JPH05206007A

JPH05206007A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05206007A
Application number: JP4238121A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1993-08-13
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JP3360319B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子の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】照明光学系内のフライアイレンズを２段構成
にするとともに、照明光学系の光軸から偏心した複数の
位置に中心がくるように、２段構成を保ったまま分離
し、分離された２段フライアイレンズの夫々に照明光束
を供給する。

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１９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
Ｌ１４０は照明光学系中のフライアイレンズ４１ｃ、空
間フィルター（開口絞り）５ａ、及びコンデンサーレン
ズ８を介してレチクル９のパターン１０を照射する。こ
こで、空間フィルター５ａ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
１０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９のパターン１０を通過した照
明光は、投影光学系１１を介してウエハ１３のレジスト
層に結像される。このとき、照明光学系（４１ｃ、５
ａ、８）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９にパタ
ーニングされたパターン１０により回折され、パターン
１０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）１３上に干渉縞を発生させる。この干渉縞がパ
ターン１０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 si
nθ＝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）
１２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１３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１０の像は得られず、パタ
ーン１０をウエハ１３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１９の空間フィル
ター５ａを輪帯状の開口にし、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カットす
ることにより、レチクル９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１９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】本発明においては、照明光
学系の光路中のマスクに対するフーリエ変換面（１
７）、もしくはその近傍面内に射出側焦点面が配置され
るとともに、照明光学系の光軸（ＡＸ）から偏心した複
数の位置の夫々に中心が配置される複数の第１フライア
イレンズ（４１ａ、４１ｂ）と、複数の第１フライアイ
レンズ（４１ａ、４１ｂ）の夫々の入射端に対するフー
リエ変換面、もしくはその近傍面内に射出側焦点面が配
置されるとともに、第１フライアイレンズ（４１ａ、４
１ｂ）の夫々と対応して設けられる複数の第２フライア
イレンズ（４０ａ、４０ｂ）と、複数の第２フライアイ
レンズ（４０ａ、４０ｂ）の夫々に光源からの照明光束
を分割して入射させる光分割器（２０、２１）とを設け
るようにした。そして、複数の第２フライアイレンズの
１つからの射出光は、複数の第１フライアイレンズのう
ち対応する１つに入射するようにガイド光学素子を設け
るようにした。

【００１４】

【作用】本発明による作用を図１８を用いて説明する。
図１８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４
１ａ、４２ｂ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。

【００１５】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８によりレチクル９に照射され
る。レチクル９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、きわめて均一性の
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４
１ａ、４１ｂのレチクル側焦点面４１４ａ、４１４ｂ
は、レチクルパターン１０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
中心との距離は、第１フライアイレンズを射出した光束
のレチクル９への入射角に相当する。

【００１６】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン１０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１０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。

【００１７】このとき、照明光束（主光線）が傾いた角
度でレチクル９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１０から発生する。図１
８中の照明光Ｌ１３０は、光軸に対してψだけ傾いてレ
チクル９に入射する。照明光Ｌ１３０はレチクルパター
ン１０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。

【００１８】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。

【００１９】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１２を透過している
ものとする。レチクルパターン１０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１１の瞳１２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。

【００２０】従って、ウエハ１３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１０の像であり、レチクル
パターン１０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１３上に塗布され
たレジストに、レチクルパターン１０の像をパターニン
グすることが可能となる。

【００２１】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／ＰＰ＝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。

【００２２】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。

【００２３】一方、図１９に示したように、照明光の瞳
１７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。

【００２４】図１８のようにウエハ１３が投影光学系１
１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１０中の１点を出てウエハ１３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１
２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１３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。

【００２５】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ１３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１２での光
軸ＡＸからの距離を表わす。従来の図１８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。

【００２６】一方、本発明における投影露光装置では、
図１８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（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１３が焦点位置より光軸方向に若干ずれても
パターン１０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９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。

【００２７】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から、各フライアイレンズ
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。

【００２８】

【実施例】図１は本発明の実施例であって、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、折り曲げミラー３及びインプットレンズ４に
よりほぼ平行光束となって光分割光学系２０、２１に入
射する。ここでは光分割器は、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とした。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２フライアイレンズ４０ａ、
４０ｂに入射する。

【００２９】ここでは第２フライアイレンズ４０ａ、４
０ｂ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、第２フライアイレンズ群の個数に合わせ
て２分割とするものとしたが、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よい。例えば第２フ
ライアイレンズ群が４個より成れば、光分割光学系２
０、２１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２０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２１とよ
り構成すればよい。

【００３０】第２フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂを
射出した照明光はそれぞれガイド光学系４２ａ、４３
ａ、４２ｂ、４３ｂにより、第１フライアイレンズ群４
１ａ、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
のみ入射し、４１ｂには４０ｂからの光束のみ入射す
る。

【００３１】第１フライアイレンズ４１ａ、４１ｂを射
出した光束はコンデンサーレンズ６、８、折り曲げミラ
ー７に導かれレチクル９の下面側に形成されたパターン
１０を照明する。パターン１０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１３上に、パ
ターン１０の像を形成する。尚、同図中１２は投影光学
系１１中のパターン１０に対するフーリエ変換面（以
後、投影光学系瞳面と称す）を表わし、この投影光学系
瞳面に可変絞り（Ｎ．Ａ絞り）を設ける場合もある。

【００３２】一方、照明光学系中にも、パターン１０に
対するフーリエ変換面に相当する照明光学系瞳面１７が
存在するが、前述の第１フライアイレンズ４１ａ、４１
ｂのレチクル側焦点面（射出側焦点面）は、この照明光
学系瞳面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、４
１ｂの入射面に対するフーリエ変換面になっている。た
だし、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。

【００３３】ここで、各フライアイレンズの構成につい
て図１０を用いて説明する。図１０（Ａ）〜（Ｄ）の各
図はフライアイレンズの１つのエレメントの拡大図であ
る。実際のフライアイレンズ、例えば図１中の４０ａ、
４０ｂ、４１ａ、４１ｂ等は、この各エレメントの集合
体である。各エレメントは図１０の上下方向及び紙面と
垂直な方向にいくつか並び（集合して）１つのフライア
イレンズを形成する。

