JP3230264B2

JP3230264B2 - 投影露光装置及び方法、並びに素子製造方法

Info

Publication number: JP3230264B2
Application number: JP01752492A
Authority: JP
Inventors: 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH05217853A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影型露光装置に関し、
特に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。

【０００２】

【従来の技術】半導体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
体ウェ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、即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。投影型露光装置では、レチクル上に描画され
た転写すべき回路パターンが、投影光学系を介して試料
基板（ウェハ）上に投影、結像される。

【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、ファイバーなどのオプチ
カルインテグレーターが使用され、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、フ
ライアイレンズのレチクル側焦点面とレチクルのパター
ン面とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、ま
た、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。

【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の入射面に
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９は、上述の従来の投影型露光装
置のオプチカルインテグレータからウェハまでの構成を
模式的に示す図である。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のレチ
クルパターン１７を照明する。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１１
ｂ、即ちレチクル１６に対するフーリエ変換面（以後、
瞳面と略す）、若しくはその近傍に配置され、投影光学
系の光軸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の比、所謂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。

【０００５】照明光束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１
７からは０次回折光Ｄ₀、＋１次回折光Ｄ_P、−１次回
折光Ｄ_mが発生する。夫々の回折光Ｄ₀，Ｄ_m，Ｄ_Pは
投影光学系１８により集光されウェハ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Ｄ_P，Ｄ_m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。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。

【０００６】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（ＮＡ_R) より大きくなると±１次回折光Ｄ_P、Ｄ
_mは投影光学系を透過できなくなる。すると、ウェハ２
０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＞ＮＡ_Rとなる場合にはパターン
１７の像は得られず、パターン１７をウェハ２０上に転
写することができなくなってしまう。

【０００７】以上のことから、従来の露光装置において
は、ｓｉｎθ＝λ／Ｐ≒ＮＡ_Rとなり、ピッチＰは次式
で与えられていた。

【０００８】

【数式１】Ｐ≒λ／ＮＡ_R １：１ラインアンドスペースパターンの場合、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／ＮＡ_R程度となるが、実際のフォト
リソグラフィーにおいてはウェハの湾曲や、プロセスに
よるウェハの段差等の影響、又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／Ｎ
Ａ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。また、投影光学系のレチクル側開
口数ＮＡ_Rとウェハ側開口数ＮＡ_Wとの比は投影光学系
の投影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／ＮＡ_Rとなり、ウェハ上
の最小パターンサイズはｋ・λ／ＮＡ_W＝ｋ・λ／Ｍ・
ＮＡ_R（但し、Ｍは投影倍率（縮小率））となる。

【０００９】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、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特公昭６２−５０８
１１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。

【００１０】また、レチクルを所定の角度だけ傾いた光
で照明する傾斜照明法も提案されている。この傾斜照明
法は１９９１年秋期応用物理学会等で発表されたレチク
ルパターンのフーリエ変換相当面、若しくはその近傍面
での２次光源形状を制限する方式（以下「変形光源法」
という）と原理的には等価である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の露
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。さらに投影光学系の開口数は、現
状でもすで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。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。

【００１２】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。また、変形光源法は所定開口部を備えた遮
光板をレチクルパターンのフーリエ変換相当面、若しく
はその近傍（特にフライアイレンズの射出端側）に設け
ることにより２次光源形状を制限しているため、光量損
失や照度均一化の劣化という問題点があった。

【００１３】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、光量損失や照度均一
化の劣化なく高解像度、且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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置に
おいては、原理的に図８に示すように構成される。図８
において従来と同じ部材には同一の符号をつけてある。
図８において、オプチカルインテグレータとしてのフラ
イアイレンズ１１Ａ、１１Ｂは、そのレチクル側焦点面
１１ｂがレチクル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となる位置（投
影光学系１８の瞳面１９と共役な位置）に配置され、且
つ、フライアイレンズ１１Ａ、１１Ｂは、複数のフライ
アイレンズ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１１Ａ、１１
Ｂの個々のフライアイレンズ位置以外でほぼ零とするた
めに、フライアイレンズの光源側に遮光板１２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１１Ａ、１１Ｂの位置でのみ存在し、それ以外
ではほぼ零となる。さて、フライアイレンズ１１Ａ、１
１Ｂ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１１Ａ、１１Ｂの個々の位置
（光軸に垂直な面内での位置）を調整することによっ
て、レチクルパターン１７に入射する照明光束の入射角
を決定することができる。ここで、フライアイレンズ１
１Ａ、１１Ｂは光軸ＡＸと対称に配置するのが望まし
い。

【００１５】そこで、本発明の投影露光装置において
は、光源（１）と、照明光学系内でそのフーリエ変換面
に２次光源を形成するフライアイレンズ（図１では、照
明光学系内のフーリエ変換面上でその光軸ＡＸから偏心
した離散的な位置に配置されるフライアイレンズ１１
Ａ、１１Ｂ）との間に配置され、照明光学系内のフーリ
エ変換面上での光量分布が照明光学系（投影光学系１
８）の光軸に対して偏心した離散的な位置で少なくとも
２つの極大値を持つように、光源からの照明光を分割す
る光束分割部材（５；５ａ、５ｂ）と、光源からの照明
光の分割位置を可変として、フライアイレンズに入射す
る各光束の強度を調整する調整手段（６、又はレンズ系
４と光束分割部材５との間に配置される平行平板ガラス
など）とを設け、例えば複数の光束の各強度をほぼ等し
く設定可能とした。また、本発明の別の投影露光装置に
おいては、光源（１）からの照明光を、マスク（１６）
のパターン（１７）の微細度（ピッチＰ）に応じた入射
角ψで照明光学系の光軸（ＡＸ）に対して傾いてマスク
に入射する複数の光束に変換する光束変換部材（５；５
ａ、５ｂ）と、照明光と光束変換部材の少なくとも一部
との位置関係を変更して、複数の光束の光量を調整する
調整手段（６、又はレンズ系４と光束分割部材５との間
に配置される平行平板ガラスなど）とを設けることとし
た。

