JP5473350B2 - 照明光学系、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、露光装置が使用されている。露光装置は、照明光学系からの光束でレチクル（マスク）を照明し、かかるレチクルに形成されたパターンを投影光学系によってウエハ（基板）に投影してパターンを転写する。

近年では、半導体デバイスの微細化が進んでおり、微細なパターンを正確にウエハに転写するために、ウエハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠になってきている。また、露光装置の焦点深度や解像度を向上させる超解像技術の１つとして、レチクルのパターンに最適化された形状（例えば、輪帯形状や４重極形状）で照明を行う斜入射照明（変形照明）が注目されている。照明光学系内に配置されたオプティカルインテグレータが形成する２次光源は被照明面と瞳の関係になっており、照明光学系の瞳面における光強度分布（瞳輝度分布）を変化させることで斜入射照明を実現することができる。

但し、最終的な被照明面であるウエハ上（の各点）における入射角度分布に左右方向（又は上下方向）で差（光量差）がある場合には、ウエハが投影光学系の焦点位置からデフォーカスしたときに転写されるパターンに位置ずれが生じる。その結果、ウエハに転写されるパターンの左右方向（又は上下方向）の線幅に差（線幅差）が生じてしまう。同様に、ウエハ上における入射角度分布に縦方向と横方向で光量差がある場合には、ウエハに転写されるパターンの縦方向と横方向で線幅差が生じてしまう。従って、斜入射照明を用いて微細なパターンを正確にウエハに転写するためには、照明光学系の瞳面おける光強度分布を所望の形状に調整するだけではなく、被照明面であるウエハ上における入射角度分布が像高差なく均一であることが必要となる。

そこで、所定の反射率分布又は透過率分布を有するフィルターなどの調整ユニットを照明光学系内に配置して、ウエハ上における入射角度分布を調整する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−０５９８３４号公報

しかしながら、従来技術では、フィルターなどの調整ユニットで反射される光（フレア光）の影響を考慮していない。そのため、調整ユニットで反射されたフレア光によって隣接する露光領域が露光され、ウエハに転写されるパターンの線幅均一性が悪化してしまうことになる。また、従来技術では、照明光学系内に１つの調整ユニットを配置してウエハ上における入射角度分布を調整しているため、急速な微細化が進むパターンに対して、ウエハ上における入射角度分布を十分な精度で調整することができなくなってきている。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、フレア光の発生を抑制すると共に、被照明面における入射角度分布を高精度に（即ち、均一に）調整することができる技術を提供することを例示的目的とする。

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、光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記被照明面に入射する光の入射角度分布を調整するための反射率分布もしくは透過率分布を有する複数の調整部と、前記被照明面における照明領域を規定する視野絞りと、を有し、前記複数の調整部は、前記被照明面に入射する光の入射角度分布の前記第１の方向における光量差及び前記第１の方向に垂直な第２の方向における光量差のうち少なくとも一方を調整する第１の調整部と、前記被照明面に入射する光の入射角度分布の第１の方向の光量と、前記第２の方向の光量との差を調整する第２の調整部と、を含み、前記第１の調整部は、前記光源と前記視野絞りとの間に配置され、前記照明領域に入射する主光線が通過する第１領域に反射率分布もしくは透過率分布を有する調整膜を有し、前記第１領域の反射率が１．０％以上であり、前記第２の調整部は、前記被照射面と前記視野絞りとの間に配置され、前記照明領域に入射する主光線が通過する第２領域以外の領域に反射率分布もしくは透過率分布を有する調整膜を有し、前記第２領域の反射率が１．０％未満であることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、フレア光の発生を抑制すると共に、被照明面における入射角度分布を高精度に（即ち、均一に）調整する技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 図１に示す露光装置の第１の調整部の構成の一例を示す図である。 図１に示す露光装置の第２の調整部の構成の一例を示す図である。 図２に示す第１の調整部の調整膜が形成する反射率分布の一例を示す図である。 図３に示す第２の調整部の調整膜が形成する反射率分布の一例を示す図である。 被照明面と第１の調整部の調整膜又は第２の調整部の調整膜との反射光の被照明面における照度分布を示す図である。 被照明面を照明するために照明光学系の瞳面に形成される光強度分布（有効光源）を示す図である。 図１に示す露光装置において、第１の調整部と第２の調整部とが視野絞りを挟んで配置されている場合を示す概略図である。 図１に示す露光装置の照明光学系において、第１の調整部、第２の調整部及び第３の調整部の配置例を示す概略図である。 図９に示す第１の調整部、第２の調整部及び第３の調整部のそれぞれを通過する軸上光束と軸外光束とを示す図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の調整方法を説明するためのフローチャートである。 被照明面の複数点における入射角度分布を測定するための測定装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルのパターンをウエハに転写する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１は、図１に示すように、光源１０からの光束でレチクル３０を照明する照明光学系２０と、レチクル３０を支持するレチクルステージ３５と、投影光学系４０と、ウエハ５０を支持するウエハステージ５５とを有する。また、図１では、レチクル３０又はウエハ５０に対する光軸に平行な方向をＺ軸とし、光軸に垂直な平面をＸＹ平面とする。

