(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、入射面側が凹面で出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材から成り、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、入射面側が凹面で出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材から成り、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布が強度の強い部分が離散的に存在する様に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、輪帯状の位相分布を有する回折光学素子を２つ有しており、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、回折光学素子を２つ有しており、該回折光学素子は多数の領域に面積分割され、且つ各々の領域は直線状のパターンから形成されており、また各々の領域で光束の回折方向が異なっていて、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を、強度の強い部分が離散的に存在するように変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、入射面側が凹面で出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材を有し、
該光学部材は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該光学部材により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、入射面側が凹面で、出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材を有し、
該光学部材は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布が強度の強い部分が離散的に存在する様に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該光学部材により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、輪帯状の位相分布を有する回折光学素子を２つ有しており、
該２つの回折光学素子は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該２つの回折光学素子により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】
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、被照射面に配置した
物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置
において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、回折光学素子を２つ有しており、
該２つの回折光学素子は、多数の領域に面積分割され、且つ各々の領域は直線状のパターンから形成されており、また各々の領域で光束の回折方向が異なっていて、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を、強度の強い部分が離散的に存在するように変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該２つの回折光学素子により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】
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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
複数のテレセン調整手段をターレット式に設け、前記光束混合手段と前記多光束発生手段との間の光路中に、該複数のテレセン調整手段のうちの一つを選択して配置することにより、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１０】
前記テレセン調整手段は、複数の傾きの異なる平行平板を有することを特徴とする請求項９の投影露光装置。
【請求項１１】
前記テレセン調整手段は、σの変化に対応して、前記複数の平行平板を交換することを特徴とする請求項１０の投影露光装置。
【請求項１２】
前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記テレセン調整手段の調整量を自動制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の投影露光装置。
【請求項１３】
前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記光学部材の調整量を自動制御することを特徴とする請求項５又は６の投影露光装置。
【請求項１４】
前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記２つの回折光学素子の調整量を自動制御することを特徴とする請求７又は８の投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項記載の投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影し、露光した後に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】
本発明は投影露光装置及びそれを用いた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、レチクル面上及びウエハ面上を適切に照明し、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投影露光装置は高解像力化を図るためにマスク面（レチクル面）やウエハ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を本出願人は例えば特開平１−９１３号公報において提案している。
