレチクル9に入射
する。この入射角±ψはレチクル9上の格子パターンG
1のピッチに対して最適化されているものとする。す
なわち、照明光LAの照射によって格子パターンGR1
から発生する0次回折光LAoと−1次回折光Dmaと
は、対称的な角度で投影光学系へ入射し、照明光LBの
照射によって格子パターンGR1から発生する0次回折
光LBoと+1次回折光Dpbとは、対称的な角度で投影
光学系へ入射する。尚、照明光LAによって発生した+
1次回折光Dpaと、照明光LBによって発生した−1次
回折光Dmbとは、投影光学系の前側レンズ系11Aに入
射できたとしても、投影光学系の瞳12を通過すること
はできない。
Here, the point light source image located at the center of the exit surface of the first fly-eye lens 41a is denoted by ISa, the illumination light from this point light source ISa is denoted by LA, and the point-light source image is denoted by LA. The point light source image located at the center is ISb,
The illumination light from the point light source ISb is defined as LB. In FIG. 13, a broken line from each point light source image toward the center of the reticle 9 represents the center line of each light beam. Illumination light LA, LB is optical axis A
The light is incident on the reticle 9 at an angle 傾 symmetrically with respect to X. The angle of incidence ± ψ corresponds to the grating pattern G on the reticle 9.
It is assumed to be optimized for the pitch of R 1. That is, the grating pattern GR 1 is irradiated by the illumination light LA.
The 0th-order diffracted light LAo and the -1st-order diffracted light Dma generated from the light are incident on the projection optical system at symmetric angles, and the 0th-order diffracted light LBo and the + 1st- order diffracted light Dpb generated from the grating pattern GR1 by irradiation of the illumination light LB. Means that the light enters the projection optical system at a symmetric angle. In addition, + generated by the illumination light LA
The first-order diffracted light Dpa and the -1st-order diffracted light Dmb generated by the illumination light LB cannot pass through the pupil 12 of the projection optical system even if it can enter the front lens system 11A of the projection optical system.

【0077】さて、図14は図13に示した照明条件の
もとでレチクル9からウエハ13までの光路を模式的に
示したものである。図14において、投影光学系11は
瞳12を挟んで前側レンズ系11Aと後側レンズ系11
Bとに分けて示されており、前側レンズ系11Aはレチ
クル9上のパターンからの光を瞳12の面へフーリエ変
換する機能を有し、後側レンズ系11Bは瞳12の面に
分布する光をウエハ上へ逆フーリエ変換する機能を有す
る。また、投影光学系11はレチクル側、ウエハ側とも
にテレセントリック系であるので、レチクル上の格子パ
ターンGR1、GR2の各中心点から光軸AXと平行に進
んで前側レンズ系11Aに入射する主光線LL1、LL2
は、いずれも瞳12の中心点(光軸AXが通る点)CC
を斜めに通過した後、後側レンズ系11Bから再び光軸
AXと平行になってウエハ13へ達する。
FIG. 14 schematically shows an optical path from the reticle 9 to the wafer 13 under the illumination conditions shown in FIG. 14, a projection optical system 11 includes a front lens system 11A and a rear lens system 11 with a pupil 12 interposed therebetween.
B, the front lens system 11A has a function of Fourier transforming light from the pattern on the reticle 9 to the plane of the pupil 12, and the rear lens system 11B is distributed on the plane of the pupil 12. It has the function of inverse Fourier transforming light onto the wafer. Further, since the projection optical system 11 is a telecentric system on both the reticle side and the wafer side, the projection optical system 11 travels from each center point of the grating patterns GR 1 and GR 2 on the reticle in parallel with the optical axis AX and enters the front lens system 11A. Light rays LL 1 , LL 2
Is the center point of the pupil 12 (the point through which the optical axis AX passes) CC
Obliquely, the light again reaches the wafer 13 from the rear lens system 11B in parallel with the optical axis AX.

【0078】まず、照明光LA(平行光束)の照射によ
って格子パターンGR1から発生した0次回折光LAoと
−1次回折光Dmaとは、いずれも平行光束のまま主光線
LL1に対して対称的な角度ψで前側レンズ系11Aに
入射し、瞳12内の2ヶ所の点Qa、Qbにスポットと
なって収れんする。この点Qa、Qbは瞳中心点CCに
関して対称に位置し、点Qa、Qbを結ぶ方向が格子パ
ターンGR1のピッチ方向と一致している。さらに、点
Qaには0次回折光LAoによって点光源ISaが再結
像し、点Qbには−1次回折光Dmaによって点光源IS
aが再結像している。そして、0次回折光LAoと−1
次回折光Dmaとは、後側レンズ系11Bによって、それ
ぞれ対称的な入射角をもった平行光束に変換されてウエ
ハ13上で交差する。これによって、ウエハ13上には
格子パターンGR1の像(干渉縞)GR1a´が形成され
る。
[0078] First, symmetrical with respect to the illumination light LA and the 0-order diffracted light LAo and -1-order diffracted light Dma generated from the grating pattern GR 1 by irradiation of (parallel light flux), while the principal ray LL 1 of both parallel beams The light enters the front lens system 11A at an appropriate angle ψ, and converges as spots at two points Qa and Qb in the pupil 12. This point Qa, Qb is located symmetrically with respect to the pupil center point CC, the point Qa, the direction connecting the Qb coincides with the pitch direction of the grating pattern GR 1. Further, the point light source ISa is re-imaged at the point Qa by the 0th-order diffracted light LAo, and the point light source ISa is formed at the point Qb by the -1st-order diffracted light Dma.
a is re-imaged. Then, the zero-order diffracted light LAo and -1
The next-order diffracted light Dma is converted by the rear lens system 11B into parallel light beams having symmetrical incident angles, and intersects on the wafer 13. As a result, an image (interference fringe) GR 1a ′ of the grid pattern GR 1 is formed on the wafer 13.