【００３４】図１０（Ａ）は、入射面４０１ａと光源側
焦点面４０３ａが一致し、かつ射出面４０２ａとレチク
ル側焦点面４０４ｂが一致しているものである。図１の
実施例、及び他の実施例においては、特に明記しない限
り、この図１０（Ａ）の型のフライアイレンズを使用す
るものとする。光源（図中左側）から入射する平行な光
束４１０ａは実線のように、レチクル側焦点面４０４ａ
に集光し、一方、光源側焦点面４０３ａ上の１点より発
する光束（破線）は射出後、平行光束となる。尚、図１
０（Ｂ）〜（Ｄ）の夫々に示した型については後述す
る。

【００３５】図１中の第２フライアイレンズ群４０ａ、
４０ｂと第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂの各光
源側焦点面（ここでは入射面と一致）は、前述の如く、
結像関係となっている。従って第２フライアイレンズ群
中の、例えば４０ａ中の各エレメント入射面に入射した
光束は、第１フライアイレンズ４１ａのすべてのエレメ
ント上に結像投影される。これは、第１フライアイレン
ズ４１ａ中の１つのエレメント上に、第２フライアイレ
ンズ４０ａの各エレメントからの光束が重ね合わされて
いるということでもある。従って、第１フライアイレン
ズ入射面における照度分布は、積分効果によって均一化
される。この均一化された第１フライアイレンズ中の各
エレメントは、さらに積分されて（重ね合わされて）レ
チクル９を照明するためレチクル９上の照度の均一性は
きわめてよい。

【００３６】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１０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、レチクルパターン１０の方向やピッ
チは、使用するレチクル９により異なることが予想され
る。従って各レチクル９に対して最適となるように、駆
動系５６により第１フライアイレンズ群４１ａ、４１
ｂ、及びガイド光学系４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３
ｂ、あるいはさらに第２フライアイレンズ群４０ａ、４
０ｂや光分割光学系２０、２１の位置等を変更可能とし
ておくとよい。なお駆動系５６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５４より入力する。あるいはバーコードリーダ
ー５２によりレチクル９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なってもよい。レチク
ル９上のバーコードパターンに、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。

【００３７】図２は、図１中の光分割光学系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、
２４ｂ、及び２５ａ、２５ｂにより保持され、固定部材
２６ａ、２６ｂ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
能動部材２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂによって行な
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。

【００３８】多面体プリズム２１から射出する複数の光
束は、第２フライアイレンズ群に入射する。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（４２、４３）が
１つの保持部材４４ａ、４４ｂに保持されている。ま
た、この保持部材はそれぞれ可動部材４５ａ、４５ｂに
より保持されている為に、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、４
７ｂによりおこなわれる。

【００３９】第２フライアイレンズ、第１フライアイレ
ンズ、及びガイド光学系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
な面内で任意に変更することができる。尚、保持部材４
４ａ、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４８ａ、４８ｂが光軸ＡＸ方向に各々
ずれていることにより、保持部材４４ａ、ｂの可動範囲
の制限を少なくすることができる。

【００４０】図２中では、光分割光学系（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３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３（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
り行なう。また、保持具２３の周辺には、モータ２９の
位置に対応してギア３０を設けておく。尚、図３（Ｂ）
は図３（Ａ）の３Ａ矢視断面である。

【００４１】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３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
にして回転（光軸ＡＸに対して）可能とすることができ
る。また、各々の多面体プリズム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）に対し光軸Ａ
Ｘを中心に回転してもよい。この場合の回転機構は、例
えば図３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、２６ｂを保持する
ように構成すればよい。

【００４２】以上のように、光分割光学系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、ｂの位置
も、それに応じて可変となる必要がある。図４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４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、Ｂ、
Ｃ、Ｄは保持部材４４Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに保持され、それ
らはさらに可動部材４５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにより保持され
かつ、能動部材４６Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ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、Ｂ、Ｃ、Ｄは、固定部材４９Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
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４
１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ光軸ＡＸ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光
学系で分割された各光束を効率よくレチクルに照射する
ことができる。

【００４３】尚、図４中の可動部材４５Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
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
よい。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
の方向であってよい。図５はガイド光学系の変形例であ
って、ガイド光学系４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは
共に第２フライアイレンズ４０ａ、４０ｂ、第１フライ
アイレンズ４１ａ、４１ｂの各中心に対して偏心して配
置されている。

【００４４】各第２フライアイレンズ４０ａ、４０ｂを
射出した各照明光束の位置は、偏心したガイド光学系４
２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂにより、光軸ＡＸに垂直
な面内方向で変化して各第１フライアイレンズ４１ａ、
４１ｂに入射する。また、ガイド光学系４２ａ、４２
ｂ、４３ａ、４３ｂの偏心の程度を変更することによ
り、第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂ入射面での
各光束の位置（光軸ＡＸに垂直な面内での位置）を変え
ることができる。図５ではこの偏心量の変化は能動部材
４２１ａ、４２１ｂ、４３１ａ、４３１ｂにより行なう
ものとした。能動部材４２１ａ、４２１ｂ、４３１ａ、
４３１ｂは、保持部材４２０ａ、４２０ｂ、４３０ａ、
４３０ｂを介して、ガイド光学系４２ａ、４２ｂ、４３
ａ、４３ｂを可動ならしめる。尚、各第２フライアイレ
ンズ４０ａ、４０ｂの入射面（図中左端）と、各第１フ
ライアイレンズ４１ａ、４１ｂの入射面（図中左端）
は、ほぼ結像関係で結ばれているが、ガイド光学系４２
ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの動作が光軸ＡＸに対して
垂直な面内方向であれば、この結像関係（光軸ＡＸ方
向）を大きくくずすことはない。各第１フライアイレン
ズ４１ａ、４１ｂもまた、ガイド光学系同様に能動部材
４１１ａ、４１１ｂによって光軸ＡＸと垂直な面内方向
に可動である。

