(57)【要約】【課題】円弧ＭＬＡを用いた照明装置において干渉縞のピッチを細かくして、円弧領域の照明を高照度かつ照度むら少なく照明する。【解決手段】ＭＬＡの素子レンズからの位相を変調して被照明面での干渉縞のピッチを細かくする。例えば、隣り合う素子レンズ間の位相差を０度，１８０度，０度，１８０度とすることによって、位相差が０度の素子レンズ間で発生する干渉縞の暗部に、位相差が１８０度の素子レンズ間で発生する干渉縞の明部を重ねることによって、全体としての被照明面での干渉縞のピッチを従来の半分にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の被照明領域を照明する円弧領域照明光学装置において、屈折、もしくは回折によってパワーを持った円弧形状の微小な素子レンズが繰り返し配置され、０度以外の位相差がついている、隣り合う素子レンズの対が１つ以上存在する光学素子から射出された光を２次光源としてケーラー照明により照明することを特徴とする円弧領域照明光学装置。
【請求項２】
前記素子レンズが２つ以上の素子レンズ群に分けられ、前記光学素子に位相のそろった平行光を入れた際に、同一の素子レンズ群に属する２つの素子レンズから射出する光の位相はほぼ等しく、異なる素子レンズ群に属する２つの素子レンズから射出する光には、位相差がついていることを特徴とする円弧領域照明光学装置。
【請求項３】
各素子レンズにおいて、ある方向に隣接する素子レンズが属する素子レンズ群と、その反対方向に隣接する素子レンズが属する素子レンズ群が異なる事を特徴とする請求項２に記載の円弧領域照明光学装置。
【請求項４】
光学素子が２つの素子レンズ群からなり、異なる素子レンズ群に属する２つの素子レンズから射出する光の位相差が略１８０度であることを特徴とする請求項３に記載の円弧領域照明光学装置。
【請求項５】
光学素子が２つの素子レンズ群からなり、異なる素子レンズ群に属する２つの素子レンズから射出する光の位相差が略１２０度であることを特徴とする請求項３に記載の円弧領域照明光学装置。
【請求項６】
前記光学素子はサグ量が５０μｍ以下のマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１，２，３，４，５記載の円弧領域照明光学装置。
【請求項７】
回路パターンの描画されたマスクを円弧状の領域で照明する円弧領域照明光学装置と、パターンを感光剤の塗布された基板上に転写する円弧領域の結像領域を持つ投影光学系を備えた投影露光装置において、前記円弧領域照明光学装置が請求項６に記載の円弧領域照明光学装置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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を用いて円弧状の照明領域を照明する照明光学系と、マスクに描画されたパターンを感光剤の塗布された基板上に投影する投影光学系とを備える露光装置に関し、特に、半導体素子，液晶表示素子，撮像素子（ＣＣＤ等）または薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中に使用される投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子製造工程のリソグラフィ工程において、投影露光装置が用いられる。リソグラフィ工程とは、半導体素子の回路パターンを半導体素子となる基板（シリコン基板等）上に投影転写する工程のことである、近年、半導体素子の微細化への要求はますます高くなっており、線幅は０．１５μｍを切るようになってきている。そのため投影露光装置に対する解像力向上の要求は高くなっている。
【０００３】
投影露光装置の解像力を向上させるために、投影レンズの高ＮＡ化と、露光波長の短波長化が近年ますます加速している。露光波長の短波長化はＫｒＦエキシマレーザーを光源とした２４８ｎｍから、ＡｒＦエキシマレーザーを光源とした１９３ｎｍ、そしてＦ２レーザーを光源とした１５７ｎｍへと進んでいる。
【０００４】
光学系には色収差と呼ばれる光の波長によって硝材の屈折率が異なる事に起因する結像性能を悪化させる収差がある。このため、ＫｒＦエキシマレーザーを光源として用いた投影露光装置においては、単一の光を発光するように狭帯域化されたＫｒＦエキシマレーザーが用いられている。また、ＡｒＦエキシマレーザーを光源として用いた投影露光装置においては、投影光学系に石英と蛍石（ＣａＦ２）の２硝材を用いて色消しが行われている。
