JPH05102010A - Projection aligner - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a projection aligner wherein resolution is high, depth of focus is large and illumination uniformity is excellent when an ordinary reticle which is used in a semiconductor lithographic process is projected and exposed. CONSTITUTION:The following are arranged inside an irradiation optical system: face light-source formation optical systems 3, 4; and a multiface light-source formation optical system 7 which forms a plurality of face light sources in eccentric positions on a Fourier transform face with reference to a reticle 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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 pattern formation of a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal device or the like.

【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 technique 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 the circuit pattern is transferred to the photoresist according to the irradiation light image, that is, the pattern shape of the transparent portion of the reticle pattern. In a projection exposure apparatus (for example, a stepper), an image of a circuit pattern to be transferred drawn on a reticle is projected and imaged 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。In addition, an optical integrator such as a fly-eye lens or a fiber is used in an illumination optical system for illuminating the reticle, and the intensity distribution of the illumination light with which the reticle is irradiated is made uniform. If a fly-eye lens is used to optimize the uniformity,
The reticle side focal plane (exit surface side) and the reticle surface (pattern surface) are almost connected by Fourier transform, and the reticle side focal plane and the light source side focal plane (incident surface side) are also connected by Fourier transform. Tied. Therefore, the pattern surface of the reticle and the light source side focal plane of the fly eye lens (more precisely, the light source side focal plane of each lens of the fly eye lens)
And are connected by an image forming relationship (conjugate relationship). Therefore, on the reticle, the illumination light from each optical element (secondary light source image) of the fly-eye lens is added (superposed) by passing through the condenser lens etc., and is averaged, so that the illuminance on the reticle is uniform. It is possible to improve the quality.

【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８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）５ａ、及びコンデンサーレンズ８
を介してレチクル９のパターン９ａを照射する。ここ
で、空間フィルター５ａはフライアイレンズ４１４のレ
チクル側焦点面４１４ａ、すなわちレチクルパターン９
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１０の光
軸ＡＸを中心としたほぼ円形領域の開口を有し、瞳面内
にできる２次光源（面光源）像を円形に制限する。こう
してレチクル９のパターン９ａを通過した照明光は、投
影光学系１０を介してウエハ１１のレジスト層に結像さ
れる。このとき、照明光学系（４１４、５ａ、８）の開
口数と投影光学系１０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 the conventional projection exposure apparatus, the light quantity distribution of the illumination light beam incident on the optical integrator entrance surface such as the fly-eye lens described above is within a substantially circular shape (or a rectangular shape) about the optical axis of the illumination optical system. It was almost uniform. FIG. 8 shows a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus (stepper) as described above, and an illumination light flux L1
Reference numeral 40 denotes a fly-eye lens 414, a spatial filter (aperture stop) 5a, and a condenser lens 8 in the illumination optical system.
The pattern 9a of the reticle 9 is irradiated via the. Here, the spatial filter 5a is the reticle-side focal plane 414a of the fly-eye lens 414, that is, the reticle pattern 9
It is arranged at or near the Fourier transform plane F with respect to a (hereinafter abbreviated as a pupil plane), has an opening in a substantially circular region centered on the optical axis AX of the projection optical system 10, 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 that has passed through the pattern 9a of the reticle 9 is imaged on the resist layer of the wafer 11 via the projection optical system 10. At this time, the ratio of the numerical aperture of the illumination optical system (414, 5a, 8) to the reticle-side numerical aperture of the projection optical system 10, 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９にパタ
ーニングされたパターン９ａにより回折され、パターン
９ａからは０次回折光Ｄ₀ 、＋１次回折光Ｄ_P 、及び−
１次回折光Ｄ_m が発生する。それぞれの回折光（Ｄ₀ 、
Ｄ_m 、Ｄ_P ）は投影光学系１０により集光され、ウエハ
（基板）１１上に干渉縞を発生させる。この干渉縞がパ
ターン９ａの像である。このとき、０次回折光Ｄ₀ と±
１次回折光Ｄ_P 、Ｄ_m とのなす角θ（レチクル側）は s
inθ＝λ／Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パターンピッチ）に
より決まる。The illumination light L140 is diffracted by the pattern 9a patterned on the reticle 9, and the pattern 9a diffracts the 0th-order diffracted light D ₀ , the + 1st-order diffracted light D _P , and −.
First-order diffracted light D _m is generated. Each diffracted light (D ₀ ,
D _m , D _p ) are condensed by the projection optical system 10 and generate interference fringes on the wafer (substrate) 11. This interference fringe is an image of the pattern 9a. At this time, the 0th-order diffracted light D ₀ and ±
The angle θ (on the reticle side) formed by the first-order diffracted lights D _P and D _m is s
in θ = λ / P (λ: exposure wavelength, P: pattern 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１０のレチク
ル側開口数（ＮＡ_R ）より大きくなると、±１次回折光
Ｄ_P 、Ｄ_m は投影光学系１０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１０を透過できな
くなる。このとき、ウエハ１１上には０次回折光Ｄ₀ の
みしか到達せず干渉縞は生じない。つまり、 sinθ＞Ｎ
Ａ_R となる場合にはパターン９ａの像は得られず、パタ
ーン９ａをウエハ１１上に転写することができなくなっ
てしまう。By the way, if the pattern pitch becomes finer,
When sin θ becomes large and sin θ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA _R ) of the projection optical system 10, the ± first-order diffracted lights D _P and D _m are pupils (Fourier transform plane) in the projection optical system 10.
It is limited by the effective diameter of Pu and cannot pass through the projection optical system 10. At this time, only the _0th-order diffracted light D ₀ reaches the wafer 11 and no interference fringes occur. That is, sin θ> N
In the case of A _R , the image of the pattern 9a cannot be obtained and the pattern 9a cannot be transferred onto the wafer 11.

【０００７】以上のことから、今までの投影露光装置に
おいては、 sinθ＝λ／Ｐ≒ＮＡ_R となるピッチＰは次
式で与えられていた。 Ｐ≒λ／ＮＡ_R （１） これより、最小パターンサイズはピッチＰの半分である
から、最小パターンサイズは０．５・λ／ＮＡ_R 程度と
なるが、実際のフォトリソグラフィ工程においてはウエ
ハの湾曲、プロセスによるウエハの段差等の影響、また
はフォトレジスト自体の厚さのために、ある程度の焦点
深度が必要となる。このため、実用的な最小解像パター
ンサイズは、ｋ・λ／ＮＡ_R として表される。ここで、
ｋはプロセス係数と呼ばれ０．６〜０．８程度となる。
レチクル側開口数ＮＡ_R とウエハ側開口数ＮＡ_w との比
は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル
上における最小解像パターンサイズはｋ・λ／ＮＡ_R 、
ウエハ上の最小パターンサイズは、ｋ・λ／ＮＡ_w ＝ｋ
・λ／Ｂ・ＮＡ_R （但しＢは結像倍率（縮小率））とな
る。From the above, in the conventional projection exposure apparatus, the pitch P at which sin θ = λ / P≈NA _R is given by the following equation. P≈λ / NA _R (1) From this, the minimum pattern size is half the pitch P, so the minimum pattern size is about 0.5 · λ / NA _R , but in the actual photolithography process, A certain depth of focus is required due to the curvature, the effect of wafer steps due to the process, or the thickness of the photoresist itself. Therefore, the practical minimum resolution pattern size is expressed as k · λ / NA _R. here,
k is called a process coefficient and is about 0.6 to 0.8.
Since the ratio of the reticle-side numerical aperture NA _R and the wafer-side numerical aperture NA _w is the same as the imaging magnification of the projection optical system, the minimum resolution pattern size on the reticle is k · λ / NA _R ,
The minimum pattern size on the wafer is k · λ / NA _w = k
・ Λ / B ・ NA _R (where B is the imaging magnification (reduction ratio)).

【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 this time to shorten the wavelength of the illumination light source (for example, 200 nm or less) because there is no suitable optical material that can be used as the transmissive optical member. Is. Further, the numerical aperture of the projection optical system is already close to the theoretical limit even at present, and it is almost impossible to expect a larger aperture. Furthermore, even if a larger aperture than the current one can be achieved, the depth of focus represented by ± λ / 2NA ² will decrease sharply as the numerical aperture increases, and the depth of focus required for actual use will increase. The problem of decreasing the number becomes significant.

【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。Further, a so-called phase shift reticle, which shifts the phase of the transmitted light from a specific portion of the transmitted portion of the circuit pattern of the reticle by π from the phase of the transmitted light from other transmitted portions, is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. It is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-50811. By using this phase shift reticle, it becomes possible to transfer a finer pattern than the conventional one.

