JPH11150051A

JPH11150051A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH11150051A
Application number: JP9315080A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】照明光の可干渉性が高い場合にウエハ上での
露光量のむらを低減できる走査露光型の露光装置を提供
する。【解決手段】レチクルを照明する照明光学系内に、断
面形状が長方形のレンズエレメント３１ａを縦横に配列
してなるフライアイレンズ３１が配置され、フライアイ
レンズ３１の射出面に形成される多数の２次光源２３か
らの照明光でレチクルの照明領域２１を重畳して照明す
る。フライアイレンズ３１のレンズエレメントの配列方
向を非走査方向に対応する方向から角度θだけ傾斜させ
ておくことによって、レチクル上の照明領域２１内に形
成される干渉縞２４の明暗の長手方向を走査方向（Ｙ方
向）に対して角度θだけ傾斜させる。走査露光時に、レ
チクル上の各点が照明領域２１を横切る際に、各点が干
渉縞２４のピッチ方向に相対移動するため、露光量が平
滑化される。

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、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するた
めのリソグラフィ工程で、マスクパターンを基板上に転
写するために使用される露光方法及び露光装置に関し、
更に詳しくはステップ・アンド・スキャン方式のような
走査露光型の露光方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、従来は照
明光学系からの露光用の照明光でマスクとしてのレチク
ルを照明し、そのレチクルのパターンを投影光学系を介
して、基板としてのレジストが塗布されたウエハ（又は
ガラスプレート等）上の各ショット領域に縮小投影する
一括露光型の投影露光装置（ステッパー）が多用されて
いた。これに対して最近は、投影光学系を大型化するこ
となく、大面積のパターンを高精度にウエハ上の各ショ
ット領域に転写するために、レチクル及びウエハを投影
倍率を速度比として同期移動して露光を行うステップ・
アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装
置（走査型露光装置）が開発されている。

【０００３】これらの露光装置においては、ウエハ上に
転写されたパターンの線幅が露光領域内で均一になるよ
うに、レチクル上の照明領域内での照度分布の高い均一
性が要求されている。そこで、従来より露光装置の照明
光学系内には、レチクル上での照明光の照度分布を均一
化するためにフライアイレンズ、又はロッドレンズ等の
オプティカル・インテグレータが設けられている。前者
のフライアイレンズは、入射面がレチクルのパターン面
（レチクル面）と共役（結像関係）になるように配置さ
れるため、入射面の形状（即ち、断面形状）がレチクル
上の照明領域と相似な長方形のレンズエレメントを縦横
に多数並べて形成されている。そして、各レンズエレメ
ントの射出面にはそれぞれ２次光源（光源像）が形成さ
れ、各レンズエレメントの入射面がレチクル面と共役で
あることより、各レンズエレメントから射出される照明
光がレチクル上で重畳されて、レチクル面での照度分布
が均一化される。

【０００４】また、照度分布均一性を一層高めるため
に、照明光学系の光軸方向にフライアイレンズを２段配
置する方法（以下、「ダブル・フライアイ方式」と呼
ぶ）も採用されている。更に、高解像度化に対する要求
に応えるため、照明光の波長（露光波長）は年々短波長
化しており、現在では遠紫外から更には極紫外の波長域
が必要とされている。ところが、これらの波長域で現状
で単色性がよく、かつ高輝度の光源は、ＫｒＦ（波長２
４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレ
ーザ光源である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、露光装置
において遠紫外から極紫外にかけて現状で使用できる光
源はエキシマレーザ光源のようなレーザ光源であるが、
レーザ光源からの照明光は空間的な可干渉性が高い。そ
のため、レチクル面上、ひいてはウエハの露光面上に、
干渉縞による露光量むらが生じ易いという不都合があ
る。

【０００６】特に、走査型露光装置の場合には、使用さ
れている投影光学系の露光領域がアスペクト比（縦横
比）の大きな長方形となるため、照明光学系内のフライ
アイレンズの各レンズエレメントの形状もそれに合わせ
て長方形となり、その長辺方向については、短辺方向に
比べて配列できるレンズエレメントの数が減少してしま
う。これによって、フライアイレンズの各レンズエレメ
ントの長辺方向、即ち投影光学系の露光領域の長辺方向
については、形成される２次光源の数が減少し、干渉縞
による露光量むらを完全に無くすことが難しくなる。

【０００７】また、従来の走査型露光装置のフライアイ
レンズは、１段のフライアイレンズの場合でも、ダブル
・フライアイ方式の場合でも、フライアイレンズの各レ
ンズエレメントの配列方向はレチクル（ウエハについて
も同様）の走査方向に対応する方向に平行か、又は直交
する方向であったため、レーザ光源を使用した場合の干
渉縞は、ピッチ方向（明線と暗線との配列方向）が投影
光学系の露光領域の長辺方向と平行になるように形成さ
れる。このため、走査露光を行っても、ウエハ上で干渉
縞の照度は平均化されず、走査方向に直交する方向に干
渉縞と同じピッチで露光量むらが残存するため、転写さ
れる回路パターンの線幅が、露光領域内の位置によって
ばらついていた。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、照明光の可干渉
性が高い場合にウエハ上での露光量のむらを低減できる
走査露光型の露光方法、及び露光装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期移動して、その
マスクのパターンをその基板上に転写する露光方法にお
いて、互いに異なる入射角で複数の照明ビームをそのマ
スクに照射し、それら複数の照明ビームによって形成さ
れる干渉縞（２４）の配列方向と直交する方向と、その
マスクの移動方向（Ｙ方向）とを交差させるものであ
る。

