JP2010157743A - Illumination optical apparatus, projection aligner, exposure method, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体集積回路(LSI等)、撮像素子、又は液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光技術に関し、更に詳しくはマスクパターンを所定の偏光状態の光で照明する露光技術に関する。また、本発明はその露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。 The present invention relates to an exposure technique used in a lithography process for manufacturing various devices such as a semiconductor integrated circuit (LSI or the like), an image sensor, or a liquid crystal display, and more specifically, a mask pattern is formed with light in a predetermined polarization state. It is related with the exposure technique illuminated with. The present invention also relates to a device manufacturing technique using the exposure technique.
半導体集積回路又は液晶ディスプレイ等の電子デバイスの微細パターンの形成に際しては、形成すべきパターンを4〜5倍程度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)のパターンを、投影光学系を介して被露光基板(感光体)としてのウエハ(又はガラスプレート等)上に縮小して露光転写する方法が用いられている。その露光転写に際して、ステッパー等の静止露光型及びスキャニング・ステッパー等の走査露光型の投影露光装置が用いられている。投影光学系の解像度は、露光波長を投影光学系の開口数(NA)で割った値に比例する。投影光学系の開口数(NA)とは、露光用の照明光のウエハヘの最大入射角の正弦(sin)に、その光束の通過する媒質の屈折率を乗じたものである。 When forming a fine pattern of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal display, a pattern of a reticle (or a photomask, etc.) as a mask drawn by enlarging the pattern to be formed approximately 4 to 5 times is projected. A method is used in which an exposure transfer is performed by reducing on a wafer (or glass plate or the like) as a substrate to be exposed (photosensitive member) via an optical system. For the exposure transfer, a stationary exposure type projection exposure apparatus such as a stepper and a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a scanning stepper are used. The resolution of the projection optical system is proportional to the value obtained by dividing the exposure wavelength by the numerical aperture (NA) of the projection optical system. The numerical aperture (NA) of the projection optical system is obtained by multiplying the sine of the maximum incident angle of the illumination light for exposure to the wafer by the refractive index of the medium through which the light beam passes.
従って、半導体集積回路等の微細化に対応するために、投影露光装置の露光波長は、より短波長化されてきた。現在、露光波長はKrFエキシマーレーザの248nmが主流であるが、より短波長のArFエキシマーレーザの193nmも実用化段階に入りつつある。そして、更に短波長の波長157nmのF2レーザや、波長126nmのAr2レーザ等の、いわゆる真空紫外域の光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、短波長化のみでなく、投影光学系の大開口数化(大NA化)によっても高解像度化は可能であるので、投影光学系をより一層大NA化するための開発もなされており、現在の最先端の投影光学系のNAは、0.8程度である。 Therefore, in order to cope with miniaturization of semiconductor integrated circuits and the like, the exposure wavelength of the projection exposure apparatus has been made shorter. At present, the main exposure wavelength is 248 nm of the KrF excimer laser, but the 193 nm of the shorter wavelength ArF excimer laser is also entering the practical stage. Further, there has been proposed a projection exposure apparatus using a so-called vacuum ultraviolet light source such as an F 2 laser having a shorter wavelength of 157 nm and an Ar 2 laser having a wavelength of 126 nm. In addition to shortening the wavelength, it is possible to increase the resolution by increasing the numerical aperture (increasing NA) of the projection optical system. Therefore, development has been made to further increase the NA of the projection optical system. The NA of the current state-of-the-art projection optical system is about 0.8.
一方、同一の露光波長、同一NAの投影光学系を使用しても、転写されるパターンの解像度を向上する技術として、いわゆる位相シフトレチクルを用いる方法や、照明光のレチクルヘの入射角度分布を所定分布に制御する輪帯照明、2極照明、及び4極照明などのいわゆる超解像技術も実用化されている。 On the other hand, as a technique for improving the resolution of a transferred pattern even when projection optical systems having the same exposure wavelength and the same NA are used, a method using a so-called phase shift reticle and a distribution of incident angles of illumination light on the reticle are predetermined. So-called super-resolution techniques such as annular illumination, dipole illumination, and quadrupole illumination that control the distribution are also in practical use.
それらの中で、輪帯照明は、照明光のレチクルへの入射角度範囲を所定角度範囲に制限する、即ち照明光学系の瞳面における照明光の分布を、照明光学系の光軸を中心とする所定の輪帯領域内に限定することにより、解像度及び焦点深度の向上に効果を発揮するものである(例えば、特許文献1参照)。一方、2極照明,4極照明は、入射角度範囲だけでは無く、レチクル上のパターンが特定の方向性を有するパターンである場合に、照明光の入射方向についてもそのパターンの方向性に対応した方向に限定することで、解像度及び焦点深度を大幅に向上するものである(例えば、特許文献2、3参照)。
Among them, the annular illumination limits the incident angle range of the illumination light to the reticle, that is, the distribution of the illumination light on the pupil plane of the illumination optical system with the optical axis of the illumination optical system as the center. By limiting to the predetermined ring zone region, the effect of improving the resolution and the depth of focus is exhibited (for example, see Patent Document 1). On the other hand, the dipole illumination and the quadrupole illumination correspond not only to the incident angle range but also to the incident direction of the illumination light when the pattern on the reticle has a specific directionality. By limiting to the direction, the resolution and the depth of focus are greatly improved (for example, see
なお、レチクル上のパターンの方向に対して照明光の偏光状態を最適化して、解像度及び焦点深度を向上する試みも提案されている。この方法は、照明光を、パターンの周期方向に直交する方向に、即ちパターンの長手方向に平行な方向に偏光方向(電場方向)を有する直線偏光光とすることにより、転写像のコントラスト等を向上するものである(例えば、非特許文献1参照)。 There has also been proposed an attempt to improve the resolution and depth of focus by optimizing the polarization state of the illumination light with respect to the direction of the pattern on the reticle. In this method, illumination light is converted into linearly polarized light having a polarization direction (electric field direction) in a direction perpendicular to the periodic direction of the pattern, that is, in a direction parallel to the longitudinal direction of the pattern. It improves (for example, refer nonpatent literature 1).
また、輪帯照明においても、照明光の偏光方向を、照明光学系の瞳面において照明光が分布する輪帯領域においてその円周方向と合致させ、投影像の解像度やコントラスト等を向上させようとする試みも提案されている(例えば、特許文献4参照)。 Also in annular illumination, let the polarization direction of illumination light coincide with the circumferential direction in the annular region where the illumination light is distributed on the pupil plane of the illumination optical system to improve the resolution and contrast of the projected image. An attempt has been made (see, for example, Patent Document 4).
上記の如き従来の技術において、輪帯照明を行う場合に照明光学系の瞳面において、照明光の偏光状態を輪帯領域の円周方向に実質的に一致する直線偏光光にしようとすると、照明光量の損失が多くなり、照明効率が低下するという問題があった。 In the prior art as described above, when performing annular illumination, on the pupil plane of the illumination optical system, when attempting to change the polarization state of the illumination light to linearly polarized light substantially matching the circumferential direction of the annular region, There was a problem that the loss of illumination light amount increased and the illumination efficiency decreased.
これに関して詳述すると、近年主流である狭帯化KrFエキシマーレーザ光源から射出される照明光は一様な直線偏光光である。これをそのままの偏光状態を保ってレチクルに導くなら、レチクルは一様な直線偏光光で照明されるため、上記のような照明光学系の瞳面の輪帯領域の円周方向に一致する直線偏光光を実現することができないことは言うまでもない。 This will be described in detail. Illumination light emitted from the narrow-band KrF excimer laser light source, which has been the mainstream in recent years, is uniform linearly polarized light. If this is guided to the reticle while maintaining the polarization state as it is, the reticle is illuminated with uniform linearly polarized light, so a straight line that coincides with the circumferential direction of the annular zone of the pupil plane of the illumination optical system as described above. Needless to say, polarized light cannot be realized.
なお、上述の特許文献4では、直線偏光光のレーザ光源を使用し、照明光学系中のレチクルパターンに対してフーリエ変換の関係になる面内(すなわち瞳面内)に、所定の概輪帯領域、2極領域または4極領域のみに分布する照明光束を透過する空間フィルターを配置し、その空間フィルターの各透過部に、相互にその光学軸の方向が回転した複数の1/2波長板を配置することにより、照明光の光量損失無く照明光の偏光状態を照明光学系光軸を中心とした円周方向に実質的に一致させた直線偏光光を実現することが提案されている。
In the above-mentioned
しかしながら、特許文献4に開示された上記複数の1/2波長板の配置位置である上記フーリエ変換面は、照度均一化手段であるフライアイレンズの射出側面と概ね一致する面となっている。そして、このような照明光束に対しても有効に機能する1/2波長板は、その照明光束の大きな開き角(入射角)に対応するために、極めて薄い波長板とする必要があり、その加工が難しいという課題がある。
However, the Fourier transform surface, which is the arrangement position of the plurality of half-wave plates disclosed in
なお、特許文献4は、照明光束を上記フーリエ変換面において所定の4箇所の領域に分布させる照明(4極照明)の実施形態において、上記複数の1/2波長板をフライアイレンズより光源側に配置しても良い旨を開示している。また、フライアイレンズより光源側においては一般に照明光の開き角が小さいため、1/2波長板への入射角度特性の要求は緩和されることになる。
In
ただし、輪帯照明に対して、上記複数の1/2波長板をフライアイレンズより光源側に配置すると、レチクル面における照明光束の照度不均一性(照度ムラ)を生じやすい。輪帯照明では、フライアイレンズは照明光学系中の瞳面上で連続して配置される必要があり、この結果、上記複数の波長板の境界領域や保持機構等により遮光等され、照度の均一性が悪化した照明光がフライアイレンズに入射することになるため、レチクル面においてもその悪影響が残存するためである。 However, if the plurality of half-wave plates are arranged closer to the light source side than the fly-eye lens for annular illumination, illuminance non-uniformity (illuminance unevenness) of the illumination light beam on the reticle surface is likely to occur. In annular illumination, the fly-eye lens needs to be continuously arranged on the pupil plane in the illumination optical system, and as a result, it is shielded by the boundary region of the plurality of wave plates, the holding mechanism, etc. This is because the illumination light having deteriorated uniformity is incident on the fly-eye lens, and the adverse effect remains on the reticle surface.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レチクル等のマスクを所定の偏光状態の照明光で照明するに際し、光量損失を少なくし、かつ良好な照度均一性を達成できる露光技術を提供することを第1の目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and when illuminating a mask such as a reticle with illumination light in a predetermined polarization state, exposure that reduces light loss and achieves good illuminance uniformity. The first object is to provide technology.
更に本発明は、照明光学系の瞳面上の輪帯、2極、又は4極等の領域における照明光の偏光状態を所定の状態に設定するに際して、照明光量の低下を少なくでき、その結果として処理能力を殆ど低下させることなく解像度等を向上できる露光技術を提供することを第2の目的とする。 Furthermore, the present invention can reduce a decrease in the amount of illumination light when setting the polarization state of the illumination light in a region such as an annular zone, dipole, quadrupole or the like on the pupil plane of the illumination optical system to a predetermined state. It is a second object of the present invention to provide an exposure technique that can improve the resolution and the like without substantially reducing the processing capability.
