(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
【請求項２】
前記プリズム素子の光入射側又は／及び光出射側にグレーティング素子を設けたことを特徴とする請求項１の円弧照明光学系。
【請求項３】
前記グレーティング素子が前記プリズム素子と一体化していることを特徴とする請求項２の円弧照明光学系。
【請求項４】
前記円弧形のスリット光の半径方向の幅が所定値となるように前記長方形のスリット光の短手方向の長さを調整する長さ調整手段を有していることを特徴とする請求項２又は３の円弧照明光学系。
【請求項５】
前記円弧形のスリット光と前記物体面とを相対的に走査させて該物体面を走査照明していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の円弧照明光学系。
【請求項６】
前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の円弧照明光学系。
【請求項７】
前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項６の円弧照明光学系。
【請求項８】
光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光をそれと略同形の複数の円弧形のスリット光に分割する分割手段と、該分割した複数の円弧形のスリット光を円弧方向に連結する円弧結合手段とを有し、該円弧結合手段からの円弧形のスリット光を用いて、物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
【請求項９】
前記分割手段は前記プリズム素子からの円弧形のスリット光を光強度が略等しい複数の円弧形のスリット光に分割していることを特徴とする請求項８の円弧照明光学系。
【請求項１０】
前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項８又は９のいずれか１項の円弧照明光学系。
【請求項１１】
前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項１０の円弧照明光学系。
【請求項１２】
光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の長方形のスリット光に変換する第１光学手段と、該第１光学手段からの複数の長方形のスリット光を円弧形の１つのスリット光に変換する第２光学手段とを有し、該第２光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
【請求項１３】
前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項１２の円弧照明光学系。
【請求項１４】
前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項１３の円弧照明光学系。
【請求項１５】
光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の円弧形のスリット光に変換する第１光学手段と、該第１光学手段からの複数の円弧形のスリット光を円弧形の１つのスリット光に変換する第２光学手段とを有し、該第２光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴とする円弧照明光学系。
【請求項１６】
前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していることを特徴とする請求項１５の円弧照明光学系。
【請求項１７】
前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していることを特徴とする請求項１６の円弧照明光学系。
【請求項１８】
前記第１光学手段と第２光学手段は同形のプリズム素子を有していることを特徴とする請求項１２又は１５の円弧照明光学系。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを露光基板に露光転写していることを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
請求項１から１８のいずれか１項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該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走査型の露光装置。
【請求項２１】
請求項１４又は１５の露光装置を用いて物体面上のパターンを露光基板上に露光転写した後、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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円弧照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造する工程のうち、リソグラフィ工程において使用される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露光装置において、レチクル等の第１物体面上のパターンを円弧形のスリット光束で照明してウエハ等の第２物体面上に投影光学系により投影する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）やマスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。
