(57)【要約】【課題】複数のレンズのそれぞれを所定の位置に精度良く配置しなくても、大きな開き角を有する収斂光束を、光量の損失を抑えて効率的に集めることのできる集光装置を提供すること。【解決手段】集光装置１は、光学素子２とバンドルファイバ３とを有する。光学素子２は、光の入射面２１と射出面２２とを有し、入射面２１上の所定の点２１ａに入射する収斂光束Ｌの開き角χ１よりも、収斂光束Ｌが光学素子２を経て射出面２２から射出する際の開き角χ２を減少させる。バンドルファイバ３は、複数の光ファイバ３１が束ねられたものであって、光学素子２の射出面２２から射出した光が入射端面３２から入射される。バンドルファイバ３の入射端面３２は、非平面である。【選択図】図３
2014126786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射面と射出面とを有する光学系と、
複数の光ファイバが束ねられ、前記光学系の前記射出面から射出した光が入射端面から入射されるバンドルファイバと、を有する集光装置であって、
前記光学系は、
前記入射面上の所定の点に入射する収斂光束の開き角よりも、前記収斂光束が前記光学系を経て前記射出面から射出する際の開き角を減少させ、
前記バンドルファイバの入射端面は、非平面である、集光装置。
【請求項２】
前記バンドルファイバの前記入射端面は、凸面形状であり、
前記光学系は、前記光学系の前記射出面と前記バンドルファイバの前記入射端面との間に集光位置を形成している、請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記入射端面は、球面形状であり、
前記入射端面の最周縁の境界を結んだ円形状の平面の直径を２ｄとし、前記球面の曲率半径をｒとするとき、
ｒ＞１．２ｄ
を満足する、請求項２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記入射端面は、球面形状であり、
前記球面の曲率中心と前記集光位置との間に前記入射端面の最周縁の境界を結んだ平面が位置する、請求項２に記載の集光装置。
【請求項５】
前記バンドルファイバの前記入射端面は、凹面形状であり、かつ、前記光学系の前記射出面から射出した前記収斂光束が入射するように配置されている、請求項１に記載の集光装置。
【請求項６】
前記光学系は、
前記入射面が光軸に直交する平面とされ、かつ、
前記射出面が凸面形状とされた光学素子である、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の集光装置。
【請求項７】
前記光学素子の前記入射面は、
前記光を前記光軸近傍において入射させる入射部位と、
該光学素子内に入射した後の光を前記入射部位の周囲において該光学素子内へと反射する第１反射部位と、を有し、
前記光学素子の前記射出面は、
前記光学素子内で反射した後の光を射出させる射出部位と、
前記光学素子内で反射する前の光を前記射出部位の周囲において該光学素子内へと反射する第２反射部位と、を有する、請求項６に記載の集光装置。
【請求項８】
光軸と前記入射端面への前記光の入射方向とがなす角をθ、前記光軸と前記入射端面の法線とがなす角をδとしたとき、実質的に以下の条件式を満足する、請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の集光装置。
θ＋δ＜８０°
ｃｏｓα＞ｎ２／ｎ１
ここで、
α＝ｓｉｎ−１｛ｓｉｎ（θ＋δ）／ｎ１｝−δ
ｎ１：前記光ファイバのコア材の屈折率
ｎ２：前記光ファイバのクラッド材の屈折率
【請求項９】
結像光学系の結像特性を計測する装置において、
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の集光装置と、
該集光装置を介した前記結像光学系からの光を受光する光電変換器とを備える装置。
【請求項１０】
所定のパターンを基板に露光する露光装置において、
前記所定のパターンの像を前記基板に投影光学系と、
請求項９に記載の装置とを備え、
該投影光学系を前記結像光学系として前記結像特性を計測する露光装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、露光装置を用いたフォトリソグラフィ工程で半導体素子を製造する場合、フォトマスク又はレチクル上に形成された回路パターンを、表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ等の基板に転写する。その際、露光装置の結像特性を計測するために空間像計測装置を用いる。空間像計測装置は、結像性能を計測するための計測光を集光する集光装置と、計測光の光量を測定する光電変換器とを有する。従来の集光装置では、レンズ等の複数の光学素子を用いて、収斂光束である計測光を集光している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３０９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、収斂光束である計測光を集光するために、複数の光学素子のそれぞれを高精度に位置決めする必要があった。