JP3303322B2

JP3303322B2 - 投影露光装置及び方法、並びに素子製造方法

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Publication number: JP3303322B2
Application number: JP01659092A
Authority: JP
Inventors: 三郎神谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH05217851A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
表示素子製造のリソグラフィ工程において使用されるマ
スクやレチクルのパターンを感光基板に転写するための
投影露光装置に関し、特に露光用光源としてコヒーレン
トなレーザ光源を備えた投影露光装置に関するものであ
る。

【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ィと呼ばれる工程が必要であ
る。この工程では通常、レチクル（マスク）パターンを
半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用される。
基板上には感光性のフォトレジストが塗布されており、
照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分のパタ
ーン形状に応じて、フォトレジストに回路パターンが転
写される。一般に投影露光装置（例えばステッパー）で
は、レチクル上に描画された転写すべき回路パターンの
像が、投影光学系を介して基板（ウエハ）上に投影、結
像される。

【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ほぼ均一化される。この均一
化を最適に行うため、フライアイレンズを用いる場合に
は、レチクル側焦点面（射出面側）とレチクル面（パタ
ーン面）とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、
さらにレチクル側焦点面と光源側焦点面（入射面側）と
もフーリエ変換の関係で結ばれている。従って、レチク
ルのパターン面とフライアイレンズの光源側焦点面（正
確にはフライアイレンズの個々のレンズの光源側焦点
面）とは、結像関係（共役関係）で結ばれている。この
ため、レチクル上では、フライアイレンズの各光学エレ
メント（２次光源像）からの照明光がコンデンサーレン
ズ等を介することによってそれぞれ加算（重畳）される
ことで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好にす
ることが可能になっている。このことは、現在露光用光
源として一般的に用いられている高圧水銀ランプであっ
ても、最近注目を集めているＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレ
ーザのようなレーザ光源であっても原理的には変わらな
い。

【０００４】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプチカルインテグレータの入射面に入射
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１１は上述の如き従来の投影露光装置
（ステッパー）の概略的な構成を示しており、エキシマ
レーザ光源（不図示）から射出された照明光束Ｌ１４０
は、照明光学系中のビーム整形光学系、フライアイレン
ズ４１ｃ、空間フィルター（開口絞り）４ａ、及びコン
デンサーレンズ７を介してレチクル８のパターン９を照
射する。ここで、空間フィルター４ａはフライアイレン
ズ４１ｃのレチクル側焦点面４１４ｃ、すなわちレチク
ルパターン９に対するフーリエ変換面１７（以後、瞳面
と略す）、もしくはその近傍面内に配置されるととも
に、投影光学系１０の光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状
の開口を有し、瞳面１７内に形成される２次光源（面光
源）像を円形に制限する。こうしてレチクル８のパター
ン９を通過した照明光は、投影光学系１０を介してウエ
ハ１２のレジスト層に結像される。このとき、照明光学
系（４１ｃ、４ａ、７）の開口数と投影光学系１０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４ａ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】さて、照明光Ｌ１４０はレチクル８にパタ
ーニングされたパターン９により回折され、パターン９
からは０次回折光Ｄ₀、＋１次回折光Ｄ_p、及び−１次
回折光Ｄ_mが発生する。各回折光（Ｄ₀、Ｄ_p、Ｄ_m）
は投影光学系１０により集光され、ウエハ１２上に干渉
縞を発生させる。この干渉縞がパターン９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の
各々とのなす角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。

【０００６】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなっていき、 sinθが投影光学系１０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１０の瞳面（フーリエ変
換面）１１の有効径で制限され、投影光学系１０を透過
できなくなる。このとき、ウエハ１２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、 sin
θ＞ＮＡ_Rとなる場合にはパターン９の像は得られず、
パターン９をウエハ１２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、今までの投影露光装置に
おいては、 sinθ＝λ／Ｐ≒ＮＡ_RとなるピッチＰは次
式で与えられていた。Ｐ≒λ／ＮＡ_R 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／ＮＡ_R程度と
なるが、実際のフォトリソグラフィ工程においてはウエ
ハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、また
はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点
深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パター
ンサイズは、ｋ×λ／ＮＡ_Rとして表される。ここで、
ｋはプロセス係数と呼ばれ、レジストの特性等に依存す
るが、通常０. ６〜０. ８程度である。レチクル側開口
数ＮＡ_Rとウエハ側開口数ＮＡ_Wとの比は、投影光学系
１０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／ＮＡ_R、ウエハ上の
最小パターンサイズは、ｋ×λ／ＮＡ_W＝ｋ×λ／Ｂ・
ＮＡ_R（但し、Ｂは結像倍率（縮小率））となる。

【０００８】従って、より微細なパターンを転写するた
めには、より短い波長の露光光源を使用するか、あるい
はより開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択す
る必要があった。もちろん、露光波長と開口数の両方を
最適化する努力も考えられる。しかしながら、上記の如
き従来の投影露光装置において、照明光源を現在より短
波長化（例えば２００nm以下）することは、透過光学部
材として使用可能な適当な光学材料が存在しない等の理
由により現時点では困難である。また、投影光学系の開
口数は、現状でも既に理論的限界に近く、これ以上の大
開口化はほぼ望めない状態である。さらに、仮に現状以
上の大開口化が可能であるとしても、±λ／２ＮＡ²で
表される焦点深度は開口数の増加に伴って急激に減少
し、実使用に必要な焦点深度がますます少なくなるとい
う問題が出てくる。このことは、当然ながら光源を短波
長化するほど深刻になってくる。

【０００９】また、レチクルの回路パターンの透過部分
のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過部
分からの透過光の位相よりπだけずらす、いわゆる位相
シフトレチクルが、例えば特公昭６２―５０８１１号公
報等で提案されている。この位相シフトレチクルを使用
すると、従来よりも微細なパターンの転写が可能とな
る。ところが、位相シフトレチクルについては、その製
造工程が複雑になる分コストも高く、また検査及び修正
方法も未だ確立されていないので、多くの問題が残され
ている。

【００１０】そこで、位相シフトレチクルを使用しない
投影露光技術として、レチクルの照明方法を改良するこ
とで転写解像力を向上させる試みがなされている。その
１つの照明方法は、例えば図１１の空間フィルター４ａ
を輪帯状の開口にし、照明光学系の瞳面（フーリエ変換
面）１７上で照明光学系の光軸の回りに分布する照明光
束を部分的にカットすることにより、レチクル８に達す
る照明光束に一定の傾斜を持たせるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の如
き従来技術において、光源がエキシマレーザのような空
間的コヒーレンスをもったレーザである場合には、フラ
イアイレンズのレチクル側焦点面に形成される２次光源
を考えると、各レンズエレメントに対応した照明光束が
互いにある程度可干渉性を有することになる。このた
め、レチクル面、またはそれと共役なウエハ面上にはラ
ンダムな干渉縞（スペックル干渉縞）が形成され、照度
均一性が低下し得る。ここで、その空間的周波数を考え
ると、レンズエレメントの最小間隔に対応したフーリエ
成分が支配的である。つまり、干渉に寄与する光束の組
み合わせの個数が一番多いためである。従って、レチク
ル面またはウエハ面ではレンズエレメントの配列方向に
対応して、限界解像度と比較して比較的低周波（ピッチ
の長い）の縞が観測されることになる。ＫｒＦエキシマ
レーザの場合には、空間的コヒーレンスが比較的低いた
め、形成される干渉縞のコントラストも低いが、本来の
パターンに対して有害なノイズとして作用し、今後益々
要求が厳しくなる照度均一性にとって干渉縞の発生は十
分に問題となる。また、上記輪帯状の照明を考えた場
合、ちょうど限界解像度付近に集中してこのノイズが重
畳してくることになり、通常の照明法に比べて影響が大
きい。

【００１２】また、照明光学系のフーリエ変換面内での
照明光束分布を輪帯状にするような特殊な照明方法を採
用すると、確かに通常のレチクルでも解像力の向上は認
められるが、レチクルの全面に渡って均一な照度分布を
保証することが難しくなるといった問題点が生じた。ま
た、図１１に示した如く単に空間フィルター等のような
部分的に照明光束をカットする部材を設けた系では、当
然のことながらレチクル上、またはウエハ上での照明強
度（照度）を大幅に低下させることになり、照明効率の
低下に伴う露光処理時間の増大という問題に直面する。
さらに、照明光学系中のフーリエ変換面には、光源から
の光束が集中して通るため、空間フィルター等の遮光部
材の光吸収による温度上昇が著しくなり、照明光学系の
熱的な変動による性能劣化の対策（空冷等）も考える必
要がある。

