CN101681120A - 光学单元、照明光学装置、曝光装置、曝光方法以及元件制造方法 - Google Patents

Abstract

光学单元(3)，其具备：第1光路，可配置具有二维排列并可个别控制的多个光学元件(36a)的空间调变元件(36)；第2光路，具有供于表面具有既定固定图案的角度分布赋予元件(5)插入的机构；以及第3光路，经过该第1光路及该第2光路的两者的光的光路。在角度分布赋予元件(5)插入该第2光路时，根据射入该角度分布赋予元件(5)的光对射出的光赋予角度分布。

Description

光学单元、照明光学装置、曝光装置、曝光方法以及元件制造方法

技术领域

本发明是关于光学单元、照明光学装置、曝光装置、曝光方法、以及元件制造方法。更详言之，本发明是关于照明光学装置，其非常适合于用以在微影制造工艺制造半导体元件、摄影元件、液晶显示元件、及薄膜磁头等元件的曝光装置。

背景技术

此种典型的曝光装置中，从光源射出的光束是透过作为光学积分器的复眼透镜，形成由多数个光源构成的实质上为面光源的二次光源(一般而言，是照明光瞳的既定光强度分布)。以下，将在照明光瞳的光强度分布称为「光瞳强度分布」。又，照明光瞳定义为藉由照明光瞳与被照射面(曝光装置的情形下为光罩或晶圆)之间的光学系统的作用，使被照射面成为照明光瞳的傅立叶转换面的位置。

来自二次光源的光束是藉由聚光透镜聚光后，重叠照明形成有既定图案的光罩。透射过光罩的光则透过投影光学系统成像于晶圆上，使光罩图案投影曝光(转印)于晶圆上。形成于光罩的图案经高度集成化，为了将此微细图案正确地转印于晶圆上，在晶圆上获得均匀的照度分布是不可或缺的。

曝光装置中，有时会因某些理由而无法取得所欲的光瞳强度分布，进而导致投影光学系统无法发挥所欲成像性能。因此，本案申请人，已提出藉由将浓度过滤器配置于照明光瞳面以修正(调整)光瞳强度分布的技术(参照日本特开2004-247527号公报)。

发明内容

日本特开2004-247527号公报所揭示的公知技术中，由于将具有既定浓度分布(透射率分布)的过滤器配置于照明光瞳面，因此只要不更换浓度过滤器即无法调整光瞳强度分布，是其问题所在。

本发明有鉴于前述课题而构成，其目的在于提供一种不更换光学构件即可调整光瞳强度分布的照明光学装置。又，本发明的目的在于提供能使用可调整光瞳强度分布的照明光学装置，在所欲的照明条件下进行良好曝光的曝光装置及曝光方法。

为了解决前述课题，本发明的第1实施形态所提供的光学单元，其特征在于，具备：第1光路，可配置具有二维排列并可个别控制的多个光学元件的空间调变元件；第2光路，具有供表面具有既定固定图案的角度分布赋予元件插入的机构；以及第3光路，经过该第1光路及该第2光路的两者的光的光路；在该角度分布赋予元件插入该第2光路时，根据射入该角度分布赋予元件的光对射出的光赋予角度分布。

本发明的第2实施形态所提供的照明光学装置，是根据来自光源的光照明被照射面，其特征在于，具备：第1实施形态的光学单元；以及分布形成光学系统，藉由透过该空间光调变器及该角度分布赋予元件的光束，在该照明光学装置的照明光瞳形成既定光强度分布。

本发明的第3实施形态所提供的曝光装置，其特征在于：具备用以照明既定图案的第2实施形态的照明光学装置，并将该既定图案曝光于感光性基板。

本发明的第4实施形态所提供的元件制造方法，其特征在于，包含：曝光步骤，使用第3实施形态的曝光装置，将该既定图案曝光于该感光性基板；显影步骤，使转印有该图案的该感光性基板显影，将对应该图案的形状的光罩层形成于该感光性基板的表面；以及加工步骤，透过该光罩层进行该感光性基板的表面的加工。

本发明的第5实施形态所提供的曝光方法，是根据来自光源的光将既定图案曝光于感光性基板，其特征在于，具有：第1步骤，将来自该光源的光导向角度分布赋予元件以将既定的光瞳强度分布形成于照明光瞳；第2步骤，将来自该光源的光分割成第1光束与朝向该角度分布赋予元件之与该第1光束不同的第2光束；第3步骤，将该第1光束导向具有二维排列并可个别控制的多个光学元件的空间光调变器；第4步骤，将透过该空间光调变器的第1光束导向该照明光瞳的位置；第5步骤，藉由透过该照明光瞳的光照明该既定图案；以及第6步骤，根据来自该被照明的该既定图案的光使感光性基板曝光。

本发明的第6实施形态所提供的电子元件制造方法，其特征在于，包含：曝光步骤，使用第5实施形态的曝光方法，将该既定图案曝光于该感光性基板；显影步骤，使转印有该图案的该感光性基板显影，将对应该图案的形状的光罩层形成于该感光性基板的表面；以及加工步骤，透过该光罩层进行该感光性基板的表面的加工。

本发明的照明光学装置，根据透过空间光调变器(具有二维排列并可个别控制的多个光学元件)的光束及例如绕射光学元件的角度分布赋予元件的光束，在照明光瞳形成既定光强度分布。因此，藉由使用空间光调变器可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正使用角度分布赋予元件固定地形成于照明光瞳的光强度分布，藉此可得到所欲的光瞳强度分布。

亦即，本发明的照明光学装置，可不更换光学构件即可调整光瞳强度分布。又，本发明的曝光装置，能使用可调整光瞳强度分布的照明光学装置，在所欲的照明条件下进行良好曝光，进而制造良好的元件。

