JP2014146718A - Illumination optical device, exposure device, and method of manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.
半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳における所定の光強度分布)を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面(露光装置の場合にはマスクまたはウェハ)との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。 In an exposure apparatus used for manufacturing a device such as a semiconductor element, a light source emitted from a light source is a secondary light source (generally a surface light source consisting of a number of light sources via a fly-eye lens as an optical integrator). Form a predetermined light intensity distribution in the illumination pupil. Hereinafter, the light intensity distribution in the illumination pupil is referred to as “pupil intensity distribution”. The illumination pupil is a position where the illumination surface becomes the Fourier transform plane of the illumination pupil by the action of the optical system between the illumination pupil and the illumination surface (a mask or a wafer in the case of an exposure apparatus). Defined.
二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光(転写)される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。 The light from the secondary light source is condensed by the condenser lens and then illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask forms an image on the wafer via the projection optical system, and the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is miniaturized, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer.
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状(2極状、4極状など)の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている(特許文献1を参照)。 In order to accurately transfer the fine pattern of the mask onto the wafer, for example, an annular or multipolar (bipolar, quadrupolar, etc.) pupil intensity distribution is formed to improve the depth of focus and resolution of the projection optical system. The technique to make it is proposed (refer patent document 1).
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。 In order to accurately transfer the fine pattern of the mask onto the wafer, not only the pupil intensity distribution is adjusted to the desired shape, but also the pupil intensity distribution for each point on the wafer as the final irradiated surface is almost uniform. It is necessary to adjust to. If there is a variation in the uniformity of the pupil intensity distribution at each point on the wafer, the line width of the pattern varies from position to position on the wafer, and the fine pattern of the mask has the desired line width over the entire exposure area. It cannot be accurately transferred onto the wafer.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an illumination optical device that can adjust the pupil intensity distribution at each point on the irradiated surface to a required distribution. . The present invention also provides an exposure that can perform good exposure under appropriate illumination conditions by using an illumination optical device that adjusts the pupil intensity distribution at each point on the irradiated surface to a required distribution. An object is to provide an apparatus.
前記課題を解決するために、第1形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の光路を横切る第1面に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記第1面に入射する光の向きを前記第1面内での位置に応じて変化させる可変部材とを備え、
前記オプティカルインテグレータの前記波面分割要素には、入射する光の向きの変化に応じて当該波面分割要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の収差が付与されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment, in an illumination optical device that illuminates a surface to be irradiated with light from a light source,
An optical integrator having a plurality of wavefront splitting elements arranged in parallel on a first surface crossing the optical path of the illumination optical device;
A variable member that changes a direction of light incident on the first surface according to a position in the first surface;
The wavefront splitting element of the optical integrator is given a required aberration so that the illuminance distribution formed on the irradiated surface by the light passing through the wavefront splitting element changes according to the change in the direction of incident light. An illumination optical device is provided.
第2形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有する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により波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記オプティカルインテグレータの入射側に配置されて、前記波面分割要素が有する光学面における前記光束が通過する位置を変更して前記光束が前記被照射面に形成する照度分布を変化させる可変部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the second embodiment, in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface with light from the light source,
An optical integrator having a plurality of wavefront splitting elements arranged in parallel;
A condenser optical system that superimposes a plurality of light fluxes wave-divided by the optical integrator on the irradiated surface;
A variable member that is arranged on the incident side of the optical integrator and changes the illuminance distribution formed on the irradiated surface by changing the position where the light beam passes on the optical surface of the wavefront splitting element. An illumination optical device is provided.
第3形態では、前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための第1形態または第2形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。 In the third mode, the illumination optical device according to the first mode or the second mode for illuminating a predetermined pattern installed on the irradiated surface is provided, and the predetermined pattern is exposed on the substrate. Providing equipment.
第4形態では、第3形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the fourth embodiment, using the exposure apparatus of the third embodiment, exposing the predetermined pattern onto the substrate;
Developing the substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the substrate;
And processing the surface of the substrate through the mask layer. A device manufacturing method is provided.
本発明の照明光学装置では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。本発明の露光装置およびデバイス製造方法では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。 In the illumination optical apparatus of the present invention, the pupil intensity distribution at each point on the irradiated surface can be adjusted to a required distribution. In the exposure apparatus and the device manufacturing method of the present invention, an exposure optical apparatus that adjusts the pupil intensity distribution at each point on the surface to be irradiated to a required distribution, respectively, can perform good exposure under appropriate illumination conditions. It can be carried out.
