JP4883482B2 - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導体素子、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装置に関するものである。

半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィー工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。通常の露光装置では、１種類のパターンを感光性基板上の１つのショット領域（単位露光領域）に形成している。

これに対し、スループットを向上させるために、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成する二重露光方式が提案されている（特許文献１を参照）。

特開２０００−２１７４８号公報

二重露光方式の露光装置では、２つの領域を個別に照明すること、例えば転写パターンの特性に応じた所要の照明条件で個別に照明することが重要である。一方、マスク上の照度を均一化し、ひいては感光性基板上の照度を均一化するためのオプティカルインテグレータとして、フライアイレンズやマイクロフライアイレンズのような波面分割型のオプティカルインテグレータ以外に、ロッドインテグレータのような内面反射型のオプティカルインテグレータが知られている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、並列配置された２つの内面反射型のオプティカルインテグレータを用いて、２つの領域を所要の照明条件で個別に照明することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、２つの領域を所要の照明条件で個別に照明する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に高スループットで露光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、第１照明領域を照明する第１照明系と、第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第１照明系は、前記第１照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第１回折光学素子と、前記第１照明領域を照明する光を均一化する内面反射型の第１オプティカルインテグレータと、前記第１回折光学素子の回折面と前記第１オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第１リレー光学系とを有し、
前記第２照明系は、前記第２照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第２回折光学素子と、前記第２照明領域を照明する光を均一化する内面反射型の第２オプティカルインテグレータと、前記第２回折光学素子の回折面と前記第２オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第２リレー光学系とを有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の照明光学装置を備え、該照明光学装置により照明された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３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経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デバイス製造方法を提供する。

本発明の照明光学装置では、並列配置された２つの内面反射型のオプティカルインテグレータを用いて、照明瞳での光強度分布の形状または大きさをパラメータとする所要の照明条件で、２つの領域を個別に照明することができる。したがって、本発明の露光装置では、２つの領域を所要の照明条件で個別に照明する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に高スループットで露光することができ、ひいては良好なデバイスを高スループットで製造することができる。

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の法線方向に沿ってＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＺ軸を、ウェハＷの面内において図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は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。

光源１として、たとえば約１９３ｎｍの波長を有する光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や約２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から光軸ＡＸに沿って射出された光束は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大された後、一対の回折光学素子３Ａおよび３Ｂを介して、アフォーカルレンズ４に入射する。回折光学素子３Ａは、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を照明する第１照明系の光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。

回折光学素子３Ｂは、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２を照明する第２照明系の光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。回折光学素子３Ａ，３Ｂの交換は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。以下、説明を簡単にするために、第１照明系の光路中に配置された回折光学素子３Ａおよび第２照明系の光路中に配置された回折光学素子３Ｂがともに２極照明用の回折光学素子であるものとする。

第１照明系と第２照明系とに共通のアフォーカルレンズ４は、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３Ａ，３Ｂの位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と一対のロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂの入射面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。すなわち、アフォーカルレンズ４は、回折光学素子３Ａ，３Ｂの回折面とロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂの入射面とを光学的に共役にするリレー光学系を構成している。

一般に、回折光学素子は、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。具体的に、一対の回折光学素子３Ａおよび３Ｂは、図２（ａ）に示すように、照明光学装置の光軸ＡＸを挟んでＺ方向に並んで配置されている。第１照明系の回折光学素子３Ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）にＺ方向に間隔を隔てた２極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３Ａに入射したほぼ平行光束は、図２（ｂ）に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、第１照明系の光軸ＡＸ１を中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布を形成する。

第２照明系の回折光学素子３Ｂは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）にＸ方向に間隔を隔てた２極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３Ｂに入射したほぼ平行光束は、図２（ｃ）に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、第２照明系の光軸ＡＸ２を中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布を形成する。回折光学素子３Ａおよびアフォーカルレンズ４を介した光束は第１照明系中のロッドインテグレータ５Ａに入射し、回折光学素子３Ｂおよびアフォーカルレンズ４を介した光束は第２照明系中のロッドインテグレータ５Ｂに入射する。

ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂは、照明領域ＩＲ１，ＩＲ２を照明する光の照度を均一化する内面反射型のオプティカルインテグレータであって、例えば矩形状の断面を有し、矩形状の断面の隣り合う２つの辺がＸ方向およびＺ方向にそれぞれ平行になるような姿勢で位置決めされている。ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂは、例えば石英や蛍石のような光学材料からなる内面反射型のロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂに入射した光束は、内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成される。

具体的に、第１照明系のロッドインテグレータ５Ａに入射した光束は、回折光学素子３Ａを介した光束がアフォーカルレンズ４の瞳面に形成する光強度分布に対応して、二次光源としてＺ方向２極状の光強度分布を形成する。一方、第２照明系のロッドインテグレータ５Ｂに入射した光束は、回折光学素子３Ｂを介した光束がアフォーカルレンズ４の瞳面に形成する光強度分布に対応して、二次光源としてＸ方向２極状の光強度分布を形成する。ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂによりその入射側に形成された二次光源からの光束は、その射出面の近傍に配置されたマスクブラインド６Ａ，６Ｂを重畳的に照明する。

照明視野絞りとしてのマスクブラインド６Ａおよび６Ｂの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、前側レンズ群７ａと後側レンズ群７ｂとからなる結像光学系７の集光作用を受けた後、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２をそれぞれ重畳的に照明する。すなわち、第１照明系と第２照明系とに共通の結像光学系７は、マスクブラインド６Ａの矩形状開口部の像を第１照明領域ＩＲ１に形成し、マスクブラインド６Ｂの矩形状開口部の像を第２照明領域ＩＲ２に形成する。このとき、ロッドインテグレータ５Ａからの光束は、前側レンズ群７ａと後側レンズ群７ｂとの間の結像光学系７の瞳面に、図２（ｂ）に示すようなＺ方向２極状の光強度分布を形成する。また、ロッドインテグレータ５Ｂからの光束は、結像光学系７の瞳面に、図２（ｃ）に示すようなＸ方向２極状の光強度分布を形成する。

なお、マスクブラインド６Ａの直後には１／２波長板８Ａが第１照明系の光路に対して挿脱自在に設けられ、マスクブラインド６Ｂの直後には１／２波長板８Ｂが第２照明系の光路に対して挿脱自在に設けられている。１／２波長板８Ａ，８Ｂの照明光路に対する挿脱動作は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。１／２波長板８Ａ，８Ｂの作用については後述する。マスクステージＭＳにより保持されたマスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を通過した第１光束および第２照明領域ＩＲ２を通過した第２光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳにより保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上に、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたパターン像および第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたパターン像を形成する。

さらに詳細には、ロッドインテグレータ５Ａの入射側の照明瞳（第１照明系の照明瞳）にＺ方向２極状の光強度分布を形成した第１光束は、結像光学系７の瞳面に同じくＺ方向２極状の光強度分布を形成した後、図３（ａ）に示すように、マスクＭ上においてＸ方向に細長く延びる矩形状の第１照明領域ＩＲ１を照明する。ロッドインテグレータ５Ｂの入射側の照明瞳（第２照明系の照明瞳）にＸ方向２極状の光強度分布を形成した第２光束は、結像光学系７の瞳面に同じくＸ方向２極状の光強度分布を形成した後、図３（ａ）に示すように、マスクＭ上においてＸ方向に細長く延びる矩形状の第２照明領域ＩＲ２を照明する。

ここで、第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とは互いに同じ大きさを有し、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に並んで形成される。そして、マスクＭのパターン領域ＰＡのうち、第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンがＺ方向２極照明され、第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンがＸ方向２極照明される。こうして、図３（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの矩形状の有効結像領域ＥＲには、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ１と第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ２とがＺ方向に並んで形成される。

