JP4989180B2 - 照明光学系および露光装置 - Google Patents

Description

本発明は照明光学系に関する。本発明の露光装置は、例えば、波長１０ｎｍ乃至２００ｎｍの極端紫外線（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ）領域、又はＸ線領域の光源を利用する露光装置に好適である。

近年の解像度向上の要求から、ＥＵＶ光を用いてマスクパターンをウエハに投影する投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」という。）が提案されている。

ＥＵＶ露光装置に適用される従来の照明光学系は、リレー光学系を使わず少ないミラー枚数で良好な照明を行うために、波板インテグレータ上に半円形状の開口を有する開口絞りを配置している（例えば、特許文献１を参照のこと）。波板インテグレータは、母線方向が揃った複数の円筒反射面を備えたインテグレータである。
特開２００５−１４１１５８号公報

投影光学系による高品位な結像を実現するためには、被照明面の各位置から見た照明光学系の有効光源の歪みを抑える必要があることが知られている。

特許文献1に開示されている照明光学系は、その時点での従来例に対しては有効光源の歪みを十分に抑えていた。しかしながら、発明者の検討によれば、特許文献１の照明光学系は有効光源の歪みがなお残存し、それが無視できないことが分かってきた。 特許文献１の照明光学系で有効光源が歪む理由は、平行光の一部が２次光源を形成する前に開口絞りによって制限されてしまうためである。かかる現象を、図１及び図２を参照して、より詳細に説明する。

図１は、特許文献１における開口絞り１５とインテグレータ１１の配置を示す概略斜視図である。平行光ＣＬが照明するインテグレータ１１上の領域１２は、開口絞り１５に対して射出側の領域が狭くなる。図２は、図１に示すインテグレータ１１の上面図である。円弧形状の被照明面２０の端部２１で正円の有効光源を得るためには、点線で示す領域１３に平行光ＣＬが照射される必要がある。

開口絞り１５に対して入射側（図２の上面図における下半分の領域）では、領域１３は領域１２と重なり、有効光源が正円となるのに必要な領域が確保されている。そして、領域１３の外側の余分な光は開口絞り１５によって制限される。図２における開口絞り１５に対して下半分の領域は、図２における有効光源２２の下半分の領域に対応し、有効光源２２の下半分の領域は歪みのない半円となる。

一方、開口絞り１５に対して出側側（図２の上面図における上半分の領域）では、領域１３と領域１２とが重ならない部分が存在するため、それが有効光源の正円からのずれをもたらす。領域１３内で光が照射されていない領域に関しては、有効光源２２が正円から欠ける形状となる。また、領域１３の外側の余分な光は、その後に絞りが配置されていないために制限されず、有効光源２２は正円から外に飛び出す形状となる。

このように特許文献１に開示した照明光学系の構成では、有効光源の歪みがわずかながら残存し、より高い結像性能の要求に応えられなくなってきた。

本発明は、有効光源の歪みを抑えて良好な照明を行うことが可能な照明光学系に関する。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光を平行化する第１光学ユニットと、母線方向が揃った複数の円筒反射面を備えるインテグレータ部を複数含み、前記第１光学ユニットからの光で複数の２次光源を形成する反射型インテグレータと、前記母線方向に垂直に配置された開口絞りと、前記複数の２次光源それぞれからの光を被照明面上で重ね合わせる第２光学ユニットとを有し、前記第１光学ユニットからの光であって、当該複数のインテグレータ部のうち１つのインテグレータ部で反射された光と、前記複数のインテグレータ部のうち他の１つのインテグレータ部で反射された光とが前記開口絞りの開口部を通過するように、当該複数のインテグレータ部を前記母線方向に垂直で且つ前記円筒反射面の配列方向とは垂直な方向に並べて前記開口絞りの入射面側に設けることを特徴とする。
本発明の別の側面としての露光装置は、被照明面に配置されたマスクを照明する上述の照明光学系と、前記マスクのパターンを被露光体に投影する投影光学系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露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の他の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、有効光源の歪みを抑えて良好な照明を行う露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

以下、図３を参照して、実施例１の露光装置１００について説明する。ここで、図３は、露光装置１００の概略構成図である。露光装置１００は、真空容器１０２及び１０６と、これらを接続する接続部１０４とを有する。また、露光装置１００は、光源部１１０と、照明光学系１３０と、マスクステージ１７４と、投影光学系１８０と、プレートステージ１９４とを有する。

真空容器１０２及び１０６並びに接続部１０４は、ＥＵＶ光の減衰を防ぐために露光装置１００の構成要素を真空に維持する。真空容器１０２は、光源部１１０を収納する。真空容器１０６は、照明光学系１３０からプレート１９０までを収納する。

露光装置１００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、例えば、ステップアンドスキャン方式でマスク１７０の回路パターンをプレート１９０に露光するＥＵＶ露光装置である。