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。図1において、被照射面16の法線方向(光軸AXの方向)に沿ってZ軸を、被照射面16の面内において図1の紙面に平行な方向にX軸を、被照射面16の面内において図1の紙面に垂直な方向にY軸をそれぞれ設定している。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an illumination optical apparatus according to the embodiment. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction (the direction of the optical axis AX) of the
図1を参照すると、本実施形態の照明光学装置1では、光源11から射出された光がコリメートレンズ12により平行光束に変換され、変倍光学系13を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)14に入射する。変倍光学系13は、光軸AXに沿って固定された負レンズ(または負レンズ群)13aと、その後側に配置されて光軸AXに沿って移動可能な正レンズ(または正レンズ群)13bとを有する。変倍光学系13の作用については後述する。
Referring to FIG. 1, in the illumination
マイクロフライアイレンズ14は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズ(波面分割要素)14aからなる光学素子であって、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
The micro fly's
マイクロフライアイレンズ14として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第6913373号明細書に開示されている。図1では、図面の明瞭化のために、マイクロフライアイレンズ14を構成する微小レンズ14aの数を実際よりもはるかに少なく表示している。この点は、図2、図3、図7および図8においても同様である。
As the micro fly's
マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bには、例えば光軸AXを中心とする円形状の照野が形成される。マイクロフライアイレンズ14における各微小レンズ14aの入射側の面(すなわち単位波面分割面)は、例えばX方向に沿って長辺を有し且つY方向に沿って短辺を有する矩形状であって、被照射面16上において形成すべき照明領域16aの形状と相似な矩形状である。
On the
マイクロフライアイレンズ14に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置(ひいては照明瞳の位置)には、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心とした円形状の二次光源(多数の小光源からなる実質的な面光源:瞳強度分布)が形成される。マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系15を介して、被照射面16を重畳的に照明する。こうして、被照射面16には、X方向に沿って細長い矩形状の照明領域16aが形成される。
The light beam incident on the micro fly's
本実施形態の照明光学装置1は、変倍光学系13の正レンズ13bを光軸AXに沿って移動させる駆動部17と、照明光学装置1の射出瞳面(マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳面14c)における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部18と、瞳強度分布計測部18の計測結果に基づいて駆動部17を制御する制御系CRとを備えている。瞳強度分布計測部18は、例えば照明光学装置1の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、被照射面16上の各点に関する瞳強度分布(各点に入射する光が照明光学装置1の射出瞳位置に形成する瞳強度分布)を計測する。
The illumination
本実施形態の照明光学装置1が走査型の露光装置に適用される場合、被照射面16上の照明領域16aと光学的に共役な領域として、例えばX方向に沿って細長い矩形状の静止露光領域が、投影光学系を介してウェハ(感光性基板)上に形成される。静止露光領域内の1点に入射する光が照明瞳(例えば投影光学系の瞳)に形成する瞳強度分布が入射点の位置に依存して大きく異なる場合、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。
When the illumination
静止露光領域では、走査方向(スキャン方向)であるY方向に沿った照度分布の均一性よりも、走査方向と直交する走査直交方向すなわちX方向に沿った照度分布の均一性の方が重要である。また、静止露光領域においてY方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性よりも、X方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性の方が重要である。これは、静止露光領域におけるY方向に沿った照度ムラおよびY方向に沿った各点での瞳強度分布のばらつきの影響が、Y方向に沿った走査露光により平均化されるからである。 In the static exposure region, the uniformity of the illuminance distribution along the scanning orthogonal direction, that is, the X direction perpendicular to the scanning direction is more important than the uniformity of the illuminance distribution along the Y direction, which is the scanning direction (scan direction). is there. In addition, the uniformity of the pupil intensity distribution at each point along the X direction is more important than the uniformity of the pupil intensity distribution at each point along the Y direction in the still exposure region. This is because the influence of uneven illuminance along the Y direction and variation in pupil intensity distribution at each point along the Y direction in the still exposure region is averaged by scanning exposure along the Y direction.
したがって、本実施形態の照明光学装置1が露光装置に、とりわけ走査型の露光装置に適用される場合、照明領域16aにおけるX方向に沿った照度分布の均一性、および照明領域16aにおけるX方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性を確保することが重要である。本実施形態では、後述するように、変倍光学系13とマイクロフライアイレンズ14との協働作用により、照明領域16aにおけるX方向に沿った各点での瞳強度分布を調整する。
Accordingly, when the illumination
変倍光学系13では、上述したように、負レンズ13aと正レンズ13bとの間隔が可変に構成されている。したがって、変倍光学系13に入射した平行光束は、負レンズ13aと正レンズ13bとの可変間隔に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系13は、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する可変部材を構成している。また、別の表現によれば、変倍光学系13は、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光の向きを入射側の面14b内での位置に応じて変化させる可変部材を構成している。
In the variable magnification
図2は、マイクロフライアイレンズ14の複数の微小レンズ14aを経た部分光束が被照射面16上で重畳される様子を示している。図2において、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに光束が入射すると、入射光束は複数の微小レンズ14aにより波面分割され、各微小レンズ14aの直後には1つの小光源が形成される。マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳面14cに沿って二次元的に形成された各小光源からの光束は、コンデンサー光学系15を介して被照射面16上で重畳される。
FIG. 2 shows a state in which partial light beams that have passed through the plurality of
マイクロフライアイレンズ14およびコンデンサー光学系15が無収差の理想状態にあり且つ均一な光強度分布を有する平行光束がマイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する場合、被照射面16上の所定位置に互いに同じ性状を有する複数の光強度分布(すなわち複数の均一な光強度分布)が重畳され、ひいては被照射面16上に均一な照度分布16bを有する照明領域16aが形成される。
When the micro fly's
