JP3950732B2

JP3950732B2 - 照明光学系、照明方法及び露光装置

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Publication number: JP3950732B2
Application number: JP2002121506A
Authority: JP
Inventors: 道生河野
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Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2007-08-01
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、照明光学系に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイスを製造するのに使用される照明光学系に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、被処理体にコンタクトホール列のパターン、あるいは孤立コンタクトホールとコンタクトホール列とが混在するパターンを投影露光する照明光学系に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えば、デザインルールは、１００ｎｍ以下の回路パターン形成を量産工程で達成しようとし、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。その主流となる加工技術はフォトリソグラフィーであり、マスク又はレチクル（本明細書ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画されたマスクパターンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリーの式で与えられる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
一方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられる。
【０００６】
【数２】

【０００７】
なお、焦点深度ＤＯＦは小さくなるとフォーカス合わせが難しくなり、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ましい。
【０００８】
マスクパターンは、近接した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホール、その他の孤立パターン等を含むが、高解像度でパターンを転写するためには、パターンの種類に応じて最適な照明条件を選択する必要がある。
【０００９】
また、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタクトパターンを混在させる必要が生じてきた。しかし、コンタクトホール列と孤立コンタクトホールが混在したコンタクトホールパターンを同時に解像度よく露光することができなかった。
【００１０】
そこで、コンタクトホール列や縦横の繰り返し配線パターンのみに限定して、その解像限界を高め、焦点深度を増加する方式が種々提案されている。かかる方式として、例えば、２枚のマスクを用いて異なる種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露光）方式や後述する１枚のマスクを特殊な照明条件下で露光を行う方式がある。それ以外にも、マスクパターンに種々の補助パターンを設けて正規パターンの解像力を強化する方式などがある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、前記被照明面とフーリエ変換の関係となる面に光量分布を形成するプリズムを有し、該プリズムは、光軸方向に並んだ凹形状プリズム及び凸形状プリズムを有し、該凹形状プリズム及び凸形状プリズムは、前記光軸方向に沿って視て複数の領域に分割されており、前記凹形状プリズムの一の分割部材と前記凸形状プリズムの一の分割部材とを透過した光は、前記光量分布における一の照射領域を照射し、前記凹形状プリズムの他の分割部材と前記凸形状プリズムの他の分割部材とを透過した光は、前記光量分布における他の照射領域を照射し、前記凹形状プリズムの一の分割部材と前記凸形状プリズムの一の分割部材との間隔を、前記凹形状プリズムの他の分割部材と前記凸形状プリズムの他の分割部材との間隔と異ならせることで、前記一の照射領域と前記他の照射領域とのうちの前記一の照射領域のみを前記被照明面とフーリエ変換の関係となる面上で変位させることを特徴とする。
【００１２】
確かに、従来の技術において、通常の円形状の有効光源から輪帯状の有効光源への変換機能、又は、四重極の有効光源への切り替え機構の開示はされている。しかしながら、今後のパターンの微細化に対応するためには、同じタイプの有効光源であってもそれを変化させて解像性能を高めることが必要である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、前記被照明面とフーリエ変換の関係となる面に光量分布を形成するプリズムを有し、前記プリズムは、光軸方向に対して垂直な面内で分割された第１の部材と第２の部材とを含み、前記第１の部材及び前記第２の部材は、それぞれ独立して前記光軸方向に駆動可能であり、
前記第１の部材は、前記光量分布のうち第１の領域を形成し、前記第２の部材は、前記光量分布のうち第２の領域を形成し、前記第１の部材と前記第２の部材の前記光軸方向の相対位置を変えることで、前記第１の領域と前記第２の領域とは相対的に変位することを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の側面としての露光装置は、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、被照明面に配置された前記レチクルを照明する請求項１又は２記載の照明光学系と、前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様である露光装置について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置１００は、図１によく示されるように、照明装置２００と、マスク３００と、投影光学系４００と、プレート５００とを有する。
