JPWO2016190381A1 - 露光用照明装置、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

ランプユニット（６０）と、ｐ行、ｑ列のマトリックス状に配列された複数のレンズ素子（６５ａ）を有するフライアイレンズ（６５）と、反射面の形状を変更するミラー変形ユニット（７０）を備える平面ミラー（６８）と、ｐ−２〜ｐ＋２行、ｑ−２〜ｑ＋２列のマトリックス状に配列され、それぞれ同一の光透過率分布を持った複数のセル（９１）を有し、ランプユニット（６０）とフライアイレンズ（６５）との間に配置されて光路（ＥＬ）に直交する方向に移動可能な光学フィルタ（９０）と、を備える。

Description

本発明は、露光用照明装置、露光装置及び露光方法に関する。

従来の露光装置では、反射鏡の曲率を補正する曲率補正機構が照明装置に設けられたものがあり、反射鏡を湾曲させて反射鏡のデクリネーション角を変化させることで、露光パターンの形状を補正し、高精度な露光結果を得るものが考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献２に記載の露光装置では、光学系の経時的な劣化に対応するため、複数の液晶セルを具備した照度分布補正フィルタを備え、各液晶セルを制御して照度分布補正フィルタの光透過率分布を補正し、フライアイレンズの複数のレンズ素子に照射される光の照度分布を迅速に更新し、レチクルに照射される光の照度分布を均一にすることが開示されている。

日本国特開２０１２−１５５０８６号公報 日本国特開２００６−２１０５５３号公報

ところで、曲率補正機構（ミラー曲げ機構）によって反射鏡の曲率を補正すると、反射鏡の反射面が凸面状になった部分では、反射光が拡散して照度が低下し（暗くなる）、反射鏡の反射面が凹面状になった部分では、反射光が収束して照度が高まり（明るくなる）、露光面での照度分布がばらつき、露光精度に影響を及ぼす可能性がある。特許文献２に記載の露光装置は、照度分布補正フィルタの各液晶セルを制御してレチクルに照射する光の照度分布を均一にする装置であり、反射鏡の曲率補正に起因する照度分布のばらつきについて言及されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ミラー曲げに起因する露光面での照度分布のばらつきを、光学フィルタにより抑制することができる露光用照明装置、露光装置及び露光方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 光源と、
ｐ行、ｑ列（ｐ，ｑは、整数）のマトリックス状に配列された複数のレンズ素子を有し、前記光源からの光を均一にして出射するフライアイレンズと、
反射面の形状を変更可能なミラー曲げ機構を備え、前記フライアイレンズから出射された前記光を反射する反射鏡と、
を備え、
露光パターンが形成されたマスクを介して前記光源からの露光光をワーク上に照射して前記露光パターンを前記ワークに露光転写する露光用照明装置であって、
前記光源と前記フライアイレンズとの間に配置されて露光面での照度分布を変更可能な光学フィルタを更に備え、
前記光学フィルタは、ｐ−２〜ｐ＋２行、ｑ−２〜ｑ＋２列のマトリックス状に配列され、それぞれ光透過率分布を持った複数のセルを有し、
前記光学フィルタは、前記光の光軸に直交する方向に移動可能であることを特徴とする露光用照明装置。
（２） 前記光学フィルタは、ｐ＋２行、ｑ＋２列のマトリックス状に配列された前記複数のセルを有することを特徴とする（１）に記載の露光用照明装置。
（３） 前記光学フィルタの周囲に配置される２行の前記セルは、列方向のサイズにおいて、前記光学フィルタの内部に配置される前記セルの半分以上となるように設計され、
前記光学フィルタの周囲に配置される２列の前記セルは、行方向のサイズにおいて、前記光学フィルタの内部に配置される前記セルの半分以上となるように設計されることを特徴とする（２）に記載の露光用照明装置。
（４） 前記光学フィルタは、ｐ＋１行、ｑ＋１列のマトリックス状に配列された前記複数のセルを有することを特徴とする（１）に記載の露光用照明装置。
（５） 前記各セルは、それぞれ同一の光透過率分布を有し、
前記光学フィルタは、前記露光面での照度分布が均一となるように、前記反射鏡の反射面の形状に応じて、前記光の光軸に直交する方向に移動させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の露光用照明装置。
（６） 前記各セルは、中心部から周辺部に向かって、次第に光透過率が高くなる光透過率分布を有することを特徴とする（５）に記載の露光用照明装置。
（７） 前記光学フィルタは、前記光の光軸に沿って移動可能であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の露光用照明装置。
（８） 複数の前記光学フィルタを前記光の光軸に沿って並べて配置することを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の露光用照明装置。
（９） マスクを支持するマスク支持部と、
ワークを支持するワーク支持部と、
（１）〜（８）のいずれかに記載の露光用照明装置と、
を備え、
前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射して前記マスクの露光パターンを前記ワークに露光転写することを特徴とする露光装置。
（１０） （９）に記載の露光装置を使用し、前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射して前記マスクの露光パターンを前記ワークに露光転写することを特徴とする露光方法。
（１１） 前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射している間に、前記光学フィルタを前記光の光軸に直交する方向に移動させることを特徴とする（１０）に記載の露光方法。

