JP2002110502A

JP2002110502A - 照明装置及び露光装置

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Publication number: JP2002110502A
Application number: JP2000292827A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Mori; 堅一郎森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、輪帯照明を使用する従来の照明装
置において、矩形状のマスク面等の照明領域を均一かつ
効果的に（即ち、所望の照度で）照明する照明装置を提
供する。【解決手段】光源から出射した光束を用いて縦横比が
１でない被照明面を照明する照明装置であって、前記光
源と前記被照明面との間に配置され、前記被照明面を均
一に照明するためのライトインテグレータと、前記光源
と前記ライトインテグレータとの間に配置され、断面形
状の一部に円弧を含み、かつ断面形状の縦横比が前記照
明領域の縦横比と近似する第１の光学ロッドとを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、照明装
置及び露光装置に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶
基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板など
の被処理体を露光するのに使用される照明装置、及び露
光装置に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフ
ィ工程において半導体ウェハ用の単結晶基板をステップ
・アンド・スキャン投影方式によって露光する露光装置
用の照明装置に好適である。但し、本発明の照明装置の
用途は露光装置に限定されず、写真製版、投影検査、映
写機、プロジェクタなどの光学機器に広く適用すること
ができる。

【０００２】ここで、「ステップ・アンド・スキャン投
影方式」は、マスク又はレチクル（なお、特に断らない
限り、本出願では「マスク」はこれらを総括するものと
する。）に対してウェハを連続的にスキャンさせてマス
クの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させて、次のショット
の露光領域に移動させる投影露光法である。

【０００３】

【従来の技術】近年の電子機器の小型及び薄型化の要請
から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要
求はますます高くなっている。例えば、ライン・アンド
・スペースは０.１５μｍをきり、今後益々小さくなる
ことが予想される。ライン・アンド・スペースは露光に
おいてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に
投影された像をいい、露光の解像度を示す尺度である。
露光では、解像度、重ね合わせ精度、スループットの３
つのパラメータが重要である。解像度は正確に転写でき
る最小寸法、重ね合わせ精度は被処理体にパターンを幾
つか重ね合わせる際の精度、スループットは単位時間当
たり処理される枚数である。

【０００４】露光法は基本的に等倍転写法と投影法の二
種類を有する。等倍転写は、マスクと被処理体を接触さ
せる密着法と僅かに離間させる近接法とを含む。しか
し、密着法は高解像度が得られるもののごみやシリコン
のかけらがマスクに圧入されてされてマスクの破損や被
処理体の傷、欠陥をもたらす。近接法はかかる問題を改
善しているがごみ粒子の最大寸法よりもマスクと被処理
体の間隔が小さくなると同様にマスクの破損が生じ得
る。

【０００５】そこで、マスクと被処理体との距離を更に
離間させる投影法が提案されている。投影法の中でも解
像度を改善するため、そして露光領域の拡大のためにマ
スクの一部ずつを露光し、ウェハを連続的又は断続的に
掃引（スキャン）するスキャン露光方式が知られてい
る。かかる方式を採用する露光装置を特に走査型投影露
光装置と称する場合がある。

【０００６】投影露光装置は、一般に、マスクを照明す
る照明光学系とマスクと被処理体との間に配置される投
影光学系とを有する。照明光学系においては、均一な照
明領域を得るために光源からの光束を複数のロッドレン
ズから構成されるハエの目レンズなどのライトインテグ
レータに導入し、ライトインテグレータ射出面を２次光
源面としてコンデンサーレンズでマスク面をケーラー照
明する。

【０００７】投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波
長λと露光装置の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えら
れる。

【０００８】

【数１】

【０００９】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。近
年では、露光光源の波長はＫｒＦエキシマレーザー（波
長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約
１９３ｎｍ）に、開口数は約０.６から約０.７５になろ
うとしている。

【００１０】一方、一定の結像性能を維持できる焦点範
囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは次式で与えられ
る。

【００１１】

【数２】

【００１２】従って、波長を短くすればするほど、及
び、ＮＡを上げれば上げるほど、焦点深度は小さくな
る。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難しくな
り、基板のフラットネス（平坦度）やフォーカス精度を
上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ま
しい。

【００１３】両式から、より一層の微細化の為に波長を
短くして開口数を上げたいが、焦点深度が小さくなるの
で実現できないという問題がある。そこで、比例定数ｋ
₁の値を小さくすることにより微細化を図る超解像技術
（ＲＥＴ：ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｕｈａｎｃｅｄ
Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ）が近年提案されている。ＲＥＴの
１つに変形照明法（又は斜入射照明法）と呼ばれるもの
がある。変形照明法としては、光学系の光軸上に遮光板
のある開口絞りをライトインテグレータの出射面近傍に
配置して、マスクに露光光束を斜めに入射させる方法が
一般的である。開口絞りの形状により、輪帯照明、４重
極照明などがある。例えば、特開平５−２１３１２号公
報は輪帯照明用の開口絞りを使用する露光方法を開示し
ている。同公報の方法によれば，通常は０.５以上であ
るｋ₁を０.３程度にまで小さくすることができる。