【００４５】図５の系においては各第２フライアイレン
ズ４０ａ、４０ｂを射出した光束を、ガイド光学系４２
ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂにより光軸ＡＸに垂直な面
内の任意の位置に移動することが可能である。従って、
各第２フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂ及び光分割光
学系２０、２１は可動でなく、固定的であっても構わな
い。図５ではこれらは共通の保持部材２２ａによって保
持されるものとした。但し、図５の如きガイド光学系４
２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ及び第１フライアイレン
ズ群４１ａ、４１ｂの構成としても、光分割光学系２
０、２１及び第２フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂは
図２、図３の如く個別に可動としてもよい。尚、図５で
は第１、第２のフライアイレンズ共に、各２個とした
が、これはいくつであっても構わない。

【００４６】図６、図７、図８はそれぞれ光分割光学系
の変形例である。図６の例では光分割光学系は凹形状の
多面体プリズム２０ａと、凸レンズ（あるいは正のパワ
ーを持つレンズ群）２１ａとより構成される。インプッ
トレンズ４より射出されるコリメートされた照明光束は
多面体プリズム２０ａにより分割され、かつ発散される
が、凸レンズ２１ａにより各々集光され、第２フライア
イレンズ４０ａ、４０ｂに入射する。尚、多面体プリズ
ム２０ａの斜面の傾斜角はθ₁であるとしたが、この角
度の変更によって、第２フライアイレンズ４０ａ、４０
ｂ近傍における分割後の各光束の光軸ＡＸに垂直な面内
での位置を変えることもできる。例えば、図の如く、θ
₁とθ₂の異なる傾斜角を持った２個の多面プリズム２
０ａ、２０ｂを用意し、これらを能動部材２７ｃにより
交換可能にしてもよい。ここで２つの多面プリズム２０
ａ、２０ｂは一体の保持具２２ａにより保持され、かつ
保持具２２ａは可動部材２４ｃにより保持されている。
可動部材２４ｃは固定部材２６ｃに対して、能動部材２
７ｃの動力をもとに可動となっている。

【００４７】尚、図６中の２つの多面プリズムは斜面の
傾斜角は異なるが、その向きは同一であるとしてある
が、向きも異なっていてもよい。あるいは一方は、２分
割用のＶ型凹部であり、一方はピラミッド型凹部を有し
ていても構わない。また、図６中の第２フライアイレン
ズ群４０ａ、４０ｂガイド光学系４２ａ、４２ｂ、４３
ａ、４３ｂ、第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂの
保持機構は、図２、図４、図５に示したものと同じよう
な構成とする。

【００４８】図７は光分割光学系として光ファイバー２
０ｃを用いた例である。ファイバー入射部２０ｂより入
射した照明光は射出部２１ｂ、２１ｃでは２光束に分割
される。尚、射出部２１ｂ、２１ｃは、図２に示す如き
一体に保持された合成フライアイレンズと同一の保持部
材４４ｃ、４４ｄにより保持される。これによって、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。

【００４９】図８は光分割光学系として複数のミラー２
０ｄ、２１ｅ、２１ｆを用いた例である。第１ミラー２
０ｄは、Ｖ字型のミラーであって光束を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４０ａ、４０ｂに導く。ここで
は、第２ミラー２１ｅ、２１ｆは合成フライアイを一体
に保持する保持部材４４ｅ、４４ｆと一体に保持される
ものとする。

【００５０】図７、図８の例共に合成フライアイの保持
部材４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆは図２あるいは図
４と同様に、光軸ＡＸと垂直な面内方向で移動可能であ
る。また、各フライアイレンズの個数及び光分割光学系
による分割数は２個に限らず何個でもよい。図７ではフ
ァイバー２０ｃの分割数を変えればよく、図８では第１
ミラー２０ｄに、ピラミッド型ミラー（４分割）等を用
いればよい。

【００５１】尚、光分割光学系の構成はこれらに限定さ
れるものではない。例えば、図６中の多面プリズム２０
ａ、２０ｂの代わりに、回折格子、特に位相回折格子あ
るいは、凸レンズアレイなどを用いることなども可能で
ある。図９は、第１フライアイレンズ群４１ａ、４１ｂ
から投影光学系１１までの系における変形例である。第
１フライアイレンズの射出面、すなわちレチクルパター
ン１０に対するフーリエ変換面より射出した照明光は、
リレーレンズ６ａによって、集光、整形される。このと
き、リレーレンズ６ａの作用によってレチクルパターン
１０と結像関係となる面が作られる。従ってこの面に視
野絞り（照明エリア絞り）１４を設けることで、レチク
ルパターン面での照明エリアを制限することができる。

【００５２】照明光は視野絞り１４の後のリレーレンズ
６ｂ、コンデンサーレンズ６ｃ、８、ミラー７を介して
レチクル９に照射される。また、リレーレンズ６ｂとコ
ンデンサーレンズ６ｃの間には、レチクルパターン１０
のフーリエ変換面１７ｂが現われる。図９の開口絞り５
は第２フライアイレンズの射出面近傍に設けたが、この
フーリエ変換面１７ｂの近傍に設けることもできる。次
に、図１０を用いて本発明で使用するフライアイレンズ
のエレメントについて説明する。図１０（Ａ）は前述の
とおり入射面４０１ａと光源側焦点面４０３ａ及び、射
出面４０２ａとレチクル側焦点面４０４ａが一致する型
式であり、以上の実施例中で用いられたものである。

【００５３】しかしながら、図１０（Ａ）の構成では、
フライアイレンズのエレメント内部の光束はすべてガラ
ス中を通るうえに、ガラス（フライアイレンズ）内部に
光束の集光点が生じる。例えば光源にエキシマ等のパル
スレーザを用いる場合、１パルスあたりのエネルギーが
極めて高くなり、集光点がガラス中に存在すると、集光
部の光エネルギーによってガラスが破損してしまう可能
性がある。

