JP2014086627A - 監視装置、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】 応答速度の大きい光電変換器を用いて瞳強度分布をリアルタイムで監視することのできる監視装置。
【解決手段】 光源からの第１波長の光により被照射面を照明する照明光学系の光路中の所定面に形成される光強度分布を監視する監視装置。光路中において所定面よりも光源側に配置されて照明光の一部を監視光路へ導くビームスプリッターと、監視光路中において所定面と光学的に共役な位置に配置されて、第１波長の光を第１波長とは異なる第２波長の光に変換する波長変換部材と、波長変換部材と光学的に共役な位置を形成する結像光学系と、結像光学系を介して波長変換部材と光学的に共役な位置に配置されて第２波長の光を光電変換する光電変換器とを備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、監視装置、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、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。

従来、ズーム光学系を用いることなく瞳強度分布（ひいては照明条件）を連続的に変更することのできる照明光学系が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学系では、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ミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、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し、ひいては所望の瞳強度分布を実現している。

米国特許出願公開第２００９／０１１６０９３号明細書

従来の照明光学系では、姿勢が個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器を用いているので、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）の変更に関する自由度は高い。しかしながら、微細パターンを転写するのに適した所望の瞳強度分布（ひいては所望の照明条件）を精度良く実現するために、応答速度の大きい光電変換器を用いて露光中においてもリアルタイムで瞳強度分布を監視しつつ空間光変調器を制御することが望まれている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、応答速度の大きい光電変換器を用いて、瞳強度分布をリアルタイムで監視することのできる監視装置を提供することを目的とする。また、本発明は、瞳強度分布をリアルタイムで監視する監視装置を用いて、所望の瞳強度分布を精度良く実現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、所望の瞳強度分布を精度良く実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法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、第１形態では、光源からの第１波長の光により被照射面を照明する照明光学系の光路中の所定面に形成される光強度分布を監視する監視装置において、
前記光路中において前記所定面よりも前記光源側に配置されて照明光の一部を監視光路へ導くビームスプリッターと、
前記監視光路中において前記所定面と光学的に共役な位置に配置されて、前記第１波長の光を前記第１波長とは異なる第２波長の光に変換する波長変換部材と、
前記波長変換部材と光学的に共役な位置を形成する結像光学系と、
前記結像光学系を介して前記波長変換部材と光学的に共役な位置に配置されて前記第２波長の光を光電変換する光電変換器とを備えていることを特徴とする監視装置を提供する。

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、
第１形態の監視装置を備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

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基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

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基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

実施形態にかかる監視装置では、応答速度の大きい光電変換器を用いて、瞳強度分布をリアルタイムで監視することができる。実施形態にかかる照明光学系では、瞳強度分布をリアルタイムで監視する監視装置を用いて、所望の瞳強度分布を精度良く実現することができる。実施形態にかかる露光装置では、所望の瞳強度分布を精度良く実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に転写することができる。

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。 空間光変調器の構成および作用を説明する図である。 空間光変調器の要部の部分斜視図である。 本実施形態にかかる監視装置の内部構成を概略的に示す図である。 図４のバンドパスフィルタへの入射光の強度−波長特性およびバンドパスフィルタの波長選択特性を示す図である。 照明光路中における監視装置の配置に関する変形例を概略的に示す図である。 図６の変形例にかかる監視装置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。

以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、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。図１において、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１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＋Ｚ方向に射出された光は、ビーム送光部１、レンズアレイ２ａおよびリレー光学系２ｂを介して、光路折曲げミラーＭＲ１に入射する。光路折曲げミラーＭＲ１により斜め方向に反射された光は、空間光変調器３に入射する。

空間光変調器３は、後述するように、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部１は、光源ＬＳからの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器３へ導くとともに、空間光変調器３の複数のミラー要素の配列面（以下、「空間光変調器の配列面」という）に入射する光の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

レンズアレイ２ａは、例えば光軸ＡＸと直交する面に沿って縦横に且つ稠密に配置された複数のレンズ要素からなり、光源ＬＳからビーム送光部１を介して入射した光束を複数の光束に波面分割する。レンズアレイ２ａにより波面分割された複数の光束は、リレー光学系２ｂを介して空間光変調器３の配列面において重畳される。すなわち、レンズアレイ２ａおよびリレー光学系２ｂは、空間光変調器３へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材２を構成している。レンズアレイ２ａの各レンズ要素の焦点位置（或いは波面分割された複数の光束の発散原点の位置）と、リレー光学系２ｂの前側焦点位置とはほぼ一致しており、リレー光学系２ｂの後側焦点位置と空間光変調器３の配列面（入射面）とはほぼ一致している。