【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、高解像度かつ大焦点
深度が得られるとともに、照度均一性に優れ、かつエキ
シマレーザに代表されるレーザを光源として使用する場
合にも、有害なスペックルノイズの影響の少ない投影露
光装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため、本発明による第１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（８）のパターン
（９）の微細度（ピッチＰ）に応じた入射角（ψ）で照
明光学系の光軸に対して傾いてマスクに入射する複数の
光束に分割する光束分割部材（２０、２１）と、その複
数の光束に対して光路差を与える光路差発生部材（３
０）とを設け、各光束の照射によってパターンから発生
する互いに次数が異なる２つの回折光（±ｎ次回折光の
一方と０次回折光）が投影光学系の瞳面（１１）上で光
軸（ＡＸ）からの距離がほぼ等しい位置を通るように入
射角を決定することとした。また、本発明による第２の
投影露光装置においては、照明光学系内のマスク（８）
のパターンに対するフーリエ変換面（１７）上で照明光
を輪帯状に分布させるとともに、輪帯状の照明光の内径
又は外径を可変とするために円錐状の入射面と射出面と
の間隔を変更する光学部材（７０）と、輪帯状の照明光
に対して部分的に光路差を与える光路差発生部材（６
０）とを設けることとした。さらに、本発明による第３
の投影露光装置においては、光源（１）と照明光学系内
に配置されるロッド型インテグレータとの間に配置さ
れ、照明光学系内のマスク（８）のパターンに対するフ
ーリエ変換面（１７）上で照明光を中心部よりも外側に
分布させるとともに、そのフーリエ変換面上で照明光学
系の光軸を中心として照明光を放射方向に移動する光学
部材（２０、２１）とを設けることとした。また、本発
明による投影露光方法においては、照明光学系内のマス
ク（８）のパターンに対するフーリエ変換面（１７）上
で照明光を中心部よりも外側に分布させるとともに、パ
ターン（９）に応じて光源（１）と照明光学系内のロッ
ド型インテグレータとの間に配置される光学部材（２
０、２１）を移動して、そのフーリエ変換面上で照明光
学系の光軸を中心として照明光を放射方向にシフトさせ
ることとした。

【００１５】

【作用】本発明による作用を図１０を用いて説明する。
図１０中、本発明の第２フライアイレンズに相当する第
２フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂは投影光学系１０
の光軸ＡＸに対する垂直な面内に並び、これより射出さ
れる光束は、それぞれガイド光学系４２ａ、４２ｂによ
り、本発明の第１フライアイレンズに相当する第１フラ
イアイレンズ群４１ａ、４１ｂに入射する。第１フライ
アイレンズ入射面における照度分布は第２フライアイレ
ンズ群によって均一化されている。

【００１６】第１フライアイレンズ群を射出した光束
は、コンデンサーレンズ７によりレチクル８に照射され
る。レチクル８上での照度分布は、上記の第１、第２の
両フライアイレンズ群で均一化され、極めて均一性の良
いものとなっている。ここで、第１フライアイレンズ群
４１ａ、４１ｂの各中心は共に、光軸ＡＸより離れた位
置に存在している。また、第１フライアイレンズ群４１
ａ，４１ｂのレチクル側焦点面４１４ａ、４１４ｂは、
レチクルパターン９のフーリエ変換面１７とほぼ一致し
ているので、光軸ＡＸと第１フライアイレンズの中心と
の距離によって、第１フライアイレンズを射出した光束
のレチクル８への入射角が決定される。

【００１７】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン９は、一般に周期的なパターンを多く含んでい
る。従って、１つのフライアイレンズ群４１ａからの照
明光が照射されたレチクルパターン９からは０次回折光
成分Ｄ₀及び±１次回折光成分Ｄ_p、Ｄ_m、さらにより
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（主光束）が傾いた角度
でレチクル８に入射するから、発生した各次数の回折光
成分も、垂直に照明された場合に比べ、傾き（角度ず
れ）をもってレチクルパターン９から発生する。図１０
中の照明光Ｌ１３０は、光軸に対してψだけ傾いてレチ
クル８に入射する。

【００１８】照明光Ｌ１３０はレチクルパターン９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
て進む＋１次回折光Ｄ_p、及び０次回折光Ｄ₀に対して
θ_mだけ傾いて進む−１次回折光Ｄ_mが発生する。しか
しながら、照明光Ｌ１３０は両側テレセントリックな投
影光学系１０の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いてレチ
クルパターン９に入射するので、０次回折光Ｄ₀もまた
投影光学系１０の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いた方
向に進行する。

【００１９】従って、＋１次回折光Ｄ_pは光軸ＡＸに対
して（θ_p＋ψ）の方向に進行し、−１次回折光Ｄ_mは
光軸ＡＸに対してその反対側に（θ_m−ψ）の角度で進
行する。このとき、回折角θ_p、θ_mはそれぞれ sin(θ_p＋ψ）− sinψ＝λ／Ｐ sin(θ_m−ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐである。但し、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１０の瞳面１１を透過してい
るものとする。

【００２０】レチクルパターン９の微細化に伴って回折
角が増大すると、まず角度（θ_p＋ψ）の方向に進行す
る＋１次回折光Ｄ_pが投影光学系１０の瞳１１を透過で
きなくなる。すなわち、sin(θ_p＋ψ）＞ＮＡ_Rの関係
になってくる。しかし、照明光Ｌ１３０が光軸ＡＸに対
して傾いて入射しているため、このときの回折角でも−
１次回折光Ｄ_mは、投影光学系１０を透過可能である。
すなわち、sin(θ_m−ψ）＜ＮＡ_Rの関係になる。

【００２１】従って、ウエハ１２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９の像であり、レチクルパ
ターン９が１：１のラインアンドスペースのとき、約９
０％のコントラストとなってウエハ１２上に塗布された
レジストに、レチクルパターン９の像をパターニングす
ることが可能となる。

【００２２】このときの解像限界は、 sin(θ_m−ψ）＝ＮＡ_R となるときであり、従って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であ
る。

【００２３】一例として今 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Ｐ＝λ／（ＮＡ_R＋０. ５×ＮＡ_R）＝２λ／３ＮＡ_R となる。一方、図１１に示したように、照明光の瞳１７
上での分布が投影光学系１０の光軸ＡＸを中心とする円
形領域内である従来の露光装置の場合、上述した如く解
像限界はＰ≒λ／ＮＡ_Rであった。従って、従来の露光
装置より高い解像度が実現できることが分かる。

【００２４】次に、レチクルパターンに対して特定の入
射方向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と
１次回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形
成する本方法によって、焦点深度も大きくなる理由につ
いて説明する。図１０のようにウエハ１２が投影光学系
１０の焦点位置（最良結像面）に一致している場合は、
レチクルパターン９中の１点を出てウエハ１２上の１点
に達する各回折光は、投影光学系１０のどの部分を通る
ものであっても全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１０の瞳面１
１のほぼ中心（光軸近傍）を貫通する場合でも、０次回
折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等しく、
従って波面収差も零である。しかし、ウエハ１２が投影
光学系１０の焦点位置に一致していないデフォーカス状
態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は光軸
近傍を通る０次回折光に対して焦点前方（投影光学系１
０に近づく方向）では短く、焦点後方（投影光学系１０
から遠ざかる方向）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、及びその
他の各回折光は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。

【００２５】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ１２の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光がウ
エハ上の１点に入射するときの入射角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１１での光軸
ＡＸからの距離を表す。図１１に示した従来の投影露光
装置では、０次回折光Ｄ₀は光軸ＡＸの近傍を通るの
で、ｒ（０次）＝０となり、一方±１次回折光Ｄ_p、Ｄ
_mは、ｒ（１次）＝Ｍ・λ／Ｐとなる（Ｍは投影光学系
の倍率）。従って、０次回折光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・Ｍ²（λ／Ｐ)²／２となる。

