WO2021044797A1 - 露光装置、および、物品製造方法 - Google Patents

露光装置、および、物品製造方法 Download PDF

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WO2021044797A1
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shielding portion
light source
optical element
exposure apparatus
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諒 中山
大輔 小林
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キヤノン株式会社
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    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Definitions

  • the present invention relates to an exposure apparatus and a method for manufacturing an article.
  • the exposure equipment used in the lithography process which is the manufacturing process of semiconductor devices, is required to have higher resolution.
  • the wavelength of the exposure light should be shortened, the numerical aperture (NA) of the projection optical system should be increased (higher NA), and the modified illumination (ring band illumination, bipolar illumination, quadrupole illumination) should be achieved.
  • NA numerical aperture
  • the modified illumination ring band illumination, bipolar illumination, quadrupole illumination
  • Patent Document 1 discloses a double slit configuration in which a light-shielding portion 103 and a light-shielding portion 105 are arranged before and after the masking unit 104, which is a conjugate surface of the illuminated surface (FIG. 1). This double slit configuration is effective for improving the overlay accuracy.
  • Patent Document 1 also discloses that a light-shielding portion 401 or a filter 402 for alleviating the asymmetry of the integrated effective light source distribution caused by the double slit configuration is arranged (FIGS. 12 and 14).
  • the image plane illuminance will decrease. Decreasing the image plane illuminance is not preferable because it leads to a decrease in throughput.
  • the present invention provides, for example, an exposure apparatus that is advantageous in achieving both the correction performance of the illuminance distribution on the image plane of the illumination optical system and the suppression of the decrease in the illuminance on the image plane.
  • an exposure apparatus that scans and exposes a substrate, and has an illumination optical system that illuminates the illuminated surface of the original plate with light from a light source, and the illumination optical system is on a predetermined surface.
  • a diffractive optical element that converts the light intensity distribution of the light beam from the light source by a diffraction action
  • a first light-shielding portion arranged at a position defocused from the conjugate surface of the illuminated surface to the light source side, and the subject.
  • It has a second light-shielding portion arranged at a position defocused from the conjugate surface of the illumination surface to the illuminated surface side, and the diffractive optical element is formed by the first light-shielding portion and the second light-shielding portion.
  • an exposure apparatus that is advantageous in achieving both the correction performance of the illuminance distribution on the image plane of the illumination optical system and the suppression of the decrease in the illuminance on the image plane.
  • the accompanying drawings are included in the specification and are used to form a part thereof, show embodiments of the present invention, and explain the principles of the present invention together with the description thereof.
  • the schematic cross-sectional view which shows the structure of the exposure apparatus in embodiment.
  • the figure explaining the integration effective light source The figure explaining the integration effective light source.
  • the figure which shows the structure of the light-shielding part The figure explaining the design of the diffraction optical element in embodiment.
  • the figure explaining the design of the diffraction optical element in embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the exposure apparatus according to the embodiment.
  • This exposure device is a scanning exposure device that exposes a pattern of an original plate (mask) on a substrate by a step-and-scan method.
  • the step-and-scan method one shot is exposed while being driven (scanned) relative to the original plate and the substrate, and after the exposure of one shot is completed, the substrate is stepped to move to the next shot area. Will be.
  • the exposure apparatus includes an illumination optical system that illuminates the reticle 24, which is the original plate, using the light flux from the light source 1, and a projection optical system 26 that projects the pattern of the reticle 24 onto the substrate 27.
  • a mercury lamp having a wavelength of about 365 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of about 248 nm, an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm, or the like can be used.
  • the illumination optical system includes a routing optical system 2, an emission angle preservation optical element 5, a diffraction optical element 6, a condenser lens 7, and a prism unit 10. Further, the illumination optical system further includes a zoom lens unit 11, an optical integrator 12, an aperture 13, a condenser lens 14, a first light-shielding portion 18 and a second light-shielding portion 20, a masking unit 19, a condenser lens 21, and a collimator lens 23.
  • a routing optical system 2 an emission angle preservation optical element 5, a diffraction optical element 6, a condenser lens 7, and a prism unit 10.
  • the illumination optical system further includes a zoom lens unit 11, an optical integrator 12, an aperture 13, a condenser lens 14, a first light-shielding portion 18 and a second light-shielding portion 20, a masking unit 19, a condenser lens 21, and a collimator lens 23.
