JP4756380B2 - Exposure method and apparatus, and electronic device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイス製造工程における、微細パターンの形成工程で使用される露光方法および該露光方法を用いる電子デバイス製造方法、ならびに当該方法に用いて好適な露光装置に関するものである。   The present invention relates to an exposure method used in a fine pattern forming process in an electronic device manufacturing process such as a semiconductor integrated circuit, a flat panel display device, a thin film magnetic head, and a micromachine, an electronic device manufacturing method using the exposure method, and The present invention relates to an exposure apparatus suitable for use in the method.

半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウエハ等の被加工基板の表面にフォトレジスト(感光性薄膜)を形成し、形成すべきパターンの形状の応じた光量分布を有する露光光の露光工程、現像工程及びエッチング工程等により、被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。   In forming a fine pattern in a manufacturing process of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit, a photolithography technique is generally used. This is because a photoresist (photosensitive thin film) is formed on the surface of a substrate to be processed such as a wafer, and the exposure process, the developing process, the etching process, and the like of the exposure light having a light amount distribution corresponding to the shape of the pattern to be formed, A desired pattern is formed on a substrate to be processed.

現状の最先端の電子デバイスの製造の上記露光工程においては、露光方法として、主に投影露光方法が使用されている。
これは、マスク(レチクルともいう)上に、形成すべきパターンを4倍または5倍に拡大して形成しておき、これに照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いてウエハ上に露光転写するものである。
In the above-described exposure process for manufacturing a state-of-the-art electronic device, a projection exposure method is mainly used as an exposure method.
This is because a pattern to be formed is enlarged by a factor of 4 or 5 on a mask (also called a reticle), irradiated with illumination light, and the transmitted light is reduced using a reduction projection optical system. Exposure transfer is performed on a wafer.

投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決まり、これは露光波長を投影光学系の開口数(NA)で割った値に概ね等しい。従って、より微細な回路パターンを形成するためには、より短波長の露光光源とより高NAの投影光学系が必要である。   The fineness of the pattern that can be formed by the projection exposure method is determined by the resolution of the reduction projection optical system, which is approximately equal to the exposure wavelength divided by the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, in order to form a finer circuit pattern, a shorter wavelength exposure light source and a higher NA projection optical system are required.

一方、マスク上に形成したパターンを、投影光学系を介することなくウエハ上に露光する露光方法(以下「プロキシミティ露光方法」という)も存在する。プロキシミティ露光方法は、転写すべきパターンが等倍で形成されたマスクをウエハに対して近接して対向して配置し、マスクに照明光を照射することにより、マスクの明暗パターンをそのままの形状を保ってウエハ上に転写するものである。   On the other hand, there is an exposure method (hereinafter referred to as “proximity exposure method”) in which a pattern formed on a mask is exposed on a wafer without using a projection optical system. In the proximity exposure method, a mask on which a pattern to be transferred is formed at the same magnification is placed close to and opposed to the wafer, and illumination light is applied to the mask, so that the light / dark pattern of the mask is shaped as it is. Is transferred onto the wafer while maintaining

また、等倍のマスクとウエハを密着させた状態でマスクに照明光を照射し、マスクの明暗パターンをそのままウエハに転写する「コンタクト露光方法」もある。   There is also a “contact exposure method” in which illumination light is irradiated onto a mask while the same-size mask and wafer are in close contact, and the light / dark pattern of the mask is directly transferred to the wafer.

上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには、より短波長の光源と、より高NAの投影光学系が必要になる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光光の波長は193nmに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。
Of the conventional exposure methods described above, the projection exposure method requires a light source with a shorter wavelength and a projection optical system with a higher NA in order to obtain higher resolution.
However, in the current state-of-the-art exposure apparatus, the wavelength of exposure light is shortened to 193 nm, and further shortening of the wavelength in the future is difficult from the viewpoint of usable lens materials.

また、現在最先端の投影光学系のNAは0.92程度に達しており、これ以上の高NA化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
一方、コンタクト露光方法は、マスクと基板を接触させつつ露光を行なうことから、露光に伴うマスクの損傷や汚染を避けることが難しい。従って、マスクの消耗に伴うランニングコストが高額化するため、量産に適用することは困難である。
Further, the NA of the most advanced projection optical system has reached about 0.92, and it is difficult to increase the NA further, and this causes a significant increase in the manufacturing cost of the exposure apparatus.
On the other hand, in the contact exposure method, exposure is performed while bringing the mask into contact with the substrate, so that it is difficult to avoid damage and contamination of the mask due to exposure. Therefore, since the running cost accompanying mask consumption increases, it is difficult to apply to mass production.

プロキシミティ露光方法では、ウエハとマスクとを10から20μm以上の間隔をもって対向して近接配置するためマスクの損傷の防止には効果がある。しかし、上記間隔に起因して転写パターンにはボケが生じるため、露光光の波長程度あるいはそれ以下の微細パターンの転写には適用困難である。   The proximity exposure method is effective in preventing damage to the mask because the wafer and the mask are arranged close to each other with an interval of 10 to 20 μm or more. However, since the transfer pattern is blurred due to the interval, it is difficult to apply to transfer of a fine pattern of the order of the wavelength of exposure light or less.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細なパターン、具体的には露光光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な露光方法の提供を目的とする。
また、本発明は、上記露光方法を用いた電子デバイスの製造方法の提供をするとともに、上記露光方法に使用して好適な露光装置を提供することも目的とする。
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an exposure method capable of forming a fine pattern, specifically, a fine pattern having a wavelength of about the wavelength of exposure light or less at low cost.
Another object of the present invention is to provide an electronic device manufacturing method using the above exposure method, and to provide an exposure apparatus suitable for use in the above exposure method.

本発明の第1の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その光源からのその照明光を、第1の回折格子に照射する工程と、その第1の回折格子により生じた回折光を、その第1の回折格子に対向して配置した第2の回折格子に照射する工程と、その第2の回折格子により生じた回折光を、その第2の回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、前記第1の回折格子および前記第2の回折格子として、2次元的な周期を有する回折格子を用いるものである。
本第1の露光方法によれば、2次元的な周期を有する微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成することができる。
The first exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate with illumination light from a light source, and the first diffraction grating is irradiated with the illumination light from the light source. Irradiating the second diffraction grating disposed opposite to the first diffraction grating with the diffraction light generated by the first diffraction grating, and diffracting light generated by the second diffraction grating. Irradiating the photosensitive substrate disposed in close proximity to the second diffraction grating, and the two-dimensional as the first diffraction grating and the second diffraction grating. A diffraction grating having a period is used.
According to the first exposure method, a fine pattern having a two-dimensional cycle can be formed on a photosensitive substrate at a low cost.

あるいは、本第1の露光方法においては、その第1の回折格子に照射するその照明光の発散角が、調整可能であるとすることもできる。
あるいは、その第1の回折格子に照射する前記照明光が通り得る光路の発散角が、調整可能であるとすることもできる。そして、その発散角の調整を、その感光性の基板の伸縮に応じて行なうこととすることもできる。
Alternatively, in the first exposure method, the divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating can be adjusted.
Or the divergence angle of the optical path which the said illumination light irradiated to the 1st diffraction grating can pass can also be said to be adjustable. The divergence angle can be adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate.

また、本第1の露光方法では、その第1の回折格子に照射するその照明光の強度分布と、その第1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させることにより、その照明光のその第1の回折格子上における積算強度分布を、その第1の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一化することもできる。   Further, in the first exposure method, the illumination light is changed by changing the intensity distribution of the illumination light applied to the first diffraction grating and the relative positional relationship with the first diffraction grating with time. The integrated intensity distribution on the first diffraction grating can be made substantially uniform in a predetermined region including the central portion of the first diffraction grating.

さらに、本第1の露光方法では、その第2の回折格子とその基板との、その基板の面内方向における相対位置関係を、その第2の回折格子のその周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、その第2の回折格子のその周期の整数倍の長さだけその周期の方向にずらしつつ、その各工程を複数回繰り返して、その基板への露光を行なうこともできる。   Further, in the first exposure method, the relative positional relationship between the second diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate is set in a direction orthogonal to the period direction of the second diffraction grating. The substrate can be exposed by repeating each step a plurality of times while shifting or shifting the second diffraction grating by an integral multiple of the period of the period in the direction of the period.

また、本第1の露光方法では、その第2の回折格子とその基板の間、及びその第1の回折格子とその第2の回折格子の間の、少なくとも一方を、その露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすこともできる。   In the first exposure method, at least one of the refractive index at the exposure wavelength is set between the second diffraction grating and the substrate and between the first diffraction grating and the second diffraction grating. Can be filled with a dielectric of 1.2 or more.

本発明の第2の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その基板のその光源側に、その照明光の実効波長の2倍以下の周期を有する回折格子を近接して対向配置する工程と、その光源からのその照明光の強度分布とその回折格子との相対的位置関係を、時間と共に変化させつつ、その照明光をその回折格子に照射する工程と、その回折格子により生じた回折光を、その基板上に照射する工程とを含むものである。
本第2の露光方法によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成することができる。
The second exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate with illumination light from a light source, and the effective wavelength of the illumination light is less than twice the effective wavelength of the illumination light on the light source side of the substrate. The diffraction grating having a period of λ is closely opposed and the intensity distribution of the illumination light from the light source and the relative positional relationship between the diffraction grating and the diffraction grating are changed with time. A step of irradiating the grating and a step of irradiating the substrate with the diffracted light generated by the diffraction grating.
According to the second exposure method, a fine pattern can be formed on a photosensitive substrate at low cost.

そして、その相対的位置関係の変化は、その回折格子を固定しつつ、その照明光の強度分布を移動することにより行なうこととすることもできる。
また、その回折格子に照射するその照明光の発散角が、調整可能であるとすることもできる。
あるいは、その回折格子に照射するその照明光が通り得る照明光路の発散角が、調整可能であるとすることもできる。そして、その発散角の調整を、その感光性の基板の伸縮に応じて行なうこととすることもできる。
The relative positional change can be changed by moving the intensity distribution of the illumination light while fixing the diffraction grating.
In addition, the divergence angle of the illumination light applied to the diffraction grating can be adjusted.
Alternatively, the divergence angle of the illumination optical path through which the illumination light applied to the diffraction grating can pass can be adjusted. The divergence angle can be adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate.

また、その回折格子とその基板との、その基板の面内方向における相対位置関係を、その回折格子のその周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、その回折格子のその周期の整数倍の長さだけその周期の方向にずらしつつ、その各工程を複数回繰り返してその露光を行なうこともできる。
なお、その回折格子とその基板の間を、その露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすこともできる。
Further, the relative positional relationship between the diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate is shifted in a direction orthogonal to the direction of the period of the diffraction grating, or an integral multiple of the period of the diffraction grating. It is also possible to perform the exposure by repeating each step a plurality of times while shifting in the direction of the cycle by the length of.
The space between the diffraction grating and the substrate can be filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength.

本発明の第3の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その光源からの前記照明光を第1の回折格子に照射する工程と、その第1の回折格子により生じた回折光を、その第1の回折格子に対向して配置した第2の回折格子に照射する工程と、その第2の回折格子により生じた回折光を、その第2の回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第1の回折格子に照射するその照明光の発散角が、調整可能であるものである。
本第3の露光方法によれば、露光すべき基板に伸縮が発生していた場合にも、その基板上に形成される干渉縞の周期を拡大または収束することにより、その基板の伸縮を補正して露光することができる。
A third exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate with illumination light from a light source, and the first diffraction grating is irradiated with the illumination light from the light source; Irradiating the second diffraction grating disposed opposite to the first diffraction grating with the diffraction light generated by the first diffraction grating, and the diffraction light generated by the second diffraction grating, And irradiating the photosensitive substrate disposed in close proximity to the second diffraction grating, and the divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating is adjustable. There is something.
According to the third exposure method, even when the substrate to be exposed is expanded or contracted, the expansion and contraction of the substrate is corrected by expanding or converging the period of the interference fringes formed on the substrate. And can be exposed.

また、前記発散角の調整を、その基板の伸縮に応じて行なうこともできる。
さらには、その第2の回折格子とその基板の間、及びその第1の回折格子とその第2の回折格子の間の、少なくとも一方を、その露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすものとすることもできる。
本発明の電子デバイス製造方法に関する第1の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、本発明の露光方法を用いるものである。
The divergence angle can be adjusted according to the expansion and contraction of the substrate.
Furthermore, at least one of the second diffraction grating and the substrate and between the first diffraction grating and the second diffraction grating is a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength. It can also be filled with the body.
A first invention relating to an electronic device manufacturing method of the present invention uses the exposure method of the present invention in at least a part of a step of forming a circuit pattern constituting the electronic device.

また、本発明の電子デバイス製造方法に関する第2の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投影露光方法と本発明の露光方法との合成露光を用いるものである。   The second invention related to the electronic device manufacturing method of the present invention is a combination of the projection exposure method using the projection exposure apparatus and the exposure method of the present invention in at least a part of the process of forming the circuit pattern constituting the electronic device. Exposure is used.

本発明の第1の露光装置は、光源からの照明光と第1の透光性平板に形成された第1の回折格子と第2の透光性平板に形成された第2の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その光源からのその照明光をその第1の回折格子に照射する照明光学系であって、前記第1の回折格子に照射する照明光の発散角を可変とする照明光学系を有するものである。   The first exposure apparatus of the present invention includes illumination light from a light source, a first diffraction grating formed on a first light-transmitting flat plate, and a second diffraction grating formed on a second light-transmitting flat plate. An exposure apparatus for exposing the interference pattern generated by the light source onto a photosensitive substrate, the illumination optical system for irradiating the first diffraction grating with the illumination light from the light source, The illumination optical system has a variable divergence angle of illumination light applied to one diffraction grating.

本第1の露光装置によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成することができる。そして、露光すべき基板に伸縮が発生していた場合にも、その基板上に形成される干渉縞の周期を拡大または収束することにより、その基板の伸縮を補正して露光することができる。
その第1の回折格子に照射する照明光のその発散角の可変は、その照明光学系に含まれる光学部材の少なくとも一部を移動することにより行なうものとすることもできる。
According to the first exposure apparatus, a fine pattern can be formed on a photosensitive substrate at low cost. Even when expansion / contraction has occurred in the substrate to be exposed, exposure can be performed while correcting expansion / contraction of the substrate by expanding or converging the period of the interference fringes formed on the substrate.
The divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating can be changed by moving at least a part of the optical member included in the illumination optical system.

なお、その第1の回折格子に照射するその照明光の強度分布を、その第1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、その照明光の前記第1の回折格子上における積算強度分布を、その第1の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能ならしめることもできる。   In addition, the illumination light distribution variable mechanism that changes the intensity distribution of the illumination light irradiated to the first diffraction grating and the relative positional relationship with the first diffraction grating with time is provided. The integrated intensity distribution on the first diffraction grating can be made substantially uniform in a predetermined region including the central portion of the first diffraction grating.

また、その第2の回折格子とその基板の間の少なくとも一部分、及びその第1の回折格子とその第2の回折格子の間の少なくとも一部分の、少なくとも一方を、その露光波長における屈折率が1.2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。   Further, at least one of at least a part between the second diffraction grating and the substrate and at least a part between the first diffraction grating and the second diffraction grating has a refractive index of 1 at the exposure wavelength. It is also possible to have a liquid supply mechanism that is filled with two or more dielectric liquids.

本発明の第2の露光装置は、光源からの照明光と透光性平板に形成された回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その光源とその回折格子との間に設けられ、その光源からのその照明光をその透光性平板に照射する照明光学系と、その透光性平板を所定の位置に保持する第1保持機構と、その基板をその透光性平板に対して近接して対向する位置に整合して保持する基板保持機構とを有し、その照明光の強度分布のその透光性平板との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、その照明光のその透光性平板における積算強度分布を、その透光性平板の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能ならしめるものである。   A second exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for exposing an interference pattern generated by illumination light from a light source and a diffraction grating formed on a translucent flat plate onto a photosensitive substrate. An illumination optical system that is provided between the light source and the diffraction grating and that irradiates the translucent flat plate with the illumination light from the light source, and a first holding that holds the translucent flat plate in a predetermined position. A mechanism and a substrate holding mechanism that holds the substrate in alignment with and close to the translucent flat plate, and the intensity distribution of the illumination light is relative to the translucent flat plate. It has an illumination light distribution variable mechanism that changes the positional relationship with time, and the integrated intensity distribution of the illumination light on the translucent flat plate can be made almost uniform in a predetermined area including the center of the translucent flat plate. It is something to be made.

本第2の露光装置によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成することができる。
また、その照明光学系は、前記透光性平板に照射する照明光の発散角を可変とすることもできる。
また、その透光性平板と前記基板の間の少なくとも一部分を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。
According to the second exposure apparatus, a fine pattern can be formed on a photosensitive substrate at low cost.
Moreover, the illumination optical system can also make the divergence angle of the illumination light irradiated to the said translucent flat plate variable.
Further, it may have a liquid supply mechanism that fills at least a part between the translucent flat plate and the substrate with a dielectric liquid having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength.

