(57)【要約】【課題】複数の光源からの光を用いて被照明面を効率的に照明するのに有利な照明光学系を提供する。【解決手段】複数の光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記複数の光源のそれぞれに対応して配置された複数の光学系と、前記複数の光学系のそれぞれからの光を前記被照明面と光学的に共役な共役面に導く合成系と、前記共役面と前記被照明面との間に配置された照明系と、を有し、前記複数の光学系及び前記合成系を介して前記複数の光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される複数の照明領域のそれぞれについて、その領域が非円形な形状を有し、且つ、前記共役面における有効領域に収まるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成され、前記有効領域は、前記共役面の領域のうち前記被照明面の照明のために前記照明系が光を取り込むことができる領域であることを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】図１
2014195048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
前記複数の光源のそれぞれに対応して配置された複数の光学系と、
前記複数の光学系のそれぞれからの光を前記被照明面と光学的に共役な共役面に導く合成系と、
前記共役面と前記被照明面との間に配置された照明系と、を有し、
前記複数の光学系及び前記合成系を介して前記複数の光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される複数の照明領域のそれぞれについて、その領域が非円形な形状を有し、且つ、前記共役面における有効領域に収まるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成され、
前記有効領域は、前記共役面の領域のうち前記被照明面の照明のために前記照明系が光を取り込むことができる領域であることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記複数の照明領域のそれぞれについて、その領域の９５％以上が前記有効領域に収まるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記複数の光源は、３つ以上の光源を含み、
前記複数の光学系は、３つ以上の光学系を含み、
前記共役面に直交する面であって、前記３つ以上の光学系のそれぞれからの光の主光線の少なくとも１つと前記照明系の光軸とを含む面が複数存在するように、前記３つ以上の光学系及び前記合成系が構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記共役面に入射する前記３つ以上の光学系のそれぞれからの光の主光線は、互いに平行であることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記有効領域は、矩形形状を有し、
前記複数の光源は、第１光源と、第２光源と、第３光源とを含み、
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される第１照明領域、第２照明領域及び第３照明領域は、弦と弧とで規定される形状を有し、
前記有効領域において、
前記第２照明領域の弦が前記有効領域の１つの辺と平行となり、
前記第１照明領域の弦と前記第３照明領域の弦との間に前記第２照明領域が配置され、
前記第１照明領域の弦又はその延長線、及び、前記第２照明領域の弦又はその延長線が前記１つの辺と交わるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記有効領域は、矩形形状を有し、
前記複数の光源は、第１光源と、第２光源と、第３光源と、第４光源を含み、
前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源及び前記第４光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される第１照明領域、第２照明領域、第３照明領域及び第４照明領域は、弦と弧とで規定される形状を有し、
前記有効領域において、
前記第２照明領域の弦が前記有効領域の１つの辺と平行となり、
前記第３照明領域の弦が前記１つの辺に対向する辺と平行となり、
前記第１照明領域の弦と前記第４照明領域の弦との間に前記第２照明領域及び前記第３照明領域が配置され、
前記第１照明領域の弦又はその延長線及び前記第４照明領域の弦又はその延長線が前記１つの辺と交わるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記有効領域は、矩形形状を有し、
前記複数の光源は、第１光源と、第２光源と、第３光源と、第４光源と、第５光源と、第６光源とを含み、
前記第１光源、前記第２光源、前記第３光源、前記第４光源、前記第５光源及び前記第６光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される第１照明領域、第２照明領域、第３照明領域、第４照明領域、第５照明領域及び第６照明領域は、弦と弧とで規定される形状を有し、
前記有効領域において、
