JPH1050585A

JPH1050585A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH1050585A
Application number: JP8208260A
Authority: JP
Inventors: Sumio Hashimoto; 純夫橋本; Koji Mori; 孝司森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JP3790833B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レチクル上の回転非対称な領域のパターンを
投影光学系を介してウエハ上の転写する場合の投影光学
系の収差変動を少なくする。【解決手段】露光用の光源部１とは別にウエハ７上の
フォトレジストを感光しない波長の照明光ＩＬ２Ａ，Ｉ
Ｌ２Ｂを射出する光源部３Ａ，３Ｂを設ける。光源部１
からの照明光ＩＬ１をレチクル４上の長方形の照明領域
１８に照射し、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２
Ａ，ＩＬ２Ｂをそれぞれミラー１６Ａ，１６Ｂを介し
て、レチクル４上の照明領域１８の左右の照明領域１
７，１９に照射する。これにより投影光学系６のレンズ
に入射する照射エネルギー分布の偏りが減少し、そのレ
ンズの回転非対称な熱変形等に伴う収差変動が少なくな
る。照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂはアライメントセンサ１
３Ａ，１３Ｂの照明光としても利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光性の基板上に露光するために
使用される投影露光装置に関し、特にマスク上の転写用
のパターン中のスリット状のような回転非対称な領域の
パターンを基板上に投影した状態で、マスクと基板とを
投影光学系に対して同期走査して露光を行うステップ・
アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置に
適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子等を製造するために、
マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）上のほ
ぼ正方形状の照明領域内のパターンを投影光学系を介し
て、感光性の基板としてのフォトレジストが塗布された
ウエハ（又はガラスプレート等）上に露光するステッパ
ー等の一括露光型の投影露光装置が多用されてきた。こ
れに対して最近は、半導体素子等のチップパターンの大
型化に対応するために、より大きな面積のレチクルのパ
ターンをウエハ上の各ショット領域に転写することが求
められている。ところが、広い有効露光フィールド（視
野）の全面でディストーションや像面湾曲等の収差を所
定の許容値以下に抑制した投影光学系の設計及び製造は
困難である。

【０００３】そのため、最近ではレチクル上の長方形又
は円弧状等のスリット状の照明領域内のパターンを投影
光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルと
ウエハとを投影光学系に対して同期走査しながらレチク
ルのパターンをウエハ上の各ショット領域に逐次露光す
るステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投
影露光装置が注目されている。この走査露光型の投影露
光装置は、投影光学系の有効露光フィールドの直径を最
大限に利用できるほか、走査方向への転写パターンの長
さはその有効露光フィールドの直径よりも長くできるた
め、結果として大面積のレチクルのパターンを小さい収
差でウエハ上に転写できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に投影露光装置に
おいては、露光に際し、投影光学系のレンズに対して高
いエネルギーを有する照明光が照射される。そのため、
投影光学系のレンズを構成する硝材の照射エネルギーの
吸収率が僅かに０．２％／ｃｍ程度であっても、照明光
がレンズ上に光軸に関して回転非対称性を有した状態で
照射された場合、照射エネルギーの吸収熱によりレンズ
の温度分布が変化することによってレンズが回転非対称
に熱変形したり、部分的な温度上昇により硝材の屈折率
分布が回転非対称に変動する。これにより、投影光学系
の収差が徐々に悪化するというような、回転非対称性を
有する不均一な照度分布の照明光の照射による投影光学
系の収差変動が生じる。このような収差変動は、今日の
ような高解像力、且つ高い露光精度が要求される条件下
では容認できない状態となってきた。

【０００５】従来は、このような投影光学系の収差の変
動に対しては、投影光学系を例えば３つのブロックに分
け、夫々のブロックを密閉して各ブロック内のレンズに
接する気体の圧力を制御することで対処してきた。この
方法では、ほぼ正方形の照明領域を使用する一括露光型
の場合には、その照明領域の回転非対称性の程度が低い
ため、収差変動は充分に補正されてきた。しかし、走査
露光型の投影露光装置のように、レチクル上の照明領域
を長方形又は円弧状等のスリット状にするというような
著しく光軸に関し回転非対称な照明領域を使用する場合
には、そのような気圧制御を行っても、ディストーショ
ンや像面湾曲等の収差の変動が許容値以内に収まらない
恐れがでてきた。特に回転非対称性が著しいときは、投
影光学系の露光フィールドの中心でメリジオナル方向の
パターンの最良像面と、それと垂直な方向のパターンの
最良像面とが光軸方向に離れるというような非点収差が
生じるという不都合もある。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、レチクル上の回
転非対称な領域のパターンを投影光学系を介してウエハ
上に転写する場合に、投影光学系の収差変動の少ない投
影露光装置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】本発明による第１の投影
露光装置は、例えば図１に示すように、マスク（４）に
形成された所定の転写用パターンを感光性基板（７）上
に投影する投影光学系（６）と、その投影光学系の光軸
（ＡＸ）とその感光性基板（７）の被露光面とが交わる
第１の点（Ｐ１）に対して回転対称な所定の円形露光領
域（２０）内において、その第１の点（Ｐ１）に対し回
転非対称な露光照明領域（２１）を形成して回転非対称
なマスクパターン像をその感光性基板（７）上に転写す
るために、その感光性基板（７）を感光させる波長を持
つ第１照明光（ＩＬ１）を供給し、その投影光学系
（６）の光軸とそのマスク（４）のパターン面とが交わ
る第２の点（Ｐ２）に対してそのマスク（４）のパター
ン面内で回転非対称な露光照明領域（１８）を形成する
第１の照明系（１，２）と、その投影光学系（６）を介
してその感光性基板（７）に向けて非感光性の波長を持
つ第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）を供給し、その第
１照明光（ＩＬ１）を伴ってその所定の円形露光領域
（２０）内のほぼ全体を照明するように、その感光性基
板（７）の被露光面内でのその回転非対称な露光照明領
域（２１）を補完する非露光照明領域（２２，２３）を
その所定の円形露光領域（２０）内に形成する第２照明
系（３Ａ，３Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ）と、を
有するものである。

【０００８】この場合、その第２照明光（ＩＬ２Ａ，Ｉ
Ｌ２Ｂ）は投影光学系（６）を構成するレンズの硝材に
或る程度は吸収される必要がある。但し、レンズの硝材
で吸収される代わりに、レンズのコーティング膜で吸収
されてもよい。斯かる本発明の第１の投影露光装置によ
れば、第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）も第１照明光
（ＩＬ１）と同様に感光性基板（７）上に照射される
が、第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）は感光性基板
（７）に対して非感光性であるため、第１照明光（ＩＬ
１）により照明されるマスク（４）上の回転非対称な露
光照明領域（１８）のパターンの像だけが感光性基板
（７）上の回転非対称な露光照明領域（２１）に転写さ
れる。また、感光性基板（７）上の回転非対称な露光照
明領域（２１）を補完して回転対称な円形露光領域（２
０）を形成する被露光領域（２２，２３）を、第２照明
光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）により照明するため、投影光
学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称
性が増加する。従って、投影光学系（６）のレンズの回
転非対称な熱変形が減少し、回転非対称な屈折率分布も
減少するため、投影光学系（６）の収差の変動が少なく
なる。

