(57)【要約】【課題】複数の単位マスクパターンのそれぞれに段階的な階調をもたせるようにしたマスクによって光学素子を作製するに際し、これらの個々の単位マスクパターンにおけるそれぞれの階調に起因する誤差が重ね合わされることによって生じる弊害を、極力抑制することを可能とするマスク、該マスクを用いた光学素子の作製方法、光学素子、光学系、露光装置、デバイス製造方法を提供する。【解決手段】複数の単位マスクパターンのそれぞれに段階的な階調をもたせ、これらのマスクパターンをレジストに転写して光学素子を作製する際に用いるマスクであって、前記段階的な階調における均一な階調領域の幅５および／または該均一な階調領域間の境界６の位置が、前記複数の単位マスクパターンのそれぞれにおいて異なるように構成する。【選択図】            図１
2005062362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズのそれぞれに対応する単位マスクパターンに段階的な階調をもたせ、これらのマスクパターンをレジストに転写して光学素子を作製する際に用いるマスクであって、
前記段階的な階調における均一な階調領域の幅および／または該均一な階調領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とするマスク。
【請求項２】
前記段階的な階調を、透過率の変化によって出すようにしたマスクであって、  前記透過率が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１に記載のマスク。
【請求項３】
前記段階的な階調を、解像不可能なピッチで開口部と遮光部を配置して出すようにしたマスクであって、
前記開口部と遮光部の面積比が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１に記載のマスク。
【請求項４】
前記段階的な階調を、遮光材の厚さまたは酸化金属濃度による透過率の変化によって出すようにしたマスクであって、
前記透過率が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１に記載のマスク。
【請求項５】
前記透過率が均一な領域の幅が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項６】
前記領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項７】
前記透過率が均一な領域の幅および前記領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項８】
前記マスクが、複数のレンズがアレイ状に配列されたレンズパターンを有するマスクであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項９】
マスクのパターンをレジストに転写して光学素子を作製する光学素子の作製方法において、前記マスクに請求項１〜８のいずれか１項に記載のマスクを用いることを特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学素子の作製方法を用い、前記領域間の幅および／または領域間の境界の位置が異なる単位マスクパターンに対応して、それにより作製されるレンズ形状のうねりの位相および／または周期が異なる複数のレンズを有することを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
該光学素子が、複数のレンズをアレイ状に形成したレンズアレイであることを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記複数のレンズは、円弧または多角形のいずれかの形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記レンズアレイは、前記レンズ形状のうねりの位相および／または周期が異なるレンズを、二つ以上有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学系を介して被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の露光装置を用いて被処理体を露光する工程と、該露光装置により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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスク、該マスクを用いた光学素子の作製方法、光学素子、光学系、露光装置、デバイス製造方法に関し、例えば、半導体露光装置などの照明系等に好適に用いることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトリソグラフィを用いたマイクロレンズアレイの作製方法の一つとして、例えば、特許文献１に示されているような、面積階調マスクを用いた作製方法が提案されている。ここでの面積階調マスクは、同心円状または同心多角形のマスクパターンを有し、該マスクパターンの放射線方向に沿う方向のピッチが解像限界以下とされている。