【０００５】
Ｆ２レーザーを光源として用いた投影露光装置においては、Ｆ２レーザーを狭帯域化しようとする試みはなされているが、いずれも投影露光装置の光源として満足できる出力を達成していない。そのため、現在投影露光装置の光源としては、Ｆ２レーザーの自然発光をラインセレクトしたものが利用されている。ラインセレクトされたＦ２レーザーの半値幅は１ｐｍ程度であり、投影露光装置に用いられる投影光学系は色収差の補正が必要となる。
【０００６】
１５７ｎｍを露光波長として用いた場合、光を透過する硝材は限られている。今日、１５７ｎｍの波長に対して満足のいく透過率が得られることが分かっている硝材には、蛍石（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）等があるが、投影露光装置の投影光学系に用いる事が可能である硝材の均一性と結晶の大口径化を達成できる硝材は蛍石（ＣａＦ２）のみである。そのため、ＡｒＦエキシマレーザーを光源とした投影露光装置のように２硝材による色消しを行うことができない。
【０００７】
そのため、屈折レンズだけではなくミラーを用いたカタディオ系を用いて色消しを行う投影光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ミラーを用いた投影光学系はミラーにおいて光を遮らないように光学系を構成する必要があり、結像領域は軸上から特定の高さの円弧領域となる。
【０００８】
結像領域が円弧領域である投影光学系をもちいて、マスクに描画されたパターンを感光剤の塗布された基板上に投影する投影露光装置においては、マスクを円弧状に照明する照明光学装置が必要となる。従来技術における円弧領域を照明領域とする照明光学装置は、矩形形状を照明し、視野絞りで円弧領域を切り出すものであった。
【０００９】
従来の円弧領域を結像領域とする投影光学系を用いた走査型投影露光装置に対する照明装置について、図２を用いて説明する。
【００１０】
１は光源となるＦ２レーザーである。Ｆ２レーザーは波長１５７ｎｍの波長の光を射出する。
【００１１】
２は被照射面上の照度を制御するための減光手段である。Ｆ２レーザー等のパルス光源を走査型投影露光装置の露光光源として使用する場合、レーザーのパルス間の出力バラツキに起因する露光量バラツキが発生する。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、パルスバラツキをパルス平均する事によって、露光量バラツキを軽減する必要がある。そのため、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するようにする必要がある。２はそのための減光手段である。
【００１２】
３はビーム揺動手段である。Ｆ２レーザーは可干渉性があるために、被照明面にスペックルが発生する。スペックルが発生すると被照明面での照度むらとなるために露光量バラツキとなり、マスクから基板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）という問題が発生する。そのため、ビームを揺動してスペックルの分布を揺動して露光中に時間平均することが行われている。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。
【００１３】
４はハエノメレンズであり、５はコンデンサレンズである。４の射出面に形成された２次光源で５のコンデンサレンズを用いて６のハエノメレンズ入射面をケーラー照明している。４のハエノメレンズはターレット上に置かれており、切り替えることによってハエノメレンズからの射出ＮＡが変えられ、６のハエノメレンズ入射面での照射範囲がかえらえる用になっている。これは、９のリレーレンズの倍率を変えた際に１０のハエノメレンズ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。
【００１４】
