CN100521089C - 光学积分器、照明光学装置、曝光装置、方法及元件制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有下述特性的光学积分器，即，将一对光学构件的相对位置决定误差对照明度分布或照明范围的形状的影响抑制为较小。本发明的光学积分器是自光入射侧依次具备第1光学构件(8a)及第2光学构件(8b)的波阵面分裂型光学积分器(8)。第1光学构件具备在第1方向(Z方向)上具有折射力、且在第2方向(X方向)上无折射力的多个第1入射面(8aa)，以及在第1方向上具有折射力、且在第2方向上无折射力的多个第1出射面(8ab)。第2光学构件具备在第2方向上具有折射力、且在1方向上无折射力的多个第2入射面(8ba)，以及在第2方向上具有折射力、且在第1方向上无折射力的多个第2出射面(8bb)。

Description

光学积分器、照明光学装置、曝光装置、方法及元件制法

技术领域

本发明涉及一种光学积分器、照明光学装置、曝光装置以及曝光方法，且尤其涉及一种适用于曝光装置的照明光学装置中的光学积分器，其用于利用微影工序来制造半导体元件、拍摄元件、液晶显示元件、薄膜磁头等微元件。

背景技术

在此种典型性曝光装置中，自光源射出的光束入射至复眼透镜，在其后侧焦点面上形成由多个光源构成的二次光源。来自二次光源的光束，经过配置在复眼透镜的后侧焦点面附近的孔径光阑而受到限制后，入射至聚光透镜。孔径光阑根据预期的照明条件(曝光条件)，将二次光源的形状或大小限制为预期的形状或大小。

经聚光透镜聚光的光束，重叠地对形成有预定图案的光罩进行照明。透过光罩图案的光经过投影光学系而在晶片上成像。由此，光罩图案被投影曝光(转印)到晶片上。另外，形成在光罩上的图案已受到了高集成化，为了将该微细图案正确地转印到晶片上，必须使得晶片上照明度的分布均匀。具有此种结构的曝光装置，例如，已知有专利文献1所示的装置。

专利文献1：美国专利第6,738,129号说明书

发明内容

然而，在专利文献1所示的复眼柱面透镜中，如后文中详细说明者，决定多个光学构件(复眼构件)的相对位置时需要很高的精度，由于相对位置决定误差(沿着光轴方向的间隔误差、沿着光轴正交方向的偏移误差等)，则不仅容易产生照明不均，而且根据情形的不同，照明范围(照明区域)的形状也可能产生变化。

本发明是鉴于上述课题而制成的，其目的在于提供一种具有下述特性的光学积分器，即，将多个光学构件的相对位置决定误差对照明度分布或照明范围形状的影响抑制为较小。

而且，本发明的目的在于提供一种下述高性能的照明光学装置，其使用多个光学构件的相对位置决定误差对照明度分布或照明范围形状的影响较小的光学积分器，能以预期的照明条件对被照射面进行照明。

而且，本发明的目的在于提供一种曝光装置及曝光方法，其使用以预期的照明条件对被照射面进行照明的高性能的照明光学装置，可在良好的照明条件下进行良好的投影曝光。

为了解决所述课题，本发明的第1实施例提供一种光学积分器，其是自光入射侧依次具备第1光学构件及第2光学构件的波阵面分裂型光学积分器，其特征在于，

所述第1光学构件具备：多个第1入射面，其在与光轴正交的平面内的第1方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内在与所述第1方向正交的第2方向上无折射力；以及多个第1出射面，其形成为与该多个第1入射面相对应，在所述第1方向上具有预定的折射力，且在所述第2方向上无折射力，

所述第2光学构件具备：多个第2入射面，其形成为与所述多个第1入射面相对应，在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力；以及多个第2出射面，其形成为与所述多个第1入射面相对应，在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力，

所述多个第1入射面沿着所述第1方向而并列配置着，所述多个第2入射面沿着所述第2方向而并列配置着，所述多个第1入射面的排列间距较所述多个第2入射面的排列间距还小。

本发明的第2实施例提供一种光学积分器，其是具备第1光学要素、及配置于该第1光学要素后侧的第2光学要素的波阵面分裂型光学积分器，其中，

所述第1光学要素具备：入射面，其在与光轴正交的平面内的第1方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内在与所述第1方向正交的第2方向上无折射力；以及出射面，其在所述第1方向上具有预定的折射力，且在所述第2方向上无折射力，

所述第2光学要素具备：入射面，其在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力；以及出射面，其在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力，

所述第1光学要素及所述第2光学要素为多个光学要素，

所述多个第1入射面沿着所述第1方向而并列配置着，所述多个第2入射面沿着所述第2方向而并列配置着，所述多个第1入射面的排列间距较所述多个第2入射面的排列间距还小。

本发明的第3实施例提供一种照明光学装置，其利用来自光源的光对被照射面进行照明，其特征在于，

具备第1实施例或第2实施例的光学积分器，该光学积分器配置于所述光源与所述被照射面之间的光路中。

本发明的第4实施例提供一种曝光装置，其具备照明光学装置，其使用来自光源的光来照明被照射面、以及投影光学系，该投影光学用来将配置于所述被照射面上的预定图案投影曝光在感光性基板上，