位置決めの精度を高くすると、位置決めのプロセスに必要な工数やコストが増加する。光学素子の位置決めプロセスのための工数やコストを増大させないために、光学素子の位置決めにおいて従来ほど高い精度を必要とせず、収斂光束である計測光を、光量の損失を低減して効率的に集光する集光装置が提供されることが望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、光学素子の配置において従来ほど高い精度を必要とせず、光量の損失を抑えて効率的に収斂光束を集光することのできる集光装置を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、第１形態の集光装置は、光の入射面と射出面とを有する光学系と、複数の光ファイバが束ねられ、光学系の射出面から射出した光が入射端面から入射されるバンドルファイバとを有する。光学系は、入射面上の所定の点に入射する収斂光束の開き角よりも、収斂光束が光学系を経て射出面から射出する際の開き角を減少させる。バンドルファイバの入射端面は、非平面である。
【０００７】
バンドルファイバの入射端面は、凸面形状であってもよく、光学系は、光学系の射出面とバンドルファイバの入射端面との間に集光位置を形成してもよい。
【０００８】
入射端面は、球面形状であってもよく、入射端面の最周縁の境界を結んだ円形状の平面の直径を２ｄとし、球面の曲率半径をｒとするとき、ｒ＞１．２ｄを満足してもよい。
【０００９】
入射端面は、球面形状であってもよく、球面の曲率中心と集光位置との間に入射端面の最周縁の境界を結んだ平面が位置してもよい。
【００１０】
バンドルファイバの入射端面は、凹面形状であり、かつ、光学系の射出面から射出した収斂光束が入射するように配置されてもよい。
【００１１】
光学系は、入射面が光軸に直交する平面とされ、かつ、射出面が凸面形状とされた光学素子であってもよい。
【００１２】
光学素子の入射面は、光を光軸近傍において入射させる入射部位と、光学素子内に入射した後の光を入射部位の周囲において光学素子内へと反射する第１反射部位とを有してもよく、光学素子の射出面は、光学素子内で反射した後の光を射出させる射出部位と、光学素子内で反射する前の光を射出部位の周囲において光学素子内へと反射する第２反射部位とを有してもよい。
【００１３】
光軸と入射端面への光の入射方向とがなす角をθ、光軸と入射端面の法線とがなす角をδとしたとき、実質的にθ＋δ＜８０°、ｃｏｓα＞ｎ２／ｎ１の条件式を満足してもよい。ここで、α＝ｓｉｎ−１｛ｓｉｎ（θ＋δ）／ｎ１｝−δ、ｎ１は光ファイバのコア材の屈折率、ｎ２は光ファイバのクラッド材の屈折率である。
第２形態の結像光学系の結像特性を計測する装置は、
第１形態の集光装置と、該集光装置を介した前記結像光学系からの光を受光する光電変換器とを備える。
第３形態の露光装置は、所定のパターンを基板に露光する露光装置であって、
前記所定のパターンの像を前記基板に投影光学系と、第２形態の装置とを備え、
該投影光学系を前記結像光学系として前記結像特性を計測する。
第４形態のデバイス製造方法は、
第３形態露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含む。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、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】
【００１５】
本発明によれば、複数のレンズのそれぞれを所定の位置に精度良く配置しなくても、大きな開き角を有する収斂光束を、光量の損失を抑えて効率的に集めることのできる集光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の露光装置の模式的な構成図である。
【図２】図１に示す空間像計測装置の内部構成を示す図である。
【図３】実施形態の集光装置の模式的な断面図である。
【図４】図３に示すバンドルファイバの模式的な断面図である。
【図５】球面である入射端面の曲率中心が入射端面の最周縁の境界を結んだ断面の上に位置する場合のバンドルファイバの模式的な断面図である。
【図６】図３に示すバンドルファイバの入射端面の近傍の模式的な断面図である。
【図７】図３に示すバンドルファイバを構成する１本の光ファイバに光が入射する様子を示す図である。
【図８】図７において角度βが８５．４°となる場合と、角度βが９０°となる場合とのそれぞれの場合において、角度θと角度δとの関係を示す図である。
【図９】光学素子と、入射端面が光軸と直交する平面であるバンドルファイバとを有する比較例の集光装置の模式的な構成図である。
【図１０】入射端面が凹面形状であるバンドルファイバを有する集光装置の模式的な断面図である。
