JP3296346B2

JP3296346B2 - 露光装置及び半導体素子の製造方法

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Publication number: JP3296346B2
Application number: JP32649899A
Authority: JP
Inventors: 孝司森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP2000150371A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造用に好適な
露光装置及びその露光装置を用いた半導体素子の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩや超ＬＳＩ等の半導体素子
の製造は、レチクル上に形成された回路パターンを投影
レンズを介してウエハ上に縮小投影する投影露光装置に
より行われている。しかしながら、より一層、微細なパ
ターンをウエハ上に転写することが切望されており、こ
れに対応するために多大な努力が続けられている。例え
ば、露光光の短波長化、及び投影レンズの開口数（以下
ＮＡと称する）の増大により、投影レンズの解像力向上
への努力が続けられており、特に最近ではＮＡが０．５
を越える投影レンズが実現されている。

【０００３】また、これに加えて、露光対象とするパタ
ーンの最小線幅等により照明条件を最適化することで投
影レンズの解像力、焦点深度に対する努力も続けられて
いる。例えば、特開昭59-155843 号公報では、投影レン
ズのＮＡに対する照明光学系のＮＡの比率、即ちσ値を
最適化することにより、所定パターンの解像力とコント
ラストとの適切なバランスを得るようにしたものが提案
されている。

【０００４】また、近年においては、露光用照明光学装
置内に設けられたフライアイレンズにより形成される２
次的光源の形状を変化させることにより、投影レンズの
解像力、焦点深度をより一層向上させる試みが提案され
ており、例えば、特開昭61-91622号公報にて提案されて
いる。この公報には、２次的光源を形成するフライアイ
レンズの射出側の中央部を絞りにより遮光し、偏心光源
を形成することにより、パターン寸法、焼き付け条件に
より、投影レンズの解像力、焦点深度の大幅なる改善が
図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般にこの種の露光用
照明光学装置では、微細なパターンをウエハ上に転写す
る際に、スループットの向上のために、被照射面として
のマスク（またはレチクル）上では、より高い照度のも
とでの均一な照明が要求される。ところが、特開昭61-9
1622号公報に提案されている照明装置では、輪帯状の２
次的光源を得るために、フライアイレンズの射出側の中
央部を遮光する絞りを配置している。このため、照射光
の総量が減少して被照射面としてのマスク（以下レチク
ルと称する）上での照度が大幅に低下する。

【０００６】この結果、露光時間が長くなって、スルー
プットの低下を免れないという問題があった。本発明は
上記の問題を克服して、輪帯状の２次的光源を何ら遮光
することなく形成し、高い照明効率のもとでレチクルの
パターンをウエハに露光することができる露光装置を提
供することを目的としている。さらに、本発明は、輪帯
状の２次的光源を何ら遮光することなく形成し、高い照
明効率のもとでレチクルのパターンをウエハに露光する
ことで良好な半導体素子を製造する方法を提供すること
をも目的としている。

【０００７】

【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、本発明による露光装置は、レチクルを照明するた
めに露光光を供給する光源手段と、前記レチクルのパタ
ーンをウエハに投影する投影光学系とを有する露光装置
において、前記光源手段から供給される露光光の光路中
に配置されたオプティカルインテグレータと、前記オプ
ティカルインテグレータからの露光光を前記レチクルへ
導く手段と、前記光源手段と前記オプティカルインテグ
レータとの間の光路中に配置されて前記露光光を輪帯状
光束に変換する輪帯状光束変換手段と、前記輪帯状光束
の大きさを可変とする手段とを有し、前記輪帯状光束変
換手段は、前記輪帯状光束の輪帯比を変化させるように
したものである。以上の構成に基づいて、前記輪帯状
光束変換手段は光路内にそれぞれ挿入可能に設けられた
２以上の部材を有することが好ましく、これら２以上の
部材はそれぞれ円錐状屈折面を有することがより好まし
い。あるいは、以上の構成に基づいて、前記輪帯状光束
変換手段は間隔可変な２つの部材を有しても良く、この
時、これら間隔可変な２つの部材はそれぞれ円錐状屈折
面を有することが望ましい。また、前記輪帯状光束の大
きさを可変とする手段は前記輪帯状光束の大きさを連続
的に可変させる変倍光学系を有することが好ましく、ま
た、前記輪帯状光束変換手段は前記輪帯状光束の輪帯比
を連続的に変化させることが好ましい。

