JPH05102003A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体リソグラフィ工程で使われる通常のレチ
クルを投影露光する際、高解像度で大焦点深度が得られ
るとともに、照度均一性の優れた投影露光装置を得る。 【構成】照明光学系内に照明光を分割する光分割光学系
と、レチクルに対してフーリエ変換面の偏心した位置に
複数の面光源を形成する多面光源形成光学系を配置し、
この多光源形成光学系は少なくともロッド型オプティカ
ルインテグレータを有するように構成した。

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、又は
液晶デバイス等のパターン形成に使用するパターンを投
影露光する装置に関するものである。

【０００２】

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

【０００３】また、レチクルを照明するための照明光学
系中には、フライアイレンズ、ファイバー等のオプチカ
ルインテグレーターが使用されており、レチクル上に照
射される照明光の強度分布が均一化される。その均一化
を最適に行なうためにフライアイレンズを用いた場合、
レチクル側焦点面（射出面側）とレチクル面（パターン
面）とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、さら
にレチクル側焦点面と光源側焦点面（入射面側）ともフ
ーリエ変換の関係で結ばれている。従って、レチクルの
パターン面と、フライアイレンズの光源側焦点面（正確
にはフライアイレンズの個々のレンズの光源側焦点面）
とは、結像関係（共役関係）で結ばれている。このた
め、レチクル上では、フライアイレンズの各光学エレメ
ント（２次光源像）からの照明光がコンデンサーレンズ
等を介することによってそれぞれ加算（重畳）されるこ
とで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好とする
ことが可能となっている。

【０００４】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプチカルインテグレータ入射面に入射す
る照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心とす
るほぼ円形内（あるいは矩形内）でほぼ一様になるよう
にしていた。図９は上述の如き従来の投影露光装置（ス
テッパー）の概略的な構成を示しており、照明光束Ｌ１
４０は照明光学系中のフライアイレンズ４１４、空間フ
ィルター（開口絞り）Ｓ、及びコンデンサーレンズ９を
介してレチクル１０のパターン１０ａを照射する。ここ
で、空間フィルターＳはフライアイレンズ４１４のレチ
クル側焦点面４１４ａ、すなわちレチクルパターン１０
ａに対するフーリエ変換面Ｆ（以後、瞳面と略す）、も
しくはその近傍に配置されており、投影光学系１１の光
軸ＡＸを中心としたほぼ円形領域の開口を有し、瞳面内
にできる２次光源（面光源）像を円形に制限する。こう
してレチクル１０のパターン１０ａを通過した照明光
は、投影光学系１１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（４１４、Ｓ、９）
の開口数と投影光学系１１のレチクル側開口数との比、
いわゆるσ値は開口絞り（例えば空間フィルター５ａの
開口径）により決定され、その値は０．３〜０．６程度
が一般的である。

【０００５】さて、照明光Ｌ１４０はレチクル１０にパ
ターニングされたパターン１０ａにより回折され、パタ
ーン１０ａ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。それぞれの回折光
（Ｄ₀ 、Ｄ_m 、Ｄ_P ）は投影光学系１１により集光さ
れ、ウエハ（基板）１２上に干渉縞を発生させる。この
干渉縞がパターン１０ａ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。

【０００６】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、 sinθが投影光学系１１のレチク
ル側開口数（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１１内の瞳（フーリエ変換面）
Ｐｕの有効径で制限され、投影光学系１１を透過できな
くなる。このとき、ウエハ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、 sinθ＞Ｎ
Ａ_R となる場合にはパターン１０ａの像は得られず、パ
ターン１０ａ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 （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／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０．６〜０．８程度となる。
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、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。

【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。

【００１０】ところが、位相シフトレチクルについて
は、その製造工程が複雑になる分コストも高く、また検
査及び修正方法も未だ確立されていないので、多くの問
題が残されている。そこで、位相シフトレチクルを使用
しない投影露光技術として、レチクルの照明方法を改良
することで転写解像力を向上させる試みがなされてい
る。その１つの照明方法は、例えば図９の空間フィルタ
ーＳを輪帯状の開口にし、フーリエ変換面Ｆ上で照明光
学系の光軸の回りに分布する照明光束をカットすること
により、レチクル１０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、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９のように単に空間
フィルター等のような部分的に照明光束をカットする部
材を設けた系では、当然のことながらレチクル上、又は
ウエハ上での照明強度（照度）を大幅に低下させること
になり、照明効率の低下に伴う露光処理時間の増大とい
う問題に直面する。さらに、照明光学系中のフーリエ変
換面には、光源からの光束が集中して通るため、空間フ
ィルター等の遮光部材の光吸収による温度上昇が著しく
なり、照明光学系の熱的な変動による性能劣化の対策
（空冷等）も考える必要がある。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、通常のレチクルを使用しても、高解像度かつ大焦点
深度が得られるとともに、照度均一性の優れた投影露光
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】本発明は、例えば図１に示
す如く、照明光学系の光路中において、照明光を分割す
る光分割光学系４と、その光分割光学系４によって分割
された各光束に対応した複数の面光源をレチクル１０に
対するフーリエ面、もしくはその近傍での照明光学系の
光軸から偏心した複数の位置に形成する多面光源形成光
学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）と、その
多面光源形成光学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，
７ｂ）による複数の面光源からの光束をレチクルへ集光
するコンデンサーレンズ９とを有し、前記多面光源形成
光学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）は、少
なくともロッド型オプティカルインテグレータ（６ａ，
６ｂ）を含むようにしたものである。

