JP2005236088A - Illuminating optical device, aligner, and exposure method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing a microdevice such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process. It is about.
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ(またはマイクロフライアイレンズ)を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳面に形成される所定の光強度分布)を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。 In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source passes through a fly-eye lens (or micro fly-eye lens) as an optical integrator, and is used as a substantial surface light source composed of a number of light sources. A next light source (generally, a predetermined light intensity distribution formed on the illumination pupil plane) is formed. The light beam from the secondary light source is limited through an aperture stop disposed in the vicinity of the rear focal plane of the fly-eye lens, and then enters the condenser lens.
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光(転写)される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。 The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や4極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。 Therefore, a circular secondary light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens, and the size thereof is changed to change the illumination coherency σ (σ value = aperture aperture diameter / projection optical system pupil diameter, or σ Attention has been focused on a technique of changing the value = the exit numerical aperture of the illumination optical system / the incident numerical aperture of the projection optical system. Further, attention has been focused on a technique for forming an annular or quadrupolar secondary light source on the rear focal plane of the fly-eye lens to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system.
上述のような従来の露光装置では、マスクのパターン特性に応じて、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明を行ったり、輪帯状や4極状の二次光源に基づく変形照明(輪帯照明や4極照明)を行ったりしている。しかしながら、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができなかった。 In the conventional exposure apparatus as described above, normal circular illumination based on a circular secondary light source is performed according to the pattern characteristics of the mask, or modified illumination based on a ring-shaped or quadrupolar secondary light source (ring Band lighting and quadrupole lighting). However, it is possible to realize a variety of illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as the shape, light intensity, and polarization state of the secondary light source. There wasn't.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば露光装置に搭載された場合に、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, when mounted on an exposure apparatus, an appropriate illumination condition necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as a secondary illumination. It is an object of the present invention to provide an illumination optical apparatus that can realize a wide variety of illumination conditions regarding the shape, light intensity, polarization state, and the like of a light source.
また、本発明は、たとえば様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention has been realized according to the pattern characteristics of the mask, using an illumination optical device that can realize appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, for example. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good exposure under appropriate illumination conditions.
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第1領域の形状と前記第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第1領域を通過する光束の偏光状態と前記第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface with the light beam from the light source,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region on the illumination pupil plane and a light intensity distribution located in the second region;
Control for changing the shape of the first region and the shape of the second region independently of each other, and the polarization state of the light beam passing through the first region and the polarization state of the light beam passing through the second region are independent of each other. There is provided an illumination optical apparatus comprising illumination pupil control means for performing control to change to
第1形態の好ましい態様によれば、前記光源からの光束を分割するための分割素子と、前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第1領域へ導くための第1光学系と、前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第2領域へ導くための第2光学系とを備えている。この場合、前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段を備えていることが好ましい。また、前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第1光学系および前記第2光学系へ導くことが好ましい。 According to a preferred aspect of the first aspect, the splitting element for splitting the light flux from the light source and one light flux split through the splitting element are guided to the first region on the illumination pupil plane. And the second optical system for guiding the other light beam split through the splitting element to the second region on the illumination pupil plane along an optical path different from that of the first optical system. And. In this case, it is preferable to include an illuminance uniforming unit that is disposed in an optical path between the light source and the splitting element to substantially uniform the illuminance distribution in the vicinity of the splitting element. In addition, it is preferable that the splitting element guides the light flux from the light source to the first optical system and the second optical system by dividing the wavefront.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子と、前記第1光束変換素子からの光束および前記第2光束変換素子からの光束に基づいて前記照明瞳面に前記照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータとを有する。また、前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域の形状を変更するための第1形状変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域の形状を変更するための第2形状変更手段とを有することが好ましい。 According to a preferred aspect of the first aspect, the illumination pupil forming means is a first for converting the incident light beam arranged in the optical path of the first optical system into a light beam corresponding to the first region. A light beam conversion element, a second light beam conversion element disposed in the optical path of the second optical system for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the second region, and a light beam from the first light beam conversion element And an optical integrator for forming the illumination pupil distribution on the illumination pupil plane based on the light flux from the second light flux conversion element. The illumination pupil control means is arranged in the optical path of the first optical system and is arranged in the optical path of the second optical system, and first shape changing means for changing the shape of the first region. And second shape changing means for changing the shape of the second region.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1アキシコン系を有し、前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2アキシコン系を有し、前記第1アキシコン系および前記第2アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとをそれぞれ有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成されている。この場合、前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1変倍光学系を有し、前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2変倍光学系を有することが好ましい。 Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the first shape changing means has a first axicon system disposed in an optical path between the first light flux conversion element and the optical integrator, The two shape changing means has a second axicon system disposed in an optical path between the second light flux conversion element and the optical integrator, and the first axicon system and the second axicon system have a concave cross section. A first prism having a refracting surface, and a second prism having a refracting surface with a convex cross section formed substantially complementary to the refracting surface with the concave cross section of the first prism, The distance from the second prism is variable. In this case, the first shape changing unit includes a first variable magnification optical system disposed in an optical path between the first light beam conversion element and the optical integrator, and the second shape changing unit includes the first shape changing unit, It is preferable to have a second variable magnification optical system disposed in the optical path between the second light flux conversion element and the optical integrator.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第1偏光状態変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第2偏光状態変更手段とを有する。この場合、前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材を有し、前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材を有することが好ましい。また、前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子を有し、前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子を有することが好ましい。 According to a preferred aspect of the first aspect, the illumination pupil control means is a first polarization for changing the polarization state of a light beam that is disposed in the optical path of the first optical system and passes through the first region. State changing means and second polarization state changing means for changing the polarization state of a light beam that is disposed in the optical path of the second optical system and passes through the second region. In this case, the first polarization state changing unit includes a first phase member that is arranged in the optical path of the first optical system and changes the polarization direction of the incident linearly polarized light as necessary. The bi-polarization state changing means preferably has a second phase member that is arranged in the optical path of the second optical system and changes the polarization direction of the linearly polarized light that is incident as necessary. The first polarization state changing means is configured to be detachable with respect to the optical path of the first optical system, and has a first depolarization element for depolarizing incident light as necessary. The second polarization state changing means includes a second depolarization element configured to be detachable from the optical path of the second optical system and depolarizing incident light as necessary. It is preferable.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子とを備え、前記第1偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子とを備え、前記第2偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第2光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子とを備えている。 According to a preferred aspect of the first aspect, the illumination pupil forming means is a first for converting the incident light beam arranged in the optical path of the first optical system into a light beam corresponding to the first region. The first polarization state changing means, comprising: a light beam conversion element; and a second light beam conversion element disposed in the optical path of the second optical system for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the second region. Includes a first phase member arranged in an optical path between the splitting element and the first light flux conversion element for changing a polarization direction of incident linearly polarized light as necessary, the splitting element, and the first A first depolarizing element that is detachably disposed in the optical path between the light flux converting element and depolarizes incident light as necessary, and the second polarization state changing means includes: , In the optical path between the splitting element and the second light flux converting element A second phase member for changing the polarization direction of the linearly polarized light that is placed and incident, if necessary, and removably disposed in the optical path between the splitting element and the first light beam conversion element. A second depolarizing element for depolarizing incident light as necessary is provided.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第1領域を通過する光束の光強度を変更するための第1光強度変更手段と、前記第2領域を通過する光束の光強度を変更するための第2光強度変更手段とを有する。この場合、前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路中に配置され、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路中に配置されていることが好ましい。また、この場合、前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有し、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有することが好ましい。 Further, according to a preferred aspect of the first aspect, the illumination pupil control means passes through the second area and first light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam passing through the first area. Second light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam. In this case, it is preferable that the first light intensity changing unit is disposed in the optical path of the first optical system, and the second light intensity changing unit is disposed in the optical path of the second optical system. In this case, the first light intensity changing means has at least one dimming means that can be selectively inserted into and removed from the optical path of the first optical system, and the second light intensity changing means is the first light intensity changing means. It is preferable to have at least one dimming means that can be selectively inserted into and removed from the optical path of the two optical systems.
