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1. (WO2006043458) DISPOSITIF D’ECLAIRAGE OPTIQUE, SYSTEME D’EXPOSITION ET PROCEDE D’EXPOSITION
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明 細書

照明光学装置、露光装置、および露光方法

技術分野

[0001] 本発明は、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、 撮像素子、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好適な照明光学装置に関する。

背景技術

[0002] この種の典型的な露光装置においては、光源力射出された光束力オプティカル インテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源カゝらなる実質的な面光 源としての二次光源を形成する。二次光源力ゝらの光束は、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ィ匕されており、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、微細パターンをウェハ上に高精度に転写するために、フライアイレンズの後側 焦点面に円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 =開口絞り径 Ζ投影光学系の瞳径、あるいは σ値 =照明光学系の射出側 開口数 Ζ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。さらに

、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技術が注目されている。

[0005] 上述のような従来の露光装置では、回折光学素子を用いて入射光束を所望の断面 形状の光束に変換してフライアイレンズの入射面へ導くことにより、円形状の二次光 源に基づく通常の円形照明を行ったり、輪帯状や 4極状の二次光源に基づく変形照 明(輪帯照明や 4極照明)を行ったりしている。ここで、回折光学素子は、 0次光 (直進 光)が実質的に発生しな、ように設計されて!、る。

[0006] し力しながら、たとえば製造誤差などにより、回折光学素子からの 0次光の発生を回 避することは困難である。この場合、回折光学素子力発生した 0次光は不要光とな つてフライアイレンズの入射面の中央部(光軸近傍の部分)に集光し、たとえば輪帯 照明時には輪帯状の二次光源の中央に比較的小さいが輝度の高い面光源を形成 する。その結果、輪帯状の二次光源の中央に不要な面光源が形成されることになり、 所望の輪帯照明を実現することができない。

[0007] 従来技術では、所望の輪帯照明を実現するために、フライアイレンズの入射面や射 出面の近傍において光軸近傍の光 (すなわち回折光学素子からの 0次光)を遮る構 成が提案されている (たとえば特許文献 1を参照)。

特許文献 1:特開 2001— 176766号公報(図 12および関連する記載)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 上述のように、従来技術では、フライアイレンズの入射面や射出面の近傍における 中心遮光により、回折光学素子力の 0次光の影響を回避して所望の輪帯照明を実 現することができる。しかしながら、円形照明に際して、上述の中心遮光の影響により 二次光源の中央に比較的小さ!、暗部が形成され、所望の円形状の二次光源ではな く輪帯状の二次光源が形成されることになる。

[0009] 比較的大きい円形状の二次光源を用いる円形照明すなわち大 σ円形照明の場合 、暗部の外径に比して二次光源の外径がはるかに大きいので、暗部の影響をほとん ど受けることなくほぼ所望の大 σ円形照明を実現することができる。し力しながら、比 較的小さい円形状の二次光源を用いる小 σ円形照明の場合、暗部の影響により所 望の円形状とは実質的に異なる輪帯状の二次光源が形成されることになり、所望の 小 σ円形照明を実現することができない。

[0010] 本発明は、回折光学素子からの 0次光の影響を実質的に受けることなぐ所望の輪 帯照明や円形照明などを実現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。回折光学素子力の 0次光の影響を実質的に受けることなく所望の輪帯照明 や円形照明などを実現する照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて 実現された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および 露光方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 前記目的を達成するために、本発明の第 1形態では、光源力の光束により被照射 面を照明する照明光学装置において、

前記光源からの光束を所定の光強度分布の光束に変換するための回折光学素子 と、

前記回折光学素子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 テグレータと、

前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて 前記実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系と、 前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中の位置であつ て、前記回折光学素子からの 0次光が集光する位置に配置されて、前記回折光学素 子からの 0次光が照明光路に沿って進行するのを阻止するための阻止手段とを備え

前記阻止手段は、前記整形光学系による前記実質的な面光源の大きさが変更され た場合であっても前記実質的な面光源における前記阻止手段による影響を抑制して いることを特徴とする照明光学装置を提供する。

[0012] 本発明の第 2形態では、光源力の光束により被照射面を照明する照明光学装置 において、

前記光源からの光束を所定の光強度分布の光束に変換するための回折光学素子 と、

前記回折光学素子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 テグレータと、

前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて 前記実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系と、 前記整形光学系の光路中において前記回折光学素子からの 0次光が集光する位 置に配置されて、前記回折光学素子からの 0次光が照明光路に沿って進行するのを 阻止するための阻止手段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。

