CN101069267A - 光学积分器、照明光学装置、曝光装置以及曝光方法 - Google Patents

光学积分器、照明光学装置、曝光装置以及曝光方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可以任意地设定入射面与射出面的间隔，而不会导致像差的产生或反射膜的反射率降低的波阵面分割型的光学积分器。其具备：并列配置的多个第一聚光元件(第一凹面反射镜元件(18a))；与这些多个第一聚光元件对应地并列配置的多个第二聚光元件(第二凹面反射镜元件(20a))；在多个第一聚光元件与多个第二聚光元件之间的光路中配置的中继光学***(19)。中继光学***将通过多个第一聚光元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二聚光元件上或其附近，使得多个第一聚光元件的一个与多个第二聚光元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。

Description

光学积分器、照明光学装置、曝光装置以及曝光方法
技术领域
本发明涉及一种光学积分器、照明光学装置、曝光装置以及曝光方法。更详细地说，本发明涉及一种曝光装置的照明光学装置，该曝光装置被使用于以光刻工艺来制造半导体元件、摄像元件、液晶显示元件、薄膜磁头等微型器件。
背景技术
以往，对于在半导体元件等的制造中所使用的曝光装置，将形成在掩模(母版：recticle)上的电路图案，通过投影光学***投影转印到感光性衬底(例如晶片)上。在感光性衬底上涂敷有抗蚀剂(resist)，由通过投影光学***的投影曝光使抗蚀剂感光，得到与掩模图案对应的抗蚀剂图案。这里，曝光装置的分辨率W，依赖于曝光用光的波长λ和投影光学***的数值孔径NA，以下面的式子(a)表示。
W＝k·λ/NA(k：常数)  (a)
因此，为了提高曝光装置的分辨率，需要缩短曝光用光的波长λ，并且增大投影光学***的数值孔径。一般地，将投影光学***的数值孔径NA增大到规定值以上，从光学设计的角度来看是很困难的，故曝光用光需要短波长化。所以，作为形成半导体图案的下一代曝光方法(曝光装置)，EUVL(Extreme UltraViolet Lithography：极紫外线光刻技术)方法受到广泛的关注。
与使用波长为248nm的KrF准分子激光或波长为193nm的ArF准分子激光的以往曝光方法相比，在EUVL曝光装置中，使用具有5～20nm左右的波长的EUV(Extreme UltraViolet：极紫外线)光。当作为曝光用光使用EUV光时，将不存在可使用的透光性光学材料。所以，在EUVL曝光装置中，必然地，会使用反射型的光学积分器、反射型的掩模、以及反射型的投影光学***(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平11-312638号公报
专利文献1中所公开的以往的反射型光学积分器，如图15所示，包括由并列配置的多个凹面反射镜元件101形成的第一反射元件组111，和由并列配置的多个凹面反射镜元件102形成的第二反射元件组112。入射到入射侧的第一反射元件组111的平行光，被各个凹面反射镜元件101所分割，并聚光在射出侧的第二反射元件组112的对应的凹面反射镜元件102上或其附近。另外，从第一反射元件组111的凹面反射镜元件101上的一点发出的光，通过第二反射元件组112的对应的凹面反射镜元件102以及聚光光学***103，而在被照明面(反射型掩模的图案面)104上聚光。即、第一反射元件组111的入射面(凹面反射镜元件101的反射面)和被照明面104在光学上大致形成共轭。
因此，在上述以往的反射型的光学积分器中，其入射面与射出面的间隔、即第一反射元件组111与第二反射元件组112的间隔，依赖于光学积分器的规格而大致唯一地确定。具体地说，第一反射元件组111与第二反射元件组112的间隔，虽然依赖于入射侧的第一反射元件组111的焦距以及对光学积分器的入射光束的收敛程度，但通常情况下，由于对光学积分器入射平行光，故实质上只依赖于入射侧的第一反射元件组111的焦距。
在安装于例如EUVL曝光装置中的照明光学装置的反射光学***中，反射型的光学积分器的入射面和射出面的间隔的设计自由度较小，这在考虑光束与光学部件的干涉等时是不利的。即，参照图15，若光学积分器的入射面与射出面的间隔较狭小，则为了避免光束与光学部件的干涉，将不得不对第一反射元件组111的凹面反射镜元件101以较大入射角倾斜地入射光。其结果，不仅容易产生像差，也会有凹面反射镜元件101或102的反射膜对倾斜入射光无法确保充分的反射率这样的不良情况。
发明内容
本发明就是鉴于以上课题而完成的，目的在于提供一种波阵面分割型的光学积分器，其不会导致例如产生像差或降低反射膜的反射率，能任意地设定入射面与射出面的间隔。另外，本发明的目的还在于提供一种照明光学装置，其使用可以任意地设定入射面与射出面的间隔的光学积分器，可以以所希望的照明条件对被照射面进行照明。另外，本发明目的还在于提供一种曝光装置以及曝光方法，其使用以所希望的照明条件对作为被照射面的掩模进行照明的照明光学装置，可以在良好的照明条件下进行良好的投影曝光。
为了解决上述课题，在本发明的第一方案中，提供一种波阵面分割型的光学积分器，其特征是，具备：
并列配置的多个第一聚光元件；与该多个第一聚光元件对应地并列配置的多个第二聚光元件；在上述多个第一聚光元件与上述多个第二聚光元件之间的光路中配置的中继光学***，
上述中继光学***，将通过上述多个第一聚光元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二聚光元件上或其附近，使得上述多个第一聚光元件的一个与上述多个第二聚光元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。
在本发明的第二方案中，提供一种照明光学***，基于来自光源的光对被照射面进行照明，其特征在于，
具备在上述光源与上述被照射面之间的光路中所配置的第一方案的光学积分器。
在本发明的第三方案中，提供一种曝光装置，其特征是，具备第二方案的照明光学装置，将配置于上述被照射面的掩模的图案曝光到感光性衬底上。
在本发明的第四方案中，提供一种曝光方法，其特征是，通过第二方案的照明光学装置对配置于上述被照射面的掩模进行照明，将上述掩模的图案曝光到感光性衬底上。
在本发明的第五方案中，提供一种波阵面分割型的光学积分器，其特征是，具备：
并列配置的多个第一反射镜元件；与该多个第一反射镜元件对应地并列配置的多个第二反射镜元件；在上述多个第一反射镜元件与上述多个第二反射镜元件之间的光路中所配置的中继反射镜，
上述中继反射镜，将通过上述多个第一反射镜元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二反射镜元件上或其附近，使得上述多个第一反射镜元件的一个与上述多个第二反射镜元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。
在本发明的第六方案中，提供一种波阵面分割型的光学积分器，其特征是，具备：
并列配置的多个第一反射镜元件；与该多个第一反射镜元件对应地并列配置的多个第二反射镜元件；在上述多个第一反射镜元件与上述多个第二反射镜元件之间的光路中所配置的中继反射镜，
入射到上述第一反射镜元件、上述第二反射镜元件以及上述中继反射镜的光的入射角在20度以内。
在本发明的第七方案中，提供一种照明光学***，基于来自光源的光对被照射面进行照明，其特征在于，
具备在上述光源与上述被照射面之间的光路中所配置的第五方案或第六方案的光学积分器。
