JP2002359176A - 照明装置、照明制御方法、露光装置、デバイス製造方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各々異なる最適な照明条件を有する複数種類
のパターンが描画されたマスクを高品質で露光可能な照
明装置、照明制御方法、露光装置、デバイス製造方法及
びデバイスを提供する。 【解決手段】 光源からの光をオプティカルインテグレ
ータに入射させ、該オプティカルインテグレータを構成
する複数の光学系からの複数の光束により被照明面を照
明する照明装置において、前記複数の光学系の光入射面
位置と前記マスク又はレチクルのパターンの位置とは光
学的に共役な関係にあり、前記複数の光学系のうちの少
なくとも一部の光学系に入射する光の前記光入射面での
光特性に分布を与えることによって前記マスク又はレチ
クルのパターンの互いに異なる領域を互いに異なる照明
条件で照明できることを特徴とする照明装置を提供す
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、照明装
置に関し、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
リソグラフィ工程に使用される露光装置において、パタ
ーンが描画されたマスク又はレチクル（なお、本出願で
はこれらの用語を交換可能に使用する）を照明する照明
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の回路パターンの微細化と高集積化
からウェハには０．３μｍ以下の解像線幅が要求され、
かかる要求に応えるためにリソグラフィ工程には投影露
光装置が主に使用されている。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
との間に配置されて照明されたマスクの回路パターンを
被処理体に投影する投影光学系とを有する。照明光学系
は、光源からの光束をハエの目レンズなどのオプティカ
ルインテグレータに導入し、その射出面を２次光源面と
してコンデンサーレンズを利用してマスク面を均一にケ
ーラー照明する。

【０００３】回路パターンは、近接した周期的な線状パ
ターンであるラインアンドスペースパターンと、近接し
た周期的なホール状パターンであるコンタクトホールパ
ターンと、近接しておらず孤立とみなすことができる孤
立パターンとに分類できる。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露光条件
（照明条件や露光量など）を選択する必要がある。露光
条件は、例えば、照明条件や露光量などを含み、照明条
件はコヒーレンシーσを含む。コヒーレンシーσは投影
光学系のマスク側の開口数（ＮＡ）に対する照明光学系
のマスク側のＮＡであり、投影露光装置は、一般に、０
＜σ＜１のパーシャルコヒーレント照明を使用する。

【０００４】ラインアンドスペースパターンには、比較
的小さいσの照明と位相シフトマスク、又は、変形照明
とバイナリマスクの組み合わせが適している。なお、変
形照明は、Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ照明、斜入射照明などとも
呼ばれ、有効光源分布を輪帯や四重極形状にして、マス
クを斜入射光で照明する技術である。一方、コンタクト
ホールパターンや孤立パターンには、比較的大きなσの
照明とハーフトーンマスク又はバイナリマスクの組み合
わせが適している。

【０００５】マスクパターンに応じてマスクパターン全
体に対するコヒーレンシーσを変更することは従来から
既に提案されており、これは例えば、照明光学系の通常
オプティカルインテグレータの直後に配置される開口絞
りを円形開口絞りや輪帯開口絞りなどによって切り替え
可能に構成することによって達成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体産業は、
従来のＤＲＡＭ等のメモリーチップから、より高付加価
値な、メモリーパターンとロジックパターンとが一のチ
ップに混在するシステムチップに生産が移行しつつあ
る。メモリーパターンはパターン密度が高く、ラインア
ンドスペース状のパターンが主であるため、比較的小さ
なσ又は輪帯照明が適している。一方、ロジックパター
ンはパターン密度が低く、孤立状のパターンが主である
ため、比較的大きなσでの照明が適している。システム
チップを製造するにはマスクパターンもメモリーパター
ンとロジックパターンを混在させる必要がある。

【０００７】しかし、従来の構成はマスク面の照明条件
を部分的に変更することができなかったため、両パター
ンが混在するマスクをいずれかのパターンに適した照明
条件で照明しなければならず、リソグラフィ工程の最適
化が困難であり、所望の解像度が得られなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、各々
異なる最適な照明条件を有する複数種類のパターンが描
画されたマスクを高品質で露光可能な照明装置及び照明
制御方法、露光装置、デバイス製造方法及びデバイスを
提供することを例示的目的とする。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明の一側
面としての照明装置は、光源からの光をオプティカルイ
ンテグレータに入射させ、該オプティカルインテグレー
タを構成する複数の光学系からの複数の光束により被照
明面を照明する照明装置において、前記複数の光学系の
光入射面位置と前記マスク又はレチクルのパターンの位
置とは光学的に共役な関係にあり、前記複数の光学系の
うちの少なくとも一部の光学系に入射する光の前記光入
射面での光特性に分布を与えることによって前記マスク
又はレチクルのパターンの互いに異なる領域を互いに異
なる照明条件で照明できることを特徴とする。かかる照
明装置は、異なる領域を、異なる照明条件（例えば、オ
プティカルインテグレータの光出射側に形成される有効
光源の形状及び／又は大きさ、偏光、照度、位相など）
で照明する。例えば、マスクの一つの領域がラインアン
ドスペース状のパターンであれば小さな有効光源、互い
に異なる領域が孤立状のパターンであれば大きな有効光
源の照明光を提供することを可能とする。

