JP4844398B2 - 照明装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための照明装置、該照明装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

近年、露光光として波長約５〜４０ｎｍの領域の極端紫外（ＥＵＶ）光を用いてマスクのパターンを感光性基板上に投影露光する投影露光装置の実用化が進められている。ＥＵＶＬ（極端紫外リソグラフィ）用露光装置には、短波長の光に対して高い透過率を有する硝材が限定されていることから、反射型光学系が用いられる（例えば、米国特許第６４５２６６１号明細書及び特開平１１−３１２６３８号公報（米国特許第６４５２６６１号の対応日本出願）参照）。

上述の投影露光装置によれば、従来例の図９に示すように、非ＥＵＶ光レーザ光源２０１から射出され集光ミラー２０２により集光されたレーザ光をノズル２０３により供給されるターゲット物質に点２０４において当てることにより、そのターゲット物質が強烈なエネルギを受けプラズマ化し、ＥＵＶ光が発生する。発生したＥＵＶ光は、集光鏡２０５により集光され、凹面鏡２０６により反射されて、凹面鏡が多数並列に配列された入射側フライアイミラー２０７に入射する。入射側フライアイミラー２０７により反射された光束は、開口絞り２０８を介して凹面鏡が多数並列に配列された射出側フライアイミラー２０９により反射され、再び開口絞り２０８を介して、光学系２１０に入射する。光学系２１０により反射された光束は、光学系２１１により集光され、マスク２１２を照射する。照射されたマスク２１２のパターン像は、投影光学系２１３を介して、ウエハ（感光性基板）２１４に投影露光される。

従来例に開示されている投影露光装置を構成する照明装置においては、入射側フライアイミラー２０７と射出側フライアイミラー２０８との間隔が短いため、入射側フライアイミラー２０７に対する光束の入射角度が大きくなっている。しかしながら、ＥＵＶＬ用露光装置においては、ＥＵＶＬに用いられる反射膜に対するＥＵＶ光の反射率を向上させるためには、反射面に対してＥＵＶ光を垂直に近い角度、即ち反射面に対するＥＵＶ光の入射角度を小さくする必要がある。ここで、入射側フライアイミラー２０７に対するＥＵＶ光の入射角度を小さくするためには、入射側フライアイミラー２０７と射出側フライアイミラー２０８との間隔を拡げる必要があり、入射側フライアイミラー２０７と射出側フライアイミラー２０８との間隔を拡げるためには、コンデンサ光学系２１１の焦点距離を長くする必要がある。

コンデンサ光学系２１１の焦点距離を長くした場合、コンデンサ光学系２１１は、図９に記載されているような投影光学系２１３の内部ではなく、ウエハ２１４が配置されている位置より下方に配置される。しかしながら、ウエハ２１４は露光中においては走査方向に移動するため、コンデンサ光学系２１１をウエハ２１４の位置より下方に配置した場合、コンデンサ光学系２１１とウエハ２１４とが干渉する。従って、従来例に開示されている露光装置では、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、コンデンサ光学系２１１の焦点距離を長くし、入射側フライアイミラー２０７と射出側フライアイミラー２０８との間隔を拡げることにより入射側フライアイミラー２０７の反射面に対して垂直に近い角度でＥＵＶ光を入射させることが困難であった。

この発明の課題は、極端紫外リソグラフィに用いるために最適に設計されたコンデンサ光学系等を備えた照明装置、該照明装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。

この発明の照明装置は、光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置において、複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡を含むコンデンサ光学系とを備え、前記２つの反射鏡の曲率中心のうちの少なくとも一方は、前記被照射面の照明領域中心における法線に対して光学的に偏心していることを特徴とする。

また、この発明の照明装置は、前記２つの反射鏡が球面鏡であることを特徴とする。また、この発明の照明装置は、前記２つの反射鏡が非球面鏡であることを特徴とする。また、この発明の照明装置は、前記２つの反射鏡が球面鏡と非球面鏡であることを特徴とする。

この発明の照明装置によれば、コンデンサ光学系に含まれる２つの反射鏡の曲率中心のうちの少なくとも１つが被照射面の照明領域中心における法線に対して光学的に偏心しているため、被照射面の法線に対して光学的に偏心していない場合と比較してコンデンサ光学系の設計及び配置の自由度を大きくすることができる。従って、コンデンサ光学系の焦点距離を長くしつつコンデンサ光学系を最適な位置に配置することができ、かつ入射側反射型フライアイ光学系と射出側反射型フライアイ光学系との間隔を長くすることができる。従って、入射側反射型フライアイ光学系及び射出側反射型フライアイ光学系に入射する照明光の入射角度を小さくすることができるため、入射側反射型フライアイ光学系及び射出側反射型フライアイ光学系に対する照明光の反射率を向上させることができ、照明光の光量の損失を防止することができる。従って、この照明装置を露光装置に用いた場合、最適な照明光によりマスク面（ひいては感光性基板面）上を照明することができるため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高スループットで露光することができる。