【0079】ここで、0次回折光LAo、−1次回折光
Dmaのウエハ13への入射角をそれぞれψ´とし、投影
光学系11の縮小倍率を1/Mとすると、M・sinψ=s
inψ´の関係になっている。そして、ウエハ13上に生
成される干渉縞のピッチPfは次式で表される。 Pf=λ/(sinψ´+sinψ´)=λ/2sinψ´ また、格子パターンGR1のピッチをPg1とすると、入
射角ψの照明光LAによって発生する−1次回折光Dma
の0次回折光からの回折角はほぼ2ψとなり、正確に
は、λ/Pg1=sinψ(入射角)+sinψ(1次回折光の光
軸からの角度)の関係にある。従って、ウエハ13上の
干渉縞のピッチPfは次式のようになる。
Here, assuming that the incidence angles of the 0th-order diffracted light LAo and the -1st-order diffracted light Dma on the wafer 13 are ψ ′ and the reduction magnification of the projection optical system 11 is 1 / M, M · sinψ = s
inψ´ relationship. The pitch P f of the interference fringes generated on the wafer 13 is represented by the following equation. P f = λ / (sinψ' + sinψ') = λ / 2sinψ' addition, if the pitch of the grating pattern GR 1 and Pg 1, -1 order diffracted light Dma generated by the illumination light LA incident angle ψ
The diffraction angle from the 0th-order diffracted light is approximately 2 °, to be precise, λ / Pg 1 = sinψ (incident angle) + sinψ (the angle of the first -order diffracted light from the optical axis). Thus, the pitch P f of the interference fringes on the wafer 13 is as follows.

【0080】 Pf=λ/2sinψ´=λ/2Msinψ =λ/2M(λ/2Pg1)=Pg1/M すなわち、レチクル上の格子パターンGR1のピッチを
そのまま1/Mにした像GR1a´が投影される。一方、
レチクルに対するもう1つの照明光LBは、照明光LA
に対して全く対称に入射するので、照明光LBによって
発生した0次回折光LBoと+1次回折光Dpbとは、そ
れぞれ先の−1次回折光Dma、0次回折光LAoと同一
光路を通り、点Qb、Qaに収れんした後、ウエハ13
上で平行光束となって交差する。このとき、0次回折光
LBoと+1次回折光Dpbとの干渉によって、像(干渉
縞)GR1b´が生成される。この像GR1b´と先に述べ
た像GR1a´とは、2つの0次回折光LAo、LBoが主
光線LL1に対して対称的に入射するため、全く同じ位
置に重畳して生成される。また、2つの像GR1a´、G
1b´の間では定常的な干渉が起こらないため、この2
つの像を単純に強度加算したものが、最終的な像GR1
´ として投影される。2つの像GR1a´、GR1b´
は、それぞれ振幅強度1の0次光と、振幅強度0.63
7(2/π)の1次光との干渉によって生じたものであ
るので、ウエハ13上での照度(振幅強度の絶対値)は
図15のようになる。
P f = λ / 2 sinψ ′ = λ / 2M sinψ = λ / 2M (λ / 2Pg 1 ) = Pg 1 / M That is, the image GR 1a in which the pitch of the grating pattern GR 1 on the reticle is reduced to 1 / M as it is. 'Is projected. on the other hand,
Another illumination light LB for the reticle is illumination light LA
, The 0th-order diffracted light LBo and the + 1st-order diffracted light Dpb generated by the illumination light LB pass through the same optical path as the -1st-order diffracted light Dma and the 0th-order diffracted light LAo, respectively, and pass through the points Qb, After convergence in Qa, the wafer 13
Intersects as a parallel light beam above. At this time, an image (interference fringe) GR 1b ′ is generated by interference between the 0th-order diffracted light LBo and the + 1st-order diffracted light Dpb. The image GR 1b ′ and the above-described image GR 1a ′ are generated by being superimposed at exactly the same position because the two zero-order diffracted lights LAo and LBo are symmetrically incident on the principal ray LL 1 . . Also, two images GR 1a ′, G
Since no constant interference occurs between R 1b ′, this 2
The image obtained by simply adding the intensity of the two images is the final image GR 1
'. Two images GR 1a ′, GR 1b
Are the zero-order light of amplitude intensity 1 and the amplitude intensity of 0.63, respectively.
The illuminance (absolute value of the amplitude intensity) on the wafer 13 is as shown in FIG. 15 because it is caused by interference with the primary light of 7 (2 / π).

【0081】図15で横軸はピッチ方向の位置xを表
し、縦軸は像面照度を表す。0次光と1次光との干渉に
おいて得られる干渉縞のコントラストは、ピーク値Ip
とボトム値Ibとを用いて、 100・(Ip−I
b)/(Ip+Ib)〔%〕で表される。
In FIG. 15, the horizontal axis represents the position x in the pitch direction, and the vertical axis represents the image plane illuminance. The contrast of the interference fringes obtained in the interference between the zero-order light and the first-order light has a peak value Ip
And the bottom value Ib, 100 · (Ip−I
b) / (Ip + Ib) [%].

【0082】さらに2つの像GR1a´、GR1b´は、い
ずれも0次回折光と、1つの1次回折光とが対称的な入
射角ψ´であるため、ウエハ面と最良結像面とが光軸A
Xに変位しても、ピッチ方向に横ずれすることなく重ね
合わされている。このことは換言すると、格子パターン
GR1に対しては、投影像GR1´のテレセン性(テレセ
ントシティ)が保証されていることを意味する。
Further, in each of the two images GR 1a ′ and GR 1b ′, since the 0th-order diffracted light and one 1st-order diffracted light have a symmetrical incident angle ψ ′, the wafer surface and the best image forming surface are different from each other. Optical axis A
Even if displaced in the X direction, they are superimposed without lateral displacement in the pitch direction. This means that in other words, for the grating pattern GR 1, means that the telecentricity of the projection image GR 1 '(tele St. City) is guaranteed.

