JP5531955B2 - 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被照射体に照明光を照射する照明装置、露光装置及びデバイス製造方法に関するものである。

従来、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造するために露光装置が用いられている。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、露光光により照明し、フォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート（感光基板）上に転写している。

近年、液晶表示素子等に形成するパターンの微細化が要求されており、これに伴ってフォトレジスト等の感光剤の露光感度が低感度化される傾向にある。このため、露光装置においては露光量の増大が望まれている。これに対して、複数の光源から発する照明光（露光光）を合成して被照射体に照射する照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３２６１７１号公報

しかしながら、特許文献１記載の照明装置においては、２つの光源から発した照明光が共通の光学系に対して、この共通の光学系の光軸を挟んで対称的に導入されているため、例えば光源の消耗等に応じ、各光源が発する照明光に光量差が生じた場合、被照射体（特許文献１におけるマスク）に照射される照明光全体の光量重心の軌跡が変化（傾斜変化）し、露光装置におけるマスクのパターンの転写精度が低下するという問題があった。

本発明の態様は、照明光の光量を増大させることができるとともに光量重心の軌跡を安定化することができる照明装置、露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、第１光源が発する照明光を出力する第１の光源部と、第２光源が発する照明光を出力する第２の光源部と、複数のレンズ面を有するフライアイレンズを備え、前記第１及び第２の光源部が出力した各照明光を被照射体に照射する投射部と、少なくとも前記投射部を含み前記各照明光に共通な共通光学系に対して、該共通光学系の光軸周りの異なる位置または光軸上から前記各照明光を導入する導入部と、前記投射部に対して実質的に前記共通光学系の光軸を中心に、前記第１光源の光源像を一以上形成する第１結像部と、前記投射部に対して実質的に前記共通光学系の光軸を中心に、前記第２光源の光源像を複数形成する第２結像部とを備え、前記フライアイレンズの前記複数のレンズ面のそれぞれは、前記第１光源の前記光源像の像と前記第２光源の前記光源像の像とを形成する照明装置が提供される。

また、本発明の第２の態様に従えば、パターンが形成されたマスクを保持するマスク保持部と、感光基板を保持する基板保持部と、前記マスクを介して前記感光基板に照明光を照射する本発明の第１の態様にかかる照明装置とを備えた露光装置が提供される。

また、本発明の第３の態様に従えば、本発明の第２の態様にかかる露光装置を用いて、前記パターンを前記感光基板に転写することと、前記パターンが転写された前記感光基板を前記パターンに基づいて加工することとを含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、照明光の光量を増大させることができるとともに光量重心の軌跡を安定化することができる。

第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る照明装置の一部の構成を示す図である。 シャッタの位置に形成される光源像を示す図である。 ２つ目レンズの構成を示す図である。 結像部によって形成される光源像の配置を示す図である。 像間隔変更部を介して形成される光源像の配置を示す図である。 フライアイレンズの入射面の照射領域を示す図である。 フライアイレンズの射出面側に形成される光源像を示す図である。 第２の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 結像部によって形成される光源像の配置を示す図である。 フライアイレンズの入射面の照射領域を示す図である。 フライアイレンズの射出面に形成される光源像を示す図である。 第３の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る照明装置の一部の構成を示す図である。 リレーレンズを介した照明光の光束断面を示す図である。 分割部によって分割された部分照明光の光束断面を示す図である。 フライアイレンズの入射面の照射領域を示す図である。 フライアイレンズの射出面側に形成される光源像を示す図である。 半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 液晶デバイスの製造方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る照明装置、露光装置及びデバイス製造方法について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を備えた露光装置の構成を示す図である。本実施形態においては、マスクＭのパターンの像を、感光基板Ｐをステップ移動させつつ感光基板Ｐ上の複数のショット領域に順次転写するステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明する。

また、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が感光基板Ｐに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸が感光基板Ｐに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１に示す露光装置は、被照射体としてのマスクＭ上の照明領域内を均一に照射し、マスクＭを介して感光基板Ｐに照明光を照射する照明装置ＩＬと、パターンが形成されたマスクＭを保持するマスク保持部（図示せず）と、マスクＭ上のパターンの投影像を感光基板Ｐ上のショット領域に形成する投影部（投影光学系）ＰＬと、ベースＢ上に載置される基板ステージＰＳと、基板ステージＰＳ上に載置される基板テーブルＰＴと、基板テーブルＰＴ上に載置され、感光基板Ｐを保持する基板保持部ＰＨとを備えている。

図２は照明装置ＩＬの構成を示す図、図３は照明装置ＩＬの折り返しミラー４ｂから反射素子９〜１２までの構成を図２に示す矢印Ａの方向から見た図である。照明装置ＩＬは、超高圧水銀ランプ等の放電ランプからなる２つの光源２ａ，２ｂのそれぞれを保持し、光源２ａ，２ｂが発する照明光を出力する２つの光源部（第１の光源部及び第２の光源部）を備えている。第１の光源部は、光源２ａが発する照明光を集光する楕円鏡３ａ、楕円鏡３ａにより反射された照明光を折り返す折り返しミラー４ａ、楕円鏡３ａにより反射された照明光の集光位置に配置されたシャッタ５ａを備えて構成されている。シャッタ５ａの配置位置には、図４に示すように、第１の光源部の光軸ＡＸ１を中心として光源像Ｉ_ａが形成される。