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1光束変換素子および前記第2光束変換素子は光路に対してそれぞれ交換可能に構成されている。また、前記第1領域は前記照明瞳面上において光軸を含む領域であり、前記第2領域は前記照明瞳面上において前記光軸から離れた領域であることが好ましい。この場合、前記第2領域は輪帯状または複数極状であることが好ましい。また、前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系をさらに備えていることが好ましい。 According to a preferred aspect of the first aspect, the first light flux conversion element and the second light flux conversion element are configured to be interchangeable with respect to the optical path. The first region is preferably a region including an optical axis on the illumination pupil plane, and the second region is a region away from the optical axis on the illumination pupil plane. In this case, the second region is preferably ring-shaped or multipolar. It is preferable that the optical system further includes a light guide optical system for guiding the light beam from the optical integrator to the irradiated surface.
本発明の第2形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記照明瞳形成手段は、
前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第1領域へ導くための第1光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第2領域へ導くための第2光学系と、
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、
前記第1光学系は、入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子を備え、
前記第2光学系は、入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the second embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface with the light beam from the light source,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region on the illumination pupil plane and a light intensity distribution located in the second region;
The illumination pupil forming means includes
A splitting element disposed in an optical path between the light source and the illumination pupil plane;
A first optical system for guiding one light beam divided through the dividing element to a first region on the illumination pupil plane;
A second optical system for guiding the other light beam split through the splitting element to a second region on the illumination pupil plane along an optical path different from that of the first optical system;
A combining element disposed in an optical path between the dividing element and the illumination pupil plane for combining the optical axis of the first optical system and the optical axis of the second optical system;
The first optical system includes a first light beam conversion element for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the first region,
The second optical system includes an illumination optical apparatus including a second light beam conversion element for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the second region.
第2形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第1光学系および前記第2光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第3領域へ導くための第3光学系をさらに備えている。 According to a preferred aspect of the second form, the illumination pupil forming means causes the illumination pupil plane to split the light beam split through the splitting element along an optical path different from that of the first optical system and the second optical system. A third optical system for guiding to the third region above is further provided.
本発明の第3形態では、マスクを照明するための第1形態または第2形態の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることが好ましい。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to the first or second aspect for illuminating a mask, and exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate. . In this case, the image forming apparatus further includes a projection optical system for forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate, and the pupil plane of the illumination optical device is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system. Preferably it is.
本発明の第4形態では、第1形態または第2形態の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。この場合、前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることが好ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, the method includes an illumination step of illuminating a mask using the illumination optical apparatus of the first or second aspect, and an exposure step of exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate. An exposure method is provided. In this case, the exposure step includes a projection step of forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate using a projection optical system, and the pupil plane of the illumination optical device is a pupil position of the projection optical system. It is preferable that it is positioned almost conjugate with.
本発明の照明光学装置では、たとえば回折光学素子のような光束変換素子やマイクロフライアイレンズのようなオプティカルインテグレータなどの作用により、照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布、たとえば5極状の二次光源を形成する。そして、たとえばアキシコン系や変倍光学系などの作用により、第1領域の形状と第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御を行う。また、たとえば1/2波長板のような位相部材やデポラライザ(偏光解消素子)などの作用により、第1領域を通過する光束の偏光状態と第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行う。 In the illumination optical apparatus according to the present invention, for example, the light intensity distribution and the second position located in the first region on the illumination pupil plane are obtained by the action of a light beam conversion element such as a diffractive optical element or an optical integrator such as a micro fly's eye lens. An illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the region, for example, a pentapolar secondary light source is formed. And control which changes the shape of the 1st field and the shape of the 2nd field mutually independently by operation of an axicon system, a variable magnification optical system, etc., for example is performed. Further, for example, the polarization state of the light beam passing through the first region and the polarization state of the light beam passing through the second region are made independent of each other by the action of a phase member such as a half-wave plate or a depolarizer (depolarization element). Control to change to.
したがって、たとえば露光装置に本発明の照明光学装置を搭載した場合、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。 Therefore, for example, when the illumination optical apparatus of the present invention is mounted on an exposure apparatus, appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as the shape, light intensity, and polarization state of the secondary light source A variety of lighting conditions can be realized. In addition, in the exposure apparatus and exposure method using the illumination optical apparatus of the present invention, it is possible to realize appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics. Accordingly, it is possible to perform good exposure under appropriate illumination conditions realized accordingly, and thus it is possible to manufacture a good device with high throughput.
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。また、図2は、図1における制御ユニットの内部構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板であるウェハWの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハWの面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view schematically showing the overall configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the internal configuration of the control unit in FIG. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate, the Y axis in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, and the plane of the wafer W in FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface.