光源１０は、例えば、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを使用する。但し、光源１０の種類及び個数は限定されるものではない。

照明光学系２０は、光源１０からの光束を用いて、被照明面に配置されたレチクル３０を照明する光学系である。照明光学系２０は、本実施形態では、リレー光学系２０１と、回折光学素子２０２と、コンデンサーレンズ２０３と、プリズム２０４と、ズームレンズ２０５と、ミラー２０６とを含む。更に、照明光学系２０は、オプティカルインテグレータ２０７と、コンデンサーレンズ２０８と、視野絞り２０９と、結像光学系２１０と、第１の調整部２２０と、第２の調整部２３０とを含む。

リレー光学系２０１は、光源１０からの光束を、矩形形状の断面を有するほぼ平行な光束に変換して回折光学素子２０２に導く。

回折光学素子２０２から射出した光束は、コンデンサーレンズ２０３によって集光され、回折パターン面ＤＰＰに回折パターンを形成する。なお、回折光学素子２０２は、例えば、互いに異なる特性を有する複数の回折光学素子２０２ａ及び２０２ｂを含み、照明光学系２０の光軸上に交換可能に構成される。従って、照明光学系２０の光軸上に配置する回折光学素子２０２を交換することで、輪帯形状や多重極形状などの複数の回折パターンを形成することができる。

回折パターン面ＤＰＰに形成された回折パターンは、プリズム２０４やズームレンズ２０５によって大きさや形状が調整されてミラー２０６に入射する。プリズム２０４は、第１のプリズム部材２０４ａ及び第２のプリズム部材２０４ｂで構成されている。第１のプリズム部材２０４ａと第２のプリズム部材２０４ｂとの距離が十分に小さい場合、第１のプリズム部材２０４ａと第２のプリズム部材２０４ｂとは一体化した１つの平行ガラス平板とみなすことができる。プリズム２０４を平行ガラス平板とみなすことができる場合、回折パターン面ＤＰＰに形成された回折パターンは、略相似形状を保ちながらズームレンズ２０５で拡大又は縮小されてオプティカルインテグレータ２０７の入射面に結像する。なお、第１のプリズム部材２０４ａと第２のプリズム部材２０４ｂとの距離を離すことによって、回折パターン面ＤＰＰに形成された回折パターンの形状（例えば、輪帯の幅）を調整することができる。

ミラー２０６で反射した光束は、オプティカルインテグレータ２０７に入射する。オプティカルインテグレータ２０７は、ハエの目レンズやマイクロレンズアレイなどを使用し、複数の微小レンズを２次元的に配置した構成を有する。オプティカルインテグレータ２０７に入射した光束は２次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には点光源が形成される。従って、オプティカルインテグレータ２０７の後側焦点面には、オプティカルインテグレータ２０７に入射した光束と近似的に同じ光強度分布を有する実質的な面光源（２次光源）が形成される。

オプティカルインテグレータ２０７から射出した光束はコンデンサーレンズ２０８によって集光される。なお、オプティカルインテグレータ２０７の後側焦点面に形成された２次光源は、被照明面であるレチクル３０（更には、ウエハ５０）と共役な位置に配置された視野絞り２０９を重畳照明する。

視野絞り２０９は、被照明面における照明領域を規定する機能を有し、本実施形態では、レチクルステージ３５に保持されたレチクル３０上の照明領域（露光領域）を規定する。視野絞り２０９は、例えば、複数の遮光板を含み、かかる複数の遮光板を駆動することで照明領域に対応する開口形状を形成することができるように構成されている。

結像光学系２１０は、視野絞り２０９を通過した光束（即ち、視野絞り２０９で形成された開口形状）をレチクル３０に結像（投影）する光学系である。

本実施形態において、照明光学系２０には、図１に示すように、被照明面に入射する光束の入射角度分布を調整するための反射率分布を有する複数の調整部（第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０）が配置されている。具体的には、視野絞り２０９の前段（光源側）の近傍（詳細には、光源１０と視野絞り２０９との間）には、第１の調整部２２０が配置され、視野絞り２０９とレチクル３０との間には、第２の調整部２３０が配置されている。なお、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の詳細については後述する。

レチクル３０は、回路パターンを有し、レチクルステージ３５に支持及び駆動される。レチクル３０から発せられた回折光は、投影光学系４０を介して、ウエハ５０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル３０とウエハ５０とを走査することによって、レチクル３０のパターンをウエハ５０に転写する。

レチクルステージ３５は、レチクル３０を支持し、図示しない駆動機構に接続されている。図示しない駆動機構は、例えば、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ３５を駆動する。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。

ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ５０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ５０には、レジスト（感光剤）が塗布されている。

ウエハステージ５５は、ウエハ５０を支持し、レチクルステージ３５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ５０を駆動する。