上記特許文献１には、このようなマスクを用いて、レジストパターンを形成した後、これをエッチングして基板に転写し、マイクロレンズを作製する方法が開示されている。これによると、上記面積階調マスクの階調は離散的であるため、これによって作製されたレジストパターンは、この階調にしたがって解像限界以下のマスクにおいてもその影響を受け、波型のうねりを生ずることとなる。
上記特許文献１においては、これを回避するために、上記レジストパターンをレジスト材料の軟化温度以上に加熱し、このレジストパターンの表面形状滑をらかに（平坦化）することが開示されており、また、同じ目的でフォーカスをマスクとレジストの間に合わせるようにすることについても開示されている。
【特許文献１】特許第３１１７８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法のように、レジストを軟化温度以上に加熱する方法、あるいはフォーカスをずらす方法では、レンズの継ぎ目などの鋭角部分や段差部分のような特異点の形状を、悪化させることになる。
また、上記のように加熱したり、デフォーカスしても、階調に起因するうねりを取りきることは不可能である。特に、鋭角部や段差部の形状劣化を抑えようと加熱温度を下げたり、デフォーカス量を小さくした場合には、階調に起因する誤差が大きくなってしまう。
【０００４】
例えば、図１に示すようなマスクパターンによりマイクロレンズアレイを作製する場合、面積変調マスクでは図の矢線１にそった部分のマスクの開口率は図２のようになる。また設計上、レジスト形状は図３のように階段状になる。実際にはフォトリソプロセス中にたとえば現像の等方性など複合した要因により、正確な階段形状とはならず、より滑らかな形状となり、ある程度レンズとしての機能をはたすが、結局は、図４のように、もともとの階段型の階調変化に起因するうねりが残存することになる。また、この図４に示されているようにテーパー部２にもうねりが少し生じる。
【０００５】
また、上記のようにレジストパターンをレジスト材料の軟化温度以上に加熱し、このレジストパターンの表面形状を滑らかにした場合、図５のようにテーパー部３が更に寝てしまい、素子の性能が劣化する。また、マスクの階調に起因するうねりも残存する。これらは、図６に示すようにデフォーカスの場合も同様である。
また、面積変調マスク以外の方法で、階調を段階的に出す方法としては、遮光膜の厚さを段階的に変えて階調を出す方法、あるいは銀塩を利用し階調を段階的に出す方法、等もあるが、これらによっても、結局は階調が段階的であるため、レンズ形状もこの階調に起因して、うねってしまうこととなる。
【０００６】
以上のようなうねりは、マイクロレンズアレイを形成する場合、全ての単マイクロレンズの同じ位置にうねりを生じさせるため、例えば、このようなマイクロレンズアレイをステッパーなどの照明系のハエの目レンズに応用した場合、それぞれのレンズの以上のようなうねりに基づく誤差による照度ムラが重ね合わされ、照明系における全体としての照度ムラが大きくなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、複数の単位マスクパターンのそれぞれに段階的な階調をもたせるようにしたマスクによって光学素子を作製するに際し、これらの個々の単位マスクパターンにおけるそれぞれの階調に起因する誤差が重ね合わされることによって生じる弊害を、極力抑制することを可能とするマスク、該マスクを用いた光学素子の作製方法、光学素子、光学系、露光装置、デバイス製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成したマスク、該マスクを用いた光学素子の作製方法、光学素子、光学系、露光装置、デバイス製造方法を提供するものである。
すなわち、本発明のマスクは、複数のレンズのそれぞれに対応する単位マスクパターンに段階的な階調をもたせ、これらのマスクパターンをレジストに転写して光学素子を作製する際に用いるマスクであって、前記段階的な階調における均一な階調領域の幅および／または該均一な階調領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なっていることを特徴としている。
本発明は、このように階調における均一な階調領域の幅および／または該均一な階調領域間の境界の位置が、前記複数の単位マスクパターンのそれぞれにおいて異なるように構成することで、これらの個々の単位マスクパターンにおけるそれぞれの階調に起因する誤差が分散され、例えば、このようなマスクを用いて形成したレンズアレイをステッパーなどの照明系のハエの目レンズに応用した場合、レンズ誤差による照度ムラが分散され、照射量の均一性を向上させることが可能となる。
