JP2009206227A - 照明光学系およびこれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないミラー枚数で円弧領域を良好に照明することを可能とする照明光学系を提供する。
【解決手段】光源からの光が入射する一対のフライアイミラー２１１と、一対のフライアイミラー２１１からの光を集光する第１コンデンサー２１２と、母線方向が揃った複数の円筒反射面を備え、第１コンデンサー２１２からの光が入射する波板インテグレータ２１３と、母線方向に垂直に配置された開口絞り２１５と、波板インテグレータ２１３の複数の円筒反射面からの光を被照明面上で重ね合わせる第２コンデンサー２１６とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は照明光学系に関する。本発明は、例えば、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外領域（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）露光光を用いた露光装置の照明光学系に好適である。

従来から、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外領域の光（ＥＵＶ光）を用いた露光装置（ＥＵＶ露光装置）が使用されており、原版（レチクル）の照明領域を効率的かつ均一に照明することができる照明光学系が要求されている。

ＥＵＶ領域では物質による吸収が非常に大きくなるので、レンズを利用した屈折光学系は実用的でない。このため、ＥＵＶ露光装置には、反射光学系が用いられる。

このような反射光学系を用いたＥＵＶ露光装置用の照明光学系が、特許文献１、２、３に開示されている。

特許文献１には、円弧状の輪郭を持つ第１のフライアイミラーと第２のフライアイミラーを用いた構成により円弧状の領域を照明している照明光学系が開示されている。第２のフライアイミラー上に複数の光源像を形成するように第１および第２のフライアイミラーを配置させ、２枚のフライアイミラーによって１つのインテグレータとしての効果を持たせている。

特許文献２には、矩形状の輪郭を持つ第１のフライアイミラーと第２のフライアイミラーを持ち、円弧状の領域を照明するために少なくとも１つ以上の斜入射型のフィールド反射鏡を用いた照明光学系が開示されている。第２のフライアイミラー上に複数の光源像を形成するように第１および第２のフライアイミラーを配置させ、２枚のフライアイミラーによって１つのインテグレータとしての効果を持たせている。

特許文献３には、第１の波板インテグレータ（多数の円筒面を平行に多数並べたインテグレータ）と第１のコンデンサーによって第２の波板インテグレータを均一に照明する。第２の波板インテグレータと第２のコンデンサーによって円弧状の領域を照明する照明光学系が開示されている。
特開平１１−３１２６３８号公報 特表２００４−５１０３４０号公報 特開２００３−０４５７７４号公報

しかしながら、従来技術の構成は、原版（レチクル）の照明領域を効率的かつ均一に照明する上で以下のような問題点があった。

特許文献１に開示されている照明光学系は、円弧状のフライアイミラーを製造するのが難しいという問題を有している。

また、特許文献２に開示されている照明光学系は、矩形状の照明領域を斜入射型のフィールド反射鏡によって歪ませているために有効光源分布が歪み、結像性能が悪化するという問題を有している。

また、特許文献３に開示されている照明光学系は、波板インテグレータを２つ用いることによって有効光源のムラを解消しているが、フィールドミラーがないためエテンデューの大きな光源の場合、照明効率が低下するという問題を有している。

本発明は、光源の揺らぎや角度分布の影響による有効光源のムラを抑え、エテンデューの大きな光源でも効率よく円弧状の領域に照明することが可能な照明光学系を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光が入射する一対のフライアイミラーと、前記一対のフライアイミラーからの光を集光する第１コンデンサーと、母線方向が揃った複数の円筒反射面を備え、前記第１コンデンサーからの光が入射する反射型インテグレータと、前記母線方向に垂直に配置された開口絞りと、前記反射型インテグレータの前記複数の円筒反射面からの光を被照明面上で重ね合わせる第２コンデンサーとを有することを特徴とする。

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、有効光源のムラを極力抑え、効率よく照明を行うことが可能な照明装置を実現できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

