(57)【要約】【課題】光エネルギーの集中が抑制されるように光を照射すること。【解決手段】被照射面に光を照射する照明装置であって、光を分割して射出するように配列された複数のレンズエレメントと、柱状に形成され、レンズエレメントによる分割光を射出する光射出面を有し、光射出面がレンズエレメントの集光点の近傍に配置されたロッドレンズと、光射出面から射出される分割光を被照射面に重ね合わせる結像光学系とを備える。【選択図】図１
2011222594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射面に光を照射する照明装置であって、
前記光を分割して射出するように配列された複数のレンズエレメントと、
柱状に形成され、前記レンズエレメントによる分割光を射出する光射出面を有し、前記光射出面が前記レンズエレメントの集光点の近傍に配置されたロッドレンズと、
前記光射出面から射出される前記分割光を前記被照射面に重ね合わせる結像光学系と
を備える照明装置。
【請求項２】
前記ロッドレンズは、前記分割光の進行方向が長手になるように配置されている
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
複数の前記ロッドレンズは、長手方向の寸法が互いに異なる第一ロッドレンズ及び第二ロッドレンズを含んでいる
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記ロッドレンズは、前記レンズエレメントごとに設けられている
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光の進行方向に垂直な面による前記ロッドレンズの断面形状は、前記面による前記レンズエレメントの断面形状と相似である
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記レンズエレメントの光軸を中心とする回転方向において、前記レンズエレメント及び前記ロッドレンズの対応する部分同士が等しい角度位置に配置される
請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ロッドレンズは、前記光の進行方向に平行に形成された少なくとも一対の側面を有する
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
マスクに形成されたパターンを基板に投影して前記基板を露光する露光装置であって、
前記マスクに露光光を照明する照明装置と、
前記マスクを介した前記露光光を前記基板に投影する投影光学系と
を備え、
前記照明装置として、請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の照明装置が用いられる
露光装置。
【請求項９】
前記投影光学系は、投影レンズを有し、
前記照明装置の前記ロッドレンズは、前記投影レンズの瞳面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる
請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の露光装置を用いて前記基板を露光することと、
露光された前記基板を現像して、前記パターンに対応する露光パターン層を形成することと、
前記露光パターン層を介して前記基板を加工することと
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、照明装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップやフラットパネルディスプレイ等の電子デバイスの製造工程において、例えば特許文献１に開示されているような、露光光で基板を露光する露光装置が使用される。このような露光装置は、光源装置からの光をマスクに照射する照明装置を有している。照明装置は、例えばフライアイレンズを有しており、光源装置からの光束がフライアイレンズのレンズエレメントによって集光され、多数の光源からなる二次光源を形成する。
【０００３】
このように形成された二次光源は、当該集光された点光源の集合として構成されることになる。二次光源からの光束は、結像光学系によってマスクに重畳的に照明される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８３４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成の二次光源は、点光源の集合であるため、マスクを基準として二次光源と光学的に共役な位置、例えば投影光学系の瞳面（入射瞳面、射出瞳面、またはこれらの面と光学的に共役な面）などにおいて点として集中することになる。このため、集中した光のエネルギーにより、投影光学系に影響を与えてしまう場合がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明は、光エネルギーの集中が抑制されるように光を照射することが可能な照明装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、被照射面に光を照射する照明装置であって、光を分割して射出するように配列された複数のレンズエレメントと、柱状に形成され、レンズエレメントによる分割光を射出する光射出面を有し、光射出面がレンズエレメントの集光点の近傍に配置されたロッドレンズと、光射出面から射出される分割光を被照射面に重ね合わせる結像光学系とを備える照明装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様に従えば、マスクに形成されたパターンを基板に投影して基板を露光する露光装置であって、マスクに露光光を照明する照明装置と、マスクを介した露光光を基板に投影する投影光学系とを備え、照明装置として、本発明の照明装置が用いられる露光装置が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様に従えば、本発明の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像して、パターンに対応する露光パターン層を形成することと、露光パターン層を介して基板を加工することとを含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光エネルギーの集中が抑制されるように光を照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る照明装置を備えた露光装置の構成を示す図。
【図２】フライアイレンズの光路方向視における構成を示す図。
【図３】露光装置の一部の構成を示す模式図。
【図４】ロッドレンズの構成を示す図。
【図５】液晶表示素子を得る際の手法のフローチャート
【図６】露光装置の一部の構成を示す比較図。
【図７】導体デバイスを得る際の手法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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照明装置ＩＬを備えた露光装置ＥＸの構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板である基板Ｐの法線方向に沿ってＺ軸を、基板Ｐの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、基板Ｐ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。
