(57)【要約】【課題】  比較的簡素な駆動機構に基づいて光量損失を実質的に招くことなく、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正する。【解決手段】  ほぼ平行な光束を供給する光源手段（１）と、光源手段からのほぼ平行な光束の光路中に配置された第１オプティカルインテグレータ（７，７０）と、第１オプティカルインテグレータからの光束の光路中に配置された第２オプティカルインテグレータ（９）とを備えている。第１オプティカルインテグレータへ入射する光束は、第１オプティカルインテグレータの有効領域よりも小さい断面形状を有する。光源手段と第１オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて、第１オプティカルインテグレータへ入射する光束を光軸（ＡＸ）とほぼ平行に移動させるための平行移動手段（５，２２）をさらに備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平行な光束を供給する光源手段と、該光源手段からのほぼ平行な光束の光路中に配置された第１オプティカルインテグレータと、該第１オプティカルインテグレータからの光束の光路中に配置された第２オプティカルインテグレータと、該第２オプティカルインテグレータからの光を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束は、前記第１オプティカルインテグレータの有効領域よりも小さい断面形状を有し、
前記光源手段と前記第１オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて、前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束を光軸とほぼ平行に移動させるための平行移動手段をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記平行移動手段と前記第１オプティカルインテグレータとの間の光路から取り出された光に基づいて、前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束の位置を検出するための位置検出部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記位置検出部の検出結果に基づいて前記平行移動手段を制御するための制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第１オプティカルインテグレータは、入射する光束を７０以上の光束に波面分割することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第１オプティカルインテグレータは、回折光学素子またはフライアイレンズを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記平行移動手段は、所定の軸線を中心として回転可能に構成された少なくとも１つの平行平面板を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記平行移動手段は、それぞれ所定の軸線を中心として回転可能に構成された２つのミラーを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
パルスレーザ光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記パルスレーザ光源からの光束の光路中に配置された減光フィルターを備え、
前記減光フィルターに入射する光束のエネルギ密度は１００ｍＪ／ｃｍ2／パルス以下に設定されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項９】
前記パルスレーザ光源と前記減光フィルターとの間の光路中に配置されたリレー光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いて、マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する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】
本発明は、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、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ー工程で製造する際に使用される露光装置に好適な照明光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。
【０００３】
マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
しかしながら、光路中に折り曲げミラーを配置した場合、ミラーの反射膜の角度特性などに起因して、ウェハ上における照度分布の均一性が損なわれることがある。また、折り曲げミラーを光路中に配置しない場合でも、構成部品の微小偏心やコートむらや汚れなどに起因して、ウェハ上における照度分布の均一性が損なわれることがある。特開平８−１７９２３７号公報には、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することのできる照明光学装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の公報に開示された照明光学装置では、ハービングを所定の軸線廻りに回転駆動し且つ第１フライアイレンズを光軸直交方向に駆動することにより、第２フライアイレンズへ入射する光束の角度を変化させ、ひいてはウェハ上における照度分布の傾斜むらを補正している。しかしながら、この従来技術では、ハービングおよび第１フライアイレンズの双方を駆動する必要があり、補正のための駆動機構が複雑になるという不都合があった。
【０００７】
また、上述の公報に開示された照明光学装置では、ハービングを用いることなく第１フライアイレンズだけを光軸直交方向に駆動することにより、ウェハ上における照度分布の傾斜むらを補正する手法が提案されている。しかしながら、この従来手法では、第１フライアイレンズが移動してもその有効領域の全体に光束が入射するように十分に大きな断面の光束を第１フライアイレンズへ入射させる必要があるため、第１フライアイレンズへの入射光束の一部が照明に寄与することなく光量損失を招くという不都合があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な駆動機構に基づいて光量損失を実質的に招くことなく、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することのできる照明光学装置を用いて、均一性の良好な照度分布に基づいて良好な露光を行うことのできる露光装置および露光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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、ほぼ平行な光束を供給する光源手段と、該光源手段からのほぼ平行な光束の光路中に配置された第１オプティカルインテグレータと、該第１オプティカルインテグレータからの光束の光路中に配置された第２オプティカルインテグレータと、該第２オプティカルインテグレータからの光を被照射面へ導くための導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束は、前記第１オプティカルインテグレータの有効領域よりも小さい断面形状を有し、
