JP3438730B2

JP3438730B2 - 走査型露光装置、その走査型露光装置を用いるデバイス製造方法

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Publication number: JP3438730B2
Application number: JP2002001977A
Authority: JP
Inventors: 直正白石; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2003-08-18
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP2002289516A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の微
細パターンの形成に使用される投影露光装置に関し、特
に走査露光方式の投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の走査露光方式の投影露光
装置としてはミラープロジェクションアライナーがあ
り、マスクと感光基板とを投影光学系を挟んで対向させ
て円弧状スリット照明光のマスク照明のもとで相対走査
して露光を行っている。さらに、最近ではスキャン露光
方式においても高解像力を達成する新たな方式が、ＳＰ
ＩＥ Vol.1088 Optical/Laser MicrolithographyII(198
9)の第４２４頁〜４３３頁においてステップアンドスキ
ャン方式として提案された。ステップアンドスキャン方
式とは、マスク（レチクル）を一次元に走査しつつ、ウ
エハをそれと同期した速度で一次元に走査するスキャン
方式と、走査露光方向と直交する方向にウエハをステッ
プ移動させる方式とを混用したものである。

【０００３】ミラープロジェクション方式やステップア
ンドスキャン方式の露光装置に適用される投影光学系は
主として反射素子のみから成っており、円弧状スリット
照明光が使用されている。これは、投影光学系の光軸か
ら一定距離だけ離れた像高点の狭い範囲（輪帯状）で各
種収差がほぼ零になるという利点を得るためである。さ
らに上記の如き反射素子から成る投影光学系（反射投影
系）は、屈折素子から成る投影光学系（屈折投影系）と
比べて、より広い波長域の照明光を露光光として使用で
きる利点もある。これは、基板（ウエハ等）上に塗布さ
れる感光性薄膜（フォトレジスト）の内部で生じる定在
波を低減する効果が得られることになる。

【０００４】また、反射投影系は屈折投影系と異なり、
使用する光学素子の光透過率特性を問題とする必要がな
い。従って、屈折投影系では透過率のために実現困難な
真空紫外域のエネルギー線を使用する露光装置も、上記
の如き反射投影系では実現することができる。但し、投
影光学系の良像範囲が円弧状の領域に限定されるため、
より広い露光領域を確保するためには露光中のスキャン
（走査）が必要である。尚、ステップアンドスキャン方
式に好適な投影光学系、特に反射屈折縮小投影系の一例
は、例えばUSP.4,747,678 に開示されている。また、上
記の如き円弧状スリット照明光を使うステップアンドス
キャン露光方式の他に、円形のイメージフィールドを有
する通常の投影光学系（フル・フィールドタイプ）をス
テップアンドスキャン露光方式に応用する試みが、例え
ば特開平２−２２９４２３号公報で提案されている。

【０００５】ところで、最近では変形光源技術と呼ばれ
る傾斜照明法により、投影光学系の解像度及び焦点深度
を増大することが提案されている。傾斜照明法について
は、例えば特開平４−１０１１４８号公報に開示されて
いるように、レチクルパターンのピッチ及び方向性に応
じた最適な入射角度、方向から複数の照明光束をレチク
ルパターンに対して傾けて入射させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き変形光源法を採用した投影露光装置では、従来装置
と比べてより大型、かつ複雑な照明光学系が必要とな
る。これは、変形光源法を有効に機能させるためには、
照明光のレチクルへの入射角度をより大きくする必要が
あり、従ってより一層開口数の大きな照明光学系が必要
となるからである。また、特に円弧状の良像範囲のみを
効率良く照明するための照明光学系においては、変形光
源用の照明系の設計、製造がより複雑化し、かつ装置の
大型化及び高コスト化してしまう。

