【事件の表示】
　特許第２８８４８４８号「投影露光装置および回路パターン形成方法」の特許に対する請求項１，４に係る特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２８８４８４８号の請求項１、４に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続きの経緯
　 本件特許第２８８４８４８号は、平成３年１０月４日に特許出願され、平成１１年２月１２日にその特許の設定登録がなされ、その後、異議申立人キャノン株式会社から特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１２年４月３日に訂正請求がなされたものである。
１．１　異議申立ての概要
　異議申立人キャノン株式会社は、甲第１号証（特開平１−２５９５３３号公報）及び甲第２号証（特開昭５８−１４７７０８号公報）を提出し、本件請求項１及び４に係る発明は、甲第１号証または甲第２号証に記載された各発明とそれぞれ同一であるから、特許法第２９条第１項第３号に該当する発明であり特許を受けることができないものであり、また、本件請求項１及び４に係る発明は、甲第２号証に記載された発明に基いて容易に発明できたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであり、さらに、本件特許明細書は、特許法第３６条第３項及び第４項の規定を満たしていないので、本件請求項１及び４に係る特許を取り消すべき旨主張している。
１．２　異議申立人キャノン株式会社が提出した甲第１〜４号証の記載内容
１．２．１　甲第１号証の記載内容
　甲第1号証4頁左欄下段15行〜同頁右欄下段7行　には、「次に、本発明の第1の実施例を第1図を参照して説明する。…第1図で、エキシマレーザ光源10を出射したビームは、…第3図で示した第1のフライアイレンズ3に入射する」と記載されている。
　甲第1号証6頁左欄下段2行〜13行には、「ビームは、レンズ21を通って、第2のフライ・アイレンズ5に入射し、…メイン・コンデンサーレンズ2によって…集光された…光は.…レチクルRを照射する。これにより該レチクルR上の回路パターンが…投影レンズPLによってウェハW上に投影露光される」と記載されている。
　第2図には、パターンが形成されたレチクルRを照明光学系を通したエキシマレーザ光源10からの照明光で照射し、前記パターンの像を投影レンズPLを介してウェハW上に結像する投影露光装置の構成が図示されている。
　甲第1号証2頁右欄上段16行〜19行には、「図に示すように第1のフライアイレンズ3によってできた2次光源a、b、cからの光を集光レンズ4で集光して第2のフライアイレンズ5に入射させる」と記載されている。
　甲第1号証10頁左欄上段2行〜12行には、「次に、本発明の第3の実施例を第13図により説明する。第13図は1段目のオプチカル・インテグレータに…ロッド30を用いた場合の照度分布均一化手段の例を示す。レーザー光源10からのビームLBoは…集光ビームLB'に変換される。…ビームLB'はロッド30の内部で多重反射を繰り返し、ロッド30の他端から発散した光となってレンズ4に入射する。」と記載されている。
　甲第1号証6頁左欄下段1行〜3行には、「次に、走査ミラー17によって…ビームは、レンズ21を通って、第2のフライアイレンズ5に入射し、」と記載されている。
　第2図には、第1のフライアイレンズ3(又はロッド30)からの光束を集光するレンズ4及びレンズ21の構成が図示されている。
　甲第1号証6頁左欄下段15行〜18行には、「第2のフライアイレンズ5の射出面側にできる3次光源像は、集光レンズ25、メイン・コンデンサーレンズ2等によって瞳epとほぼ共役となっている。」と記載されている。。
　第2の実施例が示されている第11図、及び第3の実施例が示されている第13図には、第2のフライアイレンズ5が照明光学系の光軸AX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エレメントレンズを備えた構成が図示されている。
　甲第1号証6頁左欄下段2行〜7行には、「ビームは、レンズ21を通って、第2のフライアイレンズ5に入射し、第3図で示したような多数の3次光源…として集光した後、…集光レンズ25によって…集光され、…メイン・コンデンサーレンズ2に入る。」と記載されている。
　そして、第2図には、第2のフライアイレンズ5による複数の2次光源像からの光束を前記レチクルRへ集光する集光レンズ25及びメイン・コンデンサーレンズ2の構成が図示されている。
　甲第1号証4頁左欄下段15行〜同頁右欄下段7行には、「次に、本発明の第1の実施例を第1図を参照して説明する。…第1図で、エキシマレーザ光源10を出射したビームは、…第3図で示した第1のフライアイレンズ3に入射する。」と記載されている。
　甲第1号証6頁左欄下段2行〜13行には、「ビームは、レンズ21を通って、第2のフライ・アイレンズ5に入射し、…メイン・コンデンサーレンズ2によって…集光された…光は、…レチクルRを照射する。これにより該レチクルR上の回路パターンが…投影レンズPLによってウェハW上に投影露光される。」と記載されている。
１．２．２　甲第２号証の記載内容
　甲第2号証2頁左欄上段8行〜16行には、「第1図(a)は回路パターンを描画した…レティクルの像をウエハ上に…焼き付ける…投影式露光装置の光学配置を示す図である。…第1図(a)において、発光管1の高輝度発光部laは集光用の楕円ミラー2の第1焦点の近傍に配置される。」と記載されている。　甲第2号証第4頁左欄上段19行〜同頁右欄上段1行には、「投影レンズ7はレティクルRの回路パターンをウエハW上に結像する。」と記載されている。
　第2図には、回路パターンが形成されたレティクルRを照明光学系を通した発光管1の高輝度発光部laからの照明光で照射し、前記回路パターンの像を投影レンズ7を介してウエハW上に結像する投影露光装置の構成が図示されている。
　甲第2号証3頁右欄上段19行〜同頁左欄下段3行には、「さて、第2図(a)の説明に戻って、ここでは第1図(a)に示したオプティカル・インテグレータ4(第1のオプティカル・インテグレータ)の1つのエレメントレンズの光入射側を前側レンズ4 a、射出側を後側レンズ4bとする。」と記載されている。
　甲第2号証3頁左欄下段19行〜同頁右欄下段6行には、「前側レンズ4aは光源像Pを対向した後側レンズ4bの射出面(面Dと同一)に結像する働きを有する。…さらに後側レンズ4bは、前側レンズ4aを第2のオプティカル・インテグレータ11の入射面に結像する働きを有する」と記載されている。
　甲第2号証2頁左欄上段14行〜同頁右欄上段5行には、「第1図(a)において、…レンズ3は…光源像Pからの発散光を平行光束にする。この平行光束中にオプティカル・インテグレータ4が配置され、入射した平行光束を多数の光束に分離する。これにより、オプティカル・インテグレータ4の射出面側には複数の2次光源像が形成される」と記載されている。
　甲第2号証3頁右欄下段9行〜11行には、「レンズ5はその後側焦点が第2のオプティカル・インテグレータ11の面Hに位置するようなパワーを備えている。」と記載されている。
