JP4065923B2 - Illumination device and a projection exposure apparatus equipped with the lighting device, a projection exposure method according to the lighting device, and a-projecting adjusting method of the shadow exposure apparatus - Google Patents

Illumination device and a projection exposure apparatus equipped with the lighting device, a projection exposure method according to the lighting device, and a-projecting adjusting method of the shadow exposure apparatus Download PDF

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は投影露光装置、特に半導体集積回路等を製造するために好適な投影露光装置及び該装置に搭載される照明装置に関する。 The present invention is a projection exposure apparatus, an illumination device which is particularly mounted at a suitable projection exposure apparatus and the apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、投影露光装置の光源波長が短波長化している。 In recent years, with high integration of semiconductor integrated circuits, a light source wavelength of the projection exposure apparatus is shortened wavelength. 例えば、光源としてKrFエキシマレーザを用いる投影露光装置は既に実用化されており、ArFエキシマレーザを用いる装置は研究段階から実用段階に移行しつつある。 For example, a projection exposure apparatus using a KrF excimer laser as a light source have already been put to practical use, apparatus using an ArF excimer laser is shifting in practical stage from research stage. これらのレーザを光源とする投影露光装置では、光源の波長が短いため、透過部材として使用できる硝材が石英硝子と螢石とに制限される。 In the projection exposure apparatus as a light source of these lasers, since the wavelength of the light source is short, glass materials which can be used as a transmitting member is limited to quartz glass and fluorite. そのため、投影露光装置の投影レンズを光学設計するに際して、色収差の補正(色消し)が極端に困難となってしまう。 Therefore, when optically designing a projection lens of the projection exposure apparatus, correction of chromatic aberrations (achromat) becomes an extremely difficult. また、原理上エキシマレーザの発振波長は半値幅でコンマ数nm程度の波長幅を有している。 The oscillation wavelength of the principle excimer laser has a wavelength width of about several tenths nm at half width. このため、色消しの諸条件を緩和するため、発振波長が半値幅でコンマ数pm程度になるように狭帯化を行なっている。 Therefore, to alleviate the conditions of achromatic, the oscillation wavelength is performed as band narrowing becomes several tenths about pm full width at half maximum. ここで、回折格子等を用いて発振波長の狭帯化を行うと、特定波長の増幅に加えて、特定の偏光成分のみ増幅してしまう。 Here, when the narrowing of the oscillation wavelength by using a diffraction grating or the like, in addition to the amplification of a specific wavelength, thereby amplifying only a specific polarization component. そして、特定の偏光成分を多く有する光束を用いて投影露光を行うと以下に述べる問題を生ずる。 The results in the following problem to perform the projection exposure using a light flux having many specific polarization component.
【0003】 [0003]
偏光した光束を光源として露光を行なうと、最終的に形成される像がパターンの方向により異なるという現象が生じる。 When performing exposure a light beam polarized as the light source, an image which is finally formed phenomenon different results depending on the direction of the pattern. 例えば、メリジオナル方向に光束が偏光している場合は、像面においてあたかも該方向にNAが小さい像が形成される。 For example, when the light flux meridional direction is polarized, as if the image in the direction NA is small is formed on the image plane. また、サジタル方向に偏光している場合は、該方向にあたかもNAが大きい像が形成される。 Also, if you are polarized in the sagittal direction, as if NA is large image on said direction is formed. したがって、たとえ均一なNAの投影光学系でマスク等に形成されたパターンを結像しても、照明光束が偏光していると像面において偏ったNAで結像してしまうので、パターンの方向により解像が異なってしまう。 Therefore, even when imaging a pattern formed on a mask or the like in example uniform NA of the projection optical system, since the illumination light beam will be focused by the biased NA in the image plane is polarized, the pattern direction of the It becomes different from the resolution by. かかる現象は、特に、高NAの場合に著しい。 This phenomenon is particularly remarkable in the case of high NA. 詳しくは大木裕史:”フレッシュマンの為の現代光学、焦点近傍の光学”、光学、21(1992)8月号に記載されているので省略する。 Details Hiroshi Oki: "Modern Optical for Freshman, near the focus optical", optical, omitted are described in 21 (1992) August.
【0004】 [0004]
一方、半導体集積回路はメモリ回路からロジック回路へと主流が移行しつつある。 On the other hand, the semiconductor integrated circuit is shifting the mainstream from the memory circuit to the logic circuit. ロジック回路用の半導体集積回路は独立した単独のパターンを有しており、パターン線幅が均一であることが望ましい。 The semiconductor integrated circuit of the logic circuit has an independent single pattern, it is desirable pattern line width is uniform. ロジック回路用の半導体集積回路においてパターンの方向により解像が異なると、ロジック回路の処理速度の低下を招くので好ましくない。 When resolution is different depending on the direction of the pattern in the semiconductor integrated circuit of the logic circuit, since lowering the processing speed of the logic circuit is not preferable. このため、ArF又はKrFエキシマレーザを光源として用いる、例えば特許第2679319号公報に開示されている従来の投影露光装置では、以下に述べる方法で対応している。 Therefore, an ArF or KrF excimer laser as a light source, for example, a conventional projection exposure apparatus disclosed in Japanese Patent No. 2679319 corresponds in the manner described below.