【００１４】更に、走査型投影露光装置は、マスクを基
板上に投影する投影レンズの収差を小さくすることがで
きるために好ましいという特徴も有する。ここで、収差
とは、レンズの物体面にある点を投影した際の、像面に
おける共役な点でのボケ具合を示し、収差が大きいレン
ズは収差が小さいレンズに比べて解像力がない。レンズ
の設計は開口数が上がるにつれて困難になり、収差は開
口数と関係している。例えば、球面収差は３次収差論に
おいて，開口数の３次に比例する。よって，開口数が上
がるとレンズの設計が非常に難しくなる。また，開口数
以外に画角(投影レンズの投影可能な領域)も収差に関係
している。例えば歪曲収差は３次収差論において，画角
の３次に比例している。よって、画角が大きくなっても
レンズの設計が非常に難しくなる。よって、露光領域に
比べて画角の小さい走査型投影露光装置の投影レンズ
は、露光領域を画角が等しい一括型投影露光装置の投影
レンズに比べ、設計が容易で、収差を小さくすることが
できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】不均一な照明はレジス
トへのパターン転写が不十分になり高品位な半導体ウェ
ハ、ＬＣＤ、薄膜磁気ヘッドなどが提供できなくなくな
ってしまう。したがって、一般に矩形状のマスク面等の
照明領域を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）照
明する必要がある。また、高照度で照明できなければス
ループットが低下する。

【００１６】しかしながら、輪帯照明を使用する従来の
照明装置では、均一な照明の要請からライトインテグレ
ータの出射面に輪帯照明用の開口絞りを配置している。
しかし、単に開口絞りを配置するだけでは一部の光を遮
光することになるため照度が低下してしまいスループッ
トが低下する。例えば、外側開口径と内側開口径の比が
２：１である１／２輪帯照明用の開口絞りの場合で２５
％、外側開口径と内側開口径の比が３：２である２／３
輪帯照明用の開口絞りの場合は４４％の光が開口絞りに
よってケラレてしまう。そのため従来から、開口絞りに
よるケラレを減らして光利用効率を高め、高照度を達成
する照明装置がいくつか提案されてきた。

【００１７】特開平５−２８３３１７号公報は、プリズ
ムをハエの目レンズより光源側に配置し、開口絞りでケ
ラレる光線を減らす方法を用いた照明装置が提案されて
いる。プリズムに入射する光線が平行光と見なせる場合
には、この方法で光利用効率の向上を期待することがで
きる。しかし、プリズムに入射する光線と光軸のなす角
が大きく、平行光とみなせない場合には、プリズムによ
って光線を所望に方向に曲げることができず、光利用効
率はそれほど上がらなくなってしまう。一方、平行光と
みなせる場合でも、光源がレーザーである場合、レーザ
ーと照明光学系の間に振動が生じて、両者の位置がずれ
ると輪帯状の有効光源の光量重心がずれてしまい、軸対
称な有効光源とはならず均一な照明が実現できない。

【００１８】特開平１１−５４４２６号公報は、振動に
よる問題を防止するために、光源とプリズムの間にハエ
の目レンズや内面反射部材を挿入することを教示してい
る。しかし、この方法では、プリズムに入射する光線が
平行光とみなせなくなるので、上述したように光利用効
率はさほど上がらなくなってしまう。

【００１９】特開平４−２２５５１４号公報は、回折光
学素子を用いて光利用効率を上げる方法が提案してい
る。しかし、平行光を回折光学素子に入射させなければ
前述のプリズムの場合と同様に光線を所望の方向に曲げ
ることができず、光利用効率はさほど上がらなくなって
しまう。また、回折光学素子は素子の段数によって回折
効率が決定されるが、現状の加工方法では１００パーセ
ントの回折効率を得ることは難しい。このことによって
も光利用効率がさほど上がらなくなってしまう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】そこで、このような従来
の課題を解決する新規かつ有用な照明装置及び露光装置
を提供することを本発明の概括的目的とする。

【００２１】より特定的には、本発明は、輪帯照明を使
用する従来の照明装置において、矩形状のマスク面等の
照明領域を均一かつ効果的に（即ち、所望の照度で）照
明する照明装置を提供することを例示的目的とする。

【００２２】また、本発明は、均一かつ高照度で照明す
る照明装置を使用して高品質の半導体、ＬＣＤ、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを所望のスループッ
トで露光する露光装置を提供することを別の例示的目的
とする。

【００２３】上記目的を達成するために、本発明の例示
的一態様としての照明装置は、光源から出射した光束を
用いて縦横比が１でない被照明面を照明する照明装置で
あって、前記光源と前記被照明面との間に配置され、前
記被照明面を均一に照明するためのライトインテグレー
タと、前記光源と前記ライトインテグレータとの間に配
置され、断面形状の一部に円弧を含み、かつ断面形状の
縦横比が前記照明領域の縦横比と近似する第１の光学ロ
ッドとを有する。かかる照明装置は、円弧状の第１の光
学ロッドを使用するので光源と照明光学系の光軸がずれ
てもライトインテグレータの入射面を照明するための有
効光源の形状が変化しないので光源と照明装置の光軸が
ずれても有効光源の光量重心がずれない。また、第１の
光学ロッドの断面形状の縦横比をライトインテグレータ
の縦横比とほぼ等しくするようにすることによって、ラ
イトインテグレータによってケラレる光量を減らして光
利用効率を高めることができる。更に、第１の光学ロッ
ドによりライトインテグレータの後段に開口絞りを設け
たような輪帯照明を実現することができ解像度の向上に
寄与する。

