JP2969718B2 - 照明装置及びそれを用いた回路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は照明装置及びそれを用いた回路の製造方法に
関し、特に半導体製造において可干渉性の良い高輝度の
レーザ等の光源を用いて被照射面である電子回路等の微
細パターンが形成されているマスク面やレチクル面等を
照明する際に光の干渉により生ずる被照射面上の干渉縞
による照明ムラを軽減し、均一なる照明を行った照明装
置及びそれを用いた回路の製造方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 最近の半導体製造技術には電子回路の高集積化に伴
い、高密度の電子回路パターンが得られる超微細加工が
可能なリソグラフィ技術が要求されている。

微細加工技術の中核をなす光学式露光方法はその形式
をコンタクト法、プロキシミティ法、ミラープロジェク
ション法、そしてステッパー法とその方法を変えながら
対処してきた。現在既に１μｍ以下の微細パターンは光
を利用して容易にウエハ面上に形成されており、最近で
は0.5μｍ以下のデザインルールに光を用い如何に対応
していくかが重要な課題となっている。１μｍ前後の解
像力から0.5μｍの解像力に至る微細加工技術の過程に
おいては光特有の種々な問題点が生じてくる。例えば焦
点深度が極めて浅くなってくるという問題点がある。

従来よりステッパーでは超高圧水銀灯より放射される
ｇ線（波長436nm）の光が用いられてきた。ｇ線は光学
レンズ用の硝材が無理なく使用出来る波長域の光として
の最も短い輝線スペクトルであり、又感光材であるフォ
トレジストとのマッチングも良好である為、露光光とし
て多用されている。

しかしながら0.5μｍ以下の細かい線幅の加工をｇ線
の光で達成する為には大きなＮ・Ａ（開口数）を有する
投影光学系が必要となってくる。一般に投影光学系にお
ける解像力Ｌは使用波長をλとしたとき比例定数k₁を用
いて で示されることが知られている。一方焦点深度DOFは比
例定数k₂を用いて で表わされる。これより例えば対象とする線幅Ｌに対し
て開口数Ｎ・Ａを決めるとし、開口数Ｎ・Ａが解像力Ｌ
と波長λにより一義的に決まってくるとすると焦点深度
DOFは となる。即ち焦点深度DOFと波長λは互いに反比例の関
係となってくる。

最近では前述の比例定数k₁として0.7〜0.8、比例定数
k₂として0.5前後の値が用いられているが、ｇ線の光を
用いるとk₁＝0.6、k₂＝0.5としてもレンジで1.5μｍと
極めて浅い焦点深度しか許容されない。

この為現在ではｇ線の波長より短波長の光を用いて焦
点深度を大きくすること、具体的には波長248nmの光を
持つK_rFのエキシマレーザを用いた露光装置が種々と提
案されている。

第２図は、この種の露光装置の一例を示しており、第
２図においてエキシマレーザ１からの光束はビーム整形
光学系２で光束形状が変換されミラーM1を介しオプティ
カルインテグレータ３に導光される。そしてコンデンサ
ーレンズ４でオプティカルインテグレータ３からの光束
を揺動走査部５を介してレチクル面６に導光している。

揺動走査部５は２つの回転ウエッジより成り、該回転
ウエッジが形成するリサージュ図形によりレチクル面６
上でレーザビームが走査されレーザ特有の干渉縞やスペ
ックルの消去を行っている。そしてレチクル面６上のパ
ターンを投影レンズ７によりウエハ８面上に縮小投影し
ている。ウエハ８はウエハーチャック９に吸着されてX,
Y,Z方向の移動及びθ方向やティルト等を行うステージ
（不図示）上に載置されている。

この他、銅蒸気レーザやYAGレーザ等の高調波を用い
た短波長光源へのアプローチも種々な形で検討されてお
り、半導体製造用の露光装置に対して新しい分野を開く
ことが期待されている。一方、半導体製造用の露光装置
において、光源としてレーザ光のようなコヒーレンスの
良い光束を用いて被照射面であるレチクル面を照射する
と、スペックルが発生してきてレチクル面を均一に照明
するのが難しくなってくることが知られている。このと
きのスペックルは照明装置の一部にフライアイレンズを
用いると減少させることができるが、フライアイレンズ
のみでは不十分のときがある。

特開平１−198759号公報ではレーザ光のようなコヒー
レンスの良い光束を用いてレチクル面上を照明するとき
にフライアイレンズを用いただけではスペックスを十分
除去できないときに光源とフライアイレンズとの間に光
源からの光束を分割して、分割した２つの光束間に互い
に光の可干渉距離よりも大きな光路差を与えてから２つ
の光束を合成する手段を配置し、これによってレチクル
面を均一に照明するようにした照明装置を開示してい
る。