【００１４】そして、上記の基本構成に基づいて、多面
光源形成光学系は、照明光学系の光軸から偏心した複数
の位置に各々の中心が配置される複数のロッド型オプテ
ィカルインテグレータを有するようにしても良い。ま
た、多面光源形成光学系は、光分割光学系により分割さ
れた光束を集光する第１集光レンズと、その集光レンズ
による集光点に入射面が位置するロッド型オプティカル
インテグレータと、そのロッド型オプティカルインテグ
レータからの光束を集光して複数の面光源をレチクルに
対するフーリエ面、もしくはその近傍に形成する第２集
光レンズとを有するようにしても良い。

【００１５】

【作用】本発明による作用を図８を用いて説明する。図
８中、多面光源形成光学系中の各面光源形成光学６ａ，
６ｂを介した各々の光束は、第２集光レンズ７ａ，７ｂ
により、これのレチクル側焦点距離ｆ₇ 位置の光軸ＡＸ
と垂直な面Ｆ内において均一化された２つの面光源が形
成される。この第２集光レンズ７ａ，７ｂは光軸ＡＸに
対する垂直な面内に並び、これより射出される光束は、
コンデンサーレンズ９によりレチクル１０に照射され
る。

【００１６】ここで、各多面光源形成光学系中の第２集
光レンズ７ａ，７ｂの光軸は共に、光軸ＡＸより離れた
位置に存在している。また、各第２集光レンズ７ａ，７
ｂのレチクル側焦点距離ｆ₇ の位置の光軸ＡＸと垂直な
面は、レチクルパターン１０ａのフーリエ変換面Ｆとほ
ぼ一致しているので、光軸ＡＸと各第２集光レンズ７
ａ，７ｂの光軸との距離は、各第２集光レンズ７ａ，７
ｂを射出した光束のレチクル１０への入射角に相当す
る。

【００１７】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン１０ａは、一般に周期的なパターンを多く含んで
いる。従って１つの第２集光レンズ７ａからの照明光が
照射されたレチクルパターン１０ａからは０次回折光成
分Ｄ_O 及び±１次回折光成分Ｄ_P 、Ｄ_m 、及びより高次
の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生
する。

【００１８】このとき、照明光束（主光線）が傾いた角
度でレチクル１０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１０ａから発生する。
図８中の照明光Ｌ１３０は、光軸に対してψだけ傾いて
レチクル１０に入射する。照明光Ｌ１３０はレチクルパ
ターン１０ａ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
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 だけ傾いて進む−１次回折光Ｄ_m を発生す
る。しかしながら、照明光Ｌ１３０は両側テレセントリ
ックな投影光学系１１の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾
いてレチクルパターンに入射するので、０次回折光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。

【００１９】従って、＋１次光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θ_m −ψの方向に進行する。このとき回折角θ
_P 、θ_m はそれぞれ sin（θ_P ＋ψ）− sinψ＝λ／Ｐ （２） sin（θ_m −ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐ （３） である。

【００２０】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１１の瞳Ｐｕを透過している
ものとする。レチクルパターン１０ａ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１０の瞳Ｐｕ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為、このときの回折角でも−１次回
折光Ｄ_m は、投影光学系１１を透過可能となる。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１０ａの像であり、レチク
ルパターン１０ａが１：１のラインアンドスペースの
時、約９０％のコントラストとなってウエハ１２上に塗
布されたレジストに、レチクルパターン１０ａ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 （４） となるときであり、従って ＮＡ_R ＋ sinψ＝λ／Ｐ Ｐ＝λ／（ＮＡ_R ＋ 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。

【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 ＋0.５ＮＡ_R ） ＝２λ／３ＮＡ_R （６） となる。

【００２４】一方、図９に示したように、照明光の瞳Ｆ
上での分布が投影光学系１１の光軸ＡＸを中心とする円
形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は
（１）式に示したようにＰ≒λ／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
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形成方
法によって、焦点深度も大きくなる理由について説明す
る。

【００２５】図８のようにウエハ１２が投影光学系１１
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１０ａ中の１点を出てウエハ１２上の一点
に達する各回折光は、投影光学系１１のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このため
従来のように０次回折光成分が投影光学系１１の瞳面Ｐ
ｕのほぼ中心（光軸近傍）を貫通する場合でも、０次回
折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等しく、
相互の波長収差も零である。しかし、ウエハ１２が投影
光学系１１の焦点位置に一致していないデフォーカス状
態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は光軸
近傍を通る０次回折光に対して焦点前方（投影光学系１
１から遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系１
１に近づく方）では長くなりその差は入射角の差に応じ
たものとなる。従って、０次、１次、・・・の各回折光
は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後におけるボ
ケを生じることとなる。

【００２６】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Ｐｕでの光
軸ＡＸからの距離を表わす。）従来の図９に示した投影
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。

