JPH10199788A - Imaging optical system, aligner, and manufacture of device using the optical system - Google Patents

Imaging optical system, aligner, and manufacture of device using the optical system

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JPH10199788A
JPH10199788A JP9001980A JP198097A JPH10199788A JP H10199788 A JPH10199788 A JP H10199788A JP 9001980 A JP9001980 A JP 9001980A JP 198097 A JP198097 A JP 198097A JP H10199788 A JPH10199788 A JP H10199788A
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JP
Japan
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optical system
light
projection optical
sin
image
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Withdrawn
Application number
JP9001980A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Hashimoto
純夫 橋本
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70091Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging optical system which can apply technique of limit resolution improvement by the prior art diffracting grating method by using only one projection optical system and improve the limit resolution of a periodic pattern arranged in all directions according to the need. SOLUTION: A reticle 11 is illuminated with an exposure light IL which has passed apertures 6A, 6B of an aperture stop plate 5. A wafer 18 is irradiated with a luminous flux which has passed through the reticle 11, through a modulation grating 14, a projection optical system 15, a demodulation grating 16, and a member 17 for filtering out unnecessary light. The reticle 11 and the wafer 18 are conjugate with respect to the projection optical system 15. The demodulation grating 16 is irradiated with an n-th order diffracted light of the modulation grating 14, through the projection optical system. A luminous flux which is largely inclined in the direction rectangular to the direction (X- direction) which is to improve resolution is eliminated out of the n-th order diffracted light from the demodulation grating 16, by using the member 17 for filtering out unnecessary light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系、この
結像光学系を備えた露光装置、及びその結像光学系を用
いたデバイスの製造方法に関し、例えば半導体素子、撮
像素子(CCD等)、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッ
ド等を製造するためのリソグラフィ工程で、マスクパタ
ーンを所謂超解像によって投影光学系を介して高い解像
度で感光性基板上に転写する場合に使用して好適なもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming optical system, an exposure apparatus having the image forming optical system, and a method of manufacturing a device using the image forming optical system. Etc.), used in a lithography process for manufacturing a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, or the like, in a case where a mask pattern is transferred onto a photosensitive substrate with high resolution via a projection optical system by so-called super-resolution. It is suitable.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用されて
いるステッパー等の投影露光装置では、ウエハ(又はガ
ラスプレート等)上にできるだけ高集積度のパターンを
焼き付けることが望まれている。そのため、従来より露
光の解像力を上げるために、露光光の波長(露光波長)
を短くすると共に、投影光学系の開口数(NA)を大き
くするという努力がなされてきた。
2. Description of the Related Art In a projection exposure apparatus such as a stepper used for manufacturing a semiconductor device or the like, it is desired to print a pattern with a degree of integration as high as possible on a wafer (or a glass plate or the like). Therefore, in order to increase the resolution of the exposure, the wavelength of the exposure light (exposure wavelength)
Efforts have been made to shorten the numerical aperture and increase the numerical aperture (NA) of the projection optical system.

【0003】更に、同じ露光波長、及び同じ投影光学系
の開口数のもとでより解像力を向上させるために、変形
光源法(傾斜照明法)や位相シフトレチクル法等の所謂
超解像技術も開発され、これらの技術も利用されつつあ
る。ところで、小瀬輝次:応用物理 第37巻 第9号
p.853(1968) には、さまざまな方法の超解像技術が分
類されて紹介されている。その技術の1つに「瞳合成
法」があり、この瞳合成法を実施するための具体的な技
術の1つに「回折格子法」がある。この回折格子法は、
W.Lukosz:J.Opt.Soc.Amer. 56,p.1463(1966)に詳細に記
載されている。この回折格子法では、或る特定方向に細
かいピッチの周期的パターンよりなる物体が有る場合、
その物体から露光波長以上離れている位置に、その周期
的パターンの周期方向に対して回折方向が角度θ(0<
θ<π/2)だけ傾いた変調用の回折格子が配置され
る。そして、この変調用の回折格子によって、その物体
の虚像が周期方向に対して角度θだけ傾いた方向に多数
生成される。その変調用の回折格子を通さない場合、物
体の空間周波数成分のうち投影光学系の開口数以上の成
分は投影光学系を通過できない。しかし、その変調用の
回折格子を通すことによって、周期方向に対して角度θ
だけ傾いた方向に作られた虚像による投影光学系の開口
数以上の空間周波数成分の一部は、投影光学系の開口数
以内に入ることができる。
In order to further improve the resolving power under the same exposure wavelength and the same numerical aperture of the projection optical system, so-called super-resolution techniques such as a modified light source method (tilt illumination method) and a phase shift reticle method are also used. These technologies have been developed and are being used. By the way, Kose Koji: Applied Physics Vol. 37, No. 9
In p.853 (1968), various methods of super-resolution techniques are classified and introduced. One of the techniques is a “pupil synthesis method”, and one specific technique for implementing the pupil synthesis method is a “diffraction grating method”. This diffraction grating method
W. Lukosz: J. Opt. Soc. Amer. 56, p. 1463 (1966). In this diffraction grating method, when there is an object consisting of a periodic pattern with a fine pitch in a specific direction,
At a position separated from the object by the exposure wavelength or more, the diffraction direction is an angle θ (0 <0) with respect to the periodic direction of the periodic pattern.
A diffraction grating for modulation inclined by θ <π / 2) is arranged. Then, a large number of virtual images of the object are generated by the modulation diffraction grating in a direction inclined by an angle θ with respect to the periodic direction. If the light does not pass through the diffraction grating for modulation, a component of the spatial frequency component of the object that is greater than the numerical aperture of the projection optical system cannot pass through the projection optical system. However, by passing through the modulation diffraction grating, the angle θ with respect to the periodic direction is
A part of the spatial frequency components equal to or larger than the numerical aperture of the projection optical system due to the virtual image formed in the direction inclined only can enter within the numerical aperture of the projection optical system.

【0004】そこで、投影光学系を通過した後に、同じ
く周期的パターンに対して角度θだけ傾けた復調用の回
折格子によって、0次回折光による投影光学系の開口数
以内の空間周波数成分と、±1次回折光による投影光学
系の開口数以上の空間周波数成分とを合成する。その復
調用の回折格子も像に対して露光波長以上離れていても
よい。更にその回折格子法では、復調用の回折格子によ
って作られた重複像を構成する余分の空間周波数成分を
取り除くために、復調用の回折格子の直後に形成される
像を更に第2の投影光学系で再結像し、この第2の投影
光学系の瞳位置にその周期的パターンの周期方向に延び
たスリット状のフィルタを配置している。
Therefore, after passing through the projection optical system, the spatial frequency component within the numerical aperture of the projection optical system due to the zero-order diffracted light is obtained by the demodulation diffraction grating which is also tilted by an angle θ with respect to the periodic pattern. A spatial frequency component equal to or larger than the numerical aperture of the projection optical system by the first-order diffracted light is synthesized. The demodulation diffraction grating may also be separated from the image by an exposure wavelength or more. Further, in the diffraction grating method, an image formed immediately after the demodulation diffraction grating is further subjected to a second projection optical system in order to remove an extra spatial frequency component constituting an overlapping image formed by the demodulation diffraction grating. An image is re-formed by the system, and a slit-shaped filter extending in the period direction of the periodic pattern is arranged at the pupil position of the second projection optical system.

【0005】この回折格子法によれば、変調用の回折格
子及び復調用の回折格子はそれぞれ物体及び像から格子
ピッチ以上離れていてもよいという意味で、半導体素子
製造用の投影光学系に利用できる可能性はある。また、
この方法によれば、限界解像力を2倍程度向上できると
言われているが、それらの回折格子が物体又は像から格
子ピッチ以上離れているために、向上された限界解像力
が開口数換算で1以上に相当することは不可能である。
そのため、この技術は超解像というよりも、投影光学系
の開口数以上の光束を結像させるのを回折格子で補強し
ようとする技術とも言うことができる。
According to this diffraction grating method, the modulation diffraction grating and the demodulation diffraction grating can be separated from an object and an image by a pitch equal to or more than the grating pitch, and are used in a projection optical system for manufacturing semiconductor devices. There is a possibility. Also,
According to this method, it is said that the critical resolution can be improved by about two times. However, since those diffraction gratings are separated from the object or the image by the pitch of the grating or more, the improved critical resolution can be improved by 1 in terms of numerical aperture. It is impossible to correspond to the above.
Therefore, it can be said that this technique is not a super-resolution technique, but a technique of forming an image of a light beam having a numerical aperture of the projection optical system or more with a diffraction grating.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の回折
格子法によると、余分の重複像の空間周波数成分を取り
除くために、1回結像させた像を再結像するための第2
の投影光学系が必要である。しかしながら、解像力向上
の要求に耐えられるような収差の極めて少ない投影光学
系を2本製作すると、従来のように投影光学系1本で済
む投影露光装置に比べて、製造コストが大幅に増大する
という不都合がある。
According to the conventional diffraction grating method as described above, in order to remove the spatial frequency component of the redundant image, a second image for re-imaging the image formed once is used.
Projection optical system is required. However, when two projection optical systems with extremely small aberrations that can withstand the demand for improvement in resolution are manufactured, the manufacturing cost is significantly increased as compared with a conventional projection exposure apparatus that requires only one projection optical system. There are inconveniences.

【0007】また、従来の回折格子法では、特定方向に
配列された周期的パターンのみの解像力が向上し、その
周期的パターンの周期方向に垂直な方向に配列された周
期的パターンの限界解像力は向上しないという不都合も
あった。本発明は斯かる点に鑑み、1本の投影光学系だ
けを用いて従来の回折格子法による限界解像力向上の技
術を適用でき、且つ必要に応じてあらゆる方向に配列さ
れた周期的パターンの限界解像力を向上できる結像光学
系、及びこの結像光学系を備えた露光装置を提供するこ
とを目的とする。更に本発明は、その結像光学系の使用
方法の一例として、その結像光学系を用いた種々のデバ
イスの製造方法を提供することをも目的とする。
In the conventional diffraction grating method, the resolution of only the periodic patterns arranged in a specific direction is improved, and the critical resolution of the periodic patterns arranged in the direction perpendicular to the periodic direction of the periodic pattern is improved. There was a disadvantage that it did not improve. In view of the above, the present invention can apply the technology of improving the limit resolution by the conventional diffraction grating method using only one projection optical system, and can limit the periodic pattern arranged in all directions as necessary. It is an object of the present invention to provide an imaging optical system capable of improving the resolving power, and an exposure apparatus including the imaging optical system. Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing various devices using the imaging optical system as an example of a method of using the imaging optical system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による結像光学系
は、所定の照明光のもとで第1面上のパターンの像を第
2面上に投影する投影光学系(15)と、その第1面と
投影光学系(15)との間に配置されその第1面のパタ
ーンからの光束のn次回折光(nは整数)を生成する変
調手段(14)と、その投影光学系とその第2面との間
に配置されその投影光学系からの光束のm次回折光(m
は整数)を生成する復調手段(16)と、復調手段(1
6)とその第2面との間に配置された光学部材(17)
と、を備え、その投影光学系のその第2面側は実質的に
テレセントリックであると共に、その投影光学系は変調
手段(14)からのそのn次回折光を通過させる開口数
を有し、光学部材(17)は復調手段(16)からの回
折光の内で次の関係を満足しない次数の不要な光束を除
去するものである。
An imaging optical system according to the present invention comprises: a projection optical system (15) for projecting an image of a pattern on a first surface onto a second surface under predetermined illumination light; A modulating means (14) disposed between the first surface and the projection optical system (15) for generating an nth-order diffracted light (n is an integer) of a light beam from the pattern on the first surface; An m-th order diffracted light (m
(16 is an integer), and a demodulation means (1)
6) and an optical member (17) arranged between the second surface and the second surface.
Wherein the second side of the projection optical system is substantially telecentric, and the projection optical system has a numerical aperture for passing the n-order diffracted light from the modulating means (14); The member (17) removes unnecessary light beams of orders that do not satisfy the following relationship from the diffracted light from the demodulation means (16).