前記光源手段と前記第１オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて、前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束を光軸とほぼ平行に移動させるための平行移動手段をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１０】
第１形態の好ましい態様によれば、前記平行移動手段と前記第１オプティカルインテグレータとの間の光路から取り出された光に基づいて、前記第１オプティカルインテグレータへ入射する光束の位置を検出するための位置検出部をさらに備えている。この場合、前記位置検出部の検出結果に基づいて前記平行移動手段を制御するための制御部をさらに備えていることが好ましい。また、前記第１オプティカルインテグレータは、入射する光束を７０以上の光束に波面分割することが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１オプティカルインテグレータは、回折光学素子またはフライアイレンズを有する。また、前記平行移動手段は、所定の軸線を中心として回転可能に構成された少なくとも１つの平行平面板を有することが好ましい。あるいは、前記平行移動手段は、それぞれ所定の軸線を中心として回転可能に構成された２つのミラーを有することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２形態では、パルスレーザ光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記パルスレーザ光源からの光束の光路中に配置された減光フィルターを備え、
前記減光フィルターに入射する光束のエネルギ密度は１００ｍＪ／ｃｍ2／パルス以下に設定されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。この場合、前記パルスレーザ光源と前記減光フィルターとの間の光路中に配置されたリレー光学系をさらに備えていることが好ましい。
【００１３】
本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を用いて、マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の照明光学装置では、平行移動手段だけを駆動することにより、第１オプティカルインテグレータへ入射する光束の位置を変化させ、ひいては第２オプティカルインテグレータへ入射する光束の角度を変化させ、その結果として被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することができる。また、第１オプティカルインテグレータへ入射する光束がその有効領域よりも小さい断面形状を有するように設定されているので、第１オプティカルインテグレータへの入射光束のほぼ全部を照明に寄与させることができる。
【００１６】
このように、本発明の照明光学装置では、比較的簡素な駆動機構に基づいて光量損失を実質的に招くことなく、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することができる。また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、被照射面における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することのできる照明光学装置を用いて、均一性の良好な照度分布に基づいて良好な露光を行うことができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷ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。
【００１８】
図１の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば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を備えている。光源１から光軸ＡＸに沿ってＺ方向に射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。
【００１９】
また、一対のレンズ２ａおよび２ｂのうちの少なくとも一方が、光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、一対のレンズ２ａと２ｂとの間隔に応じて図１の紙面内において拡大され、所望の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行光束は、減光フィルター３を介して、折り曲げミラー４に入射する。ここで、減光フィルター３は、ウェハＷ上においてレジストの感度に応じた適切な露光量を得るために光源１から供給される露光光の光量を適宜低減する機能を有する。減光フィルター３の詳細な構成および作用については、たとえば特開平１１−１９５６００号公報などを参照することができる。
【００２０】
折り曲げミラー４でＹ方向に偏向（反射）された光束は、ハービング５およびビームスプリッター６ａを介して、第１オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ７に入射する。ハービング５は、光軸ＡＸを通るＺ方向の軸線を中心として回転可能な第１平行平面板５ａと、光軸ＡＸを通るＸ方向の軸線を中心として回転可能な第２平行平面板５ｂとにより構成されている。第１平行平面板５ａの回転により通過する平行光束がＸ方向に平行移動し、第２平行平面板５ｂの回転により通過する平行光束がＺ方向に平行移動する。
【００２１】
すなわち、ハービング５は、光源１と第１フライアイレンズ７との間の光路中に配置されて、第１フライアイレンズ７へ入射する光束を光軸ＡＸとほぼ平行に移動させるための平行移動手段を構成している。なお、本実施形態では、第１フライアイレンズ７へ入射する光束が、その有効領域よりも小さい断面形状を有するように設定されている。また、第１平行平面板５ａおよび第２平行平面板５ｂの回転駆動、すなわちハービング５の駆動は、制御部２１からの指令に基づいて動作する駆動部２２により行われる。ビームスプリッター６ａを含む位置検出部６の構成および作用については後述する。
【００２２】