【０００３】
又、最近は半導体素子１個のチップパターンが大型化する傾向にあり、投影露光装置においてはマスク上のより大きな面積パターンを感光基板上に露光する大面積化が求められている。
【０００４】
これらの要望に対して最近では、高解像力が得られ、且つ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と提案されている。
【０００５】
この走査型露光装置では、レチクル面上のパターンをスリット光束により照明し、該スリット光束により照明されたパターンを投影系（投影光学系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【０００６】
このような走査型露光装置の１つに円弧形のスリット光束を用いて走査を行なう方式のものがある。この方式では転写するパターンを持つ第１の物体と、転写される対象である第２物体の間に投影光学系が存在し、該投影光学系の特定の軸外像点のみを利用した露光が行なわれる。投影光学系には光軸があり、この軸に対して光学特性が回転対称なため、円弧形のスリット光束が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に円弧形の領域に光を効率良く集光することは光学的に非常に難しい技術である。過去にはこのために円弧形の発光面を有する光源を開発したり、或いは図５に示すように長方形に照明した領域５１から円弧形の開口部材５０を用いて円弧を切り出すといった切り出し方式が行われてきた。前者の円弧形の発光面を有する光源はＤＵＶと呼ばれる短波長域になると開発が困難であり、後者の切り出し方式は光束の利用効率が悪いという欠点を持っている。
【０００８】
本発明は光利用効率の良い円弧形のスリット光束が容易に得られる円弧照明光学系の提供を目的とする。
【０００９】
本発明は特殊な光源を用いることなく、通常の超高圧水銀灯の放電管やレーザ光源を用いて光利用効率が良く、所定の照明角度条件を満たしながら円弧形の照明を行うことができる円弧照明光学系及びそれを用いた半導体デバイスの製造に好適なプロキシミティ方式や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等の露光装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の円弧照明光学系は、
(1-1) 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【００１１】
特に、
(1-1-1) 前記プリズム素子の光入射側又は／及び光出射側にグレーティング素子を設けたこと。
【００１２】
(1-1-2) 前記グレーティング素子が前記プリズム素子と一体化していること。
【００１３】
(1-1-3) 前記円弧形のスリット光の半径方向の幅が所定値となるように前記長方形のスリット光の短手方向の長さを調整する長さ調整手段を有していること。
【００１４】
(1-1-4) 前記円弧形のスリット光と前記物体面とを相対的に走査させて該物体面を走査照明していること。
【００１５】
(1-1-5) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【００１６】
(1-1-6) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【００１７】
(1-2) 光源から発生した光を長方形のスリット光に変換するためのビーム形状変換光学系と、プリズム素子を備え、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光を略円弧形のスリット光に変換する円弧変換光学系と、を有し、該円弧変換光学系からの円弧形のスリット光をそれと略同形の複数の円弧形のスリット光に分割する分割手段と、該分割した複数の円弧形のスリット光を円弧方向に連結する円弧結合手段とを有し、該円弧結合手段からの円弧形のスリット光を用いて、物体面上を照明することを特徴としている。
【００１８】
特に、
(1-2-1) 前記分割手段は前記プリズム素子からの円弧形のスリット光を光強度が略等しい複数の円弧形のスリット光に分割していること。
【００１９】
(1-2-2) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【００２０】
(1-2-3) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【００２１】
(1-3) 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の長方形のスリット光に変換すする第１光学手段と、該第１光学手段からの複数の長方形のスリット光を円弧形の１つのスリット光に変換する第２光学手段とを有し、該第２光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【００２２】