【０００７】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
で、従来と全く同様の照明光学系をそのまま利用しなが
ら、変形光源法と同等（等価）な高解像度、大焦点深度
の投影露光が可能な投影露光装置を得ることを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ために本発明においては、照明光（ＩＬ）に対して、パ
ターンが形成された第１物体（８）を第１方向へ移動す
るとともに、第１物体と同期して第２物体（１３）を第
２方向へ移動することにより第２物体を走査露光する走
査型露光装置において、第１物体のパターン面における
照明光の照明領域をスリット状に規定するとともに、ス
リット状に規定された照明光に、第１物体のパターン面
に垂直に入射する光よりも第１物体のパターン面と垂直
な方向に対して傾いた方向から第１物体のパターン面に
入射する光が多くなるような角度分布をもたせる照明系
（１〜７）と、その角度分布を持つ照明光で照明された
第１物体のパターンの像を縮小して第２物体上に投影す
るために、そのパターンの１次像を形成するレンズ及び
凹面反射鏡を含む第１部分光学系（Ｇ ₁ 、Ｇ ₂ 、Ｍ ₁ ）、
１次像の近傍に配置される光路屈曲用の平面反射鏡（Ｍ
₃ ）、及び１次像を第２物体上に結像する第２部分光学
系（Ｇ ₃ 、Ｇ ₄ 、Ｍ ₂ ）を有する投影光学系とを備えるこ
ととした。本発明では、投影光学系を構成する光路屈曲
用の平面反射鏡を、第１部分光学系が形成するパターン
の１次像の近傍に配置するため、平面反射鏡を小型化す
ることができ、平面反射鏡を配置する自由度が増大す
る。従って、投影光学系の小型化、及びそれに伴う低コ
スト化、さらには投影光学系の高性能化が可能となる。

【０００９】具体的に本実施例においては、マスク
（８）のパターン形成面、またはその共役面から光源側
に所定間隔だけ離れた面、もしくはマスクのパターンの
共役面内に配置され、かつ照明光ＩＬが入射したとき、
入射光の少なくとも一部をマスク（８）のパターンに対
して所定角度だけ傾けて入射させる回折格子状パターン
（７）を設け、この回折格子パターン（７）の形成領域
を、マスク（８）のパターンの照明領域程度以上の大き
さに定めることとしている。

【００１０】

【作用】本願発明によれば、第１物体のパターン面と垂
直な方向に対して傾いた方向から第１物体のパターン面
に入射する光が多くなるような角度分布をもたせる照明
系を介して、該第１物体を照明するようにして走査露光
を行うので、高解像度、大焦点深度の走査露光が可能と
なる。

【００１１】なお光源から発生してレチクルに至る照明
光は、照明光学系によりレチクルへの入射角度範囲が制
限されている。この角度範囲をより大きくする（照明光
をより傾けて入射させる）ためには、より大きな開口数
の照明光学系が必要となる。そこで本実施例では、マス
クパターンの光源側近傍に回折格子状パターンを配置
し、ここで回折された光を用いてマスクパターンを照明
する。従って、従来の照明光学系をそのまま用いても、
照明光（回折格子状パターンからの回折光）のマスクへ
の入射角度を従来装置よりも大きくすることが可能とな
る。また、特に回折格子状パターンを位相型回折格子と
すれば、当該パターンからの０次回折光の発生を防止す
ることができ、変形光源法と全く等価な照明状態を実現
して高解像度、大焦点深度の投影露光が可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例による投影露光装置の
概略的な構成を示し、本実施例では屈折素子と反射素子
との組み合わせで構成された１／４縮小の反射屈折縮小
投影光学系（以下、単に投影光学系と呼ぶ）を備えたス
テップアンドスキャン方式の投影露光装置について説明
する。

【００１３】図１において、水銀ランプ１から射出した
照明光ＩＬは楕円鏡２で反射され、オプチカルインテグ
レータ（フライアイレンズ）、開口絞り（σ絞り）、及
び円弧状スリットを有する絞り部材等を含む照明光学系
３に入射する。尚、開口絞りは照明光学系の開口数、す
なわちσ値（投影光学系のレチクル側開口数と照明光学
系の開口数との比）を規定するための可変絞りであり、
本実施例ではσ値（コヒーレンスファクター）が０．１
〜０．３程度となるようにその開口径が定められてい
る。