【００１０】斯かる本発明によれば、干渉縞（２４）の
明部及び暗部の長手方向は、走査露光時のそのマスクの
移動方向に対して交差している（非平行となっている）
ため、そのマスク上の各点は照明領域を横切る際に干渉
縞（２４）の明部及び暗部を通過する。従って、いわば
露光量の積分、又は平滑化によってマスク上の各点での
露光量が均一化され、ひいてはその基板上での露光量む
らが低減される。

【００１１】また、本発明による第１の露光装置は、マ
スク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを同期移動して、そのマスク
のパターンをその基板上に転写する露光装置において、
複数の光源像（２３）を形成するオプティカル・インテ
グレータ（３１）を有し、それら複数の光源像からそれ
ぞれ射出される光束をそのマスクに照射する照明光学系
（１，２，３，４Ａ，５，４Ｂ，６，７）を備え、その
照明光学系内の複数の光源像（２３）の配列方向を、そ
のマスクの移動方向と直交する方向に対応する軸（ｘ
軸）に対して傾けるものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、それら複数の光源
像（２３）からの光束によって形成される干渉縞の配列
方向もそのマスクの移動方向と直交する方向に対応する
軸（ｘ軸）に対して傾斜するため、本発明の露光方法が
使用できる。即ち、走査露光によって露光量が干渉縞の
配列方向に積分されるため、露光量むらが低減される。

【００１３】この場合、そのオプティカル・インテグレ
ータ（３６）を複数のレンズエレメント（３６ａ）より
形成し、その照明光学系内で複数の光束を互いに異なる
入射角でそのオプティカル・インテグレータ（３６）に
照射すると共に、その各レンズエレメント（３６ａ）に
よって形成される少なくとも２つの光源像（２８；３
９）の配列方向をその軸（ｘ軸）に対して傾けるように
してもよい。これは、そのオプティカル・インテグレー
タ（３６）の前段に更に別のオプティカル・インテグレ
ータ（３３）、又は光束分岐光学系（３８）等を配置し
て、各レンズエレメント（３６ａ）毎に複数の光源像を
形成させることを意味する。これによって照度分布の均
一性が向上するが、複数の光源像によってマスク
（Ｒ）、ひいては基板（Ｗ）上に干渉縞が形成される。
本発明では、この干渉縞の配列方向もそのマスクの移動
方向に直交する方向に対して傾斜しているため、走査露
光後の露光量が均一化される。

【００１４】また、本発明の第２の露光装置は、マスク
（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装置に
おいて、互いに異なる入射角で複数の照明ビームをマス
ク（Ｒ）に照射する照明光学系と、それら複数の照明ビ
ームに対してマスク（Ｒ）を相対移動するのに同期し
て、マスク（Ｒ）から射出される複数の照明ビームに対
して基板（Ｗ）を相対移動する走査システム（８〜１
６）とを備え、それら複数の照明ビームによってマスク
（Ｒ）上に形成される干渉縞（２４）の配列方向と直交
する方向と、そのマスクの移動方向（Ｙ方向）とを交差
させるものである。

【００１５】斯かる本発明においても、そのマスク上に
形成される干渉縞の配列方向がそのマスクの移動方向に
直交する方向に対して傾斜するため、走査露光後の露光
量が均一化される。

【００１６】次に、本発明による第３の露光装置は、照
明光でマスク（Ｒ）を照明する照明光学系を有し、その
マスクと基板（Ｗ）とを同期して対応する走査方向（Ｙ
方向）に移動することによってそのマスクのパターンを
その基板上に転写する露光装置において、その照明光学
系は、それぞれその照明光の１個、又は複数個の光源像
を形成する複数のレンズエレメント（３１ａ）を束ねて
構成されるフライアイレンズ（３１）を備え、このフラ
イアイレンズの複数のレンズエレメント（３１ａ）の配
列方向がその走査方向と直交する方向（非走査方向）に
対応する方向（ｘ方向）に対して所定角度θだけ傾斜し
たものである。

【００１７】また、その所定角度θの実用的な範囲は１
°〜１５°程度である。斯かる本発明によれば、照明光
の可干渉性が高い場合にマスク及び基板上に生じる干渉
縞の明暗の縞の長手方向は、走査方向に対して角度θだ
け傾いたものとなる。この場合、その基板が静止した状
態では照度むらが生じていることになるが、走査露光型
ではその基板が照明光の露光領域（干渉縞）に対して走
査方向に移動しながら露光が行われる。そのため、その
基板上の一点に着目すると、この点は露光中に干渉縞の
明部、及び暗部を横切るため、この点に対する露光量
（積算露光量）は実質的に平滑化される。即ち、基板上
の全部の点の露光量は、走査露光によって干渉縞の明部
及び暗部の照度を積分した形で共通に平滑化されるた
め、その基板上での走査露光後の露光量のむらは極めて
少なくなる。これによって、基板上に転写される回路パ
ターンの線幅のばらつきも解消される。