特に、
(1-3-1) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【００２３】
(1-3-2) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していること。
等を特徴としている。
【００２４】
(1-4) 光源から発生した光を長方形のスリット光とするビーム形状変換光学系と、該ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光をその短手方向で所定の波長帯域毎に複数の円弧形のスリット光に変換する第１光学手段と、該第１光学手段からの複数の円弧形のスリット光を円弧形の１つのスリット光に変換する第２光学手段とを有し、該第２光学手段からの円弧形のスリット光を用いて物体面上を照明することを特徴としている。
【００２５】
特に、
(1-4-1) 前記ビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布を調整する輝度分布調整手段を有していること。
【００２６】
(1-4-2) 前記輝度分布調整手段は前記長方形のスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整していること。
【００２７】
又、構成(1-3) と構成(1-4) において、
(1-4-3) 前記第１光学手段と第２光学手段は同形のプリズム素子を有していること。
等を特徴としている。
【００２８】
本発明の露光装置は、
(2-1) 構成(1-1) 〜(1-4) のいずれか１項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該物体面上のパターンを露光基板に露光転写していることを特徴としている。
【００２９】
(2-2) 構成(1-1) 〜(1-4) のいずれか１項の円弧照明光学系からの光束を用いて物体面を照明し、該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。
【００３０】
本発明のデバイスの製造方法は、
(3-1) 構成(2-1) 又は(2-2) の露光装置を用いて物体面上のパターンを露光基板上に露光転写した後、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。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明において長方形のスリット光束より円弧形のスリット光を得る為の原理を示す円弧変換光学形の概略図である。図中１３は円弧変換光学系である。１は断面形状が長方形のスリット光、２は集光レンズ、３はプリズム素子（プリズム）である。長方形のスリット光の長手方向はプリズム３の稜線と平行な関係にある。プリズム３を出た光は集光レンズ４を通過して像面５に結像する。このときプリズム３に長方形のスリット光１を斜めから通過させることにより、像面５に結像される光束形状に歪みを生じさせ、長方形のスリット光１を円弧形のスリット光に変換している。
【００３２】
この間の光学原理は久保田  広著「光学」の第１章で分光器の光学系に関して記述されている。
【００３３】
従来、分光器では長方形のスリット光に絞った光が分光の為のプリズムを通過することで円弧形になっていた。この光学系で行われる光の形状変更は屈折を用いているため極めて効率が良いことが特徴である。
【００３４】
従来より、円弧形のスリット光で照明を効率良く行うことが困難なのは、光源からの光の形状の変換が難しいことにあった。半導体デバイスあるいは液晶デバイス製造用の露光装置の光源としては超高圧水銀灯やキセノン水銀灯のようなショートアークランプやエキシマレーザの様なレーザが用いられている。
【００３５】
ショートアーク型のランプからの光の配光特性、あるいはレーザ光源から出てくる指向性の良い光の特性を考えたとき、光の形状を対称軸をもった形状に変換するのは容易である。即ち円形、楕円形、正方形、長方形等の形に変換するのは比較的容易である。
【００３６】
しかしながら円弧形に変換するのが困難なことは通常用いるレンズ、あるいはミラー光学系を考えれば容易に想像がつく。
【００３７】
本発明では光源からの光の形状を先ず変換しやすい長方形に整形した後、図１の光学系を用いて円弧形に変換することを特徴としている。このような段階を踏むことによって、光源からの光を効率良く円弧形に変換している。
【００３８】
また、長方形のスリット光のプリズム３への入射角度や集光レンズ４の焦点距離等を種々と変化させることで円弧の曲率半径を任意に変えることにより様々な投影光学系に対応できるようにしている。
【００３９】
図２はエキシマレーザを光源として用いた本発明の円弧照明光学系を用いた露光装置の実施形態１の要部ブロック図である。図中１１はエキシマレーザ光源、１２はビーム形状を所定の長方形にする為のビーム形状変換光学系である。ビーム形状変換光学系１２としてはシリンドリカルレンズやトーリックレンズ、アナモフィックレンズ等を用いる或いはスリット形のオプティカルパイプを用いる等してレーザ１１からの出力光の形状を効率良く長方形のスリット光に変換している。
