JPH1064790A

JPH1064790A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1064790A
Application number: JP8221261A
Authority: JP
Inventors: Sumio Hashimoto; 純夫橋本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1998-03-06
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: JP3646757B2

Abstract

(57)【要約】【課題】輪帯照明や変形照明を行った場合の高次の球
面収差変動を抑える。【解決手段】露光用の光源部１とは別にウエハ１３上
のフォトレジストを感光しない波長の照明光ＩＬ２を射
出する光源部２を設ける。光源部１とレチクル１０との
間の照明光ＩＬ１の光路上に、レチクル１０側に傾斜し
た反射面を有するミラー６Ａ，６Ｂからなる変形ミラー
５を設ける。光源部１からの露光用の照明光ＩＬ１は、
変形ミラー５の周囲の輪帯状の領域を通過し、非露光用
の照明光ＩＬ２は変形ミラー５の反射面で反射してレチ
クル１０及び投影光学系１２に向かう。その２つの照明
光ＩＬ１，１Ｌ２により投影光学系１２の瞳面付近のレ
ンズを均一な照度分布で照明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンの像を感光基板上に露光するために
使用される投影露光装置に関し、特に輪帯照明等を行う
か、又は中心遮光型の瞳フィルターを使用する投影露光
装置に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば半導体素子を製造する際
に、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）の
パターンの像を投影光学系を介して、感光基板としての
フォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレー
ト等）上に転写するステッパー等の投影露光装置が使用
されている。これらの投影露光装置では、ウエハにでき
るだけ高集積度のパターンを露光するため、露光光とし
てできるだけ短波長の照明光を使用すると共に、投影光
学系の開口数（ＮＡ）を大きくして、転写されるパター
ンの解像度を上げるという努力がなされてきた。

【０００３】但し、単に投影光学系の開口数を大きくす
ると、焦点深度が狭くなりすぎるため、開口数にあまり
依存することなく、或る程度以上の焦点深度を確保し
て、且つ高い解像度を得る方法として、露光光をレチク
ルに対して傾斜させて照明するという照明法が開発され
ている。この照明法には、照明光学系の２次光源の形状
を輪帯状とする輪帯照明及びその２次光源の形状を光軸
から偏心した複数（例えば４個）の小光源とする所謂変
形照明等がある。このような照明法によれば、同じ露光
波長、及び同じ投影光学系の開口数でも、投影光学系の
解像度が向上する。また、投影光学系の瞳面に輪帯状等
の瞳フィルターを配置して、所謂「超解像」により解像
度を向上させる方法も開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術におい
て、輪帯照明等を使用せず、レチクルをレチクルに対し
て垂直に入射する光束を中心として一様に分布する露光
光で照明する照明方法によれば、主にレチクルのパター
ンを通過した０次回折光、＋１次回折光、及び−１次回
折光の３光束によってウエハ上にそのパターンの像を形
成するために、投影光学系の瞳面付近のレンズは中心部
も周辺部もほぼ一様に照明される。また、通常の照明法
のもとで投影光学系の瞳面に中心部を遮蔽する輪帯状の
瞳フィルターを配置しない場合も、投影光学系の瞳面の
近くのレンズは一様に照明される。このような照明状態
であれば、レンズの中心部が主に温度上昇するために、
位置に関して２次以下の関数となる熱変形や屈折率変化
が主に起こり、ガウス（Gauss)像面の移動だけが光軸付
近の主な収差変動として生じる。従って、投影光学系の
高次の球面収差変動が発生する恐れは少なかった。

【０００５】しかし、輪帯照明や変形照明法により照明
を行った場合には、レチクルのパターンを通過した露光
用の照明光の内の主に０次回折光及び１次回折光によっ
てウエハ上にそのパターンの像を形成するため、投影光
学系の解像度の限界線幅に近いパターンが多い場合に
は、投影光学系の光軸付近を透過する光線の量が周辺部
に比べて極めて少なくなる。また、投影光学系の瞳面に
光軸付近を遮光した瞳フィルターを配置した場合でも、
瞳面よりもウエハに近い側に配置されているレンズの光
軸付近を透過する光線の量は周辺部に比べて極めて少な
くなる。

【０００６】このように投影光学系のレンズに対する照
射エネルギーの分布が不均一になると、レンズの周辺部
が主に熱を吸収して温度上昇し、中心部が温度上昇しな
いという現象が起こる。このような温度上昇に比例し
て、部分的にレンズの屈折率が変動したり、レンズが熱
変形したりするので、２次よりも高次の非球面やそれに
相当する屈折率分布が新たに形成される。そのため、投
影光学系の光軸に近い部分では、露光光の照射によりガ
ウス像面の移動だけでなく、新たに高次の球面収差変動
が生じるという不都合があった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、輪帯照明や変形
照明等を用いるか、又は光軸付近を遮光する瞳フィルタ
ーを使用して露光を行う際に、投影光学系の高次の球面
収差変動を抑えて高い解像度が得られる投影露光装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の投影
露光装置は、例えば図１に示すように、露光用の照明光
（ＩＬ１）のもとでマスク（１０）上のパターンの像を
感光基板（１３）上に投影する投影光学系（１２）と、
その投影光学系の瞳面、即ちマスク（１０）のパターン
面に対する光学的フーリエ変換面（ＰＳ）と共役な面上
で光軸（ＡＸ）から偏心した領域に分布する光源（２次
光源を含む）からのその露光用の照明光（ＩＬ１）を用
いてそのマスク（１０）を照明する照明光学系（１，
３，９）と、を有する投影露光装置において、その感光
基板（１３）に対して非感光性の波長域の照明光（ＩＬ
２）をその投影光学系（１２）の瞳面（ＰＳ）上でその
露光用の照明光（ＩＬ１）が通過しない領域に照射する
補助照明系（２）を設けたものである。

【０００９】斯かる本発明の第１の投影露光装置によれ
ば、投影光学系（１２）の瞳面（ＰＳ）と共役な面上で
光軸（ＡＸ）から偏心した領域に分布する光源からの露
光用の照明光（ＩＬ１）を用いるとは、輪帯照明法や変
形照明法を用いることを意味する。この際に、投影光学
系（１２）の瞳面近傍のレンズは主に光軸から偏心した
領域が露光用の照明光（ＩＬ１）により照明され、例え
ば所定の周期的パターンに対して高解像度が得られる。
また、補助照明系により投影光学系（１２）の瞳面（Ｐ
Ｓ）上で露光用の照明光（ＩＬ１）が通過しない領域、
即ち光軸近傍の領域も感光基板に対して非感光性の照明
光（ＩＬ２）で照明されるため、投影光学系（１２）の
瞳面（ＰＳ）に近いレンズに対する照度分布が均一にな
り、レンズの熱変形や屈折率の変化における高次の変動
成分が減少する。このためには、非感光性の照明光（Ｉ
Ｌ２）は、露光用の照明光（ＩＬ１）と同程度の吸収率
で投影光学系（１２）のレンズ、又はこのレンズのコー
ティング膜で吸収される必要がある。レンズの球面収差
変動は、レンズの熱変形や屈折率の変化に比例するた
め、投影光学系（１２）の高次の球面収差変動が抑えら
れる。但し、補助照明系（２）からの照明光（ＩＬ２）
は非感光性であるため、感光基板（１３）上に転写され
る像には影響がない。

