JP2003318087A - 照明光学系、照明方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンの変化に応じて所望の有効光源が得
られると共に、それぞれの部分有効光源を相対的に変位
させることができる照明光学系を提供する。 【解決手段】 光源からの光束でレチクルを照明する照
明光学系において、前記レチクルに対して実質的にフー
リエ変換の関係となる所定面における光量分布のうち第
１の領域と、前記第１の領域とは異なる第２の領域と
を、相対的に変位可能とする有効光源形成手段を有する
ことを特徴とする照明光学系を提供する。

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、照明光
学系に関し、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デバイス
を製造するのに使用される照明光学系に関する。本発明
は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、被処
理体にコンタクトホール列のパターン、あるいは孤立コ
ンタクトホールとコンタクトホール列とが混在するパタ
ーンを投影露光する照明光学系に好適である。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化及び薄型化の要
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、デザインルー
ルは、１００ｎｍ以下の回路パターン形成を量産工程で
達成しようとし、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。その主流となる加
工技術はフォトリソグラフィーであり、マスク又はレチ
クル（本明細書ではこれらの用語を交換可能に使用す
る）に描画されたマスクパターンを投影光学系によって
ウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置が従
来から使用されている。

【０００３】投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリー
の式で与えられる。

【０００４】

【数１】

【０００５】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。

【０００６】

【数２】

【０００７】なお、焦点深度ＤＯＦは小さくなるとフォ
ーカス合わせが難しくなり、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。

【０００８】マスクパターンは、近接した周期的なライ
ンアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的
な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタ
クトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホー
ル、その他の孤立パターン等を含むが、高解像度でパタ
ーンを転写するためには、パターンの種類に応じて最適
な照明条件を選択する必要がある。

【０００９】また、近年の半導体産業は、より高付加価
値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに
生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタク
トパターンを混在させる必要が生じてきた。しかし、コ
ンタクトホール列と孤立コンタクトホールが混在したコ
ンタクトホールパターンを同時に解像度よく露光するこ
とができなかった。

【００１０】そこで、コンタクトホール列や縦横の繰り
返し配線パターンのみに限定して、その解像限界を高
め、焦点深度を増加する方式が種々提案されている。か
かる方式として、例えば、２枚のマスクを用いて異なる
種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露
光）方式や後述する１枚のマスクを特殊な照明条件下で
露光を行う方式がある。それ以外にも、マスクパターン
に種々の補助パターンを設けて正規パターンの解像力を
強化する方式などがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した方式
に共通して要求される照明光学系の機能としては、マス
クパターンの寸法及び配列がプロセス毎に変化する場合
において、照明条件（具体的には、照明光学系の有効光
源分布）を自由に変更することができないために、最適
な照明条件で露光を行うことができず高解像度を得られ
ないという問題がある。

【００１２】確かに、従来の技術において、通常の円形
状の有効光源から輪帯状の有効光源への変換機能、又
は、四重極の有効光源への切り替え機構の開示はされて
いる。しかしながら、今後のパターンの微細化に対応す
るためには、同じタイプの有効光源であってもそれを変
化させて解像性能を高めることが必要である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面としての
請求項１の照明光学系は、光源からの光束でレチクルを
照明する照明光学系において、前記レチクルに対して実
質的にフーリエ変換の関係となる所定面における光量分
布のうち第１の領域と、前記第１の領域とは異なる第２
の領域とを、相対的に変位可能とする有効光源形成手段
を有することを特徴とする。かかる照明光学系によれ
ば、第１の有効光源と第２の有効光源とを相対的に変位
させることができ、被照明面に形成された所望のパター
ンに対して最適な照明条件で照明することができる。

【００１４】本発明の別の側面としての請求項２の照明
光学系は、光源からの光束でレチクルを照明する照明光
学系において、前記レチクルに対して実質的にフーリエ
変換の関係となる所定面における光量分布のうち第１の
領域を形成する第１の部材と、前記第１の領域とは異な
る第２の領域を形成する第２の部材と、前記第１、第２
の部材のうち少なくともいずれか一方を光軸方向に移動
させることで前記第１、第２の領域を相対的に変位可能
とする駆動手段とを有することを特徴とする。

【００１５】本発明の別の側面としての請求項３の照明
光学系は、請求項１又は２記載の照明光学系において、
前記第１の領域は前記レチクルの所望のパターンを解像
させる照明を行い、前記第２の領域は前記レチクルの補
助パターンの偽解像を抑制する照明を行うことを特徴と
する。

