JPH04225514A - 投影露光装置及び方法、並びに素子製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積素子等の回
路パターン又は液晶素子のパターンの転写に使用される
投影型露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体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
体ウェハ等の試料基板上に転写する方法が採用される。 試料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。投影型露光装置では、レチクル上に描画
された転写すべき回路パターンが、投影光学系を介して
試料基板（ウェハ）上に投影、結像される。

【０００３】また、レチクルを照明する為の照明光学系
中には、フライアイレンズ、ファイバーなどのオプチカ
ルインテグレーターが使用され、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
に行なう為に、フライアイレンズを用いた場合、レチク
ル側焦点面とレチクル面とはほぼフーリエ変換の関係で
結ばれており、また、レチクル側焦点面と光源側焦点面
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
の為レチクル上では、フライアイレンズの各エレメント
（２次光源像）からの照明光がそれぞれ加算（重畳）さ
れることで平均化され、レチクル上の照度均一性を良好
とすることが可能となっている。

【０００４】従来の投影型露光装置では、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ー入射面に入
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１３は、上述の従来の投影光学系を
示し、レチクル１６の、照明光束Ｌ１３０は、照明光学
系中のフライアイレンズ１１，空間フィルター１２、及
びコンデンサーレンズ１５を介してレチクルパターン１
７を照射する。ここで、空間フィルター１２はフライア
イレンズ１１のレチクル側焦点面１１ｂ、すなわちレチ
クル１６に対するフーリエ変換面（以後、瞳面と略す）
、もしくはその近傍に配置され、投影光学系の光軸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１６のパターン１７を通過した照明光は投影光学
系１８を介してウェハ２０のレジスト層に結像される。 ここで、光束を表す実線は１点から出た光の主光線を表
している。

【０００５】このとき照明光学系（１１，１２，１５）
の開口数と投影光学系１８のレチクル側開口数の比、所
謂σ値は開口絞り（例えば空間フィルター１２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。照明光Ｌ１３０はレチクル１６にパターニン
グされたパターン１７により回折され、パターン１７か
らは０次回折光Ｄ０　、＋１次回折光ＤＰ　、−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１８により集光されウェ
ハ（試料基板）２０上に干渉縞を発生させる。この干渉
縞がパターン１７の像である。このとき０次回折光Ｄ０
　と±１次回折光ＤＰ　，Ｄｍ　のなす角θ（レチクル
側）はｓｉｎθ＝λ／Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パターン
ピッチ）により決まる。

【０００６】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１８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　は投影光学系を透過できなくなる。このとき
ウェハ２０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＞ＮＡＲ　となる場合
にはパターン１７の像は得られず、パターン１７をウェ
ハ２０上に転写することができなくなってしまう。

【０００７】以上のことから、今までの露光装置におい
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）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
ォトリソグラフィーにおいてはウェハの湾曲、プロセス
によるウェハの段差等の影響、又はフォトレジスト自体
の厚さの為に、ある程度の焦点深度が必要となる。この
為、実用的な最小解像パターンサイズは、ｋ・λ／ＮＡ
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
ェハ側開口数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　、ウェハ上の最小パターン
サイズは、ｋ・λ／ＮＡＷ　＝ｋ・λ／Ｂ・ＮＡＲ　（
ただしＢは結像倍率（縮小率））となる。

【０００８】従って、より微細なパターンを転写する為
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、波長と開口数の両方を最適化
する努力も考えられる。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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の露
光装置においては、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
でもすで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。

【００１０】また、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。一方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など、多くの問題が残されてい
る。

【００１１】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
深度が得られる投影型露光装置の実現を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型露光装置
に於ては、原理的に図１２に示すように構成される。図
１２において従来と同じ部材には同一の符号をつけてあ
る。図１２において、フライアイレンズ（１１Ａ，１１
Ｂ）　　は、そのレチクル側焦点面１１ｂがレチクル１
６上の回路パターン（レチクルパターン）１７に対して
ほぼフーリエ変換面の位置（投影レンズ１８の瞳面１９
と共役な位置）となる様に配置され、かつ、上記のフラ
イアイレンズ（１１Ａ，１１Ｂ）は、複数のフライアイ
レンズ群に分散して配列される。また、フライアイレン
ズ１１Ａ，１１Ｂのレチクル側焦点面１１ｂにおける照
明光量分布を、上記複数のフライアイレンズ群１１Ａ，
１１Ｂの個々のフライアイレンズ位置以外ではほぼ零と
するために、フライアイレンズの光源側に遮光部材１０
を設ける。このためフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂの
レチクル側焦点面１１ｂにおける照明光量分布は各フラ
イアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの位置でのみ存在し、そ
れ以外ではほぼ零となる。

【００１３】フライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂのレチ
クル側焦点面１１ｂはレチクルパターン１７に対するフ
ーリエ変換面にほぼ等しいので、フライアイレンズ群１
１Ａ，１１Ｂのレチクル側焦点面１１ｂでの光量分布（
光束の位置座標）は、レチクルパターン１７に対する照
明光束の入射角度ψに対応することになる。従って、フ
ライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの個々の位置（光軸に
垂直な面内での位置）に応じて、レチクルパターン１７
に入射する照明光束の入射角を調整することができる。

【００１４】ここで、フライアイレンズ群１１Ａ，１１
Ｂは光軸ＡＸと対称に配置するのが望ましく、また各フ
ライアイレンズ群は少なくとも１つ以上のレンズエレメ
ントで構成される。さらに本発明に於ては上記フライア
イレンズ群１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ独立に、光軸と垂
直な面内方向に可動とする構成としたため、個々のフラ
イアイレンズ群をそれぞれ移動、位置調整することによ
り、レチクル１６に入射するそれぞれの照射光束（複数
本）の入射角度を任意に制御することが可能である。

【００１５】

【作用】レチクル（マスク）上に描画された回路パター
ン１７は、一般に周期的なパターンを多く含んでいる。 従って１つのフライアイレンズ群１１Ａからの照明光が
照射されたレチクルパターン１７からは０次回折光成分
Ｄ０　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。

