JP3563888B2 - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents
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Description
【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やＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、マスクやレチクル（以下「レチクル」と総称する。）面上の電子回路パターンをウエハ面上に投影光学系を介して投影露光又は走査露光するときのレチクル面上を所定形状の照明領域で効率的に照明し、高集積度の半導体デバイスを得るリソグラフィー工程に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体素子等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際には、レチクル面上のパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感光基板上に露光転移する投影露光装置が使用されている。最近は半導体素子１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはレチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【０００３】
上記の転写対象パターンの大面積化に応えるための技術としては、ステイッチング露光方法及びスリットスキャン露光方法の投影露光装置が知られている。
【０００４】
スリットスキャン露光方法とは、レチクル上の所定形状の照明領域に対して相対的に所定の第１方向にレチクル及び感光基板を同期して走査することで第１方向に対して投影光学系の露光フィールドよりも広い感光基板上の範囲にレチクルのパターンを投影露光する方法である。
【０００５】
これに対してステイッチング露光方法は、上記スリットスキャン露光方法による第１方向の露光が行われた後、レチクルを交換するか、又はそのレチクルを照明領域の第１方向に垂直な第２方向に所定量だけ移動し、同時に感光基板をその照明領域の第２の方向に共役な方向に横ずれさせる。そして再び照明領域に対して相対的に第１方向にレチクル及び感光基板を同期して走査することで第２列目の領域への露光を行い、結果として第１方向及び第２方向の両方に対し投影光学系の露光フィールドよりも広い感光基板上の範囲にレチクルのパターンを投影露光する方法である。
【０００６】
また半導体素子の高集積化、微細化に応じ投影光学系の解像度の向上も求められているが、これに応えるためにエキシマレーザーのようなパルスレーザーが遠紫外領域の光源として露光装置に使用されている。
【０００７】
パルス光を発振するエキシマレーザーを光源とするステップアンドスキャン方式の走査型の露光装置においては、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた場合はマスク面上やウエハ面上で露光むらが生じることがある。
【０００８】
このような問題を避けた露光装置を本出願人は先の特開昭６０−１５８４４９号公報で提案している。同公報によれば被照射面上の走査方向（前述の第１方向）の光強度分布を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とすることで、走査速度とパルス発振の同期の精度を緩和している。
【０００９】
次に図１１（Ａ）〜（Ｄ）を用いて同公報の内容の概略を説明する。図１１（Ａ）〜（Ｄ）では説明を分かりやすくするために１つのパルスで露光が行われる場合について示している。図１１（Ａ），（Ｂ）は走査方向の光強度分布が矩形で、２番目のパルス発振のタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露光量を示している。一方、図１１（Ｃ），（Ｄ）は走査方向の光強度分布が等脚台形の場合についてやはり２番目のパルスのタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露光量を示している。
【００１０】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）から明らかなように、レーザーのパルス発振のタイミングのずれが同程度である場合には等脚台形の光強度分布の方が露光量のばらつきは少ない。図１１（Ａ）〜（Ｄ）では１パルスで露光が行われる例を示したが、各位置が複数のパルスで露光される場合も図１１（Ｃ），（Ｄ）の台形分布の光強度分布の方がパルス発振のタイミングのずれに対する露光量むらが小さい。走査方向の光強度分布の形状は等脚台形に限らず、図１１（Ａ）〜（Ｄ）のように重ね合わせたときに露光量のばらつきが小さくできる形状であれば良い。
【００１１】
また同様にパルス光を発振するエキシマレーザーを光源とするステイッチング露光方法に関しても、前述の第２方向の移動によるパターンの重ね合わせの際に位置ずれが生じないようにするために、１回目のスリットスキャン露光での投影露光と２回目のスリットスキャン露光での投影露光により２回露光される接続領域を設けるが、その際、接続部での照度むらを防ぐために、照明領域の前記第２方向での照度分布を台形状にする考案が、特開平６−１３２１９５号公報で開示されている。
【００１２】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて特開平６−１３２１９５号公報の概要を説明する。図１２（Ａ）はステイッチング及びスリットスキャン露光方法で基板上の部分１２１にパターンを露光している様子を示している。
【００１３】
初め転写領域は、図中、位置１２２にあり、そこから方向ｓ１へ走査し位置１２３へ至る。そして方向ｓ２へ横ずれして位置１２４へ至った後、方向ｓ３へ走査する。この際、既に述べたように１回目の走査露光部と２回目の走査露光部は接続領域１２５を設けている。この接続領域１２５では２回露光されることとなるが、照明領域の照度分布形状を図１２（Ｂ）のようにステイッチングの方向に対して台形分布とすることで、接続領域の露光むらを防ぎ、図１２（Ｃ）に示すような均一な照度分布を得ている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
先の特開昭６０−１５８４４９号公報では照明光の光路中にＮＤフィルター等の減光素子を挿入して走査方向の光強度分布を所望の形状にしている。また特開平６−１３２１９５号公報では照度分布を台形分布にする具体的な構成については言及がされていない。
【００１５】
本発明は照明系の一部に適切に構成したオプティカルインテグレータを用いることによって、被照射面上の第１方向又はそれと直交する第２方向又はその両方向において光の有効利用を図りつつ、所望の光強度分布で例えば台形分布で照明することができ、また被照射面にレチクルを配置したときはレチクル面上（１原板上）のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られる半導体素子の製造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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、
（１−１）光源からの光束をオプティカルインテグレータに入射させ、該オプティカルインテグレータから射出する出射光束を照明光学系を介して被照射面上を照明する際、該オプティカルインテグレータは出射光束の出射方向が互いに異なる光学素子を複数個備えることを特徴としている。
【００１７】
特に、
（１−１−１） 前記被照射面上の光強度分布が所望の形状となるように前記複数の光学素子の種類、配置条件を設定していること、
（１−１−２） 前記光学素子は単レンズ又は複数のレンズを有し、前記被照射面側のレンズ部は前記光源側のレンズ部に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていること、
（１−１−３） 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置した複数のシリンドリカルレンズを有し、前記被照射面側のシリンドリカルレンズ部は前記光源側のシリンドリカルレンズ部に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていること、
（１−１−４） 前記光学素子の前記第１方向と第２方向での集光位置が略等しいこと、
（１−１−５） 前記光学素子は少なくとも１つの基板に光軸方向に対して複数の回折光学素子を配置した構成より成っていること、
（１−１−６） 前記複数の回折光学素子は同心円状のパターンより成り、前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていること、
