JPWO2013018799A1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

光量ロスを低減させ、一様な照度分布を持つ照明を得る照明装置の提供を目的とする。被照明面を照明する照明装置において、光路を横切る所定の面上の所定方向に沿って周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向部材と、所定の面に配列された複数の波面分割面を備え、偏向部材からの光束を用いて二次光源を形成するオプティカルインテグレータ系とを有し、偏向部材は、複数の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布を形成する。

Description

本実施形態は、物体を照明する照明装置に関する。特に半導体素子や液晶表示素子などのデバイスを製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置に適用されて、投影原版を照明する照明装置に関する。

従来、投影露光装置に適用される照明装置において、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズを用いたものが知られている。フライアイレンズを配置した照明装置では、フライアイレンズの各波面分割面で形成された二次光源からの光が重畳した状態で投影原版に照明される。一様な照度分布の光を投影原版に照明するために、フライアイレンズに入射する光束の照度分布を補正するための補正光学系を設けた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の照明装置では、投影原版に照明された光の照度分布が投影原版の中心部または周辺部でそれぞれ異なり、さらに集光する光束の角度方向の強度分布が投影原版上の位置に応じてそれぞれ異なる場合に、光源とフライアイレンズとの間に補正光学系を配置して、フライアイレンズの各波面分割面へ入射する光束の照度分布をそれぞれ変化させ、投影原版上に集光する各光束の開口内に生じた不均一な角度分布を補正して均一な照度分布を得ている。

米国特許第６，０４９，３７４号

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、フィルタなどの補正光学系を配置することで照明光が吸収され、光量を損失してしまう問題があった。

本実施形態は上記問題に鑑みてなされたものであり、光量ロスを低減させ、一様な光強度分布を持つ照明または所望の光強度分布を持つ照明を得る照明装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本実施形態の第１の態様にかかる照明装置は、被照明面を照明する照明装置であって、前記照明装置の光路中に配置されて、前記光路を横切る所定の面上の所定方向に沿って周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向部材と、前記所定の面に配列された複数の波面分割面を備えるとともに前記偏向部材からの光束を用いて二次光源を形成するオプティカルインテグレータ系とを有し、前記偏向部材は、前記複数の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布を形成することを特徴とする。

また、本実施形態の第２の態様にかかる照明装置は、被照明面を照明する照明装置であって、前記照明装置の光路中に配置されて、前記光路を横切る所定の面上の所定方向に沿って周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向部材と、前記所定の面に配列された複数の波面分割面を備えるとともに前記偏向部材からの光束を用いて二次光源を形成するオプティカルインテグレータ系とを有し、前記偏向部材は、前記周期パターンを変更するために、位置調整可能に構成されていることを特徴とする。

また、本実施形態の第３の態様にかかる投影露光装置は、第１または第２の態様にかかる照明装置と、前記被照明面からの光を被投影面に投影する投影光学系とを備ることを特徴とする。

また、本実施形態の第４の態様にかかる照明方法は、入射する光束を偏向して周期パターンを持つ照度分布を所定の面上に形成することと、前記偏向された光束を前記所定の面上に配列された複数の波面分割面に導いて二次光源を形成することと、前記二次光源からの光束を用いて被照明面を照明することとを含み、前記周期パターンは、前記波面分割面に沿った方向に前記波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍であることを特徴とする。

また、本実施形態の第５の態様にかかる照明方法は、入射する光束を偏向して周期パターンを持つ照度分布を所定の面上に形成することと、前記偏向された光束を前記所定の面上に配列された複数の波面分割面に導いて二次光源を形成することと、前記所定の面上に形成される照度分布の周期パターンを変更することと、前記二次光源からの光束を用いて被照明面を照明することと、を含むことを特徴とする。

また、本実施形態の第６の態様にかかる露光方法は、光源からの光により被照射面に位置する所定のパターンを照明することと、前記所定のパターンを介した光で感光性基板を露光することと、を含み、前記照明することでは、第４または第５の態様にかかる照明方法を用いて前記被照射面に位置する前記所定のパターンを照明することを特徴とする。

また、本実施形態の第７の態様にかかるデバイス製造方法は、第６の態様にかかる露光方法を用いて、露光パターンを前記感光性基板に露光することと、前記露光パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記露光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ことと、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ことと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