【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８の空間フィルタ
ー５ａを輪帯状の開口にし、フーリエ変換面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９に達する照明光束に一定の傾斜を
持たせるものである。However, the phase shift reticle has many problems because the manufacturing process is complicated and the cost is high, and the inspection and correction methods have not been established yet. Therefore, as a projection exposure technique that does not use a phase shift reticle, attempts have been made to improve the transfer resolution by improving the reticle illumination method. One of the illumination methods is to reach the reticle 9 by, for example, forming the spatial filter 5a in FIG. 8 into a ring-shaped aperture and cutting the illumination light flux distributed around the optical axis of the illumination optical system on the Fourier transform plane F. The illumination light flux has 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８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 flux distribution in the Fourier transform plane of the illumination optical system is formed into a ring shape, the improvement of the resolution is certainly recognized even with the ordinary reticle. However, there is a problem in 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 that partially cuts the illumination light flux such as a spatial filter is provided as shown in FIG. 8, it is natural that the illumination intensity (illuminance) on the reticle or wafer is significantly reduced. Therefore, there is a problem that the exposure processing time increases as the illumination efficiency decreases. Further, since the light flux from the light source is concentrated and passes through the Fourier transform surface in the illumination optical system, the temperature rise due to the light absorption of the light shielding member such as the spatial filter becomes remarkable, and the performance due to the thermal fluctuation of the illumination optical system is caused. It is also necessary to consider measures against 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。The present invention has been made in view of the above problems, and provides a projection exposure apparatus which can obtain a high resolution and a large depth of focus even when an ordinary reticle is used and which has excellent illuminance uniformity. 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及び
図２に示す如く、照明光学系の光路中において、照明光
によって複数の光源、即ち面光源を形成するための面光
源形成光学系（４，４０，４１）と、その面光源形成光
学系（４，４０，４１）からの光束を集光する集光光学
系（６，６０）と、その集光光学系（６，６０）からの
光束によってレチクルに対するフーリエ変換面、もしく
はその近傍面内に複数の面光源像を形成するとともに、
照明光学系の光軸から偏心した複数の位置の夫々に光軸
中心が配置される複数のレンズ素子（７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄ）を持つ多面光源形成光学系（７）と、その多
面光源形成光学系（７）による複数の面光源像からの光
束を前記レチクルへ集光するコンデンサーレンズ（８）
とを有するようにしたものである。The present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a surface light source forming optical for forming a plurality of light sources, that is, a surface light source, by illumination light in an optical path of an illumination optical system. System (4, 40, 41), a condensing optical system (6, 60) that condenses the light flux from the surface light source forming optical system (4, 40, 41), and the condensing optical system (6, 60) ) Form a plurality of surface light source images on the Fourier transform surface of the reticle or in the vicinity of the surface, and
A plurality of lens elements (7a, 7b, 7) whose optical axis centers are arranged at a plurality of positions decentered from the optical axis of the illumination optical system.
c, 7d) a multi-facet light source forming optical system (7) and a condenser lens (8) for condensing light fluxes from a plurality of surface light source images by the multi-facet light source forming optical system (7) onto the reticle.
And have.

【００１４】そして、上記基本構成に基づいて、レチク
ルのパターン方向での各レンズ素子の光軸間の距離の半
分をＬ、コンデンサーレンズの射出側の焦点距離をｆ、
照明光の波長をλ、前記レチクルのパターンの周期的な
ピッチをＰとするとき、 Ｌ＝λｆ／２Ｐ をほぼ満足するように構成することが望ましい。Based on the above basic structure, L is half the distance between the optical axes of the lens elements in the pattern direction of the reticle, and f is the focal length on the exit side of the condenser lens.
When the wavelength of the illumination light is λ, and the periodic pitch of the pattern of the reticle is P, it is desirable that L = λf / 2P be substantially satisfied.

【００１５】また、レチクルが２次元的なパターンであ
る場合には、多面光源形成光学系は並設された４つのレ
ンズ素子で構成し、投影光学系のレチクル側の開口数を
ＮＡ _R 、レチクルのパターン方向での各レンズ素子（７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の光軸間の距離の半分をＬ、前
記コンデンサーレンズ（８）の射出側の焦点距離をｆと
するとき、 0.35ＮＡ_R ≦Ｌ／ｆ≦0.7 ＮＡ_R を満足するように構成しても良い。Also, the reticle has a two-dimensional pattern.
In this case, the multi-facet light source forming optical system has four lenses arranged in parallel.
The reticle-side numerical aperture of the projection optical system
NA _R, Each lens element in the pattern direction of the reticle (7
a, 7b, 7c, 7d) half the distance between the optical axes is L,
The focal length on the exit side of the condenser lens (8) is f
When doing, 0.35NA_R≤L / f≤0.7 NA_R May be configured to satisfy.

【００１６】[0016]

【作用】本発明による作用を図７を用いて説明する。図
７中、例えば不図示のフライアイレンズにより射出面側
に形成されて照度均一化された２次光源（面光源）から
の光束は、多面光源形成光学系（レンズアレイ）７の各
レンズ素子７ａ，７ｂに入射する。このレンズアレイを
構成するレンズ素子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８によりレチクル９に照射される。The operation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, for example, a light flux from a secondary light source (surface light source), which is formed on the exit surface side by a fly-eye lens (not shown) and has a uniform illuminance, is included in each lens element of the multi-surface light source forming optical system (lens array) 7. It is incident on 7a and 7b. The lens elements 7a and 7b forming this lens array are arranged in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the light flux emitted from this is irradiated onto the reticle 9 by the condenser lens 8.

【００１７】ここで、多面光源形成光学系７のレンズ素
子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、各レンズ素子７ａ，７ｂのレチク
ル側焦点面７０ａ、７０ｂは、レチクルパターン９ａの
フーリエ変換面Ｆとほぼ一致しているので、光軸ＡＸと
各レンズ素子７ａ，７ｂの光軸との距離は、各レンズ素
子７ａ，７ｂを射出した光束のレチクル９への入射角に
相当する。Here, the optical axes of the lens elements 7a and 7b of the multifaceted light source forming optical system 7 are both located away from the optical axis AX. Further, since the reticle side focal planes 70a and 70b of the lens elements 7a and 7b substantially coincide with the Fourier transform plane F of the reticle pattern 9a, the distance between the optical axis AX and the optical axes of the lens elements 7a and 7b. Corresponds to the angle of incidence on the reticle 9 of the light flux emitted from each lens element 7a, 7b.

【００１８】レチクル（マスク）上に描画された回路パ
ターン９ａは、一般に周期的なパターンを多く含んでい
る。従って１つのレンズ素子７ａからの照明光が照射さ
れたレチクルパターン９ａからは０次回折光成分Ｄ_O 及
び±１次回折光成分Ｄ_P 、Ｄ _m 、及びより高次の回折光
成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生する。こ
のとき、照明光束（主光線）が傾いた角度でレチクル９
に入射するから、発生した各次数の回折光成分も、垂直
に照明された場合に比べ、傾き（角度ずれ）をもってレ
チクルパターン９ａから発生する。図７中の照明光Ｌ１
３０は、光軸に対してψだけ傾いてレチクル９に入射す
る。A circuit pattern drawn on a reticle (mask)
Turn 9a generally contains many periodic patterns.
It Therefore, the illumination light from one lens element 7a is emitted.
The 0th-order diffracted light component D from the reticle pattern 9a_OOver
And ± 1st-order diffracted light component D_P, D _m, And higher diffracted light
The component is generated in the direction according to the fineness of the pattern. This
, The reticle 9 is tilted at an angle of the illumination light beam (main ray).
The incident diffracted light component of each order is also perpendicular to
Compared to the case of lighting on the
It originates from the chicle pattern 9a. Illumination light L1 in FIG.
30 is incident on the reticle 9 with an inclination of ψ with respect to the optical axis.
It

【００１９】照明光Ｌ１３０はレチクルパターン９ａに
より回折され、光軸ＡＸに対してψだけ傾いた方向に進
む０次回折光Ｄ₀ 、０次回折光に対してθ_P だけ傾いた
＋１次回折光Ｄ_P 、及び０次回折光Ｄ₀ に対してθ_m だ
け傾いて進む−１次回折光Ｄ _m を発生する。しかしなが
ら、照明光Ｌ１３０は両側テレセントリックな投影光学
系１１の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いてレチクルパ
ターンに入射するので、０次回折光Ｄ₀ もまた投影光学
系の光軸ＡＸに対して角度ψだけ傾いた方向に進行す
る。Illumination light L130 is applied to reticle pattern 9a.
Is diffracted by more and advances in a direction inclined by ψ with respect to the optical axis AX.
0th order diffracted light D₀, Θ for 0th order diffracted light_PJust leaned
+ 1st order diffracted light D_P, And zero-order diffracted light D₀Against θ_mIs
-1. Diffracted light D _mTo occur. However,
The illumination light L130 is projection optical that is telecentric on both sides.
The reticle path is tilted by an angle ψ with respect to the optical axis AX of the system 11.
Since it enters the turn, the 0th-order diffracted light D₀Also projection optics
It travels in a direction inclined by an angle ψ with respect to the optical axis AX of the system.
It

【００２０】従って、＋１次光Ｄ_P は光軸ＡＸに対して
θ_P ＋ψの方向に進行し、−１次回折光Ｄ_m は光軸ＡＸ
に対してθ_m −ψの方向に進行する。このとき回折角θ
_P 、θ_m はそれぞれ sin（θ_P ＋ψ）− sinψ＝λ／Ｐ （２） sin（θ_m −ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐ （３） である。Therefore, the + 1st order light D _P travels in the direction of θ _P + ψ with respect to the optical axis AX, and the −1st order diffracted light D _m is the optical axis AX.
With respect to θ _m −ψ. At this time, the diffraction angle θ
_P and θ _m are sin (θ _P + ψ) −sin ψ = λ / P (2) sin (θ _m −ψ) + sin ψ = λ / P (3), respectively.