前記第２照明領域の弦及び前記第４照明領域の弦が前記有効領域の１つの辺と平行となり、
前記第３照明領域の弦及び前記第５照明領域の弦が前記１つの辺に対向する辺と平行となり、
前記第１照明領域の弦が前記１つの辺及び前記対向する辺に直交する辺と平行となり、
前記第６照明領域の弦が前記直交する辺に対向する辺と平行となるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記合成系は、前記複数の光学系からの光を反射する反射面を含む光学部材を含み、
前記複数の照明領域を前記共役面に形成するように前記反射面が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記複数の光学系のそれぞれは、
前記複数の光源のうち対応する光源からの光を反射して集光点に集光する楕円ミラーと、
前記対応する光源からの光を反射して、前記楕円ミラーを介して、前記集光点に集光する球面ミラーと、
を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記複数の光学系のそれぞれは、前記複数の光源のうち対応する光源からの光が入射するプリズムを含み、
前記プリズムを回転させることで前記光学的に共役な面に形成される照明領域を回転させることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１１】
マスクのパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記マスクを被照明面として照明する請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の照明光学系と、
前記パターンを前記基板に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記基板に入射する光の光量を計測するセンサと、
前記センサによって計測された光量に基づいて、前記有効領域に対する前記複数の照明領域の位置を調整する調整部と、
を有することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光した前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程であるリソグラフィ工程では、マスク（レチクル）のパターンを、投影光学系を介して、基板（表面にレジスト（感光剤）層が形成されたウエハやガラスプレート）に転写する露光装置が使用されている。
【０００３】
例えば、液晶表示装置のリソグラフィ工程では、マスク上の面積がより大きなパターンを基板に一括露光する露光装置が要求されている。かかる要求に対応するために、高解像力が得られ、且つ、大画面を露光することができるステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置が提案されている。走査型露光装置は、スリット形状の光（スリット光）で照明されたパターンを、投影光学系を介して、マスクと基板とを走査（スキャン）しながら、基板に転写する。走査型露光装置においては、生産性を向上させるために、光源の電力を増加させたり、複数の光源を用いたりするなど、マスクを照明する光のエネルギー（照度）を高くするための技術が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
例えば、光源の電力は、１ｋＷから数ｋＷとなり、近年では、１０ｋＷ以上の超高圧水銀ランプが用いられることもある。但し、光源の電力の増加は、露光装置のランニング電力の増加を招いてしまう。また、マスク上での照度の向上効果が電力の増加に比例しないことから、これ以上の電力の増加は現実的ではない。
【０００５】
また、特許文献１には、３つの光源からの光を隣接して入射させ、それらを合成した後に像を形成する照明光学系が開示されている。一方、特許文献２には、単位面積当たりの光のエネルギー密度を向上させた照明光学系が開示されている。かかる照明光学系は、光源からの光の一部を光源とは異なる位置に集光するための楕円ミラーと、光源からの光の一部を光源に戻すための球面ミラーとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２６１７１号公報
【特許文献２】国際公開第０４／０９２８２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば、矩形領域を均一に照明する照明光学系を考えた場合、特許文献１に開示された技術を採用すると、図１０に示すように、複数の光源、ここでは、第１光源、第２光源及び第３光源からの光を効率的に取り込むことができない。図１０において、点線で示す矩形領域は、被照明面と共役な面に規定される光の取り込み領域である。かかる矩形領域以外の領域に入射した光は、被照明面よりも後段の光学系では用いることができない。換言すれば、光効率を向上させるためには、各光源からの光が矩形領域に収まるように、照明光学系を構成する必要がある。但し、各光源からの光を重ねると、図１０に示すように、各光源からの光が矩形領域からはみ出してしまう（即ち、ロスを生じる）ため、光源からの光を効率よく利用することができない。
【０００８】