照明装置は、ＥＵＶ光により転写用の回路パターンが形成されたマスク１７０を照明し、光源部１１０と、照明光学系１３０とを有する。

光源部１１０は、本実施例では放電型プラズマ光源を使用するが、光源の種類は限定されずレーザープラズマ光源などを使用してもよい。本実施例の光源部１１０は、放電ヘッダ１１１、集光ミラー１１３、フィルタ１１４、波長フィルタ１１５、アパーチャ１１６、差動排気機構１２０を有する。

集光ミラー１１３は、プラズマ発光部ＥＰからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集め、照明光学系１３０側に集光する回転楕円ミラー等から構成される。フィルタ１１４は、ＥＵＶ光が発生する際に同時に生じるデブリ（飛散粒子）を除去する。波長フィルタ１１５は、ＥＵＶ光以外の波長の光束を除去する。アパーチャ１１６は、集光ミラー１１３の集光点近傍に配置されたピンホール形状を有する。差動排気機構１２０は、発光部ＥＰから真空容器１０６に向けて段階的に内部圧力を減少する。

照明光学系１３０は、ＥＵＶ光を伝播してマスク１７０を照明する。照明光学系１３０は、平行変換光学系（第１光学ユニット）１３１、反射型インテグレータ１４０、開口絞り１５０、円弧変換光学系（第２光学ユニット）１５３、平面ミラー１５７、スリット１５８を含む。

平行変換光学系１３１は、凹面鏡１３３と凸面鏡１３６とを有し、アパーチャ１１６を通過したＥＵＶ光束を平行光ＣＬに変換する。ここで、本出願では平行光ＣＬは完全な平行光から若干ずれた光も含むものとする。ＥＵＶ光束は、凸面鏡１３６の外周部を取り囲むように通過して凹面鏡１３３で反射し、次いで、凸面鏡１３６で反射し、平行光ＣＬとして反射型インテグレータ１４０に射出する。本実施例の平行変換光学系１３１はシュバルツシルド型光学系であるが、本発明は凸面鏡１３６がアパーチャ１１６を通過したＥＵＶ光束を通過させる開口部を有してもよい。

なお、本実施例ではプラズマ発光部ＥＰを点光源と仮定しているため、平行変換光学系１３１により平行化される光線は、プラズマ発光部ＥＰ上の一点から種々の角度で放射される光線である。すなわち、平行変換光学系１３１により照明されるインテグレータの照射面とプラズマ発光部ＥＰとは共役ではない。但し、プラズマ発光部ＥＰが大きい場合は、インテグレータ照射面と発行部とを共役となるように構成しても良い。この場合、プラズマ発光部ＥＰの異なる高さから同一の方向に放射される光線が、平行変換光学系１３１により平行化されることになる。

反射型インテグレータ１４０は、平行変換光学系１３１からの光でマスク１７０を均一に照明する複数の２次光源を形成する均一化手段である。反射型インテグレータ１４０は、母線１４５の方向Ｇが揃った複数の円筒反射面１４４を備える。より詳細には、本実施例の反射型インテグレータ１４０は、それぞれが複数の円筒反射面１４４を備える第１及び第２の（波板）インテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂと、第１及び第２の平面ミラー１４８Ａ及び１４８Ｂとを有する。

反射型インテグレータ１４０はインテグレータ部１４２と平面ミラー１４８からなる組を複数有して１つの機能を発揮する。以下、第１のインテグレータ部１４２Ａと第１の平面ミラー１４８Ａとの組を第１の特殊インテグレータ１４１Ａと呼ぶ。同様に、第２のインテグレータ部１４２Ｂと第２の平面ミラー１４８Ｂとの組を第２の特殊インテグレータ１４１Ｂと呼ぶ。第１及び第２の特殊インテグレータ１４１Ａ及び１４１Ｂは、図３に示すように、平行に配置される。第１の特殊インテグレータ１４１Ａは、第２の特殊インテグレータ１４１Ｂに対して、光路に沿って光源部１１０側に配置される。

第１の平面ミラー１４８Ａは、第１のインテグレータ部１４２Ａに隣接して配置され、第１のインテグレータ部１４２Ａの複数の母線１４５が形成する面と平行又は同一平面である。第２の平面ミラー１４８Ｂは第２のインテグレータ部１４２Ｂに隣接して配置され、第１のインテグレータ部１４２Ａの複数の母線１４５が形成する面と平行又は同一平面である。第１のインテグレータ部１４２Ａと第２のインテグレータ部１４２Ｂは、それぞれの反射面を対向且つ平行にさせて開口絞り１５０の入射側に配置される。第１のインテグレータ部１４２Ａと第２のインテグレータ部１４２Ｂは、それらと垂直な方向から見ると完全に重なっており、ずれていない。また、対向する第１のインテグレータ部１４２Ａと第２のインテグレータ部１４２Ａの円筒反射面１４４は平行である。

開口絞り１５０は、第１及び第２のインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂからの光が通過する開口部１５１を有する。開口絞り１５０は、第２のインテグレータ部１４２Ｂと平面ミラー１４８Ｂの境界付近に、開口部１５１が反射面１４２又は母線方向Ｇに垂直に配置される。開口絞り１５０は、投影光学系１８０の瞳と光学的に共役又はマスク面とフーリエ変換の関係にある。

