(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に配され所定の方向に周期性を有するパターンを第２面上に結像投影する投影光学系において、
前記投影光学系内の前記第１面に対するフーリエ変換面、又はこの近傍の面上に、前記投影光学系の光軸を通り前記所定の方向に直交する方向に延びた対称軸に関して線対称であり、且つ輪郭の少なくとも一部が直線部である開口を有する絞りを配置したことを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
請求項１記載の投影光学系であって、
前記絞りの開口の輪郭が前記対称軸に平行な直線部を含むことを特徴とする投影光学系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の投影光学系であって、
前記パターンが前記所定の方向及び該方向と直交する方向の両方に周期性を有するとき、前記絞りの開口は、前記投影光学系の光軸で前記対称軸と直交する別の対称軸に関しても線対称であり、かつ輪郭の少なくとも一部が直線部であることを特徴とする投影光学系。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の投影光学系であって、
前記絞りは、前記所定の方向に関する開口数を前記所定の方向と交差する方向に関する開口数と異ならせることを特徴とする投影光学系。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の投影光学系であって、
前記絞りはそれぞれ前記開口の輪郭を規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレードを有することを特徴とする投影光学系。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の投影光学系を備えた投影露光装置であって、
前記第２面に配置される感光基板上に転写すべきパターンが前記第１面に配置されるマスクを露光用の照明光でケーラー照明する照明光学系を備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投影露光装置であって、
前記照明光学系は、前記絞りの開口の直線部に対応する輪郭部が直線状となる面光源から前記照明光を射出することを特徴とする投影露光装置。
【請求項８】
請求項７記載の投影露光装置であって、
前記照明光学系の面光源の形状が矩形の枠状であることを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィー工程で用いられる投影露光装置及びその投影光学系に関し、特に例えばライン・アンド・スペースパターンのような周期的なパターンを感光基板上に転写する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体集積回路、液晶ディスプレイ等の微細パターンをフォトリソグラフィー工程で形成する際に使用される投影露光装置の投影光学系には、レチクル（又はフォトマスク等）上の各種の異なったパターンをウエハ等の感光性の基板上に忠実に転写するために、極めて高い結像特性が要求される。
【０００３】
一般に、投影光学系を介して微細なレチクルパターンを感光基板上へ忠実に転写するためには、投影光学系の解像度と焦点深度（ＤＯＦ）とが重要なファクタとなっている。それらの内の解像度を向上するためには、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすればよい。
ここで、解像度と開口数との関係につき説明する。これに関して、通常の集積回路のパターンは直交する２方向、特にウエハ上のショット領域の各辺に平行な縦方向（短辺方向）又は横方向（長辺方向）に沿って配列されたパターンが主であり、斜め方向に沿って配列されたパターン（斜めパターン）は少ないか、又は斜めパターンを全く含まないような層（レイヤー）も存在する。ここで、例えばレチクル上の縦方向に沿って配列された周期性パターンに露光用の照明光を照射する場合を例に取り説明する。
【０００４】
レチクルに照射された照明光はその周期性パターンによりその一部が遮られ、レチクルを通過する照明光にはそのまま通過する成分（０次光）だけでなく、その周期性パターンで回折され曲げられた成分（回折光）が含まれている。この２つの成分が投影光学系を通過し、感光基板上で互いに干渉しあって明暗の縞が形成されることにより、その周期性パターンが転写される。ここで、レチクルから発生する回折光の回折角θは照明光の波長λと周期性パターンのピッチＰとの関数であり、ｎ次（ｎは整数）の回折光については、下記の（１）式の関係が成立する。
【０００５】
ｓｉｎ  θ＝ｎλ／Ｐ                    （１）
即ち、回折角θはパターンが微細であるほど大きいことになる。このため、解像度を高めて、より微細なパターンを高精度に転写すべく大きな開口数の投影光学系（投影レンズ系や投影ミラー系等）が開発されてきた。そして、投影光学系の瞳面（レチクルのパターン面に対するフーリエ変換面）にはその開口数を規定するための絞り（開口絞り）が配置されていた。従来の開口絞りの開口部の形状は円形であり、特に方向性を持たせたものは無かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投影光学系の瞳面に円形の開口絞りが設けられている場合には、周期性パターンの配列方向に垂直な方向の入射角によって投影光学系を通過できる最大の回折角が異なることになる。即ち、垂直照明光（瞳通過位置が光軸）では開口数（これをＮＡとする）に見合った入射角の光まで投影光学系を通過できるが、入射角の正弦がパターンの配列方向に垂直な方向に入射側の開口数の０．７倍の場合では有効な射出角の正弦は光軸での値の０．７倍（＝０．７ＮＡ）になってしまう。