図3は、マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳面14cと被照射面16上の照明領域16aとの間の光線の対応関係を示している。照明領域16aの中心点P1に垂直入射する光線L1は、マイクロフライアイレンズ14の光軸AX上の微小レンズ14aを経て形成された小光源K1から光軸AXの方向(Z方向)に射出された光線L1に対応している。中心点P1に対してXZ平面に沿って最大角度で入射する光線L2,L3は、光軸AXからX方向に最も離れた微小レンズ14aを経て形成された小光源K2,K3から光軸AX方向に射出された光線L2,L3に対応している。
FIG. 3 shows the correspondence of light rays between the
照明領域16aにおいて光軸AXから+X方向に最も離れた周辺の点P2および−X方向に最も離れた周辺の点P3に垂直入射する光線L4,L5は、光軸AX上の小光源K1からXZ平面に沿って光軸AXに対して最大角度で射出された光線L4,L5に対応している。周辺の点P2およびP3に対してXZ平面に沿って最大角度で入射する光線L6,L7およびL8,L9は、光軸AXからX方向に最も離れた小光源K2,K3からXZ平面に沿って光軸AXに対して最大角度で射出された光線L6,L7およびL8,L9に対応している。
Light rays L4 and L5 perpendicularly incident on a peripheral point P2 furthest away in the + X direction from the optical axis AX and a peripheral point P3 furthest away in the −X direction in the
このように、小光源K1〜K3が形成される照明瞳面14cにおける位置情報は、コンデンサー光学系15のフーリエ変換作用により、照明領域16a(すなわち被照射面16)における角度情報に変換される。逆に、照明瞳面14cにおける角度情報は、コンデンサー光学系15のフーリエ変換作用により、照明領域16aにおける位置情報に変換される。したがって、図示を省略するが、YZ平面における照明瞳面14cと照明領域16aとの間の光線の対応関係は、図3に示すXZ平面における光線の対応関係と同様である。
Thus, the positional information on the
図4は、照明領域16a上の各点P1,P2,P3に関する瞳強度分布H1,H2,H3について説明する図である。図3を参照して説明したように、照明領域16aの中心点P1に垂直入射する光線L1は、光軸AX上の微小レンズ14aから光軸AX方向に射出された光線L1に対応している。中心点P1に最大角度で入射する光線(L2,L3など)は、光軸AXから最も離れた微小レンズ14aから光軸AX方向に射出された光線に対応している。
FIG. 4 is a diagram for explaining pupil intensity distributions H1, H2, and H3 related to the points P1, P2, and P3 on the
したがって、中心点P1に関する瞳強度分布H1の中央領域(例えば円形状の領域)の分布は、マイクロフライアイレンズ14において光軸AXを中心とした中央領域にある複数の微小レンズ14aから光軸AXに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ14aを経て照明領域16a上の中央領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布H1における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ14aが被照射面16上に形成する各照野の中央領域における光強度分布が反映される。
Therefore, the distribution of the central region (for example, a circular region) of the pupil intensity distribution H1 with respect to the center point P1 is the optical axis AX from the plurality of
瞳強度分布H1の周辺領域(例えば輪帯状の領域)の分布は、マイクロフライアイレンズ14において光軸AXから離れた周辺領域にある複数の微小レンズ14aから光軸AXに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ14aを経て照明領域16a上の中央領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布H1における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ14aが被照射面16上に形成する各照野の中央領域における光強度分布が反映される。
The distribution of the peripheral region of the pupil intensity distribution H1 (for example, an annular region) is a relatively small angle with respect to the optical axis AX from the plurality of
また、図3を参照して説明したように、照明領域16a上の周辺の点P2,P3に垂直入射する光線(L4,L5など)は、光軸AX上の微小レンズ14aから光軸AXに対して最大角度で射出された光線L4,L5に対応している。周辺の点P2およびP3に最大角度で入射する光線(L6〜L9など)は、光軸AXから最も離れた微小レンズ14aから光軸AXに対して最大角度で射出された光線に対応している。
In addition, as described with reference to FIG. 3, light rays (L4, L5, etc.) perpendicularly incident on the peripheral points P2, P3 on the
したがって、周辺の点P2,P3に関する瞳強度分布H2,H3の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ14aから光軸AXに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ14aを経て照明領域16a上の周辺領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布H2,H3における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ14aが被照射面16上に形成する各照野の周辺領域における光強度分布が反映される。
Accordingly, the distribution of the central area of the pupil intensity distributions H2 and H3 with respect to the peripheral points P2 and P3 is a light beam emitted from the plurality of
瞳強度分布H2,H3の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ14aから光軸AXに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ14aを経て照明領域16a上の周辺領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布H2,H3における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ14aが被照射面16上に形成する各照野の周辺領域における光強度分布が反映される。
The distribution of the peripheral areas of the pupil intensity distributions H2 and H3 is such that light beams emitted from the plurality of
以下、説明を単純化するために、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bには、変倍光学系13を経て形成された可変角度の発散光束が入射するものとする。図5は、マイクロフライアイレンズ14の光軸AX上の微小レンズ31を経た部分光束が被照射面16上に照野41を形成する様子を示している。図6は、マイクロフライアイレンズ14において光軸AXから+X方向に最も離れた微小レンズ32を経た部分光束が被照射面16上に照野42を形成する様子を示している。
Hereinafter, to simplify the description, it is assumed that a divergent light beam having a variable angle formed through the variable magnification
マイクロフライアイレンズ14に発散光束が入射する場合、図5に示すように、光軸AX上の微小レンズ31の入射側の面31aには、ほぼ平行な光束が光軸AXに沿った向きに入射する。入射側の面31aの屈折作用を受けて微小レンズ31の内部を伝搬した光は、その射出面31b上の中央領域31baを通過し、ひいては中央領域31baの屈折作用により集光して光軸AX上に小光源K1を形成する。小光源K1を形成した光は、コンデンサー光学系15を介して、被照射面16上に照明領域16aと同じ外形形状の照野41を形成する。
When a divergent light beam enters the micro fly's
一方、図6に示すように、光軸AXから+X方向に最も離れた微小レンズ32の入射側の面32aには、ほぼ平行な光束が光軸AXに対して可変角度θだけ傾いた向きに入射する。入射側の面32aの屈折作用を受けて微小レンズ32の内部を伝搬した光は、その射出面32b上において図5に示す中央領域31baとは位置の異なる周辺寄りの領域32baを通過し、ひいては周辺寄りの領域32baの屈折作用により集光して、微小レンズ32の要素光軸AXeから+X方向に位置ずれした位置に小光源K2を形成する。小光源K2を形成した光は、コンデンサー光学系15を介して、被照射面16上に照明領域16aと同じ外形形状、ひいては照野41と同じ外形形状の照野42を形成する。