本発明の露光用照明装置によれば、光源と、ｐ行、ｑ列のマトリックス状に配列された複数のレンズ素子を有するフライアイレンズと、反射面の形状を変更するミラー曲げ機構を備える反射鏡と、ｐ−２〜ｐ＋２行、ｑ−２〜ｑ＋２列のマトリックス状に配列され、それぞれ光透過率分布を持った複数のセルを有し、光源とフライアイレンズとの間に配置されて光軸に直交する方向に移動可能な光学フィルタと、を備える。これにより、光学フィルタを光軸に直交する方向に移動させて、露光面における照度分布のばらつきを補正することができる。この結果、ミラー曲げ機構による反射面の形状変更に起因する露光面での照度分布のばらつきを、光学フィルタにより抑制することができる。

また、本発明の露光装置及び露光方法によれば、マスク支持部で支持されるマスクと、ワーク支持部で支持されるワークと、ミラー曲げ機構による反射面の形状変更に起因する露光面での照度分布のばらつきを補正可能な光学フィルタを有する露光用照明装置と、を備え、光学フィルタで補正された光源からの露光光を、マスクを介してワークに照射して露光パターンをワークに露光転写するので、高精度な露光結果が得られる。

本発明に係る露光装置の正面図である。 本発明に係る照明装置の構成を示す図である。 （ａ）は、照明装置のフライアイレンズと光学フィルタを示す斜視図であり、（ｂ）は、同一の光透過率分布を有し、マトリックス配置された複数のセルからなる光学フィルタの平面図である。 （ａ）は、照明装置の反射鏡支持構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＶ´−ＩＶ´線に沿った断面図である。 （ａ）は、光源部から出射した略均一な照度の光を光学フィルタにより補正してフライアイレンズの各レンズ素子に入射した場合の各レンズ素子から出射した光の露光面での照度を示す図であり、（ｂ）は、露光面での全体照度のイメージを示す図である。 （ａ）は、ミラー曲げ機構が照射領域を台形補正した場合の露光面の照度分布を示す平面図、（ｂ）は、補正された露光面の照度分布を示す平面図である。 図６（ａ）に示す照度分布を補正するための光学フィルタとフライアイレンズとの位置関係を示す平面図である。 （ａ）は、ミラー曲げ機構が照射領域をたる形補正した場合の露光面の照度分布を示す平面図、（ｂ）は、補正された露光面の照度分布を示す平面図である。 図８（ａ）に示す照度分布を補正するための光学フィルタとフライアイレンズとの位置関係を示す平面図である。 （ａ）は、ミラー曲げ機構が照射領域を糸巻き形補正した場合の露光面の照度分布を示す平面図、（ｂ）は、補正された露光面の照度分布を示す平面図である。 図１０（ａ）に示す照度分布を補正するための光学フィルタとフライアイレンズとの位置関係を示す拡大図である。 （ａ）は、反射面の曲率半径が小さい領域に対応する部分の照度が高くなった露光面の照度分布を示す平面図、（ｂ）は、補正された露光面の照度分布を示す平面図である。 光学フィルタの第１変形例をフライアイレンズの位置関係と共に示す平面図である。 光学フィルタの第２変形例をフライアイレンズの位置関係と共に示す平面図である。 （ａ）は、光学フィルタの第３変形例をフライアイレンズの位置関係と共に示す平面図、（ｂ）は、光学フィルタの第４変形例をフライアイレンズの位置関係と共に示す平面図である。 光学フィルタの第５変形例の平面図である。

以下、本発明に係る露光装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、近接露光装置ＰＥは、被露光材としてのワークＷより小さいマスクＭを用い、マスクＭをマスクステージ（マスク支持部）１で保持すると共に、ワークＷをワークステージ（ワーク支持部）２で保持し、マスクＭとワークＷとを近接させて所定の露光ギャップで対向配置した状態で、照明装置３からパターン露光用の光をマスクＭに向けて照射することにより、マスクＭのパターンをワークＷ上に露光転写する。また、ワークステージ２をマスクＭに対してＸ軸方向とＹ軸方向の二軸方向にステップ移動させて、ステップ毎に露光転写が行われる。

ワークステージ２をＸ軸方向にステップ移動させるため、装置ベース４上には、Ｘ軸送り台５ａをＸ軸方向にステップ移動させるＸ軸ステージ送り機構５が設置されている。Ｘ軸ステージ送り機構５のＸ軸送り台５ａ上には、ワークステージ２をＹ軸方向にステップ移動させるため、Ｙ軸送り台６ａをＹ軸方向にステップ移動させるＹ軸ステージ送り機構６が設置されている。Ｙ軸ステージ送り機構６のＹ軸送り台６ａ上には、ワークステージ２が設置されている。ワークステージ２の上面には、ワークＷがワークチャック等で真空吸引された状態で保持される。また、ワークステージ２の側部には、マスクＭの下面高さを測定するための基板側変位センサ１５が配設されている。従って、基板側変位センサ１５は、ワークステージ２と共にＸ、Ｙ軸方向に移動可能である。

