JPH1154426A - 照明装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

照明装置及びそれを用いた投影露光装置

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JPH1154426A
JPH1154426A JP9221948A JP22194897A JPH1154426A JP H1154426 A JPH1154426 A JP H1154426A JP 9221948 A JP9221948 A JP 9221948A JP 22194897 A JP22194897 A JP 22194897A JP H1154426 A JPH1154426 A JP H1154426A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常照明と変形種名の切り替えが簡易でかつ
光の利用効率が高く、容易に実現し得る照明装置及びそ
れを用いた投影露光装置を得ること。 【解決手段】 光源と、該光源からの光束を集光する集
光光学系と、該集光光学系からの光束を混合して射出す
る光束混合手段と、該光束混合手段からの出射光束を用
いて多数の部分光束を発生させる多光束発生手段と、該
多光束発生手段からの光束を重ね合わせた状態で被照射
面を照射する照射手段と、を有する照明装置において、
該光束混合手段の出射面近傍に光束調整手段を設け、該
多光束発生手段の入射面での光量分布を調整可能に構成
していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は照明装置及びそれを
用いた投影露光装置及びデバイスの製造方法に関し、具
体的には半導体素子等のデバイスの製造装置において、
レチクル面上のパターンを適切に照明し、高い解像力が
容易に得られるようにした例えばステップアンドリピー
ト方式やステップアンドスキャン方式の投影露光装置に
好適なものである。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体素子等のデバイス製造用の
露光装置に使用される照明装置には、高解像力化を図る
ためにマスク面(レチクル面)における照度ムラの除去
が強く要求されている。この要求と、集光効率の向上を
図った照明装置が、本出願人は例えば特開平1-000913号
公報において提案している。
【0003】図34は同公報で提案している照明装置の
要部概略図である。
【0004】図中1は光源で、超高圧水銀ランプ等から
なっている。2は集光手段で楕円ミラー等からなり、該
楕円ミラー2の第1焦点付近に光源1が配置されてい
る。3は光束混合手段で所定形状のオプティカルパイプ
より成り、該オプティカルパイプ3の入射面3aは楕円
ミラー2の第2焦点付近配置されている。4は集光レン
ズ、5は多光束発生手段であるハエの目であり、集光レ
ンズ4はオプティカルパイプ3の出射端3bとハエの目
5の入射面5aとが略共役関係となるように設定してい
る。またその際出射端3bを入射面5aに所望の倍率で
結像するよう集光レンズ4の光学諸定数を定めている。
【0005】6は照射手段でコンデンサーレンズを含む
構成からなり、ハエの目5の出射面5bからの光束を用
いてマスクやレチクル面等が設定される被照射面7を照
射している。
【0006】その際ハエの目5を構成している素子レン
ズの集光点(後側焦点)を集光手段6の前側焦点に略一
致させ、被照射面7と集光手段6の後側焦点と略一致さ
せるケーラー照明系を構成している。
【0007】光束混合手段3であるオプティカルパイプ
は内側面による多重反射を利用して、1つの光束から多
数の虚または実の集光点を形成するものであり、その原
理を図35〜37に示す。
【0008】例えばオプティカルパイプを図37に示す
様な正方形断面を有する中空で、内面反射をする部材で
構成されているとする。
【0009】図35はオプティカルパイプ3の入射面3
01aの前側に光源像S0を持つ集光光束により虚の集
光点が形成される様子を光軸に沿った断面で表したもの
である。
【0010】光源像S0から入射する光束のうち、上方
側面301c、下方側面301dで一度も反射されない
光束は、そのまま射出面301bから出射していく。
【0011】上方側面301cでのみ1回反射される光
束は、上方側面301cに関して集光点S0と共役な虚
の集光点S1から供給されるように出射し、また下方側
面301dでのみ1回反射される光束は、下方側面30
1dに関して集光点S0と共役な虚の集光点S−1 か
ら供給されるように出射する。
【0012】以下同様にして、下方側面301dで反射
した後、上方側面301cで反射される光束は集光点S
0から供給されるように出射し、上方側面301cで反
射した後、下方側面301dで反射される光束は集光点
S2から供給されるように出射する。
【0013】従ってこのオプティカルパイプに入射する
光源像S0を持つ光束は、側面での1回又は複数回の反
射によって実質的に多数の光源像から供給されているよ
うに出射する。
【0014】この結果、各側面での反射により出射面か
ら見た集光点の様子は、図36のように格子状に分布し
た多数の集光点からの光束によって出射面301bが照
明されるようになり、これら多数の虚集光点の形成され
る面S に実質的な面光源が形成されている。
【0015】よってオプティカルパイプ3の出射端30
1bは略均一な照度分布を得ることができる。
【0016】その均一の度合いはオプティカルパイプ3
内での光束の反射回数によって定まるが、ここでは詳細
な説明は省く。
【0017】ハエの目5は複数の微小レンズのアレイよ
りなり、その出射面5bは2次光源面を形成している。
【0018】既に説明したように、オプティカルパイプ
3の出射面301bとハエの目5の入射面5aは略共役
に結ばれており、オプティカルパイプ3の出射面301
bで既に略均一な照度分布を形成しているが、それをハ
エの目5に入射させ、照射手段6でケーラー照明で被照
射面7を照射することにより、さらに均一な照度分布を
被照射面上で達成している。
【0019】ところで最近の半導体素子の集積度の向上
に伴ない、投影露光装置の要求される解像力も年々高ま
りつつある。解像力を向上させるため、光源の短波長化
か、位相シフト法の採用、変形照明法の採用等の種々の
方法が研究開発されており、特に変形照明法は従来装置
に対し大幅な変更を加える必要がなく、かつ従来のマス
クパターンの変更が必要ないという利点を有している。
【0020】変形照明法の代表的な例としては、照明光
学系の、投影光学系の瞳と略共役な面において光束が通
過する際に光束の通過位置が光軸から離間した4箇所に
制限される、所謂4重極照明と称させる方法と、前記の
照明光学系の面において光束の通過位置が光軸と同心の
輪帯状に制限される、所謂輪対照明と称される方法の2
つが特に一般的である。
【0021】4重極照明は特に縦横の線から成るパター
ンについて、解像力の向上及び焦点深度の増大の効果が
顕著であるが、斜め方向の線からなるパターンについて
はむしろ変形照明をしない通常照明よりも悪化する欠点
がある。
【0022】一方輪帯照明は、解像力の向上および焦点
深度増大の効果は4重極よりも顕著ではないが、パター
ンの方向に依存しない特徴を有している。
【0023】変形照明法を利用した照明装置として特開
平5-251308号公報では、光源手段とインテグレータとの
間に平行光を輪帯状光束に変換する輪帯状光束変換手段
を設けて、被照明面を均一に傾斜照明している。
【0024】特開平5-283317号公報や特開平6-204114号
公報では楕円鏡とオプティカルインテグレータとの間に
入射光束を所定方向に偏向させる挿脱可能な光学素子を
配置して、オプティカルインテグレータの入射面の光強
度分布を変えて、被照射面を照明している。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した照明
装置を改良し、通常照明法と変形照明法の切り替えが容
易で、かつ高い照明効率で被照射面を均一に照明するこ
とができ、高集積度のデバイスを容易に製造することが
できる照明装置及びそれを用いた投影露光装置、デバイ
スの製造方法の提供を目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は (1−1)光源と、該光源からの光束を集光する集光光
学系と、該集光光学系からの光束を混合して射出する光
束混合手段と、該光束混合手段からの出射光束を用いて
多数の部分光束を発生させる多光束発生手段と、該多光
