(57)【要約】【課題】  高解像度を有する露光装置において高精度に露光量を制御することができる露光装置を提供する。【解決手段】  照明光学系を介した露光光により照明されたマスク８上のパターンを感光性基板１０上に露光する露光装置において、前記照明光学系の光軸に略直交する面内に配置され、前記露光光の一部を検出光として抽出する抽出手段１５と、前記抽出手段１５により抽出された前記検出光の光量を検出する検出手段１３とを備える。【選択図】  図１
2006222344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系を介した露光光により照明されたマスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記照明光学系の光軸に略直交する面内に配置され、前記露光光の一部を検出光として抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記検出光の光量を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記抽出手段は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記照明光学系はオプティカルインテグレータを備え、
前記抽出手段は、前記オプティカルインテグレータと前記マスクとの間の光路中に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
前記抽出手段は、前記照明光学系を構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つを介して前記検出光が前記検出手段へ導かれるように構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
照明光学系を介した露光光により照明されたマスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記露光光の光路に沿って配置された前記照明光学系を構成する複数の光学部材の１つは前記露光光の一部を検出光として抽出する機能を有し、
前記検出光を抽出する機能を有する前記光学部材により抽出された前記検出光の光量を検出する検出手段を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記検出光を抽出する機能を有する前記光学部材は、複数の要素光学素子を備えるオプティカルインテグレータを有し、前記複数の要素光学素子のうちの一部の要素光学素子の射出面がチルトされていることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
前記一部の要素光学素子の射出面の曲率半径の大きさは、他の要素光学素子の射出面の曲率半径の大きさと異なることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【請求項８】
前記一部の要素光学素子は、前記オプティカルインテグレータに入射する前記露光光の大きさが変化しても前記露光光に対する前記検出光の割合を一定に維持することができるように配列されることを特徴とする請求項６または請求項７記載の露光装置。
【請求項９】
前記検出光を抽出する機能を有する前記光学部材は、回折機能を有することを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項１０】
前記検出光を抽出する機能を有する前記光学部材は、前記照明光学系を構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つを介して前記検出光が前記検出手段に導かれるように構成されることを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記検出手段は、被露光面と光学的に共役な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乃至請求項１０のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の露光装置を用いて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マイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子、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工程で製造するための露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスの一つである半導体素子は、通常、フォトリソグラフィ工程の手法を用いて基板上に所望の回路パターンを形成して製造される。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された感光性基板上に投影露光する投影露光装置が用いられている。
【０００３】
近年、半導体集積回路の高集積化、高密度化を実現するために、回路の線幅を更に細く、又は、パターンを更に精細にする必要が生じており、そのため、投影露光装置において解像度の向上が要求されている。解像度の向上を図るために露光光源波長の短波長化が進められており、露光光として波長が５０ｎｍより短いＥＵＶ光（極端紫外光）を用いてマスクのパターン像を感光性基板上に投影露光する投影露光装置が提案されている。
【０００４】
