(57)【要約】【課題】マスク上のパターン形状にあわせて、最適な有効光源領域（照明光束の形状）が得られると共に、それぞれの部分有効光源を相対的に変位させることができる照明光学系、露光方法及び装置を提供する。【解決手段】光源からの光束により、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する照明光学系において、前記所望のパターンが解像され、且つ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、前記光束を分割し、前記マスクに対して実質的にフーリエ変換の関係となる所定面に光軸を中心とした四重極状の光量分布を形成する照明光生成手段を有し、前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方が可変であることを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束により、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する照明光学系において、
前記所望のパターンが解像され、且つ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、前記光束を分割し、前記マスクに対して実質的にフーリエ変換の関係となる所定面に光軸を中心とした四重極状の光量分布を形成する照明光生成手段を有し、
前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方が可変であることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記照明光生成手段は、プリズムを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記プリズムは、入射面側が凹面、出射面側が凸面の四角錐面を有することを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記照明光生成手段は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項５】
前記照明光生成手段は、複数の光学素子と、該複数の光学素子を光路中に着脱可能とすることで前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする切り替え手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項６】
前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする照明光変位手段を更に有し、
該照明光変位手段は、倍率もしくは焦点距離を可変とするの複数のレンズを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項７】
前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする照明光変位手段を更に有し、
該照明光生成手段は、第１、第２の光学部材と、該第１、第２の光学部材を前記光軸方向に相対移動することで前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする駆動手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項８】
前記第１、第２の透過部材は、プリズムであることを特徴とする請求項７記載の照明光学系。
【請求項９】
前記四重極状の光量分布の夫々の部分の形状が可変であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項１０】
所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記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１１】
光源からの光束により、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する照明光学系と、
該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し、
前記照明光学系は、前記所望のパターンが解像され、且つ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、前記光束を分割し、前記マスクに対して実質的にフーリエ変換の関係となる所定面に光軸を中心とした四重極状の光量分布を形成する照明光生成手段を含み、
前記四重極状の光量分布の対向する２つの部分の重心間の距離は、前記投影光学系の瞳の径を１とした場合に０．３２乃至０．９０の範囲で可変であることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
前記露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップ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、照明光学系に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子などのデバイスを製造するのに使用される照明光学系に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、被処理体にコンタクトホール列のパターン、あるいは孤立コンタクトヒールとコンタクトホール列とが混在するパターンを投影露光する照明光学系に好適である。