第１フライアイレンズ７は、図２（ａ）に示すように、断面が正方形状で正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が光軸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。あるいは、第１フライアイレンズ７は、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多数のレンズエレメントをその光軸が光軸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。なお、各レンズエレメントの入射側の面は例えば入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は例えば平面状に形成されている。
【００２３】
したがって、第１フライアイレンズ７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、各レンズエレメントの後側焦点面にはそれぞれ１つの光源が形成される。第１フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された多数の光源からの光束は、ズームレンズ８を介した後、第２オプティカルインテグレータとしての第２フライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズ）９を重畳的に照明する。こうして、第２フライアイレンズ９の入射面には、第１フライアイレンズ７の各レンズエレメントの断面形状に相似な正方形状（または正六角形状）の照野が形成される。
【００２４】
第２フライアイレンズ９は、第１フライアイレンズ７と同様に、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が光軸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。ただし、第２フライアイレンズ９を構成する各レンズエレメントは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、第２フライアイレンズ９を構成する各レンズエレメントの入射側の面は例えば入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は例えば射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００２５】
したがって、第２フライアイレンズ９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、各レンズエレメントの後側焦点面には第１フライアイレンズ７のレンズエレメントの数の多数の光源がそれぞれ形成される。すなわち、第２フライアイレンズ９の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。なお、第２フライアイレンズ９の入射面に形成される正方形状（または正六角形状）の照野の大きさ、ひいては第２フライアイレンズ６の後側焦点面に形成される正方形状（または正六角形状）の二次光源の大きさは、ズームレンズ８の焦点距離に依存して相似的に変化する。
【００２６】
第２フライアイレンズ９の後側焦点面に形成された正方形状（または正六角形状）の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り１０に入射する。開口絞り１０は、第２フライアイレンズ９の後側焦点面に形成される正方形状（または正六角形状）の二次光源に対応した円形状の開口部（光透過部）を有する。開口絞り１０は、照明光路に対して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、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面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。そして、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、照明条件を決定するσ値（σ値＝開口絞り径／投影光学系の瞳径、あるいは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。こうして、コンデンサー光学系１１の後側焦点面には、第２フライアイレンズ９のレンズエレメント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を介して第２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）を介した光束は、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。こうして、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上に形成することになる。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ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ＭＳ上に保持されている。また、ウェハＷ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ウェハステージＷＳ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）内においてウェハＷ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、ウェハＷ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】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、第２フライアイレンズ９の各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光（走査露光）する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状であり、第２フライアイレンズ９の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００３２】
本実施形態では、第１オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ７が照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ特性の異なる複数の回折光学素子７０と切り換え可能に構成されている。第１フライアイレンズ７と回折光学素子７０と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。なお、第１フライアイレンズ７に代えて回折光学素子７０を照明光路中に設定することによって、輪帯照明や４極照明などを行うことができる。
【００３３】