【００１６】このとき、照明光束（主光線）が、傾いた
角度でレチクル１６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１７から発生する。 図１２中の照明光Ｌ１２０は、光軸に対してψだけ傾い
てレチクル１６に入射する。照明光Ｌ１２０はレチクル
パターン１７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Ｄ
ｍ　を発生する。しかしながら、照明光Ｌ１２０は両側
テレセントリックな投影光学系１８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。

【００１７】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θＰ　、θｍ　はそれぞれ ｓｉｎ（θＰ　＋ψ）−　ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　（２）
ｓｉｎ（θｍ　−ψ）＋　ｓｉｎψ＝λ／Ｐ　　（３）
である。

【００１８】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１８の瞳１９を透過して
いるものとする。レチクルパターン１７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１８の瞳１９を透
過できなくなる。すなわちｓｉｎ（θＰ　＋ψ）＞ＮＡ
Ｒ　の関係になってくる。しかし照明光Ｌ１２０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１８に入射可能
となる。すなわちｓｉｎ（θｍ　−ψ）＜ＮＡＲ　の関
係になる。

【００１９】従って、ウェハ２０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１７の像であり、レチ
クルパターン１７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ェハ２０上に塗布
されたレジストに、レチクルパターン１７の像をパター
ニングすることが可能となる。

【００２０】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。

【００２１】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 となる。

【００２２】一方、図１３に示したように、照明光の瞳
１９上での分布が投影光学系１８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ェ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。

【００２３】図１２のようにウェハ２０が投影光学系１
８の焦点位置（最良結像面）に一致している場合には、
レチクルパターン１７中の１点を出てウェハ２０上の一
点に達する各回折光は、投影光学系１８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１８の瞳面
１９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
、相互の波面収差も零である。しかし、ウェハ２０が投
影光学系１８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
１８から遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系
１８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。

【００２４】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
ェハ２０の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光が−
に入射するときの入射角θｗ　の正弦をｒ（ｒ＝ｓｉｎ
θｗ　）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１９での光軸ＡＸから
の距離を表わす。従来の図１３に示した投影型露光装置
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）。

【００２５】従って、０次回折光Ｄ０　と±１次回折光
ＤＰ　、Ｄｍ　のデフォーカスによる波面収差はΔＦ・
Ｍ２（λ／Ｐ）２／２となる。 一方、本発明における投影型露光装置では、図１２に示
すように０次回折光成分Ｄ０　は光軸ＡＸから角度ψだ
け傾いた方向に発生するから、瞳面１９における０次回
折光成分の光軸ＡＸからの距離はｒ（０次）＝Ｍ・ｓｉ
ｎψである。

【００２６】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、ウェハ２０が焦点位置より光軸方向に若
干ずれてもパターン１７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Ｌ１２０のレチ
クル１６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
て増大することが可能である。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例による投影型露
光装置（ステッパー）を示し、フライアイレンズ群１１
Ａ、１１Ｂの夫々の光源側焦点面１１ａに照明光の光量
分布を集中せしめる光学部材（本発明のインプット光学
系の一部）として、回折格子状パターン５を設けるよう
にした。

【００２８】水銀ランプ１より発生した照明光束は、楕
円鏡２の第２焦点ｆ０　に集光した後、ミラー３、リレ
ー系等のレンズ系４を介して回折格子状パターン５に照
射される。このときの照明方法は、ケーラー照明法であ
ってもクリチカル照明であっても良いが、強い光量を得
るためにはクリチカル照明法の方が望ましい。回折格子
状パターン５から発生した回折光は、リレーレンズ９に
よりフライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの夫々に集中し
て入射する。このとき、フライアイレンズ群１１Ａ、１
１Ｂの光源側焦点面１１ａと、回折格子状パターン５と
は、リレーレンズ９を介して、ほぼフーリエ変換の関係
となっている。尚、図１では、回折格子状パターン５へ
の照明光を平行光束として図示したが、実際は発散光束
となっているため、フライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂ
への入射光束はある大きさ（太さ）を持っている。

【００２９】一方、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ
のレチクル側焦点面１１ｂは、レチクルパターン１７の
フーリエ変換面（瞳共役面）とほぼ一致する様に、光軸
ＡＸと垂直な面内方向に配置されている。また、個々の
フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂは光軸ＡＸと垂直な
面内方向にそれぞれ独立に可動であり、かつ、可動なら
しめる可動部材（本発明の位置調整部材）に保持されて
いるが、その詳細は後述する。

【００３０】個々のフライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ
は同一の形状、同一の材質（屈折率）のものであること
が望ましい。また図１に示した個々のフライアイレンズ
群１１Ａ、１１Ｂの各レンズエレメントは、両凸レンズ
とし、かつ光源側焦点面１１ａと入射面、レチクル側焦
点面１１ｂと射出面がそれぞれ一致する場合の例であっ
たが、フライアイのレンズエレメントはこの関係を厳密
に満たさなくても良く、また平凸レンズや、凸平レンズ
或いは平凹レンズであってもよい。

【００３１】尚、フライアイレンズ群の光源側焦点面１
１ａと、レチクル側焦点面１１ｂとは当然ながらフーリ
エ変換の関係である。従って図１の例の場合、フライア
イレンズ群のレチクル側焦点面１１ｂ、すなわちフライ
アイレンズ群１１Ａ，１１Ｂの射出面は、回折格子状パ
ターン５と、結像関係（共役）になっている。さて、フ
ライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂのレチクル側焦点面１
１ｂより射出される光束は、コンデンサーレンズ１３、
１５、ミラー１４を介して、レチクル１６を均一な照度
分布で照明する。本実施例では、フライアイレンズ群１
１Ａ，１１Ｂの射出側に遮光部材１２を配置し、回折格
子状パターン５からの０次回折光等をカットする。遮光
部材１２はフライアイレンズ群に合わせて開口部をくり
抜いた金属板、あるいはガラス、石英基板等に金属等の
不透明物質がパターニングされたものである。遮光部材
１２の開口部は、それぞれフライアイレンズ群１１Ａ、
１１Ｂの各位置に対応している。この為、フライアイレ
ンズ群１１Ａ、１１Ｂのレチクル側焦点面１１ｂ近傍に
おける照明光量分布をそれぞれのフライアイレンズ群１
１Ａ、１１Ｂの位置以外では零とすることができる。