第１の平面ミラー１４８Ａを開口絞り１５０の入射側に、第２の平面ミラー１４８Ｂを開口絞り１５０の射出側に配置する。第１のインテグレータ部１４２Ａで反射した光が開口絞り１５０の開口部１５１を通過して第２の平面ミラー１４８Ｂに入射し、第１の平面ミラー１４８Ａで反射した光が第２のインテグレータ部１４２Ｂに入射する。

円弧変換光学系１５３は、反射型インテグレータ１４０からの光束を円弧状に集光し、複数の２次光源それぞれからの光を被照明面（マスク面）で重ね合わせる。円弧変換光学系１５３は、マスク面に好適な円弧照明領域を形成する。円弧変換光学系１５３は、凸面鏡１５４及び凹面鏡１５５と平面ミラー１５７とを有する。但し、平面ミラー１５７は、円弧変換光学系１５３の像側光束を、マスク１７０へ所定の角度ではね上げるもので円弧変換機能を有しない。

スリット１５８は、円弧状の開口部を有し、その幅を部分的に可変できる。反射型インテグレータ１４０の各円筒面により分割されて発散する光束が、円弧状に集光されてスリット１５８の開口部に均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。

以下、図４（ａ）乃至図７を参照して、反射型インテグレータ１４０が円弧領域を均一に照明する原理を説明する。ここで、図４（ａ）は、複数の凸型円筒反射面１４４を有するインテグレータ部１４２に平行光ＣＬが入射した場合の概略斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様の効果を有する複数の凹型円筒反射面１４４Ａを有するインテグレータ部１４３の概略斜視図である。図１に示すインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂは、図４（ａ）に示すインテグレータ部１４２であるが、図４（ｂ）にインテグレータ部１４３を使用してもよい。図５は、凸型円筒反射面１４４の概略断面図である。図６は、凸型円筒反射面１４４でのＥＵＶ光の反射を説明するための概略斜視図である。図７は、凸型円筒反射面１４４で反射したＥＵＶ光束の角度分布図である。

図４（ａ）に示すように、複数の円筒反射面１４４を有するインテグレータ部１４２に平行光ＣＬが入射すると、インテグレータ部１４２の表面近傍に線状の２次光源が形成される。また、この２次光源から放射されるＥＵＶ光束の角度分布が円錐面状となる。次に、この２次光源位置を焦点とする反射鏡でＥＵＶ光束を反射してマスク１７０又はそれと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。

以下、図６を参照して、複数の円筒反射面１４４を有するインテグレータ部１４２の作用を説明するために、一つの円筒反射面１４４に平行光ＣＬが入射した場合の反射光の振る舞いを説明する。今、一つの円筒反射面１４４にその中心軸に垂直な面に対してθの角度で平行光ＣＬを入射する。平行光ＣＬの光線べクトルをＰ１＝（０、−ｃｏｓθ、ｓｉｎθ）として定義し、円筒面形状の反射面の法線ベクトルをｎ＝（−ｓｉｎα、ｃｏｓα、０）として定義する。すると、反射光の光線ベクトルは、Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α、ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α、ｓｉｎθ）となる。

反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図６に示すようにｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。即ち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。２次光源は、凹型円筒反射面１４４Ａであれば外部に実像として存在し、凸型円筒反射面１４４であれば内部に虚像として存在する。また、図５に示すように、反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、図７に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧Ａとなる。

次に、円筒反射面に平行光ＣＬが入射して形成される２次光源の位置に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面ミラーと、更に、この反射鏡からｆだけ離れた位置に被照射面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って図７で示すように、被照射面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域Ａのみが照明される。

以下、図８を参照して、反射型インテグレータ１４０に平行光ＣＬが図３に示す方向に入射した場合の挙動を説明する。ここで、図８は、平行光ＣＬが入射する反射型インテグレータ１４０の概略断面図である。図８において、２０は像面（被照射面）でマスク１７０の面（マスク面）と等価である。

円弧変換光学系１５３は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系であり、インテグレータ部１４２Ｂ上の光束照射領域の中心位置１４と像面２０は、ほぼフーリエ変換の関係に維持される。即ち、位置１４は像面２０のほぼ瞳面である。平行光ＣＬが反射型インテグレータ１４０に入射すると、像面２０の近傍に円弧状に集光される。

円弧変換光学系１５３は、像側非テレセントリックであり、像面２０への入射角度Ｕ１は、投影光学系１８０の物体側主光線の傾斜角と等しくなるように設定される。また、回転対称軸ＡＸ２と像側主光線との間隔は、像面２０に近づくにつれて狭くなるように傾斜している。例えば、本実施例は入射角度Ｕ１を約６°に設定している。また、像側のボケについても良好に補正されており、像面でスポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設定されている。