図1を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源1を備えている。光源1として、たとえば248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザ光源や193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源1から+Z方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ2aおよび2bからなるビームエキスパンダー2に入射する。各レンズ2aおよび2bは、図1の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。
Referring to FIG. 1, the exposure apparatus of this embodiment includes a
したがって、ビームエキスパンダー2に入射した光束は、図1の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダー2を介したほぼ平行な光束は、ミラー3で+Y方向に偏向された後、制御ユニット5へ導かれる。なお、ミラー3は、ミラー駆動部4の作用により光軸AXに対して傾動可能に構成されている。ミラー駆動部4は、後述する検出器19aおよび19bからの信号に基づいて、ミラー3の傾動を制御する。
Accordingly, the light beam incident on the
図2を参照すると、本実施形態の制御ユニット5へ導かれた光束は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正レンズエレメントからなるフライアイレンズ11に入射する。フライアイレンズ11に入射した光束は、多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍に多数の光源を形成する。フライアイレンズ11の後側焦点面またはその近傍に形成された多数光源からの光束は、コンデンサーレンズ12を介して集光された後、その後側焦点位置またはその近傍にほぼ均一な照度分布を有する照野を形成する。
Referring to FIG. 2, the light beam guided to the
コンデンサーレンズ12の後側焦点位置またはその近傍には、分割素子としての直角プリズム13が配置されている。したがって、コンデンサーレンズ12を介して直角プリズム13に入射した光束のうち、その第1反射面13aに入射した光束は−Z方向に反射されて第1光学系へ導かれ、その第2反射面13bに入射した光束は+Z方向に反射されて第2光学系へ導かれる。第1光学系と第2光学系とは基本的に同じ構成を有するが、後述する回折光学素子20の特性だけが互いに相違している。
A right-
そこで、図2において、第1光学系を構成する要素には参照番号に符号「a」を添付し、第2光学系を構成する対応要素には同じ参照番号に符号「b」を添付している。以下、第1光学系および第2光学系の構成および作用の説明に際して、第2光学系の対応する参照符号などを括弧内に記している。第1光学系(第2光学系)へ導かれた光束は、リレーレンズ14a(14b)を介して、ビームスプリッター15a(15b)に入射する。ビームスプリッター15a(15b)で+Y方向に反射された大部分の光束は、リレーレンズ16a(16b)を介して、偏光状態変更部17a(17b)に入射する。
Therefore, in FIG. 2, a reference numeral “a” is attached to an element constituting the first optical system, and a reference numeral “b” is attached to the same reference numeral for a corresponding element constituting the second optical system. Yes. Hereinafter, in the description of the configurations and operations of the first optical system and the second optical system, reference numerals corresponding to the second optical system are indicated in parentheses. The light beam guided to the first optical system (second optical system) enters the
偏光状態変更部17a(17b)は、光源側から順に、光路に対して挿脱可能に構成された1/4波長板17aa(17ba)と、光路に対して挿脱可能に構成された1/2波長板17ab(17bb)と、光路に対して挿脱可能に構成されたデポラライザ(非偏光化素子)17ac(17bc)とにより構成されている。なお、偏光状態変更部17a(17b)の詳細な構成および作用については後述する。
The polarization
一方、ビームスプリッター15a(15b)を透過した光束は、リレーレンズ18a(18b)を介して検出器19a(19b)に達する。ここで、コンデンサーレンズ12の後側焦点位置と検出器19a(19b)の検出面とは、リレーレンズ14a(14b)およびリレーレンズ18a(18b)を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。こうして、リレーレンズ18a(18b)および検出器19a(19b)は、第1光学系(第2光学系)へ導かれた光束の光量(光強度)を検出し、ひいては直角プリズム13における光量分割比を検出するための光量検出系を構成している。
On the other hand, the light beam transmitted through the
検出器19a(19b)の出力信号は、ミラー駆動部4に供給される。ミラー駆動部4は、上述したように、検出器19aおよび19bからの信号に基づいてミラー3を所定角度だけ傾動させ、直角プリズム13の近傍に形成される照野を光軸直交方向(Z方向に)に平行移動させる。換言すると、ミラー駆動部4からの指令に基づくミラー3の傾動により、直角プリズム13における光量分割比が変化し、ひいては第1光学系へ導かれる光束の光量(光強度)と第2光学系へ導かれる光束の光量(光強度)との比が変化する。
The output signal of the
偏光状態変更部17a(17b)を通過した光束は、回折光学素子20a(20b)を介して、アフォーカルレンズ21a(21b)に入射する。ここで、直角プリズム13の反射面13a(13b)と回折光学素子20a(20b)とは、リレーレンズ14a(14b)およびリレーレンズ16a(16b)を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。また、アフォーカルレンズ21a(21b)は、その前側焦点位置と回折光学素子20a(20b)の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面22a(22b)の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)である。
The light beam that has passed through the polarization
一般に、回折光学素子は、基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、第1光学系の光路中に配置された第1回折光学素子20aは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。一方、第2光学系の光路中に配置された第2回折光学素子20bは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に4極状の光強度分布を形成する機能を有する。
In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the first diffractive
したがって、光束変換素子としての回折光学素子20a(20b)に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ21a(21b)の瞳面またはその近傍に円形状(4極状)の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ21a(21b)から射出される。なお、アフォーカルレンズ21a(21b)の前側レンズ群21aa(21ba)と後側レンズ群21ab(21bb)との間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系23a(23b)が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。
Accordingly, the substantially parallel light beam incident on the diffractive
以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系23a(23b)の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。アフォーカルレンズ21a(21b)を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ24a(24b)およびリレーレンズ25a(25b)を介して、第1光学系(第2光学系)から射出される。第1光学系および第2光学系からそれぞれ射出された光束は、集光光学系26を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)6に入射する。
Hereinafter, in order to simplify the description, the basic configuration and operation will be described ignoring the operation of the
なお、制御ユニット5において、フライアイレンズ11の入射面と、直角プリズム13の反射面13a(13b)と、検出器19a(19b)の検出面と、回折光学素子20a(20b)と、所定面22a(22b)と、リレーレンズ25a(25b)の後側焦点面(あるいは集光光学系26の前側焦点面)とが光学的にほぼ共役になっている。また、フライアイレンズ11の後側焦点面(あるいは射出面)と、ビームスプリッター15a(15b)と、円錐アキシコン系23a(23b)と、ズームレンズ24a(24b)の後側焦点面(あるいはリレーレンズ25a(25b)の前側焦点面)とが光学的にほぼ共役になっている。
In the
マイクロフライアイレンズ6は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。 The micro fly's eye lens 6 is an optical element composed of a large number of micro lenses having positive refractive power, which are arranged vertically and horizontally and densely, for example. In general, a micro fly's eye lens is configured by, for example, performing etching treatment on a plane-parallel plate to form a micro lens group. Here, each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is formed integrally with a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) without being isolated from each other.
しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、所定面22a(22b)の位置はズームレンズ24a(24b)の前側焦点位置またはその近傍に配置され、ズームレンズ24a(24b)の後側焦点位置とリレーレンズ25a(25b)の前側焦点位置とはほぼ一致している。さらに、リレーレンズ25a(25b)の後側焦点位置は集光光学系26の前側焦点面またはその近傍に配置され、集光光学系26の後側焦点位置またはその近傍にマイクロフライアイレンズ6の入射面が配置されている。
However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. The position of the
換言すると、ズームレンズ24a(24b)とリレーレンズ25a(25b)と集光光学系26とは、所定面22a(22b)とマイクロフライアイレンズ6の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ21a(21b)の瞳面とマイクロフライアイレンズ6の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ6の入射面上には、第1光学系中の第1アフォーカルレンズ21aの瞳面またはその近傍に形成される円形状の光強度分布と、第2光学系中の第2アフォーカルレンズ21bの瞳面またはその近傍に形成される4極状の光強度分布との合成からなる5極状の照野が形成される。この5極状の照野の全体形状は、ズームレンズ24a(24b)の焦点距離に依存して相似的に変化する。
In other words, the
マイクロフライアイレンズ6を構成する各微小レンズは、マスクM上において形成すべき照野の形状(ひいてはウェハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する。マイクロフライアイレンズ6に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍に(ひいては照明瞳面に)、マイクロフライアイレンズ6の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち図3に示すように例えば光軸AXを中心とした円形状の実質的な面光源40aと、例えば光軸AXに関して対称的に配置された4つの円弧状の実質的な面光源40b1〜40b4とからなる5極状の二次光源40が形成される。
Each microlens constituting the micro fly's eye lens 6 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure region to be formed on the wafer W). A light beam incident on the micro fly's eye lens 6 is two-dimensionally divided by a large number of minute lenses, and is formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 6 on the rear focal plane or in the vicinity thereof (and on the illumination pupil plane). A secondary light source having almost the same light intensity distribution as that of the illumination field, that is, a substantially planar
マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面またはその近傍に形成された5極状の二次光源(照明瞳分布)からの光束は、ビームスプリッター7aおよびコンデンサー光学系8を介した後、マスクブラインド9を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド9には、マイクロフライアイレンズ6を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、ビームスプリッター7aを内蔵する偏光モニター7の内部構成および作用については後述する。マスクブラインド9の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系10の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。
A light beam from a quinpole secondary light source (illumination pupil distribution) formed on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 6 or in the vicinity thereof passes through a
すなわち、結像光学系10は、マスクブラインド9の矩形状開口部の像をマスクM上に形成することになる。マスクステージMSにより保持されたマスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、ウェハステージWSにより保持されたウェハ(感光性基板)W上にマスクパターンの像を形成する。ここで、マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面またはその近傍の照明瞳面は、投影光学系PLの瞳位置とほぼ共役に位置決めされている。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。
That is, the imaging
なお、偏光状態変更部17a(17b)において、1/4波長板17aa(17ba)は、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。また、1/2波長板17ab(17bb)は、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デポラライザ17ac(17bc)は、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
In the polarization
光源1としてKrFエキシマレーザ光源やArFエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には95%以上の偏光度を有し、1/4波長板17aa(17ba)にはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源1と偏光状態変更部17a(17b)との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がP偏光面またはS偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
When a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as the
偏光状態変更部17a(17b)では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、1/4波長板17aa(17ba)の作用により変換された直線偏光の光が1/2波長板17ab(17bb)に入射する。1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板17ab(17bb)に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。
In the polarization
また、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板17ab(17bb)に入射した直線偏光の光は偏光面が90度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ17ac(17bc)の水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換(非偏光化)される。 Further, when the crystal optical axis of the half-wave plate 17ab (17bb) is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that is incident, the light enters the half-wave plate 17ab (17bb). The linearly polarized light is converted into linearly polarized light whose polarization plane is changed by 90 degrees. Further, when the crystal optical axis of the crystal prism of the depolarizer 17ac (17bc) is set to form an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the linearly polarized light incident on the crystal prism is not polarized. It is converted (unpolarized) into state light.
偏光状態変更部17a(17b)では、デポラライザ17ac(17bc)が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して22.5度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板17ab(17bb)に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が90度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
In the polarization
偏光状態変更部17a(17b)では、上述したように、直線偏光の光が1/2波長板17ab(17bb)に入射するが、以下の説明を簡単にするために、図2においてZ方向に偏光方向(電場の方向)を有する直線偏光(以下、「Z方向偏光」と称する)の光が1/2波長板17ab(17bb)に入射するものとする。デポラライザ17ac(17bc)を照明光路中に位置決めした場合、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面(偏光方向)に対して0度または90度の角度をなすように設定すると、1/2波長板17ab(17bb)に入射したZ方向偏光の光は偏光面が変化することなくZ方向偏光のまま通過してデポラライザ17ac(17bc)の水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したZ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
In the polarization
水晶プリズムを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子20a(20b)に入射する。一方、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定すると、1/2波長板17ab(17bb)に入射したZ方向偏光の光は偏光面が90度だけ変化し、図2においてX方向に偏光方向(電場の方向)を有する直線偏光(以下、「X方向偏光」と称する)の光になってデポラライザ17ac(17bc)の水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するX方向偏光の偏光面に対しても45度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したX方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子20a(20b)に入射する。
The light depolarized through the quartz prism enters the diffractive
これに対し、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させた場合、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定すると、1/2波長板17ab(17bb)に入射したZ方向偏光の光は偏光面が変化することなくZ方向偏光のまま通過し、Z方向偏光状態で回折光学素子20a(20b)に入射する。一方、1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定すると、1/2波長板17ab(17bb)に入射したZ方向偏光の光は偏光面が90度だけ変化してX方向偏光の光になり、X方向偏光状態で回折光学素子20a(20b)に入射する。