【0005】 [0005]
図6は従来の投影露光装置の概略構成を示す図である。 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus. 射出する光束の断面形状が矩形であるエキシマレーザ1からの光束は、整形光学系2により適切な形状、アスペクト比の光束に変換され、後述する水晶板100,石英硝子101を透過した後、単レンズを並列に高密度に配置した光学素子であるフライアイレンズ4に入射する。 The light beam from the excimer laser 1 cross-sectional shape of a light beam is rectangular injection, a suitable shape by shaping optical system 2 is converted into the light flux of the aspect ratio, after passing through the quartz plate 100, a quartz glass 101 to be described later, a single lens is an optical element disposed at a high density in parallel enters the fly-eye lens 4. 図7はフライアイレンズを光束の進行方向(x軸方向)より観察した図である。 Figure 7 is a view observed from the direction of travel of the light beam (x-axis direction) of the fly-eye lens. フライアイレンズ4により各要素レンズ毎に分割された光束は、レンズ6,視野絞り7、レンズ9を透過した後、反射ミラー8で90度折り曲げられレンズ9'を透過して、マスク10上に集光される。 The light beam is divided into each element lens by the fly-eye lens 4, lens 6, a field stop 7, passes through the lens 9, passes through the lens 9 'is bent 90 degrees by the reflecting mirror 8, onto the mask 10 It is focused. ここで、レンズ6,9,9'によりコンデンサレンズ群を構成する。 Here, constituting the condenser lens group lens 6,9,9 '. 図8(a),(b)にフライアイレンズ4入射面からマスク10に至るまでの光線の様子を示す。 FIG. 8 (a), the shows the state of light up to the mask 10 from 4 incident surface fly-eye lens (b). なお、簡便のため図8において、レンズ6からレンズ9に至る光学系を単にレンズLLと示す。 Note that in FIG. 8 for convenience, simply referred to as lens LL optical system from the lens 6 to the lens 9. 図8(a)において、フライアイレンズ4の入射面に集光した光束aはコンデンサレンズLLによりマスク10面上の位置a'に集光される。 In FIG. 8 (a), the light beams a and focused on the entrance surface of the fly-eye lens 4 is focused at a position a 'on the mask 10 surface by the condenser lens LL. 即ち、フライアイレンズ4の各要素レンズ入射面とマスク10とは共役に構成されている。 That is configured to conjugate each element lens entrance surface and the mask 10 of the fly-eye lens 4. また、図8(b)に示すように、フライアイレンズ4の射出面に集光した光束bは、レンズLLで平行光に変換されてマスク10を照射する。 Further, as shown in FIG. 8 (b), the light beam b is focused on the exit surface of the fly-eye lens 4 is converted into parallel light by a lens LL by illuminating the mask 10. この結果、フライアイレンズ4に入射した光束は、要素レンズ単位に波面分割され、マスク10上で重ねあわせる。 As a result, the light beam incident on the fly-eye lens 4, is wavefront dividing element lens unit, superimposed on the mask 10. そして、マスク10に供給された照明光に基づき、投影光学系11によりマスク10上のパターンが、ウエハ15に転写される。 Then, based on the illumination light supplied to the mask 10, the pattern on the mask 10 by the projection optical system 11 is transferred to the wafer 15. 投影光学系11は、レンズL1,L2,L3とミラー13,14と反射凹面鏡Mとから構成され、開口絞り12を有している。 The projection optical system 11 is composed of a lens L1, L2, L3 and mirrors 13 and 14 and the reflection concave mirror M, it has an aperture stop 12. ここで、視野絞り7は、コンデンサレンズ群6〜9の中の、マスク10と共役な位置に配設され、照明範囲を規定している。 Here, the field stop 7, in the condenser lens group 6-9 is disposed in the mask 10 and the conjugate position, defines an illumination range. また、フライアイレンズ4射出面は、投影レンズの開口絞り12と共役であり、フライアイレンズ4の射出面に照明系開口絞り5が配設されている。 Further, the fly-eye lens 4 exit surface is an aperture stop 12 and the conjugate of the projection lens, the illumination system aperture diaphragm 5 is disposed on the exit surface of the fly-eye lens 4.
【0006】 [0006]
上述したようにエキシマレーザ1から射出される光束の形状は一般に矩形であり、矩形の短辺に平行に偏光している。 The shape of the light beam emitted from the excimer laser 1 as described above are generally rectangular, it is polarized parallel to the rectangular shorter side. また、照明の効率を極力高く保つために、矩形形状のレーザ射出光束をシリンドリカルレンズ等で構成された整形光学系2によりフライアイレンズ4の外形に極力フィットさせることが望ましい。 Further, in order to maintain the efficiency of the illumination as high as possible, the shaping optical system 2 to the laser emitted beam is formed of a cylindrical lens or the like rectangular be as much as possible fits to the outer shape of the fly-eye lens 4 desirable. 図9は、整形したレーザ射出光束αとフライアイレンズ4との関係を示す図である。 Figure 9 is a diagram showing a relationship between the laser emission beam α and the fly-eye lens 4 and shaping. 偏光方向poは矩形の辺に平行である。 The polarization direction po is parallel to the side of the rectangle. フライアイ要素レンズ入射面は、マスク10と共役なので、照明範囲はフライアイ要素レンズの外径により規定される。 Fly eye element lens entrance surface, since the mask 10 and the conjugate, the illumination range is defined by the outer diameter of the fly-eye element lenses. このため、被照明面であるマスク10上には、矩形形状の照明領域の辺に平行な偏光が供給されるので、上述のような偏光方向に起因する結像光束のNAの変化を生じるので好ましくない。 Thus, on the mask 10 is illuminated surface, so the polarization parallel to the sides of the illuminated area of ​​the rectangular shape is supplied, so resulting in a change in the NA of the imaging light beam caused by the polarization direction, as described above unfavorable.
【0007】 [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
偏光に起因する問題を解消するために、擬似的な自然光を得る構成について説明する。 In order to solve the problems caused by polarization, a configuration for obtaining a pseudo natural light. 楔状に加工した一軸結晶である水晶部材100を光源1とフライアイレンズ4との間に配設する。 Arranging the quartz member 100 is processed uniaxial crystal wedge between the light source 1 and the fly-eye lens 4. そして、水晶部材100のみでは、屈折作用により光束の進行方向が曲がってしまうので、進行方向を補正するため、水晶部材100と同様に楔状に加工した石英硝子101を図6のように配設する。 Then, only quartz member 100, since thereby bent traveling direction of the light beam by refraction effect, to correct the traveling direction, disposing the quartz glass 101 which is processed in a wedge shape in the same manner as quartz member 100 as shown in FIG. 6 .