【００１６】さらに、本発明の他の投影露光装置におい
ては、光源（１）からの照明光を、マスク（１６）のパ
ターン（１７）の微細度（ピッチＰ）に応じた入射角ψ
で照明光学系の光軸（ＡＸ）に対して傾いてマスクに入
射する複数の光束に変換する光束変換部材（５；５ａ、
５ｂ）と、パターンに周期方向が異なる複数の周期パタ
ーン（１７ｅ）が含まれるとき、そのパターンの周期性
に応じて複数の光束の光量を部分的に異ならせる調整手
段（６、又は吸光性フィルターなど）とを設けることと
した。

【００１７】また、本発明の更に別の投影露光装置にお
いては、光源（１）からの照明光を、マスク（１６）の
パターン（１７）の微細度（ピッチＰ）に応じた入射角
ψで照明光学系の光軸（ＡＸ）に対して傾いてマスクに
入射する複数の光束に変換する光束変換部材（５；５
ａ、５ｂ）と、照明光と光束変換部材の少なくとも一部
との位置関係の変化によって生じる光束のシフト量を補
正する補正手段（例えば、プリズム５ｂとレンズ９ａと
の間で各光束の光路中に配置される平行平板ガラスな
ど）とを設けることとした。

【００１８】

【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Ｄ
₀、±１次回折光成分Ｄ _P，Ｄ_m、及びより高次の回折
光成分が、パターンの微細度（ピッチ）に応じた回折角
の方向に発生する。このとき、図８に示すように照明光
束（主光線）Ｌ１２０は光軸に対して傾いた角度ψでレ
チクル１６に入射するから、発生した各次数の回折光成
分も、垂直に照明された場合に比べて傾き（角度ずれ）
をもってレチクルパターン１７から発生する。

【００１９】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Ｄ₀に対してθ_Pだけ傾
いた＋１次回折光Ｄ_P、及び０次回折光Ｄ₀に対してθ
_mだけ傾いた−１次回折光Ｄ _mを発生する。従って、＋
１次光Ｄ_Pは光軸ＡＸに対して角度（θ_P＋ψ）の方向
に進行し、−１次回折光Ｄ_mは光軸ＡＸに対して角度
（θ_m−ψ）の方向に進行する。

【００２０】このとき回折角θ_P、θ_mはそれぞれ

【００２１】

【数式２】sin(θ_P＋ψ）− sinψ＝λ／Ｐ

【００２２】

【数式３】sin(θ_m−ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐで表される。ここでは、＋１次回折光Ｄ_P、−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。

【００２３】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、先ず角度（θ_P＋ψ）の方向に進行
する＋１次回折光Ｄ_Pが投影光学系１８の瞳１９を透過
できなくなる。即ちｓｉｎ（θ_P＋ψ）＞ＮＡ_Rの関係
になってくる。しかし照明光Ｌ１２０が光軸ＡＸに対し
て傾いて入射しているため、回折角が大きくなっても−
１次回折光Ｄ_mは投影光学系１８に入射可能となる。即
ちｓｉｎ（θ_m−ψ）＜ＮＡ_Rの関係になる。よって、
ウェハ２０上には０次回折光Ｄ₀と−１次回折光Ｄ_m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時、ウェハ２０上に塗布され
たレジストには約９０％のコントラストでレチクルパタ
ーン１７の像をパターニングすることが可能となる。

【００２４】尚、このときの解像限界は、

【００２５】

【数式４】ｓｉｎ（θ_m−ψ）＝ＮＡ_R となるときであり、従って

【００２６】

【数式５】ＮＡ_R＋ｓｉｎψ＝λ／ＰＰ＝λ／（ＮＡ_R＋ｓｉｎψ）が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチＰで
ある。例えばいま、ｓｉｎψを0.５×ＮＡ_R程度に定め
るとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの最小ピ
ッチは、

【００２７】

【数式６】Ｐ＝λ／（ＮＡ_R＋0.５ＮＡ_R）＝２λ／３ＮＡ_R となる。一方、図９に示したように、レチクル１６の瞳
面上での照明光の分布が投影光学系１８の光軸ＡＸを中
心とする円形領域である従来の露光装置の場合、解像限
界は数式１に示したようにＰ≒λ／ＮＡ_Rであった。以
上のことから、従来の露光装置より高い解像度が実現で
きることがわかる。

【００２８】次に、レチクルパターンに対して特定の入
射方向と入射角で光束を照射し、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウェハ上に結像パターンを形成す
る方法によって、焦点深度が大きくなる理由について説
明する。図８のようにウェハ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点を出てウェハ２０上の一点に達
する各回折光は、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。

【００２９】しかし、ウェハ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、図９
に示すような従来の装置では、投影光学系に対して斜め
に入射する高次の回折光の光路長は、光軸近傍を通る０
次回折光に対して焦点前方（投影光学系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、各回折光は相互に波面収差を形成し、焦点
位置の前後にボケを生じることとなる。

【００３０】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
ェハ２０の焦点位置からのデフォーカス量をΔＦ、各回
折光がウェハに入射するときの入射角θ_wの正弦をｒ
（ｒ＝ｓｉｎθ_w）とすると、ΔＦｒ²／２で与えられ
る量である。このときｒは各回折光の、瞳面１９での光
軸ＡＸからの距離を表わす。図９に示した従来の投影型
露光装置では０次回折光Ｄ₀は光軸ＡＸの近傍を通るの
で、ｒ＝０となり、±１次回折光Ｄ_P，Ｄ_mは、ｒ＝Ｍ
・λ／Ｐとなる（Ｍは投影光学系の倍率）。

【００３１】従って、０次回折光Ｄ₀と±１次回折光Ｄ
_P，Ｄ_m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８に示すように０次回折光成分Ｄ₀は光
軸ＡＸから角度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面
１９における０次回折光成分の光軸ＡＸからの距離はｒ
＝Ｍ・ｓｉｎψである。また、−１次回折光成分Ｄ_mの
瞳面における光軸からの距離はｒ＝Ｍ・ｓｉｎ（θ_m−
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Ｄ_mのデフォーカスによる相対的な波面収差は零とな
り、ウェハ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。即ち、焦点深度が増大することになる。また、数式
３のように、ｓｉｎ（θ_m−ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐで
あるから、照明光束Ｌ１２０のレチクル１６への入射角
ψが、パターンのピッチＰに対してｓｉｎψ＝λ／２Ｐ
の関係にあれば、焦点深度を増大することが可能であ
る。