【００４０】
ビーム形状変換光学系１２から出力された光束が図１のスリット光１に対応している。１３は図１の円弧変換光学系である。この部分で光源１１からの光が円弧形に変換される。２０は円弧変換光学系１３によって作られる円弧照明領域を実際にマスク又はレチクルを照明する為に必要となる補正を行う為の光学素子である。
【００４１】
具体的には、円弧変換光学系１３をテレセントリック系に保つこと、及び円弧照明領域内で照度分布、配光分布を略一様にすること等を行う為の補正光学系より成っている。
【００４２】
２１は円弧形に照明された部分から所定の大きさを切り取る円弧スリットである。円弧スリット２１は放射方向の幅が可変となっており、走査を行うときの照度の一様性を調整できるようになっている。２２，２３の光学系（反射光学系）は円弧スリット２１を結像するリレー光学系である。該リレー光学系２２，２３により円弧スリット２１は所定面に転写されるべきパターンが形成されているマスク又はレチクル（物体）２４上に結像され、円弧スリット２１を介した光束で物体２４を照明する。
【００４３】
照明された物体２４上のパターンは投影光学系によって被転写物体である基板やウエハー２６に結像している。
【００４４】
図３は本発明に係る円弧変換光学系の実施形態１の要部概略図である。本実施形態では円弧変換光学系１３内で色消しを行い、広帯域波長幅にしたものである。
【００４５】
本発明ではプリズムを用いている為、硝子の分散作用で、波長によって結像される円弧の位置が異なるという問題がある。これを打ち消す為プリズム３３とグレーティング３６が逆の分散作用をすることに着目し、プリズム３３に入射する前にグレーティング３６を配して、円弧変換光学系１３全体での分散を小さくしたのが本実施形態の特徴である。
【００４６】
光学系での光の利用効率を向上させるため、該グレーティング３６はブレーズドタイプであることが望ましい。なお、該グレーティングはプリズムの後側に配置することも可能である。
【００４７】
本実施形態の円弧変換光学系１３を図２の照明光学系に適用することで、レーザばかりではなくショートアーク型のランプも光源として利用することができる。
【００４８】
また、図３ではグレーティング３６とプリズム３３とを別体の素子として用いているが、これら２つの素子を一体化することも可能である。
【００４９】
広帯域波長幅の光源を用いた場合、グレーティングの逆分散作用を用いても帯域全体に渡って色収差を良好に取り除くことは難しく、いくらかの残存色収差がある。この残存色収差は円弧を半径方向に伸ばす働きをする。
【００５０】
図２の実施形態に示したように通常の照明光学系は円弧スリット２１を有するので、物体２４上で円弧の形状は変化しないが、円弧スリット２１によりケラレる部分が大きくなるので、結果的に効率の低下を招くことになる。
【００５１】
これを解決するためには、残存色収差による円弧の幅の増加を算出し、円弧変換光学系へ入射する前に長方形短手方向の辺の長さを前もって短くしておけば良い。このとき、円弧の半径方向に波長分布が付くことになるが、このような広帯域波長幅の光源が用いられる場合、マスク或いはレチクルを転写する為の投影光学系はミラー系で組まれることが多く、色収差が存在しないので、照明領域での波長分布が転写に問題を引き起こすことはない。
【００５２】
さらに、円弧形スリット光を用いた露光装置では通常、照明領域は物体上を相対的に走査されるので、ウエハ上では波長分布が平均化されることも問題を低減する方向に働く。
【００５３】
尚、本実施形態においてビーム形状変換光学系からの長方形のスリット光の輝度分布、例えばスリット光の短手方向又は／及び長手方向の輝度分布を調整する輝度分布調整手段（例えば光学フィルター等）を用いても良く、これによれば円弧形のスリット光の輝度を均一化を図ることができる。尚、これは以下の各実施形態において全て当てはまることである。
【００５４】
図４は本発明の円弧照明光学系を搭載した走査型の露光装置の実施形態２の要部概略図である。ここで４１は図１，図３で説明したプリズム素子を含む円弧照明光学系であり、光源の特性によってレーザ光源の場合は色収差補正用のグレーティング素子を必要とはしないが、ショートアーク型の光源の場合は、グレーティング素子を含める必要がある。
【００５５】
４２は円弧照明光学系４１によって照明される被照明物体（マスク，レチクル等）４３を走査させる為の走査機構である。４４は投影光学系であり、屈折型、反射型、屈折反射型など一般に用いられる結像系で良い。４５は被転写物体（ウエハ）であり、投影光学系４４により被照明物体４３がこの上に結像されるように配置されている。４６は被転写物体４５を走査する為の走査機構であり、被照明物体４３用の走査機構４２と同期させて動かしている。
【００５６】
照明領域が円弧スリット状に限られているため物体４３全体を投影するには走査を行っているが回転対称な光学系に対して収差の一定した領域のみを用いることができる。
【００５７】
本実施形態では被照明物体４３と被転写物体４５とを矢印で示す走査方向に投影倍率に対応した速度比で同期をとって駆動させることによって被照明物体４３上のパターンを被転写物体４５上に走査投影露光している。
