JP4366948B2

JP4366948B2 - 照明光学装置、露光装置および露光方法

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Publication number: JP4366948B2
Application number: JP2003035936A
Authority: JP
Inventors: 陽子木村; 恭志水野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004247527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、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（またはマイクロフライアイレンズなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば投影光学系を構成する光学部材の製造誤差などに起因して、照明瞳面と共役な投影光学系の射出瞳（投影光学系の瞳面）に形成される光強度分布にムラが発生し、その結果として、被照射面であるウェハへ入射する光束の角度方向の光強度分布ムラが発生することがある。
【０００５】
この場合、ウェハへ入射する光束の角度方向の光強度分布ムラにより投影光学系の結像性能が悪化し、ウェハ上に実際に形成されるパターンの線幅が所望の線幅と実質的に異なってしまう現象（本来所定の線幅に形成されるべきパターンの線幅が実際には位置に依存して変動する現象）、すなわち線幅異常が発生するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明瞳面に形成される二次光源内の光強度分布ムラを良好に補正して、被照射面へ入射する光束の角度方向の光強度分布を均一化することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面へ入射する光束の角度方向の光強度分布を均一化することのできる照明光学装置を用いて、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置されて、前記照明瞳面に形成される二次光源内の光強度分布ムラに応じて、前記二次光源を形成する光束または前記二次光源からの光束の光強度分布を補正するための補正手段を備え、前記距離ｄは、
０．０１＜１／ｄ＜２
の条件を満足することを特徴とする照明光学装置を提供する。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記補正手段は、所定の透過率分布を有する補正フィルターを有する。この場合、前記補正手段は、互いに異なる透過率分布を有する複数の前記補正フィルターを有し、前記複数の補正フィルターは、前記二次光源内の光強度分布ムラに応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されていることが好ましい。
【０００９】
あるいは、第１形態の好ましい態様によれば、前記補正手段は、第１の透過率分布を有する第１補正フィルターと、第２の透過率分布を有する第２補正フィルターとを有し、前記第１補正フィルターと前記第２補正フィルターとは光軸に沿って互いに近接して配置され、前記光軸または前記光軸と平行な軸線を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。この場合、前記第１補正フィルターおよび前記第２補正フィルターは前記光軸と交差する面に沿ってそれぞれ移動可能に構成されていることが好ましい。また、前記補正手段は、複数組の前記第１補正フィルターおよび前記第２補正フィルターを有し、前記複数組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターは、前記二次光源内の光強度分布ムラに応じて照明光路に対して切り換え可能に構成されていることが好ましい。
【００１０】
あるいは、第１形態の好ましい態様によれば、前記補正手段は、前記二次光源を形成する光束または前記二次光源からの光束の周辺部を部分的に遮光するための遮光部材を有する。この場合、前記遮光部材は、光軸と交差する面に沿って移動可能で且つ所定の遮光率分布を有することが好ましい。
【００１１】
第１形態の好ましい態様によれば、前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備え、前記補正手段は、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されている。また、前記照明瞳面に配置されて前記二次光源の形状または大きさを規定するための開口絞りをさらに備え、前記補正手段は前記開口絞りよりも被照射面側に配置されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２形態では、所定のパターンが形成されたマスクを照明するための第１形態の照明光学装置と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記投影光学系の瞳面における光強度分布を計測するための計測手段と、前記瞳面における光強度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターまたは前記複数組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを切り換えるための切り換え手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００１３】
本発明の第３形態では、第１形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。この場合、前記投影光学系の瞳面における光強度分布を計測する計測工程と、前記瞳面における光強度分布の計測結果に応じて前記複数の補正フィルターまたは前記複数組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを切り換える切り換え工程とをさらに含むことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷに平行な面内において互いに直交する２つの方向に沿ってＸ軸およびＺ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定されている。
