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JP3634782B2 - 照明装置、それを用いた露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

照明装置、それを用いた露光装置及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を用いて、被照明面を照明する照明装置に関し、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子(CCD等)または薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中に使用される露光装置において、パターンの描画されたマスク又はレチクル(本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。)を照明する照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化への要求は益々高くなっており、ラインアンドスペースの最小線幅は0.15μmをきり、0.10μmに到達しようとしている。微細化を達成するためには、露光光の短波長化と投影レンズのNAの増加に加えて、マスクを照明する照度の均一化やマスクやウェハを照明する露光光の角度分布である有効光源分布の均一化も重要である。
【0003】
マスク上を照度むらなく均一に照明し、かつ有効光源分布を均一化するための光学系として、ハエの目レンズ(ガラスロッドレンズ或いはシリンドリカルレンズの組合せも含む)を二つ以上使用した照明装置や内面反射部材とハエの目レンズを使用した照明装置が従来から使用されている。これらは、後段のハエの目レンズがマスク面を均一に照明して照度の均一化を図り、前段のハエの目レンズ又は内面反射部材が後段のハエの目レンズを均一に照明して有効光源の均一化を図ろうというものである。
【0004】
かかる光学系の後段のハエの目レンズの入射面には、均一でかつ分布の端が鮮明な光強度分布を有する光束が入射する。しかし、入射光の光強度分布の端がハエの面レンズを構成するロッドレンズの一部のみにかかると照度むらが発生する。図14及び図15を用いてかかる問題について説明する。ここで、図14は、ハエの目レンズの入射面とそれに入射する入射光との関係を示した概略平面図である。また、図15は、図14の縦軸に関する断面図であり、後段のハエの面レンズと、入射光の光強度分布と、被照明面の光強度分布との関係を示す模式図である。
【0005】
図14及び図15に示すように、ハエの目レンズ20は5つの太線で表されたロッドレンズ26a乃至26e(以下、特に断らない限り、参照番号26はこれらを総括するものとする。)から構成され、入射光10を受光する。図14においては、ロッドレンズ26は光軸に垂直な正方形断面を有するが、後述するように六角形やその他の断面形状の場合もある。また、光強度分布12の形状も簡単のため正方形にしている。
【0006】
ハエの目レンズ20の射出面24に2次光源を形成し、該2次光源からの光がコンデンサーレンズ30を介して被照明面40をケーラー照明する場合、ハエの目レンズ20の入射面22は被照明面40と光学的に共役である(即ち、物体面と像面の位置関係にある)。そのため、被照明面40の光強度分布は、各ロッドレンズ26の入射面22の光強度分布を被照明面40に重ね合わせることによって形成される。
【0007】
入射光10は便宜上ロッドレンズに対応する光強度分布12a乃至12e(以下、特に断らない限り、参照番号12はこれらを総括するものとする。)を有するが、ロッドレンズ26a及び26eにはその一部のみに光強度分布12a及び12eに相当する入射光10が入射することが理解される。
【0008】
このように、ハエの目レンズ20に入射する入射光10の光強度分布12の端がロッドレンズを横切る場合、被照明面40の右に書いた5つの光強度分布52a乃至52eが重ね合わされた光強度分布50が被照明面40上に形成される。両端のロッドレンズ26a及び26eに入射した光強度分布12a及び12eが途中で切れているために、被照明面40は光強度分布52a及び52eが形成され、合成される光強度分布50は、一部53が欠けた不均一な光強度分布となってしまう。そして、図14に示すハエの目レンズの構成から分かるように、ロッドレンズ26は図15において紙面に垂直な方向に整列するからこれら全てのロッドレンズ26を重ね合わせると光強度分布50の凹部53はより一層強調されることになる。
【0009】
光強度分布50の実際の例として、図17及び図18に、ハエの目レンズ20に入射する光強度分布10の端がロッドレンズ26を横切る場合の被照明面40における照度分布の結果を示す。ここで、図17は、被照明面40が正方形の照明領域であるためにロッドレンズ26が正方形の断面形状を有する場合の被照明面40における照度分布である。図18は、被照明面40が六角形若しくは円形の照明領域であるためにロッドレンズ26が六角形の断面形状を有する場合の被照明面40における照度分布である。図17及び図18は、それぞれ、暗い部分ほど照度が低いことを示しており、いずれも入射する光強度分布の端に起因する照度分布の不均一性が発生していことが理解される。なお、図17及び図18は、発明の理解を助けるために本出願にカラー図面を添付する。
【0010】
かかる問題を解決する一手段として、図19(a)及び(b)に示すように、ハエの目レンズ20の入射面22近傍に絞り60a又は60bを配置して光強度分布12a及び12eを遮断することが考えられる。ここで、図19(a)及び(b)は、それぞれ、絞り60a及び60bの平面図である。絞り60aは外側輪郭線62aと内側輪郭線64aによって形成された中空の矩形状を有し、絞り60bは外側輪郭線62bと内側輪郭線64bによって形成された中空の形状を有する。入射光10の光強度分布12の形状は正方形形状を有し、輪郭線は同図に示すように絞り60a及び60bによってケラレている。この結果、光強度分布の端がロッドレンズ26を横切らず、ロッドレンズ26の境界にあるようにしている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の被照明面における光強度分布の均一性を高める方法は、被照明面であるマスクやウェハにおける照度低下やスループットの低下をもたらし、ひいては製品のコストアップを招くという問題を有していた。
【0012】
即ち、被照明面における光強度分布の均一性を高めるために、ハエの目レンズの入射面に絞りを入れた場合には絞りによる光線のケラレが発生するために光量ロスになる。
【0013】
そこで、本発明は、被照明面の光強度分布を改善すると共に光量ロスやスループットの低下を改善する照明装置、当該照明装置を有する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。
【0014】
かかる目的を達成するために、本発明の照明装置は、光軸に垂直な断面で、それぞれが複数の第1の辺によって形成される断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、前記第1のライトインテグレーターの入射面を照明する照明範囲の輪郭が、前記第1の辺のいずれに対しても各々平行ではない複数の第2の辺から構成されるように、前記第1のライトインテグレーターを均一に照明する、若しくは、前記光軸に垂直な断面で、前記第1の辺のいずれに対しても各々平行ではない複数の第2の辺によって形成される断面形状を持つ第2の光学素子から構成され、前記第1のライトインテグレーターの入射面を照明する照明範囲の端が前記複数の第1の光学素子の一部を横切るように照明するための第2のライトインテグレーターとを有することを特徴とする。
【0015】
また、光軸に垂直な断面で、それぞれが複数の第1の対称軸を有する第1の断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、前記第1のライトインテグレーターの入射面を照明する照明範囲が、前記第1の対称軸のいずれに関しても非対称になるように、前記第1のライトインテグレーターを均一に照明するため、若しくは、前記光軸に垂直な断面で、前記第1の対称軸のいずれに関しても非対称になるような第2の断面形状を持つ第2の光学素子から構成され、前記第1のライトインテグレーターの入射面を照明する照明範囲の端が前記複数の第1の光学素子の一部を横切るように照明するための第2のライトインテグレーターとを有することを特徴とする。
【0016】
これらの照明装置は、いずれも、第1のライトインテグレーターの入射面において光強度分布の端部がかかる位置が光軸に平行な面に関して少しずつずれる。このため、被照明面における光強度分布の端部による照度の不均一性が緩和される。観念的には、上述の図15において、光強度分布12a及び12eの位置が、紙面に垂直な方向に整列するロッドレンズ列に関して(例えば、徐々に外側又は内側に)ずれるために、被照明面40における光強度分布52a及び52eが(徐々に内側又は外側に)ずれて光強度分布50の凹部53が小さくなることに相当する。但し、実際には光強度分布10の形状も紙面に垂直な方向に整列するロッドレンズ列に関して変化するために完全には光強度分布52a及び52eの位置がずれたものの重ね合わせにはならない。
【0017】
また、上記照明装置は、2つのインテグレータの相対位置を変化させるだけであり、第1のインテグレータの前に絞りを設ける必要性を排除しているので光量ロスやスループットの低下を防止している。また、上記照明装置は、第1のインテグレータの入射面と第2のインテグレータの入射面が光学的に略共役であればぼかしによる光学ロスやスループットの低下を防止することができるので好ましい。
【0018】