また、この発明の照明装置は、前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれ有効反射面中央位置に到達し、かつ前記射出側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれ有効反射面中央位置に到達した、前記複数の反射型部分光学系の１つにつき１本ずつの光線が前記コンデンサ光学系を介して前記被照射面の１点に収斂するように、前記射出側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系の傾きが設定されていることを特徴とする。

この発明の照明装置によれば、射出側反射型フライアイ光学系を構成する複数の反射型部分光学系１つにつき１本ずつの光線がコンデンサ光学系を介して被照射面の１点に収斂するように射出側反射型フライアイ光学系を構成する複数の反射型部分光学系の傾きが設定されている。すなわち、射出側反射型フライアイ光学系の各反射型部分光学系は反射型フライアイ全体の中心に向けて光を反射するように傾いて（チルトして）配置されており、その傾きは周辺部ほど大きくなっており、反射型フライアイ全体としては、あたかも凹面鏡のように収斂作用を有している。このため、射出側反射型フライアイ光学系が全体として正のパワーを有することとなり、コンデンサ光学系により反射された照明光を最適な位置に配置された被照射面に適切に収斂させることができる。ここで、射出側反射型フライアイとしての実質的凹面鏡としては、球面形状に限らず、回転対称な非球面や対称軸のない所謂自由曲面としての非球面でもよい。

また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するこの発明の照明装置を備えることを特徴とする。

この発明の露光装置によれば、ＥＵＶＬ用照明装置に用いる最適なコンデンサ光学系を備えた照明装置を備えているため、照明光の光量の損失を防止することができる。従って、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高スループットで露光することができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて反射レチクルのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、ＥＵＶＬ用照明装置に用いる最適なコンデンサ光学系を備えた露光装置を用いて露光するため、極めて微細な回路パターンを有するマイクロデバイスの製造を良好に行うことができる。
また、この発明の露光装置は、複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡を含むコンデンサ光学系とを有し、前記コンデンサ光学系中の２つの反射鏡の曲率中心を通るコンデンサ光学系の光軸は、前記被照射面の照明領域中心における法線に対して非平行であることを特徴とする露光装置である。
また、この発明の露光装置は、複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡を含むコンデンサ光学系とを有し、前記射出側反射型フライアイ光学系の開口面の中心を通る垂線を仮想光軸とするとき、前記コンデンサ光学系中の２つの反射鏡の曲率中心を通るコンデンサ光学系の光軸は、前記仮想光軸に対して非平行であることを特徴とする。これらの発明においても、コンデンサ光学系の偏心構成により、優れた照明を行うことが可能である。
さらに、この発明の露光装置は、複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導くコンデンサ光学系とを有し、前記コンデンサ光学系は入射側に凸面鏡と射出側の凹面鏡とを有することを特徴とする。このようなコンデンサ光学系の構成により、２つの反射型フライアイの間隔を大きく確保しつつ小型な照明光学系を構成することが可能となる。
そして、この発明の露光装置によれば、前記射出側反射型フライアイ光学系の部分光学系を、周辺部ほど傾き角が大きくなるようにチルトしており射出側反射型フライアイ光学系全体として収斂作用を有する構成とすることにより、後続するコンデンサ光学系としての凸面鏡と凹面鏡との組み合わせにより、収斂、発散、収斂、換言すれば、正・負・正のパワー配置からなる光学系を構成し、一層小型な照明光学系を構成することが可能となる。
この発明の露光装置のコンデンサ光学系の偏心構成により、設計自由度が高く、優れた性能の照明を行うことが可能となる。

