(57)【要約】【課題】  比較的少ないミラー枚数で、良好な照明を容易に可能とする照明光学系を提供すること。【解決手段】  光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラー１１と、そのミラーの反射面に対して略垂直に開口面が配置された絞り１５と、を有することを特徴とする構成とした。【選択図】  図７
2005141158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、該ミラーの反射面に対して略垂直に開口面が配置された絞りと、を有することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、該ミラーの反射面の近傍に配置された絞りと、を有し、
前記光源からの光は、前記ミラーの反射面と前記絞りとで形成される開口を通過することを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと該ミラーの反射面の近傍に配置された絞りとを備えた光学ユニットを有し、
前記光源からの光は、前記絞りと前記絞りの前記ミラーの反射面による虚像とを合わせたものに制限されたかの如く前記絞りによって制限され、前記光学ユニットから出射することを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、開口が設けられた絞りと、を有し、
前記絞りは、前記ミラーに入射する前の光と前記ミラーで反射された後の光とが前記開口を同じ側から通過するように、前記ミラーの反射面の近傍に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、絞りと、を有し、
前記絞りは、前記ミラーに入射する前の光と前記ミラーで反射された後の光とが前記絞りの同じ側で遮光されるように、前記ミラーの反射面の近傍に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、該ミラーの反射面の近傍に配置された絞りと、を有し、
前記絞りと前記絞りの前記ミラーの反射面による虚像とを合わせたものの開口が、有効光源の分布形状を規定することを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
ミラーと、
該ミラーの反射面の近傍に配置され、開口を持つ絞りと、を有し、
前記開口の形状は、有効光源の分布形状を所定の軸に対して対称に分けた場合の、その片方の分布形状と同じであることを特徴とする照明光学系。
【請求項８】
前記ミラーは、前記光源からの光で複数の２次光源を形成する反射型インテグレータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項９】
前記光源からの光を略平行にして前記反射型インテグレータに入射させる第１の光学ユニットと、
前記複数の２次光源からの光を前記被照明面の照明領域に重ねる第２の光学ユニットと、を更に有することを特徴とする請求項８記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記反射型インテグレータは、その反射面が前記第２の光学ユニットの共軸に沿って配置されることを特徴とする請求項９記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記ミラーは、その反射面上の前記光源からの光により照射される照射領域の中心が、前記被照明面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面上となるように配置されることを特徴とする１〜７のいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記絞りは、有効光源の分布形状を規定する絞りであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記絞りの開口の形状は、有効光源の分布形状を所定の軸に対して対称に分けた場合の、その片方の分布形状と略同じであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記絞りの前記所定の軸に対応する部分は、前記ミラーの反射面に一致又は略一致するように配置されることを特徴とする請求項７又は１３記載の照明光学系。
【請求項１５】