本発明の露光装置の概略を示す一部を切り欠いた図であり、図1(A)は光源1から偏向ミラー11に至るまでの光路の上流を示す図、図1(B)はY可動ミラー12以降の光路の下流を示す図である。FIG. 1A is a partially cutaway view showing an outline of an exposure apparatus of the present invention, FIG. 1A is a view showing an upstream of an optical path from a light source 1 to a deflecting mirror 11, and FIG. It is a figure which shows the downstream of the optical path after the mirror 12. FIG. 本発明の露光装置の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the exposure apparatus of this invention. 第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21とウエハWの位置関係、および回折光LP,LM,LP0,LP1を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of 1st diffraction grating G11, G12, 2nd diffraction grating G21, and wafer W, and diffracted light LP, LM, LP0, LP1. ウエハW上に形成される干渉縞の強度分布を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing an intensity distribution of interference fringes formed on a wafer W. FIG. 照明光の入射角度ずれが、ウエハW上に形成される干渉縞の強度分布の位置ずれに与える影響を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the influence of a deviation in the incident angle of illumination light on a positional deviation in the intensity distribution of interference fringes formed on a wafer W. 第1の透光性平板への照明光の入射角度の面内変化を説明する図である。It is a figure explaining the in-plane change of the incident angle of the illumination light to a 1st translucent flat plate. 第1の透光性平板への照明光の発散/収束について説明する図である。It is a figure explaining the divergence / convergence of the illumination light to a 1st translucent flat plate. 第1の回折格子及び第2の回折格子G21の一例について説明する図であり、図8(A)は第1の透光性平板P1上に形成した第1の回折格子G11,G12を示す図、図8(B)は第2の透光性平板P2上に形成した第2の回折格子G21を示す図である。It is a figure explaining an example of the 1st diffraction grating and the 2nd diffraction grating G21, and Drawing 8 (A) shows the 1st diffraction grating G11 and G12 formed on the 1st translucent flat plate P1. FIG. 8B is a diagram showing the second diffraction grating G21 formed on the second light-transmitting flat plate P2. 第1の回折格子及び第2の回折格子の他の例について説明する図であり、図9(A)は第1の透光性平板P1a上に形成した第1の回折格子G13,G14を示す図、図9(B)は第2の透光性平板P2a上に形成した第2の回折格子G22を示す図である。FIG. 9A is a diagram for explaining another example of the first diffraction grating and the second diffraction grating, and FIG. 9A shows the first diffraction gratings G13 and G14 formed on the first light transmitting flat plate P1a. FIG. 9B is a diagram showing the second diffraction grating G22 formed on the second light-transmitting flat plate P2a. 図9(A)および図9(B)に示した如き第1の回折格子及び第2の回折格子から発生する回折光の回折角度分布について説明する図であり、図10(A)は第1の透光性平板P1a上に形成した第1の回折格子G13,G14から発生する回折光の角度分布について説明する図、図10(B)は第2の透光性平板P2a上に形成した第2の回折格子G22から発生する回折光の角度分布を示す図である。FIG. 10A is a diagram for explaining a diffraction angle distribution of diffracted light generated from the first diffraction grating and the second diffraction grating as shown in FIG. 9A and FIG. 9B, and FIG. FIG. 10B is a diagram for explaining the angular distribution of diffracted light generated from the first diffraction gratings G13 and G14 formed on the translucent flat plate P1a, and FIG. 10B shows the first distribution formed on the second translucent flat plate P2a. It is a figure which shows angle distribution of the diffracted light which generate | occur | produces from 2 diffraction gratings G22. 照明光IL8の強度分布と第1の透光性平板P1との相対位置関係の変化について説明する図である。It is a figure explaining the change of the relative positional relationship of intensity distribution of illumination light IL8, and the 1st translucent flat plate P1. 第1の回折格子G11,G12、第2の回折格子G21、ウエハWと、薄膜PE1,PE2との位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of 1st diffraction grating G11, G12, 2nd diffraction grating G21, wafer W, and thin film PE1, PE2. 第2の回折格子G21の近傍に保護層PE3を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided protective layer PE3 in the vicinity of 2nd diffraction grating G21. 第1の回折格子G15,G16と第2の回折格子G23を、第1の透光性平板P3の両面のそれぞれに設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided 1st diffraction grating G15, G16 and 2nd diffraction grating G23 on each of both surfaces of the 1st translucent flat plate P3. 回折格子G17,G18を、透光性平板P4のウエハW側に設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the diffraction gratings G17 and G18 in the wafer W side of the translucent flat plate P4. 第1の透光性平板P1の保持機構36a、第2の透光性平板P2の保持機構37aを示す図である。It is a figure which shows the holding mechanism 36a of the 1st translucent flat plate P1, and the holding mechanism 37a of the 2nd translucent flat plate P2. 第2の透光性平板P2の交換機構42等を示す図であり、図17(A)は交換機構42等を示す底面図、図17(B)は図17(A)のA−B線に沿う断面図である。It is a figure which shows the exchange mechanism 42 grade | etc., Of the 2nd translucent flat plate P2, FIG. 17 (A) is a bottom view which shows the exchange mechanism 42 grade | etc., FIG. 17 (B) is the AB line | wire of FIG. 17 (A). FIG. ウエハWと第2の透光性平板P2の間等に液体を満たす機構の説明図であり、図18(A)はウエハWと第2の透光性平板P2の間にのみ液体を満たす機構の説明図、図18(B)はさらに透光性平板P2と透光性平板P1との間にも液体を満たす機構の説明図である。FIG. 18A is an explanatory diagram of a mechanism that fills liquid between the wafer W and the second light-transmitting flat plate P2, and FIG. 18A is a mechanism that fills liquid only between the wafer W and the second light-transmitting flat plate P2. FIG. 18B is an explanatory diagram of a mechanism for filling the liquid between the light-transmitting flat plate P2 and the light-transmitting flat plate P1. 透光性平板P2と透光性平板P1との間に液体を満たす機構の説明図である。It is explanatory drawing of the mechanism with which a liquid is filled between the translucent flat plate P2 and the translucent flat plate P1.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2,3,5,7…コリメーターレンズ、12…Y可動ミラー、14…X可動ミラー、FS…視野絞り、24,25,26,27…照明系前群レンズ、29,30,32,35…照明系後群レンズ、P1…第1の透光性平板、P2…第2の透光性平板、36a,36b…第1保持機構、37a,37b…第2保持機構、W…基板(ウエハ),38…ウエハステージ,40…レーザ干渉計、G11,G12,G13,G14…第1の回折格子、G21,G22…第2の回折格子、IL1〜IL8…照明光   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2, 3, 5, 7 ... Collimator lens, 12 ... Y movable mirror, 14 ... X movable mirror, FS ... Field stop, 24, 25, 26, 27 ... Illumination system front group lens, 29, 30 , 32, 35 ... illumination system rear group lens, P1 ... first translucent flat plate, P2 ... second translucent flat plate, 36a, 36b ... first holding mechanism, 37a, 37b ... second holding mechanism, W ... Substrate (wafer), 38 ... Wafer stage, 40 ... Laser interferometer, G11, G12, G13, G14 ... First diffraction grating, G21, G22 ... Second diffraction grating, IL1-IL8 ... Illumination light

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の露光装置の第1の実施例を表わす側面図(断面図)であり、図1(A)は、露光装置のうち光源1から偏向ミラー11に至るまでの、光路の上流部分を表わす図であり、(B)はY可動ミラー12以降の光路の下流部分を表わす図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a side view (sectional view) showing a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention, and FIG. 1 (A) shows the optical path from the light source 1 to the deflection mirror 11 in the exposure apparatus. It is a figure showing an upstream part, (B) is a figure showing the downstream part of the optical path after the Y movable mirror 12. FIG.

一方、図2は、上記本発明の露光装置の第1の実施例を表わす平面図である。
図1及び図2中に示したXYZ座標系は、それぞれ同一の座標系(方向)を示すものであり、これは以降の各図に於いても同様である。
FIG. 2 is a plan view showing a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention.
The XYZ coordinate systems shown in FIG. 1 and FIG. 2 each indicate the same coordinate system (direction), and this is the same in the subsequent drawings.

以下、図1及び図2を併用して本発明の露光装置の第1の実施例について説明する。
ArF(アルゴン・フッ素)エキシマーレーザ,KrF(クリプトン・フッ素)エキシマーレーザ,F2(フッ素ダイマー)レーザ、または波長変換素子を使用する高調波レーザー等の光源1を発した照明光IL1は、コリメーターレンズ群2,3,5,7により、所定のビームサイズを有する平行光線束(平行ビーム)である照明光IL2に変換される。
The first embodiment of the exposure apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS.
Illumination light IL1 emitted from a light source 1, such as an ArF (argon / fluorine) excimer laser, a KrF (krypton / fluorine) excimer laser, an F2 (fluorine dimer) laser, or a harmonic laser using a wavelength conversion element, is a collimator lens. By the groups 2, 3, 5, and 7, the illumination light IL2 that is a parallel light beam (parallel beam) having a predetermined beam size is converted.

照明光IL2は、偏光制御素子10により所定の偏光状態に設定され照明光IL3となり、偏向ミラー11で反射され折り曲げられて照明光IL4となる。図2に示す通り、照明光IL4は−Y方向に進行しY可動ミラー12に至る。   The illumination light IL2 is set to a predetermined polarization state by the polarization control element 10 to become illumination light IL3, reflected by the deflection mirror 11, and bent to become illumination light IL4. As shown in FIG. 2, the illumination light IL4 travels in the −Y direction and reaches the Y movable mirror 12.

Y可動ミラー12を保持するYミラー保持機構13は、ボールネジ等のY伝達部材22を介してY駆動機構21によって、定盤16上をY方向ガイド23a,23bに沿ってY方向に移動可能である。   The Y mirror holding mechanism 13 that holds the Y movable mirror 12 can be moved in the Y direction along the Y direction guides 23a and 23b by the Y drive mechanism 21 via the Y transmission member 22 such as a ball screw. is there.

Y可動ミラー12で反射した照明光IL5は、図中−X方向に進行し、X可動ミラー14に至る。
X可動ミラー14を保持するXミラー保持機構15は、ボールネジ等のX伝達部材18を介してX駆動機構18によって、定盤16上をX方向ガイド20a,20bに沿ってX方向に移動可能である。
The illumination light IL5 reflected by the Y movable mirror 12 travels in the −X direction in the figure and reaches the X movable mirror 14.
The X mirror holding mechanism 15 for holding the X movable mirror 14 can be moved in the X direction along the X direction guides 20a and 20b on the surface plate 16 by the X drive mechanism 18 via the X transmission member 18 such as a ball screw. is there.

なお、Xミラー保持機構15及びYミラー保持機構13は、リニアモーター等により駆動させることもできる。
X可動ミラー14で反射された照明光IL6は、定盤16上に設けられた開口部17を通り、照明系前群レンズ24,25,26,27に入射し、これらのレンズで屈折され照明光IL7となって集光点28上に集光する。
The X mirror holding mechanism 15 and the Y mirror holding mechanism 13 can be driven by a linear motor or the like.
The illumination light IL6 reflected by the X movable mirror 14 passes through an opening 17 provided on the surface plate 16, enters the illumination system front group lenses 24, 25, 26, and 27, is refracted by these lenses, and is illuminated. The light IL7 is condensed on the condensing point 28.

その後照明光IL7は、照明系後群レンズ29,30,32,35に入射し、これらのレンズで屈折され、再度平行な照明光IL8となって第1の透光性平板P1に入射する。
なお、以上のコリメーターレンズ群2,3,5,7から照明系後群レンズ29,30,32,35に至るまでの照明光IL1〜IL8の光路上の光学部材を、以下、照明光学系という。
Thereafter, the illumination light IL7 enters the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35, is refracted by these lenses, and becomes parallel illumination light IL8 again and enters the first translucent flat plate P1.
The optical members on the optical path of the illumination lights IL1 to IL8 from the collimator lens groups 2, 3, 5, and 7 to the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 are hereinafter referred to as illumination optical systems. That's it.

なお、照明系前群レンズの最先のレンズ24と定盤16の間には、視野絞りFSが設けられる。この視野絞りFSは、Xミラー保持機構15及びYミラー保持機構13によりXY方向に可変となる照明光IL7が、XY面内の所定の領域以外に分布する場合にそれを遮光するものである。従って、視野絞りFSにより、照明光IL7及び照明光IL8が通り得る光路の外縁LEa,LEbが決定される。   A field stop FS is provided between the foremost lens 24 of the front lens group of the illumination system and the surface plate 16. The field stop FS blocks the illumination light IL7 that is variable in the XY directions by the X mirror holding mechanism 15 and the Y mirror holding mechanism 13 when the illumination light IL7 is distributed outside a predetermined region in the XY plane. Therefore, the outer edges LEa and LEb of the optical path through which the illumination light IL7 and the illumination light IL8 can pass are determined by the field stop FS.

第1の透光性平板P1の下方(−Z方向)には、第2の透光性平板P2が設けられる。
第2の透光性平板P2は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板W(以降、適宜「ウエハ」ともいう)に、近接して対向して配置される。
A second translucent flat plate P2 is provided below the first translucent flat plate P1 (−Z direction).
The second translucent flat plate P2 is disposed close to and opposed to a substrate W (hereinafter also referred to as “wafer” as appropriate) such as a semiconductor wafer to be processed.

第1の透光性平板P1には後述する第1の回折格子が形成されており、その第1の回折格子に照明光IL8が照射されることにより発生する回折光は、第2の透光性平板P2に照射される。第2の透光性平板P2には後述する第2の回折格子が形成されており、上記回折光はその第2の回折格子に照射されることになる。そして、第2の回折格子で発生した回折光はウエハWに照射され、ウエハW上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。   A first diffraction grating, which will be described later, is formed on the first translucent flat plate P1, and the diffracted light generated by irradiating the first diffraction grating with the illumination light IL8 is the second translucent light. Is irradiated to the conductive flat plate P2. A second diffraction grating, which will be described later, is formed on the second light transmitting flat plate P2, and the second diffraction grating is irradiated with the diffracted light. Then, the diffracted light generated by the second diffraction grating is applied to the wafer W, and a light / dark pattern is formed on the wafer W by interference fringes composed of a plurality of diffracted lights.

ウエハWの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジストを形成しておく。すなわち、ウエハWは感光性の基板とみることができる。
ウエハWは、ウエハ定盤50上をXY方向に可動な基板保持機構であるウエハステージ38上に保持され、これによりXY方向に可動となっている。また、ウエハWのX方向の位置はウエハステージ38上に設けられた移動鏡39の位置を介してレーザ干渉計40により計測され、Y方向の位置もウエハステージ38上に設けられた不図示の移動鏡位置を介して不図示のレーザ干渉計により計測される。
A photoresist for exposing and recording the light / dark pattern is formed on the surface of the wafer W. That is, the wafer W can be regarded as a photosensitive substrate.
The wafer W is held on a wafer stage 38, which is a substrate holding mechanism that is movable in the XY directions, on the wafer surface plate 50, and is thus movable in the XY directions. Further, the position of the wafer W in the X direction is measured by the laser interferometer 40 via the position of the movable mirror 39 provided on the wafer stage 38, and the position in the Y direction is also provided on the wafer stage 38 (not shown). It is measured by a laser interferometer (not shown) through the moving mirror position.

第2の透光性平板P2は、ウエハWと後述する所定の間隔をもって近接して対向して配置するように、第2保持機構37a,37bによって保持される。また、第1の透光性平板P1は、第2の透光性平板P2と後述する所定の間隔をもって対向して配置するように、第1保持機構36a,36bによって保持される。   The second translucent flat plate P2 is held by the second holding mechanisms 37a and 37b so as to be disposed close to and opposed to the wafer W with a predetermined interval described later. The first translucent flat plate P1 is held by the first holding mechanisms 36a and 36b so as to face the second translucent flat plate P2 with a predetermined interval described later.

ウエハWの直径は一例として300mmであり、第2の透光性平板P2は一例としてウエハWの表面の全面を覆う直径とする。同様に第1の透光性平板P1も一例として第2の透光性平板P2の表面の全面を覆う直径とする。ただし、後述する様に、第1の透光性平板P1の直径は、ウエハWの直径よりも30mm程度以上大きいことが望ましい。   The diameter of the wafer W is 300 mm as an example, and the second translucent flat plate P2 has a diameter that covers the entire surface of the wafer W as an example. Similarly, the first light-transmitting flat plate P1 has a diameter that covers the entire surface of the second light-transmitting flat plate P2 as an example. However, as will be described later, the diameter of the first translucent flat plate P1 is desirably about 30 mm or more larger than the diameter of the wafer W.

次に、本発明によってウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、図3、図4及び図8を用いて説明する。
図3は、相互に対向して配置された第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2及びウエハWの断面を表わす図である。第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2は合成石英等の、紫外線に対する透過性が高く、熱膨張係数(線膨張係数)の値が小さく従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。特に光源1としてF2レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ましい。
Next, the bright and dark patterns of interference fringes formed on the wafer W according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of the first light-transmitting flat plate P1, the second light-transmitting flat plate P2, and the wafer W that are arranged to face each other. The first light-transmitting flat plate P1 and the second light-transmitting flat plate P2 are made of synthetic quartz or the like and have high transmittance to ultraviolet rays and have a small coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient). Therefore, heat associated with absorption of exposure light. It is made of a material with small deformation. In particular, when an F2 laser is used as the light source 1, it is preferable to use synthetic quartz to which fluorine is added.

第1の透光性平板P1の+Z側すなわち光源側の表面には、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G11,G12が形成されている。一方、第2の透光性平板P2の−Z側すなわちウエハW側の表面には、X方向に周期性を有する1次元の強度変調型の回折格子G21が形成されている。   One-dimensional phase modulation type diffraction gratings G11 and G12 having periodicity in the X direction are formed on the surface of the first translucent flat plate P1 on the + Z side, that is, the light source side. On the other hand, a one-dimensional intensity modulation type diffraction grating G21 having periodicity in the X direction is formed on the surface of the second translucent flat plate P2 on the −Z side, that is, the wafer W side.

これらの回折格子G11,G12,G21について図8を用いて説明する。
図8(A)は、第1の透光性平板P1を+Z側から見た図であり、その表面にはY方向に長手方向を有し、X方向に1次元的な周期T1を有する、位相変調型の第1の回折格子G11,G12が形成されている。第1の回折格子G11,G12は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第1の透光性平板P1の表面部分G12と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分G11からなる。掘り込み部分G11の深さは、その表面部G12を透過する照明光と掘り込み部G12を透過する照明光との間に180度の位相差が形成されるように設定される。その掘り込み深さは、露光光の波長λ0,第1の透光性平板P1の屈折率n,任意の自然数mに対し、(2m−1)λ0/(2(n−1))である。
These diffraction gratings G11, G12, and G21 will be described with reference to FIG.
FIG. 8A is a view of the first translucent flat plate P1 as viewed from the + Z side, and the surface has a longitudinal direction in the Y direction and a one-dimensional period T1 in the X direction. Phase modulation type first diffraction gratings G11 and G12 are formed. The first diffraction gratings G11 and G12 include a surface portion G12 of the first light-transmitting flat plate P1 and a dug portion G11 obtained by dug the flat plate surface by etching or the like like a so-called chromeless phase shift reticle. The depth of the dug portion G11 is set so that a phase difference of 180 degrees is formed between the illumination light that passes through the surface portion G12 and the illumination light that passes through the dug portion G12. The digging depth is (2m−1) λ0 / (2 (n−1)) with respect to the wavelength λ0 of the exposure light, the refractive index n of the first translucent flat plate P1, and an arbitrary natural number m. .

また、表面部分G12と掘り込み部分G11の幅の比率(デューティ比)は、1:1とすることが好ましい。
図8(B)は、第2の透光性平板P2を+Z側から見た図であり、その裏面(ウエハW側の面)には、Y方向に長手方向を有し、X方向に1次元的な周期T2を有する第2の回折格子G21が形成されている。第2の回折格子G21は、クロム,モリブデン,タングステン,タンタル等の金属あるいはそれらの酸化物、フッ化物または珪素化物や他の遮光性・減光性の材料の膜からなるものである。
Moreover, it is preferable that the ratio (duty ratio) of the width of the surface portion G12 and the dug portion G11 is 1: 1.
FIG. 8B is a view of the second translucent flat plate P2 as viewed from the + Z side. The back surface (the surface on the wafer W side) has a longitudinal direction in the Y direction and 1 in the X direction. A second diffraction grating G21 having a dimensional period T2 is formed. The second diffraction grating G21 is made of a film of a metal such as chromium, molybdenum, tungsten, tantalum or the like, an oxide, a fluoride or a silicide thereof, or another light-shielding / darkening material.