又同公報では第１偏光ビームスプリッターを用いて入
射光束を偏光方向が互いに異なる２つの偏光に分割した
後に第２偏光ビームスプリッターで合成するビーム平坦
化光学系を照明系の一部を付加してビームの断面光量分
布を平坦化することによってスペックルの除去効果を高
めている照明装置を開示している。

（発明が解決しようとする問題点） 先の特開平１−198759号公報で提案されている照明装
置では入射光束を第１偏光ビームスプリッターで偏光方
向が互いに異なる２つの偏光に分割し、分割した光束を
第２偏光ビームスプリッターで合成するようにしたビー
ム平坦化光学系を用いてレーザ光のビーム断面形状を平
坦化しているが、一般にビームスプリッターにより分割
された２つの偏光光は、様々な光学素子で反射や屈折を
受けるうち、この直交関係が少しくずれ干渉することが
ある。そうなると２つの偏光光が干渉し、レチクル面上
での照度むらの原因となってくる。

本発明はレーザ光のようなコヒーレントの良い化干渉
光を用いたときに、被照射面を均一に照明することがで
き、高集積度の半導体デバイス等の回路を容易に製造す
ることができる照明装置及びそれを用いた回路の製造方
法の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の照明装置では、レーザ光源としての性質を利
用し、発生する干渉縞を制御することによって、即ちレ
ーザ光源を用いたときに不可避的に発生する干渉縞に対
して相補的な干渉縞をインコヒーレントな形で重ね合わ
せることによって相殺し、これにより被照射面の照度分
布の均一化を図っていることを特徴としている。

更に本発明の照明装置ではより強く要求されている照
度分布の均一化を図る為にレーザビームの非対称分布を
解消すると共にインコヒーレント化を図りビームの対称
性を確保することにより照度分布のより一層の均一化を
図ったことを特徴としている。

本発明の照明装置は （１−１）可干渉光を互いに偏光方向が直交する第１光
束と第２光束とに分割し、前記第１、第２光束間に前記
可干渉光の可干渉距離を越える光路長差を与える光学手
段を有し、前記光学手段からの前記第１、第２光束によ
り被照明面を照明する照明装置であって、前記光学手段
は、前記可干渉光を偏光ビームスプリッターにより前記
第１光束としての反射光と前記第２光束としての透過光
とに分割し、前記第２光束としての透過光の光路を折り
返して前記偏光ビームスプリッターに入射させる折り返
し系を有することを特徴としている。

特に、 （１−１−１）前記光学手段からの前記第１、第２光束
により照明されるオプティカルインテグレータと、該オ
プティカルインテグレータからの光を前記被照明面に集
光する集光光学系とを有すること。

（１−１−２）前記折り返し系は前記第２光束としての
透過光が内部を伝播し且つその複数の面で順次反射され
るプリズム状光学部材を有し、前記偏光ビームスプリッ
ターが前記プリズム状光学部材の一面に形成されている
こと。

（１−１−３）前記折り返し系は前記第２光束としての
透過光が順次反射され且つそれらの間の気体内を伝播す
る複数の反射鏡を有すること。

（１−１−４）前記折り返し系は前記第２光束としての
透過光を２回のみ反射すること。

（１−１−５）前記折り返し系は、前記第２光束として
の透過光を前記偏光ビームスプリッターに入射させる際
に、前記第１光束としての反射光の進行方向に対して傾
いた方向から入射させること。

（１−１−６）前記折り返し系は、前記第２光束として
の透過光の光路に波面の一部分と残りの部分に180度の
位相差を与える位相差付与部材を備えること。

（１−１−７）前記光学手段は前記折り返し系の組を２
組有し、一方の組からの前記第１、第２光束が他方の組
に入射するよう構成したこと。

（１−１−８）前記２組は互いに直交する断面に関して
光を分割し且つ折り返すこと。

（１−１−９）前記可干渉光を供給するエキシマレーザ
を有すること。

等を特徴としている。

本発明の露光装置は、 （２−１）構成（１−１）のいずれか１項に記載の照明
装置によりレチクル（マスク）を照明することを特徴と
している。

本発明の回路の製造方法は、 （３−１）構成（２−１）の露光装置により前記レチク
ル（マスク）の回路パターンをウエハ上に転写する段階
を有することを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の照明装置の一実施例の要部概略図で
ある。この装置は第２図で示したような半導体製造用露
光装置に適用される。もちろん他のレーザシステムにも
応用できる。

