WO2004010483A1 - 照明光学装置、露光装置および露光方法 - Google Patents

照明光学装置、露光装置および露光方法 Download PDF

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WO2004010483A1
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illumination
optical device
illumination optical
optical element
light source
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Mitsunori Toyoda
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
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    • G03F7/70108—Off-axis setting using a light-guiding element, e.g. diffractive optical elements [DOEs] or light guides
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    • G03F7/70958—Optical materials or coatings, e.g. with particular transmittance, reflectance or anti-reflection properties

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and an exposure method, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing a micro device such as a semiconductor device, an imaging device, a liquid crystal display device, and a thin-film magnetic head in one lithography process.
  • a micro device such as a semiconductor device, an imaging device, a liquid crystal display device, and a thin-film magnetic head in one lithography process.
  • a light beam emitted from a light source is incident on a fly-eye lens, and then forms a secondary light source composed of a number of light source images on a side focal plane.
  • the luminous flux from the secondary light source is restricted via an aperture stop arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens, and then enters the condenser lens.
  • the aperture stop restricts the shape or size of the secondary light source to a desired shape or size according to a desired illumination condition (exposure condition).
  • the light flux condensed by the condenser lens illuminates the mask on which the predetermined pattern is formed in a superimposed manner.
  • Light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system.
  • the mask pattern is projected and exposed (transferred) on the wafer. Since the patterns formed on the mask are highly integrated, it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
  • the shape of the aperture of the aperture stop arranged on the exit side of the fly-eye lens has a ring shape or a four-hole shape (ie, Attention has been focused on a technology that limits the shape of the secondary light source formed by the fly-eye lens to a ring shape or quadrupole shape by setting the shape to (polar), thereby improving the depth of focus and resolution of the projection optical system. ing.
  • the secondary light source is limited to a ring shape or quadrupole shape to perform deformed illumination (zonal illumination or quadrupole illumination).
  • the luminous flux from an extremely large secondary light source is restricted by an aperture stop having a ring-shaped or quadrupole-shaped aperture.
  • an aperture stop having a ring-shaped or quadrupole-shaped aperture.
  • a light beam from a light source is converted into a light beam having a predetermined cross-sectional shape and an angle component by an optical integrator consisting of a diffractive optical element or a microlens array (refractive optical element).
  • a diffractive optical element as a light beam conversion element applies a desired shape (a ring shape, a quadrupole shape, etc.) to the incident surface of the fly-eye lens (and, consequently, a secondary light having a desired shape to the exit surface of the fly-eye lens)
  • a desired shape a ring shape, a quadrupole shape, etc.
  • a diffractive optical element or a microlens array as a light beam dispersing element is used. Is irradiated with a pulse laser beam having a very high energy density. As a result, microchannels (micropores) are generated on the exit surface of a diffractive optical element or microlens array made of an amorphous (amorphous) material such as quartz. There was an inconvenience of happening.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and a microphone aperture channel is not substantially generated in a diffractive optical element or a refractive optical element arranged in an optical path of a pulse laser beam having a high energy density. It is intended to provide an illumination optical device.
  • the present invention provides a method of disposing a pulse laser beam having a high energy density in an optical path. It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good projection exposure at a high throughput by using an illumination optical apparatus that does not substantially generate microchannels in a diffractive optical element or a refractive optical element. And Disclosure of the invention
  • an illumination optical device having a light source for supplying pulsed laser light, and illuminating a surface to be irradiated with light from the light source.
  • An illumination optical device wherein the optical material forming the diffractive optical element includes an oxide crystal material.
  • an illumination optical device having a light source for supplying pulsed laser light, and illuminating a surface to be irradiated with light from the light source.
  • the optical path between the light source and the illuminated surface, e Bei refractive optical element the light beam is arranged in an optical path that passes with an energy density on lm J / cm 2 Z pulses than,
  • the refractive optical element has a refractive pattern arranged one-dimensionally or two-dimensionally,
  • An illumination optical device wherein the optical material forming the refractive optical element includes an oxide crystal material.
  • the oxide crystal material water crystals (crystalline quartz: S i 0 2), barium titanate (B a T i 0 3) , titanium trioxide (T I_ ⁇ 3), magnesium oxide (M g O), which is one have Zureka one of sapphire (a 1 2 0 3).
  • crystalline quartz S i 0 2
  • it is Rukoto using, for example, a quartz crystal.
  • the diffractive optical element or the refractive optical element converts an incident light beam into a light beam having a predetermined light intensity distribution.
  • a predetermined shape is formed on the illumination pupil plane based on the light beam passing through the It is preferable to further include an optical integrator for forming a secondary light source.
  • an optical material forming a diffractive optical element arranged in an optical path through which a light flux having an energy density of 10 mJZcm 2 / pulse or more passes includes the oxide crystal material.
  • a refractive optic having a refractive pattern that is arranged in a one-dimensional or two-dimensional arrangement is disposed in an optical path through which a light flux having an energy density of l O m J / cm 2 Z pulse or more passes. It is preferable that the optical material forming the element includes the oxide crystal material.
  • an optical axis of the oxide crystal material is set in parallel with an optical axis of the illumination optical device.
  • an optical axis of the illumination optical device for example, in the case of a biaxial crystal, there are two optical axes. In this case, one of the optical axes may be set to be parallel to the optical axis.