（１−１−７） 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置したシリンドリカル状のパワーを有する複数の回折光学素子を有していること、
（１−１−８） 前記シリンドリカル状のパワーを有する回折光学素子はパワーを有する断面と垂直な直線状パターンより成っていること、
（１−１−９） 前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていること、
（１−１−１０）前記光学素子は球面レンズと回折光学素子との組み合わせ又はシリンドリカルレンズと回折光学素子との組み合わせより成っていること、
（１−１−１１）前記光学素子の入射面と前記被照射面とは光学的に共役関係となっていること等を特徴としている。
【００１８】
本発明の投影露光装置は、
（２−１）構成要件（１−１）の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第２物体面上に投影していることを特徴としている。
【００１９】
（２−２）構成要件（１−１）の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第２物体面上に該第１物体と第２物体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方向に該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投影していることを特徴としている。
【００２０】
本発明のデバイスの製造方法は、
（３−１）構成要件（２−１）又は（２−２）の投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明の照明装置の実施形態１の要部概略図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一部分の拡大説明図である。
【００２２】
同図において、１はインテグレータ（オプティカルインテグレータ）であり、その出射面１ｂからの出射光束の出射方向（出射する光束の光束中心の延長方向）が異なる数種類の光学素子（素子レンズともいう。）１１，１２を複数個配列した集合体より成っている。光源手段（不図示）からの光束はインテグレータ１の入射面１ａに入射し、その出射面１ｂの近傍の位置１ｃに複数の２次光源を形成している。２はコンデンサーレンズであり、照明光学系を構成しており、インテグレータ１の出射面１ｂ近傍の位置１ｃに形成した複数の２次光源からの光束を集光し、被照射面３に一部が重ね合わさるようにしており、これによって所望の照度分布（光強度分布）の照明領域を形成している。
【００２３】
本実施形態のインテグレータ１は入射面１ａからの入射光束に対して出射面１ｂからの出射光束の出射方向が互いに異なる２つの素子レンズ１１と素子レンズ１２から構成している。素子レンズ１１は全系の光軸Ｌａに対して光束中心が角度θ１１をなす様出射し、素子レンズ１２は同様に光束中心が角度θ１２をなす様出射している。このとき各２次光源面の光束の重心位置がインテグレータ１を構成する各素子レンズ１１，１２の配列とは異なっている。以下、角度θ１１は上向き（＋）、角度θ１２は下向き（−）として説明する。
【００２４】
図１（Ａ）において、素子レンズ１１から出射された光束はコンデンサーレンズ２を経て被照射面３に強度分布Ｉ１１の照明領域を形成する。同様に素子レンズ１２から出射された光束はコンデンサーレンズ２を経て被照射面３に強度分布Ｉ１２の照明領域を形成する。強度分布Ｉ１１と強度分布Ｉ１２は被照射面３上の異なる位置に形成されるので、被照射面３上には照度分布Ｉ１１と強度分布Ｉ１２の積算光強度分布Ｉｓｕｍの照明領域が形成される。これは図１（Ａ）から分かるように２段の略階段状の光強度分布を有する。
【００２５】
本実施形態ではインテグレータ１として出射方向が異なる素子レンズの種類を増やし、被照射面３上で複数の階段状の光強度分布を重ね合わせて、合計の光強度分布がなだらかになり、台形状の強度分布となるようにしている。
【００２６】
図２は本実施形態においてインテグレータ１として、出射光束の出射方向が互いに異なる５種類の素子レンズから構成した場合の被照射面３上における光強度分布を示している。図２では図１よりも更に台形に近い照度分布を得ることができることを示している。図１、図２中では、被照射面上における光強度分布がｙ方向に変化する場合を示している。
【００２７】
本実施形態の照明装置を例えば走査型の露光装置に適用する場合、このｙ方向はスキャン方向であろうとステイッチング方向であろうとかまわず、露光装置の構成に合わせて所望の光強度分布が必要な断面で出射方向が異なる素子レンズをインテグレータに用いれば実現することができる。
【００２８】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本実施形態においてインテグレータ１の１つの素子レンズ３１の入射面３１ａに入射した光束が出射面３１ｂより出射する際に出射方向が入射方向（光軸３１ｃ）と異なるように構成するときの説明図である。
【００２９】
図３（Ａ）は中心光束３１ｄの出射方向が変化しない、入射側のレンズ面と出射側のレンズ面とが共軸となっている通常の素子レンズ３１である。同図では中心光束３１ｄの出射方向は入射光束の入射方向（ｚ軸）３１ｃと一致している。
【００３０】
図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す素子レンズ３１を光軸３１ｃ方向に２つの素子レンズ部３２１，３２２に分割し、そのうちの出射側の素子レンズ部３２２を光軸３１ｃと垂直方向（ｙ軸方向）に所定量シフトさせた場合を示している。
【００３１】
図３（Ｃ）は図３（Ａ）に示す素子レンズ３１を光軸３１ｃに対して所定の角度で２つの素子レンズ部３３１，３３２に分割し、そのうちの出射側の素子レンズ部３３２をｙ軸方向に所定量チルトさせた場合を示している。
【００３２】
図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように素子レンズ３１の入射面３１ａに入射した光軸３１ｃ上の光束は出射面３１ｂより出射するとき、その中心光束３１ｄは入射方向（ｚ軸方向）に対して出射方向を変えて出射している。
【００３３】
本実施形態では素子レンズ部３２２のシフト方向やシフト量、素子レンズ部３３３のチルト方向やチルト量を種々と変えた複数の素子レンズを用いて、中心光束３１ｄの出射方向の傾き及び傾き量を種々と制御している。例えばシフト量の異なる５つの素子レンズをｙ方向に複数個繰り返し配列して、図２に示すような光強度分布を得るようにしている。
【００３４】
図３（Ｂ），（Ｃ）では素子レンズ３１を単レンズより構成し、一部を切断して２つの素子レンズ部に分割し、そのうちの一方を偏心させた場合を示しているが、インテグレータ１を構成する複数の素子レンズ３１を単レンズで構成し、各素子レンズを照明光学系の光軸Ｌａに対して各々偏心させて、各素子レンズを通過する中心光束の出射方向が互いに異なるようにしても良い。また図３（Ｂ），（Ｃ）において素子レンズ部３２１，３２２又は素子レンズ部３３１，３３３を独立の単レンズより構成して配列しても良い。また素子レンズ部３２１，３２２（３３１，３３３）を一体化したモールド成形より構成しても良い。以上の各要素の変更は以下に示す各実施形態においても同様である。
【００３５】
図４，図５は本発明の照明装置の実施形態２，３で用いるインテグレータの要部概略図である。実施形態２，３において、インテグレータ４１，５１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００３６】
図４の実施形態２では、インテグレータ４１を中心光束の出射面４１ｂからの出射方向が互いに異なる２つの素子レンズ４３，４４をｙ軸方向に複数個繰り返して配列して構成している。同図では入射側のレンズ面に対して出射側のレンズ面を互いに偏心させている。そしてインテグレータ４１の入射面４１ａが被照射面３と光学的に共役な位置関係となるように各要素（出射面の屈折力やコンデンサーレンズの屈折力等）を設定している。尚、各素子レンズの入射側のレンズ面４１ａは全て同一形状であっても良い。
【００３７】
図５の実施形態３では、素子レンズ５２（５３）を２つの素子レンズ部５１１，５１２（５２１，５２２）より構成し、それらの組をｙ軸方向に複数個繰り返して配列している。そして入射側の素子レンズ部５１１，５２１に対して出射側の素子レンズ部５１２，５２２を互いに偏心させて、中心光束の出射側５１ｂからの出射方向が各素子レンズ毎で互いに異なるようにしている。そして入射側５１ａのレンズ面が被照射面３と光学的に共役な位置関係となるように、各要素（出射側の素子レンズ部の屈折力やコンデンサーレンズの屈折力等）を設定している。尚、本実施形態において入射側の素子レンズ部５１１，５２１は同一形状であっても良い。