【０００９】また、本発明による第２の投影露光装置
は、例えば図２に示すように、マスク（４）に形成され
た所定の転写用パターンを感光性基板（７）上に投影す
る投影光学系（６）と、その感光性基板（７）を感光さ
せる波長を持つ第１照明光（ＩＬ１）を供給する第１光
源部（１，４１）と、その感光性基板（７）に対して非
感光性の波長を持つ第２照明光（ＩＬ２Ａ）を供給する
第２光源部（３Ａ，４７）と、その第１照明光（ＩＬ
１）とその第２照明光（ＩＬ２Ａ）とを合成してそのマ
スク（４）へ導く合成系（４２，４４，４６）と、この
合成系とそのマスク（４）との間の光路上で、そのマス
ク（４）のパターン面と実質的に共役となる位置に配置
された視野絞り（４８）と、を設け、その視野絞り（４
８）は、その第１照明光（ＩＬ１）を透過させる第１の
透過部（５０）と第２照明光（ＩＬ２Ａ）を透過させる
第２の透過部（４９，５１）とを有し、その第１の透過
部（５０）は、その投影光学系（６）の光軸（ＡＸ）と
そのマスク（４）のパターン面とが交わる所定の点に対
して回転対称な所定の円形領域（４８）内において、そ
の所定の点に対し回転非対称な露光照明領域としての第
１の領域（５０）と共役であり、その第２の透過領域
（４９，５１）は、その第１照明光（ＩＬ１）を伴うこ
とによってその回転対称な所定の円形領域（４８）内の
ほぼ全体を照明するように、その回転非対称な第１の領
域（５０）を補完する被露光照明領域としての第２の領
域（４９，５１）と共役であるものである。

【００１０】斯かる本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、合成系（４２，４４，４６）により一旦合成された
第１及び第２照明光（ＩＬ１，ＩＬ２Ａ）は視野絞り
（４８）により、マスク（４）上の回転非対称な被露光
照明領域（５０）、及びその回転非対称な被露光照明領
域を補完する被露光照明領域（４９，５１）を領域を通
過し、投影光学系（６）を経て感光性基板（７）上に照
射される。この場合、第１照明光（ＩＬ１）は、視野絞
り（４８）によりマスク（４）の回転非対称な被露光照
明領域としての第１の領域（５０）と共役な第１の透過
部（５０）だけを通過するため、感光性基板（７）上に
は、そのマスク（４）上のその第１の領域（５０）のパ
ターンの像だけが転写される。

【００１１】一方、投影光学系（６）には、マスク
（４）上の第１の領域（５０）を透過する第１照明光
（ＩＬ１）と、その第１の領域を補完して実質的に回転
対称な円形領域（４８）を形成するマスク（４）上の第
２の領域（４９，５１）を透過する第２照明光（ＩＬ２
Ａ）とが入射する。第１及び第２照明光（ＩＬ１，ＩＬ
２Ａ）の全体の照射領域は実質的に回転対称な円形領域
となるため、本発明の第１の投影露光装置と同様に、投
影光学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回転
対称性が増加する。従って、投影光学系（６）の収差変
動が少なくなる。また、本発明ではマスク（４）上の回
転非対称な被露光照明領域に照射される第１照明光（Ｉ
Ｌ１）の視野を規定するための光学系、及び第２照明光
（ＩＬ２Ａ）のマスク（４）上での視野を規定するため
の光学系が不要となる。

【００１２】また、本発明の第１及び第２の投影露光装
置において、その第２照明光（ＩＬ２Ａ）が照明する領
域に位置するそのマスク（４）上のマスクマーク（１１
Ａ，１１Ｂ）とその第２照明光（ＩＬ２Ａ）が照明する
領域に位置するその感光性基板（７）上の基板マーク
（１２Ａ，１２Ｂ）との少なくとも一方からの光を光電
的に検出し、双方のマークの内の少なくとも一方のマー
クの位置を検出するマーク位置検出系（１３Ａ，１３
Ｂ）を有することが好ましい。これにより、第２照明光
（ＩＬ２Ａ）をマスク（４）又は感光性基板（７）の位
置を検出するためのマーク位置検出系（１３Ａ，１３
Ｂ）用の照明光として有効に利用できる。

【００１３】また、その回転対称な所定の円形露光領域
（２０）、又はその回転対称な所定の円形領域（４８）
と共役なその感光性基板（７）上の領域は、その投影光
学系（６）の感光性基板（７）側の視野と一致すること
が好ましい。これにより、投影光学系（６）のレンズは
ほぼ回転対称でほぼ最大径の円形の照明領域により照明
されるため、レンズへの照射エネルギーの分布が更に回
転対称になる。

【００１４】また、本発明による第３の投影露光装置
は、例えば図８に示すように、マスク（４）に形成され
た所定の転写用パターンを感光性基板（７）上に投影す
る投影光学系（６）と、その感光性基板（７）を感光さ
せる波長を持つ照明光（ＩＬ１）でそのマスク（４）を
照明する照明光学系（１Ａ，４１）と、その投影光学系
（６）とその感光性基板（７）との間に配置され、所定
の光透過部（７３）を持つ光制限部材（７１）と、を設
け、この光制限部材の光透過部（７３）を通過したその
照明光（ＩＬ１）は、その投影光学系（６）の光軸（Ａ
Ｘ）とその感光性基板（７）の被露光面とが交わる所定
の点に対して回転対称な所定の円形露光領域（７１）内
において、その所定の点に対し回転非対称な領域（７
３）に入射するものである。

【００１５】斯かる本発明の第３の投影露光装置によれ
ば、感光性基板（６）に対して感光性の照明光（ＩＬ
１）は、マスク（４）及び投影光学系（６）の回転対称
な領域を通過した後、光制限部材（７１）によりマスク
（４）上の回転非対称な領域に対応する領域だけを通過
して感光性基板（７）上に照射される。従って、マスク
（４）上の回転非対称な領域のパターンの像だけが、感
光性基板（７）上に転写される。また、照明光（ＩＬ
１）によりマスク（４）上の回転対称な領域を照明する
ため、本発明の第１及び第２の投影露光装置と同様に、
投影光学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回
転対称性が増加し、投影光学系（６）の収差変動が少な
くなる。本発明では、特に１つの照明光（ＩＬ１）だけ
でマスク（４）を照明するため、投影光学系（６）のレ
ンズ全体に一様な波長の光エネルギーが照射される。従
って、それらレンズにおける熱エネルギーの吸収量も一
様になり、レンズの回転非対称な熱変形が更に減少し、
投影光学系（６）の収差の発生も更に抑えられる。ま
た、１つの照明光（ＩＬ１）だけを使用するため、光源
や照明光学系等の設備を節約できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の投影露光装置の実
施の形態の第１の例につき図１を参照して説明する。本
例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に
本発明を適用したものである。図１（ａ）は、本例の投
影露光装置の概略構成を示し、この図１（ａ）に示すよ
うに、本例にはレチクル４上のパターン領域を照明する
３つの光源部１，３Ａ，３Ｂが設けられている。露光時
には、光源部１からはウエハ７上に塗布されたフォトレ
ジストに感光性の波長λ１の照明光ＩＬ１が射出され、
光源部３Ａ，３Ｂからはウエハ７のフォトレジストに非
感光性の波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが射出さ
れる。光源部１は、露光光源、レチクル４上の照度分布
を均一にするためのフライアイレンズ、レチクル４上の
照明領域を規定する視野絞り等を含んで構成され、光源
部１から射出された照明光ＩＬ１は、照明光学系２を介
してレチクル４上の非走査方向に長い長方形の照明領域
１８（図１（ｂ）参照）に照射される。その照明光ＩＬ
１のもとで、レチクル４の長方形の照明領域１８内のパ
ターンの像が投影光学系６を介してフォトレジストが塗
布されたウエハ７上に投影倍率β（βは例えば１／４又
は１／５等）で転写される。以下、投影光学系６の光軸
ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で
図１（ａ）の紙面に平行にＸ軸、図１（ａ）の紙面に垂
直にＹ軸を取って説明する。本例では走査露光時のレチ
クル４及びウエハ７の走査方向はＸ方向である。