本実施例ではエキシマレーザ１から放射されたレーザ
光をビーム整形光学系２で光束形状を変形し、プリズム
113を介した後、平行平面板11、ミラー12、位相シフト
板111、そしてミラー13を有する後述する光学的作用を
有する第１の折り返し系31を介し、次いでλ/4板16を通
過させた後、第１の折り返し系31と同様の構成の第２の
折り返し系32を介し、ミラーM2で反射させオプティカル
インテグレータ３に入射させている。そしてオプティカ
ルインテグレータ３からのレーザ光をコンデンサーレン
ズ（集光光学系）４により集光し、回転ウエッジより成
る揺動走査部５を介して被照射面、例えばレチクル面
（不図示）を均一な照度分布で照明している。本実施例
において第１の折り返し系31とλ/4板16そして第２の折
り返し系32等は、可干渉光を互いに偏光方向が直交する
２つの可干渉光に分割し、この２つの可干渉光間に可干
渉距離を越える光路長差を付与する光学手段の一要素を
構成している。

次に本実施例の照明装置の各要素の特長について説明
する。

第３図（Ａ）は第１図の折り返し系（以下単に「系」
という場合もある。）31の光学的作用を示す説明図であ
る。尚、同図では位相シフト板111は必要に応じて用い
れば良い為省略している。

一般に発光するレーザ光はある偏光性を有している。
その為レーザ本体より射出するレーザ光に位相板やフレ
ネルロム等の手段を適用することにより射出するレーザ
光をランダム或いは円偏光に代表されるような所定の偏
光方向を持つレーザ光に変換することができる。

第３図（Ａ）に示す実施例ではこのような状態のレー
ザ光Ｌを平行平面板11に所定の角度で入射させている。

同図において平行平面板11の表面11aには多層膜が施
されて偏光ビームスプリッターの作用をしており、レー
ザ光Ｌを所定の角度で入射させることにより反射光をＳ
偏光のレーザ光とし、通過光をＰ偏光のレーザ光となる
ようにしている。表面11aを通過するＰ偏光のレーザ光
は平行平面板11の反射防止膜が施された裏面11bを光量
損失が殆どない状態で通過する。次いでこのレーザ光を
２つのミラー12,13で順に反射させ平行平面板11に再度
裏面11b側から元のレーザ光ＬのＳ偏光の反射レーザ光
と光束中心が同じ位置11cで、かつ同方向に伝播するよ
うに戻してくる。このとき平行平面板11を透過する際も
Ｐ偏光のレーザ光となっているから反射防止膜の作用で
表面反射による光量損失は殆んどない。従って透過光は
２つのミラー12,13の反射率による光量損失のみとな
る。

同図においては入射角固定で単波長のみを対象とすれ
ば良いのでこのときの光量損失は多層膜を利用すること
により、一般には殆ど無視できる程度に小さくすること
ができる。この結果、本実施例では折り返し系31に入射
したレーザ光を光量損失が殆んどない状態で２つの偏光
成分のレーザ光に分岐した後再結合し、所定方向に導光
することができる。

本実施例において注目すべき事項は次の如く３つあ
る。

（Ｉ）２つの偏光成分のレーザ光の偏光方向が互いに直
交していること （II）２つの偏光成分のレーザ光の光路長差は可干渉距
離以上にすることが容易であること （III）ミラーでの反転により光強度分布がＳ偏光のレ
ーザ光とＰ偏光のレーザ光で入れ変っていること このうち要件（Ｉ），（II）は２つの偏光成分のレーザ
光が干渉しないことに寄与している。

要件（Ｉ）の偏光方向の直交性は干渉条件の緩和と共
に後続する光学系とのマッチングをとる意味でも重要で
ある。又折り返し系31から射出する２つの偏光したレー
ザ光の強度比を1:1に保つべく折り返し系に入射するレ
ーザ光に合せて光学系の偏光状態を予め調整しておくの
が良い。

要件（II）のレーザ光の光路長差は干渉性を防ぐ為に
必要な条件である。発振スペクトルの半値幅をΔλ、中
心波長をλ_ｏとしたとき、可干渉距離の目途はλ_o ²/Δ
λで示される。H_eN_eレーザ等のレーザのキャビティ長の
周期に依存して出てくる様な弱い高次の干渉項を除く為
にも要件（Ｉ）との組み合わせは有効である。

