JP5806479B2 - 照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する。例えば、液晶表示装置にパターンを転写する投影露光装置では、近年、マスク上のより大きな面積パターンを基板上に一括転写する露光装置が求められている。この要求に対応するために、高解像力が得られ、かつ、大画面を転写することができるステップ・アンド・スキャン方式の走査露光装置が提案されている。

この走査露光装置は、スリット光束により照明されたパターンを、投影光学系を介してスキャン動作により基板上に転写する。このような走査露光装置として、円弧形状の光を用いて走査させる方式が存在する。この方式は、転写すべきパターンを持つ第１の物体と、転写される対象物である第２の物体との間に投影光学系が存在し、該投影光学系の特定の軸外像点のみを利用した円弧形状の露光域で露光処理を行う。

このとき、第１の物体を円弧形状で照明するために、例えば、特許文献１で挙げられる照明光学系を用いることができる。この照明光学系は、光源より射出された光束の断面形状が、被照明面である第１の物体と光学的に共役な位置において矩形形状を成すように導き、矩形形状に照明した領域から円弧形状の開口部材を用いて円弧形状の照明分布を切り出すという手法を用いている。しかし、技術文献１に示す円弧切り出し方式によると、円弧開口部以外の光を露光光に用いることができない。そのため光の利用効率が低く、光源の出力を上げたとしても、照明光学系の被照明面の照度を高くすることが困難である。

次に挙げる特許文献２では、複数個のライトパイプを光学的に継ぎ合せることにより、光源より出た光束の断面形状を円弧形状に変換し、光の利用効率を上げる試みがなされている。しかし、昨今、リソグラフィ工程においてスループットの向上および結像性能向上の要求により、第１の物体面をより高照度でかつ、より均一に照明する照明光学系が求められている。特許文献２に示された照明光学系は、光源が１つの場合には第１の物体を均一に照明することができるが、光源が１つなので高照度に照明するには限界がある。特許文献２に示された照明光学系で高照度の照明を達成するために、光源を複数個用いると、例えば光源の出力が時間により変動し、光源間で出力差が生じた場合、被照明面である第１の物体上において照度分布にムラが生じ、均一な照明ができない可能性がある。また、特許文献２の実施形態で挙げられている、円弧状のライトパイプの光の進行方向の長さを長くすれば照度ムラを軽減させることができるが、そのような円弧状の長いライトパイプを作成することは製造上困難である。また、長いライトパイプを用いた場合、照明光学系の全体サイズが大きくなってしまう。

特許文献３には、図１６に示される、複数の光源１ａ，１ｂから射出された光束をプリズム８ａ，８ｂで合成し、ロッドインテグレータ４を用いて合成された光束の光強度分布を均一化させた照明光学系が記載されている。この照明光学系を用いれば、複数の光源を用いて、第１の物体（被照明面）６を高照度でかつ均一に照明することができる。

特公平４−７８００２号公報 特開平３−１７１６１４号公報 特開２０００−１６４４８７号公報

しかし、特許文献３のような照明光学系を用いた場合、ロッドインテグレータ４に入射する光の位置分布が均一ではないので、被照明面である第１の物体６上で均一な照度分布を達成するためには、ロッドインテグレータ４の光の進行方向の長さが長くなってしまう。ロッドインテグレータ４が長くなると、照明光学系全体のサイズが大きくなる。また、ロッドインテグレータ４が長くなることで、ロッドインテグレータ４の面精度や向かい合う面の平行度等、製造誤差に起因してロッドインテグレータ４の内部吸収による光の損失が大きくなったりし、照明光学系の光の利用効率が下がる。