本実施形態では、投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＺ方向に沿って同期的に移動させつつ、ウェハＷ上の１つのショット領域に、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンと第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターンとを重ねて走査露光して１つの合成パターンを形成する。そして、投影光学系ＰＬに対してウェハＷをＸＺ平面に沿って二次元的にステップ移動させつつ、上述の重ね走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷ上の各ショット領域に、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンと第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターンとの合成パターンが逐次形成される。

図４（ａ）はロッドインテグレータの作用を、（ｂ）はロッドインテグレータの瞳面内偏光分布を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂは、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。すなわち、ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂに入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面（ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂの瞳面）に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成される。

例えばＸ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態の光がロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂに入射する場合、ロッド内の全反射により位相飛びが発生し、図４（ｂ）の瞳面内偏光分布に示すように、反射面に直角な方向以外では偏光状態が変化する。図４（ｂ）において、両方向矢印は光が矢印方向に偏光する直線偏光状態であることを示し、円は光が円偏光状態であることを示し、楕円は光が楕円偏光状態であることを示している。上述したように、ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂは矩形状の断面を有し、その反射面はＸＹ平面またはＸＺ平面に平行である。

したがって、ロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂの瞳面内においてＸ方向に沿った中央領域（図中の水平中央領域）では光の偏光状態が変化することなくＸ方向直線偏光状態であり、Ｚ方向に沿った中央領域（図中の鉛直中央領域）においても光の偏光状態が変化することなくＸ方向直線偏光状態である。本実施形態では、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、ロッドインテグレータ５Ａおよび５Ｂの瞳面内にＺ方向２極状の光強度分布およびＸ方向２極状の光強度分布がそれぞれ形成されるため、ロッドインテグレータ５Ａおよび５Ｂから射出される光束の偏光状態はほとんどＸ方向直線偏光状態のまま維持される。

本実施形態では、偏光子としての１／２波長板８Ａを第１照明系の光路中に挿入することにより、ロッドインテグレータ５Ａから射出される光束の偏光状態を任意の方向に偏光する直線偏光状態に変更することができる。同様に、偏光子としての１／２波長板８Ｂを第２照明系の光路中に挿入することにより、ロッドインテグレータ５Ｂから射出される光束の偏光状態を任意の方向に偏光する直線偏光状態に変更することができる。一般に、露光装置では、ウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になるように、所要の直線偏光状態の光でマスクＭのパターンを照明することが好ましい。

ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。また、入射面は、光が媒質の境界面（ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。このように、ウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になるように所要の直線偏光状態の光でマスクパターンを照明することにより、投影光学系ＰＬの光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハＷ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。

本実施形態では、回折光学素子５Ａの作用により、第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンに対して、図５（ａ）に示すようなＺ方向２極照明を行う。そして、１／２波長板８Ａを第１照明系の光路から退避させることにより、第１照明系の照明瞳（ロッドインテグレータ５Ａの瞳面内）に光軸ＡＸ１を挟んでＺ方向に間隔を隔てて形成される２極状の二次光源からの光束を、Ｘ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態に設定する。その結果、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンのうち、Ｘ方向に沿って細長く延びるＸ方向パターンが最終的な被照射面としてのウェハＷに結像する光はＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。

同様に、回折光学素子５Ｂの作用により、第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンに対して、図５（ｂ）に示すようなＸ方向２極照明を行う。そして、１／２波長板８Ｂを第２照明系の光路中に設定することにより、第２照明系の照明瞳（ロッドインテグレータ５Ｂの瞳面内）に光軸ＡＸ２を挟んでＸ方向に間隔を隔てて形成される２極状の二次光源からの光束を、Ｚ方向に偏光するＺ方向直線偏光状態に設定する。その結果、第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターンのうち、Ｚ方向に沿って細長く延びるＺ方向パターンがウェハＷに結像する光はＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。

本実施形態では、２極照明用の回折光学素子３Ａ，３Ｂ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、円形照明を行うことができる。具体的に、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、その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、一対の円形照明用の回折光学素子を介した光束は、第１照明系の照明瞳および第２照明系の照明瞳に、たとえば光軸ＡＸ１およびＡＸ２を中心とした円形状の二次光源をそれぞれ形成する。本実施形態では、第１照明系の照明瞳および第２照明系の照明瞳において比較的小さい円形状の二次光源を形成し、これらの円形状の二次光源からの光束をＸ方向直線偏光状態とＺ方向直線偏光状態とにそれぞれ設定しても上述の２極照明の場合と同様の効果が得られる。