【００１０】この場合、その照明光学系は、輪帯状の光
源、又は光軸に対して偏心した位置にある複数の光源か
らのその露光用の照明光（ＩＬ１）でそのマスク（１
０）を照明することが好ましい。これは、所謂輪帯照明
や変形照明による照明法を意味し、これにより高い解像
度が得られる。また、その照明光学系は、その露光用の
照明光（ＩＬ１）の照度分布を均一化するためのオプテ
ィカル・インテグレータ（２４）を有し、このオプティ
カル・インテグレータとそのマスク（１０）との間に、
その補助照明系（２）からの照明光（ＩＬ２）をそのマ
スク（１０）に導く補助光導入部材（４，６Ａ〜６Ｄ，
７Ａ，７Ｂ）を設けることが好ましい。これにより、露
光用の照明光（ＩＬ１）と照明光（ＩＬ２）とを容易に
合成できる。

【００１１】また、本発明による第２の投影露光装置
は、例えば図６に示すように、露光用の照明光（ＩＬ１
Ｂ）のもとでマスク（１０）上のパターンの像を投影光
学系（１２）を介して感光基板（１３）上に投影する際
に、その投影光学系（１２）の瞳面（ＰＳ）上で光軸
（ＡＸ）から偏心した領域を通過する結像光束を用いる
投影露光装置において、その露光用の照明光（ＩＬ１
Ｂ）及びその感光基板（１３）に対して非感光性の照明
光（ＩＬ２Ｂ）をその投影光学系の瞳面（ＰＳ）に導く
合成照明光学系（１Ｂ，４２，２Ｂ，４Ｂ，７Ａ，８
Ａ）と、その投影光学系（１２）のその瞳面（ＰＳ）上
に配置され、その光軸から偏心した領域以外の領域では
その感光基板（１３）に対して非感光性の照明光（ＩＬ
２Ｂ）のみをその感光基板側に通過させる波長選択性を
有する光学部材（５Ｂ）と、を有するものである。

【００１２】斯かる本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、投影光学系（１２）の瞳面（ＰＳ）上で光軸（Ａ
Ｘ）から偏心した領域を通過する結像光束を用いるた
め、実質的に中心遮光型の瞳フィルターを用いるのと等
価となって高い解像度が得られる。この場合、光学部材
（５Ｂ）により、露光用の照明光（ＩＬ１Ｂ）は、輪帯
状等の領域のみを通過し、感光基板（１３）に対して非
感光性の照明光（ＩＬ２Ｂ）は、その光軸から偏心した
領域以外の領域を通過する。従って、投影光学系（１
２）の瞳面（ＰＳ）近傍のレンズは、２つの照明光（Ｉ
Ｌ１Ｂ，ＩＬ２Ｂ）により均一な照度分布で照射される
ため、レンズの熱変形や屈折率の変化における高次の変
動成分が減少し、高次の球面収差変動も減少する。しか
も、非感光性の照明光（ＩＬ２Ｂ）は感光基板（１３）
上の投影像には影響を与えない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の投影露光装置の実
施の形態の第１の例につき図１〜図３を参照して説明す
る。本例は、レチクル上のパターンを投影光学系を介し
てウエハ上の各ショット領域に投影するステッパー型の
投影露光装置に本発明を適用したものである。

【００１４】図１は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図１に示すように本例の投影露光装置には３
つの光源部（図１では２つの光源部１，２が現れてい
る）が設けられている。露光時には、第１の光源部１か
らはウエハ１３上のフォトレジストに感光性の波長λ１
の照明光ＩＬ１が射出され、第２の光源部２及び不図示
の第３の光源部からはウエハ１３上のフォトレジストに
非感光性の波長λ２の照明光ＩＬ２が射出される。光源
部１の水銀ランプよりなる光源２１から射出された照明
光は、楕円鏡２２によって第２焦点に集光した後、発散
光となって、不図示の干渉フィルター等に入射し、干渉
フィルターにより例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）の照明
光ＩＬ１が抽出される。次に、照明光ＩＬ１はインプッ
トレンズ２３により平行光束となってオプティカルイン
テグレータとしてのフライアイレンズ２４に入射する。
フライアイレンズ２４の各レンズエレメントの夫々の射
出面には２次光源が形成され、これらの２次光源により
面光源が作られる。フライアイレンズ２４の射出面に
は、面光源の大きさを調整するための切り換え自在の複
数の開口絞り２６Ａ〜２６Ｃ（図２（ａ）参照）が配置
されている。これらの開口絞り２６Ａ〜２６Ｃは、ター
レット状の円板２５に固定され、円板２５を駆動装置２
５Ａで回転することで所望の開口絞りをフライアイレン
ズ２４の射出面に設定できる。

【００１５】図２（ａ）は、図１の円板２５上の開口絞
りの具体的な構成を説明するための平面図を示し、この
図２（ａ）において、３個の開口絞り２６Ａ〜２６Ｃは
ターレット状の円板２５の周辺に等角度間隔で固定され
ている。第１の開口絞り２６Ａは通常の照明を行う場合
に使用される円形開口を有し、第２の開口絞り２６Ｂは
小さいコヒーレンスファクタ（σ値）で照明を行う場合
に使用される小さい円形開口を有する。第３の開口絞り
２６Ｃは、大きな円形開口を有し、本例では輪帯照明、
又は変形照明を行う場合にその第３の開口絞り２６Ｃを
フライアイレンズ２４の射出面に設定する。即ち、通常
輪帯照明時には図２（ｂ）に示す輪帯状の開口絞り２６
Ｄが使用され、変形照明時には図２（ｃ）に示す光軸を
中心として配置された４個の小さい開口を有する開口絞
り２６Ｅが使用される。しかし、本例では後述の変形ミ
ラー５等によって、実質的に開口絞り２６Ｄ等が兼用さ
れる。図１では第３の開口絞り２６Ｃが照明光ＩＬ１の
光路上に配置されている。

【００１６】開口絞り２６Ｃを通過した照明光ＩＬ１
は、第１リレーレンズ２７を透過し、視野絞り（レチク
ルブラインド）２８により照明範囲が規定される。照明
範囲が規定された照明光ＩＬ１は、光源部１から射出さ
れて第２リレーレンズ３を介して、照明光学系の光軸Ａ
Ｘを中心として第２リレーレンズ３側に凹の４角錐状に
配置された４枚のミラー６Ａ〜６Ｄ（図１ではその内の
２枚のミラー６Ａ，６Ｂを示す）からなる変形ミラー５
の周囲を通過する。変形ミラー５の４枚のミラーの反射
面は外側を向き、照明光学系の光軸ＡＸに対してほぼ４
５°傾斜している。更に、変形ミラー５の上面は、開口
絞り２６Ｃの配置面に共役な位置に配置されている。変
形ミラー５の周囲を通過した照明光ＩＬ１は、コンデン
サレンズ９を経てレチクル１０に入射する。