また、特許文献２には、各光源と各光源からの光が合成される合成面との間の光軸と、合成面以降の光軸とを一致させる技術が開示されている。但し、特許文献２に開示された技術は、光源の数が２つであれば成り立つが、３つ以上であると合成面近傍で光のけられが発生してしまうため、合成面よりも後段の光学系に効率よく光を導くことができない。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、複数の光源からの光を用いて被照明面を効率的に照明するのに有利な照明光学系を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、複数の光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記複数の光源のそれぞれに対応して配置された複数の光学系と、前記複数の光学系のそれぞれからの光を前記被照明面と光学的に共役な共役面に導く合成系と、前記共役面と前記被照明面との間に配置された照明系と、を有し、前記複数の光学系及び前記合成系を介して前記複数の光源のそれぞれからの光によって前記共役面に形成される複数の照明領域のそれぞれについて、その領域が非円形な形状を有し、且つ、前記共役面における有効領域に収まるように、前記複数の光学系及び前記合成系が構成され、前記有効領域は、前記共役面の領域のうち前記被照明面の照明のために前記照明系が光を取り込むことができる領域であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えば、複数の光源からの光を用いて被照明面を効率的に照明するのに有利な照明光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における照明光学系の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す照明光学系のダブプリズムの構成を示す概略図である。
【図３】図１に示す照明光学系のフライアイ光学系の構成を示す概略図である。
【図４】図１に示す照明光学系のスリットの構成を示す概略図である。
【図５】図１に示す照明光学系によって合成面に形成される照明領域の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における照明光学系の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における照明光学系の構成を示す概略図である。
【図８】図６に示す照明光学系によって合成面に形成される照明領域の一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における露光装置の構成を示す概略図である。
【図１０】複数の光源からの光の取り込みを説明するための図である。
【図１１】露光装置の構成を模式的に示す図である。
【図１２】ヘルムホルツラグランジュ量を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における照明光学系１００の構成を示す概略図である。照明光学系１００は、複数の光源からの光を用いて被照明面を照明する光学系である。照明光学系１００は、例えば、露光装置に適用され、光源からの光を、基板に転写すべきパターンが形成されたマスク（被照明面）に導く照明光学系として好適である。
【００１６】
照明光学系１００は、本実施形態では、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃからの光でマスクＭを照明する。但し、照明光学系１００は、２つの光源からの光でマスクＭを照明してもよいし、３つ以上の光源からの光でマスクＭを照明してもよい。第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃは、本実施形態では、高圧水銀ランプで構成されているが、キセノンランプやエキシマレーザーなどで構成してもよい。照明光学系１００は、光学系１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２０Ｃと、偏向ミラー１０７と、第２光学系１４０と、フライアイ光学系１０９と、第３光学系１５０と、スリット１１１と、第４光学系１６０とを有する。
【００１７】
光学系１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２０Ｃは、それぞれ、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃに対応して配置され、楕円ミラー１０２と、球面ミラー１０３と、第１光学系１０５と、ダブプリズム１０６とを含む。
【００１８】
楕円ミラー１０２は、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのうち対応する光源からの光を集光する集光光学系である。楕円ミラー１０２は、楕円の一部分に相当する形状を有し、かかる楕円の２つの焦点のうちの一方の焦点の位置と対応する光源の位置とが一致するように配置されている。また、球面ミラー１０３は、その曲率中心の位置が対応する光源の位置に一致するように配置されている。
【００１９】
第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのうち対応する光源から射出され、楕円ミラー１０２で反射された光は、楕円の２つの焦点のうちの他方の焦点の位置、即ち、集光点１０４に集光する。また、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのうち対応する光源から射出され、球面ミラー１０３で反射された光は、対応する光源の位置に集光される。従って、球面ミラー１０３で反射された光は、対応する光源の位置を通過し、楕円ミラー１０２を介して、集光点１０４に集光する。