この発明の照明装置によれば、コンデンサ光学系に含まれる２つの反射鏡の曲率中心のうちの少なくとも１つが被照射面の照明領域中心における法線に対して光学的に偏心しているため、被照射面の法線に対して光学的に偏心していない場合と比較してコンデンサ光学系の設計及び配置の自由度を大きくすることができる。従って、コンデンサ光学系の焦点距離を長くしつつコンデンサ光学系を最適な位置に配置することができ、かつ入射側反射型フライアイ光学系と射出側反射型フライアイ光学系との間隔を長くすることができる。すなわち、入射側反射型フライアイ光学系及び射出側反射型フライアイ光学系に入射する照明光の入射角度を小さくすることができるため、入射側反射型フライアイ光学系及び射出側反射型フライアイ光学系に対する照明光の反射率を向上させることができ、照明光の光量の損失を防止することができる。また、この照明装置を露光装置に用いた場合、最適な照明光によりマスク面（ひいては感光性基板面）上を照明することができるため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高スループットで露光することができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光するため、ＥＵＶＬ用照明装置に用いる最適なコンデンサ光学系を備えた照明装置により照明を行うことができ、照明光の光量の損失を防止することができる。従って、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、極めて微細な回路パターンを有するマイクロデバイスの製造を良好に行うことができる。

この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。 入射側フライアイミラーの構成を示す平面図である。 射出側フライアイミラーの構成を示す平面図である。 入射側フライアイミラーを構成する要素ミラーの反射面を示す平面図である。 射出側フライアイミラーを構成する要素ミラーの反射面を示す平面図である。 この実施の形態にかかるコンデンサ光学系を構成した場合の光路を示す光路図である。 １枚鏡でコンデンサ光学系を構成した従来の場合の光路を示す光路図である。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示すフローチャートである。 実施例にかかるコンデンサ光学系の概略構成を示す図である。 従来の投影露光装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。

この投影露光装置は、約５〜４０ｎｍの波長のＥＵＶ（extreme ultra violet、極端紫外）光を用いて、投影光学系ＰＬに対してマスクＭ及びウエハＷを相対的に移動させつつマスクＭのパターンの像を感光性材料（レジスト）が塗布された感光性基板としてのウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。高出力レーザ光源２、集光レンズ４、プラズマ光源５、ノズル６、集光ミラー８、コレクタミラー１０、入射側フライアイミラー１２，射出側フライアイミラー１４、コンデンサミラー１８，２０等により構成される照明装置により、露光光（照明光）としてのＥＵＶ光が射出される。

また、この投影露光装置においては、露光光であるＥＵＶ光の大気に対する透過率が低いため、ＥＵＶ光が通過する光路は図示しない真空チャンバにより覆われている。半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザ光源またはエキシマレーザ光源等の高出力レーザ光源２から射出されたレーザ光は、集光レンズ４によりプラズマ光源５となる一点（集光点）に集光される。その集光点には、レーザプラスマ光源のターゲットとしてのキセノンガス（Ｘｅ）やクリプトンガス（Ｋｒ）等がノズル６から噴出されている。そのターゲットが高出力レーザ光源２から射出されるレーザ光のエネルギでプラズマ状態に励起され、これが低ポテンシャル状態に遷移する際にＥＵＶ光、波長１００ｎｍ以上の紫外光、可視光及び他の波長の光を放出する。

プラズマ光源５から放出されたＥＵＶ光等は、集光ミラー８に入射する。集光ミラー８は、集光ミラー８の第１焦点位置またはその近傍とプラズマ光源５である集光点とが一致するように配置されている。集光ミラー８の内面には、ＥＵＶ光反射膜、例えばモリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）とが交互に形成される多層膜が形成されている。従って、集光ミラー８に入射したＥＵＶ光等のうち波長約１３ｎｍのＥＵＶ光のみが集光ミラー８により反射されて、集光ミラー８の第２焦点位置に集光する。なお、波長約１１ｎｍのＥＵＶ光により露光を行う場合には、波長約１１ｎｍのＥＵＶ光のみを反射するＥＵＶ光反射膜、例えばモリブデン（Ｍｏ）及びベリリウム（Ｂｅ）からなる多層膜を用いるとよい。

集光ミラー８により反射されたＥＵＶ光は、露光光（照明光）として集光ミラー８の第２焦点位置またはその近傍に集光され、コレクタミラー１０に入射する。コレクタミラー１０は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。

コレクタミラー１０により反射されたＥＵＶ光は、オプティカルインテグレータとしての反射型フライアイ光学系へ導かれ、反射型フライアイ光学系を構成する一方の入射側フライアイミラー（入射側反射型フライアイ光学系）１２に入射する。ここで、入射側フライアイミラー１２と反射型フライアイ光学系を構成する他方の射出側フライアイミラー１４との間隔は、ＥＵＶ光が入射側フライアイミラー１２の反射面に対して垂直に近い角度（小さい入射角度）で幾何学的に光がけられずに入射することができるように拡げられている。

