JP2002131690A

JP2002131690A - 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置

Info

Publication number: JP2002131690A
Application number: JP2000329768A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanitsu; 修谷津; Masato Shibuya; 眞人渋谷; Hidemi Kawai; 秀実川井; Ken Ozawa; 謙小澤; Yutaka Endo; 豊遠藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】回折光学素子の０次透過光の影響を実質的に
回避し、被照射面において均一な照度分布を得ることの
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を所定断面形状の光束に変換す
るための回折光学素子（４）と、回折光学素子を介した
光束を集光するための集光光学系（５）と、集光光学系
を介した光束に基づいて多数の光源を形成するためのオ
プティカルインテグレータ（６）と、多数光源からの光
束を被照射面（Ｍ）へ導くための導光光学系（８，１
１）と回折光学素子を介した０次透過光が被照射面に達
するのを遮るための遮蔽手段（１２）とを備えている。

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は、
光源から射出された光束が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二次光源を形成す
る。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦
点面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。開口絞りは、所望
の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状また
は大きさを所望の形状または大きさに制限する。

【０００３】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
介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、
マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マス
クに形成されたパターンは高集積化されており、この微
細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上に
おいて均一な照度分布を得ることが不可欠である。

【０００４】近年においては、フライアイレンズの射出
側に配置された開口絞りの開口部（光透過部）の大きさ
を変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ（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）
を変化させる技術が注目されている。また、フライアイ
レンズの射出側に配置された開口絞りの開口部の形状を
輪帯状や四つ穴状（すなわち４極状）に設定することに
より、フライアイレンズにより形成される二次光源の形
状を輪帯状や４極状に制限して、投影光学系の焦点深度
や解像力を向上させる技術が注目されている。

【０００５】この場合、二次光源の形状を輪帯状や４極
状に制限して変形照明（輪帯照明や４極照明）を行うた
めに、フライアイレンズにより形成された比較的大きな
二次光源からの光束を輪帯状や４極状の開口部を有する
開口絞りによって単に制限すると、二次光源からの光束
の相当部分が開口絞りで遮蔽され、照明（露光）に寄与
することがない。その結果、開口絞りにおける光量損失
により、マスクおよびウェハ上での照度が低下し、露光
装置としてのスループットも低下する。

【０００６】そこで、回折光学素子を介して輪帯状や４
極状に変換した光束をフライアイレンズに入射させ、フ
ライアイレンズの射出側に輪帯状または４極状の二次光
源を形成する構成が提案されている。この構成におい
て、開口絞りにおける光量損失をできるだけ回避しつつ
通常の円形照明を行うには、円形照明用の回折光学素子
を介して円形状に変換した光束をフライアイレンズに入
射させ、フライアイレンズの射出側に円形状の二次光源
を形成することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、開口絞
りにおける光量損失をできるだけ回避しつつ通常の円形
照明を行うには、円形照明用の回折光学素子を介して円
形状に変換した光束を集光光学系で集光してフライアイ
レンズに入射させる。この場合、回折光学素子では製造
誤差などにより０次透過光（回折光学素子で回折される
ことなくそのまま透過する光）が発生し、この不要光と
しての０次透過光に起因して次のような不都合が起こ
る。

【０００８】まず、回折光学素子で回折されることなく
そのまま透過した０次透過光は、集光光学系を介した
後、フライアイレンズを構成する多数のレンズエレメン
トのうち、たとえば集光光学系の光軸上に位置する中央
レンズエレメントの入射面上の一点に集光する。その結
果、中央レンズエレメントを除く他のレンズエレメント
の入射面ではほぼ均一な照度分布が得られるが、中央レ
ンズエレメントの入射面では一点に集光する０次透過光
の影響により局所的に強度が突出した不均一な照度分布
が得られる。

【０００９】ここで、フライアイレンズの入射面と被照
射面であるマスク面およびウェハ面とは、光学的に共役
に配置されている。したがって、マスク面およびウェハ
面において得られる照度分布は、フライアイレンズを構
成する各レンズエレメントの入射面における照度分布の
重ね合わせとなる。こうして、円形照明に際して、回折
光学素子で発生する０次透過光に起因して、被照射面で
あるマスク面およびウェハ面では局所的に強度が突出し
た不均一な照度分布が得られることになる。

【００１０】また、従来、所定のパターンが設けられた
計測用レチクルを円形照明し、ウェハに焼き付けられる
パターンに基づいて投影光学系の波面収差を簡易に計測
する装置が知られている。この種の計測装置では、計測
用レチクルを照明する光束のうち開口数の極めて小さい
光束だけが波面収差の計測に寄与するように構成されて
いる。換言すると、フライアイレンズを構成する多数の
レンズエレメントのうち、主として上述の中央レンズエ
レメントを介した照明光束が波面収差の計測に利用され
る。

【００１１】この場合、上述したように、中央レンズエ
レメントの入射面では一点に集光する０次透過光の影響
により局所的に強度が突出した不均一な照度分布になっ
ているので、波面収差の計測に際して計測用レチクルに
設けられたパターンも局所的に強度が突出した不均一な
照度分布で照明されることになる。その結果、回折光学
素子の０次透過光に起因して発生する不均一な照度分布
の影響により、波面収差の計測精度が低下し易い。ある
いは、局所的に強度が突出した不均一な照度分布の影響
により、ウェハへの焼き付けを複数回に亘って行う必要
が生じ、迅速で高精度な計測ができなくなる。

【００１２】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、回折光学素子の０次透過光の影響を実質的に
回避し、被照射面において均一な照度分布を得ることの
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、回
折光学素子の０次透過光の影響を実質的に回避し、被検
光学系の波面収差の計測を迅速に且つ高精度に行うこと
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。

【００１３】さらに、本発明は、回折光学素子の０次透
過光の影響を実質的に回避して被照射面において均一な
照度分布を得ることのできる露光装置を用いて、良好な
照明条件のもと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。また、本発明は、回折光学素子の０次透
過光の影響を実質的に回避して被検光学系の波面収差の
計測を迅速に且つ高精度に行うことのできる露光装置を
用いて、波面収差の良好に補正された高精度な投影光学
系を介して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。

【００１４】

【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を所定断面形状の光束に変換する
ための回折光学素子と、前記回折光学素子を介した光束
を集光するための集光光学系と、前記集光光学系を介し
た光束に基づいて多数の光源を形成するためのオプティ
カルインテグレータと、前記多数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、前記回折光学素子
を介した０次透過光が前記被照射面に達するのを遮るた
めの遮蔽手段とを備えていることを特徴とする照明光学
装置を提供する。

【００１５】第１発明の好ましい態様によれば、前記遮
蔽手段は、前記多数光源の形成位置の近傍に設置可能に
構成された遮光部を有する。この場合、前記オプティカ
ルインテグレータは、縦横に配列された多数の微小レン
ズを有し、前記遮光部は、前記多数光源の形成位置の近
傍に設置され、前記集光光学系の光軸近傍の１つまたは
複数の微小レンズを介した光を遮るように構成されてい
ることが好ましい。

【００１６】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記遮蔽手段は、前記回折光学素子と前記集光光学系と
の間の光路中に設定可能に構成された所定の角度特性を
有する干渉フィルターを有する。この場合、前記干渉フ
ィルターは、ほぼ垂直入射する光に対する透過率が所定
の角度以上の角度で入射する光に対する透過率よりも実
質的に小さく設定されていることが好ましい。また、こ
の場合、前記所定の角度は、前記回折光学素子の一次回
折角に基づいて設定されていることが好ましい。