また、本発明は、上記露光技術を用いて、高性能のデバイスを高い処理能力で製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。 Another object of the present invention is to provide a device manufacturing technique that can manufacture a high-performance device with a high processing capacity by using the exposure technique.
本発明による照明光学装置は、実質的に単一の偏光状態の光源(1)からの照明光を照明光学系(ILS)を介して第1物体(R)に照射する照明光学装置であって、その照明光学系の光軸(AX2)に垂直な所定の面内における所定の輪帯相当領域である特定輪帯領域に分布する前記照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換する偏光変換部材(12a等)を備えるものである。特に、上記偏光変換部材は、照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置される複数の偏光変換素子を備え、これら複数の偏光変換素子は、旋光性を有する材料で形成されている。 An illumination optical apparatus according to the present invention is an illumination optical apparatus that irradiates a first object (R) with illumination light from a light source (1) having a substantially single polarization state via an illumination optical system (ILS). Polarized light that converts the polarization state of the illumination light distributed in a specific annular zone region, which is a predetermined annular zone region within a predetermined plane perpendicular to the optical axis (AX2) of the illumination optical system, into a predetermined polarization state A conversion member (12a etc.) is provided. In particular, the polarization conversion member includes a plurality of polarization conversion elements disposed at different positions in a plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system, and the plurality of polarization conversion elements are formed of a material having optical activity. Has been.
なお、その光源は、その照明光を実質的に単一の偏光状態で生成し、その照明光学系は、上記偏光変換部材の他、その第1物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するため照度均一化部材(14)を備えてもよい。この場合、偏光変換部材は、照度均一化部材より光源側に配置される。 The light source generates the illumination light in a substantially single polarization state, and the illumination optical system substantially determines the illuminance of the illumination light irradiated on the first object in addition to the polarization conversion member. In order to make it uniform, an illuminance uniforming member (14) may be provided. In this case, the polarization conversion member is disposed closer to the light source than the illuminance uniforming member.
また、一例として、旋光性を有する材料は水晶であってもよい。旋光性を有する材料で形成される複数の偏光変換素子は、互いに厚さが異なってもよい。 For example, the material having optical activity may be quartz. The plurality of polarization conversion elements formed of a material having optical rotation may have different thicknesses.
本発明によれば、例えばその偏光変換部材の材質、厚さ及び形状をそれぞれ所定のものとすることによって、その光源から射出された照明光のうちで、その特定輪帯領域を通過する照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換することが可能である。 According to the present invention, for example, by setting the material, thickness, and shape of the polarization conversion member to predetermined ones, among the illumination lights emitted from the light source, the illumination light that passes through the specific annular zone region Can be converted into a predetermined polarization state.
また、偏光変換部材を照度均一化部材より光源側に配置することとしたため、偏光変換部材を透過する照明光束の開き角、すなわち偏光変換部材への入射角を小さくすることができる。その結果、偏光変換部材の選択の自由度が増大してその実現性を高め、光量損失の殆ど無い状態での、照明光の偏光状態の制御が実現できる。 In addition, since the polarization conversion member is arranged on the light source side with respect to the illuminance uniforming member, the opening angle of the illumination light beam transmitted through the polarization conversion member, that is, the incident angle to the polarization conversion member can be reduced. As a result, the degree of freedom of selection of the polarization conversion member is increased to improve its feasibility, and the polarization state of the illumination light can be controlled with almost no loss of light amount.
この場合、その照明光のうち、その特定輪帯領域を通過して、所定の入射角度(φ)でその第1物体に照射される特定照明光(ILL1,ILD1等)を、S偏光を主成分とする偏光状態の照明光とすることができる。 In this case, of the illumination light, the specific illumination light (ILL1, ILD1, etc.) that passes through the specific ring zone region and is applied to the first object at a predetermined incident angle (φ) is mainly S-polarized light. It can be set as the illumination light of the polarization state used as a component.
また、その特定輪帯領域に分布する照明光のその所定の偏光状態を、その照明光学系の光軸を中心とする円周方向の直線偏光光を主成分とする偏光状態であるとすることもできる。そして、その所定の面は、その照明光学系中のその第1物体に対するフーリエ変換面とすることができる。 Further, the predetermined polarization state of the illumination light distributed in the specific ring zone region is assumed to be a polarization state mainly composed of linearly polarized light in the circumferential direction around the optical axis of the illumination optical system. You can also. The predetermined surface can be a Fourier transform surface for the first object in the illumination optical system.
また、その第1物体に照射されるその照明光を、実質的にその特定輪帯領域内に分布する光束に制限する光束制限部材(9a,9b)を有してもよい。また、その光束制限部材は、その光束を更にその特定輪帯領域内の実質的に離散的な複数の領域内に制限してもよい。これらの場合、照明光量を殆ど低下させることなく、輪帯照明、2極照明、又は4極照明等が実現できる。 Moreover, you may have the light beam limiting member (9a, 9b) which restrict | limits the illumination light irradiated to the 1st object to the light beam substantially distributed in the specific ring zone area | region. Further, the light flux limiting member may further restrict the light flux to a plurality of substantially discrete regions within the specific annular zone region. In these cases, annular illumination, dipole illumination, quadrupole illumination, or the like can be realized without substantially reducing the amount of illumination light.
また、その光束制限部材は、一例としてその光源とその偏光変換部材との間に配置される回折光学素子を含むものである。回折光学素子を用いることによって、光量損失を更に減少できる。 The light flux limiting member includes, for example, a diffractive optical element disposed between the light source and the polarization conversion member. By using the diffractive optical element, the light loss can be further reduced.
なお、本発明による照明光学装置は、上記偏光変換部材により生じる、第1物体上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段(B1等)を備えてもよい。その照度不均一解消手段は、その複数の波長板を、その照明光の光路外で保持する保持機構(13a,13b等)を含むものとすることができる。また、一例として、その照度不均一解消手段は、前記複数の波長板を保持する、その照明光に対して透明な基板を含むものとすることもできる。 The illumination optical device according to the present invention may include illuminance non-uniformity eliminating means (B1 or the like) for eliminating illuminance non-uniformity of the illumination light on the first object caused by the polarization conversion member. The illuminance non-uniformity eliminating means may include a holding mechanism (13a, 13b, etc.) that holds the plurality of wave plates outside the optical path of the illumination light. Moreover, as an example, the illuminance non-uniformity eliminating means may include a substrate that holds the plurality of wavelength plates and is transparent to the illumination light.
また、その照度均一化部材は、一例としてフライアイレンズ(14)である。一例として、その照度不均一解消手段を、そのフライアイレンズの射出側面近傍またはその共役面に配置する遮蔽部材(B1等)とする。この遮蔽部材は、そのフライアイレンズの射出側面近傍またはその共役面において、その偏光変換部材を構成する複数の波長板の境界部分に相当する部分の光束を遮蔽する部材であるとすることができる。これによって、その第1の物体上のその照明光の照度均一性を一層向上することができる。 The illuminance uniforming member is, for example, a fly eye lens (14). As an example, the non-uniform illuminance eliminating means is a shielding member (B1 or the like) disposed in the vicinity of the exit side surface of the fly-eye lens or the conjugate surface thereof. The shielding member may be a member that shields a portion of light flux corresponding to a boundary portion of the plurality of wave plates constituting the polarization conversion member in the vicinity of the exit side surface of the fly-eye lens or the conjugate surface thereof. . Thereby, the illuminance uniformity of the illumination light on the first object can be further improved.
また、一例として、その照度不均一解消手段を、その偏光変換部材を構成する複数の波長板の境界部分によりそのフライアイレンズの入射面に形成される照度低下部分の幅を、そのフライアイレンズを構成する各レンズエレメントの幅以上に広げることにより、前記第1物体上の前記照明光の照度不均一性を解消するものとする。これによって、その第1の物体上のその照明光の照度均一性を、照明光量の損失無く、一層向上することができる。 In addition, as an example, the illuminance non-uniformity eliminating means may be configured such that the width of the illuminance lowering portion formed on the incident surface of the fly-eye lens by the boundary portions of the plurality of wave plates constituting the polarization conversion member is changed to the fly-eye lens. The illuminance non-uniformity of the illumination light on the first object is eliminated by extending the width of each lens element constituting the lens. Thereby, the illuminance uniformity of the illumination light on the first object can be further improved without loss of the illumination light quantity.
本発明の照明光学装置は、一例として、その偏光変換部材を、その照明光の光路外に退避せしめる装脱機構を備えることもできる。 As an example, the illumination optical apparatus of the present invention can include a loading / unloading mechanism for retracting the polarization conversion member out of the optical path of the illumination light.
次に、本発明による露光装置は、第1物体を照明する照明光学装置として本発明の照明光学装置を有し、前記第1物体上のパターンの像を第2物体上に投影する投影光学系(25)を有するものである。本発明によって、第1物体を照明する照明光を、その特定輪帯領域を通過する照明光の偏光状態が、光量損失の殆ど無い状態で、その特定輪帯領域の円周方向を所定の偏光状態とすることができる。 Next, an exposure apparatus according to the present invention has the illumination optical apparatus of the present invention as an illumination optical apparatus for illuminating a first object, and projects a pattern image on the first object onto a second object. (25). According to the present invention, the illumination light that illuminates the first object is polarized in a predetermined direction in the circumferential direction of the specific annular zone while the polarization state of the illumination light passing through the specific annular zone has almost no light loss. State.
また、一例として、その特定輪帯領域を通過し、所定の入射角度範囲でその第1物体に照射される特定照明光を、S偏光を主成分とする偏光状態の照明光とすることができる。これによって、その第1物体上に形成された微細パターンを投影光学系を介して第2物体上に投影する際の結像性能を向上することができる。 Further, as an example, the specific illumination light that passes through the specific ring zone region and is irradiated on the first object in a predetermined incident angle range can be made into illumination light in a polarization state mainly composed of S-polarized light. . As a result, it is possible to improve the imaging performance when the fine pattern formed on the first object is projected onto the second object via the projection optical system.
また、本発明の露光装置における照明光学装置内に光束制限部材を設け、第1物体に照射される照明光を、その特定輪帯領域内に制限してもよい。これにより、その第1物体はほぼ輪帯照明の条件で、かつその輪帯領域の円周方向に一致した偏光方向を有する直線偏光光により照明される。これによりその第1物体上で任意の方向に微細ピッチで配列されたラインアンド・スペース・パターンの投影像は、主に偏光方向がラインパターンの長手方向に平行な照明光によって結像されるため、コントラスト、解像度、焦点深度等の結像特性が改善される。 In addition, a light flux limiting member may be provided in the illumination optical device in the exposure apparatus of the present invention, and the illumination light irradiated on the first object may be limited within the specific ring zone region. As a result, the first object is illuminated with linearly polarized light having a polarization direction substantially coincident with the circumferential direction of the annular region under conditions of annular illumination. As a result, the projected image of the line-and-space pattern arranged on the first object at a fine pitch in an arbitrary direction is mainly formed by illumination light whose polarization direction is parallel to the longitudinal direction of the line pattern. Imaging properties such as contrast, resolution and depth of focus are improved.
