WO2000057459A1 - Méthode d'exposition et dispositif correspondant - Google Patents

Description

明 細 書 露光方法及び装置 技術分野

本発明は、 被照射面での照度分布を均一化するためのオプティカル · インテグレー夕 （ホモジナイザー） を備えた照明光学装置に関し、 特に 半導体素子、 撮像素子 （C C D等） 、 液晶表示素子、 又は薄膜磁気へッ ド等のデバイスを製造するためのフォトリソグラフイエ程で使用される 露光装置の照明光学系に使用して好適なものである。 背景技術

現在、 マイクロ · プロセッサ及び D R A M等の各種半導体集積回路を 量産するためのフォトリソグラフイエ程中で、 マスクとしてのレチクル のパターンを基板としてのフォトレジストが塗布されたゥェ八 （又はガ ラスプレート等） 上に転写する際に一括露光型、 又は走査露光型等の露 光装置が使用されている。 この種の露光装置は、 レチクルを露光用の照 明光 （露光光） を用いて照明する照明光学系と、 レチクルを通過した露 光光よりウェハ上にレチクルパターンの例えば縮小像を形成する投影光 学系と、 ウェハのフォーカシング及び位置決めを行うウェハステージと を備えている。 そして、 照明光学系には、 照度分布の均一性を高めるた めにフライアイ ·インテグレー夕等のオプティカル ·インテグレー夕が 備えられている。

この種の露光装置を用いてウェハ上にレチクルパターンを転写する際 には、 解像度を高めることと共に、 転写される回路パターンの各部の線 幅の均一性を高めることが要求されている。 即ち一つの回路チップ内で の線幅均一性は、 特にマイクロ · プロセッサを始めとするロジック系の デバイスにおいて安定した高速動作を得るために重要であり、 その要求 精度はデバイス性能の向上に伴い非常に厳しくなつている。 従って、 線 幅均一性の向上は露光装置にとって重要な課題である。 この線幅均一性 を決定する要因としては、 レジスト塗布時の厚さの均一性、 現像の均一 性、 及びエッチング工程の正確さと共に、 露光工程でフォ トレジスト上 に転写されるレチクルパターンの像による露光量分布の均一性、 及びそ の像のデフォーカス量がある。

以下では、 その回路線幅と露光量分布との関係につき説明する。 例え ばポジ型のレジス卜を用いる場合、 或る部分で露光量が増大すると、 現 像後に溶解されるレジスト （この部分の下地パターンがエッチングによ つて除去される） の幅が増大するため、 エッチング後にその部分に形成 される回路パターンの線幅は減少する。 一方、 ネガ型のレジストを用い る場合、 或る部分で露光量が増大すると、 現像後に溶解されるレジスト の幅が減少するため、 エッチングによってその部分に形成される回路パ ターンの線幅は太くなる。 よって、 例えば露光領域内において露光光の 照度むらが存在する場合、 ゥェ八上の露光対象のショッ ト領域内の位置 に応じて露光量むらが生じ、 結果として回路線幅のばらつきが生じるこ とになる。

上記の如く、 ウェハ上に形成される回路パターンの線幅均一性は、 露 光工程において露光量分布の均一性が悪化するとそれに応じて悪化する, 実際に露光工程で稼働している露光装置においては、 露光量分布の均一 性を悪化させる様々な要因が存在する。 これらは主に光学系に起因する 要因と、 システム制御精度に起因する要因とに分けられ、 光学系に起因 する要因は、 更に露光ショッ ト内においてマクロな線幅ばらつきを生じ る要因と、 ミクロな線幅ばらつきを生じる要因とに分けられる。 前者の 例としては、 投影光学系の各種収差、 露光光としてのパルスレーザのパ ルス毎のエネルギーのばらつき、 露光光の断面内の照度分布のばらつき、 及び露光光の位置毎のコヒーレンスファク夕のばらつき等があり、 後者 の主な例としては露光光が可干渉性を有する場合に発生するスペックル パターンや干渉縞がある。

これに関して、 回路パターンの微細化に伴い露光光の短波長化が進み、 最近では露光光として K r F (波長 2 4 8 n m) 、 更には A r F (波長 1 9 3 n m) 等のエキシマレーザ光の使用が通常のこととなっている。 このように露光光として高い可干渉性を有するパルスレーザビーム （パ ルス光） を使用する場合に、 照明光学系中のオプティカル ·インテグレ 一夕として例えばフライアイ · インテグレ一夕を使用すると、 フライア ィ ·インテグレ一夕を構成する複数のレンズエレメントを通過した光束 がレチクル上、 ひいてはウェハ上で重ね合わされて干渉縞が発生してし まう。

但し、 通常はウェハ上の任意の 1点は、 数十パルス以上のパルス光で 露光され、 且つ各パルス光における干渉縞の位置は、 フライアイ ' イン テグレー夕の前方に配置された振動ミラ一によって変化すると共に、 走 查露光の場合は走査自体によっても干渉縞の位置が相対的に変わるため、 実露光時には干渉縞のコントラストは十分下がっている。 また、 可干渉 性低減のために光遅延機構を導入し、 更なる干渉縞低減を実現している 露光装置もある。 従って、 現状の回路形成プロセスにおいて、 干渉縞が 許容範囲以上の線幅のばらつきを生じることはない。

しかしながら、 今後半導体集積回路の微細化、 高集積化が一層進むと、 線幅ばらつきの許容範囲は次第に狭くなる。 また、 露光光の短波長化が 進むと、 硝材が制限されて色消しが困難になるため、 色収差低減の観点 から露光光としてのレーザビームが更に狭帯化され、 その結果として時 間的コヒ一レンスも更に高くなって干渉縞がより生じやすくなり、 干渉 縞による線幅ばらつきが無視できなくなる恐れがある。 更に、 パルスレ —ザのパルス間のエネルギーばらつきが改善されてくると、 最小露光パ ルス数が低く設定されるようになり、 パルス積算による干渉縞のコント ラスト低減効果が十分に見込めなくなってくる。 従って、 干渉縞の発生 を抑制する手法の開発は重要である。

本発明は斯かる点に鑑み、 可干渉性を有する照明光を使用して露光を 行う場合に、 基板上での照明光による干渉縞の発生を抑制して、 線幅均 一性を向上できる露光方法を提供することを第 1の目的とする。

更に本発明は、 可干渉性を有する照明光を使用する場合に被照射面で の照明光による干渉縞の発生を抑制できる照明光学装置を提供すること を第 2の目的とする。

また、 本発明は、 そのような照明光学装置を備えて転写対象の基板上 での照度分布の均一性を向上できる露光装置を提供することを第 3の目 的とする。

また本発明は、 そのような露光方法を使用して高機能のデバイスを製 造できるデバイスの製造方法を提供することをも目的とする。 発明の開示

本発明による露光方法は、 照明光よりオプティカル ·インテグレ一夕 ( 7 ) を介して複数の光源像を形成し、 この複数の光源像からの照明光 で所定のパターン （ 1 3 ) を重畳的に照明し、 そのパターンを基板 （ 1 8 ) 上に転写する露光方法において、 そのオプティカル ·インテグレ一 夕によって形成されるその複数の光源像の内で所定方向に隣接する 2つ の光源像からの照明光の強度分布又は位相分布を互いに異ならしめるも のである。 斯かる本発明によれば、 その照明光が可干渉性 （空間コヒーレンス） を有する場合、 その所定方向とは、 隣接する 2つの光源像の間隔が最も 狭く、 可干渉性の最も大きい方向であるか、 又は干渉縞の発生をできる だけ抑制したい方向 （例えば走査露光を行うときには非走査方向） であ る。 そして、 例えばその 2つの光源像を形成する 2つの光束が通過する 位置にフィルタ等を設置して、 2つの光束の強度分布又は位相分布を互 いに異なるようにすると、 その 2つの光源像からの光束間の可干渉性が 低下して、 その所定方向に対する基板上での干渉縞のコントラス卜又は フイネスが低下する。 即ち、 干渉縞の発生が抑制される。 また、 そのォ プティカル ·インテグレー夕がフライアイ ·インテグレー夕であるとき には、 これを構成する複数のレンズエレメント内のその所定方向に隣接 する複数のレンズエレメン卜からの光束間の可干渉性が低下して、 干渉 縞の発生が抑制される。 なお、 隣接する 2つの光源像とは、 1つの光源 像どうしに限られるものではなく、 2以上の光源像からなる光源像群を 含むものであってもよく、 例えば 2つの光源像群からの照明光の強度分 布又は位相分布が互いに異なるようにフィル夕等を設置してもよい。 次に、 本発明による照明光学装置は、 照明光より複数の光源像を形成 するオプティカル ·インテグレー夕 （7 ) と、 このオプティカル ·イン テグレー夕を通過した照明光を被照射面に導くコンデンサ光学系 （9 , 1 1 ) とを備えた照明光学装置において、 そのオプティカル ·インテグ レ一夕の入射面の近傍で、 その複数の光源像の内の所定方向に隣接する 2つの光源像に対応する 2つの領域 （ 1 0 0 c , 1 0 0 d ) を通過する 照明光の強度分布又は位相分布を互いに異ならしめる光学フィル夕 （ 1 0 0 ) を設置したものである。

