JP2004056103A - 照明光学装置、露光装置および露光方法 - Google Patents
照明光学装置、露光装置および露光方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】オプティカルインテグレータ(4)と被照射面(M,W)との間の光路中には、オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズ(8)が配置されている。フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材(8a)と第2フライアイ部材(8b)とを有する。第1フライアイ部材の光源側の面および第2フライアイ部材の光源側の面には第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、第1フライアイ部材の被照射面側の面および第2フライアイ部材の被照射面側の面には第1方向と直交する第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
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フライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。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。開口絞りは、所望の照明条件(露光条件)に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。
【0003】
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成を有する露光装置において、結像性能の向上を図るには、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることが必要である。
【0005】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることができる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度が向上した照明光学装置を用いて、良好な結像性能の下で良好な投影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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第1発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材と第2フライアイ部材とを有し、
前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面には、第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、
前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【0007】
第1発明の好ましい態様によれば、前記第1フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRaとし、前記第2フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRbとし、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRcとし、前記第2フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRdとするとき、
0.3<Rd/Rc<0.5
0.3<Rb/Ra<0.5
の条件を満足する。
【0008】
また、第1発明の好ましい態様によれば、前記第1フライアイ部材は石英を有し、前記第2フライアイ部材は、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有する。あるいは、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうち、1mJ/cm2以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することが好ましい。なお、前記結晶材料は、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ、およびライサフからなる群から選択された少なくとも1つを有することが好ましい。
【0009】
さらに、第1発明の好ましい態様によれば、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材には、前記第1フライアイ部材と前記第2フライアイ部材とを位置合わせするためのアライメントマークが形成されている。この場合、前記アライメントマークは、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面において前記第2方向に沿って形成された直線状のマークと、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面において前記第1方向に沿って形成された直線状のマークとを有することが好ましい。
【0010】
また、第1発明の好ましい態様によれば、前記フライアイレンズの前記第1方向に関する入射瞳面またはその近傍および前記フライアイレンズの前記第2方向に関する入射瞳面またはその近傍のうちの少なくとも一方には、前記被照射面における照度分布を補正するための補正フィルターが設けられている。この場合、前記補正フィルターには、該補正フィルターを前記第1フライアイ部材または前記第2フライアイ部材と位置合わせするための第2アライメントマークが形成されていることが好ましい。また、この場合、前記第2アライメントマークは、前記第1方向または前記第2方向に沿って形成された直線状のマークを有することが好ましい。
【0011】
さらに、第1発明の好ましい態様によれば、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第1方向に沿ったピッチ、および前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第2方向に沿ったピッチのうちの少なくとも一方は2mm以下である。
【0012】
また、第1発明の好ましい態様によれば、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、移動可能に構成されている。この場合、前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、光軸に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。
【0013】
また、前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第1方向および前記第2方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。さらに、照明瞳面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第1方向および前記第2方向のうちの少なくとも一方の方向廻りに回転可能に構成されていることが好ましい。
【0014】
本発明の第2発明では、第1発明の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記第1方向と光学的に対応する方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【0015】
またこの場合、前記第1フライアイ部材の光源側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第1方向に沿ったピッチは、前記第1フライアイ部材の被照射面側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第2方向に沿ったピッチよりも小さく設定されていることを特徴とする。さらにこの場合、前記第1フライアイ部材の被照射面側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第2方向に沿ったピッチをaとし、前記第1フライアイ部材の光源側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第1方向に沿ったピッチをbとするとき、1.2<a/b<13.0を満足することが好ましい。さらに好ましくは、2.6<a/b<4.0を満足することが好ましい。
【0016】
