JP2002217083A

JP2002217083A - 照明装置及び露光装置

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Publication number: JP2002217083A
Application number: JP2001005739A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Mori; 堅一郎森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、従来の照明装置において、矩形状
の照明領域を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）
照明する照明装置を提供する。【解決手段】本発明の例示的一態様としての照明装置
は、光源から出射した光束を用いて矩形形状の照明領域
を照明する照明装置であって、前記光源と被照明面との
間に配置され、前記照明領域を均一に照明するためのラ
イトインテグレータと、前記光源と前記ライトインテグ
レータとの間に配置され、長手方向に垂直な断面形状が
六角形である内面反射部材と、前記ライトインテグレー
タと前記内面反射部材との間に配置され、前記内面反射
部材より射出される出射光の角度分布を前記照明領域の
長手方向に拡大するための光学部材とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、照明光
学系に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶
ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体
を露光するのに使用される照明光学系の照明装置、及び
露光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラ
フィ工程において半導体ウェハ用の単結晶基板をステッ
プ・アンド・スキャン投影方式によって露光する露光装
置用の照明装置に好適である。但し、本発明の照明装置
の用途は露光装置に限定されず、写真製版、投影検査、
映写機、プロジェクタなどの光学機器に広く適用するこ
とができる。

【０００２】ここで、「ステップ・アンド・スキャン投
影方式」は、マスク又はレチクル（なお、特に断らない
限り、本出願では「マスク」はこれらを総括するものと
する。）に対してウェハを連続的にスキャンさせてマス
クのパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの
露光終了後ウェハをステップ移動させて、次のショット
の露光領域に移動させる投影露光法である。

【０００３】

【従来の技術】近年の電子機器の小型及び薄型化の要請
から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要
求はますます高くなっている。例えば、ライン・アンド
・スペースは０.１５μｍをきり、今後益々小さくなる
ことが予想される。ライン・アンド・スペースは露光に
おいてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に
投影された像をいい、露光の解像度を示す尺度である。
露光では、解像度、重ね合わせ精度、スループットの３
つのパラメータが重要である。解像度は正確に転写でき
る最小寸法、重ね合わせ精度は被処理体にパターンを幾
つか重ね合わせる際の精度、スループットは単位時間当
たり処理される枚数である。

【０００４】露光法は基本的に等倍転写法と投影法の二
種類を有する。等倍転写は、マスクと被処理体を接触さ
せる密着法と僅かに離間させる近接法とを含む。しか
し、密着法は高解像度が得られるもののごみやシリコン
のかけらがマスクに圧入されてされてマスクの破損や被
処理体の傷、欠陥をもたらす。近接法はかかる問題を改
善しているがごみ粒子の最大寸法よりもマスクと被処理
体の間隔が小さくなると同様にマスクの破損が生じ得
る。

【０００５】そこで、マスクと被処理体との距離を更に
離間させる投影法が提案されている。投影法はステップ
・アンド・リピート露光方式やスキャン露光方式などが
知られている。スキャン露光方式を採用する露光装置を
特に走査型投影露光装置と称する場合がある。

【０００６】投影露光装置は、一般に、マスクを照明す
る照明光学系とマスクと被処理体との間に配置される投
影光学系とを有する。照明光学系においては、均一な照
明領域を得るために光源からの光束を複数のロッドレン
ズから構成されるハエの目レンズなどのライトインテグ
レータに導入し、ライトインテグレータの射出面を２次
光源面としてコンデンサーレンズでマスク面を照明す
る。

【０００７】投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波
長λと露光装置の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えら
れる。

【０００８】

【数１】

【０００９】一方、一定の結像性能を維持できる焦点範
囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられ
る。

【００１０】

【数２】

【００１１】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、焦点深度は小さくな
る。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難しくな
り、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を
上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ま
しい。

【００１２】両式から、より一層の微細化の為に波長を
短くして開口数を上げたいが、焦点深度が小さくなるの
で実現できないという問題がある。そこで、比例定数ｋ
₁の値を小さくすることにより微細化を図る超解像技術
（ＲＥＴ：ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｕｈａｎｃｅｄ
Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ）が近年提案されている。ＲＥＴの
１つに変形照明法（又は斜入射照明法）と呼ばれるもの
がある。変形照明法は、光学系の光軸上にない開口絞り
をライトインテグレータの後段に配置して、マスクに露
光光束を斜めに入射させる照明法である。開口絞りの形
状は一般に円形を基本として、輪帯照明、４重極照明な
どの変形照明を与える。開口絞りを利用する変形証明法
により通常は０.５以上であるｋ₁を０.３程度にまで小
さくすることができる。

【００１３】更に、走査型投影露光装置は、マスクを基
板上に投影する投影レンズの収差を小さくすることがで
きるために好ましいという特徴も有する。レンズの設計
は開口数が上がるにつれて困難になり、収差は開口数と
関係している。例えば、球面収差は３次収差論におい
て、開口数の３次に比例する。よって、開口数が上がる
とレンズの設計が非常に難しくなる。また、開口数以外
に画角(投影レンズの投影可能な領域)も収差に関係して
いる。例えば歪曲収差は３次収差論において、画角の３
次に比例している。よって、画角が大きくなってもレン
ズの設計が非常に難しくなる。従って、マスクの一部を
照明して投影する走査型露光装置は画角を一括型露光装
置に比べて小さくできるため収差を小さくするのに好ま
しい。

