JP2000258610A - フライアイレンズおよびそれを備えた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、絞りを利用してフライアイレンズ
の一部を覆った状態で照明光を透過させて露光した場合
であっても、照明効率の均一性を良好にすることがで
き、照明光のコヒーレンシイσの方向依存性を低減する
ことができるフライアイレンズとそれを備えた投影露光
装置の提供を目的とする。 【解決手段】 本発明は、断面扇形環状体のエレメント
レンズ２１からなるレンズユニット２２から少なくとも
外周部が構成されてなる。更に、断面扇形環状体のエレ
メントレンズ２１が周方向に複数連続されて環状のレン
ズユニット２２が構成され、このレンズユニットにおい
て外径の異なるものが複数、同心円状に組み合わされ
て、前記エレメントレンズが放射状に同心円配列された
環状のフライアイレンズが具備されてなる構成が好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細回路を基板上
に形成するためのフォトリソグラフィ技術に用いられる
投影露光の際に用いるフライアイレンズおよびそれを備
えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程の分野においては、ハー
フミクロンレベル、クオーターミクロンレベルあるいは
それらのレベルを更に超えた極微細なパターニングを行
なうことが可能なフォトリソグラフィ技術の開発が進め
られている。

【０００３】図１２にこの種のフォトリソグラフィ技術
に適用されている投影露光装置の一例を示す。図１２に
示す投影露光装置は、光源１と第１反射鏡２とフライア
イレンズ装置３と第２反射鏡５とレンズ６とレチクル７
と投影レンズ８とを具備して構成され、光源１から出射
された光を投影レンズ８の先方に配置された半導体ウェ
ハ等の基板９に投影して基板９上のレジストに露光する
ものである。なお、図１２において符号１１はフライア
イレンズ３に隣接して配置された絞りを示し、符号１２
は絞り１１と第２反射鏡５との間に設けられた調整レン
ズを示す。

【０００４】図１２に示す投影露光装置において、基板
９に均一な露光を行なうための重要な要素はフライアイ
レンズ装置３である。このフライアイレンズ装置３は、
図１３に示すように断面方形の形状を有する同じ大きさ
の複数のフライアイ構成レンズ１３を縦横に配列して構
成されている。この例のフライアイレンズ装置３は照明
光を均一化するためのものであって、光源１からの照明
光が仮に不均一なものであっても、複数のフライアイ構
成レンズ１３を通過した光を重なり合わせて平均化でき
るので、結果として基板９に均一な照明光の照射ができ
る。

【０００５】前述のフライアイレンズ装置３にあって
は、特性面で種々の要求がなされており、その１つとし
てコヒーレンシイσを適切な値にすることが要求されて
いる。この種の投影露光装置ではレチクル７のマスクパ
ターンの転写精度を高めるために、いわゆる位相シフト
法が採用される場合があり、この場合に絞り１１の開口
部１１ａの寸法を、例えば、図１３の２点鎖線で囲むＡ
領域から図１３の２点鎖線で囲むＢ領域のように小さく
すれば、絞り１１の開口部１１ａを通過する照明光の可
干渉度を増加、即ち、コヒーレンシイσを小さくできる
ために、マスクパターンとして良好なコントラスト像を
得ることができると予想できる。しかしながら従来のフ
ライアイレンズ装置３にあっては、フライアイ構成レン
ズ１３が全て同じ大きさの方形状であるために、絞り１
１の開口部１１ａの寸法を小さくして図１３のＢ領域の
みに照明光を透過させるとフライアイ構成レンズ１３の
数が減り、その結果、レチクル７上でのコヒーレンシイ
σの方向依存性が悪くなり、マスクパターンの転写精度
を向上できないという問題を有していた。