【０００８】また、前記光源手段はレーザ光源及び前記
レーザ光源からの光をビーム整形するビームエキスパン
ダを有することが望ましく、また、前記オプティカルイ
ンテグレータはロッド状光学部材を有することが好まし
い。さらに、前記レチクルとウエハとの間の光路中に投
影光学系が配置されることがより好ましい。

【０００９】また、本発明による半導体素子の製造方法
は、露光光でレチクルを照明する工程と、前記レチクル
のパターンをウエハに転写する工程を有する半導体素子
の製造方法において、前記露光光でレチクルを照明する
工程は、輪帯状光束変換手段を用いることによりオプテ
ィカルインテグレータに向かう前記露光光を輪帯状光束
に変換して前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工程
と、輪帯状光束の大きさを可変とする手段を用いること
により前記オプティカルインテグレータへ向かう前記輪
帯状光束の大きさを可変とする工程と、前記オプティカ
ルインテグレータからの露光光を前記レチクルへ導く工
程とを有するようにしたものである。以上の本発明によ
る半導体素子の製造方法では、前記輪帯状光束の輪帯比
を可変とする工程と前記輪帯状光束の大きさを可変とす
る工程とによって、前記輪帯状光束の輪帯比と前記輪帯
状光束の大きさとを独立に可変とすることが好ましい。

【００１０】また、前記輪帯状光束の輪帯比を可変とす
る工程は、２以上の部材の内の１つを光路内に挿入する
工程を有することが望ましく、この時、前記２以上の部
材の内の１つを光路内に挿入する工程における前記２以
上の部材は、円錐状屈折面を有することがより望まし
い。あるいは、前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工
程は、２つの部材の間隔を変化させる工程を有するよう
にしても良く、この場合、前記２つの部材の間隔を変化
させる工程における前記２つの部材は、それぞれ円錐状
屈折面を有することがより好ましい。また、前記露光光
でレチクルを照明する工程は、レーザ光源からの光を前
記露光光として供給する工程を有することが望ましく、
この場合、レーザ光源からの光をビームエキスパンダを
用いてビーム整形する工程をさらに有することがより望
ましい。また、前記オプティカルインテグレータからの
露光光を前記レチクルへ導く工程は、前記オプティカル
インテグレータとしてロッド状オプティカルインテグレ
ータを介した露光光を前記レチクルへ導く工程を有する
ことがより好ましい。また、前記輪帯状光束の大きさを
可変とする工程は、前記輪帯状光束の大きさを連続的に
可変させる工程を有することが望ましく、また、前記輪
帯状光束の輪帯比を可変とする工程は、前記輪帯状光束
の輪帯比を連続的に変化させることが好ましい。また、
前記レチクルのパターンを前記ウエハに転写する工程
は、投影光学系を用いて前記レチクルのパターンを前記
ウエハに投影する工程を有することがより望ましい。

【００１１】本発明の装置では、輪帯状光束変換手段の
作用によって、光源からの光束（レーザ光等のほぼ平行
光束）を何ら遮光することなく、輪帯状光束（輪帯状平
行光束）に変換でき、その結果、オプティカルインテグ
レータによって輪帯状の２次光源が形成できる。従っ
て、被照射面としてのレチクルを高照度のもとで均一に
照明できるため、スループットの低下を招くことなく、
投影光学系（投影レンズ）の解像力や焦点深度を改善す
ることができる。

【００１２】また、例えば、輪帯状光束変換手段が凸の
円錐状屈折面または凹の円錐状屈折面を持つ複数の部材
を持つ構成とし、この複数の部材を交換可能あるいはこ
の複数の部材間の間隔を可変に設けることことにより、
高い照明効率のもとで、輪帯状光束（輪帯状平行光束）
の外径に対する内径の比率、所謂輪帯比を変化させるこ
とができる。従って、任意の輪帯比を持つ２次光源を形
成できるため、レチクルＲ上のパターンを最適な線幅、
焦点深度のもとでウエハ上に転写することができる。

