JP2002064045A - 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波面分割型オプティカルインテグレータによ
り形成される実質的な面光源の周辺部における照度むら
を実質的に低減することのできる照明光学装置。 【解決手段】 光束を供給するための光源手段（１）
と、光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成
し、各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を重畳
的に形成するための多数光束重畳手段（４，５）と、多
数光束重畳手段からの光束に基づいて多数の光源からな
る実質的な面光源を形成するための波面分割型オプティ
カルインテグレータ（６）とを備えている。波面分割型
オプティカルインテグレータの入射面と所定面とは、実
質的な面光源の周辺部における照度むらを実質的に低減
するために所定距離だけ間隔を隔てて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は照明光学装置および
該照明光学装置を備えた露光装置に関し、特に半導体素
子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイ
クロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露
光装置に好適な照明光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の典型的な露光装置において、光
源からの光束が第１フライアイレンズに入射し、その後
側焦点面に多数の光源を形成する。これらの光源からの
光束は、リレー光学系を介して第２フライアイレンズに
入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる実質的な
面光源を形成する。この面光源からの光束は、その近傍
に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデン
サーレンズに入射する。コンデンサーレンズにより集光
された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重
畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は投影
光学系を介して感光性基板上に結像し、感光性基板上に
はマスクパターンが投影露光（転写）される。

【０００３】一般に、露光装置においては、転写すべき
マスクパターンにより照明光の最適なＮＡ（開口数）が
異なることは周知の事実である。このため、現在では、
マスクパターン毎に照明光のＮＡを変更する操作が一般
に行われている。上述した露光装置において、照明ＮＡ
を変更する最も容易な方法は、開口絞りの径を変更して
照明に寄与する面光源の範囲を変更することである。た
だし、開口絞りの径を単に切り換えるだけでは、開口絞
りにおいて光量損失が発生し、光源から供給された光束
を効率良く被露光面へ導くことができない。そこで、本
出願人は、開口絞りの径を変更するとともに、面光源の
大きさを変更するためにリレー光学系の焦点距離を変化
させる構成を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の露
光装置では、第１フライアイレンズにより多数の光源が
形成される位置とリレー光学系の前側焦点位置とが一致
し、且つ第２フライアイレンズの入射面とリレー光学系
の後側焦点位置とが一致するように構成されている。し
たがって、第１フライアイレンズにより形成された各光
源からの光は、第２フライアイレンズを重畳的に照明
し、その入射面に第１フライアイレンズの各レンズエレ
メントと相似な形状の照野を形成する。

【０００５】このとき、リレー光学系の焦点距離を変化
させて第２フライアイレンズの入射面に形成される照野
の大きさを変化させると、照野の周辺部に位置するレン
ズエレメントでは、その入射面の全体に亘って光束が入
射することなく、部分的にしか光束が入射しなくなる。
その結果、第２フライアイレンズにより形成される実質
的な面光源において、その周辺部の照度が中央部に比し
て著しく小さくなり、いわゆる照度むらが発生するとい
う不都合があった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、フライアイレンズのような波面分割型オプテ
ィカルインテグレータにより形成される実質的な面光源
の周辺部における照度むらを実質的に低減することので
きる照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装
置を提供することを目的とする。また、本発明は、光量
損失を良好に抑えつつ所望の照度分布でマスクを照明
し、高いスループットおよび高い解像力で良好なマイク
ロデバイスを製造することのできるマイクロデバイスの
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、被照射面を照明する照明光
学装置において、光束を供給するための光源手段と、前
記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成し、
各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を重畳的に
形成するための多数光束重畳手段と、前記多数光束重畳
手段からの光束に基づいて多数の光源からなる実質的な
面光源を形成するための波面分割型オプティカルインテ
グレータと、前記実質的な面光源からの光束を前記被照
射面へ導くための導光光学系とを備え、前記波面分割型
オプティカルインテグレータの入射面と前記所定面と
は、前記実質的な面光源の周辺部における照度むらを実
質的に低減するために所定距離だけ間隔を隔てて配置さ
れていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

【０００８】本発明の第２発明では、被照射面を照明す
る照明光学装置において、光束を供給するための光源手
段と、前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を
形成し、各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を
重畳的に形成するための多数光束重畳手段と、前記多数
光束重畳手段からの光束に基づいて多数の光源からなる
実質的な面光源を形成するための波面分割型オプティカ
ルインテグレータと、前記実質的な面光源からの光束を
前記被照射面へ導くための導光光学系とを備え、前記所
定面は、前記波面分割型オプティカルインテグレータの
入射面よりも被照射面側に位置することを特徴とする照
明光学装置を提供する。