【０００６】このような背景から特開平４−３０３６０
１号明細書に開示のフライアイレンズ装置が提供されて
いる。この例のフライアイレンズ装置は、図１４に示す
ように、複数のフライアイ構成レンズ１５ａが集合され
たフライアイレンズ装置１５において、フライアイ構成
レンズ１５ａ・・・のうち、中心部側に位置するフライア
イ構成レンズ１５Ａ・・・のみを周囲のフライアイ構成レ
ンズ１５ａよりも小さく形成し、絞りを絞ってＢ領域で
縮小投影した場合であってもできるだけ多くのフライア
イ構成レンズ１５Ａ・・・を使用できるようにしてコヒー
レンシイσの方向依存性をできるだけ悪化しないように
したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
種のフライアイレンズ装置にあっては、フライアイレン
ズ装置に隣接して設けられる絞り１１の開口部１１ａの
開口面積を予め小さく設定して使用することがある。例
えば、図１５に示すように方形状のフライアイ構成レン
ズ１６ａ・・・が縦横に配列された構成のフライアイレン
ズ装置１６にあっては、絞りにより図１５の斜線で表示
した領域部分を覆い隠して使用されることがある。従っ
て図１５の斜線領域部分の内側に存在する複数のフライ
アイ構成レンズ１６ａが照明光の均一化に寄与すること
になる。ところが、図１５においてフライアイレンズ装
置１６の中心部の原点Ｏから右方向に所定距離離れたＡ
₁点（原点Ｏの右方向に存在する絞りの開口周縁内側部
分に位置するフライアイ構成レンズ１６ａの中心点に相
当する点）までの間の領域を通過する照明光と、原点Ｏ
から右斜め下方の領域のＡ₂点（原点Ｏの右斜め下方に
存在する絞りの開口周縁内側部分に位置するフライアイ
構成レンズ１６ａの中心点に相当する点）までの間の領
域を通過する照明光を比較すると、両者は原点Ｏからの
距離が異なることとなり、この様な構成のフライアイレ
ンズ装置では全方向において均一なコヒーレンシイσを
得ることが難しい問題を有していた。

【０００８】また、図１５に示す絞り領域の境界部分に
位置するフライアイ構成レンズにあっては、絞り領域の
周方向においてフライアイ構成レンズ１６ａを覆い隠す
部分が位置毎に異なることになり、絞りの大きさを変え
ていった場合に縦横方向と斜め方向においてフライアイ
構成レンズ１６ａ・・・の蹴られ方（絞りで個々のフライ
アイ構成レンズが隠される部分の形状）が異なるので、
照明効率とコヒーレンシイσの方向依存性の面で問題が
あった。

【０００９】本発明は前記の事情に鑑みてなされたもの
で、絞りを利用してフライアイレンズの一部を覆った状
態で照明光を透過させて露光した場合であっても、照明
効率の均一性を良好にすることができ、コヒーレンシイ
σの方向依存性を良好にすることができるフライアイレ
ンズとそれを備えた投影露光装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、フライアイレンズを絞りで絞
る場合に絞りの開口部の周縁部分で隠されるエレメント
レンズの部分を均等化することでフライアイレンズの中
央部と周縁部分でエレメント蹴られの方向差が発生しな
いフライアイレンズを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、少なくとも外周部が断面扇形環状体のエレ
メントレンズからなることを特徴とする。断面扇形環状
体のエレメントレンズの集合体からなる環状のレンズユ
ニットであるならば、絞りを絞ってレンズユニットの一
部分を覆い隠すようにして使用しても、レンズユニット
の周方向の任意の位置に存在するいずれのエレメントレ
ンズであっても絞りに隠されて蹴られる領域が等しくな
るので、縦方向と斜め方向での照明効率の均一性、コヒ
ーレンシイσの方向依存性低減、パターン特性向上に寄
与する。

【００１１】本発明は、断面扇形環状体のエレメントレ
ンズが周方向に複数連続されて環状のレンズユニットが
構成され、このレンズユニットにおいて外径の異なるも
のが複数、同心円状に組み合わされて、前記エレメント
レンズが放射状に同心円配列された環状にされてなるこ
とを特徴とする。外径の異なる環状のレンズユニットが
同心円状に配置されることで、絞りによってレンズユニ
ットの一部分あるいは大部分を覆い隠して使用しても、
レンズユニットの周方向の任意の位置に存在するいずれ
のエレメントレンズであっても絞りに隠されて蹴られる
領域が等しくなるので、照明効率の均一性、コヒーレン
シイσの方向依存性低減、パターン特性向上に寄与す
る。

【００１２】本発明は、断面扇形環状体のエレメントレ
ンズが周方向に複数連続されて環状のレンズユニットが
構成され、このレンズユニットにおいて外径の異なるも
のが複数、同心円状に組み合わされて、前記エレメント
レンズが放射状に同心円配列された環状に形成され、最
小径のレンズユニットの内側に中央部エレメントが設け
られてなることを特徴とする。

【００１３】本発明は、前記複数のレンズユニットのう
ち、最小径のものの内側に断面扇形のエレメントレンズ
の組み合わせからなる中央部エレメントが設けられてな
ることを特徴とする。中央部エレメントが設けられるこ
とにより、レンズユニットの中央部を通過する照明光に
対し複数のエレメントレンズが寄与するので照明効率の
均一性、コヒーレンシイσの方向依存性の向上がなされ
る。更に前記同心円状に配置されたレンズユニットの数
がコヒーレンシイσのステップ数に対応されて決定され
たものであることが好ましい。

