(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光束で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を有し、前記オプティカルインテグレータからの光を用いて略矩形の照明領域を形成する照明光学系において、
前記オプティカルインテグレータは、前記照明領域の短手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイと、前記照明領域の長手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイとを有し、
前記短手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイを入射面側から第１及び第２のレンズ群、及び、前記長手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイを入射面側から第３及び第４のレンズ群とすると、
前記オプティカルインテグレータに入射する光束は、第３のレンズ群、第１のレンズ群、第４のレンズ群、第２のレンズ群の順に入射することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学系と、
レチクル又はマスクのパターンを被処理体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３】
請求項２記載の露光装置を用いて被処理体を露光する工程と、
前記露光された被処理体に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、照明光学系に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光するのに使用される照明光学系の照明装置、及び露光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィ工程において半導体ウェハ用の単結晶基板をステップ・アンド・スキャン投影方式によって露光する露光装置用の照明装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えば、マスクパターンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成することが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは露光においてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
【０００３】
半導体製造用の代表的な露光装置である投影露光装置は、一般に、マスクを照明する照明光学系とマスクと被処理体との間に配置される投影光学系とを有する。照明光学系においては、均一な照明領域を得るために光源からの光束をオプティカルインテグレータに導入し、オプティカルインテグレータの射出面又はその近傍で形成される複数の光源を２次光源面としてコンデンサーレンズでマスク面を照明する。
【０００４】
投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリーの式で与えられる。
【０００５】
【数１】
0003605047.tif 000002
【０００６】
ここで、ｋ１は現像プロセスなどによって定まる定数であり、通常露光の場合にはｋ１は約０．５〜０．７である。
【０００７】
上述したように、近年のデバイスの高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要求されている。高解像力を得るには、上式から開口数ＮＡを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが有効であると考えられる。近年では、露光光源の波長はＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）に、ＮＡは約０．６から約０．７５になろうとしている。また、Ｆ２エキシマレーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。
【０００８】
一方、レンズの設計は開口数が上がるにつれて困難になり、収差は開口数と関係している。例えば、球面収差は３次収差論において、開口数の３次に比例する。よって、開口数が上がるとレンズの設計が非常に難しくなる。また、開口数以外に画角（投影レンズの投影可能な領域）も収差に関係している。例えば歪曲収差は３次収差論において、画角の３次に比例している。よって、画角が大きくなってもレンズの設計が非常に難しくなる。
【０００９】