円弧変換光学系１５３のミラー１５４、１５５へのＥＵＶ光束主光線の入射角は、低入射角度、具体的には２０°以下に設定されている。これにより、回転放物面ミラー等を用いて入射角が高入射角となるような配置にするよりも、像面２０への集光の際に生じるボケ量を小さくして円弧照明領域への集光効率を高めることができる。また、スリット１５８におけるケラレによる光の損失を抑え、照明効率を向上することができる。

平面ミラー１５７で像側光束をマスク１７０の方向へはね上げる反射によって円弧照明領域の円弧の向きは反転する。この場合、円弧の中心は投影光学系１８０の中心軸（光軸）ＡＸ３とマスク面の交点に一致するように設定されている。また、入射角度Ｕ１により、円弧変換光学系１５３の像側主光線ＩＬと投影光学系１８０の物体側光束ＯＬの主光線が、マスク１７０を反射面として互いに一致する。

円筒反射面１４４を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は、単一の円筒反射面と同様に、像面２０の一点に入射する光は円筒反射面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達する。平行光ＣＬの光束径をＤ、円弧変換光学系の焦点距離をｆとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）Ｕ２＝γはγ＝Ｄ／ｆで表される。円弧照明領域においては、円弧に沿った方向に多数の円筒反射面１４４からの各光束が重畳されて照度の均一性を達成する。これにより、効率がよく均一な円弧照明を行う。

以下、図８及び図９を参照して、開口絞り１５０と特殊インテグレータ１４１Ａ及び１４１Ｂの詳細を説明する。図９は、開口絞り１５０と特殊インテグレータ１４１Ａ及び１４１Ｂの配置を示す概略斜視図である。同図において、ＣＬ１は反射型インテグレータ１４０に入射する平行光ＣＬの中心主光線の方向を示し、特殊インテグレータ１４１Ａのインテグレータ部１４２Ａと平面ミラー１４８Ａの境付近をほぼｙｚ断面内で通過する。位置１４は先に述べた円弧変換光学系１５３の瞳面のほぼ中心である。この１４を原点としてｘｙｚ座標が記載されているが、ｚ軸は円弧変換光学系１５３の軸ＡＸ２とほぼ一致している。

開口絞り１５０の開口部１５１は、特殊インテグレータ１４１Ｂのインテグレータ部１４２Ｂと平面ミラー１４８Ｂの境付近にほぼ垂直に配置される。開口絞り１５０は円形の有効光源形状を与えるが、開口部１５１が半円形であることが特徴である。開口絞り１５０の切り替えると、コヒーレントファクタσを変えたり、輪帯照明等の変形照明を行う方法について述べる。変形照明を行う際には、有効光源分布の左右対称軸で分割した半分の形状と一致した開口部を有する開口絞りを配置する。

上述したように、開口絞り１５０と投影光学系１８０の瞳面は共役な関係にあるので、開口部１５１の形状、つまり光透過パターンが投影光学系１８０の瞳面における有効光源分布と対応する。図１１（ａ）乃至（ｄ）は、開口部１５１に適用可能な形状を示す平面図であり、（ａ）は通常照明の大σ、（ｂ）は通常照明の小σ、（ｃ）は輪帯照明、（ｄ）は四重極照明の各モードに対応する。いずれの開口絞りも、下端部に関して折り返せば屈折系に使用される開口絞りの形状となる。このような数種類の開口絞りを図示しない駆動系により切り替えることによって所望の開口形状を形成することができる。

本実施例は、反射型インテグレータ１４０の反射面に垂直に開口絞り１５０を配置したが、有効光源分布の微調整のために開口絞り１５０を反射面に対して垂直方向から若干（１〜２°程度）傾斜するように配置してもよい。本出願では、このように垂直から僅かに傾けた場合も「円筒反射面の母線方向に垂直」と呼んでいる。また、有効光源分布の調整やテレセン度の調整等を可能とするため、開口絞り１５０の円筒反射面に対する角度を調整する不図示の駆動機構を開口絞り１５０の近傍に設けてもよい。

以下、図８を参照して、開口絞り１５０が光束を制限する様子を説明する。平行光ＣＬが特殊インテグレータ１４１Ａの反射面に比較的高入射角（例えば、７０°）で入射する。平行光ＣＬの上側ＣＬａはインテグレータ部１４２Ａを照明し、２次光源による発散光を生じ、その直後に配置された開口絞り１５０の半円開口部１５１により発散光の一部がケラレることで制限を受ける。一方、平行光ＣＬの入射光束の下側ＣＬｂは平面ミラー１４８Ｂによって偏向され、インテグレータ部１４２Ｂを照明する。２次光源による発散光を生じた後、その直後に配置された開口絞り１５０の半円開口部１５１により発散光の一部がケラレる。このように、半円開口部１５１を有する開口絞り１５０は、後段の円弧変換光学系１５３に対してあたかも円形開口を有するように振舞う。