【００１４】その他に解像度に影響するものとして、有
効光源の均一性がある。有効光源とは、照明面と像と瞳
の関係にある場所にある２次光源（即ち、ライトインテ
グレータの出射面）であって、この有効光源の分布がな
るべく均一である（即ち、離散的ではない）ことが求め
られている。特開昭６４−９１３号公報は、有効光源を
均一にするために、光源とハエの目レンズとの間に内面
反射部材（又はオプティカルパイプ）を配置する方法を
開示している。かかる照明装置は、内面反射部材によっ
て均一化された光強度分布を有する光束をハエの目レン
ズの入射面に投影することによって、ハエの目レンズの
出射面を均一な面光源としようとするものである。内面
反射部材によって光強度分布を均一化するために、内面
反射部材の断面形状を多角形状、例えば、三角形、四角
形、六角形にする必要がある。

【００１５】このように、近年の半導体製造工程におけ
るリソグラフィ工程は、均一な有効光源で照明を行う照
明装置を持つ走査型投影露光装置を用いて走査露光を行
うのが主流になってきている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の照明装
置は、一般に矩形状のマスク面等の被照明面を均一かつ
効果的に（即ち、所望の照度で）照明することが困難で
あった。不均一な照明はレジストへのパターン転写が不
十分になり高品位な半導体ウェハ、ＬＣＤ、薄膜磁気ヘ
ッドなどが提供できなくなる。また、高照度で照明でき
なければスループットが低下する。

【００１７】照明装置は、一般的にマスク面等の被照明
面が矩形状であるため矩形状の照明領域を照明する必要
があり、ハエの目レンズを構成する各レンズ素子の断面
形状が照明領域と略相似であるハエの目レンズを使用す
る。この結果、照明装置は、ハエの目レンズの入射面に
軸対称（即ち、円形）の光強度分布を有する光束を導入
することは好ましくない。なぜなら、この場合ハエの目
レンズの出射面での光強度分布は図１６又は図１７のよ
うな分布になる。ここで、図１６及び１７は、ハエの目
レンズの出射面から光源を見た平面図である。図１６で
は、有効光源分布が離散的でレンズに対し小さく面光源
とは見なせず、照明領域を均一に照明することができな
くなる。一方、図１７では、ハエの目レンズの入射面か
ら入射しても出射面から出射できず、ハエの目レンズに
よって蹴られる光が存在し、照明効率が低下してスルー
プットが低下するからである。

【００１８】そこで、ハエの目レンズへの入射光線の光
強度分布が、照明領域の長手方向と短手方向で異なるよ
うにハエの目レンズの入射面に投影する方法が考えられ
た。この方法は断面形状が四角の内面反射部材を使用
し、光源から内面反射部材に入射する光束に長手方向と
短手方向で角度差をつけることによって可能となる。か
かる光束は内面反射部材内で長手方向と短手方向の角度
差を保存され、かつ、均一化されて、内面反射部材の出
射面をハエの目レンズ入射面に投影される。

【００１９】しかし、ハエの目レンズの後段に設けられ
ている開口絞りは通常円形であるため、ハエの目レンズ
の各レンズ素子の光強度分布が矩形状であれば、今度は
開口絞りにより光が蹴られることになる。この結果、開
口絞りは解像度の向上には有効であるが、光利用効率は
低下させてスループットを低下させるという問題を生じ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】そこで、このような従来
の課題を解決する新規かつ有用な照明装置及び露光装置
を提供することを本発明の概括的目的とする。

【００２１】より特定的には、本発明は、従来の照明装
置において、マスク面等の被照明面を均一かつ効果的に
（即ち、所望の照度で）照明する照明装置を提供するこ
とを例示的目的とする。

【００２２】また、本発明は、均一かつ高照度で照明す
る照明装置を使用して高品質の半導体、ＬＣＤ、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを所望のスループッ
トで露光する露光装置を提供することを別の例示的目的
とする。

【００２３】上記目的を達成するために、本発明の例示
的一態様としての照明装置は、光源から出射した光束を
用いて矩形形状の照明領域を照明する照明装置であっ
て、前記光源と被照明面との間に配置され、前記照明領
域を均一に照明するためのライトインテグレータと、前
記光源と前記ライトインテグレータとの間に配置され、
長手方向に垂直な断面形状が六角形である内面反射部材
と、前記ライトインテグレータと前記内面反射部材との
間に配置され、前記内面反射部材より射出される出射光
の角度分布を前記照明領域の長手方向に拡大するための
光学部材とを有する。かかる照明装置は内面反射部材か
らハエの目レンズを用いて有効光源を形成する際に、断
面形状が六角形である内面反射部材を用いている。従っ
て、ハエの目レンズによって蹴られずに通過する光線の
割合が高く光利用効率が向上するとともに、ハエの目レ
ンズに入射する光束を均一化することができる。また、
ハエの目レンズに入射する光束の角度分布に縦横差がつ
き有効光源が離散的とならないので、照明領域への照明
効率が高い。