【００１７】さらに、第１発明の好ましい態様によれ
ば、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面と
の間の光路中において、前記回折光学素子を介した０次
透過光を拡散させるための拡散手段を備えている。この
場合、前記拡散手段は、前記被照射面の共役面から実質
的に離れた位置に設定可能に構成されて少なくとも一方
の面が拡散面状に形成された光学部材を有することが好
ましい。また、この場合、前記光学部材は、前記多数光
源の形成位置の近傍に設置可能に構成されていることが
好ましい。

【００１８】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を所定断面形状の光束に
変換するための回折光学素子と、前記回折光学素子を介
した光束を集光するための集光光学系と、前記集光光学
系を介した光束に基づいて多数の光源を形成するための
オプティカルインテグレータと、前記多数光源からの光
束を前記被照射面へ導くための導光光学系と、前記オプ
ティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中
において、前記回折光学素子を介した０次透過光を拡散
させるための拡散手段とを備えていることを特徴とする
照明光学装置を提供する。

【００１９】第２発明の好ましい態様によれば、前記拡
散手段は、前記被照射面の共役面から実質的に離れた位
置に設定可能に構成されて少なくとも一方の面が拡散面
状に形成された光学部材を有する。この場合、前記光学
部材は、前記多数光源の形成位置の近傍に設置可能に構
成されていることが好ましい。

【００２０】本発明の第３発明では、第１発明または第
２発明の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマ
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。

【００２１】本発明の第４発明では、第１発明の照明光
学装置と、前記被照射面に設定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
えた露光装置の製造方法において、前記干渉フィルター
を前記回折光学素子と前記集光光学系との間の光路中に
設定し、前記回折光学素子を介した０次透過光を前記干
渉フィルターにより遮った状態で前記投影光学系の収差
を計測する収差計測工程と、前記収差計測工程で得られ
た計測結果に基づいて前記投影光学系を調整する調整工
程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。

【００２２】本発明の第５発明では、第２発明の照明光
学装置と、前記被照射面に設定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
えた露光装置の製造方法において、前記オプティカルイ
ンテグレータと前記被照射面との間の光路中において、
前記回折光学素子を介した０次透過光を前記拡散手段に
より拡散させた状態で前記投影光学系の収差を計測する
収差計測工程と、前記収差計測工程で得られた計測結果
に基づいて前記投影光学系を調整する調整工程とを含む
ことを特徴とする製造方法を提供する。

【００２３】本発明の第６発明では、第３発明の露光装
置により前記マスクのパターンを前記感光性基板上に露
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。

【００２４】本発明の第７発明では、第４発明または第
５発明の製造方法により製造された露光装置により前記
マスクのパターンを前記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

【００２５】本発明の第８発明では、第１発明の照明光
学装置を用いて被検光学系の収差を計測する収差計測方
法において、前記干渉フィルターを前記回折光学素子と
前記集光光学系との間の光路中に設定し、前記回折光学
素子を介した０次透過光を前記干渉フィルターにより遮
った状態で前記投影光学系の収差を計測することを特徴
とする収差計測方法を提供する。

【００２６】本発明の第９発明では、第２発明の照明光
学装置を用いて被検光学系の収差を計測する収差計測方
法において、前記オプティカルインテグレータと前記被
照射面との間の光路中において、前記回折光学素子を介
した０次透過光を前記拡散手段により拡散させた状態で
前記投影光学系の収差を計測することを特徴とする収差
計測方法を提供する。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の典型的な実施形態では、
光源手段からの光束が、回折光学素子を介して、光軸領
域を含む所定断面形状の光束、たとえば円形状の光束に
変換される。回折光学素子を介して形成された円形状の
光束は、集光光学系を介して、フライアイレンズのよう
なオプティカルインテグレータの入射面を重畳的に照明
し、その後側焦点面に円形状の二次光源を形成する。円
形状の二次光源からの光束は、円形開口絞りで制限され
た後、導光光学系を介して被照射面を円形照明する。

【００２８】一般に、回折光学素子は０次透過光が発生
しないように設計されているが、実際の回折光学素子で
は製造誤差などにより僅かに０次透過光が発生する。回
折光学素子で回折されることなくそのまま透過した０次
透過光は、集光光学系を介して、フライアイレンズを構
成する多数のレンズエレメントのうち光軸上に位置する
中央レンズエレメントの入射面上の一点に集光する。こ
の場合、中央レンズエレメントの入射面では、０次透過
光の集光点が特異点となり、局所的に強度が突出した不
均一な照度分布が得られる。

【００２９】なお、フライアイレンズを構成する各レン
ズエレメントの入射面と被照射面とは、光学的に共役に
配置されている。したがって、被照射面において得られ
る照度分布は、フライアイレンズを構成する各レンズエ
レメントの入射面における照度分布の重ね合わせとな
る。こうして、回折光学素子で発生する０次透過光に起
因して、被照射面では局所的に強度が突出した不均一な
照度分布が得られることになる。そこで、本発明では、
回折光学素子を介した０次透過光が被照射面に達するの
を遮るための遮蔽手段として、たとえば二次光源の形成
位置の近傍において照明光路に対して挿脱可能に構成さ
れた遮光部材を備えている。

【００３０】この場合、照明光路中に設定された遮光部
材の作用により、中央レンズエレメントを介した光が遮
られる。したがって、被照射面において得られる照度分
布は、中央レンズエレメントを除く他の多数のレンズエ
レメントの入射面における照度分布の重ね合わせとな
る。その結果、本発明では、回折光学素子の０次透過光
の影響を実質的に回避し、被照射面においてほぼ均一な
照度分布を得ることができる。

【００３１】また、本発明の照明光学装置を露光装置に
適用した場合、投影光学系に残存する波面収差を計測
し、計測結果に基づいて投影光学系を調整する必要があ
る。投影光学系に残存する波面収差を簡易に計測するた
めの従来の典型的な計測装置では、マスクを設定すべき
位置に計測用レチクルを設定し、このレチクルを円形照
明する。そして、計測用レチクルを照明する光束のうち
開口数の極めて小さい光束だけが波面収差の計測に寄与
するように構成されている。換言すると、フライアイレ
ンズを構成する多数のレンズエレメントのうち、主とし
て上述の中央レンズエレメントを介した照明光束が波面
収差の計測に利用される。

【００３２】この場合、波面収差計測に際して、遮光部
材を照明光路中に設定すると、波面収差の計測に寄与す
べき光の大部分が遮光部材で遮られ、所望の計測を行う
ことができなくなる。しかしながら、波面収差の計測に
寄与すべき光を十分に確保するために遮光部材を照明光
路から退避させると、中央レンズエレメントの入射面で
は一点に集光する０次透過光の影響により局所的に強度
が突出した不均一な照度分布になっているので、計測用
レチクルも局所的に強度が突出した不均一な照度分布で
照明されることになる。その結果、回折光学素子の０次
透過光に起因して発生する不均一な照度分布の影響によ
り、波面収差の計測精度が低下し易い。あるいは、局所
的に強度が突出した不均一な照度分布の影響により、ウ
ェハへの焼き付けを複数回に亘って行う必要が生じ、迅
速で高精度な計測ができなくなる。