以下、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の詳細について説明する。図２は、第１の調整部２２０の構成の一例を示す図である。図３は、第２の調整部２３０の構成の一例を示す図である。図２及び図３は、照明光学系２０の光軸方向から第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を見た場合を示している。なお、本実施形態では、視野絞り２０９はスリット状の照明領域を規定し、図２及び図３において破線で示された領域ＰＲは主光線が通過する領域を表している。ここで、主光線とは、照明光学系２０の瞳面の中心を通過する光線である。

第１の調整部２２０は、図２に示すように、平行平面板２２１と、光束の入射位置に応じて異なる反射率（又は透過率）を有する調整膜２２２とで構成されている。例えば、調整膜２２２は、平行平面板２２１の光源側の光学面に形成され、平行平面板２２１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ごとに膜厚を制御することで、連続的に変化する所定の反射率分布（又は透過率分布）を形成する。また、平行平面板２２１において、調整膜２２２が形成された領域以外の領域には、光源１０からの光束の波長及び入射角度に対して最適化された反射防止膜が形成され、第１の調整部２２０からの余分な反射を抑えている。

第２の調整部２３０は、第１の調整部２２０と同様な構成を有する。具体的には、第２の調整部２３０は、図３に示すように、平行平面板２３１と、光束の入射位置に応じて異なる反射率（又は透過率）を有する調整膜２３２とで構成されている。例えば、調整膜２３２は、平行平面板２３１の光源側の光学面に形成され、平行平面板２３１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ごとに膜厚を制御することで、連続的に変化する所定の反射率分布（又は透過率分布）を形成する。また、平行平面板２３１において、調整膜２３２が形成された領域以外の領域には、光源１０からの光束の波長及び入射角度に対して最適化された反射防止膜が形成され、第２の調整部２３０からの余分な反射を抑えている。なお、第１の調整部２２０における調整膜２２２と第２の調整部２３０における調整膜２３２とは、照明光学系２０の光軸ＡＸに対して異なる位置（即ち、照明光学系２０の光軸ＡＸからの距離が異なる領域）に形成されている。

図２及び図３を参照するに、ＬＢ_２２０及びＬＢ_２３０は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０における被照明面の軸上に入射する光束（軸上光束）の広がりを示している。換言すれば、ＬＢ_２２０及びＬＢ_２３０は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０での被照明面の軸上における瞳の広がりを示している。また、ＬＢ_２２０’及びＬＢ_２３０’は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０における被照明面の軸外（光軸からＸ軸方向にずれた位置）に入射する光束（軸外光束）の広がりを示している。換言すれば、ＬＢ_２２０’及びＬＢ_２３０’は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０での被照明面の軸外における瞳の広がりを示している。従って、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０での各点に対応する瞳の広がりに対して所定の反射率分布（又は所定の透過率分布）を重ねることによって、被照明面上の各点における入射角度分布を調整することが可能となる。

第１の調整部２２０の調整膜２２２は、本実施形態において、被照明面（レチクル３０又はウエハ５０）に入射する光束の入射角度分布の左右方向の光量差を調整するための反射率分布（透過率分布）を形成する。即ち、第１の調整部２２０は、被照明面上の複数点における光束の入射角度分布の左右方向の光量差を調整する。具体的には、第１の調整部２２０の調整膜２２２は、図４に示すように、Ｘ軸方向に沿って、有効領域の中心において反射率が最も高く（透過率が最も低く）、中心から周辺に向かって反射率が単調に減少するような凸形状の反射率分布を有する。例えば、ＬＢ_２２０’内の左右の領域で反射率（透過率）に５％の差があれば、Ｘ軸上の最軸外における入射角度分布の左右方向の光量差を５％調整することができる。なお、第１の調整部２２０には、被照明面に入射する光束の入射角度分布の上下方向の光量差を調整するための反射率分布（透過率分布）を形成することも可能である。即ち、第１の調整部２２０は、被照明面に入射する光束の入射角度分布の第１の方向における光量差及び第１の方向に垂直な第２の方向における光量差のうち少なくとも一方を調整するための反射率分布（透過率分布）を形成する調整膜２２２を有する。ここで、図４は、第１の調整部２２０の調整膜２２２が形成する反射率分布の一例を示す図である。

また、第２の調整部２３０の調整膜２３２は、本実施形態において、被照明面（レチクル３０又はウエハ５０）に入射する光束の入射角度分布の縦横方向の光量差を調整するための反射率分布（透過率分布）を形成する。具体的には、第２の調整部２３０の調整膜２３２は、図５に示すように、照明光学系２０の光軸ＡＸから離れた位置に、Ｘ軸方向に沿って、Ｙ軸上での反射率が最も低く、且つ、Ｙ軸から周辺に向かって反射率が単調に増加する凹形状の反射率分布を有する。例えば、ＬＢ_２３０’内の上下領域と左右領域との反射率（透過率）に５％の差があれば、軸外における入射角度分布の縦横方向の光量差を５％調整することができる。即ち、第２の調整部２３０は、被照明面に入射する光束の入射角度分布の第１の方向に沿った光量を示す値と第２の方向に沿った光量を示す値との差を調整するための反射率分布（透過率分布）を形成する調整膜２３２を有する。ここで、図５は、第２の調整部２３０の調整膜２３２が形成する反射率分布の一例を示す図である。

