【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、又は
液晶デバイス等のパターン形成に使用するパターンを投
影露光する装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for projecting and exposing a pattern used for forming a pattern of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、
一般にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要であ
る。この工程には通常、レチクル（マスク）パターンを
半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用される。
基板上には、感光性のフォトレジストが塗布されてお
り、照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分の
パターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターン
が転写される。投影露光装置（例えばステッパー）で
は、レチクル上に描画された転写すべき回路パターンの
像が、投影光学系を介して基板（ウエハ）上に投影、結
像される。2. Description of the Related Art For forming a circuit pattern of a semiconductor element or the like,
Generally, a process called photolithography technology is required. In this step, a method of transferring a reticle (mask) pattern onto a substrate such as a semiconductor wafer is usually adopted.
A photosensitive photoresist is applied on the substrate, and a circuit pattern is transferred to the photoresist according to an irradiation light image, that is, a pattern shape of a transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper), an image of a circuit pattern to be transferred, which is drawn on a reticle, is projected and formed on a substrate (wafer) via a projection optical system.
【０００３】また、レチクルを照明するための照明光学
系中には、フライアイレンズ、ファイバー等のオプチカ
ルインテグレーターが使用されており、レチクル上に照
射される照明光の強度分布が均一化される。その均一化
を最適に行なうためにフライアイレンズを用いた場合、
レチクル側焦点面（射出面側）とレチクル面（パターン
面）とはほぼフーリエ変換の関係で結ばれており、さら
にレチクル側焦点面と光源側焦点面（入射面側）ともフ
ーリエ変換の関係で結ばれている。従って、レチクルの
パターン面と、フライアイレンズの光源側焦点面（正確
にはフライアイレンズの個々のレンズの光源側焦点面）
とは、結像関係（共役関係）で結ばれている。このた
め、レチクル上では、フライアイレンズの各光学エレメ
ント（２次光源像）からの照明光がコンデンサーレンズ
等を介することによってそれぞれ加算（重畳）されるこ
とで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好とする
ことが可能となっている。[0003] In an illumination optical system for illuminating the reticle, an optical integrator such as a fly-eye lens or a fiber is used, so that the intensity distribution of illumination light applied to the reticle is made uniform. If a fly-eye lens is used to optimize the uniformity,
The focal plane on the reticle side (exit plane side) and the reticle plane (pattern plane) are almost connected by a Fourier transform, and the focal plane on the reticle side and the focal plane on the light source side (incident side) are also in a Fourier transform relation. Tied. Therefore, the pattern surface of the reticle and the focal plane on the light source side of the fly-eye lens (more precisely, the focal plane on the light source side of each lens of the fly-eye lens)
Are connected in an imaging relationship (conjugate relationship). For this reason, on the reticle, the illumination light from each optical element (secondary light source image) of the fly-eye lens is added (superimposed) by passing through a condenser lens or the like, and is averaged, thereby averaging the illuminance on the reticle. It is possible to make the property good.
【０００４】従来の投影露光装置では、上述のフライア
イレンズ等のオプチカルインテグレータ入射面に入射す
る照明光束の光量分布を、照明光学系の光軸を中心とす
るほぼ円形内（あるいは矩形内）でほぼ一様になるよう
にしていた。図９は上述の如き従来の投影露光装置（ス
テッパー）の概略的な構成を示しており、照明光束Ｌ１
４０は照明光学系中のフライアイレンズ４１４、空間フ
ィルター（開口絞り）Ｓ、及びコンデンサーレンズ９を
介してレチクル１０のパターン１０ａを照射する。ここ
で、空間フィルターＳはフライアイレンズ４１４のレチ
クル側焦点面４１４ａ、すなわちレチクルパターン１０
ａに対するフーリエ変換面Ｆ（以後、瞳面と略す）、も
しくはその近傍に配置されており、投影光学系１１の光
軸ＡＸを中心としたほぼ円形領域の開口を有し、瞳面内
にできる２次光源（面光源）像を円形に制限する。こう
してレチクル１０のパターン１０ａを通過した照明光
は、投影光学系１１を介してウエハ１２のレジスト層に
結像される。このとき、照明光学系（４１４、Ｓ、９）
の開口数と投影光学系１１のレチクル側開口数との比、
いわゆるσ値は開口絞り（例えば空間フィルター５ａの
開口径）により決定され、その値は０．３〜０．６程度
が一般的である。In a conventional projection exposure apparatus, the light amount distribution of an illumination light beam incident on an optical integrator incidence surface such as a fly-eye lens described above is substantially circular (or rectangular) around the optical axis of the illumination optical system. It was almost uniform. FIG. 9 shows a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus (stepper) as described above, and includes an illumination light beam L1.
Reference numeral 40 illuminates the pattern 10a of the reticle 10 via the fly-eye lens 414, the spatial filter (aperture stop) S, and the condenser lens 9 in the illumination optical system. Here, the spatial filter S is a reticle-side focal plane 414a of the fly-eye lens 414, that is, the reticle pattern 10
A Fourier transform plane F (hereinafter, abbreviated as a pupil plane) for a or a vicinity thereof, has an opening in a substantially circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 11, and can be formed in the pupil plane. The secondary light source (surface light source) image is limited to a circular shape. The illumination light having passed through the pattern 10a of the reticle 10 is imaged on the resist layer of the wafer 12 via the projection optical system 11. At this time, the illumination optical system (414, S, 9)
Ratio of the numerical aperture of the projection optical system 11 to the reticle-side numerical aperture,
The so-called σ value is determined by the aperture stop (for example, the aperture diameter of the spatial filter 5a), and the value is generally about 0.3 to 0.6.
【０００５】さて、照明光Ｌ１４０はレチクル１０にパ
ターニングされたパターン１０ａにより回折され、パタ
ーン１０ａからは０次回折光Ｄ0、＋１次回折光ＤP、
及び−１次回折光Ｄmが発生する。それぞれの回折光
（Ｄ0、Ｄm、ＤP）は投影光学系１１により集光さ
れ、ウエハ（基板）１２上に干渉縞を発生させる。この
干渉縞がパターン１０ａの像である。このとき、０次回
折光Ｄ0と±１次回折光ＤP、Ｄmとのなす角θ（レチ
クル側）は sinθ＝λ／Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パター
ンピッチ）により決まる。Now, the illumination light L140 is incident on the reticle 10.
Diffracted by the turned pattern 10a,
0th order diffracted light D0, + 1st order diffracted light DP,
And -1st order diffracted light DmOccurs. Each diffracted light
(D0, Dm, DP) Is collected by the projection optical system 11.
As a result, interference fringes are generated on the wafer (substrate) 12. this
The interference fringes are images of the pattern 10a. At this time, 0 next time
Origami D0And ± 1st order diffracted light DP, DmAngle θ (retic
Sin) = λ / P (λ: exposure wavelength, P: putter)
Pitch).
【０００６】ところで、パターンピッチが微細化すると
sinθが大きくなり、 sinθが投影光学系１１のレチク
ル側開口数（ＮＡR）より大きくなると、±１次回折光
ＤP、Ｄmは投影光学系１１内の瞳（フーリエ変換面）
Ｐｕの有効径で制限され、投影光学系１１を透過できな
くなる。このとき、ウエハ１２上には０次回折光Ｄ0の
みしか到達せず干渉縞は生じない。つまり、 sinθ＞Ｎ
ＡRとなる場合にはパターン１０ａの像は得られず、パ
ターン１０ａをウエハ１２上に転写することができなく
なってしまう。By the way, when the pattern pitch becomes finer,
When sinθ becomes larger and sinθ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NAR ) of the projection optical system 11, the ± first-order diffracted lights DP and Dm become pupils (Fourier transform plane) in the projection optical system 11.
It is limited by the effective diameter of Pu and cannot pass through the projection optical system 11. At this time, only the0th-order diffracted light D0 reaches the wafer 12 and no interference fringes occur. That is, sinθ> N
When the AR is not obtained image of the pattern 10a, it becomes impossible to transfer the pattern 10a on the wafer 12.
【０００７】以上のことから、今までの投影露光装置に
おいては、 sinθ＝λ／Ｐ≒ＮＡRとなるピッチＰは次
式で与えられていた。 Ｐ≒λ／ＮＡR （１） これより、最小パターンサイズはピッチＰの半分である
から、最小パターンサイズは０．５・λ／ＮＡR程度と
なるが、実際のフォトリソグラフィ工程においてはウエ
ハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、また
はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点
深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パター
ンサイズは、ｋ・λ／ＮＡRとして表される。ここで、
ｋはプロセス係数と呼ばれ０．６〜０．８程度となる。
レチクル側開口数ＮＡRとウエハ側開口数ＮＡwとの比
は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル
上における最小解像パターンサイズはｋ・λ／ＮＡR、
ウエハ上の最小パターンサイズは、ｋ・λ／ＮＡw＝ｋ
・λ／Ｂ・ＮＡR（但しＢは結像倍率（縮小率））とな
る。From the above, in the conventional projection exposure apparatus, the pitch P at which sin θ = λ / P ≒ NAR is given by the following equation. P ≒ λ / NAR (1) From this, since the minimum pattern size is half of the pitch P, the minimum pattern size is about 0.5 · λ / NAR , but in the actual photolithography process, Some degree of depth of focus is required due to curvature, the effects of process steps, etc., or the thickness of the photoresist itself. For this reason, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k · λ / NAR. here,
k is called a process coefficient and is about 0.6 to 0.8.
Since the ratio between the reticle-side numerical aperture NAR and the wafer-side numerical aperture NAw is the same as the imaging magnification of the projection optical system, the minimum resolution pattern size on the reticle is k · λ / NAR ,
The minimum pattern size on the wafer is k · λ / NAw = k
· Λ / B · NAR (where B is the imaging magnification (reduction ratio)) becomes.
【０００８】従って、より微細なパターンを転写するた
めには、より短い波長の露光光源を使用するか、あるい
はより開口数の大きな投影光学系を使用するかを選択す
る必要があった。もちろん、露光波長と開口数の両方を
最適化する努力も考えられる。しかしながら、上記の如
き従来の投影露光装置において、照明光源を現在より短
波長化（例えば２００nm以下）することは、透過光学部
材として使用可能な適当な光学材料が存在しない等の理
由により現時点では困難である。また、投影光学系の開
口数は、現状でも既に理論的限界に近く、これ以上の大
開口化はほぼ望めない状態である。さらに、もし現状以
上の大開口化が可能であるとしても、±λ／２ＮＡ2で
表わされる焦点深度は開口数の増加に伴なって急激に減
少し、実使用に必要な焦点深度がますます少なくなると
いう問題が顕著になってくる。Therefore, in order to transfer a finer pattern, it was necessary to select whether to use an exposure light source having a shorter wavelength or to use a projection optical system having a larger numerical aperture. Of course, efforts can be made to optimize both the exposure wavelength and the numerical aperture. However, in the conventional projection exposure apparatus as described above, it is difficult at present at present to shorten the wavelength of the illumination light source (for example, 200 nm or less) because there is no suitable optical material usable as a transmission optical member. It is. Also, the numerical aperture of the projection optical system is already close to the theoretical limit at present, and it is almost impossible to increase the numerical aperture further. Furthermore, even if the aperture can be made larger than the current situation, the depth of focus represented by ± λ / 2NA2 will decrease rapidly with the increase of the numerical aperture, and the depth of focus required for actual use will increase. The problem of decreasing becomes more pronounced.
【０００９】また、レチクルの回路パターンの透過部分
のうち、特定の部分からの透過光の位相を、他の透過部
分からの透過光の位相よりπだけずらす、いわゆる位相
シフトレチクルが、例えば特公昭６２−５０８１１号公
報等で提案されている。この位相シフトレチクルを使用
すると、従来よりも微細なパターンの転写が可能とな
る。A so-called phase shift reticle, which shifts the phase of the light transmitted from a specific portion of the reticle circuit pattern by π from the phase of the light transmitted from another portion, is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. Sho. It is proposed in, for example, JP-A-62-50811. Use of this phase shift reticle enables transfer of a finer pattern than in the past.