【００２４】本発明の例示的一態様としての露光装置
は、かかる照明装置と、レチクル又はマスクに形成され
たパターンを被処理体に投影する光学系とを有する。か
かる露光装置は上述の照明装置を利用するので同様な作
用を奏する。

【００２５】本発明の例示的一態様としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光
する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロ
セスを行う工程とを有する。上述の照明装置の作用と同
様の作用を奏するデバイス製造方法は、中間及び最終結
果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、か
かるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドな
どを含む。

【００２６】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下
添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって
明らかにされるであろう。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的な露光装置１及び照明装置１００について説
明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材
を表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露光
装置１及びその一部である照明装置１００の概略構成図
である。

【００２８】露光装置１は、図１に示すように、照明装
置１００と、マスク２００と、投影光学系３００とを有
する。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン投影
露光方式でマスク２００に形成されたパターンをプレー
トＷ上に露光する走査型投影露光装置である。

【００２９】照明装置１００は、転写用パターンが形成
されたマスク２００を照明する。照明装置１００は、図
１に示すように、光源としてのレーザー１１０と、照明
光学系とを有する。

【００３０】レーザー１１０は照明光を発光する光源
で、例えば波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー
である。レーザー１１０は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦ
エキシマレーザーと置換されても良い。また、光源は、
例えば、一般に５００Ｗ以上の出力の超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプなどを使用してもよい。

【００３１】レーザー１１０は、水銀ランプのｇ線（波
長約４３６ｎｍ）やｉ線（波長約３６５ｎｍ）であって
もよい。また、後述する第１の折り曲げレンズ１１５と
レーザー１１０の間にコリメーターレンズを配置し、光
源から発散して広がるように出射するレーザー光線を平
行光に変換してもよい。

【００３２】レーザーが使用される場合、レーザー光源
からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形
光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレン
ト化するインコヒーレント化光学系を使用してもよい。
光束整形光学系は、例えば、複数のシリンドリカルレン
ズやビームエクスパンダ等を使用することができ、レー
ザー光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換す
る。インコヒーレント化光学系は、例えば特開平３−２
１５９３０号公報の図１に開示されているような、入射
光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、ｐ偏
光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光束を光学部材を介
して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以
上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光
束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系を少
なくとも一つ備える光学系を用いることができる。な
お、本実施例ではレーザー１１０から射出される光束は
平行光としている為、光束整形光学系及びインコヒーレ
ント化光学系を使用するかは選択的である。

【００３３】照明光学系は、マスク２００へ光束を照射
する光学系であり、第１の折り曲げミラー１１５と、減
光手段１２０と、光学系１２５と、内面反射部材１３０
と、角度分布を拡大する光学系１３５と、第２の折り曲
げミラー１４０と、第１のコンデンサーレンズ１４５
と、ハエの目レンズ１５０と、第２のコンデンサーレン
ズ１５５と、絞り１６０と、結像光学系とを有する。

【００３４】第１折り曲げミラー１１５は、レーザー１
１０から出射した平行光束Ｌ１を後述する内面反射部材
１３０の長手方向と平行するように偏向させる。なお、
レーザー１１０の出射光線と光学ロッド１２５の長手方
向が予め平行に配置されているならば、第１の折り曲げ
ミラー１１５は省略することも可能である。しかし、図
１を参照するに、第１の折り曲げミラー１１５を用いる
ことで、レーザー１１０の光線を偏向させ、照明装置１
００及び露光装置１の小型化を実現できる。なお、第１
の折り曲げミラー１１５は、レーザー１１０からの光束
を後方に位置する構成要素に対し最適な入射がなされる
ような角度で偏向するものとする。

【００３５】減光手段１２０は、照明面が適正な照度で
照明されるために、平行光束Ｌ１の照度を低下させるた
めの手段である。平行光束Ｌ１は減光手段１２０を通過
し、所定の照度の平行光束Ｌ２になる。減光手段１２０
としては、絞り、フィルターなどが考えられる。フィル
ターは、例えばＮＤフィルターであり、スペクトル組成
にほとんど影響を与えることなく減光を行うことができ
る。また、ＮＤフィルターには吸収性ガラスフィルター
と金属コーティングを施した反射性フィルターの２種類
がある。金属コーティングを施したフィルターはよりニ
ュートラルで、吸収性ガラスは組み合わせて使用される
こともある。

【００３６】また、減光手段１２０は光量を検知するこ
とが可能なセンサと置換することも考えられる。センサ
で光量を検知しフィードバック制御させることによっ
て、適切な照度になるようにレーザー１１０の出力を調
整することが可能となる。この場合、センサは平行光束
Ｌ１を遮蔽しないように配置されることが好ましい。上
述の構成のように、センサを間接的に減光手段１２０と
見なすことも考えられる。

