(57)【要約】【課題】  反射部材に起因する照明効率の低下、設計上の大きな制約および光学系の大型化がなく、各光学部材の位置決めが容易な照明光学装置。【解決手段】  光源（１）からの光束を所定の断面形状を有する光束に変換する光束変換素子（４）と、光束変換素子と被照射面との間の光路中に配置されて照明瞳に形成される照明瞳分布を形成するオプティカルインテグレータ（１１）と、光束変換素子と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照明瞳分布の大きさおよび形状を変化させる整形光学系（５，７，１０）と、被照射面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて被照射面に形成される照野を規定する視野絞り（１３）とを備えている。光束変換素子と視野絞りとの間の光路中には反射部材が配置されていない。【選択図】  図１
2005195908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束により被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面形状を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置されて照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータと、
前記光束変換素子と前記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照明瞳分布の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系と、
前記被照射面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて前記被照射面に形成される照野を規定するための視野絞りと、
前記照明瞳分布からの光束を集光して前記視野絞りへ導くための集光光学系とを備え、
前記整形光学系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、
前記光束変換素子と前記視野絞りとの間の光路中には反射部材が配置されていないことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記屈折面は、前記照明光学装置の光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状を有す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】
前記屈折面は、前記照明光学装置の光軸を通る所定の軸線に関して対称なＶ字状の断面を有す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４】
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成されてい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】
前記整形光学系は、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個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】
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組は、平行平面板と交換可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記整形光学系は、リレー光学系と、該リレー光学系の光路中に配置された前記第１プリズムおよび前記第２プリズムと、前記リレー光学系と前記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た変倍光学系とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記光束変換素子は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中において前記照明光学装置の光軸に対して傾いて配置され且つ前記光軸を中心として回転可能に構成された平行平面板をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
マスクを照明するための請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記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を照明する照明工程と、
前記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】
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ための露光装置に好適な照明光学装置に関するものである。
【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フライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、必要に応じてフライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、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。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】
近年においては、フライアイレンズを介して照明瞳に形成される二次光源の大きさを変化させることにより、照明のコヒーレンシィσ（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）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズを介して照明瞳に輪帯状や４極状の二次光源を形成することにより、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、たとえば光源からの光束を回折光学素子のような光束変換素子により所望の断面形状を有する光束に変換し、整形光学系を介してフライアイレンズの入射面へ導くとともに、整形光学系の作用によりフライアイレンズを介して形成される実質的な面光源（二次光源：照明瞳分布）の大きさおよび形状を変化させる構成が考えられる。
【０００６】
この構成では、被照射面でのスペックル（干渉縞）の影響を低減するために、フライアイレンズの直前に振動ミラーを配置するのが一般的である。また、露光装置のフットプリントが大きくならないように、振動ミラーの配置に対応して整形光学系の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムを配置するのが一般的である。
【０００７】
この場合、振動ミラーや直角プリズムのような反射部材に起因して照明効率が低下し易い。また、特に直角プリズムを用いる場合には、たとえば光束変換素子の交換により光線の入射角が大きく変わると全反射しなくなるので設計上の制約が大きい。また、反射部材のスペースを確保するために光学系が大型化し易く、且つ光軸が折れ曲がるために各光学部材の位置決めが困難である。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、反射部材に起因する照明効率の低下を抑え、反射部材の設計上の大きな制約を伴うことがなく、反射部材に起因して光学系が大型化することなく、各光学部材の位置決めが容易な照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明の照明光学装置を用いて、効率の高い所望の照明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、光源からの光束により被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を所定の断面形状を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置されて照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータと、