【００２４】本発明の例示的一態様としての露光装置
は、かかる照明装置と、レチクル又はマスクに形成され
たパターンを被処理体に投影する光学系とを有する。か
かる露光装置は上述の照明装置を利用するので同様な作
用を奏する。

【００２５】本発明の例示的一態様としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光
する工程と、前記投影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。上述の照明装置の作用と同
様の作用を奏するデバイス製造方法は、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、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チッ
プ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドな
どを含む。

【００２６】本発明の他の目的及び更なる特徴は、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。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的な露光装置１及び照明装置１００について説
明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部材
を表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露光
装置１及びその一部である照明装置１００の概略構成図
である。

【００２８】露光装置１は、図１に示すように、照明装
置１００と、マスク２００と、投影光学系３００とを有
する。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン投影
露光方式でマスク２００に形成されたパターンをプレー
トＷ上に露光する走査型投影露光装置である。

【００２９】照明装置１００は、転写用パターンが形成
されたマスク２００を照明する。照明装置１００は、図
１に示すように、光源としてのレーザー１１０と、照明
光学系とを有する。

【００３０】レーザー１１０は照明光を発光する光源
で、例えば波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー
である。レーザー１１０は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦ
エキシマレーザーと置換されても良い。また、光源は、
例えば、一般に５００Ｗ以上の出力の超高圧水銀ラン
プ、キセノンランプなどを使用してもよい。

【００３１】レーザーが使用される場合、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、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレン
ト化するインコヒーレント化光学系を使用してもよい。
光束整形光学系は、例えば、複数のシリンドリカルレン
ズやビームエクスパンダ等を使用することができ、レー
ザー光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換す
る。インコヒーレント化光学系は、例えば特開平３−２
１５９３０号公報の図１に開示されているような、入射
光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、ｐ偏
光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光束を光学部材を介
して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以
上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光
束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系を少
なくとも一つ備える光学系を用いることができる。

【００３２】また、後述する第１の折り曲げレンズ１１
５とレーザー１１０の間にコリメーターレンズを配置
し、光源から発散して広がるように出射するレーザー光
線を平行光に変換してもよい。

【００３３】照明光学系は、マスク２００へ光束を照射
する光学系であり、第１の折り曲げミラー１１５と、プ
リズム１２０と、光学ロッド１２５と、第１のコンデン
サーレンズ１３０と、第２の折り曲げミラー１３５と、
ハエの目レンズ１４０と、第２のコンデンサーレンズ１
４５と、絞り１５０と、結像光学系１５５ａ及び１５５
ｂと、第３の折り曲げミラー１６０とを有する。

【００３４】第１折り曲げミラー１１５は、レーザー１
１０から出射した光束Ｌ１を後述する光学ロッド１２５
の長手方向（本明細書においては、軸方向と称すること
もある）と平行するように偏向させる。なお、レーザー
１１０の出射光線と光学ロッド１２５の長手方向が予め
平行に配置されているならば、第１の折り曲げミラー１
１５は省略することも可能である。しかし、図１を参照
するに、第１の折り曲げミラー１１５を用いることで、
レーザー１１０の光線を偏向させ、照明装置１００及び
露光装置１の小型化を実現できる。なお、第１の折り曲
げミラー１１５は、レーザー１１０からの光束を後方に
位置する構成要素に対し最適な入射がなされるような角
度で偏向するものとする。

【００３５】プリズム１２０は、第１の折り曲げレンズ
１１５で偏向された光束Ｌ１を後述する光学ロッド１２
５の軸方向に対し角度をもって入射させるために用いら
れる。プリズム１２０は、ガラスなどで成形された多面
体である。プリズム１２０は、例えば石英又は蛍石から
成形されてもよい。本発明の露光装置１に使用されるプ
リズム１２０は、三角形状の断面を有する三角柱であ
る。なお、プリズム１２０は、光束の入射面とそれに対
向する光束の出射面が相対的に傾斜しているであれば、
形状に限定を有するものではない。

