(57)【要約】【課題】  放電光源を交換することなく容易に被照射面を照明する光の照度を増大させることができる照明光学装置を提供する。【解決手段】  放電光源を有する第１の光源４と、前記第１の光源４からの光を集光する凹面鏡２と、レーザ光源を有する第２の光源１０とを備え、前記凹面鏡２により集光された前記第１の光源４からの光と前記第２の光源１０からの光により被照射面Ｍ１を照明する。【選択図】  図２
2005234120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電光源を有する第１の光源と、
前記第１の光源からの光を集光する凹面鏡と、
レーザ光源を有する第２の光源と
を備え、
前記凹面鏡により集光された前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光により被照射面を照明することを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記凹面鏡を介した前記第１の光源からの光は、前記第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域を形成し、
前記第２の光源は、前記無効領域に対して光を供給することを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記凹面鏡を介した前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを合成する合成手段を更に備え、
前記合成手段は、前記無効領域内に配置されることを特徴とする請求項２記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第１の光源からの光を所定の位置に導くリレー光学系を更に備え、
前記合成手段は、前記リレー光学系内に配置されることを特徴とする請求項３記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記合成手段は、前記リレー光学系の瞳または該瞳の近傍に配置されることを特徴とする請求項４記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記合成手段は、前記凹面鏡の反射面の共役な位置またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項３または請求項４記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記照明光学装置の光路中であって前記第１の光源からの光が通過しない位置に配置されて、前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを合成する合成手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記合成手段は、反射鏡を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記凹面鏡は、二次曲面鏡を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記第２の光源は、固体光源を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記合成手段により合成された前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光の光路中に入射端が位置決めされたライトガイドを更に備えることを特徴とする請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記第２の光源からの光は、前記ライトガイドの入射端を略ケーラー照明することを特徴とする請求項１１記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記ライトガイドは、該ライトガイドの入射端に入射する光をミキシングし、複数に分割して複数の射出端から射出させることを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の照明光学装置。
【請求項１４】
感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、
前記マスクを照明するための請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、
請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、
前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体集積回路、液晶表示素子等の製造に用いられる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該照明光学装置を用いた露光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液晶表示素子は、通常、ガラス基板（プレート）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子及び電極配線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プレート上に投影露光する投影露光装置が用いられている。
【０００３】
従来、マスクとプレートとの相対的な位置合わせを行った後に、マスクに形成されたパターンをプレート上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域の露光を行うステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（所謂、ステッパー）が多用されていた。
【０００４】