なお、図8(A),(B)中では、説明の便宜上周期T1を第1の透光性平板P1の直径(一例として300mm以上)の1割程度と表わしているが、実際には周期T1は例えば240nm程度、周期T2は例えば120nm程度であり、第1の透光性平板P1の直径に比して圧倒的に小さい。これは、図8(A),(B)以外の各図においても同様である。   8A and 8B, for convenience of explanation, the period T1 is represented as about 10% of the diameter (for example, 300 mm or more) of the first translucent flat plate P1, but in practice the period T1 is about 240 nm, for example, and the period T2 is about 120 nm, for example, which is overwhelmingly smaller than the diameter of the first translucent flat plate P1. The same applies to each figure other than FIGS. 8A and 8B.

以下、図3に戻り、照明光IL8の第1の回折格子G11,G12及び第2の回折格子G21への照射により、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。   Hereinafter, returning to FIG. 3, the principle that a bright / dark pattern of interference fringes is formed on the wafer W by irradiating the first diffraction gratings G11 and G12 and the second diffraction grating G21 with the illumination light IL8 will be described.

概平行な照明光IL8が照射されると、第1の回折格子G11,G12からはその周期T1に応じた回折光が発生する。第1の回折格子G11,G12が、デューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば、0次回折光は消失し発生しない。この場合、主に±1次光の2本の回折光が発生するが、±2次光等の高次回折光も発生する可能性もある。   When the substantially parallel illumination light IL8 is irradiated, diffracted light corresponding to the period T1 is generated from the first diffraction gratings G11 and G12. If the first diffraction gratings G11 and G12 are phase modulation type gratings having a duty ratio of 1: 1 and a phase difference of 180 degrees, the 0th-order diffracted light disappears and does not occur. In this case, two diffracted lights of ± 1st order light are mainly generated, but there is a possibility that higher order diffracted lights such as ± 2nd order light are also generated.

しかしながら、周期T1が照明光の実効波長λの2倍より短い場合には、2次光等の高次回折光は発生し得ない。従って、この場合には、第1の回折格子G11,G12からは、+1次回折光LPと−1次回折光LMの2本のみが発生し、第1の透光性平板P1を透過して第2の透光性平板P2に入射する。   However, when the period T1 is shorter than twice the effective wavelength λ of the illumination light, high-order diffracted light such as secondary light cannot be generated. Accordingly, in this case, only two of the + 1st order diffracted light LP and the −1st order diffracted light LM are generated from the first diffraction gratings G11 and G12, and pass through the first translucent flat plate P1 to generate the second light. It enters into the translucent flat plate P2.

ここで照明光の実効波長λとは、第1の回折格子G11,G12からウエハWに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。本例では、透光性平板P1と透光性平板P2とウエハWの各間に空気(または窒素・希ガスでも良い)が存在するため、実効波長λ0は照明光の波長λ0を空気の屈折率(=1)で除した値となる。   Here, the effective wavelength λ of the illumination light is the wavelength of the illumination light in the medium having the lowest refractive index among the translucent media existing on the illumination optical path from the first diffraction gratings G11 and G12 to the wafer W. Say. In this example, since air (or nitrogen or a rare gas may be present) exists between each of the translucent flat plate P1, translucent flat plate P2, and wafer W, the effective wavelength λ0 is the wavelength of illumination light λ0 being refracted by air. It is a value divided by the rate (= 1).

続いて、+1次回折光LPと−1次回折光LMは、第2の透光性平板P2のウエハW側の表面に設けられた第2の回折格子G21に照射される。両回折光は対称であるため、以下+1次回折光LPについてのみ説明する。   Subsequently, the + 1st order diffracted light LP and the −1st order diffracted light LM are applied to the second diffraction grating G21 provided on the wafer W side surface of the second translucent flat plate P2. Since both diffracted lights are symmetrical, only the + 1st order diffracted light LP will be described below.

+1次回折光LPは、第1の回折格子G11,G12の周期T1により、第2の回折格子G21に対して鉛直な方向(法線方向)から所定の角度だけ傾いて第2の回折格子G21への入射する。   The + 1st order diffracted light LP is inclined by a predetermined angle from a direction perpendicular to the second diffraction grating G21 (normal direction) with respect to the second diffraction grating G21 by the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12. Incident.

その傾き角θ0は、第2の回折格子G21が空気中に配置されていると仮定すると、
(式1)
sinθ0=λ/T1
により表わされる角である。
+1次回折光LPが、第2の回折格子G21に照射されると、第2の回折格子G21からも回折光が発生する。第2の回折格子G21が強度変調型の回折格子であることから、当該回折光は、0次光を含む回折光となる。
Assuming that the inclination angle θ0 is that the second diffraction grating G21 is disposed in the air,
(Formula 1)
sin θ0 = λ / T1
Is the angle represented by
When the + 1st order diffracted light LP is applied to the second diffraction grating G21, diffracted light is also generated from the second diffraction grating G21. Since the second diffraction grating G21 is an intensity modulation type diffraction grating, the diffracted light is diffracted light including zeroth-order light.

ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光(+1次回折光LP)の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。すなわち、第2の回折格子G21からは、照射された+1次回折光LPに平行な方向に進行する0次回折光LP0と、第2の回折格子G21のX方向の周期T2に応じて回折される−1次回折光LP1が発生する。   Here, the angle direction in which each diffracted light is generated is inclined according to the inclination of the incident angle of the illuminating illumination light (+ 1st order diffracted light LP). That is, the second diffraction grating G21 is diffracted in accordance with the zero-order diffracted light LP0 traveling in the direction parallel to the irradiated + 1st-order diffracted light LP and the period T2 of the second diffraction grating G21 in the X direction − First-order diffracted light LP1 is generated.

なお、第2の回折格子G21の周期T2が、上記周期T1及び実効波長との関係で決まる所定の値より大きい場合には、不図示の+1次回折光も発生する可能性がある。しかし、周期T2を、照明光の実効波長以下とすることで、実質的に不図示の+1次回折光の発生を防止することができる。ここで、照明光の実効波長λとは、上記と同様である。   If the period T2 of the second diffraction grating G21 is larger than a predetermined value determined by the relationship between the period T1 and the effective wavelength, + 1st order diffracted light (not shown) may also be generated. However, by setting the period T2 to be equal to or less than the effective wavelength of the illumination light, it is possible to substantially prevent the generation of + 1st order diffracted light (not shown). Here, the effective wavelength λ of the illumination light is the same as described above.

この結果、ウエハW上には、0次回折光LP0と−1次回折光LP1の2本の回折光が照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成される。
以下、図4を用いて、この干渉縞の明暗パターンについて説明する。
As a result, two diffracted lights of 0th order diffracted light LP0 and −1st order diffracted light LP1 are irradiated on the wafer W, and a light / dark pattern of interference fringes is formed by interference of these diffracted lights.
Hereinafter, the bright and dark patterns of the interference fringes will be described with reference to FIG.

図4は、0次回折光LP0と−1次回折光LP1の2本の回折光がウエハW上に形成する干渉縞の明暗分布を表わす断面図である。
上述の通り、0次回折光LP0は第2の回折格子G21へ照射される+1次回折光LPと平行な方向に発生するから、0次回折光LP0はウエハWの鉛直方向(法線方向)ZWに対して上述のθ0だけ傾いた入射角で照射される。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the light / dark distribution of interference fringes formed on the wafer W by the two diffracted lights of the 0th-order diffracted light LP0 and the −1st-order diffracted light LP1.
As described above, since the 0th-order diffracted light LP0 is generated in a direction parallel to the + 1st-order diffracted light LP irradiated to the second diffraction grating G21, the 0th-order diffracted light LP0 is relative to the vertical direction (normal direction) ZW of the wafer W. Thus, irradiation is performed at an incident angle inclined by the above-described θ0.

一方、−1次回折光LP1は、X方向の周期T2によりX方向に回折し、入射角θ1でウエハWに照射される。このとき、ウエハW上に形成される干渉縞IFの明暗パターンの周期(強度分布の周期)T3は、
(式2)
T3 = λ/(sinθ0+sinθ1)
となる。これは干渉縞IFの振幅分布の周期の半分に対応している。
On the other hand, the −1st order diffracted light LP1 is diffracted in the X direction by the period T2 in the X direction, and is irradiated onto the wafer W at the incident angle θ1. At this time, the period (intensity distribution period) T3 of the bright and dark pattern of the interference fringes IF formed on the wafer W is:
(Formula 2)
T3 = λ / (sin θ0 + sin θ1)
It becomes. This corresponds to half the period of the amplitude distribution of the interference fringe IF.

従って、ウエハW上には、その全面にX方向に周期T3を有するY方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハW上に形成されたフォトレジストPRには、この明暗パターンが照射され露光される。   Accordingly, a bright and dark pattern parallel to the Y direction having a period T3 in the X direction is formed on the entire surface of the wafer W. The light and dark pattern is irradiated and exposed on the photoresist PR formed on the wafer W.

一般に、干渉縞IFの如く2本の光線束により形成される干渉縞は、ウエハWがZ方向に位置変動しても、そのコントラストの低下が極めて少なく、すなわちいわゆる焦点深度の大きな明暗パターンとなる。   In general, an interference fringe formed by two light bundles such as the interference fringe IF has a very small decrease in contrast even when the wafer W is moved in the Z direction, that is, a light-dark pattern having a large depth of focus. .

しかしながら、0次回折光LP0の入射角θ0と、−1次回折光LP1の入射角θ1が等しく無い場合(法線方向VWに対して対称でない場合)には、ウエハWのZ方向位置ずれに応じて、干渉縞IFのX方向位置が変動してしまう。   However, when the incident angle θ0 of the 0th-order diffracted light LP0 is not equal to the incident angle θ1 of the −1st-order diffracted light LP1 (when it is not symmetrical with respect to the normal direction VW), it corresponds to the positional deviation of the wafer W in the Z direction. The position of the interference fringe IF in the X direction changes.

そこで、干渉縞IFのX方向位置を正確に制御したい場合には、ウエハWに照射する0次回折光LP0の入射角θ0と、−1次回折光LP1の入射角θ1が等しくなるようにするとよい。このような条件は、第1の回折格子G11,G12に対して照明光IL8が垂直に入射することを前提として、第1の回折格子G11,G12の周期T1が第2の回折格子G21の周期T2の概2倍であるときに実現される。そして、このときには、
(式3)
T2=T3
の関係を満たす。
Accordingly, when it is desired to accurately control the position of the interference fringe IF in the X direction, the incident angle θ0 of the 0th-order diffracted light LP0 irradiated on the wafer W and the incident angle θ1 of the −1st-order diffracted light LP1 are preferably made equal. Such conditions are based on the assumption that the illumination light IL8 is perpendicularly incident on the first diffraction gratings G11 and G12, and the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 is the period of the second diffraction grating G21. This is realized when it is approximately twice T2. And at this time,
(Formula 3)
T2 = T3
Satisfy the relationship.

なお、第1の回折格子G11,G12に及び第2の回折格子G21の双方には製造誤差等が含まれるのものであるから、両格子の周期が厳密に2倍であることは実際には期待できない。従って、上記の概2倍とは、
(式4)
T2×2×0.999 ≦ T1 ≦ T2×2×1.001
の条件を満たせば、概ね良いという意味である。上記条件を満たすことにより、ウエハWのZ方向の位置ずれが生じた場合であっても、ウエハWの所定の位置に、干渉縞IFの明暗パターンを照射することが可能となる。
Since both the first diffraction gratings G11 and G12 and the second diffraction grating G21 include manufacturing errors and the like, it is actually that the period of both gratings is strictly doubled. I can't expect it. Therefore, the above approximate double is
(Formula 4)
T2 × 2 × 0.999 ≦ T1 ≦ T2 × 2 × 1.001
This means that if the above condition is satisfied, it is generally good. By satisfying the above conditions, it is possible to irradiate the light and dark pattern of the interference fringe IF to a predetermined position of the wafer W even when the wafer W is displaced in the Z direction.

ここで、ウエハWのZ方向位置を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずしも、上記式4に示される条件を満たさなくても良い。
なお、上述の通り、照明光IL8は、第1の回折格子G11,G12に対して垂直に入射することが必要である。以下、この理由を、図5を用いて説明する。
Here, as long as the position of the wafer W in the Z direction can be strictly controlled to a predetermined position, it is not always necessary to satisfy the condition expressed by the above equation 4.
As described above, the illumination light IL8 needs to be incident on the first diffraction gratings G11 and G12 perpendicularly. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIG.

図5は、図3及び図4と同様に、第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2及びウエハWと、ウエハW上に形成された干渉縞IFa,IFbの断面を表わす図である。ここで第1の回折格子G11,G12の周期T1は、第2の回折格子G21の周期T2の2倍であるとする。   FIG. 5 shows the cross sections of the first light-transmitting flat plate P1, the second light-transmitting flat plate P2, the wafer W, and the interference fringes IFa and IFb formed on the wafer W, as in FIG. 3 and FIG. FIG. Here, it is assumed that the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 is twice the period T2 of the second diffraction grating G21.

図5中の左側に示した干渉縞IFaは、第1の回折格子G11,G12に対して垂直に入射する照明光IL8aに起因して形成される干渉縞を表わす。このときには、図3及び図4に示した場合と同様に、第1の回折格子G11,G12からは+1次回折光LPa及び−1次回折光LMaが対称に発生し、それが第2の回折格子G21に入射する。このうち+1次回折光LPaに着目すると、第2の回折格子G21により発生する0次回折光LPa0と−1次回折光LPa1は等しい入射角で(対称に傾斜して)ウエハWに入射する。   The interference fringe IFa shown on the left side in FIG. 5 represents an interference fringe formed due to the illumination light IL8a incident perpendicularly to the first diffraction gratings G11 and G12. At this time, as in the case shown in FIGS. 3 and 4, the + 1st order diffracted light LPa and the −1st order diffracted light LMa are generated symmetrically from the first diffraction gratings G11 and G12, which are generated by the second diffraction grating G21. Is incident on. When focusing on the + 1st order diffracted light LPa, the 0th order diffracted light LPa0 and the −1st order diffracted light LPa1 generated by the second diffraction grating G21 are incident on the wafer W at the same incident angle (inclined symmetrically).

従って、ウエハW上には、X方向に明暗の(強度の)周期T2を持つ干渉縞IFaが、所定の位置に形成される。そしてその明部のピークのX方向位置は、第2の回折格子G21の透過部の位置と正確に対応している。   Accordingly, an interference fringe IFa having a bright and dark (intensity) period T2 in the X direction is formed on the wafer W at a predetermined position. And the X direction position of the peak of the bright part corresponds exactly with the position of the transmission part of the second diffraction grating G21.

一方、図5中の右側に示した干渉縞IFbは、第1の回折格子G11,G12に対して角度φだけ傾いて入射する照明光IL8bに起因して形成される干渉縞を表わす。このときにも、第1の回折格子G11,G12からは+1次回折光LPb及び−1次回折光LMbが発生するが、その角度的な対称性は、照明光IL8bの入射角の傾斜に応じて崩れている。   On the other hand, the interference fringe IFb shown on the right side in FIG. 5 represents an interference fringe formed due to the illumination light IL8b that is incident on the first diffraction grating G11, G12 at an angle φ. Also at this time, the first diffraction gratings G11 and G12 generate the + 1st order diffracted light LPb and the −1st order diffracted light LMb. ing.

その結果、このうち+1次回折光LPbの照射により、第2の回折格子G21から発生する0次回折光LPb0と−1次回折光LPb1のウエハWへの入射角度の対称性も崩れる。
この場合でも、ウエハW上には、X方向に明暗の(強度の)周期T2を持つ干渉縞IFbが形成されるが、その明部のピークのX方向位置は、第2の回折格子G21の透過部の位置とは、ずれたものとなる。
As a result, the symmetry of the incident angles of the 0th-order diffracted light LPb0 and the -1st-order diffracted light LPb1 generated from the second diffraction grating G21 on the wafer W is broken by the irradiation of the + 1st-order diffracted light LPb.
Even in this case, an interference fringe IFb having a bright and dark (intensity) period T2 in the X direction is formed on the wafer W, but the X direction position of the peak of the bright part is that of the second diffraction grating G21. The position of the transmission part is shifted.

そのずれ量をδとすると、
(式5)
δ = D2×tanφ
の関係となる。
If the amount of deviation is δ,
(Formula 5)
δ = D2 × tanφ
It becomes the relationship.

このような干渉縞の位置ずれが、ウエハW上に形成される干渉縞の全体としての位置ずれであるならば、露光すべきウエハWの位置を所定量ずらして位置補正露光することで解決することは可能である。   If such an interference fringe misalignment is an overall misalignment of the interference fringes formed on the wafer W, the position correction exposure is performed by shifting the position of the wafer W to be exposed by a predetermined amount. It is possible.

しかしながら、このような位置ずれ量が、ウエハWの面内の各位置に応じて異なる量だけ発生する場合には、その問題を上記位置補正露光で解決することはできない。
従って、第1の回折格子G11,G12に、すなわち第1の透光性平板P1に照射する照明光IL8は、第1の透光性平板P1内の場所によらず第1の透光性平板P1に一定の入射角度で入射すること、すなわち平行光であることが好ましい。
However, when such a misregistration amount is generated by a different amount depending on each position in the surface of the wafer W, the problem cannot be solved by the position correction exposure.
Accordingly, the illumination light IL8 irradiating the first diffraction gratings G11 and G12, that is, the first translucent flat plate P1, is the first translucent flat plate regardless of the location in the first translucent flat plate P1. It is preferable to enter P1 at a constant incident angle, that is, parallel light.

また、上記全体としての位置ずれも解消するためには、照明光IL8が第1の透光性平板P1に垂直に入射することが好ましい。
ここで、例えばウエハW上に露光する干渉縞パターンの周期T3(=T2)が120nmである場合、すなわち一般に60nmラインアンドスペースと呼ばれるパターンである場合には、その位置ずれ許容値は、一般に線幅の1/4の15nm程度である。ここで、第2の回折格子G21とウエハWの表面の間隔D2を50μmとすると、照明光の垂直入射からのずれの許容値φ1は、
(式6)
φ1 = arctan(10/50000)=0.3[mrad]
となる。
Further, in order to eliminate the above-described position shift as a whole, it is preferable that the illumination light IL8 is incident on the first light-transmitting flat plate P1 perpendicularly.
Here, for example, when the period T3 (= T2) of the interference fringe pattern exposed on the wafer W is 120 nm, that is, when the pattern is generally called a 60 nm line and space, the positional deviation tolerance is generally a line. It is about 15 nm, which is a quarter of the width. Here, if the distance D2 between the second diffraction grating G21 and the surface of the wafer W is 50 μm, the allowable deviation φ1 from the vertical incidence of the illumination light is
(Formula 6)
φ1 = arctan (10/50000) = 0.3 [mrad]
It becomes.

