(57)【要約】【課題】背景光の影響を低減することが可能な照明光学系及び露光装置を提供する。【解決手段】照明光学系は、光源１からの光束の光強度分布を変換する回折光学素子４と、回折光学素子４を経た光束で原版１５を均一に照明するための多光束形成部１２と、多光束形成部１２と回折光学素子４との間の、回折光学素子４と光学的にフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面７又はその近傍に配置される遮光部材８と、を有し、遮光部材８は開口部８ａと遮光部８ｂとを有し、開口部８ａと遮光部８ｂの境界８ｃは、回折光学素子の+１次回折光及び−１次回折光がフーリエ変換面７に形成する光強度分布の立ち上がりで光強度が０である位置に設定される。【選択図】図１
2010109242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照明面を照明する照明光学系であって、
光源からの光束の光強度分布を変換する回折光学素子と、
前記回折光学素子を経た光束で前記被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータと前記回折光学素子との間の、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又はその近傍に配置される遮光部材と、
を有し、
前記遮光部材は、前記回折光学素子からの光束を透過する開口部と、前記回折光学素子からの光束を遮光する遮光部と、を有し、
前記開口部と前記遮光部の境界は、前記回折光学素子の+１次回折光及び−１次回折光が前記フーリエ変換面に形成する光強度分布の立ち上がりで光強度が０である位置に設定されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記回折光学素子と前記遮光部材はそれぞれ複数設けられ、
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、
前記複数の回折光学素子の一つを選択的に光路に配置する第１選択部と、
前記第１選択部が選択した回折光学素子に対応する、前記複数の遮光部材の一つを選択的に光路に配置する第２選択部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記回折光学素子は複数設けられ、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、
前記照明光学系は、
前記複数の回折光学素子の一つを選択的に光路に配置する第１選択部と、
前記遮光部材の前記開口部と前記遮光部の前記境界を移動する移動部と、
を更に有し、
前記移動部は、前記第１選択部が選択した回折光学素子に対応して前記遮光部材の前記開口部と前記遮光部の境界を移動することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記遮光部材と前記オプティカルインテグレータとの間に設けられ、前記フーリエ変換面に形成された光強度分布を拡大するズーム光学系を更に有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項５】
原版を照明する請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系と、
前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
基板を露光装置で露光するステップと、
露光された基板を現像するステップと、
を有し、
前記露光装置は、
原版を照明する請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系と、
前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変形照明（輪帯照明、二重極照明、四重極照明など）で原版を照明することは露光装置の解像度を小さくするのに効果的である（特許文献１参照）。そして、従来、変形照明を形成するために照明光学系に回折光学素子を使用することが知られている。また、回折光学素子が形成する所望の光強度分布以外に０次光の分布を遮光するため、回折光学素子のフーリエ変換面の近傍に回折光学素子の０次光が直進することを阻止する阻止手段（遮光部材又は拡散部材）を設けることも知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平０７−０８６１２３号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、所望の光強度分布以外の分布は回折光学素子が形成する０次光の分布に限定されない。即ち、回折光学素子からは、高次回折光、散乱光など所望の光強度分布以外の光（以下、「背景光」と呼ぶ。）が発生し、結像性能を悪化させる。また、背景光は回折光学素子の製造誤差によっても発生するため、変形照明の光強度分布又は解像性能が装置毎にばらつく原因にもなる。
【０００４】
そこで、背景光の影響を低減することが可能な照明光学系及び露光装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面としての、被照明面を照明する照明光学系は、光源からの光束の光強度分布を変換する回折光学素子と、前記回折光学素子を経た光束で前記被照明面を均一に照明するためのオプティカルインテグレータと、前記オプティカルインテグレータと前記回折光学素子との間の、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に配置される遮光部材と、を有し、前記遮光部材は、前記回折光学素子からの光束を透過する開口部と、前記回折光学素子からの光束を遮光する遮光部と、を有し、前記開口部と前記遮光部の境界は、前記回折光学素子の+１次回折光及び−１次回折光が前記フーリエ変換面に形成する光強度分布の立ち上がりで光強度が０である位置に設定されていることを特徴とする。