【００３３】そこで、本発明では、フライアイレンズと
マスクとの間の光路中において回折光学素子を介した０
次透過光を拡散させるための拡散手段として、一方の面
が拡散面として形成された計測用補正光学部材を備えて
いる。そして、投影光学系の波面収差の計測時には、遮
光部材を照明光路から退避させるとともに、計測用補正
光学部材を照明光路中においてマスク共役面から実質的
に離れた位置に設定する。こうして、照明光路中に設定
された計測用補正光学部材の拡散面の作用により回折光
学素子の０次透過光が拡散されて一様になり、計測用レ
チクルを比較的均一な照度分布で照明することができ
る。その結果、回折光学素子の０次透過光の影響を実質
的に回避し、投影光学系の波面収差の計測を迅速に且つ
高精度に行うことができる。

【００３４】こうして、本発明の照明光学装置を組み込
んだ露光装置では、回折光学素子の０次透過光の影響を
実質的に回避して被照射面において均一な照度分布を得
ることができるので、良好な照明条件のもとで良好なマ
イクロデバイスを製造することができる。また、回折光
学素子の０次透過光の影響を実質的に回避して被検光学
系の波面収差の計測を迅速に且つ高精度に行うことがで
きるので、波面収差の良好に補正された高精度な投影光
学系を介して良好なマイクロデバイスを製造することが
できる。

【００３５】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、本発明の第１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Ｗ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。なお、図１で
は、照明光学装置が通常の円形照明を行うように設定さ
れている。

【００３６】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Ｚ方向
に沿って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の紙面内（ＹＺ平面内）
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。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光
束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の
断面を有する光束に整形される。

【００３７】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
に偏向された後、円形照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）
４に入射する。回折光学素子４は、たとえばガラス基板
に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を
形成することによって構成され、入射ビームを所望の角
度に回折する作用を有する。具体的には、円形照明用の
回折光学素子４は、矩形状の入射光束を、光軸ＡＸを中
心とした円形状の光束に変換する。

【００３８】なお、回折光学素子４は、照明光路に対し
て挿脱自在に構成され、且つ輪帯照明用の回折光学素子
４ａや４極照明用の回折光学素子４ｂと切り換え可能に
構成されている。ここで、通常円形照明用の回折光学素
子４と輪帯照明用の回折光学素子４ａと４極照明用の回
折光学素子４ｂ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第１駆動系２２により行われ
る。複数の回折光学素子の切り換え方式として、後述の
開口絞りの場合と同様にターレット方式を利用すること
もできるし、あるいはスライド方式を利用することもで
きる。

【００３９】光束形状変換素子としての回折光学素子４
を介した光束は、集光光学系５を介して、その後側焦点
面に位置決めされたフライアイレンズ６の入射面に、光
軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。フライア
イレンズ６は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメ
ントを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、フライアイレンズ６を構成する各レンズ
エレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状
（ひいてはウェハ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。

【００４０】したがって、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二次元的に分割
され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面
には光源がそれぞれ形成される。こうして、フライアイ
レンズ６の後側焦点面には、フライアイレンズ６への入
射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を
有する円形状の面光源（以下、「二次光源」という）が
形成される。

【００４１】このように、フライアイレンズ６は、集光
光学系５を介した光束に基づいて多数の光源を形成する
ためのオプティカルインテグレータを構成している。フ
ライアイレンズ６の後側焦点面に形成された円形状の二
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。この開口絞り７は、光軸ＡＸに平行な所定
の軸線回りに回転可能なターレット（回転板：図１では
不図示）上に支持されている。

【００４２】図２は、複数の開口絞りが円周状に配置さ
れたターレットの構成を概略的に示す図である。図２に
示すように、ターレット基板２００には、図中斜線で示
す光透過域を有する６つの開口絞りが円周方向に沿って
設けられている。ターレット基板２００は、その中心点
Ｏを通り光軸ＡＸに平行な軸線回りに回転可能に構成さ
れている。したがって、ターレット基板２００を回転さ
せることにより、６つの開口絞りから選択された１つの
開口絞りを照明光路中に位置決めすることができる。な
お、ターレット基板２００の回転は、制御系２１からの
指令に基づいて動作する第２駆動系２３により行われ
る。

【００４３】ターレット基板２００には、大きさ（口
径）の異なる３つの円形開口絞り２０１〜２０３が形成
されている。また、ターレット基板２００には、大きさ
（外径）および輪帯比の異なる２つの輪帯開口絞り２０
４および２０５が形成されている。ここで、輪帯比と
は、輪帯状の開口部の外径に対する内径の比として規定
される。さらに、ターレット基板２００には、１つの４
極開口絞り２０６が形成されている。

【００４４】したがって、３つの円形開口絞り２０１〜
２０３のうちの１つの円形開口絞りを選択して照明光路
内に位置決めすることにより、σ値の異なる３種類の通
常円形照明を行うことができる。また、２つの輪帯開口
絞り２０４および２０５のうちの１つの輪帯開口絞りを
選択して照明光路内に位置決めすることにより、２つの
異なる外径や輪帯比を有する輪帯状の光束を正確に制限
（規定）して、σ値や輪帯比の異なる２種類の輪帯照明
を行うことができる。また、４極開口絞り２０６を照明
光路内に位置決めすることにより、４極状の光束（すな
わち４つの偏心光束）を正確に制限して、４極照明を行
うことができる。

【００４５】図１では、フライアイレンズ６の後側焦点
面に円形状の二次光源が形成されるので、開口絞りとし
て３つの円形開口絞り２０１〜２０３から選択された１
つの円形開口絞り７が設定されている。円形状の開口部
（光透過部）を有する開口絞り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、フライアイレンズ６
を構成する各レンズエレメントの形状と相似な矩形状の
照野が形成される。

【００４６】なお、コンデンサー光学系８は、複数のレ
ンズ成分から構成され、そのうちの少なくとも１つのレ
ンズ成分（以下、「可動レンズ成分」という）が光軸Ａ
Ｘに沿って移動可能に構成されている。そして、この可
動レンズ成分を光軸ＡＸに沿って移動させることによ
り、コンデンサー光学系８の後側焦点面における照度ム
ラを、ひいては被照射面であるマスク面およびウェハ面
における照度ムラを補正する。この場合、可動レンズ成
分の光軸ＡＸに沿った移動により、コンデンサー光学系
８のバックフォーカス（後側焦点距離）が変化する。

【００４７】第１実施形態では、コンデンサー光学系８
のバックフォーカスの変化を補償するために、フライア
イレンズ６とコンデンサー光学系８との間の光路に対し
て挿脱可能に構成された、互いに異なる焦点距離を有す
る複数のバックフォーカス補正レンズ９が設けられてい
る。これらの複数のバックフォーカス補正レンズ９から
選択された１つのバックフォーカス補正レンズ９ａを、
フライアイレンズ６とコンデンサー光学系８の間の光路
中に設定することにより、コンデンサー光学系８のバッ
クフォーカスの変化が補償される。ここで、コンデンサ
ー光学系８中の可動レンズ成分の光軸ＡＸに沿った移動
は、制御系２１からの指令に基づいて動作する第３駆動
系２４により行われる。