【００１６】本発明の別の側面としての請求項４の照明
光学系は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の照
明光学系において、前記第１、第２の領域の少なくとも
いずれか一方の領域は複数の領域を有し、該複数の領域
が光軸に対して対称に変位可能であることを特徴とす
る。ここでの「光軸に対して対称に変位する」とは、
「光軸に対して点対称に変位する」場合も、「光軸に垂
直な線に対して線対称に変位する」場合も含む。これに
より、変位前後においても第１の有効光源領域と第２の
有効光源領域の光重心は移動せず、テレセン度を維持す
ることができる。

【００１７】本発明の別の側面としての請求項５の照明
光学系は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の照
明光学系において、前記第１、第２の領域の少なくとも
いずれか一方の領域は複数の領域を有し、該複数の領域
が光軸に対して非対称に変位可能であることを特徴とす
る。

【００１８】本発明の別の側面としての請求項６の照明
光学系は、請求項１記載の照明光学系において、前記有
効光源形成手段はプリズム又は回折光学素子より成る光
偏向部材を有することを特徴とする。

【００１９】本発明の別の側面としての請求項７の照明
光学系は、請求項２記載の照明光学系において、前記第
１、第２の部材は、それぞれプリズムより成る光偏向部
材であることを特徴とする。

【００２０】本発明の別の側面としての請求項８の投影
露光方法は、コンタクトホールパターンと該コンタクト
ホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有
するマスクを請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の
照明光学系により照明するステップを有する投影露光方
法において、前記第１の領域は前記コンタクトホールパ
ターンを解像する照明を行い、前記第２の領域は当該照
明による前記補助パターンの偽解像を抑制する照明を行
うことを特徴とする。

【００２１】本発明の別の側面としての請求項９の照明
方法は、光源からの光束でパターンを有するレチクルを
照明する方法であって、前記パターンのパターン形状情
報を取得するステップと、前記取得ステップで取得した
前記パターン形状情報に基づいて、前記所望のパターン
を解像するための第１の有効光源領域に対して当該第１
の有効光源領域とは異なる第２の有効光源領域を相対的
に変位させるステップとを有することを特徴とする。か
かる照明方法によれば、マスクに形成されたパターンに
対して最適な照明条件で照明することができる。

【００２２】本発明の別の側面としての請求項１０の露
光装置は、請求項１乃至７記載のうちいずれか一項記載
の照明光学系によりレチクルを照明し、当該レチクルを
経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して当該被
処理体を露光することを特徴とする。かかる露光装置に
よれば、上述した照明光学系を構成要素の一部に有し、
最適な照明条件で被照明面であるマスクを照明すること
ができるので、高解像度を達成することができる。

【００２３】本発明の別の側面としての請求項１１のデ
バイス製造方法は、請求項１０記載の露光装置を用いて
被処理体を露光するステップと、前記露光された前記被
処理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。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、磁気センサー、薄膜磁気ヘッド
などを含む。

【００２４】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。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の例示的一態様である露光装置について説明する。但
し、本発明は、これらの実施例に限定するものではな
く、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要
素が代替的に置換されてもよい。なお、各図において、
同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複す
る説明は省略する。

【００２６】ここで、図１は、本発明の一側面としての
露光装置１００の例示的一形態を示す概略構成図であ
る。露光装置１００は、図１によく示されるように、照
明装置２００と、マスク３００と、投影光学系４００
と、プレート５００とを有する。

【００２７】露光装置１００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
３００に形成された回路パターンをプレート５００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。ここで、「ステップアンドスキャ
ン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン
してマスク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して、次のショ
ットの露光領域に移動する露光方法である。また、「ス
テップアンドリピート方式」とは、ウェハのショットの
一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショット
の露光領域に移動する露光方法である。

【００２８】照明装置２００は、転写用の回路パターン
が形成されたマスク３００を照明し、光源部２１０と照
明光学系２２０とを有する。

【００２９】光源部２１０は、例えば、光源としてレー
ザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒ
Ｆ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Ｆ_２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
ザーに限定されず、そのレーザーの個数も限定されな
い。また、レーザープラズマ光源を用いて、ＥＵＶ（Ｅ
ｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用する
こともできる。また、光源部２１０に使用可能な光源は
レーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀
ランプなどのランプも使用可能である。