【００１４】本発明の投影露光装置は、光源と絞りとフ
ライアイレンズと反射鏡を有する投影光学系により、基
板上にレチクルのパターンを投影するための投影露光装
置において、前記フライアイレンズが断面扇形環状体の
エレメントレンズを具備してなることを特徴とする。こ
の構成により、絞りを絞ってレンズユニットの一部分を
覆い隠すようにして使用しても、レンズユニットの周方
向の任意の位置に存在するいずれのエレメントレンズで
あっても絞りに隠されて蹴られる領域が等しくなるの
で、縦方向と斜め方向での照明効率の均一性、コヒーレ
ンシイσの方向依存性低減、パターン特性向上に寄与す
る。よって、レチクルのパターンが正確に投影される。

【００１５】本発明は、断面扇形環状体のエレメントレ
ンズが周方向に複数連続されて環状のレンズユニットが
構成され、このレンズユニットにおいて外径の異なるも
のが複数、同心円状に組み合わされ、各エレメントレン
ズが放射状に同心円配列された環状にされてなることを
特徴とする。外径の異なる環状のレンズユニットが同心
円状に配置されることで、絞りによってレンズユニット
の一部分あるいは大部分を覆い隠して使用しても、レン
ズユニットの周方向の任意の位置に存在するいずれのエ
レメントレンズであっても絞りに隠されて蹴られる領域
が等しくなるので、照明効率の均一性、コヒーレンシイ
σの方向依存性低減、パターン特性向上に寄与する。

【００１６】本発明は、フライアイレンズに近接して設
けられる絞りの開口端が前記同心円状に配置された複数
のレンズユニットの境界部分に位置されてなることを特
徴とする。絞りの開口端がレンズユニットの境界部分に
位置されるのであれば、絞りを絞っていても、レンズユ
ニットの境界部分に絞りの境界部分を配置できるので、
照明効率の均一性、コヒーレンシイσの方向依存性低減
に寄与する。

【００１７】更に前記同心円状に配置されたレンズユニ
ットの数がコヒーレンシイσのステップ数に対応されて
決定されたものであることが好ましい。これにより、い
ずれのステップの条件で露光する場合であっても、レン
ズユニットの境界部分に絞りの開口部を位置させてコヒ
ーレンシイσの方向依存性を悪化させることなく使用で
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】「第１実施形態」以下に本発明の
第１実施形態について図面を参照して説明するが、本発
明が以下の実施形態に限定されるものではないことは明
らかである。図１は本発明に係るフライアイレンズ装置
の第１実施形態を示し、図２は第１実施形態のフライア
イレンズ装置の一部を分解して示す図、図３は図１に示
すフライアイレンズ装置を備えた投影露光装置の第１実
施形態を示す。この第１実施形態のフライアイレンズ２
０にあっては、断面扇形環状体の同一の大きさのエレメ
ントレンズ２１・・・が周方向に環状に組み合わされて最
外周部のドーナツ状のレンズユニット２２が構成され、
このレンズユニット２２と相似形状でレンズユニット２
２よりも順次外径の小さなレンズユニット２３、２４、
２５がレンズユニット２２の内側に順次同心円状に接続
され、更に最小のレンズユニット２５の内側に扇状のレ
ンズユニット２６を環状に配置してなる円状の中央部ユ
ニットレンズ２７が接続されて構成されている。なお、
フライアイレンズ２０の外部側にはこれを支持する支持
枠が設けられ、全体としてフライアイレンズ装置が構成
されているが、図面では支持枠を省略して記載した。ま
た、各エレメントレンズ・・・とレンズユニット・・・は相互
に接着層を介して接合一体化されている。

【００１９】前記レンズユニット２２を構成するエレメ
ントレンズ２１は、図２に示すように円弧状の外周部２
１ａおよび円弧状の内周部２１ｂと外周部２１ａの端部
と内周部２１ｂの端部とに接続する直線状の側面部２１
ｃ、２１ｃとで区画される断面扇形環状体とされてい
る。そして、このエレメントレンズ２１が本実施形態で
は１６個環状に組み合わされてレンズユニット２２が形
成されている。また、レンズユニット２２の内側には、
先のエレメントレンズ２１と相似形状でエレメントレン
ズ２１よりも若干小型のエレメントレンズ３０を１６個
組み合わせて構成されたレンズユニット２３が設けら
れ、このレンズユニット２３の内側には先のエレメント
レンズ３０と相似形状でエレメントレンズ３０よりも若
干小型のエレメントレンズ３１を１６個組み合わせて構
成されたレンズユニット２４が設けられ、更にレンズユ
ニット２４の内側には先のエレメントレンズ２４よりも
若干小型のエレメントレンズ３２を１６個組み合わせて
構成されたレンズユニット２５が設けられている。