【００２６】一方、本発明による投影露光装置では、図
１０に示すように０次回折光成分Ｄ ₀は光軸ＡＸから角
度ψだけ傾いた方向に発生するから、光軸ＡＸからの距
離はｒ（０次）＝Ｍ・ sinψである。一方、−１次回折
光成分Ｄ_mについてはｒ（−１次）＝Ｍ・sin(θ_m−
ψ）となる。従って、 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とのデ
フォーカスによる光路長差がなくなって波面収差は零と
なり、ウエハ１２が焦点位置より光軸方向に若干ずれて
もパターンの像ボケは従来ほど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、
上記の如くsin(θ_m−ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐであるか
ら、照明光束Ｌ１３０のレチクル８への入射角ψを、ピ
ッチＰのパターンに対して sinψ＝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。

【００２７】さらに、本発明では光源より発せられる照
明光束を複数の光束に分割してから、複数の光束の各々
の間に照明光の可干渉距離（コヒーレント長）よりも長
い位相差（光路長差）を与えるようにした。ここで、照
明光のコヒーレント長Ｌは、照明波長をλ、そのスペク
トル幅をΔλとすると、Ｌ＝λ²／Δλ で表される。

【００２８】つまり、同一光源から射出された２つの光
束の間に、コヒーレント長Ｌ以上の光路長の差があれ
ば、この２つの光束は互いに干渉しない。例えば光源が
狭帯化されたＫｒＦエキシマレーザの場合、コヒーレン
ト長Ｌは２０mm程度であり、複数の光束の相互にこの程
度の光路差を与えるのは比較的容易である。従って、あ
る程度の可干渉性を有するレーザであっても、本来のパ
ターンに対してノイズとして重畳してくるスペックル干
渉縞を効果的に低減することが可能となる。

【００２９】

【実施例】図１は本発明の実施例による投影露光装置
（ステッパー）の概略的な構成を示す図であって、本実
施例では光分割器として２個の多面体プリズムを使用
し、さらに光路差発生部材として平行平板ガラスを使用
したものである。図１において、露光用光源１はＫｒ
Ｆ、ＡｒＦエキシマレーザ、あるいは金属蒸気レーザや
ＹＡＧレーザの高調波等のレジスト層を感光させる波長
域の照明光を発生する。この照明光（レーザビーム）は
ほぼ平行光束であり、ビームエクスパンダー等を含むビ
ーム整形光学系２によってビーム断面が適当な形状（通
常は正方形）、大きさに整形された後、平行光束のまま
折り曲げミラー３を介して光分割器（２０、２１）に入
射する。ここで本実施例の光分割器は、Ｖ型の凹部を持
つ第１の多面体プリズム２０と、Ｖ型の凸部を持つ第２
の多面体プリズム２１とが組み合わされたものである。
これら２つのプリズムの屈折作用によって照明光束は２
つの光束に分割され、各光束は別々の第２フライアイレ
ンズ群４０ａ、４０ｂに入射する。

【００３０】ここで、図１に示すように光分割器２０、
２１で分割された２つの光束のうち、いずれか一方の光
路中（図１では第２フライアイレンズ群４０ａへ入射す
る光束の光路中）に、光路差発生部材としての平行平板
ガラス３０が配置されている。このため、第２フライア
イレンズ群４０ａに入射する光束は、第２フライアイレ
ンズ群４０ｂに入射する光束に対して所定量だけ位相遅
れが与えられる、すなわち２つの光束の間に光路長の差
が生じることになる。本実施例では、２つの光束の光路
差が照明光のコヒーレント長Ｌ（Ｌ＝λ²／Δλ）より
も長くなる（但し、光路差がコヒーレント長Ｌの整数倍
とならない）ように、平行平板ガラス３０の厚さが定め
られている。尚、ここでは２つの光束のうちの一方の光
路中にのみ平行平板ガラス３０を配置したが、２つの光
束の光路差が常にコヒーレント長Ｌより長くなっていれ
ば、両方の光路中に平行平板ガラスを配置しても構わな
い。また、光路差発生部材は平行平板ガラス以外、例え
ばミラーを用いて光束を引き回して光路差を与えるもの
であっても良い。

【００３１】ところで、本実施例では第２フライアイレ
ンズを２個としたが、この数量は任意で良い。また、光
分割器も第２フライアイレンズ群の個数に合わせて照明
光束を２分割にするものとしたが、複数の第２フライア
イレンズ群の各々に光束が入射するように、第２フライ
アイレンズ群の個数に応じていくつに分割しても良い。
さらに光路差発生部材も光束相互の位相差が適当に与え
られるものであれば良く、その数も光分割器で分割され
た複数の光束の各々の間に互いに異なる光路差（コヒー
レント長以上）が与えられるように、第２フライアイレ
ンズ群の数と同数、もしくは１つ少ない数だけ用意して
各光束の光路中に配置すれば良い。例えば第２フライア
イレンズ群が４個より成れば、光分割器を４角錘型（ピ
ラミッド型）の凹部を有する第１の多面体プリズム２０
と、４角錘型（ピラミッド型）の凸部を有する第２の多
面体プリズム２１とより構成し、さらに４つの光束相互
に互いに異なる位相差（光路差）が与えられるように、
コヒーレント長Ｌに応じて互いに異なる厚さに定められ
た４つ（または３つ）の平行平板ガラスを各光束の光路
中に配置すれば良い。

【００３２】さて、第２フライアイレンズ群４０ａ、４
０ｂを射出した照明光はそれぞれガイド光学系４２ａ、
４３ａ、４２ｂ、４３ｂにより、第１フライアイレンズ
群４１ａ、４１ｂに入射する。このとき、第１フライア
イレンズ４１ａには第２フライアイレンズ４０ａからの
光束のみが入射し、第１フライアイレンズ群４１ｂには
第２フライアイレンズ群４０ｂからの光束のみが入射す
る。さらに第１フライアイレンズ４１ａ、４１ｂを射出
した各光束は、コンデンサーレンズ５、７、及び折り曲
げミラー６に導かれ、レチクル８の下側面に形成された
パターン９をほぼ均一な照度で照明する。パターン９を
透過、回折した光は投影光学系１０により集光結像さ
れ、ウエハ１２上にパターン９の像を形成する。

【００３３】尚、同図中１１は投影光学系１０中のパタ
ーン９に対するフーリエ変換面（以後、投影光学系の瞳
面と称す）を表し、この投影光学系の瞳面には可変絞り
（Ｎ．Ａ．絞り）を設ける場合もある。一方、照明光学
系中にもパターン９に対するフーリエ変換面に相当する
照明光学系の瞳面１７が存在するが、前述の第１フライ
アイレンズ４１ａ、４１ｂのレチクル側焦点面（射出側
焦点面）は、照明光学系の瞳面１７とほぼ一致した位置
にある。また、第２フライアイレンズ４０ａ、４０ｂの
射出面は、ガイド光学系４２、４３によって第１フライ
アイレンズ４１ａ、４１ｂの入射面に対するフーリエ変
換面になっている。但し、厳密にフーリエ変換の関係に
維持される必要はなく、要は第２フライアイレンズ群の
各エレメントから射出した光束が、第１フライアイレン
ズ群の入射面上で重畳されているような関係が維持され
ていれば良い。

【００３４】また、第１フライアイレンズ群４１ａ、４
１ｂは光軸ＡＸより離れた位置にあるため、レチクルパ
ターン９中で特定の方向及びピッチを有するパターンの
投影像の焦点深度を極めて大きくすることが可能となっ
ている。但し、レチクルパターン９の方向やピッチは、
使用するレチクル８により異なることが予想される。従
って、レチクル毎にそのパターンに対して瞳面内での第
１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂの各中心位置が最
適となるように、駆動系５１により第１フライアイレン
ズ群４１ａ、４１ｂ、及びガイド光学系４２ａ、４２
ｂ、４３ａ、４３ｂ、あるいはさらに第２フライアイレ
ンズ群４０ａ、４０ｂ、平行平板ガラス００、光分割器
２０、２１の位置等を変更可能としておくと良い。尚、
駆動系５１は主制御系５０の動作命令により動作する
が、このときの位置等の設定条件はキーボード５２より
入力する。あるいはバーコードリーダーによりレチクル
上のバーコードパターンを読み、その情報に基づいて設
定を行っても良い。

