JP3049774B2 - Projection exposure apparatus and method, and element manufacturing method - Google Patents

Projection exposure apparatus and method, and element manufacturing method

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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、半導体集積素子等の回
路パターン又は液晶素子のパターンの転写に使用される
投影型露光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 a projection exposure apparatus used for transferring a circuit pattern of a semiconductor integrated device or a pattern of 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
半導体ウエハ等の試料基板上に転写する方法が採用され
る。試料基板上には、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。投影型露光装置(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試料基板(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,
Generally, a process called photolithography technology is required. In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a sample substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted. A photosensitive photoresist is applied on the sample 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 type exposure apparatus (for example, a stepper), an image of a circuit pattern to be transferred drawn on a reticle is projected and formed on a sample 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
イアイレンズの各エレメント(2次光源像)からの照明
光がそれぞれ加算(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 a 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 reticle-side focal plane and the reticle plane (pattern plane) are almost connected by a Fourier transform, and the reticle-side focal plane and the light source-side focal plane are also connected by a Fourier transform. Therefore, the pattern surface of the reticle and the light source-side focal plane of the fly-eye lens (more precisely, the light source-side focal plane of each fly-eye lens) are formed in an imaging relationship (conjugate relationship). For this reason, on the reticle, the illumination light from each element (secondary light source image) of the fly-eye lens is added (superimposed) and averaged, and the illuminance uniformity on the reticle can be improved. It has become.

【0004】従来の投影型露光装置では、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ー入射面に入
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13は上述の如き従来の投影型露光
装置(ステッパー)の概略的な構成を示しており、照明
光束L130は照明光学系中のフライアイレンズ11、
空間フィルター12、及びコンデンサーレンズ15を介
してレチクル16のパターン17を照射する。ここで、
空間フィルター12はフライアイレンズ11のレチクル
側焦点面11b、すなわちレチクル16に対するフーリ
エ変換面(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18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16
のパターン17を通過した照明光は、投影光学系18を
介してウエハ20のレジスト層に結像される。ここで、
光束を表す実線は1点から出た光の主光線を表してい
る。このとき、照明光学系(11、12、15)の開口
数と投影光学系18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12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 distribution of the amount of illumination light flux incident on the optical integrator incidence surface such as the fly-eye lens described above is substantially circular (or rectangular) around the optical axis of the illumination optical system. Was almost uniform. FIG. 13 shows a schematic configuration of a conventional projection type exposure apparatus (stepper) as described above.
The pattern 17 of the reticle 16 is irradiated through the spatial filter 12 and the condenser lens 15. here,
The spatial filter 12 is disposed on the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens 11, that is, a Fourier transform plane (hereinafter abbreviated as a pupil plane) with respect to the reticle 16, or in the vicinity thereof. And a secondary light source (surface light source) image formed in the pupil plane is limited to a circular shape. Thus, reticle 16
The illumination light passing through the pattern 17 is imaged on the resist layer of the wafer 20 via the projection optical system 18. here,
A solid line representing a light flux represents a principal ray of light emitted from one point. At this time, the ratio between the numerical aperture of the illumination optical system (11, 12, 15) and the reticle-side numerical aperture of the projection optical system 18, the so-called σ value, is determined by the aperture stop (for example, the aperture diameter of the spatial filter 12). The value is generally about 0.3 to 0.6.

【0005】さて、照明光L130はレチクル16にパ
ターニングされたパターン17により回折され、パター
ン17からは0次回折光D0 、+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
(D0 、Dm 、DP )は投影光学系18により集光さ
れ、ウエハ(試料基板)20上に干渉縞を発生させる。
この干渉縞がパターン17の像である。このとき、0次
回折光D0 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。
[0005] Now, the illumination light L130 is diffracted by the patterned pattern 17 on the reticle 16, from the pattern 17 0-order diffracted light D 0, + 1-order diffracted light D P, and -1-order diffracted light D m occurs. The respective diffracted lights (D 0 , D m , D P ) are condensed by the projection optical system 18 and generate interference fringes on a wafer (sample substrate) 20.
This interference fringe is an image of the pattern 17. In this case, 0-order diffracted light D 0 and ± 1-order diffracted light D P, the angle theta (reticle side) and D m is sinθ = λ / P (λ: exposure wavelength, P: pattern pitch) determined by.

【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18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18を透過できなくなる。
このとき、ウエハ20上には0次回折光D0 のみしか到
達せず干渉縞は生じない。つまり、sinθ>NAR
なる場合にはパターン17の像は得られず、パターン1
7をウエハ20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, sin θ becomes larger, and when sin θ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system 18, the ± 1st-order diffracted lights D P and D m pass through the projection optical system 18. It cannot be transmitted.
At this time, only the zero-order diffracted light D 0 reaches the wafer 20 and no interference fringes occur. That is, when sin θ> NA R , the image of the pattern 17 cannot be obtained, and the pattern 1
7 cannot be transferred onto the wafer 20.

【0007】以上のことから、今までの投影型露光装置
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ー工程においてはウ
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/NA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 type exposure apparatus, the pitch P which satisfies sin θ = λ / P ≒ NA R
Was given by: P ≒ λ / NA R (1) From this, since the minimum pattern size is half of the pitch P, the minimum pattern size is about 0.5 · λ / NA R , but in the actual photolithography process, Some degree of depth of focus is required due to curvature, the effects of process steps, etc., or the thickness of the photoresist itself. Therefore, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k · λ / NA. here,
k is called a process coefficient and 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。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。
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 to use 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. Also, a so-called phase shift reticle that shifts the phase of light transmitted from a specific portion of the transmission portion of the circuit pattern of the reticle by π from the phase of light transmitted from another transmission portion, for example, is disclosed in
50811. Use of this phase shift reticle enables transfer of a finer pattern than in the past.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の投影型露光装置においては、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。
However, in the conventional projection type exposure apparatus as described above, shortening the wavelength of the illumination light source (for example, 200 nm or less) compared with the present one requires an appropriate optical element usable as a transmission optical member. It is difficult at present because of the absence of materials. 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.

【0010】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。一方、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など、多くの問題が残され
ている。
Further, even if the aperture can be made larger than the current state, the depth of focus represented by ± λ / 2NA 2 rapidly decreases with an increase in the numerical aperture, and the depth of focus required for actual use is reduced. However, the problem that the number is further reduced becomes prominent. On the other hand, the phase shift reticle has many problems such as a high manufacturing cost due to the complicated manufacturing process, and a method of inspection and repair has not been established yet.

【0011】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
深度が得られる投影型露光装置の実現を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to realize a projection type exposure apparatus capable of obtaining a high resolution and a large depth of focus even when a normal reticle is used.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明による投影露光装
置は、光源(1)からの照明光(IL)をマスク(1
6)に照射する照明光学系と、照明光を基板(20)上
に投射する投影光学系(18)とを備え、照明光の照射
によってマスクのパターン(17)を基板上に転写する
ものである。そして、第1の投影露光装置では、照明光
学系内のマスク(レチクル16)のパターン(17)に
対するフーリエ変換面(投影光学系の瞳面19と共役な
面)上での照明光の光量分布を異ならせる複数のオプチ
カルインテグレータ(22A〜22D、23A)を備
え、基板上に転写すべきパターンに応じて選択される複
数のオプチカルインテグレータの1つはその一端面(焦
点面)がフーリエ変換面にほぼ一致して配置されること
とした。このため、基板上に転写すべきパターンに応じ
て最適なオプチカルインテグレータを用いることがで
き、特に照明光の光量分布を照明光学系の光軸外の領域
で高めるときに最適なオプチカルインテグレータを用い
て高解像度かつ大焦点深度でパターンを基板上に転写す
ることが可能となる。また、第2の投影露光装置では、
照明光を入射して互いに異なる2次光源をそれぞれ形成
する複数のオプチカルインテグレータ(22A〜22
D、23A)を備え、基板上に転写すべきパターンに応
じて選択される複数のオプチカルインテグレータの1つ
はその一端面(焦点面)が照明光学系内のフーリエ変換
面(投影光学系の瞳面19と共役な面)にほぼ一致して
配置されることとした。このため、基板上に転写すべき
パターンに応じて最適なオプチカルインテグレータを用
いることができ、特に照明光学系の光軸外に2次光源を
形成するときに最適なオプチカルインテグレータを用い
て高解像度かつ大焦点深度でパターンを基板上に転写す
ることが可能となる。なお、第1及び第2の投影露光装
置では、複数のオプチカルインテグレータが、照明光学
系内でその光軸(AX)上に配置される第1オプチカル
インテグレータ(23A)と、照明光学系内でその光軸
(AX)外に配置される第2オプチカルインテグレータ
(11A、11B)とを含むことが望ましい。ここで、
本発明による第1及び第2の投影露光装置は、オプチカ
ルインテグレータとして一端面、即ちレチクル側焦点面
が照明光学系内のフーリエ変換面にほぼ一致して配置さ
れるフライアイレンズを用い、かつそのフーリエ変換面
上での照明光の光量分布を照明光学系の光軸外の領域で
高める、換言すれば照明光学系の光軸外に2次光源を形
成するものとすると、原理的に図12に示すように構成
される。図12において従来と同じ部材には同一の符号
を付してある。図12において、フライアイレンズ(1
1A、11B)は、そのレチクル側焦点面11bが照明
光学系内でレチクル16上の回路パターン(レチクルパ
ターン)17に対してほぼフーリエ変換面の位置(投影
レンズ18の瞳面19と共役な位置)となるように配置
され、かつフライアイレンズ(11A、11B)は、複
数のフライアイレンズ群に分散して配列される。また、
フライアイレンズ(11A、11B)のレチクル側焦点
面11bにおける照明光量分布を、複数のフライアイレ
ンズ群11A、11Bの個々のフライアイレンズ位置以
外ではほぼ零とするために、フライアイレンズ(11
A、11B)の光源側(またはレチクル側、もしくはフ
ライアイレンズと一体)に遮光部材10を設ける。この
ため、フライアイレンズ(11A、11B)のレチクル
側焦点面11bにおける照明光量分布は、各フライアイ
レンズ群11A、11Bの位置でのみ存在し、それ以外
ではほぼ零となる。
A projection exposure apparatus according to the present invention uses illumination light (IL) from a light source (1) as a mask (1).
6) an illumination optical system for irradiating the substrate, and a projection optical system (18) for projecting the illumination light onto the substrate (20). The pattern of the mask (17) is transferred onto the substrate by irradiating the illumination light. is there. In the first projection exposure apparatus, the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform plane (a plane conjugate with the pupil plane 19 of the projection optical system) with respect to the pattern (17) of the mask (reticle 16) in the illumination optical system One of a plurality of optical integrators selected according to a pattern to be transferred onto a substrate has one end face (focal plane) corresponding to a Fourier transform plane. It was decided to be arranged almost in agreement. For this reason, the optimal optical integrator can be used according to the pattern to be transferred onto the substrate, and especially when the light intensity distribution of the illumination light is increased in a region outside the optical axis of the illumination optical system, the optimal optical integrator is used. A pattern can be transferred onto a substrate with high resolution and a large depth of focus. In the second projection exposure apparatus,
A plurality of optical integrators (22A to 22A) that form illumination light and form different secondary light sources, respectively.
D, 23A), one of a plurality of optical integrators selected according to the pattern to be transferred onto the substrate has one end face (focal plane) having a Fourier transform plane (pupil of the projection optical system) in the illumination optical system. (A plane conjugate to the plane 19). Therefore, an optimal optical integrator can be used in accordance with a pattern to be transferred onto a substrate, and particularly when a secondary light source is formed off the optical axis of the illumination optical system, a high resolution and high resolution can be obtained by using the optimal optical integrator. The pattern can be transferred onto the substrate with a large depth of focus. In the first and second projection exposure apparatuses, a plurality of optical integrators are arranged on the optical axis (AX) in the illumination optical system, and the first optical integrator (23A) is arranged in the illumination optical system. It is desirable to include second optical integrators (11A, 11B) arranged outside the optical axis (AX). here,
The first and second projection exposure apparatuses according to the present invention use, as an optical integrator, a fly-eye lens in which one end face, that is, a reticle-side focal plane is arranged almost coincident with a Fourier transform plane in an illumination optical system, and Assuming that the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform surface is increased in a region off the optical axis of the illumination optical system, in other words, a secondary light source is formed off the optical axis of the illumination optical system. It is configured as shown in FIG. In FIG. 12, the same members as those in the related art are denoted by the same reference numerals. In FIG. 12, the fly-eye lens (1
1A, 11B) is a position where the reticle-side focal plane 11b is substantially a Fourier transform plane with respect to a circuit pattern (reticle pattern) 17 on the reticle 16 in the illumination optical system (a position conjugate with the pupil plane 19 of the projection lens 18) ), And the fly-eye lenses (11A, 11B) are dispersedly arranged in a plurality of fly-eye lens groups. Also,
In order to make the illumination light amount distribution on the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lenses (11A, 11B) substantially zero at positions other than the individual fly-eye lens positions of the plurality of fly-eye lens groups 11A, 11B,
A, 11B) on the light source side (or on the reticle side, or integrated with the fly-eye lens). Therefore, the illumination light amount distribution on the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lenses (11A, 11B) exists only at the positions of the fly-eye lens groups 11A, 11B, and becomes almost zero at other positions.

【0013】また、フライアイレンズ群11A、11B
のレチクル側焦点面11bはレチクルパターン17に対
するフーリエ変換面にほぼ等しいので、フライアイレン
ズ群11A、11Bのレチクル側焦点面11bでの光量
分布(光束の位置座標)は、レチクルパターン17に対
する照明光束の入射角度ψに対応することになる。従っ
て、フライアイレンズ群11A、11Bの個々の位置
(光軸AXに垂直な面内での位置、即ち光軸AXとの距
離)に応じて、レチクルパターン17に入射する照明光
束の入射角を調整することができる。ここで、フライア
イレンズ群11A、11Bは光軸AXと対称に配置する
のが望ましく、また各フライアイレンズ群は少なくとも
1つ以上のレンズエレメントで構成される。さらに、レ
チクルパターン17の周期性(ピッチ、配列方向等)の
違いに応じて、フライアイレンズ群11A、11Bの照
明光学系もしくは投影光学系の光軸に対する偏心状態を
互いに異ならせて一体に保持する複数の保持部材の各々
を交換可能に照明光学系の光路中に配置する構成として
もよい。このため、複数の保持部材の各々を照明光学系
の光路中に配置する、具体的には転写すべきレチクルパ
ターンの周期性に基づいて、複数の保持部材の中からレ
チクルパターンに最適な1つを選択し、この選択された
保持部材を光路中に配置することによって、レチクル1
6に入射するそれぞれの照射光束(複数本)の入射角度
を、レチクルパターン17の周期性にあわせて制御する
ことが可能となっている。
Further, fly-eye lens groups 11A and 11B
Since the reticle-side focal plane 11b is substantially equal to the Fourier transform plane for the reticle pattern 17, the light quantity distribution (position coordinates of the luminous flux) on the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B is Of the incident angle の. Accordingly, the incident angle of the illumination light beam incident on the reticle pattern 17 is changed according to the individual positions of the fly-eye lens groups 11A and 11B (positions in a plane perpendicular to the optical axis AX, that is, distances from the optical axis AX). Can be adjusted. Here, the fly-eye lens groups 11A and 11B are desirably arranged symmetrically with respect to the optical axis AX, and each fly-eye lens group is composed of at least one or more lens elements. Furthermore, the eccentric states of the fly-eye lens groups 11A and 11B with respect to the optical axis of the illumination optical system or the projection optical system are made different from each other and integrally held according to the difference in the periodicity (pitch, arrangement direction, etc.) of the reticle pattern 17. Each of the plurality of holding members may be interchangeably arranged in the optical path of the illumination optical system. For this reason, each of the plurality of holding members is arranged in the optical path of the illumination optical system. Specifically, based on the periodicity of the reticle pattern to be transferred, one of the plurality of holding members that is optimal for the reticle pattern is selected. Is selected, and the selected holding member is arranged in the optical path, so that the reticle 1
6 can be controlled in accordance with the periodicity of the reticle pattern 17.