【００１４】さらに照明光学系３を射出した照明光は、
ミラー４、コンデンサーレンズ５、及び裏面（レチクル
側の面）に回折格子状パターン７が形成されたガラス基
板６を介してレチクル８に照射される。ガラス基板６は
照明光ＩＬに対して透明な基板（石英基板等）であり、
回折格子状パターン７は基板６上に所定のピッチＰGで
設けられている１次元の位相型回折格子である。位相格
子パターン７は誘電体薄膜をパターンニングしたもの
で、デューティは１：１であり、その詳細は後述する。
尚、光源１からコンデンサーレンズ５までの構成は、従
来装置と全く同様である。

【００１５】さて、ガラス基板６にほぼ垂直に入射した
照明光ＩＬが回折格子状パターン７に入射すると、パタ
ーン７からは±１次回折光のみが発生し、ここで回折さ
れた±１次回折光は、レチクル８に対して所定角度だけ
傾いてパターン領域８ａ内に形成された回路パターン
（１次元のラインアンドスペースパターン）に入射す
る。尚、レチクルパターン面での照明光の照明領域は円
弧状である。レチクル８は、コラム１２上を少なくとも
Ｚ方向（紙面内上下方向）に等速移動可能なレチクルス
テージ９に保持される。レチクルステージ９は駆動系１
１によってＺ方向の一次元走査移動、ヨーイング補正の
ための微小回転移動等を行う。また、レチクルステージ
９の一端にはレーザ干渉計１０からの測長ビームを反射
する移動鏡９ｍが固定され、レチクル８のＺ方向の位置
とヨーイング量とが干渉計１０によってリアルタイムに
計測される。

【００１６】レチクル８に形成されたパターンは、投影
光学系（Ｇ1 〜Ｇ4 、Ｍ1 、Ｍ2)により１／４に縮小さ
れてウエハ１３上に転写される。ウエハ１３は微小回転
可能なウエハホルダ１４に保持されるとともに、このホ
ルダ１４は２次元移動可能なウエハステージ１５上に設
けられている。ウエハステージ１５は駆動系１７により
駆動され、その座標位置とヨーイング量とはレーザ干渉
計１６によって計測される。また、ウエハステージ１５
の端部には干渉計１６からの測長ビームを反射するため
の固定鏡１４ｍが固定されている。

【００１７】さて、図１中の投影光学系（Ｇ1 〜Ｇ4 、
Ｍ1 〜Ｍ3)の有効露光領域は円弧状のスリット領域であ
り、露光動作時にはより広い実効露光領域を得るため、
レチクル８とウエハ１３との各々を所定速度でＺ方向と
Ｘ方向とに移動（スキャン）する。このとき、主制御系
１８はレチクル８とウエハ１３との結像関係を崩さない
ように、ステージ９、１５のスキャン速度を制御する。
本実施例では投影倍率を１／４としたので、スキャン露
光時のウエハステージ１５のＸ方向の移動速度Ｖwsは、
レチクルステージ９のＺ方向の移動速度Ｖrsの１／４で
ある。主制御系１８は、干渉計１０、１６からの位置情
報（さらには速度情報）やヨーイング情報、駆動系１
１、１７内のタコジェネレータ等からの速度情報等に基
づいて、スキャン露光時にレチクルステージ９とウエハ
ステージ１５とを所定の速度比を保ちつつ、レチクルパ
ターンとウエハ１３上の１つのショット領域との相対位
置関係を所定のアライメント誤差内に押えたまま相対移
動させる。