【００３２】ところで、図８では、２個のフライアイレ
ンズが光軸ＡＸに対して位置的に対称性を保った状態を
示している。このようにフライアイレンズの位置の対称
性が ₆保たれていたとしても、この２個のフライアイレ
ンズ１１Ａ，１１Ｂより射出される光量は必ずしも等し
いとは限らない。従ってフライアイレンズの位置とその
位置からの光束の光量とを考慮した対称性を保つには、
両フライアイレンズからの光束の光量も等しくしておく
必要がある。この対称性が保たれないと、ウェハ共役面
における照明光束の方向重心（投影光学系の瞳面におけ
る光軸から各光束への位置ベクトルに各光束の光量を乗
じたものの総和）が光軸から外れることとなる。即ち、
投影光学系のウェハ側のテレセントリシティーが保たれ
ないこととなり、デフォーカス時にパターン像の横ずれ
（所謂テレセンずれ）が生じることとなる。

【００３３】本発明では、各フライアイレンズに照明光
を入射する光束分割部材と光束分割部材からの光束の強
度を調整する光強度可変手段を設けたために、各フライ
アイレンズから照射される光束の強度を調整することが
できる。また、各フライアイレンズからの光束の強度を
計測する照度計を設けたことにより、各光束の強度がほ
ぼ等しくなるように、上記光強度可変手段を調整するこ
とができる。

【００３４】

【実施例】図１は本発明の実施例による投影型露光装置
（ステッパー）の概略的な構成を示す図である。この構
成において、フライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂの夫々の
光源側焦点面１１ａの所定の領域に照明光の光量分布を
集中せしめる光学部材（本発明の光束分割部材の一部）
として、多面体プリズム５を設けることとした。

【００３５】水銀ランプ１より発生した照明光束は、楕
円鏡２の第２焦点ｆ₀に集光した後、ミラー３、リレー
系等のレンズ系４を介して多面体プリズム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。多面体プリズム５から
発生した光束は、リレーレンズ９によりフライアイレン
ズ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１１Ａ，１１Ｂの光源側焦点面１
１ａと、多面体プリズム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。尚、図１で
は、多面体プリズム５への照明光を平行光束として図示
したが、実際は発散光束となっているため、フライアイ
レンズ１１Ａ，１１Ｂへの入射光束はある大きさ（面
積）を持っている。

【００３６】一方、フライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂの
レチクル側焦点面１１ｂ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と垂直な面内の方向に配置されている。また、個々
のフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂは光軸ＡＸと垂直な
面内の方向に夫々独立に可動であり、且つ、そのための
可動部材に保持されているが、その詳細は後述する。

【００３７】個々のフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂ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。また図１に示した個々のフライアイレンズ１
１Ａ，１１Ｂの各レンズエレメントは、両凸レンズと
し、且つ光源側焦点面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、また平凸レンズや、凸平レンズ或
いは平凹レンズであってもよい。

【００３８】尚、フライアイレンズの光源側焦点面１１
ａ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、フライアイ
レンズのレチクル側焦点面１１ｂ、即ちフライアイレン
ズ１１Ａ，１１Ｂの射出面は、多面体プリズム５と結像
関係（共役）になっている。図２は、投影型露光装置の
フライアイレンズ１１Ａ、１１Ｂから投影光学系１８ま
での構成を模式的に表す図であり、フライアイレンズの
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、レ
チクル側焦点面１１ｂとレチクルパターン１７とをフー
リエ変換の関係とならしめる光学系を一枚のレンズ１５
ａとして表わしてある。さらに、レンズ１５ａのフライ
アイレンズ側主点Ｈからフライアイレンズ１１Ａ，Ｂの
レチクル側焦点面１１ｂまでの距離と、レンズ１５ａの
レチクル側主点Ｈ′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。

【００３９】さて、フライアイレンズ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、及びミラー１４を介して、レ
チクル１６を均一な照度分布で照明する。遮光板１２
Ａ，１２Ｂは、それぞれフライアイレンズ１１Ａ，１１
Ｂの各位置に対応し、可動となっている。このため、フ
ライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂからの照明光束を夫々任
意に遮光、透光することが可能である。このためレチク
ルパターン１７に照明される照明光を、フライアイレン
ズ１１Ａ，１１Ｂのうちいずれか一方からの光束（２次
光源像からの光束）のみとすることができ、従って、例
えばウェハ２０表面との共役面にその受光面を持った後
述の照度計２１を用いて光束の強度を計測する際、各フ
ライアイレンズからの光束の強度を独立して計測するこ
とができる。

【００４０】この照度計は、ウェハ共役面に配置される
ものに限定されず、例えば、ミラー１４の裏面にフライ
アイレンズのレチクル側焦点面１１ｂと共役な面を作
り、そこに２つのセンサーを配置して計測してもよい。
その場合、フライアイレンズ１１Ａ、１１Ｂからの各々
の光束の強度を同時に計測することができ、遮光板１２
Ａは必要ない。

【００４１】こうして照明されたレチクル１６上のレチ
クルパターン１７から発生した回折光は、図８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、ウェハ２０上にレチクルパターン１
７の像を転写する。前述の多面体プリズム５を使って照
明光束を分割して、その光束をフライアイレンズ１１
Ａ，１１Ｂの光源側焦点面内の特定の位置（フライアイ
レンズ）に集中させる際、その集中位置は、多面体プリ
ズム５の傾斜角や方向性によって変化する。従って、各
フライアイレンズ１１Ａ、１１Ｂの位置に照明光を集中
させるべく、多面体プリズム５の傾斜角や方向性を決定
する。

