WO2005062350A1

WO2005062350A1 - 光束変換素子、露光装置、照明光学系及び露光方法

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Publication number: WO2005062350A1
Application number: PCT/JP2004/018609
Authority: WO
Inventors: Hisashi Nishinaga
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2005-07-07
Also published as: JPWO2005062350A1

Abstract

　入射光束を所定面において多極照明形状の光束へ変換するための光束変換素子において、多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの１つの局所照明領域４０ａを所定面において極座標で表現するとき、局所照明領域は、数１の条件を満足する形状を有することを特徴とする。ただし、局所照明領域を極座標で表現するときの動径をＲ、局所照明領域を極座標で表現するときの偏角をθ、極座標の原点０から局所照明領域の中心Ａまでの径方向の距離をＲ´、局所照明領域の中心から局所照明領域の外側境界Ｂまでの距離（径方向半径）をＲ０、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線Ｃ１，Ｃ２の開き角（方位角）をφ、局所照明領域の中心における動径（局所方位角）をθ´とする。

Description

明細書

光束変換素子、露光装置、照明光学系及び露光方法

技術分野

[0001] この発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に用いられる光束変換素子、該光束変換素子を備えた露光装置及び照明光学系並びに該光束変換素子を用いた露光方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の露光装置においては、光源から射出された光束がマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）に入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、必要に応じてマイクロフライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。

[0003] コンデンサーレンズにより集光された光束は、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

[0004] また、マスクのパターンが微細になり、露光装置の解像限界付近にて露光が行われるようになると、照明光学系の開口絞りから射出した光のうち、解像に寄与するのは、開口絞りの周辺部から射出した光のみになり、開口部の中心部から射出した光は像のコントラストを下げるだけの働きしか持たなくなる。従って、近年、照明光学系の照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状や多極状 (例えば、 4極状）の変形照明を行い、マイクロフライアイレンズの後側焦点面に二次光源を形成することにより、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されてレ、る。

[0005] ここで、輪帯状や多極状の二次光源を形成ための手段として、露光装置の照明光学系に複数の基本光学素子からなる光束変換素子を備え、この光束変換素子を介することにより光束変換素子に入射する光束を照明光学系の照明瞳において所定の断面形状 (例えば輪帯状や多極状)を有する光束に変換し、この所定の断面形状を有する光束が入射したマイクロフライアイレンズの後側焦点面に二次光源を形成する露光装置が開示されている（例えば、特開 2001-174615号公報参照）。また、入射光束から輪帯状や多極状の照明領域を形成するための手段として、ホログラムのような不規則的にパターン形成された回折フリンジ等を有し、入射光束の光強度を出力平面において予定された光強度分布を有する光束に変換することが開示されている (例えば、特表 2001—507139号公報参照）。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] ところで、光束変換素子等を用いて照明光束を多極照明形状の局所照明領域を形成するための光束に変換し多極照明を行う場合、使用されるマスクのパターンに応じて局所照明領域の形状を規定する輪帯比を変化させて照明を行っているが、 1つの光束変換素子で対応することができる輪帯比には限界があり、対応可能な輪帯比の範囲毎に光束変換素子を交換する必要がある。また、従来、多極照明形状を構成する局所照明領域の形状は、照明光学系の開口数 NAと輪帯比のみで規定されていた。ここで、輪帯比とは、照明光学系の照明瞳の中心から多極照明形状の局所照明領域の形状の内側境界までの距離と照明光学系の照明瞳の中心から多極照明形状局所照明領域の形状の外側境界までの距離との比である。

[0007] 従来、光束変換素子は円形状の局所照明領域を形成するための光束に入射光束を変換するように作成されており、局所照明領域を規定する輪帯比は、照明光学系が備えるアキシコン系を用いて変化させている。図 14A,図 14Bは、 2つの光束変換素子を用いて 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。図 14Aに示すように、第 1の光束変換素子により、入射光束が円形状の局所照明領域を形成するための光束に変換され、略円形の局所照明領域を形成する。局所照明領域の輪帯比が変更されることにより、円形状であった局所照明領域の形状は、照明光学系が備えるアキシコン系を用いることにより図 14Bや図 14Cに示すような形状に変化する。

[0008] ここで、局所照明領域の輪帯比を維持した状態で、高い輪帯比に対応した第 2の光束変換素子に交換した場合、図 14Dに示すように第 2の光束変換素子により入射光束が局所照明領域を形成するための光束に変換され略円形の局所照明領域を形成する。局所照明領域の輪帯比が変更されることにより円形状であった局所照明領域の形状は、照明光学系が備えるアキシコン系を用いることにより図 14Eに示すような形状に変化する。

[0009] 上述したように光束変換素子は円形状の局所照明領域を形成するための光束に入射光束を変換するように作成されており、かつ輪帯比の範囲により局所照明領域の形状が規定されているため、第 1の光束変換素子を第 2の光束変換素子に交換した場合には、局所照明領域の形状が、図 14Cに示す形状から図 14Dに示す形状に変化する。即ち、交換前後における輪帯比は同一であるにもかかわらず、 4極照明形状の中心から局所照明領域に引いた接線の開き角である方位角が交換前後において異なり、光束変換素子の交換前後における局所照明領域の形状が異なる。

[0010] 従って、露光装置において光束変換素子を適宜交換しつつマスクの連続照明を行う場合、図 14Cと図 14Dに示すように光束変換素子の交換前後における局所照明領域の形状が異なるため、照明光の照明特性の同一性を維持することができないという問題がある。

[0011] この発明の課題は、入射光束を所定面において最適な多極照明形状の局所照明領域の光束へ変換する光束変換素子、該光束変換素子を備えた露光装置及び照明光学系並びに該光束変換素子を用いた露光方法を提供することである。

[0012] この発明の光束変換素子は、入射光束を所定面において多極照明形状の光束へ変換するための光束変換素子において、前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域を前記所定面において極座標で表現するとき、前記局所照明領域は、

[0013] [数 1]

[0014] の条件を満足する形状を有することを特徴とする。ただし、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの動径を R、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの偏角を Θ、前記極座標の原点から前記局所照明領域の中心までの径方向の距離を、前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を R、前記極座標の原点から前記局所照明領域に引いた接線の