本発明の第3発明では、第1発明の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【0017】
また、本発明の第4発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための照明光学装置において、前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材と第2フライアイ部材とを有し、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面には、第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第1フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRaとし、前記第2フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRbとし、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRcとし、前記第2フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRdとするとき、
0.3<Rd/Rc<0.5
0.3<Rb/Ra<0.5
の条件を満足することを特徴とする。
【0018】
また、本発明の第5発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための照明光学装置において、前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材と第2フライアイ部材とを有し、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面には、第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうち、1mJ/cm2以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする。
【0019】
また、本発明の第6発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための照明光学装置において、前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、第1方向および該第1方向と直交する第2方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って配列された多数の光学素子からなる光学素子アレイと、前記光学素子アレイと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記光学素子からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材と第2フライアイ部材とを有し、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面には、前記第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする。
【0020】
第6発明の好ましい態様によれば、前記光学素子アレイは、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成することが好ましい。また、上述の第6発明において、前記光学素子アレイは、前記光源からの光束に基づいて、光軸を含む中心領域での光強度が該中心領域の周囲の領域よりも小さく設定された光強度分布を持つ光束を、前記フライアイレンズに対して供給することが好ましい。また、上述の第6発明において、前記光学素子アレイと前記フライアイレンズとの間の光路中に、リレー光学系が配置されていることが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
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照明光学装置を備えた露光装置の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、ウェハ面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。なお、図1では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【0022】
図1の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源1として、たとえば248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザー光源または193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザー光源を備えている。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、光源1からZ方向に沿って射出されたほぼ平行光束は、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。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。
【0023】
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、折り曲げミラー3でY方向に偏向された後、回折光学素子4を介して、アフォーカルズームレンズ5に入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光(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、回折光学素子4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。したがって、回折光学素子4を介した光束は、アフォーカルズームレンズ5の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
【0024】
なお、回折光学素子4は、照明光路から退避可能に構成されている。回折光学素子4の照明光路からの退避および照明光路への設定は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系22により行われる。アフォーカルズームレンズ5は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ5の倍率変化は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系23により行われる。アフォーカルズームレンズ5を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子6に入射する。アフォーカルズームレンズ5は、回折光学素子4の発散原点と回折光学素子6の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子6の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ5の倍率に依存して変化する。
【0025】
輪帯照明用の回折光学素子6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。なお、回折光学素子6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極照明用の回折光学素子60や円形照明用の回折光学素子61と切り換え可能に構成されている。4極照明用の回折光学素子60および円形照明用の回折光学素子61の構成および作用については後述する。ここで、輪帯照明用の回折光学素子6と4極照明用の回折光学素子60と円形照明用の回折光学素子61との間の切り換えは、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系24により行われる。
【0026】
回折光学素子6を介した光束は、ズームレンズ7に入射する。ズームレンズ7の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとからなるマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)8の入射面(すなわち第1フライアイ部材8aの入射面)が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ8は入射光束に基づいて多数光源を形成するオプティカルインテグレータとして機能するが、その詳細な構成および作用については後述する。