【００３５】図２は、図１中の光分割器２０、２１から
第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂまでの拡大図で
ある。ここでは、第１の多面体プリズム２０と第２の多
面体プリズム２１との互いに対向する面は平行であるも
のとし、プリズム２０の入射面とプリズム２１の射出面
とは光軸ＡＸと垂直であるものとする。その第１の多面
体プリズム２０は保持部材２２により保持され、第２の
多面体プリズム２１は保持部材２３により保持される。
各保持部材２２、２３はそれぞれ可動部材２４ａ、２４
ｂ、及び２５ａ、２５ｂにより保持され、固定部材２６
ａ、２６ｂ上を図中左右方向、すなわち光軸ＡＸに反っ
た方向に可動となっている。この動作はモータ等の能動
部材２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂによって行われ
る。また、第１の多面体プリズム２０と第２の多面体プ
リズム２１とは独立に移動可能であるので、２つのプリ
ズムの間隔の変更により射出する２光束の間隔を光軸Ａ
Ｘを中心として放射方向に変更することができる。

【００３６】さて、多面体プリズム２１から射出する複
数の光束は、複数（光束と同数）の第２フライアイレン
ズ群の各々に入射する。図２では第２フライアイレンズ
群中の１つと、第１フライアイレンズ群中の１つと、１
つのガイド光学系及び平行平板ガラスが１つの保持部材
４４ａ、４４ｂ（但し、本実施例では上述の如く保持部
材の一方（図では４４ｂ）に平行平板ガラスを配置して
いない）に一体に保持されている。また、保持部材４４
ａ、４４ｂはそれぞれ可動部材４５ａ、４５ｂにより保
持されているため、固定部材４６ａ、４６ｂに対して可
動となっている。この動作は能動部材４７ａ、４７ｂに
より行われる。

【００３７】第２フライアイレンズ、第１フライアイレ
ンズ、ガイド光学系、及び平行平板ガラスを一体に保持
及び移動することにより、第１フライアイレンズと第２
フライアイレンズとの間の光学的な位置関係をずらすこ
となく、第１フライアイレンズから射出する光束の位置
を光軸ＡＸと垂直な面（すなわち照明光学系の瞳面）内
で任意に変更することができる。尚、保持部材４４ａ、
４４ｂより突き出た部材４８ａ、４８ｂは遮光板であ
る。これにより、光分割器より発生する迷光を遮断し、
不必要な光がレチクルへ達することを防止する。また、
遮光板４８ａと４８ｂとが光軸ＡＸ方向に各々ずれてい
ることにより、保持部材４４ａ、４４ｂの可動範囲の制
限を少なくすることができる。

【００３８】図２中では、光分割器（多面体プリズム）
２０、２１の光軸方向の間隔を変更することで、分割し
た各光束の位置を光軸ＡＸに対して放射方向に変更可能
としたが、各光束を光軸ＡＸを中心とする同心円方向に
変更することも可能である。図６はその場合の実施例で
あって、第２の多面体プリズム（ピラミッド型プリズ
ム）２１を保持する保持部材２３は、固定具２５により
保持されるが、保持部材２３は図６（Ａ）において固定
具２５に対して紙面内で回転可能である。また、この回
転は固定具２９に設けたモータ等の駆動部材２９により
行う。さらに保持具２３の周辺には、モータ２９の位置
に対応してギア２０１を設けておく。尚、図６（Ｂ）は
図６（Ａ）の３Ａ矢視断面図である。

【００３９】ここで固定具２５は、さらに図２の如く保
持され、光軸ＡＸ方向に可動であっても構わない。ま
た、図６では第２の多面体プリズム２１の場合の例のみ
を示したが、第１の多面体プリズム２０に対しても同様
に回転（光軸ＡＸに対して）可能に構成することができ
る。また、多面体プリズム２０、２１を別々に回転する
のではなく、図２中の固定部材２６ａ、２６ｂを、さら
に別の固定部（露光装置本体等）に対して、光軸ＡＸを
中心に一体に回転可能に構成しても良い。この場合の回
転機構は、例えば図６中の保持部材２３が、多面体プリ
ズム２１の代わりに、図１で示す固定部材２６ａ、２６
ｂを保持するように構成すれば良い。

【００４０】以上のように、光分割器２０、２１から射
出される複数の光束が、光軸ＡＸを中心として放射方向
及び同心円方向に位置変化する場合、これらの光束が入
射する第２フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂの位置
も、それに応じて可変となる必要がある。図７は、この
ための２次元的（光軸ＡＸに垂直な面内方向）な動作を
可能とする機構の例を示す。図７では図２の如く、第２
フライアイレンズ４０ａ、４０ｂ、ガイド光学系４２
ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、及び第１フライアイレン
ズ４１ａ、４１ｂが一体に保持された部材（保持部材４
４ａ、４４ｂ）を光軸ＡＸのレチクル側方向から見た図
である。それぞれの合成フライアイレンズ４１Ａ〜４１
Ｄは保持部材４４Ａ〜４４Ｄに保持され、それらはさら
に可動部材４５Ａ〜４５Ｄにより保持され、かつ能動部
材４６Ａ〜４６Ｄによって光軸ＡＸを中心として放射方
向に可動となっている。また、能動部材４６Ａ〜４６Ｄ
は固定部材４９Ａ〜４９Ｄ上を、前記の放射方向とほぼ
直交する方向（ほぼ同心方向）に移動可能であるので、
合成フライアイレンズ４１Ａ〜４１Ｄはそれぞれ光軸Ａ
Ｘに垂直な面内（紙面内）に２次元的に可動である。こ
れによって光分割器で分割された各光束を効率良くレチ
クルに照射することができる。

【００４１】尚、図７中の可動部材４５Ａ〜４５Ｄの動
作方向は光軸ＡＸを中心とする放射方向に限定されるわ
けではなく、光軸ＡＸに垂直な任意の方向であって良
い。また、図２に示した如く１次元のみ可動な系の場合
にも、その方向は同様に、光軸ＡＸに垂直な任意の方向
であって良い。以上の説明では平行平板ガラス３０につ
いて述べていないが、ここでは保持部材４４ａに保持さ
れ、第２フライアイレンズ群４０ａと一体に移動可能と
なっているので（図２）、何ら問題はない。また、平行
平板ガラス３０を保持部材４４ａに固定せず、独立に移
動可能に構成し、保持部材４４ａの移動に連動して平行
平板ガラス３０を駆動するようにしても良い。または、
第２フライアイレンズ群４０ａに入射する光束の光軸Ａ
Ｘと垂直な面内での移動範囲と比較して、平行平板ガラ
ス３０の面積を大きくしておけば、特に移動機構を設け
る必要がなく、さらに保持部材４４ａと一体に固定する
必要もなく、単に装置に対して機械的に固定しておくだ
けで良い。

【００４２】尚、光分割器２０、２１で分割された各光
束を光軸ＡＸを中心とする同心円方向に変更するときに
は、各光束の移動に伴って平行平板ガラス３０も光軸Ａ
Ｘを中心として回転させることが望ましい。また、光分
割器２０、２１から射出される複数の光束の各々を、光
軸ＡＸを中心として放射方向及び同心円方向に位置変化
させる場合、特に同心円方向に位置変化させるときに
は、上述した如くこれらの光束が入射する第２フライア
イレンズ群４０ａ、４０ｂの位置を、フライアイレンズ
群を構成する各エレメントの配列方向とレチクルパター
ンの周期方向とがほぼ一致するように移動させることが
望ましい。このとき、各フライアイレンズ群を独立に回
転可能に構成しても、あるいは複数の合成フライアイレ
ンズ（保持部材４４ａ、４４ｂ）を一体に、光軸ＡＸを
中心として回転可能に構成しても良い。複数の光束の各
々を同心円方向に位置変化させるのは、レチクルパター
ンが、例えばＸ方向に規則的に配列された１次元のライ
ンアンドスペースパターンからＸ、Ｙ方向に対して４５
°だけ傾いた方向に規則的に配列された１次元のライン
アンドスペースパターンに変更されたときである。