斯かる本発明によれば、 その光学フィル夕によってその 2つの領域を 通過する照明光の強度分布又は位相分布を例えばそれぞれランダムに変 えることによって、 それらの強度分布又は位相分布は互いに異なるよう になって、 その 2つの領域からの照明光による干渉縞の発生が容易に抑 制される。

この際に、 干渉縞の発生を更に抑えるために、 オプティカル ·ィンテ グレー夕の前方、 即ちオプティカル · インテグレー夕に対してその入射 面側に振動ミラーを配置したり、 走査露光と併用してもよい。

この場合、 そのオプティカル ·インテグレー夕 （7 ) が複数のレンズ エレメント （7 a ) を束ねて形成されるフライアイ ·インテグレー夕で あるときに、 その光学フィルタは、 一例としてその複数のレンズエレメ ン卜の内のその所定方向に隣接する 2つのレンズエレメントに入射する 照明光の光路上に配置された 2つのフィルタ要素 （ 1 0 0 a , 1 0 0 b ) を有し、 この 2つのフィル夕要素は、 それぞれ所定形状の領域内にこの 領域よりも十分に小さい面積を持ち、 背景の領域に対して照明光の強度 又は位相を変化させる複数のパターン 'ユニッ ト （S D ) を互いに異な る配列で配置したものである。 このとき、 そのパターン 'ユニッ ト （微 小な遮光パターン、 ハーフトーンパターン、 位相シフ夕等） の配列を例 えばランダムに設定するだけで、 容易に強度分布や位相分布を変えるこ とができる。

また、 その光学フィル夕を構成する複数のフィル夕要素の内で、 その 照明光の空間コヒ一レンス長の 2倍を直径とする円形の領域 （2 6 ) に 実質的に収まる複数のフィル夕要素 （ 1 0 1 A〜 1 0 1 R ) は、 互いに 異なることが望ましい。 これによつて、 その空間コヒーレンス長より狭 い間隔のレンズエレメントを通過した光束間の可干渉性が低下するため、 光学フィル夕の構造をあまり複雑化することなく、 干渉縞をより少なく することができる。

また、 その被照射面と実質的にフ一リェ変換の関係となる所定面上で のその照明光の光量分布を可変とする光学装置を更に備え、 その光学フ ィル夕 （ 1 0 2 ) を構成する複数のフィルタ要素は、 その光量分布に応 じてそれぞれこのフィル夕要素を通過する照明光の強度分布又は位相分 布を設定することが望ましい。

また、 その所定方向は少なくともそのレンズエレメン卜の配列ピッチ が最短となる方向を含むことが望ましい。

次に、 本発明による露光装置は、 上記の本発明による照明光学装置で マスクを照明し、 このマスクのパ夕一ンを基板上に転写するものである, 本発明によってその基板上には干渉縞が生じにくいため、 露光量分布の 均一性が向上し、 最終的にその基板上に形成される回路パターンの線巾, 均一性が向上する。

この場合、 そのパターンをその基板上に転写するために、 その照明光 に対してそのマスクとその基板とをそれぞれ相対移動し、 その所定方向 は少なくともそのマスクの移動方向と交差する方向を含むことが望まし い。

また、 本発明によるデバイスの製造方法は、 本発明の露光方法により マスクに形成されたそのパターンをその基板上に転写する工程を含むも のである。 斯かる本発明よれば、 本発明の露光方法によりそのパターン を転写するため、 線幅均一性に優れた高機能の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は、 本発明の実施の形態の一例の投影露光装置を示す概略構成図 である。 図 2は、 図 1のレチクル 1 3の照明領域を示す斜視図である。 図 3 ( a ) は、 フライアイ · インテグレー夕 7の多数のレンズエレメン 卜の配置の一例を示す図、 図 3 ( b ) はその配置によって照明領域に形 成される干渉縞の一例を示す図である。 図 4は、 フライアイ ·インテグ レ一夕 7の入射面近傍にフィル夕 1 0 0を配置する状態を示す斜視図で ある。 図 5は、 フィル夕 1 0 0を構成する一つのフィル夕要素 1 0 0 a の遮光パターンの一例を示す図である。 図 6は、 そのフィル夕要素 1 0 0 aに対して複数の遮光ドッ トパ夕一ンをランダムに配置する際の配列 の決定方法の一例を示す図である。 図 7は、 走査露光型の投影露光装置 用のフィル夕の一つのフィル夕要素 1 0 0 aにおける遮光ドットパ夕一 ンの配列方法の一例を示す図である。 図 8は、 空間的コヒ一レンス長を 考慮した場合のフィル夕 1 0 1の遮光パターンの配置の一例を示す図で ある。 図 9は、 コヒ一レンスファクタ （σ値） の小さい照明光学系に対 して有効なフィルタ 1 0 2の遮光パターンの配置の一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の好適な実施の形態の一例につき図面を参照して説明す る。 まず、 本発明の光学フィル夕に対応する遮光型のフィル夕を備えた ステップ · アンド · スキャン方式の投影露光装置について説明する。 図 1は本例の投影露光装置を示す概略構成図であり、 この図 1におい て、 露光光源 1としては、 一例として発振波長が 1 9 3 n mの付近で狭 帯化された A r Fエキシマレーザが使用されており、 露光時には露光光 源 1から可干渉性の高いパルスレーザ光よりなる露光用の照明光 （露光 光） I Lが射出される。 但し、 照明光 I Lとして、 K r Fエキシマレ一 ザ光 （波長 2 4 8 n m) 、 F ₂ レーザ光 （波長 1 5 7 n m) 、 Y A Gレ 一ザの高調波、 又は半導体レーザ光の高調波等の可干渉性を有する光束 を使用する場合にも本発明は適用される。

露光光源 1から射出された照明光 I Lは、 光路を鉛直上方に折り曲げ るミラー 2で反射された後、 レンズ 3 a , 3 bよりなるビーム整形光学 系 3によって断面形状が整形されて振動ミラ一 4に入射する。 振動ミラ 一 4は、 駆動部 4 aによって所定周期で光軸を中心として振動している。 振動ミラ一4で反射された照明光 I Lは、 後述の照度補正フィル夕 2 0 0、 及び本発明の光学フィル夕に対応する遮光型のフィル夕 1 0 0を通 過して、 オプティカル ·インテグレ一夕 （ホモジナイザー） としての多 数のレンズエレメントを束ねて構成されるフライアイ · インテグレー夕 (フライアイレンズ） 7に入射し、 その射出側の面に多数の光源像が形 成される。 これらの光源像から発散する光束は、 照明系の開口絞り 8に 設けられた円形開口によりその断面の形状及び大きさが制限された後、 第 1コンデンサレンズ 9及び第 2コンデンサレンズ群 1 1からなるコン デンサ光学系により集光され、 露光用の照明光 I Lとしてレチクル 1 3 のパターン面 （下面） の細長い照明領域 2 1 (図 2参照） を照明する。