装置ベース４上には、複数（図に示す実施形態では４本）のＸ軸リニアガイドのガイドレール５１がＸ軸方向に配置され、それぞれのガイドレール５１には、Ｘ軸送り台５ａの下面に固定されたスライダ５２が跨架されている。これにより、Ｘ軸送り台５ａは、Ｘ軸ステージ送り機構５の第１リニアモータ２０で駆動され、ガイドレール５１に沿ってＸ軸方向に往復移動可能である。また、Ｘ軸送り台５ａ上には、複数のＹ軸リニアガイドのガイドレール５３がＹ軸方向に配置され、それぞれのガイドレール５３には、Ｙ軸送り台６ａの下面に固定されたスライダ５４が跨架されている。これにより、Ｙ軸送り台６ａは、Ｙ軸ステージ送り機構６の第２リニアモータ２１で駆動され、ガイドレール５３に沿ってＹ軸方向に往復移動可能である。

Ｙ軸ステージ送り機構６とワークステージ２の間には、ワークステージ２を上下方向に移動させるため、比較的位置決め分解能は粗いが移動ストローク及び移動速度が大きな上下粗動装置７と、上下粗動装置７と比べて高分解能での位置決めが可能でワークステージ２を上下に微動させてマスクＭとワークＷとの対向面間のギャップを所定量に微調整する上下微動装置８が設置されている。

上下粗動装置７は後述の微動ステージ６ｂに設けられた適宜の駆動機構によりワークステージ２を微動ステージ６ｂに対して上下動させる。ワークステージ２の底面の４箇所に固定されたステージ粗動軸１４は、微動ステージ６ｂに固定された直動ベアリング１４ａに係合し、微動ステージ６ｂに対し上下方向に案内される。なお、上下粗動装置７は、分解能が低くても、繰り返し位置決め精度が高いことが望ましい。

上下微動装置８は、Ｙ軸送り台６ａに固定された固定台９と、固定台９にその内端側を斜め下方に傾斜させた状態で取り付けられたリニアガイドの案内レール１０とを備えており、該案内レール１０に跨架されたスライダ１１を介して案内レール１０に沿って往復移動するスライド体１２にボールねじのナット（図示せず）が連結されると共に、スライド体１２の上端面は微動ステージ６ｂに固定されたフランジ１２ａに対して水平方向に摺動自在に接している。

そして、固定台９に取り付けられたモータ１７によってボールねじのねじ軸を回転駆動させると、ナット、スライダ１１及びスライド体１２が一体となって案内レール１０に沿って斜め方向に移動し、これにより、フランジ１２ａが上下微動する。
なお、上下微動装置８は、モータ１７とボールねじによってスライド体１２を駆動する代わりに、リニアモータによってスライド体１２を駆動するようにしてもよい。

この上下微動装置８は、Ｚ軸送り台６ａのＹ軸方向の一端側（図１の左端側）に１台、他端側に２台、合計３台設置されてそれぞれが独立に駆動制御されるようになっている。これにより、上下微動装置８は、ギャップセンサ２７による複数箇所でのマスクＭとワークＷとのギャップ量の計測結果に基づき、３箇所のフランジ１２ａの高さを独立に微調整してワークステージ２の高さ及び傾きを微調整する。
なお、上下微動装置８によってワークステージ２の高さを十分に調整できる場合には、上下粗動装置７を省略してもよい。

また、Ｙ軸送り台６ａ上には、ワークステージ２のＹ方向の位置を検出するＹ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９と、ワークステージ２のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸レーザ干渉計に対向するバーミラー（共に図示せず）とが設置されている。Ｙ軸レーザ干渉計１８に対向するバーミラー１９は、Ｙ軸送り台６ａの一側でＸ軸方向に沿って配置されており、Ｘ軸レーザ干渉計に対向するバーミラーは、Ｙ軸送り台６ａの一端側でＹ軸方向に沿って配置されている。

Ｙ軸レーザ干渉計１８及びＸ軸レーザ干渉計は、それぞれ常に対応するバーミラーに対向するように配置されて装置ベース４に支持されている。なお、Ｙ軸レーザ干渉計１８は、Ｘ軸方向に離間して２台設置されている。２台のＹ軸レーザ干渉計１８により、バーミラー１９を介してＹ軸送り台６ａ、ひいてはワークステージ２のＹ軸方向の位置及びヨーイング誤差を検出する。また、Ｘ軸レーザ干渉計により、対向するバーミラーを介してＸ軸送り台５ａ、ひいてはワークステージ２のＸ軸方向の位置を検出する。

マスクステージ１は、略長方形状の枠体からなるマスク基枠２４と、該マスク基枠２４の中央部開口にギャップを介して挿入されてＸ，Ｙ，θ方向（Ｘ，Ｙ平面内）に移動可能に支持されたマスクフレーム２５とを備えており、マスク基枠２４は装置ベース４から突設された支柱４ａによってワークステージ２の上方の定位置に保持されている。

