JP2010118383A - 照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明効率の低下を抑制できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、照明光を照射して物体を照明する。照明装置は、照明光が透過可能な多角形状の透過面を有する透過光学素子を含み、その透過光学素子を透過した照明光を照射して、多角形状に対応する形状の照明領域を物体上に形成する照射光学系と、異なる光源から発した複数の照明光をそれら照明光ごとに、透過面内または透過面と略共役な共役領域内の所定点を中心とする位置から前記照射光学系へ導入する導入光学系とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

マイクロデバイスの製造工程で使用される露光装置は、マスクを露光光で照明する照明装置を有し、そのマスクを介した露光光で基板を露光する。下記特許文献には、複数の光源を有する照明装置に関する技術の一例が開示されている。
特開平０５−０４５６０５号公報 特開平０７−１３５１４９号公報

照明装置に求められる性能の一つとして、照明効率の低下の抑制が挙げられる。例えば、露光装置で使用される照明装置には、露光光の損失を抑制して、マスクを十分な照度で照明することが求められる。照明装置がマスクを十分な照度で照明できないと、露光装置のスループットが低下（露光処理が遅延）して、生産性が低下する場合がある。

本発明は、照明効率の低下を抑制できる照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、照明光を照射して物体を照明する照明装置において、前記照明光が透過可能な多角形状の透過面を有する透過光学素子を含み、該透過光学素子を透過した前記照明光を照射して、前記多角形状に対応する形状の照明領域を前記物体上に形成する照射光学系と、異なる光源から発した複数の前記照明光を該照明光ごとに、前記透過面内または前記透過面と略共役な共役領域内の所定点を中心とする位置から前記照射光学系へ導入する導入光学系と、を備えた照明装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、パターンが形成されたパターン保持部材を支持する第１支持機構と、感光基板を支持する第２支持機構と、前記パターン保持部材を照明し、前記パターンを介して前記感光基板を露光する第１の態様の照明装置と、を備えた露光装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、第２の態様の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光基板に転写する転写工程と、前記パターンが転写された前記感光基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光基板に形成する現像工程と、前記転写パターン層を介して前記感光基板を加工する加工工程と、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、照明効率の低下を抑制できる照明装置、露光装置、及びデバイス製造方法が提供される。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下の説明においては、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。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る照明装置ＩＬを備えた露光装置ＥＸの一例を示す概略構成図である。

図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持して移動可能なマスクステージ５１と、基板Ｐを支持して移動可能な基板ステージ５２と、マスクステージ５１に支持されたマスクＭに露光光ＥＬを照射して、そのマスクＭを照明する照明装置ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を、基板ステージ５２に支持された基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を制御する制御装置５３とを備えている。

本実施形態において、マスクＭは、基板Ｐに投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含み、例えばガラス板等の光透過性の板と、その板上にクロム等の遮光材料で形成された遮光パターンとを有する。なお、光透過性の板上に形成されるパターンは、遮光パターンのみならず、位相パターン及び減光パターンの少なくとも一方でもよい。また、本実施形態においては、マスクＭとして透過型のマスクを用いるが、反射型のマスクでもよい。

基板Ｐは、デバイスを製造するための感光基板を含み、例えばガラスプレート等の基材と、その基材上に形成された感光膜とを有する。

照明装置ＩＬは、マスクステージ５１が支持するマスクＭ上に照明領域ＩＲを形成可能である。照明領域ＩＲは、照明装置ＩＬから射出される露光光ＥＬの照射領域を含む。照明装置ＩＬは、照明領域ＩＲに露光光ＥＬを照射して、その照明領域ＩＲに配置されたマスクＭの少なくとも一部を露光光ＥＬで照明する。本実施形態においては、照明装置ＩＬから射出される露光光ＥＬとして、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）を用いる。

マスクステージ５１は、マスクＭを支持した状態で、照明領域ＩＲに対して移動可能である。本実施形態において、マスクステージ５１は、マスクＭの下面（パターン形成面）とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、マスクＭを支持する。本実施形態において、マスクステージ５１は、例えばリニアモータ等の駆動システムの作動により、マスクＭを支持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の３つの方向に移動可能である。

投影光学系ＰＬは、基板ステージ５２が支持する基板Ｐ上に投影領域ＰＲを形成可能である。投影領域ＰＲは、投影光学系ＰＬから射出される露光光ＥＬの照射領域を含む。投影光学系ＰＬは、マスクステージ５１が支持するマスクＭのパターンの像を、基板ステージ５２が支持する基板Ｐに投影する。投影光学系ＰＬは、投影領域ＰＲに露光光ＥＬを照射して、その投影領域ＰＲに配置された基板Ｐの少なくとも一部にマスクＭのパターンの像を投影する。

基板ステージ５２は、基板Ｐを支持した状態で、投影領域ＰＲに対して移動可能である。本実施形態において、基板ステージ５２は、基板Ｐの表面（露光面）とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、基板Ｐを保持する。本実施形態において、基板ステージ５２は、リニアモータ等の駆動システムの作動により、基板Ｐを保持した状態で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。

