JPH0653120A - 照明光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数傾斜照明を行う場合に、レチクルのパタ
ーンがその照明光の入射面に垂直な方向を長手方向とす
るライン・アンド・スペースパターンであるようなとき
に、その像のコントラストを改善する。 【構成】 ２次光源形成部としての空間フィルター２４
の４個の開口２４ａ〜２４ｄをそれぞれ偏光板２５Ａ〜
２５Ｄで覆い、偏光板２５Ａ〜２５Ｄの偏光方向を光軸
ＡＸを軸とする円周の接線方向に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等を製造する際に使用される投影露光装置
の照明系に適用して好適な照明光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィー技術を用いて製造する際に、フォトマス
ク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパ
ターンを感光基板上に転写する投影露光装置が使用され
ている。斯かる投影露光装置においては、半導体素子等
の高集積化に伴い、より微細なパターンを高解像度で焼
き付けることが要求されている。これを実現する方法と
して、レチクルのパターン領域の異なる透明部からの光
の干渉効果を利用する位相シフトレチクル法が特公昭６
２−５０８１１号公報に開示されている。この方法をラ
イン・アンド・スペース像に応用すると基本的に０次回
折光がなくなり、±１次回折光のみによる結像となり、
同一の開口数の投影光学系でも従来のレチクルの場合よ
りも微細なライン・アンド・スペース像を高い解像度で
焼き付けることができる。

【０００３】また、より解像度を高めるための別のアプ
ローチとして、照明光学系を工夫して、微細なパターン
を高い解像度で且つ比較的深い焦点深度で焼き付ける方
法が本出願人により提案されている（例えば１９９２年
３月応用物理学関係連合講演会予稿集３０−ａ−ＮＡ−
３，４参照）。以下ではその方法を「複数傾斜照明法」
と呼び、図８を参照してその方法につき説明する。先ず
図８（ａ）は複数傾斜照明法を適用した照明光学系にお
ける２次光源部等の等価光源部１０を示し、この図８
（ａ）において、直交座標系を形成するｘ軸及びｙ軸に
対してそれぞれ４５°で交差する軸ｘ′及びこの軸ｘ′
とｙ軸に関して対称な軸に沿って４個の小光源１１Ａ〜
１１Ｄが配置されている。この小光源１１Ａ〜１１Ｄの
配列は、転写対象とするレチクルのパターンが主にｘ軸
に平行な長いエッジ又はｙ軸に平行な長いエッジを有す
るライン・アンド・スペースパターンの場合に適してい
る。

【０００４】図８（ｂ）はその図８（ａ）の等価光源部
１０を光源とする投影露光装置の概略構成を示し、この
図８（ｂ）において、等価光源部１０の小光源１１Ａか
らの照明光の主光線１５Ａが図示省略したコンデンサー
レンズ系を介してレチクル１２に光軸ＡＸに対して斜め
に照射される。等価光源部１０は投影光学系１３の瞳面
（入射瞳面）１０Ａと共役であり、この瞳面には開口絞
り１３ａが設けられている。そのレチクル１２からは０
次回折光（これも符号１５Ａで表す）及び１次回折光１
６Ａが光軸ＡＸに対してほぼ対称に射出され、これら０
次回折光１５Ａ及び１次回折光１６Ａは投影光学系１３
を経てをほぼ同一の入射角θで感光基板としてのウエハ
１４に入射する。この場合、０次回折光１５Ａと１次回
折光とが光軸ＡＸ対して対称に瞳の周縁近くを通過する
ため、投影光学系１３の性能限界までの解像度が得られ
る。