0

開き角（方位角）を Φ、前記局所照明領域の前記中心における動径 (局所方位角）を Θ 'とする。

[0015] この発明の光束変換素子によれば、多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域の形状が所定面において極座標で表現するとき（1) 式を満足しているため、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定することができる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて使用する光束変換素子を交換する場合においても、交換前の局所照明領域の形状と交換後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、交換前後において照明光の照明特性が変化するのを防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0016] また、この発明の光束変換素子は、前記多極照明形状が前記所定面上の少なくとも周辺部に前記局所照明領域を有することを特徴とする。

[0017] この発明の光束変換素子によれば、所定面上の少なくとも周辺部に局所照明領域を有するため、像のコントラストを極力下げることなぐ最適な照明光によりマスクの照明を行うことができる。

[0018] また、この発明の光束変換素子は、前記多極照明形状が 2つの前記局所照明領域を有する 2極照明形状または 4つの前記局所照明領域を有する 4極照明形状であることを特徴とする。この発明の光束変換素子によれば、光束変換素子を露光装置に搭載する場合、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて最適な光束変換素子を使用することができる。

[0019] また、この発明の露光装置は、マスクのパターンを照明する照明光学系と、照明された前記マスクの前記パターンの像を感光性基板上に投影する投影光学系と、この発明の光束変換素子とを備え、前記光束変換素子は、前記投影光学系の瞳と光学的に共役な照明瞳またはその近傍に前記多極照明形状を形成することを特徴とする

[0020] この発明の露光装置によれば、この発明の光束変換素子を備えているため、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定することができる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて使用する光束変換素子を交換する場合においても、交換前の局所照明領域の形状と交換後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、交換前後において照明光の照明特性の変化を防止することができる。また、所定面上の少なくとも周辺部に多極照明形状の局所照明領域を有するため、像のコントラストの低下を抑えることができる。従って、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0021] また、この発明の露光装置は、前記照明光学系がアキシコン系を備えていることを特徴とする。

[0022] また、この発明の露光装置は、前記アキシコン系が前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の前記外側境界までの距離 (径方向半径) Rを一定に維持

0

しつつ前記極座標の原点から前記局所照明領域の前記中心までの径方向の距離 R を変更することを特徴とする。

[0023] この発明の露光装置によれば、照明光学系が径方向半径 Rを一定に維持しつつ

0

極座標の原点から局所照明領域の中心までの径方向の距離 R'を変更することができるアキシコン系を備えているため、多極照明形状の中心から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） Φを変化させることなぐ局所照明領域の形状を変化させること力 Sできる。

[0024] また、この発明の露光装置は、前記照明光学系が前記多極照明形状を相似的に拡大 ·縮小するための変倍光学系を備えていることを特徴とする。この発明の露光装置によれば、照明光学系が多極照明形状を相似的に拡大 '縮小するための変倍光学系を備えているため、多極照明形状の大きさを自由に設定することができる。

[0025] また、この発明の露光装置は、複数の前記光束変換素子を備え、該複数の光束変換素子は互いに交換可能に構成されることを特徴とする。この発明の露光装置によれば、互いに交換可能に構成された複数の光束変換素子を備えているため、露光装置のマスクのパターンのピッチ等の違いに対応した最適な光束変換素子を使用すること力 Sできる。

[0026] また、この発明の露光装置は、前記照明瞳上において前記照明瞳からの 0次光が前記投影光学系の前記瞳を通過することができる領域を有効照明領域とするとき、前記多極照明形状は、該有効照明領域の内側境界に略局在化する形状の光強度分布を持つことを特徴とする。

[0027] また、この発明の露光装置は、前記局所照明領域のうちの 50%以上の領域は前記有効照明領域内に局在していることを特徴とする。

[0028] この発明の露光装置によれば、多極照明形状が上述の有効照明領域の内側境界に略局在化する形状の光強度分布を持ち、多極照明形状を構成する局所照明領域のうちの 50%以上の領域が有効照明領域内に局在していることから、結像に寄与しない無駄な照明光を減少させることができ、効率良く有効照明領域を照明することができる。なお、結像に寄与しない無駄な照明光を減少させて、像コントラストを向上させるためには、多極照明形状を構成する局所照明領域のうちの 75%以上の領域が有効領域内に局在していることが好ましい。

[0029] また、この発明の照明光学系は、マスクのパターンを照明する照明光学系において、この発明の光束変換素子を備えることを特徴とする。また、この発明の照明光学系は、前記照明光学系が、アキシコン系を備えていることを特徴とする。

[0030] また、この発明の照明光学系は、前記アキシコン系が、前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の前記外側境界までの距離 (径方向半径) Rを一定に

0

維持しつつ前記極座標の原点から前記局所照明領域の前記中心までの径方向の距離 R'を変更することを特徴とする。また、この発明の照明光学系は、前記照明光学系がは、前記多極照明形状を相似的に拡大 '縮小するための変倍光学系を備えていることを特徴とする。

[0031] また、この発明の照明光学系は、マスクのパターンを照明する照明光学系において、前記照明光学系の照明光路に対して挿脱自在に設けられて、入射光束を所定面において第 1の多極照明形状の光束に変換する第 1の光束変換手段と、前記照明光学系の照明光路に対して揷脱自在に設けられて、入射光束を前記所定面において第 2の多極照明形状の光束に変換する第 2の光束変換手段と、前記第 1光束変換手段と前記第 2の光束変換手段との切替を行う切替手段とを備え、前記所定面上の原点から前記局所照明領域に引いた接線の開き角を方位角とするとき、前記切替手段により前記第 1の光束変換手段と前記第 2の光束変換手段との切替が行われた場合に、前記切替の前後における前記多極照明形状の方位角の変化量 φ 'がー 1° < φ 'ぐ 1。の条件を満足することを特徴とする。

[0032] この発明の照明光学系によれば、揷脱自在に設けられている第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段との切替の前後における多極照明形状の方位角 < がー 1° 力 1° までの範囲でのみ変化するため、切替前の局所照明領域の形状と切替後の局所照明領域の形状を略同一に保つことができ、照明光の照明特性が変化するのを防止することができる。従って、照明光学系が露光装置に搭載され第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段との切替が行われた場合においても、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0033] また、この発明の照明光学系は、前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域に内接する前記所定面上の円を内接円とするとき、前記複数の局所照明領域のうちの 1つは、該 1つの局所照明領域と前記内接円との接線よりも外側に局在していることを特徴とする。