そこで、近年、半導体製造工程におけるリソグラフィ工程は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置を用いて走査露光を行うのが主流になってきている。走査型投影露光装置は、高解像力と画面サイズを拡大できると共に、画角を一括型投影露光装置に比べて小さくできるため収差を小さくすることができるために好ましいという長所を有する。このような走査型露光装置において、高解像度のパターンを得るためにはウェハ面上を均一な光量分布（即ち、均一な有効光源）で走査露光する必要があり、マスク面上を照明する照明装置は均一な照明領域を形成することが求められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の照明装置は、マスク面等の被照明面を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）照明することの検証が十分になされていなかった。走査型投影露光における照明装置は、一般的に、矩形状の照明領域を形成しそれを用いて被照明面を照明するが、従来の照明装置は照明領域の長手方向における周辺の照度が中央のそれと比べて低くなっており、不均一な照明となっていた。不均一な照明はレジストへのパターン転写が不十分になり高品位な半導体ウェハ、ＬＣＤ、薄膜磁気ヘッドなどが提供できなくなる。これに対して、被照明面（マスク面に対し略共役となる面）に照明領域を画定するブレード（例えば、開口形状を可変とするスリットであって、視野絞りと称する場合もある）を設け、照明領域の長手方向に関し中央付近に対応するスリットの幅を周辺のそれより小さくすることで、被照明面における積算照度を均一とすることも可能である。しかし、長手方向の周辺照度の低下が著しいほどスリット中央の幅を小さくしなければならず、これによって被照明面の照明に供される光束は遮光部分が増えるため光利用効率が大きく低下してしまう。それはすなわち、スループットの低下を意味する。
【００１１】
そこで、本発明は、照明領域の長手方向に関する照度の均一性を良好とし光利用効率の高い照明光学系、およびそれを用いた露光装置、デバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【００１２】
本発明の一側面としての照明光学系は、光源から射出された光束で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を有し、前記オプティカルインテグレータからの光を用いて略矩形の照明領域を形成する照明光学系において、
前記オプティカルインテグレータは、前記照明領域の短手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイと、前記照明領域の長手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイとを有し、前記短手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイを入射面側から第１及び第２のレンズ群、及び、前記長手方向と母線が平行する一対のシリンドリカルレンズアレイを入射面側から第３及び第４のレンズ群とすると、前記オプティカルインテグレータに入射する光束は、第３のレンズ群、第１のレンズ群、第４のレンズ群、第２のレンズ群の順に入射することを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系と、レチクル又はマスクのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１５】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な露光装置１及び照明装置１００について説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材を表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露光装置１及びその一部である照明装置１００の概略側面図である。図２は、図１に示す照明装置１００の一部を示す概略側面図である。図３は、図１に示す照明装置１００の一部を図２とは異なる方向（光軸に関し９０°回転した方向）から示す概略側面図である。なお、図２及び図３において、マスキングブレード１５０は若干簡略的に描かれていることに理解されたい。図１乃至図３において、光軸方向をｚ軸、光軸に関し垂直な面において直交する２方向（矩形状の照明領域の短手及び長手方向）をｙ軸及びｘ軸としている。露光装置１は、図１に示すように、照明装置１００と、マスク２００と、投影光学系３００とを有する。
【００１７】
本実施形態の露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でマスク２００に形成された回路パターンを被処理体Ｗに露光する投影露光装置であるが、本発明はステップ・アンド・リピート方式その他の露光方式を適用することができる。ここで、ステップ・アンド・スキャン方式は、マスクに対して被処理体Ｗを連続的にスキャンしてマスクパターンを被処理体Ｗに露光すると共に、１ショットの露光終了後被処理体Ｗをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光法である。また、ステップ・アンド・リピート方式は、被処理体Ｗのショットの一括露光ごとに被処理体Ｗをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法である。
【００１８】
照明装置１００は、典型的に、光源部と照明光学系とを有し、転写用パターンが形成されたマスク２００を照明する。
【００１９】