【００３６】図２を参照するに、第１の折り曲げミラー
１１５で偏向された光束Ｌ１はプリズム１２０に対し垂
直に入射する。ここで、図２は図１に示す照明装置１０
０に使用されるプリズム１２０を通過する簡単な光路図
である。プリズム１２０中を通過する光束Ｌ２は、プリ
ズム１２０の入射面に対し角度ｅ２だけ傾斜した対向す
る面から出射する。このとき光束Ｌ２は、光束Ｌ２に対
し角度ｅ１だけ屈折した光束Ｌ３になる。ここで、光束
Ｌ２とＬ３には、ｎ×ｓｉｎ（ｅ２）＝ｓｉｎ（ｅ１＋
ｅ２）のような関係があり、ｎはプリズム１２０の絶対
屈折率である。すなわち、光束Ｌ２に対する光束Ｌ３の
角度ｅ１は、プリズム１２０の絶対屈折率ｎ及び出射す
る面の傾斜角ｅ２に依存する。これにより光束Ｌ３は、
光学ロッド１２５の長手方向に対し角度ｅ１だけ傾斜し
入射することが可能となる。本実施例では、光束Ｌ１は
プリズム１２０の入射面に対し垂直に入射されたため、
光束Ｌ１とＬ２の間に屈折による角度変化は生じていな
い。しかし、光束Ｌ１とＬ２の間に屈折が生じるように
プリズム１２０を配置させてもよい。更に、プリズム１
２０をターレット上に配置し任意に回転可能な構成とす
ることも考えられる。かかる構成により、光学ロッド１
２５に入射する光束Ｌ３の光学ロッド１２５の軸方向に
対する角度を任意に変えることができる。なお、光学ロ
ッド１２５に対する入射角ｅ１は、後述するように要求
される光学ロッド１２５の出射角に応じて調整されるこ
とが好ましい。

【００３７】また、図３を参照するに、プリズム１２０
はプリズム１２１に置換することも可能である。ここ
で、図３は図１に示す照明装置１００に使用されるプリ
ズム１２０の別の例示的形態を示した図である。プリズ
ム１２１は、断面が長方形の四角柱を斜めに分割するこ
とでクサビ型にして、上部のプリズム１２１ａを１８０
度回転させたものである。プリズム１２１において、プ
リズム１２１ａはプリズム１２１ｂより光線の進行方向
に対し下位に位置するように配置される。また、プリズ
ム１２１ｂの光束の入射面は入射する光束に対し垂直に
配置されることが好ましいが、本発明はこれに限定され
ない。かかるプリズム１２１は、プリズム１２１ｂに対
するプリズム１２１ａの（ａ）に示した状態から（ｂ）
に示した状態の間の任意の位置に配置をずらすことによ
って光学ロッド１２５に入射する光束の入射角を任意に
変えることができる。

【００３８】また、上述した第１の折り曲げミラー１１
５を調節し、光学ロッド１２５の長手方向に対し角度を
もって入射させる構成であってもよい。かかる構成にお
いては、プリズム１２０を配置する必要はない。折り曲
げミラー１１５を利用し光学ロッド１２５に入射させる
か、折り曲げミラー１１５を調節し光学ロッド１２５の
長手方向に対し角度を持った光束を入射させるかは、選
択的である。

【００３９】光学ロッド１２５は、出射面で光軸に軸対
称な均一な角度分布を有する光束を得るために用いられ
る。まず、光学ロッドの一例としての円柱ロッド５００
の一般的な性質を、図１３を参照して、説明する。ここ
で、図１３は、円柱ロッド５００に平行光Ｌを入れたと
きの単純化した光路図である。このような円柱ロッド５
００は、特許公報第２７６７２３５号公報において既に
開示されている。円柱ロッド５００は、平行光Ｌをスキ
ュー反射によってその射出面において光線の角度分布を
光軸に対し軸対称に均一化させる性質を有する。

【００４０】図１３を参照するに、円柱ロッド５００の
軸をｚ軸、それに垂直する方向にｘ軸とｙ軸とした軸座
標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対し極座標系を（ｒ，θ，φ）と
する。このとき、ロッドの入射端５０２に入射した光線
Ｌ（θ＝ｅ、φ＝０）は、φ方向成分のみ変化する。こ
のφの変化は、円柱ロッド５００の側面にどのように当
たるかで異なる。また、入射する光線に太さがあれば場
所場所で異なった変化をするので、円柱ロッドのｚ軸方
向に充分長ければ、φは様々な値を持つ。光束Ｌは、出
射端５０４においてz軸と角度ｅを持ち、ｚ軸に対して
軸対称な角度分布を持つ光束Ｌ'となる。図１３に示す
ように、この出射端５０４から離れたところにスクリー
ンをおくと、円環状の光分布が観測される。

【００４１】よって、図１４を参照するに、この円柱ロ
ッド５００の出射面５０４を２次光源として、ケーラー
照明法を用いてハエの目レンズ５１０の入射面を照明す
れば、ハエの目レンズ５１０の後段に輪帯状の開口絞り
を配置したときと同様に、輪帯状の有効光源分布を得る
ことができる。ここで、図１４は、図１３に示す円柱ロ
ッド５００を使用した光学系の一部を単純化した光路図
である。また、ケーラー照明とは、光源における光の角
度分布を照明面の位置分布に、光源における光の位置分
布を照明面の角度分布に置き換える照明方法である。本
出願では、かかる関係をフーリエ変換の関係と呼ぶ場合
がある。入射光線Ｌのロッドに入射する位置が上下した
としても、出射面での角度ｅは変化しない。従って、照
明装置において照明光学系とレーザーの光軸がずれて
も、有効光源の形状は変化しない。この結果、円柱ロッ
ド５００は、被照射面に均一な照明を与えることができ
ると共に、振動に強い照明装置を提供することができ
る。