【0083】次に、格子パターンGR1よりもピッチが
大きい格子パターンGR2の結像について、再び図14
を参照して考える。照明光LA、LBの入射角はそれぞ
れ対称的にψで固定されているため、照明光LAによっ
て格子パターンGR2から発生する0次回折光LAo´
(平行光束)は、投影光学系の瞳12内の点Qaで収れ
んした後、ウエハ13上に入射角ψ´の平行光束となっ
て達する。ところが、照明光LAによって格子パターン
GR2から発生した−1次回折光Dma´は、格子パター
ンGR2のピッチが大きいために、0次回折光LAo´と
は対称的な光路を通らない。すなわち、−1次回折光D
ma´は瞳12内では点QaとQbの間の点Qa´に収れ
んし、ウエハ13には入射角ψ´より小さい角度の平行
光束となって入射する。同様に、照明光LBの照射によ
って格子パターンGR2から発生した0次回折光LBo´
と+1次回折光Dpb´も、互いに対称的な光路を通ら
ず、瞳12上ではそれぞれ点Qb、Qb´に収れんす
る。ここで重要なことは、2つの0次回折光LAo´、
LBo´がレチクルの格子パターンのピッチにかかわら
ず、瞳12内で常に対称的な点Qa、Qbを通るという
ことである。これによって、2つの1次回折光Dma´、
Dpb´も瞳12内で常に対称的な点Qa´、Qb´を通
ることが保証される。
[0083] Next, the image pitch is larger lattice pattern GR 2 than the lattice pattern GR 1, again 14
Think with reference to. Since the incident angles of the illumination lights LA and LB are symmetrically fixed at ψ, the zero-order diffracted light LAo ′ generated from the grating pattern GR 2 by the illumination light LA.
The (parallel light beam) converges at a point Qa in the pupil 12 of the projection optical system, and then reaches the wafer 13 as a parallel light beam having an incident angle ψ ′. However, the -1st-order diffracted light Dma' generated from the grating pattern GR 2 by the illumination light LA, to the pitch of the grating pattern GR 2 is large, 0 does not pass through the symmetrical optical path-order diffracted light LAo'. That is, the -1st-order diffracted light D
ma ′ falls within the pupil 12 at the point Qa ′ between the points Qa and Qb, and enters the wafer 13 as a parallel light beam having an angle smaller than the incident angle ψ ′. Similarly, the zero-order diffracted light LBo ′ generated from the grating pattern GR 2 by the irradiation of the illumination light LB.
And the + 1st-order diffracted light Dpb ′ do not pass through symmetric optical paths, and converge on the pupil 12 at points Qb and Qb ′, respectively. What is important here is that the two zero-order diffracted lights LAo ',
This means that LBo 'always passes through symmetric points Qa and Qb in the pupil 12 regardless of the pitch of the reticle grating pattern. Thereby, two first-order diffracted lights Dma ',
It is guaranteed that Dpb 'also always passes through symmetric points Qa' and Qb 'in the pupil 12.

【0084】ところで、格子パターンGR2に対して
も、0次回折光LAo´と−1次回折光Dma´との干渉
によって1つの像GR2a´が生成され、0次回折光LB
o´と+1次回折光Dpb´との干渉によって1つの像G
2b´が生成され、これら2つの像GR2a´、GR2b´
の重ね合わせによって最終的な像GR2´が形成され
る。
By the way, even for the grating pattern GR 2 , one image GR 2a ′ is generated by the interference between the zero-order diffracted light LAo ′ and the −1st-order diffracted light Dma ′, and the zero-order diffracted light LB
One image G due to interference between o 'and the + 1st-order diffracted light Dpb'
R 2b ′ is generated and these two images GR 2a ′, GR 2b
To form a final image GR 2 ′.

【0085】図16は2つの像GR2a´、GR2b´の生
成の様子を示すもので、図16(A)は0次回折光LA
o´と−1次回折光Dma´とが主光線LL2に対して非対
称になっている様子を示す。このとき、図16(B)に
示すようにウエハ面が最良像面と一致してz=0の状態
にあると、ウエハ上の像GR2a´の中心は主光線LL 2
上に位置する。ところが、ウエハ面が最良像面からz方
向(光軸AX方向)に+Δz(又は−Δz)だけ変位す
ると、ウエハ上の像GR2a´の中心は主光線LL2から
x方向に−Δx(又は+Δx)だけ横ずれを起こす。図
16(B)中の直線LTaは0次回折光LAo´と−1
次回折光Dma´との各中心線によって挟まれる2等分の
中心線であり、この直線LTaの傾きが、テレセン誤差
になっている。ここで、直線LTaの傾きを−εaとす
ると、横ずれ量Δxは近似的に次式で表される。
FIG. 16 shows two images GR.2a', GR2b´ raw
FIG. 16A shows the zero-order diffracted light LA.
o ′ and the −1st-order diffracted light Dma ′ are principal rays LLTwoUnpaired against
This shows how it is called. At this time, as shown in FIG.
As shown, the wafer surface coincides with the best image plane and z = 0.
The image GR on the wafer2aThe center of 'is the chief ray LL Two
Located on top. However, the wafer surface is in the z direction from the best image surface.
+ Δz (or −Δz) in the direction (optical axis AX direction)
Then, the image GR on the wafer2aThe center of 'is the chief ray LLTwoFrom
A lateral shift occurs by -Δx (or + Δx) in the x direction. Figure
The straight line LTa in 16 (B) is the zero-order diffracted light LAo ′ and −1
Bisected by each center line with the next diffracted light Dma '
This is the center line, and the inclination of this straight line LTa is the telecentric error.
It has become. Here, the slope of the straight line LTa is -εaToss
Then, the lateral shift amount Δx is approximately expressed by the following equation.

【0086】Δx=Δz・sin(−εa) ここで、傾きεaが格子パターンGR2のピッチPg2に依
存して変化することは言うまでもない。一方、もう1組
の0次回折光LBo´と+1次回折光Dpb´について
も、図16(C)に示すようにウエハに対して非対称に
入射する。これによって、図16(D)に示すように像
GR2b´は直線LTbに沿ったテレセン誤差をもって投
影される。直線LTbの傾きは+εaとなっており、像
GR2b´の横ずれ量は、 Δx=Δz・sin(+εa) で表される。
Δx = Δz · sin (−ε a ) Here, it goes without saying that the slope ε a changes depending on the pitch Pg 2 of the grid pattern GR 2 . On the other hand, another pair of the 0th-order diffracted light LBo 'and the + 1st-order diffracted light Dpb' are also asymmetrically incident on the wafer as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 16D, the image GR 2b ′ is projected with a telecentric error along the straight line LTb. Slope of the line LTb has become a + epsilon a, lateral deviation amount of the image GR 2b 'is expressed by Δx = Δz · sin (+ ε a).