【００１７】図３（ａ）は、図１の変形ミラー５をレチ
クル１０側からみた図を示し、この図３（ａ）におい
て、ミラー６Ａ〜６Ｄは互いに等しい形状で、照明光学
系の光軸ＡＸを頂点とする４角錐を形成するように密接
して配置されている。また、ミラー６Ａ〜６Ｄの底面の
外形１７は、全体として光軸ＡＸを中心とする１つの円
周を形成している。そして、その外形１７と図１の開口
絞り２６Ｃの開口の像の外周１６との間の輪帯状の領域
１５を照明光ＩＬ１が通過するように構成されている。
即ち、本例の変形ミラー５は、輪帯状の開口絞りを兼用
している。

【００１８】図１に戻り、変形ミラー５は退避交換装置
８によって照明光ＩＬ１の光路外に退避できると共に、
別の変形ミラーと交換できるように構成されている。次
に、第２の光源部２は非露光用の光源、及びその光源か
らの光束を所定の拡がり角で放出するレンズ系等を含ん
で構成されている。そして、レチクル１０の左上部に配
置された光源部２から射出されたフォトレジストに非感
光性の照明光ＩＬ２は、リレーレンズ４により平行光束
にされ、一部が照明光学系の光軸ＡＸと直交する方向か
ら変形ミラー５中のミラー６Ａに入射する。照明光ＩＬ
２の一部はミラー６Ａにより下方に向けて反射される。
ミラー６Ａの下方を通過した照明光ＩＬ２は、ミラー７
Ａ，７Ｂにより反射されて変形ミラー５中のミラー６Ｂ
に入射し、ミラー６Ｂにより反射された光束は、ミラー
６Ａで反射された光束と共にコンデンサレンズ９に入射
する。不図示であるが、光源部２、リレーレンズ４、及
びミラー７Ａ，７Ｂよりなる光学系と同様の光学系は図
１の紙面に垂直な方向にも配置されており、この図１の
紙面に垂直な方向に配置された第３の光源部からのフォ
トレジストに非感光性の照明光（これも照明光ＩＬ２と
する）は、変形ミラー５中のミラー６Ｃ，６Ｄ（図３参
照）により下方に反射される。従って、照明光ＩＬ２
は、図３（ａ）において照明光ＩＬ１が通過する輪帯状
の領域１５の内側の円形の領域で反射される。

【００１９】図１において、変形ミラー５の周囲を通過
した照明光ＩＬ１、及び変形ミラー５により反射された
照明光ＩＬ２は、共にコンデンサレンズ９によりレチク
ル１０上に照射される。レチクル１０上に照射された照
明光ＩＬ１，ＩＬ２は、レチクル上のパターン領域を通
過し、投影光学系１２を介してウエハ１３上に照射され
る。露光用の照明光ＩＬ１のもとで、投影光学系１２に
関してレチクル１０のパターン面とウエハ１３の表面と
は共役であり、照明光ＩＬ２は、ウエハ１３上のフォト
レジストに非感光性であるため、その露光用の照明光Ｉ
Ｌ１により照明されたレチクル１０上のパターン像だけ
がウエハ１３上のフォトレジストを感光させる。この場
合、投影光学系１２内の瞳面ＰＳ、即ちレチクル１０の
パターン面に対する光学的フーリエ変換面は開口絞り２
６Ｃの配置面ひいては変形ミラー５の上面と共役であ
り、瞳面ＰＳには開口絞りＡＳが配置されている。

【００２０】照明光ＩＬ１の波長λ１及び照明ＩＬ２の
波長λ２は、フォトレジストの種類及び投影光学系１２
のレンズを形成する硝材の種類等により異なるが、通常
の場合、波長λ１は５３０ｎｍ未満、波長λ２は５３０
ｎｍ以上の波長を選択する。露光用の照明光ＩＬ１とし
ては、本例では水銀ランプのｉ線が使用されているが、
それ以外に水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）等の輝
線、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３．２ｎｍ）や
ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８．５ｎｍ）、ある
いは銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等が使用でき
る。また、照明光ＩＬ２としては、フォトレジストを感
光させない波長で、レンズの硝材又はコーティング膜で
の単位面積当たりの光吸収量が全体として照明光ＩＬ１
に近いものが好ましい。その意味から、照明光ＩＬ２と
しては、光吸収率が小さいときには光源の光強度が強
く、一方光源の光強度が小さいときには、投影光学系１
２のレンズの硝材又はコーティング膜に対する光吸収率
のできるだけ大きなものが好ましい。照明光ＩＬ２の一
例としては、例えばＨｅ−Ｎｅレーザからのレーザビー
ム（波長６３３ｎｍ）等が挙げられる。

【００２１】なお、投影光学系のレンズ用の硝材とし
て、石英や紫外域から近赤外域までの透過率が良好な所
定のガラスが使用された場合、これらの硝材は、約２μ
ｍ以上の長い波長からかなりの光吸収率を有するので、
照明光ＩＬ２として、フッ化水素（ＨＦ）ガスの化学反
応を利用したＨＦ化学レーザ光（波長２．４〜３．４μ
ｍ）等を使用してもよい。また、石英以外の光学ガラス
は、不純物を含んでいるため、５３０ｎｍ以上の波長で
も１％／ｃｍに近い光吸収率を有するものもあり、この
ような１％／ｃｍに近い光吸収率を有する照明光でも十
分有効である。このような照明光の例としては、水素
（Ｈ₂)放電管からのＣ線（波長６５６．３ｎｍ）やヘリ
ウム（Ｈｅ）放電管からのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）
等が挙げられる。図１において、照明光学系の光軸ＡＸ
は投影光学系１２の光軸と合致しており、以下では光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面上で
図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取
って説明する。

【００２２】レチクル１０はＸ方向、Ｙ方向、及び回転
方向に微動可能なレチクルステージ１１上に載置されて
いる。レチクルステージ１０の位置は外部のレーザ干渉
計（不図示）により精密に計測されており、そのレーザ
干渉計の測定値に基づいてレチクルステージ１１の位置
が制御されている。一方、ウエハ１３は不図示のウエハ
ホルダを介してＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向にウエハを
位置決めするウエハステージ１４上に載置され、ウエハ
ステージ１４の位置は、外部のレーザ干渉計により精密
に計測されており、その計測値に基づいてウエハステー
ジ１４の位置が制御されている。ウエハステージ１４に
よりウエハ１３の各ショット領域の中心を投影光学系１
２の露光中心に移動する動作と、露光動作とがステップ
・アンド・リピート方式で繰り返されて、レチクル１０
上のパターンの像がウエハ１３上の各ショット領域に転
写される。