【００２７】一方、本発明における投影露光装置では、
図８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、瞳面Ｐｕにおける
０次回折光成分の光軸ＡＸからの距離はｒ（０次）＝Ｍ
・ sinψである。一方、−１次回折光成分Ｄ_m の瞳面に
おける光軸からの距離はｒ（−１次）＝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１０ａ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（θ_m −ψ）＋ sinψ＝λ
／Ｐであるから、照明光束Ｌ１３０のレチクル１０への
入射角ψが、ピッチＰのパターンに対して、 sinψ＝λ
／２Ｐの関係にすれば焦点深度をきわめて増大させるこ
とが可能である。

【００２８】さらに、本発明は光源より発せられる照明
光束を複数の光束に分割してコンデンサーレンズに導く
ために、光源からの光束を光量的にわずかの損失のみで
利用して、上記の高解像、大焦点深度の投影露光方式を
実現することができる。

【００２９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例であって、光分割
光学系として２個の多面体プリズムを使用したものであ
る。水銀灯等の光源１より放射される照明光束は楕円鏡
２で焦光され、インプットレンズ（コリメータレンズ）
３によりほぼ平行光束となって光分割光学系４に入射す
る。ここでは光分割光学系４は、Ｖ型の凹部を持つ第１
の多面体プリズム４１と、Ｖ型の凸部を持つ第２の多面
体プリズム４２とで構成されている。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
れる。そして、それぞれの光束は別々の第１の面光源形
成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光
学系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）に入射する。

【００３０】ここでは面光源形成光学系を２コとした
が、この数量は任意でよい。また、光分割光学系も、面
光源形成光学系の個数に合わせて２分割とするものとし
たが、多面光源形成光学系の個数に応じていくつに分割
してもよい。例えば面光源形成光学系が４個より成れ
ば、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、光分割光学系４
１、４２はそれぞれ４角錐型（ピラミッド型）の凹部を
有する第１の多面体プリズム４１と、４角錐型（ピラミ
ッド型）の凸部を有する第２の多面体プリズム４２とよ
り構成すればよい。

【００３１】各面光源形成光学系は、第１集光レンズ
（５ａ，５ｂ）と、ロッド型オプティカルインテグレー
タ（６ａ，６ｂ）と、第２集光レンズ（７ａ，７ｂ）と
から構成され、まず光分割光学系４により２分割された
各光束は、第１集光レンズ（５ａ，５ｂ）により集光さ
れ、ロッド型オプティカルインテグレータ（６ａ，６
ｂ）に入射する。このロッド型オプティカルインテグレ
ータ（６ａ，６ｂ）は、四角柱状の棒状光学部材で構成
され、この入射側面Ａ２は、第１集光レンズ（５ａ，５
ｂ）の集光位置もくしはその近傍に配置され、楕円鏡２
により形成される光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置
されている。ロッド型オプティカルインテグレータ（６
ａ，６ｂ）を入射した光束はこれの内部で内面反射して
射出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ１からの射出
光は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数の光源像（面
光源）があるかの如く射出する。この事については特開
平１−２７１７１８号公報に詳しい。

【００３２】ロッド型オプティカルインテグレータ（６
ａ，６ｂ）を射出した照明光はそれぞれ第２集光レンズ
（７ａ、７ｂ）により集光されて、このレンズ系の射出
側（後側）焦点位置Ａ３にそれぞれ２つの２次光源が形
成され、ここには実質的に２つの面光源が形成される。
この２次光源が形成される位置Ａ３には、２つの開口を
持つ開口絞り８が設けられており、この開口絞り８の各
開口を介した各光束はコンデンサーレンズ９により集光
されてレチクル１０を所定の傾きで均一な傾斜照明す
る。

【００３３】レチクル１０の下面には、所定の回路パタ
ーンが形成されており、傾斜照明によりレチクルのパタ
ーンを透過、回折した光は投影光学系１１により集光結
像され、ウエハ１２上に、レチクル１０のパターンの像
を形成する。なお、図１に示した照明光学系中におい
て、楕円鏡２による光源像Ａ１，ロッド型オプティカル
インテグレータ６ａ，６ｂの入射側面Ａ２，第２集光レ
ンズ７ａ，７ｂの射出側（後側）焦点位置Ａ３は、投影
光学系の入射瞳面Ｐｕ（開口絞り１１ａ）と互いに共役
に設けられており、換言すれば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、
物体面（レチクル１０及びウエハ１２）のフーリエ変換
面となっている。また、ロッド型オプティカルインテグ
レータ６ａ，６ｂの射出側面Ｂ１は、物体面（レチクル
１０及びウエハ１２）と互いに共役に設けられている。