【0087】そこで、ウエハ面が+Δzに位置した場合
を考え、−Δxだけずれた像GR2a´と+Δxだけずれ
た像GR2b´との重ね合わせについて考える。像GR2a
´、GR2b´は、いずれも図15に示す照度分布をもっ
ているので、それぞれ次式のように定義する。 GR2a´;K+Esin(ax−Δx) GR2b´;K+Esin(ax+Δx) ここで、KはK=(Ip+Ib)/2で表されるオフセッ
ト値であり、EはE=(Ip−Ib)/2で表される正弦
波の振幅値であり、2つの像GR2a´、GR2b´の間で
K、Eは等しいものとする。この2つの式を加算する
と、像GR2´に関する次式が得られる。
Considering the case where the wafer surface is located at + Δz, consider the superposition of the image GR 2a ′ shifted by −Δx and the image GR 2b ′ shifted by + Δx. Image GR 2a
'And GR 2b ' each have the illuminance distribution shown in FIG. 15, and are defined as follows. GR 2a ′; K + Esin (ax−Δx) GR 2b ′; K + Esin (ax + Δx) where K is an offset value represented by K = (Ip + Ib) / 2, and E is E = (Ip−Ib) / 2. Where K and E are equal between the two images GR 2a ′ and GR 2b ′. By adding these two equations, the following equation for the image GR 2 ′ is obtained.

【0088】2(K+E・cosΔx・sinax) この式から明らかなように、2つの像GR2a´、GR2b
´の合成波形(像GR 2´)には、x方向へ位置をシフト
させる要因が含まれておらず、像GR2a´、GR2b´の
横ずれ量Δxは専ら像のコントラスト変化分として寄与
している。すなわち、ウエハ面が最良像面と一致してい
るときは、最もコントラストが良く、そこからz方向に
ずれると、コントラストの低下のみが生じ、像GR2´
の横ずれは生じない。
2 (K + E · cosΔx · sinax) As is clear from this equation, two images GR2a', GR2b
′ (Image GR Two´), shift the position in the x direction
The image GR does not include any factors that cause2a', GR2bof
The lateral shift amount Δx contributes exclusively as an image contrast change
are doing. That is, the wafer surface matches the best image surface.
The contrast is the best,
If it is shifted, only the contrast is reduced, and the image GRTwo´
Does not occur.

【0089】以上のように、レチクル上に形成された格
子パターンのピッチがどのようなものであっても、レチ
クルへの少なくとも2本の照明光LA、LBの対称性
(フーリエ変換面において光軸AXを中心とした点対称
な関係)を維持しておけば、常にテレセン誤差のない投
影が行われる。もちろん、レチクル上の格子状パターン
のピッチ方向の多くはx方向とy方向との2次元である
ため、先の図12(D)に示すように、4つの光源像
(4つの第1フライアイレンズ)を配置するのが焦点深
度の点からは望ましい。ただし、レチクルパターンの投
影像にテレセン誤差が生じないようにする目的の為だけ
であれば、4つの第1フライアイレンズ41a〜41d
の各中心位置を、図12(D)中のX軸上とY軸上との
夫々に配置してもよい。すなわち、図12(D)中で線
Lγ、Lεの夫々がY軸と交わる点と、線Lα、Lβの
夫々がX軸と交わる点との計4ヶ所である。
As described above, irrespective of the pitch of the grating pattern formed on the reticle, the symmetry of at least two illumination lights LA and LB to the reticle (the optical axis in the Fourier transform plane) If a point-symmetric relationship with respect to AX is maintained, projection without a telecentric error is always performed. Of course, since most of the pitch directions of the lattice pattern on the reticle are two-dimensional in the x direction and the y direction, as shown in FIG. 12D, four light source images (four first fly-eye images) are formed. It is desirable to dispose the lens) in terms of the depth of focus. However, only for the purpose of preventing a telecentric error from occurring in the projected image of the reticle pattern, the four first fly-eye lenses 41a to 41d are used.
May be arranged on the X axis and the Y axis in FIG. 12D, respectively. That is, in FIG. 12D, there are a total of four points: a point at which each of the lines Lγ and Lε intersects the Y axis and a point at which each of the lines Lα and Lβ intersects the X axis.

【0090】ところで、対称的な2本の照明光LA、L
Bの夫々の照射によって生成される像GR1a´、GR1b
´又は像GR2a´、GR2b´は、その強度値(Ip、I
b)がともに等しいものとした。すなわち、各像のオフ
セットKと振幅値Eとがともに等しいものとした。しか
しながら、これらオフセットK、振幅値Eが互いに異な
っていると、2つの像を合成した最終的な像GR1´、
GR2´にはsinaxの成分の他にcosaxの成分が重畳
し、波形歪み(像コントラストの歪み)が生じる。従っ
て、オフセット値K、振幅値Eは極力等しくなるように
することが望ましい。
By the way, two symmetrical illumination lights LA and L
Images GR 1a ′, GR 1b generated by respective irradiations of B
Or the images GR 2a ′ and GR 2b ′ have their intensity values (Ip, I
b) were the same. That is, the offset K and the amplitude value E of each image are both equal. However, if the offset K and the amplitude value E are different from each other, a final image GR 1 ′ obtained by combining the two images,
A cosax component in addition to a sinax component is superimposed on GR 2 ′, and waveform distortion (distortion of image contrast) occurs. Therefore, it is desirable that the offset value K and the amplitude value E be as equal as possible.

【0091】図17(A)は像GR1a´(GR2a´)と像
GR1b´(GR2b´)とのコントラストの差を計測する場
合の構成を示し、投影露光装置のウエハステージWST
上に、微小な透過スリット(マルチスリット)を形成し
た基準板FMを設け、レチクル9上の1次元格子パター
ンの投影像をマルチスリットで受光し、その透過光量を
光電検出する光電センサーDTCを設ける。この構成は
特開昭60−26343号公報に示されたものと同等の
ものである。図17(B)に示すように基準板FM上に
は、X方向にピッチを有する透過型のマルチスリットパ
ターン(格子)Mxと、Y方向にピッチを有する透過型
のマルチスリットパターンMyとが形成されている。
FIG. 17A shows a configuration for measuring a difference in contrast between an image GR 1a ′ (GR 2a ′) and an image GR 1b ′ (GR 2b ′), and shows a wafer stage WST of a projection exposure apparatus.
A reference plate FM on which a minute transmission slit (multi-slit) is formed is provided thereon, and a photoelectric sensor DTC for receiving a projected image of a one-dimensional lattice pattern on the reticle 9 by the multi-slit and photoelectrically detecting the transmitted light amount is provided. . This configuration is equivalent to that shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-26343. As shown in FIG. 17B, on the reference plate FM, a transmission type multi-slit pattern (grating) Mx having a pitch in the X direction and a transmission type multi-slit pattern My having a pitch in the Y direction are formed. Have been.