このとき、 第 2コンデンサレンズ群 1 1の中間付近には、 光路折り曲 げ用のミラー 1 が挿入されており、 第 1コンデンサレンズ 9と第 2コ ンデンサレンズ群 1 1 との間には、 視野絞り （固定ブラインド） 1 0が、 レチクル 1 3のパターン面と共役となるような位置に配置され、 視野絞 り 1 0がそのパターン面の照明領域を決定している。 更に、 走査露光の 開始時及び終了時に、 それぞれ被露光基板に対する不要な露光を防止す るために、 不図示であるが、 視野絞り 1 0の近傍には、 ステージ系の動 作に同期して開口を開閉する機能を備えた可動ブラインドも設置されて いる。 また、 開口絞り 8の配置面 P 3は、 レチクル 1 3のパターン面に 対する光学的フーリエ変換面、 又はこの近傍に設定されている。 なお、 オプティカル ·インテグレ一夕として、 フライアイ ·インテグレー夕以 外にガラス口ッ ド （ロッド ·ィンテグレー夕や内面反射型ィンテグレ一 夕） の使用も考えられる。

照明光 I Lのもとで、 レチクル 1 3の照明領域内のパターンの像が、 投影光学系 1 4を介して投影倍率 3 ( 3は例えば 1 / 4 , 1 Z 5等） で、 フォトレジス卜が塗布されたウェハ 1 8の露光対象のショッ ト領域上に 投影される。 投影光学系 1 4内のレチクル 1 3のパターン面に対する光 学的なフーリエ変換面 （瞳面） P 2上には開口数を規定する開口絞り 1 5が設置されている。 以下、 投影光学系 1 4の光軸 A Xに平行に Z軸を 取り、 Z軸に垂直な平面内で図 1の紙面に平行に X軸を、 図 1の紙面に 垂直に Y軸を取って説明する。 図 2に示すように、 本例のレチクル 1 3 に対する照明領域 2 1は、 X方向に細長い長方形であり、 走査露光時に レチクル 1 3は照明領域 2 1に対して士 Y方向 （走査方向） に定速移動 する。

図 1に戻り、 レチクル 1 3は、 このレチクル 1 3を Y方向に定速で移 動するレチクルステ一ジ R S T上に保持され、 レチクルステージ R S T の位置は不図示のレーザ干渉計によって計測されている。 一方、 ウェハ 1 8は、 不図示のウェハホルダを介してウェハステージ W S T上に保持 されている。 ウェハステージ W S Tの X Y平面内での位置は不図示のレ 一ザ干渉計によって計測され、 ウェハステージ W S Tは、 オートフォー カス方式でウェハ 1 8の表面を投影光学系 1 4の像面に合わせ込む。 更 に、 ウェハステージ W S Tは、 ウェハ 1 8を Y方向に定速で移動すると 共に、 X方向及び Y方向にステップ移動する。 また、 ウェハステージ W S T上のウェハ 1 8の近傍にピンホールが形成された遮光板 1 9が固定 され、 この遮光板 1 9の底部にコリメ一夕レンズ、 及びこのコリメ一夕 レンズによる平行光束の強度分布を計測するための撮像素子よりなる計 測系が配置されている。

そして、 走査露光時には、 ウェハ 1 8上の一つのショット領域への露 光が終わると、 ウェハステージ W S Tのステップ移動によってウェハ 1 8上の次のショット領域が走查開始位置に移動する。 その後、 レチクル ステージ R S T及びウェハステージ W S Tを同期駆動して、 レチクル 1 3及びウェハ 1 8を投影光学系 1 4に対して Υ方向に投影倍率 を速度 比として同期走査するという動作が、 各ショッ 卜領域毎にステップ · ァ ンド · スキャン方式で繰り返される。

さて、 本例の投影露光装置で使用されている照明光 I Lは、 可干渉性 の強いレーザ光であり、 何の対策も施さない場合には、 フライアイ ·ィ ンテグレ一夕 7を構成する複数のレンズエレメン卜からの照明光同士が 干渉して、 レチクル 1 3の照明領域 2 1内に干渉縞が形成され、 この干 渉縞がウェハ 1 8上での露光量むらを引き起こす恐れがある。 ただし、 本例の投影露光装置は走査露光型であり、 走査方向 （Y方向） に形成さ れる干渉縞の影響は走査露光によって軽減されるが、 この場合にもレチ クル 1 3の照明領域 2 1に形成される干渉縞が、 走査方向に丁度整数周 期分だけ形成されているのでなければ、 ウェハ 1 8上で走查方向の位置 毎に露光量のばらつきが生じる。 そこで、 走査方向についても、 できる だけ干渉縞は生じないことが望ましい。

以下では、 レチクル 1 3の照明領域 2 1内での照明光 I Lの干渉縞の 発生を抑制し、 ひいてはウェハ 1 8上での照明光 I Lの露光量分布を均 一化して、 ウェハ 1 8上に形成される回路パターンの線幅を均一化する ための本例の機構 （線幅制御機構） にっき説明する。 まず、 本例では振 動ミラ一 4が設けられており、 露光中に振動ミラー 4によって照明光 I Lをフライアイ ·ィンテグレー夕 7の入射面で、 例えば走査方向と非走 查方向との中間方向に僅かな振幅で振動させている。 これによつて、 例 えば露光光源 1のパルス発光毎に照明領域 2 1内での干渉縞の状態が変 化するため、 積分効果によって照度むらが小さくなる。

更に本例では、 フライアイ ·インテグレー夕 7を構成する各レンズェ レメン卜の入射面 （以下、 「フライアイ ·インテグレー夕 7の入射面」 と呼ぶ） は、 それぞれレチクル 1 3のパターン面、 及びウェハ 1 8の表 面 （ウェハ面） と共役な関係にある。 このフライアイ · インテグレー夕 7の入射面から僅かに露光光源 1側に離れた面 P 1に、 フィル夕 1 00 のパターン面が配置され、 このパターン面に干渉縞の発生を抑制するた めに所定の透過率分布で遮光パターンが形成されている。 このフィル夕 1 00が本発明の光学フィル夕の一例である。

図 3 (a) は、 図 1のフィル夕 1 00をフライアイ ·インテグレ一夕 7側に見た図、 図 3 (b) は図 2のレチクル 1 3上の照明領域 2 1を示 す平面図であり、 図 3 (a) において、 図 1の X方向 （非走査方向） 及 び Y方向 （走査方向） に対応する方向をそれぞれ X方向及び Y方向とし て表している。 まず、 図 3 (a) において、 フライアイ ，インテグレー 夕 7は、 Y方向の幅 aで X方向の幅 bの長方形の断面形状のレンズエレ メント 7 aを X方向、 Y方向に密着して配列して形成されている。 この 例では、 レンズエレメント 7 aは Y方向に段違いに配列されている。

この場合、 レンズエレメント 7 aの入射面は図 2のレチクル 1 3のパ 夕一ン面と共役であるため、 照明効率を高めるためには、 レチクル 1 3 のパターン面の照明領域 2 1とレンズエレメント 7 aの断面形状とはほ ぼ相似であることが望ましい。 実際には、 レンズエレメント 7 aの断面 形状は照明領域 2 1の共役像より僅かに大きく設定してあり、 照明領域 2 1の最終的な形状は視野絞り 1 0によって設定される。 そこで、 図 2 に示すように照明領域 2 1の Y方向の幅を D a、 X方向の幅を Dbとす ると、 幅 Dbは幅 D aの 2. 5倍〜 5倍程度であると共に、 ほぼ次の関 係が成立している。

Da : Db = a : b ( 1)

また、 フライアイ 'インテグレー夕を 2段直列に配置したいわゆるダ ブル · フライアイ構成とすることも可能である。 このダブル · フライア ィ構成の場合には、 図 3 ( a ) のフライアイ · インテグレー夕 7は露光 光源から 2段目、 即ちレチクルに近い側のフライアイ · インテグレ一タ であり、 各レンズエレメン卜の射出面にはそれぞれ 1段目のフライアイ •ィンテグレ一夕を構成するレンズエレメン卜と同じ個数の多数の光源 像が形成される。