リレー光学系２ｂと光路折曲げミラーＭＲ１との間の光路中にはビームスプリッター４ａが配置され、ビームスプリッター４ａにより照明光路から取り出された光はビームモニター４に入射する。ビームモニター４は、照明光路から取り出された光に基づいて、空間光変調器３へ入射する光の配列面内の位置、空間光変調器３へ入射する光の配列面に対する角度、および空間光変調器３の配列面における光強度分布を監視する。ビームモニター４の監視結果は、制御系ＣＲへ供給される。制御系ＣＲは、ビームモニター４の出力に基づいて、ビーム送光部１および空間光変調器３を制御する。

ビームモニター４は、例えば、空間光変調器３の配列面における光の入射位置および光強度分布を監視するために、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置（レンズアレイ２ａに対してほぼ光学的にフーリエ変換の関係にある位置）に配置された光電変換面を有する第１撮像部と、空間光変調器３へ入射する光の配列面における光の入射角度を監視するために、空間光変調器３の配列面に対してほぼ光学的にフーリエ変換となる位置（レンズアレイ２ａと光学的にほぼ共役な位置）に配置された光電変換面を有する第２撮像部とを備えている。ビームモニター４の内部構成は、例えば米国特許公開第２０１１／００６９３０５号公報に開示されている。空間光変調器３の具体的な構成および作用については後述する。

空間光変調器３から＋Ｚ方向へ射出された光は、リレー光学系５の前側レンズ群５ａを介して、リレー光学系５の瞳面５ｃに入射する。前側レンズ群５ａは、その前側焦点位置が空間光変調器３の配列面の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が瞳面５ｃの位置とほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た光は、後述するように、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を瞳面５ｃに可変的に形成する。

瞳面５ｃに光強度分布を形成した光は、瞳面５ｃに前側焦点位置が設定された後側レンズ群５ｂを介して、リレー光学系６に入射する。リレー光学系６は、その前側焦点位置がリレー光学系５の後側レンズ群５ｂの後側焦点位置の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ７の入射面の近傍に位置しており、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂの後側焦点位置、ひいては空間光変調器３の配列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フーリエ変換の関係に設定している。

リレー光学系５とリレー光学系６との間の光路中には監視装置２０のビームスプリッター２０ａが配置され、ビームスプリッター２０ａにより照明光路から取り出された光は監視装置２０の本体部２０ｂに入射する。監視装置２０は、照明光路から取り出された光に基づいて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布を監視する。監視装置２０の監視結果は、制御系ＣＲへ供給される。制御系ＣＲは、監視装置２０の出力に基づいて、空間光変調器３を制御する。監視装置２０の具体的な構成および作用については後述する。

リレー光学系６を経た光は、光路折曲げミラーＭＲ２により＋Ｙ方向に反射され、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。後側レンズ群５ｂおよびリレー光学系６は、瞳面５ｃとマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的に共役に設定している。したがって、空間光変調器３を経た光は、瞳面５ｃと光学的に共役な位置に配置されたマイクロフライアイレンズ７の入射面に、瞳面５ｃに形成された光強度分布に対応した光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ７は、たと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り、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では、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、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。

マイクロフライアイレンズ７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野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）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号明細書に開示されている。

マイクロフライアイレンズ７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、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、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の矩形状の微小屈折面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。なお、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、すなわち後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞りを配置してもよい。

マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光は、結像光学系１０の集光作用を受け、且つ結像光学系１０の光路中に配置されたミラーＭＲ３により−Ｚ方向へ反射された後、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。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。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭを透過した光束は、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）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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のパターンが順次露光される。

本実施形態の露光装置は、照明光学系（１〜１０，２０）を介した光に基づいて照明光学系の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて空間光変調器３を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。

第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、例えば照明光学系の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を監視する。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）を監視する。

第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

本実施形態では、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、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）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の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学系の射出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。瞳強度分布とは、照明光学系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も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの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、リレー光学系５，６およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調器３を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ７の直後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。