また、照明装置ＩＬは、光源２ａに対して設けられた第１の結像部を備えている。第１の結像部は、リレーレンズ６ａ及び２つ目レンズ７ａを備えており、後述する投射部（インプットレンズ１６〜ブラインド結像系２１）に対して実質的に共通光学系の光軸ＡＸ３を中心に、光源２ａの光源像を２つ形成する。ここで、共通光学系とは、後述の投射部を含み、第１の光源部及び第２の光源部がそれぞれ出力する各照明光に共通に設けられた光学系（リレーレンズ群１３〜ブラインド結像系２１）である。また、第１の光源部の光軸ＡＸ１と共通光学系の光軸ＡＸ３とは、後述の反射素子９，１０を介して互いに偏向された光軸であって、光学的には連続した一つの光軸（以下、光軸ＡＸと適宜称する。）とみなすことができる。したがって、実質的に光軸ＡＸ３を中心に複数（本実施形態では２つ）の光源像を形成するとは、反射素子（ここでは反射素子９，１０）による光軸の偏向を考慮した上で、光軸ＡＸ上の所定点を中心として複数の光源像を形成することを意味するものである。

図５は、第１の光源部に対して設けられた分割部としての２つ目レンズ７ａの構成を示す図である。図５に示すように、２つ目レンズ７ａは、第１結像素子８ａ及び第２結像素子８ｂにより構成されており、第１結像素子８ａ及び第２結像素子８ｂは、光軸ＡＸ１を中心とする対称な位置にＺ方向に並べて配置されている。２つ目レンズ７ａは、第１の光源部が出力した照明光を、第１結像素子８ａ及び第２結像素子８ｂのそれぞれに入射させることにより、Ｚ方向に２つの部分照明光に分割する。そして、２つ目レンズ７ａは、分割した部分照明光ごとに個別に設けられた第１及び第２結像素子８ａ，８ｂによって光源像Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ（図６参照）を、実質的に光軸ＡＸ３と交差する第１の方向であるＸ方向に沿って、光軸ＡＸ３に対して対称な位置に形成する。ここで、実質的に光軸ＡＸ３と交差する第１の方向とは、上述のように反射素子９，１０による光軸の偏向を考慮した上で、その偏向前後で光学的に同一とみなせる方向を含むものである。例えば、光軸ＡＸ３に対するＸ方向と光軸ＡＸ１に対するＺ方向とは、ともに光軸ＡＸ３に対する第１の方向、すなわち光軸ＡＸに対する第１の方向とみなすことができる。

一方、第２の光源部は、楕円鏡３ｂ、折り返しミラー４ｂ、シャッタ５ｂを備えて構成されている。また、照明装置ＩＬは、光源２ｂに対して設けられた第２の結像部を備えている。第２の結像部は、リレーレンズ６ｂ、及び第２の光源部に対して設けられた分割部としての２つ目レンズ７ｂを備えている。２つ目レンズ７ｂは、２つ目レンズ７ａと同様に、分割する部分照明光ごとに個別に設けられる結像素子としての第１結像素子８ｃ及び第２結像素子８ｄにより構成されており、第１結像素子８ｃ及び第２結像素子８ｄは、第２の光源部の光軸ＡＸ２を中心とする対称な位置にＹ方向に並べて配置されている。２つ目レンズ７ｂは、第２の光源部が出力した照明光を、第１結像素子８ｃ及び第２結像素子８ｄのそれぞれに入射させることにより、Ｙ方向に２つの部分照明光に分割する。光源２ｂに対して設けられた第２の結像部は、第２の光源部に対応する２つの部分照明光ごとの光源像Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄ（図６参照）を、実質的に光軸ＡＸ３回りに第１の方向と直交する第２の方向であるＹ方向に沿って、光軸ＡＸ３に対して対称な位置に形成する。ここで、第２の光源部の光軸ＡＸ２と共通光学系の光軸ＡＸ３とは、上述の光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３との関係と同様に、後述の反射素子１１，１２を介して互いに偏向された光軸であって、光学的には連続した一つの光軸（以下、光軸ＡＸと適宜称する。）とみなすことができる。

照明装置ＩＬは、共通光学系に対して、共通光学系の光軸ＡＸ３周りの異なる位置から、第１の光源部及び第２の光源部が出力した各照明光を導入する導入部を備えている。導入部は、４つの反射素子９〜１２を有しており、２つ目レンズ７ａ，７ｂが分割した各部分照明光を、反射素子９〜１２によって反射させて共通光学系へ導入する。反射素子９〜１２は、図３に示すように、光軸ＡＸ３周りに配置されており、光軸ＡＸ３周りに反射面が設けられている。第１結像素子８ａからの部分照明光は反射素子９により反射され、第２結像素子８ｂからの部分照明光は反射素子１０により反射され、第１結像素子８ｃからの部分照明光は反射素子１１により反射され、第２結像素子８ｄからの部分照明光は反射素子１２により反射される。図６は、実質的に光軸ＡＸ３周りに形成される光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの配置を示す図である。図６に示す光源像Ｉ_Ａは第１結像素子８ａからの部分照明光により形成され、光源像Ｉ_Ｂは第２結像素子８ｂからの部分照明光により形成され、光源像Ｉ_Ｃは第１結像素子８ｃからの部分照明光により形成され、光源像Ｉ_Ｄは第２結像素子８ｄからの部分照明光により形成される。このようにして、第１及び第２の結像部は、反射素子９〜１２を介して各光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄを、光軸ＡＸ３を中心とする回転対称な位置に形成する。

