JP2010272631A - 照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所期状態で物体を照明できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する。照明装置は、二次元的に配列され、独立して制御される複数の反射素子を有する空間光変調器と、光源から供給され、空間光変調器を介した照射光を、反射素子の反射面と光学的にフーリエ変換となる面に導く集光光学系と、フーリエ変換となる面に二次元的に配列された複数の単位波面分割面を有するオプティカルインテグレータと、複数の反射素子の姿勢を制御して、単位波面分割面における照射光の照度分布を調整する制御装置とを備える。制御装置は、照射光が照射される単位波面分割面における照射領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、周縁部分の照度分布が照射領域のエッジに向かって徐々に小さくなるように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

マイクロデバイス、電子デバイス等の製造工程で使用される露光装置は、マスクを露光光で照明する照明装置を有し、そのマスクを介した露光光で基板を露光する。下記特許文献には、照明装置及び露光装置に関する技術の一例が開示されている。

米国特許出願公開第２００７／０２７９５３５号明細書

露光装置においては、マスクを所期状態で照明することが重要である。例えば、照明装置がマスクを所期状態で照明できない場合、基板に形成されるパターンに欠陥が生じる等、露光不良が発生する可能性がある。その結果、不良デバイスが発生する可能性がある。

本発明の態様は、所期状態で物体を照明できる照明装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、露光不良の発生を抑制できる露光装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、不良デバイスの発生を抑制できるデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する照明装置であって、二次元的に配列され、独立して制御される複数の反射素子を有する空間光変調器と、光源から供給され、空間光変調器を介した照射光を、反射素子の反射面と光学的にフーリエ変換となる面に導く集光光学系と、フーリエ変換となる面に二次元的に配列された複数の単位波面分割面を有するオプティカルインテグレータと、複数の反射素子の姿勢を制御して、単位波面分割面における照射光の照度分布を調整する制御装置と、を備え、制御装置は、照射光が照射される単位波面分割面における照射領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、周縁部分の照度分布が照射領域のエッジに向かって徐々に小さくなるように制御する照明装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１面の像を第２面に投影する露光装置であって、第１面を所定の照明領域で照明する第１の態様の照明装置を備える露光装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第２の態様の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、所期状態で物体を照明できる照明装置が提供される。また本発明の態様によれば、露光不良の発生を抑制できる露光装置が提供される。また本発明の態様によれば、不良デバイスの発生を抑制できるデバイス製造方法が提供される。

本実施形態に係る照明装置を備える露光装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係る照明装置の一部を示す図である。 本実施形態に係る空間光変調器の一例を示す図である。 本実施形態に係る照明装置の作用の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る照明装置の作用の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る照明装置の作用の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る照明装置の作用の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る露光装置の動作の一例を説明するための模式図である。 本実施形態に係る投影領域の照度分布の一例を説明するための模式図である。 デバイスの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係る照明装置ＩＳを備えた露光装置ＥＸの一例を示す概略構成図である。

図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＳと、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳと、光源ＬＳから供給された露光光ＥＬに基づいてマスクＭを照明する光学系ＩＬを有する照明装置ＩＳと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置ＣＮＴとを備えている。

マスクＭは、基板Ｐに投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。マスクＭは、例えばガラス板等の透明板と、その透明板上にクロム等の遮光材料を用いて形成されたパターンとを有する透過型マスクを含む。なお、マスクＭとして、反射型マスクを用いることもできる。

基板Ｐは、デバイスを製造するための基板である。基板Ｐは、例えば半導体ウエハ等の基材と、その基材上に形成された多層膜とを含む。多層膜は、少なくとも感光膜を含む複数の膜が積層された膜である。感光膜は、感光材で形成された膜である。また、多層膜が、例えば反射防止膜を含んでもよい。

照明装置ＩＳは、光源ＬＳから供給された露光光ＥＬに基づいて所定の照明領域ＩＲに露光光ＥＬを照射する光学系ＩＬを有する。照明領域ＩＲは、照明装置ＩＳの光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬの照射領域である。照明装置ＩＳは、照明領域ＩＲに配置されたマスクＭの少なくとも一部を、所定の照度分布の露光光ＥＬで照明する。

