JP3984950B2 - 照明光学系及びそれを有する露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）または薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中に使用される露光装置において、パターンの描画されたマスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）を均一に照明するための照明光学系に関する。

近年、微細な半導体デバイスを高いスループットで生産する需要は益々高くなっており、デザインルールも１３０ｎｍを量産工程で達成しようとしている。微細化を達成するためには、露光光の短波長化や投影レンズのＮＡの増加に加えて、マスクをケーラー照明する照度の均一化やマスクやウェハを照明する露光光の角度分布である有効光源分布の均一化も重要である。

露光光が短波長化すると光学材料（硝材や光学コーティング）の吸収が増加して透過率が低下するなどの問題があるため、従来のレンズのみで構成された屈折型投影光学系の代わりに、全ミラー型やミラーとレンズとの混成型（カタディオプトリック型）の投影光学系を使用することが従来から提案されている（例えば、特許文献１及び２）。

一般に、ミラーを用いると光軸付近の光束はけられてしまうために、軸外のある像高近傍のみに注目してそこでの収差を補正する設計がなされる。その結果、露光装置は、軸外の結像領域を照明してパターンの転写を行うことになる。結像領域は、光軸に対して回転対称となる場合が多く、典型的には、所定の幅を有する円弧形状を有する。円弧形状の結像領域は、ミラー光学系と共に大型液晶基板を露光する光リソグラフィに適用されれば高いスループットを実現することができる。

一方、マスクを均一に照明し、かつ有効光源分布を均一化するために、照明光学系にコリメータレンズと複数の微小レンズ又はレンズ素子で構成されたハエの目レンズを組み合わせる方法が従来から使用されている。かかるハエの目レンズにより、レンズ素子数に相当する２次光源を射出面近傍に形成し、被照明面を複数の方向から重畳して均一に照明することができる。

より均一な照明領域を形成するためにはハエの目レンズのレンズ素子の数を増やすことが効果的であるが、レンズ素子は各々独立したレンズであるため数が増えるほどコストが増加し、更に、相応な公差でそれらを配置してハエの目レンズにすることは作業的にも容易ではない。

そこで、１枚のガラス基板上に、例えば、エッチングや機械的研磨のような手段により回折素子や微小ガラス素子を作成する方法が研究されている（例えば、特許文献３）。フォトリソグラフィを使用して一枚のガラス基板にレンズ作用を持つ微小な要素レンズを直に形成したものは、マイクロレンズアレイとも呼ばれている。基板に一体的に形成された一体型（微小）ハエの目レンズは、その個々のレンズ素子を１ｍｍ以下に微細化できる。その結果、インテグレータとしての発光点数が増え、投影光学系に対して、より均一な有効光源を提供することができる。また、製造が容易で低価格化を図ることもできる。
特開昭６２−１１５７１８号公報 特開昭６２−１１５７１９号公報 特開平７−３０６３０４号公報

しかし、一体型ハエの目レンズは、必ずしも均一な照度分布を形成できないという問題を有していた。即ち、一体型ハエの目レンズは、１枚の基板上に複数のレンズ素子を立体的かつ周期的に形成するために、繋ぎ目にレンズ作用がほとんどない段差部が発生してしまう。このため、段差部はレチクルの照明の均一化には寄与せず、そこを通過した光は直進する。

かかる光は、次いで、後段のコンデンサーレンズの作用によってマスク面又はそれと共役な中間結像面に集光する。なぜなら、ケーラー照明は、コンデンサーレンズの入射側における角度の関係を被照射面での位置関係に置換するので、一体型ハエの目レンズの段差部をレンズ作用を受けずに直進した光束は、コンデンサーレンズへの入射位置に拘らず被照射面上の一点に集光するからである。かかる集光は、ホットスポットと呼ばれる照度ムラの異常点を形成する。換言すれば、ホットスポットにより被照射面の照度分布は均一ではなくなる。この結果、露光画面内での積算露光量異常とそれによる回路パターンの線幅異常が発生し、歩留まりが低下する。