このように、開口絞り１５０をインテグレータ部１４２Ｂと平面ミラー１４８Ｂの境界付近に図９に示すように配置する。すると、特許文献１と異なり、平行光ＣＬ全体がインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂに入射した後で開口絞り１５０を通過する。その結果、有効光源分布（投影系の瞳面における光源像）は、円弧照明領域内の任意の位置で円形となる。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）にその様子を示す。同図において、２１及び２３はそれぞれ円弧の端部及び中央部である。２２は端部２１における有効光源分布であり、２４は中央部２３における有効光源分布である。

図１０（ａ）は、開口絞り１５０が配置されていない場合の有効光源２２及び２４の形状を示しており、有効光源２２は図２に示す有効光源２２と同様の形状を有する。円弧領域の中央部２３では正円形状の有効光源２４が形成されるが、開口絞り１５０がないことで中央部２３から離れるに従って分布が歪み、端部２１では楕円形状の有効光源２２が形成される。照明領域の任意の点における有効光源分布は、その点にあるＮＡで円錐状に入射する光束の角度分布を示している。これが有効光源２２のような非対称形状であると、露光ＮＡが非対称性となり、解像性能を悪化させる。

一方、図１０（ｂ）は、開口絞り１５０が配置されている場合の有効光源２６及び２８の形状を示す。端部２１及び中央部２３における有効光源２６及び２８は共に正円形状であり、露光ＮＡの均一化が達成されている。

有効光源２４乃至２８に示す斜線は、インテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂによって生じる２次光源が線形状分布であることを示している。線の間隔はインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂの円筒反射面１４４の幅に依存し、円筒反射面１４４の幅を狭くして円筒反射面の数を増やすと、線の間隔は狭くなり、有効光源分布は緻密になる。

特殊インテグレータ１４１Ａ及び１４１Ｂはインテグレータ部と平面ミラーとが一体型であったが、インテグレータ部と平面ミラーは分離独立し、それぞれに独立した調整機構を持たせてもよい。

インテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂは、それらのそれぞれに平行変換光学系１３１からの光の一部が入射するように、母線方向Ｇに垂直で円筒反射面１４４の配列方向Ｈとは垂直な方向Ｐに、開口絞り１５０の入射側に配置される。本実施例では、全ての光束がインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂを照射した後に開口絞り１５０を通過させ、従来例で生じる有効光源分布の歪みを抑えている。その際、考えられる最も単純な構成は図１２に示すような１枚のインテグレータの後に円形開口部を有する開口絞りを配置する構成である。

以下、図１３乃至図１４（ｃ）を参照して、図１２に示す構成の問題点を説明する。ここで、図１３は、インテグレータ１１の反射面に垂直な方向から見た概略平面図であり、簡単のためインテグレータ１１と円弧領域である像面２０との間の結像光学系を省略している。平行光ＣＬは図示した方向から入射し、インテグレータ１１を照射する。１２ａ、１２ｂ、１２ｃは円弧照明領域での各部２１ａ、２３、２１ｂで有効光源が正円形状となるために必要な平行光を照射すべき範囲である。領域１２ａ乃至１２ｃは絞り１５を中心として放射状に延びる。

図１４（ａ）乃至（ｃ）は領域１２ａ乃至１２ｃの重なりを示す概略平面図である。図中の矢印は平行光ＣＬがインテグレータ１１を照射した後に生じる発散光を３本で表したもので、その中の一組を代表として発散光ａ、ｂ、ｃとした。また、実線矢印はマスク１７０を照明する光線、点線矢印は絞り１５によってケラレてマスク１７０の照明には寄与しない光線を示している。

図１４（ａ）は、絞り１５に近い３つの領域１２ａ乃至１２ｃが重なった領域を示している。この領域は各部２１ａ、２１ｂ、２３での有効光源の形状全てに寄与し、平行光ＣＬがこの領域を照射した後の発散光ａ、ｂ、ｃは無駄なく利用される。一方、図１４（ｂ）に示すように、絞り１５から少し離れ、２つの領域が重なる領域では、発散光ｂ、ｃはレチクルの照明に寄与するが発散光ａは絞りにケラレて照明には寄与しない。図１４（ｃ）に示すように、絞り１５から更に離れた領域では、発散光ｃしかマスク１７０の照明に寄与せず、大部分の発散光が絞り１５によってケラレ、効率よくマスク１７０を照明できない。

これに対して、本実施例は、図１５に示すように、各インテグレータ部の長さを短くし、それにより絞りとインテグレータの距離を短くし、効率よく円弧領域を照明することができる。ここで、図１５は、本実施例の配置の効果を説明する概略平面図である。なお、インテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂは円筒反射面に対して垂直な方向に対向して重なっているため、図１５ではインテグレータ部１４２Ａ及び１４２Ｂをずらしている。

再び図３に戻り、マスク１７０は、反射型マスクで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成されている。パターンは、多層膜反射鏡の上にＥＵＶ吸収体などからなる非反射部によって形成される。マスク１７０は、マスクステージ１７４にチャック１７２を介して取り付けられ、マスクステージ１７４によって矢印方向に駆動される。