【０００９】第１発明および第２発明の好ましい態様に
よれば、前記多数光束重畳手段は、前記光源手段からの
光束に基づいて多数の光源からなる第１多数光源を形成
するための第１オプティカルインテグレータと、前記第
１多数光源の各光源からの光束に基づいて前記所定面上
に照野を重畳的に形成するためのリレー光学系とを有
し、前記リレー光学系の前側焦点位置と前記第１多数光
源の形成位置とがほぼ一致し、前記リレー光学系の後側
焦点位置と前記所定面とがほぼ一致している。

【００１０】また、第１発明および第２発明の好ましい
態様によれば、前記波面分割型オプティカルインテグレ
ータは入射面および射出面を有し、該入射面および射出
面のうちの少なくともいずれか一方は二次元的に配列さ
れた複数のレンズ面を有し、前記所定距離は、前記波面
分割型オプティカルインテグレータの前記入射面および
前記射出面とは異なる面に起因して発生する光量損失を
実質的に抑えるために所定の値よりも小さく設定されて
いる。

【００１１】さらに、第１発明および第２発明の好まし
い態様によれば、前記波面分割型オプティカルインテグ
レータの入射面は、前記所定面よりも光源手段側に配置
されている。また、前記所定距離は、前記波面分割型オ
プティカルインテグレータを構成する各レンズエレメン
トのサイズおよび前記所定面への入射光束の開口数に応
じて設定されていることが好ましい。

【００１２】また、第１発明および第２発明の好ましい
態様によれば、前記所定距離は照明条件の変更に応じて
調整可能に構成されている。さらに、前記実質的な面光
源の大きさは変更可能に構成されており、前記所定距離
は前記実質的な面光源の大きさの変化に応じて調整可能
に構成されていることが好ましい。

【００１３】本発明の第３発明では、第１発明および第
２発明の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマ
スクのパターンを感光性基板上へ投影露光するための投
影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提
供する。第３発明の好ましい態様によれば、前記マスク
のパターンに応じて照明条件を設定するための設定手段
をさらに備え、該設定手段は前記照明条件に応じて前記
所定距離を所定の値に設定する。

【００１４】本発明の第４発明では、第１発明および第
２発明の照明光学装置により前記被照射面に配置された
マスクを照明する照明工程と、前記照明工程により照明
された前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する
露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性
基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイ
クロデバイスの製造方法を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の典型的な照明光学装置を
備えた露光装置では、光源手段からの光束が第１フライ
アイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源を形
成する。これらの光源からの光束は、リレー光学系を介
して、波面分割型オプティカルインテグレータとしての
第２フライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数
の光源からなる実質的な面光源すなわち二次光源を形成
する。ここで、第１フライアイレンズおよびリレー光学
系は、光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成
し、各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を重畳
的に形成するための多数光束重畳手段である。

【００１６】本発明では、従来技術と同様に、第１フラ
イアイレンズの後側焦点位置（第１フライアイレンズに
よる多数光源の形成位置）とリレー光学系の前側焦点位
置とを一致させている。しかしながら、従来技術とは異
なり、リレー光学系の後側焦点位置（第１フライアイレ
ンズおよびリレー光学系による照野の形成位置）と第２
フライアイレンズの入射面とを所定距離だけ間隔を隔て
て配置している。具体的には、リレー光学系の後側焦点
位置が第２フライアイレンズの入射面よりも所定距離だ
け被照射面側または光源手段側に位置するように設定し
ている。

【００１７】このように、リレー光学系の後側焦点位置
が第２フライアイレンズの入射面よりも被照射面側また
は光源手段側に位置するように設定しているので、第１
フライアイレンズによる多数光源からの光束はリレー光
学系を介して第２フライアイレンズの入射面において完
全に重畳されることなく、いわゆるデフォーカス状態で
照野が形成される。その結果、本発明では、二次光源の
照度分布の周辺部において照度の低下がなだらかにな
り、照度のあまり低下していない部分を有効な二次光源
として利用することができる。すなわち、第２フライア
イレンズにより形成される二次光源の周辺部における照
度むらを実質的に低減することができる。

【００１８】以上のように、本発明の照明光学装置で
は、フライアイレンズのような波面分割型オプティカル
インテグレータにより形成される実質的な面光源の周辺
部における照度むらを実質的に低減することができる。
したがって、本発明の照明光学装置を備えた露光装置で
は、光量損失を良好に抑えつつ所望の照度分布でマスク
を照明し、高いスループットおよび高い解像力で良好な
マイクロデバイスを製造することができる。

