TW201510676A - 照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法 - Google Patents

照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種照明光學裝置，即便使用轉向鏡系統來改變形成於照明光瞳面上的光強度分佈的外形形狀，亦可以大致維持預期的輪廓。根據來自光源(1)的光來對被照射面(M)進行照明的本發明的照明光學裝置包括：稜鏡系統(6)，用以改變一對稜鏡(6a、6b)在光軸(AX)上的間隔，以改變照明光瞳面(8a)中之光強度分佈；以及1個或多個可動透鏡(4b)，配置於稜鏡系統與被照射面之間的光路中，並根據一對稜鏡在光軸上的間隔的變化而可以在光軸方向上移動。

Description

照明光學裝置、曝光裝置以及元件製造方法
本發明是關於照明光學裝置、曝光裝置、以及元件製造方法，尤其是關於如下的照明光學裝置，此照明光學裝置適用於利用微影步驟來製造如半導體元件或液晶顯示元件的電子元件時所使用的曝光裝置。
於此種典型的曝光裝置中，自光源射出的光束經由作為光學積分器(optical integrator)的複眼透鏡(或者微透鏡陣列(micro lens array))，形成實際上作為面光源的二次光源，此二次光源由多個光源構成。自二次光源射出的光束藉由聚光透鏡而聚光後，重疊地對形成著規定圖案的光罩進行照明。
透過光罩圖案的光經由投影光學系統而成像於晶圓上。如此，光罩圖案被投影曝光(轉印)至晶圓上。再者，形成於光罩上的圖案高積集化，為了將上述微細圖案準確地轉印至晶圓上，必須於晶圓上形成均勻的照度分佈(illumination distribution)。
先前，如下的技術備受關注：於複眼透鏡的後側焦點面 上形成圓形的二次光源，改變上述圓形的二次光源的大小以改變照明的相干性(coherence)σ(σ值=照明光學系統的射出側數值孔徑/投影光學系統的入射側數值孔徑)。又，如下的變形照明技術亦備受關注：於複眼透鏡的後側焦點面上形成環帶狀或4極狀(quadrupole)的二次光源，提高投影光學系統的焦點深度或解像能力(resolving power)(例如，參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開2002-231619號公報
於專利文獻1中，例如進行環帶照明時，使用由一對稜鏡部件所構成的圓錐轉向鏡系統，使形成於複眼透鏡的入射面(照明光瞳面)上的環帶狀照野(環帶狀光強度分佈)的外形形狀(環帶比等)改變，進而使形成於複眼透鏡的後側焦點面或其附近的環帶狀二次光源的外形形狀改變。另一方面，於現有的曝光裝置中，業者迫切期望例如於進行環帶照明時，在σ值接近1的高σ狀態下進行曝光。
然而，若在進行環帶照明時，使圓錐轉向鏡系統中的一對稜鏡部件相互隔開，則形成於照明光瞳面(進而形成於投影光學系統的光瞳面)上的環帶狀光強度分佈之輪廓(剖面形狀)與理想的高帽狀不同，成為周邊變形之形狀。此時，在形成於投影光學系統的光瞳面上的環帶狀的光強度分佈中，外周邊部分的光被遮擋而不通過投影光學系統的光瞳面孔徑，成為雜散光(stray light)，從而有可能導致投影光學系統的成像性能下降。
本發明是鑒於上述問題開發而成者，其目的在於提供一種照明光學裝置，即便使用轉向鏡系統來改變形成於照明光瞳面上的光強度分佈的外形形狀，亦可以大致維持預期的輪廓。又，本發明的目的在於提供一種曝光裝置，其可以使用照明光學裝置來在適當的照明條件下良好地進行曝光，上述照明光學裝置可以大致維持預期的輪廓，並改變形成於照明光瞳面上的光強度分佈之外形形狀。
為了解決上述問題，本發明的第1形態提供一種照明光學裝置，根據來自光源的光來對被照射面進行照明，上述照明光學裝置的特徵在於包括：稜鏡系統，具有一對稜鏡，且用以改變上述一對稜鏡在光軸上的間隔，以改變照明光瞳面中的光強度分佈；以及1個或多個可動透鏡，配置於上述稜鏡系統與上述被照射面之間的光路中，且根據上述一對稜鏡在光軸上的間隔的變化，上述可動透鏡可以在光軸方向上移動。
本發明的第2形態提供一種照明光學裝置，根據來自光源的光來對被照射面進行照明，上述照明光學裝置的特徵在於包括：調整系統，配置於上述光源與上述被照射面之間的光路中，用以調整到達上述被照射面的主光線相對於光軸的傾斜；以及 1個或多個可動透鏡，為了根據上述調整系統的調整來對上述照明光瞳面中之光強度分佈的形狀進行整形，可以在光軸方向上移動。
本發明的第3形態提供一種照明光學裝置，用在曝光裝置中，此曝光裝置經由投影光學系統而將規定圖案曝光至基板上，上述照明光學裝置的特徵在於包括：光學系統，改變照明光瞳中的光強度分佈；以及整形部件，對由上述光學系統所形成的上述照明光瞳中的光強度分佈進行整形，以使上述光強度分佈不超過上述投影光學系統的孔徑光圈(aperture stop)的開口部的大小。