【００１０】ところが、位相シフトレチクルについて
は、その製造工程が複雑になる分コストも高く、また検
査及び修正方法も未だ確立されていないので、多くの問
題が残されている。そこで、位相シフトレチクルを使用
しない投影露光技術として、レチクルの照明方法を改良
することで転写解像力を向上させる試みがなされてい
る。その１つの照明方法は、例えば図９の空間フィルタ
ーＳを輪帯状の開口にし、フーリエ変換面Ｆ上で照明光
学系の光軸の回りに分布する照明光束をカットすること
により、レチクル１０に達する照明光束に一定の傾斜を
持たせるものである。However, the phase shift reticle has many problems because the manufacturing process is complicated and the cost is high, and the inspection and repair methods have not been established yet. Therefore, as a projection exposure technique that does not use a phase shift reticle, an attempt has been made to improve the transfer resolution by improving the reticle illumination method. One of the illumination methods is to reach the reticle 10 by, for example, making the spatial filter S in FIG. 9 an annular aperture and cutting the illumination light flux distributed around the optical axis of the illumination optical system on the Fourier transform plane F. This is to make the illumination light beam have a certain inclination.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明光
学系のフーリエ変換面内での照明光束分布を輪帯状にす
るような特殊な照明方法を採用すると、確かに通常のレ
チクルでも解像力の向上は認められるが、レチクルの全
面に渡って均一な照度分布を保証することが難しくなる
といった問題点が生じた。また、図９のように単に空間
フィルター等のような部分的に照明光束をカットする部
材を設けた系では、当然のことながらレチクル上、又は
ウエハ上での照明強度（照度）を大幅に低下させること
になり、照明効率の低下に伴う露光処理時間の増大とい
う問題に直面する。さらに、照明光学系中のフーリエ変
換面には、光源からの光束が集中して通るため、空間フ
ィルター等の遮光部材の光吸収による温度上昇が著しく
なり、照明光学系の熱的な変動による性能劣化の対策
（空冷等）も考える必要がある。However, if a special illumination method is adopted such that the illumination light beam distribution in the Fourier transform plane of the illumination optical system is formed into an annular shape, the resolving power can be certainly improved even with a normal reticle. However, there has been a problem that it is difficult to guarantee a uniform illuminance distribution over the entire surface of the reticle. Further, in a system in which a member for merely cutting the illumination light beam such as a spatial filter as shown in FIG. 9 is provided, naturally, the illumination intensity (illuminance) on the reticle or wafer is greatly reduced. As a result, there is a problem that the exposure processing time is increased due to a decrease in illumination efficiency. Furthermore, since the luminous flux from the light source passes through the Fourier transform surface in the illumination optical system in a concentrated manner, the temperature rise due to light absorption of a light shielding member such as a spatial filter becomes remarkable, and the performance due to the thermal fluctuation of the illumination optical system. It is also necessary to consider measures for deterioration (air cooling, etc.).
【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、通常のレチクルを使用しても、高解像度かつ大焦点
深度が得られるとともに、照度均一性の優れた投影露光
装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection exposure apparatus which can obtain a high resolution, a large depth of focus, and has excellent illuminance uniformity even when a normal reticle is used. With the goal.
【００１３】[0013]
【課題を解決する為の手段】本発明は、例えば図１に示
す如く、照明光学系の光路中において、照明光を分割す
る光分割光学系４と、その光分割光学系４によって分割
された各光束に対応した複数の面光源をレチクル１０に
対するフーリエ面、もしくはその近傍での照明光学系の
光軸から偏心した複数の位置に形成する多面光源形成光
学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）と、その
多面光源形成光学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，
７ｂ）による複数の面光源からの光束をレチクルへ集光
するコンデンサーレンズ９とを有し、前記多面光源形成
光学系（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ）は、少
なくともロッド型オプティカルインテグレータ（６ａ，
６ｂ）を含むようにしたものである。According to the present invention, as shown in FIG. 1, for example, a light splitting optical system 4 for splitting illumination light in an optical path of an illumination optical system, and the light splitting optical system 4 splits the light. A multi-plane light source forming optical system (5a, 5b, 6a, 6b, 6b, 6b, 6b, 6b) for forming a plurality of surface light sources corresponding to each light beam at a plurality of positions decentered from the optical axis of an illumination optical system in the vicinity of the reticle 10 or the Fourier plane. 7a, 7b) and the polygonal light source forming optical system (5a, 5b, 6a, 6b, 7a,
7b) a condenser lens 9 for condensing light beams from a plurality of surface light sources onto a reticle according to 7b), wherein the multi-surface light source forming optical system (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) is at least a rod-type optical integrator. (6a,
6b).
【００１４】そして、上記の基本構成に基づいて、多面
光源形成光学系は、照明光学系の光軸から偏心した複数
の位置に各々の中心が配置される複数のロッド型オプテ
ィカルインテグレータを有するようにしても良い。ま
た、多面光源形成光学系は、光分割光学系により分割さ
れた光束を集光する第１集光レンズと、その集光レンズ
による集光点に入射面が位置するロッド型オプティカル
インテグレータと、そのロッド型オプティカルインテグ
レータからの光束を集光して複数の面光源をレチクルに
対するフーリエ面、もしくはその近傍に形成する第２集
光レンズとを有するようにしても良い。また、本発明
は、例えば図７に示す如く、光源（１）からの照明光を
照明光学系を通して所定のパターンが形成されたマスク
（１０）に照射し、前記パターンの像を投影光学系（１
１）を介して感光基板（１２）上に結像する投影露光装
置において、前記照明光学系は、前記光源からの光を内
面反射させることにより２次光源を形成するロッド型イ
ンテグレータ（７１）と、前記光源と前記ロッド型イン
テグレータとの間に配置されて前記ロッド型インテグレ
ータへ入射する光の入射角を可変にする光学系（４１，
４２，７０）とを有するものである。また、本発明は、
例えば図１又は図７に示す如く、光源（１）からの照明
光を照明光学系を通して所定のパターンが形成されたマ
スク（１０）に照射し、前記パターンの像を投影光学系
（１１）を介して感光基板（１２）上に結像する投影露
光装置であって、前記照明光学系は、前記光源からの光
を内面反射させるロッド型インテグレータ（６Ａ，６
Ｂ，７１）と、前記光源と前記ロッド型インテグレータ
との間に配置されて前記ロッド型インテグレータと協働
して前記照明光学系の光軸から離れた位置に２次光源を
形成するプリズム部材（４１，４２）とを有するもので
ある。また、本発明は、例えば図１及び図７に示す如
く、光源（１）からの照明光を照明光学系を通してマス
ク（１０）上のパターンに照射し、前記パターンの像を
投影光学系（１１）を介して感光基板（１２）上に結像
する投影露光装置であって、前記光源からの光を内面反
射させることにより２次光源を形成するロッド型インテ
グレータ（６Ａ，６Ｂ，７１）と、前記２次光源の分布
を変更するための手段（４）とを有し、前記分布を変更
するための手段は、前記光源と前記ロッド型インテグレ
ータとの間に配置され、かつ移動可能なプリズム（４
１，４２）を有するものである。また、本発明は、例え
ば図１及び図７に示す如く、光源（１）からの照明光を
照明光学系を通してマスク（１０）上のパターンに照射
し、前記パターンの像を投影光学系（１１）を介して感
光基板（１２）上に結像する投影露光装置であって、前
記光源からの光を内面反射させることにより２次光源を
形成するロッド型インテグレータ（６Ａ，６Ｂ，７１）
と、前記光源と前記ロッド型インテグレータとの間に配
置されて、前記２次光源の分布を変更するための手段
（４）とを有し、前記分布を変更するための手段は、互
いに間隔可変なプリズム（４１，４２）を有するもので
ある。また、本発明による露光方法は、内面反射型のロ
ッド型インテグレータを含む照明光学系を用いて所定の
パターンが形成されたマスクを照明する工程と、前記マ
スクの前記パターンの像を感光基板に露光する工程と、
前記ロッド型インテグレータに入射する光の入射角を可
変にする工程とを含むものである。また、本発明による
露光方法は、光源からの光を照明光学系を用いて所定の
パターンが形成されたマスクを照明する工程と、前記マ
スクの前記パターンの像を感光基板に露光する工程とを
含み、前記マスクを照明する工程は、前記光源からの光
をプリズム部材へ導く工程と、該プリズム部材からの光
を内面反射型のロッド型インテグレータへ導く工程と、
前記プリズム部材及び前記ロッド型インテグレータによ
り前記照明光学系の光軸から離れた位置に形成される２
次光源からの光を前記マスクへ導く工程とを含むもので
ある。また、本発明は、光源からの光を照明光学系を用
いて所定のパターンが形成されたマスクを照明する工程
と、前記マスクの前記パターンの像を感光基板に露光す
る工程とを含む回路の形成方法であって、前記マスクを
照明する工程は、前記光源からの光をプリズム部材へ導
く工程と、該プリズム部材からの光を内面反射型のロッ
ド型インテグレータへ導く工程と、該ロッド型インテグ
レータからの光を前記マスクへ導く工程とを含み、前記
プリズム部材を移動させて前記ロッド型インテグレータ
が形成する２次光源の分布の調整を行う工程をさらに含
むものである。また、本発明は、光源からの光を照明光
学系を用いて所定のパターンが形成されたマスクを照明
する工程と、前記マスクの前記パターンの像を感光基板
に露光する工程とを含む回路の形成方法であって、前記
マスクを照明する工程は、前記光源からの光をプリズム
手段へ導く工程と、該プリズム手段からの光を内面反射
型のロッド型インテグレータへ導く工程と、該ロッド型
インテグレータからの光を前記マスクへ導く工程とを含
み、前記プリズム手段は、互いに間隔が調整可能な第１
及び第２プリズムを含み、前記間隔を調整して前記ロッ
ド型インテグレータが形成する２次光源の分布の調整を
行う工程をさらに含むものである。Further, based on the above basic configuration, the polygonal light source forming optical system has a plurality of rod-type optical integrators whose centers are respectively arranged at a plurality of positions decentered from the optical axis of the illumination optical system. May be. Further, the multi-surface light source forming optical system includes a first condenser lens for condensing the light beam divided by the light dividing optical system, a rod-type optical integrator having an incident surface located at a focal point of the condenser lens, and A second condensing lens that converges a light beam from the rod-type optical integrator and forms a plurality of surface light sources on the Fourier surface of the reticle or in the vicinity thereof may be provided.In addition, the present invention
Illuminates the illumination light from the light source (1) as shown in FIG.
A mask on which a predetermined pattern is formed through an illumination optical system
(10) to project an image of the pattern onto the projection optical system (1).
A projection exposure apparatus for forming an image on a photosensitive substrate (12) through 1)
In location,the illumination optical system, the inner light from the light source
A rod type a that forms a secondary light source by surface reflection
An integrator (71), the light source and the rod-type
The rod-type integrator is placed between the
Optical system (41,
42, 70).Also, the present invention
For example, as shown in FIG. 1 or FIG. 7, illumination from a light source (1)
Light is passed through the illumination optical system to
A projection optical system for irradiating a disk (10) with an image of the pattern.
Projection dew to form an image on photosensitive substrate (12) via (11)
An optical device, wherein the illumination optical system includes light from the light source.
Rod integrator (6A, 6)
B, 71), the light source and the rod-type integrator
And cooperates with the rod-type integrator
And place a secondary light source at a position distant from the optical axis of the illumination optical system.
And a prism member (41, 42) to be formed.
is there.Further, the present invention is, for example, as shown in FIGS.
The illumination light from the light source (1)
(10) and irradiate the pattern on the
Image formation on photosensitive substrate (12) via projection optical system (11)
Projection exposure apparatus, wherein light from the light source is
Rod-typeinte
Greater (6A, 6B, 71) and distribution of the secondary light source
Means (4) for changing the distribution, and changing the distribution
The light source and the rod-type integrator
And a movable prism (4)
1, 42).In addition, the present invention
For example, as shown in FIGS. 1 and 7, the illumination light from the light source (1) is
Illuminates the pattern on the mask (10) through the illumination optical system
Then, the image of the pattern is sensed through the projection optical system (11).
A projection exposure apparatus that forms an image on an optical substrate (12),
A secondary light source is created by internally reflecting light from the light source.
Rod type integrator to be formed (6A, 6B, 71)
Between the light source and the rod-type integrator.
Means for altering the distribution of the secondary light source
(4), wherein the means for changing the distribution includes:
With prisms (41, 42) with variable spacing
is there.Further, the exposure method according to the present invention employs an internal reflection type
Using an illumination optical system including a
Illuminating a mask with a pattern formed thereon;
Exposing an image of the pattern on a photosensitive substrate to a photosensitive substrate,
The angle of incidence of light incident on the rod-type integrator is
And a changing step.Also according to the invention
In the exposure method, light from a light source is
Illuminating a mask with a pattern formed thereon;
Exposing an image of the pattern of the mask on a photosensitive substrate.
Illuminating the mask includes light from the light source
Guiding the light to the prism member, and light from the prism member.
Leading to the internal reflection type rod-type integrator,
The prism member and the rod-type integrator
2 formed at a position distant from the optical axis of the illumination optical system.
Guiding the light from the next light source to the mask.
is there.Also, the present invention uses an illumination optical system to illuminate light from a light source.
Illuminating a mask on which a predetermined pattern is formed
And exposing an image of the pattern on the mask to a photosensitive substrate.
Forming a circuit, comprising:
In the illuminating step, the light from the light source is guided to a prism member.
And light from the prism member is locked by an internal reflection type.
Leading to the rod-type integrator and the rod-type integrator
Directing light from a radiator to the mask.
Move the prism member to move the rod typeintegrator
Further comprising the step of adjusting the distribution of secondary light sources formed by
It is a thing.Also, the present invention provides an illumination light
Illuminates a mask on which a predetermined pattern is formed using a scientific system
And an image of the pattern of the mask on a photosensitive substrate
Exposing to a circuit, comprising:
The step of illuminating the mask includes converting the light from the light source into a prism.
Guiding the light from the prism means to the inner surface.