所述照明光学装置具备光学积分器，该光学积分器配置在所述光源与所述被照射面之间的光路中。

本发明的第5实施例提供一种曝光方法，其中，通过照明光学装置对光罩进行照明，且通过投影光学系，将已被照明的所述光罩的图案投影曝光在感光性基板上，

所述照明光学装置具备光学积分器，该光学积分器配置在所述光源与所述被照射面之间的光路中。

本发明的第6实施例提供一种元件制造方法，其使用第4实施例的曝光装置来制造元件，其中，包括下述工序：

照明工序，使用所述照明光学装置，对所述预定图案上的照明区域进行照明；

投影工序，使用所述投影光学系，将所述照明区域内的所述预定图案的像投影到所述感光性基板上；以及

显影工序，使所述感光性基板显影。

[发明的效果]

在本发明的光学积分器中，仅在第1光学构件中设有在第1方向上具有折射力的两个折射面(第1入射面及第1出射面)，仅在第2光学构件中设有在第2方向上具有折射力的两个折射面(第2入射面及第2出射面)。因此，即便在第1光学构件与第2光学构件之间产生沿着光轴方向的间隔误差、或沿着光轴正交方向的偏移误差，也难以产生照明不均，且照明范围的形状也难以产生变化。即，本发明的光学积分器，具有将多个光学构件的相对位置决定误差对照明度分布或照明范围的形状的影响抑制为较小的特性。

而且，在本发明的照明光学装置中，使用多个光学构件的相对位置决定误差对照明度分布或照明范围形状的影响较小的光学积分器，因此，能以预期的照明条件来对被照射面进行照明。而且，在本发明的曝光装置及曝光方法中，使用的是以预期的照明条件来对光罩进行照明的高性能照明光学装置，因此可在良好的照明条件下进行良好的投影曝光，进而可制造良好的元件。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态中的曝光装置结构的概况图。

图2是表示本实施形态的柱面微复眼透镜的结构的概况立体图。

图3是表示本实施形态的柱面微复眼透镜中与波阵面分裂的各单位区域相对应的一对光学要素组的概况立体图。

图4是表示图3的一对光学要素的折射作用的概况图。

图5与图3相对应，表示比较例的柱面微复眼透镜中与波阵面分裂的各单位区域相对应的一对光学要素组的概况立体图。

图6是表示获得作为微元件的半导体元件时的方法的流程图。

图7是表示获得作为微元件的液晶显示元件时的方法的流程图。

[符号的说明]

1                 光源

2                 扩束镜

3                 衍射光学元件(光束转换元件)

4                 无焦透镜

4a                前侧透镜群

4b                后侧透镜群

5、81             预定面

6                 圆锥转向镜系

6a                第1棱镜构件

6b                  第2棱镜构件

7                   变焦透镜

8                   微复眼透镜(柱面微复眼透镜)

8a                  第1复眼构件(第1光学构件)

8aa、8ab、8ba、8bb  柱面透镜面群

8b                  第2复眼构件(第2光学构件)

9                   聚光光学系

10                  遮光板

11                  成像光学系

80a、85a            第1光学要素

80aa、85aa          第1入射面

80ab、85ab          第1出射面

80b、85b            第2光学要素

80ba、85ba          第2入射面

80bb、85bb          第2出射面

301～305、401～404  步骤

AX                  光轴

M                   光罩

MS                  光罩平台

p1、p2              间距

PL                  投影光学系

W                   晶片

WS                  晶片平台

具体实施方式

根据附图，说明本发明的实施形态。图1是表示本发明的实施形态的曝光装置的结构的概况图。在图1中，沿着作为感光性基板的晶片W的法线方向设定Z轴，在晶片W的面内在与图1的纸面平行的方向上设定Y轴，在晶片W面内与图1的纸面垂直的方向上设定X轴。

参照图1可知，本实施形态的曝光装置中具备用来供给曝光用光(照明光)的光源1。光源1，例如，可使用供给波长为193nm的光的ArF准分子激光光源或供给波长为248nm的光的KrF准分子激光光源等。自光源1射出的大致平行的光束，经过扩束镜2而受到扩大，被整形为具有预定的矩形剖面的光束。

经过作为整形光学系的扩束镜2的大致平行的光束，例如，经过环状照明用衍射光学元件3，入射至无焦透镜4。无焦透镜4是以下述方式而设定的无焦系(无焦点光学系)，即，其前侧焦点位置与衍射光学元件3的位置大致一致，且其后侧焦点位置与图中以虚线所示的预定面5的位置大致一致。

一般来说，衍射光学元件是通过在基板上形成段差来构成的，且该段差具有曝光用光(照明光)的波长左右的间距，且该衍射光学元件具有使入射光束以预期的角度衍射的作用。具体地说，环状照明用衍射光学元件3具有下述功能，即，在入射有具有矩形状剖面的平行光束的情形下，在其远场(或夫琅和费衍射区域)形成环状的光强度分布。

因此，入射至作为光束转换元件的衍射光学元件3的大致平行的光束，在无焦透镜4的光瞳面上形成环状的光强度分布后，以环状的角度分布自无焦透镜4射出。另外，在无焦透镜4的前侧透镜群4a与后侧透镜群4b之间的光路中，在其光瞳面或其附近处配置有圆锥转向镜(axicon)系6，其结构及作用在后文中有相关叙述。以下，为了简单地进行说明，先忽视圆锥转向镜系6的作用，来说明基本结构及作用。

经过无焦透镜4的光束，入射至用于改变σ值(σ值＝照明光学装置的光罩侧数值孔径/投影光学系的光罩侧数值孔径)的变焦透镜7。在变焦透镜7的后侧焦点面附近，决定微复眼透镜8的入射面(即，第1复眼构件8a的入射面)的位置，该复眼透镜8自光源侧依次由第1复眼构件8a及第2复眼构件8b构成。微复眼透镜8基于入射光束以作为形成实质的面光源用的波阵面分裂型光学积分器而发挥作用，其详细结构及作用在后文中有相关叙述。