本發明的第4形態提供一種照明光學裝置，用於將規定圖案曝光至基板上之曝光裝置中，上述照明光學裝置的特徵在於包括：光學系統，改變照明光瞳中的光強度分佈；以及修正部件，修正由上述光學系統所形成的上述照明光瞳中的光強度分佈的變形。
本發明的第5形態提供一種照明光學裝置，用在曝光裝置中，此曝光裝置經由投影光學系統而將規定圖案曝光至基板上，上述照明光學裝置的特徵在於包括：調整光學系統，調整上述基板上的主光線的傾斜；以及整形部件，根據上述調整光學系統的調整來對上述照明光瞳中的光強度分佈進行整形，以使上述光強度分佈不超過上述投影光學 系統的孔徑光圈的開口部的大小。
本發明的第6形態提供一種曝光裝置，其特徵在於包括第1形態至第5形態中任一形態所述的照明光學裝置，並將由上述照明光學裝置照明的規定圖案曝光至感光性基板上。
本發明的第7形態提供一種元件製造方法，其特徵在於包括：曝光步驟，使用第6形態所述的曝光裝置，將上述規定圖案曝光至上述感光性基板上；以及顯影步驟，使經上述曝光步驟後的上述感光性基板顯影。
於本發明的照明光學裝置中，例如使轉向鏡系統中的一對稜鏡在光軸上的間隔改變，以改變照明光瞳面中的光強度分佈的外形形狀，並且根據一對稜鏡在光軸上的間隔的變化，使1個或者多個可動透鏡在光軸方向上移動，藉此對照明光瞳面中的光強度分佈的輪廓(剖面形狀)進行整形。
即，於本發明的照明光學裝置中，即便使用轉向鏡系統來改變形成於照明光瞳面的光強度分佈的外形形狀，亦可以大致維持預期的輪廓。又，於本發明的曝光裝置中，可以使用如下的照明光學裝置，即，在適當的照明條件下良好地進行曝光，進而可以製造良好的元件，上述照明光學裝置大致維持預期的輪廓，並改變形成於照明光瞳面上的光強度分佈的外形形狀。
1‧‧‧光源
2‧‧‧整形光學系統
3‧‧‧繞射光學元件
4‧‧‧無焦光學系統
4a‧‧‧前側透鏡群
4b‧‧‧後側透鏡群
5‧‧‧規定面
6‧‧‧圓錐轉向鏡系統
6a、6b‧‧‧稜鏡
7‧‧‧變焦透鏡
8‧‧‧複眼微透鏡
8a‧‧‧照明光瞳面
9‧‧‧聚光光學系統
10‧‧‧光罩遮器
11‧‧‧成像光學系統
20‧‧‧控制部
21~23‧‧‧驅動部
41‧‧‧具有預期輪廓的環帶狀光強度分佈
42‧‧‧具有周邊變形之輪廓的環帶狀光強度分佈
42a‧‧‧外周邊部分
301~305‧‧‧步驟
401~404‧‧‧步驟
MS‧‧‧光罩載台
WS‧‧‧晶圓載台
AX‧‧‧光軸
AS‧‧‧開口
M‧‧‧光罩
W‧‧‧晶圓
PL‧‧‧投影光學系統
F1~F9‧‧‧箭頭
L0、L1‧‧‧參照符號
X、Y、Z‧‧‧軸
圖1是概略地表示本發明的實施形態的曝光裝置的構成的圖。
圖2是於圓錐轉向鏡系統的抵接狀態下在照明光瞳面上所獲得的光強度分佈的說明圖。
圖3是於圓錐轉向鏡系統的隔開狀態下在照明光瞳面上所獲得的光強度分佈的說明圖。
圖4(a)表示於圓錐轉向鏡系統的抵接狀態下，在投影光學系統的光瞳面上形成具有大致預期的輪廓的環帶狀光強度分佈的情形；圖4(b)表示於圓錐轉向鏡系統的隔開狀態下，在投影光學系統的光瞳面上形成具有周邊已變形的輪廓的環帶狀光強度分佈的情形。
圖5是表示根據圓錐轉向鏡系統的動作而使無焦光學系統中的後側透鏡群移動，並對形成於照明光瞳面上之光強度分佈的輪廓進行整形的情形的圖。
圖6是表示根據複眼微透鏡的移動而使無焦光學系統中的後側透鏡群移動，並對形成於照明光瞳面上之光強度分佈的輪廓進行整形的情形的圖。
圖7是獲得作為微型元件的半導體元件時的方法的流程圖。
圖8是獲得作為微型元件的液晶顯示元件時的方法的流程圖。
根據隨附圖式來說明本發明的實施形態。圖1是概略地表示本發明實施形態的曝光裝置的構成的圖。於圖1中，沿著作為感光性基板的晶圓W的法線方向來設定Z軸，於晶圓W的面內，將與圖1的紙面平行的方向設為Y軸，並在晶圓W之面內，將與圖1的紙面垂直的方向設為X軸。
參照圖1，本實施形態的曝光裝置包括用以供給曝光光束(照明光)的光源1。作為光源1，例如可以使用供給波長為193nm的光的ArF準分子雷射(Excimer Laser)光源、或供給波長為248nm的光的KrF準分子雷射光源等。自光源1射出的光被整形光學系統2擴大為所需的剖面形狀的光束後，經由環帶照明用的繞射光學元件3而入射至無焦光學系統4。
無焦光學系統4是以如下方式設定的無焦點光學系統，即，使前側透鏡群4a的前側焦點位置與繞射光學元件3的位置大致一致，且使後側透鏡群4b的後側焦點位置與圖中虛線所示的規定面5的位置大致一致。如下所述，無焦光學系統4中的後側透鏡群4b可以沿著光軸AX整體地移動。驅動部21使後側透鏡群4b沿著光軸方向整體地移動，上述驅動部21根據來自控制部20的指令而動作。通常，於基板上形成具有相當於曝光光束(照明光)的波長的間距的階差，藉此構成繞射光學元件，此繞射光學元件具有使入射光束以預期角度繞射的作用。