本実施形態においては、露光光ＥＬとして、紫外光（真空紫外光）であるＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を用いる。本実施形態において、光源ＬＳは、ＡｒＦエキシマレーザ光を射出可能なレーザ装置である。光源ＬＳは、パルス状の露光光（レーザ光）ＥＬを供給する。

なお、照明装置ＩＳから射出される露光光ＥＬとして、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、Ｆ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）等が用いられてもよい。

光学系ＩＬは、光源ＬＳから射出された露光光ＥＬが供給されるビーム送光部１と、ビーム送光部１からの露光光ＥＬが供給される光学ユニットＳＵと、光学ユニットＳＵからの露光光ＥＬが供給されるリレー光学系４と、リレー光学系４からの露光光ＥＬが供給されるマイクロフライアイレンズ５と、マイクロフライアイレンズ５からの露光光ＥＬが供給されるコンデンサー光学系７と、コンデンサー光学系７からの露光光ＥＬが供給され、マスクＭにおける照明領域ＩＲを設定する照明領域設定装置８と、照明領域設定装置８からの露光光ＥＬが供給される結像光学系９とを備えている。

ビーム送光部１は、光源ＬＳからの露光光ＥＬを適切な大きさ及び形状の断面を有する露光光ＥＬに変換して、光学ユニットＳＵに供給する。ビーム送光部１は、光学ユニットＳＵに入射する露光光ＥＬの位置変動及び角度変動をアクティブに補正可能である。

光学ユニットＳＵは、二次元的に配列され、独立して制御される複数の反射素子を有する空間光変調器３と、ビーム送光部１を経て光学ユニットＳＵに入射した露光光ＥＬを空間光変調器３へ導き、且つ、空間光変調器３を経た露光光ＥＬをリレー光学系４へ導く導光部材２とを備えている。空間光変調器３は、空間光変調器本体３ａと、空間光変調器本体３ａを駆動する駆動部３ｂとを含む。空間光変調器本体３ａは、複数の反射素子を含み、駆動部３ｂは、それら反射素子を駆動する。光学ユニットＳＵから射出された露光光ＥＬは、リレー光学系４を介して、マイクロフライアイレンズ５に入射する。

リレー光学系４は、その前側焦点位置と空間光変調器３の複数の反射素子の配列面の位置とがほぼ一致し、且つ、その後側焦点位置とマイクロフライアイレンズ５の入射面５ａの位置とがほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た露光光ＥＬは、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに、複数の反射素子の姿勢に応じた所望の光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ５は、ＸＺ平面内において複数配列された微小レンズからなる光学素子である。複数の微小レンズのそれぞれは、正屈折力を有する。マイクロフライアイレンズ５の微小レンズは、平行平面板をエッチング処理することによって形成される。

マイクロフライアイレンズ５は、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズと異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が複数配列されている点において、マイクロフライアイレンズは、フライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ５における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照明領域（照野）の形状、ひいては基板Ｐ上において形成すべき投影領域の形状と相似な矩形状である。

なお、マイクロフライアイレンズ５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの一例は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。

マイクロフライアイレンズ５に入射した露光光ＥＬは、多数の微小レンズにより二次元的に分割される。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面又はその近傍の照明瞳には、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二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面又はその近傍に形成された二次光源からの露光光ＥＬは、コンデンサー光学系７に入射する。

コンデンサー光学系７は、マイクロフライアイレンズ５からの露光光ＥＬで、照明領域設定装置８を重畳的に照明する。

照明領域設定装置８は、マイクロフライアイレンズ５とマスクＭとの間に配置される。照明領域設定装置８は、マスクＭの下面ＳＲにおける照明領域ＩＲを設定する。照明領域設定装置８は、マスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置され、露光光ＥＬが通過可能な開口を有する第１ブラインド機構８ａと、例えば国際公開第２００５／０４８３２６号パンフレットに開示されているような、櫛歯状に配置された複数のブレードを動かして、露光光ＥＬが通過可能な開口の大きさ及び形状を変更可能な第２ブラインド機構８ｂとを含む。第２ブラインド機構８ｂは、第１ブラインド機構８ａの近傍に配置されている。照明領域設定装置８は、第１ブラインド機構８ａの開口、及び第２ブラインド機構８ｂの開口を用いて、マスクＭの下面ＳＲにおける照明領域ＩＲを設定する。照明領域設定装置８を経た露光光ＥＬは、結像光学系９に供給される。