【００２１】ここでは、＋１次回折光Ｄ_P 、−１次回折
光Ｄ_m の両方が投影光学系１０の瞳Ｐｕを透過している
ものとする。レチクルパターン９ａの微細化に伴って回
折角が増大すると先ず角度θ_P ＋ψの方向に進行する＋
１次回折光Ｄ_P が投影光学系１０の瞳Ｐｕを透過できな
くなる。すなわち sin（θ_P ＋ψ）＞ＮＡ_R の関係にな
ってくる。しかし照明光Ｌ１３０が光軸ＡＸに対して傾
いて入射している為、このときの回折角でも−１次回折
光Ｄ_m は、投影光学系１０を透過可能となる。すなわち
sin（θ_m −ψ）＜ＮＡ_R の関係になる。Here, it is assumed that both the + 1st order diffracted light D _P and the −1st order diffracted light D _m are transmitted through the pupil Pu of the projection optical system 10. When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern 9a, it first proceeds in the direction of the angle θ _P + ψ +
The first-order diffracted light D _P cannot pass through the pupil Pu of the projection optical system 10. That is, the relationship of sin (θ _P + ψ)> NA _R is established. However, since the illumination light L130 is incident while being inclined with respect to the optical axis AX, the −1st-order diffracted light D _m can pass through the projection optical system 10 even at the diffraction angle at this time. Ie
The relationship is sin (θ _m −ψ) <NA _R.

【００２２】従って、ウエハ１１上には０次回折光Ｄ₀
と−１次回折光Ｄ_m の２光束による干渉縞が生じる。こ
の干渉縞はレチクルパターン９ａの像であり、レチクル
パターン９ａ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１１上に塗布され
たレジストに、レチクルパターン９ａの像をパターニン
グすることが可能となる。Therefore, the 0th-order diffracted light D ₀ is formed on the wafer 11.
And interference fringes are generated by the two light fluxes of the −1st order diffracted light D _m . This interference fringe is an image of the reticle pattern 9a. When the reticle pattern 9a has a line-and-space of 1: 1, the contrast is about 90% and the image of the reticle pattern 9a is formed on the resist applied on the wafer 11. It becomes possible to pattern.

【００２３】このときの解像限界は、 sin（θ_m −ψ）＝ＮＡ_R （４） となるときであり、従って ＮＡ_R ＋ sinψ＝λ／Ｐ Ｐ＝λ／（ＮＡ_R ＋ sinψ） （５） が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチであ
る。The resolution limit at this time is when sin (θ _m −ψ) = NA _R (4), and therefore NA _R + sin ψ = λ / P P = λ / (NA _R + sin ψ) ( 5) is the pitch on the reticle side of the smallest pattern that can be transferred.

【００２４】一例として今 sinψを0.５×ＮＡ_R 程度に
定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの最
小ピッチは Ｐ＝λ（ＮＡ_R ＋0.５ＮＡ_R ） ＝２λ／３ＮＡ_R （６） となる。Assuming that sin ψ is set to about 0.5 × NA _R as an example, the minimum pitch of the pattern on the transferable reticle is P = λ (NA _R + 0.5NA _R ) = 2λ / 3NA _R (6 ) Becomes.

【００２５】一方、図８に示したように、照明光の瞳Ｆ
上での分布が投影光学系１０の光軸ＡＸを中心とする円
形領域内である従来の露光装置の場合、解像限界は
（１）式に示したようにＰ≒λ／ＮＡ_R であった。従っ
て、従来の露光装置より高い解像度が実現できることが
わかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方
向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次
回折光成分とを用いてウエハ上に結像パターンを形成方
法によって、焦点深度も大きくなる理由について説明す
る。On the other hand, as shown in FIG. 8, the pupil F of the illumination light is
In the case of the conventional exposure apparatus in which the above distribution is in the circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system 10, the resolution limit is P≈λ / NA _R as shown in the equation (1). It was Therefore, it can be seen that higher resolution can be realized than the conventional exposure apparatus. Next, the exposure light is applied to the reticle pattern at a specific incident direction and an incident angle, and the depth of focus is also determined by a method of forming an imaging pattern on the wafer using the 0th-order diffracted light component and the 1st-order diffracted light component. The reason for the increase will be described.

【００２６】図７のようにウエハ１１が投影光学系１０
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９ａ中の１点を出てウエハ１１上の一点に
達する各回折光は、投影光学系１０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１０の瞳面Ｐｕ
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１１が投影光
学系１０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１０
から遠ざかる方）では短く、焦点後方（投影光学系１０
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. 7, the wafer 11 is a projection optical system 10.
When it coincides with the focal point position (best image plane) of, the diffracted light that exits one point in the reticle pattern 9a and reaches one point on the wafer 11 passes through which part of the projection optical system 10. They all have the same optical path length. Therefore, as in the conventional case, the 0th-order diffracted light component is the pupil plane Pu of the projection optical system 10.
Even when the light passes through almost the center (near the optical axis), the optical path lengths of the 0th-order diffracted light component and other diffracted light components are the same, and mutual wavelength aberration is also zero. However, when the wafer 11 is in a defocused state where it does not coincide with the focal position of the projection optical system 10, the optical path length of obliquely incident high-order diffracted light is in front of the focus ( Projection optical system 10
It is short in the direction away from the focus) and is behind the focus (projection optical system 10
The one that becomes closer to) becomes longer and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, the diffracted lights of 0th, 1st, ... Form wavefront aberrations mutually, and blurring occurs before and after the focal position.

【００２７】前述のデフォーカスによる波面収差は、ウ
エハ１１の焦点位置からのずれ量をΔＦ、各回折光がウ
エハ上の１点に入射するときの入射角θ_w の正弦をｒ
（ｒ＝sinθ_w ）とすると、ΔＦｒ² ／２で与えられる
量である。（このときｒは各回折光の、瞳面Ｐｕでの光
軸ＡＸからの距離を表わす。）従来の図８に示した投影
露光装置では、０次回折光Ｄ₀ は光軸ＡＸの近傍を通る
ので、ｒ（０次）＝０となり、一方±１次回折光Ｄ_P 、
Ｄ_m は、ｒ（１次）＝Ｍ・λ／Ｐとなる（Ｍは投影光学
系の倍率）。従って、０次回折光Ｄ₀ と±１次回折光Ｄ
_P 、Ｄ_m とのデフォーカスによる波面収差は ΔＦ・Ｍ² （λ／Ｐ）² ／２となる。With respect to the wavefront aberration due to the defocus, the deviation amount from the focus position of the wafer 11 is ΔF, and the sine of the incident angle θ _w when each diffracted light is incident on one point on the wafer is r.
When (r = sinθ _w), it is an amount given by ΔFr ^2/2. (At this time, r represents the distance of each diffracted light from the optical axis AX on the pupil plane Pu.) In the conventional projection exposure apparatus shown in FIG. 8, the 0th-order diffracted light D ₀ passes near the optical axis AX. Therefore, r (0th) = 0, while ± 1st order diffracted light D _P ,
D _m is r (first order) = M · λ / P (M is the magnification of the projection optical system). Therefore, the 0th-order diffracted light D ₀ and the ± 1st-order diffracted light D
_P, the wavefront aberration due to defocus of the D _m is the ^{ΔF · M 2 (λ / P} ) 2/2.

【００２８】一方、本発明における投影露光装置では、
図７に示すように０次回折光成分Ｄ ₀ は光軸ＡＸから角
度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面Ｐｕにおける
０次回折光成分の光軸ＡＸからの距離はｒ（０次）＝Ｍ
・ sinψである。一方、−１次回折光成分Ｄ_m の瞳面に
おける光軸からの距離はｒ（−１次）＝Ｍ・ sin（θ_m
−ψ）となる。そしてこのとき、 sinψ＝ sin（θ_m −
ψ）となれば、０次回折光成分Ｄ₀ と−１次回折光成分
Ｄ_m のデフォーカスによる相対的な波面収差は零とな
り、ウエハ１１が焦点位置より光軸方向に若干ずれても
パターン１０の像ボケは従来程大きく生じないことにな
る。すなわち、焦点深度が増大することになる。また、
（３）式のように、 sin（θ_m −ψ）＋ sinψ＝λ／Ｐ
であるから、照明光束Ｌ１３０のレチクル９への入射角
ψが、ピッチＰのパターンに対して、 sinψ＝λ／２Ｐ
の関係にすれば焦点深度をきわめて増大させることが可
能である。On the other hand, in the projection exposure apparatus of the present invention,
As shown in FIG. 7, the 0th-order diffracted light component D ₀Is the angle from the optical axis AX
Since it occurs in the direction inclined by ψ,
The distance of the 0th-order diffracted light component from the optical axis AX is r (0th) = M
・ It is sin ψ. On the other hand, the -1st order diffracted light component D_mOn the pupil's face
The distance from the optical axis is r (-1st order) = M · sin (θ_m
−ψ). And at this time, sin ψ = sin (θ_m−
ψ), the zero-order diffracted light component D₀And -1st order diffracted light component
D_mThe relative wavefront aberration due to the defocus of
Therefore, even if the wafer 11 is slightly displaced from the focus position in the optical axis direction,
Image blurring of pattern 10 will not occur as much as before.
It That is, the depth of focus is increased. Also,
As in equation (3), sin (θ_m−ψ) + sinψ = λ / P
Therefore, the angle of incidence of the illumination light flux L130 on the reticle 9
ψ is sin ψ = λ / 2P for a pattern of pitch P
It is possible to increase the depth of focus significantly.
Noh.

