JP5326928B2 - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、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用いられる照明光学系に関するものである。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光は、リレー光学系を介して、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。

従来、投影光学系に対してマスクおよびウェハを相対移動させつつマスクのパターンをウェハに投影露光（走査露光）する走査型の露光装置が知られている。走査型の露光装置では、二次光源からの光が、コンデンサー光学系を介して、照明視野絞りとしてのマスクブラインドを重畳的に照明する。マスクブラインドの開口部により制限された光は、結像光学系を介して、所定のパターンが形成されたマスクを照明する（例えば、特許文献１を参照）。

米国特許第５，４７３，４１０号公報

特許文献１に記載された走査型の露光装置に用いられる照明光学系では、オプティカルインテグレータと被照射面であるマスクのパターン面との間の光路中に、２つのリレー光学系、すなわちコンデンサー光学系および結像光学系が配置されている。その結果、オプティカルインテグレータとマスクとの間の光学系が光軸方向に大型化し易く、ひいては照明光学系の大型化を招き易い。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、走査型の露光装置に用いられる照明光学系であって、オプティカルインテグレータとパターン面との間の構成が簡素化された照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、オプティカルインテグレータとパターン面との間の構成が簡素化された照明光学系を備え、コンパクトで簡素な構成を有する走査型の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、投影光学系に対して所定のパターンおよび感光性基板を走査方向に沿って相対移動させつつ前記パターンを前記感光性基板に走査露光する露光装置に用いられて、光源からの光により前記パターンを照明する照明光学系において、
前記照明光学系の光軸と直交する平面において前記走査方向に対応する第１方向に沿って短辺を有する矩形状の断面を有し且つ前記平面に沿って配列された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記複数の波面分割要素により波面分割された複数の光束を前記パターンの面上で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記パターンおよび前記感光性基板の前記走査方向に沿った相対移動に応じて、前記パターンの面と光学的に共役な共役面において各波面分割要素に入射する光束の断面形状を変化させる光束整形部とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを前記感光性基板に走査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、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定の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製造方法を提供する。

本発明の照明光学系では、光束整形部が、パターンおよび感光性基板の走査方向に沿った相対移動に応じて、パターン面と光学的に共役な共役面においてオプティカルインテグレータの各波面分割要素に入射する光束の断面形状を変化させる。その結果、従来技術におけるマスクブラインドおよび結像光学系の設置を省略しても、光束整形部の作用により、パターンおよび感光性基板の走査移動に応じて感光性基板上に形成される静止露光領域の走査方向に沿った寸法を０と標準的な寸法との間で変更しつつ、感光性基板上の各ショット領域へパターンを順次走査露光することができる。

すなわち、本発明では、走査型の露光装置に用いられる照明光学系であって、オプティカルインテグレータとパターン面との間の構成が簡素化された照明光学系を実現することができる。また、本発明では、オプティカルインテグレータとパターン面との間の構成が簡素化された照明光学系を備え、コンパクトで簡素な構成を有する走査型の露光装置を実現することができる。

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。 １回の走査露光動作を説明する図である。 本実施形態の遮光ユニットの構成を概略的に示す第１の図である。 本実施形態の遮光ユニットの構成を概略的に示す第２の図である。 本実施形態の遮光ユニットの構成を概略的に示す第３の図である。 本実施形態の遮光ユニットの動作を説明する第１の図である。 本実施形態の遮光ユニットの動作を説明する第２の図である。 複数の縦部材を有する縦方向遮光部材の構成を概略的に示す図である。 複数の波面分割要素に離散的に対応した複数の光束を遮光ユニットに入射させる変形例を示す図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

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の表面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面内において図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では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出されたほぼ平行な光束は、周知の構成を有するビーム送光系１に入射する。

ビーム送光系１に入射した光束は、所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、ビーム形状可変部２を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）３に入射する。ビーム送光系１は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつビーム形状可変部２へ導くとともに、ビーム形状可変部２（ひいてはマイクロフライアイレンズ３）に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

