JP4336545B2 - 光学部材、当該光学部材を有する照明装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、光学部材に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイスを製造する際に使用される光学部材に関する。本発明は、例えば、微細パターン製造におけるリソグラフィー工程において半導体ウェハ用の単結晶基板を露光する露光装置の光学部材に好適である。

近年の回路パターンの微細化と高集積化からリソグラフィー（焼き付け）工程に用いられる投影露光装置の高解像度化への要求はますます高くなってきている。投影露光装置は、一般に、レチクル又はマスク（本出願では、これらの用語を交換可能に使用する。）を照明する照明装置と、レチクルと被処理体との間に配置されて照明されたレチクルの回路パターンを被処理体に投影する投影光学系とを有する。

解像度に影響するものとして、被照明面における照度の均一性が挙げられる。被照明面における照度の均一性が良好でないと高解像のパターンを形成することができなくなる。換言すれば、高解像のパターンを得るには、被処理体面上を均一な光量分布で露光する必要があり、従って、レチクルを照明する照明装置においては、均一な照度分布を形成することが求められる。

投影露光装置に用いられる照明装置には、照度分布の均一性を向上させるために波面分割型インテグレーターが用いられている。波面分割型インテグレーターは、一般には、ハエの目レンズと呼ばれ、四角形又は六角形の開口を有する小型レンズ（素子レンズ）を複数個積み重ねて構成され、射出面又はその近傍に複数の２次光源を形成する。

照度分布の更なる均一化や有効光源の均一化のために、素子レンズの小型化が進んでいるが、一つ一つの素子レンズを通常のレンズの製作工程を経て製作し、それを積み重ねて構成していてはコスト面及び製造公差面から限界がある。そこで、近年、リソグラフィー技術を用いて基板上に複数の微小なレンズ素子を製作したマイクロレンズアレイ、又は、微小回折光学素子をハエの目レンズの代わりに光学インテグレーターに使用するという提案がなされている。（例えば、特許文献１及び２参照。）
図２８は、従来の照明装置１０００の一例を示す概略構成図である。照明装置１０００は、基板１１１０上に素子レンズ１１２０を製作したマイクロレンズアレイ１１００を光学インテグレーターとして用い、光源１２００からの光束を受けて複数の２次光源を形成する。照明装置１０００は、一般的に、マイクロレンズアレイ１１００により形成される２次光源を重畳して被照明面ＬＳをケーラー照明するように光学的特性が定められる。

照明装置１０００では、マイクロレンズアレイ１１００の素子レンズ１１２０が光源１２００側に向いているために、光源１２００の種類によっては集光により素子レンズ１１２０の破損を招く場合がある。そこで、素子レンズ１１２０自身の破損を防ぐために、形成される２次光源の位置、即ち、マイクロレンズアレイ１１００のバックフォーカス（集光位置）を基板１１１０よりも外側（被照明面ＬＳ側）にのばす必要がある。

しかし、焦点距離が決まればバックフォーカスは、ほぼこれに制限を受けてしまう。ハエの目レンズと同程度の開口数（ＮＡ）を得ることができるマイクロレンズアレイを設計する場合、素子レンズの開口を小さくすると共に個数を増やすことが必要であるために、バックフォーカスが基板に近づくことになる。基板が非常に薄ければ問題にならないが、実際には、自重変形等を考慮して基板の厚みには限界があるため、一つの素子レンズを極端に小さくすることは非常に困難となる。

そこで、図２９に示すように、マイクロレンズアレイ１１００の素子レンズ１１２０を被照射面ＬＳ側に向けることにより、マイクロレンズアレイ１１００のバックフォーカスをのばす必要もなく、マイクロレンズアレイ１１００を設計する際の制約を一つ除くことができる。ここで、図２９は、従来の照明装置１０００Ａの別の例を示す概略構成図である。