そこで本発明は、被照明面を高照度にかつ均一に照明する小型の照明光学系を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、複数の光源から射出された光束を使用して被照明面を照明する照明光学系であって、１つの前記光源から射出された光の強度分布を均一化する１つのロッドインテグレータを、前記複数の光源のそれぞれについて有する複数のロッドインテグレータと、前記複数のロッドインテグレータから射出された複数の光束をそれらの断面において互いに隣接するように合成する合成光学系と、入射面及び射出面を有し、前記合成光学系により合成された光束を前記入射面で複数の光束に分割し、該分割された複数の光束の集合体の前記射出面における断面形状が前記入射面における断面形状と異なるように前記分割された複数の光束を前記射出面で集合させ、前記分割された複数の光束のそれぞれを、光学的に継ぎ合された複数のライトパイプによって前記入射面から前記射出面まで伝達する光伝達部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、被照射面を高照度にかつ均一に照らす、小型の照明光学系を構成することができる。

第１実施形態の照明光学系の概略図 第１ロッドインテグレータの概略図 第１実施形態における光伝達部の概略図 ロッドインテグレータの概略図 スリットの概略図 第１ロッドインテグレータの技術的意義を説明する図 第２実施形態の照明光学系の概略図 フライアイ光学系の概略図 第２実施形態における合成部、光伝達部の概略図 第３実施形態の照明光学系の概略図 第３実施形態における光伝達部の概略図 ロッドインテグレータの概略図 第４実施形態による露光装置の概略図 照度ムラセンサのスリットスキャン図 照度ムラの補正方法を表す図 従来技術の照明光学系の概略図

以下、本発明の実施形態について図面等を参照して説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態の照明光学系について図１を用いて説明する。本実施形態の照明光学系１０は、複数の光源から射出された光束を使用して被照明面を照明する照明光学系であって、例えば、露光装置に搭載される。照明光学系１０は、複数（３つ）の光源部５０から射出された光束を被照明面であるパターンが形成されたマスク（原版）３４へ導く。照明光学系１０は、第１ロッド光学系１５、第１光学系１７、第２ロッド光学系１９、合成光学系２１、第３ロッド光学系２３、光伝達部２５、第４ロッド光学系２７、結像光学系４０、スリット３２、第４光学系３３およびマスク３４により構成されている。結像光学系４０は、第２光学系２９、開口絞り３０、第３光学系３１により構成される。光源１２には、高圧水銀ランプを用いている。３つの光源部５０は、光源１２と楕円ミラー１３をそれぞれ含む。光源１２はこのほかキセノンランプやエキシマレーザーなどを用いることもできる。楕円ミラー１３は、光源１２から射出された光を集光するための集光光学系であり、楕円形状の一部を用いた形状をしており、光源１２は楕円の焦点位置の一方に配置している。光源１２から射出されて、楕円ミラー１３で反射した光は、楕円のもう一方の焦点位置に集光する。本実施形態では、第１ロッド光学系１５の入射面１４が楕円のもう一方の焦点位置に配置させている。

第１ロッド光学系１５は、例えば、図２の２Ｃのような断面が六角形であるロッドインテグレータであり、合成石英等で作ることができる。第１ロッド光学系１５に入射した光束は、第１ロッド光学系１５内部を透過する間に、内面で複数回反射して、射出面１６に至る。その結果、例えば入射面１４における光強度分布が不均一であっても、複数回反射することにより均一化され、射出面１６上では、光束は一様な光強度分布になる。第１ロッド光学系１５には六角柱の代わりに、図２の２Ａのように断面が円形、２Ｂのように断面が四角形、２Ｄのように断面が八角形であるロッドインテグレータを用いてもよい。射出面１６から射出した光束は第１光学系１７により、第２ロッド光学系１９の入射面１８に導かれる。このとき第１光学系１７は、入射面１８が射出面１６の実質的にフーリエ変換面となるように配置されている。第２ロッド光学系１９は、例えば断面が四角形である四角柱のロッドインテグレータであり、合成石英等で作ることができる。第２ロッド光学系１９に入射した光束は、第２ロッド光学系１９内部を透過する間に、内面で複数回反射して、射出面２０に至る。その結果、例えば入射面１８における光強度分布が不均一であった場合でも、複数回反射することにより均一化され、射出面２０上では、光束は一様な光強度分布になっている。