【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、デザインルールは、１００ｎｍ以下の回路パターン形成を量産工程で達成しようとし、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。その主流となる加工技術はフォトリソグラフィーであり、マスク又はレチクル（本明細書ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画されたマスクパターンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
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。
【０００４】
【数１】
2004071776.tif 000003
【０００５】
一方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられる。
【０００６】
【数２】
2004071776.tif 000004
【０００７】
なお、焦点深度ＤＯＦは小さくなるとフォーカス合わせが難しくなり、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ましい。
【０００８】
マスクパターンは、近接した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホール、その他の孤立パターン等を含むが、高解像度でパターンを転写するためには、パターンの種類に応じて最適な照明条件を選択する必要がある。
【０００９】
また、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタクトパターンを混在させる必要が生じてきた。しかし、コンタクトホール列と孤立コンタクトホールが混在したコンタクトホールパターンを同時に解像度よく露光することができなかった。
【００１０】
そこで、コンタクトホール列や縦横の繰り返し配線パターンのみに限定して、その解像限界を高め、焦点深度を増加する方式が種々提案されている。かかる方式として、例えば、２枚のマスクを用いて異なる種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露光）方式や後述する１枚のマスクを特殊な照明条件下で露光を行う方式がある。それ以外にも、マスクパターンに種々の補助パターンを設けて正規パターンの解像力を強化する方式などがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した方式に共通して要求される照明光学系の機能としては、マスクパターンの寸法及び配列がプロセス毎に変化する場合において、照明条件（具体的には、照明光学系の有効光源分布）を自由に変更することができないために、最適な照明条件で露光を行うことができず高解像度を得られないという問題がある。
【００１２】
従来の技術においては、通常の円形状の有効光源から輪帯状の有効光源への変換機能、又は、四重極有効光源への切り換え機構の開示はされている。しかしながら、今後のパターンの微細化に対応するためには、同じタイプの有効光源であってもそれを変化させて解像性能を高めることが必要である。
【００１３】
そこで、本発明は、マスク上のパターン形状にあわせて、最適な有効光源領域（照明光束の形状）が得られると共に、それぞれの部分有効光源を相対的に変位させることができる照明光学系、露光方法及び装置を提供することを例示的目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束により、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する照明光学系において、前記所望のパターンが解像され、且つ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、前記光束を分割し、前記マスクに対して実質的にフーリエ変換の関係となる所定面に光軸を中心とした四重極状の光量分布を形成する照明光生成手段を有し、前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方が可変であることを特徴とする。前記照明光生成手段は、プリズムを有することを特徴とする。前記プリズムは、入射面側が凹面、出射面側が凸面の四角錐面を有することを特徴とする。前記照明光生成手段は、回折光学素子を有することを特徴とする。前記照明光生成手段は、複数の光学素子と、該複数の光学素子を光路中に着脱可能とすることで前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする切り替え手段と、を有することを特徴とする。前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする照明光変位手段を更に有し、該照明光変位手段は、倍率もしくは焦点距離を可変とするの複数のレンズを有することを特徴とする。前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする照明光変位手段を更に有し、該照明光生成手段は、第１、第２の光学部材と、該第１、第２の光学部材を前記光軸方向に相対移動することで前記四重極状の光量分布の夫々の部分の大きさ又は前記光軸と前記四重極状の光量分布の夫々の部分との距離のうち少なくとも一方を可変とする駆動手段と、を有することを特徴とする。前記第１、第２の透過部材は、プリズムであることを特徴とする。