本実施形態において、マスクステージ５１、及び基板ステージ５２の位置情報は、干渉計システム（不図示）によって計測される。基板Ｐの露光処理を実行するとき、あるいは所定の計測処理を実行するとき、干渉計システムの計測結果に基づいて、マスクステージ５１（マスクＭ）、及び基板ステージ５２（基板Ｐ）の位置制御が実行される。

次に、照明装置ＩＬについて説明する。図１において、照明装置ＩＬは、照明領域ＩＲをマスクＭ上に形成する照射光学系４０と、第１，第２光源１Ａ，１Ｂから発した第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を、それら第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２ごとに照射光学系４０へ導入する導入光学系３０とを備えている。導入光学系３０は、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１を照射光学系４０へ導入する第１光学系３１と、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を照射光学系４０へ導入する第２光学系３２とを有する。

第１光学系３１は、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１を反射する楕円鏡２Ａと、楕円鏡２Ａからの第１露光光ＥＬ１の少なくとも一部を反射するダイクロイックミラー３Ａと、ダイクロイックミラー３Ａからの第１露光光ＥＬ１の進行を遮断可能なシャッター装置４Ａと、ダイクロイックミラー３Ａからの第１露光光ＥＬ１が供給されるコリメートレンズ５Ａ及び集光レンズ６Ａを含むリレー光学系７Ａと、干渉フィルタ８Ａと、リレー光学系７Ａからの第１露光光ＥＬ１が供給される集光レンズ９Ａと、集光レンズ９Ａからの第１露光光ＥＬ１を反射するミラー１０Ａとを備えている。

第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を反射する楕円鏡２Ｂと、楕円鏡２Ｂからの第２露光光ＥＬ２の少なくとも一部を反射するダイクロイックミラー３Ｂと、ダイクロイックミラー３Ｂからの第２露光光ＥＬ２の進行を遮断可能なシャッター装置４Ｂと、ダイクロイックミラー３Ｂからの第２露光光ＥＬ２が供給されるコリメートレンズ５Ｂ及び集光レンズ６Ｂを含むリレー光学系７Ｂと、干渉フィルタ８Ｂと、リレー光学系７Ｂからの第２露光光ＥＬ２が供給される光ファイバ９Ｂを含むライトガイドユニット１０Ｂとを備えている。

本実施形態において、第１光源１Ａは、超高圧水銀ランプを含む。第１光源１Ａは、楕円鏡２Ａの第１焦点位置に配置されている。第１光源１Ａから射出された第１露光光ＥＬ１の少なくとも一部は、ダイクロイックミラー３Ａで反射して、楕円鏡２Ａの第２焦点位置に集められる。シャッター装置４Ａは、楕円鏡２Ａの第２焦点位置近傍に配置可能である。ダイクロイックミラー３Ａは、入射した光のうち、特定波長領域の光を反射する。第１光源１Ａから射出され、ダイクロイックミラー３Ａで反射した光は、リレー光学系７Ａのコリメートレンズ５Ａに入射する。干渉フィルタ８Ａは、コリメートレンズ５Ａと集光レンズ６Ａとの間に配置されている。干渉フィルタ８Ａは、リレー光学系７Ａの瞳面の近傍に配置されている。干渉フィルタ８Ａは、コリメートレンズ５Ａから供給される光のうち、所定波長領域の光のみを通過させ、集光レンズ６Ａに供給する。集光レンズ６Ａは、干渉フィルタ８Ａからの第１露光光ＥＬ１を位置１１に集光して、その位置１１に第１光源１Ａの像を形成する。

位置１１に集光された第１露光光ＥＬ１は、発散した後、集光レンズ９Ａに供給される。集光レンズ９Ａは、位置１１からの第１露光光ＥＬ１を位置１２に集光して、その位置１２に第１光源１Ａの像を形成する。以下の説明において、位置１２を含む面を適宜、二次光源面１３、と称する。本実施形態において、第１光学系３１は、第１光源１Ａの像を、二次光源面１３に形成する。

第２光学系３２の第２光源１Ｂ、楕円鏡２Ｂ、ダイクロイックミラー３Ｂ、シャッター装置４Ｂ、コリメートレンズ５Ｂ及び集光レンズ６Ｂを含むリレー光学系７Ｂ、及び干渉フィルタ８Ｂそれぞれの構造及び位置関係は、第１光源１Ａ、楕円鏡２Ａ、ダイクロイックミラー３Ａ、シャッター装置４Ａ、コリメートレンズ５Ａ及び集光レンズ６Ａを含むリレー光学系７Ａ、及び干渉フィルタ８Ａそれぞれの構造及び位置関係と同様であるため、その説明を省略する。第２光学系３２の集光レンズ６Ｂは、干渉フィルタ８Ｂからの第２露光光ＥＬ２を位置１４に集光して、その位置１４に第２光源１Ｂの像を形成する。

