JP2010161246A - 伝送光学系、照明光学系、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸に沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系。
【解決手段】 光源（ＬＳ）からの光により被照射面（Ｍ；Ｗ）を照明する照明光学系（１〜６）において、光源と被照射面との間の光路中に配置されてほぼ平行光束状態の入射光を被照射面まで導く伝送光学系（４）は、第１面内に配列された複数の第１負レンズ面を有する第１レンズアレイと、第１レンズアレイの後側に配置されて、第２面内に配列された複数の第２負レンズ面を有する第２レンズアレイと、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間の光路中に配置された第１集光光学系と、第２レンズアレイと所定面との間の光路中に配置された第２集光光学系とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、伝送光学系、照明光学系、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための補助的な露光装置に好適な照明光学系に関するものである。

例えば半導体素子、液晶表示素子等の各種デバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程において、マスク（レチクル、フォトマスク等）のパターンを感光性基板（レジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）に転写するために、一括露光型の露光装置、走査露光型の露光装置などが使用されている。

これらの露光装置によって露光されるウェハの中央部では、矩形状の完全な区画領域であるショット領域（以下、「本来のショット領域」という）が縦横に確保される。しかしながら、ウェハの周辺部では、矩形状の区画領域から一部が欠落した不完全な区画領域（一部が欠けた区画領域）であるショット領域（以下、「欠けショット領域」という）が存在している。欠けショット領域はデバイスとして使用することのできない部分であり、本来は欠けショット領域に露光を行う必要がない。

最近のデバイス製造工程では、パターンが形成されたウェハの表面を平坦化するために、化学機械的研磨であるＣＭＰ（Chemical & Mechanical Polishing）プロセスが適用されることがある。ＣＭＰプロセスを適用する際には、ウェハの周辺部にも中央部と同様の段差（又は周期性若しくはパターン密集率）を持つレジストパターンが形成されている必要がある。ただし、本来のショット領域への露光に用いる露光装置と同じ装置を用いて欠けショット領域への露光を行うと、欠けショット領域への露光に起因してスループットが低下する。

そこで、例えば現像装置内に設置された簡素な露光光学系を備えて、ウェハの周辺部の欠けショット領域に対してのみ露光を行う専用の露光ユニットが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、露光装置のマスクステージの近傍に補助マスク（補助パターン板）を設置し、補助マスクのパターンをウェハ上の欠けショット領域に露光する露光装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平５−２５９０６９号公報 特開２００６−２７８８２０号公報

欠けショット領域への露光に起因するスループットの低下を抑えるには、本来のショット領域への露光に用いる露光装置（以下、「本来の露光装置」という）とは異なる専用の露光装置を用いて欠けショット領域へ露光することが有効である。ただし、この専用露光装置では、簡素な構成の投影光学系に対するマスクおよびウェハの位置合わせを容易にしてスループットの向上を図るために、照明σの小さい照明条件で欠けショット領域への露光を行う必要がある。換言すれば、欠けショット領域のための専用露光装置では、光軸に沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系が求められる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光軸に沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系を提供することを目的とする。また、比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系を用いて、欠けショット領域への露光にかかるスループットの向上を実現することのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、ほぼ平行光束状態の入射光を所定面まで導く伝送光学系において、
第１面内に配列された複数の第１負レンズ面を有する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイの後側に配置されて、第２面内に配列された複数の第２負レンズ面を有する第２レンズアレイと、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の光路中に配置された第１集光光学系と、
前記第２レンズアレイと前記所定面との間の光路中に配置された第２集光光学系とを備えていることを特徴とする伝送光学系を提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第１形態の伝送光学系を備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第２形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の第５形態では、感光性基板上の異なる第１および第２領域を含む複数の領域を露光する露光方法において、
前記感光性基板の前記第１領域を第１光学系を介して露光する第１工程と、
前記感光性基板の前記第２領域を第４形態の露光装置を用いて露光する第２工程とを備えることを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第６形態では、第５形態の露光方法を用いて、前記感光性基板を露光する露光工程と、
前記第１パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記第１パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の伝送光学系を含む照明光学系では、第１レンズアレイにより第１集光光学系の前側焦点位置に形成される複数の虚像を光源として第２レンズアレイの入射面をケーラー照明し、第２レンズアレイにより第２集光光学系の前側焦点位置に形成される複数の虚像を光源として被照射面をケーラー照明することが可能である。したがって、光学系を光軸方向に沿って小型化しつつ、被照射面に入射する光束の開口数を小さく抑えることができる。