ここで、投影露光装置が備える照明光学装置は、光源として主に超高圧水銀ランプ等の放電光源を備えており、この放電光源から射出した光が楕円ミラー等により反射され集光するように構成されている。しかしながら、ランプの大きさや電気的な配線の都合等により、楕円ミラーはその頂点周辺に一定量くり貫かれた空洞部を有し、その空洞部に到達した放電光源からの光は反射されずマスク上に到達することができない。空洞部を有しない楕円ミラーを用いた場合においても、楕円ミラーにより反射された光の一部は、ランプ及びランプの電極等に遮られマスク上に到達することができない。即ち、放電光源から射出される光の一部が遮光されることにより、照明光学装置の光路中においては放電光源からの光が通過しない領域が形成される。
【０００５】
特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている照明光学装置によれば、照明光学装置の光路中に円錐状プリズム等を介在させ、放電光源からの光を寄せ集め、照明光学装置の光路中における放電光源からの光が通過しない領域を埋めることにより放電光源からの光束の均一化を図っている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−４３４１６号公報
【特許文献２】特開昭５８−１６０９１４号公報
【特許文献３】特開昭５９−１４３１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、液晶表示素子の大面積化に伴い、フォトリソグラフィ工程において用いられる投影露光装置の露光領域の拡大が望まれている。しかし、投影露光装置の露光領域を拡大した場合、スループットの低下やマスク、プレートのたわみによるフォーカスずれ等の問題が生じる。
【０００８】
フォーカスずれによる影響を小さくするためには、投影光学系の開口数（ＮＡ）を小さくすることにより焦点深度を増大させることが考えられるが、開口数を小さくすることにより、露光光の照度は低下する。従って、露光光の照度の低下を防止するためには光の輝度を向上させる必要があるが、光の輝度は光を射出する光源に依存する量であり、光学系の構成により向上させることができない。
【０００９】
上述の特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている照明光学装置では、放電光源からの光を寄せ集め、照明光学装置の光路中であって放電光源からの光が通過しない領域を埋めることにより光束の均一化を実現しているが、放電光源から射出される光量は変化しないためマスク上を照明する光の照度を増大させることはできない。また、既設の放電光源よりも高い輝度を有する光源を使用することもできるが、放電光源の高輝度化は多大な開発コストを要する等の理由により容易ではない。
【００１０】
この発明の課題は、放電光源を交換することなく容易に被照射面を照明する光の照度を増大させることができる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該照明光学装置を用いた露光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の照明光学装置は、放電光源を有する第１の光源と、前記第１の光源からの光を集光する凹面鏡と、レーザ光源を有する第２の光源とを備え、前記凹面鏡により集光された前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光により被照射面を照明することを特徴とする。
【００１２】
この請求項１記載の照明光学装置によれば、放電光源を有する第１の光源からの光とレーザ光源を有する第２の光源からの光により被照射面を照明するため、第１の光源からの光のみにより被照射面を照明する場合と比較して被照射面を照明する光の光量を増大させることができ、より高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の照明光学装置は、前記凹面鏡を介した前記第１の光源からの光が前記第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域を形成し、前記第２の光源は、前記無効領域に対して光を供給することを特徴とする。
【００１４】
この請求項２記載の照明光学装置によれば、第２の光源が凹面鏡を介した第１の光源からの光が形成する第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域に対して光を供給するため、第１の光源からの光のみにより被照射面を照明する場合と比較して被照射面を照明する光の光量を増大させることができ、より高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の照明光学装置は、前記凹面鏡を介した前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを合成する合成手段を更に備え、前記合成手段は、前記無効領域内に配置されることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３記載の照明光学装置によれば、凹面鏡を介した第１の光源からの光と第２の光源からの光とを合成する合成手段が第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域に配置されるため、凹面鏡を介した第１の光源からの光が合成手段により遮光されることなく、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを無駄なく合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を無駄なく増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００１７】
また、請求項４記載の照明光学装置は、前記第１の光源からの光を所定の位置に導くリレー光学系を更に備え、前記合成手段は、前記リレー光学系内に配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５記載の照明光学装置は、前記合成手段が前記リレー光学系の瞳または該瞳の近傍に配置されることを特徴とする。
【００１９】