【0009】 n+m=0(即ち、m=−n) (1) 斯かる本発明の原理につき図2を参照して説明する。先
ず、その第1面上のパターンの空間周波数成分が図2
(b)の長円領域21内に分布し、投影光学系(15)
の開口数が図2(c)の円形領域24内の空間周波数成
分を通過させるものとすると、そのままでは長円領域2
1の両端部の成分は結像に寄与できない。そこで、変調
手段(14)によって、図2(c)に示すように、長円
領域21の例えば0次回折光、+1次回折光22、及び
−1次回折光23を生成し、これらの回折光を投影光学
系(15)に供給すると、図2(d)に示すように、そ
れらの内の円形領域24内の成分21a,22a,23
aのみが通過する。そして、復調手段(16)を用い
て、図3(b)に示すように、0次回折光の他に、成分
22aの−1次回折光22a’、及び成分23aの+1
次回折光23a’を生成すると、図2(b)の長円領域
21を含む空間周波数成分が生成される。このとき、n
の値は0,+1,−1であり、対応するmの値は−n、
即ち0,−1,+1である。次に、光学部材(17)を
用いて、図3(c)に示すように、不要な領域28,2
9の光束を遮光することによって、元の長円領域21内
の空間周波数成分が再現される。即ち、第2の投影光学
系を使用することなく、回折格子法による超解像効果が
得られる。
N + m = 0 (that is, m = −n) (1) The principle of the present invention will be described with reference to FIG. First, the spatial frequency component of the pattern on the first surface is shown in FIG.
(B) The projection optical system (15) distributed in the oval region 21
Is assumed to pass the spatial frequency component in the circular region 24 in FIG. 2 (c).
Components at both ends of 1 cannot contribute to imaging. Therefore, as shown in FIG. 2C, for example, the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light 22, and the -1st-order diffracted light 23 are generated by the modulating means (14), and these diffracted lights are projected. When supplied to the optical system (15), as shown in FIG. 2D, the components 21a, 22a, and 23 in the circular area 24 therein are provided.
Only a passes. Then, using the demodulation means (16), as shown in FIG. 3B, in addition to the 0th-order diffracted light, the -1st-order diffracted light 22a 'of the component 22a and the + 1st-order diffracted light of the component 23a.
When the next-order diffracted light 23a 'is generated, a spatial frequency component including the oval region 21 in FIG. 2B is generated. At this time, n
Are 0, +1, -1 and the corresponding value of m is -n,
That is, 0, -1, and +1. Next, by using the optical member (17), as shown in FIG.
By blocking the 9 light beams, the spatial frequency component in the original oval region 21 is reproduced. That is, the super-resolution effect by the diffraction grating method can be obtained without using the second projection optical system.

【0010】この場合、復調手段(16)は一例とし
て、投影光学系(15)の光軸と直交する平面内に配置
された回折格子を含み、この回折格子はその平面内にお
いて、投影像の解像力を向上させるべき所定の方向(x
方向)に対して角度θだけ傾斜した方向に沿って所定の
ピッチdの回折パターンより構成されている。このと
き、角度θの範囲は、一例として0<θ<π/2[ra
d]である。そして、その照明光の波長をλとして、2
つの角度α1及びα2を次のように定義する。
In this case, the demodulation means (16) includes, as an example, a diffraction grating disposed in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system (15), and the diffraction grating in the plane is used to project the projected image. A predetermined direction (x
Direction) with a predetermined pitch d along a direction inclined by an angle θ with respect to the diffraction pattern. At this time, the range of the angle θ is, for example, 0 <θ <π / 2 [ra
d]. Then, assuming that the wavelength of the illumination light is λ, 2
The two angles α1 and α2 are defined as follows.

【0011】 α1=sin-1[d・sinθ/(2λ)] (2) α2=sin-1(d・sinθ/λ) (3) このとき、光学部材(17)は、復調手段(16)から
の光束の内で投影光学系(15)の光軸に対する傾斜角
が角度α1又はα2以内の光束を通過させることが望ま
しい。このとき、角度α1を用いるのは、図3(b)に
示すように、空間周波数領域の0次回折光の成分21a
が解像力を向上させるべき方向(x方向)に直交するy
方向にも所定の広がりを有し、成分21aと±1次回折
光の成分22a,23aとがほぼ接するような場合であ
り、これによって有効成分を確保しつつ不要な空間周波
数成分を除去できる。一方、角度α2を用いるのは、空
間周波数領域の0次回折光の成分21aがy方向には殆
ど広がりを持たない場合であり、この場合には有効な結
像光束を遮光する確率が低減する。これらの場合、復調
手段(16)及び光学部材(17)を同期してπ〜2π
[rad]回転自在にしておくことによって、あらゆる
方向に解像力を向上できる。
Α1 = sin −1 [d · sin θ / (2λ)] (2) α2 = sin −1 (d · sin θ / λ) (3) At this time, the optical member (17) includes a demodulation unit (16). It is desirable to pass a light beam whose inclination angle with respect to the optical axis of the projection optical system (15) is within the angle α1 or α2 among the light beams from the optical system. At this time, the angle α1 is used for the component 21a of the 0th-order diffracted light in the spatial frequency domain as shown in FIG.
Is orthogonal to the direction (x direction) in which the resolution should be improved.
This is a case where the component 21a has a predetermined spread in the direction, and the component 21a and the ± first-order diffracted light components 22a and 23a are almost in contact with each other. Thus, unnecessary spatial frequency components can be removed while securing an effective component. On the other hand, the angle α2 is used when the component 21a of the 0th-order diffracted light in the spatial frequency domain has little spread in the y direction. In this case, the probability of blocking the effective imaging light flux is reduced. In these cases, the demodulation means (16) and the optical member (17) are synchronized with each other so that π to 2π
[Rad] By making it freely rotatable, the resolution can be improved in all directions.

【0012】また、その光学部材の一例は、それぞれ投
影像の解像力を向上させるべき方向(x方向)及び投影
光学系(15)の光軸(z方向)に平行な複数枚の平板
(31A,31B,31C,…)を、その解像力を向上
させるべき方向に直交する方向(y方向)に所定ピッチ
で配列して形成されるものである。このとき、投影光学
系(15)が第2面側にテレセントリックであるため、
例えば図6に示すように光学部材(17)で除去すべき
空間周波数成分の光束の、光軸に対するその直交する方
向への傾き角を開き角で2αとすると、光学部材(1
7)では光軸に対する傾き角がα以上の光束を遮光すれ
ばよい。このためには、平板(31A,31B,…)の
光軸方向の長さをh、それらの間隔をdsとすると、次
の関係を満たせばよい。
An example of the optical member includes a plurality of flat plates (31A, 31A, parallel to the direction (x direction) for improving the resolution of the projected image and the optical axis (z direction) of the projection optical system (15). 31B, 31C,...) Are arranged at a predetermined pitch in a direction (y direction) orthogonal to the direction in which the resolution is to be improved. At this time, since the projection optical system (15) is telecentric on the second surface side,
For example, as shown in FIG. 6, assuming that the angle of inclination of the light beam of the spatial frequency component to be removed by the optical member (17) in the direction perpendicular to the optical axis is 2α, the optical member (1
In 7), a light beam having an inclination angle with respect to the optical axis of α or more may be shielded. For this purpose, if the length of the flat plates (31A, 31B,...) In the optical axis direction is h and the interval between them is ds, the following relationship may be satisfied.

【0013】ds≦h・tan α (4) また、その光学部材の他の例は、復調手段(16)から
のその不要な光束を除去するために、投影光学系(1
5)のその第2面上の結像領域外に向けてその不要な光
束を反射させる反射面を有する複数個のプリズム(32
〜34)を含むものである。この場合、その光学部材で
光軸に対して所定の方向に傾き角がα以上の光束を除去
するものとすると、例えば図7に示すように、それらの
プリズム(32〜34)をその所定の方向(y方向)に
対して傾斜した面を有し、且つ傾き角がα以上で入射す
る光束を全反射によって別の方向に向けるようにすれば
よい。即ち、入射角がαのときに少なくとも1つのプリ
ズムの面で臨界角となればよい。また、これらのプリズ
ムの光軸に垂直でない面は、前記の角度α以上で出射す
る光束と臨界角以上で交差することが望ましいが、臨界
角以上にすることが困難である場合は、臨界角以内であ
っても反射率が著しく高まるようなコーティングを施せ
ばよい。
Ds ≦ h · tan α (4) Another example of the optical member is a projection optical system (1) for removing the unnecessary light beam from the demodulation means (16).
5) a plurality of prisms (32) having a reflecting surface for reflecting the unnecessary light beam outside the image forming area on the second surface.
To 34). In this case, assuming that the optical member removes a light beam having a tilt angle of α or more in a predetermined direction with respect to the optical axis, for example, as shown in FIG. It is sufficient that the light flux having a surface inclined with respect to the direction (y direction) and having an inclination angle of α or more is directed to another direction by total internal reflection. In other words, it is sufficient that the critical angle is obtained on the surface of at least one prism when the incident angle is α. It is desirable that the surfaces of the prisms that are not perpendicular to the optical axis intersect at a critical angle or more with the light beam emitted at the angle α or more. Even within this range, a coating that significantly increases the reflectance may be applied.

【0014】また、変調手段(14)及び復調手段(1
6)としては、振幅型の回折格子のみならず、位相型の
回折格子や、音響光学素子等も使用できるが、例えば位
相型の回折格子を使用する場合は、回折光として0次回
折光を含まない+1次回折光及び−1次回折光のみを生
成できるため、重複像を除去することが容易になる。次
に、本発明による露光装置は、上記の本発明の結像光学
系と、その第1面上に配置されたマスク(11)を照明
する照明光学系(1〜4,7〜10)と、その第2面上
に配置された感光性基板(18)を保持する基板保持部
材(19)と、を備え、そのマスクのパターンの像をそ
の結像光学系を介してその感光性基板上に転写するもの
である。この場合、投影光学系(15)自体の開口数で
定まる解像力よりも高い解像力でそのマスクのパターン
がその感光性基板上に転写される。
The modulating means (14) and the demodulating means (1)
As 6), not only an amplitude type diffraction grating but also a phase type diffraction grating, an acousto-optic element, etc. can be used. For example, when a phase type diffraction grating is used, the 0th-order diffracted light is included as the diffracted light. Since only the + 1st-order diffracted light and the -1st-order diffracted light can be generated, it is easy to remove the overlapping image. Next, an exposure apparatus according to the present invention includes the above-described imaging optical system of the present invention and illumination optical systems (1 to 4, 7 to 10) for illuminating a mask (11) arranged on the first surface. And a substrate holding member (19) for holding a photosensitive substrate (18) disposed on the second surface thereof, wherein an image of the pattern of the mask is formed on the photosensitive substrate via the imaging optical system. Is transferred to In this case, the mask pattern is transferred onto the photosensitive substrate with a resolution higher than the resolution determined by the numerical aperture of the projection optical system (15) itself.

【0015】また、復調手段(16)が解像力を向上さ
せるべき方向に対して角度θだけ回転した方向に配列さ
れた回折格子である場合、その照明光学系は、その解像
力を向上させるべき方向に光軸から傾斜した光束をその
マスクに照射することが望ましい。これによって、マス
クから大きな角度で射出される光束の強度が強くなるた
め、そのように解像力を向上させた像が明るくなる。
If the demodulation means (16) is a diffraction grating arranged in a direction rotated by an angle θ with respect to the direction in which the resolution is to be improved, the illumination optical system is arranged in a direction in which the resolution is to be improved. It is desirable to irradiate the mask with a light beam inclined from the optical axis. As a result, the intensity of the light beam emitted from the mask at a large angle is increased, and the image with such improved resolving power becomes brighter.

【0016】また、本発明によるデバイスの製造方法
は、上記の本発明の結像光学系を用いて所定のデバイス
を製造する方法であって、その第1面上にそのデバイス
用のパターンの形成されたマスク(11)を設定すると
共に、その第2面上に感光性基板(18)を設定する第
1工程と、この第1工程後にそのマスクに露光用の照明
光を照射して、そのマスクのパターンの像をその結像光
学系を介してその感光性基板上に転写する第2工程と、
を含むものである。これによって、そのマスクのパター
ンが高い解像力で転写される。
Further, a method of manufacturing a device according to the present invention is a method of manufacturing a predetermined device using the above-described imaging optical system of the present invention, wherein a pattern for the device is formed on a first surface thereof. Setting a mask (11), and setting a photosensitive substrate (18) on a second surface thereof; and irradiating the mask with illumination light for exposure after the first step. A second step of transferring an image of the pattern of the mask onto the photosensitive substrate via the imaging optical system;
Is included. As a result, the mask pattern is transferred with high resolution.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。図1は、本例の投影露
光装置の概略構成を示し、この図1において、露光時に
は水銀ランプよりなる露光光源1から射出された露光光
ILは、楕円鏡2によって収束されて不図示のシャッタ
の近傍を通過した後、インプットレンズ3を介してフラ
イアイレンズ4に入射する。なお、露光光ILとして
は、水銀ランプのi線やg線等の輝線の他に、ArFエ
キシマレーザ光やKrFエキシマレーザ光等のエキシマ
レーザ光、あるいは金属蒸気レーザやYAGレーザの高
調波等が使用できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, exposure light IL emitted from an exposure light source 1 composed of a mercury lamp at the time of exposure is converged by an elliptical mirror 2 and a shutter (not shown) , And enters the fly-eye lens 4 via the input lens 3. As the exposure light IL, in addition to bright lines such as i-line and g-line of a mercury lamp, excimer laser light such as ArF excimer laser light or KrF excimer laser light, or harmonics of a metal vapor laser or a YAG laser are used. Can be used.