すなわち、本発明では、光軸に沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系を実現することができる。また、本発明の露光装置では、比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系を用いて、欠けショット領域への露光にかかるスループットの向上を図ることができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 ウェハの被露光面が本来のショット領域と欠けショット領域とに分割されている様子を示す図である。 本実施形態にかかる伝送光学系の構成を概略的に示す図である。 第１または第２レンズアレイの複数の負レンズ要素を経た光に対応して第１または第２レンズアレイの前側焦点位置に虚像が形成される様子を示す図である。 第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの第１変形例の構成を概略的に示す図である。 第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの第２変形例の構成を概略的に示す図である。 第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの第３変形例の構成を概略的に示す図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

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露光装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、感光性基板であるウェハＷ上の欠けショット領域への露光を行う専用露光装置に対して本発明を適用している。図１において、ウェハＷの露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出された光束は、例えば複数のシリンドリカルレンズを有する第１整形光学系１を介してＺ方向に拡大され、偏向部材２により＋Ｚ方向に偏向された後、第２整形光学系３に入射する。

第２整形光学系３により断面形状がＸ方向およびＹ方向に整形（縮小または拡大）された光束は、伝送光学系４中の第１光学系４ａ、偏向部材４ｂ、および第２光学系４ｃを介して、ビームスプリッター５に入射する。伝送光学系４の具体的な構成および作用については後述する。ビームスプリッター５で−Ｚ方向に反射された光は、照明視野絞りとしてのマスクブラインド６の開口部（光透過部）を介して、所定のパターンが形成されたマスクＭをケーラー照明する。マスクブラインド６は、開口部の形状が固定された固定開口絞りでもよいし、開口部の形状が変化可能な可変開口絞りでもよい。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光は、例えばダイソン型の等倍結像光学系のような簡素な構成を有する投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。本実施形態にかかる露光装置の露光対象となるウェハＷ上の本来のショット領域には、本来の露光装置によりレジストパターンが既に形成されている。ウェハステージＷＳは、本実施形態の露光装置の専用ステージであっても良いし、本来の露光装置との共有ステージであっても良い。

具体的に、図２を参照すると、ウェハＷの中央部には矩形状の完全な区画領域である本来のショット領域ＨＳが縦横に確保され、各ショット領域ＨＳには本来の露光装置により所要のレジストパターンが形成されている。ウェハＷの周辺部には矩形状の区画領域から一部が欠落した不完全な区画領域である欠けショット領域ＫＳが複数存在している。欠けショット領域ＫＳは、直交する２方向（例えばＸ方向およびＹ方向）のいずれかに平行な直線とウェハＷのエッジ部（外縁の境界線）とにより囲まれた領域である。図２では、本来のショット領域ＨＳが占める領域の外側境界線を太線で示している。

欠けショット領域ＫＳはデバイスとして使用することのできない部分であるが、ＣＭＰプロセスの適用に先立って、例えば本来のショット領域ＨＳへのレジストパターンとは異なるレジストパターンを、欠けショット領域ＫＳに形成することが必要である。ただし、実際には、完全な区画領域に近い外形形状を有する欠けショット領域ＫＳはデバイスとして使用可能であり、これらの欠けショット領域ＫＳにも本来の露光装置により所要のレジストパターンが形成される。

こうして、本実施形態では、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を繰り返すことにより、ウェハＷの各欠けショット領域ＫＳにマスクＭのパターンを逐次露光する。なお、ビームスプリッター５を透過した光は、周知の構成を有する光量モニター７により検出される。光量モニター７の検出結果は、図示を省略した制御部に供給される。制御部は、光量モニター７の検出結果に基づいて、例えば光源ＬＳの出力を調整することにより、ウェハＷの各欠けショット領域ＫＳへの露光光の光量を制御する。