本发明的曝光方法中，将来自光源的光导向例如绕射光学元件的空间光调变器以将既定的光瞳强度分布形成于照明光瞳。另一方面，将来自光源的光分割成朝向角度分布赋予元件的第1光束及与第1光束不同的第2光束，并将该第2光束导向具有二维排列并可个别控制的多个光学元件的空间光调变器。透过空间光调变器的第2光束导向照明光瞳的位置，将既定的光强度分布形成于照明光瞳。藉由透过照明光瞳的光照明既定图案，根据来自被照明的既定图案的光使感光性基板曝光。

如此，藉由使用空间光调变器可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正使用角度分布赋予元件固定地形成于照明光瞳的光强度分布，藉此可得到所欲的光瞳强度分布。其结果，本发明的曝光方法，亦能在所欲的照明条件下进行良好曝光，进而制造良好的电子元件。

附图说明

图1概略显示本发明实施形态的曝光装置的构成的图。

图2概略显示空间光调变单元的构成的图。

图3概略显示柱面微复眼透镜的构成的立体图。

图4是以示意方式显示本实施形态中形成的轮带状光瞳亮度分布及其调整的图。

图5(a)是以示意方式显示藉由绕射光学元件与空间光调变器形成4极状光瞳强度分布例的图。

图5(b)是以示意方式显示藉由绕射光学元件与空间光调变器形成5极状光瞳强度分布例的图。

图6是显示半导体元件的制造工艺的流程图。

图7是显示液晶显示元件等液晶元件的制造工艺的流程图。

图8是显示反射型绕射光学元件的概略构成的图。

1：光源

2：整形光学系统

3：空间光调变单元

4：控制部

5：绕射光学元件

5A：绕射光学手段

6：无焦点透镜

6a：前侧透镜群

6b：后侧透镜群

7：既定面

8：圆锥转向镜系统

8a：第1棱镜构件

8b：第2棱镜构件

9：变焦透镜

10：分光器

11：柱面微复眼透镜

11a：第1复眼构件

11aa，11ba：柱面透镜群

11ab，11bb：柱面透镜群

11b：第2复眼构件

12：照明光瞳分布测量部

13：孔径光阑

14：聚光光学系统

15：光罩遮帘

16：成像光学系统

31，32，33，34：直角棱镜

31a：射入面

33a：射出面

35：平行平面

36：空间光调变器

36a：反射镜元件

36b：驱动部

37，38：分离膜

41：轮带状光瞳强度分布

42，43：光瞳强度分布

42a，42b，42c，42d：光强度分布

43a～43e：光强度分布

51：棱镜

51a：反射面

51b：反射面

52：反射型绕射光学元件

AX：光轴

M：光罩

MS：光罩载台

P：基板

PL：投影光学系统

W：晶圆

WS：晶圆载台

具体实施方式

根据附图说明本发明的实施形态。图1概略表示本发明的实施形态的曝光装置的构成图。图2概略显示空间光调变单元的构成的图。图1中，将沿着感光性基板的晶圆W的法线方向设定为Z轴，将在晶圆W面内平行于图1的纸面的方向设定为Y轴，将在晶圆W面内垂直于图1的纸面的方向设定为X轴。

参照图1，来自光源1的曝光用光(照明光)是供应于本实施形态的曝光装置。光源1可使用例如供应波长为193nm的光的ArF准分子激光光源或供应波长为248nm的光的KrF准分子激光光源等。从光源1所射出的光，藉由整形光学系统2扩大成所欲截面形状的光束后，射入空间光调变单元3。

空间光调变单元3，如图2所示，具备：配置成斜面彼此对向的一对直角棱镜31及32，配置成自此直角棱镜对(31，32)于光轴AX方向相隔间隔且斜面彼此对向的一对直角棱镜33及34，接近两组直角棱镜对(31，32)及(33，34)而配置的平行平面板35，以及接近平行平面板35而配置的空间光调变器36。

空间光调变单元3中，沿光轴AX射入直角棱镜31的射入面31a的光，是在直角棱镜31内部传播后，射入形成于直角棱镜31与32之间的分离膜(分光器)37。分离膜37具有将射入光束振幅分割成反射光束与透射光束的功能。在分离膜37反射的光是在直角棱镜31及平行平面板35内部传播后，射入空间光调变器36。

空间光调变器36，具有二维排列的多个反射镜元件(一般称为光学元件)36a、及用以个别控制驱动多个反射镜元件36a的姿势的驱动部36b。驱动部36b依据来自控制部4的指令，来个别控制驱动多个反射镜元件36a的姿势。针对空间光调变器36的构成及作用将于后述。

藉由空间光调变器36的多个反射镜元件36a反射的光，在平行平面板35及直角棱镜33内部传播后，射入形成于直角棱镜33与34之间的分离膜38。分离膜38亦与分离膜37同样地，具有将射入光束振幅分割成反射光束与透射光束的功能。在分离膜38反射的光是在直角棱镜33内部传播后，从其射出面33a往空间光调变单元3外部射出。

在空间光调变器36的所有反射镜元件36a的反射面沿XY平面定位的基准状态下，沿光轴AX射入空间光调变单元3而经由空间光调变器36的光是从空间光调变单元3沿光轴AX射出。此外，经由空间光调变器36而透射过分离膜38的光，是在直角棱镜34内部传播后，成为不要光往照明光路外部导出。

另一方面，沿光轴AX射入直角棱镜31的射入面31a而透射过分离膜37的光，是在直角棱镜32内部传播后，射入配置在直角棱镜对(31，32)与(33，34)间的照明光路中的绕射光学元件5。绕射光学元件5以可对照明光路插脱自如的方式构成，并以可与于其远场(远视野区域)形成不同的光强度分布的其他绕射光学元件更换的方式构成。

绕射光学元件5对照明光路的插脱，是依据来自控制部4的指令进行。一般而言，绕射光学元件是藉由将具有曝光用光(照明光)的波长左右的间距的段差形成于基板所构成，具有将射入光束绕射至所欲的角度的作用。以下，为了使曝光装置的基本动作易于理解，忽视空间光调变器36的作用，并配置轮带照明用绕射光学元件作为绕射光学元件5。

