JP5673715B2 - 照明光学装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被照射物体を照射するための照明光学装置、該照明光学装置を備える露光装置、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。

従来、半導体集積回路などのマイクロデバイスを製造する際に使用される露光装置として、例えば特許文献１に記載の露光装置が提案されている。この露光装置は、所定のパターンが形成されてなるレチクルなどのマスクを照射するための照明光学装置と、該照明光学装置がマスクを照射することにより形成されたパターン像を感光性材料の塗布されたウエハ、ガラスプレートなどの基板に投影するための投影光学装置とを備えている。

照明光学装置は、マスクの被照射面上での瞳輝度分布を調整するための空間光変調部材を備えている。この空間光変調部材は、アレイ状に配列された複数の反射光学素子を備えており、該各反射光学素子の反射面には、反射膜がそれぞれコーティングされている。そして、各反射光学素子は、それぞれの反射面にて光源からの露光光をマスクに向けてそれぞれ反射するようになっている。

また、各反射光学素子は、それぞれの反射面への露光光の入射方向に対する反射面の傾斜角が変更可能にそれぞれ構成されている。そして、反射面の露光光の光軸に対する傾斜角が反射光学素子毎に変更されることにより、マスクの被照射面上での瞳輝度分布が適切に調整されるようになっていた。

特開２００２−３５３１０５号公報

ところで、近時では、基板に対する上記パターン像の投影の効率化や精度向上を図るために露光光の高出力化が強く望まれている。ところが、空間光変調部材を構成する各反射光学素子の反射面には、耐久性の比較的高い反射膜をコーティングすることが非常に困難であるため、耐久性の比較的低い反射膜がそれぞれコーティングされる。そのため、空間光変調部材の寿命は、光源から出力される露光光の強度が強いほど、反射膜の劣化が早くなったり、各反射光学素子の駆動部分に回り込む光量が多くなることにより該駆動部分の破損を招いたりして短くなってしまう。このように露光光の強度が比較的強い場合には、露光光の強度が比較的弱い場合に比して早めに空間光変調部材を取り替える必要がある。

しかしながら、上述したような構成の露光装置では、露光装置の駆動を一時停止させた状態で空間光変調部材を取り替える必要がある。したがって、光源から出力される露光光の強度が強いほど空間光変調部材を取り替えるタイミングが早くなるため、露光光の光路内に空間光変調部材が配置された露光装置では、光源の高出力化によってマイクロデバイスの製造効率が逆に低下してしまうおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源から出力される光の光路内に空間光変調部材が配置された場合であっても、光源の高出力化によるデバイスの製造効率の向上に貢献できる照明光学装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図１０に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の照明光学装置は、光源（１２）から出力された光（ＥＬ）を被照射物体（Ｒ）へ導く照明光学装置（１３）において、可動する反射面（３４）を有する複数の反射光学素子（３３）がアレイ状に配列されてなる複数の空間光変調部材（３４）を備え、該各空間光変調部材（３４）のうち少なくとも一つは、前記光源（１２）から出力される光（ＥＬ）の光路内に配置されていることを要旨とする。

上記構成によれば、光源から出力された光は、アレイ状に配列された複数の空間光変調部材によって被照射物体に導かれる。そのため、一つの空間光変調部材を用いて光源から出力された光を被照射物体に導く従来の場合に比して、空間光変調部材の使用数が増加した分だけ、露光装置の駆動を一時停止させて空間光変調部材を取り替えるタイミングを遅くすることができる。したがって、光源から出力される光の光路内に空間光変調部材が配置された場合であっても、光源の高出力化によるデバイスの製造効率の向上に貢献できる。

本発明によれば、光源の高出力化によるデバイスの製造効率の向上に貢献できる。

第１の実施形態における露光装置を示す概略構成図。 第１の実施形態における可動マルチミラーを示す概略斜視図。 可動マルチミラーを構成する要素ミラーの配列態様を示す概略斜視図。 要素ミラーを駆動させる駆動部の構成を示す概略斜視図。 第２の実施形態における照明光学装置の一部を示す概略構成図。 第３の実施形態における照明光学装置の一部を示す概略構成図。 第４の実施形態における照明光学装置の一部を示す概略構成図。 第５の実施形態における照明光学装置の一部を示す概略構成図。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

（第１の実施形態）
以下に、本発明を具体化した第１の実施形態について図１〜図４に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の露光装置１１は、露光光源１２からの露光光ＥＬが供給される照明光学装置１３と、所定のパターンが形成されてなるレチクルＲ（フォトマスクでもよい）を保持するレチクルステージ１４と、投影光学装置１５と、表面にレジストなどの感光性材料が塗布されたウエハＷを保持するウエハステージ１６とから構成されている。露光光源１２は、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源からなっている。そして、露光光源１２から射出される露光光ＥＬは、照明光学装置１３を通過することにより、レチクルＲ上のパターンを均一に照明するように調整される。

