TWI439816B - 光學積分器、照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法 - Google Patents

光學積分器、照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法 Download PDF

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Description

光學積分器、照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法
本發明是關於一種光學積分器(optical integrator)、照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法。更詳細而言，本發明是關於一種適合於曝光裝置的照明光學裝置的光學積分器，該曝光裝置利用微影(lithography)過程來製造半導體元件、攝影元件、液晶顯示元件及薄膜磁頭(thin film magnetic head)等元件(電子元件等)。
於曝光裝置中，自光源射出的光束入射至作為光學積分器的複眼透鏡(fly eye lens)，並於複眼透鏡的後側焦點面上形成由多個光源構成的二次光源(照明光瞳上所形成的光強度分佈)。二次光源的光束經由孔徑光闌(aperture stop)及聚光透鏡(condenser lens)而對形成了規定的圖案的光罩進行重疊照明。透過光罩圖案的光經由投影光學系統而於晶圓上成像。藉此，光罩圖案被投影曝光(轉印)於晶圓上。光罩圖案實現了高積體化，為了將該微細圖案準確地轉印至晶圓上，於晶圓上獲得均勻的照度分佈是不可或缺的條件。
於曝光裝置中，為了提高照度分佈的均勻性，必須儘可能多地設定構成複眼透鏡的微小透鏡元件的數量。又，為了避免孔徑光闌中的光量損失，必須形成形狀接近於預期形狀的二次光源。因此，考慮例如將構成複眼透鏡的微小透鏡元件的尺寸設定得非常小，亦即考慮使用微複眼透 鏡(micro-fly-eye lens)。上述微複眼透鏡藉由以下方法而構成：例如於平行平面玻璃板上，應用微機電系統(Microelectromechanical System，MEMS)技術(微影及蝕刻(etching)等)而形成多個微小折射面。
本專利申請人提出，將由在兩個側面上形成了圓柱透鏡群(cylindrical lens)的一對複眼部件所構成的圓柱微複眼透鏡(cylindrical micro-fly-eye lens)作為光學積分器，該光學積分器可以將多個微小折射面的製造誤差對照度分佈造成的影響抑制得小，上述多個微小折射面是藉由例如蝕刻加工而一體形成的(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利早期公開的特開2004-198748號公報
一般而言，在先前的藉由縱橫且密集排列雙凸透鏡元件(biconvex lens element)而構成的複眼透鏡中，各透鏡元件的入射面或出射面的面形狀誤差會影響被照射面(曝光裝置中為光罩面或晶圓面)上的照度分佈。尤其是和與被照射面具有光學共軛關係的入射面的面形狀誤差相比，出射面的面形狀誤差對被照射面上的照度分佈造成的影響更大。
此現象的原因在於，例如在因配置於較複眼透鏡更前側的可動光學部件的移動而使得入射至透鏡元件上的光的角度或角度範圍產生變化時，則透鏡元件的出射面上光通過的區域亦會產生變化。若於透鏡元件的出射面上存在面形狀誤差，則出射面上光通過的區域會產生變化，從而被 照射面上所形成的照度分佈產生變化，乃至產生照明不均。同樣地，對於圓柱微複眼透鏡，在波前分割元件中的折射力作用於一個方向上的一對光學面中，與前側的光學面的面形狀誤差相比，後側的光學面的面形狀誤差對被照射面上的照度分佈造成的影響更大。
若入射至光學積分器的波前分割元件(複眼透鏡的情形時為透鏡元件)上的光的角度或角度範圍固定，則可使用照明不均修正濾光片等而在被照射面上獲得大致均勻的照度分佈。然而，例如在因可動光學部件的移動(包含旋轉等的廣泛概念)而使得入射至光學積分器的波前分割元件上的光的角度或角度範圍產生變動時，則難以在被照射面上獲得預期的照度分佈。
對於步進掃描方式(step and scan)的掃描曝光裝置而言，即便於靜止曝光區域中在掃描方向上殘留著某程度的照度不均，亦會因掃描曝光的平均化效果而不致於產生較大的問題。相對於此，靜止曝光區域中的掃描正交方向(與掃描方向正交的方向)上的照度不均無法取得掃描曝光的平均化效果。其結果為，若將先前的光學積分器應用於掃描曝光裝置，則於掃描曝光之後，難以獲得預期的照度分佈，乃至難以達到預期的成像性能。因此，需求一種光學積分器，該光學積分器例如應用於掃描曝光裝置時，可將在靜止曝光區域中的掃描正交方向上產生的照度不均抑制得小。
本發明是鍳於上述課題而完成，其目的在於提供一種光學積分器，該光學積分器可將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得小。
又，本發明的目的在於提供一種照明光學裝置，該照明光學裝置可使用一光學積分器來以預期的照度分佈對被照射面進行照明，上述光學積分器將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得小。
又，本發明的目的在於提供一種曝光裝置以及元件製造方法，該曝光裝置可使用以預期的照度分佈來對被照射面進行照明的照明光學裝置，從而於良好的照明條件下進行良好的曝光。
為了概括地敘述本發明，此處陳述了本發明的形態、效果及新的特徵。然而，不應認為利用本發明的任一實施形態均一定會實現上述所有效果。如此，可利用如下的方法來實施本發明，該方法不一定會實現所有此處記載或提出的其它效果，而是會實現所記載的一個或多個效果，或者會使所記載的一個或多個效果最佳化。
為了解決上述問題，本發明的第1形態提供一種光學積分器，其具有二維並列配置的多個波前分割元件，該光學積分器的特徵在於：上述波前分割元件以如下方式而構成，亦即，使得傾斜入射至上述波前分割元件的入射面的光軸中心後的光線群與上述光軸平行地自上述波前分割元件射出，上述波前分割元件具有至少一個入射側的光學面以及 至少一個出射側的光學面，於上述多個波前分割元件中的至少一個波前分割元件中，以軸線為中心傾斜地形成有上述波前分割元件的至少一個曲面狀的光學面，此軸線通過該波前分割元件的規定的入射側的光學面的光軸中心，且在與上述光軸正交的規定方向上。
本發明的第2形態提供一種照明光學裝置，根據來自光源的光，對被照射面進行照明，該照明光學裝置的特徵在於包括：配置在上述光源與上述被照射面之間的光路中的第1形態的光學積分器。
本發明的第3形態提供一種曝光裝置，該曝光裝置的特徵在於：包括用以對規定的圖案進行照明的第2形態的照明光學裝置，且將上述規定的圖案曝光於感光性基板上。
本發明的第4形態提供一種元件製造方法，該元件製造方法的特徵在於：包括曝光過程以及顯影過程，其中，上述曝光過程使用第3形態的曝光裝置，將上述規定的圖案曝光於上述感光性基板上，上述顯影過程使經過上述曝光過程的上述感光性基板顯影。
[發明的效果]