マスクを照明する請求項１〜１４のいずれか一項記載の照明光学系と、該マスクのパターンを基板に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明光学系及びそれを用いた露光装置に関し、特に露光光として波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの極端紫外線（ＥＵＶ）領域又はＸ線領域の光を利用する照明光学系及び、それを用いて半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスパターンの微細化の要求に伴い、露光装置において露光光として用いられる光の波長は短くなってきている。
【０００３】
そして、近年は、露光光としてＥＵＶ又はＸ線を露光光とする露光装置に関する様々な提案がなされている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−７００５８号公報
【特許文献２】特開２００３−０４５７７４号公報
【特許文献３】特開２００３−０４５７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＵＶ又はＸ線（特に２０〜５ｎｍの光）を露光光とする露光装置においては、光源からの光でマスク（レチクル）を照明するための照明光学系として、透過型（屈折）光学系を使用することはできず、反射多層膜を施した反射光学系で構成される。
【０００５】
この反射光学系に使用される多層膜ミラーの反射率は６７％程度であり、光源からの光の利用効率を照明光学系において落とさないためには、照明光学系を構成するミラーの枚数は少ないほうが好ましい。
【０００６】
しかし、良好な照明を行うため、例えば、有効光源を規定するには、開口絞りを置く場所（瞳面）を確保しなければならないため、照明光学系を構成するミラーの枚数を増やす必要があり、その結果、照明光学系の光の利用効率（全系透過率）が落ちてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の例示的な目的は、比較的少ないミラー枚数で、良好な照明を容易に可能とする照明光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、該ミラーの反射面に対して略垂直（垂直含む）に開口面が配置された絞りと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、該ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置された絞りと、を有し、前記光源からの光は、前記ミラーの反射面と前記絞りとで形成される開口を通過することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと該ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置された絞りとを備えた光学ユニットを有し、前記光源からの光は、前記絞りと前記絞りの前記ミラーの反射面による虚像とを合わせたものに制限されたかの如く前記絞りによって制限され、前記光学ユニットから出射することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、開口が設けられた絞りと、を有し、前記絞りは、前記ミラーに入射する前の光と前記ミラーで反射された後の光とが前記開口を同じ側から通過するように、前記ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置されることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、絞りと、を有し、前記絞りは、前記ミラーに入射する前の光と前記ミラーで反射された後の光とが前記絞りの同じ側で遮光されるように、前記ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置されることを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、該ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置された絞りと、を有し、前記絞りと前記絞りの前記ミラーの反射面による虚像とを合わせたものの開口が、有効光源の分布形状を規定することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明の別の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、ミラーと、該ミラーの反射面の近傍（接触している場合を含む）に配置され、開口を持つ絞りと、を有し、前記開口の形状は、有効光源の分布形状を所定の軸に対して対称に分けた場合の、その片方の分布形状と同じであることを特徴とする。