レチクルステージ１４は、後述する投影光学装置１５の物体面側において、そのレチクルＲの載置面が投影光学装置１５の光軸方向とほぼ直交するように配置されている。この投影光学装置１５は、内部が窒素などの不活性ガスで充填された鏡筒１７を備え、この鏡筒１７内には、図示しない複数のレンズが露光光ＥＬの光路に沿って設けられている。そして、露光光ＥＬにて照明されたレチクルＲ上のパターン像は、投影光学装置１５を通して所定の縮小倍率に縮小された状態で、ウエハステージ１６上のウエハＷに投影転写されるようになっている。ここで、光路とは、使用状態において、露光光ＥＬが通ることが意図されている経路のことを示している。

次に、本実施形態の照明光学装置１３について図１に基づき以下説明する。
照明光学装置１３は、露光光源１２から出力された露光光ＥＬが入射するリレー光学系１８を備えている。このリレー光学系１８は、典型的には露光光源１２側から順に光軸ＡＸ１に沿って配置された第１正レンズ１９、負レンズ２０及び第２正レンズ２１を備えた構成とされている。そして、露光光源１２からリレー光学系１８に入射された露光光ＥＬは、その断面形状が大きくされた状態で露光光源１２の反対側に射出されるようになっている。

照明光学装置１３において、リレー光学系１８における露光光源１２の反対側には、図１及び図２に示すように、複数（図２では１５個のみ図示）の可動マルチミラー２２がアレイ状に配列されてなる反射光学系２３が移動不能な状態で配設されている。この反射光学系２３は、平板状をなす基台２４を備え、該基台２４上には、Ｘ方向に並置された３つの可動マルチミラー２２からなるミラー列がＹ方向に５列形成されている。また、各可動マルチミラー２２には、露光光ＥＬを反射可能な略矩形状の有効領域２５がそれぞれ形成されており、全ての可動マルチミラー２２の有効領域２５には、露光光ＥＬがそれぞれ入射されるようになっている。なお、上述した可動マルチミラー２２の配列（即ち、Ｘ方向に３つでＹ方向に５つ）は一例であって、可動マルチミラー２２の配列及び数は、上記配列とは異なる配列及び数であってもよい。

各可動マルチミラー２２にて反射された露光光ＥＬは、各可動マルチミラー２２の入射側の光軸ＡＸ１と所定の角度をなす光軸ＡＸ２に沿った位置に配置されたコンデンサ光学系（分布形成光学系）２６を介してオプティカルインテグレータ（本実施形態ではフライアイレンズ）２７に入射するようになっている。なお、コンデンサ光学系２６の前側焦点位置は、各可動マルチミラー２２の各要素ミラー３３（図３参照）が位置する配列面Ｐ１の近傍に位置し、コンデンサ光学系２６の後側焦点位置は、オプティカルインテグレータ２７の入射面近傍の面Ｐ２に位置している。

オプティカルインテグレータ２７は、複数（図１では５つのみ図示）のレンズエレメント２８が二次元的に配列された構成とされている。そして、オプティカルインテグレータ２７に入射した露光光ＥＬは、各レンズエレメント２８により複数の光束に分岐されるようになっている。その結果、オプティカルインテグレータ２７の図１における右側の面（即ち、像面）Ｐ３には、多数の光源像（二次光源）が形成されるようになっている。

オプティカルインテグレータ２７から射出された露光光ＥＬ、即ち多数の光源像から射出された光束は、コンデンサ光学系２９を通過することにより、それぞれ重畳的に集光された状態でマスクブラインド３０を照射するようになっている。そして、マスクブラインド３０の開口部３１を通過した露光光ＥＬは、コンデンサ光学系３２を介してレチクルＲを照射するようになっている。なお、レチクルＲのうち露光光ＥＬに照射される照射領域での瞳輝度分布は、適切に調整されている。

本実施形態では、オプティカルインテグレータ２７により形成される二次光源を光源として、照明光学装置１３の被照射面に配置されるレチクルＲをケーラー照明するようになっている。このため、二次光源が形成される面Ｐ３は、投影光学装置１５の開口絞りＡＳ（図１参照）の配置位置である位置に対応する面（ＸＺ平面と略平行な面）Ｐ４と光学的に共役であり、二次光源が形成される面Ｐ３を照明光学装置１３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（レチクルＲが配置される面、または投影光学装置１５を含めて照明光学装置と考える場合にはウエハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