【００２０】
集光点１０４を通過した光は、第１光学系１０５を介して、ダブプリズム１０６に導かれる。ダブプリズム１０６は、図２に示すように、入射する光の像を回転させる機能を有する。例えば、ダブプリズム１０６を光軸ＡＸを中心としてθ［度］回転させると、入射する光の像を２θ［度］回転させることができる。従って、ダブプリズム１０６を回転させることで、後述する合成面１０８に形成される照明領域を回転させることができる。
【００２１】
ダブプリズム１０６を通過した光は、合成面１０８に導かれる。ここで、合成面１０８とは、被照明面であるマスクＭと光学的に共役な共役面である。合成面１０８には、被照明面であるマスクＭの照明のために後段の照明系が光を取り込むことができる領域である有効領域が規定される。また、後段の照明系とは、合成面１０８とマスクＭとの間に配置された光学系、即ち、第２光学系１４０、フライアイ光学系１０９、第３光学系１５０、スリット１１１及び第４光学系１６０で構成される光学系である。
【００２２】
本実施形態においては、光学系１２０Ａと合成面１０８との間、及び、光学系１２０Ｃと合成面１０８との間に、偏向ミラー１０７が配置されている。偏向ミラー１０７は、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのそれぞれから射出され、光学系１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２０Ｃのそれぞれを通過した光を合成面１０８に導く合成系として機能する。また、偏向ミラー１０７は、各光源からの光を反射する反射面を含む光学部材であって、照明領域を合成面１０８に形成するように反射面が配置されている。偏向ミラー１０７やダブプリズム１０６の配置関係や数は、光源の数に応じて異なるが、本発明の本質的な効果は変わらない。
【００２３】
第１光学系１０５は、合成面１０８が、実質的に、集光点１０４のフーリエ変換面となるように配置される。合成面１０８からの光は、第２光学系１４０を介して、フライアイ光学系１０９に導かれる。第２光学系１４０は、フライアイ光学系１０９の入射面が、実質的に、合成面１０８のフーリエ変換面となるように配置される。
【００２４】
図３は、フライアイ光学系１０９の構成を示す概略図である。フライアイ光学系１０９は、図３に示すように、２つのレンズ群１３０及び１３１で構成されている。レンズ群１３０及び１３１のそれぞれは、多数の平凸レンズを平面状に配列させて構成されている。レンズ群１３０及び１３１は、それぞれを構成する各平凸レンズの焦点位置に、対となる平凸レンズが位置するように曲率面を向かい合わせて配置されている。従って、フライアイ光学系１０９の射出面１１０には、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃと等価な多数の２次光源分布が形成される。
【００２５】
フライアイ光学系１０９の射出面１１０から射出された光は、第３光学系１５０を介して、スリット１１１に導かれる。第３光学系１５０は、スリット１１１が、実質的に、フライアイ光学系１０９の射出面１１０のフーリエ変換面となるように配置される。フライアイ光学系１０９の射出面１１０の位置には、多数の２次光源分布が形成されているため、スリット１１１には、一様な光強度分布が形成される。
【００２６】
図４は、スリット１１１の構成を示す概略図である。スリット１１１は、図４に示すように、円弧形状の開口２３を有し、開口２３以外の領域に入射する光を遮光する。スリット１１１（の開口２３）を通過した円弧形状の光は、第４光学系１６０を介して、マスクＭを均一に照明する。
【００２７】
照明光学系１００では、光学系１２０Ａ乃至１２０Ｃ及び偏向ミラー１０７を介して、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのそれぞれからの光によって合成面１０８に形成する照明領域のそれぞれは、回転非対称な形状を有する。ここで、回転非対称な形状は、非円形な形状を含む。また、合成面１０８に形成される照明領域のそれぞれについて、その領域が合成面１０８における有効領域に収まるように、光学系１２０Ａ乃至１２０Ｃ及び偏向ミラー１０７が構成されている。具体的には、合成面１０８に形成される照明領域のそれぞれについて、その領域の９５％以上が合成面１０８における有効領域に収まるように、光学系１２０Ａ乃至１２０Ｃ及び偏向ミラー１０７が構成されている。従って、本実施形態の照明光学系１００は、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第３光源１０１Ｃのそれぞれからの光を合成面１０８で効率よく（即ち、遮光されることなく）合成し、被照明面であるマスクＭを効率的に照明することができる。
【００２８】
以下、第１の実施形態における照明光学系１００の好適な設計例を具体的に説明する。
【００２９】
（設計例１）