在本发明的第八方案中，提供一种曝光装置，其特征在于，具备第七方案的照明光学装置，将配置于上述被照射面的掩模的图案曝光到感光性衬底上。
在本发明的第九方案中，提供一种曝光方法，其特征在于，通过第七方案的照明光学装置，对配置于上述被照射面的掩模进行照明，将上述掩模的图案曝光到感光性衬底上。
在本发明的第十方案中，提供一种器件的制造方法，其特征在于，包括：
使用第三方案或第八方案所述的曝光装置，将上述规定的图案曝光到上述感光性衬底上的曝光工序；
对经过上述曝光工序的上述感光性衬底进行显影的显影工序。
在本发明的典型方案的光学积分器中，在以相互对应的方式并列配置的多个第一凹面反射镜元件(第一聚光元件)与多个第二凹面反射镜元件(第二聚光元件)之间的光路中所配置的中继光学***，将通过多个第一凹面反射镜元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二凹面反射镜元件上或其附近，使得多个第一凹面反射镜元件的一个与多个的第二凹面反射镜元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。因此，本发明的光学积分器，其入射面与射出面的间隔、即多个第一凹面反射镜元件与多个第二凹面反射镜元件的间隔，能够不依赖于多个第一凹面反射镜元件的焦距而比较自由地设定。其结果，即便以较大的入射角使光向多个第一凹面反射镜元件入射，也可以容易地避免光束与光学部件的干涉，进而可以抑制因光的倾斜入射而引起的像差的产生或反射膜的反射率降低等。
换言之，本发明，可以实现一种可以任意地设定入射面与射出面的间隔，而不会导致例如像差的产生或反射膜的反射率降低的波阵面分割型的光学积分器。另外，本发明的照明光学装置，使用可以任意地设定入射面与射出面的间隔的光学积分器，可以以所希望的照明条件对被照射面进行照明。另外，本发明的曝光装置以及曝光方法，使用以所希望的照明条件对作为被照射面的掩模进行照明的照明光学装置，通过在良好的照明条件下进行良好的投影曝光，可以制造良好的器件。
附图说明
图1是概略地表示本发明的第一实施方式所涉及的曝光装置的整体结构的图。
图2是概略地表示图1的光源、照明光学***以及投影光学***的内部构成的图。
图3是概略地说明第一实施方式中的一次扫描曝光的图。
图4是概略地表示第一实施方式所涉及的光学积分器的构成以及作用的图。
图5是从光的行进方向观察构成图4的光学积分器的第一蝇眼反射镜的入射面以及第二蝇眼反射镜的入射面的构成而概略地表示的图。
图6是对第一实施方式中的σ值可变技术进行概略地说明的图。
图7是概略地表示在图6的转台板上设置有多个孔径光阑的情形的图。
图8是对第一实施方式中的变形照明技术进行概略说明的图。
图9概略地表示利用变形照明在照明瞳上形成的四极状的二次光源以及二极状的二次光源的图。
图10是概略地表示本发明的第二实施方式所涉及的曝光装置的构成的图。
图11是概略地说明第二实施方式中的一次扫描曝光的图。
图12是从光的行进方向观察构成图10的光学积分器的第一蝇眼部件的入射面以及以往例中的第一蝇眼部件的入射面的构成而概略地表示的图。
图13是获得作为微型器件的半导体器件时的方法的流程图。
图14是获得作为微型器件的液晶显示元件时的方法的流程图。
图15是对专利文献1公开的以往的反射型光学积分器的不良情况进行说明的图。
符号说明：
OP-光学积分器；M-掩模；PL-投影光学***；W-晶片；1-激光等离子体光源；2-照明光学***；5-掩模载台；7-晶片载台；11-激光光源；13-气体靶；14-喷嘴；15-椭圆反射镜；18、20-蝇眼反射镜；18a、20a-凹面反射镜元件；19-中继光学***(凹面反射镜)；21、22-聚光光学***。
具体实施方式
依据附图对本发明的实施方式进行说明。图1是概略表示本发明的第一实施方式涉及的曝光装置的整体结构的图。另外，图2是概略地表示图1的光源、照明光学***以及投影光学***的内部构成的图。在图1中，沿投影光学***的光轴方向、即作为感光性衬底的晶片W的面的法线方向设定Z轴，沿在晶片W的面内平行于图1的纸面的方向设定Y轴，沿在晶片W的面内垂直于图1的纸面的方向设定X轴。在第一实施方式中，对具备激光等离子体光源的EUVL曝光装置应用本发明。
参照图1，第一实施方式的曝光装置，作为用于提供曝光用光的光源，例如具备激光等离子体光源1。从光源1射出的光，通过波长选择滤光器(未图示)，入射到照明光学***2。这里，波长选择滤光器，具有选择性地仅透过光源1所提供的光中的规定波长(例如13.4nm或11.5nm)的EUV光，而阻挡其他波长光透过的特性。已透过波长选择滤光器的EUV光3，通过照明光***2以及作为光路偏向镜的平面反射镜4，对形成有要转印的图案的反射型掩模(母版)M进行照明。
掩模M由可以沿Y方向移动的掩模载台5保持，使得其图案面沿XY平面延伸。掩模载台5的移动由激光干涉仪6来计测。来自被照明的掩模M的图案的光，通过反射型的投影光学***PL，在作为感光性衬底的晶片W上形成掩模图案的像。即，在晶片W上，如后述那样，形成有例如关于Y轴对称的圆弧状的静止曝光区域(有效曝光区域)。
晶片W由可以沿X方向以及Y方向二维地移动的晶片载台7所保持，使得其曝光面沿XY平面延伸。此外，晶片载台7的移动，与掩模载台5一样，由激光干涉仪8计测。这样，通过一边使掩模载台5以及晶片载台7沿Y方向移动，即一边使掩模M以及晶片W相对于投影光学***PL沿Y方向相对移动，一边进行扫描曝光(scan曝光)，使掩模M的图案转印到晶片W的一个矩形的拍摄(shot)区域中。
此时，当投影光学***PL的投影倍率(转印倍率)为例如1/4时，将晶片载台7的移动速度设定为掩模载台5的移动速度的1/4来进行同步扫描。另外，通过一边使晶片载台7沿X方向以及Y方向二维地移动一边反复进行扫描曝光，使掩模M的图案依次转印到晶片W的各拍摄区域。
参照图2，在激光等离子体光源1中，从激光光源11发出的光(非EUV光)通过聚光透镜12而聚光在气体靶13上。这里，例如从喷嘴14提供由氙(Xe)形成的高压气体，从喷嘴14喷出的气体形成气体靶13。气体靶13利用聚光后的激光获得能量而等离子化，发出EUV光。此外，气体靶13，被定位在椭圆反射镜15的第一焦点上。
因此，从激光等离子体光源1辐射的EUV光，聚光在椭圆反射镜15的第二焦点上。另一方面，结束了发光的气体通过管道16被吸引而导向外部。聚光于椭圆反射镜15的第二焦点的EUV光，通过凹面反射镜17形成大致平行光束，并入射到光学积分器OP，光学积分器OP由一对蝇眼反射镜18以及20、和配置在其间的光路中的作为中继光学***的凹面反射镜19构成，其详细的构成以及作用在后面进行叙述。
入射到光学积分器OP(18～20)中的光束，在第二蝇眼反射镜20的反射面附近、即光学积分器OP的射出面附近，形成具有规定形状的实质上的面光源(二次光源)。这里，实质上的面光源，形成在照明光学***2的射出瞳位置或其附近、即与投影光学***PL的入射瞳在光学上共轭的面或其附近。来自实质上的面光源的光，通过作为由凸面反射镜21和凹面反射镜22构成的导光光学***的聚光光学***(21、22)，从照明光学***2射出。
从照明光学***2射出的光，被平面反射镜4偏向后，通过与掩模M大致平行且接近配置的视场光阑(未图示)的圆弧状开口部(光透过部)，在掩模M上形成圆弧状的照明区域。这样，光源1(11～16)、照明光学***2(17～22)、平面反射镜4以及视场光阑(未图示)，构成用于对设置有规定的图案的掩模M进行科勒(Kohler)照明的照明光学装置。
来自被照明后的掩模M的图案的光，通过投影光学***PL，在晶片W上的圆弧状的静止曝光区域上形成掩模图案的像。投影光学***PL由用于形成掩模M的图案的中间像的第一反射成像光学***、和用于将掩模图案的中间像的像(掩模M的图案的二次像)形成在晶片W上的第二反射成像光学***构成。第一反射成像光学***由4个反射镜M1～M4构成，而第二反射成像光学***由反射镜M5以及M6两个反射镜构成。另外，投影光学***PL在晶片侧(像侧)是远心的(telecentric)光学***。
