(57)【要約】【課題】照明光学系の小型化を行うとともに、結像性能を向上させた照明光学装置、露光装置及び露光方法を提供する。【手段】コヒーレント光を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成するためのホモジナイザーを有する多数光源手段と、前記多数の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系を備えた照明光学装置において、前記ホモジナイザーへ光束が入射する入射面側に、開口部の大きさを制限する開口絞りを設けた照明光学装置である。また、開口絞りの口径の値を本発明による所定の値とすることにより、結像性能を最も向上させた照明光学装置である。【選択図】  図２
2005032974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成するためのホモジナイザーを有する多数光源手段と、前記多数の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学装置であって、
前記ホモジナイザーへ光束が入射する入射面側に、開口部の口径を制限する開口絞りを設けたことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記開口絞りが連続的に口径を変化させることができることを特徴とする請求項１の照明光学装置。
【請求項３】
コヒーレント光を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成するための多数光源手段と、前記多数の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、多数光源手段での光量を制御するための開口絞りを設けた照明光学装置において、前記開口絞りの口径Ｒｆが、
０．９５＊（３／２）＊Ｍ＜Ｒｆ＜１．０５＊（３／２）＊Ｍ
であることを特徴とする照明光学装置。
尚、Ｍ＝｛∫∫ｒ＊Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝／｛∫∫Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝
（ｒ，θ）は極座標を示し、Ｉ（ｒ，θ）は、ホモジナイザーの射出面上での２次元の光の強度分布を示す。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された照明光学装置において、前記照明光学装置に用いられる開口絞りの口径Ｒｆが、
０．９５＊（３／２）＊Ｍ＜Ｒｆ＜１．０５＊（３／２）＊Ｍ
であることを特徴とする照明光学装置。
尚、Ｍ＝｛∫∫ｒ＊Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝／｛∫∫Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝
（ｒ，θ）は極座標を示し、Ｉ（ｒ，θ）は、ホモジナイザーの射出面上での２次元の光の強度分布を示す。
【請求項５】
マスク上に設けられたパターンの像を感光性基板上へ転写する露光装置において、
前記マスクを照明するための請求項１乃至４のいずれかに記載の照明光学装置と、
前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項５に記載された露光装置を用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学装置及び前記照明光学装置を備えた露光装置に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための投影露光装置に好適な照明光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の典型的な露光装置を図１に基づき説明する。光源１から射出された光束が照明系の各種光学部材（２〜５）を通過した後、ホモジナイザーであるマイクロフライアイレンズまたはマイクロレンズアレイ（以下、単に「マイクロフライアイ」という）６に入射し、その後光の射出面の近傍に配置された開口絞り７を介しフレアカットされた後、コンデンサーレンズ８に入射する。開口絞り７は、所望の照明条件（露光条件）に応じて、二次元光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。この開口絞り７は、マイクロフライアイ６から射出した光のフレアをカットするためマイクロフライアイ６からの光束の射出面側に設けられている。
【０００３】
この後コンデンサーレンズ８により集光された光束は、ミラー９により光路を曲げられた後、所定のパターンが形成されたマスク１０を重畳的に照明する。マスク１０のパターンを透過した光は、投影光学系１１を介してウエハ１２上に結像する。こうして、ウエハ１２上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスク１０に形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウエハ１２上に正確に転写するにはマスク１０上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
又、近年においては、マイクロフライアイ６からの光束の射出側に配置された開口絞り７の開口部（光透過部）の大きさを変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。
【０００５】
これらに関しては、特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１８０４３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このようなマイクロフライアイの射出面側に配置された開口絞りは、開口部の形状の変更を容易にするためターレットと呼ばれる円板に、輪帯状や四つ穴状等の複数の開口絞りが設けられている。このような開口絞りの中には、σ値を微妙に調整できる開口部の口径を連続的に変化させることができる開口絞りが設けられている場合が多い。しかしながら、このような開口部の口径を連続的に変化させることができるような開口絞りは、機械系や制御系が必要となり、他の口径等を変化させることができない開口絞りと比べ、大型化し重量も重くなる。このような大型で高重量の開口絞りをターレットの一部に設置するとターレット自身の変形の原因となる。また、ターレットが開口絞りを複数有していることから、前後の光学部材と比べて著しく大きく、照明光学系が肥大化してしまう。このことは装置の大型化につながり、装置の小型化や省スペース化を望む要請に反することとなる。
【０００８】
又、この開口部の口径を連続的に可変させることができる開口絞りは、マイクロフライアイから射出する光の強度分布が、理想的な円形状分布となるよう、この周辺部分に発生する余分な光であるいわゆるフレアをカットするために用いられている。このため、この開口絞りの口径は、所望とする光線強度の円形状分布の半径と等しくすることにより、フレアのカットを完全に行うことができるが、照明光学系全体としてとらえた場合、必ずしもフレアを完全にカットすることが最も良いとはいえない場合がある。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、装置全体を小型化するとともに、結像性能を向上させた照明光学装置、前記照明光学装置を用いた投影露光装置、これらの装置を用いた露光方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