具體而言，環帶照明用的繞射光學元件3具有如下功能， 即，當具有矩形剖面的平行光束入射時，於其遠場(或者夫琅禾費繞射區域)形成環帶狀的光強度分佈。因此，入射至繞射光學元件3的大致平行的光束，在無焦光學系統4的光瞳面上形成環帶狀的光強度分佈後，以環帶狀角度分佈而自無焦光學系統4射出。於前側透鏡群4a與後側透鏡群4b之間的光路中，在無焦光學系統4的光瞳面或其附近配置著圓錐轉向鏡系統6。於下文中敍述圓錐轉向鏡系統6的構成及作用。
通過無焦光學系統4後的光束，經由σ值(σ值=照明光學裝置的光罩側數值孔徑/投影光學系統的光罩側數值孔徑)可變用的變焦(zoom)透鏡(可變倍率光學系統)7而入射至複眼微透鏡(或者複眼透鏡)8。複眼微透鏡8是由縱橫密集地排列的多個具有正折射能力的微透鏡所構成。根據須要，複眼微透鏡8可以沿著光軸AX移動。利用驅動部22來使複眼微透鏡8在光軸方向上移動，上述驅動部22根據來自控制部20的指令而動作。
通常，例如對平行平面板實施蝕刻處理而形成微透鏡群，藉此構成複眼微透鏡。此處，構成複眼微透鏡的各微透鏡，小於構成複眼透鏡的各透鏡元件。又，與由相互隔開的透鏡元件所構成的複眼透鏡不同，整體地形成複眼微透鏡，而不使多個微透鏡(微小折射面)相互隔開。然而，考慮到縱橫地配置著具有正折射能力的透鏡元件，複眼微透鏡是與複眼透鏡相同的波前區分型(division of wavefront)的光學積分器。
規定面5的位置是位於變焦透鏡7的前側焦點位置的附 近，且複眼微透鏡8的入射面配置於變焦透鏡7的後側焦點位置的附近。換言之，變焦透鏡7實質上根據傅裏葉變換(Fourier transform)的關係來配置規定面5與複眼微透鏡8的入射面，進而以光學上大致共軛的方式來配置無焦光學系統4的光瞳面與複眼微透鏡8的入射面。
因此，與無焦光學系統4的光瞳面相同，在複眼微透鏡8的入射面(照明光瞳面)上，形成例如以光軸AX為中心的環帶狀照野(環帶狀的光強度分佈)。此環帶狀照野的整體形狀依賴於變焦透鏡7的焦點距離而相似地變化。構成複眼微透鏡8的各微透鏡具有與應形成於光罩M上的照野的形狀(進而應形成於晶圓W上的曝光區域的形狀)相似的矩形剖面。
入射至複眼微透鏡8的光束經多個微透鏡二維地分割後，於複眼微透鏡8的後側焦點面或其附近，形成具有與由入射光束所形成的照野大致相同的光強度分佈的二次光源，即，形成如下的二次光源，此二次光源由以光軸AX為中心的實際上的環帶狀的面光源所構成。來自形成於複眼微透鏡8的後側焦點面或其附近所形成的二次光源的光束，通過聚光光學系統9後重疊地對光罩遮器(mask blind)10進行照明。
如此，於作為照明視場光圈(visual field diaphragm)的光罩遮器10上形成矩形照野，此矩形照野是與構成複眼微透鏡8的各微透鏡的形狀以及焦點距離相對應。通過光罩遮器10的矩形開口部(光透過部)的光束，受到成像光學系統11的聚光作用後， 重疊地對形成著規定圖案的光罩M進行照明。即，成像光學系統11於光罩M上形成光罩遮器10的矩形狀開口部的像。
透過保持於光罩載台MS上的光罩M的圖案的光束，經由投影光學系統PL而在保持於晶圓載台WS上的晶圓(感光性基板)W上形成光罩圖案的像。如此，一方面在與投影光學系統PL的光軸AX正交的平面(XY平面)內二維地對晶圓載台WS進行驅動控制，進而一方面二維地對晶圓W進行驅動控制，一方面進行單次曝光(one-shot exposure)或掃描曝光，藉此於晶圓W的各曝光區域中依序對光罩M的圖案進行曝光。
圓錐轉向鏡系統6自光源側依序包括：第1稜鏡部件6a，平面朝向光源側且凹圓錐狀的折射面朝向光罩側；以及第2稜鏡部件6b，平面朝向光罩側且凸圓錐狀的折射面朝向光源側。繼而，第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀的折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀的折射面，以可以相互抵接的方式而互補地形成。又，第1稜鏡部件6a以及第2稜鏡部件6b中至少其中之一的部件可以沿著光軸AX移動，且第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀的折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀的折射面的間隔可以改變。利用驅動部23來改變圓錐轉向鏡系統6中的第1稜鏡部件6a與第2稜鏡部件6b在光軸AX上的間隔，上述驅動部23根據來自控制部20的指令而動作。