【0092】さて、計測にあたっては、例えば第1フラ
イアイレンズ41bの射出側にシャッター(遮光板)を
挿入し、第1フライアイレンズ41aからの照明光LA
のみをレチクル9に照射し、図17(A)に示すように
0次回折光LAoと−1次回折光Dmaとによって像GR
1a´のみを基準板FM上に結像する。そして、この像G
1a´をマルチスリットパターンMx、又はMyのいず
れか一方でピッチ方向に走査するようにウエハステージ
WSTを移動させ、そのときに光電センサーDTCから
得られる信号波形を波形検出器51で解析する。その信
号波形は先の図15に示すように得られ、その波形のピ
ーク値Ip、ボトム値Ibが求められる。
For measurement, for example, a shutter (light-shielding plate) is inserted on the emission side of the first fly-eye lens 41b, and the illumination light LA from the first fly-eye lens 41a is inserted.
Only the reticle 9 is illuminated, and as shown in FIG. 17A, an image GR is formed by the 0th-order diffracted light LAo and the -1st-order diffracted light Dma.
Only 1a 'is imaged on the reference plate FM. And this image G
The wafer stage WST is moved so as to scan R 1a ′ in either the multi-slit pattern Mx or My in the pitch direction, and the waveform detector 51 analyzes the signal waveform obtained from the photoelectric sensor DTC at that time. The signal waveform is obtained as shown in FIG. 15, and the peak value Ip and bottom value Ib of the waveform are obtained.

【0093】次に、第1フライアイレンズ41aの射出
側にシャッター(遮光板)を挿入し、第1フライアイレ
ンズ41bからの照明光LBのみをレチクル9に照射
し、同様にして像GR1b´に対応した波形のピーク値、
及びボトム値を求める。これによって、2つの像GR1a
´、GR1b´のコントラスト差や絶対的な強度差が定量
的に求まるので、その差が極端なときには各フライアイ
レンズ(40、41)の位置調整やプリズム20、21
の位置調整が必要であることを主制御系50(図1参
照)へ通達する。
Next, a shutter (light-shielding plate) is inserted on the emission side of the first fly-eye lens 41a, and only the illumination light LB from the first fly-eye lens 41b is irradiated on the reticle 9, and the image GR 1b is similarly formed. The peak value of the waveform corresponding to '
And the bottom value. Thereby, two images GR 1a
, GR 1b ′ can be quantitatively determined, and when the difference is extreme, the position adjustment of each fly-eye lens (40, 41) or the prism 20, 21
Is notified to the main control system 50 (see FIG. 1) that the position adjustment is necessary.

【0094】さらに、本発明の各実施例では、第1フラ
イアイレンズ41a、41b、・・・・の射出面には、多数
の点光源像が所定の面積をもって形成されている。先の
図13に詳細に示すように、第1フライアイレンズ41
aの射出端の点光源のうち、光軸AXに最も近い位置の
点光源からの照明光と、最も離れた位置の点光源からの
照明光とによって、1本の傾斜照明光束の開口数sinΔ
ψが決まる。この開口数sinΔψは、投影光学系11の
レチクル側の開口数NARに対して、0.1〜0.3程
度に定められている。もちろん、第1フライアイレンズ
41aと対をなす第1フライアイレンズ41bからの傾
斜照明光束についても同様の開口数をもつ。このため、
2本の傾斜照明光の入射角は、ψ±Δψ/2で決まる一
定の範囲を有し、この範囲±Δψ/2によって、レチク
ル上の格子パターンのピッチが条件(sin2ψ=λ/P
g1)に正確に合致せず、わずかにずれたものになってい
たとしても、その効果を十分に得ることができる。
Further, in each embodiment of the present invention, a large number of point light source images are formed with a predetermined area on the exit surfaces of the first fly-eye lenses 41a, 41b,. As shown in detail in FIG. 13 above, the first fly-eye lens 41
Among the point light sources at the exit end of a, the illumination light from the point light source closest to the optical axis AX and the illumination light from the point light source farthest away from each other, the numerical aperture sinΔ of one oblique illumination light flux
ψ is determined. The numerical aperture sinΔψ is determined to be about 0.1 to 0.3 with respect to the numerical aperture NA R of the projection optical system 11 on the reticle side. Of course, the tilted illumination light flux from the first fly-eye lens 41b that forms a pair with the first fly-eye lens 41a also has a similar numerical aperture. For this reason,
The incident angles of the two oblique illumination lights have a fixed range determined by ψ ± Δψ / 2, and the range ± Δψ / 2 determines the pitch of the grating pattern on the reticle under the condition (sin2ψ = λ / P).
Even if it does not exactly match g 1 ) and slightly shifts, the effect can be sufficiently obtained.

【0095】尚、投影光学系11の瞳12に、0次回折
光と1つの1次回折光との2本を透過させるための空間
フィルターを設けることも考えられるが、レチクルに形
成された実際のパターンのほとんど全てを、より忠実に
結像する場合、その空間フィルターは、むしろない方が
よい。 また、1次元の格子パターンに対して、ピッチ
方向に対称的に傾斜した2本の照明光束を使うことで、
テレセン誤差が相殺されるため、露光中にウエハ13を
光軸方向に一定量(μmオーダ)だけ連続移動させる方
法、又は光軸方向に離間した2ヶ所、又は3ヶ所で露光
を行う方法を併用して焦点深度をさらに広げる際にも、
その効果を十分に得ることができる。
It is also conceivable to provide a spatial filter in the pupil 12 of the projection optical system 11 for transmitting two zero-order diffracted light and one first-order diffracted light. However, the actual pattern formed on the reticle can be considered. If more nearly all of the image is imaged more faithfully, then the spatial filter should be rather absent. In addition, by using two illumination light beams symmetrically inclined in the pitch direction with respect to a one-dimensional lattice pattern,
Since the telecentricity error is offset, a method of continuously moving the wafer 13 by a fixed amount (on the order of μm) in the optical axis direction during exposure, or a method of performing exposure at two or three places separated in the optical axis direction is used together To further increase the depth of focus
The effect can be sufficiently obtained.