【００３７】光学系１２５は、平行光束Ｌ２を後述する
内面反射部材１３０に対し角度を付けて入射させるため
のものである（光束Ｌ３）。ここで、光軸方向をｚ軸、
照明領域の長手方向をｙ軸、短手方向をｘ軸方向とする
（なお、以下の記述に対しても同様とする）。光学系１
２５は例えば、物体面及び／又は像面がシリンドリカル
面であるシリンドリカルレンズである。

【００３８】内面反射部材１３０は、光束Ｌ３が側面で
反射を繰り返すことにより、入射面で不均一である光強
度分布を出射面で均一にする機能を有する。内面反射部
材１３０は、例えばガラスから整形されるロッドであ
る。内面反射部材１３０はその長手方向と垂直な断面形
状の一部が曲率を有すると出射面での照度が均一になら
ない。従って、内面反射部材１３０は、その長手方向に
垂直な断面形状が直線から形成される多角形であること
が好ましい。

【００３９】ここで、内面反射部材の特徴を説明する
為、断面形状が四角形の内面反射部材を用いて説明す
る。断面形状が四角である内面反射部材を用いると、内
面反射部材内において光学系１２５で形成された光束Ｌ
３のｙ軸方向とｘ軸方向で角度差を保存できる。従っ
て、内面反射部材の射出面から光軸に対し直行する２つ
の方向で異なる角度を有し、かつ、光強度分布が均一に
することができる。よって、内面反射部材に入射する光
束を光学系で２つの方向で異なる角度分布を有するよう
にすれば、矩形ハエの目レンズに直交する２つの方向で
異なる角度分布を有する光束を後述する矩形ハエの目レ
ンズ１５０入射面に投影することが可能になる。

【００４０】図２を参照するに、矩形ハエの目レンズ１
５０に直交する２つの方向で異なる角度分布を有する光
束を入射させることで、有効光源の離散性が緩和され、
照明領域を均一に照明することができる。ここで、図２
はレーザーから四角形の内面反射部材に入射する光線に
長手方向と短手方向で角度差をつけた場合の、矩形ハエ
の目レンズ１５０の出射面から有効光源を見た平面図で
ある。

【００４１】しかし、ハエの目レンズ１５０の断面形状
が四角形であると、後述する開口絞りによる蹴られ部分
が多くなってしまう。断面形状が四角形の内面反射部材
から射出された光線のうち矩形ハエの目レンズ以降蹴ら
れずに透過する光束の割合は、数学的に７８.５パーセ
ントとなり、２２パーセント弱のロスが生じる事になっ
てしまう。

【００４２】内面反射部材の射出面をハエの目レンズへ
投射する際のロスを軽減する方法として、断面形状が六
角形である内面反射部材を使用する方法がある。六角形
から円を切り出す場合、蹴られずに透過する光線の割合
は、９０.７パーセントであり、１０パーセント弱のロ
スとなり光利用効率が向上する。そこで、本発明の照明
装置１００は、光利用効率の高い断面形状が六角形の内
面反射部材１３０を使用するものとする。また、内面反
射部材１３０より射出する光束をＬ４とする。

【００４３】しかし、断面形状が六角形である内面反射
部材１３０は直交する２方向の角度分布を入射面と射出
面で保存する事ができない。即ち、光束Ｌ２に光学系１
２５で矩形ハエの目レンズ１５０に直交する２つの方向
に異なる角度を与えたとしても、内面反射部材１３０に
よりそれを維持することができない。従って、矩形ハエ
の目レンズ１５０に、光軸に対し直行する２つの方向で
異なる角度を有する光束を入射させることができない。
よって、かかる構成ではハエの目レンズ１５０の射出面
で図２のような光強度分布にならない。

【００４４】そこで、本発明者は光利用効率を上げるこ
とが可能な六角形の内面反射部材１３０を使用しても、
ハエの目レンズ１５０に入射する光束の角度分布に縦横
比を発生させるために光学部材１３５を使用している。

【００４５】光学部材１３５は、光束Ｌ４をｙ軸方向に
拡大された光束Ｌ５にする機能を有する。従って、断面
形状が六角形の内面反射部材１３０を使用する照明装置
１００では、光学系１２５は単に内面反射部材１３０に
対し、短手方向でハエの目レンズを透過できるだけの角
度をもって光束Ｌ２を入射させるに足りる。光学系１２
５は、例えばプリズム、もしくはその他の光学系であっ
てもよいことが理解できるであろう。レーザー１１０か
ら射出される光束が光束整形光学系によって予め角度を
もたせている場合は、光学系１２５は省略されてもよ
い。また、第１の折り曲げミラー１１５によって、内面
反射部材１３０に入射させる光束に角度をもたせること
で、光学系１２５は省略可能である。