  • the illumination optical device according to the first or second aspect, and a projection optical system for projecting and exposing a pattern of a mask disposed on the illuminated surface to a photosensitive substrate.
  • An exposure apparatus is provided.
  • the mask is illuminated via the illumination optical device according to the first or second aspect, and an image of the illuminated pattern formed on the mask is projected and exposed on a photosensitive substrate.
  • An exposure method is provided.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display device as a micro device.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the Z axis is along the normal direction of the wafer W which is a photosensitive substrate
  • the Y axis is in the wafer plane in a direction parallel to the plane of FIG. 1
  • the FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper.
  • the illumination optical device is set to perform annular illumination.
  • the exposure apparatus shown in FIG. 1 includes a pulse oscillation type laser laser light source 1 for supplying exposure light (illumination light).
  • the laser light source 1 for example, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm or an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm can be used.
  • a substantially parallel light beam emitted from the laser light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated in the X direction, and is a beam expander including a pair of lenses 2a and 2b. It is incident on 2.
  • Each of the lenses 2a and 2b has a negative refracting power and a positive refracting power, respectively, in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane). Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the paper of FIG. 1 and shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross section.
  • a substantially parallel light beam passing through a beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by a bending mirror 3, and then enters a focal zoom lens 5 via a diffractive optical element 4.
  • a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch on the order of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has an action of diffracting an incident beam into a desired angle.
  • the diffractive optical element 4 has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field (or the fringe diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. . Therefore, the light beam having passed through the diffractive optical element 4 forms a circular light intensity distribution at the pupil position of the afocal zoom lens 5, that is, a light beam having a circular cross section.
  • the diffractive optical element 4 is configured to be retractable from the illumination optical path.
  • the afocal zoom lens 5 is configured so that the magnification can be continuously changed within a predetermined range while maintaining an afocal system (a non-focus optical system). Afo
  • the light beam passing through the cul-zoom lens 5 is incident on a diffractive optical element 6 for annular illumination.
  • the afocal zoom lens 5 optically connects the divergence origin of the diffractive optical element 4 and the diffractive surface of the diffractive optical element 6 almost optically conjugate. Then, the numerical aperture of the light beam condensed on the diffractive surface of the diffractive optical element 6 or one point on the surface in the vicinity thereof changes depending on the magnification of the afocal zoom lens 5.
  • the diffractive optical element 6 for annular illumination has a function of forming a ring-shaped light intensity distribution in the far field when a parallel light beam enters.
  • the diffractive optical element 6 is configured to be freely detachable from the illumination optical path, and is configured to be switchable between a diffractive optical element 60 for quadrupole illumination and a diffractive optical element 61 for circular illumination.
  • the configuration and operation of the diffractive optical element 60 for quadrupole illumination and the diffractive optical element 61 for circular illumination will be described later.
  • the light beam having passed through the diffractive optical element 6 enters the zoom lens 7.
  • the entrance surface of the microlens array (or fly-eye lens) 8 is positioned.
  • the microlens array 8 is an optical element composed of a large number of microlenses having a positive refractive power arranged vertically and horizontally and densely.
  • a microlens array is formed by, for example, performing etching on a parallel plane plate to form a group of minute lenses.
  • each micro lens constituting the micro lens array is smaller than each lens element constituting the fly-eye lens.
  • a large number of microlenses are integrally formed without being isolated from each other.
  • the microlens array is a wavefront-segmented optical integration similar to a fly-eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally.
  • the diffractive optical element 4 is an optical It constitutes an integrated system.
  • the diffractive optical element 6 has a function as a light beam conversion element that forms a ring-shaped light intensity distribution in its far field when a parallel light beam enters. Therefore, the light beam having passed through the diffractive optical element 6 forms an annular illumination field around the optical axis AX on the rear focal plane of the zoom lens 7 (and thus on the incident surface of the microlens array 8).
  • the outer diameter of the annular illumination field formed on the entrance surface of the microlens array 8 changes depending on the focal length of the zoom lens 7.
  • the zoom lens 7 connects the diffractive optical element 6 and the incident surface of the microlens array 8 substantially in a Fourier transform relationship.
  • the light beam incident on the microlens array 8 is two-dimensionally split, and a plurality of annular light sources (hereinafter referred to as “secondary light sources”) are formed on the side focal plane in the same manner as the illumination field formed by the incident light beam.
  • the luminous flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the microphone aperture lens array 8 is condensed by the condenser optical system 9 and then superimposed on a mask M on which a predetermined pattern is formed. Lighting.
  • the luminous flux transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the photosensitive substrate Jehwa W via the projection optical system PL.
  • each exposure area of the wafer W is exposed.
  • the pattern of the mask M is sequentially exposed.
  • the center height (the distance of the circular center line from the optical axis AX) of the annular secondary light source does not change, and its width ( Only the difference between the outer diameter (diameter) and the inner diameter (diameter), 1 Z 2), changes. That is, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, both the size (outer diameter) of the annular secondary light source and its shape (ring zone ratio: inner diameter Z outer diameter) are changed. Can be.
  • both the center height and the width change without changing the ring ratio of the ring-shaped secondary light source. That is, by changing the focal length of the zoom lens 7, the outer diameter of the annular secondary light source can be changed without changing the annular ratio.