従って、第1の透光性平板P1に入射する照明光IL8の平行度は、概ね±0.3[mrad]程度以下であることが好ましい。すなわち照明光IL8は、その収束または発散性が±0.3[mrad]程度以下であることが好ましい。最も、この条件は露光すべきパターンの周期T3及び第2の回折格子G21とウエハWの表面のD2により変動するものであることは言うまでもない。   Therefore, it is preferable that the parallelism of the illumination light IL8 incident on the first translucent flat plate P1 is about ± 0.3 [mrad] or less. That is, the illumination light IL8 preferably has a convergence or divergence of about ± 0.3 [mrad] or less. It goes without saying that this condition varies depending on the period T3 of the pattern to be exposed and the second diffraction grating G21 and D2 on the surface of the wafer W.

なお、以上の説明においては、第1の透光性平板P1とウエハWが、平行に配置されることを前提として、照明光IL8の入射角が、第1の透光性平板P1内の位置によらず一定であり、あるいはさらに垂直入射することが好ましいとしたが、実際には、照明光IL8の入射角等はウエハWの法線に対して平行であることが好ましい。   In the above description, on the assumption that the first light-transmitting flat plate P1 and the wafer W are arranged in parallel, the incident angle of the illumination light IL8 is a position within the first light-transmitting flat plate P1. However, in practice, the incident angle of the illumination light IL8 is preferably parallel to the normal line of the wafer W.

ところで、照明光IL8がこのように厳しい平行度を達成するためには、その平行度を調整可能とする平行度微調整機構が必要である。そこで、本発明の露光装置においては、コリメーターレンズ2,3,5,7及び照明系後群レンズ29,30,32,35のうちの一部のレンズを照明光IL1,IL2,IL7,IL8の進行方向に可動として、上記微調整を行なうものとしている。   Incidentally, in order for the illumination light IL8 to achieve such a strict parallelism, a parallelism fine adjustment mechanism capable of adjusting the parallelism is necessary. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, the illumination light IL1, IL2, IL7, IL8 is applied to some of the collimator lenses 2, 3, 5, 7 and the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, 35. The above-mentioned fine adjustment is performed so as to be movable in the traveling direction.

以下、図1中の照明系後群レンズ29,30,32,35に設けられた平行度微調整機構について説明する。照明系後群レンズのうち負レンズ30にはレンズ駆動機構31a,31bが取り付けられ、正レンズ32にはレンズ駆動機構33a,33bが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構31a,b、33a,bは、固定軸34a,34b上をZ方向に可動であり、これによりレンズ30及びレンズ32もそれぞれ独立してZ方向に可動である。   Hereinafter, the parallelism fine adjustment mechanism provided in the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 in FIG. 1 will be described. Among the illumination system rear group lenses, the lens drive mechanisms 31 a and 31 b are attached to the negative lens 30, and the lens drive mechanisms 33 a and 33 b are attached to the positive lens 32. These lens driving mechanisms 31a, b, 33a, b are movable in the Z direction on the fixed shafts 34a, 34b, whereby the lens 30 and the lens 32 are also independently movable in the Z direction.

これにより照明系後群レンズ29,30,32,35は、全体としていわゆるインナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。従って、製造誤差等により、照明光IL7の集光点28が所定の設計位置に無い場合等にも、集光点28からの照明光IL7を、正確に平行な照明光IL8に変換することが可能となる。   As a result, the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 constitute a so-called inner focus lens as a whole, and the focal length or focal position thereof is variable. Therefore, even when the condensing point 28 of the illumination light IL7 is not at a predetermined design position due to a manufacturing error or the like, the illumination light IL7 from the condensing point 28 can be accurately converted into the parallel illumination light IL8. It becomes possible.

図6は、レンズ30及びレンズ32の駆動による照明系後群レンズ29,30,32,35の全体としての焦点距離の変動により、照明光IL8が通り得る光路の外縁LEa,LEbが変動し、照明光IL8の第1の透光性平板P1への入射角が第1の透光性平板P1内位置に応じて変化することを表わす図である。   FIG. 6 shows that the outer edges LEa and LEb of the optical path through which the illumination light IL8 can pass vary due to the variation in the focal length of the illumination system rear group lenses 29, 30, 32 and 35 as a whole by driving the lens 30 and the lens 32. It is a figure showing that the incident angle to the 1st translucent flat plate P1 of illumination light IL8 changes according to the position in the 1st translucent flat plate P1.

図6(A)は、レンズ30及びレンズ32が適切なZ方向位置に設定されている場合を表わし、外縁LEa,LEbは第1の透光性平板P1に対して垂直であり、照明光IL8c,照明光IL8d,照明光IL8eは、第1の透光性平板P1内の場所によらず第1の透光性平板P1に垂直に入射する。   FIG. 6A shows a case where the lens 30 and the lens 32 are set at appropriate Z-direction positions, and the outer edges LEa and LEb are perpendicular to the first light-transmissive plate P1, and the illumination light IL8c. The illumination light IL8d and the illumination light IL8e are perpendicularly incident on the first translucent flat plate P1 regardless of the location in the first translucent flat plate P1.

一方、図6(B)は、レンズ30及びレンズ32を適切なZ方向位置からずらして配置した場合を表わし、外縁LEa1,LEb1で規定される照明光IL8が取り得る光路は全体として発散光路となる。このとき外縁LEa1,LEb1は、鉛直方向LEa,LEbからそれぞれψe傾いて(発散して)いる。この光路全体の発散に伴って、照明光IL8の第1の透光性平板P1への入射角も、その位置に応じて変化することとなる。   On the other hand, FIG. 6B shows a case where the lens 30 and the lens 32 are arranged so as to be shifted from appropriate Z-direction positions, and the light paths that can be taken by the illumination light IL8 defined by the outer edges LEa1 and LEb1 are the diverging light paths as a whole. Become. At this time, the outer edges LEa1 and LEb1 are inclined (diverged) by ψe from the vertical directions LEa and LEb, respectively. With the divergence of the entire optical path, the incident angle of the illumination light IL8 to the first translucent flat plate P1 also changes according to the position.

すなわち外縁LEa1に近い光路部分を通って照射される照明光IL8fは、やや外向きに傾斜して第1の透光性平板P1に入射することになる。そして傾斜角をψmとすると、照明光IL8fによってウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンの位置は、第2の透光性平板P2上の第2の回折格子G21の明暗の位置から、左に、ψmに概比例する量だけずれた位置に形成されることとなり位置誤差が生じる。その原理は図5に示したものと同じである。   That is, the illumination light IL8f irradiated through the optical path portion close to the outer edge LEa1 is inclined slightly outward and enters the first translucent flat plate P1. When the inclination angle is ψm, the position of the bright and dark pattern of the interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8f is from the bright and dark position of the second diffraction grating G21 on the second light transmitting flat plate P2. On the left, the position is shifted by an amount approximately proportional to ψm, and a position error occurs. The principle is the same as that shown in FIG.

一方、外縁LEb1に近い光路部分を通って照射される照明光IL8hがウエハW上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光IL8hの外向きの傾斜角ψmに概比例して、右にずれた位置に形成される。また、中心に近い光路部分を通って照射される照明光IL8gがウエハW上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光IL8hがほぼ垂直入射することから位置ずれは生じない。   On the other hand, the position of the bright and dark pattern of the interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8h irradiated through the optical path portion close to the outer edge LEb1 is approximately proportional to the outward inclination angle ψm of the illumination light IL8h. It is formed at a position shifted to Further, the position of the bright and dark pattern of the interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8g irradiated through the optical path portion close to the center is not displaced because the illumination light IL8h is substantially perpendicularly incident.

従って、ウエハWに露光される干渉縞パターンの、第2の回折格子G21の明暗パターンに対する大きさの関係は、外縁LEa1,LEb1で規定される光路が、全体として発散光路となっている場合には拡大されたものとなり、全体として収束光路となっている場合には縮小されたものとなり、いずれの場合にも倍率誤差が生じることとなる。   Therefore, the relationship of the size of the interference fringe pattern exposed on the wafer W with respect to the light and dark pattern of the second diffraction grating G21 is that the optical path defined by the outer edges LEa1 and LEb1 is a diverging optical path as a whole. Is enlarged, and when it is a convergent optical path as a whole, it is reduced, and in either case, a magnification error occurs.

本発明の露光装置においては、レンズ30及びレンズ32を適切なZ方向位置に設定することにより、外縁LEa,LEbで規定される照明光IL8の取り得る光路を常に平行光路とすることができるため、このような倍率誤差の発生を防止することができる。   In the exposure apparatus of the present invention, by setting the lens 30 and the lens 32 to appropriate Z-direction positions, the optical path that can be taken by the illumination light IL8 defined by the outer edges LEa and LEb can always be a parallel optical path. Thus, occurrence of such a magnification error can be prevented.

なお、本発明の露光装置では、以前の製造工程における熱変形等により露光すべきウエハWに想定外の伸縮が発生していた場合に、レンズ30及びレンズ32の位置を調整して上記外縁LEa1,LEb1で規定される照明光路を、全体として発散光路または収束光路とすることにより、ウエハW上に形成される干渉縞の周期T3を拡大または収束して、上記ウエハWの伸縮を補正して露光することもできる。   In the exposure apparatus of the present invention, when an unexpected expansion or contraction occurs in the wafer W to be exposed due to thermal deformation or the like in the previous manufacturing process, the positions of the lens 30 and the lens 32 are adjusted to adjust the outer edge LEa1. , LEb1 is used as a diverging optical path or a converging optical path as a whole, thereby expanding or converging the period T3 of the interference fringes formed on the wafer W to correct the expansion and contraction of the wafer W. It can also be exposed.

次に、図1中のコリメーターレンズ2,3,5,7に設けられた平行度微調整機構について説明する。コリメーターレンズ中の負レンズ5にはレンズ駆動機構6が取り付けられ、正レンズ7にはレンズ駆動機構8が取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構7,8は、固定軸9上をX方向に可動であり、これによりレンズ5及びレンズ7もそれぞれ独立してX方向に可動である。   Next, the parallelism fine adjustment mechanism provided in the collimator lenses 2, 3, 5, and 7 in FIG. 1 will be described. A lens driving mechanism 6 is attached to the negative lens 5 in the collimator lens, and a lens driving mechanism 8 is attached to the positive lens 7. These lens driving mechanisms 7 and 8 are movable in the X direction on the fixed shaft 9, whereby the lens 5 and the lens 7 are also independently movable in the X direction.

これによりコリメーターレンズの後群を構成するレンズ5,7は、全体としていわゆるインナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。従って、光源1の変動や照明光学系2〜35の製造誤差等により、照明光IL8が平行光線束にならない場合であっても、レンズ駆動機構7,8の駆動により照明光IL8を完全な平行光に変換することが可能となる。   As a result, the lenses 5 and 7 constituting the rear group of the collimator lens constitute a so-called inner focus lens as a whole, and the focal length or focal position thereof is variable. Therefore, even if the illumination light IL8 does not become a parallel light beam due to fluctuations in the light source 1, manufacturing errors of the illumination optical systems 2 to 35, etc., the illumination light IL8 is perfectly parallel by driving the lens driving mechanisms 7 and 8. It can be converted into light.

よって、図7に示す通り、レンズ駆動機構7,8の駆動により、照明光IL8の平行度の状態(収束または発散)を変化させることができる。第1の透光性平板P1への照明光は、図7に中央に示す照明光IL8jの如く平行光線束であることが望ましい。従って、照明光が図7中の左側に示す照明光IL8iの如き収束光束となっている場合や、照明光が図7中の右側に示す照明光IL8iの如き発散光束となっている場合には、レンズ駆動機構7,8の駆動により、所望の平行光線束とすることが望ましい。   Therefore, as shown in FIG. 7, the state of the parallelism (convergence or divergence) of the illumination light IL8 can be changed by driving the lens driving mechanisms 7 and 8. The illumination light to the first translucent flat plate P1 is preferably a parallel light beam like the illumination light IL8j shown at the center in FIG. Accordingly, when the illumination light is a convergent light beam such as the illumination light IL8i shown on the left side in FIG. 7, or when the illumination light is a divergent light beam such as the illumination light IL8i shown on the right side in FIG. Desirably, the lens driving mechanisms 7 and 8 are driven to obtain a desired parallel light beam.

以上の説明において、照明光の収束性及び発散性に関する課題とその解決策を述べた。
しかし、本発明に於いては、第1の透光性平板P1の1点を照明する照明光の入射角度に所定の幅(角度範囲)が存在する場合にも、その角度範囲がウエハW上に形成される干渉縞のコントラスト低下の原因となりうる。
In the above description, the problem and solution regarding the convergence and divergence of the illumination light have been described.
However, in the present invention, even when a predetermined width (angle range) exists in the incident angle of the illumination light that illuminates one point of the first translucent flat plate P1, the angle range is on the wafer W. May cause a decrease in contrast of interference fringes.

ここで、照明光の入射角度の角度範囲とは、すなわち照明光の開口数を意味する。例えば光源1等の空間的コヒーレンスが低い場合には、照明光学系中の集光点4,28での照明光の集光度が弱く、集光点が広がって形成されることになる。これは、第1の透光性平板P1に照射される照明光線束の開口数の増大を意味する。   Here, the angle range of the incident angle of illumination light means the numerical aperture of illumination light. For example, when the spatial coherence of the light source 1 or the like is low, the concentration of the illumination light at the condensing points 4 and 28 in the illumination optical system is weak, and the condensing points are widened. This means an increase in the numerical aperture of the illumination light beam irradiated to the first light-transmissive plate P1.

本発明においては、照明光の入射角度のズレはウエハW上の干渉縞の位置ずれを生じさせるものであるから、照明光の入射角度範囲の存在は、ウエハW上の干渉縞を相互に位置ずれを生じさせて加算する行為に等しく、干渉縞のコントラストを減殺するものとなる。   In the present invention, the deviation of the incident angle of the illumination light causes a displacement of the interference fringes on the wafer W. Therefore, the presence of the incident angle range of the illumination light positions the interference fringes on the wafer W relative to each other. This is equivalent to the act of adding and causing a shift, and reduces the contrast of interference fringes.

そこで、照明光の開口数に相当する入射角度範囲についても、上記と同様の考察から±0.3[mrad]程度以下であることが望ましい。すなわち照明光学系の照明光開口数(NA)を0.0003以下とすることが望ましい。このような低NAの照明光は、空間的コヒーレンスの高いレーザ光源の採用や、集光点4,28に照明光線束を機械的に制限する絞りを設けることで実現できる。   Therefore, the incident angle range corresponding to the numerical aperture of the illumination light is desirably about ± 0.3 [mrad] or less from the same consideration as described above. That is, it is desirable that the illumination light numerical aperture (NA) of the illumination optical system is 0.0003 or less. Such low NA illumination light can be realized by using a laser light source with high spatial coherence or by providing a stop for mechanically restricting the illumination beam bundle at the condensing points 4 and 28.

ここで、本発明における上記の第2の回折格子G21とウエハWの表面の間隔D2の最適値について説明する。上述の通り、照明光IL8の傾斜に際してのウエハW上での干渉縞パターンの位置ずれは、間隔D2に比例して発生するから、単純に検討するなら間隔D2は短ければ短いほど良い。それにより、照明光の傾斜に関する規格を緩めることができるためである。   Here, the optimum value of the distance D2 between the second diffraction grating G21 and the surface of the wafer W in the present invention will be described. As described above, the displacement of the interference fringe pattern on the wafer W when the illumination light IL8 is tilted is generated in proportion to the interval D2. Therefore, the shorter the interval D2, the better. This is because it is possible to relax the standard regarding the inclination of the illumination light.

しかしながら、間隔D2をあまりに短くすると、第2の回折格子G21とウエハWの接触が発生し、それらの損傷を生じることとなる。そこで、接触回避のためには間隔D2はこの数値は、ウエハWの平面度や第2の回折格子G21を形成する第2の透光性平板P2の平面度を考慮して、最低限1μm以上は確保すべきである。   However, if the distance D2 is too short, contact between the second diffraction grating G21 and the wafer W occurs, resulting in damage to them. Therefore, in order to avoid contact, the distance D2 is a minimum value of 1 μm or more in consideration of the flatness of the wafer W and the flatness of the second translucent flat plate P2 forming the second diffraction grating G21. Should be secured.

また、上記接触を確実に防止するために、間隔D2は5μm以上であることが望ましい。
一方、間隔D2をあまりに長距離化すると、照明光の傾斜等に関する規格が厳しくなるのも勿論だが、ウエハW1上の1点に集光する複数の回折光が第2の回折格子G21を発する位置の間隔も増大し、これらの複数の回折光間の空間的コヒーレンスに起因する可干渉性が低下してしまうという問題も生じるため、間隔D2は500μm以下に設定することが望ましい。
Moreover, in order to prevent the said contact reliably, it is desirable for the space | interval D2 to be 5 micrometers or more.
On the other hand, if the distance D2 is too long, the standard regarding the inclination of the illumination light becomes stricter, but the position where a plurality of diffracted lights condensed at one point on the wafer W1 emit the second diffraction grating G21. And the coherence due to the spatial coherence between the plurality of diffracted lights is reduced. Therefore, the distance D2 is desirably set to 500 μm or less.

また、間隔D2が短ければ照明光の傾斜等に関する規格を緩和でき、その分だけ製造装置を安価に提供できるため、間隔D2は100μm以下に設定することが、さらに望ましい。   Further, if the distance D2 is short, the standard regarding the inclination of the illumination light and the like can be relaxed, and the manufacturing apparatus can be provided at a lower cost. Therefore, it is more desirable to set the distance D2 to 100 μm or less.

なお、本発明においては、第2の回折格子G21とウエハWを近接して対向して配置するので、両構成部材の表面間での照明光の多重干渉が生じ得る。そして、これはウエハW上に形成する干渉縞の明暗分布に悪影響を与えることになる。   In the present invention, since the second diffraction grating G21 and the wafer W are arranged close to each other and face each other, multiple interference of illumination light between the surfaces of both components can occur. This adversely affects the brightness distribution of interference fringes formed on the wafer W.

そこで、本発明においては、光源1からの照明光IL1〜IL8として、その時間的な可干渉距離(光の進行方向についての可干渉距離)が、間隔D2の2倍程度以上である光を使用することが好ましい。光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をλ、その光の波長分布における波長半値幅をΔλとしたとき、概ねλ2/Δλで表わされる距離である。従って、露光波長λがArFレーザからの193nmの場合には、その波長半値幅Δλが370pm以上程度である照明光IL1〜IL8を使用することが望ましい。Therefore, in the present invention, as the illumination lights IL1 to IL8 from the light source 1, light whose temporal coherence distance (coherence distance in the light traveling direction) is about twice or more the interval D2 is used. It is preferable to do. The temporal coherence distance of light is a distance approximately represented by λ 2 / Δλ, where λ is the wavelength of the light and Δλ is the half-value width in the wavelength distribution of the light. Therefore, when the exposure wavelength λ is 193 nm from the ArF laser, it is desirable to use the illumination light IL1 to IL8 whose wavelength half width Δλ is about 370 pm or more.