另外，微复眼透镜是指，将构成复眼透镜的微小透镜要素的尺寸设定为非常小的透镜。此处，复眼透镜是通过纵横且稠密地排列多个透镜元件而构成的，相对于此，微复眼透镜是通过一体形成多个微小折射面而构成的。即，复眼透镜是通过将已以单品状态加以研磨的多个透镜元件加以组合并进行稠密排列而构成的，相对于此，微复眼透镜，例如，是通过应用MEMS技术(微影+蚀刻等)等在平行平面玻璃板上形成多个微小折射面而构成的。

预定面5是配置于变焦透镜7的前侧焦点位置附近，且微复眼透镜8的入射面配置于变焦透镜7的后侧焦点位置附近。

换句话说，变焦透镜7实质上是以使预定面5与微复眼透镜8的入射面之间实现傅立叶变换关系而配置的，进而将无焦透镜4的光瞳面与微复眼透镜8的入射面配置为大致成光学共轭。

因此，在微复眼透镜8的入射面上，与无焦透镜4的光瞳面相同，例如，形成有以光轴AX为中心的环状照射区域。该环状照射区域的整体形状，依存于变焦透镜7的焦点距离而相似地变化。入射至微复眼透镜8的光束被二维分割，从而，在其后侧焦点面或其附近(进而是照明瞳面)处，形成有光强度分布与由入射光束形成的照明区域大致相同的二次光源，即，由以光轴AX为中心的环状的实质面光源构成的二次光源。

另外，圆锥转向镜系6，自光源侧依次由平面朝向光源侧且凹圆锥状折射面朝向光罩侧的第1棱镜构件6a、及平面朝向光罩侧且凸圆锥状折射面朝向光源侧的第2棱镜构件6b构成。另外，第1棱镜构件6a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件6b的凸圆锥状折射面，以可相互抵接的方式而互补地形成。而且，第1棱镜构件6a及第2棱镜构件6b中至少有一个构件可沿着光轴AX而移动，从而可改变第1棱镜构件6a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件6b的凸圆锥状折射面的间隔。以下，着眼于环状或4极状二次光源，说明圆锥转向镜系6的作用以及变焦透镜7的作用。

此处，在第1棱镜构件6a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件6b的凸圆锥状折射面相互抵接的状态下，圆锥转向镜系6作为平行平面板而发挥作用，且不影响已形成的环状或4极状二次光源。然而，使第1棱镜构件6a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件6b的凸圆锥状折射面分离时，环状或4极状二次光源的宽度(环状二次光源的外径与内径之差的1/2、外接于4极状二次光源的圆的直径(外径)与内接圆的直径(内径)之差的1/2)保持为固定，并且环状或4极状二次光源的外径(内径)发生变化。即，环状或4极状二次光源的圆环比(内径/外径)及大小(外径)发生变化。

变焦透镜7具有相似地对环状或4极状二次光源的整体形状进行扩大或缩小的功能。例如，将变焦透镜7的焦点距离自最小值扩大至预定值，由此，使环状或4极状二次光源的整体形状相似地扩大。换句话说，通过变焦透镜7的作用，环状或4极状二次光源的圆环比并未发生变化，而是其宽度及大小(外径)一起变化。像这样，通过圆锥转向镜系6及变焦透镜7的作用，可控制环状或4极状二次光源的圆环比及大小(外径)。

来自形成于微复眼透镜8后侧焦点面或其附近处的二次光源的光束，经过聚光光学系9，重叠地对遮光板(mask blind)10进行照明，该遮光板10配置于与光罩M(进而是指晶片W)大致光学共轭的位置上。这样，在作为照明视野光阑的遮光板10上，形成有矩形状的照射区域。通过遮光板10的矩形状开口部(光透过部)的光束，受到成像光学系11的聚光作用后，重叠地对形成有预定图案的光罩M进行照明。

像这样，成像光学系11，将遮光板10的矩形状开口部的像形成在由光罩平台MS支撑的光罩M上。在光罩M上形成需转印的图案，且在整个图案区域中沿着X方向具有长边且沿着Y方向具有短边的矩形状(狭缝状)的图案区域受到照明。透过光罩M的图案的光束，经过投影光学系PL，在作为感光性基板的晶片W上形成光罩M的图案像。

即，以与光罩M上的矩形状照明区域光学相对应的方式，在晶片W上的矩形状静止曝光区域(实效曝光区域)内形成图案像，该矩形状静止曝光区域在晶片W上也沿着X方向具有长边且沿着Y方向具有短边。这样，根据所谓的步进扫描(stepand scan)方式，在投影光学系PL的与光轴AX正交的平面(XY平面)内，沿着Y方向(扫描方向)使光罩平台MS与晶片平台WS同步移动(扫描)，进而使光罩M与晶片W同步移动(扫描)，由此，在晶片W上对下述照射(shot)区域(曝光区域)内的光罩图案进行扫描曝光，该照射区域(曝光区域)的宽度与静止曝光区域的X方向的尺寸相等、且具有与晶片W的扫描量(移动量)相应的长度。