６はハエノメレンズであり、７はコンデンサレンズである。６の射出面に形成された３次光源で７のコンデンサレンズを用いて８の有効光源形成絞りをケーラー照明している。４から７の２段ハエノメ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８の有効光源形成絞り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。たとえば、４，５の１段目のハエノメレンズがないとすると、レーザーからの位置分布が変化した際に６の入射面での光強度分布が変化するので、８の有効光源形成絞りでの光の角度分布が変化する。もし、光の角度分布が変化すると、後述する１０のハエノメレンズ射出面での光強度分布がシフトする為に、１７の基板上での角度分布が傾き、基板がデフォーカスすると転写パターンの転写位置が変化するという軸上テレセン度となる。よって、４から７の２段ハエノメレンズの構成としている。
【００１５】
８は有効光源形成絞りである。有効光源とはレチクル面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６のハエノメレンズとしては、ハエノメレンズの素子レンズの外形が四角形である四角ハエノメレンズや、素子レンズの外形が六角形である六角ハエノメレンズ、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といったものが使われる。そのため８の有効光源形成絞りの光源側で形成される分布は、四角ハエノメレンズ、シリンドリカルレンズアレイの場合、正方形となり、六角ハエノメレンズの場合は六角形となる。よって、有効光源の形状を円形とするために、円形の開口をもった８の有効光源形成絞りが必要となる。
【００１６】
９はズームリレーレンズであって、８の有効光源形成絞りで形成された円形の光強度分布を１０のハエノメレンズ入射面に所定の倍率で投影している。レチクルを照明する照明光源の大きさはコヒーレンズファクタと呼ばれ、投影光学系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。それを実現するために、９のリレー光学系の倍率を可変とすることによって、１０のハエノメレンズ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。
【００１７】
１０はハエノメレンズであり１１はコンデンサレンズである。１１のハエノメレンズ射出面に形成される４次光源を用いて１３のマスキングブレード上を均一な照度分布で照明する。
【００１８】
１２はスリットであって、被照明面の照明領域を制御するものである。１０のハエノメレンズとしては、ハエノメレンズの素子レンズの外形が四角形である四角ハエノメレンズ、もしくは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といったものが使われる。そのため１２のスリットの位置は矩形形状で照明される。ところが、前述のように投影光学系の結像領域が円弧であるために、照明領域は円弧にする必要がある。そのために１２のスリットは図３の円弧の開口を持ったものである。また走査投影露光装置においては、スリットの幅をスリットと垂直方向で変える事によって、スリットと垂直方向の露光量むらを補正する事が可能であるので、スリット幅を調整できるようにしておくことが望ましい。
【００１９】
１３は露光領域を制御するためのマスキングブレードである。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。
【００２０】
１４はマスキング結像レンズであり、１３の光強度分布を１５のレチクル面に投影する。
【００２１】
１５は回路パターンが描画されたレチクルである。１５７ｎｍの波長に対しては、従来の石英基板のレチクルでは、十分な透過率が得られない。そのためＦドープ石英や、蛍石等の１５７ｎｍの波長に対して透過率の高い基板を用いる必要がある。
【００２２】
１６はカタディオ系の投影光学系であって、レンズとミラーによって色消しを行って、円弧の結像領域において、良好な結像性能を達成している。
【００２３】
１７は感光剤の塗布された基板である。１５のレチクルの回路パターンが１６の投影光学系によって投影される。  １５のレチクルと１７の感光剤の塗布された基板は、同期して走査露光され、投影光学系の結像領域よりも広い露光領域に露光される。
【００２４】
１８は１７の基板が載せられたステージであって、前記露光時の走査と、ショットごとに行われるステップを行う。
【００２５】
以上の従来技術によれば、円弧領域を照明するために、矩形照明領域がら１２のスリットでの円弧切り出しを行っている。そのためスリットで光線が蹴られるために照明効率の低下が起こり、感光基板上において高い照度が得られない。感光基板上で高い照度が得られれば、露光時間の短縮化ができ、単位時間あたりの回路パターンの転写（スループット）を多くする事ができる。そのために感光基板上の高照度化を達成する事が求めらえている。
