(57)【要約】【課題】    広範囲で連続的に輪帯率を調整することができる照明光学装置を提供する。【解決手段】    光源からの光束を被照射面に照射する照明光学装置であって、複数のプリズムを有する第１のプリズム群と、複数のプリズムを有する第２のプリズム群と、第１のプリズム群又は第２のプリズム群を選択して光路中に導入するプリズム群選択手段とを有し、光路中に導入された第１のプリズム群又は第２のプリズム群の複数のプリズムのうち少なくとも１つを光軸方向に移動することにより、第１のプリズム群又は第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率を変化させ、第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さい。【選択図】図１
2009130091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を被照射面に照射する照明光学装置であって、
複数のプリズムを有する第１のプリズム群と、
複数のプリズムを有する第２のプリズム群と、
前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群を選択して光路中に導入するプリズム群選択手段と、を有し、
前記光路中に導入された前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群の複数のプリズムのうち少なくとも１つを光軸方向に移動することにより、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率を変化させ、
前記第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、前記第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、前記第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さいことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１のプリズム群は、傾斜面が互いに向かい合うように配置された第１の凹プリズム及び第１の凸プリズムを有し、
前記第２のプリズム群は、傾斜面が互いに反対側を向くように配置された第２の凹プリズム及び第２の凸プリズムを有し
前記光路中に導入された前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群の凹プリズム又は凸プリズムのうち、少なくとも一方が光軸方向に移動可能であ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】
前記第１のプリズム群は、前記第１の凹プリズム及び前記第１の凸プリズムが組み合わさることにより平行平面板とな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】
前記照明光学装置は、さらに、
前記光源から光束を回折して、前記光路中に導入されたプリズム群に入射させる複数の回折光学素子と、
前記複数の回折光学素子のうちいずれか一つを選択して前記光路中に導入する回折光学素子選択手段と、
前記光路中に導入された回折光学素子から射出された光束を集光するコンデンサー光学系と、を有し、
前記輪帯率は、前記回折光学素子選択手段が前記光路中に導入される回折光学素子を切換えることにより調整されることを特徴とする請求項１乃至３記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第２の凹プリズムの傾斜角は、前記第１の凹プリズムの傾斜角より大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の照明光学装置。
【請求項６】
光源からの光束を被照射面に照射する照明光学装置であって、
複数のプリズムを有する第１のプリズム群と、
複数のプリズムを有する第２のプリズム群と、を有し、
前記第１および第２のプリズム群の一方は、傾斜面が互いに向かい合うように配置された第１の凹プリズム及び第１の凸プリズムを有し、前記第１の凹プリズム及び前記第１の凸プリズムが組み合わさることにより平行平面板に成るプリズム群であり、
前記第１および第２のプリズム群の他方は、前記光束の光路中に着脱可能であり、
前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群の複数のプリズムのうち少なくとも１つを光軸方向に移動することにより、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率を変化させ、
前記第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、前記第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、前記第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さいことを特徴とする照明光学装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明光学装置と、
前記被照射面に配置される原版のパターンの像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８】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、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、照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体処理速度の高速化及び電子機器の小型化が一段と進み、半導体デバイスパターンの微細化に対する要求はますます高まりつつある。シリコンウエハやガラスプレートなどの基板に微細な回路パターンを描画する工程では、フォトリソグラフィー技術は欠くことができない技術となっている。