【００１５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１６】
従来よりも、性能の良い照明光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１の実施例の要部概略図である。同図において、１は放電ヘッダ、２はＥＵＶ光を放射するプラズマ発光点であり、プラズマ発光点から放射される光束は集光ミラー４により集光される。５はミラー４により集光されたＥＵＶ光束である。６ａはプラズマからの飛散粒子（デブリ）を除去するフィルタ、６ｂはＥＵＶ光以外の波長の光束を除去する波長フィルタ、７は集光ミラー４の集光点近傍に配置されたピンホール状のアパーチャである。これらの部材は真空容器８に収容され、光源部を構成する。そして、露光装置本体と光源部を真空状態で接続するための接続部９を設けられている。
【００１９】
次に照明光学系を構成する部材について説明する。１０ａ、１０ｂはアパーチャ７を通過した光源部からのＥＵＶ光束を受光し、ほぼ平行光束に変換するための凹面ミラーと凸面ミラーからなる平行変換光学系（第１の光学ユニット）、１０ｃはミラー、１１は複数の円筒反射面を有するインテグレータである。そして、インテグレータ１１の反射面上には、その反射面に対して開口面がほぼ垂直に配置された開口絞り１５が配置されており、ここが本実施例の照明光学系の特にポイントとなるところである。この開口絞りは、有効光源の分布形状を規定し、被照明面であるマスク（レチクル）１６上の各点を照明する光の角度分布を規定する。
【００２０】
１４ａ、１４ｂはインテグレータ１１からの光束を円弧状に集光するための円弧光学系（第２の光学ユニット）を形成しており、１４ｃは円弧光学系の像側光束を、反射型マスク１６へはね上げて所定の角度で入射するための平面ミラーである。そして、反射型マスク１２の直前には、円弧状の開口を有するスリット１２が配置されており、以上が照明光学系である。
【００２１】
反射型マスク１６は、マスクステージ１７に保持されている。１８は複数枚の多層膜ミラーにより構成される投影光学系であり、共軸光学系となっており物体側が非テレセンで像側がテレセンになるように設計されている。１９は感光材が塗布されたウエハ、２０はそのウエハ１９を保持するウエハステージ、２１はＥＵＶ光の減衰を防ぐために光学系全体を真空に保つための真空容器である。
【００２２】
電流供給源である不図示のパルスパワー電源により励起されたパルス大電流は、放電ヘッダ１に印加されて放電され、このエネルギーにより電極間のプラズマ媒質から高エネルギー密度プラズマ２が生成される。このプラズマ媒質としては例えばＸｅガスが使用され、放電ヘッド１の電極間に流量制御して導入するように構成されている。そしてこのプラズマ２からの熱輻射によって、波長１３．５ｎｍ近辺のＥＵＶ光が発生する。このようなプラズマ生成方式による光源を、放電励起プラズマ型ＥＵＶ光源（ディスチャージ・プロデュースト・プラズマ光源）と称し、放電励起の手法により、Ｚピンチ、プラズマ・フォーカス、キャピラリー・ディスチャージ等の種々の方式がある。
【００２３】
なお、本実施例ではプラズマ媒質としてＸｅガスを用いた形態を示しているが、プラズマ媒質としては例えばＳｎの蒸気を用いることで、１３．５ｎｍ近傍の光パワーをさらに高出力化した様なＥＵＶ光源を用いてもよい。
【００２４】
また、放電励起プラズマ型ではなく、高出力パルスレーザを集光してプラズマ媒質に照射し、プラズマを発生させるレーザ励起型プラズマＥＵＶ光源を用いたり、あるいは、ＥＵＶ光源としてアンジュレータを用いたりしても本発明の本質は変わらない。
【００２５】
プラズマ発光点２から放射されたＥＵＶ光は、回転楕円ミラー等による集光ミラー４により集光されてＥＵＶ光束として取り出され、フィルタ６ａによりプラズマ及びその周辺から直接前方へ飛ぶ飛散粒子（デブリ）を除去され、さらに必要に応じてフィルタ６ｂによりＥＵＶ露光に不要な波長成分を除去されて、プラズマ光源を収容する真空容器８と、露光装置本体の真空容器２１の境界面に設けられたピンホール状のアパーチャ７の位置に集光される。光源の真空容器８と露光装置本体の真空容器２１は、接続部９で接続されており、必要に応じて作動排気が行なわれている。