On the other hand, as shown in FIG. 6, on the
複数の微小レンズ14aからなるマイクロフライアイレンズ14が無収差の理想状態にある場合、例えば各微小レンズ14aの入射側の面および射出面が所望の面形状に形成されている場合、光軸AX上の微小レンズ31に均一な光強度分布を有する平行光束が光軸AXに沿った向きに入射すると、被照射面16上に形成される照野41の照度分布は図5中破線で示すように均一な分布になる。同様に、光軸AXから最も離れた微小レンズ32に均一な光強度分布を有する平行光束が光軸AXに対して傾いた向きに入射しても、被照射面16上に形成される照野42の照度分布は図6中破線で示すように均一な分布になる。
When the micro fly's
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ14の各微小レンズ14aの射出面が、光の通過する領域の変化に応じて当該射出面を経た光が被照射面16に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されている。換言すると、マイクロフライアイレンズ14の各微小レンズ14aには、入射する光の向きの変化に応じて当該微小レンズ14aを経た光が被照射面16に形成する照度分布が変化するように、所要の収差(例えば歪曲収差など)が付与されている。
In the present embodiment, the illuminance distribution formed on the
したがって、光軸AX上に位置する微小レンズ31の射出面31b上の中央領域31baを経た部分光束が被照射面16上に形成する照野41の照度分布は、各微小レンズ14aに積極的に付与された収差の影響により、例えば図5中実線で示すように中心において強度が最も大きくX方向に沿って周辺に向かうにつれて強度が単調に減少するような凸状の分布41aになる。
Therefore, the illuminance distribution of the
一方、光軸AXから+X方向に最も離れた微小レンズ32の射出面32bにおける周辺寄りの領域32baを経た部分光束が被照射面16上に形成する照野42の照度分布は、光束の通過領域32baが微小レンズ31における光束の通過領域31baと異なるため、各微小レンズ14aに積極的に付与された収差の影響により、照野41の照度分布41aとは異なる分布、例えば図6中実線で示すように中心において強度が最も小さくX方向に沿って周辺に向かうにつれて強度が単調に増大するような凹状の分布42aになる。
On the other hand, the illuminance distribution of the
図示を省略したが、光軸AXから−X方向に最も離れた微小レンズ33の射出面33bにおける周辺寄りの領域33baを経た部分光束が被照射面16上に形成する照野43の照度分布は、光束の通過領域33baが微小レンズ31における光束の通過領域31baと異なるため、各微小レンズ14aに積極的に付与された収差の影響により、照野41の照度分布41aとは異なる分布43aになる。一例として、照野43の照度分布43aは、微小レンズ32が形成する照野42の照度分布42aと同じような凹状の分布になる。
Although not shown, the illumination distribution of the illumination field 43 formed on the
この場合、照明領域16a上の中心点P1に関する瞳強度分布H1の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ14a(微小レンズ31など)が被照射面16上に形成する各照野(照野41など)の中央領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的大きくなる。瞳強度分布H1の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ14a(微小レンズ32,33など)が被照射面16上に形成する各照野(照野42,43など)の中央領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的小さくなる。
In this case, the distribution of the central region of the pupil intensity distribution H1 related to the center point P1 on the
一方、照明領域16a上の周辺の点P2,P3に関する瞳強度分布H2,H3の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ14a(微小レンズ31など)が被照射面16上に形成する各照野(照野41など)の周辺領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的小さくなる。瞳強度分布H2,H3の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ14a(微小レンズ32,33など)が被照射面16上に形成する各照野(照野42,43など)の周辺領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的大きくなる。
On the other hand, in the distribution of the central region of the pupil intensity distributions H2 and H3 related to the peripheral points P2 and P3 on the
このことは、変倍光学系13の作用によりマイクロフライアイレンズ14に入射する発散光束(一般的には発散光束または収束光束)の角度が変化すると、すなわち各微小レンズ14aに入射する光の向きが変化すると、その入射光の向きの変化に応じて、中心点P1に関する瞳強度分布H1と周辺の点P2,P3に関する瞳強度分布H2,H3とが互いに異なる態様にしたがって変化することを意味している。すなわち、駆動部17が制御系CRからの指令にしたがって正レンズ13bを光軸AXに沿って移動させることにより、その移動量に応じて、照明領域16aにおけるX方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。
This is because when the angle of the divergent light beam (generally divergent light beam or convergent light beam) incident on the micro fly's
本実施形態では、瞳強度分布計測部18が、照明光学装置1の射出瞳面(マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳面14c)における瞳強度分布を計測する。制御系CRは、瞳強度分布計測部18の計測結果に基づいて、駆動部17を制御する。すなわち、駆動部17は、瞳強度分布計測部18からの出力を用いて変倍光学系13の正レンズ13bを光軸AXに沿って移動させ、ひいては被照射面16上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する。
In the present embodiment, the pupil intensity
こうして、照明光学装置1では、変倍光学系13とマイクロフライアイレンズ14との協働作用により、被照射面16上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。すなわち、変倍光学系13は、マイクロフライアイレンズ14の入射側に配置されて、波面分割要素である微小レンズ14aの射出面(一般には光学面)における光束の通過位置を変更して、当該光束が被照射面16に形成する照度分布を変化させる可変部材を構成している。
Thus, in the illumination
なお、上述の実施形態では、変倍光学系13において、負レンズ13aが光軸AXに沿って固定され且つ正レンズ13bが光軸AXに沿って移動可能に構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する変倍光学系の具体的な構成について、様々な形態が可能である。例えば、図1の構成において、負レンズ13aおよび正レンズ13bのうちの少なくとも一方を光軸AXに沿って移動可能に設定することにより、変倍光学系13と同様の作用を奏する変倍光学系が得られる。
In the above-described embodiment, in the variable magnification
また、図7に示すように、変倍光学系として一対のシリンドリカルレンズ13c,13dを用いる変形例も可能である。図7の変形例にかかる変倍光学系13Aは、光軸AXに沿って固定された負シリンドリカルレンズ(または負シリンドリカルレンズ群)13cと、その後側に配置されて光軸AXに沿って移動可能な正シリンドリカルレンズ(または正シリンドリカルレンズ群)13dとを有する。
Further, as shown in FIG. 7, a modification using a pair of
負シリンドリカルレンズ13cは、X方向に関して(XZ平面において)負の屈折力を有し且つY方向に関して(YZ平面において)屈折力を有しない。正シリンドリカルレンズ13dは、X方向に関して正の屈折力を有し且つY方向に関して屈折力を有しない。駆動部17Aは、制御系CRからの指令にしたがって、正シリンドリカルレンズ13dを光軸AXに沿って移動させる。
The negative
この場合、変倍光学系13Aに入射した平行光束は、XZ平面において、負シリンドリカルレンズ13cと正シリンドリカルレンズ13dとの可変間隔に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系13Aは、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光のXZ平面に沿った向きを、入射側の面14b内でのX方向に沿った位置に応じて変化させる。図7の変形例では、負シリンドリカルレンズ13cおよび正シリンドリカルレンズ13dのうちの少なくとも一方を光軸AXに沿って移動可能に設定することもできる。