  • the routing optical system 2 is provided between the light source 1 and the emission angle preservation optical element 5, and guides the light flux from the light source 1 to the emission angle preservation optical element 5.
  • the emission angle preservation optical element 5 is provided on the light source side of the diffractive optical element 6 and guides the light flux from the light source 1 to the diffractive optical element 6 while keeping the divergence angle constant.
  • the injection angle conserving optical element 5 may be composed of a microlens array or an optical integrator such as a fiber bundle. The injection angle preservation optical element 5 can reduce the influence of the output fluctuation of the light source 1 on the pattern distribution formed by the diffraction optical element 6.
  • the diffractive optical element 6 is arranged on a surface conjugate with the reticle 24, which is an illuminated surface (image plane), or a surface having a Fourier transform relationship with the pupil surface of the illumination optical system.
  • the diffractive optical element 6 diffracts the light intensity distribution of the light flux from the light source 1 on a predetermined surface such as the pupil surface of the illumination optical system which is a surface conjugate to the pupil surface of the projection optical system 26 and the surface conjugate to the pupil surface of the illumination optical system. Convert to form the desired light intensity distribution.
  • a computer hologram (CGH: Computer Generated Hologram) designed by a computer so that a desired diffraction pattern can be obtained on the diffraction pattern surface may be used.
  • the shape of the light source formed on the pupil surface of the projection optical system 26 is called an effective light source shape.
  • an "effective light source” means a light intensity distribution or a light angle distribution on an illuminated surface and a conjugate surface thereof.
  • the diffractive optical element 6 is provided between the injection angle conserving optical element 5 and the condenser lens 7. The light beam from the emission angle preservation optical element 5 irradiates the diffractive optical element 6, diffracts it with the diffractive optical element 6, and is guided to the condenser lens 7.
  • a plurality of diffractive optical elements 6 are provided in the illumination optical system, and each diffractive optical element 6 is attached and mounted in a corresponding one of a plurality of slots of a turret (not shown).
  • the plurality of diffractive optical elements can form different effective light source shapes. Due to these effective light source shapes, the names of the illumination modes are called small ⁇ illumination, large ⁇ illumination, ring zone illumination, double pole illumination, quadrupole illumination, and the like.
  • the condenser lens 7 is provided between the diffractive optical element 6 and the prism unit 10, collects the light beam diffracted by the diffractive optical element 6, and forms a diffraction pattern on the Fourier transform surface 9. The distribution of the diffraction pattern is constant.
  • the Fourier transform surface 9 is located between the optical integrator 12 and the diffractive optical element 6, and is a surface that is optically in a Fourier transform relationship with the diffractive optical element 6.
  • the prism unit 10 and the zoom lens unit 11 are provided on the light source side with respect to the optical integrator 12, and function as a zoom optical system that expands the light intensity distribution formed on the Fourier transform surface 9.
  • the prism unit 10 can guide the diffraction pattern (light intensity distribution) formed on the Fourier transform surface 9 to the zoom lens unit 11 by adjusting the annular ratio and the like.
  • the zoom lens unit 11 is provided between the prism unit 10 and the optical integrator 12.
  • the zoom lens unit 11 can guide the diffraction pattern formed on the Fourier transform surface 9 to the optical integrator 12 by adjusting the ⁇ value based on the ratio of the NA of the illumination optical system and the NA of the projection optical system. ..
  • the optical integrator 12 is provided between the zoom lens unit 11 and the condenser lens 14, and forms a large number of secondary light sources according to the diffraction pattern in which the annular ratio, the aperture angle, and the ⁇ value are adjusted, and the condenser lens 14 is formed. May include fly eye lenses that lead to. However, the fly eye lens portion of the optical integrator 12 may be composed of an optical pipe, a diffractive optical element, a microlens array, or the like. A diaphragm 13 is provided between the optical integrator 12 and the condenser lens 14.
  • the condenser lens 14 is provided between the optical integrator 12 and the reticle 24. As a result, a large number of light fluxes derived from the optical integrator 12 can be focused to illuminate the reticle 24 in a superimposed manner.
  • the condenser lens 14 includes a half mirror 15, and a part of the exposure light is incident on the light quantity measuring optical system 16.
