JP3296347B2

JP3296347B2 - 投影露光装置及び方法並びに半導体素子の製造方法

Info

Publication number: JP3296347B2
Application number: JP32650099A
Authority: JP
Inventors: 孝司森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP2000124130A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被照射面を均一に照明
する照明光学装置に関するものであり、特に半導体製造
用の露光装置に好適な照明光学装置に関するものであ
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て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すると共に通常照
明のσ値を可変にして、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を目
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、本発明の請求項１にかかる投影露光方法は、露光
光でレチクルを照明する工程と、投影光学系を用いて前
記レチクルのパターンの像をウエハに投影露光する工程
とを含む投影露光方法であって、前記露光光で前記レチ
クルを照明する工程は、オプティカルインテグレータへ
導かれる露光光を変更する第１工程と、該オプティカル
インテグレータからの光を前記レチクルへ導く第２工程
とを備え、前記第１工程は、第１手段を用いて前記オプ
ティカルインテグレータへ向かう露光光の大きさを可変
とする工程と、前記第１手段とは異なる第２手段を用い
て前記オプティカルインテグレータへ向かう前記露光光
を輪帯光束に変換しつつ該輪帯光束の外径に対する内径
の比率を可変とすると共に、前記第１手段を用いて前記
オプティカルインテグレータへ向かう前記輪帯光束の大
きさを可変とする工程とを有し、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて前記第１工程中の複数の工程のうちの１
つの工程を選択する第３工程をさらに備えるものであ
る。

【０００８】また、本発明の請求項２にかかる投影露光
方法では、前記第３工程は、前記レチクルの前記パター
ンに応じて前記輪帯光束の前記外径に対する内径の比率
を設定するものである。また、本発明の請求項３にかか
る投影露光方法では、前記第３工程は、前記レチクルの
前記パターンに応じて前記第１手段によって可変とされ
る前記露光光の大きさを設定するものである。また、本
発明の請求項４にかかる投影露光方法では、前記第３工
程は、前記レチクルの前記パターンに応じて前記輪帯光
束の大きさを設定するものである。また、本発明の請求
項５にかかる投影露光方法では、前記第１手段は、前記
第２手段と前記オプティカルインテグレータとの間に配
置される変倍光学系を有するものである。また、本発明
の請求項６にかかる投影露光方法では、前記第２手段
は、前記オプティカルインテグレータへ向かう露光光の
光路に対して挿入可能に設けられて、前記露光光を輪帯
光束に変換する光学部材を備えるものである。また、本
発明の請求項７にかかる投影露光方法では、前記第１手
段を用いて前記オプティカルインテグレータへ向かう露
光光の大きさを可変とする工程を実行する際には、前記
露光光を輪帯光束に変換する前記光学部材は前記オプテ
ィカルインテグレータへ向かう露光光の光路に挿入され
ないものである。

【０００９】また、本発明の請求項８にかかる投影露光
方法では、前記第２手段は、前記オプティカルインテグ
レータへ向かう露光光の光路に配置された間隔可変なプ
リズム部材を備えるものである。また、本発明の請求項
９にかかる投影露光方法では、前記第１手段を用いて前
記オプティカルインテグレータへ向かう露光光の大きさ
を可変とする工程を実行する際には、前記間隔可変なプ
リズム部材の間隔が無くなるように接近するものであ
る。また、本発明の請求項１０にかかる投影露光方法で
は、前記第１手段及び前記第２手段とは異なる第３手段
を用い、前記露光光に基づいて４つの偏心光源を有する
２次光源を形成する第４工程をさらに備え、前記第３工
程では、前記レチクルの前記パターンに応じて、前記第
１工程中の複数の工程及び第４工程のうちの１つの工程
を選択するものである。また、本発明の請求項１１にか
かる投影露光方法では、前記第３工程は、前記レチクル
の前記パターンに応じて、前記４つの偏心光源からなる
２次光源の輪帯比を変更するものである。また、請求項
１２にかかる投影露光方法では、前記第３手段は、前記
オプティカルインテグレータと前記レチクルとの間に配
置されて４つの開口を有する絞りを有するものである。
また、本発明の請求項１３にかかる投影露光方法では、
前記投影露光する工程は、前記レチクルの前記パターン
に応じて前記投影光学系中の開口絞りの径を設定するも
のである。また、本発明の請求項１４にかかる投影露光
方法では、前記オプティカルインテグレータはロッド状
の光学部材を備えるものである。