【００１０】本発明の別の側面としての露光装置は、光
源からの光をオプティカルインテグレータに入射させ、
該オプティカルインテグレータを構成する複数の光学系
からの複数の光束によりマスク又はレチクルを照明し、
該マスク又はレチクルのパターンを投影光学系により被
処理体上に投影する投影露光装置において、前記複数の
光学系の光入射面位置と前記マスク又はレチクルのパタ
ーンの位置とは光学的に共役な関係にあり、前記複数の
光学系のうちの少なくとも一部の光学系に入射する光の
前記光入射面での光特性に分布を与えることによって前
記マスク又はレチクルのパターンの互いに異なる領域を
互いに異なる照明条件で照明できることを特徴とする。
かかる投影露光装置は、上述の照明装置と同様の作用を
奏する。前記照明装置又は露光装置は、前記光特性の光
強度分布を形成する遮光パターン、前記光特性の偏光分
布を形成する偏光パターン、前記光特性の光強度分布を
形成する減光パターン、前記光特性の位相分布を形成す
る位相シフトパターンなどを有して光特性を可変にする
ことを可能とする。前記照明装置又は露光装置は、前記
光特性の分布を可変にするための複数の前記照明制御部
材を有し、この中から前記マスク又はレチクルのパター
ンに応じた部材を選択する制御装置を更に有する。かか
る制御装置は、マスクのパターンの互いに異なる領域に
応じて最適な照明制御部材を選択する。前記照明装置又
は露光装置は、前記マスクを照明するための照明光を均
一化するオプティカルインテグレータを有し、前記照明
制御部材は、前記オプティカルインテグレータの入射側
に配置されている。

【００１１】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の照明装置又は投影露光装置を用いて被
処理体をデバイスパターンで露光するステップと、前記
露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップと
を有する。上述の照明装置又は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は、中間及びその最終結
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、例えば、システムＬＳＩ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。

【００１２】本発明の別の側面としての照明制御方法
は、異なる照明条件を必要とする複数種類のパターンが
各々形成されたパターン領域からなるマスクを各々照明
可能な複数の照明制御部材の中から所望の照明制御部材
を選択するステップであって、各照明制御部材は前記パ
ターン領域ごとに異なる照明条件で前記マスクを照明す
る複数の照明領域を同一平面状に有し、前記所望の照明
制御部材の前記照明領域は前記複数の照明制御部材の中
で前記パターン領域に最も適した照明条件を与えるステ
ップと、当該照明制御部材を介して前記マスクを照明す
るステップとを有する。かかる方法も、マスクが複数種
類のパターンを有する場合に各パターンに最適な照明条
件を与える照明領域を有する照明制御部材を計算・選択
して当該照明制御部材によりマスクを高品質で照明す
る。

【００１３】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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の例示的一様態である露光装置１について説明する。こ
こで、図１は、本発明の露光装置１の概略断面図であ
る。露光装置１は、図１に示すように、転写用の回路パ
ターンが形成されたマスク１０と、プレート３０と、マ
スク１０を照明する照明装置１００と、投影光学系３０
０とを有する。本発明の露光装置１は、プレート３０が
メモリーパターンとロジックパターンとが一のチップに
混在するシステムチップを製造するのに使用されるウェ
ハである場合に、特に効果的である。但し、本発明の露
光装置１はメモリーチップを製造するための露光工程に
適用されることを妨げるものではない。

【００１５】露光装置１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１０
に形成された回路パターンをプレート３０に露光する投
影露光装置である。かかる投影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（「ステッパー」とも呼ばれる）を例に説
明する。ここで、「ステップアンドリピート方式」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
させて次のショットを露光領域に移動させる露光法をい
う。「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
動させる露光法をいう。

【００１６】マスク１０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、図示しない第１のステージ（「レチクルステージ」
と呼ばれる場合もある）に支持される。マスク１０から
発せられた回折光は投影光学系３００を通りプレート３
０上に投影される。本実施形態ではプレート３０はシス
テムチップを製造するのに使用されるウェハで、マスク
１０にも複数種類の回路パターンが混在している。

【００１７】図２に、マスク１０の概略平面図を示す。
同図を参照するに、マスク１０は、メモリーパターン１
１が形成された右側のパターン領域１２と、ロジックパ
ターン１３が形成された左側のパターン領域１４とから
構成されている。メモリーパターン１１はパターン密度
が高く、ラインアンドスペース状のパターンが主である
ため、比較的小さなコヒーレンシーσ又は輪帯照明が適
している。一方、ロジックパターン１３はパターン密度
が低く、孤立状のパターンが主であるため、比較的大き
なコヒーレンシーσでの照明が適している。このよう
に、本実施形態のマスク１０は各々異なる照明条件を必
要とする複数種類のパターン領域１２及び１４から構成
されている。