【００２７】
露光装置１００は、例えば、ステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式でマスク３００に形成された回路パターンをプレート５００に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップアンドスキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップアンドスキャン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップアンドリピート方式」とは、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００２８】
照明装置２００は、転写用の回路パターンが形成されたマスク３００を照明し、光源部２１０と照明光学系２２０とを有する。
【００２９】
光源部２１０は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ_２レーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、そのレーザーの個数も限定されない。また、レーザープラズマ光源を用いて、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用することもできる。また、光源部２１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプなどのランプも使用可能である。
【００３０】
照明光学系２２０は、光源部２１０から射出した光束を用いて所望のパターンを有する被照射面（例えば、マスク３００）を照明する光学系であり、本実施形態では、ビーム整形系２２１と、均一化素子２２２と、有効光源形成手段２４０と、第１のズームコンデンサーレンズ２２３と、インテグレーター２２４と、第２のズームコンデンサーレンズ２２５と、スリット２２６と、マスキングブレード２２７と、マスキング結像系２２８とを有する。
【００３１】
光源部２１０から発した照明光束は、ビーム整形系２２１の作用により一旦集光された後に均一化素子２２２に入射する。均一化素子２２２は、光束を光軸に垂直な面内において、ほぼ均一な分布に変換する機能を有する。
【００３２】
均一化素子２２２から射出した照明光束は、有効光源形成手段２４０と第１のズームコンデンサーレンズ２２３を通過してインテグレーター２２４に入射する。本実施例では、かかるインテグレーター２２４の射出面に形成される光強度分布が有効光源分布を決定し、露光装置１００の解像性能に大きく寄与する。
【００３３】
インテグレーター２２４から射出した照明光束は、第２のコンデンサーレンズ２２５の作用でスリット２２６面上に集光され、スリット２２６の遮光効果によりスリット状（投影光学系４００の収差補正領域に対応した部分で得ある）に切り出される。その透過光は、直後に配置されたマスキングブレード２２７を通過し、マスキング結像系２２８の結像作用によってマスク３００面上に所定の倍率で結像する。
【００３４】
ここで、有効光源形成手段２４０について詳細に説明する。有効光源形成手段２４０は、透過部材である変形照明形成素子２４２を有する。変形照明形成素子２４２としては、例えば、図２に示すように、四重極プリズム２４２が上げられる。四重極プリズム２４２は、光軸方向の断面が、図３に示されるように、凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂから構成される。また、図４に示されるように、凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂは、光軸方向からみるとＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の９０度に等分割された４つの領域からなりたっている。ここで、図２は、変形照明形成素子の一例である四重極プリズム２４２を示す概略斜視図、図３は、図２に示す四重極プリズム２４２の光軸方向の概略断面図、図４は、図２に示す四重極プリズム２４２の光軸に対して垂直方向の概略断面図である。
【００３５】
四重極プリズム２４２は、図５又は図６に示すような、有効光源分布を形成する。図５及び図６は、図２に示す四重極プリズム２４２が形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。図５及び図６を参照するに、領域Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４（即ち、斜線部分）が明部であり、その光軸Ｏ−Ｏ´からの距離Ｒｗ、Ｒｖ、Ｒｈは、図３に示す凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂの間隔ｚｏと第１のコンデンサー２２３のズーム倍率で決定される。
【００３６】
本発明の最も特徴とする点を以下に述べる。は、に示した凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂを光軸周りに９０度回転させた概略断面図（Ｈ−Ｈ´断面）である。Ｈ−Ｈ´断面で現れる凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂの領域は４分割のうち領域Ｐ２及びＰ４（一の分割部材）であり、かかる領域Ｐ２及びＰ４は、図３に示す凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂの領域Ｐ１及びＰ３（他の分割部材）に対して光軸方向に更にｚだけ繰り出されている。これを実現するために、部分ズーミング手段（駆動手段）２４６が有効に働く。
【００３７】