【図１１】電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る露光装置１００の模式的な構成図である。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。露光装置１００は、照明系１０、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬと、ウエハステージＷＳＴを含んで構成されている。
照明系１０は、レチクルＭに照明用の光ＥＬを提供するためのものである。図示省略した光源から発せられた光ＥＬが、照明系１０によってレチクルＭへと導かれるようになっている。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルＭを保持するための保持部である。レチクルステージＲＳＴは、照明系１０に対するレチクルＭのＸＹＺ軸方向（図１参照）における位置を微調整する機能、レチクルＭを保持固定する機能を有する。レチクルＭは、その表面に回路パターンが形成されたマスクである。レチクルＭ上の回路パターンは、後述するウエハＨ上に露光、投影するためのものである。
投影光学系ＰＬは、レチクルＭを透過した後の光ＥＬをウエハＨへと導くための光学系である。投影光学系ＰＬは、典型的にレンズ等の光学素子を有して構成されるが、詳細は省略する。
ウエハステージＷＳＴは、ウエハＨを保持するための保持部である。ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬに対するウエハＨのＸＹＺ軸方向における位置を微調整する機能、ウエハＨを保持固定する機能を有する。
ウエハＨは、半導体デバイスを製造するための基板である。ウエハＨは、例えばシリコン基板の表面にレジスト等の感光剤が塗布されて構成されている。照明系１０からの光ＥＬは、レチクルＭに形成された回路パターンを透過し、投影光学系ＰＬによってウエハＨ上に投影される。それにより、レチクルＭ上の回路パターンがウエハＨ上に転写される。ウエハＨが後加工により切断されて、半導体デバイスが製造される。
【００１８】
図１に概略的に示すように、ウエハステージＷＳＴ内には、投影光学系ＰＬの結像特性を計測するための空間像計測装置５９が配置されている。図２は、図１に示す空間像計測装置５９の内部構成を示す図である。空間像計測装置５９は、集光装置１と、光電変換器２４とを有する。集光装置１は、投影光学系ＰＬからの光ＥＬである収斂光束Ｌを集光する機能を有する。光電変換器２４は、集光装置１を介した光の光量を測定する機能を有する。
集光装置１は、実施形態においては、光学素子（光学系）２とバンドルファイバ３とを有して構成される。ウエハステージＷＳＴの突設部５８ａには、部分的に開口が形成されており、光学素子２がその開口を塞ぐ状態で設けられている。光ＥＬの光路における光学素子２の下流側にバンドルファイバ３が配置されている。光学素子２を通過した光ＥＬがバンドルファイバ３に至るようになっている。光ＥＬの光路におけるバンドルファイバ３の下流側に光電変換器２４が配置されている。バンドルファイバ３を通過した光ＥＬが光電変換器２４に至るようになっている。空間象計測装置５９では、光電変換器２４に達する光量を測定することにより、結像特性が計測されるようになっている。
【００１９】
図３は、集光装置１の模式的な断面図である。図３においては、説明容易のため、バンドルファイバ３を直線状に示し、その長さ方向における一部を省略して示している。光学素子２は、光の入射面２１と射出面２２とを有する平凸形状のレンズである。入射面２１は平面であり、投影光学系ＰＬの像面を含む平面（典型的にはウエハＨの表面と同一平面）に位置決めされている。射出面２２は凸形状とされた球面である。光学素子２は、入射面２１上の所定の点２１ａに入射する収斂光束Ｌの開き角χ１よりも、収斂光束Ｌが光学素子２の内部を経て射出面２２から射出する際の開き角χ２を減少させる。つまり、射出面２２から射出される収斂光束Ｌの開き角χ２は、入射面２１に入射する収斂光束Ｌの開き角χ１より小さい。開き角χ１は、投影光学系ＰＬの射出側（像側）開口数によって決定される。なお、収斂光束Ｌの入射側に位置する入射面２１を曲面とすることもできる。例えば入射面２１を凸形状としたり、凹形状とすることができる。換言すると、光学素子２を両凸形状のレンズとしたり、入射面２１が凹形状で射出面２２が凸形状のメニスカスレンズとすることができる。
【００２０】
光学素子２の構成を更に説明する。入射面２１は、投影光学系ＰＬの光軸に直交する平面である。投影光学系ＰＬの光軸は、実質的に投影光学系ＰＬを通過した後の収斂光束Ｌの中心光軸Ａ（軸Ａ）と一致する。したがって、入射面２１は、軸Ａに直交する。
入射面２１は、入射部位２１ｂと第１反射部位２１ｃとを有する。入射部位２１ｂは、収斂光束Ｌを軸Ａ近傍において入射させる部位である。入射部位２１ｂにおいて、光学素子２は光透過性を有している。望ましくは、入射部位２１ｂにおける収斂光束Ｌの光透過率は、１００％又はそれに近い値である。