照明光学系１００は、上述したように、第１光源、第２光源及び第３光源の３つの光源からの光を用いて被照明面であるマスクＭを照明する。第１光源、第２光源及び第３光源のそれぞれからの光によって合成面１０８に形成される第１照明領域（光量分布）３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３を図５に示す。また、合成面１０８における有効領域３０は、矩形形状を有するものとする。
【００３０】
図５に示すように、第１照明領域３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３は、弦と弧とで規定される回転非対称な形状を有する。図５において、３４は第１光源の光軸（第１光源からの光の主光線）を表し、３５は第２光源の光軸（第２光源からの光の主光線）を表し、３６は第３光源の光軸（第３光源からの光の主光線）を表し、３７は後段の照明系の光軸を表している。なお、光学系の収差により、主光線が光軸から少し傾く場合がある。但し、以下の説明において、光軸を主光線と表現するときは、この効果は考えないものとする。
【００３１】
第１照明領域３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３を有効領域３０に収めるように配置することを考える。この場合、図５に示すように、第１照明領域３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３の配置関係が以下の条件（１）、（２）及び（３）を満たすように、光学系１２０Ａ乃至１２０Ｃ及び偏向ミラー１０７を構成することが必要となる。
条件（１）：第２照明領域３２の弦が有効領域３０の１つの辺３０ａと平行となる。
条件（２）：第１照明領域３１の弦と第３照明領域３３の弦との間に第２照明領域３２が配置される。
条件（３）：第１照明領域３１の弦又はその延長線、及び、第３照明領域３３の弦又はその延長線が有効領域３０の１つの辺３０ａと交わる。
【００３２】
また、この場合、光軸３４、３５、３６及び３７は、互いに平行であるが、同一の平面には位置していない。例えば、光軸３４と光軸３７とを含む平面３８、光軸３５と光軸３７とを含む平面３９、及び、光軸３６と光軸３７とを含む平面４０は、互いに異なる平面である。換言すれば、光軸３４、３５、３６及び３７は、合成面１０８において、同一の直線上に存在していない。
【００３３】
このように、合成面１０８における照明領域が回転非対称な形状を有し、合成面１０８に直交する面であって、各光源の光軸の少なくとも１つ（光軸３４、３５又は３６）と照明系の光軸（光軸３７）とを含む面が複数存在するように照明光学系を構成する。これにより、各光源からの光を遮光することなく、各光源からの光によって形成される照明領域を有効領域３０に収めることができるため、各光源からの光を合成面１０８で効率よく合成することができる。
【００３４】
本実施形態では、全ての照明領域の形状を非円形な形状として、有効領域に収まるように配置しているが、一部の光源の照明領域の形状を非円形としても構わない。例えば、第１光源と第３光源からの照明領域は、上述した第１照明領域３１と第３照明領域３３のように非円形な形状とし、第２光源からの照明領域は、図１０に示すように円形形状とすることができる。第２光源からの照明領域が取り込み領域に収まらなくても、第１光源と第３光源からの照明領域を取り込み領域に収まるように配置することで、図１０に示した状態よりも３つの光源からの光を有効に利用することができる。このように、複数の光源からの光の照明領域の一部を非円形な形状とすることでも、光源からの光を有効に利用することができる。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
図６及び図７は、本発明の第２の実施形態における照明光学系２００の構成を示す概略図である。照明光学系２００は、複数の光源からの光で被照明面を照明する光学系である。照明光学系２００は、例えば、露光装置に適用され、光源からの光を、基板に転写すべきパターンが形成されたマスク（被照明面）に導く照明光学系として好適である。
【００３６】
照明光学系２００は、本実施形態では、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ、第３光源１０１Ｃ及び第４光源１０１Ｄからの光でマスクＭを照明する。第４光源１０１Ｄは、第１の実施形態と同様に、高圧水銀ランプで構成されているが、キセノンランプやエキシマレーザーなどで構成してもよい。照明光学系２００は、光学系１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ及び１２０Ｄと、偏向ミラー１０７と、第２光学系１４０と、フライアイ光学系１０９と、第３光学系１５０と、スリット１１１と、第４光学系１６０とを有する。
【００３７】
光学系１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ及び１２０Ｄは、それぞれ、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ、第３光源１０１Ｃ及び第４光源１０１Ｄに対応して配置され、楕円ミラー１０２と、球面ミラー１０３と、第１光学系１０５と、ダブプリズム１０６とを含む。
【００３８】
照明光学系２００では、後述するように、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ、第３光源１０１Ｃ及び第４光源１０１Ｄのそれぞれからの光によって、例えば、図８（ａ）に示すような４つの照明領域が合成面１０８に形成される。