光源部はレーザー１１０とビーム成形系１２０とを有し、照明光学系を照明する光源である。
【００２０】
レーザー１１０は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザー１１０の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。また、光源は、例えば、一般に５００Ｗ以上の出力の超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどを使用してもよい。また、レーザー１１０は、水銀ランプのｇ線（波長約４３６ｎｍ）やｉ線（波長約３６５ｎｍ）であってもよい。
【００２１】
ビーム整形系１２０は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、レーザーからの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１２０は、後述するオプティカルインテグレータ１３０を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００２２】
また、図１には示されていないが、光源部は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開特許平成３年第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分割面に再誘導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。
【００２３】
照明光学系は、マスク２００を照明する光学系であり、オプティカルインテグレータ（又は、ライトインテグレータ）１３０、集光レンズ１４０、マスキングブレード１５０、結像レンズ１６０とを有する。また、図１乃至図３には図示されないが、照明光学系は光源部とオプティカルインテグレータ１３０の間に集光光学系を設けてもよい。集光光学系は必要な折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカルインテグレータ１３０に効率よく導入する。例えば、集光光学系は、ビーム成形系１２０の出射面とオプティカルインテグレータ１３０の入射面（即ち、光学系１３０ａ及び光学系１３０ｂの各々の入射面）とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある）になるように配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過した光束の主光線をオプティカルインテグレータ１３０の中心及び周辺のどのレンズ素子１３２ａ及び１３４ａとレンズ素子１３２ｂ及び１３４ｂに対しても平行に維持する。
【００２４】
オプティカルインテグレータ１３０はマスク２００に照明される照明光を均一化する機能を有し、本実施形態では、ビーム形成系１２０から出射した光束を多数の部分光束に分割し有効光源を形成する。また、オプティカルインテグレータ１３０は被照明面、即ち、マスキングブレード１５０を略矩形に照明する。本実形態において、オプティカルインテグレータ１３０は光学系１３０ａ及び光学系１３０ｂより構成され、その入射面１３６ａ及び１３６ｂは被照明面と略共役な関係に構成される。
【００２５】
光学系１３０ａは、図２及び図３に良く示されるように、ｘ方向に延在する一対のシリンドリカルレンズアレイ１３２ａ及び１３４ａをｙ方向に複数並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズアレイ１３２ａ及び１３４ａにおいて入射光束の角度分布をｙ方向（矩形状の照明領域の短手方向）に拡大する。なお、本明細書ではかかる表現をｙｚ平面に主にパワー成分を有すると表現する場合もある。光学系１３０ａを構成する一対のシリンドリカルレンズ１３２ａ及び１３４ａは、後述する光学系１３０ｂのそれよりも角度分布を拡大するパワーが小さくなるように構成されている。
【００２６】
光学系１３０ｂは、図２及び図３に良く示されるように、ｙ方向に延在する一対のシリンドリカルレンズアレイ１３２ｂ及び１３４ｂをｘ方向に複数並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズアレイ１３２ｂ及び１３４ｂにおいて入射光束の角度分布をｘ方向（矩形状の照明領域の長手方向）に拡大する。なお、本明細書ではかかる表現をｘｚ平面に主にパワー成分を有すると表現する場合もある。光学系１３０ｂを構成する一対のシリンドリカルレンズ１３２ｂ及び１３４ｂは、後述する光学系１３２のそれよりも角度分布を拡大するパワーが大きくなるように構成されている。本実施形態では、例示的に走査方向をｙ方向とするため、光学系１３０ｂの方が光学系１３０ａよりもパワー成分が大きくなるように構成されている。
【００２７】
