(57)【要約】【課題】  所望のスループットで、露光光の主光線の平行性又は被露光体側のテレセン度を簡易に調節して、高品位な露光を提供する照明光学系及びそれを有する露光装置を提供する。【解決手段】  光源からの光で被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光を前記被照射面へ導く集光光学系を有し、当該集光光学系は第１及び第２の光学系を備え、当該第１又は第２の光学系は入射光束の径を変更するビームエキスパンダー光学系を構成し、当該ビームエキスパンダー光学系は光軸に沿って一体として移動可能に構成されていることを特徴とする。【選択図】          図１
2005114922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で被照射面を照明する照明光学系であって、
前記光源からの光を前記被照射面へ導く集光光学系を有し、
当該集光光学系は第１及び第２の光学系を備え、当該第１又は第２の光学系は入射光束の径を変更するビームエキスパンダー光学系を構成し、当該ビームエキスパンダー光学系は光軸に沿って一体として移動可能に構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記ビームエキスパンダー光学系の焦点距離をｆ１、前記第１及び第２の光学系のうち前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／ｆ１｜≦２．５の条件を満足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】
前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の入射側に配置され、前記手段の出射端を入射瞳位置とする前記ビームエキスパンダー光学系の射出瞳距離をＰ１、前記第１及び第２の光学系の前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／Ｐ１｜≦１．０の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の出射側に配置され、前記被照射面を入射瞳位置とする前記ビームエキスパンダー光学系の射出瞳距離をＰ１、前記第１及び第２の光学系の前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／Ｐ１｜≦１．０の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
【請求項５】
前記ビームエキスパンダー光学系に、前記光軸に平行で前記光軸からの最大高さがＨ１である光束が入射する場合、前記ビームエキスパンダー光学系から射出する光束の前記光軸からの最大高さをＨ２とすると１．３≦Ｈ２／Ｈ１≦１．７又は１．３≦Ｈ１／Ｈ２≦１．７の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項６】
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記集光光学系の入射側に配置されると共に、前記入射側に凹レンズを有することを特徴とする請求項１、２、３及び５のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の出射側に配置されると共に、前記出射側に凹レンズを有することを特徴とする請求項１、２、４及び５のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項８】
前記ビームエキスパンダー光学系は、少なくとも１つの非球面を含む凹レンズを有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記被照射面における軸上光束の上側最大光線と光軸との成す角度の絶対値をθ０、前記被照射面における最大像高に集光する光束の上側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ１、下側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ２とすると、
０．９７≦ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１≦１．０３、及び、
０．９８≦（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）／２ｓｉｎθ０≦１．０２の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１及び第２の光学系のうち前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系は、
前記集光光学系の最も外側に配置された第１の光学素子と、
当該第２の光学素子を保持する第１の鏡筒と、
前記第１の光学素子以外の第２の光学素子と、
当該第２の光学素子を保持する第２の鏡筒とを有し、
前記第１の鏡筒は前記第２の鏡筒に対して着脱可能に構成され、
前記集光光学系の焦点距離をＦＡ、前記第１の光学素子の焦点距離をｆ３とすると、０．０２≦｜ＦＡ／ｆ３｜≦０．２の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記被照射面の矩形形状の照明領域を規定する遮光手段を更に有し、
当該遮光手段は、それぞれ前記矩形形状の平行な一組の辺の間隔を規定する二組の遮蔽体を含み、
前記ビームエキスパンダー光学系が前記光軸上を移動可能な範囲の端部にある場合の前記集光光学系のピント位置に前記二組の遮蔽体の何れか一方の組が一致していることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記被照射面とほぼフーリエ変換の関係にある位置に射出端を有するオプティカルインテグレータ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１３】