結像光学系９は、照明領域設定装置８からの露光光ＥＬを集光して、照明領域ＩＲに照射する。

マスクステージＭＳは、照明領域ＩＲに対して、マスクＭを保持して移動可能である。マスクステージＭＳは、マスクＭの下面ＳＲとＸＹ平面とが平行となるように、マスクＭを保持する。本実施形態において、マスクＭのパターンは、下面ＳＲに設けられている。すなわち、下面ＳＲは、パターン形成面である。本実施形態において、マスクステージＭＳは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

投影光学系ＰＬは、所定の投影領域ＰＲに露光光ＥＬを照射する。投影光学系ＰＬは、投影領域ＰＲに配置された基板Ｐの少なくとも一部に、照明領域ＩＲに配置されたマスクＭのパターンの像を所定の投影倍率で投影する。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、又は１／８等の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。本実施形態においては、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ２はＺ軸と平行である。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。

基板ステージＰＳは、投影領域ＰＲに対して、基板Ｐを保持して移動可能である。基板ステージＰＳは、基板Ｐの露光面（表面）とＸＹ平面とが平行となるように、基板Ｐを保持する。本実施形態において、基板ステージＰＳは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しながら、マスクＭからの露光光ＥＬを基板Ｐに照射して、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）である。基板Ｐの露光時、制御装置ＣＮＴは、マスクステージＭＳ及び基板ステージＰＳを制御して、マスクＭ及び基板Ｐを、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ２（露光光ＥＬの光路）と交差するＸＹ平面内の所定の走査方向に移動する。本実施形態においては、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）をＹ軸方向とし、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＹ軸方向とする。制御装置ＣＮＴは、照明領域ＩＲに対してマスクＭを保持したマスクステージＭＳをＹ軸方向に移動するとともに、そのマスクステージＭＳのＹ軸方向への移動と同期して、投影領域ＰＲに対して基板Ｐを保持した基板ステージＰＳをＹ軸方向に移動しつつ、照明装置ＩＳによってマスクＭを露光光ＥＬで照明して、マスクＭからの露光光ＥＬを投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに照射する。これにより、照明領域ＩＲに配置されたマスクＭの下面ＳＲのパターンの像が投影光学系ＰＬにより基板Ｐの表面に投影され、基板Ｐは露光光ＥＬで露光される。

次に、本実施形態に係る光学ユニットＳＵについて説明する。図２は、光学ユニットＳＵの近傍を示す拡大図である。

図１及び図２において、光学ユニットＳＵは、光学系ＩＬの光軸ＡＸ１外に配置された空間光変調器３と、少なくとも一部が光学系ＩＬの光軸ＡＸ１上に配置された導光部材２とを備えている。導光部材２は、光源ＬＳ（ビーム送光部１）から供給された露光光ＥＬを反射して、空間光変調器３（空間光変調器本体３ａ）に供給する第１反射面Ｒ１と、空間光変調器３（空間光変調器本体３ａ）から供給された露光光ＥＬを反射して、リレー光学系４に供給する第２反射面Ｒ２とを有する。

本実施形態において、導光部材２は、光軸ＡＸ１上に配置されるプリズム部材である。以下の説明において、導光部材２を適宜、プリズム部材２、と称する。

プリズム部材２は、例えば蛍石をその硝材とする。なお、プリズム部材２を形成する光学材料としては、蛍石に限定されず、石英ガラス等、他の光学ガラスでもよい。

プリズム部材２は、光源ＬＳからの露光光ＥＬが入射する入射面Ｆ１と、リレー光学系４側に露光光ＥＬを射出する射出面Ｆ２とを有する。入射面Ｆ１及び射出面Ｆ２は、光軸ＡＸ１上に配置されている。

