JP2003243276A - 露光装置、露光方法、及びそれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents
露光装置、露光方法、及びそれを用いたデバイス製造方法Info
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- G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学系の透過率分布（即ち、瞳透過率分布）
が均一ではなくても改善された露光光の角度分布（即
ち、有効光源分布）を得ることができ、基板中心と基板
周辺における有効光源分布の差（即ち、有効光源の軸上
軸外差）を低減する露光装置、露光方法及びデバイス製
造方法を提供する。 【解決手段】 マスク上のパターン像を被露光体上に露
光転写する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役
な位置近傍に２次光源を形成し、前記マスク上を照明す
る照明光学系とを有する露光装置であって、被露光体に
入射する露光光束の角度分布を適正にするように、前記
２次光源面から前記被露光体までの透過率分布及び前記
２次光源の光強度分布の少なくとも一方を不均一にする
手段を有することを特徴とする露光装置を提供する。
が均一ではなくても改善された露光光の角度分布（即
ち、有効光源分布）を得ることができ、基板中心と基板
周辺における有効光源分布の差（即ち、有効光源の軸上
軸外差）を低減する露光装置、露光方法及びデバイス製
造方法を提供する。 【解決手段】 マスク上のパターン像を被露光体上に露
光転写する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役
な位置近傍に２次光源を形成し、前記マスク上を照明す
る照明光学系とを有する露光装置であって、被露光体に
入射する露光光束の角度分布を適正にするように、前記
２次光源面から前記被露光体までの透過率分布及び前記
２次光源の光強度分布の少なくとも一方を不均一にする
手段を有することを特徴とする露光装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置、及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関する。特に半導体素
子や液晶素子、磁性材などの微細パターン製造における
マイクロリソグラフィ用露光装置として好適なものであ
る。
れを用いたデバイスの製造方法に関する。特に半導体素
子や液晶素子、磁性材などの微細パターン製造における
マイクロリソグラフィ用露光装置として好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】フォトリソグラフィ技術を用いてデバイ
スを製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこ
れらの用語を交換可能に使用する）に描画されたパター
ンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転
写する投影露光装置が従来から使用されている。
スを製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこ
れらの用語を交換可能に使用する）に描画されたパター
ンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転
写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】投影露光装置は、一般に、光源から出射さ
れた光束を利用して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、典型的に、均一な照明領域
を得るために光源からの光束をハエの目レンズなどのオ
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
ズでマスク面をケーラー照明する。
れた光束を利用して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、典型的に、均一な照明領域
を得るために光源からの光束をハエの目レンズなどのオ
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
ズでマスク面をケーラー照明する。
【０００４】高品位な露光を行うためには、レチクルパ
ターンに応じて最適な有効光源を形成する必要がある。
有効光源とは、ウェハ面に入射する露光光束の角度分布
を意味する。例えば、この有効光源分布は、ハエの目レ
ンズの射出面（即ち、２次光源面）近傍の強度分布を所
望の形状（通常照明条件、輪帯照明条件、四重極照明条
件）に調整することで実現している。
ターンに応じて最適な有効光源を形成する必要がある。
有効光源とは、ウェハ面に入射する露光光束の角度分布
を意味する。例えば、この有効光源分布は、ハエの目レ
ンズの射出面（即ち、２次光源面）近傍の強度分布を所
望の形状（通常照明条件、輪帯照明条件、四重極照明条
件）に調整することで実現している。
【０００５】図９に、従来の露光装置における２次光源
分布と瞳透過率分布と有効光源分布との関係を示す。２
次光源分布は、レチクルパターンに応じて円形や輪帯な
ど様々な形状を形成可能であるが、ここではコヒーレン
スファクタσが０．８の照明条件を示している。同図の
２次光源分布に示すように、従来の強度分布は、ほぼ均
一（即ち、フラット）になるように調整されていた。ま
た、瞳透過率分布もほぼ均一であるため、ウェハ面で得
られる有効光源分布も均一となり、軸上と軸外における
有効光源分布の差もなく、一律にσ＝０．８となってい
た。
分布と瞳透過率分布と有効光源分布との関係を示す。２
次光源分布は、レチクルパターンに応じて円形や輪帯な
ど様々な形状を形成可能であるが、ここではコヒーレン
スファクタσが０．８の照明条件を示している。同図の
２次光源分布に示すように、従来の強度分布は、ほぼ均
一（即ち、フラット）になるように調整されていた。ま
た、瞳透過率分布もほぼ均一であるため、ウェハ面で得
られる有効光源分布も均一となり、軸上と軸外における
有効光源分布の差もなく、一律にσ＝０．８となってい
た。
【０００６】さて、投影露光装置の解像度Ｒは、光源の
波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）、現像プロセスな
どによって定まる定数ｋ１を用いて次式で与えられる。
波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）、現像プロセスな
どによって定まる定数ｋ１を用いて次式で与えられる。
【０００７】
【数１】
【０００８】近年のデバイスの高集積化に対応して、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、上式から波長λを
小さくすること、及び、開口数ＮＡを大きくすることが
有効である。
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、上式から波長λを
小さくすること、及び、開口数ＮＡを大きくすることが
有効である。
【０００９】このため、露光装置に使用される露光光の
波長はｉ線（３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）
へと移行してきており、今後は更にＦ２レーザ（１５７
ｎｍ）と更に短波長領域へ向かう傾向にある。一方、Ｎ
Ａは０．７から０．７５へと拡大の一途をたどってきて
いる。
波長はｉ線（３６５ｎｍ）からＫｒＦエキシマレーザ
（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）
へと移行してきており、今後は更にＦ２レーザ（１５７
ｎｍ）と更に短波長領域へ向かう傾向にある。一方、Ｎ
Ａは０．７から０．７５へと拡大の一途をたどってきて
いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、波長が２００
ｎｍ以下と短波長化が進み、ＮＡが０．７０以上と高く
なると（即ち、高ＮＡ化が進むと）、２次光源分布と有
効光源分布が一致せず、２次光源分布を均一にしても有
効光源分布が均一にならなくなり、露光性能が低下する
という問題が発生するようになった。
ｎｍ以下と短波長化が進み、ＮＡが０．７０以上と高く
なると（即ち、高ＮＡ化が進むと）、２次光源分布と有
効光源分布が一致せず、２次光源分布を均一にしても有
効光源分布が均一にならなくなり、露光性能が低下する
という問題が発生するようになった。
【００１１】即ち、高ＮＡ化が進むと、各光学部材への
光入射角度がこれまで以上に大きくなり、要求される入
射角度領域において透過率（及び反射率）の角度特性を
一定にすることが困難になってくる。より詳細には、硝
材透過率の観点からはレンズなどの光透過部材は中央部
が厚く周辺部が薄いために光軸付近の透過率が低いよう
に見えるが、実際にはコーティング（反射防止膜）がよ
り大きく透過率に影響して周辺部ほど透過率は低くな
る。これは、コーティングに起因する透過率の低下は光