【００２６】
上記アパーチャ７を通過したＥＵＶ光束５は、中心部分に開口部を有する凹面ミラー１０ａと比較的小径の凸面ミラー１０ｂからなる平行変換光学系によりほぼ平行な光束１０’に変換される。
【００２７】
ここで上記の集光ミラー４及びミラー１０ａ、１０ｂは、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、高温のプラズマ２からの放射エネルギーを一部吸収するために、露光中に高温になる。そのために材質としては熱伝導性の高い金属等の材料を用いるとともに、水冷など不図示の冷却手段を有しており、露光中は常に冷却されている。
【００２８】
また、以下では特に明示しないが、光学系に用いられている各ミラーの反射面には、ＥＵＶ光を効率良く反射するための反射多層膜が成膜されており、必要に応じてミラーは熱伝導性の高い金属等の材料を用いたり、冷却手段を装備したりしている。
【００２９】
次に、ほぼ平行な光束に変換されたＥＵＶ光１０’は、ミラー１０ｃにより方向を変えられて、複数の円筒面ミラーを有するインテグレータ１１に入射される。そしてインテグレータ１１に入射したＥＵＶ光束は、各円筒面により分割されて発散し、後述する開口絞り１５を経て、ミラー１４ａ、１４ｂからなる円弧光学系により円弧状に集光される事で、円弧スリット１２の開口部に均一な照度分布をもつ円弧照明領域を形成する。
【００３０】
ここで、インテグレータ１１によって円弧領域を均一に照明する原理について、別の図を用いて詳細に説明する。
【００３１】
図２（ａ）は複数の凸円筒面をもった反射型凸円筒面インテグレータ１１に平行光が入射した場合の摸式的斜視図であって、前記のほぼ平行なＥＵＶ光束１０’は図示した方向から入射する。また図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の効果を有する複数の凹円筒面をもった反射型凹円筒面インテグレータの模式的斜視図である。図１のインテグレータ１１は、図２（ａ）で示されるような反射型凸円筒面インテグレータであるが、図２（ｂ）で示されるような反射型凹円筒面インテグレータでも、あるいはこれらの凹凸の組み合わせであっても良い。
【００３２】
図３は反射型凸円筒面インテグレータの摸式的断面図、図４は反射型凸円筒面インテグレータの円筒面でのＥＵＶ光反射の説明図、図５は反射型凸円筒面インテグレータの円筒面で反射したＥＵＶ光束の角度分布図である。各図中、符号１１は反射型凸円筒面インテグレータを示している。
【００３３】
図２（ａ）の様に、複数の円筒面をもったインテグレータ１１にほぼ平行なＥＵＶ光束１０’を入射すると、このインテグレータの表面近傍に線状の２次光源が形成されると共に、この２次光源から放射されるＥＵＶ光束の角度分布が円錐面状となる。次にこの２次光源位置を焦点とする反射鏡で前記ＥＵＶ光束を反射して反射マスクあるいは反射マスクと共役な面を照明することにより、円弧形状の照明が可能となる。
【００３４】
複数の円筒面をもった反射型インテグレータの作用を説明するために、まず、一つの円筒面反射鏡に平行光が入射した場合の反射光の振る舞いについて図４を用いて述べる。今、一つの円筒面にその中心軸に垂直な面に対してθの角度で平行光を入射する場合を考える。平行な入射光の光線ベクトルを
Ｐ１＝（０，−ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）
円筒面形状の反射面の法線ベクトルを
ｎ＝（−ｓｉｎα，ｃｏｓα，０）
とすると、反射光の光線ベクトルは
Ｐ２＝（−ｃｏｓθ×ｓｉｎ２α，ｃｏｓθ×ｃｏｓ２α，ｓｉｎθ）
となる。
【００３５】
このとき反射光の光線ベクトルを位相空間にプロットすれば、図５に示すようにｘｙ平面上で半径ｃｏｓθの円となる。即ち、反射光は円錐面状の発散光となり、この円錐面の頂点の近傍に２次光源が存在することになる。この２次光源はインテグレータ１１の円筒面が凹面であれば反射面の外部に実像として存在し、凸面であれば反射面の内部に、虚像として存在することになる。また図３に示すように反射面が円筒面の一部に限られていて、その中心角が２φである場合は、図５に示すように反射光の光線ベクトルＰ２の存在範囲はｘｙ平面上で中心角４φの円弧５０１となる。
【００３６】