本發明的光學積分器在所需數量的波前分割元件中傾斜地形成有曲面狀的光學面，因此，於該些傾斜(tilt)波前分割元件中，光會通過與未使用本發明的方法的通常的波前分割元件所不同的區域。其結果為，本發明中，例如 即便因配置於較光學積分器更前側的可動光學部件的移動而使得入射至各波前分割元件上的光的角度或角度範圍產生變動，此時光亦會通過光學面的面形狀誤差的傾向互不相同的各種區域，從而可利用所謂的面形狀誤差的平均化效果，來將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得小。
亦即，本發明的光學積分器可將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得小，例如在將本發明的光學積分器應用於掃描曝光裝置時，可將在靜止曝光區域中的掃描正交方向上產生的照度不均抑制得小。因此，本發明的照明光學裝置可使用一光學積分器來以預期的照度分佈對被照射面進行照明，上述光學積分器將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得較小。又，本發明的曝光裝置使用以預期的照度分佈來對被照射面進行照明的照明光學裝置，從而可於良好的照明條件下進行良好的曝光，而且可製造出良好的元件。
本發明可藉由以下的說明及隨附圖式來更好地理解。然而，該些說明及隨附圖式是本發明的例示，而並非對本發明進行限定。，
關於本發明的另外的應用例，可藉由以下記載的詳細說明而明確瞭解。然而，本領域技術人員根據以下的詳細說明而明確瞭解，可於本發明的範圍內進行各種變更及修正，因此，以下的詳細說明及實施形態是本發明的較佳例示，且應當理解其僅作為例示。
在對本發明的實施形態進行具體說明之前，先對複眼元件(包括複眼透鏡、微複眼透鏡、圓柱微複眼透鏡等的廣泛概念)的功能以及本發明的基本觀點進行說明。以下，為了使說明簡單化，考慮將複眼透鏡101用作複眼元件的例，如圖1所示，該複眼透鏡101是藉由縱橫且密集地排列(二維並列配置)多個雙凸透鏡元件(波前分割元件)100而構成的。
沿著照明光學裝置的光軸AX所配置的複眼元件101承擔的作用在於，一方面確保被照射面103上所需的照明區域(照野(field))103a，一方面使該照明區域103a中的照度分佈均勻。為了實現上述目的，入射至各透鏡元件100的入射面100a上後的光束於出射面100b附近形成點光源之後，經由聚焦光學系統102而對被照射面103上的照明區域103a進行重疊照明。此時，如圖2所示，正入射(於透鏡元件100的光軸AXe的方向上入射)至透鏡元件100的入射面100a上後的平行光(由圖2中的實線所示)，作為具有規定的出射NA的光而自出射面100b射出，且進一步成為具有所需的NA(數值孔徑或角度範圍)的光而到達照明區域103a。
而且，於複眼元件101中，傾斜入射(在相對於光軸Axe傾斜的方向上入射)至透鏡元件100的入射面100a上後的平行光(圖2中以虛線表示)，亦作為出射NA與正入射的平行光相同且中心角度(各透鏡元件內的主光線角度) 與光軸平行的光而自出射面100b射出，且進一步成為NA與水平入射的平行光相同且中心角度與光軸平行的光而到達照明區域103a。為了確保傾斜入射的平行光亦具有與正入射的平行光相同的中心角度，需滿足如下條件：如圖3所示，通過入射面100a上的光軸中心(入射面100a與光軸Axe的交點)100aa的主光線(圖3中以虛線表示)成為與光軸AXe平行的光，並自出射面100b射出。另外，根據上述條件，結果會使入射面100a與被照射面形成共軛關係。
如上所述，複眼元件101以如下方式而構成，亦即，使得傾斜入射至作為波前分割元件的透鏡元件100的入射面100a的光軸中心100aa後的光線群，與光軸AXe平行地自出射面100b射出。又，複眼元件101的構成為，使得兩個來自上述出射面100b的光的最大出射角度(半角：與出射NA相對應的角度)相等，其中的一個最大出射角度是藉由自光軸AXe的方向入射至透鏡元件100的入射面100a上後的光(平行光等)所形成，其中的另一個出射角度是藉由自相對於光軸Axe傾斜的方向入射至入射面100a上後的光(平行光等)所形成。由此，以各種角度入射至複眼元件101的各平行光成為NA分別相同且中心角度與光軸平行的光而射出，故複眼元件101具有完全不與入射至複眼元件101的光的角度範圍(NA)或其中心角度相依的出射角度特性。
此外，例如在除複眼元件以外的微透鏡陣列(micro lens array)中，傾斜入射至波前分割元件的入射面的光軸中心後的光線群並非相對於光軸平行地自波前分割元件射出，而是傾斜地自波前分割元件射出。其結果為，以各種角度入射至此種微透鏡陣列的各平行光以分別相同的NA(角度範圍)射出，但射出時中心角度(主光線角度)保持不變，結果與複眼元件101不同，微透鏡陣列具有與入射至微透鏡陣列的光的角度範圍(NA)或其中心角度相依的出射角度特性。
如上所述，例如在因配置於較複眼元件101更前側的可動光學部件的移動而使得入射至透鏡元件100上的光的角度(入射光束的重心光線即中心光線與透鏡元件100的光軸Axe所成的角度)或角度範圍(入射至入射面100a上的1個點的光線群張開的最大角度)產生變化時，則透鏡元件100的出射面100b上光通過的區域亦會產生變化。而且，若於透鏡元件100的出射面100b上存在面形狀誤差，則出射面100b上光通過的區域會產生變化，從而被照射面103上的照明區域103a中所形成的照度分佈產生變化，乃至產生照明不均。
實際上，各透鏡元件100的光學面的面形狀誤差的傾向彼此大致相同，且各透鏡元件100於照明區域103a中形成的照度不均的傾向亦彼此大致相同，因此，於圖4所示的矩形的照明區域103a中，在作為長邊方向的z方向以及作為短邊方向的x方向的兩個方向上產生照度不均。如上所述，在將上述複眼元件101應用於掃描曝光裝置的照明 光學系統中時，即便在與掃描方向相對應的x方向上殘留著某程度的照度不均，亦會因掃描曝光的平均化效果而不致於產生較大的問題。然而，與掃描正交方向相對應的z方向的照度不均不會受到掃描曝光的平均化效果的影響，因此，若殘存著z方向的照度不均，則於掃描曝光之後，難以獲得預期的照度分佈，乃至難以達到預期的成像性能。
為了將在照明區域103a的z方向上產生的照度不均抑制得小，考慮如下方法：將入射至複眼元件101的各透鏡元件100的光在yz平面中的角度範圍設定得大。該方法中，由於各透鏡元件100的出射面100b上光通過的區域變大，因此例如即便出射面100b上光通過的區域因可動光學部件的移動而產生變動，亦可將光的通過區域的變動率抑制得相對小，進一步可期待將z方向上產生的照度不均抑制得小的效果。但是，為了將入射至各透鏡元件100的光的角度範圍設定得大，必須改變較複眼元件101更前側的構成。
針對上述問題，本發明提供如下的方法：無需改變較複眼元件101更前側的構成，而是藉由改變複眼元件101本身的構成，亦即複眼元件101的光學面的構成，來將被照射面103上的照明區域103a中的z方向上產生的照度不均(一般為預期方向上的照度不均)抑制得小。一般而言，於本發明的該方法中，於構成光學積分器的多個波前分割元件中的所需數量的波前分割元件(理論上為至少一個波前分割元件)中，以軸線為中心傾斜地形成有關的波前分 割元件的至少一個曲面狀的光學面，此軸線通過該波前分割元件的入射面的光軸中心且在與元件光軸正交的規定方向上。