このような構成によって、に示すような有効光源分布が形成される。は、及びに示す四重極プリズムが形成する有効光源分布を示す概略図である。即ち、部分ズーミング効果により、領域Ｐ２及びＰ４によって形成される明部Ｓ２及びＳ４がｚｐだけ光軸Ｏ−Ｏ´から遠ざかっている（部分有効光源Ｓ１及びＳ３（他の照射領域）の半径Ｒｖに対して部分有効光源Ｓ２及びＳ４（一の照射領域）の半径Ｒｈの方が大きい）。実際の回路パターンは縦横方向の繰り返し配線があり、これに対して、部分有効光源Ｓ１及びＳ３は横方向の配線パターンに寄与し、部分有効光源Ｓ２及びＳ４は縦方向の配線パターンの解像力を決定づける。従って、同一のマスク上に縦横方向の配線パターンが混在していても、本発明の部分ズーミングにより縦方向の配線パターンと横方向の配線パターンのそれぞれに対して最適な照明条件を提供することができる。
＜変形例１＞次に、乃至を参照して、変形例１について説明する。この変形例１においては、変形照明形成素子２４２に八重極プリズム２４４を使用する。八重極プリズム２４４は、凹形状プリズム２４４ａ及び凸形状プリズム２４４ｂから構成される。また、に示されるように、凹形状プリズム２４４ａ及び凸形状プリズム２４４ｂは、光軸に対して垂直な方向の断面からみるとＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及びＱ８の８つの４５度等分割された領域からなりたっている。ここで、は、変形照明形成素子の一例である八重極プリズム２４４を示す概略斜視図、は、に示す八重極プリズム２４４の光軸に対して垂直方向の概略断面図である。
【００３８】
八重極プリズム２４４は、図１１に示すような、有効光源分布を形成する。図１１は、図９に示す八重極プリズム２４４が形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。図１１を参照するに、領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８（即ち、斜線部分）が部分有効光源（明部）である。
【００３９】
八重極プリズム２４４の８つの分割領域Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及びＱ８のうち、上述したように領域Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びＱ７を部分ズーミングすることによって、部分有効光源Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５及びＴ７（一の照射領域）がｚｐだけ偏心される（光軸Ｏ−Ｏ´からの半径がＲｓからＲｏに拡大されている）。
＜変形例２＞次に、変形例２について説明する。本変形例２では、のマスク３００として、に示すマスク３００ａのような所望のコンタクトホールパターンが所定の周期で配置され、その周辺に補助パターン（ダミーのコンタクトホールパターン）が配置されたものを使う。ここで、は所望のコンタクトホールパターン及び補助パターンを形成したバイナリマスクの概略図である。のマスクは、透過部である所望のコンタクトホールパターン３１及び補助パターン３２と、遮光部３３とから構成されている。なお、各光透過部の位相は等しい。コンタクトホールパターン３１及び補助パターン３２は、ホール径をＰとすると縦横方向にピッチＰ₀＝２Ｐで整列して、コンタクトホール列を２次元的に形成する。
【００４０】
このマスク３００ａに対して、コンタクトホールを解像するための十字斜入射照明と、その十字斜入射照明によって生じる偽解像を制御する（即ち、偽解像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明を行うことで、所望のコンタクトホールパターンをプレート５００に解像力よく露光することができる。以下、その詳細について述べる。
【００４１】
コンタクトホールのピッチが小さいと図１８のマスク３００ａを用いて小σ照明をした場合には、投影光学系４００の瞳面における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図１９に示すように、０次回折光１０が生じ、他の回折次数の回折光は瞳面上において、回折光１１乃至１８のようになる。よって、０次以外の回折光は投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図１９は、図１８に示すマスク３００ａに小σ照明したときの投影光学系４００の瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明したときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【００４２】
そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図１９に示す投影光学系４００の瞳面の斜線領域に来るようにするには、図２０で示される有効光源面において、暗い矩形の領域ａで示されるように斜入射照明を設定する。１０´及び１５´で示される回折光はクロス及び斜線で示す矩形領域ｂ１及びｂ２にそれぞれ移動し、投影光学系４００の瞳両端に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート５００に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。同様に、２つの回折光１０及び１７においても１０及び１５で説明した斜入射照明を設定することができる。このような矩形の有効光源領域を図２１に示すように４つ組み合わせることにより、プレート５００には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源形状は図２２（ａ）に示すように、十字に配置された瞳の半径方向に直交する方向に長手を有する４つの矩形となる。
【００４３】
図１８に示すマスク３００ａでは、所望のコンタクトホールパターンのホール径の大きさが、補助パターンより大きくしてあるので、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンがプレート５００に形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明をしただけでは、プレート５００には、図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう（ここで、図２３は右側の開口絞りの開口形状に対応したプレート５００での解像パターンのシミュレーションを示した図である）。