再者，在步进扫描方式的曝光装置中，由于扫描曝光的平均化效果，在晶片W上沿着X方向上的细长矩形状的静止曝光区域内，即便在扫描方向(scan方向：Y方向)上残留某程度的照明度不均，也不会带来大问题。换句话说，在晶片W上的静止曝光区域内应抑制的照明度不均，是一種与扫描方向正交的方向即扫描正交方向(非扫描方向：X方向)上的照明度不均。

图2是表示本实施形态的微复眼透镜结构的概况的立体图。参照图2，微复眼透镜(柱面微复眼透镜)8由配置于光源侧的第1复眼构件(第1光学构件)8a、以及配置于光罩侧(被照射面侧)的第2复眼构件(第2光学构件)8b构成。在第1复眼构件8a的光源侧面及光罩侧面上，分别形成有沿着Z方向以预定的间距排列而成的柱面透镜面群8aa及8ab，该间距为p1。

另一方面，在第2复眼构件8b的光源侧面及光罩侧面上，分别形成有沿着X方向以预定的间距排列而成的柱面透镜面群8ba及8bb，该间距为p2(p2>p1)。着眼于柱面微复眼透镜8在Z方向上的折射作用(即，与YZ平面相关的折射作用)，沿着光轴AX入射的平行光束，通过形成于第1复眼构件8a的光源侧的柱面透镜面群8aa，沿着Z方向以间距p1被波阵面分裂，在其各折射面内受到聚光作用，之后，在形成于第1复眼构件8a的光罩侧的柱面透镜面群8ab中相对应的折射面上受到聚光作用，且在柱面微复眼透镜8的更后侧聚光。

另一方面，着眼于柱面微复眼透镜8在X方向上的折射作用(即，XY平面上的折射作用)，沿着光轴AX入射的平行光束，通过形成于第2复眼构件8b的光源侧的柱面透镜面群8ba，沿着X方向以间距p2被波阵面分裂，在其各折射面上受到聚光作用，之后，在形成于第2复眼构件8b的光罩侧的柱面透镜面群8bb中相对应的折射面上受到聚光作用，在柱面微复眼透镜8的更后侧聚光。

像这样，本实施形态的柱面微复眼透镜8中，柱面透镜面群是由配置于两侧(光入射侧(光源侧)及光射出侧(光罩侧))的第1复眼构件8a及第2复眼构件8b构成的。另一方面，着眼于波阵面分裂的各单位区域，如图3所示，柱面微复眼透镜8与下述结构在光学上是等价的，即，在纵横向稠密地配置具有短边为p1、长边为p2的矩形状剖面的第1光学要素80a与第2光学要素80b所形成的组。

此处，第1光学要素80a具备：第1入射面80aa，其在与光轴AX正交的XZ平面内的Z方向(第1方向)上具有预定的折射力，且在XZ平面内的X方向(第2方向)上无折射力；以及第1出射面80ab，其形成为与该第1入射面80aa相对应，在Z方向上具有预定的折射力，且在X方向上无折射力。而且，第2光学要素80b具备：第2入射面80ba，其形成为与第1光学要素80a的第1入射面80aa相对应，在X方向上具有预定的折射力，且在Z方向上无折射力；以及第2出射面80bb，其形成为与第1光学要素80a的第1入射面80aa相对应，在X方向上具有预定的折射力，且在Z方向上无折射力。

即，多个第1入射面80aa的沿着XZ平面的稠密配置是与第1复眼构件8a的光源侧的柱面透镜面群8aa相对应，多个第1出射面80ab的沿着XZ平面的稠密配置是与第1复眼构件8a的光罩侧的柱面透镜面群8ab相对应。而且，多个第2入射面80ba的沿着XZ平面的稠密配置是与第2复眼构件8b的光源侧的柱面透镜面群8ba相对应，多个第2出射面80bb的沿着XZ平面的稠密配置是与第2复眼构件8b的光罩侧的柱面透镜面群8bb相对应。

该情形下，如图4(a)所示，着眼于YZ平面上的折射作用，平行于第1光学要素80a的光轴(与第2光学要素80b的光轴一致)而入射的光线，经第1光学要素80a的第1入射面80aa及第1出射面80ab而聚光，在位于第2光学要素80b更后侧的预定面81内于第1光学要素80a的光轴上聚光。而且，相对于第1光学要素80a的光轴以预定的角度斜入射的光线，也同样经第1光学要素80a的第1入射面80aa及第1出射面80ab而聚光，在预定面81内、于Z方向上偏离于第1光学要素80a的光轴的位置上聚光。此时，斜入射光线群的中心光线，平行于第1光学要素80a的光轴而自第2光学要素80b射出。

受到第1光学要素80a的第1入射面80aa及第1出射面80ab的聚光作用而在预定面81内暂时聚光的这些光线，在晶片W上沿着矩形状的静止曝光区域的短边方向分布着。即，第1光学要素80a的第1入射面80aa的面形状误差(进而是指第1复眼构件8a的光源侧柱面透镜面群8aa的面形状误差)、以及第1出射面80ab的面形状误差(进而是指第1复眼构件8a的光罩侧柱面透镜面群8ab的面形状误差)，影响了矩形状静止曝光区域内短边方向即扫描方向上的照明度不均。然而，跟与晶片W大致光学共轭的第1入射面80aa的面形状误差相比，第1出射面80ab的面形状误差对扫描方向的照明度不均的影响更大。