前記第1の光学素子は、例えば、断面六角形形状又は断面四角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズである。例えば、被照明面が典型的なマスク面のように四角形であれば、第1のハエの目レンズのロッドレンズは照明光のケラレを少なくするために四角形となる。断面六角形形状のロッドレンズは後述するトリプルインテグレーター構成では特に好ましい。
【0019】
前記第1の光学素子が断面六角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズである場合、前記第2の辺は前記第1の辺のいずれかに対して約15度の角度をなす辺を含むか、前記第2の断面形状は前記第1の対称軸のいずれかに対して約15度の角度をなす第2の対称軸を有する。正六角形は30度毎に対称軸が存在するのでその間の約15度ずらせば光強度分布の端が横切るロッドレンズの位置は各ロッドレンズ列に関して同一ではなくなるからである。
【0020】
同様に、前記第1の光学素子は断面四角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズである場合、前記第2の辺は前記第1の辺のいずれかに対して約22.5度の角度をなす辺を含むか、前記第2の断面形状は前記第1の対称軸のいずれかに対して約22.5度の角度をなす第2の対称軸を有する。正方形は45度毎に対称軸が存在するのでその間の約22.5度ずらせば光強度分布の端が横切るロッドレンズの位置は各ロッドレンズ列に関して同一ではなくなるからである。
【0021】
前記第2のライトインテグレーターは、例えば、断面四角形状のロッドレンズを有するハエの目レンズである。例えば、光源がレーザー光源であれば入射光の形状に対応する断面四角形状が好ましいからである。
【0022】
前記第1のライトインテグレーターの射出面に形成された2次光源を用いて前記被照明面をほぼ均一に照明する。若しくは、前記照明装置は、第3のライトインテグレーターを更に有し、前記被照明面は前記第3のライトインテグレーターの入射面であり、前記第3のライトインテグレーターの射出面に形成された2次光源を用いて別の被照明面をほぼ均一に照明する。このようなダブルインテグレーター構成やトリプルインテグレーター構成に対して本発明は好適である。
【0023】
特に、トリプルインテグレータの場合、例えば、別の被照明面が典型的なマスク面のように四角形であれば、第3のハエの目レンズのロッドレンズは照明光のケラレを少なくするために四角形となり、第1のハエの目レンズのロッドレンズは第3のハエの目レンズに対する所定の照明条件(例えば、コヒーレンスファクターσ)を有する有効光源形状を円にするために六角形か四角形になる。円形の照明領域を切り出すためには光の利用効率上六角形が好ましい。
【0024】
また、本発明の別の側面としての露光装置は、上述の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有する。かかる露光装置も、上述の照明装置と同様に、前記被照明面又は前記別の被照明面としてのレチクル又はマスク及び被露光体の有効光源分布を均一にすることができる。
【0025】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて前記被露光体を投影露光するステップと、前記投影露光された前記被露光体に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、LSIやVLSIなどの半導体チップ、CCD、LCD、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【0026】
本発明の照明光学系は、光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有し、前記複数の集光系の一部の集光系からの複数の光束が各々前記被照明面全体を照明し、前記複数の集光系の残りの集光系からの複数の光束が各々前記被照明面の一部のみを照明する照明光学系において、前記被照明面の一部のみを照明する前記複数の光束による照明範囲を互いに異ならしめたことを特徴とする。
【0027】
また、光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、前記光インテグレータの入射面照明範囲の端は、前記複数の集光系の一部を横切り、該照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系それぞれの入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行である。また、前記光インテグレータの入射面の照明範囲の端は、前記複数の集光系の一部を横切り、該照明範囲が有する複数の対称軸及び該複数の対称軸それぞれと平行な複数の直線に対し、前記複数の集光系各々が非対称であることを特徴とする。
【0028】
上記照明光学系は、第1の光インテグレータの入射面において光強度分布の端部がかかる位置が光軸に平行な面に関して少しずつずれる。このため、被照明面における光強度分布の端部による照度の不均一性が緩和される。また、2つのインテグレータの相対位置を変化させるだけであり、第1のインテグレータの前に絞りを設ける必要性を排除しているので光量ロスやスループットの低下を防止することができるので好ましい。
【0029】
本発明の照明光学系は、光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、前記光インテグレータの入射面の照明範囲の端が前記複数の集光系の一部を横切り、前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする。これらの照明光学系は、いずれも、第1の光インテグレータの入射面において光強度分布の端部がかかる位置が光軸に平行な面に関して少しずつずれる。このため、被照明面における光強度分布の端部による照度の不均一性が緩和される。
【0030】
本発明の照明光学系は、光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、前記第2の光学系が複数の集光系を有する第2光インテグレータを有し、前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であり、前記光インテグレータの光入射面と前記第2光インテグレータの光入射面とは、光学的に互いに非共役な位置関係にあることを特徴とする。また、前記光2インテグレータの光入射面と前記被照明面とは、光学的に互いに共役な位置関係にあることを特徴とする。照明光学系は、第1のインテグレータの入射面と第2のインテグレータの入射面が光学的に共役であればぼかしによる光学ロスやスループットの低下を防止することができるので好ましい。
【0031】
本発明の他の目的及び更なる特徴は以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一側面としての露光装置1及び照明装置100について説明する。ここで、図10は、露光装置1の単純化された光路を示す概略図である。露光装置1は、照明装置100と、レチクル200と、投影光学系300と、プレート400とを有する。図1は、照明装置100の一例の単純化された光路を示す概略図である。
【0033】
本実施形態の露光装置1は、ステップアンドスキャン方式でマスク200に形成された回路パターンをプレート400に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。ここで、ステップアンドスキャン方式は、マスクに対してプレートを連続的にスキャンしてマスクパターンをプレートに露光すると共に、1ショットの露光終了後プレートをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光法である。また、ステップアンドリピート方式は、プレートのショットの一括露光ごとにプレートをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光法である。
【0034】
照明装置100は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル200を照度ムラなく、かつ、有効光源分布を均一に照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、光源110と、ビーム整形光学系120とを有する。
【0035】
光源110は、本実施形態では、波長約193nmのArFエキシマレーザー、波長約248nmのKrFエキシマレーザー、波長約157nmのFエキシマレーザーなどレーザー光源を使用する。但し、本発明の光源110の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、YAGレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。また、光源は、例えば、一般に500W以上の出力の超高圧水銀ランプ、キセノンランプなどを使用してもよい。また、レーザー110は、水銀ランプのg線(波長約436nm)やi線(波長約365nm)であってもよい。
【0036】
ビーム整形光学系120は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、レーザー光源110からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する(例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど)ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム整形光学系120は、後述するハエの目レンズ150を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【0037】
