JP2011119596A - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ被照射面上に形成される照明領域の照度分布または外形形状を制御することのできる照明光学系。
【解決手段】 光源（１）からの光により被照射面（Ｍ；Ｗ）を照明する照明光学系は、照明光学系の照明瞳またはその近傍の位置に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素（６ａ）を有する空間光変調器（６）と、複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が被照射面上に第１照明領域を形成し、且つ複数の光学要素のうちの別の一群の光学要素を経た光が被照射面上に第１照明領域とは異なる第２照明領域を形成するように、空間光変調器を制御する制御部（ＣＲ）とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の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系に関するものである。

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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

二次光源からの光束は、コンデンサー光学系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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。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。

露光装置に用いられる照明光学系では、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うために、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ、マスク（ひいてはウェハ）上に形成される照明領域の照度分布および外形形状を制御することが望まれる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上に形成される照明領域の照度分布または外形形状を制御することのできる照明光学系を提供することを目的とする。本発明では、所定のパターンを照明する照明領域の照度分布または外形形状を制御する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記照明光学系の照明瞳またはその近傍の位置に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が前記被照射面上に第１照明領域を形成し、且つ前記複数の光学要素のうちの別の一群の光学要素を経た光が前記被照射面上に前記第１照明領域とは異なる第２照明領域を形成するように、前記空間光変調器を制御する制御部とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第２形態では、所定のパターンを照明するための第１形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の一態様にしたがう照明光学系では、照明瞳またはその近傍の位置に配置された空間光変調器の複数のミラー要素の姿勢を個別に制御することにより、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ、被照射面上に形成される照明領域の照度分布および外形形状を制御することができる。したがって、本発明の露光装置では、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ所定のパターンを照明する照明領域の照度分布および外形形状を制御する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の第１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。 瞳形成用の空間光変調器の構成および作用を説明する図である。 瞳形成用の空間光変調器の要部の部分斜視図である。 制御用の空間光変調器の構成および作用を説明する図である。 本発明の第２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。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

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、本発明の第１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の転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、第１実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。

光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された光は、ビーム送光部２、光路折曲げミラー３および瞳形成用の空間光変調器４を介して、リレー光学系５に入射する。ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器４へ導くとともに、空間光変調器４に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。瞳形成用の空間光変調器４の具体的な構成および作用については後述する。

空間光変調器４を経た光は、フーリエ変換光学系としてのリレー光学系５を介して、制御用の空間光変調器６に入射する。リレー光学系５は、その前側焦点位置が瞳形成用の空間光変調器４の入射面（空間光変調器４の複数のミラー要素４ａの配列面）の位置とほぼ一致し、且つその後側焦点位置が制御用の空間光変調器６の入射面（空間光変調器６の複数のミラー要素６ａの配列面）の位置とほぼ一致するように設定されている。後述するように、空間光変調器４は、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子であって、複数のミラー要素４ａの姿勢に応じた光強度分布を空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳に可変的に形成する。制御用の空間光変調器６の具体的な構成および作用については後述する。

空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳に光強度分布（瞳強度分布；二次光源）を形成した光は、コンデンサー光学系７を介して、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。マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭ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（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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のパターンが順次露光される。

第１実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部ＤＴと、瞳強度分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて空間光変調器４および６を制御する制御部ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部ＤＴは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するＣＣＤ撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。瞳強度分布計測部ＤＴの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。

第１実施形態では、空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳に形成される二次光源（瞳強度分布）を光源として、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

瞳強度分布とは、照明光学系の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。図１の構成において、空間光変調素子としての空間光変調器４および集光光学系としてのリレー光学系５は、光源１からの光に基づいて空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳に瞳強度分布を形成する強度分布形成光学系を構成している。空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳は照明光学系（２〜７）において最もマスク側（被照射面側）の照明瞳であり、制御用の空間光変調器６とマスクＭとの間の光路中にはコンデンサー光学系７のみが配置されている。