【００２０】即ち、最外周に位置するエレメントレンズ
２１・・・の内側に各々１６個ずつのエレメントレンズ３
０、３１、３２が順次隙間なく密着されているととも
に、内周側のレンズユニット２５の更に内側に扇形のエ
レメントレンズ２６を１６個隙間なく組み合わせて円状
の中央部エレメント２７が設けられ、全体としてエレメ
ントレンズを隙間なく組み合わせて一体化した断面円状
のフライアイレンズ２０が構成されている。また、フラ
イアイレンズ２０の近傍には開口部の広さを調節自在な
絞り３５が設けられている。

【００２１】なお、この第１実施形態においては、１６
個のエレメントレンズを周回りに接合することで各レン
ズユニットが構成されているが、１つのレンズユニット
を構成するエレメントレンズの個数は１６個以外の任意
の個数であっても良いのは勿論である。例えば、周回り
に４個、５個、６個〜１５個、あるいは１７個以上のエ
レメントレンズで構成しても良い。

【００２２】また、本実施形態では中央部エレメント２
７を１６個のユニットレンズ２６から構成したが、中央
部エレメント２７を構成するユニットレンズ２６の個数
も１６個以外の任意の個数で差し支えない。ただし、こ
れらのエレメントレンズは照明光の均一化を行なう目的
のものであるので、出来る限り多くのエレメントレンズ
からユニットレンズを構成することが好ましい。また、
この実施形態のフライアイレンズ２０は、レンズユニッ
ト２２、２３、２４、２５と中央部エレメント２７の合
計５層構造とされているが、３、４、６層構造あるいは
それ以上の数の積層構造でも良いのは勿論である。

【００２３】ところで、前記構成のフライアイレンズ２
０において、絞りを最大に開いた場合にコヒーレンシイ
σが０.８であったとすると、可能性としてコヒーレン
シイσ＝０.６、０.５、０.３でもって投影露光するケ
ースが考えられるので、最大開口の絞りのコヒーレンシ
イσ＝０.８を８等分して８層構造のレンズユニットか
らフライアイレンズを構成することが好ましい。前記フ
ライアイレンズ２０を構成するレンズユニットの数を決
定する場合に、投影露光時に使用する絞りの段階数に合
わせて適宜決定することができる。上記のようにコヒー
レンシイσ＝０.６、０.５、０.３でもって投影露光す
る可能性が考えられる場合は全てに対応可能なように８
つのレンズユニットから構成しても良いし、コヒーレン
シイσ＝０.６、０.５、０.３の３通りのみに対応可能
なように各レンズユニットの内径と外径を調整した大き
さの異なるレンズユニットを用いても良い。更に、各レ
ンズユニットの幅（外径から内径を引いた値）は同一で
あることが好ましいが異なっていても差し支えない。

【００２４】図３は第１実施形態のフライアイレンズ２
０が設けられる投影露光装置の第１実施形態を示すもの
で、この第１実施形態の投影露光装置は、光源４０と第
１反射鏡４１とフライアイレンズ２０と絞り（アパーチ
ャー絞り）３５とレチクルブラインド４２と第２反射鏡
４５とコンデンサレンズ４６とレチクル４７とレチクル
ステージ４８と縮小投影レンズ４９とを具備して構成さ
れている。更に、前記縮小投影レンズ４９の前方側（図
面では下方）には、ウェハなどの基板５０を支持したス
テージ５１が設置されている。

【００２５】図３に示す投影露光装置は、光源４０から
出射された照明光を第１反射鏡４１でフライアイレンズ
２０に導入し、このフライアイレンズ２０で均一化した
照明光を第２反射鏡４５でコンデンサレンズ４６を介し
てレチクル４７に導き、レチクルに形成されている精密
パターンを縮小投影レンズ系４９により縮小して基板５
０上の必要部分に投影して露光するものである。

【００２６】前記基板５０の上面側には、成膜工程にお
いて必要な膜が積層形成されるとともに、レジスト塗布
工程においてレジストが塗布されていて、このレジスト
にレチクル４７の精密回路パターンを転写露光すること
で、レチクルに描かれた所望の精密回路パターンをレジ
ストに露光記録することができる。ここで露光されたレ
ジストは後工程の現像工程において現像液に浸漬するな
どの現像手段により、露光部分あるいは未露光部分が現
像除去されて所望のパターンのレジストが残るのでこの
レジストを利用して次のエッチング工程において基板上
の堆積膜に必要な回路を形成することができる。