また、プリズム部材２は、入射面Ｆ１の＋Ｚ側の端と射出面Ｆ２の＋Ｚ側の端とを結ぶように設けられた側面Ｆ３と、入射面Ｆ１の−Ｚ側の端に接続された第１斜面Ｆ４と、射出面Ｆ２の−Ｚ側の端に接続された第２斜面Ｆ５とを有する。

空間光変調器３（空間光変調器本体３ａ）は、入射した露光光ＥＬを反射可能な第３反射面Ｒ３をそれぞれ有する複数の反射素子１１を有する。すなわち、本実施形態において、空間光変調器３は、反射型空間光変調器である。空間光変調器３の少なくとも一部は、側面Ｆ３と対向する位置に配置される。空間光変調器３の第３反射面Ｒ３は、側面Ｆ３と対向する位置に配置される。

本実施形態において、プリズム部材２は、直方体の光学ガラスの１つの側面がＶ字状の楔形に凹んだ形状を有する。第１斜面Ｆ４と第２斜面Ｆ５とは、接線ＴＬにおいて結ばれる。第１斜面Ｆ４は、第１平面ＳＡ１と平行である。第２斜面Ｆ５は、第２平面ＳＡ２と平行である。第１斜面Ｆ４（第１平面ＳＡ１）と第２斜面Ｆ５（第２平面ＳＡ２）とがなす角度θＴは、鈍角である。

本実施形態において、第１斜面Ｆ４が、第１反射面Ｒ１として機能し、第２斜面Ｆ５が、第２反射面Ｒ２として機能する。第１反射面Ｒ１及び第２反射面Ｒ２は、内面反射面である。

プリズム部材２の外部から入射面Ｆ１に入射した露光光ＥＬは、プリズム部材２の内部を通過して、第１反射面Ｒ１に入射する。第１反射面Ｒ１は、入射面Ｆ１からの露光光ＥＬを反射して、プリズム部材２の内部を介して、側面Ｆ３に供給する。側面Ｆ３は、第１反射面Ｒ１からの露光光ＥＬを、プリズム部材２の外部に射出する。側面Ｆ３から射出された露光光ＥＬは、プリズム部材２の外部において側面Ｆ３と対向する位置に配置されている空間光変調器３の第３反射面Ｒ３に入射する。第３反射面Ｒ３は、側面Ｆ３からの露光光ＥＬを反射して、側面Ｆ３に供給する。第３反射面Ｒ３から供給され、側面Ｆ３に入射した露光光ＥＬは、プリズム部材２の内部を通過して、第２反射面Ｒ２に入射する。第２反射面Ｒ２は、その側面Ｆ３からの露光光ＥＬを反射して、プリズム部材２の内部を介して、射出面Ｆ２に供給する。射出面Ｆ２は、第２反射面Ｒ２からの露光光ＥＬを、プリズム部材２の外部に射出する。

本実施形態において、入射面Ｆ１と第１反射面Ｒ１とがなす角度θ１は、４５度より大きい。また、本実施形態においては、射出面Ｆ２と第２反射面Ｒ２とがなす角度θ２は、４５度より大きい。本実施形態において、角度θ１と角度θ２とは、等しい。なお、角度θ１と角度θ２とが、異なってもよい。

一例として、本実施形態において、角度θ１及び角度θ２は、６０度である。また、第１斜面Ｆ４（第１平面ＳＡ１）と第２斜面Ｆ５（第２平面ＳＡ２）とがなす角度θＴは、１２０度である。