【００２６】
高照度化の技術として、光ファイバを用いる方法や、ハエノメレンズの素子レンズの外形を円弧形状にした円弧ハエノメレンズを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【００２７】
光ファイバを用いる方法は、光ファイバによる均一化が良好でないという理由と、１５７ｎｍの波長に対する光ファイバーができないという理由で実用は困難である。
【００２８】
円弧ハエノメレンズを用いる方法も実用が困難である。素子レンズの加工は、ロッドレンズを加工後、外形を円弧状に削りだすために、非常にコストがかかり、加工の誤差も大きい。そのため、円弧ハエノメレンズはコストが高く、また素子レンズを積み重ねることによって加工誤差が積み上がり全体としての性能がでない。よって円弧ハエノメレンズを利用するという方法も実用が困難である。
【００２９】
ところが近年、フォトリソグラフィーのエッチング技術を利用した、回折光学素子、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）の加工が可能になってきた。そこで、円弧ハエノメレンズをマイクロレンズアレイで製作して高照度化を達成する方法が検討されている。マイクロレンズアレイで製作した円弧ハエノメを以後円弧ＭＬＡと呼ぶ。図４に円弧ＭＬＡのＲ面から見た図とその断面を示す。円弧ＭＬＡはフォトリソグラフィーで製作するために、円弧ハエノメレンズの素子レンズに相当するＲ形状を数回の露光とエッチングで製作できる。よって比較的安価に製作する事が可能である。また、加工誤差も露光装置のアライメント誤差のみであるので少なく、また素子レンズを積み重ねるわけではないので、加工誤差が積みあがらず、性能の悪化もすくない。
【００３０】
【特許文献１】
特開２００１−２２８４０１号公報
【特許文献２】
特公平５−６８８４６号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１１５７１８号公報
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにエッチングにより円弧ＭＬＡを製作する方法は、比較的安価に加工誤差の少ない円弧ＭＬＡの作成が出来るが、エッチングで作成しているために、深く掘れないという問題がある。エッチングによってレンズを形成は、レジストを基板上に塗布してグレーマスクを用いて露光を行いレジスト形状をレンズ形状として、その後エッチングによって、その形状を基板に写すことによって行われる。一般に用いられているノボラック系のレジストを用いると、通常半導体プロセスなどリソグラフィーで用いられるレジストの厚みは１μｍ以下の程度であり、エッチングにより基板に作製される形状もレジストの膜厚以下の構造となる。多少の解像力、すなわち鋭い形状の形成能力を妥協する必要があるが、半導体素子の実装に用いられるバンプ形成用のレジストには２０μｍ程度のレジスト膜厚で用いるものがある。しかしこのバンプ用のレジストを用いたとしても形成できる形状の大きさがレジストの膜厚に依存していることには変わり無く、レンズサイズのうち、少なくとも高さ（サグ量）は数十μｍが限度となる。つまり、基板を深く掘り込めないために、レンズのサグ量が取れず、結果として素子レンズの大きさが小さい円弧ＭＬＡしか作れないという制約がある。特に円弧ＭＬＡの場合、素子レンズの長手方向と短手方向での幅が異なる為、長手方向のサグ量で素子レンズの大きさが決まってしまい、短手方向の素子レンズのピッチは非常に細かくなってしまう。
【００３２】
例えば、円弧領域の形状が、図３であって、そこでのＮＡが０．８で照明する照明装置を考える。円弧ＭＬＡの径をφ１４０とすると、ヘルムホルツ＝ラグランジェの関係より、長手方向に、円弧ＭＬＡから射出するＮＡは２１×０．８÷１４０＝０．１２が必要である。このときのコンデンサレンズの焦点距離ｆは（２１÷２）÷０．１２＝８７．５ｍｍである。円弧ＭＬＡの素子レンズの曲率半径をＲ、長手方向の幅をＸ、円弧ＭＬＡ基板の屈折率をＮとすると、射出ＮＡは（Ｎ−１）÷Ｒ×Ｘ÷２で求まる。一方サグ量は、中心と最軸外の距離をｄとして、Ｒ−√（Ｒ２＋ｄ２）で求まる。ｄは最軸外までの距離であるが、長手方向と短手方向の差が大きい時には、ｄ〜Ｘ÷２とできる。Ｎを１．５として、ほり込めるサグ量を１０μｍとすると、次の２つの方程式を解けば、素子レンズの曲率半径Ｒと、長手方向の幅Ｘが決まる。
