JPH05304076A

JPH05304076A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH05304076A
Application number: JP5028372A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JP3277589B2

Abstract

(57)【要約】【目的】縦方向パターンと横方向パターンとでその転
写像の線幅をほぼ等しくする。【構成】照明光学系中のレチクルＲのパターン面に
対するフーリエ変換面、もしくはその近傍に複数の光源
像Ｌｉを形成するフライアイレンズ７の射出面近傍に、
フーリエ変換面を通過する照明光を照明光学系の光軸Ａ
Ｘを中心とした輪帯状領域に制限するとともに、この輪
帯状領域内で縦方向パターン１４ａの解像度に寄与する
光源像と横方向パターン１４ｂの解像度に寄与する光源
像とを同数にするように、複数の光源像を部分的に遮
光、又は減光する輪帯絞り３０を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
デバイス等の微細パターンの形成に使用される投影露光
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、
一般にフォトリソグラフ技術と呼ばれる工程が必要であ
る。この工程には通常、レチクル（マスク）パターンを
半導体ウエハ等の基板上に転写する方法が採用される。
基板上には感光性のフォトレジストが塗布されており、
照射光像、すなわちレチクルパターンの透明部分のパタ
ーン形状に応じて、フォトレジストに回路パターンが転
写される。投影露光装置（例えばステッパー）では、レ
チクル上に描画された転写すべき回路パターンの像が、
投影光学系を介して基板（ウエハ）上に投影、結像され
る。

【０００３】また、レチクルを照明するための照明光学
系中にはオプチカルインテグレータ（フライアイ型イン
テグレータ、ロット型インテグレータ、光ファイバー
等）が使用されており、レチクル上に照射される照明光
の強度分布がほぼ均一化される。フライアイ型インテグ
レータ（フライアイレンズ）は、数十個の同一形状の単
レンズエレメントを照明光学系の光軸と垂直な面内に並
べたレンズ群である。フライアイレンズを用いて強度分
布の均一化を行う場合、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
ンズエレメントの光源側焦点面）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レンズエレメント（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にすることが可能となってい
る。

【０００４】ところで、フライアイレンズのレチクル側
焦点面（射出面）は、レチクルのパターン面に対して光
学的なフーリエ変換面となっており、この射出面内での
レンズエレメントの各位置はレチクルのパターン面に対
する各エレメントからの照明光束の入射角度（正確には
その正弦）に対応している。従って、射出面近傍に開口
絞りを設けることで、レチクルパターンに対する照明光
束の入射角度範囲を制限することができる。従来装置で
は、開口絞り（σ絞り）の形状が光軸を中心とする円形
の透過部となっていた。尚、上記円形開口の半径により
決定される照明光束のレチクルパターンへの入射角度範
囲と、投影光学系のレチクル側開口数との比を、一般に
コヒーレンスファクター（σ値）と呼ぶ。

【０００５】さて、最近では解像度や焦点深度を改善す
るため、輪帯照明法や変形光源法が注目されるようにな
っている。輪帯照明法は、例えば特開昭６１−９１６６
２号公報に開示されているように、照明光学系中のレチ
クルパターンに対する光学的なフーリエ変換面（例え
ば、フライアイレンズの射出面）、もしくはその近傍に
輪帯状の光透過部を有する絞り（輪帯絞り）を配置し
て、照明光学系の光軸近傍の照明光束を遮光するもので
ある。変形光源法は、例えば１９９１年秋期応用物理学
会学術講演会で発表されたように、フーリエ変換面、も
くしはその近傍に照明光学系の光軸から偏心した少なく
とも１つの光透過部を有する絞り（変形光源絞り）を配
置して、レチクルパターンに対して照明光束を傾けて照
射するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の輪帯
絞りは照明光学系の光軸を中心とした半径ｒ₁の円形透
過部の中に、半径ｒ₂(＜ｒ₁)の円形遮光部を設けただけ
のものである。また、変形光源絞りはガラス基板に十字
状遮光部を形成したものに過ぎない。一方、フライアイ
レンズは１つのエレメントの形状が正方形、または長方
形のレンズを複数個並べたものである。また、投影露光
装置では一般にフライアイレンズの射出面（レチクルパ
ターンの光学的なフーリエ変換面）に水銀ランプ等の光
源の像を形成する、いわゆるケーラー照明を採用してい
る。従って、フライアイレンズの射出面内で２次光源と
して作用するのは、各エレメントの中心部のみに形成さ
れた離散的な光源像であり、射出面の全面が均一に発光
しているわけではない。