ここで、マスクの微細なパターンを高精度に感光性基板上に転写するためには最適な露光量により露光を行う必要があるが、露光量は露光光を射出する光源の出力変動等により変動するため、露光動作中における露光量を制御する必要がある。従来、投影露光装置においては、投影露光装置を構成する照明光学系内にハーフミラー等を配置し、このハーフミラー等により露光光の一部を検出光として抽出し、抽出された検出光の光量を計測し、その計測結果に基づいて露光量の変動を検出することにより露光量の調整を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の検出光を抽出するハーフミラー等は、検出光（露光光）の光量を正確に計測するために、照明光学系が備える開口絞り（開口絞りがない場合においては露光光の開口形状が定まった後）と視野絞り（露光領域（照明領域）が決定される前）との間に配置されていた。しかしながら、近年の露光装置においては、解像度を向上させるために照明光学系の開口数（ＮＡ）が大きくなっており、この大ＮＡ化に伴い発生する照明光学系の収差を補正するために、照明光学系がより多数の光学部材により構成されるため、各光学部材の間隔が狭くなっている。従って、照明光学系の光軸に対して傾けて設置しなければならないハーフミラー等を設置する領域を確保することが困難となっている。
【０００７】
また、ＥＵＶ光を露光光として用いる投影露光装置においては、ＥＵＶ光を透過させることができる屈折光学系が存在しないため照明光学系や投影光学系を反射光学部材により構成する必要があり、ハーフミラーを使用することができない。
【０００８】
この発明の課題は、高解像度を有する露光装置において高精度に露光量を制御することができる露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の露光装置は、照明光学系を介した露光光により照明されたマスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記照明光学系の光軸に略直交する面内に配置され、前記露光光の一部を検出光として抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記検出光の光量を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明の露光装置によれば、検出光を抽出する抽出手段が照明光学系の光軸に略直交する面内に配置されているため、照明光学系を構成する各光学部材の間隔が狭い場合においても抽出手段を設置する場所を確保することができる。従って、大きい開口数（ＮＡ）を有し、かつ大ＮＡ化に伴う収差を補正するために多数の光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、抽出手段を設置することができ、検出手段により検出光の光量を良好に検出することができる。
【００１１】
また、この発明の露光装置は、照明光学系を介した露光光により照明されたマスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記露光光の光路に沿って配置された前記照明光学系を構成する複数の光学部材の１つは前記露光光の一部を検出光として抽出する機能を有し、前記検出光を抽出する前記光学部材により抽出された前記検出光の光量を検出する検出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明の露光装置によれば、照明光学系を構成する、検出光を抽出する機能を有する光学部材を備えているため、照明光学系を構成する多数の光学部材間の間隔が狭い場合においても検出光を抽出するためだけの機能を有する光学部材を新たに設けることなく検出光を抽出することができる。従って、大きいＮＡを有し、大ＮＡ化に伴う収差を補正するために多数の光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、または極端紫外光を露光光として用いるため反射型光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、検出光を抽出する機能を有する光学部材により検出光の抽出を行うことができ、検出手段により検出光の光量を良好に検出することができる。
【００１３】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて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。
【００１４】
この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて適切な露光量により露光を行うことができるため、高スループットかつ高解像度でマイクロデバイスの製造を行うことができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の露光装置によれば、検出光を抽出する抽出手段が照明光学系の光軸に略直交する面内に配置されているため、照明光学系を構成する各光学部材の間隔が狭い場合においても抽出手段を設置する場所を確保することができる。従って、大きい開口数（ＮＡ）を有し、かつ大ＮＡ化に伴う収差を補正するために多数の光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、抽出手段を設置することができ、検出手段により検出光の光量を良好に検出することができる。
【００１６】