照明光の干渉縞は、 複数のレンズエレメント 7 aが規則的に配列され ていることにより生じ、 図 3の配列では矢印 2 2 A及び 2 2 Bで示す斜 め方向に隣接するレンズエレメントのピッチが最短となるため、 この方 向が干渉縞発生の支配的方向、 即ち干渉縞の明線と暗線とに垂直な方向 となる。 従って、 特に対策を施さないときに、 図 3 ( b ) の照明領域 2 1では、 図 3 ( a ) の矢印 2 2 A及び 2 2 Bに対応する方向にそれぞれ 干渉縞 2 3 A及び 2 3 Bが発生することになる。

その干渉縞を低減するために、 フィル夕 1 0 0が設置され、 フィル夕 1 0 0のフィル夕領域はフライアイ ·インテグレ一夕 7の各レンズエレ メント 7 aに対応して X方向、 Y方向に多数のフィル夕要素 （ 1 0 0 c， 1 0 0 d等） に分割されている。 これらのフィル夕要素はレンズエレメ ン卜 7 aの断面形状と同じく幅 a X幅 bの長方形であり、 これらの多数 のフィルタ要素内にはそれぞれ所定の透過率分布で微細な遮光パ夕一ン が形成されており、 各フィル夕要素がそれぞれ平均的に例えば約 0 . 9 ( 9 0 % ) 程度の透過率を有している。 そして、 図 3 ( a ) の配列では、 矢印 2 2 Bに沿った方向に隣接するフィルタ要素 1 0 0 c及び 1 0 0 d は、 互いに異なる透過率分布を有し、 同様に矢印 2 2 Aに沿った方向に 隣接するフィル夕要素 1 0 0 e及び 1 0 0 f も、 互いに異なる透過率分 布を有しており、 これによつて矢印 2 2 A， 2 2 Bの方向に配列された レンズエレメント 7 aを通過した光束間の可干渉性 （空間コヒーレンス） を低下させている。 なお、 理論的には干渉縞発生の支配的方向 （矢印 2 2 A， 2 2 Bの方 向） に隣接するフィル夕要素の透過率分布を異ならせばよいが、 それ以 外の方向であっても或る程度は干渉縞が発生する。 そこで、 本例では全 ての方向において干渉縞の発生を抑制するために、 一例としてフィル夕 1 0 0を構成する各フィル夕要素毎にほぼランダムに遮光パターンを形 成することによって、 実質的に全部のフィル夕要素の透過率分布を互い に異ならせている。

次に、 フィルタ 1 0 0の構成例につき詳細に説明する。

図 4は、 フライアイ ·インテグレ一夕 7の入射面近傍にフィル夕 1 0 0を設置する状態を示し、 この図 4のフライアイ ，インテグレ一夕 7の レンズエレメント 7 a， 7 bの配列は、 図 3 ( a ) の配列とは異なり X 方向、 Y方向にそれぞれ直列としてある。 そのため、 それに対応するフ ィルタ 1 0 0のフィル夕要素 1 0 0 a， 1 0 0 bも X方向、 Y方向に直 列に配置されている。 フィル夕 1 0 0の基板は、 露光用の照明光 I に 対して透過性の材料から形成されている。 具体的に、 照明光 I Lの波長 が本例の A r Fエキシマレーザ光を含む 1 6 0 n m程度までであれば、 フィル夕 1 0 0の基板として合成石英 （S i〇₂)が使用でき、 照明光 I Lの波長が F ₂ レ一ザ光を含む 1 5 0 n m程度までであれば、 フィル夕 1 0 0の基板としてフッ素をドープした合成石英、 又は蛍石 （C a F ₂) が使用でき、 照明光 I Lの波長が 1 2 0 n m程度までであれば、 フィル 夕 1 0 0の基板として蛍石、 フッ化マグネシウム （M g F ₂)、 L i F、 L a F 3 、 又はリチウム · カルシウム · アルミニウムフロライ ド （通称 ： ライカフ結晶） 等の何れかのフッ化物結晶材料が使用できる。

そして、 フィル夕 1 0 0の基板のフライアイ ·ィンテグレー夕 7側の 面、 又は露光光源側の面に遮光パターンが形成されている。 遮光パ夕一 ンの材料は、 フォトリソグラフィ工程で回路パターン等を製造する際に. 通常マスクとして用いられるレチクルのパターンと同様にクロム （C r ) 等の金属膜を用いることができる。 クロムを用いるものとすると、 本例 のフィル夕 1 0 0は、 例えば上記の透過性の基板に対するクロム膜の形 成工程、 その上へのフォ トレジストの塗布工程、 所望の遮光パターンに 対応するレチクルのパターンの像を投影露光装置によってその基板上に 転写する露光工程、 現像工程、 エッチング工程、 及びレジスト剝離工程 を経て高精度に製造することができる。 但し、 不要な反射を抑えるため、 フィルタ 1 0 0の両面には照明光 I Lの波長に対する反射防止処理を施 すことが望ましい。

前述のように、 フィル夕 1 0 0の取り付けの際は、 フィル夕 1 0 0の パターン面がフライアイ · インテグレー夕 7の入射面 （レチクルのパ夕 ーン面との共役面） に対して適切な間隔を保つように設置して、 レチク ルのパターン面上で照度むらが生じないように配慮することが必要であ る。 そのためには、 フィル夕 1 0 0とフライアイ ·インテグレー夕 7と の間に隙間を開けた状態でフィル夕 1 0 0を保持する機構を設けるか、 又は両者の間に更に透明なプレート、 若しくは枠状のスぺーサを挟んだ 上でフィルタ 1 0 0をフライアイ ·インテグレ一夕 7に押さえ付けて固 定すればよい。

また、 フィルタ 1 0 0のパターン面を露光光源側にするか、 又はフラ ィアイ ·ィンテグレー夕 7側にするかによつてもそのパターン面とフラ ィアイ · ィンテグレー夕 7との間隔が変わる。 フィル夕 1 0 0のパ夕一 ン面をフライアイ ·ィンテグレー夕 7側にした場合、 露光用の照明光と してエキシマレーザ光のような強い紫外パルス光を使用する際に問題と なる周囲の雰囲気 （空気、 窒素ガス、 ヘリウムガス等） 中の微量の有機 物質の分解等による曇り （汚染） カ^ そのパターン面に生じにくいとい う利点がある。 しかしながら、 この場合にはフィル夕 1 0 0のパターン 面とフライアイ ·ィンテグレー夕 7との間の間隔を所定間隔以上に保つ ためのスぺ一サ等が必要となる。 一方、 フィル夕 1 0 0のパターン面を 露光光源側にした場合、 そのフィル夕 1 0 0自体の基板がそのパターン 面とフライアイ ·ィンテグレー夕 7との間の間隔を所定間隔以上に保つ ためのスぺーサとして作用する利点がある反面で、 そのパターン面での 曇り （汚染） の発生を抑制するために、 フィル夕 1 0 0に対して露光光 源側に汚染防止のためのプレートを更に設置することが望ましい。

また、 図 4に示すように、 フライアイ · インテグレー夕 7の入射面に フィル夕 1 0 0を設置する際は、 フライアイ ·インテグレ一夕 7の各レ ンズエレメント 7 a， 7 b , …に対してそれぞれフィル夕 1 0 0の各フ ィル夕要素 1 0 0 a， 1 0 0 b , …が合致するように、 フィル夕 1 0 0 の照明光 I Lの光軸に垂直な平面内での位置決めも高精度に行う必要が ある。

次に、 フィルタ 1 0 0上に形成される遮光パターンの一例につき説明 する。 その遮光パターンには種々の態様が考えられるが、 ここでは微小 な点状の遮光パターン （以下、 「遮光ドッ トパターン」 という） を所定 配列で配置したパターンにっき説明する。 遮光ドッ 卜パターンが本発明 のュニッ卜 ·パターンに対応する。

図 5 ( a ) は、 図 4のフライアイ ·インテグレー夕 7の一つのレンズ エレメント 7 aの前方に配置されている一つのフィル夕要素 1 0 0 aを 示し、 フィル夕要素 1 0 0 aはレンズエレメント 7 aと同じく短辺方向 の幅 aで長辺方向の幅 bの長方形である。 フィル夕要素 1 0 0 a中には， 代表的に一部の領域 2 4を図 5 ( b ) に拡大して示すように、 透過部を 背景として微小な遮光ドッ 卜パターンが所定配列で配置されている。 そ して、 図 5 ( b ) の領域 2 4内には、 代表的に一部の領域 2 5を図 5