【００５４】図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、これを防
止する為のフライアイレンズエレメントである。図１０
（Ｂ）は、入射面４０１ｂ、射出面４０２ｂが共に凸レ
ンズから成るが、そのレチクル側焦点面４０４ｂは射出
面４０２ｂとは異なる（光源側焦点面４０３ｂと入射面
４０１ｂは一致する）。これは入射面４０１ｂと射出面
４０２ｂの曲率を変えることで実現できる。このように
すると、光源からの光束はフライアイレンズエレメント
４００ｂの外部に集光点を持つ。

【００５５】図１０（Ｃ）は図１０（Ｂ）の変形であっ
て、入射面４０１ｃを平面としたフライアイレンズエレ
メント４００ｃを示したものである。ここでも集光点
（レチクル側焦点面４０４ｃ）をレンズ４００ｃ外部に
出すことができる。また、レンズ４００ｃ内では光束は
全く集光しない。しかし、入射面４０１ｃに屈折作用が
ない為、垂直かつ平行な入射光以外では、光束がフライ
アイレンズ４００ｃ内壁に当たり、迷光を生じてしま
う。従って図１０（Ｃ）は、光源がレーザである場合の
第２フライアイレンズとして特に有効である。なぜな
ら、レーザ光源を使うと、入射光束をほぼ平行光束と
し、かつ垂直に第１フライアイレンズに入射させること
ができるからである。

【００５６】一方、図１０（Ｂ）の場合は、図１０
（Ｃ）と同様にして、レーザ光源での第１フライアイレ
ンズとしての使用が適している。図１０（Ｄ）に示すフ
ライアイレンズエレメントは２枚の凸レンズ４００ｄ、
４００ｅから成るものである。図１０（Ａ）〜（Ｃ）と
異なり、２つの凸レンズ４００ｄ、４００ｅの間の空間
に空気、窒素、あるいはヘリウム等の気体が満たされ
る。例えば２００nm以下の露光波長を使用する場合、レ
ンズ材料は透過性の良いものがないので、図１０（Ｄ）
のように極力ガラス等の透過性のソリッド部材を減らし
た方がよい。また、この場合、投影光学系は反射光学系
（一部屈折部材を含んでもよい）を使用し、光分割光学
系も図８に示した如き、反射鏡を使用したものとすると
よい。

【００５７】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。

【００５８】次に、各第１フライアイレンズ群の位置決
定の具体例を、図１１、及び図１２（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）を用いて説明する。図１１は第１フライ
アイレンズ群４１ａ、４１ｂからレチクルパターン１０
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４１のレチクル側焦点面４１４ａ、４１４ｂ
が、レチクルパターン１０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、一枚のレンズ６と
して表わしてある。さらに、レンズ６のフライアイレン
ズ側主点からフライアイレンズ群４１のレチクル側焦点
面４１４ａｂまでの距離と、レンズ６のレチクル側主点
からレチクルパターン１０までの距離は共にｆであると
する。

【００５９】図１２（Ａ）、（Ｃ）は共にレチクルパタ
ーン１０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１２（Ｂ）は図１２（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１２（Ｄ）は図１２（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（最適な各フ
ライアイレンズ群の中心の位置）を表わす図である。

【００６０】図１２（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１２（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１２（Ｂ）はレチクルパタ
ーン１０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Ｘ、Ｙは、同
一方向からレチクルパターン１０を見た図１２（Ａ）と
同一にしてある。

【００６１】さて、図１２（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
・sin 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、各第
１フライアイレンズの各中心（各第１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１２（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１２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１２（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。

【００６２】次に、図１２（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１２（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１２（Ｃ）との位置、回転関係は図１２
（Ａ）、（Ｂ）の関係と同じである。図１２（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１２（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１２（Ｃ）のパターン
ではＸ方向のピッチはＰｘであるから、図１２（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。

【００６３】以上、図１２（Ｂ）、又は（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１０に入射すると、０次光回折光成分
Ｄ₀と、＋１次回折光成分Ｄ_R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１２
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。

【００６４】以上、レチクルパターン１０として図１２
（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１２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
を配置すればよい。また、図１２（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１２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。

【００６５】また、レチクルパターン１０が図１２
（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１２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１２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
よい。例えば、図１２（Ｄ）中で第１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、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。

【００６６】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第１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荷重平均としてもよい。

【００６７】また、各第１フライアイレンズを射出した
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１
３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。

【００６８】つまり、各第１フライアイレンズに光軸
（中心線）を仮定したとき投影光学系１１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様にすればよい。ま
た、より簡単な方法としては、第１フライアイレンズを
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
よい。

【００６９】以上のように、各第１フライアイレンズの
位置が決定されると、それに従ってガイド光学系の位置
（図５）や光分割光学系の状態（図２、図３、図６）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フライアイレンズの位置等は最も効率よく
（光量損出なく）、第１フライアイレンズに照明光を入
射すべく決定する。

【００７０】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５６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、効率よくレチクルのパターン部の
みを照明できる。

【００７１】第１フライアイレンズは、各上記エレメン
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
アイレンズの１つのエレメントの入射面は結像関係とな
るので、第２フライアイレンズの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フライアイレンズの全入射面は、正六角形に内接
するような形状とするとよい。

【００７２】尚、第２フライアイレンズの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
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。

【００７３】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よい。先にも述べたように、各
第１フライアイレンズ（４１ａ、４１ｂ・・・・）を射出し
た照明光によってレチクルパターンで発生した各０次回
折光は、それぞれウエハに対してほぼ対称的に傾いて入
射する。この複数の０次回折光の傾きの対称性を十分に
良くしておかないと、ウエハが最良結像面から光軸ＡＸ
方向にずれたときに像シフトを招くことになる。そこ
で、そのことについて、さらに図１３〜図１６を参照し
て詳述する。

【００７４】図１３は、原理説明を行った図１７と同様
に、第１フライアイレンズ４１ａ、４１ｂ、コンデンサ
ーレンズ８、レチクル９、及び投影光学系１１の前側の
レンズ系１１Ａまでの系を模式的に示したものである。
ここで、レチクル９上には互いにピッチが異なる２つの
１次元格子パターンＧＲ₁、ＧＲ₂が形成されているも
のとする。第１フライアイレンズ４１ａ、４１ｂの射出
面（正確には多数の点光源像が形成される面）はフーリ
エ変換面１７とほぼ一致して配置され、個々の点光源像
からの発散光はコンデンサーレンズ８によってほぼ平行
光束にコリメートされてレチクル９上で重畳される。

