JP5287113B2 - 照明光学系、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィ工程で製造するための露光装置に用いられる照明光学系、該照明光学系を備えた露光装置及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法に関するものである。

近年、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細なパターンをウエハ上に正確に転写するためには、マスクパターンを最適な照度分布で照明することが不可欠である。従って、露光装置が備える照明光学系の瞳位置において輪帯状や多極状（例えば４極状）の光強度分布を形成するための変形照明を行い、マイクロフライアイレンズの後側焦点面に形成される二次光源の光強度分布を変化させることにより、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。

ここで、光源からの光束を照明光学系の瞳位置において輪帯状や多極状の光強度分布を有する光束に変換するために、アレイ状に配列された多数の微小な要素ミラーを有する可動マルチミラー（例えば、Digital Micromirror Device（ＤＭＤ））を備え、要素ミラーのそれぞれの傾斜角及び傾斜方向を変化させることにより照明光学系の瞳位置又は瞳位置と共役な位置（マイクロフライアイレンズの後側焦点面に形成される二次光源位置）において所定の光強度分布を形成する露光装置が存在する（例えば、特許文献１参照）。この露光装置においては、各要素ミラーに入射した光を各要素ミラーの反射面により反射させる際に所定方向に所定角度偏向させて照明光学系の瞳位置において所定の光強度分布を形成する光束に変換する。そして、露光時にマスクのパターン等に応じてマイクロフライアイレンズの後側焦点面に形成される二次光源像を最適な光強度分布にするように可動マルチミラーの各要素ミラーの傾斜角及び傾斜方向を設定して露光を行っている。
特開２００２−３５３１０５号公報

ところで、上述の露光装置においては、光源としてレーザ光源を用いているが、レーザ光源から射出されるレーザ光には、レーザ光の光束断面内において光強度にバラツキが存在する。従って、このようなレーザ光を用いて照明光学系の瞳位置において輪帯状や多極状の光強度分布を形成した場合には、光分布形状（光束断面）内において光強度にバラツキ（光強度の不均一性）が生じる。

本発明の目的は、光源からの光に光束断面内の光強度のバラツキ（不均一性）が存在する場合においても、照明光学系の瞳位置又は瞳位置と共役な位置で照明ムラが目立たない所望の光強度分布を容易に形成することができる照明光学系、該照明光学系を備えた露光装置及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することである。

以下に本発明の構成を実施の形態の符号を付して説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものではない。

本発明の照明光学系は、光源（１）から供給される照明光によって被照射面（Ｍ）を照明する照明光学系であって、前記照明光学系の光路内に配置され、前記照明光学系の瞳位置又は該瞳位置と光学的に共役な位置に所望の光強度分布を形成する空間光変調器（Ｓ１）と、前記空間光変調器の前記照明光の入射側に設けられ、前記空間光変調器に入射する前記照明光を拡散する拡散器（４）とを備えることを特徴とする。

また、本発明の露光装置は、感光性基板（Ｗ）上にマスク（Ｍ）のパターンを転写する露光装置において、被照射面に配置された前記マスクを照明するための本発明の照明光学系を備えることを特徴とする。

また、本発明のデバイスの製造方法は、本発明の露光装置を用いてマスク（Ｍ）のパターンを感光性基板（Ｗ）上に露光する露光工程と、前記パターンが転写された前記感光性基板を現像する現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とする。

本発明の照明光学系によれば、照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置で所望の光強度分布を形成するための空間光変調器に入射する照明光を拡散させる拡散器を備えているため、拡散された照明光に基づいて、空間光変調器により照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置で所望の光強度分布を形成することができる。従って、照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置での照明ムラを目立たなくすることができる。

また、本発明の露光装置によれば、本発明の照明光学系によりマスクの照明を行うため、高解像度で、かつ高スループットでマスクのパターンを感光性基板上に転写することができる。