【0014】本発明による第3の投影露光装置では、照
明光学系内のフーリエ変換面上での照明光(IL)の光
量分布を、パターン(17)の周期性、即ち微細度(ピ
ッチP)に応じた距離だけ照明光学系の光軸(AX)か
ら偏心した複数の領域(例えばフライアイレンズ11
A、11Bの射出面に相当)で高めるために用いられる
第1光学部材(71)と、基板(20)上に転写すべき
パターンに応じてその光量分布を変更するときに、第1
光学部材(71)との交換で照明光学系内に配置される
第2光学部材(72)とを備え、第1及び第2光学部材
は照明光学系内でオプチカルインテグレータ(30A、
30B;31A、31B)よりも光源(1)側に配置さ
れることとした。また、第1光学部材は照明光を遮光す
ることなくその複数の領域にそれぞれ分布させる光学素
子(例えばファイバー、又は回折格子状パターンなど)
であることが望ましい。このため、第1光学部材を用い
るときに高解像度かつ大焦点深度でパターンを基板上に
転写することができる。また、第1光学部材との交換で
第2光学部材を用いることで、例えば光量分布の変更に
よって生じ得る光量損失を低減することができる。な
お、前述した第1〜第3の投影露光装置では、照明光に
よる基板の露光中に、基板と投影光学系の像面とをその
光軸に沿った方向に相対移動する駆動手段を設け、見か
け上の焦点深度を拡大させるようにしてもよい。また、
本発明による第4の投影露光装置では、照明光学系内の
フーリエ変換面上での照明光の光量分布を照明光学系の
光軸(AX)から偏心した複数の領域で高めるととも
に、パターン(17)の周期性、即ち微細度(ピッチ
P)に応じて光軸(AX)との距離を複数の領域でほぼ
等しく規定する光学部材(11)と、照明光による基板
の露光中に、基板と投影光学系の像面とをその光軸に沿
った方向に相対移動する駆動手段(110、112)と
を設けることとした。このため、高解像度かつ大焦点深
度でパターンを基板上に転写することができるととも
に、さらに見かけ上の焦点深度を拡大させることが可能
となる。さらに、本発明による投影露光装置を用いた素
子製造方法では、回路パターン形成のフォトリソグラフ
ィ工程で微細な半導体素子などを製造することができ
る。また、本発明による投影露光方法は、照明光学系を
通して光源(1)からの照明光(IL)をマスク(1
6)に照射するとともに、投影光学系(18)を介して
照明光で基板(20)を露光するものである。そして、
第1の投影露光方法では、基板(20)上に転写すべき
パターンに応じて、照明光学系内のフーリエ変換面上で
の照明光の光量分布を異ならせる複数のオプチカルイン
テグレータ(11A11B;22A〜22D;23A)
の1つを選択し、この選択したオプチカルインテグレー
タをその一端面がそのフーリエ変換面にほぼ一致するよ
うに照明光学系内に配置することとした。このため、基
板上に転写すべきパターンに応じて最適なオプチカルイ
ンテグレータを用いることができ、特に照明光の光量分
布を照明光学系の光軸外の領域で高めるときに最適なオ
プチカルインテグレータを用いて高解像度かつ大焦点深
度でパターンを基板上に転写することが可能となる。ま
た、第2の投影露光方法では、照明光学系内のフーリエ
変換面上での照明光の光量分布を照明光学系の光軸(A
X)から偏心した複数の領域で高めるとともに、基板上
に転写すべきパターンの周期性、即ち微細度(ピッチ
P)に応じて光軸(AX)との距離を複数の領域でほぼ
等しく規定し、照明光による基板の露光中に、基板と投
影光学系の像面とをその光軸に沿った方向に相対移動す
ることとした。このため、高解像度かつ大焦点深度でパ
ターンを基板上に転写することができるとともに、さら
に見かけ上の焦点深度を拡大させることが可能となる。
In the third projection exposure apparatus according to the present invention, the light amount distribution of the illumination light (IL) on the Fourier transform plane in the illumination optical system is determined by the periodicity of the pattern (17), that is, the fineness (pitch P). (For example, fly-eye lens 11) decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system by a distance corresponding to
A and 11B are used to increase the light amount distribution according to the pattern to be transferred onto the substrate (20).
A second optical member (72) arranged in the illumination optical system in exchange for the optical member (71), wherein the first and second optical members are optical integrators (30A,
30B; 31A, 31B) are arranged closer to the light source (1). In addition, the first optical member is an optical element (for example, a fiber or a diffraction grating pattern) that distributes the illumination light to the plurality of regions without blocking the illumination light.
It is desirable that Therefore, when using the first optical member, the pattern can be transferred onto the substrate with high resolution and a large depth of focus. Further, by using the second optical member in exchange for the first optical member, it is possible to reduce a light amount loss that may be caused, for example, by changing the light amount distribution. In the above-described first to third projection exposure apparatuses, a driving unit that relatively moves the substrate and the image plane of the projection optical system in a direction along the optical axis during exposure of the substrate with the illumination light is provided. The apparent depth of focus may be increased. Also,
In the fourth projection exposure apparatus according to the present invention, the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform surface in the illumination optical system is increased in a plurality of regions decentered from the optical axis (AX) of the illumination optical system, and the pattern (17) is increased. ), An optical member (11) for defining the distance from the optical axis (AX) to be substantially equal in a plurality of regions in accordance with the periodicity of fineness (pitch P); Driving means (110, 112) for relatively moving the image plane of the projection optical system in a direction along the optical axis are provided. Therefore, the pattern can be transferred onto the substrate with a high resolution and a large depth of focus, and the apparent depth of focus can be further increased. Further, in the element manufacturing method using the projection exposure apparatus according to the present invention, a fine semiconductor element or the like can be manufactured by a photolithography process for forming a circuit pattern. Further, in the projection exposure method according to the present invention, the illumination light (IL) from the light source (1) is masked (1) through the illumination optical system.
6), and the substrate (20) is exposed to illumination light via the projection optical system (18). And
In the first projection exposure method, a plurality of optical integrators (11A11B; 22A to 22C) that vary the light intensity distribution of illumination light on a Fourier transform plane in an illumination optical system according to a pattern to be transferred onto a substrate (20). 22D; 23A)
Is selected, and the selected optical integrator is arranged in the illumination optical system such that one end face thereof substantially coincides with the Fourier transform plane. For this reason, the optimal optical integrator can be used according to the pattern to be transferred onto the substrate, and especially when the light intensity distribution of the illumination light is increased in a region outside the optical axis of the illumination optical system, the optimal optical integrator is used. A pattern can be transferred onto a substrate with high resolution and a large depth of focus. In the second projection exposure method, the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform surface in the illumination optical system is determined by using the optical axis (A
X), the distance from the optical axis (AX) is set to be substantially equal in the plurality of regions in accordance with the periodicity of the pattern to be transferred onto the substrate, that is, the fineness (pitch P). During the exposure of the substrate by the illumination light, the substrate and the image plane of the projection optical system are relatively moved in a direction along the optical axis. Therefore, the pattern can be transferred onto the substrate with a high resolution and a large depth of focus, and the apparent depth of focus can be further increased.

【0015】[0015]

【作用】レチクル(マスク)上に描画された回路パター
ン17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11Aからの照明光
が照射されたレチクルパターン17からは、0次回折光
成分D0 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。このとき、照明光束(主光線)が、傾いた角度で
レチクル16に入射するので、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、ある傾き(角度
ずれ)をもってレチクルパターン17から発生する。図
12中の照明光L120は、光軸に対してψだけ傾いて
レチクル16に入射する。
The circuit pattern 17 drawn on the reticle (mask) generally contains many periodic patterns.
Thus, from a single fly's eye lens groups 11A reticle pattern 17 the illumination light is irradiated from the 0-order diffracted light component D 0 and ± 1-order diffracted light component D P, is D m and higher diffracted light components, It occurs in a direction corresponding to the fineness of the pattern. At this time, since the illumination light beam (principal ray) is incident on the reticle 16 at an inclined angle, the generated diffracted light components of each order also have a certain inclination (angle shift) as compared with the case where the illumination is performed vertically. From 17 Illumination light L120 in FIG. 12 is incident on reticle 16 at an angle of ψ with respect to the optical axis.

【0016】照明光L120はレチクルパターン17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D0 、0次回折光に対してθP だけ傾いて
進む+1次回折光DP 、及び0次回折光D0 に対してθ
m だけ傾いて進む−1次回折光Dm を発生する。ここ
で、照明光L120は両側テレセントリックな投影光学
系18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D0 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。
The illumination light L120 is diffracted by the reticle pattern 17, the optical axis 0-order diffracted light proceeds only direction inclined ψ relative AX D 0, 0 +1 order diffracted light D P advancing inclined by theta P relative order diffracted light , And θ with respect to the 0th- order diffracted light D 0
A -1st-order diffracted light Dm that advances by m is generated. Since the illumination light L120 is incident on the reticle pattern inclined at an angle ψ with respect to the optical axis AX of the double telecentric projection optical system 18, 0-order diffracted light D 0 also with respect to the optical axis AX of the projection optical system Proceed in the direction inclined by angle ψ.

【0017】従って、+1次回折光DP は光軸AXに対
して(θP +ψ)の方向に進行し、−1次回折光Dm
光軸AXに対して(θm −ψ)の方向に進行する。この
とき、回折角θP 、θm はそれぞれ、 sin(θP +ψ)− sinψ=λ/P (2) sin(θm −ψ)+ sinψ=λ/P (3) である。ここでは、+1次回折光DP 、−1次回折光D
m の両方が投影光学系18の瞳19を透過しているもの
とする。
Accordingly, the + 1st-order diffracted light D P travels in the direction of (θ P + ψ) with respect to the optical axis AX, and the −1st-order diffracted light D m in the direction of (θ m −ψ) with respect to the optical axis AX. proceed. At this time, the diffraction angles θ P and θ m are respectively sin (θ P + ψ) −sinψ = λ / P (2) sin (θ m −ψ) + sinψ = λ / P (3) Here, the + 1st-order diffracted light Dp and the -1st-order diffracted light D
It is assumed that both m are transmitted through the pupil 19 of the projection optical system 18.

【0018】レチクルパターン17の微細化に伴って回
折角が増大すると、まず角度(θP +ψ)の方向に進行
する+1次回折光DP が投影光学系18の瞳19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L120が光軸A
Xに対して傾いて入射しているため、このときの回折角
でも−1次回折光Dm は、投影光学系18に入射可能と
なる。すなわち、sin(θm−ψ)<NAR の関係に
なる。
When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern 17, firstly, the + 1st-order diffracted light D P traveling in the direction of the angle (θ P + ψ) cannot pass through the pupil 19 of the projection optical system 18. That is, sin (θ P + ψ)> NA R
It comes to the relationship. However, the illumination light L120 has the optical axis A
Since the incident inclined relative X, -1-order diffracted light D m at a diffraction angle in this case is possible enter the projection optical system 18. That is, a relationship of sin (θ m −ψ) <NA R is established.

【0019】従って、ウエハ20上には0次回折光D0
と−1次回折光Dm との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17の像であり、レチク
ルパターン17が1:1のラインアンドスペースのと
き、約90%のコントラストとなってウエハ20上に塗
布されたレジスト層に、レチクルパターン17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 D 0 is placed on the wafer 20.
When -1 interference fringes caused by two light beams of the diffracted light D m occurs.
This interference fringe is an image of the reticle pattern 17. When the reticle pattern 17 has a line and space ratio of 1: 1, the image of the reticle pattern 17 is formed on a resist layer applied on the wafer 20 with a contrast of about 90%. Can be patterned.

【0020】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 (θ m -ψ) = NA R (4), and therefore, NA R + sinψ = λ / PP = λ / (NA R + sinψ) (5) ) Is the pitch of the smallest transferable pattern on the reticle side.

【0021】一例として、sinψを0.5×NAR
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 transferable reticle is P = λ / (NA R + 0.5NA R ) = 2λ / 3NA R ( 6)

【0022】一方、図13に示したように、照明光の瞳
19上での光量分布が投影光学系18の光軸AXを中心
とする円形領域内である従来の投影型露光装置の場合、
解像限界は(1)式に示したようにP≒λ/NAR であ
った。従って、従来の投影型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
して特定の入射角で露光光を照射することで、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
ーンを形成する方法によって、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. 13, in the case of a conventional projection exposure apparatus in which the light amount distribution of the illumination light on the pupil 19 is within a circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 18,
The resolution limit was P ≒ λ / NA R as shown in equation (1). Therefore, it can be seen that higher resolution can be realized than the conventional projection type exposure apparatus. Next, by exposing the reticle pattern to exposure light at a specific incident angle, a method of forming an imaging pattern on the wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component increases the depth of focus. The reason will be described.

【0023】図12のように、ウエハ20が投影光学系
18の焦点位置(最良結像面)に一致している場合に
は、レチクルパターン17中の1点を出てウエハ20上
の一点に達する各回折光成分は、投影光学系18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18の瞳面19のほぼ中心(光軸近傍)を通過する場
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、相互の波面収差も零である。しかし、ウ
エハ20が投影光学系18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
成分の光路長は光軸近傍を通る0次回折光成分に対して
焦点前方(投影光学系18から遠ざかる方)では短く、
焦点後方(投影光学系18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、…の各回折光成分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. 12, when the wafer 20 coincides with the focal position (the best image forming plane) of the projection optical system 18, one point on the reticle pattern 17 exits and becomes one point on the wafer 20. Each of the diffracted light components that arrive has an equal optical path length regardless of which part of the projection optical system 18 passes. For this reason, even when the 0th-order diffracted light component passes through substantially the center (near the optical axis) of the pupil plane 19 of the projection optical system 18, the optical path length between the 0th-order diffracted light component and the other diffracted light components differs. Equal, mutual wavefront aberration is also zero. However, when the wafer 20 is in a defocused state where the focal position of the projection optical system 18 is not coincident, the optical path length of the obliquely incident high-order diffracted light component is focused on the 0th-order diffracted light component passing near the optical axis. It is short in front (away from the projection optical system 18),
Behind the focal point (the one approaching the projection optical system 18), it becomes longer,
The difference depends on the difference between the incident angles. Therefore, 0
The diffracted light components of the next order, ± 1st order,... Mutually form wavefront aberrations, causing blur before and after the focal position.

【0024】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ20の焦点位置からのずれ量をΔF、各回折光成分
が−(負)側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は各回折光成分の瞳面19で
の光軸AXからの距離を表わす。図13に示した従来の
投影型露光装置(ステッパー)では、0次回折光D0
光軸AXの近傍を通るのでr(0次)=0となる。一
方、±1次回折光DP 、Dm は、r(1次)=M・λ/
Pとなる(Mは投影光学系の結像倍率)。
The wavefront aberration due to the above-mentioned defocus is represented by ΔF, the amount of deviation from the focal position of the wafer 20, and the sine of the incident angle θ w when each diffracted light component is incident on the negative side.
When (r = sinθ w), it is an amount given by ΔFr 2/2. At this time, r represents the distance of each diffracted light component from the optical axis AX on the pupil plane 19. In the conventional projection exposure apparatus shown in FIG. 13 (stepper), 0-order diffracted light D 0 becomes r (0-order) = 0 because passing near the optical axis AX. On the other hand, ± first-order diffracted lights D P and D m are r (first order) = M · λ /
P (M is the imaging magnification of the projection optical system).

【0025】従って、0次回折光D0 と±1次回折光D
P 、Dm とのデフォーカスによる波面収差は、ΔF・M
2(λ/P)2/2となる。一方、本発明における投影型露
光装置では、図12に示すように0次回折光成分D0
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。
Therefore, the 0th-order diffracted light D 0 and the ± 1st-order diffracted light D
P, the wavefront aberration due to defocus of the D m is, ΔF · M
2 (λ / P) becomes a 2/2. On the other hand, in the projection type exposure apparatus in the present invention, since 0-order diffracted light component D 0 as shown in FIG. 12 is generated by a direction inclined an angle ψ from the optical axis AX, the optical axis of the 0-order diffracted light component on the pupil plane 19 The distance from AX is r (0th order) = M · sinψ.

【0026】さらに、−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(θ
m −ψ)となれば、0次回折光成分D0 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20が焦点位置より光軸方向に若干ずれて
もパターン17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であることから、照明光束L120のレチクル
16への入射角ψを、ピッチPのパターンに対して、s
inψ=λ/2Pなる関係に定めれば、焦点深度を極め
て増大させることが可能である。
Furthermore, the distance from the optical axis in the -1 pupil plane of the diffracted light component D m is r (-1 order) = M · sin (θ m
−ψ). At this time, sinψ = sin (θ
if the m -ψ), 0 relative wavefront aberration becomes zero due to defocusing of the order diffracted light component D 0 and -1-order diffracted light component D m, even wafer 20 is slightly deviated in the optical axis direction from the focal position pattern The image blur of No. 17 does not occur so much as in the conventional case. That is, the depth of focus increases. Also, as in equation (3), sin (θ m −ψ) + sinψ
= Λ / P, the incident angle ψ of the illumination light beam L120 to the reticle 16 is given by s with respect to the pattern of the pitch P.
If the relationship inψ = λ / 2P is determined, it is possible to greatly increase the depth of focus.

