TWI514001B - An illumination optical device, a lighting method, and an exposure method and apparatus - Google Patents

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Description

照明光學裝置、照明方法、以及曝光方法及裝置
本發明係關於使用具有可個別控制之複數個光學元件之空間光調變裝置照明被照射面之照明技術、使用此照明技術之曝光技術、以及使用此曝光技術之元件製造技術。
在例如用以製造半導體元件等電子元件(微元件)之微影製程所使用之步進機及掃描步進機等曝光裝置，皆具備以各種照明條件且均一之照度分布照明標線片(光罩)之照明光學裝置。作為先前之照明光學裝置，提出了一種為了根據照明條件將在照明光學系瞳面上之光量分布設定成在圓形區域、環帶狀區域、或複數極之區域等有大光量之分布，而具備排列成陣列狀且傾斜角可變之多數個微小反射鏡元件之可動多反射鏡方式之空間光調變器、與來自複數個反射鏡元件之反射光被集光之複眼透鏡的照明光學裝置(例如，參照專利文獻1)。
此外，亦提出了一種為控制作為照明條件之在光瞳面之複數個二次光源或既定形狀之二次光源偏光狀態之分布，具備偏光狀態互異之光束照射之二個空間光調變器，而能彼此獨立的控制來自此二個空間光調變器之光束在光瞳面之光量分布的照明光學裝置(例如，參照專利文獻2)。
先行技術文獻
[專利文獻1]日本特開2002-353105號公報
[專利文獻2]日本特開2009-105396號公報
根據先前之具備二個空間光調變器之照明光學裝置，可將二次光源各部之偏光狀態設定為二個偏光狀態之任一種、或設定為將二個偏光狀態之光束混合成不同調的(incoherent)狀態。然而，最近亦有要求在光瞳面之二次光源各部之偏光狀態例如將整體設定於大致圓周方向等、設定為亦益加複雜之分布的情形。因此，當為了視所需偏光狀態之數而單純的增加空間光調變器之數量時，即產生了照明光學裝置之構成複雜化、且大型化的問題。
本發明有鑑於上述情事，其目的在不致使裝置構成過份複雜化或大型化之情形下，以各種偏光狀態之光束照明被照射面。
本發明之第1態樣，提供一種使用光束照明被照射面之照明光學裝置。此照明光學裝置，具備：光分割器，係將該光束分割為彼此具有互異偏光狀態之複數條光束；空間光調變裝置，係配置在該複數條光束中之第1光束行進之第1光路與該複數條光束中之第2光束行進之第2光路中之至少一方，且具有二維排列、個別被驅動之複數個光學元件；以及控制裝置，控制該空間調變裝置、將該第1光束與該第2光束之至少一部分加以合成。
又，本發明之第2態樣，提供一種具備用以照明既定圖案之本發明之照明光學裝置，將該既定圖案曝光至基板之曝光裝置。
又，本發明之第3態樣，提供一種使用光束照明被照射面之照明方法。此照明方法，在具備二維排列、被個別驅動之複數個光學元件之空間光調變裝置與該被照射面之間，設定該光束之偏光狀態之目標分布；將該光束分割為互異偏光狀態之複數條光束；將該複數條光束中之第1及第2光束中之至少一方供應至該空間光調變裝置；視該偏光狀態之目標分布控制該空間光調變裝置，將該第1光束與該第2光束之至少一部分加以合成，且將經合成之光束之偏光狀態調整為與被分割之該複數條光束所具有之偏光狀態不同。
又，本發明之第4態樣，提供一種以本發明之照明方法照明該被照射面之圖案、將該圖案曝光至基板之曝光方法。
又，本發明之第5態樣，提供一種元件製造方法，其包含使用本發明之曝光裝置或曝光方法、將該既定圖案曝光至該基板之動作、與處理經曝光之該基板之動作。
發明效果
本發明，係將第1光束及第2光束之至少一部分加以合成、並將該合成之光束之偏光狀態設定成與合成前之第1光束及第2光束之偏光狀態不同之偏光狀態。因此，能在不致使裝置構成過份複雜化或大型化之情形下，以各種偏光狀態之光束照明被照射面。
參照圖1～圖6說明本發明之一實施形態例。
圖1中顯示了由本實施形態之掃描步進機構成之掃描曝光型曝光裝置(投影曝光裝置)EX之概略構成。圖1中，曝光裝置EX具備以曝光用照明光(曝光用光)IL照明標線片R(光罩)之圖案面之標線片面(被照射面)的照明裝置2。照明裝置2具備脈衝發出照明光IL之光源5、以及以來自光源5之照明光IL照明標線片面之照明區域26之照明光學系ILS。此外，曝光裝置EX具備移動標線片R之標線片載台RST、將標線片R之圖案之像投影至晶圓W(基板)表面之投影光學系PL、移動晶圓W之晶圓載台WST、由統籌控制裝置全體之動作之電腦構成之主控制系30、以及各種控制系等。
以下，分別設與投影光學系PL之光軸平行的為Z軸、在與Z軸垂直之平面(本實施形態中為大致水平面)内與圖1之紙面平行之方向為Y軸、與圖1之紙面垂直之方向為X軸來進行說明。本實施形態中，曝光時標線片R及晶圓W之掃描方向係與Y軸平行之方向(Y方向)、照明區域26則為於X方向(非掃描方向)細長之矩形。此外，將繞與X軸、Y軸及Z軸平行之軸之旋轉方向(傾斜方向)設為θx方向、θy方向及θz方向以進行說明。
作為光源5，係使用4～6kHz程度之頻率脈衝發出波長193nm、直線偏光之雷射光的ArF準分子雷射光源。此雷射光具有某種程度之時間上及空間上之同調性(coherency)。又，作為光源5，亦可使用供應波長248nm之雷射光之KrF準分子雷射光源、或產生從固體雷射光源(YAG雷射、半導體雷射等)輸出之雷射光之諧波的諧波產生裝置等。於光源5連結有電源部32。主控制系30將指示
脈衝發光之時序及光量(脈衝能量)之發光觸發脈衝TP供應至電源部32。電源部32與該發光觸發脈衝TP同步使光源5進行脈衝發光。
從光源5射出之大致平行光束且直線偏光之雷射光構成之照明光IL，射入擴束器6而將其剖面形狀放大為既定形狀。從擴束器6射出之照明光IL，在具有光軸AXI之照明光學系ILS通過具有用以將照明光IL之偏光方向旋轉任意角度之1/2波長板7、與在主控制系30之控制下旋轉1/2波長板7之驅動部33的偏光光學系。又，亦可於偏光光學系中，如國際公開第2004/051717號小冊子之揭示，設置將照明光IL之偏光狀態作成隨機偏光(非偏光)之去極器(depolarizer)。
通過1/2波長板7之照明光IL被反射鏡9反射向+Y方向後，經由光分割系8、第1稜鏡12A、第2稜鏡12B、後述空間光調變裝置、中繼光學系14而射入複眼透鏡15(光學積分器)之入射面22I。此處，空間調變裝置具備第1空間光調變器13A、第2空間光調變器13B。
被反射鏡9反射向+Y方向之照明光IL沿光軸AXI射入光分割系8。光分割系8，具有：將照明光IL分割為作為反射光之S偏光之第1照明光ILA與作為透射光之P偏光之第2照明光ILB的偏光分束器10、將照明光ILA反射向+Y方向之反射鏡11A、使照明光ILB轉向-Z方向後反射向+Y方向之二片反射鏡11B、11C。從光分割系8射出之直線偏光於X方向之照明光ILA，經由第1稜鏡12A、第1空間光調變器13A、第1稜鏡12A及具有既定焦距之中繼光學系14後射入複眼透鏡15(光學積分器)之入射面22I。另一方面，從光分割系8射出之直線偏光於Z方向(對應標線片面之Y方向之方向)之照明光ILB，經由第2稜鏡12B、第2空間光調變器13B、第2稜鏡12B及中繼光學系14後射入複眼透鏡15之入射面22I。由可使照明光IL透射之螢石(CaF2 )或石英等光學材料形成之稜鏡12A、12B彼此為相同構成，且可動多反射鏡方式之空間光調變器13A、13B亦彼此為相同構成。進一步的，稜鏡12A、12B及空間光調變器13A、13B分別係就光軸AXI配置成對稱。以下，代表性的主要說明第1稜鏡12A及第1空間光調變器13A之構成。