また、本発明のデバイスの製造方法によれば、本発明の照明光学系を備える露光装置により露光を行うため、高解像度でデバイスの製造を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図１は、実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となり、Ｚ軸がウエハＷに対して直交するように、設定されている。

本実施の形態にかかる露光装置では、図１に示すように、レーザ光源１から露光光（照明光）が供給される。このレーザ光源１は、例えば波長が約１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源又は波長が約２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を備えている。レーザ光源１からＺ方向に沿って射出された略平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａ及び２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。レンズ２ａ及び２ｂは、図１のＹＺ平面内において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。従って、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１のＹＺ平面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した平行な光束は、折り曲げミラー３により反射されＹ方向に偏向された後、拡散器（拡散板）４に入射する。拡散器４においては、照明光学系の光軸ＡＸに略平行な光束を拡散して光軸ＡＸに対して角度を有する光束として射出する。拡散器４によって拡散された光束は空間光変調ユニットＳＭ１に入射する。

空間光変調ユニットＳＭ１は、図２に示すように、プリズムＰ１と、プリズムＰ１に一体的に取り付けられた反射型の空間光変調器Ｓ１とを備えている。プリズムＰ１は、直方体のうち１つの側面がＶ字状の楔形に凹んだ形状を有する。即ち、プリズムＰ１は、鈍角をなして交差する２つの平面ＰＳ１、ＰＳ２によって構成されているＶ字状の切り欠きを含む。２つの平面ＰＳ１、ＰＳ２は図２のＸ軸に延びる直線Ｐ１ａで接する。空間光変調器Ｓ１は、プリズムＰ１において、Ｖ字状の切り欠きの反対側の側面上に取り付けられる。２つの平面ＰＳ１、ＰＳ２の内面は第１及び第２の反射面Ｒ１１、Ｒ１２として機能する。

プリズムＰ１は、空間光変調器Ｓ１が取り付けられる側面と光軸ＡＸとが平行となり、且つ第１の反射面Ｒ１１が拡散器４側に、第２の反射面Ｒ１２が後述のアフォーカルレンズ側に位置するように配置される。プリズムＰ１の第１の反射面Ｒ１１は、入射した光を空間光変調器Ｓ１方向へ反射する。空間光変調器Ｓ１は、第１の反射面Ｒ１１と第２の反射面Ｒ１２との間の光路中に配置され、第１の反射面Ｒ１１で反射した光を第２の反射面Ｒ１２方向へ反射する。プリズムＰ１の第２の反射面Ｒ１２は、空間光変調器Ｓ１で反射した光を反射してアフォーカルレンズ５側に射出する。

空間光変調器Ｓ１は、第１の反射面Ｒ１１で反射した光の空間光変調器Ｓ１に入射する位置に応じて、その光に空間的な変調を与える。空間光変調器Ｓ１は図３に示すように、二次元的に配列された多数の微小な要素ミラーＳＥ１を含む。例えば、空間光変調器Ｓ１に入射する光束のうち光線Ｌ１は空間光変調器Ｓ１の複数の要素ミラーＳＥ１のうち要素ミラーＳＥ１ａに、光線Ｌ２は空間光変調器Ｓ１の複数の要素ミラーＳＥ１のうち要素ミラーＳＥ１ａとは異なる要素ミラーＳＥ１ｂにそれぞれ入射する。要素ミラーＳＥ１ａ、ＳＥ１ｂはそれぞれ、その位置に応じて設定された空間的な変調を光線Ｌ１、Ｌ２に与える。

プリズムＰ１に光線Ｌ１、Ｌ２が入射する入射位置ＩＰ１、ＩＰ２から、要素ミラーＳＥ１ａ、ＳＥ１ｂを経て光がプリズムＰ１から射出する射出位置ＯＰ１、ＯＰ２までの空気換算長と、プリズムＰ１が露光光の光路中に配置されていない場合における入射位置ＩＰ１、ＩＰ２に相当する位置から射出位置ＯＰ１、ＯＰ２に相当する位置までの空気換算長が同じであるように、プリズムＰ１は配置される。ここで、空気換算長とは、光学系中の光路長を屈折率ｌの空気に換算したときの光路長であり、屈折率ｎの媒質中の空気換算長は、その物理的なまたは実際の光路長にｌ／ｎを乗じた値である。