なお、上述の如く1次元的な周期を有する干渉縞IFを形成する場合、その形成に用いる照明光IL8は、その偏光方向(電場方向)が干渉縞IFの長手方向(周期方向に直交する方向)に平行、すなわち周期方向に直交する方向に直線偏光光であることが好ましい。この場合に、干渉縞IFのコントラストを最高にすることができるからである。   When the interference fringe IF having a one-dimensional period is formed as described above, the illumination light IL8 used for the formation has a polarization direction (electric field direction) in the longitudinal direction of the interference fringe IF (a direction perpendicular to the period direction). ), That is, linearly polarized light in a direction perpendicular to the periodic direction. This is because the contrast of the interference fringe IF can be maximized in this case.

なお、照明光IL8は、上記の如く完全な直線偏光光でなくとも、干渉縞IFの長手方向(Y方向)の電場成分が、周期方向(X方向の)の電場成分よりも大きな照明光であれば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。   Even if the illumination light IL8 is not completely linearly polarized light as described above, the electric field component in the longitudinal direction (Y direction) of the interference fringe IF is larger than the electric field component in the periodic direction (X direction). If present, the above-described contrast improvement effect can be obtained.

また、干渉縞IFの周期方向とは、すなわち第2の回折格子G21の周期T2の方向と一致するものであるから、照明光IL8の好ましい偏光状態とは、要するに第2の回折格子G21の周期T2の方向に直交する方向(Y方向)の電場成分が、周期T2の方向(X方向)の電場成分よりも大きな照明光であれば良い。   Further, since the periodic direction of the interference fringe IF coincides with the direction of the period T2 of the second diffraction grating G21, the preferable polarization state of the illumination light IL8 is basically the period of the second diffraction grating G21. It is only necessary that the electric field component in the direction orthogonal to the direction of T2 (Y direction) is larger than the electric field component in the direction of period T2 (X direction).

照明光IL8のこのような偏光特性は、照明光学系中に設けた光制御素子10により実現される。光制御素子10は、例えば照明光IL2,IL3の進行方向を回転軸として回転可能に設けられた偏光フィルター(ポラロイド板)や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光IL3の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。   Such polarization characteristics of the illumination light IL8 are realized by the light control element 10 provided in the illumination optical system. The light control element 10 is, for example, a polarization filter (polaroid plate) or a polarization beam splitter that is rotatably provided with the traveling direction of the illumination lights IL2 and IL3 as a rotation axis, and the rotation direction changes the polarization direction of the illumination light IL3 to a predetermined value. Linearly polarized light can be used.

光源1がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光IL1を放射する光源である場合には、光制御素子10として、同じく回転可能に設けられた1/2波長板を用いることもできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた2枚の1/4波長板を採用することもできる。この場合には、照明光IL2〜8の偏光状態を、概ね直線偏光光とするのみでなく、円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。   In the case where the light source 1 is a light source that emits illumination light IL1 polarized in substantially linearly polarized light, such as a laser, a half-wave plate that is also rotatably provided can be used as the light control element 10. It is also possible to employ two quarter-wave plates provided in series so as to be independently rotatable. In this case, the polarization state of the illumination lights IL2 to IL8 can be not only linearly polarized light but also circularly polarized light and elliptically polarized light.

ところで、第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21との間隔D1は、ウエハW上に形成される干渉縞IFの位置ずれ等に影響を与えるものではないので、上記間隔D2のように近接して配置する必要は無い。   By the way, the distance D1 between the first diffraction grating G11, G12 and the second diffraction grating G21 does not affect the positional deviation or the like of the interference fringe IF formed on the wafer W. There is no need to arrange them as close as possible.

ただし、間隔D1があまり長いと、第1の回折格子G11,G12から発生する±1次回折光LP,LMを、第2の回折格子G21上の必要な箇所の全部に照射するために、より大きな第1の回折格子G11,G12が必要となる。従って、間隔D1は、例えば100mm程度以下に設定することが、第1の回折格子G11,G12に必要な大きさが縮小可能となる点で好ましい。   However, if the distance D1 is too long, the ± first-order diffracted lights LP and LM generated from the first diffraction gratings G11 and G12 are irradiated to all necessary portions on the second diffraction grating G21. The first diffraction gratings G11 and G12 are required. Therefore, it is preferable that the distance D1 is set to about 100 mm or less, for example, because the size required for the first diffraction gratings G11 and G12 can be reduced.

一方、間隔D1があまりに狭いと、第1の回折格子G11,G12から発生する±1次回折光LP,LMが、第2の回折格子G21上で相互に干渉して不要な干渉縞を形成し、最終的にはウエハW上においても、不要な干渉縞(明暗ムラ)を形成する恐れが生じる恐れがある。   On the other hand, if the distance D1 is too narrow, the ± first-order diffracted lights LP and LM generated from the first diffraction gratings G11 and G12 interfere with each other on the second diffraction grating G21 to form unnecessary interference fringes, Eventually, even on the wafer W, there is a possibility that unnecessary interference fringes (brightness / darkness unevenness) may be formed.

このような不要な明暗ムラの発生は、第1の回折格子G11,G12の任意の1点から生じた±1次回折光LP,LMを、第2の回折格子G21上で、照明光IL8の空間的な可干渉距離よりも十分に離れた位置、一例として上記可干渉距離の4倍程度離れた位置に照射することで防止することができる。   Such unnecessary brightness / darkness unevenness is caused by the ± first-order diffracted light LP, LM generated from any one point of the first diffraction gratings G11, G12 on the second diffraction grating G21 in the space of the illumination light IL8. This can be prevented by irradiating a position sufficiently away from a typical coherence distance, for example, a position about four times the coherence distance.

ここで、照明光IL8の空間的な可干渉距離は、照明光IL8の開口数NAと波長λにより、一般的にλ/NAで表わされる距離である。照明光IL8の波長を193nm,開口数NAを上述の0.0003とすると、可干渉距離距離は643μmであり、その4倍は2536μmとなる。従って、この場合、上記±1次回折光LP,LMの、第2の回折格子G21への照射位置を、2536μm程度以上離すことにより、上記不要な明暗ムラの発生を防止できる。   Here, the spatial coherence distance of the illumination light IL8 is a distance generally represented by λ / NA by the numerical aperture NA and the wavelength λ of the illumination light IL8. When the wavelength of the illumination light IL8 is 193 nm and the numerical aperture NA is 0.0003 as described above, the coherence distance is 643 μm, four times of 2536 μm. Therefore, in this case, the occurrence of the unnecessary brightness unevenness can be prevented by separating the irradiation positions of the ± 1st-order diffracted lights LP and LM on the second diffraction grating G21 by about 2536 μm or more.

ここで、第1の回折格子G11,G12の周期T1を240nmとすると、±1次回折光LP,LMの回折角θ0は、式1から53度と求まる。この回折角で対称に発生する2本の光線束が、第2の回折格子G21上で2536μm以上離れた位置に照射されるには、間隔D1は948μm以上であることが必要である。   Here, assuming that the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 is 240 nm, the diffraction angle θ0 of the ± first-order diffracted light LP and LM is obtained as 53 degrees from Equation 1. In order for the two light fluxes generated symmetrically at this diffraction angle to be irradiated on the second diffraction grating G21 at positions separated by 2536 μm or more, the distance D1 needs to be 948 μm or more.

従って、間隔D1は1mm程度以上であることが好ましい。
なお、第1の回折格子G11,G12は、±1次回折光LP,LMを所定の方向に発生させ、それを第2の回折格子G21上に照射するためのものであり、第2の回折格子G21上の所定の位置に±1次回折光LP,LMによる干渉縞を形成することを目的とするものではない。
Therefore, the distance D1 is preferably about 1 mm or more.
The first diffraction gratings G11 and G12 are for generating ± first-order diffracted light LP and LM in a predetermined direction and irradiating them on the second diffraction grating G21. It is not intended to form interference fringes by ± first-order diffracted lights LP and LM at predetermined positions on G21.

従って、第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21との、XY方向の位置関係は、周期T1及びT2のオーダで(数10nmのオーダで)厳密に位置整合される必要は無い。ただし、第2の回折格子G21のうちウエハWに対向する所定の領域には、第1の回折格子G11,G12から発した±1次回折光LP,LMが照射される必要があるので、第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21とは、XY方向に例えば数mm程度の位置関係をもって整合して配置される必要がある。   Therefore, the positional relationship in the XY direction between the first diffraction gratings G11 and G12 and the second diffraction grating G21 does not need to be strictly aligned in the order of the periods T1 and T2 (in the order of several tens of nm). . However, since a predetermined region of the second diffraction grating G21 facing the wafer W needs to be irradiated with ± first-order diffracted light LP and LM emitted from the first diffraction gratings G11 and G12, The diffraction gratings G11, G12 and the second diffraction grating G21 need to be arranged in alignment in the XY direction with a positional relationship of, for example, several millimeters.

また、第1の回折格子G11,G12の周期T1の方向も、第2の回折格子G21の周期T2の方向(X方向)と一致していなくても良い。ただし、この場合には、ウエハWのZ方向位置の変動に伴う干渉縞IFの明暗パターンの移動等を防止するために、周期T1に代わり、第1の回折格子G11,G12の周期T1をZX面内に投影した長さが、式4の条件を満たすことが望ましい。   In addition, the direction of the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 may not coincide with the direction (X direction) of the period T2 of the second diffraction grating G21. In this case, however, the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 is set to ZX in place of the period T1 in order to prevent the movement of the light and dark pattern of the interference fringe IF accompanying the change in the Z-direction position of the wafer W. It is desirable that the length projected in the plane satisfies the condition of Equation 4.

ところで、本発明の露光装置においてウエハW上に露光可能なパターンは、上記の1次元の干渉縞パターンに限定されるわけではない。そこで、次に本発明の露光装置により2次元のパターンを露光する方法について図9,及び図10を用いて説明する。   By the way, the pattern that can be exposed on the wafer W in the exposure apparatus of the present invention is not limited to the one-dimensional interference fringe pattern. Next, a method for exposing a two-dimensional pattern by the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

図9(A)は、図8(A)と同様に、第1の透光性平板P1aの平面図を表わすが、その表面に形成された第1の回折格子G13,G14は、X方向に周期T11、Y方向に周期T12の2次元的な周期を有している。なお、そのZ方向の構造は図8(A)に示した第1の透光性平板P1と同様であり、基板表面部G14に対して、X方向の幅が0.71×T11、Y方向の幅が0.71×T12の掘り込み部G13が形成され、位相変調型の回折格子を構成している。   FIG. 9A shows a plan view of the first translucent flat plate P1a, as in FIG. 8A, but the first diffraction gratings G13 and G14 formed on the surface thereof are arranged in the X direction. The period T11 has a two-dimensional period T12 in the Y direction. The structure in the Z direction is the same as that of the first light-transmitting flat plate P1 shown in FIG. 8A, and the width in the X direction is 0.71 × T11 with respect to the substrate surface portion G14. A digging portion G13 having a width of 0.71 × T12 is formed to constitute a phase modulation type diffraction grating.

図10(A)に、このような2次元的な周期を有する回折格子G13,G14から発生する回折光の回折角度分布を示す。ここで、FX軸とは、発生する回折光の直進方向(−Z軸方向)からの+X方向への回折角のsin(正弦)を表わし、FY軸とは、発生する回折光の直進方向からの+Y方向への回折角のsinを表わす。   FIG. 10A shows the diffraction angle distribution of the diffracted light generated from the diffraction gratings G13 and G14 having such a two-dimensional period. Here, the FX axis represents the sin (sine) of the diffraction angle from the straight direction (−Z axis direction) of the generated diffracted light to the + X direction, and the FY axis is from the straight direction of the generated diffracted light. Represents the sin of the diffraction angle in the + Y direction.

回折格子G13,G14に+Z方方向から平行な照明光が照射されると、FX=±λ/T11,FY=±λ/T12で表示される4方向に、1次回折光LPP,LMP,LMM,LPMが発生する。なお、基板表面部G14と掘り込み部G13の面積がほぼ等しく、両部の透過光の位相差が180度であることから、原点Oの方向に発生すべき0次回折光は消失する。また、周期T11及び周期T12が、照明光の実効波長λの2倍より短い場合には、2次以上の高次の回折光は発生し得ない。   When parallel illumination light is irradiated on the diffraction gratings G13 and G14 from the + Z direction, the first-order diffracted light LPP, LMP, LMM, and the like are displayed in four directions indicated by FX = ± λ / T11 and FY = ± λ / T12. LPM occurs. In addition, since the areas of the substrate surface portion G14 and the digging portion G13 are substantially equal and the phase difference between transmitted light in both portions is 180 degrees, the 0th-order diffracted light that should be generated in the direction of the origin O disappears. Further, when the period T11 and the period T12 are shorter than twice the effective wavelength λ of the illumination light, second-order or higher-order diffracted light cannot be generated.

これらの4本の回折光は、FX軸及びFY軸に対称であることから、以下回折光LPPによりウエハW上に形成される干渉縞についてのみ説明をする。
回折光LPPは、図9(B)に示す第2の透光性平板P2aに入射する。図9(B)は、図8(B)と同様に、第2の透光性平板P2aの平面図を表わすが、その裏面に形成された第2の回折格子G22は、X方向に周期T21、Y方向に周期T22の2次元的な周期を有している。第2の回折格子G22を構成する材料は、図8(B)に示す例で説明したのと同様である。
Since these four diffracted lights are symmetric with respect to the FX axis and the FY axis, only the interference fringes formed on the wafer W by the diffracted light LPP will be described below.
The diffracted light LPP is incident on the second translucent flat plate P2a shown in FIG. FIG. 9B shows a plan view of the second light-transmitting flat plate P2a, as in FIG. 8B, but the second diffraction grating G22 formed on the back surface thereof has a period T21 in the X direction. , Has a two-dimensional period T22 in the Y direction. The material constituting the second diffraction grating G22 is the same as that described in the example shown in FIG.

図9(B)に示す通り、回折光LPPの照射により第2の透光性平板P2aからは0次回折光K00、X方向の−1次回折光KM0、Y方向の−1次回折光K0M、そしてX方向に−1次でY方向に−1次の回折光KMMの4本の回折光が発生し、これらがウエハW上に照射される。   As shown in FIG. 9B, the second translucent flat plate P2a is irradiated with the diffracted light LPP from the 0th order diffracted light K00, the X direction −1st order diffracted light KM0, the Y direction −1st order diffracted light K0M, and X Four diffracted lights of -1st order diffracted light KMM in the direction and -1st order diffracted light KMM in the Y direction are generated, and these are irradiated onto the wafer W.

ウエハW上には、これらの4本の回折光K00,KM0,K0M,KMMによる干渉縞の明暗分布が形成されるが、その形状は、所定の閾値の下において、第2の回折格子G22の明暗分布と概ね等しくなる。従って、ウエハW上のフォトレジストに第2の回折格子G22に概等価な2次元の明暗パターンを露光し転写することが可能となる。   On the wafer W, a light / dark distribution of interference fringes is formed by the four diffracted lights K00, KM0, K0M, and KMM. The shape of the second diffraction grating G22 is below a predetermined threshold. It becomes almost equal to the light-dark distribution. Accordingly, it is possible to expose and transfer a two-dimensional light / dark pattern substantially equivalent to the second diffraction grating G22 onto the photoresist on the wafer W.

また、このときも、
(式7)
T21×2×0.999 ≦ T11 ≦ T21×2×1.001
(式8)
T22×2×0.999 ≦ T12 ≦ T22×2×1.001
の関係を満たす場合には、これらの4本の回折光K00,KM0,K0M,KMMは、ウエハWに対して等しい入射角をもって照射されることとなり、ウエハWのZ方向位置が変動しても、その上に形成される干渉縞の明暗分布の位置を不変とすることができる。
Also at this time,
(Formula 7)
T21 × 2 × 0.999 ≦ T11 ≦ T21 × 2 × 1.001
(Formula 8)
T22 × 2 × 0.999 ≦ T12 ≦ T22 × 2 × 1.001
When these relationships are satisfied, these four diffracted lights K00, KM0, K0M, and KMM are irradiated with the same incident angle with respect to the wafer W, and even if the position of the wafer W in the Z direction varies. The position of the light and dark distribution of the interference fringes formed thereon can be made unchanged.

なお、2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、ウエハWのZ方向位置を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずしも、上記式7及び式8に示される条件を満たさなくても良い。   It should be noted that even when exposing a pattern having a two-dimensional cycle, if the position of the wafer W in the Z direction can be strictly controlled to a predetermined position, the conditions shown in Expressions 7 and 8 above are not necessarily satisfied. Also good.

また、2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、上述の照明光IL8の平行度や入射角の垂直性および開口数の条件、第2の回折格子とウエハWとの間隔D2及びXY位置の整合性、回転関係の整合性等の条件、並びに第1の回折格子と第2の回折格子の間隔D1の条件等は、上述の1次元的な周期からなるパターンを露光する場合と同様である。   In the exposure of a pattern having a two-dimensional period, the above-described conditions of the parallelism of the illumination light IL8, the perpendicularity of the incident angle and the numerical aperture, the distance D2 between the second diffraction grating and the wafer W, and the XY position And the like, and the conditions of the distance D1 between the first diffraction grating and the second diffraction grating are the same as in the case of exposing the pattern having the one-dimensional period described above. is there.

なお、2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、照明光IL8の偏光状態により干渉縞の明暗パターンのコントラストが変化する。なお、微細な周期を有するパターン程、フォトレジスト等の解像に際し、高コントラストの明暗パターンが要求される。そこで、2次元的な周期を有するパターンでは、その周期のうち極小となる周期の方向についての干渉縞の明暗パターンのコントラストを増大させるべく、照明光IL8の偏光状態を設定することが好ましい。   In the exposure of the pattern having a two-dimensional period, the contrast of the bright and dark pattern of the interference fringes changes depending on the polarization state of the illumination light IL8. Note that a pattern having a fine period requires a high-contrast light / dark pattern when resolving a photoresist or the like. Therefore, in a pattern having a two-dimensional period, it is preferable to set the polarization state of the illumination light IL8 so as to increase the contrast of the bright and dark pattern of interference fringes in the direction of the minimum period among the periods.

なお、2次元的な周期性を有するパターンの場合にも、上述の1次元的な周期性を有するパターンの場合と同様に、干渉縞の周期の方向は第2の回折格子の周期の方向と一致する。従って、照明光IL8として、第2の回折格子において周期が極小となる第1の方向に直交する方向の電場成分が、その第1の方向の電場成分よりも大きい照明光を用いることが好ましい。   In the case of a pattern having a two-dimensional periodicity, the direction of the period of the interference fringes is the same as the direction of the period of the second diffraction grating, as in the case of the pattern having the one-dimensional periodicity described above. Match. Therefore, as the illumination light IL8, it is preferable to use illumination light in which the electric field component in the direction orthogonal to the first direction having the minimum period in the second diffraction grating is larger than the electric field component in the first direction.