【0027】
上述したように、回折光学素子4を介してアフォーカルズームレンズ5の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ5から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子6に入射する。すなわち、回折光学素子4は、角度光束形成作用を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子6を介した光束は、ズームレンズ7の後側焦点面に(ひいてはマイクロフライアイレンズ8の入射面に)、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【0028】
マイクロフライアイレンズ8の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ7の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ7は、回折光学素子6とマイクロフライアイレンズ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。なお、ズームレンズ7の焦点距離の変化は、制御系21からの指令に基づいて動作する駆動系25により行われる。マイクロフライアイレンズ8に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面にはマイクロフライアイレンズ8への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。
【0029】
マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系9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。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、感光性基板であるウェハW上にマスクパターンの像を形成する。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。
【0030】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば1:3の矩形状となる。
【0031】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ5の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ(円形状の中心線の光軸AXからの距離)が変化することなく、その幅(外径(直径)と内径(直径)との差の1/2)だけが変化する。すなわち、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ(外径)およびその形状(輪帯比:内径/外径)をともに変更することができる。
【0032】
また、ズームレンズ7の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さおよびその幅がともに変化する。すなわち、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【0033】
前述したように、回折光学素子6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極照明用の回折光学素子60や円形照明用の回折光学素子61と切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素子6に代えて回折光学素子60を照明光路中に設定することによって得られる4極照明について説明する。4極照明用の回折光学素子60は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに4点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子60を介した光束は、マイクロフライアイレンズ8の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした4つの円形状の照野からなる4極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ4極状の二次光源が形成される。
【0034】
4極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、4極状の二次光源の外径(4つの円形状の面光源に外接する円の直径)および輪帯比(4つの円形状の面光源に内接する円の直径/4つの円形状の面光源に外接する円の直径)をともに変更することができる。また、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、4極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、4極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【0035】
次いで、回折光学素子4を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子6または60に代えて円形照明用の回折光学素子61を照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。この場合、アフォーカルズームレンズ5には光軸AXに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ5に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸AXに沿ってアフォーカルズームレンズ5から射出され、回折光学素子61に入射する。
【0036】
ここで、円形照明用の回折光学素子61は、回折光学素子4と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子61により形成された円形光束は、ズームレンズ7を介して、マイクロフライアイレンズ8の入射面において光軸AXを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面にも、光軸AXを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ5の倍率またはズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【0037】
以下、本実施形態における照明の切り換え動作などについて簡単に説明する。まず、ステップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などが、キーボードなどの入力手段20を介して制御系21に入力される。制御系21は、各種のマスクに関する最適な線幅(解像度)、焦点深度等の情報を内部のメモリー部に記憶しており、入力手段20からの入力に応答して駆動系22〜25に適当な制御信号を供給する。
【0038】
すなわち、最適な解像度および焦点深度のもとで輪帯照明を行う場合、駆動系24は制御系21からの指令に基づいて輪帯照明用の回折光学素子6を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面において所望の大きさ(外径)および輪帯比を有する輪帯状の二次光源を得るために、駆動系23は制御系21からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ5の倍率を設定し、駆動系25は制御系21からの指令に基づいてズームレンズ7の焦点距離を設定する。
【0039】
さらに、必要に応じて、駆動系23によりアフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させたり、駆動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させたりすることにより、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成される輪帯状の二次光源の大きさおよび輪帯比を適宜変更することができる。こうして、輪帯状の二次光源の形成においてほとんど光量損失することなく、輪帯状の二次光源の大きさおよび輪帯比を適宜変化させて多様な輪帯照明を行うことができる。
【0040】