【０００３】
このリソグラフィー工程では、所望のパターンが予めパターニングされたレチクル（原版）を照明し、投影光学系を通してその像を感光基板上に転写する。ここで、原版について「レチクル」という言葉を用いたが、一般的に投影光学系が縮小光学系である場合に「レチクル」、等倍光学系である場合に「マスク」という言葉が用いられる。本発明は投影光学系の倍率によって限定されるものではないが、簡単のため以下では「レチクル」という言葉を用いることにする。
【０００４】
半導体露光装置は、主にステップ型露光装置とスキャン型露光装置の２種類に分けることができる。ステップ型露光装置は、スキャン型露光装置に比べて、構造が比較的簡単でコストが抑えられるという利点がある。しかし、広い領域を露光するためには投影光学系の露光フィールドを大きくとる必要があり、収差補正の観点からは不利である。
【０００５】
一方、スキャン型露光装置では、レチクルと感光基板を同期して走査しながら露光が行われる。走査することによって投影光学系の露光フィールドよりも大きな領域を露光することができるため、投影光学系の露光フィールドを小さくすることできる利点がある。したがって、投影光学系の収差補正の観点で、スキャン型露光装置はステップ型露光装置よりも優れている。
【０００６】
露光装置の解像度Ｒは、一般に、レイリー（Rayleigh）の式と呼ばれる以下の式（１）で表される。
【０００７】
【数１】
2009130091.tif 000003
【０００８】
ここで、ｋ１はプロセス係数、λは露光装置の光源波長、ＮＡは投影光学系の開口数である。式（１）で示されるレイリーの式より、解像度Ｒを小さくして微細な回路パターンを描画するには、プロセス係数ｋ１又は波長λを小さくするか、投影光学系の開口数ＮＡを大きくすればよいことが分かる。
【０００９】
近年、投影光学系の開口数ＮＡを大きくするための手段として、液浸露光技術などが注目されている。しかし、一般に投影光学系の開口数ＮＡを大きくすると、投影光学系は大型化乃至複雑化し、露光装置のコスト増大を招く。波長λの小さい露光光源はコストが高く、また、硝材の吸収率や複屈折が大きいために、効率が低いことや所望の像性能を得られないという問題がある。
【００１０】
光源波長や投影光学系の開口数ＮＡを変えずに解像度Ｒを小さくする手段として、プロセス係数ｋ１を小さくする超解像技術（ＲＥＴ： Resolution Enhancement Technology）と呼ばれる方法がある。例えば、その一つに露光光学系の光学特性に応じてレチクルに補助パターンや線幅のオフセットを与える方法がある。
【００１１】
また、このようなレチクルの最適化と同等以上の効果をもたらす手段として、被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる瞳面上の光強度分布を、レチクルパターンに応じて最適化する手段がある。これは一般に変形照明法と呼ばれる。被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる瞳面及びその共役面における光強度分布は、一般に有効光源と呼ばれている。
【００１２】
変形照明としては、輪帯照明や多重極照明が最も一般的である。有効光源は、図１０に示すような「外σ」「内σ」「開口角」という照明パラメータで表現される場合が多い。ここで、「外σ」は有効光源の外径に、「内σ」は有効光源の内径にそれぞれ対応する。また、「開口角」は各極が光軸に対して成す角度である。
【００１３】
また、「輪帯率」と呼ばれるパラメータもよく用いられる。これは内σ／外σの比率で定義される。最適な輪帯率はレチクルパターンにより異なるため、露光装置は輪帯率を調整できるように構成することが望ましい。
【００１４】
輪帯率を調整する方法として、例えば特開平５−２１３１２号公報（特許文献１）に開示されているように、瞳面の近傍に輪帯状の絞りを配置する方法がある。
【００１５】
輪帯率を調整する別の方法として、特開平５−２５１３０８号公報（特許文献２）に開示されているように、円錐状の屈折面を有するプリズムを用いる方法がある。本文献には、凹プリズムと凸プリズムの間隔調整を行うことにより、輪帯率が１／３から２／３の範囲で設定できるように構成することが望ましいとの記載がある。
【００１６】
輪帯率を調整するさらなる別の方法として、特開２００１−３５７７７号公報（特許文献３）に開示されているように、焦点距離可変光学系、円錐プリズム、間隔が調整可能なアキシコン、及び、ズームレンズを設ける方法がある。
【特許文献１】特開平５−２１３１２号公報
【特許文献２】特開平５−２５１３０８号公報
【特許文献３】特開２００１−３５７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特開平５−２１３１２号公報（特許文献１）に開示されているような、瞳面近傍に輪帯状の絞りを配置する方法は、光束を遮光するために露光に用いられる光の効率が低下するという問題があった。また、連続的に輪帯率を調整することができないという問題もあった。
【００１８】
特開平５−２５１３０８号公報（特許文献２）に開示されているような、単純に凹プリズムと凸プリズムの間隔を調整する方法では、例えば輪帯率の可変範囲を１／２以下から３／４以上まで達成することは困難であった。この方法では、輪帯率の可変範囲を大きくするためには、プリズムの傾斜角を大きくするか、プリズムの移動距離を大きくする必要がある。しかし、プリズムの傾斜角を大きくすると、反射や散乱の影響で光の透過率が小さくなり、十分な効率を得られない。また、プリズムの移動距離を大きくすると、装置の大型化を招く。