【０００７】このような離散的な２次光源に前述の如き
輪帯絞りを設けると、複数個の２次光源像（各レンズエ
レメントに相当）のうちのいくつかは、絞りの透過部と
遮光部との境界部に重なってしまう。このことは、フラ
イアイレンズに対する絞りの取付（設定）精度によっ
て、上記境界部付近の２次光源像が絞りで遮光された
り、逆に透過したりすることを意味する。すわなち照明
光量のバラツキ等の不安定要因となり得る。特に輪帯絞
りを設ける場合、有効なレンズエレメント（輪帯絞りを
通過可能な２次光源）の数が減少し、レチクル上での照
度均一化効果が低下するといった問題がある。

【０００８】さらに、投影露光装置では輪帯照明法のみ
でなく、レチクルパターン（微細度、周期性等）によっ
ては従来の照明法、すなわちフライアイレンズの射出面
に円形透過部を設定する方法（以下、通常照明法と称
す）も必要となる。従って、輪帯照明法と通常照明法と
を切り換えて使用する場合、少なくとも２種類の絞りを
フライアイレンズの射出面に対して交換可能に配置する
必要があり、特に輪帯絞りの取り付け精度（及び耐久
性）を極めて厳しくしなければならなくなる。

【０００９】また、照明光束によるレチクル上の照明範
囲（照明視野）の形状は、ウエハ上に形成すべき半導体
チップの形状に一致するように、長方形であることが一
般的である。従って、フライアイレンズの各エレメント
の形状も長方形（矩形状）であることが多い。複数の長
方形のエレメントが並んだフライアイレンズに対して前
述の如き輪帯絞りを適用すると、フライアイレンズの各
エレメントの短辺側の軸方向（短手方向）と長辺側の軸
方向（長手方向）とで、有効な（絞りによって遮光され
ない）２次光源（光源像）の数が異なることになる。こ
の結果、露光すべきレチクルパターンの縦方向と横方向
（エレメントの長手方向と短手方向に対応）とで、その
転写像の線幅（光量分布）が異なってしまうことにな
る。

【００１０】本発明は以上の問題を鑑みてなされたもの
であり、照明光学系中での取り付け（設定）精度が緩く
て良く、しかも転写像の縦方向と横方向とで線幅差が生
じない絞りを備えたより高性能な投影露光装置を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、照明光学系中のマスク（Ｒ）の
パターン面に対するフーリエ変換面、もしくはその近傍
面に複数の光源像を形成するフライアイ型インテグレー
タ（７）と、フーリエ変換面を通過する照明光を照明光
学系の光軸（ＡＸ）を中心とした輪帯領域に制限すると
ともに、輪帯領域内で第１パターン（１４ａ）の解像度
に寄与する光源像と第２パターン（１４ｂ）の解像度に
寄与する光源像とを同数にするように、複数の光源像を
部分的に遮光、又は減光する絞り部材（３０）を設ける
ようにした。さらに絞り部材は、フライアイ型インテグ
レータを構成する複数の光学エレメントの配列に倣って
その光透過部（又は遮光部）の形状を定めることとし
た。

【００１２】

【作用】本発明では、互いに直交する方向に延びた第１
パターンと第２パターンの各々の解像度に寄与する光源
像を同数としたため、第１パターンと第２パターンとで
その転写像の線幅（光量分布）をほぼ一致させることが
できる。また、フライアイ型インテグレータの射出側焦
点面内で２次光源として作用するのが、各光学エレメン
トの中心部に形成された離散的な光源像であることに着
目し、フライアイレンズの射出面近傍に配置される絞り
部材（σ絞り、輪帯絞り、変形光源絞り）の形状を、フ
ライアイレンズを構成する複数個の光学エレメントの配
列、すなわちフライアイレンズの射出面に形成される離
散的な光源像（各エレメントの射出面に形成される２次
光源）の配置に応じて定めることとした。このため、各
光源像が遮光部材の遮光部と光透過部との境界付近に重
ならないように絞り部材の形状を定めることが可能とな
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例による投影露光装置の
概略的な構成を示し、水銀灯等の光源１より放射される
照明光束３は楕円鏡２で反射、焦光され、折り曲げミラ
ー５を介してインプットレンズ系４、６によりほぼ平行
光束となってフライアイレンズ７に入射する。ここで、
フライアイレンズ７を構成する複数のレンズエレメント
７ａの各入射側面はレチクルＲのパターン面とほぼ共役
（結像関係）となっている。また、各レンズエレメント
７ａの射出側面には光源１の像（２次光源）が形成され
るとともに、フライアイレンズ７の射出側面はレチクル
Ｒのパターン面に対して光学的にフーリエ変換の関係と
なっている。本実施例ではフライアイレンズ７の射出面
近傍に絞り部材８を設けるものとする。また、絞り部材
８の具体的な形状については後述する。尚、フライアイ
レンズ７は各レンズエレメント７ａの射出面から光軸Ａ
Ｘ方向に所定距離だけ離れた面内に光源１の像を形成す
るものでも良い。ところで、絞り部材８は絞り部材９と
ともに保持部材（例えばターレット板、スライダ等）１
０に一体に固定されており、駆動系１０ａによって交換
可能に照明光路中に配置される。また、保持部材１０に
固定すべき絞りの数（種類）は任意で良く、これら複数
個の絞りは、例えばターレット状に配置されるものとす
る。