【００７５】ここで、第１フライアイレンズ４１ａの射
出面内の中心に位置する点光源像をＩＳａ、この点光源
ＩＳａからの照明光をＬＡとし、第２フライアイレンズ
４１ｂの射出面内の中心に位置する点光源像をＩＳｂ、
この点光源ＩＳｂからの照明光をＬＢとする。図１３に
おいて、各点光源像からレチクル９の中心へ向かう破線
は、各光束の中心線を表す。照明光ＬＡ、ＬＢは光軸Ａ
Ｘに対して対称的に角度ψだけ傾いてレチクル９に入射
する。この入射角±ψはレチクル９上の格子パターンＧ
Ｒ₁のピッチに対して最適化されているものとする。す
なわち、照明光ＬＡの照射によって格子パターンＧＲ₁
から発生する０次回折光ＬＡ₀と−１次回折光Ｄ_maは対
称的な角度で投影光学系へ入射し、照明光ＬＢの照射に
よって格子パターンＧＲ₁から発生する０次回折光ＬＢ
₀と＋１次回折光Ｄ_pbは、対称的な角度で投影光学系へ
入射する。尚、照明光ＬＡによって発生した＋１次回折
光Ｄ_paと、照明光ＬＢによって発生した−１次回折光Ｄ
_mbとは、投影光学系の前側レンズ系１１Ａに入射できた
としても、投影光学系の瞳１２を通過することはできな
い。

【００７６】さて、図１４は図１３に示した照明条件の
もとでレチクル９からウエハ１３までの光路を模式的に
示したものである。図１４において、投影光学系１１は
瞳１２を挟んで前側レンズ系１１Ａと後側レンズ系１１
Ｂとに分けて示されており、前側レンズ系１１Ａはレチ
クル９上のパターンからの光を瞳１２の面へフーリエ変
換する機能を有し、後側レンズ系１１Ｂは瞳１２の面に
分布する光をウエハ上へ逆フーリエ変換する機能を有す
る。また、投影光学系１１はレチクル側、ウエハ側とも
にテレセントリック系であるので、レチクル上の格子パ
ターンＧＲ₁、ＧＲ₂の各中心点から光軸ＡＸと平行に
進んで前側レンズ系１１Ａに入射する主光線ＬＬ₁、Ｌ
Ｌ₂は、いずれも瞳１２の中心点（光軸ＡＸが通る点）
ＣＣを斜めに通過した後、後側レンズ系１１Ｂから再び
光軸ＡＸと平行になってウエハ１３へ達する。

【００７７】まず、照明光ＬＡ（平行光束）の照射によ
って格子パターンＧＲ₁から発生した０次回折光ＬＡ₀
と−１次回折光Ｄ_maとは、いずれも平行光束のまま主光
線ＬＬ₁に対して対称的な角度ψで前側レンズ系１１Ａ
に入射し、瞳１２内の２ヶ所の点Ｑａ、Ｑｂにスポット
となって収れんする。この点Ｑａ、Ｑｂは瞳中心点ＣＣ
に関して対称に位置し、点Ｑａ、Ｑｂを結ぶ方向が格子
パターンＧＲ₁のピッチ方向と一致している。さらに、
点Ｑａには０次回折光ＬＡ₀によって点光源ＩＳａが再
結像し、点Ｑｂには−１次回折光Ｄ_maによって点光源Ｉ
Ｓａが再結像している。そして、０次回折光ＬＡ₀と−
１次回折光Ｄ_maとは、後側レンズ系１１Ｂによって、そ
れぞれ対称的な入射角をもった平行光束に変換されてウ
エハ１３上で交差する。これによって、ウエハ１３上に
は格子パターンＧＲ₁の像（干渉縞）ＧＲ_1a’が形成さ
れる。

【００７８】ここで、０次回折光ＬＡ₀、−１次回折光
Ｄ_maのウエハ１３への入射角をそれぞれψ’とし、投影
光学系１１の縮小倍率を１／Ｍとすると、Ｍ・ sinψ＝
sinψ’の関係になっている。そして、ウエハ１３上に
生成される干渉縞のピッチＰ _fは次式で表される。Ｐ_f＝λ／(sinψ’＋ sinψ')＝λ／２ sinψ’ また、格子パターンＧＲ₁のピッチをＰ_g1とすると、入
射角ψの照明光ＬＡによって発生する−１次回折光Ｄ_ma
の０次回折光からの回折角はほぼ２ψとなり、正確に
は、λ／Ｐ_g1＝ sinψ（入射角）＋ sinψ（１次回折光
の光軸からの角度）の関係にある。従って、ウエハ１３
上の干渉縞のピッチＰ_fは次式のようになる。

【００７９】Ｐ_f＝λ／２ sinψ’＝λ／２Ｍ sinψ ＝λ／２Ｍ（λ／２Ｐ_g1）＝Ｐ_g1／Ｍすなわち、レチクル上の格子パターンＧＲ₁のピッチを
そのまま１／Ｍにした像ＧＲ_1a’が投影される。一方、
レチクルに対するもう１つの照明光ＬＢは、照明光ＬＡ
に対して全く対称に入射するので、照明光ＬＢによって
発生した０次回折光ＬＢ₀と＋１次回折光Ｄ_pbとは、そ
れぞれ先の−１次回折光Ｄ_ma、０次回折光ＬＡ₀と同一
光路を通り、点Ｑｂ、Ｑａに収れんした後、ウエハ１３
上で平行光束となって交差する。このとき、０次回折光
ＬＢ₀と＋１次回折光Ｄ_Pbとの干渉によって、像（干渉
縞）ＧＲ_1b’が生成される。この像ＧＲ_1b’と先に述べ
た像ＧＲ_1a’とは、２つの０次回折光ＬＡ₀、ＬＢ₀が
主光線ＬＬ₁に対して対称的に入射するため、全く同じ
位置に重畳して生成される。また、２つの像ＧＲ_1a’、
ＧＲ_1b’の間では定常的な干渉が起こらないため、この
２つの像を単純に強度加算したものが、最終的な像ＧＲ
₁' として投影される。２つの像ＧＲ_1a’、ＧＲ_1b’
は、それぞれ振幅強度１の０次光と、振幅強度０．６３
７（２／π）の１次光との干渉によって生じたものであ
るので、ウエハ１３上での照度（振幅強度の絶対値）は
図１５のようになる。