On the other hand, when the depolarizer 17ac (17bc) is retracted from the illumination optical path, the angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the polarization plane of the Z-direction polarization incident on the crystal optical axis of the half-wave plate 17ab (17bb) Is set such that the Z-polarized light incident on the half-wave plate 17ab (17bb) passes through the Z-polarized light without changing the polarization plane, and the diffractive
以上のように、偏光状態変更部17a(17b)では、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子20a(20b)に入射させることができる。また、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させ且つ1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定することにより、Z方向偏光状態の光を回折光学素子20a(20b)に入射させることができる。さらに、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させ且つ1/2波長板17ab(17bb)の結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度をなすように設定することにより、X方向偏光状態の光を回折光学素子20a(20b)に入射させることができる。
As described above, in the polarization
換言すれば、1/4波長板17aa(17ba)と1/2波長板17ab(17bb)とデポラライザ17ac(17bc)とからなる偏光状態変更部17a(17b)の作用により、回折光学素子20a(20b)への入射光の偏光状態を、ひいては二次光源40の円形状の面光源40a(4極状の面光源40b1〜40b4)を通過する光の偏光状態を、直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間(Z方向偏光とX方向偏光との間)で切り換えることができる。
In other words, the diffractive
また、一般的には、1/2波長板17ab(17bb)の作用により、回折光学素子20a(20b)への入射光の偏光状態を、任意方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定することもできる。さらに、偏光状態変更部17a(17b)では、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)をともに照明光路から退避させ、且つ1/4波長板17aa(17ba)の結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して所定の角度をなすように設定することにより、円偏光状態の光を回折光学素子20a(20b)に入射させることができる。
In general, the polarization state of the incident light to the diffractive
次に、円錐アキシコン系23a(23b)は、光源側から順に、光源側(光入射側)に平面を向け且つマスク側(光射出側)に凹円錐状の屈折面を向けた第1プリズム部材23aa(23ba)と、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第2プリズム部材23ab(23bb)とから構成されている。そして、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第1プリズム部材23aa(23ba)および第2プリズム部材23ab(23bb)のうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
Next, the
ここで、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系23a(23b)は平行平面板として機能し、形成される二次光源40を構成する円形状(4極状)の面光源40a(40b)に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系23a(23b)は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系23a(23b)の間隔の変化に伴って、所定面22a(22b)への入射光束の角度は変化する。
Here, when the concave conical refracting surface of the first prism member 23aa (23ba) and the convex conical refracting surface of the second prism member 23ab (23bb) are in contact with each other, the
図4は、二次光源を構成する4極状の面光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。図4を参照すると、第2光学系中の円錐アキシコン系23bの間隔が零で且つズームレンズ24bの焦点距離が最小値に設定された状態(以下、「標準状態」という)で形成された最も小さい4極状の面光源41b1〜41b4が、円錐アキシコン系23bの間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅(外接円の直径である外径と内接円の直径である内径との差の1/2:図中両方向矢印で示す)が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された4極状の面光源42b1〜42b4に変化する。換言すると、円錐アキシコン系23bの作用により、4極状の面光源の幅が変化することなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)がともに変化する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system on the quadrupole surface light source constituting the secondary light source. Referring to FIG. 4, the most formed in a state where the distance between the
一方、図示を省略するが、ズームレンズ24bの標準状態で形成された4極状の面光源は、ズームレンズ24bの焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された4極状の面光源に変化する。換言すると、ズームレンズ24bの変倍作用により、4極状の面光源40b1〜40b4の全体が相似的に拡大または縮小され、その輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ(外径)がともに変化する。同様に、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、円形状の面光源40aが相似的に拡大または縮小される。なお、第1光学系中の円錐アキシコン系23aの作用により、必要に応じて円形状の面光源40aを輪帯状の面光源に変換し、その幅(外径と内径との差の1/2)を変化させることなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)をともに変化させることもできる。
On the other hand, although not shown, the quadrupole surface light source formed in the standard state of the
図5は、5極状の二次光源に対する円錐アキシコン系とズームレンズとの協働作用を説明する図である。本実施形態では、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、図5(a)に示すように円形状の面光源を比較的小さくしたり、図5(b)に示すように円形状の面光源を比較的大きくしたりすることができる。また、第2光学系中の円錐アキシコン系23bとズームレンズ24bとの協働作用により、大きさ(外径)を一定に保ちつつ、図5(a)に示すように4極状の面光源の幅を比較的大きくしたり、図5(b)に示すように4極状の面光源の幅を比較的小さくしたりすることができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the cooperative action of the conical axicon system and the zoom lens with respect to the pentapolar secondary light source. In the present embodiment, the
すなわち、図5に示す例に限定されることなく、一般的に、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、4極状の面光源とは独立して円形状の面光源を相似的に拡大または縮小することができる。また、第2光学系中の円錐アキシコン系23bとズームレンズ24bとの協働作用により、円形状の面光源とは独立して、4極状の面光源の幅、輪帯比(内径/外径)、大きさ(外径)などの形状パラメータを変化させることができる。さらに、必要に応じて、第1光学系中の円錐アキシコン系23aとズームレンズ24aとの協働作用により、円形状の面光源を輪帯状の面光源に変換し、その幅、輪帯比(内径/外径)、大きさ(外径)などの形状パラメータを変化させることができる。
That is, without being limited to the example shown in FIG. 5, generally, a circular surface light source is used independently of a quadrupole surface light source by the zooming action of the
図6は、図1の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。図6を参照すると、偏光モニター7は、マイクロフライアイレンズ6とコンデンサー光学系8との間の光路中に配置された第1ビームスプリッター7aを備えている。第1ビームスプリッター7aは、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板(すなわち素ガラス)の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing an internal configuration of the polarization monitor of FIG. Referring to FIG. 6, the
第1ビームスプリッター7aにより光路から取り出された光は、第2ビームスプリッター7bに入射する。第2ビームスプリッター7bは、第1ビームスプリッター7aと同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第1ビームスプリッター7aに対するP偏光が第2ビームスプリッター7bに対するS偏光になり、且つ第1ビームスプリッター7aに対するS偏光が第2ビームスプリッター7bに対するP偏光になるように設定されている。
The light extracted from the optical path by the
また、第2ビームスプリッター7bを透過した光は第1光強度検出器7cにより検出され、第2ビームスプリッター7bで反射された光は第2光強度検出器7dにより検出される。第1光強度検出器7cおよび第2光強度検出器7dの出力は、それぞれ制御部(不図示)に供給される。制御部は、偏光状態変更部17a(17b)を構成する1/4波長板17aa(17ba)、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)を必要に応じて駆動する。
The light transmitted through the
上述のように、第1ビームスプリッター7aおよび第2ビームスプリッター7bにおいて、P偏光に対する反射率とS偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。したがって、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7aからの反射光が、例えば第1ビームスプリッター7aへの入射光の10%程度のS偏光成分(第1ビームスプリッター7aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するP偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター7aへの入射光の1%程度のP偏光成分(第1ビームスプリッター7aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するS偏光成分)とを含むことになる。
As described above, in the
また、第2ビームスプリッター7bからの反射光は、例えば第1ビームスプリッター7aへの入射光の10%×1%=0.1%程度のP偏光成分(第1ビームスプリッター7aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するS偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター7aへの入射光の1%×10%=0.1%程度のS偏光成分(第1ビームスプリッター7aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するP偏光成分)とを含むことになる。