【０００３】
図２６は同公報で提案している照明装置の要部概略図である。図中１は光源で、超高圧水銀ランプ等から成っている。Ｍ１は集光手段で楕円ミラー等から成り、該楕円ミラーＭ１の第１焦点付近に光源１が配置されている。６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６の入射面６ａは楕円ミラーＭ１の第２焦点付近に配置されている。
【０００４】
９は集光レンズ、１０は多光束発生手段であるハエの目であり、集光レンズ９はオプティカルパイプ６の出射端６ｂとハエの目１０の入射面１０ａ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６ｂを入射面１０ａに所望の倍率で結像するよう集光レンズ９の光学諸定数を定めている。
【０００５】
１１は照射手段でコンデンサーレンズを含む構成から成り、ハエの目１０の出射面１０ｂ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１２を照射している。
【０００６】
その際、ハエの目１０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１１の前側焦点に略一値させ、被照射面１２と集光手段１１の後側焦点とを略一致させるケーラー照明系を構成している。光束混合手段６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又は実の集光点を形成している。
【０００７】
図２６は照明装置を用いて被照射面１２にレチクルを配置し、そのパターンを投影光学系でウエハ面上に投影露光している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
最近の超ＬＳＩ等の高集積化を図った半導体素子の製造用の投影露光装置には回路パターンの焼き付けの際に要求される照度分布の均一性とともにウエハ（基板）上で光束のテレセントリック性の高いものが要求されている。
【０００９】
一般にこのときの光束のテレセントリック性が崩れてくると解像力が大きく低下してくる。像面（ウエハ面）上での光束のテレセントリック性がずれる原因としては、例えば、
（ア−１）  投影系の製造時に発生する組立誤差による幾何光学的ずれに起因するもの。
【００１０】
（ア−２）  投影系の光学素子の誘電体多層膜の透過率の不均一性による光量重心のずれに起因するもの。
【００１１】
（ア−３）  照明系の製造時に発生する組立誤差、或いはσの変更や照明モードの変更等の可動部の移動誤差による幾何光学的ずれに起因するもの。
【００１２】
（ア−４）  照明系の光学素子の誘電体多層膜の透過率の不均一性による光量重心のずれに起因するもの。
等がある。
【００１３】
本発明は前述した原因（ア−１）  〜（ア−４）  によって生ずる基板上における光束のテレセントリック性のずれを適切に設定したテレセン調整手段を用いて補正することにより、高解像度のパターンが容易に得られる投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１４】
請求項１の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、入射面側が凹面で出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材から成り、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００１５】
請求項２の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、入射面側が凹面で出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材から成り、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布が強度の強い部分が離散的に存在する様に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、輪帯状の位相分布を有する回折光学素子を２つ有しており、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
該光束混合手段と該多光束発生手段との間に、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するズーム光学系と、該光束混合手段からの光束を該ズーム光学系に導光するテレセン調整手段と、を有し、
該テレセン調整手段は、回折光学素子を２つ有しており、該回折光学素子は多数の領域に面積分割され、且つ各々の領域は直線状のパターンから形成されており、また各々の領域で光束の回折方向が異なっていて、該多光束発生手段の入射面上での光強度分布を、強度の強い部分が離散的に存在するように変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられており、
該テレセン調整手段により、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、入射面側が凹面で出射面側が凸面の円錐面を持つ光学部材を有し、
該光学部材は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該光学部材により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、入射面側が凹面で、出射面側が凸面の多角錐面を持つ光学部材を有し、
該光学部材は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布が強度の強い部分が離散的に存在する様に変換すると共に、光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該光学部材により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００２０】
請求項７の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、輪帯状の位相分布を有する回折光学素子を２つ有しており、