【００１８】ここで、図１中に示した投影光学系の具体
的な構成について説明する。図示の通り、レチクルパタ
ーン面からの光束は両凸正レンズＬ11とレチクル側に凸
面を向けた負メニスカスレンズＬ12とから成る第１レン
ズ群Ｇ1 を通り、第１凹面反射鏡Ｍ1 に導かれ、ここで
の反射により所定の縮小倍率が与えられ、第１凹面反射
鏡Ｍ1 側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ21と第１
凹面反射鏡Ｍ1 側により強い曲率の面を向けた正レンズ
Ｌ22とから成る第２レンズ群Ｇ2 に入射する。第２レン
ズ群Ｇ2 により、さらに縮小された１次像Ｉ1 が形成さ
れる。１次像Ｉ1 からの光束は光路屈曲用の平面反射鏡
Ｍ3 にて反射され、第２凹面反射鏡Ｍ2に入射し、ここ
での反射により等倍よりやや大きい倍率が与えられる。
さらに、第２凹面反射鏡Ｍ2 側により強い曲率の面を向
けた正レンズＬ31、第２凹面反射鏡Ｍ2 側に凸面を向け
たメニスカスレンズＬ32、及び第２凹面反射鏡Ｍ2 側に
より強い曲率の面を向けた正レンズＬ33から成る第３レ
ンズ群Ｇ3 により縮小倍率を与えられ、１次像Ｉ1 をさ
らに縮小した２次像がウエハ１３上に形成される。ここ
では、第２凹面反射鏡Ｍ2 と第３レンズ群Ｇ3 との間
に、第４レンズ群Ｇ4として弱い負屈折力を有する負レ
ンズが配置されており、高次の球面収差を良好に補正し
ている。

【００１９】上記の構成において、第１レンズ群Ｇ1 、
第１凹面反射鏡Ｍ1 、及び第２レンズ群Ｇ2 が第１部分
光学系を構成し、第２凹面反射鏡Ｍ2 、第３レンズ群Ｇ
3 、及び第４レンズ群Ｇ4 が第２部分光学系を構成して
いる。第１部分光学系における第２レンズ群Ｇ2 は第１
凹面反射鏡Ｍ1 に向かう光束を遮ることなく第１凹面反
射鏡Ｍ1 からの反射光のみを集光するために、第１部分
光学系の光軸ＡX1の片側にのみ設けられている。また、
光路屈曲用の平面反射鏡Ｍ3 は、第３レンズ群Ｇ3 の近
傍において第１部分光学系の光軸ＡX1に対して４５°の
角度で斜設され、第２部分光学系の光軸ＡX2を第１部分
光学系の光軸ＡX1に対して直交するように構成してい
る。平面反射鏡Ｍ3 は１次像Ｉ1 の近傍でもあるため、
その大きさは小さく、第３レンズ群Ｇ3 中の第１正レン
ズＬ31の一部を切り欠くことで十分設置することができ
る。また、第２部分光学系中の第４レンズ群Ｇ4 は第１
部分光学系の光路を遮らないように設けられる。尚、こ
こでは平面反射鏡Ｍ3 の斜設角度を４５°としたが、当
然ながら光路の分離が可能な範囲で任意の配置とするこ
とができる。

【００２０】図２は、回折格子状パターン７、及びレチ
クル８の部分拡大図である。ここで、回折格子状パター
ン７は位相シフトパターンであり、位相シフト部を透過
した光の位相が光透過部（ガラス裸面部）の透過光の位
相に対してほぼ（２ｎ＋１）π[rad](ｎは整数）だけず
れるものとする。

【００２１】さて、ガラス基板６にほぼ垂直に入射した
照明光ＩＬが回折格子状パターン７に入射すると、パタ
ーン７から発生する回折光は主に±１次回折光のみとな
り、特に０次光（直進光）は発生しない。このため、レ
チクル８に入射する照明光としては垂直入射光束がなく
なり、斜入射光束のみとなる。すなわち、回折格子状パ
ターン７からの±１次回折光Ｌ1 、Ｌ2 は、レチクル８
と垂直な方向に対して互いに角度θ(sinθ＝λ／ＰG 、
λ：照明光ＩＬの波長）だけ傾いて対称的にレチクルパ
ターン（１次元のラインアンドスペースパターン）ＲＰ
に入射することになる。