【００５８】
本発明での円弧照明光学系では円弧形の照明領域（スリット光束）を形成させる為にプリズム素子を使用し、長方形のスリット光束が該プリズム素子を通過することによって生じる像の歪を利用している。
【００５９】
通常、スリット走査法における露光装置においてはスリットに長手方向と短手方向が存在するため、光源からの光を先ず長方形状の細長いスリットの形に変換している。そして該長方形のスリット光がプリズム素子を通過することによって円弧形のスリット光に変換している。
【００６０】
このとき次のような課題が発生してくる。
【００６１】
(ア-1) プリズムを用いている為、通過光束に色収差が存在するようになる。
【００６２】
(ア-2) 長方形のスリット光内で一様な輝度分布であってもプリズム素子で変換された円弧形のスリット光内では主に偏角方向に照度分布が生じる。
【００６３】
(ア-3) 円弧に必要な曲率半径が小さい一方、照明領域の長手方向に必要な長さは大きいので、プリズムへの入射角が大きくなる、コンデンサーレンズの設計が難しい等、光学的に無理が生じやすい。
【００６４】
(ア-4) 照明領域が長手方向に長い場合、端に行くほど円弧からのずれ（曲率の変化）が生じてくる。
等である。
【００６５】
そこで以下の各実施形態では前述の課題(ア-1) 〜(ア-4) のうち少なくとも１つを解決することを目的としている。
【００６６】
まず各課題(ア-1) 〜(ア-4) の技術的内容について説明する。課題(ア-1) は図１１にも図示してある。これは長方形のスリット光２０１内に、Ｈｇのｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０４．７ｎｍ）、ｉ線（λ＝３６５．０ｎｍ）の３波長の光が入射した場合を仮定している。このとき、円弧形のスリット光は２０５，２０６，２０７の３本が現れ、それぞれｉ線、ｈ線、ｇ線に対応している。
【００６７】
課題(ア-2) は以下のようにして起こる。図１１に示すように長方形のスリット光内のある一点からの光はコンデンサーレンズ２０２を通ることで対応する角度を持ってプリズム２０３に入射する。そのプリズム２０３から出射した光はコンデンサーレンズ２０４を通り、円弧上のある一点に結像する。
【００６８】
ここで、一般にプリズム２０４による角倍率はプリズムへの入射角に依存することを考えると、長方形内の場所によって倍率が異なるために元の長方形上で輝度分布が一定であっても円弧の照度が変化することが分かる。さらに、主断面外の光線に関しては見かけの屈折率が変化することにより、主断面内とは異なる角倍率を持つ。この二つの角倍率の違いが相俟って円弧上に照度分布をもたらしているので、課題(ア-1) と同様、プリズムを利用する限り避けられない問題となる。
【００６９】
課題(ア-3) を説明する為に早水  良定著「光機器の光学Ｉ」のｐ．２９７（４．３．３３）式を参照する。この式では長方形のスリット光が円弧形に変換される場合の円弧の曲率半径Ｒを与えており、それはＲ＝ｆｎ2 ｃｏｔｉ1 ／［２（ｎ2 −１）］である。ただし、ｆはプリズムの後に配置されるレンズ（図１１ではコンデンサーレンズ２０４に相当）の焦点距離、ｎはプリズムの硝材の屈折率、ｉ1 は光がプリズムへ入射する角度である。通常、屈折率ｎは１．５程度であり、硝材を変えても大差ないので、曲率半径Ｒを決めるものはｆとｉ1 と考えて良い。
【００７０】
ここで、必要とされるスリット光の長手方向の長さを考えて、コンデンサーレンズの収差が十分取れるような焦点距離を設定すると、焦点距離ｆが大きくなる。一方で必要な曲率半径Ｒが小さいとｃｏｔｉ1 は小さく、すなわちｉ1 は大きくなる必要がある。
【００７１】
課題(ア-4) は、「光機器の光学Ｉ」において長方形のスリット光がプリズム通過後に円弧形のスリット光になることを示すときに各光線が主断面となす角ｖが小さいという近似を使っていることから生じる。この近似は長方形のスリット光の長手方向が十分短いということに対応するが、必要とされる長さはこの近似の範囲を超えている。
【００７２】
以上のような課題(ア-1) 〜(ア-4) を解決する手段としては、まず所望の円弧形のスリット光を少なくとも二つの円弧形のスリット光を用い、それを偏角方向に結合して形成することが有効である。すなわち、１つの長方形のスリット光を１つの円弧形のスリット光に直接変換するのではなく、所望の円弧より小さい円弧を一旦形成し、それを元に複数個の偏角方向に結合することにより、所望の大きさの円弧を得れば良い。これは特に、課題(ア-2),(ア-3),(ア-4) に有効である。
【００７３】
次の有効な手段は長方形のスリット光の短手方向に波長分布を設けることである。これは、プリズムによる円弧の分散を考慮して変換前の長方形に逆分散を与えておくことで正しく円弧を形成しようとするものである。これは、円弧変換用のプリズムと同じものを用いることで容易に達成可能である。課題(ア-1) の解決策となる。
【００７４】