要件（III）はレーザ光の対称性の整形の為のもので
ある。これは同図の一点鎖線で示したレーザ光L2と点線
で示したレーザ光L3の入れ替わりによって示されてい
る。即ち、同図に示す各要素を通過させることによって
一方向に対するレーザ光の対称性を改善している。

第３図（Ｂ），（Ｃ）は本発明に係る折り返し系31の
他の一実施例の要部概略図である。

第３図（Ｂ）の折り返し系31は同図（Ａ）の各要素を
単一のプリズムブロック14より構成したものである。プ
リズムブロック14の内面反射の回数が偶数回であればプ
リズムブロック14の表面14aで直接反射したレーザ光と
プリズムブロック14の内部反射面14b,14cで反射したレ
ーザ光が互いに対称性を補うような形で重なり合わせる
ことができる。

第３図（Ｃ）の折り返し系31は同図（Ａ）と同図
（Ｂ）の折衷型の一例である。

一般に第１の面に入射するレーザ光が偏光的に等方的
な性質を持っている場合はレーザ光をそのまま入射させ
れば良い。又直線偏光型のレーザ光を用いる場合にはλ
/4板を光路中に挿入して偏光を等方的にしても良いし、
又入射時Ｓ偏光とＰ偏光が1:1の強度になる様に偏光方
向を45゜にセットする様にしても良い。この様にするこ
とにより第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において折り返
し系31から射出する２つの偏光成分のレーザ光の強度比
を1:1とすることができる。

第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す折り返し系31は
レーザ光の一方向のみへの折り返しによる対称性を改善
している。レーザ光全体の対称性を図る為にはもう一方
向の対称性の改善が必要である。

第４図は第３図（Ａ）に示す折り返し系31（第１の折
り返し系）にそれと同様の折り返し系を第２の折り返し
系32として第１の折り返し系31とは直交する方向につな
げて配置した一実施例の概略図である。

第４図においては第１の折り返し系31と第２の折り返
し系32を互いに直交する方向に、例えばｘ方向とｙ方向
に折り返し、これによりレーザ光全体の対称性を改善し
ている。

今、第１の折り返し系31での２つのレーザ光束の光路
長差をOPD1、第２の折り返し系32で形成される２つのレ
ーザ光束の光路長差をOPD2とすると、第２の折り返し系
32を射出した時、射出光束には第１〜第４の光束の４つ
の種類の光束が存在している。

ここで第１の光束を第１及び第２の折り返し系の両方
で表面反射した光束とすると第２の光束は第１の系で表
面反射せず、第２の系の表面反射した光で第１の光束に
対し光路長差OPD1、第３の光束は第１の系で表面反射
し、第２の系で表面反射しなかった光で第１の光束に対
し光路長差OPD2、第４の光束は第１及び第２の系で共に
表面反射しなかった光で第１の光束に対し光路長差（OP
D1＋OPD2）だけ光路長差がついていることになる。

これらが相互に干渉しない為には光路長差OPD2とOPD1
が可干渉距離より大きい距離だけの差があることが必要
である。これには例えば OPD2＝2OPD1 という関係が成立しておれば良いことになる。

第３図の折り返し系31を２つ互いに直交方向に折り返
そうという場合には偏光方向の取扱いに注意が必要であ
る。そのまま第３図の折り返し系を２つ連げると第１の
折り返し系31でのＰ偏光が第２の折り返し系32でＳ偏光
となり、第１の折り返し系31でのＳ偏光が第２の折り返
し系32でＰ偏光となり、先に記述した例で言うと第１の
光束と第４の光束の２つしか発生しないことになる。こ
の為に第１の折り返し系31と第２の折り返し系32の間に
λ/4板、又はλ/4板に相当する素子、例えばフレネルロ
ム（Fresnelromb）を入れて各直線偏光成分を円偏光化
するか又はλ/2板を挿入して各直線偏光の偏光方向を45
゜回転させることが必要である。第４図に示す系ではλ
/4板16を挿入している。

第３図の折り返し系を用いた別の実施形としては第１
の折り返し系から射出したレーザ光をλ/4板やλ/2板等
の特殊な偏光素子を必ずしも用いることなく、最初の折
り返し方向に対して45゜をなす方向に順々に折り返して
行く折り返し系に入射させる方法がある。この場合には
次の折り返し系の平行平面板11に入射するレーザ光のＰ
成分偏光とＳ成分偏光が第１の折り返し系で分割された
２つの光束のＰ成分とＳ成分の偏光方向が45度であるこ
とにより各々1:1の強度で混合することなり都合が良
い。勿論λ/4板やλ/2板を挿入して同様の効果を得るこ
とも可能である。