前記光束変換素子と前記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照明瞳分布の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系と、
前記被照射面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて前記被照射面に形成される照野を規定するための視野絞りと、
前記照明瞳分布からの光束を集光して前記視野絞りへ導くための集光光学系とを備え、
前記整形光学系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、
前記光束変換素子と前記視野絞りとの間の光路中には反射部材が配置されていない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、前記屈折面は、前記照明光学装置の光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状を有する。あるいは、前記屈折面は、前記照明光学装置の光軸を通る所定の軸線に関して対称なＶ字状の断面を有することが好ましい。また、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成されていることが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記整形光学系は、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個有する。この場合、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組は、平行平面板と交換可能に構成されていることが好ましい。また、前記整形光学系は、リレー光学系と、該リレー光学系の光路中に配置された前記第１プリズムおよび前記第２プリズムと、前記リレー光学系と前記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た変倍光学系とを有することが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記光束変換素子は、回折光学素子を有する。また、前記光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中において前記照明光学装置の光軸に対して傾いて配置され且つ前記光軸を中心として回転可能に構成された平行平面板をさらに備えていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の別の態様にかかる照明光学装置は、光源からの光束により被照射面を照明する照明光学装置であって、前記光源からの光束を所定の断面形状を有する光束に変換するための光束変換素子と、前記光束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置されて照明瞳またはその近傍に照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータと、前記光束変換素子と前記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照明瞳分布の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系と、前記被照射面と光学的にほぼ共役な位置に配置されて前記被照射面に形成される照野を規定するための視野絞りとを備え、前記整形光学系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有すると共に、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個有することを特徴とする。
【００１４】
上記別の態様にかかる照明光学装置において、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組は、平行平面板と交換可能に構成されることが好ましい。また、前記整形光学系は、リレー光学系と、該リレー光学系の光路中に配置された前記第１プリズムおよび前記第２プリズムと、前記リレー光学系と前記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た変倍光学系とを有することか好ましい。また、前記照明瞳分布からの光束を集光して前記視野絞りへ導くための集光光学系をさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２形態では、マスクを照明するための第１形態の照明光学装置を備え、前記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。
【００１６】
本発明の第３形態では、第１形態の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記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を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、光束変換素子と視野絞りとの間の光路中に反射部材が配置されていないので、光束変換素子と視野絞りとの間のすべての光学部材は直線状に延びる光軸に沿って配置される。その結果、少なくとも光束変換素子と視野絞りとの間の光路中において、反射部材に起因する照明効率の低下および設計上の制約は発生しない。また、少なくとも光束変換素子と視野絞りとの間の光路中において、反射部材のスペースを確保するために光学系が大型化することなく、且つ光軸ＡＸが直線状に延びているので各光学部材の位置決めが容易である。
【００１８】
すなわち、本発明の照明光学装置では、反射部材に起因する照明効率の低下を抑え、反射部材の設計上の大きな制約を伴うことがなく、反射部材に起因して光学系が大型化することなく、各光学部材の位置決めが容易である。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、効率の高い所望の照明に基づいて良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロ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】
【００１９】
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。なお、図１では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００２０】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源または波長が１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。光源１からＹ方向に沿って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、たとえば一対のレンズからなるビームエキスパンダー２に入射する。ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２１】
ビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＺ方向に偏向された後、輪帯照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）４ａに入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。回折光学素子４ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００２２】
輪帯照明用の回折光学素子４ａは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、たとえば４極照明用の回折光学素子４ｂと切り換え可能に構成されている。４極照明用の回折光学素子４ｂの構成および作用については後述する。光束変換素子としての回折光学素子４ａを介した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）５に入射する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位置と回折光学素子４ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面６の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００２３】
したがって、回折光学素子４ａに入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ５から射出される。なお、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中において瞳またはその近傍には、円錐アキシコン系７Ｃが配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系７Ｃの作用を無視して、本実施形態の基本的な構成および作用を説明する。
【００２４】
また、円錐アキシコン系７Ｃは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖ、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈ、および平行平面板対７Ｐと切り換え可能に構成されている。第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖ、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈ、および平行平面板対７Ｐの構成および作用については後述する。また、円錐アキシコン系７Ｃと第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖと第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈと平行平面板対７Ｐとの間の切換え機構についても後述する。
【００２５】
アフォーカルレンズ５を介した光束は、光軸ＡＸに対して斜設された平行平面板８およびσ値可変用のズームレンズ（変倍光学系）１０を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１１に入射する。ここで、平行平面板８は、保持部材９により光軸ＡＸ廻りに回転可能に保持されている。すなわち、平行平面板８は、光軸ＡＸに対して傾いて配置され且つ光軸ＡＸを中心として回転可能に構成された回転ハービングを構成している。回転ハービング８の作用については後述する。
【００２６】
なお、所定面６の位置はズームレンズ１０の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１１の入射面はズームレンズ１０の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ１０は、所定面６とマイクロフライアイレンズ１１の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５の瞳面とマイクロフライアイレンズ１１の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ１１の入射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ１０の焦点距離に依存して相似的に変化する。
【００２７】
マイクロフライアイレンズ１１を構成する各微小レンズは、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。マイクロフライアイレンズ１１に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明瞳）にはマイクロフライアイレンズ１１への入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する照明瞳分布、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。
【００２８】
マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、必要に応じて輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、コンデンサー光学系１２の集光作用を受けた後、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１３を重畳的に照明する。マスクブラインド１３の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系（集光光学系）１４の集光作用を受けた後、マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００２９】
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、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬの入射瞳面には、投影光学系ＰＬの開口数を規定するための可変開口絞り（不図示）が設けられている。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ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。
【００３０】
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、マイクロフライアイレンズ１１の各微小レンズ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、マイクロフライアイレンズ１１の各微小レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
【００３１】
図２は、本実施形態における円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。円錐アキシコン系７Ｃは、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材７Ｃａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材７Ｃｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材７Ｃａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７Ｃｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材７Ｃａおよび第２プリズム部材７Ｃｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材７Ｃａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７Ｃｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００３２】