透過部材に入射する前後の光線のなす角度が大きくなる
程、顕著になるためであり、光透過部材の周辺部を透過
する光線は中央部を透過する光線よりも屈折角度が大き
いことによる。従来は、周辺部の屈折角度による透過率
の低下を設計技術により許容範囲に抑えていたが、高Ｎ
Ａ化が進むにつれて許容範囲に抑えることができないく
らい屈折角度が大きくなってきた。また、短波長化が進
むと透過部材に施される反射防止膜に使用可能な材料が
限定されるようになり設計の自由度も限定されてくるよ
うになった。
光入射角度がこれまで以上に大きくなり、要求される入
射角度領域において透過率（及び反射率）の角度特性を
一定にすることが困難になってくる。より詳細には、硝
材透過率の観点からはレンズなどの光透過部材は中央部
が厚く周辺部が薄いために光軸付近の透過率が低いよう
に見えるが、実際にはコーティング（反射防止膜）がよ
り大きく透過率に影響して周辺部ほど透過率は低くな
る。これは、コーティングに起因する透過率の低下は光
透過部材に入射する前後の光線のなす角度が大きくなる
程、顕著になるためであり、光透過部材の周辺部を透過
する光線は中央部を透過する光線よりも屈折角度が大き
いことによる。従来は、周辺部の屈折角度による透過率
の低下を設計技術により許容範囲に抑えていたが、高Ｎ
Ａ化が進むにつれて許容範囲に抑えることができないく
らい屈折角度が大きくなってきた。また、短波長化が進
むと透過部材に施される反射防止膜に使用可能な材料が
限定されるようになり設計の自由度も限定されてくるよ
うになった。
【００１２】図１０に、高ＮＡ化が進んだ露光装置にお
ける２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源分布との関
係を示す。２次光源分布は、図９と同様にコヒーレンス
ファクタσが０．８の照明条件に均一に設定されている
が、図１０の中段に示すように、瞳透過率分布が周辺で
低下しているので、有効光源分布は均一にはならなくな
り、σ値も実効的には０．８よりも小さく不均一にな
る。
ける２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源分布との関
係を示す。２次光源分布は、図９と同様にコヒーレンス
ファクタσが０．８の照明条件に均一に設定されている
が、図１０の中段に示すように、瞳透過率分布が周辺で
低下しているので、有効光源分布は均一にはならなくな
り、σ値も実効的には０．８よりも小さく不均一にな
る。
【００１３】図１１は、反射屈折型の投影光学系を有す
る露光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効
光源分布との関係を示す。２次光源分布は、図９と同様
にコヒーレンスファクタσが０．８の照明条件に均一に
設定されているが、図１１の中段に示すように、瞳透過
率分布が均一ではないために、有効光源分布は均一には
ならなくなり、σ値も実効的には０．８よりも小さく不
均一になる。特に、ミラーでは、偏向角に応じて反射率
が異なってくるため、瞳透過率分布の傾き成分が顕著と
なってくる。（尚、本発明での瞳透過率とは、反射率を
も含んだ光学系の光利用効率を表現することとする。） このように、露光装置を構成する光学系の透過率が光軸
付近と光軸から離れた部分とで異なってしまい、ウェハ
上に入射する露光光束の角度分布（即ち、有効光源分
布）が偏ってしまう。この結果、２次光源分布を所望の
分布に調整しても、後段の光学系の透過率分布（即ち、
瞳透過率分布）が一様でないために、ウェハ面に入射す
る露光光の角度分布（即ち、有効光源分布）が所望の分
布にはならない、という現象が発生する。これは、ある
パターン（の最小線幅を転写するため）に最適に設定さ
れたコヒーレンスファクタと異なるコヒーレンスファク
タで露光されることになるため設定した解像線幅（特
に、最小線幅）が得られないという問題が発生する。
る露光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効
光源分布との関係を示す。２次光源分布は、図９と同様
にコヒーレンスファクタσが０．８の照明条件に均一に
設定されているが、図１１の中段に示すように、瞳透過
率分布が均一ではないために、有効光源分布は均一には
ならなくなり、σ値も実効的には０．８よりも小さく不
均一になる。特に、ミラーでは、偏向角に応じて反射率
が異なってくるため、瞳透過率分布の傾き成分が顕著と
なってくる。（尚、本発明での瞳透過率とは、反射率を
も含んだ光学系の光利用効率を表現することとする。） このように、露光装置を構成する光学系の透過率が光軸
付近と光軸から離れた部分とで異なってしまい、ウェハ
上に入射する露光光束の角度分布（即ち、有効光源分
布）が偏ってしまう。この結果、２次光源分布を所望の
分布に調整しても、後段の光学系の透過率分布（即ち、
瞳透過率分布）が一様でないために、ウェハ面に入射す
る露光光の角度分布（即ち、有効光源分布）が所望の分
布にはならない、という現象が発生する。これは、ある
パターン（の最小線幅を転写するため）に最適に設定さ
れたコヒーレンスファクタと異なるコヒーレンスファク
タで露光されることになるため設定した解像線幅（特
に、最小線幅）が得られないという問題が発生する。
【００１４】かかる問題はウェハ中心位置（軸上）とウ
ェハ周辺（軸外）で発生するが、軸外では重心ずれとい
う更に別の問題も発生する。即ち、軸上に入射する有効
光源分布の偏り方と、軸外に入射する有効光源の偏り方
とが異なる現象をも引き起こす。この結果、軸外では、
上記問題に加えて、ウェハに転写される線幅が位置によ
って異なることになる。
ェハ周辺（軸外）で発生するが、軸外では重心ずれとい
う更に別の問題も発生する。即ち、軸上に入射する有効
光源分布の偏り方と、軸外に入射する有効光源の偏り方
とが異なる現象をも引き起こす。この結果、軸外では、
上記問題に加えて、ウェハに転写される線幅が位置によ
って異なることになる。
【００１５】そこで、本発明は、光学系の透過率分布
（即ち、瞳透過率分布）が均一ではなくても改善された
露光光の角度分布（即ち、有効光源分布）を得ることが
でき、基板中心と基板周辺における有効光源分布の差
（即ち、有効光源の軸上軸外差）を低減する露光装置、
露光方法及びデバイス製造方法を提供することを目的と
する。
（即ち、瞳透過率分布）が均一ではなくても改善された
露光光の角度分布（即ち、有効光源分布）を得ることが
でき、基板中心と基板周辺における有効光源分布の差
（即ち、有効光源の軸上軸外差）を低減する露光装置、
露光方法及びデバイス製造方法を提供することを目的と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一側面としての露光装置は、マスク上の
パターン像を被露光体上に露光転写する投影光学系と、
前記投影光学系の瞳面と共役な位置近傍に２次光源を形
成し、前記マスク上を照明する照明光学系とを有する露
光装置であって、被露光体に入射する露光光束の角度分
布を適正にするように、前記２次光源面から前記被露光
体までの透過率分布及び前記２次光源の光強度分布の少
なくとも一方を不均一にする手段を有することを特徴と
する。かかる手段により、有効光源分布を適正にするこ
とができる。
めに、本発明の一側面としての露光装置は、マスク上の
パターン像を被露光体上に露光転写する投影光学系と、
前記投影光学系の瞳面と共役な位置近傍に２次光源を形
成し、前記マスク上を照明する照明光学系とを有する露
光装置であって、被露光体に入射する露光光束の角度分
布を適正にするように、前記２次光源面から前記被露光
体までの透過率分布及び前記２次光源の光強度分布の少
なくとも一方を不均一にする手段を有することを特徴と
する。かかる手段により、有効光源分布を適正にするこ
とができる。
【００１７】また、本発明の別の側面としての露光装置
は、マスク上のパターン像を被露光体上に露光転写する
投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な位置近傍
で２次光源面を形成し、前記マスク上を照明する照明光
学系とを有する露光装置であって、前記２次光源面から
前記被露光体までの透過率分布に応じて、前記２次光源
面における光強度分布を調整する２次光源調整手段又は
前記被露光体、もしくは前記被露光体と共役な位置近傍
にメニスカスの凸レンズを有することを特徴とする。か
かる２次光源調整手段又はメニスカスの凸レンズによ
り、有効光源分布を適正にすることができる。
は、マスク上のパターン像を被露光体上に露光転写する
投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な位置近傍
で２次光源面を形成し、前記マスク上を照明する照明光
学系とを有する露光装置であって、前記２次光源面から
前記被露光体までの透過率分布に応じて、前記２次光源
面における光強度分布を調整する２次光源調整手段又は
前記被露光体、もしくは前記被露光体と共役な位置近傍
にメニスカスの凸レンズを有することを特徴とする。か
かる２次光源調整手段又はメニスカスの凸レンズによ
り、有効光源分布を適正にすることができる。
【００１８】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて物体面上のパターン