【００８０】図１５で横軸はピッチ方向の位置ｘを表
し、縦軸は像面照度を表す。０次光と１次光との干渉に
おいて得られる干渉縞のコントラストは、ピーク値Ｉｐ
とボトム値Ｉｂとを用いて、１００・（Ｉｐ−Ｉｂ）／（Ｉｐ＋Ｉｂ）〔％〕で表される。

【００８１】さらに２つの像ＧＲ_1a’、ＧＲ_1b’は、い
ずれも０次回折光と、１つの１次回折光とが対称的な入
射角ψ’であるため、ウエハ面と最良結像面とが光軸Ａ
Ｘに変位しても、ピッチ方向に横ずれすることなく重ね
合わされている。このことは換言すると、格子パターン
ＧＲ₁に対しては、投影像ＧＲ₁’のテレセン性（テレ
セントシティ）が保証されていることを意味する。

【００８２】次に、格子パターンＧＲ₁よりもピッチが
大きい格子パターンＧＲ₂の結像について、再び図１４
を参照して考える。照明光ＬＡ、ＬＢの入射角はそれぞ
れ対称的にψで固定されているため、照明光ＬＡによっ
て格子パターンＧＲ₂から発生する０次回折光ＬＡ₀’
（平行光束）は、投影光学系の瞳１２内の点Ｑａで収れ
んした後、ウエハ１３上に入射角ψ’の平行光束となっ
て達する。ところが、照明光ＬＡによって格子パターン
ＧＲ₂から発生した−１次回折光Ｄ_ma’は、格子パター
ンＧＲ₂のピッチが大きいために、０次回折光ＬＡ₀’
とは対称的な光路を通らない。すなわち、−１次回折光
Ｄ_ma’は瞳１２内では点ＱａとＱｂの間の点Ｑａ’に収
れんし、ウエハ１３には入射角ψ’より小さい角度の平
行光束となって入射する。同様に、照明光ＬＢの照射に
よって格子パターンＧＲ₂から発生した０次回折光ＬＢ
₀’と＋１次回折光Ｄ_pb’も、互いに対称的な光路を通
らず、瞳１２上ではそれぞれ点Ｑｂ、Ｑｂ’に収れんす
る。ここで重要なことは、２つの０次回折光ＬＡ₀’、
ＬＢ₀’がレチクルの格子パターンのピッチにかかわら
ず、瞳１２内で常に対称的な点Ｑａ、Ｑｂを通るという
ことである。これによって、２つの１次回折光Ｄ_ma’、
Ｄ_pb’も瞳１２内で常に対称的な点Ｑａ’、Ｑｂ’を通
ることが保証される。

【００８３】ところで、格子パターンＧＲ₂に対して
も、０次回折光ＬＡ₀’と−１次回折光Ｄ_ma’との干渉
によって１つの像ＧＲ_2a’が生成され、０次回折光ＬＢ
₀’と＋１次回折光Ｄ_pb’との干渉によって１つの像Ｇ
Ｒ_2b’が生成され、これら２つの像ＧＲ_2a’、ＧＲ_2b’
の重ね合わせによって最終的な像ＧＲ₂’が形成され
る。

【００８４】図１６は２つの像ＧＲ_2a’、ＧＲ_2b’の生
成の様子を示すもので、図１６（Ａ）は０次回折光ＬＡ
₀’と−１次回折光Ｄ_ma’とが主光線ＬＬ₂に対して非
対称になっている様子を示す。このとき、図１６（Ｂ）
に示すようにウエハ面が最良像面と一致してｚ＝０の状
態にあると、ウエハ上の像ＧＲ_2a’の中心は主光線ＬＬ
₂上に位置する。ところが、ウエハ面が最良像面からｚ
方向（光軸ＡＸ方向）に＋Δｚ（又は−Δｚ）だけ変位
すると、ウエハ上の像ＧＲ_2a’の中心は主光線ＬＬ₂か
らｘ方向に−Δｘ（又は＋Δｘ）だけ横ずれを起こす。
図１６（Ｂ）中の直線ＬＴａは０次回折光ＬＡ₀’と−
１次回折光Ｄ_ma’との各中心線によって挟まれる２等分
の中心線であり、この直線ＬＴａの傾きが、テレセン誤
差になっている。ここで、直線ＬＴａの傾きを−ε_aと
すると、横ずれ量Δｘは近似的に次式で表される。

【００８５】Δｘ＝Δｚ・ sin（−ε_a）ここで、傾きε_aが格子パターンＧＲ₂のピッチＰ_g2に
依存して変化することは言うまでもない。一方、もう１
組の０次回折光ＬＢ₀’と＋１次回折光Ｄ_pb’について
も、図１６（Ｃ）に示すようにウエハに対して非対称に
入射する。これによって、図１６（Ｄ）に示すように像
ＧＲ_2b’は直線ＬＴｂに沿ったテレセン誤差をもって投
影される。直線ＬＴｂの傾きは＋ε_aとなっており、像
ＧＲ_2b’の横ずれ量は、 Δｘ＝Δｚ・ sin（＋ε_a）で表される。