本実施形態によれば、光量ロスを低減させ、一様な光強度分布を持つ照明、または所望の光強度分布を持つ照明を得る照明装置を実現し得る。

は、第１実施形態に係る照明装置を備えた投影露光装置を示す図である。 は、第１実施形態に係る偏向部材の配置を示す図である。 は、第１実施形態に係る偏向部材の機能を示す図である。 は、第２実施形態に係る照明装置を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子の機能を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子の配置を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子を配置しない場合に被照明面に照明される光束の照度分布を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子によって被照明面に照明される光束の照度分布を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子をずらした場合の機能を示す図である。 は、第１及び第２偏向素子が持つ周期が互いに異なる場合の機能を示す図である。 は、図１０の場合に被照明面に照明される光束の照度分布を示す図である。 は、変形例に係る照明装置を備えた投影露光装置を示す図である。 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。 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。

以下、図面に基づいて実施形態を説明する。

図１に、第１実施形態に係る照明装置を備えた投影露光装置を示す。図１において、感光性基板であるウェハが配置される被投影面９の法線方向に沿ってＺ軸を、被投影面９内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、被投影面９内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、本実施形態の投影露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。

図１において、光源１から射出した光はコリメータレンズ２でほぼ平行な光束に変換され、偏向部材３に入射する。偏向部材３の構成及び機能の説明は後述する。偏向部材３からの光束は第１フライアイレンズ４及び第２フライアイレンズ５から構成されるフライアイレンズ系５４に入射する。

フライアイレンズ系５４の第１フライアイレンズ４は、入射光束の進行方向を横切る面内（本実施形態ではＸＹ平面）に二次元アレイ状に配列された複数のレンズ面を備える。第１フライアイレンズ４の入射面４１に入射した光束はこの複数のレンズ面によって、微小単位に二次元的に波面分割される。微小単位に分割された光束は、第２フライアイレンズ５の射出面５１近傍にそれぞれ集光されて複数の二次光源を形成する。本明細書では、この二次光源を１つ形成するために必要な面を波面分割面と呼ぶ。通常、フライアイレンズは多くの波面分割面を配列しているが、図１及び図２では簡単のため５つの波面分割面を持つフライアイレンズを示した。

二次光源からの光束は、コンデンサーレンズ６で集光され、被照明面１０をケーラー照明する。被照明面１０には、被投影面９に投影するパターンを持った投影原版としてのレチクルなどが配置される。

被照明面１０からの光束は、投影光学系７で集光され被投影面9に投影される。なお、投影光学系７の開口絞り８は二次光源が形成される位置と共役な位置に配置される。

次に、図２及び図３を参照して、図１に示した偏向部材３の詳細な説明を行う。図２（ａ）において、偏向部材３は、入射面が平面で射出面が一方向にｓｉｎ波状の形状を持つ、露光光に透明な材質で形成された板である。

図２（ｂ）は、偏向部材３とフライアイレンズ系５４との配置関係を示す図であり、この図２（ｂ）に示すように、偏向部材３は、光の進行方向側から見て（Ｚ方向側から見て）、フライアイレンズ系５４の第１フライアイレンズ４の有効領域を包含する大きさを持つ。

図３（ａ）は、偏向部材３の機能を説明するための光路図である。図３（ａ）に示すように、例えば多数の光線で表すことのできる平行光束が図中左側から偏向部材３に入射した場合には、偏向部材３の射出面での屈折作用（光偏向作用）によって、偏向部材３から射出される光線の密度に濃淡が生じる。この光線の密度が光エネルギー密度に対応しているため、偏向部材３の射出側の仮想面Ｐには偏向部材３のｓｉｎ波状の山に対応する位置の強度が高く、谷に対応する位置の強度が低くなるようなＸ方向に周期を持つ照度分布（光強度分布）が形成される。

この仮想面Ｐにおける照度分布３５ｉを図３（ｂ）に示す。偏向部材３の単位周期をｓｉｎ波の一周期とする場合、仮想面Ｐと偏向部材３との距離が近接している際には、照度分布３５ｉは偏向部材３の単位周期とほぼ等しい周期でＸ方向に強弱が変化する照度分布が仮想面Ｐ上に形成される。

図３（ｃ）は、偏向部材３のＸＹ平面内の位置が初期状態である場合の、偏向部材３により形成される周期パターンを持つ照度分布と被照射面１０上での照度分布との関係を示す図である。以下の説明では、上記仮想面Ｐの位置に第１フライアイレンズ４の入射面が位置しているものとして説明する。この図３（ｃ）に示すように、偏向部材３が形成する照度分布３５ｉの周期が第１フライアイレンズ４の波面分割面の配列周期と等しい場合、コンデンサーレンズ６を介して被照射面１０上に同じ性状の照度分布が重畳されるため、被照射面１０上には光強度分布３５ｉの１つの周期内の照度分布と同じ性状の照度分布３６ｉが形成される。