【０００９】
このような本発明においては、さらに具体的には、つぎのような構成を採ることができる。
すなわち、本発明のマスクは、前記段階的な階調を、透過率の変化によって出すようにしたマスクであって、前記透過率が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なるように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記段階的な階調を、解像不可能なピッチで開口部と遮光部を配置して出すようにしたマスクであって、前記開口部と遮光部の面積比が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なるように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記段階的な階調を、遮光材の厚さまたは酸化金属濃度による透過率の変化によって出すようにしたマスクであって、前記透過率が均一な領域の幅および／または該領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンにおいて異なるように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記透過率が均一な領域の幅が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異るように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異るように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記透過率が均一な領域の幅および前記領域間の境界の位置が、前記それぞれの単位マスクパターンのうちの二つ以上の単位マスクパターンにおいて異るように構成することができる。
また、本発明のマスクは、前記マスクが、アレイ状に配列されたレンズパターンを有するマスクとすることができる。
また、本発明の学素子の作製方法は、マスクのパターンをレジストに転写して光学素子を作製する光学素子の作製方法において、上記したいずれかのマスクを用い、光学素子を作製することを特徴としている。
また、本発明の光学素子は、上記した光学素子の作製方法を用い、前記領域間の幅および／または領域間の境界の位置が異なる単位マスクパターンに対応して、それにより作製されるレンズ形状のうねりの位相および／または周期が異なる複数のレンズを有することを特徴としている。
また、本発明の光学素子は、該光学素子を、複数のレンズをアレイ状に形成したレンズアレイに構成することができる。その際、該複数のレンズは、円弧または多角形のいずれかの形状を有する構成とすることができる。
また、本発明のレンズアレイは、前記レンズ形状のうねりの位相および／または周期が異なるレンズを、二つ以上有する構成を採ることができる。
また、本発明の光学系は、上記した光学素子を有することを特徴としている。
また、本発明の露光装置は、上記した光学系を介して被処理体を露光することを特徴としている。
また、本発明のデバイス製造方法は、上記した露光装置を用いて被処理体を露光する工程と、該露光装置により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している。
【発明の効果】
【００１０】
レンズアレイの個々のレンズが異なる量子化幅、あるいは異なる量子化位置を持つようマスクを設計しておけば、照度ムラを低減可能である。
デフォーカスや加熱した場合においても、階調に起因するうねりが生ずるためこの方法は有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態における面積変調型マスクの作成手順と、この面積変調型マスクを用いたマイクロレンズの作製手順について説明する。
なお、ここでは、上記段階的な階調における均一な階調領域の幅（例えば図２の符号４で示される個所）を量子化幅、この均一な階調領域（例えば図１の符号５で示される個所）間の境界（例えば図１の符号６で示される個所）を量子化位置と定義し、以下にこれらについて詳細に説明する。
つぎに、本実施の形態における面積変調型を作成すめためのマスクマスクデータ作成の手順について説明する。
【００１２】
まず、つぎのようにして、その現像特性を求める。ドーズ量を変化させ、現像し、レジストの現像深さを求める。図７に、ノボラック系のレジストを２０μｍ塗布し、ベーク後にｉ線のステッパーを用いて露光した結果を示す。
【００１３】
つぎに、透過率を変えたマスクを用意する。例えば、開口率２５％、５０％、７５％、１００％とし、これを用いて照度２６０００Ｊ／ｍ2でｉ線のステッパーを用い露光する。このときの現像深さを測定し、さきほど求めた図７の現像カーブと同じ現像深さの点の照度をグラフより求める。