【００１８】プレート３０はウェハや液晶基板などの被
処理体である。プレート３０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。

【００１９】プレート３０は図示しない第２のステージ
（「ウェハステージ」と呼ばれる場合もある）に支持さ
れる。第２のステージは、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、第２のステージはリ
ニアモータを利用してＸＹ方向にプレート３０を移動す
る。マスク１０とプレート３０は、例えば、同期して走
査され、第１及び第２のステージの位置は、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。第２のステージは、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、第１のステージ及び投影光学系３００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。

【００２０】照明装置１００は転写用の回路パターン１
１及び１３が形成されたマスク１０を照明し、光源部１
１０と、照明光学系１２０と、照明光学系１２０の後述
する照明制御部材２００を制御する照明制御部１７０と
を有する。

【００２１】光源部１１０は、光源としてのレーザー１
１２と、ビーム整形系１１４とを含む。

【００２２】レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡ
ｒＦ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
ーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類
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
可能な光源はレーザー１１２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。

【００２３】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１１２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。ビーム成形系１１４
は、後述するハエの目レンズ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。

【００２４】また、図１には示されていないが、光源部
１１０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、公開
特許平成３年第２１５９３０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。

【００２５】照明光学系１２０は、マスク１０を照明す
る光学系であり、本実施例では、照明制御部材２００
と、オプティカルインテグレータ１３０と、開口絞り１
５０と、コンデンサーレンズ１６０とを有する。レーザ
ー１１２とオプティカルインテグレータ１３０の入射面
１３０ａとマスク１０とウェハ３０とが光学的に共役な
関係に維持されている。また、開口絞り１５０と投影光
学系３００の瞳面３１０とが光学的に共役な関係に維持
されている。

【００２６】照明制御部材２００は、オプティカルイン
テグレータ１３０の入射面１３０ａの近傍に配置され、
マスク１０上の複数の領域１２及び１４を、パターン１
１及び１３を露光するのに最適な異なる照明条件でそれ
ぞれ照明するために照明光を制御する。照明条件は、例
えば、コヒーレンシーσ、偏光、照度、及び／又は、マ
スク１０と光学的に共役な位置における照明光の形状と
しての有効光源の形状などを含む。

【００２７】まず、本実施形態の照明制御部材２００
が、メモリーパターン１１を有する領域１２を小さなコ
ヒーレンシーσで、ロジックパターン１３を有する領域
１４を大きなコヒーレンシーσで照明する場合について
説明する。

【００２８】図３を参照して、照明制御部材２００の照
明領域とマスク１０のパターン領域１２及び１４との対
応について説明する。ここで、図３（ａ）は、照明制御
部材２００に円形開口を有する照明制御部材を適用した
場合の光入射側から見た平面図である。照明制御部材２
００は複数の太線で囲まれた領域（以下セルとする）２
４０に分割されている。図３（ｂ）は図３（ａ）に示す
照明制御部材２００のセル２４０の拡大平面図である。
各セル２４０は、左側照明領域２４２及び右側照明領域
２４４に分割されている。

【００２９】図３（ａ）を参照するに、照明制御部材２
００は、半径Ｒの円である大きなコヒーレンシーσの開
口領域２１０と、半径ｒの円である小さなコヒーレンシ
ーσの開口領域２２０と、遮光部２３０とを有する。コ
ヒーレンシーσは投影光学系３００のマスク１０側の開
口数（ＮＡ）に対する照明光学系１００のマスク１０側
のＮＡである。投影光学系３００のマスク１０側のＮＡ
は本実施形態では一定で、照明光学系１００のマスク１
０側のＮＡは図３（ａ）に示す開口の半径に比例するか
らコヒーレンシーσは図３（ａ）に示す開口の半径（Ｒ
やｒなど）に比例する。本実施形態では、半径がｒより
大きくＲまでであればコヒーレンシーσは大きく、半径
がｒ以下であればコヒーレンシーσは小さいとしてい
る。図３（ａ）ではｒ＝Ｒ／２である。投影露光装置１
はパーシャルコヒーレンシー照明を使用するので、Ｒ＝
１と置くことができ、ｒ＝Ｒ／２であるので、本実施形
態では、例示的に、０．５＜σ＜１であれば大きなコヒ
ーレンシー、０＜σ≦０．５であれば小さなコヒーレン
シーであるとしている。

【００３０】各セル２４０は、後述するオプティカルイ
ンテグレータ１３０に適用可能なハエの目レンズの各微
小レンズにそれぞれ対応している。従って、ハエの目レ
ンズの微小レンズの大きさを調節することによってセル
２４０の寸法を変更することができる。照明制御部材２
００はマスク１０と光学的にほぼ共役の関係に維持され
ているので、左側照明領域２４２は右側パターン領域１
２に対応して右側照明領域２４４は左側パターン領域１
４に対応する。図２に示すマスク１０の領域１２及び１
４と図３（ｂ）に示す領域２４２及び２４４の左右が逆
転しているのは後述するコンデンサレンズ１６０が倒立
像を形成するためである。コンデンサレンズ１６０が正
立像を形成することができれば照明制御部材２００の対
応する部分も逆転する。

