JP2016021526A - 照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供する。【解決手段】照明光学装置１００は、集光部２の集光位置または該集光位置を維持する位置に設置され、入射する光束の一部を反射させる第１光学素子７１と、集光部２の集光位置に対する瞳位置に設置され、入射する光束の一部を反射させる第２光学素子８１と、集光位置と瞳位置との間の光軸上に配置されるフーリエ変換光学系５と、フーリエ変換光学系５を経て入射した光束を被照射物Ｒに向けて出射するオプティカルインテグレーター６とを有する。オプティカルインテグレーター６に入射する光束の一部は、第２光学素子８１で反射されてフーリエ変換光学系５を経た後に第１光学素子７１に入射し、該第１光学素子７１で反射されてフーリエ変換光学系５を経た後にオプティカルインテグレーター６に入射する。【選択図】図１

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法に関する。

半導体デバイスなどの製造工程に含まれるリソグラフィ工程において、原版（レチクルなど）に形成されているパターンを、投影光学系などを介して基板（表面にレジスト層が形成されたウエハなど）に転写する露光装置が用いられる。ここで、露光装置は、光源からの光束で原版を照明する照明光学装置を備える。このような照明光学装置では、光量の損失を可能な限り抑えることが望ましく、かつ、二次光源の像を所望の形状に適宜変化させることができればなおよい。そこで、特許文献１は、楕円鏡の開口部とハエの眼レンズの入射面とを略共役な位置関係とし、ハエの眼レンズの光源側にある円錐プリズムを切り換えることで、実質的に光量損失することなく輪帯形状の二次光源の像を変化させる露光装置を開示している。また、特許文献２は、レンズを挟んでハエの眼レンズの光源側の瞳位置に円錐プリズムを挿入し、円形状の二次光源の像を輪帯形状に変化させる露光装置を開示している。

特開２００２−２５８９８号公報 特開２００１−３５８０７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている露光装置における照明光学装置では、形成された輪帯形状の二次光源の像の輪帯比（内径と外径との比率）は変えられるが、輪帯幅（内径と外径との間の距離）を変えることができない。また、この照明光学装置では、円形状の二次光源の径をあまり小さくできない。一方、特許文献２に開示されている露光装置における照明光学装置では、二次光源の像を光学素子で変化させ、かつハエの眼レンズの出射側の絞りで整形するので、その分、光量の損失が発生する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光源からの光束を用いて被照射物を照明する照明光学装置であって、光束を集光する集光部と、集光部の集光位置または該集光位置を維持する位置に設置され、入射する光束の少なくとも一部を反射させる第１光学素子と、集光部の集光位置に対する瞳位置に設置され、入射する光束の少なくとも一部を反射する第２光学素子と、集光位置と瞳位置との間の光軸上に配置されるフーリエ変換光学系と、フーリエ変換光学系を経て入射した光束を被照射物に向けて出射するオプティカルインテグレーターと、を有し、オプティカルインテグレーターに入射する光束の少なくとも一部は、第２光学素子で反射されてフーリエ変換光学系を経た後に第１光学素子に入射し、該第１光学素子で反射されてフーリエ変換光学系を経た後にオプティカルインテグラーターに入射することを特徴とする。

本発明によれば、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における露光装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係る照明系（光偏向部なし）の要部を示す図である。 第１実施形態に係る照明系（第１光偏向部あり）の要部を示す図である。 第１実施形態に係る照明系（第２光偏向部あり）の要部を示す図である。 図３の構成についての光束（２１ｉ、２１ｉ’）の状態を説明する図である。 図３の構成についての光束（２１ｏ、２１ｏ’）の状態を説明する図である。 第１光偏向部の第１光学素子で反射される光束の像の形状を示す図である。 光偏向部を用いることなく形成される輪帯形状の光束を示す図である。 第１例としての光束の形状と第１光偏向部の各領域とを示す図である。 第２例としての光束の形状と第１光偏向部の各領域とを示す図である。 第３例としての光束の形状と第２光偏向部の各領域とを示す図である。 第４例としての光束の形状と第１光偏向部の各領域とを示す図である。 二次光源の調整方法の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る照明系（第３光偏向部あり）の要部を示す図である。 第２実施形態の光束の形状と第３光偏向部の各領域とを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る照明光学装置と、この照明光学装置を備える露光装置について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、例えば、半導体デバイスの製造工程におけるリソグラフィ工程で使用されるものであり、走査露光方式にて、レチクルＲに形成されているパターンの像をウエハＷ上（基板上）に露光（転写）する投影型露光装置である。なお、図１以下の各図では、投影光学系１７の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な同一平面内で露光時のウエハＷの走査方向（レチクルＲとウエハＷとの相対的な移動方向）にＹ軸を取り、Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。露光装置１００は、照明系１５と、レチクルステージ１６と、投影光学系１７と、ウエハステージ１８と、制御部３６とを備える。

照明系１５は、本実施形態に係る照明光学装置であり、光源１からの光束を調整してレチクルＲを照明する。なお、照明系１５の詳細については後述する。レチクルＲは、ウエハＷ上に転写されるべきパターン（例えば回路パターン）が形成された、例えば石英ガラス製の原版である。レチクルステージ１６は、レチクルＲを保持してＸ、Ｙの各軸方向に可動である。投影光学系１７は、レチクルＲを通過した光を所定の倍率（例えば１／２倍）でウエハＷ上に投影する。ウエハＷは、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。ウエハステージ１８は、ウエハチャック１９を介してウエハＷを保持し、Ｘ、Ｙ、Ｚ（それぞれの回転方向であるωｘ、ωｙ、ωｚを含む場合もある）の各軸方向に可動である。