另一方面，如图4(b)所示，着眼于与XY平面相关的折射作用，平行于第1光学要素80a的光轴而入射的光线，经第2光学要素80b的第2入射面80ba及第2出射面80bb而聚光，在位于第2光学要素80b更后侧的预定面(未图示，例如，预定面81或其附近的面)内于第1光学要素80a的光轴上聚光。而且，相对于第1光学要素80a的光轴以预定的角度斜入射的光线，也同样经第2光学要素80b的第2入射面80ba及第2出射面80bb而聚光，在所述预定面内聚光于X方向上偏离于第1光学要素80a的光轴的位置上。此时，斜入射光线群的中心光线，平行于第1光学要素80a的光轴，且自第2光学要素80b射出。

受到第2光学要素80b的第2入射面80ba及第2出射面80bb的聚光作用、而在所述预定面内暂时聚光的这些光线，在晶片W上沿着矩形状静止曝光区域的长边方向而分布着。即，第2光学要素80b的第2入射面80ba的面形状误差(进而是指第2复眼构件8b的光源侧柱面透镜面群8ba的面形状误差)，以及第2出射面80bb的面形状误差(进而是指第2复眼构件8b的光罩侧柱面透镜面群8bb的面形状误差)，影响了矩形状静止曝光区域内长边方向即扫描正交方向上的照明度不均。然而，跟与晶片W大致光学共轭的第2入射面80ba的面形状误差相比，第2出射面80bb的面形状误差对扫描正交方向的照明度不均的影响更大。

像这样，在本实施形态的柱面微复眼透镜8中，第1光学要素80a与第2光学要素80b的合成系在Z方向上的后侧焦点位置以及X方向上的后侧焦点位置，位于第2光学要素80b的更后侧。其原因在于，激光在光学要素内部聚光时能量密度会局部地增大，结果，会导致产生光学要素的耐久性下降的危险性。因此，需要确保第1光学要素80a与第2光学要素80b的合成系在Z方向上的后焦距(back focus)相当长，然而，通过将间距比率、或第1入射面80aa与第1出射面80ab的功力(折射力)比率等设定在适当范围内，则可实现良好设计。

此处，为了说明本实施形态的柱面微复眼透镜的优点，考虑到了比较例的柱面微复眼透镜的不当之处。图5是与图3相对应地表示比较例的柱面微复眼透镜中、与波阵面分裂的各单位区域相对应的一对光学要素组的概况图。参照图5可知，比较例的柱面微复眼透镜中，第1光学要素85a具备：在Z方向上具有预定的折射力且在X方向上无折射力的第1入射面85aa、以及在X方向上具有预定的折射力且在Z方向上无折射力的第1出射面85ab。

而且，第2光学要素85b具备：在Z方向上具有预定的折射力且在X方向上无折射力的第2入射面85ba、以及在X方向上具有预定的折射力且在Z方向上无折射力的第2出射面85bb。因此，比较例的柱面微复眼透镜中，第1出射面85ab的面形状误差及第2出射面85bb的面形状误差，影响了扫描正交方向上的照明度不均，而且，与跟晶片W大致光学共轭的第1出射面85ab的面形状误差相比，第2出射面85bb的面形状误差的影响更大。

在比较例中，与面形状误差容易影响扫描正交方向上的照明度不均的第2出射面85bb相比，使面形状误差难以影响扫描正交方向上的照明度不均的第1出射面85ab承担较大的功力(折射力)，由此，可在某程度上抑制由于面形状误差而产生的扫描正交方向上的照明度不均。然而，在对该比较例结构进行功力分配时，难以充分回避由于面形状误差而产生的扫描正交方向上的照明度不均。

而且，在比较例的柱面微复眼透镜中，将在Z方向上具有折射力的2个折射面(第1入射面85aa及第2入射面85ba)，分别设置为第1光学要素85a及第2光学要素85b的1个面，将在X方向上具有折射力的2个折射面(第1出射面85ab及第2出射面85bb)，分别设置为第1光学要素85a及第2光学要素85b的1个面。从而，若在第1光学要素85a与第2光学要素85b间产生沿Y方向的相对位置偏移、沿Z方向的相对位置偏移、或沿X方向的相对位置偏移等，即，若产生一对光学构件(复眼构件)的相对位置决定误差，则由于此种相对位置决定误差(沿着光轴方向的间隔误差、沿着光轴正交方向的偏移误差等)，那么，不仅在晶片W上容易产生照明不均，而且根据情形的不同可能导致光罩M上的照明范围(照明区域)的形状也产生变化。

对此，在本实施形态的柱面微复眼透镜8中，将Z方向上具有折射力的2个折射面(第1入射面80aa及第1出射面80ab)仅设置在第1光学要素85a中，将X方向上具有折射力的2个折射面(第2入射面80ba及第2出射面80bb)仅设置在第2光学要素85b中。因此，即便在第1光学要素85a与第2光学要素85b间产生沿Y方向的相对位置偏移，即，在一对复眼构件8a与8b间产生沿光轴方向的间隔误差，也难以由于该间隔误差而产生照明不均，且照明范围的形状也难以变化。

这样一来，在本实施形态的柱面微复眼透镜中，例如，即便要求通过蚀刻加工同时制造出所有的微小折射面，其中蚀刻加工与研磨加工相比难以获得优质的面形状，也可将多个微小折射面的制造误差对照明度分布的影响抑制为较小。

而且，即便在第1光学要素85a与第2光学要素85b之间产生沿Z方向的相对位置偏移、或沿X方向的相对位置偏移，即，在一对复眼构件8a与8b之间产生沿光轴正交方向的偏移误差，也几乎不会因该偏移误差而产生照明不均，照明范围的形状也几乎没发生变化。换句话说，本实施形态的柱面微复眼透镜8具有下述特性，即，将一对复眼构件(光学构件)8a与8b的相对位置决定误差对晶片W上的照明度分布、或光罩M上的照明范围形状的影响抑制为较小。