【００４８】また、複数のバックフォーカス補正レンズ
９の切り換えは、制御系２１からの指令に基づいて動作
する第４駆動系２５により行われる。複数のバックフォ
ーカス補正レンズ９の切り換え方式として、開口絞り７
の場合と同様にターレット方式を利用することもできる
し、あるいはスライド方式を利用することもできる。な
お、コンデンサー光学系中の可動レンズ成分を光軸に沿
って移動させて被照射面における照度ムラを補正し、可
動レンズ成分の移動に伴うコンデンサー光学系のバック
フォーカスの変化をバックフォーカス補正レンズによっ
て補償する技術に関するさらに詳細な説明は、たとえば
特開平１０−１８９４２７号公報に開示されている。

【００４９】コンデンサー光学系８の後側焦点面、すな
わち上述の矩形状の照野が形成される所定面には、照明
視野絞りとしてのマスクブラインド１０が配置されてい
る。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過
部）を介した光束は、結像光学系１１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Ｍを重畳的に
照明する。こうして、結像光学系１１は、マスクブライ
ンド１０の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成する
ことになる。

【００５０】マスクＭのパターンを透過した光束は、投
影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上に
マスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系
ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内において
ウェハＷ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Ｗの各露光領域
にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

【００５１】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Ｍ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形
状であり、フライアイレンズ８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する。この場合、マスクＭ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、フライアイレンズ８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。

【００５２】このように、円形照明用の回折光学素子４
を用いる場合、光源１からの光束に基づいて円形状の二
次光源を形成することができ、この円形状の二次光源か
らの光束に基づいて通常の円形照明を行うことができ
る。なお、前述したように、回折光学素子４は、輪帯照
明用の回折光学素子４ａや４極照明用の回折光学素子４
ｂと切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素
子４に代えて回折光学素子４ａまたは４ｂを照明光路中
に設定することによって得られる輪帯照明または４極照
明について説明する。次の輪帯照明または４極照明に関
連する説明において、括弧内の記述は４極照明に対応す
る。

【００５３】円形照明用の回折光学素子４に代えて、輪
帯照明用の回折光学素子４ａ（４極照明用の回折光学素
子４ｂ）を照明光路中に設定した場合、矩形状の入射光
束が回折光学素子４ａ（４ｂ）を介して輪帯状（４極
状）の光束に変換される。回折光学素子４ａ（４ｂ）を
介した光束は、集光光学系５を介して、フライアイレン
ズ６の入射面に、光軸ＡＸを中心とした輪帯状（４極
状）の照野を形成する。こうして、フライアイレンズ６
の後側焦点面には、フライアイレンズ６への入射光束に
よって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪
帯状（４極状）の二次光源が形成される。

【００５４】なお、回折光学素子４から回折光学素子４
ａ（４ｂ）への切り換えに対応して、円形開口絞り７か
ら開口絞り７ａ（７ｂ）への切り換えが行われる。開口
絞り７ａ（７ｂ）は、２つの輪帯開口絞り２０４および
２０５から選択された１つの輪帯開口絞り（４極開口絞
り２０６）である。このように、輪帯照明用の回折光学
素子４ａ（４極照明用の回折光学素子４ｂ）を用いる場
合、光源１からの光束に基づいて輪帯状（４極状）の二
次光源を形成することができ、この輪帯状（４極状）の
二次光源からの光束に基づいて輪帯照明（４極照明）を
行うことができる。

【００５５】図３は、露光のための円形照明において回
折光学素子の０次透過光に起因して発生する不都合およ
びその解決策を説明する図である。一般に、回折光学素
子は、０次透過光が発生しないように設計されている。
しかしながら、実際の回折光学素子では、その製造誤差
などにより僅かに０次透過光が発生する。図３（ａ）に
示すように、回折光学素子４で回折されることなくその
まま透過した０次透過光は、集光光学系５を介して、フ
ライアイレンズ６を構成する多数のレンズエレメントの
うち、光軸ＡＸ上に位置する中央レンズエレメント６ａ
の入射面上の一点に集光する。

【００５６】この場合、中央レンズエレメント６ａの入
射面では、０次透過光の集光点が特異点となり、局所的
に強度が突出した不均一な照度分布が得られる。中央レ
ンズエレメント６ａに入射した０次透過光は、円形開口
絞り７、バックフォーカス補正レンズ９ａ、コンデンサ
ー光学系８および結像光学系１１を介して、マスクＭに
達する。ここで、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面とマスクＭのパターン面とは、光
学的に共役に配置されている。したがって、マスクＭの
パターン面上において得られる照度分布（ひいてはウェ
ハＷの露光面上で得られる照度分布）は、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面における
照度分布の重ね合わせとなる。

【００５７】こうして、円形照明に際して、回折光学素
子４で発生する０次透過光に起因して、被照射面である
マスクＭのパターン面およびウェハＷの露光面では局所
的に強度が突出した不均一な照度分布が得られることに
なる。そこで、第１実施形態では、回折光学素子４を介
した０次透過光が被照射面であるマスクＭのパターン面
に達するのを遮るための遮蔽手段として、二次光源の形
成位置の近傍において照明光路に対して挿脱可能に構成
された遮光部材１２を備えている。

【００５８】遮光部材１２は、図３（ａ）および（ｂ）
に示すように、全体的に平行平面板の形態を有し、その
中央部に、たとえば円形状の微小な遮光部１２ａが形成
されている。ここで、中央遮光部１２ａは、中央レンズ
エレメント６ａを介した光（０次透過光を含む）を遮る
ように設定されている。なお、遮光部材１２の照明光路
への挿入および照明光路からの退避は、制御系２１から
の指令に基づいて動作する第５駆動系２６により行われ
る。

【００５９】こうして、第１実施形態では、露光のため
の円形照明に際して、図３（ａ）に示すように、制御系
２１からの指示に基づいて第５駆動系２６が遮光部材１
２を照明光路中に設定する。したがって、二次光源の形
成位置の近傍において照明光路中に設定された遮光部材
１２の中央遮光部１２ａの作用により、中央レンズエレ
メント６ａを介した光が遮られ、マスクＭのパターン面
上において得られる照度分布（ひいてはウェハＷの露光
面上で得られる照度分布）は、中央レンズエレメント６
ａを除く他の多数のレンズエレメントの入射面における
照度分布の重ね合わせとなる。その結果、回折光学素子
４の０次透過光の影響を実質的に回避し、被照射面にお
いてほぼ均一な照度分布を得ることができる。

【００６０】ところで、輪帯照明や４極照明の場合、二
次光源の形状が光軸近傍の領域を含まない輪帯状または
４極状になり、これに対応して光軸近傍の領域に遮光部
を有する輪帯開口絞り（２０４または２０５）または４
極開口絞り（２０６）が照明光路中に設定される。した
がって、輪帯照明や４極照明の場合には、回折光学素子
４ａまたは４ｂで発生する０次透過光が輪帯開口絞り
（２０４または２０５）または４極開口絞り（２０６）
で遮られることになり、遮光部材１２を照明光路中に設
定する必要ない。

【００６１】また、一般に、露光装置では、投影光学系
に残存する波面収差を計測し、計測結果に基づいて投影
光学系を調整（収差補正）する必要がある。図４は、投
影光学系に残存する波面収差を簡易に計測するための計
測装置の要部構成およびその原理を説明する図である。
図４に示す計測装置では、マスクＭを設定すべき位置に
計測用レチクルＲを設定し、このレチクルＲを円形照明
する。こうして、レチクルＲのパターン面（図４中左側
の面）上の点Ｐを通過した光は、レチクルＲの他方の面
（図４中右側の面）上に形成されたピンホールＰＨを介
して、投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬに入
射した点Ｐからの光は、ウェハＷ上の点Ｐ’に達する。

