JP4307039B2 - 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

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被処理体を露光するのに使用される照明光学系の照明装置、及び露光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィ工程において半導体ウェハ用の単結晶基板をステップ・アンド・スキャン投影方式によって露光する露光装置用の照明装置に好適である。但し、本発明の照明装置の用途は露光装置に限定されず、写真製版、投影検査、映写機、プロジェクタなどの光学機器に広く適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩや超ＬＳＩ等の極微細パターンから形成される半導体素子の製造工程において、高解像力と高スループット化の可能な露光装置として、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画された回路パターンを投影光学系によって感光剤が塗布されたウェハ等に縮小投影して回路パターンを焼付け形成する縮小投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
近年の半導体素子における実装密度の向上に伴い、パターンのより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と共に投影露光装置に対しても微細化への対応が望まれている。そこで、一般的に、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法や、露光波長を超高圧水銀ランプ（ｇ線、ｉ線）からエキシマレーザー（例えば、ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザー）へと短波長化する方法によって投影露光装置の解像力を向上させることが行われている。
【０００４】
実際の半導体素子の製造工程は、パターンの高解像が必要とされる場合とそうでない場合があるため、一般的に、開口径の異なる絞りを用いて照明光の開口数や投影光学系の開口数を制御することが行われている。従来の投影露光装置では、照明系内で照明光の開口数を変えるとレチクル面上の照度分布が変化してしまう傾向がある。この問題を解決するために、照度分布補正のためのフィルタをオプティカルインテグレータの後段に設置した投影露光装置が公開特許平成７年６６１２１号公報に提案されている。
【０００５】
図９は、公開特許平成７年６６１２１号公報において提案されている投影露光装置１０００の概略構成図である。投影露光装置１０００は、光源としての発光管１０１０に紫外線及び遠紫外線等を放射する高輝度の発光部を有し、かかる発光部を楕円鏡１０２０の第１焦点近傍に配置させている。発光部からの発光光は、コールドミラー１０３０により大部分の紫外線を光学系１０４０へと反射させオプティカルインテグレータ１０５０の入射面に集光する。そして、オプティカルインテグレータ１０５０からの照明光は、集光レンズ１０８０で集光され、更にミラー１０９０で光路を折り返され、結像レンズ１１００によりレチクル１１１０を照明し、レチクル１１１０上のパターンが投影光学系１１２０によりウェハ１１３０上に結像される。
【０００６】
ここで、投影露光装置１０００は、オプティカルインテグレータ１０５０の射出側に複数の絞り付きフィルタ１０６０ａをターレット式に配置させた絞り付きフィルタ機構１０６０を設けている。絞り付きフィルタ１０６０ａは、入射角度の違いによって透過率が異なるようなコーティングを施した光学素子に絞りを一体化して構成している。アークチュエータ１０７０により絞り付きフィルタ機構１０６０を回動させ、任意の絞り付きフィルタ１０６０ａが光路中に位置するようにしている。
【０００７】
投影露光装置１０００は、このような絞り付きフィルタ機構１０６０を用いることにより、集光レンズ１０８０に入射する光束を種々と変えて、ウェハ１１３０上における照明光の照度分布が最適になるように制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
可干渉性が殆どない、若しくは可干渉距離が短い照明光を発光する光源（例えば、図９に示すような水銀ランプ）を利用する投影露光装置では、入射面と射出面が厳密に平行な平板ガラスで構成されるフィルタを用いても特に問題はない。しかし、エキシマレーザーのような可干渉性のある照明光を発光する光源を利用する投影露光装置において、オプティカルインテグレータの射出側に入射面と射出面が厳密に平行な平板ガラスで構成されるフィルタを用いる場合、以下のような問題が発生する。
【０００９】
入射面１２００ａには反射防止膜を施し、射出面１２００ｂには透過率を制御するために、ある程度の反射率を有する誘電体多層膜を施したフィルタ１２００をオプティカルインテグレータ１０５０の射出側に配置させると、図１０に示すように、オプティカルインテグレータ１０５０からの照明光は、フィルタ１２００の入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで多重反射を起こす。ここで、初期透過光線Ａとフィルタ１２００の入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂとの光路長差が可干渉距離よりも小さく、即ち、フィルタ１２００の光路長が可干渉距離の半分以下で完全に平行に近い場合に、オプティカルインテグレータ１０５０を構成する各微小レンズ位置から同一角度で射出された初期透過光線Ａと透過光線Ｂの光線の光路長差が揃う。そして、オプティカルインテグレータ１０５０の射出面の各点から射出された初期透過光線Ａと透過光線Ｂの２光束は、被照射面上において波面の曲率が微少に異なり、ウェハ面上において同心円状の干渉縞を形成させる。通常、露光装置照明系の場合、オプティカルインテグレータ１０５０から同一角度で射出した光線は、被照射面でほぼ同一の位置に照射されるため、オプティカルインテグレータ１０５０各点からの初期透過光線Ａと透過光線Ｂの光路長差が揃っていた場合、この干渉縞が打ち消し合わないことになる。かかる干渉縞がパターン結像性能劣化の原因となる。ここで、図１０は、フィルタ１２００における多重反射を示す概略模式図である。
【００１０】
可干渉距離Ｓは、照明光の波長をλ、照明光のスペクトル半値幅をΔλとした時、一般的に、以下の数式１で表される。
【００１１】
【数１】