【0027】[0027]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例による投影型露
光装置の構成を示し、フライアイレンズ群11A、11
Bの夫々の光源側焦点面11aに照明光の光量分布を集
中せしめる光学部材(インプット光学系の一部)とし
て、回折格子状パターン5を設けるようにした。
FIG. 1 shows the configuration of a projection type exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
The diffraction grating pattern 5 is provided as an optical member (part of the input optical system) for concentrating the light amount distribution of the illumination light on each light source side focal plane 11a of B.

【0028】図1において、水銀ランプ1より発生した
照明光束ILは、楕円鏡2の第2焦点f0 に集光した
後、ミラー3、レンズ系4等のリレー系を介して回折格
子状パターン5に照射される。このときの照明方法は、
ケーラー照明法であってもクリチカル照明であっても良
いが、強い光量を得るためにはクリチカル照明法の方が
望ましい。回折格子状パターン5から発生した回折光I
La、ILbは、リレーレンズ9によりフライアイレン
ズ群11A、11Bの夫々に集中して入射する。このと
き、フライアイレンズ群11A、11Bの光源側焦点面
11aと回折格子状パターン5とは、リレーレンズ9を
介してほぼフーリエ変換の関係となっている。一方、フ
ライアイレンズ群11A、11Bのレチクル側焦点面1
1bは、レチクルパターン17のフーリエ変換面(瞳共
役面)とほぼ一致するように、光軸AXと垂直な面内方
向に配置されている。尚、図1では回折格子状パターン
5への照明光を平行光束として図示したが、実際には発
散光束となっているため、フライアイレンズ群11A、
11Bへの入射光束はある大きさ(太さ)を持ってい
る。
In FIG. 1, an illumination light flux IL generated by a mercury lamp 1 is condensed at a second focal point f 0 of an elliptical mirror 2 and then passed through a relay system such as a mirror 3 and a lens system 4 to form a diffraction grating pattern. 5 is irradiated. The lighting method at this time is
Either the Koehler illumination method or the critical illumination method may be used, but the critical illumination method is more preferable for obtaining a strong light amount. Diffracted light I generated from diffraction grating pattern 5
La and ILb are intensively incident on each of the fly-eye lens groups 11A and 11B by the relay lens 9. At this time, the focal plane 11a on the light source side of the fly-eye lens groups 11A and 11B and the diffraction grating pattern 5 have a substantially Fourier transform relationship via the relay lens 9. On the other hand, the reticle-side focal plane 1 of the fly-eye lens groups 11A and 11B
1 b is arranged in an in-plane direction perpendicular to the optical axis AX so as to substantially coincide with the Fourier transform plane (pupil conjugate plane) of the reticle pattern 17. In FIG. 1, the illumination light to the diffraction grating pattern 5 is illustrated as a parallel light flux. However, since the light is actually a divergent light flux, the fly-eye lens group 11A,
The light beam incident on 11B has a certain size (thickness).

【0029】また保持部材11は、フライアイレンズ群
11A、11Bの各中心(換言すれば、フライアイレン
ズ群11A、11Bの各々における2次光源像が作る各
光量分布の重心)がレチクルパターンの周期性に応じて
決まる量だけ、光軸AXに対して偏心した離散的な位置
に設定されるように、フライアイレンズ群11A、11
Bを一体に保持している。さらに、可動部材24(本発
明の切替部材)には保持部材11とともに、レチクルパ
ターン17の周期性の違いに応じて、複数のフライアイ
レンズ群の光軸AXに対する偏心状態を互いに異ならせ
て保持する複数の保持部材(不図示)が一体に固定され
ており、この可動部材24を駆動することによって、複
数の保持部材の各々を交換可能に照明光学系の光路中に
配置できるようになっているが、その詳細については後
述する。
The center of each of the fly-eye lens groups 11A and 11B (in other words, the center of gravity of each light quantity distribution formed by the secondary light source images in each of the fly-eye lens groups 11A and 11B) is a reticle pattern. The fly-eye lens groups 11A and 11A are set at discrete positions eccentric with respect to the optical axis AX by an amount determined according to the periodicity.
B are held together. Further, the movable member 24 (switching member of the present invention) and the holding member 11 are held with the eccentric states of the plurality of fly-eye lens groups different from each other with respect to the optical axis AX according to the difference in the periodicity of the reticle pattern 17. A plurality of holding members (not shown) are integrally fixed. By driving the movable member 24, each of the plurality of holding members can be exchangeably arranged in the optical path of the illumination optical system. However, the details will be described later.

【0030】ここで、同じ保持部材に固定される複数の
フライアイレンズ群(11A、11B)の各々は、同一
の形状、同一の材質(屈折率)のものであることが望ま
しい。さらに、図1に示した個々のフライアイレンズ群
11A、11Bの各レンズエレメントは、両凸レンズと
し、かつ光源側焦点面11aと入射面、レチクル側焦点
面11bと射出面がそれぞれ一致する場合の例であった
が、フライアイレンズ群のレンズエレメントはこの関係
を厳密に満たさなくても良く、またレンズエレメントは
平凸レンズ、凸平レンズ、あるいは平凹レンズであって
も良い。
Here, it is desirable that each of the plurality of fly-eye lens groups (11A, 11B) fixed to the same holding member has the same shape and the same material (refractive index). Furthermore, each lens element of each of the fly-eye lens groups 11A and 11B shown in FIG. 1 is a biconvex lens, and the light source side focal plane 11a and the reticle side focal plane 11b coincide with the exit plane respectively. Although described as an example, the lens elements of the fly-eye lens group do not have to strictly satisfy this relationship, and the lens elements may be plano-convex lenses, convex-planar lenses, or plano-concave lenses.

【0031】尚、フライアイレンズ群の光源側焦点面1
1aと、レチクル側焦点面11bとは、当然ながらフー
リエ変換の関係である。従って、図1の例の場合には、
フライアイレンズ群のレチクル側焦点面11b、すなわ
ちフライアイレンズ群11A、11Bの射出面が、回折
格子状パターン5と結像関係(共役)になっている。さ
て、フライアイレンズ群11A、11Bのレチクル側焦
点面11bより射出される光束は、コンデンサーレンズ
13、15、ミラー14を介して、レチクル16を均一
な照度分布で照明する。本実施例では、フライアイレン
ズ群11A、11Bの射出側に遮光部材12を配置し、
回折格子状パターン5からの0次回折光ILc等をカッ
トする。遮光部材12は、フライアイレンズ群に合わせ
て開口部をくり抜いた金属板、あるいはガラス、石英基
板等に金属等の不透明物質がパターニングされたもので
ある。遮光部材12の開口部は、それぞれフライアイレ
ンズ群11A、11Bの各位置に対応している。このた
め、フライアイレンズ群11A、11Bのレチクル側焦
点面11bの近傍における照明光量分布をそれぞれのフ
ライアイレンズ群11A、11Bの位置以外では零とす
ることができる。従って、レチクルパターン17に照射
される照明光は、フライアイレンズ群11A、11Bよ
り射出される光束(2次光源像からの光束)のみとな
り、レチクルパターン17への入射角も、特定の入射角
を持つ光束(複数)のみに制限される。
The light source side focal plane 1 of the fly-eye lens group
1a and the reticle-side focal plane 11b naturally have a Fourier transform relationship. Therefore, in the case of the example of FIG.
The reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens group, that is, the exit planes of the fly-eye lens groups 11A and 11B have an imaging relationship (conjugate) with the diffraction grating pattern 5. The luminous flux emitted from the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B illuminates the reticle 16 with uniform illumination distribution via the condenser lenses 13 and 15 and the mirror 14. In this embodiment, the light shielding member 12 is arranged on the emission side of the fly-eye lens groups 11A and 11B,
The zero-order diffracted light ILc and the like from the diffraction grating pattern 5 are cut. The light-shielding member 12 is formed by patterning an opaque substance such as a metal on a metal plate or a glass or quartz substrate whose opening is cut out in accordance with the fly-eye lens group. The openings of the light blocking member 12 correspond to the positions of the fly-eye lens groups 11A and 11B, respectively. For this reason, the illumination light amount distribution in the vicinity of the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B can be made zero except for the positions of the respective fly-eye lens groups 11A and 11B. Therefore, the illuminating light applied to the reticle pattern 17 is only the light flux (light flux from the secondary light source image) emitted from the fly-eye lens groups 11A and 11B, and the incident angle on the reticle pattern 17 is also a specific incident angle. Is restricted to only a plurality of light fluxes having.

【0032】ここで、本実施例においては保持部材(フ
ライアイレンズ群11A、11B)が交換可能となって
いるので、遮光部材12の開口部もこれに応じて可変で
あるか、もしくは遮光部材12も交換可能でなければな
らない。例えば、フライアイレンズ群11A、11Bと
ともに遮光部材12を保持部材に固定しておき、これら
を一体に交換可能に構成することが望ましい。尚、フラ
イアイレンズ群11A、11Bの各々へ入射する光束の
大きさ(太さ)を、フライアイレンズ群11A、11B
の光源側焦点面11aの大きさとほぼ同等、もしくはそ
れ以下に定めれば、特に遮光部材12を照明光学系中
(フライアイレンズ群の近傍)に設ける必要がないこと
は言うまでもない。
In this embodiment, since the holding members (fly-eye lens groups 11A and 11B) are replaceable, the opening of the light shielding member 12 can be changed accordingly, or the light shielding member can be changed. 12 must also be interchangeable. For example, it is desirable that the light shielding member 12 is fixed to the holding member together with the fly-eye lens groups 11A and 11B, and these are integrally replaceable. The size (thickness) of the light beam incident on each of the fly-eye lens groups 11A and 11B is determined by the size of the fly-eye lens groups 11A and 11B.
Needless to say, it is not necessary to provide the light shielding member 12 in the illumination optical system (near the fly-eye lens group) if the size is substantially equal to or smaller than the size of the light source side focal plane 11a.

【0033】以上のように、レチクルパターン17に対
して特定の入射角で照明光を照射することで、レチクル
16上のレチクルパターン17から発生した回折光は、
図12で説明したのと同様に、テレセントリックな投影
光学系18により集光、結像され、ウエハ20上にレチ
クルパターン17の像が転写される。前述の回折格子状
パターン5を使って照明光束を回折させ、その回折光を
フライアイレンズ群11A、11Bの光源側焦点面内の
特定の位置(フライアイレンズ群)に集中させる際、そ
の集中位置は、回折格子状パターン5のピッチや方向性
によって変化する。従って、各フライアイレンズ11
A、11Bの位置に照明光を集中させるべく、回折格子
状パターン5のピッチや方向性を決定する。
As described above, by irradiating the reticle pattern 17 with the illumination light at a specific incident angle, the diffracted light generated from the reticle pattern 17 on the reticle 16 becomes
As in the case described with reference to FIG. 12, the light is condensed and imaged by the telecentric projection optical system 18, and the image of the reticle pattern 17 is transferred onto the wafer 20. When the illumination light flux is diffracted using the above-described diffraction grating pattern 5 and the diffracted light is concentrated at a specific position (fly-eye lens group) within the light source-side focal plane of the fly-eye lens groups 11A and 11B, the concentration is concentrated. The position changes depending on the pitch and directionality of the diffraction grating pattern 5. Therefore, each fly-eye lens 11
The pitch and directionality of the diffraction grating pattern 5 are determined so as to concentrate the illumination light at the positions A and 11B.

【0034】また、前述の如くフライアイレンズ11の
レチクル側焦点面11bには回折格子状パターン5の像
ができており、かつ、レチクルパターン面17とフライ
アイレンズ群11A、11Bのレチクル側焦点面11b
とは、フーリエ変換の関係となっているので、レチクル
16上での照明強度分布は、回折格子状パターン5の欠
陥やゴミ等により不均一化されることがない。また、回
折格子状パターン5そのものがレチクル16に結像して
照度均一性を劣化させることもない。
As described above, an image of the diffraction grating pattern 5 is formed on the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens 11, and the reticle-side focal plane of the reticle pattern plane 17 and the fly-eye lens groups 11A and 11B. Surface 11b
Is a Fourier transform relationship, so that the illumination intensity distribution on the reticle 16 is not made non-uniform due to defects in the diffraction grating pattern 5 or dust. Further, the diffraction grating pattern 5 itself does not form an image on the reticle 16 to deteriorate the illuminance uniformity.

【0035】ここで、回折格子状パターン5は透過性の
基板、例えばガラス基板の表面に、Cr等の遮光膜がパ
ターニングさせたものであっても良いし、SiO2 等の
誘電体膜がパターニングされた、いわゆる位相グレーテ
ィングであって良い。位相グレーティングの場合、0次
回折光の発生を押さえることができる。また、回折格子
状パターン5は透過性のパターンのみでなく、反射性の
パターンであっても良い。例えばガラス等の平面反射鏡
の表面に高反射率膜、すなわちAl等の金属膜や誘電体
多層膜を回折格子状にパターニングしたものでも良く、
さらに反射光に位相差を与えるための段差が回折格子状
にパターニングされた高反射率鏡であっても良い。
Here, the diffraction grating pattern 5 may be formed by patterning a light-shielding film such as Cr on the surface of a transparent substrate, for example, a glass substrate, or by patterning a dielectric film such as SiO 2. A so-called phase grating may be used. In the case of a phase grating, the generation of zero-order diffracted light can be suppressed. Further, the diffraction grating pattern 5 may be not only a transmissive pattern but also a reflective pattern. For example, a high reflectivity film on a surface of a plane reflecting mirror such as glass, that is, a metal film such as Al or a dielectric multilayer film patterned in a diffraction grating shape may be used.
Further, a high reflectance mirror in which a step for giving a phase difference to the reflected light is patterned in a diffraction grating shape may be used.

【0036】回折格子状パターン5が反射性のものであ
る場合には図2に示すように、反射性回折格子状パター
ン5Aにリレーレンズ系4からの照明光束を照射し、そ
こで反射回折された回折光をリレーレンズ9を介してフ
ライアイレンズ群11A、11B近傍に集中させればよ
い。尚、個々のフライアイレンズ群11A、11Bが移
動した(すなわち保持部材を交換した)場合にも、それ
ぞれのフライアイレンズ群11A、11Bの近傍に照明
光を集中できるように、回折格子状パターン5又は5A
はピッチの異なるものに交換可能であるものとする。
When the diffraction grating pattern 5 is reflective, as shown in FIG. 2, the reflective diffraction grating pattern 5A is irradiated with an illumination light beam from the relay lens system 4, and reflected and diffracted there. The diffracted light may be concentrated near the fly-eye lens groups 11A and 11B via the relay lens 9. Incidentally, even when the individual fly-eye lens groups 11A and 11B move (that is, the holding members are replaced), the diffraction grating pattern is formed so that the illumination light can be concentrated near the respective fly-eye lens groups 11A and 11B. 5 or 5A
Can be exchanged for one with a different pitch.

【0037】また、回折格子状パターン5又は5Aは光
軸AXと垂直な面内で任意の方向に回転可能であっても
良い。このようにすると、レチクルパターン17中のラ
インアンドスペースパターンのピッチ方向がX、Y方向
と異なる場合(すなわちピッチ方向に応じてフライアイ
レンズ群11A、11Bが移動(光軸AXを中心として
回転)した場合)にも対応できる。
The diffraction grating pattern 5 or 5A may be rotatable in any direction in a plane perpendicular to the optical axis AX. In this case, when the pitch direction of the line and space pattern in the reticle pattern 17 is different from the X and Y directions (that is, the fly-eye lens groups 11A and 11B move (rotate around the optical axis AX) according to the pitch direction). ).

【0038】さらに、リレーレンズ9を複数枚のレンズ
より成るズームレンズ系(アフォーカルズームエキスパ
ンダ等)とし、焦点距離を変えることにより集光位置を
変えることもできる。但し、このときは回折格子状パタ
ーン5又は5Aと、フライアイレンズ群11A、11B
の光源側焦点面11aとがほぼフーリエ変換の関係にな
ることをくずさないようにする。
Further, the relay lens 9 may be a zoom lens system (such as an afocal zoom expander) composed of a plurality of lenses, and the focal position may be changed by changing the focal length. However, in this case, the diffraction grating pattern 5 or 5A and the fly-eye lens groups 11A and 11B
And the light source side focal plane 11a are almost in a Fourier transform relationship.