前記四重極状の光量分布の夫々の部分の形状が可変であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の別の側面としての露光装置は、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する上述の照明光学系と、前記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。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光束により、所望のパターンと当該所望のパターンよりも寸法の小さな補助パターンとを有するマスクを照明する照明光学系と、該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し、前記照明光学系は、前記所望のパターンが解像され、且つ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、前記光束を分割し、前記マスクに対して実質的にフーリエ変換の関係となる所定面に光軸を中心とした四重極状の光量分布を形成する照明光生成手段を含み、前記四重極状の光量分布の対向する２つの部分の重心間の距離は、前記投影光学系の瞳の径を１とした場合に０．３２乃至０．９０の範囲で可変であることを特徴とする。
【００１７】
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ことを特徴とする。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。
【００１８】
【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一態様である露光装置について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置１００は、図１によく示されるように、照明装置２００と、マスク３００と、投影光学系４００と、プレート５００とを有する。
【００２０】
露光装置１００は、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でマスク３００に形成された回路パターンをプレート５００に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハ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方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハ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方法である。
【００２１】
照明装置２００は、転写用の回路パターンが形成されたマスク３００を照明し、光源部２１０と照明光学系２２０とを有する。
【００２２】
光源部２１０は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、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１５３ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、そのレーザーの個数も限定されない。また、レーザープラズマ光源を用いて、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用することもできる。また、光源部２１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプなどのランプも使用可能である。
【００２３】
照明光学系２２０は、光源部２１０から射出した光束を用いて所望のパターンを有する被照射面（例えば、マスク３００）を照明する光学系であり、本実施形態では、光束整形光学系２２１と、集光光学系２２２と、オプティカルパイプ（光束混合手段）２２３と、ハエの目レンズ２２４と、絞り部材２２５と、照射レンズ２２６と、視野絞り２２７と、結像レンズ２２８ａ及び２２８ｂと偏向ミラー２２９と、照明光生成手段２４０と、照明光変位手段２５０とを有する。
【００２４】
光源部２１０から発せられた照明光束は、光束整形光学系２２１により所望の光束形状に変換され、集光光学系２２２にて、オプティカルパイプ２２３の入射面２２３ａ近傍に集光されている。集光光学系２２２は、後段の照明光変位手段２５０が変倍しても、ハエの目レンズ２２４へ入射する光束の角度を適正にするために、射出角度の異なる集光光学系２２２ａと交換可能な構成となっている。
【００２５】
なお、オプティカルパイプ２２３がガラス棒で構成されている場合には、ガラス棒の耐久性を高めるために、集光光学系２２２（又は２２２ａ）による集光点Ｐは、オプティカルパイプ２２３の入射面２２３ａより光源部２１０側にデフォーカスされている。
【００２６】
オプティカルパイプ２２３から射出した照明光束は、照明光生成手段２４０及び照明光変位手段２５０を通過してハエの目レンズ（多光束発生手段）２２４に入射する。本実施形態では、かかるハエの目レンズ２２４の射出面２２４ｂ近傍に形成される光量（光強度）分布と後述の絞り部材２２５の開口形状が有効光源分布を決定し、露光装置１００の結像性能に大きく寄与する。
【００２７】
ハエの目レンズ２２４の射出面２２４ｂ近傍は２次光源（有効光源）となっており、そこには不要光を遮光して所望の有効光源を形成するため、絞り部材２２５が配置されている。絞り部材２２５は、図示しない絞り部材駆動機構により、開口の大きさ及び形状が可変となっている。
【００２８】
照射レンズ２２６は、ハエの目レンズ２２４の射出面２２４ｂ近傍で形成された２次光源を、視野絞り２２７上に重畳照明している。視野絞り２２７は、複数の可動な遮光板から成り、任意の開口形状が形成されるようにして、被照射面であるマスク３００面上の照明領域を規定している。
【００２９】