該２つの回折光学素子は、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を輪帯状に変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該２つの回折光学素子により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００２１】
請求項８の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
前記光束混合手段と多光束発生手段との間に、回折光学素子を２つ有しており、
該２つの回折光学素子は、多数の領域に面積分割され、且つ各々の領域は直線状のパターンから形成されており、また各々の領域で光束の回折方向が異なっていて、前記多光束発生手段の入射面上での光強度分布を、強度の強い部分が離散的に存在するように変換するとともに、該２つの回折光学素子が一体となって光軸と垂直な面内で移動可能に設けられ、
該２つの回折光学素子により、前記多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００２２】
請求項９の発明の投影露光装置は、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、被照射面に配置した物体面上のパターンを基板上に投影露光する投影光学系とを有する投影露光装置において、
複数のテレセン調整手段をターレット式に設け、前記光束混合手段と前記多光束発生手段との間の光路中に、該複数のテレセン調整手段のうちの一つを選択して配置することにより、該多光束発生手段の入射面上の光量分布を変位させて該基板上でのテレセントリック性を調整していることを特徴としている。
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記テレセン調整手段は、複数の傾きの異なる平行平板を有することを特徴としている。
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記テレセン調整手段は、σの変化に対応して、前記複数の平行平板を交換することを特徴としている。
請求項１２の発明は、請求項１から４のいずれか１項の発明において、前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記テレセン調整手段の調整量を自動制御することを特徴としている。
請求項１３の発明は、請求項５又は６の発明において、前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記光学部材の調整量を自動制御することを特徴としている。
請求項１４の発明は、請求項７又は８の発明において、前記基板上でのテレセントリック性を検出する検出器からの結果に基づき前記２つの回折光学素子の調整量を自動制御することを特徴としている。
【００２４】
請求項１５の発明のデバイスの製造方法は、請求項１〜１４のいずれか１項記載の投影露光装置を用いてレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影し、露光した後に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ことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。同図は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＆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場合を示している。
【００２７】
図１において１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である。２は光源１からのコヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化し、ウエハ１４でスペックルが生じないようにするためのインコヒーレント化光学系（干渉性低減手段）、３はインコヒーレント化光学系２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（ビーム整形光学系）、４は射出角度保存用の光学素子であり、入射光束の状態にかかわらず、射出角度が一定となる光学作用を有している。
【００２８】
５は集光光学系であり、光学素子４からの光束を集光してオプティカルパイプ（光束混合手段）６の入射面６ａに導光している。光束混合手段６は集光光学系５からの光束を混合してその射出面６ｂに均一な照度分布を形成している。
【００２９】
７はテレセン調整手段であり、平行平面板より成り、光束混合手段６の出射面６ｂからの光束の光強度分布を変位させて結像系９に導光して基板１４上での光束の（軸上光束の）テレセントリック性を調整している。
【００３０】
８は駆動手段であり、テレセン調整手段７の光軸（例えば結像系の光軸）に対する傾きを変えて後述する多光束発生手段１０の入射面１０ａ上での光強度分布の重心位置を変位させている。
【００３１】
９はズーム光学系（結像系）であり、光束混合手段６からの光束を多光束発生手段１０の入射面１０ａに種々の倍率で投影結像している。
【００３２】
多光束発生手段１０はハエの目レンズより成り、その射出面１０ｂに複数の２次光源像を形成している。
【００３３】
１１はコンデンサーレンズ等を含む照射手段であり、多光束発生手段１０の各微小レンズからの光束を集光してマスク或いはレチクル等（以下「レチクル」という）の被照射面１２を重畳して均一照明している。
【００３４】
１３は投影光学系であり、射出テレセントリック系より成りレチクル１２面上のパターンをウエハ（基板）１４面上に縮小投影している。１５は検出器であり、入射光束の重心を検出して又は光量分布を検出して基板１４面上におけるテレセントリック性を検出している。
【００３５】
図１の射出角度保存用の光学素子４は例えば図２５（Ａ）に示すようにアパーチャ（絞り）２１とレンズ系２２から構成している。そして入射光束が例えば光束２７（光軸２７ａａ）から光束２８（光軸２８ａ）と光軸と直交する方向に微小変動して入射したとしても、それより射出される光束の射出角度２９ａが一定となる光学性質をもっている。
【００３６】
また、射出角度保存用の光学素子４は図２５（Ｂ）に示すように、複数の微小レンズ２３より成るハエの目レンズで構成しても良く、この場合は光束の射出角度２９ｂはハエの目レンズ２３の形状により決定される。この場合も入射光束の光軸が微小変動して光束２７（光軸２７ａ）又は、光束２８が（光軸２８ａ）の状態で入射したとしても、射出される光束の射出角度２９ｂが一定となっている。