[0034] この発明の照明光学系によれば、投影露光装置に適用された場合に、結像に寄与しない無駄な照明光を減少させることができ、像コントラストを向上させることができる

[0035] また、この発明の照明光学系は、前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域を前記所定面において極座標で表現するとき、前記第 1の光束変換手段及び前記第 2の光束変換手段の前記局所照明領域は、 [0036] [数 2]

[0037] の条件を満足する形状を有することを特徴とする。ただし、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの動径を R、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの偏角を Θ、前記極座標の原点から前記局所照明領域の中心までの径方向の距離を、前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を R、前記極座標の原点から前記局所照明領域に引いた接線の

0

開き角（方位角）を Φ、前記局所照明領域の前記中心における動径 (局所方位角）をとする。

[0038] この発明の照明光学系によれば、第 1の光束変換手段及び第 2の光束変換手段の多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域の形状が所定面において極座標で表現するとき（2)式を満足しているため、極座標の原点力局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） Φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定することができる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段とを切替した場合においても、切替前の局所照明領域の形状と切替後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、切替前後において照明光の照明特性が変化するのを防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0039] また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するためのこの発明の照明光学系と、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備え、前記所定面は、前記投影光学系の瞳と光学的に共役な面または該共役な面の近傍に位置決めされることを特徴とする。

[0040] この発明の露光装置によれば、この発明の照明光学系を備えているため、揷脱自在に設けられている第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段との切替の前後における多極照明形状の方位角 < が- 1° 力 1° までの範囲でのみ変化する。また、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） Φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定することができる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段とを切替した場合においても、切替前の局所照明領域の形状と切替後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、切替前後において照明光の照明特性が変化するのを防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0041] また、この発明の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、この発明の光束変換素子を備える照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。

[0042] この発明の露光方法によれば、この発明の光束変換素子を備える照明光学系を用いてマスクの照明を行うため、マスクのパターンのピッチ等に対応した最適な照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

[0043] また、この発明の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、この発明の露光装置中の照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。

[0044] この発明の露光方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光を行うため、マスクのパターンのピッチ等に対応した最適な照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

[0045] また、この発明の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、この発明の照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。

[0046] この発明の光束変換素子によれば、多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域の形状が所定面において極座標で表現するとき（1) 式を満足しているため、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定することができる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて使用する光束変換素子を交換する場合においても、交換前の局所照明領域の形状と交換後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、交換前後において照明光の照明特性が変化するのを防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0047] また、所定面上の少なくとも周辺部に局所照明領域を有するため、像のコントラストを極力下げることなぐ最適な照明光によりマスクの照明を行うことができる。

[0048] また、この発明の露光装置によれば、この発明の光束変換素子を備えているため、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて使用する光束変換素子を交換する場合においても、交換前の局所照明領域の形状と交換後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、交換前後において照明光の照明特性の変化を防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0049] また、多極照明形状が有効照明領域の内側境界に略局在化する形状の光強度分布を持ち、多極照明形状を構成する局所照明領域のうちの 50%以上の領域が有効照明領域内に局在していることから、結像に寄与しない無駄な照明光を減少させることができ、効率良く有効照明領域を照明することができる。

[0050] また、この発明の照明光学系によれば、挿脱自在に設けられている第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段との切替の前後における多極照明形状の方位角が— 1° 力 1° までの範囲でのみ変化するため、切替前の局所照明領域の形状と切替後の局所照明領域の形状を略同一に保つことができ、照明光の照明特性が変化するのを防止することができる。従って、照明光学系が露光装置に搭載され第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段との切替が行われた場合においても、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0051] また、第 1の光束変換手段及び第 2の光束変換手段の多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域の形状が所定面にぉレ、て極座標で表現するとき（2)式を満足しているため、極座標の原点から局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角） Φにより多極照明形状を構成する局所照明領域の形状を規定すること力 sできる。従って、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じて第 1の光束変換手段と第 2の光束変換手段とを切替した場合においても、切替前の局所照明領域の形状と切替後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができるため、切替前後において照明光の照明特性が変化するのを防止することができ、最適な照明光によりマスクの連続照明を行うことができる。

[0052] また、この発明の露光方法によれば、この発明の光束変換素子を備える照明光学系またはこの発明の露光装置中の照明光学系を用いてマスクの照明を行うため、マスクのパターンのピッチ等に対応した最適な照明を行うことができ、良好な露光を行うこと力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0053] [図 1]実施の形態に力かる露光装置の概略構成を示す図である。

[図 2]実施の形態にかかる照明光学系の照明瞳面上に形成される局所照明領域を有する光強度分布の図である。

[図 3]実施の形態に力かる照明光学系の照明瞳面に形成される 4極照明形状の 4つの局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域の極座標表現を説明するための図である。

[図 4]実施の形態に力、かるアキシコン系の概略構成を示す図である。

[図 5]実施の形態に力、かる第 1シリンドリカルレンズ対及び第 2シリンドリカルレンズ対の概略構成を示す図である。

[図 6]実施の形態に力、かるマイクロフライアイレンズ力投影光学系に備えられている開口絞りまでの光路を説明するための概略構成図である。

[図 7A]2極照明形状の局所照明領域と有効照明領域を説明するための図である。

[図 7B]2極照明形状の局所照明領域と有効照明領域を説明するための図である。

[図 8]この発明の実施の形態に力かるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。

[図 9]この発明の実施の形態に力かるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示すフローチャートである。

[図 10A]輪帯比が 0· 50-0. 63の範囲をカバーすることができる第 1の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 10B]輪帯比が 0. 50-0. 63の範囲をカバーすることができる第 1の光束変換素子を用レ、た場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 11A]輪帯比が 0. 63-0. 74の範囲をカバーすることができる第 2の光束変換素子を用レ、た場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 11B]輪帯比が 0. 63-0. 74の範囲をカバーすることができる第 2の光束変換素子を用レ、た場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 12A]輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる第 3の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 12B]輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる第 3の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 13A]輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる光束変換素子を用レ、た場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 2極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 13B]輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる光束変換素子を用レ、た場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 2極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。