经由绕射光学元件5的光，在直角棱镜34内部传播后射入分离膜38。经由绕射光学元件5并透射过分离膜38的光，在直角棱镜33内部传播后，从其射出面33a往空间光调变单元3外部射出。亦即，沿光轴AX射入空间光调变单元3而经由绕射光学元件5的光是从空间光调变单元3沿光轴AX射出。此外，经由绕射光学元件5而在分离膜38反射的光，是在直角棱镜34内部传播后，成为不要光往照明光路外部导出。

如上述，空间光调变单元3中，形成于直角棱镜31与32之间的分离膜37，是构成将射入光束分割成两个光束(一般而言为多个光束)的光分割器。又，形成于直角棱镜33与34之间的分离膜38，构成将透过空间光调变器36的光束与透过作为角度分布赋予元件的绕射光学元件5的光束合成的光合成器。从空间光调变单元3射出的光射入无焦点透镜6。

此处，将分离膜37至分离膜38的光路且为透过空间光调变器36的反射镜元件36a的光路作为第1光路。将分离膜37至分离膜38的光路且具有供绕射光学元件5插入的机构的光路作为第2光路。将从分离膜38射出的光的光路且为经过第1光路及第2光路的两者的光的光路作为第3光路。如图2所示，第2光路的供绕射光学元件5插入的机构，具有供绕射光学元件5插入的空间。此外，光路是指在使用状态下，光通过的路径。

轮带照明用绕射光学元件5具有当具有矩形截面的平行光束射入时，进行该光束的波面分割并于其远场(或夫朗和斐绕射区域)形成轮带状光强度分布的功能。无焦点透镜6是一种无焦点光学系统，设置成其前侧焦点位置与空间光调变器36的反射镜元件36a位置及绕射光学元件5的位置为大致一致且其后侧焦点位置与图中虚线所示的既定面7的位置为大致一致。

因此，射入绕射光学元件5的大致平行光束，在无焦点透镜6的光瞳面形成轮带状光强度分布后，即以轮带状角度分布从无焦点透镜6射出。

如上述，绕射光学元件5能发挥于表面具有既定固定图案的角度分布赋予元件的功能。亦即，当绕射光学元件5插入第2光路时，根据射入绕射光学元件5的光对射出的光赋予角度分布。绕射光学元件的既定固定图案，能使用遮光性或减光性图案等的明暗图案或表面的段差图案等的相位图案。

无焦点透镜6的前侧透镜群6a与后侧透镜群6b间的光路中，在其光瞳面的位置或其附近的位置，设置有圆锥转向镜系统8。圆锥转向镜系统8的构成及作用将于后述。

透射过无焦点透镜6的光束，透过σ值(σ值＝照明光学装置的光罩侧数值孔径/投影光学系统的光罩侧数值孔径)可变用变焦透镜9射入分光器10。透射过分光器10的光，沿照明光路射入柱面微复眼透镜11。另一方面，在分光器10反射的光，导向照明光路外，并射入照明光瞳分布测量部12。

照明光瞳分布测量部12具备例如CCD摄影部，该CCD摄影部具有配置于与柱面微复眼透镜11的射入面在光学上共轭的位置的摄影面，用以监控形成于柱面微复眼透镜11的射入面的光强度分布。亦即，照明光瞳分布测量部12具有以照明光瞳或与照明光瞳在光学上共轭的面测量光瞳强度分布的功能。照明光瞳分布测量部12的测量结果供应至控制部4。照明光瞳分布测量部12的详细构成及作用，可参照例如日本特开2006-054328号公报或美国专利公开第2008/0030707号公报。

如图3所示，柱面微复眼透镜11由配置于光源侧的第1复眼构件11a与配置于光罩侧的第2复眼构件11b所构成。在第1复眼构件11a的光源侧的面及第2复眼构件11b的光源侧的面，分别以间距p1形成有排列于X方向的柱面透镜群11aa及11ba。在第1复眼构件11a的光罩侧的面及第2复眼构件11b的光罩侧的面，分别以间距p2(p2＞p1)形成有排列于Z方向的柱面透镜群11ab及11bb。

当着眼于在柱面微复眼透镜11的X方向的折射作用(亦即在XY平面的折射作用)时，沿光轴AX射入的平行光束，即藉由形成在第1复眼构件11a的光源侧的柱面透镜群11aa，沿X方向以间距p1进行波面分割，在该折射面受到聚光作用后，在形成于第2复眼构件11b的光源侧的柱面透镜群11ba中相对应的柱面透镜的折射面受到聚光作用，而聚光于柱面微复眼透镜11的后侧焦点面上。

当着眼于在柱面微复眼透镜11的Z方向的折射作用(亦即在YZ平面的折射作用)时，沿光轴AX射入的平行光束，即藉由形成在第1复眼构件11a的光罩侧的柱面透镜群11ab，沿Z方向以间距p2进行波面分割，在该折射面受到聚光作用后，在形成于第2复眼构件11b的光罩侧的柱面透镜群11bb中相对应的柱面透镜的折射面受到聚光作用，而聚光于柱面微复眼透镜11的后侧焦点面上。

以此方式，柱面微复眼透镜11虽是藉由两侧面配置有柱面透镜群的第1复眼构件11a与第2复眼构件11b所构成，但亦可发挥与微复眼透镜相同的光学功能，其中该微复眼透镜是将于X方向具有p1尺寸且于Z方向具有p2尺寸的多数个矩形微小折射面纵横且稠密地加以一体成形。柱面微复眼透镜11中，可将因微小折射面的面形状的偏差所造成的歪曲像差的变化抑制于较小，而可将例如藉由蚀刻加工而一体成形的多数个微小折射面的制造误差对照度分布所造成的影响抑制于较小。