【００３２】この為レチクルパターン１７に照明される
照明光は、各フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂより射
出される光束（２次光源像からの光束）のみとなり、従
って、レチクルパターン１７への入射角も特定の入射角
（複数）を持つ光束（複数）のみに制限される。尚、実
施例においては、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂは
、それぞれ可動であるから、遮光部材１２の開口部もこ
れに応じて可動であるか、或いは遮光部材１２自体が交
換できなければならない（遮光部材１２については後述
する）。

【００３３】こうして照明されたレチクル１６上のレチ
クルパターン１７から発生した回折光は、図１２で説明
したのと同様に、テレセントリックな投影光学系１８に
より集光、結像され、ウェハ２０上にレチクルパターン
１７の像が転写される。前述の回折格子状パターン５を
使って照明光束を回折させて、その回折光をフライアイ
レンズ群１１Ａ，１１Ｂの光源側焦点面内の特定の位置
（フライアイレンズ群）に集中させる際、その集中位置
は、回折格子状パターン５のピッチや方向性によって変
化する。従って、各フライアイレンズ１１Ａ、１１Ｂの
位置に照明光を集中させるべく、回折格子状パターン５
のピッチや方向性を決定する。

【００３４】また、前述の如く、フライアイレンズ１１
のレチクル側焦点面１１ｂには回折格子状パターン５の
像ができており、かつ、レチクルパターン面１７と、フ
ライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂのレチクル側焦点面１
１ｂとは、フーリエ変換面の関係となっているので、レ
チクル１６上での照明強度分布は、回折格子状パターン
５の欠陥や、ゴミ等により不均一化されることがない。 また、回折格子状パターン５そのものがレチクル１６に
結像して照度均一性を劣化させることもない。回折格子
状パターン５は、透過性の基板、例えばガラス基板の表
面に、Ｃｒ等の遮光膜がパターニングさせたものであっ
ても良いし、ＳｉＯ２　等の誘電体膜がパターニングさ
れた、いわゆる位相グレーティングであってよい。位相
グレーティングの場合、０次回折光の発生を押さえるこ
とができる。

【００３５】また、回折格子状パターン５は透過性のパ
ターンのみでなく、反射性のパターンであっても良い。 例えばガラス等の平面反射鏡の表面に、高反射率膜、す
なわちＡｌ等の金属膜や、誘電体多層膜を回折格子状に
パターニングしたものでも良く、また、反射光に位相差
を与えるための段差が回折格子状にパターニングされた
高反射率鏡であっても良い。

【００３６】回折格子状パターン５が反射性のものであ
る場合には図２に示す様に、反射性回折格子状パターン
５Ａにリレーレンズ系４からの照明光束を照射し、そこ
で反射回折された回折光をリレーレンズ９を介してフラ
イアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ近傍に集中させればよい
。なお、個々のフライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂが移
動した場合にもそれぞれのフライアイレンズ１１Ａ、１
１Ｂ近傍に照明光を集中できるように、回折格子状パタ
ーン５又は５Ａはピッチの異なるものに交換可能である
ものとする。また、回折格子状パターン５又は５Ａは光
軸ＡＸと垂直な面内で任意の方向に回転可能であっても
よい。

【００３７】このようにすると、レチクルパターン１７
中のラインアンドスペースパターンのピッチ方向がＸ，
Ｙ方向と異なる場合にも対応できる。またリレーレンズ
９を複数枚のレンズより成るズームレンズ系（アフォー
カルズームエキスパンダ等）とし、焦点距離を変えるこ
とにより集光位置を変えることもできる。ただし、この
ときは回折格子状パターン５又は５Ａと、フライアイレ
ンズ群１１Ａ，１１Ｂの光源側焦点面１１ａとがほぼフ
ーリエ変換の関係になることをくずさないようにする。

【００３８】ところで、図１には装置を統括制御する主
制御系５０と、レチクル１６が投影光学系１８の直上に
搬送される途中でレチクルパターン１７の脇に形成され
た名称を表すバーコードＢＣを読み取るバーコードリー
ダ５２と、オペレータからのコマンドやデータを入力す
るキーボード５４と、フライアイレンズ群１１Ａ，１１
Ｂを動かす可動部材の駆動系（モータ，ギャトレン等）
５６が設けられている。主制御系５０内には、このステ
ッパーで扱うべき複数枚のレチクルの名称と、各名称に
対応したステッパーの動作パラメータとが予め登録され
ている。そして、主制御系５０はバーコードリーダ５２
がレチクルバーコードＢＣを読み取ると、その名称に対
応した動作パラメータの１つとして、予め登録されてい
るフライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂの移動位置（瞳共
役面内の位置）の情報を、駆動系５６に出力する。これ
によって各フライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂは第１２
図で説明したように位置調整される。以上の動作はキー
ボード５４からオペレータがコマンドとデータを主制御
系５０へ直接入力することによっても実行できる。

【００３９】以上、第１の実施例について説明したが、
フライアイレンズ群の光源側焦点面での光量分布を、個
々のフライアイレンズ位置近傍に集中させる光学部材は
、回折格子状パターン５，又は５Ａのみには限定されな
い。前述の図２に示した、反射性の回折格子状パターン
５Ａの代わりに可動平面鏡６を図３のように配置し、か
つ平面鏡６を回転可動ならしめるモーター等の駆動部材
６ａを設ける。そして駆動部材６ａにより、平面鏡６を
回転又は振動させれば、フライアイレンズ群１１Ａ，１
１Ｂの光源側焦点面（入射面）１１ａ内での光量分布を
時間によって変更することができる。露光動作中に平面
鏡６を適当な複数の角度位置に回動させれば、フライア
イレンズ群１１Ａ，１１Ｂの光源側焦点面１１ａ内での
光量分布を複数のフライアイレンズ群のうちいずれか１
つのフライアイレンズ群の位置近傍のみに集中させるこ
とができる。なお、このような可動反射鏡６を使う場合
はリレーレンズ系９を省略してしまっても良い。