  • the key By appropriately changing the magnification of the focal zoom lens 5 and the focal length of the zoom lens 7, only the annular ratio can be changed without changing the outer diameter of the annular secondary light source.
  • the diffractive optical element 60 for quadrupole illumination has a function of forming a four-point light intensity distribution in the far field when a parallel light beam enters. Therefore, the light beam passing through the diffractive optical element 60 forms a quadrupole illumination field composed of, for example, four circular illumination fields centered on the optical axis AX on the incident surface of the microlens array 8. As a result, a quadrupole secondary light source is formed on the rear focal plane of the microlens array 8 as well as the illumination field formed on the incident plane.
  • the outer diameter of the quadrupole secondary light source (the diameter of the circle circumscribing the four circular surface light sources) is changed. Both the diameter and the annular ratio (diameter of the circle inscribed in the four circular surface light sources Z diameter of the circle inscribed in the four circular surface light sources) can be changed.
  • the focal length of the zoom lens 7 the outer diameter of the quadrupole secondary light source can be changed without changing the annular ratio.
  • a normal circular illumination is achieved. It can be performed.
  • a light beam having a rectangular cross section is incident on the afocal zoom lens 5 along the optical axis AX.
  • the luminous flux incident on the a-focal zoom lens 5 is enlarged or reduced in accordance with the magnification, and is emitted from the a-focal zoom lens 5 along the optical axis AX as a luminous flux having a rectangular cross section, and the diffractive optical element 6 It is incident on 1.
  • the diffractive optical element 61 for circular illumination has a circular light intensity in the far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. It has the function of forming a distribution. Therefore, the circular light beam formed by the diffractive optical element 61 forms a circular illumination field centered on the optical axis AX on the incident surface of the microlens array 8 via the zoom lens 7. As a result, a circular secondary light source centered on the optical axis AX is also formed on the rear focal plane of the microlens array 8. In this case, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5 or the focal length of the zoom lens 7, the outer diameter of the circular secondary light source can be appropriately changed.
  • the pulsed laser light supplied from the laser light source 1 is incident on the diffractive optical element 4 with a very high energy density although the cross section of the light beam is expanded to some extent via the beam expander 2.
  • the energy density per one pulse of the pulsed laser beam incident on the diffractive optical element 4 may reach more than 2 0 m JZ cm 2 Z pulses.
  • the diffraction optical element 4 is formed of an amorphous material such as quartz according to the conventional technique, a microchannel is generated on the exit surface of the diffraction optical element 4.
  • the transmittance of the diffractive optical element 4 decreases, and the throughput of the exposure apparatus decreases due to the loss of light amount in the diffractive optical element 4.
  • quartz crystalline quartz: S i 0 2
  • a diffractive optical element 4 is formed using an oxide crystal material, such as.
  • the diffractive optical element 4 formed of quartz microchannels are not generated even when irradiated with pulsed laser light having a high energy density, and further, using dry etching techniques such as plasma etching and ion etching, It is possible to form a fine diffraction pattern.
  • a fluoride crystal material for example, fluorite (CaF 2 )
  • the generation of microchannels can be suppressed, but it is very difficult to form a fine diffraction pattern using dry etching technology. There is a problem that it takes time.
  • an oxide crystal material forming the diffractive optical element 4 is Ku, such being limited to the crystal, depending on the wavelength of the light source, such as barium titanate (B a T i 0 3) , titanium trioxide (T i ⁇ 3), magnesium oxide (M g O), sapphire (a 1 2 0 3) or the like can be used.
  • the diffractive optical element 4 arranged in the optical path of the pulse laser light having a high energy density is formed of an oxide crystal material. Therefore, it is easy to form a fine diffraction pattern by dry etching without substantially generating microchannels, and it is possible to perform good projection exposure with high throughput.
  • the oxide crystal material has birefringence
  • the oxide crystal material is a biaxial crystal
  • the oxide crystal material has two optical axes. In this case, one of the optical axes is set to be parallel to the optical axis. Just fine.
  • the present invention is applied to the diffractive optical element 4 as an optical integrator having an angle luminous flux forming function.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a general diffractive optical element disposed in an optical path through which a light beam having an energy density of lm JZ cm 2 Z pulse or more passes.
  • a modification example in which a microlens array composed of, for example, regular hexagonal or square microlenses is used instead of the diffractive optical element 4 is also possible.
  • a quadrupole secondary light source including four regular hexagonal or square surface light sources is formed on the rear focal plane of the microlens array 8.
  • the microlens array is formed of quartz according to the conventional technique, a microchannel is generated on the exit surface.
  • the microphone is formed of an oxide crystal material such as quartz.
  • the present invention is applied to the diffractive optical element.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a general refractive optical element having a refraction pattern arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner, which is arranged in an optical path through which a light beam having an energy density equal to or higher than the Z pulse passes. it can.
  • the mask (reticle) is illuminated by the illumination optical device (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask is projected using the projection optical system.
  • microdevices semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin-film magnetic heads, etc.
  • FIG. 2 shows an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above embodiment. This will be described with reference to a flowchart.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot.
  • the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system using the exposure apparatus of the above embodiment.
  • the photoresist on the one lot of wafers is developed, and then in step 304, etching is performed on the one lot of wafers using the resist pattern as a mask.
  • a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer.
  • a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • a predetermined pattern circuit pattern, electrode pattern, etc.