第1稜鏡12A，具有：垂直於與光軸AXI平行之軸之入射面12Ad及射出面12Ae、以和X軸平行之軸為中心順時鐘旋轉大致60°而與入射面12Ad交叉之第1反射面12Aa、與第1反射面12Aa相對與XZ平面平行之面大致對稱之第2反射面12Ab、以及與XY平面平行且與入射面12Ad(射出面12Ae)正交之透射面12Ac。
又，第1空間光調變器13A，具有：由排列成二維陣列狀且各自之θx方向及θy方向之傾斜角以及Z位置可變之微小反射鏡構成之多數個反射鏡元件3A、以及個別驅動此等反射鏡元件3A之驅動部4A。空間光調變器13A之多數個反射鏡元件3A，其全體配置成與透射面12Ac大致平行、且近接配置。舉一例而言，各反射鏡元件3A之反射面在可變範圍内之中央，與透射面12Ac大致平行。
第2空間光調變器13B，亦具有：由排列成二維陣列狀且各自之θx方向及θy方向之傾斜角以及Z位置可變之微小反射鏡構成之多數個反射鏡元件3B、以及個別驅動此等反射鏡元件3B之驅動部4B。空間光調變器13B之多數個反射鏡元件3B與第2稜鏡12B之透射面近接配置。照明裝置2，具備空間光調變器13A、13B、以及控制空間光調變器13A、13B之驅動部4A、4B之動作的調變控制部31。由主控制系30將照明條件(後述照明瞳面22P上之光量分布及偏光狀態之分布)以及照明光IL之發光時序之資訊供應至調變控制部31。調變控制部31在照明光IL脈衝發出之期間内，控制驅動部4A、4B以使多數個反射鏡元件3A、3B繞二軸之傾斜角及Z位置維持於對應該照明條件之值。
此場合i第1照明光ILA係與光軸AXI平行的射入第1稜鏡12A之入射面12Ad。射入之照明光ILA於第1反射面12Aa被全反射後，穿透透射面12Ac射入空間光調變器13A之多數個反射鏡元件3A。之後，於多數個反射鏡元件3A反射並被波面分割之照明光ILA再次射入透射面12Ac後，於第2反射面12Ab全反射而從射出面12Ae射出。因此，第1反射面12Aa相對入射面12Ad之角度，只要是在垂直射入入射面12Ad之光束於第1反射面12Aa全反射、且在第1反射面12Aa全反射之光束透射過透射面12Ac之範圍即可。此時，只要某一反射鏡元件3A之反射面與透射面12Ac大致平行，則於該反射鏡元件3A反射之照明光ILA在穿過透射面12Ac於第2反射面12Ab全反射後，即經由射出面12Ae而與光軸AXI大致平行的射出。因此，藉由控制各反射鏡元件3A繞二軸之傾斜角，即能控制於該反射鏡元件3A反射而從稜鏡12A射出之照明光ILA與和光軸AXI平行之軸正交之二方向(θx方向及θz方向)之角度。此外，各反射鏡元件3A之Z位置(Z方向位置)亦能個別控制，可藉由此Z位置之控制來控制被以各反射鏡元件3A反射之照明光之光路長。如前所述，控制照明光ILA對與光軸AXI平行之軸之角度(光路方向)及光路長，即為本實施形態中藉由各反射鏡元件3A進行之空間性調變。
同樣的，射入第2稜鏡12B之第2照明光ILB，被第2空間光調變器13B之多數個反射鏡元件3B加以波面分割，被波面分割之各光束受到以反射鏡元件3B進行之個別的空間性調變，各自之θx方向、θy方向之角度、及Z位置被控制而從稜鏡12B之射出面射出。又，稜鏡12A、12B之反射面12Aa、12Ab等雖係使用全反射，代但亦可於其反射面12Aa、12Ab等形成反射膜，以此反射膜來反射照明光ILA、ILB。此外，亦可取代稜鏡12A、12B而使用於反射面12Aa、12Ab等配置反射面之各一對平面反射鏡等。
接著，從稜鏡12A、12B射出之照明光ILA、ILB經由中繼光學系14而視需要將其至少一部分合成後射入複眼透鏡15之入射面22I。複眼透鏡15係將多數個雙凸透鏡元件於Z方向及X方向配置成大致緊貼者。入射面22I與標線片面光學上大致共軛，複眼透鏡15之各透鏡元件之剖面形狀係與標線片面之照明區域26大致相似之矩形。
此處，代表性的針對第1空間光調變器13A之構成例加以說明。圖2(A)係顯示空間光調變器13A之一部份的放大立體圖。圖2(A)中，空間光調變器13A包含於X方向、Y方向以一定間距大致緊貼排列之多數個反射鏡元件3A、以及驅動部4A。X方向、Y方向之反射鏡元件3A排列數為例如數100個。
舉一例而言，如圖2(B)所示，以一條2點鏈線表示之反射鏡元件3A之驅動機構(驅動部4A)，包含：相對支承構件41支承反射鏡元件3A之彈簧構件44、形成在支承構件41表面之四個電極42A、42B、42C、42D、以及形成在反射鏡元件3A背面之電極(未圖示)。彈簧構件44可以是可彈性變形之微小的鉸鏈機構。反射鏡元件3A及驅動部4A可以例如所謂的MEMS(Microelectromechanical Systems)技術加以製造。
圖2(B)中，可藉由施加於電極42A、42B之電壓之平衡控制反射鏡元件3A之θy方向傾斜角、藉由施加於電極42C、42D之電壓之平衡控制反射鏡元件3A之θx方向傾斜角。進一步的，可藉由相等的增減四個電極42A～42D之電壓，如圖2(B)之驅動機構側視圖之圖2(C)所示，控制反射鏡元件3A之反射面法線方向(大致Z方向)之位置(Z位置)。現狀下，反射鏡元件3A係例如10μm方型～數10μm方型程度(例如48μm方型)之微小平面反射鏡，反射鏡元件3A之θx方向、θy方向之傾斜角為±數deg～±10deg程度。為能進行照明條件之細微的變更，反射鏡元件3以盡可能的小較佳。
又，反射鏡元件3A之Z位置之控制量Δz的可能範圍為例如數100nm程度。本實施形態中，被反射鏡元件3A反射之照明光ILA之波長為193nm，照明光ILA之光路長相對於反射鏡元件3A之Z位置之控制量δZ的變化量大致為2×δZ。因此，為了使照明光ILA之光路長於相位變化360°，使反射鏡元件3A之Z位置大致變化100nm程度即可。因此，根據本實施形態之空間光調變器13A(空間光調變器13B亦相同)，可藉由控制各反射鏡元件3A(3B)之Z位置，在0°～360°之範圍内控制被各反射鏡元件3A(3B)反射之照明光ILA(ILB)換算為相位之光路長。又，於空間光調變器13A、13B設有為了使温度安定、例如使控制在既定温度之冷媒流於管線之方式的温度安定化機構(未圖示)。
又，作為反射鏡元件3A之驅動機構，可使用其他任意之機構。此外，反射鏡元件3A雖係大致正方形之平面反射鏡，但其形狀可以是矩形等任意形狀。不過，從光之利用效率之觀點來看，以可排列成無間隙之形狀較佳。又，相鄰反射鏡元件3A之間隔以所須最小限為佳。再者，作為空間光調變器13A、13B，亦可使用例如特表平10-503300號公報及與此對應之歐洲專利公開第779530號說明書、特開2004-78136號公報及與此對應之美國專利第6,900,915號說明書、特表2006-524349號公報及與此對應之美國專利第7,095,546號說明書所揭示之空間光調變器。