【００２７】また、断面扇形環状体のエレメントレンズ
２１、３０、３１、３２からなるフライアイレンズ２０
であるならば、フライアイレンズ２０の中心部からフラ
イアイレンズ２０の任意の最外周部のエレメントレンズ
２１までの間に存在するレンズエレメントの数を同一に
することができる。例えば、図４に示すフライアイレン
ズ２０の中心部の位置から上方あるいは左斜め上方ある
いは左方にフライアイレンズ２０の周辺部分（絞り３５
に隠された部分の手前部分）までそれぞれ描いた矢印に
相当する領域のいずれの領域においても照明光の均一化
に寄与するエレメントレンズの数を等しくすることがで
きる。即ち、フライアイレンズ２０の外周部の任意の位
置と中心部を比較し、照明光の均一化に寄与するエレメ
ントレンズ数を同一にできるので、照明光の均一化を図
ることができる。

【００２８】これに対して図５に示す従来構造の如く、
断面方形状のレンズエレメント５０を集合してなるフラ
イアイレンズ５１では絞り３５によって周辺部分を覆い
隠した状態で照明光を照射すると、フライアイレンズ５
１の中心部分の位置から上方あるいは左斜め上方あるい
は左方にフライアイレンズ５０の周辺部分までそれぞれ
描いた矢印に相当する領域で照明光の均一化に寄与する
レンズエレメント５０の数が異なるので照明光の均一化
には不利である。

【００２９】次に、図１と図４に示す構成のフライアイ
レンズ２０であるならば、絞り３５によって隠されるの
は最外周のエレメントレンズ２１の外側であり、最外周
のエレメントレンズ２１も隠されていないが、図５に示
す構成のフライアイレンズ５１では絞り３５の開口部の
内側に位置するエレメントレンズ５０が必ず部分的に隠
され、しかもエレメントレンズ５０・・・において絞り３
５で隠される部分はエレメントレンズ５０毎に異なるの
で、絞り３５の開口部の内側に位置するエレメントレン
ズ５０・・・の全てが同等に照明光を均一化することはで
きない。よって、図１と図４に示すフライアイレンズ２
０の構造の方が図５に示す従来の構造よりも照明光の均
一性を向上させることができる。

【００３０】次に、絞り３５の開口部３５ａを図１と図
４に示す場合よりも更に狭くして投影露光する場合の例
について図６を基に説明すると、図６（Ａ）に示すよう
にエレメントレンズ２６、３２、３１のみが絞り３５の
開口部の内側に位置するように絞り３５を絞った場合、
図６（Ａ）に示す本発明構造では絞り３５の内側に位置
するレンズユニット２４はどの部分も隠されないが、図
６（Ｂ）に示す従来の方形状のエレメントレンズ５０を
有するフライアイレンズ５１では、絞り３５の開口部周
辺部分のエレメントレンズ５０・・・は不均一に隠され
る。従って絞り３５により不均一に隠された状態の絞り
５０・・・により照明光の均一性が悪化することとなる。
よって以上のように絞り３５を絞った場合であっても、
本実施形態のフライアイレンズ２０であれば、常に各レ
ンズユニットの各エレメントレンズの全面を利用して照
明光のコヒーレンシイσの方向依存性を低減できる。

【００３１】次に投影露光を行なう場合に輪帯照明と称
される形態の照明を行なう場合がある。これは、図７
（Ａ）に示すようにフライアイレンズ２０の中央部を絞
りで覆い隠し、外周部分も一部絞りで覆い隠すことで、
中央部分と外周部を除いた部分のフライアイレンズ２０
に照明孔を透過させる照明形態である。このような輪帯
照明を行なう場合であっても、本実施形態のフライアイ
レンズ２０であるならば、外周部のレンズユニット２
２、２３の全面を有効に利用して照明光の均一化を図る
ことができる。これに対して図７（Ｂ）に示すように断
面方形状のエレメントレンズ５０・・・からなるフライア
イレンズ５１では、絞り３５の外側開口部周辺部分およ
び内側開口部分のエレメントレンズ５０・・・がいずれも
周方向の位置毎に不均一に隠される。よって輪帯照明を
行なった場合であっても、本実施形態のフライアイレン
ズ２０であれば、従来の構造よりも照明光のコヒーレン
シイσの方向依存性を低減できる。