本実施形態において、プリズム部材２は、入射面Ｆ１と光軸ＡＸ１とが垂直に交わるように、且つ、射出面Ｆ２と光軸ＡＸ１とが垂直に交わるように、光軸ＡＸ１上に配置される。また、本実施形態において、側面Ｆ３は、光軸ＡＸ１とほぼ平行に配置される。本実施形態において、プリズム部材２は、側面Ｆ３とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、光軸ＡＸ１上に配置される。また、プリズム部材２は、第１反射面Ｒ１がＸＺ平面を角度θ１だけ傾斜させた面と平行となり、且つ、第２反射面Ｒ２がＸＺ平面を角度θ２だけ傾斜させた面と平行となるように、光軸ＡＸ１上に配置される。第１平面ＳＡ１と第２平面ＳＡ２との稜線（すなわち接線）ＴＬは、空間光変調器３側を向く。

空間光変調器３は、第１反射面Ｒ１からの露光光ＥＬの空間光変調器３に入射する位置に応じて、その露光光ＥＬに空間的な変調を与える。本実施形態において、空間光変調器３は、二次元的に配列され、制御装置ＣＮＴ（駆動部３ｂ）によって独立して制御される複数の反射素子１１を有する。本実施形態においては、複数の反射素子１１のそれぞれが、第３反射面Ｒ３を有する。本実施形態において、空間光変調器（反射型空間光変調器）３は、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を含む。複数の反射素子１１のそれぞれは、独立して可動である。

駆動部３ｂは、複数の反射素子１１のそれぞれを独立して駆動可能である。駆動部３ｂは、制御装置ＣＮＴに制御される。制御装置ＣＮＴは、駆動部３ｂを制御して、複数の反射素子１１の姿勢を独立して制御することができる。反射素子１１の姿勢は、反射素子１１の傾斜角度及び傾斜方向の少なくとも一方を含む。反射素子１１の姿勢が制御されることによって、その反射素子１１の第３反射面Ｒ３の傾斜角度及び傾斜方向の少なくとも一方が制御される。

図３は、空間光変調器３の反射素子１１の一例を示す図である。図３に示すように、空間光変調器３は、第３反射面Ｒ３をそれぞれ有し、二次元的に配列された反射素子１１を複数有する。複数の反射素子１１のそれぞれは、可動である。複数の反射素子１１それぞれの第３反射面Ｒ３の傾き（傾斜角度及び傾斜方向）は、制御装置ＣＮＴによって制御される。各反射素子１１は、第３反射面Ｒ３に平行な二方向であって、互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的に回転することができる。すなわち、各反射素子１１は、第３反射面Ｒ３に沿った二次元で傾斜を制御することができる。

本実施形態においては、複数の反射素子１１の全ての第３反射面Ｒ３が１つの平面（本実施形態においてはＸＹ平面）に沿って配置された基準状態において、光軸ＡＸ１と平行な方向に沿って入射面Ｆ１に入射した光線は、空間光変調器３の各反射素子１１で反射された後に、第２反射面Ｒ２により光軸ＡＸ１とほぼ平行な方向に向かって反射される。また、空間光変調器３の複数の反射素子１１が配列される面（配列面）は、リレー光学系４の前側焦点位置又はその近傍に位置決めされている。

したがって、図２に示すように、空間光変調器３の複数の反射素子１１によって反射されて所定の角度分布が与えられた露光光ＥＬは、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。リレー光学系４は、空間光変調器３の反射素子１１が射出光に与える角度を、空間光変調器３の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である入射面５ａ上での位置に変換する。

なお、図２においては、説明を簡単にするため、４つの反射素子１１に対応する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４が示されているが、実際には、反射素子１１は多数存在する。

リレー光学系４は、空間光変調器３を介した露光光ＥＬに基づいて、空間光変調器３の複数の反射素子１１の第３反射面Ｒ３（配列面）と光学的にフーリエ変換となる面、すなわち、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに所定の光強度分布を形成する。マイクロフライアイレンズ５が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、空間光変調器３及びリレー光学系４が入射面５ａに形成する光強度分布に対応した分布となる。