【００８６】そこで、ウエハ面が＋Δｚに位置した場合
を考え、−Δｘだけずれた像ＧＲ_2a’と＋Δｘだけずれ
た像ＧＲ_2b’との重ね合わせについて考える。像Ｇ
Ｒ_2a’、ＧＲ_2b’は、いずれも図１５に示す照度分布を
もっているので、それぞれ次式のように定義する。ＧＲ_2a’；Ｋ＋Ｅsin(ａｘ−Δｘ）ＧＲ_2b’；Ｋ＋Ｅsin(ａｘ＋Δｘ）ここで、ＫはＫ＝（Ｉｐ＋Ｉｂ）／２で表されるオフセ
ット値であり、ＥはＥ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）／２で表される
正弦波の振幅値であり、２つの像ＧＲ_2a’、ＧＲ_2b’の
間でＫ、Ｅは等しいものとする。この２つの式を加算す
ると、像ＧＲ₂’に関する次式が得られる。

【００８７】２（Ｋ＋Ｅ・ cosΔｘ・ sinａｘ）この式から明らかなように、２つの像ＧＲ_2a’、Ｇ
Ｒ_2b’の合成波形（像ＧＲ ₂')には、ｘ方向へ位置をシ
フトさせる要因が含まれておらず、像ＧＲ_2a’、Ｇ
Ｒ_2b’の横ずれ量Δｘは専ら像のコントラスト変化分と
して寄与している。すなわち、ウエハ面が最良像面と一
致しているときは、最もコントラストが良く、そこから
ｚ方向にずれると、コントラストの低下のみが生じ、像
ＧＲ₂’の横ずれは生じない。

【００８８】以上のように、レチクル上に形成された格
子パターンのピッチがどのようなものであっても、レチ
クルへの少なくとも２本の照明光ＬＡ、ＬＢの対称性
（フーリエ変換面において光軸ＡＸを中心とした点対称
な関係）を維持しておけば、常にテレセン誤差のない投
影が行われる。もちろん、レチクル上の格子状パターン
のピッチ方向の多くはｘ方向とｙ方向との２次元である
ため、先の図１２（Ｄ）に示すように、４つの光源像
（４つの第１フライアイレンズ）を配置するのが焦点深
度の点からは望ましい。ただし、レチクルパターンの投
影像にテレセン誤差が生じないようにする目的の為だけ
であれば、４つの第１フライアイレンズ４１ａ〜４１ｄ
の各中心位置を、図１２（Ｄ）中のＸ軸上とＹ軸上との
夫々に配置してもよい。すなわち、図１２（Ｄ）中で線
Ｌγ、Ｌεの夫々がＹ軸と交わる点と、線Ｌα、Ｌβの
夫々がＸ軸と交わる点との計４ヶ所である。

【００８９】ところで、対称的な２本の照明光ＬＡ、Ｌ
Ｂの夫々の照射によって生成される像ＧＲ_1a’、Ｇ
Ｒ_1b’又は像ＧＲ_2a’、ＧＲ_2b’は、その強度値（Ｉ
ｐ、Ｉｂ）がともに等しいものとした。すなわち、各像
のオフセットＫと振幅値Ｅとがともに等しいものとし
た。しかしながら、これらオフセットＫ、振幅値Ｅが互
いに異なっていると、２つの像を合成した最終的な像Ｇ
Ｒ₁’、ＧＲ₂’には sinａｘの成分の他に cosａｘの
成分が重畳し、波形歪み（像コントラストの歪み）が生
じる。従って、オフセット値Ｋ、振幅値Ｅは極力等しく
なるようにすることが望ましい。

【００９０】図１７（Ａ）は像ＧＲ_1a'(ＧＲ_2a')と像Ｇ
Ｒ_1b'(ＧＲ_2b')とのコントラストの差を計測する場合の
構成を示し、投影露光装置のウエハステージＷＳＴ上
に、微小な透過スリット（マルチスリット）を形成した
基準板ＦＭを設け、レチクル９上の１次元格子パターン
の投影像をマルチスリットで受光し、その透過光量を光
電検出する光電センサーＤＴＣを設ける。この構成は特
開昭６０−２６３４３号公報に示されたものと同等のも
のである。図１７（Ｂ）に示すように基準板ＦＭ上に
は、Ｘ方向にピッチを有する透過型のマルチスリットパ
ターン（格子）Ｍｘと、Ｙ方向にピッチを有する透過型
のマルチスリットパターンＭｙとが形成されている。

【００９１】さて、計測にあたっては、例えば第１フラ
イアイレンズ４１ｂの射出側にシャッター（遮光板）を
挿入し、第１フライアイレンズ４１ａからの照明光ＬＡ
のみをレチクル９に照射し、図１７（Ａ）に示すように
０次回折光ＬＡ₀と−１次回折光Ｄ_maとによって像ＧＲ
_1a’のみを基準板ＦＭ上に結像する。そして、この像Ｇ
Ｒ_1a’をマルチスリットパターンＭｘ、又はＭｙのいず
れか一方でピッチ方向に走査するようにウエハステージ
ＷＳＴを移動させ、そのときに光電センサーＤＴＣから
得られる信号波形を波形検出器５１で解析する。その信
号波形は先の図１５に示すように得られ、その波形のピ
ーク値Ｉｐ、ボトム値Ｉｂが求められる。

【００９２】次に、第１フライアイレンズ４１ａの射出
側にシャッター（遮光板）を挿入し、第１フライアイレ
ンズ４１ｂからの照明光ＬＢのみをレチクル９に照射
し、同様にして像ＧＲ_1b’に対応した波形のピーク値、
及びボトム値を求める。これによって、２つの像Ｇ
Ｒ_1a’、ＧＲ_1b’のコントラスト差や絶対的な強度差が
定量的に求まるので、その差が極端なときには各フライ
アイレンズ（４０、４１）の位置調整やプリズム２０、
２１の位置調整が必要であるを主制御系５０（図１参
照）へ通達する。