３つの光源部５０からの光束は２つのプリズムで構成された合成光学系２１により光束の断面形状が互いに隣接するように合成され、第３ロッド光学系２３の入射面２２に入射する。第３ロッド光学系２３は、例えば断面が四角形である四角柱のロッドインテグレータであり、合成石英等で作ることができる。第３ロッド光学系２３に入射した光束は、第３ロッド光学系２３内部を透過する間に、内面で複数回反射して、射出面２４に至る。例えば、３つの光源部５０のそれぞれから入射面２２に入射した光束の光強度が異なっていた場合、入射面２２における光強度分布は不均一である。しかし、第３ロッド光学系２３内を複数回反射することにより均一化され、射出面２４上では、光束は一様な光強度分布になっている。

射出面２４を射出した光束は、光伝達部２５に入射する。光伝達部２５は、図３に示すように、複数のライトパイプと偏向プリズムを光学的に継ぎ合せた構成をしている。図３の３Ａの斜線模様部は入射面２４を、３Ｂの斜線模様部は射出面２６を表しており、合成光学系２１により合成された光束を入射面２４で複数（８つ）の光束に分割する。分割された各光束は、光学的に継ぎ合された複数のライトパイプと偏向プリズムによって光伝達部２５内の８つの異なる経路を通過させられて、射出面２６まで伝達される。８つの経路それぞれに配置されるライトパイプの総数と偏向プリズムの総数は等しく、分割された８つの光束の光伝達部内における光路長が互いに等しくされている。分割された８つの光束の集合体の射出面２６における断面形状が入射面２４における断面形状と異なるように、８つの光束が射出面２６で集合される。本実施形態では、図３の３Ａ、３Ｂに示すように、８つの光束の集合体の入射面２４における断面形状は四角形であり、射出面２６における断面形状は略円弧形となっている。なお、光伝達部２５の周りは空気が覆っており、使用する光の波長が２００ｎｍ〜５００ｎｍ、ライトパイプと偏向プリズムが石英であるとすると、入射面２４に入射する光束はその入射角度にかかわらず、光伝達部２５の内面で全反射する。仮に、光伝達部２５を保持するため、光伝達部２５の一部にメカニックな接触が起こる可能性がある場合は、ライトパイプと偏向プリズムの側面に石英よりも低い屈折率である薄膜を施すことにより、部分的に全反射を保つことが可能である。ただし光伝達部２５における光の透過面については、反射防止膜を付加し、ライトパイプと偏向プリズムがお互いに接触しないようにすることが望ましい。

図３の３Ｃは光伝達部２５の１つの光束の伝達路６０を表している。図３の３Ｃに示すようにライトパイプと偏向プリズムの間の透過部６１は接触を避けるために数十μｍ〜数百μｍほど隙間を開けている。また、面６２は偏向プリズムの反射面であり、反射膜を施している。面６３にはそれぞれ、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）による厚みが１０μｍ程度の薄膜が着けられている。このほか面６３にはＬｉＦ（フッ化リチウム）やＣａＦ_２（フッ化カルシウム）等のフッ化物系薄膜などを用いることができる。例えば、波長３００ｎｍ〜５００ｎｍの領域ではＭｇＦ膜の屈折率は約１．４６０〜１．４７６程度である。空気の屈折率を約１とすると、入射面２４に２７．４５度以内で入射する光は波長３００ｎｍ〜５００ｎｍにおいて全反射させることができる。

射出面２６から射出した光束は第４ロッド光学系２７に入射する。第４ロッド光学系２７は、図４に示すように、入射面８１と射出面８２が同一円弧形状のロッドインテグレータである。光伝達部２５の射出面２６から出た光束は均一に分布していることが望ましい。しかし、例えば図３の３Ａに示す光伝達部２５の各伝達路６０と７０は隣接して配置されているが、実際に光伝達部２５を保持したとき、図３の３Ｂの位置７１に隙間ができる可能性がある。この場合、射出面２６において筋状に照明光が抜けた状態(筋ムラ)が生じてしまい、この筋ムラは、例えば露光装置においてある特定の位置における露光ムラとなりえる。筋ムラを低減させるために、第４ロッド光学系２７をその入射面８１が光伝達部２５の射出面２６付近にくるよう配置する。