【００１０】また、上記の目的を達成するために、本発
明の請求項１５にかかる投影露光装置は、レチクルを照
明するための照明手段と、前記レチクルのパターンをウ
エハ上に投影する投影光学系とを備えた投影露光装置で
あって、前記照明手段は、露光光を供給する光源と、該
光源からの前記露光光の光路中に配置されるオプティカ
ルインテグレータと、該オプティカルインテグレータか
らの光を前記レチクルへ導く手段と、オプティカルイン
テグレータへ導かれる露光光の大きさを変更する第１手
段と、前記オプティカルインテグレータへ向かう前記露
光光を輪帯光束に変換しつつ該輪帯光束の外径に対する
内径の比率を可変とする第２手段とを備え、前記第１手
段は、前記オプティカルインテグレータへ向かう前記輪
帯光束の大きさを可変とし、前記レチクルの前記パター
ンに応じて、前記第１手段による露光光の大きさを変更
する動作と、前記第１及び第２手段による前記輪帯光束
の外径に対する内径の比率と前記輪帯光束の大きさとを
変更する動作とを選択する制御手段をさらに備えるもの
である。

【００１１】また、本発明の請求項１６にかかる投影露
光装置では、前記制御手段は、前記レチクルの前記パタ
ーンに応じて前記輪帯光束の前記外径に対する内径の比
率を設定するものである。また、本発明の請求項１７に
かかる投影露光装置では、前記制御手段は、前記レチク
ルの前記パターンに応じて前記第１手段によって可変と
される前記露光光の大きさを設定するものである。ま
た、本発明の請求項１８にかかる投影露光装置では、前
記制御手段は、前記レチクルの前記パターンに応じて前
記輪帯光束の大きさを設定するものである。また、本発
明の請求項１９にかかる投影露光装置では、前記第１手
段は、前記第２手段と前記オプティカルインテグレータ
との間に配置される変倍光学系を有するものである。ま
た、本発明の請求項２０にかかる投影露光装置では、前
記第２手段は、前記オプティカルインテグレータへ向か
う露光光の光路に対して挿入可能に設けられて、前記露
光光を輪帯光束に変換する光学部材を備えるものであ
る。また、本発明の請求項２１にかかる投影露光装置で
は、前記第１手段を用いて前記オプティカルインテグレ
ータへ向かう露光光の大きさを可変とする際には、前記
露光光を輪帯光束に変換する前記光学部材は前記オプテ
ィカルインテグレータへ向かう露光光の光路に挿入され
ないものである。

【００１２】また、本発明の請求項２２にかかる投影露
光装置では、前記第２手段は、前記オプティカルインテ
グレータへ向かう露光光の光路に配置された間隔可変な
プリズム部材を備えるものである。また、本発明の請求
項２３にかかる投影露光装置では、前記第１手段を用い
て前記オプティカルインテグレータへ向かう露光光の大
きさを可変とする際には、前記間隔可変なプリズム部材
の間隔が無くなるように接近するものである。また、本
発明の請求項２４にかかる投影露光装置では、前記前記
露光光に基づいて４つの偏心光源を有する２次光源を形
成する第３手段をさらに備え、前記制御手段は、前記レ
チクルの前記パターンに応じて、前記第１手段による露
光光の大きさを変更する動作と、前記第１及び第２手段
による前記輪帯光束の外径に対する内径の比率と前記輪
帯光束の大きさとを変更する動作と、前記第３手段によ
る４つの偏心光源を形成する動作とを選択するものであ
る。また、本発明の請求項２５にかかる投影露光装置で
は、前記制御手段は、前記レチクルの前記パターンに応
じて、前記４つの偏心光源からなる２次光源の輪帯比を
変更するものである。また、本発明の請求項２６にかか
る投影露光装置では、前記第３手段は、前記オプティカ
ルインテグレータと前記レチクルとの間に配置されて４
つの開口を有する絞りを有するものである。また、本発
明の請求項２７にかかる投影露光装置では、前記投影光
学系は、口径可変な開口絞りを有し、前記制御手段は、
前記レチクルの前記パターンに応じて前記投影光学系中
の前記開口絞りの径を設定するものである。また、本発
明の請求項２８にかかる投影露光装置では、前記オプテ
ィカルインテグレータはロッド状の光学部材を備えるも
のである。また、本発明の請求項２９にかかる投影露光
方法では、請求項１５乃至２８のいずれか一項に記載の
投影露光装置により、前記レチクル上に形成された回路
パターンをウエハ上に縮小投影するものである。また、
本発明の請求項３０にかかる半導体素子製造方法では、
請求項１乃至１４、及び３０のいずれか一項に記載の投
影露光方法により、前記レチクル上に形成された回路パ
ターンをウエハ上に縮小投影する工程を有するものであ
る。