【００６２】一方、レチクルＲのパターン面において点
Ｐから間隔を隔てた点Ｑを通過した光は、ピンホールＰ
Ｈおよび投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上の点Ｑ’
に達する。その結果、ウェハＷ上における点Ｐ’と点
Ｑ’との相対位置情報に基づいて、投影光学系ＰＬの瞳
面（開口絞りＡＳが配置される面）における波面の傾き
を、ひいては瞳面における波面収差を計測する。実際に
は、レチクルＲのパターン面に設けられた所定のパター
ンをウェハＷの露光面に焼き付け（投影露光し）、ウェ
ハＷに焼き付けられたパターンの位置情報に基づいて投
影光学系ＰＬの波面収差を計測する。なお、図４に示す
計測装置のさらに詳細な構成および作用については、米
国特許第５，９７８，０８５号公報を参照することがで
きる。

【００６３】上述のように、図４に示す計測装置では、
小さなピンホールＰＨを介した光だけが、すなわち計測
用レチクルＲを照明する光束のうち開口数の極めて小さ
い光束だけが、波面収差の計測に寄与するように構成さ
れている。換言すると、フライアイレンズ６を構成する
多数のレンズエレメントのうち、主として上述の中央レ
ンズエレメント６ａを介した照明光束が波面収差の計測
に利用される。この場合、波面収差計測のための円形照
明に際して、露光のための円形照明の場合と同様に遮光
部材１２を照明光路中に設定すると、波面収差の計測に
寄与すべき光の大部分が中央遮光部１２ａで遮られ、所
望の計測を行うことができなくなる。

【００６４】しかしながら、波面収差の計測に寄与すべ
き光を十分に確保するために遮光部材１２を照明光路か
ら退避させて円形照明を行うと、中央レンズエレメント
６ａの入射面では一点に集光する０次透過光の影響によ
り局所的に強度が突出した不均一な照度分布になってい
るので、計測用レチクルＲに設けられたパターンも局所
的に強度が突出した不均一な照度分布で照明されること
になる。その結果、回折光学素子４の０次透過光に起因
して発生する不均一な照度分布の影響により、波面収差
の計測精度が低下し易い。あるいは、局所的に強度が突
出した不均一な照度分布の影響により、ウェハＷへの焼
き付けを複数回に亘って行う必要が生じ、迅速で高精度
な計測ができなくなる。

【００６５】そこで、第１実施形態では、フライアイレ
ンズ６とマスクＭとの間の光路中において回折光学素子
４を介した０次透過光を拡散させるための拡散手段とし
て、一方の面が拡散面として形成された計測用補正レン
ズ９ｂを、上述の複数のバックフォーカス補正レンズ９
とともに備えている。そして、投影光学系ＰＬの波面収
差の計測時には、第５駆動系２６の作用により遮光部材
１２を照明光路から退避させるとともに、第４駆動系２
５の作用により計測用補正レンズ９ｂを照明光路中に設
定して円形照明を行う。このとき、フレアーの原因とな
る不要光をできるだけ制限するために、最も小径の円形
開口絞り２０３を照明光路中に設定する。

【００６６】こうして、照明光路中に設定された計測用
補正レンズ９ｂの拡散面の作用により回折光学素子４の
０次透過光が拡散されて一様になり、計測用レチクルＲ
に設けられたパターンを比較的均一な照度分布で照明す
ることができる。その結果、回折光学素子４の０次透過
光の影響を実質的に回避し、投影光学系の波面収差の計
測を迅速に且つ高精度に行うことができる。

【００６７】なお、上述の第１実施形態では、回折光学
素子４を介した０次透過光が被照射面であるマスクＭの
パターン面に達するのを遮るための遮蔽手段として、二
次光源の形成位置の近傍において照明光路に対して挿脱
可能に構成された遮光部材１２を用いている。しかしな
がら、これに限定されることなく、遮蔽手段として、回
折光学素子４と集光光学系５との間の光路中に設定可能
に構成された所定の角度特性を有する干渉フィルター
（不図示）を用いることができる。図５は、遮蔽手段と
しての干渉フィルターに付与すべき角度特性を示す図で
ある。

【００６８】図５に示すように、遮蔽手段としての干渉
フィルターは、ほぼ垂直入射する光（入射角がほぼ０の
光）に対する透過率が非常に小さく、所定の入射角θ１
以上の角度で入射する光に対する透過率が十分に大きく
設定されている。ここで、θ１は、たとえば回折光学素
子４の一次回折角よりもわずかに小さく設定されてい
る。こうして、回折光学素子４からの不要光である０次
透過光の大部分が干渉フィルターによって遮られ、回折
光学素子４からの回折光の大部分が干渉フィルターを透
過する。

【００６９】したがって、フライアイレンズ６におい
て、中央レンズエレメント６ａの入射面においても他の
レンズエレメントの入射面と同様に、回折光学素子４の
０次透過光の影響を実質的に受けることなくほぼ均一な
照度分布が得られる。その結果、干渉フィルターを用い
る場合においても遮蔽部材１２を用いる場合と同様に、
回折光学素子４の０次透過光の影響を実質的に回避し、
被照射面においてほぼ均一な照度分布を得ることができ
る。

【００７０】また、上述したように、遮蔽手段として干
渉フィルターを用いる場合には、中央レンズエレメント
６ａの入射面において、回折光学素子４の０次透過光の
影響を実質的に受けることなくほぼ均一な照度分布が得
られる。したがって、遮蔽手段として遮光部材１２を用
いる場合には、波面収差の計測に際して遮光部材１２を
照明光路から退避させるとともに計測用補正レンズ９ｂ
を照明光路中に設定しているが、遮蔽手段として干渉フ
ィルターを用いる場合には、波面収差の計測に際して干
渉フィルターを照明光路中に設定するだけで計測用補正
レンズ９ｂは不要になる。

【００７１】また、上述の第１実施形態では、波面収差
の計測に際して計測用補正レンズ９ｂを照明光路中に設
定しているが、たとえば一方の面が拡散面として形成さ
れた平行平面板のような計測用補正光学部材を照明光路
中に設定することもできる。この場合、計測用補正光学
部材を、マスクＭの共役面から実質的に離れた位置に、
たとえば結像光学系１１の瞳面の近傍や二次光源の形成
位置の近傍に設定することが好ましい。あるいは、結像
光学系１１の瞳面の近傍に配置されたレンズ面を拡散面
として形成し、このレンズ面により回折光学素子４の０
次透過光を拡散することもできる。

【００７２】さらに、上述の第１実施形態では、遮光部
材１２の中央遮光部１２ａを円形状に形成しているが、
これに限定されることなく、たとえばフライアイレンズ
６の各レンズエレメントの断面形状に対応するように中
央遮光部１２ａを矩形状に形成することもできる。

【００７３】また、上述の第１実施形態では、波面収差
の計測に際して、フレアーの原因となる不要光をできる
だけ制限するために最も小径の円形開口絞り２０３を照
明光路中に設定しているが、波面収差計測用の開口絞り
としてさらに小径の円形開口絞りを用いることもでき
る。