　甲第2号証3頁右欄下段2 0行〜4頁左欄上段3行には、「またインプットレンズ10は、面1に結ばれたオプティカル・インテグレータ4のD面の像を後側レンズ11bの光軸と対象にする作用を有する。」と記載されている。
　第2図には、第1のオプティカル・インテグレータ4からの光束を集光するレンズ5及びインプットレンズ10の構成が図示されている。
　甲第2号証3頁右欄下段15行〜20行には、「さて、第2のオプティカル・インテグレータ11の前側レンズ11aはオプティカル・インテグレータ4の面Dを後側レンズ11bの射出面に結像する。この射出面は第2図(a)に示す如く面1とする。従って、面Dと面1とは共役になるように定められている。」と記載されている。
　甲第2号証4頁左欄上段17行〜19行には、「大口径集光レンズ6は、第2のオプティカル・インテグレータ11の面1を投影レンズ7の瞳面7aに結像させるよう配置される。」と記載されている。
　また.同号証の第2図には、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エレメントレンズを持つ第2のオプティカル・インテグレータ11の構成が、図示されている。
　甲第2号証4頁左欄上段13行〜19行には、「アウトプットレンズ12の働きは大口径集光レンズ6の口径を小さくするとともに、大口径集光レンズ3からレティクルRまでの距離を短かくしていることである。大口径集光レンズ6は、第2のオプティカル・インテグレータ11の面1を投影レンズ7の鏡面7aに結像させるよう配置される。」と記載されている。
　第2図には、第2のオプティカル・インテグレータ11による複数の前記複数の2次光源像の像からの光束を前記レティクルRへ集光するアウトプットレンズ12及び大口径集光レンズ6の構成が図示されている。
　甲第2号証4頁左欄上段11行〜同頁右欄上段1行には、「第2のオプティカル・インテグレータ11から発した多数の光束はレチクルR上で全て重ね合わせられる。…投影レンズ7はレティクルRの回路パターンをウエハW上に結像する。」と記載されている。
２．訂正の適否について
  本件訂正請求は、本件特許第２８８４８４８号の明細書（以下、「特許明細書」という。）を、本件訂正請求書に添付した訂正明細書のとおりに、訂正しようとするものである。
２．１　訂正事項
　訂正事項ａ
　請求項１の「有することを特徴とする投影露光装置」を、「有し、前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍であることを特徴とする投影露光装置」と訂正する。
　訂正事項ｂ
　特許明細書の【００１３】段落の「有するようにしたものである。」を、「有し、前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍であるようにしたものである。」と訂正する。
２．２　訂正後の請求項１及び４
２．２．１　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し、
　前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍であることを特徴とする投影露光装置。
２．２．２　請求項４
請求項1乃至3の何れか一項記載の投影露光装置における照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、
前記投影光学系を用いて前記照明されたレチクルのパターンを感光基板上に転写する工程とを含む回路パターン形成方法。」
３．　訂正の適否
３．１　目的該当性等について
３．１．１　訂正事項ａ
　上記訂正事項ａについては、「投影露光装置」を、下位概念である「前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍であることを特徴とする投影露光装置」に訂正するものであるから、この訂正は、特許請求の範囲の減縮に相当する。
　また、上記訂正事項aは、出願当初の明細書又は図面に記載された事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張または変更するものではない。
３．１．２　訂正事項ｂ
　訂正事項ｂについては、発明の詳細な説明において特許請求の範囲における訂正事項aと対応する訂正をするものであり、明りょうでない記載の釈明に相当する。
　また、上記訂正事項ｃは、出願当初の明細書又は図面に記載された事項の範囲内の訂正であり、実質上特許請求の範囲を拡張または変更するものではない。
３．２　独立特許要件について
　異議申立人キャノン株式会社が提出した甲第１及び甲第２号証いずれも、訂正後の本件請求項１及び４に係る発明の特徴である、「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し、前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍である」構成（以下、「本件請求項１及び４に係る発明の特徴的構成」という。）が記載又はその記載の示唆がなく、また、上記構成により、「従来より高解像度かつ大焦点深度を得る」（［発明の効果］の欄）という甲第１及び甲第２号証いずれにもない効果を有するので、訂正後の本件請求項１及び４に係る発明が、上記甲第１又は２号証に記載された発明のいずれかと同一であるとも、また、訂正後の本件請求項１及び４に係る発明が、上記甲第２号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものとすることができない。
　そうすると、訂正後の本件請求項１及び４に係る発明は、特許出願の際独立して特許を受けることができないものとすることができない。
３．３　訂正の適否の判断
　上記訂正事項ａ、ｂは、上記３．１及び３．２のとおりであるから、平成６年法律第１１６号附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、改正前の特許法第１２６条第１項ただし書、同条第２項及び同条第３項の規定に適合する。
　従って、当該請求を認める。
４．特許異議申立てについての判断
４．１　本件請求項１及び４に係る発明
　上記２．２．１、２．２．２に記載のとおり。
４．２　異議申立ての理由の概要
　上記１．１に記載のとおり。
４．２．１　本件請求項１及び４に係る発明と甲各号証との対比、判断
　独立特許要件を判断した上記３．２のとおりであるから、本件請求項１及び４に係る発明は、上記甲第１又は２号証に記載された発明のいずれかと同一であるとも、また、訂正後の本件請求項１及び４に係る発明が、上記甲第２号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明できたものとすることができない。
４．２．２　第３６条違反について