【００４２】上記実施例では、多面体プリズム５とフラ
イアイレンズ１１Ａ，１１Ｂの光源側焦点面をフーリエ
変換の関係としたが、結像関係としてもよい。但し、フ
ーリエ変換の関係とした方が、多面体プリズム５上のゴ
ミ等によるレチクル１６上の照度均一性の悪化を防ぐこ
とができる。また図中では、多面体プリズム５により照
明光束を２光束に分割するものとしたが、多面体プリズ
ムの面数を増すことでより多くの光束に分割することが
できる。

【００４３】さて、図１中多面体プリズム５は、能動部
材６に保持されており、光軸ＡＸとほぼ垂直な方向（紙
面上下方向）に可動となっている（詳細後述）。このと
き、多面体プリズム５を光軸ＡＸとほぼ垂直な方向に移
動すると、多面体プリズム５に入射する光束の分割位置
（多面体プリズム５と入射光束との相対位置）が変わる
ため、分割後の複数の光束の光量比を光量損失なく変え
ることができる。このとき、能動部材６は駆動系５１に
よって制御される。また、駆動系５１は、前述の遮光板
１２Ａ，１２Ｂの各光路（各フライアイレンズ射出面近
傍）への出し入れも制御するものとする。さらに各フラ
イアイレンズ１１Ａ，１１Ｂが可動であれば、各フライ
アイレンズの移動も行うものとする。

【００４４】図１中、ウェハ２０を保持するウェハホル
ダー２２は、ウェハステージ２３によって光軸ＡＸと垂
直な面内に可動である。またウェハステージ２３上に
は、照度計２１が設けられている。照度計２１は投影フ
ィールド内全体を一括に受光するセンサーであり、その
受光面はウェハ表面とほぼ一致する平面内に設けられて
いる。この照度計２１により、ウェハ上の像面と共役な
位置での照明光強度を計測することができる。従って、
前述の遮光板１２Ａ，１２Ｂを操作し、各フライアイレ
ンズ１１Ａ，１１Ｂのうちの１つを残してそれ以外から
の照明光束を全て遮光することで、１つのフライアイレ
ンズからの光束の強度を計測することができる。この計
測を各フライアイレンズについて夫々行うことにより、
各フライアイレンズからの光束の強度を知ることができ
る。強度計測時にはレチクル１６は装填されていない方
が好ましいが、レチクルの入った状態で計測をしてもよ
い。

【００４５】計測した各光束の計測値は主制御系２１で
比較される。主制御系２１には照明光の強度と能動部材
６の駆動量との関係が予めテーブル値として登録されて
おり、主制御系２１は各光束の強度を等しくするように
能動部材６を操作する。これによって各フライアイレン
ズからの光束の強度を等しくすることができる。また、
各フライアイレンズの配置は、光軸ＡＸに対して対称と
する。このため、前述の投影光学系の瞳面における光軸
から各光束への位置ベクトルに各光束の光量を乗じたも
のの総和（方向重心）が零となり、前述のテレセンずれ
を零とすることができる。

【００４６】ところで、光源である水銀ランプ１には使
用時間の限界（寿命）があり、現在のところ約６００時
間毎に新品と交換して使用している。水銀ランプには、
製造段階で生じる個体差があり、光量の配向特性等がラ
ンプ毎に異なる。従って、以前のランプ使用時には各々
のフライアイレンズからの光束の強度が等しかった場合
でも、ランプを交換することによってそれに伴う配向特
性等の変化が生じ、各フライアイレンズからの光束の強
度が等しくならない可能性がある。またこのことは、１
個の水銀ランプを使用中の経時変化によっても発生し得
るものである。従って、上記の光束分割手段の調整は、
ランプ交換毎、或いはランプ使用中の例えば１００時間
毎に行うと良い。

【００４７】ところで、フライアイレンズのレチクル側
焦点面内での２次光源像の位置は、使用するレチクルの
パターンのピッチ（周期性）に応じて変更できることが
望ましい。以下に、フライアイレンズを可動とする実施
例について説明する。図３はフライアイレンズの可動部
を光軸方向から見た図であり、図４は光軸と垂直な方向
から見た図である。複数のフライアイレンズとして図３
では４個のフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，
１１Ｄを光軸からほぼ等距離に配置している。また、フ
ライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの夫々
は、図３には３２個のレンズエレメントで構成されるよ
うに示しているが、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
イレンズとしてもよい。

【００４８】さて図３、図４において、フライアイレン
ズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは夫々治具８０Ａ，
８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄにより保持され、これら治具８
０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄはさらに支持棒７０Ａ，
７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄを介して可動部材７１Ａ，７１
Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄにより夫々支持されている。この支
持棒７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄは、可動部材７１
Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄに含まれるモーター及びギ
ア等の駆動素子により、光軸ＡＸを中心とした放射方向
に伸縮可能となっている。また、可動部材７１Ａ，７１
Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ自体も、固定ガイド７２Ａ，７２
Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄに沿って移動可能であり、従って個
々のフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ
は光軸ＡＸと垂直な面内の任意の位置に夫々独立に移動
可能である。

【００４９】また遮光板１２Ａ，１２Ｂもフライアイレ
ンズ１１Ａ，１１Ｂの移動に応じて移動可能であり、フ
ライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂの位置に係わらず、任意
のフライアイレンズからの光束のみを透過させ、他の光
束全てを遮光することができる。さらに、各フライアイ
レンズ１１Ａ，１１Ｂを保持する治具８０Ａ，８０Ｂが
夫々遮光羽根８１Ａ，８１Ｂを有していれば、図８に示
すような遮光板１２の開口部はフライアイレンズの径よ
りかなり大きくて良くなる。また、各遮光羽根８１Ａ，
８１Ｂは、光軸方向にわずかずつずれていると、各フラ
イアイレンズの移動範囲に与える制限が減少される。