入射側フライアイミラー１２は、図２Ａに示すように、複数の凹面鏡である要素ミラー（反射型部分光学系）が２次元的に稠密に配列されて構成され、マスクＭ面やウエハＷ面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。入射側フライアイミラー１２を構成する各要素ミラーの反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。

入射側フライアイミラー１２に入射することにより波面分割されたＥＵＶ光は、入射側フライアイミラー１２により反射され、図示しない開口絞りを介して、反射型フライアイ光学系を構成する他方の射出側フライアイミラー（射出側反射型フライアイ光学系）１４に射出側フライアイミラー１４の反射面に対して垂直に近い角度（小さい入射角度）で入射する。射出側フライアイミラー１４は、図２Ｂに示すように、入射側フライアイミラー１２を構成する複数の要素ミラーのそれぞれに対応して複数の凹面鏡である要素ミラー（反射型部分光学系）が２次元的に稠密に配列されて構成され、後述する投影光学系ＰＬの瞳面と光学的に共役な位置に配置されている。また、射出側フライアイミラー１４を構成する各要素ミラーの反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。なお、入射側フライアイミラー１２及射出側フライアイミラー１４についての構成の詳細は、本発明者と同一発明者による米国特許第６４５２６６１号公報及び米国特許第６８３３９０４号公報に記載されており、これらを本明細書の説明の一部として組み込むこととする。

また、射出側フライアイミラー１４を構成する複数の要素ミラー（以下、射出側要素ミラーという。）の傾きは、入射側フライアイミラー１２を構成する複数の要素ミラー（以下、入射側要素ミラーという。）のそれぞれ有効反射面中央位置に到達し、かつ複数の射出側要素ミラーのそれぞれ有効反射面中央位置に到達した光線が後述するコンデンサ光学系を介さずには１点に収斂しない、または平行にならないように設定されている。即ち、射出側要素ミラーのそれぞれの反射面は、複数の入射側要素ミラーのそれぞれの中心により反射され、入射側要素ミラーのそれぞれに対応する射出側要素ミラーのそれぞれの中心により反射された光線がマスクＭ面上の一点に収斂しない、または平行とならないような所定の傾きを有するように構成されている。即ち、射出側フライアイミラー１４の反射面は非球面または自由曲面相当の収斂作用を有し、全体として凹面鏡としての機能を有する。

なお、図２Ａに示すように、複数の入射側要素ミラーのそれぞれは部分円弧状の同じ形状を有しており、図２Ｂに示すように複数の射出側要素ミラーのそれぞれは矩形状の同じ形状を有している。従って、その形状のなかで、同一の位置を通過した光線、即ち各要素ミラーの中心位置を通過した光線がマスクＭ上で同一の点に収斂する。ここで、図３Ａは複数の入射側要素ミラーのうちの１つの入射側要素ミラーの反射面を示す図である。図３Ａに示すように、例えば円弧形状をした入射側要素ミラーにおいては、線対称である横方向の中心Ａを容易に定義することができる。縦方向の中心は、横方向の中心線（図中破線部）上にある反射面のうち上端と下端の中点Ｂを採ることにより定義され、この中点Ｂが入射側要素ミラーの中心となる。また、図３Ｂは複数の射出側要素ミラーのうちの１つの射出側要素ミラーの反射面を示す図である。図３Ｂに示すように、例えば矩形状をした射出側要素ミラーにおいては容易に中心Ｃを定義することができる。

また、射出側フライアイミラー１４の反射面が非球面または自由曲面と同等であることにより、射出側フライアイミラー１４の反射面が球面である場合と比較して、射出側フライアイミラー１４により反射されるＥＵＶ光を最適な位置に配置されたマスクＭ面上に適切に収斂させることができる。