このように、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０のそれぞれに、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向に関する対称性を調整する機能をもたせることによって、入射角度分布を高精度に（即ち、均一に）調整することができる。また、照明光学系２０の調整（即ち、被照明面に入射する光束の入射角度分布の調整）にかかる時間やコストを低減させることができる。

装置ごとに入射角度分布の調整量（補正量）が異なる場合、装置ごとに１つの調整部を設計及び製造していたのでは、照明光学系２０の調整が完了するまでに時間がかかってしまう。このような場合には、互いに異なる調整量を有する（互いに異なる方向に関する非対称性を調整する）複数の調整部を用意しておけばよい。

例えば、１つの調整部を用いて、入射角度分布の左右方向の光量差に対する調整量及び縦横方向の光量差に対する調整量のそれぞれが−４％から＋４％の範囲で、２％刻みで調整を行う場合を考える。この場合、入射角度分布の左右方向の光量差及び縦横方向の光量差を同時に調整しようとすると、左右方向の光量差を調整するための５種類の調整量に加えて、更に、縦横方向の光量差を調整するための５種類の調整量が必要となる。従って、左右方向の光量差を調整するための５種類の調整量及び縦横方向の光量差を調整するための５種類の調整量に対応して、２５種類の調整部を用意する必要がある。換言すれば、左右方向の光量差を調整する際の調整量の種類（数）と縦横方向の光量差を調整する際の調整量の種類（数）との積だけ調整部を用意する必要がある。

一方、本実施形態のように、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を用いて、入射角度分布の左右方向の光量差及び縦横方向の光量差を独立して調整する場合を考える。この場合、左右方向の光量差を２％刻みで調整する５種類の調整部（第１の調整部２２０）と、縦横方向の光量差を２％刻みで調整する５種類の調整部（第２の調整部２３０）とを用意すればよい。換言すれば、左右方向の光量差を調整する際の調整量の種類（数）と縦横方向の光量差を調整する際の調整量の種類（数）との和だけ調整部を用意すればよい。

従って、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向における分布を、複数の調整部で独立して調整することで、被照明面に入射する光束の入射角度分布の調整にかかる時間やコストを低減させることができる。これにより、装置を出荷するまでの時間を短縮したり、例えば、経時変化などで入射角度分布が変化した場合の調整時間を短縮したりすることが可能となる。

なお、所定の反射率分布（透過率分布）を有する第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を照明光学系２０内に配置すると、被照明面における照度分布が変化する場合がある。このような場合には、被照明面における照度分布を調整する照度分布調整機構を照明光学系２０内に更に配置すればよい。かかる照度分布調整機構は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０による変化分を含めて、被照明面における照度分布を略均一に調整することが可能である。照度分布調整機構の具体的な構成については、例えば、特開２０００−８２６５５号公報に開示されているため、ここでの詳細な説明は省略する。

また、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０が所定の反射率分布（透過率分布）を有するため、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０で反射した光がフレア光（不要光）として被照明面に入射し、線幅均一性を悪化させる恐れがある。

被照明面に配置されたレチクル３０には、クロム（Ｃｒ）などの金属でパターンが形成されているため、照明光の大部分がレチクル３０で反射される。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、被照明面と第１の調整部２２０の調整膜２２２との反射光（フレア光）の被照明面における照度分布を示す図である。また、図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、被照明面と第２の調整部２３０の調整膜２３２との反射光の被照明面における照度分布を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｃ）に示す照度分布は、図７（ａ）に示すような照明光学系２０の瞳面の大きさよりも小さい円形の光強度分布（有効光源）で被照明面を照明した場合の被照明面と調整膜２２２又は２２４とによる反射光の被照明面上の照度分布である。また、図６（ｂ）及び図６（ｄ）に示す照度分布は、図７（ｂ）に示すようなＸ軸方向に２つの極が並んだ光強度分布（有効光源）で被照明面を照明した場合の被照明面と調整膜２２２又は２２４とによる反射光の被照明面上の照度分布である。図６（ａ）乃至図６（ｄ）において、ＩＦは、視野絞り２０９で規定される照明領域である。図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示す照度の値は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０が配置されていない場合における被照明面の軸上の照度を１として規格化した値である。なお、レチクル３０のパターンの形成に用いられるクロムのＡｒＦエキシマレーザーやＫｒＦエキシマレーザーに対する反射率は４０％弱であるため、ここでは、被照明面の反射率を４０％としている。また、第１の調整部２２０の調整膜２２２及び第２の調整部２３０の調整膜２３２の反射率の最大値は４％とし、第１の調整部２２０又は第２の調整部２３０において調整膜２２２又は２２４が形成されていない領域の反射率は０％としている。

第２の調整部２３０においては、主光線が通過する領域ＰＲに調整膜２３２が形成されていない。従って、被照明面と調整膜２３２との間で反射が発生しない、或いは、反射光（フレア光）は各光学素子の有効径よりも外側を通過するために、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、反射光が被照明面に入射しないことがわかる。