以下將參照圖5(e)進行具體的說明。於本發明的方法中，為了將在照明區域103a中的z方向上產生的照度不均抑制得小，對於構成複眼元件101的多個透鏡元件100中的所需數量的透鏡元件100A，以軸線104為中心傾斜(tilt)地形成上述透鏡元件100A的出射折射面100b，軸線104通過入射面100a的光軸中心100aa且在與元件光軸AXe正交的x方向上。圖5(a)中虛線所示的曲線100b'表示未使用本發明的方法的通常的透鏡元件的出射折射面。
或者，為了將在照明區域103a中的z方向上產生的照度不均抑制得小，如圖5(b)所示，於使用本發明的方法的傾斜透鏡元件100A中，以軸線104為中心傾斜地形成上述傾斜透鏡元件100A的入射折射面100a，軸線104通過光軸中心100aa且在與元件光軸AXe正交的x方向上。圖5(b)中虛線所示的曲線100a'表示未使用本發明的方法的通常的透鏡元件的入射折射面。或者，為了將在照明區域103a中的z方向上產生的照度不均抑制得小，於傾斜透鏡元件100A中，亦可以軸線104為中心傾斜地形成上述傾斜透鏡元件100A的入射折射面100a以及出射折射面100b，軸線104通過光軸中心100aa且在與元件光軸AXe正交的x方向上。
本發明的光學積分器中，由於在所需數量的波前分割元件中傾斜地形成有曲面狀的光學面，因而在該些傾斜波前分割元件中，光通過一個與未使用本發明的方法的通常的波前分割元件不同的區域。如此，以使光通過與通常的波前分割元件所不同的區域的方式來形成所需數量的傾斜波前分割元件，故而光會通過光學面的面形狀誤差的傾向互不相同的各種區域，從而可在所謂的面形狀誤差的平均化效果的作用下，將被照射面上在預期方向上產生的照度不均抑制得小。換言之，本發明中，例如即便因配置於較光學積分器更前側的可動光學部件的移動而使得入射至各波前分割元件上的光的角度或角度範圍產生變動，光亦會通過光學面的面形狀誤差的傾向互不相同的各種區域，從而可獲得與將入射至各波前分割元件上的光的角度範圍設定得大的情況相同的效果，亦即，將在預期方向上產生的照度不均抑制得小的效果。
然而，如上所述，對於複眼元件101之類的光學積分器，為了確保被照射面103上所需的照明區域103a，重要的是需滿足如下的兩個條件，其中的一個條件是，入射至各透鏡元件100的入射面100a上後的光束對照明區域103a進行重疊照明，其中的另一個條件是，正入射至透鏡元件100的入射面100a上後的平行光與傾斜入射後的平行光均作為出射NA彼此相同的光而自出射面100b射出，且進一步成為NA彼此相同的光而到達照明區域103a。本發明中，為了滿足上述條件，重要的是，以軸線為中心傾斜 地形成該傾斜波前分割元件的曲面狀的光學面，此軸線通過傾斜波前分割元件的入射面的光軸中心且在與元件光軸正交的規定方向上。
以下將根據隨附圖式來說明本發明的實施形態。圖6是概略地表示本發明實施形態的曝光裝置的構成圖。圖6中，將Z軸設定為沿著作為感光性基板的晶圓W的法線方向，將Y軸設定為在晶圓W的表面內與圖6的紙面平行的方向，將X軸設定為在晶圓W的表面內與圖6的紙面垂直的方向。參照圖6，本實施形態的曝光裝置包括用以供給曝光光(照明光)的光源1。光源1例如可使用供給波長為193nm的光的ArF準分子雷射光源或者供給波長為248nm的光的KrF準分子雷射光源等。
自光源1射出的光經整形光學系統2放大成具有所需的剖面形狀的光束，並經由偏光狀態切換部3以及環狀照明用的繞射光學元件4而入射至無焦透鏡(afocal lens)5。偏光狀態切換部3自光源側依序包括：1/4波長板3a，其構成為晶體光軸(optic axis of crystal)以光軸AX為中心旋轉自如，從而將入射的橢圓偏光的光轉換為直線偏光的光；1/2波長板3b，其構成為晶體光軸以光軸AX為中心旋轉自如，從而使入射的直線偏光的偏光方向發生變化；以及消偏振鏡(depolarizer)(非偏光化元件)3c，可自如地插入至照明光路中或者脫離照明光路。
在使消偏振鏡3c自照明光路中退出的狀態下，偏光狀態切換部3具有如下功能：將來自光源1的光轉換為具有 預期的偏光方向的直線偏光的光，並使該光入射至繞射光學元件4，在將消偏振鏡3c設定於照明光路中的狀態下，上述偏光狀態切換部3具有如下功能：將來自光源1的光實質上轉換為非偏光的光，並使該光入射至繞射光學元件4。無焦透鏡5是以如下方式而設定的無焦系統(無焦點光學系統)，亦即，使前側焦點位置與繞射光學元件4的位置大體一致，且使後側焦點位置與圖中虛線所示的規定面IP的位置大體一致。
繞射光學元件4藉由在基板上形成段差而構成，上述段差具有曝光光(照明光)的波長左右的間距(pitch)，該繞射光學元件4具有使入射光束(beam)以預期的角度進行繞射的作用。具體而言，環狀照明用的繞射光學元件4具有的功能是，當具有矩形剖面的平行光束入射而來時，於該平行光束的遠場(far field)(或夫朗和斐繞射區域，fraunhofer diffraction zone)形成環狀的光強度分佈。因此，入射至繞射光學元件4的大致平行的光束於無焦透鏡5的光瞳面上形成環狀的光強度分佈之後，以環狀的角度分佈自無焦透鏡5射出。
在無焦透鏡5的前側透鏡群5a與後側透鏡群5b之間的光路中，在無焦透鏡5的光瞳位置或其附近，配置著偏光轉換元件6以及圓錐轉向鏡系統(cone axicon system)7。關於偏光轉換元件6與圓錐轉向鏡系統7的構成以及作用將於下文中描敘。透過無焦透鏡5的光束經由用以使σ值(σ值=照明光學裝置的光罩側數值孔徑/投影光學系統 的光罩側數值孔徑)可變的變焦透鏡(zoom lens)8後，入射至作為光學積分器的圓柱微複眼透鏡9。
如圖7所示，圓柱微複眼透鏡9是由配置於光源側的第1複眼部件9a與配置於光罩側的第2複眼部件9b所構成。在第1複眼部件9a的位於光源側的面以及第2複眼部件9b的位於光源側的面上，以間距px分別形成有並排地排列於X方向上的圓柱透鏡群(圓柱面狀的入射折射面)9aa以及圓柱透鏡群9ba。在第1複眼部件9a的位於光罩側的面以及第2複眼部件9b的位於光罩側的面上，以間距pz (pz>px)分別形成有並排地排列於Z方向上的圓柱透鏡群(圓柱面狀的出射折射面)9ab以及圓柱透鏡群9bb。
接下來關注圓柱微複眼透鏡9的X方向的折射作用(亦即XY平面的折射作用)。對於沿著光軸AX入射的平行光束而言，在第1複眼部件9a的形成於光源側的圓柱透鏡群9aa的作用下，上述平行光束的波前沿著X方向以間距px被分割，並在上述圓柱透鏡群9aa的折射面上受到聚光作用之後，在第2複眼部件9b的形成於光源側的圓柱透鏡群9ba中的對應的圓柱透鏡的折射面上受到聚光作用，由此使上述平行光束聚光於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上。
再接下來關注圓柱微複眼透鏡9的Z方向的折射作用(亦即YZ平面的折射作用)。對於沿著光軸AX入射的平行光束而言，在第1複眼部件9a的形成於光罩側的圓柱透鏡群9ab的作用下，上述平行光束的波前沿著Z方向以間 距pz被分割，並在上述圓柱透鏡群9ab的折射面上受到聚光作用之後，在第2複眼部件9b的形成於光罩側的圓柱透鏡群9bb中的對應的圓柱透鏡的折射面上受到聚光作用，由此使上述平行光束聚光於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上。
如上所述，圓柱微複眼透鏡9是由配置於圓柱透鏡群的兩個側面上的第1複眼部件9a與第2複眼部件9b所構成，該圓柱微複眼透鏡9發揮著與微複眼透鏡相同的光學功能，上述微複眼透鏡是由多個矩形的微小折射面(波前分割元件)縱橫且密集地一體形成，該微小折射面在X方向上具有間距px的大小，且在Z方向上具有間距pz的大小。圓柱微複眼透鏡9可將由微小折射面的面形狀不均所引起的畸變(distortion)的變化抑制得小，例如可將經蝕刻加工而一體形成的多個微小折射面的製造誤差對照度分佈造成的影響抑制得小。
