JP2011009318A - 伝送光学系、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部品の点数を小さく抑えつつ、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体まで導いてほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系。
【解決手段】 光源の光出力口（１ａ）から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体の光取入口（３）まで導いて該光取入口へほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系は、光の入射側から順に、第１軸線（２１ｂ）に関して回転対称な曲面の一部からなる第１反射面（２１ａ）を有する第１ミラー（２１）と、第２軸線（２２ｂ）に関して回転対称な曲面の一部からなる第２反射面（２２ａ）を有する第２ミラー（２２）とを備えている。第１軸線を含む平面と第１反射面との交線は円錐曲線であり、第２軸線を含む平面と第２反射面との交線は円錐曲線である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、伝送光学系、照明光学系、露光装置、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露光装置に好適な照明光学系に関するものである。

この種の露光装置の本体は、全体的にかなり大きな装置であり、設置のための所要床面積は大きい。また、露光装置に露光光（照明光）を供給する光源として、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源が用いられるが、エキシマレーザ光源もかなり大きな装置である。したがって、エキシマレーザ光源を用いる露光装置では、光源装置を露光装置本体からある程度離間させて配置することが多い。

そこで、エキシマレーザ光源の光出力口から射出された光を露光装置本体の光取入口まで導くための光学系として、リレーレンズ系と複数の平面反射鏡とを含む伝送光学系が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この伝送光学系は、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体まで導いて、露光装置本体へほぼ平行光束状態で入射させる。

特開平１０−２２９０４４号公報

特許文献１に記載された伝送光学系は、例えば、一対のレンズ群からなるリレーレンズ系と、このリレーレンズ系の前後に配置された一対の平面反射鏡とを含んでいる。リレーレンズ系は、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を一旦集光させた後、ほぼ平行光束状態の光に戻して露光装置本体へ入射させる機能を有する。一対の平面反射鏡は、光路を折り曲げて、光束を所要の光路に沿って引き回す機能を有する。このタイプの伝送光学系では、リレーレンズ系と一対の平面反射鏡とが互いに独立した機能を果たすため、光学部品の点数が比較的多くなる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学部品の点数を小さく抑えつつ、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体まで導いてほぼ平行光束状態で入射させることのできる伝送光学系を提供することを目的とする。

また、本発明は、光学部品の点数を小さく抑えつつ光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体へ導いてほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系を用いて、簡素な構成に基づいて光源からの光により被照射面を照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。

また、本発明は、簡素な構成に基づいて光源からの光により被照射面を照明する照明光学系を用いて、所要の照明条件の下でパターンを感光性基板に良好に転写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、光源の光出力口から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体の光取入口まで導いて該光取入口へほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系であって、
光の入射側から順に、第１軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第１反射面を有する第１ミラーと、第２軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第２反射面を有する第２ミラーとを備え、
前記第１軸線を含む平面と前記第１反射面との交線は円錐曲線であり、前記第２軸線を含む平面と前記第２反射面との交線は円錐曲線であ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、被照射面を照明する照明光学系において、
第１形態の伝送光学系と、
前記露光装置本体の前記光取入口に配置されて、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子と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。

本発明の一態様にしたがう伝送光学系では、第１ミラーおよび第２ミラーとしての一対の放物面ミラーが、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を一旦集光させた後にほぼ平行光束状態の光に戻して露光装置本体へ入射させる機能、および光路を折り曲げて光束を所要の光路に沿って引き回す機能の双方を同時に果たしている。その結果、本発明の伝送光学系では、光学部品の点数を小さく抑えつつ、光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体まで導いてほぼ平行光束状態で入射させることができる。

したがって、本発明の照明光学系では、光学部品の点数を小さく抑えつつ光源から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体へ導いてほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系を用いて、簡素な構成に基づいて光源からの光により被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、簡素な構成に基づいて光源からの光により被照射面を照明する照明光学系を用いて、所要の照明条件の下でパターンを感光性基板に良好に転写することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。 図１の露光装置本体の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる伝送光学系の内部構成を概略的に示す図である。 放物面ミラーの構成および作用を説明する図である。 第１変形例にかかる伝送光学系の内部構成を概略的に示す図である。 楕円面ミラーの構成および作用を説明する図である。 双曲面ミラーの構成および作用を説明する図である。 第２変形例にかかる伝送光学系の内部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全体構成を概略的に示す図である。図２は、図１の露光装置本体の内部構成を概略的に示す図である。図２では、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図２の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図２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、レーザ光源１から露光光（照明光）が供給される。レーザ光源１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。レーザ光源１から射出された光は、伝送光学系２を介して、露光装置本体ＥＡの光取入口に配置された回折光学素子３に入射する。伝送光学系２の構成および作用については後述する。