典型的には、軸Ａは光学素子２のレンズ中心を通るので、入射部位２１ｂは、入射面２１におけるレンズ中心位置近傍に配置される。また、収斂光束Ｌが入射面２１上で合焦する場合、理論上は、入射面２１上での入射部位２１ｂは、「点」であってよい。しかしながら、入射部位２１ｂは、入射面２１上で収斂光束Ｌが占める領域のサイズに応じて、所定サイズの領域を有してもよい。例えば、入射部位２１ｂは、φ１ｍｍの円形状であってもよい。入射部位２１ｂは、実施形態では上述の所定の点２１ａと実質的に同じである。
第１反射部位２１ｃは、入射部位２１ｂから光学素子２内に入射した後の光を、入射部位２１ｂの周囲において内面反射させる部位である。第１反射部位２１ｃは、入射面２１において入射部位２１ｂを囲むように配置されている。すなわち、第１反射部位２１ｃは、入射部位２１ｂの領域内に至らなかった光ＥＬ（入射部位２１ｂから光学素子２内に入射できなかった光ＥＬ）を遮光する遮光部を兼ねている。
光学素子２は、第１反射部位２１ｃにおいて、収斂光束Ｌを反射率１００％又はそれに近い値で内面反射させる機能を有する。この第１反射部位２１ｃにおける反射率は、高反射率を有するアルミニウム等の金属蒸着、反射膜形成によって実現されてもよいし、第１反射部位２１ｃにおいて収斂光束Ｌが全反射することによって実現されてもよい。
射出面２２は、射出部位２２ａと第２反射部位２２ｂとを有する。射出部位２２ａは、光学素子２内部を経た後の収斂光束Ｌを軸Ａ近傍において射出させる部位である。射出部位２２ａにおいて、光学素子２は光透過性を有している。望ましくは、射出部位２２ａにおける収斂光束Ｌの光透過率は、１００％又はそれに近い値である。
軸Ａは光学素子２のレンズ中心を通るので、射出部位２２ａは、射出面２２におけるレンズ中心位置近傍に配置される。射出部位２２ａは、開き角χ１以下で入射部位２１ｂから光学素子２内に入射した収斂光束Ｌが射出面２２から射出することができる程度の大きさを有する。
第２反射部位２２ｂは、入射部位２１ｂから光学素子２内に入射した後の光を、射出面２２において内面反射させる部位である。第２反射部位２２ｂは、射出面２２において射出部位２２ａを囲むように配置されている。第２反射部位２２ｂは、開き角χ１以下で入射部位２１ｂから光学素子２内に入射した収斂光束Ｌのすべて（ただし、光学素子２内で内面反射することなく、直接的に射出部位２２ａから射出するものを除く。）を射出面２２において内面反射することができる程度の位置及び大きさで、射出面２２上に形成されている。例えば、射出面２２において、射出部位２２ａ以外のすべての部分が第２反射部位２２ｂであってもよい。
光学素子２は、第２反射部位２２ｂにおいて、収斂光束Ｌを反射率１００％又はそれに近い値で内面反射させる機能を有する。この第１反射部位２１ｃにおける反射率は、高反射率を有するアルミニウム等の金属蒸着、反射膜形成によって実現されてもよいし、第２反射部位２２ｂにおいて収斂光束Ｌが全反射することによって実現されてもよい。
【００２１】
光学素子２に入射する収斂光束Ｌは以下に示す通りに進行する。すなわち、開き角χ１を有する収斂光束Ｌは、収斂光束Ｌの光量重心を結ぶ線である中心軸Ａと光学素子２の入射面２１とが直交するように、入射面２１の入射部位２１ｂから光学素子２に入射する。光学素子２に入射した収斂光束Ｌのうち開き角が一定未満である光は射出面２２で反射されることなく射出部位２２ａを通過し、光学素子２外へと射出する。射出面２２で反射されることなく射出部位２２ａを通過した光は、バンドルファイバ３に向かって進み、少なくともその一部は入射端面３２からバンドルファイバ３の内部に進む。
【００２２】
光学素子２に入射した収斂光束Ｌのうち開き角が一定以上である光、すなわち射出面２２で反射されることなく射出部位２２ａを通過する光以外の光は、第２反射部位２２ｂにおいて内面反射される。第２反射部位２２ｂにおいて内面反射された光は、第１反射部位２１ｃにおいて内面反射されて射出面２２の方に向かい、射出部位２２ａから光学素子２外へと射出する。
入射部位２１ｂから入射して、第２反射部位２２ｂ及び第１反射部位２１ｃにおいて内面反射し、射出部位２２ａから射出する光のうち、入射部位２１ｂにおける入射角が最大の光の入射角は、χ１／２である。この場合において、入射部位２１ｂから入射する収斂光束Ｌの開き角はχ１である。一方、開き角χ１の収斂光束Ｌが射出部位２２ａから射出する際の開き角はχ２である。開き角χ２は開き角χ１より小さい。
【００２３】
光学素子２は、射出した収斂光束Ｌの集光位置Ｐを、光学素子２の射出面２２とバンドルファイバ３の入射端面３２との間に形成する。光学素子２から射出した収斂光束Ｌは、集光位置Ｐを通過した後においては発散しながらバンドルファイバ３の側に進み、入射端面３２からバンドルファイバ３の内部に進む。
【００２４】
バンドルファイバ３は、複数の光ファイバ３１が１本に束ねられたものである。バンドルファイバ３では、バンドルファイバ３を直線状に延ばした場合に長さ方向と直交する断面は実質的に円形状である。バンドルファイバ３の入射端面３２は、光学素子２の射出面２２と対向しており、凸形状の球面とされている。射出面２２から射出した光は、入射端面３２からバンドルファイバ３の内部に入射し、バンドルファイバ３の射出端面３３から射出して、光電変換器２４に至る。
