JPWO2007111146A1 - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

アキシコン系を用いて照明瞳面に形成される光強度分布の外形形状を変化させても、ほぼ所望のプロファイルを維持することのできる照明光学装置。光源（１）からの光に基づいて被照射面（Ｍ）を照明する本発明の照明光学装置は、一対のプリズム（６ａ、６ｂ）の光軸（ＡＸ）に沿った間隔を変化させて照明瞳面（８ａ）における光強度分布を変化させるためのプリズム系（６）と、プリズム系と被照射面との間の光路中に配置されて、一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化に応じて光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズ（４ｂ）とを備えている。

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子のようなデバイスをリソグラフィー工程で製造するのに使用される露光装置に好適な照明光学装置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束が、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（またはマイクロレンズアレイ）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。二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。

マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

従来、フライアイレンズの後側焦点面に円形形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ（σ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる変形照明技術が注目されている（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００２−２３１６１９号公報

特許文献１では、例えば輪帯照明に際して、一対のプリズム部材からなる円錐アキシコン系を用いて、フライアイレンズの入射面（照明瞳面）に形成される輪帯状の照野（輪帯状の光強度分布）の外形形状（輪帯比など）を変化させ、ひいてはフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の形成される輪帯状の二次光源の外形形状を変化させている。一方、最近の露光装置では、例えば輪帯照明においてσ値を１に近づけた高σ状態で露光を行うことが要望されている。

しかしながら、輪帯照明に際して円錐アキシコン系中の一対のプリズム部材を互いに離間させると、照明瞳面（ひいては投影光学系の瞳面）に形成される輪帯状の光強度分布のプロファイル（断面形状）が、理想的なトップハット形状とは異なり周辺が崩れた形状になる。この場合、投影光学系の瞳面に形成される輪帯状の光強度分布のうち、外周辺部分の光が投影光学系の瞳面の開口を通過することなく遮られて迷光になり、投影光学系の結像性能が低下する恐れがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、アキシコン系を用いて照明瞳面に形成される光強度分布の外形形状を変化させても、ほぼ所望のプロファイルを維持することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ほぼ所望のプロファイルを維持しつつ照明瞳面に形成される光強度分布の外形形状を変化させる照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる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、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
一対のプリズムを有し、該一対のプリズムの光軸に沿った間隔を変化させて照明瞳面における光強度分布を変化させるためのプリズム系と、
前記プリズム系と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化に応じて光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズとを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面に達する主光線の光軸に対する傾きを調整するための調整系と、
前記調整系の調整に応じて前記照明瞳面における光強度分布の形状を整形するために、光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズとを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第３形態では、投影光学系を介して所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
照明瞳での光強度分布を変化させる光学系と、
前記投影光学系の開口絞りの開口部の大きさを超えないように、前記光学系により形成される前記照明瞳での光強度分布を整形する整形部材とを有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第４形態では、所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
照明瞳での光強度分布を変化させる光学系と、
前記光学系により形成される前記照明瞳での光強度分布のぼけを補正する補正部材とを有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第５形態では、投影光学系を介して所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
前記基板上での主光線の傾きを調整する調整光学系と、
前記投影光学系の開口絞りの開口部の大きさを超えないように、前記調整光学系の調整に応じて前記照明瞳での光強度分布を整形する整形部材とを有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第６形態では、第１形態、第２形態、第３形態、第４形態または第５形態の照明光学装置を備え、該照明光学装置により照明された所定のパターンを感光性基板に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７形態では、第６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、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像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。

本発明の照明光学装置では、例えばアキシコン系中の一対のプリズムの光軸に沿った間隔を変化させて、照明瞳面における光強度分布の外形形状を変化させるとともに、一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化に応じて、１つまたは複数の可動レンズを光軸方向に移動させることにより、照明瞳面における光強度分布のプロファイル（断面形状）を整形する。