【００１７】一方、非露光光の光源部３Ａ，３Ｂは、そ
れぞれ光源、レチクル４上の照度分布を均一にするため
のフライアイレンズ、及びレチクル４上での照明領域を
規定する視野絞り等を含んで構成されている。そして、
レチクル４の−Ｘ方向の上部に配置された光源部３Ａか
ら射出された波長λ２の照明光ＩＬ２Ａは、コンデンサ
レンズ９Ａを透過し、照明光ＩＬ２Ａの入射方向に対し
て斜設された僅かな透過率を有するミラー１６Ａにより
下方に反射されてレチクル４上の照明領域１７（図１
（ｂ）参照）に集光される。また、レチクル４の＋Ｘ方
向の上部に配置された光源部３Ｂから射出された波長λ
２の照明光ＩＬ２Ｂは、コンデンサレンズ９Ｂを透過
し、照明光ＩＬ２Ｂの入射方向に対して斜設された僅か
な透過率を有するミラー１６Ｂにより下方に反射されて
レチクル４上の照明領域１９に集光される。そして、レ
チクル４を透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは、投影
光学系６を介してウエハ７上に照射される。

【００１８】この場合、照明光ＩＬ２Ａの照明領域１７
及び照明光ＩＬ２Ｂの照明領域１９は、それぞれ照明光
ＩＬ１のレチクル４上の長方形の照明領域１８に対して
走査方向に外側の領域になるように設定されている。照
明光ＩＬ１の波長λ１及び照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの
波長λ２は、フォトレジストの種類及び投影光学系６の
硝材の種類により異なるが、通常の場合、波長λ１は５
３０ｎｍ未満、波長λ２は５３０ｎｍ以上の波長を選択
する。露光用の照明光ＩＬ１としては、水銀ランプのｉ
線（波長３６５ｎｍ）やｇ線（波長４３６ｎｍ）等の輝
線、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）やＫｒ
Ｆエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等のエキシマレ
ーザ光、あるいは銅蒸気レーザ光やＹＡＧレーザ光の高
調波等が使用される。

【００１９】また、照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは投影光
学系６の硝材に対する回転非対称な照射エネルギーの分
布を抑える目的で使用されるため、硝材又はレンズのコ
ーティング膜での単位面積当たりの光吸収量が全体とし
て照明光ＩＬ１に近いものが好ましい。その意味から、
照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂとしては、フォトレジストを
感光させない波長で、光の吸収率が小さいときには光源
の光強度が強く、一方光源の光強度が小さいときには投
影光学系６のレンズの硝材又はコーティング膜に対する
光吸収率のできるだけ大きな波長を有するものが好まし
い。好ましい例としては、例えばＨｅ−Ｎｅレーザから
のレーザビーム（波長６３３ｎｍ）等が挙げられる。

【００２０】なお、投影光学系の硝材として、石英やガ
ラス等が使用された場合、これらの硝材は、約２μｍ以
上の長い波長でもかなりの光吸収率を有するので、照明
光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂとして、フッ化水素（ＨＦ）ガス
の化学反応を利用したＨＦ化学レーザ光（波長２．４〜
３．４μｍ）等を使用してもよい。また、石英以外の光
学ガラスは、不純物を含んでいるため、５３０ｎｍ以上
の長い波長でも１％／ｃｍに近い光吸収率を有するもの
もあり、このような１％／ｃｍに近い光吸収率を有する
照明光でも照射エネルギーの回転非対称な分布の対策と
しては十分有効である。このような照明光の例として
は、水素（Ｈ₂）放電管からのＣ線（波長６５６．３ｎ
ｍ）やヘリウム（Ｈｅ）放電管からのｄ線（波長５８
７．６ｎｍ）等が挙げられる。

【００２１】次に、レチクル４は走査方向（Ｘ方向）に
一定速度で移動自在で且つＸ方向及びＹ方向に微動可能
なレチクルステージ５上に載置されている。レチクルス
テージ５の位置は外部のレーザ干渉計（不図示）により
精密に計測されており、そのレーザ干渉計の測定値に基
づいてレチクルステージ５の位置が制御されている。ま
た、レチクル４上にはウエハ７との位置合わせ用のレチ
クルマーク１１Ａ，１１Ｂが形成されている。

【００２２】一方、ウエハ７は不図示のウエハホルダを
介して走査方向（Ｘ方向）に一定速度で移動自在なウエ
ハステージ８上に載置されている。ウエハステージ８は
Ｘ方向及びＹ方向にステッピング移動もできるように構
成されており、ウエハ７上の各ショット領域を投影光学
系６の露光領域への走査開始位置に移動する動作と、走
査露光動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン方
式によりウエハ７上の各ショット領域にレチクル４のパ
ターンの像が逐次転写される。走査露光時には、レチク
ル４が＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）へ、例えば速度Ｖ_Rで
スキャンされるのと同期して、ウエハ７が−Ｘ方向（又
は＋Ｘ方向）に速度β・Ｖ_R（βは投影倍率）でスキャ
ンされる。また、ウエハ７上の各ショット領域には位置
合わせ用のウエハマーク１２Ａ，１２Ｂが形成されてい
る。

【００２３】次に、本例の露光動作について説明する。
本例では、走査露光時にはレチクル４上のスリット状の
照明領域だけでなく、それ以外のパターン領域も照明す
る。即ち、走査露光が開始されると同時に、３個の光源
部１，３Ａ，３Ｂからそれぞれ照明光ＩＬ１，ＩＬ２
Ａ，ＩＬ２Ｂが射出される。図１（ｂ）は、レチクル４
上の照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照明領域を示
し、この図１（ｂ）において光源部１からの照明光ＩＬ
１は、投影光学系６の有効露光フィールド（視野）と共
役な円形の有効照明領域１４の外形と接する点Ｌ１，Ｌ
２，Ｎ１，Ｎ２を結んだ長方形の照明領域１８に照射さ
れている。この場合、円形の有効照明領域１４の中心Ｐ
２は光軸ＡＸに一致している。一方、光源部３Ａからの
照明光ＩＬ２Ａは照明領域１８の−Ｘ方向の点Ｌ１，Ｎ
１を結んだ境界線から左外側の台形状の照明領域１７に
照射されている。また、光源部３Ｂからの照明光ＩＬ２
Ｂは照明領域１８の＋Ｘ方向の点Ｌ２，Ｎ２を結んだ境
界線から右外側の台形状の照明領域１９に照射されてい
る。即ち、照明領域１７，１９は回転非対称な長方形の
照明領域１８を補完して円形の有効照明領域１４に近い
照明領域を形成するための補完照明領域といえる。照明
領域１８を透過した照明光ＩＬ１、及び照明領域１７，
１９をそれぞれ透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは、
共に投影光学系６を透過してウエハ７上に照射される。

【００２４】図１（ｃ）は、ウエハ７上の照明領域を示
し、この図１（ｃ）において、投影光学系６の有効露光
フィールド（視野）ＩＲと一致する円形の有効露光領域
２０の外周に内接する非走査方向（Ｙ方向）に長い長方
形の露光領域２１にウエハ７のフォトレジストに感光性
の照明光ＩＬ１が照射されている。この場合、円形の有
効露光領域２０の中心Ｐ１は光軸ＡＸに一致している。
そして、その長方形の露光領域２１を補完して円形の有
効露光領域２０に近い照明領域を形成する照明領域２
２，２３にそれぞれウエハ７のフォトレジストに非感光
性の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが照射されている。