束発生手段からの光束を重ね合わせた状態で被照射面を
照射する照射手段と、を有する照明装置において、該光
束混合手段の出射面近傍に光束調整手段を設け、該多光
束発生手段の入射面での光量分布を調整可能に構成して
いることを特徴としている。
【0027】特に、 (1−1−1)前記光束混合手段と前記多光束発生手段
の間には光学系が配置されており、該光学系により該光
束混合手段の出射面と、該多光束発生手段の入射面とを
略共役になるよう設定していること。 (1−1−2)前記光束混合手段はオプティカルパイプ
を有していること。 (1−1−3)前記光束調整手段は、入射面側が凹面
の、出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材からなるこ
と。 (1−1−4)前記光束調整手段は、入射面側が凹面
の、出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材からなる
こと。 (1−1−5)前記光束調整手段は、入射面側が凹面
の、出射面側が凸面の多角錐面の頂点を光軸に水平な面
で切断した平面を有する光学部材からなること。 (1−1−6)前記光束調整手段は、輪帯状の位相分布
を有する回折光学素子を2つ有していること。 (1−1−7)前記光束調整手段は一面に回折光学素子
を設けた基板を有しており、該回折光学素子は該一面上
の多数の領域に面積分割されており、かつ各々の領域の
回折光学素子は直線状のパターンから形成されており、
また各々の領域の回折光学素子による光束の回折方向が
互いに異なっており、前記多光束発生手段上の離散的な
位置に他に比べて強い光強度分布を形成していること。 (1−1−8)前記多光束発生手段の入射面上での光量
分布が異なるようにした光束調整手段を複数設け、該複
数の光束調整手段のうちの1つを光路中に選択可能に設
定していること。 (1−1−9)前記多光束発生手段はハエの目を有して
いること。 (1−1−10)前記多光束発生手段の出射面近傍には
前記光束調整手段の種類に応じて開口形状が異なる絞り
を交換可能に設けていること等を特徴としている。
【0028】本発明の投影露光装置は構成(1−1)の
照明装置を用いて、 (2−1)被照射面に設けた物体面上のパターンを投影
光学系により露光基板に投影露光していることを特徴と
している。 (2−2)被照射面に設けた物体面上のパターンを投影
光学系により露光基板に該物体と該露光基板の双方を該
投影光学系の光軸と垂直方向に該投影光学系の投影倍率
に対応させた速度比で同期させて走査して露光すること
を特徴としている。
【0029】本発明のデバイスの製造方法は構成(2−
1)又は(2−2)の投影露光装置を用いて (3−1)物体面上のパターン投影光学系により露光基
板上に投影露光した後、該露光基板を現像処理してデバ
イスを製造することを特徴としている。
【0030】
【発明の実施の形態】図1は本発明の照明装置の実施形
態1の一部分の要部概略図、図2は本発明の照明装置を
用いた投影露光装置の実施形態1の要部概略図である。
【0031】本実施形態の投影露光装置はステップアン
ドリピート方式やステップアンドスキャン方式が適用可
能である。
【0032】図中、20は光源であり、紫外線や遠紫外
線などを放射するエキシマレーザや超高圧小銀灯等から
成っている。光源20を出射した光束は光束整形手段2
1を経て所望の光束形状にした後、インコヒーレント化
手段22を経て干渉性の低い光束へ変換して、さらに出
射角保存光学素子23により、光源20と投影露光装置
の間の振動等による影響を排除した後、集光光学系10
に入射している。
【0033】出射角保存光学素子23からの光束は集光
光学系10で集光点を作った後、オプティカルパイプ
(光束混合手段)3の入射面3aに入射する。オプティ
カルパイプ3の出射端(出射面)3b近傍には、不図示
の駆動機構により着脱交換可能な光束調整手段11(1
1a、 11b)が設けられており、オプティカルパイプ
3を出射する光束分布に対して所望の規制を加えてい
る。
【0034】光束調整手段11(11a、11b)は例
えば図3(A)、(B)に示すように入射面側に凹の、
出射面側に凸の円錐面を有するプリズム部材(光学部
材)より成っており光束調整手段11a、11bにおい
てはその頂角が異なっており、光束調整手段11aの方
が光束調整手段11bに比べて角度が小さい、すなわち
より鋭い凸の形状となっている。光束調整手段11aの
方が外径の大きな輪帯、光束調整手段11bの方が外径
の小さな輪帯の有効光源を後述する多光束発生手段5の
入射面5aに形成している。4は集光レンズであり、光
束調整手段11からの高速をハエの目レンズより成る多
光束発生手段5の入射面5aに集光している。
【0035】集光レンズ4は光束混合手段3の出射面3
bを多光束発生手段5の入射面5aに所定の倍率で結像
させ、双方が互いに略共役関係となるようにしている。
【0036】ハエの目5の出射面5b近傍は2次光源と
なっており、そこには不要光を遮光して所望形状の有効
光源が形状に整形されている。12は絞りであり、多光
束発生手段5の出射面5b近傍に、駆動機構により着脱
交換可能に設けられている。絞り12は複数の絞り(1
2a、12b)を有している。
【0037】絞り12a、12bは例えば、図4
(A)、(B)に示す開口部を有している。図4におい
て斜線部分が遮光部である。
【0038】6は照射手段であり、ハエの目5の出射面
5bからの光束のうち、絞り12の開口部を通過した光
束を集光して被照射面(レチクル)7をケーラー照明し
ている。
【0039】24は投影光学系であり、レチクル(マス
ク)7に描かれたパターンを露光基板(ウエハ)25に
投影している。
【0040】本実施形態の投影露光装置においては、光
束調整手段11a、11b等を挿入あるいは他の光束調
整手段と交換することで輪帯照明、4重極照明等の変形
照明に変更となっている。
【0041】その際必要に応じ絞り12を多光束発生手
段5の出射面5b近傍に挿入することにより、不要光を
遮光し所望の有効光源形状をより正確に形成するように
している。
【0042】次に本実施形態の構成のうち前述した構成
以外の特徴について説明する。
【0043】光束調整手段11によりハエの目5の入射
面5aで形成される照度分布は、光束調整手段11の形
状、光束調整手段11と集光レンズ4及びハエの目5の
入射面5aの光学的配置、また集光レンズ5の収差等に
よって異なる。
【0044】光束調整手段11として図3(A)に示す
光束調整手段11aを使用した場合には、例えば図5に
示すようにハエの目5の入射面5a上に輪帯状の照度分
布を形成し、かつそれらの強度が暗部と明部が非常に急
激な変化を有する場合がある。
【0045】図5中の斜線部分が光が照射されている部
分であり、そのXX’断面での光強度を下に示してい
る。図5に示すように、この場合は所望の有効光源分布
に対する不要光がほとんど生じないので、前述の絞り1
2aは不要となる。
【0046】これに対して照明系によっては図6に示す
ように輪帯の光強度の断面がガウス分布の様に上部及び
下部がダレる場合がある。その場合は図4(A)に示す
絞り12aを用いることで不要光を遮光している。
【0047】図7の斜線部は絞り12aを用いたときの
遮光されずに有効光源分布の形成に寄与する部分を示し
ている。
【0048】図8は図1において光束調整手段11aを
光束調整手段11bに交換した場合の説明図である。
【0049】この場合も前述したのと同様に図9に示す
ように、ハエの目5の入射面5aの輪帯状の照度分布の
明部と暗部が非常に急激な変化をする場合がある。この
場合は絞り12bは不要である。これに対して、ハエの
目5の入射面5aでの強度分布が図10に示すような場
合にはやはり絞り12bを用いて不要光を遮光してい
る。図11の斜線部は絞り12bを用いたときの遮光さ
れず有効光源分布の形成に寄与する部分を示している。
【0050】以上は輪帯照明を形成する場合を述べた
が、同様にして光束調整手段11を切り替えることによ
り4重極等の変形照明にも対応可能である。
【0051】図3(C)に示す光束調整手段11cは4
重極照明を形成するための光束調整手段の外径であり、
入射面側に凹の、出射面側に凸の4角錐面形状を有する
プリズム部材より成っている。
【0052】これによりハエの目5の入射面5aには例
えば図12に示す斜線部分にのみ光束が入射する。この
際絞りも図4(C)に示す絞り12cに変更して、図1
3に斜線を示した部分のみで有効光源を形成し、所望の
有効光源を形成している。尚図12の下の図及び図13