【００３４】以上の如く、第１の面光源形成光学系（５
ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（５ｂ，
６ｂ，７ｂ）は光軸ＡＸより離れた位置にあるため、レ
チクル１０のパターン中で特定の方向及びピッチを有す
るパターンの投影像の焦点深度を極めて大きくすること
が可能となっている。ただし、レチクル１０のパターン
の方向やピッチは、使用するレチクル１０により異なる
ことが予想される。従って各レチクル１０に対して最適
となるように、駆動系２３により第１の面光源形成光学
系（５ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系
（５ｂ，６ｂ，７ｂ）の位置等を変更可能としておくと
良い。なお、駆動系２３は主制御系２２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
ド等の入力手段２４より入力する。あるいはバーコード
リーダー２１によりレチクル１０上のバーコードパター
ンＢＣを読み、その情報に基づいて設定を行なってもよ
い。レチクル１０上のバーコードパターンＢＣに、上記
照明条件を記入しておいてもよいし、あるいは主制御系
２２は、レチクル名とそれに対応する照明条件を記憶
（予め入力）しておき、バーコードパターンＢＣに記さ
れたレチクル名と、上記記憶内容とを照合して、照明条
件を決定してもよい。

【００３５】図３は、図１中の光分割光学系４（４１，
４２）から第２集光レンズ７ａ，７ｂまでの拡大図であ
る。ここでは、第１の多面体プリズム４１と第２の多面
体プリズム４２との互いに対向する面は平行であるもの
とし、プリズム４１の入射面とプリズム４２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４１は保持部材４３により保持され、第２の多
面体プリズム４２は保持部材４４により保持される。各
保持部材４３、４４はそれぞれ可動部材４５ａ、４５
ｂ、及び４６ａ、４６ｂにより保持され、固定部材４７
ａ、４７ｂ上を図中左右方向、すなわち光軸ＡＸに沿っ
た方向に可動となっている。この動作はモータ等の駆動
部材４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂによって行なわれ
る。また、第１の多面体プリズム４１と第２の多面体プ
リズム４２は独立に移動可能であるので、２つのプリズ
ムの間隔の変更により射出する２光束の間隔を光軸ＡＸ
を中心として放射方向に変更することができる。

【００３６】多面体プリズム４２から射出する複数の光
束は、第１集光レンズ５ａ，５ｂに入射する。図３では
第１の面光源形成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）が保持部
材５０ａに保持され、第２の面光源形成光学系（５ｂ，
６ｂ，７ｂ）が５０ｂに保持されている。また、これら
の保持部材５０ａ，５０ｂはそれぞれ可動部材５１ａ、
５１ｂにより保持されている為に、固定部材５２ａ、５
２ｂに対して可動となっている。この動作は駆動部材５
３ａ、５３ｂによりおこなわれる。

【００３７】第１の面光源形成光学系（５ａ，６ａ，７
ａ）と第２の面光源形成光学系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）と
を一体に保持及び移動することにより、第１の面光源形
成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）と第２の面光源形成光学
系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）の光学的な位置関係をずらすこ
となく、第２集光レンズ７ａ，７ｂから射出する光束の
位置を光軸ＡＸと垂直な面内で任意に変更することがで
きる。尚、保持部材５０ａ、５０ｂより突き出た部材５
４ａ、５４ｂは遮光板である。これにより、光分割光学
系より発生する迷光を遮断し、不必要な光がレチクルへ
達することを防止する。また、遮光版５４ａ、５４ｂが
光軸ＡＸ方向に各々ずれていることにより、保持部材５
０ａ、５０ｂの可動範囲の制限を少なくすることができ
る。

【００３８】図３中では、光分割光学系（多面体プリズ
ム）４１、４２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。さて、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の面光源形成光学系（５ａ，６
ａ，７ａ）と第２の面光源形成光学系（５ｂ，６ｂ，７
ｂ）との各位置（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、各面光源形成光学系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。

【００３９】そこで、各面光源形成光学系の位置決定の
具体例を、図４、及び図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）を用いて説明する。図４は各面光源形成光学系の
第２集光レンズ７ａ，７ｂから投影光学系１１までの部
分を模式的に表わす図であり、第２集光レンズ７ａ，７
ｂのレチクル側焦点位置、即ち２次光源像が形成される
位置が、レチクルパターン１０ａのフーリエ変換面Ｆ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
とならしめるコンデンサーレンズ９を一枚のレンズとし
て表わしてある。さらに、コンデンサーレンズ９の第２
集光レンズ側（前側）主点から第２集光レンズのレチク
ル側（後側）焦点位置までの距離と、コンデンサーレン
ズ９のレチクル側（後側）主点からレチクルパターン１
０ａまでの距離は共にｆであるとする。

【００４０】図５（Ａ）、（Ｃ）は共にレチクルパター
ン１０ａ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５（Ｂ）は図５（Ａ）のレチクルパターン
の場合に最適な各面光源形成光学系の光軸（Ｘ_7a，
Ｘ_7b）のフーリエ変換面Ｆ（投影光学系の瞳面）での位
置を示し、図５（Ｄ）は図５（Ｃ）のレチクルパターン
の場合に最適な各面光源形成光学系の位置（最適な各面
光源形成光学系の光軸の位置）を表わす図である。

【００４１】図５（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、個々の面光源形成光学
系の最適位置は図５（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Ｌβ上の任
意の位置となる。図５（Ｂ）はレチクルパターン１０ａ
に対するフーリエ変換面Ｆを光軸ＡＸ方向から見た図で
あり、かつ、面Ｆ内の座標系Ｘ、Ｙは、同一方向からレ
チクルパターン１０ａを見た図５（Ａ）と同一にしてあ
る。