制御部３６は、例えばコンピューターなどで構成され、露光装置１００の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムなどに従って各構成要素の動作および調整などを制御し得る。なお、制御部３６は、露光装置１００の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、露光装置１００の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

次に、照明系１５の構成について具体的に説明する。照明系１５は、光源１と、楕円ミラー２と、コールドミラー３と、オプティカルロッド４と、フーリエ変換光学系５と、オプティカルインテグレーター６と、コリメーター１３と、折り曲げミラー１４とを含む。光源１は、例えば、紫外線や遠紫外線等を放射する高輝度の超高圧水銀ランプであり、その発光部１ａは、楕円ミラー２の第１焦点の近傍に位置する。また、照明系１５は、制御部３６からの指令に基づいて光源１をＸＹＺの各軸方向に変位させる駆動部３５を含む。楕円ミラー２は、光源１からの光束を集光する集光部であり、集光した光束をコールドミラー３に入射させる。コールドミラー３は、表面が誘電体等の多層膜で形成され、主に赤外線を透過させるとともに、露光光に用いる紫外光を反射させる。コールドミラー３で反射した光束は、楕円ミラー２の第２焦点の近傍に位置するオプティカルロッド４の入射面に発光部１ａの像を形成する。オプティカルロッド４は、フーリエ変換光学系５の物体面に出射面４ｂが位置するように配置される、円柱形状の光導波管である。このオプティカルロッド４は、光源１に電力を供給するリード線１ｂの影をオプティカルインテグレーター６の入射面６ａ上に生じさせないために設置される。具体的には、オプティカルロッド４は、入射光束を、円柱側面で反射し旋回する光線（Ｓｋｅｗ光線）として、入射光束に含まれるリード線１ｂの影をぼかして消失させる。フーリエ変換光学系５は、オプティカルロッド４の出射面４ｂからの光束を受け、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに、楕円ミラー２の開口面２ｂの像を結像する。オプティカルインテグレーター６は、光軸方向に延設され、かつ、光軸方向と直交する平面方向に複数並列させた小レンズを有し、その出射面６ｂに二次光源が形成される。以下、「小レンズ」と表現する場合には、オプティカルインテグレーター６を構成する個々の小レンズを意味するものとする。小レンズは、入射面６ａに形成される光束の形状が、出射面６ｂで得られる光束の形状と略等しくなるように、充分に小さな径を有する。

また、照明系１５は、楕円ミラー２からの光束の集光位置に設置される、入射した光束を反射（偏向）する第１光学素子と、上記の集光位置に対する瞳位置に設置される、入射した光束を反射（偏向）する第２光学素子とを含む光偏向部を有する。なお、上記の集光位置には、この集光位置を維持する位置（光源１の結像位置）も含まれ得る。また、ここでいう「瞳位置」と「集光位置」とは、厳密に定まる１つの位置を示すものではなく、同等と見なせる範囲にある位置である、いわゆる「略瞳位置」または「略集光位置」をも含むものである。また、本実施形態においては、照明系１５は、オプティカルロッド４を用いる構成としているが、必須構成ではない。ここで、オプティカルロッド４の入射面と出射面４ｂとは、径が同じ、すなわち集光径が同じである。したがって、本実施形態のようにオプティカルロッド４を用いる場合には、上記の集光位置は、オプティカルロッド４の入射面に相当し、上記の集光位置を維持する位置は、オプティカルロッド４の出射面４ｂに相当する。これに対して、他の実施形態としてオプティカルロッド４を用いない場合には、上記の集光位置は、そのまま集光点に相当する。そして、照明系１５は、第１光学素子と第２光学素子との組み合わせ（第１の組み合わせ）の光偏向部だけでなく、他の形状を有する第１光学素子と第２光学素子との組み合わせ（第２の組み合わせ）の光偏向部をも備え得る。本実施形態では、照明系１５は、一例として、第１光学素子７１と第２光学素子８１との組み合わせである第１光偏向部９１と、他の形状を有する第１光学素子７２と第２光学素子８２との組み合わせである第２光偏向部９２との２つの光偏向部を含む。このうち、第２光学素子８１、８２は、それぞれ、オプティカルインテグレーター６に向かう光束の一部を所定の方向に反射可能とするものである。一方、第１光学素子７１、７２は、第２光学素子８１、８２で反射され、フーリエ変換光学系５を経て到達した光束を、再度、フーリエ変換光学系５に入射可能とするものである。なお、第１光学素子７１、７２および第２光学素子８１、８２の形状および配置、ならびにその作用については後述する。そして、第１光偏向部９１と第２光偏向部９２とは、オプティカルロッド４、フーリエ変換光学系５およびオプティカルインテグレーター６が光軸上に並ぶ光路中に、着脱可能（取り外し、取り付けおよび切り換え可能）に配置される。具体的には、第１光学素子７１、７２および第２光学素子８１、８２を、手動で取り外しおよび取り付けを行う機構を備えるものとしてもよいし、または、駆動機構を備え、制御部３６からの指令に基づいて自動で切り換え可能とするものであってもよい。

コリメーター１３は、折り曲げミラー１４を挟んで配置される２つの光学系１３ａ、１３ｂを含み、レチクルステージ１６に載置されている被照射物としてのレチクルＲを照明する。コリメーター１３が照明系１５内でこのように配置される場合、オプティカルインテグレーター６の出射面６ｂに形成された二次光源の像は、投影光学系１７の瞳面１７ａの近傍に結像する。