瞳形成用の空間光変調器４は、図２に示すように、所定面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素４ａと、複数のミラー要素４ａを保持する基盤４ｂと、基盤４ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素４ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部４ｃとを備えている。空間光変調器４は、図３に示すように規則的に配列された複数の微小なミラー要素４ａを備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図２および図３では空間光変調器４が４×４＝１６個のミラー要素４ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素４ａを備えている。

図２を参照すると、空間光変調器４に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素４ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。

空間光変調器４の複数のミラー要素４ａの配列面は、上述したように、リレー光学系５の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。したがって、空間光変調器４の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系５の後側焦点位置またはその近傍の所定面ＩＰ（すなわち空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳）に所定の光強度分布（瞳強度分布）ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、リレー光学系５は、空間光変調器４の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄが射出光に与える角度を、空間光変調器４の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である所定面ＩＰ上での位置に変換する。

空間光変調器４は、図３に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素４ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素４ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部４ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素４ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素４ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

各ミラー要素４ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図３には外形が正方形状のミラー要素４ａを示しているが、ミラー要素４ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素４ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素４ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。

リレー光学系５とコンデンサー光学系７との間の光路中に制御用の空間光変調器６が介在しない構成では、マスクＭ上に形成される照明領域の外形形状は瞳形成用の空間光変調器４に入射する光束の外形形状に対応し、照明領域の照度分布は空間光変調器４への入射光束の強度分布に対応する。これは、空間光変調器４の入射面とマスクＭのパターン面（被照射面）とがリレー光学系５およびコンデンサー光学系７を介して光学的に共役に配置されているからである。

具体的に、制御用の空間光変調器６が介在しない構成では、空間光変調器４の各ミラー要素４ａを経た光がマスクＭ上に形成する各照野の位置は各ミラー要素４ａの位置に対応し、各照野の外形形状は各ミラー要素４ａの反射面の外形形状に対応し、各照野の強度分布は各ミラー要素４ａへの入射光束の強度分布に対応する。この場合、所要のミラー要素４ａを過度に傾けて本来は照明領域の形成に寄与可能な有効光を照明光路の外へ捨てることにより、照明領域の外形形状をある程度整形することは可能であるが、照明領域の照度分布および外形形状を制御（調整）することはできない。

第１実施形態では、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ照明領域の照度分布および外形形状を制御するための制御手段として、リレー光学系５とコンデンサー光学系７との間の照明瞳またはその近傍の位置に配置された空間光変調器６を備えている。制御用の空間光変調器６は、図４に示すように、瞳形成用の空間光変調器４と類似の構成を有する。すなわち、空間光変調器６は、所定面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素６ａと、複数のミラー要素６ａを保持する基盤６ｂと、基盤６ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素６ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部６ｃとを備えている。

空間光変調器６の複数の微小なミラー要素６ａは、空間光変調器４の場合と同様に、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。ただし、空間光変調器４の各ミラー要素４ａが平面状の反射面を有するのに対し、空間光変調器６の各ミラー要素６ａは凹面状の反射面を有する。図示を簡単にするために、図４では空間光変調器６が一列当たり７個のミラー要素６ａを備える構成例を示しているが、実際には一列当たり７個よりもはるかに多数のミラー要素６ａを備えている。

空間光変調器６の複数のミラー要素６ａの配列面は、コンデンサー光学系７の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。したがって、空間光変調器６の各ミラー要素６ａによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系７の後側焦点位置またはその近傍に配置されたマスクＭのパターン面に照明領域を重畳的に形成する。すなわち、コンデンサー光学系７は、空間光変調器６の複数のミラー要素６ａが射出光に与える角度を、空間光変調器６の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）であるマスクＭのパターン面上での位置に変換する。

空間光変調器６は、凹面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素６ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素６ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部６ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素６ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素６ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

制御用の空間光変調器６においても、瞳形成用の空間光変調器４の場合と同様に、各ミラー要素６ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。ミラー要素６ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素６ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素６ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。