次に、空間光変調器３の構成および作用を具体的に説明する。空間光変調器３は、図２に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素３ａと、複数のミラー要素３ａを保持する基盤３ｂと、基盤３ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３ｃとを備えている。図２では、空間光変調器３からリレー光学系５の瞳面５ｃまでの光路を示している。

空間光変調器３では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３は、図３に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素３ａを備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図２および図３では空間光変調器３が４×４＝１６個のミラー要素３ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数、典型的には４０００個〜１００，０００個程度のミラー要素３ａを備えている。

図２を参照すると、空間光変調器３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。

空間光変調器３では、すべてのミラー要素３ａの反射面が１つの平面に沿って設定された基準状態において、光路折曲げミラーＭＲ１と空間光変調器３との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器３で反射された後に、空間光変調器３とリレー光学系５との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に進むように構成されている。また、上述したように、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面とリレー光学系５の瞳面５ｃとは、前側レンズ群５ａを介して光学的にフーリエ変換の関係に位置決めされている。

したがって、空間光変調器３の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、瞳面５ｃに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した光強度分布を形成する。すなわち、前側レンズ群５ａは、空間光変調器３の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄが射出光に与える角度を、空間光変調器３のファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）である瞳面５ｃ上での位置に変換する。こうして、マイクロフライアイレンズ７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およびリレー光学系５，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する光強度分布に対応した分布となる。

空間光変調器３は、図３に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素３ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３ａは、その反射面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或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

各ミラー要素３ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図３には外形が正方形状のミラー要素３ａを示しているが、ミラー要素３ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。

本実施形態では、空間光変調器３として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、米国特許公開第２０１１／０１８１８５２号公報並びに米国特許公開第２０１１／１８８０１７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素３ａの向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。

空間光変調器３では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３の複数のミラー要素３ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。さらに、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別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、所望の瞳強度分布が形成される。このように、空間光変調器３は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する。

図４は、本実施形態にかかる監視装置の内部構成を概略的に示す図である。本実施形態の監視装置２０は、例えば光源ＬＳから供給されるＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍの波長の光）によりマスクＭを照明する照明光学系（１〜１０）の光路中において、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布を監視する。

監視装置２０は、図４に示すように、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂとリレー光学系６との間の光路中に配置されて、照明光（露光光）の一部を監視光路へ導くビームスプリッター２０ａを備えている。すなわち、ビームスプリッター２０ａは、照明光路中においてマイクロフライアイレンズ７の入射面よりも光源ＬＳ側に配置されている。ビームスプリッター２０ａで反射された照明光は、監視装置２０の本体部２０ｂのリレー光学系２１を介して、例えば平行平面板の形態を有する蛍光部材２２に入射する。

蛍光部材２２は、監視光路中においてマイクロフライアイレンズ７の入射面と光学的に共役な位置に配置され、照明光であるＡｒＦエキシマレーザ光を受けて蛍光を発生する。すなわち、リレー光学系２１は、ビームスプリッター２０ａと蛍光部材２２との間の光路中に配置されて、マイクロフライアイレンズ７の入射面と蛍光部材２２とを光学的に共役に配置している。

蛍光部材２２が発する蛍光は、可視光の一部であって、ＡｒＦエキシマレーザ光よりも長い波長を有する。ＡｒＦエキシマレーザ光に励起されて蛍光部材２２から発した蛍光は、前側レンズ群２３ａと後側レンズ群２３ｂとからなる結像光学系２３を介して、光電変換器２４に達する。光電変換器２４は、結像光学系２３を介して蛍光部材２２と光学的に共役な位置に配置されて、入射する蛍光を光電変換して出力する。光電変換器２４として、例えばＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型の二次元撮像素子を用いることができる。

蛍光部材２２と結像光学系２３との間の光路中には、入射光から選択された波長域の光を射出するバンドパスフィルタ（波長選択部材）２５が配置されている。一例として、バンドパスフィルタ２５は、図５に示すような強度−波長特性を有する入射光（蛍光）から５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長域の光を射出（選択）して、光電変換器２４へ導く。バンドパスフィルタ２５は、ＡｒＦエキシマレーザ光が入射しても透過させることなく、ひいてはＡｒＦエキシマレーザ光を光電変換器２４へ導くことがない。