【０００５】また、従来のように０次回折光がウエハ１
４に垂直に入射する方式では、ウエハ１４のデフォーカ
ス量に対する０次回折光の波面収差と他の回折光の波面
収差とが大きく異なることから、焦点深度が浅くなって
いる。これに対して、図８（ｂ）の構成では、０次回折
光と１次回折光とが等しい入射角でウエハ１４に入射す
るため、ウエハ１４が投影光学系１３の焦点位置の前後
にあるときの０次回折光と１次回折光との波面収差は相
等しく、焦点深度が深くなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】その複数傾斜照明法で
は、ｘ軸方向又はｙ軸方向のライン・アンド・スペース
パターン８であれば有効である。これに対して、図９に
示すように、長いエッジがｘ軸又はｙ軸に対して４５゜
の方向のライン・アンド・スペースパターン９の場合
は、１０Ａが投影光学系の瞳であるとすると、図８
（ａ）の４つの小光源１１Ａ〜１１Ｄのうちの２つの小
光源１１Ｂ及び１１Ｄからの回折光は、０次回折光１５
Ｂ及び１５Ｄのみが投影レンズの瞳１０Ａを通過し、±
１次回折光１６Ｂ及び１６Ｄは瞳１０Ａを通過しないた
め、ウエハ１４上でパターンを形成することはなく、単
にウエハ１４を一様に照明することになる。その結果、
ウエハ１４上でのパターンのコントラストが低下するこ
ととなる。

【０００７】このことを簡単な数値計算で示す。０次回
折光の強さに対する±１次回折光の強さをａとし、各小
光源１１Ａ〜１１Ｄは点光源とみなす。このとき、ｙ軸
方向に長いライン・アンド・スペースパターンの場合の
ｘ軸上の像強度分布Ｉ（ｘ）は各小光源による像強度分
布の和として次のようになる。

【数１】 Ｉ（ｘ）＝４｛１＋ａ² ＋２ａ・ｃｏｓ［（４π／λ）（ｓｉｎθ）ｘ］｝

【０００８】ここで、入射角θは、図８（ｂ）に示すよ
うに、０次回折光又は±１次回折光が光軸ＡＸとなす角
である。これに対して、ｘ軸又はｙ軸に４５゜で交差す
る方向に長いライン・アンド・スペースパターンの場合
に、４５゜方向の座標軸をｘ′軸とすると、強度分布Ｉ
（ｘ′）は次のようになる。

【数２】 Ｉ（ｘ′）＝２｛１＋ａ² ＋２ａ・ｃｏｓ［（４π／λ）（ｓｉｎθ）ｘ］｝ ＋２｛１｝ ＝４｛１＋（ａ² ／２）＋ａ・ｃｏｓ［（４π／λ）（ｓｉｎθ）ｘ］｝

【０００９】（数１）及び（数２）から各々の強度分布
のコントラストＣｘ及びＣｘ′を求めると、次のように
なる。

【数３】 Ｃｘ＝２ａ／（１＋ａ² ），Ｃｘ′＝ａ／（１＋ａ²／２ ）

【００１０】この場合、次式が成立する。 Ｃｘ−Ｃｘ′＝ａ／｛（１＋ａ² ）（１＋ａ² ／２）｝＞０ 従って、次式が成立する。

【数４】Ｃｘ＞Ｃｘ′

【００１１】従って、ｘ軸に４５゜で交差する方向に長
いパターンのコントラストの低下が示される。例えばラ
インとスペースとの幅が等しい場合には、±１次回折光
の強さａは２／πとなるので、次式のようになる。 Ｃｘ＝０．９０６，Ｃｘ′＝０．５２９

【００１２】なお、上述の説明では複数傾斜照明法の場
合を例として説明したが、例えば輪帯照明法等を使用し
た場合でも、像のコントラストをより改善することが望
まれている。本発明は斯かる点に鑑み、光軸に対して傾
斜した照明光を積極的に利用してレチクル等を照明する
照明光学装置において、そのレチクル等のパターンがそ
の照明光の入射面に垂直な方向を長手方向とするライン
・アンド・スペースパターンであるような場合に、投影
光学系でそのレチクル等のパターンを投影したときに照
明光学装置側の工夫でその像のコントラストを改善でき
るようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の照明
光学装置は、例えば図３に示すように、照明光学系から
の照明光によって物体（１２）上の所定領域を均一に照
明する照明光学装置において、その照明光学系は、その
所定領域を斜め方向から照明する傾斜光（２７Ｂ，２７
Ｃ）を形成する傾斜光形成手段（２４）と、この傾斜光
を変換して、その所定領域を傾斜照明するその傾斜光の
入射面に対し直交した方向に直線偏光する照明光を形成
する偏光手段（２５Ｂ，２５Ｃ）とを有するものであ
る。