この請求項４及び請求項５記載の照明光学装置によれば、合成手段がリレー光学系の瞳または該瞳の近傍に配置される。即ち、合成手段が第１の光源からの光が通過しない領域に配置されるため、凹面鏡を介した第１の光源からの光が合成手段により遮光されることなく、第１の光源からの光と第２の光源からの光を無駄なく合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００２０】
また、請求項６記載の照明光学装置は、前記合成手段が前記凹面鏡の反射面の共役な位置またはその近傍に配置されることを特徴とする。この請求項６記載の照明光学装置によれば、合成手段が凹面鏡の反射面の共役な位置またはその近傍に配置される。即ち、合成手段が第１の光源からの光が通過しない領域に配置されるため、凹面鏡を介した第１の光源からの光が合成手段により遮光されることなく、第１の光源からの光と第２の光源からの光を無駄なく合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００２１】
また、請求項７記載の照明光学装置は、前記照明光学装置の光路中であって前記第１の光源からの光が通過しない位置に配置されて、前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを合成する合成手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
この請求項７記載の照明光学装置によれば、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを合成する合成手段が照明光学装置の光路中であって第１の光源からの光が通過しない位置に配置されるため、第１の光源からの光が合成手段により遮光されることなく、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを無駄なく合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を無駄なく増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００２３】
また、請求項８記載の照明光学装置は、前記合成手段が反射鏡を有することを特徴とする。この請求項８記載の照明光学装置によれば、合成手段が反射鏡を有するため、第１の光源からの光と第２の光源からの光を容易に合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を容易に増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００２４】
また、請求項９記載の照明光学装置は、前記凹面鏡が二次曲面鏡を有することを特徴とする。この請求項９記載の照明光学装置によれば、凹面鏡が二次曲面鏡を有するため、放電光源を有する第１の光源から射出される光を効率良く集光させることができる。
【００２５】
また、請求項１０記載の照明光学装置は、前記第２の光源が固体光源を有することを特徴とする。この請求項１０記載の照明光学装置によれば、第２の光源が固体光源を有するため、第２の光源から射出される光量を容易に調整することができる。従って、第２の光源からの光の光量を第１の光源からの光の光量及び照度または被照射面の特性に対応した最適な光量に調整することができ、最適な光量及び照度の光により被照射面を照明することができる。
【００２６】
また、請求項１１記載の照明光学装置は、前記合成手段により合成された前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光の光路中に入射端が位置決めされたライトガイドを更に備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２記載の照明光学装置は、前記第２の光源からの光が前記ライトガイドの入射端を略ケーラー照明することを特徴とする。
【００２８】
この請求項１１及び請求項１２記載の照明光学装置によれば、合成手段により合成された第１の光源からの光と第２の光源からの光の光路中に入射端が位置決めされたライトガイドを備え、第２の光源からの光がライトガイドの入射端を略ケーラー照明するため、ライトガイドの入射端に熱などの負荷を過度に増やすことなく光量を増大することができる。
【００２９】
また、請求項１３記載の照明光学装置は、前記ライトガイドが該ライトガイドの入射端に入射する光をミキシングし、複数に分割して複数の射出端から射出させることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１３記載の照明光学装置によれば、ライトガイドによりライトガイドの入射端に入射する光がミキシングされるため、放電光源を有する第１の光源からの光とレーザ光源を有する第２の光源からの光の光量差や分布のバラツキに関係なく複数の射出端の光量を略均一にすることができる。また、レーザ光源を有する第２の光源からの光の干渉性が強すぎる場合に発生するスペックル（干渉縞）を抑えることができる。従って、この照明光学装置を露光装置に搭載した場合に、被照射面（マスク）のそれぞれの照明領域を高照度の光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【００３１】
また、請求項１４記載の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するための請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を備えることを特徴とする。
【００３２】
この請求項１４記載の露光装置によれば、請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を備えているため、微細なパターンが形成されたマスクを高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【００３３】
また、請求項１５記載の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。