  • the light amount measurement optical system 16 has a sensor 17 for measuring the light amount. The exposure amount at the time of exposure can be appropriately controlled based on the amount of light measured by the sensor 17.
  • the masking unit 19 is arranged on the conjugate surface of the non-illuminated surface.
  • the masking unit 19 is arranged to define the illumination range of the reticle 24 and is scanned synchronously with the reticle stage 25 holding the reticle 24 and the substrate stage 28 holding the substrate 27.
  • Two light-shielding parts are provided at the defocused position from the masking unit 19.
  • the first light-shielding portion 18 is arranged at either a position defocused from the illuminated surface to the light source side or a position defocused from the conjugate surface of the illuminated surface to the light source side.
  • the second light-shielding portion 20 is arranged at a position defocused from the conjugate surface of the illuminated surface to the illuminated surface side.
  • the first light-shielding portion 18 and the second light-shielding portion 20 may be variable slits, respectively.
  • the light reflected by the mirror 22 having a predetermined inclination with respect to the light flux from the condenser lens 21 illuminates the reticle 24 via the collimator lens 23.
  • the pattern of the reticle 24 is projected onto the substrate 27 via the projection optical system 26.
  • the illumination area 24a is an illumination area of the reticle 24 surface which is an illuminated surface.
  • the illumination area 19a is an illumination area of 19 masking units having a conjugate relationship with the 24 reticle surfaces.
  • the illumination region 24a is scanned during the exposure.
  • the incident angle distribution that illuminates a certain point on the exposed surface is the sum of the incident angle distribution that illuminates each point on the straight line 24b parallel to the scanning direction (y direction) in the illumination region 24a.
  • This is called an integrated effective light source.
  • the integrated effective light source refers to an integrated incident angle distribution that integrates the incident angle distribution during the period in which a certain point in the illumination region is illuminated by scanning exposure.
  • the straight line 19b is a straight line parallel to the scanning direction (y direction) in the illumination region 19a and corresponds to the straight line 24b.
  • Reference numeral 3a indicates an enlarged view of the vicinity of the first light-shielding portion 18 and the second light-shielding portion 20.
  • Reference numeral 3b indicates an angular distribution of illumination light passing through points A, B, and C on the 19th surface of the masking unit.
  • the luminous flux from the condenser lens 14 toward the point A via the optical integrator 12 is emitted in parallel with the optical axis 1b, and is not eclipsed by a part of the first light-shielding portion 18 and the second light-shielding portion 20. Therefore, the shape of the effective light source 24a at the point A'on the reticle surface is substantially circular.
  • the upper side of the effective light source 24b is chipped because it is eclipsed by the light-shielding member 20a of the second light-shielding portion 20, and the lower side is chipped because it is eclipsed by the light-shielding member 18a of the first light-shielding portion 18.
  • the effective light source 24b has asymmetry with respect to the scanning direction (Y direction) of the scanning exposure due to the two light-shielding portions.
  • asymmetry occurs in the Y direction in the same way as the light flux toward the point B.
  • the integrated effective light source that scans all the light flux passing on the straight line including the points A, B, and C in the Y direction has a light intensity distribution as indicated by the reference numeral 3c, and is integrated and effective in the scanning direction. It can be seen that the asymmetry of the light source occurs.
  • the asymmetry of the integrated effective light source can cause problems during exposure. For example, when a line-and-space pattern having the same line width is printed in the vertical and horizontal directions, a line width difference occurs between the vertical pattern and the horizontal pattern, which is not preferable. Therefore, it is necessary to correct the asymmetry.
  • the third light-shielding portion 8 is arranged on the light source side of the Fourier transform surface 9.
  • the third light-shielding portion 8 is arranged, for example, at a position slightly defocused from the position of the Fourier transform surface 9.
  • the third shading unit 8 can be used to correct the integrated effective light source (integrated incident angle distribution).
  • FIG. 4 shows the configuration of the third light-shielding unit 8.
  • the third light-shielding portion 8 is composed of, for example, four light-shielding plates, and each of the four light-shielding plates can be driven independently in the X direction or the Y direction. For example, in the case of the integrated effective light source shown in FIG.
  • the asymmetry of the integrated effective light source is adjusted by driving the two shading plates in the closing direction in the X direction and partially eclipsing the light in the X direction. can do.
  • a filter may be applied instead of the light-shielding portion for adjustment.