は、図12の上の図のAA′断面での強度分布を示して
いる。
【0053】この場合は輪帯照明の説明の中で既に述べ
たように、ハエの目5の入射面5a側での照度分布は明
部と暗部で急激な変化を有する場合であるが、それがガ
ウス分布の様な場合については前述したのと同じなので
説明を省く。
【0054】また4重極の離散的な強度分布の光軸から
の位置については、輪帯照明のプリズム部材と同様、4
角錐の頂角を調整することで、任意の位置に調整可能で
ある。
【0055】図3(D)に示す光束調整手段11dは4
重極ほど離散的に強度分布が強い有効光源ではなく、4
重極の他の部分にも弱いながらも強度分布を有する有効
光源を形成するための光束調整手段の外径の説明図であ
る。
【0056】図3(D)の光束調整手段は図3(C)の
光束調整手段11cのプリズム部材の凹と凸の頂点を平
にしたものである。これによりハエの目5に入射する光
束の強度分布は図14に示した様になる。
【0057】本実施形態では以上説明したように、光束
混合手段3と多光束発生手段5を用いた照明装置におい
て、所望の有効光源分布に対応した光束調整手段11を
光束混合手段3の直後に挿入するだけで、他の光学部材
を特に調整する必要なく、効率の高い変形照明を可能と
している。
【0058】また、光束調節手段の挿入により、光束混
合手段と集光レンズ間の光路長が変わるが、そのために
照明系に不都合が生じる場合は、光束調節手段を用いな
い通常照明時にも、光束調節手段と略等しい光路長の平
行平板を挿入しておき、変形照明時には、それと光束調
節手段を交換するように構成してもよい。
【0059】図15は本発明の照明装置の実施形態2の
一部分の要部概略図である。
【0060】本実施形態は図1の実施形態1に比べて光
束調整手段11(11e、11f)として、所定形状の
プリズム部材の代わりに平行平面板111aの表裏面に
回折光学素子111、112を設けて構成した点が異な
っており、その他の構成は同じである。
【0061】図中、図1で示した要素と同一要素には同
符番を付している。
【0062】本実施形態は実施形態1と同様、光束混合
手段オプティカルパイプ3の出射端3b近傍に着脱交換
可能に光束調整手段11e、11fが設けられており、
また同様にハエの目5の出射面5b近傍には着脱交換可
能な絞り12e、12fが設けられている。
【0063】光束調整手段11e、11fは図16に示
すように平行平面板111aの表裏面に各々回折光学素
子111、112を設けて構成している。
【0064】図16は光束調整手段11eの光軸Laを
含んだ断面での概略図と、その一部の拡大図を示してい
る。光束調整手段11eのブレーズド形状は図中の拡大
図に示したとおりである。すなわち回折光学素子111
は垂直に光が入射した場合光軸と反対方向に光を回折さ
せる作用を有している。一方回折光学素子112は垂直
に光が入射した場合光軸La側に光を回折させる作用を
有している。
【0065】光束調整手段11eが例えば輪帯照明を形
成する光束調整手段であるとすると、回折光学素子11
1、112の位相分布は図17に示すように光軸を中心
とした同心円状のパターンから構成される回折光学素子
となる。
【0066】また光束調整手段11eが4重極照明を形
成する光束調整手段であるとすると、回折光学素子11
1、112の位相分布は図18に示すように、直線状の
パターンを隣接するパターンと直交する様に配置した回
折光学素子となる。
【0067】また光束調整手段11eが図14に示した
有効光源分布を形成する光束調整手段であるとすると、
回折光学素子111、112は図19に示すように、図
18の直線状の回折光学格子で構成されたものから、光
軸Laを含む中心部分を回折作用を持たないようにした
形状の回折光学素子となる。
【0068】本実施形態ではこれらの回折光学素子でハ
エの目5へ入射する光束の分布を調整することで各種変
形照明を効率よく形成している。又実施形態1で述べた
ようにハエの目5の入射面5a上での強度分布がガウス
分布のようなスロープを持っている場合は、ハエの目5
出射面5b近傍に絞り12を設け、それを光束調整手段
11の変更に合わせて変更させて、所望の形状の有効光
源分布を形成している。
【0069】以上説明したように、実施形態2において
も光束混合手段3と多光束発生手段5を用いた照明装置
において、所望の有効光源分布に対応した光束調整手段
11を光束混合手段3の直後に挿入するだけで、他の光
学部材を特に調整する必要なく、効率の高い変形照明を
可能としている。
【0070】さらに実施形態1の光束調整手段11はプ
リズム部材で構成されているため、所望された有効光源
分布の場合においてはそれに基づいてプリズム部材を加
工していた。これに対して本実施形態においては回折光
学素子を用いて光束調整手段を構成しているので、回折
光学素子としての機能を有するための微細加工が許す範
囲であればいかなる光束調整手段も容易に作成可能であ
る。
【0071】その際図16に示した様に、光リソグラフ
ィー技術を使用したバイナリ光学素子として形成するこ
とが効率や製造誤差等の点から望ましく、また効率を考
えると8レベル以上のバイナリ光学素子とすることが望
ましい。
【0072】図20は本発明の照明装置の実施形態3の
一部分の要部概略図である。
【0073】本実施形態は図15の実施形態2に比べ
て、光束調整手段11として平行平面板111a(11
1b)の一面に回折光学素子111(112)を設けた
2つの部材111b、112を対向配置して構成してい
る点が異なっており、その他の構成は同じである。
【0074】図中、図15で示した要素と同一要素には
同符番を付している。
【0075】本実施形態は実施形態2と同様、光束混合
手段(オプティカルパイプ)3の出射端3b近傍に着脱
交換可能に光束調整手段11g、11hが設けられてお
り、また同様にハエの目5の出射面5b近傍には着脱交
換可能な絞り12g、12hが設けられている。
【0076】光束調整手段11g、11hは各々、図2
1に示すように平行平面板111a、112aの一面に
回折光学素子111、112を設けた部材111b、1
12bを対向配置して構成している。図21は光束調整
手段11gの光軸Laを含んだ断面での概略図と、その
一部の拡大図を示している。
【0077】光束調整手段11gは2つの回折光学素子
111、112を有している。その構成は平行平面板1
1aの入射面と平行平面板112aの出射面にブレーズ
ドされた回折格子素子より成っている。
【0078】その他の作用や構成は実施形態2と同様で
あるので説明を省く。
【0079】以上説明したように、実施形態3において
も光束混合手段3と多光束発生手段5を用いた照明装置
において、所望の有効光源分布に対応した光束調整手段
11を光束混合手段3の直後に挿入するだけで、他の光
学部材を特に調整する必要なく、効率の高い変形照明を
可能としている。
【0080】また実施形態2と同様に回折光学素子を用
いて光束調整手段を構成しているので、回折光学素子と
しての機能を有するための微細加工が許す範囲であれ
ば、いかなる光束調整手段も容易に作成可能であり、そ
の際、回折光学素子を光リソグラフィー技術を使用した
バイナリ光学素子として形成することが効率や製造誤差
等の点から望ましく、また効率を考えると8レベル以上
のバイナリ光学素子とすることが望ましい。
【0081】さらに本実施形態では回折光学素子11
1、112の2つの平行平面板111a、112a部材
に分離して構成し、その分、硝材厚を削減している。
【0082】図22は本発明の照明装置の実施形態4の
要部概略図で、LSIやVLSI等の半導体チップや、
CCD,磁気センサ、液晶素子等のデバイスを製造す
る、ステップ&リピート型やステップ&スキャン型の投
影露光装置に用いる照明装置の概略図である。以下実施
形態4においては前述した各実施形態と異なっている構
成を中心に説明する。
【0083】図22において、201はArFエキシマ
レーザ(波長約193nm )やKrFエキシマレーザ(波長
約248nm )等のレーザ光源、202は入射光が変位して
もそれから出射する光束の出射角が変化しない(保存す
る)出射角度保存光学素子、203は集光光学系、20
4は光束混合手段、205はズーム光学系、207は多
光束発生手段、208は集光光学系、209はデバイス
パターンが形成されたマスク(レチクル)等の被照明物
体を示す。又、AXは照明装置の光軸を示す。
【0084】11は光束調整手段であり、前述した各実
施形態と同様の構成が適用可能となっている。12は絞
りであり、前述した各実施形態と同様の構成が適用可能