以下，著眼於環帶狀二次光源，以說明圓錐轉向鏡系統6的作用以及變焦透鏡7的作用。此處，於第1稜鏡部件6a的凹圓 錐狀折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀折射面相互抵接的狀態下，圓錐轉向鏡系統6作為平行平面板而發揮作用，且不對所形成的環帶狀二次光源產生影響。然而，當使第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀折射面隔開時，使環帶狀二次光源的寬度(環帶狀二次光源的外徑與內徑的差的1/2)保持固定，且改變環帶狀二次光源的外徑(內徑)。即，改變環帶狀二次光源的環帶比(內徑/外徑)以及大小(外徑)。
變焦透鏡7具有使環帶狀二次光源的整體形狀相似地擴大或縮小的功能。例如，使變焦透鏡7的焦點距離自最小值擴大為規定值，藉此相似地擴大環帶狀二次光源的整體形狀。換言之，利用變焦透鏡7的作用來一併改變環帶狀二次光源的寬度以及大小(外徑)，而不改變環帶狀二次光源的環帶比。如此，可以利用圓錐轉向鏡系統6以及變焦透鏡7的作用來控制環帶狀二次光源的環帶比與大小(外徑)。
如上所述，於圖2所示的狀態下，即，於第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀折射面相互抵接的抵接狀態下，圓錐轉向鏡系統6作為平行平面板而發揮作用。於圓錐轉向鏡系統6的抵接狀態下，圓錐轉向鏡系統6與無焦光學系統4的合成系統的光瞳位置(圖中箭頭F1所示的位置)，與複眼微透鏡8的入射面(照明光瞳面)8a成光學共軛，且如圖中右端的模式圖所示，於照明光瞳面8a上形成著接近高帽狀且大致具有預期的輪廓(剖面形狀)的環帶狀的光強度分佈。換言之， 於照明光瞳面8a上，光強度分佈的剖面形狀的兩端部形成為大致垂直的形狀。
另一方面，如圖3所示，於使第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀折射面隔開的隔開狀態下，圓錐轉向鏡系統6中的光路長度自抵接狀態下的光路長而產生變化。即，於圓錐轉向鏡系統6的隔開狀態下，圓錐轉向鏡系統6與無焦光學系統4的合成系統的光瞳位置(圖中箭頭F2所示的位置)，與複眼微透鏡8的入射面8a的共軛關係不成立，如圖中右端的模式圖所示，於照明光瞳面8a上形成與高帽狀不同且具有周邊已變形的輪廓的環帶狀光強度分佈。
換言之，形成於複眼微透鏡8的入射面8a(照明光瞳面)上的光瞳像(光強度分佈)散焦而變得模糊。其結果為，在入射面8a上，形成具有周邊已變形之輪廓的環帶狀光強度分佈。
如此，於圓錐轉向鏡系統6的抵接狀態下，如圖4(a)之模式圖所示，於投影光學系統PL的光瞳面上，形成接近高帽狀且具有預期輪廓的環帶狀光強度分佈41。此時，即便設定為σ值接近1的高σ狀態，形成於投影光學系統PL的光瞳面上的環帶狀光強度分佈41內的光，亦不會被投影光學系統PL的光瞳面上的開口AS遮蔽。此處，若環帶狀光強度分佈41的輪廓為高帽狀，則根據環帶狀光強度分佈41的外徑φo來規定σ值。
相對於此，於圓錐轉向鏡系統6的隔開狀態下，如圖4(b)之模式圖所示，在投影光學系統PL的光瞳面上，形成具有 周邊已變形之輪廓的環帶狀光強度分佈42。此時，當設定為σ值接近1的高σ狀態時，形成於投影光學系統PL的光瞳面上的環帶狀光強度分佈42中，外周邊部分(圖中塗黑的部分)42a的光並不通過投影光學系統PL的光瞳面上的開口AS，而是被遮蔽後成為雜散光，因此投影光學系統PL的成像性能有可能下降。環帶狀光強度分佈42的輪廓為周邊已變形之形狀，因此根據環帶狀光強度分佈42的有效外徑φo′來規定σ值。
於本實施形態中，如圖5所示，當使第1稜鏡部件6a的凹圓錐狀折射面與第2稜鏡部件6b的凸圓錐狀折射面隔開，以改變形成於照明光瞳面8a上的環帶狀光強度分佈的外形形狀時，根據第1稜鏡部件6a與第2稜鏡部件6b在光軸AX上的間隔的變化，使無焦光學系統4中的後側透鏡群4b沿著光軸AX整體地移動。具體而言，使後側透鏡群4b沿著光軸AX，自圖中箭頭F4所示的起始位置向圖中箭頭F5所示的位置移動，以維持圓錐轉向鏡系統6與無焦光學系統4的合成系統的光瞳位置(圖中箭頭F3所示的位置)，與複眼微透鏡8的入射面8a的共軛關係。
即，使後側透鏡4b向圖中箭頭F5所示的位置移動，藉此形成聚焦在複眼微透鏡8的入射面8a(照明光瞳面)上的光瞳像(光強度分佈)，其結果為，形成接近高帽狀的環帶狀光強度分佈。