【００２９】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, according to the present invention, in order to divide the illumination luminous flux emitted from the light source into a plurality of luminous fluxes and guide them to the condenser lens, the luminous flux from the light source is utilized with a slight loss in light quantity, and the above high resolution is achieved. It is possible to realize a projection exposure method with an image and a large depth of focus.

【００３０】[0030]

【実施例】図１は本発明の第１実施例の光路及びレンズ
構成を示す図であり、以下において、図１を参照しなが
ら説明する。楕円鏡２の第１焦点に輝点が位置する水銀
灯等の光源１より放射される照明光束は楕円鏡２の第２
焦点位置Ａ１で焦光され、インプットレンズ３（コリメ
ータレンズ）によりほぼ平行光束となってオプティカル
インテグレータ（面光源形成光学系）としてのフライア
イレンズ４に入射する。このフライアイレンズ４は矩形
断面（例えば、正方形状断面）を持つ複数の棒状レンズ
素子の集合体で構成されており、これの射出側面Ａ２
は、楕円鏡２の第２焦点位置に形成される光源像と共役
に設けられている。このため、フライアイレンズ４の射
出側面Ａ２にはフライアイレンズ４を構成する棒状レン
ズ素子の個数分だけの複数の光源像が形成され、ここに
は実質的に面光源としての２次光源が形成される。この
２次光源が形成される位置には開口絞り５が設けられて
おり、この開口絞り５を介した光束は集光レンズ６で集
光されて多面光源形成光学系７に入射する。この多面光
源形成光学系７（レンズアレイ）は、並設された４つの
レンズ素子（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）よりなり、図１
中ではレンズ素子（７ａ，７ｂ）しか示していないが、
図１の紙面と垂直方向にはレンズ素子（７ｃ，７ｄ）が
レンズ素子（７ａ，７ｂ）と並列的に配置されている。
各レンズ素子（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は、入射側面
及び射出側面にレンズ面を有し、その光軸が照明光学系
の光軸Ａｘに対して等距離となる如く偏心して配置され
るとともに、射出側面Ａ３がフライアイレンズ４の射出
側面Ａ２と共役に配置されている。従って、多面光源形
成光学系７の射出側には、図２に示す如く、照明光学系
の光軸Ａｘに対して偏心した位置にレンズ素子の個数分
だけの２次光源の再結像された像（面光源像）が形成さ
れる。すなわち、ここには、４つのレンズ素子により４
つに分離された４つの３次的な複数の面光源が形成され
るが、各レンズ素子の最適な配置については後で詳述す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the optical path and lens configuration of a first embodiment of the present invention, which will be described below with reference to FIG. The illuminating light flux emitted from the light source 1 such as a mercury lamp whose bright spot is located at the first focal point of the elliptic mirror 2 is the second luminous flux of the elliptic mirror 2.
The light is focused at the focal position A1 and is made into a substantially parallel light flux by the input lens 3 (collimator lens) and enters the fly-eye lens 4 as an optical integrator (surface light source forming optical system). The fly-eye lens 4 is composed of an assembly of a plurality of rod-shaped lens elements having a rectangular cross section (for example, a square cross section), and its exit side A2.
Are provided in conjugation with the light source image formed at the second focal position of the elliptical mirror 2. Therefore, a plurality of light source images corresponding to the number of rod-shaped lens elements forming the fly-eye lens 4 are formed on the exit side surface A2 of the fly-eye lens 4, and the secondary light sources that are substantially surface light sources are formed here. It is formed. An aperture stop 5 is provided at a position where the secondary light source is formed, and a light beam passing through the aperture stop 5 is condensed by a condenser lens 6 and enters a multifaceted light source forming optical system 7. This multi-facet light source forming optical system 7 (lens array) is composed of four lens elements (7a, 7b, 7c, 7d) arranged side by side.
Although only the lens elements (7a, 7b) are shown therein,
The lens elements (7c, 7d) are arranged in parallel with the lens elements (7a, 7b) in the direction perpendicular to the plane of FIG.
Each lens element (7a, 7b, 7c, 7d) has a lens surface on the incident side surface and an exit side surface, and is arranged eccentrically so that its optical axis is equidistant from the optical axis Ax of the illumination optical system. At the same time, the exit side surface A3 is arranged to be conjugate with the exit side surface A2 of the fly-eye lens 4. Therefore, as shown in FIG. 2, the secondary light sources corresponding to the number of lens elements are re-imaged on the exit side of the multi-facet light source forming optical system 7 at positions decentered with respect to the optical axis Ax of the illumination optical system. An image (surface light source image) is formed. That is, there are four lens elements
Four tertiary surface light sources separated into two are formed, and the optimum arrangement of each lens element will be described in detail later.

【００３１】図１に戻って、各レンズ素子（７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄ）の射出側面Ａ３に形成された４つの光
束はコンデンサーレンズ８により集光されて、照明光学
系の光軸Ａｘに対して所定の角度を持った状態でレチク
ル９を均一に傾斜照明する。この傾斜照明によりレチク
ル９上のパターンを透過、回折した光は投影光学系１０
により集光結像され、ウエハ１１上に、レチクル９のパ
ターンの像を形成する。Returning to FIG. 1, each lens element (7a, 7a
b, 7c, 7d), the four light beams formed on the exit side surface A3 are condensed by the condenser lens 8 and the reticle 9 is uniformly distributed with a predetermined angle with respect to the optical axis Ax of the illumination optical system. Illuminate at an angle. The light transmitted through the pattern on the reticle 9 and diffracted by this tilted illumination is projected by the projection optical system 10.
The light is focused and imaged by, and an image of the pattern of the reticle 9 is formed on the wafer 11.

【００３２】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，フライアイレンズ４の
射出側面Ａ２，多面光源形成光学系７の射出側面Ａ３
は、投影光学系の入射瞳面Ｐｕ（開口絞り１０ａ）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９及びウエハ１１）のフーリ
エ変換面となっている。また、フライアイレンズ４の入
射側面Ｂ１，多面光源形成光学系７の入射側面Ｂ２は、
物体面（レチクル９及びウエハ１１）と互いに共役に設
けられている。In the illumination optical system shown in FIG. 1, the light source image A1 by the elliptic mirror 2, the exit side surface A2 of the fly-eye lens 4, the exit side surface A3 of the multi-faceted light source forming optical system 7.
Are provided so as to be conjugate with the entrance pupil plane Pu (aperture stop 10a) of the projection optical system. In other words, A1, A2, and
A3 is a Fourier transform plane of the object plane (reticle 9 and wafer 11). The incident side surface B1 of the fly-eye lens 4 and the incident side surface B2 of the multi-facet light source forming optical system 7 are
It is provided so as to be conjugate with the object plane (reticle 9 and wafer 11).

【００３３】さて、レチクル９上には２次元的な極微細
な周期パターンが形成されていると、このパターンを透
過、回折した照明光が投影光学系をバランス良く通過し
てウエハ１１上で結像するように最適な傾斜照明状態と
することが好ましい。従って、次に、露光すべきレチク
ルパターンに応じて、これらの系をどのように最適にす
るかを説明する。When a two-dimensional ultrafine periodic pattern is formed on the reticle 9, illumination light transmitted and diffracted through this pattern passes through the projection optical system in a well-balanced state and is bound on the wafer 11. It is preferable to have a tilted illumination state that is optimal for imaging. Therefore, next, how to optimize these systems depending on the reticle pattern to be exposed will be described.

【００３４】多面光源形成光学系７の各レンズ素子の位
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、多面光源形成光学系
７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）とすれば良い。The position of each lens element of the multi-facet light source forming optical system 7 (the position in the plane perpendicular to the optical axis) is preferably determined according to the reticle pattern to be transferred. The position determining method in this case has the effect of improving the optimum resolution and depth of focus with respect to the fineness (pitch) of the pattern to be transferred by the illumination light flux from the multi-facet light source forming optical system 7, as described in the section of the operation. The position (incident angle ψ) that is incident on the reticle pattern may be set so as to be obtained.