第４ロッド光学系２７の入射面８１に入射した光束は、第４ロッド光学系２７の内面で複数回反射し、射出面８２に至る。第４ロッド光学系２７の内面を複数回反射することにより、光束の光強度分布は射出面８２で均一化される。これにより光伝達部２５の射出面２６に生ずる筋ムラを、第４ロッド光学系２７の射出面８２では低減させることができる。第４ロッド光学系２７の射出面８２を射出した光束は、第２光学系２９、開口絞り３０、第３光学系３１を通過してスリット３２に至る。第２光学系２９は、開口絞り３０の位置が第４ロッド光学系２７の射出面８２の実質的にフーリエ変換面となるように配置している。また、第３光学系３１は、スリット３２の位置が開口絞り３０の位置の実質的にフーリエ変換面となるように配置している。このとき第４ロッド光学系２７の射出面８２とスリット３２の位置は光学的に共役な位置となる。

スリット３２を通過した光束は、第４光学系３３を通過して被照明面であるマスク３４に至る。第４光学系３３は、スリット３２の位置とマスク３４の位置が光学的に共役となるように２組の凹面ミラーと２組の平面ミラーにより構成されている。本実施形態のスリット３２は、図５の５Ａに示すような円弧形状の開口をもつ。スリット３２は、円弧形状の透過部９１と遮光部９２を有する。なお、透過部９１は、場所ごとにスリットの幅を変えることができるような構造をしている。透過部９１を通過した光を使用して、スリット３２の位置と共役な位置であるマスク３４上の円弧領域を照明することができる。

本実施形態では、複数の光源１２から射出された光束を合成してマスク３４を照明する際に、各光源間の出力差で生ずるマスク３４での照度ムラを低減するために、第３ロッド光学系２３、第４ロッド光学系２７を配置させている。生ずる照度ムラを低減させるためには第３ロッド光学系２３、第４ロッド光学系２７の光の進行方向の長さを長くすることが必要である。しかし、本実施形態の照明光学系１０では、光源１２ごとに第１ロッド光学系１５を配置させることにより、入射面２２において各光源からの光束を個別に均一化するため、第３ロッド光学系２３を短くすることができる。その原理について図６を用いて説明する。

図６の６Ａは、長さＬ、断面の一辺がｄである四角柱のロッドインテグレータの内部を透過する光を表しており、一点鎖線で示しているのが光軸とする。今、四角柱ロッドインテグレータの始端面から光軸から角度θだけ傾いて光が進行したとする。この光線は図のように四角柱のロッドインテグレータの長さ（Ｌ／２）の位置で内面を反射し、ロッドインテグレータの終端面に到達する。一方、６Ｂは、断面の一辺が（ｄ／３）である四角柱のロッドインテグレータの内部を透過する光を表しており、四角柱のロッドインテグレータの始端面から光軸から角度θだけ傾いて光が進行したとする。この光線は四角柱のロッドインテグレータの長さ（Ｌ／６）の位置で内面を反射し、以後（Ｌ／３）ごとに反射を繰り返す。最終的に長さＬのロッドインテグレータの終端面までに内面を３回反射する。

ロッドインテグレータを光の均一化の目的で用いる場合、ロッドインテグレータの始端面から終端面までに、光線を複数回反射させるように光の進行方向の長さを決める。反射回数が多ければ多いほど均一化効果は高くなる。なので、６Ａと６Ｂを比べた場合、６Ｂの方が均一化効果は高くなる。言い換えると、６Ａと同程度の均一化を達成するには、６Ｃのよう断面の一辺が（ｄ／３）で長さが（Ｌ／３）のロッドインテグレータで十分である。

本実施形態の照明光学系１０のように、光源ごとに第１ロッド光学系１５を配置させ、光束を合成し第３ロッド光学系２３に導いた場合、合成前に光源ごとに光束が部分的に均一化されているので、第３ロッド光学系２３は短くてもよい。また、前記原理により、第１ロッド光学系１５のロッド幅は、第３ロッド光学系２３のロッド幅の（１／３）程度であるので、第１ロッド光学系１５内で均一化をした方が、総ロッド長を短くすることができる。