このようにして45度ずつ傾けた４個の折り返しを行う
ことによりレーザ光は2⁴＝16個の互いにインコヒーレン
トな光源に分割され、しかもトータルとしては極めて対
称度の良いビームプロファイルを得ることができる。16
個の光束はそのどの２つのペアをとっても互いの光路長
差は可干渉距離以上に離れていることは言うまでも無
い。これはｎ番目の折り返し系によって形成される２つ
の光束の光路長差をOPDnとした時、例えば OPDn＝2^n-1OPD1 とすることにより容易に達成することができる。但し、
光路長差OPDnの値があまり大きくなる時は光路長差OPD1
の値と可干渉距離との関係より小さな値を選ぶことが可
能な場合もある。

この様な波面の振幅或いは偏光分割による分離合成法
は基本的に極めて光量損失の少ないビームの対称整形法
である。従来の波面分割法等で生じるエッジ部での光量
損失は０であり、光量損失となる部分はビームスプリッ
ター等の膜による部分のみである。又ビーム自体のトー
タルとしてのコヒーレンスが小さくなっている為、スペ
ックルの発生がかなり小さくなるという特長を有してい
る。

以上が本発明によるレーザ光のビーム形状対称化及び
インコヒーレント化の基本的な原理である。エキシマレ
ーザ等のレーザ光源を用いた露光装置では更にこれに微
小変形を付け加えた方が有利な場合がある。

例えば第３図の折り返し系31を第５図に示すように後
述する蠅の目レンズの影響を減らす為、２つのレーザ光
51,52の射出角を僅かに不一致にすることである。

このように２つの光束の射出角度を変えて構成すると
光束が伝播するに従い序々に別れてくる。この為複数の
折り返し系を重ねて構成すると光束が大きくズレてく
る。このような場合には第６図に示すように１つ１つの
折り返し系31,32をリレー25を用いてつないで構成する
のが良い。

第５図の折り返し系31aで２つのビーム51,52の中心光
線が平行平面板11の表面11aで交わる点を17aとし、次の
折り返し系での同様の交わる点を17bとしたときリレー
系25は第７図に示すように構成するのが良い。

点17aと点17bは基本的に共軛の関係となるのでリレー
系25の役割の１つは点線で示した結像を確保することで
ある。

一方、個々の折り返し系は原則的には平行光で構成さ
れている為に、実際の光束は実線で示した様に一たん集
光され、又もとの平行光に戻される。この際、問題とな
るのは集光点18の存在である。光源としてエキシマレー
ザを用いた場合、エキシマレーザは非常に強度が強い
為、空気中で集光するとその集光点では電界の集中の
為、空気の絶縁破壊が起こり、空中に火花が飛ぶことが
観察される。この為、第７図のリレー系25ではリレーレ
ンズ19a,19bの間の光路中に真空チャンバー21を設けて
集光点18をその中に配置し、光束が真空チャンバーの窓
20を通して次の折り返し系へ導く様に構成している。こ
のような構成を用いると、レーザービームの集光点は真
空である為、何も存在せず非線型な吸収現象からフリー
となる。

第７図のリレー系25はリレーシステムの基本形を示し
たものであり、第５図に示すような折り返し系31aを２
つ90度回転させて構成した装置にはこのリレー系の一部
にλ/4板を挿入配置している。

本実施例では以上のようにしてレーザ光のビームプロ
ファイルを改善し、コヒーレント性を低下させ、次いで
第１図に示すようにオプティカルインテグレータ３に入
射させている。

このとき第５図で示すように分割した２つの光束に射
出角度差がついている系を用いるときは点17aに相当す
る位置にオプティカルインテグレータ全体の中心が合致
するようにリレー系を構成している。又分割した２つの
光束に射出角度差をつけない系を用いるときは光束の中
心がオプティカルインテグレータ全体の中心と合致する
ように構成している。

本発明の特徴のもう一つの点はオプティカルインテグ
レータで不可避的に発生する干渉縞を軽減することにあ
る。干渉縞の軽減には幾つかの種類があるが、要はイン
コヒーレントに種々の縞を重ね合わせその平均化効果を
利用して干渉縞を消すのが一般的である。

第２図で示す揺動走査法には時間的にその重ね合わせ
を行う方式であるが、この方法は多くの時間を要する為
に実用的な観点からはこれに更に空間的なコヒーレンス
の除去をつけ加えることが望ましい。空間的なコヒーレ
ンスの除去は折り返し光学系を用いることによって行わ
れてはいるが、個々のビームはオプティカルインテグレ
ータを通過することによってオプティカルインテグレー
タ特有のピッチでの干渉縞をレチクル面に形成する。