【００３２】図８は本発明に係る第２実施形態のフライ
アイレンズを示すもので、この第２実施形態のフライア
イレンズ６０は、断面扇形環状体の１６個のエレメント
レンズ２１からなるレンズユニット２２と、断面扇形環
状体の１６個のエレメントレンズ３０からなるレンズユ
ニット２３と、断面扇形環状体の１６個のエレメントレ
ンズ３１からなるレンズユニット２４と、断面扇形環状
体の１６個のエレメントレンズ３２からなるレンズユニ
ット２５が具備された点に関しては先の第１実施形態と
同等の構造であるが、この第２実施形態の構成では、環
状の最小のレンズユニット２５の内側に断面円形状の中
央部レンズ６２が設けられている点に特徴を有する。図
８に示す第２実施形態のフライアイレンズ６０において
も先の第１実施形態の構造と同様に照明光の均一化を図
ることができる。なお、図８に示す構造においては中央
部レンズ６２が分割されていないので、中央部を通過す
る照明光の均一化効果は第１実施形態よりも多少低下す
るが、この第２実施形態の構造においても照明光のコヒ
ーレンシイσの方向依存性を低減できるという目的を達
成するには支障はない。

【００３３】図９は本発明に係る第３実施形態のフライ
アイレンズを示すもので、この第２実施形態のフライア
イレンズ７０は、断面扇形環状体の１６個のエレメント
レンズ２１からなるレンズユニット２２と、断面扇形環
状体の１６個のエレメントレンズ３０からなるレンズユ
ニット２３と、断面扇形の１６個のエレメントレンズ２
６からなる中央部エレメント２７が設けられた点に関し
ては先の第１実施形態の構造と同等であるが、この第３
実施形態の構造では、レンズユニット２３の内側に断面
扇形環状体の３２個のエレメントレンズ７１からなるレ
ンズユニット７２と、断面扇形環状体の３２個のエレメ
ントレンズ７３からなるレンズユニット７５が具備され
た点に関して第１実施形態の構造と異なっている。

【００３４】図９に示す第３実施形態のフライアイレン
ズ７０においても先の第１実施形態の構造と同様に照明
光の均一化を図ることができる。なお、図９に示す構造
においては、レンズユニット７２が３２個のエレメント
レンズ７１からなり、レンズユニット７５が３２個のエ
レメントレンズ７３からなり、内部側のエレメントレン
ズが第１実施形態の構造よりも更に小さいエレメントレ
ンズ７１、７３に分割されているので、絞り３５を絞っ
た場合であってもより多くのエレメントレンズで照明光
を均一化できる効果を奏する。また、その他の効果は先
の第１実施形態の構造のフライアイレンズ２０と同等で
ある。なお、この実施形態においては、レンズユニット
７２、７５を各々３２個のエレメントレンズに分割した
が、この分割数は任意の数で良いのは勿論である。

【００３５】ここで以下に、先に説明したコヒーレンシ
イσについて説明する。図１０において符号８０で示す
レチクルに対してその中心光束Ｓ₁が入射されて透過中
心光束Ｓ₂として透過したと仮定すると、照明光Ｓ₁に対
する入射側の１次光広がりをＳ₃、Ｓ₄として表すと、透
過中心光束Ｓ₂に対する透過光側の１次光広がりはＳ₅、
Ｓ₆として表示することができる。（なお、広がり光は
２次広がり光、３次広がり光・・・と順次発生するが、こ
こでは２次広がり光、３次広がり光・・・以降は簡略化の
ために省略して説明する。）

【００３６】図１０に示すように中心光束Ｓ₁と１次広
がり光Ｓ₄のなす角度をθ₁とし、透過中心光束Ｓ₂と１
次透過光Ｓ₅とのなす角度をθ₂とすると、開口率（数）
ＮＡ_{i ll}＝Ｓｉｎθ₁と表示することができ、開口率
（数）ＮＡ_obj＝Ｓｉｎθ₂と表示することができる。そ
して、これらの式で求めることができるＮＡ_ill／ＮＡ
_objの値がコヒーレンシイσとなる。（なお、詳細には
開口率（数）ＮＡ_ill＝Ｓｉｎθ₁の式において照明光が
通過する媒体の屈折率をｎとすると、ＮＡ_ill＝ｎ・Ｓ
ｉｎθ₁の関係であるが、屈折率は空気の場合１と仮定
するので先の式においては省略している。） 図１０に示すようにレチクル８０に照明光が入射される
と入射光の１次広がり角度θ₁に対して透過光の１次光
広がり角度θ₂はより広がる性質を有する。これはレチ
クルの微細パターンに入射光が当たると、回折光が出る
ことに起因している。