The reflected light from the
こうして、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7aが、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第2ビームスプリッター7bの偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第1光強度検出器7cの出力(第2ビームスプリッター7bの透過光の強度に関する情報、すなわち第1ビームスプリッター7aからの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報)に基づいて、第1ビームスプリッター7aへの入射光の偏光状態(偏光度)を、ひいてはマスクMやウェハWへの照明光の偏光状態を検知することができる。
Thus, in the
また、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7aに対するP偏光が第2ビームスプリッター7bに対するS偏光になり且つ第1ビームスプリッター7aに対するS偏光が第2ビームスプリッター7bに対するP偏光になるように設定されている。その結果、第2光強度検出器7dの出力(第1ビームスプリッター7aおよび第2ビームスプリッター7bで順次反射された光の強度に関する情報)に基づいて、第1ビームスプリッター7aへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第1ビームスプリッター7aへの入射光の光量(強度)を、ひいてはマスクMへの照明光の光量を検知することができる。
The polarization monitor 7 is set so that the P-polarized light for the
こうして、偏光モニター7を用いて、第1ビームスプリッター7aへの入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスクMへの照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御部が偏光モニター7の検知結果に基づいてマスクM(ひいてはウェハW)への照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態変更部17a(17b)を構成する1/4波長板17aa(17ba)、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)を駆動調整し、マスクMへの照明光の状態を所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態に調整することができる。
In this way, the
本実施形態では、上述したように、直角プリズム13が、光源1からの光束を波面分割して第1光学系(14a〜25a)および第2光学系(14b〜25b)へ導くための分割素子を構成している。また、光源1と直角プリズム13との間の光路中には、直角プリズム13の近傍に照度分布のほぼ均一な照野を形成するための手段、すなわち直角プリズム13の近傍の照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段として、フライアイレンズ11とコンデンサーレンズ12とが配置されている。
In the present embodiment, as described above, the right-
こうして、直角プリズム13により分割された一方の光束は、回折光学素子20aを含む第1光学系(14a〜25a)およびマイクロフライアイレンズ6を介して、二次光源40の円形状の面光源(照明瞳面において光軸AXを含む第1領域に位置する光強度分布)40aを形成する。一方、直角プリズム13により分割された他方の光束は、第1光学系(14a〜25a)とは異なる光路に沿って、回折光学素子20bを含む第2光学系(14b〜25b)およびマイクロフライアイレンズ6を介して、二次光源40の4極状の面光源(照明瞳面において光軸AXから離れた第2領域に位置する光強度分布)40bを形成する。
In this way, one light beam divided by the right-
ここで、回折光学素子20a(20b)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置されて入射する光束を第1領域の円形状の面光源40a(第2領域の4極状の面光源40b)に対応する光束に変換するための第1光束変換素子(第2光束変換素子)を構成している。また、マイクロフライアイレンズ6は、第1光束変換素子としての回折光学素子20aからの光束および第2光束変換素子としての回折光学素子20bからの光束に基づいて、その後側焦点面またはその近傍(すなわち照明瞳面)に二次光源(照明瞳分布)40を形成するためのオプティカルインテグレータを構成している。
Here, the diffractive
さらに、第1光束変換素子としての回折光学素子20a、第2光束変換素子としての回折光学素子20b、およびオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ6は、円形状の面光源(すなわち照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布)40aと、4極状の面光源(すなわち照明瞳面上の第2領域に位置する光強度分布)40bとを有する二次光源(照明瞳分布)40を形成するための照明瞳形成手段を構成している。また、コンデンサー光学系8および結像光学系10は、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ6からの光束を被照射面であるマスクMへ導くための導光光学系を構成している。
Further, the diffractive
また、上述したように、第1アキシコン系としての円錐アキシコン系23aとズームレンズ(変倍光学系)24aとは、第1光学系(14a〜25a)の光路中に配置されて円形状の面光源(第1領域)40aの形状を変更するための第1形状変更手段を構成している。同様に、第2アキシコン系としての円錐アキシコン系23bとズームレンズ(変倍光学系)24bとは、第2光学系(14b〜25b)の光路中に配置されて4極状の面光源(第2領域)40bの形状を変更するための第2形状変更手段を構成している。
Further, as described above, the
さらに、上述したように、偏光状態変更部17a(17b)において、1/2波長板17ab(17bb)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材(第2位相部材)を構成している。また、デポラライザ17ac(17bc)は、第1光学系(第2光学系)の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子(第2偏光解消素子)を構成している。
Further, as described above, in the polarization
また、1/4波長板17aa(17ba)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための位相部材を構成している。こうして、偏光状態変更部17aは、第1光学系の光路中に配置されて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態を変更するための第1偏光状態変更手段を構成している。一方、偏光状態変更部17bは、第2光学系の光路中に配置されて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態を変更するための第2偏光状態変更手段を構成している。
The quarter-wave plate 17aa (17ba) is disposed in the optical path of the first optical system (second optical system) and constitutes a phase member for converting incident elliptically polarized light into linearly polarized light. doing. Thus, the polarization
また、上述したように、ミラー3、ミラー駆動部4、フライアイレンズ11、コンデンサーレンズ12、および直角プリズム13は、直角プリズム13における光量分割比を変化させ、ひいては第1光学系へ導かれて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度(光量)と第2光学系へ導かれて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度(光量)との比を変更するための光強度比変更手段を構成している。
Further, as described above, the
こうして、本実施形態では、円錐アキシコン系23aおよびズームレンズ24aを有する第1形状変更手段と、円錐アキシコン系23bおよびズームレンズ24bを有する第2形状変更手段との作用により、第1領域の円形状の面光源40aの形状と第2領域4極状の面光源40bの形状とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。また、偏光状態変更部17aを有する第1偏光状態変更手段と、偏光状態変更部17bを有する第2偏光状態変更手段との作用により、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。
Thus, in the present embodiment, the first shape changing means having the
換言すれば、第1形状変更手段と第2形状変更手段と第1偏光状態変更手段と第2偏光状態変更手段とは、第1領域の形状と第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、第1領域を通過する光束の偏光状態と第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段を構成している。さらに、本実施形態では、ミラー3、ミラー駆動部4、フライアイレンズ11、コンデンサーレンズ12、および直角プリズム13を有する光強度比変更手段の作用により、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。
In other words, the first shape changing means, the second shape changing means, the first polarization state changing means, and the second polarization state changing means change the shape of the first region and the shape of the second region independently of each other. Illumination pupil control means for performing control and control for independently changing the polarization state of the light beam passing through the first region and the polarization state of the light beam passing through the second region are configured. Further, in the present embodiment, the circular surface
以上のように、本実施形態の照明光学装置(1〜10)では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の露光装置では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。 As described above, in the illumination optical devices (1 to 10) of the present embodiment, appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, such as the shape and light intensity of the secondary light source, Various illumination conditions can be realized with respect to the polarization state and the like. In addition, since the exposure apparatus of the present invention can realize appropriate illumination conditions necessary for faithfully transferring a mask pattern having various characteristics, appropriate illumination realized according to the pattern characteristics of the mask. Good exposure can be performed under conditions.