【００４６】図３を参照し、本発明の例示的な光学部材
１３５ａを説明する。ここで、図３は図１記載の照明装
置１００に使用される光学部材１３５の例示的一形態を
示したものである。また、図３は光学部材１３５ａを３
方向から図示している。光学部材１３５ａは、ｙ軸方向
に角度分布を拡大する為にシリンドリカルレンズアレイ
を使用している。図示のように、シリンドリカルレンズ
アレイはｘ軸方向に長手に形成されたシリンドリカルレ
ンズを重ねたものである。図４（ａ）を参照するに、平
行光がシリンドリカルレンズを通過すること、その曲率
部分でｙ軸方向に角度が引き伸ばされる。また、図４
（ｂ）を参照するに、平行光はシリンドリカルレンズを
通過してもｘ軸方向に対しパワーがないので、平行を維
持する。ここで、図４は図３記載の光学部材１３５ａに
平行光束を入射させたときの簡単な光路図である。従っ
て、内面反射部材１３０より射出される光束Ｌ４は、光
学部材１３５ａによってｙ軸方向にのみ光束が引き伸ば
され、角度分布が拡大した光束Ｌ５になることが理解で
きる。なお、シリンドリカルレンズアレイの変わりに、
シリンドリカルレンズを用いても、同様の効果を得るこ
とができる。

【００４７】次に図５を参照し、本発明の別な例示的な
光学部材１３５ｂを説明する。光学部材１３５は、光学
部材１３５ｂであってもよい。ここで、図５は図１記載
の照明装置１００に使用される光学部材１３５の別の例
示的一形態を示したものである。また、図５は光学部材
１３５ｂを３方向から図示している。光学部材１３５ｂ
は、ｙ軸方向に角度分布を拡大する為にグレーティング
を使用している。グレーティングは、平行平面板を一定
間隔でｘ軸方向にエッチングしたもの、又は重ねたもの
である。なお、かかる間隔は光束の波長と比較してあま
り大きくないことが好ましい。図６（ａ）を参照する
に、平行光はグレーティングを通過すると、ｙ軸方向に
対し０次光、±１次光が回折効果によって発生する。こ
こで、０次光は入射光と平行であり、±１次光は入射光
に対しｙ軸方向に光が飛ばされる。また、±一次光は０
次光に対し線対称である。また、図６（ｂ）を参照する
に、平行光はグレーティングを通過してもｘ軸方向に対
し偏向されない。ここで、図６は図５記載の光学部材１
３５ｂに平行光束を入射させたときの簡単な光路図であ
る。従って、内面反射部材１３０より射出される光束Ｌ
４は、光学部材１３５ａによってｙ軸方向にのみ光束が
飛ばされ、角度分布が拡大した光束Ｌ５になることが理
解できる。

【００４８】次に図７を参照するに、本発明の別な例示
的な光学部材１３５ｃを説明する。光学部材１３５は、
光学部材１３５ｃであってもよい。ここで、図７は図１
記載の照明装置１００に使用される光学部材１３５の別
の例示的一形態を示したものである。また、図７は光学
部材１３５ｃを３方向から図示している。光学部材１３
５ｃは、ｙ軸方向に角度分布を拡大する為にルーフプリ
ズムアレイを使用している。ルーフプリズムアレイは、
ｘ軸方向に長手なルーフプリズムがアレイ上に並べられ
たものである。図８（ａ）を参照するに、平行光はルー
フプリズムを通過すると、ルーフプリズムによって２つ
の方向に分岐される。また、図６（ｂ）を参照するに、
平行光はルーフプリズムを通過してもｘ軸方向に対し角
度を変化させる要素がないため、平行を維持する。ここ
で、図８は図７記載の光学部材１３５ｃに平行光束を入
射させたときの簡単な光路図である。従って、内面反射
部材１３０より射出される光束Ｌ４は、光学部材１３５
ａによってｙ軸方向にのみ光束が分岐され、角度分布が
拡大した光束Ｌ５になることが理解できる。

【００４９】また、光学部材１３５は回折光学素子を使
用することも考えられる。回折光学素子は光の回折現象
を効果的に利用し入射光を所望の偏向角に回折させる光
学素子のことである。その他に光学部材１３５として考
えるには、エシェル分光器である。エシェル分光器は、
ｙ軸方向に溝が形成された鋸歯上の断面を持った格子で
ある。回折光学素子及びエシェル分光器によって照明領
域の長手方向の角度分布を広げることで、上述した構成
と同様の効果を得ることができる。

【００５０】再び図１を参照するに、第２の折り曲げミ
ラー１４０は、光学部材１３５から射出された光束Ｌ５
を、後述する第１のコンデンサーレンズ１４５及び矩形
ハエの目レンズ１５０に入射するように偏向させる。な
お、光学部材１３５と第１のコンデンサーレンズ１４５
及び矩形ハエの目レンズ１５０が予め平行に配置されて
いるならば、第２の折り曲げミラー１４０は省略するこ
とも可能である。なお、第２の折り曲げミラー１４０
は、光学部材１３５からの光束Ｌ５を後方に位置する構
成要素に対し最適な入射がなされるような角度で偏向す
るものとする。