【００２３】次に、本例の投影露光装置の動作について
説明する。本例では、先ず図１に示すように、大きな開
口を有する開口絞り２６Ｃと、変形ミラー５とを組み合
わせて露光用の照明光ＩＬ１で実質的に輪帯照明を行っ
ているため、例えば所定の周期的なパターンに対して高
い解像度が得られる。また、図３（ａ）に示すように、
投影光学系１２の瞳面ＰＳとほぼ共役な面上で、フォト
レジストに感光性の照明光ＩＬ１は輪帯状の領域１５を
通過し、変形ミラー５の反射面により反射されたフォト
レジストに非感光性の照明光ＩＬ２は、領域１５の内側
の領域を通過する。このような照明状態で、照明光ＩＬ
１，ＩＬ２を図１のレチクル１０を経て投影光学系１２
に入射させると、投影光学系１２の瞳面ＰＳ上で、照明
光ＩＬ１，ＩＬ２は全体として光軸ＡＸを中心とする円
形領域内を通過する。従って、その瞳面ＰＳの付近の投
影光学系１２のレンズは周辺部ばかりでなく中心部も熱
エネルギーを吸収して温度上昇する。そのため、瞳面Ｐ
Ｓ付近のレンズでは熱変形や屈折率変化の２次の変動成
分の割合が高次の変動成分に対して大きくなる。投影光
学系１２の球面収差変動は、瞳面ＰＳ付近のレンズの熱
変形や屈折率の変化にほぼ比例するため、球面収差変動
も２次の成分が多くなり、投影光学系１２の高次の球面
収差変動が抑えられる。

【００２４】なお、図１では輪帯照明用の変形ミラー５
を使用したが、本例では図２（ｃ）に示す変形照明用の
開口絞り２６Ｅを兼用する４角錐状の変形ミラー５Ａ
（図３（ｂ）参照）も用意されている。即ち、変形照明
を行うときには、図１の退避交換装置８を介して変形ミ
ラー５の代わりに変形ミラー５Ａを照明光ＩＬ１の光路
上に設定する。

【００２５】図３（ｂ）は、変形照明用の変形ミラー５
Ａを図１のレチクル１０側から見た図を示し、この図３
（ｂ）において、変形ミラー５Ａを構成する４個のミラ
ー１９Ａ〜１９Ｄは互いに等しい扇状で、光軸ＡＸを頂
点とするレチクル１０に凸面を向けた４角錐を形成する
ように密接して配置されている。また、ミラー１９Ａ〜
１９Ｄはレチクル１０側の面が反射面となっており、ミ
ラー１９Ａ〜１９Ｄのレチクル１０から見た外形は全体
として光軸ＡＸを中心とする１つの円周１６Ａとなって
いる。この円周１６Ａは、図３（ａ）の照明光ＩＬ１が
通過する円形の領域の外周１６とほぼ等しい。また、各
ミラー１９Ａ〜１９Ｄの外形の円周１６Ａの内側に等角
度間隔で、レチクル１０側から見て円形の透過部１８Ａ
〜１８Ｄが形成され、この透過部１８Ａ〜１８Ｄを図１
の露光用の照明光ＩＬ１が透過するように構成されてい
る。この変形ミラー５Ａが、図２（ｃ）の変形照明用の
開口絞り２６Ｅを兼用している。

【００２６】即ち、本例で変形照明を行うときには、図
１の退避交換装置８を介して、図１の変形ミラー５の代
わりに変形ミラー５Ａを角錐の頂点が光軸ＡＸに一致す
るように、且つその頂点をレチクル１０側に向けて配置
する。これによって、照明光ＩＬ１は４個の透過部１８
Ａ〜１８Ｄを透過して図１のレチクル１０上に照射され
る。一方、非露光用の照明光ＩＬ２は、図３（ｂ）の円
周１６Ａ内で透過部１８Ａ〜１８Ｄを除く領域で反射さ
れてレチクル１０上に照射される。変形ミラー５Ａの上
面は投影光学系１２の瞳面ＰＳと共役であるため、投影
光学系１２の瞳面ＰＳ上では、光軸ＡＸを中心とする円
形の領域が照明光ＩＬ１及びＩＬ２によって照明され
る。従って、変形照明法で高い解像度が得られると共
に、高次の球面収差変動が抑えられる。しかも、非露光
用の照明光ＩＬ２は結像特性には悪影響を与えない。ま
た、図１において、通常の照明法を用いるときには、退
避交換装置８を介して変形ミラー５，５Ａを照明光ＩＬ
１の光路から退避させて、開口絞りとして図２（ａ）の
開口絞り２６Ａ，２６Ｂを設定すればよい。

【００２７】なお、図３（ａ）又は図３（ｂ）の変形ミ
ラー５，５Ａの反射面でフォトレジストに感光性の照明
光ＩＬ１を反射し、フォトレジストに非感光性の照明光
ＩＬ２の一部を遮光するような構成にしてもよい。この
ような構成にする場合は、図１において、光源部１，２
及び関連する光学系の配置を入れ換えると共に、例えば
図３（ａ）の変形ミラー５の代わりに、中央部に照明光
ＩＬ２が透過するように円形の透過部を設け、その透過
部の周辺に照明光ＩＬ２に対して直交する方向から入射
する照明光ＩＬ１を反射する輪帯状の反射面を有する変
形ミラーを使用すればよい。

【００２８】次に、本発明の実施の形態の第１の例の変
形例について、図４を参照して説明する。本変形例は、
露光用の照明光とフォトレジストに非感光性の照明光と
を予め合成し、その合成光をレチクル１０の手前に設け
た波長選択性を有する開口絞りにより再び２つの照明光
に分けて、レチクル１０を照明するように構成したもの
である。図４において図１に対応する部分には同一符号
を付し、その詳細説明を省略する。

【００２９】図４は、本変形例の投影露光装置の概略構
成を示し、この図４において、図１の光源部１と同様に
フォトレジストに対して感光性の照明光ＩＬ１Ａを射出
する光源部１Ａと、図１の光源部２と同様にフォトレジ
ストに対して非感光性の照明光ＩＬ２Ａを射出する光源
部２Ａとを互いに位置を代える形で配置している。そし
て、それらの照明光ＩＬ１Ａと照明光ＩＬ２Ａとが交差
する位置に偏光ビームスプリッター３１を配置してい
る。本変形例の照明光ＩＬ１Ａ及びＩＬ２Ａはそれぞれ
Ｐ偏光の直線偏光であるとする。光源部２Ａの視野絞り
から射出された波長λ２のＰ偏光の照明光ＩＬ２Ａは、
リレーレンズ４Ａにより平行光束にされて偏光ビームス
プリッター３１を透過し、１／４波長板３４により円偏
光に変換される。一方、光源部１Ａの視野絞りから射出
され、リレーレンズ３Ａにより平行光束にされたＰ偏光
の照明光ＩＬ１Ａは、照明光ＩＬ２Ａの光路に直交する
方向から偏光ビームスプリッター３１を透過して、１／
４波長板３２を経てミラー３３により反射されて再び１
／４波長板３２に入射してＳ偏光に変換される。Ｓ偏光
に変換された照明光ＩＬ１Ａは、偏光ビームスプリッタ
ー３１により反射されて、１／４波長板３４に入射し、
円偏光に変換される。１／４波長板３４により円偏光に
変換された照明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａは、リレーレンズ
３５及び３６を経て波長選択性を有する開口絞り３７に
入射する。