すなわち、本実施形態において、リレー光学系４は、光源ＬＳから供給され、空間光変調器３を介した露光光ＥＬを、反射素子１１の第３反射面Ｒ３と光学的にフーリエ変換となる面に導く集光光学系として機能する。マイクロフライアイレンズ５は、そのフーリエ変換となる面に二次元的に配列された複数の入射面（単位波面分割面）５ａを有する。制御装置ＣＮＴは、複数の反射素子１１の姿勢を制御して、単位波面分割面における露光光ＥＬの照度分布（光強度分布）を調整することができる。マイクロフライアイレンズ５の複数の入射面５ａのそれぞれは、マスクＭの下面ＳＲと光学的に共役位置に配置されている。制御装置ＣＮＴは、空間光変調器３を制御して、入射面５ａにおける露光光ＥＬの光強度分布を調整することによって、マスクＭの下面ＳＲにおける照明領域ＩＲの照度分布を調整することができる。

図４は、マイクロフライアイレンズ５の複数の入射面（単位波面分割面）５ａのそれぞれに照射される露光光ＥＬの照度分布（光強度分布）を説明するための模式図である。また、図５は、マイクロフライアイレンズ５からの露光光ＥＬが照射されるマスクＭの下面ＳＲにおける照明領域ＩＲの照度分布を説明するための模式図である。

図４に示すように、マイクロフライアイレンズ５は、複数の微小レンズ５１を有する。制御装置ＣＮＴは、露光光ＥＬが照射される入射面（単位波面分割面）５ａのそれぞれにおける照射領域ＲＡの中央部分Ｃ１の照度分布がほぼ均一となり、周縁部分Ｃ２の照度分布が照射領域ＲＡのエッジに向かって徐々に小さくなるように制御する。これにより、図５に示すように、下面ＳＲにおける照明領域ＩＲの照度分布も、照明領域ＩＲの中央部分の照度分布がほぼ均一となり、周縁部分の照度分布が照明領域ＩＲのエッジに向かって徐々に小さくなる。

また、制御装置ＣＮＴは、複数の反射素子１１を制御して、マイクロフライアイレンズ５の複数の微小レンズ５１のうち、露光光ＥＬを照射する微小レンズ５１を選択することができる。例えば、図６及び図７に示すように、制御装置ＣＮＴは、複数の反射素子１１を制御して、複数の入射面５ａのうち、特定の入射面５ａｓに露光光ＥＬを照射することができる。これにより、制御装置ＣＮＴは、通常照明のみならず、例えばダイポール照明（二極照明）、クロスポール照明（四極照明）、及び輪帯照明等、各種の変形照明を実行することができる。

次に、上述の構成を有する照明装置ＩＳを備える露光装置ＥＸの動作の一例について説明する。マスクステージＭＳにマスクＭが保持され、基板ステージＰＳに基板Ｐが保持された後、制御装置ＣＮＴは、基板Ｐの露光処理を開始する。制御装置ＣＮＴは、照明装置ＩＳより露光光ＥＬを射出して、マスクステージＭＳに保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する。露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像は、基板ステージＰＳに保持される基板Ｐに投影される。このように、照明装置ＩＳは、マスクＭを露光光ＥＬで照明して、マスクＭのパターン及び投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに露光光ＥＬを照射して、その基板Ｐを露光する。

図８は、基板ステージ２に保持された基板Ｐの一例を示す図である。図８に示すように、基板Ｐ上には、露光対象領域である複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１がマトリクス状に設定される。制御装置ＣＮＴは、それら複数のショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

上述したように、本実施形態の露光装置ＥＸは、走査型露光装置である。各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を露光するとき、制御装置ＣＮＴは、マスクステージＭＳ及び基板ステージＰＳを制御して、照明領域ＩＲに対してマスクＭをＹ軸方向に移動しながら、そのマスクＭの移動と同期して、基板ＰをＹ軸方向に移動しつつ、各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

また、制御装置ＣＮＴは、あるショット領域（例えば第１ショット領域Ｓ１）の露光が終了した後、次のショット領域（例えば第２ショット領域Ｓ２）を露光するために、投影光学系ＰＬからの露光光ＥＬの射出を停止した状態で、投影領域ＰＲが次のショット領域の露光開始位置に配置されるように、基板ステージＰＳを制御して、投影光学系ＰＬに対して基板ＰをＸＹ平面内の所定方向に移動する。