規定面IP的位置配置於變焦透鏡8的前側焦點位置處或者該前側焦點的附近，圓柱微複眼透鏡9的入射面配置於變焦透鏡8的後側焦點位置處或者該後側焦點的附近。換言之，變焦透鏡8實質上將規定面IP與圓柱微複眼透鏡9的入射面配置為傅立葉變換的關係，且進一步將無焦透鏡5的光瞳面與圓柱微複眼透鏡9的入射面配置為大致光學共軛。
因此，與無焦透鏡5的光瞳面相同，在圓柱微複眼透鏡9的入射面上形成有例如以光軸AX為中心的環狀照 野。該環狀照野的整體形狀隨著變焦透鏡8的焦距而產生相似的變化。對於圓柱微複眼透鏡9中的作為波前分割單位元件的矩形的微小折射面，其形狀是與光罩M上欲形成的照野的形狀(乃至晶圓W上欲形成的曝光區域的形狀)相似的矩形。
入射至圓柱微複眼透鏡9後的光束經二維分割後，於該圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上或者該後側焦點面的附近(乃至照明光瞳)形成二次光源，該二次光源具有與入射光束所形成的照野大致相同的光強度分佈，亦即該二次光源是由以光軸AX為中心的環狀的實際的面光源所構成。形成於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面或者該後側焦點面附近的二次光源的光束，入射至配置於該圓柱微複眼透鏡9附近的孔徑光闌10。
孔徑光闌10具有環狀的開口部(光透射部)，該環狀的開口部與形成在圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面或者該後側焦點面附近的環狀的二次光源相對應。孔徑光闌10以可自如地插入至照明光路中或者脫離該照明光路的方式而構成，且構成為可切換成具有大小及形狀不同的開口部的多個孔徑光闌。孔徑光闌的切換方式可使用例如眾所周知的轉動(turret)方式或滑動(slide)方式等。孔徑光闌10配置在與下述的投影光學系統PL的入射光瞳面大致光學共軛的位置上，並規定有助於二次光源進行照明的範圍。再者，亦可省略設置孔徑光闌10。
經孔徑光闌10限制的二次光源的光經由聚焦光學系 統11而對光罩遮器(mask blind)12進行重疊照明。藉此，於作為照明視場光闌的光罩遮器12中，形成了與矩形的微小折射面的形狀及焦距相對應的矩形照野，上述矩形的微小折射面是圓柱微複眼透鏡9的波前分割元件。透過了光罩遮器12的矩形開口部(光透射部)的光束受到成像光學系統13的聚光作用之後，對形成有規定圖案的光罩M進行重疊照明。亦即，成像光學系統13將光罩遮器12的矩形開口部的像形成於光罩M上。
在保持於光罩平台MS上的光罩M上形成有欲轉印的圖案，整個圖案區域中，沿著Y方向具有長邊且沿著X方向具有短邊的矩形(狹縫狀)的圖案區域被照明。透過光罩M的圖案區域的光束經由投影光學系統PL後，在保持於晶圓平台WS上的晶圓(感光性基板)W上形成光罩圖案的像。亦即，以與光罩M上的矩形照明區域光學對應的方式，在晶圓W上，亦在沿著Y方向具有長邊且沿著X方向具有短邊的矩形的靜止曝光區域(有效曝光區域)中形成有圖案像。
由此，根據所謂的步進掃描方式，在與投影光學系統PL的光軸AX正交的平面(XY平面)內，沿著X方向(掃描方向)使光罩平台MS與晶圓平台WS同步移動(掃描)，且進一步使光罩M與晶圓W同步移動(掃描)，藉此，將光罩圖案掃描曝光於晶圓W上的曝光照射(shot)區域(曝光區域)中，該曝光照射區域具有與靜止曝光區域的Y方向尺寸相等的寬度，且具有與晶圓W的掃描量(移動量) 相對應的長度。
再者，可代替環狀照明用的繞射光學元件4，將多極照明(2極照明、4極照明、8極照明等)用的繞射光學元件(未圖示)設定於照明光路中，以此進行多極照明。多極照明用的繞射光學元件具有的功能是，當具有矩形剖面的平行光束入射而來時，於該平行光束的遠場形成多極狀(2極狀、4極狀、8極狀等)的光強度分佈。因此，透過多極照明用的繞射光學元件的光束於圓柱微複眼透鏡9的入射面上，形成例如以光軸AX為中心的多個圓形照野所構成的多極狀的照野。其結果為，於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上或者該後側焦點面的附近亦形成多極狀的二次光源，該二次光源與形成在該圓柱微複眼透鏡9的入射面上的照野相同。
又，可代替環狀照明用的繞射光學元件4，將圓形照明用的繞射光學元件(未圖示)設定於照明光路中，以此進行通常的圓形照明。圓形照明用的繞射光學元件具有的功能是，當具有矩形剖面的平行光束入射而來時，於遠場形成圓形的光強度分佈。因此，透過圓形照明用的繞射光學元件的光束於圓柱微複眼透鏡9的入射面上，形成有例如以光軸AX為中心的圓形的照野。其結果為，於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上或者該後側焦點面的附近亦形成圓形的二次光源，該二次光源與形成在該圓柱微複眼透鏡9的入射面上的照野相同。又，可代替環狀照明用的繞射光學元件4，將具有適當特性的繞射光學元件(未圖示) 設定於照明光路中，以進行各種形態的變形照明。繞射光學元件4的切換方式可使用例如眾所周知的轉動方式或滑動方式等。
圓錐轉向鏡系統7自光源側起，依序由第1稜鏡部件7a與第2稜鏡部件7b所構成，其中，上述第1稜鏡部件7a將平面朝向光源側，且將凹圓錐狀的折射面朝向光罩側，上述第2稜鏡部件7b將平面朝向光罩側，且將凸圓錐狀的折射面朝向光源側。而且，第1稜鏡部件7a的凹圓錐狀的折射面與第2積鏡部件7b的凸圓錐狀的折射面以彼此可抵接的方式互補地形成。又，第1稜鏡部件7a及第2稜鏡部件7b中的至少一個部件沿著光軸AX可移動地構成，且構成為第1稜鏡部件7a的凹圓錐狀的折射面與第2稜鏡部件7b的凸圓錐狀的折射面之間的間隔可變。以下，著眼於環狀或4極狀的二次光源，對圓錐轉向鏡系統7的作用以及變焦透鏡8的作用進行說明。
在第1稜鏡部件7a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件7b的凸圓錐狀折射面彼此抵接的狀態下，圓錐轉向鏡系統7作為平行平面板而發揮功能，且不會對所形成的環狀或4極狀的二次光源造成影響。若使第1稜鏡部件7a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件7b的凸圓錐狀折射面分離，則一方面是環狀或4極狀的二次光源的寬度(環狀二次光源的外徑與內徑之差的1/2；與4極狀的二次光源外接的圓的直徑(外徑)及與該二次光源內接的圓的直徑(內徑)之差的1/2)保持固定，另一方面是環狀或4極狀的二次光 源的外徑(內徑)產生變化。亦即，環狀或4極狀的二次光源的的內外徑之比(內徑/外徑)以及大小(外徑)產生變化。
變焦透鏡8具有將環狀或4極狀的二次光源的整體形狀進行相似地放大或縮小的功能。例如，將變焦透鏡8的焦距自最小值放大至規定值，以此來相似地放大環狀或4極狀的二次光源的整體形狀。換言之，在變焦透鏡8的作用下，環狀或4極狀的二次光源的內外徑之比不會產生變化，而該環狀或4極狀的二次光源的寬度以及大小(外徑)均會產生變化。如此，可在圓錐轉向鏡系統7以及變焦透鏡8的作用下，控制環狀或4極狀的二次光源的內外徑之比與大小(外徑)。