【００１９】本発明の実施形態を、添付図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる照明光学
装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
図１において、感光性基板であるウェハの法線方向に沿
ってＺ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方
向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方
向にＸ軸をそれぞれ設定している。

【００２０】図１の露光装置は、露光光（照明光）を供
給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍ（Ｋｒ
Ｆ）または１９３ｎｍ（ＡｒＦ）の波長の光を供給する
エキシマレーザー光源を備えている。光源１から光軸Ａ
Ｘに沿ってＺ方向に射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向
に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレン
ズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入
射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１において負の
屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。

【００２１】また、一対のレンズ２ａおよび２ｂのうち
の少なくとも一方が、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成
されている。したがって、ビームエキスパンダー２に入
射した光束は、一対のレンズ２ａと２ｂとの間隔に応じ
て図１の紙面内において拡大され、所望の矩形状の断面
を有する光束に整形される。整形光学系としてのビーム
エキスパンダー２を介したほぼ平行光束は、折り曲げミ
ラー３でＹ方向に偏向（反射）された後、第１オプティ
カルインテグレータとしての第１フライアイレンズ４に
入射する。

【００２２】第１フライアイレンズ４は、たとえば断面
が正方形状で正の屈折力を有する多数のレンズエレメン
トをその光軸が光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ
稠密に配列することによって構成されている。なお、各
レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた
球面状に形成され、射出側の面は平面状に形成されてい
る。したがって、第１フライアイレンズ４に入射した光
束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レ
ンズエレメントの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源が
形成される。

【００２３】第１フライアイレンズ４の後側焦点面に形
成された多数の光源からの光束は、リレー光学系として
のズームレンズ５を介した後、波面分割型オプティカル
インテグレータ（第２オプティカルインテグレータ）と
しての第２フライアイレンズ６を重畳的に照明する。こ
うして、第２フライアイレンズ６の入射面には、第１フ
ライアイレンズ４の各レンズエレメントの断面形状に相
似な正方形状の照野が形成される。なお、ズームレンズ
５の焦点距離の変化は、制御系２１からの指令に基づい
て動作するズーム駆動系２２により行われる。

【００２４】このように、第１フライアイレンズ４およ
びズームレンズ５は、光源１からの光束に基づいて多数
の光源を形成し、各光源からの光束に基づいて所定面上
に照野を重畳的に形成するための多数光束重畳手段を構
成している。本実施形態では、第１フライアイレンズ４
により照野が形成される所定面が第２フライアイレンズ
６の入射面よりもマスク側（被照射面側）に位置するよ
うに設定されている。この点については、後に詳述す
る。

【００２５】第２フライアイレンズ６は、第１フライア
イレンズ４と同様に、正の屈折力を有する多数のレンズ
エレメントをその光軸が光軸ＡＸと平行になるように縦
横に且つ稠密に配列することによって構成されている。
しかしながら、第２フライアイレンズ６を構成する各レ
ンズエレメントは、マスク１１上において形成すべき照
野の形状（ひいてはウェハ１３上において形成すべき露
光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、
第２フライアイレンズ６を構成する各レンズエレメント
の入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成さ
れ、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成さ
れている。

【００２６】したがって、第２フライアイレンズ６に入
射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割さ
れ、各レンズエレメントの後側焦点面には第１フライア
イレンズ４のレンズエレメントの数の多数の光源がそれ
ぞれ形成される。すなわち、第２フライアイレンズ６の
後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源
（以下、「二次光源」という）が形成される。なお、第
２フライアイレンズ６の入射面に形成される正方形状の
照野の大きさ、ひいては第２フライアイレンズ６の後側
焦点面に形成される正方形状の二次光源の大きさは、ズ
ームレンズ５の焦点距離に依存して変化する。

【００２７】第２フライアイレンズ６の後側焦点面に形
成された正方形状の二次光源からの光束は、その近傍に
配置された開口絞り７に入射する。開口絞り７は、第２
フライアイレンズ６の後側焦点面に形成される正方形状
の二次光源に対応した円形状の開口部（光透過部）を有
する。開口絞り７は、照明光路に対して挿脱自在に構成
され、且つ円形状の開口部の大きさの異なる複数の開口
絞りと切り換え可能に構成されている。以下、本実施形
態の説明を簡単にするために、開口絞り７が１つの開口
絞り７０と切り換え可能に構成されているものとする。
開口絞り７と開口絞り７０との間の切り換えは、制御系
２１からの指令に基づいて動作する絞り駆動系２３によ
り行われる。