入射側フライアイミラー１２により波面分割されて反射された多数のＥＵＶ光のそれぞれは射出側フライアイミラー１４を構成する要素ミラーのそれぞれに入射し、射出側フライアイミラー１４の射出面もしくはその近傍には多数の光源像で構成させる二次光源が形成される。射出側フライアイミラー１４により反射された二次光源からのＥＵＶ光は、照明光の開口数を決定する図示しない開口絞りを介してコンデンサ光学系に導かれ、コンデンサ光学系を構成する一方のコンデンサミラー（凸の球面鏡）１８に入射する。コンデンサミラー１８の反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。
図４に示すとおり、凸の球面鏡により構成されているコンデンサミラー１８の曲率中心Ｃ18は、マスクＭ面（ＩＭＧ）の照明領域中心における法線Ｎに対して光学的に偏心しているため、マスクＭ面の法線Ｎに対して光学的に偏心していない場合と比較して、コンデンサミラー１８の配置の自由度を大きくすることができる。ここで、光学的に偏心とは、図１に示すように、平面ミラー２２により偏向されなくとも、換言すれば、平面ミラー２２による反射光路を展開したとしても、図４の展開光路図に示すとおり、コンデンサミラー１８の曲率中心Ｃ18がマスクＭ面の法線Ｎ上に位置しないことをいう。

コンデンサミラー１８に入射したＥＵＶ光は、コンデンサミラー１８により反射され、コンデンサ光学系を構成する他方のコンデンサミラー（凹の球面鏡）２０に入射する。コンデンサミラー２０の反射面は、ＥＵＶ光の反射率を向上させるために、ガラス、セラミックス、金属などからなる基板、及びその基板上に形成されているモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる多層膜により構成されている。球面鏡により構成されているコンデンサミラー２０の曲率中心Ｃ20も、図４に示すとおり、マスクＭ面（ＩＭＧ）の照明領域中心における法線Ｎに対して光学的に偏心しているため、マスクＭ面（ＩＭＧ）の法線Ｎに対して光学的に偏心していない場合と比較して、コンデンサミラー２０の配置の自由度を大きくすることができる。

コンデンサミラー２０により反射されたＥＵＶ光は、平面ミラー２２により反射されることにより偏向され、所定の回路パターンが形成されている反射型マスクＭ上を重畳的に均一照明する。反射型マスクＭにより反射されたＥＵＶ光は、反射型投影光学系ＰＬの瞳において二次光源像を形成し、レジストが塗布された感光性基板としてのウエハＷ上にマスクＭに形成されたパターン像を投影露光する。
上記の図４において説明したコンデンサ光学系を構成する凸面鏡１８と凹面鏡２０との偏心構成については、マスクＭ面（ＩＭＧ）の照明領域中心における法線Ｎを基準として説明したが、光学設計上は、射出側反射型フライアイ１４の位置における実質的開口絞り面の中心における垂線を仮想光軸Ａとして定義でき、この仮想光軸Ａを基準としてみることも有効である。即ち、同じく図４に記載したとおり、凸面鏡１８の曲率中心Ｃ18、及び凹面鏡２０の曲率中心Ｃ20も共に、仮想光軸Ａから偏心した位置にある。そして、２つの曲率中心Ｃ18，Ｃ20を結ぶ直線により、実質的にはコンデンサ光学系の光軸Ａcが定義される。本発明における上述の偏心構成は、コンデンサ光学系の光軸Ａcが、マスクＭ面（ＩＭＧ）の照明領域中心における法線Ｎと非平行であることとして特徴づけることが可能である。また、コンデンサ光学系の光軸Ａcが、射出側反射型フライアイ１４の位置における実質的開口絞り面の中心における垂線である仮想光軸Ａに対しても非平行であるとして、特徴づけることができる。このような、コンデンサ光学系としての光軸Ａcを定義して考えるならば、凸面鏡１８と凹面鏡２０との両者の曲率中心Ｃ18，Ｃ20が、共に法線Ｎまたは仮想光軸Ａから偏心している必要はなく、両者の曲率中心Ｃ18，Ｃ20のうちのいずれか一方のみが偏心した構成も可能であることは言うまでもない。

この実施の形態にかかる投影露光装置によれば、２つの球面鏡１８、２０により構成されるコンデンサ光学系の光軸がマスク面照明領域中心における法線に対して光学的に偏心、又は互いに非並行であるため、マスク面の法線に対して光学的に偏心していない場合と比較してコンデンサミラーの設計及び配置の自由度を大きくすることができる。即ち、この実施の形態にかかるコンデンサ光学系は、光が伝達する順に、凸面鏡１８、凹面鏡２０の２枚の反射鏡から構成されており、射出側フライアイミラー１４を構成する個々の要素ミラーがチルトすることで実質的にパワー（屈折力）を有し、そのパワーは正レンズ相当（凹面鏡相当）であることを特徴とする。