【００３０】図５（ａ）は、開口絞り３７の平面図を示
し、この図５（ａ）において、開口絞り３７は波長λ１
の照明光ＩＬ１Ａを透過し、波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ
を殆ど透過しない輪帯状の光学フィルター３９と、波長
λ２の照明光ＩＬ２Ａを透過し、波長λ１の照明光ＩＬ
１を殆ど透過しない円形の光学フィルター３８とから構
成されている。また、開口絞り３７は中心が光軸ＡＸに
合致するように投影光学系１２の瞳面ＰＳと共役な面上
に配置されている。そして、光源部１Ａからの照明光Ｉ
Ｌ１Ａは輪帯状の光学フィルター３９を含む領域に照射
され、光源部２Ａからの照明光ＩＬ２Ａは円形の光学フ
ィルター３８を含む領域に照射されている。

【００３１】偏光ビームスプリッター３１により合成さ
れた２つの照明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａは、開口絞り３７
を通過した後、コンデンサレンズ９を介してレチクル１
０上に照射される。レチクル１０のパターン像は投影光
学系１２を介してウエハ１３上に投影される。投影光学
系１２の瞳面ＰＳ上では、第１の例と同様の照明光ＩＬ
１Ａ，ＩＬ２Ａがほぼ円形の領域を通過する。以下の照
明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａの光路は第１の例と同様につき
説明を省略する。

【００３２】本変形例によれば、第１の例と同様の高次
の球面収差低減効果が得られると共に、波長選択性を有
する開口絞り３７により照明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａの通
過領域を規定するため、第１の例のように変形ミラー５
を用いるという複雑な構成が不要である。また、波長λ
２の光源部２Ａが１つで済むため、装置全体をコンパク
トに構成できる。また、偏光ビームスプリッター３１で
合成された直線偏光の２光束は、１／４波長板３４によ
って円偏光に変換されるので、ウエハ１３上に結像する
際に、レチクル１０のパターンの方向が変わっても良好
な転写が行われる。なお、偏光ビームスプリッター３１
に代えて図４の２点鎖線で示すように、ダイクロイック
ミラー３１Ａを使用することもできる。このダイクロイ
ックミラー３１Ａは、照明光ＩＬ２Ａを透過して、照明
光ＩＬ１Ａを反射する波長選択性を有し、これによって
両照明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａが無駄なく合成される。こ
の際には１／４波長板３２，３４及びミラー３３は不要
となり、構成が簡単となる。また、図４の開口絞り３７
は、図１の退避交換装置８と同様の装置によって変形照
明用の開口絞り３７Ａと交換できるように構成されてい
る。

【００３３】図５（ｂ）は、変形照明を行う際に図４の
開口絞り３７の代わりに用いられる波長選択性を有する
開口絞り３７Ａの平面図を示し、この図５（ｂ）におい
て、開口絞り３７Ａは、波長λ１の照明光ＩＬ１Ａを透
過し、波長λ２の照明光ＩＬ２Ａを殆ど透過しない４個
の小さい円形の光学フィルター４０Ａ〜４０Ｄ、及びこ
れらの光学フィルター４０Ａ〜４０Ｄを除く領域で波長
λ２の照明光ＩＬ２Ａを透過し、波長λ１の照明光ＩＬ
１Ａを殆ど透過しない外形が円形の光学フィルター４１
から構成されている。光学フィルター４１は、図５
（ａ）の光学フィルター３９の外径とほぼ等しい外径を
もち、その外周近くに等角度間隔で形成された４個の小
さな円形の開口部を有し、それら４個の開口部にそれぞ
れ光学フィルター４０Ａ〜４０Ｄが設けられている。露
光用の照明光ＩＬ１Ａは、４個の光学フィルター４０Ａ
〜４０Ｄを通過し、フォトレジストに非感光性の照明光
ＩＬ２Ａは、その光学フィルター４０Ａ〜４０Ｄの周囲
の光学フィルター４１を通過する。これによって変形照
明が行われると共に、高次の球面収差変動が抑制され
る。

【００３４】なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）におい
て、光源部１Ａからの照明光ＩＬ１Ａが透過する光学フ
ィルター３８及び４０Ａ〜４０Ｄとしては、できるだけ
光源部２Ａからの照明光ＩＬ２Ａを透過しないものが、
高次の球面収差変動を低減する効果が大きく、望まし
い。次に、本発明の投影露光装置の実施の形態の第２の
例について図６を参照して説明する。本例は、輪帯状の
瞳フィルターを使用する場合に本発明を適用したもので
ある。なお、図６において図１に対応する部分には同一
符号を付し、その詳細説明を省略する。

【００３５】図６は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図６において、簡単のため、投影光学系１２
を上部レンズ系１２Ａ及び下部レンズ系１２Ｂに分けて
説明する。本例では、それらの上部レンズ系１２Ａ及び
下部レンズ系１２Ｂの間の瞳面ＰＳの近傍に図１の変形
ミラー５と同様の４角錐型の変形ミラー５Ｂを配置して
いる。図１の光源部１と同様の光源部１Ｂの視野絞りか
ら射出されたフォトレジストに感光性の波長λ１の照明
光ＩＬ１Ｂは、コンデンサレンズ４２を介してレチクル
１０上に照射される。光源部１Ｂ内の開口絞りは図２
（ａ）の開口絞り２６Ｃと同様の大きな円形である。レ
チクル１０を透過した照明光ＩＬ１Ｂは、上部レンズ系
１２Ａにより光学的にフーリエ変換されて、変形ミラー
５Ｂの周囲を通過する。この変形ミラー５Ｂにより、フ
ォトレジストに感光性の照明光ＩＬ１Ｂが光軸ＡＸを中
心とする円形領域で遮光される。即ち、変形ミラー５Ｂ
は輪帯状の瞳フィルターを兼用している。一方、図１の
光源部２と同様の光源部２Ｂから射出された波長λ２の
フォトレジストに非感光性の照明光ＩＬ２Ｂは、リレー
レンズ４Ｂで平行光束にされた後、一部が変形ミラー５
Ｂの第１の反射面でウエハ１３側に向けて反射される。
この場合、図１の第１の例と同様に変形ミラー５Ｂの下
方を通過した照明光ＩＬ２Ｂを反射して、変形ミラー５
Ｂの第２の反射面に入射させるためのミラー７Ａ，８Ａ
が配置されている。