図２を参照すると、回折光学素子３を経た光は、アフォーカルレンズ４に入射する。アフォーカルレンズ４は、前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとからなり、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。

回折光学素子３は、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。以下、説明を簡単にするために、回折光学素子３は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。輪帯照明用の回折光学素子３は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。

したがって、回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４を経た光は、σ値（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）可変用のズームレンズ６を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）７に入射する。

マイクロフライアイレンズ７は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であって、平行平面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ている。マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、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は異なり、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、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点で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。なお、マイクロフライアイレンズ７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構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。

所定面５の位置はズームレンズ６の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ７の入射面はズームレンズ６の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ６は、所定面５とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。

したがって、マイクロフライアイレンズ７の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ６の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、マイクロフライアイレンズ７の入射面に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、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源（瞳強度分布）が形成される。

マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞りが配置されている。照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞りは、投影光学系ＰＬ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。

マイクロフライアイレンズ７を経た光は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ７の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１０ａと後側レンズ群１０ｂとからなる結像光学系１０を介して、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。すなわち、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。結像光学系１０の瞳面はマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と光学的に共役な位置にあり、結像光学系１０の瞳面またはその近傍の照明瞳にも輪帯状の瞳強度分布が形成される。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには、転写すべきパターンが形成されている。マスクＭのパターンを透過した光は、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。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。

本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜１０）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（２〜１０）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

なお、瞳強度分布とは、照明光学系（２〜１０）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ７による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。図１の構成において、回折光学素子３、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ６、およびマイクロフライアイレンズ７は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。

輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の二次光源が形成される。

また、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。このような回折光学素子は、たとえば米国特許第５，８５０，３００号公報および米国特許公開第２００８／００７４７４６号公報に開示されている。また、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。回折光学素子３の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。

図３は、本実施形態にかかる伝送光学系の内部構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、伝送光学系２は、レーザ光源１の光出力口１ａの近傍に配置された第１放物面ミラー２１と、露光装置本体ＥＡの光取入口の近傍（すなわち回折光学素子３の近傍）に配置された第２放物面ミラー２２とを有する。以下、説明の理解を容易にするために、第１放物面ミラー２１と第２放物面ミラー２２とは互いに同じ構成を有し、ひいては互いに同じ焦点距離ｆを有するものとする。

図３の伝送光学系２において、第１放物面ミラー２１と第２放物面ミラー２２とは、第１放物面ミラー２１の焦点位置Ｐ１と第２放物面ミラー２２の焦点位置Ｐ２とが一致するように配置されている。また、第１放物面ミラー２１の反射面２１ａと焦点位置Ｐ１との光軸ＡＸに沿った距離および第２放物面ミラー２２の反射面２２ａと焦点位置Ｐ２との光軸ＡＸに沿った距離はともに２ｆに設定されている。

図４に示すように、放物面ミラー４１は、所定の軸線４２に関して回転対称な放物面の一部からなる反射面４１ａを有する。ここで、軸線４２を含む平面、例えば図４の紙面と反射面４１ａとの交線は円錐曲線である。放物面ミラー４１では、軸線４２と平行な方向に沿って反射面４１ａに入射した光は、軸線４２に沿って反射面４１ａから前側（反射面４１ａが向いている側）へ距離ｆだけ離れた焦点位置Ｐ４へ集光する。また、反射面４１ａにおいて軸線４２から焦点距離ｆの２倍の距離２ｆだけ間隔を隔てた位置へ軸線４２と平行な方向に沿って入射した光は、９０度だけ偏向されて焦点位置Ｐ４へ達する。