【００３９】
また、照明光学系２００において、光学系１２０Ｄは、第４光源１０１Ｄと共に、図６に示す矢印の方向に駆動可能に構成されている。換言すれば、照明光学系２００は、光学系１２０Ｄを図６に示す矢印の方向に駆動する駆動機構を有する。
【００４０】
図７は、光学系１２０Ｄを図６に示す状態から図面左側に駆動した状態を示している。この際、光学系１２０Ｃに含まれるダブプリズム１０６を、その光軸を中心として約４５度回転させる。また、第２光源１０１Ｂからの光を遮断する。具体的には、第２光源１０１Ｂの発光を停止したり、第２光源１０１Ｂからの光を遮断するシャッターを光学系１２０Ｂの光路に挿入したりする。この際、第２光源１０１Ｂ及び光学系１２０Ｂは、図面に垂直な方向に駆動させるとよい。なお、図７では、第２光源１０１Ｂ及び光学系１２０Ｂの図示を省略している。この場合、第１光源１０１Ａ、第２光源１０１Ｂ及び第４光源１０１Ｄのそれぞれからの光によって、図５に示すような３つの照明領域が合成面１０８に形成される。
【００４１】
このように、照明光学系２００では、用途に応じて、被照明面であるマスクＭを照明する際に用いる光源の数を変更することができる。例えば、マスクＭを照明する際に多くのエネルギーが必要である場合には、照明光学系２００を図６に示す状態にすればよい。一方、マスクＭを照明する際に多くのエネルギーが必要なく、ランニング電力を低下させたい場合には、照明光学系２００を図７に示す状態にすればよい。
【００４２】
以下、第２の実施形態における照明光学系２００の好適な設計例、及び、４つ以上の光源、例えば、６つの光源を用いる照明光学系の好適な設計例を具体的に説明する。
【００４３】
（設計例２）
照明光学系２００は、上述したように、第１光源、第２光源、第３光源及び第４光源の４つの光源からの光を用いて被照明面であるマスクＭを照明する。第１光源、第２光源、第３光源及び第４光源のそれぞれからの光によって合成面１０８に形成される第１照明領域（光量分布）４１、第２照明領域４２、第３照明領域４３及び第４照明領域４４を図８（ａ）に示す。また、合成面１０８における有効領域３０は、矩形形状を有するものとする。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、第１照明領域４１、第２照明領域４２、第３照明領域４３及び第４照明領域４４は、弦と弧とで規定される回転非対称な形状を有する。図８（ａ）において、４５は第１光源の光軸（第１光源からの光の主光線）を表し、４６は第２光源の光軸（第２光源からの光の主光線）を表している。また、４７は第３光源の光軸（第３光源からの光の主光線）を表し、４８は第４光源の光軸（第４光源からの光の主光線）を表し、３７は後段の照明系の光軸を表している。
【００４５】
第１照明領域４１、第２照明領域４２、第３照明領域４３及び第４照明領域４４を有効領域３０に収めるように配置することを考える。この場合、図８（ａ）に示すように、第１照明領域４１、第２照明領域４２、第３照明領域４３及び第４照明領域４４の配置関係が以下の条件（１）乃至（５）を満たすように、光学系１２０Ａ乃至１２０Ｄ及び偏向ミラー１０７を構成することが必要となる。
条件（１）：第２照明領域４２の弦が有効領域３０の１つの辺３０ａと平行となる。
条件（２）：第３照明領域４３の弦が有効領域３０の１つの辺３０ａに対向する辺３０ｂと平行となる。
条件（３）：第１照明領域４１の弦と第４照明領域４４の弦との間に第２照明領域４２及び第３照明領域４３が配置される。
条件（４）：第１照明領域４１の弦又はその延長線、及び、第４照明領域４４の弦又はその延長線が有効領域３０の１つの辺３０ａと交わる。
【００４６】
また、この場合、光軸４５、４６、４７、４８及び３７は、互いに平行であるが、同一の平面には位置していない。例えば、光軸４５と、光軸４８と、光軸３７とを含む平面４９、及び、光軸４６と、光軸４７と、光軸３７とを含む平面５０は、互いに異なる平面である。換言すれば、光軸４５、４６、４７、４８及び３７は、合成面１０８において、同一の直線上に存在していない。
【００４７】
このように、合成面１０８における照明領域が回転非対称な形状を有し、合成面１０８に直交する面であって、各光源の光軸の少なくとも１つ（光軸４５、４６、４７又は４８）と照明系の光軸（光軸３７）とを含む面が複数存在するように照明光学系を構成する。これにより、各光源からの光を遮光することなく、各光源からの光によって形成される照明領域を有効領域３０に収めることができるため、各光源からの光を合成面１０８で効率よく合成することができる。
【００４８】
（設計例３）
第１光源、第２光源、第３光源、第４光源、第５光源及び第６光源の６つの光源からの光を用いて被照明面であるマスクＭを照明する照明光学系を考える。第１光源、第２光源、第３光源、第４光源、第５光源及び第６光源のそれぞれからの光によって合成面１０８に形成される第１照明領域６１、第２照明領域６２、第３照明領域６３、第４照明領域６４、第５照明領域６５及び第６照明領域６６を図８（ｂ）に示す。また、合成面１０８における有効領域３０は、矩形形状を有するものとする。
【００４９】