【０００６】
かかる照明光学系を有する露光装置及びかかる露光装置を使用したデバイス製造方法も本発明の別の側面を構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、背景光の影響を低減することが可能な照明光学系及び露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本実施例の露光装置の概略断面図である。露光装置は、光源１からの光束を利用してマスクやレチクルなどの原版１５を照明する照明光学系（２〜１４）と、原版１５のパターンをウエハや液晶基板などの基板１７に投影する投影光学系１６と、を有する。本実施例の露光装置は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるが、本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能である。
【０００９】
光源１は、光（光束）を発生させるエキシマレーザーや水銀ランプを使用する。
【００１０】
照明光学系は、引き回し光学系２、射出角度保存光学素子３、回折光学素子４、コンデンサーレンズ６、遮光部材８及びプリズムユニット１０を有する。また、照明光学系は、ズームレンズユニット１１、多光束形成部１２、絞り１３及びコンデンサーレンズ１４を更に有する。
【００１１】
引き回し光学系２は、光源１と射出角度保存光学素子３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３に導く。射出角度保存光学素子３は、回折光学素子４の光源側に設けられ、マイクロレンズアレイやファイバー束などのオプティカルインテグレータを含み、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４へ導く。これにより、光源１の出力変動が、回折光学素子４が形成するパターン分布に及ぼす影響を軽減することができる。
【００１２】
回折光学素子４は、被照明面である原版１５と共役な面又は照明光学系の瞳面とフーリエ変換の関係にある面に配置される。回折光学素子４は、投影光学系１６の瞳面１６ａと共役な面である照明光学系の瞳面や照明光学系の瞳面と共役な面に光源１からの光束の光強度分布を回折効果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４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（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を使用してもよい。投影光学系１６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。回折光学素子４は、射出角度保存光学素子３とコンデンサーレンズ６との間に設けられている。
【００１３】
照明光学系には回折光学素子４が複数設けられ、各回折光学素子４はターレット５の複数のスロットの対応する一つに取り付けられてターレット５に搭載されている。複数の回折光学素子４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は、比較的小さな円形形状、比較的大きな円形形状、輪帯形状、二重極、四重極その他の形状を含む。輪帯形状、二重極、四重極の有効光源形状により照明する方法は変形照明と呼ばれる。
【００１４】
ターレット５は、複数の回折光学素子の一つを選択的に光路に配置する第１選択部として機能する。アクチュエーター５ａは、ターレット５に接続されてターレット５を回転する第１駆動部である。この結果、射出角度保存光学素子３からの光束は、回折光学素子４を照射し、回折光学素子４で回折して、コンデンサーレンズ６へ導かれる。
【００１５】
コンデンサーレンズ６は、回折光学素子４と第１プリズム１０ａとの間に設けられ、回折光学素子４で回折した光束を集光し、コンデンサーレンズ６と第１プリズム１０ａとの間に存在するフーリエ変換面７に回折パターンを形成する。
【００１６】
フーリエ変換面７は、多光束形成部（オプティカルインテグレータ）１２と回折光学素子４との間の、回折光学素子４と光学的にフーリエ変換の関係にある面である。アクチュエーター５ａにより光路に位置する回折光学素子４を交換すれば、フーリエ変換面７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。
【００１７】
遮光部材８は、コンデンサーレンズ６と第１プリズム１０ａとの間に配置され、フーリエ変換面７又はその近傍に配置される。遮光部材８は、例えば、絞りやブレード、フィルターなどである。
【００１８】
照明光学系には遮光部材８が複数設けられ、各遮光部材８はターレット９の複数のスロットの対応する一つに取り付けられてターレット９に搭載されている。ターレット９は、ターレット５（第１選択部）が選択した回折光学素子４に対応する、複数の遮光部材８の一つを選択的に光路に配置する第２選択部として機能する。アクチュエーター９ａは、ターレット９に接続されてターレット９を回転する第２駆動部である。
【００１９】
図２は、遮光部材８の構成例の平面図である。遮光部材８は、同図に示すように、回折光学素子４からの光束を透過する開口部８ａと、回折光学素子４からの光束を遮光する遮光部８ｂと、を有する。８ｃは、開口部８ａと遮光部８ｂの境界を表しており、境界８ｃの内部が開口部８ａである。Ｋは比較的小さい円形照明の場合にフーリエ変換面７に形成される照明範囲の輪郭を表しており、輪郭Ｋの内部が照明領域である。遮光部８ｂは、図２において、ハッチングされた領域であるので、輪郭Ｋと境界８ｃとの間の領域がフーリエ変換面７に形成された照明範囲を遮光する範囲である。
【００２０】