を投影光学系により被露光体上に投影露光した後、前記
被露光体を現像処理してデバイスを製造することを特徴
とする。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、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。
造方法は、上述の露光装置を用いて物体面上のパターン
を投影光学系により被露光体上に投影露光した後、前記
被露光体を現像処理してデバイスを製造することを特徴
とする。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、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。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の第１の実施形態の露光装置１００について説明する。
ここで、図１は、露光装置１００の単純化された光路を
示す概略図である。露光装置１００は、照明装置と、レ
チクル１３と、投影光学系１４と、プレート１５とを有
する。露光装置１００は、ステップアンドリピート方式
またはステップアンドスキャン方式でレチクル１３に形
成された回路パターンをプレート１５に露光する投影露
光装置である。
の第１の実施形態の露光装置１００について説明する。
ここで、図１は、露光装置１００の単純化された光路を
示す概略図である。露光装置１００は、照明装置と、レ
チクル１３と、投影光学系１４と、プレート１５とを有
する。露光装置１００は、ステップアンドリピート方式
またはステップアンドスキャン方式でレチクル１３に形
成された回路パターンをプレート１５に露光する投影露
光装置である。
【００２０】照明装置は、転写用の回路パターンが形成
されたレチクル１３を照明し、光源部と照明光学系とを
有する。光源部は、光源１と、光束整形光学系２とを有
する。
されたレチクル１３を照明し、光源部と照明光学系とを
有する。光源部は、光源１と、光束整形光学系２とを有
する。
【００２１】光源１には、例えば、波長約１９３ｎｍの
ＡｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レー
ザーなどを使用することができる。光束整形光学系２
は、例えば、複数のシ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、レーザー光源
１からの縦横比が異なる平行光束を所望の形状に変換す
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成形する。光束整形光学系２
は、後述するハエの目レンズ６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。
ＡｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レー
ザーなどを使用することができる。光束整形光学系２
は、例えば、複数のシ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、レーザー光源
１からの縦横比が異なる平行光束を所望の形状に変換す
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成形する。光束整形光学系２
は、後述するハエの目レンズ６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。
【００２２】照明光学系はマスク１３を照明し、集光光
学系３、光束混合手段としてのオプティカルパイプ４、
結像ズームレンズ５、ハエの目レンズ６、絞り部材７、
照射レンズ８、視野絞り９、結像レンズ１０、１１及び
偏向ミラー１２を有する。集光光学系３は、光束整形光
学系２を経た光束をオプティカルパイプ４の入射面４ａ
近傍に集光し、オプティカルパイプ４に入射する光束に
所定の発散角を持つ光束を形成する。集光光学系３は、
少なくとも一枚のレンズ素子より成るが、場合によって
は光路を折り曲げるためのミラーを有してもよい。な
お、オプティカルパイプ４がガラス棒で構成されている
場合には、ガラス棒入射面のコーティング（反射防止
膜）や硝材自体の耐久性を高めるために、集光光学系３
による集光点Ｐはオプティカルパイプ４の入射面４ａよ
り光源側にデフォーカスされている。
学系３、光束混合手段としてのオプティカルパイプ４、
結像ズームレンズ５、ハエの目レンズ６、絞り部材７、
照射レンズ８、視野絞り９、結像レンズ１０、１１及び
偏向ミラー１２を有する。集光光学系３は、光束整形光
学系２を経た光束をオプティカルパイプ４の入射面４ａ
近傍に集光し、オプティカルパイプ４に入射する光束に
所定の発散角を持つ光束を形成する。集光光学系３は、
少なくとも一枚のレンズ素子より成るが、場合によって
は光路を折り曲げるためのミラーを有してもよい。な
お、オプティカルパイプ４がガラス棒で構成されている
場合には、ガラス棒入射面のコーティング（反射防止
膜）や硝材自体の耐久性を高めるために、集光光学系３
による集光点Ｐはオプティカルパイプ４の入射面４ａよ
り光源側にデフォーカスされている。
【００２３】オプティカルパイプ４は、集光点Ｐから所
定の発散角を持って入射した光束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。
定の発散角を持って入射した光束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。
【００２４】本実施形態において、オプティカルパイプ
４は、６角形の断面形状によって反射面を構成し、例え
ば、ガラスから成形される６角柱ロッドである。ただ
し、かかる構造は例示的であり、断面はｍ角形（ｍ：偶
数）又は円形でもよいし、中空のロッドであってもよい
結像ズームレンズ５は、オプティカルパイプ４の射出面
４ｂをハエの目レンズ６（多光束発生手段）の入射面６
ａに所定の倍率で結像させており、双方が互いに略共役
関係となっている。また、倍率可変のズームレンズとす
ることで、ハエの目レンズ６へ入射する光束領域を調整
することが可能となっており、複数の照明条件（即ち、
コヒーレンスファクタσ値：照明光学系のＮＡ/投影光
学系ＮＡ）を形成することができる。
４は、６角形の断面形状によって反射面を構成し、例え
ば、ガラスから成形される６角柱ロッドである。ただ
し、かかる構造は例示的であり、断面はｍ角形（ｍ：偶
数）又は円形でもよいし、中空のロッドであってもよい
結像ズームレンズ５は、オプティカルパイプ４の射出面
４ｂをハエの目レンズ６（多光束発生手段）の入射面６
ａに所定の倍率で結像させており、双方が互いに略共役
関係となっている。また、倍率可変のズームレンズとす
ることで、ハエの目レンズ６へ入射する光束領域を調整
することが可能となっており、複数の照明条件（即ち、
コヒーレンスファクタσ値：照明光学系のＮＡ/投影光
学系ＮＡ）を形成することができる。
【００２５】ハエの目レンズ６は被照射面を均一に照明
する機能を有する。ハエの目レンズ６は、入射光の波面
を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成す
る波面分割型オプティカルインテグレータである。ハエ
の目レンズ６は入射光の角度分布を位置分布に変換して
出射し、ハエの目レンズ６の入射面と出射面とはフーリ
エ変換の関係になっている（本明細書において、フーリ
エ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像
面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味す
る）。これにより、ハエの目レンズ６の射出面６ｂ近傍
は２次光源となっている。ハエの目レンズ６は、本実施
例ではロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組
み合わせて構成されている。但し、本発明が使用可能な
波面分割型オプティカル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
板などでもよい。
する機能を有する。ハエの目レンズ６は、入射光の波面
を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成す
る波面分割型オプティカルインテグレータである。ハエ
の目レンズ６は入射光の角度分布を位置分布に変換して
出射し、ハエの目レンズ６の入射面と出射面とはフーリ
エ変換の関係になっている（本明細書において、フーリ
エ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像
面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味す
る）。これにより、ハエの目レンズ６の射出面６ｂ近傍
は２次光源となっている。ハエの目レンズ６は、本実施
例ではロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組
み合わせて構成されている。但し、本発明が使用可能な