【００９３】さらに、本発明の各実施例では、第１フラ
イアイレンズ４１ａ、４１ｂ、・・・・の射出面には、多数
の点光源像が所定の面積をもって形成されている。先の
図１３に詳細に示すように、第１フライアイレンズ４１
ａの射出端の点光源のうち、光軸ＡＸに最も近い位置の
点光源からの照明光と、最も離れた位置の点光源からの
照明光とによって、１本の傾斜照明光束の開口数 sinΔ
ψが決まる。この開口数 sinΔψは、投影光学系１１の
レチクル側の開口数ＮＡ_Rに対して、０．１〜０．３程
度に定められている。もちろん、第１フライアイレンズ
４１ａと対をなす第１フライアイレンズ４１ｂからの傾
斜照明光束についても同様の開口数をもつ。このため、
２本の傾斜照明光の入射角は、ψ±Δψ／２で決まる一
定の範囲を有し、この範囲±Δψ／２によって、レチク
ル上の格子パターンのピッチが条件(sin２ψ＝λ／
Ｐ_g1）に正確に合致せず、わずかにずれたものになって
いたとしても、その効果を十分に得ることができる。

【００９４】尚、投影光学系１１の瞳１２に、０次回折
光と１つの１次回折光との２本を透過させるための空間
フィルターを設けることも考えられるが、レチクルに形
成された実際のパターンのほとんど全てを、より忠実に
結像する場合、その空間フィルターは、むしろない方が
よい。また、１次元の格子パターンに対して、ピッチ方
向に対称的に傾斜した２本の照明光束を使うことで、テ
レセン誤差が相殺されるため、露光中にウエハ１３を光
軸方向に一定量（μｍオーダ）だけ連続移動させる方
法、又は光軸方向に離間した２ヶ所、又は３ヶ所で露光
を行う方法を併用して焦点深度をさらに広げる際にも、
その効果を十分に得ることができる。

【００９５】また、レチクル９上での照度分布や入射角
ψ（又は開口数 sinΔψ）を微調整するため、第１フラ
イアイレンズ４１ａ、４１ｂを共に、もしくは独立に光
軸ＡＸの方向に微動させるようにしてもよい。

【００９６】

【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部分を替
えるだけでよく、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。

【００９７】本発明で使用する照明系は、通常の型式に
比べて複雑となるが、フライアイレンズを光軸方向に２
段階に配置したため、レチクル面及びウエハ面における
照度の均一性は、従来の装置と同等以上の良好な特性を
有する。また、これらの２段フライアイレンズ構造の効
果のために、フライアイレンズを光軸と垂直な面内で移
動しても、レチクル及びウエハ面での照度均一性の良好
さは変わらない。

【００９８】また、光分割光学系は照明光束を１段目の
フライアイレンズへ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。また、実施例（図５）のよ
うに、レチクルに近い方の２段目のフライアイレンズを
可動とした系では各レチクルパターンに応じた最適な照
明を得ることができる。

【００９９】さらに、各第１、第２フライアイレンズ及
びガイド光学系を一体保持し、可動とした系では、可動
部を少なくでき、構造がシンプルとなり、製造及び調整
コストを下げることができる。一方、複数のガイド光学
系とそれに対応した第１フライアイレンズを各々可動と
する系においても、光分割光学系及び第２フライアイレ
ンズ群は、一体に保持できるので、やはり構造はシンプ
ルとなり製造及び調整コストを下げることができる。

【０１００】光分割光学系またはその一部を可変とする
系においては、各分割条件に応じて最適の分割光学系
（２分割、４分割切り換えなど）を用いることができ
る。光分割光学系の少なくとも一部が移動または回転可
能な系においては、例えば多面プリズムの間隔を変え
る、あるいは多面プリズムを回転することで光束の分割
状態を変えられる為に、少しの光学部材で種々の分割状
態を作り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す図。

【図２】図１中の照明光学系の一部の構成を示す図。

【図３】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４】フライアイレンズ群の移動機構の構造を示す
図。

【図５】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の第１の変形例を示す
図。

【図７】照明光学系中の光分割器の第２の変形例を示す
図。

【図８】照明光学系中の光分割器の第３の変形例を示す
図。

【図９】照明光学系の他の構成を示す図。

【図１０】フライアイレンズのエレメントのいくつかの
構造を示す図。

【図１１】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１２】フライアイレンズの配置方法を説明する図。

【図１３】第１フライアイレンズから投影光学系の前側
のレンズ系までの系を模式的に示す図。

【図１４】図１３に示した照明条件のもとでレチクルか
らウエハまでの光路を模式的に示す図。

【図１５】図１３に示した照明条件のもとでのウエハ上
での照度を示す図。

【図１６】図１３に示した照明条件のもとでのウエハ上
での２つの像ＧＲ_2a’、ＧＲ_2b’の生成の様子を示す
図。

【図１７】図１３に示した照明条件のもとでのウエハ上
での２つの像のコントラストの差を計測するのに好適な
構成を示す図。

【図１８】本発明の原理を説明するための装置構成を示
す図。

【図１９】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。

【符号の説明】

１光源８コンデンサーレンズ９レチクル１１投影レンズ１２瞳１３ウエハ２０、２１プリズム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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のパターンが形成されたマスクを、
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、前記照明光学系の光路中の前記マスクに対するフーリエ
変換面、もしくはその近傍面内に射出側焦点面が配置さ
れるとともに、前記照明光学系の光軸から偏心した複数
の位置の夫々に中心が配置される複数の第１フライアイ
レンズと；該複数の第１フライアイレンズの夫々の入射
端に対するフーリエ変換面、もしくはその近傍面内に射
出側焦点面が配置されるとともに、前記第１フライアイ
レンズの夫々と対応して設けられる複数の第２フライア
イレンズと；該複数の第２フライアイレンズの夫々に前
記光源からの照明光束を分割して入射させる光分割器と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記照明光学系は、前記第２フライアイ
レンズの１つの射出端側に形成される複数の光源像の夫
々からの光束を、前記第１フライアイレンズのうち対応
する１つの入射面側に重畳させるガイド光学素子を有
し、前記第１フライアイレンズの１つと、それに対応する１
つの第２フライアイレンズ、及び前記ガイド光学素子を
一体に保持する保持部材を、前記第１フライアイレンズ
と第２フライアイレンズとの組の数に対応して複数個設
け、該複数の保持部材を前記光軸と垂直な面内で可動に
したことを特徴とする請求項１に記載の装置。