【００３４】
この請求項１５記載の露光方法によれば、請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて照明を行うため、微細なパターンが形成されたマスクを高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【発明の効果】
【００３５】
この発明の照明光学装置によれば、放電光源を有する第１の光源からの光とレーザ光源を有する第２の光源からの光により被照射面を照明する。また、第２の光源が凹面鏡を介した第１の光源からの光が形成する第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域に対して光を供給するため、第１の光源からの光のみにより被照射面を照明する場合と比較して被照射面を照明する光の光量を増大させることができ、より高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００３６】
また、凹面鏡を介した第１の光源からの光と第２の光源からの光とを合成する合成手段が第１の光源からの光が通過しない領域である無効領域に配置されるため、凹面鏡を介した第１の光源からの光が合成手段により遮光されることなく、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを無駄なく合成することができる。従って、被照射面を照明する光の光量を無駄なく増大させることができ、高照度の光により被照射面を照明することができる。
【００３７】
また、合成手段により合成された第１の光源からの光と第２の光源からの光の光路中に入射端が位置決めされたライトガイドを備え、第２の光源からの光がライトガイドの入射端を略ケーラー照明するため、ライトガイドの入射端に熱などの負荷を過度に増やすことなく光量を増大することができる。
【００３８】
また、この発明の露光装置によれば、この発明の照明光学装置を備えているため、微細なパターンが形成されたマスクを高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【００３９】
また、この発明の露光方法によれば、この発明の照明光学装置を用いて照明を行うため、微細なパターンが形成されたマスクを高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態について説明を行う。図１は、この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す図である。図１に示すように、この実施の形態にかかる露光装置は、光源から射出される光束によりマスク（被照射面）Ｍ１を照明するための照明光学装置ＩＬ１、マスクＭ１のパターン像を感光性材料（レジスト）が塗布されたプレート（感光性基板）Ｐ１上に投影露光するための投影光学系ＰＬ１を備えている。
【００４１】
図２は、この実施の形態にかかる露光装置に備えられている照明光学装置ＩＬ１及びマスクＭ１の概略構成を示す図である。図２に示すように、照明光学装置ＩＬ１は、楕円鏡（凹面鏡）２の第１焦点位置に配置されている波長３６５ｎｍの光を含む波長域（ｉ線）の光を射出する超高圧水銀ランプからなる放電光源（第１の光源）４を備えている。放電光源４から射出された光束は、楕円鏡２により反射されることにより楕円鏡２の第２焦点位置に集光する。楕円鏡２の第２焦点位置またはその近傍にはシャッタ６が配置されている。
【００４２】
ここで、楕円鏡２は、放電光源４を構成する超高圧水銀ランプの大きさ、電気的な配線の都合等によりその楕円鏡２の頂点周辺に所定量くり貫かれた空洞部（中抜け）７を有する。放電光源４から射出された光のうち空洞部７に到達する光は、楕円鏡２により反射されないため、楕円鏡２を介した放電光源４から射出された光は、放電光源４からの光が通過しない領域である無効領域Ａ（図中斜線で示す）を形成する。シャッタ６を介した無効領域Ａを有する光束は、リレー光学系８に入射する。リレー光学系８は、光束を後述するライトガイド１６の入射端（所定の位置）１６ａに導く。
【００４３】
また、この照明光学装置ＩＬ１は、無効領域Ａに対して光を供給するための略３５５ｎｍの波長の光を射出するＹＡＧ（yttrium alminum garnet）レーザ光源（第２の光源）１０を備えている。レーザ光源１０から射出された光束は、集光レンズ１２を介して集光され、リレー光学系８内に配置されている反射鏡（合成手段）１４により反射される。反射鏡１４は、無効領域Ａ内であり、かつ無効領域Ａの径が最大となるリレー光学系８の瞳またはその近傍に配置されている。即ち、反射鏡１４は、楕円鏡２の反射面の共役な位置またはその近傍に配置されている。反射鏡１４は、放電光源４からの光を遮光しない程度の大きさで構成され、放電光源４からの光が通過しない位置に配置されているため、放電光源４からの光とレーザ光源１０からの光とを無駄なく合成する。反射鏡１４により反射されたレーザ光源１０からの光は、発散してリレー光学系８の後側レンズ８ｂに到達する。
【００４４】
合成された放電光源４からの光とレーザ光源１０からの光は、放電光源４からの光とレーザ光源１０からの光の光路中にその入射端が位置決めされているライトガイド１６の入射端１６ａに到達する。なお、レーザ光源１０からの光は、リレー光学系８の瞳またはその近傍に配置されている反射鏡１４の位置で集光レンズ１２により一旦集光しているため、ライトガイド１６の入射端１６ａを実質的にケーラー照明することができる。即ち、放電光源４からの光を遮光することなく、レーザ光源１０からの光を合成してライトガイド１６の入射端１６ａに入射させることができる。
【００４５】
ライトガイド１６は、例えば多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバであって、入射端１６ａと射出端１６ｂを備えている。ライトガイド１６の入射端１６ａに入射した放電光源４からの光とレーザ光源１０からの光は、ライトガイド１６の内部を伝播することによりミキシングされ、ライドガイド１６の射出端１６ｂから射出する。ライトガイド１６により入射した光束がミキシングされることにより、放電光源４からの光とレーザ光源１０からの光との光量差や分布のバラツキに関係なく、ライトガイド１６の射出端１６ｂより安定した光量を得ることができる。また、レーザ光源１０からの光の干渉性が強すぎるために生じるスペックル（干渉縞）の発生を防止することができる。