【００１４】また、第２の照明光学装置は、例えば図３
に示すように、照明光を供給する光源（２０）とこの照
明光で物体（１２）上の所定領域を均一に照明する集光
光学系（２６）とを有する照明光学装置において、その
照明光によってその集光光学系の光軸に対し偏心した２
次光源を形成してその所定領域を斜め方向から照明する
傾斜光形成手段（２４）をその光源（２０）とその集光
光学系（２６）との間に配置し、この傾斜光を変換し
て、その所定領域を傾斜照明する傾斜光の入射面に対し
直交した方向に直線偏光する照明光を形成する偏光手段
（２５Ｂ，２５Ｃ）をその傾斜光形成手段（２４）とそ
の集光光学系（２６）との間に配置したものである。

【００１５】

【作用】以下、本発明の原理につき偏心した４個の小光
源からの照明光で物体を照明する複数傾斜照明法を例に
とって説明する。先ず、本発明の第１の照明光学装置に
よれば、例えば図３に示すように、物体（１２）の所定
領域を斜め方向から照明する傾斜光（２７Ｂ，２７Ｃ）
が形成され、これら傾斜光（２７Ｂ，２７Ｃ）はそれぞ
れ物体（１２）に対する入射面（紙面）に垂直な方向に
直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動）
している。なお、直線偏光とは、光波の電気ベクトルの
振動方向が一平面内にある状態を意味し、電気ベクトル
の振動方向を直線偏光の方向と定義する。また、入射面
とは、光が媒質の境界面に達した時に、その点での面の
法線と光の入射方向とを含む面の事と定義する。その図
３の照明光学装置を簡略化すると図１のようになる。

【００１６】図１（ａ）は図３の照明光学装置の２次光
源部等の等価光源部１０を示し、この図１（ａ）におい
て、直交座標系を形成するｘ軸及びｙ軸に対してそれぞ
れ４５°で交差する軸ｘ′及びこの軸ｘ′とｙ軸に関し
て対称な軸に沿って４個の小光源１１Ａ〜１１Ｄが配置
されている。

【００１７】図１（ｂ）はその図３の照明光学装置を用
いた投影露光装置の概略構成を示し、この図１（ｂ）に
おいて、等価光源部１０は図１（ａ）の等価光源部と等
しい。その等価光源部１０の小光源１１Ａからの露光光
の主光線１５Ａが図示省略したコンデンサーレンズ系を
介してレチクル１２に光軸ＡＸに対して斜めに照射され
る。その主光線１５Ａが図３の傾斜光（２７Ｂ，２７
Ｃ）に対応する。その主光線１５Ａの入射面は図１
（ｂ）の紙面に平行であるため、本発明によれば、その
主光線１５Ａは図１（ｂ）の紙面に垂直な方向に直線偏
光（紙面に垂直な方向に電気ベクトルが振動）してレチ
クル１２に入射する。同様に、図１（ａ）において、各
小光源１１Ｂ〜１１Ｄからの光は、図１（ａ）の矢印の
方向即ち、レチクル１２に対する入射面に垂直な方向に
直線偏光して図１（ｂ）のレチクル１２に入射する。

【００１８】また、レチクル１２からの０次回折光（こ
れをも符号１５Ａで表す）及び１次回折光１６Ａは投影
光学系１３を経てウエハ１４上に入射する。先ず、その
レチクル１２に形成されたパターンが、従来例に好適な
パターンである図１（ａ）のｘ軸又はｙ軸に平行な方向
に長いライン・アンド・スペースパターンであるとする
と、そのパターンによりｘ方向又はｙ方向に回折された
照明光は、偏光方向がそのパターンに対して４５゜方向
であるので、ランダム偏光と同じ結像状況である。従っ
て、コントラストは従来例と同様である。