【００１８】ここで、図２（Ｂ）を参照して、フライア
イレンズの各レンズエレメントの配列方向の傾斜の角度
θ、即ちマスク上での（基板上でも同様）走査方向（Ｙ
方向）に対する干渉縞（２４）の明暗の縞の長手方向の
角度θ（ｒａｄ）の望ましい範囲につき説明する。図２
（Ｂ）において、干渉縞（２４）の明暗のピッチをＰ、
マスク上での照明領域（２１）の走査方向（Ｙ方向：短
辺方向）の幅をＬＲとすると、マスク上の或る点（２
５）が走査露光時に照明領域（２１）を横切るまでに干
渉縞（２４）上でピッチ方向に移動する距離δＲは、近
似的に次のようになる。

【００１９】δＲ＝ＬＲ・θ （１）この距離δＲが干渉縞（２４）のピッチＰ以上であれ
ば、走査露光時に十分な平滑化効果を得ることができる
ため、角度θの下限は次のようになる。 δＲ＝ＬＲ・θ≧Ｐ（２）また、フライアイレンズの各レンズエレメントの配列方
向を傾斜させると、図２（Ｂ）の点線の輪郭（２６）で
示すように、例えば視野絞りで照明領域を設定する前の
照明光による照明領域の輪郭も角度θだけ傾斜したほぼ
矩形となっている。そこで、実際に視野絞りで設定する
照明領域（２１）も或る程度までは傾斜させても走査露
光には支障が無いが、投影光学系を使用する場合には、
照明領域（２１）が斜めになると広い有効視野が必要と
なって走査露光の利点が損なわれる。そこで、角度θは
十分な平滑化効果が得られている範囲で小さい方が良い
ことになる。一例として、（１）式の距離δＲはピッチ
Ｐの２０倍程度までであれば良く、角度θの上限は近似
的に次のようになる。

【００２０】δＲ＝ＬＲ・θ≦２０・Ｐ（３）（２）式、（３）式をまとめると、角度θの望ましい範
囲は近似的に次のようになる。Ｐ／ＬＲ≦θ≦２０・Ｐ／ＬＲ（４）実際の露光装置では、一例として基板上での露光領域の
走査方向の幅は７ｍｍ、干渉縞のピッチは１００μｍ程
度である。マスクから基板への投影倍率をβとすると、
（４）式の幅ＬＲは７／β（ｍｍ）、ピッチＰは１００
／β（μｍ）となるため、角度θの実用的な範囲は、
０．０１４≦θ（ｒａｄ）≦０．２８となる。これをｄ
ｅｇに換算すると、角度θの実用的な（望ましい）範囲
はほぼ１°〜１５°となる。

【００２１】次に、本発明による第４の露光装置は、照
明光でマスク（Ｒ）を照明する照明光学系を有し、その
マスクと基板（Ｗ）とを同期して対応する走査方向（Ｙ
方向）に移動することによってそのマスクのパターンを
その基板上に転写する露光装置において、その照明光学
系は、それぞれその照明光の１個、又は複数個の光源像
を形成する複数のレンズエレメント（３３ａ）を束ねて
形成される第１のフライアイレンズ（３３）と、この第
１のフライアイレンズからの照明光を集光してそれぞれ
例えば複数個の光源像を形成する複数のレンズエレメン
ト（３６ａ）を束ねて形成される第２のフライアイレン
ズ（３６）と、を備え、それら２つのフライアイレンズ
の少なくとも一方（３３）の複数のレンズエレメントの
配列方向がその走査方向と直交する方向に対応する方向
に対して所定角度θだけ傾斜しているものである。

【００２２】斯かる本発明においても、少なくとも一方
のフライアイレンズのレンズエレメントの配列方向の傾
斜によって、基板上の露光領域に形成される干渉縞のピ
ッチ方向が傾斜するため、走査露光による平滑化効果で
基板上での露光量むらが小さくなる。この場合も、角度
θの望ましい範囲は例えば（４）式で表されるが、その
実用的な範囲は１°〜１５°程度である。

【００２３】次に、本発明による第５の露光装置は、照
明光でマスク（Ｒ）を照明する照明光学系を有し、その
マスクと基板（Ｗ）とを同期して対応する走査方向（Ｙ
方向）に移動することによってそのマスクのパターンを
その基板上に転写する露光装置において、その照明光学
系は、その照明光を互いに異なる方向に進む２つの光束
（ＩＬａ，ＩＬｂ）に分岐する分岐光学系（３８）と、
この分岐光学系から供給される２つの光束よりそれぞれ
光源像を形成する複数のレンズエレメント（３６ａ）を
束ねて構成されるフライアイレンズ（３６）と、を備
え、分岐光学系（３８）によるその照明光の分岐方向が
その走査方向と直交する方向に対応する方向に対して所
定角度θだけ傾斜しているものである。

【００２４】斯かる本発明においても、その分岐光学系
（３８）の傾斜によって、基板上の露光領域に形成され
る干渉縞のピッチ方向が傾斜するため、走査露光による
平滑化効果で基板上での露光量むらが少なくなる。この
場合も、角度θの望ましい範囲は例えば（４）式で表さ
れるが、その実用的な範囲は１°〜１５°程度である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光装置の第
１の実施の形態につき図１〜図３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は本例の投影露
光装置を示し、この図１において、露光光源１から射出
された露光用の照明光ＩＬ０は、整形光学系２を通過し
て断面形状が所定の大きさのほぼ円形の照明光に整形さ
れる。そして、照明光ＩＬ０は光軸ＩＡＸに沿って照度
均一化ユニット３に入射する。本例の照度均一化ユニッ
ト３は、フライアイレンズ３１、及びこの射出面に配置
された開口絞り（σ絞り）３２より構成され、フライア
イレンズ３１を構成する複数のレンズエレメントの各射
出面にそれぞれ２次光源（光源像）が形成される。そし
て、これら複数の２次光源からの照明光を転写対象のレ
チクルＲに重畳して照射することによって、レチクルＲ
上での（ひいてはウエハＷ上での）照度分布が均一化さ
れる。