图3是概略地说明第一实施方式中的一次扫描曝光的图。参照图3，当利用一次扫描曝光(scan曝光)将掩模M的图案转印到晶片W的矩形形状的一个拍摄区域SR上时，关于Y轴对称的圆弧状的静止曝光区域(有效曝光区域)ER，从图中以实线表示的扫描开始位置移动到图中以虚线表示的扫描结束位置。
图4是概略地表示第一实施方式所涉及的光学积分器的构成以及作用的图。参照图4，第一实施方式的光学积分器OP包括：第一蝇眼反射镜18，其由并列配置的多个第一凹面反射镜元件(第一反射镜元件、第一聚光元件)18a形成；第二蝇眼反射镜20，其由与多个第一凹面反射镜元件18a对应地并列配置的多个第二凹面反射镜元件(第二反射镜元件、第二聚光元件)20a形成；作为中继光学***的凹面反射镜(中继反射镜)19，其被配置在一对蝇眼反射镜18与20间的光路中。此外，图4中，为使图面明了化，以一个凹面反射镜来表示聚光光学***(21、22)，并且所示出的构成一对蝇眼反射镜18、20的凹面反射镜元件18a、20a的数量较实际个数少很多。
第一蝇眼反射镜18，如图5(a)所示，是通过纵横且稠密地配置具有圆弧状的外形形状的第一凹面反射镜元件18a而构成的。另一方面，第二蝇眼反射镜20，如图5(b)所示，是通过纵横且大致稠密地配置具有矩形形状的第二凹面反射镜元件20a而构成的。即，第一凹面反射镜元件18a和第二凹面反射镜元件20a的光学面(反射面)的外形形状彼此不同。另外，第一凹面反射镜元件18a的并列配置方式和第二凹面反射镜元件20a的并列配置方式彼此不同，关于此点将在后面叙述。此外，由于入射到光学积分器OP中的光束的截面形状为大致圆形形状，所以为了提高照明效率，从光的行进方向观察到的第一蝇眼反射镜18的外形呈近似圆形的形状(参照图5(a))。
在第一实施方式中，第一凹面反射镜元件18a、第二凹面反射镜元件20a、以及凹面反射镜19分别构成为复曲面反射镜(toric mirror)。即，凹面反射镜元件18a以及20a，关于平行于图4的纸面的方向的焦距，和关于垂直于图4的纸面的方向的焦距不同。另外，作为中继光学***的凹面反射镜19，具有在平行于图4纸面的方向和垂直于图4的纸面的方向上彼此不同的焦距，进而在这两个方向上具有彼此不同的物像间距离。
在第一实施方式的光学积分器OP中，如图中实线所示，若平行光束入射到第一蝇眼反射镜18上，则入射光束被各个第一凹面反射镜元件18a波阵面分割。而且，由各第一凹面反射镜元件18a反射后的光束，暂时聚光后，通过作为中继光学***的凹面反射镜19，而聚光在对应的各第二凹面反射镜元件20a的反射面上或其附近的一点上。这样，在光学积分器OP的射出面或其附近，形成实质上的面光源。
然而，如上所述，由于第一凹面反射镜元件18a构成为复曲面反射镜，所以由第一凹面反射镜元件18a反射的光束在平行于图4的纸面的面内聚光于一点的位置，与在垂直于图4的纸面的面内聚光于一点的位置不同。聚光在各第二凹面反射镜元件20a的反射面上或其附近的一点的光束，即、来自构成实质上的面光源的各光源的光束，通过聚光光学***(21、22)，而对作为被照射面的掩模M上的圆弧状的照明区域重叠地进行照明。
这样，凹面反射镜(中继光学***)19，将通过多个第一凹面反射镜元件18a的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二凹面反射镜元件20a上或其附近，使得构成第一蝇眼反射镜18的多个第一凹面反射镜元件18a的一个与构成第二蝇眼反射镜20的多个第二凹面反射镜元件20a的一个具有分别一对一对应的成像关系。具体地说，若着眼于图5(a)中的最左侧一列的八个第一凹面反射镜元件18a1～18a8，则上侧的四个第一凹面反射镜元件18a1～18a4，与图5(b)中的最左侧一列的四个第二凹面反射镜元件20a1～20a4分别对应。
而且，下侧的四个第一凹面反射镜元件18a5～18a8，与从图5(b)中的最左侧数第二列的四个第二凹面反射镜元件20a5～20a8分别对应。这样，由于第一蝇眼反射镜18的一列第一凹面反射镜元件18a与第二蝇眼反射镜20的两列第二凹面反射镜元件20a对应，所以，相对于第一蝇眼反射镜18为8列结构，第二蝇眼反射镜20形成为16列结构。
另一方面，从各第一凹面反射镜元件18a的反射面上的一点发出的光束，如图中虚线所示，通过作为中继光学***的凹面反射镜19而暂时聚光后，分别入射到对应的各第二凹面反射镜元件20a。这里，由于凹面反射镜19也如上述那样构成为复曲面反射镜，所以由凹面反射镜19反射的光束在平行于图4的纸面的面内聚光于一点的位置，与在垂直于图4的纸面的面内聚光于一点的位置不同。被各第二凹面反射镜元件20a反射的光束，通过聚光光学***(21、22)，聚光在掩模M上的圆弧状的照明区域内的一点。这样，在第一实施方式的光学积分器OP中，构成第一蝇眼反射镜18的所有第一凹面反射镜元件18a的反射面，与掩模M的图案面分别共轭地配置。
构成第一蝇眼反射镜18的第一凹面反射镜元件18a具有圆弧状的外形形状，是为了在掩模M上高效地照明圆弧状的照明区域。另外，构成第二蝇眼反射镜20的第二凹面反射镜元件20a具有纵长的矩形外形形状，是因为在第二凹面反射镜元件20a的反射面上或其附近形成的光源像呈纵长的椭圆形状。在光源的展度(etendue)与装置的展度接近的情况下，可以通过这样构成来改善光能的传播效率。另外，最好在构成第二蝇眼反射镜20的多个第二凹面反射镜元件20a之间设置间隙，形成进行各个第二凹面反射镜元件20a进行对位时的调整余量，即、可以进行各个第二凹面反射镜元件20a的位置调整。
如上所述，在第一实施方式的光学积分器OP中，在第一蝇眼反射镜18与第二蝇眼反射镜20之间的光路中，配置有作为中继光学***的凹面反射镜19。而且，凹面反射镜(中继光学***)19，将通过多个第一凹面反射镜元件18a的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二凹面反射镜元件20a上或其附近，使得构成第一蝇眼反射镜18的多个第一凹面反射镜元件18a的一个与构成第二蝇眼反射镜20的多个第二凹面反射镜元件20a的一个具有分别一对一对应的成像关系。
所以，第一实施方式的光学积分器OP，其入射面与射出面的间隔，即、第一蝇眼反射镜18与第二蝇眼反射镜20的间隔，可以不依赖于第一蝇眼反射镜18的焦距而比较自由地设定。其结果是，即便以较大的入射角使光向构成第一蝇眼反射镜18的各第一凹面反射镜元件18a入射，也可以容易地避免光束与光学部件的干涉，进而可以抑制因光的倾斜入射而引起的像差的产生或反射膜中的反射率降低等。
换言之，在第一实施方式中，不会导致例如像差的产生或反射膜的反射率降低，能够实现可以任意地设定入射面与射出面的间隔的波阵面分割型光学积分器OP。另外，在第一实施方式的照明光学装置中，使用可以任意地设定入射面与射出面的间隔的光学积分器OP，可以以所希望的照明条件对作为被照射面的掩模M进行照明。另外，在第一实施方式的曝光装置中，使用以所希望的照明条件对作为被照射面的掩模M的照明光学装置进行照明，可以以良好的照明条件进行良好的投影曝光。
然而，在第一实施方式中，如上所述，构成第一蝇眼反射镜18的所有第一凹面反射镜元件18a的反射面，被设定为与掩模M的图案面(进而晶片W的曝光面)分别共轭。所以，按照以往的技术，如果欲提高照明效率，则要求在第一凹面反射镜元件18a中具有与掩模M的照明区域(进而是晶片W的静止曝光区域ER)的外形相似的细长的圆弧状的外形(参照图3)。另一方面，如上所述，由于入射到光学积分器OP的光束的截面形状是大致圆形，故为了提高照明效率，作为从光的行进方向观察到的第一蝇眼反射镜18的外形要求为近似圆形的形状(参照图5(a))。