偏光轉換元件6配置於無焦透鏡5的光瞳位置或者其附近，亦即照明光學系統(2~13)的光瞳面或者其附近。因此，在進行環狀照明時，具有以光軸AX為中心的大致環狀剖面的光束會入射至偏光轉換元件6。如圖8所示，偏光轉換元件6整體上具有以光軸AX為中心的環狀有效區域，該環狀有效區域是藉由以光軸AX為中心的在圓周方向上被等分的4個扇形形狀的基本元件所構成。該些4個基本元件中，夾著光軸AX而對向的一對基本元件具有彼此相同的特性。
亦即，4個基本元件中，每兩個基本元件包含兩種基本元件6A及6B，該兩種基本元件6A及6B在沿著光的透射方向(Y方向)上的厚度(光軸方向的長度)互不相同。 具體而言，第1基本元件6A的厚度被設定為大於第2基本元件6B的厚度。其結果為，偏光轉換元件6的其中一個面(例如入射面)呈平面狀，而另一個面(例如出射面)因各基本元件6A、6B的厚度不同而呈凹凸狀。各基本元件6A、6B是藉由具有旋光性的光學材料即水晶所構成，且設定為晶體光軸與光軸AX大體一致。
以下，參照圖9來簡單地說明水晶的旋光性。參照圖9，將由厚度d的水晶所構成的平行平面板狀的光學部件200配置成，使該光學部件200的晶體光軸與光軸AX一致。於該情形時，在光學部件200的旋光性的作用下，所入射的直線偏光在偏光方向圍繞光軸AX旋轉了θ角度的狀態下射出。此時，由光學部件200的旋光性引起的偏光方向的旋轉角(旋光角度)θ是根據光學部件200的厚度d與水晶的旋光能ρ，以下式(a)來表示。
θ＝d‧ρ　　　(a)
通常，水晶的旋光能ρ具有波長依存性(旋光能的值隨著使用光的波長而不同的性質：旋光色散(optical rotary dispersion))，具體而言，在使用光的波長變短時，該水晶的旋光能ρ具有變大的傾向。根據「應用光學II」第167頁的記述，對於波長為250.3nm的光，水晶的旋光能ρ為153.9度/mm。
將第1基本元件6A的厚度dA設定為，當偏光方向在Z方向上的直線偏光的光入射至該第1基本元件6A後，使偏光方向在Z方向上、亦即使Z方向圍繞Y軸旋轉+180 度後的方向上的直線偏光的光射出。因此，於該情形時，圖10所示的環狀二次光源31中，光束受到一對第1基本元件6A的族光作用而形成一對圓弧狀區域31A，通過該一對圓弧狀區域31A的光束的偏光方向變為反向Z方向。
將第2基本元件6B的厚度dB設定為，當偏光方向在Z方向的直線偏光的光入射至該第2基本元件6B以後，使偏光方向在X方向上、亦即使Z方向圍繞Y軸旋轉+90度後的方向上的直線偏光的光射出。因此，於該情形時，圖10所示的環狀二次光源31中，光束受到一對第2基本元件6B的旋光作用而形成一對圓弧狀區域31B，通過該一對圓弧狀區域31B的光束的偏光方向變為X方向。
再者，可將分別形成的4個基本元件加以組合而獲得偏光轉換元件6，或者亦可於平行平面板狀的水晶基板上形成所需的凹凸形狀(段差)，從而獲得偏光轉換元件6。通常，構成偏光轉換元件6的基本元件的數量、形狀、光學特性等可有各種變形例。又，在偏光轉換元件6上，設有一圓形的中央區域6C，其大小為偏光轉換元件6的有效區域的直徑方向上的大小的1/3或1/3以上，且不具有旋光性，以便可進行通常的圓形照明，而無須使偏光轉換元件6自光路退出。此處，中央區域6C可由例如石英之類的不具有旋光性的光學材料所形成，亦可僅為圓形的開口。
本實施形態中，當進行圓周方向偏光環狀照明(將通過環狀二次光源的光束設定為圓周方向偏光狀態的變形照明)時，調整偏光狀態切換部3中的1/2波長板3b的晶體 光軸圍繞光軸旋轉的角度位置，以使Z方向偏光(偏光方向在Z方向上的直線偏光)的光入射至環狀照明用的繞射光學元件4，藉此使Z方向偏光的光入射至偏光轉換元件6。其結果為，如圖10所示，於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上或者該後側焦點面的附近形成環狀的二次光源(環狀的照明光瞳分佈)31，且通過該環狀二次光源31的光束被設定為圓周方向偏光狀態。
於圓周方向偏光狀態下，構成環狀二次光源31的圓弧狀區域31A、31B中分別通過的光束，成為偏光方向與一圓的切線方向大體一致的直線偏光狀態，該圓是以沿著各圓弧狀區域31A、31B的圓周方向的中心位置上的光軸AX為中心的圓。當基於圓周方向偏光狀態的環狀照明光瞳分佈來進行圓周方向偏光環狀照明時，照射至作為最終的被照射面的晶圓W上的光，成為以S偏光為主成分的偏光狀態。此處，所謂S偏光，是指偏光方向在與入射面垂直的方向上的直線偏光(在與入射面垂直的方向上電矢量(electric vector)振動的偏光)。又，入射面被定義為，包含光到達介質的邊界面(被照射面：晶圓W的表面)時的點的邊界面的法線與光的入射方向的面。
其結果，當進行圓周方向偏光環狀照明時，投影光學系統的光學性能(焦點深度等)得以提高，從而於晶圓(感光性基板)上獲得高對比度的良好的光罩圖案像。通常，並非限定於環狀照明，例如對於基於圓周方向偏光狀態的多極狀照明光瞳分佈而進行的照明，入射至晶圓W上的光 成為以S偏光為主成分的偏光狀態，從而於晶圓W上獲得高對比度的良好的光罩圖案像。於該情形時，代替環狀照明用的繞射光學元件4，將多極照明(2極照明、4極照明、8極照明等)用的繞射光學元件設定於照明光路中，謂整偏光狀態切換部3中的1/2波長板3b的晶體光軸圍繞光軸旋轉的角度位置，以使Z方向偏光的光入射至多極照明用的繞射光學元件，藉此使Z方向偏光的光入射至偏光轉換元件6。
具體而言，例如當進行圓周方向偏光4極照明(將通過4極狀的二次光源的光束設定為圓周方向偏光狀態的變形照明)時，調整偏光狀態切換部3中的1/2波長板3b的晶體光軸圍繞光軸旋轉的角度位置，以使Z方向偏光的光入射至4極照明用的繞射光學元件，藉此使Z方向偏光的光入射至偏光轉換元件6。其結果為，如圖11所示，於圓柱微複眼透鏡9的後側焦點面上或該後側焦點面的附近形成4極狀的二次光源(4極狀的照明光瞳分佈)32，且通過該4極狀二次光源32的光束被設定為圓周方向偏光狀態。當進行圓周方向偏光4極照明時，構成4極狀的二次光源32的圓形區域32A、32B中分別通過的光束，成為偏光方向與一圓的切線方向大體一致的直線偏光狀態，該圓是以沿著各圓形區域32A、32B的圓周方向的中心位置上的光軸AX為中心的圓。
本實施形態的曝光裝置中，於較圓柱微複眼透鏡9更前側配置著可動光學部件，該可動光學部件如圓錐轉向鏡 系統7中的可動稜鏡部件及變焦透鏡8中的可動透鏡般，被配置成於光路中可移動。在該些可動光學部件移動時，入射至圓柱微複眼透鏡9的各波前分割元件上的光的角度或角度範圍會產生變動，從而難以在形成於作為被照射面的晶圓W上的矩形靜止曝光區域中獲得預期的照度分佈。
亦即，於圖12所示的矩形靜止曝光區域ER中，在作為長邊方向的Y方向以及作為短邊方向的X方向此兩個方向上產生照度不均。如上所述，對於本實施形態的掃描曝光裝置，即便在作為掃描方向的X方向上殘留著某程度的照度不均，亦會因掃描曝光的平均化效果而不致於產生較大的問題。然而，若在作為掃描正交方向的Y方向上殘存著照度不均，則於掃描曝光之後，難以獲得預期的照度分佈，乃至難以達到預期的成像性能。本實施形態所尋求的是，將在形成於晶圓W上的作為照明區域的靜止曝光區域ER中產生的照度不均抑制得小，尤其是將在Y方向(於圓柱微複眼透鏡9的位置，對應於Z方向)上產生的照度不均抑制得小。