また、照明装置ＩＬは、部分照明光ごとの光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの間隔を変更する像間隔変更部を備えている。像間隔変更部は、リレーレンズ群１３及びコーンプリズム群１４を備えている。コーンプリズム群１４は、円錐または四角錐形状に形成された透過部を有するコーンプリズム１４ａと、円錐または四角錐形状に形成された透過部としての凹部を有するコーンプリズム１４ｂとが、光軸ＡＸ３に沿って間隔を隔てて配置されており、入射する各部分照明光の間隔を変更する機能を有している。リレーレンズ群１３及びコーンプリズム群１４は、光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄからの部分照明光をもとに、光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの共役像である光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’（図７参照）を形成するとともに、その各光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’の間隔を各光源像Ｉ_Ａ〜Ｉ_Ｄの間隔に比して縮小させる。この結果、リレーレンズ群１３及びコーンプリズム群１４による光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’の結像面１５には、図７に示すように、光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’が光軸ＡＸ３と交差するＸ方向に沿って形成され、光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｄ’が光軸ＡＸ３と交差するＹ方向に沿って形成され、各光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’が光軸ＡＸ３を中心とする回転対称な位置に形成される。

また、照明装置ＩＬは、第１の光源部及び第２の光源部が出力し、第１及び第２の結像部、導入部及び像間隔変後部を介した各照明光（各部分照明光）をマスクＭに照射する投射部を備えている。投射部は、インプットレンズ１６、フライアイレンズ１７、開口絞り１８、コンデンサレンズ１９、ブラインド２０、及びブラインド結像系２１を備えて構成されている。

光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’からの各部分照明光は、インプットレンズ１６を介して、図８に示すように、フライアイレンズ１７の入射面１７ａ上の、Ｙ方向に長径を有する略楕円形状の照射領域Ｒ１を照明する。同様に、光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｄ’からの各部分照明光は、Ｘ方向に長径を有する略楕円形状の照射領域Ｒ２を照明する。入射面１７ａを照明した各部分照明光は、フライアイレンズ１７を構成する複数のレンズエレメントにより波面分割され、図９に示すように、各レンズエレメントの射出面側のそれぞれに４つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｄ”を形成する。換言すると、インプットレンズ１６及びフライアイレンズ１７は、照射領域Ｒ１，Ｒ２内におけるフライアイレンズ１７の各レンズエレメントの射出面側に、光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’の共役像である４つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｄ”を協働して形成する。その際、インプットレンズ１６及びフライアイレンズ１７は、結像面１５の共役面としての、各レンズエレメントの射出面側の後側焦点面に４つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｄ”を形成する。これによって、フライアイレンズ１７の射出面１７ｂ側には、レンズエレメントごとに光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｄ”が配置された面光源としての二次光源が形成される。

フライアイレンズ１７の後側焦点面上もしくはその近傍には開口絞り１８が設けられており、開口絞り１８の開口径（絞り径）は、投射部から照射してマスクＭを照明する照明光の開口数（ＮＡ）、即ち投影部ＰＬに対する照明σ値（投影部ＰＬの入射瞳径に対する投射部の射出瞳径の比）を決定している。また、結像面１５は、開口絞り１８の絞り面と共役もしくは略共役な面にされるとともに、開口絞り１８に基づく投射部の射出瞳が形成される瞳面と共役もしくは略共役な面とされている。

開口絞り１８の開口部を通過した照明光は、コンデンサレンズ１９、ブラインド２０、ブラインド結像系２１を介して、ブラインド２０に対応するマスクＭの照明領域を略均一に照明する。マスクＭの照明領域からの照明光は、図１に示す投影部ＰＬに入射し、投影部ＰＬは、マスクＭのパターンの像を感光基板Ｐ上の露光領域（ショット領域）に投影する。基板ステージＰＳは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｘ軸及びＹ軸に対する回転方向及びＺ方向に移動可能に構成されており、感光基板Ｐの位置の調整及び感光基板Ｐのステップ移動を行う。基板ステージＰＳをステップ移動させることにより感光基板Ｐをステップ移動させて、照明装置ＩＬにより投影部ＰＬを介して感光基板Ｐに照明光を照射することにより、マスクＭに形成されたパターンの投影像を感光基板Ｐ上の各ショット領域に順次転写する。

第１の実施形態に係る照明装置及び露光装置によれば、各光源２ａ，２ｂからの照明光を分割部によりそれぞれ２つの部分照明光に分割し、分割された各部分照明光を光軸ＡＸ（光軸ＡＸ３）周りの異なる位置から共通光学系に導入しているため、各光源２ａ，２ｂからの照明光の光量ロスを抑制し、共通光学系を介してマスクＭに照射する照明光の光量を効率的に増大させることができる。

