JP3517573B2 - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明装置及びそれを
用いた投影露光装置に関し、例えばＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣ
Ｄ、液晶パネル、磁気ヘッド等の各種のデバイスの製造
装置である、所謂ステッパーにおいて、照明装置からの
真空紫外域の露光光で均一照明したフォトマスクやレチ
クル等の原版（以下「レチクル」という）上の回路パタ
ーンを感光剤を塗布したウエハ面上に投影転写し、デバ
イスを製造する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造用の投影露光装置で
は、照明系からの光束で電子回路パターンを形成したレ
チクルを照射し、該パターンを投影光学系でウエハ面上
に投影露光している。この際、高解像力化を図る為の一
要件としてウエハ面上を均一に照射することがある。

【０００３】この種の投影露光装置で用いられる照明装
置では、従来より照射面（レチクル面又はウエハ面）を
均一に照射するための種々の方法がとられている。例え
ば、ステッパーと呼ばれる投影露光装置では、コリメー
タレンズと複数の微小レンズを所定のピッチで配列した
オプティカルインテグレータとを組み合わせた照明系を
用いて、被照射面を均一に照射している。

【０００４】照明装置に、このようなオプティカルイン
テグレータを用いることにより、微小レンズの個数に相
当するだけの複数の２次光源を形成し、該２次光源から
の光束で被照射面を複数の方向から重畳して照明して、
照度分布の均一化を図っている。

【０００５】又、この照度分布の均一性を内面反射型の
インテグレータと振幅分割型のインテグレータとを用い
て向上させた照明装置が、例えば、特開昭６４−１９３
号公報や特開平１−２９５２１６号公報や特開平１−２
７１７１８号公報や特開平２−４８６２７号公報等で提
案されている。

【０００６】図１０は本出願人が先に特願平９−６９６
７１号で提案した内面反射型及び振幅分割型の各インテ
グレータを用いる照明装置の部分的概略図である。

【０００７】同図において、レーザー光源１０１を発し
たレーザー光は、レンズ系１０７により内面反射型イン
テグレータである光パイプ１１０の光入射面のわずか手
前に一旦収束した後、発散して光パイプ１１０に、その
内面反射面に所定の発散角度を成して入射する。

【０００８】光パイプ１１０に入射した発散したレーザ
ー光は光パイプ１１０の内面で反射しながら伝播するの
で、光パイプ１１０は光軸と垂直な平面、例えば平面１
１３にレーザー光源１０１に関する虚像を複数個形成す
る。

【０００９】光パイプ１１０の光射出面１１０’では、
複数の虚像即ち見掛け上の複数の光源から恰も射出した
かのように見える複数のレーザー光束が重ね合わされ
る。従って、光パイプ１１０の光射出面１１０’には強
度分布が均一な面光源が形成される。

【００１０】コンデンサレンズ１０５と開口絞り１１１
とフィールドレンズ１１２とにより光パイプ１１０の光
射出面１１０’と振幅分割型インテグレータであるフラ
イアイレンズ１１４の光入射面１０６とが光学的に共役
関係になっている。これによって光射出面１１０’の均
一な強度分布の面光源をフライアイレンズ１１４の光入
射面１０６上に結像して、フライアイレンズ１１４の光
入射面１０６に断面の強度分布が均一な光を入射してい
る。フライアイレンズ１１４は、その光射出面に複数の
光源（２次光源）を形成し、不図示のコンデンサーレン
ズ系が複数の光源からの光束を不図示のレチクル上に重
ね合わせて該レチクルのパターン全体を均一な光強度で
照明している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】最近の超ＬＳＩ等の高
集積化を図った半導体素子の製造には、回路パターンの
焼き付けの際に要求される照度分布の均一性に極めて高
いものが要求されている。

【００１２】又、露光光として真空紫外域の光を用いる
露光装置では、真空紫外域において、使用できる硝材が
限定されており、硝材による紫外光の吸収のために透過
率が低くなり、そのような場合においては次のような問
題点があった。