【００３０】照明光学系２２０は、光源部２１０から射
出した光束を用いて所望のパターンを有する被照射面
（例えば、マスク３００）を照明する光学系であり、本
実施形態では、ビーム整形系２２１と、均一化素子２２
２と、有効光源形成手段２４０と、第１のズームコンデ
ンサーレンズ２２３と、インテグレーター２２４と、第
２のズームコンデンサーレンズ２２５と、スリット２２
６と、マスキングブレード２２７と、マスキング結像系
２２８とを有する。

【００３１】光源部２１０から発した照明光束は、ビー
ム整形系２２１の作用により一旦集光された後に均一化
素子２２２に入射する。均一化素子２２２は、光束を光
軸に垂直な面内において、ほぼ均一な分布に変換する機
能を有する。

【００３２】均一化素子２２２から射出した照明光束
は、有効光源形成手段２４０と第１のズームコンデンサ
ーレンズ２２３を通過してインテグレーター２２４に入
射する。本実施例では、かかるインテグレーター２２４
の射出面に形成される光強度分布が有効光源分布を決定
し、露光装置１００の解像性能に大きく寄与する。

【００３３】インテグレーター２２４から射出した照明
光束は、第２のコンデンサーレンズ２２５の作用でスリ
ット２２６面上に集光され、スリット２２６の遮光効果
によりスリット状（投影光学系４００の収差補正領域に
対応した部分で得ある）に切り出される。その透過光
は、直後に配置されたマスキングブレード２２７を通過
し、マスキング結像系２２８の結像作用によってマスク
３００面上に所定の倍率で結像する。

【００３４】ここで、有効光源形成手段２４０について
詳細に説明する。有効光源形成手段２４０は、透過部材
である変形照明形成素子２４２を有する。変形照明形成
素子２４２としては、例えば、図２に示すように、四重
極プリズム２４２が上げられる。四重極プリズム２４２
は、光軸方向の断面が、図３に示されるように、凹形状
プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂから構成
される。また、図４に示されるように、凹形状プリズム
２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂは、光軸方向から
みるとＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の９０度に等分割され
た４つの領域からなりたっている。ここで、図２は、変
形照明形成素子の一例である四重極プリズム２４２を示
す概略斜視図、図３は、図２に示す四重極プリズム２４
２の光軸方向の概略断面図、図４は、図２に示す四重極
プリズム２４２の光軸に対して垂直方向の概略断面図で
ある。

【００３５】四重極プリズム２４２は、図５又は図６に
示すような、有効光源分布を形成する。図５及び図６
は、図２に示す四重極プリズム２４２が形成する有効光
源分布の一例を示す概略図である。図５及び図６を参照
するに、領域Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ
３、Ｄ４（即ち、斜線部分）が明部であり、その光軸Ｏ
−Ｏ´からの距離Ｒｗ、Ｒｖ、Ｒｈは、図３に示す凹形
状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂの間隔
ｚｏと第１のコンデンサー２２３のズーム倍率で決定さ
れる。

【００３６】本発明の最も特徴とする点を以下に述べ
る。図７は、図３に示した凹形状プリズム２４２ａ及び
凸形状プリズム２４２ｂを光軸周りに９０度回転させた
概略断面図（Ｈ−Ｈ´断面）である。Ｈ−Ｈ´断面で現
れる凹形状プリズム２４２ａ及び凸形状プリズム２４２
ｂの領域は４分割のうち領域Ｐ２及びＰ４であり、かか
る領域Ｐ２及びＰ３は、図３に示す凹形状プリズム２４
２ａ及び凸形状プリズム２４２ｂの領域Ｐ１及びＰ３に
対して光軸方向に更にｚだけ繰り出されている。これを
実現するために、部分ズーミング手段（駆動手段）２４
６が有効に働く。

