JP5842615B2 - 照明光学装置、照明方法、並びに露光方法及び装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の第3の態様によれば、光束を用いて被照射面を照明する照明方法が提供される。この照明方法は、二次元的に配列されて個別に駆動される複数の光学要素を有する空間光変調装置とその被照射面との間の所定面におけるその光束の偏光状態の目標分布を設定し、その光束を互いに異なる偏光状態の複数の光束に分割することと、その複数の光束のうちの第1及び第2の光束のうちの少なくとも一方をその空間光変調装置に供給することと、その偏光状態の目標分布に応じて、その第1の光束とその第2の光束との位相差を調整するようにその空間光変調装置を制御することと、その第1の光束とその第2の光束との少なくとも一部を重ね、かつ重ねられた光束の偏光状態を、分割されたその複数の光束が有する偏光状態とは異なるように調整することと、を含み、その空間光変調装置は、傾斜角及び高さが制御可能な複数の反射要素を含み、その制御することは、その第1の光束とその第2の光束との位相差を調整するようにその空間光変調装置を制御するものである。
また、本発明の第5の態様によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて、その所定のパターンをその基板に露光することと、露光されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
図1は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置(投影露光装置)EXの概略構成を示す。図1において、露光装置EXは、露光用の照明光(露光光)ILでレチクルR(マスク)のパターン面であるレチクル面(被照射面)を照明する照明装置2を備えている。照明装置2は、照明光ILをパルス発光する光源5と、光源5からの照明光ILでレチクル面の照明領域26を照明する照明光学系ILSとを備えている。さらに、露光装置EXは、レチクルRを移動するレチクルステージRSTと、レチクルRのパターンの像をウエハW(基板)の表面に投影する投影光学系PLと、ウエハWを移動するウエハステージWSTと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系30と、各種制御系等とを備えている。
ミラー9によって+Y方向に反射された照明光ILは、光軸AXIに沿って光分割系8に入射する。光分割系8は、照明光ILを反射光としてのS偏光の第1の照明光ILAと、透過光としてのP偏光の第2の照明光ILBとに分割する偏光ビームスプリッタ10と、照明光ILAを+Y方向に反射するミラー11Aと、照明光ILBを−Z方向にシフトさせてから+Y方向に反射する2枚のミラー11B,11Cとを有する。光分割系8から射出されるX方向に直線偏光した照明光ILAは、第1のプリズム12A、第1の空間光変調器13A、第1のプリズム12A、及び所定の焦点距離を持つリレー光学系14を介してフライアイレンズ15(オプティカルインテグレータ)の入射面22Iに入射する。一方、光分割系8から射出されるZ方向(レチクル面のY方向に対応する方向)に直線偏光した照明光ILBは、第2のプリズム12B、第2の空間光変調器13B、第2のプリズム12B、及びリレー光学系14を介してフライアイレンズ15の入射面22Iに入射する。照明光ILを透過する蛍石(CaF2)又は石英等の光学材料から形成されているプリズム12A,12Bは互いに同一構成で、可動マルチミラー方式の空間光変調器13A,13Bも互いに同一構成である。さらに、プリズム12A,12B及び空間光変調器13A,13Bは、それぞれ光軸AXIに関して対称に配置されている。以下では、代表的に主に第1のプリズム12A及び第1の空間光変調器13Aの構成につき説明する。
式(1)において、傾斜角θAは、各ミラー要素3A1等の反射面のθx方向の傾斜角(変調制御部31で設定される値)に応じて計算される値であり、その傾斜角はミラー要素3A1のZ位置には影響されない。同様に、ミラー要素3A1等のθy方向の傾斜角から入射面22Iにおける光線のX方向の位置が計算できる。また、空間光変調器13Bにおいても、各ミラー要素3B1等のθx方向、θy方向の傾斜角から、各ミラー要素3B1等で反射される光線の入射面22IにおけるX方向、Y方向の照射位置が計算できる。
また、レチクルRはレチクルステージRSTの上面に吸着保持され、レチクルステージRSTは、不図示のレチクルベースの上面(XY平面に平行な面)に、Y方向に一定速度で移動可能に、かつ少なくともX方向、Y方向、及びθz方向に移動可能に載置されている。レチクルステージRSTの2次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて主制御系30が、リニアモータ等の駆動系(不図示)を介してレチクルステージRSTの位置及び速度を制御する。