  • the diffractive optical element 6 is designed to have a non-uniform distribution with respect to the Y direction.
  • the diffractive optical element 6 has a non-scanning direction (X) that is orthogonal to the scanning direction (Y direction) of the scanning exposure and the scanning direction with respect to the integrated effective light source generated on the illuminated surface by the first light-shielding unit 18 and the second light-shielding unit 20. It has a diffraction characteristic that reduces the difference from the direction).
  • the integration is performed as shown in FIG. 5B.
  • the X direction and the Y direction of the integrated effective light source become symmetrical.
  • the second embodiment is an example in which the zoom lens unit 11 is used and the ⁇ value is changed.
  • the zoom lens unit 11 is driven to change the zoom, the influence of eclipse on the first light-shielding unit 18 and the second light-shielding unit 20 changes, and the asymmetry of the integrated effective light source changes. Therefore, when one type of diffractive optical element is used, it is difficult to sufficiently reduce the asymmetry of the integrated effective light source in all zooms. Therefore, in the present embodiment, the third shading unit 8 is also used.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ⁇ value and the asymmetry of the integrated effective light source when the zoom lens unit 11 is driven.
  • the integrated effective light source has asymmetry for any ⁇ value.
  • the diffractive optical element 6 has a scanning direction (Y direction) and a non-scanning direction (X direction) with respect to the integrated effective light source at the center value in the range of the ⁇ value that can be changed by the zoom lens unit 11. It is designed to have diffraction characteristics that reduce the difference. As a result, the asymmetry of the integrated effective light source in the driving range of the ⁇ value becomes smaller than that of the prior art.
  • FIG. 7 is a result obtained by optical image simulation of the line width difference between the vertical pattern and the horizontal pattern when exposed with a conventional integrated effective light source having asymmetry as shown in FIG. From this graph, it can be seen that the line width difference between the vertical pattern and the horizontal pattern is smaller in the present embodiment than in the prior art.