前記被照射面における各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とすると、（ＮＡ２／ＮＡ１−１）×１００によって定義されるσ歪みの絶対値が３以内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１４】
前記被照射面における軸上光束のＮＡをＮＡ０、前記被照射面における各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とすると、｛（ＮＡ１＋ＮＡ２）／２ＮＡ０−１｝×１００よって定義されるローカルσの絶対値が２以内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１５】
光源からの光を使用して被照射面を照明するための照明光学系であって、
入射光束の径を変更し、前記被照射面のテレセン度を補正するためのビームエキスパンダー光学系を備え、当該ビームエキスパンダー光学系は光軸に沿って一体として移動可能に構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記被照射面又は当該被照射面と共役な位置に配置されたレチクルに形成されたパターンを被露光体上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１７】
前記投影光学系は開口数０．８以上を有することを特徴とする請求項１６記載の露光装置。
【請求項１８】
前記ビームエキスパンダー光学系を前記光軸上に沿って一体的に移動させる移動機構と、
前記被照射面のテレセン度を検出する検出部と、
前記テレセン度と前記ビームエキスパンダー光学系の移動量との関係を格納したメモリと、
前記検出部による検出結果に基づいて前記移動機構による前記ビームエキスパンダー光学系の移動量を制御する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１６又は１７記載の露光装置。
【請求項１９】
複数種類の照明条件を選択する選択部を更に有し、
前記検出部は、前記選択部が決定された後の前記被照射面の前記テレセン度を検出することを特徴とする請求項１８記載の露光装置。
【請求項２０】
請求項１乃至８、１２、1４、１５のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記被照射面又は当該被照射面と共役な位置に配置されたレチクルに形成されたパターンを被露光体上に投影する投影光学系と、
当該投影光学系の瞳に２つの有効光源領域を形成する二重極照明手段とを有し、
前記２つの有効光源領域の内径をσ１、外径をσ２、前記瞳の中心を回転中心とした時に前記２つの有効光源領域が瞳中心と成す極角度をΩ、前記被照射面における軸上光束の上側最大光線と光軸との成す角度の絶対値をθ０、前記被照射面における最大像高に集光する光束の上側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ１、下側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ２とすると、
０．７≦σ１≦１．０、０．６≦σ２≦０．９５、１０°≦Ω≦９０°、及び、０．９５≦ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１≦１．０５の条件を満足することを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
請求項１２乃至２１のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、特に、複数光源形成手段からの照射光を被照射面に照射させる集光光学系を用いる照明光学系及びそれを有する露光装置に関する。本発明は、例えば、投影光学系の開口数（ＮＡ）が０．８以上の高ＮＡの投影露光装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極微細パターンを形成する半導体素子の製造工程において、レチクルに描かれた回路パターンを、シリコンウェハ表面に感光剤が塗布された被露光体上に縮小投影して、焼付け形成する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上に伴い、回路パターンのより一層の微細化が要求され、レジストプロセスの発展と共に露光装置に対しても、微細化への向けての対応が望まれている。
【０００３】
微細化への対応手段として、投影露光装置の投影光学系のＮＡを０．８以上にするなどの高ＮＡ化させる方法が一般的に行われている。ところが高ＮＡ化と共に焦点深度が浅くなる。そこで、回路パターンの焼き付けのための実用可能な焦点深度を、より幅広く確保するために、被露光体上に結像する光束の主光線が限りなく平行になるような、射出テレセントリックな投影光学系が利用されている。
【０００４】
ところで、投影露光装置を製造する際に発生する、光学部品の加工寸法誤差、光学部品の反射防止膜や高反射ミラーの誘電体多層膜のコーティング加工誤差、光学系の組み立て誤差などの製造誤差により、最終的にウェハ側の被露光体上に結像する光束の主光線における平行性の崩れ、即ち、ウェハ側におけるテレセン度のずれが生じる。その結果、ウェハ側の被露光体上における結像光束の入射角が非対称になり、有効光源歪みとなって焼付け線幅が不均一になるという問題が発生する。
【０００５】
従来から、かかる問題を解決するための方法が幾つか提案されている（例えば、特許文献１及び２）。特許文献１は、ロッド型をオプティカルインテグレータを集光光学系の前方に有することを提案している。
【０００６】
また、特許文献２は、ハエの目レンズの後に形成された集光光学系を光軸方向に移動可能な２つのレンズ群から構成し、前群によってテレセン度を補正すると共に後群によって前群の移動に伴うピント移動を補正している。