ライトガイドユニット１０Ｂは、入射端面１５Ｂを有する入射部材１５と、入射部材１５に接続された光ファイバ９Ｂとを有する。入射端面１５Ｂは、位置１４の近傍、すなわち、リレー光学系７Ｂにより形成される第２光源１Ｂの像の近傍に配置されている。リレー光学系７Ｂから射出される第２露光光ＥＬ２は、入射端面１５Ｂに入射する。

入射端面１５Ｂに入射した第２露光光ＥＬ２は、光ファイバ９Ｂに導かれる。ライトガイドユニット１０Ｂは、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂを複数有し、入射端面１５Ｂから入射した第２露光光ＥＬ２は、複数の射出端面１６Ｂのそれぞれから射出される。本実施形態において、第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を、ライトガイドユニット１０Ｂを用いて複数の第２露光光ＥＬ２に分割して、各射出端面１６Ｂより射出する。

本実施形態において、射出端面１６Ｂのそれぞれは、二次光源面１３に配置される。光ファイバ９Ｂを含む第２光学系３２は、その光ファイバ９Ｂを介して、第２露光光ＥＬ２を、二次光源面１３に導く。

このように、本実施形態においては、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１は、第１光学系３１によって二次光源面１３に導かれ、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２は、第２光学系３２によって二次光源面１３に導かれる。第１，第２光源１Ａ，１Ｂから発生し、第１，第２光学系３１，３２によって二次光源面１３に導かれた第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２は、照射光学系４０に導入される。以下の説明において、二次光源面１３から照射光学系４０に導入される第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を合わせて適宜、露光光ＥＬ、と称する。

照射光学系４０は、二次光源面１３からの露光光ＥＬが供給されるコリメートレンズ１７と、コリメートレンズ１７からの露光光ＥＬが供給されるフライアイレンズ１８と、フライアイレンズ１８からの露光光ＥＬが供給され、マスクＭに対して露光光ＥＬを照射するコンデンサーレンズ１９とを備えている。

コリメートレンズ１７は、二次光源面１３からの露光光ＥＬ（発散光）をほぼ平行な露光光ＥＬ（平行光）に変換して、フライアイレンズ１８に供給する。

フライアイレンズ１８は、エレメントレンズ１８Ｅを複数有する。エレメントレンズ１８Ｅは、コリメートレンズ１７からの露光光ＥＬが入射する入射端面２０と、入射端面２０の反対側に配置された射出端面２１とを有する。エレメントレンズ１８Ｅは、ＸＹ平面内において複数配置されている。本実施形態において、エレメントレンズ１８Ｅは、ＸＹ平面内におけるフライアイレンズ１８の外形がほぼ正方形となるように、複数配置されている。

コリメートレンズ１７より供給され、フライアイレンズ１８に入射した露光光ＥＬは、複数のエレメントレンズ１８Ｅによって波面分割される。複数のエレメントレンズ１８Ｅの後側焦点面のそれぞれには、第１，第２光源１Ａ，１Ｂの像が形成され、それら複数の第１，第２光源１Ａ，１Ｂの像によって二次光源が形成される。すなわち、フライアイレンズ１８の後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。本実施形態において、フライアイレンズ１８（エレメントレンズ１８Ｅ）の後側焦点面は、射出端面２１の近傍に存在している。

コンデンサーレンズ１９は、フライアイレンズ１８（二次光源）から供給された露光光ＥＬを集めて、マスクＭのパターン形成面に対して露光光ＥＬを照射する。フライアイレンズ１８の各エレメントレンズ１８Ｅから射出された露光光ＥＬは、コンデンサーレンズ１９を介して、マスクＭのパターン形成面に重畳的に照射される。

フライアイレンズ１８の各エレメントレンズ１８Ｅは、露光光ＥＬが透過可能な透過光学素子である。入射端面２０に入射し、その入射端面２０を透過した露光光ＥＬは、エレメントレンズ１８Ｅの内部を通過して、射出端面２１を透過し、その射出端面２１より射出される。また、本実施形態において、エレメントレンズ１８Ｅの断面は、多角形状であり、入射端面２０及び射出端面２１は、多角形状である。このように、エレメントレンズ１８Ｅは、露光光ＥＬが透過可能な多角形状の入射端面２０及び射出端面２１を有する。

本実施形態において、フライアイレンズ１８の各エレメントレンズ１８Ｅは、マスクＭのパターン形成面における露光光ＥＬの照明領域ＩＲを設定する領域設定部として機能する。本実施形態においては、エレメントレンズ１８Ｅは、マスクＭのパターン形成面（ＸＹ平面）における照明領域ＩＲを多角形状に設定する。照明領域ＩＲの形状は、エレメントレンズ１８Ｅの入射端面２０の形状と対応する。本実施形態において、入射端面２０の多角形状に対応する照明領域ＩＲの形状は、その多角形状に対する相似形状である。

照射光学系４０は、フライアイレンズ１８を透過した露光光ＥＬをコンデンサーレンズ１９を介してマスクＭに照射して、入射端面２０の多角形状に対応する形状（多角形状に対する相似形状）の照明領域ＩＲをマスクＭ上に形成する。