【００４４】
つまり、露光量で考えると、図２４に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ_１の間に偽解像パターンＰ_２が生じてしまっているのである（ここで、図２４は十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するプレート５００での像を示した図である）。
【００４５】
そこで、図１９に示すように、瞳面上で２つの回折光位置を直線的に結んで表わされる領域ｃを除き、少なくとも１つの回折光のみ瞳面に入射する有効光源分布を加える。この場合は一つの回折光としては０次光とするのが斜入射角を小さくできるので都合がよい。図２５に有効光源分布の一例を示す。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光１０´が瞳面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、１０´で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、回折光が瞳面３２０に入射することになる。このような条件に相当するものは合計４つ存在し、結局図２２（ｂ）に示すような形の有効光源となる。
【００４６】
このように、照明系は、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２２（ａ）参照）を足し合わせた、図２２（ｃ）に示されるような中央が十字状に抜けた有効光源を持つ変形照明を行うことができる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート５００面上では、図２３（ｃ）に示すように偽解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理解される。
【００４７】
つまり、プレート５００での露光量は図２４に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）において、マスクの所望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、偽解像パターンが消失した所望パターンＰ_３のみを得ることができるのである。
【００４８】
以上より、図１８のマスク３００ａに対して、図２２（ｃ）のような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、コンタクトホールパターンの解像度がよくなることがわかる。
【００４９】
本変形例では、図２２（ｃ）の有効光源分布のうち、コンタクトホールを解像するための照明を行うための部分を領域１とし、その照明によって生じる偽解像を抑制する（所望のコンタクトホールパターンと補助パターンのコントラストをよくする）照明を行うための部分を領域２とする（参照：図２６）。
【００５０】
このような領域１と領域２を有する有効光源分布を作るために、八重極プリズム２４４の８つの分割領域Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及びＱ８が等分割されていないものを使うとよい。図１２は、等分割されていない八重極プリズム２４４の光軸に対して垂直方向の概略断面図である。図１２を参照するに、八重極プリズム２４４は、縦横方向の領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５及びＲ７が拡大され、斜め方向の領域Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６及びＲ８が縮小されている。かかる八重極プリズム２４４は、図１３に示すような有効光源分布を形成する。図１３は、図１２に示す八重極プリズム２４４が形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。
【００５１】
を参照するに、領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８（即ち、斜線部分）が部分有効光源（明部）である。コンタクトホールの解像力を決定する領域１（有効光源領域Ｕ１、Ｕ３、Ｕ５及びＵ７（一の照射領域））を投影光学系４００の瞳上で光軸から遠くに配置し（空間コヒーレンス（σ）を大きくし）、且つ、その光量を大きくしている。これに対して、斜め方向の領域２（有効光源領域Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６及びＵ８（他の照射領域））は、特に、偽解像を抑制する（所望のコンタクトホールパターンと補助パターンのコントラストをよくする）のに寄与する部分であり、投影光学系４００の瞳上で光軸から近くに配置し（空間コヒーレンス（σ）を小さくし）、且つ、その光量を小さくしている。
【００５２】
上述したズーミング手段２４６と同様のズーミング手段（不図示）により、図１３に示すような有効光源分布の領域１（本変形例においては、縦横方向の領域Ｕ１、Ｕ３、Ｕ５及びＵ７）を変位可能とすることで、領域１を領域２（本変形例においては、斜め方向の領域Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６及びＵ８）に対して相対的に変位させ、マスク上のコンタクトホールの寸法や配列が変化した場合でも瞬時に照明条件を最適化することができる。つまり、形成させたいコンタクトホールパターンに応じて、領域１と領域２の相対位置を変化させることで、補助パターンのアシスト効果がそのコンタクトホールパターンの解像にとって最適となるようにできるのである。
【００５３】
なお、本変形例では、有効光源分布の領域１を変位可能としたが、領域２を変位可能としてもよく、領域１及び領域２のどちらも変位可能としてもよい。
＜変形例３＞