【０００７】
また、開口数が大きい場合にはウエハへの照明光の入射角の範囲も大きくなるため、デフォーカス時の入射角の差による結像光束の間の位相差も大きくなり、例えば明像の位置でも光が干渉して強め合う効果が小さくなり、結果として像のコントラストの低下の度合いが大きくなる。このため、十分な焦点深度を得るためには、過剰な開口数は不要であることが近年認識されつつある。
【０００８】
以上のように、円形の開口絞りを有する投影光学系では、投影光学系に入射する照明光の入射角によって有効な射出角が異なり、入射角の正弦が例えば入射側の開口数の０．７倍程度の照明光に対して投影光学系の開口数を最適化した場合、垂直照明光については開口数が過大となってしまう。このため、高コストの大開口数の投影光学系を製造しても、投影光学系を通過できる光の射出角が入射角によって異なるような円形の開口絞りを有する場合には、その性能を充分に発揮できない不都合があった。
【０００９】
また、通常の実際の集積回路のパターンは殆ど縦横方向のパターンにより形成されているが、斜め方向についても微細なパターンが存在することもある。このような場合には、斜め方向についても開口数が入射角によって変化しないことが望ましい。このため、必要に応じて斜め方向のパターンにも対応できる投影光学系が求められている。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑み、照明光の所定の方向に垂直な方向への入射角による有効な射出角の差が少なく、全体として適正な開口数を有する投影光学系、及びそのような投影光学系を備えた投影露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影光学系は、第１面（１４）上に配され所定の方向（Ｘ方向又はＹ方向）に周期性を有するパターン（２０）を第２面（１７）上に結像投影する投影光学系において、その投影光学系内のその第１面（１４）に対するフーリエ変換面（Ｈ）、又はこの近傍の面上に、その投影光学系の光軸（ＡＸ）を通りその所定の方向に直交する方向（Ｙ方向又はＸ方向）に延びた対称軸（Ｙ１，Ｘ１）に関して線対称であり、且つ輪郭（１０９）の少なくとも一部が直線部である開口（１０６）を有する絞り（１６；１６Ａ）を配置したものである。
【００１２】
この場合、その絞り（１６；１６Ａ）の開口の輪郭（１０９）がその対称軸（Ｙ１，Ｘ１）に平行な直線部を含むことが好ましい。
また、その絞り（１６；１６Ａ）はそれぞれその開口（１０６）の輪郭（１０９）を規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレード（１０１Ａ，１０１Ｂ）を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明による投影露光装置は、その投影光学系（１５）を備えた投影露光装置であって、その第２面に配置される感光基板（１７）上に転写すべきパターン（２０）がその第１面に配置されるマスク（１４）を露光用の照明光でケーラー照明する照明光学系（１〜６，８ａ，８ｃ，８ｄ，９〜１３）を備えるものである。
【００１４】
この場合、その照明光学系の面光源の形状の一例は矩形の枠状（８ｄ）である。
【００１５】
【作用】
斯かる本発明の投影光学系によれば、例えばＸ方向に所定ピッチで配列されたパターン（２０Ｖ）の投影時には、その投影光学系（１５）のフーリエ変換面付近にＸ方向に垂直なＹ方向に平行な対称軸（Ｙ１）に関して線対称で且つ直線部を有する絞り（図５（ｂ））を配置する。これにより、Ｙ方向に傾斜した照明光によるそのパターン（２０Ｖ）からの回折光は垂直入射光による回折光とほぼ同じ量だけ投影光学系を通過する。即ち、有効な射出角の差が少ない。なお、開口絞りの開口部の形状が円形でない場合には、転写するパターンの方向によりパターンから発生する回折光の方向が異なるため、パターンの方向によって開口数が変化することになる。ここで、開口数が異なれば像を結ぶ回折光の像面への入射角度の範囲が異なることになるため、像のコントラストや焦点深度といった結像特性が異なることになる。このため、投影光学系の結像特性の調整時には、パターンの方向によって結像性能が異なるような四角形等の開口部を有する開口絞りは望ましくない。このため、投影光学系の調整時には円形の開口部を有する開口絞り、実際の露光時には四角形等の開口部を有する開口絞りが望ましいことになる。
【００１６】
また、絞り（１６；１６Ａ）の開口の輪郭（１０９；１０３ａ）がその対称軸に平行な直線部を含む場合には、入射角が異なっても、マスク上の所定の方向に配列されたパターンから発生する回折光がほぼ均等に投影光学系を通過するので、有効な射出角の差が殆どなくなり、開口数が最適化される。
また、絞り（１６；１６Ａ）がそれぞれ開口（１０６）の輪郭（１０９）を規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレード（１０１Ａ，１０１Ｂ）を有する場合には、例えば実露光時及び投影光学系の調整時等に合わせて開口部の形を変えることができる。
【００１７】
また、本発明によるその投影光学系（１５）を備えた投影露光装置によれば、投影光学系（１５）に入射する照明光の入射角が変化しても有効な回折角の範囲が変化せず、投影光学系（１５）の開口数が最適化され、良好な結像特性が得られる。更にケーラー照明の場合には、投影光学系の瞳面に照明光学系の面光源の像が形成されるため、その瞳面付近の絞りの開口の形状に合わせてその面光源も輪郭の少なくとも一部を直線状とすることにより、有害な結像光束が減少して結像特性が向上する。
【００１８】