【００３３】
（１．５−１）÷Ｒ×Ｘ÷２＝０．１２
Ｒ−√（Ｒ２−（Ｘ÷２）２）＝０．０１０
これより、素子レンズの曲率半径は０．３４２ｍｍ（３４２μｍ）、長手方向の幅は０．１６４ｍｍ（１６４μｍ）となる。短手方向の幅は、長手方向の幅の４÷２１であるので、０．０３１ｍｍ（３１μｍ）となる。
【００３４】
ハエノメレンズとは素子レンズで波面分割をする光学素子である。そのため素子レンズが小さくなると、隣り合う素子レンズからの光が干渉をおこし、被照明面で干渉縞が発生する。
【００３５】
光の干渉については、一般の物理の教科書にて回折格子の干渉として説明されている。回折格子の繰り返しパターンのピッチをｐ、露光波長をλ、コンデンサレンズの焦点距離をｆとすると、被照明面での干渉縞のピッチは、ｆλ÷ｐとなる。よって、波長が短くなると干渉縞のピッチが短くなり、回折格子の繰り返しパターンのピッチが細かくなると、干渉縞のピッチが長くなる。これは、回折光としても理解できる。回折格子からの回折光が飛ぶ角度θは、ｐ×ｓｉｎθ＝ｎλを満たす。回折光はコンデンサレンズによって、フーリエ変換されるため、角度分布が位置分布に変換される。よって、回折光の強めあう位置は、被照明面で、ｆｎλ÷ｐとなり、ｆλ÷ｐピッチで強めあう縞ができる。（図８）
円弧ＭＬＡにおける干渉縞に関しても回折格子と同様にｆλ÷ｐピッチで発生する。前述の長手方向２１ｍｍ、短手方向４ｍｍの円弧領域をＮＡ０．８０で照明する場合の円弧ＭＬＡについて当てはめると、焦点距離は８７．５ｍｍ、短手方向のピッチは０．０３１ｍｍであったので、１５７ｎｍの波長に対しては、８７．５×０．０００１５７÷０．０３１＝０．４４３ｍｍピッチ、６３３ｎｍの波長に対しては、１．７９ｍｍピッチの干渉縞が発生する事になる。短手方向の長さは４ｍｍであるために、１５７ｎｍでは短手方向には９本の干渉縞が、６３３ｎｍでは２．２本の干渉縞が入る計算となる。そのため、被照明領域の照度分布はもはや連続的な分布とはならず、均一な分布ではなくなってしまう。
【００３６】
図６に円弧ＭＬＡに光を入射した際の被照明面での照度分布をシミュレーションしたものを示す。干渉縞のピッチが見やすいように波長は６３３ｎｍとしている。実際の１５７ｎｍの波長においては波長分干渉縞のピッチが細かくなる。なお、コンデンサレンズには無収差の理想レンズを用いたので、実際の照明系においては収差によるボケが発生するため、干渉縞のコントラストは低下する。被照射面での照度分布はＭＬＡの素子レンズの幾何光学的な照明領域内を、素子レンズの大きさから決まるピッチの干渉縞が埋める照度分布となる。ｙ方向を円弧の動径方向とすると、ｘ方向とｙ方向で素子レンズの大きさは異なるため、ｙ方向のピッチはｘ方向のピッチに比べて大きいことがわかる。干渉縞は被照明面での照度むらとなり基板へのパターンの転写不良となる。ｘ方向に干渉縞が存在すると、干渉縞の暗部では走査露光後の感光基板上で露光量が不足してしまう。ｙ方向に干渉縞が存在すると、光源がパルス光であるために走査方向に走査速度に依存した周期で露光量のバラツキが発生してしまう。
【００３７】
そのため、エッチングで製作した円弧ＭＬＡを用いると、高照度化は達成できるものの、干渉縞に起因する露光量のバラツキが発生してしまうという問題があった。露光量のバラツキを緩和するためには干渉縞のピッチを細かくする必要がある。しかし、前述のようにエッチングによって掘り込めるサグ量が取れないために、素子レンズのピッチを大きくして干渉縞の周期を大きくする事ができない。そのため、円弧ＭＬＡを用いた投影露光装置の実用化がなされていなかった。
【００３８】
本発明は、エッチングで製作した円弧ＭＬＡでありながら、干渉縞のピッチを細かくすることを課題とし、さらには、それを投影露光装置に用いて、高照度化を達成しながら、露光量のバラツキを小さくした投影露光装置を提供することを課題とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円弧ＭＬＡの素子レンズから射出される光の位相状態を制御する事によって、干渉縞の本数を増やして課題を解決する。
【００４０】