この照度をａ（Ｊ／ｍ2）とすれば、
ａ／２６０００
という値がその開口率での、光の実質的な透過率となる。
例えば、このときの条件では開口率２５％、５０％、７５％、１００％に対し、それぞれの現像深さは、４．９、９．８、１３．８、１６．６μｍとなった。この値から図７のグラフで照度ａを求めると、それぞれ１８２０、７０２０、１５６００、２６０００（Ｊ／ｍ2）である。
したがって、ａ／２６０００、すなわち、透過率はそれぞれ０．０７、０．２７、０．６、１．０となる。
図８に、このようにして求めた開口率と透過率の関係を示す。
【００１４】
以上データから、望みのレジスト高さに対してマスクの開口率を決めることができる。
面積変調マスクでは、図９に示すように遮光部（ハッチング部分）と透過部（白抜き部分）を露光装置の解像限界以下の寸法で作製する。遮光部と透過部の一単位の寸法７をピッチと呼び、透過部の寸法８をドットと呼ぶことにする。
一般に最小寸法もマスク描画機やマスクエッチング装置等の制限があるので、マスクのドットやピッチの大きさは連続的に変化できない。したがって階調は離散的になる。これらの観点を加味し量子化幅を適当に決める。
以上によりレンズ設計値から各位置でのピッチとドットを決定すればよい。
【００１５】
つぎに、図１０を用いてマイクロレンズの作製手順について説明する。
基板１１にはたとえば石英製、８インチφ、厚さ１ｍｍｔの基板を用いる。
つぎに、前記基板にノボラック系のポジレジスト１２をスピンコータ−により、厚さ２０μｍ塗布しプリベークを行う（図１０（ａ））。
つぎに、面積変調型マスク１３を用い、ｉ線の露光装置により露光する（図１０（ｂ））。このマスクは上記方法で設計した図９に示す面積変調型マスクを用いる。もちろん銀塩を用いた濃度変調型マスクや、遮光膜の厚さを変えた濃度変調型マスクを用いてもかまわない。また露光方法はコンタクト露光やプロキシミティー露光でもかまわない。
また必要により、ポストエクスポージャーベークを行う。これによりウネリが多少緩和される効果がある。
【００１６】
つぎに、アルカリ系の現像液により現像し、基板１１上に所望のレジストパターン１４を形成する（図１０（ｃ））。現像後必要によりポストベークを行う。つぎに、レジストと石英の選択比が１程度のエッチング条件でエッチングし、上記現像によって形成されたレジストパターンを基板１１に転写する（図１０（ｄ））。エッチングには反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチングなどを用いてもよい。ＲＩＥではたとえばＣＦ4に水素の添加量を調整するとレジストと石英の選択比が調整できる。
【実施例】
【００１７】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１においては、上記手順を用い、量子化幅（例えば図１の符号５で示される個所）を、１．２μｍ、１μｍ、０．８μｍと変えたマスクパターンによりレンズを作成した。これにより、各レンズの量子化誤差が同一になるのを防ぐことができる。図１１〜図１３に、これらのマスク設計例を模式的に示す。これらの３種類のそれぞれのレンズＡ、Ｂ、Ｃを、例えば、図１４に示すようにアレイ状にレンズを配列する。ここでは円弧状に切り取ったマイクロレンズの配置例を示している。
【００１８】
図１５にこのときの一つの円弧レンズにおける量子化幅と量子化位置の違いを示す模式図を示す。量子化位置を示す線は出来上がり形状での等高線に相当する。この他もちろん多角形（四角、六角など）のマイクロレンズアレイでもかまわない。またＡ、Ｂ、Ｃを全くのランダムに配置してもよい。
また、図１６あるいは図１７のハッチング部分をＡ、白抜き部分をＢとしてもよい。このようにすることで、形状誤差による照度ムラが分散され、照明系としての照射量均一性が向上する。
【００１９】
［実施例２］
本発明の実施例２においては、上記手順を用い、量子化幅は同じ１μｍとし、量子化位置が異なるマスクパターンによりレンズを作成した。
本実施例においては、例えば、図１８および図１９に示すように、量子化幅の半分だけ量子化位置をずらしたマスク設計により作成したマイクロレンズを用意する。これらのマイクロレンズのそれぞれをＤ、Ｅとする。
これをマイクロレンズアレイ内で分散して配置する。この分散のしかたはランダムでもよいし、例えば図１６または図１７のハッチング部分をＤ、白抜き部分をＥとしてもよい。
このようにすることで、形状誤差による照度ムラが分散され、このようなレンズアレイをステッパーなどの照明系のハエの目レンズに応用した場合、照明系としての照射量の均一性を向上させることができる。
【００２０】
［実施例３］
本発明の実施例３においては、量子化幅と、量子化位置の両方が異なるマイクロレンズ用データを用意し、これによるマスクパターンによってレンズを作成し、これらのレンズをマイクロレンズアレイ内で分散して配置した。この分散のしかたはランダムでもよい。