かかる光学系１３０ａ及び１３０ｂにおいて、本実施形態のオプティカルインテグレータ１３０は、照明領域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系の出射面、即ち、本実施形態における光学系１３０ｂの出射面１３８ｂが、照明領域の短手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系、即ち、本実施形態における光学系１３０ａよりも被照明面側に位置することを特徴としている。なお、光学系１３０ａ及び１３０ｂにより出射面１３８ａ及び１３８ｂ側に形成されるｙｚ断面光束の集光位置及びｘｚ断面光束の集光位置は莫大なエネルギー密度となり、各々を構成する光学素子の破壊を防ぐために、後部の空間中に位置する様に設計されていることが好ましい。
【００２８】
以上の条件を踏まえ、光学系１３０ａ及び１３０ｂは、出射面１３８ａ及び１３８ｂ側に形成されるｙｚ断面光束の集光位置と、ｘｚ断面光束の集光位置を極端に異ならせないためと、どちらか一方のみのバックフォーカス（集光位置）を極端に伸ばすことを防ぐため、特徴的に光源側から順にシリンドリカルレンズアレイ１３２ａ、１３２ｂ、１３４ａ、１３４ｂの順に配置されている。
【００２９】
ここで、本発明の照明装置１００において特徴的なオプティカルインテグレータ１３０を説明するため、従来の照明装置１００Ｂにおけるオプティカルインテグレータ１８０について説明する。ここで、図１１は従来の露光装置１Ｂ及びその一部である照明装置１００Ｂを示す概略側面図である。図１２は、図１１に示す照明装置１００Ｂの一部を示す概略側面図である。図１３は、図１１に示す照明装置１００Ｂの一部を図１２とは異なる方向（光軸に関し９０°回転した方向）から示す概略側面図である。なお、図１２及び図１３において、マスキングブレード１５０は若干簡略化して描かれている点に理解されたい。また、本発明の露光装置１及び照明光学系１００と同一の部材については同一の参照符号を引用し、重複する説明は省略する。
【００３０】
オプティカルインテグレータ１８０はマスク２００に照明される照明光を均一化する機能を有し、ビーム形成系１２０から出射する光束から多数の部分光束に分割し有効光源を形成する。また、オプティカルインテグレータ１８０は被照明面、即ち、マスキングブレード１５０を略矩形に照明する。オプティカルインテグレータ１８０は光学系１８０ａ及び光学系１８０ｂより構成され、各光学系１８０ａ及び１８０ｂの入射面１８６ａ及び１８６ｂは被照明面と略共役な関係に配置される。
【００３１】
光学系１８０ａは、図１２及び図１３に良く示されるように、ｘ方向に延在する一対のシリンドリカルレンズアレイ１８２ａ及び１８４ａをｙ方向に複数並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズアレイ１８２ａ及び１８４ａはｙｚ平面に主にパワー成分を有する。光学系１８０ａを構成する一対のシリンドリカルレンズ１８２ａ及び１８４ａは、後述する光学系１８０ｂのそれよりもパワー成分が小さくなるように構成される。
【００３２】
光学系１８０ｂは、図１２及び図１３に良く示されるように、ｙ方向に延在する一対のシリンドリカルレンズアレイ１８２ｂ及び１８４ｂをｘ方向に複数並列に配列したものであって、一対のシリンドリカルレンズアレイ１８２ｂ及び１８４ｂはｘｚ平面に主にパワー成分を有する。光学系１８０ｂを構成する一対のシリンドリカルレンズ１８２ｂ及び１８４ｂは、前述した光学系１８０ａのそれよりもパワー成分が大きくなるように構成される。
以上
【００３３】
かかる光学系１８０ａ及び１８０ｂにおいて、従来のオプティカルインテグレータ１８０は、照明領域の短手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系、即ち、光学系１８０ａの出射面１８８ａが、照明領域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系の出射面、即ち、光学系１８０ｂの出射面１８８ｂよりも被照明面側となるように配置されていた。また、光学系１８０ａ及び１８０ｂにより出射面１８８ａ及び１８８ｂ側に形成されるｙｚ断面光束の集光位置及びｘｚ断面光束の集光位置は莫大なエネルギー密度となり、各々を構成する光学素子の破壊を防ぐために、後部の空間中に位置する様に設計されていた。
【００３４】
以上を踏まえ、光学系１８０ａ及び１８０ｂは、出射面１８８ａ及び１８８ｂ側に形成されるｙｚ断面光束の集光位置と、ｘｚ断面光束の集光位置を極端に異ならせないためと、どちらか一方のみのバックフォーカス（集光位置）を極端に伸ばすことを防ぐため、従来のオプティカルインテグレータ１８０は光源側から順にシリンドリカルレンズアレイ１８２ａ、１８２ｂ、１８４ｂ、１８４ａの順に配置されていた。
【００３５】
ここで、かかる構成よりなる従来のオプティカルインテグレータ１８０に平行光が入射するものとする。このとき光学系１８０ｂ、即ちシリンドリカルレンズアレイ１８２ｂの入射面１８６ｂには図１４に実線で示すような平行光が入射する。ここで、図１４は、図１３に示す照明光学系５００の一部を詳細に示す概略側面図である。上述したように、光学系１８０ｂにより形成される光束は光学系１８０ｂの後部に光学系１８０ａのシリンドリカルレンズアレイ１８４ａが存在するため、バックフォーカス（集光位置）はシリンドリカルレンズアレイ１８４ａよりも後ろ、図中のＡ０面に位置する様に設計されていた。しかしながら、このバックフォーカス（集光位置）の延長により、Ａ０面では図１５に示す様な大きな球面収差（実際はｘｚ断面光束のみだが球面収差と記す）が発生する。図１５は、図１４に示すＡ０面における球面収差を示すグラフである。