In this case, the parallel light beam incident on the variable magnification
また、図8に示すように、変倍光学系として曲面状の光学面を有する一対の光学部材13eおよび13fを用いる変形例も可能である。図8の変形例にかかる変倍光学系13Bは、光軸AXと直交する平面状の入射側の面を有し且つX方向に沿って三次曲面状の射出面を有する第1光学部材13eと、その後側に配置されて第1光学部材13eの射出面と補完的な面形状(すなわちX方向に沿って三次曲面状)の入射側の面を有し且つ光軸AXと直交する平面状の射出面を有する第2光学部材13fとを備えている。
Further, as shown in FIG. 8, a modification using a pair of
第1光学部材13eと第2光学部材13fとは、X方向に沿って相対的に移動可能に構成されている。駆動部17Bは、制御系CRからの指令にしたがって、第1光学部材13eと第2光学部材13fとをX方向に沿って相対移動させる。この場合、変倍光学系13Bに入射した平行光束は、XZ平面において、第1光学部材13eと第2光学部材13fとの相対移動に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系13Bは、図7の変形例の変倍光学系13Aの場合と同様に、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光のXZ平面に沿った向きを、入射側の面14b内でのX方向に沿った位置に応じて変化させる。
The first
なお、図8の変形例では、第1光学部材13eが平面状の入射側の面と三次曲面状の射出面とを有し、第2光学部材13fが三次曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有する。しかしながら、これに限定されることなく、第1光学部材13eが三次曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有したり、第2光学部材13fが平面状の入射側の面と三次曲面状の射出面とを有したりしていても良い。
In the modification of FIG. 8, the first
また、上述の実施形態および変形例では、オプティカルインテグレータであるマイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに入射する光の向きを入射側の面14b内での位置に応じて変化させる可変部材として、変倍光学系13,13A,13Bを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、可変部材として、例えば個別に制御される複数のプリズム要素を有するプリズムアレイ、個別に制御される複数のミラー要素を有するミラーアレイ、変形可能な可撓性の反射面を有するミラーなどを用いることもできる。
In the above-described embodiment and modification, the variable member changes the direction of light incident on the incident-
また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ14の波面分割要素である各微小レンズ14aが単一の要素として構成され、各微小レンズ14aの射出面が、光の通過領域の変化に応じて当該射出面を経た光が被照射面16に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、図9に示すように、一対の光学要素35a,35bを有する波面分割要素35を並列的に配置して得られるオプティカルインテグレータを用いる変形例も可能である。
Further, in the above-described embodiment, each
具体的に、オプティカルインテグレータの各波面分割要素35は、第1光学要素35aと、第1光学要素35aから間隔を隔てて後側に配置された第2光学要素35bとを有する。なお、図9では、光軸AX上に位置する波面分割要素35を例示している。この場合、第2光学要素35bの入射側の面35baおよび射出面35bbのうちの少なくとも一方を、光の通過領域の変化に応じて第2光学要素35bを経た光が被照射面16に形成する照度分布45が変化するように所要の非球面状に形成すれば良い。
Specifically, each
図10は、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10において、感光性基板であるウェハWの転写面(露光面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの転写面内において図10の紙面に平行な方向にX軸を、ウェハWの転写面内において図10の紙面に垂直な方向にY軸をそれぞれ設定している。図10に示す露光装置は、図1の実施形態にかかる照明光学装置1(または図7,図8の変形例にかかる照明光学装置1A,1B)を備えている。
FIG. 10 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus including the illumination optical apparatus according to the embodiment. In FIG. 10, the Z axis along the normal direction of the transfer surface (exposure surface) of the wafer W, which is a photosensitive substrate, and the X axis in the direction parallel to the paper surface of FIG. In the W transfer surface, the Y axis is set in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The exposure apparatus shown in FIG. 10 includes the illumination
なお、照明光学装置1(1A,1B)の露光装置への適用に際して、露光光(照明光)を供給する光源として、たとえば193nmの波長のパルス光を供給するArFエキシマレーザ光源や、248nmの波長のパルス光を供給するKrFエキシマレーザ光源などを用いることができる。この場合、コリメートレンズ12の設置を省略し、光源と変倍光学系13(13A,13B)との間の光路中に、光の入射側から順に、ビーム送光部、空間光変調器、リレー光学系などを付設することができる。また、コンデンサー光学系15と被照射面16との間の光路中に、光の入射側から順に、マスクブラインド、結像光学系などを付設することができる。
When the illumination optical apparatus 1 (1A, 1B) is applied to an exposure apparatus, as a light source for supplying exposure light (illumination light), for example, an ArF excimer laser light source for supplying pulsed light with a wavelength of 193 nm or a wavelength of 248 nm A KrF excimer laser light source or the like that supplies the pulsed light can be used. In this case, the installation of the collimating
ここで、空間光変調器は、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、露光装置の動作を統括的に制御する制御系CRからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部は、光源からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器へ導くとともに、空間光変調器に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。 Here, the spatial light modulator includes a plurality of mirror elements arranged in a predetermined plane and individually controlled, and a plurality of mirrors based on a control signal from a control system CR that comprehensively controls the operation of the exposure apparatus. And a drive unit that individually controls and drives the posture of the element. The beam transmission unit converts the incident light beam from the light source into a light beam having a cross section of an appropriate size and shape and guides it to the spatial light modulator, and also performs positional and angular fluctuations of the light beam incident on the spatial light modulator. It has a function to actively correct.