また、図1には示されていないが、光源部は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、入射光束を光分割面で少なくとも2つの光束(例えば、p偏光とs偏光)に分岐した後で一方の光束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系によって構成することができる。
【0038】
照明光学系はマスク200を照明し、ハエの目レンズ130及び150、コンデンサーレンズ140及び160を有する。このように、本実施形態の照明光学系は2つのライトインテグレーターを有するダブルインテグレーター構成を採用している。
【0039】
ハエの目レンズ130及び150は、被照射面を均一に照明する機能を有し、入射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複数の光源を形成する波面分割型ライトインテグレーターである。ハエの目レンズ130及び150は入射光の角度分布を位置分布に変換して出射し、ハエの目レンズ130及び150のそれぞれの入射面132、152と出射面134、154とはフーリエ変換の関係になっている(本明細書において、フーリエ変換の関係とは、光学的に瞳面と物体面(又は像面)、物体面(又は像面)と瞳面となる関係を意味する)。これにより、ハエの目レンズ130及び150の射出面134及び154の近傍は2次光源となっている。
【0040】
ハエの目レンズ130及び150は、本実施形態では、ロッドレンズ(即ち、微小レンズ素子)を多数組み合わせて構成されている。但し、本発明が使用可能な波面分割型ライトインテグレーターはハエの目レンズに限定されるものではなく、例えば図21に示すような各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などでもよい。また、ロッドレンズが3面以上の屈折面を有するハエの目レンズを使用してもよい。
【0041】
ここで、シリンドリカルレンズアレイ板は、2組のシリンドリカルレンズアレイ(又はレンチキュラーレンズ)板を重ねることによって構成される。図21(a)での1枚目211と4枚目214の組のシリンドリカルレンズアレイ板はそれぞれ焦点距離f1を有し、2枚目212と3枚目213の組のシリンドリカルレンズアレイ板はf1とは異なる焦点距離f2を有する。同一組のシリンドリカルレンズアレイ板は相手の焦点位置に配置される。2組のシリンドリカルレンズアレイ板は互いの母線方向が直角をなすように配置され、直交方向でFナンバー(即ち、レンズの焦点距離/有効口径)の異なる光束を作る。なお、組数が2に限定されないことはいうまでもない。また、互いの母線方向が直交する複数のシリンドリカルレンズを用いていれば、シリンドリカルレンズの数はいくつであっても構わない。前述の図21のシリンドリカルレンズの組合せを光軸方向(図21(a)では上下方向)から透かして見た図である図21(b)において、図21(a)中のシリンドリカルレンズ211、212、213、214の境界線によって区切られているように見える領域(以下、光分割領域と呼ぶ)は、請求項中の「第1の光学素子」、「第2の光学素子」、「集光系」及びそれに類する文言に相当するもので、それぞれの光分割領域を形成する辺は、請求項の「第1の辺」、「第2の辺」、「複数の集光系の入射面を形成する複数の辺」及びそれに類する文言に相当するものである。
【0042】
ハエの目レンズ130は、ハエの目レンズ150を均一に照明するために設けられる。ハエの目レンズ150はマスク200を均一に照明するために設けられる。
【0043】
ハエの目レンズ130のロッドレンズは本実施形態では四角形断面を有し、ハエの目レンズ150のロッドレンズは本実施形態では四角形又は六角形断面を有する。なお、ここで、断面とは光軸に垂直な面に関する断面である。ハエの目レンズ130のロッドレンズの形状はビーム整形光学系120を経た光束の形状に対応し、矩形角度分布を形成することができる。ハエの目レンズ150のロッドレンズの形状は、マスク200面の形状が矩形の場合には矩形に、マスク200面の形状が円形の場合には正方形から円を切り出すよりも六角形から円を切り出す方が効率が良いために六角形形状を有する。
【0044】
ハエの目レンズ130を構成するロッドレンズの入射面132とハエの目レンズ150の入射面152は略共役である。これにより、ぼかしによる光量ロスとスループットの低下を防止することができる。
【0045】
以下、図2を参照して、ハエの目レンズ150の入射面152と、ハエの目レンズ130の射出面134を2次光源として入射面152を照明する略均一な照明光の光強度分布の形状との関係について説明する。ここで、図2(a)は、ハエの面レンズ150が正方形断面形状のロッドレンズ156を有する場合の入射面152と入射光との関係を示す平面図である。図2(b)は、ハエの面レンズ150が六角形断面形状のロッドレンズ156bを有する場合の入射面152と入射光との関係を示す平面図である。
【0046】
上述したように、ハエの目レンズ130のロッドレンズ136の形状は正方形であり、その射出面134近傍を2次光源として入射面152を照明する照明光の光強度分布の輪郭形状は正方形138になる。
【0047】
本実施形態においては、正方形138の各辺は、図2(a)に示すロッドレンズ156aの断面形状である正方形のいずれの辺とも平行ではないか、図2(b)に示すロッドレンズ156bの断面形状である六角形のいずれの辺とも平行ではない。また、作図上の便宜から、ロッドレンズ136の形状を図示していないが、かかる形状は正方形138を5行5列に分割したものに等しいため、ロッドレンズ136の断面形状である正方形の各辺は、図2(a)に示すロッドレンズ156aの断面形状である正方形のいずれの辺とも平行ではないか、図2(b)に示すロッドレンズ156bの断面形状である六角形のいずれの辺とも平行ではない。
【0048】
次に、対称軸に着目すると、図3(a)に示すように、正方形には45°間隔で対称軸が存在し、図3(b)に示すように、正六角形には30°間隔で対称軸が存在する。ここで、図3は、正方形及び正六角形の対称軸を説明するための平面図である。正方形138は、図2(a)に示すロッドレンズ156aの対称軸のいずれに関しても非対称であり、図2(b)に示すロッドレンズ156bの対称軸のいずれに関しても非対称である。
【0049】
本実施形態では、光強度分布形状としての正方形138はロッドレンズ156aのいずれかの辺と約22.5°をなし、ロッドレンズ156bのいずれかの辺と15°をなす。正方形は45度毎に対称軸が存在するのでその間の約22.5度ずらせば光強度分布(請求項中では「照明範囲」)の端が横切るロッドレンズの位置は各ロッドレンズ列に関して同一ではなくなる。ここで、光強度分布を形成する複数の辺のうちいずれかの辺と、ロッドレンズ(シリンドリカルレンズの場合は図21(b)に記載の光分割領域)の入射面を形成する複数の辺のうちのいずれかの辺とのなす角度は、22.5度に限定されるものではなく、18度以上30度以下なら実質的に同様の効果を同程度奏することができる。また、光強度分布の形状或いはロッドレンズの入射面の形状のうちいずれか一方もしくは両方が正六角形の場合、正六角形は30度毎に対称軸が存在するので、光強度分布を形成する複数の辺のうちのいずれかの辺と、ロッドレンズの入射面を形成する複数の辺のうちのいずれかの辺とがなす角度を約15度にすれば光強度分布の端が横切るロッドレンズの位置は各ロッドレンズ列に関して同一ではなくなる。ここで、前記両者がなす角度は15度に限定されるものではなく、12度以上20度以下なら実質的に同様の効果を奏することができる。
【0050】
必要があれば、ハエの目レンズ150の射出面154の近傍に図示しない絞りが設けられる。絞りは不要光を遮光して所望の2次光源を形成する可変開口絞りであり、円形開口絞りや輪帯照明等の各種の絞りを使用することができる。可変開口絞りを変えるためには、例えば、これらの絞りを形成した円盤状ターレットを用い、図示しない制御部及び駆動機構が開口を切り替えるべくターレットを回転させることで可能となる。
【0051】
コンデンサーレンズ140は、ハエの目レンズ130の射出光をハエの目レンズ150の入射面152に重ね合わせ、ハエの目レンズ150を均一に照明する。コンデンサーレンズ140とハエの目レンズ150との間には絞り60aや60bは存在しないので絞りによる光量ロスやスループットの低下を防止することができる。コンデンサーレンズ160は、ハエの目レンズ150の射出光をマスク200面に重ね合わせ、マスク200面を均一に照明する。
【0052】
なお、必要があれば、走査中の露光領域を制御するためのマスキングブレード(絞り又はスリット)が設けられる。この場合、コンデンサーレンズ160は、ハエの目レンズ150によって波面分割された光をできるだけ多く集めて、マスキングブレードで重畳的に重ね合わせ、これによりマスキングブレードを均一にケーラー照明する。マスキングブレードとハエの目レンズ150の出射面154とはフーリエ変換の関係に配置され、マスク200面と略共役な関係に配置される。露光装置1は、更に必要があれば、照度ムラ制御用の幅可変スリットを更に有することができる。
【0053】
マスキングブレードは、例えば、投影光学系300がレンズタイプの場合はほぼ矩形の開口部を有し、オフナータイプの反射ミラー系の場合は円弧状の開口部を有する。マスキングブレードの開口部を透過した光束をマスク200の照明光として使用する。マスキングブレードは開口幅を自動可変な絞りであり、後述するプレート400の(開口スリットの)転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置1は、プレート400の(1ショットのスキャン露光領域としての)転写領域の横方向を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク200面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。これにより露光装置1は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【0054】