本発明での特徴の一つは空間的なコヒーレンスの除去
の為、前述した折り返し系のもう一つの特性を利用する
ことである。即ち、今迄説明してきた折り返し系は２つ
の光束を重ね合わせていた。このペアとなる光束は分割
されて光路長差をつけられる部分を除いて全く同一の光
学素子を通るという共通性がある。この為、この２つの
光束がレチクル面に形成する干渉縞は相似である。２つ
の光束がレチクル上に作る干渉縞の位相を半ピッチずら
し、両者が互いに相補う様な形で重なり合わせるとレチ
クル面での照度分布の均一性に対し大変に好都合であ
る。既に述べた様に互いに重なり合う２つの光束は光路
長的な意味でも偏光的な意味でも２重にインコヒーレン
トな条件となっているので２つの干渉縞は互いにインコ
ヒーレントに重なり合う。

又、初期のレーザの出力の強度分布のプロファイルの
対称性が悪い場合は第８図に示すように第３図の折り返
し系31を２重に用いて一たんビームを整形した後、イン
ンコヒーレント化の為の折り返しをしても良い。この時
の構成としては第３図（Ａ）の折り返し系を用いる場合
と第５図の折り返し系を用いる場合、或いは両者を混合
して用いる場合等種々の組み合わせが可能である。

干渉縞の位相をずらす方法としては幾つかの方法があ
る。本発明においては第１の方法として複数個の光束を
斜入射させて位置をずらして重ね合わせて干渉縞を除去
する方法を用いている。

第９図はこの第１の方法の斜入射法での干渉縞の除去
の状況を示す説明図である。同図では簡単の為にオプテ
ィカルインテグレータ３を構成する蠅の目レンズとして
２つの微少レンズ3a,3bに２方向から光束が入射する場
合を示している。そして照明系としては最も簡単な構成
とし、微少レンズ3a,3bから射出した光束がコンデンサ
ーレンズ４を介してレチクル面６を照明する場合を示し
ている。微少レンズ3a,3bを介した第１の光束によりレ
チクル面６に形成される干渉縞を実線6a、第２の光束に
より作られる干渉縞を破線6bとすると、実線6aと破線6b
は互いの山と谷とが重なり合う様にして相互に補い合い
全体として均一な照度分布をレチクル面６上、ひいては
光学的に等価面であるウエハ面上に形成することができ
る。

この様な光束の角度ズレは第５図に示されるような折
り返し系31aで作り出されている。従って折り返し系で
の２つのビームの角度ズレは照明を行う面上で山と谷が
相補的な関係となる様に予めセットされることになる。
干渉縞のピッチは蠅の目レンズの微少レンズの大きさや
コリメータレンズ系等により設計的に計算される量なの
で、与えるべき角度ズレは計算をして求めることが可能
である。

第９図の照明系では一次元的な場合を例に説明したが
実際のレチクル面は二次元的な拡がりを持っている。従
って角度ズレは少なくともｘ方向とｙ方向の２方向以上
の自由度を持っていることが良い。その為に本発明では
第６図に示すように複数の折り返し系を組み合わせて構
成している。

次に第２の方法としては繩の目レンズの所で位相分布
を作ってしまう方法である。

第10図はこのときの光学的原理の説明図である。照明
系の基本的構成は第９図に示す照明系と同じであるが同
図では第１の光と第２の光が同じ角度で入ってくる点が
異っている。ここで第１の光と第２の光で違うのは第１
の光が微少レンズ3a,3bの入射面3cの所で作る位相分布
と第２の光が入射面3cの所で作る位相分布である。第10
図に示すように第１の光が微少レンズ3a,3bの入射面3c
の所で一様な位相分布を持っているとした時、第２の光
の位相分布は丁度半分の所から180゜位相が変化する様
な形成のものとする。レチクル面６上の中心Ａ点で考え
た時、第１の光が作る微少レンズの相互の干渉縞が強め
合う条件であるとすれば第２の光が作る微少レンズの相
互の乾燥縞は干渉する一方の位相が180゜ずれているの
で今度は弱め合う条件となる。従って第１の光の干渉縞
と第２の光の干渉縞は相補的な関係となり両者が重なり
合うことによってレチクル面６、即ちウエハ面での光の
一様性は大幅に改善される。

この様な180゜の位相シフトは第３図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）等に示したインコヒーレント化のモジュ
ールの中に位相をシフトする様な蒸着膜のついた位相差
付与手段を挿入すれば良い。

