(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成された所定の転写用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系と、
前記投影光学系の光軸と前記感光性基板の被露光面とが交わる第１の点に対して回転対称な所定の円形露光領域内において、前記第１の点に対し回転非対称な露光照明領域を形成して回転非対称なマスクパターン像を前記感光性基板上に転写するために、前記感光性基板を感光させる波長を持つ第１照明光を供給し、前記投影光学系の光軸と前記マスクのパターン面とが交わる第２の点に対して前記マスクのパターン面内で回転非対称な露光照明領域を形成する第１の照明系と、
前記投影光学系を介して前記感光性基板に向けて非感光性の波長を持つ第２照明光を供給し、前記第１照明光を伴って前記所定の円形露光領域内のほぼ全体を照明するように、前記感光性基板の被露光面内での前記回転非対称な露光照明領域を補完する非露光照明領域を前記所定の円形露光領域内に形成する第２照明系と、を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
マスクに形成された所定の転写用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系と、
前記感光性基板を感光させる波長を持つ第１照明光を供給する第１光源部と、
前記感光性基板に対して非感光性の波長を持つ第２照明光を供給する第２光源部と、
前記第１照明光と前記第２照明光とを合成して前記マスクへ導く合成系と、
該合成系と前記マスクとの間の光路上で、前記マスクのパターン面と実質的に共役となる位置に配置された視野絞りと、を設け、
前記視野絞りは、前記第１照明光を透過させる第１の透過部と前記第２照明光を透過させる第２の透過部とを有し、
前記第１の透過部は、前記投影光学系の光軸と前記マスクのパターン面とが交わる所定の点に対して回転対称な所定の円形領域内において、前記所定の点に対し回転非対称な露光照明領域としての第１の領域と共役であり、
前記第２の透過領域は、前記第１照明光を伴うことによって前記回転対称な所定の円形領域内のほぼ全体を照明するように、前記回転非対称な第１の領域を補完する被露光照明領域としての第２の領域と共役であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の投影露光装置であって、
前記第２照明光が照明する領域に位置する前記マスク上のマスクマークと前記第２照明光が照明する領域に位置する前記感光性基板上の基板マークとの少なくとも一方からの光を光電的に検出し、双方のマークの内の少なくとも一方のマークの位置を検出するマーク位置検出系を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３記載の投影露光装置であって、
前記回転対称な所定の円形露光領域、又は前記回転対称な所定の円形領域と共役な前記感光性基板上の領域は、前記投影光学系の前記感光性基板側の視野と一致することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
マスクに形成された所定の転写用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系と、
前記感光性基板を感光させる波長を持つ照明光で前記マスクを照明する照明光学系と、
前記投影光学系と前記感光性基板との間に配置され、所定の光透過部を持つ光制限部材と、を設け、
該光制限部材の光透過部を通過した前記照明光は、前記投影光学系の光軸と前記感光性基板の被露光面とが交わる所定の点に対して回転対称な所定の円形露光領域内において、前記所定の点に対し回転非対称な領域に入射することを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の投影露光装置を用いて、前記マスクに形成された所定の転写用パターンを感光性基板に投影することを特徴とする投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程でマスク上のパターンを感光性の基板上に露光するために使用される投影露光装置に関し、特にマスク上の転写用のパターン中のスリット状のような回転非対称な領域のパターンを基板上に投影した状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して同期走査して露光を行うステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等を製造するために、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）上のほぼ正方形状の照明領域内のパターンを投影光学系を介して、感光性の基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に露光するステッパー等の一括露光型の投影露光装置が多用されてきた。これに対して最近は、半導体素子等のチップパターンの大型化に対応するために、より大きな面積のレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に転写することが求められている。ところが、広い有効露光フィールド（視野）の全面でディストーションや像面湾曲等の収差を所定の許容値以下に抑制した投影光学系の設計及び製造は困難である。
【０００３】
そのため、最近ではレチクル上の長方形又は円弧状等のスリット状の照明領域内のパターンを投影光学系を介してウエハ上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査しながらレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に逐次露光するステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置が注目されている。この走査露光型の投影露光装置は、投影光学系の有効露光フィールドの直径を最大限に利用できるほか、走査方向への転写パターンの長さはその有効露光フィールドの直径よりも長くできるため、結果として大面積のレチクルのパターンを小さい収差でウエハ上に転写できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に投影露光装置においては、露光に際し、投影光学系のレンズに対して高いエネルギーを有する照明光が照射される。そのため、投影光学系のレンズを構成する硝材の照射エネルギーの吸収率が僅かに０．２％／ｃｍ程度であっても、照明光がレンズ上に光軸に関して回転非対称性を有した状態で照射された場合、照射エネルギーの吸収熱によりレンズの温度分布が変化することによってレンズが回転非対称に熱変形したり、部分的な温度上昇により硝材の屈折率分布が回転非対称に変動する。これにより、投影光学系の収差が徐々に悪化するというような、回転非対称性を有する不均一な照度分布の照明光の照射による投影光学系の収差変動が生じる。このような収差変動は、今日のような高解像力、且つ高い露光精度が要求される条件下では容認できない状態となってきた。
【０００５】