ビーム形状可変部２は、回折光学素子２ａ、変倍光学系（不図示）などを含み、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはマイクロフライアイレンズ３の後側焦点面に形成される実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させる機能を有する。回折光学素子２ａは、入射光束の断面形状を異なる断面形状に変換する光学素子である。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。

マイクロフライアイレンズ３は、たとえば縦横に且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３ａからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。一般に、マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。具体的に、マイクロフライアイレンズ３を構成する各微小レンズ３ａは、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の断面を有する。

すなわち、マイクロフライアイレンズ３は、光軸ＡＸと直交するＸＺ平面に沿って二次元的に並列配置された多数の波面分割要素（微小レンズ）３ａを有するオプティカルインテグレータである。各波面分割要素３ａは、Ｚ方向に沿った短辺およびＸ方向に沿った長辺を有する矩形状の波面分割面（各微小レンズの入射側の微小屈折面）を有する。マイクロフライアイレンズ３に入射した光束は多数の波面分割面により二次元的に分割され、光束が入射した各波面分割要素３ａの後側焦点面またはその近傍には小光源がそれぞれ形成される。

こうして、マイクロフライアイレンズ３の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち多数の小光源からなる実質的な面光源（瞳強度分布）が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ３の入射面の近傍には、遮光ユニット４が配置されている。遮光ユニット４の構成および作用については後述する。以下、露光装置の基本的な動作の説明の理解を容易にするために、遮光ユニット４の作用を無視するとともに、マイクロフライアイレンズ３の直後の照明瞳には、光軸ＡＸを中心とした円形状の瞳強度分布が形成されるものとする。

マイクロフライアイレンズ３を経た光は、コンデンサー光学系５を介して、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。マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭは、制御部ＣＲからの指令にしたがってＹ方向に移動するマスクステージＭＳ上に保持されている。

マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域ＥＲ（図２を参照）にパターン像が形成される。ウェハＷは、制御部ＣＲからの指令にしたがってＸＹ平面に沿って二次元的に移動するウェハステージＷＳ上に保持されている。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内において、Ｙ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。また、ウェハステージＷＳを、ひいてはウェハＷをＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの各ショット領域にマスクパターンが順次走査露光される。

図２に示すように、Ｘ方向に細長い矩形状の静止露光領域ＥＲは、１回の走査露光（スキャン露光）によりウェハＷの１つの矩形状のショット領域ＳＲにマスクＭのパターンを転写する際に、図中実線で示す走査開始位置から図中破線で示す走査終了位置までＹ方向に相対移動する。さらに詳細には、静止露光領域ＥＲの−Ｙ方向の側の辺をショット領域ＳＲの＋Ｙ方向の側の辺に一致させて走査露光を開始する時点では、制御部ＣＲの指令にしたがって駆動される遮光ユニット４の作用により、静止露光領域ＥＲの＋Ｙ方向の側の辺もショット領域ＳＲの＋Ｙ方向の側の辺に一致しており、静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法は０である。

次に、走査開始位置からの走査露光の進行に伴って、静止露光領域ＥＲの＋Ｙ方向の側の辺がショット領域ＳＲの＋Ｙ方向の側の辺と一致した状態を維持するように、遮光ユニット４の作用により静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法を単調に増大させ始め、やがて静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が標準的な寸法になる。その後、Ｙ方向に沿って標準的な寸法を有する静止露光領域ＥＲによるショット領域ＳＲの走査が続けられる。やがて、静止露光領域ＥＲの−Ｙ方向の側の辺がショット領域ＳＲの−Ｙ方向の側の辺に達した時点で、静止露光領域ＥＲの−Ｙ方向の側の辺がショット領域ＳＲの−Ｙ方向の側の辺と一致した状態を維持するように、遮光ユニット４の作用により静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法を単調に減少させ始め、走査露光の終了時点では静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が０になる。

本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ３により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１〜５）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（１〜５）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

なお、瞳強度分布とは、照明光学系（１〜５）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ３による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ３の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ３の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。