本実施形態の照明装置100によれば、被照明面であるマスク200面での光利用効率高く、有効光源分布が略均一で、マスク200面の照度分布を略均一にすることができる。
【0055】
図14に示すように、ハエの目レンズ20の入射面において光強度分布12の端部がかかるロッドレンズは縦方向及び横方向に複数個並んでいる。この図14においては、光強度分布12の端部12e(ロッドレンズの上側だけが照明されている状態)と同じ状態で照明されているロッドレンズは、図14の一番下の列の左から2番目、3番目、4番目と、ロッドレンズ25個中3つもある。
【0056】
このため、被照明面40における光強度分布50は図15に示すようになる。この図15は図14の12a、b、c、d、eを貫く直線と光軸とを含む面における光学系の断面図である。この光強度分布50を平面的に見ると、図16に示すようになる。(ただし、図14においてロッドレンズの数は5×5=25個であったのに対し、図16では4×4=16個である。ただ、原理を説明する図であるので、ロッドレンズの個数にかかわらず同じような光強度分布となることは明白である。これは図17、18にも同様のことが言える。)図16は、後述する図17に対応している。なお、図16は本発明の理解を助けるため、カラー図面を本出願に添付する。図16(a)における数字は各ロッドレンズ26の光強度分布の足し合わせ回数を示している。理解を容易にするために、図16(b)に代表的な重なり回数を照明領域に重ねた。図16はハエの目レンズ20の前段にあるハエの目レンズとのずれは0度であり、両ハエの目レンズのロッドレンズの断面形状の辺は互いに平行である。
【0057】
これに対して、ハエの目レンズ150の入射面152における光強度分布138の端部がかかるロッドレンズ156aは図2に示す縦方向及び横方向において固定されずに少しずつずれている。例えば、一番下の右から2番目と3番目及び4番目のロッドレンズ156aには光強度分布138の端部がかかっているが、右から1番目、5番目及び6番目のロッドレンズ156aにはかかっていない。縦方向及び横方向に見ると光強度分布138の端部がかかっているロッドレンズ156aの位置とかかっている領域の形状、面積も変化していることが理解される。(ここで、ロッドレンズの数が他の図15、16等におけるロッドレンズの数とは異なっているが、原理を説明する上でロッドレンズの数は問題とならないので、原理を図2を用いて説明を行っても問題は無い。)
このため、図2に示す構成では、被照明面であるマスク200面における光強度分布の端部による照度の不均一性が緩和される。これは、上述の図15において、光強度分布12a及び12eの位置が、紙面に垂直な方向に整列するロッドレンズ列に関して(例えば、徐々に外側又は内側に)ずれるために、被照明面40における光強度分布52a及び52eが(徐々に内側又は外側に)ずれて光強度分布50の凹部53が小さくなることに相当する。但し、上述したように、実際には光強度分布10の形状も紙面に垂直な方向に整列するロッドレンズ列に関して変化するために完全には光強度分布52a及び52eの位置がずれたものの重ね合わせにはならない。いずれにしても、図2に示す構成によって有効光源分布の形状が均一化されることが理解される。
【0058】
図2に示す構成による被照明面200での照度分布を図12に示す。図12は後述する図4に対応している。なお、図12は本発明の理解を助けるため、カラー図面を本出願に添付する。図12(a)における数字は各ロッドレンズ156aの光強度分布の足し合わせ回数を示している。理解を容易にするために、図12(b)に代表的な重なり回数を照明領域に重ねた。図12はハエの目レンズ130と150の相対的なずれ角が22.5度の場合の被照明面200の光強度分布である。
【0059】
また、図2に示す構成において、ハエの目レンズ130及び150の相対ずらし角と照度ムラとの関係を図13に示す。図16に示すように相対ずらし角が0度のときは被照明面200上の照度ムラが約0.37と高いが図12に示すように相対ずらし角が22.5度のときは被照明面200上の照度ムラが0.23と改善されていることが理解されるであろう。また、この図12において、相対ずらし角が22.5度でなく、18度以上30度以下の範囲内であれば、照度ムラは相対ずらし角が22.5度の時と同じく相対ずらし角が0度の場合と比較して小さくすることができるので、相対ずらし角は22.5度に限らず、18度以上30度以下なら何度であっても構わない。また、例示したものとは光分割領域(図21に記載)の形状が異なる場合、例えばどちらか一方が正六角形であるような場合もしくは両方とも正六角形である場合は、相対ずらし角は15度が好ましいが、12度以上20度以下とすれば、ほぼ同様の効果を奏することができる。
【0060】
また、図4に、図17の条件でハエの目レンズ150の入射面152における光強度分布又はハエの目レンズ130を22.5度傾けて、ロッドレンズ156aにおける光強度分布の辺がロッドレンズ156aの辺と非平行又は非対称となるように設定して照度分布を計算したシミュレーション結果を示す。同様に、図5に、図18の条件でハエの目レンズ150の入射面152における光強度分布又はハエの目レンズ130を15度傾けて、ロッドレンズ156bにおける光強度分布の辺がロッドレンズ156bの辺と非平行又は非対称となるように設定して照度分布を計算したシミュレーション結果を示す。いずれの場合も若干の光強度分布の非均一性は残っているものの図17及び図18よりも均一性は改善していることが理解されるであろう。なお、図4及び図5は、発明の理解を助けるために本出願にカラー図面を添付する。
【0061】
次に、照明装置100の変形例を、図6を参照して説明する。ここで、図6は、照明装置100の変形例としての照明装置100Aの単純化された光路を示す概略図である。また、照明装置100の代わりに照明装置100Aを適用した露光装置1Aの単純化された光路図を図7に示す。
【0062】
照明装置100Aは、コンデンサーレンズ160の後段に更にハエの目レンズ170とコンデンサーレンズ180とを設けたトリプルインテグレーター構成の例である。ハエの目レンズ170のロッドレンズの断面形状はマスク200面の形状が典型的に矩形状であることから矩形状に設定されている。コンデンサーレンズ180は、ハエの目レンズ170の射出光をマスク200面に重ね合わせ、マスク200面を均一に照明する。コンデンサーレンズ170とマスク面との間にマスキングブレードなどが配置されてもよい点は上述の通りである。
【0063】
照明装置100Aの光学系においては、ハエの目レンズ130は光源110からの光強度分布が変化しても被照明面200での影響が発生しないようにするものであり、ハエの目レンズ150は有効光源形状を略均一にするものであり、ハエの目レンズ170は被照明面としてのマスク200面の照度分布を略均一にするためのものである。
【0064】
ハエの目レンズ150に入射する光強度分布やハエの目レンズ130のロッドレンズとロッドレンズ156a及び156bとの関係は図2を参照して説明した関係と全く同様であるので、ここでは説明は省略する。
【0065】
本実施形態においては、ハエの目レンズ170に入射する光強度分布やハエの目レンズ150のロッドレンズ156とハエの目レンズ170のロッドレンズとの関係も図2を参照して説明した関係と同様に非平行、非対称にしている。このようにハエの目レンズ170を配置することにより、被照明面であるマスク200面における均一化を更に向上させている。ここで、ハエの目レンズ150とハエの目レンズ170との関係は、従来通り入射光強度分布をぼかすか、絞りをつけるようにしても構わない。
【0066】
「ぼかす」ことの効果について説明する。従来技術の説明図である図14において光強度分布12の端部12a及び12eをぼかすことが考えられる。かかる手段は、例えば、ハエの目レンズ20の入射面22を前段のハエの目レンズを構成するロッドレンズの入射面と共役な位置からずらすなどによって実現することができる。図14をほかした例を図20に示す。ここで、図20は、後段のハエの目レンズと、周辺部がぼかされた入射光の光強度分布と、被照明面の光強度分布との関係を示す模式図である。図20に示すように、光強度分布14a乃至14e(以下、特に断らない限り、参照番号14はこれらを総括するものとする。)を有する入射光10Aは光強度分布14a及び14b、14d及び14eがなだらかに傾斜している。このようにハエの目レンズ20に入射する入射光10Aの光強度分布14の端がぼかされている場合、被照明面40の右に書いた5つの光強度分布54a乃至54eが重ね合わされた均一な光強度分布50Aが被照明面40上に形成される。
【0067】
しかし、ハエの目レンズの入射面で入射光の光強度分布をぼかした場合には、ヘルムホルツ=ラグランジェ量の増大になるので光量ロスになる。ヘルムホルツ=ラグランジェ量とは光軸からの高さと光軸のなす角のことであり、光学におけるヘルムホルツ=ラグランジェの法則と呼ばれるものによって光学系において減少しない量である。照明装置においては、被照明面の大きさと被照明面へ入射する光線の最大角が定まっているので、被照明面におけるヘルムホルツ=ラグランジェ量は決まっていることとなる。ハエの目レンズの入射面において、分布をぼかした場合には、光軸となす角は変わらずに、光軸からの高さが増えることになるので、ヘルムホルツ=ラグランジェ量を増やしていることになる。前述のようにヘルムホルツ=ラグランジェ量は光学系によって減少することがなく、変化しないか、増大するのみであるので、被照明面におけるヘルムホルツ=ラグランジェ量を超えてしまった場合、その光線は被照明面まで到達することはできず、光学系内でケラレることになり光量ロスとなる。つまり、ぼかすことは光強度分布を均一にする上では有効な手段となり得るが、光量ロスが大きいため、多できる技術ではない。