【００１３】光パイプの射出面において均一な面光源を
形成するためには、発散光束の内面反射回数が多いほど
よい。そのためには径を固定して光パイプの長さを長く
すれば良いが、長くすると吸収により透過率が低下して
くる。このためにある程度以上の長さにすることができ
ない。

【００１４】即ち、透過率を優先すると長さ不足となり
結果的に均一な面光源を得るのが難しくなってくる。

【００１５】また光パイプの射出面において均一な面光
源を形成するために、光パイプの長さを固定して径を細
くすることで、内面反射回数を増やすことが可能であ
る。しかしながら、この場合は光パイプの断面あたりの
入射光束のエネルギー密度が増大し、硝材の耐久性が低
下してくる。

【００１６】即ち、硝材の耐久性を考えるとパイプ径を
ある程度以上細くすることはできず、結果的に均一な面
光源を得ることが難しくなってくる。

【００１７】本発明は本出願人が先に提案した照明装置
を更に改良し、例えば光パイプを有する光束混合手段の
構成を適切に設定することにより、均一な面光源を得る
ために必要な内面反射回数を保ち、被照射面上の照度分
布の均一化を図ると同時に、透過率をも同時に向上さ
せ、集光効率の向上を図った半導体デバイスの製造装置
に好適な照明装置及びそれを用いた投影露光装置の提供
を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の照明装
置は、光源からの光束を複数の光束に分割する光束分割
素子と、該光束分割素子から一定の発散角度で発散した
複数の光束の各々を、内面で多重反射させて複数の光源
虚像を形成し、該複数の光束を該発散角度に応じた角度
で射出する複数の光パイプを束ねた光束混合手段と、該
光束混合手段からの複数の光束で照射面を照明する光学
手段とを有することを特徴としている。

【００１９】請求項２の発明の照明装置は、光源からの
光束を一定の発散角度で射出する射出角度保存光学素子
と、該射出角度保存光学素子からの光束を集光する集光
光学系と、該集光光学系からの光束を複数の光束に分割
する光束分割素子と、該光束分割素子からの複数の光束
の各々を、内面で多重反射させて複数の光源虚像を形成
する複数の光パイプを束ねた光束混合手段と、該光束混
合手段からの光束を所定面上に所望の倍率で投影するズ
ーム光学系と、該ズーム光学系からの光束を多光束に分
割する多光束発生手段と、該多光束発生手段からの光束
を照射面上に重ね合わせて照射する照明手段とを有する
ことを特徴としている。

【００２０】請求項３の発明の照明装置は、光源からの
光束を複数の光束に分割する光束分割素子と、該光束分
割素子からの複数の光束を集光する集光光学系と、該集
光光学系からの複数の光束の各々を、内面で多重反射さ
せて複数の光源虚像を形成する複数の光パイプを束ねた
光束混合手段と、該光束混合手段からの光束を所定面上
に所望の倍率で投影するズーム光学系と、該ズーム光学
系からの光束を多光束に分割する多光束発生手段と、該
多光束発生手段からの光束を照射面上に重ね合わせて照
射する照明手段とを有することを特徴としている。

【００２１】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、前記ズーム光学系によって前記光束混合手段からの
光束を前記多光束発生手段へ投影するときの投影倍率の
変化に基づいて、前記光束分割素子を射出角度の異なる
光束分割素子に切り替えて、前記多光束発生手段への入
射光束の開口数を調整していることを特徴としている。

【００２２】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、前記射出角度保存光学素子は複数の微小レンズを２
次元的に配列したハエの目レンズより成っていることを
特徴としている。

【００２３】請求項６の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記光束分割素子は、複数の微小レンズを２
次元的に配列したレンズアレイより成っていることを特
徴としている。

【００２４】請求項７の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記ズーム光学系によって前記光束混合手段
からの光束を前記多光束発生手段へ投影するときの投影
倍率の変化に基づいて、前記光束分割素子への入射光束
径の大きさを切り替えて、前記多光束発生手段への入射
光束の開口数を調整していることを特徴としている。