また、その照明光学系の面光源の形状が矩形の枠状（８ｄ）である場合には、通常の輪帯照明法を縦方向及び横方向のパターンに対して最適化した照明が行われる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明による投影光学系及び投影露光装置の一実施例につき図１〜図５を参照して説明する。本例は、レチクル上のパターンを投影光学系を介してウエハ上の各ショット領域に縮小して投影するステッパ型の投影露光装置に本発明を適用したものである。
【００２０】
図１は、本例の投影露光装置の概略構成の斜視図を示し、この図１において、露光用の光源１から放射された照明光は楕円鏡２によって第２焦点に収斂した後、発散光となって照明光の通過、遮断を制御する不図示のシャッター、及び短波長カットフィルターを経て干渉フィルター３に入射し、ここで露光に必要とされる所望のスペクトル、例えば水銀ランプの場合にはｉ線のみが抽出される。干渉フィルター３から射出された照明光は、折り曲げミラー４によりほぼ直角に折り曲げれられて、インプットレンズ５により平行光束となってオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。
【００２１】
なお、露光用の照明光はｉ線に限定されるものではなく、ｇ線等を使用してもよい。また、露光用の光源１としては、水銀ランプの他、エキシマレーザー光源や、金属蒸気レーザー光又はＹＡＧレーザー光の高調波発生装置等が使用できる。
そして、フライアイレンズ６の各レンズエレメントのそれぞれの射出面には２次光源（光源像）が形成される。従って、フライアイレンズ６の射出面にはレンズエレメントの数と同じ数の多数の光源像が形成され、これらにより面光源が作られる。フライアイレンズ６の射出面には、面光源の形状及び大きさを調整するための切り換え自在の複数の開口絞り８ａ〜８ｆが配置されている。これらの開口絞り８ａ〜８ｆは、ターレット状の円板７に固定され、回転駆動する駆動装置７ａにより切り換えられるように配置されている。図１は、開口絞り８ａが照明光路中に配置されている状態を示している。
【００２２】
図２は、図１の開口絞り８ａ〜８ｆの具体的な構成の斜視図を示し、この図２において、開口絞り８ａ〜８ｆはターレット状の円板７の周辺にほぼ等角度間隔で固定されている。この６個の開口絞り８ａ〜８ｆは何れも照明光の一部を遮光するために設けられている。第１の開口絞り８ａは、所謂変形光源法用の絞りで照明光の光軸近傍の光束を遮光し、４箇所のそれぞれの光軸から等距離に形成された矩形の開口部を照明光が通過する構成を有している。第２の開口絞り８ｂは、中心部に比較的小さな円形の開口部を設けたもので、第３の開口絞り８ｃ及び第４の開口絞り８ｄはそれぞれ面光源の輪郭を直線状とした絞りである。また、第５の開口絞り８ｅは輪帯絞りであり、第６の開口絞り８ｆは通常の円形の絞りである。
【００２３】
図１に戻り、開口絞り８ａを通った照明光は、第１リレーレンズ９、レチクルブラインド１０、第２リレーレンズ１１を透過して折り曲げミラー１２でほぼ直角に曲げられた後、コンデンサーレンズ１３を介して、レチクル１４を均一な照度分布で照明する。この場合、リレーレンズ９，１１、折り曲げミラー１２、及びコンデンサーレンズ１３によって、フライアイレンズ６の射出面（面光源が形成される面）はレチクル１４のパターン面に対するフーリエ変換面になっている。即ち、レチクル１４は以上のような構成の照明光学系によりケーラー照明される。従って、投影光学系１５の瞳面（レチクル１４のパターン面に対するフーリエ変換面）には、開口絞り８ａの像が形成される。
【００２４】
また、レチクルブラインド１０は、レチクル１４に対して結像関係となっており、レチクルブラインド１０の開口形状により、レチクル１４上の照明領域を制限することができる。ここで、図１において、投影光学系１５の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂直な平面内に互いに直交するようにＸ軸及びＹ軸を取る。
【００２５】
図３は、レチクル１４の概略構成の平面図を示し、この図３において、レチクル１４のほぼ中央部の有効エリア（パターンエリア）ＰＡは半導体集積回路の形状に合わせてＹ方向に長い長方形に形成されている。ここでは、レチクルパターン２０の縦方向（短辺方向）のパターンをＹ方向に伸び、且つＸ方向に等間隔に並んだ均一な５本の遮光部からなる縦方向パターン２０Ｖで代表させ、レチクルパターン２０の横方向（長辺方向）のパターンをＸ方向に伸び、且つＹ方向に等間隔に並んだ均一な５本の遮光部からなる縦方向パターン２０Ｈで代表させている。
【００２６】
レチクルパターン２０が描画されたレチクル１４は、不図示のレチクルステージ上に真空吸着されている。
図１に戻り、レチクル１４のパターン面を通過した照明光は、投影光学系１５に入射する。投影光学系１５は両側（又は片側も可）テレセントリックであり、投影光学系１５内の瞳面には開口部の形状が可変の開口絞り１６が配置されている。この開口絞り１６については後で詳しく説明する。
【００２７】
投影光学系１５から射出された照明光は、フォトレジストが塗布されたウエハ１７上に照射され、レチクル１４上のレチクルパターン２０の縮小像がウエハ１７上に投影される。
ウエハ１７は、ウエハホルダ１８上に真空吸着により保持され、ウエハホルダ１８はウエハステージ１９上に載置されている。ウエハステージ１９は不図示の駆動系によりＸ方向及びＹ方向にウエハ１７を位置決めし、また光軸ＡＸに平行なＺ方向並びにＸＹ平面上の回転方向にもウエハ１７を微動することができる。ウエハステージ１９の動作は、不図示の制御系により制御される。
【００２８】