従来は、このような投影光学系の収差の変動に対しては、投影光学系を例えば３つのブロックに分け、夫々のブロックを密閉して各ブロック内のレンズに接する気体の圧力を制御することで対処してきた。この方法では、ほぼ正方形の照明領域を使用する一括露光型の場合には、その照明領域の回転非対称性の程度が低いため、収差変動は充分に補正されてきた。しかし、走査露光型の投影露光装置のように、レチクル上の照明領域を長方形又は円弧状等のスリット状にするというような著しく光軸に関し回転非対称な照明領域を使用する場合には、そのような気圧制御を行っても、ディストーションや像面湾曲等の収差の変動が許容値以内に収まらない恐れがでてきた。特に回転非対称性が著しいときは、投影光学系の露光フィールドの中心でメリジオナル方向のパターンの最良像面と、それと垂直な方向のパターンの最良像面とが光軸方向に離れるというような非点収差が生じるという不都合もある。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑み、レチクル上の回転非対称な領域のパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する場合に、投影光学系の収差変動の少ない投影露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の投影露光装置は、例えば図１に示すように、マスク（４）に形成された所定の転写用パターンを感光性基板（７）上に投影する投影光学系（６）と、その投影光学系の光軸（ＡＸ）とその感光性基板（７）の被露光面とが交わる第１の点（Ｐ１）に対して回転対称な所定の円形露光領域（２０）内において、その第１の点（Ｐ１）に対し回転非対称な露光照明領域（２１）を形成して回転非対称なマスクパターン像をその感光性基板（７）上に転写するために、その感光性基板（７）を感光させる波長を持つ第１照明光（ＩＬ１）を供給し、その投影光学系（６）の光軸とそのマスク（４）のパターン面とが交わる第２の点（Ｐ２）に対してそのマスク（４）のパターン面内で回転非対称な露光照明領域（１８）を形成する第１の照明系（１，２）と、その投影光学系（６）を介してその感光性基板（７）に向けて非感光性の波長を持つ第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）を供給し、その第１照明光（ＩＬ１）を伴ってその所定の円形露光領域（２０）内のほぼ全体を照明するように、その感光性基板（７）の被露光面内でのその回転非対称な露光照明領域（２１）を補完する非露光照明領域（２２，２３）をその所定の円形露光領域（２０）内に形成する第２照明系（３Ａ，３Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ）と、を有するものである。
【０００８】
この場合、その第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）は投影光学系（６）を構成するレンズの硝材に或る程度は吸収される必要がある。但し、レンズの硝材で吸収される代わりに、レンズのコーティング膜で吸収されてもよい。
斯かる本発明の第１の投影露光装置によれば、第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）も第１照明光（ＩＬ１）と同様に感光性基板（７）上に照射されるが、第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）は感光性基板（７）に対して非感光性であるため、第１照明光（ＩＬ１）により照明されるマスク（４）上の回転非対称な露光照明領域（１８）のパターンの像だけが感光性基板（７）上の回転非対称な露光照明領域（２１）に転写される。また、感光性基板（７）上の回転非対称な露光照明領域（２１）を補完して回転対称な円形露光領域（２０）を形成する被露光領域（２２，２３）を、第２照明光（ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ）により照明するため、投影光学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加する。従って、投影光学系（６）のレンズの回転非対称な熱変形が減少し、回転非対称な屈折率分布も減少するため、投影光学系（６）の収差の変動が少なくなる。
【０００９】
また、本発明による第２の投影露光装置は、例えば図２に示すように、マスク（４）に形成された所定の転写用パターンを感光性基板（７）上に投影する投影光学系（６）と、その感光性基板（７）を感光させる波長を持つ第１照明光（ＩＬ１）を供給する第１光源部（１，４１）と、その感光性基板（７）に対して非感光性の波長を持つ第２照明光（ＩＬ２Ａ）を供給する第２光源部（３Ａ，４７）と、その第１照明光（ＩＬ１）とその第２照明光（ＩＬ２Ａ）とを合成してそのマスク（４）へ導く合成系（４２，４４，４６）と、この合成系とそのマスク（４）との間の光路上で、そのマスク（４）のパターン面と実質的に共役となる位置に配置された視野絞り（４８）と、を設け、その視野絞り（４８）は、その第１照明光（ＩＬ１）を透過させる第１の透過部（５０）と第２照明光（ＩＬ２Ａ）を透過させる第２の透過部（４９，５１）とを有し、その第１の透過部（５０）は、その投影光学系（６）の光軸（ＡＸ）とそのマスク（４）のパターン面とが交わる所定の点に対して回転対称な所定の円形領域（４８）内において、その所定の点に対し回転非対称な露光照明領域としての第１の領域（５０）と共役であり、その第２の透過領域（４９，５１）は、その第１照明光（ＩＬ１）を伴うことによってその回転対称な所定の円形領域（４８）内のほぼ全体を照明するように、その回転非対称な第１の領域（５０）を補完する被露光照明領域としての第２の領域（４９，５１）と共役であるものである。
【００１０】
斯かる本発明の第２の投影露光装置によれば、合成系（４２，４４，４６）により一旦合成された第１及び第２照明光（ＩＬ１，ＩＬ２Ａ）は視野絞り（４８）により、マスク（４）上の回転非対称な被露光照明領域（５０）、及びその回転非対称な被露光照明領域を補完する被露光照明領域（４９，５１）を領域を通過し、投影光学系（６）を経て感光性基板（７）上に照射される。この場合、第１照明光（ＩＬ１）は、視野絞り（４８）によりマスク（４）の回転非対称な被露光照明領域としての第１の領域（５０）と共役な第１の透過部（５０）だけを通過するため、感光性基板（７）上には、そのマスク（４）上のその第１の領域（５０）のパターンの像だけが転写される。
【００１１】
一方、投影光学系（６）には、マスク（４）上の第１の領域（５０）を透過する第１照明光（ＩＬ１）と、その第１の領域を補完して実質的に回転対称な円形領域（４８）を形成するマスク（４）上の第２の領域（４９，５１）を透過する第２照明光（ＩＬ２Ａ）とが入射する。第１及び第２照明光（ＩＬ１，ＩＬ２Ａ）の全体の照射領域は実質的に回転対称な円形領域となるため、本発明の第１の投影露光装置と同様に、投影光学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加する。従って、投影光学系（６）の収差変動が少なくなる。また、本発明ではマスク（４）上の回転非対称な被露光照明領域に照射される第１照明光（ＩＬ１）の視野を規定するための光学系、及び第２照明光（ＩＬ２Ａ）のマスク（４）上での視野を規定するための光学系が不要となる。
【００１２】
また、本発明の第１及び第２の投影露光装置において、その第２照明光（ＩＬ２Ａ）が照明する領域に位置するそのマスク（４）上のマスクマーク（１１Ａ，１１Ｂ）とその第２照明光（ＩＬ２Ａ）が照明する領域に位置するその感光性基板（７）上の基板マーク（１２Ａ，１２Ｂ）との少なくとも一方からの光を光電的に検出し、双方のマークの内の少なくとも一方のマークの位置を検出するマーク位置検出系（１３Ａ，１３Ｂ）を有することが好ましい。これにより、第２照明光（ＩＬ２Ａ）をマスク（４）又は感光性基板（７）の位置を検出するためのマーク位置検出系（１３Ａ，１３Ｂ）用の照明光として有効に利用できる。
【００１３】
また、その回転対称な所定の円形露光領域（２０）、又はその回転対称な所定の円形領域（４８）と共役なその感光性基板（７）上の領域は、その投影光学系（６）の感光性基板（７）側の視野と一致することが好ましい。これにより、投影光学系（６）のレンズはほぼ回転対称でほぼ最大径の円形の照明領域により照明されるため、レンズへの照射エネルギーの分布が更に回転対称になる。