以下、図１を参照して、実施例１の露光装置１０００について説明する。ここで、図１は、露光装置１０００の概略構成図である。

露光装置１０００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、例えば、ステップアンドスキャン方式でマスク（レチクル）Ｒの回路パターンをウエハ（被露光体）Ｗに露光するＥＵＶ露光装置である。

露光装置１０００は、光源部１００と装置本体２００によって構成される。光源部１００及び装置本体２００の各構成要素は、それぞれ真空容器１０１，２０１内に収納される。真空容器１０１と２０１とは、接続部１２０によって接続されている。真空容器１０１及び２０１並びに接続部１２０の内部は、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために、露光中、真空に維持される。

まず光源部１００の各構成要素について説明する。光源部１００は、真空容器１０１内部に、放電ヘッダ１１１、集光ミラー１１２、デブリフィルタ１１３、波長フィルタ１１４、差動排気機構１１５、アパーチャ１１６を有する。

集光ミラー１１２は、プラズマ発光部ＥＰからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集光する回転楕円ミラー等で構成される。デブリフィルタ１１３は、ＥＵＶ光が発生する際に生じるデブリ（飛散粒子）の露光経路への侵入を低減する。波長フィルタ１１４は、発光部ＥＰから発せられるＥＵＶ光以外の波長の光を除去する。差動排気機構１１５は、真空容器１０１から真空容器２０１に向けて段階的に内部圧力を減少させる。アパーチャ１１６は、集光ミラー１１２の集光点近傍に配置されたピンホール状の開口である。露光光としてのＥＵＶ光は、このアパーチャ１１６を通過して装置本体２００側に進む。

なお、本実施例では、光源部１００として放電型プラズマ光源を使用しているが、レーザープラズマ光源など他の種類のＥＵＶ光源を使用してもよい。

次いで装置本体２００の各構成要素の説明を行う。装置本体２００は、真空容器２０１内部に、照明光学系２１０、マスクステージ２２０、投影光学系２３０、ウエハステージ２４０を有する。

照明光学系２１０は、ＥＵＶ光を伝播してマスクＲを照明する手段である。照明光学系２１０は、一対のフライアイミラー２１１、第１コンデンサー２１２、反射型インテグレータとしての波板インテグレータ２１３、開口絞り２１５、円弧変換光学系としての第２コンデンサー２１６、平面ミラー２１７、スリット２１８を有する。一対のフライアイミラー２１１は、第１のフライアイミラー２１１ａと、第２のフライアイミラー２１１ｂとにより構成される。波板インテグレータ２１３は、母線方向が揃った複数の円筒反射面で構成される。第２コンデンサー２１６は、凸面鏡２１６ａと、凹面鏡２１６ｂとにより構成される。

上記アパーチャ１１６を通過したＥＵＶ光束ＩＬは第１のフライアイミラー２１１ａに入射し、多数の光束に分割される。図２（ａ）に第１のフライアイミラー２１１aの様子を示す。実施例１では、後述する円弧照明領域のスリット幅方向であるＹ軸方向とスリット長手方向であるＸ軸方向の分割数が４×４となっている。ここで、Ｙ軸方向は、波板インテグレータ２１３を構成する各円筒反射面の母線に対して平行な方向に対応し、Ｘ軸方向は、母線に対して直交する方向（複数の円筒反射面の配列方向）に対応する。

第１のフライアイミラー２１１ａに入射する光束の領域は、図２（ａ）の１１３ａに示すように円の中心が抜けてしまっているような領域であるが、これはデブリを除去するためのフィルタ１１３に起因する。フライアイミラー２１１aでは領域１１３ａが示すように光束が当たる部分と当たらない部分があるが、後述する第２のインテグレータである波板インテグレータ２１３があるため、照度ムラや有効光源のムラへの影響は小さい。しかし、これらの影響が大きいときは第１のフライアイミラー２１１ａの分割数を増やし、光束の当たっている部分のみを使うことによって影響を低減できる。