【００４２】さて、図５（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・si
n ψと表わせれば、sin ψ＝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、各面光源
形成光学系の各光軸（各第２集光レンズのレチクル側焦
点位置に夫々形成される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５（Ａ）に示
す如きラインアンドスペースパターンに対して、各面光
源形成光学系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、投影光学系の瞳面Ｐｕ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、図５（Ａ）に示した１
次元パターンの場合、図４に示した各面光源形成光学系
の光軸（Ｘ_7a，Ｘ_7b）は、周期的なレチクルパターンの
方向Ｘでの各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分を
Ｌ（α＝β）、コンデンサーレンズ９の射出側（後側）
の焦点距離をｆ、照明光の波長をλ、レチクルパターン
の周期的なピッチをＰとするとき、Ｌ＝λｆ／２Ｐの関
係をほぼ満足するように配置されることによって、ライ
ンアンドスペースパターン（図５（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。

【００４３】次に、図５（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５（Ｄ）は、この場合の
各面光源形成光学系の最適位置を表わす図であり、図５
（Ｃ）との位置、回転関係は図５（Ａ）、（Ｂ）の関係
と同じである。図５（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５（Ｃ）の如き２次元パターンにおいても回折光
中の±１次回折光のうちのいずれか一方と０次回折光と
が投影光学系の瞳面Ｐｕ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５（Ｃ）のパターンではＸ方向のピッチはＰｘ
であるから、図５（Ｄ）に示す如く、α＝β＝ｆ・（１
／２）・（λ／Ｐｘ）となる線分Ｌα、Ｌβ上に各面光
源形成光学系の光軸があれば、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上に各面光源形成光学系の光軸があれば、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。

【００４４】以上、図５（Ｂ）、又は（Ｄ）に示した各
位置に配置した面光源形成光学系からの照明光束がレチ
クルパターン１０ａ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１１内の瞳面Ｐｕで
は光軸ＡＸからほぼ等距離となる光路を通る。従って作
用の項で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影露
光装置が実現できる。

【００４５】また、レチクルパターン１０ａが図５
（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Ｐｕ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Ｐｕ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つの面光源形成光学系）の位置を調節すればよ
い。例えば、図５（Ｄ）中で面光源形成光学系の光軸位
置を点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμのいずれかと一致させる
とよい。点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμはいずれも線分Ｌα
またはＬβ（Ｘ方向の周期性について最適な位置、すな
わち０次回折光とＸ方向の±１次回折光の一方とが投影
光学系瞳面Ｐｕ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。

【００４６】特に、図５（Ｃ）の如き２次元の周期性パ
ターンの場合において最もバランスの良い最適な傾斜照
明を達成するには、図５（Ｄ）に示す如きフーリエ変換
面Ｆ上の点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμの４つの位置に各々
の２次光源像（面光源）の中心を位置されることが好ま
しい。このための好適な構成としては、図１の光分割光
学系４を図２に示す如き四角錐型（ピラミッド型）の凹
部を有する第１の多面体プリズムと、四角錐型（ピラミ
ッド型）の凸部を有する第２の多面体プリズムとで構成
して、この光分割光学系４により４分割される光束の数
に対応する４つの面光源形成光学系を並列的に設けるこ
とが良い。このとき、図５（Ｄ）に示す如きフーリエ変
換面Ｆ上の点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμの４つの位置に各
面光源形成光学系の光軸を一致されることが肝要であ
る。

【００４７】そして、この構成の場合、コンデンサーレ
ンズ９の射出側（後側）の焦点距離をｆ、照明光の波長
をλ、周期的なレチクルパターンのＸ方向に対応する方
向での各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分をＬｘ
（α＝β）、周期的なレチクルパターンのＸ方向に対応
する方向での各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分
をＬｙ（γ＝ε）、レチクルパターンのＸ方向での周期
的なピッチをＰｘ、レチクルパターンのＹ方向での周期
的なピッチをＰｙとするとき、Ｌｘ＝λｆ／２Ｐｘ及び
Ｌｙ＝λｆ／２Ｐｙの関係を満足するように４つの面光
源形成光学系の光軸を配置すれば良い。

【００４８】また、図５（Ｃ）に示した２次元パターン
の各方向での周期的なピッチが等しく（Ｐｘ＝Ｐｙ＝
Ｐ）、しかも上述の如く面光源形成光学系を４つで構成
した場合、フーリエ変換面Ｆの大きさを最大限利用（投
影光学系の開口数ＮＡを最大限利用）した最もバランス
の良い傾斜照明を達成するには、各周期的なレチクルパ
ターン方向Ｘ，Ｙでの各面光源形成光学系の光軸間の距
離の半分をＬ（α＝β＝γ＝ε）、コンデンサーレンズ
９の射出側（後側）の焦点距離をｆ、照明光の波長を
λ、レチクルパターンの周期的なピッチをＰとすると
き、Ｌ＝λｆ／２Ｐの関係をほぼ満足するように４つの
面光源形成光学系の光軸を配置することが望ましい。