  • the asymmetry is adjusted by using the third shading unit 8 according to the ⁇ used, starting from the magnitude of the asymmetry of the integrated effective light source as shown in FIG. That is, the third light-shielding unit 8 is adjusted according to the state ( ⁇ value used) of the zoom lens unit.
  • the amount of the asymmetry to be adjusted is small, so that the image plane illuminance for applying the third light-shielding portion 8 is less reduced. , It is advantageous in terms of the throughput of the exposure apparatus.
  • the article manufacturing method according to the embodiment of the present invention is suitable for manufacturing articles such as microdevices such as semiconductor devices and elements having a fine structure, for example.
  • a latent image pattern is formed on a photosensitive agent applied to a substrate by using the above-mentioned exposure apparatus (a step of exposing the substrate), and a latent image pattern is formed in such a step. Includes a step of developing the substrate.
  • a manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, flattening, etching, resist peeling, dicing, bonding, packaging, etc.).
  • the article manufacturing method of the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.

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Abstract

基板の走査露光を行う露光装置において、光源（１）からの光で原版（２４）の被照明面を照明する照明光学系は、所定面上に、前記光源（１）からの光束の光強度分布を回折作用により変換する回折光学素子（６）と、前記被照明面の共役面から前記光源側にデフォーカスした位置に配置される第１遮光部（１８）と、前記被照明面の前記共役面から前記被照明面側にデフォーカスした位置に配置される第２遮光部（２０）と、を有する。前記回折光学素子（６）は、前記第１遮光部（１８）と前記第２遮光部（２０）とによって前記被照明面に生じる、ある一点を前記走査露光によって照明する期間における入射角度分布を積算した積算入射角度分布に関して、前記走査露光の走査方向と該走査方向と直交する非走査方向との差を低減する回折特性を有する。

Description

露光装置、および、物品製造方法
　本発明は、露光装置、および、物品製造方法に関する。
　半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造工程であるリソグラフィ工程で使用される露光装置にはさらなる高解像度化が求められている。高解像度を達成するためには、露光光の短波長化、投影光学系の開口数（ＮＡ）の増加（高ＮＡ化）、さらには、変形照明（輪帯照明、二重極照明、四重極照明など）の使用が有効である。
　一方、近年のデバイス構造の多層化に伴い、露光装置は高い重ね合わせ精度も求められている。特許文献１には、被照明面の共役面であるマスキングユニット１０４の前後に遮光部１０３および遮光部１０５を配置した、ダブルスリット構成が開示されている（図１）。このダブルスリット構成は、重ね合わせ精度を向上させるために有効である。
　また、特許文献１には、ダブルスリット構成によって生じる積算有効光源分布の非対称性を緩和するための遮光部４０１またはフィルタ４０２を配置することも開示されている（図１２、図１４）。
特開２０１０－７３８３５号公報
　しかし、ダブルスリット構成によって生じる積算有効光源分布の非対称性を緩和するための遮光部またはフィルタを配置する場合には、像面照度が低下してしまう。像面照度が低下することは、スループットが低下することにつながるため、好ましくない。
　本発明は、例えば、照明光学系の像面の照度分布の補正性能と像面照度の低下の抑制の両立に有利な露光装置を提供する。
　本発明の一側面によれば、基板の走査露光を行う露光装置であって、光源からの光で原版の被照明面を照明する照明光学系を有し、前記照明光学系は、所定面上に、前記光源からの光束の光強度分布を回折作用により変換する回折光学素子と、前記被照明面の共役面から前記光源側にデフォーカスした位置に配置される第１遮光部と、前記被照明面の前記共役面から前記被照明面側にデフォーカスした位置に配置される第２遮光部と、を有し、前記回折光学素子は、前記第１遮光部と前記第２遮光部とによって前記被照明面に生じる、ある一点を前記走査露光によって照明する期間における入射角度分布を積算した積算入射角度分布に関して、前記走査露光の走査方向と該走査方向と直交する非走査方向との差を低減する回折特性を有する、ことを特徴とする露光装置が提供される。
