JP2002353090A - 照明装置、露光装置、デバイス製造方法及びデバイス - Google Patents
照明装置、露光装置、デバイス製造方法及びデバイスInfo
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Abstract
域の長手方向に関する照度の均一性を良好とし光利用効
率の高い照明装置、およびそれを用いた露光装置、デバ
イス製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の一側面としての照明装置は、光
源と、当該光源と被照明面の間に配置され前記光源から
射出された光束が被照明面を均一に照明するためのオプ
ティカルインテグレータとを有し、前記オプティカルイ
ンテグレータから出射した複数の2次光源を用いて略矩
形の前記照明領域を形成する照明装置であって、前記オ
プティカルインテグレータは、前記照明領域の長手方向
に前記光束を拡大する第1の光学系と、前記照明領域の
短手方向に前記光束を拡大する第2の光学系とを有し、
前記第1の光学系の出射面は前記第2の光学系の出射面
より前記被照明面側に設けられる。
Description
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。
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、マスクパター
ンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース
(L&S)0.1μm以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に80nm以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。L&S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
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
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オプティカルインテグレータに導
入し、オプティカルインテグレータの射出面又はその近
傍で形成される複数の光源を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。
と投影光学系の開口数(NA)を用いて以下のレーリー
の式で与えられる。
定まる定数であり、通常露光の場合にはk1は約0.5
〜0.7である。
化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高
解像度化が益々要求されている。高解像力を得るには、
上式から開口数NAを大きくすること、及び、波長λを
小さくすることが有効であると考えられる。近年では、
露光光源の波長はKrFエキシマレーザー(波長約24
8nm)からArFエキシマレーザー(波長約193n
m)に、NAは約0.6から約0.75になろうとしてい
る。また、F2エキシマレーザー(波長約157nm)
の実用化も進んでいる。
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。
ソグラフィ工程は、ステップ・アンド・スキャン方式の
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。走査型投影露光装置は、高解像力と画
面サイズを拡大できると共に、画角を一括型投影露光装
置に比べて小さくできるため収差を小さくすることがで
きるために好ましいという長所を有する。このような走
査型露光装置において、高解像度のパターンを得るため
にはウェハ面上を均一な光量分布(即ち、均一な有効光
源)で走査露光する必要があり、マスク面上を照明する
照明装置は均一な照明領域を形成することが求められて
いる。
置は、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)照明することの検証が十分になされ
ていなかった。走査型投影露光における照明装置は、一
般的に、矩形状の照明領域を形成しそれを用いて被照明
面を照明するが、従来の照明装置は照明領域の長手方向
における周辺の照度が中央のそれと比べて低くなってお
り、不均一な照明となっていた。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。
これに対して、被照明面(マスク面に対し略共役となる
面)に照明領域を画定するブレード(例えば、開口形状
を可変とするスリットであって、視野絞りと称する場合
もある)を設け、照明領域の長手方向に関し中央付近に
対応するスリットの幅を周辺のそれより小さくすること
で、被照明面における積算照度を均一とすることも可能
である。しかし、長手方向の周辺照度の低下が著しいほ
どスリット中央の幅を小さくしなければならず、これに
よって被照明面の照明に供される光束は遮光部分が増え
るため光利用効率が大きく低下してしまう。それはすな
わち、スループットの低下を意味する。