【００１２】
露光装置に光源として使用するエキシマレーザーの場合、波長はλ＝０．１５７ｎｍ乃至０．２４８ｎｍ程度、スペクトル半値幅は一般的にΔλ＝０．２ｐｍ乃至０．６ｐｍ程度であるから、この場合、可干渉距離はＳ＝４１．１ｍｍ乃至３０７．５ｍｍとなる。
【００１３】
平行平面板の媒質の屈折率をｎ、平行平面板の厚さをｄとした時、平行平面板の入射面から射出面までの光路長はｎｄである。エキシマレーザーを光源に利用する露光装置に用いられる透過性光学平面板の材質は石英か蛍石が一般的であり、ｎ＝１．４〜１．６程度である。ｎｄ≦Ｓ／２となった場合、顕著な干渉縞が発生するので、フィルタ１２００の厚みを大きくして干渉性を無くすためには、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の厚みが必要となる。最近の露光装置では、要求するスペクトル半値幅はより狭くなってきており、フィルタ１２００の厚みとしては最低でも数十ｍｍ程度必要となってしまう。従来の投影露光装置においては、一般的に、数ｍｍ程度の平行平面板をフィルタに用いるため、かかるフィルタをオプティカルインテグレータの射出側に用いると、ウェハ面上に無視できないレベルの光強度の同心円状の干渉縞を形成する可能性が高い。
【００１４】
フィルタ１２００の硝材内部透過率を１００％、誘電体多層膜の吸収を０％として、入射面１２００ａの反射率をＲ１［％］、射出面１２００ｂの反射率をＲ２［％］とした時、初期透過光線Ａの透過率Ｔ［Ａ］及び入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂの透過率Ｔ［Ｂ］は以下の数式２で表される。
【００１５】
【数２】