【００７４】さらに、上述の第１実施形態では、遮光部
材１２の中央遮光部１２ａがフライアイレンズ６の中央
レンズエレメント６ａを介した光を遮るように構成され
ているが、フライアイレンズ６を構成するレンズエレメ
ントのサイズが小さい場合には、回折光学素子４の０次
透過光を実質的に遮蔽するために、必要に応じて光軸Ａ
Ｘ近傍の複数のレンズエレメントを介した光を遮るよう
に構成することが好ましい。

【００７５】図６は、本発明の第２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。第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第１実施形態では集光光学系が固
定焦点距離を有する光学系として構成されているのに対
し、第２実施形態では集光光学系が可変焦点距離を有す
るズームレンズとして構成されている点だけが基本的に
相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目し
て、第２実施形態を説明する。なお、図６では、図１と
同様に、照明光学装置が円形照明を行うように設定され
ている。

【００７６】第２実施形態では、集光光学系が、光軸Ａ
Ｘに沿って独立に移動可能な複数のレンズ群からなるズ
ームレンズ５０として構成されている。そして、各レン
ズ群を光軸に沿って移動させることによって、その前側
焦点面（回折光学素子４の回折面と一致）および後側焦
点面（フライアイレンズ６の入射面と一致）の位置を変
化させることなく焦点距離が変化するように構成されて
いる。ここで、ズームレンズ５０の焦点距離の変化、す
なわちズームレンズ５０を構成する各レンズ群の光軸Ａ
Ｘに沿った移動は、制御系２１からの指令に基づいて動
作する第６駆動系２７により行われる。

【００７７】第２実施形態では、ズームレンズ５０の焦
点距離を変化させることにより、フライアイレンズ６の
後側焦点面に形成される二次光源の大きさを相似的に変
化させることができる。具体的には、円形照明の場合、
ズームレンズ５０の焦点距離を変化させることにより、
円形状の二次光源の外径を変更することができる。ま
た、輪帯照明や４極照明の場合、ズームレンズ５０の焦
点距離を変化させることにより、輪帯比を変更すること
なくその外径を変更することができる。したがって、第
２実施形態では、開口絞り７（７ａ，７ｂ）における光
量損失を第１実施形態よりも抑えることができる。

【００７８】こうして、第２実施形態においても第１実
施形態と同様に、露光のための円形照明に際して、遮光
部材１２を照明光路中に設定し、その中央遮光部１２ａ
で中央レンズエレメント６ａを介した光を遮ることによ
って、回折光学素子４の０次透過光の影響を実質的に回
避し、被照射面においてほぼ均一な照度分布を得ること
ができる。また、投影光学系ＰＬの波面収差の計測時に
は、遮光部材１２を照明光路から退避させるとともに計
測用補正レンズ９ｂを照明光路中に設定して円形照明を
行うことにより、回折光学素子４の０次透過光の影響を
実質的に回避し、投影光学系の波面収差の計測を迅速に
且つ高精度に行うことができる。なお、第２実施形態に
かかる露光装置のさらに詳細な基本的構成は、たとえば
特願平１１−３０８１８６号公報を参照することができ
る。

【００７９】図７は、本発明の第３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。第３実施形態は、第２実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第３実施形態では、回折光学素子
の光源側にマイクロフライアイ（マイクロフライアイレ
ンズ，マイクロレンズアレイ）を配置し、このマイクロ
フライアイと回折光学素子との間の光路中にアフォーカ
ルズームレンズを配置している点だけが第２実施形態と
基本的に相違している。以下、第２実施形態との相違点
に着目して、第３実施形態を説明する。なお、図７で
は、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されてい
る。

【００８０】第３実施形態では、光源１からの光束がビ
ームエキスパンダー２および折り曲げミラー３を介し
て、マイクロフライアイ７１に入射する。マイクロフラ
イアイ７１は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正六
角形状の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子
である。一般に、マイクロフライアイは、たとえば平行
平面ガラス板にエッチング処理を施して微小レンズ群を
形成することによって構成される。なお、図７では、図
面の明瞭化のために、マイクロフライアイ７１を構成す
る微小レンズの数を実際よりも非常に少なく表してい
る。

【００８１】したがって、マイクロフライアイ７１に入
射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割さ
れ、各微小レンズの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源
（集光点）が形成される。マイクロフライアイ７１の後
側焦点面に形成された多数の光源からの光束は、それぞ
れ正六角形状の断面を有する発散光束となって、アフォ
ーカルズームレンズ７２に入射する。なお、マイクロフ
ライアイ７１は、図示を省略した駆動系により照明光路
に対して挿脱自在に構成されている。

【００８２】また、アフォーカルズームレンズ７２は、
アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の
範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構
成されている。ここで、アフォーカルズームレンズ７２
の倍率変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作す
る第７駆動系２８により行われる。アフォーカルズーム
レンズ７２を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子
４ａに入射する。このとき、マイクロフライアイ７１の
後側焦点面に形成された各光源からの発散光束は、正六
角形状の断面を維持したまま、回折光学素子４ａの回折
面上に収束する。

【００８３】すなわち、アフォーカルズームレンズ７２
は、マイクロフライアイ７１の後側焦点面と回折光学素
子４ａの回折面とを光学的に共役に結んでいる。そし
て、回折光学素子４ａの回折面上の一点に集光する光束
の開口数は、アフォーカルズームレンズ７２の倍率に依
存して変化する。回折光学素子４ａを介して形成された
輪帯状の光束は、ズームレンズ５０を介して、フライア
イレンズ６の入射面に輪帯状の照野を形成し、ひいては
フライアイレンズ６の後側焦点面に同じく輪帯状の二次
光源を形成する。この輪帯状の二次光源の大きさは、ズ
ームレンズ５０の焦点距離に依存して変化する。

【００８４】同様に、輪帯照明用の回折光学素子４ａに
代えて４極照明用の回折光学素子４ｂを照明光路中に設
定すると、フライアイレンズ６の後側焦点面に４極状の
二次光源を得ることができる。輪帯照明や４極照明の場
合、アフォーカルズームレンズ７２の倍率を変化させる
ことにより、輪帯状または４極状の二次光源の大きさ
（外径）およびその形状（輪帯比）をともに変更するこ
とができる。一方、ズームレンズ５０の焦点距離を変化
させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の輪
帯比を変更することなくその外径を変更することができ
る。すなわち、アフォーカルズームレンズ７２の倍率と
ズームレンズ５０の焦点距離とを適宜変化させることに
より、輪帯状または４極状の二次光源の外径を変化させ
ることなくその輪帯比だけを変更することができる。

【００８５】さらに、マイクロフライアイ７１を照明光
路から退避させるとともに円形照明用の回折光学素子４
を照明光路中に設定すると、フライアイレンズ６の後側
焦点面に円形状の二次光源を得ることができる。以下、
円形照明用の回折光学素子４を照明光路中に設定するこ
とによって得られる通常円形照明について説明する。こ
の場合、アフォーカルズームレンズ７２には光軸ＡＸに
沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。

【００８６】アフォーカルズームレンズ７２に入射した
光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状
の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカ
ルズームレンズ７２から射出され、回折光学素子４に入
射する。回折光学素子４により形成された円形光束は、
ズームレンズ５０を介して、フライアイレンズ６の入射
面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成す
る。その結果、フライアイレンズ８の後側焦点面にも、
光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。
この場合、ズームレンズ５０の焦点距離を変化させるこ
とにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更すること
ができる。