２２８ａ及び２２８ｂから構成される結像レンズは、偏向ミラー２２９を介して視野絞り２２７の開口形状を被照射面であるマスク３００上に結像している。
【００３０】
ここで、照明光生成手段２４０及び照明光変位手段２５０について詳細に説明する。
【００３１】
照明光生成手段２４０は、照明条件（四重極照明、輪帯照明など）に応じて、オプティカルパイプ２２３からの光束を四重極状や輪帯状に変換するための透過部材である変形照明形成素子２４２を含んでいる。図２に示すように、従来からよく知られている光軸を中心とした四重極状の発光部Ａを有する有効光源分布（即ち、光量分布）を形成させる場合、変形照明形成素子２４２は、図３に示すような、入射側（即ち、入射面）に凹四角錐面（もしくは、平面）２４２ａを設け、射出側（即ち、射出面）に凸四角錐面２４２ｂを設けたプリズム２４２とする。このとき、入射面と射出面における四角錐の稜線２４２ｃ及び２４２ｄと光軸とが成す角θ１及びθ２は等しくてもよいし、照明効率を向上もしくは四重極状に発光する領域（図２の発光部Ａ）を変化させるために、入射側の角度θ１と射出側の角度θ２を異ならせてもよい。ここで、図２は、四重極形状の有効光源分布を示す概略図、図３は、図２に示す有効光源分布を形成するためのプリズム２４２を示す概略図である。
【００３２】
本実施形態では、照明光生成手段２４０は、光軸を中心とした四重極状の有効光源分布を形成する。しかし、照明光生成手段２４０が形成する有効光源分布は、四重極状に限るものではなく、例えば、プリズム２４２の頂点を所定量だけ平らにすることで四重極状の有効光源に加えて真中にも有効光源をもつ五重極有効光源分布を形成することも可能であり、円錐状のプリズムを用いて輪帯状の有効光源分布を形成することもできる。
【００３３】
図２においては、紙面に対して斜め方向に分割された四重極状分布の例を示したが、プリズム２４２を光軸に対して任意の回転位置に変更可能とし、例えば紙面上下左右方向に分割した四重極分布を形成させることも可能である。
【００３４】
また、プリズム２４２の近傍に適当な絞り部材を配置し、４重極状分布の各々を略円形状に形成させてもよい。
【００３５】
また、照明光生成手段２４０を、図４及び図５に示すような、一対のプリズム２４４（凸形状４面体を有するプリズム２４４ａと凹形状４面体を有するプリズム２４４ｂ）で構成し、プリズム２４４ａ及び２４４ｂを光軸方向に相対移動可能な駆動手段２４５を設ければ、より多用な有効光源分布の形成が可能となる。図４及び図５は、図２に示す有効光源分布を形成するための一対のプリズム２４４を示す概略図であって、図４は、一対のプリズム２４４の間隔Ｌが小さい場合、図５は、一対のプリズム２４４の間隔Ｌが大きい場合を示している。
【００３６】
図４を参照するに、一対のプリズム２４４の間隔Ｌが小さいとき、図６で示すように、四重極状の発光部Ａの長さＡ１が大きく、無発光部Ｂの幅Ｂ１が小さい四重極有効光源分布が形成される。図６は、図４に示す一対のプリズム２４４のプリズム間隔Ｌと形成される有効光源形状の関係を示す概略図である。
【００３７】
一方、図５を参照するに、一対のプリズム２４４の間隔Ｌが大きいときは、図７で示すように、発光部Ａの長さＡ１が小さく、無発光部Ｂの幅Ｂ１が大きい四重極有効光源分布が形成される。図７は、図５に示す一対のプリズム２４４のプリズム間隔Ｌと形成される有効光源形状の関係を示す概略図である。
【００３８】
従って、マスク３００上のパターンに応じて、それに有効な発光部Ａと無発光部Ｂの相対比（光量比もしくは大きさ）を調整することが可能となる。
【００３９】
更に、後段の照明光変位手段２５０と組み合わせれば、発光部Ａと無発光部Ｂの相対比を維持したまま、有効光源分布の大きさ（σ値）を調整することが可能となる。
【００４０】
つまり、上記の組み合わせにより四重極分布の大きさと位置（光軸からの距離）を任意に変更することができる。
【００４１】
図４及び図５では、光源部２１０側のプリズム２４４ｂの入射側を凹形状４面体、射出側を平面とし、マスク３００側のプリズム２４４ａの入射面を平面、射出側を凸形状４面体としたが、光源部２１０側のプリズム２４４ｂの入射面を平面、射出側を凹形状４面体とし、マスク３００側のプリズム２４４ａの入射面を凸形状４面体、射出側を平面とすることももちろん可能である。但し、異なる形状を一対のプリズムとして接近させる場合は、図４及び図５に示す構成の方が好ましい。
【００４２】
また、照明光生成手段２４０は、図８に示すように、複数の変形照明形成素子２４２を切り替える切り替え手段２６０を有するように構成してもよい。図８は、切り替え手段２６０を有する照明光学系２２０の要部拡大構成図である。
【００４３】
切り替え手段２６０は、図９に示すように、ターレット状になっていて、その回転中心をＴＴ´とし、その周囲に複数の変形照明形成素子２４２を配置している。複数の変形照明形成素子２４２は、上述したプリズム２４２又は後述する回折光学素子２４６でもよく、さらには、図示しないズーミング手段により有効光源の一部を変位可能とするものであってもよい。また、それぞれの素子は、ズーミング手段をもたず有効光源分布を固定ではあるが、それらを互いに切り替えることにより、ターレット全体として部分ズーミング機能をもたせることもできる。
【００４４】