ここで、偏向部材３を照明装置の光軸ＡＸに沿って移動させることで、偏向部材３が形成する照度分布の周期パターンを調節、典型的には照度分布の最大値と最小値との差を制御することができ、ひいては被照射面１０上の照度分布の凹凸成分を制御できる。また、偏向部材３を光軸ＡＸと垂直な方向のうち偏向部材３のピッチ方向（Ｘ方向）に沿って移動させて被照射面１０上の照度分布を制御しても良い。

ここで、偏向部材３によって、被照射面１０上での不均一な照度分布とは逆傾向の照度分布を発生させれば、被照射面１０上での不均一な照度分布を均一な照度分布に近づけることができる。

なお、上述の説明では、第１フライアイレンズ４の波面分割面の配列周期と同じ周期、すなわち配列周期の１倍の周期を持つ照度分布を第１フライアイレンズ４の入射面４１に形成したが、第１フライアイレンズ４の入射面上に、第１フライアイレンズ４の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布を形成しても良い。

このように第１実施形態では、偏向部材によって複数の波面分割面の配列周期の整数倍（１倍を含む）または単位分数倍の照度分布を波面分割面上に形成しているため、被照射面上の任意の位置に集光する光束の角度方向の光強度分布を所望の分布にすることができる。

上述の第１実施形態では、補正光学系として１つの偏向部材３を設ける構成であったが、偏向部材の数は１つには限定されず、複数であっても良い。以下、図４〜図１１を参照して、複数の偏向部材を備える第２実施形態について説明する。
図４に、第２実施形態に係る照明装置の構成を示す。なお、以下の説明において、上述の図１〜図３に示した部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。

図４において、図１に示した構成と異なる構成は、補正光学系と見なすことのできる偏向部材３に代えて、照明光の進行方向に沿って配列された第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１を備える点である。図４（ａ）において、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１に入射した光束は、周期パターンを持つ照度分布に変換されて第１フライアイレンズ４の入射面４１に入射する。ここで、図４（ｂ）は、第１及び第２偏向素子３０，３１と第１フライアイレンズ４の入射面４１との配置関係を示す。この図４（ｂ）に示す通り、第１及び第２偏向素子３０，３１は、それらの射出面が同じ形状であって、それらの位相が互いに同位相となる初期状態となっている。

以下、図５を参照して、第１及び第２偏向素子３０，３１の機能を説明する。図５（ａ）は上述した偏向部材３がその射出側に形成する照度分布を示す図であり、図５（ｂ）は、第１及び第２偏向素子３０，３１がそれらの射出側に形成する照度分布を示す図である。図５（ａ），（ｂ）において、矢印は、偏向部材３または第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１に入射する光の進行方向を示す。偏向部材３または第１及び第２偏向素子３０，３１の右側に示したグラフは、偏向部材３または第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１で光が偏向された結果生じる周期パターンを持つ照度分布を表す。これらのグラフにおいては、縦軸が偏向部材３または第２偏向素子３１に対する相対位置、横軸が光の強度を示している。

なお、図５（ｂ）に示した第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１は、それらの射出面が一方向（Ｘ方向）にｓｉｎ波状の互いに同じ形状を持つ。ここで、第１及び第２偏向素子３０，３１の射出面の位相が互いに同位相となるように配置されているため、図５（ａ）に示した偏向部材３が１枚である場合よりも、より高い山と深い谷とを含む周期パターンを持った照度分布となっている。なお、第１及び第２偏向素子３０，３１の射出面の位相が互いに同位相となるように配置された初期状態では、第１フライアイレンズ４の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布が、第１フライアイレンズ４の入射面４１に形成される。

また、第１及び第２偏向素子３０，３１のうちの少なくとも１つは、照明装置の光軸又は光軸と平行な軸線周りに回転可能であっても良い。以下、図６〜図８を参照して説明する。

図６は、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１と第１フライアイレンズ４の入射面４１の配置の状態を示した図である。図６において、第１及び第２偏向素子３０，３１は、図４（ｂ）に示した初期状態から、照明装置の光軸ＡＸを中心に第１偏向素子３０を右回りに、第２偏向素子３１を左回りに回転した状態で配置されている。ここで、上述の図４〜図５の例と同様に、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１が各射出面に沿った方向にそれぞれ持つ周期は同一である。また、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１が第１フライアイレンズ４の入射面４１に形成する周期パターンを持つ照度分布の周期パターンは、第１フライアイレンズ４の波面分割面の配列周期と同一である。