また、その光束制限部材は、第1物体に照射される照明光を、その特定輪帯領域内のさらに特定の実質的に離散的な複数の領域内に制限してもよい。これにより、その第1物体は、2極照明や4極照明等の条件で、かつその離散的な複数の領域の円周方向に一致した直線偏光光により照明される。これによりその第1物体上で所定の方向に微細ピッチで配列されたラインアンド・スペース・パターンの投影像は、主に偏光方向がラインパターンの長手方向に平行な照明光によって結像されるため、コントラスト、解像度、焦点深度等の結像特性が改善される。 Further, the luminous flux limiting member may limit the illumination light applied to the first object to a plurality of specific substantially discrete regions within the specific ring zone region. Thus, the first object is illuminated with linearly polarized light that matches the circumferential direction of the discrete regions under conditions such as dipole illumination or quadrupole illumination. As a result, the projected image of the line-and-space pattern arranged on the first object with a fine pitch in a predetermined direction is mainly formed by illumination light whose polarization direction is parallel to the longitudinal direction of the line pattern. Imaging properties such as contrast, resolution and depth of focus are improved.
次に、本発明による露光方法は、本発明の投影露光装置を用いて、その第1物体としてのマスク(R)のパターンの像でその第2物体としての感光体(W)を露光するものである。本発明によって、その第1物体を輪帯照明、2極照明、又は4極照明等で照明できるとともに、その第1物体に入射する照明光の偏光状態を、マスク上の微細パターンの露光に適した偏光状態とすることができる。従って、光量損失の殆ど無い状態で、マスク上に微細ピッチで形成されたパターンを良好な結像特性で転写できる。 Next, the exposure method according to the present invention uses the projection exposure apparatus of the present invention to expose the photoconductor (W) as the second object with the pattern image of the mask (R) as the first object. It is. According to the present invention, the first object can be illuminated with annular illumination, dipole illumination, quadrupole illumination, or the like, and the polarization state of the illumination light incident on the first object is suitable for exposure of a fine pattern on the mask. Polarization state. Therefore, a pattern formed with a fine pitch on the mask can be transferred with good imaging characteristics with almost no light loss.
また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法を用いてパターンを感光体に転写するものである。本発明によれば、高い処理能力で、かつ高い結像特性でパターンを転写することができる。 A device manufacturing method according to the present invention is a device manufacturing method including a lithography process, and a pattern is transferred to a photoreceptor using the exposure method of the present invention in the lithography process. According to the present invention, a pattern can be transferred with high processing capability and high imaging characteristics.
本発明によれば、偏光変換部材を用いて照明光の偏光状態を制御しているため、第1物体(マスク)を所定の偏光状態の照明光で照明する際の光量損失を少なくできる。また、偏光変換部材をフライアイレンズ等の照度均一化手段よりも光源側に配置しているため、偏光変換部材の選択上の制約が少ないという効果がある。 According to the present invention, since the polarization state of the illumination light is controlled using the polarization conversion member, it is possible to reduce the light amount loss when the first object (mask) is illuminated with the illumination light in the predetermined polarization state. Further, since the polarization conversion member is arranged on the light source side with respect to the illuminance uniformizing means such as a fly-eye lens, there is an effect that there are few restrictions on the selection of the polarization conversion member.
更に本発明によれば、偏光変換部材により生じる第1物体上の照明光の照度の不均一性を照度不均一解消手段により解消するため、照度均一性の良好な照明光学装置及び投影露光装置を実現することが可能である。 Furthermore, according to the present invention, an illumination optical apparatus and a projection exposure apparatus with good illuminance uniformity are provided in order to eliminate the illuminance non-uniformity of the illumination light on the first object caused by the polarization conversion member by the illuminance non-uniformity eliminating means. It is possible to realize.
また、更に光束制限部材を用いることによって、第1物体を輪帯照明、2極照明、又は4極照明等で照明する際に、照明光量を殆ど低下させることなく、特定輪帯領域の少なくとも一部の領域を通過する照明光の偏光状態を、その特定輪帯領域の円周方向に平行な直線偏光を主成分とする状態に設定することができる。 Further, by using a light flux limiting member, when illuminating the first object with annular illumination, dipole illumination, quadrupole illumination, or the like, at least one of the specific annular zone area is hardly reduced. The polarization state of the illumination light passing through the region of the part can be set to a state in which linearly polarized light parallel to the circumferential direction of the specific annular region is a main component.
従って、このような照明光学系を備えた露光装置においては、第1物体上のその直線偏光光の方向に沿って長手方向を有するラインパターンを微細ピッチで配置したパターンを露光する際の結像特性を向上させることができる。さらに、第1物体を輪帯照明で、かつ、特定輪帯領域の少なくとも一部の領域を通過する照明光の偏光状態を、その特定輪帯領域の円周方向に平行な直線偏光光を主成分とする状態の照明光で照射することにより、第1物体上で任意の方向性を有するパターンの結像特性を向上させることができる。 Therefore, in an exposure apparatus equipped with such an illumination optical system, an image is formed when exposing a pattern in which line patterns having a longitudinal direction are arranged at a fine pitch along the direction of the linearly polarized light on the first object. Characteristics can be improved. Further, the polarization state of the illumination light passing through at least a part of the specific annular zone with the first object being annular illumination, and linearly polarized light parallel to the circumferential direction of the specific annular zone is mainly used. By irradiating with illumination light in a component state, it is possible to improve the imaging characteristics of a pattern having an arbitrary direction on the first object.
また、光束制限部材を用いることによって、照明光量を殆ど低下させることなく上記の輪帯照明、2極照明、又は4極照明等を実現することにより、上記の結像性能向上を、処理能力(スループット)の低下なく実現する投影露光装置及び露光方法を提供することができる。 Further, by using the luminous flux restricting member, the above-described improvement of the imaging performance can be achieved by realizing the above-described annular illumination, dipole illumination, quadrupole illumination, or the like without substantially reducing the amount of illumination light. It is possible to provide a projection exposure apparatus and an exposure method that can be realized without a decrease in throughput.
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置(スキャニング・ステッパー)で露光を行う場合に本発明を適用したものである。 Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this example, the present invention is applied to the case where exposure is performed by a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning stepper) having a step-and-scan method.
図1は、本例の照明光学装置を含む本例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図であり、この図1において、本例の投影露光装置は、光源1、照明光学系ILSと投影光学系25とを備えている。このうち光源1と照明光学系ILSは、照明光学装置を構成し、これは本発明の照明光学装置の好ましい実施形態の一例となっている。
FIG. 1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus of this example including the illumination optical apparatus of this example. In FIG. 1, the projection exposure apparatus of this example includes a
照明光学系ILSは、光源1(光源)以降のリレーレンズ2からコンデンサーレンズ20までの、光軸(照明系光軸)AX1,AX2,AX3に沿って配置される複数の光学部材を備え(詳細後述)、光源1からの露光ビームとしての露光用の照明光(露光光)ILでマスクとしてのレチクルRのパターン面(レチクル面)の照明視野を均一な照度分布で照明する。すなわち、光源1及び照明光学系ILSは、本例の照明光学装置を構成するものである。後者の投影光学系25は、その照明光のもとで、レチクルRの照明視野内のパターンを投影倍率M(Mは例えば1/4,1/5等の縮小倍率)で縮小した像を、被露光基板(基板)又は感光体としてのフォトレジストが塗布されたウエハW上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。レチクルR及びウエハWはそれぞれ第1物体及び第2物体ともみなすことができる。ウエハWは、例えば半導体(シリコン等)又はSOI(silicon on insulator)等の直径が200〜300mm程度の円板状の基板である。本例の投影光学系25は、例えば屈折光学系であるが、反射屈折系なども使用できる。
The illumination optical system ILS includes a plurality of optical members arranged along the optical axes (illumination system optical axes) AX1, AX2, AX3 from the
以下、図1において、投影光学系25、レチクルR、及びウエハWに関しては、投影光学系25の光軸AX4に平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面(XY平面)内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向(図1の紙面に平行な方向)に沿ってY軸を取り、非走査方向(図1の紙面に垂直な方向)に沿ってX軸を取って説明する。この場合、レチクルRの照明視野は、非走査方向であるX方向に細長い領域であり、ウエハW上の露光領域は、その照明視野と共役な細長い領域である。また、投影光学系25の光軸AX4は、レチクルR上で照明系光軸AX3と合致している。 In FIG. 1, the projection optical system 25, reticle R, and wafer W are scanned and exposed in a plane (XY plane) that takes the Z axis parallel to the optical axis AX4 of the projection optical system 25 and is perpendicular to the Z axis. A description will be given by taking the Y axis along the scanning direction of the reticle R and the wafer W (direction parallel to the paper surface of FIG. 1) and taking the X axis along the non-scanning direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). To do. In this case, the illumination field of the reticle R is an elongated area in the X direction, which is the non-scanning direction, and the exposure area on the wafer W is an elongated area conjugate with the illumination field. Further, the optical axis AX4 of the projection optical system 25 coincides with the illumination system optical axis AX3 on the reticle R.