【００３５】そこで、多面光源形成光学系７の各レンズ
素子の位置決定の具体例を、図３、及び図４（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を用いて説明する。図３は多面
光源形成光学系７から投影光学系１０までの部分を模式
的に表わす図であり、多面光源形成光学系７のレチクル
側（後側）焦点面７０ａ〜７０ｂが、レチクルパターン
９ａ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８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８のレンズ素子側（前側）主点から多
面光源形成光学系７のレチクル側（後側）焦点面（７０
ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ）までの距離と、コンデン
サーレンズ８のレチクル側（後側）主点からレチクルパ
ターン９ａまでの距離は共にｆであるとする。Therefore, a specific example of determining the position of each lens element of the multi-facet light source forming optical system 7 will be described with reference to FIGS. 3 and 4A.
This will be described with reference to (B), (C) and (D). FIG. 3 is a diagram schematically showing a portion from the polyhedral light source forming optical system 7 to the projection optical system 10. The reticle side (rear side) focal planes 70a to 70b of the polyhedral light source forming optical system 7 have a reticle pattern 9a. It coincides with the Fourier transform plane F. Further, at this time, the condenser lens 8 that brings them into a Fourier transform relationship is shown as a single lens. Further, from the lens element side (front side) principal point of the condenser lens 8 to the reticle side (rear side) focal plane (70) of the multifaceted light source forming optical system 7.
a, 70b, 70c, 70d) and the distance from the reticle side (rear side) principal point of the condenser lens 8 to the reticle pattern 9a are both f.

【００３６】図４（Ａ）、（Ｃ）は共にレチクルパター
ン９ａ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４（Ｂ）は図４（Ａ）のレチクルパターンの
場合に最適な多面光源形成光学系７の各レンズ素子の光
軸（Ａｘ_a ，Ａｘ_b ，Ａｘ_c ，Ａｘ_d ）のフーリエ変換
面Ｆ（投影光学系の瞳面Ｐｕ）での位置を示し、図４
（Ｄ）は図４（Ｃ）のレチクルパターンの場合に最適な
多面光源形成光学系７の各レンズ素子の位置（最適な各
レンズ素子の光軸（Ａｘ_a ，Ａｘ_b ，Ａｘ_c ，Ａｘ_d ）
の位置）を表わす図である。FIGS. 4A and 4C are diagrams showing an example of a partial pattern formed in the reticle pattern 9a, and FIG. 4B shows the case of the reticle pattern of FIG. 4A. An optimum position of the optical axis (Ax _a , Ax _b , Ax _c , Ax _d ) of each lens element of the multi-facet light source forming optical system 7 on the Fourier transform plane F (pupil surface Pu of the projection optical system) is shown in FIG.
4D is the position of each lens element of the optical system 7 for forming a multi-faceted light source that is optimal in the case of the reticle pattern of FIG. 4C (optimal optical axes of each lens element (Ax _a , Ax _b , Ax _c , Ax _d )
FIG.

【００３７】図４（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、個々のレンズ素子の最
適位置は図４（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４（Ｂ）はレチクルパターン９ａ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９ａを見た図４（Ａ）と同一にしてある。FIG. 4A shows a so-called one-dimensional line-and-space pattern in which the transmissive portion and the light-shielding portion are arranged in strips in the Y direction with the same width, and they are regularly arranged in the X direction at a pitch P. There is. At this time, the optimum position of each lens element is an arbitrary position on the line segment Lα and the line segment Lβ in the Y direction assumed in the Fourier transform plane, as shown in FIG. 4B. FIG. 4B is a view of the Fourier transform plane F with respect to the reticle pattern 9a viewed from the optical axis AX direction, and the coordinate systems X and Y in the plane F are the view of the reticle pattern 9a viewed from the same direction. Same as (A).

【００３８】さて、図４（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、各レンズ
素子の各光軸（各レンズ素子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）Ａｘ_a ，Ａｘ_b ，Ａ
ｘ_c ，Ａｘ_d 位置が線分Ｌα、Ｌβ上、例えば点Ｐ
ζ₁ 、Ｐη₁ 、Ｐκ₁ 、Ｐμ₁ にあれば、図４（Ａ）に
示す如きラインアンドスペースパターンに対して、各レ
ンズ素子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４（Ａ）に示した１次元パタ
ーンの場合、図１に示した多面光源形成光学系７の４つ
のレンズ素子の光軸は、周期的なレチクルパターンの方
向Ｘでの各レンズ素子の光軸間の距離の半分をＬ（α＝
β）、コンデンサーレンズ８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
満足するように構成することによって、ラインアンドス
ペースパターン（図４（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. 4B, 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, where λ is the exposure wavelength, α = β = f · (1
/ 2) · (λ / P) This distance α ・ β is f ・ si
When expressed as n ψ, sin ψ = λ / 2P, which is in agreement with the numerical value described in the section of action. Therefore, each optical axis of each lens element (2
Centroids of the light intensity distribution of the secondary light source image) Ax _a , Ax _b , A
x _c and Ax _d are located on the line segments Lα and Lβ, for example, the point P
If ζ ₁ , Pη ₁ , Pκ ₁ , and Pμ ₁ exist, the 0th-order diffracted light generated by the illumination light from each lens element and ± 1 with respect to the line-and-space pattern as shown in FIG.
The two diffracted lights, which are either one of the second-order diffracted lights, pass through a position on the projection optical system pupil plane Pu that is substantially equidistant from the optical axis AX. Therefore, in the case of the one-dimensional pattern shown in FIG. 4A, the optical axes of the four lens elements of the multifaceted light source forming optical system 7 shown in FIG. 1 are the respective lens elements in the direction X of the periodic reticle pattern. Half the distance between the optical axes of L (α =
β), f is the focal length on the exit side (rear side) of the condenser lens 8, λ is the wavelength of the illumination light, and P is the periodic pitch of the reticle pattern, and the relationship of L = λf / 2P is substantially satisfied. With such a configuration, the depth of focus for the line and space pattern (FIG. 4A) can be maximized and high resolution can be obtained.

【００３９】なお、図４（Ａ）に示した１次元パターン
の場合、原理的にはフーリエ変換面上の線分Ｌα、Ｌβ
には各々１つの光源があれば良いため、図１に示した多
面光源形成光学系７を２つのレンズ素子で構成すること
も可能である。この場合、フライアイレンズ４からの照
明光を効率良く多面光源形成光学系７の２つのレンズ素
子で２分割する（２つの面光源を形成する）ためには、
多面光源形成光学系７中のレンズ素子の断面形状を長方
形状で構成すると共に、フライアイレンズ４中の棒状レ
ンズ素子の断面形状を多面光源形成光学系７全体の形と
ほぼ相似な長方形状とすることが望ましい。このとき、
各レンズ素子の光軸はＬ＝λｆ／２Ｐの関係をほぼ満足
するように構成することが良いことは言うまでもない。In the case of the one-dimensional pattern shown in FIG. 4A, in principle, line segments Lα and Lβ on the Fourier transform plane are used.
Since it is sufficient for each to have one light source, it is possible to configure the multi-facet light source forming optical system 7 shown in FIG. 1 with two lens elements. In this case, in order to efficiently divide the illumination light from the fly-eye lens 4 into two by two lens elements of the multi-surface light source forming optical system 7 (form two surface light sources),
The cross-sectional shape of the lens element in the multi-facet light source forming optical system 7 is formed in a rectangular shape, and the cross-sectional shape of the rod-shaped lens element in the fly-eye lens 4 is a rectangular shape substantially similar to the overall shape of the multi-facet light source forming optical system 7. It is desirable to do. At this time,
It is needless to say that the optical axis of each lens element may be configured to substantially satisfy the relationship of L = λf / 2P.

【００４０】次に、図４（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４（Ｄ）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４（Ｄ）の如き２次元パターンにお
いて回折光中の±１次回折光のうちのいずれか一方と０
次回折光とが投影光学系瞳面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４（Ｃ）のパターンではＸ方向のピッ
チはＰｘであるから、図４（Ｄ）に示す如く、α＝β＝
ｆ・（１／２）・（λ／Ｐｘ）となる線分Ｌα、Ｌβ上
に各レンズ素子の光軸があれば、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Ｌ
γ、Ｌε上に各レンズ素子の光軸があれば、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. 4C shows a case where the reticle pattern is a so-called isolated space pattern, and the X direction (horizontal direction) pitch of the pattern is Px and the Y direction (longitudinal direction).
The pitch is Py. When illumination light enters a two-dimensional pattern as shown in FIG. 4D, diffracted light is generated in the two-dimensional direction according to the periodicity (X: Px, Y: Py) of the pattern in the two-dimensional direction. In the two-dimensional pattern as shown in FIG. 4D, one of ± 1st order diffracted light in the diffracted light and 0
The depth of focus can be maximized if the second-order diffracted light is set to be substantially equidistant from the optical axis AX on the projection optical system pupil plane Pu. In the pattern of FIG. 4C, the pitch in the X direction is Px, so that α = β = as shown in FIG.
If the optical axis of each lens element is on the line segments Lα and Lβ that are f · (½) · (λ / Px), the depth of focus can be maximized for the X-direction component of the pattern. Similarly,
Line segment L where r = ε = f · (1/2) · (λ / Py)
If there is an optical axis of each lens element on γ and Lε, pattern Y
The depth of focus can be maximized for the directional component.