次に、図１４及び図１５を参照して、有効光源形成手段２４０の変形例である有効光源形成手段２５０について説明する。図１４は、有効光源形成手段２４０の変形例である有効光源形成手段２５０を含む投影露光装置１００Ａを示す概略構成図である。有効光源形成手段２５０は、図１に示す有効光源形成手段２４０と比べて、複数の変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅを切り替え手段２５５で切り替えられるようにした点が異なる。図１５は、図１４に示す切り替え手段２５５を有する有効光源形成手段２５０の一例を示す概略平面図である。
【００５４】
切り替え手段２５５は、ターレット状になっていて、その回転中心をＴＴ´とし、その周囲に複数の変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅを配置している。変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅは、プリズムでも回折光学素子（例えば、ＢＯ（ＢａｉｎａｒｙＯｐｔｉｃｓ）やＣＧＨ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）の技術を用いて作成される）でもよく、さらには、変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅうちのいずれかが上述した部分ズーミング手段２４６と同様の部分ズーミング手段（不図示）により、部分有効光源の一部を変位可能とするものであってもよい。例えば、変形照明形成素子２５２ａは、図示しない部分ズーミング手段をもつ四重極形成素子であり、変形照明形成素子２５２ｂは、図示しない部分ズーミング手段をもつ八重極形成素子である。また、あるいは、それぞれの素子は部分ズーミング手段をもたず有効光源分布は固定ではあるが、それらを互いに切り替えることにより、ターレット全体として部分ズーミング機能をもたせることもできる。
【００５５】
以上の構成において、照明光学系２２０は、ズーム機能を有する第１のズームコンデンサーレンズ２２３を含んでいるので、各有効光源領域の光軸からの距離（例えば、図１３中のＲｓとＲｏ）の比率を一定に保ったままその大きさ（σ値）を変えることができる。なお、変形照明光学素子２５２に回折光学素子を用いる場合には、第１のズームコンデンサーレンズ２２３を、均一化素子２２２の射出端面とインテグレーター２２４の入射面とをフーリエ変換の関係（本明細書において、フーリエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面（又は像面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を意味する）とする第１のズームコンデンサーレンズ２２３ａとすればよい。
【００５６】
以上の本実施形態においては、部分的な有効光源は常に照明光学系２２０の光軸に対称に変位させている。例えば、図８では光軸ＯＯ´に垂直な線Ｖ−Ｖ´に対して線対称に有効光源の一部を変位させており、また、図１１では、光軸ＯＯ´に点対称に有効光源の一部を変位させている。これによって、変位前後でも部分有効光源の光重心は移動しないので、テレセン度を維持することができる（図８のように、光軸ＯＯ´に垂直な線Ｖ−Ｖ´に対して線対称に有効光源の一部を変位させた場合には、少なくとも線Ｖ−Ｖ´に垂直なＨ−Ｈ´方向においてテレセン度を維持することができる）。
【００５７】
更に、本発明は、部分的な有効光源を光軸に非対称に変位することも含む。例えば、図８に示した有効光源分布において、領域Ｓ２だけをＨ−Ｈ´方向に変位するようにしてもよい。これを可能にするためには、ズームング手段を四重極プリズム２４２の領域Ｐ２だけに作用させればよい。本来、部分有効光源Ｓ１乃至Ｓ４内の光量分布は均一であるのが理想であるが、実際には種々の製造誤差で不均一になってしまうので、見かけ上の光軸からの距離Ｒｈを揃えても、それに光量分布を乗じた光量モーメントは領域Ｓ２と領域Ｓ４とで異なってくる。かかる場合に、領域Ｓ２だけをＨ−Ｈ´方向に変位させれば、光量モーメントを揃えられ、結果としてテレセン度を良好にすることができる。
【００５８】
再び、図１に戻って、マスク３００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク３００から発せられた回折光は投影光学系４００を通りプレート５００上に投影される。マスク３００とプレート５００とは共役の関係に配置される。露光装置１００は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるため、マスク３００とプレート５００を走査することによりマスクパターンをプレート５００上に縮小投影する。
【００５９】
投影光学系４００は、物体面（例えば、マスク３００）からの光束を像面（例えば、プレート５００などの被処理体）に結像する。投影光学系４００の内部には図示しない絞り面があり、かかる絞り面の開閉により開口数（ＮＡ）を制御する。かかる絞り面は、インテグレーター２２４の射出面と光学的に共役な関係にある。投影光学系４００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正の必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００６０】
プレート５００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体（被露光体）を広く含む。プレート５００には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００６１】
プレート５００は、図示しないプレートステージに支持される。プレートステージは、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プレートステージはリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート５００を移動することができる。マスク３００とプレート５００は、例えば、同期走査され、図示しないプレートステージ及びマスクステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。プレートステージは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系４００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００６２】