ハエの目レンズの代わりにマイクロレンズアレイを光学インテグレーターとして用いることにより、２次光源の点数は飛躍的に増加し、被照明面における照度分布の均一化及び有効光源の均一化に寄与する。また、コストも素子レンズを複数個積み重ねて構成されるハエの目レンズよりも削減することができる。
特開平５−６７５５６号公報 特開平７−７４０８５号公報

しかし、マイクロレンズアレイ及び微小回折光学素子は、非常に微細な構造体から構成され、特に、微小回折光学素子は光の波長以下の単位で構成されており、このような微細な構造体を照明装置の製造段階で基板に剥き出しのまま取り回すと破損等の危険性がある。

また、照明装置の製造段階では、埃の除去が徹底されており、例えば、ハエの目レンズは、一つ一つの素子レンズを目視して埃の有無を確認し、埃がないようにきれいに拭いてから積み上げるということを繰り返して製造する。しかし、微細な構造体からなるマイクロレンズアレイ及び微小回折光学素子の場合、拭くことによって微細な構造体が破損する恐れがある。また、微細な構造体は、埃を除去することが非常に困難でもある。

そこで、本発明は、光学部材が有する微細な構造の破損を防止すると共に、埃の付着を低減することができる光学部材を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源から射出した光束を用いて被照明面を照明する照明光学系において、前記被照明面を照明する複数の２次光源を形成する光学部材を有し、前記光学部材は、入射光に対して光学的作用を有する光学素子部を一体的に形成した基板と、前記入射光又は前記基板からの光を透過させる透過部を含み、前記基板を収納する保護部材とを有し、前記保護部材は、前記基板と共に前記光学素子部が形成された面を内包する空間を形成し、前記光学素子部により形成される集光点は、前記基板と前記保護部材との間に形成されることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源から射出した光束を用いて被照明面を照明する、上述の照明光学系と、前記照明光学系により照明されたレチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、光学部材が有する微細な構造の破損を防止すると共に、埃の付着を低減することができる光学部材を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置及び照明装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１の例示的一形態を示す概略構成図である。

露光装置１は、図１に示すように、回路パターンが形成されたレチクル２００を照明する照明装置１００と、照明されたレチクルパターンから生じる回折光をプレート４００に投影する投影光学系３００と、プレート４００を支持するプレートステージ５００と、図示しない制御部とを有する。

露光装置１は、例えば、ステップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式でレチクル２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップアンドスキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップアンドスキャン方式」は、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光方法である。「ステップアンドリピート方式」は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

照明装置１００は、転写用パターンが形成されたレチクル２００を照明する。照明装置１００は、図２に示すように、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。ここで、図２は、本発明の一側面としての照明装置１００の例示的一形態を示す概略構成図である。

光源部１１０は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを使用できるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更に、スペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプ、ＥＵＶ光源も使用可能である。なお、ＥＵＶ光源を使用する場合には、光学系にレンズは使用できないので、光学系の各要素は全てミラーとなる。

照明光学系１２０は、光源部１１０から射出された光束を用いて被照明面ＬＳに配置されたレチクル２００を照明する光学系である。照明光学系１２０は、光束調整手段１３０と、光学部材１４０と、コンデンサーレンズ１８０とを有する。

光束調整手段１３０は、光源部１１０からの光束を所望の断面形状及び配光分布を整える手段である。光束調整手段１３０としては、例えば、光束整形光学系、インコヒーレント化光学系などが考えられる。光束整形光学系は、例えば、複数のシリンドリカルレンズやビームエクスパンダー等を使用することができ、レーザー光源からの平行光束の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する。インコヒーレント化光学系は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化し、例えば、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光束を光学素子を介して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いることができる。

光学部材１４０は、光学インテグレーターであり、入射する光束に対して所定の光学的作用を有する光学素子部１５２を一面１５４ａに直接形成した基板１５４と、基板１５４を収納する保護部材１６０とを有し、光束調整手段１３０からの光束を受けて複数の２次光源を形成する。