図３は、本実施形態にかかる伝送光学系の構成を概略的に示す図である。図３では、説明の理解を容易するために、偏向部材４ｂを省略して第１光学系４ａおよび第２光学系４ｃを光軸ＡＸに沿って直線状に展開するとともに、全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する局部座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定している。本実施形態の伝送光学系４は、ほぼ平行光束状態で入射した光を、照明光学系（１〜６）の被照射面であるマスクＭのパターン面まで導く機能を有する。

具体的に、伝送光学系４中の第１光学系４ａは、ｘｚ平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された複数の負レンズ要素１１ａを有する第１レンズアレイ１１と、第１レンズアレイ１１の後側に配置された第１集光光学系１２とを備えている。第２光学系４ｂは、ｘｚ平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された複数の負レンズ要素２１ａを有する第２レンズアレイ２１と、第２レンズアレイ２１の後側に配置された第２集光光学系２２とを備えている。

第１集光光学系１２は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ１２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ１３とを有する。同様に、第２集光光学系１２は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ２１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ２３とを有する。

第１集光光学系１２は、図４に示すように、第１レンズアレイ１１の複数の負レンズ要素１１ａを経た光に対応して第１レンズアレイ１１の前側に形成される複数の虚像の位置４１と第１集光光学系１２の前側焦点位置とが一致するように配置されている。同様に、第２集光光学系２２は、第２レンズアレイ２１の複数の負レンズ要素２１ａを経た光に対応して第２レンズアレイ２１の前側に形成される複数の虚像の位置４２と第２集光光学系２２の前側焦点位置とが一致するように配置されている。第２レンズアレイ２１は、第１レンズアレイ１１の負レンズ要素１１ａの外形形状と相似な外形形状を有する。

本実施形態の伝送光学系４では、光軸ＡＸに沿って第１レンズアレイ１１に入射したほぼ平行光束状態の光は、複数の負レンズ要素１１ａにより二次元的に波面分割される。各負レンズ要素１１ａを経た光は、図４に示すように、第１集光光学系１２の前側焦点位置４１に形成される虚像からの光に対応している。

したがって、各負レンズ要素１１ａを経た光は、正・負・正の屈折力配置を有する第１集光光学系１２を介して、第２レンズアレイ２１の入射面に照野３１を重畳的に形成する。すなわち、第１光学系４ａでは、第１レンズアレイ１１により第１集光光学系１２の前側焦点位置４１に形成される複数の虚像を光源として、第２光学系４ｃの第２レンズアレイ２１の入射面をケーラー照明する。

同様に、第２光学系４ｃでは、光軸ＡＸに沿って第２レンズアレイ２１に入射したほぼ平行光束状態の光が、複数の負レンズ要素２１ａにより二次元的に波面分割される。各負レンズ要素２１ａを経た光は、図４に示すように、第２集光光学系２２の前側焦点位置４２に形成される虚像からの光に対応している。

したがって、各負レンズ要素２１ａを経た光は、正・負・正の屈折力配置を有する第２集光光学系２２を介して、マスクＭのパターン面に、ほぼ均一な光強度分布を有する照野３２を重畳的に形成する。すなわち、第２光学系４ｃでは、第２レンズアレイ２１により第２集光光学系２２の前側焦点位置４２に形成される複数の虚像を光源として、マスクＭのパターン面をケーラー照明する。

本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬに対するマスクＭおよびウェハＷの位置合わせを容易にして、一連の欠けショット領域ＫＳへの露光にかかるスループットの向上を図るために、投影光学系ＰＬの焦点深度を十分に大きく確保することが求められる。すなわち、照明σ（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）の小さい照明条件で、欠けショット領域ＫＳへの露光を行う必要がある。