本實施形態中，將本發明應用於圓柱微複眼透鏡9，以便將在靜止曝光區域ER中的Y方向上產生的照度不均抑制得小。圓柱微複眼透鏡9具有沿著XZ平面二維並列配置的多個波前分割元件。如圖13(a)所示，波前分割元件FL自光的入射側依序包括第1波前分割元件91與第2波前分割元件92。沿著XZ平面二維地並列配置多個第1波前分割元件91，藉此構成圓柱微複眼透鏡9的第1複 眼部件9a，沿著XZ平面二維地並列配置多個第2波前分割元件92，藉此構成第2複眼部件9b。
又，第1複眼部件9a包括多個圓柱面狀的入射折射面9aa以及多個圓柱面狀的出射折射面9ab，其中，上述入射折射面9aa藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第1波前分割元件91而並排形成於X方向上，上述出射折射面9ab藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第1波前分割元件91而並排形成於Z方向。第2複眼部件9b包括多個圓柱面狀的入射折射面9ba以及多個圓柱面狀的出射折射面9bb，其中，上述入射折射面9ba藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第2波前分割元件92而並排形成於X方向上，上述出射折射面9bb藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第2波前分割元件92而並排形成於Z方向上。
本實施形態中，為了將在靜止曝光區域ER中的Y方向上產生的照度不均抑制得小，如圖13(b)所示，於構成圓柱微複眼透鏡9的多個第1波前分割元件91中的所需數量的第1波前分割元件91A中，以軸線93為中心傾斜地形成該第1波前分割元件91A的出射折射面91Ab，軸線93通過第1波前分割元件91A的入射面91a的光軸中心91aa且在與元件光軸AXe正交的X方向上。圖13(b)中虛線所示的曲線91b對應於未使用本發明的方法的通常的波前分割元件EL(參照圖13(a))的第1波前分割元件91的出射折射面91b。於該情形時，所需數量的第1波前分割元件91A的出射折射面91Ab於規定的角度範圍 內，以互不相同的傾斜量傾斜著。
或者，本實施形態中，為了將在靜止曝光區域ER中的Y方向上產生的照度不均抑制得小，如圖13(c)所示，於使用了本發明的方法的波前分割元件TEL的所需數量的第2波前分割元件92A中，以軸線94為中心傾斜地形成該第2波前分割元件92A的出射折射面92Ab，軸線94通過第2波前分割元件92A的入射面92a的光軸中心92aa且在與元件光軸AXe正交的X方向上。圖13(c)中虛線所示的曲線92b對應於未使用本發明的方法的通常的波前分割元件EL(參照圖13(a))的第2波前分割元件92的出射折射面92b。於該情形時，所需數量的第2波前分割元件92A的出射折射面92Ab於規定的角度範圍內，以互不相同的傾斜量傾斜著。
或者，本實施形態中，以下省略了圖示，為了將在靜止曝光區域ER中的Y方向上產生的照度不均抑制得小，在使用了本發明的方法的波前分割元件TEL的所需數量的第1波前分割元件91A中，圍繞軸線93而傾斜地形成該第1波前分割元件91A的出射折射面91Ab，並且於使用了本發明的方法的波前分割元件TEL的所需數量的第2波前分割元件92A中，圍繞軸線94而傾斜地形成該第2波前分割元件92A的出射折射面92Ab。亦即，於本實施形態中，將圖13(b)所示的方法與圖13(c)所示的方法加以組合，以使所需數量的第1波前分割元件的出射面傾斜，並且使所需數量的第2波前分割元件的出射面傾斜。 於該情形時，所需數量的第1波前分割元件的出射折射面於規定的角度範圍內，以互不相同的傾斜量傾斜著，並且所需數量的第2波前分割元件的出射折射面於規定的角度範圍內，以互不相同的傾斜量傾斜著。
如上所述，本實施形態的圓柱微複眼透鏡9中，在所需數量的波前分割元件TEL中傾斜地形成有曲面狀的光學面，因此，於該些傾斜波前分割元件TEL中，光會通過與未使用本發明的方法的通常的波前分割元件EL所不同的區域。其結果為，本實施形態中，例如即便因配置於較圓柱微複眼透鏡9更前側的可動光學部件的移動而使得入射至各波前分割元件上的光的角度或角度範圍產生變動，光亦會通過光學面的面形狀誤差的傾向互不相同的各種區域，從而可在所謂的面形狀誤差的平均化效果的作用下，將在靜止曝光區域ER中的Y方向上產生的照度不均抑制得小。
再者，於圖13(c)所示的實施形態中，以軸線94為中心而使第2波前分割元件92A的出射面92Ab傾斜著，但亦可以X方向的軸線為中心，傾斜地形成第2波前分割元件92A的出射面92Ab，上述X方向的軸線通過與被照射面光學共軛的第1波前分割元件91的入射面91a的光軸中心，且與該第1波前分割元件91的元件光軸AXe正交。於該情形時，藉由第2波前分割元件92A的出射面92Ab的傾斜亦可實現高照明效率，而不會使照射區域產生偏移。
又，圖13(b)及圖13(c)中，使第1波前分割元件 的出射面及第2波前分割元件的出射面傾斜著，但亦可使第1波前分割元件的入射面及第2波前分割元件的入射面傾斜。
又，在以上實施形態的圓柱微複眼透鏡9中，第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)於X方向上具有折射力，第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)於Z方向上具有折射力。
然而，並不限於上述實施形態，其它實施形態的圓柱微複眼透鏡9的構成亦可為：第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)於Z方向上具有折射力，第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)於X方向上具有折射力。
又，其它實施形態的圓柱微複眼透鏡9的構成亦可為：第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面) 於Z方向上具有折射力，第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)於X方向上具有折射力。
此外其它實施形態的圓柱微複眼透鏡9的構成亦可為：第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第1複眼部件9a中的多個第1波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)於X方向上具有折射力，第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的入射面(曲面狀的入射側的光學面)以及第2複眼部件9b中的多個第2波前分割元件的出射面(曲面狀的出射側的光學面)於Z方向上具有折射力。
又，圖13(a)至圖13(c)中，圓柱微複眼透鏡9的第1複眼部件9a是藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第1波前分割元件(91、91A)而構成的，但如圖7所示，亦可藉由單一的光學部件來一體地構成多個第1波前分割元件(91、91A)，從而形成第1複眼部件9a。同樣地，圖13(a)～圖13(c)中，圓柱微複眼透鏡9的第2複眼部件9b是藉由沿著XZ平面二維地並列配置多個第2波前分割元件(92、92A)而構成的，但如圖7所示，亦1藉由單一的光學部件來一體地構成多個第2波前分割元件(92、92A)，從而形成第2複眼部件9b。