【0039】ところで、図1には装置全体を統括制御す
る主制御系50と、レチクル16が投影光学系18の直
上に搬送される途中でレチクルパターン17の脇に形成
された名称を表すバーコードBCを読み取るバーコード
リーダ52と、オペレータからのコマンドやデータを入
力するキーボード54と、複数の保持部材(フライアイ
レンズ群11A、11B及び遮光部材12)が固定され
た可動部材を駆動するための駆動系(モータ、ギャトレ
ン等)56とが設けられている。主制御系50内には、
この投影型露光装置(例えばステッパー)で扱うべき複
数枚のレチクルの名称と、各名称に対応したステッパー
の動作パラメータとが予め登録されている。そして、主
制御系50はバーコードリーダ52がレチクルバーコー
ドBCを読み取ると、その名称に対応した動作パラメー
タの1つとして、予め登録されているフライアイレンズ
群11A、11Bの位置(瞳共役面内の位置)に関する
情報(レチクルパターンの周期性に対応している)に最
も見合った保持部材を、複数の保持部材の中から1つ選
択して、所定の駆動指令を駆動系56に出力する。これ
によって、先に選択された保持部材(フライアイレンズ
群11A、11B)が図12で説明したような位置に設
定されることになる。以上の動作は、キーボード54か
らオペレータがコマンドとデータを主制御系50へ直接
入力することによっても実行できる。
FIG. 1 shows a main control system 50 for controlling the entire apparatus, and a bar code indicating a name formed beside the reticle pattern 17 while the reticle 16 is being conveyed immediately above the projection optical system 18. A bar code reader 52 for reading BC, a keyboard 54 for inputting commands and data from an operator, and a movable member to which a plurality of holding members (fly-eye lens groups 11A and 11B and a light shielding member 12) are fixed are driven. A drive system (motor, Gatoren, etc.) 56 is provided. In the main control system 50,
The names of a plurality of reticles to be handled by this projection type exposure apparatus (for example, a stepper) and the operation parameters of the stepper corresponding to each name are registered in advance. When the barcode reader 52 reads the reticle barcode BC, the main control system 50 determines the positions of the fly-eye lens groups 11A and 11B registered in advance (pupil conjugate plane) as one of the operation parameters corresponding to the name. One of the holding members that best matches the information (corresponding to the periodicity of the reticle pattern) is output from the plurality of holding members, and a predetermined drive command is output to the drive system 56. . As a result, the holding member (the fly-eye lens groups 11A and 11B) selected previously is set at the position described with reference to FIG. The above operation can also be executed by the operator directly inputting commands and data from the keyboard 54 to the main control system 50.

【0040】以上、第1の実施例について説明したが、
フライアイレンズ群の光源側焦点面での光量分布を、個
々のフライアイレンズ位置近傍に集中させる光学部材
は、回折格子状パターン5、又は5Aのみには限定され
ない。前述の図2に示した反射性の回折格子状パターン
5Aの代わりに、可動平面鏡6を図3に示すように配置
し、かつ可動平面鏡6を回転可動ならしめるモータ等の
駆動部材6aを設ける。そして、駆動部材6aによって
平面鏡6を回転または振動させれば、フライアイレンズ
群11A、11Bの光源側焦点面(入射面)11a内で
の光量分布を時間によって変更することができる。露光
動作中に平面鏡6を適当な複数の角度位置に回動させれ
ば、フライアイレンズ群11A、11Bの光源側焦点面
11a内での光量分布を、複数のフライアイレンズ群の
うちいずれか1つのフライアイレンズ群の位置近傍のみ
に集中させることができる。尚、このような可動反射鏡
6を使う場合は、リレーレンズ系9を省略してしまって
も良い。
The first embodiment has been described above.
The optical member for concentrating the light quantity distribution on the light source side focal plane of the fly-eye lens group near the position of each fly-eye lens is not limited to the diffraction grating pattern 5 or 5A alone. Instead of the reflective diffraction grating pattern 5A shown in FIG. 2, the movable plane mirror 6 is arranged as shown in FIG. 3, and a driving member 6a such as a motor for rotating the movable plane mirror 6 is provided. If the plane mirror 6 is rotated or vibrated by the driving member 6a, the light quantity distribution in the light source side focal plane (incident plane) 11a of the fly-eye lens groups 11A and 11B can be changed with time. If the plane mirror 6 is rotated to a plurality of appropriate angular positions during the exposure operation, the light amount distribution in the light source side focal plane 11a of the fly-eye lens groups 11A and 11B is changed to one of the plurality of fly-eye lens groups. It can be concentrated only near the position of one fly-eye lens group. When such a movable reflecting mirror 6 is used, the relay lens system 9 may be omitted.

【0041】さらに、個々のフライアイレンズ群11
A、11Bが移動(保持部材11を交換)した場合に
は、前述の平面鏡6の複数の角度位置の角度座標を変更
し、新しい位置のフライアイレンズ群の近傍に反射光束
を集中させれば良い。ところで、図3中に示した遮光部
材12はフライアイレンズ群11A、11Bの入射面側
に設けたが、図1と同様に射出面側に設けても良い。
Further, each fly-eye lens group 11
When A and 11B move (replace the holding member 11), the angle coordinates of the plurality of angular positions of the plane mirror 6 are changed, and the reflected light flux is concentrated near the fly-eye lens group at the new position. good. Incidentally, the light blocking member 12 shown in FIG. 3 is provided on the incident surface side of the fly-eye lens groups 11A and 11B, but may be provided on the exit surface side as in FIG.

【0042】図4は、フライアイレンズ群の夫々に、照
明光束を集光させる光学部材として、光ファイバー束7
を用いた場合の略図である。リレーレンズ系4より光源
側、及びフライアイレンズ群11A、11Bよりレチク
ル側は図1と同じ構成であるとする。光源から発生し、
リレーレンズ系4を透過した照明光は、光ファイバー束
7の入射部7aに所定の開口数(NA)に調整されて入
射する。光ファイバー束7は射出部7bに至る間に、フ
ライアイレンズ群の数に対応した複数の束に分割され、
それぞれの射出部7bは、フライアイレンズ群11A、
11Bの光源側焦点面11a近傍に配置される。このと
き、光ファイバー束7の各射出部7bとフライアイレン
ズ群11の間に、それぞれレンズ(例えばフィールドレ
ンズ)を設けても良いし、またそのレンズにより、フラ
イアイレンズ群11の光源側焦点面11aと、光ファイ
バー射出部7bの光射出面とをフーリエ変換の関係とし
ても良い。さらに、各射出部7b(または射出部7bと
フライアイレンズ群11bとの間のレンズ)は、モータ
等の駆動部材により光軸と垂直な面内で一次元、または
二次元に可動とすれば、保持部材の交換に伴ってフライ
アイレンズ群が移動した場合にも、照明光束を移動後の
各フライアイレンズ群の位置近傍に集中させることがで
きる。
FIG. 4 shows an optical fiber bundle 7 as an optical member for condensing an illumination light beam in each of the fly-eye lens groups.
It is a schematic diagram when using. It is assumed that the light source side of the relay lens system 4 and the reticle side of the fly-eye lens groups 11A and 11B have the same configuration as in FIG. Emitted from the light source,
The illumination light transmitted through the relay lens system 4 is incident on the incident portion 7a of the optical fiber bundle 7 after being adjusted to a predetermined numerical aperture (NA). The optical fiber bundle 7 is divided into a plurality of bundles corresponding to the number of fly-eye lens groups before reaching the emission unit 7b.
Each of the emission sections 7b includes a fly-eye lens group 11A,
11B is arranged near the light source side focal plane 11a. At this time, a lens (for example, a field lens) may be provided between each of the emission portions 7b of the optical fiber bundle 7 and the fly-eye lens group 11, and the light source side focal plane of the fly-eye lens group 11 may be provided by the lens. The relationship between the light emission surface 11a and the light emission surface of the optical fiber emission portion 7b may be a Fourier transform. Furthermore, if each emission unit 7b (or a lens between the emission unit 7b and the fly-eye lens group 11b) can be moved one-dimensionally or two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis by a driving member such as a motor. Also, even when the fly-eye lens group moves with the replacement of the holding member, the illumination light beam can be concentrated near the position of each of the moved fly-eye lens groups.

【0043】図5は各フライアイレンズ群に照明光束を
集中させる光学部材として、複数の屈折面を有するプリ
ズム8を用いた例である。図5中のプリズム8は光軸A
Xを境界として2つの屈折面に分割されており、光軸A
Xより上方に入射した照明光は上方へ屈折し、光軸AX
より下方に入射した照明光は下方へ屈折させる。従っ
て、フライアイレンズ群11A、11Bの光源側焦点面
11a上で、プリズム8の屈折角に応じて、個々のフラ
イアイレンズ群11A、11B近傍に照明光を集中させ
ることができる。
FIG. 5 shows an example in which a prism 8 having a plurality of refracting surfaces is used as an optical member for concentrating an illumination light beam on each fly-eye lens group. The prism 8 in FIG.
It is divided into two refraction surfaces with X as a boundary, and the optical axis A
The illumination light incident above X is refracted upward, and the optical axis AX
Illumination light incident below is refracted downward. Therefore, on the light source side focal plane 11a of the fly-eye lens groups 11A and 11B, the illumination light can be concentrated near the individual fly-eye lens groups 11A and 11B according to the refraction angle of the prism 8.

【0044】プリズム8の屈折面の分割数は2面に限っ
たものではなく、フライアイレンズ群の数に応じて何面
に分割されていても良い。また、分割される位置は光軸
AXと対称な位置にはこだわらなくとも良い。さらにプ
リズム8を交換することにより、保持部材の交換に伴っ
てフライアイレンズ群11A、11Bが移動した場合に
も、それぞれのフライアイレンズ群11A、11Bの位
置に照明光束を適確に集中させることができる。
The number of divisions of the refracting surface of the prism 8 is not limited to two, but may be any number according to the number of fly-eye lens groups. Further, the division position may not be limited to a position symmetric with respect to the optical axis AX. Further, by exchanging the prism 8, even when the fly-eye lens groups 11A and 11B move with the exchange of the holding member, the illuminating luminous flux is appropriately concentrated on the positions of the respective fly-eye lens groups 11A and 11B. be able to.

【0045】また、このときのプリズム8はウォラスト
ンプリズム等の偏光性の光分割器であっても良い。但
し、この場合には分割された光束同志の偏光方向が異な
るため、ウエハ20のレジストの偏光特性を考慮して、
その偏光特性は一方向に揃えた方が良い。また、プリズ
ム8の代わりに複数の角度の異なる反射面を持つ反射鏡
を図3のように配置すれば、駆動部材6aは不用とな
る。装置内に、このプリズム等の交換機能を有している
と良いことは言うまでもない。また、このようなプリズ
ム等を使う場合も、リレーレンズ系9を省略することが
できる。
The prism 8 at this time may be a polarizing light splitter such as a Wollaston prism. However, in this case, since the polarization directions of the divided light beams are different from each other, the polarization characteristics of the resist on the wafer 20 are taken into consideration.
It is better to arrange the polarization characteristics in one direction. If a reflecting mirror having a plurality of reflecting surfaces having different angles is arranged as shown in FIG. 3 instead of the prism 8, the driving member 6a becomes unnecessary. Needless to say, it is preferable that the apparatus has an exchange function of the prism and the like. Also, when such a prism or the like is used, the relay lens system 9 can be omitted.

【0046】図6は各フライアイレンズ群へ照明光束を
集中させる光学部材として、複数のミラー8a、8b、
8c、8dを用いた例である。図6において、リレーレ
ンズ系4を透過した照明光は、1次ミラー8b、8cに
より2方向に分離されるように反射されて、2次ミラー
8a、8dに導かれ、再び反射されてフライアイレンズ
群11A、11Bの光源側焦点面11aに達する。ミラ
ー8a、8b、8c、8dの各々に、位置調整機構及び
光軸AXの回りの回転角度調整機構を設けておけば、保
持部材の交換に伴うフライアイレンズ群11A、11B
の移動後も、照明光束をそれぞれのフライアイレンズ群
11A、11Bの近傍に集中させることができる。ま
た、各ミラー8a、8b、8c、8dは平面ミラーであ
っても、凸面あるいは凹面ミラーであっても良い。
FIG. 6 shows a plurality of mirrors 8a and 8b as optical members for concentrating an illumination light beam on each fly-eye lens group.
This is an example using 8c and 8d. In FIG. 6, illumination light transmitted through the relay lens system 4 is reflected by the primary mirrors 8b and 8c so as to be separated in two directions, guided to the secondary mirrors 8a and 8d, reflected again, and fly-eye. The light reaches the light source side focal plane 11a of the lens groups 11A and 11B. If each of the mirrors 8a, 8b, 8c, 8d is provided with a position adjustment mechanism and a rotation angle adjustment mechanism around the optical axis AX, the fly-eye lens groups 11A, 11B accompanying the replacement of the holding member are provided.
After the movement, the illumination light beam can be concentrated near each of the fly-eye lens groups 11A and 11B. Further, each of the mirrors 8a, 8b, 8c, 8d may be a plane mirror or a convex or concave mirror.

【0047】また、2次ミラー8a、8dとフライアイ
レンズ群11A、11Bの夫々の間に、レンズを設けて
も良い。図6では1次ミラー8b、8c、2次ミラー8
a、8d共に2個ずつとしたが、数量はこれに限定され
るものではなく、フライアイレンズ群の数によって適宜
ミラーを配置すれば良い。以上の各実施例においては、
フライアイレンズ群をすべて2個としたが、フライアイ
レンズ群の個数は3個以上であってももちろん良い。ま
た、個々のフライアイレンズ群に照明光を集中させる光
学部材についても、主に2ヶ所への光の集中を述べた
が、フライアイレンズ群の数に応じて複数の位置へ照明
光を集中せしめることは言うまでもない。以上の実施例
は、全て任意の位置(フライアイレンズ群の位置に対応
する)への照明光の集中が可能である。また、各フライ
アイレンズ群へ照明光を集中させる光学部材は、実施例
に挙げた型式にはとどまらず、他のいかなるものであっ
ても良い。
A lens may be provided between each of the secondary mirrors 8a and 8d and each of the fly-eye lens groups 11A and 11B. In FIG. 6, the primary mirrors 8b and 8c and the secondary mirror 8 are shown.
Both a and 8d are two, but the number is not limited to this, and mirrors may be appropriately arranged according to the number of fly-eye lens groups. In each of the above embodiments,
Although all the fly-eye lens groups are two, the number of fly-eye lens groups may of course be three or more. In addition, as for the optical members for concentrating the illumination light on the individual fly-eye lens groups, the light concentration was mainly described in two places, but the illumination light was concentrated on a plurality of positions according to the number of fly-eye lens groups. Needless to say, In the above-described embodiments, the illumination light can be concentrated at any position (corresponding to the position of the fly-eye lens group). The optical member for concentrating the illumination light on each fly-eye lens group is not limited to the type described in the embodiment, but may be any other type.

【0048】また、遮光部材12は前述の図12の如
く、フライアイレンズ群の光源側焦点面11a近傍に設
けられた遮光部材10に置換しても良いし、図1から図
6までに示される各実施例と、図12に示した遮光部材
10を組み合わせて使用しても良い。また、遮光部材1
0、12はフライアイレンズ群のレチクル側焦点面11
bや光源側焦点面11aに限らず、任意の位置に配置す
ることができるが、例えば上記2つの焦点面11a、1
1bの間などは好適な場所である。
The light shielding member 12 may be replaced with a light shielding member 10 provided near the light source side focal plane 11a of the fly-eye lens group as shown in FIG. 12 described above, or shown in FIGS. Each of the embodiments described above may be used in combination with the light shielding member 10 shown in FIG. Also, the light shielding member 1
Reference numerals 0 and 12 denote focal planes 11 on the reticle side of the fly-eye lens group.
b and the light source side focal plane 11a, it can be arranged at any position.
1b is a suitable place.

【0049】また、個々のフライアイレンズ群11A、
11Bの近傍のみへ照明光を集中させる光学部材(イン
プット光学系)は、レチクル16を照明する照明光量の
損失を防止するためのものであり、本発明の投影型露光
装置の特徴である高解像度及び大焦点深度の効果を得る
ための構成とは直接関連するものではない。従って、上
記光学部材は複数のフライアイレンズ群の夫々に照明光
をフラッドに入射させるだけの大きな径のレンズ系だけ
でもよい。
The individual fly-eye lens groups 11A,
An optical member (input optical system) for concentrating the illumination light only in the vicinity of 11B is for preventing a loss of the amount of illumination light for illuminating the reticle 16, and has a high resolution characteristic of the projection type exposure apparatus of the present invention. And it is not directly related to the configuration for obtaining the effect of the large depth of focus. Therefore, the optical member may be a lens system having a large diameter enough to cause the illumination light to enter the flood in each of the plurality of fly-eye lens groups.