【００３８】
図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態４で用いるインテグレータのｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００３９】
本実施形態ではインテグレータ６１を複数の素子レンズ６２，６３，６４より構成し、このうち１つの素子レンズ（６３）を４つのシリンドリカルレンズ（６２１，６４１，６４２，６２２）より構成した場合を示している。
【００４０】
シリンドリカルレンズを素子レンズの一部として用い、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面３上を矩形に照明している。シリンドリカルレンズ６１１，６１２（６２１，６２２）はｙｚ断面内で屈折力を有し、出射面の面が偏心しており、出射面からの中心光束の出射方向が異なる素子レンズ６２（６３）を構成している。シリンドリカルレンズ６４１，６４２（６３１，６３２）はｘｚ断面内で屈折力を有し、互いに共軸となっており、中心光束の出射方向は入射方向と同じになるようにしている。
【００４１】
各素子レンズ６２，６３，６４の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成しており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役となっている。またシリンドリカルレンズ６１１と６２１は同じものであっても良い。
【００４２】
図７（Ａ）は本発明の照明装置の実施形態５で用いるインテグレータ７１の要部概略図、図７（Ｂ），（Ｃ）は各々図７（Ａ）の入射側と出射側の説明図である。インテグレータ７１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００４３】
図中、７２１，７２２，７１１，７１２は各々回折光学素子であり、このうち回折光学素子７２１，７２２（７１１，７１２）で１つの素子レンズ７２（７３）を構成している。同図では基板７０の物体側面（入射面）７１ａに微小な回折光学素子７１１，７２１が、像側面（出射面）７１ｂに回折光学素子７１２，７２２が配置され、回折光学素子７１１と７１２、及び回折光学素子７２１，７２２の組み合わせで中心光束の出射方向の異なる素子レンズ７２，７３を構成している。
【００４４】
回折光学素子７１１，７２１は図７（Ｂ）に示すように、非偏心の球面レンズと等価な作用を持つようにした同心円状かつ周辺に行く程密になるパターンからなる回折光学素子より成っている。尚、回折光学素子７１１，７２１は同じものであっても良い。
【００４５】
回折光学素子７１２，７２２は図７（Ｃ）に示すように、出射方向を異ならしめるために同心円状パターンがｙ方向にシフトした形状をしており、その同心円中心は組となる物体側の回折光学素子の同心円中心とずれた位置となっている。
【００４６】
本実施形態では素子レンズ７２は上側に、素子レンズ７２は下側に傾いて中心光束を出射している。また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役な位置関係を取るよう構成している。
【００４７】
本実施形態のインテグレータ７１は基板７０の前後に回折光学素子を配置して構成していたが、製造可能な大きさの基板を組み合わせて全体として所望の大きさのインテグレータとしても良い。また同一の基板７０の前後に回折光学素子を配列するのではなく、各々別々の基板に配列させても良い。回折光学素子は同一平面上に同じパターンが多数配列することになるので、リソグラフィー技術を用いて作られるバイナリ素子として製造するのが好ましく、その際、光の利用効率から４レベル以上のものが好ましい。
【００４８】
図８（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータのｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ８０１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００４９】
図中、８４１，８５１，８４２，８５２は各々回折光学素子であり、図９（Ａ），（Ｂ）に示すような回折光学素子より成っている。回折光学素子８４１，８４２（８５１，８５２）で１つの素子レンズを構成している。８６１，８６２は各々回折光学素子であり、図９（Ｃ），（Ｄ）に示すような回折光学素子より成っている。
【００５０】
本実施形態ではシリンドリカルレンズ状のパワーを有する回折光学素子を素子レンズとして用い、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面上を矩形に照明している。そして基板８０の物体側面に回折光学素子８４１，８５１、基板８３の像側に回折光学素子８４２，８５２を配置している。回折光学素子８４１と８４２、回折光学素子８５１と８５２の組み合わせでｙｚ断面でパワーを有する素子レンズ８４，８５を構成しており、これらはｙｚ断面での出射方向が異なっている。
【００５１】
図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、回折光学素子８４１，８５１はｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、中心に最もパターンの粗な部分があり、ｙ方向で上下に行くに連れてパターンは密となり、パワー（屈折力）が強くなっている。尚、回折光学素子８４１，８５１は同じものであっても構わない。回折光学素子８４２，８５２も同じくｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、粗の部分がｙ方向にシフトしており、粗の部分から上下に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５２】
基板８１の物体側面に図９（Ｃ）に示すような回折光学素子８６１、基板８２の像側面に図９（Ｄ）に示すような回折光学素子８６２が配置され、これらの組み合わせでｘｚ断面でパワーを有する素子レンズ８６を構成しており、これは中心光束が入射光束の光軸と同方向に出射するようにしている。図９（Ｃ），（Ｄ）に示すように、回折光学素子８６１，８６２はｙ方向に直線なパターンの配列で構成され、中心に最もパターンの粗な部分があり、ｘ方向で左右に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５３】
素子レンズ８４，８５，８６の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成されており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役になっている。
【００５４】
図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態７に用いるインテグレータ１のｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ１００１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００５５】
本実施形態は図６に示す実施形態４において、シリンドリカルレンズ６１２，６２２をｙｚ断面でパワーを有する回折光学素子１０１２，１０２２に置き換えたものである。例えば１つの素子レンズ１０３を３つのシリンドリカルレンズ６２１，６４１，６４２と回折光学素子１０２２より構成している。
【００５６】
本実施形態では、３つのシリンドリカルレンズと１つのシリンドリカルレンズ状のパワーを有する回折光学素子の組み合わせで１つの素子レンズを構成し、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面上を矩形に照明している。シリンドリカルレンズ６１１と回折光学素子１０１２、シリンドリカルレンズ６２１と回折光学素子１０２２の組み合わせでｙｚ断面でパワーを有する素子レンズ１０２，１０３を構成しており、これらはｙｚ断面での中心光束の出射方向が異なっている。
【００５７】
回折光学素子１０１２，１０２２は図９（Ｂ）と同様にｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、やはり同様に配列の粗の部分がｙ方向にシフトしており、粗の部分から上下に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５８】