[0013] 本発明の第 3形態では、マスクを照明するための第 1形態または第 2形態の照明光 学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露 光装置を提供する。

[0014] 本発明の第 4形態では、第 1形態または第 2形態の照明光学装置を用いてマスクを 照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と を含むことを特徴とする露光方法を提供する。

[0015] 本発明の第 5形態では、第 1形態または第 2形態の照明光学装置を用いてマスクを 照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と 、前記露光工程により露光され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の製造方法を提供する。

発明の効果

[0016] 本発明の照明光学装置では、その照明瞳面に形成される実質的な面光源の大きさ および形状を変化させるための整形光学系の光路中において、回折光学素子と実 質的にフーリエ変換の関係にある位置に、回折光学素子からの 0次光が照明光路に 沿って進行するのを阻止するための阻止手段を配置している。その結果、阻止手段 の作用により、回折光学素子力の 0次光の影響を実質的に受けることなぐ所望の 輪帯照明や円形照明などを実現することができる。

[0017] したがって、本発明の露光装置および露光方法では、回折光学素子からの 0次光 の影響を実質的に受けることなく所望の輪帯照明や円形照明などを実現する照明光 学装置を用いているので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条 件のもとで良好な露光を行うことができ、ひ、ては高!、スループットで良好なデバイス を製造することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 2]図 1の円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。

[図 3]輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。

[図 4]輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。

[図 5]本実施形態の特徴的構成である阻止手段の構成を概略的に示す図である。

[図 6]本実施形態において円形照明時に形成される二次光源を概略的に示す図で ある。

[図 7]阻止手段の変形例を概略的に示す図である。

[図 8]複数種類の阻止手段を交換可能に設けた変形例の構成を概略的に示す図で ある。

[図 9]図 8における阻止手段としての遮光部材の構成を概略的に示す図である。

[図 10]オプティカルインテグレータとして内面反射型のロッドインテグレータを用いた 変形例の構成を概略的に示す図である。

[図 11]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。

[図 12]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

発明を実施するための最良の形態

[0019] 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の法線方向に沿つて 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。

[0020] 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ェキ シマレーザ光源を用いることができる。光源 1から射出されたほぼ平行な光束は、リレ 一レンズ系 2および輪帯照明用の回折光学素子 3を介して、ァフォーカルレンズ 4に 入射する。リレーレンズ系 2は、光源 1からのほぼ平行な光束を所定の矩形状の断面 を有するほぼ平行な光束に変換して回折光学素子 3へ導く機能を有する。

[0021] ァフォーカルレンズ 4は、その前側焦点位置と回折光学素子 3の位置とがほぼ一致 し且つそ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 設定されたァフォーカル系(無焦点光学系)である。一方、回折光学素子 3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。

[0022] したがって、光束変換素子としての回折光学素子 3に入射したほぼ平行光束は、リ レー光学系としてのァフォーカルレンズ 4の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した 後、ほぼ平行光束となってァフォーカルレンズ 4力も射出される。なお、ァフォーカル レンズ 4の前側レンズ群 4aと後側レンズ群 4bとの間の光路中におヽてその瞳位置ま たはその近傍には、円錐アキシコン系 6が配置されている力その構成および作用に ついては後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系 6の作用を無 視して基本的な構成および作用を説明する。

[0023] ァフォーカルレンズ 4を介した光束は、 σ値可変用のズームレンズ 7を介して、ォプ 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 (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。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 つて構成される。

[0024] 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。し力しながら、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。

[0025] 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 ィアイレンズ 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、ひいてはァフォーカルレンズ 4の瞳面とマイク 口フライアイレンズ 8の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。

[0026] したがって、マイクロフライアイレンズ 8の入射面上には、ァフォーカルレンズ 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が形成される。この輪帯状 の照野の全体形状は、後述するようにズームレンズ 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 V、て形成すべき照野の形状 (ひ、てはウェハ W上にぉ、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。

[0027] 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 (ひいては照明瞳面)には、入射光束によつ 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カゝらなる二次光源が形成される。マイクロフライア ィレンズ 8の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源力もの光束は、コン デンサ一光学系 9を介した後、マスクブラインド 10を重畳的に照明する。