【特許文献１】特開２００１−１５５９９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１は、集光光学系の被照射面におけるピント移動が大きく、集光光学系の移動に伴うスポット径の変動が大きい。これにより、被照射面を照射する照射光率を低下させることになり、投影露光装置により半導体素子を製造する時のスループットを低下させる原因となる。一方、特許文献２は、特許文献１で問題となっているピント移動を補正しているものの、特許文献２は、２つの移動群を必要とするため、鏡筒可動部の機構の複雑化、大型化及びコストアップをもたらすという問題を有する。
【０００８】
そこで、本発明は、所望のスループットで、露光光の主光線の平行性又は被露光体側のテレセン度を簡易に調節して、高品位な露光を提供する照明光学系及びそれを有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光を前記被照射面へ導く集光光学系を有し、当該集光光学系は第１及び第２の光学系を備え、当該第１又は第２の光学系は入射光束の径を変更するビームエキスパンダー光学系を構成し、当該ビームエキスパンダー光学系は光軸に沿って一体として移動可能に構成されていることを特徴とする。前記ビームエキスパンダー光学系の焦点距離をｆ１、前記第１及び第２の光学系のうち前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／ｆ１｜≦２．５の条件を満足することが好ましい。
【００１０】
前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の入射側に配置され、前記手段の出射端を入射瞳位置とする前記ビームエキスパンダー光学系の射出瞳距離をＰ１、前記第１及び第２の光学系の前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／Ｐ１｜≦１．０の条件を満足することが好ましい。代替的に、前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の出射側に配置され、前記被照射面を入射瞳位置とする前記ビームエキスパンダー光学系の射出瞳距離をＰ１、前記第１及び第２の光学系の前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系の焦点距離をｆ２とすると、｜ｆ２／Ｐ１｜≦１．０の条件を満足することが好ましい。
【００１１】
前記ビームエキスパンダー光学系に、前記光軸に平行で前記光軸からの最大高さがＨ１である光束が入射する場合、前記ビームエキスパンダー光学系から射出する光束の前記光軸からの最大高さをＨ２とすると１．３≦Ｈ２／Ｈ１≦１．７又は１．３≦Ｈ１／Ｈ２≦１．７の条件を満足することが好ましい。
【００１２】
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記集光光学系の入射側に配置されると共に、前記入射側に凹レンズを有することが好ましい。代替的に、前記ビームエキスパンダー光学系は前記集光光学系の出射側に配置されると共に、前記出射側に凹レンズを有することが好ましい。
【００１３】
前記ビームエキスパンダー光学系は、少なくとも１つの非球面を含む凹レンズを有してもよい。
【００１４】
前記被照射面における軸上光束の上側最大光線と光軸との成す角度の絶対値をθ０、前記被照射面における最大像高に集光する光束の上側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ１、下側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ２とすると、０．９７≦ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１≦１．０３、及び、０．９８≦（ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２）／２ｓｉｎθ０≦１．０２の条件を満足することが好ましい。
【００１５】
前記第１及び第２の光学系のうち前記ビームエキスパンダー光学系以外の光学系は、前記集光光学系の最も外側に配置された第１の光学素子と、当該第２の光学素子を保持する第１の鏡筒と、前記第１の光学素子以外の第２の光学素子と、当該第２の光学素子を保持する第２の鏡筒とを有し、前記第１の鏡筒は前記第２の鏡筒に対して着脱可能に構成され、前記集光光学系の焦点距離をＦＡ、前記第１の光学素子の焦点距離をｆ３とすると、０．０２≦｜ＦＡ／ｆ３｜≦０．２の条件を満足することが好ましい。
【００１６】
前記被照射面の矩形形状の照明領域を規定する遮光手段を更に有し、当該遮光手段は、それぞれ前記矩形形状の平行な一組の辺の間隔を規定する二組の遮蔽体を含み、前記ビームエキスパンダー光学系が前記光軸上を移動可能な範囲の端部にある場合の前記集光光学系のピント位置に前記二組の遮蔽体の何れか一方の組を一致させてもよい。前記二次光源形成手段は、前記被照射面とほぼフーリエ変換の関係にある位置に射出端を有するオプティカルインテグレータであってもよい。
【００１７】
前記被照射面における各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とすると、（ＮＡ２／ＮＡ１−１）×１００によって定義されるσ歪みの絶対値が３以内、及び／又は、前記被照射面における軸上光束のＮＡをＮＡ０、前記被照射面における各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とすると、｛（ＮＡ１＋ＮＡ２）／２ＮＡ０−１｝×１００よって定義されるローカルσの絶対値が２以内であることが好ましい。
【００１８】
本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光を使用して被照射面を照明するための照明光学系であって、入射光束の径を変更し、前記被照射面のテレセン度を補正するためのビームエキスパンダー光学系を備え、当該ビームエキスパンダー光学系は光軸に沿って一体として移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