此外，在第一蝇眼反射镜18中，为了获得所需的波阵面分割效果，在纵向和横向上都需要以足够的数量并列配置第一凹面反射镜元件18a。因此，若如以往技术那样，将第一凹面反射镜元件18a的外形设定为与晶片W的静止曝光区域ER的外形相似的细长的圆弧状，则沿其外形的短边方向排列的第一凹面反射镜元件的个数过多(参照后述的第二实施方式涉及的图12(b))，而对第一蝇眼反射镜18的制造成本，进而对光学积分器OP的制造成本带来较坏影响。
在第一实施方式中，如上所述，由于第一凹面反射镜元件18a、第二凹面反射镜元件20a、以及凹面反射镜19被分别构成为复曲面反射镜，故可以将第一凹面反射镜元件18a的外形设定为纵横比与晶片W的静止曝光区域ER的外形不同的宽度比较宽的圆弧状。其结果是，第一实施方式的第一蝇眼反射镜18，如图5(a)所示，沿圆弧状的外形的短边方向(图中垂直方向)排列的第一凹面反射镜元件18a的个数不会过多，而可以抑制第一蝇眼反射镜18的制造成本，进而抑制光学积分器OP的制造成本。
另外，在第一实施方式中，如上所述，由于形成在第二凹面反射镜元件20a的反射面上或其附近的光源像呈纵长的椭圆形状，所以为了改善光能的传递效率，构成第二蝇眼反射镜20的第二凹面反射镜元件20a具有纵长的矩形的外形形状。由此，若按照以往技术以与第一凹面反射镜元件18a的并列配置方式相同的方式并列配置第二凹面反射镜元件20a，则从光的行进方向观察到的第二蝇眼反射镜20的外形，沿矩形形状的第二凹面反射镜元件20a的长边方向(图5(b)中的垂直方向)变得非常细长。
在第一实施方式中，如上所述，第一凹面反射镜元件18a的并列配置方式与第二凹面发射镜元件20a的并列配置方式彼此不同。具体地说，第一蝇眼反射镜18的一列第一凹面反射镜元件18a对应于第二蝇眼反射镜20的两列第二凹面反射镜元件20a，相对于第一蝇眼反射镜18以8列构成，第二蝇眼反射镜20形成为16列结构。其结果是，对于第一实施方式的第二蝇眼反射镜20而言，如图5(b)所示，从光的行进方向观察到的第二蝇眼反射镜20的外形与第一蝇眼反射镜18一样，形成为接近圆形的形状。
此外，在上述的第一实施方式所涉及的EUVL曝光装置中，作为用于提供EUV光的光源使用了激光等离子激光。然而，并不局限于此，也可以使用提供EUV光的其他的合适光源，例如同步辐射(SOR)光源等。
接下来，参照图6，对σ值可变技术进行说明，该技术是在上述的第一实施方式所涉及的EUVL曝光装置中，改变形成于光学积分器OP的射出面附近(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)的二次光源(形成于照明瞳的光强度分布)的大小，进而改变σ值(或相关因子)的技术。此外，σ值是指，设照明光学***2(17～22)的掩模侧数值孔径为NA1、投影光学***PL的掩模侧数值孔径为NA2时，以σ＝NA1/NA2定义的值。
根据转印到晶片W上的图案的微细度或转印到晶片W上的图案的工艺，需要以使σ值(照明光学***2的掩模侧数值孔径NA1与投影光学***PL的掩模侧数值孔径NA2之比σ＝NA1/NA2)可变的方式，调整投影光学***PL的分辨率或焦点深度等。因此，如图6所示，将与在晶片载台7(图6中未图示)上依次放置的各晶片的曝光条件相关的曝光信息(包括曝光信息的晶片的输送图等)、以及在掩模载台5(图6中未图示)上依次放置的各种掩模的放置信息，通过控制台等输入装置(未图示)，输入到控制部CR。
每当在晶片载台7上放置了晶片W时，控制部CR就依据来自输入装置的输入信息，判别是否改变σ值。当控制部CR判断为需要改变σ值时，驱动驱动部DR1，将配置在第二蝇眼反射镜20的反射面附近的圆形照明用孔径光阑24e，与开口直径不同的其他的圆形照明用孔径光阑进行交换。由此，在各种曝光条件下实现适当的曝光。此外，对于孔径光阑的切换，可以利用转台方式和滑动方式等。下面，对在孔径光阑的切换中应用转台方式的例子进行说明。
参照图6，设置有通过驱动部DR1的作用而能以规定的旋转轴23a为中心旋转的转台板23。在转台板23上，如图7所示，设置有开口部(光透过部)的形状或大小互不相同的多个(图7中示出了六个的例子)孔径光阑24a～24f。在图7中，施以剖面线的区域，对应于各孔径光阑的开口部。具体地说，孔径光阑24a是具有环带状的开口部24aa的环带照明用孔径光阑，孔径光阑24b以及24e是具有开口直径互不相同的圆形的开口部24ba以及24ea的圆形照明用孔径光阑。
另外，孔径光阑24c是具有四个扇形的开口部24ca～24cd的四极照明用孔径光阑，孔径光阑24d是具有四个圆形的开口部24da～24dd的四极照明用孔径光阑。另外，孔径光阑24f是具有与孔径光阑24a不同的环带比的开口部24fa的环带照明用孔径光阑。环带比的定义、和环带照明用孔径光阑24a、24f以及四极照明用孔径光阑24c、24d的用途在后面叙述。此外，设置于转台板23的孔径光阑的个数、配置、开口部的形状以及大小等，可有各种变形例。
在孔径光阑24的切换中利用转台方式或滑动方式等的情况下，需要在第二蝇眼反射镜20的周围确保所需的空间。在图4中，虽然示出了第一蝇眼反射镜18与第二蝇眼反射镜20沿图中水平方向被配置在大致相同位置上的结构，但中继光学***19的介入，使得第一蝇眼反射镜18与第二蝇眼反射镜20的图中水平方向的位置可有各种构成例。即，可以将第一蝇眼反射镜18配置得较第二蝇眼反射镜20更靠近图中右侧或左侧，进而可以在第二蝇眼反射镜20的周围确保所需的空间(参照图1的配置)。无论哪种构成，中继光学***(中继反射镜)19的反射面的曲率中心，都存在于第一凹面反射镜元件(第一反射镜元件)18a与中继光学***19之间或第二凹面反射镜元件(第二反射镜元件)20a与中继光学***19之间。此外，即使在中继光学***19的反射面为复曲面时，彼此正交的两方向上的反射面的曲率中心，也最好存在于第一凹面反射镜元件和第二凹面反射镜元件的任意一者与中继光学***19之间。
一般地，当切换圆形形状的开口部的大小而使σ值变化时，该圆形形状的开口部的大小限制形成于照明瞳(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)的大致圆形形状的光强度分布，伴随着在晶片W或掩模M上形成的圆弧状的照明区域(静止曝光区域ER)中的照明不均(照度不均)等的产生，有时照明状态会劣化。然而，在第一实施方式中，如上所述，可以采用将第一蝇眼反射镜18的焦距设定得较小的设计，进而可以将第一凹面反射镜元件(第一反射镜元件)18a或第二凹面反射镜元件(第二反射镜元件)20a的外形形状设定得较小。换言之，在第一实施方式中，由于可以将光学积分器OP的波阵面分割面设定得较小，故不交换作为准直反射镜的凹面反射镜17，也能良好地抑制因σ值的变化而引起的照明不均的产生。
下面，参照图8，对在上述的第一实施方式所涉及的EUVL曝光装置中，在照明瞳(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)形成环带状或多极状(二极状、四极状等)的光强度分布，来提高投影光学***PL的焦点深度或分辨率的变形照明技术进行说明。参照图8(a)，针对作为准直反射镜的凹面反射镜17与第一蝇眼反射镜18之间的照明光路，可插拔地设置有作为环带光束转换单元的反射型圆锥能量再分配(axicon)***25。圆锥能量再分配***25，具有将具有圆形截面的EUV光束，转换为具有环带状(环状)截面的EUV光束的功能。