圖3(A)及圖3(C)分別顯示了圖1之光分割系8至複眼透鏡15止之光學系。圖3(A)及圖3(C)中，將空間光調變器13A、13B之多數個反射鏡元件3A、3B，代表性的以複數個反射鏡元件3A1～3A7、3B1～3B7加以表示。圖3(A)中，本實施形態係於中繼光學系14之大致前側焦點面配置空間光調變器13A、13B之各反射鏡元件3A1、3B1等之反射面，於中繼光學系14之後側焦點面配置複眼透鏡15之入射面22I。此構成中，將包含光軸AXI、沿與ZY平面平行之面射入中繼光學系14之光線相對與光軸AXI平行之軸之θx方向傾斜角設為θA、將中繼光學系14之焦距設為f時，於複眼透鏡15之入射面22I該光線被集光之位置從光軸AXI之高度hA(Z方向之位置)可以大致下述方式計算。
hA=f‧tanθA　…(1)
式(1)中，傾斜角θA係視各反射鏡元件3A1等之反射面之θx方向傾斜角(以調變控制部31設定之值)計算出之值，該傾斜角不受反射鏡元件3A1之Z位置影響。同樣的，可從反射鏡元件3A1等之θy方向傾斜角計算出在入射面22I之光線之X方向位置。又，於空間光調變器13B，亦能從各反射鏡元件3B1等之θx方向、θy方向之傾斜角，計算出以各反射鏡元件3B1等反射之光線在入射面22I之X方向、Y方向之照射位置。
此場合，在有複眼透鏡15之各透鏡元件之後側焦點面(射出面近旁之面)的照明光學系ILS之光瞳面(以下，稱照明瞳面)22P，會形成由各透鏡元件形成之光源(二次光源)。換言之，在複眼透鏡15之入射面22I之照明光ILA、ILB之光量分布，與在位於複眼透鏡15射出面側之照明瞳面22P之光量分布實質相同。因此，藉由個別控制空間光調變器13A、13B之所有反射鏡元件3A1、3B1等繞二軸之傾斜角，即可將在照明瞳面22P之照明光ILA、ILB之光量分布(二次光源之形狀)控制成任意之分布。實際上，由主控制系30對調變控制部31供應在照明瞳面22P(及入射面22I)作為目標之光量分布之資訊。調變控制部31為了在入射面22I獲得作為目標之光量分布，從式(1)等計算各反射鏡元件3A1等之反射面之θx方向、θy方向傾斜角之目標值，並將此等傾斜角設定於空間光調變器13A、13B之驅動部4A、4B。
又，本實施形態中，藉由將來自一個空間光調變器13A或複數個反射鏡元件3A之光束、與來自一個空間光調變器13B或複數個反射鏡元件3B之光束照射於複眼透鏡15之入射面22I之同一點，以控制來自空間光調變器13A之光束與來自空間光調變器13B之光束的光路長差(相位差)，即能將照明光在該點之偏光狀態、以及照明光在對應該點之照明瞳面22P之偏光狀態，控制成大致任意之狀態(詳待後述)。
圖3(A)之例中，來自空間光調變器13A及13B之反射光係分別照射在複眼透鏡15之入射面22I於Z方向分離之二處之照明區域25A、25B、及於X方向分離之二處之照明區域25C、25D。並於照明瞳面22P，如圖3(B)所示，在對應照明區域25A～25D之位置形成具有與照明區域25A～25D大致相同強度分布之4極的二次光源24A、24B、24C、24D。
例如主要是曝光在圖1之標線片R之圖案面(標線片面)於X方向及Y方向分別以接近解析限度之間距排列之二個線與空間(line & space)圖案之情形時，在照明瞳面22P之二次光源係設定為圖3(B)之4極照明。同樣的，亦可藉由空間光調變器13A、13B，將照明瞳面22P上之二次光源(光量分布)設定為一般照明用之圓形二次光源、環帶照明用之二次光源、X方向之2極二次光源、Y方向之2極二次光源等任意的形狀。再者，亦可藉由空間光調變器13A、13B，例如於圖3(B)中，將二次光源24A、24B(24C、24D)之間隔、及/或二次光源24A～24D各個之大小變更為任意之值。
其次，於圖1中，來自形成在照明瞳面22P之二次光源之照明光ILE，經由第1中繼透鏡16、標線片遮簾(視野光闌)17、第2中繼透鏡18、光路彎折用反射鏡19及聚光光學系20，為得到均一之照度分布而重疊照明於標線片面之照明區域26。包含從擴束器7至聚光光學系20為止之光學構件而構成照明光學系ILS。包含照明光學系ILS之空間光調變器13A、13B及複眼透鏡15的光學構件，被支承於未圖示之框架。
標線片R之照明區域26内之圖案，透過兩側(或晶圓側之單側)遠心之投影光學系PL、以既定倍率(例如1/4、1/5等)被投影至塗有抗蝕劑(感光材料)之晶圓W的一個照射區域上之曝光區域27。
又，標線片R係被吸附保持在標線片載台RST之上面，標線片載台RST則係以能在Y方向以一定速度移動、且至少能於X方向、Y方向及θz方向移動之方式被載置在未圖示之標線片基座之上面(與XY平面平行之面)。標線片載台RST之二維位置係以未圖示之雷射干涉儀加以測量，根據此測量資訊由主控制系30透過線性馬達等之驅動系(未圖示)，控制標線片載台RST之位置及速度。
進一步的，在Y方向接近標線片載台RST之標線片R之位置，設有偏光測量裝置28。藉由驅動標線片載台RST將偏光測量裝置28之受光部設定在照明區域26內，偏光測量裝置28即在與照明瞳面22P共軛之受光面，以照明光ILE之史托克士參數(Stokes parameter)表示之偏光度測量偏光狀態之分布，將測量結果供應至主控制系30。偏光測量裝置28，可使用例如特開2006-179660號公報所揭示之偏光測量裝置。又，偏光測量裝置28之受光部僅需接受照明區域26之部分光束即可。
另一方面，晶圓W係透過晶圓保持具(未圖示)被吸附保持在晶圓載台WST上面，晶圓載台WST能在未圖示之晶圓基座上面(與XY平面平行之面)移動於X方向、Y方向並能於Y方向以一定速度移動。晶圓載台WST之二維位置係以未圖示之雷射干涉儀加以測量，根據此測量資訊由主控制系30透過線性馬達等之驅動系(未圖示)控制晶圓載台WST之位置及速度。又，為進行標線片R及晶圓W之對準(alignment)，於晶圓載台WST設有用以測量標線片R之對準標記之像之位置的空間像測量系(未圖示)，於投影光學系PL之側面備有用以檢測晶圓W之對準標記之位置的晶圓對準系(未圖示)。
在以曝光裝置EX進行晶圓W之曝光時，主控制系30根據標線片R之圖案選擇照明條件(照明瞳面22P上二次光源之形狀及偏光狀態之分布)，將所選擇之照明條件設定於調變控制部31。因應於此，調變控制部31即個別的控制空間光調變器13A、13B之各反射鏡元件3A、3B之傾斜角以設定照明瞳面22P上二次光源之形狀，並視需要控制空間光調變器13B之既定反射鏡元件3B之Z位置，以調整偏光狀態之分布。接著，藉由晶圓載台WST之步進移動，晶圓W移至掃描開始位置。之後，開始光源5之脈衝發光，在照明光ILE之照明下，一邊以投影光學系PL形成之標線片R之部分圖案之像使晶圓W之部分照射區域曝光、一邊透過標線片載台RST及晶圓載台WST使標線片R及晶圓W於Y方向以投影倍率為速度比同步移動，以將晶圓W之該照射區域掃描曝光。藉由此種反覆進行之晶圓W之步進移動與掃描曝光的步進掃描(step & scan)動作，於晶圓W上之所有照射區域曝光出標線片R之圖案之像。