【００３６】更に、本例でも図６の紙面に垂直な方向
に、変形ミラー５Ｂの第３及び第４の反射面に対して波
長λ２の照明光を供給する光源部等が設けられている。
変形ミラー５Ｂで反射された照明光ＩＬ２Ｂは、下部レ
ンズ系１２Ｂを介してウエハ１３上に照射される。本例
では、投影光学系１２の瞳面ＰＳに配置された変形ミラ
ー５Ｂにより露光用の照明光ＩＬ１Ｂの光軸ＡＸ近傍の
領域が遮光されるため、所定のパターンに対して輪帯状
の中心遮光型の瞳フィルターを設置した場合と同様の高
い解像度が得られる。また、下部レンズ系１２Ｂの硝材
は、２波長の照明光ＩＬ１Ｂ，ＩＬ２Ｂにより均一な照
度分布で照明されるため、高次の熱変形や屈折率の変化
が抑えられ、投影光学系１２の高次の球面収差変動が抑
えられる。

【００３７】なお、本発明の実施の形態の第１の例にお
いて補足したように、変形ミラー５Ｂの反射面でフォト
レジストに感光性の照明光ＩＬ１Ｂを反射し、それ以外
の部分でフォトレジストに非感光性の照明光ＩＬ２Ｂを
透過させるような構成にしてもよい。このような構成に
する場合は、図６において、光源部１Ｂ，２Ｂ、レチク
ル１０、上部レンズ系１２Ａ、及び関連する光学系の配
置を入れ換えると共に、変形ミラーとして、中央部に照
明光ＩＬ２Ｂが透過するように円形の開口を設け、その
開口部の周辺に照明光ＩＬ２Ｂに対して直交する方向か
ら入射する照明光ＩＬ１Ｂに対して輪帯状の反射面を有
する変形ミラーを使用すればよい。

【００３８】次に、本発明の実施の形態の第２の例の変
形例について、図７を参照して説明する。本変形例の投
影露光装置の投影光学系までの構成は、図４の第１の例
の変形例とほぼ同様であり（但し、開口絞り３７が省か
れている）、図７において図４及び図６に対応する部分
には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。図７
は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図７に
おいて、投影光学系１２の上部レンズ系１２Ａ及び下部
レンズ系１２Ｂの間の瞳面ＰＳの近傍に図５（ａ）の開
口絞り３７と同様の波長選択性を有する開口絞り４３を
配置している。光源部２Ａから射出されたフォトレジス
トに非感光性の波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ、及び光源部
１Ａから射出されたフォトレジストに感光性の波長λ１
の照明光ＩＬ１Ａは、偏光ビームスプリッター３１で合
成され、レチクル１０を透過して投影光学系１２の上部
レンズ系１２Ａで光学的にフーリエ変換されて、開口絞
り４３に入射する。開口絞り４３には、図５（ａ）と同
様にフォトレジストに感光性の照明光ＩＬ１Ａのみを透
過する輪帯状の光学フィルターと、その内側でフォトレ
ジストに非感光性の照明光ＩＬ２Ａのみを透過する円形
の光学フィルターとが形成されており、開口絞り４３は
照明光ＩＬ１Ａに対して中心遮光型の瞳フィルターとし
て作用する。もう一方の照明光ＩＬ２Ａは照明光ＩＬ１
Ａが遮光された円形領域を通過した後、下部レンズ系１
２Ｂを介してウエハ１３上に入射する。

【００３９】本変形例では、投影光学系１２の瞳面ＰＳ
に配置された開口絞り４３により、図６の例と同様に高
い解像度が得られる。また、下部レンズ系１２Ｂの硝材
は、２つの照明光ＩＬ１Ａ，ＩＬ２Ａにより均一な照度
分布で照明されるため、高次の球面収差変動が抑えられ
る。なお、光源部１Ａからの照明光ＩＬ１Ａを透過する
光学フィルターとしては、光源部２Ａからの照明光ＩＬ
２Ａをできるだけ透過しない光学フィルターが、高次の
収差を低減する効果が大きく望ましい。なお、図４の例
と同様に、偏光ビームスプリッター３１に代えてダイク
ロイックミラーを使用してもよい。

【００４０】次に、上述の実施の形態において、投影光
学系１２のレンズに対する照度分布が均一化され、高次
の収差変動が抑えられることを計算例に基づいて説明す
る。先ず、照明光の照射による上昇後の温度分布を計算
する。レンズを円筒形に近似して、レンズの側面から周
辺の空気を通して熱が流出せず、レンズの縁が金属と接
することにより、その縁からのみ熱が流出し、レンズに
おける吸収エネルギー密度分布が光軸ＡＸの回りの角度
に対して一定であるとする。そのレンズの半径方向の距
離を表す変数をｒとすれば、上昇後の温度分布は変数ｒ
の関数Ｔ（ｒ）となり、レンズの単位体積当たりの熱吸
収量及び熱伝導率をそれぞれ、ω（ｒ）及びλとし、レ
ンズの外半径をａとすると、熱平衡状態での円筒座標系
での熱伝導方程式は、次式のように表せる。

【００４１】

【数１】∂² Ｔ／∂ｒ² ＋（１／ｒ）∂Ｔ／∂ｒ＋ω
（ｒ）／λ＝０この熱伝導方程式を解くと、次式のようになる。

【００４２】

【数２】

【００４３】ここで、Ｊ_n(ｐ_i ・ｒ）は第１種第ｎ次
（ｎ＝０，１，２，…）のベッセル（Ｂessel)関数で、
ｐ_i はＪ₁(ｐ_i ・ａ）＝０を満たす数列である（ｉ＝
１，２，３，…）。また、係数Ｂ_i は次式により求めら
れる。

【００４４】

【数３】

【００４５】特に、熱吸収量ω（ｒ）が照射領域の半径
（照射半径）内で階段状の関数で表されるとき、即ち或
るｊ（１≦ｊ≦Ｎ）において、変数ｒが、ｈ_j ≦ｒ≦ｈ
_j+1を満たす区間において、熱吸収量ω（ｒ）が一定値
ω_j をとるとき、次の関係が成立する。

【００４６】

【数４】

【００４７】従って、（数４）を（数３）に代入するこ
とにより係数Ｂ_i が求められ、この係数Ｂ_i を（数２）
に代入することにより、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ）が求
められる。次に、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ）により、ど
の次数の収差変動が多く現れるかを調べるために、上昇
後の温度分布Ｔ（ｒ）を以下のように最小２乗法でｒ¹⁰
の項までベキ級数展開すると、次式のようになる。

【００４８】

【数５】Ｔ（ｒ）＝Ｔ₀ ＋Ｃ₂ ・ｒ² ＋Ｃ₄ ・ｒ⁴ ＋Ｃ
₆ ・ｒ⁶ ＋Ｃ₈ ・ｒ⁸＋Ｃ₁₀・ｒ¹⁰ この場合、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ）の単位は℃、変数
ｒの単位はｍｍである。また、Ｔ₀ は、光軸ＡＸ、即ち
変数ｒが０の位置における上昇後の温度分布Ｔ（０）で
ある。