【００５０】次に、多面体プリズム５の構成について図
５を参照して説明する。多面体プリズム５は２つの多面
体プリズム５ａ，５ｂで構成されており、少なくとも凹
型の多面体プリズム５ａは、光軸ＡＸに垂直な面内方向
に移動可能である。プリズム５ａは保持具７ａを介して
能動部材６ａに設けられており、さらに、能動部材６ａ
は固定具８に設けられている。能動部材６はプリズム５
ａを光軸ＡＸと垂直な面内方向に移動する。一方、プリ
ズム５ｂは保持具７ｂを介して固定具８に設けられてい
る。プリズム５ａとプリズム５ｂとの夫々は、固定具８
内に設けられた駆動部により光軸ＡＸ方向に移動可能で
あり、プリズム５ａとプリズム５ｂとの光軸ＡＸ方向の
間隔を可変とすることができる。前述の如く各照明光束
の強度を等しくする場合は、少なくともプリズム５ａを
光軸ＡＸと垂直な面内方向に所定量だけ移動する。凹型
プリズム５ａが複数の光学素子で構成される場合は少な
くともその一部を移動可能としてもよい。尚、図中の点
線はプリズム５ａが移動した場合を示しており、この時
２つの光束が光軸ＡＸから大きくシフトする場合は、プ
リズム５ｂとレンズ９ａとの間の各々の光路中に平行平
板ガラスを設け、各光束の光軸ＡＸからのシフト量を補
正すればよい。

【００５１】ところで、上述の如くフライアイレンズ１
１Ａ〜Ｄが移動する場合、多面体プリズム等の光束分割
部材から射出される光束の通過する位置（光軸ＡＸを中
心として光軸と垂直な面内の位置）もフライアイレンズ
の移動に応じて変更する必要がある。この場合、プリズ
ム５ａとプリズム５ｂの間隔を変更することにより、分
割された各光束の光軸からの距離を変更することができ
る。また、このプリズム５ａ，５ｂを光軸ＡＸについて
回転することで、光軸を中心とした円周方向の光束の位
置も変更できる。

【００５２】さて、図３、及び図４に示したフライアイ
レンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの各位置（光軸
と垂直な面内での位置）は、転写すべきレチクルパター
ンに応じて決定（変更）するのが良い。つまり、作用の
項で述べたように各フライアイレンズからの照明光束
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な
入射角ψでレチクルパターンに入射するようにすればよ
い。

【００５３】次に各フライアイレンズの位置決定の具体
例について、図６を用いて説明する。図６（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示す図である。図６（Ｂ）は、図
６（Ａ）に示すようなパターンを照明するのに最適な、
レチクルパターンのフーリエ変換面（又は投影光学系の
瞳面）での各フライアイレンズの中心の位置（本発明で
いうフーリエ変換面内での、光量分布の極大値の位置に
相当する）を示し、同様に図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）に
示すようなパターンを照明するのに最適な、各フライア
イレンズの中心の位置を示す図である。

【００５４】図６（Ａ）は、所謂１次元ラインアンドス
ペースパターンであって、Ｙ方向に帯状に延びた透過部
と遮光部とが等しい幅で、且つ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の
最適位置は図６（Ｂ）に示すようにフーリエ変換面１２
ｃ内に仮定したＹ方向の線分Ｌα上、及び線分Ｌβ上の
任意の位置となる。図６（Ｂ）はレチクルパターン１７
に対するフーリエ変換面１２ｃ（フライアイレンズのレ
チクル側焦点面１１ｂ）を光軸ＡＸ方向から見た図であ
り、且つ、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６（Ａ）と同一にしてあ
る。さて、図６（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、露光波長をλとしたとき、α＝β＝ｆ・λ／２Ｐ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
（各フライアイレンズの夫々によって作られる２次光源
像の光量分布の各重心）位置が線分Ｌα、Ｌβ上にあれ
ば、図６（Ａ）に示す如きラインアンドスペースパター
ンに対して、各フライアイレンズからの光束を照射した
際に発生する±１次回折光のうちのどちらか一方と０次
回折光との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６
（Ａ））に対する焦点深度を最大とすることができ、且
つ高解像度を得ることができる。

【００５５】次に図６（Ｃ）は、レチクルパターンが所
謂２次元島状パターンである場合であり、且つ、パター
ンのＸ方向のピッチがＰｘ、Ｙ方向のピッチがＰｙとな
っている。図６（Ｄ）はこのようなパターンを照明する
場合の各フライアイレンズの最適位置を表わす図であ
り、図６（Ｃ）の座標系Ｘ，Ｙの関係は図６（Ａ），
（Ｂ）の関係と同じである。図６（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方向はＰｘ、Ｙ方向はＰｙ）に応じた２次元方
向に回折光が発生する。この場合も、回折光中の±１次
回折光のうちのいずれか一方と０次回折光とが投影光学
系瞳面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。つま
り、図６（Ｃ）のパターンのＸ方向のピッチはＰｘであ
るから、図６（Ｄ）に示すようにα＝β＝ｆ・λ／２Ｐ
ｘとなる線分Ｌα、Ｌβ上に各フライアイレンズの中心
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・λ／２Ｐ
ｙとなる線分Ｌγ、Ｌε上に各フライアイレンズの中心
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。

【００５６】以上、図６（Ｂ）、又は（Ｄ）に示した各
位置に配置したフライアイレンズからの照明光束がレチ
クルパターン１７に入射すると、＋１次回折光成分
Ｄ_R、又は−１次回折光成分Ｄ_mのいずれか一方と０次
光回折光成分Ｄ₀とが、投影光学系１８内の瞳面１９で
光軸ＡＸからほぼ等距離となる光路を通る。従って作用
の項で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影型露
光装置が実現できる。

【００５７】以上、レチクルパターン１７として図６
（Ａ）、又は（Ｃ）に示した２例のみを考えたが、他の
パターンであってもその周期性（微細度）に着目し、そ
のパターンからの＋１次回折光成分、又は−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
る光路を通る様な位置に各フライアイレンズの中心を配
置すればよい。

【００５８】また図６（Ａ）、（Ｃ）のパターン例は、
遮光部と透過部との比（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
次回折光との関係のみに着目した。しかし、デューティ
比が１：１から異なるパターンの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よい。