すなわち、本発明の照明光学装置では、アキシコン系を用いて照明瞳面に形成される光強度分布の外形形状を変化させても、ほぼ所望のプロファイルを維持することができる。また、本発明の露光装置では、ほぼ所望のプロファイルを維持しつつ照明瞳面に形成される光強度分布の外形形状を変化させる照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

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。 円錐アキシコン系の当接状態において照明瞳面で得られる光強度分布を説明する図である。 円錐アキシコン系の離間状態において照明瞳面で得られる光強度分布を説明する図である。 （ａ）は円錐アキシコン系の当接状態に対応してほぼ所望のプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が投影光学系の瞳面に形成される様子を、（ｂ）は円錐アキシコン系の離間状態に対応して周辺の崩れたプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が投影光学系の瞳面に形成される様子を示している。 円錐アキシコン系の動作に応じてアフォーカル光学系中の後側レンズ群を移動させて照明瞳面に形成される光強度分布のプロファイルを整形する様子を示す図である。 マイクロフライアイレンズの移動に応じてアフォーカル光学系中の後側レンズ群を移動させて照明瞳面に形成される光強度分布のプロファイルを整形する様子を示す図である。 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フローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
３ 回折光学素子
４ アフォーカルレンズ
６ 円錐アキシコン系
７ ズームレンズ
８ マイクロフライアイレンズ
９ コンデンサー光学系
１０ マスクブラインド
１１ 結像光学系
２０ 制御部
２１〜２３ 駆動部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１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１から射出された光は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大され、輪帯照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカル光学系４に入射する。

アフォーカル光学系４は、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とがほぼ一致するように設定された無焦点光学系である。後述するように、アフォーカル光学系４中の後側レンズ群４ｂは、光軸ＡＸに沿って一体的に移動可能に構成されている。光軸方向に沿った後側レンズ群４ｂの一体的な移動は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動部２１により行われる。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。

具体的には、輪帯照明用の回折光学素子３は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカル光学系４の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカル光学系４から射出される。前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中において、アフォーカル光学系４の瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系６が配置されている。円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。

アフォーカル光学系４を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ（変倍光学系）７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）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８は、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からなる光学素子である。マイクロフライアイレンズ８は、必要に応じて、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。マイクロフライアイレンズ８の光軸方向の移動は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動部２２により行われる。

一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば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る。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、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。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

所定面５の位置はズームレンズ７の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面５とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカル光学系４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。

したがって、マイクロフライアイレンズ８の入射面（照明瞳面）には、アフォーカル光学系４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野（輪帯状の光強度分布）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。マイクロフライアイレンズ８を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。

マイクロフライアイレンズ８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、その後側焦点面またはその近傍には、入射光束によって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。マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、マイクロフライアイレンズ８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１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１１の集光作用を受けた後、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。すなわち、結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。

円錐アキシコン系６は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系６中の第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとの光軸ＡＸに沿った間隔の変化は、制御部２０からの指令に基づいて動作する駆動部２３により行われる。

以下、輪帯状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系６の作用およびズームレンズ７の作用を説明する。ここで、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状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６は平行平面板として機能し、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プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。

ズームレンズ７は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、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、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、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、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。

上述したように、図２に示す状態、すなわち第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している当接状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能する。円錐アキシコン系６の当接状態では、円錐アキシコン系６とアフォーカル光学系４との合成系の瞳位置（図中矢印Ｆ１で示す位置）とマイクロフライアイレンズ８の入射面（照明瞳面）８ａとが光学的に共役であり、図中右端に模式的に示すように、トップハット形状に近いほぼ所望のプロファイル（断面形状）を有する輪帯状の光強度分布が照明瞳面８ａに形成される。換言すれば、照明瞳面８ａには、光強度分布の断面形状の両端部がほぼ垂直な形状に形成される。