【００２２】この結果、例えば特開平４−１０１１４８
号公報に開示されている変形光源法（傾斜照明法）と同
様に、レチクルパターンＲＰから発生する±１次回折光
のいずれか一方と０次回折光とが、投影光学系の瞳面
（フーリエ変換面）内で光軸からほぼ等距離だけ離れた
２つの部分領域を通過し、高解像度と大焦点深度とが得
られることになる。すなわち、本発明は前述の回折格子
状パターンをレチクルパターンの光源側近傍に設けるこ
とにより、原理的には変形光源（傾斜照明）と等価な照
明を実現させたものである。

【００２３】ここで、回折格子状パターン７への入射角
も垂直のみでなく、垂直を中心としてある範囲（照明光
の開口数ＮＡIL）を持つが、この場合発生する回折光も
上記のθ方向を中心としてＮＡILの範囲を有する。ま
た、基板６上での回折格子状パターン７の形成領域は、
レチクル８のパターン面における照明領域（円弧状のス
リット領域）と同程度以上の大きさに定めれば良い。こ
のとき、上記の如き照明光の開口数ＮＡILを考慮し、回
折格子状パターン７の形成領域を、少なくとも開口数Ｎ
ＡILに見合った量だけ照明領域より広げておくことが望
ましい。

【００２４】さらに、本実施例ではレチクル８の光源側
近傍に配置したガラス基板６の下面に回折格子状パター
ン７を形成しているが、レチクル８と垂直な方向に関す
る回折格子状パターン７とレチクルパターンＲＰとの間
隔Δｔは狭い方が良い。これは、回折格子状パターン７
の半影ぼけの影響等を除去するためである。尚、レチク
ルパターンＲＰに対する傾斜照明を実現するための間隔
Δｔは、Δｔ≧ＰG ／２ＮＡILなる関係を満足すれば良
い。また、回折格子状パターン７のピッチＰGとレチク
ルパターンＲＰのピッチＰR とは、ＰG ＝２×ＰR なる
関係に定められている。さらにレチクルパターンＲＰと
回折格子状パターン７とは、互いにほぼ平行となるよう
に配置され、回折格子状パターン７の周期（ピッチ）方
向とレチクルパターンＲＰの周期（ピッチ）方向とがほ
ぼ一致するように、レチクル８に対してガラス基板６が
相対的に位置合わせされる。従って、ガラス基板６（回
折格子状パターン７）はレチクルパターンのピッチに応
じて交換可能に構成するとともに、レチクル８とほぼ平
行な面内で２次元移動、及び回転可能に構成しておくこ
とが望ましい。

【００２５】以上、本発明の原理と回折格子状パターン
の具体的な構成とについて説明したが、実際のレチクル
パターンは主に、互いに直交する２方向の各々に配列さ
れた周期性パターン（縦方向パターンと横方向パター
ン）を多く含んでいる。そこで、この種のレチクルパタ
ーンに好適な回折格子状パターンの一例を図３に示す。
図３に示すように、回折格子状パターン３０は市松格子
状の位相型回折格子（位相シフトパターン）である。ま
た、ガラス基板６上での回折格子状パターン３０の形成
領域は円弧状で、レチクルパターン面での照明光学系の
照明領域、すなわち投影光学系の有効露光領域よりも多
少広くなるように定めれている。これは、回折格子状パ
ターン３０とレチクルパターンＲＰとの間隔Δｔによっ
て発生する照明領域の広がり（ぼけ）を考慮してのこと
である。尚、図３では図示の都合上、市松格子の大きさ
（ピッチ）を誇張して示してある。実際は、円弧状領域
に比べてはるかに微細なピッチＰG ＝２×ＰR で形成さ
れている。