園 14A]従来の 2つの光束変換素子を用いて 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。

園 14B]従来の 2つの光束変換素子を用いて 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。

[図 14C]従来の 2つの光束変換素子を用いて 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。

[図 14D]従来の 2つの光束変換素子を用いて 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。

[図 14E]従来の 2つの光束変換素子を用レ、て 4極照明形状の局所照明領域の形状を変化させた状態を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[0054] 図面を参照して、この発明の実施の形態に力かる露光装置について説明する。図

1は、この発明の実施の形態に力かる露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図 1中に示す XYZ直交座標系を設定し、この XYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。 XYZ直交座標系は、 X軸及び Y軸がウェハ Wに対して平行となるように設定され、 Z軸がウェハ Wに対して直交する方向に設定されている。また、この実施の形態に力かる照明光学系は、 4つの局所照明領域を形成する 4極照明を行うように構成されている。

[0055] この実施の形態に力かる露光装置は、図 1に示すように、露光光（照明光）を供給するための光源 1として、例えば波長が 248nmの光を供給する KrFエキシマレーザ一光源または波長が 193nmの光を供給する ArFエキシマレーザー光源を備えている。光源 1から Z方向に沿って射出された略平行な光束は、 X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ 2aおよび 2bからなるビームエキスパンダー 2に入射する。各レンズ 2aおよび 2bは、図 1の YZ平面内において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー 2に入射した光束は、図 1の YZ平面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。

[0056] 整形光学系としてのビームエキスパンダー 2を介した略平行な光束は、折り曲げミラ一 3により反射されることにより Y方向に偏向された後、回折光学素子（D〇E)により構成される 4極照明用の光束変換素子 4aに入射する。光束変換素子 4aは、光束変換素子 4aに入射する光束を 4極照明形状の局所照明領域を形成するための光束へ変換する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光（照明光）の波長程度のピツ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。

[0057] 光束変換素子 4aは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド (フラウンホーファー回折領域）において、 4つの局所照明領域を有する光強度分布を形成する機能を有する。従って、光束変換素子 4aに入射した略平行な光束は、後述する投影光学系 PLの瞳と光学的に共役な照明光学系の照明瞳面 (所定面）上または所定面の近傍の周辺部に図 2に示すような 4つの局所照明領域 40a, 40b, 40c, 40dを有する光強度分布を形成する。

[0058] 図 3は、照明光学系の照明瞳面に形成される 4極照明形状の 4つの局所照明領域 40a, 40b, 40c, 40dのうちの 1つの局所照明領域 40aの極座標表現を説明するための図である。図 3に示すように、局所照明領域 40aは数式 1の条件を満足する形状を有する。

[0059] [数 3]

(数式 1 )

0.8くく 1.2

[0060] ここで、局所照明領域 40aを極座標で表現するときの動径を R、局所照明領域 40a を極座標で表現するときの偏角を Θ、照明瞳面の中心である極座標の原点 0から局所照明領域 40aの中心 Aまでの径方向の距離を R'、局所照明領域 40aの中心 Aから局所照明領域 40aの外側境界 Bまでの距離 (径方向半径)を R、極座標の原点 0

0

力局所照明領域 40aに引いた接線 C1及び C2の開き角（方位角）を φ、局所照明領域 40aの中心 Aにおける動径（局所方位角）を Θ 'とする。同様に、局所照明領域 4 Ob, 40c, 40dを極座標で表現した場合 (こおレヽても、局所照明領域 40b， 40c, 40d のそれぞれの形状は、数式 1の条件を満足している。

[0061] この露光装置は、複数の光束変換素子 4a, 4bを備えており、 4極照明用の光束変換素子 (第 1の光束変換手段) 4a及び 4極照明用の光束変換素子（第 2の光束変換手段) 4bは照明光学系の照明光路に対して揷脱自在に設けられており、かつ互いに交換可能に構成されている。光束変換素子 4aと光束変換素子 4bとの交換 (切替）は、制御系（切替手段） 21からの指令に基づいて動作する駆動系 22により行われる。制御系 21には、ステップ 'アンド'リピート方式またはステップ'アンド'スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などがキーボードなどの入力手段 20を介して入力される。

[0062] また、光束変換素子 4aと光束変換素子 4bとの間の切替の前後における極座標の原点 0から局所照明領域 40aに引いた接線 C1及び C2の開き角（方位角） φの変化量 φ 'は、—1° < φ 'ぐ 1° の条件を満足している。同様に、局所照明領域 40b— 4 0dに引いた接線の開き角（方位角）の変化量 φ 'は、— 1° < ' < 1° の条件を満足している。従って、光束変換素子 4aと光束変換素子 4bとの間の切替が行われた場合においても、その切替前後における局所照明領域の形状は略同一に保たれる。

[0063] 光束変換素子 4aを介した光束は、ァフォーカルレンズ (リレー光学系） 5に入射する。ァフォーカルレンズ 5は、その前側焦点位置と光束変換素子 4aの位置とがほぼ一致するように設定されたァフォーカル系（無焦点光学系）である。したがって、光束変換素子 4aに入射した略平行な光束は、照明光学系の照明瞳面に 4つの局所照明領域を有する 4極照明形状を形成した後、略平行な光束となってァフォーカルレンズ 5 力射出される。

[0064] なお、ァフォーカルレンズ 5の前側レンズ群 5aと後側レンズ群 5bとの間の光路中において照明瞳またはその近傍には、円錐アキシコン系（アキシコン系） 7、第 1シリンドリカルレンズ対 8及び第 2シリンドリカルレンズ対 9が配置されている。図 4は、円錐ァキシコン系 7の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系 7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 7a 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 7bとから構成されている。

[0065] 第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7b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 7 aおよび第 2プリズム部材 7b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 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7b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 7の間隔の変ィ匕は、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 25により行われる。

[0066] ここで、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状の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 7は平行平面板として機能し、形成される 4極照明形状の二次光源に及ぼす影響はない。し力ながら、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系 7は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系 7の間隔の変化に伴って、図 1中破線で示すァフォ一カルレンズ 5の後側焦点面 6への入射光束の角度は変化する。即ち、図 3に示す局所照明領域 40aの中心 A力も局所照明領域の外側境界 Bまでの距離 (径方向半径） Rを一定に維持しつつ極座標の原点 0から局所照明領域 40aの中心 Aまでの径