明装置により形成される照明領域の長手方向に関する照
度の均一性を良好とし光利用効率の高い照明装置、およ
びそれを用いた露光装置、デバイス製造方法を提供する
ことを例示的目的とする。
としての照明装置は、光源と、当該光源から射出された
光束で被照明面を均一に照明するためのオプティカルイ
ンテグレータとを有し、前記オプティカルインテグレー
タからの光を用いて略矩形の照明領域を形成する照明装
置であって、前記オプティカルインテグレータは、前記
照明領域の長手方向に前記光束を拡大する第1の光学系
と、前記照明領域の短手方向に前記光束を拡大する第2
の光学系とを有し、前記第1の光学系の出射面は前記第
2の光学系の出射面より前記被照明面側に設けられる。
かかる照明装置によれば、照明領域の長手方向に光束を
拡大する光学系の出射面が最も被照明面側に位置するよ
うに構成されている。よって、かかる第1の光学系のバ
ックフォーカス位置を従来より短くする事が可能とな
り、長手方向に関するディストーションを小さくする。
この結果、かかる照明装置の形成する照明領域は照度を
均一とすることができ、光利用効率が上げることができ
る。ここで、前記第1の光学系の入射面、及び前記第2
の光学系の入射面は、前記被照射面と略共役に配置され
ている。なお、かかる照明装置の照明領域は長方形又は
円弧形である。
は、前記短手方向と母線が平行する一対のシリンドリカ
ルレンズアレイを有し、前記第2の光学系は、前記長手
方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレ
イを有し、前記第1の光学系における一対のシリンドリ
カルレンズアレイを入射面側から第1及び第2のレンズ
群、及び、前記第2の光学系における一対のシリンドリ
カルレンズアレイを入射面側から第3及び第4のレンズ
群とすると、前記オプティカルインテグレータに入射す
る光束は、第3のレンズ群、第1のレンズ群、第4のレ
ンズ群、第2のレンズ群の順に入射する。ここで、前記
第3レンズ群の入射面、及び前記第1のレンズ群の入射
面は、前記被照射面と略共役に配置されている。また、
前記第1の光学系は、前記短手方向に延在する光学素子
を前記長手方向に有し、前記第2の光学系は、前記長手
方向に延在する光学素子を前記短手方向に有し、前記第
1の光学系は、前記第2の光学系より前記被照明面側に
位置する。かかる光学素子は凸レンズアレイ又は凹面鏡
アレイ(シリンドリカルミラー)である。ここで、前記
第1の光学系の入射面、及び前記第2の光学系の入射面
は、前記被照射面と略共役に配置されている また、本発明の別の側面としての露光装置は、上述した
いずれかの照明装置と、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。か
かる露光装置は上述の照明装置を有し、同様の作用を奏
すると共に、光利用効率が高く、高スループットの投影
露光を実現することができる。
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、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、例えば、L
SI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。
添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によっ
て明らかにされるであろう。
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の概略側面図
である。図2は、図1に示す照明装置100の一部を示
す概略側面図である。図3は、図1に示す照明装置10
0の一部を図2とは異なる方向(光軸に関し90°回転
した方向)から示す概略側面図である。なお、図2及び
図3において、マスキングブレード150は若干簡略的
に描かれていることに理解されたい。図1乃至図3にお
いて、光軸方向をz軸、光軸に関し垂直な面において直
交する2方向(矩形状の照明領域の短手及び長手方向)
をy軸及びx軸としている。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。
ンド・スキャン方式でマスク200に形成された回路パ
ターンを被処理体Wに露光する投影露光装置であるが、
本発明はステップ・アンド・リピート方式その他の露光
方式を適用することができる。ここで、ステップ・アン
ド・スキャン方式は、マスクに対して被処理体Wを連続
的にスキャンしてマスクパターンを被処理体Wに露光す
ると共に、1ショットの露光終了後被処理体Wをステッ
プ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光法
である。また、ステップ・アンド・リピート方式は、被
処理体Wのショットの一括露光ごとに被処理体Wをステ
ップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法
である。
明光学系とを有し、転写用パターンが形成されたマスク
200を照明する。
20とを有し、照明光学系を照明する光源である。