また、投射部に対して共通光学系の光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）を中心に、光源２ａの２つの光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’を形成するとともに、光源２ｂの２つの光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｄ’を形成しているため、例えば光源２ａ，２ｂの消耗等に応じ、各光源２ａ，２ｂが発する照明光に光量差が生じても、マスクＭの照明領域に照射する照明光の光量重心の軌跡を変化させることがなく、その照明光の光量重心の軌跡を安定化させることができる。

また、光源２ａ，２ｂの各光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’を投射部に対して結像面１５に形成しているため、つまり各光源２ａ，２ｂの光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｄ’を投射部に対して同一面に形成しているため、フライアイレンズ１７に対する照明光の開口数を光源２ａ，２ｂからの各照明光（各部分照明光）について等しくすることができ、マスクＭの照明領域全体を効率的かつ均一に照明することができる。

ここで、例えば光源２ａ，２ｂの光源像を投射部に対して光軸ＡＸ方向の異なる面上に形成した場合、フライアイレンズ１７に対する照明光の開口数を光源２ａ，２ｂからの各照明光（各部分照明光）について等しくすることができない。この場合、光源２ａからの照明光と光源２ｂからの照明光との間で、ブラインド２０の配置面上における照明領域が、フライアイレンズ１７に対する開口数に応じて異なることとなる。具体的には、ブラインド２０の中央部（光源２ａ，２ｂからの各照明光に共通な開口数に対応する領域）は、光源２ａ及び２ｂからの両方の照明光によって照明され、その周辺部（光源２ａ，２ｂからの各照明光の開口数の差分に対応する領域）は、光源２ａ又は２ｂからの一方の照明光のみによって照明される。したがって、光源２ａ，２ｂの各光源像を投射部に対して同一面に形成しなければ、マスクＭの照明領域全体を均一に照明することができなくなる。もしくは、一方の光源からの照明光のみによって照明される領域を除いて限定された均一照明領域のみをマスクＭの照明領域として利用することとなる。この後者の場合には、一方の光源からの照明光を無駄にロスすることとなる。また、実用的には、フライアイレンズ１７の光学条件を光源２ａ，２ｂからの各照明光に対して両立させることができず、一方の光源からの照明光の一部をフライアイレンズ１７の各レンズエレメント内の側壁によって遮光することとなり、その遮光分の照明光を無駄にロスすることとなる場合がある。これに対して、第１の実施形態に係る照明装置及び露光装置は、上述のように、マスクＭの照明領域全体を、無駄な光量ロスを生じさせることなく効率的かつ均一に照明することができるという効果を奏することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置及び露光装置について説明する。なお、第２の実施形態に係る露光装置は、図１に示す露光装置を構成する照明装置ＩＬに代えて照明装置ＩＬ２（図１０参照）を備えて構成されたものであるため、第２の実施形態の説明においては、第１の実施形態に係る露光装置の構成と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図１０は、第２の実施形態に係る照明装置ＩＬ２の構成を示す図である。図１０に示すように、照明装置ＩＬ２は、図２に示す照明装置ＩＬからコーンプリズム群１４を取り除き、第３の光源部に対応する光学系を追加したものである。なお、図１０においては、照明装置ＩＬと実質的に共通のコンデンサレンズ１９〜ブラインド結像系２１の図示を省略している。なお、コンデンサレンズ１９〜ブラインド結像系２１の各部は、後述する照明装置ＩＬ２の構成に応じて適宜最適化され得るものである。

照明装置ＩＬ２は、第３の光源部を備えており、第３の光源部は、光源２２、楕円鏡２３及びシャッタ２５を備えて構成されている。また、照明装置ＩＬ２は、光源２２の光源像を形成する第３の結像部としてのリレー光学系２６を備えている。第３の光源部及びリレー光学系２６は、共通光学系（リレーレンズ群１３〜ブラインド結像系２１）と共軸に配置され、リレー光学系２６は、光源像Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄ間における光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）上に光源２２の１つの光源像を形成する。このため、第３の光源部から出力され、リレー光学系２６を介した照明光は、反射素子９と１０の間及び反射素子１１と１２の間にある光軸ＡＸ３上を通過する。換言すると、導入部としての反射素子９〜１２は、光源２ａ，２ｂからの４つの部分照明光を光軸ＡＸ３周りの異なる位置から共通光学系に導入するとともに、光源２２からの照明光を光軸ＡＸ３上から共通光学系に導入する。そして、リレーレンズ群１３は、図１１に示すように、結像面１５上において、光軸ＡＸ３を中心とした異なる位置に光源２ａ，２ｂ，２２の各光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｅ’を形成する。ここで、光源２２の光源像Ｉ_Ｅ’は、光軸ＡＸ３上に形成される。