【００５９】さらに、レチクルパターン１７が図６
（Ｃ）の如く２次元の周期性パターンを含む場合、特定
の１つの０次回折光成分に着目したとき、投影光学系の
瞳面１９上ではその１つの０次回折光成分を中心として
Ｘ方向に分布する１次以上の高次回折光成分と、Ｙ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、Ｘ方向に分
布する高次回折光成分の１つと、Ｙ方向に分布する高次
回折光成分の１つ、及び特定の０次回折光成分との３つ
の回折光成分が、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）の位置を調節すればよい。例えば、図６
（Ｄ）中でフライアイレンズ中心位置を点Ｐζ、Ｐη、
Ｐκ、Ｐμのいずれかと一致させるとよい。点Ｐζ、Ｐ
η、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、即ちＸ方向の±１次回折
光の一方と０次回折光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）と線分ＬγまたはＬε（Ｙ
方向の周期性について最適な位置）との交点であるため
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。

【００６０】以上の実施例においては、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出来る。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応じたものとなる。或いは
各最適位置の平均位置にフライアイレンズを配置しても
よい。また、この平均位置は、パターンの微細度や重要
度に応じた重みを加味した加重平均としてもよい。尚、
上記のようにフライアイレンズを移動した際は、照度計
２１で各フライアイレンズからの光束の強度を計測し、
夫々所定の強度になっているかを確認するのが望まし
い。

【００６１】以上のようにレチクルパターンの周期の方
向性を考慮する場合、上記の各情報は、図１中のキーボ
ード５２から入力可能とする。入力する情報がパターン
の方向性である場合、それに応じた各フライアイレンズ
の位置を主制御系５０で決定すればよい。ところで、各
フライアイレンズ夫々からレチクルへ照射される光束の
開口数は、σ値として0.１から0.３程度であるとよい。
σ値が小さすぎると、照度の低下や照度むらを生じやす
く、大きすぎると本発明による高解像度、大焦点深度の
効果が低下する以上の実施例においては、光源として水
銀ランプ１を用いたが、他の輝線ランプやレーザー（Ｋ
ｒＦ等）光源、或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）であっても構わな
い。さらに投影光学系としては屈折系であっても、反射
系、或るいは反射屈折系であってもよい。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
リック系でも同様である。その他、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
よい。

【００６２】照明光の均一化については、フライアイレ
ンズ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの光源側焦点面１
１ａ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。或る
いは本発明の実施例で使用されたフライアイレンズ１１
Ａ，１１Ｂ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と称する）等のオプチカルインテグ
レーターを用いて、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
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（即ち、インプット光学
系）、例えば図１に示した多面体プリズム５等よりも光
源側であることが望ましい。或いは、上記の各フライア
イレンズ１１Ａ、１１Ｂよりもレチクル側にそれぞれ独
立したフライアイレンズ群を別に設けてもよい。このよ
うに、２つの照明光を各々２つのフライアイレンズで均
一化することにより、より一層の均一化が図れる。

【００６３】尚、以上の実施例では光束分割部材として
ピラミッドプリズムを用いたが、これに限定されるもの
ではない。例えば、複数個のレンズを並べたレンズアレ
イとしてもよく、多面ミラーを用いて分割してもよい。
この場合も、レンズアレイや多面ミラーを光軸ＡＸと垂
直な面内で移動させて、各光束の強度を調整すればよ
い。

【００６４】また、以上では光束分割部材の少なくとも
一部を移動させて、照明光束の光束分割位置（照明光束
と光束分割部材との相対位置）を可変としていたが、図
１のレンズ系４と光束分割部材５との間に平行平板ガラ
スを設け、この平行平板ガラスの傾きを変えることによ
り、照明光束の分割位置を可変としてもよい。さらに、
特開昭６０−７８４５４号公報に開示されているよう
に、ピンホール付センサーや２次元ＣＣＤセンサーを照
度計２１の代わりにステージ上に設けて、図３に示すよ
うな４つのフライアイレンズのうち、１つのフライアイ
レンズによる照明光の像面内での照度ムラを、各フライ
アイレンズ毎に計測して評価してもよい。

【００６５】また、フライアイレンズ１１に入射する複
数の光束に、前述のプリズム５ａの移動で補正できない
程の強度差がある場合は、図１中フライアイレンズ１１
Ａ、１１Ｂの光源側に吸光性フィルター（又は金網等）
を設け、プリズム５ａの移動と併用すればよい。例え
ば、プリズム５で照明光を４つに分割し、各々の光束を
４つのフライアイレンズに入射する場合について考えて
みる。４つのフライアイレンズの中心が図６（Ｄ）の点
Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμにあるとしたとき、ＰζとＰκ
の位置にあるフライアイレンズからの照明光の強度が等
しくなるようにプリズムを移動し、Ｐη、Ｐμからの照
明光の強度が等しくなるようにフィルターで補正する。

【００６６】また、プリズム５とフィルターとの少なく
とも１つを使って複数の光束の強度を、レチクルパター
ンの周期性に応じて積極的に異ならせるようにしてもよ
い。これを図７を参照して説明する。図７（Ａ）はＸ、
Ｙの２次元方向とＸ、Ｙ方向に対して４５度方向のパタ
ーンの２種類のパターンが混在しているレチクルパター
ンを示しており、図７（Ｂ）はフーリエ変換面での照明
光の領域（フライアイレンズの位置）を示しており、そ
の位置関係は図６（Ｄ）に示すものと同様である。強度
の異ならせ方の一例としては、図７（Ｂ）で領域１１０
ｇ、１１０ｈからの光束の強度をプリズムで調整し、領
域１１０ｉ、１１０ｊからの光束の強度をフィルターで
弱くする。このとき、本実施例の露光装置が特開昭６０
−７８４５４号公報に開示されているような、投影レン
ズの結像特性を制御する手段（投影レンズエレメント間
の圧力制御を行う方式等）を有している場合、各照明光
間の光量比が大きく変わることにより制御量に誤差が生
じる場合がある。これを防止するため、各光束間の光量
比に応じて、この制御量を求めるためのパラメータを変
化させるようにしてもよい。