【0018】このとき、フライアイレンズ6の射出面に
は多数の2次光源が形成される。フライアイレンズ6の
射出面には開口絞り板5が配置され、開口絞り板5には
所定方向にこの照明光学系の光軸に関して対称に2つの
円形の開口6A,6Bが形成されている。これらの開口
6A,6Bを通過した露光光ILは、第1リレーレンズ
7を経てレチクルブラインド(可変視野絞り)8に入射
する。レチクルブラインド8の配置面はレチクル11の
パターン面と共役であり、レチクルブラインド8の開口
形状によってレチクル11上での照明領域が規定され
る。レチクルブラインド8を通過した露光光ILは、第
2リレーレンズ9、及びコンデンサレンズ10を介して
レチクル11のパターン面(下面)を照明する。露光光
源1〜開口絞り板5、及び第1リレーレンズ7〜コンデ
ンサレンズ10より本例の照明光学系が構成されてい
る。また、開口絞り板5を光軸を中心として±180°
回転するための回転駆動装置39Dが設けられ、装置全
体の動作を制御する主制御系38が回転駆動装置39D
を介して回転絞り板5の回転角を所望の角度に設定でき
るように構成されている。
At this time, a large number of secondary light sources are formed on the exit surface of the fly-eye lens 6. An aperture stop plate 5 is disposed on the exit surface of the fly-eye lens 6, and two circular openings 6A and 6B are formed in the aperture stop plate 5 in a predetermined direction symmetrically with respect to the optical axis of the illumination optical system. The exposure light IL that has passed through these openings 6A and 6B is incident on a reticle blind (variable field stop) 8 through a first relay lens 7. The arrangement surface of the reticle blind 8 is conjugate with the pattern surface of the reticle 11, and the illumination area on the reticle 11 is defined by the opening shape of the reticle blind 8. The exposure light IL that has passed through the reticle blind 8 illuminates the pattern surface (lower surface) of the reticle 11 via the second relay lens 9 and the condenser lens 10. The illumination optical system of the present embodiment is configured by the exposure light source 1 to the aperture stop plate 5 and the first relay lens 7 to the condenser lens 10. Further, the aperture stop plate 5 is set at ± 180 ° around the optical axis.
A rotation driving device 39D for rotating is provided, and a main control system 38 for controlling the operation of the entire device is provided with the rotation driving device 39D.
The configuration is such that the rotation angle of the rotary diaphragm plate 5 can be set to a desired angle via the.

【0019】レチクル11のパターン13を通過した露
光光ILは、変調用の回折格子(以下、「変調格子」と
呼ぶ)14、投影光学系15、復調用の回折格子(以
下、「復調格子」と呼ぶ)16、及び不要光除去部材1
7を介して、フォトレジストが塗布されたウエハ18の
表面に入射する。この場合、レチクル11のパターン面
とウエハ18の表面とは投影光学系15に関して共役で
あり、レチクル11のパターンがウエハ12上に所定の
投影倍率(通常は例えば1/4,1/5等の縮小倍率)
で転写される。この場合、後述のように変調格子14、
復調格子16、及び不要光除去部材17によって、ウエ
ハ18上に転写される投影像の解像力は、投影光学系1
5自体の開口数によって定まる解像力よりも向上してい
る。また、変調格子14、復調格子16、及び不要光除
去部材17をそれぞれ投影光学系15の光軸AXを中心
として±180°の範囲内で回転するための回転駆動系
39A,39B,39Cが備えられ、主制御系38が必
要に応じて回転駆動系39A〜39C,39Dを介し
て、変調格子14、復調格子16、不要光除去部材1
7、及び開口絞り板5を所定の角度関係を維持して±1
80°回転できるように構成されている。以下、投影光
学系15の光軸AXに平行にz軸を取り、z軸に垂直な
平面内の直交座標系をx軸及びy軸として説明する。
The exposure light IL that has passed through the pattern 13 of the reticle 11 is subjected to a modulation diffraction grating (hereinafter referred to as "modulation grating") 14, a projection optical system 15, and a demodulation diffraction grating (hereinafter referred to as "demodulation grating"). 16) and unnecessary light removing member 1
Through 7, the light enters the surface of the wafer 18 on which the photoresist is applied. In this case, the pattern surface of the reticle 11 and the surface of the wafer 18 are conjugate with respect to the projection optical system 15, and the pattern of the reticle 11 is projected onto the wafer 12 at a predetermined projection magnification (usually, for example, 1/4, 1/5, etc.). Reduction ratio)
Is transcribed. In this case, the modulation grating 14,
The resolution of the projection image transferred onto the wafer 18 by the demodulation grating 16 and the unnecessary light removing member 17 is determined by the projection optical system 1.
The resolution is higher than the resolution determined by the numerical aperture of 5 itself. Further, there are provided rotation drive systems 39A, 39B, 39C for rotating the modulation grating 14, the demodulation grating 16, and the unnecessary light removing member 17 within a range of ± 180 ° around the optical axis AX of the projection optical system 15, respectively. The main control system 38 controls the modulation grating 14, the demodulation grating 16, the unnecessary light removing member 1 via the rotation driving systems 39A to 39C and 39D as necessary.
7, and the aperture stop plate 5 is maintained at a predetermined angular relationship ± 1.
It is configured to be able to rotate by 80 °. Hereinafter, the z-axis is set in parallel with the optical axis AX of the projection optical system 15, and the orthogonal coordinate system in a plane perpendicular to the z-axis is described as the x-axis and the y-axis.

【0020】このとき、レチクル11はx方向、y方向
及び回転方向に微動可能なレチクルステージ12上に保
持されている。レチクルステージ12の位置は外部のレ
ーザ干渉計(不図示)によって高精度に計測され、その
計測値に基づいて主制御系38がレチクルステージ12
の位置を制御している。一方、ウエハ18は不図示のウ
エハホルダを介してx方向、y方向に移動自在なウエハ
ステージ19上に載置されている。ウエハステージ19
の位置も不図示のレーザ干渉計により高精度に計測さ
れ、この計測結果に基づいて主制御系38がウエハステ
ージ19の位置を制御している。そして、フォトレジス
トが塗布されたウエハ18をウエハステージ19上にロ
ードしてアライメントを行った後、ウエハステージ19
によりウエハ18の各ショット領域を投影光学系15の
露光フィールド内に移動する動作と、露光動作とがステ
ップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、レチクル
11上のパターンの像がウエハ18上の各ショット領域
に転写される。その後、現像工程及びパターン形成工程
等を経ることによって、ウエハ18の各ショット領域に
レチクル11のパターンに対応する回路パターンが形成
される。
At this time, the reticle 11 is held on a reticle stage 12 that can be finely moved in the x direction, the y direction, and the rotation direction. The position of reticle stage 12 is measured with high accuracy by an external laser interferometer (not shown), and main control system 38 controls reticle stage 12 based on the measured values.
Is controlling the position. On the other hand, the wafer 18 is placed on a wafer stage 19 that is movable in the x and y directions via a wafer holder (not shown). Wafer stage 19
Is precisely measured by a laser interferometer (not shown), and the main control system 38 controls the position of the wafer stage 19 based on the measurement result. Then, the wafer 18 coated with the photoresist is loaded on the wafer stage 19 to perform alignment.
The operation of moving each shot area of the wafer 18 into the exposure field of the projection optical system 15 and the exposure operation are repeated in a step-and-repeat manner, so that the image of the pattern on the reticle 11 is It is transferred to the shot area. Thereafter, a circuit pattern corresponding to the pattern of the reticle 11 is formed in each shot area of the wafer 18 through a developing step, a pattern forming step, and the like.

【0021】次に、本例において解像力を向上させるた
めの機構につき詳細に説明する。ここでは一例として、
レチクル11のパターン面の転写対象のパターンは、x
方向に小さいピッチで配列された周期的なパターン13
であるとする。図2(b)は、空間周波数領域でのその
パターン13の空間周波数分布の一例を示し、この図2
(b)に示すように、パターン13の空間周波数成分は
x方向を長手方向とする長円領域21に分布している。
また、図2(c)は投影光学系15によるレチクル11
のパターン面に対する光学的フーリエ変換面(瞳面)を
示し、円形領域24は投影光学系15の開口数に対応し
ており、投影光学系15を通過できる結像光束の範囲は
円形領域24の内部である。この場合、パターン13の
空間周波数分布に対応する長円領域21の両端部は円形
領域24からはみ出しているため、そのままではパター
ン13のx方向の高い空間周波数成分は投影光学系15
を通過できない。従って、このパターン13の解像力を
向上させるべき方向はx方向である。
Next, a mechanism for improving the resolving power in this embodiment will be described in detail. Here, as an example,
The pattern to be transferred on the pattern surface of the reticle 11 is x
Periodic pattern 13 arranged at a small pitch in the direction
And FIG. 2B shows an example of the spatial frequency distribution of the pattern 13 in the spatial frequency domain.
As shown in (b), the spatial frequency components of the pattern 13 are distributed in an oval region 21 whose longitudinal direction is the x direction.
FIG. 2C shows the reticle 11 by the projection optical system 15.
The circular area 24 corresponds to the numerical aperture of the projection optical system 15, and the range of the imaging light flux that can pass through the projection optical system 15 is Inside. In this case, since both ends of the oval region 21 corresponding to the spatial frequency distribution of the pattern 13 protrude from the circular region 24, the high spatial frequency component of the pattern 13 in the x direction is left as it is.
Can not pass. Therefore, the direction in which the resolving power of the pattern 13 should be improved is the x direction.

【0022】そのため、図1の照明光学系の開口絞り板
5は、解像力を向上させるべき方向(x方向)に対応さ
せて、2つの円形の開口6A,6Bがx方向に沿って配
列されるように回転角が設定してある。これによってレ
チクル11からx方向に大きな回折角で射出される光束
の強度が大きくなり、明るい像が得られる。また、変調
格子14は、図2(a)に示すようにピッチdの振幅型
回折格子であり、そのピッチ方向(周期方向)は解像力
を向上させるべき方向(x方向)に対してウエハ18か
ら見て反時計周りに角度θ(0<θ<π/2)だけ回転
した矢印25で示す方向に設定してある。同様に、復調
格子16は、図3(a)に示すようにピッチd2の振幅
型回折格子であり、そのピッチ方向(周期方向)はx方
向に対してウエハ18から見て反時計周りに角度θだけ
回転した矢印27で示す方向に設定してある。また、本
例の投影光学系15はウエハ18側にテレセントリック
であり、不要光除去部材17は、図6に示すように、解
像力を向上させるべき方向(x方向)に対して直交する
y方向に遮光板31A,31B,31C,…を所定間隔
で配列して構成されている。遮光板31A,31B,…
はそれぞれxz平面に平行であり、これによって、投影
光学系15の光軸AX(z軸に平行な軸)に対してy方
向に所定角度以上傾斜した光束が遮光される。
Therefore, in the aperture stop plate 5 of the illumination optical system shown in FIG. 1, two circular openings 6A and 6B are arranged along the x direction so as to correspond to the direction in which the resolving power is to be improved (x direction). The rotation angle is set as follows. As a result, the intensity of the light beam emitted from the reticle 11 at a large diffraction angle in the x direction increases, and a bright image is obtained. The modulation grating 14 is an amplitude type diffraction grating having a pitch d as shown in FIG. 2A, and its pitch direction (periodic direction) is shifted from the wafer 18 with respect to the direction in which the resolving power is to be improved (x direction). It is set in a direction indicated by an arrow 25 rotated counterclockwise by an angle θ (0 <θ <π / 2). Similarly, the demodulation grating 16 is an amplitude type diffraction grating having a pitch d2 as shown in FIG. 3A, and its pitch direction (periodic direction) is counterclockwise as viewed from the wafer 18 with respect to the x direction. It is set in the direction shown by the arrow 27 rotated by θ. Further, the projection optical system 15 of this example is telecentric on the wafer 18 side, and the unnecessary light removing member 17 is arranged in the y direction orthogonal to the direction in which the resolving power is to be improved (x direction), as shown in FIG. The light shielding plates 31A, 31B, 31C,... Are arranged at predetermined intervals. Light shielding plates 31A, 31B, ...
Are respectively parallel to the xz plane, whereby light beams inclined at a predetermined angle or more in the y direction with respect to the optical axis AX of the projection optical system 15 (axis parallel to the z axis) are shielded.

【0023】このような構成のもとでレチクル11のパ
ターン像の結像は次のように行われる。即ち、開口絞り
板5のx方向に配列された2つの開口6A,6Bを通過
した露光光ILは、コンデンサレンズ10等を介してレ
チクル11のパターン13を斜めに照明し、パターン1
3を通過した露光光ILは変調格子14によってx軸に
対して角度θだけ回転した方向に回折され、変調格子1
4から0次回折光、及び±1次回折光が投影光学系15
に向けて射出される。この際に、投影光学系15に入射
する回折光は、図2(c)に示すように、長円領域21
内の0次回折光、長円領域21の+1次回折光22、及
びその−1次回折光23である。+1次回折光22、及
び−1次回折光23は、x軸に対して角度θで傾斜した
直線26に沿って長円領域21を移動したような空間周
波数成分を有する。この場合、その図2(c)に示す回
折光の内で投影光学系15を通過できる光束は、図2
(d)に示すように、円形領域24内の成分21a,2
2a,23aのみである。
Under such a configuration, the pattern image of the reticle 11 is formed as follows. That is, the exposure light IL that has passed through the two openings 6A and 6B arranged in the x direction of the aperture stop plate 5 illuminates the pattern 13 of the reticle 11 obliquely via the condenser lens 10 and the like.
The exposure light IL that has passed through 3 is diffracted by the modulation grating 14 in a direction rotated by an angle θ with respect to the x-axis.
The 4th to 0th order diffracted light and ± 1st order diffracted light are projected into the projection optical system 15.
It is injected toward. At this time, the diffracted light incident on the projection optical system 15 is, as shown in FIG.
Are the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light 22 in the oval region 21, and the -1st-order diffracted light 23. The + 1st-order diffracted light 22 and the -1st-order diffracted light 23 have spatial frequency components as if they had moved along the oval region 21 along a straight line 26 inclined at an angle θ with respect to the x-axis. In this case, the luminous flux that can pass through the projection optical system 15 out of the diffracted light shown in FIG.
As shown in (d), the components 21a, 21
2a and 23a only.