【００３７】
次に本実施形態において基板１４面上でのテレセントリック性がずれる原因について説明する。
【００３８】
図２〜図６は本発明に係る投影露光装置において、像面上で主光線が垂直からずれる、所謂テレセントリック性がずれる原因を示した説明図である。
【００３９】
図２〜図６では図１の多光束発生手段（ハエの目）１０からウエハ（基板）１４までの各要素を示している。
【００４０】
図２は各要素が１１０１，１３０１が理想的な状態で構成された照明系のハエの目１０以降と投影系１３を示した説明図である。組立誤差もなく、各光学素子に蒸着された誘電体多層膜の透過率の不均一性もなく、基板１４上でのテレセントリック性が良好であり、主光線２０１が基板１４に垂直に入射している。
【００４１】
図３は投影系１３内の光学部材１３０１が組立誤差等で偏心している場合である。投影系１３から出る光束は破線で示す通り偏心して出射している（幾何光学的ずれ）。従って光束重心３０１は基板１４に垂直にならず、傾きを持って入射している。
【００４２】
図４は投影系１３内に誘電体多層膜の透過率の不均一性の光学要素１３０２がある場合である。その他の幾何光学的な光束のずれはない。光学要素１３０２は透過率の悪い要因のモデルを示している。
【００４３】
その結果、投影系１３から出射される光束は図の破線で示すように、光軸の上部が少なく、下部が多い（光量を破線の数で示した）。従って光量重心４０１は基板１４に垂直にならず傾きを持って入射している。
【００４４】
照明系１１の光出射側の開口数をＮｉ、投影系１３の光入射側の開口数をＮｐとしたときの比σは
σ＝Ｎｉ／Ｎｐ
で表わされる。
【００４５】
このときのσ調節を光束混合手段（オプティカルパイプ）６の出射端面６ｂを略共役に多光束発生手段（ハエの目）１０の入射面１０ａに結像させる結像系９の倍率を変更させることで行う系では、その倍率変更動作（ズーム系）の際の移動レンズの横ズレ（平行偏心）により幾何光学的なずれが生じ、その結果、多光束発生手段１０の中心とそこへ入射する光束重心がずれる可能性がある。
【００４６】
図５は照射手段１１内の光学部材１１０１が組立誤差あるいは前述の倍率偏光動作の際の横ズレ（偏心）で偏心した要素を示す。その結果照射手段１１から出射される光束が被照射面（レチクル）１２を照射する段階で既に光束重心は傾いている。
【００４７】
その傾きは投影系１３に受け継がれ、基板上１４でも光束重心５０１は傾きを持って入射している。また光束混合手段６と結像系９との間に後述するように各種照明モード用の光束調整手段（プリズム，回折光学素子等）が交換可能に設けられている場合、その交換動作時の位置誤差、又は光束調整手段自体の製造誤差から、やはり多光束発生手段１０の中心とそこへ入射する光束重心がずれる可能性がある。このときにも光束重心は傾きを持って基板１４に入射してくる。
【００４８】
光束混合手段６の出射端面６ｂを略共役となるように多光束発生手段１０の入射面１０ａに結像させる結像系９の透過率が光軸に対して非対称であると、多光束発生手段１０の中心とそこへ入射する光束重心がずれてくる。
【００４９】
又多光束発生手段（ハエの目）１０の出射面１０ｂに形成される２次光源が均一ないし光軸に対して対称な強度分布で生じていたとしても、照射手段（コンデンサー，マスキング結像レンズ）１１の透過率が光軸に対して非対称であると、被照射面１２の軸上を照射する光束の重心より求まるテレセントリック性がずれてくる。
【００５０】
図６は照射手段１１内に透過率の悪い光学要素１１０２が存在している様子を示している。従って照射手段１１を出射する段階で光束は、図の破線で示す様に、光軸の上部が少なく下部が多い（光量を破線の数で表した）。
【００５１】
その光量分布の不均一性は投影系１３に受け継がれ、基板１４上で光束重心６０１は傾きを持って入射してくる。
【００５２】
本実施形態では以上説明した要因やその他の種々の要因によって生じる基板１４上でのテレセントリック性のズレを図７〜図１０に示すように平行平面板よりなるテレセン調整手段７を光軸に対して傾動させて多光束発生手段１０の入射面１０ａ上での光強度分布を調整して補正している。
【００５３】
図７〜図１０は本実施形態におけるテレセン調整手段７の動作の説明図である。図７はテレセン調整手段７が光軸に対して垂直に位置しており、光束混合手段６から射出する光束がテレセン調整手段７で調整されずに（光学的作用を受けずに）そのまま射出している様子を示している。
【００５４】
図８は図７の状態においてテレセン調整手段７で何の光学作用も受けずに多光束発生手段１０の入射面１０ａ上の光強度分布が正しく形成されている状態を示している。
【００５５】
図９はテレセン調整手段７が光軸に対して傾けて光束混合手段６から出射する光束がテレセン調整手段７で調整されて（光学的作用を受けて）変倍して出射している状態を示している。
【００５６】
図１０は図９の状態においてテレセン調整手段７で光学的作用を受けた結果、多光束発生手段１０の入射面１０ａ上で光強度分布が変位している状態を示している。
【００５７】
本実施形態では以上のようにテレセン調整手段７を傾動させて種々の原因で生じる基板１４上におけるテレセントリック性のずれを補正している。
【００５８】
図１１は本発明の実施形態２の要部概略図である。本実施形態は図１の実施形態１に比べて複数の傾きの異なるテレセン調整手段７０１，７０２‥‥をターレット式に設けて、そのうちの１つを光路中に選択して配置している点が異なっているだけであり、その他の構成は略同様である。
【００５９】
本実施形態ではσ調整機能付きの照明系を用いてσ可変の領域を幾分割し、あらかじめ各領域内でバランスさせた傾きの平行平板を交換可能にしておき、それを交換することで対応している。
【００６０】
例えばσ０．３〜０．５５を第１の領域としてテレセン調整手段７０１を使用、σ０．５５〜０．８を第２の領域としてテレセン調整手段７０２を使用するよう交換している。
【００６１】
図１２は本発明の実施形態３の一部分の要部概略図である。図１２は図１の集光光学系５からレチクル１２に相当する各要素を示している。本実施形態は図１の実施形態１に比べて光束混合手段６の出射側にテレセン調整手段としての機能を持たせた複数の光束調整手段７０３，７０４を挿脱可能に設けている点が異なっており、その他の構成は略同じである。
【００６２】