また、オプティカルインテグレータ２７の射出側には、露光光ＥＬの一部を反射するための分岐ミラーＢＳと、該分岐ミラーＢＳによって分岐された分岐光を受光する露光量センサＳＥ１とが設けられている。そして、この露光量センサＳＥ１は、分岐ミラーＢＳによって分岐された分岐光の光量に応じた出力信号を図示しない制御部に出力するようになっている。そのため、露光量センサＳＥ１からの出力信号をモニタすることにより、レチクルＲやウエハＷに対する露光量を計測できると共に、該計測結果に基づき露光量制御を行うことができる。

また、ウエハステージ１６には、ウエハＷに到達する露光光ＥＬの瞳輝度分布をモニタするための瞳輝度分布検出部ＳＥ２が設けられている。なお、この瞳輝度分布検出部ＳＥ２の構成は、例えば特開２００６−５９８３４号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報に開示されている。ここでは、米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報を参照として援用する。

次に、可動マルチミラー２２の構成について図１〜図４に基づき以下説明する。
図２及び図３に示すように、可動マルチミラー２２は、反射面３４に反射膜がコーティングされた平面視正方形状の要素ミラー３３を複数備え、該各要素ミラー３３は、アレイ状にそれぞれ配列されている。これら各要素ミラー３３は、反射光学系２３での光量ロスの低減を図るため、互いに隣り合う要素ミラー３３同士の隙間を極力小さくして配置されている。また、各要素ミラー３３は、露光光ＥＬの光路に対する傾斜角を変更させるべくそれぞれ可動するようになっている。また、可動マルチミラー２２の各要素ミラー３３は、図１に示すように、ＸＹ平面に位置する配列面Ｐ１に沿って配列されている。なお、以降の記載において、「要素ミラー３３の露光光ＥＬの光路に対する傾斜角」のことを、単に「要素ミラー３３の傾斜角」というものとする。

本実施形態の反射光学系２３は、図２に示すように、複数種類（本実施形態では２種類）の可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂから構成されている。具体的には、Ｙ方向において図２における最も手前に位置するミラー列、各ミラー列の真ん中に位置するミラー列、及び最も奥手に位置するミラー列は、第１の可動マルチミラー２２Ａからそれぞれ構成される一方、残りのミラー列は、第２の可動マルチミラー２２Ｂからそれぞれ構成されている。第１の可動マルチミラー２２Ａは、図４に示すように、第１の軸Ｓ１を中心に回動可能な要素ミラー３３を複数備えた構成とされている。一方、第２の可動マルチミラー２２Ｂは、第１の軸Ｓ１とは略直交する第２の軸Ｓ２を中心に回動可能な要素ミラー３３を複数備えた構成とされている。なお、第１の軸Ｓ１は、要素ミラー３３の両対角線のうち第１の対角線に相当する軸であると共に、第２の軸Ｓ２は、第１の対角線と直交する第２の対角線に相当する軸である。

次に、第１の可動マルチミラー２２Ａを構成する要素ミラー３３の駆動部について図４に基づき以下説明する。なお、第２の可動マルチミラー２２Ｂを構成する要素ミラー３３の駆動部は、第２の軸Ｓ２を中心に要素ミラー３３を回動させる点を除いて第１の可動マルチミラー２２Ａを構成する要素ミラー３３の駆動部と同一構成であるため、その説明を省略するものとする。

図４に示すように、第１の可動マルチミラー２２Ａを構成する要素ミラー３３の駆動部３５は、要素ミラー３３の形状に対応した正方形板状の基材３６を備え、該基材３６の四隅のうち第１の軸Ｓ１上に位置する両隅には、支柱部材３７がそれぞれ立設されている。また、駆動部３５には、第１の軸Ｓ１の延設方向に延びるヒンジ部材３８が設けられており、該ヒンジ部材３８は、第１の軸Ｓ１を中心に回転可能な状態で支柱部材３７に支持されている。また、ヒンジ部材３８の長手方向における中心部には、Ｚ方向に突出する突出部３９が設けられており、要素ミラー３３は、突出部３９を介してヒンジ部材３８に固定されている。