素子レンズ１０２，１０３，１０４の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成しており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役になっている。この例ではシリンドリカルレンズの代わりに同様のパワーを有する回折光学素子を用いたが、図５に示す実施形態の球面レンズ５１１，５１２を回折光学素子に置き換えても良い。特に、球面をシフト或いはチルトした面形状の制作が困難である場合は、より回折光学素子で構成する効果が高い。
【００５９】
図１３は本発明の照明装置を用いた投影露光装置の実施形態１の要部概略図である。同図において、１４１は光源である。１４２はビーム整形光学系、１はインテグレータ、２はコンデンサーレンズであり、これらは図１の照明装置に用いているものと同じである。
【００６０】
１４３は絞りであり、図１の被照射面３の位置に相当している。１４４は絞り結像レンズであり、絞り１４３の開口形状を被照射面上に設けたレチクル１４５上に投影している。レチクル１４５面上の照明領域は絞り１４３の開口形状と相似形をなしている。１４７は投影レンズ（投影光学系）であり、レチクル１４５面上のパターンを感光基板（ウエハ）１４８面上に投影している。１４６は駆動手段であり、レチクル１４５を駆動している。１４９は駆動手段でありウエハ１４８を駆動している。
【００６１】
本実施形態ではレジスト等の感光体を塗布したウエハ１４８上にレチクル１４５上の回路パターンを投影レンズ１４７を介してステップアンドスキャン方式又はステイッチング方式で投影露光している。このうち例えば、ステップアンドスキャン方式の露光装置では、レチクル１４５上のパターンを一括して照明するのではなく、照明エリアを例えばスリット状にしている。そして照明エリアの内部に位置するレチクル１４５上のパターンを投影レンズ１４７を介してウエハ１４８上の露光エリアに転写している。
【００６２】
レチクル１４５はレチクルステージ上に載置されており、駆動手段１４６によって例えばｘ方向にスキャンしている。ウエハ１４８は可動ステージ上に載置されており、該可動ステージは駆動手段１４９によってｘ方向のレチクル１４５と逆方向にスキャンしている。尚、レチクル１４５とウエハ１４８は投影レンズ１４７の投影倍率に対応させた速度比で同期して互いに逆方向にスキャンしている。この投影露光装置を用いることで、所望の光強度分布を持った照明領域でレチクル面上のパターンを基板に露光することを可能としている。
【００６３】
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。
【００６４】
図１４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００６５】
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なう。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。
【００６６】
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）は前工程と呼ばれ、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。
【００６７】
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、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。
【００６８】
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。
【００６９】
図１５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。
【００７０】
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。
【００７１】
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）ではエッチングがす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。
【００７２】
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容易に製造することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、照明系の一部に適切に構成したオプティカルインテグレータを用いることによって、被照射面上の第１方向又はそれと直交する第２方向又はその両方向において光の有効利用を図りつつ、所望の光強度分布で例えば台形分布で照明することができ、また被照射面にレチクルを配置したときはレチクル面上（１原板上）のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られる半導体素子の製造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。
【００７４】
この他、本発明によれば、パルス発振するレーザー光源を用いて走査露光を行う際に発生する走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのずれに起因する露光量のばらつきを小さくできる光強度分布を照明の効率の低下を防止しつつ達成することのできる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。
【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】本発明に係る台形状照度分布の説明図
【図３】本発明に係るインテグレータの出射面から出射する中心光束の説明図
【図４】本発明の照明装置の実施形態２に用いるインテグレータの説明図
【図５】本発明の照明装置の実施形態３に用いるインテグレータの説明図
【図６】本発明の照明装置の実施形態４に用いるインテグレータの説明図
【図７】本発明の照明装置の実施形態５に用いるインテグレータの説明図
【図８】本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータの説明図
【図９】本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータの説明図
【図１０】本発明の照明装置の実施形態７に用いるインテグレータの説明図
【図１１】従来のスリットスキャン型の露光装置における露光量の説明図
【図１２】従来のステイッチング型の露光装置における露光量の説明図
【図１３】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概略図
【図１４】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチャート
【図１５】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１，４１，５１，６１，７１，８０１，１００１ オプティカルインテグレータ
２ コンデンサーレンズ
３ 被照射面
１１，１２，３１，４３，４４，５２，５３ 光学素子（素子レンズ）
１４１ 光源
１４２ ビーム整形光学系
１４５ レチクル
１４６，１４９ 駆動手段
１４７ 投影光学系
１４８ ウエハ
６１１，６１２，６２１，６２２，６３１，６３２ シリンドリカルレンズ
７１１，７１２，７２１，７２２，８６１，８６２ 回折光学素子
【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やＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に、マスクやレチクル（以下「レチクル」と総称する。）面上の電子回路パターンをウエハ面上に投影光学系を介して投影露光又は走査露光するときのレチクル面上を所定形状の照明領域で効率的に照明し、高集積度の半導体デバイスを得るリソグラフィー工程に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体素子等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際には、レチクル面上のパターンを投影光学系を介してフォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の感光基板上に露光転移する投影露光装置が使用されている。最近は半導体素子１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはレチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【０００３】
上記の転写対象パターンの大面積化に応えるための技術としては、ステイッチング露光方法及びスリットスキャン露光方法の投影露光装置が知られている。
【０００４】