【 【0096】また、レチクル9上での照度分布や入射角
ψ(又は開口数sinΔψ)を微調整するため、第1フラ
イアイレンズ41a、41bを共に、もしくは独立に光
軸AXの方向に微動させるようにしてもよい。
Further, in order to finely adjust the illuminance distribution on the reticle 9 and the incident angle ψ (or the numerical aperture sinΔψ), the first fly-eye lenses 41a and 41b are moved together or independently in the direction of the optical axis AX. You may make it do.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上、本発明によれば、通常の透過及び
遮光パターンから成るレチクルを使用しながら、従来よ
り高解像度かつ大焦点深度の投影露光装置を実現するこ
とが可能である。しかも本発明によれば、すでに半導体
生産現場で稼動中の投影露光装置の照明光学系部分を替
えるだけでよく、稼動中の装置の投影光学系をそのまま
利用してそれまで以上の高解像度化、すなわち大集積化
が可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection exposure apparatus having a higher resolution and a larger depth of focus than the conventional one while using a reticle having a normal transmission and shielding pattern. Moreover, according to the present invention, it is only necessary to replace the illumination optical system part of the projection exposure apparatus already operating at the semiconductor production site, and use the projection optical system of the operating apparatus as it is to increase the resolution further than before. That is, large integration is possible.

【0098】本発明で使用する照明系は、通常の型式に
比べて複雑となるが、フライアイレンズを光軸方向に2
段階に配置したため、レチクル面及びウエハ面における
照度の均一性は、従来の装置と同等以上の良好な特性を
有する。また、これらの2段フライアイレンズ構造の効
果のために、フライアイレンズを光軸と垂直な面内で移
動しても、レチクル及びウエハ面での照度均一性の良好
さは変わらない。
The illumination system used in the present invention is more complicated than the normal type, but the fly-eye lens is moved in the optical axis direction by two times.
Since the reticle is arranged in stages, the uniformity of the illuminance on the reticle surface and the wafer surface has good characteristics equal to or better than that of the conventional apparatus. Also, due to the effect of the two-stage fly-eye lens structure, even if the fly-eye lens is moved in a plane perpendicular to the optical axis, the uniformity of illuminance on the reticle and wafer surfaces remains unchanged.

【0099】また、光分割光学系は照明光束を1段目の
フライアイレンズへ効率良く導くために、照明光量も従
来の装置に比べて大きく損失することはない。従って、
露光時間の増大もほとんどなく、その結果処理能力(ス
ループット)の低下もない。また、実施例(図5)のよ
うに、レチクルに近い方の2段目のフライアイレンズを
可動とした系では各レチクルパターンに応じた最適な照
明を得ることができる。
Since the light splitting optical system efficiently guides the illumination light beam to the first-stage fly-eye lens, the amount of illumination light is not greatly reduced as compared with the conventional apparatus. Therefore,
There is almost no increase in the exposure time, and as a result, there is no decrease in the processing capacity (throughput). Further, as in the embodiment (FIG. 5), in a system in which the second-stage fly-eye lens closer to the reticle is movable, it is possible to obtain optimal illumination according to each reticle pattern.

【0100】さらに、各第1、第2フライアイレンズ及
びガイド光学系を一体保持し、可動とした系では、可動
部を少なくでき、構造がシンプルとなり、製造及び調整
コストを下げることができる。一方、複数のガイド光学
系とそれに対応した第1フライアイレンズを各々可動と
する系においても、光分割光学系及び第2フライアイレ
ンズ群は、一体に保持できるので、やはり構造はシンプ
ルとなり製造及び調整コストを下げることができる。
Further, in a system in which the first and second fly-eye lenses and the guide optical system are integrally held and movable, the number of movable parts can be reduced, the structure is simplified, and the manufacturing and adjustment costs can be reduced. On the other hand, even in a system in which a plurality of guide optical systems and a corresponding first fly-eye lens are movable, the light splitting optical system and the second fly-eye lens group can be integrally held, so that the structure is simple and the manufacturing is also simple. In addition, adjustment costs can be reduced.

【0101】光分割光学系またはその一部を可変とする
系においては、各分割条件に応じて最適の分割光学系
(2分割、4分割切り換えなど)を用いることができ
る。光分割光学系の少なくとも一部が移動または回転可
能な系においては、例えば多面プリズムの間隔を変え
る、あるいは多面プリズムを回転することで光束の分割
状態を変えられる為に、少しの光学部材で種々の分割状
態を作り出すことができる。
In a light splitting optical system or a system in which a part of the light splitting optical system is made variable, an optimum splitting optical system (two-division, four-division switching, etc.) can be used according to each division condition. In a system in which at least a part of the light splitting optical system is movable or rotatable, for example, by changing the interval between the polygonal prisms or rotating the polygonal prism, the splitting state of the light beam can be changed. Can be created.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の照明光学系の一部の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a part of an illumination optical system in FIG. 1;

【図3】照明光学系中の光分割器を4分割にするときの
プリズムの構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a prism when a light splitter in an illumination optical system is divided into four.

【図4】フライアイレンズ群の移動機構の構造を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a moving mechanism of a fly-eye lens group.

【図5】照明光学系の一部の構成の変形例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a modification of a part of the configuration of the illumination optical system.

【図6】照明光学系中の光分割器の第1の変形例を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing a first modification of the light splitter in the illumination optical system.

【図7】照明光学系中の光分割器の第2の変形例を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing a second modification of the light splitter in the illumination optical system.

【図8】照明光学系中の光分割器の第3の変形例を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a third modification of the light splitter in the illumination optical system.

【図9】照明光学系の他の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing another configuration of the illumination optical system.

【図10】フライアイレンズのエレメントのいくつかの
構造を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing some structures of elements of a fly-eye lens.

【図11】フライアイレンズの照明光学系内での配置の
原理を説明する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of arrangement of a fly-eye lens in an illumination optical system.

【図12】フライアイレンズの配置方法を説明する図。FIG. 12 is a diagram illustrating a method of arranging a fly-eye lens.

【図13】第1フライアイレンズから投影光学系の前側
のレンズ系までの系を模式的に示す図。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a system from a first fly-eye lens to a lens system on the front side of a projection optical system.

【図14】図13に示した照明条件のもとでレチクルか
らウエハまでの光路を模式的に示す図。
FIG. 14 is a diagram schematically showing an optical path from a reticle to a wafer under the illumination conditions shown in FIG.