ヒンジ部材３８の長手方向における第１の端部側及び第２の端部側には、ヒンジ部材３８から第１の軸Ｓ１と直交する両方向に延びる第１電極部４０がそれぞれ形成されている。また、基材３６上において４つの第１電極部４０に対応する位置には、第２電極部４１がそれぞれ設けられている。そして、互いに対応関係にある第１電極部４０と第２電極部４１との間に電位差が発生した場合には、これらの各電位差に基づき作用する静電力によって、ヒンジ部材３８が第１の軸Ｓ１を中心に回転する結果、要素ミラー３３が第１の軸Ｓ１を中心に回動するようになっている。すなわち、要素ミラー３３の傾斜角は、互いに対応関係にある各電極部４０，４１間の各電位差を調整することにより制御可能である。

そして、各可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂに入射する露光光ＥＬは、入射した各要素ミラー３３の傾斜角に対応した方向にそれぞれ偏向されるようになっている。この際、分布形成光学系と見なすことができるコンデンサ光学系２６が入射光の角度情報を位置情報に変換する機能を有しているため、各要素ミラー３３の傾斜角を個別に調整することにより、オプティカルインテグレータ２７の入射面近傍の面Ｐ２における露光光ＥＬの断面形状が所望の大きさ及び形状に変形する。また、コンデンサ光学系２６は、可動マルチミラー２２Ａを介した露光光ＥＬの一部と可動マルチミラー２２Ｂを介した露光光の一部とを面Ｐ２において少なくとも一部分だけ重畳させている。そのため、複数の可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂからの露光光ＥＬが重畳される結果、重畳領域での光強度均一性を向上させることが可能である。言い換えると、各可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂによって空間的に角度変調された露光光ＥＬがコンデンサ光学系２６によって空間的に変調された光となる結果、面Ｐ２に所望の光強度分布である瞳強度分布が形成される。

なお、瞳強度分布とは、照明光学装置１３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。オプティカルインテグレータ２７による波面分割数が比較的大きい場合、オプティカルインテグレータ２７の入射面近傍の面Ｐ２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、オプティカルインテグレータ２７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面Ｐ３，Ｐ４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。

こうしてオプティカルインテグレータ２７の後側焦点面でもある面Ｐ３には、断面形状が所望の大きさ及び形状に変形された露光光ＥＬとほぼ同じ光強度分布を有する二次光源が形成される。さらに、オプティカルインテグレータ２７の後側焦点面と光学的に共役な別の照明瞳位置、即ちコンデンサ光学系３２の瞳位置および投影光学装置１５の瞳位置にも、面Ｐ３に形成される瞳強度分布に対応する光強度分布が形成される。なお、瞳強度分布としては、一例として輪帯状、複数極状（２極状、４極状など）の光強度分布を用いることができる。ここで、輪帯状の瞳強度分布を形成した場合には輪帯照明を、複数極状の瞳強度分布を形成した場合には複数極照明を行うことができる。

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）露光光源１２から出力された露光光ＥＬは、反射光学系２３を構成する全ての可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂによってコンデンサ光学系２６側に反射されてレチクルＲに導かれる。そのため、露光光源１２からの露光光ＥＬが高出力化されても、各可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂに入射される露光光ＥＬの強度は、露光光源１２から出力された全ての露光光ＥＬが一つの可動マルチミラー２２に入射する従来の場合に比して弱くなる。その結果、露光光ＥＬが入射される各要素ミラー３３の反射面にコーティングされている反射膜の劣化が従来の場合に比して遅くなり、可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂの寿命が延びる。すなわち、可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂを交換するタイミングを遅らせることができる。したがって、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光路内に可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂが配置された場合であっても、露光光源１２の高出力化による半導体素子の製造効率の向上に貢献できる。

（２）第１の可動マルチミラー２２Ａを構成する要素ミラー３３の回動方向と第２の可動マルチミラー２２Ｂを構成する要素ミラー３３の回動方向とは、互いに異なっている。そのため、反射光学系２３を一種類の可動マルチミラー２２（例えば第１の可動マルチミラー２２Ａ）のみで構成した場合に比して、レチクルＲを照射する露光光ＥＬの大きさや形状を変形させる際の自由度を高くすることができる。