図７（ａ）は、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１を配置しない場合における被照明面１０に照明される光束の状態を示している。図７（ａ）においては、被照明面１０の中心部１０ｃと、Ｘ方向における周辺部１０ｐとをＹ方向に沿った点線で区切ってある。被照明面１０の周辺部１０ｐに集光する光束１１の開口内の中心を原点１１ｃとし、この原点１１ｃを通りＹ方向に延びた軸１１ａに沿った光強度分布を図７（ｂ）に、中心部１０ｃに集光する光束１２の開口内の中心１２ｃを原点とし、この原点１２ｃを通りＹ方向に延びた軸１２ａに沿った光強度分布を図７（ｃ）に示した。

図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示した光強度分布において、縦軸は光強度、横軸は各軸１１ａ，１２ａに沿った座標を示している。これら図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示した光強度分布は、被照明面１０の周辺部１０ｐに集光する光束１１の、原点１１ｃと集光点とを結ぶ基準軸に対する角度方向の光強度分布、及び被照明面１０の中心部１０ｃに集光する光束１２の、原点１２ｃと集光点とを結ぶ基準軸に対する角度方向の光強度分布にそれぞれ対応している。

さて、図６に示した第１及び第２偏向素子３０，３１の状態は、Ｙ方向における第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の端で第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１が持つ一周期異なる谷と谷が初めて重なる状態である。このように、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１を回転させると、Ｙ方向における第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心付近で、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の同一周期の山と山が重なると共に、谷と谷が重なる。そして、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の端で一周期異なる山と山が重なると共に、谷と谷が重なる。

この第１偏向素子３０が形成する照度分布と第２偏向素子３１が形成する照度分布によって新たに生じた照度分布の周期によって、図８（ａ）に示すように、第１フライアイレンズ４の入射面４１に入射する照度分布の周期パターンが形成される。ここでは、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の山と山が重なる位置が最も強度が高く、谷と谷が重なる位置が最も強度が低い照度分布が第１フライアイレンズ４の入射面４１に形成される。なお、図８（ａ）〜（ｄ）では、第１及び第２偏向素子３０，３１に均一な照度分布を持つ光束が入射した場合における照度分布を示し、特に、図８（ｂ）は、被照明面１０に照明される光束の状態を示す。

フライアイレンズ系は、第１フライアイレンズ４の入射面４１における複数のレンズ面（波面分割面）での照度分布を被照射面１０に重畳して形成する機能を有しているため、被照明面１０の周辺部１０ｐに集光する光束の角度方向の光強度分布は第１フライアイレンズ４の入射面４１に配列された各波面分割面の周辺部に形成された照度分布が反映されたものとなり、被照明面１０の中心部１０ｃに集光する光束の角度方向の光強度分布は第１フライアイレンズ４の入射面４１に配列された各波面分割面の中心部の照度分布が反映されたものとなる。

そして、入射面４１のＹ方向における中心部に配列された波面分割面４１ｃの周辺部４１ｃｐを通過した光は、開口１１内の軸１１ａに沿った方向で開口角度、すなわち光軸ＡＸ又は光軸と平行な軸に対する角度が小さい光に対応する。また、入射面４１のＹ方向における周辺部４１ｐに配列された波面分割面の周辺部４１ｐｐを通過した光は、開口１１内の軸１１ａに沿った方向で開口角度の大きい光に対応する。ここで、波面分割面４１ｃの周辺部４１ｃｐを通過する光の強度は低く波面分割面４１ｐの周辺部４１ｐｐを通過する光の強度は高い。従って図８（ｃ）に示すように、被照明面１０の周辺部の開口１１内では、軸１１ａの原点１１ｃ付近で強度が低く原点１１ｃから遠くなるほど強度が高い光強度分布となる。

一方、入射面４１のＹ方向における中心部４１ｃに配列された波面分割面の中心部４１ｃｃを通過した光は、開口１２内の軸１２ａに沿った方向で開口角度の小さい光に対応する。また、入射面４１の周辺部に配列された波面分割面４１ｐの中心部４１ｐｃを通過した光は、開口１２内の軸１２ａに沿った方向で開口角度の大きい光束に対応する。ここで、波面分割面４１ｃの中心部４１ｃｃを通過する光の強度は高く、波面分割面４１ｐの中心部４１ｐｃを通過する光の強度は低い。従って、図８（ｄ）に示すように、被照明面１０の中心部１０ｃの開口１２内では、軸１２ａの原点１２ｃ付近で強度が高く原点１２ｃから遠くなるほど強度が低い光強度分布となる。