更に、基板に反射作用を持つ微小な要素を直接に形成した反射型の一体型インテグレータにも同様の問題を生じる。

そこで、一体型ライトインテグレータを使用しても被照射面を均一に照明することができる照明光学系及び露光装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束を使用して被照明面をケーラー照明する照明光学系において、基板に一体的に形成された複数のレンズ素子を有するライトインテグレータと、前記ライトインテグレータからの光束を集光するコンデンサーレンズとを有し、前記ライトインテグレータに入射する光束の主光線が前記コンデンサーレンズの光軸に平行にならないように構成してあり、前記コンデンサーレンズの焦平面に、前記複数のレンズ素子間の繋ぎ目および前記コンデンサーレンズを通過した光束を遮光する手段を有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系と、前記照明光学系により照明されたマスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。前記投影光学系の光軸は、前記光源から前記コンデンサーレンズまでの光学系の光軸とずれていてもよい。

本発明の更に別の側面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露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有する。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ＶＳＬＩ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。

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。

本発明によれば、一体型ライトインテグレータを使用しても被照射面を均一に照明することができる照明光学系及び露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本実施形態の露光装置１について説明する。まず、露光装置１を、図１５を参照して説明する。ここで、図１５は、露光装置１の単純化された光路を示す概略図である。露光装置１は、照明装置１００と、レチクル（マスク）２００と、投影光学系３００と、プレート４００とを有する。

本実施形態の露光装置１は、ステップアンドスキャン方式でマスク２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。ここで、ステップアンドスキャン方式は、マスクに対してプレートを連続的にスキャンしてマスクパターンをプレートに露光すると共に、１ショットの露光終了後プレート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法である。また、ステップアンドリピート方式は、プレートのショットの一括露光ごとにプレートをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法である。

照明装置１００は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２００を照度ムラなく、かつ、有効光源分布を均一に照明し、光源部と照明光学系とを有する。図１０に示す露光装置１の具体例を図１に示す。照明装置１００は、光源部１１０と照明光学系１２０とを有する。光源部１１０は、光源１１２と、ビーム整形系１１４とを有する。

光源１１２は、本実施形態では、波長約１９３ｎｍのＡｒＦ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１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなどレーザー光源を使用する。但し、本発明の光源１１２の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源部１１０に使用可能な光源１１２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やキセノンランプなどのランプも使用可能である。

また、光源部１１０は、波長１３〜１４ｎｍの軟Ｘ線又はＥＵＶ光源を使用してもよい。但し、この波長を透過する光学部材は存在しないため、ミラー部材だけで光学系を構成する必要がある。このような光学系には当業界で周知のいかなる構成をも使用することができるため、ここではその構造及び作用の詳細な説明は省略する。

ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、レーザー光源からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム整形系１１４は、後述するハエの目レンズ１４０を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。

また、図１には示されていないが、光源部は、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することが好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、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によって構成することができる。

照明光学系１２０は、第１のコンデンサーレンズ１２２と、偏芯照明領域形成部１３０と、マスキング結像系１７０とを含む。第１のコンデンサーレンズ１２２は、ビーム整形系１１４の射出面と偏芯照明領域形成部１３０の後述するハエの目レンズ１４０の入射面とをフーリエ変換の関係に配置している。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。必要があれば、ビーム整形系１１４と第１のコンデンサーレンズ１２２の間に折り曲げミラーが挿入されてもよい。

第１のコンデンサーレンズ１２２は、後述するハエの目レンズ１４０がレンズ１２２の後焦点位置に配置されていて、その射出側においてテレセントリック光学系を構成している。射出側をテレセントリック光学系に構成することによって、レンズ１２２を通過した光束の主光線はハエの目レンズ１４０の中心及び周辺のどのレンズ素子１４２に対しても平行になる。