ただし、パターンの種類や使用目的によっては、明暗パターンのコントラストよりを向上するよりも、形状の忠実度が重要となる場合もある。その場合には、照明光IL8として、第2の回折格子において周期が極小となる第1の方向に直交する方向の電場成分と、その第1の方向の電場成分が、±20%程度の範囲内でほぼ等しい照明光を用いることが好ましい。このような偏光状態は、例えば上述の偏光制御素子10として、直列に配置されそれぞれ回転可能な2枚の1/4波長板を使用することで実現できる。   However, depending on the type of pattern and the purpose of use, shape fidelity may be more important than improving the contrast of light and dark patterns. In that case, as the illumination light IL8, the electric field component in the direction orthogonal to the first direction having the minimum period in the second diffraction grating and the electric field component in the first direction are in a range of about ± 20%. It is preferable to use substantially the same illumination light. Such a polarization state can be realized, for example, by using two quarter wavelength plates that are arranged in series and are rotatable as the polarization control element 10 described above.

次に、図11を用いて、本発明の露光装置におけるY可動ミラー12、X可動ミラー14の作用について説明する。
上述の通り、本発明の露光装置では、照明光のNA(開口数)が、0.0003程度以下であることが必要である。本発明の露光装置が露光すべきパターンは、例えば線幅が50nm程度のパターンであり、露光領域内の照明光の強度(積算強度)の高度の均一性が要求される。
Next, the operation of the Y movable mirror 12 and the X movable mirror 14 in the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
As described above, in the exposure apparatus of the present invention, the NA (numerical aperture) of illumination light needs to be about 0.0003 or less. The pattern to be exposed by the exposure apparatus of the present invention is, for example, a pattern having a line width of about 50 nm, and requires a high degree of uniformity of the intensity (integrated intensity) of illumination light in the exposure region.

通常の投影露光装置等では、露光領域内の照明光の強度の均一化手段として、フライアイレンズやロッドが使用されるが、これらの手段は照明光の開口数のある程度の増大を前提として、実効的な2次光源の形状を拡大し平均化効果により被照射領域上の照明光強度の均一化を図るものである。従って、このような均一化手段は、極小NAの照明光を必要とする本発明には適用困難である。その結果、本発明においては、第1の透光性平板P1上に照射される照明光IL8の照明光量分布自体が、ある程度不均一であることは回避困難である。   In a normal projection exposure apparatus or the like, a fly-eye lens or a rod is used as a means for equalizing the intensity of illumination light in the exposure area. These means are based on the assumption that the numerical aperture of the illumination light is increased to some extent. The shape of the effective secondary light source is enlarged, and the illumination light intensity on the irradiated region is made uniform by the averaging effect. Therefore, such a uniformizing means is difficult to apply to the present invention that requires illumination light with a minimum NA. As a result, in the present invention, it is difficult to avoid that the illumination light amount distribution itself of the illumination light IL8 irradiated on the first light-transmitting flat plate P1 is uneven to some extent.

そこで、本発明に於いては、ウエハWへの露光動作に際し、照明光IL8を第1の透光性平板P1上で走査し、当該走査による平均化により、照明光IL8による積算強度分布を平均化する方法を採用する。   Therefore, in the present invention, during the exposure operation on the wafer W, the illumination light IL8 is scanned on the first light-transmissive plate P1, and the integrated intensity distribution by the illumination light IL8 is averaged by averaging by the scanning. Adopt the method

図11は、その具体例を表わす図であり、等高線で示される強度分布を有する照明光IL8の中心位置IL80は、ある時点において第1の透光性平板P1上の所定の位置に照射されている。この照明光IL8の強度分布は、その後、経路SP1に沿って第1の透光性平板P1上を反復走査する。また、上記ある時間以前にも、経路SP0に沿って第1の透光性平板P1上を反復走査している。   FIG. 11 is a diagram showing a specific example thereof. A central position IL80 of the illumination light IL8 having an intensity distribution indicated by contour lines is irradiated to a predetermined position on the first translucent flat plate P1 at a certain time. Yes. Thereafter, the intensity distribution of the illumination light IL8 is repeatedly scanned on the first translucent flat plate P1 along the path SP1. Further, before the certain time, the first translucent flat plate P1 is repeatedly scanned along the path SP0.

このような照明光IL8の強度分布と第1の透光性平板P1との相対走査は、露光動作中にY可動ミラー12及びX可動ミラー14を移動させることにより照明光IL8の中心位置IL80を反復移動することにより行なうことができる。   The relative scanning between the intensity distribution of the illumination light IL8 and the first light-transmitting flat plate P1 is performed by moving the Y movable mirror 12 and the X movable mirror 14 during the exposure operation to change the center position IL80 of the illumination light IL8. This can be done by repeatedly moving.

なお、照明光IL8の積算強度分布は、第1の透光性平板P1上の全面に亘って均一化される必要は無い。すなわち、第1の透光性平板P1上であって第1の回折格子G11,G12が形成された領域であって、その第1の回折格子G11,G12により発生する回折光が最終的にウエハWに到達する領域において、照明光IL8の積算強度分布が均一化されていればよい。当該領域は、図11に示す如く、第1の透光性平板P1上の中心部を含む所定の領域SP0の如き領域となる。   Note that the integrated intensity distribution of the illumination light IL8 does not need to be uniform over the entire surface of the first translucent flat plate P1. That is, on the first translucent flat plate P1, in the region where the first diffraction gratings G11 and G12 are formed, the diffracted light generated by the first diffraction gratings G11 and G12 is finally converted into the wafer. It is only necessary that the integrated intensity distribution of the illumination light IL8 is made uniform in the region reaching W. As shown in FIG. 11, the region is a region such as a predetermined region SP0 including the central portion on the first translucent flat plate P1.

また、領域SP0内での積算強度の均一性は、その領域SP0内の積算強度の平均値に対して、±2%程度以内であることが必要である。ただし、ウエハW上に露光し形成すべきパターンの線幅制御要求が厳しい場合には、当該均一性として、±0.5%程度以内であることが望ましい。   Further, the uniformity of the integrated intensity in the area SP0 needs to be within about ± 2% with respect to the average value of the integrated intensity in the area SP0. However, when the line width control requirement of the pattern to be exposed and formed on the wafer W is severe, the uniformity is preferably within about ± 0.5%.

あるいは、照明光IL8の中心位置IL80は固定しておき、第1の透光性平板P1、第2の透光性平板P2及びウエハWを一体的に移動することによっても当該相対走査を実現することができる。   Alternatively, the relative position is also realized by fixing the center position IL80 of the illumination light IL8 and moving the first translucent flat plate P1, the second translucent flat plate P2, and the wafer W integrally. be able to.

なお、照明光IL8の照明光量分布自体が、ある程度不均一でも良い場合には、このような走査を行なう必要が無いことは言うまでもない。   Needless to say, when the illumination light amount distribution itself of the illumination light IL8 may be somewhat uneven, it is not necessary to perform such scanning.

ところで、本発明の露光装置は、上述の通り極小照明NAの照明光を使用するものではあるが、ウエハW上の1点に到達する照明光(回折光)は複数であるから、第2の回折格子G21等及び第1の回折格子G11,G12等の上の複数の領域から照射されることになる。また、ウエハW上で干渉縞を形成する光線束は、あくまでも第2の回折格子等からの回折光であるから、第2の回折格子G21等の上に異物等が存在した場合でも、その異物がそのままの形状を保って、ウエハW上に露光転写されることはない。   By the way, the exposure apparatus of the present invention uses the illumination light of the minimal illumination NA as described above. However, since the illumination light (diffracted light) reaching one point on the wafer W is plural, the second Irradiation is performed from a plurality of regions on the diffraction grating G21 and the like and the first diffraction gratings G11 and G12. In addition, since the light flux that forms the interference fringes on the wafer W is diffracted light from the second diffraction grating or the like, even if there is a foreign substance or the like on the second diffraction grating G21 or the like, the foreign matter However, it is not exposed and transferred onto the wafer W while maintaining the shape as it is.

ここで、第2の回折格子G21,G22の上の異物及び欠陥が、ウエハW上に形成される干渉縞に与える悪影響をいっそう低減するには、第2の回折格子G21,G22との間隔D2を所定の値以上に設定することが望ましい。これにより、ウエハW上の1点に照射される光を、第2の回折格子G21,G22上のより多くの場所から回折された光とすることができ、上記異物及び欠陥の悪影響を緩和することができるからである。   Here, in order to further reduce the adverse effect of the foreign matters and defects on the second diffraction gratings G21 and G22 on the interference fringes formed on the wafer W, the distance D2 between the second diffraction gratings G21 and G22. Is preferably set to a predetermined value or more. As a result, the light irradiated to one point on the wafer W can be diffracted from more places on the second diffraction gratings G21 and G22, and the adverse effects of the foreign matter and defects can be alleviated. Because it can.

ここで、第2の回折格子G21からウエハWに照射される回折光は、上述の通り角度θ0及びθ1だけ傾いてウエハWに照射される。より好ましい条件においてはθ0=θ1である。このとき、式2及び式3より、照明光の実効波長をλ、第2の回折格子G21の周期をT2として、
(式9)
sinθ0=λ/(2×T2)
であるから、sinθ0≒tanθ0の近似がある程度成り立つことを前提とすると、ウエハWの1点に照射される回折光は、第2の回折格子G21上において、
(式10)
D5 = 2×D2×λ/(2×T2)
で表わされる相互間隔D5だけ離れた2点を中心とする部分から照射されることとなる。
Here, the diffracted light applied to the wafer W from the second diffraction grating G21 is applied to the wafer W while being inclined by the angles θ0 and θ1 as described above. In more preferable conditions, θ0 = θ1. At this time, from the equations 2 and 3, the effective wavelength of the illumination light is λ, and the period of the second diffraction grating G21 is T2.
(Formula 9)
sin θ0 = λ / (2 × T2)
Therefore, assuming that the approximation of sin θ0≈tan θ0 is established to some extent, the diffracted light irradiated to one point on the wafer W is on the second diffraction grating G21.
(Formula 10)
D5 = 2 × D2 × λ / (2 × T2)
Irradiation is performed from a portion centered at two points separated by a mutual distance D5 represented by.

上記異物及び欠陥の悪影響を緩和するためには、ウエハW上の1点に集光する光が、例えば第2の回折格子G21の周期T2の30倍程度以上に広がる部分からの光で構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。これを式で表現すると、
(式11)
D5 ≧ 30×T2
の如くなる。
上記式10及び式11から、間隔D2は、
(式12)
D2 ≧ 30×T22/λ
の条件を満たすことが好ましい。
In order to mitigate the adverse effects of the foreign matter and defects, the light collected at one point on the wafer W is composed of light from a portion that spreads, for example, about 30 times the period T2 of the second diffraction grating G21. It is preferable that the adverse effect is smoothed. Expressing this as an expression,
(Formula 11)
D5 ≧ 30 × T2
It becomes like this.
From the above Equation 10 and Equation 11, the distance D2 is
(Formula 12)
D2 ≧ 30 × T2 2 / λ
It is preferable to satisfy the following condition.

また、上記悪影響を、よりいっそう緩和するためには、ウエハW上の1点に集光する光が、例えば第2の回折格子G21の周期T2の100倍程度以上に広がる部分からの光で構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。このときに間隔D2が満たすべき条件は、同様の考察から、
(式13)
D2 ≧ 100×T22/λ
となる。
Further, in order to further alleviate the adverse effect, the light collected at one point on the wafer W is composed of light from a portion that spreads, for example, about 100 times the period T2 of the second diffraction grating G21. It is preferable that the adverse effect is smoothed. At this time, the condition that the interval D2 should satisfy is based on the same consideration.
(Formula 13)
D2 ≧ 100 × T2 2 / λ
It becomes.

また、第2の回折格子G21上の異物・欠陥のウエハWに露光されるパターンへの悪影響をさらに低減するために、本発明においては、ウエハWへの露光を以下に示す複数回露光による多重露光とすることもできる。   Further, in order to further reduce the adverse effect of the foreign matter / defect on the second diffraction grating G21 on the pattern exposed on the wafer W, in the present invention, the exposure to the wafer W is multiplexed by the multiple exposure shown below. It can also be exposure.

すなわち、第2の回折格子G21,G22とウエハWとのXY方向の位置関係を所定の関係として最初の露光を行なったのち、その相対関係を第2の回折格子G21,G22の周期の整数倍だけ移動して2回目の露光を行ない、さらに同様の移動をしつつ、複数回の多重露光を行なうこともできる。   That is, after the first exposure is performed with the positional relationship in the XY direction between the second diffraction gratings G21 and G22 and the wafer W being a predetermined relationship, the relative relationship is an integral multiple of the period of the second diffraction gratings G21 and G22. It is also possible to perform a second exposure and move a plurality of times to perform multiple exposures while performing the same movement.

これにより、ウエハW上の一点には、第2の回折格子G21,G22上のより多くの部分から発生した回折光による干渉縞の明暗パターンが重畳して露光されることとなり、第2の回折格子G21,G22上に存在する異物や欠陥の悪影響が、平均化効果により、いっそう低減されることとなる。   As a result, a light and dark pattern of interference fringes by diffracted light generated from more parts on the second diffraction gratings G21 and G22 is superimposed and exposed at one point on the wafer W, and the second diffraction is performed. The adverse effect of the foreign matters and defects existing on the lattices G21 and G22 is further reduced by the averaging effect.

なお、1次元的な周期を有する第2の回折格子G21を用いる場合には、その周期方向と直交する方向への上記相対関係の移動は、任意の距離であっても良いことは言うまでも無い。   In addition, when using the 2nd diffraction grating G21 which has a one-dimensional period, it cannot be overemphasized that the movement of the said relative relationship to the direction orthogonal to the period direction may be arbitrary distances. No.

ところで、第2の回折格子G21の上に付着した異物等による悪影響を一層低減するために、図12に示す通り、第2の回折格子G21とウエハWの間に、第2の回折格子G21への異物付着防止用の薄膜(ペリクル)PE2を設けることもできる。そして、ペリクルPE2を、例えば所定枚数を枚数のウエハWを露光する毎に交換することで、異物の除去を行なうこともできる。   By the way, in order to further reduce the adverse effects caused by the foreign matter or the like attached on the second diffraction grating G21, the second diffraction grating G21 is interposed between the second diffraction grating G21 and the wafer W as shown in FIG. It is also possible to provide a thin film (pellicle) PE2 for preventing foreign matter adhesion. Further, the foreign matter can be removed by replacing the pellicle PE2 every time a predetermined number of wafers W are exposed, for example.

ペリクルPE2としては、例えば投影露光装置で使用されるレチクルへの異物付着防止に使用される有機樹脂製のペリクルを使用することができる。
あるいは、ペリクルPE2として、合成石英等の無機材料からなる透光性の平板を使用することもできる。
As the pellicle PE2, for example, a pellicle made of an organic resin used for preventing foreign matter from adhering to a reticle used in a projection exposure apparatus can be used.
Alternatively, a light-transmitting flat plate made of an inorganic material such as synthetic quartz can be used as the pellicle PE2.

なお、第1の回折格子G11,G12の光源側にペリクルPE1を設け、第1の回折格子G11,G12への異物の付着を防止することもできる。
あるいは、第2の回折格子G21上への異物の付着の防止のために、図13に示す通り、第2の透光性基板P2上の第2の回折格子G21の上に、保護層PE3を設けることのできる。この保護層PE3は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する二酸化珪素等の透光性の膜からなるものであり、必要に応じて、その表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化したものである。異物保護層PE3の厚さは、例えば1μm程度とする。
A pellicle PE1 may be provided on the light source side of the first diffraction gratings G11 and G12 to prevent foreign matter from adhering to the first diffraction gratings G11 and G12.
Alternatively, as shown in FIG. 13, in order to prevent foreign matter from adhering to the second diffraction grating G21, a protective layer PE3 is formed on the second diffraction grating G21 on the second light transmitting substrate P2. Can be provided. This protective layer PE3 is made of a translucent film such as silicon dioxide formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition), and the surface thereof is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) as necessary. Is. The thickness of the foreign matter protective layer PE3 is, for example, about 1 μm.

なお、保護層PE3上に付着した異物も、保護層PE3を設けずに第2の回折格子G21上に付着した異物も、異物がウエハ上に形成すべき干渉縞へ与える悪影響の点では同等である。しかしながら、保護層PE3を設けることにより、第2の回折格子G21の表面を、実質的に平坦化することが可能であり、従って、その表面に付着した異物,汚染等の洗浄及び検査がきわめて容易になるという点で、保護層PE3の設置は効果的である。   It should be noted that the foreign matter adhering to the protective layer PE3 and the foreign matter adhering to the second diffraction grating G21 without providing the protective layer PE3 are equivalent in terms of adverse effects of the foreign matter on the interference fringes to be formed on the wafer. is there. However, by providing the protective layer PE3, the surface of the second diffraction grating G21 can be substantially flattened. Therefore, cleaning and inspection of foreign matters, contamination, and the like attached to the surface are extremely easy. Therefore, the installation of the protective layer PE3 is effective.

なお、以上の例においては、第1の回折格子G11,G12,G13,G14は位相変調型回折格子であり、第2の回折格子G21,G22は強度変調型回折格子であるとしたが、両回折格子の構成は、これに限るものではない。   In the above example, the first diffraction gratings G11, G12, G13, and G14 are phase modulation type diffraction gratings, and the second diffraction gratings G21 and G22 are intensity modulation type diffraction gratings. The configuration of the diffraction grating is not limited to this.

例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル(Attenuated Phase Shift Mask)の如く、透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いることもできる。また、ウエハW上に形成する干渉縞にそれ程の高コントラストラスト性が要求されない場合には、第1の回折格子からの不要な回折光の発生も許容されるため、第1の回折格子として強度変調型の回折格子を使用することもできる。   For example, any of the diffraction gratings may be a diffraction grating that modulates both the phase and intensity of transmitted light, such as a halftone phase shift reticle. In addition, when the interference fringes formed on the wafer W do not require such a high contrast lasting property, generation of unnecessary diffracted light from the first diffraction grating is allowed. A modulation type diffraction grating can also be used.

なお、以上の例においては、第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21はそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。   In the above example, the first diffraction grating G11, G12 and the second diffraction grating G21 are formed on different light-transmitting flat plates, but both diffraction gratings have the same light-transmitting property. It can also be formed on a flat plate.

図14は、第1の回折格子G15,16と第2の回折格子G23を、それぞれ一つの透光性平板P3の光源側及びウエハW側に形成した例を示す図である。なお、本例においても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ35およびその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。   FIG. 14 is a diagram showing an example in which the first diffraction gratings G15, 16 and the second diffraction grating G23 are formed on the light source side and the wafer W side of one translucent flat plate P3, respectively. Also in this example, the structure and manufacturing method of each diffraction grating are the same as those in the above example. The lens 35 and the illumination optical system upstream thereof are the same as in the above-described example.

また、本発明の一つの形態に於いては、単一の回折格子のみを、ウエハWに近接して対向配置することにより、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンを露光することも可能である。   Further, in one embodiment of the present invention, it is possible to expose a bright and dark pattern of interference fringes on the wafer W by disposing only a single diffraction grating in close proximity to the wafer W. .