さらに、照明系１５は、ハーフミラー１０と、検出光学系１１と、検出器１２と、演算部３７とを備える。ハーフミラー１０は、オプティカルインテグレーター６とコリメーター１３（光学系１３ａ）との間に配置され、オプティカルインテグレーター６から出射した光束の一部を検出光学系１１に向けて反射させる。検出光学系１１は、例えば２つの光学系１１ａ、１１ｂを含み、オプティカルインテグレーター６の出射面６ｂに形成された二次光源の像を検出器１２上に投影（縮小投影）する。検出器１２は、例えば、４分割センサーや二次元ＣＣＤ等の光電変換素子であり、投影された二次光源の像を検出する。また、演算部３７は、検出器１２の出力に基づいて、二次光源の像の総光量および光強度分布の対称性を演算し、得られた情報を制御部３６へ送信する。

次に、照明系１５の作用について具体的に説明する。照明系１５は、露光に際し、レチクルＲに形成されているパターンの解像線幅や孤立性等に応じて、第１光偏向部９１または第２光偏向部９２を用いて、投影光学系１７の瞳面１７ａに形成される二次光源の光強度分布（有効光源分布）を変化させる。以下、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａにおける二次光源の光強度分布の変更と、それによる投影光学系１７の瞳面１７ａに形成される二次光源の光強度分布の変更とについて説明する。

図２は、オプティカルロッド４からオプティカルインテグレーター６までの照明系１５の要部を示す概略図である。図２では、第１光偏向部９１および第２偏向部９２が光路中に配置されていない状態を示している。また、符号ｆは、フーリエ変換光学系５の焦点距離を示し、符号５ａは、フーリエ変換光学系５の主点位置を示している。そして、オプティカルロッド４の出射面４ｂは、主点位置５ａから光源１側への距離ｆの位置に配置される。一方、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａは、主点位置５ａからレチクルＲ側への距離ｆの位置に配置される。なお、説明の簡単化のために、フーリエ変換光学系５の前側主点と後側主点とを同一として表記している。

ここで、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された光線２１ｉと光線２１ｏとは、光源１の発光部１ａからの光束のうち、楕円ミラー２の開口面２ａと開口面２ｂとのそれぞれに接する部分で反射した光線を示している。また、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された光線２１ｍは、発光部１ａからの光束のうち、楕円ミラー２の開口面２ａと開口面２ｂとの間の部分で反射した光線を示している。このうち、光線２１ｉは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射した後に、フーリエ変換光学系５を経て小レンズ６２ｕに入射する。同様に、光線２１ｍは、小レンズ６３ｕに入射し、光線２１ｏは、小レンズ６４ｕに入射し、光線２１ｉ’は、小レンズ６２ｄに入射し、光線２１ｍ’は、小レンズ６３ｄに入射し、光線２１ｏ’は、小レンズ６４ｄに入射する。

図３は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａにおける二次光源の光強度分布を所望の形状とするために、第１光学素子７１と第２光学素子８１とを含む第１光偏向部９１が光路中に配置されている状態を示している。まず、第２光学素子８１は、光軸ＡＸを基準として回転対称に、中心領域が開口部で、周辺領域が、頂点が第１光学素子７１に向かう円錐形状の反射面（反射部）となっている。第２光学素子８１の反射面は、光軸ＡＸに垂直な面に対して傾いている。これに対し、第１光学素子７１も、光軸ＡＸを基準として回転対称に、中心領域が開口部で、周辺領域が、頂点が第２光学素子８１に向かう円錐形状の反射面（反射部）となっている。第１光学素子７１の反射面もまた、光軸ＡＸに垂直な面に対して傾いている。ただし、第１光学素子７１では、開口部の径、ならびに周辺領域の反射面の角度および径が、第２光学素子８１とは異なる。また、第１光学素子７１の開口部の径は、オプティカルロッド４の外径と略同一である。

ここで、光線２１ｉは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、第２光学素子８１の開口部を通過して、小レンズ６２ｕに入射する。光線２１ｏは、出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、第２光学素子８１の反射面に到達して反射される。第２光学素子８１で反射された光線２１ｏは、逆向きにフーリエ変換光学系５を経て、第１光学素子７１の反射面に到達して反射される。そして、第１光学素子７１で反射された光線２１ｏは、再びフーリエ変換光学系５を経て、第２光学素子８１の開口部を通過して、小レンズ６１ｃに入射する。同様に、光線２１ｉ’は、小レンズ６２ｄに入射し、光線２１ｏ’は、小レンズ６１ｃに入射する。このように、第１光偏向部９１を用いることで、オプティカルインテグレーター６の周辺領域に位置する小レンズ６４ｕ、６４ｄに向かう光線２１ｏ、２１ｏ’を、中心領域（光軸ＡＸの近傍）に位置する小レンズ６１ｃに入射させることが可能となる。

図４は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａにおける二次光源の光強度分布を所望の形状とするために、第１光学素子７２と第２光学素子８２とを含む第２光偏向部９２が光路中に配置されている状態を示している。まず、第１光学素子７２の形状は、第１光偏向部９１の第１光学素子７１と同様である。一方、第２光学素子８２は、中心部の光学素子８２ａと、周辺部の光学素子８２ｂとを含む。このうち、光学素子８２ａは、光軸ＡＸを基準として回転対称で、頂点が第１光学素子７２に向かう円錐形状の反射面（反射部）となっている。一方、光学素子８２ｂは、光軸ＡＸを基準として回転対称で、輪帯形状の透過面（透過部）となっている。