【００３１】従って、左側領域２４２を小さなコヒーレ
ンシーσで照明し、右側領域２４４を大きなコヒーレン
シーσで照明すればマスク１０の領域１２及び１４をそ
れぞれ最適に照明することになることが理解されるであ
ろう。図３（ａ）に示す全ての領域２４２及び２４４は
それぞれ遮光されずに半径Ｒの円の範囲に広がっている
ので、図３（ａ）に示す照明制御部材は照明領域２４２
及び２４４を共に大きなコヒーレンシーσで照明してい
る。図３（ａ）に示す照明制御部材は領域１２及び１４
を同一の大きなコヒーレンシーσで照明するので、コヒ
ーレンシーに関する限り、図１に示す照明制御部材２０
０に適用することは好ましくない。本実施形態では、照
明制御部材２００は、マスク１０の各領域１２及び１４
を異なる照明条件で照明しなければならない。もっと
も、後述するように照度の調整などその他の照明条件の
調整が照明領域２４２及び２４４に対して施されている
場合には図３に示す照明制御部材を使用することができ
る。

【００３２】左側照明領域２４２を小さなコヒーレンシ
ーσで照明し、右側照明領域２４４を大きなコヒーレン
シーσで照明するための照明制御部材２００の例を図４
及び図５に示す。ここで、図４（ａ）は、図１に示す照
明制御部材２００に適用可能な照明制御部材２００Ａを
入射側から見た概略平面図であり、図４（ｂ）及び
（ｃ）はその部分拡大平面図である。図５（ａ）は、図
１に示す照明制御部材２００に適用可能な別の例として
の照明制御部材２００Ｂを入射側から見た概略平面図で
あり、図５（ｂ）はその部分拡大平面図である。図４及
び図５に示す例では、照明制御部材２００はマスクのパ
ターン領域１２及び１４に照射される照明光のコヒーレ
ンシーσを変更しているが、これを有効光源の形状（即
ち、投影光学系３００の瞳面に現れる形状）として把握
してもよい。即ち、図４及び図５に示す照明制御部材は
パターン領域１２及び１４に対する有効光源の形状を変
更する例でもある。

【００３３】図４（ａ）及び（ｂ）を参照するに、セル
２４０の左側領域２４２は、半径ｒからＲまでの輪帯部
分において遮光部２３２によって遮光されている点で、
照明制御部材２００Ａは図３に示す照明制御部材と異な
る。一方、セル２４０の右側領域２４４は半径Ｒの円の
範囲に亘って開口している。この結果、領域２４２は半
径ｒの円の範囲でのみ開口して小さなコヒーレンシーσ
の照明をもたらし、領域２４４は半径Ｒの円の範囲に亘
って開口して大きなコヒーレンシーσの照明をもたら
す。これにより、マスク１０の領域１２及び１４はそれ
ぞれ最適に照明されることが理解されるであろう。な
お、有効光源の形状の観点から見れば、図４（ａ）及び
（ｂ）は領域１２を半径の小さな円の有効光源により照
明し、領域１４を半径の大きな円の有効光源により照明
していると考えることができる。

【００３４】図４（ａ）においては半径ｒの円を形成す
る境界線は遮光部２３２と交差するため、図４（ｃ）に
示すように、開口部２４２ａと遮光部２４２ｂが混在す
る領域２４２が存在することになる。このため、かかる
領域に関してはマスク１０のメモリーパターン１１を部
分的に遮光して照明することになって好ましくない。

【００３５】そこで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、図４（ｃ）に示す領域２４２ａを遮光部２３２で覆
ってもよい。代替的に、図示しないが、図４（ｃ）に示
す領域２４２ｂの遮光部を開口部に変更してもよい。な
お、図５に示す照明制御部材２００Ｂでは、半径ｒの境
界線上の照明領域のコヒーレンシーが完全には上述で定
義した「大きい」又は「小さい」範囲から多少外れるが
かかる範囲は本発明の範囲内であるとする。なお、図５
のように半径ｒの境界線と交差する照明領域の面積を小
さくするには上述したようにオプティカルインテグレー
タ１３０に適用可能なハエの目レンズの微小レンズの寸
法を小さくすればよい。

【００３６】図５（ｂ）は半径ｒの円と交差する照明領
域について述べているが、半径Ｒの円と交差する照明領
域についても同様のことが当てはまることが理解される
であろう。但し、この場合にはプティカルインテグレー
タ１３０にケラレないことが重要となる。

【００３７】なお、有効光源の形状の観点から見れば、
図５（ａ）及び（ｂ）は領域１２を半径の大きな円の有
効光源により照明し、領域１４を半径の小さく、縁がい
びつな円の有効光源により照明していると考えることが
できる。