上記第１のフライアイミラー２１１ａで分割された光束は第２のフライアイミラー２１１ｂ上に集光され、２次光源の像が複数形成される。第２のフライアイミラー２１１ｂの素子は、図２（ｂ）に示すように、スリット幅方向とスリット長手方向に関し異なる数で配置される。ここで、スリット幅方向とスリット長手方向に関し異なる数で配置されるとは、第２のフライアイミラー２１１ｂのＹ軸方向またはＸ軸方向における長さ（要素ミラーの数）が異なることを意味している。例えば、図２（ｂ）に示す円形状の複数の要素ミラーからなる第２のフライアイミラー２１１ｂにおいて、ひとつの要素ミラーの直径の長さを１とすると、図中のスリット幅方向の長さは２、スリット長手方向の長さは、ほぼ９．６となる。これはスリット幅方向とスリット長手方向でのラグランジュ不変量を調整するためであり、実施例１の第１のフライアイミラー２１１ａではスリット幅方向と長手方向の分割数が４×４、第２のフライアイミラー２１１ｂでは２×８程度に分割されている。よって、各要素ミラーのラグランジュ不変量は第１のフライアイミラー２１１ａによって、スリット幅方向・長手方向共に光源のラグランジュ不変量の１／４程度になる。そして、第２のフライアイミラー２１１ｂのスリット幅方向・長手方向の個数によって各要素ミラーのラグランジュ不変量が足しあわされる。そのため、実施例１では光源のラグランジュ不変量に対して、フライアイミラー通過後のスリット幅方向のラグランジュ不変量は半分（１／４×２）に調整される。また、長手方向は２倍（１／４×８）に調整され、第２のフライアイミラー２１１ｂの外形はスリット長手方向に長い矩形に近い形状となる。

このとき第１のフライアイミラー２１１ａの光学素子一つ一つは第２のフライアイミラー２１１ｂの光学素子一つ一つに対応するよう角度調整されている。また、第２のフライアイミラー２１１ｂの一つ一つも第１のフライアイミラー２１１ａからきた光束を第１のコンデンサー２１２へと偏向するためにそれぞれ角度調整されている。また、第２のフライアイミラー２１１ｂとアパーチャ１１６とは共役な関係にあるため、第２のフライアイミラー２１１ｂの個々の形状はアパーチャ１１６の形状とほぼ同じであることが望ましい。

ここで上記のフライアイミラー２１１ａ，２１１ｂは，ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、高温のプラズマ発光部ＥＰからの放射エネルギーを一部吸収するために、露光中に高温になる。そのために材質としては熱伝導性の高い金属等の材料を用いるとともに、水冷など不図示の冷却手段を有しており、露光中は常に冷却されている。

また、以下では特に明示しないが、光学系に用いられている各ミラーの反射面には、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、必要に応じてミラーは熱伝導性の高い金属等の材料を用いたり、冷却手段を装備したりしている。

次に、第２のフライアイミラー２１１ｂからの複数の光束は第１のコンデンサー２１２によって重畳され、ＥＵＶ光束ＩＬとして複数の円筒面ミラーを有するインテグレータ２１３がほぼ均一に照明されるように入射する。インテグレータに入射したＥＵＶ光束ＩＬは各円筒面により分割されて発散し後述する開口絞り２１５を経る。開口絞り２１５の開口は、有効光源の形状を定める。

第２コンデンサー２１６は、波板インテグレータ２１３からの光を円弧状に集光し、複数の３次光源それぞれからの光を、平面ミラー２１７を介して被照明面上（マスクＲ上）で重ね合わせるための光学系である。第２コンデンサー２１６は、凸面鏡２１６ａ及び凹面鏡２１６ｂの作用でマスクＲの照明に好適な円弧照明領域を形成する。平面ミラー２１７は、第２コンデンサー２１６からの光を、マスクＲへ所定の角度で入射させるための部材である。

波板インテグレータ２１３の各円筒反射面により分割されて発散する光束は、第２コンデンサー２１６により円弧状に集光されて、スリット２１８の開口、ひいてはマスクＲ面上で、均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。円弧照明領域は、その曲率中心が投影光学系２３０の光軸（中心軸）ＡＸ１に一致するよう、設定される。