照明光変位手段２５０は、オプティカルパイプ２２３の射出面２２３ｂからの光束をハエの目レンズ２２４の入射面２２４ａに集光し、照明光生成手段２４０が形成した有効光源分布（光量分布）の大きさを変位させる。照明光変位手段２５０は、図１０に示すように、例えば、複数のズームレンズ２５２より構成され、照明光生成手段２４０が形成した有効光源分布を所定の倍率でハエの目レンズ２２４の入射面２２４ａに結像させており、双方が互いに略共役関係となっている。ここで、図１０は、図１に示す照明光学系２２０の要部拡大構成図である。照明光変位手段２５０は、照明光生成手段２４０が形成した図２に示す四重極状に発光する領域（発光部Ａ）の大きさを変更する。従って、照明光変位手段２５０を構成するズームレンズ２５２を適当に選択することにより、マスク３００上に形成されたパターンに応じて、有効光源分布の大きさ（即ち、発光部Ａの大きさ）を最適にすることができる。また、照明光生成手段２５０を変倍可能のズームレンズ、例えば、図示しない駆動機構によりズームレンズ２５２を光軸に沿って移動可能に構成することで、複数のズームレンズ２５２の間隔を変更し、ハエの目レンズ２２４へ入射する光束領域を調整することができ、複数の照明条件を形成させることができる。なお、照明光変位手段２５０は、四重極状の有効光源分布全体を変位させるのではなく、照明光生成手段２４０が分割した光束それぞれ、即ち、四重極状の有効光源の一つの部分を変位させるように構成してもよい。
【００４５】
また、照明光変位手段２５０は、照明光生成手段が形成する有効光源分布（光量分布）と光軸との距離を変位させることもできる。本実施形態においては、図２に示す四重極状に発光する領域（発光部Ａ）と光軸との距離が変位可能となる。
【００４６】
従って、照明光生成手段２４０及び照明光変位手段２５０によって、マスク３００上に形成されたパターンに応じて、最適な有効光源分布の大きさ、有効光源分布と光軸との距離及び有効光源分布の形状を最適に調整することができ、本実施形態においては、図２に示す四重極状の発光部Ａ（それに従う無発光部Ｂ）を任意に設定することが可能となる。
【００４７】
以上の実施形態では、オプティカルパイプ２２３とハエの目レンズ２２４との間に照明光生成手段２４０を配置していたが、オプティカルパイプ２２３に換えてさらに第２のハエの目レンズ３２４を使用してもよく、その場合には、第２のハエの目レンズ３２４とハエの目レンズ２２４との間に照明光生成手段２４０を配置すればよい。
【００４８】
図１１は、第２のハエの目レンズ３２４を使用した例である。オプティカルパイプ２２３を使用した例の場合、間にある光学系２５０は倍率可変の結像レンズであったが、本例において２つのハエの目レンズの間にある光学系は、第２のハエの目レンズ３２４後ろ側に形成される複数の光源像からの光束がハエの目レンズ２２４の入射面を所謂ケーラー照明する光学系となっている。また、ハエの目レンズ２２４入射面における分布の大きさを変えるために焦点距離可変のズームレンズとなっている。
【００４９】
本例では、プリズム等から構成される照明光形成手段２４０は、ハエの目レンズ２２４の入射面近傍、もしくは光学的にその共役位置近傍に配置される。
【００５０】
また、照明光生成手段２４０を、回折光学素子２４６で構成すれば、多様な有効光源形状の形成が可能となる。回折光学素子２４６は、垂直に入射した光束を所望の方向に回折させる機能を有する。
【００５１】
回折光学素子２４６は、例えば、ＢＯ（Ｂａｉｎａｒｙ　Ｏｐｔｉｃｓ）やＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　Ｈｏｌｏｇｒａｍ）の技術を用いて作製される。従って、回折光学素子としての機能を有するための微細加工（即ち、位相分布の形成）が許す範囲内であれば、マスク３００上に形成されたパターンに応じて、いかなる有効光源形状も容易に作成することができる。
【００５２】
図１２は、回折光学素子２４６を使用した場合の光学系の例である。回折光学素子は、ハエの目レンズ２２４入射面に対して光学的にフーリエ変換の関係の位置近傍（図１２において、第２のハエの目レンズ３２４の後ろ側焦点位置近傍）に配置される。ただし、厳密には回折光学素子の耐久性や回折効果の点から第２のハエの目レンズ３２４の後ろ側焦点位置からは所定量（数ｍｍから数十ｍｍ）離れた位置に配置するのが望ましい。切り替え手段２６０により複数の回折光学素子から一つを選択し、光路中に配置することにより、所望の形状の光量分布をハエの目２２４入射面に形成することが可能である。もちろん、回折光学素子を光路から待避させ照明を行うことも可能である。
【００５３】
回折光学素子を使用する場合の第２のハエの目レンズ３２４を構成する個々のレンズは、図１３（ａ）の３２４（ａ）に示すような薄い単レンズではなく、前側（入射側）焦点面がその入射面にほぼ一致するような光学系であることが望ましい。例えば、図１３（ｂ）に示すように２つの構成要素からなるハエの目レンズ３２４（ｂ）のような形態が望ましい。もちろん、上記要件を満たせば厚い単レンズでもかまわないし、シリンドリカルレンズを複数組み合わせて構成してもよい（例えば、特公平４−７８００２号公報に記載されている２組のシリンドリカルレンズ集合体のように構成する）。このような構成にすることにより、第２のハエの目レンズ３２４に入射する光線の角度が変化しても、回折光学素子２４６に入射する光線の角度は不変となり、従ってハエの目レンズ２２４入射面における分布も変化することはない。
【００５４】
上記のように回折光学素子を使用した光学系の場合ハエの目レンズ２２４入射面における光分布は、第２のハエの目レンズ３２４の射出角度分布、回折光学素子の回折パターンによりその形状が決定され、ズームレンズ３５０の焦点距離によってその大きさが決定される。
【００５５】
例えば、第２のハエの目レンズがシリンドリカルレンズを複数組み合わせたもので構成されている場合、その射出角分布は矩形状になる。したがって、回折光学素子の持っている本来の回折パターン（垂直光を入射した時の回折パターン）に対して矩形状の角度分布分ぼけた形状の分布がハエの目レンズ２２４の入射面に形成される。従って、回折光学素子の回折パターンは、その入射角度分布を考慮した上でハエの目レンズ２２４の入射面での光分布が所望の形状になるようなパターンにする必要がある。もちろん、ハエの目レンズ２２４入射面の光量分布を変更するために第２のハエの目レンズを別の射出角分布を持つものに切り替えてもよい。