また、前記のように、本実施形態では、第１ロッド光学系１５の入射面１４が楕円のもう一方の焦点位置に配置させて、光強度分布の均一化を図っている。例えば、本実施形態の照明光学系１０を露光装置に搭載した場合、前記の均一化された光束の強度分布が有効光源分布となる。有効光源分布は露光装置の結像性能に深くかかわるパラメータである。投影露光するパターンによって、均一な光強度分布の方が好ましい場合があるので本実施形態では光強度分布を均一化するために第１ロッド光学系１５を用いている。しかし、第１ロッド光学系１５がない場合でも、照明光学系として利用することができる。その場合は本実施形態の入射面１４と射出面１６が一致するように照明光学系を構成すればよい。

本実施形態における第１光学系１７、結像光学系４０を構成する光学素子の個数や配置は、あくまで一例であって、これに限定される事項ではない。また、これまで本実施形態で特に言及していない光学素子の透過面には反射防止膜、ミラーには反射膜が着けられている。また、本実施形態では、マスク３４を照明する照明領域が円弧形状の場合について説明をしたが、特に照明領域は円弧領域に限定されない。

［第２実施形態］
第２実施形態の照明光学系の構成について図７を用いて説明する。第２実施形態の照明光学系１００では、照明領域が例えば矩形形状であり、２つの光源部５０から射出された光束を照射対象物であるパターンが形成されたマスク（原版）３４へ導く。照明光学系１００は、フライアイ光学系１０１、第１光学系１０３、合成光学系１０５、光伝達部１０７、ロッド光学系１０９、スリット１１０、結像光学系４０およびマスク３４により構成される。

図８はフライアイ光学系１０１を表す図である。図８に示すようにフライアイ光学系１０１は、多数の平凸レンズを平面状に張りあわせた２つのレンズ群１３０、１３１により成る。レンズ群１３０、１３１を構成する１つ１つの平凸レンズの焦点位置に対となる平凸レンズがあるように曲率面を向かい合わせて配置されている。このようなフライアイ光学系１０１を用いることにより、フライアイ光学系１０１の射出面１０２位置には光源１２と等価な多数の二次光源分布が形成される。フライアイ光学系１０１の射出面１０２から射出した光束は第１光学系１０３により、合成光学系１０５の入射面１０４に導かれる。このとき第１光学系１０３は、入射面１０４が射出面１０２の実質的にフーリエ変換面となるように配置する。射出面１０２の位置では多数の二次光源分布が形成されているので、合成光学系１０５の入射面１０４における光束の光強度分布は均一化され、入射面１０４上で一様な光強度分布となる。

次に図９を用いて、合成光学系１０５と光伝達部１０７の配置について説明する。図９の９Ａに示すように、各光源１２から射出された光束は２つのプリズムを用いた合成光学系１０５により合成され光伝達部１０７に入射する。このとき、２つの光源部５０の光軸１４０、１４１が一致しないように２つのプリズムを配置している。光伝達部１０７は、９Ｂ、９Ｃに示すように、複数のライトパイプと偏向プリズムをつなぎ合わせた構成をしている。９Ｂの斜線模様部は光軸が１４０の光源部５０からきた光束が入射する領域、ドット模様部は光軸が１４１の光源部５０からきた光束が入射する領域を示している。９Ａの斜線模様部およびドット模様部に入射した光束はそれぞれ４分割され、分割された領域ごとに光伝達部１０７内の異なる経路を通過させて、９Ｃのように射出面１０８では入射面１０６とは異なる断面形状に変換させている。９Ｃに示すように、光伝達部１０７は、射出面１０８において、光軸１４０の光束から分割された光束が通過する領域（ドット表示部分）の間に光軸１４１の光束から分割された光束が通過する領域（ハッチ表示部分）が位置するようにする。光伝達部１０７は、図９Ｃに示されるようにドット表示部分とハッチ表示部分とが規則的に配置されるように、入射面１０６で分割された光束を射出面１０８で集合させることができる。