rFエキシマレーザー、波長約248nmのKrFエキ
シマレーザー、波長約157nmのF2エキシマレーザ
ーなどのパルスレーザーからの光を使用することができ
る。レーザー110の種類はエキシマレーザーに限定さ
れず、例えば、YAGレーザーを使用してもよいし、そ
のレーザーの個数も限定されない。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。また、レーザー1
10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。
リンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使
用することができ、レーザーからの平行光の断面形状の
寸法の縦横比率を所望の値に変換する(例えば、断面形
状を長方形から正方形にするなど)ことによりビーム形
状を所望のものに成形する。ビーム成形系120は、後
述するオプティカルインテグレータ130を照明するの
に必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
は、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することが好まし
い。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開特許平
成3年第215930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。
学系であり、オプティカルインテグレータ(又は、ライ
トインテグレータ)130、集光レンズ140、マスキ
ングブレード150、結像レンズ160とを有する。ま
た、図1乃至図3には図示されないが、照明光学系は光
源部とオプティカルインテグレータ130の間に集光光
学系を設けてもよい。集光光学系は必要な折り曲げミラ
ーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカ
ルインテグレータ130に効率よく導入する。例えば、
集光光学系は、ビーム成形系120の出射面とオプティ
カルインテグレータ130の入射面(即ち、光学系13
2及び光学系134の各々の入射面)とが光学的に物体
面と瞳面(又は瞳面と像面)の関係(かかる関係を本出
願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある)になるよ
うに配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過
した光束の主光線をオプティカルインテグレータ130
の中心及び周辺のどのレンズ素子133a及び133b
とレンズ素子135a及び135bに対しても平行に維
持する。
ク200に照明される照明光を均一化する機能を有し、
本実施形態では、ビーム形成系120から出射した光束
を多数の部分光束に分割し有効光源を形成する。また、
オプティカルインテグレータ130は被照明面、即ち、
マスキングブレード150を略矩形に照明する。本実形
態において、オプティカルインテグレータ130は光学
系130a及び光学系130bより構成され、その入射
面136a及び136bは被照明面と略共役な関係に構
成される。
されるように、x方向に延在する一対のシリンドリカル
レンズアレイ132a及び134aをy方向に複数並列
に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズ
アレイ132a及び134aにおいて入射光束の角度分
布をy方向(矩形状の照明領域の短手方向)に拡大す
る。なお、本明細書ではかかる表現をyz平面に主にパ
ワー成分を有すると表現する場合もある。光学系130
aを構成する一対のシリンドリカルレンズ132a及び
134aは、後述する光学系130bのそれよりも角度
分布を拡大するパワーが小さくなるように構成されてい
る。
されるように、y方向に延在する一対のシリンドリカル
レンズアレイ132b及び134bをx方向に複数並列
に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズ
アレイ132b及び134bにおいて入射光束の角度分
布をx方向(矩形状の照明領域の長手方向)に拡大す
る。なお、本明細書ではかかる表現をxz平面に主にパ
ワー成分を有すると表現する場合もある。光学系130
bを構成する一対のシリンドリカルレンズ132b及び
134bは、後述する光学系132のそれよりも角度分
布を拡大するパワーが大きくなるように構成されてい
る。本実施形態では、例示的に走査方向をy方向とする
ため、光学系130bの方が光学系130aよりもパワ
ー成分が大きくなるように構成されている。
て、本実施形態のオプティカルインテグレータ130
は、照明領域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大す
る光学系の出射面、即ち、本実施形態における光学系1
30bの出射面138bが、照明領域の短手方向に入射
光束の角度分布を拡大する光学系、即ち、本実施形態に
おける光学系130aよりも被照明面側に位置すること