マスクフレーム２５の中央部開口の下面には、枠状のマスクホルダ２６が設けられている。即ち、マスクフレーム２５の下面には、図示しない真空式吸着装置に接続される複数のマスクホルダ吸着溝が設けられており、マスクホルダ２６が複数のマスクホルダ吸着溝を介してマスクフレーム２５に吸着保持される。

マスクホルダ２６の下面には、マスクＭのマスクパターンが描かれていない周縁部を吸着するための複数のマスク吸着溝（図示せず）が開設されており、マスクＭは、マスク吸着溝を介して図示しない真空式吸着装置によりマスクホルダ２６の下面に着脱自在に保持される。

図２に示すように、本実施形態の露光装置ＰＥの照明装置３は、紫外線照射用の光源である例えば高圧水銀ランプ６１、及びこの高圧水銀ランプ６１から照射された光を集光するリフレクタ６２をそれぞれ有する複数のランプユニット６０と、光路ＥＬの向きを変えるための平面ミラー６３と、それぞれが同一の光透過率分布を有しマトリックス状に配列された複数のセル９１を備える光学フィルタ９０（図３参照）と、照射光路を開閉制御する露光制御用シャッターユニット６４と、露光制御用シャッターユニット６４の下流側に配置され、マトリックス状に配列された複数のレンズ素子６５ａを備えてリフレクタ６２で集光された光を照射領域においてできるだけ均一な照度分布となるようにして出射するフライアイレンズ６５と、フライアイレンズ６５から出射された光路ＥＬの向きを変えるための平面ミラー６６と、高圧水銀ランプ６１からの光を平行光として照射するコリメーションミラー６７と、該平行光をマスクＭに向けて照射する平面ミラー６８と、を備える。

図３（ａ）に示すように、光学フィルタ９０は、光路ＥＬに直交する平面に沿った２方向、且つ、光路ＥＬに沿った方向に移動可能である。具体的に、光学フィルタ９０は、周囲に設けられたフレーム９２を駆動装置９３によって駆動することで、各方向に移動可能である。また、駆動装置９３は、光学フィルタ９０を光路ＥＬから退避させる不使用状態の位置へ移動させることもできる。なお、光学フィルタ９０は、光路ＥＬに沿って移動させることで、露光面における照度の強さを調節することができる。例えば、光学フィルタ９０をフライアイレンズ６５に接近させるほど、各セル９１の光透過率が低くなっている部分によって露光面における照度をさらに低下することができる。

また、光学フィルタ９０は、フライアイレンズ６５に対して傾斜させることもできる。具体的に、光学フィルタ９０は、光路ＥＬに直交する方向に延びる任意の軸線ＣＬを中心として揺動させることで、傾斜させることができる。光学フィルタ９０は、フライアイレンズ６５に対して傾斜させることで、フライアイレンズ６５に近づいた部分による露光面における照度への影響が強くなり、フライアイレンズ６５から遠ざかった部分による露光面における照度への影響が弱くなる。
さらに、光学フィルタ９０を曲げることにより、露光面における照度への影響を変えるようにしてもよい。

図３（ｂ）に示すように、光学フィルタ９０の複数のセル９１はそれぞれ、中心部の光透過率が周辺部の光透過率より低い、具体的には、中心部から周辺部に向かって、次第に光透過率が高くなる同一の光透過率分布を有している。

中心部から周辺部に向かう光透過率の変化は、線形的変化、正弦波的変化、指数関数的変化、ガウス関数的変化など、任意に設定可能である。光透過率分布は、光学フィルタ９０の石英基板にクロムのドットパターンを蒸着するものや、蒸着多層膜により中心から放射状に透過率が変化する光学フィルタなどによって設けることができる。光透過率は、ドットパターンの大きさや密度を変えることで任意に設定することができる。ドットパターンの形状は、矩形、円形、楕円形など、任意に設定できる。なお、光学フィルタ９０の材料は、石英基板が望ましいが、ソーダガラスであってもよい。

光学フィルタ９０のセル９１は、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａの大きさと略同じ大きさとなっている。マトリックス状に配列された光学フィルタ９０の複数のセル９１は、マトリックス状に配列されたフライアイレンズ６５の複数のレンズ素子６５ａより、２行、２列だけ大きくなっている。即ち、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａがｐ行、ｑ列（ｐ、ｑは、整数）のマトリックス状に配列されている場合、光学フィルタ９０のセル９１は、ｐ＋２行、ｑ＋２列のマトリックス状に配列されている。
なお、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａと光学フィルタ９０のセル９１とは、互いの行と列の方向がそれぞれ一致するように配置されている。

従って、セル９１が５列、５行のマトリックス状に配列された図３（ｂ）に示す光学フィルタ９０は、レンズ素子６５ａが３列、３行のマトリックス状に配列されたフライアイレンズ６５に対応可能である。これにより、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に１セル分の範囲で移動させても、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａの全面が、光学フィルタ９０のセル９１と対向している。