本実施形態においては、エレメントレンズ１８Ｅは、マスクＭのパターン形成面（ＸＹ平面）における照明領域ＩＲを矩形形状に設定する。本実施形態において、照明領域ＩＲは、Ｘ軸方向とほぼ平行な端縁（エッジ）と、Ｙ軸方向とほぼ平行な端縁（エッジ）とを有する。

図２は、二次光源面１３の一例を示す平面図である。本実施形態において、二次光源面１３は、フライアイレンズ１８（エレメントレンズ１８Ｅ）の射出端面２１に対する略共役面である。上述のように、本実施形態においては、フライアイレンズ１８（エレメントレンズ１８Ｅ）の後側焦点面に、第１，第２光源１Ａ，１Ｂの像が形成され、二次光源面１３は、射出端面２１の近傍のフライアイレンズ１８の後側焦点面に対する共役面である。

図２に示すように、第１，第２光源１Ａ，１Ｂから発生した第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２は、第１，第２光学系３１，３２によって、二次光源面１３のうち、複数のエレメントレンズ１８Ｅの各射出端面２１と略共役な共役領域２３内に導かれる。

共役領域２３は、入射端面２０の多角形状に対応する形状を有する。共役領域２３は、入射端面２０の多角形状に対する相似形状である。本実施形態において、共役領域２３は、矩形形状である。第１，第２光学系３１，３２を含む導入光学系３０によって共役領域２３に導かれ、その共役領域２３を通過した露光光ＥＬのほぼ全てが、入射端面２０に供給可能である。

第１光学系３１は、第１光源１Ａの像を共役領域２３に形成する。第１光学系３１は、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１を、共役領域２３に導くことができる。第１光学系３１は、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１を、共役領域２３内の所定点Ｃを中心とする位置へ導くことができる。

第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を、共役領域２３に導くことができる。第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を、共役領域２３内の所定点Ｃを中心とする位置へ導く。光ファイバ９Ｂの射出端面６Ｂは複数設けられ、第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を、光ファイバ９Ｂを介して分割して、所定点Ｃを中心とする共役領域２３の異なる位置に導く。

本実施形態において、所定点Ｃは、照射光学系４０の光軸と共役領域２３との交点である。本実施形態において、照射光学系４０の光軸は、コンデンサーレンズ１９の光軸に等しい（共軸である）。本実施形態において、所定点Ｃは、共役領域２３の中心点である。すなわち、本実施形態においては、共役領域２３の中心点と、照射光学系４０の光軸とが交わる。

所定点Ｃを中心とする位置は、所定点Ｃを含む位置、所定点Ｃを中心とする円周上の位置、及び所定点Ｃを重心とする多角形の各頂点上の位置の少なくとも一つを含む。図２に示すように、本実施形態においては、第１光学系３１は、第１光源１Ａから発生した第１露光光ＥＬ１を、所定点Ｃを含む共役領域２３のほぼ中央部に導く。本実施形態においては、共役領域２３において、第１露光光ＥＬ１が照射される照射領域（第１光源１Ａの光源像）は、略円形状であり、第１露光光ＥＬ１の照射領域の中心と、所定点Ｃとはほぼ一致する。

第２光学系３２は、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を分割して、共役領域２３において第１露光光ＥＬ１の周囲の複数の位置のそれぞれに導く。上述のように、本実施形態において、ライトガイドユニット１０Ｂは、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂを複数有する。本実施形態において、ライトガイドユニット１０Ｂは、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂを４つ有する。したがって、４つの射出端面１６Ｂのそれぞれから射出された第２露光光ＥＬ２は、共役領域２３において、第１露光光ＥＬ１の周囲の４つの位置のそれぞれに供給される。第２光学系３２は、各射出端面１６Ｂより第２露光光ＥＬ２を照射して、共役領域２３における第１露光光ＥＬ１の照射領域の周囲の複数（４つ）の位置に、第２露光光ＥＬ２の照射領域を形成する。また、本実施形態においては、第２光学系３２は、共役領域２３において、分割した複数の第２露光光ＥＬ２を、所定点Ｃに対して回転対称な位置に導く。

本実施形態においては、射出端面１６Ｂは、略三角形状であり、共役領域２３において、第２露光光ＥＬ２が照射される照射領域のそれぞれは、略三角形状である。４つの第２露光光ＥＬ２の照射領域は、ほぼ同じ形状及び大きさ（合同）である。本実施形態においては、第２光学系３２は、第２露光光ＥＬ２の照射領域の直角に交わる２つの辺が、共役領域２３のコーナーに沿うように、略円形状の第１露光光ＥＬ１の照射領域の周囲に、第２露光光ＥＬ２を照射する。

また、本実施形態においては、図２に示すように、第１，第２光学系３１，３２を含む導入光学系３０は、第１露光光ＥＬ１及び第２露光光ＥＬ２のそれぞれが共役領域２３において重ならないように、それら第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を共役領域２３に供給する。