　本件請求項１及び４に係る発明は、訂正後、「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し、前記面光源像から射出する各光束の1つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して0.1から0.3倍である」構成に減縮され、前記３．２に記載のとおりであるから、　異議申立人の主張である、『本件明細書の特許請求の範囲における「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」との記載によれば、光軸上にレンズ素子を有しているか否かにかかわらず、少なくとも上記偏心した複数の位置に複数のレンズ素子が配置されている構成があれば足りるものであるから、本件明細書に記載の「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。」との発明の効果を奏し得ない』旨の主張は成り立たない。　従って、特許異議申し立ての理由をもってしては、本件特許明細書が特許法第３６条第３、４項違反であるとすることができない。
５．むすび
 したがって、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、本件請求項１及び４に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件請求項１及び４係る発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
  よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年６月８日（２０００．６．８）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　訂正事項ａは、特許請求の範囲の減縮を目的とし、訂正事項ｂは、明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　訂正事項ａ
　請求項１の「有することを特徴とする投影露光装置」を、「有し、前記面光源像から射出する各光束の１つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍であることを特徴とする投影露光装置」と訂正する。
　訂正事項ｂ
　特許明細書の【００１３】段落の「有するようにしたものである。」を、「有し、前記面光源像から射出する各光束の１つあたりの前記レチクル上での開口数は、前記投影光学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍であるようにしたものである。」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
投影露光装置および回路パターン形成方法
（５７）【特許請求の範囲】
　
【請求項１】
　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
し、
　
前記面光源像から射出する各光束の１つあたりの前記レチクル上での開口数は前記投影光学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍である
　【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／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ＮＡＲ、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。
０．３５ＮＡＲ≦Ｌ／ｆ≦０．７ＮＡＲ
　【請求項４】請求項１乃至３の何れか一項記載の投影露光装置における照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、前記投影光学系を用いて前記照明されたレチクルのパターンを感光基板上に転写する工程とを含む回路パターン形成方法。
【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、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。
　【０００２】
　【従来の技術】半導体素子等の回路パターン形成には、一般にフォトリン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、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。
　【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Ｌ１４０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９ａ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。
　【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Ｄｐ、及び−１次回折光Ｄｍが発生する。それぞれの回折光（Ｄ０、Ｄｍ、Ｄｐ）は投影光学系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Ｄｐ、Ｄｍとのなす角θ（レチクル側）はｓｉｎθ＝λ／Ｐ（λ：露光波長、Ｐ：パターンピッチ）により決まる。
　【０００６】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（ＮＡＲ）より大きくなると、±１次回折光Ｄｐ、Ｄｍ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＞ＮＡＲ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。
　【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≒ＮＡＲとなるピッチＰは次式で与えられていた。
Ｐ≒λ／ＮＡＲ　（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／ＮＡＲ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／ＮＡＲとして表される。ここで、ｋはプロセス係数と呼ばれ０．６〜０．８程度となる。レチクル側開口数ＮＡＲとウエハ側開口数ＮＡＷとの比は、投影光学系の結像倍率と同じであるので、レチクル上における最小解像パターンサイズはｋ・λ／ＮＡＲ、ウエハ上の最小パターンサイズは、ｋ・λ／ＮＡＷ＝ｋ・λ／Ｂ・ＮＡＲ（但しＢは結像倍率（縮小率））となる。
　【０００８】従って、より微細なパターンを転写するためには、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。
　【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。
　【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。
　【００１１】
　【発明が解決しようとする問題】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。
　【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。