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、前記被照射面又は当該被照射面と共役な位置に配置されたレチクルに形成されたパターンを被露光体上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。前記投影光学系は開口数０．８以上を有してもよい。前記ビームエキスパンダー光学系を前記光軸上に沿って一体的に移動させる移動機構と、前記被照射面のテレセン度を検出する検出部と、前記テレセン度と前記ビームエキスパンダー光学系の移動量との関係を格納したメモリと、前記検出部による検出結果に基づいて前記移動機構による前記ビームエキスパンダー光学系の移動量を制御する制御部とを更に有してもよい。複数種類の照明条件を選択する選択部を更に有し、前記検出部は、前記選択部が決定された後の前記被照射面の前記テレセン度を検出してもよい。
【００２０】
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、前記被照射面又は当該被照射面と共役な位置に配置されたレチクルに形成されたパターンを被露光体上に投影する投影光学系と、当該投影光学系の瞳に２つの有効光源領域を形成する二重極照明手段とを有し、前記２つの有効光源領域の内径をσ１、外径をσ２、前記瞳の中心を回転中心とした時に前記２つの有効光源領域が瞳中心と成す極角度をΩ、前記被照射面における軸上光束の上側最大光線と光軸との成す角度の絶対値をθ０、前記被照射面における最大像高に集光する光束の上側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ１、下側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ２とすると、０．７≦σ１≦１．０、０．６≦σ２≦０．９５、１０°≦Ω≦９０°、及び、０．９５≦ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１≦１．０５の条件を満足することを特徴とする。
【００２１】
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露光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露光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、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００２２】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、所望のスループットで、露光光の主光線の平行性又は被露光体側のテレセン度を簡易に調節して、高品位な露光を提供する照明光学系及びそれを有する露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例の照明光学系１００を、図１を参照して説明する。ここで、図１は、照明光学系１００の単純化された光路図である。また、照明光学系１００は、照明装置又は露光装置の一部であり、かかる照明装置又は露光装置は、照明光学系１００に加えて、制御部１４０、移動機構１４２、検出部１４４、メモリ１４６、照明条件変更部１５０を有している。
【００２５】
照明光学系１００は、図１に示すように、二次光源形成手段１０２と、開口絞り１０４と、マスキングブレード１０６と、集光光学系１１０とを有し、図１には図示しない光源からの光を利用して被照射面ＩＳを照明している。
【００２６】
二次光源形成手段１０２は、本実施例では、ハエの目レンズであるが、オプティカルロッド、その他のインテグレータ、複数光源形成手段を含む。二次光源形成手段１０２の出射側に開口絞り１０４を配置し、開口絞り１０４を入射瞳とし、マスキングブレード１０６のある位置を被照射面１０４としている。従って、二次光源形成手段１０２と被照射面ＩＳがほぼフーリエ変換の関係にある。被照明面ＩＳは後述するマスク又はレチクルと同一又は共役の面に配置される。
【００２７】
集光光学系１１０は、二次光源形成手段１０２とマスキングブレード１０６との間に配置され、主光線を光軸ＯＰに対して平行に（被照明面ＩＳに対して垂直に）、即ち、被照明面ＩＳにおけるテレセン度を補正する機能を有する。
【００２８】
集光光学系１１０は、入射側から順に第１のレンズ群１２０と第２のレンズ群１３０で構成している。なお、本発明はＥＵＶ光などに適用される反射形光学系でもよいため、第１及び第２のレンズ群１２０及び１３０は広く第１及び第２の光学系に適用することができる。集光光学系１１０は、ハエの目レンズ１０２と被照射面ＩＳがほぼフーリエ変換の関係にあるので、ハエの目レンズ１０２から被照射面ＩＳまでの全系を逆転させても、本実施例で説明したと同様の効果を発揮することが出来る。第１のレンズ群１２０は照明光のテレセン度を補正し、第２のレンズ群１３０は集光機能を有する。
【００２９】
第１のレンズ群１２０は、入射側から順に凹レンズ１２２と、凸レンズ１２４と、凸レンズ１２６とを有し、ビームエキスパンダー光学系を形成している。このように、第１のレンズ群１２０は、出射主光線の平行度、即ち、射出テレセン度を変化させるために、第１のレンズ群１２０の光入射側に凹レンズ１２２、光射出側に凸レンズ１２４及び１２６を配置して、第１のレンズ群１２０に平行光束が入射した時に、入射光束径よりも出射光束径の方が大きくなるビームエキスパンダー光学系を構成させている。
【００３０】
第１のレンズ群（ビームエキスパンダー光学系）１２０は、後述する移動機構１４２によって、一体として光軸ＯＰに沿って移動することができる。これにより、第１のレンズ群１２０からの射出瞳位置を変えることによって、本実施例における集光光学系１１０全体としての射出瞳位置を変えて、射出テレセン度を変化させている。