【００４０】さらに、個々のフライアイレンズ群１１Ａ
、１１Ｂが移動した場合には、前述の平面鏡６の複数の
角度位置の角度座標を変更し、新しい位置のフライアイ
レンズ群の近傍に反射光束を集中させればよい。ところ
で、図３中に示した遮光部材１２はフライアイレンズ群
１１Ａ，１１Ｂの入射面側に設けたが、図１と同様に射
出面側に設けてもよい。

【００４１】図４は、フライアイレンズ群の夫々に、照
明光束を集光させる光学部材として、光ファイバー束７
を用いた場合の略図である。リレーレンズ系４より光源
側、及びフライアイレンズ群１１よりレチクル側は図１
と同じ構成であるとする。光源から発生し、リレーレン
ズ系４を透過した照明光は、光ファイバー束７の入射部
７ａに所定の開口数（ＮＡ）に調整されて入射する。光
ファイバー束７は射出部７ｂに至る間に、フライアイレ
ンズ群の数に対応した複数の束に分割され、それぞれの
射出部７ｂは、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの光
源側焦点面１１ａ近傍に各フライアイレンズ群と一体と
なるように配置される。またこのとき、光ファイバー束
７の各射出部７ｂとフライアイレンズ群１１の間に、そ
れぞれレンズ（例えばフィールドレンズ）を設けても良
いし、また、そのレンズにより、フライアイレンズ群１
１の光源側焦点面１１ａと、光ファイバー射出部７ｂの
光射出面とをフーリエ変換の関係としても良い。

【００４２】また、各射出部７ｂ（又は射出部７ｂとフ
ライアイレンズ群１１ｂとの間のレンズ）は、モーター
等の駆動部材により、光軸と垂直な面内で一次元，又は
二次元に可動とすれば、個々のフライアイレンズ群１１
Ａ、１１Ｂが移動した場合にも、照明光束を移動後の各
フライアイレンズ群の位置近傍に集中させることができ
る。

【００４３】図５は各フライアイレンズ群に照明光束を
集中させる光学部材として、複数の屈折面を有するプリ
ズム８を用いた例である。図５中のプリズム８は光軸Ａ
Ｘを境界として２つの屈折面に分割されており、光軸Ａ
Ｘより上方に入射した照明光は上方へ屈折し、光軸ＡＸ
より下方に入射した照明光は下方へ屈折させる。従って
、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの光源側焦点面１
１ａ上で、プリズム８の屈折角に応じて、個々のフライ
アイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ近傍に照明光を集中させる
ことができる。

【００４４】プリズム８の屈折面の分割数は２面に限っ
たものではなく、フライアイレンズ群の数に応じて何面
に分割されていてもよい。また、分割される位置は光軸
ＡＸと対称な位置にはこだわらなくとも良い。プリズム
８を交換することにより、個々のフライアイレンズ群１
１Ａ、１１Ｂが移動した場合にも、それぞれのフライア
イレンズ群１１Ａ、１１Ｂの位置に照明光を適確に集中
させることができる。

【００４５】またこのときのプリズム８はウォラストン
プリズム等の偏光性の光分割器であっても良い。ただし
この場合、分割された光束同志の偏光方向が異なるため
、ウェハ２０のレジストの偏光特性を考慮して、その偏
光特性は１方向に揃えた方がよい。また、プリズム８の
代わりに複数の角度の異なる反射面を持つ反射鏡を図３
の様に配置すれば、駆動部材６ａは不用となる。装置内
に、このプリズム等の交換機能を有していると良いこと
は言うまでもない。また、このようなプリズム等を使う
場合も、リレーレンズ系９を省略することができる。

【００４６】図６は各フライアイレンズ群へ照明光束を
集中させる光学部材として、複数のミラー８ａ、８ｂ、
８ｃ、８ｄを用いた例である。リレーレンズ系４を透過
した照明光は、１次ミラー８ｂ、８ｃにより２方向に分
離されるように反射され、２次ミラー８ａ、８ｄに導か
れ、再び反射してフライアイレンズ群１１の光源側焦点
面１１ａに達する。各ミラー８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに
位置調整機構及び光軸ＡＸの回りの回転角度調整機構を
設けておけば、個々のフライアイレンズ群１１Ａ、１１
Ｂの移動後も、照明光束をそれぞれのフライアイレンズ
１１Ａ、１１Ｂの近傍に集中させることができる。また
、各ミラー８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは平面ミラーであっ
ても凸面あるいは凹面ミラーであっても良い。

【００４７】また、２次ミラー８ａ、８ｄとフライアイ
レンズ群１１の夫々の間に、レンズを設けても良い。　
　図６では１次ミラー８ｂ、８ｃ、２次ミラー８ａ、８
ｄ共に２コずつとしたが、数量はこれに限定されるもの
ではなく、フライアイレンズ群の数によって適宜ミラー
を配置すればよい。以上の各実施例に於ては、フライア
イレンズ群をすべて２個としたが、フライアイレンズ群
の個数は３個以上であってももちろん良い。また、個々
のフライアイレンズ群に照明光を集中させる光学部材に
ついても、主に２ヶ所への光の集中を述べたが、フライ
アイレンズ群の数に応じて複数の位置へ照明光を集中せ
しめることは言うまでもない。以上の実施例はすべて任
意の位置（フライアイレンズ群の位置に対応する）への
照明光の集中が可能である。また、各フライアイレンズ
群へ照明光を集中させる光学部材は、実施例に挙げた型
式にはとどまらず、他のいかなるものであっても良い。

【００４８】また遮光部材１２は前述の図１２の如く、
フライアイレンズの光源側焦点面１１ａ近傍に設けられ
た遮光部材１０に置換してもよいし、図１から図５に示
される各実施例と、図１２に示した遮光部材１０を組み
合わせて使用しても良い。また遮光部材１０，１２は、
フライアイレンズ群のレチクル側焦点面１１ｂや、光源
側焦点面１１ａに限らず、任意の位置に配置することが
できるが、例えば、上記２つの焦点面１１ａ，１１ｂの
間などは好適な場所である。