( c ) に拡大して示すように、 一辺の幅 dの正方形の透過率が 0の多数 の遮光ドッ トパターン S Dが所定配列で配置されている。 即ち、 フィル 夕要素 1 0 0 aは、 幅 a X幅 bの領域内に全体としてほぼ所定の透過率 が得られる条件のもとで、 一辺の幅 dの正方形の多数の遮光ドッ トパ夕 —ン S Dを所定配列で配置したものである。 被照射面としてのレチクル のパターン面での照度むらを小さくするためには、 遮光ドッ トパターン S Dの一辺の幅 dは、 フィル夕要素 1 0 0 aの縦横の幅 a , b、 即ちレ ンズエレメント 7 aの縦横の幅 a， bに対して十分小さく設定すること が必要である。 図 5の例では、 幅 dは一例として約 5 mである。 そし て、 幅 dは幅 aのほぼ 1 Z 6 0 0程度に設定されている。

遮光ドッ トパターン S Dの配列方法は、 各フィル夕要素 1 0 0 a毎に 異なっている必要があり、 そのためには遮光ドッ トパターン S Dの配列 を例えば乱数列によって定めて、 ランダム配列とすればよい。 この具体 的な手順を以下に示す。

遮光ドッ トパターン S Dを用いる場合、 フィル夕 1 0 0による照明強 度低下は不可避であり、 まずその低下比に対応する各フィル夕要素 1 0 0 a毎の平均透過率を設定する必要がある。 ランダム配列間の相関を低 くして干渉縞の低減効果を大きくするためには、 平均透過率は小さい方 が望ましいが、 照明強度を極端に低下させるとウェハ上での照度が低下 して露光時間を長くする必要があるため、 スループッ卜が大きく低下し てしまう。 従って、 現実的には各フィルタ要素 1 0 0 a毎の平均透過率 として、 8 5 %〜 9 5 %程度の透過率を選択することが望ましい。

本例ではその平均透過率を 9 0 % ( 0 . 9 ) と仮定する。 このために は、 遮光ドットパターン S Dの全部の面積とそれ以外の背景領域 （透過 部） の面積との比が 1 ： 9になるように、 複数の遮光ドッ トパターン S Dをランダムに各フィル夕要素内に配列すればよい。 このためには、 ま ず図 6 ( a ) に示すように、 一つのレンズエレメントに対応するフィル 夕要素 1 00 aを走査方向に対応する短辺方向に n個、 非走査方向に対 応する長辺方向に m個 （n, mは 2以上の整数） の正方形のドッ ト領域 に分割し、 ドッ ト領域の順序を表すパラメ一夕 kを 1, 2， ···, mnと すればよい。 なお、 簡単のために図 6 (a) では整数 nは 4、 整数 mは 1 0としてある力 これらは実際の値のほぼ 1 / 1 50程度である。 次に、 図 6 (b) に示すように、 k番目 （k= l , 2， ···， mn) の ドッ ト領域に対して順次 0から 1の間の値を等しい確率でとる一様乱数 の乱数列 a_k を割り当てた後、 pを平均透過率 （ここでは p = 0. 9) として、 各ドッ ト領域において∑ ≥pのときは b_k =0、 a_k く pの ときは b_k = 1となるような数列 b_k を生成すると、 図 6 (c) に示す ように、 4個のドッ ト領域 FA， FB， FC， FDのみで数列 b_k の値 が 0となる。 そこで、 図 6 (d) に示すように、 数列 b_k の値が 0のド ッ ト領域 FA〜FDを遮光ドッ 卜パターンとして、 それ以外のドット領 域の透過率を 1とすることによって、 平均透過率が約 90 %となるよう にランダムに遮光ドッ トパ夕一ンが配列される。

図 6において、 横のドッ ト数 m及び縦のドット数 nがそれぞれ十分大 きく、 且つドッ ト領域の個数である mnが 10の倍数であれば、 a_k く Pを満たす kの個数 N。 はほぼ mn pに一致するはずである力 実際に は m， nは有限であるため、 個数 N。 には mn pからのずれが生じる。 その場合には、 補正値 (5を用いて平均透過率 pを ρ + δとして、 数列 k を定義し直せばよい。 但し、 補正値 (5は N。 >mn pのときは負、 N 0 >mn pのときは正の、 絶対値が 1よりも小さい数であり、 かつ補正 値 δは、 a_k く ρ + δ (k= l, 2， ···, mn) となって、 数列 b _k が 1となる kの個数 Nが N = mn pを満たすような数である。 以上の遮光 ドットパターンの配列の設定動作を、 フィルタ 1 00の各フィル夕要素 (即ち、 フライアイ ·インテグレー夕 7の各レンズエレメント） に対し て、 互いに異なる乱数列 a _k を用いて行うことによって、 各フィル夕要 素毎に異なる遮光パターンを設定することができる。 この場合、 一連の フィル夕要素の遮光パターンを順次設定する際に、 それまでの遮光パ夕 ーンの配列を記憶しておき、 偶然に同じ配列の遮光パターンが設定され たときには、 遮光パターンの設定をやり直すようにしてもよい。

上記の方法でランダムに遮光ドッ トパターンの配列を設定すると、 前 述の遮光ドットパターンの一辺の幅 dがフィル夕要素の縦横の幅 a , b よりも十分に小さいという条件が満たされていれば、 図 2の照明領域 2 1内で任意の微小領域をとつたとき、 その微小領域の照明にはフライア ィ ·インテグレ一夕 7のレンズエレメン卜の個数と同じ多数の正方形の ドッ 卜領域が寄与し、 その微小領域は平均として 9 0 %の強度で照明さ れることになるため、 照度むらが生じることはない。 また、 フライアイ ' インテグレ一タ 7の全部のレンズエレメント （フィル夕要素） に対し て上記の条件が成り立っていれば、 照明領域 2 1内で位置によって照明 光 I Lのコヒーレンスファクタ （σ値） が変化することもなく、 照明領 域 2 1の全体で均一に照明が行われ、 ウェハ 1 3上の各ショット領域に 形成される回路パターンの線幅均一性が向上する。

なお、 図 6の例では、 乱数列を用いてランダムに遮光ドットパターン の配列を決定しているが、 その他に例えば予め 8 X 8 ドット程度の領域 (以下、 「単位マトリックス」 という） について、 所定のドットを遮光 ドッ 卜パターンに設定して、 透過率が異なる 2種類の単位マトリックス を用意しておいてもよい。 そして、 所定の平均透過率が得られるように これら 2種類の単位マトリックスの配列を定めることによって、 いわば 組織的に遮光ドッ トパターンの配列を決定できる。

また、 上記の遮光パターンの設定は、 複数のレンズエレメントから構 成されるフライアイ ·インテグレー夕 7の全面に対応するフィル夕 1 0 0の全面に亘つて一度に行っても良いが、 その場合、 フィル夕 1 0 0を 構成する各フィル夕要素 （各レンズエレメント） 毎に透過率、 即ち遮光 ドッ トパターンの個数の僅かな違いが生じる可能性がある。 そこで、 透 過率が予め設定されている平均透過率から所定の許容値以上ずれたフィ ル夕要素については、 例えばランダムに遮光ドッ トパターンの追加又は 削除を行うことによって、 その透過率を補正する等の注意が必要である 更に、 遮光ドッ トパターンの一辺の幅 dが小さくなる程、 フィル夕 1 0 0の製造工程が複雑になるため、 その幅 dは必ずしも小さい程良いとい うわけではない。 その幅 dは、 照明領域で照度むらを生じない範囲で干 渉縞を減少させることができる大きさを選択することが望ましい。