なお、光学フィルタ９０は、不図示の切換え機構により他の光透過率分布を有する光学フィルタ９０に変更可能としてもよい。また、必要に応じて、不図示のノズルから冷却空気を吹き付けて光学フィルタ９０を冷却することもできる。光学フィルタ９０の周辺部を冷却する場合には、光学フィルタ９０の周囲に設けられたフレーム９２に冷却水を循環させて冷却するようにしてもよい。

その他、照明装置３では、高圧水銀ランプ６１は、単一のランプであってもよく、或いは、ＬＥＤによって構成されてもよい。また、光学フィルタ９０と露光制御用シャッターユニット６４の設置順は、逆であってもよい。さらに、フライアイレンズ６５と露光面との間には、ＤＵＶカットフィルタ、偏光フィルタ、バンドパスフィルタが配置されてもよい。

また、図４に示すように、平面ミラー６８は、正面視矩形状に形成されたガラス素材からなる。平面ミラー６８は、平面ミラー６８の裏面側に設けられた複数のミラー変形ユニット（ミラー曲げ機構）７０によりミラー変形ユニット保持枠７１に支持されている。

各ミラー変形ユニット７０は、平面ミラー６８の裏面に接着剤で固定されるパッド７２と、一端がパッド７２に固定された支持部材７３と、支持部材７３を駆動するアクチュエータ７４と、を備える。

支持部材７３には、保持枠７１に対してパッド７２寄りの位置に、±０・５ｄｅｇ以上の屈曲を許容する屈曲機構としてのボールジョイント７６が設けられており、保持枠７１に対して反対側となる他端には、アクチュエータ７４が取り付けられている。

さらに、マスク側のアライメントマーク（図示せず）の位置に露光光を反射する平面ミラー６８の各位置の裏面には、複数の接触式センサ７７が取り付けられている。

これにより、平面ミラー６８は、信号線８１により各アクチュエータ７４に接続されたミラー制御部８０からの指令に基づいて（図２参照）、接触式センサ７７によって平面ミラー６８の変位量をセンシングしながら、各ミラー変形ユニット７０のアクチュエータ７４を駆動して、各支持部材７３の長さを変えることによって、平面ミラー６８の形状を変更し、反射面の曲率を局部的に変更することで、平面ミラー６８のデクリネーション角を補正することができる。

その際、各ミラー変形ユニット７０には、ボールジョイント７６が設けられているので、支持部側の部分を三次元的に回動可能とすることができ、各パッド７２を平面ミラー６８の表面に沿って傾斜させることができる。このため、各パッド７２と平面ミラー６８との接着剥がれを防止するすると共に、移動量の異なる各パッド７２間における平面ミラー６８の応力が抑制され、平均破壊応力値が小さいガラス素材からなる場合であっても、平面ミラー６８の形状を局部的に変更する際、平面ミラー６８を破損することなく、１０ｍｍオーダーで平面ミラー６８を曲げることができ、曲率を大きく変更することができる。

このように構成された露光装置ＰＥでは、照明装置３において、露光時に露光制御用シャッターユニット６４が開制御されると、高圧水銀ランプ６１から照射された光が、平面ミラー６３で反射されてフライアイレンズ６５の入射面に入射される。そして、フライアイレンズ６５の出射面から発せられた光は、平面ミラー６６、コリメーションミラー６７、及び平面ミラー６８によってその進行方向が変えられるとともに平行光に変換される。そして、この平行光は、マスクステージ１に保持されるマスクＭ、さらにはワークステージ２に保持されるワークＷの表面に対して略垂直にパターン露光用の光として照射され、マスクＭのパターンがワークＷ上に露光転写される。

ここで、ワークＷの露光済みのパターンに対応してワークＷ上に露光転写されるマスクＭのパターンを補正するため、ミラー制御部８０から平面ミラー６８の各アクチュエータ７４に対して駆動信号を伝達すると、各ミラー変形ユニット７０のアクチュエータ７４は、各支持部材７３の長さを変えて、平面ミラー６８の形状を局部的に変更して、平面ミラー６８のデクリネーション角を補正する。

このとき、平面ミラー６８の局部的な形状変更により、マスクＭに照射される露光光の照度も局部的に変化する。即ち、露光面における照度分布が悪化し、ワークＷの露光精度に影響を及ぼす可能性がある。具体的には、アクチュエータ７４によって平面ミラー６８が裏面から押されて、平面ミラー６８の反射面が凸面状になった部分では、反射光が拡散して照度が低下する（暗くなる）。また、アクチュエータ７４によって平面ミラー６８の裏面が引かれて、平面ミラー６８の反射面が凹面状になった部分では、反射光が収束して照度が高まる（明るくなる）。

一方、中心部の光透過率が周辺部のものより低い複数のセル９１を備えた光学フィルタ９０は、図５（ａ）に示すように、光路ＥＬに直交する方向に移動させると、各セル９１の光透過率が低い部分（中央近傍）を通った光が、フライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａを通って重なり合うことで露光面での照度分布が変化し、露光面での一部の照度が低下する（図５（ｂ））。