ただし、専ら欠けショット領域への露光を行う専用露光装置では、比較的安価で簡素な構成を有する投影光学系、すなわち開口数の比較的小さい投影光学系を採用することも重要である。したがって、本実施形態の専用露光装置において、開口数の比較的小さい投影光学系ＰＬを用いて照明σの小さい照明条件を実現するには、照明光学系（１〜６）の射出側の開口数、ひいては伝送光学系４の射出側の開口数が非常に小さいことが求められる。

本実施形態の伝送光学系４では、複数の負レンズ要素１１ａを有する第１レンズアレイ１１と複数の負レンズ要素２１ａを有する第２レンズアレイ２１とを直列に２段配置するとともに、第１レンズアレイ１１と第２レンズアレイ２１との間に第１集光光学系１２を配置し且つ第２レンズアレイ２１の後側に第２集光光学系２２を配置した構成を採用している。この構成では、第１レンズアレイ１１により第１集光光学系１２の前側焦点位置４１に形成される複数の虚像を光源として第２レンズアレイ２１の入射面をケーラー照明し、第２レンズアレイ２１により第２集光光学系２２の前側焦点位置４２に形成される複数の虚像を光源としてマスクＭのパターン面をケーラー照明することが可能である。

したがって、第１レンズアレイ１１と第１集光光学系１２とからなる第１光学系４ａを光軸ＡＸ方向に沿って小型化しつつ、第２レンズアレイ２１に入射する光束の開口数を小さく抑えるとともに、入射光束のエッジが比較的鮮明なボケの小さい照野３１を第２レンズアレイ２１の入射面に形成することができる。同様に、第２レンズアレイ２１と第２集光光学系２２とからなる第２光学系４ｃを光軸ＡＸ方向に沿って小型化しつつ、マスクＭのパターン面に入射する光束の開口数を小さく抑えるとともに、入射光束のエッジが比較的鮮明なボケの小さい照野３２をマスクＭのパターン面に形成することができる。

こうして、本実施形態では、光軸ＡＸに沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい伝送光学系４を、ひいては光軸ＡＸに沿って比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系（１〜６）を実現することができる。また、本実施形態の露光装置では、比較的コンパクトな構成を有し且つ射出側の開口数の小さい照明光学系（１〜６）を用いて、欠けショット領域ＫＳへの露光にかかるスループットの向上を図ることができる。

特に、本実施形態では、第１集光光学系１２および第２集光光学系２２が光の入射側から順に正・負・正の屈折力配置を有するので、第１レンズアレイ１１の入射面から第２レンズアレイ２１の射出面までの光軸ＡＸに沿った距離、すなわち伝送光学系４の全長を小さく抑えつつ各集光光学系１２，２２において所要の焦点距離ｆ１，ｆ２を確保することができる。また、本実施形態では、一対のレンズアレイ１１と２１とを直列に２段配置しているので、第１レンズアレイ１１に入射する光束がｘｚ平面に沿って位置ずれしても、ほぼ均一な光強度分布を有する照明領域をマスクＭのパターン面上の所望位置に形成することができる。以下、２つの数値実施例を参照して、本実施形態にかかる伝送光学系４の作用効果を検証する。

［第１数値実施例］
第１数値実施例では、第１レンズアレイ１１がｘ方向に３列でｚ方向に３列に配列された合計９個の負レンズ要素１１ａを有し、各負レンズ要素１１ａの焦点距離の大きさは８８８．８８ｍｍである。また、各負レンズ要素１１ａの外形形状は、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに４ｍｍの正方形である。すなわち、第１レンズアレイ１１の外形形状は、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１２ｍｍの正方形である。

第１レンズアレイ１１の入射面には、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１２ｍｍの正方形状の断面を有し且つ発散角が０．５mrad（ミリ・ラジアン）のほぼ平行光束状態の光が入射する。第１集光光学系１２の焦点距離ｆ１は、４０００ｍｍである。