リレー光学系は、その前側焦点位置が空間光変調器の複数のミラー要素の配列面の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bの近傍に位置しており、空間光変調器の配列面とマイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bとを光学的にフーリエ変換の関係に設定する。したがって、空間光変調器およびリレー光学系を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度をマイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに可変的に分布させる。
In the relay optical system, the front focal position is located in the vicinity of the array surface of the plurality of mirror elements of the spatial light modulator, and the rear focal position is located in the vicinity of the
照明視野絞りとしてのマスクブラインドは、コンデンサー光学系15の後側焦点位置またはその近傍に配置される。したがって、マイクロフライアイレンズ14の直後の照明瞳14cに形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系15を介して、マスクブラインドを重畳的に照明する。マスクブラインドの矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系の集光作用を受けて、照明光学装置1(1A,1B)における被照射面16の位置に配置されたマスクMを重畳的に照明し、X方向に沿って細長い矩形状の照明領域16aを形成する。
A mask blind as an illumination field stop is disposed at or near the rear focal position of the condenser
マスクステージMS上に保持されたマスクMには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちX方向に沿って長辺を有し且つY方向に沿って短辺を有する矩形状(スリット状)のパターン領域が照明される。マスクMのパターン領域を透過した光は、投影光学系PLを介して、ウェハステージWS上に保持されたウェハ(感光性基板)W上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクM上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハW上においてもX方向に沿って長辺を有し且つY方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域(実効露光領域)にパターン像が形成される。 A pattern to be transferred is formed on the mask M held on the mask stage MS, and a rectangular shape having a long side along the X direction and a short side along the Y direction in the entire pattern region ( The pattern area of the slit shape is illuminated. The light transmitted through the pattern area of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer (photosensitive substrate) W held on the wafer stage WS via the projection optical system PL. That is, a rectangular stationary image having a long side along the X direction and a short side along the Y direction on the wafer W so as to optically correspond to the rectangular illumination area on the mask M. A pattern image is formed in the exposure area (effective exposure area).
こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Y方向(走査方向)に沿ってマスクステージMSとウェハステージWSとを、ひいてはマスクMとウェハWとを同期的に移動(走査)させることにより、ウェハW上には静止露光領域のX方向寸法に等しい幅を有し且つウェハWの走査量(移動量)に応じた長さを有するショット領域(露光領域)に対してマスクパターンが走査露光される。あるいは、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハステージWSを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括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のパターンが順次露光される。 Thus, according to the so-called step-and-scan method, the mask stage MS and the wafer stage WS along the Y direction (scanning direction) in the plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, As a result, the mask M and the wafer W are moved (scanned) synchronously so that the wafer W has a width equal to the dimension in the X direction of the static exposure region and corresponds to the scanning amount (movement amount) of the wafer W. A mask pattern is scanned and exposed to a shot area (exposure area) having a length. Alternatively, collective exposure is performed while the wafer stage WS is two-dimensionally driven and controlled in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, and thus the wafer W is two-dimensionally driven and controlled. Thus, the pattern of the mask M is sequentially exposed on each exposure region of the wafer W.
本実施形態の露光装置は、照明光学装置1(1A,1B)を介した光に基づいて照明光学装置1(1A,1B)の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第1瞳強度分布計測部DTrと、投影光学系PLを介した光に基づいて投影光学系PLの瞳面(投影光学系PLの射出瞳面)における瞳強度分布を計測する第2瞳強度分布計測部DTwと、第1および第2瞳強度分布計測部DTr,DTwのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて、変倍光学系13(13A,13B)および空間光変調器を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系CRとを備えている。 The exposure apparatus of the present embodiment measures the first pupil intensity distribution that measures the pupil intensity distribution on the exit pupil plane of the illumination optical apparatus 1 (1A, 1B) based on the light that has passed through the illumination optical apparatus 1 (1A, 1B). A second pupil intensity distribution measuring unit DTw that measures the pupil intensity distribution on the pupil plane of the projection optical system PL (the exit pupil plane of the projection optical system PL) based on the light through the projection optical system PL, Based on the measurement result of at least one of the first and second pupil intensity distribution measuring units DTr and DTw, the zoom optical system 13 (13A, 13B) and the spatial light modulator are controlled and the operation of the exposure apparatus is integrated. And a control system CR for controlling.