従って、照明装置が図８（ｂ）〜（ｄ）に示した光強度分布の角度分布特性の被照射面上での位置による差異を有している場合に、その特性を相殺できる特性を偏向素子３０，３１で発生させることができ、被照射面上の光強度分布の角度分布特性の位置による差異を低減することが可能である。

また、これらの第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１は、照明装置の光軸ＡＸに沿った方向（Ｚ方向）にそれぞれ独立または連動させて移動させても良い。第１及び第２偏向素子３０，３１のうちの少なくとも１つの移動によって、第１及び第２偏向素子３０，３１が形成する照度分布の周期パターンを調節することができる。

図９は、第１偏向素子３０または第２偏向素子３１をＸ方向に移動した場合における、各偏向素子３０，３１の位置関係と、これらの偏向素子３０，３１が射出側に形成する照度分布を示す図である。なお、図９において、矢印は、第１及び第２偏向素子３０，３１に入射する光の進行方向を示す。図９に示すように、第１偏向素子３０または第２偏向素子３１をＸ方向に移動したことで、第１偏向素子３０の周期の山または谷と、第２偏向素子３１の周期の谷または山が重なる範囲が多くなり、山と谷の強度の差が少ない周期パターンを持つ照度分布が形成される。

また、上述の説明では、第１及び第２偏向素子３０，３１が互いに同じ周期を持つｓｉｎ波状の射出面を備えていたが、第１及び第２偏向素子３０，３１の射出面の周期は互いに異なっていても良い。

図１０は、第１偏向素子３０が持つ周期と第２偏向素子３１が持つ周期が互いに異なる場合における、各偏向素子３０，３１の位置関係と、これらの偏向素子３０，３１が射出側に形成する照度分布を示す図である。なお、図１０においても、矢印は、第１及び第２偏向素子３０，３１に入射する光の進行方向を示す。

図１０の例では、第１偏向素子３０が第２偏向素子３１に比べてやや大きい周期を持ち、Ｘ方向において第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心部で山と山が重なるように構成されている。この場合、Ｘ方向において第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心付近で山と山が重なる位置の強度が最も高く、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心部から周辺部に向かうほど山と山が重なる範囲が減少して強度が低くなる。

また、Ｘ方向において第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心付近で谷と谷が重なる位置の強度が最も低く、第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１の中心部から周辺部いくほど谷と谷が重なる範囲が減少して強度が高くなる。そのため、図１０に示した第１偏向素子３０及び第２偏向素子３１によって形成される照度分布の周期パターンは、Ｘ方向において一周期に複数の山と谷を含む。

図１１に、第１及び第２偏向素子３０，３１の位置関係が図１０に示した状態である場合における、被照明面１０上に照明される光束の状態を示した。ここで、図１１（ａ）は、第１及び第２偏向素子３０，３１に均一な照度分布の光が入射した場合における、被照明面１０に照明される光束の状態を示す。図１１（ａ）においては、被照明面１０の中心部１０ｃと、Ｘ方向における周辺部１０ｐとをＹ方向に沿った点線で区切ってある。被照明面１０の周辺部１０ｐに集光する光束１１の開口内の中心を原点１１ｃとし、この原点１１ｃを通りＸ方向に延びた軸１１ｂに沿った光強度分布を図１１（ｂ）に、中心部１０ｃに集光する光束１２の開口内の中心１２ｃを原点とし、この原点１２ｃを通りＸ方向に延びた軸１２ｂに沿った光強度分布を図１１（ｃ）に示した。

図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示した照度分布において、縦軸は光強度、横軸は各軸１１ｂ、１２ｂに沿った座標を示している。これら図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示した光強度分布は、被照明面１０の周辺部１０ｐに集光する光束１１の、原点１１ｃと集光点とを結ぶ基準軸に対する角度方向の光強度分布、及び被照明面１０の中心部１０ｃに集光する光束１２の、原点１２ｃと集光点とを結ぶ基準軸に対する角度方向の光強度分布にそれぞれ対応している。

第１及び第２偏向素子３０，３１は、図１０に示した照度分布を射出側に形成するので、図１１（ｂ）に示すように、被照明面１０の周辺部１０ｐの開口１１内では、軸１１ｂの原点１１ｃ付近で強度が低く原点１１ｃから遠くなるほど強度が高い光強度分布となる。

一方、図１１（ｃ）に示すように、被照明面１０の中心部１０ｃの開口１２内では、軸１２ｂの原点１２ｃ付近で強度が高く原点１２ｃから遠くなるほど強度が低い光強度分布となる。