また、この発明の露光装置によれば、照明光学系を構成する、検出光を抽出する機能を有する光学部材を備えているため、照明光学系を構成する多数の光学部材間の間隔が狭い場合においても検出光を抽出するためだけの機能を有する光学部材を新たに設けることなく検出光を抽出することができる。従って、大きいＮＡを有し、大ＮＡ化に伴う収差を補正するために多数の光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、または極端紫外光を露光光として用いるため反射型光学部材により構成される照明光学系を備えた露光装置であっても、検出光を抽出する機能を有する光学部材により検出光の抽出を行うことができ、検出手段により検出光の光量を良好に検出することができる。
【００１７】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて適切な露光量により露光を行うことができるため、高スループットかつ高解像度でマイクロデバイスの製造を行うことができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態にかかる投影露光装置について説明を行う。図１は、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。この投影露光装置は、光源１、並びにリレー光学系２、フライアイインテグレータ（オプティカルインテグレータ）３、開口絞り４、回折光学素子１５、コンデンサ光学系５、視野絞り６及びリレーレンズ７ａ、ミラー７ｂ、リレーレンズ７ｃにより構成される照明光学系を備えている。
【００１９】
図１に示すように、光源１から射出した光束（露光光）は、リレー光学系２を介してフライアイインテグレータ３に入射する。なお、光源１が水銀放電ランプである場合にはリレー光学系２が波長選択フィルタを有し、光源１がエキシマレーザである場合にはリレー光学系２がデコヒーラ、デポラライザまたは瞳強度均一化光学系等を有する。フライアイインテグレータ３から射出した光束は、開口絞り４を通過することにより所定の光束断面形状（光束径）に調整される。なお、開口絞り４の代わりにＤＯＥ等の光学素子を用いて光束断面形状を決定するようにしてもよい。開口絞り４を通過した光束は、抽出手段としての回折光学素子（位相型回折格子）１５に入射する。
【００２０】
回折光学素子１５は、照明光学系の光軸に略直交する面内に配置されており、露光光の一部を検出光として抽出する機能を有している。図２は、回折光学素子１５の射出面の断面形状を示す図である。図２に示すように、回折光学素子１５は、バイナリの位相型回折格子であり、凸部の射出面１５ａの幅ａと凹部の射出面１５ｂの幅ｂが略等しい縞状のパターン形状を有している。ここで、露光光の波長をλとしたとき、射出面１５ａから射出した光と射出面１５ｂから射出した光の位相差が（ｎ＋０．５）λ（ｎは整数）となるように凸部と凹部の段差が設けられている場合、０次光の強度が略０となる。また、位相差がｎλとなるように凸部と凹部の段差が設けられている場合、０次光以外の回折光の強度が略０となる。即ち、回折光学素子１５の射出面１５ａと射出面１５ｂとの間の段差の大きさｃを変更することにより、０次光と０次光以外の回折光との強度比を任意に設定することができる。この第１の実施の形態においては、回折光学素子１５の射出面１５ａと射出面１５ｂとの間の段差の大きさｃは、回折光学素子１５を通過した光束の光エネルギのうち９０％程度が０次光となるように設定されている。
【００２１】
回折光学素子１５を通過した光束のうちの０次光は、露光光としてコンデンサ光学系５を通過して、視野絞り６の開口部６ａを通過することにより開口部６ａにより決定された所定の露光領域（照明領域）を照明する。視野絞り６の開口部６ａの大きさは、露光領域を変更することができるように可変に構成されており、後述するマスク８と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。一方、回折光学素子１５を通過した光束のうちの±１次光は、検出光としてコンデンサ光学系５を通過して、検出モニタ（検出手段）１３に入射する。検出モニタ１３は、後述する感光性基板１０面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。検出モニタ１３は検出光の光量を検出し、その検出結果は後述する制御部１２に対して出力される。
【００２２】
図３は、露光光及び検出光が視野絞り６面上を照明する領域を示す図である。領域２０は、露光光としての０次光により視野絞り６面上に形成される照明領域であり、視野絞り６の開口部６ａの大きさよりも若干大きくなるように設定されている。領域２１，２２は、検出光としての±１次光により視野絞り６面上に形成される照明領域である。また、図３に示す１３ａは、検出モニタ１３の受光面（検出面）を示している。領域２０〜２２の視野絞り６面上における位置は、回折光学素子１５の凸部と凹部との間隔（ピッチ）を調整することにより設定することができる。この実施の形態においては、領域２０と領域２１，２２とが重ならない位置であって離れすぎない位置に形成されるように、回折光学素子１５のピッチが調整されている。
【００２３】
視野絞り６の開口部６ａを通過した露光光（０次光）は、リレーレンズ７ａを通過して、ミラー７ｂにより反射され、リレーレンズ７ｃを通過して、マスク８上に到達する。マスク８に形成されているパターンは、露光光により照明され、投影光学系９を介して感光性基板１０上に投影される。なお、この実施の形態においては、視野絞り６とマスク８との間にリレー光学系（リレーレンズ７ａ，７ｃ，ミラー７ｂ）を備えているが、リレー光学系を備えることなくマスク８上またはその近傍に視野絞り６を配置するようにしてもよい。
【００２４】
また、この投影露光装置は、露光動作中における露光量を制御する制御部１２を備えている。制御部１２は、検出モニタ１３により出力される検出結果に基づいて、露光量の補正量を算出する。制御部１２は、算出された露光量の補正量に基づいて、光源１に対して制御信号を出力し、光源１から射出される露光光の光量の補正を行う。