【００２５】
図４は、図３に示すバンドルファイバ３の模式的な断面図である。図４に示す通り、実施形態のバンドルファイバ３では、球面とされた入射端面３２の周縁３２ａは円形状である。この周縁３２ａを含む平面を断面Ｒとすると、図４に示す例では、断面Ｒは、球面である入射端面３２の曲率中心Ｑと集光位置Ｐとの間に位置する。図４では、開き角α１の収斂光束Ｌがバンドルファイバ３の入射端面３２からバンドルファイバ３内に入射するようになっている。なお、図４においては、収斂光束Ｌが集光位置Ｐから発散しつつバンドルファイバ３に向かっているが、収斂光束Ｌと同一の光であるので、発散か収斂かにかかわらず収斂光束Ｌの名称を用いることとする。
【００２６】
図５は、球面である入射端面３２の曲率中心Ｑが、入射端面３２の周縁３２ａを含む断面Ｒの上に位置する場合のバンドルファイバ３の模式的な断面図である。図５では、開き角α２の収斂光束Ｌがバンドルファイバ３の入射端面３２からバンドルファイバ３内に入射するようになっている。なお、図５においても、上記と同様の理由から、収斂光束Ｌの名称を用いることとする。
図４と図５とを比較すると、曲率中心Ｑが断面Ｒの上に位置する図５に示す例よりも、曲率中心Ｑが断面Ｒに対して入射端面３２と反対側に位置する図４に示す例の方が、開き角がより大きい収斂光束Ｌを入射端面３２に入射させることができる。すなわち、図５に示す例においては、周縁３２ａ近傍において入射端面３２に入射する光が入射端面３２と略平行となるため、入射端面３２に入射しようとする光は、入射端面３２においてその多くが反射され、殆ど入射されなくなるため集光効率が低下する。その結果、図４に示す例の方が、集光装置１による集光効率は高くなる。したがって、断面Ｒは入射端面３２の曲率中心Ｑと集光位置Ｐとの間に位置することが望ましい。
【００２７】
図６は、図３に示すバンドルファイバ３の入射端面３２の近傍の模式的な断面図である。図６に示す断面において、長さｄは入射端面３２の周縁３２ａが呈する円形状の半径、すなわち実質的にバンドルファイバ３の半径を示しており、長さｒは入射端面３２の曲率半径を示している。ここで、ｄ＝ｒの場合、すなわちバンドルファイバ３の半径と入射端面３２の曲率半径とが等しい場合を検討する。このとき、曲率中心Ｑは周縁３２ａを含む断面Ｒ上にある。
集光位置Ｐから入射端面３２へと向かう光のうち開き角が最大のものが入射端面３２に到達した到達点を点Ｆとする。つまり図６において、集光位置Ｐから入射端面３２に向かう接線の入射端面３２との接点が点Ｆである。このとき、点Ｆにおいて入射端面３２と接する平面を平面Ｔ、点Ｆにおける平面Ｔの法線を線ｔと定義する。軸Ａと平行であって点Ｆを通る線を線Ａ´と定義する。角度φは、線ｔと線Ａ´とがなす角度である。角度ψは、集光位置Ｐから点Ｆに向かう光と、軸Ａとがなす角度である。図６の断面において、集光位置Ｐから点Ｆに向かう光は平面Ｔと平行である。また、軸Ａと線Ａ´とが平行である。
仮に、角度ψが５５°である場合、角度φは３５°である。この場合において、集光位置Ｐから点Ｆに向かう光は入射端面３２への入射角が９０°となり、入射端面３２からバンドルファイバ３内へと入射することができない。バンドルファイバ３の周縁３２ａ近傍において、集光位置Ｐからの光を効率よくバンドルファイバ３内へと入射させるためには、ｒ＞ｄである必要がある。これは、「曲率中心Ｑが断面Ｒに対して入射端面３２と反対側に位置する方が入射端面３２の周縁３２ａ近傍における光の入射効率がよい」ことと略同義である。
【００２８】
次に、バンドルファイバ３の入射端面３２に入射する光の進路について説明する。図７は、図３に示すバンドルファイバ３を構成する１本の光ファイバ３１に光が入射する様子を示す図である。図７の光ファイバ３１は、バンドルファイバ３中の複数の光ファイバのうち、図３に示した周縁３２ａに近い領域Ｓ内に端面を有するもののうちの１本である。光ファイバ３１は、コア３１ｂとクラッド３１ｃとを有する。例えば、コア３１ｂは合成石英によって形成され、クラッド３１ｃは蛍石によって形成される。バンドルファイバ３の入射端面３２は全体的に凸形状の球面である。１本の光ファイバ３１の入射端面３１ａはバンドルファイバ３の入射端面３２の大きさに比べて小さいので、図７においては、説明容易のために、入射端面３１ａは軸Ａに対する傾斜平面として示している。
【００２９】
図７に示すように、入射端面３１ａに光線Ｖが入射している。光線Ｖの進行方向は、矢印によって示されている。光線Ｖが入射端面３１ａからコア３１ｂの内部に入射した後にコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面に到達すると、その一部が屈折して光線ｗとしてクラッド３１ｃ側へと漏出する。図７には、光線Ｖの光ファイバ３１への入射位置を通り、軸Ａと平行な中心線Ａ´´を一点鎖線で示し、光線Ｖの入射位置における入射端面３１ａの法線Ｇを破線で示し、光線Ｖのクラッド３１ｃへの到達位置におけるコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面の法線Ｊを二点鎖線で示している。光ファイバ３１の延長方向は、軸Ａと平行であるので、中心線Ａ´´と法線Ｊとは直交している。