【0024】次に投影光学系15を通過した露光光は、
復調格子16によってx方向に対して角度θだけ回転し
た方向に再度回折される。図3(b)は、復調格子16
によって回折される露光光の空間周波数分布を示し、こ
の図3(b)において、投影光学系15からの円形領域
24内の空間周波数成分の0次回折光と、その空間周波
数成分をx軸に対して角度θで傾斜した直線26に沿っ
て前後に移動した−1次回折光24A、及び+1次回折
光24Bとが復調格子16から射出される。この結果、
図3(b)において、0次回折光の成分21aの−x方
向には成分22aの−1次回折光22a’が生成され、
成分21aの+x方向には成分23aの+1次回折光2
3a’が生成されるため、図2(b)の元の長円領域2
1内の空間周波数成分が超解像によって復元される。と
ころが、図3(b)から分かるように、元の長円領域2
1の成分の他に、重複像に起因するy方向に不要な空間
周波数成分も生成されている。そこで、そのような重複
像を除去するために、図1の不要光除去部材17によっ
て光軸AXに対してy方向に所定角度以上傾斜した光束
を遮光する。不要光除去部材17を通過した後の露光光
の空間周波数成分からは、図3(c)に示すように、長
円領域21に対してy方向に接する領域28,29の成
分が除去されているため、ウエハ18上にはレチクル1
1のパターン13の像がx方向に高い解像力で転写され
る。即ち、本例の不要光除去部材17によって、従来の
回折格子法で必要とされていた第2の投影光学系が省略
できる。
Next, the exposure light passing through the projection optical system 15 is
The light is diffracted again by the demodulation grating 16 in a direction rotated by an angle θ with respect to the x direction. FIG. 3B shows a demodulation grating 16.
FIG. 3B shows the spatial frequency distribution of the exposure light diffracted by the diffraction optical system. In FIG. The -1st-order diffracted light 24A and the + 1st-order diffracted light 24B that have moved back and forth along the straight line 26 inclined by the angle θ are emitted from the demodulation grating 16. As a result,
In FIG. 3B, a −1st-order diffracted light 22a ′ of the component 22a is generated in the −x direction of the 0th-order diffracted light component 21a,
In the + x direction of the component 21a, the + 1st-order diffracted light 2 of the component 23a
3a 'is generated, so that the original oval region 2 in FIG.
1 are restored by super-resolution. However, as can be seen from FIG.
In addition to the one component, unnecessary spatial frequency components in the y direction due to the overlapping image are also generated. Therefore, in order to remove such an overlapped image, the light beam inclined at a predetermined angle or more in the y direction with respect to the optical axis AX by the unnecessary light removing member 17 of FIG. 1 is shielded. From the spatial frequency components of the exposure light after passing through the unnecessary light removing member 17, as shown in FIG. 3C, the components of the regions 28 and 29 that are in contact with the oval region 21 in the y direction are removed. The reticle 1 on the wafer 18
The image of the first pattern 13 is transferred with a high resolution in the x direction. That is, the unnecessary light removing member 17 of the present embodiment can omit the second projection optical system required by the conventional diffraction grating method.

【0025】その不要光除去部材17の作用について定
量的に理解し易くするために、レチクル11を通過した
光線の光路について、図1、図4及び図5を参照して光
線追跡の方法により考察する。この際に簡単のため、図
1の投影光学系15の投影倍率を1倍とする。また、x
方向がメリジオナル方向、y方向がサジタル方向となっ
ている。そして、レチクル11から方向余弦(cx,c
y,cz)で表される方向に射出される光線をaとし
て、この光線aの進行方向を次のように方向余弦のx成
分及びy成分を持つベクトルで表す。
In order to facilitate a quantitative understanding of the operation of the unnecessary light removing member 17, the optical path of the light beam passing through the reticle 11 will be examined by a ray tracing method with reference to FIGS. 1, 4 and 5. I do. At this time, for simplicity, the projection magnification of the projection optical system 15 in FIG. Also, x
The direction is the meridional direction, and the y direction is the sagittal direction. Then, the direction cosine (cx, c
Assuming that the light beam emitted in the direction represented by (y, cz) is a, the traveling direction of the light beam a is represented by a vector having the x component and the y component of the direction cosine as follows.

【0026】a=(cx,cy) (5) このとき、方向余弦のz成分czは、cx2 +cy2
cz2 =1の関係より、常に他の2つの成分cx,cy
から求めることができる。ここで解像力を向上させよう
とする方向はx方向であり、変調格子14及び復調格子
16の回折方向はx方向に対して角度θだけ傾いている
ので、光線aが変調格子14によってn次の回折光bn
になる場合、変調格子14のピッチはdであり、露光波
長をλとすると、回折光bn の進行方向は次の方向余弦
で表すことができる。
A = (cx, cy) (5) At this time, the z component cz of the direction cosine is cx 2 + cy 2 +
From the relationship of cz 2 = 1, the other two components cx and cy are always
Can be obtained from Here, the direction in which the resolving power is to be improved is the x direction, and the diffraction directions of the modulation grating 14 and the demodulation grating 16 are inclined by the angle θ with respect to the x direction. Diffracted light b n
If made, the pitch of the modulation grid 14 is d, the exposure wavelength is lambda, the traveling direction of the diffracted light b n can be expressed by the following direction cosine.

【0027】 bn =(cx’,xy’)=(cx−(nd/λ)・cos θ,cy−(nd/λ )・sin θ),(n=0,±1,±2,…) (6) 更に回折光bn が投影光学系15を通過して、復調格子
16により再び回折されて、m次の回折光cmnになった
場合、投影光学系15が等倍と仮定されているため、復
調格子16のピッチd2はdと等しく設定される。ま
た、復調格子16もその回折方向がx軸に対して角度θ
だけ傾いているので、回折光cmnの進行方向をcmn
(cx”,cy”)という方向余弦で表すと、各成分は
次のようになる。
B n = (cx ′, xy ′) = (cx− (nd / λ) · cos θ, cy− (nd / λ) · sin θ), (n = 0, ± 1, ± 2,...) (6) Further, when the diffracted light b n passes through the projection optical system 15 and is diffracted again by the demodulation grating 16 to become the m-th order diffracted light cmn , the projection optical system 15 is assumed to have the same magnification. Therefore, the pitch d2 of the demodulation grating 16 is set equal to d. The demodulating grating 16 also has a diffraction direction whose angle θ with respect to the x-axis.
And the traveling direction of the diffracted light cmn is represented by cmn =
When expressed by the direction cosine (cx ", cy"), each component is as follows.

【0028】 cx”=cx’−(md/λ)・cos θ, cy”=cy’−(md/λ)・sin θ(m=0,±1,±2,…) (7) (6)式、(7)式より、回折光cmnの進行方向は次の
ようになる。 cmn=(cx−(nd/λ)・cos θ−(md/λ)・cos θ, cy−(nd/λ)・sin θ−(md/λ)・sin θ) (8) この(8)式より明らかなように、次の関係が満たされ
ると、回折光cmnの進行方向は(5)式で表されるレチ
クル11からの光線aの進行方向(cx,cy)と同じ
になり、レチクル11上のパターン13を再現できるこ
とが分かる。
Cx ″ = cx ′ − (md / λ) · cos θ, cy ″ = cy ′ − (md / λ) · sin θ (m = 0, ± 1, ± 2,...) (7) (6) From the expressions (7) and (7), the traveling direction of the diffracted light cmn is as follows. c mn = (cx− (nd / λ) · cos θ− (md / λ) · cos θ, cy− (nd / λ) · sin θ− (md / λ) · sin θ) (8) ) as is clear from equation when the following relation is satisfied, the traveling direction of the diffracted light c mn are the same as (5) traveling direction of the light beam a from the reticle 11 of the formula (cx, cy) It can be seen that the pattern 13 on the reticle 11 can be reproduced.

【0029】n+m=0 (9) この場合、強度の強い0次回折光と±1次回折光のみを
考えると、(9)式を満たす回折次数n,mの組み合わ
せは、(n=0,m=0)と、(n=1,m=−1)
と、(n=−1,m=1)との3通りある。本例では、
主にこれらの3通りの回折次数の組み合わせによってレ
チクルのパターンを再現する。しかし、(9)式を満足
しない回折光は、重複像を形成する余分の回折光であ
り、これらを除去する必要があり、そのための光学部材
として復調格子16とウエハ18との間に不要光除去部
材17が配置されている。
N + m = 0 (9) In this case, considering only the strong 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light, the combination of the diffraction orders n and m satisfying the expression (9) is (n = 0, m = 0) and (n = 1, m = -1)
And (n = -1, m = 1). In this example,
The pattern of the reticle is reproduced mainly by a combination of these three diffraction orders. However, the diffracted light that does not satisfy the expression (9) is an extra diffracted light that forms an overlapped image, and it is necessary to remove these. Therefore, an unnecessary light between the demodulation grating 16 and the wafer 18 as an optical member for that purpose. A removing member 17 is provided.

【0030】ここで、レチクル11からきた光線aの進
行方向が、a=(cx,0)で表される場合、(6)式
より変調格子14を通過した回折光bn の進行方向は次
のようになる。 bn =(cx-(nd/λ)・cos θ,(-nd/λ)・sin θ) (10) n=1の場合、この回折光bn が光軸AXとなす角度の
正弦は、次のようになる。
[0030] Here, the traveling direction of the light beam a coming from the reticle 11, a = (cx, 0) if represented by the traveling direction of the diffracted light b n passing through the modulation grid 14 from (6) Next become that way. b n = (cx− (nd / λ) · cos θ, (−nd / λ) · sin θ) (10) When n = 1, the sine of the angle formed by the diffracted light b n with the optical axis AX is: It looks like this:

【0031】 [{cx−(d/λ)・cos θ}2+{(d/λ)・sin θ}21/2 (11) 従って、この場合の正弦がレチクル11からの光線aの
入射角の正弦よりも小さくなれば、レチクル11から出
射した光線の開口数よりも小さな開口数の光線を投影光
学系15に通過させることができ、解像力向上につなが
る。つまり、次の条件を満足するとき、解像力向上が期
待できる。
[{Cx− (d / λ) · cos θ} 2 + {(d / λ) · sin θ} 2 ] 1/2 (11) Accordingly, the sine of the light beam a from the reticle 11 is If the sine of the incident angle is smaller than the sine, the light beam having a smaller numerical aperture than the light beam emitted from the reticle 11 can pass through the projection optical system 15, which leads to an improvement in resolution. That is, when the following condition is satisfied, improvement in resolution can be expected.

【0032】 cx2 −2(d/λ)・cx・cos θ+(d/λ)2 <cx2 (12) これを解くと、次式が得られる。 d<2λ・cx・cos θ (13) 図4は、レチクル11を出射した光線、及び変調格子1
4によって回折された回折光のそれぞれのx方向及びy
方向の方向余弦を表す図であり、この図4を参照してx
方向に配列された周期的パターンの限界解像力を向上さ
せようとする方法につき説明する。また、図1の投影光
学系15の開口数NAをsin βとして、図4の円周30
は、半径がsin β(=NA)の円周を表している。即
ち、円周30の内部が投影光学系15を通過できる光線
の方向余弦を表す。また、図4において円周30の中心
(光軸AX)をx軸及びy軸の原点Oとして、原点Oか
らx方向にレチクル11からの光線の方向余弦のx成分
cxだけ離れた点をA、線分OAと円周30とが交差す
る点をPとすると、線分OAのような方向余弦の幅を持
つ光束の内、線分PAの範囲内の方向余弦の光線は通常
は投影光学系15を通過できない。しかし、本例では、
g軸のように、x軸に対してウエハから見て反時計周り
に角度θだけ傾いた方向に光束を回折させる変調格子1
4が設けられており、それにより回折された−1次回折
光を考えると、方向余弦のx成分、y成分が(0,0)
の光線aの−1次回折光b-1の方向余弦は(−(d/
λ)・cos θ,−(d/λ)・sin θ)になる。即ち、図4
で光線aに対応する点Oがg軸に沿った点O’に移る。
Cx 2 −2 (d / λ) · cx · cos θ + (d / λ) 2 <cx 2 (12) By solving this, the following equation is obtained. d <2λ · cx · cos θ (13) FIG. 4 shows the light beam emitted from the reticle 11 and the modulation grating 1
4 in the respective x and y directions of the diffracted light diffracted by
FIG. 5 is a diagram showing a direction cosine of a direction, and with reference to FIG.
A method for improving the critical resolution of a periodic pattern arranged in a direction will be described. Further, assuming that the numerical aperture NA of the projection optical system 15 in FIG.
Represents a circumference having a radius of sin β (= NA). That is, the inside of the circumference 30 represents the direction cosine of the light beam that can pass through the projection optical system 15. In FIG. 4, the center (optical axis AX) of the circumference 30 is defined as the origin O of the x-axis and the y-axis, and a point separated by x component cx of the direction cosine of the light beam from the reticle 11 in the x direction from the origin O is denoted by A. Assuming that a point at which the line segment OA intersects the circumference 30 is P, of the luminous flux having the direction cosine width like the line segment OA, the light beam of the direction cosine within the range of the line segment PA is usually projection optics. Cannot pass through system 15. However, in this example,
A modulation grating 1 that diffracts a light beam in a direction inclined by an angle θ counterclockwise as viewed from the wafer with respect to the x axis, such as the g axis.
4 is provided, and considering the -1st-order diffracted light diffracted thereby, the x component and the y component of the direction cosine are (0, 0).
The direction cosine of the −1st-order diffracted light b −1 of the light ray a is (− (d /
λ) · cos θ and − (d / λ) · sin θ). That is, FIG.
Moves the point O corresponding to the ray a to a point O 'along the g-axis.