【００４６】
ライトガイド１６の射出端１６ｂから射出した光束は、コリメートレンズ１８を介して、フライアイインテグレータ２０に入射する。フライアイインテグレータ２０は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントの光軸が照明光学系ＩＬ１の光軸と平行になるように、その多数のレンズエレメントを縦横にかつ稠密に配列することによって構成されている。従って、フライアイインテグレータ２０に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、フライアイインテグレータ２０を構成する各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイインテグレータ２０の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。
【００４７】
フライアイインテグレータ２０の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、コンデンサレンズ２２を介してマスクＭ１をほぼ均一に照明する。マスクＭ１からの光束は、投影光学系ＰＬ１に入射し、マスクＭ１のパターン像をプレートＰ１上に投影露光する。
【００４８】
この第１の実施の形態にかかる露光装置によれば、放電光源からの光とレーザ光源からの光とを合成するための反射鏡を放電光源から射出される光が通過しない位置に配置するため、放電光源から射出される光が遮光されることなく、放電光源からの光とレーザ光源からの光とを無駄なく容易に合成することができる。また、放電光源からの光とレーザ光源からの光によりマスクを照明するため、放電光源のみによりマスクを照明する場合と比較してマスクを照明する光量を容易に増大させることができ、より高照度の光によりマスクを照明することができる。従って、微細なパターンが形成されたマスクを高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【００４９】
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露光装置について説明する。この第２の実施の形態においては、マスクＭ２のパターンの一部を感光性基板としてのプレートＰ２に対して部分的に投影する複数（この実施の形態においては５つ）の反射屈折型の部分投影光学ユニット（ＰＭ１，ＰＭ３〜ＰＭ５及び不図示の１つの部分投影光学ユニット）からなる投影光学系ＰＬ２に対してマスクＭ２とプレートＰ２とを走査方向に同期移動させてマスクＭ２に形成されたパターン像をプレートＰ２上に走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置を例に挙げて説明する。
【００５０】
図３は、この第２の実施の形態にかかる走査型投影露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。以下の説明においては、図３中に示す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。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰ２に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰ２に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、この実施の形態ではプレートＰ２を移動させる方向（走査方向）をＸ軸方向に設定している。
【００５１】
この走査型投影露光装置が備える照明光学装置ＩＬ２は、楕円鏡（凹面鏡）５２の第１焦点位置に配置されている波長３６５ｎｍの光を含む波長域（ｉ線）の光を射出する超高圧水銀ランプからなる放電光源（第１の光源）５０を備えている。放電光源５０から射出された光束は、楕円鏡５２及び反射鏡５４により反射され、楕円鏡５２の第２焦点位置に集光する。楕円鏡５２の第２焦点位置またはその近傍にはシャッタ５５（図３においては、図示せず）が配置されている。
【００５２】
ここで、楕円鏡５２は、放電光源５０を構成する超高圧水銀ランプの大きさ、電気的な配線の都合等によりその楕円鏡５２の頂点周辺に所定量くり貫かれた空洞部（中抜け）を有する。放電光源５０から射出された光のうち空洞部に到達する光は、楕円鏡５２により反射されないため、楕円鏡５２を介した放電光源５０から射出された光は、放電光源５０からの光が通過しない領域である無効領域を形成する。シャッタ５５を介した無効領域を有する光束は、リレー光学系５６に入射する。リレー光学系５６は、光束をライトガイド５８の入射端（所定の位置）５８ａに導く。
【００５３】
図４は、照明光学装置ＩＬ２のシャッタ５５からライトガイド５８の入射端５８ａまでの概略構成を示す図である。図４に示すように、照明光学装置ＩＬ２は、無効領域に対して光を供給するための略３５５ｎｍの波長の光を射出するＹＡＧ（yttrium alminum garnet）レーザ光源（第２の光源）６０を備えている。レーザ光源６０から射出された光束は、集光レンズ６２を介して集光され、リレー光学系５６内に配置されている反射鏡（合成手段）６４により反射される。反射鏡６４は、無効領域内であり、かつ無効領域の径が最大となるリレー光学系５６の瞳またはその近傍に配置されている。即ち、反射鏡６４は、楕円鏡５２の反射面の共役な位置またはその近傍に配置されている。反射鏡６４は、放電光源５０からの光を遮光しない程度の大きさで構成され、放電光源５０からの光が通過しない位置に配置されているため、放電光源５０からの光とレーザ光源６０からの光とを無駄なく合成する。反射鏡６４により反射されたレーザ光源６０からの光は、発散してリレー光学系５６の後側レンズ５６ｂに到達する。