スリットスキャン露光方法とは、レチクル上の所定形状の照明領域に対して相対的に所定の第１方向にレチクル及び感光基板を同期して走査することで第１方向に対して投影光学系の露光フィールドよりも広い感光基板上の範囲にレチクルのパターンを投影露光する方法である。
【０００５】
これに対してステイッチング露光方法は、上記スリットスキャン露光方法による第１方向の露光が行われた後、レチクルを交換するか、又はそのレチクルを照明領域の第１方向に垂直な第２方向に所定量だけ移動し、同時に感光基板をその照明領域の第２の方向に共役な方向に横ずれさせる。そして再び照明領域に対して相対的に第１方向にレチクル及び感光基板を同期して走査することで第２列目の領域への露光を行い、結果として第１方向及び第２方向の両方に対し投影光学系の露光フィールドよりも広い感光基板上の範囲にレチクルのパターンを投影露光する方法である。
【０００６】
また半導体素子の高集積化、微細化に応じ投影光学系の解像度の向上も求められているが、これに応えるためにエキシマレーザーのようなパルスレーザーが遠紫外領域の光源として露光装置に使用されている。
【０００７】
パルス光を発振するエキシマレーザーを光源とするステップアンドスキャン方式の走査型の露光装置においては、走査速度又はパルス発振のタイミングがずれた場合はマスク面上やウエハ面上で露光むらが生じることがある。
【０００８】
このような問題を避けた露光装置を本出願人は先の特開昭６０−１５８４４９号公報で提案している。同公報によれば被照射面上の走査方向（前述の第１方向）の光強度分布を実質的に等脚台形又は二等辺三角形とすることで、走査速度とパルス発振の同期の精度を緩和している。
【０００９】
次に図１１（Ａ）〜（Ｄ）を用いて同公報の内容の概略を説明する。図１１（Ａ）〜（Ｄ）では説明を分かりやすくするために１つのパルスで露光が行われる場合について示している。図１１（Ａ），（Ｂ）は走査方向の光強度分布が矩形で、２番目のパルス発振のタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露光量を示している。一方、図１１（Ｃ），（Ｄ）は走査方向の光強度分布が等脚台形の場合についてやはり２番目のパルスのタイミングがずれた場合の走査方向の各位置での露光量を示している。
【００１０】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）から明らかなように、レーザーのパルス発振のタイミングのずれが同程度である場合には等脚台形の光強度分布の方が露光量のばらつきは少ない。図１１（Ａ）〜（Ｄ）では１パルスで露光が行われる例を示したが、各位置が複数のパルスで露光される場合も図１１（Ｃ），（Ｄ）の台形分布の光強度分布の方がパルス発振のタイミングのずれに対する露光量むらが小さい。走査方向の光強度分布の形状は等脚台形に限らず、図１１（Ａ）〜（Ｄ）のように重ね合わせたときに露光量のばらつきが小さくできる形状であれば良い。
【００１１】
また同様にパルス光を発振するエキシマレーザーを光源とするステイッチング露光方法に関しても、前述の第２方向の移動によるパターンの重ね合わせの際に位置ずれが生じないようにするために、１回目のスリットスキャン露光での投影露光と２回目のスリットスキャン露光での投影露光により２回露光される接続領域を設けるが、その際、接続部での照度むらを防ぐために、照明領域の前記第２方向での照度分布を台形状にする考案が、特開平６−１３２１９５号公報で開示されている。
【００１２】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて特開平６−１３２１９５号公報の概要を説明する。図１２（Ａ）はステイッチング及びスリットスキャン露光方法で基板上の部分１２１にパターンを露光している様子を示している。
【００１３】
初め転写領域は、図中、位置１２２にあり、そこから方向ｓ１へ走査し位置１２３へ至る。そして方向ｓ２へ横ずれして位置１２４へ至った後、方向ｓ３へ走査する。この際、既に述べたように１回目の走査露光部と２回目の走査露光部は接続領域１２５を設けている。この接続領域１２５では２回露光されることとなるが、照明領域の照度分布形状を図１２（Ｂ）のようにステイッチングの方向に対して台形分布とすることで、接続領域の露光むらを防ぎ、図１２（Ｃ）に示すような均一な照度分布を得ている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
先の特開昭６０−１５８４４９号公報では照明光の光路中にＮＤフィルター等の減光素子を挿入して走査方向の光強度分布を所望の形状にしている。また特開平６−１３２１９５号公報では照度分布を台形分布にする具体的な構成については言及がされていない。
【００１５】
本発明は照明系の一部に適切に構成したオプティカルインテグレータを用いることによって、被照射面上の第１方向又はそれと直交する第２方向又はその両方向において光の有効利用を図りつつ、所望の光強度分布で例えば台形分布で照明することができ、また被照射面にレチクルを配置したときはレチクル面上（１原板上）のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られる半導体素子の製造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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置は、
（１−１）光源からの光束をオプティカルインテグレータに入射させ、該オプティカルインテグレータから射出する出射光束を照明光学系を介して被照射面上を照明する際、該オプティカルインテグレータは出射光束の出射方向が互いに異なる光学素子を複数個備えることを特徴としている。
【００１７】
特に、
（１−１−１） 前記被照射面上の光強度分布が所望の形状となるように前記複数の光学素子の種類、配置条件を設定していること、
（１−１−２） 前記光学素子は単レンズ又は複数のレンズを有し、前記被照射面側のレンズ部は前記光源側のレンズ部に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていること、
（１−１−３） 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置した複数のシリンドリカルレンズを有し、前記被照射面側のシリンドリカルレンズ部は前記光源側のシリンドリカルレンズ部に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていること、
（１−１−４） 前記光学素子の前記第１方向と第２方向での集光位置が略等しいこと、
（１−１−５） 前記光学素子は少なくとも１つの基板に光軸方向に対して複数の回折光学素子を配置した構成より成っていること、
（１−１−６） 前記複数の回折光学素子は同心円状のパターンより成り、前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていること、
（１−１−７） 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置したシリンドリカル状のパワーを有する複数の回折光学素子を有していること、
（１−１−８） 前記シリンドリカル状のパワーを有する回折光学素子はパワーを有する断面と垂直な直線状パターンより成っていること、
（１−１−９） 前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていること、
（１−１−１０）前記光学素子は球面レンズと回折光学素子との組み合わせ又はシリンドリカルレンズと回折光学素子との組み合わせより成っていること、
（１−１−１１）前記光学素子の入射面と前記被照射面とは光学的に共役関係となっていること等を特徴としている。
【００１８】
本発明の投影露光装置は、
（２−１）構成要件（１−１）の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第２物体面上に投影していることを特徴としている。
【００１９】
（２−２）構成要件（１−１）の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第２物体面上に該第１物体と第２物体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方向に該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投影していることを特徴としている。
【００２０】
本発明のデバイスの製造方法は、
（３−１）構成要件（２−１）又は（２−２）の投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明の照明装置の実施形態１の要部概略図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の一部分の拡大説明図である。