【００３１】
第１のレンズ群１２０を、光軸ＯＰに沿って移動させても、被照射面ＩＳにおけるピント移動及び射出ＮＡの変化を抑えるためには、第１のレンズ群１２０の焦点距離をｆ１、第２のレンズ群１３０の焦点距離をｆ２とした時に、以下の数式１を満足することが好ましい。また、数式１は好ましくは数式２のようになり、本実施例では、｜ｆ２／ｆ１｜の値を１．１６としている。
【００３２】
【数１】
2005114922.tif 000003
【００３３】
【数２】
2005114922.tif 000004
｜ｆ２／ｆ１｜の値が２．５を越えると光軸ＯＰ方向の移動量が大きくなるか第２のレンズ群１３０を移動させなければならず、移動機構１４２の大型化、複雑化、コストアップにつながるからであり、１．２以下の場合には第１のレンズ群１２０を移動させても諸収差を良好に抑えながら、射出テレセン度を効果的に変えることが出来る。
【００３４】
また、第１のレンズ群１２０を移動させても、諸収差を抑えながら射出テレセン度の可変範囲をより広く確保するには、二次光源形成手段１０１の出射端を入射瞳位置とする第１のレンズ群１２０の射出瞳距離をＰ１とした時に、以下の数式３を満足することが好ましい。また、数式３は好ましくは数式４のようになり、本実施例では、０．４９≦｜ｆ２／Ｐ１｜≦０．６５としている。
【００３５】
【数３】
2005114922.tif 000005
【００３６】
【数４】
2005114922.tif 000006
｜ｆ２／Ｐ１｜の値が１．０以上になると、第１のレンズ群１２０を移動させても、第２のレンズ群１３０の屈折力が弱く、テレセン度の変化が少な過ぎる。そして、０．４乃至０．８の範囲では、第１のレンズ群１２０を移動させた時に、テレセン度の変化が実用上鈍感すぎず、また敏感過ぎることもない。なお、上述のように、第１及び第２のレンズ群１２０及び１３０は入れ替わってもよいので、ビームエキスパンダー光学系が集光光学系１１０の出射側に配置された場合、被照射面ＩＳを入射瞳位置とするビームエキスパンダー光学系の射出瞳距離をＰ１、第２のレンズ群１３０の焦点距離をｆ２として数式３及び４が成立することになる。
【００３７】
また、平行光束が光軸ＯＰに平行に入射した場合、第１のレンズ群１２０における入射光の光軸からの高さをＨ１、出射光の光軸ＯＰからの高さをＨ２とすると、Ｈ２／Ｈ１＝１．５となるような第１のレンズ群１２０のレンズ構成で、集光光学系１１０の射出テレセン度を変えられるようにしている。諸収差を抑えながら、射出テレセン度の可変範囲を広くするには、この入射光の高さＨ１と出射光の高さＨ２に関して、以下の数式５を満足することが好ましい。
【００３８】
【数５】
2005114922.tif 000007
Ｈ２／Ｈ１又はＨ１／Ｈ２が１．３よりも小さくなると、第１のレンズ群１２０を移動させた時に、第２のレンズ群１３０への主光線の入射高さが低過ぎるために、テレセン度の変化が鈍感になってしまう。Ｈ２／Ｈ１又はＨ１／Ｈ２が１．７よりも大きくなると、第１のレンズ群１２０を移動させた時に、第２のレンズ群１３０への主光線の入射高さが高過ぎるために、テレセン度の変化が敏感になってしまう。
【００３９】
ところで、射出テレセン度の変化量を大きくする目的で、この光束径差を大きくするためには、凹レンズ１２２のパワーを大きくしなければならない。従って、凹レンズ１２２からの出射光の発散角が大きくなる。この時、諸収差を良好に補正するためには、凹レンズ１２２の光入射面の湾曲を強くし、光出射面の湾曲を緩くする必要がある。また、本実施例は、少ないレンズ構成で球面収差を良好に補正しながら、射出テレセン度を変化させるために、第１のレンズ群１２０の凹レンズ１２２において非球面を導入し、曲率が緩く非球面加工し易い光出射側を非球面としている。
【００４０】
第２のレンズ群１３０は、比較的広いスペースを挟んで凸レンズ１３２及び凸レンズ１３４を有する。凸レンズ１３２は鏡筒１３１に収納され、凸レンズ１３４は鏡筒１３３に収納される。
【００４１】
図２及び図３に、第１のレンズ群１２０と第２のレンズ群１３０が、最も近付く状態の収差図及び最も離れる状態の収差図を示す。より詳細には、図２（ａ）は、集光光学系１２０の第１の位置Ｐ１におけるメリジオナル方向の横収差図、図２（ｂ）は、サジタル方向の横収差図、図２（ｃ）はσ歪図、図２（ｄ）はローカルσ図である。図３（ａ）は、集光光学系１２０の第１の位置Ｐ２におけるメリジオナル方向の横収差図、図３（ｂ）は、サジタル方向の横収差図、図３（ｃ）はσ歪図、図３（ｄ）はローカルσ図である。収差図は本光学系の主要性能評価量である横収差とσ特性を示している。ここで、σ特性とは被照射面ＩＳにおける照射光の良好性を評価する評価量のことで、σ歪みとローカルσで表される。被照射面ＩＳにおける軸上光束のＮＡをＮＡ０、被照射面ＩＳにおける各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とした時に、σ歪み及びローカルσは、次の式で定義される。
【００４２】
【数６】
2005114922.tif 000008
【００４３】
【数７】
2005114922.tif 000009
投影露光装置においては、σ歪みの劣化は被露光体の各像高における焼付けパターンの非対称性を生じさせ、ローカルσの劣化は被露光体上の像高間における焼き付けパターンの寸法のバラツキを生じさせる。近年の回路パターンの微細化を追究する投影露光装置においては、被露光体上の焼き付けパターンの寸法誤差を、実用上問題ないレベルとするには、σ歪で３％以下、ローカルσで２％以下であることが望ましい。
【００４４】
本実施例において、このσ特性を計算すると、σ歪の最大値は位置Ｐ１の最大像高における値で２．５％である。また、ローカルσの最大値も同じく位置Ｐ１のおける最大像高における値で１．３％である。従って、本実施例の集光光学系は、回路パターンの微細化を追究する投影露光装置に用いる場合の許容レベルを満足している。