[0028] 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。

[0029] 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 (X Y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、ひいてはゥ 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。

[0030] 図 2は、図 1においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光 路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。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。

[0031] 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。

[0032] 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 折面とを互いに当接させると、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。し力しながら、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、円錐ァ キシコン系 6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、円錐ァ キシコン系 6の間隔の変化に伴って、所定面 5への入射光束の角度は変化する。

[0033] 図 3 (a) , (b)は、輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する 図である。図 3 (a)を参照すると、円錐アキシコン系 6の間隔が零で且つズームレンズ 7の焦点距離が最小値に設定された状態 (以下、「標準状態」 t 、う)で形成された最 も小さい輪帯状の二次光源 30aが、円錐アキシコン系 6の間隔を零力所定の値ま で拡大させることにより、図 3 (b)に示すようにその幅(外径と内径との差の 1Z2:図中 矢印で示す)が変化することなぐその外径および内径がともに拡大された輪帯状の 二次光源 30bに変化する。換言すると、円錐アキシコン系 6の作用により、輪帯状の 二次光源の幅が変化することなぐその輪帯比(内径 Z外径)および大きさ (外径)が ともに変化する。

[0034] 図 4 (a) , (b)は、輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図で ある。図 4 (a)を参照すると、標準状態で形成された輪帯状の二次光源 30aが、ズー ムレンズ 7の焦点距離を最小値力所定の値へ拡大させることにより、図 4 (b)に示す ようにその全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源 30cに変化する。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。

[0035] このように、ァフォーカルレンズ(リレー光学系) 4と円錐アキシコン系 6とズームレン ズ (変倍光学系) 7とは、回折光学素子 3とマイクロフライアイレンズ (オプティカルイン テグレータ) 8との間の光路中に配置されて照明瞳面に形成される二次光源 (実質的 な面光源)の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系を構成している。

[0036] なお、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 (不図 示)を照明光路中に設定することによって、 4極照明を行うことができる。 4極照明用 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 4極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、 4極照明用 の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ 8の入射面に、たとえば光 軸 AXを中心とした 4つの円形状の照野力もなる 4極状の照野を形成する。その結果 、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も、その入射面に形成さ れた照野と同じ 4極状の二次光源が形成される。

[0037] また、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、通常の円形照明を行うことができる。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、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。したがって、円形照 明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ 8の入射面に、たとえ ば光軸 AXを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、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も、その入射面に形成された照野と同じ円形状 の二次光源が形成される。

[0038] さらに、輪帯照明用の回折光学素子 3に代えて、他の複数極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、様々な複数極照明(2極照明、 8 極照明など)を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子 3に代えて、適 当な特性を有する回折光学素子 (不図示)を照明光路中に設定することによって、様 々な形態の変形照明を行うことができる。

[0039] 前述したように、従来技術では、たとえば製造誤差などに起因して回折光学素子 3 から発生した 0次光 (不要光)力マイクロフライアイレンズ 8の入射面の中央部(光軸 AXの近傍の部分)に集光し、輪帯状の二次光源の中央に比較的小さいが輝度の高 い面光源を形成するため、所望の輪帯照明を実現することができない。そこで、本実 施形態では、図 5 (a)に示すように、円錐アキシコン系 6中の第 1プリズム部材 6aの凹 円錐状屈折面の中央部 (光軸 AXの近傍の部分)に、入射光を実質的に散乱させる ための拡散領域 6aaを設けて、る。

[0040] 上述したように、円錐アキシコン系 6はァフォーカルレンズ 4の瞳位置またはその近 傍に配置されているので、第 1プリズム部材 6aの拡散領域 6aaは回折光学素子 3と実 質的にフーリエ変換の関係にある位置に配置されることになる。したがって、回折光 学素子 3から発生した 0次光は、ァフォーカルレンズ 4の前群 4aによりほぼ一点に向 力つて集光され、第 1プリズム部材 6aの拡散領域 6aaに入射する。拡散領域 6aaに入 射した 0次光は、その散乱作用を受けて、照明光路の外へ導かれる。