【００４３】次に、図３、図４、図５を参照して本発明
の光路差発生部材の変形例について説明する。各図と
も、図２の部材と同じ機能、作用の部材には同一の符号
を付してある。図３の例では、上記実施例（図２）と同
様に光路差発生部材として平行平板ガラスを使用する
が、ここでは光源からの照明光束が光分割器２０、２１
に入射する前に、光分割器２０、２１の２つの斜面のい
ずれか一方に対応したその照明光路の一部（図では光軸
ＡＸの上半分）に平行平板ガラス３０を配置する構成と
した。このため、光分割器２０、２１で分割された２つ
の光束のうち、第２フライアイレンズ群４０ａに入射す
る光束のみに対してその位相を遅らせ、両者の光路差を
コヒーレント長Ｌより長くすることが可能となる。図３
において、平行平板ガラス３０は保持部材３１により保
持されており、さらに保持部材３１は可動部材３２によ
り保持されているため、固定部材３３に対して可動とな
っている。この動作は能動部材３４により行われる。以
上のように平行平板ガラス３０を光軸ＡＸと垂直方向に
移動可能に構成したため、平行平板ガラス３０を光軸Ａ
Ｘを境界にして精度良く照明光路中に配置することがで
き、２つの光束のいずれか一方の位相（光路長）のみを
変化させることが可能となる。尚、図３の残りの装置部
分については図２と基本的に同一であり、ここでは説明
は省略する。また、本例における平行平板ガラス３０
は、光源１と光分割器２０、２１との間の光路中であれ
ばどこに配置しても良い。図２、図３から明らかなよう
に、平行平板ガラス３０は光源１と第２フライアイレン
ズ群４０ａ、４０ｂとの間の光路中であればどこに配置
しても良い。さらには第１フライアイレンズ群４１ａ、
４１ｂとレチクル８との間の光路中にも配置できるが、
ここでは第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂからの
各光束が重なり合っていない位置（例えば、第１フライ
アイレンズ群４１ａ、４１ｂの射出側焦点面近傍、ある
いはその共役面近傍）に配置する必要がある。

【００４４】図４は、光路差発生部材として平行平板ガ
ラスの代わりにミラーを使用した例を示しており、図３
の例と同様に光源１からの照明光束が光分割器２０、２
１に入射する前に、分割される２つの光束のいずれか一
方に対応した光束部分に位相差（光路長差）を与えるも
のである。図４において光源１からの照明光束はビーム
スプリッター（ハーフミラー）３０ａで２つの光束（光
量比は１：１）に分割され、ここを透過した光束はその
まま直進して光分割器２０、２１に入射し、反射した光
束は図中で上方に折り曲げられた後、反射ミラー３０ｂ
で再度折り曲げられて光分割器２０、２１に入射する。
この結果、ハーフミラー３０ａで反射した光束はハーフ
ミラー３０ａから反射ミラー３０ｂまでの距離だけ遅延
する（位相が遅れる）ことになる。従って、本例でも光
分割器２０、２１で分割された２つの光束のいずれか一
方のみ、その光路長を変化させることが可能となる。
尚、ハーフミラー３０ａと反射ミラー３０ｂとは、２つ
の光束の光路差がコヒーレント長Ｌより長くなるような
距離だけ離して、不図示の保持部材に一体に固定される
とともに、ハーフミラー３０ａからの透過光束と反射光
束とが光軸ＡＸを挟んで対称的に光分割器２０に入射す
るように照明光路中に配置されている。図４から明らか
なように、本例では光路差発生部材としてミラー３０
ａ、３０ｂを使用しているので、光源１からの照明光束
を照明光学系の光軸ＡＸに対して偏心させている。ま
た、ミラー３０ａと３０ｂとを一体に、光軸ＡＸと垂直
な方向へ移動可能に構成し、光分割器２０への透過光束
と反射光束の各入射位置を微調整できるようにしておく
ことが望ましい。図４において残りの装置部分は図３の
例と全く同じである。

【００４５】図５の例は、光路差発生部材３０ａ、３０
ｂ及び光分割器２０、２１を含めた構成は図４の例と全
く同一であるが、ここではさらにイメージローテーター
３５を１つの光束の光路中に配置した例を示している。
このイメージローテーター３５によって、ハーフミラー
３０ａで分割された一方の光束（図では反射光束）のみ
を、光軸ＡＸと垂直な面内で、例えば１８０°回転させ
る。以上の構成によって、各光束の可干渉性がさらに低
減され、ノイズ成分となるスペックル干渉縞のコントラ
ストがますます低下して有利である。尚、イメージロー
テーターとしては、図５中に示したようなプリズムを組
み合わせたもの以外であっても構わない。

【００４６】本例のようにイメージローテーター３５を
光路中に配置すると、反射光束の位相が少し遅れること
になるので、この遅れを考慮してハーフミラー３０ａと
反射ミラー３０ｂとの距離（間隔）を設定することが望
ましい。また、イメージローテーター３５の設置位置は
本例に限られるものではなく、光路差発生部材と同様に
光源１とレチクル８との間の光路中であればどこに配置
しても良く、例えば光分割器２０、２１の後方（第２フ
ライアイレンズ群側）に設置しても良い。さらにイメー
ジローテーター３５は、光路差発生部材（３０または３
０ａ、３０ｂ）より光源側、あるいは第２フライアイレ
ンズ群側のいずれに配置しても構わない。また、図２、
図３に示した構成に対しても、イメージローテーター３
５を配置して同様の効果を得ることができる。換言すれ
ば、イメージローテーター３５の設置位置やその数につ
いての条件は光路差発生部材の条件と全く同じであり、
例えば光源１からの照明光束を４分割する場合には、分
割された４つの光束のうち、３つの光束の各光路中にイ
メージローテターを配置し、それぞれ光軸方向を軸とし
て９０゜、１８０゜、２７０゜ずつ回転させる（残りの
１つの光束の回転角は０°）と良い。または、４つの光
束の各光路中にイメージローテターを配置し、それぞれ
光軸方向を軸として９０゜、１８０゜、２７０゜、３６
０°ずつ回転させても良い。

【００４７】次に、図８、図９を参照して光分割器の変
形例について説明する。各図とも、図２の部材と同じ機
能、作用の部材には同一の符号を付し、ここでは説明を
省略する。図８、図９は光分割器としてそれぞれ光ファ
イバー２０ｃ、複数のミラー２０ｄ〜２０ｆを使用した
例である。図８では、ファイバー２０ｃの入射部２０ｂ
に入射した照明光束は、射出部２１ｂ、２１ｃでは２光
束に分割される。射出部２１ｂ、２１ｃは、保持部材４
４ａ、４４ｂに一体に保持され、各合成フライアイレン
ズの移動に伴って各光束の位置も自動的に移動（追従）
することになる。

【００４８】図９では、Ｖ字型の第１ミラー２０ｄによ
り照明光束を２分割する。第２ミラー２１ｅ、２１ｆは
平面ミラーであって、各光束を第１フライアイレンズ群
４０ａ、４０ｂに導く。さらに第２ミラー２１ｅ、２１
ｆは、合成フライアイレンズを一体に保持する保持部材
４４ａ、４４ｂと一体に保持され、本例でも各合成フラ
イアイレンズの移動に伴って各光束の位置も自動的に移
動（追従）することになる。

【００４９】ところで、図８、図９に示した光分割器を
使用する場合においても、光路差発生部材（平行平板ガ
ラス３０）を、例えば図２の例と同様にファイバー射出
部２１ｂ、２１ｃと第２フライアイレンズ群４０ａ、４
０ｂとの間、第１ミラー２０ｄと第２ミラー２１ｅ、２
１ｆ（または、第２フライアイレンズ群４０ａ、４０
ｂ）との間の光路中、あるいは図３の例と同様にファイ
バー入射部２０ｆ、第１ミラー２０ｄより光源側の光路
中に配置すれば良い。また、各合成フライアイレンズの
個数及び光分割器による分割数は２個に限られず何個で
も良い。図８ではファイバー２０ｃの分割数（射出部の
数）を変えれば良く、図９では第１ミラー２１ｄとして
ピラミッド型ミラー（４分割）等を用いれば良い。尚、
光分割器の構成はこれらに限定されるものではなく、例
えば凹形状の多面体プリズムと凸レンズ（または正のパ
ワーを持つレンズ群）とを組み合わせたもの、回折格
子、特に位相型回折格子、あるいは凸レンズアレイ等を
用いても構わない。

【００５０】次に、露光すべきレチクルパターンに応じ
て、これらの系をどのように最適にするかを説明する。
第１フライアイレンズ群の各位置（光軸と垂直な面内で
の位置）は、転写すべきレチクルパターンに応じて決定
（変更）するのが良い。この場合の位置決定方法は作用
の項で述べた通り、各第１フライアイレンズ群からの照
明光束が転写すべきパターンの微細度（ピッチ）に対し
て最適な解像度、及び焦点深度の向上効果を得られるよ
うにレチクルパターンに入射する位置（入射角ψ）とす
ればよい。