【００１４】
また、本発明による第３の投影露光装置は、例えば図８に示すように、マスク（４）に形成された所定の転写用パターンを感光性基板（７）上に投影する投影光学系（６）と、その感光性基板（７）を感光させる波長を持つ照明光（ＩＬ１）でそのマスク（４）を照明する照明光学系（１Ａ，４１）と、その投影光学系（６）とその感光性基板（７）との間に配置され、所定の光透過部（７３）を持つ光制限部材（７１）と、を設け、この光制限部材の光透過部（７３）を通過したその照明光（ＩＬ１）は、その投影光学系（６）の光軸（ＡＸ）とその感光性基板（７）の被露光面とが交わる所定の点に対して回転対称な所定の円形露光領域（７１）内において、その所定の点に対し回転非対称な領域（７３）に入射するものである。
【００１５】
斯かる本発明の第３の投影露光装置によれば、感光性基板（６）に対して感光性の照明光（ＩＬ１）は、マスク（４）及び投影光学系（６）の回転対称な領域を通過した後、光制限部材（７１）によりマスク（４）上の回転非対称な領域に対応する領域だけを通過して感光性基板（７）上に照射される。従って、マスク（４）上の回転非対称な領域のパターンの像だけが、感光性基板（７）上に転写される。また、照明光（ＩＬ１）によりマスク（４）上の回転対称な領域を照明するため、本発明の第１及び第２の投影露光装置と同様に、投影光学系（６）のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加し、投影光学系（６）の収差変動が少なくなる。本発明では、特に１つの照明光（ＩＬ１）だけでマスク（４）を照明するため、投影光学系（６）のレンズ全体に一様な波長の光エネルギーが照射される。従って、それらレンズにおける熱エネルギーの吸収量も一様になり、レンズの回転非対称な熱変形が更に減少し、投影光学系（６）の収差の発生も更に抑えられる。また、１つの照明光（ＩＬ１）だけを使用するため、光源や照明光学系等の設備を節約できる。
次に、本発明による投影露光方法は、本発明の投影露光装置を用いて、そのマスクに形成された所定の転写用パターンを感光性基板に投影するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投影露光装置の実施の形態の第１の例につき図１を参照して説明する。本例はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１（ａ）は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１（ａ）に示すように、本例にはレチクル４上のパターン領域を照明する３つの光源部１，３Ａ，３Ｂが設けられている。露光時には、光源部１からはウエハ７上に塗布されたフォトレジストに感光性の波長λ１の照明光ＩＬ１が射出され、光源部３Ａ，３Ｂからはウエハ７のフォトレジストに非感光性の波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが射出される。光源部１は、露光光源、レチクル４上の照度分布を均一にするためのフライアイレンズ、レチクル４上の照明領域を規定する視野絞り等を含んで構成され、光源部１から射出された照明光ＩＬ１は、照明光学系２を介してレチクル４上の非走査方向に長い長方形の照明領域１８（図１（ｂ）参照）に照射される。その照明光ＩＬ１のもとで、レチクル４の長方形の照明領域１８内のパターンの像が投影光学系６を介してフォトレジストが塗布されたウエハ７上に投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）で転写される。以下、投影光学系６の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図１（ａ）の紙面に平行にＸ軸、図１（ａ）の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。本例では走査露光時のレチクル４及びウエハ７の走査方向はＸ方向である。
【００１７】
一方、非露光光の光源部３Ａ，３Ｂは、それぞれ光源、レチクル４上の照度分布を均一にするためのフライアイレンズ、及びレチクル４上での照明領域を規定する視野絞り等を含んで構成されている。そして、レチクル４の−Ｘ方向の上部に配置された光源部３Ａから射出された波長λ２の照明光ＩＬ２Ａは、コンデンサレンズ９Ａを透過し、照明光ＩＬ２Ａの入射方向に対して斜設された僅かな透過率を有するミラー１６Ａにより下方に反射されてレチクル４上の照明領域１７（図１（ｂ）参照）に集光される。また、レチクル４の＋Ｘ方向の上部に配置された光源部３Ｂから射出された波長λ２の照明光ＩＬ２Ｂは、コンデンサレンズ９Ｂを透過し、照明光ＩＬ２Ｂの入射方向に対して斜設された僅かな透過率を有するミラー１６Ｂにより下方に反射されてレチクル４上の照明領域１９に集光される。そして、レチクル４を透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは、投影光学系６を介してウエハ７上に照射される。
【００１８】
この場合、照明光ＩＬ２Ａの照明領域１７及び照明光ＩＬ２Ｂの照明領域１９は、それぞれ照明光ＩＬ１のレチクル４上の長方形の照明領域１８に対して走査方向に外側の領域になるように設定されている。
照明光ＩＬ１の波長λ１及び照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの波長λ２は、フォトレジストの種類及び投影光学系６の硝材の種類により異なるが、通常の場合、波長λ１は５３０ｎｍ未満、波長λ２は５３０ｎｍ以上の波長を選択する。露光用の照明光ＩＬ１としては、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）やｇ線（波長４３６ｎｍ）等の輝線、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等のエキシマレーザ光、あるいは銅蒸気レーザ光やＹＡＧレーザ光の高調波等が使用される。
【００１９】
また、照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは投影光学系６の硝材に対する回転非対称な照射エネルギーの分布を抑える目的で使用されるため、硝材又はレンズのコーティング膜での単位面積当たりの光吸収量が全体として照明光ＩＬ１に近いものが好ましい。その意味から、照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂとしては、フォトレジストを感光させない波長で、光の吸収率が小さいときには光源の光強度が強く、一方光源の光強度が小さいときには投影光学系６のレンズの硝材又はコーティング膜に対する光吸収率のできるだけ大きな波長を有するものが好ましい。好ましい例としては、例えばＨｅ−Ｎｅレーザからのレーザビーム（波長６３３ｎｍ）等が挙げられる。
【００２０】
なお、投影光学系の硝材として、石英やガラス等が使用された場合、これらの硝材は、約２μｍ以上の長い波長でもかなりの光吸収率を有するので、照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂとして、フッ化水素（ＨＦ）ガスの化学反応を利用したＨＦ化学レーザ光（波長２．４〜３．４μｍ）等を使用してもよい。また、石英以外の光学ガラスは、不純物を含んでいるため、５３０ｎｍ以上の長い波長でも１％／ｃｍに近い光吸収率を有するものもあり、このような１％／ｃｍに近い光吸収率を有する照明光でも照射エネルギーの回転非対称な分布の対策としては十分有効である。このような照明光の例としては、水素（Ｈ2 ）放電管からのＣ線（波長６５６．３ｎｍ）やヘリウム（Ｈｅ）放電管からのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）等が挙げられる。