前述の回折格子において隣り合う開口で位相差をつけると回折光の飛ぶ方向が変化する。例えば隣り合う開口からの光に、位相差が１８０度つくようにすると、位相差をつけなかった時の暗部が明部となり、明部が暗部となり、白黒反転した干渉縞となる。
【００４１】
本発明はこれを利用したものであって、円弧ＭＬＡの素子レンズから射出する光に位相差をつけて、素子レンズ間の干渉縞のできる位置をずらして、全体として被照明面での干渉縞のピッチを細かくするものである。
【００４２】
例えば、２つおきに位相差が１８０度つくようにして、隣り合う素子レンズ間の光の位相差が、０度，１８０度，０度，１８０度，０度…とつくようにするとする。位相差が０度である素子レンズ間の干渉縞の明部に、位相差が１８０度である素子レンズ間の干渉縞の暗部が存在し、位相差が０度である素子レンズ間の干渉縞の暗部に、位相差が１８０度である素子レンズ間の干渉縞の明部が存在するようになる。そのため見かけ上、干渉縞のピッチは、従来の円弧ＭＬＡに比べて半分となる。前述の図６と同じシミュレーション条件で、２つおきに位相差を１８０度つくようにした円弧ＭＬＡを用いた場合の、被照明面での照度分布を図７に示す。図６と図７を見比べると明らかなように、図７は干渉縞のピッチが半分になっている。
【００４３】
本発明は、以上のように微小な素子レンズからなる光学素子において、位相つけて干渉縞のピッチを細かくするものであって、円弧ＭＬＡのみならず、屈折、もしくは回折によってパワーを持った微小な素子レンズが繰り返し配置された光学素子において有効である。例えば、矩形のマイクロレンズアレイであっても、干渉縞のピッチを細かくする事ができ、被照明面での照度むらを緩和する事が可能である。また、位相差の付け方は上述の２つおきに１８０度の位相差をつける方法のみならず、光学素子の右半分と左半分で、隣り合う光学素子の位相差を変えて、右半分を０度、左半分を１８０度とすれば、上述の２つおきに１８０度の位相差をつけたものと同様の効果を得ることができる。またさらには、素子レンズ間の位相差を０度と１８０度のみならず、隣り合う素子レンズからの光の位相差を０度から３６０度までの間でランダムにすることによって、干渉縞のピッチを無限小にまで細かくする事が可能である。
【００４４】
隣り合う素子レンズからの光に位相差をつける方法としては、素子レンズの基板を掘り込んで隣り合う素子に光路長差をつける方法。素子レンズに屈折率の異なるシフターをつけて隣り合う素子に光路長差をつける方法などが考えられる。たとえば、素子レンズの基板を掘り込む方法の場合。基板の屈折率をＮ、掘り込み量をｄとして、掘り込まなかった部分と掘り込んだ部分の位相差は（ｄ÷（λ÷Ｎ）−ｄ÷λ）×３６０度＝（Ｎ−１）×ｄ÷λ×３６０度となる。位相差を１８０度つけようとすると、Ｎ＝１．５，λ＝１５７ｎｍとすると、ｄ＝１５７ｎｍとなる。つまり、１５７ｎｍ基板を掘り込めばよい。基板の掘り込みは、屈折、もしくは回折によってパワーを持った面に行う方が、素子レンズとの位置合わせが容易であるため好適であるが、パワーをもたない面に行っても構わない。また、掘り込み量は波長程度と微小であるので、光学素子の光学性能への影響は殆どない。
【００４５】
素子レンズからの光の位相を変調して、干渉縞のピッチを変えたＭＬＡを位相変調ＭＬＡと以後呼ぶ事とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
図１を用いて本発明の第１の実施例を示す。従来例と異なるのは１０のハエノメレンズの代わりに、１９の位相変調円弧ＭＬＡを使用したインテグレータを用いたことである。１９のインテグレータはフィールドタイプのインテグレータとするために、図９に示したように、２つのＭＬＡが対になってそれぞれの素子レンズが一致するように配置されている。図９では、射出側のＭＬＡのみに段差をつけて、インテグレータの隣り合う素子レンズ間に、０度，１８０度，０度，１８０度の位相差をつけている。なお、入射側，射出側両方に段差をつけても良いし、入射側に段差をつけても良いし、基板と屈折率の異なるシフターを用いても良い。
【００４７】
図５は位相変調円弧ＭＬＡをＲ面から見た図と、断面の形状である。Ｒ面から見た図で、斜線が引いてあるところが掘り込まれているところであって、斜線が引いてあるところと、引いてないところで位相差がつけられている。１８０度の位相差をつけるために付けられている段差は、基板の屈折率をＮ、波長をλとすると、ｋを整数として
λ÷（２×（Ｎ−１））＋ｋ×λ÷（Ｎ−１）