【００２８】なお、開口絞り７と他の開口絞り７０との
間の切り換えは、たとえばターレット方式やスライド方
式などの適当な方式によって行われる。また、ターレッ
ト方式やスライド方式などの開口絞りに限定されること
なく、光透過領域の大きさおよび形状を適宜変更するこ
との可能な開口絞りを照明光路内に固定的に取り付けて
もよい。さらに、複数の開口絞りに代えて、円形開口径
を連続的に変化させることのできる虹彩絞りを設けるこ
ともできる。

【００２９】開口絞り７は、後述する投影光学系１２の
入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光
源の照明に寄与する範囲を規定する。そして、開口絞り
７と７０とを切り換えて開口径を変化させることによ
り、マスク１１への照明光のＮＡすなわち照明ＮＡを所
望の値に設定するとともに、照明条件を決定するσ値
（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値
＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口
数）を所望の値に設定する。

【００３０】開口絞り７を介した二次光源からの光は、
コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、その後側
焦点面を重畳的に照明する。こうして、コンデンサー光
学系８の後側焦点面には、第２フライアイレンズ６のレ
ンズエレメントの断面形状と相似な矩形状の照野が形成
される。この矩形状の照野が形成される位置、すなわち
コンデンサー光学系８を介して第２フライアイレンズ６
の入射面と光学的に共役な位置には、照明視野絞りとし
てのマスクブラインド９が配置されている。

【００３１】マスクブラインド９の矩形状の開口部（光
透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を
受けた後、所定のパターンが形成されたマスク１１を重
畳的に照明する。こうして、結像光学系１０は、マスク
ブラインド９の矩形状の開口部の像をマスク１１上に形
成することになる。マスク１１のパターンを透過した光
束は、投影光学系１２を介して、感光性基板であるウェ
ハ１３上にマスクパターンの像を形成する。

【００３２】なお、マスク１１は、投影光学系１２の光
軸ＡＸと直交する平面内において二次元的に移動可能な
マスクステージ１４上に保持されている。また、ウェハ
１３は、投影光学系１２の光軸ＡＸと直交する平面内に
おいて二次元的に移動可能なウェハステージ１５上に保
持されている。こうして、投影光学系１２の光軸と直交
する平面（ＸＹ平面）内においてウェハ１３を二次元的
に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行う
ことにより、ウェハ１３の各露光領域にはマスク１１の
パターンが逐次露光される。

【００３３】なお、一括露光では、いわゆるステップ・
アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領
域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場
合、マスク１１上での照明領域の形状は正方形に近い矩
形状であり、第２フライアイレンズ６の各レンズエレメ
ントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、ス
キャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン
方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に
対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対して
マスクパターンをスキャン露光（走査露光）する。この
場合、マスク１１上での照明領域の形状は短辺と長辺と
の比がたとえば１：３の矩形状であり、第２フライアイ
レンズ６の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似
な矩形状となる。

【００３４】図２は、第２フライアイレンズの射出側に
配置可能な２種類の開口絞りの構成を概略的に示す図で
ある。また、図３は、第２フライアイレンズの入射面に
形成される正方形状の照野と第２フライアイレンズの射
出側に配置される開口絞りの円形状の開口部との関係を
示す図である。図２（ａ）に示すように、開口絞り７は
比較的大きな円形状の開口部７ａを有する。一方、図２
（ｂ）に示すように、開口絞り７０は比較的小さな円形
状の開口部７０ａを有する。換言すると、開口絞り７は
比較的大きなσ値を実現するための大σ絞りを構成し、
開口絞り７０は比較的小さなσ値を実現するための小σ
絞りを構成している。

【００３５】したがって、σ値の比較的大きな照明すな
わち大σ照明を行う場合、図３（ａ）に示すように、第
２フライアイレンズ６の後側焦点面の近傍には、大σ絞
りとしての開口絞り７が配置される。そして、第２フラ
イアイレンズ６の入射面には、開口絞り７の円形状の開
口部７ａに外接する正方形よりも僅かに大きな正方形状
の照野３１が形成される。換言すると、第２フライアイ
レンズ６の入射面において開口部７ａに外接する正方形
よりも僅かに大きな正方形状の照野３１が形成されるよ
うに、ズームレンズ５の焦点距離が設定される。