Leading to a rod-type integrator of the mold,
Guiding light from an integrator to the mask.
In addition, the prism means has a first adjustable distance.
And a second prism.
Adjustment of the secondary light source distribution formed by
It further includes the step of performing.
【００１５】[0015]
【作用】本発明による作用を図８を用いて説明する。図
８中、多面光源形成光学系中の各面光源形成光学６ａ，
６ｂを介した各々の光束は、第２集光レンズ７ａ，７ｂ
により、これのレチクル側焦点距離ｆ7位置の光軸ＡＸ
と垂直な面Ｆ内において均一化された２つの面光源が形
成される。この第２集光レンズ７ａ，７ｂは光軸ＡＸに
対する垂直な面内に並び、これより射出される光束は、
コンデンサーレンズ９によりレチクル１０に照射され
る。The operation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, each surface light source forming optics 6a, 6a,
Each light beam passing through the second condenser lens 7a, 7b
The optical axis AX at the reticle-side focal length f7
Are formed in a plane F perpendicular to the plane light. The second condenser lenses 7a and 7b are arranged in a plane perpendicular to the optical axis AX.
The reticle 10 is irradiated by the condenser lens 9.
【００１６】ここで、各多面光源形成光学系中の第２集
光レンズ７ａ，７ｂの光軸は共に、光軸ＡＸより離れた
位置に存在している。また、各第２集光レンズ７ａ，７
ｂのレチクル側焦点距離ｆ7の位置の光軸ＡＸと垂直な
面は、レチクルパターン１０ａのフーリエ変換面Ｆとほ
ぼ一致しているので、光軸ＡＸと各第２集光レンズ７
ａ，７ｂの光軸との距離は、各第２集光レンズ７ａ，７
ｂを射出した光束のレチクル１０への入射角に相当す
る。Here, the optical axes of the second condenser lenses 7a and 7b in each of the polygon light source forming optical systems are located at positions apart from the optical axis AX. Further, each of the second condenser lenses 7a, 7
plane perpendicular to the optical axis AX of the position of b of the reticle-side focal length f7, since substantially coincides with the Fourier transform plane F of the reticle pattern 10a, the optical axis AX and the second condenser lens 7
The distance from the optical axis of each of the second condenser lenses 7a and 7b
This corresponds to the angle of incidence of the luminous flux emitted from b on the reticle 10.
【００１７】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン１０ａは、一般に周期的なパターンを多く含んで
いる。従って１つの第２集光レンズ７ａからの照明光が
照射されたレチクルパターン１０ａからは０次回折光成
分ＤO及び±１次回折光成分ＤP、Ｄm、及びより高次
の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生
する。The circuit pattern 10a drawn on the reticle (mask) generally contains many periodic patterns. Thus one second condenser lens 7a 0-order diffracted light component from the illumination light illuminated reticle pattern 10a from DO and ± 1-order diffracted light component DP, Dm, and more diffracted light components of higher order, It occurs in a direction corresponding to the fineness of the pattern.
【００１８】このとき、照明光束（主光線）が傾いた角
度でレチクル１０に入射するから、発生した各次数の回
折光成分も、垂直に照明された場合に比べ、傾き（角度
ずれ）をもってレチクルパターン１０ａから発生する。
図８中の照明光Ｌ１３０は、光軸に対してψだけ傾いて
レチクル１０に入射する。照明光Ｌ１３０はレチクルパ
ターン１０ａにより回折され、光軸ＡＸに対してψだけ
傾いた方向に進む０次回折光Ｄ0、０次回折光に対して
θPだけ傾いた＋１次回折光ＤP、及び０次回折光Ｄ0
に対してθmだけ傾いて進む−１次回折光Ｄmを発生す
る。しかしながら、照明光Ｌ１３０は両側テレセントリ
ックな投影光学系１１の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾
いてレチクルパターンに入射するので、０次回折光Ｄ0
もまた投影光学系の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いた
方向に進行する。At this time, since the illumination light beam (principal ray) is incident on the reticle 10 at an inclined angle, the generated diffracted light components of each order also have an inclination (angle shift) with respect to the reticle as compared with the case where the illumination is performed vertically. It occurs from the pattern 10a.
Illumination light L130 in FIG. 8 is incident on reticle 10 at an angle of ψ with respect to the optical axis. The illumination light L130 is diffracted by the reticle pattern 10a and travels in a direction inclined by 傾 with respect to the optical axis AX, the 0th-order diffracted light D0 , the + 1st-order diffracted light DP inclined by θP with respect to the 0th-order diffracted light, and the 0th order Origami D0
-1st-order diffracted light Dm that advances with an inclination of θm with respect to. However, since the illumination light L130 is incident on the reticle pattern inclined at an angle ψ with respect to the optical axis AX of the double telecentric projection optical system 11, zero-order diffracted light D0
Also travels in a direction inclined by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system.
【００１９】従って、＋１次光ＤPは光軸ＡＸに対して
θP＋ψの方向に進行し、−１次回折光Ｄmは光軸ＡＸ
に対してθm−ψの方向に進行する。このとき回折角θ
P、θmはそれぞれ sin（θP＋ψ）− sinψ＝λ／Ｐ （２） sin（θm−ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐ （３） である。Therefore, the + 1st-order light DP travels in the direction of θP + に 対 し て with respect to the optical axis AX, and the −1st-order diffracted light Dm is the optical axis AX.
Proceeds in the direction of θm −ψ. At this time, the diffraction angle θ
P, thetam is sin (θP + ψ), respectively - a sinψ = λ / P (2) sin (θ m -ψ) + sinψ = λ / P (3).
【００２０】ここでは、＋１次回折光ＤP、−１次回折
光Ｄmの両方が投影光学系１１の瞳Ｐｕを透過している
ものとする。レチクルパターン１０ａの微細化に伴って
回折角が増大すると先ず角度θP＋ψの方向に進行する
＋１次回折光ＤPが投影光学系１０の瞳Ｐｕを透過でき
なくなる。すなわち sin（θP＋ψ）＞ＮＡRの関係に
なってくる。しかし照明光Ｌ１３０が光軸ＡＸに対して
傾いて入射している為、このときの回折角でも−１次回
折光Ｄmは、投影光学系１１を透過可能となる。すなわ
ち sin（θm−ψ）＜ＮＡRの関係になる。[0020] Here, + 1-order diffracted light DP, -1 both-order diffracted light Dm is assumed to transmit the pupil Pu of the projection optical system 11. When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern 10a, firstly, the + 1st-order diffracted light DP traveling in the direction of the angle θP + ψ cannot pass through the pupil Pu of the projection optical system 10. That is, a relationship of sin (θP + ψ)> NAR is established. But since the illumination light L130 is incident inclined with respect to the optical axis AX, -1-order diffracted light Dm at a diffraction angle in this case is permeable to the projection optical system 11. That is, the relationship sin (θm −ψ) <NAR is satisfied.
【００２１】従って、ウエハ１２上には０次回折光Ｄ0
と−１次回折光Ｄmの２光束による干渉縞が生じる。こ
の干渉縞はレチクルパターン１０ａの像であり、レチク
ルパターン１０ａが１：１のラインアンドスペースの
時、約９０％のコントラストとなってウエハ１２上に塗
布されたレジストに、レチクルパターン１０ａの像をパ
ターニングすることが可能となる。Therefore, the zero-order diffracted light D0 is placed on the wafer 12.
If -1 interference fringes caused by two light beams of the diffracted light Dm occurs. This interference fringe is an image of the reticle pattern 10a. When the reticle pattern 10a has a 1: 1 line and space, the image of the reticle pattern 10a is formed on a resist applied on the wafer 12 with a contrast of about 90%. Patterning becomes possible.
【００２２】このときの解像限界は、 sin（θm−ψ）＝ＮＡR （４） となるときであり、従って ＮＡR＋ sinψ＝λ／Ｐ Ｐ＝λ／（ＮＡR＋ sinψ） （５） が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチであ
る。The resolution limit at this time is when sin (θm -ψ) = NAR (4), and therefore, NAR + sinψ = λ / PP = λ / (NAR + sinψ) ( 5) is the pitch of the smallest transferable pattern on the reticle side.
【００２３】一例として今 sinψを0.５×ＮＡR程度に
定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの最
小ピッチは Ｐ＝λ（ＮＡR＋0.５ＮＡR） ＝２λ／３ＮＡR （６） となる。As an example, if sinψ is determined to be about 0.5 × NAR , the minimum pitch of the pattern on the reticle that can be transferred is P = λ (NAR + 0.5NAR ) = 2λ / 3NAR (6 ).
【００２４】一方、図９に示したように、照明光の瞳Ｆ
上での分布が投影光学系１１の光軸ＡＸを中心とする円
形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は
（１）式に示したようにＰ≒λ／ＮＡRであった。従っ
て、従来の露光装置より高い解像度が実現できることが
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形成方
法によって、焦点深度も大きくなる理由について説明す
る。On the other hand, as shown in FIG.
In the case of a conventional exposure apparatus in which the above distribution is within a circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 11, the resolution limit is P ≒ λ / NAR as shown in the equation (1). Was. Therefore, it can be seen that a higher resolution than the conventional exposure apparatus can be realized. Next, the reticle pattern is irradiated with exposure light in a specific incident direction and an incident angle, and a depth of focus is formed by a method of forming an imaging pattern on a wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component. The reason for the increase will be described.
【００２５】図８のようにウエハ１２が投影光学系１１
の焦点位置（最良結像面）に一致している場合は、レチ
クルパターン１０ａ中の１点を出てウエハ１２上の一点
に達する各回折光は、投影光学系１１のどの部分を通る
ものであってもすべて等しい光路長を有する。このため
従来のように０次回折光成分が投影光学系１１の瞳面Ｐ
ｕのほぼ中心（光軸近傍）を貫通する場合でも、０次回
折光成分とその他の回折光成分とで光路長は相等しく、
相互の波長収差も零である。しかし、ウエハ１２が投影
光学系１１の焦点位置に一致していないデフォーカス状
態の場合、斜めに入射する高次の回折光の光路長は光軸
近傍を通る０次回折光に対して焦点前方（投影光学系１
１から遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系１
１に近づく方）では長くなりその差は入射角の差に応じ
たものとなる。従って、０次、１次、・・・の各回折光
は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後におけるボ
ケを生じることとなる。As shown in FIG. 8, the wafer 12 is
, The diffracted light that leaves one point in the reticle pattern 10a and reaches one point on the wafer 12 passes through any part of the projection optical system 11 when All have the same optical path length, if any. For this reason, the 0th-order diffracted light component is changed to the pupil plane P of the projection optical system 11 as in the related art.
Even when the light passes through substantially the center (near the optical axis) of u, the optical path lengths of the 0th-order diffracted light component and the other diffracted light components are equal, and
Mutual wavelength aberration is also zero. However, when the wafer 12 is in a defocus state where the focal position of the projection optical system 11 is not coincident, the optical path length of the obliquely incident high-order diffracted light is in front of the 0th-order diffracted light passing near the optical axis. Projection optical system 1
1 is far from the focal point (projection optical system 1).
In the case of (approaching 1), the length becomes longer, and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, each of the 0th-order, 1st-order,... Diffracted light forms a wavefront aberration, and blurs before and after the focal position.
【００２６】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ１２の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光がウ
エハ上の１点に入射するときの入射角θwの正弦をｒ
（ｒ＝sinθw）とすると、ΔＦｒ2／２で与えられる
量である。（このときｒは各回折光の、瞳面Ｐｕでの光
軸ＡＸからの距離を表わす。）従来の図９に示した投影
露光装置では、０次回折光Ｄ0は光軸ＡＸの近傍を通る
ので、ｒ（０次）＝０となり、一方±１次回折光ＤP、
Ｄmは、ｒ（１次）＝Ｍ・λ／Ｐとなる（Ｍは投影光学
系の倍率）。従って、０次回折光Ｄ0と±１次回折光Ｄ
P、Ｄmとのデフォーカスによる波面収差は ΔＦ・Ｍ2（λ／Ｐ）2／２となる。The wavefront aberration due to defocusing of the foregoing, the amount of shift from the focus position of the wafer 12 [Delta] F, the sine of the incident angle thetaw when the diffracted light is incident on one point on the wafer r
When (r = sinθw), it is an amount given by ΔFr2/2. (At this time, r represents the distance of each diffracted light from the optical axis AX at the pupil plane Pu.) In the conventional projection exposure apparatus shown in FIG. 9, the zero-order diffracted light D0 passes near the optical axis AX. Therefore, r (0th order) = 0, while ± 1st order diffracted light DP ,
Dm is r (first order) = M · λ / P (M is the magnification of the projection optical system). Therefore, the 0th-order diffracted light D0 and the ± 1st-order diffracted light D
P, the wavefront aberration due to defocus of the Dm is theΔF · M 2 (λ / P ) 2/2.