【００１９】
特開平２００１−３５７７７号公報（特許文献３）に開示されているような方法でも、光路中に多数の光学素子を配置する必要があり、装置の大型化を招いていた。
【００２０】
このように、従来技術では、輪帯率を広い範囲で連続的に調整しようとすると、効率の低下を招き、又は、装置が大型化するという問題があった。
【００２１】
そこで本発明は、広範囲で連続的に輪帯率の調整が可能な照明光学装置を提供する。また、本発明は、装置の大型化と光源からの光の利用効率の低下とを抑制しつつ、輪帯率を調整できる照明光学装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の照明光学装置のうち代表的な一つは、光源からの光束を被照射面に照射する照明光学装置であって、複数のプリズムを有する第１のプリズム群と、複数のプリズムを有する第２のプリズム群と、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群を選択して光路中に導入するプリズム群選択手段とを有し、前記光路中に導入された前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群の複数のプリズムのうち少なくとも１つを光軸方向に移動することにより、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率を変化させ、前記第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、前記第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、前記第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の照明光学装置の他の代表的な一つは、光源からの光束を被照射面に照射する照明光学装置であって、複数のプリズムを有する第１のプリズム群と、複数のプリズムを有する第２のプリズム群とを有し、前記第１および第２のプリズム群の一方は、傾斜面が互いに向かい合うように配置された第１の凹プリズム及び第１の凸プリズムを有し、前記第１の凹プリズム及び前記第１の凸プリズムが組み合わさることにより平行平面板に成るプリズム群であり、前記第１および第２のプリズム群の他方は、前記光束の光路中に着脱可能であり、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群の複数のプリズムのうち少なくとも１つを光軸方向に移動することにより、前記第１のプリズム群又は前記第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率を変化させ、前記第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、前記第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、前記第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さいことを特徴とする。
【００２４】
本発明のその他の目的及び効果は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、広範囲で連続的に輪帯率を調整可能な照明光学装置を提供することができる。また、その照明光学装置を用いれば、装置の大型化と光源からの光の利用効率の低下とを抑制しつつ、輪帯率を調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施例における照明光学装置を有する露光装置の構成を概略的に示す図である。照明光学装置は、後述のビーム引き回し光学系２からコンデンサー光学系１１までの光学部材を有するが、これらの構成に限定されない。
【００２８】
光源１は、例えば波長が約１９３ｎｍのＡｒＦレーザーや約２４８ｎｍのＫｒＦレーザーである。ただし、本発明は光源の種類や波長、個数に限定されるものではない。光源はレーザーに限らず、水銀ランプなどの非レーザー光源でもあってもよい。
【００２９】
ビーム引き回し光学系２は、光源１からの光束を拡大・縮小し、略平行光の状態でビーム成形光学系３に光束を導く。
【００３０】
ビーム成形光学系３は、複数の光学素子やズーム光学系などから構成されている。ビーム成形光学系３は、後段のオプティカルインテグレータ４に入射する光束の強度分布及び角度分布が所望の分布となるようにコントロールしている。なお、ビーム成形光学系３の詳細な機能については後段で説明する。
【００３１】
オプティカルインテグレータ４は、例えば、複数の屈折光学素子や反射光学素子、フレネルレンズのような回折光学素子を２次元的に配置したマイクロレンズアレイである。また、オプティカルインテグレータ４は、所望のパターンが得られるように設計された計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）であってもよい。オプティカルインテグレータ４を射出した光束は、コンデンサー光学系６によって集光され、走行視野絞り８が位置する面を重畳的に照明する。
【００３２】
遮光部材５は、オプティカルインテグレータ４の射出面近傍に配置される。遮光部材５が位置する面は、投影光学系１４の瞳面と共役関係にあり、遮光部材５の形状に応じて、種々の変形照明を形成することができる。
【００３３】