【００２１】
次に、レチクル４は走査方向（Ｘ方向）に一定速度で移動自在で且つＸ方向及びＹ方向に微動可能なレチクルステージ５上に載置されている。レチクルステージ５の位置は外部のレーザ干渉計（不図示）により精密に計測されており、そのレーザ干渉計の測定値に基づいてレチクルステージ５の位置が制御されている。また、レチクル４上にはウエハ７との位置合わせ用のレチクルマーク１１Ａ，１１Ｂが形成されている。
【００２２】
一方、ウエハ７は不図示のウエハホルダを介して走査方向（Ｘ方向）に一定速度で移動自在なウエハステージ８上に載置されている。ウエハステージ８はＸ方向及びＹ方向にステッピング移動もできるように構成されており、ウエハ７上の各ショット領域を投影光学系６の露光領域への走査開始位置に移動する動作と、走査露光動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン方式によりウエハ７上の各ショット領域にレチクル４のパターンの像が逐次転写される。走査露光時には、レチクル４が＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）へ、例えば速度ＶR でスキャンされるのと同期して、ウエハ７が−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に速度β・ＶR （βは投影倍率）でスキャンされる。また、ウエハ７上の各ショット領域には位置合わせ用のウエハマーク１２Ａ，１２Ｂが形成されている。
【００２３】
次に、本例の露光動作について説明する。本例では、走査露光時にはレチクル４上のスリット状の照明領域だけでなく、それ以外のパターン領域も照明する。即ち、走査露光が開始されると同時に、３個の光源部１，３Ａ，３Ｂからそれぞれ照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが射出される。
図１（ｂ）は、レチクル４上の照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照明領域を示し、この図１（ｂ）において光源部１からの照明光ＩＬ１は、投影光学系６の有効露光フィールド（視野）と共役な円形の有効照明領域１４の外形と接する点Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２を結んだ長方形の照明領域１８に照射されている。この場合、円形の有効照明領域１４の中心Ｐ２は光軸ＡＸに一致している。一方、光源部３Ａからの照明光ＩＬ２Ａは照明領域１８の−Ｘ方向の点Ｌ１，Ｎ１を結んだ境界線から左外側の台形状の照明領域１７に照射されている。また、光源部３Ｂからの照明光ＩＬ２Ｂは照明領域１８の＋Ｘ方向の点Ｌ２，Ｎ２を結んだ境界線から右外側の台形状の照明領域１９に照射されている。即ち、照明領域１７，１９は回転非対称な長方形の照明領域１８を補完して円形の有効照明領域１４に近い照明領域を形成するための補完照明領域といえる。照明領域１８を透過した照明光ＩＬ１、及び照明領域１７，１９をそれぞれ透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂは、共に投影光学系６を透過してウエハ７上に照射される。
【００２４】
図１（ｃ）は、ウエハ７上の照明領域を示し、この図１（ｃ）において、投影光学系６の有効露光フィールド（視野）ＩＲと一致する円形の有効露光領域２０の外周に内接する非走査方向（Ｙ方向）に長い長方形の露光領域２１にウエハ７のフォトレジストに感光性の照明光ＩＬ１が照射されている。この場合、円形の有効露光領域２０の中心Ｐ１は光軸ＡＸに一致している。そして、その長方形の露光領域２１を補完して円形の有効露光領域２０に近い照明領域を形成する照明領域２２，２３にそれぞれウエハ７のフォトレジストに非感光性の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが照射されている。
【００２５】
即ち、走査露光時にはレチクル４上で回転対称に近い領域が照明され、投影光学系６内のレンズもほぼ回転対称に照明されるため、レンズの硝材における照明光のエネルギーの吸収密度は回転対称に近い分布となる。従って、投影光学系６のレンズの回転非対称な熱変形等が抑えられ、投影光学系６の収差変動が抑えられる。この場合、その収差変動をできるだけ少なくするために、光源部３Ａ，３Ｂからのそれぞれの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによるレチクル４上の照明領域１７，１９の合計面積は、有効照明領域１４内の照明光ＩＬ１による照明領域１８以外の面積の１／２以上であることが望ましい。
【００２６】
また、レチクル４上の照明領域１７，１９を透過した照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂがそれぞれウエハ７上の照明領域２２，２３にも照射されるが、照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂはウエハ７上のフォトレジストに非感光性であるため、ウエハ７上にはレチクル４上の照明領域１８内のパターンの像だけが転写される。
また、本例では光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂをレチクル４とウエハ７との位置合わせのためのアライメントセンサの検出光としても使用する。そのため、レチクル４のＸ方向の両端部の上方に、ＴＴＲ方式で画像処理方式のアライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂを設置し、光源部３Ａ，３Ｂから射出された照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂを、それぞれレチクル４上のレチクルマーク１１Ａ，１１Ｂが形成された位置を含む領域に照射する。そして、アライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂを用いてウエハマーク１２Ａ，１２Ｂとレチクルマーク１１Ａ，１１Ｂとの相対的な位置ずれを検出する。この場合には、アライメントセンサ用の光源を設ける必要がなく効率的である。なお、アライメントセンサ１３Ａ，１３Ｂはレチクルマーク１１Ａ，１１Ｂとウエハマーク１２Ａ，１２Ｂとをそれぞれ別々に検出するアライメントセンサでもよい。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態の第１の例の変形例について、図７を参照して説明する。本変形例は、図１の光源部３Ａ，３Ｂからの照明光をレチクル４の下部側から直接投影光学系６に入射させるように構成したものである。その他の構成は第１の例と同様であり、図７において図１と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図７（ａ）は、本変形例の投影露光装置の概略構成を示し、この図７（ａ）において、レチクル４の下部の左右に図１と同様に波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂを射出する光源部３Ａ，３Ｂが設置されている。光源部３Ａからの照明光ＩＬ２Ａは、コンデンサレンズ９Ａを透過し、照明光ＩＬ２Ａの入射方向に対して斜設されたミラー３３Ａにより下方に反射されて投影光学系６に入射する。もう１つの光源部３Ｂからの照明光ＩＬ２Ｂも同様にコンデンサレンズ９Ｂを透過し、照明光ＩＬ２Ｂの入射方向に対して斜設されたミラー３３Ｂにより下方に反射されて投影光学系６に入射する。以下は第１の例と同様である。
【００２９】