【００５１】第１のコンデンサーレンズ１４５は光学部
材１３５から出た光束Ｌ５を用いて、内面反射部材１３
０の射出面と矩形ハエの目レンズ１５０の入射面が略共
役な関係になるように後述する矩形ハエの目レンズ１５
０を照明する（光束Ｌ６）。即ち、光学部材１３５の出
射面は矩形ハエの目レンズ１５０の入射面上に結像して
いる。

【００５２】矩形ハエの目レンズ１５０は、入射光の角
度分布を位置分布に変換して出射するライトインテグレ
ータの一種で、入射面と出射面とは光学的にフーリエ変
換な関係になる。ハエの目レンズの出射面を２次光源と
して照明領域をケーラー照明により照明する場合、ハエ
の目レンズからの出射角分布が照明領域の形状となる。
従って、出射面からの出射光の最大射出角が直交する２
方向で異なるようなハエの目レンズを使えば良い事にな
る。矩形ハエの目レンズ１５０は、本実施例では断面長
方形のロッドレンズ（即ち、微小レンズ）１５２を多数
組み合わせて構成されている。但し、後述するように、
本発明が使用可能な（光学的）インテグレータはハエの
目レンズに限定されるものではなく、例えば各組が直交
するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズ
アレイ板などが考えられる。

【００５３】矩形ハエの目レンズを構成するロッドレン
ズの光軸を含む二つの直交する方向の断面形状、及び、
平行光を入射させたときの簡単な光路図を図１５に示
す。図１５において、長手方向がＹ方向で、短手方向が
Ｘ方向である。両断面において、レンズの曲率は同じで
あるので、焦点位置は両断面とも出射面上に存在する。
両断面において入射面の開口が違うために、平行光が入
射した場合の光線は、図１５のようになる。従って、出
射面から射出する光線の最大角は二つの直交方向で異な
る様になる。このようなハエの目レンズの出射面を２次
光源として照明面をケーラー照明すれば矩形領域を照明
できるようなる。

【００５４】図９を参照するに、ハエの目レンズ１５０
は断面長方形のレンズ素子（又は微小レンズ）１５２を
縦６段、横３列の合計１８個有している。ここで、図９
は、図３に示す光学系１３５ａを使用した場合の矩形ハ
エの目レンズ１５０の出射面から有効光源を見た平面図
である。また、シリンドリカルレンズによって長手方向
の角度分布が広がっているので、矩形ハエの目レンズ１
５０を構成するロッドレンズ１５２の射出面での光強度
分布は楕円形状となっている。よって、矩形ハエの目レ
ンズ１５０射出面での光強度分布の離散性が緩和されて
いる。また、内面反射部材１３０の断面形状が六角形で
あるので、矩形ハエの目レンズ１５０の射出面に形成さ
れる光強度分布も略六角形となっている。この事によっ
て、照明装置１００の光利用効率が向上する。

【００５５】次に、図１０は、図５に示す光学系１３５
ｂを使用した場合の矩形ハエの目レンズ１５０の出射面
から有効光源を見た平面図である。図９を参照するに、
グレーティングによって長手方向の角度分布が広がって
いるので、矩形ハエの目レンズ１５０を構成するロッド
レンズ１５２の射出面での光強度分布は０次光、±１次
光の重ね合わせとなっている。矩形ハエの目レンズ１５
０射出面での光強度分布の離散性が緩和されている。ま
た、内面反射部材１３０の断面形状が六角形であるの
で、矩形ハエの目レンズ１５０の射出面に形成される光
強度分布も略六角形となっている。この事によって、照
明装置の光利用効率が向上する。

【００５６】次に、図１１は、図７に示す光学系１３５
ｃを使用した場合の矩形ハエの目レンズ１５０の出射面
から有効光源を見た平面図である。ルーフプリズムアレ
イによって長手方向の角度分布が広がっているので、矩
形ハエの目レンズ１５０を構成するロッドレンズ１５２
の射出面での光強度分布は分岐された二つの光束の重ね
合わせとなっている。よって、矩形ハエの目レンズ１５
０射出面での光強度分布の離散性が緩和されている。ま
た，内面反射部材１３０の断面形状が六角形であるの
で、矩形ハエの目レンズ１５０の射出面に形成される光
強度分布も略六角形となっている。この事によって，照
明装置の光利用効率が向上する．また、矩形ハエの目レ
ンズ１５０の出射面の直後には、形状及び径が固定され
た図示しない開口絞り１８０が設けられている。開口絞
りは、通常は円形の開口を有するが、例えば、図１８に
示すリング形状の透光部１８１と遮光部１８２を有する
ものでもよい。ここで、図１８は開口絞り１８０の平面
図である。代替的に、図１９に示すように、開口絞り１
８０は透光部１８３と遮光部１８４とを有する開口絞り
１８０Ａに置換されてもよい。ここで、図１９は開口絞
り１８０Ａの平面図である。透光部１８３は透光部１８
１の±４５度と±１３５度の部分に対応している。開口
絞り１８０、１８０Ａはマスク２００のパターンを露光
する際、限界解像近傍での解像度を増加させる上で効果
的である。