スリット２１８は、マスクＲ上での照明領域を定める部材である。図１２の平面図に示すように、スリット２１８は、円弧状の開口部２１８ａと、開口部２１８ａの幅を部分的に調節する可動部２１８ｂとを有する。また、図１２において、ＡＩＡは波板インテグレータ２１３及び第２コンデンサー２１６により形成された円弧照射領域である。照明領域ＡＩＡと開口部２１８ａによりマスクＲの照明領域が決定される。

走査露光において、開口部２１８ａのスリット長手方向に照度ムラが存在すると、露光ムラの要因となる。この問題を解決するために、可動部２１８ｂを用いてスリット幅をスリット長手方向の位置に応じて調整する。これにより、露光領域全面で積算露光量を均一にして露光することができる。なお、走査露光中はスリット２１８は投影光学系２３０に対して静止している。

マスクＲは、反射型マスクであり、転写されるべき回路パターンが形成されている。回路パターンは、多層膜反射鏡と、その上に設けられたＥＵＶ吸収体などからなる非反射部によって形成される。マスクＲは、マスクステージ２２０にチャックを介して載置され、マスクステージ２２０によって矢印方向に駆動される。

投影光学系２３０は、複数（本実施例では６枚）の多層膜ミラーによって構成され、光軸ＡＸ１に対して軸外の円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。投影光学系２３０は、像側テレセントリックな系で構成されている。物体側（マスクＲ側）は、マスクＲに入射する照明光との物理的干渉を避けるために、非テレセントリックな構成となっている。例えば、本実施例においては、物体側主光線はマスクＲの法線方向に対して６度程度傾いている。

マスクＲから発せられた回折光は、投影光学系２３０を介してウエハＷ上に達し、マスクＲに形成された回路パターンがウエハＷ上に縮小投影される。ウエハＷは、ウエハステージ２４０にチャックを介して載置され、ウエハステージ２４０によって矢印方向に駆動される。本実施例の露光装置１０００は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であるため、マスクＲとウエハＷとを各ステージにより縮小倍率比の速度比で走査しながら、回路パターンの露光転写を行う。

次に図３〜６を参照して、波板インテグレータ２１３が円弧状の領域を均一に照明する原理を説明する。図３は前述したように波板インテグレータ２１３の拡大斜視図である。図４は、凸形状の円筒反射面２１３ａでのＥＵＶ光の反射を説明するための概略斜視図である。図５は、波板インテグレータ２１３の一部拡大断面図である。図６は、円筒反射面２１３ａで反射したＥＵＶ光の角度分布を表す図である。

図３（ａ）に示すように、複数の円筒反射面２１３ａを有するインテグレータ２１３に平行な照明光ＩＬが入射すると、インテグレータ２１３の表面近傍に母線方向Ｇに伸びる線状の光源が形成される。この線状光源から放射されるＥＵＶ光の角度分布は円錐面状となっている。次に、この線状光源の位置を焦点とする第２コンデンサー２１６でＥＵＶ光を反射してマスクＲ又はそれと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。

図４を参照して、波板インテグレータ２１３の作用を説明するために、一つの円筒反射面２１３ａに照明光ＩＬが入射した場合の反射光の振る舞いを説明する。今、一つの円筒反射面２１３ａに、その中心軸（ｚ軸）に垂直な面（ｘｙ面）に対してθの角度で照明光ＩＬが入射する場合を考える。照明光ＩＬの光線ベクトルを
Ｐ１＝（０，−ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）
として定義し、円筒面形状の反射面の法線ベクトルを
ｎ＝（−ｓｉｎα，ｃｏｓα，０）
として定義する。すると、反射光の光線ベクトルは、
Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α，ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α，ｓｉｎθ）
となる。

反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図６に示すように、ｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。すなわち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に３次光源が存在することになる。３次光源は、円筒反射面が図３（ａ）に示すように凸形状であれば内部に虚像として存在し、図３（ｂ）に示すように凹形状であれば外部に実像として存在する。また、図５に示すように、反射面が円筒面の一部であり、その中心角が２φである場合は、図６に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧Ａとなる。

次に、３次光源の位置に焦点を持つ焦点距離ｆの回転放物面ミラーを設け、この反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。３次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。したがって、図６で示した被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域Ａのみが照明される。

これまでは１つの円筒反射面に照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明してきたが、続いて波板インテグレータ２１３に照明光ＩＬが入射した場合の挙動について説明する。図７は、照明光ＩＬが入射する波板インテグレータ２１３の概略断面図である。図７においてＩＰは被照射面であり、マスクＲと等価である。

第２コンデンサー２１６は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系である。第２コンデンサー２１６は、開口絞り２１５の開口中心ＡＣと被照射面ＩＰとを互いに光学的なフーリエ変換の関係の配置となるようにしている。すなわち、開口絞り２１５は、被照射面ＩＰの瞳面に相当する。

第２コンデンサー２１６は、像側非テレセントリックである。第２コンデンサー２１６からの像側主光線の被照射面ＩＰへの入射角度Ｕ１は、投影光学系２３０の物体側主光線の傾斜角と等しくなるように設定されている。また、回転対称軸ＡＸ２と主光線との間隔が被照明面ＩＰに近づくにつれて狭くなる方向に、主光線は傾斜している。例えば、本実施例は入射角度Ｕ１を約６°に設定している。また、第２コンデンサー２１６は、被照明面ＩＰ上でのボケについても良好に補正されており、スポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設定されている。

第２コンデンサー２１６を構成する凸面鏡２１６ａ及び凹面鏡２１６ｂへの主光線の入射角は、低入射角度、具体的には２０°以下に設定されている。これにより、円弧変換光学系を１つの回転放物面ミラーで構成する場合よりも、被照射面ＩＰへの集光の際に生じるボケ量を小さくして円弧照明領域への集光効率を高めることができる。また、スリット２１８におけるケラレによる光の損失を抑え、照明効率を向上することができる。

平面ミラー２１７で照明光を反射して、マスクＲの方向へはね上げることによって、円弧照明領域の円弧の向きは反転する。この場合、円弧照明領域の曲率中心は投影光学系２３０の光軸ＡＸ１とマスクＲの交点に一致するように設定されている。そして、前述したようにＵ１を設定することによって、第２コンデンサー２１６の像側主光線と投影光学系２３０の物体側主光線とを、マスクＲの前後で互いに一致させることが可能となる。

波板インテグレータ２１３を構成する各円筒反射面２１３ａで反射された光の角度分布は、前述した単一の円筒反射面での例と変わらない。したがって、被照射面ＩＰの一点に入射する光は、波板インテグレータ２１３への照明光ＩＬの照射領域全域から到達する。照明光ＩＬの光束径をＤ、第２コンデンサー２１６の焦点距離をｆとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）Ｕ２は、
Ｕ２＝Ｄ／ｆ
で表される。

このとき、円弧照明領域においては、円弧に沿った方向に多数の円筒反射面２１３ａからの各光束が重畳されて照度の均一性を達成する。これにより、効率がよく均一な円弧照明を行うことが可能となる。

次に、波板インテグレータ２１３と開口絞り２１５の配置の詳細について、図８を用いて説明する。図８において、ＩＬ１は波板インテグレータ２１３に入射する照明光ＩＬ中の主光線の方向を示している。主光線ＩＬ１は、波板インテグレータ２１３の中心付近のｙｚ断面内を通過する。ＡＣは、先に述べたように開口絞り２１５の中心であり、第２光学コンデンサー２１６の瞳面の中心に相当する。このＡＣを原点としてｘｙｚ座標が記載されているが、ｚ軸は第２コンデンサー２１６の光軸ＡＸ２と一致している。
また照明領域調整のため、インテグレータ２１３に不図示の駆動機構を設けてもよい。

開口絞り２１５は、その開口部が波板インテグレータ２１３の各円筒反射面の母線方向に対して垂直となるように、波板インテグレータ２１３の射出側に配置されている。図に示される開口絞り２１５の開口形状は、標準的な照明モードにおける円形開口の例を示している。