第１のコンデンサーレンズ１２２の出射側をテレセントリック光学系に構成しないと、ハエの目レンズ１４０の中心のレンズ素子１４２が入射光束と略等しい開口数（ケラレがない開口数）を持つ場合に周辺のレンズ素子１４２も中心のレンズ素子１４２と同じとすると周辺のレンズ素子１４２では主光線が傾く分だけ入射光束にケラレが生じる。ハエの目レンズ１４０に入射した光束が各レンズ素子１４２でケラレを生じないためには、周辺部のレンズ素子１４２は中心部のレンズ素子１４２に対して入射する光束の主光線の傾き分だけ開口数を大きく設定しなければならない。

しかし、図６乃至図９を参照して後述されるように、ハエの目レンズ１４０は、各レンズ素子１４２について径を最適化することはできない。従って、中心部のレンズ素子１４２も周辺部のレンズ素子１４２も同一にして細密充填配置を形成する必要がある。そこで、第１のコンデンサーレンズ１２２を射出側でテレセントリック光学系に構成すればハエの目レンズ１４０の各レンズ素子１４２を中心部のレンズ素子１４２（ケラレが生じない最小の開口数のもの）で共通化することができる。

偏芯照明領域形成部１３０は、光軸ＯＯ’から偏芯した軸外照明光を形成する機能を有し、ハエの目レンズ１４０と、第２のコンデンサーレンズ１６２と、第１の照射面１６４と、スリット１６６とを有する。図１に示す偏芯照明領域形成部１３０が軸外照明光を形成する模式的な光路図を図３に示す。

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ある。ハエの目レンズ１４０は、図４に示すように、ウェハ面上の照明領域と概相似形状になるように、半球面から所定幅の円弧（図３における光束の透過部分、具体的には、球面レンズの光軸から、半径ｒｏだけ隔たった円弧幅ｗｏの領域）を切り取って複数（本実施例では１４段）積層したような形状を有している。もっとも、本実施形態のハエの目レンズ１４０は、一体型微小ハエの目レンズであるから、一枚のガラス基板に一体的に、エッチングや機械的研磨のような手段によりレンズ素子を形成しているため、実際には切り出して積層しているわけではない。但し、各レンズ素子の形状は切り出した形状によって理解が容易になるので、図４乃至図９はあたかも各レンズ素子が切り出して積層されたかのように示している。

まず、円弧状ハエの目レンズの構成について述べる。図４は、入射レンズ１４１から有効域である入射レンズ素子１４２の形状を説明するための平面図である。図５は、図４に示す入射レンズ１４１の側面図である。図６は、入射レンズ素子１４２を１４段積層することによって形成された入射レンズ群１４３の平面図である．図７は、出射レンズ１４５から有効域である出射レンズ素子１４６を切り出すことを説明するための平面図である。図８は、図７に示す出射レンズ１４５の側面図である。図９は、出射レンズ素子１４６を積層することによって形成された出射レンズ群１４７の平面図である。

ハエの目レンズ１４０は、焦点距離ｆだけ離間した入射レンズ素子１４２と出射レンズ素子１４６とを有する。一組の入射及び出射レンズ素子１４２及び１４６は焦点距離ｆだけ離間しているので、入射面と射出面とはフーリエ変換の関係にある。入射及び出射レンズ素子１４２及び１４６の形状は、投影光学系３００の結像領域、即ち、プレート４００上の被照明領域とほぼ相似である。それは以下のような理由による。つまり、図３から明らかなように、入射側レンズ１４２の入射面と第１照射面１６４とはコンデンサーレンズ１６２の作用により光学的に共役関係になっていて、更に図１から、第１の照射面１６４は後続するマスキング結像系１７０の作用によりレチクル面２００と共役になっている。最終的にはこれらの共役面は投影レンズ３００の作用によりプレート４００面に共役となっている。このように入射及び出射レンズ素子１４２及び１４６の断面形状を被照明領域の形状に近似させることによって、外観上はプレート面４００上に円弧状の照明領域を直接に形成できる。以上が効率的な円弧照明を行うために必要な構成要件である。