露光において、光源部２１０から発せられた光束は、照明光学系２２０によりマスク３００を照明する。マスク３００を通過してマスクパターンを反映する光は投影光学系４００によりプレート５００に結像される。
【００６３】
露光装置１００が使用する照明光学系２００は、マスク３００に形成された所望のパターンに応じて有効光源領域を移動させて最適な照明条件でマスク３００を照明することができるので、高い解像度とスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６４】
次に、図１６及び図１７を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００６５】
図１７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像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うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の照明光学系によれば、マスク上の回路パターンに対して最適な照明条件を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】変形照明形成素子の一例である四重極プリズムを示す概略斜視図である。
【図３】図２に示す四重極プリズムの光軸方向の概略断面図である。
【図４】図２に示す四重極プリズムの光軸に対して垂直方向の概略断面図である。
【図５】図２に示す四重極プリズムが形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。
【図６】図２に示す四重極プリズムが形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。
【図７】図３に示した凹形状プリズム及び凸形状プリズムを光軸周りに９０度回転させた概略断面図である。
【図８】図３及び図７に示す四重極プリズムが形成する有効光源分布を示す概略図である。
【図９】変形照明形成素子の一例である八重極プリズムを示す概略斜視図である。
【図１０】図９に示す八重極プリズムの光軸に対して垂直方向の概略断面図である。
【図１１】図９に示す八重極プリズムが形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。
【図１２】等分割されていない八重極プリズムの光軸に対して垂直方向の概略断面図である。
【図１３】図１２に示す八重極プリズムが形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。
【図１４】図１に示す有効光源形成手段の変形例である有効光源形成手段を含む投影露光装置の概略構成図である。
【図１５】有効光源形成手段の一例を示す概略平面図である。
【図１６】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１８】変形例２で使用するマスクの概略を示す図である。
【図１９】図１８に示すバイナリマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図２０】有効光源分布を説明するための模式図である。
【図２１】有効光源分布を説明するための模式図である。
【図２２】有効光源分布を説明するための模式図である。
【図２３】パターン面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【図２４】十字斜入射照明及び変形例２の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン上での像を示した図である。
【図２５】有効光源分布の一例を示す図である。
【図２６】有効光源分布を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１００露光装置
２００照明装置
２１０光源部
２２０照明光学系
２４０有効光源形成手段
２４２四重極プリズム（変形照明形成素子）
２４４八重極プリズム（変形照明形成素子）
２５２変形照明形成素子
３００マスク
４００投影光学系
５００プレート

Claims

光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、
前記被照明面とフーリエ変換の関係となる面に光量分布を形成するプリズムを有し、
該プリズムは、光軸方向に並んだ凹形状プリズム及び凸形状プリズムを有し、
該凹形状プリズム及び凸形状プリズムは、前記光軸方向に沿って視て複数の領域に分割されており、
前記凹形状プリズムの一の分割部材と前記凸形状プリズムの一の分割部材とを透過した光は、前記光量分布における一の照射領域を照射し、
前記凹形状プリズムの他の分割部材と前記凸形状プリズムの他の分割部材とを透過した光は、前記光量分布における他の照射領域を照射し、
前記凹形状プリズムの一の分割部材と前記凸形状プリズムの一の分割部材との間隔を、前記凹形状プリズムの他の分割部材と前記凸形状プリズムの他の分割部材との間隔と異ならせることで、前記一の照射領域と前記他の照射領域とのうちの前記一の照射領域のみを前記被照明面とフーリエ変換の関係となる面上で変位させることを特徴とする照明光学系。
前記凹形状プリズム及び前記凸形状プリズムは、前記光軸周りに９０度間隔で等分割されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
被照明面に配置された前記レチクルを照明する請求項１又は２記載の照明光学系と、
前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
請求項３記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。