【００１６】
例えば、入射面１２００ａの反射率Ｒが０．２％で、射出面１２００ｂの反射率が１０％の場合、初期透過光線Ａの透過率Ｔ[Ａ]は８９.８２％で、入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂの透過率Ｔ[Ｂ]は０.０１８％になるから、初期透過光線Ａの強度を１００％に規格化すれば、入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂの透過率は０.０２％になる。従って、初期透過光線Ａの振幅を１０とすると、入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂの振幅は０.１４１となる。よって、完全干渉の場合の強度は、最大値で１０２.８４、最小値で９７.２０となるから、干渉縞のビジビリティは±２.８％となる。近年の投影露光装置による微細化パターン結像においては、露光光の照度ムラは±０.２％以下を要求されている。従って、入射光の光強度を１００％とした時の入射面１２００ａの反射率Ｒ１[％]と射出面１２００ｂの反射率Ｒ２[％]の積が０.０１以上の時に、この干渉縞現象が問題となる。
【００１７】
通常、フィルタ１２００のような薄い平行平面板を製作する場合、両面ラップ研磨によってその平行度が保証され、目標を完全な平行とした場合には、０.５秒以内の角度精度で加工され得る。この場合、図１０に示す初期透過光線Ａの光路長差と入射面１２００ａ及び射出面１２００ｂで反射した後の透過光線Ｂの光路長差との差分は、任意の２つの微小レンズ間において波長の４分の１以下になり、２つの光路長が殆ど揃ってしまう状態になる。従って、ウェハ上には同心円状の干渉縞が顕著に発生する。照明光の開口数が投影光学系のそれよりもかなり小さい小コヒーレンシーσ照明や極端な変形照明のように、オプティカルインテグレータを構成する各微小レンズのうち少ない個数で照明するような場合には、この現象がより顕著になり、レチクルパターンをウェハ上に結像する結像性能を劣化させる。
【００１８】
そこで、本発明は、照度分布補正のための透過型光学平面板を導入した場合でも、被照明面における同心円状の干渉縞の強度を結像性能に影響の無いレベルに軽減させ、有効照明範囲内の照度分布をより均一にすることができる照明装置を提供することを例示的目的とする。
【００１９】
また、本発明は、被照明面を均一で照明する照明装置を使用して高品質の半導体、ＬＣＤ、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを所望のスループットで露光する露光装置を提供することを別の例示的目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明装置は、光源から射出した可干渉性を有する照明光を用いて被照明面を照明する照明装置であって、前記照明光が入射する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より前記被照射面側に配置され、前記被照明面における照明範囲内の照度分布を補正する照度分布補正板とを有し、前記照度分布補正板は入射面から射出面までの光路長が前記照明光の可干渉距離の半分以下、且つ、前記照明光が入射する際の前記入射面の反射率（％）と前記射出面の反射率（％）との積が０．０１以上であり、前記入射面と前記射出面との成す角度をθ、前記光源からの照明光の波長をλ、前記照明光の最小幅をＷ、前記入射面から前記射出面までの屈折率をｎとする時、２ｎＷｔａｎθ≧λ、又は、θ≧３秒、を満足し、かつ、θ≦３０分、を満足する。かかる照明装置によれば、可干渉性を有する照明光を用いても、照度分布補正板の両面（即ち、入射面と射出面）での多重反射により被照明面に発生する干渉縞の光強度を小さくすることができる。この場合、前記照明光の最小幅Ｗは、前記複数光源形成手段を構成する任意の微小レンズから射出される各微小レンズ射出面での光束の最小幅である。前記干渉距離をＳ、前記照明光のスペクトル半値幅をΔλとした時、Ｓ＝λ×λ／Δλ、である。前記光源から射出される前記照明光は、エキシマレーザーであってもよい。前記照度分布補正板は、光軸に垂直な平面に対して傾け可能である。前記照度分布補正板は、光軸の周りに回転可能である。
【００２１】
本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパターンを被処理体に投影する光学系とを有する。かかる露光装置によれば、上述した照明装置を構成要素の一部に有し、被処理体上に形成される干渉縞を低減し、優れた結像性能を発揮することができる。
【００２２】
本発明の更に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投影露光するステップと、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての照明装置１００及び露光装置２００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。例えば、本発明の照明装置１００及び露光装置２００は、光源にエキシマレーザーを使用しているが、必ずしもこれに限定する必要はなく、水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。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。
【００２５】
ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置２００の例示的一形態を示す概略ブロック図である。露光装置２００は、図１に示すように、回路パターンが形成されたレチクル２１０を照明する照明装置１００と、照明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート２３０に投影する投影光学系２２０とを有する。
【００２６】
露光装置２００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・スキャン方式でレチクル２１０に形成された回路パターンをプレート２３０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、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」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り、もちろん「ステップ・アンド・リピート方式」の露光装置に本発明を適用してもよい。
【００２７】
照明装置１００は、転写用パターンが形成されたレチクル２１０を照明し、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。照明装置１００は、オプティカルインテグレータ１２２を構成する微小レンズ１２２ａからの射出光束の最小幅Ｗと、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０の入射面と射出面との成す角度θ及び材質の屈折率ｎに関して適切な関係で設定して、透過型光学平面板１３０を導入している。
【００２８】
光源部１１０は、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えず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。
【００２９】
照明光学系１２０は、レチクル２１０を照明する光学系であり、ビーム整形光学系１２１と、オプティカルインテグレータ１２２と、第１の光学系１２３と、マスキングブレード１２４と、第２の光学系１２５と、透過型光学平面板１３０とを有する。
【００３０】
ビーム整形光学系１２１は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、光源部１１０からの光束の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム整形光学系１２１は、後述するオプティカルインテグレータ１２２を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００３１】
オプティカルインテグレータ１２２は、光源１１０と被照明面（即ち、レチクル２１０面）との間に配置され、レチクル２１０に照明される照明光を均一化する。オプティカルインテグレータ１２２は、本実施形態では、任意の微小レンズから構成され、ビーム整形光学系１２１から射出した光束を多数の部分光束に分割し複数の有効光源（２次光源）を形成する複数光源形成手段として機能する。微小レンズは、例えば、透明光学部材の両側を平面とシリンドリカル面で構成したものを組み合わせている。
【００３２】
第１の光学系１２３は、オプティカルインテグレータ１２２射出面近傍に形成された２次光源像をマスキングブレード１２４に重畳照射してその面を均一に照明する。
【００３３】
マスキングブレード１２４は、被照明面（即ち、レチクル２１０面）の照明範囲を画定する。マスキングブレード１２４は、例えば、開口形状を可変とするスリットであって（視野絞りと称する場合もある）、第１の光学系１２３の集点を含み、光軸に直交する平面の近傍に配置される。
【００３４】
第２の光学系１２５は、例えば、コンデンサーレンズなどの結像レンズで構成され、マスキングブレード１２４の開口形状をレチクル２１０面に転写し、レチクル２１０面上の必要な領域を均一に照明する。
【００３５】
照明装置１００において、光源部１１０から射出した照射光は、ビーム整形光学系１２１を介して所定のビーム形状に整形された後、複数の微小レンズを二次元的に配列させた複数光源形成手段としてのオプティカルインテグレータ１２２に入射する。オプティカルインテグレータ１２２からの照射光は、第１の光学系１２３により集光される。第１の光学系１２３からの照射光は、マスキングブレード１２４を介して第２の光学系１２５により、レチクル２１０のパターン面を照射する。
【００３６】
以下、本発明による、可干渉性を有する光であるエキシマレーザーを用いる照明装置１００において、照明光学系１２０内のオプティカルインテグレータ１２２と第１の光学系１２３との間に配置される照度分布補正のための透過型光学平面板１３０について説明する。
【００３７】
図２は、オプティカルインテグレータ１２２から射出する光束のうち、射出角αと射出角α´の２つの光束に対応する被照明面上の照明位置との関係を示す概略模式図である。図２を参照するに、射出角αと射出角α´の時の光束は被照明面Ｔの光軸を通る位置から距離ＹとＹ´の位置を照明する。ここでαが小さい時に、以下の数式３で表わされる近似式が成立している。
【００３８】
【数３】