接著，說明根據以圖1之照明裝置2設定之照明條件來控制在照明瞳面22P之偏光狀態分布的一方法例。首先，當設來自照明瞳面22P之任意形狀二次光源之照明光ILE之偏光狀態為X方向之直線偏光時，調整1/2波長板7之旋轉角，以使射入光分割系8之偏光分束器10之照明光IL之偏光方向為X方向。據此，由於射入空間光調變器13B之照明光ILB之光量為0，因此僅以空間光調變器13A設定二次光源之形狀，其偏光方向即成為X方向。另一方面，當設來自照明瞳面22P之任意形狀二次光源之照明光ILE之偏光狀態為Z方向之直線偏光時，調整1/2波長板7之旋轉角，以使射入光分割系8之偏光分束器10之照明光IL之偏光方向為Z方向。據此，由於射入空間光調變器13A之照明光ILA之光量為0，因此僅以空間光調變器13B設定二次光源之形狀，其偏光方向即成為Z方向。
以下，設照明瞳面22P之任意形狀二次光源之偏光狀態為包含X方向之直線偏光及Y方向之直線偏光，調整1/2波長板7之旋轉角，以使射入光分割系8之偏光分束器10之照明光IL之偏光方向為對X軸(或Z軸)以45°交叉之方向。此時，被偏光分束器10分割之偏光方向彼此正交之二個照明光ILA、ILB之光量相等。
在設定圖3(B)之4極照明時，將於照明瞳面22P、照明光在Z方向隔著(夾著)光軸AXI之二次光源24A、24B之偏光狀態設定為X方向之直線偏光、並將照明光在X方向隔著光軸AXI之二次光源24C、24D之偏光狀態設定為Z方向之直線偏光。為達成此，以來自圖3(A)之空間光調變器13A之複數個反射鏡元件3A1等之照明光ILA照明對應二次光源24A、24B之入射面22I上之照明區域25A、25B，以來自空間光調變器13B之複數個反射鏡元件3B1等之照明光ILB照明對應二次光源24C、24D之入射面22I上之照明區域25C、25D即可。此場合，當複數個二次光源之偏光狀態分別為X方向或Z方向之直線偏光時，以來自空間光調變器13A或13B之照明光照明對應各二次光源之照明區域即可。
其次，將藉由照明裝置2在照明瞳面22P上之照明之光量分布，假設一如圖3(D)所示，設定成例如圍繞光軸AXI以45°間隔配置之8個大致圓形之二次光源24A～24H而成之大光量分布的情形。進一步的，設將在照明瞳面22P之二次光源24A～24H之偏光狀態之分布，設定為以大致圍繞光軸AXI之圓周方向為偏光方向之直線偏光。此時，近似的，將在Z方向及X方向夾著光軸AXI之二次光源24A、24B及24C、24D之偏光方向分別設定為X方向及Z方向、將在X軸順時鐘方向於45°及-45°交叉之方向隔著光軸AXI之二次光源24E、24F及24G、24H之偏光方向分別設定為相對X軸反時鐘於45°及-45°交叉之方向DE及DG。
此場合，於對應二次光源24A、24B及24C、24D之照明區域，分別照射僅來自空間光調變器13A及13B之照明光ILA及ILB即可。此外，為了將在二次光源24E、24F之偏光方向設定為方向DE，於對應二次光源24E、24F之入射面22I上之照明區域25E等，係照射將來自空間光調變器13A、13B雙方之照明光ILA、ILB以相同光量加以同調的合成之光。
為了將來自空間光調變器13A、13B之照明光加以同調的合成，首先，如圖3(A)所示，在射入之照明光IL中之部分光束(例如IL1)被偏光分束器10分割之情形時，將該光束IL1等分割後之一方之光束射入之空間光調變器13A之反射鏡元件設為反射鏡元件3A7、將該光束IL1等分割後之另一方之光束射入之空間光調變器13B之反射鏡元件設為反射鏡元件3B7。亦即，於對應之反射鏡元件3A7及3B7係設入同調的光。同樣的，於空間光調變器13A之其他反射鏡元件3A1等及空間光調變器13B之其他反射鏡元件3B1等，亦分別射入來自相同光束之被分歧之同調的光。
此時，當來自空間光調變器13A之任一反射鏡元件3A1～3A7(例如3A7)之反射光、以及來自空間光調變器13B之對應任一反射鏡元件3B1～3B7(例如3B7)之反射光照射在入射面22I之同一點時，即於該點、該二條反射光(照明光ILA、ILB)被同調的合成。因此，舉一例而言，如圖3(C)所示，設來自空間光調變器13A之反射鏡元件3A7之反射光與來自空間光調變器13B之反射鏡元件3B7之反射光，射入對應二次光源24E之照明區域25E。
圖4(A)係放大顯示圖3(C)之空間光調變器13A、13B之反射鏡元件3A7、3B7的圖。圖4(A)中，將光束IL1以偏光分束器10加以分割所得之光束L1A及L1C於反射鏡元件3A7及3B7反射後在照明區域25E内之同一點被同調的合成，被合成之光束L1E從複眼透鏡15射出。又，在照明區域25E之光束L1A之電氣向量EVA及光束L1C之電氣向量EVB之方向，如圖4(B)所示，分別為X方向及Z方向。
再者，藉由例如將空間光調變器13B側之反射鏡元件3B7之Z位置調整δZ7，使光束L1C成為以虛線所示之光束L1D，光束L1D即與光束L1A射入相同位置並能將光束L1A及L1D間之相位差δθAC設定為任意之值。而當相位差δθAC為0°、90°及180°之情形時，將光束L1A、L1D加以同調的合成所得之光束L1E即分別成為具有相對圖4(C)之X軸反時鐘以45°交叉之方向之電氣向量E1的直線偏光、具有旋轉之電氣向量E4的圓偏光、以及相對X軸順時鐘以45°交叉之方向之電氣向量E7的直線偏光。此外，相位差δθAC在0°～90°之間、或在90°～180°之間之情形時，光束L1E之電氣向量分別為圖4(C)之E2、E3或E5、E6。因此，控制空間光調變器13B之反射鏡元件3B7之Z位置以調整光束L1A、L1C(L1D)間之相位差，即能將被複眼透鏡15合成後射出之光束L1E之偏光狀態，設定為圖4(C)之各種偏光狀態。
本實施形態中，藉由將相位差δθAC設定為0°，將光束L1A、L1C加以合成後之光束L1E之偏光狀態，即成為具有電氣向量E1之偏光光、亦即圖3(D)之二次光源24E之方向DE的直線偏光。同樣的，二次光源24F之偏光方向亦能設定為方向DE。
又，如圖5(A)所示，從同一光束IL3被偏光分束器10分割之光束L3A及L3C分別被空間光調變器13A及13B之反射鏡元件3A3及3B3反射，被反射之光束L3A、L3C射入入射面22I之對應二次光源24G之照明區域25G。此時，將光束L3A、L3C同調的加以合成後從複眼透鏡15射出之光束L3E之偏光狀態，可藉由調整空間光調變器13B之反射鏡元件3B3之Z位置之控制量δZ3而控制成任意狀態。設反射鏡元件3B3之Z位置調整後之光束為虛線之光束L3D。此場合，如圖5(B)所示，由於光束L3A之電氣向量EVA及光束L3C(L3D)之電氣向量EVB為X方向及Z方向，因此藉由將光束L3A、L3C(L3D)間之相位差設定為圖4(C)所示之180°，即能將被合成之光束L3E之偏光方向設定為圖3(D)之二次光源24G之方向DG。同樣的，在二次光源24H之偏光方向亦能設定為方向DG。
如前所述，藉由控制空間光調變器13B之既定反射鏡元件3B7、3B3等之Z位置，可將圖3(D)之二次光源24E、24F及24G、24H之偏光方向設定於與X軸45°交叉之方向DE及DG。又，亦可取代空間光調變器13B側之反射鏡元件3B之Z位置調整或與反射鏡元件3B之Z位置調整並行，來調整空間光調變器13A側之反射鏡元件3A之Z位置。