また、２極照明用の回折光学素子３Ａ，３Ｂに代えて、輪帯照明用の回折光学素子（不図示）や他の複数極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、輪帯照明や複数極照明（３極照明、４極照明、５極照明など）を行うことができる。すなわち、例えば輪帯照明、円形照明、複数極照明などから選択された任意の照明形態で、第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を独立に照明することができる。また、１／２波長板８Ａ，８Ｂの照明光路に対する挿脱動作を制御することにより、第１照明領域ＩＲ１を照明する光と第２照明領域ＩＲ２を照明する光とを互いに異なる偏光状態に設定したり、互いに同じ偏光状態に設定したりすることができる。

以上のように、本実施形態の照明光学装置では、並列配置された２つの内面反射型のロッドインテグレータ５Ａ，５Ｂを用いて、照明瞳での光強度分布の形状または大きさ、照明光の偏光状態などをパラメータとする所要の照明条件で、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を個別に照明することができる。その結果、本実施形態の露光装置では、２つの照明領域ＩＲ１およびＩＲ２を所要の照明条件で個別に照明する照明光学装置を用いて、二重露光方式によりマスクＭの微細パターンをウェハＷに高精度に且つ高スループットで露光することができる。

図６は、本実施形態の変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図６の変形例は、図１の実施形態と類似の構成を有するが、整形光学系２と一対の回折光学素子３Ａ，３Ｂとの間の光路中に偏光ビームスプリッター９を付設するとともに１／２波長板８Ａ，８Ｂの配置を省略している点が図１の実施形態と基本的に相違している。図６では、図１の実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、図１の実施形態との相違点に着目して、図６の変形例の構成および作用を説明する。

図６の変形例では、光源１からの光束が、整形光学系２を介して、偏光ビームスプリッター９に入射する。偏光ビームスプリッター９で反射されたＳ偏光の光すなわちＸ方向に偏光する直線偏光の光は、第１照明系の光軸ＡＸ１に沿って回折光学素子３Ａに入射する。一方、偏光ビームスプリッター９を透過したＰ偏光の光すなわちＹ方向に偏光する直線偏光の光は、光路折り曲げ反射鏡１０により反射されてＺ方向に偏光する直線偏光の光となり、第２照明系の光軸ＡＸ２に沿って回折光学素子３Ｂに入射する。

こうして、第１照明系中の回折光学素子３Ａに入射した光は、アフォーカルレンズ４、ロッドインテグレータ５Ａ、マスクブラインド６Ａ、および結像光学系７を介して、Ｘ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態のＺ方向２極照明で、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を照明する。また、第２照明系中の回折光学素子３Ｂに入射した光は、アフォーカルレンズ４、ロッドインテグレータ５Ｂ、マスクブラインド６Ｂ、および結像光学系７を介して、Ｚ方向に偏光するＺ方向直線偏光状態のＸ方向２極照明で、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２を照明する。

さらに、２極照明用の回折光学素子３Ａ，３Ｂに代えて、円形照明用や輪帯照明用や他の複数極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、例えば輪帯照明、円形照明、複数極照明などから選択された任意の照明形態で、第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を独立に照明することができる。また、偏光ビームスプリッター９の作用により、第１照明領域ＩＲ１を照明する光と第２照明領域ＩＲ２を照明する光とを互いに異なる偏光状態に設定することができる。

なお、上述の実施形態および変形例では、第１照明系と第２照明系とに共通のアフォーカルレンズ（リレー光学系）を用いているが、これに限定されることなく、第１照明系および第２照明系にそれぞれリレー光学系を個別配置することもできる。同様に、第１照明系と第２照明系とに共通の結像光学系を用いているが、これに限定されることなく、第１照明系および第２照明系にそれぞれ結像光学系を個別配置することもできる。