【００３６】次に、たとえば転写すべきマスクパターン
の変更に伴って、σ値の比較的小さな照明すなわち小σ
照明に切り換える場合、図３（ｂ）に示すように、第２
フライアイレンズ６の後側焦点面の近傍には、開口絞り
７に代えて小σ絞りとしての開口絞り７０が配置され
る。この場合、第２フライアイレンズ６の入射面に形成
されている照野３１に比して、配置された開口絞り７０
の開口部７０ａが著しく小さく、開口絞り７０において
大きな光量損失が発生する。

【００３７】そこで、開口絞り７０における光量損失を
良好に抑えるために、図３（ｃ）に示すように、開口絞
り７０の円形状の開口部７０ａにほぼ外接する正方形状
の照野３２を形成する。換言すると、第２フライアイレ
ンズ６の入射面において開口部７０ａにほぼ外接する正
方形状の照野３２が形成されるように、ズームレンズ５
の焦点距離を変化させる。こうして、開口絞り（７，７
０）における光量損失を良好に抑えつつ、大σ照明と小
σ照明との間で照明条件を切り換えることができる。

【００３８】図４は、従来技術における二次光源の周辺
部の照度むらの発生、および本実施形態における二次光
源の周辺部の照度むらの低減作用を説明する図である。
図４（ａ）（図３（ｃ）に対応する図）を参照すると、
開口絞り７０における光量損失を良好に抑えるためにそ
の開口部７０ａにほぼ外接するような正方形状の照野３
２を形成した場合、照野３２の周辺部に位置するレンズ
エレメントでは、その入射面の全体に亘って光束が入射
することなく、部分的にしか光束が入射しなくなること
が分かる。

【００３９】具体的には、照野３２の図中左側および右
側の周辺部に位置するレンズエレメント６ａでは、その
入射面の全体の１／３程度の領域にだけ光束が入射す
る。その結果、従来技術では、図４（ｂ）に示すよう
に、図４（ａ）の線Ａ−Ａに沿った二次光源の照度分布
の両側において極端な（急峻な）照度低下が発生する。
すなわち、第２フライアイレンズ６により形成される二
次光源において、その周辺部の照度が中央部に比して著
しく小さくなり、いわゆる照度むらが発生する。

【００４０】そこで、本実施形態では、従来技術と同様
に第１フライアイレンズ４の後側焦点位置（第１フライ
アイレンズ４による多数光源の形成位置）とズームレン
ズ５の前側焦点位置とを一致させているが、従来技術と
は異なりズームレンズ５の後側焦点位置（第１フライア
イレンズ４による照野の形成位置）と第２フライアイレ
ンズ６の入射面とを所定距離だけ間隔を隔てて配置して
いる。具体的には、本実施形態では、ズームレンズ５の
後側焦点位置が第２フライアイレンズ６の入射面よりも
所定距離だけマスク側（被照射面側）に位置するように
設定している。

【００４１】このように、ズームレンズ５の後側焦点位
置が第２フライアイレンズ６の入射面よりもマスク側に
位置するように設定しているので、第１フライアイレン
ズ４による多数光源からの光束はズームレンズ５を介し
て第２フライアイレンズ６の入射面において完全に重畳
されることなく、いわゆるデフォーカス状態で照野が形
成される。その結果、本実施形態では、図４（ｃ）に示
すように、図４（ａ）の線Ａ−Ａに沿った二次光源の照
度分布の両側において照度の低下がなだらかになり、照
度のあまり低下していない部分を有効な二次光源として
利用することができる。すなわち、第２フライアイレン
ズ６により形成される二次光源の周辺部における照度む
らを実質的に低減することができる。

【００４２】一般に、ズームレンズ５の後側焦点位置と
第２フライアイレンズ６の入射面との間の距離を小さく
設定し過ぎると、二次光源の周辺部における照度むらの
低減効果が実質的に得られなくなる。一方、ズームレン
ズ５の後側焦点位置と第２フライアイレンズ６の入射面
との間の距離を大きく設定し過ぎると、第２フライアイ
レンズ６のレンズエレメントの側壁面（入射面および射
出面以外の面）に起因する光量損失、いわゆる壁当たり
による光量損失が発生してしまう。

【００４３】なお、ズームレンズ５の後側焦点位置と第
２フライアイレンズ６の入射面との間に設定すべき所定
距離すなわちデフォーカス距離は、第２フライアイレン
ズ６のレンズエレメントのサイズや、第２フライアイレ
ンズ６の入射面への入射光束の開口数や、照明条件（た
とえばσ値の大小）などに応じて変化する。たとえば、
第２フライアイレンズ６のレンズエレメントのサイズが
比較的大きい場合には、デフォーカス距離を比較的大き
く設定することになる。また、第２フライアイレンズ６
の入射面への入射光束の開口数が比較的大きい場合に
は、デフォーカス距離を比較的小さく設定することにな
る。