波面分割型オプティカル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
板などでもよい。
【００２６】絞り部材７は不要光を遮光して所望の２次
光源を形成する可変開口絞りであり、通常の円形開口及
び輪帯照明等の各種の絞りからなっている。可変開口絞
りを変えるためには、例えば、これらの絞り７を形成し
た円盤状ターレットを用い、図示しない制御部及び駆動
機構が開口を切り替えるべくターレットを回転させるこ
とで可能となる。
光源を形成する可変開口絞りであり、通常の円形開口及
び輪帯照明等の各種の絞りからなっている。可変開口絞
りを変えるためには、例えば、これらの絞り７を形成し
た円盤状ターレットを用い、図示しない制御部及び駆動
機構が開口を切り替えるべくターレットを回転させるこ
とで可能となる。
【００２７】照射レンズ８は、例えば、コンデンサーレ
ンズであって、ハエの目レンズ６の出射面６ｂ近傍で形
成された２次光源をできるだけ多く集めて視野絞り９上
で重畳的に重ね合わせ視野絞り９をケーラー照明する。
ンズであって、ハエの目レンズ６の出射面６ｂ近傍で形
成された２次光源をできるだけ多く集めて視野絞り９上
で重畳的に重ね合わせ視野絞り９をケーラー照明する。
【００２８】視野絞り９は、複数の可動な遮光板から成
り、任意の開口形状が形成されるようにして、被照射面
であるレチクル１３（更にはウェハ１５）面上の露光範
囲を制限している。
り、任意の開口形状が形成されるようにして、被照射面
であるレチクル１３（更にはウェハ１５）面上の露光範
囲を制限している。
【００２９】１０、１１は結像レンズで、視野絞り９の
開口形状を被照射面であるレチクル１３上に転写してい
る。１２は偏向ミラーである。偏向ミラー１２は、結像
レンズ１０から射出された光束を結像レンズ１１（更に
はマスク１３）に入射するように偏向させる。なお、結
像レンズ１０が予め結像レンズ１１に平行に配置されて
いれば、偏向ミラー１２は省略可能である。しかし、か
かる構成において、偏向ミラー１２は装置の小型化に寄
与する。
開口形状を被照射面であるレチクル１３上に転写してい
る。１２は偏向ミラーである。偏向ミラー１２は、結像
レンズ１０から射出された光束を結像レンズ１１（更に
はマスク１３）に入射するように偏向させる。なお、結
像レンズ１０が予め結像レンズ１１に平行に配置されて
いれば、偏向ミラー１２は省略可能である。しかし、か
かる構成において、偏向ミラー１２は装置の小型化に寄
与する。
【００３０】マスク１３は、例えば、石英製で、その上
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１３から発せられた回折光は投影光学系１４を通
りプレート１５上に投影される。プレート１５は、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク１３とプ
レート１５とは光学的に共役の関係に配置される。露光
装置１００が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）であれば、マスク１３とプレート
１５を走査することによりマスク１３のパターンをプレ
ート１５上に転写する。また、露光装置１００が、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１３とプレート１５とを静止させ
た状態で露光を行う。
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１３から発せられた回折光は投影光学系１４を通
りプレート１５上に投影される。プレート１５は、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク１３とプ
レート１５とは光学的に共役の関係に配置される。露光
装置１００が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）であれば、マスク１３とプレート
１５を走査することによりマスク１３のパターンをプレ
ート１５上に転写する。また、露光装置１００が、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１３とプレート１５とを静止させ
た状態で露光を行う。
【００３１】図示しないマスクステージは、マスク１３
を支持し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１４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、光軸と直交する
方向にマスクステージを駆動することでマスク１３を移
動することができる。露光装置１００は、マスク１３と
プレート１５を図示しない制御装置によって同期した状
態で走査する。
を支持し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１４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、光軸と直交する
方向にマスクステージを駆動することでマスク１３を移
動することができる。露光装置１００は、マスク１３と
プレート１５を図示しない制御装置によって同期した状
態で走査する。
【００３２】投影光学系１４は、マスク１３に形成され
たパターンを経た光束をプレート１５上に結像する。投
影光学系１４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
する反射屈折光学系（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。
たパターンを経た光束をプレート１５上に結像する。投
影光学系１４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
する反射屈折光学系（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。
【００３３】プレート１５は、本実施形態ではウェハで
あるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレー
ト１５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−ｄｉｓｉ
ｌａｚａｎｅ）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。
あるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレー
ト１５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−ｄｉｓｉ
ｌａｚａｎｅ）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。
【００３４】プレート１５は図示しないウェハステージ
に支持される。ウェハステージは、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、ウェハステ
ージはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプ
レート１５を移動する。マスク１３とプレート１５は、
例えば、同期して走査され、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る。
に支持される。ウェハステージは、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、ウェハステ
ージはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプ
レート１５を移動する。マスク１３とプレート１５は、
例えば、同期して走査され、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る。
【００３５】本実施形態では、露光光の短波長化と高Ｎ
Ａ化に伴い、後述する２次光源面からプレート１５まで
の光学系の瞳透過率分布が、図１０の中段に示す状態で
ある場合を想定している。この場合、瞳透過率分布は周
辺下がりの傾向があるので、所望の有効光源分布を得る
べく、２次光源分布を周辺上がりとする調整が必要であ
る。以下に、その２次光源調整手段について詳述する。 （第１調整手段）オプティカルパイプ４内で伝播する光
の反射回数に応じて、オプティカルパイプ射出端４ｂに
おける照度分布は、図２のように変化することが光学シ
ミュレーションによりわかっている。そこで、集光光学
系３を焦点距離可変のズーム光学系とすることで、オプ
ティカルパイプに入射する光のＮＡを調整可能とし、オ
プティカルパイプ内で伝播する光反射回数を可変とす
る。そして、オプティカルパイプ射出端４ｂの照度分布
を周辺上がりとなるような条件に調整することで、２次
光源面６ｂの光強度分布を周辺上がりに設定可能として
いる。
Ａ化に伴い、後述する２次光源面からプレート１５まで
の光学系の瞳透過率分布が、図１０の中段に示す状態で
ある場合を想定している。この場合、瞳透過率分布は周
辺下がりの傾向があるので、所望の有効光源分布を得る
べく、２次光源分布を周辺上がりとする調整が必要であ