【００２５】
この第１の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、検出光を抽出する回折光学素子（抽出手段）が照明光学系の光軸に略直交する面内に配置されているため、抽出手段としてのハーフミラー等を設置するスペースよりも狭いスペースに抽出手段としての回折光学素子を設置することができる。従って、大きい開口数を有する照明光学系の収差を補正するために多数の光学部材を設置した場合であって、ハーフミラー等を設置するためのスペースを確保することができない場合においても、回折光学素子を設置するスペースを確保することができ、検出モニタにより検出光（回折光）の光量を良好に検出することができる。
【００２６】
また、この第１の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、露光用の集光光学系としてのコンデンサ光学系（照明光学系を構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つ）を検出用の集光光学系の少なくとも一部と兼用することができるため、検出光専用の集光光学系の小型化、さらには検出光専用の集光光学系を不要とすることができる。
【００２７】
なお、この第１の実施の形態にかかる投影露光装置においては、抽出手段としての回折光学素子がフライアイインテグレータの射出面の近傍に配置されているが、フライアイインテグレータとマスクとの間の光路中のいずれかに配置すればよい。
【００２８】
また、この第１の実施の形態においては、０次光を露光光として露光を行っているが、±１次光以上の次数の回折光を露光光として露光を行ってもよい。また、この第１の実施の形態においては、±１次光を検出光として検出を行っているが、０次光または±２次光以上の回折光を検出光として検出を行ってもよい。
【００２９】
また、この第１の実施の形態に係る投影露光装置においては、検出光が照明光学系を構成するコンデンサ光学系５を介して検出モニタ１３に導かれているが、コンデンサ光学系５を介することなく、図４に示すような回折光学素子１６を介して、検出光を検出モニタ１３に導くようにしてもよい。図４（ａ）は回折光学素子１６の正面図、図４（ｂ）は回折光学素子１６のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、回折光学素子１６は円周状の凸部と凹部を有し、その間隔（ピッチ）は回折光学素子１６の中心部から周辺部に向かって細かくなっている。回折光学素子１６が回折格子及びコンデンサ光学系としての機能を有するため、回折光学素子１６を通過した露光光としての０次光は視野絞り６の開口部６ａ上に集光し、検出光としての±１次光は検出モニタ１３の検出面１３ａ上に集光する。この場合においては、コンデンサ光学系を設置する場所が不要となるため、装置のコンパクト化を実現することができる。
【００３０】
また、この第１の実施の形態にかかる投影露光装置においては、検出光が照明光学系を構成するコンデンサ光学系５を介して検出モニタ１３に入射しているが、コンデンサ光学系５を介することなく検出光が検出モニタ１３に入射するようにしてもよく、この場合には回折光学素子１５と検出モニタ１３との光路中の間に集光光学系を設置する。この場合においては、検出モニタ１３へ導く集光光学系を備えているため、視野絞り６面上またはその近傍以外の位置にフライアイインテグレータ３の射出面と光学的に共役な位置（ひいては、マスク８面及びウエハ１０面と光学的に共役な位置）を設けることができ、その位置に検出モニタ１３を配置することができるため、検出モニタ１３の配置の自由度を向上させることができる。
【００３１】
次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態にかかる投影露光装置についての説明を行う。図５は、第２の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。なお、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置は、第１の実施の形態にかかる投影露光装置を構成する回折光学素子１５を取り除き、フライアイインテグレータ３に代えてフライアイインテグレータ２０を備えている。従って、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成の詳細な説明は省略する。なお、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成には第１の実施の形態で用いたものと同一の符号を用いて説明を行う。
【００３２】
照明光学系を構成するフライアイインテグレータ２０は、面光源を形成する機能を有すると共に、フライアイインテグレータ２０に入射する光束の一部を検出光として抽出する機能を有する。図６は、図５に示すフライアイインテグレータ２０〜視野絞り６までの拡大図である。図６に示すように、フライアイインテグレータ２０は複数の要素光学素子２０ａ，２０ｂを備えており、要素光学素子２０ｂの射出面２０ｂｂは要素光学素子２０ａの射出面２０ａａに対してチルトしている。従って、フライアイインテグレータ２０に入射した光束のうち複数の要素光学素子２０ａに入射した光束は露光光として図６の実線Ａの方向に進行し、コンデンサ光学系５を介して視野絞り６の開口部６ａを通過する。一方、複数の要素光学素子２０ａ以外の要素光学素子（一部の要素光学素子）２０ｂに入射した光束は検出光として図６の破線Ｂで示す方向に進行し、コンデンサ光学系５を介して、検出モニタ１３に入射する。