光学素子部１５２は、複数の微小な光学的作用を有する要素からなり、リソグラフィー技術を用いて基板１５４の一面１５４ａに製作されている。

保護部材１６０は、基板１５４を収納するために、入射する光束を透過する透過部材１６２と、基板１５４を包囲する筐体部１６４から構成される。保護部材１６０は、基板１５４（即ち、基板１５４の光学素子部１５２が形成されていない方の面１５４ｂ）と共同して光学素子部１５２が形成された基板１５４の一面１５４ａを内包する空間ＡＳを形成する。従って、保護部材１６０は、光学素子部１５２が外部と直接接触することを防止し、光学素子部１５２に塵芥等が付着することを防止することができる。また、塵芥等が付着する場合は、保護部材１６０又は基板１５４の面１５４ｂであるので、拭く等の清掃も容易であると共に清掃により微細な構造である光学素子部１５２の破損を防止することができる。なお、透過部材１６２と筐体部１６４は、一体として構成することも可能であり、光束が通過する領域のみを、かかる光束を透過する材料で構成すればよい。

図３は、図２に示す光学部材１４０の例示的一形態を示す拡大構成図である。本実施形態では、光学素子部１５２として屈折作用を有するマイクロレンズ１５２Ａを基板１５４の一面１５４ａに形成したマイクロレンズアレイ１５０Ａを示している。

マイクロレンズアレイ１５０Ａは、製造されると保護部材１６０に収納されて光学部材１４０を構成し、以後、光学部材１４０を単位として扱う。また、基板１５４の面１５４ｂ及び保護部材１６０が形成する空間ＡＳを密閉空間とした場合は、マイクロレンズ１５２Ａの設計時の光学特性を損なわず、且つ、不活性な気体、例えば、ヘリウムや窒素又はそれらの混合ガス、或いは、水分をほとんど含まない清浄な空気等を封入する。

マイクロレンズアレイ１５０Ａを保護部材１６０に収納して光学部材１４０とすることで、取り回し中における微細な構造であるマイクロレンズ１５２Ａの破損及び塵芥等の付着を防ぐことができる。また、塵芥等が付着したとしても、保護部材１６０又はマイクロレンズ１５２Ａが形成されていない面１５４ｂであるので、拭く等の清掃も容易であると共に清掃によりマイクロレンズ１５２Ａの破損を防止することができる。

光学素子部１５２として回折作用を有する回折光学素子１５２Ｂ及び１５２Ｃを基板１５４の一面１５４ａに形成した回折光学素子アレイ１５０Ｂ及び１５０Ｃを図４及び図５に示す。図４を参照するに、回折光学素子１５２Ｂは、ブレーズド形状を有し、図中破線で囲った範囲ＢＡＢが１つの微小回折光学素子を示している。また、図５を参照するに、回折光学素子１５２Ｃは、バイナリ形状を有し、図中破線で囲った範囲ＢＡＣが１つの微小回折光学素子を示している。ここで、図４及び図５は、図２に示す光学部材１４０の例示的一形態を示す拡大構成図である。

回折光学素子アレイ１５０Ｂ及び１５０Ｃは、光学素子部１５２である回折光学素子１５２Ｂ及び１５２Ｃの微細な構造がマイクロレンズアレイ１５０Ａと異なるだけで、その他の特徴はマイクロレンズアレイ１５０Ａと同じである。

図６は、図４及び図５に示す回折光学素子アレイ１５０Ｂ及び１５０Ｃの例示的一形態を示す概略正面図である。図６は、光束が入射する側から見ており、ブレーズド形状の回折光学素子１５２Ｂ及びバイナリ形状の回折光学素子１５２Ｃの開口が正方形の場合を示した例である。なお、マイクロレンズ１５２Ａの場合も同様である。