一方、第１の調整部２２０においては、主光線が通過する領域ＰＲに調整膜２２２が形成されている。従って、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１の調整部２２０からの反射光（フレア光）が被照明面に入射してしまうため、被照明面における照度分布が変化してしまう。照明領域ＩＦ内における照度分布の変化については、上述した照度分布調整機構で調整（補正）することが可能である。但し、照明領域ＩＦ外の隣接する領域における照度分布の変化については調整（補正）ができないため、隣接する領域の周辺部分における照度分布が変化してしまう。その結果、レチクル３０のパターンを所望の線幅で正確にウエハ５０に転写することができなくなる。例えば、図６（ａ）では、照明領域ＩＦに隣接する領域を約１．５％余分に照明してしまうことになり、図６（ｂ）では、照明領域ＩＦに隣接する領域を約１．６％余分に照明してしまうことになる。

しかしながら、本実施形態では、第１の調整部２２０は視野絞り２０９よりも光源側に配置されているため、実際には、照明領域ＩＦの外に入射する光束は視野絞り２０９で遮光される。換言すれば、第１の調整部２２０からの反射光（フレア光）は被照明面に入射しないため、照明領域ＩＦに隣接する領域における照度分布を変化させることはない。

なお、第１の調整部２２０が視野絞り２０９よりも被照明面側に配置されている場合には、第１の調整部２２０からの反射光（フレア光）が視野絞り２０９で規定された照明領域ＩＦに隣接する領域にも入射してしまう（隣接フレア）。従って、照明領域ＩＦに隣接する領域における照度分布が変化してしまうため、ウエハ５０に転写されるパターンの線幅均一性が悪化してしまう。

例えば、線幅４５ｎｍの孤立線パターンをウエハ５０に転写する場合に、照度が０．４％変化すると、ウエハ５０に転写される孤立線パターンの線幅は約０．１ｎｍ変化する。隣接フレアの影響を小さくするためには、所定の照明領域に隣接する領域のフレア率が０．４％よりも小さいことが好ましい。被照明面の反射率が最大で４０％であるとすると、調整部において主光線が通過する領域ＰＲの反射率が４％のときのフレア率は１．６％である。従って、視野絞り２０９と被照明面との間に配置される調整部の領域ＰＲにおける反射率は１．０％未満である必要がある。また、主光線が通過する領域ＰＲの反射率が１．０％以上である調整膜を有する調整部は、光源１０と視野絞り２０９との間に配置される必要がある。

本実施形態では、主光線が通過する領域ＰＲの反射率が１．０％以上である第１の調整部２２０は、上述したように、光源１０と視野絞り２０９との間に配置されている。また、視野絞り２０９と被照明面との間に配置されている第２の調整部２３０は、主光線が通過する領域ＰＲの反射率が１．０％未満となっている。従って、本実施形態では、フレア光の発生を抑制すると共に、被照射面における入射角度分布を高精度に（即ち、均一に）調整することができる。その結果、露光装置１は、レチクル３０のパターンを所望の線幅で正確にウエハ５０に転写することができる。

また、本実施形態では、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０との間に、結像光学系２１０が配置されている。これは、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０との間隔を離して配置することによって、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０との間の反射光に起因する干渉縞の発生を防止するためである。

ここで、図８に示すように、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０とが近接して配置されている場合を考える。図８は、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０とが視野絞り２０９を挟んで配置されている場合を示す概略図である。

光源１０から射出した光束のうち大部分の光束は第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を透過して被照明面に到達するが、一部の光束は第１の調整部２２０や第２の調整部２３０で反射されて被照明面に到達する。第１の調整部２２０と第２の調整部２３０との間に平面度差があったり、互いに傾いていたりすると、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を透過した光束と第１の調整部２２０や第２の調整部２３０で反射した光束との光路長差が位置ごとに微小に変化する。このように、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を透過した光束と第１の調整部２２０や第２の調整部２３０で反射した光束との光路長差が位置ごとに微小に変化すると、光の干渉によって被照明面に干渉縞が発生してしまう。特に、光源１０にレーザーを用いた場合には、干渉性が非常に高いため、干渉縞が発生しやすい。その結果、被照明面における照度分布にむらが生じてしまうため、照明領域を均一な照度分布で照明することができなくなり、ウエハ５０に転写されるパターンの線幅均一性が悪化してしまう。

照明面における干渉縞の発生を防止するためには、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を透過した光束と、第２の調整部２３０および第１の調整部２２０で順に反射した後第２の調整部２３０を透過した光束との光路長差が可干渉距離以上であればよい。第１の調整部２２０と第２の調整部２３０との間の距離は、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を透過した光束と第２の調整部２３０および第１の調整部２２０で順に反射した後第２の調整部２３０を透過した光束との光路長差の１／２である。そこで、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０のそれぞれは、互いに光源１０からの光束の可干渉距離の１／２以上の間隔を有して配置されていることが好ましい。本実施形態では、第１の調整部２２０と第２の調整部２３０とは、結像光学系２１０を挟んで配置されており、光源１０からの光束の可干渉距離の１／２以上の間隔を有して配置されている。従って、被照明面に干渉縞が発生することもなく、被照明面を均一な照度分布で照明することができる。その結果、露光装置１は、レチクル３０のパターンを所望の線幅で正確にウエハ５０に転写することができる。