スリット１５８の開口部に形成された円弧照明領域により、マスク１７０は円弧照明される。円弧照明領域の曲率中心は、投影光学系１８０の中心軸ＡＸ３に一致する。図１６に示すように、スリット１５８は、円弧状開口部１５８ａと、開口部１５８ａの幅を部分的に調節する可動部１５８ｂとを有する。ここで、図１６は、スリット１５８の概略平面図である。また、図１６において、ＡＩＡは反射型インテグレータ１４０及び円弧変換光学系１５３により形成された円弧照射領域である。照明領域ＡＩＡと開口部１５８ａによりマスク１７０の照明領域が決定される。

走査露光において、開口部１５８ａに照度ムラがあると露光ムラが発生する。この問題を解決するために、開口部１５８ａ内で照度が強い部分のスリット幅を、可動部１５８ｂを介して狭くし、光量を減らす。これにより、露光領域全面で積算露光量を均一にして露光することができる。なお、走査露光中はスリット１５８は投影光学系１８０に対して静止している。

マスク１７０から発せられた回折光は、投影光学系１８０で反射されプレート１９０上に投影される。マスク１７０とプレート１９０とは、光学的に共役に配置される。本実施例の露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１７０とプレート１９０を縮小倍率比の速度比で走査することによりマスクパターンをプレート１９０上に転写する。

投影光学系１８０は、複数（典型的に４枚から６枚）の多層膜ミラーによって構成され、中心軸ＡＸ３に対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。投影光学系１８０は、マスクパターンをプレート１９０に縮小投影する。投影光学系１８０は、像側テレセントリック系に構成され、物体側（反射型マスク側）は、マスク１７０に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、非テレセントリックな構成となっている。例えば、本実施例においては、物体側主光線はマスク１７０の法線方向に対して約６度ほど傾いている。投影光学系１８０は、軸ＡＸ２中心に対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設定される。

プレート１９０は、ウエハや液晶基板などの被処理体（被露光体）でありフォトレジストが塗布されている。プレートステージ１９４は、チャック１９２を介してプレート１９０を支持する。プレートステージ１９４は、リニアモータを利用してＸＹＺ方向にプレート１９０を移動することができる。マスク１７０とプレート１９０は、同期走査され、プレートステージ１９４とマスクステージ１７４の位置は、例えば、レーザ干渉計などの測長器により監視される。

以下、図１７を参照して、本発明の実施例２の露光装置１００Ａについて説明する。ここで、図１７は、露光装置１００Ａの概略構成図である。露光装置１００Ａは、照明光学系１３０Ａの平行変換光学系１３１Ａ、反射型インテグレータ１４０Ａ、開口絞り１５０Ａ以外は露光装置１００と同じ構成を有する。

平行変換光学系１３１Ａは平行変換光学系１３１に平面ミラー１３７が付加されて平行光ＣＬを偏向している。

反射型インテグレータ１４０Ａは、開口絞り１５０Ａの入射側にそれぞれが複数の円筒反射面１４４Ａを備える２つの波板インテグレータ部１４３を有する。２つのインテグレータ部１４３は、母線方向Ｇに垂直で且つ円筒反射面１４４Ａの配列方向Ｈとは垂直な方向に配置される。また、２つのインテグレータ部１４３は、円筒反射面１４４Ａを同じ方向に向けて並列に配置される。開口絞り１５０Ａの前にインテグレータ部１４３を配置することによって、実施例１と同様に、平行変換光学系１３１Ａからの平行光ＣＬがインテグレータ部１４３を経て２次光源を形成し、その放射光を開口絞り１５０Ａが制限する。この結果、有効光源分布の歪みをなくし、良好な照明を行うことができる。また、複数のインテグレータ部１４３を使用することによって、実施例１と同様に、開口絞りとインテグレータ部の距離を短くして効率よい円弧照明領域を実現することができる。インテグレータ部１４３の反射面に垂直な方向から見た有効光源が歪まないように平行光を照射すべき領域は、本実施例では図１５と同様である。

図１７、図１８及び図１９（ａ）は、２つのインテグレータ部１４３を有する反射型インテグレータ１４０Ａを示している。ここで、図１８は、平行光ＣＬが入射する反射型インテグレータ１４０Ａの概略断面図である。図１９（ａ）は、開口絞り１５０Ａと２つのインテグレータ部１４３の配置を示す概略斜視図である。但し、インテグレータ部１４３の数は３つ以上でもよい。図１９（ｂ）は、３つのインテグレータ部１４３を有する反射型インテグレータ１４０Ｂの概略斜視図である。反射型インテグレータ１４０Ａは反射型インテグレータ１４０Ｂに置換されてもよい。

図１８において、２０は像面（被照射面）でマスク１７０の面（マスク面）と等価である。円弧変換光学系１５３は、軸ＡＸ２を中心対称軸とした共軸系であり、開口絞り１５０Ａの中心位置１４と像面２０は、ほぼフーリエ変換の関係に維持される。即ち、位置１４は像面２０のほぼ瞳面である。平行光ＣＬが反射型インテグレータ１４０に入射すると、像面２０の近傍に円弧状に集光される。円弧変換光学系１５３については、図８と同様である。