【００２６】さて、図３の如き回折格子状パターン３０
にほぼ垂直に照明光ＩＬが入射すると、４つの１次回折
光がそれぞれ（Ｙ、Ｚ）＝（＋１、＋１）、（＋１、−
１）、（−１、＋１）、（−１、−１）の方向に発生す
ることになる。また、その回折角は市松格子状パターン
の周期（ピッチ）によって一義的に定まる。従って、レ
チクル８に入射する光束は主として上記４方向からの１
次回折光のみとなり、垂直入射光束（回折格子状パター
ン３０からの０次回折光）は生じない。

【００２７】この結果、レチクル８への入射光２１の角
度分布は図４に示す如きものとなる。図４において、ｕ
はＹ方向の角度、ｖはＺ方向の角度を示し、２０は投影
光学系の開口を表している。これは、最近提案されてい
る変形光源法と全く等価なものである。これらの各回折
光のレチクルへの入射角は、レチクルパターンのピッチ
により最適値を有する。この入射角については、例えば
1992年ＳＰＩＥ 1974-63 "New Imaging Technique for
64M-DRAM" 等に述べられている。但し、本実施例のよう
にレチクルの光源側近傍に配置した位相型回折格子によ
り回折光を発生させることで、変形光源法と等価な照明
状態（系）を実現する場合には、位相型回折格子のピッ
チをＸ、Ｙ方向共に、レチクルパターンのＸ、Ｙ方向の
ピッチの２倍に定めておけば良い。これは、図３に示し
た市松格子の場合にも全く同様である。これによって、
レチクルパターンのピッチに応じた最適な照明光入射角
を得ることができる。

【００２８】また、上記関係は照明光の波長によらず一
定であるので、光源が広帯域、あるいは離散的な数本の
輝線よりなる波長幅を有していても、レチクルパターン
のピッチに応じた最適の照明条件を実現できる。尚、位
相型回折格子７、３０によって与えられる位相差は露光
波長が変化すると、理想的な位相差π[rad] よりずれる
ことになる。但し、例えば中心波長が２４０ｎｍで波長
幅が±１０ｎｍ程度の光源を想定すると、波長２４０ｎ
ｍの光に対して１８０°（π[rad])の位相差を与える位
相シフターは、２３０ｎｍの光に対しては１８７．８°
の位相差を与えることになる。このような場合、位相シ
フターによる０次光の相殺は完全には生じないため、図
４の原点（ｕ＝ｖ＝０）近傍に０次回折光が生じる、す
なわちレチクルに対して従来の如きほぼ垂直なる入射光
が生じてしまうことになる。この結果、上記構成の装置
（図１）における変形光源法と等価な効果は薄らぐこと
となる。しかしながら、１８７．８°の位相差で生じる
０次光と４つの１次回折光との強度比はわずか０．７％
にすぎないので、実質上像質（解像度、焦点深度）が劣
化するような量ではない。

【００２９】また、図１から明らかなように回折格子状
パターン７は、レチクルパターンを転写すべきウエハ面
と共役な関係（結像関係）にはないので、その欠陥や付
着した異物がウエハ面に転写され難く、多少の欠陥等が
存在していても全く問題とはならない。さらに、図３に
示す如き位相型回折格子３０に対して、レチクル８はＺ
方向に走査（スキャン）されることになるが、このスキ
ャンに伴う平均化（Ｚ方向）によっても回折格子の欠陥
等が平滑化され、より一層目立たなくなるという効果が
ある。