る。以下に、その２次光源調整手段について詳述する。 （第１調整手段）オプティカルパイプ４内で伝播する光
の反射回数に応じて、オプティカルパイプ射出端４ｂに
おける照度分布は、図２のように変化することが光学シ
ミュレーションによりわかっている。そこで、集光光学
系３を焦点距離可変のズーム光学系とすることで、オプ
ティカルパイプに入射する光のＮＡを調整可能とし、オ
プティカルパイプ内で伝播する光反射回数を可変とす
る。そして、オプティカルパイプ射出端４ｂの照度分布
を周辺上がりとなるような条件に調整することで、２次
光源面６ｂの光強度分布を周辺上がりに設定可能として
いる。
【００３６】更に、照明条件に応じて集光光学系３の焦
点距離を調整すれば、照明条件ごとに最適な有効光源分
布を得ることができる。なお、集光光学系３をズーム光
学系とせずに、焦点距離の異なる光学系（３’）を用意
して、照明条件の切り換えに応じて交換してもよい。 （第２調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。この状態で、オプティカル
パイプ射出端４ｂ付近にＮＤフィルターを配置し、２次
光源面の光強度分布を調整する。ＮＤフィルターの透過
率分布は、周辺透過率が中心透過率よりも高い分布と
し、その透過率差が異なるＮＤフィルターを複数枚（２
０ａ〜ｄ）を用意して、照明条件ごとに選択可能（ター
レット２０）としている。 （第３調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。そして、結像ズームレンズ
５をディストーション可変のズームレンズとすること
で、２次光源面６ｂの光強度分布を図２のように調整す
ることを可能としている。
点距離を調整すれば、照明条件ごとに最適な有効光源分
布を得ることができる。なお、集光光学系３をズーム光
学系とせずに、焦点距離の異なる光学系（３’）を用意
して、照明条件の切り換えに応じて交換してもよい。 （第２調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。この状態で、オプティカル
パイプ射出端４ｂ付近にＮＤフィルターを配置し、２次
光源面の光強度分布を調整する。ＮＤフィルターの透過
率分布は、周辺透過率が中心透過率よりも高い分布と
し、その透過率差が異なるＮＤフィルターを複数枚（２
０ａ〜ｄ）を用意して、照明条件ごとに選択可能（ター
レット２０）としている。 （第３調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。そして、結像ズームレンズ
５をディストーション可変のズームレンズとすること
で、２次光源面６ｂの光強度分布を図２のように調整す
ることを可能としている。
【００３７】以上第１〜第３の調整手段を少なくとも一
つ有することで、２次光源面以降の瞳透過率分布に応じ
て２次光源分布を調整し、所望の有効光源分布を得るこ
とが可能となる。
つ有することで、２次光源面以降の瞳透過率分布に応じ
て２次光源分布を調整し、所望の有効光源分布を得るこ
とが可能となる。
【００３８】特に回転対称で周辺下がりとなる瞳透過率
分布に対して有効である。
分布に対して有効である。
【００３９】図３は、本発明の第２の実施形態の露光装
置１００ａの単純化された光路図の概略図である。露光
装置１００と異なるのは投影光学系が反射屈折系である
点である。図１と同じ部分は共通の符号としている。
置１００ａの単純化された光路図の概略図である。露光
装置１００と異なるのは投影光学系が反射屈折系である
点である。図１と同じ部分は共通の符号としている。
【００４０】本実施例では、２次光源面６ｂからウェハ
１５までの光学系における瞳透過率分布が、図１１の中
段に示す傾きを持っている場合を想定している。この瞳
透過率分布に対して、所望の有効光源分布を得るための
２次光源調整手段を以下に詳述する。 （第４調整手段）集光光学系３の焦点距離を変化させる
ことの効果は、第１調整手段に関して前述した。本調整
では更に、オプティカルパイプ４へ入射する光束分布を
偏らせることで、射出端４ｂの分布を、瞳透過率分布と
キャンセルする方向に傾かせた分布とすることを特徴と
している。
１５までの光学系における瞳透過率分布が、図１１の中
段に示す傾きを持っている場合を想定している。この瞳
透過率分布に対して、所望の有効光源分布を得るための
２次光源調整手段を以下に詳述する。 （第４調整手段）集光光学系３の焦点距離を変化させる
ことの効果は、第１調整手段に関して前述した。本調整
では更に、オプティカルパイプ４へ入射する光束分布を
偏らせることで、射出端４ｂの分布を、瞳透過率分布と
キャンセルする方向に傾かせた分布とすることを特徴と
している。
【００４１】そのために、例えば集光光学系３を傾き偏
心させたり、平行偏心させたりすれば良い。更に、照明
条件の切り替えに応じて偏心量を調整可能とする機能を
設けることが好ましい。
心させたり、平行偏心させたりすれば良い。更に、照明
条件の切り替えに応じて偏心量を調整可能とする機能を
設けることが好ましい。
【００４２】以上のようにして、集光光学系３を焦点距
離可変のズーム光学系にしつつ、オプティカルパイプ４
の前段にある光学部材を偏心させることで、２次光源面
の光強度分布を適正に調整することが可能となる。ま
た、集光光学系３を焦点距離の異なる複数種類用意し
て、照明条件の切り換えに応じて交換可能な構成として
もよい。 （第５調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。この状態で、オプティカル
パイプ４の射出端４ｂ付近にＮＤフィルター２０を配置
する。この効果は、（第２調整方法）で前述した。本調
整では更に、ＮＤフィルター２０を平行シフトさせて配
置し、２次光源面の光強度分布を瞳透過率分布とキャン
セルする方向に傾かせた分布とするようにしている。
離可変のズーム光学系にしつつ、オプティカルパイプ４
の前段にある光学部材を偏心させることで、２次光源面
の光強度分布を適正に調整することが可能となる。ま
た、集光光学系３を焦点距離の異なる複数種類用意し
て、照明条件の切り換えに応じて交換可能な構成として
もよい。 （第５調整手段）オプティカルパイプ射出端４ｂにおけ
る照度分布が、ある一定状態となる条件で、集光光学系
３の焦点距離を固定とする。この状態で、オプティカル
パイプ４の射出端４ｂ付近にＮＤフィルター２０を配置
する。この効果は、（第２調整方法）で前述した。本調
整では更に、ＮＤフィルター２０を平行シフトさせて配
置し、２次光源面の光強度分布を瞳透過率分布とキャン
セルする方向に傾かせた分布とするようにしている。
【００４３】そのためＮＤフィルターは、シフト量が調
整可能な駆動機構に装着され、照明条件ごとに最適なシ
フト量に調整されている。さらに、透過率の異なるＮＤ
フィルターを複数枚（２０ａ〜ｄ）を用意し、照明条件
の切り換えに応じてＮＤフィルターを選択可能にすると
更によい。
整可能な駆動機構に装着され、照明条件ごとに最適なシ
フト量に調整されている。さらに、透過率の異なるＮＤ
フィルターを複数枚（２０ａ〜ｄ）を用意し、照明条件
の切り換えに応じてＮＤフィルターを選択可能にすると
更によい。
【００４４】以上第１〜第５の調整手段を少なくとも一
つ有することで、２次光源面以降の瞳透過率分布に応じ
て２次光源分布を調整し、所望の有効光源分布を得るこ
とが可能となる。特に回転非対称成分と回転対称成分と
が混在している瞳透過率分布に対して有効である。
つ有することで、２次光源面以降の瞳透過率分布に応じ
て２次光源分布を調整し、所望の有効光源分布を得るこ
とが可能となる。特に回転非対称成分と回転対称成分と
が混在している瞳透過率分布に対して有効である。
【００４５】なお、図１に示す光学系は例示的で、例え
ば、オプティカルパイプ４の代わりに第２のハエの目レ
ンズを使用することも考えられる。
ば、オプティカルパイプ４の代わりに第２のハエの目レ
ンズを使用することも考えられる。
【００４６】この場合には、新たに設けた第２ハエの目
レンズからの光束を、後段のハエの目レンズ６に対して
重畳的にケーラー照明する作用を持つコンデンザレンズ
を（結像ズームレンズ５の代わりに）合わせて使用す
る。
レンズからの光束を、後段のハエの目レンズ６に対して
重畳的にケーラー照明する作用を持つコンデンザレンズ
を（結像ズームレンズ５の代わりに）合わせて使用す
る。
【００４７】そして、このときの調整手段は、第２ハエ
の目レンズの射出面付近に設けられ、露光光束の角度分
布によって透過率を制御するものとする。
の目レンズの射出面付近に設けられ、露光光束の角度分
布によって透過率を制御するものとする。
【００４８】例えば、入射角度０度で透過率９３％、５
度で９８％という特性の透過制御膜を施した平板とし、
傾斜可能な構成とする。そして、透過制御量が異なる複
数種類を用意して、照明条件の切り換えに応じて交換可
能とし、傾斜量も可変をとしている。
度で９８％という特性の透過制御膜を施した平板とし、
傾斜可能な構成とする。そして、透過制御量が異なる複
数種類を用意して、照明条件の切り換えに応じて交換可
能とし、傾斜量も可変をとしている。
【００４９】次に、基板中心と基板周辺における有効光
源分布のバランスをとる調整手段について説明する。一
般に、多くの光学部材を透過してきた光線は、光軸から