となっている。
【0085】集光光学系208及びズーム光学系205
は、基本的に複数のレンズ素子より成り、場合によって
は光路を折り曲げるためのミラーを少なくとも一枚有す
る。又、レンズ素子が一枚の場合もある。特にズーム光
学系の複数のレンズ素子の内の複数のレンズ素子は不図
示の駆動機構により光軸AXに沿って移動するよう構成
してあり、複数のレンズ素子を光軸方向に所定の関係で
動かすことにより、結像面の位置を固定しつつ結像倍率
を変えるようにしてある。
【0086】光束混合手段204は、例えば、単一の光
パイプ又は複数個の光パイプを束ねた光パイプ束であ
る。光パイプは、レーザー光源201からのレーザー光
に対して透過率の良い硝材(石英や蛍石)を用いた多角
柱又は頂点側を切断した多角錐より成るガラス棒や、3
枚以上の平面鏡を各々の反射面を対面させて筒状に構成
したカレイドスコ−プ(万華鏡)のような中空の光学素
子から成る。この中空の光学素子も外形は多角柱又は頂
点側を切断した多角錐となる。光パイプの側面にある反
射面(ガラス棒の場合は空気との界面、中空光学素子の
場合は内側の反射面)は平坦で高い反射率を有する。光
束混合手段204は、その側面の反射面により入射光の
少なくとも一部を反射しつつ伝播させて入射光の複数の
光線を混ぜ合わせることにより、その光出射面204′
に又はその近傍に強度分布が均一な面光源(光)を形成
する。以下、光束混合手段204及びこれと同じ機能を
有するものを「内面反射型インテグレータ」ともいう。
【0087】多光束発生手段207は、複数の微小レン
ズより成るハエの目レンズや光ファイバー束等からな
り、その光入射面207′に入射した入射光の波面を複
数の部分に分割してその光射出面207″又はその近傍
に複数の点光源から成る面光源(光)を形成している。
複数の点光源からの光は後段の光学系を介して互いに重
なり合い所定の平面に強度分布が均一な面光源(光)を
形成する。以下、多光束発生手段207及びこれと同じ
機能を有するものを「波面分割型インテグレータ」とも
いう。
【0088】レーザ光源201から射出したレーザ光は
不図示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光
学系を経て出射出角度保存光学素子202に入射する。
出射角度保存光学素子202は図23(A)に示すよう
にアパーチャ221とレンズ系222から構成されてお
り、入射光束が光軸AXに直交する方向にある範囲内で
変位して光束227から光束228の状態に変化して
も、出射角度保存光学素子202から射出される光束の
出射角度(開き角)φが一定である性質を有する。
【0089】又、出射角度保存光学素子202は、図2
3(B)に示すような複数の、微小レンズ223より成
るハエの目レンズにより構成しても良い。この場合は出
射角度φは微小レンズの形状に依存する。図23(B)
の光学素子202も、入射光束が光軸AXに直交する方
向にある範囲内で変位して光束227から光束228の
状態に変化しても、出射角度保存光学素子202から出
射する光束の出射角度(開き角)φが一定である。尚、
ハエの眼レンズ以外の波面分割型インテグレータが、出
射角度保存光学素子202として適用可能である。
【0090】出射角度保存光学素子202から出射角度
φで射出された光束(ハエの眼レンズの場合は多光束)
は、集光光学系203により内面反射型インテグレータ
の手前に一旦集光され、その後内面反射型インテグレー
タ204内に発散状態で入射する。内面反射型インテグ
レータ204に入射した発散光束は、その内面反射面で
多重反射しながら内部を通過して光軸AXに垂直な平面
にレーザ光源201の複数の虚像(見掛けの光源像)を
形成する。従って内面反射型インテグレータ204の光
射出面204′では、これら複数の虚像からあたかも射
出したかのように見える複数の光束が互いに重ね合わさ
れるので、光射出面204′における照度分布は均一に
なる。この現象については後で図25を用いて説明す
る。
【0091】内面反射型インテグレータ204に入射す
る時のレーザー光の発散角(出射角度保存光学素子20
2と集光光学系203に依存する)と、内面反射型イン
テグレータ204の長さと幅(径)とを考慮しつつ内面
反射型インテグレータ204の形状を決定すると、各虚
像から出て被照明物体209に入射する個々のレーザ光
の光路長差がレーザ光固有のコヒーレンス長以上に設定
でき、レーザー光の時間的コヒーレンスを低下させさせ
ることにより被照明物体209上でのスペックルの発生
を抑えることができる.さて図22に戻り、内面反射型
インテグレータ204の光出射面204′に形成された
均一な照度分布(光強度分布)を持つ面光源(光)は、
光束調整手段11を介しズーム光学系205により所望
の倍率で、波面分割型インテグレータ207の光入射面
207′上へ拡大結像され、光入射面207′上に均一
光源像206が形成されることになる。
【0092】光入射面207′上に均一光源像206が
形成されると、光入射面207′の光強度分布がそのま
ま波面分割型インテグレータ207の光射出面207″
に転写され、光射出面207″又はその近傍には、個々
の強度が互いにほぼ等しい多数個の点光源より成る、光
強度分布が均一な面光源が形成される。
【0093】光射出面207″又はその近傍の多数個の
点光源から射出する各光束は、絞り12を介し集光光学
系208により、被照明物体209上で互いに重なり合
うように物体を照明するので、被照明物体209全体の
照度分布は均一となる。
【0094】上記の「所望の倍率」とは被照射物体20
9へ入射する照射光束の開き角(出射角度)αが露光に
最適な値になるように均一光源像206の大きさが設定
される倍率であり、被照明物体が微細パターンを有する
マスク(レチクル)等の場合には、マスクパターンの種
類(最小パターン線幅の大小)に応じてこの「所望の倍
率」が変えられる。
【0095】「所望の倍率」をmとする時、内面反射型
インテグレータ204から出射する光束の開き角(出射
角度)βに依存するズーム光学系205の光入射側開口
数をNA′、波面分割型インテグレータ207に入射す
る光束の開き角(入射角度)θに依存するズーム光学系
205の光出射側開口数をNA″とすると、NA′=m
・NA″ が成立する。ここで、角度θの大きさは波面
分割型インテグレータ207の光入射側開口数NAを越
えない範囲で、且つこの開口数NAにできるだけ近い値
であることが、照明光の利用効率の観点から望ましい。
【0096】従って本実施例の照明装置では、角度θの
値は、倍率mの値の変化によらず、常時、波面分割型イ
ンテグレータ207の入射側開口数に適合した最適角度
に設定されるようにしている。
【0097】即ち、マスクの種類などの露光の条件が変
わり、ズーム光学系205の最適な倍率mの値を無視で
きない程度に変える時には、内面反射型インテグレータ
204からの出射する光束の開き角βの値も変えること
により、照明光の利用効率が低下しないようにする。
尚、ある条件の露光に最適な倍率mが決まると、(1)
式に基いて、内面反射型インテグレータ204から出射
する光束の開き角β(射出角度β)の最適角度が適宜決
める。
【0098】本実施例の照明装置は、角度βの値が内面
反射型インテグレータ204へ入射する光束の入射角度
φに等しく且つ入射角度φが出射角度保存光学素子20
2からの光束の開き角(出射角度)εに依存しているこ
とを利用し、出射角度保存光学素子202を露光条件に
応じて他の出射角度εが異なる出射角度保存光学素子に
切り換えることにより、角度θの値を一定又はほぼ一定
に維持している。
【0099】この出射角度保存光学素子202の切り換
えについて図24(A)及び(B)を用いて説明する。
【0100】図24において、202aは出射角度ε
(=εa)が小さい出射角度保存光学素子であり、20
2bは出射角度ε(=εb)が大きい出射角度保存光学
素子であり、その他の符番については図22で説明した
符番と同じ部材を指す。
【0101】一般に半導体チップ製造用投影露光装置の
照明装置においては、被照明物体209であるマスク
(レチクル)のパターン形成面に入射する光束の開き角
(入射角度)αを最適角度に設定し且つ入射光束の利用
効率(光量)も高く維持することが要求されるので、本
実施例の照明装置では、ズーム光学系と複数個の出射度
保存光学素子202を用意し、マスクの種類の変更等必
要に応じて、ズーミングと光学素子の切り替えを行なう
ことにより達成している。
【0102】図24(A)はマスク209に入射する光
束の入射角度αが比較的小さい場合(この状態を「小σ