図３を用いて、遮光部材５の具体的な切換え機構の一例を説明する。遮光部材５は、円形の基板５００の上に、それぞれ形状が異なる複数の絞りが配置されたものである。基板５００は、この基板５００上の１つの絞りが光路内に位置するように、点Ｏを中心として回転可能な構造となっている。
【００３４】
絞り５０１は通常の開口絞りである。絞り５０２はダイポール照明用の絞りであり、コンベンショナル照明、輪帯照明などから光束を切り出すことにより、ダイポール照明を形成することが可能となる。絞り５０３は四重極用の絞りであり、コンベンショナル照明、輪帯照明などから光束を切り出すことにより、四重極照明を形成することが可能となる。
【００３５】
減光部材７は、例えば濃度フィルターや金属ブレードである。減光部材７の移動または回転を制御することによって、被照射面に到達する光強度分布を調整することが可能になる。
【００３６】
走行視野絞り８はレチクル１２（原版）が位置する被照射面と共役な位置に配置される。走行視野絞り８は複数の可動遮光板からなり、任意の開口形状に制御することによって、被照射面の照明範囲を規制している。
【００３７】
走行視野絞り８を通過した光束は、コンデンサー光学系９、ミラー１０、及び、コンデンサー光学系１１によって、被照射面に導かれる。
【００３８】
レチクル１２はレチクルステージ１３によって保持されている。被照射面に配置されたレチクル１２に描画されたパターンは、投影光学系１４によって露光面に位置するウエハ１５に転写される。
【００３９】
ウエハステージ１６はウエハ１５を保持し、光軸方向及び光軸と直交する平面に沿って２次元的に動くように制御されている。
【００４０】
スキャン型の露光方法は、レチクル１２とウエハ１５が図２の矢印方向に同期しながら走査露光を行う。投影光学系１４の縮小倍率が１／βの際には、ウエハステージ１６の走査速度がＶのとき、レチクルステージ１３の走査速度はβＶである。
【実施例１】
【００４１】
次に、図１を参照して、実施例１におけるビーム成形光学系３の構成を詳細に説明する。
【００４２】
ビーム引き回し光学系２からビーム成形光学系３に導入された光束は、回折光学素子３０１に入射する。回折光学素子３０１は、例えば所望のパターンが得られるように設計された計算機ホログラムである。
【００４３】
回折光学素子３０１から射出される光束は、コンデンサー光学系３０３によって集光され、フーリエ変換面３０４に円形のパターンを形成する。
【００４４】
フーリエ変換面３０４を通過した光束は、円錐凹プリズム３０５ａ（第１の凹プリズム）、円錐凸プリズム３０６ａ（第１の凸プリズム）の順に入射する。
【００４５】
円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａからなる第１のプリズム群は、円錐凹プリズム３０５ｂ（第２の凹プリズム）及び円錐凸プリズム３０６ｂ（第２の凸プリズム）からなる第２のプリズム群と切換え可能になっている。この切換えは、プリズム群選択手段３０８により実行される。このように、プリズム群選択手段３０８は、第１のプリズム群と第２のプリズム群のいずれか一つを選択して光路中に導入する。
【００４６】
円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂは、互いに相補的な屈折作用を有している。このため、光軸と平行な光線が円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂに入射した場合、光線は円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂで屈折された後、光軸と平行に円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂから射出される。
【００４７】
プリズム移動手段３０９は、プリズム群選択手段３０８により光路中に導入された第１のプリズム群又は第２のプリズム群のいずれか一つのプリズム群を構成する凹プリズム又は凸プリズムの少なくとも一方を光軸方向に移動させる。このため、円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂのうち少なくとも一方は、光軸方向に移動可能な構造となっている。このように、プリズム移動手段３０９を用いて円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂの相対的な位置を変えることにより、プリズム群から射出される光束の輪帯率を調整することができる。
【００４８】
プリズム群から射出された光束は、ズーム光学系３０７によって、略相似形状を保ちながら拡大又は縮小され、ビーム成形光学系３からオプティカルインテグレータ４に導かれる。このため、ズーム光学系３０７から射出される光束の輪帯率は、ズーム光学系３０７に入射する光束の輪帯率と略同一である。
【００４９】
円錐凹プリズム３０５ａ、３０５ｂ、及び、円錐凸プリズム３０６ａ、３０６ｂは、所定の角度にて傾斜した傾斜面を有する。円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの傾斜角度は互いに略同一であり、それぞれ傾斜角度αの大きさを有している。同様に、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの傾斜角度もまた互いに略同一であり、それぞれ傾斜角度βの大きさを有している。
【００５０】
ここで、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの傾斜角度αは、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの傾斜角度βより小さくすることが望ましい。このとき、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの屈折作用は、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの屈折作用より小さくなる。