如图8(b)所示，圆锥能量再分配***25，按照光的入射顺序由以下部件构成：第一反射部件25a，具有凸圆锥面状的反射面25aa；第二反射部件25b(为了使图面明了化而省略了主体的图示)，具有从与第一反射部件25a的反射面25aa互补的凹圆锥面切下环带状的旋转对称区域而获得的环带圆锥面状的反射面25ba。而且，第一反射部件25a以及第二反射部件25b中的至少一个部件构成为可以沿光轴AX移动，且构成为第一反射部件25a的反射面25aa与第二反射部件25b的反射面25ba的间隔可变。
所以，若具有圆形截面的EUV光束Lc入射到圆锥能量再分配***25，则圆形的EUV光束Lc被第一反射部件25a的凸圆锥面状的反射面25aa放射状地反射而转换为环带状的光束，再通过第二反射部件25b的凸圆锥面状的反射面25ba而形成环带状的EUV光束La1，并被导向光学积分器OP的第一蝇眼反射镜18。若第二反射部件25b移动至图中以虚线所示的位置，而使第一反射部件25a的反射面25aa与第二反射部件25b的反射面25ba的间隔扩大，则形成外径以及内径较大的环带状的EUV光束La2，并被导向光学积分器OP的第一蝇眼反射镜18。
这样，利用反射型圆锥能量再分配***25的作用，在照明瞳(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)上形成了环带状的光强度分布(二次光源)。一般地，当第一反射部件25a的反射面25aa与第二反射部件25b的反射面25ba的间隔发生变化时，在保持环带状的二次光源的宽度(环带状的二次光源的外径与内径的差的1/2)恒定的同时，环带状的二次光源的外径(内径)将发生变化。即，利用圆锥能量再分配***25的作用，环带状的二次光源的环带比(内径/外径)以及大小(外径)发生变化。此外，对照明光路插拔圆锥能量再分配***25以及沿照明光路相对移动第一反射部件25a与第二反射部件25b，由基于控制部CR的指令而动作的驱动部DR2进行。
就变形照明技术而言，控制部CR，基于来自用于输入选择掩模M和晶片W上的照明条件所需的信息的输入装置(未图示)的输入信息，来进行“第一环带照明”、“第二环带照明”、“第一通常圆形照明”、“第二通常圆形照明”、“第一四极照明”以及“第二四极照明”的选择。此外，输入装置，用于根据要转印到晶片W上的图案的微细度或要转印到晶片W上的图案的工艺，输入与由未图示的输送装置依次放置的各晶片的曝光条件相关的曝光信息(包括曝光信息的晶片的输送图等)，以及在掩模载台5上依次放置的各种掩模的放置信息。
这里，“环带照明”，是指通过使在照明瞳(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)形成的二次光源的形状为环带状，对反射型掩模M以及晶片W从倾斜方向照射EUV光，而提高投影光学***PL所本来具有的分辨率以及焦点深度。另外，“四极照明(一般为多极照明)”，是指通过使在照明瞳上形成的二次光源，为偏离其中心规定距离的离散的四个(一般为多个)偏心光源，对反射型掩模M以及晶片W从倾斜方向照射EUV光，而提高投影光学***PL所本来具有的分辨率以及焦点深度。另外“通常圆形照明”，是指通过使在照明瞳上形成的二次光源的形状为大致圆形，而在最合适的σ值下，对反射型掩模M以及晶片W进行照明的照明。
当将在掩模M上的照明状态设定为通常圆形照明时，控制部CR基于来自输入装置的输入信息，选择“第一通常圆形照明”或“第二通常圆形照明”。这里，“第一通常圆形照明”与“第二通常圆形照明”的不同点在于，σ值不同。例如，当控制部CR选择“第一通常圆形照明”时，驱动驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24e位于在照明瞳(第二蝇眼反射镜20的射出面附近)上形成的二次光源(由多个光源形成的实质上的面光源)的位置。与此同时，控制部CR根据需要，改变投影光学***PL中的可变孔径光阑(未图示)的开口直径。此时，在将圆锥能量再分配***25设定在照明光路中的情况下，控制部CR通过驱动部DR2使圆锥能量再分配***25避开照明光路。在上述的设定状态下，若以EUV光对反射型掩模M的图案进行照明，则在合适的“第一通常圆形照明”的条件(合适的σ值)下，可以将反射型掩模M的图案，通过投影光学***PL曝光到感光性衬底(晶片)W上。
另外，当控制部CR选择了“第二通常圆形照明”时，驱动驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24b位于在照明瞳上形成的二次光源的位置。与此同时，控制部CR根据需要，改变投影光学***PL中的可变孔径光阑(未图示)的开口直径。此时，在圆锥能量再分配***25设定在照明光路中的情况下，控制部CR通过驱动部DR2使圆锥能量再分配***25避开照明光路。在上述的设定状态下，若以EUV光对反射型掩模M的图案进行照明，则在合适的“第二通常圆形照明”的条件(较第一个通常圆形照明大的σ值)下，可以将反射型掩模M的图案，通过投影光学***PL曝光到感光性衬底(晶片)W上。
接下来，在将掩模M上的照明状态设定为各种变形照明的情况下，控制部CR基于来自输入装置的输入信息，选择“第一环带照明”、“第二环带照明”、“第一四极照明”以及“第二四极照明”中的任意一个。这里，“第一环带照明”和“第二环带照明”的环带状的二次光源的环带比不同。另外，对于“第一四极照明”和“第二四极照明”，主要是各极的面光源的形状不同。即，“第一四极照明”中的二次光源分布在四个扇状的区域，“第二四极照明”中的二次光源分布在四个圆形的区域。
例如，在选择了“第一环带照明”的情况下，控制部驱动CR驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24e位于在照明瞳上形成的二次光源的位置。另外，在选择了“第二环带照明”的情况下，控制部CR驱动驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24f位于在照明瞳上形成的二次光源的位置。另外，在选择了“第一四极照明”的情况下，控制部CR驱动驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24c位于在照明瞳上形成的二次光源的位置。另外，在选择了“第二四极照明”的情况下，控制部CR驱动驱动部DR1使转台板23旋转，以使孔径光阑24d位于在照明瞳上形成的二次光源的位置。
在四个孔径光阑(24a、24c、24d、24f)中的任意一个设定在照明光路中的同时，控制部CR根据需要，改变投影光学***PL中的可变孔径光阑(未图示)的开口直径。然后，控制部CR通过驱动部DR2，进行作为环带光束转换单元的圆锥能量再分配***25向照明光路的设定以及圆锥能量再分配***25的调整。首先，在圆锥能量再分配***25未被设定在照明光路中的情况下，控制部CR通过驱动部DR2将圆锥能量再分配***25设定在照明光路中的规定位置。
然后，为了使环带状的光束效率良好地导入在形成于照明瞳的二次光源的位置上所设定的四个孔径光阑(24a、24c、24d、24f)中的一个孔径光阑的开口部，控制部CR通过驱动部DR2，改变圆锥能量再分配***25中的两个反射部件(25a、25b)的相对间隔。由此，圆锥能量再分配***25，可以将大致呈圆形的入射光束，转换为具有合适的环带比的环带光束。通过圆锥能量再分配***25的设定以及调整，在照明瞳上形成具有与四个孔径光阑(24a、24c、24d、24f)的各开口部对应的合适的环带比的二次光源，并可以在较高的照明效率下对反射掩模M以及晶片W进行变形照明。
一般地，在利用转台板23的旋转来切换设定在照明光路中的孔径光阑(24a～24f)的情况下，伴随着形成于晶片W或掩模M上的圆弧状的照明区域(静止曝光区域ER)的照明不均等的产生，有时照明状态会劣化。然而，在第一实施方式中，如上所述，由于可以将光学积分器OP的波阵面分割面设定得较小，所以即便不交换作为准直反射镜的凹面反射镜17，也能良好地抑制因切换孔径光阑(24a～24f)而引起的照明不均的产生。