【００１４】さて、絞り８（光透過部８ａ、８ｂ）を透
過した光束１３は、コンデンサーレンズ群１１、及びミ
ラー１２を介してレチクルＲのパターン１４を照明す
る。パターン１４を透過、回折した光は投影光学系１５
により集光結像され、ウエハ１６上にパターン１４の像
を形成する。ウエハ１６は、モータ１８により２次元移
動可能なステージ１７に載置されている。

【００１５】ところで、図１においてレチクルパターン
１４とフライアイレンズ７の射出面とは光学的にフーリ
エ変換の関係であり、すなわち絞り８もレチクルパター
ン１４とほぼフーリエ変換の関係となっている。従っ
て、絞り８の面内での光透過部８ａ、８ｂの各位置は、
照明光束１３のレチクルパターン１４への入射角θに対
応していることになる。

【００１６】主制御系２０は、レチクルの種類やそのパ
ターンの微細度（線幅、ピッチ）、周期性等に基づい
て、レチクルパターン１４に最も見合った（最適な）絞
りを、駆動系１０ａを介して照明光路中に配置（設定）
する他、装置全体を統括制御する。図示していないが、
主制御系２０はバーコードリーダによりレチクルＲ上の
バーコードパターンを読み、その情報に基づいて最適な
絞りの設定を行うようになっている。尚、バーコードパ
ターンにはそのレチクルパターンに最適な絞りを記入し
ておけば良い。あるいは主制御系２０は、レチクル名と
それに対応する照明条件とを記憶（予め入力）してお
き、バーコードパターンに記されたレチクル名と上記記
憶内容とを照合して、レチクルパターンに最適な照明条
件を決定し、当該条件に最も見合った絞りを選択（設
定）するようにしても良い。

【００１７】さて、図１の装置に好適な絞り部材の具体
的な構成を説明する前に、図６を参照して従来装置に適
用される絞り部材について説明する。図６は、フライア
イレンズ７の射出側面をレチクル側（照明光学系の光軸
方向）から見た図である。図６に示すようにフライアイ
レンズ７は、複数の長方形のレンズエレメント７ａが紙
面内横方向（Ｘ方向）に８個ずつ、縦方向（Ｙ方向）に
６個ずつ並び（但し、ここでは４隅にレンズエレメント
を配置していない）、計４４個のレンズエレメントの集
合体として構成されている。このとき、光源１の像Ｌｉ
（図中の黒丸）は各エレメント７ａの中心部に形成され
ている。さらに図６では、上記構成のフライアイレンズ
７に対して通常（従来通り）の円形状の絞り（円形開口
を有するσ絞り）２５を取り付けてある。図示していな
いが、円形絞り２５の円外は遮光部となっている。

【００１８】ところで、図６中の領域（破線）Ａ内の１
０個のレンズエレメント（光源像Ｌｉ）は、特にレチク
ルＲ上でＹ方向に延びて形成された微細パターン（以
下、縦方向パターンと称す）の解像に有効である。一
方、領域（２点鎖線）Ｂ内の１４個のレンズエレメント
（光源像）は、レチクルＲ上でＸ方向に延びて形成され
た微細パターン（以下、横方向パターンと称す）の解像
に有効である。また、領域Ａ内の光源像Ｌｉは横方向パ
ターンの解像には無効（解像に寄与しない）であり、逆
に領域Ｂ内の光源像Ｌｉは縦方向パターンの解像には無
効である。この関係を図７、図８を参照して説明する。