図15は、ウエハW側の近傍に、透光性平板P4のウエハW側に形成された回折格子G17,G18を、間隔D3で近接して対向配置させた例である。本例に於いても、回折格子G17,G18の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ35およびその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。さらに間隔D3の値についても上述の例における間隔D2と同様の条件を満たすことが好ましい。   FIG. 15 shows an example in which the diffraction gratings G17 and G18 formed on the wafer W side of the translucent flat plate P4 are arranged close to each other with a distance D3 in the vicinity of the wafer W side. Also in this example, the structures and manufacturing methods of the diffraction gratings G17 and G18 are the same as those in the above example. The lens 35 and the illumination optical system upstream thereof are the same as in the above-described example. Furthermore, it is preferable that the value of the interval D3 satisfies the same condition as the interval D2 in the above example.

なお、本例に於いては、実効波長λは回折格子G17,G18からウエハWに至る照明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明光の波長をいう。   In this example, the effective wavelength λ is the wavelength of illumination light in the medium having the lowest refractive index among the translucent media existing on the illumination optical path from the diffraction gratings G17 and G18 to the wafer W. .

本例に於いては、回折格子G17,G18で発生した回折光(1次回折光)が、ウエハW上に照射されウエハW上で干渉することにより、ウエハW上に干渉縞の明暗パターンが形成されることになる。   In this example, the diffracted light (first-order diffracted light) generated by the diffraction gratings G17 and G18 is irradiated onto the wafer W and interferes with the wafer W, so that a light / dark pattern of interference fringes is formed on the wafer W. Will be.

なお、上記いずれの例に於いても、第1の回折格子G11,G12と及び第2の回折格子G21は、ウエハW上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期T3に応じて、交換する必要がある。図17は、その交換機構の一例を示す図であり、図17(A)はそれを−Z方向から見た図、図17(B)は、図17(A)中のA−B部分近傍の断面図を表わす。   In any of the above examples, the first diffraction gratings G11 and G12 and the second diffraction grating G21 are exchanged according to the period T3 of the bright and dark pattern of interference fringes to be exposed on the wafer W. There is a need. FIG. 17 is a view showing an example of the replacement mechanism, FIG. 17A is a view of the replacement mechanism viewed from the −Z direction, and FIG. 17B is the vicinity of the portion AB in FIG. 17A. FIG.

第2の回折格子が設けられた第2の透光性平行板P2の周縁部P2Eを真空吸着等の手段により保持するチャック部43a,43b,43c,43dが設けられた平板ローダー42は、X方向にスライド可能であるともに、Z方向に上下動可能である。   The flat plate loader 42 provided with chuck portions 43a, 43b, 43c, 43d for holding the peripheral edge portion P2E of the second light transmissive parallel plate P2 provided with the second diffraction grating by means of vacuum suction or the like It can slide in the direction and can move up and down in the Z direction.

交換前において、第2の透光性平行板P2は、第2の保持機構37a,37b,37cにより保持される。この状態に対し、平板ローダー42がX方向からに第2の透光性平行板P2の下部に侵入し、上方に上昇する。そして、チャック部43a,43b,43c,43dが、第2の透光性平行板P2の周縁部P2Eを吸着する。   Before the replacement, the second translucent parallel plate P2 is held by the second holding mechanisms 37a, 37b, and 37c. In response to this state, the flat plate loader 42 enters the lower part of the second translucent parallel plate P2 from the X direction and rises upward. And chuck | zipper part 43a, 43b, 43c, 43d adsorb | sucks the peripheral part P2E of the 2nd translucent parallel plate P2.

その後、第2の保持機構37a,37b,37cは、図中白抜き矢印で示す如き放射方向に退避し、その状態で平板ローダー42が+X方向に退避して第2の透光性平行板P2を持ち去る。そして、新たに装填すべき別の第2の透光性平行板は、上記と逆の動作を経て第2の保持機構37a,37b,37c上に設置され、第2の透光性平行板の交換が完了する。   Thereafter, the second holding mechanisms 37a, 37b, and 37c are retracted in the radial direction as indicated by the white arrows in the figure, and in this state, the flat plate loader 42 is retracted in the + X direction and the second light-transmissive parallel plate P2 is retracted. Take away. Then, another second translucent parallel plate to be newly loaded is installed on the second holding mechanisms 37a, 37b, and 37c through the reverse operation of the above, and the second translucent parallel plate The exchange is complete.

第1の透光性平行板P1の交換機構も上記と同様の構成とする。
なお、第1の透光性平行板P1と第2の透光性平行板P2の間隔が短いことから、その間隔内に上記平板ローダーを挿入することは難しい。
The replacement mechanism for the first light-transmissive parallel plate P1 has the same configuration as described above.
In addition, since the space | interval of the 1st translucent parallel plate P1 and the 2nd translucent parallel plate P2 is short, it is difficult to insert the said flat plate loader in the space | interval.

そこで、図16に示す如く、第1の保持機構36a等及び第2の保持機構37a等も、支持部材41によりXY面内方向にある上記放射方向及びZ方向に可動としておくことが好ましい。これにより上記平板ローダーの装填のためのクリアランスを確保することができる。   Therefore, as shown in FIG. 16, it is preferable that the first holding mechanism 36a and the second holding mechanism 37a and the like are also movable by the support member 41 in the radial direction and the Z direction in the XY plane direction. Thereby, the clearance for loading the flat plate loader can be secured.

なお、第1の保持機構36a等及び第2の保持機構37a等の上記Z駆動機構は、第2の回折格子G21とウエハWとの間隔D2、及び第1の回折格子G11,G12と第2の回折格子G21との間隔D1を所定値に設定する際にも使用することができる。   Note that the Z drive mechanisms such as the first holding mechanism 36a and the second holding mechanism 37a have the distance D2 between the second diffraction grating G21 and the wafer W, and the first diffraction gratings G11 and G12 and the second. It can also be used when the distance D1 from the diffraction grating G21 is set to a predetermined value.

なお、図16に示した通り、第1の透光性平行板P1の周縁部P1E及び第2の透光性平行板P2の周縁部P2Eは、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工されている。そして、第1の保持機構36a等に設けられた真空吸着部P1V及び第2の保持機構37a等に設けられた真空吸着部P2Vは、これらの段付け加工された周縁部P1E及びPE2を介して第1の透光性平行板P1及び第2の透光性平行板P2を保持するものとしている。   In addition, as shown in FIG. 16, the peripheral part P1E of the 1st translucent parallel plate P1 and the peripheral part P2E of the 2nd translucent parallel plate P2 are stepped so that it may become thin with respect to those center parts. Has been processed. The vacuum suction part P1V provided in the first holding mechanism 36a and the like, and the vacuum suction part P2V provided in the second holding mechanism 37a and the like pass through these stepped peripheral parts P1E and PE2. The first translucent parallel plate P1 and the second translucent parallel plate P2 are held.

ところで、以上の例においては、第2の回折格子G21とウエハWの間には、空気(窒素または希ガスでも良い)が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハWに照射される照明光(回折光)の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハW上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期T3を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第2の回折格子G21の周期T2及び第1の回折格子G11,G12の周期T1も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。   In the above example, air (nitrogen or a rare gas may be present) is present between the second diffraction grating G21 and the wafer W. Instead, a predetermined dielectric is satisfied. It is also good. Thereby, the substantial wavelength of the illumination light (diffracted light) irradiated to the wafer W can be reduced by the refractive index of the dielectric, and the period of the bright and dark pattern of the interference fringes formed on the wafer W. It becomes possible to further reduce T3. For this purpose, it goes without saying that the period T2 of the second diffraction grating G21 and the period T1 of the first diffraction gratings G11 and G12 also need to be reduced in proportion thereto.

図18(A)は、これに適したウエハステージ38a等の例を示す図である。ウエハステージ38aの周囲には、連続的な側壁38b,38cが設けられ、側壁38b,cで囲まれた部分には水等の液体46を保持可能となっている。これにより、ウエハWと第2の透光性平板P2の間は水に満たされ、すなわちウエハWと第2の回折格子G21の間の空間は誘電体である水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率(波長193nmの光に対して1.46)だけ縮小される。   FIG. 18A is a diagram showing an example of a wafer stage 38a and the like suitable for this. Continuous side walls 38b and 38c are provided around the wafer stage 38a, and a liquid 46 such as water can be held in a portion surrounded by the side walls 38b and c. Thereby, the space between the wafer W and the second translucent flat plate P2 is filled with water, that is, the space between the wafer W and the second diffraction grating G21 is filled with water as a dielectric, and the wavelength of the illumination light. Is reduced by the refractive index of water (1.46 for light with a wavelength of 193 nm).

なお、給水機構44及び排水機構45も併設され、これにより側壁38b,cで囲まれた部分には汚染の無い新鮮な水が供給されかつ排水される。
また、図18(B)に示す如く、ウエハステージ38aの側壁38d,38eの最上面を第1の透光性平板P1の下面より高くし、第1の透光性平板P1と第2の透光性平板P2の間の空間にも水を満たすこともできる。給水機構44a及び排水機構45bの機能はは上述と同様である。
A water supply mechanism 44 and a drainage mechanism 45 are also provided so that fresh water without contamination is supplied and drained to the portion surrounded by the side walls 38b, c.
Further, as shown in FIG. 18B, the uppermost surfaces of the side walls 38d and 38e of the wafer stage 38a are made higher than the lower surface of the first light transmitting flat plate P1, and the first light transmitting flat plate P1 and the second light transmitting flat plate P1. The space between the light flat plates P2 can also be filled with water. The functions of the water supply mechanism 44a and the drainage mechanism 45b are the same as described above.

これにより、第1の回折格子G11,G12からウエハWに至る全光路を、空気(または窒素あるいは希ガス)以外の誘電体(水)で覆うことが可能となり、上述の照明光の実効波長λを、水の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微細な周期を有するパターンの露光が可能となる。   As a result, the entire optical path from the first diffraction grating G11, G12 to the wafer W can be covered with a dielectric (water) other than air (or nitrogen or a rare gas), and the effective wavelength λ of the illumination light described above. Can be reduced by the refraction of water. As a result, a pattern having a finer period can be exposed.

なお、第1の透光性平板P1と第2の透光性平板P2の間にのみ水等の誘電体を満たすことが効果的である場合には、図19に示す如き構成を採用することもできる。
これは、第1の透光性平板P1の周囲に連続的な側壁47を設け、これによって第1の透光性平板P1と第2の透光性平板P2の間に水を貯めるものである。給水機構44c及び排水機構45cの機能は上述と同様である。
なお、第1の回折格子G11,G12からウエハWまでの光路、または第1の透光性平板P1と第2の透光性平板P2の間に満たすべき誘電体の屈折率は、1.2以上であることが望ましい。この屈折率が1.2以下であると、露光可能なパターンの微細度の向上を十分に達成することができないからである。
In addition, when it is effective to fill a dielectric such as water only between the first translucent flat plate P1 and the second translucent flat plate P2, the configuration as shown in FIG. 19 is adopted. You can also.
This is to provide a continuous side wall 47 around the first translucent flat plate P1, thereby storing water between the first translucent flat plate P1 and the second translucent flat plate P2. . The functions of the water supply mechanism 44c and the drainage mechanism 45c are the same as described above.
The refractive index of the dielectric material to be filled between the first diffraction gratings G11 and G12 and the wafer W or between the first light transmitting flat plate P1 and the second light transmitting flat plate P2 is 1.2. The above is desirable. This is because if the refractive index is 1.2 or less, the fineness of the pattern that can be exposed cannot be sufficiently improved.

上記の如くして干渉縞による明暗パターンの露光されたウエハWは、不図示のウエハローダーにより露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ウエハW上のフォトレジストには、露光された明暗パターンに応じたレジストパターンが形成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ウエハWまたはウエハW上に形成された所定の膜をエッチングすることにより、ウエハWに所定のパターンが形成される。   The wafer W having the light and dark pattern exposed by the interference fringes as described above is transferred to the outside of the exposure apparatus by a wafer loader (not shown) and is transferred to the developing apparatus. By development, a resist pattern corresponding to the exposed light and dark pattern is formed on the photoresist on the wafer W. In the etching apparatus, a predetermined pattern is formed on the wafer W by etching the wafer W or a predetermined film formed on the wafer W using the resist pattern as an etching mask.

半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘って形成する工程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン形成工程の中の少なくとも1つの工程に使用して、電子デバイスを製造することができる。   A manufacturing process of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit, a flat panel display, a thin film magnetic head, or a micromachine includes a process of forming the fine pattern as described above over a plurality of layers. An electronic device can be manufactured by using the above-described exposure method by the exposure apparatus of the present invention in at least one of such multiple pattern forming steps.

また、上記少なくとも1つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハW上のフォトレジストPRに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストPRを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。   In addition, in the at least one step, a pattern having a predetermined shape is formed by a general projection exposure apparatus on the photoresist PR on the wafer W that has been exposed to the bright and dark pattern by the interference fringes using the exposure method by the exposure apparatus of the present invention. And the pattern formation can be performed by developing the photoresist PR subjected to the synthetic exposure.

あるいはその逆に、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを露光したウエハW上のフォトレジストPRに対し、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストPRを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2004年12月17日付け提出の日本国特許出願第2004−366896の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
Or, conversely, a light and dark pattern due to interference fringes is synthesized and exposed to the photoresist PR on the wafer W, which has been exposed to a pattern of a predetermined shape by a general projection exposure apparatus, using the above exposure method by the exposure apparatus of the present invention. Then, the pattern PR can be formed by developing the synthetically exposed photoresist PR.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can have various configurations without departing from the gist of the present invention. In addition, the entire disclosure of Japanese Patent Application No. 2004-366896 filed on December 17, 2004, including the specification, claims, drawings, and abstract, is incorporated herein by reference in its entirety. Yes.

本発明の露光方法は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。
本発明の露光装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。
The exposure method of the present invention can be implemented in the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits, flat panel displays, thin film magnetic heads, micromachines, etc., and can be used industrially.
The exposure apparatus of the present invention can be implemented in the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits, flat panel displays, thin film magnetic heads, and micromachines, and can be used industrially.

また、本発明の電子デバイスの製造方法及び電子デバイスは、その製造過程における産業、すなわち半導体を生産する産業において利用可能であるとともに、その成果物としての電子デバイスは、各種電子機器産業において利用することが可能である。     The electronic device manufacturing method and the electronic device of the present invention can be used in the industry in the manufacturing process, that is, in the industry for producing semiconductors, and the electronic device as a product is used in various electronic equipment industries. It is possible.

Claims (83)