【００４９】また、個々のフライアイレンズ群１１Ａ、
１１Ｂの近傍のみへ照明光を集中させる光学部材は、レ
チクル１６を照明する照明光量の損失を防止する為のも
のであり、本発明の投影型露光装置の特徴である高解像
度及び大焦点深度の効果を得るための構成とは直接関連
するものではない。従って、上記光学部材は位置調整後
の各フライアイレンズ群の夫々に照明光をフラッドに入
射させるだけの大きな径のレンズ系だけでもよい。

【００５０】図７は本発明の他の実施例による投影型露
光装置の構成を示す図であって、ミラー１４、コンデン
サーレンズ１５、レチクル１６、投影光学系１８は図１
と同様である。またフライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ
より光源側は前述の図１から図５、あるいは図１２に示
した構成のいずれかとなっている。フライアイレンズ群
１１Ａ、１１Ｂのレチクル側焦点面１１ｂ近傍に任意の
開口部（透過部）を有する遮光部材１２ａが設けられ、
フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂから射出される照明
光束を制限する。

【００５１】リレーレンズ１３ａに対するフライアイレ
ンズ群１１のレチクル側焦点面１１ｂのフーリエ変換は
レチクルパターン１７と共役面となるので、ここに可変
視野絞り（レチクルブラインド）１３ｄを設ける。そし
て再びリレーレンズ１３ｂによりフーリエ変換され、フ
ライアイレンズ群１１のレチクル側焦点面１１ｂの共役
面（フーリエ面）１２ｂに到る。先の遮光部材１２ａは
このフーリエ面１２ｂに設けても良い。

【００５２】各フライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂから
の照明光束はさらにコンデンサーレンズ１３Ｃ、１５、
ミラー１４によってレチクル１６に導かれる。なお、各
フライアイレンズ群１１Ａ，１１Ｂに入射する照明光束
が有効にそこのみに集中できる系であれば、遮光部材を
１２ａ、または１２ｂの位置に設けなくても全く問題な
い。この場合でも、視野絞り（レチクルブラインド）１
３ｄの使用が可能である。

【００５３】以上のいずれの実施例においても、遮光部
材１０，１２，１２ａの開口部１つあたりの径（又はフ
ライアイレンズ群の夫々の射出端面積）は、その開口部
を透過する照明光束のレチクル１６に対するの開口数と
投影光学系１８のレチクル側開口数（ＮＡＲ　）との比
、いわゆるσ値が０．１〜０．３程度になるように設定
することが望ましい。σ値が０．１より小さいと、転写
像のパターン忠実度が劣化し、０．３より大きいと、解
像度向上や、焦点深度増大の効果が弱くなってしまう。

【００５４】また、フライアイレンズ群の１つによって
決まるσ値の条件（０．１＜σ＜０．３程度）を満たす
為に、個々のフライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂの射出
端面積の大きさ、（光軸と垂直な面内方向の大きさ）を
、照明光束（射出光束）にあわせて決定しても良い。 また、各フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂのレチクル
側焦点面１１ｂ近傍に、それぞれ可変開口絞り（遮光部
材１２と同等のもの）を設けて、各フライアイレンズ群
からの光束の開口数を可変として、σ値を変えても良い
。それとあわせて、投影光学系１８内の瞳（入射瞳、も
しくは射出瞳）１９近傍に可変開口絞り（ＮＡ制限絞り
）を設けて、投影系としてのＮＡもσ値をより最適化す
ることもできる。

【００５５】また、各フライアイレンズ群に入射する光
束は、各フライアイレンズ群の入射端面よりもある程度
外側まで広く照明されており、かつ、各フライアイレン
ズ群に入射する光量分布が均一であると、レチクルパタ
ーン面での照度均一性を一層高められるので好ましい。 次に、フライアイレンズ群を可動する可動部の実施例を
図８及び図９を用いて説明する。

【００５６】図８は可動部を光軸方向から見た図であり
、図９は光軸と垂直な方向から見た図である。複数のフ
ライアイレンズ群として図８では４個のフライアイレン
ズ群１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを光軸からほぼ等
距離に配置する。また、フライアイレンズ群１１Ａ，１
１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの夫々は、図８に示したように３
２個のレンズエレメントで構成されるが、これに限定さ
れるものではなく、極端な場合１個のレンズエレメント
で構成されたフライアイレンズ群としてもよい。さて図
８、図９において、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ
、１１Ｃ、１１Ｄは治具８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０
Ｄにより保持され、これら治具８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ
，８０Ｄはさらに支持棒７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０
Ｄを介して可動部材７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄに
より支持される。この支持棒７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，
７０Ｄは可動部材７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄに含
まれるモーター及びギア等の駆動素子により光軸方向に
伸縮可能となっている。また、可動部材７１Ａ、７１Ｂ
、７１Ｃ、７１Ｄ自体も、固定ガイド７２Ａ、７２Ｂ、
７２Ｃ、７２Ｄに沿って可動であり、従って個々のフラ
イアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは光軸
と垂直な面内方向に、それぞれ独立に可動となっている
。

【００５７】図８、及び図９に示したフライアイレンズ
群１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ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とおり、各フライアイレンズ群
からの照明光束が転写すべきパターンの微細度（ピッチ
）に対して最適な解像度、及び焦点深度の向上効果を得
られるようにレチクルパターンに入射する位置（入射角
ψ）とすればよい。次に各フライアイレンズ群の位置決
定の具体例を、図１０、図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
、（Ｄ）を用いて説明する。図１０はフライアイレンズ
群１１Ａ、１１Ｂからレチクルパターン１７までの部分
を模式的に表わす図であり、フライアイレンズ群１１の
レチクル側焦点面１１ｂが、レチクルパターン１７のフ
ーリエ変換面１２ｃと一致している。またこのとき両者
をフーリエ変換の関係とならしめるレンズ、またはレン
ズ群を、一枚のレンズ１５として表わしてある。 さらに、レンズ１５のフライアイレンズ側主点からフラ
イアイレンズ群１１のレチクル側焦点面１１ｂまでの距
離と、レンズ１５のレチクル側主点からレチクルパター
ン１７までの距離は共にｆであるとする。