第１光学系３１によって共役領域２３に導かれた第１露光光ＥＬ１は、照射光学系４０に導入され、第２光学系３２によって共役領域２３に導かれた第２露光光ＥＬ２は、照射光学系４０に導入される。第１，第２光学系３１，３２を含む導入光学系３０により共役領域２３を介して照射光学系４０に導入された露光光ＥＬ（第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２）は、マスクステージ５１が支持するマスクＭに照射される。

このように、本実施形態において、導入光学系３０は、異なる第１，第２光源１Ａ，１Ｂから発生した第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を、第１，第２光学系３１，３２を用いて、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２ごとに、共役領域２３内の所定点Ｃを中心とする位置から照射光学系４０へ導入する。

また、導入光学系３０は、第２光学系３２を用いて、第２光源１Ｂから発生した第２露光光ＥＬ２を複数の第２露光光ＥＬ２に分割し、その複数の第２露光光ＥＬ２を所定点Ｃを中心とする共役領域２３内の異なる位置から照射光学系４０へ導入する。第２光学系３２は、複数の第２露光光ＥＬ２を所定点Ｃに対して回転対称な位置から照射光学系４０へ導入する。

また、本実施形態においては、導入光学系３０は、第１露光光ＥＬ１及び第２露光光ＥＬ２を共役領域内２３の異なる位置から照射光学系４０へ導入する。また、導入光学系３０は、第１露光光ＥＬ１を共役領域２３の中央部から照射光学系４０へ導入し、第２露光光ＥＬ２を第１露光光ＥＬ１の周囲から照射光学系４０へ導入する。

次に、本実施形態に係る露光装置ＥＸの動作の一例について説明する。マスクステージ５１にマスクＭが支持され、基板ステージ５２に基板Ｐが支持された後、制御装置５３は、基板Ｐの露光処理を開始する。制御装置５３は、照明装置ＩＬより露光光ＥＬを射出して、マスクステージ５１に支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する。露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像は、基板ステージ５２に支持される基板Ｐに投影される。このように、本実施形態においては、照明装置ＩＬは、マスクＭを照明し、そのマスクＭのパターン及び投影光学系ＰＬを介して基板Ｐに露光光ＥＬを照射して、その基板Ｐを露光する。

本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを所定の走査方向に同期移動しながら、マスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する走査型露光装置である。制御装置５３は、マスクステージ５１及び基板ステージ５２を制御して、マスクＭと基板Ｐとを走査方向に同期移動しながらマスクＭを露光光ＥＬで照明し、マスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを露光する。本実施形態においては、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）をＸ軸方向とし、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＸ軸方向とする。制御装置５３は、投影領域ＰＲに対して基板ＰをＸ軸方向に移動するとともに、その基板ＰのＸ軸方向への移動と同期して、照明領域ＩＲに対してマスクＭをＸ軸方向に移動しながら、照明領域ＩＲに露光光ＥＬを照射して、マスクＭからの露光光ＥＬを投影光学系ＰＬを介して投影領域ＰＲに照射する。これにより、基板Ｐは、マスクＭ及び投影光学系ＰＬを介して投影領域ＰＲに照射された露光光ＥＬで露光され、マスクＭのパターンの像が基板Ｐに投影される。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１，第２光源１Ａ，１Ｂから発した第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２が、それら第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２ごとに、複数のエレメントレンズ１８Ｅの各入射端面２０と略共役な共役領域２３の所定点Ｃを中心とする位置から照射光学系４０へ導入されるので、照明効率の低下が抑制され、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の損失を抑制しつつ、マスクＭを十分な照度で照明することができる。したがって、基板Ｐを良好に露光することができる。

また、本実施形態においては、導入光学系３０は、共役領域２３内の所定点Ｃを中心とする位置から、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を照射光学系４０に導入するので、例えば照明装置ＩＬのテレセントリック性の低下等、照明装置ＩＬの照明性能の低下を抑制できる。また、本実施形態においては、導入光学系３０は、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を所定点Ｃに対して回転対称な位置から照射光学系４０へ導入するので、例えば、第１，第２光源１Ａ，１Ｂの一方からの露光光のみを用いてマスクＭを照明する場合にも、照明性能の低下を抑制することができる。

なお、上述の実施形態においては、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂが、共役領域２３（二次光源面１３）とほぼ同一平面内に配置されているが、例えば図３に示すように、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂを、その光ファイバ９Ｂの延伸方向に対して傾斜するように形成し、共役領域２３（二次光源面１３）に配置することもできる。こうすることにより、例えば第１光源１Ａからの第１露光光ＥＬ１が光ファイバ９Ｂに遮られることが抑制され、共役領域２３に円滑に供給される。

なお、上述の実施形態においては、共役領域２３内における第１露光光ＥＬ１の照射領域が、所定点Ｃを含むように形成され、第２露光光ＥＬ２の照射領域が、所定点Ｃに対して対称な、第１露光光ＥＬ１の照射領域の周囲の４箇所に形成される場合を例にして説明したが、例えば図４に示すように、第２露光光ＥＬ２の照射領域が、所定点Ｃに対して対称な、第１露光光ＥＬ１の照射領域の周囲の２箇所に形成されてもよい。