図４はこの実施の形態にかかる露光装置を構成するコンデンサ光学系の光路を示す図であり、図５は図９に示す従来の露光装置を構成する１枚の凹面鏡によるコンデンサ光学系の光路を示す図である。図４及び図５は、同じ縮尺で表示した図であり、この実施の形態にかかるコンデンサ光学系は、図５に示す従来のコンデンサ光学系と比較して、各反射鏡に適切なパワーを持たせているため非常にコンパクトな光学系を構成している。

通常、１枚の凸レンズ（薄レンズ）は、その焦点距離をｆとすると、物側焦点〜像側焦点の間隔は２ｆとなる。これを、正レンズ、負レンズ及び正レンズの３枚構成の光学系にすると、物側焦点〜像側焦点の間隔をｆ以下に縮めることができる。マスク上テレセントリックの場合、コンデンサ光学系の物側焦点にフライアイ光学系の射出面が、像側焦点にマスク（もしくはその共役面）が配置されるので、物側焦点〜像側焦点の間隔がコンデンサ光学系の全長となる。そのため、正・負・正のパワー配置にすると、全長の割りに焦点距離の長いコンデンサ光学系が実現できる。

また、図５に示すように１枚鏡でコンデンサ光学系を構成した場合の光路図は、凹面鏡２１１一枚のみを備えており、これをレンズ系に置き換えた場合、正レンズ一枚の光学系と等価となる。これに対し、この実施の形態にかかるコンデンサ光学系を構成する光路図は、フライアイ光学系側からマスク側に、凸面鏡、凹面鏡の順番で並んでいる。また、射出側フライアイミラー位置から発した光束が平行光でなく収斂光となっている。即ち、射出側フライアイミラーの各要素ミラーが少しずつチルトして、全体的に正レンズのパワーを成している。したがって、レンズ系に置き換えた場合、正レンズ、負レンズ及び正レンズのパワー配置の光学系となるため、この実施の形態にかかるコンデンサ光学系は非常にコンパクトな光学系になる。

従って、コンデンサ光学系としての焦点距離を長くしつつコンデンサ光学系を最適な位置に配置することができ、かつ入射側フライアイミラーと射出側フライアイミラーとの間隔を長くすることができる。従って、入射側フライアイミラー及び射出側フライアイミラーに入射するＥＵＶ光の入射角度を小さくすることができるため、入射側フライアイミラー及び射出側フライアイミラーに対するＥＵＶ光の反射率を向上させることができ、結果としてＥＵＶ光の光量の損失を防止することができる。

また、射出側フライアイミラーを構成する複数の要素ミラーの１つにつき１本ずつの光線がコンデンサ光学系を介してマスク面の１点に収斂するように射出側フライアイミラーを構成する複数の要素ミラーの傾きが設定されている。すなわち、射出側反射型フライアイ光学系の各反射型部分光学系は反射型フライアイ全体の中心に向けて光を反射するように傾いて（チルトして）配置されており、その傾きは周辺部ほど大きくなっており、反射型フライアイ全体としては、あたかも凹面鏡のように収斂作用を有している。従って、最適なＥＵＶ光（照明光）によりマスク面上を照明することができるため、ウエハ面上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、マスクに形成された微細なパターンをウエハ面上に高スループットで露光することができる。

なお、この実施の形態にかかる投影露光装置においては、入射光側から順に凸と凹の２つの球面鏡からなるコンデンサ光学系を備えているが、２つ共に非球面鏡としても良いし、または一方を球面鏡とし他方を非球面鏡からなるコンデンサ光学系を備えるようにしてもよい。

また、この実施の形態にかかる投影露光装置においては、ＥＵＶ光を露光光として用いているが、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光またはＦ_２レーザ光を露光光として用いてもよい。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光することにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、図６のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターン像が投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行なわれた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行なうことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述のマイクロデバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを高いスループットで得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて露光を行うため、感光性基板上における解像力やコントラスト等の低下を防止することができ、微細な回路パターンを有する半導体デバイスを高いスループットで得ることができる。

図８は、この実施例にかかる照明装置を構成する射出側フライアイミラー、コンデンサ光学系の概略構成及び被照射面ＩＭＧの位置を示す図である。なお、この実施例にかかる射出側フライアイミラー及びコンデンサ光学系のミラー構成は、図１に示す上述の実施の形態にかかる射出側フライアイミラー１４及びコンデンサミラー１８，２０のミラー構成と同一であるため、実施例にかかる射出側フライアイミラー及びコンデンサ光学系の説明には、上述の実施の形態にかかる射出側フライアイミラー１４及びコンデンサミラー１８，２０の説明で用いた符号を用いる。