而且，在本实施形态的照明光学装置(1～11)中，使用一对复眼构件8a及8b的相对位置决定误差对照明度分布及照明范围的形状的影响较小的柱面微复眼透镜(光学积分器)8，能以预期的照明条件对作为被照射面的光罩M进行照明。而且，在本实施形态的曝光装置中，使用以预期的照明条件来对光罩M进行照明的高性能照明光学装置，可在良好的照明条件下进行良好的投影曝光。

然而，如上所述，与几乎跟晶片W光学共轭的第2入射面80ba的面形状误差相比，第2出射面80bb的面形状误差对扫描正交方向上的照明度不均的影响更大。因此，与面形状误差容易影响扫描正交方向上的照明度不均的第2出射面80bb相比，使面形状误差难以影响扫描正交方向上的照明度不均的第2入射面80ba承担更大的功力(折射力)，由此，可良好地抑制由于面形状误差而在扫描正交方向产生的照明度不均。

另外，在所述实施形态中，是由柱面透镜面群两侧上所配置的第1复眼构件8a及第2复眼构件8b构成了柱面微复眼透镜8。然而，并未限定于此，例如，通过分别在纵横向稠密地配置如图3所示的作为单独光学要素的第1光学要素80a及第2光学要素80b，也可构成与本实施形态具有相同光学功能的柱面微复眼透镜。

另外，在所述实施形态的曝光装置中，取代环状照明用的衍射光学元件3，4时，是将4极照明用的衍射光学元件(未图示)设在照明光路中，由此，可进行4极照明。用于4极照明的衍射光学元件，于入射有具有矩形状剖面的平行光束的情况下，具有能够于其远场中形成4极状光强度分布的功能。因此，经过用于4极照明的衍射光学元件的光束，在微复眼透镜8的入射面上，例如，形成以光轴AX为中心的由四个圆形状照射区域构成的4极状照射区域。结果，在微复眼透镜8的后侧焦点面或其附近处，也形成有与其入射面上所形成的照射区域相同的4极状二次光源。

而且，取代环状照明用衍射光学元件3时，是将圆形照明用衍射光学元件(未图示)设定在照明光路中，由此，可进行通常的圆形照明。用于圆形照明的衍射光学元件，在入射有具有矩形剖面的平行光束的情形下，具有能够在远场中形成圆形状的光强度分布的功能。因此，经过圆形照明用衍射光学元件的光束，在微复眼透镜8的入射面上，例如，形成以光轴AX为中心的圆形状的照射区域。结果，在微复眼透镜8的后侧焦点面或其附近处，也形成有与其入射面上所形成的照射区域相同的圆形状二次光源。

进一步而言，取代环状照明用衍射光学元件3时，是将其他用于多极照明的衍射光学元件(未图示)设在照明光路中，由此，可进行各种多极照明(2极照明、8极照明等)。同样，取代环状照明用衍射光学元件3时，是将具有适当特性的衍射光学元件(未图示)设在照明光路中，由此，可进行各种形态的变形照明。

在所述实施形态的曝光装置中，通过照明光学装置对光罩(主光罩)进行照明(照明工序)，使用投影光学系在感光性基板上对形成于光罩上的转印用图案进行曝光(曝光工序)，由此，可制造微元件(半导体元件、摄像元件、液晶显示元件、薄膜磁头等)。以下，参照图6的流程图，通过使用所述实施形态中所述的曝光装置，在作为感光性基板的晶片等上形成预定的电路图案，以对获得作为微元件的半导体元件的方法的一例进行说明。

首先，在图6的步骤301中，在1批次的晶片上蒸镀金属膜。在下一步骤302中，在该1批次的晶片上的金属膜上涂敷光阻剂。此后，在步骤303中，使用所述实施形态中的曝光装置，利用该投影光学系，将光罩上的图案像依次曝光转印于该1批次晶片上的各照射区域。此后，在步骤304中，对该1批次晶片上的光阻剂进行显影之后，在步骤305中，在该1批次的晶片上将光阻剂图案作为光罩以进行蚀刻，由此，在各晶片上的各照射区域内形成了与光罩上的图案相应的电路图案。此后，在更上层形成电路图案等，由此制造出半导体元件等元件。根据上述半导体元件制造方法，可高产量地获得具有极微细的电路图案的半导体元件。

而且，在所述实施形态的曝光装置中，通过在平板(玻璃基板)上形成预定的图案(电路图案、电极图案等)，也可获得作为微元件的液晶显示元件。以下，参照图7的流程图，说明此时的制造方法的一例。于图7中，在图案形成工序401中，使用所述实施形态中的曝光装置，将光罩图案转印到感光性基板(涂敷有光阻剂的玻璃基板等)上且在该基板上进行曝光，实行所谓的光微影工序。通过该光微影工序，在感光性基板上形成含有多个电极等的预定图案。此后，使已曝光的基板经过显影工序、蚀刻工序、光阻剂剥离工序等各工序，由此，在基板上形成预定的图案，然后过渡至下面的彩色滤光片形成工序402。