図３、図４および図５は、本実施形態の遮光ユニットの構成を概略的に示す図である。図３を参照すると、マイクロフライアイレンズ３の各波面分割要素３ａの入射面においてＺ方向（マスクＭおよびウェハＷの走査方向であるＹ方向に対応）に沿った両側の端部領域には、Ｘ方向に沿って直線状に延びる遮光領域３ｂが設けられている。遮光領域３ｂは、例えばクロムや酸化クロム等からなる遮光性薄膜を各波面分割要素３ａの入射面に蒸着させることにより形成されている。

各波面分割要素３ａのＸＺ平面に沿った断面は、短辺の寸法がＳｚで長辺の寸法がＳｘ（図３では不図示：図４を参照）の矩形状である。図４では、図面の明瞭化のために、複数の波面分割要素３ａの境界線を破線で示している。遮光ユニット４は、マイクロフライアイレンズ３の入射面の直前に配置された一対の遮光部材４１および４２を有する。以下、説明を単純化するために、遮光部材４１と４２とは互いに同じ構成を有し、遮光部材４１の直後に遮光部材４２が近接して配置されているものとする。また、遮光領域３ｂは、隣り合う２つの波面分割要素３ａのＸ方向に延びる境界線に関して対称に形成されているものとする。

遮光部材４１，４２は、図５に示すように、例えばＸＺ平面に沿って矩形状の枠部材４１ａ，４２ａと、枠部材４１ａ，４２ａの内側に取り付けられてＸ方向に延びる複数の横部材４１ｘ，４２ｘとにより構成されている。横部材４１ｘ，４２ｘは、波面分割要素３ａの矩形状断面の短辺方向に沿った寸法Ｓｚと等しいピッチＰｚにしたがってＺ方向に間隔を隔てて配置されている。なお、図５では、図面の明瞭化のために、横部材４１ｘ，４２ｘの本数を実際よりはかなり少なく表示している。

図３および図４に示す遮光ユニット４の標準状態では、第１遮光部材４１の横部材４１ｘのＸ方向に延びる中心線と、第２遮光部材４２の横部材４２ｘのＸ方向に延びる中心線と、遮光領域３ｂのＸ方向に延びる中心線（ひいては波面分割要素３ａのＸ方向に延びる境界線）とがＺ方向に一致している。遮光ユニット４の標準状態は、後述するように、Ｙ方向に沿って標準的な寸法を有する静止露光領域ＥＲによるショット領域ＳＲの走査が行われる状態に対応している（図２を参照）。

換言すれば、遮光ユニット４の標準状態において、Ｙ方向に沿って標準的な寸法を有する静止露光領域ＥＲがウェハＷ上に形成される。遮光ユニット４の標準状態では、第１遮光部材４１の横部材４１ｘは、そのＸ方向に延びる中心線が対応する一対の波面分割要素３ａのＸ方向に延びる境界線とＺ方向に一致する標準位置にあり、第２遮光部材４２の横部材４２ｘは、そのＸ方向に延びる中心線が対応する一対の波面分割要素３ａのＸ方向に延びる境界線とＺ方向に一致する標準位置にある。

遮光部材４１，４２は、制御部ＣＲにより互いに独立にＺ方向に駆動されるように構成されている。第１遮光部材４１の各横部材４１ｘはＸ方向に沿って直線状に延びるエッジ４１ｅｕおよび４１ｅｂを有し、これらのエッジ４１ｅｕ，４１ｅｂにより通過する光束を制限する。同様に、第２遮光部材４２の各横部材４２ｘはＸ方向に沿って直線状に延びるエッジ４２ｅｕおよび４２ｅｂを有し、これらのエッジ４２ｅ，４２ｅｂにより通過する光束を制限する。各横部材４１ｘは、その＋Ｚ方向側の端縁部にエッジ４１ｅｕを有し、−Ｚ方向側の端縁部にエッジ４１ｅｂを有する。各横部材４２ｘは、その＋Ｚ方向側の端縁部にエッジ４２ｅｕを有し、その−Ｚ方向側の端縁部にエッジ４２ｅｂを有する。