【0068】
本実施形態によれば、ハエの目レンズ150の入射面152において、光強度分布をぼかすことなく、また絞りによるケラレがないので、光利用効率高く、有効光源分布が均一で、被照明面の均一な照度分布が得られる。
【0069】
また、本実施形態(変形例)においてハエの目レンズの代わりにシリンドリカルレンズを用いても構わない。ここでハエの目レンズの代わりにシリンドリカルレンズを用いる場合、互いの母線方向が直交する複数のシリンドリカルレンズを組み合わせることにより、ハエの目レンズと同等の効果をもたらす構成とし、本実施形態の図6或いは図7のハエの目レンズ130、150、170を前述のシリンドリカルレンズの組み合わせと入れ換える。その際、シリンドリカルレンズの組み合わせ方は、前述の図21に示すように組み合わせても良いし、互いの母線方向が直交する複数のシリンドリカルレンズを図21とは異なる構成で組み合わせても良い。ここで、複数のシリンドリカルレンズの組み合わせを光軸方向から見た時、このシリンドリカルレンズの組み合わせは図21(b)のように格子状に見える。ここで、分割されているように見える一つ一つの領域を光分割領域と称する。この光分割領域210がハエの目レンズのロッドレンズに相当する機能を果たす部分である。
【0070】
この光分割領域210の輪郭を構成する複数の辺を、図6においてハエの目レンズ130と150の代わりに配置した2組のシリンドリカルレンズの組み合わせの間で非平行にし、図6においてハエの目レンズ150と170の代わりに配置した2組のシリンドリカルレンズの組み合わせの間でも非平行にする。さらには、図6においてハエの目レンズ130と150の代わりに配置した2組のシリンドリカルレンズの組み合わせの間でお互いの光分割領域の輪郭を形成する辺がなす角度を22.5度にし、図6においてハエの目レンズ150と170の代わりに配置した2組のシリンドリカルレンズの組み合わせの間でもお互いの光分割領域の輪郭を形成する辺がなす角度を22.5度にする。図6において、ハエの目レンズ130と170の代わりに配置した2組のシリンドリカルレンズの組み合わせの間では、シリンドリカルレンズが有する格子の辺は互いに平行であるが、勿論非平行にならないようにしても構わない。
【0071】
さらに、ハエの目レンズ130の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域の対称軸及びそれと平行な直線に関して、ハエの目レンズ150の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域は非対称であり、且つ、ハエの目レンズ150の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域の対称軸及びそれと平行な直線に関して、ハエの目レンズ170の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域は非対称である。ここで、ハエの目レンズ130の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域の対称軸及びそれと平行な直線に関して、ハエの目レンズ170の代わりに配置したシリンドリカルレンズの組み合わせが有する光分割領域は対称であるのが好ましいが、勿論非対称であっても構わない。
【0072】
次に、照明装置100の更なる変形例を、図11を参照して説明する。ここで、図11は、照明装置100の変形例としての照明装置100Bの単純化された光路を示す概略図である。照明装置100Bは、ハエの目レンズ130の代わりにオプティカルパイプ(内面反射部材)190をライトインテグレーターとして使用し、集光光学系120aとリレー光学系195とを備えている。
【0073】
集光光学系120aはオプティカルパイプ190の入射面近傍に光源110からの光束を集光し、オプティカルパイプ120に入射する光束に所定の発散角を持つ光束を形成する。集光光学系120aは、少なくとも一枚のレンズ素子より構成されるが、場合によっては光路を折り曲げるためのミラーを有してもよい。なお、オプティカルパイプ190がガラス棒で構成されている場合には、ガラス棒の耐久性を高めるために、集光光学系120aによる集光点はオプティカルパイプ190の入射面192より光源側にデフォーカスされている。
【0074】
オプティカルパイプ190は、集光光学系120aによる集光点から所定の発散角を持って入射した光束が側面で反射を繰り返すことにより、入射面192で不均一である光強度分布を射出面194で均一にする。オプティカルパイプ190の入射面192は集光点から少し距離をおいて配置される。これは、焦点近傍では莫大なエネルギー密度となり、オプティカルパイプ190の入射面のコーティング(反射防止膜)や硝材が損傷する恐れがあるからである。
【0075】
本実施形態において、オプティカルパイプ190は、6角形の断面形状によって反射面を構成し、例えば、ガラスから成形される6角柱ロッドである。ただし、かかる構造は例示的であり、断面はm角形(m:偶数)でもよいし、中空のロッドであってもよい。オプティカルパイプ190の入射面192とハエの目レンズ150の入射面152とは光学的に共役に配置され、オプティカルパイプ190の形状は、例えば、四角形でハエの目レンズ150とは図2に示すように配置される。
【0076】
リレー光学系195は、オプティカルパイプ190の射出面194をハエの目レンズ150の入射面152に所定の倍率で結像させており、双方が互いに略共役関係となっている。リレー光学系195は、倍率可変のズームレンズから構成されており、ハエの目レンズ150へ入射する光束領域を調整することが可能となっている。このため、複数の照明条件(即ち、コヒーレンスファクターσ:照明光学系のNA/投影光学系NA)を形成することができる。
【0077】
その他の構成は照明装置100と同様であるのでここでは詳しい説明は省略する。かかる照明装置100Bも照明装置100と同様の作用を奏することができる。
【0078】
但し、照明装置100Bは、オプティカルパイプ190が有効光源分布の均一性を向上するために長い光学ロッドを必要とするので、硝材の透過率による影響が大きい。このため、短波長な光源(例えば、波長157nmのFエキシマレーザー)を使用する場合は透過率において優れる照明装置100又は100Aを使用するほうが好ましい。
【0079】
マスク200は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク200から発せられた回折光は投影光学系300を通りプレート400上に投影される。プレート400は、被露光体でありレジストが塗布されている。マスク200とプレート400とは光学的に共役の関係に配置される。
【0080】
露光装置1がステップアンドスキャン方式の露光装置(即ち、スキャナー)であれば、マスク200とプレート400を走査することによりマスク200のパターンをプレート400上に転写する。また、露光装置1が、ステップアンドリピート方式の露光装置(即ち、ステッパー)であれば、マスク200とプレート400とを静止させた状態で露光を行う。
【0081】
図示しないマスクステージは、マスク200を支持して図示しない移動機構に接続される。マスクステージ及び投影光学系300は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、光軸と直交する方向にマスクステージを駆動することでマスク200を移動することができる。露光装置1は、マスク200とプレート400を図示しない制御装置によって同期した状態で走査する。
【0082】
投影光学系300は、マスク200に形成されたパターンを経た光束をプレート400上に結像する。投影光学系400は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する反射屈折光学系(カタディオプトリック光学系)、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値(アッベ値)の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【0083】
プレート400は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート400にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質(即ち、界面活性剤塗布による疎水性化)処理であり、HMDS(Hexamethyl−disilazane)などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング(焼成)工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【0084】
プレート400は図示しないウェハステージに支持される。ウェハステージは、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージはリニアモータを利用して光軸と直交する方向にプレート400を移動する。マスク200とプレート400は、例えば、同期して走査され、マスクステージとウェハステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。
【0085】
以下、露光装置1の露光動作について説明する。露光において、光源110から発せられた光束は、ビーム整形光学系120によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、ハエの目レンズ130に入射する。ハエの目レンズ130はコンデンサーレンズ140を介してハエの目レンズ150を均一に照明する。ハエの目レンズ150を通過した光束はコンデンサーレンズ160を介してマスク200面を照明する。ハエの目レンズ130と150との位置関係により、有効光源形状の均一化を図ることができる。