図３を再び参照すると、第１放物面ミラー２１の反射面２１ａは軸線２１ｂに関して回転対称な放物面の一部からなり、第２放物面ミラー２２の反射面２２ａは軸線２２ｂに関して回転対称な放物面の一部からなっている。そして、第１放物面ミラー２１の軸線２１ｂと第２放物面ミラー２２の軸線２２ｂとは互いに一致し、第１放物面ミラー２１の焦点位置Ｐ１（ひいては第２放物面ミラー２２の焦点位置Ｐ２）を通って光軸ＡＸと直交するＹ方向に沿って延びている。

したがって、伝送光学系２において、レーザ光源１の光出力口１ａから＋Ｙ方向へ射出された発散角の非常に小さいほぼ平行光束状態の光は、第１放物面ミラー２１の反射面２１ａによって＋Ｚ方向へ反射され、第１放物面ミラー２１の焦点位置Ｐ１へ一旦集光する。焦点位置Ｐ１へ集光した光は、第２放物面ミラー２２の反射面２２ａによって＋Ｙ方向へ反射され、再びほぼ平行光束状態の光となって露光装置本体ＥＡの光取入口に配置された回折光学素子３へ入射する。

以上のように、本実施形態では、一対の放物面ミラー２１および２２が、光源１から射出されたほぼ平行光束状態の光を一旦集光させた後にほぼ平行光束状態の光に戻して露光装置本体ＥＡへ入射させる機能、および光路を折り曲げて光束を所要の光路に沿って引き回す機能の双方を同時に果たしている。その結果、本実施形態の伝送光学系２では、光学部品の点数を小さく抑えつつ、光源１から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体ＥＡまで導いてほぼ平行光束状態で入射させることができる。

したがって、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、光学部品の点数を小さく抑えつつ光源１から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体ＥＡへ導いてほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系２を用いて、簡素な構成に基づいて光源１からの光によりマスクＭを照明することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、簡素な構成に基づいて光源１からの光によりマスクＭを照明する照明光学系（２〜１０）を用いて、所要の照明条件の下でマスクＭのパターンをウェハＷ上に正確に転写することができる。

なお、上述の実施形態では、互いに同じ焦点距離ｆを有する一対の放物面ミラー２１と２２とにより、等倍系の伝送光学系２を構成している。等倍系の伝送光学系２では、レーザ光源１から射出された光束と回折光学素子３へ入射する光束とは互いに同じ大きさの断面を有する。しかしながら、これに限定されることなく、互いに異なる焦点距離を有する一対の放物面ミラーを用いて、拡大系の伝送光学系または縮小系の伝送光学系を構成することができる。

例えば、図５に示すように、図３の放物面ミラー２２に代えて、焦点距離αｆ（α＞１）を有する放物面ミラー２３を用いることにより、拡大系の伝送光学系を実現することができる。図５の第１変形例では、第１放物面ミラー２１と第２放物面ミラー２３とは、第１放物面ミラー２１の焦点位置Ｐ１と第２放物面ミラー２３の焦点位置Ｐ３とが一致するように配置されている。第２放物面ミラー２３の反射面２３ａと焦点位置Ｐ３との光軸ＡＸに沿った距離は、２αｆに設定されている。また、第１放物面ミラー２１の軸線２１ｂと第２放物面ミラー２３の軸線２３ｂとは互いに一致し、第１放物面ミラー２１の焦点位置Ｐ１（ひいては第２放物面ミラー２３の焦点位置Ｐ３）を通って光軸ＡＸと直交するＹ方向に沿って延びている。

図５の第１変形例においても、レーザ光源１の光出力口１ａから＋Ｙ方向へ射出された発散角の非常に小さいほぼ平行光束状態の光は、第１放物面ミラー２１を介して焦点位置Ｐ１へ一旦集光した後、第２放物面ミラー２２を介して再びほぼ平行光束状態の光となって回折光学素子３へ入射する。ただし、回折光学素子３へ入射する光束の断面はレーザ光源１から射出された光束の断面よりも大きくなり、伝送光学系により入射光束は拡大されて射出される。なお、図示を省略したが、α＜１に設定することにより、縮小系の伝送光学系を実現することができる。

また、上述の実施形態では、一対の放物面ミラー２１と２２とを用いて伝送光学系２を構成している。しかしながら、一般的には、光の入射側から順に、第１軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第１反射面を有する第１ミラーと、第２軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第２反射面を有する第２ミラーとを配置することにより、本発明の伝送光学系を構成することができる。ここで、第１ミラーにおいて第１軸線を含む平面と第１反射面との交線は円錐曲線であり、第２ミラーにおいて第２軸線を含む平面と第２反射面との交線は円錐曲線である。