遠い部分を透過するほど透過ロスが大きくなる。従っ
て、基板周辺（軸外）に到達する光束の瞳透過率分布
は、基板中心（軸上）よりも傾いた（回転非対称）分布
となりやすい。
源分布のバランスをとる調整手段について説明する。一
般に、多くの光学部材を透過してきた光線は、光軸から
遠い部分を透過するほど透過ロスが大きくなる。従っ
て、基板周辺（軸外）に到達する光束の瞳透過率分布
は、基板中心（軸上）よりも傾いた（回転非対称）分布
となりやすい。
【００５０】上記第１〜第５の調整手段により、軸上と
軸外の有効光源分布を所望の規格以下にバランスよく調
整することが望ましいが、そのためには、軸上における
瞳透過率分布と軸外における瞳透過率分布の差をある程
度抑えておく補正手段が必要である。
軸外の有効光源分布を所望の規格以下にバランスよく調
整することが望ましいが、そのためには、軸上における
瞳透過率分布と軸外における瞳透過率分布の差をある程
度抑えておく補正手段が必要である。
【００５１】図４にその補正手段について詳述する。プ
レート１５面に入射する軸外光線は、光軸に近い方を光
線３０、光軸から遠い方を光線３１としている。プレー
ト１５までの光学部材を透過してきたことにより、光線
３１の方が光線３０よりも透過ロスが大きくなってい
る。そのため、軸外（基板周辺）での有効光源は回転非
対称の分布となっている。
レート１５面に入射する軸外光線は、光軸に近い方を光
線３０、光軸から遠い方を光線３１としている。プレー
ト１５までの光学部材を透過してきたことにより、光線
３１の方が光線３０よりも透過ロスが大きくなってい
る。そのため、軸外（基板周辺）での有効光源は回転非
対称の分布となっている。
【００５２】この軸外における光線３０と光線３１の光
量差を軽減するためには、プレート（もしくはプレート
と共役なレチクルや視野絞り面）近傍のレンズ３３を凸
メニスカス形状とすればよい。
量差を軽減するためには、プレート（もしくはプレート
と共役なレチクルや視野絞り面）近傍のレンズ３３を凸
メニスカス形状とすればよい。
【００５３】凸メニスカスレンズ３３に入射する光線３
０の角度は大きく（透過ロス大）、光線３１の角度は小
さく（透過ロス小）なるので、ウェハ１５に到達する光
線３０と３１の光量差を低減させる効果が期待できる。
従って、軸外における瞳透過率分布も良好な状態とする
ことができる。
０の角度は大きく（透過ロス大）、光線３１の角度は小
さく（透過ロス小）なるので、ウェハ１５に到達する光
線３０と３１の光量差を低減させる効果が期待できる。
従って、軸外における瞳透過率分布も良好な状態とする
ことができる。
【００５４】図５は、２次光源分布の調整方法について
説明したフローチャートである。まず、ステップ１０１
にて、設計値（レンズ設計値、コーティング特性、硝材
透過率、ミラー反射率など）から各照明条件ごとの透過
率をウェハ中心〜ウェハ周辺において算出し、大体の瞳
透過率分布を求めておき、、求めた瞳透過率分布情報を
もとに、２次光源調整手段の基本設定（デフォルト）を
決定しておく。ステップ１０２にて、照明モードが切り
換えられたら、ステップ１０３にて露光光の角度分布
（有効光源）を測定する。
説明したフローチャートである。まず、ステップ１０１
にて、設計値（レンズ設計値、コーティング特性、硝材
透過率、ミラー反射率など）から各照明条件ごとの透過
率をウェハ中心〜ウェハ周辺において算出し、大体の瞳
透過率分布を求めておき、、求めた瞳透過率分布情報を
もとに、２次光源調整手段の基本設定（デフォルト）を
決定しておく。ステップ１０２にて、照明モードが切り
換えられたら、ステップ１０３にて露光光の角度分布
（有効光源）を測定する。
【００５５】露光光の角度分布を測定する方法は種々考
えられるが、例えば視野絞り９を駆動して、測定したい
基板位置に対応するように微小開口を設定すると共に、
プレート（ウェハ）近傍に設置したディテクター４０を
実際のプレート基準面から光軸Ｚ方向にデフォーカスさ
せる方法がある。この際、レチクル１３は光路上からは
ずしておく。このときの装置の状態を図６（ａ）に示
す。図１と同じ部分は共通の符号としている。また、説
明簡略化のため、偏向ミラー１２を省いた状態で示して
いる。
えられるが、例えば視野絞り９を駆動して、測定したい
基板位置に対応するように微小開口を設定すると共に、
プレート（ウェハ）近傍に設置したディテクター４０を
実際のプレート基準面から光軸Ｚ方向にデフォーカスさ
せる方法がある。この際、レチクル１３は光路上からは
ずしておく。このときの装置の状態を図６（ａ）に示
す。図１と同じ部分は共通の符号としている。また、説
明簡略化のため、偏向ミラー１２を省いた状態で示して
いる。
【００５６】視野絞り９で制限された露光光のみがプレ
ート面で一旦結像し、角度を反映させたままディテクタ
ー４０に入射する。ディテクター４０は、プレートを保
持するＸＹステージ４１上に配置されており、その受光
面上部には、光束の拡がりに対して充分小さな径のピン
ホールがある。このディテクター４０をＸＹステージ４
１にて、例えば２次元マトリクス状に拡がっている範囲
で水平移動させることにより、入射する光強度を計測
し、露光光の角度分布を判定している。なお、ディテク
ターの代わりに２次元ＣＣＤを用いても良い。
ート面で一旦結像し、角度を反映させたままディテクタ
ー４０に入射する。ディテクター４０は、プレートを保
持するＸＹステージ４１上に配置されており、その受光
面上部には、光束の拡がりに対して充分小さな径のピン
ホールがある。このディテクター４０をＸＹステージ４
１にて、例えば２次元マトリクス状に拡がっている範囲
で水平移動させることにより、入射する光強度を計測
し、露光光の角度分布を判定している。なお、ディテク
ターの代わりに２次元ＣＣＤを用いても良い。
【００５７】他にも視野絞り９と共役な位置に微小開口
を設けることで、同様の計測が可能である。具体的には
図６（ｂ）に示すように、視野絞り９は開放して、Ｃｒ
パターンなどにより微小開口を形成した専用レチクルを
配置すること等が考えられる。
を設けることで、同様の計測が可能である。具体的には
図６（ｂ）に示すように、視野絞り９は開放して、Ｃｒ
パターンなどにより微小開口を形成した専用レチクルを
配置すること等が考えられる。
【００５８】以上のような方法で、任意のポイントを計
測すれば各像高における角度分布が計測可能である。
測すれば各像高における角度分布が計測可能である。
【００５９】計測、検出された角度分布情報は主制御装
置（図不指示）に送られ、所望の有効光源分布であるか
をステップ１０４にて判定され、所望の規格を外れてい
た場合には、そのズレを補正すべく、ステップ１０５に
て主制御装置が２次光源調整手段の駆動量、駆動方向を
計算し、ステップ１０６にて２次光源調整手段を計算し
た所定量、所定方向に駆動させる。駆動後ステップ１０
３に戻り、再度露光光の角度分布測定を行う。有効光源
が所望の値であれば、調整を終了する。そうでない場合
は、適正値になるまで、上記の手順を繰り返す。
置（図不指示）に送られ、所望の有効光源分布であるか
をステップ１０４にて判定され、所望の規格を外れてい
た場合には、そのズレを補正すべく、ステップ１０５に
て主制御装置が２次光源調整手段の駆動量、駆動方向を
計算し、ステップ１０６にて２次光源調整手段を計算し
た所定量、所定方向に駆動させる。駆動後ステップ１０
３に戻り、再度露光光の角度分布測定を行う。有効光源
が所望の値であれば、調整を終了する。そうでない場合
は、適正値になるまで、上記の手順を繰り返す。
【００６０】以下、図１に示す露光装置１００の露光動
作を説明する。露光において、光源１から発せられた光
束は、光束整形光学系２によりそのビーム形状が所望の
ものに成形された後で、集光光学系３に入射する。集光
光学系３からのレーザー光は点Ｐに一旦集光（結像）
し、その後、発散角を有する発散光束となってオプティ
カルパイプ４に入射する。
作を説明する。露光において、光源１から発せられた光
束は、光束整形光学系２によりそのビーム形状が所望の
ものに成形された後で、集光光学系３に入射する。集光
光学系３からのレーザー光は点Ｐに一旦集光（結像）
し、その後、発散角を有する発散光束となってオプティ
カルパイプ４に入射する。
【００６１】オプティカルパイプ４の射出面４ｂは集光
ズームレンズ５によりハエの目レンズ６の入射面６ａに
所定の倍率で結像する。上述した調整手段がハエの目レ
ンズ６の射出面６ｂの近傍にできる２次光源分布をその
後段の透過率分布に基づいて調整する。ハエの目レンズ
６は絞り部材７を透過し、照射レンズ８を介して、視野
絞り９を均一に照明する。視野絞り９を通過した光束は
結像レンズ１０及び１１を通った後マスク１３の照射面
を照明する。
ズームレンズ５によりハエの目レンズ６の入射面６ａに
所定の倍率で結像する。上述した調整手段がハエの目レ
ンズ６の射出面６ｂの近傍にできる２次光源分布をその
後段の透過率分布に基づいて調整する。ハエの目レンズ
６は絞り部材７を透過し、照射レンズ８を介して、視野
絞り９を均一に照明する。視野絞り９を通過した光束は
結像レンズ１０及び１１を通った後マスク１３の照射面
を照明する。
【００６２】マスク１３を通過した光束は投影光学系１
４の結像作用によって、プレート１５上に所定倍率で縮