【００４９】また、この場合において、投影光学系のレ
チクル側の開口数をＮＡ_R 、周期的なレチクルパターン
の各方向に対応する方向での各面光源形成光学系の光軸
間の距離の半分をＬ（α＝β＝γ＝ε）、コンデンサー
レンズ９の射出側（後側）の焦点距離をｆとするとき、 0.35ＮＡ_R ≦Ｌ／ｆ≦0.7 ＮＡ_R の関係を満足するように４つの面光源形成光学系の光軸
を配置することが好ましい。この関係式の下限を越える
と、傾斜照明による効果が薄れてしまい、仮に傾斜照明
をしたとしても大きな焦点深度を維持しつつ高解像度を
達成することは困難となる。逆に、上記の関係式の上限
を越えると、フーリエ面上に形成される分離光源からの
光束が投影光学系を通過できなくなるため好ましくな
い。

【００５０】以上、レチクルパターン１０ａとして図５
（Ａ）、又は（Ｃ）に示した２例のみを考えたが、他の
パターンであってもその周期性（微細度）に着目し、そ
のパターンからの＋１次回折光成分または−１次回折光
成分のいずれか一方と０次回折光成分との２光束が、投
影光学系内の瞳面Ｐｕ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面光源形成光学系の光軸を
配置すればよい。

【００５１】また、図５（Ａ）、（Ｃ）のパターン例
は、ライン部とスペース部の比（デューティ比）が１：
１のパターンであった為、発生する回折光中では±１次
回折光が強くなる。このため、±１次回折光のうちの一
方と０次回折光との位置関係に着目したが、パターンが
デューティ比１：１から異なる場合等では他の回折光、
例えば±２次回折光のうちの一方と０次回折光との位置
関係が、投影光学系瞳面Ｐｕ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。

【００５２】尚、以上において２次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に２次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
も上記の方法を適用することができる。レチクル上のパ
ターンが複数の方向性又は微細度を有している場合、フ
ライアイレンズ群の最適位置は、上述の様にパターンの
各方向性及び微細度に対応したものとなるが、或いは各
最適位置の平均位置に各面光源形成光学系の光軸を配置
してもよい。また、この平均位置は、パターンの微細度
や重要度に応じた重みを加味した荷重平均としてもよ
い。

【００５３】また、各面光源形成光学系を射出した光束
の０次光成分は、それぞれウエハに対して傾いて入射す
る。このときこれらの傾いた入射光束（複数）の光量重
心の方向がウエハに対して垂直でないと、ウエハ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。これを防止する為
には、各面光源形成光学系からの照明光束（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。

【００５４】つまり、投影光学系１１の光軸ＡＸを基準
とした各面光源形成光学系の光軸のフーリエ変換面内で
の位置ベクトルと、各面光源形成光学系から射出される
光量との積のベクトル和が零になる様にすればよい。
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２２ま
たは駆動系２３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。

【００５５】次に、第２実施例について図６を参照しな
がら説明する。第１実施例を示す図１と同じ機能を持つ
部材には同じ符号を付している。本実施例が第１実施例
と異なる所は、第１集光レンズ５ａ，５ｂの代わりに、
フライアイレンズ６０ａ，６０ｂを配置した点である。
図６に示す如く、水銀灯等の光源１より放射される照明
光束は楕円鏡２で焦光され、インプットレンズ（コリメ
ータレンズ）３によりほぼ平行光束となって光分割光学
系４にて２分割される。この２分割された平行光束は、
矩形状断面（例えば正方形状断面）の棒状レンズ素子の
集合体でなるフライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射
し、これの射出側面Ａ２もしくはこれの近傍で集光さ
れ、複数の点光源が各々形成される。ここには、実質的
に２次光源としての面光源が形成される。フライアイレ
ンズ６０ａ，６０ｂの射出側面Ａ２にロッド型オプティ
カルインテグレータ６ａ，６ｂの入射側面が近接して設
けられている。従って、ロッド型オプティカルインテグ
レータ６ａ，６ｂの入射側面は、楕円鏡２により形成さ
れる光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置されている。
このロッド型オプティカルインテグレータ６ａ，６ｂ
は、四角柱状の棒状光学部材で構成され、前述した如
く、これに入射した光束はこれの内部で内面反射して射
出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ１からの射出光
は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数の光源像（面光
源）があるかの如く射出する。

【００５６】そして、ロッド型オプティカルインテグレ
ータ６ａ，６ｂを射出した照明光はそれぞれ集光レンズ
７ａ、７ｂにより集光されて、このレンズの射出側焦点
位置Ａ３には、光軸ＡＸから偏心した位置に３次光源と
しての２つの面光源像が形成される。従って、フライア
イレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面での光束の照度分布
はこれの積分効果により均一化され、さらにロッド型オ
プティカルインテグレータ６ａ，６ｂと集光レンズ７
ａ、７ｂとにより集光レンズ７ａ、７ｂの射出側焦点位
置Ａ３での光束の照度分布は、さらに均一化される。