射出面１０８から射出した光束はロッド光学系１０９に入射する。ロッド光学系１０９には例えば四角柱のロッドインテグレータを用いる。ロッド光学系１０９に入射した光束は、ロッド光学系１０９の内面で複数回反射し、スリット１１０に至る。ロッド光学系１０９の内面を複数回反射することにより、光伝達部１０７の射出面１０８に光の強度ムラが存在した場合でも、スリット１１０においては均一な光強度分布が得られる。スリット１１０を射出した光束は結像光学系４０によりマスク３４に導かれる。このときスリット１１０位置とマスク３４が光学的に共役な位置となるように結像光学系４０を配置する。図５の５Ｂは本実施形態に用いるスリット１１０を表している。スリット１１０は透過部１６１と遮光部１６２を有する。矩形形状の透過部１６１を通過した光束を用いて、スリット１１０位置と共役な位置であるマスク３４上の矩形領域を照明することができる。

本実施形態では、複数の光源１２から射出された光束を合成してマスク３４を照明する際に、各光源間の出力差で生ずるマスク３４での照度ムラを低減するために、ロッド光学系１０９を配置させている。生ずる照度ムラを低減させるためにはロッド光学系１０９の光の進行方向の長さを長くすることが必要である。しかし、本実施形態の照明光学系のように、各光源から分割された光束の通過する領域が、光伝達部１０７の射出面１０８で交互に配列されるようにすることで、ロッド光学系１０９の光の進行方向の長さを短くすることができる。これにより、コンパクトな構成により、マスク３４を均一に照明することができる。本実施形態における第１光学系１０３、結像光学系４０を構成する光学素子の個数や配置は、あくまで一例であって、これに限定される事項ではない。また、これまで本実施形態で特に言及していない光学素子の透過面には反射防止膜、ミラーには反射膜が着けられている。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る照明光学系の構成について図１０を用いて説明する。照明光学系２００は、光伝達部２０２、第３ロッド光学系２０７、拡大光学系２４０、スリット３２、結像光学系３３およびマスク３４により構成される。拡大光学系２４０は第２光学系２０５、開口絞り３０、第３光学系２０６により構成される。拡大光学系２４０は、第３ロッド光学系２０７の射出面で射出される光束の断面形状を被照明面と光学的に共役の位置にあるスリット３２で大きくなるように拡大する。光源部５０より射出された光束は図１１の１１Ａに示す光伝達部２０２の入射面（ハッチ表示部分）２０１に入射する。光束は、入射面２０１で７分割され、分割された領域ごとに光伝達部２０２内の異なる経路を通過させて、１１Ｂのように射出面２０３では入射面２０１とは異なる断面形状に変換されている。本実施形態では、図１１の１１Ａ、１１Ｂのように、入射面２０１における光束の集合体の断面形状は四角形、射出面２０３における光束の集合体の断面形状は略円弧形となっている。

第３ロッド光学系２０７の入射面２０３に入射した光束は、第３ロッド光学系２０７の内面で複数回反射し、射出面２０４に至る。第３ロッド光学系２０７の射出面２０４を射出した光束は、第２光学系２０５、開口絞り３０、第３光学系２０６を通過してスリット３２に至る。第２光学系２０５は、開口絞り３０の位置が第３ロッド光学系２７の射出面２０４の実質的にフーリエ変換面となるように配置している。また、第３光学系２０６は、スリット３２の位置が開口絞り３０の位置の実質的にフーリエ変換面となるように配置している。このとき第３ロッド光学系２０７の射出面８２とスリット３２の位置は光学的に共役な位置である。射出面２０４における光束の断面形状が被照明面と光学的に共役の位置にあるスリット３２で大きくなるように、第２光学系２０５と第３光学系２０６を構成する各光学素子を配置する。