【００５６】
なお、この発光部Ａと無発光部Ｂを有する有効光源分布を形成する照明光学系２２０により、所望のパターンと補助パターンを有する所定のマスクを照明すると、コンタクトホール列や縦横の繰り返し配線パターンの解像限界を高め、焦点深度を増加することができる。以下、その詳細について述べる。
【００５７】
図１のマスク３００として、図１４に示すマスク３００ａのような所望のコンタクトホールパターンが所定の周期で配置され、その周辺に補助パターン（ダミーパターン）が配置されたものを使う。ここで、図１４は所望のコンタクトホールパターン及び補助パターンを形成したバイナリマスクの概略図である。図１４のマスクは、透光部である所望のコンタクトホールパターン３１及び補助パターン３２と、遮光部３３とから構成されている。コンタクトホールパターン３１及び補助パターン３２は、ホール径をＰとすると縦横方向にピッチＰ０＝２Ｐで整列して、コンタクトホール列を２次元的に形成する。
【００５８】
このマスク３００ａに対して、コンタクトホールを解像するための十字斜入射照明（以下強調照明部と呼ぶ）と、その十字斜入射照明によって生じる偽解像を抑制する（即ち、偽解像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明（以下抑制照明部と呼ぶ）を行うことで、所望のコンタクトホールパターンをプレート５００に解像力良く露光することができる。以下、その詳細について述べる。
【００５９】
コンタクトホールのピッチが小さいと図１４のマスク３００ａを用いて小σ照明をした場合には、投影光学系４００の瞳面における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図１５（ａ）に示すように、０次回折光１０が生じ、他の回折次数の回折光は瞳面上において、回折光１１乃至１８のようになる。よって、０次以外の回折光は投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図１５（ａ）は、図１４に示すマスク３００ａに小σ照明したときの投影光学系４００の瞳面上の回折光の位置を示した模式図である。
【００６０】
そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図１５（ａ）に示す投影光学系４００の瞳面の中に入るようにするには、図１５（ｂ）に示すように０次光１０を移動（斜入射照明）すればよい。このような斜入射照明を行うことにより０次回折光１０と回折光の一つ１５が投影光学系４００の瞳の両端に入射することになり、その２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート５００に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。
【００６１】
図１６は、ある微細なピッチのマスクパターンにたいして、斜入射照明時の０次光と１次光の関係を示したものである、領域ａの０次光に対して、±１次光がｂ、ｃのように発生する。本図において、領域ａの形状は、０次光（照明光）の０次光以外の回折光の１つが瞳内に入る形状である。投影光学系の瞳の左右に書かれた円は、投影光学系の瞳径と同じ直径を持ち、かつ所定量（図１３の１０と１５の間隔）だけ中心が瞳径中心から離れた位置としている。言い換えれば、領域ａ内にすべての０次光がある斜入射照明の場合、その０次光以外の回折光の１つが瞳内に入ることになり、両者の干渉によりプレート５００に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。
【００６２】
同様に、図１６の領域ｂを０次光とする斜入射照明の場合も、その０次光以外の回折光の１つが瞳内に入る（領域ａ）ことになる。
【００６３】
このような２つの円の合致領域である流線型の有効光源領域（０次光領域）を図１７に示すように４つ組み合わせることにより、プレート５００には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。つまり、図１７に示した４つの斜線部分が前述の強調照明部となり、それ以外の部分（投影光学系瞳径内のうちの斜線部以外の部分）が抑制照明部となる。
【００６４】
マスクパターンのピッチ（Ｐ０）に対する強調照明部の位置は、対向する２つの強調照明部の位置関係が、図１５に示す外側の間隔（σ換算＝投影光学系の瞳の径を１としたときの値）をＬｂ、内側の間隔をＬａ、投影光学系のＮＡをＮＡ０、露光する波長をλとすると、以下の数式３で表される。
【００６５】
【数３】
2004071776.tif 000005
【００６６】
ただし、０次光以外には、１つのみの回折光が入るという条件を考えるとＬａは、　０＜Ｌａ＜１　の範囲に限定された条件の必要がある。
【００６７】
最初に述べたように、投影光学系の解像度Ｒ（＝パターンのピッチＰ０の１／２）は、　Ｒ＝Ｋ１×λ／ＮＡで表される。解像力Ｒの原理的限界は、０次光と１次光の中心がそれぞれ投影光学系瞳面の外周に対向している場合であり、Ｋ１＝０．２５相当のパターン幅である。Ｋ１＝０．３８程度以上相当のパターン幅の場合、例えば輪帯照明等を用いれば比較的容易に解像し、本発明のような補助パターン＋斜入射照明を行う必要がない。本発明ではＫ１＝０．３８程度以下のパターン幅の解像を目的としている。ＮＡ０．８０、露光光ＫｒＦレーザー（２４８ｎｍ）の場合、上記Ｋ１は１２０ｎｍ程度以下のパターン幅に相当する。
【００６８】
Ｋ１＝Ｒ×ＮＡ０／λ＝Ｐ０×ＮＡ０／２λ、つまりλ／（Ｐ０×ＮＡ０）＝１／２Ｋ１　、より数式３に代入すると、Ｋ１＝０．３８程度以下のパターン幅に対応するＬａは０．３２以上となる。
【００６９】