再者，上述實施形態中，將本發明應用於一曝光裝置，該曝光裝置一方面使光罩及晶圓相對於投影光學系統進行 相對移動，一方面以所謂的步進掃描方式來將圖案掃描曝光於晶圓的各曝光區域中。然而，並不限定於此，亦可將本發明應用於如下的曝光裝置，該曝光裝置一方面對晶圓進行二維驅動控制，一方面進行整批的曝光，藉此，以所謂的步進重複方式來將圖案依序曝光於晶圓的曝光照射區域中。
於該情形時，對於欲將所產生的照度不均抑制得小的一個規定方向，可使用本發明。具體而言，圍繞與上述規定方向正交的軸線而適當傾斜地形成所需數量的曲面狀的光學面。或者根據需要，對於欲將所產生的照度不均抑制得小的兩個方向，亦可使用本發明。具體而言，圍繞與第1方向正交的軸線而適當傾斜地形成所需數量的曲面狀的光學面，圍繞與第2方向正交的軸線而適當傾斜地形成所需數量的曲面狀的光學面。
上述實施形態的曝光裝置是將包含本申請案的申請專利範圍中列舉的各構成元件的各種子系統(subsystem)進行組裝而製造的，以確保規定的機械精度、電氣精度及光學精度。為了確保上述各種精度，於組裝前後，需進行以下調整，亦即，對各種光學系統進行調整以達到光學精度；對各種機械系統進行調整以達到機械精度；對各種電氣系統進行調整以達到電氣精度。將各種子系統組裝於曝光裝置的組裝過程包括各種子系統相互間的機械連接、電氣電路的配線連接、以及氣壓電路的配管連接等。當然，在將上述各種子系統組裝於曝光裝置的組裝過程之前，存在各 子系統各自的組裝過程。在將上述各種子系統組裝於曝光裝置的組裝過程結束後，進行綜合調整，以確保曝光裝置整體的各種精度。再者，較理想的是，於溫度及潔淨(clean)度等受到控制的無塵室(clean room)中製造曝光裝置。
上述實施形態的曝光裝置中，利用照明光學裝置來對光罩(標線片(reticle))進行照明(照明過程)，並使用投影光學系統來將形成於光罩上的轉印用的圖案曝光於感光性基板上(曝光過程)，藉此可製造出微型元件(micro-device)(半導體元件、攝影元件、液晶顯示元件、薄膜磁頭等)。以下，參照圖14的流程圖來說明獲得作為微型元件的半導體元件時的方法之一例，上述方法是指使用上述實施形態的曝光裝置，在作為感光性基板的晶圓等上形成規定的電路圖案，藉此獲得半導體元件。
首先，於圖14的步驟301中，在1批次的晶圓上蒸鍍金屬膜。接著，於步驟302中，在上述1批次的晶圓上的金屬膜上塗佈光阻劑(photoresist)。然後，於步驟303中，使用上述實施形態的曝光裝置，將光罩上的圖案的像經由該曝光裝置的投影光學系統而依序曝光轉印至上述1批次的晶圓上的各曝光照射區域。隨後，於步驟304中，使上述1批次的晶圓上的光阻劑顯影，之後，於步驟305中，在上述1批次的晶圓上，將光阻圖案作為光罩而進行蝕刻，藉此，於各晶圓上的各曝光照射區域中形成與光罩上的圖案相對應的電路圖案。然後，例如形成更上層(layer)的電路圖案等，從而製造出半導體元件等元件。根據上述 半導體元件製造方法，可高產量地獲得具有極其微細的電路圖案的半導體元件。
又，上述實施形態的曝光裝置中，亦可藉由在薄板(玻璃基板)上形成規定的圖案(電路圖案、電極圖案等)而獲得作為微型元件的液晶顯示元件。以下，參照圖15的流程圖，對此時的方法之一例進行說明。圖15中，在圖案形成過程401中，使用上述實施形態的曝光裝置來將光罩的圖案轉印曝光於感光性基板上(塗佈有光阻劑的玻璃基板等)，亦即實施所謂的光微影過程。藉由該光微影過程而於感光性基板上形成包含多個電極等的規定圖案。然後，被曝光的基板經過顯影過程、蝕刻過程、光阻劑剝離過程等各過程後，於基板上形成規定的圖案，隨後轉移至下一個彩色濾光片(color filter)形成過程402。
其次，於彩色濾光片形成過程402中，形成如下的彩色濾光片，亦即，以矩陣狀排列著多個由對應於R(Red，紅)、G(Green，綠)、B(Blue，藍)的三個點所構成的組，或者於多個水平掃描線方向上排列著由R、G、B此3個帶式濾光片(strip filter)所構成的組。接著，於彩色濾光片形成過程402之後，實施晶胞組裝過程403。於晶胞組裝過程403中，使用在圖案形成過程401中獲得的具有規定圖案的基板、以及在彩色濾光片形成過程402中獲得的彩色濾光片等，來組裝液晶面板(液晶單元(liquid crystal cell))。
於晶胞組裝過程403中，例如，向在圖案形成過程401 中獲得的具有規定圖案的基板、與在彩色濾光片形成過程402中獲得的彩色濾光片之間注入液晶，以製造液晶面板(液晶單元)。然後，利用模組組裝過程404來安裝使經組裝的液晶面板(液晶單元)進行顯示動作的電氣電路、背光源等各零件，從而完成液晶顯示元件。根據上述液晶顯示元件的製造方法，可高產量地獲得具有極其微細的電路圖案的液晶顯示元件。
再者，上述實施形態中是使用ArF準分子雷射光(波長：193nm)或KrF準分子雷射光(波長：248nm)來作為曝光光，但並非限定於此，對於其它適當的雷射光源，例如供給波長為157nm的雷射光的F2 雷射光源等，亦可使用本發明。
又，上述實施形態中，將本發明應用於曝光裝置的照明光學裝置中所使用的光學積分器，但並非限定於此，亦可將本發明應用於一般的光學裝置中所使用的光學積分器。又，上述實施形態中，將本發明應用於曝光裝置中的對光罩或晶圓進行照明的照明光學裝置，但並不限定於此，亦可將本發明應用於對光罩或晶圓以外的被照射面進行照明的一般的照明光學裝置。
以上說明的實施形態是為了使本發明易於理解而記載的，並非用以對本發明進行限定。因此，上述實施形態中揭示的各元件亦包含屬於本發明的技術範圍內的所有設計變更及均等物。又，上述實施形態的各構成元件等亦可進行任意組合等。
1‧‧‧光源
2‧‧‧整形光學系統
3‧‧‧偏光狀態切換部
3a‧‧‧1/4波長板
3b‧‧‧1/2波長板
3c‧‧‧消偏振鏡(非偏光化元件)
4‧‧‧繞射光學元件
5‧‧‧無焦透鏡
5a‧‧‧前側透鏡群
5b‧‧‧後側透鏡群
6‧‧‧偏光轉換元件
6A‧‧‧第1基本元件
6B‧‧‧第2基本元件
6C‧‧‧中央區域
7‧‧‧圓錐轉向鏡系統
7a‧‧‧第1稜鏡部件
7b‧‧‧第2稜鏡部件
8‧‧‧變焦透鏡
9‧‧‧圓柱微複眼透鏡(光學積分器)
9a‧‧‧第1複眼部件
9aa、9ab、9ba、9bb‧‧‧圓柱透鏡群
9b‧‧‧第2複眼部件
10‧‧‧孔徑光闌
11‧‧‧聚焦光學系統
12‧‧‧光罩遮器
13‧‧‧成像光學系統
31、32‧‧‧二次光源
31A、31B‧‧‧圓弧狀區域
32A、32B‧‧‧圓形區域
91、91A‧‧‧第1波前分割元件
91Ab、92Ab‧‧‧出射折射面
91a、92a、100a‧‧‧入射面
91aa‧‧‧光軸中心
91b、92b、100a'、100b'‧‧‧曲線
92、92A‧‧‧第2波前分割元件
92aa、100aa‧‧‧光軸中心
93、94‧‧‧軸線
100‧‧‧透鏡元件
100A、EL、TEL‧‧‧波前分割元件
100b‧‧‧出射面
101‧‧‧複眼元件
102‧‧‧聚焦光學系統
103‧‧‧被照射面
103a‧‧‧照明區域
104‧‧‧軸線
200‧‧‧光學部件
301~305、401~404‧‧‧步驟
AX、AXe‧‧‧光軸
d‧‧‧厚度
ER‧‧‧靜止曝光區域
IP‧‧‧規定面
M‧‧‧光罩
MS‧‧‧光罩平台
PL‧‧‧投影光學系統
px、pz‧‧‧間距