第1瞳強度分布計測部DTrは、照明光学装置1(1A,1B)における瞳強度分布計測部18と同様に、例えば照明光学装置1(1A,1B)の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学装置1(1A,1B)による被照射面上の各点に関する瞳強度分布(各点に入射する光が照明光学装置1(1A,1B)の射出瞳位置に形成する瞳強度分布)を計測する。また、第2瞳強度分布計測部DTwは、例えば投影光学系PLの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系PLの像面の各点に関する瞳強度分布(各点に入射する光が投影光学系PLの瞳位置に形成する瞳強度分布)を計測する。
The first pupil intensity distribution measurement unit DTr is optically conjugate with, for example, the exit pupil position of the illumination optical device 1 (1A, 1B), similarly to the pupil intensity
瞳強度分布計測部18,DTr,DTwの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第2008/0030707号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部18,DTr,DTwとして、米国特許公開第2010/0020302号公報の開示を参照することもできる。
For the detailed configuration and operation of the pupil intensity
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ14により形成される二次光源を光源として、照明光学装置1(1A,1B)の被照射面16に配置されるマスクM(ひいてはウェハW)をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系PLの開口絞りASの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学装置1(1A,1B)の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学装置1(1A,1B)の射出瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面(マスクMが配置される面、または投影光学系PLを含めて照明光学装置と考える場合にはウェハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。
In the present embodiment, the secondary light source formed by the micro fly's
瞳強度分布とは、照明光学装置1(1A,1B)の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布(輝度分布)である。マイクロフライアイレンズ14による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bに形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ14の入射側の面14bおよび当該入射側の面14bと光学的に共役な面も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
The pupil intensity distribution is a light intensity distribution (luminance distribution) on the illumination pupil plane of the illumination optical apparatus 1 (1A, 1B) or a plane optically conjugate with the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the micro fly's
上述したように、照明光学装置1(1A,1B)では、変倍光学系13(13A,13B)とマイクロフライアイレンズ14との協働作用により、被照射面16上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、被照射面16と光学的に共役な位置に配置されたウェハW上の静止露光領域内の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置1(1A,1B)を用いて、マスクMの微細パターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいてはマスクMの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハW上に正確に転写することができる。
As described above, in the illumination optical device 1 (1A, 1B), the pupil at each point on the
本実施形態において、静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する動作は、瞳強度分布計測部DTr,DTwの計測結果に基づいて行われる。具体的に、瞳強度分布計測部DTr,DTwの計測結果は、制御系CRに供給される。制御系CRは、瞳強度分布計測部DTr,DTwの計測結果に基づいて、例えば投影光学系PLの瞳面における瞳強度分布が所望の分布になるように、照明光学装置1(1A,1B)の駆動部17(17A,17B)に指令を出力する。駆動部17(17A,17B)は、制御系CRからの指令に基づいて変倍光学系13(13A,13B)を駆動し、ウェハW上の静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布を所要の分布に調整する。 In the present embodiment, the operation of adjusting the pupil intensity distribution for each point in the still exposure region to a required distribution is performed based on the measurement results of the pupil intensity distribution measurement units DTr and DTw. Specifically, the measurement results of the pupil intensity distribution measurement units DTr and DTw are supplied to the control system CR. Based on the measurement results of the pupil intensity distribution measuring units DTr, DTw, the control system CR, for example, the illumination optical device 1 (1A, 1B) so that the pupil intensity distribution on the pupil plane of the projection optical system PL becomes a desired distribution. Command is output to the drive unit 17 (17A, 17B). The drive unit 17 (17A, 17B) drives the variable magnification optical system 13 (13A, 13B) based on a command from the control system CR, and requires a pupil intensity distribution for each point in the still exposure region on the wafer W. Adjust to the distribution of.
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第2007/0296936号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。 In the above-described embodiment, a variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. As the variable pattern forming apparatus, for example, a spatial light modulation element including a plurality of reflection elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using a spatial light modulator is disclosed, for example, in US Patent Publication No. 2007/0296936. In addition to the non-light-emitting reflective spatial light modulator as described above, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used.
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。 The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus may be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図11は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図11に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。 Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device. As shown in FIG. 11, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the wafer W after the transfer is completed. Development, that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred (step S46: development process).
その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを、感光性基板としてパターンの転写を行う。 Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step). Here, the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. It is. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like. In step S44, the projection exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as a photosensitive substrate.
図12は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図12に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルタ形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。ステップS50のパターン形成工程では、プレートPとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートPの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。 FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 12, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern formation process (step S50), a color filter formation process (step S52), a cell assembly process (step S54), and a module assembly process (step S56) are sequentially performed. In the pattern forming process of step S50, a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on the glass substrate coated with a photoresist as the plate P using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment. The pattern forming step includes an exposure step of transferring the pattern to the photoresist layer using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, and development of the plate P on which the pattern is transferred, that is, development of the photoresist layer on the glass substrate. And a developing step for generating a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.