このため、光学フィルタ９０を光路ＥＬ上に配置し、平面ミラー６８の形状変更により、露光面における照度が高い部分に対応する各レンズ素子６５ａの部分に、セル９１の光透過率が低い中心部を対向させるように、光学フィルタ９０を移動させる。これにより、露光面における照度分布のばらつきは、照度が高い部分の照度を光学フィルタ９０を用いて低下させることで補正することができ、照度分布を改善することができる。

なお、フライアイレンズ６５のマトリックス配置されたレンズ素子６５ａの数（目の数）が多くなると平均化されて露光面での照度分布の変化も小さくなる。レンズ素子６５ａは、縦方向に３個以上、横方向に３個以上で並ぶように配置されるものから適宜設定されればよく、光学フィルタ９０のセル９１の数も、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａの数に応じて適宜設計される。

以下、図６〜図１２を用いて、平面ミラー６８を形状変更させた場合に、光学フィルタ９０を用いて照度分布を補正したシミュレーション結果について説明する。

例えば、図６（ａ）は、平面ミラー６８の形状変更により照射領域が略台形となり、露光面（ワークＷ上）における露光光の照度分布が、露光面の左右方向では略均等であるが、上下方向では下方部分が低下している。このような照度分布の補正は、図７に示すように、フライアイレンズ６５に対して、光学フィルタ９０をセル９１の略３／４ピッチだけ図中下方に相対移動させて、光透過率が低くなっている各セル９１の中心部を、フライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａの上部に対向させる。

これにより、露光面における照度分布は、図６（ｂ）に示すように、照度が高い部分の照度が低下して全体として略均等になり、露光精度が向上する。なお、必要に応じて、光学フィルタ９０を光路ＥＬに沿って移動させることで照度を落としたい場所の露光光の強度が調節可能である。

図８（ａ）は、平面ミラー６８の形状変更により照射領域が略たる形となり、露光面における露光光の照度分布が露光面の中央部分が低下している。このような照度分布の補正は、図９に示すように、フライアイレンズ６５に対して、光学フィルタ９０を図中上下方向に略１／２ピッチ、左右方向に略１／２ピッチ相対移動させて、各セル９１の光透過率が低くなっている中心部を、フライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａの周辺部に対向させる。これにより、露光面における照度分布は、図８（ｂ）に示すように、照度が高い周辺部の照度が低下して全体として略均等になる。

図１０（ａ）は、平面ミラー６８の形状変更により照射領域が略糸巻き形となり、露光面における露光光の照度分布が露光面の中央部分で高くなっている。このような照度分布の補正は、図１１に示すように、フライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａと光学フィルタ９０の各セル９１の位置を一致させる。これにより、露光面における照度分布は、図１０（ｂ）に示すように、照度が高い中央部分の照度が低下して全体として略均等になる。

図１２（ａ）では、平面ミラー６８の形状変更により、曲率半径が小さい凹曲面状の部分によって照射された露光面の左上部分（図中、円Ｃで囲む部分）の照度分布が高くなっている。このような照度分布の補正は、平面ミラー６８の曲率半径が小さい部分を照射するフライアイレンズ６５の各レンズ素子６５ａの位置に、光学フィルタ９０の各セル９１の光透過率が低くなっている部分が一致するように光学フィルタ９０を移動する。これにより、露光面における照度分布は、図１２（ｂ）に示すように、照度が高い左上部分の照度が低下して全体として略均等になる。

以上説明したように、本実施形態の照明装置３によれば、ランプユニット６０と、ｐ行、ｑ列のマトリックス状に配列された複数のレンズ素子６５ａを有するフライアイレンズ６５と、反射面の形状を変更するミラー変形ユニット７０を備える平面ミラー６８と、ｐ＋２行、ｑ＋２列のマトリックス状に配列され、それぞれ光透過率分布を持った複数のセル９１を有し、ランプユニット６０とフライアイレンズ６５との間に配置されて光路ＥＬに直交する方向に移動可能な光学フィルタ９０と、を備える。これにより、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に移動させて露光面における照度を変更し、照度分布のばらつきを補正することができる。この結果、ミラー変形ユニット７０による反射面の形状変更に起因する露光面での照度分布のばらつきを、光学フィルタ９０により抑制することができる。

また、各セル９１は、同一の光透過率分布を有し、露光面での照度分布が均一となるように、反射面の形状に応じて、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に移動させるので、反射面の曲げ方向（凹凸）や曲率補正の大きさなどに係わらず、照度分布を補正してワークＷを均一に露光することができる。

また、各セル９１は、中心部から周辺部に向かって、次第に光透過率が高くなる光透過率分布を有するので、反射面の形状変更により照度が高くなった部分に、各セル９１の中心部を一致させ、照度が高い部分の照度を低下させて、露光面における照度分布を均一にすることができる。