なお、有効光源分布の微調整のために、開口絞り２１５は波板インテグレータ２１３の各円筒反射面の母線方向に対して完全に垂直ではなく、若干（１〜２°程度）傾けて配置するようにしてもよい。本実施例においては、このように垂直から僅かに傾けた場合も含めて、開口絞り２１５の配置を「円筒反射鏡の母線方向に垂直に配置」と記述している。また、有効光源分布の調整やテレセントリック性の度合いの調整を可能とするため、波板インテグレータ２１３に対する開口絞り２１５の角度を調整する駆動機構を設けてもよい。

このように波板インテグレータ２１３の射出側に開口絞り２１５を配置することで、円弧照明領域内の任意の位置から見た有効光源分布を均一な形状とすることができる。これは第１光学コンデンサー２１２からの光束全体が波板インテグレータ２１３に入射した後に開口絞り２１５を通過するためである。

図９に円弧照明領域内の各位置から見た有効光源分布の形状を示す。同図において、ＡＩＡは円弧照明領域であり、ＡＩＡ１及びＡＩＡ２の各点はそれぞれ円弧の中央部及び端部における有効光源分布の観測位置を示している。図９（ａ）は、前述した開口絞り２１５が配置されていない場合の有効光源分布を示しており、図９（ｂ）は、開口絞り２１５を配置した場合の本実施例の有効光源分布を示した図である。

照明領域の任意の点における有効光源分布は、その点に、ある開口数（ＮＡ）で円錐状に入射する光束の角度分布を示している。有効光源分布の形状が照明領域の位置により異なるということは、露光ＮＡの非対称性があるということを意味する。露光ＮＡの非対称性は、解像性能に悪影響を与える原因となる。

図９（ａ）は、前述の開口絞り２１５が配置されていない場合の有効光源分布を示している。円弧領域の中央部ＡＩＡ１においては正円形状の分布となっていても、開口絞りがないことで円弧領域の端部に移るに従って分布が歪んでいき、円弧領域の端部ＡＩＡ２において有効光源分布は楕円形状となっている。これに対して、本実施例によれば、図９（ｂ）から明らかなように、いずれの観測位置からも有効光源分布が同一形状となっており、露光ＮＡの対称性が向上している。

なお、図９（ａ），（ｂ）に示した有効光源分布において描かれている線は、波板インテグレータ２１３によって生じる３次光源が線状の分布であることを示している。この線の間隔は波板インテグレータ２１３を構成する円筒反射面の幅に依存している。したがって、インテグレータ全体の幅に対して、円筒反射面の配列される方向の幅を狭くして円筒反射面の数を増やすことにより、３次光源の間隔を狭くして有効光源分布の密度を緻密にすることができる。

次に、開口絞り２１５の切り替えにより、コヒーレントファクタσを変える方法及び輪帯照明等の変形照明を行う方法について述べる。開口絞り２１５と投影光学系２３０の瞳面とは互いに共役な関係にあるので、開口絞り２１５の開口形状、つまり光の透過パターンが投影光学系の瞳面における分布と対応している。図１０は、開口絞り２１５が有する開口部の形状の例を示す図であり、（ａ）は通常照明の大σ、（ｂ）は通常照明の小σ、（ｃ）は輪帯照明、（ｄ）は四重極照明の各モードに対応している。

このようないくつかの開口パターンを例えば一列に並べて用意しておき、開口絞り駆動系により順次切り替えることで、所望の開口形状に切り替えることが可能である。

ここで、後述する実施例２との大きな相違点である第２のフライアイミラー２１１ｂ以降の配置について、図１１によって詳しく説明する。図１１では簡単化のため、本来反射系である本実施例の照明光学系を屈折系として表している。図１１（ａ）はスリット幅方向の配置を示しており、説明のためフライアイミラーの分割数を変えている。また、スリット幅方向では波板インテグレータ２１３は平面ミラーと同じであるために不図示とした。第２のフライアイミラー２１１ｂの一つ一つは光源と共役であり、それぞれの発散光が同じ方向を向くように第２のフライアイミラー２１１ｂは角度調整されている。このとき第１のコンデンサー２１２を第２のフライアイミラー２１１ｂと開口絞り２１５の中間に配置する。また、本実施例１では図１１（ａ）に示すように第２のフライアイミラー２１１ｂと第１のコンデンサー２１２の距離を第１のコンデンサー２１２の焦点距離ｆｙ_１とほぼ同じにすることによって、開口絞り２１５をケーラー照明している。しかし、第２のフライアイミラー２１１ｂの角度を調整することによってこれらの距離は変更することができる。開口絞り２１５を通過した光束は第２のコンデンサー２１６によって反射マスクＲに結像するため、第２のフライアイミラー２１１ｂと反射マスクＲは共役な関係であり、クリティカル照明される。