【００２２】
同図において、１はインテグレータ（オプティカルインテグレータ）であり、その出射面１ｂからの出射光束の出射方向（出射する光束の光束中心の延長方向）が異なる数種類の光学素子（素子レンズともいう。）１１，１２を複数個配列した集合体より成っている。光源手段（不図示）からの光束はインテグレータ１の入射面１ａに入射し、その出射面１ｂの近傍の位置１ｃに複数の２次光源を形成している。２はコンデンサーレンズであり、照明光学系を構成しており、インテグレータ１の出射面１ｂ近傍の位置１ｃに形成した複数の２次光源からの光束を集光し、被照射面３に一部が重ね合わさるようにしており、これによって所望の照度分布（光強度分布）の照明領域を形成している。
【００２３】
本実施形態のインテグレータ１は入射面１ａからの入射光束に対して出射面１ｂからの出射光束の出射方向が互いに異なる２つの素子レンズ１１と素子レンズ１２から構成している。素子レンズ１１は全系の光軸Ｌａに対して光束中心が角度θ１１をなす様出射し、素子レンズ１２は同様に光束中心が角度θ１２をなす様出射している。このとき各２次光源面の光束の重心位置がインテグレータ１を構成する各素子レンズ１１，１２の配列とは異なっている。以下、角度θ１１は上向き（＋）、角度θ１２は下向き（−）として説明する。
【００２４】
図１（Ａ）において、素子レンズ１１から出射された光束はコンデンサーレンズ２を経て被照射面３に強度分布Ｉ１１の照明領域を形成する。同様に素子レンズ１２から出射された光束はコンデンサーレンズ２を経て被照射面３に強度分布Ｉ１２の照明領域を形成する。強度分布Ｉ１１と強度分布Ｉ１２は被照射面３上の異なる位置に形成されるので、被照射面３上には照度分布Ｉ１１と強度分布Ｉ１２の積算光強度分布Ｉｓｕｍの照明領域が形成される。これは図１（Ａ）から分かるように２段の略階段状の光強度分布を有する。
【００２５】
本実施形態ではインテグレータ１として出射方向が異なる素子レンズの種類を増やし、被照射面３上で複数の階段状の光強度分布を重ね合わせて、合計の光強度分布がなだらかになり、台形状の強度分布となるようにしている。
【００２６】
図２は本実施形態においてインテグレータ１として、出射光束の出射方向が互いに異なる５種類の素子レンズから構成した場合の被照射面３上における光強度分布を示している。図２では図１よりも更に台形に近い照度分布を得ることができることを示している。図１、図２中では、被照射面上における光強度分布がｙ方向に変化する場合を示している。
【００２７】
本実施形態の照明装置を例えば走査型の露光装置に適用する場合、このｙ方向はスキャン方向であろうとステイッチング方向であろうとかまわず、露光装置の構成に合わせて所望の光強度分布が必要な断面で出射方向が異なる素子レンズをインテグレータに用いれば実現することができる。
【００２８】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本実施形態においてインテグレータ１の１つの素子レンズ３１の入射面３１ａに入射した光束が出射面３１ｂより出射する際に出射方向が入射方向（光軸３１ｃ）と異なるように構成するときの説明図である。
【００２９】
図３（Ａ）は中心光束３１ｄの出射方向が変化しない、入射側のレンズ面と出射側のレンズ面とが共軸となっている通常の素子レンズ３１である。同図では中心光束３１ｄの出射方向は入射光束の入射方向（ｚ軸）３１ｃと一致している。
【００３０】
図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す素子レンズ３１を光軸３１ｃ方向に２つの素子レンズ部３２１，３２２に分割し、そのうちの出射側の素子レンズ部３２２を光軸３１ｃと垂直方向（ｙ軸方向）に所定量シフトさせた場合を示している。
【００３１】
図３（Ｃ）は図３（Ａ）に示す素子レンズ３１を光軸３１ｃに対して所定の角度で２つの素子レンズ部３３１，３３２に分割し、そのうちの出射側の素子レンズ部３３２をｙ軸方向に所定量チルトさせた場合を示している。
【００３２】
図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように素子レンズ３１の入射面３１ａに入射した光軸３１ｃ上の光束は出射面３１ｂより出射するとき、その中心光束３１ｄは入射方向（ｚ軸方向）に対して出射方向を変えて出射している。
【００３３】
本実施形態では素子レンズ部３２２のシフト方向やシフト量、素子レンズ部３３３のチルト方向やチルト量を種々と変えた複数の素子レンズを用いて、中心光束３１ｄの出射方向の傾き及び傾き量を種々と制御している。例えばシフト量の異なる５つの素子レンズをｙ方向に複数個繰り返し配列して、図２に示すような光強度分布を得るようにしている。
【００３４】
図３（Ｂ），（Ｃ）では素子レンズ３１を単レンズより構成し、一部を切断して２つの素子レンズ部に分割し、そのうちの一方を偏心させた場合を示しているが、インテグレータ１を構成する複数の素子レンズ３１を単レンズで構成し、各素子レンズを照明光学系の光軸Ｌａに対して各々偏心させて、各素子レンズを通過する中心光束の出射方向が互いに異なるようにしても良い。また図３（Ｂ），（Ｃ）において素子レンズ部３２１，３２２又は素子レンズ部３３１，３３３を独立の単レンズより構成して配列しても良い。また素子レンズ部３２１，３２２（３３１，３３３）を一体化したモールド成形より構成しても良い。以上の各要素の変更は以下に示す各実施形態においても同様である。
【００３５】
図４，図５は本発明の照明装置の実施形態２，３で用いるインテグレータの要部概略図である。実施形態２，３において、インテグレータ４１，５１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００３６】
図４の実施形態２では、インテグレータ４１を中心光束の出射面４１ｂからの出射方向が互いに異なる２つの素子レンズ４３，４４をｙ軸方向に複数個繰り返して配列して構成している。同図では入射側のレンズ面に対して出射側のレンズ面を互いに偏心させている。そしてインテグレータ４１の入射面４１ａが被照射面３と光学的に共役な位置関係となるように各要素（出射面の屈折力やコンデンサーレンズの屈折力等）を設定している。尚、各素子レンズの入射側のレンズ面４１ａは全て同一形状であっても良い。
【００３７】
図５の実施形態３では、素子レンズ５２（５３）を２つの素子レンズ部５１１，５１２（５２１，５２２）より構成し、それらの組をｙ軸方向に複数個繰り返して配列している。そして入射側の素子レンズ部５１１，５２１に対して出射側の素子レンズ部５１２，５２２を互いに偏心させて、中心光束の出射側５１ｂからの出射方向が各素子レンズ毎で互いに異なるようにしている。そして入射側５１ａのレンズ面が被照射面３と光学的に共役な位置関係となるように、各要素（出射側の素子レンズ部の屈折力やコンデンサーレンズの屈折力等）を設定している。尚、本実施形態において入射側の素子レンズ部５１１，５２１は同一形状であっても良い。
【００３８】
図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態４で用いるインテグレータのｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００３９】
本実施形態ではインテグレータ６１を複数の素子レンズ６２，６３，６４より構成し、このうち１つの素子レンズ（６３）を４つのシリンドリカルレンズ（６２１，６４１，６４２，６２２）より構成した場合を示している。
【００４０】
シリンドリカルレンズを素子レンズの一部として用い、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面３上を矩形に照明している。シリンドリカルレンズ６１１，６１２（６２１，６２２）はｙｚ断面内で屈折力を有し、出射面の面が偏心しており、出射面からの中心光束の出射方向が異なる素子レンズ６２（６３）を構成している。シリンドリカルレンズ６４１，６４２（６３１，６３２）はｘｚ断面内で屈折力を有し、互いに共軸となっており、中心光束の出射方向は入射方向と同じになるようにしている。
【００４１】
各素子レンズ６２，６３，６４の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成しており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役となっている。またシリンドリカルレンズ６１１と６２１は同じものであっても良い。
【００４２】
図７（Ａ）は本発明の照明装置の実施形態５で用いるインテグレータ７１の要部概略図、図７（Ｂ），（Ｃ）は各々図７（Ａ）の入射側と出射側の説明図である。インテグレータ７１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００４３】