図４乃至図７を参照するに、入射レンズ素子１４２は、図２を参照して後述されるＡＲＣ（プレート４００の面上での輪帯状露光領域）とほぼ相似形である。図５に示す入射レンズ１４１と図８に示す出射レンズ１４５は同一の球面レンズであるが、図７に示すように、出射レンズ素子１４６は出射レンズ１４５から切り出す位置において入射レンズ素子１４２と異なる。これは、図３に示すように、入射レンズ素子１４２を通過した光束が軸上に偏向されるからである。この結果、照明光束はハエの目レンズ１４０をけられずに進み、レチクル２００面上で半径ｒだけ離れた位置に円弧照明領域を形成する。被照明領域の半径ｒや円弧幅は、ハエの目レンズ１４０の半径ｒｏや円弧幅ｗｏにそれぞれコンデンサーレンズ１６２の焦点距離とハエの目レンズの焦点距離の比を掛けた倍率だけ拡大された値となる。ここで、図３は、図１における偏芯照明領域形成部１３０の詳細図である。尚、図３に示すハエの目レンズ１４０は、簡略化されているが、実際のハエの目レンズ１４０は、図４乃至９に対応している。ハエの目レンズ１４０は複数の例示的なレンズ素子１４２を含む入射レンズ群１４３（光源側であり、図３中、Ｈｉ１，Ｈｉ２，Ｈｉ３）及び複数の例示的なレンズ素子１４６を含む出射レンズ群１４７（像面側であり、図３中、Ｈｏ１，Ｈｏ２，Ｈｏ３）から構成され、両レンズ群１４３及び１４７は焦点距離ｆだけ離れて配置されていることが理解される。

図１０に、ハエの目レンズ１４０の断面図を示す。図１０における個々のレンズ素子のうち、光束の入射側にあたるＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３はプレートＰｉ上にエッチング法や機械研磨法により一体化して製作されるが、その光学的な形状は図４、図５と同じであり、プレートＰｉ上には図６のような集積パターンが成形されている。同様に、図１０における個々のレンズ素子のうち、光束の射出側にあたるＳＧ４，ＳＧ５，ＳＧ６はプレートＰｏ上に一体化して製作されるが、その光学的な形状は図７、図８と同じであり、プレートＰｏ上には図９のような集積パターンが成形されている。

一体型微小ハエの目レンズ１４０においては、各レンズ素子が１ｍｍ以下に微細に形成することができる。しかし、１枚の基板上に複数のレンズ素子を立体的かつ周期的に形成するために、それらの繋ぎ目に、図１０に示すＥＧ１〜ＥＧ４の領域が段差部段差が発生し、段差部は均一化機能を有しない。段差部を通過した光は均等に拡散しフレアー光となってしまえばまだその弊害は小さいが、図１１の破線に示すように、段差部を直進した光が後続するコンデンサーの作用により、被照射面に集光した場合、ホットスポットと呼ばれる照度ムラの異常点を形成してしまう。これは、露光画面内での積算露光量異常を引き起こし、回路パターンの線幅異常をもたらす。その結果、不良チップとなってしまう。本実施形態では、段差部を直進した光を有効照明領域外に配置し、更に、スリット１６６の遮光部が遮光することによって、上記問題を解決している。

必要があれば、ハエの目レンズ１４０の射出面近傍に図示しない絞りが設けられる。絞りは不要光を遮光して所望の２次光源を形成する可変開口絞りであり、円形開口絞りや輪帯照明等の各種の絞りを使用することができる。輪帯形状や４重極形状などの開口を持つ開口絞りを用いて変形照明を実現してもよい。このような開口絞りを利用する変形照明法又は斜入射照明法により、解像力の限界を高めることができる。可変開口絞りを変えるためには、例えば、これらの絞りを形成した円盤状ターレットを用い、図示しない制御部及び駆動機構が開口を切り替えるべくターレットを回転させることで可能となる。かかる開口絞りによって照明モードを変更することができる。