【００１９】図７（Ａ）において、絞り２５内の２つの
部分領域（斜線部）Ｄ_V（領域Ａに対応し、正確には領
域Ｄ_V内の光源像）は、図７（Ｂ）に示す微細なレチク
ルパターン（縦方向パターン）１４ａに対して有効であ
る。また、図８（Ａ）中の２つの部分領域（斜線部）Ｄ
_H（領域Ｂに対応）は、図８（Ｂ）に示す微細なレチク
ルパターン（横方向パターン）１４ｂに対して有効であ
る。さらに、図９（Ｂ）に示すような縦横両方の微細な
レチクルパターン１４ｃを含む場合には、図７（Ａ）中
の領域Ｄ_Vと図８（Ａ）中の領域Ｄ_Hの両者に含まれる
４つの部分領域（斜線部）Ｄ_VH（内の光源像）が特に有
効である。

【００２０】しかしながら、図６に示した従来の円形絞
り２５にあっては、領域Ａに含まれる光源像（２次光
源）Ｌｉの数は１０個となり、領域Ｂに含まれる光源像
の数は１４個となってしまう。この結果、縦方向パター
ンの形成（解像）に寄与する光源像の数（領域Ａ内の１
０個と、フライアイレンズ７の中心を挟んで領域Ａと反
対側（紙面内左側）の領域内の１０個との計２０個）
と、横方向パターンの形成に寄与する光源像の数（領域
Ｂ内の１４個と、その反対側（紙面内上側）の１４個と
の計２８個）とが異なることになる。このため、例えば
図９（Ｂ）に示したレチクルパターン１４ｃの転写像に
おいて縦方向パターンと横方向パターンの各像光量（す
なわち線幅）が異なってしまうことになる。

【００２１】次に、図２を参照して本発明の実施例によ
る絞り部材の具体的な構成について説明する。図２
（Ａ）、（Ｂ）に示すフライアイレンズ７の構成（配
列）は、図６に示したものと同一である。まず図２
（Ａ）では、照明光学系においてσ絞り（開口絞り）と
して用いられる絞りについて説明する。尚、この絞りは
図１中に示した絞り９と同一のものである。図２（Ａ）
に示す絞り９は、図６中の絞り２５に対して、横方向パ
ターンの形成に寄与する領域Ｂ内の光源像Ｌｉを４つだ
け遮光するものとした。さらに絞り９（光透過部９ａ）
の形状は、フライアイレンズ７の各エレメントの形状に
倣うようにした。換言すれば、絞り９における遮光部
（斜線部）と光透過部９ａとの境界部（エッジ部）がエ
レメント間の境界線にほぼ沿うようにした。この結果、
光透過部９ａの周辺部、すなわち領域Ａ（点線）内の光
源像の数と領域（２点鎖線）Ｂ内の光源像の数が共に１
０個となり、縦方向パターンと横方向パターンとで線幅
差が生じることがなくなる。

【００２２】尚、図２（Ａ）において横方向パターンの
形成に寄与する光源像は領域Ｂ内のものだけでなく、フ
ライアイレンズ７の中心に関して領域Ｂと対称な（紙面
内上側）領域Ｂ’内の光源像も同様に寄与するので、領
域Ｂ’内の光源像も４つだけ遮光し、その数を１０個と
している。また、領域ＢとＢ’とで遮光すべき光源像の
数は同数とし、その位置もフライアイレンズ７の中心に
対して対称とすることが望ましい。このことは領域Ａに
ついても全く同様であり、図２（Ａ）では絞り９の形状
が紙面内で上下対称、及び左右対称となるように定めら
れている。また、絞り９は金属板をエッチング等でくり
抜いて開口部を形成したものでも、透明基板（石英等の
ガラス基板）にクロム等により遮光層を形成したもので
も良い。尚、σ絞りとしては図２（Ａ）中の絞り９の
他、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すような絞り３７、３８
を用いても良く、これらを保持部材１０に一体に固定す
ることで、照明光学系のσ値を簡単に変更することがで
きる。尚、絞り３７、３８の形成条件は絞り９と全く同
様である。