また、上述の実施形態では、第１照明領域を照明する光と第２照明領域を照明する光とを互いに異なる偏光状態に設定する偏光設定部として、ロッドインテグレータの射出面の近傍位置において照明光路に対して挿脱自在な１／２波長板を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば１／２波長板以外の偏光子をロッドインテグレータの射出面とマスクとの間の適当な位置に挿脱自在に配置することにより、第１照明領域を照明する光と第２照明領域を照明する光とを互いに異なる偏光状態に設定することができる。すなわち、偏光設定部の構成については様々な形態が可能である。

また、上述の実施形態および変形例では、第１照明領域と第２照明領域とが走査方向（スキャン方向）であるＺ方向に並ぶように形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、図７（ａ）に示すように、第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とが走査方向であるＸ方向と直交するＺ方向に並ぶように形成することも可能である。この場合、図７（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの矩形状の有効結像領域ＥＲには、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ１と第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ２とが走査方向であるＸ方向と直交するＺ方向に並んで形成される。

ところで、上述の実施形態および変形例において、例えばアフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａの光路中にアキシコン系（円錐アキシコン系、角錐アキシコン系、Ｖ溝アキシコン系など）を配置して、第１照明系および第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布の形状を変化させることができる。また、アフォーカルレンズ４をアフォーカルズームレンズとして構成することにより、第１照明系および第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布の大きさを変化させることができる。

円錐アキシコン系は光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状の屈折面を有し、角錐アキシコン系は光軸を中心とする角錐体の側面に対応する形状の屈折面を有し、Ｖ溝アキシコン系は光軸を通る所定の軸線に関してほぼ対称なＶ字状の断面形状の屈折面を有する。円錐アキシコン系、角錐アキシコン系およびＶ溝アキシコン系の構成および作用については、特開２００２−２３１６１９号公報などを参照することができる。なお、ロッドインテグレータ７Ａ，７ＢとマスクＭとの間に光路折り曲げ反射鏡を配置する場合、この反射鏡に起因して光の偏光状態が実質的に変化することがないように、反射鏡のＰ−Ｓ反射率差（Ｐ偏光とＳ偏光との間の反射率差）およびＰ−Ｓ位相差（Ｐ偏光とＳ偏光との間に反射により発生する位相差）の設計に配慮が必要である。

なお、上述の実施形態および変形例では、第１照明領域に対応するパターンと第２照明領域に対応するパターンとを感光性基板（ウェハ）上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成する二重露光に関連して本発明を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、３つ以上のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成する多重露光に対しても同様に本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態および変形例では、第１照明領域のパターン像と第２照明領域のパターン像とが感光性基板上において並列的に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、第１照明領域のパターン像と第２照明領域のパターン像とを合致させて感光性基板上に形成することもできる。

また、上述の実施形態および変形例では、１つのマスク上に第１照明領域と第２照明領域とを互いに隣接または近接するように形成している。しかしながら、これに限定されることなく、第１マスク上に第１照明領域を形成し、第２マスク上に第２照明領域を形成することもできる。この場合、例えば図８に示すように屈折系と偏向ミラーとからなる双頭型の投影光学系ＰＬや、図９に示すような反射屈折型で双頭型の投影光学系ＰＬや、図１０に示すようなビームスプリッターを用いる双頭型の投影光学系ＰＬなどを用いることができる。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、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に露光する（露光工程）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、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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１１のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１１のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェ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３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェ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３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェ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、各ウェ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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェ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、ウェ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、本実施形態の露光装置では、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１２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１２において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の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ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、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ー形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２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ー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ーを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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４０４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、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、例えばＦ₂レーザ光源のように他の適当な光源を用いる露光装置に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、露光装置に搭載されてマスクを照明する照明光学装置を例にとって本発明を説明しているが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。