図１４に示すマスク３００ａでは、所望のコンタクトホールパターンのホール径の大きさが、補助パターンより大きくしてあるので、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンがプレート５００に形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明（強調照明部のみの照明）をしただけでは、プレート５００には、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう（ここで、図１８は右側の開口絞りの開口形状に対応したプレート５００での解像パターンのシミュレーションを示した図である）。
【００７０】
つまり、露光量で考えると、図１９に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ１の間に偽解像パターンＰ２が生じてしまっているのである（ここで、図１９は十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するプレート５００での像を示した図である）。
【００７１】
そこで、強調照明部のみではなく、少なくとも１つの回折光のみ瞳面に入射する有効光源分布（強調照明部以外の照明部＝抑制照明部）を加える。この場合は一つの回折光としては０次光とするのが斜入射角を小さくできるので都合が良い。
【００７２】
このように、照明系は、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（強調照明部内の照明：図２０（ａ）塗りつぶし領域Ａ参照）と、１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（抑制照明部内の照明：図２０（ｂ）塗りつぶし領域Ｂ参照）を足し合わせた、図２０（ｃ）塗りつぶし領域Ｃのような四重極の各領域が強調照明部と抑制照明部をまたがっている有効光源を持つ変形照明を行うことができる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート５００面上では、図１８（ｃ）に示すように偽解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理解される。
【００７３】
つまり、プレート５００での露光量は図１９に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）において、マスクの所望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、偽解像パターンが消失した所望パターンＰ３のみを得ることができるのである。
【００７４】
以上より、図１４のマスク３００ａに対して、図２０（ｃ）ような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、コンタクトホールパターンの解像力が良くなることがわかる。
【００７５】
強調照明部の対向する２つの分布の間隔（Ｌａ）は投影光学系の瞳径に対して０．３２以上の比率が必要であることは前に述べた。また、上記有効光源により所望のパターンを解像するには、抑制照明部の光量よりも強調照明の光量が大きいことが望ましい。従って、対向する２つの分布それぞれの重心位置間の距離は瞳径に対して０．３２以上の比率であることが望ましい。また、前記重心位置間の距離が瞳径に対して大きくなりすぎると、照明光（０次光）そのものが瞳径以上になってしまい、照度の低下や解像不良等を引き起こしてしまう。従って、前記重心位置間の距離の瞳径に対する大きさは最大でも０．９０程度であることが望ましい。つまり前記重心位置間の距離の瞳径に対する大きさは０．３２から０．９０程度まで可変であることが望ましい。
【００７６】
強調照明部の範囲は、パターンのピッチによって変わる。また、補助パターンの大きさにより、最適な強調照明光量／抑制照明光量比も変わってしまう。
【００７７】
本発明においては、パターンのピッチの変更や補助パターンの大きさの変更に応じて、上記重心位置間の距離や各四重極状分布の大きさを変更し、最適な照明ができるようにしている。
【００７８】
再び、図１に戻って、マスク３００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３００から発せられた回折光は投影光学系４００を通りプレート５００上に投影される。マスク３００とプレート５００とは共役の関係に配置される。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク３００とプレート５００を走査することによりマスクパターンをプレート５００上に縮小投影する。
【００７９】
投影光学系４００は、物体面（例えば、マスク３００）からの光束を像面（例えば、プレート５００などの被処理体）に結像する。投影光学系４００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。色収差の補正の必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なる材料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。
【００８０】
プレート５００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板、球状半導体その他の被処理体（被露光体）を広く含む。プレート５００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。
【００８１】