第11図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々このときの位相
差付与手段111を有した折り返し系31bを示す概略図であ
る。

第11図（Ａ），（Ｂ）は第３図（Ａ）の折り返し系に
位相差付与手段として位相シフト板111を挿入したもの
である。第３図（Ａ）の折り返し系にこの位相シフト板
111の機能と対称比の機能を兼用させられる位ビームの
形が対称であれば、第11図（Ａ），（Ｂ）の形が位相分
布で干渉縞を作る場合の基本形となる。対称比と位相シ
フトの機能を兼用できない位ビームの強度分布のプロフ
ァイルが悪い場合は第８図の２段目の折り返し系にこの
位相シフト板111を入れて第12図の様にしたものを基本
ユニットとしても良い。

第11図（Ａ），（Ｂ）において位相シフト板111は例
えば第13図（Ａ）の様に平行平面板112の板の上に蒸着
膜で段差をつけて構成してもよい。図中、斜線を施した
所が蒸着膜である。第13図（Ａ）では両面に発射防止膜
がついているが左側の面の下側の部分112bは反射防止膜
の上にｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝（n;膜の屈折率、d;膜
の厚さ、λ；露光波長）だけ厚く膜が付けられている。

この為上側の部分112aを透過した光と下側の部分112b
を透過した光は位相が180゜異なることになる。又、膜
で位相差を作る代りに第13図（Ｂ）に示す様に平行平面
板112をエッチングして180゜即ちλ/2の位相差がつくよ
うにし、その上に反射防止膜をつけても良い。

第11図（Ｃ）の実施例は折り返し系を構成するプリズ
ムブロック15に直接この様な位相をつける手段を付加し
たものである。

第11図（Ａ）〜（Ｃ）に示したインコヒーレント化ユ
ニットは第１の干渉縞の除去法と同じく２次元的に干渉
縞の発生を押えるべくやはり位相をシフトさせる境界を
２次元的に組み合わせて構成される。例えば第11図の折
り返し系31bを第４図に示した様に２段階に組み合わせ
る時は、２つの位相シフト板111が各折り返し系に１つ
ずつ挿入される。この時、第１の位相シフト板の境界と
第２の位相シフト板の境界は等価的に直交する様な形で
セットされることが好ましい。更に蠅の目レンズの構成
にもよるがその等価的な交点が蠅の目レンズユニット全
体の光学的な中心近傍にあると望ましい。この場合、更
にこの境界線の方向と蠅の目レンズの構成方向が合致し
ていると更に望ましい。

又、位相シフト板の境界線は第13図に示した様に単純
な線で構成する様なものだけでなく、例えば蠅の目レン
ズの構成要素をなぞった直線群で構成する等種々の変形
も適用可能である。

第１図はこの様に種々の変形が考えられる中から構成
した１つの代表的な一実施例である。第11図（Ａ）の位
相シフト板111を採用し、折り返し系31,32を２段で構成
することによってオプティカルインテグレータ３に照明
光を導いている。又第１図の照明系では更に位相シフト
法だけでは干渉縞、或いはスペックルの除去が難しい場
合も考えて揺動走査部５を配置した場合を示している。
照度分布の均一性に対する要求が低い場合にはこの揺動
走査部５の設置は必ずしも必要では無い。

又、ｘ方向は位相シフト板111、ｙ方向は角度をずら
す方法といった組み合わせも適用可能である。

本発明において光のインコヒーレント化を図る為の折
り返し系を複数個、組み合わせる際、必要に応じて第７
図に示すリレー系25を用いれば、それらはどのように組
み合わせても本発明の目的を達成することができる。

第７図のリレー系25は特に２つの光束の射出角度が異
なる場合や位相シフト板111を用いる場合にも有効であ
る。

又、蠅の目レンズ状の微少レンズの１個１個の境界と
位相シフト板の境界との対比が第７図のリレー系25がな
くても十分つくのであれば第７図のリレー系25は不要で
ある。又インコヒーレント化を達成する為の光束間の光
路長のつけ方を OPDn＝2^n-1・OPD1 としたが、逆に光路長差OPD1を最も大きい光路長差とし
て OPDn＝OPD1/2^n-1 とすることも可能である。この場合、光路長差OPDnはコ
ヒーレント長より長くする必要がある。又2^n-1を3^n-1又
は他の値にしても良く、要はどの光の光路長差をとって
もコヒーレンス長以上であれば良い。又本実施例では図
１に示すような露光装置を用いてレチクル面６上の回路
パターンをウエハ面上に露光転写して半導体デバイス等
の回路を製造している。