第２レンズアレイ２１は、ｘ方向に４列でｚ方向に５列に配列された合計２０個の負レンズ要素２１ａを有する。各負レンズ要素２１ａの焦点距離の大きさは３６１．５ｍｍである。また、各負レンズ要素２１ａの外形形状は、ｘ方向寸法が４．７ｍｍでｚ方向寸法が４ｍｍの長方形である。すなわち、第２レンズアレイ２１の外形形状は、ｘ方向寸法が１８．８ｍｍでｚ方向寸法が２０ｍｍの長方形である。第２集光光学系２２の焦点距離ｆ２は、３０００ｍｍである。

第１レンズアレイ１１のｘ方向に沿った外側の一対の負レンズ要素１１ａのｘ方向に沿った中心間距離をＬ１ｘとし、第１レンズアレイ１１のｚ方向に沿った外側の一対の負レンズ要素１１ａのｚ方向に沿った中心間距離をＬ１ｚとし、第２レンズアレイ２１への入射光束のｘｙ平面に沿った開口数をＮＡ１ｘとし、第２レンズアレイ２１への入射光束のｙｚ平面に沿った開口数をＮＡ１ｚとするとき、次の式（１）および（２）に示す関係が成立する。
Ｌ１ｘ＝ＮＡ１ｘ×ｆ１×２ （１）
Ｌ１ｚ＝ＮＡ１ｚ×ｆ１×２ （２）

同様に、第２レンズアレイ２１のｘ方向に沿った外側の一対の負レンズ要素２１ａのｘ方向に沿った中心間距離をＬ２ｘとし、第２レンズアレイ２１のｚ方向に沿った外側の一対の負レンズ要素２１ａのｚ方向に沿った中心間距離をＬ２ｚとし、マスクＭへの入射光束のｘｙ平面に沿った開口数をＮＡ２ｘとし、マスクＭへの入射光束のｙｚ平面に沿った開口数をＮＡ２ｚとするとき、次の式（３）および（４）に示す関係が成立する。
Ｌ２ｘ＝ＮＡ２ｘ×ｆ２×２ （３）
Ｌ２ｚ＝ＮＡ２ｚ×ｆ２×２ （４）

第１数値実施例では、中心間距離Ｌ１ｘおよびＬ１ｚがともに８ｍｍであり、焦点距離ｆ１は４０００ｍｍである。したがって、第２レンズアレイ２１への入射光束の開口数ＮＡ１ｘおよびＮＡ１ｚはともに、０．００１である。また、中心間距離Ｌ２ｘが１４．１ｍｍであり、中心間距離Ｌ２ｚが１６ｍｍであり、焦点距離ｆ２は３０００ｍｍである。したがって、マスクＭへの入射光束の開口数ＮＡ２ｘは０．００２３５であり、開口数ＮＡ２ｚは０．００２６７である。すなわち、第１数値実施例では、伝送光学系４のＸＹ平面に沿った射出側の開口数ＮＡＸが０．００２３５であり、ＹＺ平面に沿った射出側の開口数ＮＡＺが０．００２６７である。

なお、第１数値実施例では、いわゆるボケ（照野のエッジが不鮮明になって領域の外縁が実質的に外側へ広がる現象）の影響を考慮しない場合、光軸ＡＸを中心としてｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１８ｍｍの正方形の照野３１が第２レンズアレイ２１の入射面に形成され、光軸ＡＸを中心としてｘ方向寸法が３９ｍｍでｚ方向寸法が３３ｍｍの長方形の照野３２がマスクＭのパターン面に形成される。そして、照野３２のｘ方向に沿ったボケ幅ｂｘおよびｚ方向に沿ったボケ幅ｂｚおよびは、次の式（５）および（６）により表される。
ｂｘ＝ＮＡ１ｘ×ｆ２ （５）
ｂｚ＝ＮＡ１ｚ×ｆ２ （６）