【００２３】次に、図２（Ｂ）を参照して輪帯絞りにつ
いて説明する。図２（Ｂ）において、絞り３０はフライ
アイレンズ７の中心（照明光学系の光軸）付近に矩形状
の遮光部３０ａを有し、縦４列、横４列の計１６個のレ
ンズエレメント（光源像Ｌｉ）を遮光するものとした。
さらに遮光部３０ａを、フライアイレンズ７のレンズエ
レメント間の境界に倣った形状に定めた。このとき、縦
方向パターンの形成に有効な領域Ａ内の光源像の数と、
横方向パターンの形成に有効な領域Ｂ内の光源像の数が
共に１０個ずつ（全体では２０個ずつ）となっている。
従って、縦方向パターンと横方向パターンとで線幅差が
生じることはない。これに対して、図１０（Ａ）に示す
ような従来の輪帯絞り２６では、円形遮光部２６ａによ
って領域Ａ内の光源像の数は８個、領域Ｂ内の光源像の
数は１０個となっており、縦方向パターンと横方向パタ
ーンとで線幅差が生じることになる。ところで、輪帯照
明法による解像度や焦点深度の向上効果は、フライアイ
レンズ７の射出面（レチクルパターンの光学的なフーリ
エ変換面）内での光軸近傍の照明光束を遮光することに
より得られるものである。従って、図２（Ｂ）に示した
絞り３０を用いても、解像度や焦点深度の向上効果は通
常の輪帯絞りと全く同様に得ることができる。

【００２４】また、図１０（Ｂ）に示すような従来の輪
帯絞り２７では、その径（輪帯状の光透過部の内径、外
径）によっては、円形遮光部２７ａと光透過部との境界
に、いくつかのレンズエレメントによる光源像が重なっ
てしまうことがある。従って、フライアイレンズ７に対
する輪帯絞り２７の取り付け（設定）精度に応じて、輪
帯絞り２７のわずかなずれによりレチクル面での照度等
が大きく変動し、露光量制御が難しくなる等の問題が生
じる。この問題は図６に示した円形絞り２５でも全く同
様に生じるが、円形絞り２５ではその透過部内のレンズ
エレメント（光源像）の数が多く、平均化効果によりあ
る程度緩和される。これに対して図１０（Ｂ）の輪帯絞
り２７では、円形遮光部２７ａによってかなりの数のレ
ンズエレメントが隠される（遮光される）ため、取り付
け精度の影響がより顕著になる。

【００２５】以上の通り、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した
σ絞りや輪帯絞りでは、各レンズエレメントの形状に倣
って遮光部の形状を定め、遮光部と光透過部との境界線
上にはどの部分にもレンズエレメントによる光源像が重
ならないようにした。従って、フライアイレンズ７に対
する絞りの取り付け精度が悪くても、レチクル面での照
度が変動することがなく、複数の絞りを交換する場合に
もその時間を短縮することが可能となる。尚、遮光部
（または光透過部）の大きさ、すなわち遮光すべき光源
像の数は、σ値や輪帯比（内径と外径の比）等に応じて
一義的に定められる。

【００２６】以上の実施例では、横８列、縦６列の長方
形レンズエレメントから成るフライアイレンズを用いて
いたが、フライアイレンズの形状や配列、各エレメント
の形状等は、これ以外のいかなるものであっても良い。
また、絞り（遮光部や光透過部）の形状についても図２
以外のいかなる形状であっても良く、要はフライアイレ
ンズの各エレメントの配列、形状（エレメント間の境
界）に倣った形状であれば良い。さらに図１では示して
いないが、絞りをフライアイレンズ７の射出面近傍以
外、例えばその共役面（レチクルパターンの光学的なフ
ーリエ変換面）近傍に配置しても良い。また、フライア
イレンズ７の入射側面近傍に配置しても構わない。

【００２７】ところで、図２（Ｂ）に示した輪帯絞り３
０では遮光部３０ａによって光軸近傍の照明光束を遮光
するため、絞りとしては照明波長に対して透明な基板
（石英等のガラス基板）にクロム等で遮光部３０ａを形
成したものが使用される。または図３に示すように、金
属板にエッチング等で４つの光透過部（開口部）をくり
抜いて形成した絞り３２を用いても良い。絞り３２で
は、光軸近傍の照明光束を遮光するための遮光部３２ａ
が、ここでは４本の支持部３２ｂによって絞り本体（遮
光部３２ｃ）と連結、固定されている。このとき、支持
部３２ｂも光源像Ｌｉと重ならない（遮光しない）よう
に、フライアイレンズ７のレンズエレメントの配列（形
状）に倣って形成する。さらに輪帯開口の外径を規定す
る遮光部３２ｃも、輪帯開口の内径を規定する遮光部３
２ａ（図２（Ｂ）中の絞り３０の遮光部３０ａに相当）
と同様に、各レンズエレメントの形状に倣ってその形状
を定め、開口部との境界線上に光源像が重ならないよう
にした。また、絞り３２でも縦方向パターンと横方向パ
ターンの形成に寄与する光源像の数が共に１０個（全体
で２０個）となっている。尚、遮光部３２ａ、３２ｃの
大きさが互いに異なる複数枚の絞りを用意し、適宜絞り
を交換して遮光する光源像Ｌｉの数を変えることによ
り、輪帯照明法における内径、外径、及び輪帯比に相当
する値を変化させることができる。