【００１９】これに対して、そのレチクル１２に形成さ
れたパターンが、図１（ａ）のｘ′軸に垂直な方向に長
いライン・アンド・スペースパターン９であるとする
と、小光源１１Ａからの照明光１５Ａの１次回折光が投
影光学系１３の瞳内に入ることになる。尚、図１（ｂ）
ではｘ′軸は紙面と平行になっている。ここで、図１
（ｂ）に示すように、その照明光１５Ａの０次回折光１
５Ａ及び１次回折光１５Ｂは共に偏光方向（電気ベクト
ルの振動する方向）がウエハ１４の表面で平行なＳ偏光
（図１（ｂ）の紙面に垂直な方向に電気ベクトルが振動
する光）である。従って、ウエハ１４上における干渉効
果がランダム偏光のときよりも大きくなり、高コントラ
ストの像が作られる。このため、図９を用いて説明した
ようにｘ′方向に回折された場合に、回折光の一部が瞳
外に出てしまうことによりコントラストが低下するとい
う従来の不都合が補われることになる。

【００２０】ここで、偏光方向による強度分布の差を簡
単に以下に述べる。図２では、像面、即ちウエハ１４の
表面付近の様子をＰ偏光（電気ベクトルの振動方向が入
射面内にある光）とＳ偏光（電気ベクトルの振動方向が
入射面と垂直な光）を用いて示してある。０次回折光１
５Ａ及び１次回折光１６Ａの入射角をそれぞれθ₀ 及び
θ₁ とすると、Ｓ偏光の場合の像面上の強度分布Ｉｓ
（ｘ）は振幅分布Ｕｓ（ｘ）を用いて次のように簡単に
示される。

【数５】 Ｉｓ（ｘ）＝｜Ｕｓ（ｘ）｜² ， Ｖｓ（ｘ）＝ａ₀ ・ｅｘｐ〔−ｉ（２π／λ）（ｓｉｎθ₀ ）ｘ〕 ＋ａ₁ ・ｅｘｐ〔−ｉ（２π／λ）（ｓｉｎθ ₁）ｘ〕

【００２１】従って、強度分布Ｉｓ（ｘ）は次のように
なる。

【数６】 Ｉｓ（ｘ）＝ａ₀ ²＋ａ₁ ² ＋２ａ₀ ａ₁ ・ｃｏｓ〔（２π／λ）（ｓｉｎθ₀ −ｓｉｎθ₁ ）ｘ〕 ここで、係数ａ₀ 及びａ₁ はそれぞれ０次回折光及び１
次回折光の強さ（振幅）である。ｘ′方向にピッチを持
つライン・アンド・スペースパターンの場合、４つの小
光源の内、２つは０次回折光しか投影光学系１３を通過
しないのでＳ偏光のコントラストＣｓは次のようにな
る。

【数７】Ｃｓ＝２ａ₀ａ₁／（２ａ₀ ²＋ａ₁ ²）

【００２２】一方、Ｐ偏光の場合は、偏光のｘ成分と、
ｚ成分とを考えなくてはいけない。Ｐ偏光の場合の像面
上の振幅分布Ｕｐ（ｘ）をベクトルで表して、ｘ成分と
ｚ成分とを示すと次式が得られる。

【数８】 Ｕｐ（ｘ）＝（ａ₀ ・exp 〔−ｉ（２π／λ）（sin θ₀ ）ｘ〕・cos θ₀ ＋ａ₁ ・exp 〔−ｉ（２π／λ）（sin θ₁ ）ｘ〕・cos θ₁ ， ａ₀ ・exp 〔−ｉ（２π／λ）（sin θ₀ ）ｘ〕・sin θ₀ ＋ａ₁ ・exp 〔−ｉ（２π／λ）（sin θ₁ ）ｘ〕・sin θ₁ ）

【００２３】従って、Ｐ偏光の場合の像面上の強度分布
Ｉｐ（ｘ）は次のようになる。

【数９】 Ｉｐ（ｘ）＝｜Ｕｐ（ｘ）｜² ＝ａ₀ ²＋ａ₁ ²＋２ａ₀ ａ₁ ×（ｃｏｓθ₀ ｃｏｓθ₁ ＋ｓｉｎθ₀ ｓｉｎθ₁ ） ×ｃｏｓ〔（２π／λ）（ｓｉｎθ₀ −ｓｉｎθ₁ ）ｘ〕