【００３９】
従って、オプティカルインテグレータ１２２からの射出光側に、透過率において光入射角度依存性のある照度分布補正のための透過型光学平面板１３０を配置させれば、被照明面Ｔ上において像高依存性のある照度分布を付加することが出来る。即ち、被照明面Ｔの中央部と周辺部について相対的に光強度を調整することができる。
【００４０】
本実施形態において、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０は、例えば、照度分布補正面１３２には、研磨面に透過率において光入射角度依存性のある誘電体多層膜を施し、垂直方向からの入射光の反射率は１０％で透過率は９０％、そして、垂直方向より１０°の角度を成す入射光の反射率は９％で透過率は９１％にしている。
【００４１】
更に、透過型光学平面板１３０の反射防止面１３４には、研磨面において一般的な反射防止膜を施し、垂直方向からの入射光の反射率は０.２％で透過率は９９.８％にしている。従って、透過型光学平面板１３０への垂直方向からの入射光の透過率と垂直方向より１０°の角度を成す入射光の透過率とは１％の透過率差がある。かかる透過型光学平面板１３０により、周辺照度低下１％の場合の照度分布補正を行うことができる。
【００４２】
反射防止面１３４と照度分布補正面１３２は、どちらの面が光線入射側となっても構わない。
【００４３】
ところが、このような透過型光学平面板１３０が照明光学系１２０内にある場合、照度分布補正面１３２の反射率（％）と反射防止面１３４の反射率（％）との積は、軸上で２.０そして軸外で１.８となる。従って、上述したように、初期透過光線と入射面１３０ａと射出面１３０ｂの両面で反射した後の透過光線の光路長差が揃う場合には、プレート２３０面上において同心円状の干渉縞を形成させる。
【００４４】
ここで、図３を参照して、オプティカルインテグレータ１２２の中央部の微小レンズ１２２ａからの射出光の干渉性について考える。図３は、オプティカルインテグレータ１２２の微小レンズ１２２ａと透過型光学平面板１３０における光線状況を示す概略断面図である。オプティカルインテグレータ１２２の中央部の微小レンズ１２２ａからの出射光束のうち、上側の最軸外主光線Ｃと、下側の最軸外主光線Ｄについて、各光線が透過型光学平面板１３０に入射してから以降の透過光線を初期透過光線Ｃ１及びＤ１とする。そして、各光線が透過型光学平面板１３０に入射してから射出面１３０ｂと入射面１３０ａを反射した後に透過型光学平面板１３０を透過していく光線を、両面反射後の透過光線Ｃ２及びＤ２とする。
【００４５】
ここで、初期透過光線Ｃ１と両面反射後の透過光線Ｃ２、及び初期透過光線Ｄ１と両面反射後の透過光線Ｄ２の光路長差をそれぞれＡ及びＢとし、上述した同心円状の干渉縞の強度は、Ａ＝Ｂの時に最大で、｜Ａ−Ｂ｜の値が大きくなるにつれて徐々に小さくなる傾向があり、ｍを自然数とした時、｜Ａ−Ｂ｜＝ｍλの時に極小、｜Ａ−Ｂ｜＝（ｍ＋1/2）λの近傍で極大となり、極大値の絶対値を小さくさせながら極大と極小を繰り返す。この時の、光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜と干渉縞の相対強度の関係を図４に示す。同図は、横軸に光路長差の差分を、縦軸に干渉縞の相対強度を採用している。
【００４６】
図４を参照するに、光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜の値がλ以上であれば、干渉縞の強度を最悪でも４分の１以下にすることができる。従って、本実施形態の透過型光学平面板１３０を、オプティカルインテグレータ１２２の射出光側に配置させた時に、プレート２３０上に生じる同心円状の干渉縞の強度を、４分の１以下程度に軽減させるためには、以下の数式４で表わされる条件を満足させていれば良い。
【００４７】
【数４】