  • a plate glass substrate
  • FIG. 3 in a pattern forming step 401, a so-called optical lithography is performed by transferring and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the above-described embodiment. A graphic process is performed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate undergoes a development process, an etching process, a resist stripping process, and other processes to form a predetermined pattern on the substrate, and then proceeds to the next color filter forming process 402. I do.
  • the color filter forming step 402 a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G, A color filter is formed by arranging a set of three stripe filters B in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed.
  • the liquid crystal panel is formed by using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401, the color filter obtained in the color filter forming step 402, and the like.
  • a liquid crystal is interposed between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402. Inject to manufacture liquid crystal panels (liquid crystal cells).
  • a module assembling step 404 components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • the light from the secondary light source is condensed by the condenser-one optical system 9 to illuminate the mask M in a superimposed manner.
  • an illumination field stop mask blind
  • a relay optical system for forming an image of the illumination field stop on the mask M A system may be arranged in the optical path between the condenser optical system 9 and the mask M.
  • the condenser optical system 9 condenses the light from the secondary light source and illuminates the illumination field stop in a superimposed manner, and the relay optical system operates at the opening (light transmission part) of the illumination field stop. An image will be formed on the mask M.
  • the KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) and the ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) are used as the exposure light.
  • the present invention can be applied to other appropriate pulsed laser light sources.
  • the present invention has been described with reference to the projection exposure apparatus having the illumination optical device as an example.
  • the illumination target surface other than the mask is illuminated. It is clear that the present invention can be applied to a general illumination optical device for the purpose. Industrial potential
  • the diffractive optical element and the refractive optical element arranged in the optical path of the pulse laser beam having a high energy density are formed of an oxide crystal material such as quartz, Microchannels are not substantially generated, and fine diffraction patterns and refraction patterns can be easily formed by dry etching.
  • an illumination optical apparatus in which a microphone aperture channel does not substantially occur in a diffractive optical element or a refractive optical element arranged in an optical path of a pulse laser beam having a high energy density.
  • a good device can be manufactured by performing good projection exposure at a high throughput.

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Abstract

エネルギ密度の高いパルスレーザ光の光路中に配置された回折光学素子においてマイクロチャネルが実質的に発生することのない照明光学装置。パルスレーザ光を供給する光源(1)を有し、この光源からの光で被照射面(M)を照明する照明光学装置。光源と被照射面との間の光路中であって、1mJ/cm2/パルス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された回折光学素子(4)を備えている。回折光学素子は、水晶のような酸化物結晶材料で形成されている。

Description

明 細 照明光学装置、 露光装置および露光方法 技術分野