次に、上述した円筒面反射鏡に平行光が入射して形成される２次光源の位置に焦点をもつ、焦点距離ｆの回転放物面ミラーと、さらにこの反射鏡からｆだけ離れた位置に被照明面を配置した場合を考える。２次光源から出た光は円錐面状の発散光になり焦点距離ｆの反射鏡で反射したのち、平行光となる。このときの反射光は半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状断面のシートビームになる。従って図５で示した様に、被照明面上の半径ｆ×ｃｏｓθで中心角４φの円弧状領域５０１のみが照明されることになる。
【００３７】
これまでは１つの円筒面反射鏡について説明してきたが、次に、多数の円筒面を平行に多数並べた広い面積のインテグレータ１１に、ある光束径を有する平行光１０’が図１に示した方向に入射した場合について、図６を用いて説明する。
【００３８】
図６において、１１は前述したインテグレータ、１４ａ，１４ｂはそれぞれ反射多層膜を成膜した球面又は非球面の凸面ミラー、凹面ミラーであって円弧光学系（第２の光学ユニット）を成している。６０２は像面（被照明面）であって図１におけるマスク１６の面と等価であり、該円弧光学系は、この面上に投影光学系１８に対して好適な円弧照明領域を形成するように結像する機能を有する。
【００３９】
その円弧光学系は、ほぼインテグレータ１１の表面上に位置する軸１０ＡＸを中心対称軸とした共軸系であり、インテグレータ１１上の光束照射領域の中心６０２’と像面６０２が、互いにほぼフーリエ変換面の関係になるように構成されている。即ち、位置６０２’は像面６０２のほぼ瞳面となっており、後述する開口絞り１５はこの位置に配置されている。このような配置にした場合、前述した様に、ほぼ平行なＥＵＶ光束１０’が図のようにインテグレータ１１に入射すると、像面６０２の近傍に円弧状に集光される。
【００４０】
この時注意すべきは、像側は非テレセンな構成となっていることであり、像面６０２への主光線６０４の入射角度６０１（主光線６０４と円弧光学系の光軸１０ＡＸとのなす角度）は、投影光学系１８の対応する物体側主光線のマスク面法線に対する傾斜角とほぼ等しくなるように設定されていることである。つまり、反射型マスクの照明領域内の各位置に対応する、円弧光学系のマスク側主光線と光軸１０ＡＸとのなす角度は、投影光学系のマスク側主光線とマスク面の法線とのなす角度とほぼ等しくなるように設定されている。本実施例の場合には、入射角度６０１は約６°に設定されており、投影光学系１８のマスク側の対応する主光線とマスク面の法線とのなす角度と等しくなっている。また、像側のボケについても良好に補正されており、像面でスポット径が５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下になるように設計されている。
【００４１】
また、円弧光学系を成すミラー１４ａ，１４ｂへのＥＵＶ光束主光線の入射角は、低入射角度、具体的には２０°以下に設定されており、これにより回転放物面ミラー等を用いて入射角が高入射角となるような配置にするよりも、像面６０２への集光の際に生じるボケ量を小さくして、円弧照明領域への集光効率を高めることができる。これにより後述する円弧スリット１２におけるケラレによる光の損失を抑える事が可能となり、照明系効率の向上をもたらすことができる。
【００４２】
図１で示した円弧光学系においては、平面ミラー１４ｃで像側光束を反射マスク１６の方向へはね上げた時に、その反射によって形成される円弧照明領域の円弧の向きは反転して、且つその円弧の中心は投影光学系１８の中心軸１８ＡＸと反射マスク面の交点に一致するように構成されている。そして上記で示したように入射角度６０１を設定することで、円弧光学系の像側主光線６０４と投影光学系１８の物体側光束１８’の対応する主光線が、反射型マスク１６を反射面として互いに一致するように配置する事が可能となる。
【００４３】
そして、円筒面を平行に多数並ベた反射鏡で反射された光の角度分布は、前述した単一の円筒面での例と変わらないので、像面６０２の一点に入射する光は、円筒面を平行に多数並べた反射鏡の照射領域全域から到達する。ここでほぼ平行なＥＵＶ光束１０’の光束径をＤ、円弧光学系の焦点距離をｆとすると、その角度広がり（すなわち集光ＮＡ）６０３はこれをγとすると、γ＝Ｄ／ｆとなる。
【００４４】
この時、円弧照明領域において、その円弧に沿った方向に対して、インテグレータ１１の多数の円筒面からの各光束が重畳されることで、照度の均一性が達成されている。即ちこれにより効率が良く均一な円弧照明を行なうことが可能となる。
【００４５】