既定面7的位置设置于变焦透镜9的前侧焦点位置的附近，柱面微复眼透镜11的射入面则设置于变焦透镜9的后侧焦点位置的附近。换言之，变焦透镜9将既定面7与柱面微复眼透镜11的射入面实质上设置成傅立叶转换的关系，进而将无焦点透镜6的光瞳面与柱面微复眼透镜11的射入面配置成大致在光学上共轭。

因此，与无焦点透镜6的光瞳面同样地，在柱面微复眼透镜11的射入面上形成有例如以光轴AX为中心的轮带状照野。该轮带状照野的整体形状，取决于变焦透镜9的焦点距离而相似地变化。柱面微复眼透镜11中作为波面分割单位的矩形微小折射面，与在光罩M上待形成的照野形状(进而为在晶圆W上待形成的曝光区域的形状)相似的矩形。

射入柱面微复眼透镜11的光束是二维分割，在其后侧焦点面或其附近(进而为照明光瞳)，形成有与藉由射入光束所形成的照野具有大致相同光强度分布的二次光源，亦即由以光轴AX为中心的轮带状的实质面光源构成的二次光源。来自形成于柱面微复眼透镜11的后侧焦点面或其附近的二次光源的光束，射入配置于其附近的孔径光阑13。

孔径光阑13具有轮带状开口部(光透射部)，其是对应形成于柱面微复眼透镜11的后侧焦点面或其附近的轮带状二次光源。孔径光阑13构成为可对照明光路插脱自如，并以可与具有大小及形状不同的开口部的多个孔径光阑切换的方式所构成。孔径光阑的切换方式可使用例如公知的旋转方式或滑动方式等。孔径光阑13设置于与后述投影光学系统PL的射入光瞳面大致光学共轭的位置，以规定有助于二次光源的照明的范围。

来自受孔径光阑13限制的二次光源的光，透过聚光光学系统14以重叠方式照明光罩遮帘15。以此方式，于作为照明视野光阑的光罩遮帘15，即形成对应柱面微复眼透镜11的波面分割单位的矩形微小折射面形状与焦点距离的矩形照野。透射过光罩遮帘15的矩形开口部(光透射部)的光束，受到成像光学系统16的聚光作用后，即以重叠方式照明形成有既定图案的光罩M。亦即，成像光学系统16是将光罩遮帘15的矩形开口部的像形成于光罩M上。

透射过保持于光罩载台MS上的光罩M的光束，即透过投影光学系统PL，将光罩图案像形成于保持在晶圆载台WS上的晶圆(感光性基板)W上。以此方式，一边在与投影光学系统PL的光轴AX正交的平面(XY平面)内以二维方式驱动控制晶圆载台WS，进而一边以二维方式驱动控制晶圆W，进行一次曝光或扫描曝光，藉此即可于晶圆W的各曝光区域使光罩M的图案依序曝光。

此外，藉由将例如复数极照明用(2极照明用、4极照明用、及8极照明用等)绕射光学元件或圆形照明用绕射光学元件等具有适当特性的绕射光学元件设定于照明光路中，以取代轮带照明用绕射光学元件5，即可进行各种形态的变形照明。绕射光学元件的切换方式，可使用例如公知的旋转方式或滑动方式等。

圆锥转向镜系统8，从光源侧起依序是由将平面朝向光源侧且将凹圆锥状的折射面朝向光罩侧的第1棱镜构件8a、及将平面朝向光罩侧且将凸圆锥状的折射面朝向光源侧的第2棱镜构件8b构成。此外，第1棱镜构件8a的凹圆锥状的折射面与第2棱镜构件8b的凸圆锥状的折射面，以彼此可抵接的方式而形成互补。又，第1棱镜构件8a及第2棱镜构件8b中至少一者的构件构成为可沿光轴AX移动，且第1棱镜构件8a的凹圆锥状的折射面与第2棱镜构件8b的凸圆锥状的折射面的间隔构成为可变。以下，为了易于理解，着眼于轮带状或4极状的二次光源来说明圆锥转向镜系统8的作用及变焦透镜9的作用。

在第1棱镜构件8a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件8b的凸圆锥状折射面彼此抵接的状态下，圆锥转向镜系统8具有平行平面板的功能，而不会对所形成的4极状或轮带状二次光源造成影响。然而，若使第1棱镜构件8a的凹圆锥状折射面与第2棱镜构件8b的凸圆锥状折射面分离时，轮带状或4极状二次光源的宽度(轮带状二次光源的外径与内径之差的1/2；外接于4极状二次光源的直径(外径)与内接的圆的直径(内径)之差的1/2)还是会保持一定，而轮带状或4极状二次光源的外径(内径)则会变化。亦即，轮带状或4极状二次光源的轮带比(内径/外径)及大小(外径)会产生变化。

变焦透镜9具有相似地(等方地)扩大或缩小轮带状或4极状二次光源的整体形状的功能。例如，藉由使变焦透镜9的焦点距离从最小值扩大至既定值，轮带状或4极状二次光源的整体形状即可相似扩大。换言之，藉由变焦透镜9的作用，轮带状或4极状二次光源的轮带比不会变化，而其宽度及大小(外径)则会一起变化。如此，藉由圆锥转向镜系统8及变焦透镜9的作用，即可控制轮带状或4极状二次光源的轮带比与大小(外径)。

本实施形态中，空间光调变器36使用例如使二维排列的多个反射镜元件36a的面向分别连续变化的空间光调变器。此种空间光调变器，可使用例如以下所揭示的空间光调变器，亦即日本特表平10-503300号公报及与此对应的欧洲专利公开第779530号公报、日本特开2004-78136号公报及与此对应的美国专利第6,900,915号公报、日本特表2006-524349号公报及与此对应的美国专利第7,095,546号公报、及日本特开2006-113437号公报。