【図15】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での照度を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing illuminance on a wafer under the illumination conditions shown in FIG.

【図16】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での2つの像GR2a´、GR2b´の生成の様子を示す
図。
FIG. 16 is a diagram showing a state of generation of two images GR 2a ′ and GR 2b ′ on a wafer under the illumination conditions shown in FIG.

【図17】図13に示した照明条件のもとでのウエハ上
での2つの像のコントラストの差を計測するのに好適な
構成を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration suitable for measuring a difference in contrast between two images on a wafer under the illumination conditions shown in FIG. 13;

【図18】本発明の原理を説明するための装置構成を示
す図。
FIG. 18 is a diagram showing an apparatus configuration for explaining the principle of the present invention.

【図19】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。
FIG. 19 is a view for explaining the principle of projection in a conventional projection exposure apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 8 コンデンサーレンズ 9 レチクル 11 投影レンズ 12 瞳 13 ウエハ 20、21 プリズム 41a、41b 第1フライアイレンズ群 40a、40b 第2フライアイレンズ群 42a、42b、43a、43b ガイド光学素子 Reference Signs List 1 light source 8 condenser lens 9 reticle 11 projection lens 12 pupil 13 wafer 20, 21 prism 41a, 41b first fly-eye lens group 40a, 40b second fly-eye lens group 42a, 42b, 43a, 43b Guide optical element