図１９（ａ）及び図１９（ｂ）において、ＣＬ１はインテグレータ部１４３に入射する平行光ＣＬの中心主光線の方向を示し、ｙｚ断面内で通過する。位置１４は円弧変換光学系１５３の瞳面のほぼ中心である。位置１４を原点としてｘｙｚ座標が記載されており、ｚ軸は円弧変換光学系１５３の軸ＡＸ２と一致している。

開口絞り１５０Ａはインテグレータ部１４３からの光が通過する開口部１５１Ａを有する。開口絞り１５０Ａの開口部１５１Ａは、ｙ軸方向に並列に配置された２枚以上のインテグレータ部１４３の円筒反射面１４４Ａに垂直に配置される。また、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、インテグレータ部１４３の数に拘らず、ｚ軸から最も離れた位置に配置されたインテグレータ部１４３の円筒反射面１４４Ａ（輪郭部）は、開口部１５１Ａの円と隣接する。開口部１５１Ａは、標準的な照明モードにおける開口である。従って、実施例１とは異なり、変形照明時には、図２１に示すような回転対称な開口絞りを用いる。（ａ）は通常照明の大σ、（ｂ）は通常照明の小σ、（ｃ）は輪帯照明、（ｄ）は四重極照明の各モードに対応している。

以下、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を参照して、図１９（ａ）に示す２つのインテグレータ部１４３と開口絞り１５０Ａの光学的作用を説明する。ここで、図２０（ａ）は、図１９（ａ）に示す２つのインテグレータ部１４３と開口絞り１５０Ａの配置の問題点を説明する概略断面図である。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）の問題を解決する構成を示す概略断面図である
平行光ＣＬがインテグレータ部１４３の反射面に比較的高入射角（例えば７０°）で入射すると、図２０（ａ）に示すように、インテグレータ部１４３の厚み分だけケラレる。そのためなるべくインテグレータ部１４３を薄く製造することが望ましいが、インテグレータ部１４３の強度を得るためにある程度の厚さが必要である。そこで、図２０（ｂ）に示すように、インテグレータ部１４３は、中心部分を厚くした三角柱に近い形状をとることが好ましく、また、各インテグレータ部１４３には不図示の調整機構があることがより好ましい。

以下、図２０（ｃ）を参照して、図１９（ｂ）に示す３つのインテグレータ部１４３と開口絞り１５０Ａの光学的作用を説明する。ここで、図２０（ｃ）は、図１９（ｂ）に示す３つのインテグレータ部１４３と開口絞り１５０Ａの配置の問題点を解決する概略断面図である。インテグレータ部１４３を複数枚使用したとき、隣接するインテグレータ部１４３の反射面の対応する位置の間隔Ｄｉはほぼ等間隔になっている。インテグレータ部同士が陰にならないよう効率を高めるために軸ＡＸ２方向のインテグレータ部１４３の長さＬｉは、開口絞り１５０Ａの直径をＤｓ、インテグレータ部の枚数をｎ、平行光ＣＬとインテグレータ部１４３の反射面と平行な軸ＡＸ２とのなす角をθｉとしたときに次式を満たすことが望ましく、反射面の間隔Ｄｉが大きすぎても小さすぎても平行光を効率よくインテグレータに照射することができない。

(数１)
Ｄｓ／ｎ×０．９＜ Ｄｉ ＜ Ｄｓ／ｎ×１．１
Ｌｉ＝Ｄｉ／ｔａｎθｉ
数式１から分かるように、インテグレータ部の枚数が増えるほどインテグレータ分の長さＬｉ、その結果、開口絞り１５０Ａとの距離が短くなり、照明効率が向上する。一方、インテグレータ部１４３の枚数を増やすほどインテグレータ部１４３の厚みによるケラレが生じ、照明効率が低下する。バランスの取れたインテグレータ部１４３の枚数は３、４枚程度である。

次に、露光装置１００又は１００Ａの動作を説明する。露光において、光源部１１０から放射されたＥＵＶ光は、平行変換光学系１３１によって平行光ＣＬとなり、反射型インテグレータ１４０又は１４０Ａに入射する。反射型インテグレータ１４０又は１４０Ａと開口絞り１５０又は１５０Ａを経たＥＵＶ光は、歪みのない有効光源を形成し、円弧変換光学系１５３によってマスク１７０を均一に円弧照明する。マスクパターンを反映するＥＵＶ光は投影光学系１８０によりプレート１９０に結像される。本実施例の露光装置１００又は１００Ａは、有効光源の歪みが特許文献１よりも除去されており、高品位な解像性能を発揮することができる。

次に、図２２及び図２３を参照して、露光装置１００又は１００Ａを利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図２２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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエ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エ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２３は、図２２に示すステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００又は１００Ａによってマスクパターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の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、かかる露光装置１００又は１００Ａ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として機能するものである。

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いうまでもなく、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、本実施形態ではＥＵＶ光を使用して説明したが、本発明は真空紫外線やＸ線領域の光源にも適用することができる