図中、７２１，７２２，７１１，７１２は各々回折光学素子であり、このうち回折光学素子７２１，７２２（７１１，７１２）で１つの素子レンズ７２（７３）を構成している。同図では基板７０の物体側面（入射面）７１ａに微小な回折光学素子７１１，７２１が、像側面（出射面）７１ｂに回折光学素子７１２，７２２が配置され、回折光学素子７１１と７１２、及び回折光学素子７２１，７２２の組み合わせで中心光束の出射方向の異なる素子レンズ７２，７３を構成している。
【００４４】
回折光学素子７１１，７２１は図７（Ｂ）に示すように、非偏心の球面レンズと等価な作用を持つようにした同心円状かつ周辺に行く程密になるパターンからなる回折光学素子より成っている。尚、回折光学素子７１１，７２１は同じものであっても良い。
【００４５】
回折光学素子７１２，７２２は図７（Ｃ）に示すように、出射方向を異ならしめるために同心円状パターンがｙ方向にシフトした形状をしており、その同心円中心は組となる物体側の回折光学素子の同心円中心とずれた位置となっている。
【００４６】
本実施形態では素子レンズ７２は上側に、素子レンズ７２は下側に傾いて中心光束を出射している。また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役な位置関係を取るよう構成している。
【００４７】
本実施形態のインテグレータ７１は基板７０の前後に回折光学素子を配置して構成していたが、製造可能な大きさの基板を組み合わせて全体として所望の大きさのインテグレータとしても良い。また同一の基板７０の前後に回折光学素子を配列するのではなく、各々別々の基板に配列させても良い。回折光学素子は同一平面上に同じパターンが多数配列することになるので、リソグラフィー技術を用いて作られるバイナリ素子として製造するのが好ましく、その際、光の利用効率から４レベル以上のものが好ましい。
【００４８】
図８（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータのｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ８０１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００４９】
図中、８４１，８５１，８４２，８５２は各々回折光学素子であり、図９（Ａ），（Ｂ）に示すような回折光学素子より成っている。回折光学素子８４１，８４２（８５１，８５２）で１つの素子レンズを構成している。８６１，８６２は各々回折光学素子であり、図９（Ｃ），（Ｄ）に示すような回折光学素子より成っている。
【００５０】
本実施形態ではシリンドリカルレンズ状のパワーを有する回折光学素子を素子レンズとして用い、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面上を矩形に照明している。そして基板８０の物体側面に回折光学素子８４１，８５１、基板８３の像側に回折光学素子８４２，８５２を配置している。回折光学素子８４１と８４２、回折光学素子８５１と８５２の組み合わせでｙｚ断面でパワーを有する素子レンズ８４，８５を構成しており、これらはｙｚ断面での出射方向が異なっている。
【００５１】
図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、回折光学素子８４１，８５１はｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、中心に最もパターンの粗な部分があり、ｙ方向で上下に行くに連れてパターンは密となり、パワー（屈折力）が強くなっている。尚、回折光学素子８４１，８５１は同じものであっても構わない。回折光学素子８４２，８５２も同じくｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、粗の部分がｙ方向にシフトしており、粗の部分から上下に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５２】
基板８１の物体側面に図９（Ｃ）に示すような回折光学素子８６１、基板８２の像側面に図９（Ｄ）に示すような回折光学素子８６２が配置され、これらの組み合わせでｘｚ断面でパワーを有する素子レンズ８６を構成しており、これは中心光束が入射光束の光軸と同方向に出射するようにしている。図９（Ｃ），（Ｄ）に示すように、回折光学素子８６１，８６２はｙ方向に直線なパターンの配列で構成され、中心に最もパターンの粗な部分があり、ｘ方向で左右に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５３】
素子レンズ８４，８５，８６の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成されており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役になっている。
【００５４】
図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明の照明装置の実施形態７に用いるインテグレータ１のｙｚ断面とｘｚ断面の概略図である。インテグレータ１００１以外の各要素は図１の実施形態１と同じである。
【００５５】
本実施形態は図６に示す実施形態４において、シリンドリカルレンズ６１２，６２２をｙｚ断面でパワーを有する回折光学素子１０１２，１０２２に置き換えたものである。例えば１つの素子レンズ１０３を３つのシリンドリカルレンズ６２１，６４１，６４２と回折光学素子１０２２より構成している。
【００５６】
本実施形態では、３つのシリンドリカルレンズと１つのシリンドリカルレンズ状のパワーを有する回折光学素子の組み合わせで１つの素子レンズを構成し、ｙ方向とｘ方向での出射光束の開口数を異ならすことで被照射面上を矩形に照明している。シリンドリカルレンズ６１１と回折光学素子１０１２、シリンドリカルレンズ６２１と回折光学素子１０２２の組み合わせでｙｚ断面でパワーを有する素子レンズ１０２，１０３を構成しており、これらはｙｚ断面での中心光束の出射方向が異なっている。
【００５７】
回折光学素子１０１２，１０２２は図９（Ｂ）と同様にｘ方向に直線なパターンの配列で構成され、やはり同様に配列の粗の部分がｙ方向にシフトしており、粗の部分から上下に行くに連れてパターンは密となり、パワーが強くなっている。
【００５８】
素子レンズ１０２，１０３，１０４の集光点はｚ軸に垂直な略同一面上に配列するよう構成しており、また各々の素子レンズの入射面は被照射面３と光学的に共役になっている。この例ではシリンドリカルレンズの代わりに同様のパワーを有する回折光学素子を用いたが、図５に示す実施形態の球面レンズ５１１，５１２を回折光学素子に置き換えても良い。特に、球面をシフト或いはチルトした面形状の制作が困難である場合は、より回折光学素子で構成する効果が高い。
【００５９】
図１３は本発明の照明装置を用いた投影露光装置の実施形態１の要部概略図である。同図において、１４１は光源である。１４２はビーム整形光学系、１はインテグレータ、２はコンデンサーレンズであり、これらは図１の照明装置に用いているものと同じである。
【００６０】
１４３は絞りであり、図１の被照射面３の位置に相当している。１４４は絞り結像レンズであり、絞り１４３の開口形状を被照射面上に設けたレチクル１４５上に投影している。レチクル１４５面上の照明領域は絞り１４３の開口形状と相似形をなしている。１４７は投影レンズ（投影光学系）であり、レチクル１４５面上のパターンを感光基板（ウエハ）１４８面上に投影している。１４６は駆動手段であり、レチクル１４５を駆動している。１４９は駆動手段でありウエハ１４８を駆動している。
【００６１】
本実施形態ではレジスト等の感光体を塗布したウエハ１４８上にレチクル１４５上の回路パターンを投影レンズ１４７を介してステップアンドスキャン方式又はステイッチング方式で投影露光している。このうち例えば、ステップアンドスキャン方式の露光装置では、レチクル１４５上のパターンを一括して照明するのではなく、照明エリアを例えばスリット状にしている。そして照明エリアの内部に位置するレチクル１４５上のパターンを投影レンズ１４７を介してウエハ１４８上の露光エリアに転写している。
【００６２】
レチクル１４５はレチクルステージ上に載置されており、駆動手段１４６によって例えばｘ方向にスキャンしている。ウエハ１４８は可動ステージ上に載置されており、該可動ステージは駆動手段１４９によってｘ方向のレチクル１４５と逆方向にスキャンしている。尚、レチクル１４５とウエハ１４８は投影レンズ１４７の投影倍率に対応させた速度比で同期して互いに逆方向にスキャンしている。この投影露光装置を用いることで、所望の光強度分布を持った照明領域でレチクル面上のパターンを基板に露光することを可能としている。
【００６３】
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。
【００６４】