スリット１６６は、第２のコンデンサーレンズ１６２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。ここで、スリット１６６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する。スリット１６６は、第２のコンデンサーレンズ１６２の焦平面に設けられているのでテレセントリック光学
系を維持している。上述のように、スリット１６６の遮光部が段差部を直進した光を遮光する。必要があれば、スリット１６６の熱変形を防止する冷却機構が設けられてもよい。レンズ１６２は、光軸ＯＯ’上で移動可能に構成されている。また、光を遮光することが可能であれば、その形状及び構成は問わない。例えば、図１１及び１２に示す形状及び構成であってもよい。

マスキング結像光学系１７０は、スリット１６６の開口像を再度マスク２００上に再結像する機能を有し、第１のレンズ系１７２と、第２のレンズ系１７４ととを有する。レンズ系１７２及び１７４は、複数のレンズ群を有する。必要があれば、レンズ系１７２及び１７４との間に折り曲げミラーを挿入してもよい。本実施形態では、第２のレンズ系１７４は、不図示の駆動装置によって駆動されて光軸ＯＯ’上で移動可能に構成されている。

レンズ１６２及び１７４はこのようにズーム機能を有し、かかるズーム機能は、２次光源の大きさを維持した状態で前記有効光源の大きさを変更するために好ましい。これにより、インテグレータのケラレを防止した状態で有効光源の形状を変更することができる。かかる機構は、特に、照明モードを変更した場合に好ましい。レンズ１６２及び１７４を駆動する制御系は、例えば、制御部と、検出部と、駆動装置とを有する。制御部は、投影光学系３００に入射する光のテレセントリックのずれ（即ち、主光線と光軸ＯＯ’とのずれ角度）を、検出部を介して検出し、かかるずれが除去されるように、駆動装置を制御して、第２のコンデンサーレンズ１６２及び／又は第２のレンズ系１７４を光軸００’に沿って移動させる。

マスク２００上には転写されるべき回路パターン（又は像）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４００上に投影される。プレート４００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。スリット１６６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の射出面とマスク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４００とは共役の関係にある。

走査型投影露光装置の場合は、マスク２００とプレート４００を走査することによりマスク２００のパターンをプレート４００上に転写する。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４００を同期して移動（換言すれば、両者の相対位置を固定又は静止）させた状態で露光が行われる。

投影光学系３００は、マスク２００に形成されたパターンを経た光束をプレート４００上に結像し、本実施形態では、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カタディオプトリック光学系を使用する。但し、本発明に適用可能な投影光学系３００は、ミラーのみからなる全ミラー型、特殊レンズ型などを含む。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。投影光学系３００は、絞り３１０を有して、レチクル２００の回路パターンを表す軸外光をプレート４００にテレセントリック結像する。また、投影光学系３００の光軸ＯＯ’は照明光学系１２０の光軸ＯＯ’と一致する。換言すれば、照明光学系１２０と投影光学系３００とは共軸関係に配置される。

照明光学系１２０は、図２に示す軸外皮像域ＡＲＣと光軸ＯＯ’を含めてほぼ相似形の照明領域を第１の照射面１６４上に形成する。その後、光束はスリット１６６を経て、マスキング結像系１７０を通った後マスク２００を照明する。第２のコンデンサーレンズ１６２は、ハエの目レンズ１４０から出射した光を用いてマスク２００をケーラー照明により均一に軸外照明する。

マスク２００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によって、プレート４００上に所定倍率で絡小投影される。投影光学系３００はプレート４００上に、図２に示すような円弧状のパターン転写領域ＡＲＣを形成すると共にマスク２００とプレート４００の同期走査により、円弧幅方向にプレート４００を走査して、ショット全体（図１３中Ｃ５）を露光する。更に、プレート４００のステージをステップして、次のショットに移り、プレート４００上に多数のショット（Ｃ１〜Ｃ９）を露光転写する。

プレート４００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を広く含む。プレート４００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（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−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。

プレート４００は図示しないウェハステージに支持される。ウェハステージは、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、ウェハステージはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプレート４００を移動する。マスク２００とプレート４００は、例えば、同期して走査され、マスクステージとウェハステージの位置は、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。ウェハステージは、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る。