ここで、光線２１ｉは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、光学素子８２ａの反射面に到達して反射される。光学素子８２ａで反射された光線２１ｉは、逆向きにフーリエ変換光学系５を経て、第１光学素子７２の反射面に到達して反射される。そして、第１光学素子７２で反射された光線２１ｉは、再びフーリエ変換光学系５を経て、光学素子８２ｂを通過して、小レンズ６４ｕに入射する。光線２１ｏは、出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、光学素子８２ｂを通過して、小レンズ６４ｕに入射する。同様に、光線２１ｉ’および光線２１ｏ’も、小レンズ６４ｄに入射する。このように、第２光偏向部９２を用いることで、オプティカルインテグレーター６の中心領域に位置する小レンズ６２ｕ、６４ｄに向かう光線２１ｏ、２１ｏ’を、周辺領域に位置する小レンズ６４ｕ、６４ｄに入射させることが可能となる。

次に、第１光学素子７１の円錐形状である周辺領域に形成されている反射面の径と、小レンズの出射面６ｂにおける光線の広がりとについて具体的に説明する。図５（ａ）は、図３に示す構成について、オプティカルロッド４の出射面４ｂから出射した光束が、小レンズ６２ｕ、６２ｄに入射するまでの状態を説明する図である。なお、図５（ａ）では、図３に示した光線２１ｉ、２１ｉ’に加えて、出射面４ｂの一方の端（上端）から発せられる光線２１ｉ_２、２１ｉ_２’と、出射面４ｂの他方の端（下端）から発せられる光線２１ｉ_３、２１ｉ_３’とを示している。

光線２１ｉ_２、２１ｉ、２１ｉ_３は、それぞれ同じ出射角度を持つ平行光束であり、フーリエ変換光学系５に入射した後、集光角度Ψｉで小レンズ６２ｕの入射面に集光する。同様に、光線２１ｉ_２’、２１ｉ’、２１ｉ_３’も、それぞれ同じ出射角度を持つ平行光束であり、フーリエ変換光学系５に入射した後、集光角度Ψｉで小レンズ６２ｄの入射面に集光する。ここで、集光角度Ψｉは、フーリエ変換光学系５の焦点距離ｆとオプティカルロッド４の出射面４ｂの径Ｓｉとを用いて、式（１）で表される。
ｔａｎ（Ψｉ／２）＝Ｓｉ／２ｆ （１）

これにより、小レンズ（６２ｕ、６２ｄ等）の出射面６ｂには、オプティカルロッド４の出射面４ｂの像が形成される。このとき、小レンズの焦点距離をｆ’とし、小レンズの出射面６ｂに形成される像の径をＳｉ’とすると、式（２）に示す関係が成り立つ。
Ｓｉ’／Ｓｉ＝ｆ’／ｆ （２）

図５（ｂ）は、小レンズの外形６２０と、小レンズの出射面６ｂに形成されるオプティカルロッド４の出射面４ｂの像２２の形状とを示す平面図である。外形６２０は、隙間のない組み合わせ構造を実現させるために、矩形または正六角形とするのが一般的であるが、ここでは、一例として正方形としている。また、像２２は、上記のとおり外径がＳｉ’で示される円として、その中心が小レンズの中心に一致するように外形６２０内に形成される。

図６は、図３に示す構成について、オプティカルロッド４の出射面４ｂから出射した光束が、小レンズ６１ｃに入射するまでの状態を説明する図である。このうち、図６（ａ）は、出射面４ｂから出射した光束が、フーリエ変換光学系５を経て第２光学素子８１で反射され、再度フーリエ変換光学系５に入射するまでを示す。一方、図６（ｂ）は、再度フーリエ変換光学系５に入射した光束が、第１光学素子７１で反射され、再々度フーリエ変換光学系５に入射し、最終的に小レンズ６１ｃの入射面６ａに集光するまでを示す。なお、図６では、図２に示した光線２１o、２１o’に加えて、オプティカルロッド４の出射面４ｂの一方の端（上端）から発せられる光線２１ｏ_２、２１ｏ_２’と、出射面４ｂの他方の端（下端）から発せられる光線２１ｏ_３、２１ｏ_３’とを示している。

まず、図６（ａ）を参照し、光線２１ｏ_２、２１ｏ、２１ｏ_３は、それぞれ同じ出射角度を持つ平行光束であり、フーリエ変換光学系５に入射した後、集光角度Ψで第２光学素子８１の反射面に集光する。同様に、光線２１ｏ_２’、２１ｏ’、２１ｏ_３’も、それぞれ同じ出射角度を持つ平行光束であり、フーリエ変換光学系５に入射した後、集光角度Ψで第２光学素子８１の反射面に集光する。ここで、集光角度Ψは、上記の式（１）で表される集光角度Ψｉに等しい。そして、第２光学素子８１の反射面で反射された光線２１ｏ_２、２１ｏ、２１ｏ_３および光線２１ｏ_２’、２１ｏ’、２１ｏ_３’は、それぞれ広がり角度Ψで逆向きにフーリエ変換光学系５に入射する。

次に、図６（ｂ）を参照し、フーリエ変換光学系５を出射した光線２１ｏ_２、２１ｏ、２１ｏ_３および光線２１ｏ_２’、２１ｏ’、２１ｏ_３’は、それぞれ平行光束となり、第１光学素子７１の反射面に入射する。このとき、第１光学素子７１への入射位置は、第２光学素子８１の反射面の角度で決まり、入射幅は、フーリエ変換光学系５に入射する光線の広がり角度Ψで決まる。ここで、本実施形態では、第２光学素子８１の反射面の角度を、光線２１ｏ_２、２１ｏ_３’がオプティカルロッド４の出射面４ｂにほぼ接するような角度に設定している。また、フーリエ変換光学系５に入射する光線の広がり角度Ψは、前述したように集光角度Ψｉと等しいため、上記の入射幅は、オプティカルロッド４の出射面４ｂの径Ｓｉと等しい。したがって、第１光学素子７１への入射する平行光束は、内径がＳｉ、外径がＳｏ＝３・Ｓｉとなる輪帯形状に分布する。次に、第１光学素子７１の反射面で反射された光線２１ｏ_２、２１ｏ、２１ｏ_３および光線２１ｏ_２’、２１ｏ’、２１ｏ_３’は、平行光束として再再度フーリエ変換光学系５に入射する。再再度フーリエ変換光学系５に入射した光線２１ｏ_２、２１ｏ、２１ｏ_３および光線２１ｏ_２’、２１ｏ’、２１ｏ_３’は、集光角度Ψで小レンズ６１ｃの入射面に集光する。