また、本実施形態では、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０のそれぞれに形成される調整膜２２２及び２３２は、有効領域の中心又はＹ軸から周辺に向かって反射率（透過率）が単調に増加又は減少する反射率分布（透過率分布）を有している。但し、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０のそれぞれに形成される調整膜２２２及び２３２には、様々な反射率分布（透過率分布）をもたせることが可能である。例えば、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０のそれぞれに形成される調整膜２２２及び２３２は、有効光源の中心から周辺に向かって、反射率（透過率）が増加してから減少するようなＭ字形状の反射率分布（透過率分布）を有していてもよい。また、調整膜２２２及び２３２が形成される領域の形状（即ち、調整膜２２２及び２３２の形状）も矩形形状に限定するものではなく、円形形状や楕円形状などであってもよい。このように、調整膜２２２及び２３２の有する反射率分布（透過率分布）や調整膜２２２及び２３２の形状は、被照明面に入射する光束の入射角度分布の調整に応じて任意に選択（設定）すればよい。

また、本実施形態では、位置ごとに膜厚が制御された調整膜２２２及び２３２によって第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０に所定の反射率分布（透過率分布）をもたせているが、これに限定するものではない。例えば、クロムのような遮光性物質で形成されたドットパターンを用いて、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０に所定の反射率分布（透過率分布）をもたせてもよい。この場合、各ドットのウエハ５０への転写や各ドットにおける回折の影響などを考慮して、各ドットの大きさや第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０と被照明面又は被照明面の共役面との距離などを設定する必要がある。

また、本実施形態では、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０は、光束の入射位置に応じて異なる反射率（透過率）を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、光束の入射角度に応じて異なる反射率（透過率）を第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０が有していても、本実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の２つの調整部を用いて、被照明面に入射する光束の入射角度分布を調整しているが、調整部の数は２つに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、光束の入射角度に応じて異なる反射率（透過率）を有する反射率分布（透過率分布）を形成する３つの調整部（第１の調整部２２０、第２の調整部２３０、第３の調整部２４０）を用いてもよい。図９では、オプティカルインテグレータ２０７と視野絞り２０９との間のコンデンサーレンズ２０８の中に、第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０が配置されている。図９は、照明光学系２０において、第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０の配置例を示す概略図である。

図９に示す配置において、軸上光束が第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０のそれぞれを通過する領域は、調整部ごとに異なっている。即ち、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）に示すように、被照明面の軸上における瞳の広がりＬＢ_２２０、ＬＢ_２３０及びＬＢ_２４０は、第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０ごとに異なっている。同様に、軸外光束が第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０のそれぞれを通過する領域も、調整部ごとに異なっている。即ち、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）に示すように、被照明面の軸外における瞳の広がりＬＢ_２２０’、ＬＢ_２３０’及びＬＢ_２４０’は、第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０ごとに異なっている。ここで、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）は、第１の調整部２２０、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０のそれぞれを通過する軸上光束と軸外光束とを示す図である。

また、図９を参照するに、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０は、被照明面の共役面である視野絞り２０９に比較的近いため、軸上と軸外に対応する瞳の広がりＬＢ_２３０とＬＢ_２３０’、及び、ＬＢ_２４０とＬＢ_２４０’のそれぞれが離れている。従って、第２の調整部２３０及び第３の調整部２４０のそれぞれの反射率分布（透過率分布）を適切に設定することで、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向における分布を独立して調整することができる。このように、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向における分布を独立して調整する調整部は、被照明面の近傍、又は、被照明面の近傍に配置することが好ましい。

一方、第１の調整部２２０は、オプティカルインテグレータ２０７、即ち、照明光学系２０の瞳面に近いため、軸上と軸外に対応する瞳の広がりＬＢ_２２０とＬＢ_２２０’がほとんど重なっている。従って、第１の調整部２２０では、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向における分布を独立して調整することはできない。但し、軸上と軸外に対応する瞳の広がりＬＢ_２２０とＬＢ_２２０’がほとんど重なっているため、被照明面に入射する光束の入射角度分布の互いに異なる方向における分布を共通して調整することができる。このように、照明光学系２０の瞳面の近傍に調整部を配置することで、被照明面に入射する光束の入射角度分布の非対称性の共通成分を調整することが可能となる。

従って、被照明面の近傍と照明光学系２０の瞳面の近傍に、被照明面に入射する光束の入射角度分布を調整する調整部を配置することで、入射角度分布の共通成分と非共通成分の両方を調整することができる。これにより、被照明面に入射する光束の入射角度分布を更に高精度に（即ち、対称、且つ、均一に）調整することができる。

なお、図９に示す配置において、第１の調整部２２０は、オプティカルインテグレータ２０７の射出面の近傍に配置されているが、これに限定されるものではない。第１の調整部２２０は、オプティカルインテグレータ２０７の入射面やその共役面である回折パターン面ＤＰＰの近傍に配置されていてもよい。