【００２５】即ち、走査露光時にはレチクル４上で回転
対称に近い領域が照明され、投影光学系６内のレンズも
ほぼ回転対称に照明されるため、レンズの硝材における
照明光のエネルギーの吸収密度は回転対称に近い分布と
なる。従って、投影光学系６のレンズの回転非対称な熱
変形等が抑えられ、投影光学系６の収差変動が抑えられ
る。この場合、その収差変動をできるだけ少なくするた
めに、光源部３Ａ，３Ｂからのそれぞれの照明光ＩＬ２
Ａ，ＩＬ２Ｂによるレチクル４上の照明領域１７，１９
の合計面積は、有効照明領域１４内の照明光ＩＬ１によ
る照明領域１８以外の面積の１／２以上であることが望
ましい。

【００２６】また、レチクル４上の照明領域１７，１９
を透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂがそれぞれウエハ
７上の照明領域２２，２３にも照射されるが、照明光Ｉ
Ｌ２Ａ，ＩＬ２Ｂはウエハ７上のフォトレジストに非感
光性であるため、ウエハ７上にはレチクル４上の照明領
域１８内のパターンの像だけが転写される。また、本例
では光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ
をレチクル４とウエハ７との位置合わせのためのアライ
メントセンサの検出光としても使用する。そのため、レ
チクル４のＸ方向の両端部の上方に、ＴＴＲ方式で画像
処理方式のアライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂを設置
し、光源部３Ａ，３Ｂから射出された照明光ＩＬ２Ａ，
ＩＬ２Ｂを、それぞれレチクル４上のレチクルマーク１
１Ａ，１１Ｂが形成された位置を含む領域に照射する。
そして、アライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂを用いてウ
エハマーク１２Ａ，１２Ｂとレチクルマーク１１Ａ，１
１Ｂとの相対的な位置ずれを検出する。この場合には、
アライメントセンサ用の光源を設ける必要がなく効率的
である。なお、アライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂはレ
チクルマーク１１Ａ，１１Ｂとウエハマーク１２Ａ，１
２Ｂとをそれぞれ別々に検出するアライメントセンサで
もよい。

【００２７】次に、本発明の実施の形態の第１の例の変
形例について、図７を参照して説明する。本変形例は、
図１の光源部３Ａ，３Ｂからの照明光をレチクル４の下
部側から直接投影光学系６に入射させるように構成した
ものである。その他の構成は第１の例と同様であり、図
７において図１と対応する部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。

【００２８】図７（ａ）は、本変形例の投影露光装置の
概略構成を示し、この図７（ａ）において、レチクル４
の下部の左右に図１と同様に波長λ２の照明光ＩＬ２
Ａ，ＩＬ２Ｂを射出する光源部３Ａ，３Ｂが設置されて
いる。光源部３Ａからの照明光ＩＬ２Ａは、コンデンサ
レンズ９Ａを透過し、照明光ＩＬ２Ａの入射方向に対し
て斜設されたミラー３３Ａにより下方に反射されて投影
光学系６に入射する。もう１つの光源部３Ｂからの照明
光ＩＬ２Ｂも同様にコンデンサレンズ９Ｂを透過し、照
明光ＩＬ２Ｂの入射方向に対して斜設されたミラー３３
Ｂにより下方に反射されて投影光学系６に入射する。以
下は第１の例と同様である。

【００２９】図７（ｂ）は、レチクル４上における照明
領域を示し、この図７（ｂ）において、光源部１からの
照明光ＩＬ１は、円形の有効照明領域１４の外形に内接
する長方形の照明領域１８に照射されている。一方、光
源部３Ａ，３Ｂからのそれぞれの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ
２Ｂはレチクル４上には照射されないが、ミラー３３
Ａ，３３Ｂで光路を折り返したレチクル４上の仮想的な
照明領域は、それぞれ点線で示す台形状の照射領域１７
Ａ，１７Ｂとなる。従って、第１の例と同様に、投影光
学系６のレンズの照射エネルギーの分布はほぼ回転対称
となり、投影光学系６の収差変動を低減することができ
る。

【００３０】本変形例は、スペース面や配置上の制約か
ら第１の例のように、レチクル４の入射側に、ミラー１
６Ａ，１６Ｂを配置できない場合に有効な方法である。
但し、本変形例の場合はミラー３３Ａ，３３Ｂによる照
明光ＩＬ１のケラレのために、レチクル４上における照
明光ＩＬ１の照明領域１８と、光源部３Ａ，３Ｂからの
照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによる仮想的な照明領域１７
Ａ，１９Ａとの境界を、明確に区別することが困難であ
ることがある。

【００３１】次に、本発明による実施の形態の第２の例
について、図２を参照して説明する。本例は、２つの光
源部を設置し、合成光学系及び波長選択性を有する視野
絞り等を利用して投影光学系内にほぼ回転対称なエネル
ギー分布を有する照明光を供給するものである。基本的
な構成は第１の例と同様であり、図２において図１と対
応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略す
る。なお、図２ではウエハステージ等は省略している。

【００３２】図２は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図２において、光源部１から射出されたウエ
ハ７上のフォトレジストに感光性の波長λ１の照明光Ｉ
Ｌ１は、リレーレンズ４１により平行光束となり、照明
光ＩＬ１の光路に対して斜設された偏光ビームスプリッ
タ４２を透過してコンデンサレンズ４６に入射する。な
お、本例の照明光ＩＬ１及びＩＬ２ＡはそれぞれＰ偏光
に直線偏光して偏光ビームスプリッタ４２に入射するも
のとする。もう一方の光源部３Ａから射出されたウエハ
７上のフォトレジストに非感光性の波長λ２の照明光Ｉ
Ｌ２Ａも、リレーレンズ４７により平行光束となり、照
明光ＩＬ１と直交する方向から偏光ビームスプリッタ４
２に入射する。照明光ＩＬ２Ａは偏光ビームスプリッタ
４２を透過し、１／４波長板４３を経てミラー４４によ
り反射され、再び１／４波長板４３を経てＳ偏光として
偏光ビームスプリッタ４２に入射する。Ｓ偏光となった
照明光ＩＬ２Ａは偏光ビームスプリッタ４２により反射
され、先に説明した照明光ＩＬ１と合成されて照明光Ｉ
Ｌ３としてコンデンサレンズ４６に入射し、コンデンサ
レンズ４６を介してレチクル４上に照射される。また、
偏光ビームスプリッタ４２とコンデンサレンズ４６との
間には１／４波長板４５が設置され、照明光ＩＬ３はほ
ぼ円偏光の状態でレチクル４に照射される。これによっ
て、レチクル４のパターンの方向が変わっても良好な転
写が行われる。

【００３３】レチクル４の上面には、近接して波長選択
性を有する視野絞り４８が設置されており、この視野絞
り４８により、照明光ＩＬ３を構成する照明光ＩＬ１及
び照明光ＩＬ２Ａのレチクル４上におけるそれぞれの照
明領域が決定される。視野絞り４８は、波長選択性を有
する２種類の光学フィルターから構成されている。図２
（ｂ）は、視野絞り４８の平面図を示し、この図２
（ｂ）において、視野絞り４８の中央には、波長λ１の
光束を選択的に透過する非走査方向に長い長方形の光学
フィルター５０が設けられている。本例では視野絞り４
８はレチクル４と近接しているため、この光学フィルタ
ー５０の形状がそのままレチクル４上の照明光ＩＬ１の
照明領域とみなせる。また、視野絞り４８上の光学フィ
ルター５０の左右に波長λ２の照明光ＩＬ２Ａを選択的
に透過する半円状の光学フィルター４９，５１が設けら
れている。そして、光学フィルター５０及び光学フィル
ター４９，５１は全体として光軸ＡＸを中心とする円形
領域を形成しており、この円形領域はレチクル４上の有
効照明領域に収まる領域である。