【００４４】さらに、たとえば照明σ値を変化させて照
明条件を変化させるような場合には、必要に応じてデフ
ォーカス距離を調整することが好ましい。この場合、ズ
ーム駆動系２２を介してズームレンズ５の後側焦点位置
を変化させることにより、デフォーカス距離を調整する
ことができる。あるいは、第１フライアイレンズ４とズ
ームレンズ５とを光軸ＡＸに沿って一体的に駆動するこ
とにより、デフォーカス距離を調整することもできる。

【００４５】なお、上述の実施形態では、ズームレンズ
５の後側焦点位置が第２フライアイレンズ６の入射面よ
りもマスク側に位置する状態いわゆる後ピン状態に設定
しているが、ズームレンズ５の後側焦点位置が第２フラ
イアイレンズ６の入射面よりも光源側に位置する状態い
わゆる前ピン状態に設定することにより、本実施形態と
同様に二次光源の周辺部における照度むらの低減効果を
得ることができる。しかしながら、前ピン状態に設定す
る場合には、ズームレンズ５の後側焦点位置と第２フラ
イアイレンズ６の入射面との間に同じ距離を設定して
も、いわゆる壁当たりによる光量損失が発生し易いとい
う欠点がある。

【００４６】また、前ピン状態に設定すると、後ピン状
態に設定した本実施形態に比して、第２フライアイレン
ズ６の各レンズエレメントの後側に形成される各面光源
における照度分布が不均一になり易いという欠点もあ
る。以下、この点について簡単に説明する。一般に、フ
ライアイレンズでは、その入射瞳および射出瞳がそれぞ
れ入射面および射出面に位置するように構成されいる。
したがって、通常、フライアイレンズのディストーショ
ンは負の値を有し、各レンズエレメントの後側焦点面に
形成される各面光源にはディストーションに起因する照
度むらが発生している。

【００４７】この場合、フライアイレンズを構成するレ
ンズエレメントの個数が充分に大きくない場合、被照射
面であるマスク１１上およびウェハ１３上でも照度むら
が発生することになる。ここで、ズームレンズ５の後側
焦点位置が第２フライアイレンズ６の入射面よりも光源
側にある前ピン状態では、フライアイレンズのディスト
ーションが負側に増大し、各レンズエレメントの後側焦
点面に形成される各面光源における照度むらも増大す
る。これに対し、ズームレンズ５の後側焦点位置が第２
フライアイレンズ６の入射面よりもマスク側にある後ピ
ン状態では、フライアイレンズのディストーションの値
が正に近づくので、各レンズエレメントの後側焦点面に
形成される各面光源の照度が均一になり易く、ひいては
被照射面でより均一な照明を行うことができる。

【００４８】図５は、図１に示す実施形態の変形例の要
部構成を概略的に示す図である。図５の変形例は、図１
に示す実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、
図１の実施形態では第１オプティカルインテグレータと
してフライアイレンズ４を用いているが、図５の変形例
では第１オプティカルインテグレータとして内面反射型
のロッド状オプティカルインテグレータ（以下、「ロッ
ド状インテグレータ」という）を用いていることが基本
的に相違している。なお、図５では、図面の明瞭化のた
めに、光源１から第２フライアイレンズ６までの構成だ
けを示し、その他の構成要素の図示を省略している。以
下、図１の実施形態との相違点に着目して、図５の変形
例を説明する。

【００４９】図５の変形例では、第１フライアイレンズ
４に代えてロッド状インテグレータ５１を用いることに
対応して、折り曲げミラー３とロッド状インテグレータ
５１との間の光路中に回折光学素子（ＤＯＥ）５２およ
び第１リレー光学系５３を付設し、ズームレンズ５に代
えて第２リレー光学系５４を付設している。ここで、回
折光学素子５２は、ほぼ平行光束を所定の角度分布を有
する光束に変換するための光束変換素子であって、回折
光学素子５２に代えてたとえばマイクロフライアイを使
用することもできる。

【００５０】また、第１リレー光学系５３は、回折光学
素子５２とロッド状インテグレータ５１の入射面とを光
学的に共役に配置している。さらに、第２リレー光学系
５４は、ロッド状インテグレータ５１の射出面と第２フ
ライアイレンズ６の入射面よりも所定距離だけマスク側
（あるいは光源側）の所定面とを光学的に共役に配置し
ている。ロッド状インテグレータ５１は、石英ガラスや
蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラスロッ
ドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反
射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿
って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここ
で、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心
（集光点）の光源像のみが実像となる。