【００４８】
オプティカルインテグレータ１２２を構成する１つの微小レンズ１２２ａからの射出光束の、上側の最軸外主光線Ｃと下側の最軸外主光線Ｄとの間隔を、微小レンズ１２２ａからの射出光束の最小幅Ｗとして、透過型光学平面板１３０の屈折率をｎ、照度分布補正面１３２と反射防止面１３４との成す角をθとすれば、初期透過光線Ｃ１の光路長Ｌ［Ｃ１］、初期透過光線Ｄ１の光路長Ｌ［Ｄ１］、透過型光学平面板１３０の両面反射後の透過光線Ｃ２の光路長Ｌ［Ｃ２］、及び、両面反射後の透過光線Ｄ２の光路長Ｌ［Ｄ２］は、それぞれ以下の数式５で表わされる。
【００４９】
【数５】

【００５０】
よって、初期透過光線Ｃ１と両面反射後の透過光線Ｃ２の光路長差Ａ及び初期透過光線Ｄ１と両面反射後の透過光線Ｄ２の光路長差Ｂは、それぞれ以下の数式６で表わされる。
【００５１】
【数６】

【００５２】
ゆえに、光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜は、以下の数式７で表わされる近似式となる。
【００５３】
【数７】

【００５４】
但し、数式７は、有効数字を上２桁として、ｔａｎθｔａｎ２θ≦０．０１の時、即ち、θ≦４°の時に成立する。
【００５５】
従って、かかる数式７と上述した数式４より、以下に示す数式８を満足していれば、本発明の目的を達成させることができる。
【００５６】
【数８】

【００５７】
本実施形態では、発振波長λが２４８ｎｍのエキシマレーザーを光源に用い、透過型光学平面板１３０の材質を石英としているので、透過型光学平面板１３０の屈折率ｎは１．５１である。ここで、オプティカルインテグレータ１２２を構成する1つの微小レンズ１２２ａからの出射光束の最小幅Ｗが１ｍｍである時、θ≧１．２°にすれば、数式８を満足し、干渉縞の強度を小さくすることが出来る。
【００５８】
次に、照明装置１００の変形例である照明装置１００Ａを説明する。照明装置１００Ａは、オプティカルインテグレータ１２２の射出側に開口絞り１２６を配置し、かかる開口絞り１２６の最小径と、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０Ａの入射面と射出面との成す角度θ、及び透過型光学平面板１３０Ａの材質の屈折率ｎに関して適切な関係で設定する。更に、照明装置１００Ａは、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０Ａの入射面と射出面の傾斜方向と、オプティカルインテグレータ１２２を構成する複数の微小レンズ１２２ａの配列方向との成す角度を適切に設定する透過型光学平面板１３０Ａを導入している。本実施形態は、開口絞り１２６のより小さな小コヒーレンシーσ照明モードで使用される場合に最適な条件にした例である。
【００５９】
光源部１１０に用いるエキシマレーザーの発振波長λを２４８ｎｍ、透過型光学平面板１３０Ａの材質は石英に選べば、透過型光学平面板１３０Ａの屈折率ｎは１．５１である。また、オプティカルインテグレータ１２２の後段にある開口絞り１２６の最大径を１５０ｍｍ程度以内、最小径Φは３０ｍｍ程度で使用するのが一般的である。
【００６０】
従って、透過型光学平面板１３０Ａの照度分布補正面１３２と反射防止面１３４の成す角度θを３秒以上に設定して、最小径Φが３０ｍｍの間隔で離れている２つの微小レンズからの照射光について、光路長差の差分２ｎΦｔａｎθを計算すれば以下の数式９に表わされる。
【００６１】
【数９】