其次，如圖5(D)所示，將在照明瞳面22P之二次光源設為對X軸於順時鐘旋轉大致22.5°交叉之方向隔著光軸AXI之二個二次光源24I、24J，將通過二次光源24I、24J之照明光之偏光方向設定為對Z軸於順時鐘旋轉大致22.5°交叉之方向DI。此場合，如圖5(C)所示，將光束IL1被偏光分束器10分歧之光束L1A、L1C透過空間光調變器13A、13B之反射鏡元件3A7、3B7照射於對應二次光源24I之入射面22I之照明區域25I内的同一點。進一步的，僅將接近(空間同調性高)光束IL1之光束IL2以偏光分束器10加以分歧之光束L3A、L3C中之光束L3C，透過空間光調變器13B之其他反射鏡元件3B6照射於照明區域25I内光束L1C照射之點。此時，被分歧之一方之光束L3A透過空間光調變器13A之反射鏡元件3A6照射於例如入射面22I之外。
進一步的，將空間光調變器13B之反射鏡元件3B7、3B6之Z位置調整為位置P1、P2，使光束L1C、L3C之電氣向量EVC1、EVC2(參照圖5(D))之相位與光束L1A之電氣向量EVA之相位相同。據此，將來自空間光調變器13A之光束L1A及來自空間光調變器13B之光束L1C、L3C於照明區域25I加以合成所得之光束L1E之偏光狀態，成為大致與方向DI平行之直線偏光。
將此動作一般化，設想一由調變控制部31控制空間光調變器13A之n1個(n1為1以上之整數)反射鏡元件3A、及空間光調變器13B之n2個(n2為1以上之整數)反射鏡元件3B，將來自該n1個反射鏡元件3A之反射光及來自該n2個反射鏡元件3B之反射光照射於入射面22I之同一點之情形。此時，在該同一點之來自空間光調變器13A及13B之反射光(照明光)之光量比，被控制為反射鏡元件之數量數比的n1：n2。
此場合，假設來自空間光調變器13A之n1個反射鏡元件3A之反射光、與來自空間光調變器13B之n2個反射鏡元件3B之反射光的相位差為0的話，被合成之光束在照明瞳面22P之偏光狀態，即成為電氣向量之X成分與Z成分之比為n1：n2之直線偏光。另一方面，來自n1個反射鏡元件3A之反射光與來自n2個反射鏡元件3B之反射光的相位差為180°的話，被合成之光束在照明瞳面22P之偏光狀態，即成為電氣向量之X成分與Z成分之比為n1：-n2之直線偏光。承上所述，藉由控制生成被合成之反射光之反射鏡元件3A之數量n1與反射鏡元件3B之數量n2之比，即能將照明光在照明瞳面22P之偏光狀態設定為大致任意方向之直線偏光。
其次，針對包含以本實施形態之曝光裝置EX進行之照明方法之一曝光方法例，參照圖6之流程圖加以說明。此動作係以主控制系30加以控制。
首先，於圖6之步驟102，主控制系30視曝光對象之標線片R之圖案，例如從曝光資料檔案中讀出在照明瞳面22P之光量分布之目標分布及偏光狀態之目標分布之資訊，將該光量分布及偏光狀態之目標分布設定於調變控制部31。於該偏光狀態之目標分布中，包含有與X軸及Z軸平行之方向之直線偏光以外之偏光狀態。因應於此，調變控制部31為獲得該光量分布及偏光狀態之目標分布，控制空間光調變器13A、13B之各反射鏡元件3A、3B繞二軸之傾斜角，控制用以控制空間光調變器13B之偏光狀態而使用之反射鏡元件3B之Z位置。於其次之步驟104，驅動標線片載台RST將偏光測量裝置28之受光部移至照明區域26内。於其次之步驟106，開光源5之發光，將被光分割系8分割之第1照明光ILA及第2照明光ILB分別供應至空間光調變器13A、13B。於其次之步驟108，將來自空間光調變器13A、13B之各反射鏡元件3A、3B之反射光(照明光ILA、ILB)照射於複眼透鏡15之入射面22I，將部分反射光在入射面22I加以合成。
於其次之步驟110，視偏光狀態之目標分布，控制供應被合成之反射光之空間光調變器13B之反射鏡元件3B(圖3(B)之情形，例如為反射鏡元件3B7)之Z位置。此時，設在不控制Z位置之狀態下，來自空間光調變器13A、13B之對應反射鏡元件3A、3B之反射光之相位差為0。如此，在照明瞳面22P之二次光源之偏光狀態即被設定為接近目標分布之分布。
於其次之步驟112，以偏光測量裝置28在與照明瞳面22P共軛之面、以及在照明瞳面22P之光量分布之偏光狀態之分布，使光源5之發光停止。此測量結果被供應至主控制系30。於其次之步驟114，主控制系30比較偏光狀態之分布之測量結果與偏光狀態之目標分布，就照明瞳面22P之各二次光源之每一個，求出偏光狀態之設定誤差。此設定誤差，係以例如圖4(C)之電氣向量E1～E7等之X成分與Y成分的大小及相位差表示。因此，將就各二次光源毎一個之偏光狀態之設定誤差資訊供應至調變控制部31，調變控制部31為補正該設定誤差而調整空間光調變器13B之對應反射鏡元件3B之Z位置，將調整後之反射鏡元件3B之Z位置儲存於調變控制部31内部之記憶裝置。其結果，在照明瞳面22P之偏光狀態分布即被設定為目標分布。又，在此之後，使用相同照明條件之情形時，調變控制部31之各反射鏡元件3B之Z位置，係使用儲存在記憶裝置之值。
於其次之步驟116，驅動標線片載台RST、使偏光測量裝置28退避，將標線片R移動至照明區域26之前方的掃描開始位置。於其次之步驟118，藉反覆進行使用晶圓載台WST之晶圓W往X方向、Y方向之步進移動、與使用來自照明光學系ILS之照明光照明標線片R而以標線片R之圖案像將晶圓W之一個照射區域加以掃描曝光的動作，使晶圓W之各照射區域掃描曝光。於其次之步驟120，在使次一晶圓曝光之場合，以步驟118反覆進行對次一晶圓之掃描曝光。如此，根據本實施形態，在包含對於線片R設定之偏光狀態之分布的照明條件下，將標線片R之圖案之像曝光至晶圓W之各照射區域。
本實施形態之效果等如下。
(1)本實施形態之圖1之曝光裝置EX所具備之照明裝置2(照明光學裝置)，係使用來自光源5之照明光IL(光束)照明標線片面(被照射面)。而照明裝置2具有：將照明光IL分開為彼此正交之偏光方向之二個照明光ILA、ILB的光分割系8、具有二維排列於照明光ILA之光路上可個別被驅動之複數個反射鏡元件3A的空間光調變器13A、以及具有二維排列於照明光ILB之光路上可個別被驅動之複數個反射鏡元件3B的空間光調變器13B。再者，照明裝置2具備調變控制部31(控制裝置)，其係在照明瞳面22P生成與照明光ILA、ILB不同偏光狀態之二次光源之情形時，將來自空間光調變器13A、13B之照明光ILA、ILB之至少一部分於複眼透鏡15之入射面22I(合成面)加以合成，將被合成之光束之偏光狀態設定為與射入空間光調變器13A、13B之照明光ILA、ILB之偏光狀態不同之偏光狀態。
又，使用照明裝置2之照明方法，具有：在具有複數個反射鏡元件3A及3B之空間光調變器13A、13B與標線片面之間之照明瞳面22P設定照明光ILE之偏光狀態之目標分布的步驟102、將照明光IL分割為彼此正交之偏光方向之照明光ILA、ILB並將照明光ILA、ILB分別供應至空間光調變器13A、13B的步驟106、以及視該偏光狀態之目標分布將來自空間光調變器13A、13B之光束之至少一部分加以合成並將被合成之光束之偏光狀態控制成與射入空間光調變器13A、13B之照明光之偏光狀態不不同之偏光狀態的步驟108、110。
根據本實施形態，係將來自二個空間光調變器13A、13B之光束之至少一部分同調的加以合成，並將合成後光束之偏光狀態做成與射入空間光調變器13A、13B之照明光之偏光狀態不同之偏光狀態。因此，能生成大幅超過所使用之空間光調變器13A、13B之數量的各種偏光狀態。因此，能在不使裝置構成過份複雜化或大型化之情形下，以各種偏光狀態分布之光束照明標線片面。