次に、開口絞り１５とインテグレータ１１で構成される光学ユニットの詳細について図７及び図６を用いて説明する。図７は開口絞り１５とインテグレータ１１の配置を示す概略図である。同図において、１０’はインテグレータ１１に入射するＥＵＶ光束の中心主光線の方向を示しており、位置６０２’は先に述べた円弧光学系の瞳面のほぼ中心である。この６０２’を原点としてｘｙｚ座標が記載されているが、ｚ軸は前記円弧光学系の共軸１０ＡＸと一致しており、インテグレータ１１表面の円筒面の母線とほぼ平行である。
【００４６】
開口絞り１５の開口面１５’は、インテグレータ１１の多数の円筒面が並ぶ反射面に対してほぼ垂直に配置され、且つ前記共軸１０ＡＸに対してほぼ垂直となるように配置されている。また、開口絞り１５の下辺はインテグレータ１１の反射面にほぼ一致している。なお、より詳しく図に示される開口絞りは、変形照明する照明モードではなく、通常照明する照明モードにおける開口の例を示している。本実施例では、瞳面に配置される開口絞りの開口形状が、図に示す様に半円形状になっていることが特徴である。なお、この開口絞りは、光路から挿脱可能である。また後述するように、有効光源の分布形状が輪帯状や四重極状である変形照明を行なう際にも、その有効光源の分布形状を所定の軸（開口絞り１５の下辺の部分に対応する）に対して対称に分けた場合の、その片方の分布形状と略同じである開口を有する開口絞りを配置する。
【００４７】
図６において、上述した開口絞り１５が光束の一部を制限する様子を以下に説明する。ほぼ平行なＥＵＶ光束１０’がインテグレータ１１の反射面に比較的高入射角（例えば７０°）で入射すると、この入射光束は開口絞り１５の半円形開口により一部が遮光されることで制限を受ける。一方、この光束１０’の前記反射面に対する虚像を考えると、これは図中に波線で示した光束１０”として表示することができ、この光束はやはりインテグレータ１１反射面に対する開口絞り１５の虚像１５”により制限を受けていることになる。この開口絞り１５及びその虚像１５”を合わせて考えれば、所望の有効光源形状に対応した円形の開口を有する開口絞りを配置したのと等価であることが分かる。つまり、開口絞り１５をインテグレータの反射面に対して対称に折り返したもの１５”と、折り返す前の開口絞り１５とで形成される開口の形状は、所望の有効光源の分布形状と略等しくなる。
【００４８】
あるいは、光束１０’の下半分１０’ａはインテグレータ１１に入射する前に開口絞り１５の光源側（入射面側）の面でその一部が遮光されて制限され、光束１０’の上半分１０’ｂはインテグレータ１１で反射してから開口絞り１５の光源側の面で初めてその一部が遮光され制限されると考えてもよい。
【００４９】
また、光束１０’の下半分１０’ａはインテグレータ１１に入射する前に開口絞り１５の開口に光源側から入射し、光束１０’の上半分１０’ｂはインテグレータ１１で反射してから開口絞り１５の開口に最初に光源側から入射すると考えてもよい。
【００５０】
なお、本実施例においては、インテグレータ１１の反射面に対して垂直に開口面１５’を配置したが、有効光源分布の微調整のために、その開口面１５’を反射面に対し完全に垂直ではなく、若干傾けて配置するようにしてもよい。また、有効光源分布の調整やテレセン度の調整等を可能とするため、開口絞り１５の開口面のミラーの反射面に対する角度を調整する不図示の駆動機構を開口絞り１５の近傍に設けても良い。
【００５１】
以上より、開口絞りの開口の形状が半円形であっても、インテグレータ１１の反射面に対して図７に示したように配置することで、有効光源分布（投影光学系の瞳面又は照明光学系の瞳面における光強度分布）は、円弧照明領域内の任意の位置で円形になっている。図８にその様子を示す。同図において８００はウエハ１９面上の円弧照明領域であり、８０１および８０２の各点はそれぞれ円弧の中央部及び端部における、有効光源の観測位置を示している。
【００５２】
図８（ａ）は、前記の開口絞り１５が配置されていない場合の有効光源の形状を示しており、円弧領域の中央部８０１においては８０５の様に円形状の分布となっていても、開口絞りがないことで円弧領域の端部に移るに従って分布が歪んでいき、円弧領域の端部８０２においては８０６の様に有効光源は楕円形状となっている。
【００５３】
照明領域の任意の点において観測した有効光源分布は、その点にある開口数（ＮＡ）で円錐状に入射する光束の角度分布を示しており、これが８０６のような非対称な形状である事は、即ち露光ＮＡの非対称性があるという事になり、解像性能に悪影響を与える原因となり許容されない。