また、例えば、図２２のように規則的に配置してもよい。このときパターンＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇはそれぞれ図１８、図１９、図２０、図２１の量子化幅および量子化位置の与え方に対応したパターンである。
また、上記実施例に限らず、テーパー部の傾斜が緩くなることが許される場合は、上記した本発明の構成に、レジスト像形成後の加熱や、露光時のデフォーカス、あるいはポストエクスポージャーベーク、等を組み合わせて作製することも有効な方法である。
【００２１】
［実施例４］
図２３に、本発明の実施例４における露光装置５００の照明系のハエの目レンズ（ハエの目レンズ５１４ｃ、ハエの目レンズ５１４ｅ及びハエの目レンズ５１４ｉ）に、上記した各実施例で作成されたレンズアレイを応用した構成例を示す。図２３に示すように露光装置５００は、照明装置５１０と、マスク（レチクル）５２０と、投影光学系５３０と、基板５４０と、ステージ５４５とを有する。  この露光装置５００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５２０に形成されたパターンを基板５４０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、本実施例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」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）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、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップアンドリピート方式」は、ウェハ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。
【００２２】
照明装置５１０は、転写用のパターンが形成されたマスク５２０を照明し、光源部５１２と、照明光学系５１４とを有する。
光源部５１２は、本実施例では、光源としては、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーである。但し、光源の種類はＦ２レーザーに限定されず、エキシマレーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。
【００２３】
照明光学系５１４は、マスク５２０を照明する光学系であり、減光手段５１４ａと、ビーム揺動手段５１４ｂと、ハエの目レンズ５１４ｃと、コンデンサレンズ５１４ｄと、ハエの目レンズ５１４ｅと、コンデンサレンズ５１４ｆと、有効光源形成絞り５１４ｇと、ズームリレーレンズ５１４ｈと、ハエの目レンズ５１４ｉと、コンデンサレンズ５１４ｊと、マスキングブレード５１４ｋと、マスキング結像レンズ５１４ｌとを有する。
【００２４】
減光手段５１４ａは、被照射面上の照度を制御する。Ｆ２レーザー等のパルス光源を光源部５１２として使用する場合、レーザーのパルス間の出力ばらつきに起因する露光量ばらつきが発生する。そのため、露光を行うパルス数を所定のパルス数以上としてパルスばらつきをパルス平均することによって、露光量ばらつきを軽減する必要がある。そのため、減光手段５１４ａは、感光剤の感度が高い場合、光を減光して照度を下げて、所定のパルス数以上で露光できるようにする。
【００２５】
ビーム揺動手段５１４ｂは、光源部５１２からのビームを揺動し、スペックルの分布を揺動して露光中に時間平均する。ビームを揺動する方法としては、傾けた平行平板を回転させる方法、ミラーを揺動する方法、クサビプリズムを回転させる方法等がある。本実施形態においては、光源部５１２の光源が可干渉性を有するＦ２レーザーであるために、被照明面にスペックルが発生する。スペックルの発生は、被照明面での照度むらとなるために露光量ばらつきが起こり、マスク５２０から基板５４０に焼き付けた像の線幅が場所によって異なる（ＣＤ均一性が悪化する）という問題を生じるために、ビーム揺動手段５１４ｂを設けている。
【００２６】
ハエの目レンズ５１４ｃは、射出面に２次光源を形成し、コンデンサレンズ５１４ｄを介して、ハエの目レンズ５１４ｅの入射面をケーラー照明する。ハエの目レンズ５１４ｃは、ターレット上に複数配置されており、切り替えることによってハエの目レンズ５１４ｃからの射出ＮＡが変えられ、ハエの目レンズ５１４ｉの入射面での照射範囲が変えられるようになっている。これは、ズームリレーレンズ５１４ｈの倍率を変えた際に、ハエの目レンズ５１４ｉの射出面での光強度分布が集光しないようにするためである。
【００２７】