【００６７】また以上の実施例では、分割されたフライ
アイレンズ群の各々に照明光を入射させることとした
が、分割されていない大型の１つのフライアイレンズ内
で照明される領域が光軸ＡＸから偏心した離散的な領域
となるように照明光を入射させるようにしてもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、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、及び主制御系の一部分を替える
だけでよく、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。

【００６９】また、露光装置のランプ交換、或いはレー
ザ交換等に伴って、光源の配向特性、或いは位置が変化
した場合にもこれを光量損失なく補償することができ、
安定した露光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影型露光装置の概略的
な構成を示す図

【図２】本発明の実施例による投影型露光装置における
フライアイレンズから投影光学系までの構成を模式的に
表す図

【図３】本発明の実施例による投影露光装置におけるフ
ライアイレンズの配置とその可動部材との構成を光軸方
向からみた図

【図４】本発明の実施例による投影露光装置におけるフ
ライアイレンズの配置とその可動部材との構成を光軸と
垂直な方向からみた図

【図５】インプット光学系の他の構成を示す図

【図６】（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図（Ｂ），（Ｄ）は、図６（Ａ），（Ｃ）に示すようなパ
ターンを照明するのに最適な、レチクルパターンのフー
リエ変換面でのフライアイレンズの位置を示す図

【図７】（Ａ）は、本発明の実施例による投影型露光装
置に使用するレチクルパターンの他の例を示す図（Ｂ）は、図７（Ａ）に示すパターンを照明するのに最
適な、レチクルパターンのフーリエ変換面におけるフラ
イアイレンズの位置と照明強度を示す図

【図８】本発明の原理を説明する図

【図９】従来の投影型露光装置の構成を示す図

【符号の説明】

５ａ、５ｂ多面体プリズム６ａ、６ｂ能動部材９レンズ系 10 吸光性フィルター 11A,11B,11C,11D フライアイレンズ 12,12A,12B 遮光板（空間フィルター） 12c レチクルパターンのフーリエ変換面 21 照度計 50 主制御系 70A,70B,70C,70D 支持棒 71A,71B,71C,71D 可動部材 72A,72B,72C,72D 固定ガイド