また、光学フィルタ９０は、光路ＥＬに沿って移動可能であるので、露光面における照度の強さを調節することができる。

更に、本実施形態の露光装置ＰＥ及び露光方法によれば、マスクステージ１で支持されるマスクＭと、ワークステージ２で支持されるワークＷと、ミラー変形ユニット７０による反射面の形状変更に起因する露光面での照度分布のばらつきを補正可能な光学フィルタ９０を有する照明装置３と、を備え、ランプユニット６０からの露光光を光学フィルタ９０で補正し、マスクＭを介してワークＷに照射して露光パターンをワークＷに露光転写するので、高精度な露光結果が得られる。

なお、上記実施形態では、光学フィルタ９０の各セル９１は、それぞれ同じサイズに設計されている。しかしながら、本発明では、図１３に示すように、光学フィルタ９０の周囲に配置される上下の２行のセル９１は、列方向（上下方向）のサイズにおいて、光学フィルタ９０の内部に配置されるセル９１の半分以上（図１２では、半分）となるように設計されればよい。また、光学フィルタ９０の周囲に配置される左右の２列のセル９１は、行方向（左右方向）のサイズにおいて、光学フィルタ９０の内部に配置されるセル９１の半分以上（図１２では、半分）となるように設計されればよい。これにより、図１３に示す光学フィルタ９０は、図３（ｂ）に示すものに比べて、上下方向、及び左右方向において１セル分ずつ小さくすることができる。この場合、光学フィルタ９０の周囲に配置される各セル９１は、内部に配置されるセル９１と同一の光透過率分布を有するものを所定のサイズに切断することで与えられる。

また、本発明では、図１４に示すように、光学フィルタ９０は、ｐ＋１行、ｑ＋１列のマトリックス状に配列され、それぞれ同一の光透過率分布を持った複数のセル９１を有するものであってもよい。即ち、光学フィルタ９０は、フライアイレンズ６５のｐ行のレンズ素子６５ａに対応するｐ行のセル９１に対して、行方向（左右方向）のいずれか一方（図１４では、右方）に１行のセル９１が配置され、且つ、フライアイレンズ６５のｑ列のレンズ素子６５ａに対応するｑ列のセル９１に対して、列方向（上下方向）のいずれか一方（図１４では、下方）に１列のセル９１が配置される構成であってもよい。この場合も、上記実施形態の光学フィルタ９０と同様に、フライアイレンズ６５に対して、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に移動させることで、露光面における照度を変更することができる。

また、本発明では、図１５（ａ）に示すように、光学フィルタ９０は、ｐ−２行、ｑ−２列のマトリックス状に配列され、それぞれ同一の光透過率分布を持った複数のセル９１を有するものであってもよい。この場合、光学フィルタ９０のセル９１は、フライアイレンズ６５のｐ行、ｑ列のレンズ素子６５ａのうち、上下２行、左右２列に位置するレンズ素子６５ａは、該レンズ素子６５ａに対応するセル９１がなく、照度を低減することができない。しかしながら、中心部のレンズ素子６５ａに比較して、外周部のレンズ素子６５ａから照射される照射光の照度は暗いので実用上の影響は小さい。このため、該変形例の場合も、上記実施形態の光学フィルタ９０と同様に、フライアイレンズ６５に対して、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に移動させることで、露光面における照度を変更することができる。

さらに、図１５（ｂ）に示すように、光学フィルタ９０は、ｐ−１行、ｑ−１列のマトリックス状に配列され、それぞれ同一の光透過率分布を持った複数のセル９１を有するものであってもよい。この場合も、光学フィルタ９０のセル９１は、フライアイレンズ６５のｐ行、ｑ列のレンズ素子６５ａのうち、上下１行、左右１列に位置するレンズ素子６５ａは、該レンズ素子６５ａに対応するセル９１がなく、照度を低減することができない。しかしながら、中央部のレンズ素子６５ａに比較して、外周部のレンズ素子６５ａから照射される照射光の照度は暗いので実用上の影響は小さい。このため、該変形例の場合も、上記実施形態の光学フィルタ９０と同様に、フライアイレンズ６５に対して、光学フィルタ９０を光路ＥＬに直交する方向に移動させることで、露光面における照度を変更することができる。
なお、光学フィルタ９０のセル９１は、フライアイレンズ６５のレンズ素子６５ａと同じ、ｐ行、ｑ列のマトリックス状に配列されたものであってもよい。

また、図１６に示すように、光学フィルタ９０は、中央部（図では、３行×３列）に位置する各セル９１Ａと、外周部（図では、上下２行、左右２列）に位置するセル９１Ｂとによって構成されてもよい。各セル９１Ａ、９１Ｂは、中心部から周辺部に向かって、次第に光透過率が高くなる光透過率分布を有すると共に、中央部の各セル９１Ａの中心部よりも外周部のセル９１Ｂの中心部のほうが光透過率が高くなるように設定する。上述したように、中央部のレンズ素子６５ａから照射される照射光の照度が強く、外周部のレンズ素子６５ａから照射される照射光の照度が弱くなるため、上記の光学フィルタ９０を設けることで、各レンズ素子６５ａから照射される照射光による照度の影響を平均化することができる。