【００５７】第２のコンデンサーレンズ１５５は矩形ハ
エの目レンズ１５０から出た光束Ｌ７をできるだけ多く
集めて重畳的に重ねる（Ｌ８）。第２のコンデンサーレ
ンズ１５５は矩形ハエの目レンズ１５０から出た光をで
きるだけ多く集めて主光線が平行、すなわちテレセント
リックになるように後述する絞り１６０をケーラー照明
する。

【００５８】絞り１６０は、マスク２００上の照明領域
を制限する為に用いられる。絞り１６０は、投影光学系
３００がレンズタイプの投影系の場合はほぼ矩形の透光
部を有する。投影光学系３００がオフナータイプの反射
ミラー投影系の場合、第２のコンデンサーレンズ１５５
により均一照明される領域に円弧状の透光部と遮光部と
を有する。絞り１６０の透光部を透過した光束をマスク
２００の照明光として使用される。結像光学系は、絞り
１６０の開口像を再度マスク２００上に再結像する。

【００５９】結像光学系は、図示するように複数の光学
系と折り返しミラーを有する。しかし、マスク２００と
絞り１６０が平行に配置されているのであれば、折り返
しミラーは省略可能であり光学系は一つにしてもよい。

【００６０】マスク２００上にはパターンが形成されて
おり、マスク２００から発せられた回折光は投影光学系
３００を通りプレートＷ上にパターン像を形成する。プ
レートＷはウェハや液晶基板などの被処理体でありレジ
ストが塗布されているものである。絞り１５０とマスク
２００とは、共役な関係がある。ハエの目レンズ１４０
の出射面とマスク２００とはフーリエ変換の関係にあ
る。また、マスク２００とプレートＷとは共役の関係に
ある。

【００６１】走査型投影露光装置の場合は、マスク２０
０とプレートＷを走査することによりマスク２００のパ
ターンをプレートＷ上に転写する。なお、ステッパー
（ステップ・アンド・リピート露光方式の露光装置）の
場合はマスク２００とプレートＷの相対位置を固定（静
止）させた状態で露光が行われる。

【００６２】投影光学系３００は、複数のレンズ素子の
みからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚
の凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なく
とも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する
光学系を使用することができる。色収差の補正が必要な
場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材
からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子
をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したり
する。

【００６３】プレートＷにはフォトレジストが塗布され
ている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性
向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベ
ーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密
着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着
性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布によ
る疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈ
ｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又
は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程
であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去
する。マスク２００とプレートＷは所定の速度で同期し
て互いに逆方向に移動する。

【００６４】図１２を参照するに、照明領域の長手方向
の角度分布を拡大する光学部材１３５を矩形ハエの目レ
ンズ１５０の入射面近傍に配置しても上記で説明したの
と同様の効果を得る事ができる。ここで、図１２は、本
発明の別な例示的な露光装置１ａ及びその一部である照
明装置１００ａの概略構成図である。なお、露光装置１
ａ及び照明装置１００ａは、図１記載の露光装置１及び
照明装置１００の光学部材１３５の配置を変更した点を
除き、その構成において同じである。よって、ここでの
詳しい説明は省略する。

【００６５】露光において、レーザー１１０から発せら
れた光束は第１の折り曲げミラー１１５で偏向される。
次に、光束は減光手段１２０によって所定の照度に減光
される。その後、光学系１２５で角度を変化させ、内面
反射部材１３０に対し角度を有し入射される。光束は内
面反射部材１３０の内部反射を繰り返すことにより、出
射面で均一な光強度分布を得る。内面反射部材より出射
した光束は、光学部材１３５によって照明領域の長手方
向の角度分布を拡大される。かかる光束は折り曲げミラ
ー１４０で偏向され、第１のコンデンサーレンズ１４５
で略平行化され、ハエの目レンズ１５０の入射面で合成
される。

【００６６】ハエの目レンズ１５０を出射した光束は、
第２のコンデンサーレンズ１５５を通過した後、絞り１
６０を照明する。絞り１６０を通過した光束は結像光学
系を通った後マスク２００の照射面を照明する。第２の
コンデンサーレンズ１５５は、インテグレータから出射
した光を用いて絞り１５０及びマスク２００をケーラー
照明により均一に照明する。

【００６７】かかる照明装置１００を使用する露光装置
１は均一な光強度分布、有効光源の離散性を低減し、及
び光利用効率が高い状態で照明を行えるため、レジスト
へのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス
（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、
薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

【００６８】次に、図１３及び図１４を参照して、上述
の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を
説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半
導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するため
のフローチャートである。ここでは、半導体チップの製
造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ス
テップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用い
てウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は
前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ
技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステッ
プ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によっ
て作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程で
あり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの
検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００６９】図１４は、ステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
はウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）
では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）で
は、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。本実施例の製造方法によれば従来は製造が難しか
った高品位のデバイスを製造することができる。