【００５４】
一方、図８（ｂ）は、前記の開口絞り１５が配置されている場合の有効光源の形状を示しており、位置８０１と位置８０２においてそれぞれ８０７、８０８に示す様に有効光源分布は正円となっている。これにより露光ＮＡの均一化が達成されている。
【００５５】
なお、有効光源分布８０５から８０７において示されている斜線は、インテグレータ１１によって生じる２次光源が多数の線状の２次光源から成ることを示している。この線の間隔はインテグレータ１１の反射面に配置された多数の円筒面の幅に依存しており、あるインテグレータの幅に対して、円筒面の幅を狭くして円筒面の数を増やす事により、前記の間隔を狭くして有効光源分布の密度を緻密にすることが可能である。
【００５６】
次に、開口絞り１５の切り替えにより、コヒーレントファクタσを変えたり、輪帯照明等の変形照明を行なったりする方法について述べる。開口絞り１５の開口面と投影光学系１８の瞳面は、互いに共役な関係にあるので、開口絞り１５の開口パターンつまり光束の透過パターンが、投影光学系瞳面における光源像即ち有効光源分布と対応している。
【００５７】
図９は、開口絞り１５が有する開口部の形状の例を示す図であり、（ａ）の絞りは半円形状の開口を有し通常照明の大σに対応し、（ｂ）の絞りは（ａ）よりも半径の小さい半円形状の開口を有し通常照明の小σに対応し、（ｃ）の絞りは輪帯を直線で２等分した形状の開口を有し輪帯照明に対応し、（ｄ）の絞りは円形状の開口を２つ有し四重極照明に対応している。
【００５８】
いずれの開口絞りにおいても、その下辺部に対して対称に折り返せば、従来の一般的な円形を基本とした開口絞りの形状となっていることがわかる。
【００５９】
このようないくつかの開口パターンを例えば一列に並べて用意しておき、不図示の開口絞り駆動系により順次切り替えることで、所望の開口形状に切り替えることが可能である。これにより、様々な種類のマスクをそのマスクに適した照明モードで照明することが可能となる。
【００６０】
ここで図１に戻り、本実施例の露光方法について引き続き説明する。同図において円弧スリット１２の開口部近傍に形成された円弧照明領域は、マスクステージ１７に保持された反射型マスク１６上に、所望の入射角度で入射して円弧照明領域を形成することで反射マスク１６に対して円弧照明を行なう。なおこの円弧状の照明領域の曲率中心は、投影光学系１８の光軸１８ＡＸにほぼ一致している。
【００６１】
この円弧照明された反射型マスク１６からの回路パターン情報を有するＥＵＶ反射光は、投影光学系１８により露光に最適な倍率で、感光材が塗布されたウエハ１９に投影結像されることで、回路パターンの露光が行なわれる。
【００６２】
上記ウエハ１９はウエハステージ２０に固定されており、紙面上で上下前後に平行移動する機能を持ち、その移動は不図示のレーザ干渉計等の測長器で制御されている。そして、投影光学系１８の倍率をＭとすると、例えば反射型マスク１６を紙面に平行な方向に速度ｖで走査すると同時に、ウエハ１９を紙面に平行な方向に速度ｖ／Ｍにて同期走査することで、全面スキャン露光が行なわれる。
【００６３】
上記投影光学系１８は複数の多層膜反射鏡によって構成され、光軸中心１８ＡＸに対して軸外の細い円弧状の領域が良好な結像性能をもつように設計されている。そして反射型マスク１６上のパターンをウエハ１９表面に縮小投影する構成となっており、像側（ウエハ側）テレセントリック系となっている。そして物体側（反射型マスク側）は、反射型マスク１６に入射する照明光束との物理的干渉を避けるために、通常、非テレセントリックな構成となっており、例えば本実施例においては、物体側主光線はマスク１６の法線方向に対して６°ほど傾いている。
【００６４】
次に、スキャン露光において、円弧スリット１２により露光ムラを補正する方法の詳細について図１０を用いて説明する。同図において、１０１３は円弧スリット１２のスリット幅１０１１を部分的に変えるための可動エッジ部が多数並んだものであり、１０１１は円弧照明領域を形成するためのスリット開口部、１０１２は前述したインテグレータ１１及び円弧形成光学系により形成された円弧照射領域であって、この照射領域からスリット開口部１０１１を通過する光束を切り出すようになっている。
【００６５】