図１２は、フライアイレンズ１７の入射面１７ａの照射領域を示す図である。光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’からの各部分照明光は、Ｙ方向に長径を有する略楕円形状の照射領域Ｒ１を照明し、光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｄ’からの各部分照明光は、Ｘ方向に長径を有する略楕円形状の照射領域Ｒ２を照明し、光源像Ｉ_Ｅ’からの照明光は、光軸ＡＸを中心とする輪帯形状の照射領域Ｒ３を照明する。入射面１７ａを照明した各照明光（部分照明光）は、フライアイレンズ１７を構成する複数のレンズエレメントにより波面分割され、図１３に示すように、各レンズエレメントの射出面側のそれぞれに５つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｅ”を形成する。換言すると、インプットレンズ１６及びフライアイレンズ１７は、照射領域Ｒ１〜Ｒ３内におけるフライアイレンズ１７の各レンズエレメントの後側焦点面に５つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｅ”を協働して形成する。これによって、フライアイレンズ１７の射出面１７ｂ側には、レンズエレメントごとに５つの光源像Ｉ_Ａ”〜Ｉ_Ｅ”が配置された二次光源（面光源）が形成される。この二次光源から発し、開口絞り１８の開口部を通過した照明光は、第１の実施形態と同様に、コンデンサレンズ１９、ブラインド２０及びブラインド結像系２１を介して、ブラインド２０に対応するマスクＭの照明領域を略均一に照明する。

第２の実施形態に係る照明装置及び露光装置によれば、光源２ａ，２ｂからの４つの部分照明光を光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）周りの異なる位置から共通光学系に導入することに加え、光源２２からの照明光を光軸ＡＸ３上から共通光学系に導入させているため、共通光学系を介してマスクＭに照射する照明光の光量を、第１の実施形態に比して更に増大させることができる。また、投射部に対して共通光学系の光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）を中心に、光源２ａの２つの光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’と、光源２ｂの２つの光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｄ’とを形成するとともに、光源２２の光源像Ｉ_Ｅ’を形成しているため、第１の実施形態と同様に、マスクＭに照射する照明光の光量重心の軌跡を安定化させることができる。また、光源２ａ，２ｂ，２２の各光源像Ｉ_Ａ’〜Ｉ_Ｅ’を投射部に対して同一面（結像面１５）上に形成しているため、フライアイレンズ１７に対する照明光の開口数を光源２ａ，２ｂ，２２からの各照明光（各部分照明光）について等しくすることができ、マスクＭの照明領域全体を、第１の実施形態と同様に、効率的かつ均一に照明することができる。

なお、第２の実施形態においては、３つの光源２ａ，２ｂ，２２からの照明光によりマスクＭのパターンを照明しているが、２つの光源２ａ及び２２、または光源２ｂ及び２２からの照明光によりマスクＭのパターンを照明するようにしてもよい。即ち、本発明にかかる照明装置として、第１及び第３の光源部のみを備えるか、第２及び第３の光源部のみを備えるようにすることもできる。

また、第２の実施形態においては、第１及び第２の光源部からの照明光を分割した部分照明光を、導入部としての反射素子９〜１２により反射させて共通光学系に導入し、第３の光源部からの分割しない照明光を、導入部によって反射させずに共通光学系に導入しているが、第１〜第３の光源部の配置を適宜入れ換える構成にしてもよい。例えば、第１の光源部及び第１の結像部を光軸ＡＸ３上に配置し、第１の結像部からの２つの部分照明光を反射素子を介さずに共通光学系に導入する。そして、第３の光源部及び第３の結像部を図１０における光軸ＡＸ１上に配置し、第３の結像部からの分割しない照明光を反射素子により反射させて共通光学系に導入することができる。この場合、第３の結像部からの照明光を反射する反射素子は、光軸ＡＸ（光軸ＡＸ３）上に配置するとよい。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照明装置及び露光装置について説明する。なお、第３の実施形態に係る露光装置は、図１に示す露光装置を構成する照明装置ＩＬに代えて照明装置ＩＬ３（図１４参照）を備えて構成されたものであるため、第３の実施形態の説明においては、第１の実施形態に係る露光装置の構成と同一の構成には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図１４は第３の実施形態に係る照明装置ＩＬ３の構成を示す図、図１５は照明装置ＩＬ３の折り返しミラー４ｂから反射素子９〜１２までの構成を図１４に示す矢印Ｃの方向から見た図である。 照明装置ＩＬ３は、光源２ａ〜シャッタ５ａにより構成される第１の光源部から出力した照明光をＺ方向に２つの部分照明光に分割する第１の分割部と、２つの部分照明光の各光路の間隔を変更する第１の光路間隔変更部とを備えている。第１の分割部及び第１の光路間隔変更部は、一体に設けられており、リレーレンズ３０ａ及び屋根型プリズム群３２ａを備えて構成されている。図１６は、リレーレンズ３０ａから射出した照明光の光束断面Ｂ_１２を示す図である。第１の光源部から出力された照明光は、その中心部が光源２ａによりけられる（遮光される）ため、光束断面Ｂ_１２は、図１６に示すように、輪帯形状になる。

屋根型プリズム群３２ａは、第１プリズム３４ａ及び第２プリズム３４ｂにより構成されており、第１プリズム３４ａは、入射側が屋根型の凹部を形成する２つの傾斜面３４ａａ，３４ａｂ、射出側がＹＺ平面に平行な面により構成されている。また、第２プリズム３４ｂは、入射側がＹＺ平面に平行な面、射出側が屋根型の凸部を形成する２つの傾斜面３４ｂａ，３４ｂｂにより構成されている。屋根型プリズム群３２ａを通過した照明光はＺ方向に２つの部分照明光に分割され、２つの部分照明光の光路の間隔は、入射側に対して射出側でＺ方向に拡大される。