[0041] こうして、第 1プリズム部材 6aの凹円錐状屈折面の中央部に形成された拡散領域 6 aaは、ァフォーカルレンズ 4の瞳位置またはその近傍 (一般的には整形光学系(4, 6 , 7)の光路中において回折光学素子 3と実質的にフーリエ変換の関係にある位置) に配置されて、回折光学素子 3からの 0次光が照明光路に沿って進行するのを阻止 するための阻止手段を構成している。その結果、回折光学素子 3から発生した 0次光 は、阻止手段としての拡散領域 6aaの散乱作用により遮られ、輪帯状の二次光源の 中央に輝度の高い面光源を形成することなぐ所望の輪帯照明が実現される。

[0042] 一方、第 1プリズム部材 6aの屈折面と第 2プリズム部材 6bの屈折面とを当接させて 実現される円形照明では、図 6 (a)および (b)に示すように、第 1プリズム部材 6aの凹 円錐状屈折面の中央部に形成された拡散領域 6aaの影響により、円形状の二次光 源 31aの中央部(光軸 AXの近傍の部分)に、周囲よりも実質的に光強度の小さい影 部 31bが形成される。そして、中央部に影部 31bを含む円形状の二次光源 31aの全 体形状は、ズームレンズ 7の作用により相似的に縮小したり拡大したりする。

[0043] したがって、比較的大きい円形状の二次光源を用いる図 6 (a)の大 σ円形照明に おいても、比較的小さい円形状の二次光源を用いる図 6 (b)の小 σ円形照明におい ても、円形状の二次光源 31aの外径と影部 31bの外径との比率は一定である。換言 すれば、影部 31bが円形状の二次光源 31aに及ぼす影響は、円形照明における σ

値の変化に依存することなく一定である。その結果、第 1プリズム部材 6aの凹円錐状 屈折面の中央部に形成された拡散領域 6aaの影響をほとんど受けることなぐ任意の σ値を有するほぼ所望の円形照明を実現することができる。

[0044] こうして、本実施形態の照明光学装置(1〜: L 1)では、回折光学素子 3からの 0次光 の影響を実質的に受けることなぐ所望の輪帯照明や任意の σ値を有するほぼ所望 の円形照明などを実現することができる。したがって、本実施形態の露光装置(1〜Ρ L)では、回折光学素子 3からの 0次光の影響を実質的に受けることなく所望の輪帯 照明や円形照明などを実現する照明光学装置(1〜11)を用いているので、マスク Μ のパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことが できる。

[0045] ちなみに、マイクロフライアイレンズ 8よりも後側(マスク側)の光路中において回折 光学素子 3からの 0次光を遮ると、被照射面であるマスク Μ (ひいてはウェハ W)にお ける照度分布の均一性が損なわれ易くなる。同様に、マイクロフライアイレンズ 8の入 射面の近傍において回折光学素子 3からの 0次光を遮る場合も、被照射面における 照度分布の均一性が損なわれ易くなる。

[0046] なお、上述の実施形態では、円錐アキシコン系 6中の第 1プリズム部材 6aの凹円錐 状屈折面の中央部に阻止手段としての拡散領域 6aaを設けている。し力しながら、こ れに限定されることなぐ図 5 (b)に示すように、円錐アキシコン系 6中の第 2プリズム 部材 6bの凸円錐状屈折面の中央部 (光軸 AXの近傍の部分)に、入射光を実質的に 散乱させるための拡散領域 6baを設けることもできる。ただし、拡散領域 6aaをできる だけ小さく抑え、ひいては円形状の二次光源 31aに含まれる影部 31bをできるだけ 小さく抑えるには、第 1プリズム部材 6aに拡散領域 6aaを設け、第 1プリズム部材 6aを 光軸 AXに沿って固定し且つ第 2プリズム部材 6bを光軸 AXに沿って移動させる構成 が好ましい。換言すれば、影部 31bをできるだけ小さく抑えるには、阻止手段と回折 光学素子 3との間の光路中に配置される光学部材は固定されて、ることが好ま、。

[0047] また、上述の実施形態では、回折光学素子 3からの 0次光が照明光路に沿って進 行するのを阻止する阻止手段として、入射する 0次光を実質的に散乱させるための 拡散領域 6aaを用いている。し力しながら、これに限定されることなぐ入射する 0次光 を実質的に遮るための遮光領域を阻止手段として用いることもできる。この場合、第 1 プリズム部材 6aの凹円錐状屈折面の中央部 (または第 2プリズム部材 6bの凸円錐状 屈折面の中央部)に、たとえばクロム膜のような遮光性の薄膜からなる遮光領域を形 成すればよい。