【００２８】また、図２（Ｂ）、図３では１枚の絞りに
よって輪帯照明を実現していたが、図４に示すように２
枚の絞り３３、３４を極近接して配置し、各絞りの遮光
部の重ね合わせで輪帯照明を実現しても良い。このと
き、絞り３３、３４の形成条件は絞り３０、３２等と全
く同様であり、遮光部と光透過部との境界線上に光源像
が重ならないように各エレメントの形状に倣って遮光部
を形成している。絞り３３は輪帯照明の外径を、絞り３
４は内径を規定するものであり、ともに各レンズエレメ
ントの形状に倣って形成されている。外径絞り３３は内
部に大きな開口部を有し、内径絞り３４は光軸近傍の照
明光束を遮光するための遮光部３４ａを有している。
尚、絞り３３、３４をフライアイレンズ７の射出面近傍
とその共役面近傍とに分けて配置しても良い。また、絞
りの枚数は３枚以上であっても良い。さらに絞り３３と
３４とを独立に複数の絞りと交換可能に構成することに
よって、輪帯照明の内径、外径、輪帯比を容易に変更す
ることが可能となる。

【００２９】さらに絞りの交換機構としては、複数の絞
りをターレット板に固定し、ターレット板を回転させて
絞りを交換する方式、あるいは図５に示すようなスライ
ダーによる交換方式を始めとしていかなる方式を採用し
ても良い。図５では２組のスライダー３５、３６を極近
接して配置したもので、スライダー３５上の３つの絞り
３５Ａ〜３５Ｃはσ絞り、または輪帯照明用の外径絞り
である。一方、スライダー３６上の絞り３６Ａはフライ
アイレンズ７の全てのレンズエレメントによる光源像が
その光透過部を透過可能なものであり、残り２つの３６
Ｂ、３６Ｃは輪帯照明用の内径絞りである。例えば、絞
り３６Ａと絞り３５Ａ〜３５Ｃの各々とを組み合わせる
と、照明光学系のσ値を変更でき、絞り３５Ａと絞り３
６Ｂ、３６Ｃの各々との組み合わせ、または絞り３５Ｂ
と絞り３６Ｃとの組み合わせによって、輪帯照明の内
径、外径（及び輪帯比）を簡単に変更することができ
る。また、１つのスライダーに固定する絞りの数はいく
つでも構わないが、特にその数を２つ、または３つに制
限し、絞りの数が不足する場合にはスライダーの数を増
やし、これらのスライダーを極近接させてフライアイレ
ンズ７の射出面に配置する、またはその共役面近傍に分
けて配置することで、ターレット板を用いる場合に比べ
て交換機構を小さくすることができる。尚、スライダー
に固定する絞りは、図２、図３に示した各絞りであって
も構わない。

【００３０】以上の実施例では、本発明を輪帯絞りやσ
絞りに適用した場合について述べたが、例えば図９
（Ｃ）に示した４つの領域Ｄ_VHのみを照明光束が透過す
るような絞りに対しても本発明を適用して同様の効果を
得ることができる。この種の絞りは輪帯照明に比べてよ
り高解像度、大焦点深度の露光が期待できる（傾斜照明
法に有効な）絞りであって、その一例を図１２に示す。
図１２に示すように絞り３９でも、遮光部と光透過部と
の境界線上に光源像Ｌｉが重ならないように、各エレメ
ントの形状、配列に倣って遮光部が形成されている。図
１２の変形光源絞り３９でも、縦方向パターンと横方向
パターンの形成に寄与する光源像の数が共に１０個（全
体で２０個）となっている。また、図１３（Ａ）に示す
絞り４０も図１２のものと同様であるが、各光透過部が
その全域にわたって各エレメントの形状に倣って形成さ
れている例を示している。尚、照明光学系の光軸（フラ
イアイレンズ７の中心）と４つの光透過部の各中心位置
（光量分布の重心位置）との距離は、レチクルパターン
の微細度（線幅、ピッチ等）に応じて定められるもので
ある。従って、傾斜照明法では上記距離が互いに異なる
複数の絞り（３９、４０等）を用意しておき、レチクル
パターンの微細度に応じた最適な絞りを光路中に配置す
ることが望ましい。また、絞り３９、４０はレチクルパ
ターンが２次元の周期性パターンである場合に対して特
に有効であり、１次元の周期性パターンに対しては、図
１３（Ｂ）に示すようにその周期方向に対応した２つの
光透過部８ａ、８ｂを有する絞り８を用いるようにして
も良い。尚、この絞り８は図１中のものと同一のもので
ある。