【００１３】
図１の露光装置ＥＸは、露光光（照明光）を供給するための光源装置ＩＳと、光源装置ＩＳからの光をマスクＭに照明する照明装置ＩＬと、マスクＭの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳＴと、これら各部を制御する制御装置ＣＯＮＴとを有している。
【００１４】
光源装置ＩＳは、例えば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源または１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などの光源を備えている。光源装置ＩＳは、例えばビームエキスパンダー、減光フィルター、折り曲げミラー、ハービング、ビームスプリッターなどの光学系を有している。当該光源から射出された平行光は、これらの光学系を介して進行し、光源装置ＩＳから射出されて照明装置ＩＬに入射する。
【００１５】
照明装置ＩＬは、光源装置ＩＳからの光をマスクＭに照明する装置である。照明装置ＩＬは、例えばフライアイレンズ９、ロッドレンズＲＤ、開口絞り１０、コンデンサー光学系１１、マスクブラインド１２及び結像光学系１３を有している。結像光学系１３はミラーを含んでいる。
【００１６】
フライアイレンズ９は、例えば図２（ａ）に示すように、断面が例えば正方形状で正の屈折力を有する複数のレンズエレメント９ａを有している。各レンズエレメント９ａは、光軸が光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。
【００１７】
また、フライアイレンズ９は、例えば図２（ｂ）に示すように、断面が正六角形状で正の屈折力を有する複数のレンズエレメント９ａを有する構成であっても構わない。この場合においても、各レンズエレメント９ａは、それぞれの光軸が光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。各レンズエレメント９ａは、光の入射面（光源装置ＩＳに向いた面）が、例えば光源装置ＩＳ側に凸面となる球面状に形成され、光の射出面は例えば平面状に形成されている。以下の説明においては、レンズエレメント９ａの断面が図２（ａ）に示す正方形状に形成された場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
フライアイレンズ９に入射した光は複数のレンズエレメント９ａにより波面分割され、各レンズエレメント９ａの焦点に正方形状の分割光として集光される。この正方形状の分割光は、フライアイレンズ９の光路下流側に配置されたロッドレンズＲＤに入射するようになっている。
【００１９】
図３は、フライアイレンズ９及びその光路下流側の構成を示す図である。図４は、ロッドレンズＲＤの構成を拡大して示す図である。  
図３及び図４に示すように、ロッドレンズＲＤは、フライアイレンズ９のレンズエレメント９ａごとに設けられている。ロッドレンズＲＤは、それぞれレンズエレメント９ａの焦点の近傍に配置されている。ロッドレンズＲＤは、例えば底面が正方形の四角柱状に形成されている。ロッドレンズＲＤは、長手方向（高さ方向）が光軸ＡＸの方向に平行になるように配置されている。
【００２０】
ロッドレンズＲＤの光路上流側の底面は例えば光入射面ＩＦとなっており、光路下流側の底面は例えば光射出面ＲＦ（下流側）となっている。光入射面ＩＦは、例えば各レンズエレメント９ａによる光束の断面積よりも大きい面積を有するように形成されていることが好ましい。
【００２１】
例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）には、レンズエレメント９ａとロッドレンズＲＤとを対応させた状態で示している。図２（ａ）に示すように、ロッドレンズＲＤの断面形状は正方形状であり、例えばフライアイレンズ９の各レンズエレメント９ａの断面形状と相似形状となっている。レンズエレメント９ａの各光軸を中心とする回転方向において、レンズエレメント９ａ及びロッドレンズＲＤの対応する部分同士が等しい角度位置に配置されている。図２（ｂ）においても同様の説明が可能である。
【００２２】
図４に示すように、ロッドレンズＲＤの光入射面ＩＦから入射した分割光は、当該ロッドレンズＲＤ内において側面ＳＦによって反射されつつ下流側に進行し、光射出面ＲＦから射出される。したがって、ロッドレンズＲＤの光射出面ＲＦにおいて、実質的な面光源（二次光源）が形成されることになる。
【００２３】
ロッドレンズＲＤの側面ＳＦの構成について、例えばロッドレンズＲＤが平行な一対の側面ＳＦを有することが好ましい。本実施形態では、ロッドレンズＲＤは底面が正方形の四角柱であるため、このような平行な一対の側面ＳＦを二組有していることになる。また、図２（ｂ）で示した形状（底面が六角形状）のロッドレンズを採用する場合であれば、平行な側面が三組形成されることになるため、同様に好ましい例であるといえる。このように、ロッドレンズＲＤは、底面が２ｎ角形（ｎは２以上の自然数）となるように柱状に形成されていることが好ましい。
【００２４】
なお、フライアイレンズ９の各レンズエレメント９ａに対応して配置される複数のロッドレンズＲＤは、光軸ＡＸ方向の寸法が全て等しく形成されていても構わないし、一部のロッドレンズＲＤの寸法が異なっていても構わない。例えば、複数のロッドレンズＲＤのうち少なくとも１つは、可干渉距離以上に異なる長さを有していても構わない。
【００２５】
換言すると、複数のロッドレンズＲＤは、長手方向の寸法が互いに異なる第一ロッドレンズと第二ロッドレンズとを含んでいる。この第一ロッドレンズと第二ロッドレンズとについて、長手方向の寸法の差が可干渉距離より大きくなっていても構わない。この条件を満足する第一ロッドレンズと第二ロッドレンズとが少なくとも１組あればよい。ここで、「可干渉距離」とは、光（照明光／露光光）の中心波長λと波長幅（波長帯域幅）Δλとを用いて、次式で表される距離である。  
式：可干渉距離＝λ２／Δλ
【００２６】
図１に戻って、開口絞り１０は、ロッドレンズＲＤの近傍に配置されており、当該ロッドレンズＲＤの光射出面ＲＦによって形成される二次光源に対応した円形状の開口部（光透過部）を有している。ロッドレンズＲＤから射出された光は、開口絞り１０に入射する。開口絞り１０は、照明光路に対して例えば挿脱自在に構成され、且つ大きさの異なる円形状の開口部を有する複数の円形照明用開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。
【００２７】
開口絞り１０は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＦと光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。開口絞り１０を他の円形照明用開口絞りと切り換えて開口径を変化させることにより、マスクＭへの照明光のＮＡすなわち照明ＮＡを所望の値に設定するとともに、コヒーレンスファクター（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）を所望の値に設定する。
【００２８】