【００５７】この３次光源としての２つの面光源が形成
される位置Ａ３には、２つの開口を持つ開口絞り８が設
けられており、この開口絞り８の開口を介した各光束
は、コンデンサーレンズ９により集光されてレチクル１
０を所定の傾きで均一な傾斜照明する。レチクル１０の
下面には、所定の回路パターンが形成されており、傾斜
照明によりレチクルのパターンを透過、回折した光は投
影光学系１１により集光結像され、ウエハ１２上に、レ
チクル１０のパターンの像を形成する。

【００５８】以上の如く、第１の面光源形成光学系（６
０ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（６０
ｂ，６ｂ，７ｂ）は光軸ＡＸより離れた位置にあるた
め、レチクル１０のパターン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。なお、図６に示した照明光
学系中において、楕円鏡２による光源像Ａ１，フライア
イレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面（ロッド型オプティ
カルインテグレータ６ａ，６ｂの入射側面）Ａ２，第２
集光レンズ７ａ，７ｂの射出側焦点位置Ａ３は、投影光
学系の入射瞳面Ｐｕ（開口絞り１１ａ）と互いに共役に
設けられており、換言すれば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、物
体面（レチクル１０及びウエハ１２）のフーリエ変換面
となっている。また、フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ
の入射側面Ｂ１１，ロッド型オプティカルインテグレー
タ６ａ，６ｂの射出側面Ｂ１は、物体面（レチクル１０
及びウエハ１２）と互いに共役に設けられている。

【００５９】また、図６に示した第２実施例では、光分
割光学系４で光束を２分割した例を示したがこれに限る
ことなく、図２に示したプリズムを用いると共に、その
プリズムのレチクル側に面光源形成光学系を４つ並列的
に配置して、フーリエ変換面に４つの面光源を形成する
構成としても良い。次に、第３実施例について図７を参
照しながら説明する。第１実施例を示す図１と同じ機能
を持つ部材には同じ符号を付している。本実施例が第１
実施例と異なる所は、第１の面光源形成光学系（６０
ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（６０
ｂ，６ｂ，７ｂ）と等価な機能を、１つの光学系（第１
集光レンズ７１，ロッド型オプティカルインテグレータ
７１，第２集光レンズ７３）に持たせた点である。

【００６０】図７に示す如く、水銀灯等の光源１より放
射される照明光束は楕円鏡２で焦光され、インプットレ
ンズ（コリメータレンズ）３によりほぼ平行光束となっ
て光分割光学系４にて２分割される。この２分割された
平行光束は、第１集光レンズ７０によりこれの射出側
（後側）焦点位置に集光される。この集光点位置Ａ２に
は、ロッド型オプティカルインテグレータ７１の入射側
面が位置しており、これの入射側面は、楕円鏡２により
形成される光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置されて
いる。

【００６１】そして、前述した如く、ロッド型オプティ
カルインテグレータ７１に入射した光束はこれの内部で
内面反射して射出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ
１からの射出光は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数
の光源像（面光源）があるかの如く射出し、第２集光レ
ンズ７２により集光されて、このレンズ７２の射出側
（後側）焦点位置Ａ３には２次光源としての互いに分離
した（光軸ＡＸから等しい距離だけ偏心した）２つの面
光源像が形成される。これは、光分割光学系４によりロ
ッド型オプティカルインテグレータ７１に入射する各光
は分離された状態で互いに等しい角度で入射するためで
ある。

【００６２】さて、この２次光源としての２つの面光源
像が形成される位置Ａ３には、２つの開口を持つ開口絞
り８が設けられており、この開口絞り８を介した各光束
は、コンデンサーレンズ９により集光されてレチクル１
０を所定の傾きで均一な傾斜照明する。そして、レチク
ル１０の下面には、所定の回路パターンが形成されてお
り、傾斜照明によりレチクルのパターンを透過、回折し
た光は投影光学系１１により集光結像され、ウエハ１２
上に、レチクル１０のパターンの像を形成する。

【００６３】以上の如く、多面光源形成光学系（７０，
７１，７２）により形成される２つの面光源（２次光
源）の重心位置は各々光軸ＡＸより離れた位置にあるた
め、レチクル１０のパターン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。本実施例では、光分割光学
系４を構成する２つの多面体プリズム４１，４２との空
気間隔を変化させるだけで、ロッド型オプティカルイン
テグレータ７１の入射側面Ａ２に入射する分割光の入射
角を可変にできる。このため、第２集光レンズ７２の射
出側（後側）焦点位置Ａ３上に形成される２次光源像の
光軸Ａｘに対する位置をコントロールできる。

【００６４】なお、図７に示した照明光学系中におい
て、楕円鏡２による光源像Ａ１，ロッド型オプティカル
インテグレータ７１の入射側面Ａ２，第２集光レンズ７
２の射出側焦点位置Ａ３は、投影光学系の入射瞳（開口
絞り１１ａ）と互いに共役に設けられており、換言すれ
ば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、物体面（レチクル１０及びウ
エハ１２）のフーリエ変換面となっている。また、ロッ
ド型オプティカルインテグレータ７１の射出側面Ｂ１
は、物体面（レチクル１０及びウエハ１２）と互いに共
役に設けられている。