【００４２】しかし、照明装置１００に円柱ロッド５０
０を使用すると、有効光源の不均一性と光利用効率が両
立しないという問題が発生する。上述のように、ケーラ
ー照明とは、光源における光の角度分布を照明面の位置
分布に、光源における光の位置分布を照明面の角度分布
に置き換える照明方法である。図１４を参照するに、ハ
エの目レンズ５１０の入射面５１２における光の角度分
布は円柱ロッドの出射面５０４の形状、即ち、円状の分
布となっている。

【００４３】ハエの目レンズ５１０は、入射光の角度分
布を位置分布に変換して出射するライトインテグレータ
の一種であり、入射面５１２と出射面５１４とはフーリ
エ変換の関係になる。ハエの目レンズは互いの焦点位置
がそれと異なるもう一方の面にあるレンズ（レンズ素
子）を複数個並べたものである。円柱ロッド５００を用
いた図１４のような光学系の場合、ハエの目レンズ５１
０の入射面５１２の光の角度分布は円状になっているの
で、ハエの目レンズの各レンズ素子の出射面５１４での
光の位置分布は円状になっていることになる。また、ハ
エの目レンズを構成する各レンズ素子の断面形状は、各
レンズ素子のレンズ面が球面である場合、照明装置の照
明領域と略相似である方が照明光の利用効率が高い。こ
れは、ハエの目レンズと照明領域が瞳と像の関係（フー
リエ変換の関係）であるからである。

【００４４】露光装置１の場合は、マスク２００面とし
ての照明領域が例えば２６ｍｍ×１３ｍｍのような矩形
状であることから、ハエの目レンズは縦横比がほぼ２：
１であることが好ましい。上述のように、図１４に示す
光学系ではハエの目レンズ５１０の出射面５１４での光
の位置分布は円状である。従って、ハエの目レンズ５１
０の出射面５１４での光強度分布は図１５又は図１６の
ような分布になっている。ここで、図１５及び１６は、
ハエの目レンズ５１０の出射面５１４をマスク側から見
た光強度分布の平面図である。図１５では、有効光源分
布を形成する円柱ロッド５００の出射面の像がハエの目
レンズ５１０の各レンズ素子断面に対し小さく、有効光
源は面光源と見なせない。図１６では、ハエの目レンズ
５１０の入射面５１２から入射しても出射面５１４から
出射できず、ハエの目レンズ５１０によってケラレる光
が存在する。

【００４５】そこで、本発明者は、図１に示す後述する
ハエの目レンズ１４０の出射面が面光源と十分に擬制可
能な有効光源となるようにし、かつ、ハエの目レンズ１
４０によってケラレる光量を減らして光利用効率を高め
るように、光学ロッド１２５の形状を設計している。

【００４６】光学ロッド１２５は透明な柱状の部材によ
り形成される光学素子である。一般的には光学ロッドと
して、ステップインデックス型光ファイバーが使用され
ることもある。図４を参照するに、光学ロッド１２５は
断面形状が半円であり、かつ断面形状の縦横比がハエの
目レンズ１４０を構成する各レンズ素子の縦横比、ひい
ては照明領域の縦横比とほぼ等しく形成される。ここ
で、図４は、光学ロッド１２５の例示的な断面図であ
る。しかし、光学ロッド１２５はその断面形状の一部が
円弧であり、かつ断面形状の縦横比が照明領域の縦横比
とほぼ等しければよい。光学ロッド１２５は円弧を備え
た断面形状により図１３に示す円柱ロッド５００と同様
に輪帯照明を実現することができる。また、光学ロッド
１２５は、所定の縦横比により好ましい光利用効率を得
ることができる。図５及び６を参照するに、光学ロッド
は、例えば断面形状が円の両側を切断した形状（１２５
ａ）、もしくは中心をずらした円の共通部分からなる形
状（１２５ｂ）であってもよい。ここで、図５及び６
は、別の例示的な光学ロッド１２５ａ及び１２５ｂの軸
方向に関する断面図である。

【００４７】図９を参照するに、光学ロッド１２５に入
射する光束Ｌ３は、入射面１２６端部で屈折されロッド
軸に対する角度e３である光束Ｌ４となる。ここで、図
９は、図１に示す照明装置１００に使用される光学ロッ
ド１２５を通過する光束の簡単な光路図である。光束Ｌ
４は、その内部で数回反射しながら出射端面に向かって
伝播する。このとき、軸方向に関しては、光学ロッド１
２５はロッドは平面でありパワーはない。従って、光束
Ｌ４は光学ロッドの軸に対する角度ｅ３を保ったまま反
射する。また、出射面１２７端部では、光束Ｌ４は入射
面１２６端部とは逆の屈折がされる。即ち、出射面１２
７から出射した光束Ｌ５のロッド軸に対する角度はｅ１
のままである。一方、光学ロッド１２５の曲率を有する
部分において、軸方向と垂直な方向には光学ロッド１２
５はパワーがある。従って、光学ロッド１２５に入射し
た光束Ｌ４の光学ロッド１２５軸に垂直な方向の角度は
保存されない。即ち、光束Ｌ４はスパイラル方向にミキ
シングされる。これにより、光学ロッド１２５は、出射
面１２７で光軸に軸対称な均一な輪帯状の角度分布を有
する光束を得ることが可能となる。また、光学ロッド１
２５は、断面形状を照明領域とほほ同じ縦横比としてい
るので、ハエの目レンズ１４０によってケラレることが
ない。