ここで、第１プリズム部材７Ｃａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７Ｃｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系７Ｃは平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材７Ｃａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７Ｃｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系７Ｃは、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系７Ｃの間隔の変化に伴って、所定面６への入射光束の角度は変化する。
【００３３】
図３は、本実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。本実施形態の輪帯照明では、円錐アキシコン系７Ｃの間隔が零で且つズームレンズ１０の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源３０ａが、円錐アキシコン系７の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源３０ｂに変化する。換言すると、円錐アキシコン系７Ｃの作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。
【００３４】
図４は、本実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。本実施形態の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源３０ａが、ズームレンズ１０の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源３０ｃに変化する。換言すると、ズームレンズ１０の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。
【００３５】
次いで、輪帯照明用の回折光学素子４ａに代えて４極照明用の回折光学素子４ｂを照明光路中に設定することによって得られる４極照明について説明する。４極照明用の回折光学素子４ｂは、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４極照明用の回折光学素子４ｂを介した光束は、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野とほぼ同じ光強度分布を有する照明瞳分布、すなわち光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の実質的な面光源からなる４極状の二次光源が形成される。
【００３６】
図５は、本実施形態におけるＶ溝アキシコン系の構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態では第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈのうちのいずれか一方だけが光路中に配置されるように構成されているが、図５では説明の簡単のために第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの双方が光路中に配置された状態を仮想的に示している。図５を参照すると、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖは、光源側に平面を向け且つマスク側に凹状で且つＶ字状の屈折面を向けた第１プリズム部材７Ｖａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリズム部材Ｖ７ｂとから構成されている。
【００３７】
第１プリズム部材７Ｖａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。第２プリズム部材７Ｖｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材７Ｖａの凹状屈折面と互いに当接可能なように、換言すると第１プリズム部材７Ｖａの凹状屈折面と相補的に形成されている。すなわち、第２プリズム部材７Ｖｂの凸状屈折面も２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。また、第１プリズム部材７Ｖａおよび第２プリズム部材７Ｖｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材７Ｖａの凹状屈折面と第２プリズム部材７Ｖｂの凸状屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００３８】
一方、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈは、光源側に平面を向け且つマスク側に凹状でＶ字状の屈折面を向けた第１プリズム部材７Ｈａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリズム部材７Ｈｂとから構成されている。第１プリズム部材７Ｈａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線はＹ方向に沿って延びている。第２プリズム部材７Ｈｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材７Ｈａの凹状屈折面と相補的に形成されている。すなわち、第２プリズム部材７Ｈｂの凸状屈折面も２つの平面から構成され、その交線はＹ方向に沿って延びている。また、第１プリズム部材７Ｈａおよび第２プリズム部材７Ｈｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材７Ｈａの凹状屈折面と第２プリズム部材７Ｈｂの凸状屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００３９】
ここで、対向する凹状屈折面と凸状屈折面とが互いに当接している状態では、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈは平行平面板として機能し、形成される４極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖは、凹状屈折面と凸状屈折面とを離間させると、Ｘ方向に沿って平行平面板として機能するが、Ｙ方向に沿ってビームエキスパンダーとして機能する。また、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈは、凹状屈折面と凸状屈折面とを離間させると、Ｙ方向に沿って平行平面板として機能するが、Ｘ方向に沿ってビームエキスパンダーとして機能する。
【００４０】
図６は、本実施形態の４極照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。本実施形態の４極照明では、ズームレンズ１０の焦点距離が変化すると、４つの円形状の面光源４０ａ〜４０ｄから構成される４極状の二次光源の全体形状が相似的に変化する。すなわち、４極状の二次光源を構成する円形状の各面光源４０ａ〜４０ｄが、円形状を維持したまま光軸ＡＸを中心とした円の径方向に沿って移動する。
【００４１】