(シグマ)」の状態と言う。)を示し、マスク209の
回路パターンの最小線幅が比較的大き場合(サブミクロ
ンの範囲ではあるが)に対応する。尚、σ(シグマ)は
照明光学系の光出射側開口数Niと投影光学系の光入射
側開口数Npの比(Ni/Np)を意味する。
【0103】この小σの状態を設定するためには、波面
分割型インテグレータ207の光入射面207′上に内
面反射型インテグレータ204の光出射面204′(そ
こ又はその近傍にある面光源)を小さい倍率で結像する
必要がある。これはズーム光学系205の倍率を小さく
することにより達成されるが、前述したように入射角度
θは波面分割型インテグレータ204の構成に依存した
最適角度に維持される必要がある。そこで、この小σ値
の状態に変える時には、入射角度αの値に対応する倍率
になるようにズーム光学系の倍率を変えると共に、入射
角度θの値が最適値に維持されるように、出射角度がε
b(>εa )である出射角度保存光学素子202bを
出射角度がεaである出射角度保存光学素子202aに
切換える。
【0104】図24(B)はマスク209に入射する光
束の入射角度αが比較的大きい場合(この状態を「大σ
(シグマ)」の状態と言う。)を示し、マスク209の
回路パターンの最小線幅が比較的小さい場合(サブミク
ロンの範囲ではあるが)に対応する。この大σの状態を
設定するためには、波面分割型インテグレータ207の
光入射面207′に内面反射型インテグレータ204の
光出射面204′(そこ又はその近傍にある面光源)を
大きい倍率で結像する必要がある。これはズーム光学系
205の倍率を大きく大きすることにより達成される
が、前述したように入射角度θは波面分割型インテグレ
ータ4の構成に依存した最適角度に維持される必要があ
る。そこで、この大σ値の状態に変える時には、入射角
度αの値に対応する倍率になるようにズーム光学系の倍
率を変えると共に、入射角度θの値が最適値に維持され
るように、出射角度がεa(<εb )である出射角度
保存光学素子202aを出射角度がεbである出射角度
保存光学素子202bに切換える。
【0105】ここでは、ズーム光学系の結像倍率と出射
角度保存光学素子とを2段階で切換える説明を行なった
が、ズーム光学系の結像倍率と出射角度保存光学素子と
を3段階以上で切換えるように構成することもできる。
上記実施例のズーム光学系は所定の範囲で連続的に倍率
を変えられるから3段階以上の倍率変更は容易で、従っ
てそのまま使用でき、又、出射角度保存光学素子は、互
いに焦点距離が異なる3種類以上の出射角度保存光学素
子を準備しておけばいい。尚、出射角度保存光学素子を
切換えてもそれらによるレーザー光の集光位置(本実施
例の場合無限遠にある発光部の実像又は虚像の絶対位
置)は略一定に維持される構成とする。
【0106】又、ズーム光学系として互いに結像倍率が
異なる複数種の結像光学系を用意しておき、2つのイン
テグレータ204、207の間に選択的に一つの結像光
学系を設けるようにしてもいい。一方、出射角度保存光
学素子に、光軸方向に動く複数のレンズを有するズーム
光学系を用いてもいい。
【0107】次に内面反射型インテグレータ204の光
射出面204′の照度分布が均一になる理由について図
25を用いて説明する。
【0108】図25では、内面反射型インテグレータ2
04は六角柱状のガラス棒であるとする。尚、図25は
光軸AXを含む側断面図である。
【0109】不図示の集光光学系203からのレーザー
光は焦点P0に一旦集光(結像)し、その後、発散角φ
を有する発散光束となる。この時、レーザー光がエキシ
マレーザ光である場合は、一般に大強度であるため、焦
点P0近傍では莫大なエネルギー密度となり、内面反射
型インテグレータ204の光入射面のコーティング(反
射防止膜)や硝材そのものを破壊してしまう恐れがあ
る。従って、このような場合は図示の通り焦点P0から
少し距離をおいて内面反射型インテグレータ204を配
置する。
【0110】内面反射型インテグレータ204に入射し
た発散光束は内面反射面で繰り返し反射(所謂全反射)
しながら内部を通過した後、入射した際の発散角度20
4Iを保ったまま内面反射型インテグレータ204から
出射する。この時、内面反射型インテグレータ204の
内面反射面の各部分において反射された光束は反射後も
発散しているので、各部分において反射された光束は、
破線により示されているように、後方に虚像P1、P
2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P1
0を形成する。図示してはいないが、実際には六角柱の
ガラス棒の場合には、残りの二組の内面反射面対の作用
により上記と同様な虚像群が更に形成されている。
【0111】従って内面反射型インテグレータ204の
光射出面204′では、これら多数の虚像からあたかも
射出したかのように見える多数の光束が互いに重なり合
い、照度分布が均一になる。
【0112】図26は図25の内面反射型インテグレー
タ204により生じた虚像(見掛けの光源像)群の配列
を、例えば図24(A)の配置において波面分割型イン
テグレータ207を構成する一つの微小レンズの光射出
面から見た図を示している。図26において、251は
波面分割型インテグレータ207の微小レンズを、P1
からP10は図25の虚像を示している。図26から分
かる通り、内面反射型インテグレータ204が六角柱の
光パイプの場合には虚像群は蜂の巣状に配列するが、内
面反射型インテグレータ204が四角柱の光パイプであ
る場合は虚像群は矩形の格子状に配列する。尚、この虚
像は、集光光学系203と内面反射型インテグレータ2
04の間に形成されたレーザー光の集光点(点光源)の
像である。
【0113】本実施例の照明装置は、図24(A)に示
した通り出射角度保存光学素子202a、202bがm
×n個の微小レンズより成るハエの目レンズ(m≧2、
n≧2)であるから、虚像群の一つ一つの虚像はm×n
程度に分割された複数像で構成される。従ってこの分割
複数像が蜂の巣状に並んだ虚像が見え、これらが波面分
割型インテグレータ207の微小レンズ一つに対応する
ことになる。
【0114】従って、本実施例の照明装置は、波面分割
型インテグレータ207の光出射面207″又はその近
傍に形成された複数の点光源(有効光源)からの各光束
を集光光学系208により被照明物体209上に重畳し
て照明する際の点光源(有効光源)の数を非常に多くし
ており、被照明物体209全体がより均一な照度分布と
なるように物体209を照明することを可能にしてい
る。
【0115】また、図23(B)で説明したように、レ
ーザ光源201からの光束が外乱により微小変位したと
しても、出射角度保存光学素子202a、202bから
の光束の出射度εは一定に維持されるので、図26にお
ける分割複数像の各々が微小変動するだけであって、蜂
の巣状を成す虚像群には変動がなく、出射角度保存光学
素子202a、202b波面分割型インテグレータ20
7の各微小レンズ251の中の虚像全体をマクロに見た
ときの変動は殆どなく、従って被照明物体209上の照
度分布への影響も無視できる程度に小さくなる。
【0116】従って本実施例の照明装置は、レーザ光源
201からのレーザー光が変位しても非常に性能が安定
している系である。尚、光束調整手段11及び絞り12
の光学的作用は前述の各実施形態と同様である。
【0117】図27に上記実施例の照明装置をLSIや
VLSI等の半導体チップや、CCD、磁気センサ、液
晶素子等のデバイスを製造するステップ&リピート型又
はステップ&スキャン型投影露光装置に適用した実施形
態2を示す。
【0118】図27において、291はArFエキシマ
レーザやKrFエキシマレーザレーザ等のレーザー光源
201からの平行光束を所望のビーム形状に整形するた
めの光束整形光学系、292はコヒーレントなレーザ光
束をインコヒーレント化するためのインコヒーレント化
光学系、、293はマスク209の回路パターンの等倍
像又は縮小像を投影する投影光学系、294は基板(シ
リコンやガラス)に感光材を塗布したウエハを示す。
又、ここでは図22に示した部材と同じ部材には図22
と同じ符番を付し、説明は省略する。
【0119】レーザー光源201からのレーザー光は、
投影光学系293が色収差補正されていない場合にはス
ペクトル線の半値幅が1pm−3pm程度に狭帯域化さ
れており、投影光学系293が色収差補正されている場
合には、スペクトル線の半値幅が10pm以上のある値
に狭帯域化されている。又、投影光学系293が色収差
補正されている場合に狭帯域化されていないレーザー光