以下、露光装置１の露光動作について説明する。露光において、光源１１２から発せられた光束は、ビーム整形系１１４によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、レンズ１２２を介してハエの目レンズ１４０に入射する。ハエの目レンズ１４０はコンデンサーレンズ１６２を介して被照射面１６４を均一に照明する。この際、図１１で示したような光軸上のホットスポットは、被照射面１６４の光軸上に形成されるが、その点は照明有効領域（軸外の円弧状領域）からずれているので照明領域には影響を与えず、スリット１６６の遮光部若しくは上述した実施例によって完全に遮光される。照明モードが変化した場合など、有効光源形状の大きさはレンズ１６２などを駆動して調節することができる。

マスク２００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によって、プレート４００上に所定倍率で縮小投影される。プレート４００上の露光光束の角度分布（即ち、有効光源分布）はほぼ均一になる。露光装置１がスキャナーであれば、光源部と投影光学系３００は固定して、マスク２００とプレート４００の同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート４００のウェハステージをステップして、次のショットに移り、プレート４００上に多数のショットを露光転写する。露光装置１がステッパーであれば、マスク２００とプレート４００を静止させた状態で露光を行う。本実施形態では、ハエの目レンズ１４０がレンズ素子を微細化しているのでより均一にマスク２００面をケーラー照明することができると共に段差部の悪影響を防止しているので、高品位なデバイス（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）を歩留まりよく製造することができる。

以下、図１４を参照して、図１に示す露光装置１の変形例としての露光装置１Ａについて説明する。ここで、図１４は、露光装置１Ａの単純化された光路図である。露光装置１Ａは、光源部１１０から第２のコンデンサーレンズ１６２までの光軸を投影光学系３００の光軸から偏芯させた点で露光装置１と異なる。より詳細には、光源部１１０から第１のコンデンサーレンズ１２２までの光軸を投影系の光軸からｈだけ偏芯させ、これに続くハエの目レンズ１４０Ａと第二のコンデンサーレンズ１６２とをｒだけ偏芯させている。また、第１のコンデンサーレンズ１２２の射出側に楔硝子１２３を設けてハエの目レンズ１４０Ａに入射する光束に角度を与えている。この角度偏向量θとハエの目レンズ１４０Ａとの間には、以下のような関係がある。

図１２は、図１４に示す照明領域形成手段１３１の結像関係を示す図であり、基本的には図１１と同じく、一体型微小ハエの目レンズ１４０Ａと第二のコンデンサーレンズ１６２とが第１の被照射面１６４をケーラー照明している。異なる点は、光源側にある図１２には図示しない角度偏向部材（楔硝子）１２３の作用により、ハエの目レンズ１４０Ａに入射する光束はこの光軸と平行な成分を持たないように構成されていることである。入射側のハエの目レンズ群１４２Ａと射出側のハエの目レンズ群１４６Ａを図１１の場合と逆転して配置する。つまり、図１２におけるＰｉ上のレンズ素子１４２Ａは図７に示すような球面レンズの光軸を含む切り出しで成形され、射出側Ｐｏ上のレンズ素子１４６Ａは図４に示すような球面レンズの軸外を切り出して成型する。このように構成すれば、結像面（被照射面）１６４上で有効照明領域は光軸を含み、逆に、ハエの目レンズ１４０Ａの段差部を直進した迷光は軸外で有効照明領域外にホットスポットを形成する。本実施例の特徴は、ハエの目レンズ１４０Ａを第２のコンデンサーレンズ１６２の光軸上に配置できるので、第２のコンデンサーレンズ１６２の口径を小さくでき、光学系全体のコンパクト化が図れる点にある。

以上、主として、円弧照明領域に関して本発明の作用を説明してきた。但し、本発明は、円弧照明だけにとどまらず、以下に説明するように、軸上又は軸外に矩形状の結像領域を有する投影光学系にも適用可能である。この場合には、最終段のハエの目レンズは矩形照明域を形成するために、各レンズ素子の断面形状を最終像面上での照明領域と相似形状に整形する必要がある。