また、照明光学系２０の瞳面の近傍に配置される調整部は、所定の反射率分布を形成する調整膜を有していなくてもよく、例えば、特開２００６−０１９７０２号公報に開示されているような複数の駆動可能な遮光板を有する絞りであってもよい。

また、本実施形態では、平行平面板の光学面に調整膜を形成して調整部を構成しているが、レンズやミラーの表面、即ち、凸面又は凹面に調整膜して調整部を構成してもよい。但し、一般的には、平面上に調整膜を形成する方が、凸面又は凹面に調整膜を形成するよりも容易であることは言うまでもない。

次に、図１１を参照して、照明光学系２０の調整方法、詳細には、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の調整方法について説明する。

ステップＳ１１０２では、被照明面の複数点における入射角度分布及び照度分布を取得する。

被照明面の複数点における入射角度分布及び照度分布は、例えば、照明光学系２０の設計データに基づく光学シミュレーションから算出することができる。具体的には、照明光学系２０の設計データとして、オプティカルインテグレータ２０７、即ち、照明光学系２０の瞳面の後段から被照明面までの光学系（光学要素）のデータを用いる。光学系のデータは、各光学面の曲率半径、面間隔、各光学要素を形成する材料の屈折率及び種類、光源１０からの光束の波長、各光学要素の透過率、光学要素の表面に形成される光学膜（反射防止膜や反射膜など）の透過率特性又は反射率特性などを含む。

また、被照明面の複数点における入射角度分布及び照度分布は、実際に測定してもよい。具体的には、被照明面の複数点における入射角度分布は、図１２に示すような測定装置１２００を用いて測定することができる。測定装置１２００は、ウエハステージ５５に配置され、ピンホール部材１２１０と、ピンホール部材１２１０を通過した光束を検出する２次元ＣＣＤセンサなどの検出部１２２０とを有する。ピンホール部材１２１０は、投影光学系４０の結像位置に位置決めされ、検出部１２２０は、ピンホール部材１２１０から所定の距離を有して位置決めされる。ピンホール部材１２１０を通過した光束は、その角度分布を反映させたまま検出部１２２０に入射する。投影光学系４０からの光束の角度分布は、投影光学系４０の開口絞りの位置（照明光学系２０の瞳面と共役な位置）に形成される光強度分布、即ち、被照明面上のピンホール部材１２１０に関する入射角度分布を反映している。従って、検出部１２２０で検出された光強度分布から光線の角度分布を求めることで、被照明面上のピンホール部材１２１０に関する入射角度分布を測定することが可能である。そして、照明光学系２０の光軸ＡＸと直交する面に沿って、ピンホール部材１２１０の位置を２次元的に移動させながら測定を繰り返すことで、被照明面の複数点における入射角度分布を測定することができる。

一方、被照明面における照度分布は、図示しない照度測定装置を用いて測定することができる。照度測定装置は、ウエハステージ５５に配置され、被照明面における照度分布を測定するための検出部として、例えば、フォトダイードを備えている。照明光学系２０の光軸ＡＸと直交する面に沿って、フォトダイオードの位置を２次元的に移動させながら測定を繰り返すことで、被照明面における照度分布を測定することができる。なお、照度測定装置は、複数のフォトダイオードを２次元的又は１次元的に配置することで、被照明面の複数の位置における照度分布を一括して測定することも可能である。また、図１２に示す測定装置１２００を照度測定装置として用いることも可能である。この場合、２次元ＣＣＤセンサの出力の総和が被照明面の各位置の照度として測定される。

ステップＳ１１０４では、ステップＳ１１０２で取得した被照明面の複数点における入射角度分布の均一性が許容範囲内であり、且つ、ステップＳ１１０２で取得した被照明面における照度分布が照度分布調整機構で調整可能であるかどうかを判定する。照度分布が照度分布調整機構で調整可能であるかどうかは、照度分布調整機構の特性、即ち、照度分布調整機構の調整特性（駆動特性）や配置位置などに基づいて判定される。

入射角度分布の均一性が許容範囲内ではない、或いは、照度分布が照度分布調整機構で調整可能でないと判定された場合には、ステップＳ１１０６に進む。一方、入射角度分布の均一性が許容範囲内であり、且つ、照度分布が照度分布調整機構で調整可能であると判定された場合には、ステップＳ１１１０に進む。

ステップＳ１１０６では、入射角度分布の均一性が許容範囲内になるように、入射角度分布の互いに異なる方向における分布を調整する第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を設計する。具体的には、入射角度分布の均一性が許容範囲内になるように、第１の調整部２２０に形成する調整膜２２２の反射率分布（透過率分布）及び位置、及び、第２の調整部２３０に形成する調整膜２３２の反射率分布（透過率分布）及び位置を算出する。この際、調整膜２２２及び調整膜２３２の反射率分布は、被照明面における照度分布が照度分布調整機構で調整可能であるようにすることが好ましい。例えば、ステップＳ１１０２で取得した入射角度分布及び照度分布を参照して、第１の調整部２２０や第２の調整部２３０の位置を決定する。そして、照明面における照度分布が照度分布調整機構で調整可能であり、且つ、入射角度分布の均一性が許容範囲内になるように調整するための調整膜２２２及び調整膜２３２の反射率分布を算出する。