また、図5(A)に示すように、同じ光束IL3から偏光ビームスプリッタ10によって分割された光束L3A及びL3Cがそれぞれ空間光変調器13A及び13Bのミラー要素3A3及び3B3で反射され、反射された光束L3A,L3Cが入射面22Iの二次光源24Gに対応する照明領域25Gに入射しているものとする。このとき、光束L3A,L3Cをコヒーレントに合成してフライアイレンズ15から射出される光束L3Eの偏光状態は、空間光変調器13Bのミラー要素3B3のZ位置の制御量δZ3を調整することによって任意の状態に制御可能である。ミラー要素3B3のZ位置調整後の光束を点線の光束L3Dとする。この場合、図5(B)に示すように、光束L3Aの電気ベクトルEVA及び光束L3C(L3D)の電気ベクトルEVBはX方向及びZ方向であるため、光束L3A,L3C(L3D)間の位相差を図4(C)に示す180°に設定することによって、合成された光束L3Eの偏光方向を図3(D)の二次光源24Gの方向DGに設定できる。同様に、二次光源24Hにおける偏光方向も方向DGに設定できる。
まず、図6のステップ102において、主制御系30は、露光対象のレチクルRのパターンに応じて、例えば露光データファイルから照明瞳面22Pにおける光量分布の目標分布及び偏光状態の目標分布の情報を読み出し、その光量分布及び偏光状態の目標分布を変調制御部31に設定する。その偏光状態の目標分布には、X軸及びZ軸に平行な方向の直線偏光以外の偏光状態が含まれているものとする。これに応じて、変調制御部31は、その光量分布及び偏光状態の目標分布が得られるように、空間光変調器13A,13Bの各ミラー要素3A,3Bの2軸の回りの傾斜角を制御し、空間光変調器13Bの偏光状態を制御するために使用されるミラー要素3BのZ位置を制御する。次のステップ104において、レチクルステージRSTを駆動して、偏光計測装置28の受光部を照明領域26内に移動する。次のステップ106において、光源5の発光を開始させて、光分割系8で分割された第1の照明光ILA及び第2の照明光ILBをそれぞれ空間光変調器13A,13Bに供給する。次のステップ108において、空間光変調器13A,13Bの各ミラー要素3A,3Bからの反射光(照明光ILA,ILB)をフライアイレンズ15の入射面22Iに照射し、一部の反射光を入射面22Iで合成する。
(1)本実施形態の図1の露光装置EXに備えられた照明装置2(照明光学装置)は、光源5からの照明光IL(光束)を用いてレチクル面(被照射面)を照明する。そして、照明装置2は、照明光ILを互いに直交した偏光方向の2つの照明光ILA,ILBに分割する光分割系8と、照明光ILAの光路上に二次元的に配列され、個別に駆動される複数のミラー要素3Aを有する空間光変調器13Aと、照明光ILBの光路上に二次元的に配列され、個別に駆動される複数のミラー要素3Bを有する空間光変調器13Bとを有する。さらに、照明装置2は、照明瞳面22Pにおいて、照明光ILA,ILBとは異なる偏光状態の二次光源を生成する場合に、空間光変調器13A,13Bからの照明光ILA,ILBの少なくとも一部をフライアイレンズ15の入射面22I(合成面)で合成し、合成された光束の偏光状態を、空間光変調器13A,13Bに入射する照明光ILA,ILBの偏光状態とは異なる偏光状態とする変調制御部31(制御装置)を備えている。
(3)また、空間光変調器13A,13Bからの光束のうちの合成される光束の光路長差(位相差)を制御することによって、合成された光束の偏光状態を、直線偏光以外の円偏光等にも制御できる。この円偏光は、例えば非偏光の代わりに使用することも可能である。
(4)また、空間光変調器13A,13Bのミラー要素3A,3Bはプリズム12A,12Bの透過面に近接して配置されているため、照明光学系ILSをコンパクトに配置できる。なお、例えば図5(A)に2点鎖線で示すように、2つのプリズム12A,12Bの代わりに、プリズム12A,12Bの交差する2つの反射面(内面反射面)を外面の反射面とする断面形状がほぼ菱形のミラー部材52を使用してもよい。
また、露光装置EXの露光方法は、本実施形態の照明方法で、レチクル面のパターンを照明し、そのパターンを投影光学系PLを介してウエハWに露光している。
次に、本発明の実施形態の他の例につき図7(A)〜図7(C)を参照して説明する。本実施形態の照明装置は、図1の照明装置2に対してミラー9とリレー光学系14との間の光学系の構成が異なっている。また、本実施形態においては、第1及び第2のプリズム12A,12B及び第1及び第2の空間光変調器13A,13Bの配列方向に直交するように、第3及び第4のプリズム12C,12D及び第3及び第4の空間光変調器13C,13Dが設けられている。以下、図7(A)〜図7(C)において、図3(A)及び図3(D)に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(1)上記の実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ15が使用されているが、オプティカルインテグレータとしてマイクロレンズアレイ(マイクロフライアイレンズ)を使用してもよい。