本発明は、 照明光学装置、 露光装置および露光方法に関し、 特に半導体素子、 撮像素子、 液晶表示素子、 薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ 一工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。 背景技術
この種の典型的な露光装置においては、 光源から射出された光束がフライアイ レンズに入射し、 その後側焦点面に多数の光源像からなる二次光源を形成する。 二次光源からの光束は、 フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口 絞りを介して制限された後、 コンデンサーレンズに入射する。 開口絞りは、 所望 の照明条件 （露光条件） に応じて、 二次光源の形状または大きさを所望の形状ま たは大きさに制限する。
コンデンサ一レンズにより集光された光束は、 所定のパターンが形成されたマ スクを重畳的に照明する。 マスクのパターンを透過した光は、 投影光学系を介し てウェハ上に結像する。 こうして、 ウェハ上には、 マスクパターンが投影露光 (転写） される。 なお、 マスクに形成されたパターンは高集積化されており、 こ の微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分 布を得ることが不可欠である。
近年においては、 フライアイレンズの射出側に配置された開口絞りの開口部 (光透過部） の大きさを変化させることにより、 フライアイレンズにより形成さ れる二次光源の大きさを変化させて、 照明のコヒ一レンシィ σ (び値 =開口絞り 径/投影光学系の瞳径、 あるいはひ値 =照明光学系の射出側開口数/投影光学系 の入射側開口数） を変化させる技術が注目されている。 また、 フライアイレンズ の射出側に配置された開口絞りの開口部の形状を輪帯状や四つ穴状 （すなわち 4 極状） に設定することにより、 フライアイレンズにより形成される二次光源の形 状を輪帯状や 4極状に制限して、 投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技 術が注目されている。
上述のように、 従来技術では、 二次光源の形状を輪帯状や 4極状に制限して変 形照明 （輪帯照明や 4極照明） を行うために、 フライアイレンズにより形成され た比較的大きな二次光源からの光束を輪帯状や 4極状の開口部を有する開口絞り によって制限している。 換言すると、 従来技術における輪帯照明や 4極照明では、 二次光源からの光束の相当部分が開口絞りで遮蔽され、 照明 （露光） に寄与する ことがない。 その結果、 開口絞りにおける光量損失により、 マスクおよびウェハ 上での照度が低下し、 露光装置としてのスループットも低下するという不都合が あった。
この不都合を解消するために、 回折光学素子またはマイクロレンズアレイ （屈 折光学素子) からなるォプティカルインテグレー夕により光源からの光束を所定 の断面形状を有し且つ角度成分を有する光束に変換し、 この光束に基づいて光束 変換素子としての回折光学素子によりフライアイレンズの入射面に所望形状 （輪 帯状、 4極状など） の照野 （ひいてはフライアイレンズの射出面に所望形状の二 次光源） を形成する技術が提案されている。
しかしながら、 この従来技術では、 たとえば K r Fエキシマレ一ザ光源や A r Fエキシマレーザ光源のようなパルス発振型のレーザ光源を用いた場合、 光束発 散素子としての回折光学素子またはマイクロレンズァレイにエネルギ密度の非常 に高いパルスレーザ光が照射される。 その結果、 石英のようなアモルファス （非 晶質） 材料で形成された回折光学素子やマイクロレンズァレイの射出面にはマイ クロチャネル （微小孔） が発生し、 透過率の低下により光量損失が起こるという 不都合があった。
本発明は、 前述の課題に鑑みてなされたものであり、 エネルギ密度の高いパル スレーザ光の光路中に配置された回折光学素子や屈折光学素子においてマイク口 チャネルが実質的に発生することのない照明光学装置を提供することを目的とす る。 また、 本発明は、 エネルギ密度の高いパルスレ一ザ光の光路中に配置された 回折光学素子や屈折光学素子においてマイクロチャネルが実質的に発生すること のない照明光学装置を用いて、 高いスループッ卜で良好な投影露光を行うことの できる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 発明の開示
前記課題を解決するために、 本発明の第 1発明では、 パルスレーザ光を供給す る光源を有し、 該光源からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、 前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 1 m J Z c m 2 Zパルス以 上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された回折光学素子を備 え、
前記回折光学素子を形成する光学材料は酸化物結晶材料を含むことを特徴とす る照明光学装置を提供する。
本発明の第 2発明では、 パルスレーザ光を供給する光源を有し、 該光源からの 光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 l m J / c m2Zパルス以 上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された屈折光学素子を備 え、
前記屈折光学素子は、 一次元的または二次元的に配置された屈折パターンを有 し、
前記屈折光学素子を形成する光学材料は酸化物結晶材料を含むことを特徴とす る照明光学装置を提供する。
第 1発明および第 2発明の好ましい態様によれば、 前記酸化物結晶材料は、 水 晶 （結晶石英： S i 0 2 )、 チタン酸バリウム （B a T i 0 3 )、 三酸化チタン (T i〇3)、 酸化マグネシウム （M g O)、 サファイア （A 1 2 0 3) のうちのい ずれか 1つである。 なお、 結晶石英 （S i 0 2) としては、 たとえば水晶を用い ることができる。 また、 前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、 入射光束 を所定の光強度分布を有する光束に変換することが好ましい。 さらに、 前記回折 光学素子または前記屈折光学素子を介した光束に基づいて照明瞳面に所定形状の 二次光源を形成するためのオプティカルインテグレー夕をさらに備えていること が好ましい。
また、 第 1発明において、 1 0 m J Z c m2/パルス以上のエネルギ密度を有 する光束が通過する光路中に配置された回折光学素子を形成する光学材料が前記 酸化物結晶材料を含むことが好ましい。 また、 第 2発明において、 l O m J / c m2Zパルス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置されて、 一次元的または二次元的に配置された屈折パターンを有する屈折光学素子を形成 する光学材料が前記酸化物結晶材料を含むことが好ましい。 なお、 第 1発明およ び第 2発明の好ましい態様によれば、 前記酸化物結晶材料の光学軸は照明光学装 置の光軸と平行に設定されることが好ましい。 ここで、 たとえば二軸性結晶の場 合には 2つの光学軸が存在するが、 この場合にはいずれか一方の光学軸を光軸と 平行に設定すればよい。
本発明の第 3発明では、 第 1発明または第 2発明の照明光学装置と、 前記被照 射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学 系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第 4発明では、 第 1発明または第 2発明の照明光学装置を介してマス クを照明し、 照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に 投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を 概略的に示す図である。