【００１５】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。レーザ光源１から射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００１６】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行な光束は、円形照明用の回折光学素子３を介して、ズームレンズ４に入射する。ズームレンズ４の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５の入射面が位置決めされている。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子３は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、円形状の断面を有する発散光束に変換する。
【００１７】
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子３ａや４極照明用の回折光学素子３ｂと切り換え可能に構成されている。ここで、円形照明用の回折光学素子３と輪帯照明用の回折光学素子３ａと４極照明用の回折光学素子３ｂとの間の切り換えは、制御系２０からの指令に基づいて動作する第１駆動系２１により行われる。また、ズームレンズ４の焦点距離の変化は、制御系２０からの指令に基づいて動作する第２駆動系２２により行われる。
【００１８】
マイクロフライアイレンズ５は、縦横に且つ稠密に配列された多数の微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００１９】
こうして、回折光学素子３を介した光束は、ズームレンズ４を介して、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野を形成する。ここで、形成される円形状の照野の大きさ（すなわちその直径）は、ズームレンズ４の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面には、マイクロフライアイレンズ５への入射光束によって形成される円形状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する円形状の実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２０】
マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に形成された円形状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り６に入射する。開口絞り６は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面に配置されて二次光源の形状または大きさを規定する機能を有する。円形状の開口部（光透過部）を有する開口絞り６を介した二次光源からの光は、補正フィルター７を介して、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的に共役な面に配置されたマスクブラインド９を重畳的に照明する。補正フィルター７は、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター７ａから選択されて照明光路中に位置決めされる。
【００２１】
複数の補正フィルター７ａの照明光路に対する切り換えは、制御系２０からの指令に基づいて動作する第３駆動系２３により行われる。なお、補正フィルター７の構成および作用については後述する。こうして、マスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ５を構成する各微小レンズの形状と相似な矩形状の照野が形成される。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００２２】
このように、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状の開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド９は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＺ平面）内において、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００２３】
一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、マイクロフライアイレンズ５の各微小レンズの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、マイクロフライアイレンズ５の各微小レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００２４】
なお、本実施形態の露光装置には、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布を計測するための計測手段としての光強度分布測定装置２４が設けられている。光強度分布測定装置２４に関する詳細については、たとえばＷＯ９９／３６８３２号公報、特開平１１−３１７３４９号公報、特開２０００−１９０１２号公報、特開２００２−１１０５４０号公報などを参照することができる。光強度分布測定装置２４で計測された投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布情報は、制御系２０に供給される。
【００２５】
なお、回折光学素子３に代えて回折光学素子３ａを照明光路中に設定することによって輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子３ａは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ａを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。
【００２６】
また、回折光学素子３や３ａに代えて回折光学素子３ｂを照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子３ｂは、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、回折光学素子３ｂを介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。
【００２７】
図２は、図１のマイクロフライアイレンズとコンデンサー光学系との間の光路中に配置される補正フィルターと照明瞳面との位置関係を説明する図である。図２を参照すると、補正フィルター７は、マイクロフライアイレンズ５とコンデンサー光学系８との間の光路中において、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面に配置された開口絞り６の近傍に配置されている。