一方、図３に示すように、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させた離間状態では、円錐アキシコン系６中の光路長が当接状態から変化する。すなわち、円錐アキシコン系６の離間状態では、円錐アキシコン系６とアフォーカル光学系４との合成系の瞳位置（図中矢印Ｆ２で示す位置）とマイクロフライアイレンズ８の入射面８ａとの共役関係が成立しなくなり、図中右端に模式的に示すように、トップハット形状とは異なり周辺の崩れたプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が照明瞳面８ａに形成される。換言すれば、マイクロフライアイレンズ８の入射面８ａ（照明瞳面）に形成される瞳像（光強度分布）がディフォーカスしてぼける。この結果、入射面８ａには、周辺が崩れたプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が形成されることになる。

こうして、円錐アキシコン系６の当接状態では、図４（ａ）に模式的に示すように、トップハット形状に近いほぼ所望のプロファイルを有する輪帯状の光強度分布４１が、投影光学系ＰＬの瞳面に形成される。この場合、σ値を１に近づけた高σ状態に設定しても、投影光学系ＰＬの瞳面に形成された輪帯状の光強度分布４１内の光が、投影光学系ＰＬの瞳面の開口ＡＳ（投影光学系ＰＬの瞳面に配置された開口絞りの開口部）により遮られることがない。ここで、輪帯状の光強度分布４１のプロファイルがトップハット形状であれば、σ値は輪帯状の光強度分布４１の外径φｏに基づいて規定される。

これに対し、円錐アキシコン系６の離間状態では、図４（ｂ）に模式的に示すように、周辺の崩れたプロファイルを有する輪帯状の光強度分布４２が、投影光学系ＰＬの瞳面に形成される。この場合、σ値を１に近づけた高σ状態に設定すると、投影光学系ＰＬの瞳面に形成された輪帯状の光強度分布４２のうち、外周辺部分（図中黒塗りの部分）４２ａの光が投影光学系ＰＬの瞳面の開口ＡＳ（投影光学系ＰＬの瞳面に配置された開口絞りの開口部）を通過することなく遮られて迷光になり、投影光学系ＰＬの結像性能が低下する恐れがある。輪帯状の光強度分布４２のプロファイルが周辺の崩れた形状であるため、σ値は輪帯状の光強度分布４２の実効的な外径φｏ’に基づいて規定される。

本実施形態では、図５に示すように、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させて照明瞳面８ａに形成される輪帯状の光強度分布の外形形状を変化させる場合、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとの光軸ＡＸに沿った間隔の変化に応じて、アフォーカル光学系４中の後側レンズ群４ｂを光軸ＡＸに沿って一体的に移動させる。具体的には、円錐アキシコン系６とアフォーカル光学系４との合成系の瞳位置（図中矢印Ｆ３で示す位置）とマイクロフライアイレンズ８の入射面８ａとの共役関係が維持されるように、後側レンズ群４ｂを光軸ＡＸに沿って図中矢印Ｆ４で示す元の位置から図中矢印Ｆ５で示す位置へ移動させる。すなわち、後側レンズ群４ｂを図中矢印Ｆ５で示す位置へ移動させることにより、マイクロフライアイレンズ８の入射面８ａ（照明瞳面）にフォーカスされた瞳像（光強度分布）が形成され、その結果、トップハット形状に近い輪帯状の光強度分布が形成されることになる。

こうして、後側レンズ群４ｂの光軸方向の移動により照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルが整形され、図５の右端に模式的に示すように、円錐アキシコン系６の離間状態においても当接状態と同様に、トップハット形状に近いほぼ所望のプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が照明瞳面８ａに形成される。その結果、図４（ａ）に模式的に示すようなトップハット形状に近いほぼ所望のプロファイルを有する輪帯状の光強度分布が投影光学系ＰＬの瞳面に形成されるので、σ値を１に近づけた高σ状態に設定しても、この輪帯状の光強度分布内の光が投影光学系ＰＬの瞳面の開口ＡＳ（投影光学系ＰＬの瞳面に配置された開口絞りの開口部）により遮られることがない。このように、後側レンズ群４ｂの移動により、照明瞳面８ａでの光強度分布の断面形状の両端部がほぼ垂直に整形されるため、迷光を防止することができる。