小投影される。調整手段によってプレート１５上の露光
光束の角度分布（即ち、有効光源分布）はほぼ均一にな
る。露光装置１００がステッパーであれば、光源部と投
影光学系１４は固定して、マスク１３とプレート１５の
同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート
１５のウェハステージをステップして、次のショットに
移り、プレート１５上に多数のショットを露光転写す
る。露光装置１００がスキャナーであれば、マスク１３
とプレート１５を静止させた状態で露光を行う。
４の結像作用によって、プレート１５上に所定倍率で縮
小投影される。調整手段によってプレート１５上の露光
光束の角度分布（即ち、有効光源分布）はほぼ均一にな
る。露光装置１００がステッパーであれば、光源部と投
影光学系１４は固定して、マスク１３とプレート１５の
同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート
１５のウェハステージをステップして、次のショットに
移り、プレート１５上に多数のショットを露光転写す
る。露光装置１００がスキャナーであれば、マスク１３
とプレート１５を静止させた状態で露光を行う。
【００６３】本発明の露光装置１００は、調整手段によ
り２次光源分布又は透過率分布を相補的にして有効光源
分布を均一にするので、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。
り２次光源分布又は透過率分布を相補的にして有効光源
分布を均一にするので、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。
【００６４】次に、上記説明した露光装置１００を利用
したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００６５】図７は本発明のデバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体素子、ＣＣＤ、或いは液晶素子や磁性材などの
微細パターン等）の製造方法のフローチャートである。
これについて説明する。ステップ１（回路設計）では、
半導体デバイスなどの回路設計を行う。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。一方、ステップ３（基板製造）ではシリ
コン等の材料を用いて、ウェハ等の基板を製造する。ス
テップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、本発明
の露光装置を用い、前記の用意した回路パターン（第１
物体）を形成したマスク（レチクル）とウェハ（第２物
体）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（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって製作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で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐
久性テスト等の検査を行う。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。
の半導体素子、ＣＣＤ、或いは液晶素子や磁性材などの
微細パターン等）の製造方法のフローチャートである。
これについて説明する。ステップ１（回路設計）では、
半導体デバイスなどの回路設計を行う。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。一方、ステップ３（基板製造）ではシリ
コン等の材料を用いて、ウェハ等の基板を製造する。ス
テップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、本発明
の露光装置を用い、前記の用意した回路パターン（第１
物体）を形成したマスク（レチクル）とウェハ（第２物
体）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（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって製作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で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐
久性テスト等の検査を行う。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。
【００６６】図８は上記のウェハプロセスのフローチャ
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
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イ
オン打込み）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）では本発明の露光装置によってレ
チクルの回路パターンをウェハに焼付露光する。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
ングがすんで不要となったレジストを取り除く。
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
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イ
オン打込み）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）では本発明の露光装置によってレ
チクルの回路パターンをウェハに焼付露光する。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
ングがすんで不要となったレジストを取り除く。
【００６７】これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本
実施形態の製造方法を用いれば、従来よりも短時間で高
精度に半導体デバイスを製造することができる。
よってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本
実施形態の製造方法を用いれば、従来よりも短時間で高
精度に半導体デバイスを製造することができる。
【００６８】本実施形態によれば、２次光源面から基板
までの透過率分布に応じて、２次光源分布を調整するこ
とにより、所望の有効光源分布（基板へ入射する露光光
の角度分布）を適正にすることが可能となる。また、基
板に共役な面近傍に凸のメニスカスレンズを配置するこ
とで、有効光源分布の軸上軸外差を低減することができ
る。以上から、短波長で高ＮＡの露光装置においても、
所望の有効光源分布を形成することが可能となり、露光
装置の転写性能を高次元で維持することができる。
までの透過率分布に応じて、２次光源分布を調整するこ
とにより、所望の有効光源分布（基板へ入射する露光光
の角度分布）を適正にすることが可能となる。また、基
板に共役な面近傍に凸のメニスカスレンズを配置するこ
とで、有効光源分布の軸上軸外差を低減することができ
る。以上から、短波長で高ＮＡの露光装置においても、
所望の有効光源分布を形成することが可能となり、露光
装置の転写性能を高次元で維持することができる。
【００６９】
【発明の効果】本発明の露光装置、露光方法及びデバイ
ス製造方法によれば、光学系の透過率分布（即ち、瞳透
過率分布）が均一ではなくても改善された露光光の角度
分布（即ち、有効光源分布）を提供でき、基板中心と基
板周辺における有効光源分布の差（即ち、有効光源の軸
上軸外差）を低減することができる。
ス製造方法によれば、光学系の透過率分布（即ち、瞳透
過率分布）が均一ではなくても改善された露光光の角度
分布（即ち、有効光源分布）を提供でき、基板中心と基
板周辺における有効光源分布の差（即ち、有効光源の軸
上軸外差）を低減することができる。
【図１】 本発明第１の実施形態における露光装置の単
純化された光路図を示す概略図である。
純化された光路図を示す概略図である。
【図２】 オプティカルパイプもしくは２次光源面にお
ける照度分布を示すグラフである。
ける照度分布を示すグラフである。
【図３】 本発明第２の実施形態における露光装置の単
純化された光路図を示す概略図である。
純化された光路図を示す概略図である。
【図４】 瞳透過率の軸上軸外差を補正する手段の説明
するための概略断面図である。
するための概略断面図である。
【図５】 本実施形態の有効光源分布の補正手順を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図６】 本実施形態の露光光角度分布の測定方法を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】 本発明によるデバイス製造方法を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図８】 本発明によるウェハプロセスを示すフローチ
ャートである。
ャートである。