【００１３】さらに、変倍により輪帯状光束の大きさ
（径、外径）を可変とする手段としてのアフォーカル変
倍光学系を照明光学系内に設ければ、そのアフォーカル
変倍光学系の変倍により輪帯比を一定に維持しながら輪
帯状光束（輪帯状平行光束）の大きさ（径、外径）を可
変にできる。従って、アフォーカル変倍光学系によって
輪帯比を変える事なく、輪帯状光束の大きさ（径、外
径）を変化できるため、輪帯比と輪帯状光束の大きさ
（径、外径）とを独立にコントロールできる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例による構成を示
したものであり、図１において（Ａ）は第１の輪帯光束
変換状態、（Ｂ）は第２の輪帯光束変換状態を示してい
る。以下、図１を参照しながら第１実施例について詳述
する。図１（Ａ）に示す如く、光源部１からほぼ平行な
光束を供給される。この光源部１は、水銀アーク灯、楕
円鏡及びコリメータレンズを有し、この水銀アーク灯か
らの光（例えば、ｇ線(436nm) 、ｉ線(365nm）等の光）
は、楕円鏡によって集光された後、コリメータレンズに
より平行光束に変換される。また、光源部１は、ＫｒＦ
のレーザ光源としてのエキシマレーザ光源とビーム径を
整形するビームエキスパンダを有し、エキシマレーザ光
源からの光をビームエキスパンダを介してビーム整形さ
れた平行光束を供給するものでも良い。

【００１５】光源部１から供給されるほぼ平行光束は、
斜線で示す如く、第１プリズム部材２０を通過し、ここ
で輪帯状平行光束に変換される。この第１プリズム部材
２０は、入射側に凹の円錐状屈折面を持つと共に射出側
に凸の円錐状屈折面を持ち、図１（Ｂ）に示す如く、第
１交換手段１０によって第２プリズム部材２１と交換可
能に設けられている。この第２プリズム部材２１は、入
射側に凹の円錐状屈折面を持つと共に射出側に凸の円錐
状屈折面を持ち、第１プリズム部材２０よりも軸上厚
（頂点間の距離）が薄くなる如く構成されている。

【００１６】そして、第１プリズム部材２０により変換
された図１（Ａ）の輪帯状平行光束は、第１プリズム部
材２０により変換された図１（Ｂ）の輪帯状平行光束と
比べると、輪帯の幅は一定であるが輪帯状平行光束の外
径が大きく変換される。このため、各プリズム部材（２
０，２１）により形成される輪帯状平行光束の内径と外
径をそれぞれをｒ₁，ｒ₂とすると、図１（Ａ）に示し
た第１プリズム部材２０により変換された輪帯状平行光
束は、図１（Ｂ）に示した第２プリズム部材２１により
変換された輪帯状平行光束よりも、輪帯比（ｒ₁／
ｒ₂）が小さくなる。従って、各プリズム部材（２０，
２１）を光路内に挿入することによって、輪帯比が可変
にできることが分かる。なお、本実施例では、第１プリ
ズム部材２０と第２プリズム部材２１とで輪帯光束変換
部２が構成される。

【００１７】さて、図１（Ａ）に戻って、第１プリズム
部材２０によって所定の輪帯比を持つ輪帯状平行光束に
変換された光束は、オプティカルインテグレータとして
のフライアイレンズ３により輪帯状の複数の２次的光源
が形成される。このフライアイレンズ３は、複数の棒状
レンズ素子の集合体で構成され、輪帯状光束がフライア
イレンズ３を通過すると、フライアイレンズ３の射出側
には各棒状レンズ素子によって輪帯状の複数の２次的な
光源像が形成され、ここには、実質的に輪帯状の面光源
が形成される。従って、プリズム部材（２０，２１）の
交換によってフライアイレンズ３に入射する輪帯平行光
束径並びに輪帯比が変化するため、輪帯状の２次的な光
源像の大きさ及び輪帯比が可変となる。