【００２４】従って、Ｐ偏光の場合のコントラストＣｐ
は次のようになる。

【数１０】 Ｃｐ＝２ａ₀ ａ₁ ｃｏｓ（θ₀ −θ₁ ）／（２ａ₀ ²＋ａ₁ ²） （数７）と（数１０）とを比較して、Ｐ偏光の場合は、
コントラストがｃｏｓ（θ₀ −θ₁ ）倍となることが分
かる。例えば、ｓｉｎθ₀ ＝０．４、ｓｉｎθ₁ ＝−
０．４の場合を考えると、ｃｏｓ（θ₀ −θ₁ ）＝０．
６８となり、Ｐ偏光の場合とＳ偏光の場合とでは大きな
差がつく。ランダム偏光は、Ｐ偏光とＳ偏光との平均と
考えられるので、コントラストは（１／２）（１＋０．
６８）＝０．８４である。

【００２５】このように、Ｓ偏光とすることにより、コ
ントラストに大きな差が生じる。即ち、図１（ａ）のよ
うな偏光状態の照明光を使用すると、ｘ軸及びｙ軸に対
して４５゜で交差する方向にエッジが平行なライン・ア
ンド・スペースパターンに対して、従来よりも２割程度
のコントラストの増加が見込まれ、微細パターンに有効
であることが分かる。

【００２６】なお、これまでは複数傾斜照明法を例にと
って説明したが、本発明を例えば輪帯照明法に適用する
と、例えば図７（ａ）に示すように、等価光源部１０の
輪帯状の光源からの光をそれぞれ入射面に垂直な方向、
即ち光軸を中心とした円の接線方向に直線偏光する光に
変換すればよい。

【００２７】次に、本発明の第２の照明光学装置によれ
ば、例えば図３に示すように、傾斜光を形成するのに、
光源からの照明光により偏心した２次光源が形成されて
いる。その２次光源を例えば図１（ａ）の等価光源１０
とみなせば、上述の説明はそのまま本発明にも適用され
る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明による照明光学装置を備えた投
影露光装置の第１実施例につき図３及び図４を参照して
説明する。本例は投影露光装置の照明光学系に本発明を
適用したものである。図３は本実施例の投影露光装置の
照明光学系を示し、この図３において、水銀ランプより
なる光源２０からの照明光が楕円鏡２１で集光され、こ
の集光された照明光がコリメータレンズ２２を介してフ
ライアイレンズ２３（オプティカルインテグレータ）に
入射する。フライアイレンズ２３の射出側（レチクル
側）の焦点面には面状の２次光源が形成される。

【００２９】フライアイレンズ２３の射出端付近に光軸
ＡＸに対して偏心した４個の開口が形成された空間フィ
ルター２４を設ける。また、この空間フィルター２４の
４個の開口のレチクル側（又は光源２０側でもよい）に
それぞれ偏光板２５Ａ〜２５Ｄを被着する。但し、図３
では偏光板２５Ｂ及び２５Ｃのみが現れている。図４
（ａ）は図３の空間フィルター２４をレチクル側から見
た正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡＡ線に沿う断面
図であり、これら図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、
空間フィルター２４には光軸ＡＸを中心として、９０°
間隔で４個の開口２４ａ〜２４ｄが形成され、これら開
口がそれぞれ偏光板２５Ａ〜２５Ｄで覆われている。ま
た、それら偏光板２５Ａ〜２５Ｄの偏光方向はそれぞれ
矢印で示すように、光軸ＡＸを中心とした円周の接線方
向に設定されている。従って、その空間フィルター２４
の開口２４ａ〜２４ｄから射出される照明光は、それぞ
れ光軸ＡＸを中心とした円周の接線方向にほぼ平行な方
向に直線偏光している。

【００３０】図３に戻り、空間フィルター２４により光
軸ＡＸに対して偏心した４個の２次光源が形成される。
それら４個の２次光源から射出された照明光はそれぞれ
偏光板２５Ａ〜２５Ｄを通過した後に、コンデンサーレ
ンズ系２６を経てレチクル１２に入射する。尚、コンデ
ンサーレンズ系２６の前側焦点（光源側焦点）位置に
は、空間フィルター２４（偏光板２５Ａ〜２５Ｄ）が設
けられており、レチクル１２のパターン形成面はコンデ
ンサーレンズ系２６に関して空間フィルター２４の配置
面とフーリエ変換の関係にある。この場合、例えば空間
フィルター２４の開口２４ｂ及び２４ｃから射出された
主光線２７Ｂ及び２７Ｃはコンデンサーレンズ系２６を
経てそれぞれレチクル１２上に光軸ＡＸに対して斜めに
入射する。また、これら主光線２７Ｂ及び２７Ｃはそれ
ぞれレチクル１２に対する入射面（紙面方向）に対して
垂直な方向に直線偏光している。