0

方向の距離 R'を変更する。同様に、局所照明領域 40b 40dの中心からそれぞれの局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径)を一定に維持しつつ極座標の原点 0からそれぞれの局所照明領域 40b— 40dの中心までの径方向の距離を変更する。従って、極座標の原点 0から局所照明領域 40a— 40dに引いた接線の開き角（方位角）を変化させることなぐ 4つの局所照明領域 40a— 40dのそれぞれの形状を変化させることができる。

[0067] 図 5は、ァフォーカルレンズ 5の前側レンズ群 5aと後側レンズ群 5bとの間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9の概略構成を示す図である。図 5に示すように、第 1シリンドリカルレンズ対 8は、光源側から順に、たとえば YZ平面内に負屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル負レンズ 8aと、同じく YZ平面内に正屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル正レンズ 8bとにより構成されている。一方、第 2シリンドリカルレンズ対 9は、光源側から順に、たとえば XY平面内に負屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル負レンズ 9aと、同じく XY平面内に正屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル正レンズ 9bとにより構成されている。

[0068] 第 1シリンドリカル負レンズ 8aと第 1シリンドリカル正レンズ 8bとは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 26により、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第 2シリンドリカル負レンズ 9aと第 2シリンドリカル正レンズ 9bとは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 27により、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されている。

[0069] 第 1シリンドリカルレンズ対 8は Z方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第 2シリンドリカルレンズ対 9は X方向にパワーを有するビームエキスパンダ一として機能する。また、この実施の形態においては、第 1シリンドリカルレンズ対 8及び第 2シリンドリカルレンズ対 9のパワーが同一となるように設定されている。従って、第 1シリンドリカルレンズ対 8及び第 2シリンドリカルレンズ対 9を通過した光束は、方向及び X方向に同一のパワーにより拡大作用を受ける。

[0070] ァフォーカルレンズ 5を介した光束は、 σ値可変用のズームレンズ (変倍光学系） 1 0を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ 11に入射する。なお、 σ値は、照明光学系の照明瞳に形成される二次光源の大きさ（直径）を R1 とし、照明光学系の照明瞳と光学的に共役な投影光学系 PLの瞳に形成される照明光束または光源像の大きさ（直径）を R2とし、投影光学系 PLのマスク M側の開口数を NAoとし、マスク Mを照明する照明光学系の開口数を NAiとするとき、 σ =NAi/ NAo = R2/Rlとして定義される。

[0071] なお、ズームレンズ 10の前側焦点位置はァフォーカルレンズ 5の後側焦点面 6またはその近傍に設定され、マイクロフライアイレンズ 11の入射面はズームレンズ 10の後側焦点位置の近傍に設定されている。換言すると、ズームレンズ 10は、後側焦点面 6とマイクロフライアイレンズ 11の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に設定し、ひいてはァフォーカルレンズ 5の照明瞳面とマイクロフライアイレンズ 11の入射面とを光学的にほぼ共役に設定している。したがって、マイクロフライアイレンズ 11の入射面上には、照明光学系の照明瞳面と同様に、図 2に示すような 4極照明形状が形成される。この 4つの局所照明領域 40a— 40dを有する 4極照明形状は、ズームレンズ 1 0の焦点距離に依存して相似的に拡大または縮小する。ズームレンズ 10の焦点距離の変化は、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 23により行われる。

[0072] マイクロフライアイレンズ 11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 11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（ひいては照明瞳）にはマイク口フライアイレンズ 11への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 4つの局所照明領域を有する 4極照明形状に基づく実質的な面光源からなる二次光源が形成される。

[0073] マイクロフライアイレンズ 11の後側焦点面に形成された 4極照明形状の二次光源からの光束は、必要に応じて開口絞りを介して制限され、コンデンサー光学系 12の集光作用を受けた後、照明視野絞りとしてのマスクブラインド 13を重畳的に照明する。マスクブラインド 13の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系 14 により集光される。ビームエキスパンダー 2 結像光学系 14により構成される照明光学系を射出した光束は、マスク Mを重畳的に照明する。

[0074] 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、ゥヱハ W上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系 PLの入射瞳面には投影光学系 PLの開口数を規定するための可変開口絞り 15が設けられ、この可変開口絞り 15の駆動は制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 24により行われる。

[0075] 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 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のパターンが逐次露光される。なお、一括露光では、レ、わゆるステップ ·アンド 'リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。

[0076] この実施の形態に力かる露光装置によれば、図 3に示す極座標の原点 0から局所照明領域 40aに引いた接線の開き角（方位角） φ及び極座標の原点 0から局所照明領域 40b 40dに引いた接線の開き角（方位角）によりそれぞれの局所照明領域の形状を規定することができる。そのため、露光装置のマスク Mのパターンのピッチ等に応じて使用する光束変換素子を交換した場合においても、交換前の局所照明領域の形状と交換後の局所照明領域の形状とを略同一に保つことができ、照明光の照明特性が変化するのを防止することができる。従って、光学変換素子を切替しつつ連続的に露光を行う場合においても、最適な照明特性を有する照明光によりマスクを照明することができる。

[0077] また、この実施の形態に力かる露光装置によれば、照明光学系の照明瞳面上に形成される局所照明領域 40a— 40dからの光束は結像に寄与する光束となるため、結像に寄与しない無駄な照明光を減少させることができ、効率良く照明を行うことができる。即ち、図 6は、図 1における照明光学系のマイクロフライアイレンズ 11から投影光学系 PLに備えられてレ、る開口絞り 15までの光路を説明するための概略構成図である。なお、図 6においては、図 1に示すマスクブラインド 13及び結像光学系 14の図示を省略し、マスクブラインド 13が配置される位置にマスク Mが配置されているものとして説明を行う。

[0078] 照明光学系の照明瞳 17の円形領域全体力も射出した光束は、図 6に示すように、コンデンサー光学系 12により集光され、図 6の紙面上における左右方向にピッチを持つマスク Mのパターン Pを照明する。光束は、マスク Mのパターン Pにより回折される。ここで、回折光のうちマスク Mのパターン Pを素抜けした回折光成分（0次光成分）は、投影光学系 PLの前側レンズ群 18により集光され、開口絞り 15の開口部 15a内の領域（内側領域）に到達する。