【００５４】
合成された放電光源５０からの光とレーザ光源６０からの光は、放電光源５０からの光とレーザ光源６０からの光の光路中にその入射端が位置決めされているライトガイド５８の入射端５８ａに到達する。なお、レーザ光源６０からの光は、リレー光学系５６の瞳またはその近傍に配置されている反射鏡６４の位置で集光レンズ６２により一旦集光しているため、ライトガイド５８の入射端５８ａを実質的にケーラー照明することができる。即ち、放電光源５０からの光を遮光することなくレーザ光源６０からの光を合成でき、熱などの負荷を過度に増やすことなくライトガイド５８の入射端５８ａに入射させることができる。
【００５５】
ライトガイド５８は、例えば多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバであって、入射端５８ａと５つの射出端５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆを備えている。ライトガイド５８の入射端５８ａに入射した放電光源５０からの光とレーザ光源６０からの光は、ライトガイド５８の内部を伝播することによりミキシングされて、複数（この実施の形態においては、５つ）に分割されてライドガイド５８の５つの射出端５８ｂ〜５８ｆより射出し、部分照明光学ユニット（この実施の形態においては、５つの部分照明光学ユニットＩＭ１，ＩＭ２，ＩＭ３，ＩＭ４，ＩＭ５）にそれぞれ入射する。ここで、５つの部分照明光学ユニットＩＭ１〜ＩＭ５は、マスクＭ２上の５つの照明領域をそれぞれ照明する。
【００５６】
ライトガイド５８の射出端５８ｂから射出した光束は、部分照明光学ユニットＩＭ１が備えるコリメートレンズ（図示せず）を介して、フライアイインテグレータ（図示せず）に入射する。フライアイインテグレータに入射した光束はフライアイインテグレータを構成する多数のレンズエレメントにより波面分割され、フライアイインテグレータを構成する各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。即ち、フライアイインテグレータの後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。フライアイインテグレータの後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、部分照明光学ユニットＩＭ１が備えるコンデンサレンズ（図示せず）によりマスクＭ２の部分照明光学ユニットＩＭ１に対応する照明領域をほぼ均一に照明する。
【００５７】
図３に示すように、マスクＭ２の部分照明光学ユニットＩＭ１に対応する照明領域からの光は、各照明領域に対応するように配列されている複数の部分投影光学ユニット（この実施の形態においては、４つの部分投影光学ユニットＰＭ１，ＰＭ３，ＰＭ４，ＰＭ５及び１つの不図示の部分投影光学ユニット）のうち、部分投影光学ユニットＰＭ１に入射する。部分投影光学ユニットＰＭ１は、マスクＭ２の部分照明光学ユニットＩＭ１に対応する照明領域に形成されているパターンの像をプレートＰ２上に投影する。部分投影光学ユニットＰＭ１を通過した光は、プレートＰ２上にマスクＭ２のパターン像を形成する。この時の像は正立正像である。
【００５８】
なお、部分照明光学ユニットＩＭ２〜ＩＭ５を通過した光は、各部分照明光学ユニットＩＭ２〜ＩＭ５のそれぞれに設けられているコンデンサレンズによりマスクＭ２上のそれぞれの照明領域をほぼ均一に照明し、部分照明光学ユニットＩＭ２〜ＩＭ５に対応して設けられている１つの不図示の部分投影光学ユニット及び３つの部分投影光学ユニットＰＭ３〜ＰＭ５に入射する。それぞれの部分投影光学ユニットを通過した光は、プレートＰ２上にマスクＭ２のパターンの像をそれぞれ形成する。
【００５９】
ここで、マスクＭ２はマスクホルダー（図示せず）にて固定されており、マスクステージ（図示せず）に載置されている。また、マスクステージには、移動鏡ＭＩＦが設けられている。移動鏡ＭＩＦにはマスクステージレーザ干渉計（図示せず）から射出されるレーザ光が入射し、入射したレーザ光は移動鏡ＭＩＦにより反射される。移動鏡ＭＩＦに入射し、移動鏡ＭＩＦにより反射されたレーザ光の干渉に基づいてマスクステージの位置は計測及び制御されている。また、プレートＰ２はプレートホルダー（図示せず）にて固定されており、プレートステージ（図示せず）に載置されている。また、プレートステージには移動鏡ＰＩＦが設けられている。移動鏡ＰＩＦにはプレートステージレーザ干渉計（図示せず）から射出されるレーザ光が入射し、入射したレーザ光は移動鏡ＰＩＦにより反射される。移動鏡ＰＩＦに入射し、移動鏡ＰＩＦにより反射されたレーザ光の干渉に基づいてプレートステージの位置は計測及び制御されている。
【００６０】
また、マスクＭ２とプレートＰ２との位置合わせを行なうための一対のアライメント系ＡＬがマスクＭ２の上方に備えられている。アライメントＡＬには、例えばマスクＭ２上に形成されたマスクアライメントマークとプレートＰ２上に形成されたプレートアライメントマークとの相対位置を画像処理により求める方式等が用いられる。
【００６１】
この第２の実施の形態にかかる露光装置によれば、放電光源からの光とレーザ光源からの光とを合成するための反射鏡を放電光源から射出される光が通過しない位置に配置するため、放電光源から射出される光が遮光されることなく、放電光源からの光とレーザ光源からの光とを無駄なく容易に合成することができる。また、放電光源からの光とレーザ光源からの光によりマスクを照明するため、放電光源のみによりマスクを照明する場合と比較してマスクを照明する光量を容易に増大させることができ、より高照度の光によりマスクを照明することができる。
【００６２】
また、ライトガイドによりライトガイドの入射端に入射した光がミキシングされるため、放電光源からの光とレーザ光源からの光との光量差や分布のバラツキに関係なく、複数の射出端の光量を略均一にすることができる。また、レーザ光源からの光の干渉性が強すぎるために発生するスペックル（干渉縞）を抑えることができる。従って、微細なパターンが形成されたマスクのそれぞれの照明領域を高照度の照明光により照明することができ、高いスループットで精度良く露光を行うことができる。