第１実施形態では、二次元的に配列されて個別に姿勢が制御される複数の凹面ミラー要素６ａを有する空間光変調器６が、リレー光学系５とコンデンサー光学系７との間の照明瞳またはその近傍の位置に配置されている。また、図４に示すように、空間光変調器６の凹面ミラー要素６ａには、入射角度の範囲が小さい光束、すなわちほぼ平行光束が入射する。したがって、空間光変調器６の各凹面ミラー要素６ａを経た光がマスクＭ上に形成する各照野の位置は、各凹面ミラー要素６ａの姿勢（ひいては射出光の向き）に依存して変化する。また、各照野は、各凹面ミラー要素６ａの集光作用（ひいては光発散作用）により拡大形成される。

別の観点によれば、制御用の空間光変調器６は、制御部ＣＲからの指令にしたがって、複数の凹面ミラー要素６ａのうちの一群の凹面ミラー要素を経た光がマスクＭ上に第１照明領域を形成し、別の一群の凹面ミラー要素を経た光がマスクＭ上に第１照明領域とは異なる第２照明領域（例えば第１照明領域と離間した第２照明領域、または第１照明領域一部重複した第２照明領域）を形成する。このことは、図４の右側の図において空間光変調器６の各凹面ミラー要素６ａの姿勢が配列面に対して揃っている基準状態の光線図と、図４の左側の図において各凹面ミラー要素６ａがそれぞれ所要の姿勢をとっている作動状態の光線図とを比較すれば明らかである。

こうして、第１実施形態では、制御用の空間光変調器６における各凹面ミラー要素６ａの光発散作用および角度−位置変換作用により、各凹面ミラー要素６ａに対応する比較的大きな広がりを有する各照野をマスクＭ上の所望の位置に形成することができる。換言すれば、空間光変調器６の各凹面ミラー要素６ａの姿勢を個別に制御することにより、各凹面ミラー要素６ａを経た光がマスクＭ上に形成する各照野の位置を調整し、ひいてはマスクＭ上に形成される照明領域の照度分布および外形形状を調整（制御）することができる。

このとき、各凹面ミラー要素６ａの姿勢を個別に制御することにより、照明領域の各点に関する瞳強度分布が変化する。しかしながら、多数の凹面ミラー要素６ａを有する空間光変調器６では、照明領域の照度分布を所望の分布（例えば均一な分布）に近づけ且つその外形形状を所望の形状（例えば矩形形状）に近づけるための各凹面ミラー要素６ａの所要の姿勢については高い自由度が確保されている。その結果、第１実施形態の照明光学系（２〜７）では、瞳強度分布を所要の状態（例えば照明領域の各点に関する瞳強度分布が一様な状態）に維持しつつ、照明領域の照度分布および外形形状を制御することができる。

すなわち、第１実施形態の照明光学系（２〜７）では、光学部材を交換することなく且つ光束の一部を捨てることなく、照明領域の照度分布および外形形状の制御と照明領域の各点に関する瞳強度分布の調整とを両立させることができる。こうして、第１実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつマスクＭのパターンを照明する照明領域の照度分布および外形形状を制御する照明光学系（２〜７）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

また、マスクＭのパターンをウェハＷにスキャン露光する走査型の露光装置では、各ショット領域（各露光領域）への走査露光の開始または終了に際して、マスクＭ上での照明領域の外形形状、ひいてはウェハＷ上での静止露光領域（結像領域）の外形形状を所要の形状へ適時変化させることが求められる。第１実施形態では、制御用の空間光変調器６の作用により、光量損失を伴うことなく、照明領域の外形形状をアクティブ制御することができる。

図５は、本発明の第２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。第２実施形態は第１実施形態と類似の構成を有するが、リレー光学系５と制御用の空間光変調器６との間の光路中に角度分布付与光学系（２１，２２，２３）が付設されていること、および空間光変調器６の各ミラー要素６ａが平面状の反射面を有することが、第１実施形態と相違している。図５では、図１の第１実施形態における構成要素と同様の機能を果たす要素に図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態の構成および作用を説明する。