（３）配列面Ｐ１に沿った面であって、可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂの複数の要素ミラー３３以外の部分（典型的には各要素ミラー３３の間の隙間）や可動マルチミラー２２Ａ，２２Ｂの有効領域２５外の領域での０次反射光Ｎがコンデンサ光学系２６の入射瞳外へ向かうように、配列面Ｐ１と入射側光軸ＡＸ１とのなす角度αおよび配列面Ｐ１と射出側光軸ＡＸ２とのなす角度βが設定されている。そのため、０次反射光Ｎが瞳輝度分布へ与える悪影響、典型的には光軸ＡＸ２近傍の位置に光スポットを形成することを防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５に従って説明する。なお、第２の実施形態は、露光光源１２と反射光学系２３との間に配置される光学素子が第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図５に示すように、露光光源１２と反射光学系２３との間には、光軸ＡＸ１に沿って配置された一対の角錐台アキシコン対５０が設けられ、該角錐台アキシコン対５０は、露光光源１２側に配置される第１プリズム部材５１と、反射光学系２３側に配置される第２プリズム部材５２とから構成されている。第１プリズム部材５１において、露光光源１２側には露光光ＥＬの光軸と直交する平面が形成されると共に、反射光学系２３側には凹状の屈折面５１ａが形成されている。この屈折面５１ａは、露光光ＥＬの光軸と直交する平面状の中央部と、光軸を中心とする四角錐体の側面に対応する周辺角錐部とから構成されている。

また、第２プリズム部材５２において、反射光学系２３側には露光光ＥＬの光軸と直交する平面が形成されると共に、第１プリズム部材５１側には該第１プリズム部材５１の屈折面５１ａの形状に対応する凸状の屈折面５２ａが形成されている。この屈折面５２ａは、露光光ＥＬの光軸と直交する平面状の中央部と、光軸を中心とする四角錐体の側面に対応する周辺角錐部とから構成されている。

そして、露光光ＥＬの光路内において各プリズム部材５１，５２を所定間隔ｈだけ間隔を空けた状態でそれぞれ配置した場合、露光光源１２から角錐台アキシコン対５０に入射した露光光ＥＬは、複数の光束に分岐される。なお、所定間隔ｈは、各光束の進行方向に可動マルチミラー２２の有効領域２５がそれぞれ位置するように調整されている。そのため、角錐台アキシコン対５０によって複数に分岐された光束は、アレイ状に配列された可動マルチミラー２２の有効領域２５にてコンデンサ光学系２６側にそれぞれ反射される。

なお、本実施形態では、複数の可動マルチミラー２２のうちの可動マルチミラー２２ａが配置される第１位置と、別の可動マルチミラー２２ｃが配置される第２位置とが、露光光源１２から出力される光の光路の軸である入射側光軸ＡＸ１を挟んでいる構成と見なすことができる。また、角錐台アキシコン対（光束分岐部）５０が光軸ＡＸ１を含む面（図中ＸＹ平面）で光束を分岐する構成とみなすことができる。

したがって、本実施形態では、上記第１の実施形態における（１）〜（３）の効果に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（４）角錐台アキシコン対５０によって複数に分岐された各光束の進行方向には、可動マルチミラー２２の有効領域２５がそれぞれ位置している。そのため、反射光学系２３における可動マルチミラー２２の非配置位置及び可動マルチミラー２２のうち有効領域２５以外の部分には、露光光ＥＬがほとんど入射しない。したがって、反射光学系２３での光量ロスを低減できる。また、反射光学系２３における可動マルチミラー２２の非配置位置及び可動マルチミラー２２のうち有効領域２５以外の部分が露光光ＥＬによって照射されることに基づく温度上昇に伴う可動マルチミラー２２の劣化の促進を規制できる。

（５）光束分岐部と見なすことができる角錐台アキシコン対５０と各可動マルチミラー２２ａ，２２ｂ，２２ｃとの間の光路中にパワー（焦点距離の逆数）を有する光学部材が配置されていないため、各可動マルチミラーの要素ミラーには平行光束と見なすことのできる光束が入射するため、面Ｐ２での瞳輝度分布の制御性を向上させることができる。

一方、もし仮に要素ミラー３３に入射する光束が角度分布を持つ場合には、コンデンサ光学系２６を介した要素ミラー３３からの露光光ＥＬにより面Ｐ２に形成される光スポットが広がる。そのため、本実施形態の場合に比して、瞳輝度分布の制御性が困難になる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図６に従って説明する。なお、第３の実施形態は、露光光ＥＬを複数の光路に分岐するための光学素子が第２の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、上記各実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、上記各実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図６に示すように、露光光源１２と反射光学系２３との間には、複数極照明用（例えば４極照明用）の回折光学素子５５が設けられている。この回折光学素子５５は、透過型の回折光学素子であって、透明な基板に露光光ＥＬの波長程度のピッチ毎に段差を形成することにより構成されている。例えば、本実施形態の回折光学素子５５として、米国特許第５，８５０，３００号公報に開示されるものを用いることができる。ここでは、米国特許第５，８５０，３００号公報を参照として援用する。