【0008】 [0008]
水晶部材(一軸結晶)100の光学軸の方向と、偏光方向と、フライアイレンズとの関係を図10(a)〜(c)に示す。 The direction of the optical axis of the quartz member (uniaxial crystal) 100, the polarization direction, shown in FIG. 10 (a) ~ (c) the relationship between the fly-eye lens. 図10(a)はフライアイレンズ4に入射する光束αの断面形状、同図(b)は水晶部材の光学軸opax、同図(c)はフライアイレンズ4の形状をそれぞれ示している。 Figure 10 (a) shows cross-sectional shape of a light beam α which enters the fly-eye lens 4, and FIG. (B) the optical axis opax of quartz member, FIG. (C) is the shape of the fly-eye lens 4, respectively. 水晶部材の光学軸opaxは光束の進行方向に垂直で、かつ偏光方向poに対して45度の角度に設定する。 The optical axis opax of quartz member is perpendicular to the traveling direction of the light beam, and is set at an angle of 45 degrees to the polarization direction po. かかる構成によれば、水晶部材100は楔状に加工されているため、光束が入射する位置により水晶部材を透過する厚み(透過距離)が異なる。 According to such a configuration, since the quartz member 100 is processed in a wedge shape, the thickness which the light beam passes through the quartz member by position incident (transmission distance) differs. このため、水晶への入射位置によって、射出する光束の偏光状態が異なる。 Therefore, the incident position on the crystal, the polarization state of the light flux emitted is different. 例えば、水晶部材100に入射する入射光の偏光方向が図11(a)のような場合に、射出光の偏光は、縦の直線偏光(図11(b))、横の直線偏光(図11(d))、それらの中間の円偏光(図11(c),(e))、さらには楕円偏光となる。 For example, if the polarization direction of the incident light entering the crystal member 100 as in FIG. 11 (a), the polarization of the emitted light, vertical linear polarization (FIG. 11 (b)), the horizontal linearly polarized light (FIG. 11 (d)), their intermediate circular polarization (FIG. 11 (c), (e)), yet becomes elliptically polarized. そして、フライアイレンズとコンデンサレンズとを透過することで、様々な偏光状態の波面を分割、重ねあわせるため、マスク10上では、様々な方向の偏光が重なり合った状態、すなわち擬似的な自然光を得ることができる。 Then, by passing through the fly's eye lens and a condenser lens, divides the wavefront of various polarization states, for superimposing, on the mask 10 obtains state, i.e. a pseudo natural light overlap various directions of the polarization be able to. このように水晶部材100を用いることで特定の偏光状態の光束に基づく、結像面(ウエハ15)におけるNAの不均一、結像したパターンの解像のバラツキを防止することができる。 Thus based on the light beam of a particular polarization state by using a quartz member 100, it is possible to prevent the variation of resolution of a pattern uneven imaging of NA in the image plane (wafer 15).
【0009】 [0009]
しかし、上記構成の投影露光装置は以下に述べる問題点を有している。 However, the projection exposure apparatus of the above configuration has the following problems. 実際の投影露光装置は、装置の小型化等の理由から、光束の進行方向を折り曲げるために複数の反射ミラーが用いられている。 Actual projection exposure apparatus, the reasons such as the size of the apparatus, a plurality of reflecting mirrors are used to bend the traveling direction of the light beam. 図6に示した投影露光装置は、4枚の反射ミラー3,8,13及び14を有している。 Projection exposure apparatus shown in FIG. 6, comprises four reflecting mirrors 3,8,13 and 14. 例えば、ミラー3,4の折り曲げを無くして一直線状に光学系を配置すると、全長が非常に長い光学系になってしまう。 For example, placing the optical system in a straight line to eliminate the folding mirror 3 and 4, the total length becomes very long optical system. また、ミラー13の折り曲げを無くしてしまうと、物理的に光学系の配置が不可能になってしまう。 Further, when the thus eliminate the folding mirror 13, thus physically becomes impossible arrangement of the optical system.
【0010】 [0010]
したがって、投影露光装置の光学系では反射ミラーは不可欠な光学素子である。 Therefore, in the optical system of the projection exposure apparatus reflecting mirror is an indispensable optical element. しかし、ArFエキシマレーザなどから発振される短波長の光に対しては、P波とS波との反射率が等しい反射ミラーを製造することが出来ない。 However, for short-wavelength light oscillated from an ArF excimer laser, it is impossible to produce a reflecting mirror is equal to the reflectance of the P and S waves. このため、反射ミラーで光束を折り曲げることにより、自然光でマスクを照明しても、ウエハ等の被露光面上では光束が偏光気味となってしまうという問題がある。 Thus, by bending the light beam by the reflection mirror, even illuminates the mask with natural light, there is a problem that the light beam becomes a polarization slightly in on the exposed surface of the wafer or the like.
従来装置のように、直線偏光のレーザ発振光を水晶部材を透過させることでマスク面上で擬似的な自然光に変換しても、その後の光学系において反射ミラーで光路を折り曲げることでp成分又はs成分などの特定の偏光成分を有する光束になってしまう。 As in the conventional device, it is converted into a pseudo-natural light on the mask surface by transmitting the quartz member to laser oscillation light of the linearly polarized light, p components or by bending the optical path by the reflection mirror in the subsequent optical system become light beams having a specific polarization component, such as the s component. したがって、特定の偏光成分に起因するウエハ上に結像する際のNAの不均一によるパターン解像、線幅のバラツキを生じてしまう。 Thus, the pattern resolution due to non-uniformity of NA when imaged on the wafer due to the specific polarized light component, occurs a variation in line width.