【００８７】こうして、第３実施形態においても第１実
施形態および第２実施形態と同様に、露光のための円形
照明に際して、遮光部材１２を照明光路中に設定し、そ
の中央遮光部１２ａで中央レンズエレメント６ａを介し
た光を遮ることによって、回折光学素子４の０次透過光
の影響を実質的に回避し、被照射面においてほぼ均一な
照度分布を得ることができる。また、投影光学系ＰＬの
波面収差の計測時には、遮光部材１２を照明光路から退
避させるとともに計測用補正レンズ９ｂを照明光路中に
設定して円形照明を行うことにより、回折光学素子４の
０次透過光の影響を実質的に回避し、投影光学系の波面
収差の計測を迅速に且つ高精度に行うことができる。な
お、第３実施形態にかかる露光装置のさらに詳細な基本
的構成は、たとえば特願平１１−２５５６３６号公報を
参照することができる。

【００８８】図８は、本発明の第４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。第４実施形態は、第３実施形態と類似の構成を有
する。しかしながら、第４実施形態では、回折光学素子
の位置とマイクロフライアイの位置とが逆になっている
点だけが第３実施形態と基本的に相違している。以下、
第３実施形態との相違点に着目して、第４実施形態を説
明する。なお、図８では、図７と同様に、照明光学装置
が輪帯照明を行うように設定されている。

【００８９】第４実施形態において、アフォーカルズー
ムレンズ７２は、回折光学素子４ａとマイクロフライア
イ７１の入射面とを光学的にほぼ共役に結ぶように構成
されている。また、ズームレンズ５０は、マイクロフラ
イアイ７１の後側焦点面とフライアイレンズ６の入射面
とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。したが
って、第３実施形態におけるマイクロフライアイ７１か
らズームレンズ５０までの部分光学系と、第４実施形態
における回折光学素子４ａ（４，４ｂ）からズームレン
ズ５０までの部分光学系とは光学的に等価である。

【００９０】こうして、第４実施形態では、輪帯照明用
の回折光学素子４ａとアフォーカルズームレンズ７２と
が、光源１からの光束を多数の輪帯状の光束に変換し、
これら多数の輪帯状の光束を光軸ＡＸに対して斜め方向
からマイクロフライアイ７１の入射面へ入射させる。そ
の結果、第４実施形態では第３実施形態と同様に、フラ
イアイレンズ６の入射面に輪帯状の照野が形成され、ひ
いてはフライアイレンズ６の後側焦点面に同じく輪帯状
の二次光源が形成される。

【００９１】同様に、輪帯照明用の回折光学素子４ａに
代えて４極照明用の回折光学素子４ｂを照明光路中に設
定すると、フライアイレンズ６の後側焦点面に４極状の
二次光源を得ることができる。また、輪帯照明や４極照
明の場合に、アフォーカルズームレンズ７２の倍率を変
化させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の
大きさ（外径）およびその形状（輪帯比）をともに変更
することができる点、ズームレンズ５０の焦点距離を変
化させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の
輪帯比を変更することなくその外径を変更することがで
きる点は、第３実施形態と同様である。

【００９２】さらに、円形照明用の回折光学素子４を照
明光路中に設定すると、フライアイレンズ６の後側焦点
面に円形状の二次光源を得ることができる。このとき、
マイクロフライアイ７１を照明光路中に設定したままで
もよいし、マイクロフライアイ７１を照明光路から退避
させてもよい。あるいは、円形照明用の回折光学素子４
を用いることなく、他の変形照明用の回折光学素子４ａ
および４ｂを照明光路から退避させることにより、フラ
イアイレンズ６の後側焦点面に正六角形状の二次光源を
形成し、この正六角形状の二次光源を円形開口絞りで制
限して円形照明を行うこともできる。いずれの場合も、
ズームレンズ５０の焦点距離を変化させることにより、
円形状または正六角形状の二次光源の外径を適宜変更す
ることができる。

【００９３】こうして、第４実施形態においても、露光
のための円形照明に際して回折光学素子４を用いる場
合、遮光部材１２を照明光路中に設定し、その中央遮光
部１２ａで中央レンズエレメント６ａを介した光を遮る
ことによって、回折光学素子４の０次透過光の影響を実
質的に回避し、被照射面においてほぼ均一な照度分布を
得ることができる。また、投影光学系ＰＬの波面収差の
計測時には、遮光部材１２を照明光路から退避させると
ともに計測用補正レンズ９ｂを照明光路中に設定して円
形照明を行うことにより、回折光学素子４の０次透過光
の影響を実質的に回避し、投影光学系の波面収差の計測
を迅速に且つ高精度に行うことができる。なお、第４実
施形態にかかる露光装置のさらに詳細な基本的構成は、
たとえば特開２０００−１８２９３３号公報を参照する
ことができる。

【００９４】上述の各実施形態にかかる露光装置では、
照明光学装置によってマスク（レチクル）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、各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９のフローチャートを参照し
て説明する。

【００９５】先ず、図９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、各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。

【００９６】また、各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１０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１０において、パターン形
成工程４０１では、各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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】なお、上述の各実施形態においては、多数
のレンズエレメントを集積してフライアイレンズ６を形
成しているが、フライアイレンズ６に代えてマイクロフ
ライアイを用いることも可能である。マイクロフライア
イは、光透過性基板にエッチングなどの手法により複数
の微少レンズ面をマトリックス状に設けたものである。
複数の光源像を形成する点に関して、フライアイレンズ
とマイクロフライアイとの間に機能上の差異は実質的に
は無いが、１つの要素レンズ（微少レンズ）の開口の大
きさを極めて小さくできること、製造コストを大幅に削
減できること、光軸方向の厚みを非常に薄くできること
などの点で、マイクロフライアイが有利である。

【０１００】また、上述の第３実施形態および第４実施
形態では、マイクロフライアイ７１を構成する微小レン
ズの形状を正六角形に設定している。これは、円形状の
微小レンズでは、稠密に配列を行うことができず光量損
失が発生するため、円形に近い多角形として正六角形を
選定しているからである。しかしながら、マイクロフラ
イアイ７１を構成する各微小レンズの形状はこれに限定
されることなく、たとえば矩形状を含む他の適当な形状
を用いることができる。

【０１０１】さらに、上述の各実施形態では、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。同様に、上述の各実施形態では、露光
装置の投影光学系の波面収差計測に本発明を適用してい
るが、投影光学系以外の一般の被検光学系の波面収差計
測に本発明を適用することもできる。ところで、本発明
で利用することのできる回折光学素子に関する詳細な説
明は、米国特許第５，８５０，３００号公報などに開示
されている。

【０１０２】さて、上述の各実施形態においては、光源
としてＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）やＡ
ｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）等、波長が１
８０ｎｍ以上の露光光を用いているため回折光学素子は
例えば石英ガラスで形成することができる。なお、露光
光として２００ｎｍ以下の波長を用いる場合には、回折
光学素子を螢石、フッ素がドープされた石英ガラス、フ
ッ素及び水素がドープされた石英ガラス、構造決定温度
が１２００Ｋ以下で且つＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以
上である石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下で
且つ水素分子濃度が１×１０¹⁷molecules／ｃｍ³以上で
ある石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下でかつ
塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラス、及び構造
決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１
０¹⁷molecules／ｃｍ³以上で且つ塩素濃度が５０ｐｐｍ
以下である石英ガラスのグループから選択される材料で
形成することが好ましい。