を用いる場合もある。
【0120】投影光学系293としては複数のレンズ素
子のみで構成した光学系や複数のレンズ素子と少なくと
も一枚の凹面鏡とで構成した光学系や複数のレンズ素子
と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学素子とで
構成した光学系が使用できる。色収差の補正は、互いに
分散値(アッベ数)の異なる硝材より成る複数のレンズ
素子を用いたり、上記回折光学素子をレンズ素子と逆方
向の分散が生じるように構成したりする。
【0121】レーザ光源201から射出したレーザ光は
不図示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光
学系を経て光束整形光学系291に入射する。この光束
整形光学系291は、複数のシリンドリカルレンズやビ
ームエクスパンダ等より構成されており、レーザー光の
(光軸AXと垂直な)断面形状の寸法の縦横比率を所望
の値に変換する。
【0122】光束整形光学系291により断面形状が整
形された光束は、ウエハ294上で光が干渉してスペッ
クルを生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学
系292に入射し、光学系292によりスペックルが生
じにくいインコヒーレントな光束に変換される。
【0123】インコヒーレント化光学系292として
は、例えば特開平3-215930号公報の図1に開示されてい
るような、入射光束を光分割面で少なくとも2つの光束
(例えばp偏光とs偏光)に分岐した後で一方の光束を
光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光のコヒ
ーレンス長以上の光路長差を与えてから該分割面に再導
光して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにした
折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いること
ができる。
【0124】インコヒーレント化光学系292からのイ
ンコヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子
202に入射する。以下図22乃至図26を用いて述べ
た手順により、波面分割型インテグレータ207の各微
小領域(微小レンズ)から出射した光束が集光光学系2
08によりマスク209を重畳して照明し、マスク20
9の投影すべき回路パターン全面で均一な照度分布が得
られるようにマスク209を均一照明する。そしてマス
ク209上に形成された回路パターンが投影光学系29
3によりウエハ294上に投影結像され、ウエハ204
の感光材料への回路パターン(像)の露光が行なわれ
る。尚、ウエハ294は不図示のXYZ可動ステージに
真空吸着法等により固定されており、XYZ可動ステー
ジは紙面の上下左右前後に平行移動する機能を持ち、そ
の移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御され
る。このような技術は周知技術であるので、詳しい説明
は省略する。
【0125】図27においては、波面分割型インテグレ
ータ207の光出射側光路中に照明用の開口絞り12が
配置されており、絞り12は互いに異なるσ値に対応す
る複数の開口絞りを円盤(ターレット)等に設けてお
り、ズーム光学系のズーミングと出射角度保存光学素子
の切換えに連動させて円盤を回転させることにより、σ
値に合わせて所望の開口絞りを波面分割型インテグレー
タ207の光出射側光路中に挿入するように構成してい
る。
【0126】複数の開口絞りの開口形状としては、通常
の円形開口や円環(リング)状開口や特開平4-329623号
公報(鈴木)に記載された光軸外の4つの開口等が使え
る。
【0127】図28及び図29を用いて本発明の照明装
置の実施形態5を説明する。
【0128】図28及び図29は、LSIやVLSI等
の半導体チップや、CCD、磁気センサ、液晶素子等の
デバイスを製造するステップ&スキャン(走査)型の投
影露光装置に好適な照明装置の概略図である。図28、
図29において前述した各実施形態と異なる部分のみを
説明する。
【0129】図28(A)と(B)は本実施例の照明装
置が前述の小σの状態にある場合を示しており、(A)
は照明装置をスキャン方向(以下、「z方向」と記
す。)から見た図で、(B)は照明装置をスキャン方向
と直交する方向(以下、「y方向」と記す。)から見た
図である。又、図29(A)と(B)は本実施例の照明
装置が前述の大σの状態にある場合を示しており、
(A)は照明装置をz方向から見た図で、(B)は照明
装置をy方向から見た図である。
【0130】尚、以下、図29(A)、(B)において
光軸AXと光軸ACからy方向に延びる軸とを含む断面
をxy断面、光軸AXからz方向に延びる軸とを含む断
面をxz断面と記す。図28及び図29において、22
0a、220bはXY断面とXZ断面とで出射光束の開
き角(出射角度)が異なる出射角度保存光学素子、24
0は内面反射型インテグレータ、240′は内面反射型
インテグレータの光出射面、270は波面分割型インテ
グレータ、270′、270″は波面分割型インテグレ
ータの光入射面、光出射面、300yはマスク上の照明
域(光)のy方向の長さ、300zはマスク上の照明域
(光)のz方向の長さを示す。又、図中の図22乃至図
27で示した部材と同じ部材には図24と同一の符番を
付している。
【0131】図28及び図29で示す本実施例の照明装
置の基本的な構成と機能は、その変形例も含めて図22
乃至図27で示した前記実施例の照明装置と同じであ
り、本実施例の照明装置の前記実施例の照明装置との相
違点は出射角度保存光学素子と内面反射型インテグレー
タと波面分割型インテグレータの構成と機能にある。従
って、ここでは前記実施例との相違点のみ説明すること
にする。
【0132】ステップ&スキャン型の投影露光装置で
は、y方向に延びた(z方向よりもy方向の方が長い)
矩形スリット状の照明域をマスク209上に効果的に形
成する必要がある。
【0133】そこで本実施例では、出射角度保存光学素
子として、光軸AXと光軸AXからy方向に延びる軸と
を含む断面(以下、「xy断面」と記す。)に関する焦
点距離と光軸AXと光軸AXからz方向に延びる軸とを
含む断面(以下、「xz断面」と記す。)に関する焦点
距離とが互いに異なるアナモフィック光学系より成る素
子220aと220bを用い、内面反射型インテグレー
タとして、光軸と直交する断面(以下、「yz断面」と
記す。)の形状がy方向に延びる一対の直線とz方向に
延びる一対の直線とで表わされる四角柱の光パイプより
成るインテグレータ240を用い、波面分割型インテグ
レータとして、個々の微小レンズのyz断面の形状がy
方向に延びる矩形であるフライアイレンズより成るイン
テグレータ270を用いている。
【0134】出射角度保存光学素子220aと220b
は、各々xy断面における焦点距離がxz断面における
焦点距離よりも小さく、従って、各断面で見た光束の開
き角(出射角度)の関係は、yz断面における出射角度
εay、εbyの方がxz断面における出射角度εa
z、εbzよりも大きい。従って、図示された光束の開
き角(出射角度又は入射角度)φy、φz、βy、β
z、θy、θz、γy、γz、αy、αzの関係も、φ
y>φz、βy>βz、θy>θz、γy>γz、αy
>αzである。ここで、γy>γzであるので、マスク
9上ではy方向に延びた矩形スリット状の照明域が形成
される。
【0135】又、前記実施例と同様に、σの大小に依存
してεay<εby、εaz<εbzの関係があり、角
柱状の光パイプの性質に依存してφy=βy、φz=β
zの関係がある。
【0136】出射角度保存光学素子220aと220b
は、xy断面とxz断面とで焦点距離が異なる微小レン
ズを複数個2次元的にyz断面にそって並べたフライア
イレンズや図23(A)の絞り221としてy方向に延
びたスリット開口を有するものを用いた素子も適用可能
である。尚、各フライアイレンズを構成する微小レンズ
は、通常のレンズや回折光学素子(フレネルレンズ)に
よって構成される。
【0137】図30は図28及び図29の内面反射型イ
ンテグレータ240により生じた虚像(見掛けの光源
像)群の配列を、波面分割型インテグレータ270を構
成する一つの微小レンズの光射出面から見た図を示して
いる。図30において、320は波面分割型インテグレ
ータ270の微小レンズを、Y1からY12及びZ1か