【００１３】本発明では、第２手段の作用によって、光
源からの露光光を何ら遮光することなく、輪帯状光束に
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の均一に照明できる
ため、スループットの低下を招くことはない。また、こ
の第２手段は、高い照明効率のもとで輪帯状平行光束の
外径に対する内径の比率、所謂輪帯比をに変化させるこ
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。そ
して、本発明による第１手段は、露光光を遮光すること
なく輪帯状光束の外径をコントロールでき、かつ通常照
明時におけるσ値もコントロールすることができる。

【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】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て高い照明効率
のもとで、輪帯状の２次光源の大きさ及び輪帯比を可変
にすると共に通常照明のσ値を可変にして、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】露光光でレチクルを照明する工程と、投影
光学系を用いて前記レチクルのパターンの像をウエハに
投影露光する工程とを含む投影露光方法において、前記露光光で前記レチクルを照明する工程は、オプティ
カルインテグレータへ導かれる露光光を変更する第１工
程と、該オプティカルインテグレータからの光を前記レ
チクルへ導く第２工程とを備え、前記第１工程は、第１手段を用いて前記オプティカルインテグレータへ向
かう露光光の大きさを可変とする工程と、前記第１手段とは異なる第２手段を用いて前記オプティ
カルインテグレータへ向かう前記露光光を輪帯光束に変
換しつつ該輪帯光束の外径に対する内径の比率を可変と
すると共に、前記第１手段を用いて前記オプティカルイ
ンテグレータへ向かう前記輪帯光束の大きさを可変とす
る工程とを有し、前記レチクルの前記パターンに応じて前記第１工程中の
複数の工程のうちの１つの工程を選択する第３工程をさ
らに備えることを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記第３工程は、前記レチクルの前記パタ
ーンに応じて前記輪帯光束の前記外径に対する内径の比
率を設定することを特徴とする請求項１に記載の露光方
法。
【請求項３】前記第３工程は、前記レチクルの前記パタ
ーンに応じて前記第１手段によって可変とされる前記露
光光の大きさを設定することを特徴とする請求項１また
は２に記載の露光方法。
【請求項４】前記第３工程は、前記レチクルの前記パタ
ーンに応じて前記輪帯光束の大きさを設定することを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の露光方
法。
【請求項５】前記第１手段は、前記第２手段と前記オプ
ティカルインテグレータとの間に配置される変倍光学系
を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一
項に記載の露光方法。
【請求項６】前記第２手段は、前記オプティカルインテ
グレータへ向かう露光光の光路に対して挿入可能に設け
られて、前記露光光を輪帯光束に変換する光学部材を備
えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に
記載の露光方法。
【請求項７】前記第１手段を用いて前記オプティカルイ
ンテグレータへ向かう露光光の大きさを可変とする工程
を実行する際には、前記露光光を輪帯光束に変換する前
記光学部材は前記オプティカルインテグレータへ向かう
露光光の光路に挿入されないことを特徴とする請求項６
に記載の露光方法。
【請求項８】前記第２手段は、前記オプティカルインテ
グレータへ向かう露光光の光路に配置された間隔可変な
プリズム部材を備えることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】前記第１手段を用いて前記オプティカルイ
ンテグレータへ向かう露光光の大きさを可変とする工程
を実行する際には、前記間隔可変なプリズム部材の間隔
が無くなるように接近することを特徴とする請求項８に
記載の露光方法。
【請求項１０】前記第１手段及び前記第２手段とは異な
る第３手段を用い、前記露光光に基づいて４つの偏心光
源を有する２次光源を形成する第４工程をさらに備え、前記第３工程では、前記レチクルの前記パターンに応じ
て、前記第１工程中の複数の工程及び第４工程のうちの
１つの工程を選択することを特徴とする請求項１乃至９
のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１１】前記第３工程は、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて、前記４つの偏心光源からなる２次光源
の輪帯比を変更することを特徴とする請求項１０に記載
の露光方法。
【請求項１２】前記第３手段は、前記オプティカルイン
テグレータと前記レチクルとの間に配置されて４つの開
口を有する絞りを有することを特徴とする請求項１０ま
たは１１に記載の露光方法。
【請求項１３】前記投影露光する工程は、前記レチクル
の前記パターンに応じて前記投影光学系中の開口絞りの
径を設定することを特徴とする請求項１乃至１２のいず
れか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】前記オプティカルインテグレータはロッ