これにより、小レンズ（６１ｃ等）の出射面６ｂには、第１光学素子７１で反射した輪帯形状の光束の像が形成される。このとき、小レンズの出射面６ｂに形成される輪帯形状の光束の像の外径をＳｏ’とすると、式（３）に示す関係が成り立つ。
Ｓｏ’／Ｓｏ＝ｆ’／ｆ （３）
また、小レンズの出射面６ｂに形成される輪帯形状の光束の像の内径Ｓｉ’は、オプティカルロッド４の出射面４ｂの像の径と等しい。

図７は、小レンズ６１ｃの外形６１０と、小レンズの出射面６ｂに形成される第１光学素子７１の反射面で反射される光束の像２３の形状とを示す平面図である。像２３は、上記のとおり外径がＳｏ’で示される円として、その中心が小レンズの中心に一致するように外形６１０内に形成される。

このようなことから、第１光学素子７１の円錐形状である周辺領域に形成されている反射面の径は、オプティカルロッド４の出射面４ｂの径Ｓｉの３倍より大きく設定されることが望ましい。また、小レンズの外径は、第１光学素子７１の反射面で反射される光束の小レンズの出射面６ｂにおける広がりよりも大きく設定されることが望ましい。

次に、第１光偏向部９１等の光偏向部を用いることで得られる光束の形状について具体的に説明する。まず、比較例として、図２に示すように第１光偏向部９１および第２偏向部９２の双方とも光路に配置されていない状態における、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される輪帯形状の光束の形状について説明する。図８は、この場合にオプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される輪帯形状の光束２５を示す平面図である。光束２５は、光軸ＡＸを基準として回転対称な分布となり、楕円ミラー２の開口面２ａから決まる外径Φｏ（０）と、楕円ミラー２の開口面２ｂから決まる内径Φｉ（０）とを有する。また、図８では、投影光学系１７の瞳面１７ａに相当する径を瞳外径２４として示している。そして、光束２５の外径Φｏ（０）は、瞳外径２４の約９割の大きさに設定しており、外径Φｏ（０）と内径Φｉ（０）との関係は、式（４）で表されるように設定している。
Φｉ（０）＝（１／４）・Φｏ（０） （４）

次に、光束形状の第１例として、図３に示すように第１光偏向部９１を光路に配置している状態における、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される光束の形状、および第１光偏向部９１の反射領域および開口領域について説明する。図９は、第１例としての光束の形状と、第１光偏向部９１の反射領域および透過領域を示す平面図である。このうち、図９（ａ）は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される円形状の光束２６を示す。光束２６の外径Φ（１）は、図８に示した光束２５の外径Φｏ（０）に対して、式（５）で表される大きさを有するように設定している。
Φ（１）＝（１／３）・Φｏ（０） （５）

一方、図９（ｂ）は、図８に示した輪帯形状の光束２５を図９（ａ）に示した円形状の光束２６に変換する第２光学素子８１の反射領域（反射面の領域）Ｒｏ（１）と、第２光学素子８１の中央領域にある開口領域Ｔｉ（１）とを示す。ここで、点線で示した円２７は、反射領域Ｒｏ（１）と開口領域Ｔｉ（１）との境界を示している。このとき、式（６）の関係を満たすように規定することで、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに、図９（ａ）に示した光束２６を形成することができる。
Ｒｏ（１）＝Ｔｉ（１）＝Φｏ（０）／３ （６）

なお、光束形状の第２例として、第１光偏向部９１を用いる場合で、以下のような変更も可能である。図１０は、第２例としての光束の形状と、第１光偏向部９１の反射領域および開口領域を示す平面図である。このうち、図１０（ａ）は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される円形状の光束２８を示す。この場合、光束２８の外径Φ（２）は、式（７）で表される大きさを有するように設定している。
Φ（２）＝（３／４）・Φｏ（０） （７）

一方、図１０（ｂ）は、図８に示した輪帯形状の光束２５を図１０（ａ）に示した円形状の光束２８に変換する第２光学素子８１の反射領域Ｒｏ（２）と、第２光学素子８１の中央領域にある開口領域Ｔｉ（２）とを示す。ここで、点線で示した円２９は、反射領域Ｒｏ（２）と開口領域Ｔｉ（２）との境界を示している。このとき、反射領域Ｒｏ（２）は、式（８）で、開口領域Ｔｉ（２）は、式（９）でそれぞれ表される大きさを有する。
Ｒｏ（２）＝Φｉ（０）／２ （８）
Ｔｉ（２）＝Φｏ（０）−Φｉ（０） （９）
すなわち、第２例によれば、第１例での第１光偏向部９１に対して、第２光学素子８１の反射領域を狭くし、かつ、第１光学素子７１の反射面の角度を大きくすることで、円形状の光束の大きさを第１例とは異なる大きさに変えることができる。

このように、照明系１５は、第１光偏向部９１を用いることで、例えば、図８に示した輪帯形状の光束２５を、外径が瞳外径２４の０．３倍（０．９×１／３）から０．６７５倍（０．９×３／４）の範囲の円形状の光束に変換することができる。