【００１８】この輪帯状の２次的な光源像が形成される
フライアイレンズ３の射出側の位置には、輪帯状平行光
束を正確に規定する開口絞り手段４が設けられており、
この開口絞り手段４は、所定の輪帯状の口径を持つ開口
絞り４１及び４２を有しており、開口絞り４１は、第２
プリズム部材２１に挿入により連動して、第２交換手段
１１によって別の輪帯状の口径並びに輪帯比を有する開
口絞り４２と交換可能に設けられている。

【００１９】さて、開口絞り４１を介した輪帯状の２次
的な光源からの光束は、斜線で示す如く、コンデンサー
レンズ５により集光されて、レチクルＲ上のパターン領
域を斜め方向から重畳するように均一照明する。する
と、投影レンズ６（投影光学系）によってウエハＷ上に
は、レチクルＲ上の回路パターン像が形成される。従っ
て、ウエハＷ上に塗布されたレジストが感光されて、こ
こにはレチクルＲの回路パターン像が転写される。投影
光学系６の瞳（入射瞳）位置には、口径可変な開口絞り
６ａが設けられており、この開口絞り６ａは、口径可変
手段１２によって所定の口径に設定される。なお、開口
絞り６ａは、図１の点線で示す如く、フライアイレンズ
３の射出側に設けられた開口絞り６と共役に設けられて
いる。

【００２０】次に、本実施例による動作について説明す
ると、まずキーボード等の入力手段１４を介して順番に
露光される各種のレチクルＲに関する情報等が入力され
ると、この入力情報は制御手段１３に入力される。この
制御手段１３は、各種のレチクルに関する最適な線幅、
焦点深度等の情報を内部のメモリー部に記憶しており、
第１交換手段１０、第２交換手段及び口径可変手段１２
を制御する。

【００２１】これらの第１交換手段１０、第２交換手段
及び口径可変手段１２は、内部に駆動系を含んでおり、
制御手段１３からの制御信号に基づいて、最適な線幅、
焦点深度ともとでレチクルＲを輪帯照明するために、プ
リズム部材（２０，２１）及び開口絞り（４０，４１）
が選択的に設定される共に、開口絞り６の口径が設定さ
れる。

【００２２】なお、レチクルＲのパターン領域外に最適
な線幅、焦点深度等の情報を含むバーコード等のマーク
を形成し、このマークを検知するマーク検知手段をレチ
クルＲが設定される周辺部に設け、この検知情報を直接
的に制御手段１３へ入力できるようにしても良い。この
ように、プリズム部材（２０、２１）を適宜交換して、
フライアイレンズ３の射出側に形成される輪帯状の２次
光源における大きさを及び輪帯比を変化させて、輪帯照
明（あるいは傾斜照明）状態を変えると、レチクルＲ上
のパターンを最適な線幅、焦点深度のもとでウエハ上に
転写することができる。

【００２３】ここで、以上の構成によって得られる輪帯
照明の効果を十分に引き出すには、フライアイレンズ３
の射出側に形成される輪帯状の２次光源の内径をｄ₁、
フライアイレンズ３の射出側に形成される輪帯状の２次
光源の外径をｄ₂とするとき、１／３≦ｄ₁／ｄ₂≦２／３（１）を満足するように輪帯光束径を設定することが望まし
い。これにより、投影光学系の焦点深度を向上させて実
用的な解像力の向上が達成となる。

【００２４】条件（１）の下限値を越えると、輪帯状光
源の内径が小さくなり過ぎ、本発明による輪帯照明の効
果が薄れ、投影光学系の焦点深度と解像度とを向上させ
ることが困難となる。逆に条件（１）の上限を越える
と、レチクル上では同じ線幅のパターンでも周期性の有
無によりウエハ上に転写される線幅が異なり、レチクル
パターンを忠実にウエハ上に転写することができなくな
る。また、露光量変化に対する線幅の変化量が大きくな
るため、所望の線幅のパターンをウエハ上に形成するこ
とが難しくなる。