【００３４】これらの光学フィルター４９〜５１が設け
られた視野絞り４８を通過した照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａ
は、レチクル４を透過した後、更に投影光学系６を通過
してウエハ７上に照射されるが、照明光ＩＬ２Ａはウエ
ハ７上のフォトレジストに非感光性であるため、ウエハ
７上には光学フィルター５０の形状で規定されるレチク
ル４上のパターンの像だけが転写される。

【００３５】また、光源部１から射出された照明光ＩＬ
１と光源部３Ａから射出された照明光ＩＬ２Ａとを同時
に投影光学系６に入射させることによって、投影光学系
６内の硝材の吸収エネルギーは、光軸ＡＸに対し回転対
称に近い密度分布になって、収差変動が少なくなる。ま
た、従来例のように、投影光学系６の硝材の熱変形が著
しく回転非対称である場合は、投影光学系の露光フィー
ルドの中心でメリジオナル方向のパターンの最良像面
と、それと垂直な方向のパターンの最良像面とが光軸方
向に離れるというような非点収差（以下、「中心アス」
という）が生じることがある。しかし、本例ではこのよ
うな中心アス等の回転非対称な収差変動の発生も抑えら
れる。また、本例の方法は以下のように円弧状の露光領
域を用いる場合に特に有効である。

【００３６】図２（ｃ）は、露光領域として円弧状の露
光領域を用いる場合に視野絞り４８の代わりに使用する
視野絞りの状態を示し、この図２（ｃ）において、視野
絞り４８Ａの中央には光源部１からの照明光ＩＬ１を選
択的に透過する円弧状の光学フィルター５０Ａが配置さ
れ、視野絞り４８Ａ上の光学フィルター５０Ａの左右に
波長λ２の照明光ＩＬ２Ａを選択的に透過する半円状光
学フィルター４９Ａ及び三日月状の光学フィルター５１
Ａが設けられている。これらの光学フィルター４９Ａ，
５１Ａ及び５０Ａの形状は、全体として光軸ＡＸを中心
とする円形領域を形成するように設定されている。本例
では、レチクル４上で円弧状の光学フィルター５０Ａの
内部のパターンが投影光学系６を介してウエハ７上に投
影される。しかも、投影光学系６にはほぼ光軸ＡＸを中
心として回転対称の照射エネルギーが供給され、収差変
動が少なくなる。

【００３７】このように円弧状の照明領域の場合、第１
の例において投影光学系６内の硝材に対して回転対称な
照射エネルギーを与えるためには、光源部１，３Ａ，３
Ｂ内の視野絞りを極めて複雑な形状に設定する必要があ
り、製造コストが増大する。しかし本例によれば、その
レチクル４上の円弧状の照明領域に合わせて光学フィル
ター５０Ａの形状を設定すればよく、しかもそれに合わ
せて容易に照明光ＩＬ２Ａの光学フィルター４９Ａ，５
１Ａの形状も設定できる。

【００３８】なお、図２（ｂ）の光学フィルター５０と
しては、光源部３Ａからの照明光ＩＬ２Ａに対する透過
率の出来るかぎり小さいものが、投影光学系６内の回転
非対称な照射エネルギー分布による収差変動を低減する
効果が大きく望ましい。また、投影光学系６の収差変動
をできるだけ少なくするためには、光学フィルター４
９，５１の面積は、光学フィルター５０に外接する円内
のうち、光学フィルター５０以外の部分の面積の少なく
とも１／２以上であることが望ましい。

【００３９】また、図２（ａ）の例においては、視野絞
り４８はレチクル４のパターン面の近傍に設定されてい
るが、視野絞り４８をレチクル４のパターン面と共役な
面に配置してもよい。なお、図２（ａ）において、合成
光学系として偏光ビームスプリッタ４２の代わりに２点
鎖線で示すようにダイクロイックミラーＤＭを用いても
よい。このダイクロイックミラーＤＭは照明光ＩＬ１を
透過して照明光ＩＬ２Ａを反射する波長選択性を有し、
これによって両照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａが無駄なく合成
される。また、この際には１／４波長板４５は不要であ
る。

【００４０】次に、本発明の投影露光装置の実施の形態
の第３の例について、図８を参照して説明する。本例
は、１つの光源だけを使用し、投影光学系とウエハとの
間に遮光板を設けたものであり、図８において図１又は
図２と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明
を省略する。図８（ａ）は、本例の投影露光装置の概略
構成を示し、この図８（ａ）において、光源部１Ａから
射出されたフォトレジストに対して感光性の照明光ＩＬ
１は、コンデンサレンズ４１によりレチクル４上に照射
される。この場合、照明光ＩＬ１のレチクル４上での照
明領域形状は、図１の照明領域１８のように長方形には
整形されておらず、投影光学系６の有効露光フィールド
と共役な円形の有効照明領域となっている。レチクル４
上の円形の有効照明領域を通過した照明光ＩＬ１は、投
影光学系６を透過し、ウエハ７に近接して配置された遮
光板７１に入射する。

【００４１】図８（ｂ）は、遮光板７１の平面図を示
し、この図８（ｂ）において、遮光板７１の中心は光軸
ＡＸに一致している。遮光板７１の中央部には、光軸Ａ
Ｘを中心とするＹ方向に長い長方形の透過領域７３が設
けられており、その透過領域７３を囲むように遮光帯７
２が設けられている。遮光板７１に入射した照明光ＩＬ
１の内で透過領域７３を透過した照明光のみがウエハ７
上に照射される。これにより、ウエハ７上には、遮光板
７１の透過領域７３に対応するレチクル４上のＹ方向に
長い長方形の領域のパターンの像が転写される。

【００４２】本例によれば、投影光学系６とウエハ７と
の間に遮光板７１を設けるだけで、レチクル４上の所望
の回転非対称な領域のパターンの像だけを転写できる。
そのため、照明光ＩＬ１の照明領域を整形するための照
明光学系の構成が簡単になる。また、１つの光源部１Ａ
だけを使用するため、図１、図２、図７の例に比較して
光源部やコンデンサレンズ等の設備が節約できる。ま
た、遮光板７１を設けるだけでよいため、構成が極めて
簡単で調整等の作業も容易に行える。特に、本例では１
つの光源部１Ａからの照明光ＩＬ１によりレチクル４及
び投影光学系６の回転対称な領域を照明するため、投影
光学系６の硝材の光エネルギーの吸収密度分布は更に光
軸ＡＸの周りに回転対称となり、硝材の熱変形に伴う投
影光学系６の収差の発生が更に抑えられる。

【００４３】なお、遮光板７１を入れ換えるための交換
機構を設け、透過領域の形状を露光領域に合わせて形成
した複数の遮光板をその交換機構を介して交換するよう
に構成してもよい。また、透過領域７３を任意な形状に
変更可能な視野調整機構を遮光板７１の代わりに設けて
もよい。なお、図８の例において、機構的な都合でウエ
ハ７と遮光板７１との間に有限の距離ｄ１が存在して、
遮光板７１によるケラレによってウエハ７上での照明む
らが問題となる場合においては、図９（ａ）で示すよう
にウエハ７上での露光光の最大開口数（ＮＡ）をsinθ
とすると、レチクル４の付近又はレチクル４よりも光源
側のレチクル４の共役位置に、図９（ｂ）で示すような
ウエハ７の露光領域と共役な領域８１の外側に、幅ｄ_R
＝２β・ｄ１・tan θ（βは１／４，１／５等の投影倍
率）の遮光帯８４，８５を設けた部材８０を配置すると
よい。この場合、図８（ａ）の照明光ＩＬ１は遮光帯８
４，８５を除く領域８１，８２，８３を通過する。