【００７０】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種
々の変形及び変更が可能である。

【００７１】

【発明の効果】本発明の照明装置及び露光装置によれ
ば、内面反射部材から矩形ハエの目レンズを用いて有効
光源を形成する際に効率の良い断面形状が六角形である
内面反射部材を用いている。従って、開口絞りによって
蹴られる光線の割合が少なく光利用効率が向上する。ま
た、内面反射部材を使用しているので、ハエの目レンズ
に入射する光束を均一化することができる。

【００７２】更に、光学部材を配置し、断面形状が六角
形である内面反射部材からの光束の角度分布を長手方向
に拡大してハエの目レンズ入射面上に投影している。し
たがって、ハエの目レンズに入射する光束の角度分布に
縦横差がつき有効光源が離散的にならず、照明領域ひい
てはウェハ等の被照明面を均一に照明することができ
る。また、かかる照明装置を使用する露光装置はスルー
プットが向上し、高品位な半導体ウェハ、ＬＣＤ、薄膜
磁気ヘッドなどを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的な露光装置及びその一部であ
る照明装置の概略構成図である。

【図２】レーザーから四角形の内面反射部材に入射す
る光線に長手方向と短手方向で角度差をつけた場合の、
矩形ハエの目レンズの出射面から有効光源を見た平面図
である。

【図３】図３は図１記載の照明装置に使用される光学
部材の例示的一形態を示したものである。

【図４】図３記載の光学部材に平行光束を入射させた
ときの簡単な光路図である。

【図５】図１記載の照明装置に使用される光学部材の
別の例示的一形態を示したものである。

【図６】図５記載の光学部材に平行光束を入射させた
ときの簡単な光路図である。

【図７】図１記載の照明装置に使用される光学部材の
別の例示的一形態を示したものである。

【図８】図７記載の光学部材に平行光束を入射させた
ときの簡単な光路図である。

【図９】図３に示す光学系を使用した場合の矩形ハエ
の目レンズの出射面から有効光源を見た平面図である。

【図１０】図５に示す光学系を使用した場合の矩形ハ
エの目レンズの出射面から有効光源を見た平面図であ
る。

【図１１】図７に示す光学系を使用した場合の矩形ハ
エの目レンズの出射面から有効光源を見た平面図であ
る。

【図１２】本発明の別な例示的な露光装置及びその一
部である照明装置の概略構成図である。

【図１３】デバイスの製造を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１４】図１４に示すウェハプロセスの詳細なフロ
ーチャートである。

【図１５】矩形ハエの目レンズを構成するロッドレン
ズの光軸を含む二つの直交する方向の断面形状、及び、
平行光を入射させたときの簡単な光路図である。

【図１６】矩形ハエの目レンズの出射面から有効光源
を見た平面図である。

【図１７】矩形ハエの目レンズの出射面から有効光源
を見た平面図である。

【図１８】開口絞りの平面図である。

【図１９】開口絞りの平面図である。

【符号の説明】

１露光装置１００照明装置１１０レーザー１２０減光手段１２５光学系１３０内面反射部材１３５光学部材１５０矩形ハエの目レンズ１６０絞り１８０開口絞り２００マスク３００投影光学系

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 19/00 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射した光束を用いて矩形形状
の照明領域を照明する照明装置であって、前記光源と被照明面との間に配置され、前記照明領域を
均一に照明するためのライトインテグレータと、前記光源と前記ライトインテグレータとの間に配置さ
れ、長手方向に垂直な断面形状が六角形である内面反射
部材と、前記ライトインテグレータと前記内面反射部材との間に
配置され、前記内面反射部材より射出される出射光の角
度分布を前記照明領域の長手方向に拡大するための光学
部材とを有する照明装置。
【請求項２】前記ライトインテグレータは光軸に対し
垂直な断面が矩形であるロッドレンズより構成されるハ
エの目レンズを有し、前記矩形は前記照明領域と略相似
である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】前記ライトインテグレータは各組を構成
するシリンドリカルレンズの母線が直交するように配置
された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板を有
し、直交した複数のシリンドリカルレンズアレイ板を光
軸方向から見たときに形成される複数の矩形領域は前記
照明領域と略相似である請求項１記載の照明装置。
【請求項４】前期光学部材は、前記照明領域の短手方
向に母線が平行なシリンドリカルレンズを複数並列に有
する請求項１記載の照明装置。
【請求項５】前記光学部材は、前記照明領域の短手方
向に延在する稜線を持つルーフプリズムアレイを複数並
列に有する請求項１記載の照明装置。
【請求項６】前記光学部材は、回折光学素子である請
求項１記載の照明装置。
【請求項７】前記回折光学素子は、前記照明領域の長
手方向に周期的なパターンがあるグレーティングである
請求項６記載の照明装置。
【請求項８】請求項１乃至７のうちいずれか一項記載
の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパターンを被処理体に
投影する光学系とを有する露光装置。
【請求項９】請求項８記載の露光装置を用いて被処理
体を投影露光する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
程とを有するデバイス製造方法。
【請求項１０】請求項９記載の露光装置を用いて投影
露光された被処理体より製造されるデバイス。