【００４５】
表１に、集光光学系１１０の主要諸元を示す。同表において、ｆ１は第１のレンズ群１２０の焦点距離、ｆ２は第２のレンズ群１３０の焦点距離、ｆ３は集光光学系１１０の最終レンズである１３４の焦点距離を示す。ＦＡは本実施例の集光光学系１１０における第１のレンズ群１１０が移動する時の、光軸ＯＰ上の両端における焦点距離をそれぞれ示す。
【００４６】
【表１】
2005114922.tif 000010
表１において、Ｐ１は開口絞り１０４を入射瞳とした時の第１のレンズ群１２０における射出瞳距離、ＰＡは開口絞り１０４を入射瞳位置とした時の集光光学系１１０全体としての射出瞳距離を示している。
【００４７】
表１に示すレンズデータ表において、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．１９３μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。なお、表１に示す非球面に関する諸係数は、非球面の任意の点における光軸に垂直な方向の高さをｈ、光軸に沿った方向の距離をｘ、頂点の曲率半径をｒ、曲面係数をＫとし、非球面係数をＡからＦのアルファベットとした時、以下の数式８で表される。
【００４８】
【数８】
2005114922.tif 000011
以上に説明した構成の光学系にすることにより、本発明の実施例は、少ないレンズ枚数の光学系を採用していながら、σ歪みの像高特性を良好に抑えて、射出テレセン度の可変範囲をより広く確保する集光光学系とすることが出来る。
【００４９】
本実施例は、集光光学系１１０の焦点距離ＦＡを１２２．９ｍｍ≦ＦＡ≦１２５．４ｍｍとし、最小レンズである凸レンズＧ１０５の焦点距離ｆ３を３２４５．４ｍｍとしている。従って、０．０３８≦ＦＡ／ｆ３≦０．０３９となり、凸レンズＧ１３４のパワーは、集光光学系のそれに比較して緩いので、このレンズの偏心敏感度は小さい。よって、凸レンズＧ１３４について部品劣化による部品交換をしたり、あるいはパワーの微小に異なるレンズと交換しても、他の収差を崩すことなく、元の集光光学系の射出瞳位置の可変範囲をシフトさせることも出来る。このような部品交換を可能にさせるためには、以下の数式９を満足することが好ましい。本実施例では、鏡筒１３１は鏡筒１３３に対して着脱可能に構成されている。
【００５０】
【数９】
2005114922.tif 000012
｜ＦＡ／ｆ３｜の値が、０．０２よりも小さくなると、凸レンズＧ１３４の曲率が緩過ぎて加工が難しくなる、また、０．２よりも大きくなると、凸レンズＧ１３４を部品交換した時に偏心敏感度が強くなり過ぎ、光学性能の再現性が悪くなる。
【００５１】
ところで、露光装置においては、レチクル及び被露光体の照射領域は矩形であるのが一般的である。光軸ＯＰに垂直な平面内で矩形形状の被照射面ＩＳの照射領域を制限するためには、光軸ＯＰに直交する断面内で直交するニ方向から照射領域を制限する二組の遮光体を必要とする。本実施例では、そのうちの一組をマスキングブレード１０６、もう一組をスキャンブレード１０７として、二組の遮光体を被照射面１０４の照射領域を決定する遮光手段として構成している。そして、移動群の移動によるピンと移動を微小量生じさせ、移動群である第１のレンズ群が、固定群である第２のレンズ群に最も近付く位置Ｐ１のピントの近傍にマスキングブレード１０６の光線遮光位置を一致させている。更に、第１のレンズ群と第２のレンズ群が最も離れる位置Ｐ２のピントの位置にスキャンブレードの光線遮光位置を一致させている。これにより、移動群の移動による被照射面ＩＳへの照射光の照射エネルギー効率のバランスが良く効率の良い集光光学系１１０とすることが出来る。
【００５２】
マスキングブレード１０６は、矩形スリット領域の縦方向の間隔を変更することができる、開口幅を自動可変できる絞りであり、被照射面と光学的にほぼ共役な位置に設けられている。また、スキャンブレードは、マスキングブレードと同一の構成を有する開口幅を自動可変できる絞りであり、矩形スリット領域の横方向の間隔を変更することができる。これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００５３】
移動機構１４２は、第１のレンズ群１２０を収納する鏡筒に接続され、ビームエキスパンダー光学系を一体として光軸ＯＰ方向に移動する一軸方向のリニアモータなどから構成される。検出部１４４は、被照射面ＩＳのテレセン度をピンホールや照度計などを利用して検出する。メモリ１４６は、テレセン度とビームエキスパンダー光学系１２０の移動量との関係を格納する。かかる関係は、表、シミュレーション結果、数式などとして表現される。制御部１４６は、検出部１４４による検出結果に基づいて移動機構１４２によるビームエキスパンダー光学系１２０の移動量を制御する。
【００５４】
照明条件変更部１５０は、有効光源形状（円形、二重極、四十極など）、σ、プリズムの挿脱その他の照明条件を、例えば、ターレットに複数種類の形状を有する絞りを搭載して当該ターレットを回転することによって変更する。照明条件変更部１５０が照明モードを決定した後で制御部１４６はビームエキスパンダー光学系１２０の移動量を決定する。
【００５５】
以下、図４を参照して、本発明が適用可能な例示的な露光装置２００について説明する。ここで、図４は、露光装置２００の単純化された光路図である。露光装置２００は、回路パターンが形成されたマスク又はレチクル２２４を照明する照明装置と、照明された回路パターンをプレート２２８に投影する投影光学系２２６とを有する。
【００５６】
露光装置２００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２２４に形成された回路パターンをプレート２２８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。照明装置は、転写用の回路パターンが形成されたマスク２２４を照明し、光源部と照明光学系とを有し、ここに、図１に示す照明光学系１００その他の部材を適用することができる。