此外，在上述说明中，虽然通过输入装置将照明条件等信息输入到控制部CR，但也可以设置读取反射掩模M上的信息的检测部。这种情况下，在掩模M的电路图案区域的外侧，以例如条形码等方式来记录关于照明方法的信息。检测部读取关于该照明条件的信息，并向控制部CR传递。控制部CR基于与照明条件相关的信息，来控制驱动部(DR1、DR2)。
另外，在上述说明中，即便进行四极照明时，也可与环带照明的情况同样地使用反射型圆锥能量再分配***25来形成环带状的二次光源，但是，也可以使用作为四极光束转换单元的反射型棱锥能量再分配***(未图示)来形成四极状的二次光源。四棱锥能量再分配***，由例如具有凸四棱锥面状的反射面的第一反射部件、和具有从与第一反射部件的反射面互补的凹四棱锥面切下环带状的旋转对称区域而获得的环带四棱锥面状的反射面的第二反射部件构成。这样，利用四棱锥能量再分配***的作用，如图9(a)所示，在圆形的光瞳面(图中以虚线表示)上形成四极状的光强度分布(二次光源)。
在四棱锥能量再分配***中，若第一反射部件与第二反射部件的间隔发生变化，则在保持四极状的二次光源的宽度(和四极状的二次光源外接的圆的直径(外径)与内接的圆的直径(内径)之差的1/2)恒定的同时，四极状的二次光源的外径(内径)将发生变化。即，四棱锥能量再分配***的作用，使得四极状的二次光源的环带比(内径/外径)以及大小(外径)发生变化。
同样地，也可以使用作为二极光束转换单元的反射型V槽能量再分配***(未图示)来形成二极状的二次光源。V槽能量再分配***，由例如具有凸V字状的反射面的第一反射部件、和具有从与第一反射部件的反射面互补的凹V字状切下环带状的旋转对称区域而获得的环带V字状的反射面的第二反射部件构成。这样，利用V槽能量再分配***的作用，如图9(b)所示，在圆形的光瞳面(图中以虚线表示)上形成二极状的光强度分布(二次光源)。
另外，在上述的说明中，在形成于照明瞳的二次光源的位置设置了孔径光阑。然而，并不局限于此，根据情况，也可以省略孔径光阑的设置。这是因为：在第一实施方式中，可以将光学积分器OP的波阵面分割面设定得较小，故可以使用圆锥能量再分配***、四棱锥能量再分配***、和V槽能量再分配***等在照明瞳上形成大致所希望形状的光强度分布(二次光源)。但是，为了抑制反射光斑的影响，最好将孔径光阑设置在形成于照明瞳的二次光源的位置。此外，在以上的第一实施方式中，虽然针对σ值的可变给出了将开口直径大小不同的孔径光阑(24b、24e)设定在照明光路中的例子，但为了实现照明效率的提高，也可以构成为可交换具有互不相同的焦距的多个准直反射镜17。
然而，在第一实施方式的照明光学***2中，在例如凹面反射镜17的反射面、第一蝇眼反射镜18的各第一凹面反射镜元件(第一反射镜元件)18a的反射面、第二蝇眼反射镜20的各第二凹面反射镜元件(第二反射镜元件)20a的反射面、以及凹面反射镜19的反射面上，设置有反射EUV光的多层膜。一般地，为确保由通常的多层膜所形成的反射面的所需反射率，最好将入射到反射面的EUV光的入射角抑制在10度左右。
但是，在实际的曝光装置中，通过增厚多层膜的膜厚，来获得对应于入射角的所需反射特性。若一点一点地增厚多层膜的膜厚，则即便对超过10度的入射角，也可确保所需反射率。然而，对与反射面相关的P偏振光成分，即便增厚膜厚，若入射角超过20度，也将很难确保足够的反射率。所以，在第一实施方式的照明光学***2中为了确保所需的反射率，重要的是将入射到反射EUV光的反射面的光的入射角抑制在20度以内。
图10是概略地表示本发明的第二实施方式所涉及的曝光装置的构成的图。在图10(a)中，沿投影光学***PL的光轴AX方向、即作为感光性衬底的晶片W的面的法线方向设定Y轴，沿在晶片W的面内与图10的纸面平行的方向设定Z轴，沿在晶片W的面内与图10的纸面垂直的方向设定X轴。在第二实施方式中，可对例如具备提供193nm波长的光的ArF准分子激光光源或提供248nm波长的光的KrF准分子激光光源的曝光装置应用本发明。
参照图10(a)，第二实施方式的曝光装置，具备用于提供曝光用光(照明光)的光源31。从ArF准分子激光光源或KrF准分子激光光源这样的光源31射出的光，通过整形光学***32被扩大成所需截面形状的光束后，被光路折转反射镜33反射而入射到蝇眼透镜34。入射到蝇眼透镜34的光束，被多个透镜元件二维地分割，在其后侧焦面或其附近形成多个光源。
来自在蝇眼透镜34的后侧焦面或其附近形成的多个光源的光束，通过中继透镜35，重叠地对光学积分器OP的入射面进行照明。光学积分器OP由一对蝇眼部件36以及37、和在其间的光路中配置的中继光学***38构成，对其详细的构成以及作用在后面叙述。入射到光学积分器OP(36～38)的光束，在第二蝇眼部件的附近、即光学积分器OP的射出面的附近，形成具有规定形状的实质上的面光源(二次光源)。
这里，实质上的面光源，形成在照明光学***(32～39)的射出瞳位置或其附近，即与投影光学***PL的入射瞳光学上共轭的面或其附近。来自实质上的面光源的光，通过作为导光光学***的聚光光学***39，对形成有规定的图案的掩模M重叠地进行照明。在掩模M上形成有要转印的图案，在整个图案区域中沿X方向具有长边且沿Z方向具有短边的矩形(狭缝状)图案区域被照明。透过掩模M的光束，通过投影光学***PL，在作为感光性衬底的晶片W上形成掩模M的图案像。
即，在晶片W上也在沿X方向具有长边且沿Z方向具有短边的矩形静止曝光区域(有效曝光区域)形成图案像，使得光学地对应掩模M上的矩形照明区域。这样，如图11所示，按照所谓的步进扫描方式，在与投影光学***PL的光轴AX正交的平面(XZ平面)内，沿Z方向(扫描方向)使掩模M与晶片W同步地移动(扫描)，由此，针对具有与静止曝光区域ER的X方向尺寸相等的宽度且具有对应于晶片W的扫描量(移动量)的长度的拍摄区域(曝光区域)SR，将掩模图案扫描曝光到晶片W上。
参照图10(a)以及图10(b)，第二实施方式的光学积分器OP由以下部件构成：第一蝇眼部件36，由并列地配置的多个第一正透镜元件(第一聚光元件)36a形成；第二蝇眼部件37，由与多个第一正透镜元件36a对应地并列配置的多个第二正透镜元件(第二聚光元件)37a形成；以及中继光学***38，配置于一对蝇眼部件36与37之间的光路中。此外，在图10中，为了使附图明了化，示出的构成一对蝇眼部件36、37的正透镜(正单透镜)元件36a、37a的个数与实际相比少很多。
第一蝇眼部件36，如图12(a)所示，是通过将具有矩形外形形状的第一正透镜元件36a纵横且稠密地配置而构成的。另外，虽然省略了图示，但第二蝇眼部件37，也是按照与第一蝇眼部件36相同的并列配置方式，通过将具有矩形外形形状的第二正透镜元件37a纵横且稠密地配置而构成的。此外，由于入射到光学积分器OP的光束的截面形状为大致圆形，所以为了提高照明效率，从光的行进方向观察到的第一蝇眼部件36的外形呈近似圆形的形状(参照图12(a))。另外，虽然在图10中示出了使中继光学***38用正-负-正的三个透镜构成的例子，但也可以使中继光学***38用正单透镜构成。进而，也可以使中继光学***为多个透镜组，例如正-负-正的透镜组结构。
在第二实施方式中，第一正透镜元件36a、第二正透镜元件37a、以及中继光学***38分别构成为复曲面透镜。即，第一正透镜元件36a以及第二正透镜元件37a，关于YZ平面的焦距与关于XY平面的焦距不同。另外，中继光学***38，在YZ平面与XY平面上具有互不相同的焦距，进而在这两个方向上具有互不相同的物像间距离。