そして、変化前の各面光源４０ａ〜４０ｄの中心点と変化後の各面光源４１ａ〜４１ｄの中心点とを結ぶ線分は光軸ＡＸを通り、中心点の移動距離および移動の向きはズームレンズ１０の焦点距離の変化に依存する。また、変化前の各面光源４０ａ〜４０ｄを光軸ＡＸから見込む角度と、変化後の各面光源４１ａ〜４１ｄを光軸ＡＸから見込む角度とが等しい。こうして、ズームレンズ１０の焦点距離を変化させることにより、４極状の二次光源の輪帯比（４つの面光源に内接する円の直径／４つの面光源に外接する円の直径）を変化させることなくその外径（４つの面光源に外接する円の直径）だけを変更することができる。
【００４２】
図７は、本実施形態の４極照明において形成される二次光源に対する第１Ｖ溝アキシコン系および第２Ｖ溝アキシコン系の作用を説明する図である。第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖの間隔の変化に伴って、所定面６への入射光束のＸ方向に沿った入射角度は変化しないが、所定面６への入射光束のＹ方向に沿った入射角度は変化する。その結果、図７（ａ）に示すように、４つの円形状の面光源４４ａ〜４４ｄは、Ｘ方向には移動しないが、その形状および大きさを維持したままＹ方向に沿って光軸ＡＸを挟んで対称に移動する。すなわち、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖの間隔が拡大すると、面光源４４ｂおよび４４ｃは−Ｙ方向に移動し、面光源４４ａおよび４４ｄは＋Ｙ方向に移動する。
【００４３】
一方、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの間隔の変化に伴って、所定面６への入射光束のＹ方向に沿った入射角度は変化しないが、所定面６への入射光束のＸ方向に沿った入射角度は変化する。その結果、図７（ｂ）に示すように、４つの円形状の面光源４４ａ〜４４ｄは、Ｙ方向には移動しないが、その形状および大きさを維持したままＸ方向に沿って光軸ＡＸを挟んで対称に移動する。すなわち、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの間隔が拡大すると、面光源４４ａおよび４４ｂは＋Ｘ方向に移動し、面光源４４ｃおよび４４ｄは−Ｘ方向に移動する。
【００４４】
なお、本実施形態では、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈのうちのいずれか一方だけが光路中に配置されるように構成されているが、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの双方を光路中に配置する構成も可能である。この場合、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖの間隔および第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの間隔がともに変化すると、所定面６への入射光束のＹ方向に沿った入射角度およびＸ方向に沿った入射角度はともに変化する。
【００４５】
その結果、図７（ｃ）に示すように、各面光源４４ａ〜４４ｄは、その形状および大きさを維持したままＹ方向およびＸ方向に沿って光軸ＡＸを挟んで対称に移動する。すなわち、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｈの間隔および第２Ｖ溝アキシコン系７Ｖの間隔がともに拡大すると、面光源４４ａは＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に移動し、面光源４４ｂは＋Ｘ方向および−Ｙ方向に移動し、面光源４４ｃは−Ｘ方向および−Ｙ方向に移動し、面光源４４ｄは−Ｘ方向および＋Ｙ方向に移動する。
【００４６】
このように、アフォーカルレンズ５、円錐アキシコン系７Ｃ（または第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖ，第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈ）、およびズームレンズ１０は、光束変換素子としての回折光学素子４ａ（または４ｂ）とオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ１１との間の光路中に配置されて照明瞳分布（二次光源）の大きさおよび形状を変化させるための整形光学系を構成している。そして、整形光学系（５，７，１０）は、交換可能な第１プリズムと第２プリズムとの組として、円錐アキシコン系７Ｃ、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖおよび第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈを有する。
【００４７】
図８は、アキシコン系の切換え機構の構成を概略的に示す図である。なお、図８（ｂ）では、円錐アキシコン系７Ｃおよび第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖの断面だけが図示されている。図８を参照すると、円錐アキシコン系７Ｃの光源側の第１プリズム部材７Ｃａ、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖの光源側の第１プリズム部材７Ｖａ、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈの光源側の第１プリズム部材７Ｈａ（不図示）、および平行平面板対７Ｐの光源側の第１平行平面板７Ｐａ（不図示）が、光軸ＡＸと平行な回転軸ＡＸｔを中心として回転可能な第１ターレットＴ１により回転軸ＡＸｔを中心とした円周上に保持されている。
【００４８】
一方、円錐アキシコン系７Ｃのマスク側の第２プリズム部材７Ｃｂ、第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖのマスク側の第２プリズム部材７Ｖｂ、第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈのマスク側の第２プリズム部材７Ｈｂ、および平行平面板対７Ｐのマスク側の第２平行平面板７Ｐｂが、回転軸ＡＸｔを中心として回転可能な第２ターレットＴ２により回転軸ＡＸｔを中心とした円周上に保持されている。第１ターレットＴ１と第２ターレットＴ２とは、回転軸ＡＸｔを中心として一体的に回転するように構成されている。
【００４９】
また、第１ターレットＴ１および第２ターレットＴ２のうち少なくとも一方のターレットが光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。したがって、第１ターレットＴ１と第２ターレットＴ２とを回転軸ＡＸｔを中心として一体的に回転させることにより、円錐アキシコン系７Ｃと第１Ｖ溝アキシコン系７Ｖと第２Ｖ溝アキシコン系７Ｈと平行平面板対７Ｐとの間の切換えを行うことができる。また、第１ターレットＴ１および第２ターレットＴ２のうち少なくとも一方のターレットを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、アキシコン系（７Ｃ，７Ｖ，７Ｈ）の間隔を変化させることができる。
【００５０】
前述したように、アキシコン系（７Ｃ，７Ｖ，７Ｈ）は、その間隔を零にすると平行平面板として機能する。しかしながら、実際には、円錐アキシコン系７Ｃの各プリズム部材の頂点部およびＶ溝アキシコン系７Ｖおよび７Ｈの各プリズム部材の稜線部を高精度に成形することは困難であり、ひいては高精度な平行平面板として機能させることは困難である。そこで、アキシコン系（７Ｃ，７Ｖ，７Ｈ）を平行平面板として機能させたい場合には、アキシコン系（７Ｃ，７Ｖ，７Ｈ）に代えて、ほぼ同じ光路長を有する平行平面板対７Ｐを光路中に設定することが好ましい。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、光束変換素子としての回折光学素子４ａ（または４ｂ）と照明視野絞りとしてのマスクブラインド１３との間の光路中には反射部材が全く配置されていない。したがって、回折光学素子４ａ（または４ｂ）とマスクブラインド１３との間のすべての光学部材（５，７，８，１０，１１，１２）が、直線状に延びる光軸ＡＸに沿って配置されている。その結果、少なくとも回折光学素子４ａ（または４ｂ）とマスクブラインド１３との間の光路中において、反射部材に起因する照明効率の低下および設計上の制約は発生しない。