第１数値実施例では、開口数ＮＡ１ｘおよびＮＡ１ｚはともに０．００１であり、焦点距離ｆ２は３０００ｍｍである。したがって、ボケ幅ｂｘおよびｂｚはともに３ｍｍであり、ボケ幅ｂｘ＝３ｍｍを考慮した照野３２のｘ方向寸法は３９−３×２＝３３ｍｍとなり、ボケ幅ｂｚ＝３ｍｍを考慮した照野３２のｚ方向寸法は３３−３×２＝２７ｍｍとなる。すなわち、第１数値実施例においては、３３ｍｍ×２７ｍｍのボケのない均一な照明領域が得られる。ここで、第１数値実施例における光の効率は、３３×２７／（３９×３３）≒６９．２％である。

［第２数値実施例］
第２数値実施例では、第１レンズアレイ１１がｘ方向に３列でｚ方向に３列に配列された合計９個の負レンズ要素１１ａを有し、各負レンズ要素１１ａの焦点距離の大きさは１４１１．８ｍｍである。また、各負レンズ要素１１ａの外形形状は、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに４ｍｍの正方形である。すなわち、第１レンズアレイ１１の外形形状は、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１２ｍｍの正方形である。

第１レンズアレイ１１の入射面には、ｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１２ｍｍの正方形状の断面を有し且つ発散角が０．５mradのほぼ平行光束状態の光が入射する。第１集光光学系１２の焦点距離ｆ１は、６０００ｍｍである。すなわち、第２数値実施例では、各負レンズ要素１１ａの焦点距離の絶対値および第１集光光学系１２の焦点距離ｆ１が、第１数値実施例における対応する数値よりも大きい値に設定されている。

第２レンズアレイ２１は、ｘ方向に４列でｚ方向に５列に配列された合計２０個の負レンズ要素２１ａを有する。各負レンズ要素２１ａの焦点距離の大きさは３８１．１ｍｍである。また、各負レンズ要素２１ａの外形形状は、ｘ方向寸法が４．７ｍｍでｚ方向寸法が４ｍｍの長方形である。すなわち、第２レンズアレイ２１の外形形状は、ｘ方向寸法が１８．８ｍｍでｚ方向寸法が２０ｍｍの長方形である。第２集光光学系２２の焦点距離ｆ２は、３０００ｍｍである。このように、第２数値実施例では、各負レンズ要素２１ａの焦点距離の絶対値および第２集光光学系２２の焦点距離ｆ２が、第１数値実施例における対応する数値とほぼ同じまたは同一の値に設定されている。

第２数値実施例では、中心間距離Ｌ１ｘおよびＬ１ｚがともに８ｍｍであり、焦点距離ｆ１は６０００ｍｍである。したがって、第２レンズアレイ２１への入射光束の開口数ＮＡ１ｘおよびＮＡ１ｚはともに、０．０００６７である。また、中心間距離Ｌ２ｘが１４．１ｍｍであり、中心間距離Ｌ２ｚが１６ｍｍであり、焦点距離ｆ２は３０００ｍｍである。したがって、マスクＭへの入射光束の開口数ＮＡ２ｘは０．００２３５であり、開口数ＮＡ２ｚは０．００２６７である。すなわち、第２数値実施例では、第１数値実施例よりも光軸ＡＸ方向に大型化しているが、第１数値実施例と同様に伝送光学系４の射出側開口数ＮＡＸが０．００２３５であり射出側開口数ＮＡＺが０．００２６７である。

なお、第２数値実施例では、ボケの影響を考慮しない場合、光軸ＡＸを中心としてｘ方向寸法およびｚ方向寸法がともに１７ｍｍの正方形の照野３１が第２レンズアレイ２１の入射面に形成され、光軸ＡＸを中心としてｘ方向寸法が３７ｍｍでｚ方向寸法が３１ｍｍの長方形の照野３２がマスクＭのパターン面に形成される。また、開口数ＮＡ１ｘおよびＮＡ１ｚはともに０．０００６７であり、焦点距離ｆ２は３０００ｍｍである。したがって、ボケ幅ｂｘおよびｂｚはともに２ｍｍであり、ボケ幅ｂｘ＝２ｍｍを考慮した照野３２のｘ方向寸法は３７−２×２＝３３ｍｍとなり、ボケ幅ｂｚ＝２ｍｍを考慮した照野３２のｚ方向寸法は３１−２×２＝２７ｍｍとなる。すなわち、第２数値実施例においては、３３ｍｍ×２７ｍｍのボケのない均一な照明領域が得られる。ここで、第２数値実施例における光の効率は、３３×２７／（３７×３１）≒７７．７％である。