　
【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，７ｃ，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
し、前記面光源像から射出する各光束の１つあたりの前記レチクル上での開口数は前記投影光学系のレチクル側開口数に対して０．１から０．３倍である
　【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。
　【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ＮＡＲ、レチクルのパターン方向での各レンズ素子（７ａ，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、
０．３５ＮＡＲ≦Ｌ／ｆ≦０．７ＮＡＲ
を満足するように構成しても良い。
　【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。
　【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。
　【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Ｄ０及び±１次回折光成分Ｄｐ、Ｄｍ、及びより高次の回折光成分が、パターンの微細度に応じた方向に発生する。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Ｌ１３０は、光軸に対してψだけ傾いてレチクル９に入射する。
　【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θｐだけ傾いた＋１次回折光Ｄｐ、及び０次回折光Ｄ０に対してθｍだけ傾いて進む−１次回折光Ｄｍ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。
　【００２０】従って、＋１次光Ｄｐは光軸ＡＸに対してθｐ＋ψの方向に進行し、−１次回折光Ｄｍは光軸ＡＸに対してθｍ−ψの方向に進行する。このとき回折角θｐ、θｍはそれぞれ
ｓｉｎ（θｐ＋ψ）−ｓｉｎψ＝λ／Ｐ（２）
ｓｉｎ（θｍ−ψ）＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ（３）
である。
　【００２１】ここでは、＋１次回折光Ｄｐ、−１次回折光Ｄｍの両方が投影光学系１０の瞳Ｐｕを透過している壱の上する。レチクルパターン９２の微細化に伴って回折角が増大すると先ず角度θｐ＋ψの方向に進行する＋１次回折光Ｄｐが投影光学系１０の瞳Ｐｕを透過できなくなる。すなわちｓｉｎ（θｐ＋ψ）＞ＮＡＲ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Ｄｍは、投影光学系１０を透過可能となる。すなわちｓｉｎ（θｍ−ψ）＜ＮＡＲの関係になる。
　【００２２】従って、ウエハ１１上には０次回折光Ｄ０と−１次回折光Ｄｍの２光束による干渉縞が生じる。この干渉縞はレチクルパターン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。
　【００２３】このときの解像限界は、
ｓｉｎ（θｍ−ψ）＝ＮＡＲ　（４）
となるときであり、従って
ＮＡＲ＋ｓｉｎψ＝λ／Ｐ
Ｐ＝λ／（ＮＡＲ＋ｓｉｎψ）　（５）
が転写可能な最小パターンのレチクル側でのピッチである。
　【００２４】一例として今ｓｉｎψを０．５×ＮＡＲ程度に定めるとすれば、転写可能なレチクル上のパターンの最小ピッチは
Ｐ＝λ（ＮＡＲ＋０．５ＮＡＲ）
＝２λ／３ＮＡＲ　（６）
となる。
　【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／ＮＡＲであった。従って、従来の露光装置より高い解像度が実現できることがわかる。次に、レチクルパターンに対して特定の入射方向と入射角で露光光を照射して、０次回折光成分と１次回折光成分とを用いてウ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。
　【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。
　【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θｗの正弦をｒ（ｒ＝ｓｉｎθｗ）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Ｄｐ、Ｄｍ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Ｄｐ、Ｄｍ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。
　【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Ｄ０は光軸ＡＸから角度ψだけ傾いた方向に発生するから、瞳面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Ｄｍの瞳面における光軸からの距離はｒ（−１次）＝Ｍ・ｓｉｎ（θｍ−ψ）となる。そしてこのとき、　ｓｉｎψ＝ｓｉｎ（θｍ−ψ）となれば、０次回折光成分Ｄ０と−１次回折光成分Ｄｍのデフォーカスによる相対的な波面収差は零となり、ウエハ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（θｍ−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。
　【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。
　【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チグレータ（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。
　【００３１】図１に戻って、各レンズ素子（７ａ，７ｂ，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。
　【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。
　【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。
　【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。
　【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（７０ａ，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。
　【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（Ａｘａ，Ａｘｂ，Ａｘｃ，Ａｘｄ）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（Ａｘａ，Ａｘｂ，Ａｘｃ，Ａｘｄ）の位置）を表わす図である。