ステップS52のカラーフィルタ形成工程では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応する3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップS54のセル組立工程では、ステップS50によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップS52によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップS56のモジュール組立工程では、ステップS54によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。 In the color filter forming process in step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction. In the cell assembly process in step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembling process in step S56, various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用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(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。 In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to 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 can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.
なお、上述の実施形態では、露光光としてArFエキシマレーザ光(波長:193nm)やKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源、波長146nmのレーザ光を供給するKr2レーザ光源、波長126nmのレーザ光を供給するAr2レーザ光源などを用いることができる。また、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのCW(Continuous Wave)光源を用いることも可能である。また、YAGレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。 In the above-described embodiment, ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) or KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other suitable pulse lasers are used. A light source, for example, an F 2 laser light source that supplies laser light with a wavelength of 157 nm, a Kr 2 laser light source that supplies laser light with a wavelength of 146 nm, an Ar 2 laser light source that supplies laser light with a wavelength of 126 nm, or the like can be used. It is also possible to use a CW (Continuous Wave) light source such as an ultrahigh pressure mercury lamp that emits bright lines such as g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm). A harmonic generator of a YAG laser or the like can also be used. In addition, as disclosed in, for example, US Pat. No. 7,023,610, a single wavelength laser beam in an infrared region or a visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser is used as vacuum ultraviolet light. For example, a harmonic that is amplified by a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第WO99/49504号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第WO99/49504号パンフレット、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報の教示を参照として援用する。 In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a technique for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a technique for locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, a special technique, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Kaihei 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined stage on a stage as disclosed in JP-A-10-303114. A method of forming a liquid tank having a depth and holding the substrate therein can be employed. Here, the teachings of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 are incorporated by reference.
また、上述の実施形態において、米国公開公報第2006/0170901号及び第2007/0146676号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第2006/0170901号公報及び米国特許公開第2007/0146676号公報の教示を参照として援用する。 In the above-described embodiment, a so-called polarization illumination method disclosed in US Publication Nos. 2006/0170901 and 2007/0146676 can be applied. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2006/0170901 and US Patent Publication No. 2007/0146676 are incorporated by reference.
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク(またはウェハ)を照明する照明光学装置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、マスク(またはウェハ)以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to the illumination optical apparatus that illuminates the mask (or wafer) in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the object other than the mask (or wafer) is used. The present invention can also be applied to a general illumination optical device that illuminates the irradiation surface.
1,1A,1B 照明光学装置
11 光源
12 コリメートレンズ
13,13A,13B 変倍光学系
14 マイクロフライアイレンズ(オプティカルインテグレータ)
15 コンデンサー光学系
16 被照射面
16a 照明領域
17,17A,17B 駆動部
18,DTr,DTw 瞳強度分布計測部
CR 制御系
M マスク
MS マスクステージ
PL 投影光学系
W ウェハ
WS ウェハステージ
1, 1A, 1B Illumination
15 Condenser
Claims (15)
前記照明光学装置の光路を横切る第1面に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記第1面に入射する光の向きを前記第1面内での位置に応じて変化させる可変部材とを備え、
前記オプティカルインテグレータの前記波面分割要素には、入射する光の向きの変化に応じて当該波面分割要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の収差が付与されていることを特徴とする照明光学装置。 In an illumination optical device that illuminates the illuminated surface with light from a light source,
An optical integrator having a plurality of wavefront splitting elements arranged in parallel on a first surface crossing the optical path of the illumination optical device;
A variable member that changes a direction of light incident on the first surface according to a position in the first surface;
The wavefront splitting element of the optical integrator is given a required aberration so that the illuminance distribution formed on the irradiated surface by the light passing through the wavefront splitting element changes according to the change in the direction of incident light. An illumination optical device.
前記単一の要素の射出面は、光が通過する領域の変化に応じて当該射出面を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成さ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。 Each wavefront splitting element has a single element,
The exit surface of the single element is formed in a required aspherical shape so that the illuminance distribution formed on the irradiated surface by the light passing through the exit surface changes according to the change of the region through which the light passes. The illumination optical device according to claim 1, wherein the illumination optical device is an illumination optical device.
前記第2要素の入射側の面および射出面のうちの少なくとも一方は、光が通過する領域の変化に応じて当該第2要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成さ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。 Each wavefront splitting element has a first element and a second element arranged on the rear side at a distance from the first element,
At least one of the incident-side surface and the exit surface of the second element is configured such that the illuminance distribution formed on the irradiated surface by the light passing through the second element changes according to the change of the region through which the light passes. The illumination optical device according to claim 1, wherein the illumination optical device is formed in a required aspherical shape.
並列的に配置された複数の波面分割要素を有する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により波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記オプティカルインテグレータの入射側に配置されて、前記波面分割要素が有する光学面における前記光束が通過する位置を変更して前記光束が前記被照射面に形成する照度分布を変化させる可変部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置。 In an illumination optical device that illuminates the illuminated surface with light from a light source,
An optical integrator having a plurality of wavefront splitting elements arranged in parallel;
A condenser optical system that superimposes a plurality of light fluxes wave-divided by the optical integrator on the irradiated surface;
A variable member that is arranged on the incident side of the optical integrator and changes the illuminance distribution formed on the irradiated surface by changing the position where the light beam passes on the optical surface of the wavefront splitting element. An illumination optical device.
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。 Using the exposure apparatus according to claim 13 or 14, exposing the predetermined pattern to the substrate;
Developing the substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the substrate;
Processing the surface of the substrate through the mask layer. A device manufacturing method comprising:
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