[0079] 一方、マスク Mのパターン Pにより反時計回りの方向へ回折される 1次回折光成分は、投影光学系 PLの前側レンズ群 18により集光され、その一部の光束のみが開口絞り 15の開口部 15aの内側領域に到達する。なお、開口絞り 15の開口部 15aに到達しない 1次回折光成分は、投影光学系 PLの前側レンズ群 18または開口絞り 15 の開口部 15aによりけられる。同様に、マスク Mのパターン Pにより時計回りの方向へ回折される + 1次回折光成分は、投影光学系 PLの前側レンズ群 18により集光され、その一部の光束のみが開口絞り 15の開口部 15aの内側領域に到達する。なお、開口絞り 15の開口部 15aに到達しなレ、 + 1次回折光成分は、投影光学系 PLの前側レンズ群 18または開口絞り 15の開口部 15aによりけられる。

[0080] 投影光学系 PLの前側レンズ群 18や開口絞り 15の開口部 15aによりけられた回折光成分は結像に寄与せず、投影光学系 PLの開口絞り 15の開口部 15aを通過する光束のみが結像に寄与する。従って、この結像に寄与する光束を有効光束としたとき、照明光学系の照明瞳の領域において有効光束に対応する領域 S (以下、有効照明領域とする。）からの光束は、投影光学系 PLの開口絞り 15の開口部 15aによりけられることなぐ結像に寄与する。

[0081] 従って、照明光学系の照明瞳面上の有効照明領域 Sに光強度分布を有する多極状の変形照明を行うことにより、結像に寄与しない無駄な照明光を低減し効率良く照明を行う。ここで、この実施の形態においては、 4極照明形状の 4つの局所照明領域 40a 40dの形状の光強度分布が照明光学系の照明瞳面における有効照明領域 S の内側境界に略局在化しており、局所照明領域 40a 40dのうちの 75%以上（すなわち 50%以上）が有効照明領域 S内に局在しているため、照明光の多くが結像に寄与し、より効率良く照明を行うことができる。

[0082] 言い換えると、この実施の形態においては、 4極照明形状を構成する 4つの局所照明領域 40a 40dに内接する照明瞳面上の内接円を考えるとき、 4つの局所照明領域 40a 40dは、 4つの局所照明領域 40a— 40dと上記内接円との接線よりも外側に局在しているため、照明光の多くを結像に寄与させることができ、より効率よく照明を行うことができる。

[0083] なお、この実施の形態においては、多極照明用の光束変換素子として 4極照明用の光束変換素子を用いているが、使用するマスク上に形成されるパターンのピッチ等に応じて 2極照明用の光束変換素子を備えてもよい。この場合には、露光装置のマスクのパターンのピッチ等に応じてより最適な光束変換素子を使用することができる。

[0084] 図 7Aは、この実施の形態に力かる露光装置を用いて形成された 2極照明形状の局所照明領域と有効照明領域を説明するための図である。図 7Aに示すように局所照明領域（白抜き部分) 60は、有効照明領域 (網掛け部分) 62の内側境界に略局在化してレ、る。図 7Bは、輪帯照明切り出しの 2極照明形状の局所照明領域と有効照明領域を説明するための図である。図 7Bに示すように輪帯照明切り出しの 2極照明形状の局所照明領域 64は、有効照明領域 66外の領域も照明する。有効照明領域 66外の領域を照明する照明光は、無駄な光となり結像に寄与しない。図 7Aと図 7Bとを比較した場合、図 7Aに示す局所照明領域 60は、マスク Mのパターン Pにより回折される回折光のうち投影光学系を構成するレンズ群や開口絞り等により遮光されずに結像に寄与する回折光成分の光束に対応する領域 (有効照明領域 62)を効率良く照明している。

[0085] また、この実施の形態においては、照明光学系の照明瞳面上の周辺部に多極照明形状を構成する局所照明領域を有しているが、照明光学系の照明瞳面上の少なくとも周辺部に局所照明領域を有するようにしてもよい。即ち、多極照明用の光束変換素子として 3極照明用の光束変換素子または 5極照明用の光束変換素子を用いる場合、照明光学系の照明瞳面上の中央部及び周辺部に局所照明領域を有するようにしてもよい。

[0086] また、上述の実施の形態においては、回折光学素子により構成される光束変換素子を用いているが、回折フリンジからなるホログラムにより構成されるホモジ工ナイザにより構成される光束変換素子を用レ、てもよい。

[0087] ここで、回折光学素子は、例えば次のような構成を有する。即ち、複数の基本光学素子から構成されており、さらに、各基本光学素子は複数の部分光学素子から構成されている。各基本光学素子は同じ部分光学素子を有しており、各基本光学素子を稠密に行列状に繰り返して配置したものが回折光学素子の全有効径に対応する。ここで、局所照明領域を形成するための回折光学素子を製造する場合には、 1つの局所照明領域を形成するために必要な複数の部分光学素子を例えば 1列に配列し、同様に他の局所照明領域を形成するために必要な複数の部分光学素子を 1列に配列する。 1つの局所照明領域を形成するために 1列に配列された複数の部分光学素子を部分光学素子群とする。次に、多極照明形状において各局所照明領域が形成される位置に基づいて各局所照明領域を形成するための部分光学素子群を配置することにより基本光学素子を構成する。このようにして各局所照明領域を形成するための部分光学素子群を配置することにより構成された複数の基本光学素子を稠密に行列上に繰り返し配列する。なお、上述の回折光学素子の詳細については特開 200 1—174615号公報、特開 2003—50455号公報等に開示されている。

[0088] また、ホモジェナイザは、例えば次のような構成を有する。即ち、複数のサブホログラムを 2次元的に配列することにより構成されている。ホモジェナイザを構成する各ホログラムに入射した光束は、回折することにより、多極照明形状が形成される面におレ、て各局所照明領域が形成されるように予定された領域に到達するように構成されている。即ち、ホモジヱナイザを構成する各ホログラムは、多極照明形状が形成される面において照射されることが予定された領域全体に、ホモジェナイザに入射した光束の一部を照射させるために機能する。なお、ホモジ工ナイザの詳細については特表 2001— 507139号公報、特開平 8— 94839号公報、特表 2003— 529784号公報等に開示されている。