【００３１】このような照明光学系を使用すると、本発
明の原理説明で説明したように、例えばレチクル１２上
に図４（ａ）の開口２４ａと２４ｃとを結ぶ直線に対し
て平行又は垂直な方向に長いエッジを有するライン・ア
ンド・スペースパターンが形成されている場合に、従来
よりも良好なコントラストのもとでそのパターンを投影
光学系１３を通してウエハ１４上に投影することができ
る。ここで、図３の装置では、フライアイレンズ２３の
入射側面と物体面（レチクル１２又はウエハ１４）とが
共役に構成されており、フライアイレンズ２３の射出側
面（２次光源１０）と投影光学系１３の瞳面１０Ａとが
共役に構成されている。なお、図３の構成の他に、フラ
イアイレンズ２３と空間フィルター２４との間に別の大
きな偏光板を配置し、空間フィルター２４の４個の開口
２４ａ〜２４ｄの一部又は全部に１／２波長板を配置し
て、各１／２波長板の回転角を調整するようにしてもよ
い。これによっても、図４（ａ）に示すような、光軸Ａ
Ｘを中心とする円周の接線方向に偏光した照明光が得ら
れる。この場合、別の大きな偏光板の偏光方向によつて
は、１／２波長板は空間フィルター２４のすべての開口
に設ける必要はない。

【００３２】更に、例えば光源として直線偏光のレーザ
ービームが射出されるようなレーザー光源を使用するこ
とにより、等価光源となる図３の空間フィルター２４の
全体を直線偏光の照明光で照明する場合には、空間フィ
ルター２４の４個の開口２４ａ〜２４ｄの一部または全
部に適当な回転方向の１／２波長板を設けるだけでよ
い。この場合、一部の開口に１／２波長板を設けるだけ
でもよいが、全部の開口に１／２波長板を設けるほうが
照明のバラツキを低減する上で効果がある。このように
１／２波長板を使用して偏光方向を調整した場合には、
照明光の損失がないので照明効率が良い。

【００３３】また、全体として円偏光の照明光を発生す
る装置を用いて、等価光源となる図３の空間フィルター
２４を照明する場合には、空間フィルター２４の各開口
に適当な回転方向の１／４波長板を設けることがよい。

【００３４】次に、本発明の第２実施例につき図５を参
照して説明する。図５は本例の投影露光装置を示し、こ
の図５において、光源２０からの照明光は楕円鏡２１、
折り曲げミラー２８及びインプットレンズ２９を経てほ
ぼ平行光束になる。その楕円鏡２１と折り曲げミラー２
８との間にシャッター３０を配置し、このシャッター３
０を駆動モーター３１で閉じることにより、インプット
レンズ２９に対する照明光の供給を随時停止する。光源
１としては、水銀ランプの外に、例えばＫｒＦレーザー
光等を発生するエキシマレーザー光源等を使用すること
ができる。エキシマレーザー光源を使用する場合には、
楕円鏡２１〜インプットレンズ２９までの光学系の代わ
りにビームエクスパンダ等が使用される。

【００３５】そして、インプットレンズ２９から順に、
４角錐型（ピラミッド型）の凹部を有する第１の多面体
プリズム３２及び４角錐型（ピラミッド型）の凸部を有
する第２の多面体プリズム３３を配置する。この第２の
多面体プリズム３３から射出される照明光は、光軸を中
心として光軸の周囲に等角度で４個の光束に分割されて
いる。