ステップＳ１１０８では、ステップＳ１１０６で設計した第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を配置した状態での被照明面の複数点における入射角度分布及び照度分布を算出する。具体的には、上述した照明光学系２０の設計データに加えて、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の位置や第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０の反射率分布に関する情報を用いて、被照明面の複数点における入射角度分布及び照度分布を算出する。

そして、ステップＳ１１０８で算出した被照明面の複数点における入射角度分布の均一性が許容範囲内であり、且つ、ステップＳ１１０８で算出した被照明面における照度分布が照度分布調整機構で調整可能であるかを判定するために、ステップＳ１１０４に戻る。なお、入射角度分布の均一性が許容範囲内ではない、或いは、照度分布が照度分布調整機構で調整可能でないと判定された場合には、ステップＳ１１０６及びＳ１１０８を繰り返す。

ステップＳ１１１０では、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を製造する。例えば、ステップＳ１１０６及びステップＳ１１０８を繰り返した場合には、ステップＳ１１０６で算出された反射率分布を形成する調整膜の膜厚を決定し、かかる膜厚の調整膜を平行平面板に形成して第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を製造する。ここで、ステップＳ１１０６及びＳ１１０８を一度も経由することなくステップＳ１１０４でＹｅｓとなった場合には、調整膜を形成していない（反射防止膜を形成したのみの）平行平面板を第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０として使用する。なお、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を製造する際、平行平面板に反射防止膜を形成した後、位置に応じて膜厚を制御しながら単一の物質で調整膜を形成すれば、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を容易に製造することができる。

ステップＳ１１１２では、ステップＳ１１１０で製造した第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を照明光学系２０内に配置する。この際、必要に応じて、照度分布調整機構を用いて被照明面における照度分布を均一に調整する。

本実施形態では、照明光学系２０を調整する際に、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を設計及び製造している。但し、入射角度分布を調整する調整量や調整する位置が異なる複数の調整部を予め設計及び製造し、照明光学系２０を調整する際には、それら複数の調整部から最適な調整部を選択するようにしてもよい。この場合、第１の調整部２２０及び第２の調整部２３０を設計（ステップＳ１１０６）及び製造（ステップＳ１１１０）がなくなるため、照明光学系２０の調整にかかる時間を大幅に短縮することができる。

次に、露光装置１によるウエハ５０の露光について説明する。露光において、光源１０から発せられた光束は、照明光学系２０によってレチクル３０を照明する。レチクル３０のパターンを反映する光は、投影光学系４０によってウエハ５０に結像する。露光装置１が使用する照明光学系２０は、上述したように、フレア光の発生を抑制すると共に、被照射面における入射角度分布を高精度に（即ち、均一に）調整することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。なお、かかるデバイスは、露光装置１を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板（感光剤）を現像する工程と、他の公知の工程と、を経ることにより製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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。

１ 露光装置
１０ 光源
２０ 照明光学系
２０９ 視野絞り
２２０ 第１の調整部
２２１ 平行平面板
２２２ 調整膜
２３０ 第２の調整部
２３１ 平行平面板
２３２ 調整膜
２４０ 第３の調整部
４０ 投影光学系
５０ ウエハ

Claims (6)

1. 光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記被照明面に入射する光の入射角度分布を調整するための反射率分布もしくは透過率分布を有する複数の調整部と、
   前記被照明面における照明領域を規定する視野絞りと、
   を有し、
   前記複数の調整部は、
   前記被照明面に入射する光の入射角度分布の前記第１の方向における光量差及び前記第１の方向に垂直な第２の方向における光量差のうち少なくとも一方を調整する第１の調整部と、
   前記被照明面に入射する光の入射角度分布の第１の方向の光量と、前記第２の方向の光量との差を調整する第２の調整部と、
   を含み、
   前記第１の調整部は、前記光源と前記視野絞りとの間に配置され、前記照明領域に入射する主光線が通過する第１領域に反射率分布もしくは透過率分布を有する調整膜を有し、前記第１領域の反射率が１．０％以上であり、
   前記第２の調整部は、前記被照射面と前記視野絞りとの間に配置され、前記照明領域に入射する主光線が通過する第２領域以外の領域に反射率分布もしくは透過率分布を有する調整膜を有し、前記第２領域の反射率が１．０％未満であることを特徴とする照明光学系。
2. 前記複数の調整部は、光の入射位置に応じて異なる反射率分布もしくは透過率分布となる調整膜を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記複数の調整部は、前記被照明面の近傍、又は、前記被照明面の共役面の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
4. 前記第１の調整部及び前記第２の調整部のそれぞれは、前記光源からの光の可干渉距離の１／２以上の間隔を有して配置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系。
5. 光源からの光を用いてマスクを照明する請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明光学系と、
   前記マスク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。
6. 請求項５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の製造方法。