【００２７】一方、本発明における投影露光装置では、
図８に示すように０次回折光成分Ｄ0は光軸ＡＸから角
度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面Ｐｕにおける
０次回折光成分の光軸ＡＸからの距離はｒ（０次）＝Ｍ
・ sinψである。一方、−１次回折光成分Ｄmの瞳面に
おける光軸からの距離はｒ（−１次）＝Ｍ・ sin（θm
−ψ）となる。そしてこのとき、 sinψ＝ sin（θm−
ψ）となれば、０次回折光成分Ｄ0と−１次回折光成分
Ｄmのデフォーカスによる相対的な波面収差は零とな
り、ウエハ１２が焦点位置より光軸方向に若干ずれても
パターン１０ａの像ボケは従来程大きく生じないことに
なる。すなわち、焦点深度が増大することになる。ま
た、（３）式のように、sin（θm−ψ）＋ sinψ＝λ
／Ｐであるから、照明光束Ｌ１３０のレチクル１０への
入射角ψが、ピッチＰのパターンに対して、 sinψ＝λ
／２Ｐの関係にすれば焦点深度をきわめて増大させるこ
とが可能である。On the other hand, in the projection exposure apparatus of the present invention,
As shown in FIG.0Is the angle from the optical axis AX
Occurs in the direction inclined by the angle ψ,
The distance of the 0th-order diffracted light component from the optical axis AX is r (0th) = M
・ It is sinψ. On the other hand, the -1st-order diffracted light component DmOn the pupil plane
The distance from the optical axis is r (-1 order) = M · sin (θm
−ψ). Then, sinψ = sin (θm−
ψ), the zero-order diffracted light component D0And -1st order diffracted light component
DmThe relative wavefront aberration due to the defocus of
Therefore, even if the wafer 12 is slightly shifted from the focal position in the optical axis direction.
The image blur of the pattern 10a is not so large as in the past.
Become. That is, the depth of focus increases. Ma
Also, as in equation (3), sin (θm−ψ) + sinψ = λ
/ P, the illumination light beam L130 is transmitted to the reticle 10.
The angle of incidence ψ is given by sinψ = λ
/ 2P relationship can greatly increase the depth of focus.
And it is possible.
【００２８】さらに、本発明は光源より発せられる照明
光束を複数の光束に分割してコンデンサーレンズに導く
ために、光源からの光束を光量的にわずかの損失のみで
利用して、上記の高解像、大焦点深度の投影露光方式を
実現することができる。Further, the present invention utilizes the light beam from the light source with only a small loss in light quantity to divide the illumination light beam emitted from the light source into a plurality of light beams and guide the light beam to the condenser lens. An image and a projection exposure method with a large depth of focus can be realized.
【００２９】[0029]
【実施例】図１は本発明の第１実施例であって、光分割
光学系として２個の多面体プリズムを使用したものであ
る。水銀灯等の光源１より放射される照明光束は楕円鏡
２で焦光され、インプットレンズ（コリメータレンズ）
３によりほぼ平行光束となって光分割光学系４に入射す
る。ここでは光分割光学系４は、Ｖ型の凹部を持つ第１
の多面体プリズム４１と、Ｖ型の凸部を持つ第２の多面
体プリズム４２とで構成されている。これら２つのプリ
ズムの屈折作用によって照明光束は２つの光束に分割さ
れる。そして、それぞれの光束は別々の第１の面光源形
成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光
学系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）に入射する。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which two polyhedral prisms are used as a light dividing optical system. An illumination light beam emitted from a light source 1 such as a mercury lamp is focused by an elliptical mirror 2 and is input to a collimator lens.
By 3, the light beam becomes a substantially parallel light beam and enters the light splitting optical system 4. Here, the light splitting optical system 4 has a first shape having a V-shaped concave portion.
And a second polyhedral prism 42 having a V-shaped convex portion. Due to the refraction of these two prisms, the illumination light beam is split into two light beams. Then, each light beam enters the first surface light source forming optical system (5a, 6a, 7a) and the second surface light source forming optical system (5b, 6b, 7b).
【００３０】ここでは面光源形成光学系を２コとした
が、この数量は任意でよい。また、光分割光学系も、面
光源形成光学系の個数に合わせて２分割とするものとし
たが、多面光源形成光学系の個数に応じていくつに分割
してもよい。例えば面光源形成光学系が４個より成れ
ば、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、光分割光学系４
１、４２はそれぞれ４角錐型（ピラミッド型）の凹部を
有する第１の多面体プリズム４１と、４角錐型（ピラミ
ッド型）の凸部を有する第２の多面体プリズム４２とよ
り構成すればよい。Here, the number of the surface light source forming optical systems is two, but the number may be arbitrary. Also, the light dividing optical system is divided into two in accordance with the number of surface light source forming optical systems, but may be divided into any number according to the number of multi-surface light source forming optical systems. For example, if the number of surface light source forming optical systems is four, as shown in FIGS.
Reference numerals 1 and 42 may each be constituted by a first polyhedral prism 41 having a quadrangular pyramid (pyramid) concave portion and a second polyhedral prism 42 having a quadrangular pyramid (pyramid) convex portion.
【００３１】各面光源形成光学系は、第１集光レンズ
（５ａ，５ｂ）と、ロッド型オプティカルインテグレー
タ（６ａ，６ｂ）と、第２集光レンズ（７ａ，７ｂ）と
から構成され、まず光分割光学系４により２分割された
各光束は、第１集光レンズ（５ａ，５ｂ）により集光さ
れ、ロッド型オプティカルインテグレータ（６ａ，６
ｂ）に入射する。このロッド型オプティカルインテグレ
ータ（６ａ，６ｂ）は、四角柱状の棒状光学部材で構成
され、この入射側面Ａ２は、第１集光レンズ（５ａ，５
ｂ）の集光位置もくしはその近傍に配置され、楕円鏡２
により形成される光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置
されている。ロッド型オプティカルインテグレータ（６
ａ，６ｂ）を入射した光束はこれの内部で内面反射して
射出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ１からの射出
光は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数の光源像（面
光源）があるかの如く射出する。この事については特開
平１−２７１７１８号公報に詳しい。Each surface light source forming optical system comprises a first condenser lens (5a, 5b), a rod type optical integrator (6a, 6b), and a second condenser lens (7a, 7b). Each light beam split into two by the light splitting optical system 4 is condensed by a first condensing lens (5a, 5b), and is condensed by a rod-type optical integrator (6a, 6).
b). The rod-type optical integrators (6a, 6b) are constituted by quadrangular prism-shaped rod-shaped optical members, and the incident side surface A2 is provided with a first condenser lens (5a, 5b).
The light condensing position b) is arranged in the vicinity thereof, and the elliptical mirror 2
Are arranged substantially conjugate with the light source image position A1 formed by. Rod type optical integrator (6
a, 6b) is internally reflected inside the light beam and exits from the exit surface B1, so that the exit light from the exit surface side B1 emits a plurality of light source images (surface light sources) on the incident side surface A2 thereof. Inject as if there is. This is described in detail in JP-A-1-271718.
【００３２】ロッド型オプティカルインテグレータ（６
ａ，６ｂ）を射出した照明光はそれぞれ第２集光レンズ
（７ａ、７ｂ）により集光されて、このレンズ系の射出
側（後側）焦点位置Ａ３にそれぞれ２つの２次光源が形
成され、ここには実質的に２つの面光源が形成される。
この２次光源が形成される位置Ａ３には、２つの開口を
持つ開口絞り８が設けられており、この開口絞り８の各
開口を介した各光束はコンデンサーレンズ９により集光
されてレチクル１０を所定の傾きで均一な傾斜照明す
る。The rod type optical integrator (6
The illumination light emitted from a, 6b) is condensed by the second condenser lenses (7a, 7b), and two secondary light sources are formed at the emission side (rear side) focal position A3 of this lens system. Here, substantially two surface light sources are formed.
At a position A3 where the secondary light source is formed, an aperture stop 8 having two apertures is provided. Each light beam passing through each aperture of the aperture stop 8 is condensed by a condenser lens 9 to form a reticle 10 Is illuminated uniformly at a predetermined inclination.
【００３３】レチクル１０の下面には、所定の回路パタ
ーンが形成されており、傾斜照明によりレチクルのパタ
ーンを透過、回折した光は投影光学系１１により集光結
像され、ウエハ１２上に、レチクル１０のパターンの像
を形成する。なお、図１に示した照明光学系中におい
て、楕円鏡２による光源像Ａ１，ロッド型オプティカル
インテグレータ６ａ，６ｂの入射側面Ａ２，第２集光レ
ンズ７ａ，７ｂの射出側（後側）焦点位置Ａ３は、投影
光学系の入射瞳面Ｐｕ（開口絞り１１ａ）と互いに共役
に設けられており、換言すれば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、
物体面（レチクル１０及びウエハ１２）のフーリエ変換
面となっている。また、ロッド型オプティカルインテグ
レータ６ａ，６ｂの射出側面Ｂ１は、物体面（レチクル
１０及びウエハ１２）と互いに共役に設けられている。A predetermined circuit pattern is formed on the lower surface of the reticle 10. Light transmitted and diffracted through the reticle pattern by oblique illumination is condensed and imaged by the projection optical system 11, and An image of 10 patterns is formed. Note that, in the illumination optical system shown in FIG. 1, the light source image A1 by the elliptical mirror 2, the incident side surface A2 of the rod-type optical integrators 6a and 6b, the exit side (rear side) focal position of the second condenser lenses 7a and 7b. A3 is provided conjugate with the entrance pupil plane Pu (aperture stop 11a) of the projection optical system. In other words, A1, A2, and A3 are:
It is a Fourier transform plane of the object plane (reticle 10 and wafer 12). The emission side surfaces B1 of the rod-type optical integrators 6a and 6b are provided conjugate with the object plane (the reticle 10 and the wafer 12).
【００３４】以上の如く、第１の面光源形成光学系（５
ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（５ｂ，
６ｂ，７ｂ）は光軸ＡＸより離れた位置にあるため、レ
チクル１０のパターン中で特定の方向及びピッチを有す
るパターンの投影像の焦点深度を極めて大きくすること
が可能となっている。ただし、レチクル１０のパターン
の方向やピッチは、使用するレチクル１０により異なる
ことが予想される。従って各レチクル１０に対して最適
となるように、駆動系２３により第１の面光源形成光学
系（５ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系
（５ｂ，６ｂ，７ｂ）の位置等を変更可能としておくと
良い。なお、駆動系２３は主制御系２２の動作命令によ
り動作するが、このときの位置等の設定条件はキーボー
ド等の入力手段２４より入力する。あるいはバーコード
リーダー２１によりレチクル１０上のバーコードパター
ンＢＣを読み、その情報に基づいて設定を行なってもよ
い。レチクル１０上のバーコードパターンＢＣに、上記
照明条件を記入しておいてもよいし、あるいは主制御系
２２は、レチクル名とそれに対応する照明条件を記憶
（予め入力）しておき、バーコードパターンＢＣに記さ
れたレチクル名と、上記記憶内容とを照合して、照明条
件を決定してもよい。As described above, the first surface light source forming optical system (5)
a, 6a, 7a) and the second surface light source forming optical system (5b,
6b, 7b) are located farther from the optical axis AX, so that the depth of focus of the projected image of a pattern having a specific direction and pitch in the pattern of the reticle 10 can be extremely increased. However, the direction and pitch of the pattern of the reticle 10 are expected to differ depending on the reticle 10 used. Therefore, the positions of the first surface light source forming optical systems (5a, 6a, 7a) and the second surface light source forming optical systems (5b, 6b, 7b) are adjusted by the drive system 23 so as to be optimal for each reticle 10. And so on can be changed. The drive system 23 operates according to an operation command from the main control system 22, and the setting conditions such as the position at this time are input from input means 24 such as a keyboard. Alternatively, the barcode reader 21 may read the barcode pattern BC on the reticle 10 and make settings based on the information. The illumination conditions may be written in the barcode pattern BC on the reticle 10, or the main control system 22 may store (input in advance) the reticle name and the illumination conditions corresponding to the reticle name, and The illumination condition may be determined by collating the reticle name described in the pattern BC with the stored content.
【００３５】図３は、図１中の光分割光学系４（４１，
４２）から第２集光レンズ７ａ，７ｂまでの拡大図であ
る。ここでは、第１の多面体プリズム４１と第２の多面
体プリズム４２との互いに対向する面は平行であるもの
とし、プリズム４１の入射面とプリズム４２の射出面と
は光軸ＡＸと垂直であるものとする。その第１の多面体
プリズム４１は保持部材４３により保持され、第２の多
面体プリズム４２は保持部材４４により保持される。各
保持部材４３、４４はそれぞれ可動部材４５ａ、４５
ｂ、及び４６ａ、４６ｂにより保持され、固定部材４７
ａ、４７ｂ上を図中左右方向、すなわち光軸ＡＸに沿っ
た方向に可動となっている。この動作はモータ等の駆動
部材４８ａ、４８ｂ、４９ａ、４９ｂによって行なわれ
る。また、第１の多面体プリズム４１と第２の多面体プ
リズム４２は独立に移動可能であるので、２つのプリズ
ムの間隔の変更により射出する２光束の間隔を光軸ＡＸ
を中心として放射方向に変更することができる。FIG. 3 shows the light dividing optical system 4 (41, 41) in FIG.