輪帯照明用の回折光学素子７０ａ（不図示）は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、輪帯状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、輪帯照明用の回折光学素子７０ａを照明光路に設定した場合、回折光学素子７０ａで回折作用を受けた光束は、ズームレンズ８を介して第２フライアイレンズ９の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、第２フライアイレンズ９の後側焦点面にも、その入射面に形成された輪帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次光源が形成される。
【００３４】
また、４極照明用の回折光学素子７０ｂ（不図示）は、光軸ＡＸに沿って入射した矩形状の平行光束を、４極状の断面を有する発散光束に変換する。したがって、４極照明用の回折光学素子７０ｂを照明光路に設定した場合、回折光学素子７０ｂで回折作用を受けた光束は、ズームレンズ８を介して第２フライアイレンズ９の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野を形成する。その結果、第２フライアイレンズ９の後側焦点面にも、その入射面に形成された４極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極状の二次光源が形成される。
【００３５】
また、本実施形態の露光装置には、投影光学系ＰＬの結像面（ウェハＷの表面）における照度分布を測定するための照度測定装置１４が設けられている。周知の構成を有する照度測定装置１４で測定された投影光学系ＰＬの結像面における照度分布情報は、制御部２１に供給される。さらに、本実施形態の露光装置には、第１フライアイレンズ７へ入射する光束の位置を検出するための位置検出部６が設けられている。
【００３６】
位置検出部６は、前述したように、ハービング５と第１フライアイレンズ７との間の光路中に配置されたビームスプリッター６ａを備えている。ビームスプリッター６ａにより光路から取り出された光は、レンズ群６ｂを介して、たとえば二次元ＣＣＤのような撮像素子６ｃに達する。こうして、位置検出部６では、第１フライアイレンズ７の入射面と光学的にほぼ共役な位置に配置された二次元ＣＣＤ６ｃの撮像面における入射光束の位置に基づいて、第１フライアイレンズ７へ入射する光束の位置情報を検出することができる。位置検出部６で検出された位置情報は、制御部２１に供給される。
【００３７】
本実施形態では、制御部２１が駆動部２２を介してハービング５を駆動することにより、第１フライアイレンズ７へ入射する光束の位置がＸＺ平面内において変化する。その結果、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度（入射角）が変化し、ウェハＷ上における照度分布が変化する。換言すれば、ハービング５を駆動して第１フライアイレンズ７へ入射する光束の位置を変化させることにより、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度を変化させ、ひいてはウェハＷ上における照度分布を適宜変化させて、ウェハＷ上における照度分布の不均一性、特に傾斜むらを補正することができる。
【００３８】
なお、第１フライアイレンズ７へ入射する光束の位置を変化させることにより、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度が変化し、ひいてはウェハＷ上における照度分布が変化する原理については、前述した特開平８−１７９２３７号公報の明細書の段落［００１０］〜［００１７］および図４〜図６に詳細に記載されている。同様の原理により、第１オプティカルインテグレータとして回折光学素子７０を用いる場合にも、回折光学素子７０へ入射する光束の位置を変化させることにより、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度が変化し、ひいてはウェハＷ上における照度分布が変化する。
【００３９】
こうして、本実施形態では、制御部２１が、照度測定装置１４を介して、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布を測定する。なお、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布と、この傾斜むらを補正するために必要なハービング５の駆動量との関係は、たとえば制御部２１内のメモリーに予め記憶されている。制御部２１は、測定された照度分布の傾斜むらに基づいて、ハービング５の駆動量の情報を含む駆動指令を駆動部２２に出力する。駆動部２２は、制御部２１からの駆動指令にしたがってハービング５を駆動して、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度を変化させ、ひいては投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の傾斜むらを補正する。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）を駆動することなく、ハービング５だけを駆動することにより、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）へ入射する光束の位置を変化させる。その結果、第２フライアイレンズ９へ入射する光束の角度を変化させ、ひいては投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の傾斜むらを補正することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）へ入射する光束が、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）の有効領域よりも小さい断面形状を有するように設定されている。したがって、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）へ入射する光束の位置が変化しても、入射光束が第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）の有効領域から外側へはみ出すことがなく、第１フライアイレンズ７（または回折光学素子７０）への入射光束のほぼ全部を照明に寄与させることができる。
【００４２】
このように、本実施形態では、比較的簡素な駆動機構に基づいて光量損失を実質的に招くことなく、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の傾斜むらを補正することができる。また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の傾斜むらを補正することのできる照明光学装置を用いて、均一性の良好な照度分布に基づいて良好な露光を行うことができる。
【００４３】