この実施例にかかる照明装置を構成する射出側フライアイミラー１４及びコンデンサミラー１８，２０のデータを光学設計ソフトであるＣｏｄｅＶ（ＯＲＡ社）の書式に従って示す。このＣｏｄｅＶの設計手法においては、図４にて前述した仮想光軸Ａを光軸とみなして設計されており、後述する光学データはこの方式に基づいている。まず、この実施例にかかる照明装置を構成する光学系に入射させる光線の条件を示す。なお、以下に示すデータにおいてＥＰＤはこの照明装置を構成する光学系に入射させる光束の直径、ＤＩＭは使用する長さの単位、ＷＬは使用する光線の波長を示している。また、この照明装置を構成する光学系に入射させる光束の方向を示す。なお、この照明装置を構成する光学系の光軸をＺ軸とするデカルト座標を用いた場合、ＸＡＮはこの照明装置を構成する光学系の光軸となす角のＸ方向成分、ＹＡＮはこの照明装置を構成する光学系の光軸となす角のＹ方向成分を示している。この実施例においては、この照明装置を構成する光学系にこの照明装置を構成する光学系の光軸となす角が異なる１５の光線を入射させる。

（光線の条件）
ＥＰＤ １６６．４００００
ＤＩＭ ＭＭ
ＷＬ １３．５０（ｎｍ）

次に、この実施例にかかる射出側フライアイミラー１４、コンデンサミラー１８，２０の光学部材諸元を示す。光学部材諸元においては、左側から順に面番号、面の曲率半径（ｍｍ）、次の面までの間隔（ｍｍ）、光学部材の硝材をそれぞれ示している。なお、ＯＢＪは物体面、ＳＴＯは開口絞り面、ＩＮＦＩＮＩＴＹは無限大（例えば、曲率半径がＩＮＦＩＮＩＴＹの場合は平面）、ＩＭＧは像面（被照射面）を示している。また、ＳＰＳ ＸＹＰは面がＸＹのベキ級数で表現される自由曲面、即ちＳＰＳ ＸＹＰ−ＸＹ多項式非球面であることを示している。ＳＰＳ ＸＹＰ面はコーニックを基本とする１０次の多項式面を含み、その多項式はｘ^ｍｙ^ｎ（ｍ＋ｎ≦１０）で展開する。また、ＳＰＳ ＸＹＰ面の方程式（非球面式）は、以下の数式１で表現される。

なお、射出側フライアイミラー１４の光軸（Ｚ軸）に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｃとし、コーニック定数をＫとし、ｘ^ｍｙ^ｎのＳＣＯ係数をＣ_ｊとする。また、ｊ＝{（ｍ＋ｎ）^２＋ｍ＋３ｎ}／２＋１である。

また、光学部材諸元においては、ＳＣＯ係数Ｃ１はコーニック定数Ｋ、Ｃ２はｙの係数Ｙ、Ｃ４はｘ^２の係数Ｘ２、Ｃ６はｙ^２の係数Ｙ２、Ｃ８はｘ^２ｙの係数Ｘ２Ｙ、Ｃ１０はｙ^３の係数Ｙ３、Ｃ１１はｘ^４の係数Ｘ４、Ｃ１３はｘ^２ｙ^２の係数Ｘ２Ｙ２、Ｃ１５はｙ^４の係数Ｙ４、Ｃ１７はｘ^４ｙの係数Ｘ４Ｙ、Ｃ１９はｘ^２ｙ^３係数Ｘ２Ｙ３、Ｃ２１はｙ^５の係数Ｙ５をそれぞれ示している。

また、ＸＤＥ，ＹＤＥ，ＺＤＥ，ＡＤＥ，ＢＤＥ，ＣＤＥは面の偏心度を示している。ＸＤＥはＸ方向シフト（ｍｍ）、ＹＤＥはＹ方向シフト（ｍｍ）、ＺＤＥはＺ方向シフト（ｍｍ）、ＡＤＥはＸ方向を軸とする回転（degree）、ＢＤＥはＹ方向を軸とする回転（degree）、ＣＤＥはＺ方向を軸とする回転（degree）をそれぞれ示している。

また、ある面で偏心した場合において次の面からは偏心した後の新たな座標に従って偏心度等が表現されるが、ＤＡＲと記載されている面に関しては、ＤＡＲと記載されている面から前の面の偏心度等に関わらず独立して偏心度が表現されている。また、ＲＥＦＬと記載されている面においては、その面が反射面であることを示している。