本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、投影領域ＰＲが、図８中、例えば矢印ＹＪに沿って移動するように、投影光学系ＰＬと基板Ｐ（基板ステージＰＳ）を相対的に移動しつつ、投影光学系ＰＬから露光光ＥＬを射出して、投影領域ＰＲに露光光ＥＬを照射して、基板Ｐ上の各ショット領域Ｓ１〜Ｓ２１を順次露光する。

図９は、ショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）と、露光光ＥＬが照射される投影領域ＰＲとの関係を示す図である。ショット領域Ｓ１を露光するとき、投影領域ＰＲに対してショット領域Ｓ１（基板Ｐ）がＹ軸方向に移動する。ＸＹ平面内における投影領域ＰＲの大きさは、ショット領域Ｓ１の大きさより小さい。本実施形態において、Ｘ軸方向（非走査方向）に関して、投影領域ＰＲの大きさと、ショット領域Ｓ１の大きさとは、ほぼ等しく、Ｙ軸方向（走査方向）に関して、投影領域ＰＲの大きさは、ショット領域Ｓ１の大きさより小さい。本実施形態において、ＸＹ平面内における投影領域ＰＲの形状は、Ｘ軸方向に長い矩形状（長方形状）である。

本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、空間光変調器３の複数の反射素子１１を制御して、照明領域ＩＲの照度分布を制御する。本実施形態において、照明領域ＩＲの照度分布と、投影領域ＰＲの照度分布とは対応する。照明領域ＩＲの照度分布が制御されることによって、投影領域ＰＲの照度分布も制御される。以下、空間光変調器３を用いて、投影領域ＰＲの照度分布を制御する場合を例にして説明する。

図９に示すように、本実施形態においては、制御装置ＣＮＴは、Ｙ軸方向（走査方向）に関して投影領域ＰＲの中央部分ＡＲ１の照度分布がほぼ均一になり、Ｙ軸方向（走査方向）に関する基板Ｐの移動方向前方側の投影領域ＰＲの第１エッジ（図９においては−Ｙ側のエッジ）ＥＧ１を含む第１周縁部分ＡＲ２１の照度分布が、第１エッジＥＧ１に向かって徐々に小さくなり、移動方向後方側の投影領域ＰＲの第２エッジ（図９においては＋Ｙ側のエッジ）ＥＧ２を含む第２周縁部分ＡＲ２２の照度分布が、第２エッジＥＧ２に向かって除々に小さくなるように、空間光変調器３の各反射素子１１を制御して、投影領域ＰＲの照度分布を調整する。

上述のように、本実施形態の光源ＬＳは、パルス状の露光光（レーザ光）ＥＬを発する。本実施形態において、１つのショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）の露光を開始してから終了するまでの間に、光源ＬＳは、パルス状の露光光ＥＬを数十回発する。

本実施形態においては、投影領域ＰＲの照度分布が図９に示したような照度分布を有するので、１つのショット領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ２１）について、走査方向に関する露光量ムラの発生を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、空間光変調器３を制御することによって、照明領域ＩＲ及び投影領域ＰＲの露光光ＥＬの照度分布を任意に調整することができる。また、露光光ＥＬの照度分布を調整することによって、１つのショット領域について、走査方向に関する露光量ムラの発生を抑制することができる。したがって、基板Ｐに形成されるパターンの線幅が不均一になることを抑制でき、パターン欠陥が発生することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、空間光変調器３を制御することによって、通常照明、変形照明等、マスクＭに対する露光光ＥＬの照明条件を調整することができる。