次に、光束形状の第３例として、図４に示すように第２光偏向部９２を光路に配置した状態における、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される光束の形状、および第２光偏向部９２の反射領域、透過領域および開口領域について説明する。図１１は、第３例としての光束の形状と、第２光学素子８２の反射領域および開口領域を示す平面図である。このうち、図１１（ａ）は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される輪帯形状の光束３０を示す。この場合、光束３０の内径Φｉ（３）は、式（１０）で表される大きさを有するように設定している。
Φｉ（３）＝（５／８）・Φｏ（０） （１０）
すると、光束３０の輪帯幅は、上記の輪帯形状の光束２５の輪帯幅の１／２となる。

一方、図１１（ｂ）は、図８に示した輪帯形状の光束２５を図１１（ａ）に示した輪帯形状の光束３０に変換する第２光学素子８２の反射面を有する光学素子８２ａの反射領域Ｒｉ（３）と、透過面を有する光学素子８２ｂの透過領域Ｔｏ（３）とを示す。ここで、点線で示した円３１は、反射領域Ｒｉ（３）と透過領域Ｔｏ（３）との境界を示している。このとき、反射領域Ｒｉ（３）は、式（１１）で、透過領域Ｔｏ（３）は、式（１２）でそれぞれ表される大きさを有するように設定している。
Ｒｉ（３）＝｛Φｏ（０）＋Φｉ（０）｝／２ （１１）
Ｔｏ（３）＝｛Φｏ（０）−Φｉ（０）｝／２ （１２）
すなわち、第３例によれば、第１例での第１光偏向部９１に対して、第２光学素子８２の反射領域を狭くし、かつ、第１光学素子７２の反射面の角度を大きくすることで、輪帯形状の光束の輪帯幅を太くする（変化させる）ことができる。

このように、照明系１５は、第２光偏向部９２を用いることで、例えば、図８に示した輪帯形状の光束２５を、外径を瞳外径２４の０．９倍に維持した状態で内径を変化させ、輪帯幅を１／２まで狭くした輪帯形状の光束に変換することができる。

次に、光束形状の第４例として、図３に示すように第１光偏向部９１を光路に配置した状態における、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される光束の形状、および第１光偏向部９１の反射領域および開口領域について説明する。図１２は、第４例としての光束の形状と、第２光学素子８１の反射領域および開口領域を示す平面図である。第４例としての光束は、第１光偏向部９１を用いて形成されるものであるが、円形状ではなく、輪帯形状となる点で、第１例および第２例とは異なる。図１２（ａ）は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される輪帯形状の光束３２を示す。この場合、光束３２の内径は、図８に示した輪帯形状の光束２５の内径Φｉ（０）と同一であり、光束３２の外径Φｏ（４）は、式（１３）で表される大きさを有するように設定している。
Φｏ（４）＝（５／２）・Φｉ（０） （１３）
すると、光束３２の輪帯幅は、上記の輪帯形状の光束２５の輪帯幅の１／２となる。

一方、図１２（ｂ）は、図８に示した輪帯形状の光束２５を図１２（ａ）に示した輪帯形状の光束３２に変換する第２光学素子８１の反射領域Ｒｏ（４）と、第２光学素子８１の中央領域にある開口領域Ｔｉ（４）とを示す。ここで、点線で示した円３１は、反射領域Ｒｏ（４）と開口領域Ｔｉ（４）との境界を示している。このとき、反射領域Ｒｏ（４）は、式（１４）で、開口領域Ｔｉ（４）は、式（１５）でそれぞれ表される大きさを有するように設定している。
Ｒｏ（４）＝｛Φｏ（０）−Φｉ（０）｝／４ （１４）
Ｔｉ（４）＝｛Φｏ（０）＋Φｉ（０）｝／２ （１５）
すなわち、第４例によれば、第１例での第１光偏向部９１に対して、第２光学素子８１の反射領域を狭くし、かつ、第１光学素子７１の反射面の角度を大きくすることで、輪帯形状の光束の輪帯幅を太くする（変化させる）ことができる。

このように、照明系１５は、第１光偏向部９１を用いて、例えば、図８に示した輪帯形状の光束２５を、外径を瞳外径２４の０．２２５倍（０．９／４）に維持した状態で外径を変化させ、輪帯幅を１／２まで狭くした輪帯形状の光束に変換することができる。

次に、オプティカルインテグレーター６の出射面６ｂに形成される二次光源（具体的には、二次光源の光強度分布）の調整方法について説明する。図１３は、本実施形態における二次光源の調整方法の流れを示すフローチャートである。まず、制御部３６は、二次光源の調整を開始すると、光源１を点灯させる（ステップＳ１０１）。次に、制御部３６は、演算部３７に、検出器１２の出力に基づいて二次光源の像の総光量を演算させ（光量計測）、その演算結果を情報として取得する（ステップＳ１０２）。次に、制御部３６は、ステップＳ１０２にて取得した演算結果、すなわち総光量の値を参照し、その値が最大値となるような位置に光源１が位置するよう駆動部３５を駆動させる（ステップＳ１０３：第１位置調整工程）。次に、制御部３６は、不図示の駆動機構に、各光偏向部９１、９２等を光路内に設置または切り換えさせる（ステップＳ１０４）。次に、制御部３６は、光偏向部の切り換えを行ったとき、演算部３７に、検出器１２の出力に基づいて二次光源の光強度分布の対称性を演算させ（光量分布計測）、その演算結果を取得する（ステップＳ１０５）。次に、制御部３６は、ステップＳ１０５にて取得した演算結果、すなわち光強度分布の対称性の値を参照し、最も対称となるような位置に光源１が位置するよう駆動部３５を駆動させ（ステップＳ１０６：第２位置調整工程）、二次光源の調整を終了する。なお、光源１のＺ軸方向は、光強度分布の対称性に影響しないため、ステップＳ１０６では、制御部３６は、光源１がＸ、Ｙの各軸方向に変位するよう駆動部３５を駆動させる。また、光源１の使用に伴う電極の消耗により、発光部１ａがＺ軸方向に変化する場合には、制御部３６は、二次光源の像の総光量の値が最大となるように、光源１をＺ軸方向に変位させるよう駆動部３５を駆動させることが望ましい。このような二次光源の調整方法によれば、光偏向部を設置しても、二次光源の光強度分布の対称性の劣化を抑えることが可能となる。