[0089] なお、上記実施形態では、光透過性基板上に所定のパターンをパターンユングした透過型マスクを用いた力反射型マスクであっても良レ、。さらに、パターンの消去や書込みが可能な可変パターン生成部（空間光変調器)を備えたマスク、例えば透過型又は反射型液晶表示素子 (LCD)やデジタルミラーデバイス（DMD)、反射型液晶表示素子（LCD)、エレクト口クロミックディスプレイ（ECD)等を備えたマスクであつても良い。

[0090] また、上述の実施形態では、投影光学系 PLと基板 Pとの間の光路中を気体とした力この投影光学系 PLと基板 Pとの間の光路中に液体を満たす、いわゆる液浸露光装置に本発明を適用しても良い。

[0091] また、投影光学系の開口数が 0. 9を超える、特に液浸露光法との組み合わせにより投影光学系の開口数が 1を超えるような場合には、従来から露光光として用いられているランダム偏光光では偏光効果によって結像性能が悪化することもあるので、偏光照明を用いるのが望ましい。その場合、マスク（レチクル）のライン 'アンド'スペースパターンのラインパターンの長手方向に合わせた直線偏光照明を行い、マスク（レチクル）のパターンからは、 S偏光成分 (TE偏光成分）、すなわちラインパターンの長手方向に沿った偏光方向成分の回折光が多く射出されるようにすると良い。このような偏光照明装置としては、例えば国際特許公開第 WO2004/051717号公報に開示されており、本実施形態の光束変換素子は、当該公報の偏光照明装置にも適用できる。

[0092] 上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明装置によってレチクル (マスク）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、上述の実施の形態に力かる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 8のフローチャートを参照して説明する。

[0093] 先ず、図 8のステップ S301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 S302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 S303において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、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 S304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 S305において、その 1口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

[0094] 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。なお、ステップ S301—ステップ S305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っている力これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもなレ、。

[0095] また、上述の実施の形態に力かる露光装置では、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 9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 9において、パターン形成工程 S401では、上述の実施の形態に力、かる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、所謂光リソグラフイエ程が実行される。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 S402へ移行する。

[0096] 次に、カラーフィルター形成工程 S402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されたり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 S402の後に、セル組み立て工程 S4 03が実行される。セル組み立て工程 S403では、パターン形成工程 S401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 S402にて得られたカラーフィルタ一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 S403では、例えば、パターン形成工程 S401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 S402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。

[0097] その後、モジュール組み立て工程 S404にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セノレ）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。

実施例 1

[0098] 輪帯比が 0. 50-0. 63の範囲をカバーすることができる 4極照明用の第 1の光束変換素子、輪帯比が 0. 63-0. 74の範囲をカバーすることができる 4極照明用の第 2の光束変換素子、輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる 4極照明用の第 3の光束変換素子を用いて変形照明を行った。

[0099] 図 10A，図 10Bは、第 1の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。図 10Aは、円錐アキシコン系 7を通過する前の局所照明領域の形状を示している。また、図 10A に示す各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を満足するように形成される。ここで、図 1 OAに示す各局所照明領域の形状を図 3に示す極座標表現したときの各パラメータを以下に示す。

R' = 3. 595 R = 1. 345

o

φ = 35deg

Θ ' =45deg

また、図 10Bは、円錐アキシコン系 7を通過した場合の局所照明領域の形状を示している。図 10Bに示すように各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を略満足した状態で、各局所照明領域の中心から局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を一定に維持しつつ多極照明形状の中心から局所照明領域の中心までの径方向の距離が変更されることにより変形する。

[0100] 次に、第 1の光束変換素子から第 2の光束変換素子に交換する。図 11A，図 11B は、第 2の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。図 11Aは、円錐アキシコン系 7を通過する前の局所照明領域の形状を示している。また、図 11Aに示す各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を満足するように形成される。ここで、図 11Aに示す各局所照明領域の形状を図 3に示す極座標表現したときの各パラメータを以下に示す。

R' =4. 000

R =0. 950

0

φ = ^5deg

Θ ' =45deg

また、図 11Bは、円錐アキシコン系 7を通過した場合の局所照明領域の形状を示している。図 11Bに示すように各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を略満足した状態で、各局所照明領域の中心から局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を一定に維持しつつ多極照明形状の中心から局所照明領域の中心までの径方向の距離が変更されることにより変形する。

[0101] 次に、第 2の光束変換素子から第 3の光束変換素子に交換する。図 12A，図 12B は、第 3の光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 4極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。図 12Aは、円錐アキシコン系 7を通過する前の局所照明領域の形状を示している。また、図 12Aに示す各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を満足するように形成される。ここで、図 12Aに示す各局所照明領域の形状を図 3に示す極座標表現したときの各パラメータを以下に示す。

R' =4. 270

R =0. 680

0

φ = 35deg

Θ ' =45deg

また、図 12Bは、円錐アキシコン系 7を通過した場合の局所照明領域の形状を示している。図 12Bに示すように各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を略満足した状態で、各局所照明領域の中心から局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を一定に維持しつつ多極照明形状の中心から局所照明領域の中心までの径方向の距離が変更されることにより変形する。

[0102] 実施例 1によれば、照明光学系の照明瞳面の中心から局所照明領域に引レ、た接線の開き角（方位角） Φにより局所照明領域の形状を規定するため、図 10Bに示す切替前の局所照明領域の形状と図 11Aに示す切替後の局所照明領域の形状とは略同一に保たれる。同様に、図 11Bに示す切替前の局所照明領域の形状と図 12A に示す切替後の局所照明領域の形状とは略同一に保たれる。

実施例 2

[0103] 輪帯比が 0. 74-0. 80の範囲をカバーすることができる 2極照明用の光束変換素子を用いて変形照明を行つた。

[0104] 図 13A，図 13Bは、光束変換素子を用いた場合における照明光学系の照明瞳上に形成される 2極照明形状の局所照明領域の形状を示す図である。図 13Aは、円錐アキシコン系 7を通過する前の局所照明領域の形状を示している。また、図 13Aに示す各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を満足するように形成される。ここで、図 13Aに示す各局所照明領域の形状を図 3に示す極座標表現したときの各パラメータを以下に示す。