第 2図は、 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフロー チヤ一卜である。
第 3図は、 マイクロデバィスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチ ャ一卜である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の実施形態を、 添付図面に基づいて説明する。
第 1図は、 本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を 概略的に示す図である。 第 1図において、 感光性基板であるウェハ Wの法線方向 に沿って Z軸を、 ウェハ面内において第 1図の紙面に平行な方向に Y軸を、 ゥェ ハ面内において第 1図の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。 なお、 第 1図では、 照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
第 1図の露光装置は、 露光光 （照明光） を供給するためのパルス発振型のレー ザレーザ光源 1を備えている。 レーザレーザ光源 1として、 たとえば 2 4 8 n m の波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ光源や 1 9 3 n mの波長の光を供給 する A r Fエキシマレーザ光源などを用いることができる。 レ一ザ光源 1から Z 方向に沿つて射出されたほぼ平行な光束は、 X方向に沿つて細長く延びた矩形状 の断面を有し、 一対のレンズ 2 aおよび 2 bからなるビームエキスパンダ一 2に 入射する。 各レンズ 2 aおよび 2 bは、 第 1図の紙面内 （Y Z平面内） において 負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。 したがって、 ビームエキスパン ダー 2に入射した光束は、 第 1図の紙面内において拡大され、 所定の矩形状の断 面を有する光束に整形される。
整形光学系としてのビームエキスパンダー 2を介したほぼ平行な光束は、 折り 曲げミラー 3で Y方向に偏向された後、 回折光学素子 4を介して、 ァフォーカル ズームレンズ 5に入射する。 一般に、 回折光学素子は、 基板に露光光 （照明光） の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、 入射ビーム を所望の角度に回折する作用を有する。 具体的には、 回折光学素子 4は、 矩形状 の断面を有する平行光束が入射した場合に、 そのファーフィールド （またはフラ ゥンホ一ファー回折領域） に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。 した がって、 回折光学素子 4を介した光束は、 ァフォ一カルズームレンズ 5の瞳位置 に円形状の光強度分布、 すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
なお、 回折光学素子 4は、 照明光路から退避可能に構成されている。 ァフォー カルズームレンズ 5は、 ァフォ一カル系 （無焦点光学系） を維持しながら所定の 範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。 ァフォー カルズームレンズ 5を介した光束は、 輪帯照明用の回折光学素子 6に入射する。 ァフオーカルズームレンズ 5は、 回折光学素子 4の発散原点と回折光学素子 6の 回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。 そして、 回折光学素子 6の回折面ま たはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率に依存して変化する。
輪帯照明用の回折光学素子 6は、 平行光束が入射した場合に、 そのファーフィ 一ルドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。 なお、 回折光学素子 6 は、 照明光路に対して揷脱自在に構成され、 且つ 4極照明用の回折光学素子 6 0 や円形照明用の回折光学素子 6 1と切り換え可能に構成されている。 4極照明用 の回折光学素子 6 0および円形照明用の回折光学素子 6 1の構成および作用につ いては後述する。
回折光学素子 6を介した光束は、 ズームレンズ 7に入射する。 ズームレンズ 7 の後側焦点面の近傍には、 マイクロレンズアレイ （またはフライアイレンズ） 8 の入射面が位置決めされている。 マイクロレンズアレイ 8は、 縦横に且つ稠密に 配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。 一般に、 マイクロレンズアレイは、 たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レ ンズ群を形成することによって構成される。
ここで、 マイクロレンズァレイを構成する各微小レンズは、 フライアイレンズ を構成する各レンズエレメントよりも微小である。 また、 マイクロレンズアレイ 多数の微小レンズ （微小屈折面） が互いに隔絶されることなく一体的に形成され ている。 しかしながら、 正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点 でマイクロレンズァレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のォプティカルイ ンテグレー夕である。
上述したように、 回折光学素子 4を介してァフォーカルズームレンズ 5の瞳位 置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、 ァフォーカルズームレンズ 5 から射出された後、 様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子 6に入射 する。 すなわち、 回折光学素子 4は、 角度光束形成機能を有するオプティカルィ ンテグレ一タを構成している。 一方、 回折光学素子 6は、 平行光束が入射した場 合に、 そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子と しての機能を有する。 したがって、 回折光学素子 6を介した光束は、 ズームレン ズ 7の後側焦点面に （ひいてはマイクロレンズアレイ 8の入射面に）、 たとえば 光軸 A Xを中心とした輪帯状の照野を形成する。
マイクロレンズアレイ 8の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、 ズーム レンズ 7の焦点距離に依存して変化する。 このように、 ズームレンズ 7は、 回折 光学素子 6とマイクロレンズアレイ 8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係 に結んでいる。 マイクロレンズアレイ 8に入射した光束は二次元的に分割され、 その後側焦点面には入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源 (以下、 「二次光源」 という） が形成される。