以上のように、本実施形態の照明光学装置（１〜１１）では、円錐アキシコン系６を用いて照明瞳面８ａに形成される輪帯状の光強度分布の外形形状を変化させても、後側レンズ群４ｂ等のように照明瞳での光強度分布を整形する整形部材（または照明瞳での光強度分布のぼけを補正する補正部材）によって、この輪帯状の光強度分布のプロファイルをほぼ所望の形状に維持することができる。また、本実施形態の露光装置（１〜ＰＬ）では、ほぼ所望のプロファイルを維持しつつ照明瞳面８ａに形成される光強度分布の外形形状を変化させる照明光学装置（１〜１１）を用いて、適切な照明条件のもとで良好な投影露光を行うことができる。

ところで、本実施形態において、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティが良好でなく、ウェハＷに達する主光線が光軸ＡＸに対して傾いていると、マスクＭのパターンをウェハＷ上に忠実に転写することが困難である。この場合、図６に示すように、図中矢印Ｆ６で示す本来の瞳共役位置から図中矢印Ｆ７で示す位置へ光軸ＡＸに沿ってマイクロフライアイレンズ８の入射面８ａを移動させることにより、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れ、特に倍率テレセン成分（ウェハＷ上で像高が大きくなるにつれて主光線の傾斜が大きくなるようなテレセントリシティの崩れ成分）を調整（補正）することができる。

ただし、マイクロフライアイレンズ８の入射面８ａを本来の位置Ｆ６から光軸方向に移動させると、図３に示す円錐アキシコン系６の離間状態と同様に、円錐アキシコン系６とアフォーカル光学系４との合成系の瞳位置とマイクロフライアイレンズ８の入射面８ａとの共役関係が成立しなくなり、図３の右端に示すような周辺の崩れたプロファイルを有する輪帯状の光強度分布がマイクロフライアイレンズ８の入射面（照明瞳面）８ａに形成される。

本実施形態では、図６に示すように、マイクロフライアイレンズ８の入射面８ａを本来の瞳共役位置Ｆ６から移動させて投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整する場合、マイクロフライアイレンズ８の光軸方向の移動に応じて、後側レンズ群４ｂを光軸ＡＸに沿って一体的に移動させる。具体的には、円錐アキシコン系６とアフォーカル光学系４との合成系の瞳位置とマイクロフライアイレンズ８の入射面８ａとの共役関係が維持されるように、後側レンズ群４ｂを光軸ＡＸに沿って図中矢印Ｆ８で示す元の位置から図中矢印Ｆ９で示す位置へ移動させる。

こうして、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整する（または基板に対する主光線の光軸に対する傾きを調整する）ためにマイクロフライアイレンズ８（調整系、調整光学系）を光軸方向に移動させた状態においても、後側レンズ群４ｂの光軸方向の移動により照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルを整形し、投影光学系ＰＬの瞳面にトップハット形状に近いほぼ所望のプロファイルを有する輪帯状の光強度分布を形成することができる。この結果、投影光学系ＰＬの瞳面に配置された開口絞りの開口部ＡＳにて光強度分布の一部が遮光されることがないため、迷光が生じて結像性能を悪化させることがない。なお、図６において、参照符号Ｌ０は元の位置Ｆ８における後側レンズ群４ｂに対応する光線を示し、参照符号Ｌ１は位置Ｆ９へ移動した後側レンズ群４ｂに対応する光線を示している。

なお、上述の説明では、アフォーカル光学系４中の後側レンズ群４ｂを光軸ＡＸに沿って一体的に移動させることにより、照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルを整形している。しかしながら、これに限定されることなく、後側レンズ群４ｂ中の１つまたは複数のレンズ、あるいは後側レンズ群４ｂ以外の適当な１つまたは複数の可動レンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルを整形することができる。具体的には、例えば円錐アキシコン系６とマイクロフライアイレンズ８との間の光路中に配置された１つまたは複数の可動レンズ、すなわち変倍光学系としてのズームレンズ７中の１つまたは複数の可動レンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルを整形することができる。