次に、開口絞り１６の構成について図４及び図５を参照して詳細に説明する。図４は、図１の開口絞り１６の拡大斜視図を示し、この図４に示すように開口絞り１６を構成するＬ字型で板状の一対の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂが投影光学系１５の瞳面Ｈ上に光軸ＡＸを中心として対称となる位置に配置されている。可動式ブレード１０１Ａは、駆動モータ１０２Ａ及び送りねじ１０８Ａからなる駆動機構１０５Ａにより駆動される。可動式ブレード１０１ＡのＬ字の角部のウエハ１７に対向する裏面側には送りねじ１０８Ａに螺合する不図示のナット部が光軸ＡＸに向かう方向に固定されており、可動式ブレード１０１Ａは、その角部が駆動モータ１０２Ａの回転に伴って光軸ＡＸを通る直線に沿うように移動する。同様に、可動式ブレード１０１Ｂは、駆動モータ１０２Ｂ及び不図示の送りねじからなる駆動機構１０５Ｂにより光軸ＡＸを通る直線に沿って駆動される。
【００２９】
図５は、可変の開口絞り１６の拡大平面図を示し、図５（ａ）は開口部が最も大きく開いた状態、図５（ｂ）は開口部が最も狭められた状態を示している。図５（ａ）において、開口絞り１６の一対の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは、開口部が最も大きくなる位置に設定され、一対の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの内側のエッジに投影光学系１５の開口数を規定する半径Ｒの固定の開口絞り２２が内接している。Ｌ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの光軸ＡＸに対向する内縁１０９は直線状のエッジを形成し、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行に形成されている。
【００３０】
Ｌ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは、光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面に光軸ＡＸに対して対称的に配置され、且つ可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂのそれぞれの内側のほぼ直角の角部を形成する２つの直線部（以下、「内縁直線部」という）はそれぞれＸ軸又はＹ軸に平行に配置される。従って、可動式ブレード１０１Ａ，１０１ＢのそれぞれＸ軸に平行な内縁直線部同士は光軸ＡＸを通りＸ軸に平行なＸ方向対称軸Ｘ１に対して対称的に配置される。同様に可動式ブレード１０１Ａ，１０１ＢのそれぞれＹ軸に平行な内縁直線部同士は光軸ＡＸを通りＹ軸に平行なＹ方向対称軸Ｙ１に対して対称的に配置される。
【００３１】
図５（ａ）の位置にある可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂを図４のそれぞれの駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂにより駆動して、矢印の方向に移動させると、最終的に可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは図５（ｂ）に示される位置に移動する。図５（ｂ）は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによる開口部が最も縮小された状態を示し、半径Ｒの開口絞り２２に内接するように正方形の開口部１０６が形成されている。
【００３２】
本例の開口絞り１６を構成する可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによる開口部は、図５（ａ）に示す全開の位置から図５（ｂ）に示す最少の位置まで、複数位置が選択できるようになっている。図５（ａ）の全開の位置は、例えば投影光学系１５の調整時にも使用される。可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの動作は、不図示の中央制御系により制御されるが、中央制御系には露光条件と可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの設定位置との関係が予め露光条件設定ファイルとして記憶されており、露光条件が設定されると中央制御系からの指令に基づき図４の駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂの駆動により可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂが所定の位置まで移動する。
【００３３】
以上のような構成を有する開口絞り１６の開口部は、例えばホールレイヤーのような開口数が大きいほど良い層（レイヤー）については全開の位置に、比較的粗なラインからなるレイヤーについては開口部が最小になる位置に設定される。また、比較的微細なラインパターンについてはその中間に設定される。なお、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの位置については、不図示ではあるが、デジタルマイクロメータないしは駆動用のモータシャフトに取り付けたロータリーエンコーダ等によって求め、設定値との差を補正することができる。
【００３４】
次に、本例の投影露光装置の動作につき説明する。
本例の投影露光装置の第１の特徴は、図１の投影光学系１５の瞳面Ｈに従来の開口絞りと異なる開口絞り１６を設けた点にある。この開口絞り１６を構成する図５のＬ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより、開口部の大きさを可変とし、Ｘ方向対称軸Ｘ１に関して線対称なエッジ及びＹ方向対称軸Ｙ１に関して線対称なエッジにより瞳を通過する回折光の通過領域を制限し、投影光学系１５から射出される回折光の有効射出角を均一化することができる。先ず、図２の円形の開口絞り８ｂをフライアイレンズ６の射出面に配置した場合につき説明する。