前側レンズ群２３ａと後側レンズ群２３ｂとの間の光路中において、結像光学系２３の瞳位置またはその近傍には、蛍光部材２２から射出されて光電変換器２４に達する光束を制限する開口絞り２６が配置されている。開口絞り２６は、蛍光部材２２への光の最大入射角よりも小さい角度で蛍光部材２２から射出される光のみを通過させる機能を有する。

監視装置２０では、蛍光部材２２がマイクロフライアイレンズ７の入射面と光学的に共役な位置に配置されているので、蛍光部材２２には、マイクロフライアイレンズ７の入射面における光強度分布、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳における瞳強度分布に対応した強度分布を有する光束が入射する。また、光電変換器２４が蛍光部材２２と光学的に共役な位置に配置されているので、光電変換器２４には、蛍光部材２２への入射光束に対応した強度分布を有する光束、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の直後における瞳強度分布に対応した強度分布を有する光束が入射する。

すなわち、光電変換器２４の光電変換面には、マイクロフライアイレンズ７の直後における瞳強度分布に対応した位置に、当該瞳強度分布に対応した光強度分布が、照明光であるＡｒＦエキシマレーザ光ではなく、蛍光からバンドパスフィルタ２５により選択された比較的狭い波長域の可視光により形成される。こうして、制御部ＣＲは、光電変換器２４の出力に基づいて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布に対応した光強度分布を露光中においても監視することができる。

一般に、ＡｒＦエキシマレーザ光のように波長の短い光を光電変換するよりも、蛍光のような可視光、とりわけ蛍光から選択された比較的狭い波長域の可視光を光電変換する方が、リアルタイムモニター（実時間監視装置）に適した応答速度の大きい光電変換器を使用することが可能である。したがって、本実施形態の監視装置２０では、応答速度の大きいリアルタイムモニターに適した光電変換器２４を用いて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳における瞳強度分布（瞳強度分布の外形の形状および大きさ、瞳強度分布の位置など）を露光中もリアルタイムで監視することができる。

また、本実施形態の監視装置２０では、結像光学系２３の瞳位置またはその近傍に配置した開口絞り２６の作用により、蛍光部材２２への光の最大入射角よりも小さい角度で蛍光部材２２から射出される光のみを通過させて光電変換器２４へ導いている。その結果、結像光学系２３として、開口数の比較的小さい簡素な構成を有する可視光用の光学系を用いることができる。

また、本実施形態の監視装置２０では、蛍光部材２２と結像光学系２３との間の光路中に配置されたバンドパスフィルタ２５の作用により、入射する蛍光から５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長域の光を選択して光電変換器２４へ導いている。その結果、結像光学系２３において色収差の補正が比較的容易（あるいは色収差の補正が実質的に不要）になり、結像光学系２３の設計を複雑化することなく光電変換器２４に達する光の強度を確保することができる。

以上のように、本実施形態の監視装置２０では、応答速度の大きいリアルタイムモニターに適した光電変換器２４を用いて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳における瞳強度分布を露光中においてもリアルタイムで監視することができる。本実施形態の照明光学系（１〜１０，２０）では、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳における瞳強度分布を露光中においてもリアルタイムで監視する監視装置２０を用いて、空間光変調器３における多数のミラー要素３ａの姿勢を個別に微調整することにより、所望の瞳強度分布（ひいては所望の照明条件）を精度良く実現することができる。本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、所望の瞳強度分布を精度良く実現する照明光学系（１〜１０，２０）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。

なお、上述の説明では、入射光から選択された波長域の光を射出する波長選択部材として、蛍光部材２２と結像光学系２３との間の光路中に配置されたバンドパスフィルタ２５を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、蛍光部材と光電変換器との間の光路中の任意の位置に波長選択部材を配置しても良い。また、波長選択部材の設置を省略することもできる。

また、上述の説明では、監視光路中においてマイクロフライアイレンズ７の入射面と光学的に共役な位置に配置されて、ＡｒＦエキシマレーザ光を蛍光に変換する波長変換部材として蛍光部材２２を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、蛍光部材に代えて、第１波長の光を、第１波長とは異なる第２波長の光（例えば第１波長よりも長い波長の光）に変換する波長変換部材を用いることもできる。

また、上述の説明では、監視装置２０のビームスプリッター２０ａが、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂとリレー光学系６との間の光路中に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、監視装置のビームスプリッターの配置については様々な変形例が可能である。一例として、図６に示すように、前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中においてリレー光学系５の瞳位置またはその近傍に、監視装置２０Ａのビームスプリッター２０ａを配置することができる。