【００５８】図１１（Ａ）、（Ｃ）は共にレチクルパタ
ーン１７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１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のレチクルパタ
ーンの場合に最適なフライアイレンズ群の中心のフーリ
エ変換面（又は投影光学系の瞳面）での位置を示し、図
１１（Ｄ）は図１１（Ｃ）のレチクルパターンの場合に
最適な各フライアイレンズ群の位置（最適な各フライア
イレンズ群の中心の位置）を表わす図である。

【００５９】図１１（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、個々のフライアイレ
ンズ群の最適位置は図１１（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１１（Ｂ）はレチクルパター
ン１７に対するフーリエ変換面１２ｃ（１１ｂ）を光軸
ＡＸ方向から見た図であり、かつ、面１２ｃ内の座標系
Ｘ，Ｙは、同一方向からレチクルパターン１７を見た図
１１（Ａ）と同一にしてある。さて、図１１（Ｂ）にお
いて光軸ＡＸが通る中心Ｃから、各線分Ｌα、Ｌβまで
の距離α、βはα＝βであり、λを露光波長としたとき
、α＝β＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐ）に等しい。この
距離α，βをｆ・ｓｉｎψと表わせれば、ｓｉｎψ＝λ
／２Ｐであり、これは作用の項で述べた数値と一致して
いる。従って各フライアイレンズ群の各中心（各フライ
アイレンズ群の夫々によって作られる２次光源像の光量
分布の各重心）位置が線分Ｌα、Ｌβ上にあれば図１１
（Ａ）に示す如きラインアンドスペースパターンに対し
て、各フライアイレンズからの照明光により発生する０
次回折光と±１次回折光のうちのどちらか一方との２つ
の回折光は、投影光学系瞳面１９において光軸ＡＸから
ほぼ等距離となる位置を通る。従って前述の如く、ライ
ンアンドスペースパターン（図１１（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。

【００６０】次に図１１（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、かつ
、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１１（Ｄ）はこ
の場合の各フライアイレンズ群の最適位置を表わす図で
あり、図１１（Ｃ）との位置、回転関係は図１１（Ａ）
，（Ｂ）の関係と同じである。図１１（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１１（Ｃ）の如き２次元パター
ンにおいても回折光中の０次回折光と±１次回折光のう
ちのいずれか一方とが投影光学系瞳面１９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１１（Ｃ）のパターンではＸ
方向のピッチはＰｘであるから図１１（Ｄ）に示す如く
、α＝β＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐｘ）となる線分Ｌ
α、Ｌβ上に各フライアイレンズ群の中心があれば、パ
ターンのＸ方向成分について焦点深度を最大とすること
ができる。同様に、γ＝ε＝ｆ・（１／２）・（λ／Ｐ
ｙ）となる線分Ｌγ、Ｌε上に各フライアイレンズ群の
中心があれば、パターンＹ方向成分について焦点深度を
最大とすることができる。

【００６１】以上、図１１（Ｂ）、又は（Ｄ）に示した
各位置に配置したフライアイレンズ群からの照明光束が
レチクルパターン１７に入射すると、０次光回折光成分
Ｄ０　と、＋１次回折光成分ＤＲ　または−１次回折光
成分Ｄｍ　のいずれか一方とが、投影光学系１８内の瞳
面１９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
の投影型露光装置が実現できる。以上、レチクルパター
ン１７として図１１（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１９では光軸ＡＸ
からほぼ等距離になる光路を通る様な位置に各フライア
イレンズ群の中心を配置すればよい。また図１１（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１９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。

【００６２】また、レチクルパターン１７が図１１（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
１９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１９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つのフライアイレンズ群）の位置を調節すればよい。 例えば、図１１（Ｄ）中でフライアイレンズ中心位置を
点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμのいずれかと一致させるとよ
い。点Ｐζ、Ｐη、Ｐκ、Ｐμはいずれも線分Ｌαまた
はＬβ（Ｘ方向の周期性について最適な位置、すなわち
０次回折光とＸ方向の±１次回折光の一方とが投影光学
系瞳面１９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である。

【００６３】なお、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出来る。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フライアイレンズ群を配置して
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。

【００６４】以上、複数のフライアイレンズ群の位置決
定の例を示したが、照明光束は、前述の光学部材（回折
格子状パターン、可動ミラー、プリズム或いはファイバ
ー等）により、各フライアイレンズ群の移動位置に対応
して集中させたが、この様な集中化のための光学部材は
設けなくても良い。また、各フライアイレンズ群を射出
した光束は、それぞれレチクル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
の方向がレチクルに対して垂直でないと、ウェハ２０の
微小デフォーカス時に、転写像の位置がウェハ面内方向
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、各フライアイレンズ群からの照明光束（複数）の光
量重心の方向は、レチクルパターンと垂直、すなわち光
軸ＡＸと平行である様にする。

【００６５】つまり、各フライアイレンズ群に光軸（中
心線）を仮定したとき投影光学系１８の光軸ＡＸを基準
としたその光軸（中心線）のフーリエ変換面内での位置
ベクトルと、各フライアイレンズ群から射出される光量
との積のベクトル和が零になる様にすればよい。また、
より簡単な方法としては、フライアイレンズ群を２ｍ個
（ｍは自然数）とし、そのうちのｍ個の位置を前述の最
適化方法（図１２）により決定し、残るｍ個は前記ｍ個
と光軸ＡＸについて対称となる位置に配置すればよい。

【００６６】さらに装置が、例えばｎ個（ｎは自然数）
のフライアイレンズ群を有している場合に、必要なフラ
イアイレンズ群の数がｎ個より少ないｍ個である場合、
残る（ｎ−ｍ）個のフライアイレンズ群は使用しなくて
良い。（ｎ−ｍ）個のフライアイレンズ群を使用しなく
する為には、（ｎ−ｍ）個のフライアイレンズ群の位置
に遮光部材１０、又は１２を設けておけばよい。またこ
のとき各フライアイレンズ群の位置に照明光を集中する
光学部材は、この（ｎ−ｍ）個のフライアイレンズへは
集中を行なわない様にしておくとよい。