【００６５】また、図７に示した第３実施例では、光分
割光学系４で光束を２分割した例を示したがこれに限る
ことなく、図２に示したプリズムを用いて、フーリエ変
換面に４つの面光源を形成する構成としても良い。とこ
ろで、図１，図６，図７に示した各実施例では、各多面
光源形成光学系により形成される２次的もしくは３次的
な複数の面光源位置に設けらた可変開口絞り８は、口径
を変化させることにより、光源像の大きさを可変として
いる。従って、投影光学系の瞳面上に形成される光源像
の大きさをコントロールすることにより、適切なσ値の
下で最適な傾斜照明が達成できる。

【００６６】ここで、各多面光源形成光学系により形成
される面光源像の大きさは、射出する各光束の１つあた
りの開口数（レチクル上の角度分布の片幅）が、投影光
学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍程
度であるとよい。これは０．１倍以下では転写パターン
（像）の忠実度が低下し、０．３倍以上では、高解像度
かつ大焦点深度の効果が薄らぐからである。

【００６７】なお、可変開口絞りの代わりに複数の異な
る口径を円板上に設けこれを適宜回転される所謂、ター
レット方式等により光源像の大きさ変化させて最適なσ
値に変更しても良い。また、図１，図６及び図７に示し
た各実施例では、水銀灯等の光源１を楕円鏡２で集光
し、インプットレンズ３で平行光束としている構成とし
ているが、エキシマ等の平行光束を供給するレーザー等
を光源を使用し、このレーザーからの平行光束を光分割
光学系４に入射させる構成としても良い。特に、図６に
示す第２実施例の場合、フライアイレンズ６０ａ，６０
ｂの射出側面Ａ２に形成される光源像は実質的に大きさ
のない点光源が形成されるためフライアイレンズ６０
ａ，６０ｂの射出側面Ａ２の形状を平面としても良い。
しかもエキシマレーザー等の出力の高い光源を使用した
場合にはフライアイレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面Ａ
２には光エネルギーが集中するため、フライアイレンズ
６０ａ，６０ｂ の耐久性を維持するには、それの入射
側面Ｂ１の焦点位置がその射出側面Ａ１より外側の空間
上に位置するように構成することが良い。

【００６８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、通常の透過及び
遮光パターンから成るレチクルを使用しながら、従来よ
り高解像度かつ大焦点深度の投影露光装置を実現するこ
とが可能である。しかも本発明によれば、すでに半導体
生産現場で稼動中の投影露光装置の照明光学系の１部分
を替えるだけで良く、稼動中の装置の投影光学系をその
まま利用してそれまで以上の高解像度化、すなわち大集
積化が可能となる。

【００６９】また、光分割光学系は照明光束を効率良く
導くために、照明光量も従来の装置に比べて大きく損失
することはない。従って、露光時間の増大もほとんどな
く、その結果処理能力（スループット）の低下もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による投影露光装置の構成
を示す図。

【図２】光分割光学系の１例を示す斜示図。

【図３】図１中の照明光学系の１部を示す図。

【図４】多面光源形成光学系の照明光学系内での配置の
原理を示す図。

【図５】多面光源形成光学系の配置方法を説明する図。

【図６】本発明の第２実施例による投影露光装置の構成
を示す図。

【図７】本発明の第３実施例による投影露光装置の構成
を示す図。

【図８】本発明の原理を説明するための装置構成を示す
図。

【図９】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。

【主要部分の符号の説明】

１・・・光源 ２・・・楕円鏡 ３・・・インプットレンズ ４・・・光分割光学系 ５ａ、５ｂ、７０・・・第１集光レンズ ６ａ、６ｂ、７１・・・ロッド型オプティカルインテグ
レータ ７ａ、７ｂ、７２・・・第２集光レンズ ９・・・コンデンサーレンズ １０・・・レチクル １１・・・投影レンズ １２・・・ウエハ ６０ａ、６０ｂ・・・フライアイレンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のパターンが形成されたレチクルを、
   照明光学系を通した光源からの照明光で照射し、前記パ
   ターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する
   投影露光装置において、 前記照明光学系は、前記照明光を分割する光分割光学系
   と、該光分割光学系によって分割された各光束に対応し
   た複数の面光源を前記レチクルに対するフーリエ面、も
   しくはその近傍での前記照明光学系の光軸から偏心した
   複数の位置に形成する多面光源形成光学系と、該多面光
   源形成光学系による複数の面光源からの光束を前記レチ
   クルへ集光するコンデンサーレンズとを有し、 前記多光源形成光学系は、少なくともロッド型オプティ
   カルインテグレータを含むことを特徴とする投影露光装
   置。
2. 【請求項２】前記多面光源形成光学系は、前記照明光学
   系の光軸から偏心した複数の位置に各々の中心が配置さ
   れる複数のロッド型オプティカルインテグレータを有す
   ることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
3. 【請求項３】前記多面光源形成光学系は、前記光分割光
   学系により分割された光束を集光する第１集光レンズ
   と、該集光レンズによる集光点に入射面が位置するロッ
   ド型オプティカルインテグレータと、該ロッド型オプテ
   ィカルインテグレータからの光束を集光して複数の面光
   源を前記レチクルに対するフーリエ面、もしくはその近
   傍に形成する第２集光レンズとを有することを特徴とす
   る請求項１記載の投影露光装置。