【００３３】
フライアイインテグレータ２０の一部の要素光学素子２０ｂの射出面２０ｂｂの曲率半径の大きさは、他の要素光学素子２０ａの射出面２０ａａの曲率半径の大きさと異なっている。この実施の形態においては、要素光学素子２０ｂの射出面２０ｂｂの曲率半径の大きさが他の要素光学素子２０ａの射出面２０ａａの曲率半径の大きさより大きく設定されている。従って、要素光学素子２０ｂを通過した光束の光軸方向の結像位置と要素光学素子２０ａを通過した光束の光軸方向の結像位置とは異なる。即ち、要素光学素子２０ａを通過した光束は露光光として進行し、視野絞り６面上で結像するのに対し、要素光学素子２０ｂを通過した光束は検出光として進行し、検出モニタ１３の検出面１３ａ（図３参照）上で結像する。
【００３４】
また、要素光学素子２０ｂは、フライアイインテグレータ２０に入射する露光光の大きさが変化しても露光光に対する検出光の割合を一定に維持することができるように配列されている。即ち、図７（フライアイインテグレータ２０の正面図）に示すように、フライアイインテグレータ２０の全体の射出面２０ａａ，２０ｂｂに対して等間隔に配置されている。
【００３５】
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、照明光学系を構成する、検出光を抽出する機能を有するフライアイインテグレータを備えているため、照明光学系を構成する多数の光学部材間の間隔が狭い場合においても検出光を抽出するためだけの機能を有する光学部材（例えばハーフミラー）を新たに設けることなく検出光を抽出することができる。従って、大きい開口数（ＮＡ）を有し、大ＮＡ化に伴う収差を補正するために多数の光学部材により構成される照明光学系を備えた場合であっても、検出光を抽出する機能を有するフライアイインテグレータにより検出光の抽出を行うことができ、検出モニタにより検出光の光量を良好に検出することができる。
【００３６】
また、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、露光用の集光光学系としてのコンデンサ光学系（照明光学系を構成する複数の光学部材のうちの少なくとも１つ）を検出用の集光光学系の少なくとも一部と兼用することができるため、検出光専用の集光光学系の小型化、さらには検出光専用の集光光学系を不要とすることができる。
【００３７】
なお、この第２の実施の形態においては、フライアイインテグレータ２０の要素光学素子２０ｂの射出面２０ｂｂをチルトさせることにより露光光の一部を検出光として抽出しているが、図８に示すように、要素光学素子２０ｂの射出面２０ｂｂをチルトさせることなく、射出面２０ｂｂの近傍にプリズム等の光学素子２２を備えるようにしてもよい。光学素子２２は、光学素子２２を通過した検出光としての光束がコンデンサ光学系５を介して検出モニタ１３の検出面１３ａ上で結像するように構成されている。
【００３８】
また、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置においては、検出光が照明光学系を構成するコンデンサ光学系５を介して検出モニタ１３に入射しているが、コンデンサ光学系５を介することなく検出光が検出モニタ１３に入射するようにしてもよく、この場合にはフライアイインテグレータ３と検出モニタ１３との光路中の間に集光光学系を設置する。この場合においては、検出モニタ１３へ導く集光光学系を備えているため、視野絞り６面上またはその近傍以外の位置にフライアイインテグレータ３の射出面と光学的に共役な位置（ひいては、マスク８面及びウエハ１０面と光学的に共役な位置）を設けることができ、その位置に検出モニタ１３を配置することができるため、検出モニタ１３の配置の自由度を向上させることができる。
【００３９】
次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態にかかる投影露光装置についての説明を行う。図９は、第３の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。この投影露光装置は、約５〜４０ｎｍの波長の露光光を射出する光源装置５１、並びに集光光学系５３、反射型フライアイ光学系５４、開口絞り５５、ミラー５６、コンデンサ光学系５０及び視野絞り５７により構成される照明光学系を備えている。光源装置５１の光源４０は、ＹＡＧレーザ光源４１から射出したレーザ光を集光光学系４２で集光し、ノズル４３により供給される高濃度のガスターゲットに当てることにより得られる点状のＥＵＶ（極端紫外）光源である。なお、ＥＵＶ光源から射出するＥＵＶ波長の光は大気を透過できないため装置全体は図示しない真空チャンバに格納されている。
【００４０】
光源４０から射出した光束は、集光鏡４４により集光され集光光学系５３に入射する。集光光学系５３により反射され略平行に変換された光束は、反射型フライアイ光学系５４を構成する凹面鏡である要素光学素子が複数並列に配列された入射側反射型フライアイ光学系１５４に入射する。入射側反射型フライアイ光学系１５４に入射した光束は、入射側反射型フライアイ光学系１５４で反射され、開口絞り５５を介して、反射型フライアイ光学系５４を構成する凹面鏡である要素光学素子が複数配列された射出側反射型フライアイ光学系２５４に入射する。
【００４１】