【００５１】
また、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａは、屈折作用を有する傾斜面が互いに向かい合うように配置されている。一方、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂは、屈折作用を有する傾斜面が互いに反対側を向くように配置されている。
【００５２】
次に、円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａにより調整できる輪帯率の範囲と、円錐凹プリズム３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ｂにより調整できる輪帯率の範囲の違いを、図５及び図６を参照して説明する。
【００５３】
図５は、円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａによって調整可能な輪帯率の範囲を概略的に示した図である。
【００５４】
第１のプリズム群を構成する円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａの傾斜面は、互いに向き合って配置されている。円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａが組み合わさった場合、すなわち両者の間隔をゼロにした場合、図５（ｂ）に示すように、第１のプリズム群は平行平面板になる。このとき、第１のプリズム群の光学作用は平行平面板と等しくなる。例えば、図５（ａ）に示される円形の光束を第１のプリズム群に入射させると、図５（ｃ）のように、入射した光束と同様の円形の光束が射出される。
【００５５】
図５（ｅ）に示されるように、第１のプリズム群を構成する円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａの間隔を広げると、輪帯形状の射出光束が得られる。円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの間隔を広げて、図５（ｄ）に示される円形の光束を第１のプリズム群に入射させると、図５（ｆ）のような輪帯形状の光束が射出面に形成される。このように、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの相対的距離が大きくなるにつれて、第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率は大きくなる。
【００５６】
図５に示されるように、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの傾斜面を互いに向かい合わせて配置する場合、プリズムの傾斜角は２５°以下、より好ましくは２０°以下に設定する。プリズムの傾斜角をθ、プリズムの硝材屈折率をｎ、プリズム傾斜面の法線に対する光線の射出角度をθ’とすると、スネルの法則を示す式（２）より、θ’を計算することができる。
【００５７】
ｓｉｎθ’＝ｎ・ｓｉｎθ  （２）
一般的な硝材屈折率ｎは１．５程度である。このため、プリズムの傾斜角θが２５°のとき、光線の射出角度は３９．３４°に、また、プリズムの傾斜角θが２０°のとき、光線の射出角度は３０．８７°になる。光線の入射角度及び射出角度が大きいと、反射及び散乱される光が多くなり、効率が低下し、所望の光強度分布が得られなくなる。
【００５８】
プリズムの傾斜角θが非常に小さい場合、輪帯率の大きな細い輪帯形状の光束を形成しようとすると、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの間隔を広くしなければならない。しかし、これでは装置の大型化を招いてしまう。
【００５９】
輪帯率の大きな細い輪帯形状の光束を形成するための別の方法として、小さな円形の光束を入射する方法もある。しかしこの場合、光のエネルギー密度が高まり、光学系の消耗が大きくなる。
【００６０】
また、プリズムの中心には、加工が不安定な領域がある。図５においては、概略的に理想的な円錐形状のプリズムを描いている。しかし実際には、頂点部分には丸みがあり、窪みができ、又は、半透明であるなどの不安定領域がある。小さな円形の光束を入射させると、この不安定な領域を通過する光の占める割合が多くなる。このため、効率が低下し、所望の光強度分布が得られなくなる。
【００６１】
以上のとおり、図５に示される構成にすれば、効率の低下や装置の大型化を招くことなく、輪帯率を０から２／３程度（第１の範囲）まで連続的に調整することができる。
【００６２】
図６は、円錐凹プリズム３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ｂによって調整可能な輪帯率の範囲の一例を示したものである。
【００６３】
第２のプリズム群を構成する円錐凹プリズム３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ｂの傾斜面は、互いに反対方向を向くように配置されている。このため、図６（ｂ）に示すように両方のプリズムの間隔をゼロにして、図６（ａ）の円形の光束を入射させた場合、円錐凸プリズム３０６ｂを射出する光束は、図６（ｃ）に示されるような輪帯形状となる。なお、第２のプリズム群を構成する円錐凹プリズム３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ｂは、両者の傾斜面を互いに向かい合うように配置して組み合わさった場合、平行平面板になる関係を有する。この点は、第１のプリズム群と同様である。