先ず、露光転写すべきパターンの形成されたレチクルRはレチクルステージ21上に吸着保持され、レチクルステージ21はレチクルベース22上でY方向に一定速度で移動するとともに、同期誤差を補正するようにX方向、Y方向、Z軸の回りの回転方向に微動して、レチクルRの走査を行う。レチクルステージ21のX方向、Y方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡23及びレーザ干渉計24によって計測されている。この計測値及び主制御系34からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系32はリニアモータ等の駆動機構(不図示)を介してレチクルステージ21の位置及び速度を制御する。レチクルRの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)が配置されている。
First, the reticle R on which the pattern to be exposed and transferred is sucked and held on the
一方、ウエハWは、ウエハホルダ(不図示)を介してウエハステージ27上に吸着保持され、ウエハステージ27は、ウエハベース30上にY方向に一定速度で移動できるとともに、X方向、Y方向にステップ移動できるように載置されている。また、ウエハステージ27には、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハWの表面を投影光学系25の像面に合わせ込むためのZレベリング機構も組み込まれている。ウエハステージ27のX方向、Y方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡28及びレーザ干渉計29によって計測されている。この計測値及び主制御系34からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系33はリニアモータ等の駆動機構(不図示)を介してウエハステージ27の位置及び速度を制御する。また、投影光学系25の近傍には、ウエハアライメントのために、ウエハW上の位置合わせ用マークの位置を検出するオフ・アクシス方式で例えばFIA(Fie1d Image A1ignment )方式のアライメントセンサ31が配置されている。
On the other hand, the wafer W is sucked and held on the
本例の投影露光装置による露光に先立って、上記のレチクルアライメント顕微鏡によってレチクルRのアライメントが行われ、ウエハW上に以前の露光工程で回路パターンとともに形成された位置合わせ用マークの位置をアライメントセンサ31で検出することによって、ウエハWのアライメントが行われる。その後、レチクルR上の照明視野に照明光ILを照射した状態で、レチクルステージ21及びウエハステージ27を駆動して、レチクルRとウエハW上の一つのショット領域とをY方向に同期走査する動作と、照明光ILの発光を停止して、ウエハステージ27を駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とが繰り返される。その同期走査時のレチクルステージ21とウエハステージ27との走査速度の比は、投影光学系25を介してのレチクルRとウエハWとの結像関係を保つために、投影光学系25の投影倍率Mと等しい。これらの動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の全部のショット領域にレチクルRのパターン像が露光転写される。
Prior to exposure by the projection exposure apparatus of the present example, alignment of the reticle R is performed by the above-described reticle alignment microscope, and the position of the alignment mark formed on the wafer W together with the circuit pattern in the previous exposure process is aligned with the alignment sensor. By detecting at 31, the wafer W is aligned. Thereafter, the
次に、本例の照明光学系ILSの構成につき詳細に説明する。図1において、本例の光源1としては、ArF(アルゴンフッ素)エキシマーレーザ(波長193nm)が使用されている。なお、光源1としては、その他にKrF(クリプトンフッ素)エキシマーレーザ(波長248nm)、F2(フッ素分子)レーザ(波長157nm)、又はKr2(クリプトン分子)レーザ(波長146nm)等のレーザ光源なども使用できる。これらのレーザ光源(光源1を含む)は、狭帯化されたレーザ又は波長選択されたレーザであり、光源1から射出される照明光ILは、上記狭帯化又は波長選択により直線偏光光を主成分とする偏光状態となっている。以下、図1において、光源1から射出された直後の照明光ILは、偏光方向(電場の方向)が図1中のX方向と一致する直線偏光光を主成分とするものとして説明する。
Next, the configuration of the illumination optical system ILS of this example will be described in detail. In FIG. 1, an ArF (argon fluorine) excimer laser (wavelength 193 nm) is used as the
光源1を発した照明光ILは、照明系光軸AX1に沿ってリレーレンズ2,3を介して偏光制御機構としての偏光制御部材4(詳細後述)に入射する。偏光制御部材4を発した照明光ILは、凹レンズ5と凸レンズ6との組み合わせからなるズーム光学系(5,6)を経て、光路折り曲げ用のミラー7で反射されて、照明系光軸AX2に沿って回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element) 9aに入射する。回折光学素子9aは位相型の回折格子からなり、入射した照明光ILは、所定の方向に回折されて進む。
The illumination light IL emitted from the
後述する通り、光束制限部材としての回折光学素子9aからの各回折光の回折角及び方向は、照明光学系ILSの瞳面15上での照明光ILの位置や、照明光ILのレチクルRへの入射角度及び方向に対応する。また、回折光学素子9a及びそれと異なる回折作用を有する別の回折光学素子9b等がターレット状の部材8上に複数配列されている。そして、例えば主制御系34の制御のもとで交換機構10により部材8を駆動して、部材8上の任意の位置の回折光学素子9a等を照明系光軸AX2上の位置に装填することで、レチクルRのパターンに応じて、レチクルRへの照明光の入射角度範囲及び方向(又は瞳面15での照明光の位置)を、所望の範囲に設定できるように構成されている。また、その入射角度範囲は、上述のズーム光学系(5,6)を構成する凹レンズ5及び凸レンズ6を、照明系光軸AX1の方向にそれぞれ移動することによって、補助的に微調整することができる。
As will be described later, the diffraction angle and direction of each diffracted light from the diffractive
回折光学素子9aを射出した照明光(回折光)ILは、照明系光軸AX2に沿ってリレーレンズ11を経て、本発明の偏光変換部材12a,12bに入射する。ただし後述する通り、偏光変換部材12a,12bは、光軸AX2を中心とする所定の輪帯領域上のそれぞれ異なる位置に、複数の分離した偏光変換部材が配置されたものである。そして、光軸AX2の近傍には、偏光変換部材が配置されている必要はないため、照明光束の全てが偏光変換部材12a,12bに入射する必要はない。
Illumination light (diffracted light) IL emitted from the diffractive
偏光変換部材12a,12bよりレチクルR側には、レチクルR上での照明光ILの照度分布を均一化するためのフライアイレンズ14が配置される。フライアイレンズ14を射出した照明光ILは、リレーレンズ16、視野絞り17、及びコンデンサーレンズ18を経て光路折り曲げ用のミラー19に至り、ここで反射された照明光ILは、照明系光軸AX3に沿ってコンデンサーレンズ20を経てレチクルRを照明する。このように照明されたレチクルR上のパターンは、上述のように投影光学系25によりウエハW上に投影され転写される。
A fly-
なお、必要に応じて視野絞り17を走査型とし、レチクルステージ21及びウエハステージ27の走査に同期して走査することもできる。この場合、その視野絞りを固定視野絞りと可動視野絞りとに分けて構成してもよい。
If necessary, the
この構成において、フライアイレンズ14の射出側の面は照明光学系ILSの瞳面15の近傍に位置している。瞳面15は、瞳面15からレチクルRに至るまでの照明光学系ILS中の光学部材(リレーレンズ16、視野絞り17、コンデンサーレンズ18,20、及びミラー19)を介して、レチクルRのパターン面(レチクル面)に対する光学的フーリエ変換面として作用する。即ち、瞳面15上の1点を射出した照明光は、概ね平行光束となって所定の入射角度及び入射方向でレチクルRを照射する。その入射角度及び入射方向は、その光束の瞳面15上での位置に応じて定まる。
In this configuration, the exit side surface of the fly-
なお、光路折り曲げ用のミラー7,19は、光学性能的に必須のものではないが、照明光学系ILSを一直線上に配置すると露光装置の全高(Z方向の高さ)が増大するために、省スペース化を目的として照明光学系ILS内の適所に配置したものである。照明系光軸AX1は、ミラー7の反射により照明系光軸AX2と一致し、更に照明系光軸AX2は、ミラー19の反射により照明系光軸AX3と一致する。
The optical path bending mirrors 7 and 19 are not essential in terms of optical performance, but if the illumination optical system ILS is arranged in a straight line, the overall height of the exposure apparatus (height in the Z direction) increases. For the purpose of space saving, it is arranged at an appropriate place in the illumination optical system ILS. The illumination system optical axis AX1 coincides with the illumination system optical axis AX2 due to reflection by the
以下、図2を参照して、図1中の偏光変換部材12a,12bの第1実施例について説明する。
Hereinafter, a first embodiment of the
本第1の実施例における偏光変換部材は、一軸結晶等の複屈折材料からなる1/2波長板12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12hであり、これらは図2(A)に示す如く、照明光学系光軸AX2を中心として、その周囲にそれぞれ隣接して配置される。これらの1/2波長板12a〜hは、その外周であって、照明光束の光路外である部分において、それぞれ保持部材13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hにより保持される。またその保持は、例えば1/2波長板12cについては押えネジ13c1,13c2,13c3の3本のネジにより行なわれ、例えば1/2波長板12dについては押えネジ13d1,13d2,13d3の3本のネジにより行なわれる。
The polarization conversion members in the first embodiment are half-
図2(B)は、図2(A)中のA−A’線上での1/2波長板12a〜h及び保持部材13a〜h等の断面図を表わす。1/2波長板12a〜hは、その有効部分が、照明光学系光軸AX2を中心とする内半径riから外半径roまでの輪帯領域(以下「特定輪帯領域」と呼ぶ)をカバーする様に配置される。また、その各形状は、特定輪帯領域内に隙間無く配置可能なように、中心部を欠いた扇形を基本とし、光軸AX2から上記外半径ro以上離れた位置において、上記押えネジ13c1,13c2,13c等により保持部材13a〜h等により固定され保持される。
FIG. 2B is a cross-sectional view of the half-
また、保持部材13a〜hは、保持部材13cが押えネジ13c1,13c2、保持部材13dが押えネジ13d1,13d2により保持枠13oに個設される如く、それぞれが所定の押えネジにより保持枠13oに個設される。保持部材13a〜h、保持枠13o、押えネジ13c1,13c2,13c等、及び押えネジ13c1,13c2等は、一体として、図1中の保持機構13を構成する。
In addition, the holding
照明光束の径は、いわゆる照明σの変更や、輪帯照明、2極照明、4極照明等の変更により変更されるため固定されたものではないが、最大でも図2(B)中の外半径r0は越えない。すなわち、保持部材13a〜hは、偏光変換部材である各1/2波長板12a〜hを前記照明光の光路外で保持する構成としている。そして、照明光の光路内となる可能性のある光軸AX2を中心とする半径r0の範囲内では、1/2波長板12a〜hは、それぞれの隣接部に実質的に隙間が生じない様に、かつ、遮光部材となる保持機構を有することなく配置されている。
The diameter of the illumination light beam is not fixed because it is changed by changing the so-called illumination σ or changing the annular illumination, the 2-pole illumination, the 4-pole illumination, etc. The radius r0 does not exceed. That is, the holding
これらの複数の1/2波長板12a〜hは、その方向に平行な直線偏光光の位相を、その方向に垂直な直線偏光光の位相の対して半波長ずらしめる方向(以下「基準方向」という)が、それぞれに対応する白抜き矢印で示した如くに、図2(A)の紙面内でそれぞれ異なる方向を向くように配置される。
The plurality of half-
すなわち、1/2波長板12a,12bについては、その基準方向をZ軸に平行に設定する。波長板12a〜hを透過する照明光が、前述の如くX方向の偏光方向(X偏光)を有する場合には、上記基準方向を有する波長板12a,12bは、照明光の偏光状態を変換することがないため、波長板12a,12bを透過した照明光は、そのままX偏光を保って射出される。
That is, for the half-
また、1/2波長板12c,12dについては、その基準方向を上記1/2波長板12a,12bの基準方向に対して、45度ずれた方向に設定する。このとき、1/2波長板12c,12dに入射したX偏光光は、偏光状態が変換されてY方向に偏光方向を有する直線偏光光(Y偏光)となって射出する。ここで、Y方向は1/2波長板12c,12dの位置においては、光軸AXを中心として1/2波長板12c,12dを通る円の円周方向に一致している。
For the half-
さらに、1/2波長板12f,12gについては、その基準方向を上記1/2波長板12a,12bの基準方向に対して、右に22.5度回転した方向に設定する。このとき、1/2波長板12f,12gに入射したX偏光光は、図2中の座標系でZ=−Xで表わされる直線と平行な直線偏光に変換される。そして、1/2波長板12e,12hについては、その基準方向を上記1/2波長板12e,12hの基準方向に対して、左に22.5度回転した方向に設定する。このとき、1/2波長板12e,12hに入射したX偏光光は、図2中の座標系でZ=Xで表わされる直線と平行な直線偏光に変換される。
Further, the reference directions of the half-
なお、これらの各偏光方向は1/2波長板12f,12g,12e,12hの各位置において、光軸AXを中心として各1/2波長板12f,12g,12e,12hを通る円の円周方向に一致している。これにより、各1/2波長板12a〜hの配置される面内に入射したX方向への直線偏光光のうち、光軸AX2を中心とする内半径riから外半径roの範囲の輪帯領域に分布する照明光は、その偏光方向が光軸AX2を中心とする円の円周方向に実質的に平行な直線偏光光に変換されることになる。
These polarization directions are the circumferences of circles passing through the half-
ここで、上記内半径riおよび外半径roの実際の長さは、照明すべきレチクルR上の照明視野の大きさ、照明光の必要な開口数、照明光学系ILSの設計方針等によって選択されるべきものであり一概には決まらない。しかし、本発明の照明装置を投影露光装置の照明光学系として使用する場合には、投影露光装置が備える投影光学系25の開口数を勘案して決定するべきである。 Here, the actual lengths of the inner radius ri and the outer radius ro are selected according to the size of the illumination field on the reticle R to be illuminated, the required numerical aperture of the illumination light, the design policy of the illumination optical system ILS, and the like. It is something that should be done and not decided. However, when the illumination apparatus of the present invention is used as the illumination optical system of the projection exposure apparatus, it should be determined in consideration of the numerical aperture of the projection optical system 25 provided in the projection exposure apparatus.