図７（ｂ）は、レチクル４上における照明領域を示し、この図７（ｂ）において、光源部１からの照明光ＩＬ１は、円形の有効照明領域１４の外形に内接する長方形の照明領域１８に照射されている。一方、光源部３Ａ，３Ｂからのそれぞれの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂはレチクル４上には照射されないが、ミラー３３Ａ，３３Ｂで光路を折り返したレチクル４上の仮想的な照明領域は、それぞれ点線で示す台形状の照射領域１７Ａ，１７Ｂとなる。従って、第１の例と同様に、投影光学系６のレンズの照射エネルギーの分布はほぼ回転対称となり、投影光学系６の収差変動を低減することができる。
【００３０】
本変形例は、スペース面や配置上の制約から第１の例のように、レチクル４の入射側に、ミラー１６Ａ，１６Ｂを配置できない場合に有効な方法である。但し、本変形例の場合はミラー３３Ａ，３３Ｂによる照明光ＩＬ１のケラレのために、レチクル４上における照明光ＩＬ１の照明領域１８と、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによる仮想的な照明領域１７Ａ，１９Ａとの境界を、明確に区別することが困難であることがある。
【００３１】
次に、本発明による実施の形態の第２の例について、図２を参照して説明する。本例は、２つの光源部を設置し、合成光学系及び波長選択性を有する視野絞り等を利用して投影光学系内にほぼ回転対称なエネルギー分布を有する照明光を供給するものである。基本的な構成は第１の例と同様であり、図２において図１と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。なお、図２ではウエハステージ等は省略している。
【００３２】
図２は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図２において、光源部１から射出されたウエハ７上のフォトレジストに感光性の波長λ１の照明光ＩＬ１は、リレーレンズ４１により平行光束となり、照明光ＩＬ１の光路に対して斜設された偏光ビームスプリッタ４２を透過してコンデンサレンズ４６に入射する。なお、本例の照明光ＩＬ１及びＩＬ２ＡはそれぞれＰ偏光に直線偏光して偏光ビームスプリッタ４２に入射するものとする。もう一方の光源部３Ａから射出されたウエハ７上のフォトレジストに非感光性の波長λ２の照明光ＩＬ２Ａも、リレーレンズ４７により平行光束となり、照明光ＩＬ１と直交する方向から偏光ビームスプリッタ４２に入射する。照明光ＩＬ２Ａは偏光ビームスプリッタ４２を透過し、１／４波長板４３を経てミラー４４により反射され、再び１／４波長板４３を経てＳ偏光として偏光ビームスプリッタ４２に入射する。Ｓ偏光となった照明光ＩＬ２Ａは偏光ビームスプリッタ４２により反射され、先に説明した照明光ＩＬ１と合成されて照明光ＩＬ３としてコンデンサレンズ４６に入射し、コンデンサレンズ４６を介してレチクル４上に照射される。また、偏光ビームスプリッタ４２とコンデンサレンズ４６との間には１／４波長板４５が設置され、照明光ＩＬ３はほぼ円偏光の状態でレチクル４に照射される。これによって、レチクル４のパターンの方向が変わっても良好な転写が行われる。
【００３３】
レチクル４の上面には、近接して波長選択性を有する視野絞り４８が設置されており、この視野絞り４８により、照明光ＩＬ３を構成する照明光ＩＬ１及び照明光ＩＬ２Ａのレチクル４上におけるそれぞれの照明領域が決定される。視野絞り４８は、波長選択性を有する２種類の光学フィルターから構成されている。
図２（ｂ）は、視野絞り４８の平面図を示し、この図２（ｂ）において、視野絞り４８の中央には、波長λ１の光束を選択的に透過する非走査方向に長い長方形の光学フィルター５０が設けられている。本例では視野絞り４８はレチクル４と近接しているため、この光学フィルター５０の形状がそのままレチクル４上の照明光ＩＬ１の照明領域とみなせる。また、視野絞り４８上の光学フィルター５０の左右に波長λ２の照明光ＩＬ２Ａを選択的に透過する半円状の光学フィルター４９，５１が設けられている。そして、光学フィルター５０及び光学フィルター４９，５１は全体として光軸ＡＸを中心とする円形領域を形成しており、この円形領域はレチクル４上の有効照明領域に収まる領域である。
【００３４】
これらの光学フィルター４９〜５１が設けられた視野絞り４８を通過した照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａは、レチクル４を透過した後、更に投影光学系６を通過してウエハ７上に照射されるが、照明光ＩＬ２Ａはウエハ７上のフォトレジストに非感光性であるため、ウエハ７上には光学フィルター５０の形状で規定されるレチクル４上のパターンの像だけが転写される。
【００３５】
また、光源部１から射出された照明光ＩＬ１と光源部３Ａから射出された照明光ＩＬ２Ａとを同時に投影光学系６に入射させることによって、投影光学系６内の硝材の吸収エネルギーは、光軸ＡＸに対し回転対称に近い密度分布になって、収差変動が少なくなる。また、従来例のように、投影光学系６の硝材の熱変形が著しく回転非対称である場合は、投影光学系の露光フィールドの中心でメリジオナル方向のパターンの最良像面と、それと垂直な方向のパターンの最良像面とが光軸方向に離れるというような非点収差（以下、「中心アス」という）が生じることがある。しかし、本例ではこのような中心アス等の回転非対称な収差変動の発生も抑えられる。また、本例の方法は以下のように円弧状の露光領域を用いる場合に特に有効である。
【００３６】
図２（ｃ）は、露光領域として円弧状の露光領域を用いる場合に視野絞り４８の代わりに使用する視野絞りの状態を示し、この図２（ｃ）において、視野絞り４８Ａの中央には光源部１からの照明光ＩＬ１を選択的に透過する円弧状の光学フィルター５０Ａが配置され、視野絞り４８Ａ上の光学フィルター５０Ａの左右に波長λ２の照明光ＩＬ２Ａを選択的に透過する半円状光学フィルター４９Ａ及び三日月状の光学フィルター５１Ａが設けられている。これらの光学フィルター４９Ａ，５１Ａ及び５０Ａの形状は、全体として光軸ＡＸを中心とする円形領域を形成するように設定されている。本例では、レチクル４上で円弧状の光学フィルター５０Ａの内部のパターンが投影光学系６を介してウエハ７上に投影される。しかも、投影光学系６にはほぼ光軸ＡＸを中心として回転対称の照射エネルギーが供給され、収差変動が少なくなる。
【００３７】
このように円弧状の照明領域の場合、第１の例において投影光学系６内の硝材に対して回転対称な照射エネルギーを与えるためには、光源部１，３Ａ，３Ｂ内の視野絞りを極めて複雑な形状に設定する必要があり、製造コストが増大する。しかし本例によれば、そのレチクル４上の円弧状の照明領域に合わせて光学フィルター５０Ａの形状を設定すればよく、しかもそれに合わせて容易に照明光ＩＬ２Ａの光学フィルター４９Ａ，５１Ａの形状も設定できる。
【００３８】
なお、図２（ｂ）の光学フィルター５０としては、光源部３Ａからの照明光ＩＬ２Ａに対する透過率の出来るかぎり小さいものが、投影光学系６内の回転非対称な照射エネルギー分布による収差変動を低減する効果が大きく望ましい。また、投影光学系６の収差変動をできるだけ少なくするためには、光学フィルター４９，５１の面積は、光学フィルター５０に外接する円内のうち、光学フィルター５０以外の部分の面積の少なくとも１／２以上であることが望ましい。
【００３９】
また、図２（ａ）の例においては、視野絞り４８はレチクル４のパターン面の近傍に設定されているが、視野絞り４８をレチクル４のパターン面と共役な面に配置してもよい。
なお、図２（ａ）において、合成光学系として偏光ビームスプリッタ４２の代わりに２点鎖線で示すようにダイクロイックミラーＤＭを用いてもよい。このダイクロイックミラーＤＭは照明光ＩＬ１を透過して照明光ＩＬ２Ａを反射する波長選択性を有し、これによって両照明光ＩＬ１，ＩＬ２Ａが無駄なく合成される。また、この際には１／４波長板４５は不要である。
【００４０】