本実施形態の場合、射出面２０４における光束の円弧形状の断面形状を２倍に拡大して、スリット３２に写像するような構成になっている。スリット３２を通過した光束は、第４光学系３３を通過して被照明面であるマスク３４に至る。第４光学系３３は、スリット３２の位置とマスク３４の位置が光学的に共役となるように配置されている。本実施例では、図５の５Ａに示すような円弧形状の開口をもつスリット３２を用いる。これによりスリット３２の位置と共役な位置であるマスク３４上の円弧領域を照明することができる。

本実施形態では、光源１２から射出された光束をマスク３４に照明する際に、マスク３４での照度ムラを低減するために、第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７を配置させている。生ずる照度ムラを低減させるためには第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７の光の進行方向の長さを長くすることが必要である。しかし、本実施形態のように、射出面２０４における光束の断面形状をスリット３２で拡大するように第２光学系２０５と第３光学系２０６を構成することで、第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７の光の進行方向の長さを短くすることができる。

拡大光学系２４０を配置することで第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７の光の進行方向の長さを短くすることができる原理を下記にて説明する。図１２の１２Ａは、長さＬ、断面の一辺がｄである四角柱ロッドインテグレータの中部を透過する光を表しており、一点鎖線で示しているのが光軸とする。今、四角柱ロッドインテグレータの始端面から光軸から角度θだけ傾いて光が進行したとする。この光線は図のように四角柱ロッドインテグレータの長さ（Ｌ／２）の位置で内面を反射し、四角柱ロッドインテグレータの終端面に到達する。一方、１２Ｂは、断面の一辺が（ｄ／２）である四角柱ロッドインテグレータの内部を透過する光を表し、四角柱ロッドインテグレータの始端面から光軸から角度２θだけ傾いて光が進行したとする。この光線は四角柱ロッドインテグレータの長さ（Ｌ／８）の位置で内面を反射し、以後（Ｌ／４）ごとに反射を繰り返す。最終的に長さＬの四角柱ロッドインテグレータの終端面までに内面を４回反射する。

ロッドインテグレータを光束の光強度分布の均一化の目的で用いる場合、ロッドインテグレータの始端面から終端面までに、光線を複数回反射させるように光の進行方向の長さを決める。反射回数が多ければ多いほど均一化効果は高くなる。そのため、１２Ａと１２Ｂを比べた場合、１２Ｂの方が均一化効果は高くなる。言い換えると、１２Ａと同程度の均一化を達成するには、１２Ｃのように断面の一辺が（ｄ／２）で長さが（Ｌ／４）のロッドインテグレータで十分である。ところで、本実施形態の照明光学系２００には、第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７の後に倍率が２倍の拡大光学系２４０が配置されている。照明光学系内でヘルムホルツ＝ラグランジュ量は一定に保たれるの。そこで、拡大光学系２４０がない場合に比べて、第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７内を通過する光の光軸からの角度は２倍に、ロッドインテグレータの断面の１方向の長さは（１／２）になる。図１２で説明した内容を踏まえると、拡大光学系２４０を用いることにより、第２ロッド光学系１９、第３ロッド光学系２０７の均一化効果を保ったまま、光の進行方向の長さを（１／４）程度に短くすることができることがわかる。

本実施形態における第１光学系１７、第２光学系２０５、第３光学系２０６、第４光学系３３の各光学素子の個数や配置はあくまで一例であって限定される事項ではない。また、これまで本実施形態で特に言及していない光学素子の透過面には反射防止膜、ミラーには反射膜が着けられている。

［露光装置］
図１３を用いて、露光装置の一例を説明する。露光装置４００は、照明光学系１０と、原版を保持する原版ステージ３００と、基板を保持する基板ステージ３０２と、原版のパターンを基板の上に投影する投影光学系３０１、照度ムラセンサ３０４を備え、原版と基板とを同期走査させることで基板を露光する。投影光学系３０１は、例えば、物体面から像面に至る光路において、第１凹反射面、凸反射面、第２凹反射面が順に配列された投影光学系でありうる。また、照明光学系１０は実施形態２、３に記述した照明光学系１００、２００に代替させて用いることも可能である。照明光学系１０のスリット３２は円弧形状の開口を持ち、円弧位置ごとにスリットの幅を変えることができるような構造をしている。照度ムラセンサ３０４は図１３のようにスリット３０３と複数の光学素子とセンサ３０５により構成されている。