【００２５】請求項８の発明は、請求項３の発明におい
て、前記光束分割素子は、回折光学素子より成っている
ことを特徴としている。

【００２６】請求項９の発明の投影露光装置は、請求項
１〜８のいずれか１項記載の照明装置からの光束によっ
て照明された被照射面上に設けた第１物体面上のパター
ンを投影光学系により第２物体面上に投影していること
を特徴としている。

【００２７】請求項１０の発明のデバイスの製造方法
は、請求項１〜８のいずれか１項記載の照明装置からの
光束によりレチクル面上のパターンを照明し、該パター
ンを投影光学系によりウエハ面上に投影し、露光した後
に該ウエハを現像してデバイスを製造していることを特
徴としている。

【００２８】

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の照明装置の実施形
態１の要部概略図である。同図は照明装置を例として半
導体素子（デバイス）製造用の、所謂ステッパーと称さ
れる縮小型の投影露光装置に適用したときを示してい
る。

【００３０】図中、１は紫外線や遠紫外線等を放射する
高輝度の超高圧水銀灯やエキシマレーザ等の光源（光源
手段）である。

【００３１】１１はレーザ光源１からの光束径を所望の
形状に変換するビームエクスパンダ、２は射出角度保存
光学素子であり、入射光束を射出角度を一定にして射出
している。３は集光光学系であり、射出角度保存光学素
子２からの光束を集光してレンズアレイ（光束分割素
子）１２に導光している。レンズアレイ１２は複数の微
小レンズを２次元的に配列しており、その射出面に複数
の２次光源を形成している。４は短い光パイプを複数
個、並列的に組み合わせた光束混合手段であり、レンズ
アレイ１２からの光束を混合してその射出面に均一な照
度分布を形成している。５はズーム光学系であり、光束
混合手段４からの光束を多光束発生手段７の入射面７ａ
に種々の倍率で投影結像している。多光束発生手段７は
その射出面７ｂに均一な照度分布の光源像を形成してい
る。８はコンデンサーレンズ等を含む照射手段であり、
多光束発生手段７からの光束を集光してマスクあるいは
レチクル等（以下「レチクル」という）の被照射面９を
照明している。

【００３２】被照射面９に配置したレチクルに描かれた
パターンを投影光学系（不図示）により感光基板（ウエ
ハ）上に縮小投影している。

【００３３】尚、ズーム光学系５、多光束発生手段７、
そして照射手段８は光学手段の一要素を構成している。

【００３４】次に図１に示した各要素の構成について説
明する。

【００３５】射出角度保存光学素子２は図２（Ａ）に示
すようにアパーチャ（絞り）２１とレンズ系２２から構
成している。そして入射光束が例えば光束２７（光軸２
７ａａ）から光束２８（光軸２８ａ）と光軸と直交する
方向に微小変動して入射したとしても、それより射出さ
れる光束の射出角度２９ａが一定となる光学性質をもっ
ている。

【００３６】また、射出角度保存光学素子２は図２
（Ｂ）に示すように、複数の微小レンズ２３より成るハ
エの目レンズで構成してもよく、この場合は光束の射出
角度２９ｂはハエの目レンズ２３の形状により決定され
る。この場合も入射光束の光軸が微小変動して光束２７
（光軸２７ａ）又は、光束２８（光軸２８ａ）の状態で
入射したとしても、射出される光束の射出角度２９ｂが
一定となっている。

【００３７】光束混合手段４は、図３に示すように、例
えば縦横の長さがＤ’、長さがＬ’の四角柱状の４つの
光パイプ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを束ねた形状をしてい
る。そして各々の光パイプは照明に適切な光透過性の硝
材を用いた硝棒、又は平坦な反射面を中空で内側に平坦
な反射面が位置するようにしたパイプ状の光学素子から
成っている。

【００３８】ここで一般的な光束混合手段４の形状につ
いて説明する。例えば図１０に示す光パイプ１１０の径
の大きさをＤ、長さをＬとすると、内面反射回数を増や
すためには、その比Ｒ＝Ｌ／Ｄの値を大きくする必要が
ある。

【００３９】そのためには、長さＬを大きくするか径Ｄ
を小さくするかしなければならないが、従来の問題で述
べたように、このことは特に紫外波長域においては、硝
材厚による透過率の低下や断面エネルギー密度の上昇に
よる耐久性の低下を招くので、大きさに制限がある。