具体的に、第１反射面および第２反射面のうちの少なくとも一方が、所定の軸線に関して回転対称な放物面の一部、所定の軸線に関して回転対称な楕円面の一部、または所定の軸線に関して回転対称な双曲面の一部に対応する面形状を有する構成が可能である。図６に示すように、楕円面ミラー５１は、所定の軸線５２に関して回転対称な楕円面の一部からなる反射面５１ａを有する。

ここで、軸線５２を含む平面、例えば図６の紙面と反射面５１ａとの交線は円錐曲線である。楕円面ミラー５１では、軸線５２に沿って反射面５１ａから前側へ距離ｆｂだけ離れた一方の焦点位置Ｐ５ｂから反射面５１ａに入射した光は、軸線５２に沿って反射面５１ａから前側へ距離ｆａ（ｆａ＜ｆｂ）だけ離れた他方の焦点位置Ｐ５ａへ集光する。換言すれば、他方の焦点位置Ｐ５ａから反射面５１ａに入射した光は、一方の焦点位置Ｐ５ｂへ集光する。

図７に示すように、双曲面ミラー６１は、所定の軸線６２に関して回転対称な双曲面の一部からなる反射面６１ａを有する。ここで、軸線６２を含む平面、例えば図７の紙面と反射面６１ａとの交線は円錐曲線である。双曲面ミラー６１では、軸線６２に沿って反射面６１ａから後側（反射面６１ａが向いている前側とは反対の側）へ距離ｆｂだけ離れた一方の焦点位置Ｐ６ｂへ向かって反射面６１ａに入射した光は、軸線６２に沿って反射面６１ａから前側へ距離ｆａだけ離れた他方の焦点位置Ｐ６ａへ集光する。換言すれば、他方の焦点位置Ｐ６ａから反射面６１ａに入射した光は、あたかも一方の焦点位置Ｐ６ｂからの光のように発散される。

本発明では、放物面ミラーに限定されることなく、楕円面ミラー、双曲面ミラーなどを用いて伝送光学系を構成することもできる。一例として、図８に示すように、楕円面ミラー２４と放物面ミラー２２とを用いて伝送光学系を構成することができる。図８の第２変形例では、図３の放物面ミラー２１に代えて、一方の焦点距離ｆｂが他方の焦点距離ｆａよりもかなり大きい楕円面ミラー２４を用いている。

図８の第２変形例では、楕円面ミラー２４と放物面ミラー２２とは、楕円面ミラー２４の焦点距離ｆａに対応する焦点位置Ｐ５ａと放物面ミラー２２の焦点位置Ｐ２とがほぼ一致するように配置されている。また、楕円面ミラー２４の軸線２４ｂと放物面ミラー２２の軸線２２ｂとは互いにほぼ一致し、楕円面ミラー２４の焦点位置Ｐ５ａ（ひいては放物面ミラー２２の焦点位置Ｐ２）を通って光軸ＡＸと直交するＹ方向に沿って延びている。

さらに、図８の第２変形例では、レーザ光源１の光出力口１ａから＋Ｙ方向へ射出された発散角の非常に小さいほぼ平行光束状態の光が、楕円面ミラー２４の焦点距離ｆｂに対応する焦点位置Ｐ５ｂから発散する光にほぼ対応するように設定されている。したがって、レーザ光源１の光出力口１ａからのほぼ平行光束状態の光は、楕円面ミラー２４の反射面２４ａによって＋Ｚ方向へ反射され、その焦点位置Ｐ５ａへ一旦集光する。焦点位置Ｐ５ａへ集光した光は、放物面ミラー２２の反射面２２ａによって＋Ｙ方向へ反射され、再びほぼ平行光束状態の光となって露光装置本体ＥＡの光取入口に配置された回折光学素子３へ入射する。

また、上述の実施形態では、軸線２１ｂ，２１ｂに関して回転対称な放物面の一部からなる反射面２１ａ，２２ａを有する放物面ミラー２１，２２とを用いて伝送光学系２を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、軸線２１ｂ，２１ｂに関して回転対称な放物面の一部に近似する球面状の反射面を有する一対の放物面ミラーを用いて伝送光学系を構成することもできる。