そして、回折光学素子５５は、平行な露光光ＥＬが入射された場合に、該露光光ＥＬを複数（例えば４つ）の光束に分岐するようになっている。その結果、反射光学系２３には、複数極（例えば４極）の照射領域が形成される。なお、回折光学素子５５は、入射した露光光ＥＬを分岐することにより形成された各光束内に可動マルチミラー２２の有効領域２５がそれぞれ位置するように、その配置態様が調整されている。

また、回折光学素子５５は、所定距離だけ離れた複数の領域のそれぞれにほぼ均一な照射領域を形成するために、回折光学素子５５の面内で複数の波面分割領域を持っている。ここで、複数の波面分割領域のうちの第１の組に属する波面分割領域は、複数極の照射領域のうちの第１の照射領域に向けて露光光ＥＬを射出する。それにより、第１の照射領域は、第１の組に属する複数の波面分割領域を介した複数の光束により重畳的に照射され、その内部の照度分布が均一な照度分布となる。

同様に、複数の波面分割領域のうちの第１の組とは異なる第２の組に属する波面分割領域は、複数の照射領域のうちの第１の照射領域とは異なる第２の照射領域に向けて露光光ＥＬを射出する。それにより、第２の照射領域は、第２の組に属する複数の波面分割領域を介した複数の光束により重畳的に照射され、その内部の照度分布が均一な照度分布となる。

したがって、本実施形態では、上記第２の実施形態における（１）〜（５）の効果に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（６）回折光学素子５５が光強度分布を均一化しているため、露光光源１２から出力された露光光ＥＬの断面内の強度分布が不均一でも、複数の可動マルチミラー２２には均一な強度分布の露光光ＥＬがそれぞれ照射される。このため、面Ｐ２に形成される瞳輝度分布の制御性を向上することができる。

一方、もし仮に複数の可動マルチミラー２２が不均一な強度分布の光で照射される場合には、この強度分布の不均一性が瞳輝度分布に影響を与えるため、この不均一性を考慮して可動マルチミラー２２の各要素ミラーを制御することになる。よって、本実施形態の場合に比して、その制御が複雑となる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図７に従って説明する。なお、第４の実施形態は、露光光ＥＬを複数の光路に分岐するための光学素子が第２及び第３の各実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、上記各実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、上記各実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図７に示すように、露光光源１２と反射光学系２３との間には、フライアイレンズ６０が設けられており、該フライアイレンズ６０は、複数（図７では４つのみ図示）のレンズエレメント６１を二次元的に配列して構成されている。また、フライアイレンズ６０と反射光学系２３との間には、リレー光学系１８Ａが配設されており、該リレー光学系１８Ａは、フライアイレンズ６０にて分岐された複数の光束を各可動マルチミラー２２の有効領域２５にてそれぞれ再結像させるようになっている。

なお、本実施形態の反射光学系２３において、各可動マルチミラー２２は、フライアイレンズ６０の各レンズエレメント６１と位置的に対応するようにそれぞれ配列されている。例えば、Ｘ方向に４つ配列されてなるフライアイレンズ６０を用いた場合、反射光学系２３は、４つの可動マルチミラー２２がＸ方向に沿って配列された構成となる。このように構成することにより、上記第２及び第３の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、各可動マルチミラー２２に入射した露光光ＥＬは、その大部分がコンデンサ光学系２６側に反射されるものの、残りの一部（以下、「戻り光」という。）がフライアイレンズ６０側に反射してしまうことがある。このような戻り光は、反射光学系２３とフライアイレンズ６０との間に配置されたリレー光学系１８Ａによってフライアイレンズ６０への入射が規制される。そのため、フライアイレンズ６０の像面に形成される多数の光源像が戻り光により乱されてしまうことを抑制できる。このようにリレー光学系１８Ａは、各可動マルチミラー２２からの戻り光の光束分岐部への入射を規制する規制部材と見なすことができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を図８に従って説明する。なお、第５の実施形態は、反射光学系２３を構成する各可動マルチミラー２２のうち一部の可動マルチミラー２２にのみ露光光ＥＬを照射させる点が第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図８に示すように、本実施形態の照明光学装置１３には、反射光学系２３をＸ方向に沿って移動させるための移動機構６５が設けられている。また、反射光学系２３は、複数（図８では５つのみ図示）の可動マルチミラー２２がＸ方向に沿って配置されている。これら各可動マルチミラー２２のうち一部の可動マルチミラー２２（例えば２つの可動マルチミラー２２）には、露光光源１２から出力された露光光ＥＬが入射される一方、残りの可動マルチミラー２２には、露光光ＥＬが入射されない。