It is an enlarged view from 42) to 2nd condenser lens 7a, 7b. Here, the surfaces of the first polyhedron prism 41 and the second polyhedron prism 42 facing each other are assumed to be parallel, and the entrance surface of the prism 41 and the exit surface of the prism 42 are perpendicular to the optical axis AX. And The first polyhedral prism 41 is held by a holding member 43, and the second polyhedral prism 42 is held by a holding member 44. The holding members 43 and 44 are respectively movable members 45a and 45
b, and 46a, 46b,
a and 47b are movable in the horizontal direction in the figure, that is, in the direction along the optical axis AX. This operation is performed by driving members 48a, 48b, 49a, 49b such as motors. Further, since the first polyhedral prism 41 and the second polyhedral prism 42 can be moved independently, the interval between two light beams emitted by changing the interval between the two prisms is changed to the optical axis AX.
In the radial direction.
【００３６】多面体プリズム４２から射出する複数の光
束は、第１集光レンズ５ａ，５ｂに入射する。図３では
第１の面光源形成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）が保持部
材５０ａに保持され、第２の面光源形成光学系（５ｂ，
６ｂ，７ｂ）が５０ｂに保持されている。また、これら
の保持部材５０ａ，５０ｂはそれぞれ可動部材５１ａ、
５１ｂにより保持されている為に、固定部材５２ａ、５
２ｂに対して可動となっている。この動作は駆動部材５
３ａ、５３ｂによりおこなわれる。A plurality of light beams emitted from the polyhedral prism 42 enter the first condenser lenses 5a and 5b. In FIG. 3, the first surface light source forming optical system (5a, 6a, 7a) is held by the holding member 50a, and the second surface light source forming optical system (5b,
6b, 7b) are held at 50b. These holding members 50a, 50b are respectively movable members 51a,
51b, the fixing members 52a, 5b
It is movable with respect to 2b. This operation is performed by the driving member 5.
3a and 53b.
【００３７】第１の面光源形成光学系（５ａ，６ａ，７
ａ）と第２の面光源形成光学系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）と
を一体に保持及び移動することにより、第１の面光源形
成光学系（５ａ，６ａ，７ａ）と第２の面光源形成光学
系（５ｂ，６ｂ，７ｂ）の光学的な位置関係をずらすこ
となく、第２集光レンズ７ａ，７ｂから射出する光束の
位置を光軸ＡＸと垂直な面内で任意に変更することがで
きる。尚、保持部材５０ａ、５０ｂより突き出た部材５
４ａ、５４ｂは遮光板である。これにより、光分割光学
系より発生する迷光を遮断し、不必要な光がレチクルへ
達することを防止する。また、遮光版５４ａ、５４ｂが
光軸ＡＸ方向に各々ずれていることにより、保持部材５
０ａ、５０ｂの可動範囲の制限を少なくすることができ
る。The first surface light source forming optical system (5a, 6a, 7)
a) and the second surface light source forming optical system (5a, 6a, 7a) and the second surface light source forming unit by integrally holding and moving the first surface light source forming optical system (5a, 6a, 7a). Arbitrarily changing the position of the light beam emitted from the second condenser lenses 7a, 7b within a plane perpendicular to the optical axis AX without shifting the optical positional relationship of the forming optical systems (5b, 6b, 7b). Can be. The member 5 protruding from the holding members 50a, 50b
4a and 54b are light shielding plates. Thereby, stray light generated from the light splitting optical system is blocked, and unnecessary light is prevented from reaching the reticle. Further, since the light shielding plates 54a and 54b are shifted in the optical axis AX direction, the holding members 5
The limitation on the movable range of 0a and 50b can be reduced.
【００３８】図３中では、光分割光学系（多面体プリズ
ム）４１、４２の光軸方向の間隔を変更することで、分
割した各光束の位置を光軸ＡＸに対して放射方向に変更
可能としたが、各光束を光軸ＡＸを中心とする同心円方
向に変更することも可能である。さて、露光すべきレチ
クルパターンに応じて、これらの系をどのように最適に
するかを説明する。第１の面光源形成光学系（５ａ，６
ａ，７ａ）と第２の面光源形成光学系（５ｂ，６ｂ，７
ｂ）との各位置（光軸と垂直な面内での位置）は、転写
すべきレチクルパターンに応じて決定（変更）するのが
良い。この場合の位置決定方法は作用の項で述べた通
り、各面光源形成光学系からの照明光束が転写すべきパ
ターンの微細度（ピッチ）に対して最適な解像度、及び
焦点深度の向上効果を得られるようにレチクルパターン
に入射する位置（入射角ψ）とすればよい。In FIG. 3, the position of each split light beam can be changed in the radial direction with respect to the optical axis AX by changing the interval in the optical axis direction between the light splitting optical systems (polyhedral prisms) 41 and 42. However, it is also possible to change each light beam in a concentric direction around the optical axis AX. Now, how to optimize these systems according to the reticle pattern to be exposed will be described. The first surface light source forming optical system (5a, 6
a, 7a) and the second surface light source forming optical system (5b, 6b, 7).
Each position (position in the plane perpendicular to the optical axis) with (b) is preferably determined (changed) according to the reticle pattern to be transferred. In this case, as described in the section of the operation, the position determination method is designed to improve the resolution and the depth of focus that are optimal for the fineness (pitch) of the pattern to which the illumination light beam from each surface light source forming optical system is to be transferred. What is necessary is just to set it as the position (incident angle ψ) where it is incident on the reticle pattern so that it can be obtained.
【００３９】そこで、各面光源形成光学系の位置決定の
具体例を、図４、及び図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）を用いて説明する。図４は各面光源形成光学系の
第２集光レンズ７ａ，７ｂから投影光学系１１までの部
分を模式的に表わす図であり、第２集光レンズ７ａ，７
ｂのレチクル側焦点位置、即ち２次光源像が形成される
位置が、レチクルパターン１０ａのフーリエ変換面Ｆと
一致している。またこのとき両者をフーリエ変換の関係
とならしめるコンデンサーレンズ９を一枚のレンズとし
て表わしてある。さらに、コンデンサーレンズ９の第２
集光レンズ側（前側）主点から第２集光レンズのレチク
ル側（後側）焦点位置までの距離と、コンデンサーレン
ズ９のレチクル側（後側）主点からレチクルパターン１
０ａまでの距離は共にｆであるとする。Therefore, specific examples of the position determination of each surface light source forming optical system are shown in FIGS. 4 and 5A, 5B, 5C, and 5C.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view schematically showing a portion from the second condenser lenses 7a and 7b to the projection optical system 11 of each surface light source forming optical system.
The reticle-side focal position b, that is, the position where the secondary light source image is formed coincides with the Fourier transform plane F of the reticle pattern 10a. At this time, the condenser lens 9 for making the two have a Fourier transform relationship is shown as one lens. Furthermore, the second of the condenser lens 9
The distance from the condenser lens side (front side) principal point to the reticle side (rear side) focal position of the second condenser lens, and the reticle pattern 1 from the reticle side (rear side) principal point of the condenser lens 9
It is assumed that the distance to 0a is f.
【００４０】図５（Ａ）、（Ｃ）は共にレチクルパター
ン１０ａ中に形成される一部分のパターンの例を表わす
図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のレチクルパターン
の場合に最適な各面光源形成光学系の光軸（Ｘ7a，
Ｘ7b）のフーリエ変換面Ｆ（投影光学系の瞳面）での位
置を示し、図５（Ｄ）は図５（Ｃ）のレチクルパターン
の場合に最適な各面光源形成光学系の位置（最適な各面
光源形成光学系の光軸の位置）を表わす図である。FIGS. 5A and 5C are diagrams each showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 10a. FIG. 5B is a view showing the case of the reticle pattern shown in FIG. Optimal optical axis of each surface light source forming optical system (X7a ,
X7b ) on the Fourier transform plane F (pupil plane of the projection optical system). FIG. 5D shows the optimal position of each surface light source forming optical system in the case of the reticle pattern shown in FIG. It is a figure showing the optimal position of the optical axis of each surface light source forming optical system).
【００４１】図５（Ａ）は、いわゆる１次元ラインアン
ドスペースパターンであって、透過部と遮光部が等しい
幅でＹ方向に帯状に並び、それらがＸ方向にピッチＰで
規則的に並んでいる。このとき、個々の面光源形成光学
系の最適位置は図５（Ｂ）に示すようにフーリエ変換面
内に仮定したＹ方向の線分Ｌα上、及び線分Ｌβ上の任
意の位置となる。図５（Ｂ）はレチクルパターン１０ａ
に対するフーリエ変換面Ｆを光軸ＡＸ方向から見た図で
あり、かつ、面Ｆ内の座標系Ｘ、Ｙは、同一方向からレ
チクルパターン１０ａを見た図５（Ａ）と同一にしてあ
る。FIG. 5A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern in which a transparent portion and a light-shielding portion are arranged in a band in the Y direction with an equal width, and they are regularly arranged at a pitch P in the X direction. I have. At this time, the optimum position of each surface light source forming optical system is an arbitrary position on the line segment Lα in the Y direction assumed in the Fourier transform plane and on the line segment Lβ as shown in FIG. 5B. FIG. 5B shows a reticle pattern 10a.
5 is a view of the Fourier transform plane F with respect to the optical axis AX direction, and the coordinate systems X and Y in the plane F are the same as FIG. 5A in which the reticle pattern 10a is viewed from the same direction.
【００４２】さて、図５（Ｂ）において、光軸ＡＸが通
る中心Ｃから各線分Ｌα、Ｌβまでの距離α、βはα＝
βであり、λを露光波長としたとき、α＝β＝ｆ・（１
／２）・（λ／Ｐ）に等しい。この距離α・βをｆ・si
n ψと表わせれば、sin ψ＝λ／２Ｐであり、これは作
用の項で述べた数値と一致している。従って、各面光源
形成光学系の各光軸（各第２集光レンズのレチクル側焦
点位置に夫々形成される２次光源像の光量分布の各重
心）位置が線分Ｌα、Ｌβ上にあれば、図５（Ａ）に示
す如きラインアンドスペースパターンに対して、各面光
源形成光学系からの照明光により発生する０次回折光と
±１次回折光のうちのどちらか一方との２つの回折光
は、投影光学系の瞳面Ｐｕにおいて光軸ＡＸからほぼ等
距離となる位置を通る。従って、図５（Ａ）に示した１
次元パターンの場合、図４に示した各面光源形成光学系
の光軸（Ｘ7a，Ｘ7b）は、周期的なレチクルパターンの
方向Ｘでの各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分を
Ｌ（α＝β）、コンデンサーレンズ９の射出側（後側）
の焦点距離をｆ、照明光の波長をλ、レチクルパターン
の周期的なピッチをＰとするとき、Ｌ＝λｆ／２Ｐの関
係をほぼ満足するように配置されることによって、ライ
ンアンドスペースパターン（図５（Ａ））に対する焦点
深度を最大とすることができ、かつ高解像度を得ること
ができる。In FIG. 5B, the distances α and β from the center C through which the optical axis AX passes to the line segments Lα and Lβ are α = β.
β, where λ is the exposure wavelength, α = β = f · (1
/ 2) · (λ / P). This distance α ・ β is f ・ si
When expressed as n s, sin λ = λ / 2P, which is consistent with the numerical value described in the operation section. Therefore, the position of each optical axis of each surface light source forming optical system (each barycenter of the light amount distribution of the secondary light source image formed at the reticle-side focal position of each second condenser lens) is on the line segments Lα and Lβ. For example, with respect to a line and space pattern as shown in FIG. 5A, two diffractions of 0-order diffraction light and ± 1st-order diffraction light generated by illumination light from each surface light source forming optical system are performed. The light passes through a position that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane Pu of the projection optical system. Therefore, 1 shown in FIG.
In the case of a two-dimensional pattern, the optical axes (X7a , X7b ) of each surface light source forming optical system shown in FIG. 4 are the distances between the optical axes of each surface light source forming optical system in the direction X of the periodic reticle pattern. Is the half of L (α = β), the exit side (rear side) of the condenser lens 9
Where f is the focal length, λ is the wavelength of illumination light, and P is the periodic pitch of the reticle pattern, the line and space pattern ( The depth of focus with respect to FIG. 5A can be maximized, and high resolution can be obtained.