【００５２】
また、少なくとも回折光学素子４ａ（または４ｂ）とマスクブラインド１３との間の光路中において、反射部材のスペースを確保するために光学系が大型化することなく、且つ光軸ＡＸが直線状に延びているので各光学部材の位置決めが容易である。すなわち、本実施形態の照明光学装置では、反射部材に起因する照明効率の低下を抑え、反射部材の設計上の大きな制約を伴うことがなく、反射部材に起因して光学系が大型化することなく、各光学部材の位置決めが容易である。また、本実施形態の照明光学装置を搭載した露光装置では、効率の高い所望の照明に基づいて良好な露光を行うことができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、マイクロレンズアレイ１１の直前に振動ミラーを配置していないが、アフォーカルレンズ５とズームレンズ１０との間の光路中に配置された回転ハービング８の作用により、被照射面であるウェハＷでのスペックル（干渉縞）の影響を低減することができる。なお、回転ハービングのさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開昭４７−２２０７９号公報などを参照することができる。
【００５４】
上述の実施形態において、回折光学素子としては、発散角の公差が±０．０５°以内であることが好ましい。ここで、回折光学素子の発散角の公差が±０．０５°を超える場合には、同じ種類の回折光学素子を用いたとしても、それにより形成される照明瞳内の照度分布の大きさが異なってしまうため、露光装置ごとにσ値（輪帯の場合には輪帯の外側により規定されるσ値、多極の場合には多極を包含する外接円により規定されるσ値）が異なってしまうため好ましくない。
【００５５】
また、回折光学素子のファーフィールドにおける照度分布の均一性がトータルで±３％以内で、そのうちの傾斜成分が±２％以内であることが好ましい。なお、回折光学素子が輪帯形状の照度分布や、多極形状の照度分布を形成する場合には、理想的な照度分布との差がトータルで±３％以内で、そのうちの傾斜成分が±２％以内であることが好ましい。ここで、回折光学素子のファーフィールドにおける照度分布がこれらの範囲外となる場合には、照明瞳での照度分布の均一性が悪くなるため好ましくない。
【００５６】
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（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、本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９のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
先ず、図９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、本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。
【００５８】
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。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、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、ウェハ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。
【００５９】
また、本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１０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１０において、パターン形成工程４０１では、本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。
【００６０】
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されたり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。
【００６１】
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。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、輪帯照明および４極照明を例にとって本発明を説明しているが、これに限定されることなく、通常の円形照明や他の変形照明に対しても本発明を適用することができる。また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた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。
【００６３】
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。
【００６４】
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】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態における円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。
【図４】本実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
【図５】本実施形態におけるＶ溝アキシコン系の構成を概略的に示す図である。
【図６】本実施形態の４極照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
【図７】本実施形態の４極照明において形成される二次光源に対する第１Ｖ溝アキシコン系および第２Ｖ溝アキシコン系の作用を説明する図である。
【図８】アキシコン系の切換え機構の構成を概略的に示す図である。
【図９】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１０】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】
【００６６】
１  光源
４  回折光学素子
５  アフォーカルレンズ
７Ｃ  円錐アキシコン系
７Ｖ，７Ｈ  Ｖ溝アキシコン系
８  回転ハービング
１０  ズームレンズ
１１  マイクロフライアイレンズ
１２  コンデンサー光学系
１３  マスクブラインド
１４  結像光学系
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
2005195908.tif 000003
【図２】
2005195908.tif 000004
【図３】
2005195908.tif 000005
【図４】
2005195908.tif 000006
【図５】
2005195908.tif 000007
【図６】
2005195908.tif 000008
【図７】
2005195908.tif 000009
【図８】
2005195908.tif 000010
【図９】
2005195908.tif 000011
【図１０】
2005195908.tif 000012