すなわち、外半径roは、投影光学系25の開口数(NA)に対する照明光の開口数の比であるコヒーレンスファクターσ値が、少なくとも0.8程度以上に相当する照明光束を包含する大きさに設定することが好ましく、内半径riは、上記σ値が0.4程度の光束を包含する大きさに設定することが好ましい。 That is, the outer radius ro has a size that includes an illumination light beam corresponding to a coherence factor σ value that is a ratio of the numerical aperture of illumination light to the numerical aperture (NA) of the projection optical system 25 at least about 0.8 or more. It is preferable to set the inner radius ri, and it is preferable to set the inner radius ri so as to include a light flux having a σ value of about 0.4.
なお、上記の1/2波長板12a〜hのうち1/2波長板12a,12cについては、上述の通り、照明光の偏光状態を変換する作用を有する必要はないので、1/2波長板でなく、それと同等な厚さを有する石英ガラス等で置き換えることもでき、さらに場合によっては、配置を省略することもできる。
Of the half-
ところで、これらの複数の1/2波長板12a〜hは、フライアイレンズ14よりも光源1側(入射側)に配置されるため、1/2波長板12a〜hの各境界部分において照明光の減光(遮光)が生じると、それに伴う照明光の光量分布の低下は、フライアイレンズ14の入射面上の照明光の光量分布の均一性(照度均一性)を悪化させることになる。そして、この照度均一性の悪化は、照明する対象である第1物体としてのレチクルR上での照度均一性にも悪影響を与えることになる。
By the way, since these several 1/2
しかし、本発明においては、上記の如く1/2波長板12a〜hの各境界部分に実質的に隙間が生じない様に、かつ遮光部材となる保持機構を有することの無い構成としたため、フライアイレンズ14の入射面上においても、照明光の照度均一性の悪化を概ね防止することが可能である。その結果、レチクルR上での照明光の照度均一性の悪化も、概ね防止することが可能となる。
However, in the present invention, since the gap is not substantially generated at each boundary portion of the half-
従って、1/2波長板12a〜hを各境界部分に実質的に隙間が生じない様に、かつ遮光部材となる保持機構を有することの無い構成とし、すなわち複数の波長板をその照明光の光路外で保持する保持機構13a〜hを、偏光変換部材(1/2波長板12a〜h)により生じる、第1物体(レチクルR)上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
Accordingly, the half-
ここで、上記の実質的に隙間が生じないとは、例えば1/2波長板12a〜hの各境界部分に生じる隙間が、上記外半径r0の3%程度以下であることをいう。この条件を満たすことにより、上記隙間に伴う遮光作用や、隙間から漏れる好ましい偏光方向ではない照明光が結像特性に与える悪影響を、事実上問題のない程度に低減することが可能となるからである。
Here, the fact that the gap is not substantially generated means that, for example, the gap generated at each boundary portion of the half-
なお、偏光変換部材の境界部分に起因するレチクルR上の照明光の照度分布の不均一性を解消する手段は、上記の方法に限られる訳ではなく、例えば図3(A),図3(B)に示す如く、複数の1/2波長板120a,120b,120c,120d,120e,120f,120g,120hを、石英ガラス等の照明光に対して透明な透明基板120oによって保持する構成としても良い。
Note that means for eliminating the non-uniformity of the illuminance distribution of the illumination light on the reticle R caused by the boundary portion of the polarization conversion member is not limited to the above-described method. For example, FIGS. As shown in B), a plurality of half-
図3(A)は、このような透明基板120o上に貼付けられた複数の1/2波長板120a〜hを表わす上面図であり、図3(B)は、図3(A)のA−A’部分での断面を表わす断面図である。この貼付けは、例えば、いわゆるオプチカルコンタクト等の手法を用いるが、必要に応じて露光光に対して透明な接着剤等を使用して貼付けることもできる。
FIG. 3A is a top view showing a plurality of half-
図3(A)中の1/2波長板120a〜hの各部中に示した白抜き矢印で示したそれぞれの上記基準方向の向きは、図2(A)に示した1/2波長板12a〜hのうち対応する位置にあるものの基準方向の向きと一致する。従って本例においても、X偏光光である照明光が、基板120oに保持された1/2波長板120a〜hに入射すると、その照明光は、その偏光方向が実施的に光軸AX2を中心とする円の円周方向に一致する直線偏光光に変換されて射出されることになる。
The direction of each of the reference directions indicated by the white arrows shown in each part of the half-
また、図3(B)中に示した1/2波長板120a〜hの内半径ri2,外半径ro2が満たすべき条件は、図2(B)に示した上記例における内半径ri,外半径roが満たすべき条件と同様である。
Further, the conditions to be satisfied by the inner radius ri2 and the outer radius ro2 of the half-
なお、本例においても、1/2波長板120a,120bを1/2波長板ではなく石英ガラスで構成しても良く、あるいは省略しても良いことは、上記実施例の場合と同様である。また、本例の場合には、光軸AX2近傍、すなわち光軸AX2を中心とする半径ri2の領域内にも、1/2波長板120a〜hと同様な厚さの石英ガラス等を貼合せることができる。
Also in this example, the half-
本例のような構成としても、各1/2波長板120a〜hの境界部の遮光性や境界部から漏れる好ましい偏光方向ではない照明光が結像特性に与える悪影響を、事実上問題のない程度に低減することが可能となり、本例の上記構成も、第1物体(レチクルR)上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
Even in the configuration as in this example, there is virtually no problem with the light-blocking properties of the boundary portions of the half-
ところで、上記各例の1/2波長板は、例えば一軸結晶である水晶により構成することができる。水晶の屈折率は、波長193nmのArFエキシマーレーザ光において常光線の屈折率は1.6638、異常光線の屈折率は1.6774である。水晶中での常光線,異常光線の波長は、真空中波長(193nm)をそれぞれの屈折率で割ったものであるから、それぞれ116.001nm、115.056nmであり、水晶中を1波長分進行する毎に、両光束間に0.945nmの光路差が形成される。従って、1/2波長板を構成するには、水晶の厚さを、61.4(=116.001/2/0.945)波長分進行する厚さに相当する、7.12μmにすればよい。また、この厚さの奇数倍である(2n+1)×7.12μm(nは自然数)の厚さの水晶を使用しても、1/2波長板を構成することができる。 By the way, the half-wave plate of each said example can be comprised, for example with the crystal | crystallization which is a uniaxial crystal. As for the refractive index of quartz, ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm has an ordinary ray refractive index of 1.6638 and an extraordinary ray refractive index of 1.6774. The wavelengths of ordinary rays and extraordinary rays in the quartz are 116.001 nm and 115.056 nm, respectively, which are obtained by dividing the wavelength in vacuum (193 nm) by the respective refractive indexes. Each time, an optical path difference of 0.945 nm is formed between the two light beams. Therefore, in order to construct a half-wave plate, the thickness of the crystal is set to 7.12 μm, which corresponds to a thickness that proceeds by 61.4 (= 116.001 / 2 / 0.945) wavelengths. Good. Also, a half-wave plate can be formed using a crystal having a thickness of (2n + 1) × 7.12 μm (n is a natural number) that is an odd multiple of this thickness.
1/2波長板を、図2(A),図2(B)に示した如く保持するには、ある程度の厚さが必要であるため、この場合には、1/2波長板12a〜hは上記厚さの奇数倍の厚さとして、その厚さ及び強度を増大させることが好ましい。一方、図3(A),図3(B)に示した保持方法を採用する場合には、上記いずれの厚さの水晶を使用することもできる。
In order to hold the half-wave plate as shown in FIGS. 2A and 2B, a certain amount of thickness is required. In this case, the half-
また、図2(A),図2(B)に示した方法を採用する場合においても、石英ガラス等の上に水晶を貼合せた構成の1/2波長板を採用することもできる。 In addition, even when the methods shown in FIGS. 2A and 2B are employed, a half-wave plate having a structure in which quartz is bonded onto quartz glass or the like can also be employed.
さらに、1/2波長板の構成は、上記水晶に限定されるものではなく、他の複屈折材料を使用してもよく、蛍石の真性複屈折(Intrinsic Birefringnce)を利用して形成することもできる。また、本来複屈折のない合成石英等の材料に応力を加える等して複屈折性を持たせたものを、使用することもできる。その場合においても、1/2波長板を形成するための厚さは、その材料の常光線及び異常光線に対する屈折率から、上記方法を用いて算出することができる。 Further, the configuration of the half-wave plate is not limited to the above-mentioned quartz, and other birefringent materials may be used, and the birefringence plate is formed using intrinsic birefringence of fluorite. You can also. In addition, a material that has birefringence by applying stress to a material such as synthetic quartz that does not have birefringence can be used. Even in that case, the thickness for forming the half-wave plate can be calculated using the above method from the refractive index of the material with respect to the ordinary ray and the extraordinary ray.