【００２５】さらに、本発明の輪帯照明による効果を最
大限に得るためには、投影レンズ３のレチクルＲの開口
数をＮＡ₁、輪帯状の２次的な光源の外径により決定さ
れる照明光学系の開口数をＮＡ₂とするとき、以下の条
件（２）を満足することが望ましい。０．４５≦ＮＡ₂／ＮＡ₁≦０．８（２）この条件（２）の下限を越えると、輪帯照明によりレチ
クルを傾斜照明する光の入射角度が小さくなり、本発明
による輪帯照明の効果を殆ど得ることができない。この
ため、輪帯照明を行うこと自体無意味となってしまう。
逆に条件（２）の上限を越えると、空間像としての解像
度は向上するものの、焦点深度が低下する。さらには、
ベストフォーカスでのコントラストが大幅に低下するた
め好ましくない。

【００２６】以上の如く、図１に示した第１実施例で
は、輪帯状平行光束を形成するために輪帯光束変換部材
として、入射側に凹の円錐状屈折面を有すると共に射出
側に凸の円錐状屈折面を有すると共に軸上厚が異なるプ
リズム部材（２０，２１）を交換可能に設けたが、図４
に示す如く、入射側及び射出側に凸の円錐状屈折面を有
するプリズム部材２０（図４（Ａ）参照）と、これと軸
上厚が異なり入射側及び射出側に凸の円錐状屈折面を有
するプリズム部材２１（図４（Ｂ）参照）とを互いに交
換可能に設けても良い。さらには、入射側に凹の円錐状
屈折面を有すると共に射出側に凸の円錐状屈折面を有す
るプリズム部材と、入射側及び射出側に凸の円錐状屈折
面を有するプリズム部材とを交換可能に設けても良い。

【００２７】また、図１に示す本実施例では、２つのプ
リズム部材が互いに交換可能に設けられているが、２以
上のプリズム部材が交換可能に設けられても良く、さら
には、プリズムが光路内に挿入されないようにして、通
常の照明を行えるようにしても良い。次に、本発明によ
る第２実施例について図２を参照しながら説明する。本
実施例において、第１実施例と異なる所は、輪帯状光束
変換部２を間隔可変な２つのプリズム部材で構成して、
輪帯状平行光束の輪帯比を連続的に変化させるようにし
た点である。なお、図２において図１と同一の機能を持
つ部材には同じ符号を付してある。

【００２８】図２に示す如く、輪帯状光束変換部２は、
入射側に凹の円錐状屈折面を持つと共に射出側に平面を
持つ第１プリズム部材２２と、入射側に平面を持つと共
に射出側に凸の円錐状屈折面を持つ第２プリズム部材２
３とを有しており、この２つのプリズムは間隔可変手段
１５により移動可能に設けられている。なお、この間隔
可変手段１５は、駆動系を含んでおり、図１に示した第
１実施例と同様に、制御手段１３により制御される。

【００２９】ここで、双方のプリズム部材（２２，２
３）の間隔が大きくなると、図２（Ａ）に示す如く、こ
れに入射する光源部１からの平行光束は、輪帯光束の外
径が大きくなって輪帯比の小さい輪帯状平行光束に変換
され、逆に双方のプリズム部材（２２，２３）の間隔が
狭くなると、図２（Ｂ）に示す如く、これに入射する光
源部１からの平行光束は、輪帯光束の外径が小さくなっ
て輪帯比の大きい輪帯状平行光束に変換される。

【００３０】従って、プリズム部材（２２，２３）の間
隔を適宜変化させることにより、フライアイレンズ３の
射出側に形成される輪帯状の２次光源における大きさ及
び輪帯比を連続的に変化させて、輪帯照明（あるいは傾
斜照明）状態を変えると、レチクルＲ上のパターンを最
適な線幅、焦点深度のもとでウエハ上に転写することが
できる。なお、本実施例においても、前述の条件（１）
及び条件（２）を満足するような輪帯状光束とすること
が望ましい。

【００３１】なお、図５の（ａ）に示す如く、本実施例
の輪帯状光束変換部２としての第１プリズム部材２２と
第２プリズム部材２３との個々の向きを逆に配置し、こ
の２つの部材の間隔を変化させても良い。この場合、図
５の（ｂ）に示す如く、２つのプリズム部材間の間隔が
完全に無くなるまで接近させれば、通常の照明を行うこ
とができる。