【００２６】また、フライアイレンズ３１の射出面、即
ち開口絞り３２の配置面は、レチクルＲのパターン面に
対する光学的フーリエ変換面（瞳面）となり、かつフラ
イアイレンズ３１の入射面はそのレチクルＲのパターン
面に対して実質的に共役となるように配置されている。
開口絞り３２は、一例として光軸を中心とする円形開口
が形成された絞りであるが、開口絞り３２は、小さい円
形開口、輪帯状の開口、及び光軸を中心として４個に分
割された開口等を有する他の複数の開口絞り（不図示）
と交換自在に配置されており、これらの開口絞りの切り
換えによって照明条件を、円形開口を用いる照明、輪帯
照明、又は４開口を使用する照明等に切り換えられるよ
うに構成されている。

【００２７】なお、露光光源１としては、ＫｒＦ（波長
２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、若しくはＦ
₂（波長：１５７ｎｍ）等のエキシマレーザ光源、ＹＡ
Ｇレーザの高調波発生装置、又は金属蒸気レーザ光源等
のように空間的な可干渉性の良い光束を発生するレーザ
光源が使用される。但し、水銀ランプのような露光光源
を使用する場合でも、ウエハ上に干渉縞が形成されるよ
うな場合には本発明が有効である。

【００２８】図１において、照度均一化ユニット３から
射出される照明光ＩＬ１は、第１のリレーレンズ４Ａ、
視野絞り（固定ブラインド）５、第２のリレーレンズ４
Ｂ、光路折り曲げ用のミラー６、及びコンデンサレンズ
７を介してレチクルＲのパターン面（下面）の長方形の
照明領域２１を照明する。視野絞り５の配置面はレチク
ルＲのパターン面とほぼ共役であり、視野絞り５の開口
の形状によってレチクルＲ上の照明領域が規定される。
なお、実際には視野絞り５の近傍に、視野絞り５の開口
を走査露光に同期して開閉するための可動視野絞り（可
動ブラインド）も配置されている。この可動視野絞りに
よって、走査露光の開始直後、及び終了直前にウエハ上
の不要な領域に照明光が照射されるのが防止される。

【００２９】レチクルＲ上の照明領域２１内のパターン
の像は、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリック
な投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは、１／４、
又は１／５等）で縮小されて、フォトレジストが塗布さ
れたウエハＷ上の長方形の露光領域２２に投影される。
この場合、露光光源１〜コンデンサレンズ７より照明光
学系が構成されており、ミラー６よりも前の照明光学系
の光軸ＩＡＸを、ミラー６で折り曲げた光軸が投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに合致している。以下、投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内
で走査露光時の走査方向（図１の紙面に平行な方向）に
Ｙ軸を取り、走査方向に直交する非走査方向（図１の紙
面に垂直な方向）にＸ軸を取って説明する。

【００３０】このとき、レチクルＲはレチクルステージ
８上に吸着保持され、レチクルステージ８はレチクルベ
ース９上でＹ方向に連続移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方
向、及び回転方向にレチクルＲの位置決めを行う。レチ
クルステージ８の端部に固定された移動鏡１０ｍ、及び
対応するレーザ干渉計１０によってレチクルステージ８
（レチクルＲ）の２次元的な位置が計測され、この計測
値、及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系１１か
らの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系１２
は例えばリニアモータ方式でレチクルステージ８の動作
を制御する。レーザ干渉計１０の計測値は主制御系１１
にも供給されている。

【００３１】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダ上
に吸着保持され、このウエハホルダは試料台１３上に固
定され、試料台１３はウエハステージ１４上に固定され
ている。試料台１３は、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ
方向の位置）、及び傾斜角の制御を行い、ウエハステー
ジ１４は、Ｙ方向に試料台１３を連続移動すると共に、
Ｘ方向、Ｙ方向に試料台１３をステップ移動する。試料
台１３の上端に固定された移動鏡１５ｍ及び対応するレ
ーザ干渉計１５によって試料台１３（ウエハＷ）の２次
元的な位置が計測され、この計測値、及び主制御系１１
からの制御情報に基づいてウエハステージ駆動系１６
が、例えばリニアモータ方式でウエハステージ１４の動
作を制御する。レーザ干渉計１５の計測値は主制御系１
１にも供給されている。主制御系１１は、露光光源１の
発光動作も制御している。

【００３２】走査露光時には、レチクルステージ８を介
してレチクルＲが照明領域２１に対して＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に所定速度ＶＲで移動するのに同期して、ウ
エハステージ１４を介してウエハＷ上の露光対象のショ
ット領域が露光領域２２に対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方
向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で移動する。そし
て、レチクルステージ８とウエハステージ１４との同期
が取れている区間内で、露光光源１の発光が行われる。