本実施形態では光束調整手段７０３、７０４によって光束混合手段６からの光束分布を変えている。これによって多光束発生手段１０の入射面上の光強度分布を変えてレクチル１２面上を輪帯照明（図１３の光束調整手段７０３を用いたとき）や４重極照明（図１４の光束調整手段７０４を用いたとき）等を行うとともにそれらを変位させて基板１４上のテレセントリック性を調整している。
【００６３】
図１２において出射角保存光学素子からの光束は集光光学系５で集光点を作った後、オプティカルパイプ（光束混合手段）６の入射面６ａに入射する。オプティカルパイプ６の出射端（出射面）６ｂ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７０３，７０４が設けられており、オプティカルパイプ６を出射する光束分布に対して所望の規制を加えている。
【００６４】
光束調整手段７０３は例えば図１３に示すように入射面側に凹の、出射面側の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、輪帯照明する場合に用いている。
【００６５】
図１５は光束調整手段７０３を用いたときの多光束発生手段１０の入射面１０ａ上の光強度分布とＸ−Ｘ断面の光強度分布の説明図である。図１６は光束調整手段７０３を用い、且つそれをＸ−Ｘ方向に偏心させたときの多光束発生手段１０の入射面１０ａ上の光強度分布とＸ−Ｘ断面の光強度分布の説明図である。
【００６６】
図１５，図１６に示すように光束調整手段７０３を変位させることによって多光束発生手段１０の入射面１０ａ上の光強度分布を種々と調整している。
【００６７】
図１４に示す光束調整手段７０４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、入射面側の凹の、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。
【００６８】
これによりハエの目１０の入射面１０ａには例えば図１７，図１８に示す斜線部分にのみ光束が入射する。
【００６９】
図１７は光束調整手段７０４を用いたときの多光束発生手段１０の入射面１０ａ上の光強度分布とＡ−Ａ′断面の光強度分布の説明図、図１８は光束調整手段７０４を図中のＡＡ′方向に偏心させたときの多光束発生手段１０の光入射面１０ａの光強度分布とＡ−Ａ′断面の光強度分布の説明図である。
【００７０】
図１７，図１８に示すように光束調整手段７０４を変位させることによって多光束発生手段１０の入射面１０ａの光強度分布を種々と調整している。
【００７１】
本実施形態では以上のように種々な光束調整手段を用いて任意の照明系を形成すると共に、それを光軸と直交する面内で変位させることによって基板１４面上のテレセントリック性を調整している。
【００７２】
図１９は本発明の実施形態４の一部分の要部概略図である。図１９は図１２の実施形態３のプリズム体より成る光束調整手段（７０３，７０４）の代わりに２つの回折光学素子７０５ａ，７０５ｂより成る光束調整手段（７０５）を用いて変形照明を行うと共にそれらを変位させて基板１４面上のテレセントリック性を調整している点が異なっているだけであり、その他の構成は略同様である。
【００７３】
図１９は光束調整手段７０５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７０５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。即ち回折光学素子７０５ａは垂直に光が入射した場合、光軸Ｌａと反対方向に光を回折させる作用を有している。
【００７４】
一方、回折光学素子７０５ｂ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。光束調整手段７０５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、回折光学素子の位相分布は図２０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。
【００７５】
また、光束調整手段７０５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７０５ａ，７０５ｂの位相分布は図２１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ように配置した回折光学素子となる。
【００７６】
本実施形態ではこれらの回折光学素子でハエの目１０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。そして光束調整手段７０５を光軸と直交する面内で変位させて基板１４面上でのテレセントリック性を調整している。
【００７７】
図２２は本発明の実施形態５の一部分の要部概略図である。本実施形態は図１１の実施形態２におけるテレセン調整手段７０１，７０２と図１２の実施形態３における光束調整手段７０３，７０４のうちから１つの部材を選択して光路中に配置する構成より成っている。
【００７８】
尚、本実施形態において平行平面板より成るテレセン調整手段を１つ設けて検出器１５からの信号に基づいて駆動手段で回動させるようにしても良い。
【００７９】
又テレセン調整手段の平行平板の光路長と変形照明用の光束調整手段のプリズムの光路長を略等しくするのが良く、これによれば光束混合手段６の出射面６ｂを多光束発生手段１０へ投影する際の倍率が大きく異ならないので好ましい。
【００８０】
次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００８１】
図２３は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００８２】
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。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。
【００８３】
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。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハ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。
【００８４】
次のステップ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。
【００８５】