【００５１】次に、第１フライアイレンズ群の各位置の
決定の具体例を、図１２及び図１３を用いて説明する。
図１２は第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂからレ
チクルパターン９までの部分を模式的に表わす図であ
り、第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂのレチクル
側焦点面４１４ａ、４１４ｂが、レチクルパターン９の
フーリエ変換面１７と一致している。また、このとき両
者をフーリエ変換の関係とならしめるレンズ、またはレ
ンズ群を、１枚のレンズ５として表してある。さらに、
レンズ５のフライアイレンズ側主点から第１フライアイ
レンズ群４１のレチクル側焦点面４１４ａ、４１４ｂま
での距離と、レンズ５のレチクル側主点からレチクルパ
ターン９までの距離は共にｆであるとする。

【００５２】図１３（Ａ）、（Ｃ）はともに、レチクル
パターン９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１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のレチクルパ
ターンの場合に最適な第１フライアイレンズ群の中心の
フーリエ変換面１７（投影光学系の瞳面）での位置を示
し、図１３（Ｄ）は図１３（Ｃ）のレチクルパターンの
場合に最適な第１フライアイレンズ群の位置（各フライ
アイレンズ群の中心位置）を表す図である。

【００５３】図１３（Ａ）は、いわゆる１次元ラインア
ンドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等し
い幅でＹ方向に帯状に並び、それらがＸ方向にピッチＰ
で規則的に並んでいる。このとき、個々の第１フライア
イレンズの最適位置は図１３（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１３（Ｂ）はレチクルパタ
ーン９に対するフーリエ変換面１７を光軸ＡＸ方向から
見た図であり、かつ面１７内の座標系ＸＹは、同一方向
からレチクルパターン９を見た図１３（Ａ）と同一にし
てある。

【００５４】さて、図１３（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、第１フ
ライアイレンズ群の各中心（第１フライアイレンズ群の
各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１３（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次回折光のいずれか一方との２つの回折光は、投影
光学系１０の瞳面１１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１３（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。

【００５５】次に、図１３（Ｃ）はレチクルパターンが
いわゆる孤立スペースパターンである場合であり、パタ
ーンのＸ方向（横方向）ピッチがＰｘ、Ｙ方向（縦方
向）ピッチがＰｙとなっている。図１３（Ｄ）は、この
場合の各第１フライアイレンズの最適位置を表わす図で
あり、図１３（Ｃ）との位置、回転関係は図１３
（Ａ）、（Ｂ）の関係と同じである。図１３（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１３（Ｃ）の如き２次元
パターンにおいても回折光中の±１次回折光のいずれか
一方と０次回折光とが投影光学系１０の瞳面１２におい
て光軸ＡＸからほぼ等距離となるようにすれば、焦点深
度を最大とすることができる。図１３（Ｃ）のパターン
ではＸ方向のピッチがＰｘであるから、図１３（Ｄ）に
示す如く、α＝β＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐｘ）とな
る線分Ｌα、Ｌβ上に各フライアイレンズ群の中心があ
れば、パターンのＸ方向成分について焦点深度を最大と
することができる。同様に、ｒ＝ε＝ｆ・（１／２）・
（λ／Ｐｙ）となる線分Ｌγ、Ｌε上に各フライアイレ
ンズ群の中心があれば、パターンのＹ方向成分について
も焦点深度を最大とすることができる。

【００５６】以上、図１３（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９に入射すると、０次光回折光成分Ｄ
₀と、＋１次回折光成分Ｄ_pまたは−１次回折光成分Ｄ
_mのいずれか一方とが、投影光学系１０の瞳面１１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露光
装置が実現できる。

【００５７】以上、レチクルパターン９として図１３
（Ａ）、（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
系の瞳面１１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１３（Ａ）、（Ｃ）のパターン例
は、ライン部とスペース部の比（デューティ比）が１：
１のパターンであったため、ここで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
いずれか一方と０次回折光との位置関係に着目した。し
かしながら、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、例えばデューティ比１：３の
パターンでは、±２次回折光のいずれか一方と０次回折
光との位置関係が、投影光学系瞳面１１において光軸Ａ
Ｘからほぼ等距離となるようにしても良い。

【００５８】また、レチクルパターン９が図１３（Ｄ）
の如く２次元の周期性パターンを含む場合、特定の１つ
の０次回折光成分に着目したとき、投影光学系の瞳面１
１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１１上で光軸ＡＸからほ
ぼ等距離に分布するように、特定の０次回折光成分（１
つの第１フライアイレンズ）の位置を調節すれば良い。
例えば、図１３（Ｄ）中で第１フライアイレンズの各中
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１２上で光軸からほぼ等距離となる位
置）及び線分Ｌγ、Ｌε（Ｙ方向の周期性について最適
な位置）の交点であるため、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの
パターン方向についても最適な光源位置となる。

【００５９】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。また、レチクル
上のパターンが複数の方向性、及び／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如
く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、例えば各最適位置の平均位置に第１フライアイレ
ンズを配置するようにしても良い。ここで、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。

【００６０】さらに、各第１フライアイレンズ群を射出
した光束の０次回折光成分は、それぞれウエハに対して
傾いて入射する。このときこれらの傾いた入射光束（複
数）の光量重心の方向がウエハに対して垂直でないと、
ウエハ１２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
を防止するためには、各フライアイレンズ群からの照明
光束（複数）の結像面、もしくはその近傍の面上での光
量重心の方向は、ウエハと垂直、すなわち光軸ＡＸと平
行であるようにする。つまり、各第１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１０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。また、より簡単な方法としては、第１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。

【００６１】以上のように、各第１フライアイレンズ群
の位置が決定されると、それに従って光分割器の状態
（図２、図８、図９）が決定される。このとき、ガイド
光学系や光分割光学系、あるいは第２フライアイレンズ
群の位置等は最も効率良く（光量損出なく）、第１フラ
イアイレンズ群に照明光を入射すべく決定する。尚、以
上の系において、各動作部にはエンコーダ等の位置検出
器を備えておくと良い。図１中の主制御系５０または駆
動系５１は、これらの位置検出器からの位置情報を基に
各構成要素の移動、回転、交換を行なう。また、各フラ
イアイレンズ群のレンズエレメントの形状であるが、通
常レチクルの有効エリア、又は回路パターンエリアは直
方形であることが多い。従って、第１フライアイレンズ
の各エレメントの入射面（レチクルパターンと結像関
係：なぜなら射出面とレチクルパターン面はフーリエ変
換の関係であり、入射面（光源側焦点面）と射出面（レ
チクル側焦点）も当然フーリエ変換の関係であるため）
は、レチクルパターン面の平面形状に応じた矩形である
と、効率良くレチクルのパターン部のみを照明できる。

【００６２】第１フライアイレンズ群は各エレメントの
組みとして成るが、その全入射面の合計は、任意の形状
でよい。但し、この全入射面の合計と、第２フライアイ
レンズ群の１つのエレメントの入射面とは結像関係とな
るので、第２フライアイレンズ群の１つのエレメントの
入射面と似たような形状であると、光量損出が少なくて
済む。例えば、第２フライアイレンズ群の１つのエレメ
ントの入射面が長方形ならば、各第１フライアイレンズ
群の全入射面もまた長方形とする。あるいは、第２フラ
イアイレンズ群の１つのエレメントの入射面が正六角形
ならば、各第１フライアイレンズ群の全入射面は、正六
角形に内接するような形状とすると良い。

【００６３】尚、第２フライアイレンズ群の１つのエレ
メントの入射面形状の像が、ガイド光学系によって各第
１フライアイレンズ群の全入射面よりやや大きくなるよ
うに投影されると、第１フライアイレンズ群での照度均
一化効果が一層高まる。また、各第１フライアイレンズ
群の射出面の大きさは、射出する各光束の１つあたりの
開口数（レチクル上の角度分布の片幅）が、投影光学系
のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍程度で
あると良い。これは０．１倍以下では転写パターン
（像）の忠実度が低下し、０．３倍以上では高解像度か
つ大焦点深度の効果が薄らぐからである。