【0033】また、方向余弦が(sin β,0)の光線a
の−1次回折光b-1の方向余弦は(sin β−(d/λ)・
cos θ,−(d/λ)・sin θ)になる。即ち、図4で、
この光線aに対応する点Pがg軸に平行に点Qに移動す
る。同様に、方向余弦が(cx,0)の光線aの−1次
回折光b-1の方向余弦は(cx−(d/λ)・cos θ,−
(d/λ)・sin θ)になり、図4でこの光線aに対応す
る点Aがg軸に平行に点Bに移動する。つまり、−1次
回折によって、線分PAの範囲に方向余弦を持つ光線の
方向余弦は線分QBの範囲に移動して、半径がsin βの
円周30内に入り、投影光学系15を透過できるように
なる。従って、解像力を向上できる。また、線分OPの
範囲の方向余弦を持つ光線は0次回折光としても投影光
学系15を通過できるので、−1次回折によって方向余
弦が線分O’Qの範囲内となった光線が投影光学系15
を通過できなくてもよい。従って、線分O’Qの長さは
sin βであればよい。図4の三角形OBQにおいて、三
平方の定理を用いると次のようになる。
A ray a having a direction cosine of (sin β, 0)
The direction cosine of the −1st-order diffracted light b −1 is (sin β− (d / λ) ·
cos θ, − (d / λ) · sin θ). That is, in FIG.
The point P corresponding to the light ray a moves to the point Q in parallel with the g axis. Similarly, the direction cosine of the −1st-order diffracted light b −1 of the ray a having the direction cosine of (cx, 0) is (cx− (d / λ) · cos θ, −
(D / λ) · sin θ), and the point A corresponding to the light ray a in FIG. 4 moves to the point B in parallel with the g axis. That is, due to the −1st-order diffraction, the direction cosine of the ray having the direction cosine in the range of the line segment PA moves to the range of the line segment QB, enters the circumference 30 having a radius of sin β, and moves the projection optical system 15 It can be transmitted. Therefore, the resolution can be improved. Also, a ray having a direction cosine in the range of the line segment OP can pass through the projection optical system 15 even as a 0th-order diffracted light, so that a ray whose direction cosine falls within the range of the line segment O′Q due to −1st-order diffraction is projected. Optical system 15
It may not be possible to pass through. Therefore, the length of the line segment O'Q is
It should be sin β. In the triangle OBQ of FIG. 4, the following is obtained by using the theorem of three squares.

【0034】 {(d/λ)・cos θ−sin β}2+{(d/λ)・sin θ}2=sin2β (14) これを解くと次のようになる。 d/λ=2cos θ・sin β (15) これが投影光学系15の開口数NA(=sin β)と変調
格子14の回折方向を示す角度θとの関係式となり、本
例の変調格子14は(15)式を満たすように構成され
ている。この場合、cx>sin β であるため、(1
5)式が成立すると、(13)式が成立して解像力が向
上する。
{(D / λ) · cos θ−sin β} 2 + {(d / λ) · sin θ} 2 = sin 2 β (14) Solving this gives the following. d / λ = 2 cos θ · sin β (15) This is a relational expression between the numerical aperture NA of the projection optical system 15 (= sin β) and the angle θ indicating the diffraction direction of the modulation grating 14. It is configured to satisfy Expression (15). In this case, since cx> sin β, (1
When the expression (5) is satisfied, the expression (13) is satisfied and the resolution is improved.

【0035】そして、x軸に対してウエハ側から見て反
時計方向に角度θだけ傾斜した方向をピッチ方向とする
復調格子16での+1次回折によって、図4の線分QB
の範囲に方向余弦のある光線の方向余弦は線分PAの範
囲になり、元の線分OAの範囲の方向余弦の光束を再現
できるが、復調格子16による0次回折光の方向余弦は
線分QBの範囲のままである。そこで、その線分QBの
範囲に方向余弦のある光線は、ウエハ上に結像しないよ
うに除去する必要がある。
Then, the + 1st-order diffraction at the demodulation grating 16 whose pitch direction is the direction inclined at an angle θ in a counterclockwise direction as viewed from the wafer side with respect to the x-axis causes the line segment QB in FIG.
The direction cosine of a ray having a direction cosine is in the range of the line segment PA, and the luminous flux of the direction cosine in the range of the original line segment OA can be reproduced. However, the direction cosine of the 0th-order diffracted light by the demodulation grating 16 is It remains in the range of QB. Therefore, light rays having a direction cosine in the range of the line segment QB need to be removed so as not to form an image on the wafer.

【0036】この場合、y方向に−(d/λ)・sin θ以
下(絶対値では以上)の方向余弦を持つ光線をウエハ上
に結像させないようにしなければいけないが、光束のy
方向の方向余弦の広がりを考えると、少なくとも−{d
/(2λ)}・sinθ以下の方向余弦の光線をウエハ上に結
像させないようにする必要がある。また前記と同様に、
変調格子14による+1次回折光が、復調格子16によ
って−1次回折光と0次回折光とになった場合を考える
と、y方向に+(d/λ)・sin θ以上の方向余弦の光線
をウエハ上に結像させないようにする必要があることが
分かる。この場合にも、同様に光束のy方向の方向余弦
の広がりを考えると、少なくとも+{d/(2λ)}・sin
θ以上の方向余弦の光線をウエハ上に結像させないよう
にする必要がある。つまり、不要光除去部材17では、
y方向の方向余弦cyが、次の範囲を満たす光線をウエ
ハ上に結像させないように除去すればよい。
In this case, it is necessary to prevent a light ray having a direction cosine of-(d / λ) · sin θ or less (more than an absolute value) in the y direction from being imaged on the wafer.
Considering the spread of the direction cosine of the direction, at least-{d
/ (2λ)} · sin θ It is necessary to prevent light rays having a direction cosine of less than from being imaged on the wafer. Also, as before,
Considering the case where the + 1st-order diffracted light from the modulation grating 14 is converted into the -1st-order diffracted light and the 0th-order diffracted light by the demodulation grating 16, a light beam having a direction cosine of + (d / λ) · sin θ or more in the y direction is formed on the wafer. It can be seen that it is necessary not to image on top. In this case as well, considering the spread of the direction cosine of the light beam in the y direction, at least + {d / (2λ)} · sin
It is necessary to prevent light rays having a direction cosine of θ or more from being imaged on the wafer. That is, in the unnecessary light removing member 17,
It is sufficient to remove the light beam whose direction cosine cy in the y direction satisfies the following range so as not to form an image on the wafer.

【0037】cy≧+{d/(2λ)}・sinθ、又は cy≦−{d/(2λ)}・sinθ (16) このため、図6に示すように、本例の不要光除去部材1
7はzx平面に平行な遮光板31A,31B,…をy方
向に一定間隔で配列して構成されている。それらの遮光
板31A,31B,…のy方向の間隔をdsとし、それ
らの遮光板の光軸方向の長さをhとすると、それらの遮
光板を通過できる光線R1,R2,R3,…のy方向へ
の傾斜角の最大値α’は、h・tan α’=ds を満た
す。このとき、y方向の方向余弦が±{d/(2λ)}・s
inθの範囲外の光線を通過させないようにするために
は、その傾斜角の最大値α’がsin -1[{d/(2
λ)}・sin θ](これをαとする)以下となればよいの
で、次式が成立するように間隔dsを定める必要があ
る。
Cy ≧ + {d / (2λ)} · sin θ or cy ≦ − {d / (2λ)} · sin θ (16) For this reason, as shown in FIG.
Reference numeral 7 is configured by arranging light shielding plates 31A, 31B,... Parallel to the zx plane at regular intervals in the y direction. When the distance between the light shielding plates 31A, 31B,... In the y direction is ds, and the length of the light shielding plates in the optical axis direction is h, the light rays R1, R2, R3,. The maximum value α ′ of the inclination angle in the y direction satisfies h · tan α ′ = ds. At this time, the direction cosine in the y direction is ± {d / (2λ)} · s
In order to prevent light rays outside the range of inθ from passing, the maximum value α ′ of the inclination angle is sin −1 [{d / (2
λ)} · sin θ] (this is α) or less, so the interval ds needs to be determined so that the following equation is satisfied.

【0038】 ds≦h・tan[sin-1{d・sin θ/(2λ)}]=h・tan α (17) この際に、ds=h・tan α が成立する場合には、y
方向に角度α以上傾斜した光線は、多数の遮光板31
A,31B,…によって遮蔽されて、ウエハ上には結像
しない。また、間隔dsは波動光学的な解像限界である
0.1μm程度よりも充分大きい必要があるため、間隔
dsは10μm以上であることが必要である。一方、間
隔dsがあまりに大きくなると、y方向の結像位置によ
って照度むらが起こるため、間隔dsはウエハ近傍での
投影光学系15のレンズの有効径である10〜20mm
よりも充分小さいことが望ましく、この点からは間隔d
sは100μm以下であることが望ましい。従って、総
合的に間隔dsは100μm〜10μmの範囲内である
ことが望ましい。
Ds ≦ h · tan [sin −1 {d · sin θ / (2λ)}] = h · tan α (17) At this time, if ds = h · tan α, then y
The light beam inclined at an angle α or more in the direction
A, 31B,... Do not form an image on the wafer. Further, since the interval ds needs to be sufficiently larger than the wave optical resolution limit of about 0.1 μm, the interval ds needs to be 10 μm or more. On the other hand, if the interval ds is too large, illuminance unevenness occurs depending on the image forming position in the y direction.
Smaller than the distance d.
s is desirably 100 μm or less. Therefore, it is desirable that the distance ds be in the range of 100 μm to 10 μm.

【0039】このような不要光除去部材17の具体的な
構成としては、金属をエッチングして上記のような遮光
板31A,31B,…を形成したものが使用できる。ま
た、遮光板の代わりに遮光帯を使用してもよく、このよ
うな遮光帯としては、使用波長に対して透明な媒質内に
遮光媒質を埋め込むような構造にしたものが考えられ
る。但し、透明な媒質の内部に遮光帯を配置する場合、
遮光帯が光線を吸収して発熱すれば、透明な媒質の屈折
率が変動し、それによってウエハ上に結像する光束の収
差が変動する恐れがあるので、遮光帯は露光光を吸収す
ることなく散乱することが望ましい。
As a specific configuration of such an unnecessary light removing member 17, a member formed by etching metal to form the above-mentioned light shielding plates 31A, 31B,... Can be used. Further, a light-shielding band may be used instead of the light-shielding plate. As such a light-shielding band, one having a structure in which a light-shielding medium is embedded in a medium transparent to a used wavelength can be considered. However, when placing a light-shielding band inside a transparent medium,
If the light-shielding band absorbs light and generates heat, the refractive index of the transparent medium fluctuates, which may fluctuate the aberration of the light beam imaged on the wafer. It is desirable to scatter without.