本実施例は、境界８ｃを、回折光学素子４の+１次回折光及び−１次回折光がフーリエ変換面７に形成する光強度分布の立ち上がりの位置で光強度が０である位置（実質的に０である位置も含む）に設定している。本実施例は立ち上がりの位置と光強度が０の位置が一致している。まず、フーリエ変換面７における設計値における光強度分布を求める。図３は、光軸ＰＡを原点（紙面に垂直な軸が光軸ＰＡ）とし、フーリエ変換面７における設計上の光強度分布を示している。図３の横軸はフーリエ変換面７の位置（図１の紙面に垂直方向な位置）を表し、縦軸は光強度の最大値を１に規格化している。この光強度分布は、回折光学素子４の仕様と、射出角度保存光学素子３が射出する角度分布から計算される。
【００２１】
図３の破線Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は光強度分布との交点がそれぞれ０、０、０．２となる横軸に垂直な（縦軸に平行な線）である。そして、本実施例は、上述したように、境界８ｃを、図３に示す設計値において回折光学素子４がフーリエ変換面７に形成する（所望の）光強度分布の立ち上がり位置で光強度が０である位置に設定している。この位置は、図３においては、Ｕ２が光強度分布と交わる位置（±１．５ｍｍ）であり、その絶対値は１．５ｍｍである。また、Ｕ１が横軸と交わる位置の絶対値は、１．７ｍｍでＵ３が横軸と交わる位置の絶対値は１．３ｍｍである。
【００２２】
上述したように、遮光部材８は、フーリエ変換面７に配置されてもよいが、その近傍に配置されてもよい。また、回折光学素子４を含む各部は製造誤差を有する。これらを考慮すると、境界８ｃは完全にＵ２に対応する位置（Ｕ２と横軸の交点である±Ｐ１）に設定されなくてもそれを中心とする一定範囲は許容範囲である。本実施例では、それをＵ２の位置座標の±２ｍｍ、即ち、Ｕ１〜Ｕ３に対応する範囲、好ましくは、Ｕ２の位置座標の±１０％の範囲（絶対値で１．３５ｍｍ〜１．６５ｍｍ）としている。このため、境界８ｃは上記の範囲に設定されればよく、本出願はこの範囲もフーリエ変換面７に形成される光強度分布の立ち上がり位置で光強度が実質的に０である位置とみなしている。
【００２３】
図３で示される光強度分布が設計上フーリエ変換面７に形成される場合であっても実際の光強度分布は図４に示すようになる。これは、回折光学素子４が背景光を生成して、フーリエ変換面７の所望の光強度分布の周辺部の光強度は０でないからである。図４の照射分布に対して図３のＵ１〜Ｕ３に対応する位置を破線で表す。
【００２４】
図５は、図３に示す設計上の光強度分布においてＵ３の位置に境界８ｃに設定してＵ３から外側を遮光した場合の光強度分布である。図６は、図４に示す実測上の光強度分布においてＵ３の位置に境界８ｃに設定してＵ３から外側を遮光した場合の光強度分布である。図５と図６は実質的に等価である。これはＵ２の位置に境界８ｃを設定しても同様に実質的に等価となるが、Ｕ１の位置に境界８ｃを設定すると、図４に示す実測上の光強度分布において若干の背景光を含んでしまう。但し、この量は影響を与えない量であり、フーリエ変換面７と遮光部材８の距離や製造誤差によっては吸収されてしまう量である。
【００２５】
以上のように、境界８ｃを、設計値において回折光学素子４がフーリエ変換面７に形成する光強度分布の立ち上がりで光強度が実質的に０である位置（上述のＵ１〜Ｕ２の範囲）に設定する。すると、所望の光強度分布を維持して背景光の影響を十分小さく抑えることができる。また、これにより、露光装置間の解像性能の差をなくすることができる。
【００２６】
図７は、複数の回折光学素子４に対応した複数の遮光部材８をターレット９に搭載した平面図である。図７は、比較的小さい円形照明、比較的大きい円形照明、輪帯照明、四重極照明に対応した４種類の遮光部材８をターレットに搭載した例である。各遮光部材８の遮光部８ｂの外延とターレット９との境界は図示が省略されている。
【００２７】
本実施例では、複数の回折光学素子４を用いて所望の光強度分布を形成し、回折光学素子４に応じた複数の遮光部材８を用いて背景光を遮光することにより、実質的に照明効率を維持したままで所望の有効光源形状を形成している。
【００２８】
回折光学素子４に応じて遮光部材８を切り替えるとき、遮光部材８として開口径が可変の虹彩絞りを使用してもよい。例えば、図８に示すように、遮光部材８を虹彩絞り８Ａとして構成し、レバー８ｄを駆動手段８ｅで回転することによって、開口部８ａの径（大きさ）を調節してもよい。レバー８ｄと駆動手段８ｅは境界８ｃを移動する移動部を構成する。これにより、比較的小さい円形形状、比較的大きい円形形状の２つの回折光学素子４に応じて、遮光部材８の径を変えることで最適な形状の絞りを形成することができる。もちろん、輪帯照明であれば、開口部の内側と外側の境界を移動する移動手段と設ければよい。移動手段は遮光部材８に設けられていてもよいし、ターレット９に設けられていてもよい。このように、照明光学系は、遮光部材８の開口部８ａと遮光部８ｂの境界８ｃを移動する移動部を更に有し、移動部は、ターレット５が選択した回折光学素子４に対応して境界８ｃを移動してもよい。
【００２９】
プリズムユニット１０とズームレンズユニット１１は、遮光部材８と多光束形成部（オプティカルインテグレータ）１２との間に設けられ、フーリエ変換面７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。
【００３０】
より詳細には、プリズムユニット１０は、フーリエ変換面７とズームレンズユニット１１との間に設けられ、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂを含む。プリズムユニット１０は、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂとの距離を変更することにより、フーリエ変換面７に形成された回折パターン（光強度分布）を、輪帯率及び開口角を調整してズームレンズユニット１１へ導くことができる。