【００４１】以上、図４（Ｄ）に示した各位置に配置し
た多面光源形成光学系７からの照明光束がレチクルパタ
ーン９ａに入射すると、０次光回折光成分Ｄ₀ と、＋１
次回折光成分Ｄ_P または−１次回折光成分Ｄ_mのいずれ
か一方とが、投影光学系１０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 flux from the multi-facet light source forming optical system 7 arranged at each position shown in FIG. 4D enters the reticle pattern 9a, the 0th-order diffracted light component D ₀ and +1
Either the second-order diffracted light component D _P or the −first-order diffracted light component D _m is reflected by the optical axis AX on the pupil plane Pu in the projection optical system 10.
Through the optical path that is almost equidistant from. Therefore, as described in the section of the operation, a projection exposure apparatus with a high resolution and a large depth of focus can be realized.

【００４２】また、レチクルパターン９ａが図４（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Ｐ
ｕ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
つのレンズ素子）の位置を調節すればよい。Further, the reticle pattern 9a is shown in FIG.
In the case of including a two-dimensional periodic pattern as shown in FIG.
On u, higher-order diffracted light components equal to or higher than the first-order distributed in the X direction (first direction) centering on the one 0th-order diffracted light component,
There may be first-order or higher-order diffracted light components distributed in the Y direction (second direction). Therefore, assuming that a two-dimensional pattern is satisfactorily formed on one specific 0th-order diffracted light component, one of the higher-order diffracted light components distributed in the first direction,
One of the higher-order diffracted light components distributed in the second direction and a specific 0
The three 0th-order diffracted light components are distributed at substantially equal distances from the optical axis AX on the pupil plane Pu so that the specific 0th-order diffracted light component (1
The positions of the two lens elements) may be adjusted.

【００４３】例えば、図４（Ｄ）中でレンズ素子の光軸
の位置を点Ｐζ₂ 、Ｐη₂ 、Ｐκ₂ 、Ｐμ₂ のいずれか
に一致させれば良い。点Ｐζ₂ 、Ｐη₂ 、Ｐκ₂ 、Ｐμ
₂ 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。従って、図４（Ｄ）中で各レンズ素子の光軸Ａｘ
_a ，Ａｘ_b ，Ａｘ_c ，Ａｘ_d の位置を点Ｐζ₂ 、Ｐ
η₂ 、Ｐκ₂ 、Ｐμ₂に一致させれば、高照明効率を維
持しながら最もバランス良い傾斜照明が達成できる。For example, in FIG. 4 (D), the position of the optical axis of the lens element may be aligned with any of the points Pζ ₂ , Pη ₂ , Pκ ₂ and Pμ ₂ . Points Pζ ₂ , Pη ₂ , Pκ ₂ , Pμ
₂ is either the line segment Lα or Lβ (the optimum position for the periodicity in the X direction, that is, 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 projection optical system pupil plane Pu. Position) and line segments Lγ and Lε (optimal position with respect to the periodicity in the Y direction). Therefore, the light source positions are optimal in both the X direction and the Y direction. Therefore, in FIG. 4D, the optical axis Ax of each lens element is
_{The positions of a} , Ax _b , Ax _c , and Ax _d are set to the points Pζ ₂ , P
If η ₂ , Pκ ₂ and Pμ ₂ are matched, tilted illumination with the best balance can be achieved while maintaining high illumination efficiency.

【００４４】特に、図４（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い場合（Ｐｘ＝Ｐｙ
＝Ｐ）、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での多面光源形成光学系７の各レンズ素
子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８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
うに構成することが望ましい。Particularly, when the two-dimensional pattern shown in FIG. 4C has the same periodic pitch in each direction (Px = Py).
= P), in order to achieve the most balanced tilted illumination that maximizes the size of the Fourier transform plane F (maximum utilization of the numerical aperture NA of the projection optical system), each periodic reticle pattern direction X, L (α = β = γ = ε) is half of the distance between the optical axes of the lens elements of the multi-facet light source forming optical system 7 in Y, f is the focal length of the condenser lens 8 on the exit side (rear side), and illumination is When the wavelength of light is λ and the periodical pitch of the reticle pattern is P, it is desirable that the relation L = λf / 2P is substantially satisfied.

【００４５】また、この場合において、投影光学系１０
のレチクル側の開口数をＮＡ_R 、各周期的なレチクルパ
ターン方向Ｘ，Ｙでの多面光源形成光学系７の各レンズ
素子の光軸間の距離の半分をＬ（α＝β＝γ＝ε）、コ
ンデンサーレンズ９の射出側（後側）の焦点距離をｆと
するとき、 0.35ＮＡ_R ≦Ｌ／ｆ≦0.7 ＮＡ_R の関係を満足するように構成しても良い。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 projection optical system 10
Numerical aperture NA _R of the reticle side, a half of the distance between the optical axis of each lens element of the polygonal source forming optical system 7 in the periodic reticle pattern directions X, Y L (α = β = γ = ε ), Where f is the focal length on the exit side (rear side) of the condenser lens 9, the relationship of 0.35NA _R ≤ L / f ≤ 0.7 NA _R may be satisfied. If the lower limit of this relational expression is exceeded, the effect of tilted illumination will diminish,
Even if oblique illumination is used, it is difficult to achieve high resolution while maintaining a large depth of focus. On the contrary, if the upper limit of the above relational expression is exceeded, it is not preferable because the light beam from the separated light source formed on the Fourier plane cannot pass through the projection optical system.

【００４６】次に、図５は本発明の第２実施例の光路及
びレンズ構成を示す図であり、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ある。本実施
例において第１実施例と異なる所は、集光レンズ１３と
ロッド型オプティカルインテグレータ４０と集光レンズ
４１とを用いてフライアイレンズ４と等価な光学的機能
を持たせた点である。Next, FIG. 5 is a diagram showing an optical path and a lens configuration of a second embodiment of the present invention. Members having the same functions as in FIG. 1 showing the first embodiment are given the same reference numerals. .. The present embodiment differs from the first embodiment in that the condensing lens 13, the rod-type optical integrator 40, and the condensing lens 41 are used to provide an optical function equivalent to that of the fly-eye lens 4.

【００４７】本実施例では、楕円鏡２によりこれの第２
焦点位置Ａ１に集光された光源像はインプットレンズ３
及び集光レンズ４１により四角柱状のロッド型オプティ
カルインテグレータ４０の入射側面Ａ２にリレーされ
る。そして、ロッド型オプティカルインテグレータ４０
の入射側面Ａ１１から入射した光は、このロッド型オプ
ティカルインテグレータ４０の内面で反射して射出側面
Ｂ１１から射出する。この時、この射出側面Ｂ１１から
射出光は、実質的にロッド型オプティカルインテグレー
タ４０の入射側面Ａ１１にあたかも複数の光源像（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。In this embodiment, the elliptic mirror 2 is used to
The light source image condensed at the focal position A1 is the input lens 3
Then, the light is relayed by the condenser lens 41 to the incident side surface A2 of the rod-shaped optical integrator 40 having a rectangular prism shape. Then, the rod-type optical integrator 40
The light incident from the incident side surface A11 of is reflected by the inner surface of the rod-type optical integrator 40 and exits from the exit side surface B11. At this time, the emitted light is emitted from the emission side surface B11 substantially as if there were a plurality of light source images (surface light sources) on the incidence side surface A11 of the rod-type optical integrator 40. This is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 1-271718.

【００４８】ロッド型オプティカルインテグレータ４０
を射出した光は集光レンズ４１により集光されて、これ
の射出側（後側）焦点位置Ａ２に複数の光源像が形成さ
れ、実質的に２次的な面光源が形成される。この２次光
源位置には開口絞り５が配置されており、これを介した
光束は集光レンズ６０で集光される。その後、多面光源
形成光学系７により４つに分離された３次的な４つの面
光源が形成され、コンデンサーレンズ９を介してレチク
ル９を重畳的に均一な傾斜照明がされる。以上の構成に
より、第１実施例と同様に、大きな焦点深度を維持しつ
つ高解像度を達成することができる。Rod-type optical integrator 40
The light emitted from is condensed by the condenser lens 41, a plurality of light source images are formed at the exit side (rear side) focal position A2 thereof, and a substantially secondary surface light source is formed. An aperture stop 5 is arranged at the position of this secondary light source, and the light flux passing through this is condensed by a condenser lens 60. After that, four multi-dimensional surface light sources divided into four are formed by the multi-surface light source forming optical system 7, and the reticle 9 is superimposed and uniformly tilted illuminated through the condenser lens 9. With the configuration described above, high resolution can be achieved while maintaining a large depth of focus, as in the first embodiment.