【００６３】
なお、この第２の実施の形態にかかる露光装置においては、１つの放電光源及び１つのレーザ光源を用いているが、各照明視野に応じてそれぞれ１つまたは複数の放電光源及びレーザ光源を有するようにしてもよい。また、多数の放電光源及びレーザ光源を有し、その多数の放電光源からの光束と多数のレーザ光源からの光束を合成し、その合成された光束をランダム性の良い光ファイバ等のライトガイドファイバにより各照明視野に分割するようにしてもよい。
【００６４】
また、第１及び第２の実施の形態においては、第１の光源として放電光源のみにより構成される光源を使用しているが、放電光源を有する光源であればよい。また、第２の光源としてレーザ光源のみにより構成される光源を使用しているが、レーザ光源を有する光源であればよい。
【００６５】
また、第１及び第２の実施の形態においては、空洞部を有する楕円鏡を用いているが、例えば空洞部を有しない楕円鏡を用いた場合においても楕円鏡の反射面により反射された光の一部はランプ及びランプの電極等に遮られ、光源からの光が通過しない領域が形成されるため、第１及び第２の実施の形態に示すリレー光学系８，５６を用いることにより第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、上述の各実施の形態では主として第１の光源からの光が通過しない無効領域にミラーを配置したが、ミラーが小さければ光束中に配置することも可能である。この場合、ミラーにより第１の光源の光が遮られるが、よりレーザ光の出力を上げることでその損失を補填できる。
【００６６】
また、第１及び第２の実施の形態においては、波長３６５ｎｍの光を含む波長域（ｉ線）の光を射出する放電光源と波長３５５ｎｍの光を射出するレーザ光源とを使用しているが、中心波長４０４．５ｎｍであるｇｈｉ線の波長域の光を射出する放電光源と波長４０５ｎｍの光を射出するレーザ光源とを使用しても良い。放電光源の中心波長とレーザ光源の波長とを略一致させることにより、装置の特性を維持した状態で照明光の光量及び照度を増大させることができる。
【００６７】
また、レーザ光源がレーザダイオード等の固体光源を有するようにしても良い。この場合には、レーザ光源から射出される光の光量を容易に調整することができる。
【００６８】
また、第１及び第２の実施の形態においては、凹面鏡として楕円鏡を用いているが、二次曲面鏡または放物面鏡を有する凹面鏡を用いても良い。二次曲面鏡または放物面鏡を有する凹面鏡を用いた場合においても、楕円鏡を有する凹面鏡を用いた場合と同様に、放電光源からの光を効率良く集光させることができる。
【００６９】
また、第１及び第２の実施の形態においては、レーザ光源から射出される光を集光レンズにより一旦集光させているが、図５に示すように、レーザ光源１０（６０）から射出される略平行光束を集光レンズを介さずに反射鏡１４（６４）に入射させても良い。
【００７０】
また、第１及び第２の実施の形態のおいては、合成手段として反射鏡を用いているが、合成手段として回折格子、プリズムまたは偏光ビームスプリッタを用いても良い。また、図６に示すように、合成手段として光ファイバ７０を用いても良い。図６に示すように、レーザ光源１０（６０）から射出した光束は、光ファイバ７０を介して、ライトガイド１６の入射端１６ａを略ケーラー照明する。この場合には、光ファイバ７０の一部が放電光源から射出した光束の一部を遮光することとなり、放電光源からの光束の一部に損失が生じるが、放電光源よりも高い光強度の光を射出することができるレーザ光源１０（６０）から射出される光の光量を調整することによりその損失を補填することができる。
【００７１】
また、第１及び第２の実施の形態のおいては、反射鏡１４（６４）がリレー光学系８（５６）の瞳またはその近傍に配置されているが、反射鏡１４（６４）がリレー光学系８（５６）外で、かつ放電光源からの光が通過しない領域である無効領域内に配置されるようにしても良い。例えば、図７に示すように、反射鏡１４（６４）をシャッタ６（５５）とリレー光学系８（５６）の前側レンズ８ａ（５６ａ）との間に配置させても良い。
【００７２】
また、図８に示すように、楕円鏡２（５２）にレーザ光源１０（６０）の光束が通過できる程度の小さな開口部７２を設け、レーザ光源１０（６０）から射出される光束がその開口部７２を通過し、放電光源４（５０）からの光が通過しない領域である無効領域（図中斜線で示す）に入射するように構成しても良い。この場合には、放電光源４（５０）から射出した光のうち開口部７２に到達した光は当然に楕円鏡２（５２）により反射されないため、開口部７２に到達する光の光量分の損失が生じるが、放電光源４（５０）よりも高い光強度の光を射出することができるレーザ光源１０（６０）から射出される光の光量を調整することによりその損失を補填することができる。
【００７３】
また、放電光源４（５０）を構成する超高圧水銀ランプの大きさが楕円鏡２（５２）の頂点周辺に所定量くり貫かれた空洞部（中抜け）７より小さい場合、図９に示すように、レーザ光源１０（６０）から射出される光束がその空洞部７を通過し、放電光源４（５０）からの光が通過しない領域である無効領域（図中斜線で示す）に入射するように構成しても良い。
【００７４】
また、例えば図１０に示すように、放電光源４（５０）とシャッタ６（５５）との間にミラー７４を配置し、レーザ光源１０（６０）から射出される光束がミラー７４により反射されて、放電光源４（５０）からの光が通過しない領域である無効領域（図中斜線で示す）に入射するように構成しても良い。この場合には、放電光源４（５０）から射出した光のうちミラー７４により遮光される光の光量分の損失が生じるが、放電光源４（５０）よりも高い光強度の光を射出することができるレーザ光源１０（６０）から射出される光の光量を調整することによりその損失を補填することができる。
【００７５】