を特徴としている。なお、光学系130a及び130b
により出射面138a及び138b側に形成されるyz
断面光束の集光位置及びxz断面光束の集光位置は莫大
なエネルギー密度となり、各々を構成する光学素子の破
壊を防ぐために、後部の空間中に位置する様に設計され
ていることが好ましい。
130bは、出射面138a及び138b側に形成され
るyz断面光束の集光位置と、xz断面光束の集光位置
を極端に異ならせないためと、どちらか一方のみのバッ
クフォーカス(集光位置)を極端に伸ばすことを防ぐた
め、特徴的に光源側から順にシリンドリカルレンズアレ
イ132a、132b、134a、134bの順に配置
されている。
特徴的なオプティカルインテグレータ130を説明する
ため、従来の照明装置100Bにおけるオプティカルイ
ンテグレータ180について説明する。ここで、図11
は従来の露光装置1B及びその一部である照明装置10
0Bを示す概略側面図である。図12は、図11に示す
照明装置100Bの一部を示す概略側面図である。図1
3は、図11に示す照明装置100Bの一部を図12と
は異なる方向(光軸に関し90°回転した方向)から示
す概略側面図である。なお、図12及び図13におい
て、マスキングブレード150は若干簡略化して描かれ
ている点に理解されたい。また、本発明の露光装置1及
び照明光学系100と同一の部材については同一の参照
符号を引用し、重複する説明は省略する。
ク200に照明される照明光を均一化する機能を有し、
ビーム形成系120から出射する光束から多数の部分光
束に分割し有効光源を形成する。また、オプティカルイ
ンテグレータ180は被照明面、即ち、マスキングブレ
ード150を略矩形に照明する。オプティカルインテグ
レータ180は光学系180a及び光学系180bより
構成され、各光学系180a及び180bの入射面18
6a及び186bは被照明面と略共役な関係に配置され
る。
く示されるように、x方向に延在する一対のシリンドリ
カルレンズアレイ182a及び184aをy方向に複数
並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレ
ンズアレイ182a及び184aはyz平面に主にパワ
ー成分を有する。光学系180aを構成する一対のシリ
ンドリカルレンズ182a及び184aは、後述する光
学系180bのそれよりもパワー成分が小さくなるよう
に構成される。
く示されるように、y方向に延在する一対のシリンドリ
カルレンズアレイ182b及び184bをx方向に複数
並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレ
ンズアレイ182b及び184bはxz平面に主にパワ
ー成分を有する。光学系130bを構成する一対のシリ
ンドリカルレンズ132b及び134bは、後述する光
学系132のそれよりもパワー成分が大きくなるように
構成される。
て、従来のオプティカルインテグレータ180は、照明
領域の短手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学
系、即ち、光学系180aの出射面188aが、照明領
域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系の
出射面、即ち、光学系180bの出射面188bよりも
被照明面側となるように配置されていた。また、光学系
180a及び180bにより出射面188a及び188
b側に形成されるyz断面光束の集光位置及びxz断面
光束の集光位置は莫大なエネルギー密度となり、各々を
構成する光学素子の破壊を防ぐために、後部の空間中に
位置する様に設計されていた。
bは、出射面188a及び188b側に形成されるyz
断面光束の集光位置と、xz断面光束の集光位置を極端
に異ならせないためと、どちらか一方のみのバックフォ
ーカス(集光位置)を極端に伸ばすことを防ぐため、従
来のオプティカルインテグレータ180は光源側から順
にシリンドリカルレンズアレイ182a、182b、1
84b、184aの順に配置されていた。
ィカルインテグレータ180に平行光が入射するものと
する。このとき光学系180b、即ちシリンドリカルレ
ンズアレイ182bの入射面186bには図14に実線
で示すような平行光が入射する。ここで、図14は、図
13に示す照明光学系500の一部を詳細に示す概略側
面図である。上述したように、光学系180bにより形
成される光束は光学系180bの後部に光学系180a
のシリンドリカルレンズアレイ184aが存在するた
め、バックフォーカス(集光位置)はシリンドリカルレ
ンズアレイ184aよりも後ろ、図中のA0面に位置す
る様に設計されていた。しかしながら、このバックフォ
ーカス(集光位置)の延長により、A0面では図15に
示す様な大きな球面収差(実際はxz断面光束のみだが
球面収差と記す)が発生する。図15は、図14に示す
A0面における球面収差を示すグラフである。
射面186bと被照射面(即ち、マスキングブレード1
50)は略共役である。入射面186bを物体面、被照
明面を像面として評価すると、先の球面収差は図16で
示す像面歪み(ディストーション)として表現すること