【００４８】光束Ｌ４は光学ロッド１２５の内面におい
て全反射されることが好ましい。これは、光束Ｌ４が光
学ロッド１２５内でロッド側面と鋭角に反射するように
光束Ｌ３を入射させることで可能となる。また、光学ロ
ッド１２５の側面に反射膜を形成することで、効果的に
全反射させることも可能である。

【００４９】上述したように、本発明の照明装置１００
に使用される光学ロッド１２５は、断面形状の一部を円
弧とすることで、スキュー反射によって角度分布を光軸
中心に軸対称に均一化することができる。また、光学ロ
ッド１２５は、断面形状の縦横比をハエの目レンズ１４
０を構成する各レンズ素子の断面の縦横比、ひいては照
明領域の縦横比とほぼ等しくするような断面形状にする
ことで、後述するハエの目レンズ１４０において有効光
源分布を面形状とみなせ、かつ光束がケラレないように
することができる。

【００５０】また、光学ロッド１２５において、光束Ｌ
３の入射面１２６側の端部はロッド軸に対し垂直に形成
されている。しかし、入射側の端部を斜めに傾けて形成
された構成の図７にしめすような光学ロッド１２５ｃも
考えられる。図７を参照するに、かかる構成において、
ロッド軸と平行な光束Ｌ１０を光学ロッド１２５ｃに入
射させた場合、当該光束Ｌ１０は斜めに傾けて形成され
た端部で屈折させられる（Ｌ１１）。ここで、図７は図
１に示す照明装置１００に使用される別の例示的一形態
の光学ロッド１２５ｃの側部側からの簡単な光路図を示
した図である。よって、光学ロッドに入射した光束Ｌ１
１はロッド軸方向に対し角度を有する。上述の構成はプ
リズムを使用することなしに、上述のプリズム１２０を
併用する光学ロッド１２５と同様の効果を得ることがで
きる。

【００５１】再び図１を参照するに、第１のコンデンサ
ーレンズ１３０は光学ロッド１２５の出射面とハエの目
レンズ１４０の入射面とがフーリエ変換の関係になるよ
うに配置されている。折り曲げミラー１３５は光束を偏
向する。

【００５２】ハエの目レンズ１４０は、入射光の角度分
布を位置分布に変換して出射するライトインテグレータ
の一種で、入射面と出射面とは光学的にフーリエ変換な
関係になる。但し、後述するように、本発明が使用可能
な（光学的）インテグレータはハエの目レンズに限定さ
れるものではない。ハエの目レンズ１４０は、本実施例
では断面が長方形のレンズ素子（即ち、微小レンズ）１
３７を多数組み合わせて構成されているが、本発明は、
断面円形、四角形、六角形その他の断面形状を有するレ
ンズ素子を排除するものではない。

【００５３】ハエの目レンズ１４０は、図８に示すよう
に、断面長方形のレンズ素子１３７を縦６段、横３列の
合計１８個有している。ここで、図８は、図１に示す照
明装置１００に使用されるハエの目レンズ１４０の出射
面から有効光源を見た平面図である。図８に示すハエの
目レンズ１４０の各レンズ素子１３７の半円は光学ロッ
ド１２５の出射面の像である。このように光学ロッド１
２５の断面形状の縦横比を被照明領域の形状に対応させ
たハエの目レンズ１４０を構成する各レンズ素子の縦横
比に近似させることで、多数の光学ロッド１２５の出射
面の像が光のケラレなく面光源に近い有効光源とみなせ
マスク２００を効率的に均一に照明することができる。

【００５４】第２のコンデンサーレンズ１４５はハエの
目レンズ１４０から出た光束Ｌ７をできるだけ多く集め
て絞り１５０上で重畳的に重ね合わせ絞り１５０をケー
ラー照明する（Ｌ８）。即ち、絞り１５０とハエの目レ
ンズ１４０の出射面とはフーリエ変換の関係に配置され
ている。

【００５５】図１に示す光学系の一部は図１０に示す光
学系に置換されてもよい。ここで、図１０は図１に示す
露光装置１及びその一部である別な例示的一態様の照明
装置１００ａの概略構成図である。図１０は、図１の露
光装置1の一部である照明装置１００の第１のコンデン
サーレンズ１３０と、第２の折り曲げミラー１３５と、
ハエの目レンズ１４０と、第２のコンデンサーレンズ１
４５が、第１のコリメーターレンズ１７０と、第２の折
り曲げミラー１７５と、第２のコリメーターレンズ１８
０と、第２の光学ロッド１８５とによって置換されてい
る。