空间光调变器36中，藉由依据来自控制部4的控制讯号而作动的驱动部36b的作用，使多个反射镜元件36a分别设定于既定面向。藉由空间光调变器36的多个反射镜元件36a而分别以既定角度反射的光，在无焦点透镜6的光瞳面、柱面微复眼透镜11的射入面、以及柱面微复眼透镜11的后侧焦点面或其附近的照明光瞳(配置有孔径光阑13的位置)形成既定的光强度分布。

亦即，无焦点透镜6、变焦透镜9、以及柱面微复眼透镜11构成分布形成光学系统，其根据透过空间光调变器36的光束及透过绕射光学元件(角度分布赋予元件)5的光束，在照明光学装置(2～16)的照明光瞳形成既定光强度分布。再者，在与孔径光阑13在光学上共轭的其他照明光瞳位置，亦即成像光学系统16的光瞳位置及投影光学系统PL的光瞳位置，亦形成与上述既定光强度分布对应的光强度分布。

曝光装置中，为了将光罩M的图案以高精度且忠实地转印于晶圆W，在对应图案特性的适切照明条件下来进行曝光相当重要。为了达成此目的，被要求于照明光学装置(2～16)的照明光瞳进而投影光学系统PL的光瞳面，形成所欲的光强度分布。然而，如前所述，曝光装置有时会因某些理由无法得到所欲的光瞳强度分布，进而使投影光学系统PL无法发挥所欲的成像性能。

例如图4所示，即使藉由绕射光学元件5而形成的轮带状光瞳强度分布41的形状及大小所欲形状及大小，有时会有沿A-A截面的强度不同而不均一的情形。本实施形态中，测量藉由绕射光学元件5而形成的轮带状光瞳强度分布41所对应的光强度分布，并将测量结果(形状、大小、强度不均一等)供应至控制部4。

控制部4根据来自照明光瞳分布测量部12的测量结果，将控制空间光调变单元3中的空间光调变器36的控制讯号，供应至空间光调变器36的驱动部36b。驱动部36b，依据来自控制部4的指令使多个反射镜元件36a的姿势分别变化，以将各反射镜元件36a设定于既定既定的面向。如上述，藉由空间光调变器36的作用，如此，藉由空间光调变器36的作用，修正绕射光学元件5所形成的轮带状光瞳强度分布41的强度的不均一性，以得到所欲的光瞳强度分布42。藉由此构成，即使有因照明光学装置(2～16)内的光学构件(光透射构件、反射构件)的劣化或脏污等导致的光瞳强度分布的不均一性的随时间变化或来自光源1的光的光强度分布的随时间变化，亦能稳定地取得所欲的光瞳强度分布42。

如上所述，本实施形态的照明光学装置(2～16)中，根据透过空间光调变器36(具有二维排列且可个别控制的多个反射镜元件(多个光学元件)36a)的光束与透过绕射光学元件(角度分布赋予元件)5的光束，在照明光瞳形成既定的光强度分布。因此，藉由使用空间光调变器36可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正使用绕射光学元件5形成于照明光瞳的光强度分布，藉此可得到所欲的光瞳强度分布。

亦即，本实施形态的照明光学装置(2～16)，与例如更换浓度过滤器的公知技术不同地，可不更换光学构件即可将光瞳强度分布调整至所欲状态。又，本实施形态的曝光装置(2～WS)，能使用可将光瞳强度分布调整至所欲状态的照明光学装置(2～16)，在所欲的照明条件下进行良好曝光。

又，本实施形态中，在空间光调变器36的基准状态下，射入发挥光分割器功能的分离膜37的射入光束的行进方向与从发挥光合成器功能的分离膜38射出的射出光束的行进方向平行(大致一致)。换言之，在空间光调变器36的基准状态下，往空间光调变单元3的射入光束及来自空间光调变单元3的射出光束的行进方向，是与照明光学装置的光轴AX一致(或平行)。如上述，由于在空间光调变单元3的上游与下游的光路为同轴(或平行)，因此例如能共用使用绕射光学元件的公知照明光学装置与光学系统来形成光瞳强度分布。

又，本实施形态中，空间光调变器36的多个反射镜元件36a接近平行平面板35配置。此时，平行平面板35发挥多个反射镜元件36a的罩构件的功能，而能谋求空间光调变器36的耐久性的提升。

此外，上述说明中，为了使实施形态的作用效果易于理解，显示藉由绕射光学元件5形成的光瞳强度分布41具有所欲形状及大小的单纯之例。然而并不限定于此，能藉由使用空间光调变器36可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正(调整)藉由绕射光学元件5而形成的光瞳强度分布的形状、大小、强度的不均一性等。此时，亦可视需要，使光瞳强度分布的形状积极地变形，或积极地使光瞳强度分布的强度的均一性溃散而成为不均一。

又，上述说明中，藉由空间光调变器36可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正藉由绕射光学元件5而形成的光强度分布。然而并不限定于此，亦能形成由绕射光学元件5形成于照明光瞳的第1区域的光强度分布与空间光调变器36形成于照明光瞳的第2区域(与第1区域不同的区域)的光强度分布构成的光瞳强度分布。

具体而言，例如图5(a)所示，能形成由绕射光学元件5形成于照明光瞳的2极状光强度分布42a，42b与空间光调变器36形成于照明光瞳的2极状光强度分布42c，42d构成的4极状光瞳强度分布42。或者，例如图5(b)所示，亦能形成由绕射光学元件5形成于照明光瞳的4极状光强度分布43a～43d与空间光调变器36形成于照明光瞳的中心单极状光强度分布43e构成的5极状光瞳强度分布43。

此处，形成于照明光瞳的第1区域的绕射光学元件5的光强度分布与形成于照明光瞳的第2区域的空间光调变器36的光强度分布亦可有一部分重叠。亦即，第1区域与第2区域亦可有一部分重叠。