【0040】なお、そのようにy方向の方向余弦が±
{d/(2λ)}・sinθの範囲外の光線をウエハ上に結像
させないようにする不要光除去部材17としては、複数
のプリズムを組み合わせた光学系を使用して、1つのプ
リズムから臨界角以上で出射しようとする光線が全反射
するという現象を利用することもできる。図7は、不要
光除去部材17として使用できる複数のプリズムを示
し、この図7において、図1の復調格子16からの光線
R1〜R4が、光軸AXに垂直な平面を入射側に向けた
第1のプリズム32に入射している。この第1のプリズ
ム32からウエハ18に向かって順に、第1のプリズム
32の傾斜面とほぼ同じ角度だけ傾斜した面を入射側に
し、その傾斜角とほぼ同じ角度で反対方向に傾斜させた
面を出射側にした第2のプリズム33、及び第2のプリ
ズム33の出射側の傾斜面とほぼ同じ角度だけ傾斜した
面を入射側にし、光軸AXと垂直な面を出射側にした第
3のプリズム34が配置されている。これらのプリズム
32〜34の光軸AXに垂直でない面の傾斜方向は全て
y方向であり、プリズム32〜34の臨界角により、y
方向においてその方向余弦が±{d/(2λ)}・sinθ以
上の光軸AXに対する傾き角が大きな光線はウエハ18
上に到達しない。
It is to be noted that the direction cosine in the y direction is ±
As the unnecessary light removing member 17 for preventing light rays outside the range of {d / (2λ)} · sin θ from being imaged on the wafer, an optical system combining a plurality of prisms is used, It is also possible to use a phenomenon that a light beam that is going to be emitted at an angle or more is totally reflected. FIG. 7 shows a plurality of prisms that can be used as the unnecessary light removing member 17. In FIG. 7, light rays R1 to R4 from the demodulation grating 16 in FIG. 1 have a plane perpendicular to the optical axis AX directed to the incident side. The light is incident on the first prism 32. In the order from the first prism 32 toward the wafer 18, the surface inclined at the same angle as the inclined surface of the first prism 32 is set to the incident side, and the surface is inclined in the opposite direction at the same angle as the inclined angle. The second prism 33 having the first side as the exit side, and the third side in which the plane inclined by substantially the same angle as the inclined side on the exit side of the second prism 33 is set as the entrance side, and the plane perpendicular to the optical axis AX is set as the exit side. Are disposed. The inclination directions of the surfaces of the prisms 32 to 34 that are not perpendicular to the optical axis AX are all the y direction.
A light beam having a large inclination angle with respect to the optical axis AX whose direction cosine is ± {d / (2λ)} · sin θ or more in the direction
Do not reach the top.

【0041】即ち、図7において、y方向の方向余弦が
±{d/(2λ)}・sinθの範囲内の光線R2,R3はプ
リズム32,33,34を介してもウエハ18上に入射
するが、光線R1は{d/(2λ)}・sinθ以上のy方向
の方向余弦を有する光線であるため、プリズム32の出
射側の面に臨界角以上で入射して、全反射されて光線
R’1になってウエハ18の表面には達しない。また、
光線R4は、−{d/(2λ)}・sinθ以下のy方向の方
向余弦を有する光線であるため、プリズム33の出射側
の面に臨界角以上の入射角で入射して、全反射されて光
線R’4になってウエハ18の表面には達しない。
That is, in FIG. 7, light rays R2 and R3 having a direction cosine in the y direction within a range of ± {d / (2λ)} · sin θ are incident on the wafer 18 via the prisms 32, 33 and 34. However, since the ray R1 is a ray having a direction cosine in the y direction of {d / (2λ)} · sin θ or more, the ray R1 is incident on the exit-side surface of the prism 32 at a critical angle or more, is totally reflected, and the ray R It becomes' 1 and does not reach the surface of the wafer 18. Also,
Since the ray R4 is a ray having a direction cosine in the y direction of − {d / (2λ)} · sin θ or less, the ray R4 is incident on the exit-side surface of the prism 33 at an incidence angle equal to or greater than the critical angle, and is totally reflected. As a result, the light ray R'4 does not reach the surface of the wafer 18.

【0042】投影光学系15の開口数NAが小さい場
合、傾斜角がsin -1[{d/(2λ)}・sinθ]以上の光
線をウエハ上に結像させないためには、プリズム32〜
34の傾斜角を大きくしないと臨界角が前記のようにな
らない。プリズム32〜34の臨界角を大きくすると、
投影光学系15からウエハ18までの距離を大きく取ら
なければならず、そのような投影光学系15を設計する
ことは困難である。従って、臨界角以内でも全反射させ
るような著しく角度特性が異なるようなコーティングを
プリズムの傾斜面に施すことが望ましい。
When the numerical aperture NA of the projection optical system 15 is small, in order to prevent light rays having an inclination angle of not less than sin -1 [{d / (2λ)} · sin θ] from being imaged on the wafer, the prisms 32 to
If the inclination angle of 34 is not increased, the critical angle will not be as described above. When the critical angle of the prisms 32-34 is increased,
It is necessary to increase the distance from the projection optical system 15 to the wafer 18, and it is difficult to design such a projection optical system 15. Therefore, it is desirable to apply a coating on the inclined surface of the prism that has significantly different angular characteristics such that total reflection occurs even within a critical angle.

【0043】なお、それらのプリズム32,33,34
を偏光ビームスプリッタとしてもよい。これらの偏光ビ
ームスプリッタは光軸AXに対して傾斜している面の傾
斜方向に平行な方向(y方向)の偏光成分(P偏光)を
透過し、その傾斜方向に垂直な方向(x方向)の偏光成
分(S偏光)を反射するものである。ところが、本例で
は周期的パターンの周期方向(x方向)に対して偏光ビ
ームスプリッタの傾斜方向(y方向)が垂直であり、P
偏光がウエハ上に結像することは、x方向の偏光成分が
除去されることになるため、通常の自然光よりも解像力
が向上することになり都合がよい。
The prisms 32, 33, 34
May be used as a polarizing beam splitter. These polarization beam splitters transmit a polarization component (P-polarized light) in a direction (y direction) parallel to the direction of inclination of the surface inclined with respect to the optical axis AX, and a direction (x direction) perpendicular to the direction of inclination. (S-polarized light). However, in this example, the inclination direction (y direction) of the polarizing beam splitter is perpendicular to the periodic direction (x direction) of the periodic pattern, and P
When the polarized light forms an image on the wafer, the polarization component in the x direction is removed, so that the resolution is improved as compared with ordinary natural light, which is convenient.

【0044】また、上述の実施の形態では、変調格子1
4及び復調格子16としては、通常の振幅型回折格子が
使用されていたが、回折効率の点からは位相型回折格子
を使用することが望ましい。このように位相型回折格子
を使用した場合には、0次回折光が殆ど発生しないた
め、以下で図5を参照して説明するように結像が行われ
る。
In the above embodiment, the modulation grating 1
Although a normal amplitude type diffraction grating is used as 4 and the demodulation grating 16, it is desirable to use a phase type diffraction grating from the viewpoint of diffraction efficiency. When the phase-type diffraction grating is used as described above, almost no zero-order diffracted light is generated, so that an image is formed as described below with reference to FIG.

【0045】図5は、図4に対応してレチクル11を出
射した光線、及び変調格子14(ここでは位相型回折格
子が使用されている)によって回折された回折光のそれ
ぞれのx方向及びy方向の方向余弦を表す図であり、こ
の図5において、半径がsinβ(=NA)の円周30の
内部が投影光学系15を通過できる光線の方向余弦を表
している。この図5において、レチクル11から射出さ
れてx方向のみに方向余弦が延びた線分OAの範囲内の
光束の内で、線分PAの範囲内に方向余弦のある光束
は、sin β以上のx方向の方向余弦があるため、そのま
までは投影光学系15を通過できない。これに対して、
変調格子14による0次回折光は存在しないため、線分
OA内に方向余弦のある光束は、変調格子14によって
−1次回折光と+1次回折光との2方向のみに回折さ
れ、線分OA内に方向余弦のある光束の−1次回折光の
方向余弦は、x軸に対して角度θだけ傾斜したg軸に沿
って移動して線分O’B内になる。
FIG. 5 shows the x-axis and y-axis of the light beam emitted from the reticle 11 corresponding to FIG. 4 and the diffracted light diffracted by the modulation grating 14 (a phase type diffraction grating is used here). FIG. 5 is a diagram illustrating the direction cosine of the direction. In FIG. 5, the direction cosine of a light beam that can pass through the projection optical system 15 inside the circumference 30 having a radius of sin β (= NA) is illustrated. In FIG. 5, among the light fluxes emitted from the reticle 11 and extending in the direction cosine only in the x direction and within the range of the line segment OA, the light flux having the direction cosine in the range of the line segment PA is equal to or more than sin β. Since there is a direction cosine in the x direction, the light cannot pass through the projection optical system 15 as it is. On the contrary,
Since the 0th-order diffracted light by the modulation grating 14 does not exist, a light flux having a direction cosine in the line segment OA is diffracted by the modulation grating 14 in only two directions of the -1st-order diffracted light and the + 1st-order diffracted light. The direction cosine of the -1st-order diffracted light of the light beam having the direction cosine moves along the g-axis inclined by an angle θ with respect to the x-axis and falls within the line segment O′B.

【0046】ここで、位相型回折格子としての変調格子
14のピッチをd、露光波長をλとすると、図5におい
て方向余弦が(0,0)の光線aは、−1次回折によっ
て、方向余弦が(−{d/(2λ)}・cosθ,−{d/
(2λ)}・sinθ)の回折光b-1となり、点Oが点O’に
移る。また、方向余弦が(sin β,0)の光線aは、−
1次回折によって、方向余弦が(sin β−{d/(2
λ)}・cosθ,−{d/(2λ)}・sinθ)の回折光b-1
なり、点Pが点Qに移る。同様に、方向余弦が(cx,
0)の光線aは、方向余弦が(cx−{d/(2λ)}・c
osθ,−{d/(2λ)}・sinθ)の回折光b-1となり、
点Aが点Bに移る。
Here, assuming that the pitch of the modulation grating 14 as a phase type diffraction grating is d and the exposure wavelength is λ, the light ray a having the direction cosine (0, 0) in FIG. The cosine is (-{d / (2λ)} · cos θ,-{d /
(2λ)} · sinθ) diffracted light b -1 next to the point O moves to point O '. The ray a having the direction cosine of (sin β, 0) is −
By the first-order diffraction, the direction cosine is (sin β− {d / (2
λ)} · cosθ, - { d / (2λ)} · sinθ) diffracted light b -1 next, the point P is shifted to the point Q. Similarly, the direction cosine is (cx,
0) has a direction cosine of (cx− {d / (2λ)} · c
os θ, − {d / (2λ)} · sin θ), and becomes diffracted light b −1 ,
Point A moves to point B.

【0047】つまり、方向余弦が線分OAである光線の
−1次回折光が、線分O’Bが方向余弦である光線とな
るが、図5より明らかなように、OO’=OB=sin β
である。また、線分O’Bはx軸に平行であるため、
点Bはy軸に関して点O’と対称になり、点Bの方向余
弦は({d/(2λ)}・cosθ,−{d/(2λ)}・sin
θ)でもあるため、次式が成立する。
That is, the -1st-order diffracted light of the light beam whose direction cosine is the line segment OA is the light beam whose line segment O'B is the direction cosine. As is clear from FIG. 5, OO '= OB = sin β
It is. Also, since the line segment O'B is parallel to the x-axis,
The point B is symmetric with respect to the point O ′ with respect to the y axis, and the direction cosine of the point B is ({d / (2λ)} · cos θ, − {d / (2λ)} · sin
θ), the following equation holds.

【0048】 O’B=cx=2{d/(2λ)}・cos θ=(d/λ)・cos θ (18) 従って、レチクル11から射出される光束中で、解像力
を向上できる最大の開口数は(d/λ)・cos θである
ことが分かる。また、OO’=d/(2λ)=sin β
であるため、cxをレチクル11から射出される光束中
で解像力を向上できる最大の開口数とすると、cx=2
・sin β・cos θとなる。即ち、解像力は投影光学系1
5の開口数NAの2倍以上に向上させることはできない
が、次式が成立している範囲内で、投影光学系15のみ
による場合よりも解像力を向上できる。
O′B = cx = 2 {d / (2λ)} · cos θ = (d / λ) · cos θ (18) Accordingly, in the light beam emitted from the reticle 11, the maximum resolution can be improved. It can be seen that the numerical aperture is (d / λ) · cos θ. OO ′ = d / (2λ) = sin β
Therefore, if cx is the maximum numerical aperture capable of improving the resolving power in the light beam emitted from the reticle 11, cx = 2
・ Sin β ・ cos θ That is, the resolution is the projection optical system 1
Although the numerical aperture NA cannot be increased to twice or more, the resolving power can be improved as compared with the case where only the projection optical system 15 is used, as long as the following equation is satisfied.

【0049】2・cos θ>1 (19) しかし、位相型回折格子よりなる復調格子16を透過し
た後の回折光の内で、線分O’Bの方向余弦を持つ光束
はそれぞれ+1次回折によって線分OAの方向余弦を持
つ光束となり、−1次回折によって線分O”Cの方向余
弦を持つ光束となるが、0次回折光が存在しないので、
線分O’Bの方向余弦を持つ光束は存在しない。従っ
て、余分の重複像を除去するための不要光除去部材17
では、線分O”Cの方向余弦を持つ光束を除去すればよ
く、y方向の光束の広がりを考えても、少なくとも線分
O’B以上のy方向の方向余弦を持つ光束をウエハ上に
結像させないようにすればよい。つまり、振幅型回折格
子の場合と同様に、y方向において、±{d/(2λ)}
・sinθ以上の方向余弦の光線をウエハ上に結像させない
ようにすればよい。但し、振幅型及び位相型の回折格子
のピッチdが同一でも、位相型回折格子の±1次回折光
の回折方向の方向余弦は、振幅型回折格子のそれの半分
である。
2 · cos θ> 1 (19) However, among the diffracted light beams transmitted through the demodulation grating 16 composed of the phase type diffraction grating, the light beams having the direction cosine of the line segment O′B are respectively + 1st-order diffracted light beams. Is a light beam having a direction cosine of the line segment OA, and a -1st-order diffraction is a light beam having a direction cosine of the line segment O ″ C. However, since there is no zero-order diffracted light,
There is no light beam having the direction cosine of the line segment O'B. Therefore, the unnecessary light removing member 17 for removing the redundant image is used.
Then, it is sufficient to remove the light flux having the direction cosine of the line segment O "C, and considering the spread of the light flux in the y direction, the light flux having the y direction cosine of at least the line segment O'B is formed on the wafer. That is, as in the case of the amplitude type diffraction grating, ± {d / (2λ)} in the y direction.
It is only necessary to prevent rays of direction cosine equal to or greater than sin θ from being imaged on the wafer. However, even if the pitch d of the amplitude type and the phase type diffraction grating is the same, the direction cosine of the diffraction direction of the ± 1st-order diffracted light of the phase type diffraction grating is half of that of the amplitude type diffraction grating.