【００３７】以上の背景に鑑み、基板上にレチクルのパ
ターンを投影露光する場合にコヒーレンシイσの値の大
小により、基板上のパターンにどの程度のパターン寸法
とデフォーカス値で露光できるか否かの試験を行なっ
た。図１１はこの試験結果を示すバイナリーマスクを用
いた０.１８μｍパターンのフォーカス特性であり、横
軸にデフォーカス値、縦軸にパターン寸法を示す。コヒ
ーレンシイσが０.７５と大きい場合の方が、σ＝０.３
と小さい場合よりも、焦点深度が拡大していることがわ
かる。即ち、コヒーレンシイσの違いによって焦点深度
が変化することがわかる。従って、コヒーレンシイσの
値を変更する必要が生じて絞りを変更した場合であって
も、本発明のエレメントレンズを有するフライアイレン
ズであるならば、常に有効に照明光のコヒーレンシイσ
の方向依存性を低減できる特徴を有するものである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも外周部を断面扇形環状体のエレメントレンズか
ら構成してなるので、絞りを絞ってレンズユニットの外
周部分を覆い隠すようにして使用しても、レンズユニッ
トの周方向に存在するいずれのエレメントレンズであっ
ても絞りに隠されて蹴られる領域を等しくできるので、
照明効率の均一性、照明光のコヒーレンシイσの方向依
存性低減、パターン特性向上に寄与する。更に、フライ
アイレンズを平面視した場合にフライアイレンズの中央
部から縦方向にかけての領域を通過する照明光の均一化
に寄与するレンズエレメントと、フライアイレンズの中
央部から斜め方向にかけての領域を通過する照明光の均
一化に寄与するレンズエレメントの数を同等にできるの
で、照明効率の均一性、照明光のコヒーレンシイσの方
向依存性低減、パターン特性向上に寄与する。

【００３９】本発明は、断面扇形環状体のエレメントレ
ンズからなる環状のレンズユニットを同心円状に配置し
てなるので、絞りによってレンズユニットの一部分ある
いは大部分を覆い隠して使用しても、レンズユニットの
周方向に存在するいずれのエレメントレンズであっても
絞りに隠されて蹴られる領域を等しくすることができ
る。従って本発明により、照明効率の均一性、照明光の
コヒーレンシイσの方向依存性低減、パターン特性向上
をなすことができる。

【００４０】本発明は、同心円状に配置された環状のレ
ンズユニットの内側に断面扇形のエレメントレンズの組
み合わせからなる中央部エレメントを設けてなるので、
レンズユニットの中央部を通過する照明光に対し複数の
エレメントレンズを用いることができるので、更なる照
明効率の均一性、照明光のコヒーレンシイσの方向依存
性低減をなし得る。

【００４１】更に前記同心円状に配置されたレンズユニ
ットの数をコヒーレンシイσのステップ数に対応させて
決定することで、絞りのステップ毎に最外周部分のレン
ズユニットの一部分を隠すことなくレンズユニットの境
界部分に絞りの開口部周縁を位置合わせできるので、絞
りの開口部周縁を常にレンズユニットの外周部に位置合
わせして露光処理ができ、照明効率の均一性の向上をな
し得る。

【００４２】本発明の投影露光装置は、光源と絞りとフ
ライアイレンズと反射鏡を有する投影露光装置におい
て、前記フライアイレンズの少なくとも外周部を断面扇
形環状体のエレメントレンズから構成したので、フライ
アイレンズを平面視した場合にフライアイレンズの中央
部から縦方向にかけての領域を通過する照明光の均一化
に寄与するレンズエレメントと、フライアイレンズの中
央部から斜め方向にかけての領域を通過する照明光の均
一化に寄与するレンズエレメントの数を同等にできるの
で、照明効率の均一性、照明光のコヒーレンシイσの方
向依存性低減、パターン特性向上に寄与する。

【００４３】更に本発明の投影露光装置の構成により、
絞りを絞ってレンズユニットの一部分を覆い隠すように
使用しても、レンズユニットの周方向の任意の位置に存
在するいずれのエレメントレンズであっても絞りに隠さ
れて蹴られる領域を等しくできるので、縦方向と斜め方
向での照明効率の均一性、照明光のコヒーレンシイσの
方向依存性低減、パターン特性向上に寄与する。

【００４４】更に前記同心円状に配置されたレンズユニ
ットの数をコヒーレンシイσのステップ数に対応させて
決定したものであることが好ましい。これにより、いず
れのステップ条件で露光する場合であっても、レンズユ
ニットの境界部分に絞りの開口部を位置させることがで
き、レンズユニットを構成する全部のエレメントレンズ
の全面で照明光の均一化を図ることができるので、照明
光のコヒーレンシイσの方向依存性を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るフライアイレンズの第１実施形
態を示す平面図。