【００３２】また、第１及び第２プリズム部材の形状は
これに限るものではなく、図６に示す如く、第２プリズ
ム部材は入射側に凸の円錐状屈折面を持つと共に射出側
に平面を持ち、第２プリズム部材は入射側に平面を持つ
と共に射出側に凸の円錐状屈折面を持つように構成して
も良く、さらには、図７に示す如く、この２つのプリズ
ムの個々の向きを逆に配置した構成でも良い。

【００３３】次に、本発明による第３実施例について図
３を参照しながら説明する。本実施例において、第２実
施例と異なる所は、輪帯状光束変換部２としての２つの
プリズム部材とフライアイレンズ３との間にアフォーカ
ル変倍光学系３０を配置して、輪帯状光束の輪帯比を連
続的に変化させるのみならず輪帯光束の径（外径）を連
続的に可変となるようにした点である。なお、図３にお
いて図１と同一の機能を持つ部材には同じ符号を付して
ある。

【００３４】図３に示す如く、アフォーカル変倍光学系
３０は、光源側から順に、正屈折力の第１群３０ａと、
負屈折力の第２群３０ｂと、正屈折力の第３群３０ｂと
から構成され、この第２群３０ｂと第３群３０ｂとは、
双方の間隔が変化するように移動可能に設けられてお
り、第２群３０ｂと第３群３０ｂとは、変倍手段３１に
より移動する。なお、この変倍手段３１は、駆動系を含
んでおり、図１及び図２に示した第１実施例と同様に、
制御手段１３により制御される。

【００３５】ここで、第２群３０ｂと第３群３０ｂとの
間隔が大きくなると（最大倍率状態）、図３（Ａ）に示
す如く、これに入射する輪帯状平行光束は、輪帯光束の
外径が大きい光束に変換され、逆に第２群３０ｂと第３
群３０ｂとの間隔が狭くなると（最小倍率状態）、図３
（Ｂ）に示す如く、これに入射する輪帯状平行光束は、
輪帯光束の外径が狭い光束に変換される。

【００３６】従って、第２群３０ｂと第３群３０ｂとの
間隔、即ちアフォーカル変倍光学系３０を適宜変化する
ことによりフライアイレンズ３の射出側に形成される輪
帯状の２次光源の外径を連続的に変化させることができ
ると共に、プリズム部材（２２，２３）の間隔を適宜変
化することによりフライアイレンズ３の射出側に形成さ
れる輪帯状の２次光源の輪帯比を連続的に変化させるこ
とができる。よって、輪帯状の２次光源の輪帯比及び輪
帯状の２次光源の大きさ（外径）を連続的に独立制御で
きるため、最適な輪帯照明（あるいは傾斜照明）状態の
設定の自由度が向上する。この結果、レチクルＲ上のパ
ターンをより最適な線幅、焦点深度のもとでウエハ上に
転写することができる。このとき、本実施例において
も、前述の条件（１）及び条件（２）を満足するように
輪帯状光束を変化させることが望ましい。

【００３７】なお、本実施例のアフォーカル変倍光学系
３０は、図１及び図２に示した実施例においても適用で
きることは言うまでもない。ところで、図１〜図３に示
した各実施例のフライアイレンズ３の射出側に設けられ
た開口絞り手段４の具体的な切り換え機構の一例を図８
を参照しながら説明する。

【００３８】図８に示す如く、円形の基板４００上に
は、斜線で示す透過域を持つ８種類の絞りが円周方向に
沿って設けられており、基板４００は、この基板４００
内の１つの絞りが照明光路内に位置するようにＯを中心
として回転可能に設けられている。この基板４００上に
は３種類の異なる輪帯比を持つ輪帯状の絞りが形成され
ており、絞り４０１はｒ₁₁／ｒ₂₁の輪帯比を持つ輪帯状
の透過領域を有し、絞り４０３はｒ₁₂／ｒ₂₂の輪帯比を
持つ輪帯状の透過領域を有し、絞り４０５はｒ₁₃／ｒ₂₁
の輪帯比を持つ輪帯状の透過領域を有している。