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、前記マスクのパターンの像を感光基板上に投
影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光学系内で前記マスクのパターンのフーリエ変
換相当面あるいはその共役面、又はその近傍に２次光源
を形成するオプチカルインテグレータと、前記光源と前記オプチカルインテグレータとの間に配置
され、前記フーリエ変換相当面あるいはその共役面、又
はその近傍での光量分布が、前記照明光学系もしくは前
記投影光学系の光軸に対して偏心し、前記パターンの微
細度に応じて前記光軸との距離がほぼ等しく設定される
複数の位置でそれぞれ極大値を持つように、前記光源か
らの照明光を分割する光束分割部材と、前記光源からの照明光の分割位置を可変とし、前記オプ
チカルインテグレータに入射する各光束の強度を調整す
る調整手段とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記調整手段は、前記光源からの照明光と
前記光束分割部材の少なくとも一部とを相対移動するこ
とを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】前記光束分割部材は前記調整手段と一体に
設けられ、前記光束分割部材の少なくとも一部は前記照
明光学系の光軸と垂直な面内方向に移動可能であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
【請求項４】前記光束分割部材は多面体プリズムを含
み、前記調整手段は、前記多面体プリズムを移動して前
記分割位置を可変とすることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記光束分割部材は一対の多面体プリズム
を含み、前記分割された各光束と前記照明光学系の光軸
との距離を変更するために、前記照明光学系の光軸方向
に関する前記一対の多面体プリズムの間隔を調整するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の投
影露光装置。
【請求項６】前記調整手段は、前記照明光学系の光軸と
垂直な面に沿って前記一対の多面体プリズムの一方を移
動して前記分割位置を可変とし、前記一方の多面体プリ
ズムの移動による前記分割された各光束のシフト量を補
正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項５
に記載の投影露光装置。
【請求項７】前記光束分割部材で分割された少なくとも
２つの光束の強度を個別に検出する検出手段と、前記検
出手段からの情報に基づいて前記調整手段を制御する制
御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜６の
いずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項８】前記感光基板を保持するステージを更に備
え、前記検出手段はその受光面が前記ステージに設けら
れることを特徴とする請求項７に記載の投影露光装置。
【請求項９】光源からの照明光をマスクに照射する照明
光学系と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に投
影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換する光束変換部材と、前記照明光と前記光束変換部材の少なくとも一部との位
置関係を変更して、前記複数の光束の光量を調整する調
整手段とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１０】前記光束変換部材は、前記マスクのパタ
ーンに対するフーリエ変換面あるいはその共役面上での
前記複数の光束と前記照明光学系の光軸との距離を可変
とする光学部材を含み、前記調整手段は、前記照明光と
前記光学部材との位置関係を変更することを特徴とする
請求項９に記載の投影露光装置。
【請求項１１】前記光学部材は、前記距離を可変とする
ために前記照明光学系の光軸方向に可動であり、前記調
整手段は、前記照明光と前記光学部材とを前記照明光学
系の光軸と垂直な面に沿って相対移動することを特徴と
する請求項１０に記載の投影露光装置。
【請求項１２】前記光学部材は一対のプリズムを含み、
前記距離を可変とするために前記照明光学系の光軸方向
に関する前記一対のプリズムの間隔が調整されることを
特徴とする請求項１１に記載の投影露光装置。
【請求項１３】前記光学部材は、前記光源と前記照明光
学系内に配置されるオプチカルインテグレータとの間に
配置されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
【請求項１４】前記光束変換部材は、前記複数の光束を
生成するために前記照明光を分割する光分割器を含み、
前記調整手段は、前記照明光と前記光分割器との位置関
係を変更することを特徴とする請求項９に記載の投影露
光装置。
【請求項１５】前記調整手段は、前記照明光と前記光分
割器とを前記照明光学系の光軸と垂直な面に沿って相対
移動することを特徴とする請求項１４に記載の投影露光
装置。
【請求項１６】前記光分割器は、前記光源と前記照明光
学系内に配置されるオプチカルインテグレータとの間に
配置されることを特徴とする請求項１４又は１５に記載
の投影露光装置。
【請求項１７】前記照明光学系内で前記オプチカルイン
テグレータと直列に別の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１３又は１６に記載の投
影露光装置。
【請求項１８】前記位置関係の変更による前記各光束の
シフト量を補正する手段を更に備えることを特徴とする
請求項９〜１７のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項１９】前記調整手段は、前記投影光学系の瞳面
上でその光軸から前記各光束への位置ベクトルに前記各
光束の光量を乗じたものの総和が零となるように、前記
各光束の光量を調整することを特徴とする請求項９〜１
８のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項２０】前記調整手段は、前記投影光学系の前記
感光基板側のテレセントリシティが維持されるように、
前記各光束の光量をほぼ等しく設定することを特徴とす
る請求項９〜１８のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
【請求項２１】前記パターンに周期方向が異なる複数の
周期パターンが含まれるとき、前記調整手段は、前記パ
ターンの周期性に応じて前記複数の光束の光量を部分的
に異ならせることを特徴とする請求項９〜１８のいずれ
か一項に記載の投影露光装置。
【請求項２２】光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に
投影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換する光束変換部材と、前記パターンに周期方向が異なる複数の周期パターンが
含まれるとき、前記パターンの周期性に応じて前記複数
の光束の光量を部分的に異ならせる調整手段とを備えた
ことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２３】前記投影光学系の結像特性を制御する結
像制御手段を更に備え、前記各光束間の光量比に応じ
て、前記結像制御手段の制御量を求めるためのパラメー
タを変化させることを特徴とする請求項２１又は２２に
記載の投影露光装置。
【請求項２４】前記複数の光束の光量を個別に検出する
検出手段を更に備え、前記調整手段は、前記検出手段の
検出結果に基づいて前記複数の光束の光量を調整するこ
とを特徴とする請求項９〜２３のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
【請求項２５】前記感光基板を保持するステージを更に
備え、前記検出手段はその受光面が前記ステージに設け
られることを特徴とする請求項２４に記載の投影露光装
置。
【請求項２６】光源からの照明光をマスクに照射する照
明光学系と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に
投影する投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換する光束変換部材と、前記照明光と前記光束変換部材の少なくとも一部との位
置関係の変化によって生じる前記光束のシフト量を補正
する補正手段とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。
【請求項２７】前記光束変換部材は、前記マスクのパタ
ーンに対するフーリエ変換面あるいはその共役面上での
前記複数の光束と前記照明光学系の光軸との距離を可変
とするために、前記照明光学系の光軸方向に可動な光学
部材を含むことを特徴とする請求項２６に記載の投影露
光装置。
【請求項２８】前記光束変換部材は、前記複数の光束を
生成するために前記照明光を分割する光分割器を含み、
前記照明光と前記光分割器とが相対移動されることを特
徴とする請求項２６に記載の投影露光装置。
【請求項２９】前記各光束の照射によって前記パターン
から発生する互いに次数が異なる２つの回折光が、前記
投影光学系の瞳面上でその光軸からの距離がほぼ等しい
位置を通るように、前記入射角を決定することを特徴と
する請求項９〜２８のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
【請求項３０】前記各光束の照射によって前記パターン
から発生する同次数の２つの回折光の回折角をθm、前
記投影光学系のマスク側開口数をＮＡ_Rとすると、前記
２つの回折光の一方でｓｉｎ(θm−ψ)＝ＮＡ_Rなる関係
が満たされるように、前記入射角ψが決定されることを
特徴とする請求項９〜２９のいずれか一項に記載の投影
露光装置。
【請求項３１】前記関係を満たす前記一方の回折光は、
前記投影光学系の光軸に関して前記パターンから発生す
る０次回折光とほぼ対称になることを特徴とする請求項
３０に記載の投影露光装置。
【請求項３２】前記照明光の波長をλ、前記パターンの
ピッチをＰとして、前記入射角ψは、ｓｉｎψ＝λ／２
Ｐに定められることを特徴とする請求項９〜３１のいず
れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項３３】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、前記各光束の照射に
よって前記パターンから発生する０次回折光、前記０次
回折光を中心として前記第１方向に分布する高次回折光
の１つ、及び前記０次回折光を中心として前記第２方向
に分布する高次回折光の１つが、前記投影光学系の瞳面
上でその光軸からほぼ等距離に分布するように、前記入
射角を決定することを特徴とする請求項９〜３２のいず
れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項３４】前記各光束の開口数を、前記投影光学系
の前記マスク側の開口数に対して０．１〜０．３倍程度
に定めることを特徴とする請求項９〜３３のいずれか一
項に記載の投影露光装置。
【請求項３５】請求項１〜３４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。
【請求項３６】照明光学系を通して光源からの照明光で
マスクを照明するとともに、投影光学系を介して前記照
明光で感光基板を露光する投影露光方法において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換し、前記照明光と前記複数の光束を発生する光束変換部材の
少なくとも一部との位置関係を変更して、前記光束の光
量を調整することを特徴とする投影露光方法。
【請求項３７】照明光学系を通して光源からの照明光で
マスクを照明するとともに、投影光学系を介して前記照
明光で感光基板を露光する投影露光方法において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換し、前記パターンに周期方向が異なる複数の周期パターンが
含まれるとき、前記パターンの周期性に応じて前記複数
の光束の光量を部分的に異ならせることを特徴とする投
影露光方法。
【請求項３８】照明光学系を通して光源からの照明光で
マスクを照明するとともに、投影光学系を介して前記照
明光で感光基板を露光する投影露光方法において、前記照明光を、前記パターンの微細度に応じた入射角で
前記照明光学系の光軸に対して傾いて前記マスクに入射
する複数の光束に変換し、前記照明光と前記複数の光束を発生する光束変換部材の
少なくとも一部との位置関係の変化によって生じる前記
光束のシフト量を補正することを特徴とする投影露光方
法。