【0050】図7は本発明の他の実施例による投影型露
光装置(ステッパー)の構成を示す図であって、ミラー
14、コンデンサーレンズ15、レチクル16、投影光
学系18は図1と同様である。尚、ここではフライアイ
レンズ群11A、11Bを保持する保持部材11及び可
動部材24は省略してある。また、フライアイレンズ群
11A、11Bより光源側は前述の図1〜図6あるいは
図12に示した構成のいずれかとなっている。さらに、
フライアイレンズ群11A、11Bのレチクル側焦点面
11bの近傍に、任意の開口部(透過部)を有する遮光
部材12aが設けられ、フライアイレンズ群11A、1
1Bから射出される照明光束を制限する。
FIG. 7 is a view showing a configuration of a projection type exposure apparatus (stepper) according to another embodiment of the present invention. A mirror 14, a condenser lens 15, a reticle 16, and a projection optical system 18 are the same as those in FIG. is there. Here, the holding member 11 for holding the fly-eye lens groups 11A and 11B and the movable member 24 are omitted. The light source side of the fly-eye lens groups 11A and 11B has one of the configurations shown in FIGS. 1 to 6 or FIG. further,
Near the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B, a light-shielding member 12a having an arbitrary opening (transmission part) is provided.
The illumination light beam emitted from 1B is restricted.

【0051】リレーレンズ13aに対するフライアイレ
ンズ群11A、11Bのレチクル側焦点面11bのフー
リエ変換はレチクルパターン17と共役面となるので、
ここに可変視野絞り(レチクルブラインド)13dを設
ける。そして、再びリレーレンズ13bによりフーリエ
変換され、フライアイレンズ群11A、11Bのレチク
ル側焦点面11bの共役面(フーリエ面)12bに到
る。先の遮光部材12aは、このフーリエ面12bに設
けても良い。
Since the Fourier transform of the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B with respect to the relay lens 13a is a conjugate plane with the reticle pattern 17,
Here, a variable field stop (reticle blind) 13d is provided. Then, the Fourier transform is again performed by the relay lens 13b, and reaches the conjugate plane (Fourier plane) 12b of the reticle-side focal plane 11b of the fly-eye lens groups 11A and 11B. The light shielding member 12a may be provided on the Fourier surface 12b.

【0052】各フライアイレンズ群11A、11Bから
の照明光束は、さらにコンデンサーレンズ13C、1
5、及びミラー14によってレチクル16に導かれる。
尚、フライアイレンズ群11A、11Bの各々に入射す
る照明光束が有効に、そこのみに集中できる系であれ
ば、遮光部材を図中の12aまたは12bの位置に設け
なくても全く問題ない。このような場合でも、視野絞り
(レチクルブラインド)13dの使用が可能である。
The luminous flux from each of the fly-eye lens groups 11A and 11B is further supplied to condenser lenses 13C and 13C.
5 and the mirror 14 guide the reticle 16.
It should be noted that if the illumination light flux entering each of the fly-eye lens groups 11A and 11B can be effectively concentrated only there, there is no problem even if the light shielding member is not provided at the position 12a or 12b in the drawing. Even in such a case, it is possible to use the field stop (reticle blind) 13d.

【0053】以上のいずれの実施例においても、遮光部
材10、12、12aの開口部1つ当たりの径(または
フライアイレンズ群の夫々の射出端面積)は、その開口
部を透過する照明光束のレチクル16に対する開口数と
投影光学系18のレチクル側開口数(NAR )との比、
いわゆるσ値が0.1〜0.3程度になるように設定す
ることが望ましい。σ値が0.1より小さいと、転写像
のパターン忠実度が劣化し、0.3より大きいと、解像
度向上や焦点深度増大の効果が弱くなってしまう。ま
た、フライアイレンズ群の1つによって決まるσ値の条
件(0.1σ0.3程度)を満たすために、個々の
フライアイレンズ群11A、11Bの射出端面積の大き
さ(光軸と垂直な面内方向の大きさ)を、照明光束(射
出光束)にあわせて決定しても良い。
In any of the above embodiments, the diameter per opening of the light-blocking members 10, 12, and 12a (or the area of each exit end of the fly-eye lens group) is determined by the luminous flux transmitted through the opening. Ratio of the numerical aperture of the projection optical system 18 to the reticle 16 on the reticle side (NA R ),
It is desirable to set so-called σ value to be about 0.1 to 0.3. If the σ value is smaller than 0.1, the pattern fidelity of the transferred image is degraded. Further, in order to satisfy the condition of the σ value (about 0.1 < σ < 0.3) determined by one of the fly-eye lens groups, the size of the exit end area of each of the fly-eye lens groups 11A and 11B (light (The size in the in-plane direction perpendicular to the axis) may be determined according to the illumination light flux (emission light flux).

【0054】また、各フライアイレンズ群11A、11
Bのレチクル側焦点面11b近傍に、それぞれ可変開口
絞り(遮光部材12と同等のもの)を設けて、各フライ
アイレンズ群からの光束の開口数を可変として、σ値を
変えても良い。それとあわせて、投影光学系18内の瞳
(入射瞳もしくは射出瞳)19近傍に可変開口絞り(N
A制限絞り)を設けて、投影系としてのNAも、σ値を
より最適化することもできる。
Each fly-eye lens group 11A, 11
A variable aperture stop (equivalent to the light shielding member 12) may be provided near the reticle-side focal plane 11b of B, and the numerical aperture of the light beam from each fly-eye lens group may be changed to change the σ value. At the same time, a variable aperture stop (N) is positioned near a pupil (entrance pupil or exit pupil) 19 in the projection optical system 18.
A limit aperture) can be provided to further optimize the NA and the σ value of the projection system.

【0055】また、各フライアイレンズ群に入射する光
束は、各フライアイレンズ群の入射端面よりもある程度
外側まで広く照明されており、かつ、各フライアイレン
ズ群に入射する光量分布が均一であると、レチクルパタ
ーン面での照度均一性を一層高められるので好ましい。
次に、以上の各実施例に好適な保持部材交換用の可動部
材24(本発明の切替部材)の構成を図8、図9を用い
て説明する。
The luminous flux incident on each fly-eye lens group is widely illuminated to some extent outside the incident end face of each fly-eye lens group, and the distribution of the amount of light incident on each fly-eye lens group is uniform. This is preferable because the illuminance uniformity on the reticle pattern surface can be further improved.
Next, the structure of the movable member 24 (switching member of the present invention) suitable for holding member replacement suitable for each of the above embodiments will be described with reference to FIGS.

【0056】図8は可動部材の具体的な構成を示す図で
あって、ここでは4つの保持部材11、21、22、2
3が約90°間隔で、回転軸24aを中心として回転可
能な可動部材(ターレット板)24上に配置されてい
る。図8ではフライアイレンズ群11A、11Bの各々
に照明光束ILa、ILb(点線)が入射しており、保
持部材11が照明光学系中に配置されている様子を示し
ている。このとき、保持部材11はその中心と光軸AX
とがほぼ一致するように照明光学系中に配置される。複
数のフライアイレンズ群11A、11Bは、その各中心
がレチクルパターンの周期性に応じて決まる量だけ、照
明光学系の光軸AXに対して偏心した離散的な位置に設
定されるように一体に保持部材11に保持されており、
ここでは保持部材11の中心(光軸AX)に関してほぼ
対称に配置されている。
FIG. 8 is a view showing a specific configuration of the movable member. In this case, four holding members 11, 21, 22, 2,
3 are arranged on a movable member (turret plate) 24 rotatable about a rotation shaft 24a at intervals of about 90 °. FIG. 8 shows a state in which the illumination light beams ILa and ILb (dotted lines) are incident on the fly-eye lens groups 11A and 11B, respectively, and the holding member 11 is arranged in the illumination optical system. At this time, the holding member 11 is positioned between the center thereof and the optical axis AX.
Are arranged in the illumination optical system such that the values substantially coincide with each other. The plurality of fly-eye lens groups 11A and 11B are integrated such that their centers are set at discrete positions eccentric to the optical axis AX of the illumination optical system by an amount determined according to the periodicity of the reticle pattern. Is held by the holding member 11,
Here, they are arranged substantially symmetrically with respect to the center (optical axis AX) of the holding member 11.

【0057】さて、4つの保持部材11、21、22、
23の各々は、レチクルパターン17の周期性の違いに
応じて複数のフライアイレンズ群を、光軸AX(保持部
材の中心)に対する偏心状態(すなわち光軸AXとほぼ
垂直な面内での位置)を互いに異ならせて保持してい
る。保持部材11、21は共に2つのフライアイレンズ
群(11A、11B)、(21A、21B)を有してお
り、これらフライアイレンズ群は照明光学系中に配置さ
れたときに、その配列方向が互いにほぼ直交するように
固定されている。保持部材22は、4つのフライアイレ
ンズ群22A〜22Dをその中心22c(光軸AX)か
らほぼ等距離に配置、固定する。保持部材23は1つの
フライアイレンズ群23Aがほぼ中心に固定され、従来
方式の露光を行う場合に用いられる。
Now, the four holding members 11, 21, 22,
Each of the plurality of fly-eye lens groups 23 has an eccentric state (that is, a position in a plane substantially perpendicular to the optical axis AX) with respect to the optical axis AX (the center of the holding member) according to the difference in the periodicity of the reticle pattern 17. ) Are kept different from each other. Each of the holding members 11 and 21 has two fly-eye lens groups (11A and 11B) and (21A and 21B). When these fly-eye lens groups are arranged in the illumination optical system, their arrangement directions Are fixed so as to be substantially orthogonal to each other. The holding member 22 arranges and fixes the four fly-eye lens groups 22A to 22D at substantially the same distance from the center 22c (optical axis AX). The holding member 23 has one fly-eye lens group 23A fixed substantially at the center, and is used when performing conventional exposure.

【0058】図8から明らかなように、前述の如くレチ
クルバーコードBCの情報に従って、モータ及びギア等
から成る駆動素子25によりターレット板24を回転さ
せることによって、4つの保持部材11、21、22、
23の各々を交換でき、レチクルパターンの周期性(ピ
ッチ、配列方向等)に応じた所望の保持部材を照明光学
系中に配置することが可能となる。
As is apparent from FIG. 8, the turret plate 24 is rotated by the drive element 25 including a motor and gears in accordance with the information of the reticle bar code BC as described above, so that the four holding members 11, 21, and 22 are held. ,
23 can be exchanged, and a desired holding member corresponding to the periodicity (pitch, arrangement direction, etc.) of the reticle pattern can be arranged in the illumination optical system.

【0059】ここで、4つの保持部材の各々では複数の
フライアイレンズ群が所定の位置関係で固定されている
ため、保持部材の交換に際して複数のフライアイレンズ
群間で位置調整を行う必要はない。従って、保持部材全
体を照明光学系の光軸AXに対して位置合わせすれば良
いので、精密な位置決め機構を必要としないといった利
点がある。このとき、駆動素子25は位置決め用として
も使用されるので、例えばロータリーエンコーダ等の回
転角度計測部材を設けておくことが望ましい。尚、保持
部材を成す複数のフライアイレンズ群の各々は、図8に
示したように16個(フライアイレンズ群23Aのみ3
6個)のレンズエレメントで構成されるが、これに限定
されるものではなく、極端な場合1個のレンズエレメン
トで構成されたフライアイレンズ群としても良い。
Here, since a plurality of fly-eye lens groups are fixed in a predetermined positional relationship in each of the four holding members, it is not necessary to perform position adjustment between the plurality of fly-eye lens groups when replacing the holding members. Absent. Accordingly, since the entire holding member may be aligned with the optical axis AX of the illumination optical system, there is an advantage that a precise positioning mechanism is not required. At this time, since the drive element 25 is also used for positioning, it is desirable to provide a rotation angle measuring member such as a rotary encoder. As shown in FIG. 8, each of the plurality of fly-eye lens groups constituting the holding member has 16 fly-eye lens groups (only fly-eye lens group 23A has 3 fly-eye lens groups).
6), but is not limited to this, and in extreme cases, may be a fly-eye lens group composed of one lens element.

【0060】また、図1では保持部材11の後方(レチ
クル側)に遮光部材12を配置していたが、保持部材の
各々においてフライアイレンズ群以外を遮光部とすれ
ば、特に遮光部材12を設ける必要はない。このとき、
ターレット板24は透過部でも遮光部であっても良い。
さらに、ターレット板24に固定すべき保持部材の数、
及び複数のフライアイレンズ群の偏心状態(位置)は図
8に示したものに限られるものでなく、転写すべきレチ
クルパターンの周期性に応じて任意に設定しておけば良
い。また、レチクルパターンへの照明光束の入射角度等
を厳密に設定する必要がある場合には、保持部材におい
て複数のフライアイレンズ群の各々を、光軸AXを中心
としてその半径方向(放射方向)に微動可能に、さらに
光軸AXを中心として保持部材(フライアイレンズ群1
1A、11B)を回転可能に構成しても良い。この際、
複数のフライアイレンズ群の各々の近傍に照明光束を集
中するための光学部材(インプット光学系)として、特
に光ファイバー束7(図4)を用いる場合には、フライ
アイレンズ群の移動に伴ってその射出端7bも移動する
ように構成しておく、例えば射出端7bとフライアイレ
ンズ群とを一体に固定しておけば良い。また、保持部材
の回転に伴って矩形状のフライアイレンズ群も相対的に
傾くが、保持部材を回転させる際には上記傾きを生じさ
せずに、フライアイレンズ群の位置のみが移動するよう
に構成することが望ましい。
In FIG. 1, the light shielding member 12 is disposed behind the holding member 11 (on the reticle side). However, if each of the holding members is a light shielding part other than the fly-eye lens group, the light shielding member 12 is particularly provided. No need to provide. At this time,
The turret plate 24 may be a transmission part or a light shielding part.
Further, the number of holding members to be fixed to the turret plate 24,
The eccentric states (positions) of the plurality of fly-eye lens groups are not limited to those shown in FIG. 8, but may be set arbitrarily according to the periodicity of the reticle pattern to be transferred. When it is necessary to strictly set the angle of incidence of the illumination light beam on the reticle pattern, each of the plurality of fly-eye lens groups in the holding member is moved in the radial direction (radiation direction) around the optical axis AX. And a holding member (fly-eye lens group 1) about the optical axis AX.
1A, 11B) may be configured to be rotatable. On this occasion,
Particularly, when the optical fiber bundle 7 (FIG. 4) is used as an optical member (input optical system) for concentrating the illumination light flux near each of the plurality of fly-eye lens groups, the movement of the fly-eye lens group is accompanied by the movement. The emission end 7b may also be configured to move, for example, the emission end 7b and the fly-eye lens group may be fixed integrally. In addition, the rectangular fly-eye lens group also relatively tilts with the rotation of the holding member, but when the holding member is rotated, the above-described tilt does not occur, and only the position of the fly-eye lens group moves. It is desirable to configure.

【0061】また、保持部材を交換する際には上記イン
プット光学系、例えば回折格子状パターン5及びリレー
レンズ9(図1)や光ファイバー束7(図4)等も交換
する必要があるので、保持部材毎にその複数のフライア
イレンズ群の偏心状態に応じたインプット光学系を一体
に構成して、可動部材24に固定しておくことが望まし
い。
When the holding member is replaced, the input optical system, for example, the diffraction grating pattern 5, the relay lens 9 (FIG. 1), the optical fiber bundle 7 (FIG. 4), and the like also need to be replaced. It is preferable that an input optical system corresponding to the eccentric state of the plurality of fly-eye lens groups is integrally formed for each member and fixed to the movable member 24.

【0062】図9は保持部材交換用の可動部材の変形例
を示す図であって、インプット光学系(光ファイバー束
71、72)と保持部材(32、34)とが一体に可動
部材(支持棒36)に固定されている。ここでは光ファ
イバー束を用いる場合について説明するが、インプット
光学系は図1、図5中などに示した他の光学系であって
も構わない。尚、基本的な構成(インプット光学系とし
て光ファイバー束を用いた例)は図4で説明しているの
で、ここでは簡単に説明する。
FIG. 9 is a view showing a modification of the movable member for replacing the holding member. The input optical system (optical fiber bundles 71 and 72) and the holding member (32 and 34) are integrally formed with the movable member (support rod). 36). Here, the case where an optical fiber bundle is used will be described, but the input optical system may be another optical system shown in FIGS. Note that the basic configuration (an example in which an optical fiber bundle is used as an input optical system) has been described with reference to FIG. 4 and will be briefly described here.