【００３９】また、この基板４００上には３種類の異な
る輪帯比のもとで効率良く４つの偏心光源を形成するた
めの絞りが形成されており、絞り４０２はｒ₁₁／ｒ₂₁の
輪帯比の輪帯光束内に４つの開口を有し、絞り４０４は
ｒ₁₂／ｒ₂₂の輪帯比の輪帯光束内に４つの開口を有し、
絞り４０６はｒ₁₃／ｒ₂₁の輪帯比の輪帯光束内に４つの
開口を有している。

【００４０】さらに、この基板４００上には２種類の通
常の照明を行うための円形の口径の絞りが形成されてお
り、絞り４０７は２ｒ₂₂の円形口径を有しており、絞り
４０８は２ｒ₂₁の円形口径を有している。従って、絞り
４０１、４０３及び４０５の内の一方を選択して照明光
路内へ位置させれば、３種類の異なる輪帯比を持つ輪帯
光束を正確に規定（制限）でき、絞り４０２、４０４及
び４０６の内の一方を選択して照明光路内へ位置させれ
ば、３種類の異なる輪帯比のもとで効率の良く４つの偏
心光源を形成することができるため、この４つの偏心光
源による効率の良い傾斜照明が行える。また、絞り４０
７及び４０８の内の一方を選択して照明光路内へ位置さ
せれば、σ値の異なる通常照明を行うことができる。

【００４１】なお、図８では、円形基板上の円周方向に
沿って複数の絞りを設け、これを任意に選択するターレ
ット式の切り換え機構の一例について説明したが、フラ
イアイレンズ３の射出側に設けられている開口絞り４１
を開口絞り４２と交換可能とせずに、開口絞り４１自体
の口径可変に設けても良い。また、図１乃至図３に示し
た各実施例において２次光源を形成する手段としてフラ
イアイレンズを用いたが、ロッド状の光学部材（ロッド
状オプティカルインテグレータ）を用いても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、輪帯状の
２次的光源を何ら遮光することなく形成し、高い照明効
率のもとで被照射面を均一に照明できる高性能な照明光
学装置を達成できる。しかも、各実施例に示した装置に
よれば、高い照明効率のもとで、輪帯状の２次光源の大
きさ及び輪帯比を可変にできるため、レチクルＲ上のパ
ターンを最適な線幅、焦点深度のもとでウエハ上に転写
することができる。

【００４３】また、第３実施例に示した装置によれば、
輪帯状の２次光源の輪帯比と大きさを独立に可変にでき
るため、最適な輪帯照明（あるいは傾斜照明）状態の設
定の自由度が向上する。この結果、レチクルＲ上のパタ
ーンをより最適な線幅、焦点深度のもとでウエハ上に転
写することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例の構成を示す図であ
る。