上述の各数値実施例では、伝送光学系４の射出側開口数ＮＡＸが０．００２３５であり、射出側開口数ＮＡＺが０．００２６７である。このように、本実施形態では、射出側開口数が０．００３よりも小さい照明光学系（１〜６）を容易に構成することができるので、投影光学系ＰＬの入射側開口数が例えば０．１５である場合、０．０２よりも小さい照明σを実現することができる。

このように、本実施形態では、エキシマレーザからのレーザ光やＨｅ−Ｎｅレーザからのガウスビーム等のビームの発散角をほとんど広げることなく、ダブルフライアイ構成を実現している。なお、上述の数値実施例において、ダブルフライアイ構成によって形成される準点光源は９×２０＝１８０個であり、これらの準点光源からの照明光束を重畳させることにより、照明ムラの低減、ビーム光束内での光量ばらつきの低減、ビームシフトの影響の低減を達成した極小σの照明系を実現している。

こうして、デバイスの製造に際して、本来の露光装置の投影光学系を介して本来のショット領域および一部の欠けショット領域にデバイス用の微細パターンを露光し、本実施形態の専用露光装置を用いて残りの欠けショット領域にデバイス用の微細パターンとは異なる所要のパターンを露光する。

なお、上述の実施形態では、第１レンズアレイ１１がｘｚ平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された複数の負レンズ要素１１ａを有し、第２レンズアレイ２１がｘｚ平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された複数の負レンズ要素２１ａを有する構成を採用している。換言すれば、第１レンズアレイ１１はそれぞれ複数の負レンズ要素１１ａをｘｚ平面内に二次元的に配列して構成され、第２レンズアレイ２１はそれぞれ複数の負レンズ要素２１ａをｘｚ平面内に二次元的に配列して構成されている。

しかしながら、これに限定されることなく、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの具体的な構成については様々な形態が可能である。一般に、第１レンズアレイは第１面内に配列された複数の第１負レンズ面を有し、第２レンズアレイは第２面内に配列された複数の第２負レンズ面を有する。具体的に、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの変形例として、複数の負レンズ要素を二次元的に集積したレンズアレイだけではなく、図５に示すように、入射側にシリンドリカル負レンズ要素５１ａを一次元的に配列し、射出側に当該一次元方向と直交する方向にシリンドリカル負レンズ要素５１ｂを配列したシリンドリカル負レンズアレイ５１を用いることができる。

また、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの変形例として、図６に示すように、入射側（または射出側）にのみシリンドリカル負レンズ面６１ａを一次元的に形成したシリンドリカル負レンズアレイ６１を用いることができる。また、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイの変形例として、図７に示すように、入射側にシリンドリカル負レンズ面７１ａを一次元的に形成し、射出側に当該一次元方向と直交する方向にシリンドリカル負レンズ面７１ｂを形成したシリンドリカル負レンズアレイ７１を用いることができる。図６および図７の負レンズアレイ６１，７１において、シリンドリカル負レンズ面６１ａ，７１ａ，７１ｂは、光透過性の基板にエッチング等により一体的に形成される。

また、上述の実施形態では、欠けショット領域への露光を行う専用露光装置の照明光学系において光源と被照射面との間の光路中に配置される伝送光学系に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、本来のショット領域への露光を行う本来の露光装置の照明光学系において、例えば光源と光束変換素子（回折光学素子など）との間の光路中に配置されるビーム送光系として、本発明の伝送光学系を用いることができる。また、レーザ加工装置において、光源と被加工物との間の適当な位置に配置されるビーム送光系として、本発明の伝送光学系を用いることができる。

また、上述の実施形態では、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Ｗの欠け露光領域にマスクＭのパターンを一括露光する動作を繰り返している。しかしながら、これに限定されることなく、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハＷの欠けショット領域にマスクＭのパターンを走査露光するスキャン動作を繰り返すこともできる。