このように、照明系１５は、二次光源の像の形状を変更するのに、従来のような円錐プリズムや絞り等を使用しないので、光量の損失を可能な限り抑えることができる。また、照明系１５は、上記のような条件のもと光偏向部を配置するので、形成する二次光源の像を、第１または第２の形状（大きさの概念も含む）として、輪帯形状とすることも、円形状とすることもできる。また、照明系１５は、二次光源の像を所望の輪帯形状に変換する場合には、単に輪帯比を所望の値とするのみならず、輪帯幅も所望の値とすることができる。さらに、照明系１５は、二次光源の像を所望の円形状に変換する場合には、その大きさを所望の値とすることもできる。

以上のように、本実施形態によれば、本発明によれば、光量の損失を抑えつつ、二次光源の像の形状を、所望の輪帯形状や円形状とする照明光学装置を提供することができる。また、このような照明光学装置を備える露光装置によれば、より高効率化および省電力化を図ることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る照明光学装置について説明する。第１実施形態に係る照明光学装置としての照明系１５では、第１光偏向部９１と第２光偏向部９２との２種類の光偏向部を用いる場合を例示した。本実施形態では、さらに、第１光偏向部９１および第２光偏向部９２とは異なる、第１光学素子７３と第２光学素子８３とを含む第３光偏向部９３を用いた場合の照明系１５について例示する。以下、第１実施形態に係る照明系１５と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１４は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａにおける二次光源の像の形状を所望の形状に変化させるために、第３光偏向部９３が光路中に配置されている状態を示している。まず、第１光学素子７３の形状は、第１光偏向部９１の第１光学素子７１と同様である。一方、第２光学素子８３は、中心部の光学素子８３ａと、周辺部の光学素子８３ｂとを含む。このうち、光学素子８３ａは、光軸ＡＸを基準として回転対称で、頂点が第１光学素子７３に向かう円錐形状の反射面（反射部）となっているが、第１実施形態における図４に示した光学素子８２ａと異なり、光軸ＡＸ近傍の中心領域に開口部を有する。また、光学素子８３ａの第１の周辺領域にある反射面は、一部の光束を透過するハーフミラー（半透過半反射面）である。一方、光学素子８３ｂは、光軸ＡＸを基準として回転対称で、第２の周辺領域にある輪帯形状の透過面（透過部）となっている。

ここで、光線２１ｉは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、光学素子８３ａの透過部を通過して、小レンズ６２ｕに入射する。光線２１ｍは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、光学素子８３ａの反射面（円錐形状の半透過半反射面）に到達し、反射する光線と透過する光線とに分かれる。このうち、光学素子８３ａを透過した光線は、そのまま小レンズ６３ｕに入射する。一方、光学素子８３ａで反射した光線は、逆向きにフーリエ変換光学系５を経て、第１光学素子７３の反射面に到達し反射される。第１光学素子７２で反射された光線２１ｍは、再びフーリエ変換光学系５を経て、光学素子８３ａの透過部を通過して、小レンズ６１ｃに入射する。光線２１ｏは、オプティカルロッド４の出射面４ｂの中心から出射された後、フーリエ変換光学系５を経て、光学素子８３ｂを通過して、小レンズ６４ｕに入射する。同様に、光線２１ｉ’および光線２１ｏ’も、それぞれ小レンズ６２ｄ、小レンズ６４ｄに入射する。また、光線２１ｍ’は、光学素子８３ａの反射面で、反射する光線と透過する光線とに分かれ、このうち、反射した光線は、小レンズ６１ｃに入射し、透過した光線は、小レンズ６３ｄに入射する。このように、第３光偏向部９３を用いることで、オプティカルロッド４からの光線を、光軸方向に垂直な平面内で連続した小レンズ６１ｃ、６２ｕ、６２ｄ、６３ｕ、６３ｄ、６４ｕ、６４ｄに効率良く入射させることが可能となる。

次に、図１４に示す第３光偏向部９３を光路に配置した状態における、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される光束の形状、および第３光偏向部９３の反射領域、透過領域および開口領域について説明する。図１５は、光束の形状と、第３光偏向部９３の反射領域、透過領域および開口領域を示す平面図である。このうち、図１５（ａ）は、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに形成される円形状の光束３３を示す。この例では、図８に示した輪帯形状の光束２５を、その外径Φｏ（０）を維持したまま円形状の光束３３に変換する。

一方、図１５（ｂ）は、図８に示した輪帯形状の光束２５を図１５（ａ）に示した円形状の光束３３に変換する第２光学素子８３の反射領域Ｈｍ（５）、透過領域Ｔｏ（５）および開口領域Ｔｉ（５）を示す。ここで、反射領域Ｈｍ（５）は、光学素子８３ａのハーフミラー（半透過半反射面）の領域であり、透過領域Ｔｏ（５）は、光学素子８３ｂの透過面の領域であり、開口領域Ｔｉ（５）は、光学素子８３ａの中心領域にある開口である。また、点線で示した円３４は、反射領域Ｈｍ（５）と透過領域Ｔｏ（５）との境界を示している。このとき、式（１６）〜式（１８）の関係を満たすように規定することで、オプティカルインテグレーター６の入射面６ａに、図１５（ａ）に示した光束３３を形成することができる。
Ｈｍ（５）＝Φｉ（０）／２ （１６）
Ｔｏ（５）＝Φｏ（０）−２・Φｉ（０） （１７）
Ｔｉ（５）＝Φｉ（０） （１８）