【００４９】以下、実際の数値に基づく計算例について
説明する。投影光学系の入射側の開口数（ＮＡ）に対す
る照明光学系の出射側の開口数の比の値（コヒーレンス
ファクタ）をσ値とし、このσ値を０．７５に設定す
る。そして、σ値が０．７５の照明系によって外半径４
０ｍｍの円筒形の石英からなるレンズが照明され、レン
ズ上の照射領域の半径ｄが３０ｍｍであるような場合に
ついて、（数２）〜（数４）の熱伝導方程式の解に基づ
いて計算する。石英の熱伝導率を０．０１３８Ｗ／（ｃ
ｍ・℃）とし、ウエハ上のフォトレジストに感光性の照
明光に対するレンズの熱吸収率を２％／ｃｍとする。

【００５０】第１の計算例では、先ず比較のため、照明
光の全照射エネルギー量が１Ｗで、σ値が０．７５の範
囲内でレンズが一様に照射されている場合について計算
する。図８（ａ）は、第１の計算例による上昇後の温度
分布Ｔ（ｒ）を示し、横軸は変数ｒ、縦軸は上昇後の温
度分布Ｔ（ｒ）を表す。実線の曲線４６Ａに示すよう
に、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ）は原点、即ち光軸ＡＸに
最大値を有し、光軸ＡＸに関して軸対称な山型の変化を
示す。なお、参考として、照明光の照射エネルギー密度
Ｐ（ｒ）を点線４７Ａにより示す。照射エネルギー密度
Ｐ（ｒ）は、変数ｒが０〜ｄ（照射半径）の間で一定の
値Ｐ１となる。また、光軸ＡＸでの温度分布Ｔ₀ 、及び
温度分布Ｔ（ｒ）を（数５）によりベキ級数に展開した
ときの係数Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】次に、第２の計算例について説明する。こ
の計算例は輪帯照明だけ行われた場合の例であり、第１
の計算例と同様に比較のための計算例である。σ値は最
大で０．７５で、輪帯の内側のσ値は０．５である。そ
のσ値が０．５〜０．７５の間でレンズが一様に照明さ
れ、全照射エネルギー量が１Ｗである場合について上昇
後の温度分布Ｔ（ｒ）を計算したものである。

【００５３】図４（ｂ）は、第２の計算例による上昇後
の温度分布Ｔ（ｒ）を示し、この図４（ｂ）において、
実線の曲線４６Ｂに示すように、上昇後の温度分布Ｔ
（ｒ）は変数ｒがほぼ０〜ｅの間で一定の上昇温度ＴＢ
となる。点線４７Ｂで示す照射エネルギー密度Ｐ（ｒ）
は、変数ｒがｅ〜ｄの間で一定の値Ｐ２となり、変数ｒ
が０〜ｅの間では０となっている。第１の計算例と同様
に、光軸ＡＸでの上昇後の温度分布Ｔ₀ 、及び上昇後の
温度分布Ｔ（ｒ）を（数５）によりベキ級数に展開した
ときの係数Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀を表２に示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】次に、第３の計算例について説明する。こ
の計算例は、図１、図４、図６、図７に示す実施の形態
のように、ウエハ１３上のフォトレジストに感光性の照
明光及びそのフォトレジストに非感光性の照明光の２つ
の照明光によりレンズが照明されている場合の上昇後の
温度分布Ｔ（ｒ）を求めるものである。この場合、σ値
が０．７５から０．５の範囲内では、フォトレジストに
感光性の照明光により全照射エネルギー量が１Ｗでレン
ズが一様に照明され、σ値が０．５から０．０の範囲内
においては、フォトレジストに非感光性の波長の照明光
により、照射エネルギー密度Ｐ（ｒ）がσ値が０．７５
から０．５の範囲での照射エネルギー密度の１／２にな
るようにレンズが照明されているものとする。

【００５６】図４（ｃ）は、第３の計算例による上昇後
の温度分布Ｔ（ｒ）を示し、この図４（ｃ）において、
実線の曲線４６Ｃに示すように、上昇後の温度分布Ｔ
（ｒ）は原点、即ち光軸ＡＸに最大値ＴＣを有し、光軸
ＡＸに関して軸対称な山型の変化を示す。また、照射エ
ネルギー密度Ｐ（ｒ）は階段状に変化する点線４７Ｃに
示すように、変数ｒがｅ〜ｄの間で一定の値Ｐ２とな
り、変数ｒが０〜ｅの間では一定の値Ｐ３（＝Ｐ２／
２）となっている。また、光軸ＡＸでの温度分布Ｔ₀、
及び温度分布Ｔ（ｒ）を（数５）によりベキ級数に展開
したときの係数Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀を表３に示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】なお、第１及び第２の計算例においては、
全照射エネルギー量を１Ｗとし、第３の計算例において
は、σ値が０．７５から０．５の範囲内における照射エ
ネルギー量を１Ｗとしている。この第３の計算例におい
ては、σ値が０．５〜０．０の範囲における照射エネル
ギー量を加えると、全照射エネルギー量は１Ｗを超え
る。これは、第１〜第３の計算例におけるウエハ１３上
のフォトレジストに感光性の照明光の照射エネルギー量
を等しくして、露光時間（スループット）が等しくなる
ように設定したものである。

【００５９】第１の計算例に示す照明形態（一様照明）
と、第２の計算例に示す照明形態（輪帯照明）とを比較
した場合、表１及び表２で示すように、輪帯照明の方が
一様照明に比較して、光軸ＡＸにおける上昇温度が低
い。それにもかかわらず、例えばベキ級数の係数Ｃ₄ を
比較すると、一様照明の場合の係数Ｃ₄ の値が、４．４
０００×１０^-8に対して、輪帯照明の場合の係数Ｃ₄
は、２．７３２８×１０^-7と、輪帯照明の方が大きくな
っている。即ち、一様照明と輪帯照明とを比較すると、
係数Ｃ₂ 以外のベキ級数の係数の絶対値は全て輪帯照明
の方が大きくなっている。熱変形や屈折率変化は上昇後
の温度分布Ｔ（ｒ）に比例するので、収差変動も上昇後
の温度分布Ｔ（ｒ）に比例する。係数Ｃ₂ より高次のベ
キ級数の係数が全て輪帯照明の方が大きいということ
は、輪帯照明の方が高次の収差変動が大きいことを意味
する。

【００６０】ここで、図１、図４、図６、図７に示す実
施の形態での照明形態を「合成照明」とすれば、合成照
明により光軸近傍にも照明光を照射すると、第３の計算
例に示すように、全照射量が一様照明や輪帯照明よりも
多いのにもかかわらず、表１及び表２に示すように、係
数Ｃ₄ の値（＝１．７６２４×１０^-7）は、輪帯照明で
の係数Ｃ₄ の値（＝２．７３２８×１０^-7）よりも小さ
くなっている。更に、係数Ｃ₆,Ｃ₈,Ｃ₁₀の絶対値を比較
すると、何れの係数においても合成照明の方が輪帯照明
よりも小さくなっている。これは、合成照明により高次
の収差変動が小さくなることを意味する。