【0011】 [0011]
ここで、従来装置において光束の折り曲げによる偏光成分の比率の変化を防止する為には、レーザ光源及び整形光学系を回転させて、水晶部材への入射光束そのものを回転させることで偏光の方向による比率を変えることが考えられる。 Here, in order to prevent the change in the ratio of the polarization component in the conventional apparatus by bending the light beam, by rotating the laser light source and shaping optical system, according to the direction of polarization by rotating the incident light beam itself into the lens member it is conceivable to change the ratio. しかし、入射光束そのものを回転させて、特定の偏光の方向をミラーの折り曲げ方向に合わせると、光束の形状と偏光の方向が固定している場合、矩形のフライアイレンズに対して矩形の光束が回転して入射することになる。 However, by rotating the incident light beam itself, combined with the direction of a particular polarization in the bending direction of the mirror, when the direction of the light beam shape and the polarization are fixed, the rectangular light beam with respect to the rectangular fly-eye lens rotation to made incident. この結果、フライアイレンズの矩形領域と、光束の矩形領域とが一致せず、光束がフライアイレンズでけられるので、有効に光量を使用することができず照明効率の低下を招いてしまう。 As a result, a rectangular area of ​​the fly-eye lens does not coincide with the rectangular area of ​​the light flux, the light flux is eclipsed by the fly-eye lens, thereby causing a reduction in illumination efficiency can not be used effectively amount.
【0012】 [0012]
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光源の偏光の方向による比を、任意の方向に対して任意の強度比に簡便に調整できる照明装置及び該照明装置を備える投影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 problems, the ratio by direction of polarization of the light source, a projection exposure apparatus including any of the lighting device can be easily adjusted to the intensity ratio and the lighting device for any direction an object of the present invention is to provide.
【0013】 [0013]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明では、光束を供給する光源からの光束を波面分割し、該波面分割された光束に基づいて複数の光源像を形成する波面分割部と、前記複数の光源像からの光を被照射面上の所定照明領域へ導くコンデンサ光学系とを備える照明装置において、前記光源と前記波面分割部との間の光路中に配置された第1の複屈折素子と、第2の複屈折素子を含む複屈折部材を備え、前記第1の複屈折素子は、前記第2の複屈折素子に対して、光束の進行方向を中心として回転可能であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a wavefront dividing unit for a light beam from a light source supplying a light beam to wavefront splitting, to form a plurality of light source images on the basis of the light beam split the wave surface, a lighting device and a condenser optical system for the light guided to the predetermined illumination region on the surface to be illuminated from the plurality of light source images, the first multi disposed in an optical path between the light source and the wavefront dividing unit and refracting element comprising a birefringent member comprising a second birefringent element, the first birefringent element, it relative to the second birefringent element is rotatable about the traveling direction of the light beam the features.
【0014】 [0014]
また、請求項2記載の発明では、前記複屈折部材は、前記光束の断面方向において前記進行方向の厚みが異なる形状を有していることを特徴とする。 Further, in the invention of claim 2, wherein said birefringent member is characterized in that the traveling direction of the thickness in the cross-sectional direction of the light beam has a different shape.
【0015】 [0015]
また、請求項3記載の発明では、前記複屈折素子のうちの少なくとも1つは、その光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直となるように配設されていることを特徴とする。 Further, in the invention of claim 3, wherein at least one of said birefringent element has a feature that the direction of the optical axis thereof is arranged so as to be substantially perpendicular to the traveling direction of the light beam to.
【0016】 [0016]
また、請求項4記載の発明では、前記所定照明領域は略矩形形状であり、前記複屈折素子のうちの少なくとも一つは固設されており、前記固設された複屈折素子の光学軸の方向は、前記矩形形状の辺の方向と平行であることを特徴とする。 Further, in the invention of claim 4, wherein the predetermined illumination area is substantially rectangular, at least one of said birefringent elements are fixed, the optical axis of the fixed birefringence element direction, characterized in that it is parallel to the direction of said rectangular sides.
【0017】 [0017]
また、請求項5記載の発明では、前記固設された複屈折素子は、前記回転可能な複屈折素子と前記波面分割部との間に配置されていることを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 5, wherein the fixed birefringence element is characterized by being disposed between the rotatable birefringent element and said wavefront dividing unit.
【0018】 [0018]
また、請求項6記載の発明では、所定のパターンを照明する請求項1乃至5の何れか1項に記載の照明装置と、該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する投影光学系とを有することを特徴とする。 Further, in the invention described in claim 6, the lighting device according to any one of claims 1 to 5 for illuminating a predetermined pattern, a projection optical system for projection exposure of the illumination pattern onto a photosensitive substrate characterized in that it has a.
【0019】 [0019]
また、請求項7記載の発明では、 請求項6に記載の投影露光装置の調整方法であって、 Further, in the invention of claim 7, wherein, a method of adjusting the projection exposure apparatus according to claim 6,
前記感光基板が設定される面に到達する光の偏光状態を測定する第1工程と、該第1工程での測定結果に基づいて前記第1の複屈折素子を回転させる第2工程とを備えることを特徴とする。 Comprising the a first step of measuring the polarization state of the light sensitive substrate reaches the surface to be set, and a second step of rotating the first birefringent element on the basis of the measurement result in the first step it is characterized in.
また、請求項8記載の発明では、請求項1から5の何れか1項に記載の照明装置を用いて所定のパターンを照明する工程と、該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する工程とを有することを特徴とする。 Further, in the invention according to claim 8, projection exposure comprising the steps of illuminating a predetermined pattern, the illumination pattern onto a photosensitive substrate using the illumination device according to any one of claims 1 to 5 characterized by a step.