また、図５に示すように、共役領域２３内における第１露光光ＥＬ１の照射領域が、所定点Ｃを中心とする周囲の４箇所に配置されてもよい。図５に示す例では、４つの第１露光光ＥＬ１の照射領域は、ほぼ同じ形状（三角形状）及び大きさ（合同）であり、所定点Ｃに対して対称な位置に配置されている。

また、上述の実施形態においては、第２露光光ＥＬ２が複数の第２露光光ＥＬ２に分割された後、共役領域２３に供給される場合を例にして説明したが、例えば図６に示すように、第２露光光ＥＬ２が、共役領域２３内において、所定点Ｃを中心とする環状の領域に照射されるようにしてもよい。また、図６に示す例においては、第２露光光ＥＬ２が矩形の環状の領域に照射されているが、円形の環状の領域に照射されてもよい。また、図６に示す例においては、第２露光光ＥＬ２が１つの環状の領域に照射されているが、例えば二重の環状の領域など、複数の環状の領域に照射されてもよい。また、第１露光光ＥＬ１が、共役領域２３内において、所定点Ｃを中心とする環状の領域に照射されてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、第２実施形態に係る照明装置ＩＬ２の一例を示す図である。上述の第１実施形態と異なる第２実施形態の特徴的な部分は、第２光学系３２Ｂが、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂから射出される第２露光光ＥＬ２を共役領域２３に導く導光光学系２４Ｂを備えている点にある。

図７において、導光光学系２４Ｂは、光ファイバ９Ｂの射出端面１６Ｂから射出された第２露光光ＥＬ２が供給される集光レンズ２５Ｂと、集光レンズ２５Ｂからの第２露光光ＥＬ２を反射して、共役領域２３に導くミラー２６Ｂとを備えている。本実施形態において、射出端面１６Ｂは、二次光源面１３に対してほぼ直角に配置される。本実施形態においては、射出端面１６Ｂは、４つ配置され、導光光学系２４Ｂは、射出端面１６Ｂに応じて、４つ配置される。例えば図２を参照して説明したように、共役領域２３には、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の照射領域が所定の位置関係で形成される。

以上説明したように、本実施形態においても、照明効率の低下が抑制され、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の損失を抑制しつつ、マスクＭを十分な照度で照明することができる。また、本実施形態においては、光ファイバ９Ｂ（射出端面１６Ｂ）が共役領域２３から離れて配置されているので、例えば第１光源１Ａからの第１露光光ＥＬ１が光ファイバ９Ｂに遮られることが抑制され、共役領域２３に円滑に供給される。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図８は、第３実施形態に係る照明装置ＩＬ３の一例を示す図である。上述の各実施形態においては、オプティカルインテグレータとして、波面分割型のフライアイレンズを用いる場合を例にして説明した。上述の各実施形態と異なる第３実施形態の特徴的な部分は、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状光学素子（ロッドインテグレータ）２７を用いる点にある。

図８において、照射光学系４０Ｃは、二次光源面１３からの露光光ＥＬが供給されるコリメートレンズ１７Ａと、コリメートレンズ１７Ａからの露光光ＥＬが供給される集光レンズ１７Ｂと、コリメートレンズ１７Ａからの露光光ＥＬが供給されるロッドインテグレータ２７と、ロッドインテグレータ２７からの露光光ＥＬが供給され、マスクＭに対して露光光ＥＬを照射するコンデンサーレンズ１９とを備えている。

ロッドインテグレータ２７は、集光レンズ１７Ｂからの露光光ＥＬが入射する入射端面２８と、入射端面２８の反対側に配置された射出端面２９とを有する。

ロッドインテグレータ２７は、露光光ＥＬが透過可能な透過光学素子である。入射端面２８に入射し、その入射端面２８を透過した露光光ＥＬは、ロッドインテグレータ２７の内部で反射して、射出端面２９を透過し、その射出端面２９より射出される。また、本実施形態において、ロッドインテグレータ２７の断面は、多角形状であり、入射端面２８及び射出端面２９は、多角形状である。このように、ロッドインテグレータ２７は、露光光ＥＬが透過可能な多角形状の入射端面２８及び射出端面２９を有する。

本実施形態において、ロッドインテグレータ２７は、マスクＭのパターン形成面における露光光ＥＬの照明領域ＩＲを設定する領域設定部として機能する。本実施形態においては、ロッドインテグレータ２７は、マスクＭのパターン形成面（ＸＹ平面）における照明領域ＩＲを多角形状に設定する。照明領域ＩＲの形状は、ロッドインテグレータ２７の入射端面２８及び射出端面２９の形状と対応する。本実施形態において、入射端面２８及び射出端面２９の多角形状に対応する照明領域ＩＲの形状は、その多角形状に対する相似形状である。

本実施形態においては、ロッドインテグレータ２７は、マスクＭのパターン形成面（ＸＹ平面）における照明領域ＩＲを矩形形状に設定する。本実施形態において、照明領域ＩＲは、Ｘ軸方向とほぼ平行な端縁（エッジ）と、Ｙ軸方向とほぼ平行な端縁（エッジ）とを有する。