【００３７】このような構成によって、図８に示すよう
な有効光源分布が形成される。図８は、図３及び図７に
示す四重極プリズムが形成する有効光源分布を示す概略
図である。即ち、部分ズーミング効果により、領域Ｐ２
及びＰ４によって形成される明部Ｓ２及びＳ４がｚｐだ
け光軸Ｏ−Ｏ´から遠ざかっている（部分有効光源Ｓ１
及びＳ３の半径Ｒｖに対して部分有効光源Ｓ２及びＳ４
の半径Ｒｈの方が大きい）。実際の回路パターンは縦横
方向の繰り返し配線があり、これに対して、部分有効光
源Ｓ１及びＳ３は横方向の配線パターンに寄与し、部分
有効光源Ｓ２及びＳ４は縦方向の配線パターンの解像力
を決定づける。従って、同一のマスク上に縦横方向の配
線パターンが混在していても、本発明の部分ズーミング
により縦方向の配線パターンと横方向の配線パターンの
それぞれに対して最適な照明条件を提供することができ
る。 ＜変形例１＞次に、図９乃至図１３を参照して、変形例
１について説明する。この変形例１においては、変形照
明形成素子２４２に八重極プリズム２４４を使用する。
八重極プリズム２４４は、凹形状プリズム２４４ａ及び
凸形状プリズム２４４ｂから構成される。また、図１０
に示されるように、凹形状プリズム２４４ａ及び凸形状
プリズム２４４ｂは、光軸に対して垂直な方向の断面か
らみるとＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及
びＱ８の８つの４５度等分割された領域からなりたって
いる。ここで、図９は、変形照明形成素子の一例である
八重極プリズム２４４を示す概略斜視図、図１０は、図
９に示す八重極プリズム２４４の光軸に対して垂直方向
の概略断面図である。

【００３８】八重極プリズム２４４は、図１１に示すよ
うな、有効光源分布を形成する。図１１は、図９に示す
八重極プリズム２４４が形成する有効光源分布の一例を
示す概略図である。図１１を参照するに、領域Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８（即ち、斜線
部分）が部分有効光源（明部）である。

【００３９】八重極プリズム２４４の８つの分割領域Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及びＱ８のう
ち、上述したように領域Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びＱ７を部
分ズーミングすることによって、部分有効光源Ｔ１、Ｔ
３、Ｔ５及びＴ７がｚｐだけ偏心される（光軸Ｏ−Ｏ´
からの半径がＲｓからＲｏに拡大されている）。 ＜変形例２＞次に、変形例２について説明する。本変形
例２では、図１のマスク３００として、図１８に示すマ
スク３００ａのような所望のコンタクトホールパターン
が所定の周期で配置され、その周辺に補助パターン（ダ
ミーのコンタクトホールパターン）が配置されたものを
使う。ここで、図１８は所望のコンタクトホールパター
ン及び補助パターンを形成したバイナリマスクの概略図
である。図１８のマスクは、透過部である所望のコンタ
クトホールパターン３１及び補助パターン３２と、遮光
部３３とから構成されている。なお、各光透過部の位相
は等しい。コンタクトホールパターン３１及び補助パタ
ーン３２は、ホール径をＰとすると縦横方向にピッチＰ
_０＝２Ｐで整列して、コンタクトホール列を２次元的に
形成する。

【００４０】このマスク３００ａに対して、コンタクト
ホールを解像するための十字斜入射照明と、その十字斜
入射照明によって生じる偽解像を制御する（即ち、偽解
像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加
小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調
する（露光量の増加大））ような照明を行うことで、所
望のコンタクトホールパターンをプレート５００に解像
力よく露光することができる。以下、その詳細について
述べる。

【００４１】コンタクトホールのピッチが小さいと図１
８のマスク３００ａを用いて小σ照明をした場合には、
投影光学系４００の瞳面における回折光は、０次回折光
を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図１９に示す
ように、０次回折光１０が生じ、他の回折次数の回折光
は瞳面上において、回折光１１乃至１８のようになる。
よって、０次以外の回折光は投影レンズの瞳の外へ出て
しまい、このような条件のもとではパターンが形成され
ない。ここで、図１９は、図１８に示すマスク３００ａ
に小σ照明したときの投影光学系４００の瞳面上の回折
光の位置と、斜入射照明したときの回折光の移動する位
置を示した模式図である。

【００４２】そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳
に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回
折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図１９
に示す投影光学系４００の瞳面の斜線領域に来るように
するには、図２０で示される有効光源面において、暗い
矩形の領域ａで示されるように斜入射照明を設定する。
１０´及び１５´で示される回折光はクロス及び斜線で
示す矩形領域ｂ１及びｂ２にそれぞれ移動し、投影光学
系４００の瞳両端に入射することになる。一つの矩形で
示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の
干渉によりプレート５００に等ピッチの直線状の干渉縞
が形成される。同様に、２つの回折光１０及び１７にお
いても１０及び１５で説明した斜入射照明を設定するこ
とができる。このような矩形の有効光源領域を図２１に
示すように４つ組み合わせることにより、プレート５０
０には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光
強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が
２次元周期的に現れる。このときの有効光源形状は図２
２（ａ）に示すように、十字に配置された瞳の半径方向
に直交する方向に長手を有する４つの矩形となる。