プレート５００は、図示しないプレートステージに支持される。プレートステージは、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、プレートステージはリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート５００を移動することができる。マスク３００とプレート５００は、例えば、同期走査され、図示しないプレートステージ及びマスクステージの位置は、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。プレートステージは、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４００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。
【００８２】
露光において、光源部２１０から発せられた光束は、照明光学系２２０によりマスク３００を照明する。マスク３００を通過してマスクパターンを反映する光は投影光学系４００によりプレート５００に結像される。
【００８３】
露光装置１００が使用する照明光学系２００は、マスク３００に形成された所望のパターンに応じて最適な照明条件でマスク３００を照明することができるので、高い解像度とスループットで経済性よくデバイス（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。
【００８４】
次に、図２１及び図２２を参照して、上述の露光装置１００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リソグラフィー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。
【００８５】
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１００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。本実施形態のデバイス製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００８６】
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その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の照明光学系によれば、マスク上のパターン形状にあわせて、最適な有効光源領域（照明光束の形状）が得られると共に、それぞれの有効光源を相対的に変位させることができ、高い解像力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】四重極状の有効光源分布を示す概略図である。
【図３】図２に示す有効光源分布を形成するためのプリズムを示す概略図である。
【図４】図２に示す有効光源分布を形成するための一対のプリズムを示す概略図である。
【図５】図２に示す有効光源分布を形成するための一対のプリズムを示す概略図である。
【図６】図４に示す一対のプリズムのプリズム間隔と形成される有効光源形状の関係を示す概略図である。
【図７】図５に示す一対のプリズムのプリズム間隔と形成される有効光源形状の関係を示す概略図である。
【図８】複数の変形照明形成素子を切り替える切り替え手段を有する照明光学系の要部拡大図である。
【図９】切り替え手段と変形照明形成素子を有する照明光生成手段の一例を示す平面図である。
【図１０】図１に示す照明光学系の要部拡大構成図である。
【図１１】照明光学系として第２のハエの目を使用した場合の配置例を示した図である。
【図１２】回折光学素子を使用した時の配置例を示した図である。
【図１３】第２のハエの目と回折光学素子の配置を示した図である。
【図１４】バイナリマスクの概略を示す図である。
【図１５】図１４に示すバイナリマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図１６】ある微細なピッチのパターンにたいして、斜入射照明時の０次光と１次光の関係を示した図である。
【図１７】２つの円の合致領域である流線型の有効光源領域（０次光領域）を４つ組み合わせた図である。
【図１８】パターン面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【図１９】変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン上での像を示した図である。
【図２０】有効光源分布を説明するための模式図である。
【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】
１００　　　　　　露光装置
２００　　　　　　照明装置
２１０　　　　　　光源部
２２０　　　　　　照明光学系
２４０　　　　　　照明光生成手段
２４２　　　　　　変形照明形成素子
２５０　　　　　　照明光変位手段
３００　　　　　　マスク
４００　　　　　　投影光学系
５００　　　　　　プレート
【図１】
2004071776.tif 000006
【図２】
2004071776.tif 000007
【図３】
2004071776.tif 000008
【図４】
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【図５】
2004071776.tif 000010
【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】
2004071776.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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