【0020】 [0020]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態) (First Embodiment)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる照明装置と該照明装置を備える投影露光装置の構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus comprising a first illumination device and the illumination device according to an embodiment of the present invention. ArFエキシマレーザ(波長λ=約193nm)等の光源1からの光束は、シリンドリカルレンズ等を含む整形光学系2により光束径の拡大とアスペクト比の変更がなされる。 Light beam from the light source 1, such as ArF excimer laser (wavelength lambda = about 193 nm), the change of the expansion and the aspect ratio of the beam diameter is made by shaping optical system 2 including a cylindrical lens or the like. なお、光源1は紙面に平行な直線偏光を射出することが望ましい。 The light source 1, it is desirable to emit linearly polarized light parallel to the paper surface. 次に、整形された光束は第1の楔型プリズムの組200,201を透過し,さらに第2の楔型プリズムの組202,203を経て、フライアイレンズ4に導かれる。 Then, the shaped light beam is transmitted through the pairs 200, 201 of the first wedge prism, through further pairs 202 and 203 of the second wedge prism, it is guided to the fly-eye lens 4. プリズム200〜203は光束の断面方向において進行方向の厚みが異なるような楔形状に加工されている。 Prisms 200-203 is the traveling direction of the thickness are processed in different kind of wedge shape in cross-sectional direction of the light beam. プリズム200〜203についての詳細は後述する。 For more information on the prism 200 to 203 will be described later. 次に、光源からの光束は、フライアイレンズ4で波面分割され複数の光源像が形成される。 Then, the light beam from the light source, the plurality of light source images are wavefront splitting by the fly-eye lens 4 is formed. フライアイレンズ4の射出面には、ウエハ面上での照明光の開口数を決定する為の開口絞り5が設けられている。 The exit surface of the fly-eye lens 4, aperture stop 5 for determining the numerical aperture of the illumination light on the wafer surface is provided. そして、複数の光源像からの光は、レンズ6、レンズ9を透過した後、反射ミラー8で90度折り曲げられて、レンズ9'を透過しパターンを有するマスク10を照明する。 Then, light from a plurality of light source images, the lens 6, passes through the lens 9, is bent 90 degrees by the reflecting mirror 8, illuminates the mask 10 having a transmitting pattern of the lens 9 '. ここで、レンズ6とレンズ9とレンズ9'とでコンデンサ光学系を構成する。 Here, constituting the condenser optical system exits the lens 6 and the lens 9 and the lens 9 '. コンデンサ光学系内のマスク10と共役な位置に視野絞り7が配置されている。 Field stop 7 is disposed on the mask 10 and the conjugate position of the condenser optical system. そして、マスク10に供給された照明光に基づき、投影光学系11によりマスク10上のパターンが、ウエハ15に転写される。 Then, based on the illumination light supplied to the mask 10, the pattern on the mask 10 by the projection optical system 11 is transferred to the wafer 15. 投影光学系11は、レンズL1,L2,L3とミラー13,14と反射凹面鏡Mとから構成され、開口絞り12を有している。 The projection optical system 11 is composed of a lens L1, L2, L3 and mirrors 13 and 14 and the reflection concave mirror M, it has an aperture stop 12. このように本実施形態の投影光学系11は、ミラー13等の反射面を有していることが望ましい。 Thus the projection optical system 11 of the present embodiment, it is desirable to have a reflective surface such as a mirror 13. ここで、視野絞り7は、コンデンサ光学系6〜9の中の、マスク10と共役な位置に配設され、照明範囲を規定している。 Here, the field stop 7, in the condenser optical system 6-9, is disposed on the mask 10 and the conjugate position, defines an illumination range. また、フライアイレンズ4の射出面は、投影レンズの開口絞り12と共役である。 Also, the exit surface of the fly-eye lens 4 is the aperture stop 12 and the conjugate of the projection lens.
【0021】 [0021]
次に、プリズム200〜203について説明する。 Next, a description will be given prism 200-203. プリズム200とプリズム202とは、楔形状に加工された水晶結晶から成っている。 Prism 200 and the prism 202 consists of processed quartz crystal wedge shape. 上記従来技術で述べたように、水晶プリズムのみであると屈折作用で光路が曲がるので、楔形状に加工された石英硝子201と203とをそれぞれ組み合わせることで、光束の進行方向を補正している。 As mentioned above prior art, since the optical path is bent by refraction action that only crystal prism, combining the quartz glass 201 and 203 is processed into a wedge shape, respectively, are corrected traveling direction of the light beam . また、各プリズムの楔の角度は、プリズムに垂直に入射した光束が、ほぼ垂直に射出するように設定されている。 The angle of the wedge of each prism, the light beam incident perpendicularly to the prism is set so as to emit substantially vertically. そして、水晶プリズム200と石英プリズム201とはモータMTにより一体として光軸AXを中心として回転可能に構成されている。 Then is rotatably configured around the optical axis AX integrally by the motor MT is the crystal prism 200 and the quartz prism 201. 一方、水晶プリズム202と石英プリズム203とは固定されている。 On the other hand, it is fixed with quartz prism 202 and the quartz prism 203.
【0022】 [0022]
水晶プリズム200と202の光学軸の方向を図2(a),(b)にそれぞれ示す。 The direction of the optical axis of the crystal prism 200 and 202 FIG. 2 (a), the respectively shown in (b). ここで、光軸の方向をx、光軸に垂直でかつ図1の紙面内の方向をy、図1の紙面に垂直な方向をzとする。 Here, the direction of the optical axis x, y directions in the plane of and perpendicular to the optical axis 1, a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 and z. また、水晶プリズム200の光学軸opaxとy軸とのなす角をψとする。 Further, the angle between the optical axis opax and y-axis of the crystal prism 200 and [psi. 図2(b)に示すように、固定されている水晶プリズム202の光学軸opaxの方向はマスク上の照明される矩形形状の領域の辺の方向と平行である。 As shown in FIG. 2 (b), the direction of the optical axis opax of the crystal prism 202 is fixed is parallel to the direction of the side regions of the rectangular shape that is illuminated on the mask. ただし、光束をミラーなどで折り曲げている場合は、折り曲げが無いものとして考える。 However, if you are bending the light beam mirror, etc., considered as there is no bending. また、水晶プリズム200と202とのうち少なくとも1つは、その光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直となるように配設されていることが望ましい。 Further, at least one of the crystal prisms 200 and 202, it is desirable that the direction of the optical axis thereof is arranged so as to be substantially perpendicular to the traveling direction of the light beam.