　本発明によれば、例えば、照明光学系の像面の照度分布の補正性能と像面照度の低下の抑制の両立に有利な露光装置を提供することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
実施形態における露光装置の構成を示す概略断面図。 積算有効光源を説明する図。 積算有効光源を説明する図。 遮光部の構成を示す図。 実施形態における回折光学素子の設計について説明する図。 実施形態における回折光学素子の設計について説明する図。 σ値ごとの積算有効光源の非対称性を示すグラフ。 σ値ごとの、縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差を示すグラフ。
　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
　＜第１実施形態＞
　図１は、実施形態における露光装置の構成を示す概略断面図である。この露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式で原版（マスク）のパターンを基板に露光する走査型露光装置である。ステップ・アンド・スキャン方式では、原版と基板と相対的に駆動（スキャン）させながら１ショットの露光が行われ、１ショットの露光終了後、基板のステップ移動により次のショット領域への移動が行われる。
　露光装置は、光源１からの光束を利用して原版であるレチクル２４を照明する照明光学系と、レチクル２４のパターンを基板２７に投影する投影光学系２６とを有する。
　光源１には、波長約３６５ｎｍの水銀ランプ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー等が使用されうる。
　照明光学系は、引き回し光学系２、射出角度保存光学素子５、回折光学素子６、コンデンサレンズ７、プリズムユニット１０を有する。また、照明光学系は、ズームレンズユニット１１、オプティカルインテグレータ１２、絞り１３、コンデンサレンズ１４、第１遮光部１８および第２遮光部２０、マスキングユニット１９、コンデンサレンズ２１、及び、コリメータレンズ２３を更に有する。
　引き回し光学系２は、光源１と射出角度保存光学素子５との間に設けられ、光源１からの光束を射出角度保存光学素子５に導く。射出角度保存光学素子５は、回折光学素子６の光源側に設けられ、光源１からの光束をその発散角度を一定に保ちながら回折光学素子６へ導く。射出角度保存光学素子５は、マイクロレンズアレイ、または、ファイバー束などのオプティカルインテグレータによって構成されうる。射出角度保存光学素子５によって、光源１の出力変動が回折光学素子６によって形成されるパターン分布に及ぼす影響を軽減することができる。
　回折光学素子６は、被照明面（像面）であるレチクル２４と共役な面または照明光学系の瞳面とフーリエ変換の関係のある面に配置される。回折光学素子６は、投影光学系２６の瞳面と共役な面である照明光学系の瞳面やそれと共役な面などの所定面上に、光源１からの光束の光強度分布を回折作用により変換して所望の光強度分布を形成する。回折光学素子６には、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を使用してもよい。投影光学系２６の瞳面に形成される光源形状は、有効光源形状と呼ばれる。なお、本明細書において、「有効光源」とは、被照明面およびその共役面上における光強度分布あるいは光の角度分布をいう。回折光学素子６は、射出角度保存光学素子５とコンデンサレンズ７との間に設けられている。射出角度保存光学素子５からの光束は、回折光学素子６を照射し、回折光学素子６で回折して、コンデンサレンズ７へ導かれる。
　一例において、照明光学系には回折光学素子６は複数設けられ、それぞれの回折光学素子６はターレット（不図示）の複数のスロットの対応する１つに取り付けられて搭載されている。複数の回折光学素子はそれぞれ異なる有効光源形状を形成することができる。これらの有効光源形状により、照明モードの名前が、小σ照明、大σ照明、輪帯照明、二重極照明、四重極照明などと呼ばれる。
　コンデンサレンズ７は、回折光学素子６とプリズムユニット１０との間に設けられ、回折光学素子６で回折した光束を集光し、フーリエ変換面９に回折パターンを形成する。回折パターンの分布は一定である。
　フーリエ変換面９は、オプティカルインテグレータ１２と回折光学素子６との間にあり、回折光学素子６と光学的にフーリエ変換の関係にある面である。光路に位置する回折光学素子６を交換すれば、フーリエ変換面９に形成される回折パターンの形状を変えることができる。
　プリズムユニット１０とズームレンズユニット１１は、オプティカルインテグレータ１２に対して光源側に設けられ、フーリエ変換面９に形成された光強度分布を拡大するズーム光学系として機能する。プリズムユニット１０は、フーリエ変換面９に形成された回折パターン（光強度分布）を、輪帯率等を調整してズームレンズユニット１１へと導くことができる。
　また、ズームレンズユニット１１は、プリズムユニット１０とオプティカルインテグレータ１２との間に設けられる。ズームレンズユニット１１は、フーリエ変換面９に形成された回折パターンを、照明光学系のＮＡと投影光学系のＮＡとの比を基準としたσ値を調整してオプティカルインテグレータ１２へ導くことができる。
　オプティカルインテグレータ１２は、ズームレンズユニット１１とコンデンサレンズ１４との間に設けられ、輪帯率、開口角及びσ値が調整された回折パターンに応じて多数の２次光源を形成してコンデンサレンズ１４へ導くハエの目レンズを含みうる。ただし、オプティカルインテグレータ１２のハエの目レンズの部分は、オプティカルパイプ、回折光学素子やマイクロレンズアレイなどから構成されてもよい。オプティカルインテグレータ１２とコンデンサレンズ１４との間には、絞り１３が設けられている。