【００３５】
照明光学系をでた照明光により図３のレチクル１４上のレチクルパターン２０の横方向のパターン２０Ｈ及び縦方向のパターン２０Ｖが照明され、回折光が発生する。以下では横方向パターン２０Ｈについてのみ説明する。縦方向パターン２０Ｖについても同様である。この場合、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは図５（ｂ）の状態に設定される。
【００３６】
Ｙ方向に周期的な横方向パターン２０Ｈからの回折光は高次になればなる程上記（１）式により大きな回折角で投影光学系１５に入射する。一般的に投影光学系のレンズ群は円形の広がりを有するものであり、特に高次の回折光は円形の広がりをもちながら瞳面に形成された開口絞りに入射する。
ところが、開口絞り１６を構成するＬ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは、Ｘ方向対称軸Ｘ１に関して線対称なＸ軸に平行なエッジを形成しているため、投影光学系１５に入射した横方向パターン２０Ｈからの広角度の回折光はそのＸ軸に平行なエッジにより一様に開口部の通過を妨げられる。このエッジはＸ方向に平行に形成されているため、照明光がＸ方向に傾斜している場合でも、横方向パターン２０Ｈから発生して投影光学系１５を通過する回折光の有効最大回折角は等しい。従って、横方向パターン２０Ｈの像が高い解像度でウエハ１７上に投影されると共に、投影像の焦点深度が向上する。
【００３７】
以上、本例によれば、露光条件に合わせて投影光学系１５内に設けられた開口絞り１６の開口部の形状及び大きさを変化させるので、種々のパターンに対して最適な開口数による結像特性が得られ、最適な条件での露光を行うことができる。
次に、本発明の他の実施例について、図６〜図８を参照して説明する。本例は、図１の例と同じ可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにほぼ円形の虹彩絞り１０３を組み合わせた開口絞り１６Ａを設けたもので、その他の構成は図１の例と同様である。この開口絞り１６Ａも図１の実施例と同様に投影光学系１５の瞳面に配置される。
【００３８】
図６は、本例の開口絞り１６Ａの構成を示し、この図６において、投影光学系１５の瞳面Ｈに配置された開口絞り１６Ａは、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂと虹彩絞り１０３とより構成されている。虹彩絞り１０３は開口部がほぼ円形状を形成し、不図示の駆動機構により大きさが自在に変化する可変の開口絞りであり、同じく駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂにより可変の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの上に滑らかに接して又は非常に接近して、且つ投影光学系１５の光軸ＡＸにその中心が位置するように配置されている。
【００３９】
図７は、図６の開口絞り１６Ａの拡大平面図を示し、この図７において、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂは開口部が最も小さくなる位置に設定されている。図５の例と同様にＬ字型の可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの光軸ＡＸに対向する内縁１０９は直線状のエッジを形成し、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行に配置されている。また、虹彩絞り１０３の開口部の輪郭が円形の内縁１０３ａで表されている。
【００４０】
本例の開口絞り１６Ａを構成する可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂ及び虹彩絞り１０３のそれぞれの駆動機構は、不図示の中央制御系により制御されるが、中央制御系には露光条件と可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの設定位置及び虹彩絞り１０３の開度との関係が予め記憶されており、露光条件が設定されると中央制御系からの指令に基づきそれらの駆動機構１０５Ａ，１０５Ｂ等の駆動により可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂが所定の位置まで移動すると共に、虹彩絞り１０３の開度が調整される。
【００４１】
次に、本例の投影光学系の動作につき説明する。
本例では、虹彩絞り１０３の開口により投影光学系１５の開口数を変化させ、それと共に可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの位置の移動により縦横方向の回折光の投影光学系１５での通過角度を制御することができる。更に、本例によれば、前実施例の図５（ｂ）に示す縦横方向（ＸＹ方向）だけでなく斜め方向（Ｘ軸及びＹ軸の両軸に対して例えば４５°で交差する方向）に配列されたパターンからの回折角の範囲も制限することができる。このためには、図７に示すように虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径を可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の開口部の対角線の長さより短くなるように設定すればよい。このとき、開口絞り１６Ａの開口部は、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの内縁１０９により形成される正方形の４箇所の角部が虹彩絞り１０３により遮光された形の開口部１０７となる。これにより斜め方向のパターンからの回折光の回折角の範囲が制限され、投影光学系１５の開口数が照明光の入射角によらずに均一化される。