図８（ｂ）に示すように、第１照明領域６１、第２照明領域６２、第３照明領域６３、第４照明領域６４、第５照明領域６５及び第６照明領域６６は、弦と弧とで規定される回転非対称な形状を有する。図８（ｂ）において、６７は第１光源の光軸（第１光源からの光の主光線）を表し、６８は第２光源の光軸（第２光源からの光の主光線）を表し、６９は第３光源の光軸（第３光源からの光の主光線）を表している。また、７０は第４光源の光軸（第４光源からの光の主光線）を表し、７１は第５光源の光軸（第５光源からの光の主光線）を表し、７２は第６光源の光軸（第６光源からの光の主光線）を表し、３７は後段の照明系の光軸を表している。
【００５０】
第１照明領域６１、第２照明領域６２、第３照明領域６３、第４照明領域６４、第５照明領域６５及び第６照明領域６６を有効領域３０に収めるように配置することを考える。この場合、図８（ｂ）に示すように、第１照明領域６１、第２照明領域６２、第３照明領域６３、第４照明領域６４、第５照明領域６５及び第６照明領域６６の配置関係が以下の条件（１）乃至（４）を満たす必要がある。
条件（１）：第２照明領域６２の弦及び第４照明領域６４の弦が有効領域３０の１つの辺３０ａと平行となる。
条件（２）：第３照明領域６３の弦及び第５照明領域６５の弦が有効領域３０の１つの辺３０ａに対向する辺３０ｂと平行となる。
条件（３）：第１照明領域６１の弦が有効領域３０の辺３０ａ及び３０ｂに直交する辺３０ｃと平行となる。
条件（４）：第６照明領域６６の弦が有効領域３０の辺３０ｃに対向する辺３０ｄと平行となる。
【００５１】
また、この場合、光軸６７、６８、６９、７０、７１、７２及び３７は、互いに平行であるが、同一の平面には位置していない。例えば、光軸６７と、光軸７２と、光軸３７とを含む平面７３、光軸６８と、光軸７１と、光軸３７とを含む平面７４、及び、光軸６９と、光軸７０と、光軸３７とを含む平面７５は、互いに異なる平面である。換言すれば、光軸６７、６８、６９、７０、７１、７２及び３７は、合成面１０８において、同一の直線上に存在していない。
【００５２】
このように、合成面１０８における照明領域が回転非対称な形状を有し、合成面１０８に直交する面であって、各光源の光軸の少なくとも１つと照明系の光軸とを含む面が複数存在するように照明光学系を構成する。これにより、各光源からの光を遮光することなく、各光源からの光によって形成される照明領域を有効領域３０に収めることができるため、各光源からの光を合成面１０８で効率よく合成することができる。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態における露光装置９０の構成を示す概略図である。露光装置９０は、上述した実施形態で示された照明光学系を採用し、基板を露光するリソグラフィ装置である。
【００５４】
露光装置の露光方式には、レンズ又はミラーを用いてマスク（レチクル）のパターンを基板に投影するプロジェクション方式と、マスクと基板との間に微小な間隙を設けてマスクのパターンを基板に転写するプロキシミティ方式とがある。プロジェクション方式は、プロキシミティ方式と比較して、一般的に、パターンの解像性能や基板の倍率補正などの精度が高く、半導体デバイスの製造に適している。そこで、本実施形態では、露光装置９０として、ガラス基板に対して反射型の投影光学系を用いたプロジェクション方式の露光装置を説明する。
【００５５】
露光装置９０は、マスクＭに形成されたパターン（例えば、ＴＦＴ回路）を、レジスト（感光剤）が塗布された基板Ｐに転写する。露光装置９０は、複数の光源９１からの光でマスクＭを照明する照明光学系９９と、マスクＭを保持して移動するマスクステージ９４と、投影光学系９５と、基板Ｐを保持して移動する基板ステージ９６と、制御部９８とを有する。また、照明光学系９９は、複数の光源９１からの光を導入する第１照明系９２と、第１照明系９２からの光をマスクＭに導く第２照明系９３とを含む。
【００５６】
露光装置９０において、照明光学系９９、詳細には、第１照明系９２には、上述した実施形態で示された照明光学系１００又は２００が採用される。第２照明系９３は、第１照明系９２の被照明面とマスクＭ（の表面）とを略共役な関係に維持する光学系である。従って、第１照明系９２が被照明面を均一に照明することで、第２照明系９３を介して、マスクＭを均一に、且つ、第１照明系９２による照明形状と同じ形状で照明することができる。
【００５７】
マスクステージ９４は、マスクＭを保持しながらＸＹ方向に移動可能なステージ装置である。投影光学系９５は、光の偏光特性を変化させる反射ミラー９７を含み、マスクＭの被照明領域に形成されたパターンからの光を基板Ｐに結像させる。基板ステージ９６は、基板Ｐを保持しながらＸＹＺの３次元方向に移動可能なステージ装置である。制御部９８は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置９０の全体（動作）を制御する。
【００５８】
露光において、複数の光源９１からの光は、照明光学系９９（第１照明系９２及び第２照明系９３）を介してマスクＭを照明する。マスクＭのパターンは、投影光学系９５を介して、基板Ｐに投影される。本実施形態の露光装置９０においては、上述したように、複数の光源９１からの光を用いて、効率的にマスクＭを照明するのに有利な照明光学系９９（照明光学系１００又は２００）を採用している。従って、露光装置９０は、安定した露光性能を実現し、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）など）を提供することができる。
【００５９】