次に、本発明の投影露光装置の実施の形態の第３の例について、図８を参照して説明する。本例は、１つの光源だけを使用し、投影光学系とウエハとの間に遮光板を設けたものであり、図８において図１又は図２と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図８（ａ）は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図８（ａ）において、光源部１Ａから射出されたフォトレジストに対して感光性の照明光ＩＬ１は、コンデンサレンズ４１によりレチクル４上に照射される。この場合、照明光ＩＬ１のレチクル４上での照明領域形状は、図１の照明領域１８のように長方形には整形されておらず、投影光学系６の有効露光フィールドと共役な円形の有効照明領域となっている。レチクル４上の円形の有効照明領域を通過した照明光ＩＬ１は、投影光学系６を透過し、ウエハ７に近接して配置された遮光板７１に入射する。
【００４１】
図８（ｂ）は、遮光板７１の平面図を示し、この図８（ｂ）において、遮光板７１の中心は光軸ＡＸに一致している。遮光板７１の中央部には、光軸ＡＸを中心とするＹ方向に長い長方形の透過領域７３が設けられており、その透過領域７３を囲むように遮光帯７２が設けられている。遮光板７１に入射した照明光ＩＬ１の内で透過領域７３を透過した照明光のみがウエハ７上に照射される。これにより、ウエハ７上には、遮光板７１の透過領域７３に対応するレチクル４上のＹ方向に長い長方形の領域のパターンの像が転写される。
【００４２】
本例によれば、投影光学系６とウエハ７との間に遮光板７１を設けるだけで、レチクル４上の所望の回転非対称な領域のパターンの像だけを転写できる。そのため、照明光ＩＬ１の照明領域を整形するための照明光学系の構成が簡単になる。また、１つの光源部１Ａだけを使用するため、図１、図２、図７の例に比較して光源部やコンデンサレンズ等の設備が節約できる。また、遮光板７１を設けるだけでよいため、構成が極めて簡単で調整等の作業も容易に行える。特に、本例では１つの光源部１Ａからの照明光ＩＬ１によりレチクル４及び投影光学系６の回転対称な領域を照明するため、投影光学系６の硝材の光エネルギーの吸収密度分布は更に光軸ＡＸの周りに回転対称となり、硝材の熱変形に伴う投影光学系６の収差の発生が更に抑えられる。
【００４３】
なお、遮光板７１を入れ換えるための交換機構を設け、透過領域の形状を露光領域に合わせて形成した複数の遮光板をその交換機構を介して交換するように構成してもよい。また、透過領域７３を任意な形状に変更可能な視野調整機構を遮光板７１の代わりに設けてもよい。
なお、図８の例において、機構的な都合でウエハ７と遮光板７１との間に有限の距離ｄ１が存在して、遮光板７１によるケラレによってウエハ７上での照明むらが問題となる場合においては、図９（ａ）で示すようにウエハ７上での露光光の最大開口数（ＮＡ）をsin θとすると、レチクル４の付近又はレチクル４よりも光源側のレチクル４の共役位置に、図９（ｂ）で示すようなウエハ７の露光領域と共役な領域８１の外側に、幅ｄR ＝２β・ｄ１・tan θ（βは１／４，１／５等の投影倍率）の遮光帯８４，８５を設けた部材８０を配置するとよい。この場合、図８（ａ）の照明光ＩＬ１は遮光帯８４，８５を除く領域８１，８２，８３を通過する。
【００４４】
それにより図９（ａ）において、幅ｄR の遮光帯８５とウエハ７上で共役な位置７Ａから７Ｂまでの領域においては露光が全くされず、遮光板７１の透過領域７３と遮光帯７２との境界を位置７Ａと７Ｂとの中間位置７Ｃの上方に配置し、他方の遮光帯８４についても同様にすれば、遮光板７１によるケラレは起こらない。遮光帯８４，８５の幅ｄR が円形の部材８０の直径よりも十分小さい場合、図８（ａ）の投影光学系６のレンズはほぼ回転対称に照明され、回転非対称な収差変動は十分に補正される。
【００４５】
次に、上述の実施の形態における投影光学系の収差変動の低減の効果を計算例に基づいて説明する。先ず、照明エネルギーによる温度分布の上昇を計算する。そのため、図１の例において、投影光学系６のレンズを円筒形に近似して、レンズの側面から空気を通して熱が流出せずレンズの縁が金属と接することにより、そのレンズの縁からのみ熱が流出するものと仮定する。そのレンズの半径方向の距離をｒ、光軸ＡＸの回りの角度をφ、上昇後の温度分布をＴ（ｒ，φ）、レンズの単位体積当たりの熱吸収量をω（ｒ，φ）、熱伝導率をλ、レンズの外半径をａとすると、熱平衡状態での円筒座標系（ｒ，φ）での熱伝導方程式は、次式のようになる。
【００４６】
【数１】
0003790833.tif 000002
【００４７】
そこで、（数１）の熱伝導方程式を解くと、次式のようになる。
【００４８】
【数２】
0003790833.tif 000003
【００４９】
ここで、Ｊn(ｐin・ｒ）は、第１種第ｎ次（ｎ＝０，１，２，…）のベッセル(Bessel)関数で、ｐin（ｉ＝１，２，…）は、Ｊn(ｐin・ａ）＝０を満たす数列である。
また、係数Ｃinは次式により表される。
【００５０】
【数３】
0003790833.tif 000004
【００５１】
但し、ｎ＝０のときのみ、係数Ｃinは次式により求められる。
【００５２】
【数４】
0003790833.tif 000005
【００５３】
また、係数Ｓinは次式により表される。
【００５４】
【数５】
0003790833.tif 000006
【００５５】
次に、温度分布の上昇によりどの次数の収差変動が多く現れるかを調べるために、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ，φ）を以下のように最小２乗法でフーリエ・ベキ級数展開する。ここで、上昇後の温度分布Ｔ（ｒ，φ）の単位は℃で、距離ｒの単位はｍｍである。
【００５６】
【数６】
0003790833.tif 000007
【００５７】
但し、i＝０，２，４，６，…である。
ここで、i＝０，ｎ＝０の場合の級数Ｂ00は、光軸ＡＸ、即ちｒ＝０での上昇温度になる。
以下、実際の数値に基づいて第１の例における効果を第１及び第２の２つの計算例により説明する。第１の計算例ではレチクル上の露光光の照明領域として長方形の照明領域を使用し、第２の計算例では円弧状の照明領域を使用する。この場合、投影光学系６のレンズをレンズ６１で代表し（図３〜図６参照）、レンズ６１を外半径ａが４０ｍｍの円筒形の石英であるとする。石英の場合、熱伝導率は、０．０１３８Ｗ／（ｃｍ・℃）である。また、ウエハ７のフォトレジストを感光する波長λ１の照明光ＩＬ１に対するレンズ６１の熱吸収率を２％／ｃｍとする。
【００５８】
第１の計算例において、先ず比較のため、図１のレチクル４上の７０ｍｍ×１６．８ｍｍの長方形の照明領域１８だけに照明光ＩＬ１が照射される場合について計算する。この場合、上記（数３）、（数４）、及び（数５）の熱吸収量ω（ｒ，φ）に長方形の吸収エネルギー密度を代入して、その結果を（数２）に代入した場合の熱伝導方程式の解に基づいて計算する。
【００５９】
図３（ａ）は、長方形の照明領域だけに照明光ＩＬ１が照射された場合のレンズ６１上の照射状態を示し、この図３（ａ）において、図１（ｂ）の照明領域１８の点Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２に対応する点Ｌ１’，Ｌ２’，Ｎ１’，Ｎ２’で囲まれた長方形の照明領域６２の走査方向の幅ＤＸ及び非走査方向の幅ＤＹをそれぞれ１６．８ｍｍ、及び７０ｍｍとする。そして、その照明領域６２は照明光ＩＬ１により一様に照射されているものとし、単位時間当たりの全照射量を１Ｗとする。
【００６０】
図３（ｂ）は、以上の計算結果を図に表したものであり、横軸及び縦軸はそれぞれ光軸ＡＸから走査方向への距離ｘ及び非走査方向への距離ｙを表す。この図３（ｂ）において、レンズ６１上の温度分布を温度差０．０２℃毎の等温線６３Ａで示す。なお、温度は内側から外側に向けて低い値となっている。なお、以下説明する図４（ｂ）〜図６（ｂ）においても、横軸及び縦軸はそれぞれ光軸ＡＸから走査方向への距離ｘ及び非走査方向への距離ｙを表し、等温線６３Ｂ〜６３Ｄは内側から外側に向かって低下する温度差０．０２℃毎の等温線を示している。