　コンデンサレンズ１４は、オプティカルインテグレータ１２とレチクル２４との間に設けられている。これにより、オプティカルインテグレータ１２から導かれた多数の光束を集光してレチクル２４を重畳的に照明することができる。コンデンサレンズ１４は、ハーフミラー１５を含み、露光光の一部が光量測定光学系１６に入射する。光量測定光学系１６は、光量を測定するセンサ１７を持つ。このセンサ１７により測定された光量に基づいて、露光時の露光量が適切に制御されうる。
　非照明面の共役面には、マスキングユニット１９が配置される。マスキングユニット１９は、レチクル２４の照明範囲を画定するために配置され、レチクル２４を保持するレチクルステージ２５および基板２７を保持する基板ステージ２８と共に同期して走査される。
　マスキングユニット１９からデフォーカスした位置に、２つの遮光部が設けられている。具体的には、被照明面から光源側にデフォーカスした位置及び被照明面の共役面から光源側にデフォーカスした位置のうちのいずれかの位置に、第１遮光部１８が配置される。また、被照明面の共役面から被照明面側にデフォーカスした位置に、第２遮光部２０が配置される。被照明面の照度分布の不均一性を軽減するため、第１遮光部１８および第２遮光部２０はそれぞれ、可変スリットであってもよい。
　コンデンサレンズ２１からの光束に対して所定の傾きを有するミラー２２で反射した光は、コリメータレンズ２３を介してレチクル２４を照明する。レチクル２４のパターンは投影光学系２６を介して基板２７に投影される。
　次に、図２を参照して、積算有効光源について説明する。照明領域２４ａは、被照明面であるレチクル２４面の照明領域である。照明領域１９ａは、レチクル２４面と共役関係にあるマスキングユニット１９面の照明領域である。露光において照明領域２４ａが走査される。このとき、露光面上のある点を照明する入射角度分布は、照明領域２４ａにおける走査方向（ｙ方向）に平行な直線２４ｂ上の各点を照明する入射角度分布を積算したものである。これを積算有効光源と呼ぶ。言い換えると、積算有効光源とは、照明領域のある一点を走査露光によって照明する期間における入射角度分布を積算した積算入射角度分布をいう。直線１９ｂは、照明領域１９ａにおける走査方向（ｙ方向）に平行な直線であり、直線２４ｂに対応する。
　次に、図３を参照して、第１遮光部１８および第２遮光部２０を用いたときに、スキャン後の積算有効光源がどのようになるかについて説明する。符号３ａは、第１遮光部１８および第２遮光部２０付近の拡大図を示す。符号３ｂは、マスキングユニット１９面上の点Ａ，Ｂ，Ｃを通過する照明光の角度分布を示す。オプティカルインテグレータ１２を経て、コンデンサレンズ１４から点Ａへ向かう光束は、光軸１ｂに対して平行に射出され、第１遮光部１８および第２遮光部２０の一部によってケラれることはない。そのため、レチクル面上の点Ａ’における有効光源２４ａの形状は、ほぼ円形となる。
　一方、オプティカルインテグレータ１２を経て、コンデンサレンズ１４から点Ｂへ向かう光束については、第１遮光部１８の遮光部材１８ａおよび第２遮光部２０の遮光部材２０ａによって一部の光線がケラれる。このため、レチクル面上の点Ｂ’における有効光源２４ｂの角度分布は、走査露光の走査方向（Ｙ方向）に関して非対称となる。有効光源２４ｂの上側が欠けるのは第２遮光部２０の遮光部材２０ａによってケラれるためであり、下側が欠けるのは第１遮光部１８の遮光部材１８ａによってケラれるためである。このように、２つの遮光部があるために、有効光源２４ｂには走査露光の走査方向（Ｙ方向）に関して非対称性が生じることが分かる。レチクル面上の点Ｃ’における有効光源２４ｃの形状についても、点Ｂへ向かう光束と同様の考え方で、Ｙ方向に非対称性が生じる。
　点Ａ、点Ｂ、点Ｃを含む直線上を通過する全ての光束をＹ方向に走査した積算有効光源は、符号３ｃで示されるような光強度分布を持つようになり、走査方向に積算有効光源の非対称性が生じることが分かる。積算有効光源に非対称性があると、露光時に問題が生じうる。例えば、縦方向、横方向に同一線幅のライン・アンド・スペース・パターンを焼き付ける場合、縦方向のパターンと横方向のパターンとの間で線幅差が生じ、好ましくない。そのため、非対称性を補正することが必要となる。
　実施形態において、フーリエ変換面９の光源側に第３遮光部８が配置される。第３遮光部８は、例えば、フーリエ変換面９の位置からややデフォーカスした位置に配置される。積算有効光源（積算入射角度分布）を補正するために、第３遮光部８を用いることが可能である。図４に、第３遮光部８の構成を示す。第３遮光部８は、例えば４枚の遮光板で構成されており、４枚の遮光板のそれぞれは、Ｘ方向またはＹ方向に独立して駆動させることができる。例えば、図３に示された積算有効光源の場合、２枚の遮光板をＸ方向に閉じる方向に駆動させ、Ｘ方向の光を部分的にケラせることによって、積算有効光源の非対称性を調整することができる。遮光部の代わりにフィルタを適用して調整してもよい。
　従来、フーリエ変換面９の分布は一様であったが、本実施形態では、図５Ａに示されるように、回折光学素子６が、Ｙ方向に対して一様でない分布になるように設計される。回折光学素子６は、第１遮光部１８と第２遮光部２０とによって被照明面に生じる積算有効光源に関して、走査露光の走査方向（Ｙ方向）と該走査方向と直交する非走査方向（Ｘ方向）との差を低減する回折特性を有する。具体的には、Ｙ方向について、フーリエ変換面の分布と第１遮光部１８および第２遮光部２０により有効光源が非対称になる分とを相殺することにより、図５Ｂに示されるように、積算有効光源のＹ方向の光強度分布が一定となるようにする。この結果、積算有効光源のＸ方向とＹ方向が対称になる。これにより、第３遮光部８を適用して非対称性の調整を行う必要がなくなる。このため、第３遮光部８を適用することによる像面照度の低下がなくなり、露光装置のスループットの観点で有利である。