【００６４】また、本発明の実施例で示した装置におい
て、光分割器から第１フライアイレンズ群、ガイド光学
系、第２フライアイレンズ群の各光学系（図２に示す構
成）を、従来の照明光学系における対応部分、すなわち
リレーレンズと１つのフライアイレンズとを一体にした
ものと交換可能にしても良い。以上の実施例では照度均
一性を向上させるため、光分割器２０、２１で分割され
た複数の光束の各々に対して、２組のフライアイレンズ
群を設ける２段のインテグレータ構造としていたが、例
えばオプチカルインテグレータとして角柱状のロッド型
インテグレータを用いても良く、２組のロッド型インテ
グレータ、あるいはロッド型インテグレータとフライア
イ型インテグレータとを組み合わせて、上記の如き２段
のインテグレータ構造としても良い。尚、このような構
成については、例えば特開平１−２７１７１８号公報等
に開示されている。さらに２段のインテグレータ構造以
外に、例えば光分割器２０、２１で分割された複数の光
束の各々を、さらに多面体プリズムやミラー等を用いて
複数の光束に分割し、この分割された複数の光束の各々
を、１つのフライアイレンズ群（またはロッド型インテ
グレータでも良い）の入射面に重畳して入射させるよう
に構成しても良い。このような構成によれば、１つのオ
プチカルインテグレータを用いるだけでも、ある程度の
照度均一性の向上効果を得ることができる。また、例え
ばフライアイレンズを構成する各エレメントの大きさ
（断面積）を小さくすれば、２段のインテグレータ構造
を採用せずとも、１つのメッシュ状のフライアイレンズ
を用いるだけで、照度均一性をある程度向上させること
ができる。さらに、上記実施例では光分割器２０、２１
で分割された複数の光束の各々に対して２組のフライア
イレンズ群（４０ａ、４１ａ）、（４０ｂ、４１ｂ）を
配置していたが、例えば第１フライアイレンズ群と第２
フライアイレンズ群の少なくとも一方を、照明光学系の
光軸ＡＸと垂直な面内で各光束が通過する領域の全面に
広がる１つの大きなフライアイレンズとしても良い。こ
のとき、レチクルパターンの周期性や微細度に応じた光
軸ＡＸと垂直な面内での各光束の移動範囲を考慮して、
そのフライアイレンズの大きさを定めることが望まし
い。このことは、フライアイレンズを１組だけ用いる場
合についても同様である。尚、図２〜図５、図８、図９
に示した照明光学系において、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。

【００６５】以上のことから明らかなように、光分割
器、フライアイレンズ群等の構成に関係なく、照明光学
系の瞳面１７、もしくはその近傍の面内で少なくとも２
つの光量分布（フライアイレンズ群の２次光源像）を形
成する照明光学系を備えた投影露光装置であれば、平行
平板ガラス等の光路差発生部材を用いて各光束間にコヒ
ーレント長Ｌより長い光路差を発生させることで、レチ
クルパターン面での照度均一性の向上効果を得ることが
できる。

【００６６】ところで、上記実施例では光分割器２０、
２１で分割された２つの光束のいずれか一方の光路中に
光路差発生部材としての平行平板ガラス３０を配置して
いたが、２光束の光路差がコヒーレント長Ｌより長くな
るようにその厚さが定められた２つの平行平板ガラスを
各光路中に配置しても良く、さらに２つの平行平板ガラ
スを一体に構成しておいても良い。例えば照明光束を光
分割器２０、２１で４分割する場合には、図１４（Ａ）
に示すような光学部材６０、すなわち互いに厚さの異な
る４枚の平行平板ガラス６０ａ〜６０ｄを一体に組み合
わせたものを用いても良い。このとき、平行平板ガラス
６０ａ〜６０ｄの各々を通過する光束の相互の光路差が
全てコヒーレント長Ｌより長くなるように、各平行平板
ガラスの厚さが定められている。尚、上述した如く４光
束のうちの１つの光束の光路中には平行平板ガラスを配
置しなくても良い。また、光路差発生部材として平行平
板ガラスを用いる代わりに、図１４（Ｂ）に示すような
段差プリズム６１を用いても良い。段差プリズム６１
は、例えばフライアイレンズ群を構成するエレメントの
数と同数の角柱状のプリズムを組み合わせたものであっ
て、各プリズムを通過する光束の相互の光路差が全てコ
ヒーレント長Ｌより長くなるように、各プリズムの長さ
が定められている。上記の如き段差プリズム６１を１つ
の光束の光路中に配置すると、フライアイレンズ群の各
エレメント間で生じる干渉を低減でき、より一層照度均
一性を向上させることができる。尚、光学部材６０や段
差プリズム６１ではその厚さ（長さ）を異ならせること
で光路差を生じさせていたが、平行平板ガラス、プリズ
ムの厚さ（長さ）だけでなく、屈折率の異なる光学材料
にて各平行平板ガラスやプリズムを構成しても、同様に
相互の光束間に光路差を生じさせることが可能となる。

【００６７】以上の実施例では、照明光学系の瞳面１
７、もしくはその近傍の面内で少なくとも２つの光量分
布（フライアイレンズ群の２次光源像）を形成する照明
光学系を備えた投影露光装置について述べたが、例えば
図１４（Ａ）に示した光路差発生部材６０を、輪帯照明
法を採用した投影露光装置に対して適用すると、レチク
ルパターン面での照度均一性の向上が期待できる。以
下、図１５を参照して簡単に説明する。図１５におい
て、光源（不図示）からの照明光束はプリズム７０に入
射し、ここで輪帯状に整形された後、光路差発生部材６
０を介して第２フライアイレンズ群７１に入射する。さ
らに照明光束は、レンズ７３及び第１フライアイレンズ
群７２を通過した後、コンデンサーレンズによりレチク
ルパターンにほぼ均一な照度で照射される。尚、図１５
に示した構成以外は、図１に示した装置構成と全く同じ
であるとする。ところで、プリズム７０は入射面と射出
面の各々に円錐状の斜面を有する、いわゆるコーンプリ
ズムであって、プリズム７０の屈折作用によって照明光
束は輪帯状に整形され、光路差発生部材６０に照射され
ることになる。また、第１、第２フライアイレンズ群７
２、７１はともに、光軸ＡＸと垂直な面内での輪帯状の
照明光束の通過領域の全面に広がる１つの大きなフライ
アイレンズであって、各エレメントはその断面積が非常
に小さく作られている。上記構成、すなわち２段のイン
テグレータ構造を採用し、かつ光路差発生部材６０によ
って輪帯状の照明光束を４分割し、この分割された各光
束間の相互の光路差をコヒーレント長Ｌより長く定める
ことにより、レチクルパターン面での照度均一性を向上
させることができる。尚、図１５では輪帯状の照明光束
を４分割する例を示したが、その分割数は任意（少なく
とも２つ）で良い。さらに露光中に、光路差発生部材６
０を光軸ＡＸを中心として回転させれば、より一層の照
度均一性の向上が期待できる。また、レチクルパターン
の周期性や微細度に応じて輪帯状照明光束の内径や外径
を変化させる場合には、例えば互いに厚さの異なる複数
のコーンプリズムを照明光路中に交換可能に配置するよ
うに構成するとともに、コーンプリズム７０に入射する
円形状の照明光束の大きさ（直径）を、可変開口絞りに
よって変更可能に構成しておけば良い。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、通常の透
過及び遮光パターンから成るレチクルを使用しながら、
従来より高解像度かつ大焦点深度の投影露光装置を実現
することが可能である。しかも本発明は、特にエキシマ
レーザのようなレーザを光源とする投影露光装置に好適
であり、簡易な構成、すなわち光路差発生部材によって
スペックル干渉縞を低減し、レチクルパターン面での照
度均一性を向上させることができる。さらに２段のイン
テグレータ構造を採用することで、より一層の照度均一
性の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な
構成を示す図。