また、最適な解像度および焦点深度のもとで4極照明を行う場合、駆動系24は制御系21からの指令に基づいて4極照明用の回折光学素子60を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面において所望の大きさ(外径)および形状(輪帯比)を有する4極状の二次光源を得るために、駆動系23は制御系21からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ5の倍率を設定し、駆動系25は制御系21からの指令に基づいてズームレンズ7の焦点距離を設定する。
【0041】
さらに、必要に応じて、駆動系23によりアフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させたり、駆動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させたりすることにより、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成される4極状の二次光源の大きさおよび形状を適宜変更することができる。こうして、4極状の二次光源の形成において光量損失を良好に抑えた状態で、4極状の二次光源の大きさおよび形状を適宜変化させて多様な4極照明を行うことができる。
【0042】
さらに、最適な解像度および焦点深度のもとで通常の円形照明を行う場合、駆動系22は制御系21からの指令に基づいて回折光学素子4を照明光路から退避させる。また、駆動系24は、制御系21からの指令に基づいて、円形照明用の回折光学素子61を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面において所望の大きさ(外径)を有する円形状の二次光源を得るために、駆動系23は制御系21からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ5の倍率を設定し、駆動系25が制御系21からの指令に基づいてズームレンズ7の焦点距離を設定する。
【0043】
さらに、必要に応じて、駆動系25によりズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成される円形状の二次光源の大きさを適宜変更することができる。こうして、円形状の二次光源の形成において光量損失を良好に抑えつつ、σ値(σ値=二次光源の外径/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)を適宜変化させて多様な円形照明を行うことができる。
【0044】
図2は、図1のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。また、図3は、図1のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図2を参照すると、マイクロフライアイレンズ8は、光源側に配置された第1フライアイ部材8aとマスク側(被照射面側)に配置された第2フライアイ部材8bとから構成されている。第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとは全体的に同様の構成を有するが、その屈折面の曲率半径、その材質などは必ずしも一致していない。
【0045】
さらに詳細には、第1フライアイ部材8aの光源側の面および第2フライアイ部材8bの光源側の面には、X方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群11aおよび11bがそれぞれ形成されている。すなわち、第1フライアイ部材8aの光源側の面および第2フライアイ部材8bの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11aおよび11bはX方向に沿ってピッチp1を有する。
【0046】
一方、第1フライアイ部材8aのマスク側の面および第2フライアイ部材8bのマスク側の面には、Z方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群12aおよび12bがそれぞれ形成されている。すなわち、第1フライアイ部材8aのマスク側の面および第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12aおよび12bはZ方向に沿ってピッチp2を有する。本実施形態では、光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11aおよび11bのピッチp1が、マスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12aおよび12bのピッチp2よりも小さく設定されている。
【0047】
また、第1フライアイ部材8aの光源側の面および第2フライアイ部材8bの光源側の面には、Z方向に沿った直線状のマーク13aおよび13bがX方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。同様に、第1フライアイ部材8aのマスク側の面および第2フライアイ部材8bのマスク側の面には、X方向に沿った直線状のマーク14aおよび14bがZ方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。マーク13a,13b,14a,14bは、たとえば第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bを構成する基板に刻設された直線状の溝である。
【0048】
図3(a)を参照して、マイクロフライアイレンズ8のX方向に関する屈折作用(すなわちXY平面に関する屈折作用)に着目すると、光軸AXに沿ってマイクロフライアイレンズ8に入射した平行光束は、第1フライアイ部材8aの光源側(図中左側)に形成されたシリンドリカルレンズ群11aによってX方向に沿ってピッチp1で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群11aの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第2フライアイ部材8bの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群11bのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面8c上に集光する。
【0049】
一方、図3(b)を参照して、マイクロフライアイレンズ8のZ方向に関する屈折作用(すなわちZY平面に関する屈折作用)に着目すると、光軸AXに沿ってマイクロフライアイレンズ8に入射した平行光束は、第1フライアイ部材8aのマスク側(図中右側)に形成されたシリンドリカルレンズ群12aによってZ方向に沿ってピッチp2で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群12aの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第2フライアイ部材8bのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群12bのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面8c上に集光する。
【0050】
なお、マイクロフライアイレンズ8のX方向に関する入射瞳面の位置とZ方向に関する入射瞳面の位置とは異なり、X方向に関する入射瞳面の方がZ方向に関する入射瞳面よりも光源側に位置することになる。このように、本実施形態のマイクロフライアイレンズ8は、光軸AXに沿って間隔を隔てて配置された第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとにより構成されているが、X方向にp1のサイズを有しZ方向にp2のサイズを有する多数のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列して構成される通常のフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。
【0051】
しかしながら、本実施形態では、各屈折面が二次元的な曲面状(球面状)に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、マイクロフライアイレンズ8を構成する第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bの各屈折面が一次元的な曲面状(円筒面状)に形成されるので加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。特に、最小ピッチp1が2mm以下であるようなマイクロフライアイレンズの場合には、製造コストの低減効果は顕著である。ちなみに、本実施形態のマイクロフライアイレンズ8は、たとえば研削加工、エッチング加工、型プレス加工などにより製造可能である。