【００４３】図１８に示すマスク３００ａでは、所望の
コンタクトホールパターンのホール径の大きさが、補助
パターンより大きくしてあるので、その部分のみ周辺よ
り強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンがプ
レート５００に形成されることになる。しかしながら、
単に十字型の斜入射照明をしただけでは、プレート５０
０には、図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パ
ターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパター
ン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう（ここ
で、図２３は右側の開口絞りの開口形状に対応したプレ
ート５００での解像パターンのシミュレーションを示し
た図である）。

【００４４】つまり、露光量で考えると、図２４に示す
細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レ
ベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ_１
の間に偽解像パターンＰ_２が生じてしまっているのであ
る（ここで、図２４は十字斜入射照明及び本発明の変形
照明における露光量及び当該露光量に対応するプレート
５００での像を示した図である）。

【００４５】そこで、図１９に示すように、瞳面上で２
つの回折光位置を直線的に結んで表わされる領域ｃを除
き、少なくとも１つの回折光のみ瞳面に入射する有効光
源分布を加える。この場合は一つの回折光としては０次
光とするのが斜入射角を小さくできるので都合がよい。
図２５に有効光源分布の一例を示す。このような照明を
行うためには、例えば、１つの回折光１０´が瞳面にお
いて暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定
すればよい。これにより、１０´で示される回折光は明
るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、回折
光が瞳面３２０に入射することになる。このような条件
に相当するものは合計４つ存在し、結局図２２（ｂ）に
示すような形の有効光源となる。

【００４６】このように、照明系は、２つの回折光が瞳
に入射する有効光源分布（図２２（ａ）参照）を足し合
わせた、図２２（ｃ）に示されるような中央が十字状に
抜けた有効光源を持つ変形照明を行うことができる。こ
のような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、
プレート５００面上では、図２３（ｃ）に示すように偽
解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理
解される。

【００４７】つまり、プレート５００での露光量は図２
４に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径
露光量レベル（レジストの閾値）において、マスクの所
望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、
偽解像パターンが消失した所望パターンＰ_３のみを得る
ことができるのである。

【００４８】以上より、図１８のマスク３００ａに対し
て、図２２（ｃ）のような有効光源分布を有する変形照
明を行うことで、コンタクトホールパターンの解像度が
よくなることがわかる。

【００４９】本変形例では、図２２（ｃ）の有効光源分
布のうち、コンタクトホールを解像するための照明を行
うための部分を領域１とし、その照明によって生じる偽
解像を抑制する（所望のコンタクトホールパターンと補
助パターンのコントラストをよくする）照明を行うため
の部分を領域２とする（参照：図２６）。

【００５０】このような領域１と領域２を有する有効光
源分布を作るために、八重極プリズム２４４の８つの分
割領域Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７及び
Ｑ８が等分割されていないものを使うとよい。図１２
は、等分割されていない八重極プリズム２４４の光軸に
対して垂直方向の概略断面図である。図１２を参照する
に、八重極プリズム２４４は、縦横方向の領域Ｒ１、Ｒ
３、Ｒ５及びＲ７が拡大され、斜め方向の領域Ｒ２、Ｒ
４、Ｒ６及びＲ８が縮小されている。かかる八重極プリ
ズム２４４は、図１３に示すような有効光源分布を形成
する。図１３は、図１２に示す八重極プリズム２４４が
形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。

【００５１】図１３を参照するに、領域Ｕ１、Ｕ２、Ｕ
３、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７、Ｕ８（即ち、斜線部分）
が部分有効光源（明部）である。コンタクトホールの解
像力を決定する領域１（有効光源領域Ｕ１、Ｕ３、Ｕ５
及びＵ７）を投影光学系４００の瞳上で光軸から遠くに
配置し（空間コヒーレンス（σ）を大きくし）、且つ、
その光量を大きくしている。これに対して、斜め方向の
領域２（有効光源領域Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６及びＵ８）は、
特に、偽解像を抑制する（所望のコンタクトホールパタ
ーンと補助パターンのコントラストをよくする）のに寄
与する部分であり、投影光学系４００の瞳上で光軸から
近くに配置し（空間コヒーレンス（σ）を小さくし）、
且つ、その光量を小さくしている。