在第二实施方式的光学积分器OP中，当平行光束入射到第一蝇眼部件37时，如图10中实线所示，入射光束被各个第一正透镜元件36a波阵面分割。而且，通过了各第一正透镜元件36a的光束，暂时聚光后，通过中继光学***38，聚光在对应的各第二正透镜元件37a上或其附近的一点。这样，在光学积分器OP的射出面或其附近，形成实质上的面光源。
但是，如上所述，由于第一正透镜元件36a构成为复曲面透镜，所以通过第一正透镜元件36a的光束在YZ平面内聚光于一点的位置与在XY平面内聚光于一点的位置不同。聚光于各第二正透镜元件37a上或其附近的一点的光束、即来自构成实质上的面光源的各光源的光束，通过聚光光学***39，对作为被照射面的掩模M上的矩形环状的照明区域重叠地进行照明。
这样，中继光学***38将通过多个第一正透镜元件36a的一个而聚光的光，再次聚光在对应的第二正透镜元件37a上或其附近，使得构成第一蝇眼部件36的多个第一正透镜元件36a的一个与构成第二蝇眼部件37的多个第二正透镜元件37a的一个具有分别一对一对应的成像关系。另一方面，从各第一正透镜元件36a上的一点发出的光束，如图5中虚线所示，通过中继光学***38而暂时聚光后，将分别入射到对应的各第二正透镜元件37a。
这里，如上所述，由于中继光学***38也构成为复曲面透镜(复曲面光学***)，所以通过中继光学***38的光束在YZ平面内聚光于一点的位置与在XY平面内聚光于一点的位置不同。通过各第二正透镜元件37a的光束，通过聚光光学***39，聚光于掩模M上的矩形照明区域内的一点。这样，在第二实施方式的光学积分器OP中，构成第一蝇眼部件36的所有第一正透镜元件36a、与掩模M的图案面分别共轭配置。构成第一蝇眼部件36的第一正透镜元件36a之所以具有矩形的外形形状，是为了高效地对掩模M上的矩形照明区域进行照明。
如以上所述，在第二实施方式的光学积分器OP中，在第一蝇眼部件36与第二蝇眼部件37之间的光路中配置有中继光学***38。而且，中继光学***38将通过多个第一正透镜元件36a的一个而聚光的光，再次聚光在对应的第二正透镜元件37a上或其附近，使得构成第一蝇眼部件36的多个第一正透镜元件36a的一个与构成第二蝇眼部件37的多个第二正透镜元件37a的一个具有分别一对一对应的成像关系。其结果，即便在第二实施方式中，第一蝇眼部件36与第二蝇眼部件37的间隔也不会依赖于第一蝇眼部件36的焦距，而可比较自由地设定。
在第二实施方式中，如上所述，构成第一蝇眼部件36的所有第一正透镜元件36a、与掩模M的图案面(进而晶片W的曝光面)分别共轭配置。所以，按照以往技术，若要提高照明效率，则要求第一正透镜元件36a具有与掩模M的照明区域(进而是晶片W的静止曝光区域ER)的外形相似的细长的矩形形状的外形(参照图11)。另一方面，如上所述，由于入射到光学积分器OP的光束的截面形状是大致圆形，故为了提高照明效率，作为从光的行进方向观察到的第一蝇眼部件36的外形要求为接近圆形的形状(参照图12(a))。
此外，在第一蝇眼部件36中，为了获得所需的波阵面分割效果，需要在纵向和横向上都并列配置充足个数的第一正透镜元件36a。由此，如以往技术那样，若将第一正透镜元件36a的外形设定为与晶片W的静止曝光区域ER的外形相似的细长的矩形形状，则沿其外形的短边方向排列的第一正透镜元件的个数过多(参照图12(b))，而对第一蝇眼部件36的制造成本、进而对光学积分器OP的制造成本带来较坏影响。
在第二实施方式中，如上所述，由于第一正透镜元件36a、第二正透镜元件37a、以及中继光学***38分别构成为复曲面反射镜，故可以将第一正透镜元件36a的外形设定为纵横比与晶片W的静止曝光区域ER的外形不同的接近于正方形的矩形形状。其结果是，在第二实施方式的第二蝇眼部件36中，如图12(a)所示，沿矩形形状的外形的短边方向(图中垂直方向)排列的第一正透镜元件36a的个数不会过多，而可以抑制第一正透镜元件36的制造成本、进而抑制光学积分器OP的制造成本。
此外，在上述的第二实施方式中，按照步进扫描方式，通过使掩模M与晶片W相对于投影光学***PL同步地移动，而针对拍摄区域SR将掩模图案扫描曝光。然而，并不局限于此，也可按照步进反复的方式，在使掩模M以及晶片W相对于投影光学***PL静止的状态下，反复进行针对晶片W的各拍摄区域的掩模图案的一并曝光。
另外，在上述的第二实施方式中，利用聚光光学***39使来自二次光源(在光学积分器OP的射出面的附近所形成的实质上的面光源)的光聚光并重叠地对掩模M进行照明。然而，并不局限于此，也可以在聚光光学***39与掩模M间的光路中，配置照明视野光阑(掩模遮帘)、和在掩模M上形成该照明视野光阑的像的成像光学***。在这种情况下，聚光光学***39，使来自二次光源的光聚光并重叠地对照明视野光阑进行照明，成像光学***使照明视野光阑的开口部(光透过部)的像形成在掩模M上。
在上述实施方式所涉及的曝光装置中，通过利用照明光学装置对掩模(母版)进行照明(照明工序)，使用投影光学***使在掩模上所形成的转印用图案曝光到感光性衬底上(曝光工序)，可以制造微型器件(半导体元件、摄像元件、液晶显示元件、薄膜磁头等)。下面，参照图13的流程图，对通过使用上述实施方式的曝光装置在作为感光性衬底的晶片等上形成规定的电路图案，而获得作为微型器件的半导体器件时的方法的一例进行说明。
首先，在图13的步骤301中，在一批的晶片上蒸镀金属膜。在下一步骤302中，在这一批的晶片上的金属膜上涂敷光致抗蚀剂。随后，在步骤303中，使用上述实施方式的曝光装置，使掩模上的图案的像通过该投影光学***，依次曝光转印到这一批的晶片的各拍摄区域。其后，在步骤304中，进行这一批晶片上的光致抗蚀剂的显影，之后，在步骤305中，通过在这一批晶片上以抗蚀剂图案为掩模而进行蚀刻，使对应于掩模上的图案的电路图案，形成于各晶片上的各拍摄区域。其后，通过进行更上一层的电路图案的形成等，制造出半导体元件等器件。根据上述的半导体器件的制造方法，可以高产出地获得具有极微细的电路图案的半导体器件。
另外，在上述实施方式的曝光装置中，通过在板件(玻璃衬底)上形成规定的图案(电路图案、电极图案等)，也可以获得作为微型器件的液晶显示元件。下面，参照图14的流程图，对此时的方法的一例进行说明。图14中，在图案形成工序401中，使用上述实施方式的曝光装置实施将掩模的图案转印曝光到感光性衬底(涂敷有抗蚀剂的玻璃衬底等)的、所谓光刻工序。利用该光刻工序，在感光性衬底上形成包括多个电极等的规定图案。其后，曝光后的衬底经过显影工序、蚀刻工序、抗蚀剂剥离工序等各工序，而在衬底上形成规定的图案，并转移到接下来的滤色片形成工序402。
接下来，在滤色片形成工序402中，将对应于R(Red)、G(Green)、B(Blue)的三个点的组以矩阵状排列多个，或形成将R、G、B三个条状滤光片的组沿水平扫描线方向排列多个的滤色片。然后，在滤色片形成工序402后，实施单元组装工序403。在单元组装工序403中，使用在图案形成工序401中所获得的具有规定图案的衬底，以及在滤色片形成工序402中所获得的滤色片等，组装液晶板(液晶单元)。
在单元组装工序403中，例如在由图案形成工序401获得的具有规定图案的衬底、以及由滤色片形成工序402获得的滤色片之间注入液晶，制造液晶板(液晶单元)。其后，在模块组装工序404中，安装用于使组装后的液晶板(液晶单元)进行显示动作的电路、背光源等各部件，从而完成液晶显示元件。根据上述的液晶显示元件的制造方法，可以高产出地获得具有极微细的电路图案的液晶显示器件。
此外，上述的实施方式中，虽然将本发明应用于在照明光学装置中使对被照射面进行照明的照明光均匀化的光学积分器，但并不局限于此，也可对一般的波阵面分割型的光学积分器应用本发明。另外，在上述的实施方式中，虽然在曝光装置中，对照明掩模的照明光学装置应用了本发明，但并不局限于此，对照明掩模以外的被照射面的一般的照明光学装置也可应用本发明。