【００３０】
角度θは、中心線Ａ´´と、光線Ｖの入射端面３１ａへの入射方向とがなす角度である。角度δは、中心線Ａ´´と、法線Ｇとがなす角度である。角度αは、入射端面３１ａからコア３１ｂ内に入射した光線Ｖと中心線Ａ´´とがなす角度である。角度βは、コア３１ｂ内を進行する光線Ｖと法線Ｊとがコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面においてなす角度である。角度γは、クラッド３１ｃ内を進行する光線ｗと法線Ｊとがコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面においてなす角度である。コア３１ｂを構成する材料の屈折率をｎ１と仮定し、クラッド３１ｃを構成する材料の屈折率をｎ２と仮定する。
【００３１】
集光装置１での集光効率を向上させるためには、入射端面３１ａにおけるコア３１ｂ内への光線Ｖの入射率（コア３１ｂへ向かう光線Ｖのうちコア３１ｂ内部に入射する光線Ｖの割合）を向上させることが有効である。入射端面３１ａにおける光線Ｖのフレネル反射を５０％未満に抑えるために、例えば、角度θと角度δとの和である角度（θ＋δ）（＝入射端面３１ａにおける光線Ｖの入射角）は０°≦角度（θ＋δ）＜８０°であることが好ましい。角度（θ＋δ）≧８０°となると、光線Ｖの入射端面３１ａにおけるフレネル反射率が５０％以上となり、角度（θ＋δ）＜８０°の場合に比較して光線Ｖのコア３１ｂ内への入射率が低くなってしまう。それに伴い、光ファイバ３１の集光効率が低下する。なお、角度（θ＋δ）≧９０°となると光線Ｖは入射端面３１ａに入射することができない。したがって、角度（θ＋δ）＜９０°である必要がある。
【００３２】
次に、入射端面３１ａにおける光の屈折を考える。スネルの法則より、以下の式（１）が成立する。
【００３３】
ｓｉｎ（θ＋δ）＝ｎ１ｓｉｎ（α＋δ）  ・・・（１）
式（１）より、以下の式（２）が成立する。
【００３４】
α＝ｓｉｎ−１｛ｓｉｎ（θ＋δ）／ｎ１｝−δ  ・・・（２）
次に、コア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面における光の屈折を考える。スネルの法則より、以下の式（３）が成立する。
【００３５】
ｎ１ｓｉｎβ＝ｎ２ｓｉｎγ  ・・・（３）
コア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面で光線が全反射するためには、γ＝９０°のときのβを求め、βがその角度より大きい角度である必要がある。γ＝９０°のとき、ｓｉｎβ＝ｎ２／ｎ１であるので、全反射の条件は以下の式（４）の通りとなる。
【００３６】
ｓｉｎβ＞ｎ２／ｎ１  ・・・（４）
ところで、上述の通り中心線Ａ´´と法線Ｊとは直交する。したがって、以下の式（５）が成立する。
【００３７】
β＝９０°−α  ・・・（５）
式（４）及び式（５）より、以下の式（６）が成立する。
【００３８】
ｃｏｓα＞ｎ２／ｎ１  ・・・（６）
したがって、入射端面３１ａからコア３１ｂの内部に入射した光が、クラッド３１ｃ側に射出することなく、コア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面において全反射してコア３１ｂの内部を進行するためには、この実施形態において式（６）を満足すればよい。
【００３９】
コア３１ｂを構成する材料の屈折率ｎ１が１．５６５４であり、クラッド３１ｃを構成する材料の屈折率ｎ２が１．５６０４である場合を想定する。その場合、式（４）を満足するためには、式（４）より、角度β＞８５．４°である必要がある。したがって、角度βが、８５．４°＜β＜９０°を満足すれば、入射端面３１ａからコア３１ｂの内部に入射した光がクラッド３１ｃ側に射出することなく、コア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面において全反射する。角度βを上述の範囲内に設定することで、バンドルファイバ３での光伝達効率を向上させることができ、その結果、集光装置１の集光効率を向上させることができる。
【００４０】
図８は、図７において角度βが８５．４°となる場合と、角度βが９０°となる場合とのそれぞれの場合において、角度θと角度δとの関係を示す図である。線ｍは角度βが８５．４°となる場合の角度θと角度δとの関係を示しており、線ｓは角度βが９０°となる場合の角度θと角度δとの関係を示している。角度θと角度δとの関係は、線ｍ及び線ｓのいずれについても式（２）及び（５）により特定される。８５．４°＜角度β＜９０°を満足する場合における角度θ及び角度δの取り得る値は、図８中の線ｓと線ｍとの間の領域に存在する。
【００４１】