【0086】
なお、ハエの目レンズ130と150との位置関係を調節する場合、どちらを回転させてもよい。但し、例えば、図6に示す構造ではハエの目レンズ150のロッドレンズ156の断面形状は通常は六角形に設定され、六角形から円形を切り出す場合には回転による影響がないのでハエの目レンズ150が回転されることが好ましい。
【0087】
マスク200を通過した光束は投影光学系300の結像作用によって、プレート400上に所定倍率で縮小投影される。プレート400上の露光光束の角度分布(即ち、有効光源分布)はほぼ均一になる。露光装置1がステッパーであれば、光源部と投影光学系300は固定して、マスク200とプレート400の同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート400のウェハステージをステップして、次のショットに移り、プレート400上に多数のショットを露光転写する。露光装置1がスキャナーであれば、マスク200とプレート400を静止させた状態で露光を行う。
【0088】
本発明の露光装置1は、ハエの目レンズ130のロッドレンズ又はハエの目レンズ130が形成する光強度分布の辺をロッドレンズ156のいずれの辺とも非平行に設定するかロッドレンズ156の対称軸に関して非対称に設定することによって有効光源分布を均一にするので、レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス(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。また、ハエの目レンズ150の入射面152の近傍に絞りなどを配置しないので光量ロスやスループットの低下を防止することができる。
【0089】
次に、図8及び図9を参照して、上述の露光装置1を利用したデバイスの製造方法を説明する。図8は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。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(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を製作する。ステップ3(ウェハ製造)ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェ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ェ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。
【0090】
図9は、ステップ4のウェ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)ではウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェ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)ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウェハに感光剤を塗布する。
【0091】
ステップ16(露光)では、露光装置1によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。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。
【0092】
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法によれば有効光源分布の均一化を図れるので従来よりも高品位のデバイスを製造することができると共に絞りやぼかしによるスループットの低下を招かずに、また、経済性にも優れる。このように、かかる露光装置1を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【0093】
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。
【0094】
本実施形態によれば、ロッドレンズの入射面に絞りを入れず、かつロッドレンズの入射面で分布をぼかさずに、被照明面において略均一な分布が得られるので、光量ロスの少ない照明装置を得る。また、その照明装置を用いることにより、生産性の高い露光装置を得ることができる。
【0095】
【発明の効果】
本発明の照明装置、当該照明装置を有する露光装置及びデバイス製造方法によれば、被照明面の光強度分布を改善すると共に光量ロスやスループットの低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の照明装置の単純化された光路図である。
【図2】図1に示す2つのハエの目レンズの配置関係を後段のハエの目レンズの採り得る2つの形状に対して示した平面図である。
【図3】正方形及び正六角形の回転対称軸を説明するための平面図である。
【図4】図1に示す照明装置における、ロッドレンズが正方形の断面形状を有する場合の被照明面における改善された照度分布である。
【図5】図1に示す照明装置における、ロッドレンズが六角形の断面形状を有する場合の被照明面における改善された照度分布である。
【図6】図1に示す照明装置の変形例としての照明装置の単純化された光路図である。
【図7】図6に示す照明装置を有する露光装置の単純化された光路図である。
【図8】デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。
【図9】図8に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図10】図1に示す照明装置を有する露光装置の単純化された光路図である。
【図11】図1に示す照明装置の更なる変形例としての照明装置の単純化された光路図である。
【図12】図2に示す構成を使用した場合の被照明面での照度分布の平面的な模式図である。
【図13】図2に示す構成を使用した場合の2つのハエの目レンズの相対ずらし角度と被照明面での照度ムラとの関係を示すグラフである。
【図14】従来の2つのハエの目レンズを有する照明装置の後段のハエの目レンズのロッドレンズと入射光の光強度分布形状との関係を示す平面図である。
【図15】図14に示す入射光を受光したハエの目レンズが被照明面で形成する光強度分布を示す概略断面図である。
【図16】図15に示す被照明面の光強度分布を平面的に示した模式図である。
【図17】従来の照明装置における後段のハエの目レンズのロッドレンズが正方形の断面形状を有する場合の被照明面における照度分布である。
【図18】従来の照明装置における後段のハエの目レンズのロッドレンズが六角形の断面形状を有する場合の被照明面における照度分布である。
【図19】図15に示す被照明面における不均一な照度分布を改善するための絞り及びの概略平面図である。
【図20】照明装置における後段のハエの面レンズと、周辺部がぼかされた入射光の光強度分布と、被照明面の光強度分布との関係を示す模式図である。
【図21】複数のシリンドリカルレンズの配置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 露光装置
100 照明装置
130 ハエの目レンズ
150 ハエの目レンズ
170 ハエの目レンズ
200 マスク
300 投影光学系
400 プレート

Claims (59)

  1. 光軸に垂直なで、それぞれが複数の第1の辺によって形成される断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、
    前記第1のライトインテグレーターを均一に照明するための第2のライトインテグレーターとを有し、
    前記第1のライトインテグレーターの入射面の照明範囲の輪郭は、前記第1の辺のいずれに対しても各々平行ではない複数の第2の辺から構成されており、当該照明範囲の端は、前記複数の第1の光学素子の一部を横切ることを特徴とする照明装置。
  2. 光軸に垂直なで、それぞれが複数の第1の辺によって形成される断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、
    前記光軸に垂直なで、前記第1の辺のいずれに対しても各々平行ではない複数の第2の辺によって形成される断面形状を持つ第2の光学素子から構成され、前記第1のライトインテグレーターを均一に照明するための第2のライトインテグレーターとを有し、
    前記第1のライトインテグレーターの入射面の照明範囲の端は、前記複数の第1の光学素子の一部を横切ることを特徴とする照明装置。
  3. 光軸に垂直なで、それぞれが複数の第1の対称軸を有する第1の断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、
    前記第1のライトインテグレーターを均一に照明するための第2のライトインテグレーターとを有し、
    前記第1のライトインテグレーターの入射面の照明範囲は、前記第1の対称軸のいずれに関しても非対称であり、当該照明範囲の端は、前記複数の第1の光学素子の一部を横切ることを特徴とする照明装置。
  4. 光軸に垂直なで、それぞれが複数の第1の対称軸を有する第1の断面形状を持つ複数の第1の光学素子から構成され、被照明面を均一に照明するための第1のライトインテグレーターと、
    前記光軸に垂直なで、前記第1の対称軸のいずれに関しても非対称になるような第2の断面形状を持つ第2の光学素子から構成され、前記第1のライトインテグレーターを照明するための第2のライトインテグレーターとを有し、