である。よってＮ＝１．５として１５７ｎｍで使用する円弧ＭＬＡの場合には、１５７ｎｍもしくは４７１ｎｍ、もしくは９４２ｎｍの１５７ｎｍの奇数倍の深さの段差をつける。
【００４８】
ｘ方向，ｙ方向とも干渉縞のピッチが半分になるように、市松状に掘り込んで位相差をつけるのが好適である。なお、条件によっては素子レンズ間の位相差が０度と１８０度のもの比が１：１以外のときが好適な場合もある。たとえば、２：１の場合は、０度，０度，１８０度，０度，１８０度，０度，０度となるように、３つおきに段差を変えるようにすればよい。
【００４９】
一つの素子レンズの大きさは、上述のように、照明領域と照明面でのＮＡ，ＭＬＡの径とプロセスによって彫れるサグ量できまるが、短手方向の円弧の幅が３０μｍから５０μｍで、長手方向の幅が１５０μｍから３００μｍ程度であり、位相変調円弧ＭＬＡの加工方法の実施例を図１０に示す。通常のＭＬＡを製作後、レジストを塗布する。その後、露光と現像を行い、掘り込みたくない部分にレジストが残るようにする。その後エッチングを行い、レンズを掘り込み、位相差がつくようにする。
【００５０】
第１の実施例のインテグレータを用いる事により、従来４ｍｍスリット中に９本であった干渉縞が、１８本となり、光源がパルス光であるために走査方向に走査速度に依存した周期で露光量のバラツキが従来に比べて小さくなる。
【００５１】
なお、本発明は走査型露光を行うものであるので、干渉縞の方向が走査方向と一致しないように、走査方向に対して数度位相変調円弧ＭＬＡを用いたインテグレータを傾けると走査後の露光量の均一性が高まり、効果的である。
【００５２】
本発明の第２の実施例は第１の実施例では１８０度つけていた位相変調円弧ＭＬＡの位相差を１２０度にしたものである。位相変調円弧ＭＬＡを用いたインテグレータの形状としては第１の実施例と同じく図９に示したように、２つのＭＬＡが対になってそれぞれの素子レンズが一致するように配置されている。図９では、射出側のＭＬＡのみに段差をつけて、インテグレータの隣り合う素子レンズ間に、０度，１２０度，０度，−１２０度の位相差をつけている。なお、入射側，射出側両方に段差をつけても良いし、入射側に段差をつけても良いし、基板と屈折率の異なるシフターを用いても良い。
【００５３】
位相差が１２０度ついた素子レンズ間で発生する干渉縞は、位相差がついていない素子レンズ間で発生する干渉縞に対して、ｆλ÷ｐ×（１２０÷３６０）だけずれた場所に同じピッチの干渉縞を発生する。つまり、位相差がついていない素子レンズ間で発生する干渉縞のピッチの３分の１ずれた場所に干渉縞を発生する。一方位相差が−１２０度ついた素子レンズ間で発生する干渉縞は、１２０度ついた素子レンズ間が発生する干渉縞と反対方向に、位相差がついていない素子レンズ間で発生する干渉縞のピッチの３分の１ずれた場所に干渉縞を発生する。よって、位相変調円弧ＭＬＡ全体としては、これら３種類の干渉縞が重なり合った干渉縞を発生し、被照明面での干渉縞のピッチは、位相差をつけなかったときに比べて３分の１となる。
【００５４】
位相変調円弧ＭＬＡの形状も第１の実施例と同じく図５となるが、段差の量が第１の実施例と異なる。１２０度の位相差をつけるために付けられている段差は、基板の屈折率をＮ、波長をλとすると、ｋを整数として
λ÷（３×（Ｎ−１））＋ｋ×λ÷（Ｎ−１）
である。よってＮ＝１．５として１５７ｎｍで使用する円弧ＭＬＡの場合には、１０４．７ｎｍもしくは４１８．７ｎｍ、もしくは７３２．７ｎｍの段差をつける。
【００５５】
ｘ方向，ｙ方向ともピッチが３分の１になるように、市松状に掘り込んで位相差をつけるのが好適である。なお、条件によっては素子レンズ間の位相差が０度と１８０度のもの比が１：１以外のときが好適な場合もある。たとえば、２：１の場合は、０度，０度，１２０度，０度，１２０度，０度，０度となるように、３つおきに段差を変えるようにすればよい。
【００５６】
第２の実施例を用いた際の６３３ｎｍの光に対する被照明面での照度分布のシミュレーション結果を図１０にしめす。位相差をつけない場合に比べて干渉縞のピッチが細かくなり、被照明領域の照度均一性が高まっている。
【００５７】
一つの素子レンズの大きさは、上述のように、照明領域と照明面でのＮＡ，ＭＬＡの径とプロセスによって彫れるサグ量できまるが、短手方向の円弧の幅が３０μｍから５０μｍで、長手方向の幅が１５０μｍから３００μｍ程度であり。
【００５８】