すなわち、上述の実施形態における放物面ミラー２１，２２の放物面状の反射面２１ａ，２２ａを球面状の反射面で近似することもできる。一般に、本発明では、第１反射面および第２反射面のうちの少なくとも一方が、所定の軸線に関して回転対称な放物面の一部に近似する球面状の形態、所定の軸線に関して回転対称な楕円面の一部に近似する球面状の形態、または所定の軸線に関して回転対称な双曲面の一部に近似する球面状の形態を有する構成も可能である。

また、上述の実施形態では、露光装置本体ＥＡの光取入口に配置されて入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子として回折光学素子３を用いている。しかしながら、回折光学素子３に代えて、或いは回折光学素子３に加えて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器を用いることもできる。この種の空間光変調器は、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて、入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する。このような空間光変調器を用いた照明光学系は、例えば特開２００２−３５３１０５号公報に開示されている。

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。

また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、複数の微小レンズ面を備えた波面分割型のマイクロフライアイレンズ（フライアイレンズ）を用いたが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、σ可変用のズームレンズ６の後側にその前側焦点位置がズームレンズ６の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端がマスクブラインド９の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の結像光学系１０内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。

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っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる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９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９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、上述の実施形態の露光装置を用い、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、上述の実施形態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、上述の実施形態の露光装置は、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１０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１０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、上述の実施形態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、上述の実施形態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。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。

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。

１ レーザ光源
２ 伝送光学系
３ 回折光学素子
４ アフォーカルレンズ
６ ズームレンズ
７ マイクロフライアイレンズ
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
２１，２２ 放物面ミラー
ＥＡ 露光装置本体
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. 光源の光出力口から射出されたほぼ平行光束状態の光を露光装置本体の光取入口まで導いて該光取入口へほぼ平行光束状態で入射させる伝送光学系であって、
   光の入射側から順に、第１軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第１反射面を有する第１ミラーと、第２軸線に関して回転対称な曲面の一部からなる第２反射面を有する第２ミラーとを備え、
   前記第１軸線を含む平面と前記第１反射面との交線は円錐曲線であり、前記第２軸線を含む平面と前記第２反射面との交線は円錐曲線であることを特徴とする伝送光学系。
2. 前記第１反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、所定の軸線に関して回転対称な放物面の一部、所定の軸線に関して回転対称な楕円面の一部、または所定の軸線に関して回転対称な双曲面の一部に対応する面形状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反射面および前記第２反射面のうちの少なくとも一方は、所定の軸線に関して回転対称な放物面の一部に近似する球面状の形態、所定の軸線に関して回転対称な楕円面の一部に近似する球面状の形態、または所定の軸線に関して回転対称な双曲面の一部に近似する球面状の形態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。
4. 前記第１ミラーは、前記光出力口の近傍に配置された第１放物面ミラーを有し、
   前記第２ミラーは、前記光取入口の近傍に配置された第２放物面ミラーを有す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。
5. 前記第１放物面ミラーと前記第２放物面ミラーとは、前記第１放物面ミラーの焦点位置と前記第２放物面ミラーの焦点位置とがほぼ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４に記載の伝送光学系。
6. 前記第１ミラーは、前記光出力口の近傍に配置された楕円面ミラーを有し、
   前記第２ミラーは、前記光取入口の近傍に配置された放物面ミラーを有す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。
7. 前記楕円面ミラーと前記放物面ミラーとは、前記楕円面ミラーの焦点位置と前記放物面ミラーの焦点位置とがほぼ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６に記載の伝送光学系。
8. 被照射面を照明する照明光学系において、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の伝送光学系と、
   前記露光装置本体の前記光取入口に配置されて、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子とを備えていることを特徴とする照明光学系。
9. 前記空間光変調素子を介した光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
10. 前記分布形成光学系は、オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータと前記空間光変調素子との間の光路中に配置された集光光学系とを有することを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
11. 前記空間光変調素子は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
12. 前記空間光変調素子は、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器を備えていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
13. 所定のパターンを照明するための請求項８乃至１２のいずれか１項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。
14. 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１３に記載の露光装置。
15. 前記照明光学系の照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 請求項１３乃至１５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。

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