又，如上述的空间光调变器36的光瞳强度分布的变更，例如亦可在进行扫描曝光时根据光罩M上的位置作变更。亦即，在光罩M上有多个图案区域的情形下，在照明既定图案区域时，以例如图5(a)的光瞳强度分布42进行照明，并在照明与该既定图案区域不同的图案区域时，以图5(b)的光瞳强度分布43进行照明。由于空间光调变器36的光瞳强度分布的变更能在极短时间(大致为一瞬间)进行，因此能在不使产能降低的情况下依光罩M上多个图案区域的各区域赋予最佳的照明条件。

又，上述说明中，使用可个别控制二维排列的多个反射面的面向(倾斜)的空间光调变器，作为具有可个别控制二维排列的多个光学元件的空间光调变器。然而，并不限于此，亦可使用例如可个别控制二维排列的多个反射面的高度(位置)的空间光调变器。此种空间光调变器，可使用例如以下所揭示的空间光调变器，亦即日本特开平6-281869号公报及与此对应的美国专利第5,312,513号公报、以及日本特表2004-520618号公报及与此对应的美国专利第6,885,493号公报的图1d。该等空间光调变器中，可藉由形成二维的高度分布而赋予射入光与绕射面相同的作用。此外，亦可将上述具有二维排列的多个反射面的空间光调变器，依据下述所揭示的内容来加以变形，亦即例如日本特表2006-513442号公报及与此对应的美国专利第6,891,655号公报、以及日本特表2005-524112号公报及与此对应的美国专利公开第2005/0095749号公报。

又，上述说明中，虽使用具有多个反射镜元件的反射型空间光调变器，但并不限于此，亦可使用例如美国专利第5,229,872号公报所揭示的透射型空间光调变器。

又，上述说明中，使用在光透射性基板的表面形成有相位型或振幅型的绕射图案的透射型绕射光学元件，来作为能以更换方式插入空间光调变单元3中的照明光路的空间光调变器。然而并不限定于此，亦可代替透射型绕射光学元件，使用反射型绕射光学元件、透射型折射光学元件、反射型光学元件等。

反射型绕射光学元件，在基板表面形成有相位型或振幅型的绕射图案。此外，透射型绕射光学元件的振幅型绕射图案为光透射性基板表面的遮光图案，反射型绕射光学元件的振幅型绕射图案为基板表面的反射图案。透射型绕射光学元件中，在光透射性基板表面形成透镜面或棱镜面等具有既定形状的折射面。另一方面，反射型折射光学元件中，在基板表面形成曲面状或楔状的镜面。

图8是显示反射型绕射光学手段5A的构成。如图8所示，反射型绕射光学手段5A具备棱镜51与反射型绕射光学元件52。绕射光学手段5A例如在图1中可取代绕射光学元件5插入第2光路。亦即，如图8所示，透射过分离膜37的光在棱镜51的反射面51a反射后，即射入反射型绕射光学元件52。在反射型绕射光学元件52反射的光，即在棱镜51的反射面51b反射并射入分离膜38。

此外，上述实施形态中，藉由两组直角棱镜对(31，32；33，34)与平行平面板35与空间光调变器36构成空间光调变单元3。然而并不限定于此，空间光调变单元3的具体构成可有各种形态。

又，上述实施形态中，对光束进行振幅分割的分离膜37发挥光分割器的功能，对光束进行振幅分割的分离膜38发挥光合成器的功能。然而并不限定于此，亦可使用偏光分离膜来作为光分割器及光合成器。此时，可形成由绕射光学元件5形成于照明光瞳的第1偏光状态(例如S偏光)的第1光强度分布与空间光调变器36形成于照明光瞳的第2偏光状态(例如P偏光)的第2光强度分布构成的光瞳强度分布。

又，上述实施形态中，亦可使用根据既定电子资料来形成既定图案的可变图案形成装置以取代光罩。若使用此种可变图案形成装置，则图案即使是纵置亦可将对同步精度所造成的影响减少至最低限度。此外，可变图案形成装置可使用例如DMD(Digital Micro-Mirror Device：数位微镜元件)，其包含根据既定电子资料来驱动的多个反射元件。使用DMD的曝光装置已揭示于例如日本特开2004-304135号公报、国际专利公开第2006/080285号小册子、美国专利公开申请案第2007/0296936号。又，除了DMD等非发光型反射型空间光调变器以外，亦可使用透射型空间光调变器，或亦可使用自发光型影像显示元件。此外，即使图案面为横置的情况下，亦可使用可变图案形成装置。

如上述，本实施形态的曝光方法中，将来自光源1的光导向作为空间光调变器的绕射光学元件5而将既定光瞳强度分布形成于照明光瞳。另一方面，将来自光源1的光分割成朝向绕射光学元件5的第1光束、以及与第1光束不同的第2光束，并将此第2光束导向具有二维排列且可个别控制的多个反射镜元件36a的空间光调变器36。透过空间光调变器36的第2光束被导向照明光瞳的位置，将既定光强度分布形成于照明光瞳。

藉由透过照明光瞳的光罩明光罩M的图案，并根据来自被照明的光罩M的图案的光使作为感光性基板的晶圆W曝光。如此，藉由使用空间光调变器36可变地形成于照明光瞳的光强度分布，来修正使用绕射光学元件5固定地形成于照明光瞳的光强度分布，藉此可得到所欲的光瞳强度分布。其结果，即使本实施形态的曝光方法，亦能在所欲照明条件下进行良好的曝光。

本实施形态的曝光方法中，如上所述，亦能测量形成于照明光瞳的既定光强度分布，并根据此测量结果控制空间光调变器36的光调变。又，亦可测量被曝光于作为感光性基板的晶圆W的被曝光图案，判断被曝光图案是否在容许范围内，当判断被曝光图案在容许范围外时，即控制空间光调变器36的光调变。

此时，具体而言，对涂布有光阻(感光性材料)的晶圆W进行实际的曝光，并使被曝光的晶圆W显影，测量已显影的光阻图案。或者，将光阻图案作为硬光罩对晶圆W表面进行加工，并测量经加工的晶圆W上的图案。此加工，包含例如晶圆W表面的蚀刻及金属膜等的成膜的至少一方。