【0052】
また、本実施形態では、光源1とマイクロフライアイレンズ8との間の光路中にオプティカルインテグレータとしての回折光学素子4が配置されているので、回折光学素子4の角度光束形成作用により、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成される多数光源(二次光源)を構成する各光源が拡大されて光源同士の間隔が狭められる。その結果、本実施形態では、照明瞳面(マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面)に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることができるので、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことができる。
【0053】
なお、本実施形態では、以下の条件式(1)および(2)を満足することが望ましい。
0.3<Rd/Rc<0.5 (1)
0.3<Rb/Ra<0.5 (2)
【0054】
ここで、Raは第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズ(11a)の曲率半径であり、Rbは第2フライアイ部材8bの光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズ(11b)の曲率半径である。また、Rcは第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成された各シリンドリカルレンズ(12a)の曲率半径であり、Rdは第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成された各シリンドリカルレンズ(12b)の曲率半径である。
【0055】
条件式(1)の下限値を下回ると、第2フライアイ部材8bのマスク側の屈折面(シリンドリカルレンズ群12bの屈折面)の製造誤差がウェハ共役面(ウェハ面を含む)における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。一方、条件式(1)の上限値を上回ると、第1フライアイ部材8aのマスク側の屈折面(シリンドリカルレンズ群11bの屈折面)の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【0056】
同様に、条件式(2)の下限値を下回ると、第2フライアイ部材8bの光源側の屈折面(シリンドリカルレンズ群12aの屈折面)の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。また、条件式(2)の上限値を上回ると、第1フライアイ部材8aの光源側の屈折面(シリンドリカルレンズ群11aの屈折面)の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【0057】
また、本実施形態では、第1フライアイ部材8aが石英により形成され、第2フライアイ部材8bが露光光に対して透過性を有する結晶材料により形成されていることが好ましい。ここで、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料として、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ(LiCaAlF6:リチウムカルシウムアルミニウムフローライド)、ライサフ(LiSrAlF6:リチウムストロンチウムアルミニウムフローライド)などを用いることができる。
【0058】
上述の結晶材料は、エネルギ密度の比較的高い光照射に対しても損傷しにくい光学材料である。図3に示すように、マイクロフライアイレンズ8では、光源側に配置された第1フライアイ部材8aよりもマスク側に配置された第1フライアイ部材8bにおける光照射のエネルギ密度が高くなる。したがって、エネルギ密度が比較的低い第1フライアイ部材8aでは材料コストおよび製造コストの低い石英を用い、エネルギ密度が比較的高い第2フライアイ部材8bでは材料コストおよび製造コストは比較的高いが光照射により損傷しにくい特性を有する上述の結晶材料を用いることが好ましい。
【0059】
また、同様の理由により、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうち、1mJ/cm2以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は上述の結晶材料により形成されていることが好ましい。これは、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bの双方において1mJ/cm2以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在する場合には、双方のフライアイ部材8aおよび8bを上述の結晶材料により形成した方が好ましいことを意味している。
【0060】
さらに、本実施形態では、第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとを位置合わせすること、すなわち第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11aと第2フライアイ部材8bの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11bとを光学的に位置合わせするとともに、第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12aと第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12bとを光学的に位置合わせすることが重要である。
【0061】
そこで、本実施形態では、たとえば顕微鏡のような適当な観察装置を用いて光軸AXに沿って第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bを観察しながら、第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたマーク13aと第2フライアイ部材8bの光源側の面に形成されたマーク13bとがX方向に一致するとともに、第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成されたマーク14aと第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成されたマーク13bとがZ方向に一致するように、第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとを位置合わせ(アライメント)することが好ましい。
【0062】
図4は、図1のマイクロフライアイレンズに対して一対の補正フィルターを設けた様子を示す図である。また、図5および図6は、それぞれ第1補正フィルターおよび第2補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。本実施形態では、図4に示すように、マイクロフライアイレンズ8のX方向に関する入射瞳面またはその近傍に、ウェハ面(被照射面)における照度分布(照度むら)をX方向に沿って補正するための第1補正フィルター(ランダムパターンドフィルター)15を設けることが好ましい。また、マイクロフライアイレンズ8のZ方向に関する入射瞳面またはその近傍に、ウェハ共役面(被照射面)における照度分布(照度むら)をY方向(マイクロフライアイレンズ8におけるZ方向に光学的に対応する方向)に沿って補正するための第2補正フィルター(ランダムパターンドフィルター)16を設けることが好ましい。
【0063】
図5に示すように、第1補正フィルター15は、全体的に第1フライアイ部材8aと同じ平行平面板の形態を有する。そして、第1補正フィルター15の光源側の面(一般的には一方の面)には、第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12aの各シリンドリカルレンズに対応するように、Z方向に沿って細長く延びた矩形状のランダムパターン15aがX方向に沿ってピッチp1で形成されている。また、第1補正フィルター15の光源側の面には、第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成された一対のマーク13aに対応するように、Z方向に沿った直線状の一対のマーク15bが形成されている。
【0064】