【００４０】今、図１０に示すパイプ形状の比Ｒ＝Ｌ／
Ｄにて、均一化が達成されているとすると、その比を保
つように形状を変えれば内面反射回数は同じであるか
ら、例えば図１０の例における光パイプ１１０と大きさ
が比例する細くて短いパイプ４ａを使えば、その射出端
面の均一性は同じである。

【００４１】そこで本実施形態では光束混合手段とし
て、射出端４ｏｕｔの面積が、所望の大きさになるよう
に、光パイプ４ａと同じ形状の光パイプ４ｂ、４ｃ、４
ｄを束ね、それぞれの入射端面に同じ光量の発散光束を
入射するようにしている。これによって、光エネルギー
密度を上げることなく結果的に長さの短い光束混合手段
４を得ている。

【００４２】尚、本実施形態においては光パイプを４本
束ねているが、これに限らず２本以上の複数の光パイプ
を束ねたものを、光束混合手段として用いることができ
る。多光束発生手段７は複数の微小レンズよりなるハエ
の目レンズやファイバー束等からなり、その射出面７ｂ
は複数の点光源からなる光源面を形成している。尚、本
実施形態において多光束発生手段７とは複数の光学軸を
有し、且つ、各々の光学軸を中心として有限な面積の領
域を有し、各々の領域において各々１つの光束が特定で
きるような光学素子をいう。

【００４３】次に本実施形態の照明装置の光学的作用に
ついて説明する。

【００４４】レーザー光源１から射出した光束は、ビー
ムエクスパンダー１１とミラーやリレーレンズから成る
光束引き回し光学系（不図示）を経て、射出角度保存光
学素子２の入射面２ａに入射している。

【００４５】射出角度保存光学素子２の射出面２ｂから
所望の射出角度２’で射出した光束は、集光光学系３に
より集光されて、射出角度保存光学素子２の射出面２ｂ
に対してフーリエ変換面に入射面１２’が略一致するよ
うに配置されたレンズアレイ１２に導入している。

【００４６】本実施形態においては、光束混合手段４は
図３に示すように、４本の光パイプ４ａ〜４ｄの束で構
成されているので、レンズアレイ１２は、４本の光パイ
プの入射端面４ｉｎに光束を導入できるように４つのレ
ンズにより構成している。

【００４７】レンズアレイ１２から所望の発散角度１
２”で発散する等分割された光束は、光束混合手段４に
導入している。光束混合手段４に入射した発散光束は、
その内面を多重反射しながら通過し光軸と垂直な面内に
レーザ光源１の複数の見掛けの光源像を形成している。
従って束ねた面を一つとして見た場合の射出面４ｏｕｔ
では、複数の見掛けの光源からあたかも射出したかのよ
うに見えるレーザ光束が足し合わされることにより射出
面４ｏｕｔにおける照度分布は均一になる．これについ
ては図５を用いて後述する．この均一な照度分布をもつ
射出面４ｏｕｔを、ズーム光学系５により所望の倍率ｍ
で多光束発生手段７の入射面７ａ上へ均一光源像６とし
て投影している。ここでいう所望の倍率とは、被照射面
９への照射光束の入射角度１９が露光に最適な値になる
ように均一光源像６の大きさを設定する倍率である。

【００４８】さて所望の倍率ｍに対してズーム光学系５
への入射角度１５により決まる入射側ＮＡをＮＡ’、射
出角度１６により決まる射出側ＮＡをＮＡ”とすると、 ＮＡ’＝ｍ・ＮＡ” （１） が成立する。ここで出射角度１６の大きさは多光束発生
手段７の入射ＮＡを越えない範囲で、できるだけ近い値
であることが照明効率の観点から望ましいので、射出角
度１６の値は多光束発生手段７に依存した最適角度に設
定している。従って（１）式により示されるように、あ
る条件における露光に最適な倍率が決まると、光束混合
手段４からの射出角度１５の最適角度も決まることにな
る。