また、照明装置ＩＬ３は、光源２ｂ〜シャッタ５ｂにより構成される第２の光源部から出力した照明光をＹ方向に２つの部分照明光に分割する第２の分割部と、２つの部分照明光の各光路の間隔を変更する第２の光路間隔変更部とを備えている。第２の分割部及び第２の光路間隔変更部は、一体に設けられており、リレーレンズ３０ｂ及び屋根型プリズム群３２ｂを備えて構成されている。なお、リレーレンズ３０ｂから射出した照明光の光束断面は、図１６に示す光束断面Ｂ_１２と同様となる。

屋根型プリズム群３２ｂは、第１プリズム３５ａ及び第２プリズム３５ｂにより構成されており、第１プリズム３５ａは、図１５に示すように、入射側が屋根型の凹部を形成する２つの傾斜面３５ａａ，３５ａｂ、射出側がＹＺ平面に平行な面により構成されている。また、第２プリズム３５ｂは、入射側がＹＺ平面に平行な面、射出側が屋根型の凸部を形成する２つの傾斜面３５ｂａ，３５ｂｂにより構成されている。屋根型プリズム群３２ａを通過した照明光はＹ方向に２つの部分照明光に分割され、２つの部分照明光の光路の間隔は、入射側に対して射出側でＹ方向に拡大される。

第１の光路間隔変更部からの一方の部分照明光は反射素子９により反射され、第１の光路間隔変更部からの他方の部分照明光は反射素子１０により反射され、第２の光路間隔変更部からの一方の部分照明光は反射素子１１により反射され、第２の光路間隔変更部からの他方の部分照明光は反射素子１２により反射される。図１７は、光軸ＡＸ３周りに形成される各部分照明光の光束断面Ｂ_１〜Ｂ_４を示す図である。図１７に示す光束断面Ｂ_１は第１の光路間隔変更部からの一方の部分照明光に対応し、光束断面Ｂ_２は第１の光路間隔変更部からの他方の部分照明光に対応し、光束断面Ｂ_３は第２の光路間隔変更部からの一方の部分照明光に対応し、光束断面Ｂ_４は第２の光路間隔変更部からの他方の部分照明光に対応する。

また、照明装置ＩＬ３は、結像部を備えており、結像部は、４つの部分照明光に対して共通の結像素子である結像レンズ３６を備えて構成されている。結像レンズ３６は、４つの部分照明光ごとの光源像を共通光学系（結像レンズ３６〜ブラインド結像系２１）の光軸ＡＸ３上の同一箇所、つまり結像レンズ３６の結像面３７と光軸ＡＸ３との交点上に形成する。結像面３７上の光源像からの各部分照明光は、インプットレンズ３８を介してフライアイレンズ１７に入射する。図１８は、フライアイレンズ１７の入射面１７ａの照射領域を示す図である。光束断面Ｂ_１に対応する部分照明光は照射領域Ｒ４を照明し、光束断面Ｂ_２に対応する部分照明光は照射領域Ｒ５を照明し、光束断面Ｂ_３に対応する部分照明光は照射領域Ｒ６を照明し、光束断面Ｂ_４に対応する部分照明光は照射領域Ｒ６を照明する。入射面１７ａを照明した各部分照明光は、フライアイレンズ１７を構成する複数のレンズエレメントのうちそれぞれ対応するレンズエレメントにより波面分割され、図１９に示すように、各レンズエレメントの射出面側のそれぞれに部分照明光ごとの光源像が重畳された光源像Ｉ”を形成する。換言すると、インプットレンズ３８及びフライアイレンズ１７は、照射領域Ｒ４〜Ｒ７内におけるフライアイレンズ１７の各レンズエレメントの後側焦点面に光源像Ｉ”を協働して形成する。これによって、フライアイレンズ１７の射出面１７ｂ側にはレンズエレメントごとに光源像Ｉ”が配置された二次光源（面光源）が形成される。この二次光源から発し、開口絞り１８の開口部を通過した照明光は、第１の実施形態と同様に、コンデンサレンズ１９、ブラインド２０及びブラインド結像系２１を介して、ブラインド２０に対応するマスクＭの照明領域を略均一に照明する。この際、図１９に示すように、射出面１７ｂ側に形成される二次光源は略輪帯形状となるため、照明装置ＩＬ３の照明条件は輪帯照明となる。なお、結像面３７は、第１の実施形態における結像面１５と同様に、開口絞り１８の絞り面と共役もしくは略共役な面にされるとともに、開口絞り１８に基づく投射部の射出瞳が形成される瞳面と共役もしくは略共役な面とされている。