【００３１】ところで、絞り３９、４０の代わりに、図
１４に示すような２枚の遮光羽根を組み合わせて絞りと
して用いるようにしても良い。図１４では、回転体４
１、４２の各々に、互いに遮光幅が異なる複数枚（図で
は２枚）の遮光羽根ＷＧ₁、ＷＧ₂とＷＧ₃、ＷＧ₄と
が設けられており、これらの遮光羽根の組み合わせによ
ってレンズエレメントによる光源像の数を変更すること
ができ、照明光学系の光軸に対する４つの透過領域（光
量分布）の各重心位置を変化させることが可能となる。
尚、上記構成ではフライアイレンズ７の外側の光源像を
遮光できないので、外径を規定するための絞り（例えば
図２（Ａ）、図１１に示した絞り９、３７、３８等）を
フライアイレンズ７の射出面近傍に配置することが望ま
しい。また、図２（Ｂ）、図３、図４に示した各絞り
と、照明光学系の光軸を中心とした十字状（またはＨ
状）の遮光部を有する絞りとを組み合わせても、絞り３
９、４０（または絞り８）と全く同様の遮光を行うこと
ができる。さらに、４つ（または２つ）のフライアイレ
ンズの各射出面近傍に、そのσ値を変更できるように、
複数個のσ絞り（９、３７、３８）を交換可能に配置す
るように構成しても良い。

【００３２】尚、図１５に示すような輪帯絞り３１を使
用しても良い。絞り３１は十字状の遮光部３１ａによっ
て計１２個のレンズエレメント（光源像Ｌｉ）を遮光
し、かつ遮光部３１ａの形状をフライアイレンズ７のレ
ンズエレメント間の境界に倣って定めた。但し、絞り３
１では縦方向パターンと横方向パターンの形成に寄与す
る光源像の数が異なっている。このため、レチクルパタ
ーンによっては縦方向パターンと横方向パターンとで線
幅差が生じ得るが、図２（Ｂ）の輪帯絞り３０に比べて
光量損失や照度均一性の低下を低減できるといった利点
が得られる。また、絞り部材によって有効な（絞りによ
って遮光されない）レンズエレメント（光源像Ｌｉ）の
数が極端に減少する場合には、フライアイレンズの配列
自体を光透過部に合わせたものにする。例えばフライア
イレンズ７を構成するレンズエレメントの配列、すなわ
ち偶配列、または奇配列を最適化して、縦方向パターン
と横方向パターンの各々に有効な光源像（２次光源像）
の数を等しくすると良い。レンズエレメントの配列の最
適化にあたっては、縦方向と横方向とで偶奇性（偶配列
か奇配列）が異なっていても良い。