【００６２】
従って、照度分布補正面１３２ａと反射防止面１３２ｂの成す角度θを３秒以上に設定すれば、全てのコヒーレンシーσ値の照明モードで、より効果的に本発明の目的を達成させることができる。
【００６３】
ところで、図５に示すように、オプティカルインテグレータ１２２を構成する複数の微小レンズ１２２ａは格子状に配列されている。図５は、照明装置１００Ａの要部概略図であって、オプティカルインテグレータ１２２と開口絞り１２６の関係を示す概略平面図である。従って、２ｎΦｔａｎθ≧λ、となる場合でも、開口絞り１２６の最小径１２６ａの中心を通り、Ｅ方向に沿って配列する微小レンズ１２２ａの中心１２２ｂのうち、隣接する２つの中心を通る光線において、照明装置１００で説明した光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜が全て（ｍ＋１／２）λとなり干渉縞を打ち消し合わない場合がある。
【００６４】
このような場合には、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０を図５に示すＦの方向に光軸周りに回転させて設定すれば、隣接する２つの微小レンズ１２２ａにおける中心１２２ｂ間の光路長差の差分を、（ｍ＋１／２）λから外すことができる。そうすれば、干渉縞の強度を弱めることができる。
【００６５】
以上に説明したように、光軸に垂直な方向から見た時に、オプティカルインテグレータ１２２を構成する複数の微小レンズ１２２ａの配列方向と、透過型光学平面板１３０Ａの入射面に対する射出面の傾斜方向とを適切な角度で設定すれば、更に効果的に本発明の目的を達成させることができる。
【００６６】
次に、照明装置１００の更に別の変形例である照明装置１００Ｂを説明する。照明装置１００Ｂは、照度分布補正のために、４つの平面で構成される透過型光学平面板１３０Ｂを用いる。本実施形態の透過型光学平面板１３０Ｂは、図６に示すように、共に両平面の成す角度θが等しい第１の透過型光学平面板１３６と第２の透過型光学平面板１３８で構成している。図６は、照明装置１００の更に別の変形例である照明装置１００Ｂを構成する透過型光学平面板１３０Ｂを示す概略断面図である。
【００６７】
第１の透過型光学平面板１３６は、入射光側において上述した反射防止面１３６ｂ、射出光側において照度分布補正面１３６ａを、両面の傾角θで光軸に対してほぼ垂直に配置している。
【００６８】
そして、第２の透過型光学平面板１３８の両面は、共に上述した反射防止面１３８ｂとし、第１の透過型光学平面板１３６の射出光側に、照度分布補正面１３６ａを挟む２つの反射防止面１３８ｂがその延長上で交差し、各透過型光学平面板１３６及び１３８の入射面と射出面との成す角度と等しい傾角θで対向するように第２の透過性光学平面板１３８を配置させている。
【００６９】
以上のような構成により、照明装置１００Ｂは、第１の透過型光学平面板１３６により発生したメリジオナル光線に対するサジタル光線の平行度の崩れを、第２の透過型光学平面板１３８によりキャンセルさせることができる。従って、照度分布補正のための透過型光学平面板１３６及び１３８を用いたことによって、第１の光学系１２３による照射光において、有効光源の歪みを新たに発生させることが無いという効果がある。
【００７０】
ここで、発振波長λが１５７ｎｍのエキシマレーザーを光源部１１０に用い、透過型光学平面板１３６及び１３８の入射面と射出面との成す角度を３０分にする。また、透過型光学平面板１３６及び１３８の材質を蛍石とすれば、その屈折率ｎは１．５６である。更に、オプティカルインテグレータ１２２を構成する微小レンズ１２２ａの配列のピッチＨを３ｍｍ、各微小レンズ１２２ａからの射出光束の最小幅Ｗを２ｍｍ程度としている。
【００７１】
従って、第１の透過型光学平面板１３６の両面からの反射による干渉の程度を調べるには、上述した光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜を計算してみればよい。上述の数式７より｜Ａ−Ｂ｜は以下に示す数式１０の値になる。
【００７２】
【数１０】