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記照明光を基板上に投射する投影光学系
とを備えた投影露光装置において、 前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面上で中心部よりも外側に分布する照明光を、
前記フーリエ変換面上で前記照明光学系の光軸を中心と
して放射方向に移動可能な光学部材を備えたことを特徴
とする投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system that irradiates illumination light from a light source onto a mask; and a projection optical system that projects the illumination light onto a substrate. Illumination light distributed outside the center on the Fourier transform plane for the pattern,
A projection exposure apparatus comprising an optical member movable on the Fourier transform plane in a radial direction about an optical axis of the illumination optical system.
【請求項2】 前記基板上に転写すべきパターンに応じ
て、前記照明光を前記放射方向に移動することを特徴と
する請求項1に記載の投影露光装置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the illumination light moves in the radiation direction according to a pattern to be transferred onto the substrate.
【請求項3】 前記光学部材は、前記照明光学系の光軸
に沿って可動な光学素子を含むことを特徴とする請求項
1又は2に記載の投影露光装置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the optical member includes an optical element movable along an optical axis of the illumination optical system.
【請求項4】 前記光学部材は、前記光源と前記照明光
学系内のオプティカルインテグレータとの間に配置され
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載
の投影露光装置。
4. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the optical member is disposed between the light source and an optical integrator in the illumination optical system.
【請求項5】 前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して前記照明光が傾いて前記
マスクに入射するように、前記照明光学系内のフーリエ
変換面上での前記照明光の光量分布が決定されることを
特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の投影露
光装置。
5. A Fourier transform plane in the illumination optical system such that the illumination light is incident on the mask at an incident angle corresponding to the fineness of the pattern and is inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a light amount distribution of the illumination light is determined.
【請求項6】 前記照明光学系内のフーリエ変換面上で
その光軸との距離がほぼ等しい複数の領域からそれぞれ
前記照明光が射出されるように、前記光量分布が決定さ
れることを特徴とする請求項5に記載の投影露光装置。
6. The light quantity distribution is determined such that the illumination light is emitted from a plurality of regions on the Fourier transform surface in the illumination optical system, the distances of which are substantially equal to the optical axis, respectively. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein
【請求項7】 光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記照明光を基板上に投射する投影光学系
とを備えた投影露光装置において、 前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面上で前記照明光が中心部よりも外側に分布す
る光量分布の形成時に前記照明光学系内に配置され、前
記照明光学系の光軸外に前記照明光を分布させる第1光
学部材と、 前記光量分布と異なる光量分布の形成時に前記第1光学
部材との交換で前記照明光学系内に配置される第2光学
部材とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
7. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system that irradiates illumination light from a light source onto a mask; and a projection optical system that projects the illumination light onto a substrate. A first light source for distributing the illumination light outside the optical axis of the illumination optical system when the illumination light is arranged outside the optical axis of the illumination optical system when forming a light quantity distribution in which the illumination light is distributed outside the central portion on the Fourier transform plane for the pattern A projection exposure apparatus, comprising: an optical member; and a second optical member disposed in the illumination optical system by replacing the first optical member when forming a light amount distribution different from the light amount distribution.
【請求項8】 前記第1及び第2光学部材は、前記基板
上に転写すべきパターンに応じて選択されることを特徴
とする請求項7に記載の投影露光装置。
8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the first and second optical members are selected according to a pattern to be transferred onto the substrate.
【請求項9】 前記第1及び第2光学部材はそれぞれ前
記光源と前記照明光学系内のオプティカルインテグレー
タとの間に配置されることを特徴とする請求項7又は8
に記載の投影露光装置。
9. The optical system according to claim 7, wherein the first and second optical members are respectively disposed between the light source and an optical integrator in the illumination optical system.
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項10】 前記第1光学部材は、前記パターンの
微細度に応じた入射角で前記照明光学系の光軸に対して
前記照明光が傾いて前記マスクに入射する光量分布の形
成に用いられることを特徴とする請求項7〜9のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
10. The first optical member is used for forming a light quantity distribution in which the illumination light is incident on the mask while the illumination light is inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system at an incident angle corresponding to the fineness of the pattern. The projection exposure apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein:
【請求項11】 前記第1光学部材は、前記照明光学系
内のフーリエ変換面上でその光軸との距離がほぼ等しい
複数の領域から前記照明光がそれぞれ射出される光量分
布の形成に用いられることを特徴とする請求項10に記
載の投影露光装置。
11. The first optical member is used for forming a light quantity distribution in which the illumination light is respectively emitted from a plurality of regions on the Fourier transform surface in the illumination optical system, the distances of which are substantially equal to the optical axis. The projection exposure apparatus according to claim 10, wherein:
【請求項12】 前記第1及び第2光学部材はそれぞれ
回折素子であることを特徴とする請求項7〜11のいず
れか一項に記載の投影露光装置。
12. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein each of the first and second optical members is a diffraction element.
【請求項13】 前記照明光の照射によって前記パター
ンから発生する互いに次数が異なる2つの回折光が、前
記投影光学系の瞳面上でその光軸からの距離がほぼ等し
い位置を通るように、前記入射角が決定されることを特
徴とする請求項5又は10に記載の投影露光装置。
13. A diffracted light having different orders generated from the pattern by irradiation of the illumination light passes through a position on the pupil plane of the projection optical system, the distances of which from the optical axis are substantially equal. 11. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the incident angle is determined.
【請求項14】 前記照明光の前記マスクへの入射角を
ψ、前記照明光の照射によって前記パターンから発生す
る同次数の2つの回折光の回折角をθm、前記投影光学
系の前記マスク側の開口数をNARとすると、前記2つ
の回折光の一方でsin(θm−ψ)=NARなる関係が満
たされるように、前記入射角が決定されることを特徴と
する請求項5又は10に記載の投影露光装置。
14. An incident angle of the illumination light to the mask, ψ, a diffraction angle of two diffracted lights of the same order generated from the pattern by irradiation of the illumination light, θm, and the mask side of the projection optical system on the mask side. If the number of openings is referred to as NA R, the one with sin (θm-ψ) of the two diffracted lights = NA as R the relationship is satisfied, wherein the angle of incidence is determined according to claim 5 or The projection exposure apparatus according to claim 10.
【請求項15】 前記関係を満たす前記一方の回折光
は、前記投影光学系の光軸に関して前記パターンから発
生する0次回折光とほぼ対称になることを特徴とする請
求項14に記載の投影露光装置。
15. The projection exposure according to claim 14, wherein the one diffracted light satisfying the relationship is substantially symmetric with respect to an optical axis of the projection optical system and a zero-order diffracted light generated from the pattern. apparatus.
【請求項16】 前記照明光の波長をλ、前記パターン
のピッチをPとして、前記入射角ψはsinψ=λ/2
Pとなるように決定されることを特徴とする請求項5又
は10に記載の投影露光装置。
16. The incident angle ψ is sinψ = λ / 2, where λ is the wavelength of the illumination light and P is the pitch of the pattern.
11. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein P is determined to be P.
【請求項17】 前記パターンが互いに交差する第1及
び第2方向に沿って設けられるとき、前記照明光の照射
によって前記パターンから発生する0次回折光、前記0
次回折光を中心として前記第1方向に分布する高次回折
光の1つ、及び前記0次回折光を中心として前記第2方
向に分布する高次回折光の1つが、前記投影光学系の瞳
面上でその光軸からほぼ等距離に分布するように、前記
入射角が決定されることを特徴とする請求項5又は10
に記載の投影露光装置。
17. When the pattern is provided along first and second directions intersecting each other, the 0th-order diffracted light generated from the pattern by the irradiation of the illumination light, the 0th-order diffracted light,
One of the higher-order diffracted lights distributed in the first direction around the first-order diffracted light and one of the higher-order diffracted lights distributed in the second direction around the zeroth-order diffracted light on the pupil plane of the projection optical system. 11. The incident angle is determined so as to be distributed at substantially the same distance from the optical axis.
3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項18】 前記照明光による前記基板の露光中に
焦点深度を広げるために、前記投影光学系の光軸に沿っ
てその像面と前記基板とを相対移動する手段を更に備え
ることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一項に記
載の投影露光装置。
18. The apparatus according to claim 18, further comprising: means for relatively moving an image plane of the projection optical system and the substrate along an optical axis of the projection optical system to increase a depth of focus during exposure of the substrate by the illumination light. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項19】 請求項1〜18のいずれか一項に記載
の投影露光装置を用いて、デバイスパターンをウエハ上
に転写する工程を含むことを特徴とする半導体素子の形
成方法。
19. A method for forming a semiconductor element, comprising a step of transferring a device pattern onto a wafer using the projection exposure apparatus according to claim 1. Description:
【請求項20】 照明光学系を通して光源からの照明光
をマスクに照射し、投影光学系を介して前記照明光で基
板を露光する投影露光方法において、 前記基板上に転写すべきパターンに応じて前記照明光学
系内でその光軸方向に光学部材を移動し、前記照明光学
系内の前記パターンに対するフーリエ変換面上で中心部
よりも外側に分布する照明光を、前記フーリエ変換面上
で前記照明光学系の光軸を中心として放射方向に移動す
ることを特徴とする投影露光方法。
20. A projection exposure method for irradiating a mask with illumination light from a light source through an illumination optical system and exposing a substrate with the illumination light through a projection optical system, according to a pattern to be transferred onto the substrate. Move the optical member in the direction of the optical axis in the illumination optical system, the illumination light distributed outside the center on the Fourier transform surface for the pattern in the illumination optical system, on the Fourier transform surface, A projection exposure method characterized by moving in a radial direction about an optical axis of an illumination optical system.
【請求項21】 照明光学系を通して光源からの照明光
をマスクに照射し、投影光学系を介して前記照明光で基
板を露光する投影露光方法において、 前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面上で前記照明光が中心部よりも外側に分布す
る光量分布の形成時に、前記照明光学系の光軸外に前記
照明光を分布させる第1光学部材を前記照明光学系内に
配置し、 前記光量分布と異なる光量分布の形成時に、前記第1光
学部材との交換で第2光学部材を前記照明光学系内に配
置することを特徴とする投影露光方法。
21. A projection exposure method for irradiating an illumination light from a light source to a mask through an illumination optical system and exposing a substrate with the illumination light via a projection optical system, wherein the pattern of the mask in the illumination optical system is A first optical member for distributing the illumination light outside the optical axis of the illumination optical system is arranged in the illumination optical system when forming a light quantity distribution in which the illumination light is distributed outside the center on the Fourier transform plane. A projection exposure method, wherein a second optical member is disposed in the illumination optical system by exchanging the first optical member when a light amount distribution different from the light amount distribution is formed.
【請求項22】 前記照明光による前記基板の露光中に
焦点深度を広げるために、前記投影光学系の光軸に沿っ
てその像面と前記基板とを相対移動することを特徴とす
る請求項20又は21に記載の投影露光方法。
22. An image plane and the substrate are relatively moved along an optical axis of the projection optical system in order to increase a depth of focus during exposure of the substrate by the illumination light. 22. The projection exposure method according to 20 or 21.
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