静止露光領域ＥＲの−Ｙ方向の側の辺をショット領域ＳＲの＋Ｙ方向の側の辺に一致させて走査露光を開始する時点では、図６に示すように、第２遮光部材４２の各横部材４２ｘは標準位置にあり、第１遮光部材４１の各横部材４１ｘは、その−Ｚ方向側のエッジ４１ｅｂが対応する第２遮光部材４２の＋Ｚ方向側のエッジ４２ｅｕとＺ方向にほぼ一致する位置、すなわち第１遮光部材４１の−Ｚ方向端部位置にある。このとき、エッジ４１ｅｂとエッジ４２ｅｕとの間を通過する光束はなく、静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法は０である。

次いで、走査開始位置からの走査露光の進行に伴って、第１遮光部材４１はその−Ｚ方向側のエッジ４１ｅｂが＋Ｚ方向へ移動するように駆動されるが、第２遮光部材４２は標準位置に留まっている。その結果、走査開始位置からの走査露光の進行に伴って、第１遮光部材４１の−Ｚ方向側のエッジ４１ｅｂと第２遮光部材４２の＋Ｚ方向側のエッジ４２ｅｕとのＺ方向に沿った間隔は単調に増大（ひいては静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が単調に増大）し、やがて静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が標準的な寸法になる。このとき、第１遮光部材４１は標準位置に達し、ひいては遮光ユニット４は標準状態になる。

すなわち、遮光ユニット４の標準状態では、標準位置に達した第１遮光部材４１の−Ｚ方向側のエッジ４１ｅｂと標準位置に留まっている第２遮光部材４２の＋Ｚ方向側のエッジ４２ｅｕとの間を通過する光束が、Ｙ方向に沿って標準的な寸法を有する静止露光領域ＥＲをウェハＷ上に形成する。その後、遮光ユニット４は標準状態を保持しつつ、Ｙ方向に沿って標準的な寸法を有する静止露光領域ＥＲによるショット領域ＳＲの走査が一定期間に亘って行われる。やがて、静止露光領域ＥＲの−Ｙ方向の側の辺がショット領域ＳＲの−Ｙ方向の側の辺に達した時点で、第２遮光部材４２はその−Ｚ方向側のエッジ４２ｅｂが−Ｚ方向へ移動するように駆動されるが、第１遮光部材４１は標準位置に留まっている。

その結果、走査露光の進行に伴って、第１遮光部材４１の＋Ｚ方向側のエッジ４１ｅｕと第２遮光部材４２の−Ｚ方向側のエッジ４２ｅｂとのＺ方向に沿った間隔は単調に減少（ひいては静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が単調に減少）し、やがて静止露光領域ＥＲのＹ方向の寸法が０になる。このとき、第２遮光部材４２は、図７に示すように、その−Ｚ方向側のエッジ４２ｅｂが対応する第１遮光部材４１の＋Ｚ方向側のエッジ４１ｅｕとほぼ一致する位置、すなわち第２遮光部材４２の−Ｚ方向端部位置に達し、これらのエッジ４１ｅｕと４２ｅｂとの間を通過する光束はなくなる。

このように、遮光ユニット４では、マスクＭおよびウェハＷのＹ方向に沿った走査移動に応じて、第１遮光部材４１はその−Ｚ方向側のエッジ４１ｅｂが＋Ｚ方向へ移動するように駆動される。一方、第２遮光部材４２は、その−Ｚ方向側のエッジ４２ｅｂが−Ｚ方向へ移動するように駆動される。ただし、各ショット領域ＳＲの走査手順によっては、第１遮光部材４１の役割と第２遮光部材４２の役割とが逆になる。すなわち、走査移動に応じて、第１遮光部材４１はエッジ４１ｅｂが−Ｚ方向へ移動するように駆動され、第２遮光部材４２はエッジ４２ｅｂが−Ｚ方向へ移動するように駆動されることもある。