【００３６】
シリンドリカルレンズアレイ１８２ｂの入射面１８６ｂと被照射面（即ち、マスキングブレード１５０）は略共役である。入射面１８６ｂを物体面、被照明面を像面として評価すると、先の球面収差は図１６で示す像面歪み（ディストーション）として表現することが可能である。ここで、図１６は、図１５に示す球面収差をディストーションとして表現したグラフである。図１６より、像高が高いほど本来結像されるべき理想像高よりも高い位置に像がずれてしまうことが理解される。入射面１８６ｂに均一な光束が入射した場合、入射面１８６ｂの軸外ほど光束が引き伸ばされてしまう。よって、被照明面での照度分布は図１７に示す様に軸外へ行くほど大きく下がってしまう。図１７は、図１４に示す被照明面の照度分布を示したグラフである。
【００３７】
再び図１１を参照するに、被照射面には照明領域を画定するマスキングブレード１５０（本実施形態において後述する）が設けられ、照明領域を厳密に制御している。図１８は、図１１に示すマスキングブレード１５０を光源側から見た場合の概略平面図である。照明装置１００Ｂにより形成された矩形状の照明領域を破線で示すと、かかる照明領域はその各辺が遮光板１５２乃至１５８によって遮光され、例えば図に示すような周辺ほど幅が広くて軸上が最も幅の狭い照明領域（図中、灰色で示した領域）を形成する。
【００３８】
ここで、照明装置１００Ｂにより矩形の照明領域（図１８の破線で示す領域）が均一に照明されていたと仮定し、上述したマスキングブレード１５０により形成された領域（即ち、図１８のハッチングで示した照明領域）を用いて走査露光を行うものとする。その結果、被処理体Ｗ上での積算照度は図１９に示す様に周辺ほど照度が高くなる。ここで、図１９は、図１８に示すマスキングブレード１５０を使用して照明した際の被処理体Ｗ上での積算照度に関しシミュレーションした一例を示す概略模式図である。一方、軸上が最も幅が広く、周辺に行くほど幅が狭くなる様にマスキングブレード１５０の開口を形成するものとする。かかるマスキングブレード１５０を用いて照明領域を形成したならば、被処理体Ｗ上での積算照度分布は図１９のシミュレーションとは逆に周辺ほど照度が低くなる。
【００３９】
この様に、マスキングブレード１５０は、照明領域の形状を制御することで被処理体Ｗ上での積算照度分布、即ち、非積算方向（ｘ方向）での照度ムラを制御することが可能であることが理解される。従って、先に図１７で示したようにｘ方向の周辺ほど照度が下がっていても、それを照明領域（図１８に破線で示す矩形領域）のｘ方向に対応する方向とすれば、トータルとして図２０の様に積算照度を均一とすることができる。ここで、図２０は、図１８に示すマスキングブレード１５０を使用して照明した際の被処理体Ｗ上での積算照度に関しシミュレーションした一例を示す概略模式図である。即ち、マスキングブレード１５０の遮光板１５２及び１５４で軸上の光束を遮光し、所望の照明領域（図１８にハッチングで示すような領域）を形成すればよい。
【００４０】
しかしながら、上述したように、図１７で示す周辺領域の照度の低下が更に著しい場合、走査露光でトータルとして積算照度を均一とするためには照明領域の周辺の幅よりも軸上の幅を一層小さくしなければならない。これにより、照明装置５００で形成した照明領域の遮光部分が増え光利用効率の低下につながる。なお、従来の照明装置１００Ｂであっても、後述する集光レンズ１４０を使用しマスキングブレード１５０を重畳的に照明することでディストーションの影響を防止することに努めてきた。しかし、近年の微細化の要求を実現するためには、かかる集光レンズ１４０だけで対応することは困難になってきている。そこで、本発明者はかかる問題を鋭意検討した結果、オプティカルインテグレータで矩形上の照明領域を形成する際の長手方向に角度分布を拡大する光学系の出射面の位置を変更することを考えた。即ち、像高が高くなるであろう長手方向に拡大する光学系のバックフォーカスの位置を、短手方向に拡大する光学系のバックフォーカスの位置より短くすることで、周辺領域のディストーションを小さくすることができると考えた。
【００４１】
図４を参照するに、本実施形態のオプティカルインテグレータ１３０において、光学系１３０ｂにより形成される光束は後部に光学素子が存在しないため、入射面１３６ｂに平行光が入射した場合のバックフォーカス（集光位置）はレンズアレイ１３４ｂ近傍の図中Ａ面に位置する様に設計されている。ここで、図４は、図３に示す照明光学系１００の一部を詳細に示す概略側面図である。よって、図５に示すように、本発明の光学系１３０ｂ（即ち、長手方向にパワーを有する光学系）はバックフォーカスが短いので、図１５と比較しても小さい球面収差しか発生しない。ここで、図５は、図４に示すＡ面における球面収差を示すグラフである。
【００４２】
シリンドリカルレンズアレイ１３２ｂの入射面１３６ｂと被照射面（即ち、マスキングブレード１５０）は略共役であるので、入射面１３６ｂを物体面、被照明面を像面として評価すると、先の球面収差は図６で示すディストーションとして表現することができる。ここで、図６は、図５に示す球面収差をディストーションとして表現したグラフである。これも従来を示した図１６と比較して小さい値になることが理解される。なお、被照明面での照度分布は図７に示す様に軸外へ行くほど下がりはするが、従来例の図１７と比較すると十分小さな量である。即ち、本発明の照明装置１００はｘ方向の照度ムラを小さくすることに寄与している。ここで、図７は、図４に示す被照明面の照度分布を示したグラフである。