【００４２】
ここで、照明光学系の面光源の形状（即ち、開口絞り）と開口絞り１６Ａの開口形状との関係について図８を参照して説明する。
図８は、照明光学系の開口絞りの像の形状と開口絞り１６Ａとの関係を説明するための平面図を示し、図８（ａ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角線の長さと虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径とがほぼ同じ長さに設定された場合の状態を示している。この場合、虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの半径Ｒ１は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／２の長さとなる。また、図８（ｂ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角線の長さに対して虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径が短く設定された場合の状態を示している。この場合、虹彩絞り１０３の内縁の半径Ｒ２は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／２の長さより短くなる。
【００４３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は照明光学系の開口絞りとして図２の開口絞り８ｂを光路上に配置した場合の例を示し、この図８（ａ）及び図８（ｂ）において斜線を施した円形の光源像２１Ａが瞳面Ｈ上に投影されている。レチクル１４上の縦横線（Ｙ方向のみの線及びＸ方向のみの線）のみからなるパターンを転写する場合には回折光は縦横方向（Ｙ方向又はＸ方向）にしか発生しないため、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによって絞る範囲は斜線部で示される光源像２１Ａの上下左右の範囲だけでよい。また、斜め方向については結像には影響しないため、図８（ａ）の開口絞り１６Ａの開口形状と図８（ｂ）の開口絞り１６Ａの開口形状とにより同じ結像性能が得られる。
【００４４】
ここで、照明光学系の開口絞りが本例の投影露光装置で得られる照明光学系の開口絞りと異なる３つの変形例について図９を参照して説明する。
図９は、それらの変形例における照明光学系の開口絞りの像の形状と開口絞り１６Ａとの関係を説明するための投影光学系１５の瞳面の図を示し、この内図９（ａ）、９（ｃ）、９（ｅ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角線の長さと虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径とがほぼ同じ長さに設定された場合の状態を示している。この場合、虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの半径Ｒ１は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／２の長さとなる。また、図９（ｂ）、９（ｄ）、９（ｆ）は開口絞り１６Ａの可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂによるほぼ正方形の内縁１０９の対角線の長さに対して虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの直径が短く設定された場合の状態を示している。この場合、虹彩絞り１０３の内縁の半径Ｒ２は可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより形成される正方形の対角線の１／２の長さより短くなる。
【００４５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１の変形例を示し、この図９（ａ）及び図９（ｂ）において、照明光学系の開口絞りとして図２の四角形の開口絞り８ｃが用いられ、その像が光源像２１Ｂとして形成されている。照明光学系を含めた最適化を行う場合には照明光学系の開口絞りは円形である必要はなく、全ての位置で照明光学系の開口の像の形状と開口絞り１６Ａの開口形状とが等しくなり、開口数の最適化が容易である点で、照明光学系の開口形状は本例のように四角形の開口絞り８ｃの方が望ましい。ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す開口絞り１６Ａの開口形状により得られる結像性能はレチクルのＸ方向及びＹ方向のパターンに関しては等しくなる。このため、開口絞り１６Ａの開口形状として図９（ａ）と図９（ｂ）との間の何れの開口形状をも選択することができる。
【００４６】
図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、第２の変形例を示し、照明光学系の開口絞りとして図２の開口絞り８ａ、即ち特開平４−１８０６１２号公報に示されているような４つの四角の開口部を有する開口絞りを用いたものである。この図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、開口絞り８ａの像が斜線で示される光源像２１Ｃとして形成され、この光源像２１Ｃに対応して開口絞り１６Ａの開口も円弧状でなく四角形をしていることが望ましい。対角方向については、図３のレチクル１４上のレチクルパターン２０からの回折光の発生がないため形状は任意であり、全体としては四角形でもよく、また、その四隅が切り落とされたような形状でもよい。即ち、レチクル１４上の縦横パターンに関しては、虹彩絞り１０３の内縁１０３ａの半径がＲ１〜Ｒ２の範囲にあれば得られる結像特性は変わらない。