【００２８】
具体的には、補正フィルター７は、開口絞り６よりもマスク側（コンデンサー光学系８側）において、開口絞り６から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置されている。また、補正フィルター７は、たとえば石英ガラスのような光学材料により形成された平行平面板状の光学部材である。そして、たとえばクロムなどの微小ドットパターンの濃密によって表現された所定の透過率分布を持つ補正面が、補正フィルター７の光源側（マイクロフライアイレンズ５側）に形成されている。
【００２９】
図３は、投影光学系の瞳面において傾斜成分を含む光強度分布ムラが発生している状態、および光強度分布ムラの傾斜成分を補正するための補正フィルターに形成された透過率分布を模式的に示す図である。図３（ａ）において、縦軸は光強度Ｉであり、横軸は投影光学系ＰＬの瞳面において光軸ＡＸを原点とする光強度分布の傾斜方向に沿った位置座標ｒである。また、図３（ｂ）において、縦軸は透過率Ｔであり、横軸は投影光学系ＰＬの瞳面における位置座標ｒと光学的に対応する補正フィルター７の補正面（透過率分布が形成されている面）における位置座標Ｒである。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、たとえば投影光学系ＰＬを構成する光学部材の製造誤差などに起因して、投影光学系ＰＬの瞳面において傾斜成分（位置座標ｒの１次関数にしたがって定義される成分）を含む光強度分布ムラが発生することがある。投影光学系ＰＬとマイクロフライアイレンズ５との間に介在する光学部材の影響を無視できる場合、投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置関係にある照明瞳面（開口絞りが配置されている位置）に形成される二次光源においても、投影光学系ＰＬの瞳面と同様な光強度分布ムラが発生していることになる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラの傾斜成分を補正するために、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター７ａから、図３（ｂ）に示すような傾斜成分を含む透過率分布Ｔ（Ｒ）を有する補正フィルター７を選択して、投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置関係にある照明瞳面の近傍に（照明瞳面から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てた位置に）位置決めする。
【００３２】
図３（ｂ）に示す透過率分布Ｔ（Ｒ）は、次の式（１）により表わされる。
Ｔ（Ｒ）＝（１−Ｄ）／｛１−Ｄ／２（１＋Ｒ／Ｒ_max）｝（１）
式（１）において、Ｄは最大透過率と最小透過率との差である。図３（ｂ）に示す透過率分布Ｔ（Ｒ）では、Ｒ＝Ｒ_maxの位置において透過率Ｔが最大で１であり、Ｒ＝−Ｒ_maxの位置において透過率Ｔが最小で（１−Ｄ）である。なお、本実施形態では、図３を参照して説明したような傾斜成分を有する補正フィルターに限定されることなく、様々な形態の透過率分布を有する複数の補正フィルターを備えている。
【００３３】
本実施形態では、必要に応じて、補正フィルター７を照明光路から退避させた状態で、計測手段としての光強度分布測定装置２４を用いて、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布を計測する。そして、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラに応じて（すなわち投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置関係にある照明瞳面に形成される二次光源内の光強度分布ムラに応じて）、フィルター切り換え手段としての制御系２０および第３駆動系２３を用いて、互いに異なる透過率分布を有する複数の補正フィルター７ａから、所要の透過率分布を有する補正フィルター７を選択して照明光路中に位置決めする。
【００３４】
このように、本実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置関係にある（マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある）照明瞳面の近傍に配置されて所要の透過率分布を有する補正フィルター７の作用により、二次光源からの光束の光強度分布を補正して、ひいては投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラを良好に補正し、ウェハＷへ入射する光束の角度方向の光強度分布を均一化することができる。その結果、本実施形態では、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３５】
本実施形態では、補正フィルター７と開口絞り６（照明瞳面）との距離ｄ（ｍｍ）は、次の条件式（２）を満足する。
０．０１＜１／ｄ＜２（２）
条件式（２）の下限値を下回ると、補正フィルター７が照明瞳面から離れすぎて、補正フィルター７の作用により投影光学系ＰＬの瞳面に形成すべき所望の光強度分布を実現することが困難になってしまう。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、補正フィルター７が照明瞳面に近付きすぎて、照明瞳面に形成される多数の点光源（二次光源）におけるエネルギ集中の影響により、補正フィルター７のガラス基板またはコートが損傷を受け易くなってしまう。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、所定の透過率分布を有する補正面が補正フィルター７の光源側に形成されているが、これに限定されることなく、補正フィルター７のマスク側に補正面を形成することもできる。また、補正フィルター７を開口絞り６よりもマスク側に配置しているが、マイクロフライアイレンズ５の結像性能に対して補正フィルター７が実質的な悪影響を及ぼさない限り、またドットパターンの回折現象が実質的な悪影響を及ぼさない限りにおいて、補正フィルター７を開口絞り６よりも光源側に配置することもできる。この場合、補正フィルター７の作用により、二次光源を形成する光束の光強度分布を補正して、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラを良好に補正することになる。
【００３７】