【００４３】
本発明は上述した形態のオプティカルインテグレータ１３０にのみ適用されることを限定しない。即ち、本発明と同様の構成のオプティカルインテグレータを使用するいかなる照明装置に適用されても良い。例えば、図８及び９に良く示されるように、オプティカルインテグレータ１３０はオプティカルインテグレータ１７０であっても良い。ここで、図８は、図１に示す照明装置１００の変形例である照明装置１００Ａの一部を示した図２に対応する概略側面図である。図９は、図１に示す照明装置１００の変形例である照明装置１００Ａの一部を示した図３に対応する図である。かかる変形例において、オプティカルインテグレータ１７０は光学系１７０ａ及び光学系１７０ｂより構成され、その入射面１７４ａ及び１７４ｂは各々被照明面と略共役な関係に構成される。
【００４４】
光学系１７０ａは、図８及び図９に良く示されるように、ｘ方向に延在する光学素子１７２ａをｙ方向に複数並列に配列したものであって、かかる光学素子１７２ａはｙｚ平面に主にパワー成分を有する。かかる光学素子１７２ａは、例えば、凸レンズアレイ又は凹面鏡アレイで（シリンドリカルレンズ）より構成可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。光学系１７０ａを構成する光学素子１７２ａは、後述する光学系１７０ｂのそれよりも角度分布を拡大するパワーが小さくなるように構成されている。
【００４５】
光学系１７０ｂは、図８及び図９に良く示されるように、ｙ方向に延在する光学素子１７２ｂをｘ方向に複数並列に配列したものであって、かかる光学素子１７２ｂはｘｚ平面に主にパワー成分を有する。かかる光学素子１７２ｂは、例えば、凸レンズアレイ又は凹面鏡アレイ（シリンドリカルレンズ）であり、ここでの詳細な説明は省略する。光学系１７０ｂを構成する光学素子１７２ｂは、上述した光学系１７０ａのそれよりも角度分布を拡大するパワーが大きくなるように構成されている。
【００４６】
オプティカルインテグレータ１７０は、照明領域の長手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系の出射面、即ち、光学系１７０ｂの出射面１７６ｂが、照明領域の短手方向に入射光束の角度分布を拡大する光学系、即ち、光学系１７０ａの出射面１７６ａよりも被照明面側に位置するように配置すればよい。更に、光学系１７０ａ及び１７０ｂにより出射面１７６ａ及び１７６ｂ側に形成されるｙｚ断面光束の集光位置及びｘｚ断面光束の集光位置は莫大なエネルギー密度となり、各々を構成する光学素子の破壊を防ぐために、後部の空間中（即ち、光学系１７０ｂの後）に位置する様に設計されている。
【００４７】
以上を踏まえて、オプティカルインテグレータ１７０は、光源側から順に光学系１７０ａ、１７０ｂの順に配置するとよい。かかる構成であっても、上述したオプティカルインテグレータ１３０と同様の作用を奏し、照明領域の照度の均一性を高めることができる。なお、光学系１７０ａの後段に光学系１７０ｂが設けられるため光学系１７０ａのバックフォーカスの位置は若干長くなるが、かかる光学系１７０ｂは像高がさほど高くなることがないので無視できる範囲である。即ち、光学系１７０ｂの後段に光学系１７０ａを設けた場合の光学系１７０ａのバックフォーカス位置を延長することと比較すれば、照明に必要とされる照度は十分に有効である。
【００４８】
再び、図１乃至図３を参照するに、集光レンズ１４０は、例えば、コンデンサーレンズであって、オプティカルインテグレータ１３０の出射面近傍で形成された有効光源をできるだけ多く集めてマスキングブレード１５０上で重畳的に重ね合わせブレード１５０をケーラー照明する。
【００４９】
マスキングブレード１５０はマスク２００面上の露光範囲を制限している。ブレード１９０は複数の可動な遮光板１５２乃至１５８から成り、任意の開口形状が形成される。なお、移動可能な遮光板は遮光版１５２及び１５４のみであってもよい。図１０を参照するに、照明装置１００により形成された照明領域を破線で示すと、かかる照明領域はその各辺が遮光板１５２、１５４、１５６、１５８によって遮光され、例えば図に示すような周辺程幅が広くて軸上が最も幅の狭い照明領域（図中の灰色で示す領域）を形成する。ここで、図１０は、図１に示すマスキングブレード１５０を光源側から見た場合の概略平面図である。従来例で既に述べたが、照明装置１００でｘ方向（非走査方向）の照度ムラはマスキングブレード１５０の遮光板１５２及び１５４を移動して遮光することにより厳密に形成される。かかるマスキングブレード１５０は照明領域の形状を画定することでトータルとして積算照度を均一とすることができる。かかるマスキングブレード１５０により、照明装置１００の形成する照明領域は長方形又は円弧形となる。
【００５０】
結像レンズ１６０は、例えば、コンデンサーレンズであって、マスキングブレード１５０の開口形状を被照射面であるマスク２００上に転写している。
【００５１】
マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２００から発せられた回折光は投影光学系３００を通り被処理体Ｗ上に投影される。被処理体Ｗは、被処理体でありレジストが塗布されている。マスク２００と被処理体Ｗとは光学的に共役の関係に配置される。本実施形態の露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク２００と被処理体Ｗを走査することによりマスク２００のパターンを被処理体Ｗ上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（即ち、「ステッパー」）であれば、マスク２００と被処理体Ｗとを静止させた状態で露光を行う。
【００５２】
マスクステージは、マスク２００を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステージを駆動することでマスク２００を移動することができる。露光装置１は、マスク２００と被処理体Ｗを図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。
【００５３】
投影光学系３００は、マスク２００に形成されたパターンを経た光束を被処理体Ｗ上に結像する。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、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。
【００５４】
被処理体Ｗは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体Ｗにはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００５５】
被処理体Ｗは図示しないウェハステージに支持される。ステージは、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージはリニアモータを利用してｘｙ方向に被処理体Ｗを移動する。マスク２００と被処理体Ｗは、例えば、同期して走査され、図示しないマスクステージとウェハステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００５６】
なお、ウェハステージは結像位置調節装置を有してもよい。結像位置調節装置は、ウェハステージに接続されてウェハステージと共に被処理体Ｗを焦点深度の範囲内で図１に示すｚ方向に移動させ、被処理体Ｗの結像位置を調節する。露光装置１は、ｚ方向において異なる位置に配置された被処理体Ｗに対して露光を複数回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばらつきをなくすことができる。結像位置調節装置は、ｚ方向に伸びる図示しないラックと、ウェハステージに接続されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００５７】
露光において、レーザー１１０から発せられた光束は、ビーム成形系１２０によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、オプティカルインテグレータ１３０に入射する。オプティカルインテグレータ１３０に入射した光束は、光学系１３０ａと光学系１３０ｂはパワー成分が異なるため、被照明面を略矩形状、即ち、ｘｚ断面の方が長い照明領域が形成される。また、これと同時に、オプティカルインテグレータ１３０を出射する光束は、多数の部分光束に分割され２次光源を形成する。
【００５８】
オプティカルインテグレータ１３０は集光レンズ１４０を介してマスキングブレード１５０を均一に照明する。マスキングブレード１５０を通過した光束は結像レンズ１６０を通った後マスク２００の照射面を照明する。
【００５９】
マスク２００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によって、被処理体Ｗ上に所定倍率で縮小投影される。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置１であれば、光源部と投影光学系４００は固定して、マスク２００と被処理体Ｗの同期走査してショット全体を露光する。更に、被処理体Ｗのウェハステージをステップして、次のショットに移り、被処理体Ｗ上に多数のショットを露光転写する。なお、露光装置１がステップ・アンド・リピート方式であれば、マスク２００と被処理体Ｗを静止させた状態で露光を行う。
【００６０】
本発明の露光装置１は、図１１に示す従来例に比べてｘ方向の照度ムラ（照度低下量）が小さいので、マスキングブレード１５０の遮光板１５２乃至１５８による遮光部分を減らすことができ、光利用効率を上げることができる。この結果露光装置１としてスループットを高めることができる。これにより、露光装置１はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６１】
次に、図２１及び図２２を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェ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。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００６２】