【００４７】
図９（ｅ）及び図９（ｆ）は、第３の変形例を示し、図２の照明光学系の矩形の枠状の開口絞り８ｄが使用されている。即ち、投影光学系の瞳面には斜線を施して示すように、比較的小さな四角形の枠状の遮光部を有する光源像２１Ｄが形成されている。第１の変形例と同様、図９（ｅ）及び図９（ｆ）に示す開口絞り１６Ａの開口形状により得られる結像性能はレチクル１４上の縦横パターンに関しては等しくなる。このため、開口絞り１６Ａの開口形状として図９（ｅ）と図９（ｆ）との間の何れの開口形状をも選択することができる。
【００４８】
なお、上記のように照明光学系の開口絞りの外形は円形及び四角形等に限定されるものではなく、得られる最大の開口の範囲内で最適になる形状のものを選べばよく、例えば図１１に示すような円形ＣＲと正方形ＴＲの中間の曲線ＭＤで示されるような形状の開口絞りを用いても、正方形ＴＲの開口絞りを用いる場合とほぼ同じ結像特性を得ることができる。
【００４９】
上述実施例において、図５の開口絞り１６を投影光学系１５の瞳面Ｈに配置した投影露光装置を使用して実際に露光実験を実施した。照明光として水銀ランプによるｉ線を使用し、ウエハ１７側の開口数が０．５７の円形の開口絞り２２を有する投影光学系を使用し、ウエハ１７側での縦横方向のパターンからの回折光の入射角の正弦の最大値を０．４０から０．５７まで可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより制限できるようにした。照明光学系の開口絞りはウエハ１７側に換算して開口数が０．４０の円形のものを用いた。
【００５０】
［実験例１］
本例の投影露光装置の他に、投影光学系及び照明光学系にそれぞれの開口数が０．５７及び０．４０の円形の開口絞りを用いた従来の投影露光装置を使用し、幅０．４μｍのライン・アンド・スペースパターンを転写する実験を行った。
その結果、本例の投影露光装置において、投影光学系の円形の開口絞り２２の開口数は０．５７のまま、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより縦横方向の回折角の正弦を０．５０に制限し、更に照明光学系の開口絞りを開口数が０．４０の円形の開口とし、縦横方向の入射角の正弦を０．３０の正方形とすることにより従来のものに比較して大きな焦点深度が得られた。
【００５１】
［実験例２］
本例の投影露光装置の他に、投影光学系及び照明光学系にそれぞれの開口数が０．５７及び０．４０の円形の開口絞りを用いた従来の投影露光装置を使用し、幅０．３５μｍのライン・アンド・スペースパターンを転写する実験を行った。その結果、本例の投影露光装置において、投影光学系の円形の開口絞り２２の開口数は０．５７のまま、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂにより縦横方向の回折角の正弦を０．５０に制限し、更に照明光学系の開口絞りを開口数が０．４０の円形の開口とし、縦横方向の入射角の正弦を０．２８の正方形とすることにより従来のものに比較して大きな焦点深度が得られた。
【００５２】
なお、可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂの駆動機構１０５ａ，１０５ｂを投影光学系１５の光軸ＡＸを中心とする回転機構上に設ければ、斜め方向に配列された微細パターン（斜めパターン）に対してはそのパターンの周期方向に可動式ブレード１０１Ａ，１０１Ｂを回転させ、回折光の入射角の制限を行うことができる。これにより、斜め方向の開口数を上下左右方向よりも小さくすることが可能となり、斜めパターンに対して焦点深度を増大させることができる。
【００５３】
次に、図１の開口絞り１６の変形例について図１０を参照して説明する。
図１０は、本例の開口絞り１６Ｂを構成する可動式ブレードの平面図を示し、図１０（ａ）は開口部が最も大きくなった状態、図１０（ｃ）は開口部が最も小さくなった状態、図１０（ｃ）はその中間の状態を示す。この図１０（ａ）において、板状で矩形の４枚の同形状の可動式ブレード２１１Ａ〜２１１Ｄからなる一組の可動式ブレード（以下「可動式ブレード２１１」という）と、同じく板状で矩形の４枚の同形状の可動式ブレード２１２Ａ〜２１２Ｄからなる一組の可動式ブレード（以下「可動式ブレード２１２」という）とが組み合わされて開口絞り１６Ｂの可動式ブレードが構成されている。可動式ブレード２１１は可動式ブレード２１２の上表面に接するようにか、又は極近傍に互いに平行に配置されている。
【００５４】
可動式ブレード２１１のそれぞれ向かい合うエッジは光軸ＡＸを中心にして対称位置に配置されており、可動式ブレード２１１の互いに隣り合うエッジは、ＸＹ方向ではほぼ直交するように配置され、Ｚ方向では互いにその両端部分が摺り合うような形で配置される。また、可動式ブレード２１１の各可動式ブレード２１１Ａ〜２１１Ｄの光軸ＡＸに対向する内縁のエッジは、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行な直線状に形成されている。可動式ブレード２１２も同様の構成である。但し、可動式ブレード２１１のように互いに隣り合うブレードの両端部分が常時重なることはなく、可動式ブレード２１２による開口部が狭められた場合に互いに隣り合うブレードが重なった状態となる。また、可動式ブレード２１１と可動式ブレード２１２とは、互いに４５度の角度をもって配置され、共に不図示の駆動系により光軸ＡＸに向かう線に平行に移動することにより可動式ブレード２１１と可動式ブレード２１２とにより光軸ＡＸを中心に形成される開口部２１３の形状が変化するようになっている。
【００５５】