【００６１】また、第３の計算例においては、σ値が０
〜０．５の間における照射エネルギー密度を、σ値が
０．５〜０．７５の間における密度分布の１／２とした
が、σ値が０〜０．７５の範囲において全て一様な照射
エネルギー分布により照射されている場合の温度分布Ｔ
（ｒ）について計算し、図４（ｂ）の輪帯照明の場合と
比較してみる。

【００６２】図８（ａ）のエネルギー密度Ｐ１と図８
（ｂ）の照射エネルギー密度Ｐ２との間には、Ｐ２＝
１．８・Ｐ１の関係が成立する。従って、図８（ｂ）の
ような輪帯照明において、σ値が０．５以内の範囲も輪
帯照明領域と等しい照射エネルギー密度で照射する場合
には、図８（ａ）において、照射エネルギー密度を１．
８倍した状態と等価である。従って、ベキ級数の係数も
全て１．８倍されるので、表１における係数Ｃ₄,Ｃ₆,Ｃ
₈,Ｃ₁₀はそれぞれ、７．９２００×１０^-8，−１．７８
２１×１０^-10 ，１．４９３７×１０^-13 ，−３．７３
４１×１０^-17 となる。これらの係数の値を表２のそれ
ぞれの係数と比較した場合、光軸ＡＸ近傍の上昇後の温
度分布Ｔ₀ が輪帯照明の場合よりもかなり大きいにもか
かわらず、係数Ｃ₄ 〜Ｃ₁₀までの係数は輪帯照明の場合
より全て小さくなっている。即ち、合成照明によりσ値
が０〜０．７５の範囲内において、輪帯照明と同じ照射
エネルギー密度Ｐ２で照射した場合でも、輪帯照明の場
合より高次の収差変動が少ないことを意味している。

【００６３】なお、上述の実施の形態はステッパー型の
投影露光装置に本発明を適用したものであるが、本発明
はステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型
の投影露光装置にも適用できる。なお、本発明は上述の
実施の形態に限定されず、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。

【００６４】

【発明の効果】本発明の第１の投影露光装置によれば、
投影光学系の瞳面と共役な面上で光軸から偏心した領域
に分布する光源からの露光用の照明光を用いるため、例
えば輪帯照明又は変形照明を行う場合と同じような解像
力向上の効果が得られる。また、輪帯照明や変形照明を
行う場合に露光用の照明光が通過しない領域に、非感光
性の照明光を照射しているため、投影光学系のレンズの
高次の熱変形や屈折率変化が減少し、投影光学系の高次
の球面収差変動が抑えられる利点がある。

【００６５】また、照明光学系が、輪帯状の光源、又は
光軸に対して偏心した位置にある複数の光源からの露光
用の照明光でマスクを照明する場合には、所謂輪帯照明
や変形照明により高い解像度が得られる。また、照明光
学系が、露光用の照明光の照度分布を均一化するための
オプティカル・インテグレータを有し、オプティカル・
インテグレータとマスクとの間に、補助照明系からの照
明光をマスクに導く補助光導入部材を設ける場合には、
露光用の照明光と非感光性の照明光とを瞳面と共役な面
上で正確に分離した状態でマスクを照明でき、結像特性
が劣化しない利点がある。

【００６６】また、本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、波長選択性を有する光学部材によって投影光学系の
瞳面上で光軸から偏心した領域を通過する結像光束を用
いるため、輪帯状の中心遮光型の瞳フィルターを設置し
た場合と同様の解像度が得られる利点がある。更に、投
影光学系の瞳面近傍のレンズは、露光用の照明光と感光
基板に非感光性の照明光との２つの照明光により均一な
照度分布で照射されるため、レンズの熱変形や屈折率の
高次の変動成分が減少し、投影光学系の高次の球面収差
変動が減少する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の実施の形態の第１の例
を示す概略構成図である。

【図２】図１の光源部に設けられた各種の開口絞りを示
す拡大平面図である。

【図３】（ａ）は図１の変形ミラー５をレチクル側から
見た図、（ｂ）は別の変形ミラー５Ａをレチクル側から
見た図である。

【図４】本発明の実施の形態の第１の例の変形例を示す
概略構成図である。

【図５】（ａ）は図４中の開口絞り３７を示す平面図、
（ｂ）は別の開口絞り３７Ａを示す平面図である。

【図６】本発明の投影露光装置の実施の形態の第２の例
を示す概略構成図である。

【図７】その実施の形態の第２の例の変形例を示す概略
構成図である。

【図８】本発明の実施の形態において、照射エネルギー
による温度分布計算例を説明するための図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ光源部（露光用）２，２Ａ，２Ｂ光源部（非露光用）５，５Ａ，５Ｂ変形ミラー６Ａ〜６Ｄ，１９Ａ〜１９Ｄミラー１０レチクル１２投影光学系１２Ａ上部レンズ系１２Ｂ下部レンズ系ＰＳ瞳面１３ウエハ１４ウエハステージ２４フライアイレンズ２６Ａ〜２６Ｃ開口絞り３１偏光ビームスプリッター３２，３４１／４波長板３７，３７Ａ，４３波長選択性を有する開口絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用の照明光のもとでマスク上のパタ
ーンの像を感光基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な面上で光軸から偏心した
領域に分布する光源からの前記露光用の照明光を用いて
前記マスクを照明する照明光学系と、を有する投影露光
装置において、前記感光基板に対して非感光性の波長域の照明光を前記
投影光学系の瞳面上で前記露光用の照明光が通過しない
領域に照射する補助照明系を設けたことを特徴とする投
影露光装置。
【請求項２】請求項１記載の投影露光装置であって、前記照明光学系は、輪帯状の光源、又は光軸に対して偏
心した位置にある複数の光源からの前記露光用の照明光
で前記マスクを照明することを特徴とする投影露光装
置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の投影露光装置で
あって、前記照明光学系は、前記露光用の照明光の照度分布を均
一化するためのオプティカル・インテグレータを有し、該オプティカル・インテグレータと前記マスクとの間
に、前記補助照明系からの照明光を前記マスクに導く補
助光導入部材を設けたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】露光用の照明光のもとでマスク上のパタ
ーンの像を投影光学系を介して感光基板上に投影する際
に、前記投影光学系の瞳面上で光軸から偏心した領域を
通過する結像光束を用いる投影露光装置において、前記露光用の照明光及び前記感光基板に対して非感光性
の照明光を前記投影光学系の瞳面に導く合成照明光学系
と、前記投影光学系の瞳面上に配置され、前記光軸から偏心
した領域以外の領域では前記感光基板に対して非感光性
の照明光のみを前記感光基板側に通過させる波長選択性
を有する光学部材と、を有することを特徴とする投影露
光装置。