【図２】図２は本発明の第２実施例の構成を示す図であ
る。

【図３】図３は本発明の第３実施例の構成を示す図であ
る。

【図４】図４は本発明の第１実施例における第１及び第
２プリズム部材の変形例を示す図である。

【図５】図５は本発明の第２実施例における第１及び第
２プリズム部材の第１変形例を示す図である。

【図６】図５は本発明の第２実施例における第１及び第
２プリズム部材の第２変形例を示す図である。

【図７】図５は本発明の第２実施例における第１及び第
２プリズム部材の第３変形例を示す図である。

【図８】図８はフライアイレンズ３の射出側に設けられ
た開口絞りの切り換え機構の一例を示す図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・光源部２・・・輪帯光束変換部３・・・フライアイレンズ４、６ａ・・・開口絞り５・・・コンデンサーレンズ６・・・投影レンズＲ・・・レチクルＷ・・・ウエハ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルを照明するために露光光を供給す
る光源手段と、前記レチクルのパターンをウエハに投影
する投影光学系とを有する露光装置において、前記光源手段から供給される露光光の光路中に配置され
たオプティカルインテグレータと、前記オプティカルイ
ンテグレータからの露光光を前記レチクルへ導く手段
と、前記光源手段と前記オプティカルインテグレータと
の間の光路中に配置されて前記露光光を輪帯状光束に変
換する輪帯状光束変換手段と、前記輪帯状光束の大きさ
を可変とする手段とを有し、前記輪帯状光束変換手段は、前記輪帯状光束の輪帯比を
変化させることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記輪帯状光束変換手段は、光路内にそれ
ぞれ挿入可能に設けられた２以上の部材を有することを
特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記光路内にそれぞれ挿入可能に設けられ
た２以上の部材は、それぞれ円錐状屈折面を有すること
を特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】前記輪帯状光束変換手段は、間隔可変な２
つの部材を有することを特徴とする請求項１に記載の露
光装置。
【請求項５】前記間隔可変な２つの部材は、それぞれ円
錐状屈折面を有することを特徴とする請求項４に記載の
露光装置。
【請求項６】前記輪帯状光束の大きさを可変とする手段
は、前記輪帯状光束の大きさを連続的に可変させる変倍
光学系を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５
のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】前記輪帯状光束変換手段は、前記輪帯状光
束の輪帯比を連続的に変化させることを特徴とする請求
項１又は請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】前記光源手段は、レーザ光源と、前記レー
ザ光源からの光をビーム整形するビームエキスパンダを
有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれ
か１項に記載の露光装置。
【請求項９】前記オプティカルインテグレータは、ロッ
ド状光学部材を有することを特徴とする請求項１乃至請
求項８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】前記レチクルとウエハとの間の光路中に
配置された投影光学系をさらに有することを特徴とする
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装
置。
【請求項１１】露光光でレチクルを照明する工程と、前
記レチクルのパターンをウエハに転写する工程を有する
半導体素子の製造方法において、前記露光光でレチクルを照明する工程は、輪帯状光束変
換手段を用いることによりオプティカルインテグレータ
に向かう前記露光光を輪帯状光束に変換して前記輪帯状
光束の輪帯比を可変とする工程と、輪帯状光束の大きさ
を可変とする手段を用いることにより前記オプティカル
インテグレータへ向かう前記輪帯状光束の大きさを可変
とする工程と、前記オプティカルインテグレータからの
露光光を前記レチクルへ導く工程とを有することを特徴
とする半導体素子の製造方法。
【請求項１２】前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工
程と前記輪帯状光束の大きさを可変とする工程とによっ
て、前記輪帯状光束の輪帯比と前記輪帯状光束の大きさ
とを独立に可変とすることを特徴とする請求項１１に記
載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工
程は、２以上の部材の内の１つを光路内に挿入する工程
を有することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に
記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】前記２以上の部材の内の１つを光路内に
挿入する工程における前記２以上の部材は、円錐状屈折
面を有することを特徴とする請求項１３に記載の半導体
素子の製造方法。
【請求項１５】前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工
程は、２つの部材の間隔を変化させる工程を有すること
を特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の半導体
素子の製造方法。
【請求項１６】前記２つの部材の間隔を変化させる工程
における前記２つの部材は、それぞれ円錐状屈折面を有
することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の
製造方法。
【請求項１７】前記露光光でレチクルを照明する工程
は、レーザ光源からの光を前記露光光として供給する工
程を有することを特徴とする請求項１１乃至請求項１６
のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】前記露光光でレチクルを照明する工程
は、前記レーザ光源からの光をビームエキスパンダを用
いてビーム整形する工程を有することを特徴とする請求
項１７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】前記オプティカルインテグレータからの
露光光を前記レチクルへ導く工程は、前記オプティカル
インテグレータとしてロッド状オプティカルインテグレ
ータを介した露光光を前記レチクルへ導く工程を有する
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１８のいずれか
１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２０】前記輪帯状光束の大きさを可変とする工
程は、前記輪帯状光束の大きさを連続的に可変させる工
程を有することを特徴とする請求項１１乃至請求項１９
のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項２１】前記輪帯状光束の輪帯比を可変とする工
程は、前記輪帯状光束の輪帯比を連続的に変化させるこ
とを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の半導
体素子の製造方法。
【請求項２２】前記レチクルのパターンを前記ウエハに
転写する工程は、投影光学系を用いて前記レチクルのパ
ターンを前記ウエハに投影する工程を有することを特徴
とする請求項１１乃至２１のいずれか１項に記載の半導
体素子の製造方法。