【0023】 [0023]
本実施形態において反射ミラー8,13,14等の折り曲げ方向は全て図1の紙面に垂直な軸に対する回転方向となっている。 Bending direction, such as the reflection mirror 8,13,14 In the present embodiment has a direction of rotation with respect to an axis perpendicular to the plane of all Figure 1. このため、ウエハ15面上における光束は、図1の紙面に平行な方向の偏光は弱めに、紙面に垂直な方向の偏光は強めになる。 Therefore, the light beam in the wafer 15 surface on the weakly polarization in the direction parallel to the plane of FIG. 1, the polarization in the direction perpendicular to the paper sheet becomes stronger. このため、、プリズム200,202により形成される光束の偏光の強度比が、y方向は強め、z方向は弱めに、かつその比を任意に選択できる必要がある。 Polarization intensity ratio of the light beam formed by this reason ,, prisms 200 and 202, the y-direction intensified, the weakened z-direction, and must be able to arbitrarily select the ratio. y方向の直線偏光の光束がプリズム200,201を透過した後は、様々な状態の偏光に変換される。 After the light beam in the y direction of the linearly polarized light is transmitted through the prism 200 and 201 is converted into polarized light in various states. そのうち直線偏光のみに着目すると、図3に示すようにy方向の直線偏光と、y軸と(ψ×2)の角度をなす偏光とに、強度比が1:1で分離されている。 Focusing only on the linearly polarized light of which the linearly polarized light in the y direction as shown in FIG. 3, the polarization at an angle with the y-axis ([psi × 2), the intensity ratio of 1: are separated by 1. さらに、プリズム202,203を透過すると、y方向の直線偏光は全く変化を受けずにそのまま通過し、y軸と(ψ×2)の角度をなす偏光はy軸に対して(ψ×2)の角度をなす偏光と、y軸に対して−(ψ×2)の角度をなす偏光とに強度1:1で分離される。 Further, when transmitted through the prism 202 and 203, linearly polarized light in the y direction as it passes without at all undergo a change, and y-axis polarization at an angle of ([psi × 2) for the y-axis ([psi × 2) a polarization at an angle of, with respect to the y-axis - intensity and polarization at an angle of (ψ × 2) 1: are separated by 1. この様子を図4に示す。 This is illustrated in Figure 4. 即ち、プリズム200〜203を透過した後のy方向の偏光強度をA、z方向の偏光強度をB、水晶プリズム200の回転角度をψとおくと、 That is, the polarization intensity in the y direction after passing through the prism 200 to 203 A, the polarization intensity in the z direction B, and put the rotation angle of the crystal prism 200 [psi,
A:B=1+cos(2ψ):sin(2ψ) A: B = 1 + cos (2ψ): sin (2ψ)
となる。 To become. このことより、本実施形態において、y方向が多め、z方向が少なめの偏光を得る事ができることがわかる。 This shows that, in the present embodiment, y direction generous, z-direction it can be seen that it is possible to obtain the fewer polarization. さらに、回転角度ψは可変であるため、AとBとの比は任意に選択する事ができる。 Further, since the rotation angle ψ is variable, the ratio between A and B can be selected arbitrarily. 好ましくは、ウエハ15面上で偏光量を測定しながら、方向による偏光の量の比が等しくなるように水晶プリズム200を回転し、ψを選択することが望ましい。 Preferably, while measuring the polarization amount on the wafer 15 surface, rotating the crystal prism 200 so that the ratio of the amount of polarized light by directions are equal, it is desirable to select the [psi.
【0024】 [0024]
(第2実施形態) (Second Embodiment)
本発明の第2の実施の形態にかかる照明装置及び該照明装置を備える投影露光装置の基本的な構成は上記第1実施形態と同様であるので、図による説明は省略する。 Since the basic structure of a projection exposure apparatus including an illumination device and the lighting device according to a second embodiment of the present invention is the same as the above first embodiment, description of the figure is omitted. 上記第1実施形態と異なる点は、プリズム200〜203の代わりに第1の楔型プリズムの組200,201のみを用いる点にある。 It differs from the first embodiment in that it uses only the set 200, 201 of the first wedge prism instead of the prism 200 to 203. 水晶プリズム200の光学軸の方向を光軸AXの回りにモータMTにより回転させることで得られる偏光状態を図5(a)から(c)に示す。 The polarization state obtained by rotating by a motor MT in the direction of the optical axis around the optical axis AX of the crystal prism 200 shown in FIG. 5 (a) (c). 尚、この場合円偏光は問題にならないので直線偏光のみを図示する。 Incidentally, illustrating the linearly polarized light only this case circularly polarized light is not a problem. (a)は光学軸と偏光方向のなす角が45°の場合(図11と同じ図)、(b)は30°の場合、(c)は60°の場合である。 (A) If the angle between the optical axis and the polarization direction of 45 ° (the same as FIG. 11), (b) in the case of 30 °, a case of (c) is 60 °. 図より明らかな様に、この方法では、特定の斜め方向(光学軸の方向)の偏光を強くすることができる。 As is apparent from the figure, in this method, it is possible to increase the polarization of certain oblique direction (direction of the optical axis). 第1実施形態のように、ミラーで光束を折り曲げるに際して、矩形の照野の何れかの辺に平行な軸に対して折り曲げを行なう場合は、偏光の強度比は光束の矩形の辺に平行な2方向(図1中の、y,z方向)の比のみが変化することが必要である。 As in the first embodiment, when bending the optical beam by the mirror, the case of performing the bending axis parallel to one of sides of the rectangular illumination field, the intensity ratio of the polarized light parallel to the rectangular sides of the light beam (in FIG. 1, y, z-direction) in two directions only ratio is needed to be changed. しかし、ミラーによる折り曲げ方向に制約が無い場合は、光学軸の方向と、偏光の強度比を変化さたい方向とを水晶プリズム200を回転させて一致させることができる。 However, if there is no constraint in the direction folding by the mirror may be the direction of the optical axis, thereby the direction you want to change the intensity ratio of the polarized light matches by rotating the crystal prism 200. したがって、1つの水晶プリズム200を回転させることで、望む方向の強度比を変化させることができる。 Thus, by rotating the single crystal prism 200, it is possible to change the direction the intensity ratio of the desire.