【図２】図１中の照明光学系の一部の具体的な構成を示
す図。

【図３】図１中の照明光学系の一部の構成の変形例を示
す図。

【図４】図１中の照明光学系の一部の構成の変形例を示
す図。

【図５】図１中の照明光学系の一部の構成の変形例を示
す図。

【図６】照明光学系中の光分割器を４分割にするときの
プリズムの構成を示す図。

【図７】フライアイレンズ群の移動機構の構造を示す
図。

【図８】照明光学系中の光分割器の変形例を示す図。

【図９】照明光学系中の光分割器の変形例を示す図。

【図１０】本発明の原理を説明するための装置構成を示
す図。

【図１１】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。

【図１２】フライアイレンズの照明光学系内での配置の
原理を説明する図。

【図１３】フライアイレンズの配置方法を説明する図。

【図１４】照明光学系中の光路差発生部材の変形例を示
す図。

【図１５】輪帯照明法を採用した投影露光装置に光路差
発生部材を適用した例を示す図。

【符号の説明】

１光源７コンデンサーレンズ８レチクル１０投影レンズ１１瞳１２ウエハ２０、２１多面体プリズム３０平行平板ガラス３５イメージローテーター４１ａ、４１ｂ第１フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂ第２フライアイレンズ群４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂガイド光学素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布に
成形するとともに、前記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
する複数の光束に分割する光束分割部材と、前記複数の光束に対して光路差を与える光路差発生部材
とを備え、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投影露光装置。
【請求項２】前記光路差発生部材は、前記複数の光束間
の光路差を前記照明光の可干渉距離よりも長くすること
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、前記照明光学系内の
前記マスクのパターンに対するフーリエ変換面上で前記
照明光学系の光軸から偏心し、かつ前記光軸との距離が
ほぼ等しい複数の領域で前記照明光の光量分布を高めて
前記各領域から前記光束を射出させ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、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
るとともに、前記照明光学系の光軸に沿って可動な光学
素子を含み、前記光学素子の移動によって前記照明光学
系の光軸との距離を前記複数の領域でほぼ等しく変更す
ることを特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記光学素子は、前記照明光学系の光軸方
向の間隔が可変な一対のプリズムを含むことを特徴とす
る請求項４に記載の投影露光装置。
【請求項６】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布に
成形するとともに、前記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、前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面上で前記照明光を輪帯状に分布させるととも
に、前記輪帯状の照明光の内径又は外径を可変とするた
めに円錐状の入射面と射出面との間隔を変更する光学部
材と、前記輪帯状の照明光に対して部分的に光路差を与える光
路差発生部材とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。
【請求項７】前記光学部材は、前記照明光の大きさを変
更可能であることを特徴とする請求項６に記載の投影露
光装置。
【請求項８】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、前記照明光学系内に配置されるロッド型インテグレータ
と、前記光源と前記ロッド型インテグレータとの間に配置さ
れ、前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対する
フーリエ変換面上で前記照明光を中心部よりも外側に分
布させるとともに、前記フーリエ変換面上で前記照明光
学系の光軸を中心として前記照明光を放射方向に移動す
る光学部材とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】前記光学部材は、前記照明光学系の光軸に
沿って可動な光学素子を含み、前記光学素子の移動によ
って前記照明光を前記放射方向に移動することを特徴と
する請求項８に記載の投影露光装置。
【請求項１０】前記光学素子は、前記照明光学系の光軸
方向の間隔が可変な一対のプリズムを含むことを特徴と
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、前記フーリエ変換面上
で前記照明光学系の光軸から偏心し、かつ前記パターン
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
れる複数の領域で前記照明光の光量分布を高めることを
特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の投影
露光装置。
【請求項１２】前記各領域から射出される光束の照射に
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光軸からの距
離がほぼ等しい位置を通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１１に記載の投影露光装
置。
【請求項１３】前記パターンが少なくとも第１方向に延
びるとき、前記照明光の光量分布は、前記第１方向とほ
ぼ平行で、かつ前記第１方向と直交する第２方向に関し
て前記照明光学系の光軸から前記パターンの前記第２方
向に関する微細度に応じた距離だけ離れた一対の第１線
分上に配置される複数の領域で高められることを特徴と
する請求項３〜５、１１、１２のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
【請求項１４】前記パターンが前記第１及び第２方向に
それぞれ延びるとき、前記複数の領域は、前記第２方向
とほぼ平行で、かつ前記第１方向に関して前記照明光学
系の光軸から前記パターンの前記第１方向に関する微細
度に応じた距離だけ離れた一対の第２線分、及び前記一
対の第１線分の各線分上に配置されることを特徴とする
請求項１３に記載の投影露光装置。
【請求項１５】前記複数の領域は、前記一対の第１線分
と前記一対の第２線分との交点上に配置されることを特
徴とする請求項１４に記載の投影露光装置。
【請求項１６】前記各領域から射出される光束の前記マ
スクへの入射角をψ、前記パターンから発生する±ｎ次
回折光の回折角をθ、前記投影光学系の前記マスク側の
開口数をＮＡ _R とすると、前記±ｎ次回折光の一方でｓ
ｉｎ(θ−ψ)＝ＮＡ _R なる関係が満たされるときを前記
投影光学系の解像限界とすることを特徴とする請求項３
〜５、１１〜１５のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
【請求項１７】前記関係を満たす一方の回折光は、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１６
に記載の投影露光装置。
【請求項１８】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束の前記
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３〜５、１１〜１７のいずれか一項に記載の投
影露光装置。
【請求項１９】前記各領域から射出される光束の前記マ
スクへの入射角をψ、前記照明光の波長をλ、前記投影
光学系の前記マスク側の開口数をＮＡ _R として、前記感
光基板上に転写可能なパターンの最小ピッチがλ／(Ｎ
Ａ _R ＋ｓｉｎψ)であることを特徴とする請求項３〜５、
１１〜１８のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項２０】前記パターンが互いに交差する第１及び
第２方向にそれぞれ延びるとき、前記各領域から射出さ
れる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３〜５、１１〜１９のいずれか一項に記載の投影露光
装置。
【請求項２１】前記各領域から射出される光束の開口数
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程度に定めることを特徴とする請求項３
〜５、１１〜２０のいずれか一項に記載の投影露光装
置。
【請求項２２】前記照明光は前記フーリエ変換面上での
光量重心が前記照明光学系の光軸とほぼ一致することを
特徴とする請求項３〜５、１１〜２１のいずれか一項に
記載の投影露光装置。
【請求項２３】前記複数の領域はｍ個（ｍは自然数）の
第１領域と、前記光軸に関して前記ｍ個の第１領域とほ
ぼ対称に配置されるｍ個の第２領域とを含むことを特徴
とする請求項３〜５、１１〜２２のいずれか一項に記載
の投影露光装置。
【請求項２４】請求項１〜２３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２５】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
明光で感光基板を露光する投影露光方法において、前記照明光学系内の前記マスクのパターンに対するフー
リエ変換面上で前記照明光を中心部よりも外側に分布さ
せるとともに、前記パターンに応じて、前記光源と前記
照明光学系内に配置されるロッド型インテグレータとの
間に配置される光学部材を移動して、前記フーリエ変換
面上で前記照明光学系の光軸を中心として前記照明光を
放射方向にシフトさせることを特徴とする投影露光方
法。
【請求項２６】前記照明光の光量分布は、前記フーリエ
変換面上で前記照明光学系の光軸から偏心し、かつ前記
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領域で高められ、前記光学部材の移
動によって前記各領域の位置が放射方向にシフトするこ
とを特徴とする請求項２５に記載の投影露光方法。
【請求項２７】前記各領域から射出される光束の照射に
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光軸からの距
離がほぼ等しい位置を通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２６に記載の投影露光方
法。
【請求項２８】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束の前記
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２６又は２７に記載の投影露光方法。
【請求項２９】前記パターンが少なくとも第１方向に延
びるとき、前記照明光の光量分布は、前記第１方向とほ
ぼ平行で、かつ前記第１方向と直交する第２方向に関し
て前記照明光学系の光軸から前記パターンの前記第２方
向に関する微細度に応じた距離だけ離れた一対の第１線
分上に配置される複数の領域で高められることを特徴と
する請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の投影露光
方法。
【請求項３０】前記パターンが前記第１及び第２方向に
それぞれ延びるとき、前記複数の領域は、前記第２方向
とほぼ平行で、かつ前記第１方向に関して前記照明光学
系の光軸から前記パターンの前記第１方向に関する微細
度に応じた距離だけ離れた一対の第２線分、及び前記一
対の第１線分の各線分上に配置されることを特徴とする
請求項２９に記載の投影露光方法。
【請求項３１】前記パターンが第１及び第２方向にそれ
ぞれ延びるとき、前記各領域から射出される光束の照射
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２６〜３０の
いずれか一項に記載の投影露光方法。