入射側反射型フライアイ光学系１５４のそれぞれの要素光学素子及び射出側反射型フライアイ光学系２５４のそれぞれの要素光学素子は、一対一に対応した状態でそれぞれ配列されており、同一の焦点距離を有している。入射側反射型フライアイ光学系１５４に入射した光束は、入射側反射型フライアイ光学系１５４により波面分割される。入射側反射型フライアイ光学系１５４により波面分割された多数の光束は、開口絞り５５を介して、射出側反射型フライアイ光学系２５４に入射し、波面分割された個々の光束を１本ずつ受ける。ここで、入射側反射型フライアイ光学系１５４の要素光学系とマスク５８上の被露光面とは光学的に共役となるように配置されているため、射出側反射型フライアイ光学系２５４がケーラー照明における面光源となる。反射型フライアイ光学系５４により波面分割されて射出する光束は、マスク５８上で重畳することによりマスク５８上における高照度均一性を実現することができる。
【００４２】
図１０は、射出側反射型フライアイ光学系２５４の正面図である。図１０に示すように、射出側反射型フライアイ光学系２５４は複数の要素光学素子２５４ａ，２５４ｂを備えており、その複数の要素光学素子２５４ａ，２５４ｂのうちの一部の要素光学素子２５４ｂ（図中斜線部の要素光学素子）の反射面（射出面）は、その反射面から反射された光束が後述する検出モニタ（検出手段）７０に入射するように、他の要素光学素子２５４ａ（図中斜線部以外の要素光学素子）の反射面（射出面）に対してチルトしている。
【００４３】
また、射出側反射型フライアイ光学系２５４を構成する一部の要素光学素子２５４ｂは、反射型フライアイ光学系５４に入射する露光光の大きさが変化しても露光光に対する検出光の割合を一定に維持することができるように配置されている。即ち、図１０に示すように、一部の要素光学素子２５４ｂは、射出側反射型フライアイ光学系２５４の全体の反射面２５４ａ，２５４ｂに対して等間隔に配置されている。
【００４４】
図１１は、露光光（要素光学素子２５４ａにより反射された光束）が後述するマスク５８面上を照明する領域８１、及び検出光（一部の要素光学素子２５４ｂにより反射された光束）が後述する検出モニタ７０の検出面７０ａ上を照明する領域８２を示す図である。図１１に示すように、領域８１は露光光がマスク５８面上に形成する領域であり、領域８０はマスク５８上の照明領域（露光領域）である。領域８１の大きさは、領域８０の大きさよりも若干大きくなるように設定されている。また、領域８２は検出光が検出モニタ７０の検出面７０ａ上に形成する領域であり、領域８２の検出面７０ａ上における位置は射出側反射型フライアイ光学系２５４の一部の要素光学素子２５４ｂのチルト量を調整することにより設定することができる。この実施の形態においては、領域８１と領域８２とが重ならない位置であって離れすぎない位置に形成されるように、一部の要素光学素子２５４ｂが他の要素光学素子２５４ａに対してチルトしている。
【００４５】
また、射出側反射型フライアイ光学系２５４の各要素光学素子２５４ａ，２５４ｂのチルト量を調整することにより露光光が結像する高さ方向における位置（領域８０、即ちマスク５８面上）と検出光が結像する高さ方向における位置（領域８２、即ち検出面７０ａ上）との差を設定することができる。この実施の形態においては、図９に示すようにマスク５８面と検出モニタ７０との間に視野絞り５７が配置されているため、マスク５８面と検出モニタ７０との高さ方向における位置が異なっている。従って、露光光が結像する高さ方向における位置がマスク５８面上、検出光が結像する高さ方向における位置が検出面７０ａ上となるように、露光光が結像する高さ方向における位置と検出光が結像する高さ方向における位置との差が設定されている。
【００４６】
射出側反射型フライアイ光学系２５４を構成する要素光学素子２５４ａに入射した光束（露光光）は、要素光学素子２５４ａにより反射され、開口絞り５５を介してミラー５６に入射する。ミラー５６に入射した光束は、ミラー５６により反射され、コンデンサ光学系５０に入射して、コンデンサ光学系５０により反射され、視野絞り５７を通過して、マスク５８上に集光する。なお、開口絞り５５は照明光の開口数を決定するものであり、ミラー５６は光束の進行方向を変えるための平行鏡である。また、視野絞り５７の開口部の大きさは、露光領域を変更することができるように可変に構成されており、マスク５８面上の近傍に配置されている。
【００４７】
一方、射出側反射型フライアイ光学系２５４を構成する一部の要素光学素子２５４ｂに入射した光束（検出光）は、要素光学素子２５４ｂにより反射され、開口絞り５５を介してミラー５６に入射する。ミラー５６に入射した光束は、ミラー５６により反射され、コンデンサ光学系５６に入射して、コンデンサ光学系５６により反射され、検出モニタ７０に入射する。検出モニタ７０は、被露光面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。検出モニタ７０は検出光の光量を検出し、その検出結果は後述する制御部７２に対して出力される。
【００４８】
マスク５８の表面には、所定の回路パターンが形成されており、このマスク５８は、水平平面内に沿って２次元的に移動可能なマスクステージ（図示せず）に保持されている。このマスク５８により反射された光束は、反射型投影光学系５９を介してレジストが塗布された感光性基板６０上に結像される。そして感光性基板６０上には、円弧状のマスク５８のパターン像が投影転写される。なお、感光性基板６０は、水平平面内に沿って２次元的に移動可能な基板ステージ（図示せず）に保持されている。マスクステージ及び基板ステージを互いに反対方向へ移動させることにより、マスク５８上に形成されているパターン全体が反射型投影光学系２８を介して感光性基板６０上に走査露光される。
【００４９】
また、この投影露光装置は、露光動作中における露光量を制御する制御部７２を備えている。制御部７２は、検出モニタ７０により出力される検出結果に基づいて、露光量の補正量を算出する。制御部７２は、算出された露光量の補正量に基づいて、光源装置５１に対して制御信号を出力し、光源装置５１から射出される露光光の光量の補正を行う。