課題(ア-2) に有効な更なる手段として、長方形のスリット光内に輝度分布を設けることもできる。プリズムを介した長方形から円弧形へのスリット光の変換は基本的に一対一の結像であるが、プリズムの主断面内での入射角による角倍率の違い、及び主断面に角度を持った入射での見かけの屈折率の違いの二つの効果により場所によって倍率が異なってくる。これにより、見かけ上、端部ほど照度が低下するが、これを相殺するように長方形内に輝度分布を与えておくことで円弧上の照度分布の一様性が確保できる。長方形内に与えるべき輝度分布は円弧の開角が小さい場合、短手方向にのみ単調な変化をする分布を与えればよいが、一般的には長手方向にも中心から端部に向かって増加するような分布を与える必要がある。
【００７５】
尚、本発明において先の課題(ア-1) 〜(ア-4) を全て同時に解決する必要がある場合には、これらの解決手段を同時に用いれば良い。次に前述の課題(ア-1) 〜(ア-4) の少なくとも１つを解決することを目的とした実施形態について説明する。
【００７６】
図６は本発明の円弧照明光学系の実施形態２の要部概略図である。図中１００は図１や図３に示した円弧変換光学系又は後述する円弧変換光学系であり、円弧形のスリット光を出射している。
【００７７】
１０１はプリズム素子に有する円弧変換光学系１００によって形成された円弧形の光ビーム（スリット光）、１０２は反射鏡、１０３は強度透過率２／３の半透明鏡、１０４は強度透過率１／２の半透明鏡、１０５は反射鏡、１０６及び１０７はイメージローテイタ、１０８及び１０９は円弧の位置を調整する為の調整光学系、１１０，１１１，１１２は本光学系により形成された個々の円弧形のスリット光、１１３は円弧形のスリット光１１０，１１１，１１２の円弧を偏角方向に結合して形成された所望の円弧形の照明領域（スリット光束）である。
【００７８】
ここで１０１の円弧形のスリット光は所望の円弧照明領域１１３より円弧方向で小さくしてある。
【００７９】
本実施形態の場合は３つ（複数）の円弧形のスリット光から１つの円弧形のスリット光１１３を形成しているので、スリット光１０１の円弧の開角はスリット光１１３の１／３になっているが、何個の円弧から全体の円弧を形成するかは任意である。
【００８０】
スリット光１０１が半透明鏡１０３に入射することで、強度の１／３が反射され、２／３が透過する。透過した強度２／３のスリット光は半透明鏡１０４により強度が透過と反射で等分された二つの円弧形のスリット光に分けられる。このようにして３つの強度が等しい円弧形のスリット光に分割した後、内二つをイメージローテイタ１０６あるいは１０７により回転させる。このとき与える回転角は元の円弧の開角の半分である。
【００８１】
さらに、回転させた円弧形のスリット光１１０，１１２を回転させていない円弧形のスリット光束１１１と１つの円弧をなすように位置合わせを行う光学系１０８あるいは１０９を通過させた後で結像させて所望の円弧形のスリット光束１１３を得ている。
【００８２】
本実施形態では開角の小さい複数の円弧形のスリット光束を作る光学系であるが、これを用いることで所望の円弧形のスリット光束を得る際に元の長方形のスリット光束の長手方向の長さを短くすることができる。これによってこの点に起因する問題を解決している。
【００８３】
尚、本実施形態において各部材１０２〜１０５は分割手段の一要素を構成し、各要素１０６〜１０９は円弧結合手段の一要素を構成している。
【００８４】
図７は本発明の円弧照明光学系の実施形態３の要部概略図である。図中１２１は長方形のスリット光束、１２２はプリズム素子（プリズム）、１２３，１２４，１２５はプリズム素子１２２によりそれぞれｉ線、ｈ線、ｇ線の波長に分散された長方形のスリット光束、１２６はコンデンサーレンズ、１２７はプリズム素子（プリズム）、１２８はコンデンサーレンズ、１２９は円弧形のスリット状照明領域（スリット光束）である。
【００８５】
プリズム１２７は長方形のスリット光束を円弧形のスリット光束に変換する為のプリズム素子であるが、これを略同形のプリズムをプリズム１２２として用いている。そして長方形のスリット光束１２１からの光をコンデンサーレンズを介さず、プリズム素子１２２に入射させると光は円弧にはならず、長方形のスリット光束のまま出射する。
【００８６】
ただし、長方形のスリット光束がｇ，ｈ，ｉ線の３波長を含む光であるとすると、プリズム素子１２２から出射した光は光束１２３，１２４，１２５のように分散される。
【００８７】
この分散した状態でコンデンサーレンズ１２６を介して、円弧変換用のプリズム素子１２７に入射させ、出射光をコンデンサーレンズ２８により集光させて色分散のない円弧形のスリット光束１２９を得ている。ここで、要素１２２は第１光学手段を構成し、各要素１２６〜１２８は第２光学手段を構成している。
【００８８】
図８は本発明の円弧照明光学系の実施形態４の要部概略図である。図中１３１は長方形のスリット光束、１３２はコンデンサーレンズ、１３３は長方形のスリット光束を円弧形のスリット光束に変換させる為のプリズム素子、１３４はコンデンサーレンズ、１３５，１３６，１３７はプリズム素子１３３によりそれぞれｉ線，ｈ線，ｇ線の波長に分散された円弧形のスリット光束、１３８は色分散された円弧形のスリット光束１３５，１３６，１３７をほぼ単一の円弧形のスリット光束１３９にする為のプリズム素子、１３９は円弧形のスリット状照明領域（スリット光束）である。
【００８９】
ここで、プリズム素子１３８はプリズム素子１３３とほぼ同形であり、プリズム素子１３３によって分散した円弧形のスリット光束１３５，１３６，１３７からの光をコンデンサーレンズを介さずに入射させることで、逆の色分散を与えて円弧を同じ位置に結合させる役割を持つ。