空間光変調器Ｓ１は、図３に示されるように、敷き詰められた多数の微小な反射素子である要素ミラーＳＥ１を含む可動マルチミラーである。各要素ミラーＳＥ１は可動であり、その反射面の姿勢、すなわち反射面の傾斜角及び傾斜方向は、制御部２０により制御されるＳＬＭ（spatial light modulator）駆動部２６によりそれぞれ独立に駆動制御される。各要素ミラーＳＥ１は、その反射面に平行な二軸であって、互いに直交する二軸を回転軸として所望の回転角度だけ連続的に回転することができる。即ち、各要素ミラーＳＥ１は、反射面に沿った二次元で傾斜を制御することが可能である。ここでは、要素ミラーＳＥ１の外形は正方形の平坦板状としているが、これに限定するものではない。ただし、光利用効率の観点から、隙間無く配列可能な形状が好ましい。また、隣接する要素ミラーＳＥ１間の間隔は必要最小限とすることが好ましい。さらにまた、照明条件の細かな変更を可能にするために、要素ミラーＳＥ１は可能な限り小さいことが好ましい。また、要素ミラーＳＥ１の反射面の形状は平面には限られず、凹面や凸面などの曲面であっても良い。

空間光変調器Ｓ１は、照明光学系の瞳位置（瞳面）に円形、輪帯、２極、４極等の所望の光強度分布を形成する変形照明を可能とする。即ち、制御部２０がアクセス可能な記憶部２２には照明光学系の瞳位置で円形、輪帯、２極、４極等の各光強度分布を形成するための、空間光変調器Ｓ１を構成する各要素ミラーＳＥ１の傾斜角及び傾斜方向の情報が例えばルックアップテーブルの形式で記憶されている。この傾斜角及び傾斜方向の情報に基づいて、制御部２０がＳＬＭ駆動部２６を制御し、各要素ミラーＳＥ１の傾斜角及び傾斜方向を制御し、照明光学系の瞳位置又は該瞳位置と光学的に共役な位置において所望の光分布形状を形成する。

本実施の形態においては、空間光変調器Ｓ１が入射光を矩形状から輪帯状の光分布形状に変換するように制御されており、空間光変調ユニットＳＭ１を通過した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）５に入射し、アフォーカルレンズ５（ひいては照明光学系）の瞳位置又は該瞳位置の近傍に輪帯状の光強度分布を形成する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位置と空間光変調器Ｓ１の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面６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。従って、空間光変調器Ｓ１に入射した光束は、アフォーカルレンズ５の瞳位置に輪帯状の光強度分布を形成した後、略平行な光束となってアフォーカルレンズ５から射出される。なお、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中には、照明光学系の瞳位置又はその近傍に、光源側から順に、円錐アキシコン系８７、第１シリンドリカルレンズ対８８及び第２シリンドリカルレンズ対８９が配置されている。

図４は、照明光学系の瞳位置又は該瞳位置の近傍に配置される円錐アキシコン系８７の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系８７は、光源側から順に、第１プリズム８７ａと第２プリズム８７ｂを備えている。第１プリズム８７ａは、凹円錐状の屈折面（凹状屈折面）を有する。第２プリズム８７ｂは、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と当接可能なように相補的に形成された凸円錐状の屈折面（凸状屈折面）を有する。第１プリズム８７ａは光源側に平面を向け且つマスクＭ側に凹円錐状の屈折面を向けて配置されており、第２プリズム８７ｂは光源側に凸円錐状の屈折面を向け且つマスクＭ側に平面をむけて配置されている。