【００４９】本実施形態では、ズーム光学系５への角度
１５の値は光束混合手段４へ入射する光束の発散角度に
等しく、従ってレンズアレイ１２の射出角度１２”に依
存していることを利用して、レンズアレイ１２を照明条
件により切り換えることにより達成している。これにつ
いては図４を用いて後述する。

【００５０】さて、このようにして多光束発生手段７の
入射面７ａ上に均一光源像６が投影されると、該入射面
の強度分布はそのまま射出面７ｂに転写されるので、該
射出面７ｂの強度分布は均一になっている。

【００５１】そして多光束発生手段７の各々の微小領域
からの射出光束を、照射手段８により被照射面９上に重
畳して照射することにより、被照射面９上を全体的に均
一な照度分布となるように照明している。

【００５２】次に前述したレンズアレイ１２の切り換え
制御について図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて詳細に説明す
る。各図において、１２ａは射出角度１２’ａが小さい
レンズアレイであり、１２ｂは射出角度１２’ｂが大き
いレンズアレイである。その他については図１で説明し
たものと同様である。

【００５３】一般に半導体デバイス製造装置に使用され
る照明装置においては、被照射面９に入射する光束の入
射角度を所望の角度に設定することが要求される。本実
施形態においてはレンズアレイ１２を複数個、用意し、
要求に応じてこれを切り替えることにより被照射面への
入射角度を所望の角度に設定している。

【００５４】図４（Ａ）は、被照射面９に入射する光束
の入射角度１９ａが比較的小さい場合（これをσ値が小
さいと称する）を示している。本実施形態においてσ値
を小さくするためには、多光束発生手段７の入射面７ａ
上に、光束混合手段４の射出面４ｏｕｔの像６ａを小さ
い倍率で結像する必要がある。これはズーム光学系５の
倍率を変えることにより達成している。前述したように
射出角度１６ａの値は多光束発生手段７に依存した最適
角度に設定される。

【００５５】従って（１）式により示されるように、所
望のσ値を得るための倍率が決まると、光束混合手段４
の射出角度１５ａも一意に決まる。射出角度１５ａは光
束混合手段４を構成する複数個の光パイプの入射面４ｉ
ｎへ入射する光束の発散角１２’ａによって決まるの
で、これをレンズアレイ１２ａに切り換えて射出角度１
２’ａとすることで制御する。以上により照明効率が高
く、且つ入射角度１９ａの小さい（即ちσ値の小さい）
照明を行っている。

【００５６】また、図４（Ｂ）は上記σ値が大きい場合
の実施形態を示している。この場合は、射出角度１２’
ｂが大きなレンズアレイ１２ｂに切り換えることによ
り、射出角度１２’ｂを大きくし、これにより光束混合
手段４へ入射する光束の発散角度を大きくして、光束混
合手段４の射出端４ｏｕｔから発散する光束の角度１５
ｂを大きくする。そして、射出端４ｏｕｔの像６ｂを大
きい倍率で光束混合手段７に投影しても、（１）式の関
係から角度１６ｂは前述の角度１６ａとほぼ同じにする
ことが可能である。以上により照明効率が高く、且つ入
射角度１９ｂの大きい（即ちσ値の大きい）照明を行っ
ている。

【００５７】次に光束混合手段４の射出面４ｏｕｔにお
ける照度分布が均一になることについて図５に示す１つ
の光パイプ４ａを用いて詳細に説明する。

【００５８】光束混合手段４は、本実施形態において４
角柱状の同じ形状の光パイプを複数個束ねたものである
ので、図５ではその内１つの光パイプ４ａについて、そ
の入射光軸を含む断面図を示して説明する。

【００５９】まず図１で示したレンズアレイ１２（図５
では不図示）からの等分割された光束は、焦点Ｐ０に一
旦収束させたのち、発散角度４１を有する発散光束とな
る。この時、光束がエキシマレーザ光である場合は一般
に高出力であるため焦点Ｐ０近傍では莫大なエネルギー
密度となり、光パイプ４ａのコーティングや硝材そのも
のを破壊してしまう恐れがあるので、焦点Ｐ０から少し
距離をおいて光パイプ４ａを配置している。