なお、レチクルR上に形成されたパターンが極めて微細である場合や、ウエハW上に露光転写されるパターンのパターン寸法に要求される規格等が極めて厳しい場合には、上記の如く1/2波長板12a〜hの各境界部分に実質的に遮光が生じない様な対策を施しただけでは、レチクルR上の照明光の照度均一性を十分に達成できない場合も生じる。
If the pattern formed on the reticle R is very fine, or if the standard required for the pattern dimension of the pattern to be exposed and transferred on the wafer W is extremely strict, as described above, the ½ wavelength is used. There may be a case where the illuminance uniformity of the illumination light on the reticle R cannot be sufficiently achieved only by taking measures so that light is not substantially blocked at each boundary portion of the
そこで、このような場合には、フライアイレンズ14の射出面14bに、フライアイレンズ14を構成する各レンズエレメントのうち、上記1/2波長板12a〜hの各境界部分に起因する照度分布の不均一性の生じているレンズエレメントから射出する照明光を遮光するための遮光部材を設け、上記1/2波長板12a〜hの境界部分により生じるレチクルR上の照明光量の照度不均一性を、完全に防止する構成とすることも可能である。
Therefore, in such a case, the illuminance distribution caused by the boundary portions of the half-
以下、この構成について、図4、図5、図6を用いて説明する。図4(A)は、1/2波長板12a〜hの構成を示す図であるが、その詳細は、図2(A)または図3(A)に示した上述の1/2波長板12a〜h等の構成と同様である。そして、このとき、各1/2波長板12a〜hの境界部分には、僅かではあるが遮光性が生じる。
Hereinafter, this configuration will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG. 4A is a diagram showing the configuration of the half-
図4(B)は、フライアイレンズ入射面14aに、当該1/2波長板の境界部分に起因する減光部分が生じている状態を、−Y方向(照明光の上流側)から見た図である。各1/2波長板12a〜hの境界部であるE1,E2,E3,E4,E5,E6,E7,E8は、それぞれ照明光を減光するため、フライアイレンズ入射面14aに、それぞれ減光領域S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8が形成される。また、同面14aには、各1/2波長板12a〜hの内側(光軸AX2の近傍側)の境界部に相当する減光領域Scも形成される。
FIG. 4B shows a state where a dimming portion caused by the boundary portion of the half-wave plate is generated on the fly-eye
図5(A)は、図4(A)及び図4(B)中に示した、B−B’線分位置での各1/2波長板12a〜hおよびフライアイレンズ14の断面図を表わす図である。境界部E4,E5による減光部S5,S4は、B−B’線分位置において、それぞれフライアイレンズ14を構成するレンズエレメントであるエレメント144,145上に形成される。従って、エレメント144,145の入射面の照明光は、その照度分布が不均一となる。
FIG. 5A is a cross-sectional view of each of the half-
ここで、フライアイレンズ14の作用について、図6(A),図6(B)を用いて簡単に説明する。これらの図は、フライアイレンズ14の入射面14aでの照度均一性が、上記の如く所定のエレメント内において著しく不均一である場合の、レチクルR上の照度分布への影響を説明する図である。
Here, the effect | action of the
図6(A)に示す如く、フライアイレンズ入射面14aに照射される照明光は、各レンズエレメントの集光作用(レンズ作用)により、その射出面14b側に集光される。そして、各エレメントから発散光束として射出され、それらは、レチクルR1等の被照射物体(第1物体)上に、重畳して照射される。すなわち、フライアイレンズ14の各レンズエレメントの入射面とレチクルR1とはそれぞれ結像関係となっており、レチクルR1の照明視野ILa上の照明光量分布は、上記重畳作用によりなされる平均化効果により均一化されることになる。
As shown in FIG. 6A, the illumination light applied to the fly-eye
しかしながら、図6(B)に示す如く、レンズエレメント145上に形成される減光部S5が比較的急峻で、かつ光量低下の大きな遮光部である場合には、フライアイレンズ14による平均化効果をもってしても、レチクルR1上の照明視野ILa上の照明光量分布ILR1には、上記減光部S5により生じる減光部S5Rが生じ、その照度を完全には均一化できない場合が生じることになる。
However, as shown in FIG. 6B, when the light reducing portion S5 formed on the
そこで、図5(B)に示す如く、フライアイレンズ射出面14bの近傍に、遮光部材B4,B5等を設け、レチクルR1上の照明の照度均一性を悪化させるレンズエレメント144,145等からの照明光を、遮光する構成とすることもできる。
Therefore, as shown in FIG. 5 (B), light shielding members B4, B5, etc. are provided in the vicinity of the fly-eye
遮光部材B4,B5等は、上述の減光部S1〜8及び減光部Scに対応する各フライアイレンズエレメントの射出面14bの近傍に配置することが望ましい。従って、遮光部材B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,Bcは、図5(B)に示す如く配置することが望ましい。なお、図5(B)は、遮光部材S1〜8及び遮光部材Scとフライアイレンズ射出面14bを、+Y方向(照明光の下流側)から見た図である。
The light shielding members B4, B5 and the like are desirably arranged in the vicinity of the
遮光部材S1〜8及び遮光部材Scは、偏光変換部材に起因してレチクルR1上の照明光の照度均一性を悪化させるレンズエレメントからの照明光を遮光し、レチクルR1上の照明光の照度均一性の向上に寄与するため、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。 The light shielding members S1 to 8 and the light shielding member Sc shield the illumination light from the lens element that deteriorates the illuminance uniformity of the illumination light on the reticle R1 due to the polarization conversion member, and the illumination intensity of the illumination light on the reticle R1 is uniform. In order to contribute to the improvement of the property, it can be seen that at least a part of the non-uniform illuminance eliminating means is configured.
ところで、遮光部材S1〜8,Scを設けることにより、偏光変換部材に起因するレチクルR1上の照明光の照度不均一性は完全に防止できるため、偏光変換部材(1/2波長板12a〜h)の保持方法等は、前述の構成に限定されず、さまざまな構成とすることもできる。しかし、フライアイレンズ入射面14aに生じる減光部E1〜8,Ecの幅を最小に押さえ、遮光するフライアイレンズエレメントの数を最小に抑え、照明光量の損失を最小限に押さえるためには、偏光変換部材の保持方法として、前述の方法を採用することが好ましい。
By providing the light shielding members S1 to 8 and Sc, the illuminance non-uniformity of the illumination light on the reticle R1 due to the polarization conversion member can be completely prevented, so that the polarization conversion members (half-
なお、遮光部材S1〜8,Scの配置位置は、上記の如きフライアイレンズ14の射出面14bの近傍に限るわけではなく、照明光学系ILS中のフライアイレンズ14からレチクルRの間に、射出面14bの(すなわち瞳面15)の共役面が存在する場合には、その共役面に配置するものとしても良い。
The arrangement positions of the light shielding members S1 to 8 and Sc are not limited to the vicinity of the
なお、図6(B)に示した如き、レチクルR1上の照度均一性の悪化は、フライアイレンズ14の1個のレンズエレメント内の照明光の照度分布が急峻に変化するために発生するものである。すなわち、1個のレンズエレメント145等の入射面14a上での照明光量分布が、レチクルR1において他のレンズエレメントからの照明光によっても平均化できないほどに急峻である場合に、レチクルR1上の照度均一性の悪化が無視できなくなる。
As shown in FIG. 6B, the deterioration of illuminance uniformity on the reticle R1 occurs because the illuminance distribution of illumination light in one lens element of the fly-
そこで、照明光学系ILSの構成を、フライアイレンズの14の入射面14aにおいて、その光量分布が急峻に変化しないような構成にすることによっても、レチクルR1上の照明光の照度均一化することも可能となる。
Therefore, the illumination optical system ILS is configured to have a uniform illumination intensity of the illumination light on the reticle R1 even by adopting a configuration in which the light quantity distribution does not change sharply on the
具体的には、照明光学系ILSの構成、特に図1中のズーム光学系5,6、回折光学素子9a、リレーレンズ11、偏光変換部材12a〜hおよびフライアイレンズ14の構成を最適化し、偏光変換部材12a〜hの位置における照明光束ILに、ある程度の発散性を持たせると良い。これにより、偏光変換部材(1/2波長板)12a〜hの境界部(減光部)は、上記の光束の発散作用と偏光変換部材12a〜hからフライアイレンズ入射面14aまでの距離との相互作用により、ある程度ボケてフライアイレンズ入射面14aに投影されることになる。
Specifically, the configuration of the illumination optical system ILS, in particular, the configuration of the zoom
そして、図6(B)に示した如く減光部S55のボケ幅を、フライアイレンズ14を構成する各レンズエレメント145等の幅と同程度以上に設定すると、減光部S55の光量分布(減光の程度)の急峻性を十分に低下させることができ、従って、レチクルR1上での照明光の照度均一性を良好に保つことが可能となる。ここで減光部S55のボケ幅とは例えば半値幅をいい、フライアイレンズ14の入射面14aにおける平均的な照明光量Ilin1と減光部S55の最暗部の光量との平均値に基づいて、減光部S55をスライスした際のスライス幅である。
Then, as shown in FIG. 6B, when the blur width of the light reducing portion S55 is set to be equal to or larger than the width of each
従って、照明光学系ILSの構成を最適化し、偏光変換部材12a〜hの位置における照明光束ILに、ある程度の発散性を持たせることにより、フライアイレンズの入射面14a上において、減光部S55のボケ幅を増大させる構成も、偏光変換部材により生じる第1物体(レチクルR)上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
Accordingly, by optimizing the configuration of the illumination optical system ILS and providing the illumination light beam IL at the positions of the
また、本構成を、上述の他の照度不均一解消手段と組み合わせて採用することができることは言うまでもない。 It goes without saying that this configuration can be employed in combination with the other illuminance non-uniformity elimination means described above.
以上の様に、本発明によれば、照明光学系ILS中のフライアイレンズ14aの入射面に分布する照明光のうち、所定の内半径から所定の外半径の間の特定輪帯領域に分布する照明光の偏光状態を、その偏光方向が実質的に照明光学系ILSの光軸AX2を中心とする円の円周方向に一致した直線偏光光とすることができる。
As described above, according to the present invention, the illumination light distributed on the incident surface of the fly-
そして、これらの偏光状態は、フライアイレンズ14を射出した光束においても保存されるため、フライアイレンズ14の射出面14bが配置される照明光学系瞳面15においても、そこに分布する照明光のうち、所定の内半径から所定の外半径の間の特定輪帯領域に分布する照明光の偏光状態を、その偏光方向が実質的に照明光学系ILSの光軸AX2を中心とする円の円周方向に一致した直線偏光光とすることができる。
Since these polarization states are preserved even in the light beam emitted from the fly-
また、照明光学系瞳面15において照明光学系光軸AX2から所定距離離れた位置に分納する照明光は、所定の入射角度を持ってレチクルRに照射されることになる。これを図7(A),図7(B),図7(C)を用いて説明する。
In addition, the illumination light distributed in a position away from the illumination optical system optical axis AX2 by a predetermined distance on the illumination optical
図7(A)は、図1中の照明光学系ILSの瞳面15とレチクルRとの関係を簡易的に示した斜視図であり、図1中のリレーレンズ16、コンデンサーレンズ18,20等は省略している。レチクルR上には、その長手方向がY方向に平行でありX方向に周期性を有する微細パターンPXと、その長手方向がX方向に平行でありY方向に周期性を有する微細パターンPYとが形成されている。
FIG. 7A is a perspective view schematically showing the relationship between the
図7(B)は、図7(A)に示した略図の、ZX面における断面図の一部を示す。図7(A)中の、瞳面15上の特定輪帯領域IL0のうち、図中左端のILL部に分布する照明光は、図7(B)中の照明光ILL1として入射角φを中心とする所定の角度範囲だけ傾いてレチクルRに入射する。この入射角φの正弦の値は、照明系光軸AX41からの輪帯領域IL0の中心位置の距離に比例する。
FIG. 7B shows a part of a cross-sectional view in the ZX plane of the schematic diagram shown in FIG. In the specific annular zone IL0 on the
前述の如く、本発明の照明光学系(照明光学装置)では、瞳面15上で特定輪帯領域IL0に分布する照明光は、特定輪帯領域IL0の円周方向に概平行な直線偏光光であるので、照明光ILL1の偏光状態EF1は、いわゆるS偏光となる。ここでS偏光とは、光学一般で定義されるS偏光と同義であり、照明光ILL1の進行方向と、被照射物体であるレチクルRに対する法線(すなわち照明光学系光軸AX41)とを含む面、すなわちZX面に対して偏光方向が垂直である偏光である。
As described above, in the illumination optical system (illumination optical apparatus) according to the present invention, the illumination light distributed in the specific annular zone IL0 on the
このような照明光ILL1の入射方位、入射角φ及び偏光状態EF1で、Y方向に長手を有しX方向に周期性を有するパターンPXを照明することにより、投影光学系25を介して投影されるパターンPXの像のコントラスト等を向上するができる。ただし、その理由については特許文献1等で説明されているため、ここでは説明は省略する。
By illuminating the pattern PX having the longitudinal direction in the Y direction and the periodicity in the X direction with the incident azimuth, the incident angle φ, and the polarization state EF1 of the illumination light ILL1, it is projected through the projection optical system 25. The contrast of the image of the pattern PX can be improved. However, since the reason is explained in
なお、説明の便宜上図示を省略しているが、図7(B)では、レチクルRに対して右上方からも輪帯領域ILRを射出した照明光が照射されることは言うまでもない。そして、その偏光状態もS偏光である。 Although illustration is omitted for convenience of explanation, it goes without saying that in FIG. 7B, the illumination light emitted from the annular zone ILR is irradiated on the reticle R also from the upper right. The polarization state is also S-polarized light.