また、第１プリズム８７ａ及び第２プリズム８７ｂのうち少なくとも一方は光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されており、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔（以下、円錐アキシコン系８７の間隔）が可変に構成されている。ここで、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系８７は平行平面板として機能し、後述するマイクロレンズアレイ１０を介して形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系８７は、いわゆるビームエキスパンダとして機能する。従って、円錐アキシコン系８７の間隔の変化に伴って、図１中破線で示す所定面６への入射光束の入射角度は変化する。

図５は、輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系８７の作用を説明するための図である。図５（ａ）は、円錐アキシコン系８７の間隔が０でかつ後述するズームレンズ７の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源１３０ａを示す図であり、図５（ｂ）は、円錐アキシコン系８７の間隔を所定の値に拡した状態（ズームレンズ７の焦点距離は不変）で形成された輪帯状の二次光源１３０ｂを示す図である。二次光源１３０ｂの径方向の幅（外径と内径との差の１／２の値。図中両頭矢印で示す）は二次光源１３０ａの径方向の幅と同じである。円錐アキシコン系８７の間隔を０から所定の値まで拡大させることにより、輪帯状の二次光源の径方向の幅を標準状態と同じに維持しつつ、外径及び内径を標準状態よりも拡大することができる。即ち、円錐アキシコン系８７の作用により、輪帯状の二次光源の径方向の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）及び大きさ（外径）がともに変化する。

図６は、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中に配置された第１シリンドリカルレンズ対８８及び第２シリンドリカルレンズ対８９の概略構成を示す図である。図４に示すように、第１シリンドリカルレンズ対８８は、光源側から順に、たとえばＹＺ平面内に負屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル負レンズ８８ａと、同じくＹＺ平面内に正屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル正レンズ８８ｂとにより構成されている。一方、第２シリンドリカルレンズ対８９は、光源側から順に、たとえばＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル負レンズ８９ａと、同じくＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル正レンズ８９ｂとにより構成されている。

第１シリンドリカル負レンズ８８ａと第１シリンドリカル正レンズ８８ｂとは、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第２シリンドリカル負レンズ８９ａと第２シリンドリカル正レンズ８９ｂとは、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。第１シリンドリカルレンズ対８８はＺ方向にパワーを有するビームエキスパンダとして機能し、第２シリンドリカルレンズ対８９はＸ方向にパワーを有するビームエキスパンダとして機能する。また、本実施の形態においては、第１シリンドリカルレンズ対８８及び第２シリンドリカルレンズ対８９のパワーが同一となるように設定されている。従って、第１シリンドリカルレンズ対８８及び第２シリンドリカルレンズ対８９を通過した光束は、Ｚ方向及びＸ方向に同一のパワーにより拡大作用を受ける。

アフォーカルレンズ５を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ７に入射する。所定面６の位置はズームレンズ７の前側焦点位置又はその近傍に配置され、後述するマイクロレンズアレイ１０の入射面はズームレンズ７の後側焦点面又はその近傍に配置されている。即ち、ズームレンズ７は、所定面６とマイクロレンズアレイ１０の入射面とを実質的に光学的なフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５の瞳位置とマイクロレンズアレイ１０の入射面とを光学的に略共役に配置している。従って、マイクロレンズアレイ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳位置と同様に、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。即ち、マイクロレンズアレイ１０によって照明光学系の瞳位置と光学的に共役な位置に形成される二次光源（面光源）の大きさは、レーザ光源１から射出される照明光の光量をほぼ一定に保ちながら、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変更することができる。