【００３３】以上の説明において、各絞りの遮光部（３
０ａ〜３２ａ、３４ａ等）を減光部としても良い。ま
た、本発明の絞り部材を液晶表示素子やエレクトロクロ
ミック素子等を用いた可変絞りとしても構わない。さら
に、図１の装置では１組のフライアイレンズのみを配置
していたが、例えば特開昭６３−６６５５３号公報に開
示されているように２組のフライアイレンズを直列配置
しても良い。この場合、本発明による絞り部材は１段目
（光源側）のフライアイレンズ、又は２段目（レチクル
側）のフライアイレンズの入射側面、あるいは射出側面
のいずれに配置しても良い。尚、２段目のフライアイレ
ンズの射出側面近傍に絞り部材を配置するときは、各レ
ンズエレメントの射出面に形成される複数（１段目のフ
ライアイレンズのレンズエレメントの本数に対応）の３
次光源を、先の実施例と全く同様にエレメント単位で遮
光（又は減光）することになる。尚、図１に示した投影
露光装置の露光用光源１は水銀ランプ以外、例えばエキ
シマレーザ、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザ等の高調
波、Ｘ線等を用いても構わない。また、図１では変形光
源絞り８とσ絞り９とを交換する例を示したが、保持部
材１０にはいかなる絞りを配置しても良い。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、フライア
イ型インテグレータを構成する各光学エレメントの配列
に応じた変形絞り形状を採用するため、絞りの取り付け
精度が緩くて済み、さらに複数個の絞りを交換して使用
する場合には、交換に伴う取り付け位置の再現精度が緩
くても良いといった効果が得られる。また、従来特に輪
帯状絞りで問題となっていた微細縦線と微細横線との線
幅差の発生も本発明では防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な
構成を示す図。

【図２】図１に示した装置に好適な絞りの構成を示す
図。

【図３】図２に示した絞りの変形例を示す図。

【図４】図２に示した絞りの変形例を示す図。

【図５】図１に示した装置での絞り交換機構の一例を示
す図。

【図６】従来装置で用いられるσ絞りの構成を示す図。

【図７】本発明の原理を説明する図。

【図８】本発明の原理を説明する図。

【図９】本発明の原理を説明する図。

【図１０】従来装置で用いられる輪帯絞りの構成を示す
図。

【図１１】図１に示した装置に好適なσ絞りの変形例を
示す図。

【図１２】図１に示した装置に好適な傾斜照明用の絞り
の構成を示す図。

【図１３】図１に示した装置に好適な傾斜照明用の絞り
の構成を示す図。

【図１４】図１２に示した絞りの変形例を示す図。

【図１５】図２に示した輪帯絞りの変形例を示す図。

【符号の説明】

７フライアイレンズ８、９、３０〜３４、３７〜４０絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形して、互いに直交する方向に延びた第１パターン
と第２パターンと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
る投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光学系中の前記マスクのパターン面に対するフ
ーリエ変換面、もしくはその近傍面に複数の光源像を形
成するフライアイ型インテグレータと；前記フーリエ変
換面を通過する前記照明光を前記照明光学系の光軸を中
心とした輪帯領域に制限するとともに、該輪帯領域内で
前記第１パターンの解像度に寄与する光源像と前記第２
パターンの解像度に寄与する光源像とを同数にするよう
に、前記複数の光源像を部分的に遮光、又は減光する絞
り部材とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形して、互いに直交する方向に配列された第１の周
期性パターンと第２の周期性パターンとを有するマスク
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を備えた投影露光
装置において、前記照明光学系中の前記マスクのパターン面に対するフ
ーリエ変換面、もしくはその近傍面に複数の光源像を形
成するフライアイ型インテグレータと；前記フーリエ変
換面を通過する前記照明光を前記照明光学系の光軸から
偏心した複数の局所領域に制限するとともに、該局所領
域内で前記第１の周期性パターンの解像度に寄与する光
源像と前記第２の周期性パターンの解像度に寄与する光
源像とを同数にするように、前記複数の光源像を部分的
に遮光、又は減光する絞り部材とを備えたことを特徴と
する投影露光装置。
【請求項３】光源からの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形して、互いに直交する方向に延びた第１パターン
と第２パターンと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
る投影光学系とを備えた投影露光装置において、前記照明光学系中の前記マスクのパターン面に対するフ
ーリエ変換面、もしくはその近傍面に複数の光源像を形
成するフライアイ型インテグレータと；前記フーリエ変
換面を通過する前記照明光を前記照明光学系の光軸を中
心とした部分領域に制限するとともに、該部分領域の周
辺部に分布する前記第１パターンの解像度に寄与する光
源像と前記第２パターンの解像度に寄与する光源像とを
同数にするように、前記複数の光源像を部分的に遮光、
又は減光する絞り部材とを備えたことを特徴とする投影
露光装置。
【請求項４】前記絞り部材は、前記フライアイ型イン
テグレータを構成する複数の光学エレメントの配列に倣
ってその形状が定められた光透過部を有することを特徴
とする請求項１、２、３に記載の投影露光装置。
【請求項５】前記絞り部材は、前記フライアイ型イン
テグレータの入射側面近傍、又は射出側焦点面、もしく
はその共役面に配置されることを特徴とする請求項４に
記載の投影露光装置。