図7(C)は、図7(A)に示した略図の、YZ面における断面図の一部を示す。図7(A)中の、瞳面15上の輪帯領域IL0のうち、図中下端のILD部に分布する照明光は、図7(C)中の照明光ILD1として上記入射角φを中心とする所定の角度範囲だけ傾いてレチクルRに入射する。
FIG. 7C shows a part of a cross-sectional view in the YZ plane of the schematic diagram shown in FIG. In the annular zone IL0 on the
瞳面15上の特定輪帯領域IL0中の図中下端部ILDに分布する照明光も、特定輪帯領域IL0の円周方向に概平行な直線偏光光であるので、照明光ILD1の偏光状態EF2も上記と同様にS偏光となる。そして、照明光ILL1の入射方位、入射角φ及び偏光状態EF2は、X方向に長手を有しY方向に周期性を有するパターンPYに対して好適であり、投影光学系25を介して投影されるパターンPYの像のコントラスト等を向上することができる。
Since the illumination light distributed at the lower end ILD in the figure in the specific annular zone IL0 on the
なお、以上の説明で想定した図7(A)中の瞳面15上の特定輪帯領域IL0中の左端部(−X方向端部)ILL、右端部(+X方向端部)ILR、下端部(−Y方向端部)ILD等は、図2(A)等に示した偏光変換部材(1/2波長板)12a〜h等のうち、図2(A)等中のX方向の両端及びY方向の両端に配置された、偏光変換部材12a,12b,12c,12dに対応する部材を透過した照明光に対応するものである。
Note that the left end portion (−X direction end portion) ILL, the right end portion (+ X direction end portion) ILR, and the lower end portion in the specific annular zone IL0 on the
一方、レチクルR上には、図7(A)に示した如く、その長手方向がX方向またはY方向に一致するパターンのみではなく、その長手方向がX方向及びY方向から概ね45度回転したようなパターンも存在する場合がある。そして、そのようなパターンに対しては、図2(A)等の中に示した偏光変換部材12e,12f,12g,12hが特に有効となる。
On the other hand, on the reticle R, as shown in FIG. 7A, not only the pattern whose longitudinal direction coincides with the X direction or the Y direction, but also the longitudinal direction rotated approximately 45 degrees from the X direction and the Y direction. There are cases where such patterns exist. For such a pattern, the
ただし、レチクルR上に存在するパターンのうち、特に重要なパターン、例えば最も微細なパターンが、X方向またはY方向に長手を有するパターンに限定されるのであれば、これらのパターンに対してより有効である偏光変換部材12a,12b,12c,12dからの照明光を、他の偏光変換部材12e,12f,12g,12hからの照明光に対して相対的に増大させるために、図2(A)等における偏光変換部材12a〜hの面積比を変更することもできる。
However, if the particularly important pattern among the patterns existing on the reticle R, for example, the finest pattern is limited to a pattern having a length in the X direction or the Y direction, it is more effective for these patterns. In order to increase the illumination light from the
すなわち、図2(A)等に示した光軸AX2を中心に均等角度毎に配置された偏光変換部材12a〜hではなく、偏光変換部材12a,12b,12c,12dについてはその中心角を増大させることにより面積を増大させ、偏光変換部材12e,12f,12g,12hについてはその中心角を減少させることにより面積を減少させるように、その配置を変更すると良い。
That is, the center angle of the
なお、偏光変換部材12a〜hの数、すなわち特定輪帯領域に対する光軸AX2を中心とする分割の数も、上記の8分割に限るわけではなく、より多くの領域に分割し、より多くの偏光変換部材を並べて配置するようにしても良いことは言うまでもない。
Note that the number of
ところで、以上の実施形態においては、図1の照明光学系ILSの瞳面15に形成する照明光量分布が上述の特定輪帯領域であること、即ち輪帯照明へ適用することを前提に説明したが、本発明の照明光学装置及び投影露光装置により実現できる照明条件は、必ずしも輪帯照明に限定されるものではない。即ち、偏光変換部材12a〜hは、照明光学系の瞳面15内の特定輪帯領域内に分布する照明光の偏光状態を上記所望の偏光状態に設定するものであるから、照明光の分布をその特定輪帯領域内の更に特定の部分領域内に限る場合であっても、その特定輪帯領域の円周方向に平行な偏光方向を有する直線偏光光を主成分とした照明光に変換できることは言うまでもない。
By the way, in the above embodiment, it demonstrated on the assumption that the illumination light quantity distribution formed in the
このように、照明光を特定輪帯領域内の更に特定の領域内にのみ集光するには、図1中の回折光学素子9aを交換し、別の回折光学素子から発生する回折光(照明光)を、偏光変換部材12a〜h上の特定の離散的な領域に集中させるようにすれば良い。照明光を集中させる箇所は、例えば図2(A)中の偏光変換部材12c及び12d内の2箇所であるが、もちろん任意の偏光変換部材の任意の箇所に集中させてよく、また、偏光変換部材a〜hを跨ぐ位置に集光させても構わない。
In this way, in order to collect the illumination light only in a specific region within the specific annular zone, the diffractive
また、集光位置の個数も4個であっても構わない。そして、その位置及び個数の選定は、レチクルR上の露光対象とするパターンの形状に応じて決定すれば良い。 Also, the number of condensing positions may be four. The selection of the position and the number may be determined according to the shape of the pattern to be exposed on the reticle R.
ところで、上記の集光位置以外に分布する照明光は、上記の露光対象とするパターンの露光には適さないので、その光量分布を実質的に0にした方が好ましい場合もある。一方、回折光学素子9a等の製造誤差などによっては、回折光学素子9a等からは所望の方向以外にも回折光(以下「誤差光」という。)が発生し、上記の集光位置以外にも照明光が分布してしまう可能性もある。そこで、例えば図1のフライアイレンズ14の射出面側に、さらに絞りを設けて、この誤差光を遮光する構成とすることもできる。これにより上記の複数の集光領域以外の照明光量分布を完全に0とすることができる。
By the way, the illumination light distributed outside the condensing position is not suitable for the exposure of the pattern to be exposed, and therefore it may be preferable that the light amount distribution is substantially zero. On the other hand, depending on the manufacturing error of the diffractive
ただし、レチクルR上には上記露光対象とするパターン以外のパターンも存在し、上記誤差光が、これらの対象外のパターンの結像に有効である場合もあるので、必ずしも集光領域以外の照明光量分布を0にする必要がない場合もある。 However, there are patterns other than the exposure target pattern on the reticle R, and the error light may be effective for image formation of patterns other than the exposure target. In some cases, the light amount distribution need not be zero.
ところで、上記の実施形態においては、レチクルR1に照射する照明光を、輪帯照明または変形照明であってレチクルRに対してS偏光とすることだけを想定して説明したが、実際の照明光学装置や投影露光装置では、レチクルR等の被照射物体(第1物体)への照明条件や偏光状態は、ある程度自由に可変できることが必要とされる。 In the above embodiment, the illumination light applied to the reticle R1 is assumed to be annular illumination or modified illumination and S-polarized light with respect to the reticle R. However, actual illumination optics is described. In the apparatus and the projection exposure apparatus, it is necessary that the illumination condition and the polarization state of the irradiated object (first object) such as the reticle R can be freely changed to some extent.
ここで、照明条件の変更は上述の回折光学素子9a,9b等の交換配置や、ズーム光学系5,6により、照明σ値の変更や輪帯照明、2極照明、4極照明への変更が可能である。これにより、例えば照明光束のσ値を0.4程度以下の小σ照明とすることができる。
Here, the illumination condition can be changed by changing the illumination σ value or changing to the annular illumination, dipole illumination, or quadrupole illumination by replacing the diffractive
このような小σの照明光は、図2(A)に示した如き偏光変換部材12a〜hを透過することなく、図2(A)中の光軸AX2近傍を透過するため、偏光変換部材による偏光変換作用を受けない。従って、照明光ILはレーザ等の光源1から射出した際の偏光状態をほぼそのまま保ってレチクルRに入射することになるが、レチクルR1のパターンの種類や方向性によっては、Y方向の直線偏光光が好ましい場合もありランダム偏光光が好ましい場合もある。
Such small σ illumination light passes through the vicinity of the optical axis AX2 in FIG. 2A without passing through the
そこで、本発明の照明光学装置・投影露光装置では、照明光学系ILS中に偏光制御部材4を設け、これにより、レチクルR1に照射される照明光の偏光状態を変更可能としている。
Therefore, in the illumination optical apparatus / projection exposure apparatus of the present invention, the
偏光制御部材4は、例えば照明光学系光軸AX1を中心に回転可能な1/2波長板であり、その配置角度の変更により、透過する照明光をX偏光光またはY偏光光に切り替え可能とする。これにより、上記小σ照明光のレチクルR1上での偏光状態をX偏光光及びY偏光光に切り替えることが可能となる。
The
あるいは、偏光制御部材4として、さらに照明光の偏光性を解消する素子を、照明系光束ILに対して装脱可能に配置することもできる。これにより、本発明の照明光学装置・投影露光装置においても、レチクルR1を照明するに際しランダム偏光照明が必要となる場合にも対応する事ができる。なお、偏光性を解消する素子としては、例えば、その厚さが面内の位置に応じて異なる波長板や旋光性部材を用いることができる。また、その代替として1/4波長板等を用いて照明光を円偏光にすることで、ウエハW上へのパターンの結像特性的にはランダム偏光と実質的に等価な照明光としても良い。
Alternatively, as the
このように、照明光をランダム偏光とした場合においても、本発明の偏光変換部材が1/2波長板12a〜hからなる場合には、その実質的にランダムな照明光の偏光状態を、ランダム以外の状態に変換することは無い。ただし、偏光変換部材に起因して発生し、かつ僅かに残存するレチクルR上の照明光の照度不均一性をさらに改善するため等の理由により、大σ照明使用時には偏光変換部材12a〜hを、照明構想の光路外に退避させることもできる。
As described above, even when the illumination light is randomly polarized, if the polarization conversion member of the present invention is composed of the half-
これは、例えば図1中の偏光変換部材12a,12bを保持する保持機構13を、さらに不図示の交換機構により保持し、この交換機構の駆動により、偏光変換部材12a,12bを保持機構13ごと、照明光学系の光路外に退避させる装脱機構により実現できる。
For example, the holding
あるいは、装脱機構として図2(A)及び図2(B)に示した偏光変化部材12a〜hを保持する保持13a〜hに、偏光変化部材12a〜hを例えば光軸AX2に対して放射方向に移動可能となるような可動機構を持たせ、偏光変化部材12a〜hを照明光路外に退避可能な構成とすることもできる。
Alternatively, the
以上の実施形態においては、光源1としてのレーザ光源は、X方向に偏光した直線偏光光を射出するものとしたが、光源から射出される照明光束ILの偏光状態はこれに限られるものではない。例えば、Y方向に偏光した直線偏光光を射出する光源であれば1/2波長板等により、これをX方向に偏光した直線偏光光に変換して使用することも可能であり、円偏光を射出する光源であれば1/4波長板等により、これをX方向に偏光した直線偏光光に変換して使用することも可能である。ただし、光源1から射出される照明光は、このように波長板等により直線偏光に変換できる照明光、すなわち単一の偏光状態の照明光であることが望ましい。
In the above embodiment, the laser light source as the
ただし、完全に単一の偏光状態である必要は無く、例えば偏光比が80%以上程度の直線偏光を射出する光源であれば十分である。これより偏光比の悪い光源では、直線偏光を使用して微細パターンの投影像のコントラスト等を改善するという本発明の効果が、十分に得られなくなる。 However, it is not necessary to have a completely single polarization state. For example, a light source that emits linearly polarized light having a polarization ratio of about 80% or more is sufficient. If the light source has a lower polarization ratio than this, the effect of the present invention that improves the contrast of the projected image of the fine pattern using linearly polarized light cannot be sufficiently obtained.