【００４３】次に、図５（Ｃ）はレチクルパターンがい
わゆる孤立スペースパターンである場合であり、パター
ンのＸ方向（横方向）ピッチがＰｘ、Ｙ方向（縦方向）
ピッチがＰｙとなっている。図５（Ｄ）は、この場合の
各面光源形成光学系の最適位置を表わす図であり、図５
（Ｃ）との位置、回転関係は図５（Ａ）、（Ｂ）の関係
と同じである。図５（Ｃ）の如き、２次元パターンに照
明光が入射するとパターンの２次元方向の周期性（Ｘ：
Ｐｘ、Ｙ：Ｐｙ）に応じた２次元方向に回折光が発生す
る。図５（Ｃ）の如き２次元パターンにおいても回折光
中の±１次回折光のうちのいずれか一方と０次回折光と
が投影光学系の瞳面Ｐｕにおいて光軸ＡＸからほぼ等距
離となるようにすれば、焦点深度を最大とすることがで
きる。図５（Ｃ）のパターンではＸ方向のピッチはＰｘ
であるから、図５（Ｄ）に示す如く、α＝β＝ｆ・（１
／２）・（λ／Ｐｘ）となる線分Ｌα、Ｌβ上に各面光
源形成光学系の光軸があれば、パターンのＸ方向成分に
ついて焦点深度を最大とすることができる。同様に、ｒ
＝ε＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐｙ）となる線分Ｌγ、
Ｌε上に各面光源形成光学系の光軸があれば、パターン
Ｙ方向成分について焦点深度を最大とすることができ
る。Next, FIG. 5C shows a case where the reticle pattern is a so-called isolated space pattern, wherein the pitch of the pattern in the X direction (horizontal direction) is Px, and the pitch in the Y direction (vertical direction).
The pitch is Py. FIG. 5D is a diagram showing an optimum position of each surface light source forming optical system in this case.
The positional and rotational relationship with (C) is the same as the relationship in FIGS. 5 (A) and (B). When illumination light is incident on a two-dimensional pattern as shown in FIG. 5C, the periodicity of the pattern in the two-dimensional direction (X:
Px, Y: Py), diffracted light is generated in a two-dimensional direction. Even in the two-dimensional pattern as shown in FIG. 5C, any one of the ± 1st-order diffracted lights in the diffracted light and the 0th-order diffracted light are substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane Pu of the projection optical system. In this case, the depth of focus can be maximized. In the pattern of FIG. 5C, the pitch in the X direction is Px
Therefore, as shown in FIG. 5D, α = β = f · (1
If the optical axes of the surface light source forming optical systems are on the line segments Lα and Lβ that satisfy (/ 2) · (λ / Px), the depth of focus can be maximized for the X-direction component of the pattern. Similarly, r
= Ε = f · (1/2) · (λ / Py), a line segment Lγ,
If the optical axis of each surface light source forming optical system is on Lε, the depth of focus can be maximized for the component in the Y direction of the pattern.
【００４４】以上、図５（Ｂ）、又は（Ｄ）に示した各
位置に配置した面光源形成光学系からの照明光束がレチ
クルパターン１０ａに入射すると、０次光回折光成分Ｄ
0と、＋１次回折光成分ＤPまたは−１次回折光成分Ｄ
mのいずれか一方とが、投影光学系１１内の瞳面Ｐｕで
は光軸ＡＸからほぼ等距離となる光路を通る。従って作
用の項で述べたとおり、高解像及び大焦点深度の投影露
光装置が実現できる。As described above, when the illumination light beam from the surface light source forming optical system arranged at each position shown in FIG. 5B or 5D enters the reticle pattern 10a, the 0th-order light diffracted light component D
0 and + 1st order diffracted light component DP or −1st order diffracted light component D
Any one ofm passes through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane Pu in the projection optical system 11. Therefore, as described in the section of operation, a projection exposure apparatus having a high resolution and a large depth of focus can be realized.
【００４５】また、レチクルパターン１０ａが図５
（Ｄ）の如く２次元の周期性パターンを含む場合、特定
の１つの０次回折光成分に着目したとき、投影光学系の
瞳面Ｐｕ上ではその１つの０次回折光成分を中心として
Ｘ方向（第１方向）に分布する１次以上の高次回折光成
分と、Ｙ方向（第２方向）に分布する１次以上の高次回
折光成分とが存在し得る。そこで、特定の１つの０次回
折光成分に対して２次元のパターンの結像を良好に行う
ものとすると、第１方向に分布する高次回折光成分の１
つと、第２方向に分布する高次回折光成分の１つと、特
定の０次回折光成分との３つが、瞳面Ｐｕ上で光軸ＡＸ
からほぼ等距離に分布するように、特定の０次回折光成
分（１つの面光源形成光学系）の位置を調節すればよ
い。例えば、図５（Ｄ）中で面光源形成光学系の光軸位
置を点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμのいずれかと一致させる
とよい。点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμはいずれも線分Ｌα
またはＬβ（Ｘ方向の周期性について最適な位置、すな
わち０次回折光とＸ方向の±１次回折光の一方とが投影
光学系瞳面Ｐｕ上で光軸からほぼ等距離となる位置）及
び線分Ｌγ、Ｌε（Ｙ方向の周期性について最適な位
置）の交点であるためＸ方向、Ｙ方向のいずれのパター
ン方向についても最適な光源位置となる。The reticle pattern 10a is shown in FIG.
In the case where a two-dimensional periodic pattern is included as in (D), when focusing on one specific zero-order diffracted light component, the X direction (centering around the one zero-order diffracted light component on the pupil plane Pu of the projection optical system) A first or higher order diffracted light component distributed in the first direction) and a first or higher order diffracted light component distributed in the Y direction (second direction) can exist. Therefore, if it is assumed that a two-dimensional pattern is favorably imaged with respect to one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction can be used.
And one of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0th-order diffracted light component, the optical axis AX on the pupil plane Pu.
The position of a specific zero-order diffracted light component (one surface light source forming optical system) may be adjusted so as to be distributed at substantially the same distance from. For example, in FIG. 5D, the optical axis position of the surface light source forming optical system may be matched with any one of the points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ. Points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ are all line segments Lα
Or Lβ (the position optimal for the periodicity in the X direction, that is, the position where the 0th-order diffracted light and one of the ± 1st-order diffracted lights in the X direction are substantially equidistant from the optical axis on the pupil plane Pu of the projection optical system) and a line segment Since it is the intersection of Lγ and Lε (the optimal position for the periodicity in the Y direction), the optimal light source position is obtained in both the X direction and the Y direction.
【００４６】特に、図５（Ｃ）の如き２次元の周期性パ
ターンの場合において最もバランスの良い最適な傾斜照
明を達成するには、図５（Ｄ）に示す如きフーリエ変換
面Ｆ上の点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμの４つの位置に各々
の２次光源像（面光源）の中心を位置されることが好ま
しい。このための好適な構成としては、図１の光分割光
学系４を図２に示す如き四角錐型（ピラミッド型）の凹
部を有する第１の多面体プリズムと、四角錐型（ピラミ
ッド型）の凸部を有する第２の多面体プリズムとで構成
して、この光分割光学系４により４分割される光束の数
に対応する４つの面光源形成光学系を並列的に設けるこ
とが良い。このとき、図５（Ｄ）に示す如きフーリエ変
換面Ｆ上の点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμの４つの位置に各
面光源形成光学系の光軸を一致されることが肝要であ
る。In particular, in order to achieve the most balanced and optimum oblique illumination in the case of a two-dimensional periodic pattern as shown in FIG. 5C, it is necessary to use a point on the Fourier transform plane F as shown in FIG. It is preferable that the center of each secondary light source image (surface light source) be located at four positions of Pζ, Pη, Pκ, and Pμ. As a preferable configuration for this purpose, the light splitting optical system 4 shown in FIG. 1 includes a first polyhedral prism having a quadrangular pyramid (pyramid) concave portion as shown in FIG. It is preferable to provide a second polyhedral prism having a portion, and to provide four surface light source forming optical systems corresponding to the number of light beams divided by the light dividing optical system 4 in parallel. At this time, it is important that the optical axis of each surface light source forming optical system be coincident with four points Pζ, Pη, Pκ, and Pμ on the Fourier transform plane F as shown in FIG. 5D.
【００４７】そして、この構成の場合、コンデンサーレ
ンズ９の射出側（後側）の焦点距離をｆ、照明光の波長
をλ、周期的なレチクルパターンのＸ方向に対応する方
向での各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分をＬｘ
（α＝β）、周期的なレチクルパターンのＸ方向に対応
する方向での各面光源形成光学系の光軸間の距離の半分
をＬｙ（γ＝ε）、レチクルパターンのＸ方向での周期
的なピッチをＰｘ、レチクルパターンのＹ方向での周期
的なピッチをＰｙとするとき、Ｌｘ＝λｆ／２Ｐｘ及び
Ｌｙ＝λｆ／２Ｐｙの関係を満足するように４つの面光
源形成光学系の光軸を配置すれば良い。In the case of this configuration, the focal length on the exit side (rear side) of the condenser lens 9 is f, the wavelength of the illumination light is λ, and each surface light source in the direction corresponding to the X direction of the periodic reticle pattern. Half of the distance between the optical axes of the forming optical system is Lx
(Α = β), the half of the distance between the optical axes of the surface light source forming optical systems in the direction corresponding to the X direction of the periodic reticle pattern is Ly (γ = ε), and the period of the reticle pattern in the X direction. Assuming that the typical pitch is Px and the periodic pitch of the reticle pattern in the Y direction is Py, the light of the four surface light source forming optical systems is such that the relations of Lx = λf / 2Px and Ly = λf / 2Py are satisfied. What is necessary is just to arrange an axis.
【００４８】また、図５（Ｃ）に示した２次元パターン
の各方向での周期的なピッチが等しく（Ｐｘ＝Ｐｙ＝
Ｐ）、しかも上述の如く面光源形成光学系を４つで構成
した場合、フーリエ変換面Ｆの大きさを最大限利用（投
影光学系の開口数ＮＡを最大限利用）した最もバランス
の良い傾斜照明を達成するには、各周期的なレチクルパ
ターン方向Ｘ，Ｙでの各面光源形成光学系の光軸間の距
離の半分をＬ（α＝β＝γ＝ε）、コンデンサーレンズ
９の射出側（後側）の焦点距離をｆ、照明光の波長を
λ、レチクルパターンの周期的なピッチをＰとすると
き、Ｌ＝λｆ／２Ｐの関係をほぼ満足するように４つの
面光源形成光学系の光軸を配置することが望ましい。Further, the two-dimensional pattern shown in FIG. 5C has the same periodic pitch in each direction (Px = Py =
P) In addition, in the case where the surface light source forming optical system is composed of four as described above, the most well-balanced inclination utilizing the maximum size of the Fourier transform surface F (maximum use of the numerical aperture NA of the projection optical system). In order to achieve illumination, half of the distance between the optical axes of the surface light source forming optical systems in each of the periodic reticle pattern directions X and Y is set to L (α = β = γ = ε) and the condenser lens 9 is ejected. When the focal length on the side (rear side) is f, the wavelength of the illumination light is λ, and the periodic pitch of the reticle pattern is P, the four surface light source forming optics almost satisfy the relationship of L = λf / 2P. It is desirable to arrange the optical axis of the system.
【００４９】また、この場合において、投影光学系のレ
チクル側の開口数をＮＡR、周期的なレチクルパターン
の各方向に対応する方向での各面光源形成光学系の光軸
間の距離の半分をＬ（α＝β＝γ＝ε）、コンデンサー
レンズ９の射出側（後側）の焦点距離をｆとするとき、 0.35ＮＡR≦Ｌ／ｆ≦0.7 ＮＡR の関係を満足するように４つの面光源形成光学系の光軸
を配置することが好ましい。この関係式の下限を越える
と、傾斜照明による効果が薄れてしまい、仮に傾斜照明
をしたとしても大きな焦点深度を維持しつつ高解像度を
達成することは困難となる。逆に、上記の関係式の上限
を越えると、フーリエ面上に形成される分離光源からの
光束が投影光学系を通過できなくなるため好ましくな
い。In this case, the numerical aperture on the reticle side of the projection optical system is NAR , and half the distance between the optical axes of the surface light source forming optical systems in the direction corresponding to each direction of the periodic reticle pattern. the L (α = β = γ = ε), the focal length of the exit side of the condenser lens 9 (the rear side) is f, so as to satisfy the relationship of0.35NA R ≦ L / f ≦ 0.7 NA R 4 It is preferable to arrange the optical axes of the two surface light source forming optical systems. If the lower limit of the relational expression is exceeded, the effect of the oblique illumination will be weakened, and it will be difficult to achieve high resolution while maintaining a large depth of focus even if the oblique illumination is performed. Conversely, if the upper limit of the above relational expression is exceeded, it is not preferable because the light beam from the separation light source formed on the Fourier plane cannot pass through the projection optical system.
【００５０】以上、レチクルパターン１０ａとして図５
（Ａ）、又は（Ｃ）に示した２例のみを考えたが、他の
パターンであってもその周期性（微細度）に着目し、そ
のパターンからの＋１次回折光成分または−１次回折光
成分のいずれか一方と０次回折光成分との２光束が、投
影光学系内の瞳面Ｐｕでは光軸ＡＸからほぼ等距離にな
る光路を通るような位置に各面光源形成光学系の光軸を
配置すればよい。As described above, the reticle pattern 10a shown in FIG.
Although only the two examples shown in (A) or (C) were considered, even for other patterns, attention was paid to the periodicity (fineness), and a + 1st-order or -1st-order diffracted light component from the pattern was used. The optical axis of each surface light source forming optical system is located at a position where two light beams, one of the components and the 0th-order diffracted light component, pass through an optical path that is substantially equidistant from the optical axis AX on the pupil plane Pu in the projection optical system. Should be arranged.