すなわち、構成的な観点によれば、遮光ユニット４は、マスクＭおよびウェハＷのＹ方向に沿った走査移動に応じて、エッジ４１ｅｂおよび４２ｅｂがＺ方向へ移動する第１遮光部材４１および第２遮光部材４２を有する。また、機能的な観点によれば、遮光ユニット４は、マスクＭおよびウェハＷのＹ方向に沿った走査移動に応じて、マイクロフライアイレンズ３の入射面の直前の位置（すなわちマスクＭのパターンの面と光学的に共役な位置）において、各波面分割要素３ａに入射する光束の断面形状を変化させる光束整形部を構成している。

以上のように、本実施形態の照明光学系（１〜５）では、光束整形部としての遮光ユニット４が、マスクＭおよびウェハＷのＹ方向に沿った走査移動に応じて、マスクＭのパターン面と光学的に共役な共役面において各波面分割要素３ａに入射する光束の断面形状を変化させる。その結果、従来技術におけるマスクブラインドおよび結像光学系の設置を省略しても、遮光ユニット４の作用により、マスクＭおよびウェハＷの走査移動に応じてウェハＷ上に形成される静止露光領域ＥＲの走査方向（Ｙ方向）に沿った寸法を０と標準的な寸法との間で変更しつつ、ウェハＷ上の各ショット領域ＳＲへマスクＭのパターンを順次走査露光することができる。

すなわち、本実施形態では、走査型の露光装置に用いられる照明光学系であって、マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）３とマスクＭのパターン面（被照射面）との間の構成が簡素化された照明光学系（１〜５）を実現することができる。また、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ３とマスクＭとの間の構成が簡素化された照明光学系（１〜５）を備え、コンパクトで簡素な構成を有する走査型の露光装置（２〜ＷＳ）を実現することができる。

なお、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ３の各波面分割要素３ａの入射面に遮光領域３ｂが設けられ、遮光ユニット４が一対の遮光部材４１，４２により構成されている。しかしながら、図６および図７を参照した説明により明らかなように、場合によっては、遮光領域３ｂの設置を省略したり、一方の遮光部材４１または４２の設置を省略したりすることも可能である。遮光領域３ｂの設置を省略する場合には一対の遮光部材４１と４２との協働作用により、一方の遮光部材４１（または４２）の設置を省略する場合には他方の遮光部材４２（または４１）と遮光領域３ｂとの協働作用により、上述の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。

また、上述の実施形態では、Ｘ方向に延びる複数の横部材４１ｘ，４２ｘを有する一対の遮光部材４１，４２により遮光ユニット４が構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、光束整形部としての遮光ユニットの具体的な構成については様々な形態が可能である。すなわち、Ｘ方向に延びる複数の横部材を有する横方向遮光部材に加えて、例えば図８に示すようにＺ方向に延びる複数の縦部材４３ｚを有する単体の縦方向遮光部材４３を固定的に配置したり、Ｚ方向に延びる複数の縦部材４３ｚ，４４ｚを有する一対の縦方向遮光部材４３，４４をＸ方向に沿って移動可能に配置したりすることもできる。縦部材４３ｚ（４４ｚ）は、波面分割要素３ａの矩形状断面の長辺方向に沿った寸法Ｓｘと等しいピッチＰｘにしたがってＸ方向に間隔を隔てて配置されている。なお、図８では、図面の明瞭化のために、縦部材４３ｚ（４４ｚ）の本数を実際よりはかなり少なく表示している。

単体の縦方向遮光部材４３を固定的に配置する場合、この縦方向遮光部材４３により、ウェハＷ上に形成される静止露光領域ＥＲの走査直交方向（Ｘ方向）に沿った寸法が固定的に制限される。一対の縦方向遮光部材４３，４４をＸ方向に沿って移動可能に配置する場合、これらの縦方向遮光部材４３，４４により、静止露光領域ＥＲの走査直交方向に沿った寸法が必要に応じて所定の範囲内で可変的に制限される。なお、図示を省略するが、複数の横部材を有する横方向遮光部材と複数の縦部材を有する縦方向遮光部材とを合体させた格子状の遮光部材を用いて、遮光ユニットを構成することもできる。