ハエの目レンズ５１４ｅは、射出面に３次光源を形成し、コンデンサレンズ５１４ｆを介して、有効光源形成絞り５１４ｇをケーラー照明する。ハエの目レンズ５１４ｃ乃至コンデンサレンズ５１４ｆの２段のハエの目レンズの構成によって、レーザービームのプロファイルが変化しても有効光源形成絞り５１４ｇでの光の分布が変化せず、常に均一な有効光源が形成できるようになっている。例えば、ハエの目レンズ５１４ｃ及びコンデンサレンズ５１４ｄの１段目のハエの目レンズの構成がないとすると、レーザーからの位置分布が変化した際に、ハエの目レンズ５１４ｅの入射面での光強度分布が変化するので、有効光源形成絞り５１４ｇでの光の角度分布が変化する。光の角度分布が変化すると、後述するハエの目レンズ５１４ｉの射出面での光強度分布がシフトするために、基板５４０上での角度分布が傾き、基板５４０がデフォーカスすると転写位置が変化するという軸上テレセン度となる。従って、ハエの目レンズ５１４ｃ乃至コンデンサレンズ５１４ｆの２段のハエの目レンズの構成としている。
【００２８】
有効光源形成絞り５１４ｇは、有効光源を規定する。有効光源とは、マスク５２０を照明する照明光源の形状のことである。有効光源の形状は、通常円形である。一方、ハエの目レンズ５１４ｅとしては、素子レンズの外形が四角形である四角ハエの目レンズや、素子レンズの外形が六角形である六角ハエの目レンズ、シリンドリカルレンズを素子レンズとして並べたシリンドリカルレンズアレイなどが用いられる。そのため、有効光源形成絞り５１４ｇの光源部５１２側で形成される分布は、四角ハエの目レンズ、シリンドリカルレンズアレイの場合は正方形となり、六角ハエの目レンズの場合は六角形となる。従って、有効光源の形状を円形とするために、円形の開口を有する有効光源形成絞り５１４ｇが必要となる。
【００２９】
ズームリレーレンズ５１４ｈは、有効光源形成絞り５１４ｇで形成された円形の光強度分布をハエの目レンズ５１４ｉの入射面に所定の倍率で投影する。マスク５２０を照明する照明光源の大きさはコヒーレンスファクターと呼ばれ、投影光学系５３０のパフォーマンスをあげるために転写するパターンに応じて可変にすることが望まれている。そこで、ズームリレーレンズ５１４ｈのリレー光学系の倍率を可変とすることによって、ハエの目レンズ５１４ｉの入射面での照射領域の大きさを変えられるようにしている。
【００３０】
ハエの目レンズ５１４ｉは、射出面に４次光源を形成し、コンデンサレンズ５１４ｊを介して、マスキングブレード５１４ｋ上を均一な照度分布で照明する。ハエの目レンズ５１４ｉとしては、投影光学系５３０の結像領域が円弧領域であるためにマスク５２０を円弧状に照明する必要があり、円弧ハエの目レンズが用いられる。露光装置５００は、スキャナーであるので、照明領域である円弧形状の幅を変えることによって垂直方向の露光量むらを補正することが可能であるので、例えば、円弧形状の幅が異なる複数のハエの目レンズ５１４ｉをターレット上に配置し、切り替えることによって円弧形状の幅を調整するように構成することが望ましい。
マスキングブレード５１４ｋは、露光領域を制御する。マスキングブレード５１４ｋは、所望の露光領域を得るために、走査露光にあわせて駆動される。
マスキング結像レンズ５１４ｌは、マスキングブレード５１４ｋの光強度分布をマスク５２０に投影する。
【００３１】
照明光学系５１４において、ハエの目レンズ５１４ｃ、ハエの目レンズ５１４ｅ及びハエの目レンズ５１４ｉは、本発明のマスクを用いて作成されたレンズアレイによって形成されており、前述したようにレンズ誤差による照度ムラが分散され、照射量の均一性を向上させる光学性能を有している。
【００３２】
マスク５２０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５２０は、例えば、Ｆドープ石英やフッ化カルシウム等の波長１５７ｎｍに対して透過率の高い材料からなる。マスク５２０から発せられた回折光は、投影光学系５３０を通り基板５４０上に投影される。マスク５２０と基板５４０は、光学的に共役の関係にある。本実施例の露光装置５００はスキャナーであるため、マスク５２０と基板５４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりマスク５２０のパターンを基板５４０上に転写する。
【００３３】
投影光学系５３０は、複数のレンズと少なくとも一枚の凹面ミラーとを有するカタディオプトリック光学系である。投影光学系５３０は、レンズとミラーによって色消しを行って、円弧状の結像領域において、良好な結像性能を達成している。基板５４０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。
ステージ５４５は、基板５４０を支持する。ステージ５４５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５４５は、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に基板５４０を移動することができる。ステージ５４５と図示しない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、両者は一定の速度で駆動される。