そして、露光光ＥＬが入射される可動マルチミラー２２の特性の経時変化（例えば反射膜の劣化や要素ミラー３３の駆動部３５の劣化）に基づき、ウエハＷにパターン像を照射するための露光光ＥＬの強度が低下し始めたり、ウエハＷ上での瞳輝度分布が乱れ始めたりした場合は、移動機構６５を駆動させることにより、今まで露光光ＥＬが入射されていない可動マルチミラー２２に対して露光光ＥＬを入射させるようにする。

例えば、モニタしている露光量センサＳＥ１の出力が低下したような場合や、瞳輝度分布検出部ＳＥ２により計測された瞳輝度分布の目標値からのずれが許容範囲から外れたような場合には、制御部６６が移動機構６５に対して可動マルチミラー２２の交換を促す旨の制御信号を出力する。

このように、本実施形態の露光装置１１は、露光装置１１の駆動を一時停止させることなく、露光光源１２から出力された露光光ＥＬが入射される可動マルチミラー２２を変更することができる。したがって、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光路内に可動マルチミラー２２が配置された場合であっても、露光光源１２の高出力化による半導体素子の製造効率の向上に貢献できる。

なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・各実施形態において、反射光学系２３は、３種類以上の複数種類の可動マルチミラー２２，２２Ａ，２２Ｂから構成されたものであってもよい。例えば、反射光学系２３は、第１の可動マルチミラー２２Ａ及び第２の可動マルチミラー２２Ｂに加え、第１の軸Ｓ１及び第２の軸Ｓ２と交差する第３の軸（例えばＸ方向に延びる軸）を中心に回動する要素ミラー３３からなる第３の可動マルチミラーを備えた構成であってもよい。

・各実施形態において、第１の可動マルチミラー２２Ａは、第１の軸Ｓ１と平行な軸を中心に回動可能な要素ミラー３３を備えたものであってもよい。同様に、第２の可動マルチミラー２２Ｂは、第２の軸Ｓ２と平行な軸を中心に回動可能な要素ミラー３３を備えたものであってもよい。

・各実施形態において、第１の軸Ｓ１は、要素ミラー３３の対角線に沿って延びるものではなく、例えばＸ方向に沿って延びる軸であってもよい。この場合、第２の軸Ｓ２は、Ｙ方向に沿って延びる軸であることが望ましい。

・各実施形態において、反射光学系２３は、一種類の可動マルチミラー２２（例えば第１の可動マルチミラー２２Ａ）からなるものであってもよい。
・第５の実施形態において、露光光ＥＬが入射する可動マルチミラー２２を、予め設定された所定時間毎に変更するようにしてもよい。

・第５の実施形態において、露光光ＥＬが入射する可動マルチミラー２２の数は、２つ以外の任意数（例えば１つや３つ）であってもよい。
・第５の実施形態において、露光光ＥＬが入射する可動マルチミラー２２を変更する場合、露光光ＥＬが入射する各可動マルチミラー２２のうち少なくとも一つだけ変更するようにしてもよい。

・各実施形態において、可動マルチミラー２２は、互いに直交した軸を中心として回動する（傾斜の自由度が２自由度である）要素ミラー３３を備えるものであってもよい。このような空間光変調部材としては、例えば特表平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部材を用いることができる。ここでは、欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報及び米国特許第７,０９５,５４６号公報を参照として援用する。

・各実施形態において、可動マルチミラー２２は、二次元的に配列された複数の要素ミラーの向き（傾き）を個別に制御可能なものであったが、例えば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調部材を用いることもできる。このような空間光変調部材としては、例えば特開平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部材を用いることができる。これらの空間光変調部材では、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。ここでは、米国特許第５，３１２，５１３号公報及び米国特許第６，８８５，４９３号公報を参照として援用する。

・各実施形態において、可動マルチミラー２２を、例えば特表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よい。ここでは、米国特許第６，８９１，６５５号公報及び米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報を参照として援用する。

・各実施形態において、露光装置１１は、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置であってもよい。また、露光装置１１は、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などであってもよい。

・また、上記各実施形態の照明光学装置１３は、被照射物体と基板とが相対移動した状態で被照射物体のパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるスキャニング・ステッパ、及び被照射物体と基板とが静止した状態で被照射物体のパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式のステッパに搭載することができる。

・各実施形態において、露光光源１２は、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）等を供給可能な露光光源であってもよい。また、露光光源１２は、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を供給可能な露光光源であってもよい。

次に、本発明の実施形態の露光装置１１によるデバイスの製造方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図９は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。

まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクルＲなど）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラス、セラミックス等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。

次に、ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図１０は、半導体デバイスの場合におけるステップＳ１０４の詳細工程の一例を示す図である。
ステップＳ１１１（酸化ステップ）おいては、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）においては、基板表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）においては、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）においては、基板にイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