なお、上述の実施形態において、マイクロフライアイレンズ３の入射面に例えば円形状の中実断面を有する光束を入射させると、一対の遮光部材４１，４２などにより光が遮られて光量損失が発生する。遮光部材による光量損失を回避したい場合には、遮光ユニット４の位置（マスクＭのパターン面と共役な共役面の位置）と光学的にフーリエ変換の関係にある位置に配置された回折光学素子２ａの作用により、図９に示すように、マイクロフライアイレンズ３の複数の波面分割要素３ａに離散的に対応した複数の光束９１、すなわちＺ方向に沿って短辺を有する矩形状の断面を有する光束９１を遮光ユニット４の位置に生成すれば良い。

図９では、複数の波面分割要素３ａの境界線を破線で示しているが、図面の明瞭化のために、波面分割要素３ａの数を実際よりはかなり少なく表示し、ひいては離散的に生成される光束９１の数を実際よりはかなり少なく表示している。図９の変形例において、回折光学素子２ａは、光源ＬＳから入射した光束の断面形状を変化させて、複数の波面分割要素３ａに離散的に対応した複数の光束９１を生成する光束変換素子として機能する。なお、図示を省略したが、上述の実施形態では遮光ユニット４が複数の縦部材を有する縦方向遮光部材を含んでいないので、図９においてＸ方向に沿って一列に並んだ複数の光束に代えて、Ｘ方向に沿って細長い１つの光束を生成することもできる。

また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ３の直後の照明瞳に円形状の瞳強度分布が形成される照明、すなわち円形照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、円形照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布が形成される複数極照明（２極照明、４極照明など）などの変形照明に対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１０は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。

図１１は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１１に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

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。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。

１ ビーム送光系
２ ビーム形状可変部
３ マイクロフライアイレンズ
４ 遮光ユニット
４１，４２ 遮光部材
５ コンデンサー光学系
ＬＳ 光源
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
ＡＳ 開口絞り
Ｗ ウェハ
ＣＲ 制御部

Claims (12)

1. 投影光学系に対して所定のパターンおよび感光性基板を走査方向に沿って相対移動させつつ前記パターンを前記感光性基板に走査露光する露光装置に用いられて、光源からの光により前記パターンを照明する照明光学系において、
   前記照明光学系の光軸と直交する平面において前記走査方向に対応する第１方向に沿って短辺を有する矩形状の断面を有し且つ前記平面に沿って配列された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
   前記複数の波面分割要素により波面分割された複数の光束を前記パターンの面上で重畳させるコンデンサー光学系と、
   前記パターンおよび前記感光性基板の前記走査方向に沿った相対移動に応じて、前記パターンの面と光学的に共役な共役面において各波面分割要素に入射する光束の断面形状を変化させる光束整形部とを備えていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記共役面は、前記オプティカルインテグレータの入射面の直前に位置することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記光束整形部は、前記相対移動に応じて前記第１方向へエッジが移動する遮光部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記遮光部材の前記エッジは、前記平面において前記第１方向と直交する第２方向に沿って直線状に延びていることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記遮光部材は、前記相対移動に応じて前記第１方向に沿って第１の向きへエッジが移動する第１遮光部材と、前記相対移動に応じて前記第１方向に沿って前記第１の向きとは反対の第２の向きへエッジが移動する第２遮光部材とを有することを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学系。
6. 前記オプティカルインテグレータは、各波面分割要素の入射面において前記第１方向に沿った両側の端部領域に設けられ且つ前記平面において前記第１方向と直交する第２方向に沿って直線状に延びる遮光領域を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 前記光源から入射した光束の断面形状を変化させて、前記複数の波面分割要素に離散的に対応した複数の光束を生成する光束変換素子を備えてい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系。
8. 前記複数の光束は、前記共役面において前記第１方向に沿って短辺を有する矩形状の断面を有することを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
9. 前記光束変換素子は、前記共役面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置に配置された回折光学素子を有することを特徴とする請求項７または８に記載の照明光学系。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを前記感光性基板に走査露光することを特徴とする露光装置。
11. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 請求項１０または１１に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定の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製造方法。

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