【0050】従って、図5を図4と比較しても明らかな
ように、位相型回折格子では振幅型回折格子の場合より
も、y方向に大きな方向余弦の光線をウエハ上に結像さ
せないようにすればよく、不要光除去部材17が遮光板
又は遮光帯から構成されている場合には、遮光板又は遮
光帯の光軸方向の幅hを小さくでき、不要光除去部材1
7として図7に示す複数のプリズムが使用されていれ
ば、各プリズムの傾斜角を小さくできる。即ち、余分の
重複像をウエハ上に結像させないための光学部材が作り
易くなる。
Therefore, as is apparent from a comparison of FIG. 5 with FIG. 4, the phase type diffraction grating does not form an image on the wafer with a direction cosine in the y direction larger than that of the amplitude type diffraction grating. When the unnecessary light removing member 17 is formed of a light shielding plate or a light shielding band, the width h of the light shielding plate or the light shielding band in the optical axis direction can be reduced.
If a plurality of prisms shown in FIG. 7 are used as 7, the inclination angle of each prism can be reduced. That is, it becomes easy to form an optical member for preventing an unnecessary overlapping image from being formed on the wafer.

【0051】例えば、不要光除去部材17として図7の
複数のプリズム32〜34を使用して、y方向に角度φ
以上傾斜した光線を所定のプリズムの臨界角により全反
射する場合を考えて、そのプリズムの傾斜角をψ、屈折
率をNpとすると、次の関係が成立している。 sin (φ+ψ)=1/Np (20) 具体的に、Np=1.5の場合、φ+ψ=41.81゜
となる。例えば、投影光学系15の開口数NAを0.5
6として、図4のように振幅型の回折格子を使用する場
合、{d/(2λ)}・sinθ=0.14であるとすると、
0.14以上のy方向の方向余弦を持つ光線をウエハ上
に結像させないようにすればよい。そこで、角度φは次
のようになる。
For example, by using a plurality of prisms 32 to 34 shown in FIG.
Considering the case where the inclined light beam is totally reflected at a critical angle of a predetermined prism, if the inclination angle of the prism is ψ and the refractive index is Np, the following relationship is established. sin (φ + ψ) = 1 / Np (20) Specifically, when Np = 1.5, φ + ψ = 41.81 °. For example, the numerical aperture NA of the projection optical system 15 is 0.5
Assuming that {d / (2λ)} · sin θ = 0.14 when the amplitude type diffraction grating is used as shown in FIG.
Light rays having a direction cosine of 0.14 or more in the y direction may be prevented from being imaged on the wafer. Thus, the angle φ is as follows.

【0052】 sin φ=0.14/Np=0.14/1.5 (21) これを解くと、φ=5.36°となり、そのプリズムの
傾斜角は、(20)式より、ψ=36.45゜となる。
ところが、同様に、投影光学系15の開口数NAが0.
56の場合、図5のように位相型の回折格子を用いて、
{d/(2λ)}・sinθ=0.28であるとすると、0.
28以上のy方向の方向余弦を持つ光線をウエハ上に結
像させないようにすればよいので、角度φは次のように
なる。
Sin φ = 0.14 / Np = 0.14 / 1.5 (21) When this is solved, φ = 5.36 °, and the inclination angle of the prism is given by ψ = 36.45 °.
However, similarly, the numerical aperture NA of the projection optical system 15 is set to 0.1.
In the case of 56, using a phase type diffraction grating as shown in FIG.
If {d / (2λ)} · sin θ = 0.28, then 0.
Since it is sufficient to prevent light rays having a direction cosine of 28 or more in the y direction from being imaged on the wafer, the angle φ is as follows.

【0053】 sin φ=0.28/Np=0.28/1.5 (22) これを解くと、φ=10.76°となる。従って、その
プリズムの傾斜角は、(20)式より、ψ=31.05
゜となり、振幅型回折格子よりも少ない傾斜角でよいこ
とになる。従って、位相型回折格子を使用した場合に
は、光軸方向において、それらプリズムの占める領域が
少なくて済み、その分投影光学系15の設計に余裕が出
てくる。
Sin φ = 0.28 / Np = 0.28 / 1.5 (22) When this is solved, φ = 10.76 °. Therefore, the inclination angle of the prism is given by ψ = 31.05 from equation (20).
゜, and a smaller inclination angle than that of the amplitude type diffraction grating is sufficient. Therefore, when a phase-type diffraction grating is used, the area occupied by these prisms in the optical axis direction can be reduced, and the design of the projection optical system 15 can be given a corresponding amount.

【0054】上述のように本例では、x方向への解像力
を向上できるが、転写すべきパターンには種々の方向に
微細なピッチで配列された周期的パターンが含まれてい
ることがある。このような場合には、図1において、露
光中に主制御系38は回転駆動装置39D,39A,3
9B,39Cを介して、開口絞り板5の開口6A,6B
の配列方向、変調格子14の回折方向、復調格子16の
回折方向、及び不要光除去部材17の遮光板の配列方向
を、上述の位置関係を維持して少なくとも180°回転
する。なお、±180°即ち360°回転するようにし
てもよい。これによって、あらゆる方向に配列されたパ
ターンの解像力を、投影光学系15の開口数で定まる解
像力以上に高めることができる。
As described above, in this embodiment, the resolution in the x direction can be improved, but the pattern to be transferred may include a periodic pattern arranged at a fine pitch in various directions. In such a case, in FIG. 1, during exposure, the main control system 38 controls the rotation driving devices 39D, 39A, 3
9B, 39C, the apertures 6A, 6B of the aperture stop plate 5
, The diffraction direction of the modulation grating 14, the diffraction direction of the demodulation grating 16, and the arrangement direction of the light shielding plate of the unnecessary light removing member 17 are rotated at least 180 ° while maintaining the above-described positional relationship. In addition, you may make it rotate ± 180 degrees, ie, 360 degrees. As a result, the resolving power of the patterns arranged in all directions can be increased to be higher than the resolving power determined by the numerical aperture of the projection optical system 15.

【0055】また、上述の実施の形態では、開口絞り板
5を用いて解像力を向上させるべき方向(図1ではx方
向)に傾斜した露光光でレチクル11を照明している。
これによって、レチクル11のパターン13からx方向
に大きな回折角で射出される光束の投影光学系15の瞳
面での強度が低下することがなく、高い解像力が得られ
る。そのように開口絞り板5を使用した場合に更に、レ
チクル11への露光光の傾斜角を大きくするために、特
開平5−188577号公報に開示されているように、
レチクル11の入射側にその解像力を向上させるべき方
向(x方向)をピッチ方向とする位相型の回折格子を配
置してもよい。この位相型の回折格子のピッチをdpと
すると、照明光学系からの露光光が更に方向余弦にして
λ/(2dp)だけ増減した方向から照明されることに
なる。
In the above embodiment, the reticle 11 is illuminated with the exposure light inclined in the direction in which the resolving power is to be improved (the x direction in FIG. 1) by using the aperture stop plate 5.
Thus, the intensity of the light flux emitted from the pattern 13 of the reticle 11 at a large diffraction angle in the x direction on the pupil plane of the projection optical system 15 does not decrease, and a high resolution can be obtained. When the aperture stop plate 5 is used as described above, in order to further increase the inclination angle of the exposure light to the reticle 11, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-188577,
A phase type diffraction grating whose pitch direction is the direction in which the resolving power is to be improved (x direction) may be arranged on the incident side of the reticle 11. Assuming that the pitch of the phase type diffraction grating is dp, the exposure light from the illumination optical system is further illuminated from the direction increased or decreased by λ / (2dp) as the direction cosine.

【0056】図8は、そのように位相型の回折格子を使
用して照明を行う場合の、照明光学系の瞳面(レチクル
11に対する光学的フーリエ変換面)での光源像を示
し、この図8において、開口絞り板5の開口を通常の円
形開口とした場合の円形の光源像(不図示)が、その位
相型の回折格子によってx方向に方向余弦にして±λ/
(2dp)だけシフトしてそれぞれ光源像P-1及びP1
になっている。また、図8において、投影光学系15の
入射側の瞳(投影光学系の入射側の開口数で定まる通過
可能領域)をP0 とする。更に、照明光学系の出射側の
開口数(NAIL)をsin γ、投影光学系PLの入射側の
開口数をsin βとし、次式が成立しているものとする。
FIG. 8 shows a light source image on the pupil plane (optical Fourier transform plane for the reticle 11) of the illumination optical system when illumination is performed using such a phase type diffraction grating. In FIG. 8, a circular light source image (not shown) in the case where the aperture of the aperture stop plate 5 is a normal circular aperture is converted into a direction cosine in the x direction by the phase type diffraction grating, ± λ /
(2dp) shifted to the light source images P -1 and P 1, respectively.
It has become. In FIG. 8, the pupil on the entrance side of the projection optical system 15 (the passable area determined by the numerical aperture on the entrance side of the projection optical system) is P 0 . Further, let the numerical aperture (NA IL ) on the exit side of the illumination optical system be sin γ and the numerical aperture on the entrance side of the projection optical system PL be sin β, and the following equation is satisfied.

【0057】 sin β<λ/(2dp)<sin β+sin γ (23) この場合、λ/(2dp)を(sin β+sin γ)に近付
けていくと、投影光学系15の瞳P0 と、照明光学系の
瞳面における位相型の回折格子による光源像P -1,P1
とが両端の部分のみ重なり合う。従って、図1の照明光
学系の瞳面上の開口絞り板5の開口6A,6Bの位置
を、図6の重なり領域中の小さな円形の開口Q11,Q12
(又はQ-11,Q-12)に合わせた位置にすると、レチクル
11からx方向に大きい角度で射出される露光光のみが
投影光学系15を通過でき、x方向に微細なピッチのパ
ターンが高い解像力で投影される。
Sin β <λ / (2dp) <sin β + sin γ (23) In this case, λ / (2dp) is approximated to (sin β + sin γ)
The pupil P of the projection optical system 150And the illumination optics
Light source image P by phase type diffraction grating on pupil plane -1, P1
And overlap only at the ends. Therefore, the illumination light of FIG.
Positions of apertures 6A and 6B of aperture stop plate 5 on the pupil plane of the academic system
With a small circular opening Q in the overlap region of FIG.11, Q12
(Or Q-11, Q-12), The reticle
Only the exposure light emitted from 11 at a large angle in the x direction
It can pass through the projection optical system 15 and has a fine pitch in the x direction.
Turns are projected with high resolution.

【0058】また、そのレチクル11上に設ける位相型
の回折格子のように、傾斜している露光光を優先的にウ
エハ上に結像させるような光学要素の別の例としては、
図9に示すように、レチクル11の射出側に対向するよ
うに設けた遮光用のマスク36がある。図9において、
レチクル11のパターン面にはx方向に所定ピッチで遮
光パターン35A,35B,25C,…が形成されてい
る。これに対して、レチクル11のパターン面から所定
間隔離れた位置に、遮光パターン35A,35B,35
C,…と同じ配置で、且つx方向に明暗の位相が反転し
た遮光パターン37A,37B,37C,…が形成され
たマスク36が配置されている。マスク36を用いて、
レチクル11から出射した露光光の内の傾斜している光
束のみを優先的に通過させるようにするために、レチク
ル11の射出面と遮光用のマスク36との距離をHと
し、マスク36の遮光パターンのピッチをdp’とし、
照明光学系の出射側の開口数NAILをsin γとして、次
の関係が成立すればよい。
Another example of an optical element that preferentially forms an image of a tilted exposure light on a wafer, such as a phase-type diffraction grating provided on the reticle 11, is as follows.
As shown in FIG. 9, there is a light-shielding mask 36 provided to face the emission side of the reticle 11. In FIG.
On the pattern surface of the reticle 11, light shielding patterns 35A, 35B, 25C,... Are formed at a predetermined pitch in the x direction. On the other hand, light-shielding patterns 35A, 35B, 35 are provided at positions separated by a predetermined distance from the pattern surface of reticle 11.
A mask 36 having the same arrangement as that of C and having light-shielding patterns 37A, 37B, 37C,... Using the mask 36,
In order to preferentially pass only the inclined light flux of the exposure light emitted from the reticle 11, the distance between the exit surface of the reticle 11 and the light-shielding mask 36 is set to H, and the light-shielding of the mask 36 is performed. The pitch of the pattern is dp ',
Assuming that the numerical aperture NA IL on the exit side of the illumination optical system is sin γ, the following relationship should be satisfied.