【００３１】
また、ズームレンズユニット１１は、プリズムユニット１０と多光束形成部１２との間に設けられ、第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂを含む。ズームレンズユニット１１は、第１レンズ１１ａと第２レンズ１１ｂとの距離を変更することにより、フーリエ変換面７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値を調整して多光束形成部１２へ導くことができる。
【００３２】
多光束形成部１２は、ズームレンズユニット１１とコンデンサーレンズ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ーレンズ１４へ導くハエの目レンズである。但し、多光束形成部１２は、ハエの目レンズではなく、パイプ、回折光学素子やマイクロレンズアレイなど他のオプティカルインテグレータから構成されてもよい。多光束形成部１２は、回折光学素子４を経た光束で被照明面である原版１５を均一に照明することができる。多光束形成部１２とコンデンサーレンズ１４との間には、絞り１３が設けられている。
【００３３】
多光束形成部１２の後段の絞り１３は遮光部材８と共役であるので（回折光学素子４と光学的にフーリエ変換の関係にあるので）、絞り１３に遮光部材８の機能を持たせることも考えられる。しかし、プリズムユニット１０、ズームレンズユニット１１により光束の大きさを調整しているため、絞り１３の位置での光束の大きさは照明条件ごとに異なる。従って、照明光学系で設定可能な全ての照明条件に対して背景光の影響をなくすためには、これら全ての照明条件に対応して個別に絞りを持たなくてはならなくなり、必要な絞りの数が膨大となり現実的でない。また、絞り１３の位置では比較的光束が大きいため、装置が大型化し高価になるという難点がある。更に、絞り１３は多光束形成部１２の近傍に位置するため、絞り１３で一部の光がけられることにより照射面で軸上・軸外性能差が発生する。
【００３４】
これに対して、遮光部材８をズーム光学系の前段のフーリエ変換面７の後段に配置すると、回折光学素子４に応じて数個の遮光部材８を切り替えるだけで、照明光学系に設定可能な全ての照明条件に対応することができる。また、光束径が比較的小さいため、遮光部材は比較的小さくなる。更に、軸上・軸外の有効光源の差を発生させることなく、不要な背景光のみを遮蔽することができる。
【００３５】
コンデンサーレンズ１４は、多光束形成部１２と原版１５との間に設けられている。これにより、多光束形成部１２から導かれた多数の光束を集光して原版１５を重畳的に照明することができる。
【００３６】
原版１５は、コンデンサーレンズ１４と投影光学系１６との間に設けられ、転写される回路パターンを有している。原版１５は、図示しない原版ステージによって支持及び駆動される。投影光学系１６は、原版１５と基板１７との間に設けられ、両者を光学的に共役な関係に維持する。基板１７は、図示しない基板ステージによって支持及び駆動される。
【００３７】
動作において、照明光学系が原版１５を照明し、投影光学系１６が原版１５のパターンを基板１７に投影する。原版１５のパターンの解像性は有効光源形状に依存しており、遮光部材８が背景光を遮光して所望の有効光源を形成しているのでパターンの解像性は向上する。また、デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を製造する方法は、露光装置を使用して感光剤を塗布した基板を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施例の露光装置の断面図である。
【図２】図１に示す露光装置の遮光部材の平面図である。
【図３】図１に示す露光装置のフーリエ変換面における光強度分布である。
【図４】実施例１の保持装置の斜視図である。
【図５】図３に示す設計上の光強度分布においてＵ３の位置に遮光部材の開口部と遮光部の境界を設定してＵ３から外側を遮光した場合の光強度分布である。
【図６】図４に示す実測上の光強度分布においてＵ３の位置に遮光部材の開口部と遮光部の境界を設定してＵ３から外側を遮光した場合の光強度分布である。
【図７】図１に示す遮光部材を搭載したターレットの平面図である。
【図８】図１に示す遮光部材の変形例の斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
４                      回折光学素子
５                      ターレット（第１選択部）
７                      フーリエ変換面
８、８Ａ                遮光部材
８ａ                    開口部
８ｂ                    遮光部
８ｃ                    境界
９                      ターレット（第２選択部）
１２                    オプティカルインテグレータ
１５                    原版
１６                    投影光学系
１７                    基板
【図１】
2010109242.tif 000003
【図２】
2010109242.tif 000004
【図３】
2010109242.tif 000005
【図４】
2010109242.tif 000006
【図５】
2010109242.tif 000007
【図６】
2010109242.tif 000008
【図７】
2010109242.tif 000009
【図８】
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