一方、図１１（ｂ）で示すスリット長手方向では、波板インテグレータ２１３が開口絞り２１５直前にあるため、第２のフライアイミラー２１１ｂからの光束は第１のコンデンサー２１２によって波板インテグレータ２１３へ重畳するようにケーラー照明される。

その後、ケーラー照明された波板インテグレータ２１３で光束が複数の３次光源として再分割され、波板インテグレータ２１３で再分割された光束は第２のコンデンサー２１６によって反射マスクＲへ重畳するように照明される。

また、第１のコンデンサー２１２は入射角度が６０度以上となるような高入射で使われることが望ましい。これは反射膜の入射角度特性により高入射での反射率が高いためである。このように第１のコンデンサー２１２は高入射で使用するため、非点収差が生じるのでスリット幅方向とスリット長手方向の曲率を変えることによって非点収差を補正できるトロイダルミラーであることが望ましい。

以上説明した本実施例の照明光学系によれば、光源の揺らぎや角度分布の影響による有効光源のムラを抑え、エテンデューの大きな光源でも効率よく円弧状の領域に照明することが可能となる。

実施例２では、実施例１との大きな相違点である第２のフライアイミラー２１１ｂ以降の配置について、図１３によって詳しく説明する。また、要部概略図としては実施例１で示した図１と同じであるため省略する。

実施例２でのスリット幅方向の配置を図１３（ａ）に示す。実施例２では実施例１と同じように第１のコンデンサー２１２を第２のフライアイミラー２１１ｂと開口絞り２１５の中間に配置している。しかし、第２のフライアイミラー２１１ｂと第１のコンデンサー２１２の距離は実施例１と違い、第１のコンデンサー２１２の焦点距離ｆｙ₂の２倍となっている。よって、第２のフライアイミラー２１１ｂの像が開口絞り２１５付近に等倍で結像するため、開口絞り２１５はクリティカル照明される。このとき第２のフライアイミラー２１１ｂの個々の中心光線が第１のコンデンサー２１２の焦点位置に集光するよう第２のフライアイミラー２１１ｂを角度調整することが望ましい。開口絞り２１５を通過した光束は第２のコンデンサー２１６によって反射マスクＲに重畳され、ケーラー照明される。

一方、図１３（ｂ）で示すスリット長手方向では、実施例１と同じように波板インテグレータ２１３と反射マスクＲはケーラー照明される。このとき実施例１と違い実施例２では、開口絞り２１５の位置でスリット幅方向はクリティカル照明、スリット長手方向はケーラー照明と異なっているにもかかわらず、被照明領域である開口絞り２１５はスリット幅方向の長さと長手方向の長さが等しい。このため実施例１と違い実施例２では図１４に示すように第１のフライアイミラー２１１ａのスリット幅方向とスリット長手方向で分割数を変えることが望ましい。さらに第２のフライアイミラー２１１ｂについてもスリット幅方向とスリット長手方向で曲率が異なるようなアナモルフィックな面であることが望ましい。

実施例２では図１４（ａ）に示すように第１のフライアイミラー２１１ａのスリット幅方向とスリット長手方向の分割数は１０×３、図１４（ｂ）に示すように第２のフライアイミラー２１１ｂの分割数は５×６である。よって、各要素ミラーのラグランジュ不変量は第１のフライアイミラー２１１ａによってスリット幅方向は１／１０、長手方向は光源のラグランジュ不変量の１／３程度になる。そして、第２のフライアイミラー２１１ｂのスリット幅方向・長手方向の個数によって各要素ミラーのラグランジュ不変量が足しあわされる。そのため、実施例２でも実施例１と同じように光源のラグランジュ不変量に対して、フライアイミラー通過後のスリット幅方向のラグランジュ不変量は半分（１／１０×５）に、長手方向は２倍（１／３×６）に調整される。