【００４４】それにより図９（ａ）において、幅ｄ_R の
遮光帯８５とウエハ７上で共役な位置７Ａから７Ｂまで
の領域においては露光が全くされず、遮光板７１の透過
領域７３と遮光帯７２との境界を位置７Ａと７Ｂとの中
間位置７Ｃの上方に配置し、他方の遮光帯８４について
も同様にすれば、遮光板７１によるケラレは起こらな
い。遮光帯８４，８５の幅ｄ_R が円形の部材８０の直径
よりも十分小さい場合、図８（ａ）の投影光学系６のレ
ンズはほぼ回転対称に照明され、回転非対称な収差変動
は十分に補正される。

【００４５】次に、上述の実施の形態における投影光学
系の収差変動の低減の効果を計算例に基づいて説明す
る。先ず、照明エネルギーによる温度分布の上昇を計算
する。そのため、図１の例において、投影光学系６のレ
ンズを円筒形に近似して、レンズの側面から空気を通し
て熱が流出せずレンズの縁が金属と接することにより、
そのレンズの縁からのみ熱が流出するものと仮定する。
そのレンズの半径方向の距離をｒ、光軸ＡＸの回りの角
度をφ、上昇後の温度分布をＴ（ｒ，φ）、レンズの単
位体積当たりの熱吸収量をω（ｒ，φ）、熱伝導率を
λ、レンズの外半径をａとすると、熱平衡状態での円筒
座標系（ｒ，φ）での熱伝導方程式は、次式のようにな
る。

【００４６】

【数１】

【００４７】そこで、（数１）の熱伝導方程式を解く
と、次式のようになる。

【００４８】

【数２】

【００４９】ここで、Ｊ_n(ｐ_in・ｒ）は、第１種第ｎ次
（ｎ＝０，１，２，…）のベッセル(Bessel)関数で、ｐ
_in（ｉ＝１，２，…）は、Ｊ_n(ｐ_in・ａ）＝０を満たす
数列である。また、係数Ｃ_inは次式により表される。

【００５０】

【数３】

【００５１】但し、ｎ＝０のときのみ、係数Ｃ_inは次式
により求められる。

【００５２】

【数４】

【００５３】また、係数Ｓ_inは次式により表される。

【００５４】

【数５】

【００５５】次に、温度分布の上昇によりどの次数の収
差変動が多く現れるかを調べるために、上昇後の温度分
布Ｔ（ｒ，φ）を以下のように最小２乗法でフーリエ・
ベキ級数展開する。ここで、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ，
φ）の単位は℃で、距離ｒの単位はｍｍである。

【００５６】

【数６】

【００５７】但し、i＝０，２，４，６，…である。こ
こで、i＝０，ｎ＝０の場合の級数Ｂ₀₀は、光軸ＡＸ、
即ちｒ＝０での上昇温度になる。以下、実際の数値に基
づいて第１の例における効果を第１及び第２の２つの計
算例により説明する。第１の計算例ではレチクル上の露
光光の照明領域として長方形の照明領域を使用し、第２
の計算例では円弧状の照明領域を使用する。この場合、
投影光学系６のレンズをレンズ６１で代表し（図３〜図
６参照）、レンズ６１を外半径ａが４０ｍｍの円筒形の
石英であるとする。石英の場合、熱伝導率は、０．０１
３８Ｗ／（ｃｍ・℃）である。また、ウエハ７のフォト
レジストを感光する波長λ１の照明光ＩＬ１に対するレ
ンズ６１の熱吸収率を２％／ｃｍとする。

【００５８】第１の計算例において、先ず比較のため、
図１のレチクル４上の７０ｍｍ×１６．８ｍｍの長方形
の照明領域１８だけに照明光ＩＬ１が照射される場合に
ついて計算する。この場合、上記（数３）、（数４）、
及び（数５）の熱吸収量ω（ｒ，φ）に長方形の吸収エ
ネルギー密度を代入して、その結果を（数２）に代入し
た場合の熱伝導方程式の解に基づいて計算する。

【００５９】図３（ａ）は、長方形の照明領域だけに照
明光ＩＬ１が照射された場合のレンズ６１上の照射状態
を示し、この図３（ａ）において、図１（ｂ）の照明領
域１８の点Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２に対応する点Ｌ
１’，Ｌ２’，Ｎ１’，Ｎ２’で囲まれた長方形の照明
領域６２の走査方向の幅ＤＸ及び非走査方向の幅ＤＹを
それぞれ１６．８ｍｍ、及び７０ｍｍとする。そして、
その照明領域６２は照明光ＩＬ１により一様に照射され
ているものとし、単位時間当たりの全照射量を１Ｗとす
る。

【００６０】図３（ｂ）は、以上の計算結果を図に表し
たものであり、横軸及び縦軸はそれぞれ光軸ＡＸから走
査方向への距離ｘ及び非走査方向への距離ｙを表す。こ
の図３（ｂ）において、レンズ６１上の温度分布を温度
差０．０２℃毎の等温線６３Ａで示す。なお、温度は内
側から外側に向けて低い値となっている。なお、以下説
明する図４（ｂ）〜図６（ｂ）においても、横軸及び縦
軸はそれぞれ光軸ＡＸから走査方向への距離ｘ及び非走
査方向への距離ｙを表し、等温線６３Ｂ〜６３Ｄは内側
から外側に向かって低下する温度差０．０２℃毎の等温
線を示している。

【００６１】この図３（ｂ）の光軸ＡＸを中心とする非
走査方向に長い楕円状の等温線６３Ａに示すように、レ
ンズ６１上の長方形の照明領域６２に照明光ＩＬＩが照
射されているだけの場合は、レンズ６１上の光軸ＡＸか
ら離れた位置では、回転対称に近い温度分布となってい
るが、光軸ＡＸ（ｘ＝０，ｙ＝０）の近くでは回転非対
称な温度分布となっている。

【００６２】表１は、上記（数６）によって、フーリエ
・ベキ級数展開した級数Ｂ_inを示し、横欄にｎ（０，
１，２，…）、縦欄にｉ（＝０，２，４，…）を取り、
それぞれのｎ，ｉの値に対応する級数Ｂ_inの値が示され
ている。表１については後で説明する。なお、後述する
表２〜表４も表１と同様に級数Ｂ_inの値が示されてい
る。

【００６３】

【表１】

【００６４】次に、図１の第１の例に基づき、光源部１
からの照明光ＩＬ１に加えて、光源部３Ａ，３Ｂからの
照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂにより投影光学系６のレンズ
６１を照射した場合の計算結果を示す。なお、光源部３
Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照射領域は
第１の例と少し異なっているが、効果の面では同様と考
えてよい。

【００６５】図４（ａ）は、レンズ６１上の照射状態を
示し、この図４（ａ）において、照明領域６２が内接す
る円内で照明領域６２に接する左右のほぼ半円形の照明
領域６４Ａ，６４Ｂにそれぞれ照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２
Ｂが一様に照射されているとする。この場合、ウエハ７
のフォトレジストを感光しない波長λ２の照明光ＩＬ２
Ａ，ＩＬ２Ｂに対するレンズ６１の吸収エネルギー密度
を照明領域６２における照明光ＩＬ１に対する吸収エネ
ルギー密度と等しいものとする。

【００６６】図４（ｂ）は、以上の計算結果を図に表し
たものであり、この図４（ｂ）において、レンズ６１上
の光軸ＡＸを中心とする同心円状の等温線６３Ｂに示す
ように、レンズ６１上ではほぼ回転対称に近い温度分布
となっている。また、以上の計算結果に基づいて、上記
（数６）によって、フーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂ
_inを計算した結果を表２に示す。