すなわち、本発明は、コヒーレント光を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成するためのホモジナイザーを有する多数光源手段と、前記多数の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学装置であって、前記ホモジナイザーへ光束が入射する入射面側に、開口部の口径を制限する開口絞りを設けたことを特徴とする照明光学装置である。
【００１１】
また、本発明は、前記開口絞りが連続的に口径を変化させることができることを特徴とする請求項１の照明光学装置である。
また、本発明は、コヒーレント光を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成するための多数光源手段と、前記多数の光源からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、多数光源手段での光量を制御するための開口絞りを設けた照明光学装置において、前記開口絞りの口径Ｒｆが、
０．９５＊（３／２）＊Ｍ＜Ｒｆ＜１．０５＊（３／２）＊Ｍ
であることを特徴とする照明光学装置である。
尚、Ｍ＝｛∫∫ｒ＊Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝／｛∫∫Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝
（ｒ，θ）は極座標を示し、Ｉ（ｒ，θ）は、ホモジナイザーの射出面上での２次元の光の強度分布を示す。
【００１２】
また、本発明は、請求項１又は２に記載された照明光学装置において、前記照明光学装置に用いられる開口絞りの口径Ｒｆが、
０．９５＊（３／２）＊Ｍ＜Ｒｆ＜１．０５＊（３／２）＊Ｍ
であることを特徴とする照明光学装置である。
尚、Ｍ＝｛∫∫ｒ＊Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝／｛∫∫Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝
（ｒ，θ）は極座標を示し、Ｉ（ｒ，θ）は、ホモジナイザーの射出面上での２次元の光の強度分布を示す。
【００１３】
また、本発明は、マスク上に設けられたパターンの像を感光性基板上へ転写する露光装置において、前記マスクを照明するための請求項１乃至４のいずれかに記載の照明光学装置と、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置である。
【００１４】
また、本発明は、請求項５に記載された露光装置を用いて、前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。図２は本発明の実施の形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を示す図面である。
【００１６】
尚、図２では照明光学系が通常の円形照明を行うように設定されている。図２の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、例えば２４８ｎｍ又は１９３ｎｍの波長のコヒーレント光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源またはＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。
【００１７】
光源１から射出されたほぼ平行な光束は、ビーム整形光学系２を介した後、ミラー３により光路を曲げられ、発散角形成手段４に入射する。この発散角形成手段４は、回折光学素子等からなり、これにより入射した光は拡散される。この発散角形成手段４により拡散された光束はズームコンデンサーレンズ５を介した後、開口絞り１７により制御を受け、マイクロフライアイ６に入射する。このような光学系をたどることにより、光源１から射出した光束は、強度分布がフレアを有する矩形状の光束に整形される。
【００１８】
ズームコンデンサーレンズ５の焦点距離の変化は、制御系（図示せず）からの指示に基づき行われ、マイクロフライアイ６の入射面に照野を形成する。この面上に形成される照野の大きさ及び照明ＮＡは、ズームコンデンサーレンズ５の焦点距離に依存して変化する。
【００１９】
このマクロフライアイ６を介した二次光源からの光は、コンデンサーレンズ８の集光作用を受けた後、後述するマスク１０を重畳的に照明するため、ミラー９により光路を曲げられた後、マスク１０に照射される。コンデンサーレンズ８では、マイクロフライアイ６から射出した円形状の光束が矩形状の光束に変換されマスク１０に照射される。
【００２０】
マスク１０のパターンを透過した光束は、投影光学系１１を介して、感光性基板であるウエハ１２上にマスクパターンの像を形成する。なお、ウエハ１２は投影光学系１１の光軸と直交する平面内において二次元的に移動可能なウエハステージ上に保持されている。こうして、ウエハ１２を二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光（走査露光）を行うことにより、ウエハ１２の各露光領域（ショット領域）にはマスク１０のパターンが逐次露光される。
【００２１】
また、マイクロフライアイ６に入射する光束は、開口絞り１７の口径を変化させることにより制御することができる。
図３にマイクロフライアイからの光束の射出面上おける光強度分布を示す。点線は理想とする光強度分布であり、実線は実際の光強度分布である。点線に示すように光線の強度が円状の照野の内側では一定値の強度分布であり、照野の外側ではゼロとなることを理想としているのに対し、実際はこのような矩形的な分布は得ることは困難であり、実線で示されるように、円状の照野内の中心部分は一定値の強度分布をもつが、照野内の周辺部の強度は中心部より低下し、照野外の領域にも光が漏れた、いわゆるフレアの発生した強度分布となってしまう。この場合、理想とする光線強度の円形状分布の半径と開口絞り２７の径とを同一にすることにより、フレアをカットすることができる。しかしながら、得られる均一な照野が中心部分に偏在していることから、本来理想としていた光源に比べ、小さな円形状分布と同等の結像性能になることが経験上わかっており、光源の実効的半径が所望の半径よりも小さくなってしまい、結像性能にも悪影響を与える。
【００２２】
ここで、マイクロフライアイ６からの射出する光が円形形状の場合、経験上、下記に示す強度分布のモーメント値Ｍが同じであれば、ほぼ同じ結像性能にすることができることを見出した。
Ｍ＝｛∫∫ｒ＊Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝／｛∫∫Ｉ（ｒ，θ）ｄｒ  ｄθ｝
この場合、全く同じではなくても±５％の範囲内であれば、結像性能は殆ど変わらないため、
口径Ｒｆを