図７は、輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズ７の作用を説明するための図である。図７（ａ）は、標準状態で形成された輪帯状の二次光源１３０ａを示す図であり、図７（ｂ）は、ズームレンズ７の焦点距離を所定の値へ拡大した状態（円錐アキシコン系８７の間隔は不変）で形成された輪帯状の二次光源１３０ｃを示す図である。図７（ａ）、（ｂ）を参照すると、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、照明光の光量をほぼ一定に保ちながら、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源１３０ｃに変化する。即ち、ズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅及び大きさ（外径）が共に変化する。ズームレンズ７を介した光束は、ビームスプリッタ８に入射する。ビームスプリッタ８により反射された光束は、ＣＣＤ撮像部（検出部）９に入射する。ＣＣＤ撮像部９による画像信号は、制御部２０に対して出力される。

ビームスプリッタ８を通過した光束は、オプティカルインテグレータとしてのマイクロレンズアレイ１０に入射する。マイクロレンズアレイ１０への入射光束の入射角度は、円錐アキシコン系８７の間隔の変化に伴って、所定面６への入射光束の角度が変化するのと同様に変化する。マイクロレンズアレイ１０は、縦横にかつ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ１０を構成する各微小レンズは、マスク（被照射面）Ｍにおいて形成すべき照野の形状（ひいてはウエハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形上の断面を有する。マイクロレンズアレイ１０に入射した光束は、多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明瞳）にはマイクロレンズアレイ１０への入射光束によって形成される照野と略同じ光分布を有する二次光源、即ち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。

本例では被照射面に配置されたマスクＭは、ケーラー照明によって照明されるので、この２次光源が形成される平面は、投影光学系ＰＬの開口絞りと共役な面であり、照明装置ＩＬの照明瞳面とも呼ばれる。典型的には、被照射面（マスクＭが配置される平面またはウェハＷが配置される面）は、照明瞳面に対して光学的フーリエ変換面となる。瞳強度分布は、照明装置ＩＬの照明瞳面上のまたは照明瞳面と共役な平面上の光強度分布である。しかしながら、マイクロレンズアレイ１０による波面分割数が大きい場合、マイクロレンズアレイ１０の入射面に形成される全輝度分布は、２次光源全体の全光強度分布（瞳強度分布）と高い相関性を有し、そのため、マイクロレンズアレイ１０の入射面またはその入射面と共役な平面における光強度分布も瞳強度分布と呼ぶことがある。このようなマイクロレンズアレイ１０に関して、米国特許第６９１３３７３号明細書、米国公開公報２００８／００７４６３１号を参照されたい。マイクロレンズアレイ１０はマイクロフライアイレンズと呼ばれることもある。

マイクロレンズアレイ１０の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、マイクロレンズアレイ１０の後側焦点面（射出面）又はその近傍に配置可能に設けられている開口絞り１２を通過する。開口絞り１２は、マイクロレンズアレイ１０の後側焦点面に形成される二次光源の大きさを所定の大きさに制限する例えば虹彩絞り等により構成されている。開口絞り１２を介した光束は、ビームスプリッタ１４、コンデンサレンズ１７ａを介して、マスクブラインドＭＢを重畳的に照明する。ビームスプリッタ１４により反射された光束は、レンズ１５を介してフォトダイオード１６に入射する。フォトダイオード１６による検出信号は、制御部２０に対して出力される。

照明視野絞りとしてのマスクブラインドＭＢには、マイクロレンズアレイ１０を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインドＭＢの矩形状の開口部を介した光束は、結像光学系１７ｂの集光作用を受けた後、反射鏡１９により反射され、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。即ち、結像光学系１７ｂは、マスクブラインドＭＢの矩形状開口部の像をマスクステージＭＳに載置されているマスクＭ上に形成する。なお、レーザ光源１〜反射鏡１９及び空間光変調ユニットＳＭ１は、照明光学系を構成する。

マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハＷ上にマスクＭのパターン像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウエハステージＷＳ上のウエハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光又はスキャン露光を行うことにより、ウエハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