[0048] このとき、図 5 (a)および(b)に示すように、プリズム部材 6aおよび 6bの屈折面の中 央部を光軸 AXと直交する平面状にカ卩ェすると、プリズム部材 6aおよび 6bの製造が 容易になるだけでなぐ平面状に加工された中央部に拡散領域や遮光領域を形成 することが容易になる。もちろん、プリズム部材 6aおよび 6bの屈折面の中央部を平面 状に加工することなぐたとえば円錐体の側面に対応する形状に加工された屈折面 の中央部に拡散領域や遮光領域を形成しても本発明の効果が得られる。

[0049] また、上述の実施形態では、円錐アキシコン系 6を構成する第 1プリズム部材 6aに、 阻止手段としての拡散領域 6aaを設けている。し力しながら、これに限定されることな ぐたとえば円錐アキシコン系を用いない場合には、図 7 (a)に示すように、ァフォー力 ルレンズ 4の瞳位置またはその近傍(回折光学素子 3と実質的にフーリエ変換の関係 にある位置)に配置された平行平面板 12の中央部(光軸 AXの近傍の部分)に阻止 手段としての拡散領域 (または遮光領域) 12aを設ける変形例も可能である。

[0050] 同様に、図 7 (b)に示すように、ァフォーカルレンズ 4の瞳位置またはその近傍(回 折光学素子 3と実質的にフーリエ変換の関係にある位置)に、光軸 AXを中心とした 比較的小さな拡散部材 (または遮光部材) 13を設ける変形例も可能である。この場合 、照明に寄与する所要光線の通過を実質的に遮ることがないように、できるだけ細い 複数(図 7では 3つ)の棒状部材 13aを用いて拡散部材 (または遮光部材) 13を安定 的に支持することが好まし、。

[0051] 上述の実施形態では、円錐アキシコン系 6を構成する第 1プリズム部材 6aに、阻止 手段を設けている。しかしながら、これに限定されることなぐたとえば図 8に示すよう に、マイクロフライアイレンズ 8の入射面近傍の位置に、遮光領域 (または拡散領域) の大きさが異なる複数種類の阻止手段を交換可能に設けてもよい。

[0052] 図 8は、複数種類の阻止手段を交換可能に設けた変形例の構成を概略的に示す 図であり、図 1と同等の機能を有する部材には同じ符号を付している。説明を簡単に

するため、ここでは図 1の実施形態とは異なる構成について説明する。

[0053] 図 8において、マイクロフライアイレンズ 8の入射面近傍の位置(回折光学素子 3と 実質的にフーリエ変換の関係にある位置であって、回折光学素子 3からの 0次光が 集光する位置)には、阻止手段としての第 1遮光部材 51が配置されている。図 9 (a) , (b)に示すように、この第 1遮光部材 51は、遮光領域 51aと外枠 51bと遮光領域 51a を支持する棒状部材 51cとを備えており、異なる大きさの遮光領域 52aを有する第 2 遮光部材 52と交換可能に構成されて、る。

[0054] 図 8および 9に示した変形例では、比較的大きな円形状の二次光源を用いる大 σ 照明を行う場合には、図 9 (a)に示した第 1遮光部材 51を照明光路中に位置決めし、 比較的小さな円形状の二次光源を用いる小 σ照明を行う場合には、図 9 (b)に示し た第 2遮光部材 52を照明光路中に位置決めする。その結果、比較的小さな円形状 の二次光源を用いる小 σ照明を行う場合であっても、遮光領域 52aによって二次光 源が遮光される領域を極めて小さくでき、この遮光領域 52aによる影響をほとんど受 けることなぐ任意の σ値を有するほぼ所定の円形照明を実現することができる。

[0055] また、上述の実施形態ならびに変形例では、被照射面の照度を均一化するための オプティカルインテグレータとしてマイクロフライアイレンズ 8を用いた力これに限定 されることなく、たとえば図 10に示すように、オプティカルインテグレータとして内面反 射型のロッドインテグレータ 81を用いてもよい。

[0056] 図 10は、オプティカルインテグレータとして内面反射型のロッドインテグレータ 81を 用いた場合の変形例の構成を概略的に示す図であり、図 1、図 8の例と同様の機能 を有する部材には同じ符号を付してある。説明を簡単にするため、ここでは図 1、 8の 例とは異なる構成について説明する。