なお、上述の実施形態の基板Ｐとしては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

なお、露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

また、露光装置ＥＸとして、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明を適用することができる。

また、本発明は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

また、本発明は、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

上述の実施形態の露光装置ＥＸは、本願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。

半導体デバイス、ディスプレイデバイス、電子デバイス等のデバイスは、図１０に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクＭを製作するステップ２０２、基板Ｐを製造するステップ２０３、上述の実施形態に従って、マスクＭのパターンからの露光光ＥＬで基板Ｐを露光して、パターンを基板Ｐに転写する転写工程、及びパターンが転写された基板Ｐを現像し、パターンに対応する形状の転写パターン層を基板Ｐに形成する現像工程を含む基板処理ステップ２０４、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等、転写パターン層を介して基板Ｐを加工する加工工程を含むデバイス組み立てステップ２０５、及び検査ステップ２０６等を経て製造される。

なお、上述の実施形態及び変形例の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

なお、上述の実施形態では、照明装置ＩＳを、基板を露光する露光装置ＥＸに適用するものとして説明したが、露光装置ＥＸに限定されない。例えば、例えば基板Ｐに設けられた複数の被処理領域を顕微鏡等で順次観察して検査する検査装置等にも、本発明の照明装置ＩＳを適用することができる。

２…プリズム部材、３…空間光変調器、４…リレー光学系、５…マイクロフライアイレンズ、５ａ…入射面、８…照明領域設定装置、１１…反射素子、ＡＸ１…光軸、ＣＮＴ…制御装置、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、ＩＬ…光学系、ＩＲ…照明領域、ＩＳ…照明装置、ＬＳ…光源、ＭＳ…マスクステージ、Ｒ１…第１反射面、Ｒ２…第２反射面、Ｒ３…第３反射面、ＰＬ…投影光学系、ＰＲ…投影領域、ＰＳ…基板ステージ、ＳＲ…下面

Claims (9)

1. 光源から供給された照射光に基づいて第１面を照明する照明装置であって、
   二次元的に配列され、独立して制御される複数の反射素子を有する空間光変調器と、
   前記光源から供給され、前記空間光変調器を介した前記照射光を、前記反射素子の反射面と光学的にフーリエ変換となる面に導く集光光学系と、
   前記フーリエ変換となる面に二次元的に配列された複数の単位波面分割面を有するオプティカルインテグレータと、
   複数の前記反射素子の姿勢を制御して、前記単位波面分割面における前記照射光の照度分布を調整する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記照射光が照射される前記単位波面分割面における照射領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、周縁部分の照度分布が前記照射領域のエッジに向かって徐々に小さくなるように制御する照明装置。
2. 複数の前記単位波面分割面のそれぞれは、前記第１面と光学的に共役である請求項１記載の照明装置。
3. 前記光源から供給された前記照射光を反射して前記空間光変調器に供給する第１反射面、及び前記空間光変調器から供給された前記照射光を反射して前記集光光学系に供給する第２反射面を有するプリズム部材を有する請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記第１反射面及び前記第２反射面は、内面反射面である請求項３記載の照明装置。
5. 前記オプティカルインテグレータと前記第１面との間であって前記第１面と光学的に共役位置に配置され、前記第１面における照明領域を設定する照明領域設定装置を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の照明装置。
6. 第１面の像を第２面に投影する露光装置であって、
   前記第１面を所定の照明領域で照明する請求項１〜５のいずれか一項記載の照明装置を備える露光装置。
7. 前記照明領域に対してマスクを保持して所定の走査方向に移動するマスクステージと、
   前記マスクステージの移動と同期して、基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記照明領域に配置された前記マスクの像を前記基板に投影する投影光学系と、を備え、
   前記制御装置は、前記走査方向に関して前記照明領域の中央部分の照度分布がほぼ均一になり、前記走査方向に関する移動方向前方側の前記照明領域の第１エッジを含む第１周縁部分の照度分布が前記第１エッジに向かって徐々に小さくなり、前記移動方向後方側の前記照明領域の第２エッジを含む第２周縁部分の照度分布が前記第２エッジに向かって徐々に小さくなるように制御する請求項６記載の露光装置。
8. 前記マスク及び前記基板を前記走査方向に移動しながら前記照射光で前記基板が露光され、
   前記光源は、パルス状の前記照射光を供給する請求項７記載の露光装置。
9. 請求項６〜８のいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
   露光された前記基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。

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