【図２】 図２（Ａ）は図１に示すフライアイレンズの
中央部と絞り周縁部の距離の関係を示す図、図２（Ｂ）
は従来のフライアイレンズの中央部と絞り周縁部の距離
の関係を示す図。

【図３】 本発明に係る投影露光装置の第２実施形態を
示す構成図。

【図４】 図４は図１に示す第１実施形態のフライアイ
レンズと絞りの関係を示す図。

【図５】 図５従来のフライアイレンズと絞りの関係を
示す図。

【図６】 図６（Ａ）は第１実施形態のフライアイレン
ズに対して絞りを絞った状態を示す図、図６（Ｂ）は従
来のフライアイレンズに対して絞りを絞った状態を示す
図。

【図７】 図７（Ａ）は図１に示す第１実施形態のフラ
イアイレンズを用いて輪帯照明を行なっている状態を示
す図、図５（Ｂ）は従来のフライアイレンズを用いて輪
帯照明を行なっている状態を示す図。

【図８】 本発明に係るフライアイレンズの第２実施形
態を示す平面図。

【図９】 本発明に係るフライアイレンズの第３実施形
態を示す平面図。

【図１０】 レチクルに対して入射する光と透過する光
の１次光広がりを示してコヒーレンシイσについて説明
するための図。

【図１１】 投影露光装置におけるフォーカス特性と焦
点深度の測定結果を示す図。

【図１２】 従来の投影露光装置の一例を示す図。

【図１３】 従来のフライアイレンズの第１の例を示す
図。

【図１４】 従来のフライアイレンズの第２の例を示す
図。

【図１５】 従来のフライアイレンズ第１の例と絞りの
関係を示す図。

【符号の説明】

２１、２６、３０、３１、３２・・・エレメントレンズ、
２２、２３、２４、２５・・・レンズユニット、２７・・・中
央部エレメント、４０・・・光源、４１・・・第１反射鏡、３
５・・・絞り、４５・・・第２反射鏡、４７・・・レチクル、５
０・・・基板。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面扇形環状体のエレメントレンズから
   なるレンズユニットから少なくとも外周部が構成されて
   なることを特徴とするフライアイレンズ。
2. 【請求項２】 断面扇形環状体のエレメントレンズが周
   方向に複数連続されて環状のレンズユニットが構成さ
   れ、このレンズユニットにおいて外径の異なるものが複
   数、同心円状に組み合わされて、前記エレメントレンズ
   が放射状に同心円配列された環状とされてなることを特
   徴とするフライアイレンズ。
3. 【請求項３】 断面扇形環状体のエレメントレンズが周
   方向に複数連続されて環状のレンズユニットが構成さ
   れ、このレンズユニットにおいて外径の異なるものが複
   数、同心円状に組み合わされて、前記エレメントレンズ
   が放射状に同心円配列された環状に形成され、最小径の
   レンズユニットの内側に中央部エレメントが設けられて
   なることを特徴とするフライアイレンズ。
4. 【請求項４】 前記中央部エレメントが断面扇形のエレ
   メントレンズの組み合わせからなることを特徴とする請
   求項３に記載のフライアイレンズ。
5. 【請求項５】 同心円状に配置された複数のレンズユニ
   ットの数がコヒーレンシイσのステップ数に対応されて
   決定されたものであることを特徴とする請求項１ないし
   請求項５のいずれかに記載のフライアイレンズ。
6. 【請求項６】 光源と絞りとフライアイレンズと反射鏡
   を有する投影光学系により、基板上にレチクルのパター
   ンを投影するための投影露光装置において、前記フライ
   アイレンズの少なくとも外周部が断面扇形環状体のエレ
   メントレンズからなることを特徴とする投影露光装置。
7. 【請求項７】 断面扇形環状体のエレメントレンズが周
   方向に複数連続されて環状のレンズユニットが構成さ
   れ、このレンズユニットにおいて外径の異なるものが複
   数、同心円状に組み合わされ、各エレメントレンズが放
   射状に同心円配列された環状にされてなることを特徴と
   する請求項６に記載の投影露光装置。
8. 【請求項８】 フライアイレンズに近接して設けられる
   絞りの開口端が前記同心円状に配置された複数のレンズ
   ユニットの境界部分に位置されてなることを特徴とする
   請求項７に記載の投影露光装置。
9. 【請求項９】 同心円状に配置されたレンズユニットの
   数がコヒーレンシイσのステップ数に対応されて決定さ
   れたものであることを特徴とする請求項６ないし請求項
   ８のいずれかに記載の投影露光装置。