如此，利用後側透鏡群4b在光軸方向上的移動來對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形，且如圖5的右端之模 式圖所示，即便於圓錐轉向鏡系統6的隔開狀態下，與抵接狀態相同，於照明光瞳面8a上，形成接近高帽狀且具有大致預期的輪廓的環帶狀光強度分佈。其結果為，在投影光學系統PL的光瞳面上，形成接近如圖4(a)之模式圖所示的高帽狀且具有大致預期的輪廓的環帶狀光強度分佈，因此即便設定為σ值接近1的高σ狀態，上述環帶狀光強度分佈內的光亦不會被投影光學系統PL的光瞳面上的開口AS遮蔽。如此，利用後側透鏡群4b的移動來將照明光瞳面8a中的光強度分佈的剖面形狀的兩端部整形為大致垂直，因此可以防止雜散光。
如上所述，於本實施形態的照明光學裝置(1~11)中，即便使用圓錐轉向鏡系統6來改變形成於照明光瞳面8a上的環帶狀光強度分佈的外形形狀，亦可以利用整形部件(或者對照明光瞳中的光強度分佈的變形進行修正的修正部件)來將上述環帶狀光強度分佈的輪廓大致維持為預期的形狀，上述整形部件對後側透鏡群4b等的照明光瞳中的光強度分佈進行整形。又，於本實施形態的曝光裝置(1~PL)中，可以使用大致維持預期的輪廓並改變形成於照明光瞳面8a上的光強度分佈的外形形狀的照明光學裝置(1~11)，以在適當的照明條件下良好地進行投影曝光。
然而，於本實施形態中，投影光學系統PL的像側焦圈性(telecentricity)較差，若到達晶圓W的主光線向光軸AX傾斜，則難以將光罩M的圖案忠實地轉印至晶圓W上。此時，如圖6所示，使複眼微透鏡8的入射面8a沿著光軸AX，自圖中箭頭F6 所示的原來的光瞳共軛位置向圖中箭頭F7所示的位置移動，藉此可以調整(修正)投影光學系統PL的像側焦圈性的變形，尤其是可以對倍率焦圈成分(如晶圓W上的像高變大則主光線的傾斜亦增大的焦圈性的變形成分)進行調整(修正)。
然而，若使複眼微透鏡8的入射面8a自原來的位置F6沿著光軸方向移動，則與圖3所示的圓錐轉向鏡系統6的隔開狀態相同，圓錐轉向鏡系統6與無焦光學系統4的合成系統的光瞳位置，與複眼微透鏡8的入射面8a的共軛關係不成立，在複眼微透鏡8的入射面(照明光瞳面)8a上，形成如圖3的右端所示的具有周邊已變形的輪廓的環帶狀光強度分佈。
於本實施形態中，如圖6所示，當使複眼微透鏡8的入射面8a自原來的光瞳共軛位置F6移動，以調整投影光學系統PL的像側焦圈性的變形時，根據複眼微透鏡8在光軸方向上的移動，使後側透鏡群4b沿著光軸AX整體地移動。具體而言，使後側透鏡群4b沿著光軸AX，自圖中箭頭F8所示的起始位置向圖中箭頭F9所示的位置移動，以維持圓錐轉向鏡系統6與無焦光學系統4的合成系統的光瞳位置，與複眼微透鏡8的入射面8a的共軛關係。
如此，為了調整投影光學系統PL的像側焦圈性的變形(或者調整基板上主光線相對於光軸的傾斜)，使複眼微透鏡8(調整系統、調整光學系統)在光軸方向上移動，即使在此狀態下，可以利用後側透鏡群4b在光軸方向上的移動來對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形，從而可以於投影光學系統PL的 光瞳面上，形成接近於高帽狀且具有大致預期的輪廓的環帶狀光強度分佈。再者，於圖6中，參照符號L0表示與處於起始位置F8的後側透鏡群4b相對應的光線，參照符號L1表示與已移動至位置F9後的後側透鏡群4b相對應的光線。
再者，於上述說明中，使無焦光學系統4中的後側透鏡群4b沿著光軸AX整體地移動，藉此來對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形。然而，並非限定於此，亦可以使後側透鏡群4b中的1個或多個透鏡，或者使後側透鏡群4b以外的適當的1個或多個可動透鏡沿著光軸AX移動，藉此對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形。具體而言，例如使配置於圓錐轉向鏡系統6與複眼微透鏡8之間的光路中的1個或多個可動透鏡，即，使作為可變倍率光學系統的變焦透鏡7中的1個或多個可動透鏡沿著光軸AX移動，藉此可對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形。
又，於上述說明中，為便於理解，如圖6所示，在圓錐轉向鏡系統6的抵接狀態下，使複眼微透鏡8移動，以調整投影光學系統PL的像側焦圈性的變形。如此，於圓錐轉向鏡系統6不動作時、或圓錐轉向鏡系統6未插入無焦光學系統4中時，如上所述，根據複眼微透鏡8在光軸方向上的移動來使後側透鏡群4b(通常為1個或多個可動透鏡)移動。然而，當使圓錐轉向鏡系統6動作而改變照明光瞳面8a中的光強度分佈的外形形狀，並使例如複眼微透鏡8移動而整形該投影光學系統PL的像側焦圈性的 變形時，根據第1稜鏡部件6a與第2稜鏡部件6b在光軸方向上的間隔的變化、以及複眼微透鏡8在光軸方向上的移動，使1個或多個可動透鏡移動。