【００３４】
露光において、光源部５１２から発せられたＦ２レーザー光は、照明光学系５１４により、マスク５２０をケーラー照明する。マスク５２０を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系５３０により基板５４０に結像される。露光装置５００の照明光学系５１４が使用するハエの目レンズ５１４ｃ、５１４ｅ及び５１４ｉは、本発明のマスクを用いて作成されたレンズアレイによって形成されており、前述したようにレンズ誤差による照度ムラが分散され、照射量の均一性を向上させることができる。
【００３５】
次に、図２４及び図２５を参照して、露光装置５００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図２４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。
【００３６】
図２５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５００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。かかる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。このように、露光装置５００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の課題を説明するためのマスクバターンの平面図を表す模式図。
【図２】本発明の課題を説明するためのマスクの開口率の位置による変化を示す図。
【図３】本発明の課題を説明するためのレジスト形状の設計値を示す図。
【図４】本発明の課題を説明するための実際のレジスト形状を示す図。
【図５】本発明の課題を説明するための加熱後の実際のレジスト形状を示す図。
【図６】本発明の課題を説明するためのデフォーカスして露光した場合のレジスト形状を示す図。
【図７】本発明の実施の形態におけるマスクデータ作成の手順を説明するためのドーズと現像深さの関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施の形態を説明するための開口率と透過率を示す図。
【図９】本発明の実施の形態における面積変調マスクを説明するための図。
【図１０】本発明の実施の形態におけるマイクロレンズの作成手順を説明するための図。
【図１１】本発明の実施例１におけるマスクの設計例を示す図。
【図１２】本発明の実施例１におけるマスクの設計例を示す図。
【図１３】本発明の実施例１におけるマスクの設計例を示す図。
【図１４】本発明の実施例１における単位マイクロレンズの配置例を示す図。
【図１５】本発明の実施例１における円弧単位マイクロレンズの量子化位置の模式図。
【図１６】本発明の実施例１における単位マイクロレンズの配置例を示す図。
【図１７】本発明の実施例１における単位マイクロレンズの配置例を示す図。
【図１８】本発明の実施例２におけるマスクの設計例を示す図。
【図１９】本発明の実施例２におけるマスクの設計例を示す図。
【図２０】本発明の実施例３におけるマスクの設計例を示す図。
【図２１】本発明の実施例３におけるマスクの設計例を示す図。
【図２２】本発明の実施例３における単位マイクロレンズの配置例を示す図。
【図２３】本発明の実施例４における露光装置の照明系のハエの目レンズに、上記した各実施例で作成されたレンズアレイを応用した構成例を示す図。
【図２４】本発明の実施例４におけるデバイス（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。
【図２５】図２４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。
【符号の説明】
【００３８】
２：テーパー部
３：テーパー部
４：量子化幅を示す
５：透過率の均一な領域
６：量子化位置（隣接する透過率が均一な部分の境界）
７：ピッチ（開口部と遮光部の最小単位）
８：ドット（開口部の寸法）
１１：基板
１２：ポジレジスト
１３：面積変調型マスク
１４：レジストパターン
５００：露光装置
５１０：照明装置
５１４：照明光学系
５１４ｃ、５１４ｅ、５１４ｉ：ハエの目レンズ
５２０：マスク
５３０：投影光学系
５４０：基板
５４５：ステージ
【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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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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