(2)また、図1の実施形態において、空間光変調器13A,13Bのうちの一方の空間光変調器は、多数のミラー要素の2軸の回りの傾斜角を制御する機能のみを備え、ミラー要素のZ位置を制御する機能を持たなくともよい。
(3)例えば図1又は図7(A)の波面分割型のインテグレータであるフライアイレンズ15に代えて、内面反射型のオプティカルインテグレータとしてのロッド型インテグレータを用いることもできる。
(4)さらに、図1の実施形態において、空間光変調器13Aの代わりに、予め多数の反射面が形成された反射光学部材を用いてもよい。この場合、反射光学部材に形成される多数のミラー面の傾斜角度は、前述したような照明条件(例えば、照明瞳面22Pにおいて、通常照明用の円形の二次光源、輪帯照明用の二次光源、X方向又はY方向の2極の二次光源等のいずれかを形成する)に対応できるように設定されている。また、照明条件(照明瞳面22Pにおける二次光源の形状)を変更する場合には、予め複数の二次光源の形状に応じて形成された多数のミラー面を有する反射光学部材を用意しておき、任意の反射光学部材に交換すればよい。
また、光分割系8と、反射光学部材との間に、上記照明条件を設定するための絞りを配置した場合、反射光学部材として平面ミラーを用いることも可能である。この絞りは、反射光学部材の近傍に配置してもよい。
なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書、又は欧州特許出願公開第1420298号明細書等に開示されている液浸型露光装置にも適用できる。さらに、本発明は、投影光学系を用いないプロキシミティ方式等の露光装置、及びこの露光装置の照明装置(照明光学装置)にも適用することができる。
また、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2010年2月3日付け提出の日本国特許出願第2010−21853号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。
Claims (20)
- 光束を用いて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光束を互いに異なる偏光状態を有する複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第1の光束が進行する第1の光路と、前記複数の光束のうち第2の光束が進行する第2の光路とのうちの少なくとも一方に配置され、傾斜角及び高さが制御可能な複数の反射要素を含む空間光変調装置と、
前記第1の光束と前記第2の光束との位相差を調整するように前記空間光変調装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記第1の光束と前記第2の光束との少なくとも一部が重なった光で前記被照射面を照明することを特徴とする照明光学装置。 - 前記制御装置は、前記反射要素の高さを制御することを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。
- 前記空間光変調装置は、前記第1の光路上に二次元的に配列され、個別に駆動される複数の光学要素を有する空間光変調器と、
前記第2の光路上に配列され、反射面を有する反射光学部材とを備え、
前記制御装置は、前記空間光変調器からの光束と前記反射光学部材からの光束との少なくとも一部を重ねることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明光学装置。 - 前記空間光変調装置は、前記第1の光路上に二次元的に配列され、個別に駆動される複数の光学要素を有する第1の空間光変調器と、前記第2の光路上に二次元的に配列され、個別に駆動される複数の光学要素を有する第2の空間光変調器とを備え、
前記制御装置は、前記第1の空間光変調器からの光束と前記第2の空間光変調器からの光束との少なくとも一部を重ね、重ねられた光束の偏光状態を、前記第1及び第2の空間光変調器に入射する光束の偏光状態とは異なる偏光状態に調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の照明光学装置。 - 前記制御装置は、前記第1の空間光変調器からの光束と前記第2の空間光変調器からの光束との少なくとも一部が重なる面において、前記第1の空間光変調器からの光束及び前記第2の空間光変調器からの光束の光量比を制御することを特徴とする請求項4に記載の照明光学装置。
- 前記制御装置は、前記第1の空間光変調器のn1個(n1は1以上の整数)の前記光学要素及び前記第2の空間光変調器のn2個(n2は1以上の整数)の前記光学要素を制御し、前記光量比を前記光学要素の数の比であるn1:n2に制御することを特徴とする請求項5に記載の照明光学装置。
