JP2006120675A - 照明光学装置、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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ことのできる照明光学装置。
【解決手段】 光源（１）からの光束を所定の光強度分布の光束に変換する回折光学素子（３）と、回折光学素子と被照射面（Ｍ）との間に配置されて回折光学素子からの光束に基づいて照明瞳面に実質的な面光源を形成するオプティカルインテグレータ（８）と、回折光学素子とオプティカルインテグレータとの間に配置されて実質的な面光源の大きさおよび形状を変化させる整形光学系（４，６，７）と、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配置されて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阻止手段とを備えている。
【選択図】 図１

Description

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。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、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、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、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。

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。

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／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／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。

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いように設計されている。

しかしながら、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、回折光学素子から発生した０次光は不要光となっ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。

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）。
特開２００１−１７６７６６号公報（図１２および関連する記載）

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、回折光学素子からの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い暗部が形成され、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。

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。しかしながら、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。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、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、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。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源から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て、前記回折光学素子からの光束に基づいて照明瞳面に実質的な面光源を形成するための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、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。

本発明の第２形態では、マスクを照明するための第１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。

本発明の第３形態では、第１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。

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ことができる。

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、ひいては高い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。

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の法線方向に沿って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。

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エ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、リレーレンズ系２および輪帯照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ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。

アフォーカルレンズ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アフォーカル系（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。

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アフォーカルレンズ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アフォーカルレンズ４から射出される。なお、アフォーカルレンズ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いてその瞳位置またはその近傍には、円錐アキシコン系６が配置されているが、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。

アフォーカルレンズ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、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（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って構成される。

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。しかしながら、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。

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

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、アフォーカルレンズ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、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。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形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。

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。

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（ＸＹ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のパターンが順次露光される。

図２は、図１においてア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。

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。

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。しかしながら、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、円錐アキシコン系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、円錐アキシコン系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。

図３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」という）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の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）が変化することなく、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く、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。

図４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から所定の値へ拡大させることにより、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。

このように、アフォーカルレンズ（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。

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つの円形状の照野からなる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。

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。

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。

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）が、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を設けている。

上述したように、円錐アキシコン系６はアフォーカルレンズ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、アフォーカルレンズ４の前群４ａによりほぼ一点に向かって集光され、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。

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６ａａは、アフォーカルレンズ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く、所望の輪帯照明が実現される。

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。

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く、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。

こうして、本実施形態の照明光学装置（１〜１１）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〜ＰＬ）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Ｍ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。

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Ｍ（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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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いることが好ましい。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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。

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加工すると、プリズム部材６ａおよび６ｂの製造が容易になるだけでなく、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く、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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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、アフォーカルレンズ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。

同様に、図７（ｂ）に示すように、アフォーカルレンズ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い。

上述の実施形態にかかる露光装置では、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つき図８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図８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が、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。

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。

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本のストライプ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。

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。

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く、他の適当なレーザ光源、たとえば２４８ｎｍ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Ｆ₂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く、光源から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。

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ＷＯ９９／４９５０４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１０−３０３１１４号公報に開示されてい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。

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く、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く、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Ｆ₂レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。

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の円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。 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。 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。 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。 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。 阻止手段の変形例を概略的に示す図である。 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。 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。

符号の説明

１ 光源
３ 回折光学素子
４ アフォーカルレンズ（リレー光学系）
６ 円錐アキシコン系
６ａ，６ｂ プリズム部材
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

Claims (9)

1. 光源から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て、前記回折光学素子からの光束に基づいて照明瞳面に実質的な面光源を形成するための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、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。
2. 前記整形光学系は、リレー光学系と、該リレー光学系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た変倍光学系とを有し、
   前記阻止手段は、前記リレー光学系の瞳位置またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記阻止手段と前記回折光学素子との間の光路中に配置される光学部材は固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
4. 前記阻止手段は、入射する前記０次光を実質的に散乱させるための拡散領域を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
5. 前記阻止手段は、入射する前記０次光を実質的に遮るための遮光領域を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
6. 前記リレー光学系の光路中には、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとが配置され、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成され、
   前記第１プリズムおよび前記第２プリズムのうちの少なくとも一方には、前記拡散領域または前記遮光領域が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
7. 前記屈折面は、前記照明光学装置の光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状を有することを特徴とする請求項６に記載の照明光学装置。
8. マスクを照明するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載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。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載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。

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