同様に、図6に示すように、第2補正フィルター16も平行平面板の形態を有し、その一方の面には第2フライアイ部材8bの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12bの各シリンドリカルレンズに対応するように、X方向に沿って細長く延びた矩形状のランダムパターン16aがZ方向に沿ってピッチp2で形成されている。また、第2補正フィルター16の一方の面には、第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成された一対のマーク14a(ひいては第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成された一対のマーク14b)に対応するように、Z方向に沿った直線状の一対のマーク15bが形成されている。なお、マーク15bおよび16bは、たとえば第1補正フィルター15および第2補正フィルター16を構成する基板に刻設された直線状の溝である。
【0065】
こうして、第1補正フィルター15および第2補正フィルター16の作用により、ウェハ面(被照射面)において均一な照度分布を得ることができる。ただし、この場合、第1補正フィルター15および第2補正フィルター16と第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bとを位置合わせすること、すなわち第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11aと第1補正フィルター15の光源側の面に形成された複数のランダムパターン15aとを光学的に位置合わせするとともに、第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12a(ひいては第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群12b)と第2補正フィルター16の光源側の面に形成された複数のランダムパターン16aとを光学的に位置合わせすることが重要である。
【0066】
そこで、本実施形態では、たとえば顕微鏡を用いて光軸AXに沿って第1補正フィルター15および第2補正フィルター16と第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bを観察しながら、第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたマーク13aと第1補正フィルター15の光源側の面に形成されたマーク15bとがX方向に一致するとともに、第1フライアイ部材8aのマスク側の面に形成されたマーク14a(ひいては第2フライアイ部材8bのマスク側の面に形成されたマーク14b)と第2補正フィルター16の光源側の面に形成されたマーク16bとがZ方向に一致するように、第1補正フィルター15および第2補正フィルター16と第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材とを位置合わせ(アライメント)することが好ましい。
【0067】
ところで、上述の説明では、マイクロフライアイレンズ8のX方向に関する入射瞳面またはその近傍に第1補正フィルター15を設け、Z方向に関する入射瞳面またはその近傍に第2補正フィルター16を設けているが、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがってスキャン露光を行う露光装置の場合には第2補正フィルター16の設置を省略することもできる。換言すれば、ステップ・アンド・リピート方式にしたがって一括的に露光する露光装置の場合には第1補正フィルター15および第2補正フィルター16の双方を設置することが望ましい。
【0068】
本実施形態がスキャン露光型の露光装置に適用される場合、シリンドリカルレンズ群11aおよび11bのX方向に沿ったピッチp1がシリンドリカルレンズ群12aおよび12bのZ方向に沿ったピッチp2よりも小さく設定されているので、XY平面に沿ったウェハW上ではY方向(マイクロフライアイレンズ8におけるZ方向に光学的に対応する方向)に沿って細長い矩形状の露光領域が初期的に形成される。そして、ウェハW上においてマスクパターンはX方向に沿って走査されることになり、スキャン露光によってピッチp2に光学的に対応するY方向サイズを有し且つ移動距離(走査距離)に対応したX方向サイズを有する矩形状の露光領域が最終的に形成される。すなわち、X方向は走査方向であり、Y方向は非走査方向である。
【0069】
この場合、ウェハW上における走査方向すなわちX方向の照度むらは、スキャン露光による平均化効果によって低減されるので、ウェハW面における照度むらをX方向に沿って補正するための第1補正フィルター15の設置を省略することもできる。なお、補正フィルター(ランダムパターンドフィルター)のさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開平7−130600号公報などを参照することができる。
【0070】
また、本実施形態がスキャン露光型の露光装置に適用される場合、第1フライアイ部材8aの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群11aのX方向に沿ったピッチp1は、第1フライアイ部材8aのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群11bのZ方向に沿ったピッチp2よりも小さく設定されていることが好ましい。この構成により、シリンドリカルレンズ群11aよりも開口数が大きくなるシリンドリカルレンズ群11bをマスク側に配置することができるので、収差を良好に抑えた光学設計が可能になる。
【0071】
また、この場合、第1フライアイ部材8aのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群11bのZ方向に沿ったピッチp2をaとし、第1フライアイ部材8aの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群11aのX方向に沿ったピッチp1をbとするとき、1.2<a/b(=p2/p1)<13.0を満足することが好ましく、さらに好ましくは2.6<a/b<4.0を満足することが好ましい。
【0072】
なお、本実施形態では、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方が移動可能に構成されていることが好ましい。具体的には、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方が光軸AXに沿って移動可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方を光軸AXに沿って移動させて、被照射面(マスク面またはウェハ面)における照明領域の大きさを制御することができる。
【0073】
またこの場合、第1フライアイ部材8aの光源側の屈折面およびマスク側の屈折面のうちの少なくとも一方に高次の非球面に対応する高次の非円筒面を導入することにより、被照射面における照度分布(特に凹凸むら)を制御することができる。ここで、高次の非球面とは、8次の非球面係数C8以降の非球面係数を含む非球面であって、光軸に垂直な方向の高さをyとし、非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離(サグ量)をzとし、頂点曲率半径をrとし、円錐係数をκとし、n次の非球面係数をCnとしたとき、以下の数式(a)で表される。
【0074】
【数1】
z=(y2/r)/[1+{1−(1+κ)・y2/r2}1/2]
+C4・y4+C6・y6+C8・y8+C10・y10
+C12・y12+C14・y14+・・・ (a)
【0075】
また、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方が、X方向およびZ方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方をX方向またはZ方向(光軸と交わる方向、典型的には光軸直交方向)に沿って移動させて、被照射面における照明領域の大きさや被照射面における照度分布(傾斜むら)を制御することができる。
【0076】
さらに、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方が、X方向およびZ方向のうちの少なくとも一方の方向廻り(光軸と交わる方向廻り、典型的には光軸直交方向廻り)に回転可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方をX方向廻りまたはZ方向廻りに回転させて、照明瞳面における照度分布を制御することができ、ひいては被照射面上でのテレセントリック性(特にテレセントリック性の傾斜成分)を制御することができる。このとき、第1フライアイ部材8aをシリンドリカルレンズ群11aを有するフライアイ部材とシリンドリカルレンズ群12aを有するフライアイ部材とに分割し、第2フライアイ部材8bをシリンドリカルレンズ群11bを有するフライアイ部材とシリンドリカルレンズ群12bを有するフライアイ部材とに分割し、これら4つのフライアイ部材を独立に調整可能とすることが好ましい。これにより、被照射面上でのテレセントリック性の傾斜成分の制御性の向上を図ることができる。また、第1フライアイ部材8aまたは第2フライアイ部材8bを構成する基板が製造誤差などにより全体的に平行平面状ではなく「くさび状」になっている場合にその補正のための光学調整を行うことができる。