特に、本実施形態では、露光に先立って照度測定装置１４からの照度分布情報に基づいてハービング５を駆動することにより投影光学系ＰＬの結像面における照度分布の傾斜むらを補正することができるだけでなく、露光中においても位置検出部６からの光束位置情報に基づいてハービング５を駆動することによりウェハＷ上における照度分布の傾斜むらを常時補正することができる。
【００４４】
なお、上述の実施形態では、第１オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ７および回折光学素子７０は入射する光束を７０以上の光束に波面分割することが好ましい。この構成を満足しない場合、照度分布において凹凸むら（二次むら）が支配的になり、傾斜むらの補正効果が十分えられなくなるので不都合である。また、矩形状の断面を有するレンズエレメントを用いて第１フライアイレンズ７を構成する場合、図２（ａ）に示すように、一方向に半ピッチ位置ずれさせてレンズエレメントを配置することが好ましい。この構成により、レンズエレメントの入射面に対して入射光束が位置ずれしても、傾斜むらが発生しにくくなる。
【００４５】
また、たとえば特開平７−１５６２８４号公報や特開平８−２６７４６号公報に開示されているように、ガラスモールド製法を用いてフライアイレンズ７および９を成形することにより、製造コストを低減することができる。また、第２フライアイレンズ９の入射面の寸法が大きい場合には、ガラスモールド製法を用いて成形された寸法の小さなフライアイレンズを複数個組み合わせて全体を製造することもできる。
【００４６】
また、上述の実施形態では、互いに直交する２つの軸線を中心としてそれぞれ回転可能な一対の平行平面板により平行移動手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、それぞれ所定の軸線を中心として回転可能に構成された２つのミラーにより平行移動手段を構成することもできる。また、互いに直交する２つの軸線中心として回転可能な１つの平行平面板により平行移動手段を構成することもできる。
【００４７】
また、上述の実施形態では、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源のようなパルスレーザ光源１から減光フィルター３に入射する光束のエネルギ密度が１００ｍＪ／ｃｍ2／パルス以下に設定されていることが重要である。減光フィルター３に入射する光束のエネルギ密度が１００ｍＪ／ｃｍ2／パルスよりも大きくなると、透過率が時間の経過にしたがって低下し、減光誤差が発生し易くなり、新たな減光フィルターとの交換頻度が多くなってしまう。
【００４８】
減光フィルター３の寿命をさらに十分長く確保し且つ交換頻度をさらに十分に少なくするには、減光フィルター３に入射する光束のエネルギ密度を５０ｍＪ／ｃｍ2／パルス以下に設定することが好ましい。なお、上述の実施形態では、パルスレーザ光源１と減光フィルター３との間の光路中にビームエキスパンダー２のようなリレー光学系が配置されているので、パルスレーザ光源１のレーザ射出面と光学的に共役な位置のある程度近くにおいてほぼ平行光束の光路中に減光フィルター３を配置することができる。
【００４９】
上述の実施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（レチクル）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、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ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３のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
先ず、図３のステップ３０１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３０２において、そのｌ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３０３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。その後、ステップ３０４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３０５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。
【００５１】
また、上述の実施形態の露光装置では、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４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４において、パターン形成工程４０１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。
【００５２】
次に、カラーフィルター形成工程４０２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４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１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４０２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。
【００５３】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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４０２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４０４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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１フライアイレンズの構成を概略的に示す図である。
【図３】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フローチャートである。
【図４】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１  レーザ光源
２  ビームエキスパンダー
３  減光フィルター
５  ハービング
６  位置検出部
７  第１フライアイレンズ
７０  回折光学素子
８  ズームレンズ
９  第２フライアイレンズ
１１  コンデンサー光学系
１２  マスクブラインド
１３  結像光学系
１４  照度測定装置
２１  制御部
２２  ハービングの駆動部
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
2005183421.tif 000003
【図２】
2005183421.tif 000004
【図３】
2005183421.tif 000005
【図４】
2005183421.tif 000006