が可能である。ここで、図16は、図15に示す球面収
差をディストーションとして表現したグラフである。図
16より、像高が高いほど本来結像されるべき理想像高
よりも高い位置に像がずれてしまうことが理解される。
入射面186bに均一な光束が入射した場合、入射面1
86bの軸外ほど光束が引き伸ばされてしまう。よっ
て、被照明面での照度分布は図17に示す様に軸外へ行
くほど大きく下がってしまう。図17は、図14に示す
被照明面の照度分布を示したグラフである。
明領域を画定するマスキングブレード150(本実施形
態において後述する)が設けられ、照明領域を厳密に制
御している。図18は、図11に示すマスキングブレー
ド150を光源側から見た場合の概略平面図である。照
明装置100Bにより形成された矩形状の照明領域を破
線で示すと、かかる照明領域はその各辺が遮光板152
乃至158によって遮光され、例えば図に示すような周
辺ほど幅が広くて軸上が最も幅の狭い照明領域(図中、
灰色で示した領域)を形成する。
明領域(図18の破線で示す領域)が均一に照明されて
いたと仮定し、上述したマスキングブレード150によ
り形成された領域(即ち、図18のハッチングで示した
照明領域)を用いて走査露光を行うものとする。その結
果、被処理体W上での積算照度は図19に示す様に周辺
ほど照度が高くなる。ここで、図19は、図18に示す
マスキングブレード150を使用して照明した際の被処
理体W上での積算照度に関しシミュレーションした一例
を示す概略模式図である。一方、軸上が最も幅が広く、
周辺に行くほど幅が狭くなる様にマスキングブレード1
50の開口を形成するものとする。かかるマスキングブ
レード150を用いて照明領域を形成したならば、被処
理体W上での積算照度分布は図19のシミュレーション
とは逆に周辺ほど照度が低くなる。
照明領域の形状を制御することで被処理体W上での積算
照度分布、即ち、非積算方向(x方向)での照度ムラを
制御することが可能であることが理解される。従って、
先に図17で示したようにx方向の周辺ほど照度が下が
っていても、それを照明領域(図18に破線で示す矩形
領域)のx方向に対応する方向とすれば、トータルとし
て図20の様に積算照度を均一とすることができる。こ
こで、図20は、図18に示すマスキングブレード15
0を使用して照明した際の被処理体W上での積算照度に
関しシミュレーションした一例を示す概略模式図であ
る。即ち、マスキングブレード150の遮光板152及
び154で軸上の光束を遮光し、所望の照明領域(図1
8にハッチングで示すような領域)を形成すればよい。
示す周辺領域の照度の低下が更に著しい場合、走査露光
でトータルとして積算照度を均一とするためには照明領
域の周辺の幅よりも軸上の幅を一層小さくしなければな
らない。これにより、照明装置500で形成した照明領
域の遮光部分が増え光利用効率の低下につながる。な
お、従来の照明装置100Bであっても、後述する集光
レンズ140を使用しマスキングブレード150を重畳
的に照明することでディストーションの影響を防止する
ことに努めてきた。しかし、近年の微細化の要求を実現
するためには、かかる集光レンズ140だけで対応する
ことは困難になってきている。そこで、本発明者はかか
る問題を鋭意検討した結果、オプティカルインテグレー
タで矩形上の照明領域を形成する際の長手方向に角度分
布を拡大する光学系の出射面の位置を変更することを考
えた。即ち、像高が高くなるであろう長手方向に拡大す
る光学系のバックフォーカスの位置を、短手方向に拡大
する光学系のバックフォーカスの位置より短くすること
で、周辺領域のディストーションを小さくすることがで
きると考えた。
カルインテグレータ130において、光学系130bに
より形成される光束は後部に光学素子が存在しないた
め、入射面136bに平行光が入射した場合のバックフ
ォーカス(集光位置)はレンズアレイ134b近傍の図
中A面に位置する様に設計されている。ここで、図4
は、図3に示す照明光学系100の一部を詳細に示す概
略側面図である。よって、図5に示すように、本発明の
光学系130b(即ち、長手方向にパワーを有する光学
系)はバックフォーカスが短いので、図15と比較して
も小さい球面収差しか発生しない。ここで、図5は、図
4に示すA面における球面収差を示すグラフである。
射面136bと被照射面(即ち、マスキングブレード1
50)は略共役であるので、入射面136bを物体面、
被照明面を像面として評価すると、先の球面収差は図6
で示すディストーションとして表現することができる。
ここで、図6は、図5に示す球面収差をディストーショ
ンとして表現したグラフである。これも従来を示した図
16と比較して小さい値になることが理解される。な
お、被照明面での照度分布は図7に示す様に軸外へ行く
ほど下がりはするが、従来例の図17と比較すると十分
小さな量である。即ち、本発明の照明装置100はx方
向の照度ムラを小さくすることに寄与している。ここ
で、図7は、図4に示す被照明面の照度分布を示したグ
ラフである。
テグレータ130にのみ適用されることを限定しない。
即ち、本発明と同様の構成のオプティカルインテグレー
タを使用するいかなる照明装置に適用されても良い。例