（発明の効果） 本発明によれば光源としてレーザ光のようなコヒーレ
ントの良い可干渉光を用いたときに、可干渉光を偏光方
向が互いに直交する２つの偏光光に分割し、該２つの偏
光光に可干渉距離を越える光路長差を付与してから被照
射面を照明することによってスペックルの発生を効果的
に防止し、被照射面を均一に照明することができ、高集
積度の半導体デバイス等の回路を容易に製造することが
できる照明装置及びそれを用いた回路の製造方法を達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を半導体製造用の露光装置に適用したと
きの一実施例の要部概略図、第２図は従来の露光装置の
概略図、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明に係る
折り返し系の説明図、第４図は本発明に係る折り返し系
を２つ２次元的に重ねた説明図、第５図は本発明に係る
折り返し系の他の一実施例の概略図、第６図は本発明に
係る２つの折り返し系をリレー系でつないだ一実施例の
説明図、第７図は本発明に係るリレー系の説明図、第８
図は本発明に係る折り返し系を２つ用いた系の説明図、
第9,第10図は被照射面における照度分布の説明図、第11
図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明に係る折り返し系に
位相シフト板を用いた説明図、第12図は位相シフト板を
用いた本発明に係る折り返し系の説明図、第13図
（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る位相シフト板の説明図で
ある。 図中、１はエキシマレーザ、２はビーム整形光学系、３
はオプティカルインテグレータ、４はコンデンサーレン
ズ、５は揺動走査部、６は被照射面（レチクル面）、７
は投影レンズ、８はエウハ、９はウエハステージ、11は
光分割器、12,13はミラー、31,32,31a,31bは折り返し
系、111は位相差付与手段、16はλ/4板、25はリレーレ
ンズである。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可干渉光を互いに偏光方向が直交する第１
   光束と第２光束とに分割し、前記第１、第２光束間に前
   記可干渉光の可干渉距離を越える光路長差を与える光学
   手段を有し、前記光学手段からの前記第１、第２光束に
   より被照明面を照明する照明装置であって、前記光学手
   段は、前記可干渉光を偏光ビームスプリッターにより前
   記第１光束としての反射光と前記第２光束としての透過
   光とに分割し、前記第２光束としての透過光の光路を折
   り返して前記偏光ビームスプリッターに入射させる折り
   返し系を有することを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】前記光学手段からの前記第１、第２光束に
   より照明されるオプティカルインテグレータと、該オプ
   ティカルインテグレータからの光を前記被照明面に集光
   する集光光学系とを有することを特徴とする請求項１の
   照明装置。
3. 【請求項３】前記折り返し系は前記第２光束としての透
   過光が内部を伝播し且つその複数の面で順次反射される
   プリズム状光学部材を有し、前記偏光ビームスプリッタ
   ーが前記プリズム状光学部材の一面に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１の照明装置。
4. 【請求項４】前記折り返し系は前記第２光束としての透
   過光が順次反射され且つそれらの間の気体内を伝播する
   複数の反射鏡を有することを特徴とする請求項１の照明
   装置。
5. 【請求項５】前記折り返し系は前記第２光束としての透
   過光を２回のみ反射することを特徴とする請求項３又は
   請求項４の照明装置。
6. 【請求項６】前記折り返し系は、前記第２光束としての
   透過光を前記偏光ビームスプリッターに入射させる際
   に、前記第１光束としての反射光の進行方向に対して傾
   いた方向から入射させることを特徴とする請求項５の照
   明装置。
7. 【請求項７】前記折り返し系は、前記第２光束としての
   透過光の光路に波面の一部分と残りの部分に180度の位
   相差を与える位相差付与部材を備えることを特徴とする
   請求項５の照明装置。
8. 【請求項８】前記光学手段は前記折り返し系の組を２組
   有し、一方の組からの前記第１、第２光束が他方の組に
   入射するよう構成したことを特徴とする請求項５の照明
   装置。
9. 【請求項９】前記２組は互いに直交する断面に関して光
   を分割し且つ折り返すことを特徴とする請求項８の照明
   装置。
10. 【請求項１０】前記可干渉光を供給するエキシマレーザ
    を有することを特徴とする請求項１の照明装置。
11. 【請求項１１】請求項１乃至請求項10のいずれか１項に
    記載の照明装置によりレチクル（マスク）を照明するこ
    とを特徴とする露光装置。
12. 【請求項１２】請求項11の露光装置により前記レチクル
    （マスク）の回路パターンをウエハ上に転写する段階を
    有することを特徴とする回路の製造方法。