基板プロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、基板に感光性材料を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置１１）によってマスクの回路パターンを基板に転写する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）において、ステップＳ１１６にて露光された基板を現像して、基板の表面に回路パターンからなるマスク層を形成する。さらに続いて、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となった感光性材料を取り除く。すなわち、ステップＳ１１８及びステップＳ１１９において、マスク層を介して基板の表面を加工する。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。また、上記実施形態の各構成要素等は、いずれの組み合わせ等も可能とすることができる。

１１…露光装置、１２…露光光源、１３…照明光学装置、１４…保持機構としてのレチクルステージ、１５…投影光学装置、１８Ａ…規制部材としてのリレー光学系、２２，２２Ａ，２２Ｂ…空間光変調部材としての可動マルチミラー、２２ａ…第１空間光変調部材としての可動マルチミラー、２２ｃ…第２空間光変調部材としての別の可動マルチミラー、２６…分布形成光学系としてのコンデンサ光学系、３３…反射光学素子としての要素ミラー、３４…反射面、５０…光束分岐部としての角錐台アキシコン対、５５…光束分岐部としての回折光学素子、６０…光束分岐部としてのフライアイレンズ、６５…移動機構、６６…制御部、ＡＸ１，ＡＸ２…光軸、ＥＬ…露光光、Ｎ…０次光としての０次反射光、Ｐ１…配列面、Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…面、Ｒ…被照射物体としてのレチクル、Ｓ１…第１の軸、Ｓ２…第２の軸、ＳＥ１…光強度検出部としての露光量センサ、ＳＥ２…光強度分布検出部としての瞳輝度分布検出部、Ｗ…基板としてのウエハ。

Claims (11)

1. 露光光でパターンを照明し、前記パターンを介した前記露光光で基板を露光する露光装置に用いられ、光源からの前記露光光で前記パターンを照明する照明光学装置であって、
   前記露光光の光路を横切る面に二次元的に配列された複数の光学素子と、
   前記複数の光学素子からの複数の光束を所定面上に結像するリレー光学系と、
   該所定面上に配置され、前記リレー光学系を介した前記複数の光束を受ける空間光変調器と、
   該空間光変調器からの光を集光し、前記照明光学装置の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系と、
   を備える照明光学装置。
2. 露光光でパターンを照明し、前記パターンを介した前記露光光で基板を露光する露光装置に用いられ、光源からの前記露光光で前記パターンを照明する照明光学装置であって、
   前記露光光の光路を横切る面に二次元的に配列された複数の光学素子と、
   前記複数の光学素子からの光を所定面に導くリレー光学系と、
   該所定面上に配置され、前記リレー光学系を介した前記複数の光学素子からの光を受ける空間光変調器と、
   該空間光変調器からの光を集光し、前記照明光学装置の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系と、
   を備え、
   前記空間光変調器は、前記複数の光学素子に位置的に対応するように設けられた複数の変調部材を備える、照明光学装置。
3. 前記複数の変調部材の各々は、前記リレー光学系によって規定される光軸に対するその傾斜角を調整可能な反射光学素子である、請求項２に記載の照明光学装置。
4. 前記複数の変調部材の各々は、前記リレー光学系によって規定される光軸に沿ったその高さを調整可能な反射光学素子である、請求項２に記載の照明光学装置。
5. 前記リレー光学系は、前記空間光変調器からの戻り光が前記複数の光学素子に到達することを規制するように設けられている、請求項１〜４の何れか一項に記載の照明光学装置。
6. 前記分布形成光学系は前記照明光学装置の照明瞳面に前記空間光変調器からの光を分布させる、請求項１〜５の何れか一項に記載の照明光学装置。
7. オプティカルインテグレータを更に備え、
   前記分布形成光学系は、前記オプティカルインテグレータの入射面近傍に後側焦点面を有し、前記所定面の近傍に前側焦点面を有する、請求項６に記載の照明光学装置。
8. 前記オプティカルインテグレータの入射側が前記照明瞳面を規定する、請求項７に記載の照明光学装置。
9. 前記複数の光学素子はフライアイレンズを構成する、請求項１〜８の何れか一項に記載の照明光学装置。
10. リソグラフィのための露光方法であって、請求項１〜９の何れか一項に記載された照明光学装置を用いることによって照射されたパターンを用いて、基板を露光する工程を含む露光方法。
11. デバイスの製造方法であって、
    請求項１０に記載された方法を用いて基板を露光する工程と、
    前記基板を現像する工程と、
    を含む製造方法。
    
    
    

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