【００３８】以上により、本発明の照明制御部材２００
は、メモリーパターン１１を有する領域１２を小さなコ
ヒーレンシーσで照明し、ロジックパターン１３を有す
る領域１４を大きなコヒーレンシーσで照明することが
でき、異なる種類のパターンの混在したマスク１０を領
域ごとに最適な条件で照明することができる。また、本
発明は二重露光ではなく一の照明制御部材２００による
一回の露光でマスク１０上の異なるパターン１２及び１
４を同時に露光するために装置構成が簡単になり、二重
露光よりも重ねあわせ精度及びスループットも高い。

【００３９】照明制御部材２００はそのパターンを変え
ることによって、様々なパターンが混在するマスク１０
を領域ごとに異なるコヒーレンシー又は有効光源形状で
照明することができる。例えば、図８は、領域２４２が
大きなコヒーレンシーσで半径ｒ（＝Ｒ／２）乃至Ｒの
輪帯照明、領域２４４が半径Ｒの大きなコヒーレンシー
σの円形照明をもたらす照明制御部材２００Ｄの入射側
の概略平面図である。図９は、領域２４２が大きなコヒ
ーレンシーσで半径ｒ（＝２Ｒ／３）乃至Ｒの輪帯照
明、領域２４４が半径Ｒの大きなコヒーレンシーσの円
形照明をもたらす照明制御部材２００Ｅの入射側の概略
平面図である。図１０は、領域２４２が小さなコヒーレ
ンシーσで半径ｒの円形照明、領域２４４が半径ｒ（＝
Ｒ／２）乃至Ｒの大きなコヒーレンシーσの輪帯照明を
もたらす照明制御部材２００Ｆの入射側の概略平面図で
ある。図１１は、領域２４２が小さなコヒーレンシーσ
で半径ｒの円形照明、領域２４４が大きなコヒーレンシ
ーσで半径ｒ（＝２Ｒ／３）乃至Ｒの輪帯照明をもたら
す照明制御部材２００Ｇの入射側の概略平面図である。
図１２は、領域２４２が四重極照明で、領域２４４が半
径Ｒの大きなコヒーレンシーσの円形照明をもたらす照
明制御部材２００Ｈの入射側の概略平面図である。図１
３は、領域２４２が四重極照明で、領域２４４が半径ｒ
（＝Ｒ／２）乃至Ｒの大きなコヒーレンシーσの輪帯照
明をもたらす照明制御部材２００Ｉの入射側の概略平面
図である。図１４は、領域２４２が四重極照明で、領域
２４４が半径ｒの小さなコヒーレンシーσの円形照明を
もたらす照明制御部材２００Ｊの入射側の概略平面図で
ある。

【００４０】照明制御部材２００は、マスク１０の領域
１２及び１４を異なる照度で照明することもできる。こ
の場合、照明制御部材２００は、後述するオプティカル
インテグレータ１３０に適用されるハエの目レンズを構
成する複数の微小レンズの少なくとも一の微小レンズを
透過する光量を調節する。光量調節は、例えば、照明制
御部材２００の各セル２４０の開口部又は光透過部に、
色に影響を与えずに光量調節（又は減光）を行う光量調
製フィルタ（ＮＤフィルタ）を使用することによって実
現することができる。図示しないＮＤフィルタ及び遮光
部２３２及び２３３は、ガラス基板面上にクロム（Ｃ
ｒ）等の金属膜や誘電体多層膜を蒸着したりして所望の
透過率が得られるように構成している。ＮＤフィルタに
は吸収性ガラスフィルタと金属コーティングを施した反
射性フィルタを使用することができる。金属コーティン
グを施したフィルタはよりニュートラルで、吸収性ガラ
スは組み合わせて使用されることもある。なお、ＮＤフ
ィルタと同様の光学的性質を示すものであれば、他の部
材を用いても良い。例えば、液晶表示素子等を用いれ
ば、各セル２４０内の所定の部分領域を所望の透過率に
制御することができる。

【００４１】照明制御部材２００は、マスク１０の領域
１２及び１４を異なる偏光で照明することもできる。特
に、ラインアンドスペースの線幅が１μｍ以下の場合や
周期パターンがサブミクロンで且つ露光装置１のＮＡが
大きい場合は、光の振動方向をパターンの長手方向と一
致させることで解像度を上げることができる。例えば、
図６に示すように、縦方向に整列する回路パターン１５
を有する領域１６と横方向に整列する回路パターン１７
を有する領域１８とを有するマスク１０Ａを露光する場
合、図７に示すように、各セル２４０に対して領域２４
２を縦方向（Ｐ方向）に振動する光のみを透過させ、領
域２４４を横方向（Ｓ方向）に振動する光のみを透過さ
せるように偏光を制御するとよい。オプティカルインテ
グレータ１３０はマスク１０に照明される照明光を均一
化し、本実施例では、例えば、入射光の角度分布を位置
分布に変換して出射するハエの目レンズとして構成され
る。ハエの目レンズは、その入射面１３０ａと出射面１
３０ｂとは光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の
関係になる。かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関
係と呼ぶ場合がある。但し、後述するように、本発明が
使用可能なオプティカルインテグレータ１３０はハエの
目レンズに限定されるものではない。