又，於上述說明中，使複眼微透鏡8移動，以調整投影光學系統PL的像側焦圈性的變形。然而，並非限定於此，使複眼微透鏡8以外的光學部件、例如1個或多個調整透鏡沿著光軸AX移動，藉此可以調整該投影光學系統PL的像側焦圈性的變形。具體而言，例如使配置於複眼微透鏡8與光罩M之間的光路中的1個或多個調整透鏡沿著光軸AX移動，藉此可以調整投影光學系統PL的像側焦圈性的變形。此時，根據1個或多個調整透鏡的移動，例如使配置在較複眼微透鏡8更靠近光源側的位置的1個或多個可動透鏡沿著光軸AX移動，藉此可以對照明光瞳面8a中的光強度分佈的輪廓進行整形。
又，於上述說明中，使用環帶照明用的繞射光學元件3，不論於圓錐轉向鏡系統6的抵接狀態或隔開狀態下，均於照明光瞳面8a上形成環帶狀光強度分佈。然而，並非限定於此，亦可以在照明光路中設定圓形照明用的繞射光學元件(未圖示)以替代環帶照明用的繞射光學元件3，藉此於圓錐轉向鏡系統6的抵接狀態下進行通常的圓形照明，於圓錐轉向鏡系統6的隔開狀態下進行環帶照明。此處，圓形照明用的繞射光學元件具有如下功能：當具有矩形剖面的平行光束入射時，於其遠場形成圓形的光強度分佈。
又，於上述說明中，將本發明應用於環帶照明，但並非限定於此，例如本發明同樣亦可以應用於4極照明或2極照明等。於4極照明的情形時，於照明光路中設定4極照明用的繞射光學元件(或者圓形照明用的繞射光學元件)以替代環帶照明用的繞射光學元件3，並在無焦光學系統4的光瞳面或其附近設定角錐轉向鏡系統，以替代圓錐轉向鏡系統6(或者除圓錐轉向鏡系統6以外)。
於2極照明的情形時，於照明光路中設定2極照明用的繞射光學元件(或者圓形照明用的繞射光學元件)，以替代環帶照明用的繞射光學元件3，並在無焦光學系統4的光瞳面或其附近設定V槽圓錐轉向鏡系統，以替代圓錐轉向鏡系統6(或者除圓錐轉向鏡系統6以外)。此處，4極照明(2極照明)的繞射光學元件具有如下功能：當具有矩形剖面的平行光束入射時，於其遠場形成4極狀(2極狀)的光強度分佈。又，角錐轉向鏡系統具有與以光軸為中心的角錐體之側面相對應的形狀的折射面，V槽圓錐轉向鏡系統具有關於通過光軸的預定軸線大致對稱的剖面形狀為V字狀的折射面。再者，角錐轉向鏡系統以及V槽圓錐轉向鏡系統的構成以及作用，可以參照日本專利特開2002-231619號公報等。
於上述實施形態的曝光裝置中，利用照明光學裝置來對光罩(reticle)進行照明(照明步驟)，並使用投影光學系統來將形成於光罩上的轉印用圖案曝光至感光性基板上(曝光步驟)，藉 此可以製造微型元件(半導體元件、攝像元件、液晶顯示元件、薄膜磁頭等)。以下，參照圖7的流程圖來說明獲得作為微型元件的半導體元件時的方法的一例，使用上述實施形態的曝光裝置來於作為感光性基板的晶圓等上形成規定的電路圖案，藉此獲得上述作為微型元件的半導體元件。
首先，於圖7的步驟301中，將金屬膜蒸鍍至1個批次的晶圓上。於下一步驟302中，在上述1個批次的晶圓上的金屬膜上塗佈光阻。其後，在步驟303中，使用上述實施形態的曝光裝置，將光罩上的圖案的像，經由上述投影光學系統而依序曝光轉印至上述1個批次的晶圓上的各曝光區域。其後，在步驟304中，對上述1個批次的晶圓上的光阻進行顯影，此後於步驟305中，在上述1個批次的晶圓上，以光阻圖案為光罩而進行蝕刻，藉此於各晶圓上的各曝光區域中形成與光罩上的圖案相對應的電路圖案。其後，形成更上層的電路圖案等，藉此製造半導體元件等元件。根據上述半導體元件的製造方法，可以高產量地獲得具有極微小的電路圖案的半導體元件。
又，於上述實施形態的曝光裝置中，在平板(玻璃基板)上形成規定圖案(電路圖案、電極圖案等)，藉此亦可以獲得作為微型元件的液晶顯示元件。以下，參照圖8的流程圖，說明此時的方法的一例。於圖8的圖案形成步驟401中實施所謂的光微影步驟，此光微影步驟是使用上述實施形態的曝光裝置來將光罩的圖案轉印曝光至感光性基板(塗佈了光阻的玻璃基板等)上。藉 由上述光微影步驟，可以於感光性基板上形成包括多數個電極等的規定圖案。其後，經曝光後的基板，經過顯影步驟、蝕刻步驟、光阻剝離步驟等各步驟，藉此於基板上形成規定圖案，並轉向下一彩色濾光片形成步驟402。
其次，在彩色濾光片形成步驟402中，形成如下的彩色濾光片，在此彩色濾光片中，矩陣狀地排列著多個與R(Red)、G(Green)、B(Blue)對應的3個點的組，或者在水平掃描線方向上排列多個R、G、B的3根條紋的濾光片的組。繼而，在彩色濾光片形成步驟402之後，實施單元組裝步驟403。於單元組裝步驟403中，使用圖案形成步驟401中所獲得的具有規定圖案的基板、以及彩色濾光片形成步驟402中所獲得的彩色濾光片等，來組裝液晶面板(液晶單元)。