開口絞り１０を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系１１の集光作用を受けた後、その後側焦点面を重畳的に照明する。コンデンサー光学系１１の光路下流側の焦点面には、フライアイレンズ９のレンズエレメント９ａの断面形状と相似な矩形状の照野が形成される。この矩形状の照野が形成される位置、すなわちコンデンサー光学系１１を介してフライアイレンズ９の入射面と光学的に共役な位置には、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１２が配置されている。
【００２９】
マスクブラインド１２の矩形状の開口部（光透過部）を介した光は、結像光学系１３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。結像光学系１３は、マスクブラインド１２の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成する。マスクＭのパターンを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板である基板Ｐ上にマスクパターンの像を形成する。
【００３０】
なお、マスクＭは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内において二次元的に移動可能なマスクステージＭＳＴ上に保持されている。また、基板Ｐは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内において二次元的に移動可能な基板ステージＰＳＴ上に保持されている。こうして、投影光学系ＰＬの光軸と直交する平面（ＸＹ平面）内において基板Ｐ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、基板Ｐの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００３１】
例えば、本実施形態に係る露光装置ＥＸを用いて、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５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。
【００３２】
図５において、パターン形成工程５０１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。
【００３３】
次に、カラーフィルター形成工程５０２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５０２の後に、セル組み立て工程５０３が実行される。セル組み立て工程５０３では、パターン形成工程５０１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５０２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。
【００３４】
セル組み立て工程５０３では、例えば、パターン形成工程５０１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５０２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５０４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。
【００３５】
このように露光装置ＥＸを用いる場合、例えば、図６に示すように、ロッドレンズＲＤが設けられないと、フライアイレンズ１０９を介した光は、各レンズエレメント１０９ａの焦点においてそれぞれ集光される。このため、二次光源は、当該集光された点光源の集合として構成されることになる。このように、二次光源が点光源の集合である場合、マスクＭを基準として当該二次光源と光学的に共役な位置、例えば投影光学系ＰＬの瞳面ＰＦなどにおいては、二次光源の光が点として集中することになる。このため、集中した光のエネルギーにより、投影光学系ＰＬに影響を与えてしまう場合がある。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、図３に示すように、ロッドレンズＲＤの光射出面ＲＦの一つ一つが面光源となっている。すなわち、二次光源を構成する構成要素の一つ一つが面光源となっている。このため、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＦにおいては、光エネルギーの集中が抑制されることになる。
【００３７】
以上のように、本実施形態によれば、照明装置ＩＬが、被照射面であるマスクＭに光を照射する照明装置ＩＬであって、光を分割して射出するように配列された複数のレンズエレメント９ａと、柱状に形成され、レンズエレメント９ａによる分割光を射出する光射出面ＲＦを有し、光射出面ＲＦがレンズエレメント９ａの集光点の近傍に配置されたロッドレンズＲＤと、光射出面ＲＦから射出される分割光をマスクＭに重ね合わせる結像光学系１３とを備え、ロッドレンズＲＤの光射出面ＲＦの一つ一つによって二次光源を形成するため、光エネルギーの集中を抑制しつつ光を照射することが可能となる。これにより、投影光学系ＰＬへの影響を抑制することができる。
【００３８】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。  
例えば、上記の露光装置ＥＸを用いて、照明装置ＩＬによってマスクＭを照明し、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形成された転写用のパターンを感光性基板Ｐ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。
【００３９】
図７は、マイクロデバイスの製造工程を示すフローチャートである。  
図７のステップ７０１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７０２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７０３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。
【００４０】
その後、ステップ７０４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７０５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。
【００４１】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【符号の説明】
【００４４】
ＥＸ…露光装置  ＩＬ…照明装置  Ｐ…基板  Ｍ…マスク  ＰＬ…投影光学系  ＣＯＮＴ…制御装置  ＲＤ…ロッドレンズ  ＡＸ…光軸  ＩＦ…光入射面  ＲＦ…光射出面  ＳＦ…側面  ＰＦ…瞳面  ９…フライアイレンズ  ９ａ…レンズエレメント  １３…結像光学系
【図１】
2011222594.tif 000003
【図２】
2011222594.tif 000004
【図３】
2011222594.tif 000005
【図４】
2011222594.tif 000006
【図５】
2011222594.tif 000007
【図６】
2011222594.tif 000008
【図７】
2011222594.tif 000009