なお、上述の実施形態では、回折光学素子20aおよび20bが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の回折光学素子と交換可能に構成されている。したがって、第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、たとえば2極照明用(8極照明用)の回折光学素子を光路中に設定することによって、3極(9極)照明を行うことができる。また、第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、たとえば輪帯照明用の回折光学素子を光路中に設定することによって、変形輪帯照明を行うことができる。
In the above-described embodiment, the diffractive
また、第1光学系中の円形照明用の回折光学素子20aに代えて、たとえば4極照明用の回折光学素子20bを光路中に設定することによって、8極照明を行うことができる。同様に、第1光学系中の円形照明用の回折光学素子20aや第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、適当な特性を有する回折光学素子を光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。さらに、4極照明用の回折光学素子20bを光路から退避させて円形照明を行ったり、円形照明用の回折光学素子20aを光路から退避させて4極照明を行ったりすることもできる。
Further, instead of the diffractive
また、上述の実施形態では、直角プリズム13により分割された一方の光束が第1光学系(14a〜25a)へ導かれ、直角プリズム13により分割された他方の光束が第2光学系(14b〜25b)へ導かれている。しかしながら、これに限定されることなく、分割素子を介して分割された光束を第1光学系および第2光学系とは異なる光路に沿って第3光学系を介して照明瞳面上の第3領域へ導く構成も可能である。
たとえば、第1光学系(14a〜25a)によって照明瞳面上の第1領域内に、図3に示した面光源40aを形成し、第2光学系(14b〜25b)によって照明瞳面上の第2領域内に、図3に示した面光源40b1,40b4を形成し、これら第1光学系および第2光学系とは異なる第3光学系(不図示)によって照明瞳面上の第3領域内に、図3に示した面光源40b2,40b3を形成する構成として、面光源40aに達する光束の偏光状態を非偏光、X方向偏光またはZ方向偏光に設定し、面光源40b1,40b4に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光に設定し、面光源40b2,40b3に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光(面光源40b1,40b4に達する光束の偏光方向とは直交する方向に偏光面を持つ直線偏光)に設定することもできる。
In the above-described embodiment, one light beam divided by the right-
For example, the
図7は、本実施形態の第1変形例にかかる制御ユニットの構成を概略的に示す図である。第1変形例の制御ユニット50は、図2に示す実施形態の制御ユニット5と類似の構成を有する。しかしながら、第1変形例では、ズームレンズ24aおよび24bとマイクロフライアイレンズ6との間の構成だけが、図2の実施形態と相違している。以下、図2の実施形態との相違点に着目して、第1変形例の制御ユニット50の構成および作用を説明する。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a control unit according to the first modification of the present embodiment. The
図7を参照すると、第1変形例の制御ユニット50では、ズームレンズ24aを介して第1光学系(14a〜24a)から射出された光束が、偏向部材としての直角プリズム(あるいは折り曲げミラー)27により+Z方向に反射される。直角プリズム27により+Z方向に反射された光束は、リレーレンズ系28を介して、第2光学系の光軸上に配置された偏向部材としての直角プリズム(あるいは折り曲げミラー)29に入射する。直角プリズム29により+Y方向に反射された第1光学系からの光束は、リレーレンズ系30を介して、マイクロフライアイレンズ6に達する。
Referring to FIG. 7, in the
一方、ズームレンズ24bを介して第2光学系(14b〜24b)から射出された光束は、直角プリズム29に遮られることなく、リレーレンズ系30を介して、マイクロフライアイレンズ6に達する。なお、第1変形例では、円錐アキシコン系23a(23b)と、直角プリズム27の反射面と、直角プリズム29の反射面と、マイクロフライアイレンズ6の入射面とが、光学的にほぼ共役になっている。また、所定面22a(22b)と、リレーレンズ系28の瞳面と、リレーレンズ系30の瞳面と、マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面(あるいは射出面)とが、光学的にほぼ共役になっている。
On the other hand, the light beam emitted from the second optical system (14 b to 24 b) via the
そして、直角プリズム27と29とは、分割素子である直角プリズム13と照明瞳面であるマスクMとの間の光路中に配置されて、第1光学系(14a〜24a)の光軸と前記第2光学系(14b〜24b)の光軸とを合成するための合成素子を構成している。第1変形例においても上述の実施形態と同様に、第1領域の円形状の面光源40aの形状と第2領域4極状の面光源40bの形状とを互いに独立に変更する制御、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御、および第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。
The right-
図8は、本実施形態の第2変形例にかかる制御ユニットの要部構成を概略的に示す図である。第2変形例の制御ユニット51は、図2に示す実施形態の制御ユニット5および第1変形例の制御ユニット50と類似の要部構成を有する。しかしながら、第2変形例では、ミラー3と偏光状態変更部17aおよび17bとの間の構成が、図2の実施形態および第1変形例と相違している。以下、図2の実施形態および第1変形例との相違点に着目して、第2変形例の制御ユニット51の構成および作用を説明する。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a main configuration of a control unit according to a second modification of the present embodiment. The
図8を参照すると、第2変形例の制御ユニット51では、ミラー3により+Y方向に反射された光束が、ビームスプリッター31に入射する。ビームスプリッター31により−Z方向に反射されて第1光学系へ導かれた光束は、折り曲げミラー32により+Y方向に反射された後、少なくとも1つの減光フィルター33aを介して、偏光状態変更部17aに達する。一方、ビームスプリッター31を透過して第2光学系へ導かれた光束は、少なくとも1つの減光フィルター33bを介して、偏光状態変更部17bに達する。偏光状態変更部17aおよび17bよりも後側(マイクロフライアイレンズ6側)の構成は、図2の実施形態または第1変形例と同じである。
Referring to FIG. 8, in the
ここで、減光フィルター33aおよび減光フィルター33bが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の減光フィルターと交換可能に構成されている。すなわち、減光フィルター33aは、第1光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段であって、第1光学系の光路中に配置されて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度を変更するための第1光強度変更手段を構成している。また、減光フィルター33bは、第2光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段であって、第2光学系の光路中に配置されて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度を変更するための第2光強度変更手段を構成している。
Here, the
したがって、第2変形例では、ミラー3を傾動させるためのミラー駆動部4は不要である。そして、たとえばビームスプリッター31における光量分割比を1:1に設定し、減光フィルター33aや減光フィルター33bを特性の異なる他の減光フィルターと交換したり、減光フィルター33aや減光フィルター33bを光路から退避させたりすることにより、図2の実施形態または第1変形例とは異なり、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。
Therefore, in the second modification, the
上述の各実施形態または各変形例において、照度均一化手段としてのフライアイレンズ11に替えて、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)にほぼ均一な光強度分布を形成する回折光学素子を適用してもよい。ここで、この回折光学素子のファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)は、照度均一化手段としてのコンデンサーレンズ12の後側焦点位置またはその近傍にリレーされることになる。
In each of the above-described embodiments or modifications, a diffractive optical element that forms a substantially uniform light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) is applied in place of the fly-
また、上述の各実施形態または各変形例において、第1光学系(14a〜25a)および第2光学系(14b〜25b)中の回折光学素子20a(20b)からズームレンズ24a(24b)までの光学系を、たとえば特開2001−176766号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子51からズームレンズ7までの光学系や、特開2001−85923号公報に開示される照明光学装置のマイクロレンズアレイ4からズームレンズ7までの光学系、特開2002−231619号公報に開示される回折光学素子4からズームレンズ7までの光学系、特開2003−178951号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子4からズームレンズ7までの光学系、特開2003−178952号公報に開示される照明光学装置の角度光束形成部2から変倍光学系4までの光学系などに置き換えることも可能である。
Further, in each of the above-described embodiments or modifications, from the diffractive
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク(レチクル)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図9のフローチャートを参照して説明する。 In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the projection optical system is used to expose the transfer pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate (exposure). Step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Refer to the flowchart of FIG. 9 for an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment. To explain.
先ず、図9のステップ301において、1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、その1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ303において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ304において、その1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。 First, in step 301 of FIG. 9, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot through the projection optical system using the exposure apparatus of the above-described embodiment. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図10のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図10において、パターン形成工程401では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板(レジストが塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程402へ移行する。 In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 10, in the pattern formation process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the above-described embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
次に、カラーフィルター形成工程402では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程402の後に、セル組み立て工程403が実行される。セル組み立て工程403では、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。 Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.