【００３３】次に、本例の照度均一化ユニット３の構成
等につき図２を参照して説明する。図２（Ａ）は、図１
の照度均一化ユニット３を開口絞り３２方向に見た図、
図２（Ｂ）は、図１のレチクルＲのパターン面の照明領
域２１を示す平面図であり、図２（Ｂ）の走査方向（Ｙ
方向）、及びこれに直交する非走査方向（Ｘ方向）に対
応する図２（Ａ）内の方向をそれぞれｙ方向、及びｘ方
向としている。

【００３４】図２（Ａ）に示すように、フライアイレン
ズ３１は、ほぼｘ方向（非走査方向）に細長い長方形の
断面形状の複数のレンズエレメント３１ａを、ほぼｘ方
向に３列、及びほぼｙ方向（走査方向）に９行〜１１行
密着して配列して形成され、各レンズエレメント３１ａ
の射出面にはそれぞれ１個の２次光源（光源像）２３が
形成される。この場合、フライアイレンズ３２の入射面
はレチクルＲのパターン面と実質的に共役であるため、
レンズエレメント３１ａの断面形状は、レチクルＲ上の
長方形の照明領域２１の共役像を覆う大きさであると共
に、その照明領域２１に対して概ね相似な長方形である
ことが要求される。

【００３５】また、各２次光源２３からの光束は可干渉
であるため、ほぼｘ方向、及びほぼｙ方向に離れた２次
光源２３同士からの光束の干渉によって、図２（Ｂ）の
照明領域２１には干渉縞２４が形成される。この場合、
干渉縞は、ほぼｙ方向に沿っても形成されるが、ｙ方向
には２次光源２３の個数が多いと共に、走査方向では積
分効果があるため、ほぼｙ方向に沿って形成される干渉
縞は殆ど問題にはならず、ほぼｘ方向に形成される干渉
縞２４が問題となる。

【００３６】本例では、その干渉縞２４の明暗のピッチ
方向が非走査方向（Ｘ方向）に平行にならないように、
図２（Ａ）に示すように、フライアイレンズ３１の各レ
ンズエレメント３１ａの断面の長手方向の配列方向を、
露光時の走査方向（ｙ方向）に直交する非走査方向（ｘ
方向）から所定の角度θだけ傾けて配置している。この
ように、フライアイレンズ３１の各レンズエレメント３
１ａの配列方向を傾けると、各レンズエレメント３１ａ
の射出面に形成される２次光源２３の配列方向も、ほぼ
ｘ方向に隣接する２次光源２３を結ぶ直線５１で示すよ
うに、ｘ方向に対して角度θだけ傾斜して配列される。

【００３７】そして、２次光源２３の配列がｘ方向から
角度θだけ傾斜している結果、図２（Ｂ）に示すよう
に、レチクルＲ上の照明領域２１内に形成される干渉縞
２４の明暗の縞の長手方向は走査方向（Ｙ方向）から角
度θだけ傾く。この場合、照明領域２１のＹ方向の幅を
ＬＲとすると、レチクルＲ上の任意の一点２５が、走査
露光時に照明領域２１を走査方向（Ｙ方向）に横切る際
に、干渉縞２４の明暗のピッチ方向に移動する距離δＲ
は、近似的にＬＲ・θ（（１）式参照）で表される。ま
た、干渉縞２４の明暗のピッチをＰとすると、その距離
δＲは、ほぼ１ピッチ（Ｐ）以上であれば、走査露光時
に積算される露光量のむらが極めて小さくなる。

【００３８】一方、フライアイレンズ３１の各レンズエ
レメント３１ａも傾いているため、図１の視野絞り５で
制限しない場合の照明領域は、図２（Ｂ）に点線の照明
領域２６で示すように、長手方向がＸ方向に対して角度
θだけ傾斜している。本例では、その照明領域２６から
図１の視野絞り５によって長手方向がＸ方向に平行な長
方形の照明領域２１を選択していることになる。従っ
て、角度θが大きくなる程、光量損失が増えるため、角
度θは距離δＲがほぼ２０ピッチ（２０・Ｐ）以下程度
の範囲で使用することが望ましい。この結果、角度θ
（ｒａｄ）の望ましい範囲は、（４）と同じくほぼ次の
ようになる。

【００３９】Ｐ／ＬＲ≦θ≦２０・Ｐ／ＬＲ（５）また、現状では代表的に、干渉縞２４のピッチＰをウエ
ハＷ上に換算した値は１００μｍ程度、照明領域２１の
Ｙ方向の幅をウエハＷ上に換算した値は７ｍｍ程度（即
ち、露光領域２２の幅）であるため、（５）式より角度
θの望ましい範囲はｄｅｇ換算で１°〜１５°程度とな
る。

【００４０】上記のように本例では、照明領域２１内の
干渉縞２４の明部及び暗部の長手方向がＹ方向から所定
の角度θだけ傾斜しているため、レチクルＲ上の各点
は、走査露光時に照明領域２１をＹ方向に横切る際に、
干渉縞２４のピッチ方向に１ピッチ以上相対移動する。
従って、レチクルＲ上の各点で積算される露光量は、干
渉縞２４の明部及び暗部の露光量を平均化した（即ち、
平滑化した）値となって、互いにほぼ同一レベルとな
る。これはウエハＷ上の各点についても同様であるた
め、本例では走査露光後のウエハＷ上での露光量むらが
極めて少なくなり、その結果として、最終的に形成され
る回路パターンの線幅均一性が向上する。