第２実施形態では、リレー光学系５の後側焦点位置またはその近傍に、マイクロフライアイレンズ２１の入射面が配置されている。したがって、瞳形成用の空間光変調器４を経た光は、リレー光学系５を介して、マイクロフライアイレンズ２１の入射面に、複数のミラー要素４ａの姿勢に応じた光強度分布を可変的に形成する。マイクロフライアイレンズ２１は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。マイクロフライアイレンズ２１における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照明領域の形状（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）と相似な矩形状である。なお、マイクロフライアイレンズ２１として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。

マイクロフライアイレンズ２１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、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、マイクロフライアイレンズ２１の入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源）が形成される。マイクロフライアイレンズ２１の直後の照明瞳に形成された各小光源からの光束は、コンデンサー光学系２２を介して、マイクロフライアイレンズ２１の矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照明領域（照野）を所定面ＩＰ２に重畳的に形成する。

所定面ＩＰ２は、後述するように、マスクＭのパターン面（被照射面）と光学的に共役な位置にある。所定面ＩＰ２に矩形状の照明領域を形成した光束は、フーリエ変換光学系としてのリレー光学系２３を介して、制御用の空間光変調器６に入射する。リレー光学系２３は、その前側焦点位置が所定面ＩＰ２とほぼ一致し、且つその後側焦点位置が制御用の空間光変調器６の入射面（空間光変調器６の複数のミラー要素６ａの配列面）の位置とほぼ一致するように設定されている。

第２実施形態において、二次光源が形成されるマイクロフライアイレンズ２１の直後の位置は、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、空間光変調器６の入射面の位置またはその近傍の照明瞳とは別の照明瞳である。マイクロフライアイレンズ２１による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ２１の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ２１の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。

第２実施形態では、照明光学系の光路内に複数の照明瞳が形成される。しかしながら、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、空間光変調器６の入射面またはその近傍の照明瞳は照明光学系（２〜７；２１〜２３）において最もマスク側の照明瞳であり、制御用の空間光変調器６とマスクＭとの間の光路中にはコンデンサー光学系７のみが配置されている。図５の構成において、マイクロフライアイレンズ２１およびコンデンサー光学系２２は、強度分布形成光学系（４，５）を経た光に基づいて所定面ＩＰ２に照野を形成する照野形成光学系を構成している。リレー光学系２３は、所定面ＩＰ２に形成された照野からの光を空間光変調器６へ導く導光光学系を構成している。

第２実施形態では、マスクＭと光学的に共役な位置にある所定面ＩＰ２に照野を一旦形成した光を空間光変調器６へ導いているので、各ミラー要素６ａには入射角度の範囲が比較的大きい光束が入射する。すなわち、照野形成光学系（２１，２２）およびリレー光学系２３は、強度分布形成光学系（４，５）と空間光変調器６との間の光路中に配置されて、空間光変調器６の各ミラー要素６ａに入射する光に角度分布を付与する角度分布付与光学系を構成している。

第２実施形態では、空間光変調器６の各ミラー要素６ａが平面状の反射面を有するが、角度分布付与光学系（２１〜２３）の角度分布付与作用により各ミラー要素６ａには入射角度の範囲が比較的大きい光束が入射する。このため、空間光変調器６の各ミラー要素６ａを経た光はマスクＭ上に比較的大きい拡がりのある各照野を形成し、各照野の位置は各ミラー要素６ａの姿勢（ひいては射出光の向き）に依存して変化する。その結果、第２実施形態の照明光学系（２〜７；２１〜２３）においても、瞳強度分布を所要の状態に維持しつつ照明領域の照度分布および外形形状を制御することができ、ひいては第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、光学部材を交換することなく且つ光束の一部を捨てることなく、照明領域の照度分布および外形形状の制御と照明領域の各点に関する瞳強度分布の調整とを両立させることができる。

なお、上述の説明では、瞳形成用の空間光変調器４が二次元的に配列された複数のミラー要素４ａを備えているが、これに代えて、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子を用いることもできる。この種の空間光変調素子として、例えば、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器、透過型の回折光学素子、反射型の回折光学素子などを用いることができる。

また、上述の説明では、空間光変調器４，６として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素４ａ，６ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平１０−５０３３００号公報およびこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報およびこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報およびこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素の向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。