【００５１】すなわち、ロッド状インテグレータ５１に
入射した光束は、内面反射により角度方向に分割され、
集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源
像が形成される。ロッド状インテグレータ５１によりそ
の入射側に形成された多数の光源像からの光束は、その
射出面において重畳された後、第２リレー光学系５４を
介して第２フライアイレンズ６を重畳的に照明する。以
上のように、ロッド状インテグレータ５１および第２リ
レー光学系５４は、光源１からの光束に基づいて多数の
光源を形成し、各光源からの光束に基づいて所定面上に
照野を重畳的に形成するための多数光束重畳手段を構成
している。

【００５２】上述したように、図５の変形例では、ロッ
ド状インテグレータ５１の射出面と第２フライアイレン
ズ６の入射面よりも所定距離だけマスク側（あるいは光
源側）の所定面とを光学的に共役に配置している。した
がって、ロッド状インテグレータ５１による多数光源か
らの光束は第１リレー光学系５３を介して第２フライア
イレンズ６の入射面において完全に重畳されることな
く、いわゆるデフォーカス状態で照野が形成される。そ
の結果、図１の実施形態と同様に、第２フライアイレン
ズ６により形成される二次光源の周辺部における照度む
らを実質的に低減することができる。

【００５３】上述の本実施形態（変形例を含む）にかか
る露光装置では、照明光学装置によってマスクを照明し
（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された
転写用のパターンを感光性基板に走査露光する（露光工
程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像
素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造するこ
とができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光
性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成す
ることによって、マイクロデバイスとしての半導体デバ
イスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャート
を参照して説明する。

【００５４】先ず、図６のステップ３０１において、１
ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ
３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上に
フォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３
において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上の
パターンの像がその投影光学系を介して、その１ロット
のウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。そ
の後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ
上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０
５において、その１ロットのウェハ上でレジストパター
ンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マス
ク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上
の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイ
ヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体
素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス
製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する
半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

【００５５】また、本実施形態の露光装置では、プレー
ト（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、
電極パターン等）を形成することによって、マイクロデ
バイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以
下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法
の一例につき説明する。図７において、パターン形成工
程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクの
パターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基
板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実
行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性
基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成され
る。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング
工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによっ
て、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフ
ィルター形成工程４０２へ移行する。

【００５６】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【００５７】その後、モジュール組み立て工程４０４に
て、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作
を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付
けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素
子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有
する液晶表示素子をスループット良く得ることができ
る。

【００５８】なお、上述の実施形態では、第２フライア
イレンズ６の後側焦点面の近傍に、二次光源の光束を制
限するための円形開口絞り７を配置している。しかしな
がら、円形状の二次光源を形成するとともに、第２フラ
イアイレンズ６を構成する各レンズエレメントの断面積
を十分小さく設定することにより、開口絞りの配置を省
略して二次光源の光束を全く制限しない構成も可能であ
る。

【００５９】また、上述の実施形態では、円形状の二次
光源に基づく通常の円形照明を例にとって本発明を説明
したが、輪帯状や多極状の二次光源に基づく変形照明に
対しても同様に本発明を適用することができる。この場
合、σ値に対応する二次光源の大きさは、輪帯状の二次
光源ではその外径（直径）となり、多極状の二次光源で
は複数の面光源に外接する円の直径となる。また、変形
照明においても、輪帯状や多極状の二次光源を形成する
とともに、第２フライアイレンズ６を構成する各レンズ
エレメントの断面積を十分小さく設定することにより、
開口絞りの配置を省略して二次光源の光束を全く制限し
ない構成が可能である。

【００６０】さらに、上述の実施形態では、照明光学装
置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明した
が、マスク以外の被照射面を均一照明するための一般的
な照明光学装置に本発明を適用することができることは
明らかである。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、フライアイレンズのような波面分割型オプテ
ィカルインテグレータにより形成される実質的な面光源
の周辺部における照度むらを実質的に低減することがで
きる。したがって、本発明の照明光学装置を備えた露光
装置では、光量損失を良好に抑えつつ所望の照度分布で
マスクを照明し、高いスループットおよび高い解像力で
良好なマイクロ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】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備え
た露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】第２フライアイレンズの射出側に配置可能な２
種類の開口絞りの構成を概略的に示す図である。