また、回折光学素子１５２Ｂの開口は、図７に示すように、縦と横の長さが異なる長方形の場合もある。例えば、図７中の上下方向のパワーと左右方向のパワーが等しいとすると、形成される２次光源の開口数の比は開口の縦横比とほぼ等しくなり、被照明面ＬＳの照明形状もかかる比とほぼ等しい長方形となる。ここで、図７は、図４に示す回折光学素子アレイ１５０Ｂの例示的一形態を示す概略正面図である。なお、図５に示す回折光学素子１５２Ｃ（回折光学素子アレイ１５０Ｃ）の場合も同様である。

開口は正方形であるが、上下方向のパワーと左右方向のパワーが異なる回折光学素子１５２Ｂを図８に示す。本実施形態では、上下方向のパワーよりも左右方向のパワーの方が強い例である。かかる場合も、形成される２次光源の開口数の比は縦横のパワーの比とほぼ等しくなり、また、被照明面ＬＳの形状もかかる比とほぼ等しい長方形となる。ここで、図８は、図４に示す回折光学素子アレイ１５０Ｂの例示的一形態を示す概略正面図である。なお、図５に示す回折光学素子１５２Ｃ（回折光学素子アレイ１５０Ｃ）の場合も同様である。

開口が正六角形の回折光学素子１５２Ｂを図９に示す。この場合は、回折光学素子アレイ１５０Ｂ全体の形状を円形に近づけることができるので、σ形状を形成する最終インテグレーターよいも前段のインテグレーターとして使用する際に、光束を絞り等で遮光しなくてもσ形状を円形にできる利点がある。ここで、図９は、図４に示す回折光学素子アレイ１５０Ｂの例示的一形態を示す概略正面図である。なお、図５に示す回折光学素子１５２Ｃ（回折光学素子アレイ１５０Ｃ）の場合も同様である。

光学素子部１５２が一方向のみにパワーを有する場合の例を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１に示す光学素子部１５２は、シリンドリカルレンズとして構成されており、図１０は上下方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズ、図１１は左右方向にのみパワーを有するシリンドリカルレンズを示している。ここで、図１０及び図１１は、一方向のみにパワーを有する光学素子部１５２としてのシリンドリカルレンズの例示的一形態を示す概略正面図である。

以下、図１２を参照して、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ａについて説明する。ここで、図１２は、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ａの例示的一形態を示す拡大構成図である。

光学部材１４０Ａが、光学素子部１５２として屈折作用を有するマイクロレンズ１５２Ａを基板の一面１５４ａに形成したマイクロレンズアレイ１５０Ａと、マイクロレンズアレイ１５０Ａを収納して基板１５４と共同して空間ＡＳを形成する保護部材１６０から構成されていることは、図２に示す光学部材１４０と同様である。

図２に示した光学部材１４０は、マイクロレンズ１５２Ａが収束パワーを有するために集光点が基板１５４より外側、即ち、光源部１１０と反対側に実像として形成されているのに対し、本実施形態の光学部材１４０Ａは、マイクロレンズ１５２Ａが発散パワーを有するために集光源は虚像（虚光源）ＣＬとして形成される。従って、従来の集光点を実像として形成する場合と異なり、集光点によるマイクロレンズ１５２Ａの破損を考慮する必要はない。従って、２次光源をバックフォーカスを基板１５４の外側に形成するという条件を考慮する必要がないので、マイクロレンズ１５２Ａのより微細化が可能となる。

なお、本実施形態は、マイクロレンズアレイの場合のみを示したが、微細な構造の光学素子部がブレーズド形状の回折光学素子やバイナリ形状の回折光学素子であっても構わない。また、以下の説明においては、光学素子部としてマイクロレンズのみを示している例であっても、ブレーズド形状の回折光学素子やバイナリ形状の回折光学素子を含むものとする。

以下、図１３を参照して、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｂについて説明する。ここで、図１３は、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｂの例示的一形態を示す拡大構成図である。

図２に示した光学部材１４０は、マイクロレンズ１５２Ａによる集光点は、基板１５４より外側、即ち、光源部１１０と反対側に形成されているため、集光点の位置を基板１５４から十分に離すことができない場合がある。