図１４のように基板ステージ３０２に結像する光の領域４０１に対し、スリット３０３をスキャンさせる。このとき、領域４０１に結像する光のうち、スリット３０３の開口部３０６に結像した光のみが、照度ムラセンサ３０４内に入射する。照度ムラセンサ３０４内に入射した光は複数の光学素子によりセンサ３０５に導かれ、センサ３０５に到達する。スリット３０３を１４Ａの矢印の方向にスキャンさせながら、センサ３０５に到達する光のエネルギーを読み取ることで、領域４０１内の場所ごとの照度を計測でき、照度ムラを算出することができる。

照度ムラがあった場合、スリット形状が調整可能なスリット３２の開口幅を調節することで、低減することができる。例えば、照度ムラセンサ３０４により、図１５の１５Ａのように、円弧の中心では照度が高く、円弧の外側に向けて、照度が低くなっているような照度ムラを計測したとする。この場合、１５Ｂのように、円弧の中心に比べて円弧の外側に向けて、スリット３２の開口幅を広げるようにスリット形状を調整することで、照度ムラセンサ３０４のセンサ３０５に入射する光の照度を円弧の場所に依らず、一定値にすることができる。

［デバイス製造方法］
次に、デバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。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。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (8)

1. 複数の光源から射出された光束を使用して被照明面を照明する照明光学系であって、
   １つの前記光源から射出された光の強度分布を均一化する１つのロッドインテグレータを、前記複数の光源のそれぞれについて有する複数のロッドインテグレータと、
   前記複数のロッドインテグレータから射出された複数の光束をそれらの断面において互いに隣接するように合成する合成光学系と、
   入射面及び射出面を有し、前記合成光学系により合成された光束を前記入射面で複数の光束に分割し、該分割された複数の光束の集合体の前記射出面における断面形状が前記入射面における断面形状と異なるように前記分割された複数の光束を前記射出面で集合させ、前記分割された複数の光束のそれぞれを、光学的に継ぎ合された複数のライトパイプによって前記入射面から前記射出面まで伝達する光伝達部と、を備える、ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記合成光学系から射出された光束の強度分布を均一化して前記光伝達部に射出するロッドインテグレータをさらに備える、ことを特徴とする請求項１の照明光学系。
3. 複数の光源から射出された光束を被照明面に導く照明光学系であって、
   前記複数の光源から射出された複数の光束をそれらの断面において互いに隣接するように合成する合成光学系と、
   入射面及び射出面を有し、前記合成光学系により合成された光束を前記入射面で複数の光束に分割し、該分割された複数の光束の集合体の前記射出面における断面形状が前記入射面における断面形状と異なるように前記分割された複数の光束を前記射出面で集合させ、前記分割された複数の光束のそれぞれを、前記入射面及び前記射出面の間で光学的に継ぎ合された複数のライトパイプによって前記入射面から前記射出面まで伝達する光伝達部と、を備え、
   前記射出面において、ある１つの光源からの光束から分割された２つの光束が通過する領域の間に他の光源からの光束から分割された光束が通過する領域が位置するように、前記光伝達部が構成される、ことを特徴とする照明光学系。
4. 前記ある１つの光源からの光束から分割された光束が通過する領域と、前記他の光源からの光束から分割された光束が通過する領域と、が交互に配列されるように前記光伝達部が構成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記被照明面に対してフーリエ変換の関係となる面に配置された開口絞りをさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記被照明面と光学的に共役な位置に配置された、スリット形状が調整可能なスリットをさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 被照明面としてのマスクを照明する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の照明光学系と、
   前記照明光学系によって照明されたマスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   を有し、前記基板を露光する露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、を含むデバイス製造方法。

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