【0063】図9において、2つのフライアイレンズ群
30A、30Bは保持部材32により一体に保持され、
光ファイバー束71はその入射部71aと射出部71b
とが共に固定具33により保持されるとともに、保持部
材32は固定具33に一体に固定されている。また、保
持部材32の内部はフライアイレンズ群30A、30B
を除いて遮光部(図中の斜線部、例えば図1の遮光部材
12に対応)となっている。一方、交換用のフライアイ
レンズ群31A、31Bは保持部材34により一体に保
持され、光ファイバー束72はその入射部72aと射出
部72bとが共に固定具35により保持されるととも
に、保持部材34は固定具35に一体に固定されてお
り、上記と同様にその内部は遮光部となっている。さら
に、固定具33、35は連結部材37により接続、固定
されている。従って、保持部材の交換に際しては固定具
ごと交換を行えば良い。尚、図9では固定具33(保持
部材32)が照明光学系中に存在し、交換用の固定具3
5は照明光学系から外れた位置に設定されている。ま
た、リレーレンズ系4より光源側、及びコンデンサーレ
ンズ13よりレチクル側は、例えば図1と同じ構成であ
るとする。
In FIG. 9, the two fly-eye lens groups 30A and 30B are integrally held by a holding member 32,
The optical fiber bundle 71 has an incident portion 71a and an emission portion 71b.
Are held together by the fixture 33, and the holding member 32 is integrally fixed to the fixture 33. The inside of the holding member 32 includes fly-eye lens groups 30A and 30B.
Except for the light shielding portion (corresponding to the shaded portion in the figure, for example, the light shielding member 12 in FIG. 1). On the other hand, the replacement fly-eye lens groups 31A and 31B are integrally held by a holding member 34, and the optical fiber bundle 72 has its incident part 72a and its emitting part 72b both held by the fixture 35, and the holding member 34 It is integrally fixed to the fixture 35, and the inside is a light shielding portion as described above. Further, the fixing members 33 and 35 are connected and fixed by a connecting member 37. Therefore, when the holding member is replaced, it is sufficient to replace the entire fixture. In FIG. 9, the fixture 33 (holding member 32) exists in the illumination optical system, and the fixture 3 for replacement is used.
Reference numeral 5 is set at a position outside the illumination optical system. It is assumed that the light source side of the relay lens system 4 and the reticle side of the condenser lens 13 have the same configuration as in FIG. 1, for example.

【0064】ところで、保持部材の交換は、駆動素子3
8により支持棒36を押し引きすることによって行われ
る。従って、図9の如く保持部材の交換に際してフライ
アイレンズ群と光ファイバー束とを一体に交換可能に構
成しておけば、上記一体となった部材群(固定具)と照
明光学系全体とを位置合わせするだけで良く、交換毎の
各部材(フライアイレンズ群、光ファイバー束等)間の
位置調整が不要となるといった利点がある。このとき、
駆動素子38は位置決め用としても使用されるので、例
えばリニアリーエンコーダ、ポテンショメータ等の位置
計測部材を設けておくことが望ましい。
Incidentally, the replacement of the holding member is performed by the drive element 3.
8 by pushing and pulling the support bar 36. Therefore, if the fly-eye lens group and the optical fiber bundle can be integrally replaced when the holding member is replaced as shown in FIG. 9, the integrated member group (fixing tool) and the entire illumination optical system can be positioned. There is an advantage that it is only necessary to perform alignment, and it is not necessary to adjust the position between each member (fly-eye lens group, optical fiber bundle, etc.) for each exchange. At this time,
Since the drive element 38 is also used for positioning, it is desirable to provide a position measuring member such as a linear encoder or a potentiometer.

【0065】尚、図8及び図9中に示した保持部材毎の
フライアイレンズ群、及びフライアイレンズ群を成すレ
ンズエレメントの数は任意で良く、さらにフライアイレ
ンズ群及びレンズエレメントの入射面または射出面の形
状は長方形に限定されるものではない。さて、図8及び
図9に示した複数の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)、換言すれば選択すべき保持部
材は、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。この場合の決定(選択)方法は作用
の項で述べた通り、各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)、もしく
はその近傍にフライアイレンズ群を有する保持部材とす
れば良い。
The number of fly-eye lens groups and the number of lens elements forming the fly-eye lens group for each holding member shown in FIGS. 8 and 9 may be arbitrary, and the fly-eye lens group and the entrance surface of the lens element are optional. Alternatively, the shape of the emission surface is not limited to a rectangle. Now, each position (position in a plane perpendicular to the optical axis) of the plurality of fly-eye lens groups shown in FIGS. 8 and 9, in other words, the holding member to be selected depends on the reticle pattern to be transferred. It is good to decide (change). The decision (selection) method in this case is, as described in the operation section, an optimum resolution for the fineness (pitch) of the pattern to which the illuminating light beam from each fly-eye lens group is to be transferred, and an effect of improving the depth of focus. A holding member having a fly-eye lens group at a position (incident angle ψ) incident on the reticle pattern or in the vicinity thereof may be used so as to obtain the above.

【0066】次に、最適な保持部材を選択するための各
フライアイレンズ群の位置決定の具体例を、図10及び
図11(A)〜(D)を用いて説明する。図10はフラ
イアイレンズ群11A、11Bからレチクルパターン1
7までの部分を模式的に表わす図であり、フライアイレ
ンズ群11のレチクル側焦点面11bが、レチクルパタ
ーン17のフーリエ変換面12c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15として表わ
してある。さらに、レンズ15のフライアイレンズ側主
点からフライアイレンズ群11のレチクル側焦点面11
bまでの距離と、レンズ15のレチクル側主点からレチ
クルパターン17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 fly-eye lens group for selecting an optimal holding member will be described with reference to FIGS. 10 and 11A to 11D. FIG. 10 shows reticle pattern 1 from fly-eye lens groups 11A and 11B.
7 is a diagram schematically illustrating a portion up to 7, wherein a reticle-side focal plane 11 b of the fly-eye lens group 11 coincides with a Fourier transform plane 12 c of the reticle pattern 17. At this time, a lens or a lens group that makes them have a Fourier transform relationship is represented as a single lens 15. Further, the reticle-side focal plane 11 of the fly-eye lens group 11 is shifted from the fly-eye lens-side principal point of the lens 15.
The distance to b and the distance from the reticle-side principal point of the lens 15 to the reticle pattern 17 are both assumed to be f.

【0067】図11(A)、(C)は共にレチクルパタ
ーン17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11(B)は図11(A)のレチクルパタ
ーンの場合に最適なフライアイレンズ群の中心のフーリ
エ変換面(または投影光学系の瞳面)での位置を示し、
図11(D)は図11(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を表わす図であ
る。
FIGS. 11A and 11C are diagrams each showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 17, and FIG. 11B is a view showing the case of the reticle pattern shown in FIG. Indicates the position of the center of the optimum fly-eye lens group on the Fourier transform plane (or the pupil plane of the projection optical system),
FIG. 11D is a diagram showing an optimal position of each fly-eye lens group in the case of the reticle pattern of FIG. 11C.

【0068】図11(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、個々のフライアイレ
ンズ群の最適位置は、図11(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11(B)はレチクルパタ
ーン17に対するフーリエ変換面12c(11b)を光
軸AX方向から見た図であり、かつ、面12c内の座標
系X、Yは、同一方向からレチクルパターン17を見た
図11(A)と同一にしてある。さて、図11(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、各フライアイレンズの各中心位置が線
分Lα、Lβ上にあれば、図11(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
ズ群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19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11(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。
FIG. 11A 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 fly-eye lens groups 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. 11B is a diagram of the Fourier transform surface 12c (11b) with respect to the reticle pattern 17 as viewed from the optical axis AX direction. 11 (A). Now, in FIG. 11B, 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 · ( 1/2) 2 (λ / P). If these distances α and β can be expressed as f · sinψ, sinψ =
λ / 2P, which is in agreement with the numerical value described in the operation section. Therefore, if the respective center positions of the fly-eye lenses are on the line segments Lα and Lβ, 0 is generated by the illumination light from each fly-eye lens group with respect to the line and space pattern as shown in FIG. The two diffracted lights, one of the first-order diffracted light and the ± first-order diffracted light, pass through the projection optical system pupil plane 19 at 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. 11A) can be maximized, and high resolution can be obtained.

【0069】次に、図11(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、
かつ、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11(D)
はこの場合の各フライアイレンズ群の最適位置を表わす
図であって、図11(C)との位置、回転関係は図11
(A)、(B)の関係と同じである。図11(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11(C)の如き2次
元パターンにおいても、回折光中の0次回折光と±1次
回折光のうちのいずれか一方とが投影光学系瞳面19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11(C)のパタ
ーンではX方向のピッチはPxであるから、図11
(D)に示す如く、α=β=f・(1/2)・(λ/P
x)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、γ=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. 11C shows a case where the reticle pattern is a so-called isolated space pattern.
Further, the pitch in the X direction (horizontal direction) of the pattern is Px, and the pitch in the Y direction (vertical direction) is Py. FIG. 11 (D)
FIG. 11 is a diagram showing the optimum position of each fly-eye lens group in this case, and the position and rotation relationship with 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. 11C, two-dimensional patterns corresponding to the periodicity (X: Px, Y: Py) in the two-dimensional direction are obtained.
Diffracted light is generated in the dimensional direction. Also in the two-dimensional pattern as shown in FIG. 11C, one of the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light in the diffracted light is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane 19 of the projection optical system. In this case, the depth of focus can be maximized. In the pattern of FIG. 11C, the pitch in the X direction is Px.
As shown in (D), α = β = f · (1/2) · (λ / P
If the center of each fly-eye lens group is on the line segments Lα and Lβ as x), the depth of focus can be maximized for the X-direction component of the pattern. Similarly, γ = ε = f · (1
If the center of each fly's eye lens group is on the line segments Lγ and Lε that satisfy (/ 2) · (λ / Py), the depth of focus can be maximized for the pattern Y component.

【0070】以上、図11(B)または(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17に入射すると、0次光回折光成分
0 と、+1次回折光成分DR または−1次回折光成分
m のいずれか一方とが、投影光学系18内の瞳面19
では光軸AXからほぼ等距離となる光路を通る。従っ
て、作用の項で述べた通り、高解像及び大焦点深度の投
影型露光装置が実現できる。
[0070] above, the illumination light from the fly-eye lens group disposed in each location shown in FIG. 11 (B) or (D) is incident on the reticle patterns 17, and 0-order diffraction light component D 0, + 1-order DOO either one of the diffracted light component D R or -1-order diffracted light component D m is the pupil plane 19 of the projection optical system 18
Passes through an optical path that is approximately equidistant from the optical axis AX. Therefore, as described in the operation section, a projection type exposure apparatus with high resolution and large depth of focus can be realized.

【0071】以上、レチクルパターン17として図11
(A)または(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19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
心を配置すれば良い。また、図11(A)、(C)のパ
ターン例で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ため、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19において光
軸AXからほぼ等距離となるようにしても良い。
The reticle pattern 17 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 that pattern was used. And two luminous fluxes of the 0th-order diffracted light component,
In the pupil plane 19 in the projection optical system, the center of each fly-eye lens group may be arranged at a position that passes through an optical path that is almost equidistant from the optical axis AX. Also, in the pattern examples of FIGS. 11A and 11C, since the ratio (duty ratio) between the line portion and the space portion is 1: 1, ± 1st-order diffracted light is strong in the generated diffracted light. For this reason, attention was paid to the positional relationship between one of the ± 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light. However, when the pattern differs from a duty ratio of 1: 1 or the like, another diffracted light, 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 19 of the projection optical system.

【0072】また、レチクルパターン17が図11
(D)に示す如く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19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19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つのフライアイレンズ群)の位置を調節す
れば良い。例えば、図11(D)中で各フライアイレン
ズ群の中心位置を点Pζ、Pη、Pκ、Pμのいずれか
と一致させると良い。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19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であ
る。
The reticle pattern 17 is shown in FIG.
When a two-dimensional periodic pattern is included as shown in (D),
When focusing on one specific zero-order diffracted light component, on the pupil plane 19 of the projection optical system, the first-order or higher-order diffracted light components distributed in the X direction (first direction) around the one zero-order diffracted light component. And first-order or higher-order diffracted light components distributed in the Y direction (second direction). So, one particular 0
Assuming that a two-dimensional pattern is favorably formed on the second-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction and one of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction are identified. The position of a specific zero-order diffracted light component (one fly-eye lens group) may be adjusted such that the three zero-order diffracted light components are distributed on the pupil plane 19 at substantially the same distance from the optical axis AX. For example, the center position of each fly-eye lens group in FIG. 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, that is, the 0th-order diffracted light and one of the ± 1st-order diffracted lights in the X direction are on the pupil plane 19 of the projection optical system). , And the intersection of the line segments Lγ and Lε (the optimal position for the periodicity in the Y direction), so that the optimal light source is used in both the X direction and the Y direction. Position.

【0073】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、あるいは
各最適位置の平均位置にフライアイレンズ群を配置して
も良い。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良い。
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. 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 fly-eye lens group may be arranged at the average position of the optimum positions. In addition, the average position may be a load average in which a weight according to the fineness and importance of the pattern is added.

【0074】以上、複数のフライアイレンズ群の位置決
定の例を示したが、照明光束は前述の光学部材(回折格
子状パターン、可動ミラー、プリズム或いはファイバー
等)により、保持部材の交換に伴う各フライアイレンズ
群の移動位置に対応して集中させたが、このような集中
化のための光学部材は設けなくても良い。また、各フラ
イアイレンズ群を射出した光束は、それぞれレチクルに
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レチクルに対して垂直
でないと、ウエハ20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。これを防止するために、各フライアイレンズ群か
らの照明光束(複数)の光量重心の方向は、レチクルパ
ターンと垂直、すなわち光軸AXと平行であるようにす
る。つまり、各フライアイレンズ群に光軸(中心線)を
仮定したとき、投影光学系18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ようにすれば良い。
An example of determining the positions of a plurality of fly-eye lens groups has been described above. However, the illumination light beam is generated by the above-described optical member (diffraction grating pattern, movable mirror, prism, fiber, or the like) when the holding member is replaced. Although the concentration is made corresponding to the movement position of each fly-eye lens group, an optical member for such concentration may not be provided. Further, the light beams emitted from the fly-eye lens groups enter the reticle at an angle. 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 reticle, a problem occurs that the position of the transferred image shifts in the in-plane direction of the wafer 20 when the wafer 20 is slightly defocused. I do. In order to prevent this, the direction of the center of gravity of the light quantity of the illumination light beam (plural) from each fly-eye lens group is set to be perpendicular to the reticle pattern, that is, parallel to the optical axis AX. That is, when an optical axis (center line) is assumed for each fly-eye lens group, a position vector of the optical axis (center line) on the Fourier transform plane with respect to the optical axis AX of the projection optical system 18 and What is necessary is just to make the vector sum of the product with the light quantity emitted from the fly-eye lens group zero.

【0075】また、より簡単な方法としては、フライア
イレンズ群を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
に配置すれば良い。さらに装置が、例えばn個(nは自
然数)のフライアイレンズ群を有している場合に、必要
なフライアイレンズ群の数がn個より少ないm個である
場合、残る(n−m)個のフライアイレンズ群は使用し
なくて良い。(n−m)個のフライアイレンズ群を使用
しなくするためには、(n−m)個のフライアイレンズ
群の位置に遮光部材10、または12を設けておけば良
い。またこのとき、各フライアイレンズ群の位置に照明
光を集中する光学部材は、この(n−m)個のフライア
イレンズへは集中を行なわないようにしておくと良い。
As a simpler method, the number of fly-eye lens groups is 2 m (m is a natural number), and m
Are determined by the aforementioned optimization method (FIG. 12),
The remaining m pieces may be arranged at positions symmetrical to the m pieces with respect to the optical axis AX. Further, when the apparatus has, for example, n (n is a natural number) fly-eye lens groups, and the number of required fly-eye lens groups is m less than n, the number remains (nm). The fly-eye lens group need not be used. In order to eliminate the use of the (nm) fly-eye lens groups, the light shielding member 10 or 12 may be provided at the position of the (nm) fly-eye lens groups. At this time, it is preferable that the optical member that concentrates the illumination light at the position of each fly-eye lens group does not concentrate on the (nm) fly-eye lenses.