従来の開口絞りとインテグレータの配置を示す概略斜視図である。 従来例を説明するための概略平面図である。 実施例１の露光装置の構成を示す概略断面図である。 図４（ａ）は、複数の凸型円筒反射面を有するインテグレータ部に平行光が入射した様子を示す概略斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様の効果を有する複数の凹型円筒反射面を有するインテグレータ部の概略斜視図である。 図４（ａ）に示す凸型円筒反射面の概略断面図である。 図４（ａ）に示す凸型円筒反射面でのＥＵＶ光の反射を説明するための概略斜視図である。 図４（ａ）に示す凸型円筒反射面で反射したＥＵＶ光束の角度分布図である。 図３に示す反射型インテグレータの挙動を説明する概略断面図である。 図３に示す開口絞りと反射型インテグレータの配置を示す概略斜視図である。 図１０（ａ）は従来のインテグレータと開口絞りとの関係から得られる有効光源分布を示す概略平面図であり、図１０（ｂ）は本実施例のインテグレータと開口絞りとの関係から得られる有効光源分布を示す概略平面図である。 図１１（ａ）乃至（ｄ）は、図１に示す開口絞りに適用可能な開口絞りを示す平面図である。 一枚のインテグレータ部と円形開口絞りを使用した概略斜視図である。 図１２に示す構成の問題点を説明するための概略平面図である。 図１２に示す構成の問題点を説明するための概略平面図である。 図１２に示す構成の問題点を説明するための概略平面図である。 図１２に示す構成の問題点を説明するための概略平面図である。 図３に示す配置の効果を説明する概略平面図である。 図３に示すスリットの概略平面図である。 本発明の実施例２の露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１７に示す反射型インテグレータの挙動を説明する概略断面図である。 図１９（ａ）は、図３に示す開口絞りと反射型インテグレータの配置を示す概略斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す構成の変形例である。 図２０（ａ）乃至（ｃ）は、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す構成の光学的作用を説明する概略断面図である。 図２１（ａ）乃至（ｄ）は、図１７に示す開口絞りに適用可能な開口絞りを示す平面図である。 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２２に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００、１００Ａ 露光装置
１３１、１３１Ａ 平行変換光学系（第１光学ユニット）
１４０−１４０Ｂ 反射型インテグレータ
１４１Ａ、１４１Ｂ 特殊インテグレータ
１４２Ａ、１４２Ａ インテグレータ部
１４８Ａ、１４８Ｂ 平面ミラー
１５０、１５０Ａ 開口絞り
１５１、１５１Ａ 開口部
１５３ 円弧変換光学系（第２光学ユニット）
１５８ スリット
１７０ マスク

Claims (8)

1. 光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光を平行化する第１光学ユニットと、
   母線方向が揃った複数の円筒反射面を備えるインテグレータ部を複数含み、前記第１光学ユニットからの光で複数の２次光源を形成する反射型インテグレータと、
   前記母線方向に垂直に配置された開口絞りと、
   前記複数の２次光源それぞれからの光を被照明面上で重ね合わせる第２光学ユニットとを有し、
   前記第１光学ユニットからの光であって、当該複数のインテグレータ部のうち１つのインテグレータ部で反射された光と、前記複数のインテグレータ部のうち他の１つのインテグレータ部で反射された光とが前記開口絞りの開口部を通過するように、当該複数のインテグレータ部を前記母線方向に垂直で且つ前記円筒反射面の配列方向とは垂直な方向に並べて前記開口絞りの入射面側に設けることを特徴とする照明光学系。
2. 前記反射型インテグレータは、それぞれが複数の円筒反射面を備える第１のインテグレータ部及び第２のインテグレータ部と、該第１のインテグレータ部に隣接した第１の平面ミラーと、前記第２のインテグレータ部に隣接した第２の平面ミラーとを含み、前記第１のインテグレータ部と第２のインテグレータ部を、それぞれの反射面を対向させて前記開口絞りの入射面側に配置すると共に、前記第１の平面ミラーを前記開口絞りの入射面側に、前記第２の平面ミラーを前記開口絞りの射出面側に配置し、前記第１のインテグレータ部で反射した光が前記開口絞りの開口部を通過して前記第２の平面ミラーに入射し、前記第１の平面ミラーで反射した光が前記第２のインテグレータ部に入射することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記開口絞りに設けられた開口部の形状は、有効光源分布の半分の形状であることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
4. 前記複数のインテグレータ部を、それぞれの反射面が同じ方向に向くように、前記開口絞りの入射面側に配置することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
5. 前記開口絞りに設けられた開口部の形状は、有効光源と同一形状であることを特徴とする請求項４記載の照明光学系。
6. 前記開口部の中心から最も離れた前記インテグレータ部の前記円筒反射面は前記開口部の輪郭部に隣接することを特徴とする請求項５記載の照明光学系。
7. 被照明面に配置されたマスクを照明する、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
   前記マスクのパターンを被露光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。
8. 請求項７記載の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、
   露光された前記被露光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。