【００６０】光パイプ４ａに入射した上記発散光束は、
内側の平坦な反射面を繰り返し反射しながら通過した
後、入射した際の発散角度４１を保ったまま射出する。
この時、各々の部分において反射された光束が反射後も
発散しているので、それらの反射された光束は破線によ
り示されているように後方に複数の虚像Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ９、Ｐ１０を形
成する。

【００６１】図５には示していないが、実際には四角柱
光パイプの場合は左右（紙面と垂直）内側反射面により
反射された発散光束により、上記と同様な虚像が二次元
的に更に形成されるので、結果として光源虚像が格子状
に配列し、それが多光束発生手段７の微小な一つの要素
を形成することになる。

【００６２】このことは、多光束発生手段７からの光束
を照射手段８により被照射面９上に重畳して照射する際
の有効光源数が非常に多いことを示しており、従って被
照射面９上を全体的に均一な照度分布となるように照明
することに寄与している。

【００６３】また、図２で説明したように、射出角度保
存光学素子２によってレーザ光源１からの光束が外乱に
より微小変動したとしても、射出角度は保存されるの
で、図５における光源虚像の各々が微小変動するだけで
あって格子状の虚像列には変動が無く、多光束発生手段
７の微小レンズの中の光源像全体をマクロに見たときの
変動は殆どない。従って、被照射面９上の照度分布への
影響も無視できる程度に小さくなっている。

【００６４】このことは、本実施形態がレーザ光源から
の光束の変動に対して非常に安定した系であることを示
している。

【００６５】従って、このような光パイプ４ａと同じ形
状の光パイプを複数束ねて構成される光束混合手段４に
よって、非常に多くの光源虚像を有し、被照射面９上を
全体的に均一な照度分布となるように照明している。

【００６６】尚、本実施形態において多光束発生手段７
と照射手段８を省略し、被照射面９をズーム光学系５で
形成する均一光源像６の位置に配置し、レーザ光束を足
し合わせるようにしても良い。

【００６７】図６は本発明の照明装置を用いた半導体デ
バイス製造用の投影露光装置の実施形態２の要部概略図
である。同図において図１で示した要素と同一要素には
同符番を付している。

【００６８】同図において９１はレーザ光源１からのコ
ヒーレントな光束を所望のビーム形状に整形するための
光束整形光学系である。９２はコヒーレントなレーザ光
束をインコヒーレント化するためのインコヒーレント化
光学系である。また、９３は露光装置の投影光学系であ
り、９４はウエハ等の感光材を塗布した感光基板であ
る。図１と同じ番号のものについては説明を省略する。

【００６９】レーザ光源１から射出された光束は、ミラ
ーやリレーレンズ（不図示）から成る光束引き回し光学
系を経て、光束整形光学系９１に入射される。この光束
整形光学系９１は、複数のシリンドリカルレンズまた
は、ビームエクスパンダにより構成されており、光束断
面形状の縦横比率を所望の値に変換している。

【００７０】そして光束整形光学系９１により整形され
た光束は、ミラー９８、９９を経てウエハ面９４にて光
が干渉してスペックルを生じることを防ぐ目的で、イン
コヒーレント化光学系９２に入射され、インコヒーレン
トな光束に変換される。

【００７１】このインコヒーレント化光学系９２として
は、例えば特開平３−２１５９３０号公報に開示されて
いるように、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、一方の光束
を光学部材を介して光束の可干渉距離以上の光路長差を
与えてから該分割面に再導光し、他方の光束に重ね合わ
せて射出されるようにした折り返し系を用いて複数の互
いにインコヒーレントな光束を形成する光学系を用いて
いる。

【００７２】そのようにしてインコヒーレント化された
光束は射出角度保存光学素子２に入射している。

【００７３】以下図１ですでに述べた手順により、多光
束発生手段７の各々の微小領域からの射出光束は、照射
手段８により被照射面９上のレチクルＲに重畳して照射
され、被照射面９上は全体的に均一な照度分布となるよ
うに照明している。