図１４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００６５】
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なう。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。
【００６６】
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）は前工程と呼ばれ、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。
【００６７】
次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、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。
【００６８】
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。
【００６９】
図１５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。
【００７０】
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。
【００７１】
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）ではエッチングがす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。
【００７２】
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容易に製造することができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、照明系の一部に適切に構成したオプティカルインテグレータを用いることによって、被照射面上の第１方向又はそれと直交する第２方向又はその両方向において光の有効利用を図りつつ、所望の光強度分布で例えば台形分布で照明することができ、また被照射面にレチクルを配置したときはレチクル面上（１原板上）のパターンを適切に照明し、高い解像力が容易に得られる半導体素子の製造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。
【００７４】
この他、本発明によれば、パルス発振するレーザー光源を用いて走査露光を行う際に発生する走査速度のばらつきやパルス発振のタイミングのずれに起因する露光量のばらつきを小さくできる光強度分布を照明の効率の低下を防止しつつ達成することのできる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。
【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】本発明に係る台形状照度分布の説明図
【図３】本発明に係るインテグレータの出射面から出射する中心光束の説明図
【図４】本発明の照明装置の実施形態２に用いるインテグレータの説明図
【図５】本発明の照明装置の実施形態３に用いるインテグレータの説明図
【図６】本発明の照明装置の実施形態４に用いるインテグレータの説明図
【図７】本発明の照明装置の実施形態５に用いるインテグレータの説明図
【図８】本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータの説明図
【図９】本発明の照明装置の実施形態６に用いるインテグレータの説明図
【図１０】本発明の照明装置の実施形態７に用いるインテグレータの説明図
【図１１】従来のスリットスキャン型の露光装置における露光量の説明図
【図１２】従来のステイッチング型の露光装置における露光量の説明図
【図１３】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概略図
【図１４】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチャート
【図１５】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１，４１，５１，６１，７１，８０１，１００１ オプティカルインテグレータ
２ コンデンサーレンズ
３ 被照射面
１１，１２，３１，４３，４４，５２，５３ 光学素子（素子レンズ）
１４１ 光源
１４２ ビーム整形光学系
１４５ レチクル
１４６，１４９ 駆動手段
１４７ 投影光学系
１４８ ウエハ
６１１，６１２，６２１，６２２，６３１，６３２ シリンドリカルレンズ
７１１，７１２，７２１，７２２，８６１，８６２ 回折光学素子
Claims (15)
- 光源からの光束をオプティカルインテグレータに入射させ、該オプティカルインテグレータから射出する出射光束を照明光学系を介して被照射面上を照明する際、該オプティカルインテグレータは出射光束の出射方向が互いに異なる光学素子を複数個備えることを特徴とする照明装置。
- 前記被照射面上の光強度分布が所望の形状となるように前記複数の光学素子の種類、配置条件を設定していることを特徴とする請求項１の照明装置。
- 前記光学素子は単レンズ又は複数のレンズを有し、前記被照射面側のレンズ部は前記光源側のレンズ部に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
- 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置した複数のシリンドリカルレンズを有し、前記被照射面側のシリンドリカルレンズ部は前記光源側のシリンドリカルレンズ部に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフト又はチルトしていることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
- 前記光学素子の前記第１方向と第２方向での集光位置が略等しいことを特徴とする請求項４の照明装置。
- 前記光学素子は少なくとも１つの基板に光軸方向に対して複数の回折光学素子を配置した構成より成っていることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
- 前記複数の回折光学素子は同心円状のパターンより成り、前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して、前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていることを特徴とする請求項６の照明装置。
- 前記光学素子は前記照明光学系の光軸と直交する第１方向と該第１方向と直交する第２方向で出射光束の開口数が異なるように配置したシリンドリカル状のパワーを有する複数の回折光学素子を有していることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
- 前記シリンドリカル状のパワーを有する回折光学素子はパワーを有する断面と垂直な直線状パターンより成っていることを特徴とする請求項８の照明装置。
- 前記被照射面側の回折光学素子は前記光源側の回折光学素子に対して前記出射方向が傾きを持つ断面内においてシフトしていることを特徴とする請求項９の照明装置。
- 前記光学素子は球面レンズと回折光学素子との組み合わせ又はシリンドリカルレンズと回折光学素子との組み合わせより成っていることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
- 前記光学素子の入射面と前記被照射面とは光学的に共役関係となっていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の照明装置。
- 請求項１〜１２のいずれか１項記載の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第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。
- 請求項１〜１２のいずれか１項記載の照明装置の被照射面に配置した第１物体面上のパターンを投影光学系で第２物体面上に該第１物体と第２物体の双方を前記投影光学系の光軸と垂直方向に該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投影していることを特徴とする投影露光装置。
- 請求項１３又は１４記載の投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に投影露光した後、該ウエハを現像処理工程を介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。
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