【００９０】
ただし、ここでは長方形のスリット光束１３１がｇ，ｈ，ｉ線の３波長を含む光であるとすると、プリズム素子１３３から出射した光はスリット光束１３５，１３６，１３７のように分散される。この分散した状態でプリズム素子１３８に入射させ、色分散のない円弧形のスリット光束１３９を得ている。
【００９１】
ここで各要素１３２〜１３４は第１光学手段を構成し、要素１３８は第２光学手段を構成している。
【００９２】
図９は本発明の円弧照明光学形の実施形態５を説明する為の一部分の概略図である。図９（Ａ）のように長方形のスリット１４１上で輝度分布を短手方向１４１−１、長手方向１４１−２のように一定にした場合、プリズム素子による角倍率の違いにより、図９（Ｂ）のように円弧１４２上に半径方向１４１−１、偏角方向１４２−２のような照度分布が現れる。
【００９３】
一方、この角倍率の違いは計算によって求めることができるので、この効果をキャンセルするように予め長方形のスリット１４３上に図９（Ｃ）に示したような短手方向１４３−１、長方形１４３−２の輝度分布（光学手段）を設けている。
【００９４】
これによって円弧１４４上の半径方向に１４４−１、偏角方向に１４４−２に示したようなほぼ一様の照度分布を形成している。尚、図９（Ｃ）の輝度分布は長方形の長手、短手の双方に輝度分布を与えているが、長手方向の長さが短い場合には短手方向の輝度分布のみで対応できることもある。
【００９５】
この輝度分布調整は前述の各実施形態、全てに適用することができる。図１０は本発明の円弧照明光学系を用いた露光装置の実施形態２の概略図である。図中１５０はエキシマレーザ光源、１５１はビーム形状変換光学系である。ビーム形状変換光学系１５１としてはシリンドリカルレンズやトーリックレンズ、アナモフィックレンズ等を用いる、あるいはスリット形状のオプティカルパイプを用いるなどしてレーザ光源１５０からの出力光の形状を効率良く長方形のスリット光に変換すると共に、フィルタ等を用いて円弧の照度分布が一様となるようにビーム内の輝度分布を設定している。
【００９６】
ビーム形状変換光学系１５１から出力された光束が、図９（Ｃ）の長方形のスリット光束の輝度分布に対応する。１５２は円弧照明光学系である。この内、１５３はプリズム素子を有する部分で図１に示されている。１５４は図６に示した円弧結合光学系である。この部分で光源１５０からの光が円弧形のスリット光束に変換している。尚、円弧照明光学系１５２を図７又は図８の円弧照明光学系より構成しても良い。
【００９７】
１５５は円弧照明光学系１５２によって作られる円弧照明領域を実際にマスクまたはレチクルを照明するために必要となる補正を行う為の補正素子である。具体的には、円弧変換光学系１５２をテレセントリック系に保つことを行う補正光学系である。１５６は円弧形に照明された部分から所定の大きさを切り取る円弧スリットである。円弧スリット１５６は放射方向の幅が可変となっており、走査を行うときの照度の一様性を調整できるようになっている。
【００９８】
１５７，１５８の光学系は円弧スリット１５６を結像するリレー光学系である。該リレー光学系１５７，１５８により円弧スリット１５６は転写されるべきパターンが形成されているマスク又はレチクル（物体）１５９上に結像され、円弧スリット１５６を介した光まで物体１５９を照明する。
【００９９】
照明された物体１５９上のパターンは投影光学系１６０によって被転写物体である基板やウエハー１６１上に結像している。尚、レーザを光源とする場合にはほぼ単色光とみなせるためにプリズム素子の色分散を補正する必要がない。
【０１００】
しかし、超高圧水銀灯やキセノン水銀灯のようなショートアークランプを使用する場合はプリズム素子の色分散を補正する必要がある。この為、図１０中の円弧変換光学系の一部１５３を図１のものから色分散を補正した図７の実施形態２又は図８の実施形態８に置き換える必要がある。
【０１０１】
本発明では光源からの光をまず変換しやすい長方形の形に整形した後、プリズム素子を用いて円弧形に変換することを特徴としている。これによりプリズム素子を照明光学系に適用する際の問題点を解決している。このような段階を踏むことによって、光源からの光の利用効率が良く、かつ露光装置に適用可能な精度で円弧形のスリット光束に変換している。
【０１０２】
本発明では図２，図４，図１０に示す露光装置（走査型投影露光装置）を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造している。
【０１０３】
【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、
(イ-1) 光利用効率の良い円弧形のスリット光束が容易に得られる円弧照明光学系を達成している。
【０１０４】
(イ-2) 特殊な光源を用いることなく、通常の超高圧水銀灯の放電管やレーザ光源を用いて光利用効率が良く、所定の照明角度条件を満たしながら円弧形の照明を行うことができる円弧照明光学系及びそれを用いた半導体デバイスの製造に好適なプロキシミティ方式や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等の露光装置を達成している。