本発明の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。 （ａ）は一対の回折光学素子が並んで配置されている様子を、（ｂ）および（ｃ）はアフォーカルレンズの瞳面に形成される光強度分布を示す図である。 （ａ）は第１照明領域と第２照明領域とが走査方向に並んで形成される様子を、（ｂ）は２つのパターン像がウェハ上で走査方向に並んで形成される様子を示す図である。 （ａ）はロッドインテグレータの作用を、（ｂ）はロッドインテグレータの瞳面内偏光分布を模式的に示す図である。 （ａ）は第１照明系の照明瞳に形成される光強度分布を、（ｂ）は第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布を示す図である。 本実施形態の変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 （ａ）は第１照明領域と第２照明領域とが走査方向と直交する方向に並んで形成される様子を、（ｂ）は２つのパターン像がウェハ上で走査方向と直交する方向に並んで形成される様子を示す図である。 屈折系と偏向ミラーとからなる双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。 反射屈折型で双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。 ビームスプリッターを用いる双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。 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フローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
３Ａ，３Ｂ 回折光学素子
４ アフォーカルレンズ
５Ａ，５Ｂ ロッドインテグレータ（内面反射型のオプティカルインテグレータ）
６Ａ，６Ｂ マスクブラインド
７ 結像光学系
８Ａ，８Ｂ １／２波長板（偏光子）
９ 偏光ビームスプリッター
２０ 制御部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (11)

1. 第１照明領域を照明する第１照明系と、第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
   前記第１照明系は、前記第１照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第１回折光学素子と、前記第１照明領域を照明する光を均一化する内面反射型の第１オプティカルインテグレータと、前記第１回折光学素子の回折面と前記第１オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第１リレー光学系とを有し、
   前記第２照明系は、前記第２照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第２回折光学素子と、前記第２照明領域を照明する光を均一化する内面反射型の第２オプティカルインテグレータと、前記第２回折光学素子の回折面と前記第２オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第２リレー光学系とを有し、
   前記第１リレー光学系および前記第２リレー光学系は、前記第１照明系と前記第２照明系とに共通のリレー光学系を有することを特徴とする照明光学装置。
2. 前記第１照明領域を照明する光を第１偏光状態に設定し且つ前記第２照明領域を照明する光を前記第１偏光状態とは異なる第２偏光状態に設定する偏光設定部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記偏光設定部は、前記第１オプティカルインテグレータの射出面と前記第１照明領域との間の光路中および前記第２オプティカルインテグレータの射出面と前記第２照明領域との間の光路中のうちの少なくとも一方に配置されて入射光の偏光状態を変化させる偏光子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照明系と前記第２照明系とに共通の光源を備え、
   前記偏光設定部は、前記共通の光源からの光を偏光分離し、偏光分離した一方の光を前記第１回折光学素子へ導き且つ偏光分離した他方の光を前記第２回折光学素子へ導く偏光ビームスプリッター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。
5. 前記第１照明系は、前記第１オプティカルインテグレータの射出面と前記第１照明領域とを光学的に共役にする第１結像光学系を有し、
   前記第２照明系は、前記第２オプティカルインテグレータの射出面と前記第２照明領域とを光学的に共役にする第２結像光学系を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
6. 前記第１結像光学系および前記第２結像光学系は、前記第１照明系と前記第２照明系とに共通の結像光学系を有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
7. 前記第１オプティカルインテグレータおよび前記第２オプティカルインテグレータはともに矩形状の断面を有し、
   前記第１回折光学素子は、前記第１オプティカルインテグレータの断面の一辺の方向に対応する第１方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布を前記照明瞳に形成し、
   前記第２回折光学素子は、前記第２オプティカルインテグレータの断面の一辺の方向に対応する第２方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布を前記照明瞳に形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
8. 前記第１方向と前記第２方向とは互いに直交することを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
9. 前記偏光設定部は、前記第１照明系の照明瞳での光束の偏光状態を前記第２方向に偏光する直線偏光状態に設定し、前記第２照明系の照明瞳での光束の偏光状態を前記第１方向に偏光する直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、該照明光学装置により照明された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。
11. 請求項１０に記載の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記露光工程を経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デバイス製造方法。

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