また、 遮光ドッ トパターンの配列を決定するための計算を簡単化する ためには、 以下のような方法も考えられる。 即ち、 1つのフィル夕要素 (レンズエレメント） の領域を M個の長方形のサブエリア （サブフィル 夕） に等分割し、 サブエリア 1つ分の広がりを持つ遮光ドットパターン のランダムな配列を予め何通りか生成し、 このように生成される配列を 配列要素 A , ， A ₂ , …， A_m とする。 次に、 これらの配列要素をラン ダムに選んでいき、 M個 （M≥mでも M <mでも可） の配列要素を並べ ることにより、 1つのフィルタ要素内を M個のランダムな配列パターン で埋め尽くすことができる。 配列要素を選ぶ順番を各フィルタ要素毎に 変更することにより、 フィル夕要素毎に異なる遮光パ夕一ンを M個の配 列要素で構成することができる。

特に走査露光型の露光装置の場合は、 照度むらの悪化を抑えるために. 以下のような方法を採ってもよい。 走査露光型では、 照明領域、 ひいて は投影光学系の露光領域内の照度の面分布を、 走査方向に積分して得ら れる照度の非走査方向の線分布が一様になっていることが重要である。 従って、 図 7に示すように、 フィル夕を構成するフィル夕要素 1 0 0 a (フライアイ ' インテグレ一夕 7のレンズエレメント 7 a) を走査方向 S (Y方向） に直交する X方向に m列の部分領域 L 1， L 2 , ···, L (m— 1 ) , Lmに分割し、 それぞれの部分領域内で前述の設定動作を 行えばよい。 即ち、 第 i列 （ i = l , 2， …， m) の部分領域 L i 内の j番目 （ j = 1， 2 , ···, n、 かつ nは 1 0の倍数） のドッ ト領域に 0 〜 1の乱数列 a ; を割り当て、 a ₅ < p + δを満たす j の個数を Nとす る。 そして、 その個数 Nが、 N = n pを満たすように補正値 δを選び、 a j ≥ p + (5のときは b j = 0、 a j <p + <5のときは b』 = 1 となる ような数列 b j を生成し、 数列 」 が 0となるドッ ト領域を斜線を施し て示すように遮光ドッ トパターンとすればよい。 この操作により各列の 部分領域 L i ( ί = 1〜m) の遮光ドッ トパターンの個数は全て n pと なり、 走査方向に積分して得られる透過率が各列で正確に pに等しくな り、 非走査方向に対する露光量むらは無くなる。

上記の実施の形態では、 照明光の空間的なコヒ一レンス長がかなり長 い場合を想定して、 フィル夕領域の全面で各フィル夕要素の透過率分布 を互いに独立に設定していた。 しかしながら、 実際にはそのコヒ一レン ス長はフィル夕領域の全面の幅よりも狭い場合があり、 この場合には各 フィルタ要素 （フライアイ · ィンテグレー夕の各レンズエレメント） 毎 のランダムな遮光パターンの決定方法を以下のように簡単化することが できる。

即ち、 フライアイ · インテグレー夕の或る 2つのレンズエレメントを 通過した照明光間で干渉が起きるかどうかは、 両者の中心の間隔が照明 光の空間的コヒ一レンス長 （以下 「p」 と表示する。 ） よりも小さいか どうかで決まる。 一般にレーザ光に対する空間的コヒーレンス長 pは非 常に大きいが、 露光装置の露光光源がエキシマレ一ザの場合、 エキシマ レーザは多モード発振していることから空間的コヒーレンス長 pは比較 的小さく、 フライアイ · インテグレー夕の全体の幅と同等か、 或いはそ れ以下とも言われている。 2つのレンズエレメントの中心間の距離が p よりも大きい場合は、 両者を通過した光束による干渉は起こらないと見 なせるので、 両者に対応するフィルタ要素の遮光パターンの配列は同一 でも支障はない。 従って、 遮光ドッ トパターンのランダム配列は、 pを 半径とする円に含まれるフライアイ ·インテグレ一夕のレンズエレメン 卜の個数だけ用意すればよい。 この状況を図 8に示す。

図 8は、 レンズエレメン卜 7 1 aを一方向に段違いに密着して配列し て構成されるフライアイ · インテグレー夕 7 1の前方、 即ちフライアイ ·ィンテグレー夕 7 1に対してその入射面側にフィル夕 1 0 1を配置し た状態を示し、 この図 8において、 フィル夕 1 0 1のフィル夕領域は各 レンズエレメント 7 1 aに対応して、 それぞれレンズエレメント 7 1 a と同じ大きさのフィル夕要素 （ 1 0 1 A , 1 0 1 B等） に分割されてい る。 また、 空間的コヒ一レンス長 pを半径とする円 2 6を想定すると、 この円 2 6内の複数のレンズエレメン卜を通過した光束によって干渉縞 が形成されることになる。 そこで、 フライアイ ·インテグレー夕 7 1を 構成する多数のレンズエレメントを、 太い実線で囲んで示すようにそれ ぞれ円 2 6を含む 1 8個のレンズエレメントよりなる 1 2個のレンズェ レメント群 2 7 A , 2 7 B , …， 2 7 K , 2 7 Lに分割し、 フィル夕 1 0 1のフィル夕領域もレンズエレメント群 2 7 A〜 2 7 Lに対応するフ ィル夕要素群に分割する。

そして、 pを半径とする円 2 6を含む第 1のレンズエレメント群 2 7 Aに対応するフィル夕要素群は、 1 8個のレンズエレメントに対応して 1 8個のフィル夕要素 1 0 1 A , 1 0 1 B , · ·■, 1 0 1 Q , 1 0 1 Rを 含むため、 これらの 1 8個のフィル夕要素 1 0 1 A〜 1 0 1 Rに対して 互いに異なる配列の遮光パターン A〜Rを形成する。 そして、 他のレン ズエレメント群 2 7 B〜2 7 Lに対応するフィル夕要素群のパターンは、 1番目のレンズエレメント群 2 7 Aに対応するフィル夕要素群のパター ンと同一とする。 この場合、 遮光パターンとしては A， B , C， …， Q , Rの 1 8種類のパターンのみを上記の実施の形態の方法で生成すればよ いことになる。

このとき、 フライアイ ·インテグレー夕 7 1上の任意の位置を中心と する半径 Pの円の中のほぼ 1 8個のフィル夕要素には、 同一配列の遮光 パターンが含まれることはないため、 フライアイ · インテグレ一夕 7 1 中の任意の 2つのレンズエレメントを通過した光束による干渉縞は殆ど 形成されないことになる。 つまり、 1 8種類の異なる配列の遮光パ夕一 ンを用意して、 その 1 2倍の面積のフライアイ 'インテグレー夕 7 1の 全面分の遮光パターンを形成することによって、 干渉縞の発生を抑制す ることができる。 言い換えると、 空間的コヒーレンス長を超える間隔の フィル夕要素には同一の遮光パターンが形成されることを許容すること によって、 干渉縞の発生を抑制しながらフィル夕 1 0 1を容易に形成す ることができる。

次に、 図 1の投影露光装置の照明光学系においては、 実際には開口絞 り 8の開口径は可変となっており、 その開口径の制御によつて照明光の コヒーレンスファクタ （σ値） を変えられるように構成されている。 ま た、 その開口径を小さくしてひ値を中程度の値から小さい値としたとき には、 例えばビーム整形光学系 3のレンズ間隔を制御して、 フライアイ •ィンテグレー夕 7に入射する照明光の断面形状を小さくする （照度を 高める） ことによって、 レチクル 1 3 (ウェハ 1 9 ) 上での照明光 I L の照度が低下しないように構成されている。