【０１０５】
(イ-3) 光利用効率の良い円弧照明系をレーザ光源やショートアーク型光源に対して実現することができる。又、本発明の円弧照明光学系を投影露光装置に搭載することで効率良く、かつ安定した結像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円弧変換光学系の光学原理を示す説明図
【図２】本発明の露光装置の実施形態１の要部概略図
【図３】本発明の円弧照明光学系の実施形態１の要部概略図
【図４】本発明の円弧照明光学系を搭載した露光装置の実施形態２の要部概略図
【図５】従来の円弧照明の作製方法を示す説明図
【図６】本発明の円弧照明光学系の実施形態２の要部概略図
【図７】本発明の円弧照明光学系の実施形態３の要部概略図
【図８】本発明の円弧照明光学系の実施形態４の要部概略図
【図９】本発明の円弧照明光学系の実施形態５の一部分の長方形スリット上での輝度分布とそれから形成される円弧照明領域上での照度分布の関係を示す図
【図１０】本発明の露光装置の実施形態２の要部概略図
【図１１】本発明の特徴である円弧変換光学系の原理を表すと共にその問題点を示す説明図
【符号の説明】
１    略長方形の照明領域
２    コンデンサーレンズ
３    プリズム素子
４    コンデンサーレンズ
５    略円弧形状の照明領域
１１    光源
１２    ビーム形状変換光学系
１３    円弧変換光学系
２０    照明光補正光学系
２１    円弧スリット
２２    円弧スリット結像リレー光学系１
２３    円弧スリット結像リレー光学系２
２４    被照明物体
２５    投影レンズ
２６    感光基板
３１    略長方形の照明領域
３２    コンデンサーレンズ
３３    プリズム素子
３４    コンデンサーレンズ
３５    略円弧形状の照明領域
３６    グレーティング素子
４１    円弧照明光学系
４２    被照明物体走査機構
４３    被照明物体
４４    投影光学系
４５    被転写物体
４６    被転写物体走査機構
５０    切り出し前の長方形の照明領域
５１    切り出された円弧形状の照明領域
１０１    円弧系の照明領域
１０２    反射鏡
１０３    透過強度２／３、反射強度１／３の半透明鏡
１０４    透過強度１／２、反射強度１／２の半透明鏡
１０５    反射鏡
１０６，１０７    イメージローテイタ
１０８，１０９    円弧位置調整光学系
１１０，１１１，１１２    円弧
１１３    １１０，１１１，１１２の円弧が結合されて形成された所望の円弧
１２１    長方形スリット
１２２    プリズム素子
１２３，１２４，１２５    プリズム素子２２により分散された長方形スリット
１２６    コンデンサーレンズ
１２７    プリズム素子
１２８    コンデンサーレンズ
１２９    円弧形の照明領域
１３１    長方形スリット
１３２    コンデンサーレンズ
１３３    プリズム素子
１３４    コンデンサーレンズ
１３５，１３６，１３７    色分散をもって形成された円弧
１３８    プリズム素子
１３９    円弧形の照明領域
１４１    長方形スリット
１４１−１    長方形スリット上短手方向の輝度分布
１４１−２    長方形スリット上長手方向の輝度分布
１４２    円弧照明領域
１４２−１    円弧照明領域上半径方向の輝度分布
１４２−２    円弧照明領域上偏角方向の輝度分布
１４３    長方形スリット
１４３−１    長方形スリット上短手方向の輝度分布
１４３−２    長方形スリット上長手方向の輝度分布
１４４    円弧照明領域
１４４−１    円弧照明領域上半径方向の輝度分布
１４４−２    円弧照明領域上偏角方向の輝度分布
１５０    光源
１５１    ビーム形状変換、及び輝度調整光学系
１５２    円弧変換光学系
１５３    円弧変換光学形のプリズム素子を含む主要部
１５４    照明光補正光学系
１５６    円弧スリット
１５７    円弧スリット結像リレー光学系１
１５８    円弧スリット結像リレー光学系２
１５９    被照明物体
２０１    ｇ，ｈ，ｉ線の３波長を含む光が出射する長方形スリット
２０２    コンデンサーレンズ
２０３    プリズム素子
２０４    コンデンサーレンズ
２０５    主としてｉ線の円弧照明領域
２０６    主としてｈ線の円弧照明領域
２０７    主としてｇ線の円弧照明領域
【図１】
0003658209.tif 000002
【図２】
0003658209.tif 000003
【図３】
0003658209.tif 000004
【図４】
0003658209.tif 000005
【図５】
0003658209.tif 000006
【図６】
0003658209.tif 000007
【図７】
0003658209.tif 000008
【図８】
0003658209.tif 000009
【図９】
0003658209.tif 000010
【図１０】
0003658209.tif 000011
【図１１】
0003658209.tif 000012