マイク口レンズアレイ 8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光 束は、 コンデンサー光学系 9の集光作用を受けた後、 所定のパターンが形成され たマスク Mを重畳的に照明する。 マスク Mのパターンを透過した光束は、 投影光 学系 P Lを介して、 感光性基板であるゥェ八 W上にマスクパターンの像を形成す る。 こうして、 投影光学系 P Lの光軸 A Xと直交する平面 （X Y平面） 内におい てウェハ Wを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うこ とにより、 ウェハ Wの各露光領域にはマスク Mのパターンが逐次露光される。 本実施形態では、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率が変化すると、 輪帯状の 二次光源の中心高さ （円形状の中心線の光軸 A Xからの距離） が変化することな く、 その幅 （外径 （直径） と内径（直径）との差の 1 Z 2 ) だけが変化する。 すな わち、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 輪帯状の二 次光源の大きさ (外径) およびその形状 （輪帯比：内径 Z外径） をともに変更す ることができる。
また、 ズームレンズ 7の焦点距離が変化すると、 輪帯状の二次光源の輪帯比が 変化することなく、 中心高さおよびその幅がともに変化する。 すなわち、 ズーム レンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 輪帯状の二次光源の輪帯比を変更 することなくその外径を変更することができる。 以上より、 本実施形態では、 ァ フォーカルズームレンズ 5の倍率とズームレンズ 7の焦点距離とを適宜変化させ ることにより、 輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを 変更することができる。
なお、 回折光学素子 6に代えて回折光学素子 6 0を照明光路中に設定すること によって 4極照明を行うことができる。 4極照明用の回折光学素子 6 0は、 平行 光束が入射した場合に、 そのファーフィールドに 4点状の光強度分布を形成する 機能を有する。 したがって、 回折光学素子 6 0を介した光束は、 マイクロレンズ アレイ 8の入射面に、 たとえば光軸 A Xを中心とした 4つの円形状の照野からな る 4極状の照野を形成する。 その結果、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面に も、 その入射面に形成された照野と同じ 4極状の二次光源が形成される。
4極照明においても輪帯照明の場合と同様に、 ァフォーカルズームレンズ 5の 倍率を変化させることにより、 4極状の二次光源の外径 （4つの円形状の面光源 に外接する円の直径） および輪帯比 （4つの円形状の面光源に内接する円の直径 Z 4つの円形状の面光源に外接する円の直径） をともに変更することができる。 また、 ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 4極状の二次光源の 輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。 その結果、 ァフォ 一カルズームレンズ 5の倍率とズームレンズ 7の焦点距離とを適宜変化させるこ とにより、 4極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更 することができる。
また、 回折光学素子 4を照明光路から退避させるとともに、 回折光学素子 6ま たは 6 0に代えて円形照明用の回折光学素子 6 1を照明光路中に設定することに よって、 通常の円形照明を行うことができる。 この場合、 ァフォーカルズームレ ンズ 5には光軸 A Xに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。 ァフォー力 ルズームレンズ 5に入射した光束は、 その倍率に応じて拡大または縮小され、 矩 形状の断面を有する光束のまま光軸 A Xに沿ってァフォーカルズームレンズ 5か ら射出され、 回折光学素子 6 1に入射する。
ここで、 円形照明用の回折光学素子 6 1は、 回折光学素子 4と同様に、 矩形状 の断面を有する平行光束が入射した場合に、 ファーフィ一ルドに円形状の光強度 分布を形成する機能を有する。 したがって、 回折光学素子 6 1により形成された 円形光束は、 ズームレンズ 7を介して、 マイクロレンズアレイ 8の入射面におい て光軸 A Xを中心とした円形状の照野を形成する。 その結果、 マイクロレンズァ レイ 8の後側焦点面にも、 光軸 AXを中心とした円形状の二次光源が形成される。 この場合、 ァフォーカルズームレンズ 5の倍率またはズームレンズ 7の焦点距離 を変化させることにより、 円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。 本実施形態では、 レーザ光源 1から供給されたパルスレーザ光は、 ビームェキ スパンダー 2を介して光束断面がある程度拡大されるものの、 非常に高いエネル ギ密度を有する状態で回折光学素子 4に入射する。 具体的には、 回折光学素子 4 に入射するパルスレーザ光の 1パルス当りのエネルギ密度が、 たとえば 2 0 m J Z c m2Zパルス以上に達することもある。 この場合、 従来技術にしたがって回 折光学素子 4を石英のようなアモルファス （非晶質） 材料で形成すると、 回折光 学素子 4の射出面にはマイクロチャネルが発生する。 その結果、 回折光学素子 4 の透過率が低下し、 回折光学素子 4における光量損失に起因して露光装置のスル —プットが低下してしまう。
そこで、 本実施形態では、 たとえば水晶 （結晶石英： S i 0 2) のような酸化 物結晶材料を用いて回折光学素子 4を形成している。 水晶で形成された回折光学 素子 4では、 エネルギ密度が高いパルスレ一ザ光の照射を受けてもマイクロチャ ネルが発生することなく、 しかもプラズマエッチングやイオンエッチング等のド ライエッチング技術を用いて、 微細な回折パターンを形成することが可能である。 ちなみに、 フッ化物結晶材料である、 たとえば蛍石 （C a F 2 ) の場合もマイク ロチャネルの発生を抑えることができるが、 ドライエツチング技術を用いて微細 な回折パターンを形成するためには非常に時間がかかるという問題がある。
ここで、 回折光学素子 4を形成する酸化物結晶材料は水晶に限定されることな く、 光源の波長に応じて、 たとえばチタン酸バリウム （B a T i 0 3 )、 三酸化 チタン (T i〇3 )、 酸化マグネシウム （M g O)、 サファイア （A 1 203 ) など を用いることもできる。 以上のように、 本実施形態では、 エネルギ密度の高いパ ルスレーザ光の光路中に配置された回折光学素子 4が酸化物結晶材料で形成され ているので、 マイクロチャネルが実質的に発生することなく且つドライエツチン グにより微細な回折パターンの形成が容易であり、 高いスループッ卜で良好な投 影露光を行うことができる。 また、 酸化物結晶材料が複屈折性を有する場合には、 酸化物結晶材料の光学軸を照明光学装置の光軸と平行に設定することが好ましい。 これにより、 複屈折の影響を最小限に抑えることが可能になる。 なお、 酸化物結 晶材料が二軸性結晶である場合には、 酸化物結晶材料に 2つの光学軸が存在する が、 この場合にはいずれか一方の光学軸を光軸と平行に設定すればよい。
なお、 上述の実施形態では、 角度光束形成機能を有するオプティカルインテグ レー夕としての回折光学素子 4に本発明を適用しているが、 これに限定されるこ となく、 レーザ光源 1とマスク Mとの間の光路中であって l m J Z c m2Zパル ス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された一般的な回折 光学素子に対して本発明を適用することもできる。
ところで、 上述の実施形態では、 回折光学素子 4に代えて、 たとえば正六角形 状または正方形状の微小レンズからなるマイクロレンズアレイを用いる変形例も 可能である。 この場合、 4極照明に際して、 マイクロレンズアレイ 8の後側焦点 面には 4つの正六角形状または正方形状の面光源からなる 4極状の二次光源が形 成される。 この変形例においても、 従来技術にしたがつてマイクロレンズァレイ を石英で形成するとその射出面にはマイクロチャネルが発生するが、 本発明のし たがつて水晶のような酸化物結晶材料でマイク口レンズァレイを形成すれば、 マ イクロチャネルが実質的に発生することなく且つドライエッチングにより微細な 屈折パターンの形成が容易になる。