[0057] 図 10において、回折光学素子 3とロッドインテグレータ 81との間の光路中には、ァ フォーカルレンズ 4が配置されている。図 10の変形例において、ァフォーカルレンズ 4は、レンズ (群) 4a, 4bを有する前群と、レンズ群 4cを有する後群とを備えている。こ こで、レンズ (群) 4a, 4bの後側焦点位置とレンズ群 4cの前側焦点位置とはほぼ一致 しており、レンズ (群) 4a, 4b, 4cは全体としてァフォーカル光学系を構成している。 そして、レンズ (群) 4a, 4bの間の光路中には、第 1プリズム部材 6aおよび第 2プリズ ム部材 6bを有する円錐アキシコン系 6が配置されて!、る。

[0058] ここで、円錐アキシコン系 6の各プリズム部材 6a, 6bの間隔変更によって輪帯状の 二次光源の幅を一定にしつつその大きさを変更する機能にっ、ては、上述の実施 形態とほぼ同様である。そして、図 10の変形例では、レンズ (群) 4a, 4bの光軸方向 への移動により、レンズ (群) 4a, 4bの後側焦点位置をほぼ一定に維持しつつ、その 焦点距離を変更している。なお、図 10に示した内面反射型のロッドインテグレータ 81 と集光レンズ群 4cとの組み合わせ力上述の実施形態におけるマイクロフライアイレ ンズ 8とコンデンサー光学系 9との組み合わせに対応する。また、このような内面反射 型のロッドインテグレータとアキシコン系との組み合わせについては、米国特許第 6, 285, 443号公報に開示されている。

[0059] 図 10の変形例においても、図 8の変形例と同様に、レンズ (群) 4a, 4bの後側焦点 位置(回折光学素子 3と実質的にフーリエ変換の関係にある位置であって、回折光 学素子 3からの 0次光が集光する位置)の近傍に、阻止手段としての第 1遮光部材 51 が配置されている。この第 1遮光部材 51は、異なる大きさの遮光領域 52aを有する第 2遮光部材 52と交換可能に構成されている。この構成により、図 10の変形例におい ても、比較的小さな円形状の二次光源を用いる小 σ照明を行う場合であっても、遮 光領域 52aによって二次光源が遮光される領域を極めて小さくでき、この遮光領域 5 2aによる影響をほとんど受けることなぐ任意の σ値を有するほぼ所定の円形照明を 実現することができる。

[0060] なお、上述の図 8〜10の変形例では、阻止手段として遮光部材 51, 52を用いたが 、それに限定されることなぐ阻止手段として拡散領域をもつ拡散部材を用いてもよい

[0061] 上述の実施形態に力かる露光装置では、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 にっき図 11のフローチャートを参照して説明する。

[0062] 先ず、図 11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力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。

[0063] 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 12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 12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。

[0064] 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 イブ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。

[0065] 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。

[0066] なお、上述の実施形態では、露光光として ArFエキシマレーザ光(波長: 193nm) を用いているが、これに限定されることなぐ他の適当なレーザ光源、たとえば 248η mの波長の光を供給する KrFエキシマレーザ光源や波長 157nmのレーザ光を供給 する F 2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。また、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ぐ光源力の光束により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も本発明を適用することができる。

[0067] また、上述の実施形態において、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。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす 手法としては、国際公開番号 WO99Z49504号公報に開示されているような局所的 に液体を満たす手法や、特開平 6— 124873号公報に開示されているような露光対 象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平 10— 30311 4号公報に開示されて、るようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に 基板を保持する手法などを採用することができる。

[0068] なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高ぐ投 影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いるこ とが好ましぐたとえば KrFエキシマレーザ光や ArFエキシマレーザ光を露光光とす る場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光として F 2 レーザ光を用いる場合は、液体としては Fレーザ光を透過可能な例えばフッ素系ォ

ィルゃ過フッ化ポリエーテル(PFPE)等のフッ素系の液体を用レ、ればよ!/ヽ, 符号の説明

1 光源

3 回折光学素子

4 ァフォーカルレンズ(リレー光学系)

6 円錐アキシコン系

6a, 6b プリズム咅附

6aa, 6ba 拡散領域 (または遮光領域)

7 ズームレンズ (変倍光学系)

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

M マスク

MS マスクステージ

PL 投影光学系

W ウェハ

WS ウェハステージ