ところで、上述の実施形態では、マスクＭと光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面）における光強度分布（二次光源の形状および大きさ）を変化させて照明条件を切り換えるが、この照明条件の切り換えに応じて投影光学系ＰＬの瞳面において光強度分布ムラが発生することが考えられる。この場合、照明条件の切り換えに応じて、複数の補正フィルター７ａを照明光路に対して切り換えることもできる。
【００３８】
また、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラに応じて複数の補正フィルター７ａを照明光路に対して切り換えているが、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布が時間の経過に伴って実質的に変化しない場合や、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布が照明条件の切り換えに伴って実質的に変化しない場合には、所定の透過率分布を有する補正フィルター７を照明光路中に固定的に位置決めすることもできる。
【００３９】
また、上述の実施形態では、補正フィルター７を開口絞り６の近傍に配置しているが、マスクブラインド９とマスクＭとの光学的な共役関係に対して補正フィルター７が実質的な悪影響を及ぼさない限り、またドットパターンの回折現象が実質的な悪影響を及ぼさない限りにおいて、補正フィルター７を結像光学系１０の光路中においてマスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある位置の近傍に配置することもできる。
【００４０】
ところで、上述の実施形態では、照明瞳面の近傍に補正フィルター７を単体で配置しているが、第１の透過率分布を有する第１補正フィルターと、第２の透過率分布を有する第２補正フィルターとを、光軸に沿って互いに近接した状態で照明瞳面の近傍に配置する変形例も可能である。一対の補正フィルターを用いる第１変形例では、第１補正フィルターおよび第２補正フィルターが光軸（または光軸と平行な軸線）を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。
【００４１】
図４は、第１変形例で用いられる一対の補正フィルターの作用を模式的に説明する第１の図である。また、図５は、第１変形例で用いられる一対の補正フィルターの作用を模式的に説明する第２の図である。図４および図５において、領域ａは透過率が０．９８から１の範囲で変化する領域、領域ｂは透過率が０．９６から０．９８の範囲で変化する領域、領域ｃは透過率が０．９４から０．９６の範囲で変化する領域、領域ｄは透過率が０．９２から０．９４の範囲で変化する領域、領域ｅは透過率が０．９０から０．９２の範囲で変化する領域である。
【００４２】
また、領域ｆは透過率が０．８８から０．９０の範囲で変化する領域、領域ｇは透過率が０．８６から０．８８の範囲で変化する領域、領域ｈは透過率が０．８４から０．８６の範囲で変化する領域、領域ｉは透過率が０．８２から０．８４の範囲で変化する領域、領域ｊは透過率が０．８０から０．８２の範囲で変化する領域である。図４および図５に示す例において、第１補正フィルターおよび第２補正フィルターはともに、透過率が０．９から１まで一方向に沿って変化する分布を有する。
【００４３】
具体的に、図４（ａ）は、第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを透過率の変化方向が図中水平になるように同じ配置にした場合に得られる合成透過率分布を示している。図４（ａ）に示す状態では、透過率が０．８から１まで水平方向に沿って変化する合成透過率分布が得られる。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から第１補正フィルターを反時計回りに６５度回転させ且つ第２補正フィルターを時計回りに６５度回転させた場合に得られる合成透過率分布を示している。図４（ｂ）に示す状態では、透過率が約０．８６から約０．９６まで水平方向に沿って変化する合成透過率分布が得られる。
【００４４】
図４（ｃ）は、図４（ａ）の状態から第１補正フィルターを反時計回りに８０度回転させ且つ第２補正フィルターを時計回りに８０度回転させた場合に得られる合成透過率分布を示している。図４（ｃ）に示す状態では、透過率が約０．８８から約０．９２まで水平方向に沿って変化する合成透過率分布が得られる。図５（ａ）は、図４（ａ）の状態から第１補正フィルターを反時計回りに９０度回転させ且つ第２補正フィルターを時計回りに９０度回転させた場合に得られる合成透過率分布を示している。図５（ａ）に示す状態では、透過率が約０．９の一様な合成透過率分布が得られる。
【００４５】
図５（ｂ）は、図４（ａ）の状態から第１補正フィルターを反時計回りに１１０（６５＋４５）度回転させ且つ第２補正フィルターを時計回りに２０（−６５＋４５）度回転させた場合に得られる合成透過率分布を示している。換言すれば、図５（ｂ）は、図４（ｂ）の状態から第１補正フィルターと第２補正フィルターと反時計回りに４５度だけ一体的に回転させた場合に得られる合成透過率分布を示している。図５（ｂ）に示す状態では、図４（ｂ）に示す合成透過率分布を反時計回りに４５度回転させた合成透過率分布が得られる。
【００４６】
以上のように、第１変形例では、一対の補正フィルターを相対的に回転させることにより様々な範囲に亘って変化する合成透過率分布を得ることができる。また、一対の補正フィルターを一体的に回転させることにより様々な方向に沿って変化する合成透過率分布を得ることができる。さらに、必要に応じて、一対の補正フィルターを光軸と交差する方向（典型的には光軸と直交する方向）に沿って相対的にまたは一体的に移動させることにより、多様に変化する合成透過率分布を得ることができる。
【００４７】
なお、図４および図５を参照した上述の説明では、透過率が一方向に沿って線形的に変化する透過率分布を有する一対の補正フィルターを用いているが、一般に互いに同じ任意の透過率分布を有する一対の補正フィルターまたは互いに異なる任意の透過率分布を有する一対の補正フィルターを用いて、さらに様々な形態にしたがって変化する合成透過率分布を得ることができる。また、複数組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを備え、複数組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを照明光路に対して切り換えることにより（複数組から１組の第１補正フィルターおよび第２補正フィルターを選択して照明光路中に位置決めすることにより）、さらに多様に変化する合成透過率分布を得ることができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態および第１変形例では、照明瞳面の近傍に補正フィルター７を配置しているが、二次光源を形成する光束または二次光源からの光束の周辺部を部分的に遮光するための遮光部材を照明瞳面の近傍に配置する第２変形例も可能である。図６は、第２変形例で用いられる遮光部材の要部構成を概略的に示す図である。第２変形例で用いられる遮光部材７０は、図６に示すように、図中水平方向に沿って移動可能な一対の羽根部材７０ａおよび７０ｂと、図中鉛直方向に沿って移動可能な一対の羽根部材７０ｃおよび７０ｄとを備えている。