【0076】遮光部材10または12は、保持部材の交
換に伴う各フライアイレンズ群の移動に応じて開口部の
位置が可変であることが望ましい。あるいは、各フライ
アイレンズの位置に応じて遮光部材10、12を交換と
する機構を設け、かつ何種類かの遮光部材を装置内に有
していても良い。以上の各実施例においては、複数の保
持部材(フライアイレンズ群)を交換可能に構成するこ
とが前提となっていたが、本発明では特に保持部材を交
換可能に構成しておく必要がないことは言うまでもな
く、例えば図8中に示した保持部材11のみを単に照明
光学系中に配置しておくだけでも、当然ながら本発明の
効果(高解像度、大焦点深度の投影型露光装置の実現)
を得ることができる。尚、光源からの照明光量の損失が
多少あっても構わないときは、特にフライアイレンズ群
に照明光束を集中させる光学部材(インプット光学系)
を配置する必要はない。
It is desirable that the position of the opening of the light-shielding member 10 or 12 is variable in accordance with the movement of each fly-eye lens group accompanying the replacement of the holding member. Alternatively, a mechanism for replacing the light shielding members 10 and 12 according to the position of each fly-eye lens may be provided, and some types of light shielding members may be provided in the apparatus. In each of the above embodiments, it is assumed that a plurality of holding members (fly-eye lens groups) are configured to be replaceable. However, in the present invention, it is not particularly necessary to configure the holding member to be replaceable. Needless to say, for example, even if only the holding member 11 shown in FIG. 8 is simply arranged in the illumination optical system, the effect of the present invention (implementation of a projection type exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus) is of course realized. )
Can be obtained. In addition, when there is no problem even if there is some loss of the illumination light amount from the light source, an optical member (input optical system) for concentrating the illumination light flux particularly on the fly-eye lens group.
There is no need to place.

【0077】以上の実施例において、光源は水銀ランプ
1を用いて説明したが、他の輝線ランプやレーザ(エキ
シマレーザ等)、あるいは連続スペクトルの光源であっ
ても良い。また、照明光学系中の光学部材の大部分をレ
ンズとしたが、ミラー(凹面鏡、凸面鏡)であっても良
い。投影光学系としては屈折系であっても、反射系であ
っても、あるいは反射屈折系であっても良い。また、以
上の実施例においては両側テレセントリックな投影光学
系を使用したが、片側テレセントリック系でも、非テレ
セントリック系でも良い。さらに、光源から発生する照
明光のうち、特定の波長の光のみを利用するために、照
明光学系中に干渉フィルター等の単色化手段を設けても
良い。
In the above embodiments, the mercury lamp 1 is used as the light source. However, other bright line lamps, lasers (such as excimer lasers), or light sources having a continuous spectrum may be used. Although most of the optical members in the illumination optical system are lenses, mirrors (concave mirrors, convex mirrors) may be used. The projection optical system may be a refraction system, a reflection system, or a catadioptric system. In the above embodiment, a double-sided telecentric projection optical system is used, but a one-sided telecentric system or a non-telecentric system may be used. Further, in order to use only light of a specific wavelength among the illumination light generated from the light source, a monochromatic unit such as an interference filter may be provided in the illumination optical system.

【0078】また、フライアイレンズ群11A、11B
の光源側焦点面11a近傍に、拡散板や光ファイバー束
等の光散乱部材を用いることで、照明光の均一化を行な
っても良い。あるいは、本発明の実施例で使用されたフ
ライアイレンズ群とは別に、さらにフライアイレンズ
(以後、別フライアイレンズ)等のオプチカルインテグ
レータを用いて、照明光の均一化を行なっても良い。こ
のとき別フライアイレンズは、上記フライアイレンズ群
11A、11Bの光源側焦点面11a近傍での照明光量
分布を可変とする光学部材、例えば図1、図2に示した
回折格子状パターン5、または5Aよりも光源(ラン
プ)1側であることが望ましい。さらに、別フライアイ
レンズのレンズエレメントの断面形状は正方形(矩形)
よりも多角形、特に正六角形にするのが望ましい。
The fly-eye lens groups 11A and 11B
The illumination light may be made uniform by using a light scattering member such as a diffusion plate or a bundle of optical fibers near the light source side focal plane 11a. Alternatively, apart from the fly-eye lens group used in the embodiment of the present invention, the illumination light may be made uniform using an optical integrator such as a fly-eye lens (hereinafter, another fly-eye lens). At this time, another fly-eye lens is an optical member that makes the illumination light amount distribution variable near the light source side focal plane 11a of the fly-eye lens groups 11A and 11B, for example, the diffraction grating pattern 5 shown in FIGS. Alternatively, it is desirable to be closer to the light source (lamp) 1 than to 5A. Furthermore, the cross-sectional shape of the lens element of another fly-eye lens is square (rectangular)
It is more preferable that the shape be a polygon, especially a regular hexagon.

【0079】図14は本発明の各実施例に適用される投
影型露光装置のウエハステージ周りの構成を示し、投影
光学系18のウエハ20上での投影視野領域内に向けて
斜めにビーム100Aを照射し、その反射ビーム100
Bを受光する斜入射式のオートフォーカスセンサーを設
ける。このフォーカスセンサーは、ウエハ20の表面と
投影光学系18の最良結像面との光軸AX方向のずれを
検出するもので、そのずれが零となるように、ウエハ2
0を載置するZステージ110のモータ112をサーボ
制御する。これによってZステージ110はXYステー
ジ114に対して上下方向(光軸方向)に微動し、常に
ベストフォーカス状態で露光が行なわれる。このような
フォーカス制御が可能な露光装置においては、そのZス
テージ110を露光動作中に光軸方向に制御された速度
特性で移動させることで、さらに見かけ上の焦点深度を
拡大させることができる。この手法は、投影光学系18
の像側(ウエハ側)がテレセントリックであれば、どの
ようなタイプの投影型露光装置(ステッパー)でも実現
可能である。
FIG. 14 shows a configuration around a wafer stage of a projection type exposure apparatus applied to each embodiment of the present invention. And its reflected beam 100
An oblique incidence type autofocus sensor for receiving B light is provided. This focus sensor detects a shift in the optical axis AX direction between the surface of the wafer 20 and the best image forming plane of the projection optical system 18.
The servo control of the motor 112 of the Z stage 110 on which 0 is placed. As a result, the Z stage 110 moves slightly in the vertical direction (optical axis direction) with respect to the XY stage 114, and exposure is always performed in the best focus state. In an exposure apparatus capable of performing such focus control, the apparent depth of focus can be further increased by moving the Z stage 110 in the optical axis direction at a controlled speed characteristic during the exposure operation. This method uses the projection optical system 18.
If the image side (wafer side) is telecentric, any type of projection type exposure apparatus (stepper) can be realized.

【0080】図15(A)は、Zステージ110の露光
中の移動に伴ってレジスト層内に得られる光軸方向の光
量(dose)分布あるいは存在確率を表し、図15(B)
は図15(A)のような分布を得るためのZステージ1
10の速度特性を表す。図15(A)、(B)とも縦軸
はZ(光軸)方向のウエハ位置を表し、図15(A)の
横軸は存在確率を表し、図15(B)の横軸はZステー
ジ110の速度Vを表す。また同図中、位置Z0 はベス
トフォーカス位置である。
FIG. 15 (A) shows a light amount (dose) distribution or existence probability in the optical axis direction obtained in the resist layer with the movement of the Z stage 110 during exposure, and FIG. 15 (B).
Is a Z stage 1 for obtaining a distribution as shown in FIG.
10 shows speed characteristics. 15A and 15B, the vertical axis represents the wafer position in the Z (optical axis) direction, the horizontal axis in FIG. 15A represents the existence probability, and the horizontal axis in FIG. 110 represents the speed V. Also, in the figure, the position Z 0 is the best focus position.

【0081】ここでは位置Z0 から上下に投影光学系1
8の理論的な焦点深度±ΔD0 fだけ離れた2つの位置
+Z1 、−Z1 で存在確率をほぼ等しい極大値にし、そ
の間の位置+Z3 〜−Z3 の範囲では存在確率を小さな
値に押さえるようにした。そのために、Zステージ11
0は、照明系内部のシャッターの開放開始時の位置−Z
2 で、低い速度V1 で等速に上下へ移動し、シャッター
が全開になった直後に、高い速度V2 まで加速する。速
度V2 でZステージ110が等速に上下移動している
間、存在確率は低い値に押されられ、位置+Z3 に達し
た時点でZステージ110は低い速度V1 に向けて減速
を始め、位置+Z1 で存在確率が極大値になる。このと
きほぼ同時にシャッターの閉成指令が出力され、位置+
2 でシャッターが完全に閉じる。
Here, the projection optical system 1 is moved up and down from the position Z 0.
8 theoretical focal depth ± [Delta] D 0 f apart two positions + Z 1, and approximately equal maxima existence probability in -Z 1, small values of the presence probability is a range of positions + Z 3 ~-Z 3 therebetween I tried to hold it. Therefore, Z stage 11
0 is the position at the start of opening the shutter inside the illumination system -Z
2, to move up and down in a constant speed at a low speed V 1, immediately after the shutter is fully opened, to accelerate to a higher velocity V 2. While Z stage 110 at a velocity V 2 is vertically moved in a constant speed, the existence probability is being pushed to a lower value, the Z stage 110 when it reaches the position + Z 3 starts deceleration toward the low speed V 1 , the existence probability becomes maximum at the position + Z 1. At this time, a shutter closing command is output almost simultaneously, and the position +
Shutter Z 2 is completely closed.

【0082】このように、ウエハ20のレジスト層に与
えられる露光量の光軸方向に関する光量分布(存在確
率)を焦点深度の幅(2・ΔD0 f)程度だけ離れた2
点で極大値となるように、Zステージ110の速度を制
御すると、レジスト層に形成されるパターンのコントラ
ストは若干低下するものの、光軸方向の広い範囲に渡っ
て一様な解像力が得られる。
As described above, the light amount distribution (existence probability) in the optical axis direction of the exposure amount given to the resist layer of the wafer 20 is separated by the depth of focus width (2 · ΔD 0 f).
When the speed of the Z stage 110 is controlled so as to have a local maximum value, the contrast of the pattern formed on the resist layer slightly decreases, but a uniform resolving power can be obtained over a wide range in the optical axis direction.

【0083】以上の累進焦点露光方法は、本発明の各実
施例に示したような特別な照明方式を採用した投影露光
装置でも全く同じように使用することができ、見かけ上
の焦点深度は、本発明の照明方式によって得られる拡大
分と、累積焦点露光方式によって得られる拡大分とのほ
ぼ積に応じた量だけ拡大される。しかも特別な照明方式
を採用していることから、解像力そのものも高くなる。
例えば、従来の1/5縮小のi線ステッパー(投影レン
ズのNA0.42)に位相シフトレチクルを組み合わせ
て露光できる最小線幅は0.3〜0.35μm程度であ
り、焦点深度の拡大率は最大40%程度である。これに
対して本発明のような特別な照明方式を同じi線ステッ
パーに組み込んで、普通のレチクルで実験したところ、
最小線幅は0.25〜0.3μm程度が得られ、焦点深
度の拡大率も位相シフトレチクルの使用時と同程度に得
られた。
The above progressive focus exposure method can be used in exactly the same manner in a projection exposure apparatus employing a special illumination method as shown in each embodiment of the present invention, and the apparent depth of focus is as follows. The enlargement is performed by an amount substantially corresponding to the product of the enlargement obtained by the illumination method of the present invention and the enlargement obtained by the cumulative focus exposure method. In addition, since a special illumination system is adopted, the resolution itself becomes high.
For example, the minimum line width that can be exposed by combining a conventional 1/5 reduction i-line stepper (NA 0.42 of a projection lens) with a phase shift reticle is about 0.3 to 0.35 μm, and the magnification of the depth of focus is The maximum is about 40%. On the other hand, when a special illumination system such as the present invention was incorporated into the same i-line stepper and an experiment was conducted using a normal reticle,
The minimum line width was about 0.25 to 0.3 μm, and the enlargement ratio of the depth of focus was about the same as when the phase shift reticle was used.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、通常のマ
スクを使用しながら、従来よりも高解像度、大焦点深度
の投影型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働中の投影
型露光装置の照明系部分を替えるだけで良く、稼働中の
装置の投影光学系をそのまま利用して、それまで以上の
高解像力化が可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection type exposure apparatus having a higher resolution and a larger depth of focus than the conventional one while using a normal mask. In addition, according to the present invention, it is only necessary to change the illumination system part of the projection type exposure apparatus already operating at the semiconductor production site, and to use the projection optical system of the operating apparatus as it is to increase the resolution higher than before. Becomes possible.

【0085】また、本発明の各実施例に示したフライア
イレンズ群への照明光の集中化方式によれば、光源から
の照明光量の損失を最小とすることができるから、露光
装置としてのスループットも極端に低下することがない
といった効果もある。
Further, according to the method of concentrating the illumination light on the fly-eye lens group described in each embodiment of the present invention, the loss of the illumination light amount from the light source can be minimized. There is also an effect that the throughput is not extremely reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第1
の変形例を示す図である。
FIG. 2 shows a first example of centralizing illumination light to a fly-eye lens group.
It is a figure which shows the modification of.

【図3】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第2
の変形例を示す図である。
FIG. 3 shows a second method of concentrating illumination light on a fly-eye lens group.
It is a figure which shows the modification of.

【図4】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第3
の変形例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a third example of centralizing the illumination light to the fly-eye lens group.
It is a figure which shows the modification of.

【図5】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第4
の変形例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a fourth example of centralizing the illumination light to the fly-eye lens group.
It is a figure which shows the modification of.

【図6】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第5
の変形例を示す図である。
FIG. 6 shows a fifth example of centralizing the illumination light to the fly-eye lens group.
It is a figure which shows the modification of.

【図7】図1の装置にレチクルブラインドを組み込んだ
ときの照明系を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an illumination system when a reticle blind is incorporated in the apparatus of FIG. 1;

【図8】複数のフライアイレンズ群から成る4つの保持
部材の交換を行う可動部材(本発明の切替部材)の具体
的な構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a specific configuration of a movable member (switching member of the present invention) for exchanging four holding members composed of a plurality of fly-eye lens groups.

【図9】複数の保持部材の交換を行う可動部材の変形例
を示す図である。
FIG. 9 is a view showing a modified example of a movable member that exchanges a plurality of holding members.

【図10】フライアイレンズ群から投影光学系までの光
路を模式的に表した図である。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an optical path from a fly-eye lens group to a projection optical system.

【図11】(A)、(C)はマスク上に形成されたレチ
クルパターンの一例を示す平面図である。(B)、
(D)は(A)、(C)の夫々に対応した瞳共役面にお
ける各フライアイレンズ群の配置を説明する図である。
FIGS. 11A and 11C are plan views showing an example of a reticle pattern formed on a mask. (B),
(D) is a diagram for explaining the arrangement of each fly-eye lens group on the pupil conjugate plane corresponding to each of (A) and (C).

【図12】本発明の原理を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図13】従来の投影型露光装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a conventional projection exposure apparatus.

【図14】投影型露光装置のウエハステージ回りの構成
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration around a wafer stage of the projection type exposure apparatus.