　【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。
　【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・ｓｉｎψと表わせれば、ｓｉｎψ＝λ／２Ｐであり、これは作用の項で述べた数値と一致している。従って、各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）Ａｘａ，Ａｘｂ，Ａｘｃ、Ａｘｄ位置が線分Ｌα、Ｌβ上、例えば点Ｐζ１、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。
　【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。
　【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Ｌγ、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。
　【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、次０光回折光成分Ｄ０と、＋１次回折光成分Ｄｐまたは−１次回折光成分Ｄｍのいずれか一方とが、投影光学系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。
　【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Ｐｕ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。
　【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、Ｐμ２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Ａｘａ，Ａｘｂ，Ａｘｃ，Ａｘｄの位置を点Ｐζ２、Ｐη２、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。
　【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。
　【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ＮＡＲ、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、
０．３５ＮＡＲ≦Ｌ／ｆ≦０．７ＮＡＲ
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。
　【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。
　【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Ａｌｌ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。
　【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。
　【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１０ａ）と互いに共役に設けられており、換言すれば、Ａ１，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Ｂ１１，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。
　【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。
　【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。
　【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。
　【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（５０ａ〜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。
　【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（Ｂ２ａ）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。
　【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。
　【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。
　【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チグレータ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。
　【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チグレータ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チ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チグレータの交換に伴ってロッド型オプティカルインチ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。
　【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。
　【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。
　【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。
【図面の簡単な説明】
　【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。
　【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。
　【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。
　【図４】多面光源形成光学系を配置方法を説明する図。
　【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。
　【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。
　【図７】本発明の原理を説明するための装置構成を示す図。
　【図８】従来の投影露光装置での投影原理を説明する図。
　【主要部分の符号の説明】
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チグレータ