於單元組裝步驟403中，例如在圖案形成步驟401中所獲得的具有規定圖案的基板、與彩色濾光片形成步驟402中所獲得的彩色濾光片之間注入液晶，以製造液晶面板(液晶單元)。其後，於模組組裝步驟404中，安裝電路、背光源(back light)等各零件後，完成液晶顯示元件，上述電路進行已組裝的液晶面板(液晶單元)的顯示動作。根據上述液晶顯示元件的製造方法，可以高產量地獲得具有極微細的電路圖案的液晶顯示元件。
再者，於上述實施形態中，將本發明應用於在曝光裝置中對光罩進行照明的照明光學裝置，但並非限定於此，本發明亦可以應用於對光罩以外的被照射面進行照明的通常的照明光學裝 置。
1‧‧‧光源
2‧‧‧整形光學系統
3‧‧‧繞射光學元件
4‧‧‧無焦光學系統
4a‧‧‧前側透鏡群
4b‧‧‧後側透鏡群
5‧‧‧規定面
6‧‧‧圓錐轉向鏡系統
6a、6b‧‧‧稜鏡
7‧‧‧變焦透鏡
8‧‧‧複眼微透鏡
8a‧‧‧照明光瞳面
9‧‧‧聚光光學系統
10‧‧‧光罩遮器
11‧‧‧成像光學系統
20‧‧‧控制部
21~23‧‧‧驅動部
M‧‧‧光罩
MS‧‧‧光罩載台
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓載台
AX‧‧‧光軸
PL‧‧‧投影光學系統
X、Y、Z‧‧‧軸

Claims (33)

  1. 一種照明光學裝置，根據來自光源的光來對被照射面進行照明，上述照明光學裝置的特徵在於包括：稜鏡系統，具有一對稜鏡，且用以改變上述一對稜鏡在光軸上的間隔，以改變照明光瞳面中的光強度分佈；以及1個或多個可動透鏡，配置於上述稜鏡系統與上述被照射面之間的光路中，且根據上述一對稜鏡在光軸上的間隔的變化，上述可動透鏡可以在光軸方向上移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中上述1個或多個可動透鏡對上述照明光瞳面中之光強度分佈的形狀進行整形。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之照明光學裝置，其中上述1個或多個可動透鏡對形成在上述照明光瞳面上的光強度分佈的變形進行修正。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中上述1個或多個可動透鏡對形成於上述照明光瞳面上的光強度分佈的變形進行修正。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中上述稜鏡系統包括：第1稜鏡，具有剖面為凹狀的折射面；以及第2稜鏡，具有剖面為凸狀的折射面，此凸狀剖面的折射面與上述第1稜鏡的上述剖面為凹狀的折射面大致互補地形成，且上述第1稜鏡以及上述第2稜鏡中的至少其中之一可以在光軸方向上移動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之照明光學裝置，其中上述折射面具有與以上述光軸為中心的圓錐體的側面對應的形狀、與以上述光軸為中心的角錐體的側面對應的形狀、或者關於通過上述光軸的預定軸線大致對稱的V字狀剖面形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中包括無焦光學系統，且上述稜鏡系統配置於上述無焦光學系統的光瞳位置或光瞳位置附近。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中包括可變倍率光學系統，此可變倍率光學系統配置於上述稜鏡系統與上述被照射面之間的光路中，可以改變上述照明光瞳面中的光強度分佈的大小。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之照明光學裝置，其中包括光學積分器，此光學積分器配置於上述稜鏡系統與上述被照射面之間的光路中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之照明光學裝置，其中為了調整到達上述被照射面的主光線相對於光軸的傾斜，上述光學積分器可以在光軸方向上移動，且根據上述一對稜鏡在光軸上的間隔的變化、與上述光學積分器在光軸方向上的移動，使上述1個或多個可動透鏡在光軸方向上移動。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之照明光學裝置，其中包括1 個或多個調整透鏡，配置於上述光學積分器與上述被照射面之間的光路中，為了調整到達上述被照射面的主光線相對於光軸的傾斜，上述1個或多個調整透鏡可以在光軸方向上移動，且根據上述一對稜鏡在光軸上的間隔的變化、與上述1個或多個調整透鏡在光軸方向上的移動，使上述1個或多個可動透鏡在光軸方向上移動。