【００５１】また、図５（Ａ）、（Ｃ）のパターン例
は、ライン部とスペース部の比（デューティ比）が１：
１のパターンであった為、発生する回折光中では±１次
回折光が強くなる。このため、±１次回折光のうちの一
方と０次回折光との位置関係に着目したが、パターンが
デューティ比１：１から異なる場合等では他の回折光、
例えば±２次回折光のうちの一方と０次回折光との位置
関係が、投影光学系瞳面Ｐｕにおいて光軸ＡＸからほぼ
等距離となるようにしてもよい。In the pattern examples shown in FIGS. 5A and 5C, the ratio (duty ratio) between the line portion and the space portion is 1: 1.
Because of the pattern 1, the ± 1st-order diffracted light becomes stronger in the generated diffracted light. For this reason, attention has been paid to the positional relationship between one of the ± 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light.
For example, the positional relationship between one of the ± 2nd-order diffracted lights and the 0th-order diffracted light may be substantially equidistant from the optical axis AX on the projection optical system pupil plane Pu.
【００５２】尚、以上において２次元パターンとしてレ
チクル上の同一箇所に２次元の方向性を有するパターン
を仮定したが、同一レチクルパターン中の異なる位置に
異なる方向性を有する複数のパターンが存在する場合に
も上記の方法を適用することができる。レチクル上のパ
ターンが複数の方向性又は微細度を有している場合、フ
ライアイレンズ群の最適位置は、上述の様にパターンの
各方向性及び微細度に対応したものとなるが、或いは各
最適位置の平均位置に各面光源形成光学系の光軸を配置
してもよい。また、この平均位置は、パターンの微細度
や重要度に応じた重みを加味した荷重平均としてもよ
い。In the above description, a pattern having a two-dimensional direction at the same position on the reticle has been assumed as a two-dimensional pattern. However, when a plurality of patterns having different directions exist at different positions in the same reticle pattern. The above method can be applied also to the above. When the pattern on the reticle has a plurality of directions or finenesses, the optimal position of the fly-eye lens group corresponds to each directionality and fineness of the pattern as described above, or The optical axis of each surface light source forming optical system may be arranged at the average position of the optimum positions. In addition, the average position may be a load average taking into account the weight according to the fineness and importance of the pattern.
【００５３】また、各面光源形成光学系を射出した光束
の０次光成分は、それぞれウエハに対して傾いて入射す
る。このときこれらの傾いた入射光束（複数）の光量重
心の方向がウエハに対して垂直でないと、ウエハ１２の
微小デフォーカス時に、転写像の位置がウエハ面内方向
にシフトするという問題が発生する。これを防止する為
には、各面光源形成光学系からの照明光束（複数）の結
像面、もしくはその近傍の面上での光量重心の方向は、
ウエハと垂直、すなわち光軸ＡＸと平行であるようにす
る。The 0th-order light component of the light beam emitted from each surface light source forming optical system is obliquely incident on the wafer. At this time, if the direction of the center of gravity of the light quantity of these inclined incident light beams (plurality) is not perpendicular to the wafer, the problem that the position of the transferred image shifts in the in-plane direction of the wafer when the wafer 12 is slightly defocused. . In order to prevent this, the direction of the center of gravity of the light amount on the imaging plane of the illumination light beams (plural) from each surface light source forming optical system or on a surface in the vicinity thereof is
It is perpendicular to the wafer, that is, parallel to the optical axis AX.
【００５４】つまり、投影光学系１１の光軸ＡＸを基準
とした各面光源形成光学系の光軸のフーリエ変換面内で
の位置ベクトルと、各面光源形成光学系から射出される
光量との積のベクトル和が零になる様にすればよい。
尚、以上の系において、各動作部にはエンコーダ等の位
置検出器を備えておくと良い。図１中の主制御系２２ま
たは駆動系２３は、これらの位置検出器からの位置情報
を基に各構成要素の移動、回転、交換を行なう。That is, the position vector of the optical axis of each surface light source forming optical system in the Fourier transform plane with respect to the optical axis AX of the projection optical system 11 and the amount of light emitted from each surface light source forming optical system. What is necessary is just to make the vector sum of the products zero.
In the above system, it is preferable that each operation unit is provided with a position detector such as an encoder. The main control system 22 or the drive system 23 in FIG. 1 moves, rotates, and exchanges each component based on the position information from these position detectors.
【００５５】次に、第２実施例について図６を参照しな
がら説明する。第１実施例を示す図１と同じ機能を持つ
部材には同じ符号を付している。本実施例が第１実施例
と異なる所は、第１集光レンズ５ａ，５ｂの代わりに、
フライアイレンズ６０ａ，６０ｂを配置した点である。
図６に示す如く、水銀灯等の光源１より放射される照明
光束は楕円鏡２で焦光され、インプットレンズ（コリメ
ータレンズ）３によりほぼ平行光束となって光分割光学
系４にて２分割される。この２分割された平行光束は、
矩形状断面（例えば正方形状断面）の棒状レンズ素子の
集合体でなるフライアイレンズ６０ａ，６０ｂに入射
し、これの射出側面Ａ２もしくはこれの近傍で集光さ
れ、複数の点光源が各々形成される。ここには、実質的
に２次光源としての面光源が形成される。フライアイレ
ンズ６０ａ，６０ｂの射出側面Ａ２にロッド型オプティ
カルインテグレータ６ａ，６ｂの入射側面が近接して設
けられている。従って、ロッド型オプティカルインテグ
レータ６ａ，６ｂの入射側面は、楕円鏡２により形成さ
れる光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置されている。
このロッド型オプティカルインテグレータ６ａ，６ｂ
は、四角柱状の棒状光学部材で構成され、前述した如
く、これに入射した光束はこれの内部で内面反射して射
出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ１からの射出光
は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数の光源像（面光
源）があるかの如く射出する。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Members having the same functions as in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by the same reference numerals. This embodiment is different from the first embodiment in that instead of the first condenser lenses 5a and 5b,
The point is that the fly-eye lenses 60a and 60b are arranged.
As shown in FIG. 6, an illumination light beam emitted from a light source 1 such as a mercury lamp is focused by an elliptical mirror 2, converted into a substantially parallel light beam by an input lens (collimator lens) 3 and split into two by a light splitting optical system 4. You. These two split parallel light beams are
The light enters the fly-eye lenses 60a and 60b, which are an assembly of rod-shaped lens elements having a rectangular cross section (for example, a square cross section), and is condensed on or near the exit side surface A2, thereby forming a plurality of point light sources. You. Here, a surface light source substantially as a secondary light source is formed. The incident side surfaces of the rod-type optical integrators 6a and 6b are provided close to the exit side surfaces A2 of the fly-eye lenses 60a and 60b. Therefore, the incident side surfaces of the rod type optical integrators 6a and 6b are arranged substantially conjugate with the light source image position A1 formed by the elliptical mirror 2.
The rod type optical integrators 6a and 6b
Is composed of a quadrangular columnar rod-shaped optical member. As described above, the light beam incident thereon is internally reflected inside and is emitted from the emission surface B1, so that the emitted light from the emission surface side B1 is as if Are emitted as if there were a plurality of light source images (surface light sources) on the incident side surface A2.
【００５６】そして、ロッド型オプティカルインテグレ
ータ６ａ，６ｂを射出した照明光はそれぞれ集光レンズ
７ａ、７ｂにより集光されて、このレンズの射出側焦点
位置Ａ３には、光軸ＡＸから偏心した位置に３次光源と
しての２つの面光源像が形成される。従って、フライア
イレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面での光束の照度分布
はこれの積分効果により均一化され、さらにロッド型オ
プティカルインテグレータ６ａ，６ｂと集光レンズ７
ａ、７ｂとにより集光レンズ７ａ、７ｂの射出側焦点位
置Ａ３での光束の照度分布は、さらに均一化される。The illumination light emitted from the rod-type optical integrators 6a and 6b is condensed by condensing lenses 7a and 7b, respectively, and is located at the exit-side focal position A3 of the lens at a position decentered from the optical axis AX. Two surface light source images are formed as tertiary light sources. Therefore, the illuminance distribution of the light beam on the exit side surface of the fly-eye lenses 60a and 60b is made uniform by the integration effect thereof, and furthermore, the rod-type optical integrators 6a and 6b and the condenser lens 7
The illuminance distribution of the luminous flux at the exit-side focal position A3 of the condenser lenses 7a and 7b is further uniformed by the a and b.
【００５７】この３次光源としての２つの面光源が形成
される位置Ａ３には、２つの開口を持つ開口絞り８が設
けられており、この開口絞り８の開口を介した各光束
は、コンデンサーレンズ９により集光されてレチクル１
０を所定の傾きで均一な傾斜照明する。レチクル１０の
下面には、所定の回路パターンが形成されており、傾斜
照明によりレチクルのパターンを透過、回折した光は投
影光学系１１により集光結像され、ウエハ１２上に、レ
チクル１０のパターンの像を形成する。An aperture stop 8 having two apertures is provided at a position A3 where two surface light sources as the tertiary light sources are formed. Each light beam passing through the aperture of the aperture stop 8 is condensed. Reticle 1 focused by lens 9
0 is uniformly illuminated with a predetermined inclination. A predetermined circuit pattern is formed on the lower surface of the reticle 10. Light transmitted through and diffracted from the reticle pattern by oblique illumination is focused and imaged by the projection optical system 11, and the pattern of the reticle 10 is formed on the wafer 12. An image is formed.
【００５８】以上の如く、第１の面光源形成光学系（６
０ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（６０
ｂ，６ｂ，７ｂ）は光軸ＡＸより離れた位置にあるた
め、レチクル１０のパターン中で特定の方向及びピッチ
を有するパターンの投影像の焦点深度を極めて大きくす
ることが可能となっている。なお、図６に示した照明光
学系中において、楕円鏡２による光源像Ａ１，フライア
イレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面（ロッド型オプティ
カルインテグレータ６ａ，６ｂの入射側面）Ａ２，第２
集光レンズ７ａ，７ｂの射出側焦点位置Ａ３は、投影光
学系の入射瞳面Ｐｕ（開口絞り１１ａ）と互いに共役に
設けられており、換言すれば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、物
体面（レチクル１０及びウエハ１２）のフーリエ変換面
となっている。また、フライアイレンズ６０ａ，６０ｂ
の入射側面Ｂ１１，ロッド型オプティカルインテグレー
タ６ａ，６ｂの射出側面Ｂ１は、物体面（レチクル１０
及びウエハ１２）と互いに共役に設けられている。As described above, the first surface light source forming optical system (6)
0a, 6a, 7a) and the second surface light source forming optical system (60
Since b, 6b, and 7b) are located far from the optical axis AX, the depth of focus of the projected image of the pattern having a specific direction and pitch in the pattern of the reticle 10 can be extremely increased. In the illumination optical system shown in FIG. 6, the light source image A1 by the elliptical mirror 2, the emission side surface of the fly-eye lenses 60a and 60b (the incidence side surface of the rod-type optical integrators 6a and 6b) A2,
The exit-side focal position A3 of the condenser lenses 7a and 7b is provided conjugate with the entrance pupil plane Pu (aperture stop 11a) of the projection optical system. In other words, A1, A2, and A3 correspond to the object plane ( It is a Fourier transform surface of the reticle 10 and the wafer 12). Also, fly-eye lenses 60a, 60b
The incident side surface B11 of the optical system and the exit side surfaces B1 of the rod-type optical integrators 6a and 6b are connected to the object plane (the reticle 10).
And the wafer 12).
【００５９】また、図６に示した第２実施例では、光分
割光学系４で光束を２分割した例を示したがこれに限る
ことなく、図２に示したプリズムを用いると共に、その
プリズムのレチクル側に面光源形成光学系を４つ並列的
に配置して、フーリエ変換面に４つの面光源を形成する
構成としても良い。次に、第３実施例について図７を参
照しながら説明する。第１実施例を示す図１と同じ機能
を持つ部材には同じ符号を付している。本実施例が第１
実施例と異なる所は、第１の面光源形成光学系（６０
ａ，６ａ，７ａ）及び第２の面光源形成光学系（６０
ｂ，６ｂ，７ｂ）と等価な機能を、１つの光学系（第１
集光レンズ７０，ロッド型オプティカルインテグレータ
７１，第２集光レンズ７２）に持たせた点である。Further, in the second embodiment shown in FIG. 6, an example is shown in which the light beam is split into two by the light splitting optical system 4. However, the present invention is not limited to this, and the prism shown in FIG. Four surface light source forming optical systems may be arranged in parallel on the reticle side to form four surface light sources on the Fourier transform surface. Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Members having the same functions as in FIG. 1 showing the first embodiment are denoted by the same reference numerals. This embodiment is the first
The difference from the embodiment is that the first surface light source forming optical system (60
a, 6a, 7a) and the second surface light source forming optical system (60
b, 6b, 7b) by a single optical system (first
This is the point provided to the condenser lens70 , the rod-type optical integrator 71, and the second condenser lens72 ).