【００５６】第１のコリメーターレンズ１７０は、光束
Ｌ５を略平行光束Ｌ１０に変換する。光束Ｌ１０は第２
の折り曲げミラー１７５によって偏向され、第２のコリ
メーターレンズに入射する。第２のコリメーターレンズ
１８０は平行光束Ｌ１０を第２の光学ロッド１８５の入
射面端部に集光する集光光束Ｌ１１に変換している。か
かる構成により、光学ロッド１２５（以下、図１０の実
施形態では便宜上第１の光学ロッドと呼ぶ。）の出射面
と第２の光学ロッド１８５の入射面を光学的に物体面と
像面の位置関係にある。かかる関係を本出願では共役の
関係とよぶ場合がある。なお、第１の光学ロッド１２５
と後述する第２の光学ロッド１８５が直列に配置される
場合は、第１のコリメーターレンズ１７０、第２の折り
曲げミラー１７５、及び第２のコリメーターレンズ１８
０は省略されてもよい。

【００５７】本実施例では、第１及び第２のコリメータ
ーレンズ１７０及び１８０よりなる結像系は、第１の光
学ロッド１２５の出射面が第１のコリメーターレンズ１
７０の焦点位置に、第２の光学ロッド１８５の入射面が
第２のコリメーターレンズ１８０の焦点位置にそれぞれ
配置されるように構成されている。このように構成する
ことによって、第１のコリメーターレンズ１７０を通過
した光束Ｌ１０はほぼ平行光束となりその後の第２の折
り曲げミラー１７５を配置する際にその位置が変わって
もミラーが必要する有効径があまり変わらないためミラ
ー配置の設計自由度が大きくなる。

【００５８】第２の光学ロッド１８５は、入射面で不均
一であった照度分布を出射面で均一にする。第２の光学
ロッド１８５は、ロッド軸と垂直な断面形状が照明領域
とほぼ同一な縦横比を有する矩形である。なお、第２の
光学ロッド１８５はロッド軸と垂直な断面形状にパワー
があると出射面での照度が均一にならない。従って、第
２の光学ロッド１８５のロッド軸に垂直な断面形状は直
線のみで形成される多角形である。また、このような構
成を除き上述した光学ロッド１２５と同一であるため詳
細な説明は省略する。

【００５９】絞り１５０は、マスク２００上の照明領域
を制限する為に用いられる。絞り１５０は、投影光学系
３００がレンズタイプの投影系の場合はほぼ矩形の透光
部を有する。投影光学系３００がオフナータイプの反射
ミラー投影系の場合、第２のコンデンサーレンズ１４５
により均一照明される領域に円弧状の透光部と遮光部と
を有する。絞り１５０の透光部を透過した光束をマスク
２００の照明光として使用される。結像光学系１６０
は、絞り１５０の開口像を再度マスク２００上に再結像
する。

【００６０】結像光学系は、図示するように複数の光学
系１５５ａ及び１５５ｂと第３の折り曲げミラー１６０
を有する。しかし、マスク２００と絞り１５０が平行に
配置されているのであれば、折り返しミラー１６０は省
略可能であり光学系１５５ａ及び１５５ｂはどちらか一
つにしてもよい。

【００６１】マスク２００上にはパターンが形成されて
おり、マスク２００から発せられた回折光は投影光学系
３００を通りプレートＷ上にパターン像を形成する。プ
レートＷ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ものである。絞り１５０とマスク
２００とは、共役な関係に配置される。ハエの目レンズ
１４０の出射面とマスク２００とはフーリエ変換の関係
にある。また、マスク２００とプレートＷとは共役の関
係にある。

【００６２】走査型投影露光装置の場合は、マスク２０
０とプレートＷを走査することによりマスク２００のパ
ターンをプレートＷ上に転写する。なお、ステッパー
（ステップ・アンド・リピート露光方式の露光装置）の
場合はマスク２００とプレートＷの相対位置を固定（静
止）させた状態で露光が行われる。

【００６３】投影光学系３００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、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
を使用したりする。

【００６４】プレートＷにはフォトレジストが塗布され
ている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性
向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベ
ーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密
着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着
性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布によ
る疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈ
ｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又
は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程
であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去
する。マスク２００とプレートＷは所定の速度で同期し
て互いに逆方向に移動する。

【００６５】露光において、レーザー１１０から発せら
れた光束は第１の折り曲げミラー１１５で偏向される。
その後、光束はスリット１２０で角度を変化させ、光学
ロッド１２５に対し斜めに入射する。光束は光学ロッド
１２５でスキュー反射を繰り返すことにより、出射面で
光軸に軸対称な均一な角度分布を得る。かかる光束は第
１のコンデンサーレンズ１３０で略平行化され、折り曲
げミラー１３５で偏向され、ハエの目レンズ１４０の入
射面で合成される。このとき、光学ロッド１２５からの
出射光は、第２の光学ロッド１８５で合成されてもよ
い。

【００６６】ハエの目レンズ１４０などを出射した光束
は、第２のコンデンサーレンズ１４５を通過した後、絞
り１５０を照明する。絞り１５０を通過した光束は結像
光学系１６０を通った後マスク２００の照射面を照明す
る。第２のコンデンサーレンズ１４５は、インテグレー
タから出射した光を用いて絞り１５０及びマスク２００
をケーラー照明により均一に照明する。