第３の実施形態に係る照明装置及び露光装置によれば、各光源２ａ，２ｂからの照明光を分割部によりそれぞれ２つの部分照明光に分割し、分割された各部分照明光を光軸ＡＸ（光軸ＡＸ３）周りの異なる位置から共通光学系に導入しているため、各光源２ａ，２ｂからの照明光の光量ロスを抑制し、共通光学系を介してマスクＭに照射する照明光の光量を効率的に増大させることができる。また、投射部に対して共通光学系の光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）上に、光源２ａ，２ｂからの各照明光（部分照明光）による光源像を重畳した光源像Ｉ”を形成しているため、例えば光源２ａ，２ｂの消耗等に応じ、各光源２ａ，２ｂが発する照明光に光量差が生じても、マスクＭの照明領域に照射する照明光の光量重心の軌跡を安定化させることができる。また、光源像Ｉ”を同一面（結像面３７）上に形成しているため、フライアイレンズ１７に対する照明光の開口数を光源２ａ，２ｂからの各照明光（各部分照明光）について等しくすることができ、マスクＭの照明領域全体を効率的かつ均一に照明することができる。

なお、上述した照明装置ＩＬ３では、光源２ａ，２ｂからの各照明光を２つの部分照明光に分割して共通光学系に導入しているが、各照明光を分割することなく共通光学系に導入することもできる。例えば、光源２ａからの照明光の光束断面と、光源２ｂからの照明光の光束断面とを、分割することなく相対的に異なる倍率で拡大もしくは縮小させることで、互いに異なる大きさ（径）の輪帯形状の光束断面を有する２つの照明光を得る。そして、この２つの照明光を、それぞれ光軸ＡＸ３を中心として配置された異なる大きさ（径）の輪帯状の反射素子（導入部）によって反射させることで、光軸ＡＸを中心とした異なる位置から各照明光を共通光学系に導入することができる。この場合、屋根型プリズム群３２ａ，３２ｂに替えて円錐状のコーンプリズム群（コーンレンズ群）を用いるとよい。なお、一方の照明光は、光源部を光軸ＡＸ３上に配置させることで、反射素子を介さずに共通光学系に導入することができる。

また、上述の各実施形態においては、光源２ａ，２ｂからの各照明光を２つの部分照明光に分割しているが、３つ以上の部分照明光に分割するようにしてもよい。この場合においても、３つ以上に分割された各部分照明光を共通光学系の光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）を中心として光軸ＡＸ３周りの異なる位置から共通光学系に導入させるとよい。なお、上述した第１及び第２の実施形態では、光源２ａの光源像Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’と、光源２ｂの光源像Ｉ_Ｃ’，Ｉ_Ｃ’とを、共通光学系の光軸ＡＸ３（光軸ＡＸ）を中心とする回転対称な位置に形成するものとしたが、光源２ａ，２ｂからの各照明光を３つ以上の部分照明光に分割する場合、光源２ａ，２ｂの各光源像を必ずしも回転対称に配置しなくても構わない。

また、上述の各実施形態においては、投影部ＰＬを備えた露光装置を例として説明したが、マスクＭのパターンを投影部を介すことなく感光基板Ｐ上に露光するプロキシミティ露光装置に本発明を適用することもできる。また、パターンが設けられたマスクＭとしてクロムパターン等による所定パターン（固定パターン）が形成されたマスクを用いて露光を行う露光装置を例として説明したが、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や液晶等を用いた「可変パターン形成装置」をマスクとして用いて露光を行う露光装置に本発明を適用することもできる。

次に、本発明に係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２０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。この図に示すように、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エハに金属膜を蒸着し（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、本発明に係る露光装置を用いてマスクに形成されたパターンをウエハ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エハの現像、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によってウエハ表面に形成されたレジストパターンを加工用のマスクとし、ウエハ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、本発明にかかる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形成されたフォトレジスト層（転写パターン層）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エハ表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウエハ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、本発明にかかる露光装置は、フォトレジストが塗布されたウエハを感光基板としてパターンの転写を行う。

図２１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。この図に示すように、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、プレートとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、本発明にかかる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、本発明にかかる露光装置を用いてフォトレジスト層に、マスクに設けられたパターンの投影像を転写する露光工程と、パターンの投影像が転写されたプレートの現像、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形成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層（転写パターン層）を介してガラス基板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、半導体デバイスまたは液晶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、プラズマディスプレイまたは有機ＥＬ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、本発明は、ガラス基板および半導体ウェハ等に限定されず、例えば可撓性を有するシート状の基板（面積に対する厚さの比がガラス基板および半導体ウェハに比して小さい基板）を露光対象としての感光基板とすることができる。

また、本発明の態様にかかるデバイス製造方法は、半導体デバイスおよび液晶デバイス等以外にも、一般には、本発明の態様にかかる露光装置を用いてパターンを感光基板に転写することと、そのパターンが転写された感光基板をそのパターンに基づいて加工することとを経て、少なくともその感光基板の一部を含むデバイスを製造することができる。ここで、転写されたパターンに基づいて感光基板を加工することには、その転写パターンに基づいて感光基板をエッチングすること、その転写パターンに基づいて感光基板を印刷すること（転写パターンに基づいて、例えば導電性インク等の所定材料を塗布すること）等が適用可能である。

なお、本発明の態様にかかる照明装置は、露光装置への適用に限定されず、一般に照明装置（光源装置）を用いる各種装置に適用可能であり、例えば、画像情報（静止画情報および動画情報を含む）を拡大投影（投写）するプロジェクターに適用可能である。