本実施の形態にかかる露光装置によれば、照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置で所望の光強度分布を形成するための空間光変調器に入射する照明光を拡散させる拡散器を備えているため、拡散された照明光に基づいて、空間光変調器により照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置で所望の光強度分布を形成することができる。即ち、空間光変調器の各要素ミラーによって反射された光が照明光学系の瞳位置（瞳面）において所望の光強度分布を形成する際に各要素ミラーによって反射された光が照明光学系の瞳面においてぼけることから拡散器４を備えない場合に比較して大きなスポットを形成する。従って照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置での照明ムラを目立たなくすることができる。また、照明光学系の瞳位置又は瞳位置と光学的に共役な位置での光分布を容易に様々な光分布形状にすることができ、短時間かつ連続的に最適な光分布形状に変更することができる。従って、高スループットで、かつ高解像度でマスクのパターンをウエハ上に露光することができる。

なお、図１に示した本実施の形態にかかる露光装置では、ＣＣＤ撮像部９によって、照明光学系の瞳位置と光学的に共役な位置での光強度分布を検出している。そして、本実施の形態にかかる露光装置はウエハＷ等の被処理基板を保持して移動可能な露光ステージ（ウエハステージＷＳ）とは別に設けられて、各種の計測部材やセンサを備えた計測ステージ上にＣＣＤ撮像部３９を備えている。このＣＣＤ撮像部３９は、照明光学系及び投影光学系の双方を通過した光に基づいて、照明光学系（投影光学系）の瞳位置と光学的に共役な位置での光強度分布を検出する。このＣＣＤ撮像部３９を用いれば、照明光学系に加えて投影光学系の経時的な光学特性の変化の影響も補正することが可能となる。このようなＣＣＤ撮像部３９は、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報に開示されている。なお、上述のような計測ステージを備えた露光装置は、例えば特開平１１−１３５４００に開示されている。

なお、上述の実施の形態にかかる露光装置において、図８に示すように、拡散器４と空間光変調ユニットＳＭ１との間に結像光学系３０を配置して、拡散器４により拡散された照明光を収斂光に変換して空間光変調ユニットＳＭ１の空間光変調器Ｓ１に入射させるようにすることが照明光の有効利用の観点から好ましい。またこの場合に、拡散器４と空間光変調ユニットＳＭ１の空間光変調器Ｓ１が光学的に共役な関係を有するようにすることが好ましい。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、照明光を等方的に拡散する拡散器を用いているが、拡散特性の異なる拡散器（照明光を非等方的に拡散する拡散器）拡散器に差し替えることにより、照明光学系の瞳位置に形成される光強度分布の光分布形状の調整を行うことができる。このような拡散器としては、例えば、縦方向の拡散特性と横方向の拡散特性が異なる拡散器を用いることができる。従って、パターンの形状に対応させた光強度分布により高解像度でパターンをウエハ上に露光することができる。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、二次元的に配列されて個別に制御される複数の反射要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された反射面の姿勢を個別に制御可能な空間光変調器を用いているが、このような空間光変調器としては、たとえば特表平１０−５０３３００号公報及びこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報及びこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報及びこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を挙げることができる。これらの空間光変調器では、空間光変調器の個別の反射面を介したそれぞれの光が所定の角度で分布形成光学系に入射し、複数の光学要素への制御信号に応じた所定の光強度分布を照明瞳面において形成することができる。

また、空間光変調器としては、たとえば二次元的に配列されて反射面の高さを個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報及びこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。

なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報及びこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や特表２００５−５２４１１２号公報及びこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

また、上述の実施の形態においては、折り曲げミラー３の下流側に拡散器４及び空間光変調ユニットＳＭ１を配置しているが、折り曲げミラー３の位置にプリズムを備えない空間光変調器Ｓ１を配置し、その上流側（光源側）に拡散器４を配置するようにしても良い。また、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、レーザ光源としてＡｒＦエキシマレーザ光源又はＫｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、Ｆ_２レーザ光源を用いてもよい。

上述の各実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系によってレチクル（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（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、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の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９のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図９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の像がその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、高スループットで極めて微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを精度良く得ることができる。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１０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１０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、又は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、及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係る露光装置を用いて露光を行うため、高スループットで極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスを精度良く得ることができる。