【００４１】なお、上記の実施の形態では、図２（Ａ）
に示すように、フライアイレンズ３１の傾斜に応じて傾
いた元の照明領域２６から、図１の視野絞り５によって
長手方向がＸ方向となった照明領域２１を取り出してい
るが、照明領域２１自体を傾斜させてもよい。図３は、
元の照明領域２６の傾斜に合わせて、斜めに取り出した
照明領域２１Ａを示し、この図３において、照明領域２
１Ａは長手方向にはＸ方向に対して角度θだけ傾斜して
おり、その走査方向に沿った辺はＹ軸に平行に設定され
ている。即ち、照明領域２１Ａは平行四辺形状であり、
照明領域２１ＡのＹ方向の幅ＬＲＡは、図２（Ｂ）の照
明領域２１の幅ＬＲよりも広くできる。また、走査露光
方式では、照明領域２１Ａのように或る程度傾斜してい
る領域を使用しても、特に不都合はなく、元の照明領域
２６の照明光の利用効率が向上する。但し、照明領域２
１Ａ自体が傾斜しているため、図１の投影光学系ＰＬの
有効視野を照明領域２１を使用する場合に比べて大きく
する必要がある。従って、投影光学系ＰＬの有効視野を
狭くしても大面積のパターンを露光できるというステッ
プ・アンド・スキャン方式の利点を活かすためには、照
明領域２１Ａの傾斜角はあまり大きくしない方が良い。

【００４２】次に、図４及び図５を参照して、本発明の
第２の実施の形態につき説明する。本例はダブル・フラ
イアイ方式の照度均一化ユニットに本発明を適用したも
のである。以下では、本例の照度均一化ユニットを、図
１の整形光学系２とリレーレンズ４Ａとの間に配置した
ものとして説明する。図４は、本例の照度均一化ユニッ
ト３Ａを示す一部を切り欠いた構成図であり、この図４
において、図１の整形光学系２からの照明光ＩＬ０は、
１段目のフライアイレンズ３３に入射し、フライアイレ
ンズ３３の射出面に形成される複数の２次光源からの光
束は、レンズ３４及びレンズ３５を経て２段目のフライ
アイレンズ３６に入射する。そして、フライアイレンズ
３６の射出面に形成される多数の２次光源からの光束の
内で、開口絞り３７の開口を通過した照明光ＩＬ１が図
１のリレーレンズ４Ａに向かう。

【００４３】本例においても、２段目のフライアイレン
ズ３６の射出面（開口絞り３７の配置面）は、図１のレ
チクルＲのパターン面に対する瞳面であり、かつフライ
アイレンズ３６の入射面はそのパターン面とほぼ共役で
ある。更に、１段目のフライアイレンズ３３の射出面は
２段目のフライアイレンズ３６の入射面に対する瞳面で
あり、かつフライアイレンズ３３の入射面はフライアイ
レンズ３６の入射面とほぼ共役である。

【００４４】図５（Ａ）は、図４の照度均一化ユニット
３Ａ内のフライアイレンズ３３をレンズ３４方向に見た
図、図５（Ｂ）は、図４のフライアイレンズ３６を開口
絞り３７方向に見た図、図５（Ｃ）は、本例の照度均一
化ユニット３Ａを用いた場合の図１のレチクルＲのパタ
ーン面の照明領域２１を示す平面図であり、図５（Ｃ）
の走査方向（Ｙ方向）、及びこれに直交する非走査方向
（Ｘ方向）に対応する図５（Ａ），（Ｂ）内の方向をそ
れぞれｙ方向、及びｘ方向としている。

【００４５】図５（Ａ）に示すように、１段目のフライ
アイレンズ３３は、断面形状がほぼｙ方向に細長い長方
形のレンズエレメント３３ａを複数個（本例では７個）
ほぼｘ方向に密着して配列して形成され、各レンズエレ
メント３３ａの射出面にはそれぞれ１個の２次光源２７
が形成される。また、図５（Ｂ）に示すように、２段目
のフライアイレンズ３６は、ｘ方向に細長い長方形の断
面形状の複数のレンズエレメント３６ａを、ｘ方向、及
びｙ方向に密着して配列して形成され、各レンズエレメ
ント３６ａの射出面にはそれぞれ１段目のフライアイレ
ンズ３６のレンズエレメントと同じ個数の２次光源２８
が形成される。本例でも、フライアイレンズ３６の入射
面はレチクルＲのパターン面と実質的に共役であるた
め、各レンズエレメント３６ａの断面形状は、レチクル
Ｒ上の長方形の照明領域２１の共役像を覆う大きさであ
ると共に、その照明領域２１に対して概ね相似な長方形
となっている。このように、本例のフライアイレンズ３
６の各レンズエレメントの配列方向はｘ方向、ｙ方向に
一致させてある。

【００４６】これに対して、図５（Ａ）に示すように、
１段目のフライアイレンズ３３のレンズエレメント３３
ａの配列方向は、ｘ方向（非走査方向）から所定の角度
θだけ傾けてある。この結果、各レンズエレメント３３
ａの射出面に形成される２次光源２７の配列方向も、隣
接する２次光源２７を結ぶ直線５２で示すように、ｘ方
向に対して角度θだけ傾斜して配列される。