また、露光装置９０においては、照明光学系１００又は２００に含まれるダブプリズム１０６の角度（取付角度）に応じて、マスクＭ上の照度が変化する。例えば、照明光学系１００を用いた場合を考えると、ダブプリズム１０６を回転させると、図５に示す第１照明領域３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３のそれぞれが光軸３４、３５及び３６を中心として回転する。従って、ダブプリズム１０６の角度によっては、第１照明領域３１、第２照明領域３２及び第３照明領域３３が有効領域３０に収まらなくなる（即ち、その一部が有効領域３０の外側に位置してしまう）こともある。
【００６０】
そこで、露光装置９０は、基板Ｐ上の照度（即ち、基板Ｐに入射する光の光量）を計測するセンサＳＳを有する。例えば、基板Ｐを円弧形状に照明する場合、センサＳＳは、照明領域上の複数点の照度を計測する。また、制御部９８は、センサＳＳによって計測された照度に基づいて、有効領域３０に対する照明領域の位置を調整する調整部として機能する。具体的には、センサＳＳで計測される照度が最も高くなるように、照明光学系１００又は２００に含まれるダブプリズム１０６の角度、或いは、偏向ミラー１０７の位置や偏向角度を調整する。
【００６１】
また、露光装置において照明光学系及び投影光学系のそれぞれの光学系の特性に基づき、ヘルムホルツラグランジュ量を以下のように定義することができる。照明光学系と投影光学系のヘルムホルツラグランジュ量を求めることで、光源からの光の照明領域と有効領域（取り込み領域）とを比較することができる。
【００６２】
図１１及び図１２を用いて、ヘルムホルツラグランジュ量について説明する。図１１は、露光装置を模式的に示した図であり、照明光学系１０００及び投影光学系１００５を表している。図１１において、１００１は光源部、１００２はハエの目レンズ、１００３はコンデンサレンズ、１００４はマスク面、１００６は基板面を表している。マスク面１００４に配置されたマスクのパターンは、投影光学系１００５を介して基板面１００６に配置されたウエハ又はプレートに複写される。
【００６３】
図１２Ａは、マスク面１００４における、光源から導かれた光の強度分布の大きさ又は入射角度の大きさを示している。図１２Ｂは、マスク面１００４における、基板面１００６に入射する光を逆トレースした際の光の強度分布の大きさ又は入射角度の大きさを示している。
【００６４】
図１２Ａについて説明する。光源部１００１から導かれた光の分布（実線）を覆いかぶせるように矩形を描写する（点線）。この矩形の大きさをＸＩＬ及びＹＩＬと定義する。更に、マスク面１００４に入射する光の入射角度をθＩＬとする。
【００６５】
次に、図１２Ｂについて説明する。基板面１００６に入射する光の領域がＸＷ、ＹＷであり、基板面１００６に入射する光の入射角度の大きさがθＷであるとする。投影光学系１００５の結像倍率がＭであるとき、基板面１００６から逆トレースしたときのマスク面１００４における光の領域ＸＰＯ、ＹＰＯ、及び、入射角度の大きさθＰＯは、以下のように表すことができる。
ＸＰＯ＝ＸＷ／Ｍ
ＹＰＯ＝ＹＷ／Ｍ
θＰＯ＝θＷ×Ｍ
照明光学系１０００のヘルムホルツラグランジュ量（ＨＸＩＬ、ＨＹＩＬ）及び投影光学系１００５のヘルムホルツラグランジュ量（ＨＸＰＯ、ＨＹＰＯ）を以下のように定義することができる。
ＨＸＩＬ＝ＸＩＬ×θＩＬ
ＨＹＩＬ＝ＹＩＬ×θＩＬ
ＨＸＰＯ＝ＸＰＯ×θＰＯ
ＨＹＰＯ＝ＹＰＯ×θＰＯ
ここで、定義した照明光学系と投影光学系のヘルムホルツラグランジュ量を比較することで、光源からの光が効率よく取り込めるかを求めることができる。例えば、ＨＸＩＬ＞ＨＸＰＯの場合、光源から出た光をロスなく取り込むことは不可能である。一方、ＨＸＩＬ≦ＨＸＰＯの場合、光源からでた光をロスなく取り込むことができる。従って、照明光学系のヘルムホルツラグランジュ量が投影光学系のヘルムホルツラグランジュ量より大きい場合、上述のように光源からの光によって形成される照明領域の形状を非円形にして有効領域に収めることで、光源からの光を有効に利用することができる。
【００６６】
＜第４の実施形態＞
本実施形態に係るデバイスの製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶表示デバイス、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などを製造するのに好適である。かかるデバイスの製造方法は、露光装置９０を用いてレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。本実施形態のデバイスの製造方法は、従来の方法に比べて、デバイスの性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
2014195048.tif 000003
【図２】
2014195048.tif 000004
【図３】
2014195048.tif 000005
【図４】
2014195048.tif 000006
【図５】
2014195048.tif 000007
【図６】
2014195048.tif 000008
【図７】
2014195048.tif 000009
【図８】
2014195048.tif 000010
【図９】
2014195048.tif 000011
【図１０】
2014195048.tif 000012
【図１１】
2014195048.tif 000013
【図１２】
2014195048.tif 000014