図６の変形例にかかる監視装置２０Ａは、図７に示すように、図４の実施形態にかかる監視装置２０と類似の構成を有する。しかしながら、図６の変形例では、図４の実施形態におけるリレー光学系２１に代えて、ビームスプリッター２０ａと光学的に共役な位置に蛍光部材２２を配置し、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面と光学的に共役な位置に蛍光部材２２を配置するためのリレー光学系２７が配置されている。

また、上述の説明では、光源ＬＳと空間光変調器３との間の光路中に配置されて空間光変調器３の配列面へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材２として、波面分割素子としてのレンズアレイ２ａとリレー光学系２ｂとを用いている。しかしながら、例えば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）を用いて光強度分布均一化部材を構成することもできる。

上述の実施形態では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器３を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば米国特許第６，８９１，６５５号公報や、米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

上述の実施形態では、瞳強度分布を形成するために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、所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、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、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器などを用いることもできる。

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。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空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述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。

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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影露光装置は、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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影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の組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。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。

なお、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号パンプ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号公報、第２００７／０１４６６７６号公報、第２００７／０１９５３０５号公報および第２０１０／０１６５３１８号公報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、米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報、第２００７／０１９５３０５号公報および第２０１０／０１６５３１８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 ビーム送光部
２ 光強度分布均一化部材
３ 空間光変調器
４ ビームモニター
５，６ リレー光学系
７ マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
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
２０ 監視装置
２０ａ ビームスプリッター
２０ｂ 監視装置の本体部
２２ 蛍光部材
２３ 結像光学系
２４ 光電変換器
２５ バンドパスフィルタ
２６ 開口絞り
ＬＳ 光源
ＤＴｒ，ＤＴｗ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御系
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 (18)

1. 光源からの第１波長の光により被照射面を照明する照明光学系の光路中の所定面に形成される光強度分布を監視する監視装置において、
   前記光路中において前記所定面よりも前記光源側に配置されて照明光の一部を監視光路へ導くビームスプリッターと、
   前記監視光路中において前記所定面と光学的に共役な位置に配置されて、前記第１波長の光を前記第１波長とは異なる第２波長の光に変換する波長変換部材と、
   前記波長変換部材と光学的に共役な位置を形成する結像光学系と、
   前記結像光学系を介して前記波長変換部材と光学的に共役な位置に配置されて前記第２波長の光を光電変換する光電変換器とを備えていることを特徴とする監視装置。
2. 前記波長変換部材によって変換される前記第２波長の光は、前記第１波長よりも長い波長であることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記波長変換部材と前記光電変換器との間の光路中に配置されて入射光から選択された波長域の光を射出する波長選択部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の監視装置。
4. 前記波長選択部材は、前記第１波長の光を前記光電変換器に導かず且つ前記第２波長の光を前記光電変換器へ導くことを特徴とする請求項３に記載の監視装置。
5. 前記波長選択部材は、前記波長変換部材と前記結像光学系との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の監視装置。
6. 前記結像光学系の光路中に配置されて、前記波長変換部材への光の最大入射角よりも小さい角度で前記波長変換部材から射出される光のみを通過させる開口絞りをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の監視装置。
7. 前記ビームスプリッターと前記波長変換部材との間の光路中に配置されて、前記所定面と光学的に共役な位置を形成するリレー光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の監視装置。
8. 前記波長変換部材は、前記第１波長の光を受けて蛍光を発生する蛍光部材を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の監視装置。
9. 前記蛍光部材は、平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項８に記載の監視装置。
10. 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、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の監視装置を備えていることを特徴とする照明光学系。
11. 入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子と、該空間光変調素子を経た光に基づいて前記所定面に位置する照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学系。
12. 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１１に記載の照明光学系。
13. 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１２に記載の照明光学系。
14. 前記空間光変調器は、二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項１３に記載の照明光学系。
15. 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、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１０乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 所定のパターンを照明するための請求項１０乃至１５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基板に露光することを特徴とする露光装置。
17. 前記所定のパターンの像を前記基板上に形成する投影光学系を備え、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１６に記載の露光装置。
18. 請求項１６または１７に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
    前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
    前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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