また、上述の説明では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報およびこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報およびこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や、特表２００５−５２４１１２号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

また、上述の説明では、制御用の空間光変調器６が二次元的に配列された複数のミラー要素６ａを備えているが、これに代えて、所定面に二次元的に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。

また、上述の第１実施形態では、制御用の空間光変調器６の各ミラー要素６ａが凹面状の反射面を有するが、これに限定されることなく、各ミラー要素が凸面状の反射面を有する空間光変調器、または各ミラー要素が平面状の反射面を有する空間光変調器を用いることもできる。各ミラー要素が平面状の反射面を有する場合、各ミラー要素に対応してマスク上に形成される各照野は小さくなるが、各照野の形成位置を調整することにより照明領域の照度分布または外形形状を制御することは可能である。

また、上述の第２実施形態では、制御用の空間光変調器６の各ミラー要素６ａが平面状の反射面を有するが、これに限定されることなく、各ミラー要素が曲面状（凸面状または凹面状）の反射面を有する空間光変調器を用いることもできる。

また、図１および図５では、瞳形成用の空間光変調器４の複数のミラー要素４ａの配列面がマスクＭのパターン面と光学的に共役な共役面に対して傾いている様子が示され、制御用の空間光変調器６の複数のミラー要素６ａの配列面がパターン面とフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面に対して傾いている様子が示されている。しかしながら、これに限定されることなく、必要に応じて、各ミラー要素の反射面が配列面に対して傾いた状態を基準状態に設定することにより、各空間光変調器の配列面と共役面またはフーリエ変換面とをほぼ一致させることもできる。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図６は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図６に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図７は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図７に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）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、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂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。

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、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレット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。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。

１ 光源
２ ビーム送光部
４ 瞳形成用の空間光変調器
５，２３ リレー光学系
６ 制御用の空間光変調器
７，２２ コンデンサー光学系
２１ マイクロフライアイレンズ
ＤＴ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御部
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

Claims (16)

1. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
   前記照明光学系の照明瞳またはその近傍の位置に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器と、
   前記複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が前記被照射面上に第１照明領域を形成し、且つ前記複数の光学要素のうちの別の一群の光学要素を経た光が前記被照射面上に前記第１照明領域とは異なる第２照明領域を形成するように、前記空間光変調器を制御する制御部とを備えていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記第１照明領域と前記第２照明領域とは、互いに離間または一部重複していることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記空間光変調器は、二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記駆動部は、前記複数のミラー要素の向きを連続的または離散的に変化させることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記複数のミラー要素の反射面は、平面状または曲面状であることを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学系。
6. 前記光源からの光に基づいて前記照明瞳の位置または前記照明瞳と光学的に共役な位置に瞳強度分布を形成する強度分布形成光学系を備えてい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系。
7. 前記強度分布形成光学系は、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子と、該空間光変調素子を経た光を集光する集光光学系とを有することを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 前記強度分布形成光学系と前記空間光変調器との間の光路中に配置されて、前記空間光変調器の前記複数の光学要素の各々に入射する光に角度分布を付与する角度分布付与光学系を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の照明光学系。
9. 前記角度分布付与光学系は、前記強度分布形成光学系を経た光に基づいて前記被照射面と光学的に共役な共役位置に照野を形成する照野形成光学系と、前記照野からの光を前記空間光変調器へ導く導光光学系とを有することを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
10. 前記照野形成光学系は、オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータと前記共役位置との間の光路中に配置された第２集光光学系とを有することを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
11. 前記空間光変調器と前記被照射面との間の光路中に配置されて前記空間光変調器を経た光を集光するコンデンサー光学系を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
12. 前記照明光学系は、その照明光路内に複数の照明瞳を形成し、
    前記空間光変調器が配置される前記照明瞳またはその近傍の位置は、前記複数の照明瞳のなかで最も前記被照射面側の照明瞳またはその近傍の位置であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
13. 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
14. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
15. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 請求項１４または１５に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

Images