【００６１】
この図３（ｂ）の光軸ＡＸを中心とする非走査方向に長い楕円状の等温線６３Ａに示すように、レンズ６１上の長方形の照明領域６２に照明光ＩＬＩが照射されているだけの場合は、レンズ６１上の光軸ＡＸから離れた位置では、回転対称に近い温度分布となっているが、光軸ＡＸ（ｘ＝０，ｙ＝０）の近くでは回転非対称な温度分布となっている。
【００６２】
表１は、上記（数６）によって、フーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂinを示し、横欄にｎ（０，１，２，…）、縦欄にｉ（＝０，２，４，…）を取り、それぞれのｎ，ｉの値に対応する級数Ｂinの値が示されている。表１については後で説明する。なお、後述する表２〜表４も表１と同様に級数Ｂinの値が示されている。
【００６３】
【表１】
0003790833.tif 000008
【００６４】
次に、図１の第１の例に基づき、光源部１からの照明光ＩＬ１に加えて、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂにより投影光学系６のレンズ６１を照射した場合の計算結果を示す。なお、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照射領域は第１の例と少し異なっているが、効果の面では同様と考えてよい。
【００６５】
図４（ａ）は、レンズ６１上の照射状態を示し、この図４（ａ）において、照明領域６２が内接する円内で照明領域６２に接する左右のほぼ半円形の照明領域６４Ａ，６４Ｂにそれぞれ照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが一様に照射されているとする。この場合、ウエハ７のフォトレジストを感光しない波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂに対するレンズ６１の吸収エネルギー密度を照明領域６２における照明光ＩＬ１に対する吸収エネルギー密度と等しいものとする。
【００６６】
図４（ｂ）は、以上の計算結果を図に表したものであり、この図４（ｂ）において、レンズ６１上の光軸ＡＸを中心とする同心円状の等温線６３Ｂに示すように、レンズ６１上ではほぼ回転対称に近い温度分布となっている。また、以上の計算結果に基づいて、上記（数６）によって、フーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂinを計算した結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
0003790833.tif 000009
【００６８】
図３（ｂ）及び図４（ｂ）のそれぞれの上昇後の温度分布を比較すると、図４（ｂ）の温度分布の方がかなり回転対称に近くなっている。更に、表１と表２とを比較した場合、ｉ＝０，ｎ＝０の場合の級数Ｂ00、即ち光軸ＡＸ（ｒ＝０）での温度は、表２の場合の方が大きいにもかかわらず、それ以外の級数の絶対値は大体において表２の方が小さい。級数Ｂinの値のうち、ｎ＝０でｉ＝０以外の級数の値が小さいことは、照明光の照射による球面収差変動が小さいことを示し、ｎ＝０以外のｎ＝２やｎ＝４の級数Ｂinの値が小さいことは、照明光の照射による回転非対称な収差変動が小さいことを表す。即ち、図１の第１の例により、照明光の照射による中心アス等の回転非対称な収差変動が低減されることが分かる。
【００６９】
次に、第２の計算例について説明する。この第２の計算例は図１に示す第１の例において、円弧状の照明領域を用いる場合の効果を具体的に数値で示すものである。先ず、比較のため、レチクル上の円弧状の照明領域だけに図１の照明光ＩＬ１が照射される場合について計算する。
図５（ａ）は、投影光学系６のレンズ６１上の照明光ＩＬ１の照射状態を示し、この図５（ａ）において、レンズ６１は第１の計算例の長方形の照明領域６２（図３（ａ）参照）と同じ面積を有し、且つ同じ外接円を持つ円弧状の照明領域６５により照明されている。この照明領域６５は、投影光学系６の中心部のフレアを避けるために、光軸ＡＸからの距離が８．４ｍｍの円内の領域を含まないように形成されており、照明領域６５の中心６６は光軸ＡＸから所定の距離ｄの位置に設定されている。なお、照明光ＩＬ１のレンズ６１における照射エネルギー量は１Ｗである。その結果、円弧状の照明領域６５の２つのＹ方向の隅の点Ｌ３，Ｌ４（又は点Ｎ３，Ｎ４）を直線的に結ぶ距離ＤＲは１６．８ｍｍ、照明領域６５の２つのＸ方向の隅の点Ｌ４，Ｎ４（又は点Ｌ３，Ｎ３）を直線的に結ぶ距離ＤＳは７０ｍｍである。そして、光軸ＡＸから８．４ｍｍの円内の領域を避けるために、図５（ａ）の点Ｎ３，Ｌ３を結ぶ直線から照明領域６５の左側の円弧の接線との間のＸ方向の距離Ｓは２５．２ｍｍになるように設定されている。
【００７０】
図５（ｂ）は、レンズ６１上の円弧状の照明領域６５だけが照明光ＩＬ１により照明されている場合のレンズ６１上の上昇後の温度分布を計算した結果を示し、この図５（ｂ）において、０．０２℃毎の等温線６３Ｃに示すように、温度分布は光軸ＡＸに対して右側に偏した非走査方向に長い楕円状の温度分布となる。この場合のフーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂinを表３に示す。
【００７１】
【表３】
0003790833.tif 000010
【００７２】
次に、図１（ａ）において、光源部１からの照明光ＩＬ１に加えて、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによりレンズ６１を照射した場合の計算例を示す。
図６（ａ）は、レンズ６１上の照射状態を示し、この図６（ａ）において、照明領域６５に接する左右の半円形の照明領域６７Ａ，６７Ｂにそれぞれ照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが一様に照射されているとする。この場合、上述のように、光源部３Ａ，３Ｂからの照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂの照明領域を円弧状の照明領域に合わせるように、光源部３Ａ，３Ｂ等を製作することは容易ではなく、本計算例においては、図６（ａ）に示すように、円弧状の照明領域６５の−Ｘ方向の頂点を結ぶ直線を一辺とする照明領域６７Ａと、円弧状の照明領域６５の右側の円弧の接線を一辺とする半円状の照明領域６７Ｂとに、それぞれ照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂが照射されているものとする。そして、フォトレジストに感光しない波長λ２の照明光ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂによる照明領域６７Ａ，６７Ｂでのレンズ６１の吸収エネルギー密度を円弧状の照明領域６５における吸収エネルギー密度と等しいものとする。
【００７３】
図６（ｂ）は、以上の条件での計算結果を図に表したものであり、この図６（ｂ）において、等温線６３Ｄで示す温度分布は図５（ｂ）の温度分布に比べて回転対称に近くなっている。また、以上の計算結果に基づいて、上記（数６）によって、フーリエ・ベキ級数展開した級数Ｂinを計算した結果を表４に示す。
【００７４】
【表４】
0003790833.tif 000011
【００７５】
表３及び表４を比較すると、光軸ＡＸにおける温度上昇を示す級数Ｂ00以外の大部分の級数Ｂinの絶対値が、表４の値が表３の値より小さいとはいえず、図６（表４）の場合の方が大きな値の級数もかなりある。