【００６４】
図６（ｅ）に示されるように、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの間隔を広げると、さらに細い輪帯形状の光束が得られる。図６（ｅ）に示される両方のプリズムの間隔は、図５（ｅ）のプリズムの間隔と同じだけ広げられている。図６（ｅ）に示すようにプリズムの間隔を広げて、図６（ｄ）の円形の光束を入射させた場合、図６（ｆ）に示すように、輪帯率が４／５以上の細い輪帯形状の光束が射出面に形成される。このように、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの相対的距離が大きくなるにつれて、第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率は大きくなる。
【００６５】
図６に示されるように、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂを、互いの傾斜面が逆向きになるように配置する場合、互いの傾斜面が向かい合うように配置する場合に比べて、プリズムの傾斜角を大きくすることができる。これは、プリズムの傾斜面を逆向きにして配置すると、プリズムに対する平行光線の入射角及び射出角は、プリズムの傾斜角と一致するためである。したがって、プリズムの傾斜面を逆向きに配置する場合は、プリズムの傾斜角を３０°以上にしても、反射及び散乱は比較的小さい。
【００６６】
本実施例では、第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率の上限値は、第２のプリズム群から射出される光束の下限値以上であり、第２のプリズム群から射出される光束の上限値よりも小さい。
【００６７】
このように、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの間隔をゼロとしたときの輪帯率は、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの間隔を最大にしたときの輪帯率と同じか、又は、それより小さくなるように設定することが望ましい。これは、輪帯率が連続的に変化するように設定して、輪帯率の調整を連続的に行えるようにするためである。
【００６８】
図６に示される構成にすれば、効率の低下や装置の大型化を招くことなく、輪帯率を２／３程度から４／５以上（第２の範囲）まで連続して調整することができる。ここで、第２の範囲は第１の範囲と異なり、第２の範囲には少なくとも第１の範囲より大きな値（輪帯率）が含まれる。したがって、図５に示されるプリズムと組み合わせることで、輪帯率をゼロから４／５以上まで広範囲に調整することが可能となる。
【００６９】
このように、本実施例によれば、第１の範囲で輪帯率を連続的に調整するために用いられる第１のプリズム群と、第２の範囲で輪帯率を連続的に調整するために用いられる第２のプリズム群が設けられている。第１のプリズム群が光路中に導入されているとき、第１のプリズム群から射出される光束の輪帯率はプリズム移動手段３０９により第１の範囲で連続的に調整される。また、第２のプリズム群が光路中に導入されているとき、第２のプリズム群から射出される光束の輪帯率はプリズム移動手段３０９により第２の範囲で連続的に調整される。
【００７０】
なお、上記説明では、第１のプリズム群と第２のプリズム群は、プリズム群選択手段により選択的に光路中に導入される。ただし、これに代えて、第１のプリズム群（一方のプリズム群）は常に光路中に配置され、第２のプリズム群（他方のプリズム群）のみを光路中に着脱可能に構成することもできる。
【００７１】
この構成では、第１のプリズム群により所望の輪帯率の光を得る場合、第２のプリズム群は光路外に配置する。一方、第２のプリズム群により所望の輪帯率の光を得る場合、第１のプリズム群は、第１の凹プリズム及び第１の凸プリズムを組み合わせて平行平面板の状態を構成する。このように構成すれば、光路中に第１のプリズム群が配置されていても、輪帯率という観点では、実質的に第１のプリズム群が存在しない状態となる。このように、第２のプリズム群のみを光路中および光路外との間で移動させる構成を採用することもできる。
【００７２】
以上のとおり、本実施例によれば、高効率で装置の大型化を抑えつつ、輪帯率を少なくとも１／２から４／５の間で連続的に調整することができる。
【実施例２】
【００７３】
次に、図１１を参照して、実施例２におけるビーム成形光学系３を詳細に説明する。本実施例の構成によれば、実施例１と比較して、輪帯率の調整範囲をさらに広げることが可能となる。
【００７４】
本実施例では、実施例１と同様に、第１のプリズム群と第２のプリズム群は切換え可能になっており、選択的に、これらのプリズム群のうちの一つが光路中に導入可能となっている。
【００７５】
また、本実施例では、ターレット３０２には複数の回折光学素子３０１ａ、３０１ｂが取り付けられており、選択的に、これらの回折光学素子のうちの一つが光路中に導入可能となっている。
【００７６】
光源１から供給される光束は、複数の回折光学素子３０１ａ、３０１ｂのいずれか一つに入射する。複数の回折光学素子３０１ａ、３０１ｂは、ターレット３０２に取り付けられており、光路中に一つの回折光学素子３０１ａ又は回折光学素子３０１ｂを選択的に導入可能な構造となっている。回折光学素子３０１ａ、３０１ｂのいずれか一つの選択は、回折光学素子選択手段３１０がターレット３０２を回転させることにより行われる。なお、図１１では、２つの回折光学素子３０１ａ、３０１ｂが示されているが、回折光学素子の個数は特に限定されず、３つ以上の回折光学素子を設けることもできる。
【００７７】