位相変調円弧ＭＬＡの加工方法の実施例を図１０に示す。通常のＭＬＡを製作後、レジストを塗布する。その後、露光と現像を行い、掘り込みたくない部分にレジストが残るようにする。その後エッチングを行い、レンズを掘り込み、位相差がつくようにする。
【００５９】
第２の実施例のインテグレータを用いる事により、従来４ｍｍスリット中に９本であった干渉縞が２７本となり、光源がパルス光であるために走査方向に走査速度に依存した周期で露光量のバラツキが従来に比べて小さくなる。
【００６０】
なお、本発明は走査型露光を行うものであるので、干渉縞の方向が走査方向と一致しないように、走査方向に対して数度位相変調円弧ＭＬＡを用いたインテグレータを傾けると走査後の露光量の均一性が高まり、効果的である。
【００６１】
本発明の第３の実施例は第１の実施例では１８０度つけていた位相変調円弧ＭＬＡの位相差を０から３６０度の間でランダムにしたものである。位相変調円弧ＭＬＡを用いたインテグレータの形状としては図１３に示したように、２つのＭＬＡが対になってそれぞれの素子レンズが一致するように配置されている。図１３では、射出側のＭＬＡの各素子レンズにランダムな段差をつけて、インテグレータの隣り合う素子レンズ間に、ランダム位相差をつけている。なお、入射側，射出側両方に段差をつけても良いし、入射側に段差をつけても良いし、基板と屈折率の異なるシフターを用いても良い。
【００６２】
ランダムな位相差をつけたことにより、隣り合う素子レンズによって発生する干渉縞は、それぞれのペアによって異なる位置に発生する。第３の実施例を用いた際の６３３ｎｍの光に対する被照明面での照度分布のシミュレーション結果を図１２にしめす。位相差をつけない場合に比べて干渉縞のピッチが細かくなり、被照明領域の照度均一性が高まっている。
【００６３】
一つの素子レンズの大きさは、上述のように、照明領域と照明面でのＮＡ，ＭＬＡの径とプロセスによって彫れるサグ量できまるが、短手方向の円弧の幅が３０μｍから５０μｍで、長手方向の幅が１５０μｍから３００μｍ程度であり。
【００６４】
位相変調円弧ＭＬＡの加工は第１，第２の実施例と同様にエッチングによって段差をつけるが、つける段差ごとにマスクを交換しなくてはいけないために、完全にランダムな無限数の段差をつけることは難しいので、２段階，４段階，８段階の２の累乗の段数をつけることが実際的である。よって実際には２の累乗の段差を基板ないでランダムに各素子レンズに与える。
【００６５】
第３の実施例のインテグレータを用いる事により、従来４ｍｍスリット中に９本であった干渉縞が多くなり、光源がパルス光であるために走査方向に走査速度に依存した周期で露光量のバラツキが従来に比べて小さくなる。
【００６６】
なお、本発明は走査型露光を行うものであるので、干渉縞の方向が走査方向と一致しないように、走査方向に対して数度位相変調円弧ＭＬＡを用いたインテグレータを傾けると走査後の露光量の均一性が高まり、効果的である。
【００６７】
なお、本明細書では、位相差が１８０度，１２０度、ランダムの場合についての実施例を述べたが、光学系の構成方法よっては、それ以外の位相差をつけたほうが効果がえらえる場合もある。
【００６８】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、円弧領域を被照明面とする投影露光装置にたいして、高照度化を達成しながら、露光量のバラツキを小さくした投影露光装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位相変調ＭＬＡを用いた投影露光装置の実施例を示す。
【図２】従来技術による投影露光装置を示す。
【図３】スリットの説明図。
【図４】円弧ＭＬＡの説明図。
【図５】位相変調ＭＬＡの説明図。
【図６】円弧ＭＬＡを用いた場合の照射面での干渉縞（シミュレーション）。
【図７】位相変調ＭＬＡを用いた場合の照明面での干渉縞（シミュレーション）。
【図８】回折格子における干渉縞の説明。
【図９】位相変調ＭＬＡを用いたインテグレータ。
【図１０】位相変調ＭＬＡの加工方法についての説明。
【図１１】第２の実施例での照明面での干渉縞（シミュレーション）。
【図１２】第３の実施例での照明面での干渉縞（シミュレーション）。
【図１３】第３の実施例におけるインテグレータ。
【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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