しかしながら、 小 σ値の照明を行うために開口絞り 8の開口径を小さ くすると、 フライアイ · インテグレー夕 7のレンズエレメント中でレチ クル 1 3の照明に寄与する全部のレンズエレメント間の平均的な間隔が 狭くなるため、 干渉縞は顕著に現れるようになる。 これを防止するため には、 フィルタ 1 0 0の各フィル夕要素の互いに異なる遮光パターンを、 その小 σ値の照明を行う際に使用される内側の領域のみに形成すること も考えられる。 このような実施の形態につき図 9を参照して説明する。 図 9は、 σ値を大きい値 σ 1 と小さい値ひ 2との 2つの値に切り換え ることができる照明光学系のフライアイ ·インテグレー夕 7 2と、 その 前方のフィル夕 1 0 2とを示し、 この図 9において、 フライアイ 'イン テグレー夕 7 2は多数のレンズエレメント 7 2 aを一方向に段違いに密 着して配置して構成され、 フィル夕 1 0 2のフィル夕領域はレンズエレ メント 7 2 aに対応して多数のフィル夕要素に分割されている。 また、 開口 8 Aは大ひ値 （σ ΐ ) を得るための開口絞りの開口、 開口 8 Βは小 σ値 （σ 2 ) を得るための開口絞りの開口を示し、 小 σ値 （ひ 2 ) のと きは、 斜線を施した内側の領域 1 0 2 Β内のレンズエレメン卜からの照 明光のみが有効となる。 そこで、 フィル夕 1 0 2においては、 領域 1 0 2 Βに対応する複数のフィル夕要素にのみ互いに異なるランダムに配列 された遮光パターンを形成し、 それ以外の領域 1 0 2 Αに対応する外側 の複数のフィルタ要素には遮光パターンを形成しないでおく。

この例において、 開口 8 Bを用いて小 σ値の照明を行うと、 有効なレ ンズエレメントの入射面にはランダム配列の遮光パターンが設けてある ため干渉縞低減効果が得られる。 一方、 開口 8 Αを用いて大ひ値の照明 を行うと、 遮光パターンが配置されているのは中央部の領域 1 0 2 B内 のレンズエレメントのみであり、 外側の領域 1 0 2 A内のレンズエレメ ン卜には遮光パターンが無いため、 照度の低下を抑えることができる。 但し、 この場合中央部のみに遮光パターンが設けられていることから、 照明領域 （露光フィールド） 内の任意の位置で照明光による有効 σ値は 大きくなることに注意が必要である。 なお、 図 9の説明では開口絞り 8 のみ、 あるいはビーム整形光学系 3のレンズ間隔の調整との併用によつ て小 σ照明を実現するものとしたが、 ビーム整形光学系 3のレンズ間隔 調整のみで小 σ照明を実現してもよいし、 あるいは照明光を入射して回 折光を発生する回折光学素子を光源とオプティカルィンテグレー夕との 間に交換可能に配置して照明分布を変更するようにしてもよい。

また、 図 9では小 σ照明に好適な光学フィルタを例示したが、 輪帯照 明、 あるいは照明光学系の光軸から偏心した複数 （例えば 4つ） の局所 領域に照明光を分布させる変形照明などを採用できる露光装置では、 図 9に示したフィル夕 1 0 2と同様に、 照明光が分布する輪帯領域あるい は局所領域に対応する複数のフィル夕要素のみに互いに異なるランダム に配列された遮光パターンを形成しておくようにしてもよい。 このとき、 照明条件 （即ち、 照明光学系内のフーリエ変換面上で照明光が分布する 領域の形状又は大きさ） の変更に応じてその光学フィルタを交換するよ うに構成してもよい。

さらに、 各フィル夕要素の遮光ドッ トパターンでの回折を考慮してそ の光学フィル夕 1 0 0， 1 0 2の透過率 （ドットパターンの配列など） を決定するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、 フライアイ 'インテグレー夕 7 , 7 1 , 7 2 の複数のレンズエレメントの入射面に設置されたフィル夕 1 0 0 , 1 0 1， 1 0 2には、 遮光ドッ トパターンをランダムに配列した遮光パ夕一 ンが形成されているが、 これは最も製作が容易であり、 実用的であるか らである。 しかしながら、 前述のように、 遮光パターンは光量低下を招 くため、 これを抑えるための実施の形態として、 位相シフトパターン或 いはハーフトーンパターンの利用が考えられる。 これらは共に解像力向 上のための一つの手法として通常はレチクルパターンに用いられるもの である。

前者の位相シフトパターンを利用する場合には、 例えば図 5 ( c ) の 遮光ドッ トパターン S Dの代わりに、 照明光の位相を他の領域に対して 所定量 （例えば 1 8 0 ° ) 変えるような位相シフ夕 （位相物体） を使用 すればよい。 又は、 フィル夕 1 0 0の基板上で遮光ドッ トパターン S D が形成される領域をそれぞれ所定の深さにエッチングするか、 若しくは 擦りガラス状にエッチングするようにしてもよい。 その他に、 遮光ドッ トパターン S Dと背景領域との境界部に位相シフタを形成するようにし てもよい。

また、 後者のハーフトーンパターンを利用する場合には、 例えば図 5 ( c ) の遮光ドッ トパターン S Dの代わりに位相シフ夕を形成し、 その 上に所定の透過率を持つ薄膜を形成すればよい。 これによつて、 透過光 の位相と振幅とを共に変化させることができる。 また、 位相と透過率と の両方を単一の薄膜層により制御することも可能である。 これらの位相 シフトパターンやハーフトーンパターンを遮光ドットパターンの代わり に用いることによって、 照明光の光量を殆ど低下させることなく、 フラ ィアイ ·ィンテグレ一夕の複数のレンズエレメントを通過した光束によ る干渉縞の生成を抑制することができる。

また、 遮光ドッ トパターンと、 位相シフ夕によるドッ トパターンと、 位相及び透過率の両方を変化させるドッ トパターンとの内の少なくとも 2つをランダムに配置したパターンをフライアイ ·インテグレー夕の前 方 （フライアイ ·インテグレー夕に対してその入射面側） に配置するよ うにしてもよい。

なお、 図 1の投影露光装置では、 フライアイ ·インテグレ一夕 7の射 出面を光源として見ると、 フライアイ ·インテグレ一夕 7を構成するレ ントの数だけ 1次光源が縦横に並んだものと等価となってい ることが分かる。 この面光源を形成する各 1次光源の強度比は、 それぞ れに対応するレンズエレメン卜の透過率を変更することにより、 任意に 設定することが可能である。 実際にレンズエレメン卜そのものに加工を 施すのは多少困難であるため、 フライアイ ·インテグレー夕 7の入射面 近傍、 又は射出面近傍に照度補正フィル夕 2 0 0を配置し、 その透過率 を制御できる構成とすることが好ましい。 この場合、 フライアイ ·イン テグレー夕 7の各レンズエレメントの入射面は、 それぞれレチクル 1 3 及びウェハ 1 8と共役であり、 レンズエレメン卜の入射面内の各点がゥ ェハ面上の各点とそれぞれ個別に対応関係があることを考えると、 図 1 に示すように、 フライアイ · インテグレ一夕 7の入射面近傍、 即ちフィ ル夕 1 0 0の近傍に照度補正フィル夕 2 0 0を配置すれば、 被照射面上 に集光する光束の光強度分布を像面上の各点のそれぞれで独立に制御す ることができる。 そして、 その所定の透過率分布を持つ照度補正フィル 夕 2 0 0も、 フィルタ 1 0 0と同様に上記の実施の形態の方法で製造す ることができる。

この場合、 フィル夕 1 0 0の各フィル夕要素の透過率をそれぞれ変化 させることによって、 照度補正フィル夕 2 0 0の機能をフィル夕 1 0 0 に持たせるようにしてもよい。 これは、 例えば遮光ドッ トパターンを用 いる場合、 フィル夕 1 0 0の各フィル夕要素毎に配置する遮光ドッ トパ ターンの個数を変化させることによって容易に達成でき、 これによつて 別途照度補正フィル夕 2 0 0を配置する必要がなくなる利点がある。

また、 フライアイ · インテグレー夕 7の入射面には、 各レンズエレメ ン卜に対応させて照明光のコヒ一レンスファクタ （σ値） を補正するた めのフィル夕 （以下、 「コヒーレンス補正フィル夕」 という） を設ける ことが望ましいことがある。 この場合、 本例の干渉縞低減用のフィル夕 1 0 0に更にコヒ一レンス補正フィル夕の機能を持たせるようにしても よい。 このためには、 遮光ドッ トパターンの分布をわずかに補正すれば よい。 また、 コヒ一レンス補正フィル夕のみであっても、 或る程度は干 渉縞低減用のフィル夕の機能を有しているとも考えることができる。 なお、 本発明は、 ステップ · アンド · スキャン方式のような走査露光 型の投影露光装置の照明光学系のみならず、 ステッパーのような一括露 光型の投影露光装置、 又は投影光学系を使用しないプロキシミティ方式 の露光装置若しくはコン夕ク ト方式の露光装置の照明光学系にも適用す ることができる。 また、 本発明は、 例えば遠紫外光又は真空紫外光を露 光用照明光として使用するステップ ' アンド ' スティツチ方式の縮小投 影露光装置にも適用することができる。