【００６０】図７に示す如く、水銀灯等の光源１より放
射される照明光束は楕円鏡２で焦光され、インプットレ
ンズ（コリメータレンズ）３によりほぼ平行光束となっ
て光分割光学系４にて２分割される。この２分割された
平行光束は、第１集光レンズ７０によりこれの射出側
（後側）焦点位置に集光される。この集光点位置Ａ２に
は、ロッド型オプティカルインテグレータ７１の入射側
面が位置しており、これの入射側面は、楕円鏡２により
形成される光源像位置Ａ１と実質的に共役に配置されて
いる。As shown in FIG. 7, an illuminating light beam emitted from a light source 1 such as a mercury lamp is focused by an elliptical mirror 2, converted into a substantially parallel light beam by an input lens (collimator lens) 3, and output by a light splitting optical system 4. It is divided into two. The two split parallel light beams are condensed by the first condensing lens 70 at the exit side (rear side) focal position thereof. The incident side surface of the rod-type optical integrator 71 is located at the converging point position A2, and the incident side surface is disposed substantially conjugate with the light source image position A1 formed by the elliptical mirror 2. .
【００６１】そして、前述した如く、ロッド型オプティ
カルインテグレータ７１に入射した光束はこれの内部で
内面反射して射出面Ｂ１から射出するため、射出面側Ｂ
１からの射出光は、あたかもこれの入射側面Ａ２に複数
の光源像（面光源）があるかの如く射出し、第２集光レ
ンズ７２により集光されて、このレンズ７２の射出側
（後側）焦点位置Ａ３には２次光源としての互いに分離
した（光軸ＡＸから等しい距離だけ偏心した）２つの面
光源像が形成される。これは、光分割光学系４によりロ
ッド型オプティカルインテグレータ７１に入射する各光
は分離された状態で互いに等しい角度で入射するためで
ある。As described above, the light beam incident on the rod-type optical integrator 71 is internally reflected inside the rod-type optical integrator 71 and exits from the exit surface B1.
The light emitted from No. 1 is emitted as if there were a plurality of light source images (surface light sources) on the incident side surface A2 thereof, and is condensed by the second condenser lens 72. At the focal point position A3, two surface light source images separated from each other (eccentric by an equal distance from the optical axis AX) as secondary light sources are formed. This is because each light that enters the rod-type optical integrator 71 by the light splitting optical system 4 is incident at an equal angle to each other in a separated state.
【００６２】さて、この２次光源としての２つの面光源
像が形成される位置Ａ３には、２つの開口を持つ開口絞
り８が設けられており、この開口絞り８を介した各光束
は、コンデンサーレンズ９により集光されてレチクル１
０を所定の傾きで均一な傾斜照明する。そして、レチク
ル１０の下面には、所定の回路パターンが形成されてお
り、傾斜照明によりレチクルのパターンを透過、回折し
た光は投影光学系１１により集光結像され、ウエハ１２
上に、レチクル１０のパターンの像を形成する。An aperture stop 8 having two apertures is provided at a position A3 where two surface light source images as secondary light sources are formed. Each light beam passing through the aperture stop 8 is Reticle 1 focused by condenser lens 9
0 is uniformly illuminated with a predetermined inclination. A predetermined circuit pattern is formed on the lower surface of the reticle 10. Light transmitted and diffracted through the reticle pattern by oblique illumination is condensed and imaged by the projection optical system 11,
An image of the pattern of the reticle 10 is formed thereon.
【００６３】以上の如く、多面光源形成光学系（７０，
７１，７２）により形成される２つの面光源（２次光
源）の重心位置は各々光軸ＡＸより離れた位置にあるた
め、レチクル１０のパターン中で特定の方向及びピッチ
を有するパターンの投影像の焦点深度を極めて大きくす
ることが可能となっている。本実施例では、光分割光学
系４を構成する２つの多面体プリズム４１，４２との空
気間隔を変化させるだけで、ロッド型オプティカルイン
テグレータ７１の入射側面Ａ２に入射する分割光の入射
角を可変にできる。このため、第２集光レンズ７２の射
出側（後側）焦点位置Ａ３上に形成される２次光源像の
光軸Ａｘに対する位置をコントロールできる。As described above, the polygonal light source forming optical system (70,
71, 72), the centers of gravity of the two surface light sources (secondary light sources) are located away from the optical axis AX, respectively, so that a projected image of a pattern having a specific direction and pitch in the pattern of the reticle 10 Can have a very large depth of focus. In the present embodiment, the incident angle of the divided light incident on the incident side surface A2 of the rod-type optical integrator 71 can be changed only by changing the air gap between the two polyhedral prisms 41 and 42 constituting the light dividing optical system 4. it can. Therefore, the position of the secondary light source image formed on the emission side (rear side) focal position A3 of the second condenser lens 72 with respect to the optical axis Ax can be controlled.
【００６４】なお、図７に示した照明光学系中におい
て、楕円鏡２による光源像Ａ１，ロッド型オプティカル
インテグレータ７１の入射側面Ａ２，第２集光レンズ７
２の射出側焦点位置Ａ３は、投影光学系の入射瞳（開口
絞り１１ａ）と互いに共役に設けられており、換言すれ
ば、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、物体面（レチクル１０及びウ
エハ１２）のフーリエ変換面となっている。また、ロッ
ド型オプティカルインテグレータ７１の射出側面Ｂ１
は、物体面（レチクル１０及びウエハ１２）と互いに共
役に設けられている。In the illumination optical system shown in FIG. 7, the light source image A1 by the elliptical mirror 2, the incident side A2 of the rod-type optical integrator 71, the second condenser lens 7
2, the exit-side focal position A3 is provided conjugate with the entrance pupil (aperture stop 11a) of the projection optical system. In other words, A1, A2, and A3 are located on the object plane (reticle 10 and wafer 12). It has a Fourier transform surface. Also, the emission side surface B1 of the rod-type optical integrator 71
Are provided conjugate with the object plane (reticle 10 and wafer 12).
【００６５】また、図７に示した第３実施例では、光分
割光学系４で光束を２分割した例を示したがこれに限る
ことなく、図２に示したプリズムを用いて、フーリエ変
換面に４つの面光源を形成する構成としても良い。とこ
ろで、図１，図６，図７に示した各実施例では、各多面
光源形成光学系により形成される２次的もしくは３次的
な複数の面光源位置に設けられた可変開口絞り８は、口
径を変化させることにより、光源像の大きさを可変とし
ている。従って、投影光学系の瞳面上に形成される光源
像の大きさをコントロールすることにより、適切なσ値
の下で最適な傾斜照明が達成できる。Further, in the third embodiment shown in FIG. 7, an example in which the light beam is divided into two by the light dividing optical system 4 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the Fourier transform is performed by using the prism shown in FIG. A configuration in which four surface light sources are formed on a surface may be employed. Incidentally, FIG. 1, FIG. 6, in the embodiment shown in FIG. 7, a variable aperture stop provided etthe secondarily or tertiary specific plurality of surface light source position is formed by the multi-light-source forming optical system 8 The size of the light source image is made variable by changing the aperture. Therefore, by controlling the size of the light source image formed on the pupil plane of the projection optical system, it is possible to achieve an optimal inclined illumination under an appropriate σ value.
【００６６】ここで、各多面光源形成光学系により形成
される面光源像の大きさは、射出する各光束の１つあた
りの開口数（レチクル上の角度分布の片幅）が、投影光
学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍程
度であるとよい。これは０．１倍以下では転写パターン
（像）の忠実度が低下し、０．３倍以上では、高解像度
かつ大焦点深度の効果が薄らぐからである。Here, the size of the surface light source image formed by each polygonal light source forming optical system is determined by the numerical aperture (one width of the angular distribution on the reticle) of each emitted light beam. Is preferably about 0.1 to 0.3 times the numerical aperture on the reticle side. This is because if the magnification is 0.1 or less, the fidelity of the transfer pattern (image) decreases, and if the magnification is 0.3 or more, the effect of high resolution and large depth of focus is diminished.
【００６７】なお、可変開口絞りの代わりに複数の異な
る口径を円板上に設けこれを適宜回転される所謂、ター
レット方式等により光源像の大きさを変化させて最適な
σ値に変更しても良い。また、図１，図６及び図７に示
した各実施例では、水銀灯等の光源１を楕円鏡２で集光
し、インプットレンズ３で平行光束としている構成とし
ているが、エキシマ等の平行光束を供給するレーザー等
を光源を使用し、このレーザーからの平行光束を光分割
光学系４に入射させる構成としても良い。特に、図６に
示す第２実施例の場合、フライアイレンズ６０ａ，６０
ｂの射出側面Ａ２に形成される光源像は実質的に大きさ
のない点光源が形成されるためフライアイレンズ６０
ａ，６０ｂの射出側面Ａ２の形状を平面としても良い。
しかもエキシマレーザー等の出力の高い光源を使用した
場合にはフライアイレンズ６０ａ，６０ｂの射出側面Ａ
２には光エネルギーが集中するため、フライアイレンズ
６０ａ，６０ｂの耐久性を維持するには、それの入射側
面Ｂ１の焦点位置がその射出側面Ａ１より外側の空間上
に位置するように構成することが良い。It is to be noted that a plurality of different apertures are provided on the disk in place of the variable aperture stop, and these are appropriately rotated by changing the size of the light source image by a so-called turret method or the like to change to an optimum σ value. Is also good. In each of the embodiments shown in FIGS. 1, 6 and 7, the light source 1 such as a mercury lamp is condensed by an elliptical mirror 2 and converted into a parallel light beam by an input lens 3. However, a parallel light beam such as an excimer light is used. It is also possible to adopt a configuration in which a laser or the like for supplying the light is used as a light source, and a parallel light beam from this laser is incident on the light splitting optical system 4. In particular, in the case of the second embodiment shown in FIG. 6, the fly-eye lenses 60a, 60
The light source image formed on the emission side surface A2 of FIG.
The shape of the emission side surface A2 of the a and 60b may be a flat surface.
Moreover, when a light source having a high output such as an excimer laser is used, the emission side surfaces A of the fly-eye lenses 60a and 60b are used.
Since light energy is concentrated on the light source 2, in order to maintain the durability of the fly-eye lenses 60 a, 60 b, the focal position of the incident side surface B 1 is configured to be located in a space outside the exit side surface A 1. Good.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上、本発明によれば、通常の透過及び
遮光パターンから成るレチクルを使用しながら、従来よ
り高解像度かつ大焦点深度の投影露光装置を実現するこ
とが可能である。しかも本発明によれば、すでに半導体
生産現場で稼動中の投影露光装置の照明光学系の１部分
を替えるだけで良く、稼動中の装置の投影光学系をその
まま利用してそれまで以上の高解像度化、すなわち大集
積化が可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection exposure apparatus having a higher resolution and a larger depth of focus than the conventional one while using a reticle having a normal transmission and shielding pattern. Moreover, according to the present invention, it is only necessary to change a part of the illumination optical system of the projection exposure apparatus already operating at the semiconductor production site, and to use the projection optical system of the operating apparatus as it is to achieve higher resolution than before. In other words, large integration is possible.
【００６９】また、光分割光学系は照明光束を効率良く
導くために、照明光量も従来の装置に比べて大きく損失
することはない。従って、露光時間の増大もほとんどな
く、その結果処理能力（スループット）の低下もない。Further, since the light splitting optical system guides the illumination light flux efficiently, the illumination light amount is not greatly reduced as compared with the conventional apparatus. Therefore, there is almost no increase in the exposure time, and as a result, there is no decrease in the processing capacity (throughput).
【図１】本発明の第１実施例による投影露光装置の構成
を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】光分割光学系の１例を示す斜示図。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a light splitting optical system.
【図３】図１中の照明光学系の１部を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a part of the illumination optical system in FIG. 1;
【図４】多面光源形成光学系の照明光学系内での配置の
原理を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a principle of arrangement of a polygon light source forming optical system in an illumination optical system.
【図５】多面光源形成光学系の配置方法を説明する図。FIG. 5 is a view for explaining a method of arranging a polygon light source forming optical system.
【図６】本発明の第２実施例による投影露光装置の構成
を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３実施例による投影露光装置の構成
を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の原理を説明するための装置構成を示す
図。FIG. 8 is a diagram showing an apparatus configuration for explaining the principle of the present invention.
【図９】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。FIG. 9 is a view for explaining the principle of projection in a conventional projection exposure apparatus.
１・・・光源 ２・・・楕円鏡 ３・・・インプットレンズ ４・・・光分割光学系 ５ａ、５ｂ、７０・・・第１集光レンズ ６ａ、６ｂ、７１・・・ロッド型オプティカルインテグ
レータ ７ａ、７ｂ、７２・・・第２集光レンズ ９・・・コンデンサーレンズ １０・・・レチクル １１・・・投影レンズ １２・・・ウエハ ６０ａ、６０ｂ・・・フライアイレンズDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Elliptical mirror 3 ... Input lens 4 ... Light splitting optical system 5a, 5b, 70 ... 1st condensing lens 6a, 6b, 71 ... Rod type optical integrator 7a, 7b, 72: second condenser lens 9: condenser lens 10: reticle 11: projection lens 12: wafer 60a, 60b: fly-eye lens
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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