Claims (34)

1.一种波阵面分割型的光学积分器，其特征在于，具备：
并列配置的多个第一聚光元件；与该多个第一激光元件对应地并列配置的多个第二聚光元件；以及在上述多个第一聚光元件与上述多个第二聚光元件之间的光路中配置的中继光学***；
上述中继光学***将通过上述多个第一聚光元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二聚光元件上或其附近，使得上述多个第一聚光元件的一个与上述多个第二聚光元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。
2.如权利要求1所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件以及上述多个第二聚光元件的至少一者，关于彼此正交的两个方向具有互不相同的焦距。
3.如权利要求1或2所述的光学积分器，其特征在于，上述中继光学***在互不相同的两个方向上具有互不相同的物像间距离。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述中继光学***在互不相同的两个方向上具有互不相同的焦距。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述第一聚光元件的光学面的外形形状与上述第二聚光元件的光学面的外形形状互不相同。
6.如权利要求1至5的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件的每一个和上述多个第二聚光元件的每一个分别为正单透镜。
7.如权利要求1至5的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件的每一个和上述多个第二聚光元件的每一个分别为凹面反射镜。
8.如权利要求7所述的光学积分器，其特征在于，上述中继光学***为凹面反射镜。
9.如权利要求8所述的光学积分器，其特征在于，入射到上述第一聚光元件、上述第二聚光元件以及上述中继光学***的光的入射角，在20度以内。
10.如权利要求1至7的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述中继光学***为正单透镜或凹面反射镜。
11.如权利要求1至10的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件的每一个具有圆弧状的外形形状。
12.如权利要求1至10的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件的每一个具有矩形的外形形状。
13.如权利要求1至12的任意一项所述的光学积分器，其特征在于，上述多个第一聚光元件的并列配置方式与上述多个第二聚光元件的并列配置方式互不相同。
14.一种照明光学装置，基于来自光源的光对被照射面进行照明，其特征在于，
具备在上述光源与上述被照射面间的光路中所配置的如权利要求1至权利要求13的任意一项所述的光学积分器。
15.如权利要求14所述的照明光学装置，其特征在于，还具备可变装置，该可变装置改变由上述光学积分器形成的二次光源的大小以及形状中的至少一者。
16.如权利要求14或15所述的照明光学装置，其特征在于，上述光学积分器的上述多个第一聚光元件与上述被照射面配置成在光学上大致共轭。
17.如权利要求14至16的任意一项所述的照明光学装置，其特征在于，具备导光光学***，该导光光学***配置在上述光学积分器与上述被照射面间的光路中，用于将来自上述多个第二聚光元件的每一个的光重叠地导向上述被照射面。
18.一种曝光装置，其特征在于，具备权利要求14至17的任意一项所述的照明光学装置，将配置于上述被照射面的掩模的图案曝光到感光性衬底上。
19.如权利要求18所述的曝光装置，其特征在于，具备用于在上述感光性衬底上形成上述掩模的图案像的投影光学***，通过使上述掩模以及上述感光性衬底相对于上述投影光学***进行相对移动，将上述掩模的图案投影曝光到上述感光性衬底上。
20.一种曝光方法，其特征在于，通过权利要求14至17的任意一项所述的照明光学装置对配置于上述被照射面的掩模进行照明，将上述掩模的图案曝光到感光性衬底上。
21.如权利要求20所述的曝光方法，其特征在于，通过使上述掩模以及上述感光性衬底相对于投影光学***进行相对移动，使上述掩模的图案投影曝光到上述感光性衬底上，该投影光学***用于在上述感光性衬底上形成上述掩模的图案像。
22.一种波阵面分割型的光学积分器，其特征在于，具备：
并列配置的多个第一反射镜元件；与该多个第一反射镜元件对应地并列配置的多个第二反射镜元件；以及在上述多个第一反射镜元件与上述多个第二反射镜元件之间的光路中配置的中继反射镜；
上述中继反射镜将通过上述多个第一反射镜元件的一个而聚光的光再次聚光在对应的第二反射镜元件上或其附近，使得上述多个第一反射镜元件的一个与上述多个第二反射镜元件的一个具有分别一对一对应的成像关系。
23.如权利要求22所述的光学积分器，其特征在于，上述中继反射镜的反射面的曲率中心，存在于上述第一反射镜元件与上述中继反射镜之间或存在于上述第二反射镜元件与上述中继反射镜之间。
24.如权利要求22或23所述的光学积分器，其特征在于，入射到上述第一反射镜元件、上述第二反射镜元件以及上述中继反射镜的光的入射角在20度以内。
25.一种波阵面分割型的光学积分器，其特征在于，具备：
并列配置的多个第一反射镜元件；与该多个第一反射镜元件对应地并列配置的多个第二反射镜元件；以及在上述多个第一反射镜元件与上述多个第二反射镜元件之间的光路中配置的中继反射镜；
入射到上述第一反射镜元件、上述第二反射镜元件以及上述中继反射镜的光的入射角在20度以内。
26.一种照明光学装置，基于来自光源的光对被照射面进行照明，其特征在于，
具备在上述光源与上述被照射面之间的光路中所配置的如权利要求22至25的任意一项所述的光学积分器。
27.如权利要求26所述的照明光学装置，其特征在于，还具备可变装置，该可变装置改变由上述光学积分器形成的二次光源的大小以及形状中的至少一者。
28.如权利要求26或27所述的照明光学装置，其特征在于，上述光学积分器的上述多个第一聚光元件与上述被照射面配置成在光学上大致共轭。
29.如权利要求26至28的任意一项所述的照明光学装置，其特征在于，具备导光光学***，该导光光学***配置在上述光学积分器与上述被照射面间的光路中，用于将来自上述多个第二反射镜元件的每一个的光重叠地导向上述被照射面。
30.一种曝光装置，其特征在于，具备权利要求26至29的任意一项所述的照明光学装置，将配置于上述被照射面的掩模的图案曝光到感光性衬底上。
31.如权利要求30所述的曝光装置，其特征在于，具备用于在上述感光性衬底上形成上述掩模的图案像的投影光学***，通过使上述掩模以及上述感光性衬底相对于上述投影光学***进行相对移动，将上述掩模的图案投影曝光到上述感光性衬底上。
32.一种曝光方法，通过权利要求26至29的任意一项所述的照明光学装置，对配置于上述被照射面的掩模进行照明，将上述掩模的图案曝光到感光性衬底上。
33.如权利要求32所述的曝光方法，其特征在于，通过使上述掩模以及上述感光性衬底相对于投影光学***进行相对移动，使上述掩模的图案投影曝光到上述感光性衬底上，该投影光学***用于在上述感光性衬底上形成上述掩模的图案像。
34.一种器件制造方法，其特征在于，包括：
曝光工序，使用权利要求18、19、30或31所述的曝光装置，将上述规定的图案曝光到上述感光性衬底上；以及
显影工序，将经过了上述曝光工序的上述感光性衬底显影。
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