【００４９】なお、図５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４０の入射側面Ａ１１，集光レンズ４１
の射出側（後側）焦点位置Ａ２，多面光源形成光学系７
の射出側面Ａ３は、投影光学系の入射瞳（開口絞り１０
ａ）と互いに共役に設けられており、換言すれば、Ａ
１，Ａ１１，Ａ２，Ａ３は、物体面（レチクル９及びウ
エハ１１）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４０の射出側面Ｂ１
１，多面光源形成光学系７の入射側面Ｂ２は、集光レン
ズ４１，６０によってリレーされているため、物体面
（レチクル９及びウエハ１１）と互いに共役に設けられ
ている。In the illumination optical system shown in FIG. 5, the light source image A1 by the elliptic mirror 2, the incident side surface A11 of the rod-type optical integrator 40, and the condenser lens 41.
Exit side (rear side) focal position A2, polyhedral light source forming optical system 7
Of the projection optical system (aperture stop 10).
a) is provided in a conjugate with each other, in other words, A
1, A11, A2 and A3 are Fourier transform planes of the object plane (reticle 9 and wafer 11). In addition, the ejection side surface B1 of the rod-type optical integrator 40
1, the incident side surface B2 of the multi-facet light source forming optical system 7 is relayed by the condenser lenses 41 and 60, and therefore is provided so as to be conjugate with the object surface (reticle 9 and wafer 11).

【００５０】また、四角柱状の光学部材で構成されてい
るロッド型オプティカルインテグレータの代わりに、反
射部材を四角柱状に構成した中空型の四角柱状の反射光
学部材を用いても良い。さらには、ロッド型オプティカ
ルインテグレータの断面形状は四角形に限ることなく多
角形状、円形状に構成しても良いことは言うまでもな
い。Further, instead of the rod-type optical integrator composed of a quadrangular prism-shaped optical member, a hollow quadrangular prism-shaped reflective optical member in which the reflecting member is quadrangular prism-shaped may be used. Furthermore, it goes without saying that the cross-sectional shape of the rod-type optical integrator is not limited to a quadrangle, but may be a polygonal shape or a circular shape.

【００５１】ところで、図１に示した第１実施例ではフ
ライアイレンズ４の射出側面近傍に口径可変な可変開口
絞り５が、図５に示した第２実施例では集光レンズ４１
の射出側（後側）焦点位置に可変開口絞り５がそれぞれ
設けられている。この可変開口絞り５は、口径を変化さ
せることにより多面光源形成光学系７の射出側面で形成
される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。すなわち、多面光源形成光学系７中の各
レンズ素子による光源像の大きさは、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。By the way, in the first embodiment shown in FIG. 1, a variable aperture stop 5 having a variable aperture is provided near the exit side surface of the fly-eye lens 4, and in the second embodiment shown in FIG.
The variable aperture diaphragms 5 are provided at the exit side (rear side) focal positions of the. The variable aperture stop 5 makes the size of the light source image formed on the exit side surface of the multifaceted light source forming optical system 7 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, optimum tilted illumination can be achieved under an appropriate σ value. That is, the size of the light source image by each lens element in the multi-facet light source forming optical system 7 is determined by the numerical aperture (one width of the angular distribution on the reticle) for each light flux emitted.
However, the numerical aperture is preferably about 0.1 to 0.3 times the reticle side numerical aperture of the projection optical system. This is because the fidelity of the transfer pattern (image) is lowered at 0.1 times or less, and the effect of high resolution and large depth of focus is weakened at 0.3 times or more.

【００５２】なお、上記σ値を可変とするための可変開
口絞りを多面光源形成光学系７の射出側面近傍に配置し
ても良く、このとき多面光源形成光学系７を構成するレ
ンズ素子の数だけの可変開口を持つ可変開口絞りとする
ことが好ましい、さらには、可変開口絞りの代わりに複
数の異なる口径を円板上に設けこれを適宜回転される所
謂、ターレット方式等により光源像の大きさ変化させて
最適なσ値に変更しても良い。A variable aperture stop for varying the σ value may be arranged near the exit side surface of the multi-facet light source forming optical system 7. At this time, the number of lens elements forming the multi-facet light source forming optical system 7 is increased. It is preferable to use a variable aperture stop having only a variable aperture. Further, instead of the variable aperture stop, a plurality of different apertures are provided on a disc and the size of the light source image is changed by a so-called turret system which is appropriately rotated. It may be changed to an optimum σ value.

【００５３】また、開口絞りで遮光することなく効率良
くσ値を可変とするために、図６に示す如く、インプッ
トレンズ３とフライアイレンズ４との平行光路間にアフ
ォーカル変倍光学系５０を配置して、このアフォーカル
変倍光学系５０による変倍によりフライアイレンズ４の
射出側面Ａ２で形成される２次光源像を効率良く変化さ
せても良い。図６は、図１または図２に示したフライア
イレンズ４よりも光源側の光学的な構成の様子を示して
おり、図中では、アフォーカル変倍光学系５０は、正の
第１レンズ群５０ａと、負の第２レンズ群５０ｂと、正
の第１レンズ群５０ｃとから構成されている。そして、
図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、各レンズ群（５０
ａ〜５０ｃ）を移動させることにより変倍が達成され、
フライアイレンズの射出側に形成される２次光源の大き
さを遮光することなく可変にできる。Further, in order to efficiently change the σ value without blocking the light by the aperture stop, as shown in FIG. 6, an afocal variable magnification optical system 50 is provided between the parallel optical paths of the input lens 3 and the fly-eye lens 4. May be arranged so that the secondary light source image formed on the exit side surface A2 of the fly-eye lens 4 can be efficiently changed by zooming by the afocal zoom optical system 50. FIG. 6 shows an optical configuration on the light source side of the fly-eye lens 4 shown in FIG. 1 or FIG. 2. In the figure, the afocal variable magnification optical system 50 is a positive first lens. It is composed of a group 50a, a negative second lens group 50b, and a positive first lens group 50c. And
As shown in FIGS. 6A and 6B, each lens group (50
zooming is achieved by moving a-50c),
The size of the secondary light source formed on the exit side of the fly-eye lens can be changed without blocking light.

【００５４】ここで、アフォーカル変倍光学系５０の変
倍によっても、フライアイレンズの入射側面（Ｂ１）
は、インプットレンズ３とアフォーカル変倍光学系５０
とに関して楕円鏡の開口２ａ（Ｂ_2a）とほぼ共役に設け
られている。これにより、物体面及び瞳面（フーリエ
面）との二重共役関係とを維持しながら、効率の良くσ
値を可変にすることができる。Here, the incident side surface (B1) of the fly's eye lens is also obtained by changing the magnification of the afocal variable magnification optical system 50.
Is an input lens 3 and an afocal variable magnification optical system 50.
And are provided substantially conjugate with the opening 2a (B _2a ) of the elliptic mirror. Thereby, while maintaining the double conjugate relationship with the object plane and the pupil plane (Fourier plane),
The value can be variable.

【００５５】なお、入力手段等にレチクルの線幅の情報
を入力し、制御手段にて最適なσ値を求めさせ、その算
出情報に基づいて開口絞りの口径を可変にする駆動系を
駆動させて最適なσ値を自動的に変化させても良い。さ
らにはレチクル自体にレチクルパターンの線幅の情報を
持つバーコード等を取り付け、これらの情報を検知する
検知手段を設け、この検知情報に基づいて開口絞りの口
径を可変にする駆動系を駆動させて最適なσ値に設定で
きるように構成しても良い。Information on the line width of the reticle is input to the input means, the optimum σ value is calculated by the control means, and the drive system for varying the aperture diameter of the aperture stop is driven based on the calculated information. The optimum σ value may be automatically changed. Further, a bar code or the like having information on the line width of the reticle pattern is attached to the reticle itself, and a detection means for detecting such information is provided, and a drive system for changing the aperture diameter of the aperture stop is driven based on the detection information. It may be configured so that the optimum σ value can be set.

【００５６】また、図１及び図５に示した各実施例で
は、水銀灯等の光源を楕円鏡で集光し、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図１ではフライアイレンズ
４に、図５では集光レンズ１３に入射させる構成として
も良い。特に、図１に示す第１実施例の場合、フライア
イレンズ４の射出側面Ａ２に形成される２次光源像は実
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４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４射出側面Ａ２，多面光源形成
光学系７の各レンズ素子の射出側面Ａ３には光エネルギ
ーが集中するため、フライアイレンズ４，多面光源形成
光学系７の耐久性を維持するには、入射側面Ｂ１，Ｂ２
の焦点位置が各々に対応する射出側面Ａ１、Ａ３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。In each of the embodiments shown in FIGS. 1 and 5, the light source such as a mercury lamp is condensed by an elliptical mirror and the input lens 3 forms a parallel light beam, but a parallel light beam such as an excimer is supplied. It is also possible to use a laser or the like as a light source and make the parallel light flux from this laser enter the fly-eye lens 4 in FIG. 1 and the condenser lens 13 in FIG. Particularly, in the case of the first embodiment shown in FIG. 1, since the secondary light source image formed on the exit side surface A2 of the fly-eye lens 4 forms a point light source having substantially no size, the fly-eye lens 4 exits. The shape of the side surface A2 may be a flat surface. Moreover, when a light source with a high output such as an excimer laser is used, light energy is concentrated on the exit side A2 of the fly-eye lens 4 and the exit side A3 of each lens element of the multi-facet light source forming optical system 7, so that the fly-eye lens 4 In order to maintain the durability of the multi-surface light source forming optical system 7, the incident side surfaces B1 and B2
It is preferable that the focal positions of are located in a space outside the corresponding emission side surfaces A1 and A3.