【００３０】ここで、上記実施例（図２）では回折格子
状パターン７をガラス基板６に形成していたが、例えば
レチクル８のガラス面（パターン形成面と反対側の面）
に形成しても良い。但し、この場合にはレチクルパター
ンの形成領域８ａに対応してほぼ全面に回折格子状パタ
ーンを形成しておく必要がある。また、レチクル８のパ
ターン面と共役な面、もしくはその共役面から光源側に
所定間隔（上記Δｔとコンデンサーレンズ５等を含む合
成系の倍率とに対応した値）だけ離れた面内に回折格子
状パターンを配置するようにしても良い。前者の場合、
欠陥等の転写という問題は上記の如きスキャンに伴う平
均化効果のみにより低減するしかないが、先に述べた半
影ぼけはなくなるといった利点がある。後者の場合は、
上記実施例と全く同様の効果が得られる。さらに、レチ
クルパターン面での照明領域を円弧状とするため、照明
光学系３中のレチクルパターン面とほぼ共役な面内に配
置される絞り部材、すなわち円弧状スリットに回折格子
状パターンを形成するようにしても良い。

【００３１】また、図３に示したように上記実施例で
は、レチクル８のスキャン方向（Ｚ方向）と回折格子状
パターン３０の周期方向（ピッチ方向で、Ｙ、Ｚ方向）
とを一致、または直交させていたが、上記の如きスキャ
ンによる平均化効果により、少なくとも一方の周期方向
をスキャン方向に対してほんのわずかにずらしても良
い。このことは、回折格子状パターンを製造する上で有
利になることを意味している。

【００３２】ところで、図１の装置に適用される回折格
子状パターンは、投影光学系（及び照明光学系）のレチ
クル側有効領域程度の大きさ（面積）であれば良く、レ
チクルのパターン領域に対応してその全面に形成してお
く必要はない。従って、大きなサイズのレチクルを使用
する場合でも、回折格子自体は小型のもので良く、コス
ト的に有利である。また、同一ガラス基板上に、互いに
ピッチや周期方向が異なる複数の位相型回折格子を形成
しておき、レチクルパターンのピッチに応じてガラス基
板を移動し、そのレチクルパターンに最適な回折格子を
照明光路中に配置するように構成しても良い。

【００３３】尚、上記実施例では投影光学系として反射
屈折縮小投影光学系を用いた例を示したが、反射素子の
みから成る投影光学系、屈折素子のみから成る投影光学
系等を用いても、上記と全く同様の効果を得られる。特
に屈折素子のみから成る投影光学系を用いる場合には、
レチクルパターン面上での照明領域を矩形状としても良
い。また、上記の如き投影光学系の投影倍率も任意の倍
率であって構わない。さらに、ステップアンドスキャン
方式以外のいかなるスキャン方式の投影露光装置に対し
ても本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１物体
のパターン面と垂直な方向に対して傾いた方向から第１
物体のパターン面に入射する光が多くなるような角度分
布をもたせる照明系を介して、該第１物体を照明するよ
うにして走査露光を行うので、高解像度、大焦点深度の
走査露光が可能となる。

【００３５】また実施例に記載の如く構成すれば、従来
通りの走査露光方式の投影露光装置に回折格子状パター
ンを追加するだけで変形光源法と等価な照明光源を実現
でき、高解像度、大焦点深度の投影露光が可能となる。
特に、マスクパターンの照明領域が円弧状となる反射型
の投影光学系を備えた投影露光装置においては、照明光
学系の変形により変形光源法を適用することが難しいた
め、本発明は極めて有効である。また、露光波長が比較
的広帯域でもよい反射型、もしくは反射屈折型の投影光
学系を備えた投影露光装置においても、本発明は広帯域
の照明光に適しているため、容易に応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の概略的な
構成を示す図。