図２２は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済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うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の露光装置及びその一部としての照明装置によれば、光束を長手方向に拡大する光学系のバックフォーカス位置を短くするべく、かかる光学系の出射面を最も被照明面側に配置している。これにより、矩形の照明領域において長手方向に関する周辺の照度の低下を防止することができる。即ち、パワーが強い光学系を被照射面側にすることで、照明領域の長手方向をより均一に照明することを可能としている。従ってこの照明装置を投影露光装置に使用すれば、光利用効率が高く、高スループットの投影露光を実現することができる。また、かかる露光装置はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的な露光装置及びその一部である照明装置の概略側面図である。
【図２】図１に示す照明装置の一部を示す概略側面図である。
【図３】図１に示す照明装置の一部を図２とは異なる方向から示す概略側面図である。
【図４】図３に示す照明光学系の一部を詳細に示す概略側面図である。
【図５】図４に示すＡ面における球面収差を示すグラフである。
【図６】図５に示す球面収差をディストーションとして表現したグラフである。
【図７】図４に示す被照明面の照度分布を示したグラフである。
【図８】図１に示す照明装置の変形例である照明装置の一部を示した図２に対応する概略側面図である。
【図９】図１に示す照明装置の変形例である照明装置の一部を示した図３に対応する概略側面図である。
【図１０】図１に示すマスキングブレードを光源側から見た場合の概略平面図である。
【図１１】従来の露光装置及びその一部である照明装置を示す概略側面図である。
【図１２】図１１に示す照明装置の一部を示す概略側面図である。
【図１３】図１１に示す照明装置の一部を図１２とは異なる方向から示す概略側面図である。
【図１４】図１３に示す照明光学系の一部を詳細に示す概略側面図である。
【図１５】図１４に示すＡ０面における球面収差を示すグラフである。
【図１６】図１５に示す球面収差をディストーションとして表現したグラフである。
【図１７】図１４に示す被照明面の照度分布を示したグラフである。
【図１８】図１１に示すマスキングブレードを光源側から見た場合の概略平面図である。
【図１９】図１８に示すマスキングブレードを使用して照明した際の被処理体Ｗ上での積算照度に関しシミュレーションした一例を示す概略模式図である。
【図２０】図１８に示すマスキングブレードを使用して照明した際の被処理体Ｗ上での積算照度に関しシミュレーションした一例を示す概略模式図である。
【図２１】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図２２】図２１に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１              露光装置
１００          照明装置
１１０          レーザー
１２０          ビーム整形系
１３０          オプティカルインテグレータ
１３２ａ        シリンドリカルレンズアレイ
１３２ｂ        シリンドリカルレンズアレイ
１３４ａ        シリンドリカルレンズアレイ
１３４ｂ        シリンドリカルレンズアレイ
１４０          集光レンズ
１５０          マスキングブレード
１６０          決像レンズ
１７０          オプティカルインテグレータ
２００          マスク
３００          投影光学系
【図１】
0003605047.tif 000003
【図２】
0003605047.tif 000004
【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】
0003605047.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003605047.tif 000012
【図１１】
0003605047.tif 000013
【図１２】
0003605047.tif 000014
【図１３】
0003605047.tif 000015
【図１４】
0003605047.tif 000016
【図１５】
0003605047.tif 000017
【図１６】
0003605047.tif 000018
【図１７】
0003605047.tif 000019
【図１８】
0003605047.tif 000020
【図１９】
0003605047.tif 000021
【図２０】
0003605047.tif 000022
【図２１】
0003605047.tif 000023
【図２２】
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