また、上記実施形態では、光学フィルタ９０の枚数は、１枚で設計されているが、２枚以上の光学フィルタ９０を光の光軸に沿って並べて配置するようにしてもよい。これにより、例えば、上記実施形態の２枚の光学フィルタ９０を、光透過率が低くなっている中心部の位置をずらして配置することで、露光面における複数個所の照度分布を調節して露光面における照度分布を均一にすることができる。
なお、露光面における複数個所の照度分布の調節は、露光制御用シャッターユニット６４が開いている間に、光学フィルタ９０を移動させることによっても達成可能である。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態の光学フィルタの光透過率分布は、中心部の光透過率が周辺部の光透過率より低いとして説明したが、これとは逆に、中心部の光透過率が周辺部の光透過率より高い光透過率分布を有する光学フィルタであってもよい。この場合も、露光面における照度が高い部分に、光学フィルタの光透過率が低い部分を対向して配置することで、露光面における照度分布を均一にすることができる。

また、光学フィルタの位置は、フライアイレンズのランプユニット側としたが、２枚のフライアイレンズの間に配置することもできる。
さらに、光学フィルタのセルのピッチは、一定として説明したが、ランプユニットからの光が平行光ではなく、わずかに集光しながら、あるいは拡散しながら光学フィルタを通ってフライアイレンズに入射するような場合は、平行光と光路との角度に合わせて、光学フィルタの各セルのピッチをずらしてもよい。

なお、本発明は、２０１５年５月２６日出願の日本特許出願（特願２０１５−１０６０４９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ マスクステージ（マスク支持部）
２ ワークステージ（ワーク支持部）
３ 照明装置（露光用照明装置）
６０ ランプユニット（光源）
６５ フライアイレンズ
６５ａ レンズ素子
６８ 平面ミラー（反射鏡）
７０ ミラー変形ユニット（ミラー曲げ機構）
９０ 光学フィルタ
９１ セル
ＥＬ 光路（光軸）
Ｍ マスク
ＰＥ 近接露光装置
Ｗ ワーク

Claims (11)

1. 光源と、
   ｐ行、ｑ列（ｐ，ｑは、整数）のマトリックス状に配列された複数のレンズ素子を有し、前記光源からの光を均一にして出射するフライアイレンズと、
   反射面の形状を変更可能なミラー曲げ機構を備え、前記フライアイレンズから出射された前記光を反射する反射鏡と、
   を備え、
   露光パターンが形成されたマスクを介して前記光源からの露光光をワーク上に照射して前記露光パターンを前記ワークに露光転写する露光用照明装置であって、
   前記光源と前記フライアイレンズとの間に配置されて露光面での照度分布を変更可能な光学フィルタを更に備え、
   前記光学フィルタは、ｐ−２〜ｐ＋２行、ｑ−２〜ｑ＋２列のマトリックス状に配列され、それぞれ光透過率分布を持った複数のセルを有し、
   前記光学フィルタは、前記光の光軸に直交する方向に移動可能であることを特徴とする露光用照明装置。
2. 前記光学フィルタは、ｐ＋２行、ｑ＋２列のマトリックス状に配列された前記複数のセルを有することを特徴とする請求項１に記載の露光用照明装置。
3. 前記光学フィルタの周囲に配置される２行の前記セルは、列方向のサイズにおいて、前記光学フィルタの内部に配置される前記セルの半分以上となるように設計され、
   前記光学フィルタの周囲に配置される２列の前記セルは、行方向のサイズにおいて、前記光学フィルタの内部に配置される前記セルの半分以上となるように設計されることを特徴とする請求項２に記載の露光用照明装置。
4. 前記光学フィルタは、ｐ＋１行、ｑ＋１列のマトリックス状に配列された前記複数のセルを有することを特徴とする請求項１に記載の露光用照明装置。
5. 前記各セルは、それぞれ同一の光透過率分布を有し、
   前記光学フィルタは、前記露光面での照度分布が均一となるように、前記反射鏡の反射面の形状に応じて、前記光の光軸に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光用照明装置。
6. 前記各セルは、中心部から周辺部に向かって、次第に光透過率が高くなる光透過率分布を有することを特徴とする請求項５に記載の露光用照明装置。
7. 前記光学フィルタは、前記光の光軸に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の露光用照明装置。
8. 複数の前記光学フィルタを前記光の光軸に沿って並べて配置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光用照明装置。
9. マスクを支持するマスク支持部と、
   ワークを支持するワーク支持部と、
   前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光用照明装置と、
   を備え、
   前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射して前記マスクの露光パターンを前記ワークに露光転写することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を使用し、前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射して前記マスクの露光パターンを前記ワークに露光転写することを特徴とする露光方法。
11. 前記光源からの露光光を前記マスクを介して前記ワークに照射している間に、前記光学フィルタを前記光の光軸に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。

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