なお、例えば光源1が円偏光である照明光を発するものである様な場合には、その円偏光の偏光状態を、ほぼそのまま保って照明光を図1中の偏光変換部材12a等に導く構成とすることもできる。その際には、偏光変換部材12a〜hとして1/4波長板を使用することにより、各偏光変換部材12a〜hを透過した照明光を、上記所望の偏光状態とすることができる。
For example, in the case where the
このように、本発明の偏光変換部材12a〜hは、1/2波長板に限定されることなく、照明光の偏光状態に応じて他の条件の波長板を使用することも可能であり、さらに、波長板以外にも、水晶等の旋光性を有する材料を使用することもできる。この場合には、複数の偏光変換部材のそれぞれについて、右旋性または左旋性の旋光性の異なる材料や厚さの異なる材料を使用して、各偏光変換部材を透過する照明光が、光軸AX2を中心とした円の円周方向に平行な偏光方向を有する直線偏光光に変換されるようにすれば良い。
As described above, the
従って、本発明の偏光変換部材12a〜hは、波長板に限定されることなく各種の光学部材を用いることができる。
Therefore, the
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図8を参照して説明する。 Next, an example of a semiconductor device manufacturing process using the projection exposure apparatus of the above embodiment will be described with reference to FIG.
図8は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図8において、まずシリコン半導体等からウエハWが製造されている。その後、ウエハW上にフォトレジストを塗布し(ステップS10)、次のステップS12において、上記の実施形態(図1)の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル(仮にR1とする)をロードし、ウエハステージ上にウエハWをロードして、走査露光方式でレチクルR1のパターン(符号Aで表わす)をウエハW上の全部のショット領域SEに転写(露光)する。この際に必要に応じて二重露光が行われる。 FIG. 8 shows an example of a semiconductor device manufacturing process. In FIG. 8, a wafer W is first manufactured from a silicon semiconductor or the like. Thereafter, a photoresist is applied on the wafer W (step S10), and in the next step S12, a reticle (provisionally R1) is loaded on the reticle stage of the projection exposure apparatus of the above embodiment (FIG. 1). The wafer W is loaded on the wafer stage, and the pattern of the reticle R1 (represented by the symbol A) is transferred (exposed) to all the shot areas SE on the wafer W by a scanning exposure method. At this time, double exposure is performed as necessary.
なお、ウエハWは例えば直径300mmのウエハ(12インチウエハ)であり、ショット領域SEの大きさは一例として非走査方向の幅が25mmで走査方向の幅が33mmの矩形領域である。次に、ステップS14において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハWの各ショット領域SEに所定のパターンが形成される。 The wafer W is, for example, a wafer having a diameter of 300 mm (12 inch wafer), and the size of the shot area SE is, for example, a rectangular area having a width of 25 mm in the non-scanning direction and a width of 33 mm in the scanning direction. Next, in step S14, a predetermined pattern is formed in each shot region SE of the wafer W by performing development, etching, ion implantation, and the like.
次に、ステップS16において、ウエハW上にフォトレジストを塗布し、その後ステップS18において、上記の実施の形態(図1)の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル(仮にR2とする)をロードし、ウエハステージ上にウエハWをロードして、走査露光方式でレチクルR2のパターン(符号Bで表わす)をウエハW上の各ショット領域SEに転写(露光)する。そして、ステップS20において、ウエハWの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハWの各ショット領域に所定のパターンが形成される。 Next, in step S16, a photoresist is applied on the wafer W, and then in step S18, a reticle (provisionally R2) is loaded onto the reticle stage of the projection exposure apparatus of the above-described embodiment (FIG. 1). Then, the wafer W is loaded on the wafer stage, and the pattern of the reticle R2 (represented by the symbol B) is transferred (exposed) to each shot area SE on the wafer W by a scanning exposure method. In step S20, a predetermined pattern is formed in each shot region of the wafer W by performing development and etching of the wafer W, ion implantation, and the like.
以上の露光工程〜パターン形成工程(ステップS16〜ステップS20)は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハW上の各チップCPを1つ1つ切り離すダイシング工程(ステップS22)や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等(ステップS24)を経ることによって、製品としての半導体デバイスSPが製造される。 The above exposure process to pattern formation process (steps S16 to S20) are repeated as many times as necessary to manufacture a desired semiconductor device. Then, a semiconductor device SP as a product is manufactured through a dicing process (step S22) for separating each chip CP on the wafer W one by one, a bonding process, a packaging process, and the like (step S24). .
本例のデバイス製造方法によれば、上記の実施形態の投影露光装置で露光を行っているため、露光工程において、照明光(露光ビーム)の利用効率を高めた状態で所定の偏光状態でレチクルを照明できる。従って、微細ピッチの周期的なパターン等の解像度等が向上しているため、より高集積で高性能な半導体集積回路を、高いスループットで安価に製造することが可能となる。 According to the device manufacturing method of this example, since the exposure is performed by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, in the exposure process, the reticle in a predetermined polarization state with increased use efficiency of illumination light (exposure beam) is used. Can illuminate. Accordingly, since the resolution and the like of a periodic pattern with a fine pitch are improved, a highly integrated and high performance semiconductor integrated circuit can be manufactured at a high throughput and at a low cost.
また、上記の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造することができる。なお、その投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 In the projection exposure apparatus of the above embodiment, an illumination optical system composed of a plurality of lenses and a projection optical system are incorporated in the exposure apparatus main body and optical adjustment is performed, so that a reticle stage or wafer stage composed of a large number of mechanical parts is provided. It can be manufactured by attaching to the exposure apparatus main body, connecting wiring and piping, and further performing general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). The projection exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room in which the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
また、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置にも適用することができる。また、使用される投影光学系の倍率は、縮小倍率のみならず、等倍や拡大倍率であってもよい。更に、本発明は、例えば国際公開(WO)第99/49504号などに開示される液浸型露光装置にも適用することができる。 Further, the present invention can be applied not only to a scanning exposure type projection exposure apparatus but also to a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper. The magnification of the projection optical system used may be not only a reduction magnification but also an equal magnification or an enlargement magnification. Furthermore, the present invention can be applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication (WO) No. 99/49504.
また、本発明の投影露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(X線マスクを含むフォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。 Further, the use of the projection exposure apparatus of the present invention is not limited to the exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, but for example, a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a display apparatus such as a plasma display. The present invention can be widely applied to an exposure apparatus and an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention is also applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (a photomask including an X-ray mask, a reticle, etc.) on which a mask pattern of various devices is formed using a photolithography process. be able to.
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
本発明のデバイス製造方法によれば、露光ビーム(照明光)の利用効率を高めることができるとともに、所定パターンを高精度に形成できる。従って、半導体集積回路等の各種デバイスを高精度に、かつ高い処理能力(スループット)で製造できる。 According to the device manufacturing method of the present invention, the utilization efficiency of the exposure beam (illumination light) can be increased, and a predetermined pattern can be formed with high accuracy. Therefore, various devices such as semiconductor integrated circuits can be manufactured with high accuracy and high processing capability (throughput).
R…レチクル、W…ウエハ、ILS…照明光学系、AX2…照明系光軸、1…光源、4…偏光制御部材、9a,9b…回折光学素子、12a,12b…偏光変換部材、13…偏光制御部材保持機構、14…フライアイレンズ、25…投影光学系。 R ... reticle, W ... wafer, ILS ... illumination optical system, AX2 ... illumination system optical axis, 1 ... light source, 4 ... polarization control member, 9a, 9b ... diffractive optical element, 12a, 12b ... polarization conversion member, 13 ... polarization Control member holding mechanism, 14 ... fly-eye lens, 25 ... projection optical system.
Claims (14)
前記照明光学系の光軸に垂直な所定の面内における所定の輪帯相当領域である特定輪帯領域に分布する前記照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換する偏光変換部材を備え、
該偏光変換部材は、前記照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置される複数の偏光変換素子を備え、
該偏光変換素子は、旋光性を有する材料で形成されることを特徴とする照明光学装置。 An illumination optical apparatus comprising an illumination optical system that illuminates a first object based on light of a substantially single polarization state from a light source,
A polarization conversion member that converts a polarization state of the illumination light distributed in a specific annular zone area that is a predetermined annular zone in a predetermined plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system into a predetermined polarization state; ,
The polarization conversion member includes a plurality of polarization conversion elements disposed at different positions in a plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system,
The illumination optical device, wherein the polarization conversion element is formed of a material having optical rotation.
前記偏光変換部材は、前記照度均一化部材より前記光源側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 An illuminance equalizing member for substantially equalizing the illuminance of the illumination light irradiated on the first object;
The illumination optical apparatus according to claim 1, wherein the polarization conversion member is disposed closer to the light source than the illuminance uniforming member.
前記リソグラフィ工程で請求項13に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。 A device manufacturing method including a lithography process,
A device manufacturing method, wherein a pattern is transferred to a photoconductor using the exposure method according to claim 13 in the lithography process.
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