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。
【００８６】
図２４は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００８７】
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。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。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。ステップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００８８】
ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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。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。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。
【００８９】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、基板上における光束のテレセントリック性のずれを適切に設定したテレセン調整手段を用いて補正することにより、高解像度のパターンが容易に得られる投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【００９１】
特に照明系や投影系の組立時に発生する幾何光学的な要因から生ずるテレセントリック性のずれ、また誘電体多層膜の非対称な透過率むらから生ずるテレセントリック性のずれ、又この２つの複合から成る基板上でのテレセントリック性のずれを多光束発生手段の入射面に入射する光束の重心をテレセン調整手段で移動させることで、基板上でのテレセントリック性を良好な状態に保ち、高解像度のパターンが容易に形成することができる投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の概略図
【図２】基板上でのテレセンが理想的な状態の光学系の説明図
【図３】投影系の組立誤差によりテレセンが崩れた状態を表す説明図
【図４】投影系の内部透過率の非対称性によりテレセンが崩れた状態を表す説明図
【図５】照明系の組立誤差によりテレセンが崩れた状態を表す説明図
【図６】照明系の内部透過率の非対称性によりテレセンが崩れた状態を表す説明図
【図７】テレセン調整手段が機能していない状態を表す説明図
【図８】図７の状態のときの多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図９】テレセン調整手段が機能している状態を表す説明図
【図１０】図９の状態のときの多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図１１】本発明の実施形態２の概略図
【図１２】本発明の実施形態３の概略図
【図１３】図１２の一部分の説明図
【図１４】図１２の一部分の説明図
【図１５】光束調整手段７０３を使用し、テレセン調整手段をしていない場合の多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図１６】光束調整手段７０３を使用し、テレセン調整手段をしている場合の多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図１７】光束調整手段７０４を使用し、テレセン調整手段をしていない場合の多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図１８】光束調整手段７０４を使用し、テレセン調整手段をしている場合の多光束発生手段の入射面での強度分布を表す説明図
【図１９】本発明の実施形態４の概略図
【図２０】回折光学素子の位相分布の説明図
【図２１】回折光学素子の位相分布の説明図
【図２２】本発明の実施形態５の概略図
【図２３】本発明に係るデバイスの製造方法のフローチャート
【図２４】本発明に係るデバイスの製造方法のフローチャート
【図２５】図１の一部分の説明図
【図２６】従来の照明装置の要部概略図
【符号の説明】
１    レーザ
２    干渉性低減手段
３    ビーム整形手段
４    光束振動抑制手段
５    集光光学系
６    光束混合手段
７    テレセン調整手段
８    駆動機構
９    結像系（ズーム）
１０    多光束発生手段
１１    照射手段
１２    被照射面（レチクル）
１３    投影光学系
１４    基板（ウエハ）
１５    検出器
【図１】
0003571935.tif 000002
【図２】
0003571935.tif 000003
【図３】
0003571935.tif 000004
【図４】
0003571935.tif 000005
【図５】
0003571935.tif 000006
【図６】
0003571935.tif 000007
【図７】
0003571935.tif 000008
【図８】
0003571935.tif 000009
【図９】
0003571935.tif 000010
【図１０】
0003571935.tif 000011
【図１１】
0003571935.tif 000012
【図１２】
0003571935.tif 000013
【図１３】
0003571935.tif 000014
【図１４】
0003571935.tif 000015
【図１５】
0003571935.tif 000016
【図１６】
0003571935.tif 000017
【図１７】
0003571935.tif 000018
【図１８】
0003571935.tif 000019
【図１９】
0003571935.tif 000020
【図２０】
0003571935.tif 000021
【図２１】
0003571935.tif 000022
【図２２】
0003571935.tif 000023
【図２３】
0003571935.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
0003571935.tif 000026
【図２６】
0003571935.tif 000027