従って、照明装置が被照射面上の光強度分布の角度分布特性のＸ方向の位置による差異がある場合についても、その差異を低減することが可能である。

以下に、他の偏向部材３の変形例について説明する。

第１変形例として、偏向部材３を所定の角度を持つ軸を中心として回転させても良い。

ここで、所定の角度とは照明装置の光軸ＡＸと偏向部材３の回転軸とがなす角度である。ただし、所定の角度には０°が含まれ、図６の様に照明装置の光軸ＡＸと偏向部材３の回転軸とが平行であっても良い。

第２変形例として、偏向部材３を照明装置の光軸ＡＸと交わらない軸を中心として回転させても良い。ここで、その照明装置の光軸ＡＸと交わらない軸は、光軸ＡＸと平行であってもよく、所定の角度をなしていても良い。変形例２では、偏向部材３をフライアイレンズ系４５に対して斜めに傾けることができる。

また、変形例１および変形例２を第１及び第２偏向素子３０，３１に適応しても良い。

第３変形例として、偏向部材３が、偏向素子の入射面または射出面に沿った方向に同一の周期を持つ偏向素子と、偏向素子の入射面または射出面に沿った方向に異なる周期を持つ偏向素子とを複数含んでも良い。例えば、偏向部材３が４つの偏向素子（第１〜第４偏向素子）を含む場合、第１及び第２偏向素子が同一の周期を持ち、第３偏向素子が第１及び第２偏向素子と異なる周期を持ち、第４偏向素子が第１〜第３偏向素子と異なる周期を持っていても良い。

第４変形例として、偏向部材３が、同一の周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子と、異なる周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子とを同時に含んでも良い。例えば、偏向部材３が４つの偏向素子（第１〜第４偏向素子）を含む場合、第１及び第２偏向素子が同一の周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子であり、第３偏向素子が第１及び第２偏向素子と異なる周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子であり、第４偏向素子が第１〜第３偏向素子と異なる周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子であっても良い。

第５変形例として、被照射面上の二方向（ＸＹ方向）における照度分布および被照射面に達する光束の角度方向の光強度分布の被照射面上の位置（ＸＹ座標位置）による差異のうちの少なくとも一方を補正しても良い。例えば、偏向部材３が４つの偏向素子（第１〜第４偏向素子）を含む場合、第１及び第２偏向素子がＸ方向に沿った周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子であり、第３及び第４偏向素子がＹ方向に沿った周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向素子であっても良い。これらの偏向素子が照明光学系の光軸周り、またはこの光軸に平行な軸回りに回転可能であっても良い。

上述の第１及び第２実施形態、並びに第１〜第４変形例では、走査方向（Ｙ方向）に沿ってレチクルとウェハとを同期させて移動しながら露光を行う走査型の投影露光装置に適用することを念頭において、非走査方向（Ｘ方向）における照度分布または被照射面に達する光束の角度方向の光強度分布の非走査方向の位置による差異を補正している。

しかしながら、レチクルとウェハとを静止した状態で露光を行う一括露光型の投影露光装置に適用する場合には、走査方向における平均化効果を利用できないため、第５変形例が有用である。

以上の第１及び第２実施形態、第１〜第５変形例の組合せは、任意の組合せとすることができる。

また、各偏向素子は位置調整可能であり、それぞれを連動させても独立に動作させてもよい。

各偏向素子の位置を変更することによって、被照射面上の任意の位置に集光する光束の角度方向の光強度分布を任意の分布に変更することができる。

また、以上の第１及び第２実施形態、第１〜第５変形例では屈折を利用した光学系について記載したが、用いる光の波長が紫外領域で偏向部材によって光量を損失する可能性がある場合などは、反射や回折を利用した偏向部材を適用させてもよい。

また、図１２に示すように、被照明面１０での照度分布または被照明面１０上の光強度分布の角度分布特性を計測する計測装置１０２や、被投影面９での照度分布または被投影面９上の光強度分布の角度分布特性を計測する計測装置１０３を設け、これらの計測装置の計測結果に基づいて、偏向部材３が形成する照度分布の周期パターンを変更しても良い。なお、図１２の例では、上述の図１〜図３に示した部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。

ここで、計測装置１０２は、被照明面１０の延長面１１０に沿って移動可能に設けられており、被照明面１０での照度分布または被照明面１０上の光強度分布の角度分布特性を計測する場合に、照明光路内に挿入される。