【００５０】
この第３の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、検出光を抽出する機能を有する射出側反射型フライアイ光学系を備えているため、照明光学系を構成する多数の光学部材間の間隔が狭い場合においても検出光を抽出するためだけの機能を有する光学部材を新たに設けることなく検出光を抽出することができる。また、ＥＵＶ光を露光光とする露光装置であって反射型光学部材のみにより構成される照明光学系を備えている場合であっても、検出光を抽出する機能を有する射出側反射型フライアイ光学系（反射型光学部材）により検出光の抽出を行うことができ、検出モニタにより検出光の光量を良好に検出することができる。
【００５１】
また、この第３の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、露光用の集光光学系としてのコンデンサ光学系（照明光学系を構成する少なくとも１つの光学部材）を検出用の集光光学系の少なくとも一部と兼用することができるため、検出光専用の集光光学系の小型化、さらには検出光専用の集光光学系を不要とすることができる。
【００５２】
なお、第３の実施の形態においては、射出側反射型フライアイ光学系の要素光学素子の射出面をチルトすることにより露光光の一部を検出光として抽出しているが、要素光学素子の射出面をチルトすることなく、ミラー５６が回折機能を有するようにし、露光光の一部を検出光として抽出するようにしてもよい。即ち、ミラー５６の回折機能により回折された回折光（例えば、±１次光）を検出光として抽出し、０次光を露光光として用いるようにしてもよい。また、ミラー５６の回折機能により回折された回折光（例えば、±１次光）を露光光として用い、０次光を検出光として用いてもよい。
【００５３】
また、開口絞り５５の近傍に回折機能を有する光学部材（例えば、回折光学素子）を備え、露光光の一部を検出光として抽出するようにしてもよい。また、入射側反射型フライアイ光学系１５４により反射され開口絞り５５に入射する光の光路と重複しない射出側反射型フライアイ光学系２５４により反射され開口絞り５５を通過した光の光路中であって、開口絞り５５の近傍に回折機能を有する光学部材（例えば、回折光学素子）を備え、露光光の一部を検出光として抽出するようにしてもよい。この場合においては、回折機能を有する光学部材により回折された回折光（例えば、±１次光）を検出光、０次光を露光光として、あるいは回折機能を有する光学部材により回折された回折光（例えば、±１次光）を露光光、０次光を検出光として用いる。
【００５４】
また、第３の実施の形態においては、検出光がミラー５６及びコンデンサ光学系５０により反射され、検出モニタ７０に入射しているが、ミラー５６及びコンデンサ光学系５０を介することなく検出光が検出モニタ７０に入射するようにしてもよく、この場合には反射型フライアイ光学系５４と検出モニタ７０との間の光路中に集光光学系を配置する。この場合においては、検出モニタ７０へ導く集光光学系を備えているため、マスク５６面上またはその近傍以外の位置に射出側反射型フライアイ光学系２５４の射出面と光学的に共役な位置（ひいては、マスク５８面及びウエハ６０面と光学的に共役な位置）を設けることができ、その位置に検出モニタ７０を配置することができるため、検出モニタ７０の配置の自由度を向上させることができる。
【００５５】
また、この第３の実施の形態においては、射出側反射型フライアイ光学系２５４の各要素光学素子２５４ａ，２５４ｂのチルト量を調整することにより露光光が結像する高さ方向における位置と検出光が結像する高さ方向における位置との差を設定しているが、射出側反射型フライアイ光学系２５４の一部の要素光学素子２５４ｂの反射面の曲率半径の大きさを調整することにより露光光が結像する高さ方向における位置と検出光が結像する高さ方向における位置との差を設けるようにしてもよい。一部の要素光学素子２５４ｂの反射面の曲率半径が他の要素光学素子２５４ａの反射面の曲率半径と異なる大きさを有することにより、検出光の光軸方向における結像位置を露光光の光軸方向における結像位置と異なる位置に設定することができる。
【００５６】
また、上述の各実施の形態においては、光源から射出される露光光の光量を調整することにより露光量の制御を行っているが、光源から射出される露光光の光量及び時間、開口絞りを通過する露光光の光量及び時間の少なくとも１つを調整することにより露光量の制御を行ってもよい。
【００５７】
上述の各実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系によってレチクル（マスク）を照明し、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（プレート）に露光することにより、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、上述の各実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてプレート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１２のフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