光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって:
前記光源からの前記照明光を、第1の回折格子に照射する工程と;
前記第1の回折格子により生じた回折光を、前記第1の回折格子に対向して配置した第2の回折格子に照射する工程と;
前記第2の回折格子により生じた回折光を、前記第2の回折格子に対向して近接して配置した前記感光性の基板上に照射する工程と;
を含むとともに、
前記第1の回折格子および前記第2の回折格子として、2次元的な周期を有する回折格子を用いることを特徴とする露光方法。
An exposure method that exposes a pattern on a photosensitive substrate with illumination light from a light source comprising:
Irradiating the first diffraction grating with the illumination light from the light source;
Irradiating a second diffraction grating disposed opposite to the first diffraction grating with the diffracted light generated by the first diffraction grating;
Irradiating the diffracted light generated by the second diffraction grating onto the photosensitive substrate disposed in close proximity to the second diffraction grating;
Including
An exposure method, wherein a diffraction grating having a two-dimensional period is used as the first diffraction grating and the second diffraction grating.
前記第1の回折格子の第1の所定方向の周期が、前記第2の回折格子の前記第1の所定方向の周期の概2倍であり、
前記第1の回折格子の第2の所定方向の周期が、前記第2の回折格子の前記第2の所定方向の周期の概2倍であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
The period of the first predetermined direction of the first diffraction grating is approximately twice the period of the first predetermined direction of the second diffraction grating;
2. The exposure method according to claim 1, wherein the period of the first diffraction grating in the second predetermined direction is approximately twice the period of the second diffraction grating in the second predetermined direction. .
前記第1の回折格子に照射する前記照明光として、前記第2の回折格子において周期が極小となる第1の方向に直交する方向の電場成分が、前記第1の方向の電場成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  As the illumination light with which the first diffraction grating is irradiated, the electric field component in the direction orthogonal to the first direction where the period is minimum in the second diffraction grating is larger than the electric field component in the first direction. 2. The exposure method according to claim 1, wherein illumination light is used. 前記第1の回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 1, wherein a divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating is adjustable. 前記第1の回折格子に照射する前記照明光が通り得る光路の発散角が、調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 1, wherein a divergence angle of an optical path through which the illumination light applied to the first diffraction grating can pass is adjustable. 前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする請求項5に記載の露光方法。  6. The exposure method according to claim 5, wherein the divergence angle is adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate. 前記第1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布と、前記第1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させることにより、前記照明光の前記第1の回折格子上における積算強度分布を、前記第1の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一化することを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  By integrating the intensity distribution of the illumination light applied to the first diffraction grating and the relative positional relationship between the first diffraction grating and the time, the integration of the illumination light on the first diffraction grating is performed. 2. The exposure method according to claim 1, wherein the intensity distribution is substantially uniform in a predetermined region including a central portion of the first diffraction grating. 前記第2の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、
前記第2の回折格子の第1の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第1の所定方向にずらしつつ、または、前記第2の回折格子の第2の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第2の所定方向にずらしつつ、前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
The relative positional relationship between the second diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate,
Shifting in the first predetermined direction by a length that is an integral multiple of the period in the first predetermined direction of the second diffraction grating, or an integer multiple of the period in the second predetermined direction of the second diffraction grating The exposure method according to claim 1, wherein the steps are repeated a plurality of times while shifting in the second predetermined direction by the length of.
前記第2の回折格子と前記基板の間隔は、1μmより大きく、500μmより小さいことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 1, wherein a distance between the second diffraction grating and the substrate is greater than 1 μm and less than 500 μm. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔は、5μmより大きく、100μmより小さいことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 1, wherein a distance between the second diffraction grating and the substrate is greater than 5 μm and less than 100 μm. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
30×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the second diffraction grating.
30 × T 2 / λ ≦ D
The exposure method according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
100×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the second diffraction grating.
100 × T 2 / λ ≦ D
The exposure method according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
前記第2の回折格子と前記基板の間、及び前記第1の回折格子と前記第2の回折格子の間の、少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすことを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  At least one of the second diffraction grating and the substrate and between the first diffraction grating and the second diffraction grating is filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength. The exposure method according to claim 1, wherein: 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項13に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 13, wherein a part of the dielectric is water. 前記第2の回折格子は、第2の透光性平板の前記基板側の表面、または第2の透光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The second diffraction grating is formed on the surface of the second light-transmitting flat plate on the substrate side or in the vicinity of the surface of the second light-transmitting flat plate on the substrate side. Item 2. The exposure method according to Item 1. 前記第1の回折格子の前記光源側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  2. The exposure method according to claim 1, wherein a translucent flat plate or thin film is provided on the light source side of the first diffraction grating. 前記第2の回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  2. The exposure method according to claim 1, wherein a translucent flat plate or thin film is provided on the substrate side of the second diffraction grating. 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 1, wherein a temporal coherence distance of the illumination light is 100 μm or less. 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって:
前記基板の前記光源側に、前記照明光の実効波長の2倍以下の周期を有する回折格子を近接して対向配置する工程と;
前記光源からの前記照明光の強度分布と前記回折格子との相対的位置関係を、時間と共に変化させつつ、前記照明光を前記回折格子に照射する工程と;
前記回折格子により生じた回折光を、前記基板上に照射する工程と;
を含むことを特徴とする露光方法。
An exposure method that exposes a pattern on a photosensitive substrate with illumination light from a light source comprising:
Placing a diffraction grating having a period of not more than twice the effective wavelength of the illumination light close to and opposite to the light source side of the substrate;
Irradiating the diffraction grating with the illumination light while changing a relative positional relationship between the intensity distribution of the illumination light from the light source and the diffraction grating with time;
Irradiating the substrate with diffracted light generated by the diffraction grating;
An exposure method comprising:
前記相対的位置関係の変化は、前記回折格子を固定しつつ、前記照明光の強度分布を移動することにより行なうことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  20. The exposure method according to claim 19, wherein the change in the relative positional relationship is performed by moving the intensity distribution of the illumination light while fixing the diffraction grating. 前記回折格子として、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用いることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a phase modulation type diffraction grating that modulates a phase of transmitted light is used as the diffraction grating. 前記回折格子として、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用いることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein an intensity modulation type diffraction grating that modulates the intensity of transmitted light is used as the diffraction grating. 前記回折格子として、2次元的な周期を有する回折格子を用いることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a diffraction grating having a two-dimensional period is used as the diffraction grating. 前記回折格子として、1次元的な周期を有する回折格子を用いるとともに、
前記回折格子に照射する前記照明光として、前記回折格子の前記周期方向に直交する方向の電場成分が、前記回折格子の前記周期方向の電場成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。
While using a diffraction grating having a one-dimensional period as the diffraction grating,
The illumination light used for irradiating the diffraction grating is an illumination light whose electric field component in a direction orthogonal to the periodic direction of the diffraction grating is larger than an electric field component in the periodic direction of the diffraction grating. Item 20. The exposure method according to Item 19.
前記回折格子に照射する前記照明光として、前記回折格子において周期が極小となる第1の方向に直交する方向の電場成分が、前記第1の方向の電場成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項23に記載の露光方法。  As the illumination light irradiating the diffraction grating, an illumination light having an electric field component in a direction orthogonal to a first direction in which the period is minimal in the diffraction grating is larger than an electric field component in the first direction. The exposure method according to claim 23, characterized in that: 前記回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a divergence angle of the illumination light applied to the diffraction grating is adjustable. 前記回折格子に照射する前記照明光が通り得る照明光路の発散角が、調整可能であることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a divergence angle of an illumination optical path through which the illumination light applied to the diffraction grating can pass is adjustable. 前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする請求項27に記載の露光方法。  28. The exposure method according to claim 27, wherein the divergence angle is adjusted according to expansion and contraction of the photosensitive substrate. 前記回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、
前記回折格子の前記周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、前記回折格子の前記周期の整数倍の長さだけ前記周期の方向にずらしつつ、
前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。
The relative positional relationship between the diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate,
While shifting in the direction orthogonal to the direction of the period of the diffraction grating, or shifting in the direction of the period by an integral multiple of the length of the period of the diffraction grating,
The exposure method according to claim 19, wherein each of the steps is repeated a plurality of times.
前記回折格子と前記基板の間隔は、1μmより大きく、500μmより小さいことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a distance between the diffraction grating and the substrate is larger than 1 μm and smaller than 500 μm. 前記回折格子と前記基板の間隔は、5μmより大きく、100μmより小さいことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a distance between the diffraction grating and the substrate is greater than 5 μm and less than 100 μm. 前記回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をTとして、
30×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。
The distance D between the diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the diffraction grating.
30 × T 2 / λ ≦ D
The exposure method according to claim 19, wherein the relationship is satisfied.
前記回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をTとして、
100×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。
The distance D between the diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the diffraction grating.
100 × T 2 / λ ≦ D
The exposure method according to claim 19, wherein the relationship is satisfied.
前記回折格子と前記基板の間を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすことを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  20. The exposure method according to claim 19, wherein the gap between the diffraction grating and the substrate is filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength. 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項34に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 34, wherein a part of the dielectric is water. 前記回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a translucent flat plate or thin film is provided on the substrate side of the diffraction grating. 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 19, wherein a temporal coherence distance of the illumination light is 100 μm or less. 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって:
前記光源からの前記照明光を、第1の回折格子に照射する工程と;
前記第1の回折格子により生じた回折光を、前記第1の回折格子に対向して配置した第2の回折格子に照射する工程と;
前記第2の回折格子により生じた回折光を、前記第2の回折格子に対向して近接して配置した前記感光性の基板上に照射する工程と;
を含むとともに、
前記第1の回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特徴とする露光方法。
An exposure method that exposes a pattern on a photosensitive substrate with illumination light from a light source comprising:
Irradiating the first diffraction grating with the illumination light from the light source;
Irradiating a second diffraction grating disposed opposite to the first diffraction grating with the diffracted light generated by the first diffraction grating;
Irradiating the diffracted light generated by the second diffraction grating onto the photosensitive substrate disposed in close proximity to the second diffraction grating;
Including
An exposure method, wherein a divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating is adjustable.
前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein the divergence angle is adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate. 前記第1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布と、前記第1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させることにより、前記照明光の前記第1の回折格子上における積算強度分布を、前記第1の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一化することを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  By integrating the intensity distribution of the illumination light applied to the first diffraction grating and the relative positional relationship between the first diffraction grating and the time, the integration of the illumination light on the first diffraction grating is performed. 39. The exposure method according to claim 38, wherein the intensity distribution is made substantially uniform in a predetermined region including a central portion of the first diffraction grating. 前記第2の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、
前記第2の回折格子の第1の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第1の所定方向にずらしつつ、または、前記第2の回折格子の第2の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第2の所定方向にずらしつつ、前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。
The relative positional relationship between the second diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate,
Shifting in the first predetermined direction by a length that is an integral multiple of the period in the first predetermined direction of the second diffraction grating, or an integer multiple of the period in the second predetermined direction of the second diffraction grating 39. The exposure method according to claim 38, wherein the steps are repeated a plurality of times while being shifted in the second predetermined direction by the length of.
前記第2の回折格子と前記基板の間隔は、1μmより大きく、500μmより小さいことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein a distance between the second diffraction grating and the substrate is greater than 1 [mu] m and less than 500 [mu] m. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔は、5μmより大きく、100μmより小さいことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein a distance between the second diffraction grating and the substrate is greater than 5 [mu] m and less than 100 [mu] m. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
30×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the second diffraction grating.
30 × T 2 / λ ≦ D
40. The exposure method according to claim 38, wherein the relationship is satisfied.
前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dは、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
100×T2/λ ≦ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the second diffraction grating.
100 × T 2 / λ ≦ D
40. The exposure method according to claim 38, wherein the relationship is satisfied.
前記第2の回折格子と前記基板の間、及び前記第1の回折格子と前記第2の回折格子の間の、少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電体で満たすことを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  At least one of the second diffraction grating and the substrate and between the first diffraction grating and the second diffraction grating is filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength. The exposure method according to claim 38, wherein: 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項46に記載の露光方法。  The exposure method according to claim 46, wherein a part of the dielectric is water. 前記第2の回折格子は、第2の透光性平板の前記基板側の表面、または第2の透光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  The second diffraction grating is formed on the surface of the second light-transmitting flat plate on the substrate side or in the vicinity of the surface of the second light-transmitting flat plate on the substrate side. Item 39. The exposure method according to Item 38. 前記第1の回折格子の前記光源側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein a translucent flat plate or thin film is provided on the light source side of the first diffraction grating. 前記第2の回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein a translucent flat plate or thin film is provided on the substrate side of the second diffraction grating. 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項38に記載の露光方法。  39. The exposure method according to claim 38, wherein a temporal coherence distance of the illumination light is 100 [mu] m or less. 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、請求項1から51のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。  52. An electronic device manufacturing method using the exposure method according to any one of claims 1 to 51 in at least a part of a step of forming a circuit pattern constituting an electronic device. 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投影露光方法と請求項1から51のいずれか一項に記載の露光方法との合成露光を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。  52. At least a part of a circuit pattern forming step constituting an electronic device uses synthetic exposure of a projection exposure method using a projection exposure apparatus and the exposure method according to any one of claims 1 to 51. An electronic device manufacturing method. 請求項52に記載の電子デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする電子デバイス。  An electronic device manufactured by the electronic device manufacturing method according to claim 52. 請求項53に記載の電子デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする電子デバイス。  An electronic device manufactured by the electronic device manufacturing method according to claim 53. 光源からの照明光と第1の透光性平板に形成された第1の回折格子と第2の透光性平板に形成された第2の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって:
前記光源と前記第1の回折格子の間に配置される前記光源からの前記照明光を前記第1の回折格子に照射する照明光学系であって、前記第1の回折格子に照射する照明光の発散角を可変とする照明光学系を有することを特徴とする露光装置。
The interference pattern generated by the illumination light from the light source and the first diffraction grating formed on the first light transmitting flat plate and the second diffraction grating formed on the second light transmitting flat plate is photosensitive. An exposure apparatus for exposing on a substrate of:
An illumination optical system for irradiating the first diffraction grating with the illumination light from the light source disposed between the light source and the first diffraction grating, the illumination light irradiating the first diffraction grating An exposure apparatus having an illumination optical system that makes the divergence angle of the light variable.
前記第1の回折格子に照射する照明光の発散角の可変は、前記照明光学系に含まれる光学部材の少なくとも一部を移動することにより行なうことを特徴とする請求項56に記載の露光装置。  57. The exposure apparatus according to claim 56, wherein the divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating is varied by moving at least a part of an optical member included in the illumination optical system. . 前記第1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布の、前記第1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、
前記照明光の前記第1の回折格子上における積算強度分布を、前記第1の回折格子の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能なことを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。
An illumination light distribution variable mechanism that changes a relative positional relationship of the intensity distribution of the illumination light irradiated to the first diffraction grating with the first diffraction grating with time;
58. The integrated intensity distribution of the illumination light on the first diffraction grating can be substantially uniform in a predetermined region including a central portion of the first diffraction grating. Exposure equipment.
前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた可動機構よりなることを特徴とする請求項58に記載の露光装置。  59. The exposure apparatus according to claim 58, wherein the illumination light distribution variable mechanism includes a movable mechanism provided in the illumination optical system. 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた少なくとも2枚の反射部材の並進可動機構よりなることを特徴とする請求項58に記載の露光装置。  59. The exposure apparatus according to claim 58, wherein the illumination light distribution variable mechanism comprises a translational movable mechanism of at least two reflecting members provided in the illumination optical system. 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系に対し、前記第1の回折格子、前記第2の回折格子、前記基板を一体的に、相対的に移動せしめる機構からなることを特徴とする請求項58に記載の露光装置。  The illumination light distribution variable mechanism includes a mechanism that integrally moves the first diffraction grating, the second diffraction grating, and the substrate relative to the illumination optical system. Item 58. The exposure apparatus according to Item 58. 前記第1の透光性平板に形成された前記第1の回折格子を所定の位置に保持する第1保持機構と;
前記第2の透光性平板に形成された前記第2の回折格子を、前記第1の回折格子に対して対向する位置に整合して保持する第2保持機構と;
前記基板を前記第2の回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持する基板保持機構と;
を有することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。
A first holding mechanism for holding the first diffraction grating formed on the first translucent flat plate at a predetermined position;
A second holding mechanism that holds the second diffraction grating formed on the second light-transmitting flat plate in alignment with a position facing the first diffraction grating;
A substrate holding mechanism for holding the substrate in alignment with the second diffraction grating in a close proximity and facing position;
58. An exposure apparatus according to claim 56 or 57, comprising:
前記基板保持機構は、前記第1の回折格子の周期の方向と、前記第2の回折格子の周期の方向との回転関係を整合して保持することを特徴とする請求項62に記載の露光装置。  63. The exposure according to claim 62, wherein the substrate holding mechanism holds the rotational relationship between the direction of the period of the first diffraction grating and the direction of the period of the second diffraction grating in alignment with each other. apparatus. 前記第1の透光性平板を交換する第1の交換機構、または前記第2の透光性平板を交換する第2の交換機構の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。  58. The method according to claim 56, further comprising at least one of a first exchange mechanism for exchanging the first translucent flat plate and a second exchange mechanism for exchanging the second translucent flat plate. The exposure apparatus described. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔を、1μmより大きく、500μmより小さく設定することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。  58. The exposure apparatus according to claim 56 or 57, wherein an interval between the second diffraction grating and the substrate is set to be larger than 1 [mu] m and smaller than 500 [mu] m. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔を、5μmより大きく、100μmより小さく設定することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。  58. The exposure apparatus according to claim 56 or 57, wherein an interval between the second diffraction grating and the substrate is set to be larger than 5 [mu] m and smaller than 100 [mu] m. 前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dを、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
30×T2/λ ≦ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ, the effective wavelength of the illumination light is λ, and the minimum period of the second diffraction grating is T,
30 × T 2 / λ ≦ D
58. The exposure apparatus according to claim 56, wherein the exposure apparatus is set so as to satisfy the relationship.
前記第2の回折格子と前記基板の間隔Dを、前記照明光の実効波長をλ、前記第2の回折格子の有する最小周期をTとして、
100×T2/λ ≦ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。
The distance D between the second diffraction grating and the substrate is λ, the effective wavelength of the illumination light is λ, and the minimum period of the second diffraction grating is T,
100 × T 2 / λ ≦ D
58. The exposure apparatus according to claim 56, wherein the exposure apparatus is set so as to satisfy the relationship.
前記第2の回折格子と前記基板の間の少なくとも一部分、及び前記第1の回折格子と前記第2の回折格子の間の少なくとも一部分の、少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。  A refractive index at the exposure wavelength of at least one part between the second diffraction grating and the substrate and at least one part between the first diffraction grating and the second diffraction grating is 1.2 at the exposure wavelength. 58. The exposure apparatus according to claim 56 or 57, further comprising a liquid supply mechanism filled with the above dielectric liquid. 前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項69に記載の露光装置。  70. The exposure apparatus according to claim 69, wherein the dielectric liquid is water. 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項56または57に記載の露光装置。  58. The exposure apparatus according to claim 56 or 57, wherein a temporal coherence distance of the illumination light is 100 [mu] m or less. 光源からの照明光と透光性平板に形成された回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって:
前記光源と前記回折格子との間に設けられ、前記光源からの前記照明光を前記透光性平板に照射する照明光学系と;
前記透光性平板を所定の位置に保持する第1保持機構と;
前記基板を前記透光性平板に対して近接して対向する位置に整合して保持する基板保持機構と;
を有し、
前記照明光の強度分布の前記透光性平板との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、前記照明光の前記透光性平板における積算強度分布を、前記透光性平板の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能なことを特徴とする露光装置。
An exposure apparatus for exposing an interference pattern generated by illumination light from a light source and a diffraction grating formed on a translucent flat plate on a photosensitive substrate:
An illumination optical system provided between the light source and the diffraction grating and irradiating the translucent flat plate with the illumination light from the light source;
A first holding mechanism for holding the translucent flat plate in a predetermined position;
A substrate holding mechanism that holds the substrate in alignment with and close to the translucent flat plate;
Have
An illumination light distribution variable mechanism that changes the relative positional relationship of the intensity distribution of the illumination light with the translucent flat plate over time, and the integrated intensity distribution of the illumination light on the translucent flat plate is converted into the translucent plate. An exposure apparatus characterized in that it can be made substantially uniform in a predetermined region including the central portion of the conductive flat plate.
前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた可動機構よりなることを特徴とする請求項72に記載の露光装置。  The exposure apparatus according to claim 72, wherein the illumination light distribution variable mechanism is a movable mechanism provided in the illumination optical system. 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた少なくとも2枚の反射部材の並進可動機構よりなることを特徴とする請求項72に記載の露光装置。  75. The exposure apparatus according to claim 72, wherein the illumination light distribution variable mechanism includes a translational movable mechanism of at least two reflecting members provided in the illumination optical system. 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系に対し、前記透光性平板及び前記基板を一体的に、相対的に移動せしめる機構からなることを特徴とする請求項72に記載の露光装置。  75. The exposure apparatus according to claim 72, wherein the illumination light distribution variable mechanism includes a mechanism that integrally moves the translucent flat plate and the substrate relative to the illumination optical system. 前記照明光学系は、前記透光性平板に照射する照明光の発散角を可変にできることを特徴とする請求項72に記載の露光装置。  The exposure apparatus according to claim 72, wherein the illumination optical system can change a divergence angle of illumination light applied to the translucent flat plate. 前記透光性平板と前記基板の間隔を、1μmより大きく、500μmより小さく設定することを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。  77. The exposure apparatus according to claim 72, wherein a distance between the translucent flat plate and the substrate is set to be larger than 1 μm and smaller than 500 μm. 前記透光性平板と前記基板の間隔を、5μmより大きく、100μmより小さく設定することを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。  77. The exposure apparatus according to claim 72, wherein a distance between the translucent flat plate and the substrate is set to be larger than 5 μm and smaller than 100 μm. 前記回折格子と前記基板の間隔Dを、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をTとして、
30×T2/λ ≦ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。
The distance D between the diffraction grating and the substrate is defined as λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the diffraction grating.
30 × T 2 / λ ≦ D
77. The exposure apparatus according to claim 72, wherein the exposure apparatus is set so as to satisfy the relationship.
前記回折格子と前記基板の間隔Dを、前記照明光の実効波長をλ、前記回折格子の有する最小周期をTとして、
100×T2/λ ≦ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。
The distance D between the diffraction grating and the substrate is defined as λ as the effective wavelength of the illumination light, and T as the minimum period of the diffraction grating.
100 × T 2 / λ ≦ D
77. The exposure apparatus according to claim 72, wherein the exposure apparatus is set so as to satisfy the relationship.
前記透光性平板と前記基板の間の少なくとも一部分を、前記露光波長における屈折率が1.2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。  77. A liquid supply mechanism for filling at least a part between the light-transmitting flat plate and the substrate with a dielectric liquid having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength. The exposure apparatus according to one item. 前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項81に記載の露光装置。  The exposure apparatus according to claim 81, wherein the dielectric liquid is water. 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項72から76のいずれか一項に記載の露光装置。  77. The exposure apparatus according to claim 72, wherein a temporal coherence distance of the illumination light is 100 μm or less.
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