【００５７】
光源部は、例えば、光源２０２としてレーザーを使用する。レーザー２０２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エキシマ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ない。また、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系２０４、リレー光学系２０６が設けられる。
【００５８】
照明光学系は、マスク２２４を照明する光学系であり、本実施例では、断面形状が六角形の柱状ガラス２０８、連続可変光学系１１５、ハエの目レンズ２１２、マスキングブレード照射光学系２１４、開口絞り２１６、第１の光学系２１８、折り曲げミラー２２０、第２の光学系２２２を有する。
【００５９】
柱状ガラス２０８は、ガラス内面による多重反射により、一つの光源から複数の光源を形成する。柱状ガラス１１４からの照射光がσ連続可変光学系２１０によりハエの目レンズ２１２に照射される。ハエの目レンズ２１２からの照射光は、マスキングブレード照射光学系２１４によりマスキングブレード２１６に照射される。図１に示す集光光学系１１０は、マスキングブレード照射光学系２１４と置き換えて適用することができる。マスキングブレード２１６からの照射光はマスク結像光学系（２１８乃至２２２）により、レチクル２２４における回路パターンのある面を照射する。
【００６０】
マスク結像光学系は、第１の光学系２１８と、光軸ＯＰを直角に折り曲げるミラー２２０と、第２の光学系２２２とを含む。
【００６１】
マスク２２４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２２４から発せられた回折光は投影光学系２２６を通りプレート２２８上に縮小投影される。プレート２２８は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありレジストが塗布されている。マスク２２４とプレート２２８とは共役の関係にある。スキャナーの場合は、マスク２２４とプレート２２８を走査することによりマスク２２４のパターンをプレート２２８上に転写する。ステッパーの場合は、マスク２２４とプレート２２８を静止させた状態で露光が行われる。
【００６２】
投影光学系２２６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法の分散が生じるように構成したりする。
【００６３】
露光において、光源２０２から発せられた光束は、照明光学系によりマスク２２４を、例えば、ケーラー照明する。マスク２２４を通過してマスクパターンを反映する光は投影光学系２２６によりプレート２２８に結像される。その際、図１に示す照明光学系１００の集光光学系１１０が適用されたマスキングブレード照射光学系２１４により、既に、所定のテレセン度は確保されており、高ＮＡでも高品位な露光をプレーと２２８に施すことができる。また、図１において移動するのは第１のレンズ群１２０のみで第２のレンズ群１３０は移動する必要がないので、特許文献２よりも移動機構が単純になる。第２のレンズ群１３０が集光光学系の移動に伴うスポット径の変動を防止しているので照射効率の低下を防止することができ、高い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。
【００６４】
図４に示す投影露光装置２００で、結像倍率が２倍のマスク結像光学系（２１８乃至２２２）を用い、レチクル２２４面対プレート２２８面間の結像倍率を１／４とし、投影光学系２２６のＮＡに対する照明光学系のＮＡの比率を表わす値であるσ値の最大を０．９５とする。そうすれば、本発明の実施例で説明した集光光学系の射出ＮＡが０．４０なので、本実施例の集光光学系１１０を、プレート２２８側の結像開口数ＮＡが０．８４となる投影露光装置２００に適用することができる。このような構成の集光光学系１１０をマスキングブレード照射光学系２１４に適用することにより、少ないレンズ枚数かつ小規模な構成で、光学部品の製造誤差および光学ユニットの組み立て誤差により発生するウェハ側のテレセン度のずれを良好に補正する投影露光装置を提供することができる。
【００６５】
また、本実施例の集光光学系１１０は、例えば、図５に示すステップアンドスキャン方式の投影露光装置２００Ａにも適用することができる。ここで、図５は、露光装置２００Ａの単純化された光路図である。図５において、図４と同一の参照符号は同一の部材を表し、ここでは詳しい説明は省略する。図１に示す集光光学系１１０は、図５においては、レチクル照射光学系に適用可能である。
【００６６】
ハエの目レンズ２１２からの照射光は、レチクル照射光学系（２３０乃至２３４）によりレチクル２２４の回路パターン面に照射される。レチクル２２４の回路パターン面からの照射光は投影光学系２２６によって感光材料が塗布されたプレート２２８に縮小投影される。ここで、レチクル照射光学系は、第１の光学系２３０と光軸ＯＰを直角に折り曲げるミラー２３２と第２の光学系２３４を含む。集光光学系１１０は、このレチクル照射光学系に適用することができる。即ち、凹レンズ１２２から凸レンズ１３２までを第１の光学系２３０とし、凹レンズ１３４を第２の光学系２３４とする。更に、集光光学系１１０の射出側には、照射光のうち有効照射域より外側領域の照射光を除去するためのマスキングブレード２３６を配置する。
【００６７】
図５に示す投影露光装置２００Ａで、レチクル２２４面対プレート２２８面間の結像倍率を１／４とし、投影光学系２２６のＮＡに対する照明光学系のＮＡの比率を表わす値であるσ値の最大を０．９５とする。更に、集光光学系１１０の開口絞り径（直径）を５０ｍｍとすれば、射出ＮＡが０．２０なので、集光光学系１１０を図５に示すレチクル照射光学系（２３０乃至２３４）に適用すれば、プレート２２８側の結像開口数ＮＡが０．８４となる投影露光装置を提供することができる。このような構成の集光光学系１１０をレチクル照射光学系として照明装置に適用することにより、少ないレンズ枚数かつ小規模な構成で、各光学ユニットの製造誤差によるウェハ側のテレセン度のずれを良好に補正する投影露光装置２００Ａを提供することができる。