回折光学素子として計算機ホログラムを用いた場合、コンデンサー光学系３０３を介して、計算機ホログラムのフーリエ変換面３０４にそれぞれの回折光学素子に対応する任意の形状の光強度分布を形成することができる。フーリエ変換面３０４に形成されるパターンは、例えば円形、輪帯形状、多重極形状などである。
【００７８】
次に、図４を参照して、回折光学素子の具体的な切換え機構の一例を説明する。
【００７９】
図４（ａ）に示されるように、ターレット３０２には、複数の回折光学素子３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０４ｄが配置されている。ターレット３０２は、ターレット３０２の上に配置された４つの回折光学素子３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄのうち一つの回折光学素子が光路内に位置するように、点Ｏを中心として回転可能に構成されている。ターレット３０２の回転は、回折光学素子選択手段３１０により駆動制御される。
【００８０】
図４（ｂ）に示されるように、回折光学素子３０１ａ、３０１ｃは、フーリエ変換面３０４に円形のパターンを形成する。回折光学素子３０１ｂは、フーリエ変換面３０４に輪帯形状のパターンを形成する。また、回折光学素子３０１ｄは、フーリエ変換面３０４に四重極のパターンを形成する。
【００８１】
次に、図７を参照して、円錐凹プリズム３０５ａ及び円錐凸プリズム３０６ａに輪帯形状の光束が入射した場合における輪帯率の調整範囲を説明する。
【００８２】
円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの傾斜面は、互いに向き合うように配置されている。このため、図７（ｂ）に示すように両者の間隔をゼロにした場合、光学作用が平行平面板と等しくなる。このとき、図７（ａ）及び図７（ｃ）に示されるように、入射される光束と射出される光束との間において、輪帯率の変化は小さい。
【００８３】
一方、図７（ｅ）に示されるように円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの間隔を広げると、図７（ｆ）に示されるように輪帯率が大きくなり、より細い輪帯形状の光束が得られる。
【００８４】
回折光学素子３０１ａを用いて、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａに円形の光束を入射すれば、図５に示したように、輪帯率をゼロから２／３程度まで変化させることができる。回折光学素子３０１ｂがフーリエ変換面に形成する輪帯形状のパターンの輪帯率の最小値を２／３程度にしておけば、円錐凹プリズム３０５ａと円錐凸プリズム３０６ａの間隔を変えることによって、輪帯率を２／３程度から４／５以上まで変化させることができる。したがって、回折光学素子選択手段３１０を用いて回折光学素子３０１ａと回折光学素子３０１ｂを切換え、プリズム移動手段３０９を用いてプリズムの間隔を調整することにより、輪帯率をゼロから４／５以上まで調整することができる。
【００８５】
次に、図１２を参照して、円錐凹プリズム３０５ｂ及び円錐凸プリズム３０６ｂに、輪帯形状の光束が入射した場合の、輪帯率の調整範囲について説明する。
【００８６】
円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの傾斜面は、互いに逆方向を向いている。このため、図１２（ｂ）に示すように両者の間隔をゼロにしても、図１２（ｃ）に示される円錐凸プリズム３０６ｂから射出した光束は、図１２（ａ）に示される入射光束より細い輪帯形状となる。
【００８７】
図１２（ｅ）に示されるように、円錐凹プリズム３０５ｂと円錐凸プリズム３０６ｂの間隔を広げると、さらに細い輪帯形状の光束が得られる。図１２（ｄ）のように輪帯形状の光束をプリズム群に入射した場合、図１２（ｆ）に示すように、輪帯率５／６以上の細い輪帯形状の光束が射出面に形成される。
【００８８】
このように、本実施例によれば、高効率で装置の大型化を抑えつつ、輪帯率をさらに広い範囲まで連続的に調整することができる。
【００８９】
ところで、回折光学素子３０１ｄを光路中に導入した場合、フーリエ変換面３０４には多重極形状のパターンが形成される。この場合、一対の円錐プリズムの間隔を変化させると、外σと内σの比は調整できても、各ポールの開口角を制御できるとは限らない。これは、円錐面が円周方向に屈折作用を有しており、フーリエ変換面３０４で形成されたポール形状が円錐面で円周方向に変形するためである。
【００９０】
この点、本発明者の検討によれば、開口角の変化を小さくするためには、円錐プリズムへ入射する光束の開口数ＮＡを０．１以下にして、円錐プリズムへ入射する光束の光束径φを２０ｍｍ以上に設定することが好ましいことがわかった。さらには、円錐プリズムの頂角θを２０度以下とすることが好ましい。このため、上記実施例のビーム成形光学系３に設けられているプリズムのうち、少なくとも一つのプリズムは、上記条件を満たしていることが望ましい。
【００９１】
また、上記実施例では、プリズムとして円錐プリズムが用いられている。ただし、多重極照明などの複雑な変形照明を形成する場合など、必要に応じて、角錐プリズムや中央部が平面である変形円錐プリズムなどを用いることもできる。
【００９２】
また、上記実施例では、オプティカルインテグレータとして、マイクロレンズアレイや回折光学素子を用いているが、例えば、ロッド型インテグレータなど、別のインテグレータを用いることもできる。
次に、図８及び図９を参照して、上記実施例における露光装置を用いたデバイスの製造方法の一例を説明する。
図８は、デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。デバイスとは、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤなどを総称したものである。ここでは、半導体チップの製造方法の一例を説明する。
ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いて上記実施例の照明光学装置を有する露光装置を利用したリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体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、耐久性テストなどの検査を行う。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。
【００９３】
図９は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
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（ＣＶＤ）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などによって形成する。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、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上記実施例の照明光学装置を有する露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。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、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
上記のデバイス製造方法によれば、高品位のデバイスを製造することができる。このように、上記の露光装置を用いたデバイスの製造方法、及び、結果物としてのデバイスも、本発明の一側面を構成する。    本発明の上記実施例によれば、広範囲で連続的に輪帯率の調整が可能な照明光学装置を提供することができる。特に、輪帯率を少なくとも１／２から４／５の間で調整可能な照明光学装置を提供することもできる。また、上記実施例によれば、装置の大型化を抑制しつつ効率良く輪帯率を調整することが可能である。
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、プリズムとしては、上記の実施例で説明した凸プリズム、凹プリズムに限らず、プリズムと同じ作用を有する光学部材（回折光学素子等）も用いることができる。
また、プリズムの円錐面（傾斜面）の配置については、図５および図６に示す配置に限らない。いずれの円錐面もプリズムに対して光源側に配置されていてもよく、プリズムに対して被照射面側に配置されていてもよい。例えば、第１のプリズム群の第１の凹プリズムと第１の凸プリズムの位置関係については、第１の凹プリズムが被照射面側、第１の凸プリズムが光源側に配置される。そして、第１の凹プリズム及び第１の凸プリズムの円錐面はいずれも光源側に配置される。また、第２のプリズム群の第２の凹プリズムと第２の凸プリズムの位置関係については、第２の凹プリズムが光源側、第２の凸プリズムが被照射面側に配置される。そして、第２の凹プリズム及び第２の凸プリズムの円錐面はいずれも被照射面側に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例１におけるビーム成形光学系の概略図である。
【図２】本発明の実施例における照明光学装置を有する露光装置の概略図である。
【図３】本発明の実施例における遮光部材の概略図である。
【図４】本発明の実施例における回折光学素子の概略図である。
【図５】本発明の実施例１における第１のプリズム群についての説明図である。
【図６】本発明の実施例１における第２のプリズム群についての説明図である。
【図７】本発明の実施例２における輪帯率の変化についての説明図である。
【図８】本発明の実施例におけるデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施例におけるウエハプロセスを説明するためのフローチャートである。
【図１０】有効光源のパラメータについての説明図である。
【図１１】本発明の実施例２におけるビーム成形光学系の概略図である。
【図１２】本発明の実施例２における輪帯率の変化についての説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１：光源
２：ビーム引き回し光学系
３：ビーム成形光学系
４：オプティカルインテグレータ
５：遮光部材
６：コンデンサー光学系
７：減光部材
８：走行視野絞り
９：コンデンサー光学系
１０：ミラー
１１：コンデンサー光学系
１２：レチクル
１３：レチクルステージ
１４：投影光学系
１５：ウエハ
１６：ウエハステージ
３０１：回折光学素子
３０２：ターレット
３０３：コンデンサー光学系
３０４：フーリエ変換面
３０５：円錐凹プリズム
３０６：円錐凸プリズム
３０７：ズーム光学系
３０８：プリズム群選択手段
３０９：プリズム移動手段
３１０：回折光学素子選択手段
【図１】
2009130091.tif 000004
【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】
2009130091.tif 000011
【図９】
2009130091.tif 000012
【図１０】
2009130091.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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