そこで、図１３に示すように、基板１５４のマイクロレンズ１５２Ｅが形成されていない方の面１５４ｂを入射（光源部１１０）側に向け、射出側にマイクロレンズ１５２Ｅが形成された一面１５４ａを配置することにより、マイクロレンズ１５２Ｅによる集光点よりも更に外側に保護部材１６０を設ける。これにより、集光点の位置を基板１５４から十分に離すことが可能となり、集光点によるマイクロレンズ１５２Ｅの破損を防止することができる。

以下、図１４及び図１５を参照して、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｃについて説明する。ここで、図１４は、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｃの例示的一形態を示す拡大構成図である。図１５は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの別の例示的一形態を示す拡大構成図である。

図１４を参照するに、光学部材１４０Ｃは、基板１５４及び１５４’の一面１５４ａ及び１５４ａ’にマイクロレンズ１５２Ｆ及び１５２Ｆ’が形成されたマイクロレンズアレイ１５０Ｆ及び１５０Ｆ’を２つ有し、マイクレンズ１５２Ｆ及び１５２Ｆ’がペアとなって一つのレンズとしての光学的作用を奏する。

本実施形態では、マイクロレンズ１５２Ｆ及び１５２Ｆ’を内側、換言すれば、マイクロレンズ１５２Ｆ及び１５２Ｆ’の形成されていない面１５４ｂ及び１５４ｂ’を外側にして保護部材１６０の筐体部１６４に配置することにより、保護部材１６０の透過部１６２を省く構成としている。即ち、マイクロレンズアレイ１５０Ｆ’の基板１５４’が保護部材１６０の透過部１６２を兼ねる構造となっている。また、マイクロレンズ１５２Ｆ及び１５２Ｆ’、基板１５４及び１５４’を同じものとすることで部品の種類を減らし、コストダウンも可能である。

光学部材１４０Ｃを照明装置１００の２次光源形成手段として用いる場合は、マイクロレンズ１５２Ｆを被照明面ＬＳと光学的に略共役な関係に配置することで、マイクロレンズ１５２Ｆの外形が被照明面ＬＳの形状と略相似となり、被照明面ＬＳの形状を規定する際に有利である。

また、入射光束が開口数を持っていても、被照明面ＬＳをぼかさずに照明することになるので被照明面ＬＳを均一に照明することができ、更に、入射光束の角度変化があった場合でも被照明面ＬＳの位置変化を防ぐことができる。

図１５に示すように、マイクロレンズ１５２Ｇ及び１５２Ｇ’のペアによって形成される集光点の位置をマイクロレンズ１５２Ｇとマイクロレンズ１５２Ｇ’との間、即ち、空間ＡＳ内にすることも可能である。これにより、エネルギー集中による後段の基板１５４’の破損を防止することができる。

また、かかる構成により、バックフォーカスを基板１５４’の外側にするという条件を考慮しなくてもよくなるので、マイクロレンズのより微細化が可能となる。更に、上述したように、照明装置１００の２次光源形成手段として用いる場合は、マイクロレンズ１５２Ｇを被照明面ＬＳと光学的に略共役な関係に配置することで、マイクロレンズ１５２Ｇの外形が被照明面ＬＳの形状と略相似となり、被照明面ＬＳの形状を規定する際に有利である。また、入射光束が開口数を持っていても、被照明面ＬＳをぼかさずに照明することになるので被照明面ＬＳを均一に照明することができ、更に、入射光束の角度変化があった場合でも被照明面ＬＳの位置変化を防ぐことができる。

以下、図１６及び図１７を参照して、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｄについて説明する。ここで、図１６は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｄの例示的一形態を示すＹＺ断面図であり、図１７は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｄの例示的一形態を示すＸＺ断面図である。