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓平台
θ‧‧‧旋轉角(旋光角度)
圖1是概略地表示縱橫且密集地排列多個雙凸透鏡元件而構成的複眼元件的構成。
圖2是說明複眼元件中，確保傾斜入射的平行光亦具有與水平入射的平行光相同的出射NA。
圖3是說明複眼元件中，為了確保傾斜入射的平行光與水平入射的平行光均具有相同的出射NA所必要的條件。
圖4是表示藉由圖1的複眼元件而在被照射面上形成的矩形照明區域。
圖5是說明將本發明應用於圖1的複眼元件中，其中，圖5(a)是表示傾斜地形成透鏡元件的出射折射面的情況，圖5(b)是表示傾斜地形成入射折射面的情況。
圖6是概略地表示本發明實施形態的曝光裝置的構成。
圖7是概略地表示圖6的圓柱微複眼透鏡的構成的立體圖。
圖8是概略地表示圖6的偏光轉換元件的構成。
圖9是對水晶的旋光性的說明圖。
圖10是概略地表示在偏光轉換元件的作用下，被設定為圓周方向偏光狀態的環狀下次光源。
圖11是概略地表示在偏光轉換元件的作用下，被設定為圓周方向偏光狀態的4極狀的二次光源。
圖12是表示於本實施形態的晶圓面上所形成的矩形 靜止曝光區域。
圖13是說明將本發明應用於圖6的圓柱微複眼透鏡中，其中，圖13(a)是表示通常的波前分割元件的構成，圖13(b)是表示傾斜地形成第1波前分割元件的出射折射面的情況，圖13(c)是表示傾斜地形成第2波前分割元件的出射折射面的情況。
圖14是獲得作為微型元件的半導體元件時的方法的流程圖。
圖15是獲得作為微型元件的液晶顯示元件時的方法的流程圖。
100A‧‧‧透鏡元件
100a‧‧‧入射面
100aa‧‧‧光軸中心
100b‧‧‧出射面
100b'‧‧‧曲線
104‧‧‧軸線
AXe‧‧‧光軸

Claims (14)

  1. 一種光學積分器，具有二維並列配置的多個波前分割元件，上述光學積分器的特徵在於：上述波前分割元件以如下方式而構成，亦即，使得傾斜入射至上述波前分割元件的入射面的光軸中心後的光線群與上述光軸平行地自上述波前分割元件射出，上述波前分割元件具有至少一個入射側的光學面以及至少一個出射側的光學面，於上述多個波前分割元件中的至少一個波前分割元件中，以軸線為中心傾斜地形成有該波前分割元件的至少一個曲面狀的光學面，該軸線通過該波前分割元件的規定的入射側的光學面的光軸中心，且在與上述光軸正交的規定方向上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學積分器，其中上述波前分割元件以如下方式而構成，亦即，使得兩個來自上述波前分割元件的光的最大出射角度(半角)相等，其中的一個最大出射角度是藉由自上述光軸的方向入射至上述波前分割元件的最靠近入射側的光學面上後的光所形成，其中的另一個最大出射角度是藉由自相對於上述光軸傾斜的方向入射至上述波前分割元件的最靠近入射側的光學面上後的光所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學積分器，其中上述光學積分器具備單一的光學部件，該光學部件上二維地並列配置著上述多個波前分割元件， 上述單一的光學部件包括：藉由二維地並列配置上述多個波前分割元件而形成的多個曲面狀的入射折射面、以及藉由二維地並列配置上述多個波前分割元件而形成的多個曲面狀的出射折射面。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學積分器，其中上述波前分割元件包括第1波前分割元件與第2波前分割元件，上述光學積分器自光的入射側依序包括：二維地並列配置著上述多個第1波前分割元件的第1光學部件、以及二維地並列配置著上述多個第2波前分割元件的第2光學部件，上述第1光學部件包括：多個圓柱面狀的入射折射面，藉由二維地並列配置上述多個第1波前分割元件而並排地形成於一個方向；以及多個圓柱面狀的出射折射面，藉由二維地並列配置上述多個第1波前分割元件而並排地形成於一個方向；上述第2光學部件包括：多個圓柱面狀的入射折射面，藉由二維地並列配置上述多個第2波前分割元件而並排地形成於一個方向；以及多個圓柱面狀的出射折射面，藉由二維地並列配置上述多個第2波前分割元件而並排地形成於一個方向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光學積分器，其中於上述多個第1波前分割元件中的至少一個第1波前分割元件中，以軸線為中心傾斜地形成有該第1波前分割元件的 出射側的曲面狀的光學面，該軸線通過該第1波前分割元件的入射側的光學面的光軸中心，且在與上述光軸正交的規定方向上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光學積分器，其中於上述多個第2波前分割元件中的至少一個第2波前分割元件中，以軸線為中心傾斜地形成有該第2波前分割元件的出射側的曲面狀的光學面，該軸線通過該第2波前分割元件的入射側的光學面的光軸中心，且在與上述光軸正交的規定方向上。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的光學積分器，其中於上述多個第2波前分割元件中的至少一個第2波前分割元件中，以軸線為中心傾斜地形成有上述第2波前分割元件的出射側的曲面狀的光學面，該軸線通過位於上述第2波前分割元件的入射側的上述第1波前分割元件的入射側的光學面的光軸中心，且在與上述光軸正交的規定方向上。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的光學積分器，其中上述波前分割元件的至少一個曲面狀的傾斜的光學面包括該波前分割元件的規定的入射側的光學面。
  9. 一種照明光學裝置，使用來自光源的光來對被照射面進行照明，上述照明光學裝置的特徵在於包括：配置在上述光源與上述被照射面之間的光路中的如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的光學積分器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的照明光學裝置，包括 可動光學部件，該可動光學部件配置為在上述光源與上述光學積分器之間的光路中可移動。
  11. 一種曝光裝置，其特徵在於：包括用以對規定的圖案進行照明的如申請專利範圍第9項或第10項所述的照明光學裝置，且將上述規定的圖案曝光於感光性基板上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的曝光裝置，包括投影光學系統，該投影光學系統於上述感光性基板上形成上述規定的圖案的像；使上述規定的圖案以及上述感光性基板相對於上述投影光學系統而沿著掃描方向進行相對移動，並將上述規定的圖案投影曝光於上述感光性基板上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的曝光裝置，其中上述光學積分器的上述規定方向對應著上述掃描方向。
  14. 一種元件製造方法，其特徵在於包括：曝光過程，使用如申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述的曝光裝置，將上述規定的圖案曝光於上述感光性基板上；以及顯影過程，使經過上述曝光過程的上述感光性基板顯影。
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