らZ8は虚像を示している。
【0138】図30から分かると通り、内面反射型イン
テグレータ240が四角柱の光パイプであるので、虚像
群はy方向とz方向と沿って格子状に配列する。又、内
面反射型インテグレータ240に入射する発散光束の入
射角度がxy断面とxz断面とで互いに異なるので、内
面反射面での反射回数がxy断面とxz断面とで互いに
異なり、そのためy方向とz方向とで虚像の数が異なっ
ている。尚、この虚像は、集光光学系203と内面反射
型インテグレータ240の間に形成されたレーザー光の
集光点(点光源)の像である。
【0139】本実施例の照明装置は、図28及び図29
に示した通り出射角度保存光学素子220a、220b
がm×n個の微小レンズより成るハエの目レンズ(m≧
2、n≧2)であるから、虚像群の一つ一つの虚像はm
×n程度に分割された複数像で構成される。従ってこの
分割複数像が格子状に並んだ虚像が見え、これらが波面
分割型インテグレータ270の微小レンズ一つに対応す
ることになる。
【0140】従って、本実施例の照明装置も、波面分割
型インテグレータ270の光出射面207″又はその近
傍に形成された複数の点光源(有効光源)からの各光束
を集光光学系208によりマスク209上に重畳して照
明する際の点光源(有効光源)の数を非常に多くしてお
り、マスク209全体がより均一な照度分布となるよう
にマスク209を照明することを可能にしている。
【0141】以上のような構成を有する本実施例の照明
装置も、前記実施例同様に、マスク209の種類等に応
じて小σの状態と大σの状態を作る際に、ズーム光学系
205の結像倍率を小さな値と大きな値の間で切換え且
つ出射角度保存光学素子220aと出射角度保存光学素
子220bを切換えることにより、角度θy、θzの各
々の値を一定又はほぼ一定に維持しつつ角度αy、αz
の各々の値を変えることができ、光の利用効率を低下さ
せることなくσを変更することが可能である。又、レー
ザー光源からのレーザー光が変位してもマスク209上
で照度むらが生じることもない。
【0142】図31に図28乃至図30で示した照明装
置をLSIやVLSI等の半導体チップや、CCD,磁
気センサ、液晶素子等のデバイスを製造するステップ&
スキャン型等の走査型露光装置に適用した実施形態3を
示す。
【0143】図31において、291はArFエキシマ
レーザやKrFエキシマレーザ等のレーザ光源201か
らの光束を所望のビーム形状に整形するための光束整形
光学系、292はコヒーレントなレーザ光束をインコヒ
ーレント化するためのインコヒーレント化光学系、29
3はマスク209の回路パターンの等倍像又は縮小像を
投影する投影光学系、294は基板(シリコンやガラ
ス)に感光材を塗布したウエハを示す。又、ここでは図
28乃至図30に示した部材と同じ部材には図28乃至
図30と同じ符番を付し、説明は省略する。
【0144】レーザ光源201から射出したレーザ光は
不図示のミラーやリレーレンズから成る光束引き回し光
学系を経て光束整形光学系291に入射する。この光束
整形光学系291は、複数のシリンドリカルレンズやビ
ームエクスパンダ等より構成されており、レーザー光の
(光軸AXと垂直な)断面形状の寸法の縦横比率を所望
の値に変換する。
【0145】光束整形光学系291により断面形状が整
形された光束は、ウエハ294上で光が干渉してスペッ
クルを生じることを防ぐ目的でインコヒーレント化光学
系292に入射し、光学系292によりスペックルが生
じにくいインコヒーレントな光束に変換される。
【0146】インコヒーレント化光学系292として
は、特開平3-215930号公報の図1に開示されているよう
な、前述の光学系を用いることができる。
【0147】インコヒーレント化光学系292からのイ
ンコヒーレント化された光束は、出射角度保存光学素子
220a又は220bに入射する。以下最初の実施例で
図23乃至図26を用いて述べた手順と同様の手順によ
り、波面分割型インテグレータ270の各微小領域(微
小レンズ)から出射した光束が集光光学系208により
マスク209を重畳して照明し、マスク209の投影す
べき回路パターン全面で均一な照度分布が得られるよう
にマスク209を均一照明する。この時、マスク209
上には、y方向に伸びる矩形スリット状の照明域(光)
が形成される。そしてマスク209上に形成された回路
パターンの内の前記照明域が形成された部分が投影光学
系293によりウエハ294上に投影結像され、ウエハ
294の感光材料への回路パターン(像)の露光が行な
われる。
【0148】ウエハ294は不図示のxyxの各方向に
移動可能なXYZ可動ステージに真空吸着法等により固
定されており、マスク209も不図示のxyxの各方向
に移動可能なXYZ可動ステージに真空吸着法等により
固定されており、各XYZ可動ステージの移動は不図示
のレーザ干渉計等の測長器で制御される。そして、マス
ク209の回路パターン部の端部に矩形スリット状の照
明域を形成した状態で各XYZ可動ステージを移動させ
て、マスク209をz方向にウエハ294を−z方向に
走査することにより、マスク209の回路パターン全体
をウエハ294上に投影して回路パターン全体をウエハ
294上に転写する。尚、投影光学系293の投影倍率
がM、マスク209の走査速度がVの時、ウエハ294
の走査速度は−M×Vである。
【0149】図32は本発明のデバイス(ICやLSI
等の半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造
方法のフローチャートである。これについて説明する。
【0150】ステップ1(回路設計)では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。
【0151】ステップ2(マスク製作)では設計した回
路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステッ
プ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエ
ハを製造する。
【0152】ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と
呼ばれ、本発明の露光装置を用い、前記の用意した回路
パターン(第1物体)を形成したマスク(レチクル)と
ウエハ(第2物体)を用いてリソグラフィ技術によって
ウエハ上に実際の回路を形成する。
【0153】ステップ5(組立)は後工程と呼ばれ、ス
テップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チッ
プ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、
ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等
の工程を含む。
【0154】ステップ6(検査)ではステップ5で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0155】図33は上記のウエハプロセスのフローチ
ャートである。
【0156】ステップ11(酸化)ではウエハの表面を
酸化させる。
【0157】ステップ12(CVD)ではウエハ表面に
絶縁膜を形成する。
【0158】ステップ13(電極形成)ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。
【0159】ステップ14(イオン打込み)ではウエハ
にイオンを打ち込む。
【0160】ステップ15(レジスト処理)ではウエハ
に感光剤を塗布する。
【0161】ステップ16(露光)では本発明の露光装
置によってレチクルの回路パターンをウエハに焼付露光
する。
【0162】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。
【0163】ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。
【0164】ステップ19(レジスト剥離)ではエッチ
ングがすんで不要となったレジストを取り除く。
【0165】これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0166】本実施形態の製造方法を用いれば、従来よ
りも短時間で半導体デバイスを製造することができる。
【0167】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように各要素を
設定することにより、通常照明法と変形照明法の切り替