【００６７】遮光部材１０、又は１２は各フライアイレ
ンズ群の移動に応じて開口部の位置が可変であることが
望ましい。あるいは各フライアイレンズの位置に応じて
遮光部材１０、１２を交換とする機構を設け、かつ何種
類かの遮光部材を装置内に有していてもよい。また、図
９に示したとおり、各フライアイレンズ群１１Ａ、１１
Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄを保持する治具８０Ａ、８０Ｂ、８
０Ｃ、８０Ｄがそれぞれ遮光羽根８１Ａ、８１Ｂを有し
ていると、遮光部材１２の開口は、フライアイレンズ径
よりかなり大きくて良く、従って１つの遮光部材１２で
、種々の各フライアイレンズ位置に対応できる。また、
各遮光羽根８１Ａ、８１Ｂは、光軸方向にわずかずつず
れていると、各フライアイレンズ群の移動範囲に与える
制限が減少される。

【００６８】以上の実施例に於て、光源は水銀ランプ１
を用いて説明したが、他の輝線ランプやレーザー（エキ
シマ等）、あるいは連続スペクトルの光源であっても良
い。また照明光学系中の光学部材の大部分をレンズとし
たが、ミラー（凹面鏡、凸面鏡）であっても良い。投影
光学系としては屈折系であっても、反射系であっても、
あるいは反射屈折系であってもよい。また、以上の実施
例においては両側テレセントリックな投影光学系を使用
したが片側テレセントリック系でも、非テレセントリッ
ク系でもよい。さらに、光源から発生する照明光のうち
、特定の波長の光のみを利用する為に、照明光学系中に
干渉フィルター等の単色化手段を設けてもよい。

【００６９】また、フライアイレンズ群１１Ａ、１１Ｂ
、１１Ｃ、１１Ｄの光源側焦点面１１ａ近傍に、拡散板
や光ファイバー束等の光散乱部材を用いることで、照明
光の均一化を行なっても良い。あるいは本発明の実施例
で使用されたフライアイレンズ群１１とは別に、さらに
フライアイレンズ（以後、別フライアイレンズ）等のオ
プチカルインテグレーターを用いて、照明光の均一化を
行なっても良い。このとき別フライアイレンズは、上記
フライアイレンズ群１１の光源側焦点面１１ａ近傍での
照明光量分布を可変とする光学部材、例えば図１，図２
に示した回折格子状パターン５、又は６よりも光源（ラ
ンプ）１側であることが望ましい。

【００７０】さらに別フライアイレンズのレンズエレメ
ントの断面形状は正方形（矩形）よりも正六角形にする
のが望ましい。図１４は本発明の各実施例に適用される
投影露光装置のウェハステージ周りの構成を示し、投影
光学系１８のウェハ２０上での投影視野領域内に向けて
斜めにビーム１００Ａを照射し、その反射ビーム１００
Ｂを受光する斜入射式のオートフォーカスセンサーを設
ける。このフォーカスセンサーは、ウェハ２０の表面と
投影光学系１８の最良結像面との光軸ＡＸ方向のずれを
検出するもので、そのずれが零となるように、ウェハ２
０を載置するＺステージ１１０のモータ１１２をサーボ
制御する。これによってＺステージ１１０はＸＹステー
ジ１１４に対して上下方向（光軸方向）に微動し、常に
ベストフォーカス状態で露光が行なわれる。このような
フォーカス制御が可能な露光装置においては、そのＺス
テージ１１０を露光動作中に光軸方向に制御された速度
特性で移動させることで、さらに見かけ上の焦点深度を
拡大させることができる。この手法は、投影光学系１８
の像側（ウェハ側）がテレセントリックであれば、どの
ようなタイプのステッパーでも実現可能である。

【００７１】図１５（Ａ）は、Ｚステージ１１０の露光
中の移動に伴ってレジスト層内に得られる光軸方向の光
量（ｄｏｓｅ）分布、或いは存在確率を表し、図１５（
Ｂ）は図１５（Ａ）のような分布を得るためのＺステー
ジ１１０の速度特性を表す。図１５（Ａ）、（Ｂ）とも
縦軸はＺ（光軸）方向のウェハ位置を表し、図１５（Ａ
）の横軸は存在確率を表し，図１５（Ｂ）の横軸はＺス
テージ１１０の速度Ｖを表す。また同図中、位置Ｚ０　
はベストフォーカス位置である。

【００７２】ここでは位置Ｚ０　から上下に投影光学系
１８の理論的な焦点深度±ΔＤ０　ｆだけ離れた２つの
位置＋Ｚ１　，−Ｚ１　で存在確率をほぼ等しい極大値
にし、その間の位置＋Ｚ３　〜−Ｚ３　の範囲では存在
確率を小さな値に押さえるようにした。そのために、Ｚ
ステージ１１０は、照明系内部のシャッターの開放開始
時の位置−Ｚ２　で、低い速度Ｖ１　で等速に上下へ移
動し、シャッターが全開になった直後に、高い速度Ｖ２
　まで加速する。速度Ｖ２　でＺステージ１１０が等速
に上下移動している間、存在確率は低い値に押されられ
、位置＋Ｚ３　に達した時点でＺステージ１１０は低い
速度Ｖ１　に向けて減速を始め、位置＋Ｚ１　で存在確
率が極大値になる。このときほぼ同時にシャッターの閉
成指令が出力され、位置＋Ｚ２　でシャッターが完全に
閉じる。

【００７３】このように、ウェハ２０のレジスト層に与
えられる露光量の光軸方向に関する光量分布（存在確率
）を焦点深度の幅（２・ΔＤ０　ｆ）程度だけ離れた２
点で極大値となるように、Ｚステージ１１０の速度を制
御すると、レジスト層に形成されるパターンのコントラ
ストは若干低下するものの、光軸方向の広い範囲に渡っ
て一様な解像力が得られる。