接着，在彩色滤光片形成工序402中，将多个与R(Red)、G(Green)、B(Blue)相对应的三个点所成的组排列为矩阵状，或在水平扫描线方向上排列多个R、G、B三个条状滤光器所成的组，形成彩色滤光片。接着，在彩色滤光片形成工序402后，实行液晶单元(cell)组装工序403。在液晶单元组装工序403中，使用由图案形成工序401所得的具有预定图案的基板、以及由彩色滤光片形成工序402所得的彩色滤光片等，以组装成液晶面板(液晶单元)。

在液晶单元组装工序403中，例如，在由图案形成工序401所得的具有预定图案的基板、与由彩色滤光片形成工序402所得的彩色滤光片之间注入液晶，以制造液晶面板(液晶单元)。此后，在模块组装工序404中，安装使所组装的液晶面板(液晶单元)进行显示动作的电路、背光等各部件，从而制成液晶显示元件。根据所述液晶显示元件的制造方法，可高产量地获得具有极微细的电路图案的液晶显示元件。

另外，在所述实施形态中，使用ArF准分子激光(波长：193nm)或KrF准分子激光(波长：248nm)作为曝光用光，然而，并未限定于此，对于其他适当的激光源，例如，供给波长为157nm的激光的F2激光光源等，也可适用本发明。

而且，在所述实施形态中，使光罩及晶片相对于投影光学系进行相对移动，并且根据所谓的步进扫描方式以便在晶片的各曝光区域对图案进行扫描曝光。然而，并未限定于此，也可以二维方式来驱动控制上述晶片并且一起进行曝光，按照所谓的分步重复(step and repeat)方式，在晶片的照射区域内依次曝光各图案。

而且，在所述实施形态中，使用投影光学系，将光罩上所形成的图案的像形成在晶片上，然而，也可取代光罩，例如，亦可使用空间光调变器(SLM)等形成预定图案用的可程序化图案生成元件。而且，本发明中的光学积分器，例如，也可用作国际专利公开第WO2004/051717A号文档(pamphlet)所述的偏光照明用照明光学装置的光学积分器。

而且，在所述实施形态中，是以具备照明光学装置的曝光装置作为示例，说明了本发明，然而，可知，也可将本发明用在用来对除光罩以外的被照射面进行照明的一般照明光学装置中，例如，用在对作为被照射面的加工件(work piece)照射用于加工的激光束时的激光加工装置、或用在作为被照射面的加工件上形成线状聚光区域时的激光退火装置等。另外，在被照射面上形成线状聚光区域的情况下，第1光学构件的第1入射面以及第1出射面、或第2光学构件的第2入射面以及第2出射面中有一方也可为单数。

Claims (32)

1.一种光学积分器，是自光入射侧依次具备第1光学构件及第2光学构件的波阵面分裂型光学积分器，其特征在于，

所述第1光学构件具备：多个第1入射面，其在与光轴正交的平面内的第1方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第1方向正交的第2方向上无折射力；以及多个第1出射面，其以与该多个第1入射面相对应的方式而形成，在所述第1方向上具有预定的折射力，且在所述第2方向上无折射力，并且

所述第2光学构件具备：多个第2入射面，其形成为与所述多个第1入射面相对应，在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力；以及多个第2出射面，其形成为与所述多个第1入射面相对应，在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力，

所述多个第1入射面沿着所述第1方向而并列配置着，所述多个第2入射面沿着所述第2方向而并列配置着，所述多个第1入射面的排列间距较所述多个第2入射面的排列间距还小。

2.如权利要求1所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第1入射面分别呈沿所述第1方向具有短边、且沿所述第2方向具有长边的矩形形状。

3.如权利要求2所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第1入射面是沿着与所述光轴正交的平面而互相邻接地配置着。

4.如权利要求2所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第2入射面分别呈沿所述第1方向具有长边、且沿所述第2方向具有短边的矩形形状。

5.如权利要求1所述的光学积分器，其特征在于，所述第1光学构件与所述第2光学构件的合成系的在所述第1方向上的后侧焦点位置以及在所述第2方向上的后侧焦点位置，都是位于所述第2光学构件的后侧。

6.如权利要求1所述的光学积分器，其特征在于，在所述光学积分器中，在所述第1方向上具有折射力的光学面仅为所述第1入射面及所述第1出射面；

在所述光学积分器中，在所述第2方向上具有折射力的光学面仅为所述第2入射面及所述第2出射面。

7.如权利要求1所述的光学积分器，其特征在于，所述第2入射面的所述预定折射力大于所述第2出射面的所述预定折射力。

8.一种光学积分器，是具备第1光学要素、及配置于该第1光学要素后侧的第2光学要素的波阵面分裂型光学积分器，其特征在于，

所述第1光学要素具备：入射面，其在与光轴正交的平面内的第1方向上具有预定的折射力，且在与所述光轴正交的平面内、在与所述第1方向正交的第2方向上无折射力；以及出射面，其在所述第1方向上具有预定的折射力，且在所述第2方向上无折射力，

所述第2光学要素具备：入射面，其在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力；以及出射面，其在所述第2方向上具有预定的折射力，且在所述第1方向上无折射力，

所述第1光学要素及所述第2光学要素为多个光学要素，

所述多个第1入射面沿着所述第1方向而并列配置着，所述多个第2入射面沿着所述第2方向而并列配置着，所述多个第1入射面的排列间距较所述多个第2入射面的排列间距还小。

9.如权利要求8所述的光学积分器，其特征在于，

所述多个第2光学要素以与所述多个第1光学要素相对应的方式而配置于所述多个第1光学要素的后侧。

10.如权利要求9所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第1光学要素分别具有矩形的剖面，该矩形沿着所述第1方向具有短边、且沿着所述第2方向具有长边。