前述のように、図１０（ａ）は、開口部２１３が最も大きくなった状態を示し、この図１０（ａ）において、可動式ブレード２１１及び可動式ブレード２１２の各可動式ブレードは光軸ＡＸから最も離れた位置に配置され、それらの可動式ブレードによって形成される開口部２１３は正方形の開口部となる。図１０（ａ）の可動式ブレード２１１をそのままの状態にしながら可動式ブレード２１２を光軸ＡＸに向けて移動させると図１０（ｂ）のように図１０（ａ）の開口部２１３の正方形の開口部の四方の角部がＸＹ軸に対してほぼ４５度の角度をつ斜めの線に切られた様な開口部となる。また、図１０（ｃ）は開口部２１３が最も小さくなった状態を示し、この図１０（ｃ）において、可動式ブレード２１１の各可動式ブレードは光軸ＡＸから最も近い位置に配置され、それらの可動式ブレードによって形成される開口部２１３は正方形の開口部となる。なお、可動式ブレード２１１と可動式ブレード２１２との位置を調整することにより、例えば図１０（ａ）と図１０（ｃ）との間で各種の大きさの異なる正方形の開口部を形成することができる。また、それらの正方形の角部が遮光されたような開口部も形成することができる。
【００５６】
本例の開口絞り１６Ｂは、４枚の可動式ブレード２１１Ａ〜２１１Ｄからなる一組の可動式ブレード２１１と４枚の可動式ブレード２１２Ａ〜２１２Ｄからなる可動式ブレード２１２とを組み合わせることにより、各種の大きさの異なる正方形の開口部又は斜めの部分が遮光された開口部を形成するようにしたものであり、レチクル１４上の縦横パターンだけでなく斜めのパターンに対しても対応することができる。
【００５７】
なお、上述の実施例において、例えば投影光学系はレンズ系に限定されるものではなく、ミラーを含む反射系又は反射屈折系であってもよい。
また、本発明はステッパ型の投影露光装置だけでなく、レチクルとウエハとを互いに同期して走査するステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置にも適用することができる。
【００５８】
このように本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００５９】
【発明の効果】
本発明による投影光学系によれば、投影光学系の第１面に対するフーリエ変換面又はその近傍の面に、その輪郭の一部が直線状の絞りを設けているため、所定の方向の回折光の通過角度範囲をほぼ一様に制限することができる。従って、その所定の方向に垂直な方向への照明光の入射角によらず、投影光学系からの射出光の射出角の最大値がほぼ均一化されると共に、過大な開口数が原因である焦点深度の低下を防ぐことができる。また、その所定の方向については回折光の通過する角度範囲が一定であるため、照明光の入射角度範囲を含んだ投影光学系の最適化を行い易いという利点がある。
【００６０】
また、絞りの開口の輪郭が投影光学系の光軸を通りその所定方向に直交する対称軸に平行な直線部を含む場合には、その所定の方向に垂直な方向への照明光の入射角によらずに、回折光の有効射出角がほぼ完全に均一化され、その所定の方向への周期的パターンの結像特性が向上する。
また、絞りがそれぞれ開口の輪郭を規定する直線状のエッジを有する複数枚の可動ブレードを有する場合には、絞りの開口部は直線状のエッジを有する可変の開口部となり、例えば投影するパターンの種類、又は例えば実露光時若しくは投影光学系の調整時等に合わせて開口部の形を変えることができる。
【００６１】
また、本発明による投影光学系を備えた投影露光装置によれば、投影光学系に入射する照明光の入射角によって有効な回折角の範囲が変化し、投影光学系の開口数を有効に使えないような現象が低減でき、全ての照明光に対して最適な開口数による結像が得られる。また、照明光学系もケーラー照明で且つ面光源が直線部を有するため、有害な結像光束が減少して、結像特性が向上する。
【００６２】
また、照明光学系の面光源の形状が矩形の枠状である場合には、マスク上のパターンの所定方向及びそれと直交する方向のパターンに対する結像特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の６個の照明光学系の開口絞りを示す斜視図である。
【図３】図１のレチクルのパターンの一例を示す平面図である。
【図４】図１の投影光学系１５に使用される開口絞り１６を示す斜視図である。
【図５】図４の開口絞り１６の動作を示す拡大平面図である。
【図６】本発明の投影光学系に使用される開口絞りの他の例を示す斜視図である。
【図７】図６の開口絞り１６Ａを示す拡大平面図である。
【図８】図６の開口絞り１６Ａを用いた場合の照明光学系の開口絞りの形状と投影光学系の開口絞りとの関係を示す平面図である。
【図９】図８において、照明光学系の開口絞りの形状を変えた場合の照明光学系の開口絞りの形状と、投影光学系の開口絞りとの関係を示す平面図である。
【図１０】図１の開口絞り１６の変形例を示す平面図である。
【図１１】図１の照明光学系の開口絞りの他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  光源
８ａ〜８ｆ  開口絞り
１４  レチクル
１５  投影光学系
１６，１６Ａ，  １６Ｂ  開口絞り
１７  ウエハ
２０  レチクルパターン
２０Ｈ  横方向パターン
２０Ｖ  縦方向パターン
１０１Ａ，１０１Ｂ  可動式ブレード
１０３  虹彩絞り
１０５Ａ，１０５Ｂ  可動式ブレードの駆動機構
１０６  開口絞りの開口部
１０９  開口絞りの開口の内縁
Ｘ１  Ｘ方向対称軸
Ｙ１  Ｙ方向対称軸
Ｈ  瞳面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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