【００５２】上述したズーミング手段２４６と同様のズ
ーミング手段（不図示）により、図１３に示すような有
効光源分布の領域１（本変形例においては、縦横方向の
領域Ｕ１、Ｕ３、Ｕ５及びＵ７）を変位可能とすること
で、領域１を領域２（本変形例においては、斜め方向の
領域Ｕ２、Ｕ４、Ｕ６及びＵ８）に対して相対的に変位
させ、マスク上のコンタクトホールの寸法や配列が変化
した場合でも瞬時に照明条件を最適化することができ
る。つまり、形成させたいコンタクトホールパターンに
応じて、領域１と領域２の相対位置を変化させること
で、補助パターンのアシスト効果がそのコンタクトホー
ルパターンの解像にとって最適となるようにできるので
ある。

【００５３】なお、本変形例では、有効光源分布の領域
１を変位可能としたが、領域２を変位可能としてもよ
く、領域１及び領域２のどちらも変位可能としてもよ
い。 ＜変形例３＞次に、図１４及び図１５を参照して、有効
光源形成手段２４０の変形例である有効光源形成手段２
５０について説明する。図１４は、有効光源形成手段２
４０の変形例である有効光源形成手段２５０を含む投影
露光装置１００Ａを示す概略構成図である。有効光源形
成手段２５０は、図１に示す有効光源形成手段２４０と
比べて、複数の変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅ
を切り替え手段２５５で切り替えられるようにした点が
異なる。図１５は、図１４に示す切り替え手段２５５を
有する有効光源形成手段２５０の一例を示す概略平面図
である。

【００５４】切り替え手段２５５は、ターレット状にな
っていて、その回転中心をＴＴ´とし、その周囲に複数
の変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅを配置してい
る。変形照明形成素子２５２ａ乃至２５２ｅは、プリズ
ムでも回折光学素子（例えば、ＢＯ（Ｂａｉｎａｒｙ
Ｏｐｔｉｃｓ）やＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅ
ｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）の技術を用いて作成さ
れる）でもよく、さらには、変形照明形成素子２５２ａ
乃至２５２ｅうちのいずれかが上述した部分ズーミング
手段２４６と同様の部分ズーミング手段（不図示）によ
り、部分有効光源の一部を変位可能とするものであって
もよい。例えば、変形照明形成素子２５２ａは、図示し
ない部分ズーミング手段をもつ四重極形成素子であり、
変形照明形成素子２５２ｂは、図示しない部分ズーミン
グ手段をもつ八重極形成素子である。また、あるいは、
それぞれの素子は部分ズーミング手段をもたず有効光源
分布は固定ではあるが、それらを互いに切り替えること
により、ターレット全体として部分ズーミング機能をも
たせることもできる。

【００５５】以上の構成において、照明光学系２２０
は、ズーム機能を有する第１のズームコンデンサーレン
ズ２２３を含んでいるので、各有効光源領域の光軸から
の距離（例えば、図１３中のＲｓとＲｏ）の比率を一定
に保ったままその大きさ（σ値）を変えることができ
る。なお、変形照明光学素子２５２に回折光学素子を用
いる場合には、第１のズームコンデンサーレンズ２２３
を、均一化素子２２２の射出端面とインテグレーター２
２４の入射面とをフーリエ変換の関係（本明細書におい
て、フーリエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面
（又は像面）、物体面（又は像面）と瞳面となる関係を
意味する）とする第１のズームコンデンサーレンズ２２
３ａとすればよい。

【００５６】以上の本実施形態においては、部分的な有
効光源は常に照明光学系２２０の光軸に対称に変位させ
ている。例えば、図８では光軸ＯＯ´に垂直な線Ｖ−Ｖ
´に対して線対称に有効光源の一部を変位させており、
また、図１１では、光軸ＯＯ´に点対称に有効光源の一
部を変位させている。これによって、変位前後でも部分
有効光源の光重心は移動しないので、テレセン度を維持
することができる（図８のように、光軸ＯＯ´に垂直な
線Ｖ−Ｖ´に対して線対称に有効光源の一部を変位させ
た場合には、少なくとも線Ｖ−Ｖ´に垂直なＨ−Ｈ´方
向においてテレセン度を維持することができる）。