【００６７】

【表２】

【００６８】図３（ｂ）及び図４（ｂ）のそれぞれの上
昇後の温度分布を比較すると、図４（ｂ）の温度分布の
方がかなり回転対称に近くなっている。更に、表１と表
２とを比較した場合、ｉ＝０，ｎ＝０の場合の級数
Ｂ₀₀、即ち光軸ＡＸ（ｒ＝０）での温度は、表２の場合
の方が大きいにもかかわらず、それ以外の級数の絶対値
は大体において表２の方が小さい。級数Ｂ_inの値のう
ち、ｎ＝０でｉ＝０以外の級数の値が小さいことは、照
明光の照射による球面収差変動が小さいことを示し、ｎ
＝０以外のｎ＝２やｎ＝４の級数Ｂ_inの値が小さいこと
は、照明光の照射による回転非対称な収差変動が小さい
ことを表す。即ち、図１の第１の例により、照明光の照
射による中心アス等の回転非対称な収差変動が低減され
ることが分かる。

【００６９】次に、第２の計算例について説明する。こ
の第２の計算例は図１に示す第１の例において、円弧状
の照明領域を用いる場合の効果を具体的に数値で示すも
のである。先ず、比較のため、レチクル上の円弧状の照
明領域だけに図１の照明光ＩＬ１が照射される場合につ
いて計算する。図５（ａ）は、投影光学系６のレンズ６
１上の照明光ＩＬ１の照射状態を示し、この図５（ａ）
において、レンズ６１は第１の計算例の長方形の照明領
域６２（図３（ａ）参照）と同じ面積を有し、且つ同じ
外接円を持つ円弧状の照明領域６５により照明されてい
る。この照明領域６５は、投影光学系６の中心部のフレ
アを避けるために、光軸ＡＸからの距離が８．４ｍｍの
円内の領域を含まないように形成されており、照明領域
６５の中心６６は光軸ＡＸから所定の距離ｄの位置に設
定されている。なお、照明光ＩＬ１のレンズ６１におけ
る照射エネルギー量は１Ｗである。その結果、円弧状の
照明領域６５の２つのＹ方向の隅の点Ｌ３，Ｌ４（又は
点Ｎ３，Ｎ４）を直線的に結ぶ距離ＤＲは１６．８ｍ
ｍ、照明領域６５の２つのＸ方向の隅の点Ｌ４，Ｎ４
（又は点Ｌ３，Ｎ３）を直線的に結ぶ距離ＤＳは７０ｍ
ｍである。そして、光軸ＡＸから８．４ｍｍの円内の領
域を避けるために、図５（ａ）の点Ｎ３，Ｌ３を結ぶ直
線から照明領域６５の左側の円弧の接線との間のＸ方向
の距離Ｓは２５．２ｍｍになるように設定されている。

【００７０】図５（ｂ）は、レンズ６１上の円弧状の照
明領域６５だけが照明光ＩＬ１により照明されている場
合のレンズ６１上の上昇後の温度分布を計算した結果を
示し、この図５（ｂ）において、０．０２℃毎の等温線
６３Ｃに示すように、温度分布は光軸ＡＸに対して右側
に偏した非走査方向に長い楕円状の温度分布となる。こ
の場合のフーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂ_inを表３に
示す。

【００７１】

【表３】

【００７２】次に、図１（ａ）において、光源部１から
の照明光ＩＬ１に加えて、光源部３Ａ，３Ｂからの照明
光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによりレンズ６１を照射した場合
の計算例を示す。図６（ａ）は、レンズ６１上の照射状
態を示し、この図６（ａ）において、照明領域６５に接
する左右の半円形の照明領域６７Ａ，６７Ｂにそれぞれ
照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが一様に照射されているとす
る。この場合、上述のように、光源部３Ａ，３Ｂからの
照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照明領域を円弧状の照明領
域に合わせるように、光源部３Ａ，３Ｂ等を製作するこ
とは容易ではなく、本計算例においては、図６（ａ）に
示すように、円弧状の照明領域６５の−Ｘ方向の頂点を
結ぶ直線を一辺とする照明領域６７Ａと、円弧状の照明
領域６５の右側の円弧の接線を一辺とする半円状の照明
領域６７Ｂとに、それぞれ照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが
照射されているものとする。そして、フォトレジストに
感光しない波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによる
照明領域６７Ａ，６７Ｂでのレンズ６１の吸収エネルギ
ー密度を円弧状の照明領域６５における吸収エネルギー
密度と等しいものとする。

【００７３】図６（ｂ）は、以上の条件での計算結果を
図に表したものであり、この図６（ｂ）において、等温
線６３Ｄで示す温度分布は図５（ｂ）の温度分布に比べ
て回転対称に近くなっている。また、以上の計算結果に
基づいて、上記（数６）によって、フーリエ・ベキ級数
展開した級数Ｂ_inを計算した結果を表４に示す。

【００７４】

【表４】

【００７５】表３及び表４を比較すると、光軸ＡＸにお
ける温度上昇を示す級数Ｂ₀₀以外の大部分の級数Ｂ_inの
絶対値が、表４の値が表３の値より小さいとはいえず、
図６（表４）の場合の方が大きな値の級数もかなりあ
る。即ち、円弧状の照射領域の場合、図１に示す第１の
例による方法では、レンズ６１上における温度分布の回
転非対称性の改善の程度が小さく、回転非対称な収差変
動の低減効果が小さい。従って、円弧状の露光領域の場
合は、図２に示す実施の形態のように、光学フィルター
によりウエハ上のフォトレジストを感光せず、且つ投影
光学系６のレンズに吸収される波長の照明光による照明
領域を円弧状の照明領域に隙間なく接するように設定す
れば、投影光学系６のレンズ上の照射エネルギー分布の
回転対称性が向上し、投影光学系の収差変動を低減でき
る。

【００７６】なお、本発明は走査露光型の投影露光装置
に限らず、ステッパー方式等の一括露光型の投影露光装
置で、レチクル上の回転非対称な領域のパターンをウエ
ハ上に転写する場合にも同様に適用できる。このよう
に、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００７７】

【発明の効果】本発明の第１の投影露光装置によれば、
第１及び第２照明光は共に感光性基板上に照射される
が、第２照明光は感光性基板に対して非感光性であるた
め、第１照明光により照明されるマスク上の回転非対称
な露光照明領域のパターンの像だけが感光性基板上の回
転非対称な露光照明領域に転写される。また、第２照明
光により第１照明光による回転非対称な露光照明領域を
補完して、ほぼ回転対称な露光照明領域を通過した照明
光により投影光学系を照明するため、投影光学系のレン
ズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加する。従
って、回転非対称な熱エネルギーの分布によるレンズの
熱変形や屈折率の回転非対称な分布が減少し、投影光学
系の収差変動が少なくなる利点がある。

【００７８】また、本発明の第２の投影露光装置によれ
ば、合成系により一旦合成された第１及び第２の照明光
は視野絞りにより決定される領域をそれぞれ通過し、投
影光学系を経て感光性基板上に照射される。第２照明光
は感光性基板に対して非感光性であるため、第１照明光
だけによる感光性基板上の被露光照明領域にマスク上の
パターンの像が転写される。この場合、第１照明光は、
視野絞りによりマスクの回転非対称な被露光照明領域と
しての第１の領域と共役な第１の透過部だけを通過する
ため、感光性基板上には、マスク上の第１の領域のパタ
ーンの像だけが転写される。一方、投影光学系には、マ
スク上の第１の領域を透過する第１照明光と、第１の領
域を補完して実質的に回転対称な円形領域を形成するマ
スク上の第２の領域を透過する第２照明光とが入射す
る。第１及び第２照明光の全体の照射領域は実質的にほ
ぼ回転対称な円形領域となるため、本発明の第１の投影
露光装置と同様に、投影光学系のレンズへの照射エネル
ギー分布の回転対称性が増加して、投影光学系の収差変
動が少なくなる利点がある。また、本発明ではマスク上
の回転非対称な被露光照明領域に照射される第１照明光
を整形するための光学系、及び第２照明光の照明領域を
整形するための光学系が不要となる利点もある。