【００４７】このように１段目の２次光源２７の配列方
向が角度θだけ傾斜しているため、図５（Ｂ）に示すよ
うに、２段目のフライアイレンズ３６の各レンズエレメ
ント３６ａの射出面に形成される複数の２次光源２８の
配列方向も、各レンズエレメント内で隣接する２次光源
を結ぶ直線５３で示すように、ｘ方向に対して角度θだ
け傾斜する。これによって、図５（Ｃ）に示すように、
レチクルＲ上の幅ＬＲの照明領域２１内に形成されるピ
ッチＰの干渉縞２４の明暗の縞の長手方向は走査方向
（Ｙ方向）から角度θだけ傾く。また、角度θの範囲
は、（５）式を満たすように設定されている。

【００４８】この結果、レチクルＲ上の任意の一点２５
は、走査露光時に照明領域２１をＹ方向に横切る際に、
干渉縞２４のピッチ方向に１ピッチ以上相対移動するこ
とになり、積算された露光量は平滑化される。即ち、走
査露光後のレチクルＲ上の各点での露光量、ひいてはウ
エハＷ上の各点での露光量は互いにほぼ同一レベルとな
り、露光量むらは極めて小さくなる。

【００４９】なお、本例では、ダブルフライアイ方式に
おいて、１段目のフライアイレンズ３３の配列方向を回
転しているが、その代わりに２段目のフライアイレンズ
３６の配列方向を回転するようにしてもよい。次に、図
６を参照して、本発明の第３の実施の形態につき説明す
る。本例は光束分岐光学系を備えた照度均一化ユニット
に本発明を適用したものである。以下では、本例の照度
均一化ユニットを、図１の整形光学系２とリレーレンズ
４Ａとの間に配置したものとして説明する。

【００５０】図６（Ａ）は、本例の照度均一化ユニット
３Ｂを示す一部を切り欠いた構成図であり、この図６
（Ａ）において、図１の整形光学系２からの照明光ＩＬ
０は、光束分岐光学系としての射出面３８ａ，３８ｂが
山型に傾斜したプリズム３８に入射する。プリズム３８
の光束の分岐方向は非走査方向に対応するｘ方向にほぼ
平行になっており、プリズム３８によって交差するよう
に分岐された第１及び第２の光束ＩＬａ，ＩＬｂは、フ
ライアイレンズ３６に交差するように入射する。そし
て、フライアイレンズ３６の射出面に形成される多数の
２次光源からの光束の内で、開口絞り３７の開口を通過
した照明光ＩＬ１が図１のリレーレンズ４Ａに向かう。

【００５１】本例においても、フライアイレンズ３６の
射出面（開口絞り３７の配置面）は、図１のレチクルＲ
のパターン面に対する瞳面であり、かつフライアイレン
ズ３６の入射面はそのパターン面とほぼ共役である。図
６（Ｂ）は、図６（Ａ）の照度均一化ユニット３Ｂを開
口絞り３７方向に見た拡大図であり、この図６（Ｂ）に
おいて、プリズム３８の輪郭は縮小して示してある。本
例のフライアイレンズ３６は、ｘ方向に細長い長方形の
断面形状の複数のレンズエレメント３６ａを、ｘ方向、
及び走査方向に対応するｙ方向に密着して配列して形成
され、各レンズエレメント３６ａの射出面にはそれぞれ
プリズム３８によって分岐された光束と同じ個数（２
個）の２次光源３９が形成される。このように、本例の
フライアイレンズ３６の各レンズエレメントの配列方向
はｘ方向、ｙ方向に一致させてある。

【００５２】これに対して、プリズム３８の光束の分岐
方向は、ｘ方向（非走査方向）から所定の角度θだけ傾
けてある。この結果、フライアイレンズ３６の各レンズ
エレメント３６ａの射出面に形成される２次光源３９の
配列方向も、隣接する２次光源を結ぶ直線５５で示すよ
うに、各レンズエレメント内でｘ方向に対して角度θだ
け傾斜する。これによって、図１のレチクルＲ上の照明
領域２１内に形成される干渉縞の明暗の縞の長手方向は
走査方向（Ｙ方向）から角度θだけ傾く。また、角度θ
の範囲は、（５）式を満たすように設定されている。

【００５３】この結果、走査露光後のレチクルＲ上の各
点での露光量、ひいてはウエハＷ上の各点での露光量は
平滑化されて互いにほぼ同一レベルとなり、露光量むら
は極めて少なくなる。なお、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
構成を取り得ることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、マスク、ひ
いては基板（ウエハ）上に形成される干渉縞の明暗の長
手方向がマスクの移動方向に対して交差するため、走査
露光中に積算される露光量が平滑化される。従って、基
板上での露光量むらが極めて少なくなり、最終的に基板
上に形成される回路パターンの線幅の均一性が向上する
利点がある。

【００５５】次に、本発明の第１、又は第２の露光装置
によれば、マスク、ひいては基板（ウエハ）上に形成さ
れる干渉縞の明暗の長手方向がマスクの移動方向に対し
て交差するため、本発明の露光方法が使用できて、走査
露光中に積算される露光量が平滑化される。また、本発
明の第３、第４、又は第５の露光装置によれば、マス
ク、ひいては基板（ウエハ）上に形成される干渉縞の明
暗の長手方向が走査方向（移動方向）に対して所定角度
傾斜するため、本発明の露光方法が使用できて、走査露
光中に積算される露光量が平滑化される。従って、基板
上での露光量むらが極めて少なくなり、最終的に基板上
に形成される回路パターンの線幅の均一性が向上する利
点がある。