【００４２】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。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。

【００４３】ハエの目レンズは、本実施形態では図３に
示すようにセル２４０の形状が正方形であるので正方形
断面のレンズ素子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。ハエ
の目レンズの出射面１３０ｂ又はその近傍に形成された
複数の点光源（有効光源）からの各光束をコンデンサー
レンズ１６０によりマスク１０に重畳している。これに
より、多数の点光源（有効光源）によりマスク１０全体
が均一に照明される。

【００４４】本発明で適用可能なオプティカルインテグ
レータ１３０はハエの目レンズに限定されず、例えば、
図１５に示すオプティカルインテグレータ１４０に置換
されてもよい。ここで、図１５は、オプティカルインテ
グレータ１４０の拡大斜視図である。オプティカルイン
テグレータ１４０は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１４２及び１４４を重
ねることによって構成されている。１枚目と４枚目の組
のシリンドリカルレンズアレイ板１４２ａ及び１４２ｂ
はそれぞれ焦点距離ｆ１を有し、２枚目と３枚目の組の
シリンドリカルレンズアレイ板１４４ａ及び１４４ｂ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１４２及び１
４４は直角に配置され、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、オプティカルインテグレータ１４０の組数が２に限
定されないことはいうまでもない。

【００４５】ハエの目レンズ１３０は光学ロッドに置換
される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であ
った照度分布を出射面で均一にし、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断面
を有する。なお、光学ロッド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の
で、そ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。その他、ハエの目レンズ１３０は、
拡散作用をもった回折素子に置換されてもよい。

【００４６】ハエの目レンズ１３０の出射面１３４の直
後には、形状及び径が固定された開口絞り１５０が設け
られている。開口絞り１５０は、例えば、円形の開口を
有する。選択的に、開口絞り１５０は、例えば、図１６
（ａ）に示す輪帯形状の透光部１５１と遮光部１５２及
び１５３を有する輪帯形状の開口絞り１５０Ａとして構
成されてもよい。ここで、図１６（ａ）は開口絞り１５
０に適用可能な開口絞り１５０Ａの平面図である。代替
的に、図１６（ｂ）に示すように、開口絞り１５０は透
光部１５４と遮光部１５５とを有する開口絞り１５０Ｂ
として構成されてもよい。ここで、図１６（ｂ）は開口
絞り１５０に適用可能な４重極形状の開口絞り１５０Ｂ
の平面図である。透光部１５４は透光部１５５の±４５
度と±１３５度の部分に対応している。開口絞り１５０
Ａ、１５０Ｂはマスク１０のパターンを露光する際、限
界解像近傍での焦点深度を増加させる変形照明（又は斜
入射照明）として効果的である。

【００４７】コンデンサーレンズ１６０はハエの目レン
ズ１３０から出た光をできるだけ多く集めて主光線が平
行、すなわちテレセントリックになるようにマスク１０
をケーラー照明する。マスク１０とハエの目レンズ１３
０の出射面１３０ｂとはフーリエ変換の関係に配置され
ている。

【００４８】露光装置１は、必要があれば、照度ムラ制
御用の幅可変スリットや走査中の露光領域制限用のマス
キングブレード（絞り又はスリット）等を有する。マス
キングブレードが設けられる場合には マスキングブレ
ードとハエの目レンズ１３０の出射面１３０ｂとはフー
リエ変換の関係に配置される。マスキングブレードの開
口部を透過した光束をマスク１０の照明光として使用す
る。

【００４９】照明制御部１７０は、検出部１７２と、演
算部１７４と、駆動部１７６とを有する。検出部１７２
は、マスク１０及び演算部１７４に接続され、マスク１
０のパターン１１及び１３の種類を読み取る。例えば、
検出部１７２は、マスク１０に予め記載されて、回路パ
ターン１１及び１３を識別する識別子又はバーコード等
を読み取る。読み取られたマスク１０のパターン１１及
び１３のデータは、演算部１１０に送信される。演算部
１７４は、検出部１７２及び駆動部１７６に接続され、
検出部１７２からのデータに基づいてマスク１０の各領
域１２及び１４に対する最適な照明条件を算出して駆動
部１７６に送信する。駆動部１７６は、演算部１１０及
び照明制御部材２００に接続され、演算部１７４の算出
した最適な照明条件をもたらすように照明制御部材２０
０を駆動する。例えば、演算部１７４は以下に説明する
ように複数の照明制御部材の中から最適な照明制御部材
を照明制御部材２００として選択する。