また、本発明が使用可能な波面分割型ライト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く、例えば、図１６に示すような各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などでもよい。また、ロッドレンズが３面以上の屈折面を有するハエの目レンズを使用してもよい。また、ライトインテグレータは、コーティングを施したミラー型のインテグレータであってもよい。かかるミラー型のライトインテグレータは、ＥＵＶ光源の適用が特に効果的である。

図１６に示すシリンドリカルレンズアレイ板は、母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対と母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対とを互いの母線方向が直交するように積層したレンズであり、２組のシリンドリカルレンズアレイ又はレンチキュラーレンズ板を重ねることによって構成される。図１７での１枚目２１１と４枚目２１４の組のシリンドリカルレンズアレイ板はそれぞれ焦点距離ｆ１を有し、２枚目２１２と３枚目２１３の組のシリンドリカルレンズアレイ板はｆ１とは異なる焦点距離ｆ２を有する。同一組のシリンドリカルレンズアレイ板は相手の焦点位置に配置される。２組のシリンドリカルレンズアレイ板は互いの母線方向が直角をなすように配置され、直交方向でＦナンバー（即ち、レンズの焦点距離／有効口径）の異なる光束を作る。なお、組数が２に限定されないことはいうまでもない。また、互いの母線方向が直交する複数のシリンドリカルレンズを用いていれば、シリンドリカルレンズの数はいくつであっても構わない。

次に、図１７及び図１８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を説明する。図１７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。

図１８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。本実施形態の製造方法によれば、有効光源分布の均一にして高品位のデバイスを高いスループットで製造することができるため、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、一体型ライトインテグレータは、基板の一面にのみ素子を設けているが、両面に設けてもよい。

本発明の第１の実施例の露光装置の単純化された光路図である。 図１に示す投影光学系による円弧状の結像領域を示す図である。 図１に示す偏芯照明領域形成手段の作用を説明するための光路図である。 図１に示すハエの目レンズの入射側のレンズ素子を球面レンズから切り出す様子を説明するための平面図である。 図１に示すハエの目レンズの入射側のレンズ素子を球面レンズから切り出す様子を説明するための側面図である。 図１に示すハエの目レンズのレンズ素子の入射側の積層構造を示す平面図である。 図１に示すハエの目レンズの射出側のレンズ素子を球面レンズから切り出す様子を説明するための平面図である。 図１に示すハエの目レンズの射出側のレンズ素子を球面レンズから切り出す様子を説明するための側面図である。 図１に示すハエの目レンズのレンズ素子の射出側の積層構造を示す平面図である。 図１に示すハエの目レンズの断面図である。 図１に示すハエの目レンズにおいてホットスポットが軸上に発生することを示す光路図である。 図１に示すハエの目レンズにおいてホットスポットが軸外に発生することを示す光路図である。 図１に示すウェハ上に走査露光する際の概念図である。 本発明の第２の実施例の露光装置の単純化された光路図である 本発明の露光装置の単純化された光路図である。 シリンドリカルハエの目レンズの配置を示す斜視図である。 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。

符号の説明

１ 露光装置
１００ 照明装置
１２０ 照明光学系
１４０ ハエの目レンズ
２００ マスク
３００ 投影光学系
４００ プレート

Claims (4)

1. 光源からの光束を使用して被照明面をケーラー照明する照明光学系において、
   基板に一体的に形成された複数のレンズ素子を有するライトインテグレータと、
   前記ライトインテグレータからの光束を集光するコンデンサーレンズとを有し、
   前記ライトインテグレータに入射する光束の主光線が前記コンデンサーレンズの光軸に平行にならないように構成してあり、
   前記コンデンサーレンズの焦平面に、前記複数のレンズ素子間の繋ぎ目および前記コンデンサーレンズを通過した光束を遮光する手段を有することを特徴とする照明光学系。
2. 請求項１に記載の照明光学系と、
   前記照明光学系により照明されたマスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
3. 前記投影光学系の光軸は、前記光源から前記コンデンサーレンズまでの光学系の光軸とずれていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 請求項２又は３に記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、
   露光された前記被露光体を現像する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。