其后，判断被曝光图案(光阻图案及经加工的晶圆W上的图案的至少一方的图案)相对欲取得的实际元件图案是否在容许范围内。此处，容许范围可设为欲取得的实际元件图案与被曝光图案的形状误差的容许范围。又，为了考量曝光步骤后接着进行的对晶圆W表面加工处理时的误差等来决定容许误差，亦可使用经加工的晶圆W上的图案来作为被曝光图案。

上述实施形态的曝光装置，藉由组装包含本专利申请范围所列举的各构成元件的各种次系统，以能保持既定的机械精度、电气精度、光学精度的方式所制造。为确保此等各种精度，于此组装前后对各种光学系统进行用以达成光学精度的调整、对各种机械系统进行用以达成机械精度的调整、对各种电气系统进行用以达成电气精度的调整。从各种次系统至曝光装置的组装制造工艺，包含各种次系统彼此的机械连接、电路的配线连接、气压回路的配管连接等。当然，从各种次系统至曝光装置的组装制造工艺前，有各次系统个别的组装制造工艺。当各种次系统至曝光装置的组装制造工艺结束后，即进行综合调整，以确保曝光装置整体的各种精度。此外，曝光装置的制造可在温度及真空度等皆受到管理的无尘室进行。

其次，针对使用上述实施形态的曝光装置的元件制造方法作说明。图6表示半导体元件的制造步骤的流程图。如图6所示，半导体元件的制造步骤中，将金属膜蒸镀于构成半导体元件的基板的晶圆W(步骤S40)，并将感光性材料的光阻涂布于该蒸镀后的金属膜上(步骤S42)。接着，使用上述实施形态的投影曝光装置，将形成于光罩(标线片)M的图案转印于晶圆W上的各照射区域(步骤S44：曝光步骤)，并进行完成该转印后的晶圆W的显影，亦即进行转印有图案的光阻的显影(步骤S46：显影步骤)。之后，藉由步骤S46以产生于晶圆W表面的光阻图案为光罩，对晶圆W表面进行蚀刻等的加工(步骤S48：加工步骤)。

此处，光阻图案指产生对应藉由上述实施形态的投影曝光装置所转印的图案的形状的凹凸的光阻层，且其凹部贯通光阻层者。步骤S48中，透过该光阻图案来进行晶圆W表面的加工。在步骤S48所进行的加工中，包含例如晶圆W表面的蚀刻或金属膜等的成膜中的至少一者。此外，步骤S44中，上述实施形态的投影曝光装置，以涂布有光阻的晶圆W为感光性基板亦即基板P来进行图案的转印。

图7表示液晶显示元件等液晶元件的制造步骤的流程图。如图7所示，液晶元件的制造步骤中，依序进行图案形成步骤(步骤S50)、彩色滤光片形成步骤(步骤S52)、单元组装步骤(步骤S54)、以及模块组装步骤(步骤S56)。

步骤S50的图案形成步骤中，使用上述实施形态的投影曝光装置，将电路图案及电极图案等既定图案形成于涂布有光阻的玻璃基板上作为基板P。在该图案形成步骤中，包含曝光步骤，使用上述实施形态的投影曝光装置，在光阻层进行图案转印；显影步骤，进行转印有图案的基板P的显影亦即进行玻璃基板上的光阻层的显影，以产生对应图案形状的光阻层；以及加工步骤，透过该显影后的光阻层来进行玻璃基板表面的加工。

步骤S52的彩色滤光片形成步骤中，形成彩色滤光片，其将多数个对应R(Red：红)、G(Green：绿)、及B(Blue：蓝)的3个点的组排列成阵列状，或将多个R、G、B的3条条纹的滤光片的组排列于水平扫描方向。

步骤S54的单元组装步骤中，使用藉由步骤S50形成有既定图案的玻璃基板与藉由步骤S52所形成的彩色滤光片来组装液晶面板(液晶单元)。具体而言，例如将液晶注入玻璃基板与彩色滤光片之间，藉此形成液晶面板。步骤S56的模块组装步骤中，对藉由步骤S54所组装的液晶面板安装使该液晶面板进行显示动作的电气电路及背光等各种零件。

又，本发明并不限于应用在半导体元件制造用的曝光装置，亦可广泛应用于例如形成于方形玻璃板的液晶显示元件或电浆显示器等显示装置用的曝光装置、或用以制造摄影元件(CCD等)、微型装置、薄膜磁头、以及DNA晶片等各种元件的曝光装置。此外，本发明亦可应用于使光微影步骤来制造形成有各种元件的光罩图案的光罩(光罩、标线片等)时的曝光步骤(曝光装置)。

此外，上述实施形态中，虽使用ArF准分子激光光(波长：193nm)或KrF准分子激光光(波长：248nm)作为曝光用光，但并不限于此，对其他适当的激光光源，例如供应波长为157nm的激光光的F₂激光光源等亦可应用本发明。

又，上述实施形态中，虽在曝光装置中对照明光罩的照明光学系统应用本发明，但并不限于此，对照明光罩以外的被照射面的一般照明光学系统亦可应用本发明。

又，上述实施例中虽使用绕射光学元件，但并不限定于绕射光学元件，例如亦可是欧洲专利公开第1970943号公报所揭示的折射光学元件。

又，上述实施形态中，亦可应用所谓液浸法，其是以具有折射率大于1.1的介质(典型为液体)来充满投影光学系统与感光性基板间的光路中的方法。此时，将液体充满于投影光学系统与感光性基板间的光路中的方法，可采用以下诸方法，亦即如国际公开第WO99/49504号公报所揭示的局部充满液体、如日本特开平6-124873号公报所揭示的使保持曝光对象的基板的载台在液槽的中移动、或如日本特开平10-303114号公报所揭示的将既定深度的液体槽形成于载台上并将基板保持于其中。