【0025】 [0025]
なお、上記実施形態ではフライアイレンズを一つだけ用いた照明系を用いたが、フライアイレンズとコンデンサレンズとの組を直列に複数設け、光束の波面分割と重ねあわせとを複数回行なう照明系を用いても良い。 In the above embodiment, using the illumination system using only one fly-eye lens, a plurality of pairs of the fly's eye lens and the condenser lens in the series, carried out several times a wavefront splitting and superposition of the light beams illuminating the system may also be used. 例えば、フライアイレンズとコンデンサレンズとの組を直列に二組配列した構成は、一般にダブルフライアイシステムと呼ばれる。 For example, the set was two sets arranged in a series configuration with the fly-eye lens and the condenser lens is commonly called a double fly's eye system. かかる構成の場合、水晶部材等の複屈折媒質は、光源側から順に数えて第1番目のフライアイレンズよりも光源側に配置する事が望ましい。 For such a configuration, the birefringent medium, such as a quartz member, it is desirable to place the light source side to the light source side than the first fly-eye lens counted in order.
【0026】 [0026]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、請求項1記載の発明では、複屈折部材を回転することにより、特定の方向の偏光の強度比を制御できる。 As described above, in the first aspect of the present invention, by rotating the birefringent members, it can be controlled polarization intensity ratio in a specific direction. 従って、光束のミラーによる折り曲げ方に起因する被露光面(ウエハ)上に到達する光の偏光の影響を無くすことができる。 Therefore, it is possible to eliminate the effect of polarization of the light reaching on the exposed surface resulting from the way the bending caused by the mirror of the light beam (wafer).
【0027】 [0027]
また、請求項2記載の発明では、複屈折部材は光束の断面方向において、光束の進行方向の厚みが異なっている。 Further, in the second aspect of the present invention, the birefringent members in the cross section direction of the light beam, the traveling direction of the thickness of the light beams are different. 従って、直線偏光が入射した場合に、複屈折部材に入射する光束の位置により該部材を透過する距離が異なるので、射出側で様々な状態の偏光が得られる。 Therefore, when linearly polarized light is incident, the distance that transmits the member by the position of the light beam incident on the birefringent member it is different, the polarization of the various states is obtained at the exit side.
【0028】 [0028]
また、請求項3記載の発明では、少なくとも2つの複屈折素子を有しており、そのうち一方が回転可能である。 Further, in the invention described in claim 3 has at least two birefringent elements, of which can either be rotated. 従って、任意の方向の偏光の強度比を制御できる。 Therefore, it is possible to control the intensity ratio of any direction of polarization.
【0029】 [0029]
また、請求項4記載の発明では、光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直になっている。 Further, in the invention of claim 4, wherein the direction of the optical axis are substantially perpendicular to the traveling direction of the light beam. 従って、偏光量の制御がさらに容易になる。 Therefore, it becomes easy control of the polarized light quantity further.
【0030】 [0030]
また、請求項5記載の発明では、マスク上の照明領域は略矩形形状であり、固設されている複屈折素子の光学軸の方向が前記矩形形状の辺の方向と平行である。 Further, in the fifth aspect of the present invention, the illumination area on the mask is substantially rectangular, the direction of the optical axis of the birefringent elements are fixed is parallel to the direction of the sides of the rectangular shape. 従って、レーザ光源から射出し整形された光束の断面形状が矩形形状の場合でも、光量の損失なく効率よく照明でき、かつ照明領域の辺の方向に合わせて偏光の強度比を制御することができる。 Therefore, it is possible to cross-sectional shape of the emitted from the laser light source shaped light beam even if rectangular, can be illuminated well without loss efficiency of the light amount, and controls the intensity ratio of the polarized light in accordance with the direction of the side of the illumination area .
【0031】 [0031]
また、請求項6記載の発明では、固設された複屈折素子は、回転可能な複屈折素子と波面分割部との間に配置されている。 Further, in the sixth aspect of the present invention, a birefringent element which is fixed it is disposed between the rotatable birefringent element and the wavefront dividing unit. 従って、ミラーの駆動回転部がフライアイレンズ等の光学系から離れているので、安定した照明を行うことできる。 Accordingly, the driving rotation of the mirror is away from the optical system such as a fly-eye lens, it can be stably lighting.
【0032】 [0032]
また、請求項7記載の発明では、本発明に係る照明装置を用いることで、光束の折り曲げ方向に依存する偏光の影響を避けることができ、常に良好な解像のパターンを投影、露光することができる【図面の簡単な説明】 Further, in the invention of claim 7, wherein, by using the lighting device according to the present invention, depending on the folding direction of the light beam can avoid the influence of the polarization, always good resolution of the pattern projection, exposing bRIEF dESCRIPTION oF tHE dRAWINGS that can
【図1】本発明の実施の形態に係る照明装置とそれを備えた投影露光装置の構成を示す図である。 1 is a diagram showing a configuration of a lighting device and a projection exposure apparatus including the same according to an embodiment of the present invention.
【図2】水晶プリズムの光学軸の方向を説明する図である。 2 is a diagram illustrating the direction of the optical axis of the crystal prism.