- 前記制御装置は、前記重なる面に入射する前記第1及び第2の空間光変調器からの光束の少なくとも一部の光路長差を制御することを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記第2の空間光変調器の前記複数の光学要素は、傾斜角及び高さが制御可能な反射要素を含み、前記制御装置は、前記光路長差を制御するために、前記第2の空間光変調器の前記反射要素の高さを制御することを特徴とする請求項7に記載の照明光学装置。
- 前記空間光変調装置は、前記複数の光束のうちの第3及び第4の光束の光路上にそれぞれ二次元的に配列される複数の光学要素を有する第3及び第4の空間光変調器をさらに備え、前記光分割器は、前記第1、第2、第3、及び第4の光束を偏光方向がほぼ0°、90°、45°、及び135°方向の直線偏光に設定し、前記制御装置は、前記第1、第2、第3、及び第4の空間光変調器からの光束の少なくとも一部を前記重なる面において重ねることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記第1、第2、第3、及び第4の空間光変調器の前記複数の光学要素は、傾斜角が可変のミラー要素を含むことを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面を照明する光束の偏光状態を計測するために、前記光束の光路に出し入れ可能に配置される偏光状態計測装置を備えることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記第1及び第2の空間光変調器からの光束を集光する集光光学系と、前記集光光学系と前記被照射面との間に配置されるフライアイレンズと、前記フライアイレンズからの光を前記被照射面に導くコンデンサ光学系とを備え、前記第1及び第2の空間光変調器からの光束の少なくとも一部が重なる面は、前記フライアイレンズの入射面であることを特徴とする請求項4から請求項11のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 所定のパターンを照明するための請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置。
- 光束を用いて被照射面を照明する照明方法において、
二次元的に配列されて個別に駆動される複数の光学要素を有する空間光変調装置と前記被照射面との間の所定面における前記光束の偏光状態の目標分布を設定し、
前記光束を互いに異なる偏光状態の複数の光束に分割することと、
前記複数の光束のうちの第1及び第2の光束のうちの少なくとも一方を前記空間光変調装置に供給することと、
前記偏光状態の目標分布に応じて、前記第1の光束と前記第2の光束との位相差を調整するように前記空間光変調装置を制御することと、
前記第1の光束と前記第2の光束との少なくとも一部を重ね、かつ重ねられた光束の偏光状態を、分割された前記複数の光束が有する偏光状態とは異なるように調整することと、
を含み、
前記空間光変調装置は、傾斜角及び高さが制御可能な複数の反射要素を含み、
前記制御することは、前記第1の光束と前記第2の光束との位相差を調整するように前記空間光変調装置を制御することを特徴とする照明方法。 - 前記偏光状態の目標分布は、前記空間光変調装置が有する第1及び第2の空間光変調器と前記被照射面との間で設定され、前記第1の光束及び前記第2の光束は、前記第1及び第2の空間光変調器にそれぞれ供給され、前記重ねられた光束の偏光状態は、前記第1の空間光変調器からの光束と前記第2の空間光変調器からの光束との少なくとも一部を重ねることによって、前記第1及び第2の空間光変調器に入射する光束の偏光状態とは異なる偏光状態に調整されることを特徴とする請求項14に記載の照明方法。
- 前記第1及び第2の空間光変調器からの光束の少なくとも一部を重ねるときに、前記第1及び第2の空間光変調器からの光束の光量比及び光路長差の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項15に記載の照明方法。
- 前記光束の偏光状態の目標分布は、前記第1及び第2の空間光変調器からの光束が集光光学系を介して照射されるフライアイレンズの入射面に設定されることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の照明方法。
- 請求項14から請求項17のいずれか一項に記載の照明方法で、前記被照射面のパターンを照明し、前記パターンを基板に露光することを特徴とする露光方法。
- 請求項13に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、露光された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
- 請求項18に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、露光された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
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