また、実施例２では第２のフライアイミラー２１１ｂの像を開口絞り２１５付近に等倍で結像させることによってクリティカル照明したが、拡大・縮小結像させてクリティカル照明しても良い。また、実施例１でも述べたように第１のコンデンサー２１２を第２のフライアイミラー２１１ｂと開口絞り２１５から等距離に配置する必要性は必ずしもないことは言うまでもない。

本実施例の照明光学系によっても、実施例１と同様に、光源の揺らぎや角度分布の影響による有効光源のムラを抑え、エテンデューの大きな光源でも効率よく円弧状の領域に照明することが可能となる。

次に、図１５及び図１６を参照して、実施例１，２で説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１５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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエ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エ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１６は、図１５に示すステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクパターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかる露光装置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ものである。

以上、本発明の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言うまでもなく、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ＥＵＶ光を使用して説明したが、本発明は真空紫外線やＸ線領域の光源にも適用することができる。

本発明の実施例１、２の概略図 実施例１のフライアイミラーを示す図 インテグレータの概略図 インテグレータの断面形状を示す図 円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図 円筒面で反射した光束により円弧領域が形成されることを示す図 波板インテグレータに光束が入射した場合について説明する図 波板インテグレータ、開口絞りの配置を示す概略図 有効光源分布を示す図 照明モードの切り替えのための開口絞りの概略図 実施例１について屈折系で表した第２のフライアイミラー以降の配置を示す図 円弧スリットの概略図 実施例２について屈折系で表した第２のフライアイミラー以降の配置を示す図 実施例２のフライアイミラーを示す図 デバイスの製造を説明するためのフローチャート ウエハプロセスの詳細なフローチャート

符号の説明

１０００ 露光装置
１００ 光源部
２００ 装置本体
２１０ 照明光学系
２１１ 第１のインテグレータ（フライアイミラー）
２１２ 第１コンデンサー
２１３ 第２のインテグレータ（波板インテグレータ）
２１５ 開口絞り
２１６ 第２コンデンサー
２２０ マスクステージ
２３０ 投影光学系
２４０ ウエハステージ

Claims (7)

1. 光源からの光が入射する一対のフライアイミラーと、
   前記一対のフライアイミラーからの光を集光する第１コンデンサーと、
   母線方向が揃った複数の円筒反射面を備え、前記第１コンデンサーからの光が入射する反射型インテグレータと、
   前記母線方向に垂直に配置された開口絞りと、
   前記反射型インテグレータの前記複数の円筒反射面からの光を被照明面上で重ね合わせる第２コンデンサーと
   を有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記一対のフライアイミラーは、複数の要素ミラーを備える第１のフライアイミラーと、
   前記第１のフライアイミラーの各要素ミラーに対して１つの要素ミラーが対応するよう設けられた複数の要素ミラーを備える第２のフライアイミラーとにより構成され、
   第１のフライアイミラーと第２のフライアイミラーの少なくとも一方は、
   前記母線方向と、前記複数の円筒反射面の配列方向で、前記要素ミラーの配列された数が異なることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記第１コンデンサーは、前記第２のフライアイミラーからの光で、前記反射型インテグレータをケーラー照明するよう構成されることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記第１コンデンサーは、前記第２のフライアイミラーからの光で、前記反射型インテグレータを母線方向に関してはクリティカル照明、配列方向に関してはケーラー照明するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
5. 前記第２のフライアイミラーが備える各要素ミラーは、アナモルフィックな面形状であることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
6. 光源からの光を用いてレチクルを照明する請求項１乃至５いずれか一項に記載の照明光学系と、
   前記レチクル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。
7. 請求項６に記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
   当該露光された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。