【図3】水晶プリズム200を透過した後の偏光の様子を説明する図である。 3 is a diagram for explaining a state of polarization after transmission through the quartz prism 200.
【図4】水晶プリズム200と202を透過した後の偏光の様子を説明する図である。 4 is a diagram for explaining a state of polarization after transmission through the quartz prism 200 and 202.
【図5】水晶プリズム200を回転した場合の偏光の様子を説明する図である。 5 is a diagram for explaining a state of polarization in the case of rotating the crystal prism 200.
【図6】従来の投影露光装置の構成を示す図である。 6 is a diagram showing a configuration of a conventional projection exposure apparatus.
【図7】フライアイレンズの構成を示す図である。 7 is a diagram showing the configuration of the fly-eye lens.
【図8】(a),(b)はフライアイレンズからマスクに至る系を説明する図である。 8 (a), is a diagram illustrating a system leading to the mask from the (b) is a fly-eye lens.
【図9】整形したレーザ射出光束αとフライアイレンズ4との関係を示す図である。 9 is a diagram showing a relationship between the laser emission beam α and the fly-eye lens 4 and shaping.
【図10】(a)〜(c)は、水晶部材(一軸結晶)100の光学軸の方向と、偏光方向と、フライアイレンズとの関係を示す図である。 [10] (a) ~ (c) is a diagram showing the direction of the optical axis of the quartz member (uniaxial crystal) 100, the polarization direction, the relationship between the fly-eye lens.
【図11】(a)〜(e)は水晶部材100からの射出光の偏光の状態を示す図である。 11 (a) ~ (e) is a diagram showing a state of polarization of light emitted from the crystal member 100.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1 光源2 整形光学系3,8,13,14 反射ミラー200,202 水晶プリズム201,203 石英プリズム4 フライアイレンズ5 開口絞り6,9,9' コンデンサレンズ7 視野絞り10 マスクL1,L2,L3 レンズ11 投影光学系12 開口絞り15 ウエハM 凹面ミラー 1 light source 2 shaping optical system 3,8,13,14 reflecting mirror 200 and 202 crystal prism 201,203 quartz prism 4 fly's eye lens 5 aperture stop 6,9,9 'condenser lens 7 field stop 10 mask L1, L2, L3 lens 11 projection optical system 12 aperture stop 15 wafer M concave mirror

Claims (8)

  1. 光束を供給する光源からの光束を波面分割し、該波面分割された光束に基づいて複数の光源像を形成する波面分割部と、 The light beam from the light source for supplying a light beam to wavefront splitting, a wavefront dividing unit for forming a plurality of light source images on the basis of the light beam split the wave surface,
    前記複数の光源像からの光を被照射面上の所定照明領域へ導くコンデンサ光学系とを備える照明装置において、 A lighting device and a condenser optical system for guiding the light to a predetermined illumination region on the surface to be illuminated from the plurality of light source images,
    前記光源と前記波面分割部との間の光路中に配置された第1の複屈折素子と、第2の複屈折素子を含む複屈折部材を備え、 Comprising a birefringent member including a first birefringent element disposed in the optical path, the second birefringent element between the light source and the wavefront dividing unit,
    前記第1の複屈折素子は、前記第2の複屈折素子に対して、光束の進行方向を中心として回転可能であることを特徴とする照明装置。 It said first birefringent element, relative to the second birefringent element, the illumination device characterized in that is rotatable about the traveling direction of the light beam.
  2. 前記複屈折部材は、前記光束の断面方向において前記進行方向の厚みが異なる形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 The birefringent member, the illumination device according to claim 1, wherein the traveling direction of thickness have different shapes in cross-sectional direction of the light beam.
  3. 前記複屈折素子のうちの少なくとも1つは、その光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直となるように配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。 Wherein at least one of the birefringent element, illumination according to claim 1 or 2 direction of its optical axis, characterized in that it is arranged so as to be substantially perpendicular to the traveling direction of the light beam apparatus.
  4. 前記所定照明領域は略矩形形状であり、 The predetermined illumination area is substantially rectangular,
    前記複屈折素子のうちの少なくとも一つは固設されており、 At least one of the birefringent element is fixed,
    前記固設された複屈折素子の光学軸の方向は、前記矩形形状の辺の方向と平行であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の照明装置。 Direction of the optical axis of the fixed birefringence element lighting device according to any one of claims 1 3, characterized in that parallel to the direction of said rectangular sides.
  5. 前記固設された複屈折素子は、前記回転可能な複屈折素子と前記波面分割部との間に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の照明装置。 The fixed birefringence element lighting device according to claim 4, characterized in that it is disposed between the rotatable birefringent element and said wavefront dividing unit.
  6. 所定のパターンを照明する請求項1から5の何れか1項に記載の照明装置と、 An illumination device according to any one of claims 1 to 5 for illuminating a predetermined pattern,
    該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する投影光学系とを有することを特徴とする投影露光装置。 Projection exposure apparatus characterized by having a projection optical system for projecting exposure the illumination pattern onto a photosensitive substrate.
  7. 請求項6に記載の投影露光装置の調整方法であって、 A method of adjusting the projection exposure apparatus according to claim 6,
    前記感光基板が設定される面に到達する光の偏光状態を測定する第1工程と、該第1工程での測定結果に基づいて前記第1の複屈折素子を回転させる第2工程とを備えることを特徴とする調整方法。 Comprising the a first step of measuring the polarization state of the light sensitive substrate reaches the surface to be set, and a second step of rotating the first birefringent element on the basis of the measurement result in the first step adjustment wherein the.
  8. 請求項1から5の何れか1項に記載の照明装置を用いて所定のパターンを照明する工程と、 A step of illuminating a predetermined pattern with an illumination device according to claim 1 in any one of 5,
    該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する工程とを有することを特徴とする投影露光方法。 Projection exposure method characterized by a step of projection exposure the illumination pattern onto a photosensitive substrate.
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