また、計測装置１０３は、被投影面９の延長面１０９に沿って移動可能に設けられており、被投影面９での照度分布または被投影面９上の光強度分布の角度分布特性を計測する場合に、投影光学系７の像野内の位置に挿入される。

これらの計測装置１０２，１０３の出力は、制御部１０１に出力される。制御部１０１は、被照明面１０での照度分布または被照明面１０上の光強度分布の角度分布特性を所望の分布にし、且つ被投影面９での照度分布または被投影面９上の光強度分布の角度分布特性を所望の分布にするための偏向部材３の位置を求め、その位置となるように駆動部１０４へ制御信号を出力する。

駆動部１０４は、制御部１０１からの制御信号に基づいて偏向部材３の位置を変更する。

これにより、被照射面１０上での照度分布、被照射面１０上の任意の位置に集光する光束の角度方向の光強度分布、被投影面９上での照度分布、または被投影面９上の任意の位置に集光する光束の角度方向の光強度分布を任意の分布に変更することができる。

なお、図１２の例では、上述の第１実施形態並びに第１および第２変形例のように、１つの偏向部材３を設ける構成を例にとって説明したが、上述の第２実施形態並びに第３乃至第５変形例のように、複数の偏向素子を設ける構成の場合には、制御部１０１は、被照明面１０での照度分布または被照明面１０上の光強度分布の角度分布特性を所望の分布にし、且つ被投影面９での照度分布または被投影面９上の光強度分布の角度分布特性を所望の分布にするための各偏向素子の位置を求めれば良い。このとき、駆動部１０４は出力された制御信号に基づいて、各偏向素子の位置を変更する。

上述の各実施形態並びに各変形例では、偏向部材はｓｉｎ波状の屈折面を持っていたが、ｓｉｎ波状の屈折面に代えて、一方向に凹凸の曲面形状である屈折面を適用しても良い。例えば、凹円筒面と凸円筒面とを一方向に互い違いに配列した形態の屈折面や、これらの円筒面を上記一方向の断面が円錐状となる面に置き換えた形態の屈折面などを適用しても良い。

上述の各実施形態並びに各変形例では、偏向部材は入射面が平面で射出面が凹凸曲面形状の形態であったが、入射面が凹凸曲面形状で射出面が平面状の形態や、入射面及び射出面の双方が凹凸曲面形状の形態であっても良い。また、入射面または射出面は平面である必要はなく、球面や円筒面などの非球面であっても良い。また、偏向部材の凹凸曲面形状は、その変曲点を結んだ面が平面である場合には限られず、凹凸曲面形状の変曲点を結んだ面が球面や円筒面などの非球面であっても良い。

また、上述の各実施形態並びに各変形例において、光源として、例えば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のレーザ光源を用いることができる。このようなほぼ平行光束を供給するレーザ光源を用いる場合には、コリメータレンズ２を省いても良い。また、コリメータレンズ２の代わりに、ビームエキスパンダ系やアフォーカル系を用いても良い。

また、光源としては、近紫外波長域や紫外波長域の光を供給するＬＤやＬＥＤなどの固体光源や、水銀ランプ等の超高圧放電ランプなどを用いても良い。

また、上述の各実施形態並びに各変形例において、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の代わりに、ロッドレンズ（内面反射型インテグレータ）を用いても良い。この場合、偏向部材３が配置される位置に前側焦点を有し、且つロッドレンズの入射面またはその近傍に後側焦点を有する集光光学系を、ロッドレンズと偏向部材との間に配置すれば良い。

また、上述の各実施形態並びに各変形例では、大局的な輝度分布が円形状の二次光源を用いた通常照明を例にとって説明したが、輝度分布が輪帯状や複数極状の二次光源を用いた変形照明の場合にも適用可能である。

このような変形照明を行う場合、偏向部材３の光源側の光路に、そのファーフィールドに輪帯状や複数極状の光強度分布を生成する回折光学素子や能動的ミラーアレイなどの空間光変調器を配置し、その空間光変調器の偏向部材側の光路に、空間光変調器がそのファーフィールドに生成する光強度分布を偏向部材の近傍に結像する光学系（フーリエ変換光学系）を配置しても良い。

また、上述の実施形態並びに変形例において、米国特許第７，４２３，７３１号公報、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できる。

また、上述の実施形態並びに変形例において、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。

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１３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１３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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、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、上述の実施形態の投影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。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図１４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１４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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影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の組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。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、本実施形態は、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、本実施形態は、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。

また、上述の実施形態並びに変形例では、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実施形態を適用しているが、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実施形態を適用することもできる。