【図３】第２フライアイレンズの入射面に形成される正
方形状の照野と第２フライアイレンズの射出側に配置さ
れる開口絞りの円形状の開口部との関係を示す図であ
る。

【図４】従来技術における二次光源の周辺部の照度むら
の発生、および本実施形態における二次光源の周辺部の
照度むらの低減作用を説明する図である。

【図５】図１に示す実施形態の変形例の要部構成を概略
的に示す図である。

【図６】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法の一例について、そのフローチャートを示す
図である。

【図７】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る
際の手法の一例について、そのフローチャートを示す図
である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビームエキスパンダー ３ 折り曲げミラー ４ 第１フライアイレンズ ５ ズームレンズ ６ 第２フライアイレンズ ７，７０ 開口絞り ８ コンデンサー光学系 ９ マスクブラインド １０ 結像光学系 １１ マスク １２ 投影光学系 １３ ウェハ １４ マスクステージ １５ ウェハステージ ２１ 制御系 ２２ ズーム駆動系 ２３ 絞り駆動系 ５１ ロッド状インテグレータ ５２ 回折光学素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照射面を照明する照明光学装置におい
   て、 光束を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成
   し、各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を重畳
   的に形成するための多数光束重畳手段と、 前記多数光束重畳手段からの光束に基づいて多数の光源
   からなる実質的な面光源を形成するための波面分割型オ
   プティカルインテグレータと、 前記実質的な面光源からの光束を前記被照射面へ導くた
   めの導光光学系とを備え、 前記波面分割型オプティカルインテグレータの入射面と
   前記所定面とは、前記実質的な面光源の周辺部における
   照度むらを実質的に低減するために所定距離だけ間隔を
   隔てて配置されていることを特徴とする照明光学装置。
2. 【請求項２】 被照射面を照明する照明光学装置におい
   て、 光束を供給するための光源手段と、 前記光源手段からの光束に基づいて多数の光源を形成
   し、各光源からの光束に基づいて所定面上に照野を重畳
   的に形成するための多数光束重畳手段と、 前記多数光束重畳手段からの光束に基づいて多数の光源
   からなる実質的な面光源を形成するための波面分割型オ
   プティカルインテグレータと、 前記実質的な面光源からの光束を前記被照射面へ導くた
   めの導光光学系とを備え、 前記所定面は、前記波面分割型オプティカルインテグレ
   ータの入射面よりも被照射面側に位置することを特徴と
   する照明光学装置。
3. 【請求項３】 前記多数光束重畳手段は、前記光源手段
   からの光束に基づいて多数の光源からなる第１多数光源
   を形成するための第１オプティカルインテグレータと、
   前記第１多数光源の各光源からの光束に基づいて前記所
   定面上に照野を重畳的に形成するためのリレー光学系と
   を有し、 前記リレー光学系の前側焦点位置と前記第１多数光源の
   形成位置とがほぼ一致し、前記リレー光学系の後側焦点
   位置と前記所定面とがほぼ一致していることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の照明光学装置。
4. 【請求項４】 前記波面分割型オプティカルインテグレ
   ータは入射面および射出面を有し、該入射面および射出
   面のうちの少なくともいずれか一方は二次元的に配列さ
   れた複数のレンズ面を有し、 前記所定距離は、前記波面分割型オプティカルインテグ
   レータの前記入射面および前記射出面とは異なる面に起
   因して発生する光量損失を実質的に抑えるために所定の
   値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
5. 【請求項５】 前記波面分割型オプティカルインテグレ
   ータの入射面は、前記所定面よりも光源手段側に配置さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
   項に記載の照明光学装置。
6. 【請求項６】 前記所定距離は、前記波面分割型オプテ
   ィカルインテグレータを構成する各レンズエレメントの
   サイズおよび前記所定面への入射光束の開口数に応じて
   設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れか１項に記載の照明光学装置。
7. 【請求項７】 前記所定距離は照明条件の変更に応じて
   調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃
   至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
8. 【請求項８】 前記実質的な面光源の大きさは変更可能
   に構成されており、前記所定距離は前記実質的な面光源
   の大きさの変化に応じて調整可能に構成されていること
   を特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
   照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパ
   ターンを感光性基板上へ投影露光するための投影光学系
   とを備えていることを特徴とする露光装置。
10. 【請求項１０】 前記マスクのパターンに応じて照明条
    件を設定するための設定手段をさらに備え、該設定手段
    は前記照明条件に応じて前記所定距離を所定の値に設定
    することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至８のいずれか１項に記載
    の照明光学装置により前記被照射面に配置されたマスク
    を照明する照明工程と、前記照明工程により照明された
    前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工
    程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を
    現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデ
    バイスの製造方法。