セル組み立て工程403では、例えば、パターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程402にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル(液晶セル)を製造する。その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。 In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
なお、上述の実施形態では、露光光としてKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)やArFエキシマレーザ光(波長:193nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。 In the above-described embodiment, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. For example, the present invention can also be applied to an F 2 laser light source that supplies laser light having a wavelength of 157 nm. Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an exposure apparatus including an illumination optical apparatus as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated surface other than a mask or a wafer. Obviously you can do that.
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号WO99/49504号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。 In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a method of filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a method of locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114. A technique of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed.
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてF2レーザ光を用いる場合は、液体としてはF2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル(PFPE)等のフッ素系の液体を用いればよい。 As the liquid, it is preferable to use a liquid that is transmissive to exposure light and has a refractive index as high as possible, and is stable with respect to a photoresist applied to the projection optical system and the substrate surface, for example, KrF excimer laser light. When ArF excimer laser light is used as exposure light, pure water or deionized water can be used as the liquid. When F 2 laser light is used as exposure light, a fluorine-based liquid such as fluorine oil or perfluorinated polyether (PFPE) that can transmit the F 2 laser light may be used as the liquid.
1 光源
5,50,51 制御ユニット
6 マイクロフライアイレンズ(フライアイレンズ)
7 偏光モニター
7a ビームスプリッター
8 コンデンサー光学系
9 マスクブラインド
10 結像光学系
11 フライアイレンズ
13 直角プリズム(分割素子)
17 偏光状態変更部
19 検出器
20 回折光学素子(光束変換素子)
21 アフォーカルレンズ
23 円錐アキシコン系
24 ズームレンズ
26 集光光学系
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
1
7
17 Polarization state changing unit 19 Detector 20 Diffractive optical element (light beam conversion element)
21 Afocal lens 23 Conical axicon system 24
Claims (25)
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第1領域の形状と前記第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第1領域を通過する光束の偏光状態と前記第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。 In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface with the light flux from the light source,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region on the illumination pupil plane and a light intensity distribution located in the second region;
Control for changing the shape of the first region and the shape of the second region independently of each other, and the polarization state of the light beam passing through the first region and the polarization state of the light beam passing through the second region are independent of each other. An illumination optical apparatus comprising: an illumination pupil control means for performing control to change to
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第1領域へ導くための第1光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第2領域へ導くための第2光学系とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 A splitting element for splitting a light flux from the light source;
A first optical system for guiding one light beam split through the splitting element to the first region on the illumination pupil plane;
A second optical system for guiding the other light beam split through the splitting element to the second region on the illumination pupil plane along an optical path different from that of the first optical system. The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein
前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2アキシコン系を有し、
前記第1アキシコン系および前記第2アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとをそれぞれ有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の照明光学装置。 The first shape changing means has a first axicon system disposed in an optical path between the first light flux conversion element and the optical integrator,
The second shape changing means has a second axicon system disposed in an optical path between the second light flux conversion element and the optical integrator,
The first axicon system and the second axicon system include a first prism having a concave sectional refractive surface, and a convex sectional refractive surface formed substantially complementary to the concave sectional refractive surface of the first prism. The illumination optical device according to claim 6, wherein each of the second prisms includes a second prism, and an interval between the first prism and the second prism is variable.
前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2変倍光学系を有することを特徴とする請求項7に記載の照明光学装置。 The first shape changing means has a first variable magnification optical system disposed in an optical path between the first light flux conversion element and the optical integrator,
8. The illumination optical apparatus according to claim 7, wherein the second shape changing unit includes a second variable magnification optical system disposed in an optical path between the second light beam conversion element and the optical integrator. .
前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材を有することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。 The first polarization state changing means has a first phase member arranged in the optical path of the first optical system for changing the polarization direction of the linearly polarized light that is incident as necessary.
The second polarization state changing means includes a second phase member arranged in the optical path of the second optical system and configured to change the polarization direction of incident linearly polarized light as necessary. 9. The illumination optical apparatus according to 9.
前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子を有することを特徴とする請求項9または10に記載の照明光学装置。 The first polarization state changing unit includes a first depolarizing element configured to be detachable with respect to the optical path of the first optical system and depolarizing incident light as necessary.
The second polarization state changing means includes a second depolarizing element configured to be detachable with respect to the optical path of the second optical system and depolarizing incident light as necessary. The illumination optical apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that
前記第1偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子とを備え、
前記第2偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第2光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子とを備えていることを特徴とする請求項9乃至11に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming means includes a first light beam conversion element arranged in the optical path of the first optical system for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the first region, and an optical path of the second optical system. A second light beam conversion element for converting the incident light beam disposed therein into a light beam corresponding to the second region,
The first polarization state changing means is arranged in an optical path between the splitting element and the first light beam conversion element, and a first phase member for changing the polarization direction of the linearly polarized light that is incident as necessary. A first depolarizing element that is detachably disposed in the optical path between the splitting element and the first light flux converting element and depolarizes incident light as necessary.
The second polarization state changing means is disposed in the optical path between the splitting element and the second light beam conversion element, and a second phase member for changing the polarization direction of the linearly polarized light that is incident as necessary, And a second depolarizing element that is detachably disposed in the optical path between the splitting element and the first light flux converting element and depolarizes incident light as necessary. The illumination optical apparatus according to claim 9, wherein the illumination optical apparatus is an illumination optical apparatus.
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記照明瞳形成手段は、
前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第1領域へ導くための第1光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第2領域へ導くための第2光学系と、
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、
前記第1光学系は、入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子を備え、
前記第2光学系は、入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子を備えていることを特徴とする照明光学装置。 In the illumination optical device that illuminates the illuminated surface with the light flux from the light source,
Illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having a light intensity distribution located in the first region on the illumination pupil plane and a light intensity distribution located in the second region;
The illumination pupil forming means includes
A splitting element disposed in an optical path between the light source and the illumination pupil plane;
A first optical system for guiding one light beam divided through the dividing element to a first region on the illumination pupil plane;
A second optical system for guiding the other light beam split through the splitting element to a second region on the illumination pupil plane along an optical path different from that of the first optical system;
A combining element disposed in an optical path between the dividing element and the illumination pupil plane for combining the optical axis of the first optical system and the optical axis of the second optical system;
The first optical system includes a first light beam conversion element for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the first region,
The illumination optical apparatus, wherein the second optical system includes a second light beam conversion element for converting an incident light beam into a light beam corresponding to the second region.
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることを特徴とする請求項22に記載の露光装置。 A projection optical system for forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate;
23. The exposure apparatus according to claim 22, wherein a pupil plane of the illumination optical apparatus is positioned substantially conjugate with a pupil position of the projection optical system.
前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。 An illumination step of illuminating the mask using the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 21,
And an exposure step of exposing the pattern of the mask onto a photosensitive substrate.
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることを特徴とする請求項24に記載の露光方法。 The exposure step includes a projection step of forming an image of the mask pattern on the photosensitive substrate using a projection optical system,
25. The exposure method according to claim 24, wherein a pupil plane of the illumination optical device is positioned substantially conjugate with a pupil position of the projection optical system.
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