　＜第２実施形態＞
　第２実施形態は、ズームレンズユニット１１を用いて、σ値を変更して使用する際の例である。ズームレンズユニット１１を駆動させてズームを変えると、第１遮光部１８および第２遮光部２０でのケラレの影響が変わり、積算有効光源の非対称性が変化する。そのため、１種類の回折光学素子を用いた場合、全てのズームで積算有効光源の非対称性を十分に小さくすることは困難である。よって、本実施形態では第３遮光部８も併用する。
　図６は、ズームレンズユニット１１を駆動させたときの、σ値と積算有効光源の非対称性との関係を示したグラフである。図６に示されているように、従来技術では、どのσ値についても、積算有効光源に非対称性がある。一方、本実施形態では、回折光学素子６は、ズームレンズユニット１１により変更可能なσ値の範囲の中心値において、積算有効光源に関して走査方向（Ｙ方向）と非走査方向（Ｘ方向）との差が低減するような回折特性を有するように設計される。それにより、σ値の駆動範囲の積算有効光源の非対称性が従来技術に対して小さくなる。
　図７は、図６に示されるような従来の非対称性を持つ積算有効光源で露光した場合の縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差を光学像シミュレーションによって求めた結果である。このグラフから、従来技術よりも本実施形態の方が、縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差が小さいことが分かる。
　実際に装置を使用するときには、図６に示されるような積算有効光源の非対称性の大きさをスタートとして、使用するσに応じ、第３遮光部８を用いて非対称性の調整を行う。すなわち、第３遮光部８は、ズームレンズユニットの状態（使用されるσ値）に応じて調整される。従来例と比べて、使用するσ値の範囲で非対称性の小さい本実施形態の方が、非対称性を調整すべき量が少ないため、第３遮光部８適用分の像面照度の低下が少なく、露光装置のスループットの観点で有利である。
　＜物品製造方法の実施形態＞
　本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
　発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
　本願は、２０１９年９月３日提出の日本国特許出願特願２０１９－１６０６６３を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (9)

  1. 　基板の走査露光を行う露光装置であって、
    　光源からの光で原版の被照明面を照明する照明光学系を有し、
    　前記照明光学系は、
    　所定面上に、前記光源からの光束の光強度分布を回折作用により変換する回折光学素子と、
    　前記被照明面の共役面から前記光源側にデフォーカスした位置に配置される第１遮光部と、
    　前記被照明面の前記共役面から前記被照明面側にデフォーカスした位置に配置される第２遮光部と、を有し、
    　前記回折光学素子は、前記第１遮光部と前記第２遮光部とによって前記被照明面に生じる、ある一点を前記走査露光によって照明する期間における入射角度分布を積算した積算入射角度分布に関して、前記走査露光の走査方向と該走査方向と直交する非走査方向との差を低減する回折特性を有する、ことを特徴とする露光装置。
  2. 　σ値を変更するズームレンズユニットを有し、
    　前記回折光学素子は、前記ズームレンズユニットにより変更可能なσ値の範囲の中心値において前記差がなくなるような回折特性を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 　前記積算入射角度分布を調整する第３遮光部を有し、
    　前記ズームレンズユニットの状態に応じて、前記第３遮光部を調整する、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  4. 　前記第３遮光部は、前記回折光学素子と光学的にフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面の位置から前記光源側にデフォーカスした位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
  5. 　前記第１遮光部および前記第２遮光部はそれぞれ、可変スリットを含み、
    　前記差を低減するように前記可変スリットを調整する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
  6. 　前記第３遮光部は、可変スリットを含み、
    　前記ズームレンズユニットの状態に応じて、前記可変スリットを調整する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の露光装置。
  7. 　前記回折光学素子は、計算機ホログラムを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
  8. 　前記共役面に配置され、前記原版の照明範囲を画定するマスキングユニットを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
  9. 　請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    　前記露光された基板を現像する工程と、を有し、前記現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
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