【００５７】また、高照明効率のものでレチクルパター
ンの周期的な各線幅に対して最適な傾斜照明を達成する
には、多面光源形成光学系を構成する４つのレンズ素子
とは大きさ及び照明光学系の光軸に対する各光軸位置が
異なる４つのレンズ素子からなる別の多面光源形成光学
系と交換可能に構成すると共に、この交換に伴い多面光
源形成光学系よりも光源側の面光源を形成する面光源形
成光学系（フライアイレンズ４、あるいはロッド型オプ
ティカルインテグレータ４０及び集光レンズ４１）のレ
チクル側の開口数ＮＡを変化させる構成することが好ま
しい。Further, in order to achieve the optimum tilted illumination for each periodic line width of the reticle pattern with high illumination efficiency, the four lens elements constituting the multi-facet light source forming optical system are the size and the illumination. It is configured to be replaceable with another multi-facet light source forming optical system consisting of four lens elements having different optical axis positions with respect to the optical axis of the optical system. With this exchange, a surface light source closer to the light source than the multi-facet light source forming optical system is formed. It is preferable to change the numerical aperture NA on the reticle side of the surface light source forming optical system (the fly-eye lens 4 or the rod-type optical integrator 40 and the condenser lens 41) to be formed.

【００５８】この面光源形成光学系のレチクル側の開口
数ＮＡを変化させるための好ましき構成として、図１で
はフライアイレンズのズームレンズ化、あるいは別の焦
点距離をフライアイレンズと交換可能にすることが良
く、図５ではロッド型オプティカルインテグレータ４０
とは異なる太さ及び長さを有する別のロッド型オプティ
カルインテグレータと交換可能にすることが良い。特
に、後者の場合、ロッド型オプティカルインテグレータ
の交換に伴ってロッド型オプティカルインテグレータの
長さの変化量分だけ集光レンズ１３を光軸方向へ移動さ
せることがより好ましい。As a preferred structure for changing the numerical aperture NA on the reticle side of this surface light source forming optical system, in FIG. 1, a fly-eye lens can be changed to a zoom lens or another focal length can be replaced with a fly-eye lens. The rod-type optical integrator 40 is shown in FIG.
It may be replaceable with another rod-type optical integrator having a thickness and a length different from the above. Particularly, in the latter case, it is more preferable to move the condenser lens 13 in the optical axis direction by the amount of change in the length of the rod-type optical integrator accompanying the replacement of the rod-type optical integrator.

【００５９】さらに、図１，図５に示した各実施例の照
明光学系中の多面光源形成光学系７よりも光源側にもう
１つ面光源形成光学系を配置して、多面光源形成光学系
７に形成される複数の面光源のより一層の照度均一化を
図っても構わない。Further, another surface light source forming optical system is arranged closer to the light source side than the surface light source forming optical system 7 in the illumination optical system of each embodiment shown in FIGS. The illuminance of the plurality of surface light sources formed in the system 7 may be further uniformized.

【００６０】[0060]

【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 ever before, while using a reticle composed of ordinary transmission and light shielding patterns. Moreover, according to the present invention, only a part of the illumination optical system of the projection exposure apparatus which is already in operation at the semiconductor production site needs to be replaced, and the projection optical system of the apparatus in operation can be used as it is for higher resolution than before. It is possible to realize high integration.

【００６１】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 illuminating light flux efficiently, the illuminating light quantity is not much lost as compared with the conventional device. Therefore, the exposure time is hardly increased, and as a result, the processing capacity (throughput) is not decreased.

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

【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 the configuration of a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図２】多面光源形成光学系の射出側面に形成される光
源像の様子を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a state of a light source image formed on an exit side surface of a multifaceted light source forming optical system.

【図３】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. 3 is a diagram showing a principle of arrangement of an optical system for forming a multifaceted light source in an illumination optical system.

【図４】多面光源形成光学系を配置方法を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a method of arranging a multifaceted light source forming optical system.

【図５】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. 5 is a view showing the arrangement of a projection exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.

【図６】照明光学系中のインプットレンズとフライアイ
レンズとの間にアフォーカル変倍光学系を配置した例を
示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example in which an afocal variable magnification optical system is arranged between an input lens and a fly's eye lens in the illumination optical system.

【図７】本発明の原理を説明するための装置構成を示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a device configuration for explaining the principle of the present invention.

【図８】従来の投影露光装置での投影原理を説明する
図。FIG. 8 is a diagram illustrating a projection principle in a conventional projection exposure apparatus.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

１・・・光源 ２・・・楕円鏡 ３・・・インプットレンズ ４・・・フライアイレンズ ７・・・多面光源形成光学系 ８・・・コンデンサーレンズ ９・・・レチクル １０・・投影レンズ １１・・ウエハ ６、１３、４１、６０・・集光レンズ ４０・・ロッド型オプティカルインテグレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Elliptical mirror 3 ... Input lens 4 ... Fly-eye lens 7 ... Multi-faceted light source forming optical system 8 ... Condenser lens 9 ... Reticle 10 ... Projection lens 11 ..Wafer 6, 13, 41, 60 .. Condensing lens 40 .. Rod type optical integrator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】所定のパターンが形成されたレチクルを、
照明光学系を通した光源からの照明光で照射し、前記パ
ターンの像を投影光学系を介して感光基板上に結像する
投影露光装置において、 前記照明光学系は、前記照明光によって面光源を形成す
るための面光源形成光学系と、該面光源形成光学系から
の光束を集光する集光光学系と、該集光光学系からの光
束によって前記レチクルに対するフーリエ変換面、もし
くはその近傍面内に複数の前記面光源像を形成するとと
もに、前記照明光学系の光軸から偏心した複数の位置の
夫々に光軸中心が配置される複数のレンズ素子を持つ多
面光源形成光学系と、該多面光源形成光学系による複数
の面光源像からの光束を前記レチクルへ集光するコンデ
ンサーレンズとを有することを特徴とする投影露光装
置。1. A reticle on which a predetermined pattern is formed,
In a projection exposure apparatus that illuminates with illumination light from a light source that passes through an illumination optical system and forms an image of the pattern on a photosensitive substrate via the projection optical system, the illumination optical system is a surface light source using the illumination light. For forming a surface light source forming optical system, a condensing optical system for condensing a light beam from the surface light source forming optical system, and a Fourier transform surface for the reticle by the light beam from the light condensing optical system, or in the vicinity thereof. While forming a plurality of surface light source images in the surface, a multi-facet light source forming optical system having a plurality of lens elements in which the optical axis center is arranged at each of a plurality of positions decentered from the optical axis of the illumination optical system, A projection exposure apparatus, comprising: a condenser lens for condensing light fluxes from a plurality of surface light source images by the multi-surface light source forming optical system onto the reticle. 【請求項２】前記レチクルのパターン方向での前記各レ
ンズ素子の光軸間の距離の半分をＬ、前記コンデンサー
レンズの射出側の焦点距離をｆ、照明光の波長をλ、前
記レチクルのパターンの周期的なピッチをＰとすると
き、以下の条件をほぼ満足するように構成されることを
特徴とする請求項１記載の投影露光装置。 Ｌ＝λｆ／２Ｐ2. The reticle pattern, wherein L is half the distance between the optical axes of the lens elements in the pattern direction of the reticle, f is the focal length of the condenser lens on the exit side, and λ is the wavelength of the illumination light. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the projection exposure apparatus is configured so as to substantially satisfy the following conditions, where P is the periodic pitch of. L = λf / 2P 【請求項３】前記多面光源形成光学系は並設された４つ
のレンズ素子からなり、前記投影光学系のレチクル側の
開口数をＮＡ_R 、前記レチクルのパターン方向での前記
各レンズ素子の光軸間の距離の半分をＬ、前記コンデン
サーレンズの射出側の焦点距離をｆとするとき、以下の
条件を満足するように構成されることを特徴とする請求
項１記載の投影露光装置。 0.35ＮＡ_R ≦Ｌ／ｆ≦0.7 ＮＡ_R 3. The multi-facet light source forming optical system comprises four lens elements arranged in parallel, the numerical aperture on the reticle side of the projection optical system is NA _R , and the light of each lens element in the pattern direction of the reticle is The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein when the half of the distance between the axes is L and the focal length on the exit side of the condenser lens is f, the following conditions are satisfied. 0.35NA _R ≤ L / f ≤ 0.7 NA _R