また、例えば図１１に示すように、放電光源４（５０）とシャッタ６（５５）との間にレーザ光源１０（６０）を配置し、レーザ光源１０（６０）から射出される光束が、放電光源４（５０）からの光が通過しない領域である無効領域に入射するように構成しても良い。この場合には、放電光源４（５０）から射出した光のうちレーザ光源１０（６０）により遮光される光の光量分の損失が生じるが、放電光源４（５０）よりも高い光強度の光を射出することができるレーザ光源１０（６０）から射出される光の光量を調整することによりその損失を補填することができる。
【００７６】
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスクを照明し（照明工程）、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（ウエハ）に露光する（露光工程）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も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。
【００７７】
先ず、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。次に、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（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。
【００７８】
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、高照度の照明光を供給することができる照明光学装置を備える露光装置を用いて露光を行なっているため、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。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。
【００７９】
また、上述の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。次に、図１３において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の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。
【００８０】
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。
【００８１】
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、高照度の照明光を供給することができる照明光学装置を備える露光装置を用いて露光しているため、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。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態にかかる照明光学装置の概略構成を示す図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態にかかる照明光学装置のシャッタからライトガイドの入射端までの概略構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置のシャッタからライトガイドの入射端までの概略構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置のシャッタからライトガイドの入射端までの概略構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置のシャッタからライトガイドの入射端までの概略構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置の放電光源からシャッタまでの概略構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置の放電光源からシャッタまでの概略構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置の放電光源からシャッタまでの概略構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態にかかる照明光学装置の放電光源からシャッタまでの概略構成を示す図である。
【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を製造する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を製造する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
２，５２・・・楕円鏡、４，５０・・・放電光源、６，５５・・・シャッタ、８，５６・・・リレー光学系、１０，６０・・・レーザ光源、１２，６２・・・集光レンズ、１４，６４・・・反射鏡、１６，５８・・・ライトガイド、７０・・・光ファイバ、７４・・・ミラー、ＩＬ１，ＩＬ２・・・照明光学装置、ＰＬ１，ＰＬ２・・・投影光学系、Ｍ１，Ｍ２・・・マスク、Ｐ１，Ｐ２・・・プレート、ＭＩＦ，ＰＩＦ・・・移動鏡、ＩＭ１〜ＩＭ５・・・部分照明光学ユニット、ＰＭ１〜ＰＭ５・・・部分投影光学ユニット、ＡＬ・・・アライメント系。
【図１】
2005234120.tif 000003
【図２】
2005234120.tif 000004
【図３】
2005234120.tif 000005
【図４】
2005234120.tif 000006
【図５】
2005234120.tif 000007
【図６】
2005234120.tif 000008
【図７】
2005234120.tif 000009
【図８】
2005234120.tif 000010
【図９】
2005234120.tif 000011
【図１０】
2005234120.tif 000012
【図１１】
2005234120.tif 000013
【図１２】
2005234120.tif 000014
【図１３】
2005234120.tif 000015