【図15】ウエハステージのうちのZステージを用いて
累進焦点露光方法を実行する際の露光量の存在確率と、
Zステージの速度特性とを示すグラフである。
FIG. 15 shows the existence probability of an exposure amount when executing a progressive focus exposure method using a Z stage among wafer stages;
5 is a graph showing a speed characteristic of a Z stage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 回折格子状パターン 9 リレーレンズ系 11A、11B フライアイレンズ系 10、12 遮光部材(空間フィルター) 15 コンデンサーレンズ 16 レチクル 17 レチクルパターン 18 投影光学系 19 瞳 20 ウエハ 24、36 可動部材 Reference Signs List 5 diffraction grating pattern 9 relay lens system 11A, 11B fly-eye lens system 10, 12 light shielding member (spatial filter) 15 condenser lens 16 reticle 17 reticle pattern 18 projection optical system 19 pupil 20 wafer 24, 36 movable member

Claims (30)

(57)【特許請求の範囲】(57) [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、前記照明光の照射によって前記マスクのパター
ンを前記基板上に転写する投影露光装置において、 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
面上での前記照明光の光量分布を異ならせる複数のオプ
チカルインテグレータを備え、前記基板上に転写すべき
パターンに応じて選択される前記複数のオプチカルイン
テグレータの1つはその一端面が前記フーリエ変換面に
ほぼ一致して配置されることを特徴とする投影露光装
置。
An illumination optical system for irradiating illumination light from a light source onto a mask, and a projection optical system for projecting the illumination light onto a substrate, wherein the illumination light irradiates the pattern of the mask onto the substrate. A plurality of optical integrators for differentiating the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform plane for the pattern in the illumination optical system, according to a pattern to be transferred onto the substrate. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein one of the plurality of selected optical integrators is arranged such that one end surface thereof substantially coincides with the Fourier transform plane.
【請求項2】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、前記照明光の照射によって前記マスクのパター
ンを前記基板上に転写する投影露光装置において、 前記照明光を入射して互いに異なる2次光源をそれぞれ
形成する複数のオプチカルインテグレータを備え、前記
基板上に転写すべきパターンに応じて選択される前記複
数のオプチカルインテグレータの1つはその一端面が前
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
にほぼ一致して配置されることを特徴とする投影露光装
置。
2. An illumination optical system for irradiating illumination light from a light source to a mask, and a projection optical system for projecting the illumination light onto a substrate, wherein the illumination light irradiates the pattern of the mask onto the substrate. A plurality of optical integrators, each of which receives the illumination light and forms a different secondary light source, and wherein the plurality of optical integrators are selected according to a pattern to be transferred onto the substrate. The projection exposure apparatus is characterized in that one end surface of the projection exposure apparatus is arranged so as to substantially coincide with a Fourier transform plane for the pattern in the illumination optical system.
【請求項3】前記複数のオプチカルインテグレータは、
前記照明光学系内でその光軸上に配置される第1オプチ
カルインテグレータと、前記照明光学系内でその光軸外
に配置される第2オプチカルインテグレータとを含むこ
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 plurality of optical integrators,
The optical system according to claim 1, further comprising: a first optical integrator disposed on the optical axis in the illumination optical system, and a second optical integrator disposed off the optical axis in the illumination optical system. 3. The projection exposure apparatus according to 2.
【請求項4】前記第2オプチカルインテグレータから射
出される光の照射によって前記パターンから発生する次
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過するよう
に、前記第2オプチカルインテグレータの位置を決定す
ることを特徴とする請求項3に記載の投影露光装置。
4. The two diffracted lights having different orders generated from the pattern due to irradiation of light emitted from the second optical integrator, have substantially the same distance from the optical axis on a pupil plane of the projection optical system. 4. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein the position of the second optical integrator is determined so as to pass through the position.
【請求項5】前記第2オプチカルインテグレータから射
出される光の前記マスクへの入射角をψ、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θ、前記
投影光学系のマスク側開口数をNARとすると、前記2
つの回折光の一方でsin(θ−ψ)=NARなる関係が
満たされるように、前記第2オプチカルインテグレータ
の位置を決定することを特徴とする請求項3又は4に記
載の投影露光装置。
5. An incident angle of the light emitted from the second optical integrator to the mask, を, a diffraction angle of two diffracted lights of the same order generated from the pattern, θ, a mask side of the projection optical system. Assuming that the numerical aperture is NA R ,
5. The projection exposure apparatus according to claim 3, wherein the position of the second optical integrator is determined such that a relationship of sin (θ−ψ) = NA R is satisfied for one of the two diffracted lights.
【請求項6】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5に記載の投影露光
装置。
6. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the one diffracted light is substantially symmetric with respect to an optical axis of the projection optical system and a zero-order diffracted light generated from the pattern.
【請求項7】前記照明光の波長をλ、前記パターンのピ
ッチをPとし、前記第2オプチカルインテグレータから
射出される光の前記マスクへの入射角ψがsinψ=λ
/2Pなる関係を満たすように、前記第2オプチカルイ
ンテグレータの位置を決定することを特徴とする請求項
3〜6のいずれか一項に記載の投影露光装置。
7. The wavelength of the illumination light is λ, the pitch of the pattern is P, and the incident angle ψ of the light emitted from the second optical integrator to the mask is sinψ = λ.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 3 to 6, wherein the position of the second optical integrator is determined so as to satisfy a relationship of / 2P.
【請求項8】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、前記第2オプチカルイ
ンテグレータから射出される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、前記第2オプチカルイ
ンテグレータの位置を決定することを特徴とする請求項
3〜7のいずれか一項に記載の投影露光装置。
8. The zero-order diffracted light and the zero-order diffracted light generated from the pattern by irradiation of light emitted from the second optical integrator when the pattern is provided along first and second directions intersecting each other. One of the higher-order diffracted lights distributed in the first direction with respect to the first direction, and one of the higher-order diffracted lights distributed in the second direction with the zero-order diffracted light as the center, on the pupil plane of the projection optical system. The projection exposure apparatus according to any one of claims 3 to 7, wherein the position of the second optical integrator is determined so as to be distributed substantially equidistant from an axis.
【請求項9】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、前記フーリエ変換面上
の前記光軸で交差し、かつ前記第1及び第2方向に沿っ
て規定される第1及び第2軸によって区切られる領域内
に前記第2オプチカルインテグレータを配置することを
特徴とする請求項3〜8のいずれか一項に記載の投影露
光装置。
9. When the patterns are provided along first and second directions intersecting each other, the patterns intersect at the optical axis on the Fourier transform plane and are defined along the first and second directions. The projection exposure apparatus according to any one of claims 3 to 8, wherein the second optical integrator is disposed in an area delimited by the first and second axes.
【請求項10】前記第2オプチカルインテグレータから
射出される光の開口数と前記投影光学系のマスク側開口
数との比を0.1〜0.3程度に設定することを特徴と
する請求項3〜9のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
10. A ratio between a numerical aperture of light emitted from the second optical integrator and a numerical aperture on a mask side of the projection optical system is set to about 0.1 to 0.3. The projection exposure apparatus according to any one of claims 3 to 9.
【請求項11】前記第2オプチカルインテグレータは、
前記照明光学系内でその光軸との距離がほぼ等しい複数
の位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項3
〜10のいずれか一項に記載の投影露光装置。
11. The optical integrator of claim 2, wherein:
4. The illumination optical system according to claim 3, wherein said plurality of illumination optical systems are arranged at a plurality of positions substantially equal to an optical axis thereof.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 10 to 10.
【請求項12】前記複数のオプチカルインテグレータは
それぞれ射出側焦点面が前記フーリエ変換面にほぼ一致
して配置されるフライアイレンズであることを特徴とす
る請求項1〜11のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
12. The optical system according to claim 1, wherein each of the plurality of optical integrators is a fly-eye lens whose emission-side focal plane is arranged substantially coincident with the Fourier transform plane. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項13】前記照明光学系内に配置されるオプチカ
ルインテグレータとは別に、前記照明光学系内でその光
軸方向に離れて設けられるオプティカルインテグレータ
を更に備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
13. An illumination optical system further comprising an optical integrator provided apart from the optical integrator arranged in the illumination optical system in the direction of the optical axis in the illumination optical system. The projection exposure apparatus according to any one of the above.
【請求項14】前記光源からの照明光を遮光することな
く前記照明光学系内に配置されるオプチカルインテグレ
ータの入射面に集中して入射させるインプット光学系を
更に備えることを特徴とする請求項1〜13のいずれか
一項に記載の投影露光装置。
14. An optical system according to claim 1, further comprising an input optical system for illuminating the illumination light from said light source without blocking the incident light, and for irradiating the incident light on the incident surface of an optical integrator arranged in the illumination optical system. 14. The projection exposure apparatus according to any one of claims 13 to 13.
【請求項15】前記インプット光学系は、前記照明光を
入射して回折光を発生する回折光学素子を含むことを特
徴とする請求項14に記載の投影露光装置。
15. The projection exposure apparatus according to claim 14, wherein the input optical system includes a diffractive optical element that receives the illumination light and generates diffracted light.
【請求項16】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、前記照明光の照射によって前記マスクのパタ
ーンを前記基板上に転写する投影露光装置において、 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
面上での前記照明光の光量分布を、前記パターンの微細
度に応じた距離だけ前記照明光学系の光軸から偏心した
複数の領域で高めるために用いられる第1光学部材と、 前記基板上に転写すべきパターンに応じて前記光量分布
を変更するときに、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、 前記第1及び第2光学部材は前記照明光学系内でオプチ
カルインテグレータよりも前記光源側に配置されること
を特徴とする投影露光装置。
16. An illumination optical system for irradiating illumination light from a light source onto a mask, and a projection optical system for projecting the illumination light onto a substrate, wherein the illumination light irradiates the pattern of the mask onto the substrate. In the projection exposure apparatus, the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform surface for the pattern in the illumination optical system is decentered from the optical axis of the illumination optical system by a distance corresponding to the fineness of the pattern. A first optical member used to increase the light intensity distribution in the plurality of regions, and changing the light amount distribution in accordance with a pattern to be transferred onto the substrate, by replacing the first optical member with the first optical member. And a second optical member disposed in the illumination optical system, wherein the first and second optical members are disposed closer to the light source than an optical integrator in the illumination optical system. .
【請求項17】前記第1光学部材は、前記照明光を遮光
することなく前記複数の領域にそれぞれ分布させること
を特徴とする請求項16に記載の投影露光装置。
17. The projection exposure apparatus according to claim 16, wherein the first optical member distributes the illumination light to each of the plurality of areas without blocking the illumination light.
【請求項18】前記照明光による前記基板の露光中に、
前記基板と前記投影光学系の像面とをその光軸に沿った
方向に相対移動する駆動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. Exposure of the substrate with the illumination light,
18. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a driving unit configured to relatively move the substrate and an image plane of the projection optical system in a direction along an optical axis thereof.
【請求項19】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、前記照明光の照射によって前記マスクのパタ
ーンを前記基板上に転写する投影露光装置において、 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
面上での前記照明光の光量分布を前記照明光学系の光軸
から偏心した複数の領域で高めるとともに、前記パター
ンの微細度に応じて前記光軸との距離を前記複数の領域
でほぼ等しく規定する光学部材と、 前記照明光による前記基板の露光中に、前記基板と前記
投影光学系の像面とをその光軸に沿った方向に相対移動
する駆動手段とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。
19. An illumination optical system for irradiating illumination light from a light source to a mask, and a projection optical system for projecting the illumination light onto a substrate, wherein the illumination light irradiates the mask pattern onto the substrate. In the projection exposure apparatus for transferring to the pattern, while increasing the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform surface for the pattern in the illumination optical system in a plurality of regions decentered from the optical axis of the illumination optical system, An optical member that defines a distance from the optical axis in the plurality of regions substantially equal to each other in accordance with a degree of fineness; and, during exposure of the substrate by the illumination light, an image plane of the substrate and the projection optical system. And a drive unit for relatively moving in a direction along the axis.
【請求項20】前記各領域から射出される光の照射によ
って前記パターンから発生する次数が異なる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過するように、前記各領域の位置を
決定することを特徴とする請求項16、17、19のい
ずれか一項に記載の投影露光装置。
20. Two diffracted lights having different orders generated from the pattern by irradiation of light emitted from the respective regions are located on the pupil plane of the projection optical system at positions substantially equal in distance from the optical axis. 20. The projection exposure apparatus according to claim 16, wherein the position of each of the regions is determined so as to pass through.
【請求項21】前記各領域から射出される光の前記マス
クへの入射角をψ、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θ、前記投影光学系のマスク側
開口数をNARとすると、前記2つの回折光の一方でs
in(θ−ψ)=NARなる関係が満たされるように、前
記各領域の位置を決定することを特徴とする請求項1
6、17、19、20のいずれか一項に記載の投影露光
装置。
21. An incident angle of light emitted from each of the regions to the mask, a diffraction angle of two diffracted lights of the same order generated from the pattern being θ, and a numerical aperture on the mask side of the projection optical system. Is NA R , one of the two diffracted lights is s
2. The position of each of the regions is determined so that a relationship of in (θ−ψ) = NA R is satisfied.
The projection exposure apparatus according to any one of 6, 17, 19, and 20.
【請求項22】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21に記載の投影
露光装置。
22. The projection exposure apparatus according to claim 21, wherein said one diffracted light is substantially symmetric with respect to an optical axis of said projection optical system with respect to a zero-order diffracted light generated from said pattern.
【請求項23】前記照明光の波長をλ、前記パターンの
ピッチをPとし、前記各領域から射出される光の前記マ
スクへの入射角ψがsinψ=λ/2Pなる関係を満た
すように、前記各領域の位置を決定することを特徴とす
る請求項16、17、19〜22のいずれか一項に記載
の投影露光装置。
23. A wavelength of the illumination light is λ, a pitch of the pattern is P, and an incident angle 光 of the light emitted from each of the regions to the mask satisfies a relationship of sinψ = λ / 2P. 23. The projection exposure apparatus according to claim 16, wherein the position of each of the regions is determined.
【請求項24】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、前記各領域から射出
される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、前記各領域の位置を決定することを特徴とす
る請求項16、17、19〜23のいずれか一項に記載
の投影露光装置。
24. When the pattern is provided along first and second directions intersecting with each other, a 0th-order diffracted light generated from the pattern by irradiation of light emitted from each of the regions and a center of the 0th-order diffracted light are provided. One of the higher-order diffracted lights distributed in the first direction and one of the higher-order diffracted lights distributed in the second direction with the zero-order diffracted light as a center are arranged on the pupil plane of the projection optical system from their optical axes. The projection exposure apparatus according to any one of claims 16, 17, and 19 to 23, wherein the positions of the respective areas are determined so as to be distributed at substantially equal distances.
【請求項25】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、前記複数の領域は、
前記フーリエ変換面上の前記光軸で交差し、かつ前記第
1及び第2方向に沿って規定される第1及び第2軸によ
って区切られることを特徴とする請求項16、17、1
9〜24のいずれか一項に記載の投影露光装置。
25. When the pattern is provided along first and second directions that intersect with each other, the plurality of regions include:
18. The optical system according to claim 16, wherein the optical axis intersects the optical axis on the Fourier transform plane and is separated by first and second axes defined along the first and second directions.
25. The projection exposure apparatus according to any one of 9 to 24.
【請求項26】前記各領域から射出される光の開口数と
前記投影光学系のマスク側開口数との比を0.1〜0.
3程度に設定することを特徴とする請求項16、17、
19〜25のいずれか一項に記載の投影露光装置。
26. A ratio of a numerical aperture of light emitted from each of the regions to a numerical aperture on a mask side of the projection optical system is 0.1 to 0.5.
18. The method according to claim 16, wherein the number is set to about 3.
The projection exposure apparatus according to any one of claims 19 to 25.
【請求項27】前記光源と前記照明光学系内のオプチカ
ルインテグレータとの間に配置されるズームレンズ系を
更に備えることを特徴とする請求項1〜26のいずれか
一項に記載の投影露光装置。
27. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising a zoom lens system disposed between the light source and an optical integrator in the illumination optical system. .
【請求項28】請求項1〜27のいずれか一項に記載の
投影露光装置を用いた素子製造方法。
28. An element manufacturing method using the projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項29】照明光学系を通して光源からの照明光を
マスクに照射するとともに、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
学系内の前記パターンに対するフーリエ変換面上での前
記照明光の光量分布を異ならせる複数のオプチカルイン
テグレータの1つを選択し、前記選択したオプチカルイ
ンテグレータをその一端面が前記フーリエ変換面にほぼ
一致するように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。
29. 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 via a projection optical system, according to a pattern to be transferred onto the substrate. Selecting one of a plurality of optical integrators for differentiating the light amount distribution of the illumination light on the Fourier transform plane for the pattern in the illumination optical system, and connecting one end face of the selected optical integrator to the Fourier transform. A projection exposure method characterized in that the projection exposure method is arranged in the illumination optical system so as to substantially coincide with a surface.
【請求項30】照明光学系を通して光源からの照明光を
マスクに照射するとともに、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パターンに対するフーリエ変換
面上での前記照明光の光量分布を前記照明光学系の光軸
から偏心した複数の領域で高めるとともに、前記パター
ンの微細度に応じて前記光軸との距離を前記複数の領域
でほぼ等しく規定し、前記照明光による前記基板の露光
中に、前記基板と前記投影光学系の像面とをその光軸に
沿った方向に相対移動することを特徴とする投影露光方
法。
30. 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 via a projection optical system, wherein the pattern in the illumination optical system is The light amount distribution of the illumination light on the conversion surface is increased in a plurality of regions decentered from the optical axis of the illumination optical system, and the distance from the optical axis is substantially increased in the plurality of regions according to the fineness of the pattern. A projection exposure method defined equally, wherein the substrate and the image plane of the projection optical system are relatively moved in a direction along the optical axis during exposure of the substrate by the illumination light.
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