(2)又，於複眼透鏡15之入射面22I(合成面)，藉控制來自空間光調變器13A、13B之光束中將被合成之光束之光量比，能將合成後光束之偏光方向設定於X方向、Z方向、或以45°與X軸交叉之方向以外的各種方向。
(3)此外，藉控制來自空間光調變器13A、13B之光束中將被合成之光束之光路長差(相位差)，能將被合成之光束之偏光狀態亦控制為直線偏光以外之圓偏光等。此圓偏光可例如取代非偏光來加以使用。
此外，由於空間光調變器13A、13B係具有反射照明光之複數個反射鏡元件3A、3B的可動多反射鏡方式者，因此僅需控制反射鏡元件3A、3B之反射面之法線方向位置(Z位置)，即能光路長差。此時，由於在空間光調變器13A、13B與複眼透鏡15之間設有中繼光學系14，因此即使使反射鏡元件3A、3B之Z位置變化，在複眼透鏡15之入射面22I的反射光照射位置亦不會變化。
又，關於該被合成之光束，亦可控制光量比與光路長差之雙方。
(4)由於空間光調變器13A、13B之反射鏡元件3A、3B係與稜鏡12A、12B之透射面近接配置，因此可緊密的配置照明光學系ILS。又，如圖5(A)中2點鏈線所示，亦可取代二個稜鏡12A、12B，而使用將稜鏡12A、12B之交叉的二個反射面(内面反射面)作為外面反射面之剖面形狀大致為菱形的反射鏡構件52。
(5)本實施形態之曝光裝置EX，具備用以照明標線片R之圖案(既定圖案)的照明裝置2，將該圖案透過投影光學系PL曝光至晶圓W。
此外，曝光裝置EX之曝光方法，係以本實施形態之照明方法照明標線片面之圖案，將該圖案透過投影光學系PL曝光至晶圓W。
此時，由於以照明裝置2及其照明方法，能以簡單的構成生成各種偏光狀態之照明光，以適於該圖案之偏光狀態之照明光照明該圖案。因此，能以高精度將該圖案之像曝光至晶圓W。
接著，參照圖7(A)～圖7(C)說明本發明之實施形態之其他例。本實施形態之照明裝置相對於圖1之照明裝置2，反射鏡9與中繼光學系14之間之光學系之構成不同。此外，本實施形態中，係以第1及第2稜鏡12A、12B及第1及第2空間光調變器13A、13B之排列方向正交之方式，設置第3及第4稜鏡12C、12D及第3及第4空間光調變器13C、13D。以下，圖7(A)～圖7(C)中，與圖3(A)及圖3(D)對應之部分係賦予相同符號並省略其詳細說明。
圖7(A)係顯示本實施形態之照明裝置從光分割系8A至複眼透鏡15為止之光學系的圖、圖7(B)係沿圖7(A)之BB線方向的視圖、圖7(C)則係顯示在圖7(A)之照明瞳面22P的二次光源形狀及偏光狀態之分布之一例的圖。圖7(A)中，通過圖1之1/2波長板7及反射鏡9而來之直線偏光之照明光IL，被偏光分束器10分割為S偏光之第1照明光ILA與P偏光之其他照明光，照明光ILA經由反射鏡11A及稜鏡12A射入空間光調變器13A之多數個反射鏡元件3A。此外，穿透偏光分束器10之P偏光之照明光被反射光與透射光之光量比為1：2的分束器10A分割為P偏光之第2照明光ILB與其他照明光，第2照明光ILB則經由反射鏡11B及稜鏡12B射入空間光調變器13B之多數個反射鏡元件3B。
另一方面，穿透分束器10A之照明光，如圖7(B)所示，被反射光與透射光之光量比為1：1的分束器10B分割為朝向+X方向之第3照明光ILC與朝向+Y方向之第4照明光ILD。第3照明光ILC於反射鏡11C被反射於+Y方向、經由1/2波長板21A及稜鏡12C射入空間光調變器13C之多數個反射鏡元件。又，第4照明光ILD藉由反射鏡11D、11E轉換向一X方向後朝向+Y方向、經由1/2波長板21B及稜鏡12D射入空間光調變器13D之多數個反射鏡元件。稜鏡12A、12B及空間光調變器13A、13B係配成於Z方向挾著光軸AXI，稜鏡12C、12D及空間光調變器13C、13D則配置成於X方向挾著光軸AXI。
本實施形態中，射入稜鏡12A及12B之照明光ILA、ILB之偏光方向為X方向及Z方向。又，1/2波長板21A、21B之旋轉角，係設定為射入稜鏡12A及12B之照明光ILC及ILD之偏光方向分別為順時鐘於±45°與X軸交叉。因此，當設照明光ILA之偏光方向相對Z軸之角度為0°時，其他照明光ILB、ILC、ILD之偏光方向相對Z軸之角度即為90°、45°、135°。此外，分束器10A可視需要與反射鏡11F更換。
於空間光調變器13A～13D之多數個反射鏡元件反射之照明光ILA～ILD，分別經由稜鏡12A～12D之反射面及中繼光學系14射入複眼透鏡15之入射面22I。由偏光分束器10、分束器10A、10B及反射鏡11A～11F構成光分割系8A。本實施形態之照明裝置，具備光分割系8A、稜鏡12A～12D、空間光調變器13A～13D、空間光調變器13A～13D之調變控制部(未圖示)、中繼光學系14以及複眼透鏡15，藉由照明光照明未圖示之標線片面。
此實施形態中，在將於照明瞳面22P之二次光源之一部分之偏光狀態設定為與射入空間光調變器13A～13D之照明光ILA～ILD之偏光狀態不同之偏光狀態之情形時，亦係藉由未圖示之調變控制部，將來自空間光調變器13A～13D之對應既定反射鏡元件之反射光，調整光量比及光路長差之至少一方後於入射面22I加以合成。
本實施形態中，若欲使照明瞳面22P之偏光狀態一律為X方向、或Z方向之直線偏光時，只要使射入偏光分束器10之照明光IL之偏光方向為X方向或Z方向，而在偏光方向為Z方向時進一步將分束器10A與反射鏡11F更換即可。在此等情形時，僅來自空間光調變器13A或13B之反射鏡元件之反射光照射於入射面22I。
進一步的，如圖7(C)所示，說明本實施形態中，於照明瞳面22P，設定以等角度間隔環帶狀圍繞光軸AXI之16個二次光源24A～24P及在光軸AXI上之圓形二次光源24Q光量大，且二次光源24A～24P之偏光狀態為大致朝向圓周方向之直線偏光、中央之二次光源24Q之偏光狀態實質上為非偏光之照明條件的情形。為實現此照明條件，舉一例而言，將射入圖7(A)之偏光分束器10之照明光IL之偏光方向，設定為在偏光分束器10之S偏光之反射光與P偏光之透射光的光量比為1：3之方向。其結果，射入稜鏡12A～12D之照明光ILA～ILD之光量即彼此大致相等。
接著，以來自空間光調變器13A、13B、13C及13D之反射光，分別照明對應二次光源(24A、24B)、(24C、24D)、(24G、24H)及(24E、24F)之入射面22I之照明區域。再者，排列於順時鐘以±22.5°與Z軸交叉之方向之二次光源24I、24J及24O、24P對應之照明區域，被分別來自空間光調變器13A、13C之相位差為0之合成光及來自空間光調變器13A、13D之相位差為0之合成光照明。此外，排列於順時鐘以±22.5°與X軸交叉之方向之二次光源24M、24N及24K、24L對應之照明區域，分別被來自空間光調變器13B、13D之相位差為0的合成光及來自空間光調變器13B、13C之相位差為0之合成光照明。進一步的，對應中央之二次光源24Q之照明區域，則被例如來自空間光調變器13A～13D之空間的同調性低的光束重疊照射。如此，即能以簡單的控制，獲得圖7(C)之二次光源及偏光狀態之分布。同樣的，藉由組合來自空間光調變器13A～13D之光束，可容易的獲得照明瞳面22P之各種偏光狀態之分布。