０．９５＊（３／２）＊Ｍ＜Ｒｆ＜１．０５＊（３／２）＊Ｍ・・・・・▲１▼
とすることにより、理想的な照明とすることが可能であることも見出した。
【００２３】
これにより結像性能は理想状態に近くなり、微細なパターンの露光も可能となる。
又、開口絞り１７は、光軸を中心としたほぼ円形状の開口部（光透過部）を有し、ほぼ円形状を維持したままで、その開口部を連続的に変化させることができるように構成された照明開口絞りである。この円形状の開口部を有する開口絞り１７の開口径の変化は、制御系（図示せず）からの指示に基づいて動作する駆動系（図示せず）により行われる。
【００２４】
ここで、通常はマイクロフライアイ６を通過した光のフレアをカットするため、開口絞り１７はマイクロフライアイ６の光束の射出面側に設けられている。しかしながら、強度分布のモーメント値Ｍが同じであれば、ほぼ同じ結像性能になるとの前提に基づくならば、開口絞り１７の開口径を▲１▼式より求まる径に設定すればよいため、必ずしもマイクロフライアイ６の射出面側に開口絞り１７を設置する必要はない。小型化等を考慮すれば、むしろ、開口絞り１７はマイクロフライアイ６の光束の入射面側に設けた方が好都合である。
【００２５】
また、従来ターレットに設置されていた絞りにより得られる輪帯や複数光源についても、回折光学素子等の発散角形成手段により得ることもでき、このような光源を使用する場合、必ずしも輪帯等の絞りが必要ではなく、ターレット自体照明光学装置に必要不可欠なものではない。
【００２６】
よって、この開口絞り１７をマイクロフライアイ６に光束が入射する入射面側に設置することにより、今までマイクロフライアイ６からの光束の射出面側である外側でスペースを占領していたものが、マイクロフライアイ６への光束の入射面側にあった空き領域に設置することができ、全体として小型化が可能となる。
【００２７】
なお、一括露光方式では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式に従って、ウエハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスク１０上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状である。
【００２８】
一方、スキャン露光方式では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に従って、マスク及びウエハを投影光学系に対し相対移動させながらウエハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスク１０上での照明領域の形状は短辺と長辺の比が１：３の矩形状の領域となる。
【００２９】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（またはレチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用パターンを感光性基板に露光する（露光工程）により、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
先ず、図４のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される、次のステップ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学モジュール）を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤに回路パターンの形成を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスであっても露光することができる。
【００３１】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図５のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図５において、パターン形成工程４０１では、各実施形態の露光装置を用いてマスクパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定のパターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００３２】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組立工程４０３が実行される。セル組立工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定のパターンを有する基板、及びカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組立工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定のパターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００３３】
その後、モジュール組立工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子であっても露光することができる。
【００３４】
ところで、上述の実施形態では、光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、ｇ線やｉ線を含む他の波長光を供給する適当な光源に対しても本発明を適用することができる。また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を均一に照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】本発明の照明光学装置では、照明光学系の小型化を行うことができ、従って、露光装置全体を小型化することができる。
また、本発明の照明光学系を組み込んだ露光装置では、結像性能も向上させることができ、良好な露光条件のもとで投影露光することができるので、良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、従来の投影露光装置の概要図である。
【図２】は、本発明に係る投影露光装置の概念図である。
【図３】は、マイクロフライアイ６から光束が射出する面における理想的な光量分布と実際の光量分布を示している。
【図４】は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図５】は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・光源
２・・・ビーム整形光学系
３・・・ミラー
４・・・発散角形成手段
５・・・ズームコンデンサーレンズ
６・・・マイクロフライアイ
７、１７、２７・・・開口絞り
８・・・コンデンサーレンズ
９・・・ミラー
１０・・レチクル
１１・・投影レンズ光学系
１２・・ウエハ
【図１】
2005032974.tif 000003
【図２】
2005032974.tif 000004
【図３】
2005032974.tif 000005
【図４】
2005032974.tif 000006
【図５】
2005032974.tif 000007