【0077】
また、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方がY方向廻り(光軸と交差する方向廻り、典型的には光軸直交方向廻り、好ましくはフライアイ部材のシリンドリカルレンズ群のピッチ直交方向廻り)に回転可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第1フライアイ部材8aおよび第2フライアイ部材8bのうちの少なくとも一方をY方向廻りに回転させて、第1フライアイ部材8aまたは第2フライアイ部材8bにおいてシリンドリカルレンズ群が製造誤差などによりX方向またはZ方向に対して僅かに傾斜して形成されている場合にその補正のための光学調整を行うことができる。
【0078】
また、本実施形態では、被照射面(マスク面またはウェハ面)の全体に亘って光束の開口数の一様性を確保するために、マイクロフライアイレンズ8が正弦条件を満たすことが望ましい。この場合、第2フライアイ部材8bの光源側の屈折面およびマスク側の屈折面のうちの少なくとも一方に低次の非球面に対応する低次の非円筒面を導入することにより(好ましくは第2フライアイ部材8bのマスク側の屈折面に低次の非球面に対応する低次の非円筒面を導入することにより)、マイクロフライアイレンズ8が正弦条件を満たすように設定することができる。ここで、低次の非球面とは、6次の非球面係数C6以下の非球面係数を含む非球面である。また、ここで、被照射面(マスク面またはウェハ面、或いはマスク共役面(レチクルブラインド面))の全体に亘って照度均一性を保ちながら光束の開口数の一様性を確保するために、マイクロフライアイレンズ8よりもマスク側に位置するコンデンサー光学系9も正弦条件を満たすことが好ましい。
【0079】
さて、マイクロフライアイレンズ8を正弦条件から若干外すように構成して、マイクロフライアイレンズ8へ入射する光束の角度を傾ける(当該光束の光軸に対する角度を変更する)ことにより、被照射面での照度分布の傾斜成分(傾斜むら)を調整することが可能である。ここで、マイクロフライアイレンズ8が正弦条件から外れることに起因して発生する照度むらの回転対称成分(凹凸むら)は、上述の補正フィルター15、16を用いることにより補正することが可能である。なお、この場合も、マイクロフライアイレンズ8よりも被照射面側に位置するコンデンサー光学系9が正弦条件を満たすことが好ましい。
【0080】
マイクロフライアイレンズ8へ入射する光束の角度を調整する構成としては、たとえばマイクロフライアイレンズ8よりも光源側に位置する光路折り曲げミラーが存在する場合は、この光路折り曲げミラーの設置角度を調整する構成、ズームレンズ7よりも光源側の光路(好ましくはズームレンズ7と回折光学素子6との間の光路)に光軸直交方向を回転軸として回転可能に設けられた平行平面板を設け、この平行平面板を回転軸を中心として傾ける構成、マイクロフライアイレンズ8の上流(好ましくはズームレンズ7とマイクロフライアイレンズ8との間)の光路に光軸に沿った方向に回転軸を持つ1対のクサビプリズムを設け、1対のクサビプリズムの相対的な角度を変更して全体の偏角を調整する構成、ズームレンズ7中の一部のレンズを光軸を横切る方向(典型的には光軸直交方向)へ移動させる構成などを用いることができる。このように、第1フライアイ部材8aの移動、第2フライアイ部材8bの移動、マイクロフライアイレンズ8への光束の入射角の変更などの手法により、被照射面上での照度むらを連続的に変更することが可能となる。
【0081】
上述の各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、上述の各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7のフローチャートを参照して説明する。
【0082】
先ず、図7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l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、上述の各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。
【0083】
また、上述の各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8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8において、パターン形成工程401では、上述の各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。
【0084】
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。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。
【0085】
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。
【0086】
なお、上述の実施形態では、最小ピッチp1が2mm以下のマイクロフライアイレンズ8に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、最小ピッチp1が2mmを超える通常のフライアイレンズに対しても本発明を適用することができる。ただし、この場合には、必要に応じて、フライアイレンズの射出面の近傍に光束を制限するための開口絞り(様々な輪帯開口絞り、4極開口絞り、円形開口絞り、虹彩絞りなど)を設置することになる。
【0087】
また、上述の実施形態に限定されることなく、たとえば特開2002−75835号公報に開示された照明光学装置のフライアイレンズ8に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ8を適用することもできる。また、たとえば特開2001−176766号公報に開示された照明光学装置のフライアイレンズ8に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ8を適用することもできる。さらに、たとえば欧州特許公開第1014196号公報において第43図を参照して開示された照明光学装置のフライアイレンズ1008に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ8を適用することもできる。
【0088】
さらに、上述の実施形態においては、導光光学系としてのコンデンサー光学系9によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクMを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系9とマスクMとの間の光路中に、照明視野絞り(マスクブラインド)と、この照明視野絞りの像をマスクM上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系9は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部(光透過部)の像をマスクM上に形成することになる。
【0089】
また、上述の実施形態では、露光光としてKrFエキシマレーザー光(波長:248nm)やArFエキシマレーザー光(波長:193nm)を用いているが、これに限定させることなく、たとえば250nm以下の波長を有する露光光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投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク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。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、照明瞳面に二次光源を形成するためのオプティカルインテグレータとして、シリンドリカルレンズ群が形成された一対のフライアイ部材からなるマイクロフライアイレンズを用いている。その結果、各屈折面が二次元的な曲面状(球面状)に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、各屈折面が一次元的な曲面状(円筒面状)に形成されるので加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。