ここでスキャン露光時において、反射型マスク１６の回路パターンをウエハ１９に縮小して転写する際に、円弧スリット内に照度ムラがあるとスキャン露光した際に露光ムラが発生する。この問題を解消するために、円弧スリット内で照度が相対的に強い部分のスリット幅のみを、可動エッジ部１０１３を不図示の駆動系で部分的に動かすことにより少し狭くして、所望の量だけ光量を少し減らしてスキャン露光することで、露光領域全面で積算した結果として均一な強度で露光することが可能となる。なお、スキャン露光中、円弧スリット１２は投影光学系１８に対して常に静止していることは言うまでもない。
【００６６】
以上の実施例においては、ミラーとして反射型インテグレータを用いて本発明を説明したが、照明系の瞳面近傍に配置された平面反射面を有するミラーに上記実施例と同様にして絞りを配置しても同じ効果が得られる。この場合、絞りの開口面は、ミラーに入射する光の入射面とミラー反射面との交線とほぼ垂直に配置されているとも言える。
【００６７】
また、以上の実施例においては、絞りとして開口絞りを用いる場合の実施例を示したが、被照明面の照明領域を規定する視野絞りに関しても同様な構成とすることも可能である。
【００６８】
以上の本実施例による照明光学系を用いることにより、従来では実現が困難であった比較的ミラーの少ない構成（例えば、所謂マスキング結像系がない構成）で、高効率かつ均一な円弧照明を行なうことが可能となり、露光装置に好適な照明光学系を達成することが可能である。これによって、露光装置は、スループットを落とさずに高解像かつ安定した像を得ることができる。
【実施例２】
【００６９】
次に、実施例１の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１１はデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板（被処理体）としてのウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７０】
図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では実施例１の露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。
【００７１】
本実施例の製造方法を用いれば、従来よりも高集積度のデバイスをより歩留まり良く製造することが可能になる。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では１３．５ｎｍのＥＵＶ光を用いる照明系及び露光装置について説明したが、本発明はその他の光（例えば、波長２００ｎｍ〜１０ｎｍの極端紫外線（ＥＵＶ）領域又はＸ線領域の光）を用いる照明光学系及び露光装置にも適用することができる。なお、特に２０〜５ｎｍの光に対しては、透過型（屈折）光学系として使用できる硝材が無く、反射光学系を使用しなければならないため、その波長領域の光を用いる照明光学系及び露光装置に本発明を適用するとより有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１の露光装置の概略図である。
【図２】反射型インテグレータの概略図である。
【図３】反射型インテグレータの断面形状を示す図である。
【図４】円筒面で反射した光束の角度分布を説明する図である。
【図５】円筒面で反射した光束により円弧領域が形成されることを示す図である。
【図６】反射型インテグレータに平行光束が入射した場合について説明する図である。
【図７】反射型インテグレータと開口絞りの配置を示す概略図である。
【図８】有効光源の形状を示す図である。
【図９】照明モードの切り替えのための開口絞りの概略図である。
【図１０】円弧スリットの概略図である。
【図１１】デバイスの製造フローを示す図である。
【図１２】図１１中のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  放電ヘッダ
２  プラズマ発光点
４  集光ミラー
１０ａ，１０ｂ  平行変換光学系（第１の光学ユニット）
１１  インテグレータ
１２  可変円弧スリット
１４ａ，１４ｂ  円弧光学系（第２の光学ユニット）
１５  開口絞り
１６  反射型マスク（反射型レチクル）
１７  マスクステージ
１８  投影光学系
１９  ウエハ
２０  ウエハステージ
８，２１  真空容器
【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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