其次，上述實施形態可有如下之變形。
(1)上述實施形態中，光學積分器雖係使用複眼透鏡15，但光學積分器亦可使用微透鏡陣列(微複眼透鏡)。
(2)圖1之實施形態中，空間光調變器13A、13B中之一空間光調變器，可僅具備控制多數個反射鏡元件繞二軸之傾斜角的功能，而不具備控制反射鏡元件之Z位置的功能。
同樣的，於圖7(A)之實施形態中，空間光調變器13A～13D中之至少一個空間光調變器，可僅具備控制多數個反射鏡元件繞二軸之傾斜角的功能，而不具備控制反射鏡元件之Z位置的功能。
(3)可取代例如圖1或圖7(A)之波面分割型積分器之複眼透鏡15，而使用作為内面反射型光學積分器之棒型積分器。
(4)進一步的，於圖1之實施形態中，可取代空間光調變器13A而使用預先形成有多數個反射面之反射光學構件。此場合，形成於反射光學構件之多數個反射鏡面之傾斜角度，係被設定為可對應前述照明條件(例如於照明瞳面22P，形成通常照明用之圓形二次光源、環帶照明用之二次光源、X方向或Y方向之2極二次光源等之任一種)。又，在變更照明條件(於照明瞳面22P之二次光源形狀)之情形時，只要預先準備具有因應複數個二次光源之形狀形成之多數個反射鏡面的反射光學構件，交換成任意之反射光學構件即可。
又，在光分割系8與反射光學構件之間配置用以設定上述照明條件之光闌之場合，反射光學構件亦可使用平面反射鏡。此光闌亦可配置在反射光學構件之近旁。
又，使用上述實施形態之曝光裝置EX或曝光方法製造半導體元件等之電子元件(微元件)之情形時，此電子元件係如圖8所示，係經由進行元件之功能/性能設計之步驟221、製造依據此設計步驟之光罩(標線片)之步驟222、製造作為元件基材之基板(晶圓)之步驟223、包含以前述實施形態之曝光裝置EX或曝光方法將光罩圖案曝光至基板之步驟、將經曝光之基板加以顯影之步驟、將顯影後基板加以加熱(cure)及蝕刻之步驟等的基板處理步驟224、元件組裝步驟(包含切割步驟、結合步驟、封裝步驟等加工製程)225、以及檢査步驟226等而製造出。
換言之，上記元件之製造方法，包含使用上述實施形態之曝光裝置EX或曝光方法透過光罩圖案使基板(晶圓W)曝光之製程、以及處理該曝光後基板之製程(亦即使基板之光阻顯影以將對該光罩圖案之光罩層形成於該基板表面之顯影步驟、及透過該光罩層對該基板表面進行加工(加熱及蝕刻等)之加工步驟)。
根據此元件製造方法，由於能視光罩圖案容易的將照明光(曝光用光)之偏光狀態予以最佳化，因此能高精度的製造電子元件。
此外，本發明亦可適用於例如美國專利申請第2007/242247號說明書、或歐洲專利申請公開第1420298號說明書等所揭示之液浸型曝光裝置。進一步的，本發明亦能適用於不使用投影光學系之近接方式(proximity)等的曝光裝置、及此曝光裝置之照明裝置(照明光學裝置)。
又，本發明不限於半導體元件製程之適用，亦能廣泛的適用於例如液晶顯示元件、電漿顯示器等之製程、攝影元件(CMOS型、CCD等)、微機器、MEMS(Microelectromechanical Systems：微電機系統)、薄膜磁頭及DNA晶片等各種元件(電子元件)之製程。
如前所述，本發明不限於上述實施形態，在不脫離本發明要旨範圍內當然可變換各種構成。
又，援用本說明中所記載之上述公報、各國際公開公報、美國專利、或美國專利申請公開說明書之揭示作為本說明書記載之一部分。此外，包含說明書、申請專利範圍、圖式及摘要之2010年2月3日提出之日本專利申請第2010-21853號之所有揭示内容，原封不動的援用於本申請案。
2．．．照明裝置
3A、3B．．．反射鏡元件
4A、4B．．．驅動部
5．．．光源
6．．．擴束器
7．．．1/2波長板
8．．．光分割系
9．．．反射鏡
10．．．偏光分束器
11A～11C．．．反射鏡
12A、12B．．．稜鏡
12Aa、12Ab．．．第1、第2反射面
12Ac．．．透射面
12Ad．．．入射面
12Ae．．．射出面
13A、13B．．．空間光調變器
14．．．中繼光學系
15．．．複眼透鏡
16．．．第1中繼透鏡
17．．．標線片遮簾(視野光闌)
18．．．第2中繼透鏡
19．．．光路彎折用反射鏡
20．．．聚光光學系
22I．．．入射面
22P．．．照明瞳面
24A～24H．．．二次光源
25A～25E、25G．．．照明區域
26．．．照明區域
27．．．曝光區域
28．．．偏光測量裝置
30．．．主控制系
31．．．調變控制部
32．．．電源部
33．．．驅動部
41．．．支承構件
42A～42D．．．電極
44．．．彈簧構件
AXI．．．光軸
E1～E7．．．電氣向量
EX．．．曝光裝置
IL．．．照明光
ILA、ILB．．．第1、第2照明光
ILE．．．照明光
ILS．．．照明光學系
PL．．．投影光學系
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
TP．．．發光觸發脈衝
W．．．晶圓
WST．．．晶圓載台
圖1係顯示一實施形態例之曝光裝置之概略構成的圖。
圖2(A)係顯示圖1中空間光調變器13之一部分的放大立體圖、圖2(B)係顯示圖2(A)之一個反射鏡元件3A之驅動部的放大立體圖、圖2(C)則係顯示將反射鏡元件3A驅動於Z方向之狀態的圖。
圖3(A)係顯示4極照明時之二個空間光調變器13A、13B之複數個反射鏡元件之一部分之傾斜角的圖、圖3(B)係顯示4極照明之二次光源的圖、圖3(C)係顯示形成大致偏光於圓周方向之二次光源時來自二個空間光調變器13A、13B之部分照明光之光路的圖、圖3(D)係顯示大致編光於圓周方向之二次光源的圖。
圖4(A)係放大顯示圖3(C)之空間光調變器13A、13B中部分反射鏡元件的圖、圖4(B)係顯示射入圖4(A)之入射面22I之光之偏光狀態的圖、圖4(C)係顯示將來自二個空間光調變器13A、13B之光束加以合成之光之各種可能的偏光狀態的圖。
圖5(A)係放大顯示圖3(C)之空間光調變器13A、13B中之另一部分之反射鏡元件的圖、圖5(B)係顯示射入圖5(A)之入射面22I之光之偏光狀態的圖、圖5(C)放大顯示二個空間光調變器13A、13B中各一對反射鏡元件的圖、圖5(D)係顯示偏光於斜方向之二次光源的圖。
圖6係顯示包含照明方法之一曝光方法例的流程圖。
圖7(A)係顯示另一實施形態例之照明光學裝置之主要部位的圖、圖7(B)係沿圖7(A)之BB線箭頭方向的視圖、圖7(C)則係顯示圖7(A)之照明瞳面22P之2次光源之偏光狀態分布的圖。
圖8係顯示電子元件之一製程例的流程圖。
2．．．照明裝置
3A、3B．．．反射鏡元件
4A、4B．．．驅動部
5．．．光源
6．．．擴束器
7．．．1/2波長板
8．．．光分割系
9．．．反射鏡
10．．．偏光分束器
11A～11C．．．反射鏡
12A、12B．．．稜鏡
12Aa、12Ab．．．第1、第2反射面
12Ac．．．透射面
12Ad．．．入射面
12Ae．．．射出面
13A、13B．．．空間光調變器
14．．．中繼光學系
15．．．複眼透鏡
16．．．第1中繼透鏡
17．．．標線片遮簾(視野光闌)
18．．．第2中繼透鏡
19．．．光路彎折用反射鏡
20．．．聚光光學系
22I．．．入射面