えば、図8及び9に良く示されるように、オプティカル
インテグレータ130はオプティカルインテグレータ1
70であっても良い。ここで、図8は、図1に示す照明
装置100の変形例である照明装置100Aの一部を示
した図2に対応する概略側面図である。図9は、図1に
示す照明装置100の変形例である照明装置100Aの
一部を示した図3に対応する図である。かかる変形例に
おいて、オプティカルインテグレータ170は光学系1
70a及び光学系170bより構成され、その入射面1
74a及び174bは各々被照明面と略共役な関係に構
成される。
されるように、x方向に延在する光学素子172aをy
方向に複数並列に配列したものであって、かかる光学素
子172aはyz平面に主にパワー成分を有する。かか
る光学素子172aは、例えば、凸レンズアレイ又は凹
面鏡アレイで(シリンドリカルレンズ)より構成可能で
あり、ここでの詳細な説明は省略する。光学系170a
を構成する光学素子172aは、後述する光学系170
bのそれよりも角度分布を拡大するパワーが小さくなる
ように構成されている。
されるように、y方向に延在する光学素子172bをx
方向に複数並列に配列したものであって、かかる光学素
子172bはxz平面に主にパワー成分を有する。かか
る光学素子172bは、例えば、凸レンズアレイ又は凹
面鏡アレイ(シリンドリカルレンズ)であり、ここでの
詳細な説明は省略する。光学系170bを構成する光学
素子172bは、上述した光学系170aのそれよりも
角度分布を拡大するパワーが大きくなるように構成され
ている。
明領域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学
系の出射面、即ち、光学系170bの出射面176b
が、照明領域の短手方向に入射光束の角度分布を拡大す
る光学系、即ち、光学系170aの出射面176aより
も被照明面側に位置するように配置すればよい。更に、
光学系170a及び170bにより出射面176a及び
176b側に形成されるyz断面光束の集光位置及びx
z断面光束の集光位置は莫大なエネルギー密度となり、
各々を構成する光学素子の破壊を防ぐために、後部の空
間中(即ち、光学系170bの後)に位置する様に設計
されている。
ータ170は、光源側から順に光学系170a、170
bの順に配置するとよい。かかる構成であっても、上述
したオプティカルインテグレータ130と同様の作用を
奏し、照明領域の照度の均一性を高めることができる。
なお、光学系170aの後段に光学系170bが設けら
れるため光学系170aのバックフォーカスの位置は若
干長くなるが、かかる光学系170bは像高がさほど高
くなることがないので無視できる範囲である。即ち、光
学系170bの後段に光学系170aを設けた場合の光
学系170aのバックフォーカス位置を延長することと
比較すれば、照明に必要とされる照度は十分に有効であ
る。
ンズ140は、例えば、コンデンサーレンズであって、
オプティカルインテグレータ130の出射面近傍で形成
された有効光源をできるだけ多く集めてマスキングブレ
ード150上で重畳的に重ね合わせブレード150をケ
ーラー照明する。
面上の露光範囲を制限している。ブレード190は複数
の可動な遮光板152乃至158から成り、任意の開口
形状が形成される。なお、移動可能な遮光板は遮光版1
52及び154のみであってもよい。図10を参照する
に、照明装置100により形成された照明領域を破線で
示すと、かかる照明領域はその各辺が遮光板152、1
54、156、158によって遮光され、例えば図に示
すような周辺程幅が広くて軸上が最も幅の狭い照明領域
(図中の灰色で示す領域)を形成する。ここで、図10
は、図1に示すマスキングブレード150を光源側から
見た場合の概略平面図である。従来例で既に述べたが、
照明装置100でx方向(非走査方向)の照度ムラはマ
スキングブレード150の遮光板152及び154を移
動して遮光することにより厳密に形成される。かかるマ
スキングブレード150は照明領域の形状を画定するこ
とでトータルとして積算照度を均一とすることができ
る。かかるマスキングブレード150により、照明装置
100の形成する照明領域は長方形又は円弧形となる。
ーレンズであって、マスキングブレード150の開口形
状を被照射面であるマスク200上に転写している。
上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成さ
れ、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。
マスク200から発せられた回折光は投影光学系300
を通り被処理体W上に投影される。被処理体Wは、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク200と
被処理体Wとは光学的に共役の関係に配置される。本実
施形態の露光装置1はステップ・アンド・スキャン方式
の露光装置(即ち、スキャナー)であるため、マスク2
00と被処理体Wを走査することによりマスク200の
パターンを被処理体W上に転写する。なお、ステップ・
アンド・リピート方式の露光装置(即ち、「ステッパ