また、上述の説明では、理解を容易にするために、図６に示すように円錐アキシコン系６の当接状態において、マイクロフライアイレンズ８を移動させて、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整している。このように、円錐アキシコン系６が動作しない場合や円錐アキシコン系６がアフォーカル光学系４中に介在しない場合、上述したように、後側レンズ群４ｂ（一般には１つまたは複数の可動レンズ）の移動は、マイクロフライアイレンズ８の光軸方向の移動に応じて行われる。しかしながら、円錐アキシコン系６を動作させて照明瞳面８ａでの光強度分布の外形形状を変化させつつ、例えばマイクロフライアイレンズ８を移動させて投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整する場合には、１つまたは複数の可動レンズの移動は、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとの光軸方向の間隔の変化と、マイクロフライアイレンズ８の光軸方向の移動とに応じて行われる。

また、上述の説明では、マイクロフライアイレンズ８を移動させて、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整している。しかしながら、これに限定されることなく、マイクロフライアイレンズ８以外の光学部材、例えば１つまたは複数の調整レンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整することができる。具体的には、例えばマイクロフライアイレンズ８とマスクＭとの間の光路中に配置された１つまたは複数の調整レンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、投影光学系ＰＬの像側テレセントリシティの崩れを調整することができる。この場合、１つまたは複数の調整レンズの移動に応じて、例えばマイクロフライアイレンズ８よりも光源側に配置された１つまたは複数の可動レンズを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、照明瞳面８ａでの光強度分布のプロファイルを整形することができる。

また、上述の説明では、輪帯照明用の回折光学素子３を用いて、円錐アキシコン系６の当接状態においても離間状態においても照明瞳面８ａに輪帯状の光強度分布を形成している。しかしながら、これに限定されることなく、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、円錐アキシコン系６の当接状態において通常の円形照明を行い、円錐アキシコン系６の離間状態において輪帯照明を行うこともできる。ここで、円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。

また、上述の説明では、輪帯照明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、たとえば４極照明や２極照明などに対しても同様に本発明を適用することができる。４極照明の場合、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、４極照明用の回折光学素子（または円形照明用の回折光学素子）を照明光路中に設定し、円錐アキシコン系６に代えて（あるいは円錐アキシコン系６に加えて）、角錐アキシコン系をアフォーカル光学系４の瞳面またはその近傍に設定する。

２極照明の場合、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、２極照明用の回折光学素子（または円形照明用の回折光学素子）を照明光路中に設定し、円錐アキシコン系６に代えて（あるいは円錐アキシコン系６に加えて）、Ｖ溝アキシコン系をアフォーカル光学系４の瞳面またはその近傍に設定する。ここで、４極照明（２極照明）の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４極状（２極状）の光強度分布を形成する機能を有する。また、角錐アキシコン系は光軸を中心とする角錐体の側面に対応する形状の屈折面を有し、Ｖ溝アキシコン系は光軸を通る所定の軸線に関してほぼ対称なＶ字状の断面形状の屈折面を有する。なお、角錐アキシコン系およびＶ溝アキシコン系の構成および作用については、特開２００２−２３１６１９号公報などを参照することができる。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、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、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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７のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図７のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェ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３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、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ロットのウェ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３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェ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、各ウェ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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施形態の露光装置では、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８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８において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の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ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、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ー形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２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、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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４０４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、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、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装置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装置に対して本発明を適用することもできる。

Claims (25)

1. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
   一対のプリズムを有し、該一対のプリズムの光軸に沿った間隔を変化させて照明瞳面における光強度分布を変化させるためのプリズム系と、
   前記プリズム系と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化に応じて光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズとを備えていることを特徴とする照明光学装置。
2. 前記１つまたは複数の可動レンズは、前記照明瞳面における光強度分布の形状を整形することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記１つまたは複数の可動レンズは、前記照明瞳面に形成される光強度分布のぼけを補正することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
4. 前記プリズム系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの少なくとも一方は光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
5. 前記屈折面は、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状、前記光軸を中心とする角錐体の側面に対応する形状、または前記光軸を通る所定の軸線に関してほぼ対称なＶ字状の断面形状を有することを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
6. アフォーカル光学系を備え、
   前記プリズム系は、前記アフォーカル光学系の瞳位置またはその近傍に配置されてい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装置。
7. 前記プリズム系と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記照明瞳面における光強度分布の大きさを可変とする変倍光学系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装置。
8. 前記プリズム系と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
9. 前記オプティカルインテグレータは、前記被照射面に達する主光線の光軸に対する傾きを調整するために光軸方向に移動可能に構成され、
   前記１つまたは複数の可動レンズは、前記一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化と、前記オプティカルインテグレータの光軸方向の移動とに応じて、光軸方向に移動することを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
10. 前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面に達する主光線の光軸に対する傾きを調整するために光軸方向に移動可能な１つまたは複数の調整レンズを備え、
    前記１つまたは複数の可動レンズは、前記一対のプリズムの光軸に沿った間隔の変化と、前記１つまたは複数の調整レンズの光軸方向の移動に応じて、光軸方向に移動することを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
11. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
    前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面に達する主光線の光軸に対する傾きを調整するための調整系と、
    前記調整系の調整に応じて前記照明瞳面における光強度分布の形状を整形するために、光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズとを備えていることを特徴とする照明光学装置。
12. 前記１つまたは複数の可動レンズは、前記照明瞳面における光強度分布のぼけを補正することを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
13. 前記調整系は、光軸方向に移動可能なオプティカルインテグレータを有し、
    前記１つまたは複数の可動レンズは、前記オプティカルインテグレータよりも光源側に配置され、前記オプティカルインテグレータの光軸方向の移動に応じて光軸方向に移動することを特徴とする請求項１１または１２に記載の照明光学装置。
14. オプティカルインテグレータを備え、
    前記調整系は、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されて光軸方向に移動可能な１つまたは複数の調整レンズを有し、
    前記１つまたは複数の可動レンズは、前記オプティカルインテグレータよりも光源側に配置され、前記１つまたは複数の調整レンズの光軸方向の移動に応じて光軸方向に移動することを特徴とする請求項１１または１２に記載の照明光学装置。
15. 投影光学系を介して所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
    照明瞳での光強度分布を変化させる光学系と、
    前記投影光学系の開口絞りの開口部の大きさを超えないように、前記光学系により形成される前記照明瞳での光強度分布を整形する整形部材とを有することを特徴とする照明光学装置。
16. 前記整形部材は、光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズを含むことを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
17. 所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
    照明瞳での光強度分布を変化させる光学系と、
    前記光学系により形成される前記照明瞳での光強度分布のぼけを補正する補正部材とを有することを特徴とする照明光学装置。
18. 前記補正部材は、光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズを含むことを特徴とする請求項１７に記載の照明光学装置。
19. 前記光学系は、相対的に間隔が可変な第１および第２プリズムを含むことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
20. 前記光学系は、光軸方向に移動可能なオプティカルインテグレータを含むことを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
21. 投影光学系を介して所定のパターンを基板に露光する露光装置に用いられる照明光学装置において、
    前記基板上での主光線の傾きを調整する調整光学系と、
    前記投影光学系の開口絞りの開口部の大きさを超えないように、前記調整光学系の調整に応じて前記照明瞳での光強度分布を整形する整形部材とを有することを特徴とする照明光学装置。
22. 前記整形部材は、光軸方向に移動可能な１つまたは複数の可動レンズを含むことを特徴とする請求項２１に記載の照明光学装置。
23. 前記調整光学系は、光軸方向に移動可能なオプティカルインテグレータを含むことを特徴とする請求項２１または２２に記載の照明光学装置。
24. 請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、該照明光学装置により照明された所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
25. 請求項２４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、
    前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像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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