【００７４】そして被照射面９上に形成されたレチクル
Ｒ面上の回路パターン等の情報を有した光束は、投影光
学系９３により露光に最適な倍率で感光基板９４に投影
結像して、回路パターンの露光を行っている。

【００７５】上記感光基板は不図示の感光基板ステージ
に真空吸着などで固定されており、紙面上で上下前後に
平行移動する機能を持ち、その移動はやはり不図示のレ
ーザ干渉計等の測長器で制御している。

【００７６】図７は本発明の照明装置の実施形態３の要
部概略図である。同図において図１で示した要素と同一
要素には同符番を付している。

【００７７】同図において、１はエキシマレーザ等のレ
ーザ光源、１１はレーザ光源からの光束径を所望の形状
に変換するビームエクスパンダ、２０１は光束分割素子
であり、入射光束を複数の光束に分岐させるための回折
光学素子より成っている。３は集光光学系、４は複数の
短い光パイプからなる光束混合手段、５はズーム光学
系、７は多光束発生手段、８はコンデンサーレンズ等を
含む照射手段、９はマスクあるいはレチクル等の被照射
面である。

【００７８】同図においてレーザ光源１から射出された
光束は、ミラーやリレーレンズ（不図示）から成る光束
引き回し光学系を経て、ビームエクスパンダ１１に入射
し、ここで光束は所望のビーム径２０２に変換されて、
回折光学素子２０１に入射している。

【００７９】回折光学素子２０１は、透明基板の両面に
互いに交差する関係となるように、直線格子を配置した
ものや、基板の片面に最初から縦横の格子状に格子パタ
ーンを作成したものなどを用いている。

【００８０】この回折光学素子２０１により、入射光束
は集光光学系３に向かって４方向の光束に分岐してい
る。これは一方向の直線格子により回折された±１次回
折光がさらに直交する他方向の直線格子により、±１次
回折光に分割されることで、入射光束の光軸に対して軸
対称に４方向に分岐している。

【００８１】このように分割された４本の光束は、集光
光学系３により集光されて、所望の発散角度２０３の光
束として４本の光パイプ束で構成している光束混合手段
４に導入している。

【００８２】なお本実施形態においては光束混合手段４
は４本の光パイプで構成されているが、例えば９本を３
×３に束ねるなど、複数の光パイプを用い、それに応じ
て回折光学素子２０１の回折方向が最適となるように構
成しても良い。

【００８３】光束混合手段４に入射された発散光束は、
図１で説明したように、照射手段８により被照射面９上
に重畳して照射することで、被照射面９上を全体的に均
一な照度分布となるように照明している。

【００８４】また、レーザ光源１からの光束が外乱によ
り微小変動したとしても、ビーム径２０２の大きさが変
わらずに、光軸が微小変位するだけであるので、発散角
度２０３は保存されており、光源虚像の各々が微小変動
するだけであって格子状の虚像列には変動が無く、多光
束発生手段７の微小レンズの中の光源像全体をマクロに
見たときの変動は殆どない。従って、被照射面９上の照
度分布への影響も無視できる程度に小さくなっている。

【００８５】このことは、本実施形態がレーザ光源から
の光束の変動に対して非常に安定した系であることを示
している。

【００８６】また、この実施形態は図６で示したよう
に、露光装置に適用できる。

【００８７】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００８８】図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローを示す。

【００８９】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
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。

【００９０】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前行程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【００９１】次のステップ５（組立）は後行程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
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。

【００９２】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
等の検査を行なう。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。

【００９３】図９は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。

【００９４】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【００９５】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
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なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００９６】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造する
ことができる。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、均一な面光源を得るために必要な内
面反射回数を保ち、被照射面上の照度分布の均一化を図
ると同時に、透過率をも同時に向上させ、集光効率の向
上を図った半導体デバイスの製造装置に好適な照明装置
及びそれを用いた投影露光装置を達成することができ
る。

【００９８】特に本発明によれば、被照射面への光束入
射角度を所望の値に設定し、高効率な均一照明を行なう
ことができる、レーザ光源に依存する光束の変動があっ
ても被照射面への光束入射角度が安定する、比較的吸収
の多い硝材を用いても高効率が均一照明ができる、等の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の照明装置の実施形態１の要部概略図