  12. 一種照明光學裝置，根據來自光源的光來對被照射面進行照明，上述照明光學裝置的特徵在於包括：調整系統，配置於上述光源與上述被照射面之間的光路中，用以調整到達上述被照射面的主光線相對於光軸的傾斜；以及1個或多個可動透鏡，為了根據上述調整系統的調整來對上述照明光瞳面中的光強度分佈的形狀進行整形，可以在光軸方向上移動。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之照明光學裝置，其中上述1個或多個可動透鏡對上述照明光瞳面中的光強度分佈的變形進行修正。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之照明光學裝置，其中上述調整系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器，且上述1個或多個可動透鏡配置於較上述光學積分器更靠近光源側的位置，並根據上述光學積分器在光軸方向上的移動而在光軸方向上移動。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之照明光學裝置，其中包括 光學積分器，且上述調整系統包括1個或多個調整透鏡，上述1個或多個調整透鏡配置於上述光學積分器與上述被照射面之間的光路中，且可以在光軸方向上移動，上述1個或多個可動透鏡配置於較上述光學積分器更靠近光源側的位置，且根據上述1個或多個調整透鏡在光軸方向上的移動而在光軸方向上移動。
  16. 一種照明光學裝置，用在曝光裝置中，此曝光裝置經由投影光學系統而將規定圖案曝光至基板上，上述照明光學裝置的特徵在於包括：光學系統，改變照明光瞳中的光強度分佈；以及整形部件，對由上述光學系統所形成的上述照明光瞳中的光強度分佈進行整形，以使上述光強度分佈不超過上述投影光學系統的孔徑光圈的開口部的大小。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之照明光學裝置，其中上述整形部件包括可以在光軸方向上移動的1個或多個可動透鏡。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括間隔相對可變的第1稜鏡及第2稜鏡。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括間隔相對可變的第1稜鏡及第2稜鏡。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  22. 一種照明光學裝置，用於曝光裝置中，曝光裝置將規定圖案曝光至基板上，上述照明光學裝置的特徵在於包括：光學系統，改變照明光瞳中的光強度分佈；以及修正部件，修正由上述光學系統所形成的上述照明光瞳中的光強度分佈的變形。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之照明光學裝置，其中上述修正部件包括可以在光軸方向上移動的1個或多個可動透鏡。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括間隔相對可變的第1稜鏡及第2稜鏡。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括間隔相對可變的第1稜鏡及第2稜鏡。
  27. 如申請專利範圍第22項所述之照明光學裝置，其中上述光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  28. 一種照明光學裝置，用在曝光裝置中，此曝光裝置經由投影光學系統而將規定圖案曝光至基板上，上述照明光學裝置的特徵在於包括：調整光學系統，調整上述基板上的主光線的傾斜；以及整形部件，根據上述調整光學系統的調整來對上述照明光瞳中的光強 度分佈進行整形，以使上述光強度分佈不超過上述投影光學系統的孔徑光圈的開口部的大小。
  29. 如申請專利範圍的28項所述之照明光學裝置，其中上述整形部件包括可以在光軸方向上移動的1個或多個可動透鏡。
  30. 如申請專利範圍的29項所述之照明光學裝置，其中上述調整光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之照明光學裝置，其中上述調整光學系統包括可以在光軸方向上移動的光學積分器。
  32. 一種曝光裝置，其特徵在於包括申請專利範圍第1項至第31項中任一項所述的照明光學裝置，並將由上述照明光學裝置照明的規定圖案曝光至感光性基板上。
  33. 一種元件製造方法，其特徵在於包括：曝光步驟，使用申請專利範圍第32項所述的曝光裝置，將上述規定圖案曝光至上述感光性基板上；以及顯影步驟，使經上述曝光步驟後的上述感光性基板顯影。
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