    前記第1のライトインテグレーターの入射面の照明範囲の端は、前記複数の第1の光学素子の一部を横切ることを特徴とする照明装置。
  5. 前記第1のライトインテグレーターの入射面は第2のライトインテグレーターの入射面と光学的に略共役であることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の照明装置。
  6. 前記第1の光学素子は断面六角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであることを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の照明装置。
  7. 前記第1の光学素子は断面六角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであり、
    前記第2の辺は前記第1の辺のいずれかに対して約15度の角度をなす辺を含む請求項1又は2記載の照明装置。
  8. 前記第1の光学素子は断面六角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであり、
    前記第2の断面形状は前記第1の対称軸のいずれかに対して約15度の角度をなす第2の対称軸を有する請求項3又は4記載の照明装置。
  9. 前記第1の光学素子は断面四角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の照明装置。
  10. 前記第1の光学素子は断面四角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであり、
    前記第2の辺は前記第1の辺のいずれかに対して約22.5度の角度をなす辺を含む請求項1又は2記載の照明装置。
  11. 前記第1の光学素子は断面四角形形状のロッドレンズで前記第1のライトインテグレーターはハエの目レンズであり、
    前記第2の断面形状は前記第1の対称軸のいずれかに対して約22.5度の角度をなす第2の対称軸を有する請求項3又は4記載の照明装置。
  12. 前記第2のライトインテグレーターは断面四角形形状のハエの目レンズである請求項6乃至11のうちいずれか一項記載の照明装置。
  13. 前記第1のライトインテグレーターの射出面に形成された2次光源を用いて前記被照明面をほぼ均一に照明することを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか一項記載の照明装置。
  14. 前記照明装置は、第3のライトインテグレーターを更に有し、
    前記被照明面は前記第3のライトインテグレーターの入射面であり、
    前記第3のライトインテグレーターの射出面に形成された2次光源を用いて別の被照明面をほぼ均一に照明することを特徴とする請求項1乃至13のうちいずれか一項記載の照明装置。
  15. 請求項1乃至14のうちいずれか一項記載の照明装置と、
    レチクル又はマスクに形成されたパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有する露光装置。
  16. 請求項15記載の露光装置を用いて被露光体を投影露光する工程と、
    前記投影露光された被露光体に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイス製造方法。
  17. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有し、前記複数の集光系の一部の集光系からの複数の光束が各々前記被照明面全体を照明し、前記複数の集光系の残りの集光系からの複数の光束が各々前記被照明面の一部のみを照明する照明光学系において、
    前記被照明面の一部のみを照明する前記複数の光束による照明範囲を互いに異ならしめたことを特徴とする照明光学系。
  18. 前記光インテグレータの各集光系の光入射面と前記被照明面は光学的に共役な位置関係にあり、前記第1の光学系は、前記複数の集光系の前記一部の集光系の夫々の光入射面全体を照明し、前記複数の集光系の前記残りの集光系の夫々の光入射面の一部のみを当該光入射面ごとに照明範囲が異なるように照明することを特徴とする請求項17に記載の照明光学系。
  19. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系各々の入射面の輪郭を構成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする請求項17又は18記載の照明光学系。
  20. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲が有する複数の対称軸及び該複数の対称軸それぞれに平行な複数の直線に対して、前記複数の集光系各々の入射面が非対称であることを特徴とする請求項17乃至19いずれか1項記載の照明光学系。
  21. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記光インテグレータの入射面の照明範囲の端は、前記複数の集光系の一部を横切り、
    該照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系それぞれの入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする照明光学系。
  22. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲が有する複数の対称軸及び該複数の対称軸と平行な直線に対し、前記複数の集光系各々が非対称であることを特徴とする請求項21記載の照明光学系。
  23. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記光インテグレータの入射面の照明範囲の端は、前記複数の集光系の一部を横切り、
    該照明範囲が有する複数の対称軸及び該複数の対称軸それぞれと平行な複数の直線に対し、前記複数の集光系各々が非対称であることを特徴とする照明光学系。
  24. 前記複数の集光系は、光入射面と光出射面とが凸球面より成るロッド型レンズ、若しくは、母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対と母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対とを互いの母線方向が直交するように積層したレンズ、より成ることを特徴とする請求項17乃至23いずれか1項記載の照明光学系。
  25. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲と前記複数の集光系の各々の入射面とが共に四角形であり、前記照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が18度以上25度以下であることを特徴とする請求項19乃至24いずれか1項記載の照明光学系。
  26. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲と前記複数の集光系の各々の入射面とが共に四角形であり、前記照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が18度以上30度以下であることを特徴とする請求項19乃至24いずれか1項記載の照明光学系。
  27. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲と前記複数の集光系の各々の入射面とが共に四角形であり、前記照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略22.5度であることを特徴とする請求項26に記載の照明光学系。
  28. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲と前記複数の集光系の各々の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、前記照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が12度以上20度以下であることを特徴とする請求項19乃至24いずれか1項記載の照明光学系。
  29. 前記第1の光学系からの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲と前記複数の集光系の各々の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、前記照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略15度であることを特徴とする請求項28に記載の照明光学系。
  30. 前記光インテグレータの各集光系の入射面と前記被照明面は光学的に略共役な位置関係にあることを特徴とする請求項17乃至29いずれか1項記載の照明光学系。
  31. 前記光インテグレータの各集光系の入射面と前記被照明面は光学的に非共役な位置関係にあることを特徴とする請求項17乃至29いずれか1項記載の照明光学系。
  32. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記光インテグレータの入射面の照明範囲の端が前記複数の集光系の一部を横切り、
    前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、
    前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする照明光学系。