光学部材１４０Ｄは、基板１５４の一面１５４ａにＹＺ断面にパワーを有するシリンドリカルレンズ１５２Ｈが形成されたマイクロレンズアレイ１５０Ｈと、基板１５４’の一面１５４ａ’にＸＺ断面にパワーを有するシリンドリカルレンズ１５２Ｉ’が形成されたマイクロレンズアレイ１５０Ｉ’を有する。

本実施形態では，シリンドリカルレンズ１５２Ｈ及び１５２Ｉ’を内側、換言すれば、シリンドリカルレンズ１５２Ｈ及び１５２Ｉ’の形成されていない面１５４ｂ及び及び１５４ｂ’を外側にして保護部材１６０の筐体部１６４に配置することにより、保護部材１６０の透過部１６２を省く構成としている。

シリンドリカルレンズ１５２Ｈ及び１５２Ｉ’を直交させて２種類のマイクロレンズアレイ１５０Ｈ及び１５０Ｉ’として用いることで、ＹＺ断面とＸＺ断面で開口数を異ならせることが容易となる。直交する方向で開口数を異ならせることは、球面レンズのパワーを有するマイクロレンズの開口形状を長方形とすることでも可能であるが、製造上、シリンドリカルレンズの方が容易である。

なお、光学部材１４０Ｄにおいて、マイクロレンズアレイ１５０Ｈ及び１５０Ｉ’で形成される各々の集光点は、基板１５４’よりも後段に実像の光源となるように構成されているが、上述したように、虚光源となるように構成してもよい。

以下、図１８及び図１９を参照して、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｅについて説明する。ここで、図１８は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｅの例示的一形態を示すＹＺ断面図であり、図１９は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの変形例である光学部材１４０Ｅの例示的一形態を示すＸＺ断面図である。

光学部材１４０Ｅは、基板１５４１及び１５４３の一面１５４１ａ及び１５４３ａにＹＺ断面にパワーを有するシリンドリカルレンズ１５２Ｊ及び１５２Ｊ’が形成されたマイクロレンズアレイ１５０Ｊ及び１５０Ｊ’と、基板１５４２及び１５４４の一面１５４２ａ及び１５４４ａにＸＺ断面にパワーを有するシリンドリカルレンズ１５２Ｋ及び１５２Ｋ’が形成されたマイクロレンズアレイ１５０Ｋ及び１５０Ｋ’を各々２つ有する。光学部材１４０Ｅは、マイクロレンズ１５２Ｊとマイクロレンズ１５２Ｊ’がペアとなって一つのレンズとしての光学的作用を奏し、同様に、マイクロレンズ１５２Ｋとマイクロレンズ１５２Ｋ’がペアとなって一つのレンズとしての光学的作用を奏する。

光学部材１４０Ｅを照明装置１００の２次光源形成手段として用いる場合は、入射側のマイクロレンズ１５２Ｊ及び１５２Ｋを被照明面ＬＳと光学的に略共役な関係に配置することで、被照明面ＬＳをぼかさずに照明することになるので被照明面ＬＳを均一に照明することができ、更に、入射光束の角度変化があった場合でも被照明面ＬＳの位置変化を防ぐことができる。

また、図２０及び図２１に示すように、マイクロレンズ１５２Ｌとマイクロレンズ１５２Ｌ’のペアによって形成される集光点の位置、マイクロレンズ１５２Ｍとマイクロレンズ１５２Ｍ’のペアによって形成される集光点の位置を入射側のマイクロレンズ１５２Ｌと射出側のマイクロレンズ１５２Ｍ’との間、即ち、空間ＡＳ内にすることも可能である。これにより、エネルギー集中による保護部材１６０内のマイクロレンズアレイ１５０Ｌ及び１５０Ｌ’、マイクロレンズアレイ１５０Ｍ及び１５０Ｍ’の破損を防止することができる。また、かかる構成により、バックフォーカスを射出側の最終基板１５４８の外側にするという条件を考慮しなくてもよくなるので、マイクロレンズのより微細化が可能となる。ここで、図２０は、図１８及び図１９に示す光学部材１４０Ｅの別の例示的一形態を示すＹＺ断面図、図２１は、図１８及び図１９に示す光学部材１４０Ｅの別の例示的一形態を示すＸＺ断面図である。