収斂光束Ｌを入射端面３１ａに入射させるためには、角度（θ＋δ）（＝入射端面３１ａにおける光線Ｖの入射角）は９０°未満である必要がある。ここで、角度θ≧０°、角度δ≧０°である。図８のグラフにおける線ｋは、角度（θ＋δ）＝９０°の関係を満足する直線である。図８における斜線部分、すなわち角度θ≧０°、角度δ≧０°の条件において、線ｓと線ｍと線ｋとで囲まれた領域は、角度（θ＋δ）＞９０°と８５．４°＜角度β＜９０°とを満足する領域である。換言すれば、コア３１ｂの屈折率ｎ１＝１．５６５４、クラッド３１ｃの屈折率ｎ２＝１．５６０４との前提で、入射端面３１ａから入射した光線Ｖがコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界において全反射するという条件を満足する場合の、角度θ及び角度δの取り得る値を示す領域である。つまり、コア３１ｂとクラッド３１ｃの屈折率ｎ１，ｎ２が上記の値の場合に、この斜線領域内に角度θと角度δとを設定すれば、集光装置１の集光効率を向上させることができる。
【００４２】
上述の通り、実施形態の集光装置１は光学素子２とバンドルファイバ３とを有し、バンドルファイバ３の入射端面３２は、光学素子２の射出面２２と対向しており、凸形状の球面を呈している。入射端面３２に入射する光のうち、周縁３２ａに近い位置に入射する光の入射端面３２に対する入射角はそれより内側（すなわち、入射端面３２における中央に近い側）に入射する光の入射端面３２に対する入射角より大きい。周縁３２近傍において入射端面３２に入射する光は、それより内側に入射する光よりも入射の際の屈折角が大きい。周縁３２近傍に入射した光であっても、光ファイバ３１のコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面に対する入射角を、図９を用いて後述する比較例のものよりも大きくすることができ、その境界面における反射率を従来のものよりも高めることができる。その結果、クラッド３１ｃ側への光の射出を低減することができる。集光装置１は光学素子２以外に複数のレンズを有することなく、光量の損失を抑えながら、収斂光束Ｌを効率的に集光することができる。
【００４３】
図９は、光学素子２と、入射端面３２が軸Ａと直交する平面であるバンドルファイバ３´とを有する、比較例による集光装置１´の模式的な構成図である。図９の集光装置１´では、入射端面３２が、軸Ａと直交する平面とされている。図３に示す実施形態の集光装置１では、バンドルファイバ３の入射端面３２は凸形状の球面を呈している。そのため、図３においては、入射端面３２の周縁３２ａ近傍に入射する収斂光束Ｌは、図９の集光装置１´において周縁３２ａ近傍に入射する収斂光束Ｌより大きい入射角で入射端面３２から光ファイバ３１内に入射する。その収斂光束Ｌが光ファイバ３１のコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面に入射する際の入射角も、図９の集光装置１´における収斂光束Ｌが光ファイバのコアとクラッドとの境界面に入射する際の入射角より大きい。図３における光ファイバ３１では、図９における光ファイバよりも多くの光がクラッド３１ｃ側へと射出することなくコア３１ｂ内部を進行することとなる。図３の集光装置１の集光効率は、図９の集光装置１´の集光効率より高いものとなる。なお、本実施形態において、図２に示す光電変換器２４は、ウエハステージＷＳＴの外側に配置されていてもよい。
【００４４】
一方、図９の集光装置１´においては、入射端面３２の周縁３２ａ近傍に入射する収斂光束Ｌは、図３の集光装置１の場合の収斂光束Ｌよりも小さい入射角で入射端面３２から光ファイバ内に入射する。その結果、その収斂光束Ｌが光ファイバのコアとクラッドとの境界面に入射する際の入射角も、図３の集光装置１における収斂光束Ｌが光ファイバ３１のコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面に入射する際の入射角より小さい。図９における光ファイバでは、図３における光ファイバ３１よりも多くの光がコアからクラッドへと射出してしまう。図９の集光装置１´の集光効率は、図３の集光装置１の集光効率よりも低いものとなる。
【００４５】
なお、本実施形態では、露光装置の一例として、図１に示すステップ・アンド・スキャン方式の露光装置１００を示した。しかしながら、露光装置は例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置であってもよく、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置１００に限定されない。
【００４６】
本実施形態では、光学素子２の入射面２１は平面であるが、入射面２１は平面には限定されない。光学素子２は、入射面２１上の所定の点２１ａに入射する収斂光束Ｌの開き角χ１よりも、収斂光束Ｌが光学素子２を経て射出面２２から射出する際の開き角χ２を減少させるものであればよい。
【００４７】