【0059】 dp’/(2tan γ)≦H<dp’/[2tan (γ−δ)] (24) 但し、角度δは0<δ<γの関係を満たす角度である。
なお、このように明暗の位相が逆転した遮光用のマスク
36を使用した場合には、それによる回折があるので、
傾斜した照明光を優先的に通過させる効率は、前記のマ
スクの入射側に配置された位相型の回折格子よりも悪
い。なお、上述の実施の形態は本発明の結像光学系を投
影露光装置に適用したものであるが、本発明の結像光学
系は光学顕微鏡等にも適用できる。このように、本発明
は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。
Dp ′ / (2 tan γ) ≦ H <dp ′ / [2 tan (γ−δ)] (24) where the angle δ is an angle satisfying the relationship 0 <δ <γ.
When the light-shielding mask 36 whose light and dark phases are reversed in this way is used, there is diffraction due to the mask 36.
The efficiency of preferentially transmitting the inclined illumination light is lower than that of the phase type diffraction grating arranged on the incident side of the mask. In the above embodiment, the image forming optical system of the present invention is applied to a projection exposure apparatus. However, the image forming optical system of the present invention can be applied to an optical microscope and the like. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明の結像光学系によれば、復調手段
からの回折光の内の不要光を除去する光学部材が設けら
れているため、1本の投影光学系だけを用いて従来の回
折格子法による限界解像力向上の技術を適用でき、周期
的パターンの限界解像力を向上できる利点がある。ま
た、必要に応じて変調手段、復調手段、及び光学部材等
を回転することによって、あらゆる方向に配列された周
期的パターンの限界解像力を向上できる利点がある。
According to the image forming optical system of the present invention, since an optical member for removing unnecessary light from the diffracted light from the demodulating means is provided, the conventional optical system uses only one projection optical system. The technique of improving the critical resolution by the diffraction grating method can be applied, and there is an advantage that the critical resolution of a periodic pattern can be improved. Further, there is an advantage that the critical resolution of periodic patterns arranged in all directions can be improved by rotating the modulating means, the demodulating means, the optical member and the like as necessary.

【0061】また、その復調手段は、投影光学系の光軸
と直交する平面内に配置された回折格子を含み、この回
折格子はその平面内において、投影像の解像力を向上さ
せるべき所定の方向に対して角度θだけ傾斜した方向に
沿って所定のピッチdの回折パターンより構成され、そ
の照明光の波長をλとして、2つの角度α1及びα2を
(2)式、(3)式で定義したときに、その光学部材
は、その復調手段からの光束の内でその投影光学系の光
軸に対する傾斜角が角度α1又はα2以内の光束を通過
させる場合には、不要な重複像が除去されて鮮明な投影
像が得られる。
The demodulating means includes a diffraction grating disposed in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system, and the diffraction grating is provided in the plane in a predetermined direction for improving the resolving power of the projected image in the plane. And a diffraction pattern having a predetermined pitch d along a direction inclined by an angle θ with respect to the angle .lambda., Where .lambda. Is the wavelength of the illumination light, and two angles .alpha.1 and .alpha.2 are defined by equations (2) and (3) When the optical member passes a light beam having an angle of inclination α1 or α2 with respect to the optical axis of the projection optical system in the light beam from the demodulating means, unnecessary overlapping images are removed. And a clear projected image can be obtained.

【0062】また、その光学部材が、それぞれ投影像の
解像力を向上させるべき方向及びその投影光学系の光軸
に平行な複数枚の平板を、その解像力を向上させるべき
方向に直交する方向に所定ピッチで配列して形成される
場合には、その光学部材を容易に且つ安価に形成でき
る。また、その光学部材が、その復調手段からの不要な
光束を除去するために、その投影光学系の第2面上の結
像領域外に向けてその不要な光束を反射させる反射面を
有する複数個のプリズムを含む場合には、有効な光束が
遮光されない利点がある。
Further, the optical member sets a plurality of flat plates parallel to the optical axis of the projection optical system in a direction perpendicular to the direction in which the resolution of the projected image is to be improved and in a direction perpendicular to the direction in which the resolution is to be improved. When the optical members are formed at a pitch, the optical members can be easily and inexpensively formed. Further, the optical member has a reflecting surface for reflecting the unnecessary light beam outside the imaging area on the second surface of the projection optical system in order to remove the unnecessary light beam from the demodulation means. In the case where the prisms are included, there is an advantage that an effective light flux is not blocked.

【0063】また、本発明の露光装置によれば、本発明
の結像光学系を備えているため、投影光学系自体の解像
力以上の解像力でマスク上のパターンを感光性基板上に
転写できる。また、本発明のデバイスの製造方法によれ
ば、本発明の結像光学系を用いて、高い解像力でマスク
上のパターンを感光性基板上に転写できる。
According to the exposure apparatus of the present invention, since the image forming optical system of the present invention is provided, the pattern on the mask can be transferred onto the photosensitive substrate with a resolution higher than the resolution of the projection optical system itself. Further, according to the device manufacturing method of the present invention, the pattern on the mask can be transferred onto the photosensitive substrate with high resolution using the imaging optical system of the present invention.

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

【図1】本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を示
す一部を切り欠いた斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a projection exposure apparatus according to an example of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の変調格子14の作用の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of a modulation grating 14 of FIG.

【図3】図1の復調格子16の作用の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation of a demodulation grating 16 of FIG. 1;

【図4】本発明の実施の形態において、変調格子14及
び復調格子16が振幅型回折格子である場合の、各回折
光の光軸に垂直な方向の方向余弦を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a direction cosine of a direction perpendicular to the optical axis of each diffracted light when the modulation grating 14 and the demodulation grating 16 are amplitude type diffraction gratings in the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態において、変調格子14及
び復調格子16が位相型回折格子である場合の、各回折
光の光軸に垂直な方向の方向余弦を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a direction cosine of a direction perpendicular to the optical axis of each diffracted light when the modulation grating 14 and the demodulation grating 16 are phase diffraction gratings in the embodiment of the present invention.

【図6】図1の不要光除去部材17の一例を示す側面図
である。
FIG. 6 is a side view showing an example of the unnecessary light removing member 17 of FIG.

【図7】図1の不要光除去部材17として使用できる複
数のプリズムを示す側面図である。
FIG. 7 is a side view showing a plurality of prisms that can be used as the unnecessary light removing member 17 of FIG.

【図8】傾斜している照明光を優先的にウエハ上に結像
させるような光学要素の一例の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of an optical element that preferentially forms an image of an inclined illumination light on a wafer.

【図9】傾斜している照明光を優先的にウエハ上に結像
させるような光学要素の他の例の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of another example of an optical element that preferentially forms an image of an inclined illumination light on a wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 開口絞り板 11 レチクル 14 変調用の回折格子(変調格子) 15 投影光学系 16 復調用の回折格子(復調格子) 17 不要光除去部材 18 ウエハ 19 ウエハステージ 31A,31B,…,31E 遮光板 32,33,34 プリズム 38 主制御系 39A〜39D 回転駆動装置 Reference Signs List 5 aperture stop plate 11 reticle 14 diffraction grating for modulation (modulation grating) 15 projection optical system 16 diffraction grating for demodulation (demodulation grating) 17 unnecessary light removing member 18 wafer 19 wafer stage 31A, 31B, ..., 31E light shielding plate 32 , 33, 34 Prism 38 Main control system 39A-39D Rotary drive

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の照明光のもとで第1面上のパター
ンの像を第2面上に投影する投影光学系と、 前記第1面と前記投影光学系との間に配置され前記第1
面のパターンからの光束のn次回折光(nは整数)を生
成する変調手段と、 前記投影光学系と前記第2面との間に配置され前記投影
光学系からの光束のm次回折光(mは整数)を生成する
復調手段と、 該復調手段と前記第2面との間に配置された光学部材
と、を備え、 前記投影光学系の前記第2面側は実質的にテレセントリ
ックであると共に、前記投影光学系は前記変調手段から
の前記n次回折光を通過させる開口数を有し、 前記光学部材は前記復調手段からの回折光の内で(n+
m=0)の関係を満足しない次数の不要な光束を除去す
ることを特徴とする結像光学系。
A projection optical system for projecting an image of a pattern on a first surface onto a second surface under predetermined illumination light; and a projection optical system disposed between the first surface and the projection optical system. First
A modulating means for generating an n-th order diffracted light (n is an integer) of a light beam from a surface pattern; and an m-th order diffracted light (m) of a light beam from the projection optical system disposed between the projection optical system and the second surface. Is an integer), and an optical member disposed between the demodulation means and the second surface. The second surface side of the projection optical system is substantially telecentric. The projection optical system has a numerical aperture through which the n-th order diffracted light from the modulating means passes, and the optical member includes (n +
m = 0). An imaging optical system for removing unnecessary light beams of orders that do not satisfy the relationship of m = 0).
【請求項2】 請求項1記載の結像光学系であって、 前記復調手段は、前記投影光学系の光軸と直交する平面
内に配置された回折格子を含み、該回折格子は前記平面
内において、投影像の解像力を向上させるべき所定の方
向に対して角度θだけ傾斜した方向に沿って所定のピッ
チdの回折パターンより構成され、 前記照明光の波長をλとして、2つの角度α1及びα2
を次のように定義すると、 α1=sin-1[d・sinθ/(2λ)] α2=sin-1(d・sinθ/λ) 前記光学部材は、前記復調手段からの光束の内で前記投
影光学系の光軸に対する傾斜角が角度α1又はα2以内
の光束を通過させることを特徴とする結像光学系。
2. The imaging optical system according to claim 1, wherein said demodulating means includes a diffraction grating arranged in a plane orthogonal to an optical axis of said projection optical system, and said diffraction grating is provided in said plane. And a diffraction pattern having a predetermined pitch d along a direction inclined by an angle θ with respect to a predetermined direction in which the resolving power of the projection image is to be improved, where λ is the wavelength of the illumination light and two angles α1 And α2
Is defined as follows: α1 = sin −1 [d · sin θ / (2λ)] α2 = sin −1 (d · sin θ / λ) The optical member performs the projection within the light beam from the demodulation unit. An imaging optical system characterized in that a light beam whose inclination angle with respect to the optical axis of the optical system is within an angle α1 or α2 is transmitted.
【請求項3】 請求項1又は2記載の結像光学系であっ
て、 前記光学部材は、それぞれ投影像の解像力を向上させる
べき方向及び前記投影光学系の光軸に平行な複数枚の平
板を、前記解像力を向上させるべき方向に直交する方向
に所定ピッチで配列して形成されることを特徴とする結
像光学系。
3. The imaging optical system according to claim 1, wherein the optical member has a plurality of flat plates parallel to a direction in which a resolving power of a projected image is to be improved and an optical axis of the projection optical system. Are arranged at a predetermined pitch in a direction perpendicular to the direction in which the resolution is to be improved.
【請求項4】 請求項1又は2記載の結像光学系であっ
て、 前記光学部材は、前記復調手段からの前記不要な光束を
除去するために、前記投影光学系の前記第2面上の結像
領域外に向けて前記不要な光束を反射させる反射面を有
する複数個のプリズムを含むことを特徴とする結像光学
系。
4. The imaging optical system according to claim 1, wherein said optical member is provided on said second surface of said projection optical system in order to remove said unnecessary light beam from said demodulating means. An imaging optical system, comprising: a plurality of prisms each having a reflection surface for reflecting the unnecessary light beam outside the imaging region.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか一項記載の結像光
学系と、 前記第1面上に配置されたマスクを照明する照明光学系
と、 前記第2面上に配置された感光性基板を保持する基板保
持部材と、を備え、 前記マスクのパターンの像を前記結像光学系を介して前
記感光性基板上に転写することを特徴とする露光装置。
5. The imaging optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system illuminates a mask disposed on the first surface, and the illumination optical system is disposed on the second surface. An exposure apparatus comprising: a substrate holding member configured to hold a photosensitive substrate; and transferring an image of the pattern of the mask onto the photosensitive substrate via the imaging optical system.
【請求項6】 請求項1〜4の何れか一項記載の結像光
学系を用いて所定のデバイスを製造する方法であって、 前記第1面上に前記デバイス用のパターンの形成された
マスクを設定すると共に、前記第2面上に感光性基板を
設定する第1工程と、 該第1工程後に前記マスクに露光用の照明光を照射し
て、前記マスクのパターンの像を前記結像光学系を介し
て前記感光性基板上に転写する第2工程と、を含むこと
を特徴とするデバイスの製造方法。
6. A method for manufacturing a predetermined device using the imaging optical system according to claim 1, wherein a pattern for the device is formed on the first surface. A first step of setting a mask and setting a photosensitive substrate on the second surface; and irradiating the mask with illumination light for exposure after the first step to form an image of a pattern of the mask. Transferring the image onto the photosensitive substrate via an image optical system.
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CN112859362B (en) * 2021-02-02 2023-04-11 驻景(广州)科技有限公司 Three-dimensional display module for time sequence gating multiplexing of sub-clear apertures of grating units

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