本実施形態において、二次光源面１３（共役領域２３）は、ロッドインテグレータ２７の射出端面２９に対する略共役面である。

導入光学系３０は、ロッドインテグレータ２７の入射端面２８と略共役な共役領域２３から第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を照射光学系４０Ｃに導入する。第１，第２光学系３１，３２を含む導入光学系３０によって共役領域２３に導かれ、その共役領域２３を通過した露光光ＥＬのほぼ全てが、入射端面２８に供給可能である。

以上説明したように、本実施形態においても、照明効率の低下が抑制され、第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２の損失を抑制しつつ、マスクＭを十分な照度で照明することができる。

なお、本実施形態において、導入光学系３０は、ロッドインテグレータ２７の入射端面２８に直接的に第１，第２露光光ＥＬ１，ＥＬ２を導入してもよい。すなわち、例えばコリメートレンズ１７Ａ及び集光レンズ１７Ｂを省略して、第１光源１Ａの像が形成される位置１２を含む面内（二次光源面１３内）に、ロッドインテグレータ２７の入射端面２８を配置してもよい。

なお、上述の第１〜第３実施形態において、光源から射出された露光光を複数の部分露光光に分割する際、光ファイバを用いる例について説明したが、例えば図９に示すようなプリズム素子６０を用いて分割してもよい。図９において、プリズム素子６０は、所謂、ピラミッド形状であり、第１反射面６１と、第２反射面６２と、第３反射面６３と、第４反射面６４とを有する。例えば第２光源１Ｂからの第２露光光ＥＬ２は、プリズム素子６０の頂点６５に向けて照射される。頂点６５に向けて照射された第２露光光ＥＬ２は、第１〜第４反射面６１〜６４のそれぞれで反射して、４つの第２露光光ＥＬ２に分割される。第１〜第４反射面６１〜６４のそれぞれで反射した第２露光光ＥＬ２は、頂点６５に対して放射方向にそれぞれ進行し、ミラー７１〜７４を含む導光光学系により、共役領域２３（二次光源面１３）に供給される。

なお、上述の各実施形態においては、照明装置ＩＬ（ＩＬ２，ＩＬ３）が光源を２つ備える場合を例にして説明したが、もちろん、３つ以上の複数の光源を備えていてもよい。

なお、上述の各実施形態の基板Ｐとしては、ディスプレイデバイス製造用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。

さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影システムを用いて第１パターンの縮小像を基板Ｐに転写した後、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影システムを用いて第２パターンの縮小像を第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光してもよい（スティッチ方式の一括露光装置）。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

また、例えば米国特許第第６６１１３１６号明細書に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。

また、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明を適用することができる。

また、露光装置ＥＸとして、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、及び米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

更に、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は露光光を計測する計測器（計測部材）を搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置等にも広く適用できる。

なお、上述の各実施形態においては、マスクＭとして、光透過性の板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６７７８２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する可変成形マスク（電子マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれる）を用いてもよい。可変成形マスクは、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）等を含む。また、可変成形マスクとしては、ＤＭＤに限られるものでなく、ＤＭＤに代えて、以下に説明する非発光型画像表示素子を用いても良い。ここで、非発光型画像表示素子は、所定方向へ進行する光の振幅（強度）、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器としては、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）以外に、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）等が例として挙げられる。また、反射型空間光変調器としては、上述のＤＭＤの他に、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：Electro Phonetic Display）、電子ペーパー（または電子インク）、光回折型ライトバルブ（Grating Light Valve）等が例として挙げられる。

上述の各実施形態においては、投影光学ユニット（投影光学系）を備えた露光装置を例に挙げて説明してきたが、投影光学系を用いない露光装置及び露光方法に本発明を適用することができる。このように投影光学系を用いない場合であっても、露光光はレンズ等の光学部材を介して基板に照射される。

以上のように、本願実施形態の露光装置は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

ディスプレイデバイス等のデバイスは、図１０に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスクＭを製作するステップ２０２、基板Ｐを製造するステップ２０３、上述の実施形態に従って、マスクＭのパターンからの露光光ＥＬで基板Ｐを露光して、パターンを基板Ｐに転写する転写工程、及びパターンが転写された基板Ｐを現像し、パターンに対応する形状の転写パターン層を基板Ｐに形成する現像工程を含む基板処理ステップ２０４、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等、転写パターン層を介して基板Ｐを加工する加工工程を含むデバイス組み立てステップ２０５、及び検査ステップ２０６等を経て製造される。

なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

第１実施形態に係る照明装置を備えた露光装置の一例を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る二次光源面の一例を示す図である。 光ファイバの射出端面の一例を示す図である。 二次光源面の一例を示す図である。 二次光源面の一例を示す図である。 二次光源面の一例を示す図である。 第２実施形態に係る照明装置の一例を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る照明装置の一例を示す概略構成図である。 露光光を分割するプリズム素子の一例を示す図である。 デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ａ…第１光源、１Ｂ…第２光源、９Ｂ…光ファイバ、１３…二次光源面、１６Ｂ…射出端面、１８…フライアイレンズ、１８Ｅ…エレメントレンズ、１９…コンデンサーレンズ、２０…入射端面、２１…射出端面、２３…共役領域、２７…ロッドインテグレータ、２８…入射端面、２９…射出端面、３０…導入光学系、３１…第１光学系、３２…第２光学系、４０…照射光学系、５１…マスクステージ、５２…基板ステージ、Ｃ…所定点、ＥＬ…露光光、ＥＬ１…第１露光光、ＥＬ２…第２露光光、ＥＸ…露光装置、ＩＬ…照明装置、ＩＲ…照明領域、Ｍ…マスク、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＲ…投影領域

Claims (19)

1. 照明光を照射して物体を照明する照明装置において、
   前記照明光が透過可能な多角形状の透過面を有する透過光学素子を含み、該透過光学素子を透過した前記照明光を照射して、前記多角形状に対応する形状の照明領域を前記物体上に形成する照射光学系と、
   異なる光源から発した複数の前記照明光を該照明光ごとに、前記透過面内または前記透過面と略共役な共役領域内の所定点を中心とする位置から前記照射光学系へ導入する導入光学系と、を備えた照明装置。
2. 前記導入光学系は、複数の前記照明光の少なくとも１つを複数の部分照明光に分割し、該複数の部分照明光を前記所定点を中心とする異なる位置から前記照射光学系へ導入する請求項１記載の照明装置。
3. 前記導入光学系は、前記複数の部分照明光を前記所定点に対して回転対称な位置から前記照射光学系へ導入する請求項２記載の照明装置。
4. 前記所定点は、前記照射光学系の光軸と前記透過面または前記共役領域との交点である請求項１〜３のいずれか一項記載の照明装置。
5. 前記所定点は、前記透過面または前記共役領域の中心点である請求項１〜３のいずれか一項記載の照明装置。
6. 前記導入光学系は、複数の前記照明光を前記透過面内または前記共役領域内の異なる位置から前記照射光学系へ導入する請求項１〜５のいずれか一項記載の照明装置。
7. 前記導入光学系は、少なくとも１つの前記光源の像を前記透過面または前記共役領域に形成する請求項１〜６のいずれか一項記載の照明装置。
8. 前記導入光学系は、複数の前記照明光のうちの第１照明光を前記透過面または前記共役領域の中央部から前記照射光学系へ導入し、複数の前記照明光のうちの第２照明光を前記第１照明光の周囲から前記照射光学系へ導入する請求項１〜７のいずれか一項記載の照明装置。
9. 前記導入光学系は、複数の前記光源のうちの第１光源から発生した第１照明光を前記透過面または前記共役領域に導く第１光学系と、複数の前記光源のうちの第２光源から発生した第２照明光を前記透過面または前記共役領域に導く第２光学系とを有する請求項１〜８のいずれか一項記載の照明装置。
10. 前記第１光学系は、前記透過面または前記共役領域に前記第１光源の像を形成する請求項９記載の照明装置。
11. 前記第２光学系は、光ファイバを含み、該光ファイバを介して前記第２照明光を前記透過面または前記共役領域に導く請求項９又は１０記載の照明装置。
12. 前記光ファイバの射出端面は、該光ファイバの延伸方向に対して傾斜して形成され、前記透過面または前記共役領域に配置される請求項１１記載の照明装置。
13. 前記透過光学素子は、前記多角形状の透過面を有する複数のエレメントレンズを用いて構成されたフライアイレンズであり、
    前記導入光学系は、前記複数のエレメントレンズの各射出端面と略共役な前記共役領域から複数の前記照明光を前記照射光学系へ導入する請求項１〜１２のいずれか一項記載の照明装置。
14. 前記透過光学素子は、前記多角形状の透過面を有するロッド状光学素子であり、
    前記導入光学系は、前記ロッド状光学素子の入射端面または該入射端面と略共役な前記共役領域から複数の前記照明光を前記照射光学系へ導入する請求項１〜１２のいずれか一項記載の照明装置。
15. 前記多角形状は、矩形形状である請求項１〜１４のいずれか一項記載の照明装置。
16. 前記多角形状に対応する形状は、該多角形状に対する相似形状である請求項１〜１５のいずれか一項記載の照明装置。
17. パターンが形成されたパターン保持部材を支持する第１支持機構と、
    感光基板を支持する第２支持機構と、
    前記パターン保持部材を照明し、前記パターンを介して前記感光基板を露光する請求項１〜１６のいずれか一項記載の照明装置と、を備えた露光装置。
18. 前記第１支持機構が支持する前記パターン保持部材のパターンの像を、前記第２支持機構が支持する前記感光基板に投影する投影光学系を備え、
    前記照明装置は、前記投影光学系を介して前記感光基板を露光する請求項１７記載の露光装置。
19. 請求項１７又は１８記載の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光基板に転写する転写工程と、
    前記パターンが転写された前記感光基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光基板に形成する現像工程と、
    前記転写パターン層を介して前記感光基板を加工する加工工程と、を含むデバイス製造方法。

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