【図２】 実施形態１の一部分の説明図

【図３】 実施形態１の一部分の説明図

【図４】 実施形態１の一部分を交換したときの説明図

【図５】 実施形態１の一部分の説明図

【図６】 本発明の照明装置を用いた投影露光装置の実
施形態２の要部概略図

【図７】 本発明の照明装置の実施形態３の要部概略図

【図８】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図９】 ウエハプロセスのフローチャート

【図１０】 本出願人の先の提案による照明装置

【符号の説明】

１：レーザ光源 ２：射出角度保存光学素子 ３：集光光学系 １２：光束分割素子 ４：光束混合手段 ５：ズーム光学系 ７：多光束発生光学系 ８：照射手段 ９：被照射面 １１：ビームエクスパンダー

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 G02B 19/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を複数の光束に分割する
   光束分割素子と、該 光束分割素子から一定の発散角度で発散した複数の光
   束の各々を、内面で多重反射させて複数の光源虚像を形
   成し、該複数の光束を該発散角度に応じた角度で射出す
   る複数の光パイプを束ねた光束混合手段と、 該光束混合手段からの複数の光束で照射面を照明する光
   学手段とを有することを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 光源からの光束を一定の発散角度で射出
   する射出角度保存光学素子と、 該射出角度保存光学素子からの光束を集光する集光光学
   系と、 該集光光学系からの光束を複数の光束に分割する光束分
   割素子と、 該光束分割素子からの複数の光束の各々を、内面で多重
   反射させて複数の光源虚像を形成する複数の光パイプを
   束ねた光束混合手段と、 該光束混合手段からの光束を所定面上に所望の倍率で投
   影するズーム光学系と、 該ズーム光学系からの光束を多光束に分割する多光束発
   生手段と、 該多光束発生手段からの光束を照射面上に重ね合わせて
   照射する照明手段とを有することを特徴とする照明装
   置。
3. 【請求項３】 光源からの光束を複数の光束に分割する
   光束分割素子と、 該光束分割素子からの複数の光束を集光する集光光学系
   と、 該集光光学系からの複数の光束の各々を、内面で多重反
   射させて複数の光源虚像を形成する複数の光パイプを束
   ねた光束混合手段と、 該光束混合手段からの光束を所定面上に所望の倍率で投
   影するズーム光学系と、 該ズーム光学系からの光束を多光束に分割する多光束発
   生手段と、 該多光束発生手段からの光束を照射面上に重ね合わせて
   照射する照明手段とを有することを特徴とする照明装
   置。
4. 【請求項４】 前記ズーム光学系によって前記光束混合
   手段からの光束を前記多光束発生手段へ投影するときの
   投影倍率の変化に基づいて、前記光束分割素子を射出角
   度の異なる光束分割素子に切り替えて、前記多光束発生
   手段への入射光束の開口数を調整していることを特徴と
   する請求項２記載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記射出角度保存光学素子は複数の微小
   レンズを２次元的に配列したハエの目レンズより成って
   いることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
6. 【請求項６】 前記光束分割素子は、複数の微小レンズ
   を２次元的に配列したレンズアレイより成っていること
   を特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
7. 【請求項７】 前記ズーム光学系によって前記光束混合
   手段からの光束を前記多光束発生手段へ投影するときの
   投影倍率の変化に基づいて、前記光束分割素子への入射
   光束径の大きさを切り替えて、前記多光束発生手段への
   入射光束の開口数を調整していることを特徴とする請求
   項１又は２記載の照明装置。
8. 【請求項８】 前記光束分割素子は、回折光学素子より
   成っていることを特徴とする請求項３の照明装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項記載の照明
   装置からの光束によって照明された被照射面上に設けた
   第１物体面上のパターンを投影光学系により第２物体面
   上に投影していることを特徴とする投影露光装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれか１項記載の照
    明装置からの光束によりレチクル面上のパターンを照明
    し、該パターンを投影光学系によりウエハ面上に投影
    し、露光した後に該ウエハを現像してデバイスを製造し
    ていることを特徴とするデバイスの製造方法。