【０１０３】なお、構造決定温度が１２００Ｋ以下で且
つＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英ガラスに
ついては、本願出願人による特許第２７７０２２４号公
報に開示されており、構造決定温度が１２００Ｋ以下で
且つ水素分子濃度が１×１０ ¹⁷molecules／ｃｍ³以上で
ある石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下でかつ
塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラス、及び構造
決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１
０¹⁷molecules／ｃｍ³以上で且つ塩素濃度が５０ｐｐｍ
以下である石英ガラスについては本願出願人による特許
第２９３６１３８号公報に開示されている。

【０１０４】

【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、照明光路中に設定された遮光部材の作用によ
りフライアイレンズの中央レンズエレメントを介した光
を遮る。したがって、被照射面において得られる照度分
布は、中央レンズエレメントを除く他の多数のレンズエ
レメントの入射面における照度分布の重ね合わせとな
る。その結果、回折光学素子の０次透過光の影響を実質
的に回避して、被照射面においてほぼ均一な照度分布を
得ることができる。

【０１０５】また、本発明の照明光学装置では、フライ
アイレンズと被照射面との間の光路中において回折光学
素子を介した０次透過光を拡散させるための拡散手段と
して、たとえば計測用補正光学部材を備えている。した
がって、被検光学系の波面収差の計測時に、上述の遮光
部材を照明光路から退避させるとともに計測用補正光学
部材を照明光路中に設定することにより、この計測用補
正光学部材の拡散作用により回折光学素子の０次透過光
が拡散されて一様になる。その結果、回折光学素子の０
次透過光の影響を実質的に回避して、被検光学系の波面
収差の計測を迅速に且つ高精度に行うことができる。

【０１０６】したがって、本発明の照明光学装置を組み
込んだ露光装置では、回折光学素子の０次透過光の影響
を実質的に回避して被照射面において均一な照度分布を
得ることができるので、良好な照明条件のもとで良好な
マイクロデバイスを製造することができる。また、回折
光学素子の０次透過光の影響を実質的に回避して被検光
学系の波面収差の計測を迅速に且つ高精度に行うことが
できるので、波面収差の良好に補正された高精度な投影
光学系を介して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】本発明の第１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】複数の開口絞りが円周状に配置されたターレッ
トの構成を概略的に示す図である。

【図３】露光のための円形照明において回折光学素子の
０次透過光に起因して発生する不都合およびその解決策
を説明する図である。

【図４】投影光学系に残存する波面収差を簡易に計測す
るための計測装置の要部構成およびその原理を説明する
図である。

【図５】遮蔽手段としての干渉フィルターに付与すべき
角度特性を示す図である。

【図６】本発明の第２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７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得
る際の手法のフローチャートである。

【図１０】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。

【符号の説明】

１光源４回折光学素子６フライアイレンズ７開口絞り８コンデンサー光学系９ａバックフォーカス補正レンズ９ｂ計測用補正レンズ１０マスクブラインド１１結像光学系１２遮光部材５０ズームレンズ７１マイクロフライアイ７２アフォーカルズームレンズＭマスクＰＬ投影光学系Ｗウェハ２１制御系２２〜２８駆動系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川井秀実東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者小澤謙東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者遠藤豊東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA07 BA09 BA12 5F046 CB05 CB13

Claims

【特許請求の範囲】

【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を所定断面形状の光束に変換す
るための回折光学素子と、前記回折光学素子を介した光束を集光するための集光光
学系と、前記集光光学系を介した光束に基づいて多数の光源を形
成するためのオプティカルインテグレータと、前記多数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、前記回折光学素子を介した０次透過光が前記被照射面に
達するのを遮るための遮蔽手段とを備えていることを特
徴とする照明光学装置。
【請求項２】前記遮蔽手段は、前記多数光源の形成位
置の近傍に設置可能に構成された遮光部を有することを
特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】前記オプティカルインテグレータは、縦
横に配列された多数の微小レンズを有し、前記遮光部は、前記多数光源の形成位置の近傍に設置さ
れ、前記集光光学系の光軸近傍の１つまたは複数の微小
レンズを介した光を遮るように構成されていることを特
徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】前記遮蔽手段は、前記回折光学素子と前
記集光光学系との間の光路中に設定可能に構成された所
定の角度特性を有する干渉フィルターを有することを特
徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項５】前記オプティカルインテグレータと前記
被照射面との間の光路中において、前記回折光学素子を
介した０次透過光を拡散させるための拡散手段を備えて
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。
【請求項６】前記拡散手段は、前記被照射面の共役面
から実質的に離れた位置に設定可能に構成されて少なく
とも一方の面が拡散面状に形成された光学部材を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
【請求項７】前記光学部材は、前記多数光源の形成位
置の近傍に設置可能に構成されていることを特徴とする
請求項６に記載の照明光学装置。
【請求項８】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を所定断面形状の光束に変換す
るための回折光学素子と、前記回折光学素子を介した光束を集光するための集光光
学系と、前記集光光学系を介した光束に基づいて多数の光源を形
成するためのオプティカルインテグレータと、前記多数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、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間
の光路中において、前記回折光学素子を介した０次透過
光を拡散させるための拡散手段とを備えていることを特
徴とする照明光学装置。
【請求項９】前記拡散手段は、前記被照射面の共役面
から実質的に離れた位置に設定可能に構成されて少なく
とも一方の面が拡散面状に形成された光学部材を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】前記光学部材は、前記多数光源の形成
位置の近傍に設置可能に構成されていることを特徴とす
る請求項９に記載の照明光学装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１項に記
載の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスク
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。
【請求項１２】請求項４乃至７のいずれか１項に記載
の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスクの
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
系とを備えた露光装置の製造方法において、前記干渉フィルターを前記回折光学素子と前記集光光学
系との間の光路中に設定し、前記回折光学素子を介した
０次透過光を前記干渉フィルターにより遮った状態で前
記投影光学系の収差を計測する収差計測工程と、前記収差計測工程で得られた計測結果に基づいて前記投
影光学系を調整する調整工程とを含むことを特徴とする
製造方法。
【請求項１３】請求項８乃至１０のいずれか１項に記
載の照明光学装置と、前記被照射面に設定されたマスク
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
学系とを備えた露光装置の製造方法において、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間
の光路中において、前記回折光学素子を介した０次透過
光を前記拡散手段により拡散させた状態で前記投影光学
系の収差を計測する収差計測工程と、前記収差計測工程で得られた計測結果に基づいて前記投
影光学系を調整する調整工程とを含むことを特徴とする
製造方法。
【請求項１４】請求項１１に記載の露光装置により前
記マスクのパターンを前記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。
【請求項１５】請求項１２または１３に記載の製造方
法により製造された露光装置により前記マスクのパター
ンを前記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。
【請求項１６】請求項４乃至７のいずれか１項に記載
の照明光学装置を用いて被検光学系の収差を計測する収
差計測方法において、前記干渉フィルターを前記回折光学素子と前記集光光学
系との間の光路中に設定し、前記回折光学素子を介した
０次透過光を前記干渉フィルターにより遮った状態で前
記投影光学系の収差を計測することを特徴とする収差計
測方法。
【請求項１７】請求項８乃至１０のいずれか１項に記
載の照明光学装置を用いて被検光学系の収差を計測する
収差計測方法において、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間
の光路中において、前記回折光学素子を介した０次透過
光を前記拡散手段により拡散させた状態で前記投影光学
系の収差を計測することを特徴とする収差計測方法。