【００６８】
本実施例の照明光学系１００を用いれば、投影光学系２２６の瞳面において、２つの有効光源領域が軸対称に極在する、いわゆる二重極照明手段を用いると、より微細なレチクルパターンを被露光体上において、縮小投影露光させようとする場合に特に有効である。
【００６９】
即ち、投影光学系２２６の瞳面において、プレート２２８面上の矩形照射形状の長軸方向又は短軸方向に対して対称に２つの有効光源領域を形成させる。２つの有効光源領域の内径をσ１、外径をσ２、瞳中心を回転中心とした時に該２つの有効光源領域が瞳中心と成す極角度をΩとした時に、０．７≦σ１≦１．０、０．６≦σ２≦０．９５、１０°≦Ω≦９０°の条件を満足させると、２つの有効光源領域の中心を結ぶ方向に対して、垂直に並ぶ直線パターンの線幅の微細化に特に有効な有効光源状態である。
【００７０】
更に、被照射面ＩＳにおける軸上光束の上側最大光線と光軸との成す角度の絶対値をθ０、前記被照射面における最大像高に集光する光束の上側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ１、下側最大光線と主光線との成す角度の絶対値をθ２とした時に、０．９５≦ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１≦１．０５を満足させることで、感光性基板上の照射面全域において、実用上問題の無いレベルでレチクル上の直線パターンを均一な線幅で焼き付けることができる。
【００７１】
次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置２００及び２００Ａを利用したデバイス製造方法を説明する。図６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、それが出荷（ステップ７）される。
【００７２】
図７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２００及び２００Ａ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。本実施例の製造方法によれば、集光光学系１１０によって所望のテレセン度を得ることによって高品位の（即ち、所望の線幅の）デバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置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として機能するものである。
【００７３】
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。また、本発明のテレセン度補正方法を実行するソフトウェア（プログラム）又はハードウェア、プログラムを格納したメモリも本発明の一側面を構成する。
【００７４】
本発明によれば、まず、投影露光装置の製造過程において、光学部品の加工寸法誤差あるいは反射防止膜や高反射ミラーの誘電体多層膜のコーティング加工誤差、更に各光学ユニットの組み立て誤差等の製造誤差により発生する被露光体側のテレセン度のずれを補正することができる。また、ピント移動及び射出ＮＡ変化の少ない効率的な構成の光学系を採用していることにより、より簡素な光学系で上述の効果を発揮することができ、装置の小型化、経済性に優れた露光装置を提供することができる。更に、図５に示す露光装置２００Ａによれば、従来装置に比べて大幅なコストダウンと大幅な装置の規模縮小化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例としての照明光学系の単純化された光路図である。
【図２】図１に示す照明光学系の集光光学系の第１の位置におけるメリジオナル方向の横収差、サジタル方向の横収差、σ歪、ローカルσを示す図である。
【図３】図１に示す照明光学系の集光光学系の第２の位置におけるメリジオナル方向の横収差、サジタル方向の横収差、σ歪、ローカルσを示す図である。
【図４】本発明の一実施例としての露光装置の単純化された光路図である。
【図５】本発明の別の実施例としての露光装置の単純化された光路図である。
【図６】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７】図６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】
【００７６】
１００      照明光学系
１４０      制御部
１４２      移動機構
１４４      検出部
１４６      メモリ
１５０      照明条件変更部
【図１】
2005114922.tif 000013
【図２】
2005114922.tif 000014
【図３】
2005114922.tif 000015
【図４】
2005114922.tif 000016
【図５】
2005114922.tif 000017
【図６】
2005114922.tif 000018
【図７】
2005114922.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月27日(2004.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記被照射面における軸上光束のＮＡをＮＡ０、前記被照射面における各像高へ集光する光束の上側最大光線のＮＡをＮＡ１、下側最大光線のＮＡをＮＡ２とすると、｛（ＮＡ１＋ＮＡ２）／２ＮＡ０−１｝×１００によって定義されるローカルσの絶対値が２以内であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。