【００３６】これら４個に分割された光束をそれぞれ第
２群のフライアイレンズ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ及び３
４Ｄに入射させる。図５ではフライアイレンズ３４Ａ及
び３４Ｂのみが示されているが、図５の紙面に垂直な方
向に光軸を挟んで２個のフライアイレンズ３４Ｃ及び３
４Ｄが配置されている。そして、フライアイレンズ３４
Ａから射出された光束は、レンズ系３５Ａ及び３６Ａよ
りなるガイド光学系を介してほぼ平行光束に変換されて
第１群のフライアイレンズ３７Ａに入射する。同様に、
第２群のフライアイレンズ３４Ｂを射出した光束は、レ
ンズ系３５Ｂ及び３６Ｂよりなるガイド光学系を介して
ほぼ平行光束に変換されて第１群のフライアイレンズ３
７Ｂに入射し、図示省略するも、第２群のフライアイレ
ンズ３４Ｃ及び３４Ｄを射出した光束は、それぞれガイ
ド光学系を介して第１群のフライアイレンズ３７Ｃ及び
３７Ｄに入射する。

【００３７】第１群のフライアイレンズ３７Ａ〜３７Ｄ
は光軸の回りに９０°間隔で配置されている。第１群の
フライアイレンズ３７Ａ〜３７Ｄのレチクル側焦点面に
はそれぞれ面状の２次光源が形成されるが、それら２次
光源の形成面にそれぞれ可変開口絞り３８Ａ〜３８Ｄを
配置する。更に、これら可変開口絞り３８Ａ〜３８Ｄの
レチクル側にそれぞれ偏光板３９Ａ〜３９Ｄを配置す
る。なお、図５では可変開口絞り１３Ａ，１３Ｂ及び偏
光板３９Ａ，３９Ｂのみが現れている。

【００３８】それら可変開口絞り３８Ａ〜３８Ｄから偏
光板３９Ａ〜３９Ｄを透過して射出した照明光は、それ
ぞれ補助コンデンサーレンズ４０、ミラー４１及び主コ
ンデンサーレンズ４２を経て適度に集光されてレチクル
１２をほぼ均一な照度で照明する。そのレチクル１２の
パターンが投影光学系１３によりウエハステージＷＳ上
のウエハ１４に所定の縮小倍率βで転写される。それら
偏光板３９Ａ〜３９Ｄの偏光方向は、光軸ＡＸを中心と
する円周の接線方向に平行である。例えば可変開口絞り
３８Ａから偏光板３９Ａを透過して射出される光束の主
光線４３Ａは、紙面に垂直な方向に直線偏光した状態で
レチクル１２上に光軸ＡＸに対して斜めに入射する。な
お、図５に示した偏光板３９Ａ〜３９Ｄは、実質的に、
補助コンデンサーレンズ４０と主コンデンサーレンズと
の合成系のコンデンサーレンズ系の前側焦点（光源側焦
点）位置に設けられており、この位置は実質的に投影光
学系１３の瞳面１０Ａと共役である。

【００３９】本例によっても、レチクル１２上の所定の
方向のライン・アンド・スペースパターンのウエハ１４
上の投影像のコントラストを改善することができる。更
に、第１群のフライアイレンズ３７Ａ〜３７Ｄの他に第
２群のフライアイレンズ３４Ａ〜３４Ｄが設けられてい
るので、レチクル１２上の照度の均一性が更に改善され
ている。なお、図５において、偏光板３９Ａ及び３９Ｂ
はそれぞれ例えばリレー光学系の間の位置４４Ａ及び４
４Ｂに配置してもよく、更に他の位置に配置してもよ
い。また、光源２０からの照明光が既に直線偏光である
ような場合には、偏光板３９Ａ及び３９Ｂの代わりに１
／２波長板を使用してもよい。

【００４０】次に、本発明の第３実施例につき図６及び
図７を参照して説明する。本実施例は、先に説明した図
３に示す第１実施例の空間フィルター２４を変えて、図
６（ａ）に示す如き輪帯状の開口２４０ａを有する空間
フィルター２４０をフライアイレンズ２３の射出側に設
けた例を示すものである。この空間フィルター２４０の
配置により、フライアイレンズ２３の射出側には、図６
（ａ）に示す如く、光軸ＡＸから偏心した輪帯状の２次
光源４５が形成され、この輪帯状の２次光源４５からの
光が、図３に示す如く、コンデンサーレンズ２６、レチ
クル１２を介して投影光学系１３の瞳面１０Ａ（入射瞳
面）に達する。ここで、説明を簡単にするために、レチ
クル１２のライン・アンド・スペースパターンの回折作
用による０次回折光と１次回折光との様子について考え
ると、この投影光学系１３の瞳面１０Ａには、図６
（ｂ）に示す如く、輪帯光源４５と相似な輪帯状の０次
回折光４５Ａと輪帯状の０次回折光４５Ａを横ずれさせ
た輪帯状の１次回折光４５Ｂが形成される。