【図２】回折格子状パターン及びレチクルの部分拡大
図。

【図３】図１に示す装置に好適な回折格子状パターンの
一例を示す図。

【図４】図３に示す回折格子状パターンを用いたときの
レチクルへの入射光の角度分布を示す図。

【符号の説明】

６ガラス基板７、３０回折格子状パターン８レチクル１３ウエハ１８主制御系Ｇ1 〜Ｇ4 、Ｍ1 〜Ｍ3 投影光学系

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−229423（ＪＰ，Ａ) 特開平２−66510（ＪＰ，Ａ) 特開平３−179723（ＪＰ，Ａ) 特開平３−282527（ＪＰ，Ａ) 特開平４−101148（ＪＰ，Ａ) 特開平４−179958（ＪＰ，Ａ) 特開平４−180612（ＪＰ，Ａ) 特開平４−196513（ＪＰ，Ａ) 特開平４−277612（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−219517（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−156737（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−29815（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−288014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G02B 5/18 G02B 17/08 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光に対して、パターンが形成された第
１物体を第１方向へ移動するとともに、該第１物体と同
期して第２物体を第２方向へ移動することにより該第２
物体を走査露光する走査型露光装置において、前記第１物体のパターン面における前記照明光の照明領
域をスリット状に規定するとともに、該スリット状に規
定された照明光に、前記第１物体のパターン面に垂直に
入射する光よりも前記第１物体のパターン面と垂直な方
向に対して傾いた方向から前記第１物体のパターン面に
入射する光が多くなるような角度分布をもたせる照明系
と、前記角度分布を持つ照明光で照明された前記第１物体の
パターンの像を縮小して前記第２物体上に投影するため
に、前記パターンの１次像を形成するレンズ及び凹面反
射鏡を含む第１部分光学系、前記１次像の近傍に配置さ
れる光路屈曲用の平面反射鏡、及び前記１次像を前記第
２物体上に結像する第２部分光学系を有する投影光学系
とを備えたことを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】前記第１部分光学系は、正レンズと負レン
ズとを含む複数枚のレンズを含むことを特徴とする請求
項１に記載の走査型露光装置。
【請求項３】前記第２部分光学系は複数枚の正レンズを
含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型露
光装置。
【請求項４】前記投影光学系は、前記凹面反射鏡及び前
記平面反射鏡を含む３つの反射鏡を有することを特徴と
する請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型露光装
置。
【請求項５】前記照明領域は、円弧または矩形のスリッ
ト状に規定されることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項６】前記照明系は、前記第１物体のパターン面
に入射する照明光を、前記第１物体のパターン面と垂直
な方向に対して傾いた方向から前記第１物体のパターン
面に入射する斜入射光束のみとすることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項７】前記走査露光中に、前記第１物体と前記第
２物体とを互いに異なる速度で移動させることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか一項に記載の走査型露光装
置。
【請求項８】前記照明系は、前記照明光の角度分布を規
定する光学部材を有することを特徴とする請求項１〜７
のいずれか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項９】前記光学部材は、前記第１物体のパターン
に応じて交換可能に設けられていることを特徴とする請
求項８に記載の走査型露光装置。
【請求項１０】前記光学部材は、前記照明系の光軸と異
なる方向に回折光を発生する位相型の回折光学素子であ
ることを特徴とする請求項８又は９に記載の走査型露光
装置。
【請求項１１】前記光学部材は、前記第２物体のパター
ン面と共役な関係にはない位置に配置されることを特徴
とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の走査型露
光装置。
【請求項１２】前記光学部材は、前記照明系内で前記第
２物体のパターン面とほぼ共役に配置されることを特徴
とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の走査型露
光装置。
【請求項１３】前記照明系は、前記第１物体のパターン
から発生する異なる次数の回折光がそれぞれ前記投影光
学系の瞳面で光軸からほぼ等距離だけ離れた部分領域を
通過するように、前記第１物体に入射する照明光に角度
分布を持たせることを特徴とする請求項１〜１２のいず
れか一項に記載の走査型露光装置。
【請求項１４】前記照明系は、前記第１物体のパターン
面に入射する照明光の角度分布を、前記第１物体に形成
されたパターンのピッチに応じて設定することを特徴と
する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の走査型露光
装置。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれか一項に記載の
走査型露光装置を用いるデバイス製造方法。