【００５７】更に、本発明は、部分的な有効光源を光軸
に非対称に変位することも含む。例えば、図８に示した
有効光源分布において、領域Ｓ２だけをＨ−Ｈ´方向に
変位するようにしてもよい。これを可能にするために
は、ズームング手段を四重極プリズム２４２の領域Ｐ２
だけに作用させればよい。本来、部分有効光源Ｓ１乃至
Ｓ４内の光量分布は均一であるのが理想であるが、実際
には種々の製造誤差で不均一になってしまうので、見か
け上の光軸からの距離Ｒｈを揃えても、それに光量分布
を乗じた光量モーメントは領域Ｓ２と領域Ｓ４とで異な
ってくる。かかる場合に、領域Ｓ２だけをＨ−Ｈ´方向
に変位させれば、光量モーメントを揃えられ、結果とし
てテレセン度を良好にすることができる。

【００５８】再び、図１に戻って、マスク３００は、例
えば、石英製で、その上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３００から発せられた回折
光は投影光学系４００を通りプレート５００上に投影さ
れる。マスク３００とプレート５００とは共役の関係に
配置される。露光装置１００は、ステップアンドスキャ
ン方式の露光装置であるため、マスク３００とプレート
５００を走査することによりマスクパターンをプレート
５００上に縮小投影する。

【００５９】投影光学系４００は、物体面（例えば、マ
スク３００）からの光束を像面（例えば、プレート５０
０などの被処理体）に結像する。投影光学系４００の内
部には図示しない絞り面があり、かかる絞り面の開閉に
より開口数（ＮＡ）を制御する。かかる絞り面は、イン
テグレーター２２４の射出面と光学的に共役な関係にあ
る。投影光学系４００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。色収差の補正の必要な場合に
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
ズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

【００６０】プレート５００は、本実施形態ではウェハ
であるが、液晶基板その他の被処理体（被露光体）を広
く含む。プレート５００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（Ｈｅｘａｍ
ｅｔｈｙｌ−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。

【００６１】プレート５００は、図示しないプレートス
テージに支持される。プレートステージは、当業界で周
知のいかなる構成をも適用することができるので、ここ
では詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プ
レートステージはリニアモータを利用してＸＹ方向にプ
レート５００を移動することができる。マスク３００と
プレート５００は、例えば、同期走査され、図示しない
プレートステージ及びマスクステージの位置は、例え
ば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の
速度比率で駆動される。プレートステージは、例えば、
ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に
設けられ、マスクステージ及び投影光学系４００は、例
えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上に
ダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設
けられる。

【００６２】露光において、光源部２１０から発せられ
た光束は、照明光学系２２０によりマスク３００を照明
する。マスク３００を通過してマスクパターンを反映す
る光は投影光学系４００によりプレート５００に結像さ
れる。

【００６３】露光装置１００が使用する照明光学系２０
０は、マスク３００に形成された所望のパターンに応じ
て有効光源領域を移動させて最適な照明条件でマスク３
００を照明することができるので、高い解像度とスルー
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】次に、図１６及び図１７を参照して、上述
の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施
例を説明する。図１６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、これが出荷（ステップ７）される。

【００６５】図１７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（ＣＶ
Ｄ）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１００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。本実施形態のデバイス製造方法
によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することが
できる。

【００６６】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。

【００６７】

【発明の効果】本発明の照明光学系によれば、マスク上
の回路パターンに対して最適な照明条件を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一側面としての露光装置の例示的一
形態を示す概略構成図である。

【図２】 変形照明形成素子の一例である四重極プリズ
ムを示す概略斜視図である。

【図３】 図２に示す四重極プリズムの光軸方向の概略
断面図である。

【図４】 図２に示す四重極プリズムの光軸に対して垂
直方向の概略断面図である。

【図５】 図２に示す四重極プリズムが形成する有効光
源分布の一例を示す概略図である。

【図６】 図２に示す四重極プリズムが形成する有効光
源分布の一例を示す概略図である。

【図７】 図３に示した凹形状プリズム及び凸形状プリ
ズムを光軸周りに９０度回転させた概略断面図である。

【図８】 図３及び図７に示す四重極プリズムが形成す
る有効光源分布を示す概略図である。

【図９】 変形照明形成素子の一例である八重極プリズ
ムを示す概略斜視図である。

【図１０】 図９に示す八重極プリズムの光軸に対して
垂直方向の概略断面図である。

【図１１】 図９に示す八重極プリズムが形成する有効
光源分布の一例を示す概略図である。

【図１２】 等分割されていない八重極プリズムの光軸
に対して垂直方向の概略断面図である。

【図１３】 図１２に示す八重極プリズムが形成する有
効光源分布の一例を示す概略図である。

【図１４】 図１に示す有効光源形成手段の変形例であ
る有効光源形成手段を含む投影露光装置の概略構成図で
ある。

【図１５】 有効光源形成手段の一例を示す概略平面図
である。

【図１６】 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１７】 図１６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。