ー」)であれば、マスク200と被処理体Wとを静止さ
せた状態で露光を行う。
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系300は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、XY方向にマスクステ
ージを駆動することでマスク200を移動することがで
きる。露光装置1は、マスク200と被処理体Wを図示
しない制御機構によって同期した状態で走査する。
されたパターンを経た光束を被処理体W上に結像する。
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(カタディオプトリック光学系)、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、全ミラー型の光学系等を使
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。
るが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体
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(Hexamethyl−disila
zane)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。
支持される。ステージは、当業界で周知のいかなる構成
をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及
び動作の説明は省略する。例えば、ステージはリニアモ
ータを利用してxy方向に被処理体Wを移動する。マス
ク200と被処理体Wは、例えば、同期して走査され、
図示しないマスクステージとウェハステージの位置は、
例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一
定の速度比率で駆動される。ウェハステージは、例え
ば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤
上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系300
は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレー
ム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤
上に設けられる。
を有してもよい。結像位置調節装置は、ウェハステージ
に接続されてウェハステージと共に被処理体Wを焦点深
度の範囲内で図1に示すz方向に移動させ、被処理体W
の結像位置を調節する。露光装置1は、z方向において
異なる位置に配置された被処理体Wに対して露光を複数
回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばら
つきをなくすことができる。結像位置調節装置は、z方
向に伸びる図示しないラックと、ウェハステージに接続
されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピ
ニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる
技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説
明は省略する。
れた光束は、ビーム成形系120によりそのビーム形状
が所望のものに成形された後で、オプティカルインテグ
レータ130に入射する。オプティカルインテグレータ
130に入射した光束は、光学系130aと光学系13
0bはパワー成分が異なるため、被照明面を略矩形状、
即ち、xz断面の方が長い照明領域が形成される。ま
た、これと同時に、オプティカルインテグレータ130
を出射する光束は、多数の部分光束に分割され2次光源
を形成する。
レンズ140を介してマスキングブレード150を均一
に照明する。マスキングブレード150を通過した光束
は結像レンズ160を通った後マスク200の照射面を
照明する。
300の結像作用によって、被処理体W上に所定倍率で
縮小投影される。ステップ・アンド・スキャン方式の露
光装置1であれば、光源部と投影光学系400は固定し
て、マスク200と被処理体Wの同期走査してショット
全体を露光する。更に、被処理体Wのウェハステージを
ステップして、次のショットに移り、被処理体W上に多
数のショットを露光転写する。なお、露光装置1がステ
ップ・アンド・リピート方式であれば、マスク200と
被処理体Wを静止させた状態で露光を行う。
例に比べてx方向の照度ムラ(照度低下量)が小さいの
で、マスキングブレード150の遮光板152乃至15
8による遮光部分を減らすことができ、光利用効率を上
げることができる。この結果露光装置1としてスループ
ットを高めることができる。これにより、露光装置1は
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。