えが容易で、かつ高い照明効率で被照射面を均一に照明
することができ、高集積度のデバイスを容易に製造する
ことができる照明装置及びそれを用いた投影露光装置、
デバイスの製造方法を達成することができる。
【0168】特に本発明によれば、通常照明と変形照明
の切り替えを、光束混合手段の直後に様々な構成の光束
調整手段を出し入れすることで容易に実現することがで
き、また照明光束を高い効率で利用することができる等
の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の照明装置の実施形態1の要部概略図
【図2】 本発明の照明装置を用いた投影露光装置の実
施形態1の要部概略図
【図3】 本発明に係る光束調整手段の概略図
【図4】 本発明に係る絞り調整手段の概略図
【図5】 本発明に係るハエの目の入射面での照度分布
の概略図
【図6】 本発明に係るハエの目の入射面での照度分布
の概略図
【図7】 本発明に係る絞りで不要光を遮光した場合の
有効光源を表す説明図
【図8】 本発明に係る光束調整手段を交換した場合の
概略図
【図9】 本発明に係るハエの目入射面での照度分布の
概略図
【図10】 本発明に係るハエの目入射面での照度分布
の概略図
【図11】 本発明に係る絞りで不要光を遮光した場合
の有効光源を表す説明図
【図12】 本発明に係る4重極照明の場合のハエの目
入射面での照度分布の概略図
【図13】 本発明に係る絞りで不要光を遮光した場合
の有効光源を表す説明図
【図14】 本発明に係る有効光源分布の説明図
【図15】 本発明の照明装置の実施形態2の一部分の
要部概略図
【図16】 本発明に係る光束調整手段の概略図
【図17】 本発明に係る光束調整手段としての回折光
学素子の位相分布の説明図
【図18】 本発明に係る光束調整手段としての回折光
学素子の位相分布の説明図
【図19】 本発明に係る光束調整手段としての回折光
学素子の位相分布の説明図
【図20】 本発明の照明装置の実施形態3の一部分の
要部概略図
【図21】 本発明に係る光束調整手段の概略図
【図22】 本発明の照明装置の実施形態4を示す概略
【図23】 出射角度保存光学素子の2つの例を示す概
略図
【図24】 出射角度保存光学素子の切り換えについて
の説明図
【図25】 内面反射型インテグレータの機能について
の説明図
【図26】 図22乃至図25の内面反射型インテグレ
ータ204により形成される虚像群を示す説明図
【図27】 本発明の露光装置の実施形態2を示す概略
図で、図22の照明装置を搭載した露光装置
【図28】 本発明の照明装置の実施形態5を示す概略
図で、小σの状態における装置構成図
【図29】 本発明の照明装置の実施形態5を示す概略
図で、大σの状態における装置構成図
【図30】 図28及び図29の内面反射型インテグレ
ータ240により形成される虚像群を示す説明図
【図31】本発明の露光装置の実施形態3を示す概略図
で、図28及び図29が示す照明装置を搭載した露光装
置図
【図32】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート
【図33】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート
【図34】 従来の照明装置の要部概略図
【図35】 図24の一部分の説明図
【図36】 図24の一部分の説明図
【図37】 図24の一部分の説明図
【符号の説明】
1 水銀灯(光源) 2 楕円ミラー 3 光束混合手段 4 集光レンズ 5 多光束発生手段 6 照射手段 7 被照射面(レチクル) 10 集光光学系 11 光束調整手段 12 絞り 24 投影レンズ 25 感光基板 201 レーザ光源 202 射出角度保存光学素子 203 集光光学系 204 内面反射型インテグレータ 205 ズーム光学系 207 波面分割型インテグレータ 208 集光光学系 209 マスク 293 投影光学系 294 ウエハ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源からの光束を集光する集
    光光学系と、該集光光学系からの光束を混合して射出す
    る光束混合手段と、該光束混合手段からの出射光束を用
    いて多数の部分光束を発生させる多光束発生手段と、該
    多光束発生手段からの光束を重ね合わせた状態で被照射
    面を照射する照射手段と、を有する照明装置において、
    該光束混合手段の出射面近傍に光束調整手段を設け、該
    多光束発生手段の入射面での光量分布を調整可能に構成
    していること
  2. 【請求項2】 前記光束混合手段と前記多光束発生手段
    の間には光学系が配置されており、該光学系により該光
    束混合手段の出射面と、該多光束発生手段の入射面とを
    略共役になるよう設定していることを特徴とする請求項
    1、又は2の照明装置。
  3. 【請求項3】 前記光束混合手段はオプティカルパイプ
    を有していることを特徴とする請求項1、又は2の照明
    装置。
  4. 【請求項4】 前記光束調整手段は、入射面側が凹面
    の、出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材からなるこ
    とを特徴とする請求項1、2、又は3の照明装置。
  5. 【請求項5】 前記光束調整手段は、入射面側が凹面
    の、出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材からなる
    ことを特徴とする請求項1、2、又は3の照明装置。
  6. 【請求項6】 前記光束調整手段は、入射面側が凹面
    の、出射面側が凸面の多角錐面の頂点を光軸に水平な面
    で切断した平面を有する光学部材からなることを特徴と
    する請求項1、2、又は3の照明装置。
  7. 【請求項7】 前記光束調整手段は、輪帯状の位相分布
    を有する回折光学素子を2つ有していることを特徴とす
    る請求項1、2、又は3の照明装置。
  8. 【請求項8】 前記光束調整手段は一面に回折光学素子
    を設けた基板を有しており、該回折光学素子は該一面上
    の多数の領域に面積分割されており、かつ各々の領域の
    回折光学素子は直線状のパターンから形成されており、
    また各々の領域の回折光学素子による光束の回折方向が
    互いに異なっており、前記多光束発生手段上の離散的な
    位置に他に比べて強い光強度分布を形成していることを
    特徴とする請求項1、2、又は3の照明装置。
  9. 【請求項9】 前記多光束発生手段の入射面上での光量
    分布が異なるようにした光束調整手段を複数設け、該複
    数の光束調整手段のうちの1つを光路中に選択可能に設
    定していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1
    項記載の照明装置。
  10. 【請求項10】 前記多光束発生手段はハエの目を有し
    ていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記
    載の照明装置。
  11. 【請求項11】 前記多光束発生手段の出射面近傍には
    前記光束調整手段の種類に応じて開口形状が異なる絞り
    を交換可能に設けていることを特徴とする請求項1〜1
    0のいずれか1項記載の照明装置。
  12. 【請求項12】 請求項1から11のいずれか1項記載
    の照明装置を用いて被照射面に設けた物体面上のパター
    ンを投影光学系により露光基板に投影露光していること
    を特徴とする投影露光装置。
  13. 【請求項13】 請求項1から11のいずれか1項記載
    の照明装置を用いて被照射面に設けた物体面上のパター
    ンを投影光学系により露光基板に、該物体と該露光基板
    の双方を該投影光学系の光軸と垂直方向に該投影光学系
    の投影倍率に対応させた速度比で同期させて走査して露
    光することを特徴とする投影露光装置。
  14. 【請求項14】 請求項12又は13の投影露光装置を
    用いて物体面上のパターンを投影光学系により露光基板
    上に投影露光した後、該露光基板を現像処理してデバイ
    スを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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