また、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。

なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等のガウスビームを供給する光源からのレーザ光の発散角を通常の光学系を用いて変更しようとすると、発散角の変更に伴ってビーム径も変更されてしまうが、本発明を適用した場合には、所望の発散角と所望の照野とを独立して設定することができる。そして、本発明を適用した場合には、ガウスビームに特徴的なエネルギー分布を均一化でき、且つレーザ光のビーム断面内のエネルギー分布の不均一性による影響や、入射ビームの横ずれや角度ずれの影響を低減することができる。

また、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、上述の実施形態にかかる伝送光学系が組み込まれた本来の露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図８は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の本来の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、上述の本来の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の本来の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図９は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。

ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の本来の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の本来の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。

ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

１，３ 整形光学系
４ 伝送光学系
６ マスクブラインド
７ 光量モニター
ＬＳ 光源
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (16)

1. ほぼ平行光束状態の入射光を所定面まで導く伝送光学系において、
   第１面内に配列された複数の第１負レンズ面を有する第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイの後側に配置されて、第２面内に配列された複数の第２負レンズ面を有する第２レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間の光路中に配置された第１集光光学系と、
   前記第２レンズアレイと前記所定面との間の光路中に配置された第２集光光学系とを備えていることを特徴とする伝送光学系。
2. 前記第１集光光学系および前記第２集光光学系は、光の入射側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを有することを特徴とする請求項１に記載の伝送光学系。
3. 前記第１集光光学系は、前記第１レンズアレイの前記複数の第１負レンズ面を経た光に対応して前記第１レンズアレイの前側に形成される複数の虚像の位置と前記第１集光光学系の前側焦点位置とが一致するように配置され、
   前記第２集光光学系は、前記第２レンズアレイの前記複数の第２負レンズ面を経た光に対応して前記第２レンズアレイの前側に形成される複数の虚像の位置と前記第２集光光学系の前側焦点位置とが一致するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の伝送光学系。
4. 前記第１レンズアレイは、それぞれ前記第１負レンズ面を有する複数の第１負レンズ要素を前記第１面内に二次元的に配列して構成され、
   前記第２レンズアレイは、それぞれ前記第２負レンズ面を有する複数の第２負レンズ要素を前記第２面内に二次元的に配列して構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の伝送光学系。
5. 前記第２レンズアレイは、前記第１レンズアレイの前記第１負レンズ要素の外形形状と相似な外形形状を有することを特徴とする請求項４に記載の伝送光学系。
6. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
   前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の伝送光学系を備えていることを特徴とする照明光学系。
7. 前記被照射面は、前記所定面と一致していることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 所定のパターンを照明するための請求項６または７に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
9. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記所定のパターンを前記感光性基板へ一括露光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８乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
12. 感光性基板上の異なる第１および第２領域を含む複数の領域を露光する露光方法において、
    前記感光性基板の前記第１領域を第１光学系を介して露光する第１工程と、
    前記感光性基板の前記第２領域を請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置を用いて露光する第２工程とを備えることを特徴とする露光方法。
13. 前記感光性基板の表面は、複数の完全な区画領域と、複数の一部が欠けた区画領域とに分割され、
    前記第１領域は、前記複数の完全な区画領域と、前記複数の一部が欠けた区画領域の一部の領域とを含み、
    前記第２領域は、前記複数の一部が欠けた区画領域のうちで、前記第１領域には含まれない領域を含むことを特徴とする請求項１２に記載の露光方法。
14. 前記感光性基板上の前記第２領域は、直交する２方向のいずれかに平行な直線と前記感光性基板のエッジ部とで囲まれた領域であることを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
15. 前記第１領域には第１パターンが露光され、前記第２領域には前記第１パターンとは異なる第２パターンが露光されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の露光方法。
16. 請求項１５に記載の露光方法を用いて、前記感光性基板を露光する露光工程と、
    前記第１パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記第１パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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