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21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本発明のリソ
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。
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。
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。
照明装置によれば、光束を長手方向に拡大する光学系の
バックフォーカス位置を短くするべく、かかる光学系の
出射面を最も被照明面側に配置している。これにより、
矩形の照明領域において長手方向に関する周辺の照度の
低下を防止することができる。即ち、パワーが強い光学
系を被照射面側にすることで、照明領域の長手方向をよ
り均一に照明することを可能としている。従ってこの照
明装置を投影露光装置に使用すれば、光利用効率が高
く、高スループットの投影露光を実現することができ
る。また、かかる露光装置は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、LC
D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。
る照明装置の概略側面図である。
である。
方向から示す概略側面図である。
略側面図である。
フである。
て表現したグラフである。
フである。
の一部を示した図2に対応する概略側面図である。
の一部を示した図3に対応する概略側面図である。
ら見た場合の概略平面図である。
置を示す概略側面図である。
面図である。
異なる方向から示す概略側面図である。
す概略側面図である。
すグラフである。
として表現したグラフである。
グラフである。
から見た場合の概略平面図である。
て照明した際の被処理体W上での積算照度に関しシミュ
レーションした一例を示す概略模式図である。
て照明した際の被処理体W上での積算照度に関しシミュ
レーションした一例を示す概略模式図である。
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。
の詳細なフローチャートである。
Claims (10)
- 【請求項1】 光源と、当該光源から射出された光束で
被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグ
レータとを有し、前記オプティカルインテグレータから
の光を用いて略矩形の照明領域を形成する照明装置であ
って、 前記オプティカルインテグレータは、 前記照明領域の長手方向に前記光束を拡大する第1の光
学系と、 前記照明領域の短手方向に前記光束を拡大する第2の光
学系とを有し、 前記第1の光学系の出射面は前記第2の光学系の出射面
より前記被照明面側に設けられる照明装置。 - 【請求項2】 前記第1の光学系は、前記短手方向と母
線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイを有
し、 前記第2の光学系は、前記長手方向と母線が平行する一
対のシリンドリカルレンズアレイを有し、 前記第1の光学系における一対のシリンドリカルレンズ
アレイを入射面側から第1及び第2のレンズ群、及び、
前記第2の光学系における一対のシリンドリカルレンズ
アレイを入射面側から第3及び第4のレンズ群とする
と、 前記オプティカルインテグレータに入射する光束は、第
3のレンズ群、第1のレンズ群、第4のレンズ群、第2
のレンズ群の順に入射する請求項1記載の照明装置。 - 【請求項3】 前記第1の光学系は、前記短手方向に延
在する光学素子を前記長手方向に有し、 前記第2の光学系は、前記長手方向に延在する光学素子
を前記短手方向に有し、 前記第1の光学系は、前記第2の光学系より前記被照明
面側に位置する請求項1記載の照明装置。 - 【請求項4】 前記光学素子は、凸レンズアレイ又は凹
面鏡アレイ(シリンドリカルミラー)であることを特徴
とする請求項3に記載の照明装置。 - 【請求項5】 前記照明領域は、長方形又は円弧形であ
ることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 【請求項6】 前記第1の光学系の入射面、及び前記第
2の光学系の入射面は、前記被照射面と略共役に配置さ
れている請求項1記載の照明装置。 - 【請求項7】 前記第3レンズ群の入射面、及び前記第
1のレンズ群の入射面は、前記被照射面と略共役に配置
されている請求項2記載の照明装置。 - 【請求項8】 前記第1の光学系の入射面、及び前記第
2の光学系の入射面は、前記被照射面と略共役に配置さ
れている請求項3記載の照明装置。 - 【請求項9】 請求項1乃至8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10】 請求項9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。
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