【００７３】
従って、数式１０に示す｜Ａ−Ｂ｜は、上述した数式８を満足している。
【００７４】
次に、第１の透過型光学平面板１３６の射出面と第２の透過型光学平面板１３８の入射面の両面反射による干渉の程度を調べる。第１の透過性光学平面板１３６と第２の透過型光学平面板１３８に挟まれた媒質は空気であるから、その屈折率ｎは１である。従って、光路長差の差分｜Ａ−Ｂ｜は、上述の数式７より以下に示す数式１１の値になる。
【００７５】
【数１１】

【００７６】
よって、本実施形態の透過型光学平面板において、第１の透過型光学平面板１３６の照度分布補正面１３６ａと反射防止面１３６ｂ、及び第１の透過型光学平面板１３６の射出面と第２の透過型光学平面板１３８の入射面に関わる多重反射光は、発明の目的を達成するための、上述した数式８を満足させている。
【００７７】
従って、本実施形態で説明したように、２つの透過型光学平面板１３６及び１３８を照明装置１００Ｂに適切な構成で配置させれば、第１の透過型光学平面板１３６を形成する２つの面の成す角θを大きく設定しても、照射光における有効光源に歪みを生じさせること無く、良好な照度分布補正を行わせることができる。
【００７８】
上記実施例（図６）では、第１の透過型光学平面板１３６の射出面と、第２の透過型光学平面板１３８の射出面を共に光軸に垂直としている例を示しているが、必ずしもその必要はなく、第１の透過型光学平面板１３６、第２の透過型光学平面板１３８のそれぞれの入射面、射出面の相対傾角がほぼ同一であり、その傾き方向が光軸に対して互いに１８０度回転した位置であれば構わない。もちろんその際にも、初期透過光線Ａと、照度分布補正面１３６ａとその他の面により反射して照射面に向かう透過光線Ｂの光路長差が、各位置において揃わないことが重要である。
【００７９】
本発明の照明装置１００及び照明装置１００Ａに用いた照度分布補正のための透過型光学平面板１３０及び透過型光学平面板１３０Ａは、装置に取り付ける時に、楔角による照射領域のシフト量を少なくしておく方が望ましい。そのためには、入射面と射出面との成す角度を３０分以下に設定すると良い。
【００８０】
更に、取り付け角度設定誤差による透過率の角度依存効果の非対称性を調整するために、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０、透過型光学平面板１３０Ａ及び透過型光学平面板１３０Ｂは、光軸に垂直な面に対して傾け可能であることがより望ましい。
【００８１】
また、本発明の照明装置１００及び照明装置１００Ａに用いた照度分布補正のための透過型光学平面板１３０及び透過型光学平面板１３０Ａは、装置に取り付ける時に、楔角の方向の違いによって生じる照射領域のシフト方向を一方向に揃える方が望ましい。そのためには、照度分布補正のための１３０及び透過型光学平面板１３０Ａは、光軸の周りに回転可能にしておくと良い。
【００８２】
なお、照度分布補正のための透過型光学平面板１３０、透過型光学平面板１３０Ａ及び透過型光学平面板１３０Ｂの入射面および射出面は、何れも平面で説明しているが、入射面と射出面がゆるい曲率を持つ同Ｒのメニスカスレンズ形状の場合にも適用することができる。
【００８３】
また、本発明に係る照度分布補正のための透過型光学平面板は従来例で説明した絞り付きフィルタ１０６０ａのように絞りと一体でも良いし、別に絞りを設けて構成しても良い。
【００８４】
また、上記複数の実施例においては、照度分布補正面と反射防止面の反射について記載したが、必ずしもこの限りではなく、可干渉距離の１／２以内の間隔で配置された２つの面の相対角度が上記実施例の条件を満たしていれば良い。
【００８５】
また、２つの面が可干渉距離の１／２以内の間隔で配置され、オプティカルインテグレータ各点から同一角度で射出された光線の初期透過光線Ａと透過光線Ｂの光路長差のばらつきが、被照射面に形成される干渉縞を打ち消し合わないレベルであっても、２面の反射率の積が０．０１以下になる構成とすれば良い。
【００８６】
再び、図１に戻って、レチクル２１０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、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２１０から発せられた回折光は投影光学系２２０を通りプレート２３０上に投影される。プレート２３０は被処理体でありレジストが塗布されている。レチクル２１０とプレート２３０とは共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル２１０とプレート２３０を走査することによりマスクパターンをプレート２３０上に縮小投影する。
【００８７】
投影光学系２２０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。
【００８８】
プレート２３０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２３０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。
【００８９】
プレートステージ２３５は、プレート２３０を支持する。プレートステージ２３５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２３５はリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート２３０を移動することができる。レチクル２１０とプレート２３０は、例えば、同期走査され、プレートステージ２３５と図示しないレチクルステージの位置は、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２３５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、レチクルステージ及び投影光学系２２０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。
【００９０】
露光において、光源部１１０から発せられた光束は、照明光学系１２０によりレチクル２１０をケーラー照明により均一に照明する。レチクル２１０を通過して回路パターンを反映する光は投影光学系２２０によりプレート２３０に結像される。
【００９１】
照明装置１００を使用する露光装置２００は、被照明面における同心円状の干渉縞の強度を結像性能に影響の無いレベルに軽減させ、有効照明範囲内の照度分布をより均一にすることができるため、レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（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。
【００９２】
次に、図７及び図８を参照して、露光装置２００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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。そ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８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２００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。かかる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。このように、露光装置２００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００９４】
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。
【００９５】
【発明の効果】
本発明の照明装置によれば、照明光学系に導入するオプティカルインテグレータと透過型光学平面板において、諸条件を適切に設定することにより、エキシマレーザーのように可干渉性のある照射光を発光する光源を利用し、照明光学系の中に照度分布補正のための透過型光学平面板を導入しても、被照明面上の照射光に有害な干渉縞を発生させること無く、有効照明範囲内の照度分布を均一にすることができる。従って、レチクル上の回路パターンがより微細化しても、縮小投影パターンの相似性をより維持しながら被処理体上に焼付露光することのできる投影露光装置を提供できる。
【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ブロック図である。
【図２】 図１に示すオプティカルインテグレータから射出する射出角の異なる２つの光束に対応する被照明面上の照明位置との関係を示す概略模式図である。
【図３】 図１に示すオプティカルインテグレータの微小レンズと透過型光学平面板における光線状況を示す概略断面図である。
【図４】 光路長差の差分と干渉縞の相対強度の関係を示すグラフである。
【図５】 図１に示す照明装置の変形例である照明装置の要部を示す概略平面図である。
【図６】 図１に示す照明装置の更に別の変形例である照明装置を構成する透過型光学平面板を示す概略断面図である。
【図７】 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８】 図７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９】 従来の投影露光装置の概略構成図である。
【図１０】 図９に示すフィルタにおける多重反射を示す概略模式図である。
【符号の説明】
１００ 照明装置
１１０ 光源部
１２０ 照明光学系
１２１ ビーム整形光学系
１２２ オプティカルインテグレータ
１２３ 第１の光学系
１２４ マスキングブレード
１２５ 第２の光学系
１３０ 透過型光学平面板
２００ 露光装置
２１０ レチクル
２２０ 投影光学系
２３０ プレート