本実施形態では、入射部位２１ｂが所定の点２１ａと実質的に同じであるとして説明した。ここにおいて、必ずしも所定の点２１ａと入射部位２１ｂとを実質的に同じにしなくとも良い。すなわち、所定の点２１ａが必ずしも軸Ａ近傍に位置するとは限らない。また、所定の点２１ａは、入射面上の点であって収斂光束が入射する点であるが、原理上は「点」であるものの、実際上は必ずしも「点」でなく、一定の領域である場合がある。
【００４８】
本実施形態では、バンドルファイバ３の入射端面３２は凸形状の球面を呈している。しかしながら、入射端面３２は凸形状であればよく、球面形状であるとは限定されない。入射端面３２が凸形状であれば、集光装置１は光学素子２以外に複数のレンズを有することなく、光量の損失を抑えて収斂光束Ｌを効率的に集光することができる。
【００４９】
本実施形態では、図６を用いて説明した通り、バンドルファイバ３において、入射端面３２の曲率半径ｒは、入射端面３２の周縁３２ａを含む断面Ｒの半径ｄより大きい。曲率半径ｒが断面Ｒの半径ｄの１．２倍より大きい（ｒ＞１．２ｄ）場合は、バンドルファイバ３の周縁３２ａ近傍において入射端面３２からコア３１ｂ内に入射した光がコア３１ｂとクラッド３１ｃとの境界面に入射する際の入射角が、ｒ≦１．２ｄの場合よりも大きくなる。ｒ＞１．２ｄの場合、ｒ≦１．２ｄの場合よりも光がクラッド３１ｃ側に射出し難くなり、コア３１ｂ内へ反射され易くなる。そのため、集光装置１における集光効率が向上する。したがって、ｒ＞１．２ｄであることが、集光装置１の集光効率向上の点で好ましい。更に、ｒ＞１．４ｄであることは、集光装置１の集光効率向上の点で、更に好ましい。
【００５０】
本実施形態では、バンドルファイバ３の入射端面３２は凸形状の球面を呈している。しかしながら、入射端面３２は凹形状であってもよい。図１０は、入射端面３２が凹形状であるバンドルファイバ３を有する集光装置１の模式的な断面図である。入射端面３２が凹形状である場合、バンドルファイバ３は、光学素子２の射出面から射出した収斂光束Ｌが収斂する前に入射端面３２に入射するように配置されることが好ましい。その場合においても、光学素子２以外に複数のレンズを用いることなく、光量の損失を抑えて収斂光束Ｌを効率的に集光することができる。
【００５１】
本実施形態では、集光装置１は光学素子２とバンドルファイバ３とを有する。しかしながら、集光装置１は、光学素子２の代わりに、光学素子２とは別の光学系を有してもよい。その光学系は、光学素子２と同様に、光の入射面と射出面とを有しており、入射面上の所定の点に入射する収斂光束の開き角よりも、収斂光束が光学系を経て射出面から射出する際の開き角を減少させるものである。言い換えると、光学素子２は光学系の一例である。
【００５２】
本実施形態の露光装置１００又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたレチクル（マスク）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００５３】
言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施例の露光装置１００（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写し、その基板を現像するリソグラフィ工程と、そのパターンの像が転写されたその基板をそのパターンの像に基づいて加工する工程（ステップ２２４のエッチング等）とを含んでいる。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１，１´：集光装置
２：光学素子
３，３´：バンドルファイバ
１０：照明系
２１：入射面
２１ａ：所定の点
２１ｂ：入射部位
２１ｃ：第１反射部位
２２：射出面
２２ａ：射出部位
２２ｂ：第２反射部位
２４：光電変換器
３１：光ファイバ
３１ａ：入射端面
３１ｂ：コア
３１ｃ：クラッド
３２：入射端面
３２ａ：周縁
３３：射出端面
５８ａ：突設部
５９：空間像計測装置
１００：露光装置
Ａ：軸（中心軸）
Ａ´，ｋ，ｍ，ｓ，ｔ，：線
Ａ´´：中心線
ＥＬ：光
Ｆ：点
Ｈ：ウエハ
Ｌ：収斂光束
Ｍ：レチクル
Ｐ：集光位置
ＰＬ：投影光学系
Ｑ：曲率中心
Ｒ：断面
ＲＳＴ：レチクルステージ
Ｓ：領域
Ｔ：平面
Ｖ：光線
ｗ：光線
ＷＳＴ：ウエハステージ
Ｇ：法線
Ｊ：法線
ｄ：入射端面の最周縁の境界を結んだ断面の半径
ｒ：入射端面の曲率半径
α，β，γ，θ，δ，φ，ψ：角度
χ１，χ２：開き角
【図１】
2014126786.tif 000003
【図２】
2014126786.tif 000004
【図３】
2014126786.tif 000005
【図４】
2014126786.tif 000006
【図５】
2014126786.tif 000007
【図６】
2014126786.tif 000008
【図７】
2014126786.tif 000009
【図８】
2014126786.tif 000010
【図９】
2014126786.tif 000011
【図１０】
2014126786.tif 000012
【図１１】
2014126786.tif 000013