ド状の光学部材を備えることを特徴とする請求項１乃至
１３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項１５】レチクルを照明するための照明手段と、
前記レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学
系とを備えた投影露光装置において、前記照明手段は、露光光を供給する光源と、該光源からの前記露光光の光路中に配置されるオプティ
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レチクル
へ導く手段と、オプティカルインテグレータへ導かれる露光光の大きさ
を変更する第１手段と、前記オプティカルインテグレータへ向かう前記露光光を
輪帯光束に変換しつつ該輪帯光束の外径に対する内径の
比率を可変とする第２手段とを備え、前記第１手段は、前記オプティカルインテグレータへ向
かう前記輪帯光束の大きさを可変とし、前記レチクルの前記パターンに応じて、前記第１手段に
よる露光光の大きさを変更する動作と、前記第１及び第
２手段による前記輪帯光束の外径に対する内径の比率と
前記輪帯光束の大きさとを変更する動作とを選択する制
御手段をさらに備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１６】前記制御手段は、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて前記輪帯光束の前記外径に対する内径の
比率を設定することを特徴とする請求項１５に記載の投
影露光装置。
【請求項１７】前記制御手段は、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて前記第１手段によって可変とされる前記
露光光の大きさを設定することを特徴とする請求項１５
または１６に記載の投影露光装置。
【請求項１８】前記制御手段は、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて前記輪帯光束の大きさを設定することを
特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
【請求項１９】前記第１手段は、前記第２手段と前記オ
プティカルインテグレータとの間に配置される変倍光学
系を有することを特徴とする請求項１５乃至１８のいず
れか一項に記載の投影露光装置。
【請求項２０】前記第２手段は、前記オプティカルイン
テグレータへ向かう露光光の光路に対して挿入可能に設
けられて、前記露光光を輪帯光束に変換する光学部材を
備えることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか
一項に記載の投影露光装置。
【請求項２１】前記第１手段を用いて前記オプティカル
インテグレータへ向かう露光光の大きさを可変とする際
には、前記露光光を輪帯光束に変換する前記光学部材は
前記オプティカルインテグレータへ向かう露光光の光路
に挿入されないことを特徴とする請求項２０に記載の投
影露光装置。
【請求項２２】前記第２手段は、前記オプティカルイン
テグレータへ向かう露光光の光路に配置された間隔可変
なプリズム部材を備えることを特徴とする請求項１５乃
至１９のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項２３】前記第１手段を用いて前記オプティカル
インテグレータへ向かう露光光の大きさを可変とする際
には、前記間隔可変なプリズム部材の間隔が無くなるよ
うに接近することを特徴とする請求項２２に記載の投影
露光装置。
【請求項２４】前記前記露光光に基づいて４つの偏心光
源を有する２次光源を形成する第３手段をさらに備え、前記制御手段は、前記レチクルの前記パターンに応じ
て、前記第１手段による露光光の大きさを変更する動作
と、前記第１及び第２手段による前記輪帯光束の外径に
対する内径の比率と前記輪帯光束の大きさとを変更する
動作と、前記第３手段による４つの偏心光源を形成する
動作とを選択することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２５】前記制御手段は、前記レチクルの前記パ
ターンに応じて、前記４つの偏心光源からなる２次光源
の輪帯比を変更することを特徴とする請求項２４に記載
の投影露光装置。
【請求項２６】前記第３手段は、前記オプティカルイン
テグレータと前記レチクルとの間に配置されて４つの開
口を有する絞りを有することを特徴とする請求項２４ま
たは２５に記載の投影露光装置。
【請求項２７】前記投影光学系は、口径可変な開口絞り
を有し、前記制御手段は、前記レチクルの前記パターンに応じて
前記投影光学系中の前記開口絞りの径を設定することを
特徴とする請求項１５乃至２６のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
【請求項２８】前記オプティカルインテグレータはロッ
ド状の光学部材を備えることを特徴とする請求項１５乃
至２７のいずれか一項に記載の投影露光装置。
【請求項２９】請求項１５乃至２８のいずれか一項に記
載の投影露光装置により、前記レチクル上に形成された
回路パターンをウエハ上に縮小投影することを特徴とす
る投影露光方法。
【請求項３０】請求項１乃至１４、及び３０のいずれか
一項に記載の投影露光方法により、前記レチクル上に形
成された回路パターンをウエハ上に縮小投影する工程を
有することを特徴とする半導体素子製造方法。