２ａ，２ｂ，２２…光源、３ａ，３ｂ，２３…楕円鏡、４ａ，４ｂ…折り返しミラー、５ａ，５ｂ，２５…シャッタ、６ａ，６ｂ，３６…リレーレンズ、７ａ，７ｂ…２つ目レンズ、９〜１２…反射素子、１３…リレーレンズ群、１４…コーンプリズム群、１６，３８…インプットレンズ、１７…フライアイレンズ、１８…開口絞り、１９…コンデンサレンズ、２０…ブラインド、２１…ブラインド結像系、３２ａ，３２ｂ…屋根型プリズム群、ＩＬ，ＩＬ２，ＩＬ３…照明装置、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影部、Ｐ…感光基板。

Claims (21)

1. 第１光源が発する照明光を出力する第１の光源部と、
   第２光源が発する照明光を出力する第２の光源部と、
   複数のレンズ面を有するフライアイレンズを備え、前記第１及び第２の光源部が出力した各照明光を被照射体に照射する投射部と、
   少なくとも前記投射部を含み前記各照明光に共通な共通光学系に対して、該共通光学系の光軸周りの異なる位置または光軸上から前記各照明光を導入する導入部と、
   前記投射部に対して実質的に前記共通光学系の光軸を中心に、前記第１光源の光源像を一以上形成する第１結像部と、
   前記投射部に対して実質的に前記共通光学系の光軸を中心に、前記第２光源の光源像を複数形成する第２結像部と、
   を備え、
   前記フライアイレンズの前記複数のレンズ面のそれぞれは、前記第１光源の前記光源像の像と前記第２光源の前記光源像の像とを形成することを特徴とする照明装置。
2. 前記第１結像部は、前記第１光源の前記光源像を所定面に形成し、
   前記第２結像部は、前記第２光源の前記光源像を所定面に形成することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記所定面は、前記投射部が有する開口絞りの絞り面と共役な面であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記所定面は、前記投射部の射出瞳が形成される瞳面と共役な面であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記所定面は、前記フライアイレンズの後側焦点面と共役な面であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
6. 前記第１及び第２の光源部に対して設けられ、前記第１及び第２の光源部が出力した前記照明光を複数の部分照明光に分割する分割部を備え、
   前記導入部は、前記複数の部分照明光を前記共通光学系の光軸を中心とする異なる位置から該共通光学系へ導入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記第１結像部及び前記第２結像部は、前記複数の部分照明光ごとの前記光源像を、前記共通光学系の光軸を中心とする回転対称な位置に形成することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記第１結像部及び前記第２結像部は、前記複数の部分照明光ごとに個別の結像素子を有することを特徴とする請求項６または７に記載の照明装置。
9. 前記第１結像部及び前記第２結像部は、前記分割部と一体に設けられることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記分割部は、前記第１及び第２の光源部が出力した各照明光をそれぞれ２つの部分照明光に分割し、
    前記第１結像部は、前記第１の光源部に対応する２つの前記部分照明光ごとの前記光源像を実質的に前記共通光学系の光軸と交差する第１の方向に沿って形成し、
    前記第２結像部は、前記第２の光源部に対応する２つの前記部分照明光ごとの前記光源像を、実質的に前記共通光学系の光軸回りに前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って形成することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 第３光源が発する照明光を出力する第３の光源部と、
    前記第３光源の光源像を前記共通光学系の光軸上に形成する第３結像部と、
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記第１結像部及び前記第２結像部は、前記複数の部分照明光ごとの前記光源像を前記共通光学系の光軸上に形成することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
13. 前記第１結像部及び前記第２結像部は、前記複数の部分照明光に対して共通の結像素子を有することを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
14. 前記部分照明光ごとの前記光源像の間隔を変更する像間隔変更部を備えることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の照明装置。
15. 前記複数の部分照明光の各光路の間隔を変更する光路間隔変更部を備えることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか一項に記載の照明装置。
16. 前記光路間隔変更部は、前記分割部と一体に設けられることを特徴とする請求項１５に記載の照明装置。
17. 前記導入部は、前記共通光学系の光軸周りおよび光軸上の少なくとも一方に反射面が設けられた一以上の反射素子を有し、少なくとも１つの前記光源部が出力した前記照明光を前記反射素子によって反射させて前記共通光学系へ導入することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の照明装置。
18. 前記導入部は、前記共通光学系の光軸周りに反射面が設けられた一以上の反射素子を有し、該反射素子によって前記複数の部分照明光を反射させて前記共通光学系へ導入することを特徴とする請求項６〜１６のいずれか一項に記載の照明装置。
19. パターンが形成されたマスクを保持するマスク保持部と、
    感光基板を保持する基板保持部と、
    前記マスクを介して前記感光基板に照明光を照射する請求項１〜１８のいずれか一項に記載の照明装置と、
    を備えたことを特徴とする露光装置。
20. 前記マスクのパターンの像を投影する投影部を備え、
    前記照明装置は、前記投影部を介して前記感光基板に前記照明光を照射することを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
21. 請求項１９または２０に記載の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光基板に転写することと、
    前記パターンが転写された前記感光基板を前記パターンに基づいて加工することと、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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