【図１８】 変形例２で使用するマスクの概略を示す図
である。

【図１９】 図１８に示すバイナリマスクに小σ照明し
たときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたと
きの回折光の移動する位置を示した模式図である。

【図２０】 有効光源分布を説明するための模式図であ
る。

【図２１】 有効光源分布を説明するための模式図であ
る。

【図２２】 有効光源分布を説明するための模式図であ
る。

【図２３】 パターン面上での解像パターンのシミュレ
ーションを示した図である。

【図２４】 十字斜入射照明及び変形例２の変形照明に
おける露光量及び当該露光量に対応するパターン上での
像を示した図である。

【図２５】 有効光源分布の一例を示す図である。

【図２６】 有効光源分布を説明するための模式図であ
る。

【符号の説明】

１００ 露光装置 ２００ 照明装置 ２１０ 光源部 ２２０ 照明光学系 ２４０ 有効光源形成手段 ２４２ 四重極プリズム（変形照明形成素
子） ２４４ 八重極プリズム（変形照明形成素
子） ２５２ 変形照明形成素子 ３００ マスク ４００ 投影光学系 ５００ プレート

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束でレチクルを照明する照
   明光学系において、 前記レチクルに対して実質的にフーリエ変換の関係とな
   る所定面における光量分布のうち第１の領域と、前記第
   １の領域とは異なる第２の領域とを、相対的に変位可能
   とする有効光源形成手段を有することを特徴とする照明
   光学系。
2. 【請求項２】 光源からの光束でレチクルを照明する照
   明光学系において、前記レチクルに対して実質的にフー
   リエ変換の関係となる所定面における光量分布のうち第
   １の領域を形成する第１の部材と、前記第１の領域とは
   異なる第２の領域を形成する第２の部材と、前記第１、
   第２の部材のうち少なくともいずれか一方を光軸方向に
   移動させることで前記第１、第２の領域を相対的に変位
   可能とする駆動手段とを有することを特徴とする照明光
   学系。
3. 【請求項３】 前記第１の領域は前記レチクルの所望の
   パターンを解像させる照明を行い、前記第２の領域は前
   記レチクルの補助パターンの偽解像を抑制する照明を行
   うことを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
4. 【請求項４】 前記第１、第２の領域の少なくともいず
   れか一方の領域は複数の領域を有し、該複数の領域が光
   軸に対して対称に変位可能であることを特徴とする請求
   項１乃至３のうちいずれか一項記載の照明光学系。
5. 【請求項５】 前記第１、第２の領域の少なくともいず
   れか一方の領域は複数の領域を有し、該複数の領域が光
   軸に対して非対称に変位可能であることを特徴とする請
   求項１乃至３のうちいずれか一項記載の照明光学系。
6. 【請求項６】 前記有効光源形成手段はプリズム又は回
   折光学素子より成る光偏向部材を有することを特徴とす
   る請求項１記載の照明光学系。
7. 【請求項７】 前記第１、第２の部材は、それぞれプリ
   ズムより成る光偏向部材であることを特徴とする請求項
   ２記載の照明光学系。
8. 【請求項８】 コンタクトホールパターンと該コンタク
   トホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを
   有するマスクを請求項１乃至７のうちいずれか一項記載
   の照明光学系により照明するステップを有する投影露光
   方法において、 前記第１の領域は前記コンタクトホールパターンを解像
   する照明を行い、前記第２の領域は当該照明による前記
   補助パターンの偽解像を抑制する照明を行うことを特徴
   とする投影露光方法。
9. 【請求項９】 光源からの光束でパターンを有するレチ
   クルを照明する照明方法であって、 前記パターンのパターン形状情報を取得するステップ
   と、 前記取得ステップで取得した前記パターン形状情報に基
   づいて、前記所望のパターンを解像するための第１の有
   効光源領域に対して当該第１の有効光源領域とは異なる
   第２の有効光源領域を相対的に変位させるステップとを
   有することを特徴とする照明方法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至７記載のうちいずれか一
    項記載の照明光学系によりレチクルを照明し、当該レチ
    クルを経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して
    当該被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の露光装置を用いて被
    処理体を露光するステップと、 前記露光された前記被処理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。