【００４９】
ここで、各羽根部材は、たとえば石英ガラス基板にアルミニウムやクロムのような遮光薄膜を形成することにより構成されている。あるいは、各羽根部材は、たとえば石英ガラス基板にクロムなどの微小ドットパターンの濃密によって表現された所定の遮光率分布を形成することにより構成されている。このように、遮光部材７０を用いて二次光源を形成する光束または二次光源からの光束の周辺部を部分的に遮光することにより、補正フィルターを用いる場合と同様に、投影光学系ＰＬの瞳面における光強度分布ムラを補正することができる。なお、第２変形例の遮光部材を、上述の実施形態の補正フィルターまたは第１変形例の一対の補正フィルターと併用することもできる。
【００５０】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。
【００５１】
先ず、図７のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００５２】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図８のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図８において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５３】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００５４】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源や、レーザ光源以外の光源、例えばｉ線やｇ線、ｈ線等の紫外光を供給するランプ光源に対して本発明を適用することもできる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、照明光学装置の具体的な構成については様々な変形例が可能である。たとえば、上述の実施形態における第１インテグレータとしての回折光学素子３から第２インテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ５までの光学系を、特開２００１−８５２９３号公報や特開２００２−２３１６１９号公報に開示された対応部分の光学系で置換して得られる照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。
【００５７】
また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明光学装置では、たとえば被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面の近傍に配置されて所要の透過率分布を有する補正フィルターの作用により、二次光源を形成する光束または二次光源からの光束の光強度分布を補正し、ひいては照明瞳面に形成される二次光源内の光強度分布ムラを良好に補正し、被照射面へ入射する光束の角度方向の光強度分布を均一化することができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、線幅異常が実質的に発生することのない良好な露光を行うことができ、ひいては良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のマイクロフライアイレンズとコンデンサー光学系との間の光路中に配置される補正フィルターと照明瞳面との位置関係を説明する図である。
【図３】投影光学系の瞳面において傾斜成分を含む光強度分布ムラが発生している状態、および光強度分布ムラの傾斜成分を補正するための補正フィルターに形成された透過率分布を模式的に示す図である。
【図４】第１変形例で用いられる一対の補正フィルターの作用を模式的に説明する第１の図である。
【図５】第１変形例で用いられる一対の補正フィルターの作用を模式的に説明する第２の図である。
【図６】第２変形例で用いられる遮光部材の要部構成を概略的に示す図である。
【図７】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図８】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１レーザ光源
３回折光学素子
４ズームレンズ
５マイクロフライアイレンズ
７補正フィルター
８コンデンサー光学系
９マスクブラインド
１０結像光学系
２０制御系
２１〜２３駆動系
２４光強度分布測定装置
７０遮光部材
Ｍマスク
ＭＳマスクステージ
ＰＬ投影光学系
Ｗウェハ
ＷＳウェハステージ

Claims

光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面から距離ｄ（ｍｍ）だけ間隔を隔てて配置されて、前記照明瞳面に形成される二次光源内の光強度分布ムラを補正するために、前記二次光源を形成する光束または前記二次光源からの光束の光強度分布を補正する補正手段を備え、前記距離ｄは、
０．０１＜１／ｄ＜２
の条件を満足し、
前記補正手段は、前記二次光源を形成する光束または前記二次光源からの光束の周辺部を部分的に遮光するための遮光部材を有し、
前記遮光部材は、光軸と交差する面に沿って移動可能で且つ所定の遮光率分布を有することを特徴とする照明光学装置。
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備え、
前記補正手段は、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
前記照明瞳面に配置されて前記二次光源の形状または大きさを規定するための開口絞りをさらに備え、
前記補正手段は前記開口絞りよりも被照射面側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
所定のパターンが形成されたマスクを照明するための請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法。
請求項５に記載の露光方法を用いてパターンを照明し、照明されたパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。