なお、 上記の実施の形態の投影露光装置の用途としては半導体製造用 の露光装置に限定されることなく、 例えば、 角型のガラスプレートに液 晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置、 及びプラズマディス プレイや撮像素子 （C C D等の薄膜磁気ヘッド撮像素子を含む） 、 マイ クロマシン等を製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、 半導体素子等を製造するデバイス製造用の露光装置で使用する レチクル又はマスクを、 例えば遠紫外光 （D U V光） 若しくは真空紫外 光 （V U V光） を用いる露光装置で製造する場合にも、 上記の実施の形 態の投影露光装置を好適に使用することができる。

また、 露光用の照明光としての D F B半導体レーザ又はファイバレ一 ザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レ一ザを、 例えばェルビ ゥム （E r ) (又はエルビウムとイッテルビウム （Y b ) の両方） がド ープされたファイバ一アンプで増幅し、 かつ非線形光学結晶を用いて紫 外光に波長変換した高調波を用いてもよい。 例えば、 単一波長レーザの 発振波長を 1 . 5 4 4〜 1 . 5 5 3 mの範囲内とすると、 1 9 3〜 1 9 4 n mの範囲内の 8倍高調波、 即ち A r Fエキシマレーザとほぼ同一 波長となる紫外光が得られ、 発振波長を 1 . 5 7〜 1 . 5 8 ^ mの範囲 内とすると、 1 5 7〜 1 5 8 n mの範囲内の 1 0倍高調波、 即ち F ₂ レ 一ザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。

なお、 投影光学系等の硝材としては、 上述のフィル夕 1 0 0の基板と 同様に露光用の照明光 I Lに対して透過性の材料が使用される。 また、 投影光学系は屈折系、 反射系、 及び屈折レンズと凹面鏡等の反射光学素 子とを組み合わせて構成した反射屈折系 （力夕ジォプトリック系） の何 れでもよい。 反射屈折系としては、 例えば米国特許第 5 7 8 8 2 2 9号 に開示されているように、 複数の屈折光学素子と 2つの反射光学素子 (少なくとも一方は凹面鏡） とを、 折り曲げられることなく一直線に延 びる光軸上に配置した光学系を用いることができる。 なお、 本国際出願 で指定した指定国、 又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて この米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

また、 上述のフライアイ · インテグレー夕 7やフィル夕 1 0 0を含む 照明光学系や、 投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると 共に、 多数の機械部品からなるレチクルステージやウェハステージを露 光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、 更に総合調整 （電気調整、 動作確認等） をすることにより上述の実施の形態の投影露光装置を製造 することができる。 なお、 投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等 が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

そして、 半導体デバイスは、 デバイスの機能 ·性能設計を行うステツ プ、 このステップに基づいたレチクルを製造するステップ、 シリコン材 料からウェハを制作するステップ、 上述の実施の形態の投影露光装置に よりレチクルのパターンをウェハに露光するステツプ、 デバイス組み立 てステップ （ダイシング工程、 ボンディング工程、 パッケージ工程を含 む） 、 検査ステップ等を経て製造される。 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。 更に、 明細書、 特許請求の範囲、 図面、 及び要約を含む、 1 9 9 9年 3月 2 4日付提出の日本国特許出願 第 1 1 一 7 8 8 2 0号の全ての開示内容は、 そっく りそのまま引用して ここに組み込まれている。 産業上の利用の可能性

本発明の露光方法によれば、 オプティカル · インテグレー夕によって 形成される複数の光源像の内で所定方向に隣接する 2つの光源像からの 照明光の強度分布又は位相分布が互いに異なるため、 可干渉性を有する 照明光を使用して露光を行う場合に、 基板上での照明光による干渉縞の 発生を抑制できる。 従って、 基板上での露光用の照明光の照度分布の均 一性が高まり、 線幅均一性が向上する。

また、 本発明の照明光学装置によれば、 所定の光学フィル夕を備えて いるため、 可干渉性を有する照明光を使用する場合に被照射面での照明 光による干渉縞の発生を抑制でき、 本発明の露光方法を実施することが できる。

また、 本発明の露光装置によれば、 本発明の照明光学装置を備えてい るため、 転写対象の基板上での照度分布の均一性を向上でき、 線幅均一 性に優れた高機能のデバイスを製造できる。

また、 本発明のデバイスの製造方法によれば、 線幅均一性に優れた高 機能のデバイスを製造することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 照明光よりオプティカル · ィンテグレー夕を介して複数の光源像を 形成し、 該複数の光源像からの照明光で所定のパターンを重畳的に照明 し、 前記パターンを基板上に転写する露光方法において、

前記ォプティカル · ィンテグレー夕によって形成される前記複数の光 源像の内で所定方向に隣接する 2つの光源像からの照明光の強度分布又 は位相分布を互いに異ならしめることを特徴とする露光方法。

2 . 照明光より複数の光源像を形成するオプティカル · ィンテグレー夕 と、 該オプティカル · インテグレー夕を通過した照明光を被照射面に導 くコンデンサ光学系とを備えた照明光学装置において、

前記ォプティカル · ィンテグレー夕の入射面の近傍で、 前記複数の光 源像の内の所定方向に隣接する 2つの光源像に対応する 2つの領域を通 過する照明光の強度分布又は位相分布を互いに異ならしめる光学フィル 夕を設置したことを特徴とする照明光学装置。

3 . 前記オプティカル ·ィンテグレ一夕は複数のレンズエレメントを束 ねて形成されるフライアイ · インテグレー夕であり、

前記光学フィル夕は、 前記複数のレンズエレメントの内の前記所定方 向に隣接する 2つのレンズエレメントに入射する照明光の光路上に配置 された 2つのフィル夕要素を有し、

該 2つのフィル夕要素は、 それぞれ所定形状の領域内に該領域よりも 十分に小さい面積を持ち、 背景の領域に対して照明光の強度又は位相を 変化させる複数のパターン ·ュニッ トを互いに異なる配列で配置したも のであることを特徴とする請求の範囲 2記載の照明光学装置。

4 . 前記パターン 'ユニットは遮光パターン、 ハーフトーンパターン又 は位相シフ夕であることを特徴とする請求の範囲 3記載の照明光学装置 ₍

5 . 前記光学フィル夕を構成する複数のフィル夕要素の内で、 前記照明 光の空間コヒーレンス長の 2倍を直径とする円形の領域に実質的に収ま る複数のフィル夕要素は、 互いに異なることを特徴とする請求の範囲 3 又は 4記載の照明光学装置。

6 . 前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面上での前 記照明光の光量分布を可変とする光学装置を更に備え、

前記光学フィル夕を構成する複数のフィル夕要素は、 前記光量分布に 応じてそれぞれ該フィル夕要素を通過する照明光の強度分布又は位相分 布を設定することを特徴とする請求の範囲 3〜 5の何れか一項記載の照 明光学装置。

7 . 前記所定方向は少なくとも前記レンズエレメン卜の配列ピッチが最 短となる方向を含むことを特徴とする請求の範囲 3〜 5の何れか一項記 載の照明光学装置。

8 . 請求の範囲 2〜 7の何れか一項記載の照明光学装置でマスクを照明 し、 該マスクのパターンを基板上に転写することを特徴とする露光装置 _c

9 . 前記パターンを前記基板上に転写するために、 前記照明光に対して 前記マスクと前記基板とをそれぞれ相対移動し、

前記所定方向は少なくとも前記マスクの移動方向と交差する方向を含 むことを特徴とする請求の範囲 8記載の露光装置。

1 0 . 請求の範囲 1記載の露光方法によりマスクに形成された前記パ夕

—ンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイスの製 造方法。