上記実施形態において、投影光学系と感光性基板の間の光路の内部を、屈折率が１．１よりも大きい媒体（典型的には液体）で満たす技術、いわゆる液浸技術、を適用することが可能である。この場合、投影光学系と感光性基板の間の光路の内部を液体で満たす技術として、国際公報ＷＯ９９／４９５０４に開示されているような、液体で当該光路を局所的に満たす技術、特開平６−１２４８７３に開示されているような、被露光基板を保持するステージを液体浴内で移動させる技術、特開平１０−３０３１１４に開示されているような、ステージ上に形成した所定深さの液体浴に基板を保持する技術等を用いることができる。

上記実施形態において、米国公開公報２００６／０２０３２１４号、２００６／０１７０９０１号、２００７／０１４６６７６号に開示されているような、いわゆる偏光照明法を適用することも可能である。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる空間光変調ユニットの構成を示す図である。 実施の形態にかかる空間光変調ユニットの空間光変調器の構成を示す図である。 実施の形態にかかる照明光学装置が備える円錐アキシコン系の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明するための図である。 実施の形態にかかる照明光学系が備える第１シリンドリカルレンズ対及び第２シリンドリカルレンズ対の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明するための図である。 実施の形態にかかる他の照明光学系の構成を示す図である。 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の製造方法を示すフローチャートである。 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の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…レーザ光源、２…ビームエキスパンダ、３…折り曲げミラー、４…拡散器、５…アフォーカルレンズ、７…ズームレンズ、８，１４…ビームスプリッタ、９…ＣＣＤ撮像部、１０…マイクロレンズアレイ、１２…開口絞り、１６…フォトダイオード、１７ａ…コンデンサレンズ、１７ｂ…結像光学系、１９…反射鏡、２０…制御部、２２…記憶部、２６…ＳＬＭ駆動部、ＳＭ１…空間光変調ユニット、Ｓ１…空間光変調器、ＰＬ…投影光学系、ＭＢ…マスクブラインド、Ｍ…マスク、Ｗ…ウエハ。

Claims (9)

1. 光源から供給される照明光によって被照射面を照明する照明光学系であって、
   前記照明光学系の光路内に配置され、二次元的に配列されて互いに独立に制御可能な複数の素子を備える空間光変調器と、
   該空間光変調器の該複数の素子を経た前記それぞれの光を前記照明光学系の瞳面に導いて、該瞳面に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系と、
   前記空間光変調器の前記照明光の入射側に設けられ、前記空間光変調器に入射する前記照明光を拡散する拡散器を備え、前記拡散器の拡散特性を変更して前記瞳面に形成される前記光強度分布の光分布形状を変更する光分布形状変更部と
   を備えていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記拡散器は、前記複数の素子を経て前記瞳面に達する光をぼけさせることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記光分布形状変更部は、入射する前記照明光を等方的に拡散する第１拡散器と、該第１拡散器と交換可能に設けられて入射する前記照明光を非等方的に拡散する第２拡散器とを備えることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
4. 前記拡散器と前記空間光変調器との間の光路に配置され、前記拡散器により拡散された前記照明光を収斂光に変換して、前記空間光変調器に供給する光学部材を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の照明光学系。
5. 前記光学部材は、結像光学系を有することを特徴とする請求項４記載の照明光学系。
6. 前記複数の素子は、それぞれ反射面を有し、
   前記複数の素子の前記反射面は、互いに独立に制御可能であ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光学系。
7. 前記分布形成光学系は、前記空間光変調器側から順に、アフォーカル光学系、光学的フーリエ変換光学系およびオプティカルインテグレータを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明光学系。
8. 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、
   被照射面に配置された前記マスクを照明するための請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光学系を備えることを特徴とする露光装置。
9. 請求項８記載の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
   前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
   前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と
   を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

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