即ち、円弧状の照射領域の場合、図１に示す第１の例による方法では、レンズ６１上における温度分布の回転非対称性の改善の程度が小さく、回転非対称な収差変動の低減効果が小さい。従って、円弧状の露光領域の場合は、図２に示す実施の形態のように、光学フィルターによりウエハ上のフォトレジストを感光せず、且つ投影光学系６のレンズに吸収される波長の照明光による照明領域を円弧状の照明領域に隙間なく接するように設定すれば、投影光学系６のレンズ上の照射エネルギー分布の回転対称性が向上し、投影光学系の収差変動を低減できる。
【００７６】
なお、本発明は走査露光型の投影露光装置に限らず、ステッパー方式等の一括露光型の投影露光装置で、レチクル上の回転非対称な領域のパターンをウエハ上に転写する場合にも同様に適用できる。
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の第１の投影露光装置及び本発明の投影露光方法によれば、第１及び第２照明光は共に感光性基板上に照射されるが、第２照明光は感光性基板に対して非感光性であるため、第１照明光により照明されるマスク上の回転非対称な露光照明領域のパターンの像だけが感光性基板上の回転非対称な露光照明領域に転写される。また、第２照明光により第１照明光による回転非対称な露光照明領域を補完して、ほぼ回転対称な露光照明領域を通過した照明光により投影光学系を照明するため、投影光学系のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加する。従って、回転非対称な熱エネルギーの分布によるレンズの熱変形や屈折率の回転非対称な分布が減少し、投影光学系の収差変動が少なくなる利点がある。
【００７８】
また、本発明の第２の投影露光装置によれば、合成系により一旦合成された第１及び第２の照明光は視野絞りにより決定される領域をそれぞれ通過し、投影光学系を経て感光性基板上に照射される。第２照明光は感光性基板に対して非感光性であるため、第１照明光だけによる感光性基板上の被露光照明領域にマスク上のパターンの像が転写される。この場合、第１照明光は、視野絞りによりマスクの回転非対称な被露光照明領域としての第１の領域と共役な第１の透過部だけを通過するため、感光性基板上には、マスク上の第１の領域のパターンの像だけが転写される。一方、投影光学系には、マスク上の第１の領域を透過する第１照明光と、第１の領域を補完して実質的に回転対称な円形領域を形成するマスク上の第２の領域を透過する第２照明光とが入射する。第１及び第２照明光の全体の照射領域は実質的にほぼ回転対称な円形領域となるため、本発明の第１の投影露光装置と同様に、投影光学系のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加して、投影光学系の収差変動が少なくなる利点がある。また、本発明ではマスク上の回転非対称な被露光照明領域に照射される第１照明光を整形するための光学系、及び第２照明光の照明領域を整形するための光学系が不要となる利点もある。
【００７９】
また、本発明の第１及び第２の投影露光装置において、第２照明光が照明する領域に位置するマスク上のマスクマークと第２照明光が照明する領域に位置する感光性基板上の基板マークとの少なくとも一方からの光を光電的に検出し、双方のマークの内の少なくとも一方のマークの位置を検出するマーク位置検出系を有する場合には、第２照明光をマスク又は感光性基板の位置を検出するためのアライメント用の照明光としても有効に利用できる利点がある。
【００８０】
また、回転対称な所定の円形露光領域、又は回転対称な所定の円形領域と共役な感光性基板上の領域が、投影光学系の感光性基板側の視野と一致する場合には、投影光学系のレンズは回転対称で最大径のほぼ円形の照明領域により照明されるため、投影光学系のレンズへの照射エネルギーの分布の回転対称性が向上する利点がある。
【００８１】
また、本発明の第３の投影露光装置によれば、感光性基板に対して感光性の照明光は、光制限部材によりマスク上の回転非対称な領域に対応する領域だけを通過して感光性基板上に照射される。従って、マスク上の回転非対称な領域のパターンの像だけが、感光性基板上に転写される。また、照明光によりマスク上のほぼ回転対称な領域を照明できるため、本発明の第１及び第２の投影露光装置と同様に、投影光学系のレンズへの照射エネルギー分布の回転対称性が増加する。本発明では、特に１つの照明光だけでマスクを照明するため、投影光学系のレンズ全体に一様な波長の光エネルギーが照射される。従って、投影光学系のレンズにおける熱エネルギーの吸収量もレンズ全体で一様になり、レンズの熱変形が更に減少し、投影光学系の収差変動も更に抑えられる利点がある。また、１つの照明光だけを使用するため、光源や照明光学系等の設備を節約できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による投影露光装置の実施の形態の第１の例を示す概略構成図、（ｂ）は図１（ａ）のレチクル上での照明領域を示す図、（ｃ）は図１（ａ）のウエハ上での照明領域を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態の第２の例を示す概略構成図、（ｂ）は図２（ａ）の視野絞りを示す平面図、（ｃ）は図２（ｂ）の視野絞りの変形例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は図１の実施の形態による収差改善効果を示すための第１の計算例において、比較計算に使用されるレンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。
【図４】（ａ）はその第１の計算例において使用されるレンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。
【図５】（ａ）は図１の実施の形態の収差改善効果を示すための第２の計算例において、比較計算に使用されるレンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。
【図６】（ａ）はその第２の計算例において使用されるレンズ上の照明領域を示す平面図、（ｂ）はそのレンズ上の上昇後の温度分布の計算結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の第１の例の変形例を示す概略構成図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施の形態の第３の例を示す概略構成図、（ｂ）は図８（ａ）の遮光板を示す平面図である。
【図９】（ａ）は図８の実施の形態の例において遮光板とウエハとの間に間隔がある場合の遮光板による照明光のケラレの状況を示す図、（ｂ）はその場合にレチクル又はレチクルと共役位置に配置する部材の例を示す図である。
【符号の説明】
１  光源部（露光用）
２  照明光学系
３Ａ，３Ｂ  光源部（非露光用）
ＩＬ１  照明光（露光用）
ＩＬ２Ａ，ＩＬ２Ｂ  照明光（非露光用）
４  レチクル
６  投影光学系
７  ウエハ
８  ウエハステージ
１１Ａ，１１Ｂ  レチクルマーク
１２Ａ，１２Ｂ  ウエハマーク
１３Ａ，１３Ｂ  アライメントセンサ
１７，１７Ａ，１９，１９Ａ  レチクル上の照明領域（非露光領域）
１８  レチクル上の照明領域（露光領域）
２０  ウエハ上の有効露光領域
２１  ウエハ上の露光領域
２２，２３  ウエハ上の照明領域（非露光領域）
４２  偏光ビームスプリッタ
４３，４５  １／４波長板
４８，４８Ａ  視野絞り
４９，５０，５１，４９Ａ，５０Ａ，５１Ａ  光学フィルター
７１  遮光板
７３  透過領域
【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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