この実施例に係る光学部材においては、射出側フライアイミラー１４を構成する要素ミラーのそれぞれは、射出側フライアイミラー１４の要素ミラーのそれぞれから射出されるＥＵＶ光のそれぞれがコンデンサミラー１８，２０を介して像面ＩＭＧの一点に収斂するように所定の傾きを有し、かつ射出側フライアイミラー１４全体が自由曲面相当の正のパワーを有するように設計されている。しかしながら、この自由曲面相当のパワーを有する射出側フライアイミラー１４をＣｏｄｅＶにより表現することが不可能であるため、屈折率が非常に高いガラスによる仮想自由曲面レンズ（'kasou'）を仮想で配置することにより、射出側フライアイミラー１４の自由曲面を表現している。なお、仮想自由曲面レンズ（'kasou'）の屈折率は、１００００である。

この実施例にかかる照明装置によれば、コンデンサ光学系を構成する凸面鏡１８と凹面鏡２０の曲率中心が、図４で示したとおり、照明領域中心における法線に対して光学的に偏心しているため、コンデンサミラー１８，２０の設計及び配置の自由度を大きくすることができる。また、射出側フライアイミラー１４を構成する複数の要素ミラーの１つにつき１本ずつの光線がコンデンサミラー１８，２０を介して像面ＩＭＧの１点に収斂するように射出側フライアイミラー１４を構成する複数の要素ミラーの傾きが設定されており、かつ射出側フライアイミラー１４が自由曲面相当の正のパワーを有するように設計されている。従って、コンデンサミラー１８，２０により反射された光束を最適な位置に配置された被照射面（像面ＩＭＧ）上に適切に収斂させることができる。

以上のように、この発明の照明装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法は、高性能な半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造に用いるのに適している。

Claims (12)

1. 光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置において、
   複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、
   前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、
   前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡のみからなるコンデンサ光学系と、
   を備え、
   前記２つの反射鏡の曲率中心の少なくとも一方は、前記被照射面の照明領域中心における法線に対して光学的に偏心していることを特徴とする照明装置。
2. 前記コンデンサ光学系と前記被照射面との間に平面ミラーをさらに備え、
   前記平面ミラーによる前記照明光の反射光路を展開した場合に、前記２つの反射鏡の曲率中心の少なくとも一方が、前記照明領域中心における法線に対して光学的に偏心していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記２つの反射鏡は、球面鏡であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記２つの反射鏡は、非球面鏡であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
5. 前記２つの反射鏡は、球面鏡と非球面鏡であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
6. 前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれ有効反射面中央位置に到達し、かつ前記射出側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれ有効反射面中央位置に到達した光線が前記コンデンサ光学系を介して前記被照射面の１点に収斂するように、前記射出側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系の傾きが設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の照明装置。
7. 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、
   前記マスクを照明するための請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明装置を備えることを特徴とする露光装置。
8. 光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置を有する露光装置において、
   複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、
   前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、
   前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡のみからなるコンデンサ光学系と、
   を有し、
   前記コンデンサ光学系中の２つの反射鏡の曲率中心を通るコンデンサ光学系の光軸は、前記被照射面の照明領域中心における法線に対して光学的に非平行であることを特徴とする露光装置。
9. 光源から射出される照明光で被照射面を照明する照明装置を有する露光装置において、
   複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される入射側反射型フライアイ光学系と、
   前記入射側反射型フライアイ光学系を構成する前記複数の反射型部分光学系のそれぞれに対応する複数の反射型部分光学系を並列に配置することにより構成される射出側反射型フライアイ光学系と、
   前記射出側反射型フライアイ光学系により反射された前記照明光を前記被照射面に導く２つの反射鏡のみからなるコンデンサ光学系と、
   を有し、
   前記射出側反射型フライアイ光学系の開口面の中心を通る垂線を仮想光軸とするとき、前記コンデンサ光学系中の２つの反射鏡の曲率中心を通るコンデンサ光学系の光軸は、前記仮想光軸に対して非平行であることを特徴とする露光装置。
10. 前記コンデンサ光学系は、入射側の凸面鏡と射出側の凹面鏡とを有していることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の露光装置。
11. 前記射出側反射型フライアイ光学系の部分光学系は、周辺部ほど傾き角が大きくなるようにチルトしており前記射出側反射型フライアイ光学系全体として収斂作用を有することを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載の露光装置。
12. 請求項７乃至請求項１１の何れか一項に記載の露光装置を用いて反射レチクルのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
    前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
    を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。

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