Claims (8)

1. 光源から射出した可干渉性を有する照明光を用いて被照明面を照明する照明装置であって、
   前記照明光が入射する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より前記被照射面側に配置され、前記被照明面における照明範囲内の照度分布を補正する照度分布補正板とを有し、
   前記照度分布補正板は入射面から射出面までの光路長が前記照明光の可干渉距離の半分以下、且つ、前記照明光が入射する際の前記入射面の反射率（％）と前記射出面の反射率（％）との積が０．０１以上であり、
   前記入射面と前記射出面との成す角度をθ、前記光源からの照明光の波長をλ、前記照明光の最小幅をＷ、前記入射面から前記射出面までの屈折率をｎとする時、２ｎＷｔａｎθ≧λ、又は、θ≧３秒、を満足し、かつ、θ≦３０分、を満足する照明装置。
2. 前記照明光の最小幅Ｗは、前記オプティカルインテグレータを構成する任意の微小レンズから射出される光束の最小幅である請求項１記載の照明装置。
3. 前記干渉距離をＳ、前記照明光のスペクトル半値幅をΔλとした時、Ｓ＝λ×λ／Δλである請求項１記載の照明装置。
4. 前記光源から射出される前記照明光は、エキシマレーザーである請求項１記載の照明装置。
5. 前記照度分布補正板は、光軸に垂直な平面に対して傾け可能である請求項１記載の照明装置。
6. 前記照度分布補正板は、光軸の周りに回転可能である請求項１記載の照明装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の照明装置と、
   レチクル又はマスクに形成されたパターンを被処理体に投影する光学系とを有する露光装置。
8. 請求項７記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
   前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有するデバイス製造方法。

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