R' = 3. 595

R = 1. 345 φ = 35deg

Θ ' =45deg

また、図 13Bは、円錐アキシコン系 7を通過した場合の局所照明領域の形状を示している。図 13Bに示すように各局所照明領域の形状は、数式 1の条件を略満足した状態で、各局所照明領域の中心から局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を一定に維持しつつ多極照明形状の中心から局所照明領域の中心までの径方向の距離が変更されることにより変形することができる。

産業上の利用可能性

以上のように、この発明の光束変換素子、露光装置、照明光学系及び露光方法は、高性能な半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

入射光束を所定面において多極照明形状の光束へ変換するための光束変換素子において、

前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域を前記所定面において極座標で表現するとき、前記局所照明領域は以下の条件を満足する形状を有することを特徴とする光束変換素子。

数 4

ただし、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの動径を R、前記局所照明領域を前記極座標で表現するときの偏角を Θ、前記極座標の原点から前記局所照明領域の中心までの径方向の距離を R 前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の外側境界までの距離 (径方向半径）を R、前記極座標の原点から

0

前記局所照明領域に引いた接線の開き角（方位角）を φ、前記局所照明領域の前記中心における動径（局所方位角）を Θ 'とする。

[2] 前記多極照明形状は、前記所定面上の少なくとも周辺部に前記局所照明領域を 2 有することを特徴とする請求項 1記載の光束変換素子。

[3] 前記多極照明形状は、 2つの前記局所照明領域を有する 2極照明形状または 4つの前記局所照明領域を有する 4極照明形状であることを特徴とする請求項 2記載の光束変換素子。

[4] マスクのパターンを照明する照明光学系と、

照明された前記マスクの前記パターンの像を感光性基板上に投影する投影光学系と、

請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の光束変換素子と

を備え、

前記光束変換素子は、前記投影光学系の瞳と光学的に共役な照明瞳またはその近傍に前記多極照明形状を形成することを特徴とする露光装置。

[5] 前記照明光学系は、アキシコン系を備えていることを特徴とする請求項 4記載の露光装置。

[6] 前記アキシコン系は、前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の前記外側境界までの距離 (径方向半径) Rを一定に維持しつつ前記極座標の原点か

0

ら前記局所照明領域の前記中心までの径方向の距離 R'を変更することを特徴とする請求項 5記載の露光装置。

[7] 前記照明光学系は、前記多極照明形状を相似的に拡大 '縮小するための変倍光学系を備えていることを特徴とする請求項 4乃至請求項 6の何れか一項に記載の露光装置。

[8] 複数の前記光束変換素子を備え、

該複数の光束変換素子は互いに交換可能に構成されることを特徴とする請求項 4 乃至請求項 7の何れか一項に記載の露光装置。

[9] 前記照明瞳上において前記照明瞳からの 0次光が前記投影光学系の前記瞳を通過することができる領域を有効照明領域とするとき、前記多極照明形状は、該有効照明領域の内側境界に略局在化する形状の光強度分布を持つことを特徴とする請求項 4乃至請求項 8の何れか一項に記載の露光装置。

[10] 前記局所照明領域のうちの 50%以上の領域は前記有効照明領域内に局在していることを特徴とする請求項 9記載の露光装置。

[11] マスクのパターンを照明する照明光学系において、

請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の光束変換素子を備えることを特徴とする照明光学系。

[12] 前記照明光学系は、アキシコン系を備えていることを特徴とする請求項 11記載の照明光学系。

[13] 前記アキシコン系は、前記局所照明領域の前記中心から前記局所照明領域の前記外側境界までの距離 (径方向半径) Rを一定に維持しつつ前記極座標の原点か

0

ら前記局所照明領域の前記中心までの径方向の距離 R'を変更することを特徴とする請求項 12記載の照明光学系。

[14] 前記照明光学系は、前記多極照明形状を相似的に拡大'縮小するための変倍光学系を備えていることを特徴とする請求項 11乃至請求項 13の何れか一項に記載の照明光学系。

[15] マスクのパターンを照明する照明光学系において、

前記照明光学系の照明光路に対して揷脱自在に設けられて、入射光束を所定面において第 1の多極照明形状の光束に変換する第 1の光束変換手段と、前記照明光学系の照明光路に対して揷脱自在に設けられて、入射光束を前記所定面において第 2の多極照明形状の光束に変換する第 2の光束変換手段と、前記第 1の光束変換手段と前記第 2の光束変換手段との切替を行う切替手段とを備え、前記所定面上の原点から前記局所照明領域に引いた接線の開き角を方位角とするとき、前記切替手段により前記第 1の光束変換手段と前記第 2の光束変換手段との切替が行われた場合に、前記切替の前後における前記多極照明形状の方位角の変化量が以下の条件を満足することを特徴とする照明光学系。

-1° < φ 1。

[16] 前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域に内接する前記所定面上の円を内接円とするとき、前記複数の局所照明領域のうちの 1つは、該 1つの局所照明領域と前記内接円との接線よりも外側に局在していることを特徴とする請求項 15記載の照明光学系。

[17] 前記多極照明形状を構成する複数の局所照明領域のうちの 1つの局所照明領域を前記所定面において極座標で表現するとき、前記第 1の光束変換手段及び前記第 2の光束変換手段の前記局所照明領域は以下の条件を満足する形状を有することを特徴とする請求項 15又は請求項 16記載の照明光学系。

数 5

0.8く〈 1.2

0

[18] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置にぉレ、て、

前記マスクを照明するための請求項 11乃至請求項 17の何れか一項に記載の照明光学系と、

前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備え、前記所定面は、前記投影光学系の瞳と光学的に共役な面または該共役な面の近傍に位置決めされることを特徴とする露光装置。

[19] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、

請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の光束変換素子を備える照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と、

を含むことを特徴とする露光方法。

[20] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、

請求項 4乃至請求項 10及び請求項 18の何れか一項に記載の露光装置中の照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と、

を含むことを特徴とする露光方法。

[21] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、

請求項 11乃至請求項 17の何れか一項に記載の照明光学系を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と

を含むことを特徴とする露光方法。