11.如权利要求10所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第1光学要素的入射面是沿着与所述光轴正交的平面而互相邻接地配置着。

12.如权利要求9所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第1光学要素是分别沿着所述第1方向而并列配置着。

13.如权利要求12所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第2光学要素是分别沿着所述第2方向而并列配置着。

14.如权利要求13所述的光学积分器，其特征在于，所述多个第2光学要素分别呈沿所述第1方向具有长边、且沿所述第2方向具有短边的矩形形状。

15.如权利要求8所述的光学积分器，其特征在于，所述第2光学要素的所述入射面的所述预定折射力，大于所述第2光学要素的所述出射面的所述预定折射力。

16.如权利要求15所述的光学积分器，其特征在于，所述第1光学要素与所述第2光学要素的合成系的在所述第1方向上的后侧焦点位置以及在所述第2方向上的后侧焦点位置，分别位于所述第2光学要素的所述出射面的后侧。

17.如权利要求9所述的光学积分器，其特征在于，在所述光学积分器中，在所述第1方向上具有折射力的光学要素仅为所述第1光学要素；

在所述光学积分器中，在所述第2方向上具有折射力的光学要素仅为所述第2光学要素。

18.如权利要求9所述的光学积分器，其特征在于，所述第1光学要素中的所述入射面及所述出射面一体形成在所述第1光学要素上，

所述第2光学要素中的所述入射面及所述出射面一体形成在所述第2光学要素上。

19.一种照明光学装置，使用来自光源的光来照明被照射面，其特征在于，

具备权利要求1至18中任一项所述的光学积分器，该光学积分器配置在所述光源与所述被照射面之间的光路中。

20.如权利要求19所述的照明光学装置，其特征在于，具备导光光学系，该导光光学系配置于所述光学积分器与所述被照射面之间的光路中，用来向所述被照射面重叠地引导来自所述光学积分器的光。

21.如权利要求19所述的照明光学装置，其特征在于，所述照明光学装置在所述被照射面上形成矩形状的照明区域，

所述矩形状的照明区域的短边方向与所述第1方向相对应，而所述矩形状的照明区域的长边方向与所述第2方向相对应。

22.一种曝光装置，其特征在于，具备照明光学装置，其使用来自光源的光来照明被照射面、及投影光学系，该投影光学系用来将配置在所述被照射面上的预定图案投影曝光在感光性基板上，

所述照明光学装置具备权利要求1至18中任一项所述的光学积分器，该光学积分器配置在所述光源与所述被照射面之间的光路中。

23.如权利要求22所述的曝光装置，其特征在于，所述照明光学装置在所述预定图案上形成矩形状的照明区域，

所述矩形状的照明区域的短边方向与所述第1方向相对应，而所述矩形状的照明区域的长边方向与所述第2方向相对应。

24.如权利要求23所述的曝光装置，其特征在于，经所述投影光学系，使位于所述矩形状的照明区域内的所述预定图案的像形成在所述感光性基板上的矩形状的投影区域内，

沿着所述矩形状的投影区域的短边方向，使所述感光性基板相对于所述投影光学系进行相对移动，由此，将所述预定图案投影曝光在所述感光性基板上。

25.一种曝光方法，其特征在于，通过照明光学装置而对光罩进行照明，通过投影光学系而将已被照明的所述光罩图案投影曝光在感光性基板上，

所述照明光学装置具备权利要求1至18中任一项所述的光学积分器，该光学积分器配置在所述光源与所述被照射面之间的光路中。

26.如权利要求25所述的曝光方法，其特征在于，在所述光罩上形成矩形状的照明区域，所述矩形状的照明区域沿着与所述第1方向相对应的方向具有短边、且沿着与所述第2方向相对应的方向具有长边。

27.如权利要求26所述的曝光方法，其特征在于，沿着所述矩形状的照明区域的短边方向，使所述光罩及所述感光性基板相对于所述投影光学系进行相对移动，由此，将所述光罩图案投影曝光在所述感光性基板上。

28.一种元件制造方法，其使用权利要求23所述的曝光装置来制造元件，其特征在于，包括下述工序：

照明工序，使用所述照明光学装置，对所述预定图案上的照明区域进行照明；

投影工序，使用所述投影光学系，将所述照明区域内的所述预定图案的像投影到所述感光性基板上，以及

显影工序，使所述感光性基板显影。

29.如权利要求1所述的光学积分器，其用在曝光装置中，所述曝光装置使预定图案的像在感光性基板上的矩形状的区域上曝光，其特征在于，

所述矩形状的区域的短边方向对应于第1方向，所述矩形状的区域的长边方向对应于第2方向。

30.如权利要求29所述的光学积分器，其特征在于，所述曝光装置沿着所述矩形状的投影区域的短边方向使所述感光性基板相对于所述投影光学系统作相对移动，借此使所述预定图案在所述感光性基板上进行投影曝光。

31.如权利要求8所述的光学积分器，其用在曝光装置中，所述曝光装置使预定图案的像在感光性基板上的矩形状的区域上曝光，其特征在于，

所述矩形状的区域的短边方向对应于第1方向，所述矩形状的区域的长边方向对应于第2方向。

32.如权利要求31所述的光学积分器，其特征在于，所述曝光装置沿着所述矩形状的投影区域的短边方向使所述感光性基板相对于所述投影光学系统作相对移动，借此使所述预定图案在所述感光性基板上进行投影曝光。

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