【００５０】以下、図１７を参照して、本発明の照明制
御方法の一例について説明する。図４乃至図１４に示す
照明制御部材２００Ａ乃至２００Ｊなど様々な種類のパ
ターンが領域２４２と２４４に割り当てられた複数の照
明制御部材が用意されて駆動部１７６によって選択可能
に配置される。まずマスク１０及びプレート３０が露光
装置１にセットされると、照明制御部１７０の検出部１
７２がマスク１０上のパターンを読み取る(ステップ１
００２)。次いで、検出部１７２の検出結果は演算部１
７４に送信され、演算部１７４はマスク１０が複数の種
類のパターンを有するかどうか判断する（ステップ１０
０４）。「複数の種類」とはメモリーパターンやロジッ
クパターンなど異なる照明条件を要求するものをいう。
演算部１７４は、複数のパターンを有しないと判断すれ
ば（ステップ１００４）、照明制御部材２００を光軸か
ら除去するように駆動部１７６を制御する（ステップ１
００６）。演算部１７４は、複数のパターンを有すると
判断すれば（ステップ１００４）、各パターン領域に最
適の照明領域を有する照明制御部材を算出及び選択する
（ステップ１００８）。その後、演算部１７４は、複数
の照明制御部材の中から所望の照明制御部材を照明制御
部材２００として選択するように駆動部１７６を駆動す
る（ステップ１０１０）。この結果、露光装置１にはマ
スク１０を露光するのに最適な照明制御部材２００が搭
載される。

【００５１】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（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。投影光学系３００の瞳面３１０に形成される有
効光源の形状は図３乃至図１４に示す形状と同様であ
る。

【００５２】露光において、レーザー１１２から発せら
れた光束は、ビーム成形系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、照明光学系１２０の照
明制御部材２００に入射する。照明制御部材２００には
マスク１０の各領域１２及び１４に対応した照明領域２
４２及び２４４が既に形成されており、領域１２及び１
４のそれぞれに最適な照明条件の照明をマスク１０とほ
ぼ共役な位置において形成する。次いで、かかる照明光
はオプティカルインテグレータ１３０に導入されて均一
化される。その後、均一化された照明光は開口絞り１５
０を経てコンデンサーレンズ１６０を介してマスク１０
の領域１２及び１４を最適な照明条件でそれぞれ照明す
る。

【００５３】マスク１０を通過した光束は投影光学系３
００の結像作用によって、プレート３０上に所定倍率で
縮小投影される。ステップアンドスキャン方式の露光装
置１であれば、光源部１１０と投影光学系３００は固定
して、マスク１０とプレート３０の同期走査してショッ
ト全体を露光する。更に、プレート３０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３０上に多
数のショットを露光転写する。これにより、マスク１０
のパターン１１及び１３をプレート３０上に転写する。
なお、露光装置１がステップアンドリピート方式であれ
ば、マスク１０とプレート３０を静止させた状態で露光
を行う。これにより、露光装置１は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。

【００５４】次に、図１８及び図１９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１８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本発明のリソ
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。

【００５５】図１９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。

【００５６】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にその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、各々異なる最適な照明
条件を有する複数種類のパターンが描画されたマスクを
高解像度で露光することができる。また、かかる装置及
び方法を使用したデバイス製造方法は高品位なデバイス
を製造することができる。

【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概略断面
図である。

【図２】 図１に示す露光装置のマスクの概略平面図で
ある。

【図３】 図１に示す露光装置の照明制御部材の領域と
マスクパターンとの関係を説明するための図であって、
図３（ａ）は円形開口を有する照明制御部材の概略平面
図で、図３（ｂ）は図３に示す照明制御部材の部分拡大
平面図である。

【図４】 図４（ａ）は図１に示す照明制御部材に適用
可能な一例の概略平面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）の
部分拡大平面図で、図４（ｃ）は図４(ａ)に示す照明制
御部材の他の部分拡大平面図である。

【図５】 図５（ａ）は図４（ａ）に示す照明制御部材
の変形例の概略平面図で、図５（ｂ）は図５（ａ）の部
分拡大平面図である。

【図６】 図２に示すマスクの変形例の概略平面図であ
る。

【図７】 図６に示したマスクに対応する照明制御部材
の部分拡大平面図である。

【図８】 図１に示す照明制御部材に適用可能な別の例
の概略平面図である。

【図９】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に別
の例の概略平面図である。

【図１０】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に
別の例の概略平面図である。

【図１１】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に
別の例の概略平面図である。

【図１２】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に
別の例の概略平面図である。

【図１３】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に
別の例の概略平面図である。

【図１４】 図１に示す照明制御部材に適用可能な更に
別の例の概略平面図である。

【図１５】 図１に示す露光装置のオプティカルインテ
グレータに適用可能なインテグレータの拡大斜視図であ
る。

【図１６】 図１に示す開口絞りを変形照明用の開口絞
りとして構成した場合の概略平面図であって、図２
（ａ）は輪帯状の開口を有する開口絞り、図２（ｂ）は
四重極形状の開口を有する開口絞りの形状を示す図であ
る。