このように、本実施形態によれば、第３光偏向部９３を用いることで、図８に示した輪帯形状の光束２５を、外径Φｏ（０）を維持したまま、円形状の光束３３に変換することが可能となる。なお、上記説明では、第２光学素子８３を構成する光学素子のうち、光学素子８３ａをハーフミラーとし、光学素子８３ｂを透過性を有するものとした。これに対して、光学素子８３ａを透過性を有するものとし、光学素子８３ｂをハーフミラーとしても、同様の効果を奏し得る。

（物品の製造方法）
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 光源
２ 楕円ミラー
５ フーリエ変換光学系
６ オプティカルインテグレーター
１５ 照明系
７１ 第１光学素子
８１ 第２光学素子

Claims (16)

1. 光源からの光束を用いて被照射物を照明する照明光学装置であって、
   前記光束を集光する集光部と、
   前記集光部の集光位置または該集光位置を維持する位置に設置され、入射する光束の少なくとも一部を反射させる第１光学素子と、
   前記集光部の集光位置に対する瞳位置に設置され、入射する光束の少なくとも一部を反射する第２光学素子と、
   前記集光位置と前記瞳位置との間の光軸上に配置されるフーリエ変換光学系と、
   前記フーリエ変換光学系を経て入射した光束を前記被照射物に向けて出射するオプティカルインテグレーターと、を有し、
   前記オプティカルインテグレーターに入射する光束の少なくとも一部は、前記第２光学素子で反射されて前記フーリエ変換光学系を経た後に前記第１光学素子に入射し、該第１光学素子で反射されて前記フーリエ変換光学系を経た後に前記オプティカルインテグレーターに入射する、
   ことを特徴とする照明光学装置。
2. 前記第１光学素子および前記第２光学素子は、入射する光束を反射させる反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記第２光学素子は、入射する光束を通過または透過させる領域と、入射する光束を反射させる反射面と、を有することを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
4. 前記第１光学素子の前記反射面は、円錐形状の反射面であり、かつ、
   前記第２光学素子の前記反射面は、円錐形状の反射面である、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の照明光学装置。
5. 前記第１光学素子の反射面と前記第２光学素子の反射面とは、前記光軸に対して回転対称であり、前記第１光学素子の前記円錐形状の反射面の頂点と、前記第２光学素子の前記円錐形状の反射面の頂点とが、逆向きであることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
6. 前記第１光学素子および前記第２光学素子は、前記光軸を基準として、それぞれ、中心に入射する光束を通過または透過させる領域とし、前記通過または透過させる領域の周辺領域に前記反射面を有することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
7. 前記第１光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とし、周辺領域を前記反射面とし、
   前記第２光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とし、前記中心領域の周りの第１の周辺領域を半透過半反射面とし、前記第１の周辺領域の周りの第２の周辺領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
8. 前記第１光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とし、周辺領域を前記反射面とし、
   前記第２光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とし、前記中心領域の周りの第１の周辺領域を、入射する光束を透過させる領域とし、前記第１の周辺領域の周りの第２の周辺領域を半透過半反射面とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
9. 前記オプティカルインテグレーターに入射する光束の大きさは、前記第１光学素子の反射面の角度を変化させること、または、前記第２光学素子の前記反射面の大きさ、および反射面の角度を変化させることで調整されることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
10. 前記第１光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とし、周辺領域を前記反射面とし、
    前記第２光学素子は、前記光軸を基準として、中心領域を反射面とし、周辺領域を、入射する光束を通過または透過させる領域とする、
    ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
11. 前記オプティカルインテグレーターに入射する光束の輪帯幅は、前記第１光学素子の反射面の角度を変化させること、または、前記第２光学素子の前記反射面の大きさ、および反射面の角度を変化させることで調整されることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
12. 前記フーリエ変換光学系の物体面に出射面が位置するように設置される光導波管を有し、
    前記集光部により集光された光束は、前記光導波管を経た後に前記フーリエ変換光学系に入射する、
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
13. 原版に形成されているパターンの像を基板に転写する露光装置であって、
    請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、
    前記照明光学装置は、被照射物である前記原版を照明する、
    ことを特徴とする露光装置。
14. 前記照明光学装置は、
    前記オプティカルインテグレーターに入射する光束が第１の形状となるように、前記集光部により集光された光束の形状を変換する前記第１光学素子と前記第２光学素子との第１の組み合わせと、
    前記オプティカルインテグレーターに入射する光束が前記第１の形状とは異なる第２の形状となるように、前記集光部により集光された光束の形状を変換する前記第１光学素子と前記第２光学素子との第２の組み合わせと、を含み、
    前記第１の組み合わせと前記第２の組み合わせとは、それぞれ、前記集光位置または該集光位置を維持する位置と前記瞳位置とに着脱可能である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 前記照明光学装置は、前記オプティカルインテグレーターの出射面に形成される二次光源の像を検出する検出器を有し、
    前記露光装置は、
    前記光源を変位させる駆動部と、
    前記検出器の出力に基づいて前記二次光源の光量に関する情報を求める演算部と、
    前記情報に基づいて前記駆動部の動作を制御する制御部と、を備える、
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の露光装置。
16. 請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

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