【図９】 従来の露光装置における２次光源分布と瞳透
過率分布と有効光源分布の関係を説明する図である。
過率分布と有効光源分布の関係を説明する図である。
【図１０】 短波長光や高ＮＡとなった場合に従来の露
光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源
分布の関係を説明する図である。
光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源
分布の関係を説明する図である。
【図１１】 反射屈折系投影光学系を使用する従来の露
光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源
分布の関係を説明する図である。
光装置における２次光源分布と瞳透過率分布と有効光源
分布の関係を説明する図である。
１ 光源
２ 光束整形光学系
３、３’ 集光光学系
４ オプティカルパイプ
５ 結像ズームレンズ
６ ハエの目レンズ
８ 照射レンズ
９ 視野絞り
１３ レチクル
１４ 屈折型の投影光学系
１５ プレート
２０ ＮＤフィルターを保持するターレット
２０ａ〜ｄ ＮＤフィルター
２４ 反射屈折型の投影光学系
３０、３１ 基板周辺に入射する露光光
３３ 凸メニスカスレンズ
４０ ディテクター
４１ ＸＹステージ
Claims (25)
- 【請求項１】 マスク上のパターン像を被露光体上に露
光転写する投影光学系と、 前記投影光学系の瞳面と共役な位置近傍に２次光源を形
成し、前記マスク上を照明する照明光学系とを有する露
光装置であって、 被露光体に入射する露光光束の角度分布を適正にするよ
うに、前記２次光源面から前記被露光体までの透過率分
布及び前記２次光源の光強度分布の少なくとも一方を不
均一にする手段を有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項２】 前記透過率分布と前記２次光源の前記光
強度分布は相補的な関係にある請求項１記載の露光装
置。 - 【請求項３】 前記２次光源の前記光強度分布は軸上か
ら軸外の方向に大きい請求項１記載の露光装置。 - 【請求項４】 前記照明光学系は、 前記マスクパターンを重畳照明する第１のハエの目レン
ズと、 当該第１のハエの目レンズを重畳照明する第２のハエの
目レンズとを有し、 前記手段は、当該第２のハエの目レンズ射出端近傍に露
光光束の角度分布によって透過率を制御する手段を含む
請求項１記載の露光装置。 - 【請求項５】 当該手段は前記露光光束の斜入射角度が
大きくなるに従って透過率を高める請求項４記載の露光
装置。 - 【請求項６】 前記手段は、透過率を制御する膜が形成
されたガラス板から構成され、光軸に対して傾斜可能と
なっている請求項４記載の露光装置。 - 【請求項７】 前記手段は、透過率の制御量が異なる複
数から成り、照明条件の切り換えに応じて交換可能であ
ることを特徴とする請求項４記載の露光装置。 - 【請求項８】 マスク上のパターン像を被露光体上に露
光転写する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役
な位置近傍で２次光源面を形成し、前記マスク上を照明
する照明光学系とを有する露光装置であって、 前記２次光源面から前記被露光体までの透過率分布に応
じて、前記２次光源面における光強度分布を調整する２
次光源調整手段を有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項９】 前記２次光源調整手段は、照明条件の切
り替えに伴い、前記２次光源面における光強度分布を、
前記２次光源面から前記被露光体上までの透過率分布に
応じて最適に設定することを特徴とする請求項８記載の
露光装置。 - 【請求項１０】 前記２次光源調整手段は、前記被露光
体上に入射する露光光の角度分布が適正となるように、
前記２次光源面から前記被露光体上までの透過率分布に
応じて、前記２次光源面における光強度分布を調整する
ことを特徴とする請求項８又は９記載の露光装置。 - 【請求項１１】 前記２次光源調整手段は、前記透過率
分布に応じて、前記２次光源面における光強度分布を回
転対称成分と回転非対称成分とで、それぞれ調整可能で
あることを特徴とする請求項８乃至１０のうちいずれか
一項記載の露光装置。 - 【請求項１２】 前記２次光源調整手段は、集光光学系
と、前記集光光学系から射出した光束を反射させて混合
する光束混合手段と、前記光束混合手段の射出面で形成
された光強度分布を前記２次光源面に略共役で結像する
結像ズームレンズとを有し、 前記集光光学系からの発散角を調整することによって、
前記２次光源面における光強度分布を調整することを特
徴とする請求項８乃至１１のうちいずれか一項記載の露
光装置。 - 【請求項１３】 前記２次光源面から前記被露光体上ま
での透過率分布に応じて、前記集光光学系の焦点距離を
可変とする機能を有することを特徴とする請求項１２記
載の露光装置。 - 【請求項１４】 前記集光光学系から発散する光束を前
記光束混合手段に対して偏心駆動させる手段を更に有す
ることを特徴とする請求項１２又は１３記載の露光装
置。 - 【請求項１５】 前記集光光学系の焦点距離と前記偏心
駆動手段の偏心量は、照明条件の切り換えに応じて調整
されることを特徴とする請求項１２乃至１４のうちいず
れか一項記載の露光装置。 - 【請求項１６】 前記２次光源調整手段は、集光光学系
と、前記集光光学系から出射した光束を反射させて混合
する光束混合手段と、前記光束混合手段の射出面で形成
された光強度分布を前記２次光源面に略共役で結像する
結像ズームレンズとを有し、 前記光束混合手段の射出面近傍に透過率補正フィルター
を配置していることを特徴とした請求項８乃至１１のう
ちいずれか一項記載の露光装置。 - 【請求項１７】 前記透過率補正フィルターは回転対称
に透過率を補正する分布とし、補正量の異なる複数が用
意され、照明条件の切り換えに応じて交換可能であるこ
とを特徴とする請求項１６記載の露光装置。 - 【請求項１８】 前記透過率補正フィルターを平行シフ
トする駆動手段を更に有し、照明条件の切り換えに応じ
てシフト量を調整することを特徴とする請求項１６又は
１７記載の露光装置。 - 【請求項１９】 前記２次光源調整手段は、集光光学系
と、前記集光光学系から出射した光束を反射させて混合
する光束混合手段と、前記光束混合手段の射出面で形成
された光強度分布を前記２次光源面に略共役で結像する
結像ズームレンズとを有し、 前記結像ズームレンズは、前記２次光源面から前記被露
光体上までの透過率分布に応じて、ディスト−ションを
可変とする機能を有することを特徴とする請求項８乃至
１１のうちいずれか一項記載の露光装置。 - 【請求項２０】 前記被露光体上に入射する露光光の角
度分布を検出する検出手段を更に有し、前記検出手段の
出力結果に基づいて前記２次光源調整手段を駆動するこ
とを特徴とする請求項１乃至１９記載の露光装置。 - 【請求項２１】 マスク上のパターンの像を被露光体上
に露光転写する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と
共役な位置近傍で２次光源面を形成し、前記マスク上を
照明する照明光学系とを有する露光装置であって、 前記２次光源面から前記被露光体上までの透過率分布に
応じて、前記被露光体、もしくは前記被露光体と共役な
位置近傍にメニスカスの凸レンズを有することを特徴と
する露光装置。 - 【請求項２２】 請求項１乃至２１のうちいずれか一項
記載の露光装置を用いて、前記レチクル面に設けたパタ
ーン面を前記投影光学系により被露光体に、前記マスク
と前記被露光体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方
向に前記投影光学系の投影倍率に対応させた位置に逐次
移動させて露光することを特徴とする露光装置。 - 【請求項２３】 請求項１乃至２１のうちいずれか一項
記載の露光装置を用いて、前記レチクル面に設けたパタ
ーン面を前記投影光学系により被露光体に、前記マスク
と前記被露光体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方
向に前記投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同
期させて走査して露光することを特徴とする露光装置。 - 【請求項２４】 請求項１乃至２３のうちいずれか一項
記載の露光装置を使用して、マスク上のパターンを被露
光体上に投影露光する露光方法であって、 前記マスクを照明する照明条件を変更したことにより発
生する、被露光体に入射する露光光の角度分布変化を検
出するステップと、 前記検出結果に基づいて、角度分布を補正すべく前記２
次光源調整手段を駆動して角度分布を補正するステップ
とを含むことを特徴とする露光方法。 - 【請求項２５】 請求項２２又は２３記載の露光装置を
用いて物体面上のパターンを投影光学系により被露光体
上に投影露光した後、前記被露光体を現像処理してデバ
イスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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