まず、図１２のステップＳ３０１において、１ロットのプレート上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのプレート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Ｓ３０３において、上述の各実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターン像が投影光学系を介して、その１ロットのプレート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Ｓ３０４において、その１ロットのプレート上のフォトレジストの現像が行なわれた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのプレート上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行なうことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各プレート上の各ショット領域に形成される。
【００５９】
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。上述のマイクロデバイスの製造方法によれば、上述の各実施の形態にかかる露光装置を用いて適切な光量を有する露光光により露光を行うため、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを高解像度及び高スループットで得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、プレート上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、プレート上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００６０】
また、上述の各実施の形態にかかる露光装置では、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１３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１３において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の各実施の形態にかかる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工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、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形成工程Ｓ４０２へ移行する。
【００６１】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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の組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ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Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ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。
【００６２】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４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、上述の各実施の形態にかかる露光装置を用いて適切な光量を有する露光光により露光を行うため、微細な回路パターンを有する液晶表示素子を高解像度かつ高スループットで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる回折光学素子の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる露光光と検出光が照明する照明領域の位置を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる他の回折光学素子の構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態にかかるフライアイインテグレータ〜視野絞りの構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態にかかるフライアイインテグレータの正面図である。
【図８】第２の実施の形態にかかる他のフライアイインテグレータ及びプリズムの構成を示す図である。
【図９】第３の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態にかかる射出側反射型フライアイ光学系の正面図である。
【図１１】第３の実施の形態にかかる露光光と検出光が照明する照明領域の位置を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１…光源、２…リレー光学系、３…フライアイインテグレータ、４，５５…開口絞り、５…コンデンサ光学系、６，５７…視野絞り、８…マスク、９…投影光学系、１０…感光性基板、１２，７２…制御部、１３，７０…検出モニタ、１５…回折光学素子、５０…コンデンサ光学系、５１…光源装置、５３…集光光学系、５４…反射型フライアイ光学系、５６…ミラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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