【図１７】 本発明の照明制御方法を示すフローチャー
トである。

【図１８】 本発明の露光装置を有するデバイス製造方
法を説明するためのフローチャートである。

【図１９】 図１８に示すステップ４の詳細なフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ 露光装置 １０ マスク又はレチクル １２ パターン領域 １４ パターン領域 ３０ プレート １００ 照明装置 １３０ オプティカルインテグレータ １４０ オプティカルインテグレータ １７０ 照明制御部 １７２ 検出部 １７４ 演算部 １７６ 選択部 ２００ 照明制御部材 ２４２ 照明領域 ２４４ 照明領域

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光をオプティカルインテグレ
   ータに入射させ、該オプティカルインテグレータを構成
   する複数の光学系からの複数の光束により被照明面を照
   明する照明装置において、前記複数の光学系の光入射面
   位置と前記マスク又はレチクルのパターンの位置とは光
   学的に共役な関係にあり、前記複数の光学系のうちの少
   なくとも一部の光学系に入射する光の前記光入射面での
   光特性に分布を与えることによって前記マスク又はレチ
   クルのパターンの互いに異なる領域を互いに異なる照明
   条件で照明できることを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 光源からの光をオプティカルインテグレ
   ータに入射させ、該オプティカルインテグレータを構成
   する複数の光学系からの複数の光束によりマスク又はレ
   チクルを照明し、該マスク又はレチクルのパターンを投
   影光学系により被処理体上に投影する投影露光装置にお
   いて、前記複数の光学系の光入射面位置と前記マスク又
   はレチクルのパターンの位置とは光学的に共役な関係に
   あり、前記複数の光学系のうちの少なくとも一部の光学
   系に入射する光の前記光入射面での光特性に分布を与え
   ることによって前記マスク又はレチクルのパターンの互
   いに異なる領域を互いに異なる照明条件で照明できるこ
   とを特徴とする投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記照明条件は前記オプティカルインテ
   グレータの光出射側に形成される有効光源の形状及び／
   又は大きさであり、前記光特性は光強度分布であること
   を特徴とする請求項１記載の照明装置又は請求項２に記
   載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記光強度分布を形成するための遮光パ
   ターンを有する部材を備えることを特徴とする請求項３
   に記載の照明装置又は投影露光装置。
5. 【請求項５】 前記照明条件は偏光であり、前記光特性
   は偏光状態の分布であることを特徴とする請求項１記載
   の照明装置又は請求項２に記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記照明条件は照度であり、前記光特性
   は光強度分布であることを特徴とする請求項１に記載の
   照明装置又は請求項２記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】 前記照明条件は位相であり、前記光特性
   は位相分布であることを特徴とする請求項１に記載の照
   明装置又は請求項２に記載の投影露光装置。
8. 【請求項８】 前記偏光分布を形成するための偏光パタ
   ーンを有する部材を備えることを特徴とする請求項５に
   記載の照明装置又は投影露光装置。
9. 【請求項９】 前記光強度分布を形成するための減光パ
   ターンを有する部材を備えることを特徴とする請求項６
   に記載の照明装置又は投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記位相分布を形成するための位相シ
    フトパターンを有する部材を備えることを特徴とする請
    求項７に記載の照明装置又は投影露光装置。
11. 【請求項１１】 前記有効光源は輪帯状の光源又は四重
    極状の光源を含むことを特徴とする請求項３に記載の照
    明装置又は投影露光装置。
12. 【請求項１２】 前記光特性の分布が可変であることを
    特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の
    照明装置又は投影露光装置。
13. 【請求項１３】 前記光特性の分布を可変にするための
    複数の前記照明制御部材を有し、この中から前記マスク
    又はレチクルのパターンに応じた部材を選択する制御装
    置を更に有する請求項１２に記載の照明装置又は投影露
    光装置。
14. 【請求項１４】 前記オプティカルインテグレータの前
    記複数の光学系はそれぞれロッド型の両凸レンズを有す
    ることを特徴とする請求項１乃至１３に記載の照明装置
    及び投影露光装置。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれか１項に記
    載の照明装置又は投影露光装置を用いて被処理体をデバ
    イスパターンで露光するステップと、前記露光された被
    処理体に所定のプロセスを行うステップとを有するデバ
    イス製造方法。
16. 【請求項１６】 前記デバイスがシステムＬＳＩである
    ことを特徴とする請求項１５に記載のデバイス製造方
    法。
17. 【請求項１７】 異なる照明条件を必要とする複数種類
    のパターンが各々形成されたパターン領域からなるマス
    クを各々照明可能な複数の照明制御部材の中から所望の
    照明制御部材を選択するステップであって、各照明制御
    部材は前記パターン領域ごとに異なる照明条件で前記マ
    スクを照明する複数の照明領域を同一平面状に有し、前
    記所望の照明制御部材の前記照明領域は前記複数の照明
    制御部材の中で前記パターン領域に最も適した照明条件
    を与えるステップと、 当該照明制御部材を介して前記マスクを照明するステッ
    プとを有する照明制御方法。