以下、図２２を参照して、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｆについて説明する。ここで、図２２は、図２に示す光学部材１４０の変形例である光学部材１４０Ｆの例示的一形態を示す拡大構成図である。

本実施形態では、光学素子部１５２として反射作用を有するマイクロレンズ１５２Ｎを基板１５４の一面１５４ａに形成したマイクロレンズアレイ１５０Ｎを示している。マイクロレンズアレイ１５０Ｎは、製造されると保護部材１６０に収納されて光学部材１４０Ｆを構成する。

光学部材１４０Ｆは、マイクロレンズ１５２Ｎが発散パワーを有するために集光源は虚像（虚光源）ＣＬとして形成される。反射型のマイクロレンズアレイ１５０Ｎの場合、実像の集光点を形成しないようにマイクロレンズ１５２Ｎに発散パワーを持たせる方が取り扱いや製造上容易である。

また、上述してきた図３に示す光学部材１４０、図１４に示す光学部材１４０Ｃ、図１７に示す光学部材１４０Ｄにおいて、図２３乃至図２５に示すように、保護部材１６０の筐体部１６４に、塵芥等は遮蔽するが気体は通過する通過部１７０を設けてもよい。ここで、図２３は、図３に示す光学部材１４０の例示的一形態を示す拡大構成図、図２４は、図１４に示す光学部材１４０Ｃの例示的一形態を示す拡大構成図、図２５は、図１８に示す光学部材１４０Ｅの例示的一形態を示す拡大構成図である。

光学部材１４０、１４０Ｃ及び１４０Ｅは、基板１５４と保護部材１６０（透過部１６２及び筐体部１６４）、又は、基板１５４と筐体部１６４によって密閉空間の空間ＡＳを形成していたが、密閉することにより空間ＡＳと外部で気圧差が生じ、基板１５４が変形して光学特性が変化する場合がある。また、基板１５４が破断してしまう場合も考えられる。そこで、図２３乃至図２４に示すように、通過部１７０を設けることで、空間ＡＳと外部との間に気圧差が生じることを防止することが可能となる。

コンデンサーレンズ１８０は、光学部材１４０が形成した複数の２次光源を重畳して被照明面ＬＳを照明するように光学的特性を定めたレンズであり、一般的には、ケーラー照明と呼ばれる系に配置される。コンデンサーレンズ１８０は、ケーラー照明においては、入射側における角度の関係を被照明面ＬＳでの位置関係に置換する。従って、コンデンサーレンズ１８０は、光学部材１４０で所定の光学的作用を受けた光束を用いて被照明面ＬＳをケーラー照明する。

再び、図１に戻って、レチクル２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２００から発せられた回折光は、投影光学系３００を通り、プレート４００上に投影される。レチクル２００とプレート４００は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１は、スキャナーであるため、レチクル２００とプレート４００を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル２００のパターンをプレート４００上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置（「ステッパー」と呼ばれる。）の場合は、レチクル２００とプレート４００を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系３００は、被照明面（物体面）に配置されたレチクル２００上の回路パターンを所望の倍率でプレート４００に縮小投影する。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

プレート４００は、本実施形態では、ウェハであるが、液晶基板やその他の被処理体を広く含む。プレート４００には、フォトレジストが塗布されている。

プレートステージ５００は、プレート４００を支持する。プレートステージ５００は、当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プレートステージ５００は、リニアモーターを利用して光軸と直交する方向にプレート４００を移動することができる。レチクル２００とプレート４００は、例えば、同期走査され、レチクルステージとプレートステージ５００の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。プレートステージ５００は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