【００６７】かかる照明装置１００を使用する露光装置
１は均一な有効光源で照明を行えるため、レジストへの
パターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（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。

【００６８】次に、図１１及び図１２を参照して、上述
の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を
説明する。図１１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
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。

【００６９】図１２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１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従来は製造が難しか
った高品位のデバイスを製造することができる。

【００７０】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種
々の変形及び変更が可能である。

【００７１】

【発明の効果】本発明の照明装置及び露光装置によれ
は、円弧を含んだ断面形状の光学ロッドを使用するので
光源と照明光学系の光軸がずれてもライトインテグレー
タの入射面を照明するための有効光源の形状が変化せず
光源と照明装置の光軸がずれても有効光源の光量重心が
ずれない。この結果、照明装置は、光源と照明装置の光
軸がずれても被照射面に均一な照明を与えることができ
る。よって、本発明は、振動に強い照明装置を提供する
ことができる。

【００７２】また、光学ロッドの断面形状の縦横比を被
照明面の縦横比、ひいてはライトインテグレータの断面
形状の縦横比とほぼ等しくするようにすることによっ
て、ライトインテグレータによってケラレる光量を減ら
して光利用効率を高めることができる。この結果、露光
装置は所望のスループットを維持することができる。

【００７３】更に、光学ロッドによりライトインテグレ
ータの後段に開口絞りを設けたような輪帯照明を実現す
ることができる。この結果、露光装置は、数式１におけ
る比例定数ｋ₁をあげて高い解像度を実現することがで
きる。

【００７４】また、本発明は回折光学素子等を使用しな
いので比較的に安価な照明装置及び露光装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的な露光装置及びその一部であ
る照明装置の概略構成図である。

【図２】図１に示す照明装置に使用されるプリズムを
通過する簡単な光路図である。

【図３】図１に示す照明装置に使用されるプリズムの
別の例示的形態を示す断面図である。

【図４】図１に示す照明装置に使用される光学ロッド
の例示的な断面図である。

【図５】図１に示す照明装置に使用される別の例示的
な光学ロッドの垂直断面図である。

【図６】図１に示す照明装置に使用される別の例示的
な光学ロッドの垂直断面図である。

【図７】図１に示す照明装置に使用される別の例示的
な光学ロッドの側部側からの簡単な光路図を示した図で
ある。

【図８】図１に示す照明装置に使用されるハエの目レ
ンズの出射面から有効光源を見た平面図である。

【図９】図１に示す照明装置に使用される光学ロッド
を通過する光束の簡単な光路図である。

【図１０】図１に示す露光装置及びその一部である別
な例示的一態様の照明装置の概略構成図である。

【図１１】デバイスの製造を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１２】図１１に示すウェハプロセスの詳細なフロ
ーチャートである。

【図１３】図１に示す照明装置の光学ロッドの性質を
説明するための、円柱ロッドに平行光を入れたときの単
純化した光路図である。

【図１４】図１３に記載の円柱ロッドを使用した光学
系の一部を単純化した光路図である。

【図１５】ハエの目レンズの出射面をマスク側から見
た光強度分布の平面図である。

【図１６】ハエの目レンズの出射面をマスク側から見
た光強度分布の平面図である。

【符号の説明】

１露光装置１００照明装置１１０レーザー１２５光学ロッド１４０ハエの目レンズ１５０絞り１６０結像光学系１８５第２の光学ロッド２００マスク３００投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射した光束を用いて縦横比が
１でない被照明面を照明する照明装置であって、前記光源と前記被照明面との間に配置され、前記被照明
面を均一に照明するためのライトインテグレータと、前記光源と前記ライトインテグレータとの間に配置さ
れ、断面形状の一部に円弧を含み、かつ断面形状の縦横
比が前記照明領域の縦横比と近似する第１の光学ロッド
とを有する照明装置。
【請求項２】前記第１の光学ロッドの前記断面形状が
円の一部を切り落とした形状である請求項１記載の照明
装置。
【請求項３】前記ライトインテグレータは、ハエの目
レンズを有する請求項１記載の照明装置。
【請求項４】前記ライトインテグレータは、各組が直
交するように配置された複数のシリンドリカルレンズア
レイを有する請求項１記載の照明装置。
【請求項５】前記第１の光学ロッドの出射面と前記ラ
イトインテグレータの入射面は光学的に瞳と像の関係で
ある請求項１記載の照明装置。
【請求項６】前記照明装置は、断面形状が前記被照明
面と略相似である第２の光学ロッドを更に有し、前記第１の光学ロッドの出射面と前記第２の光学ロッド
の入射面が光学的に略共役である請求項１記載の照明装
置。
【請求項７】前記光源と前記光学ロッドとの間にプリ
ズムを更に有する請求項１記載の照明装置。
【請求項８】請求項１乃至７のうちいずれか一項記載
の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパターンを被処理体に
投影する光学系とを有する露光装置。
【請求項９】請求項８記載の露光装置を用いて被処理
体を投影露光する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
程とを有するデバイス製造方法。
【請求項１０】請求項８記載の露光装置を用いて投影
露光された被処理体より製造されるデバイス。