【００７９】また、本発明の第１及び第２の投影露光装
置において、第２照明光が照明する領域に位置するマス
ク上のマスクマークと第２照明光が照明する領域に位置
する感光性基板上の基板マークとの少なくとも一方から
の光を光電的に検出し、双方のマークの内の少なくとも
一方のマークの位置を検出するマーク位置検出系を有す
る場合には、第２照明光をマスク又は感光性基板の位置
を検出するためのアライメント用の照明光としても有効
に利用できる利点がある。

【００８０】また、回転対称な所定の円形露光領域、又
は回転対称な所定の円形領域と共役な感光性基板上の領
域が、投影光学系の感光性基板側の視野と一致する場合
には、投影光学系のレンズは回転対称で最大径のほぼ円
形の照明領域により照明されるため、投影光学系のレン
ズへの照射エネルギーの分布の回転対称性が向上する利
点がある。

【００８１】また、本発明の第３の投影露光装置によれ
ば、感光性基板に対して感光性の照明光は、光制限部材
によりマスク上の回転非対称な領域に対応する領域だけ
を通過して感光性基板上に照射される。従って、マスク
上の回転非対称な領域のパターンの像だけが、感光性基
板上に転写される。また、照明光によりマスク上のほぼ
回転対称な領域を照明できるため、本発明の第１及び第
２の投影露光装置と同様に、投影光学系のレンズへの照
射エネルギー分布の回転対称性が増加する。本発明で
は、特に１つの照明光だけでマスクを照明するため、投
影光学系のレンズ全体に一様な波長の光エネルギーが照
射される。従って、投影光学系のレンズにおける熱エネ
ルギーの吸収量もレンズ全体で一様になり、レンズの熱
変形が更に減少し、投影光学系の収差変動も更に抑えら
れる利点がある。また、１つの照明光だけを使用するた
め、光源や照明光学系等の設備を節約できる利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による投影露光装置の実施の形
態の第１の例を示す概略構成図、（ｂ）は図１（ａ）の
レチクル上での照明領域を示す図、（ｃ）は図１（ａ）
のウエハ上での照明領域を示す図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施の形態の第２の例を示す
概略構成図、（ｂ）は図２（ａ）の視野絞りを示す平面
図、（ｃ）は図２（ｂ）の視野絞りの変形例を示す平面
図である。

【図３】（ａ）は図１の実施の形態による収差改善効果
を示すための第１の計算例において、比較計算に使用さ
れるレンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレ
ンズ上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。

【図４】（ａ）はその第１の計算例において使用される
レンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ
上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。

【図５】（ａ）は図１の実施の形態の収差改善効果を示
すための第２の計算例において、比較計算に使用される
レンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ
上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。

【図６】（ａ）はその第２の計算例において使用される
レンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ
上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態の第１の例の変形例を示す
概略構成図である。

【図８】（ａ）は本発明の実施の形態の第３の例を示す
概略構成図、（ｂ）は図８（ａ）の遮光板を示す平面図
である。

【図９】（ａ）は図８の実施の形態の例において遮光板
とウエハとの間に間隔がある場合の遮光板による照明光
のケラレの状況を示す図、（ｂ）はその場合にレチクル
又はレチクルと共役位置に配置する部材の例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１光源部（露光用）２照明光学系３Ａ，３Ｂ光源部（非露光用）ＩＬ１照明光（露光用）ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ照明光（非露光用）４レチクル６投影光学系７ウエハ８ウエハステージ１１Ａ，１１Ｂレチクルマーク１２Ａ，１２Ｂウエハマーク１３Ａ，１３Ｂアライメントセンサ１７，１７Ａ，１９，１９Ａレチクル上の照明領域
（非露光領域）１８レチクル上の照明領域（露光領域）２０ウエハ上の有効露光領域２１ウエハ上の露光領域２２，２３ウエハ上の照明領域（非露光領域）４２偏光ビームスプリッタ４３，４５１／４波長板４８，４８Ａ視野絞り４９，５０，５１，４９Ａ，５０Ａ，５１Ａ光学フィ
ルター７１遮光板７３透過領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成された所定の転写用パター
ンを感光性基板上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の光軸と前記感光性基板の被露光面とが
交わる第１の点に対して回転対称な所定の円形露光領域
内において、前記第１の点に対し回転非対称な露光照明
領域を形成して回転非対称なマスクパターン像を前記感
光性基板上に転写するために、前記感光性基板を感光さ
せる波長を持つ第１照明光を供給し、前記投影光学系の
光軸と前記マスクのパターン面とが交わる第２の点に対
して前記マスクのパターン面内で回転非対称な露光照明
領域を形成する第１の照明系と、前記投影光学系を介し
て前記感光性基板に向けて非感光性の波長を持つ第２照
明光を供給し、前記第１照明光を伴って前記所定の円形
露光領域内のほぼ全体を照明するように、前記感光性基
板の被露光面内での前記回転非対称な露光照明領域を補
完する非露光照明領域を前記所定の円形露光領域内に形
成する第２照明系と、を有することを特徴とする投影露
光装置。
【請求項２】マスクに形成された所定の転写用パター
ンを感光性基板上に投影する投影光学系と、前記感光性基板を感光させる波長を持つ第１照明光を供
給する第１光源部と、前記感光性基板に対して非感光性の波長を持つ第２照明
光を供給する第２光源部と、前記第１照明光と前記第２照明光とを合成して前記マス
クへ導く合成系と、該合成系と前記マスクとの間の光路上で、前記マスクの
パターン面と実質的に共役となる位置に配置された視野
絞りと、を設け、前記視野絞りは、前記第１照明光を透過させる第１の透
過部と前記第２照明光を透過させる第２の透過部とを有
し、前記第１の透過部は、前記投影光学系の光軸と前記マス
クのパターン面とが交わる所定の点に対して回転対称な
所定の円形領域内において、前記所定の点に対し回転非
対称な露光照明領域としての第１の領域と共役であり、前記第２の透過領域は、前記第１照明光を伴うことによ
って前記回転対称な所定の円形領域内のほぼ全体を照明
するように、前記回転非対称な第１の領域を補完する被
露光照明領域としての第２の領域と共役であることを特
徴とする投影露光装置。
【請求項３】請求項１、又は２記載の投影露光装置で
あって、前記第２照明光が照明する領域に位置する前記マスク上
のマスクマークと前記第２照明光が照明する領域に位置
する前記感光性基板上の基板マークとの少なくとも一方
からの光を光電的に検出し、双方のマークの内の少なく
とも一方のマークの位置を検出するマーク位置検出系を
有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の投影露光装
置であって、前記回転対称な所定の円形露光領域、又は前記回転対称
な所定の円形領域と共役な前記感光性基板上の領域は、
前記投影光学系の前記感光性基板側の視野と一致するこ
とを特徴とする投影露光装置
【請求項５】マスクに形成された所定の転写用パター
ンを感光性基板上に投影する投影光学系と、前記感光性基板を感光させる波長を持つ照明光で前記マ
スクを照明する照明光学系と、前記投影光学系と前記感光性基板との間に配置され、所
定の光透過部を持つ光制限部材と、を設け、該光制限部材の光透過部を通過した前記照明光は、前記
投影光学系の光軸と前記感光性基板の被露光面とが交わ
る所定の点に対して回転対称な所定の円形露光領域内に
おいて、前記所定の点に対し回転非対称な領域に入射す
ることを特徴とする投影露光装置。