【0091】
また、本発明では、光源とマイクロフライアイレンズとの間の光路中にオプティカルインテグレータが配置されているので、マイクロフライアイレンズの後側焦点面に形成される多数光源(二次光源)を構成する各光源が拡大されて光源同士の間隔が狭められる。その結果、本発明では、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させて、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことにより良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】図1のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。
【図3】図1のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図4】図1のマイクロフライアイレンズに対して一対の補正フィルターを設けた様子を示す図である。
【図5】第1補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。
【図6】第2補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。
【図7】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フローチャートである。
【図8】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
1 光源
4 回折光学素子(オプティカルインテグレータ)
5 アフォーカルズームレンズ
6、60,61 回折光学素子
7 ズームレンズ
8 マイクロフライアイレンズ(フライアイレンズ)
9 コンデンサー光学系
11,12 シリンドリカルレンズ群
13,14 マーク
15,16 補正フィルター
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
20 入力手段
21 制御系
22〜25 駆動系
Claims (18)
- 光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズは、光源側から順に、第1フライアイ部材と第2フライアイ部材とを有し、
前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面には、第1方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、
前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第1方向と直交する第2方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする照明光学装置。 - 前記第1フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRaとし、前記第2フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRbとし、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRcとし、前記第2フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をRdとするとき、
0.3<Rd/Rc<0.5
0.3<Rb/Ra<0.5
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 - 前記第1フライアイ部材は石英を有し、
前記第2フライアイ部材は、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。 - 前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうち、1mJ/cm2以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、250nm以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。
- 前記結晶材料は、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ、およびライサフからなる群から選択された少なくとも1つを有することを特徴とする請求項3または4に記載の照明光学装置。
- 前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材には、前記第1フライアイ部材と前記第2フライアイ部材とを位置合わせするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明光学装置。
- 前記アライメントマークは、前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面において前記第2方向に沿って形成された直線状のマークと、前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面において前記第1方向に沿って形成された直線状のマークとを有することを特徴とする請求項6に記載の照明光学装置。
- 前記フライアイレンズの前記第1方向に関する入射瞳面またはその近傍および前記フライアイレンズの前記第2方向に関する入射瞳面またはその近傍のうちの少なくとも一方には、前記被照射面における照度分布を補正するための補正フィルターが設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明光学装置。
- 前記補正フィルターには、該補正フィルターを前記第1フライアイ部材または前記第2フライアイ部材と位置合わせするための第2アライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項8に記載の照明光学装置。
- 前記第2アライメントマークは、前記第1方向または前記第2方向に沿って形成された直線状のマーク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。
- 前記第1フライアイ部材の光源側の面および前記第2フライアイ部材の光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第1方向に沿ったピッチ、および前記第1フライアイ部材の被照射面側の面および前記第2フライアイ部材の被照射面側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第2方向に沿ったピッチのうちの少なくとも一方は2mm以下であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の照明光学装置。
- 前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、光軸に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項12に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第1方向および前記第2方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項12または13に記載の照明光学装置。
- 照明瞳面における照度分布の制御のために、前記第1フライアイ部材および前記第2フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第1方向および前記第2方向のうちの少なくとも一方の方向廻りに回転可能に構成されていることを特徴とする請求項12至14ずれか1項に記載の照明光学装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
- 前記第1方向と光学的に対応する方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することを特徴とする請求項16記載の露光装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
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