22P．．．照明瞳面
26．．．照明區域
27．．．曝光區域
28．．．偏光測量裝置
30．．．主控制系
31．．．調變控制部
32．．．電源部
33．．．驅動部
AXI．．．光軸
EX．．．曝光裝置
IL．．．照明光
ILA、ILB．．．第1、第2照明光
ILE．．．照明光
ILS．．．照明光學系
PL．．．投影光學系
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
TP．．．發光觸發脈衝
W．．．晶圓
WST．．．晶圓載台

Claims (21)

  1. 一種照明光學裝置，係使用光束照明被照射面，其具備：光分割器，係將該光束分割為彼此具有互異偏光狀態之複數條光束；以及空間光調變裝置，係配置在該複數條光束中之第1光束行進之第1光路與該複數條光束中之第2光束行進之第2光路中之至少一方，以調整該第1光束與該第2光束之相位差；利用該第1光束與該第2光束之至少一部分重疊之光照明該被照射面。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置，其具備控制該空間光調變裝置之控制裝置。
  3. 如申請專利範圍第2項之照明光學裝置，其中，該空間光調變裝置，包含傾斜角及高度可控制之複數個反射元件；該控制裝置，為了控制該相位差，而控制該空間光調變裝置之該反射元件之高度。
  4. 如申請專利範圍第2項之照明光學裝置，其中，該空間光調變裝置具備具有二維排列於該第1光路上、被個別驅動之複數個光學元件之空間光調變器，以及排列於該第2光路上、具有反射面之反射光學構件；該控制裝置將來自該空間光調變器之光束與來自該反射光學構件之光束之至少一部分加以重疊。
  5. 如申請專利範圍第2項之照明光學裝置，其中，該空間光調變裝置具備具有二維排列於該第1光路上、被個別驅動之複數個光學元件之第1空間光調變器，以及具有二維排列於該第2光路上、被個別驅動之複數個光學元件之第2空間光調變器；該控制裝置將來自該第1空間光調變器之光束與來自該第2空間光調變器之光束之至少一部分加以重疊，並將經重疊之光束之偏光狀態調整為與射入該第1及第2空間光調變器之光束之偏光狀態為不同之偏光狀態。
  6. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其中，該控制裝置係在將來自該第1空間光調變器之光束與來自該第2空間光調變器之光束之至少一部分加以重疊之面，控制來自該第1空間光調變器之光束及來自該第2空間光調變器之光束之光量比。
  7. 如申請專利範圍第6項之照明光學裝置，其中，該控制裝置係控制該第1空間光調變器之n1個(n1為1以上之整數)之該光學元件及該第2空間光調變器之n2個(n2為1以上之整數)之該光學元件，將該光量比控制為該光學元件數之比之n1：n2。
  8. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其中，該控制裝置係控制射入該重疊之面之來自該第1及第2空間光調變器之光束之至少一部分之光路長差。
  9. 如申請專利範圍第8項之照明光學裝置，其中，該第2空間光調變器之該複數個光學元件包含傾斜角及高度 可控制之反射元件；該控制裝置為控制該光路長差而控制該第2空間光調變器之該反射元件之高度。
  10. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其中，該空間光調變裝置進一步具備：具有在該複數條光束中之第3及第4光束之光路上分別二維排列之複數個光學元件之第3及第4空間光調變器；該光分割器將該第1、第2、第3及第4光束設定為偏光方向大致為0°、90°、45°及135°方向之直線偏光：該控制裝置使來自該第1、第2、第3及第4空間光調變器之光束之至少一部分於該重疊之面重疊。
  11. 如申請專利範圍第10項之照明光學裝置，其中，該第1、第2、第3及第4空間光調變器之該複數個光學元件包含傾斜角可變之反射鏡元件。
  12. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置，其中，為測量照明該被照射面之光束之偏光狀態，具備配置成可進出該光束之光路之偏光狀態測量裝置。
  13. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其具備使來自該第1及第2空間光調變器之光束集光之集光光學系、配置在該集光光學系與該被照射面之間之複眼透鏡、以及將來自該複眼透鏡之光導向該被照射面之聚光光學系；來自該第1及第2空間光調變器之光束之至少一部分重疊之面係該複眼透鏡之入射面。
  14. 一種曝光裝置，其具備用以照明既定圖案之申請專利範圍第1至13項中任一項之照明光學裝置，將該既定圖案曝光至基板。
  15. 一種照明方法，係使用光束照明被照射面，其特徵在於：設定具備二維排列、被個別驅動之複數個光學元件之空間光調變裝置與該被照射面之間之既定面中的該光束之偏光狀態之目標分布；將該光束分割為互異偏光狀態之複數條光束；將該複數條光束中之第1及第2光束中之至少一方供應至該空間光調變裝置；視該偏光狀態之目標分布，以變更該第1光束與該第2光束之相位差之方式控制該空間光調變裝置；將該第1光束與該第2光束之至少一部分加以重疊，且將經重疊之光束之偏光狀態調整為與被分割之該複數條光束所具有之偏光狀態不同。
  16. 如申請專利範圍第15項之照明方法，其中，該偏光狀態之目標分布係在該空間光調變裝置所具有之第1及第2空間光調變器與該被照射面之間設定；該第1光束及該第2光束被分別供應至該第1及第2空間光調變器；該經重疊之光束之偏光狀態，係藉由將來自該第1空間光調變器之光束與來自該第2空間光調變器之光束之至少一部加以重疊，據以調整為與射入該第1及第2空間光 調變器之光束之偏光狀態為不同之偏光狀態。
  17. 如申請專利範圍第16項之照明方法，其中，在將來自該第1及第2空間光調變器之光束之至少一部分加以重疊時，控制來自該第1及第2空間光調變器之光束之光量比及光路長差之至少一方。
  18. 如申請專利範圍第16項之照明方法，其中，該光束之偏光狀態之目標分布係設定於來自該第1及第2空間光調變器之光束透過集光光學系照射之複眼透鏡之入射面。
  19. 一種曝光方法，係以申請專利範圍第15至18項中任一項之照明方法照明該被照射面之圖案，將該圖案曝光至基板。
  20. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第14項之曝光裝置將該既定圖案曝光至該基板之動作；以及處理經曝光之該基板之動作。
  21. 一種元件製造方法，其包含：使用申請專利範圍第19項之曝光方法將該既定圖案曝光至該基板之動作；以及處理經曝光之該基板之動作。
TW100104079A 2010-02-03 2011-02-08 An illumination optical device, a lighting method, and an exposure method and apparatus TWI514001B (zh)

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