プレートステージ５００は、更に、プレート４００を焦点深度の範囲内で光軸方向に移動させ、プレート４００の結像位置を調節する。露光装置１は、光軸方向において異なる位置に配置されたプレート４００に対して露光を複数回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばらつきをなくすことができる。かかる機能は、光軸方向に伸びる図示しないラックと、プレートステージに接続されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。

図示しない制御部は、典型的に、ＣＰＵとメモリを有し、露光装置１を制御する。制御部は、照明装置１００、図示しないレチクルステージ、プレートステージ５００と電気的に接続されている。本実施形態において、制御部は、照明装置１００、レチクルステージ、プレートステージ５００を露光に対応して、それぞれ適切となるように変更及び移動する。ＣＰＵはＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。また、メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置１を動作するファームウェアを格納する。なお、上述した機能を達成可能であるならば、露光装置１の制御部の構成は、かかる記述に限定されるものではない。当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用可能である。

露光において、光源部１１０から発せられた光束は、照明光学系１２０によりレチクル２００をケーラー照明により均一に照明する。レチクル２００を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３００によりプレート４００に結像される。照明装置１００を使用する露光装置１は、光学インテグレーターへの塵芥等の付着及び光学的作用を有する微細な構造の破損を防止して、均一な照明分布で照明を行えるためレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図２６及び図２７を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図２７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明の光学部材は、照明光学系のみに適用しているが、投影光学系にも適用可能である。

本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。 本発明の一側面としての照明装置の例示的一形態を示す概略構成図である。 図２に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図２に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図２に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図４及び図５に示す回折光学素子アレイの例示的一形態を示す概略正面図である。 図４に示す回折光学素子アレイの例示的一形態を示す概略正面図である。 図４に示す回折光学素子アレイの例示的一形態を示す概略正面図である。 図４に示す回折光学素子アレイの例示的一形態を示す概略正面図である。 一方向のみにパワーを有する光学素子部としてのシリンドリカルレンズの例示的一形態を示す概略正面図である。 一方向のみにパワーを有する光学素子部としてのシリンドリカルレンズの例示的一形態を示す概略正面図である。 図２に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図２に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示す拡大概略図である。 図２に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示す拡大概略図である。 図１４に示す光学部材の別の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図１４に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示すＹＺ断面図である。 図１４に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示すＸＺ断面図である。 図１４に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示すＹＺ断面図である。 図１４に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示すＸＺ断面図である。 図１８及び図１９に示す光学部材の別の例示的一形態を示すＹＺ断面図である。 図１８及び図１９に示す光学部材の別の例示的一形態を示すＸＺ断面図である。 図２に示す光学部材の変形例である光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図３に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図１４に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 図１８に示す光学部材の例示的一形態を示す拡大構成図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図２６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来の照明装置の一例を示す概略構成図である。 従来の照明装置の別の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 露光装置
１００ 照明装置
１１０ 光源部
１２０ 照明光学系
１３０ 光束調整手段
１４０ 光学部材
１５０Ａ マイクロレンズアレイ
１５２ 光学素子部
１５４ 基板
１６０ 保護部材
１６２ 透過部
１６４ 筐体部
２００ レチクル
３００ 投影光学系
４００ プレート
５００ プレートステージ

Claims (3)

1. 光源から射出した光束を用いて被照明面を照明する照明光学系において、
   前記被照明面を照明する複数の２次光源を形成する光学部材を有し、
   前記光学部材は、
   入射光に対して光学的作用を有する光学素子部を一体的に形成した基板と、
   前記入射光又は前記基板からの光を透過させる透過部を含み、前記基板を収納する保護部材とを有し、前記保護部材は、前記基板と共に前記光学素子部が形成された面を内包する空間を形成し、
   前記光学素子部により形成される集光点は、前記基板と前記保護部材との間に形成されることを特徴とする照明光学系。
2. 光源から射出した光束を用いて被照明面を照明する、請求項１に記載の照明光学系と、
   前記照明光学系により照明されたレチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
3. 請求項２に記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
   露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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