  33. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが共に四角形であり、前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が18度以上30度以下であることを特徴とする請求項32記載の照明光学系。
  34. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが共に四角形であり、前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略22.5度であることを特徴とする請求項33記載の照明光学系。
  35. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が12度以上20度以下であることを特徴とする請求項32記載の照明光学系。
  36. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、
    前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略15度であることを特徴とする請求項35記載の照明光学系。
  37. 前記光インテグレータが有する複数の集光系及び前記第1光インテグレータが有する複数の集光系はそれぞれ、光入射面と光出射面とが凸球面より成るロッド型レンズ、若しくは、母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対と母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対とを互いの母線方向が直交するように積層したレンズ、より成ることを特徴とする請求項32乃至36いずれか1項記載の照明光学系。
  38. 前記第1光インテグレータの各集光系の光入射面と前記光インテグレータの光入射面は光学的に略共役な位置関係にあることを特徴とする請求項32乃至37いずれか1項記載の照明光学系。
  39. 前記光インテグレータの光入射面と前記被照明面とが光学的に非共役な位置関係にあることを特徴とする請求項32乃至38いずれか1項記載の照明光学系。
  40. 前記光インテグレータの複数の集光系の一部の集光系からの複数の光束が各々前記被照明面全体を照明し、前記複数の集光系の残りの集光系からの複数の光束が各々前記被照明面の一部のみを照明し、前記被照明面の一部のみを照明する前記複数の光束による照明範囲を互いに異ならしめたことを特徴とする請求項32乃至39いずれか1項記載の照明光学系。
  41. 前記第1光インテグレータからの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系それぞれの入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする請求項32乃至39いずれか1項記載の照明光学系。
  42. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、
    前記第2の光学系が複数の集光系を有する第2光インテグレータを有し、
    前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であり、
    前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第2光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする照明光学系。
  43. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、
    前記第2の光学系が複数の集光系を有する第2光インテグレータを有し、
    前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であり、
    前記光インテグレータの光入射面と前記第2光インテグレータの光入射面とは、光学的に互いに非共役な位置関係にあることを特徴とする照明光学系。
  44. 光源からの光で光インテグレータの複数の集光系を照明する第1の光学系と、前記複数の集光系からの光束で被照明面を照明する第2の光学系とを有する照明光学系において、
    前記第1の光学系が複数の集光系を有する第1光インテグレータを有し、
    前記第2の光学系が複数の集光系を有する第2光インテグレータを有し、
    前記光インテグレータが有する各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であり、
    前記光2インテグレータの光入射面と前記被照明面とは、光学的に互いに共役な位置関係にあることを特徴とする照明光学系。
  45. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが共に四角形であり、
    前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が18度以上30度以下であることを特徴とする請求項42乃至44いずれか1項記載の照明光学系。
  46. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが共に四角形であり、
    前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略22.5度であることを特徴とする請求項42乃至44いずれか1項記載の照明光学系。
  47. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、
    前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が12度以上20度以下であることを特徴とする請求項42乃至44いずれか1項記載の照明光学系。
  48. 前記光インテグレータの複数の集光系の入射面と前記第1光インテグレータの複数の集光系の入射面とが四角形と六角形、或いは両方とも六角形であり、
    前記光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺と、前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺とがなす角度が略15度であることを特徴とする請求項47記載の照明光学系。
  49. 前記第1光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺のうちの少なくとも一つと、前記第2光インテグレータの各々の集光系の入射面の輪郭を形成する複数の辺のうちの少なくとも1つとが略平行であることを特徴とする請求項42乃至48いずれか1項記載の照明光学系。
  50. 前記第1光インテグレータの各集光系の光入射面と前記光インテグレータの光入射面とが光学的に共役な位置関係にあることを特徴とする請求項42乃至49いずれか1項記載の照明光学系。
  51. 前記光インテグレータの光入射面と前記第2光インテグレータの光入射面とが光学的に非共役な位置関係にあることを特徴とする請求項42乃至50いずれか1項記載の照明光学系。
  52. 前記第2光インテグレータの各集光系の光入射面と前記被照明面とが光学的に共役な位置関係にあることを特徴とする請求項42乃至51いずれか1項記載の照明光学系。
  53. 前記光インテグレータの複数の集光系の一部の集光系からの複数の光束が各々前記被照明面全体を照明し、前記複数の集光系の残りの集光系からの複数の光束が各々前記被照明面の一部のみを照明し、前記被照明面の一部のみを照明する前記複数の光束による照明範囲を互いに異ならしめたことを特徴とする請求項42乃至52いずれか1項記載の照明光学系。
  54. 前記第1光インテグレータからの光束が前記光インテグレータの入射面を照明する照明範囲の輪郭を形成する複数の辺と、前記複数の集光系それぞれの入射面の輪郭を形成する複数の辺とが互いに非平行であることを特徴とする請求項42乃至53いずれか1項記載の照明光学系。
  55. 前記光インテグレータが有する複数の集光系、前記第1光インテグレータが有する複数の集光系及び前記第2光インテグレータが有する複数の集光系はそれぞれ、光入射面と光出射面とが凸球面より成るロッド型レンズ、若しくは、母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対と母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対とを互いの母線方向が直交するように積層したレンズ、より成ることを特徴とする請求項42乃至54いずれか1項記載の照明光学系。
  56. 前記光インテグレータが有する複数の集光系、前記第1光インテグレータが有する複数の集光系及び前記第2光インテグレータが有する複数の集光系は、母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対と母線方向が同じ凸シリンドリカルレンズの対とを互いの母線方向が直交するように積層したレンズより成ることを特徴とする請求項42乃至54いずれか1項記載の照明光学系。
  57. 前記17乃至56いずれか1項記載の照明光学系を用いて、前記光源からの光で前記被照明面を照明することを特徴とする照明装置。
  58. 光源からの光でレチクル或いはマスクのパターンを照明する請求項17乃至56いずれか1項記載の照明光学系と、前記パターンからの光を被露光基板上に投影する投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
  59. 請求項58記載の露光装置を用いて被露光体を露光する工程と、前記露光された前記被露光体を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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