又，上述实施形态中，亦可应用美国专利公开第2006/0203214号公报、及美国专利公开第2007/0146676号公报所揭示的偏光照明方法。

以上所说明的实施形态，是为了使本发明易于理解而记载，而非为了限制本发明而记载。因此，上述实施形态所揭示的各元件，亦包含属于本发明的技术范围的所有设计变更或均等物的意旨。又，上述实施形态的各构成元件等，加以任意组合亦可。

Claims (20)

1、一种光学单元，其特征在于，具备：

第1光路，可配置具有二维排列并可个别控制的多个光学元件的空间调变元件；

第2光路，具有供表面具有既定固定图案的角度分布赋予元件插入的机构；以及

第3光路，经过该第1光路及该第2光路的两者的光的光路；

在该角度分布赋予元件插入该第2光路时，根据射入该角度分布赋予元件的光对射出的光赋予角度分布。

2、如权利要求1所述的光学单元，其特征在于，其中，该第2光路的该机构，具有供该角度分布赋予元件插入的空间。

3、如权利要求1或2所述的光学单元，其特征在于，其中，该角度分布赋予元件具备具有该既定固定图案的基板。

4、如权利要求1至3中任一项所述的光学单元，其特征在于，其中，该空间光调变器，具有二维排列的多个反射镜元件、以及个别控制驱动该多个反射镜元件的姿势的驱动部。

5、如权利要求4所述的光学单元，其特征在于，其中，该驱动部使该多个反射镜元件的面向连续地变化。

6、如权利要求1至5项中任一项所述的光学单元，其特征在于，其进一步具备将射入光束分割成多个光束的光分割器；

该第1光路，被该光分割器分割的该多个光束中的第1光束的光路；

该第2光路，被该光分割器分割的该多个光束中的第2光束的光路。

7、如权利要求1至6项中任一项所述的光学单元，其特征在于，其进一步具备合成该第1及第2光束的光合成器；

该第3光路，藉由该光合成器合成的该第1及第2光束的光路。

8、如权利要求6或7所述的光学单元，其特征在于，其中，该光分割器，具有将该射入光束分离成作为该第1光束的反射光束与作为该第2光束的透射光束的分离膜。

9、如权利要求6至8项中任一项的光学单元，其特征在于，其中，该光合成器，具有将透过该空间光调变器的该第1光束分离成作为所需光束的反射光束与作为不要光束的透射光束的分离膜。

10、如权利要求6至9项中任一项所述的光学单元，其特征在于，其中，射入该光分割器的该射入方向的行进方向与从该光合成器射出的射出光束在基准状态的行进方向为平行。

11、如权利要求1至10项中任一项所述的光学单元，其特征在于，其中，该光学单元，用于根据来自光源的光照明被照射面的照明光学装置；

该第3光路，与该照明光学装置的光轴一致或平行。

12、如权利要求10所述的光学单元，其特征在于，其中，该光学单元，用于根据来自光源的光照明被照射面的照明光学装置；

该射出光束在该基准状态的行进方向，与该照明光学装置的光轴一致或平行。

13、一种照明光学装置，根据来自光源的光照明被照射面，其特征在于，具备：

权利要求1至12项中任一项所述的光学单元；以及

分布形成光学系统，根据透过该空间光调变器及该角度分布赋予元件的光束，在该照明光学装置的照明光瞳形成既定光强度分布。

14、如权利要求13所述的照明光学装置，其特征在于，其进一步具备：照明光瞳分布测量部，以该照明光瞳或与该照明光瞳在光学上共轭的面测量形成于该照明光瞳的既定光强度分布；以及控制部，根据该照明光瞳分布测量部的测量结果，控制该光学单元中的该空间光调变器。

15、一种曝光装置，其特征在于：

具备用以照明既定图案的权利要求13或14所述的照明光学装置，并将该既定图案曝光于感光性基板。

16、一种元件制造方法，其特征在于，包含：

曝光步骤，使用权利要求15所述的曝光装置，将该既定图案曝光于该感光性基板；

显影步骤，使转印有该图案的该感光性基板显影，将对应该图案的形状的光罩层形成于该感光性基板的表面；以及

加工步骤，透过该光罩层进行该感光性基板的表面的加工。

17、一种曝光方法，根据来自光源的光将既定图案曝光于感光性基板，其特征在于，具有：

第1步骤，将来自该光源的光导向角度分布赋予元件以将既定的光瞳强度分布形成于照明光瞳；

第2步骤，将来自该光源的光分割成第1光束与朝向该角度分布赋予元件之与该第1光束不同的第2光束；

第3步骤，将该第1光束导向具有二维排列并可个别控制的多个光学元件的空间光调变器；

第4步骤，将透过该空间光调变器的第1光束导向该照明光瞳的位置；

第5步骤，藉由透过该照明光瞳的光照明该既定图案；以及

第6步骤，根据来自该被照明的该既定图案的光使该感光性基板曝光。

18、如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，其进一步包含：第7步骤，测量形成于该照明光瞳的既定光强度分布；以及第8步骤，根据该第7步骤的测量结果控制以该空间光调变器进行的光调变。

19、如权利要求17或18所述的曝光方法，其特征在于，其进一步包含：第9步骤，测量曝光于该感光性基板的被曝光图案；

第10步骤，判断该被曝光图案是否在容许范围内；以及

第11步骤，当在该第10步骤判断该被曝光图案在容许范围外时，即控制以该空间光调变器进行的光调变。

20、一种电子元件制造方法，其特征在于，包含：

曝光步骤，使用权利要求17至19项中任一项所述的曝光方法，将该既定图案曝光于该感光性基板；

显影步骤，使转印有该图案的该感光性基板显影，将对应该图案的形状的光罩层形成于该感光性基板的表面；以及

加工步骤，透过该光罩层进行该感光性基板的表面的加工。

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