【００４１】この場合、本例では図７（ａ）に示すよう
に、等価光源部１０の輪帯状の２次光源４５から射出さ
れる照明光をそれぞれ光軸ＡＸを中心とする円周の接線
方向に偏光させる輪帯状の偏光板２５０が空間フィルタ
ー２４０上に設けられている。これにより、微細パター
ンに対して高コントラストの像を得ることができる。な
お、図７（ｂ）に示すように輪帯状光源を円弧状の各ゾ
ーンに分ける開口を持つ空間フィルター２４０を用い
て、各ゾーン上に偏光板２５０Ａ〜２５０Ｈを設けて、
各ゾーンごとに光軸ＡＸを軸とする円周の接線方向の直
線偏光の照明光となるようにしてもよい。

【００４２】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の照明光学装置に
よれば、物体に対して傾斜して入射する照明光が入射面
に垂直な方向に偏光しているので、その物体上のパター
ンがその照明光の入射面に垂直な方向を長手方向とする
ライン・アンド・スペースパターンであるような場合
に、投影光学系でその物体のパターンを投影したときに
その像のコントラストを大幅に改善できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による照明光学装置の原理の説
明に供する等価光源を示す図、（ｂ）は図１（ａ）の等
価光源を使用した投影露光装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明の原理の説明に供する図である。

【図３】本発明の第１実施例の投影露光装置の照明光学
系を示す構成図である。

【図４】（ａ）は図３の空間フィルター２４及び偏光板
２５Ａ〜２５Ｄを示す正面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ
Ａ線に沿う断面図である。

【図５】本発明の第２実施例の投影露光装置を示す構成
図である。

【図６】（ａ）は本発明の第３実施例の等価光源及び空
間フィルター２４０を示す図、（ｂ）は空間フィルター
２４０を用いた事による投影光学系１３の瞳での回折光
の様子を示す図である。

【図７】（ａ）は第３実施例の等価光源からの照明光の
偏光状態を示す図、（ｂ）は第３実施例の変形例の等価
光源を示す図である。

【図８】（ａ）は複数傾斜照明の等価光源を示す図、
（ｂ）は図８（ａ）の等価光源を用いた場合の投影光学
系１３の瞳での回折光の様子を示す図である。

【図９】複数傾斜照明で特定のパターンを照明した場合
を示す図である。

【符号の説明】

１０ 等価光源 １１Ａ〜１１Ｄ 小光源 １２ レチクル １３ 投影光学系 １４ ウエハ ２０ 光源 ２２ コリメータレンズ ２３ フライアイレンズ ２４ 空間フィルター ２４ａ〜２４ｄ 開口 ２５Ａ〜２５Ｄ 偏光板 ２６ コンデンサーレンズ系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系からの照明光によって物体上
   の所定領域を均一に照明する照明光学装置において、 前記照明光学系は、前記所定領域を斜め方向から照明す
   る傾斜光を形成する傾斜光形成手段と、該傾斜光を変換
   して、前記所定領域を傾斜照明する前記傾斜光の入射面
   に対し直交した方向に直線偏光する照明光を形成する偏
   光手段とを有することを特徴とする照明光学装置。
2. 【請求項２】 照明光を供給する光源と該照明光で物体
   上の所定領域を均一に照明する集光光学系とを有する照
   明光学装置において、 前記照明光によって前記集光光学系の光軸に対し偏心し
   た２次光源を形成して前記所定領域を斜め方向から照明
   する傾斜光形成手段を前記光源と前記集光光学系との間
   に配置し、 該傾斜光を変換して、前記所定領域を傾斜照明する傾斜
   光の入射面に対し直交した方向に直線偏光する照明光を
   形成する偏光手段を前記傾斜光形成手段と前記集光光学
   系との間に配置したことを特徴とする照明光学装置。