上述した実施形態は、各特許請求の範囲を限定するものではない。従って、上記実施形態における構成の多くの変更及び修正を行うことができる。また、特許請求の範囲に記載された実施形態は、上記実施形態に開示した態様だけではなく、当業者にとって自明な均等物及び他の修正や変更を含むことを想定している。

１ 光源
２ コリメータレンズ
３、３０、３１ 偏向部材
４，５ フライアイレンズ
６ コンデンサーレンズ
７ 投影レンズ
８ 開口絞り
９ 被投影面
１０ 被照明面
４１ 入射面
５１ 出射面
５４ フライアイレンズ系

Claims (17)

1. 被照明面を照明する照明装置において、
   前記照明装置の光路中に配置されて、前記光路を横切る所定の面上の所定方向に沿って周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向部材と、
   前記所定の面に配列された複数の波面分割面を備え、前記偏向部材からの光束を用いて二次光源を形成するオプティカルインテグレータ系とを有し、
   前記偏向部材は、前記複数の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布を形成することを特徴とする照明装置。
2. 前記偏向部材は、第1偏向素子と第２偏向素子とを有し、
   前記第1および第２偏向素子は、前記偏向素子の入射面または射出面に沿った方向に周期を持つ構造をそれぞれ備え、
   前記第１および第２偏向素子の前記周期は互いに同一であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記偏向部材は、第1偏向素子と第２偏向素子とを有し、
   前記第1および第２偏向素子は、前記偏向素子の入射面または射出面に沿った方向に周期を持つ構造をそれぞれ備え、
   前記第１および第２偏向素子の前記周期は互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記偏向部材は、第1偏向素子と第２偏向素子とを有し、
   前記第1および第２偏向素子が前記波面分割面上に形成する前記照度分布の前記周期パターンは、互いに同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記偏向部材は、第1偏向素子と第２偏向素子とを有し、
   前記第1および第２偏向素子が前記波面分割面上に形成する前記照度分布の前記周期パターンは、互いに異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記偏向部材が前記波面分割面上に形成する前記照度分布の前記周期パターンは、前記波面分割面の配列方向に沿っていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 被照明面を照明する照明装置において、
   前記照明装置の光路中に配置されて、前記光路を横切る所定の面上の所定方向に沿って周期パターンを持つ照度分布を形成する偏向部材と、
   前記所定の面に配列された複数の波面分割面を備え、前記偏向部材からの光束を用いて二次光源を形成するオプティカルインテグレータ系とを有し、
   前記偏向部材は、前記周期パターンを変更するために、位置調整可能に構成されていることを特徴とする照明装置。
8. 前記偏向部材は、前記複数の波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍の周期パターンを持つ照度分布を形成することを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記偏向部材は、独立に位置調整可能に構成された偏向素子を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記偏向部材は、互いに連動して位置調整可能に構成された第1偏向素子と第２偏向素子とを有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記偏向部材は、
    前記照明装置が持つ光軸に対して所定の角度を持つ軸を中心として回転可能に構成された偏向素子を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記オプティカルインテグレータ系は、前記所定の面に配列された複数のレンズ面を備えるフライアイレンズを有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明装置と、前記被照明面からの光を被投影面に投影する投影光学系とを備えた投影露光装置。
14. 入射する光束を偏向して周期パターンを持つ照度分布を所定の面上に形成することと、
    前記偏向された光束を前記所定の面上に配列された複数の波面分割面に導いて二次光源を形成することと、
    前記二次光源からの光束を用いて被照明面を照明することとを含み、
    前記周期パターンは、前記波面分割面に沿った方向に前記波面分割面の配列周期の整数倍または単位分数倍であることを特徴とする照明方法。
15. 入射する光束を偏向して周期パターンを持つ照度分布を所定の面上に形成することと、
    前記偏向された光束を前記所定の面上に配列された複数の波面分割面に導いて二次光源を形成することと、
    前記所定の面上に形成される照度分布の周期パターンを変更することと、
    前記二次光源からの光束を用いて被照明面を照明することと、
    を含むことを特徴とする照明方法。
16. 光源からの光により被照射面に位置する所定のパターンを照明することと、
    前記所定のパターンを介した光で感光性基板を露光することと、
    を含み、
    前記照明することでは、請求項１４または１５に記載の照明方法を用いて前記被照射面に位置する前記所定のパターンを照明することを特徴とする露光方法。
17. 請求項１６に記載の露光方法を用いて、露光パターンを前記感光性基板に露光することと、
    前記露光パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記露光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ことと、
    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ことと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

Images