【００７４】以上の累進焦点露光方法は、本発明の各実
施例に示したような特別な照明方式を採用した投影露光
装置でも全く同じように使用することができ、見かけ上
の焦点深度は、本発明の照明方式によって得られる拡大
分と、累積焦点露光方式によって得られる拡大分とのほ
ぼ積に応じた量だけ拡大される。しかも特別な照明方式
を採用していることから、解像力そのものも高くなる。 例えば、従来の１／５縮小のｉ線ステッパー（投影レン
ズのＮＡ０．４２）に位相シフトレチクルを組み合わせ
て露光できる最小線幅は０．３〜０．３５μｍ程度であ
り、焦点深度の拡大率は最大４０％程度である。これに
対して本発明のような特別な照明方式を同じｉ線ステッ
パーに組み込んで、普通のレチクルで実験したところ、
最小線幅は０．２５〜０．３μｍ程度が得られ、焦点深
度の拡大率も位相シフトレチクルの使用時と同程度に得
られた。

【００７５】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、通常のマス
クを使用しながら、従来よりも高解像度、大焦点深度の
投影型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働中の投影型
露光装置の照明系部分を替えるだけでよく、稼働中の装
置の投影光学系をそのまま利用して，それまで以上の高
解像力化が可能となる。

【００７６】さらに本発明では、照明光学系内のマスク
のフーリエ変換相当面に複数のフライアイレンズ群を互
いに分離して配置したため、それらフライアイレンズ群
を可動としても、マスク又は感光基板上での照明光の均
一性は大きく変動することがないといった利点もある。 また、本発明の各実施例に示したフライアイレンズ群へ
の照明光の集中化方式によれば、光源からの照明光量の
損失を最小とすることができるから、露光装置としての
スループットも極端に低下することがないといった効果
もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図である。

【図２】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第１
の変形例を示す図である。

【図３】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第２
の変形例を示す図である。

【図４】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第３
の変形例を示す図である。

【図５】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第４
の変形例を示す図である。

【図６】フライアイレンズ群への照明光の集中化の第５
の変形例を示す図である。

【図７】図１の装置にレチクルブラインドを組み込んだ
ときの照明系を示す図である。

【図８】４つの可動フライアイレンズ群の配置と、その
可動部材の構成を光軸方向からみた平面図である。

【図９】図８の構成を光軸と垂直な方向からみた図であ
る。

【図１０】フライアイレンズ群から投影光学系までの光
路を模式的に表した図である。

【図１１】（Ａ）、（Ｃ）はマスク上に形成されたレチ
クルパターンの一例を示す平面図である。（Ｂ）、（Ｄ
）は（Ａ）、（Ｃ）の夫々に対応した瞳共役面における
各フライアイレンズ群の配置を説明する図である。

【図１２】本発明の原理を説明する図である。

【図１３】従来の投影型露光装置の構成を示す図である
。

【図１４】投影型露光装置のウェハステージ回りの構成
を示す図である。

【図１５】ウェハステージのうちのＺステージを用いて
累進焦点露光方法を実行する際の露光量の存在確率と、
Ｚステージの速度特性とを示すグラフである。

【符号の説明】

５　　回折格子状パターン ９　　レンズ系 １１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ　　フライアイレンズ
系１０，１２　　遮光部材（空間フィルター）１５　　
主コンデンサーレンズ １６　　レチクル １７　　レチクルパターン １８　　投影光学系 １９　　瞳 ２０　　ウェハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源からの照明光をほぼ均一な強度分
   布に成形するとともに、該均一な照明光を周期性のパタ
   ーン部分を有するマスクに照射する照明光学系と、前記
   マスクのパターンの像を感光基板に結像投影する投影光
   学系と、前記感光基板の表面を前記投影光学系の結像面
   近傍に配置するように前記感光基板を保持するステージ
   とを備えた投影型露光装置において、前記照明光学系の
   光路中で、前記マスクのパターンのフーリエ変換相当面
   、もしくはその共役面の位置近傍に、互いに分離した２
   次光源像を形成する複数のフライアイレンズ群と；該複
   数のフライアイレンズ群の夫々の中心を、前記マスク上
   のパターンの周期性に応じて決まる量だけ、前記照明光
   学系、もしくは前記投影光学系の光軸に対して偏心した
   離散的な位置に設定する位置調整部材と；該位置調整部
   材によって設定された後の前記複数のフライアイレンズ
   群のうち、少なくとも２つのフライアイレンズ群に前記
   光源からの照明光を入射させるインプット光学系とを備
   えたことを特徴とする投影型露光装置。
2. 【請求項２】　　前記複数のフライアイレンズ群は２ｍ
   （ただしｍ≧１）個で構成されるとともに、該２ｍ個の
   フライアイレンズ群のうちｍ個のフライアイレンズ群の
   各中心は、前記マスクのパターンから発生する０次回折
   光成分と、該０次回折光成分に対して前記パターンの微
   細度に応じた角度で広がる±１次回折光成分のうちの少
   なくとも一方とが、前記投影光学系の瞳面で前記光軸か
   らほぼ等距離に分布するように、前記フーリエ変換相当
   面、あるいはその共役面内で偏心して配置するとともに
   、残りのｍ個のフライアイレンズ群の各中心は、先のｍ
   個のフライアイレンズ群の各中心と前記光軸を挟んでほ
   ぼ対称に配置することを特徴とする請求項１に記載の装
   置。
3. 【請求項３】　　前記少なくとも２つのフライアイレン
   ズ群のうち任意の１つのフライアイレンズ群からの照明
   光の照射によって前記マスクから発生する回折光に着目
   したとき、前記投影光学系の瞳面上に分布する０次回折
   光成分と、前記マスクのパターンの２次元的な周期性構
   造に依存して前記０次回折光成分を中心に前記瞳面上で
   第１方向に分布する１次以上の高次回折光成分の１つと
   、前記瞳面上で前記０次回折光成分を中心に前記第１方
   向と交差する第２方向に分布する１次以上の高次回折光
   成分の１つとの３つの回折光成分が、前記瞳面上で前記
   光軸からほぼ等距離に分布するように、前記任意の１つ
   のフライアイレンズ群の中心を前記光軸から偏心させて
   配置したことを特徴とする請求項１に記載の装置。