【００５６】また、その干渉縞が傾斜する角度を１°〜
１５°程度に設定する場合には、走査露光による露光量
の平滑化効果を十分受けることができると共に、照明光
の損失が少ない利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。

【図２】（Ａ）は、図１の照度均一化ユニット３を開口
絞り３２方向に見た図、（Ｂ）は図１のレチクルＲ上の
照明領域２１を示す平面図である。

【図３】レチクル上の照明領域の変形例を示す平面図で
ある。

【図４】本発明の第２の実施の形態の照度均一化ユニッ
トを示す一部を切り欠いた構成図である。

【図５】（Ａ）は図４の照度均一化ユニットをＡＡ線に
沿って見た図、（Ｂ）は図４の照度均一化ユニットをＢ
Ｂ線に沿って見た図、（Ｃ）は第２の実施の形態におけ
るレチクル上の照明領域を示す平面図である。

【図６】（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の照度均
一化ユニットを示す一部を切り欠いた構成図、（Ｂ）は
図６（Ａ）を開口絞り３７方向に見た拡大図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＷウエハＰＬ投影光学系１露光光源２整形光学系３，３Ａ，３Ｂ照度均一化ユニット４Ａ，４Ｂリレーレンズ５視野絞り（固定ブラインド）８レチクルステージ１４ウエハステージ２１レチクル上の照明領域２２ウエハ上の露光領域３１，３３，３６フライアイレンズ３２，３７開口絞り３８プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクと基板とを同期移動して、前記マ
スクのパターンを前記基板上に転写する露光方法におい
て、互いに異なる入射角で複数の照明ビームを前記マスクに
照射し、前記複数の照明ビームによって形成される干渉
縞の配列方向と直交する方向と、前記マスクの移動方向
とを交差させることを特徴とする露光方法。
【請求項２】マスクと基板とを同期移動して、前記マ
スクのパターンを前記基板上に転写する露光装置におい
て、複数の光源像を形成するオプティカル・インテグレータ
を有し、前記複数の光源像からそれぞれ射出される光束
を前記マスクに照射する照明光学系を備え、前記照明光学系内の前記複数の光源像の配列方向を、前
記マスクの移動方向と直交する方向に対応する軸に対し
て傾けることを特徴とする露光装置。
【請求項３】前記オプティカル・インテグレータは複
数のレンズエレメントからなり、前記照明光学系内で複数の光束が互いに異なる入射角で
前記オプティカル・インテグレータに照射されると共
に、前記各レンズエレメントによって形成される少なくとも
２つの光源像の配列方向が前記軸に対して傾けられるこ
とを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】マスクのパターンを基板上に転写する露
光装置において、互いに異なる入射角で複数の照明ビームを前記マスクに
照射する照明光学系と、前記複数の照明ビームに対して前記マスクを相対移動す
るのに同期して、前記マスクから射出される複数の照明
ビームに対して前記基板を相対移動する走査システムと
を備え、前記複数の照明ビームによって前記マスク上に形成され
る干渉縞の配列方向と直交する方向と、前記マスクの移
動方向とを交差させることを特徴とする露光装置。
【請求項５】照明光でマスクを照明する照明光学系を
有し、前記マスクと基板とを同期して対応する走査方向
に移動することによって前記マスクのパターンを前記基
板上に転写する露光装置において、前記照明光学系は、それぞれ前記照明光の光源像を形成
する複数のレンズエレメントを束ねて構成されるフライ
アイレンズを備え、該フライアイレンズの前記複数のレンズエレメントの配
列方向が前記走査方向と直交する方向に対応する方向に
対して１°〜１５°傾斜していることを特徴とする露光
装置。
【請求項６】照明光でマスクを照明する照明光学系を
有し、前記マスクと基板とを同期して対応する走査方向
に移動することによって前記マスクのパターンを前記基
板上に転写する露光装置において、前記照明光学系は、それぞれ前記照明光の光源像を形成
する複数のレンズエレメントを束ねて形成される第１の
フライアイレンズと、該第１のフライアイレンズからの照明光を集光してそれ
ぞれ光源像を形成する複数のレンズエレメントを束ねて
形成される第２のフライアイレンズと、を備え、前記２つのフライアイレンズの少なくとも一方の前記複
数のレンズエレメントの配列方向が前記走査方向と直交
する方向に対応する方向に対して１°〜１５°傾斜して
いることを特徴とする露光装置。
【請求項７】照明光でマスクを照明する照明光学系を
有し、前記マスクと基板とを同期して対応する走査方向
に移動することによって前記マスクのパターンを前記基
板上に転写する露光装置において、前記照明光学系は、前記照明光を互いに異なる方向に進
む２つの光束に分岐する分岐光学系と、該分岐光学系から供給される２つの光束よりそれぞれ光
源像を形成する複数のレンズエレメントを束ねて構成さ
れるフライアイレンズと、を備え、前記分岐光学系による前記照明光の分岐方向が前記走査
方向と直交する方向に対応する方向に対して１°〜１５
°傾斜していることを特徴とする露光装置。