したがって、 上述の実施形態では、 回折光学素子に本発明を適用しているが、 これに限定されることなく、 レーザ光源 1とマスク Mとの間の光路中であって 1 m J / c m 2Zパルス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置 され且つ一次元的または二次元的に配置された屈折パターンを有する一般的な屈 折光学素子に対して本発明を適用することもできる。
上述の実施形態にかかる露光装置では、 照明光学装置によってマスク （レチク ル） を照明し （照明工程）、 投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパ ターンを感光性基板に露光する （露光工程） ことにより、 マイクロデバイス （半 導体素子、 撮像素子、 液晶表示素子、 薄膜磁気ヘッド等） を製造することができ る。 以下、 上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所 定の回路パターンを形成することによって、 マイクロデバイスとしての半導体デ バイスを得る際の手法の一例につき第 2図のフローチャートを参照して説明する。 先ず、 第 2図のステップ 3 0 1において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着 される。 次のステップ 3 0 2において、 その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフ オトレジストが塗布される。 その後、 ステップ 3 0 3において、 上述の実施形態 の露光装置を用いて、 マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、 その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。 その後、 ステップ 3 0 4において、 その 1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、 ステップ 3 0 5において、 その 1ロットのウェハ上でレジス卜パターンをマスク としてエッチングを行うことによって、 マスク上のパターンに対応する回路パタ —ンが、 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。 その後、 更に上のレイヤの 回路パターンの形成等を行うことによって、 半導体素子等のデバイスが製造され る。 上述の半導体デバイス製造方法によれば、 極めて微細な回路パターンを有す る半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
また、 上述の実施形態の露光装置では、 プレート （ガラス基板） 上に所定のパ ターン （回路パターン、 電極パターン等） を形成することによって、 マイクロデ バイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。 以下、 第 3図のフロ一チヤ一 トを参照して、 このときの手法の一例につき説明する。 第 3図において、 パタ一 ン形成工程 4 0 1では、 上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを 感光性基板 （レジストが塗布されたガラス基板等） に転写露光する、 所謂光リソ グラフィ一工程が実行される。 この光リソグラフィー工程によって、 感光性基板 上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。 その後、 露光された基板 は、 現像工程、 エッチング工程、 レジスト剥離工程等の各工程を経ることによつ て、 基板上に所定のパターンが形成され、 次のカラーフィルター形成工程 4 0 2 へ移行する。 次に、 カラーフィルター形成工程 4 0 2では、 R (Red) , G (Green) , B (Blue) に対応した 3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、 ま たは R、 G、 Bの 3本のストライプのフィルタ一の組を複数水平走査線方向に配 列したカラーフィルターを形成する。 そして、 カラーフィルター形成工程 4 0 2 の後に、 セル組み立て工程 4 0 3が実行される。 セル組み立て工程 4 0 3では、 パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板、 およびカラ一 フィルター形成工程 4 0 2にて得られたカラ一フィル夕一等を用いて液晶パネル (液晶セル） を組み立てる。 セル組み立て工程 4 0 3では、 例えば、 パターン形 成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ一形成ェ 程 4 0 2にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、 液晶パネル (液晶セル） を製造する。
その後、 モジュール組み立て工程 4 0 4にて、 組み立てられた液晶パネル （液 晶セル） の表示動作を行わせる電気回路、 バックライト等の各部品を取り付けて 液晶表示素子として完成させる。 上述の液晶表示素子の製造方法によれば、 極め て微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができ る。
なお、 上述の実施形態では、 コンデンサ一光学系 9によって二次光源からの光 を集光して重畳的にマスク Mを照明している。 しかしながら、 これに限定される ことなく、 コンデンサー光学系 9とマスク Mとの間の光路中に、 照明視野絞り (マスクブラインド） と、 この照明視野絞りの像をマスク M上に形成するリレ一 光学系とを配置しても良い。 この場合、 コンデンサー光学系 9は、 二次光源から の光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、 リレー光学系は照 明視野絞りの開口部 （光透過部） の像をマスク M上に形成することになる。 また、 上述の実施形態では、 露光光として K r Fエキシマレーザ光 （波長： 2 4 8 n m) や A r Fエキシマレーザ光 （波長： 1 9 3 n m) を用いているが、 こ れに限定されることなく、 他の適当なパルス発振型のレーザ光源に対して本発明 を適用することもできる。 さらに、 上述の実施形態では、 照明光学装置を備えた 投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、 マスク以外の被照射面を照明す るための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかで ある。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、 本発明の照明光学装置では、 エネルギ密度の高いパルス レーザ光の光路中に配置された回折光学素子や屈折光学素子が水晶のような酸化 物結晶材料で形成されているので、 マイクロチャネルが実質的に発生することな く且つドライエッチングにより微細な回折パターンや屈折パターンの形成が容易 である。
したがって、 本発明の露光装置および露光方法では、 エネルギ密度の高いパル スレーザ光の光路中に配置された回折光学素子や屈折光学素子においてマイク口 チャネルが実質的に発生することのない照明光学装置を用いて、 高いスループッ 卜で良好な投影露光を行うことにより良好なデバイスを製造することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . パルスレーザ光を供給する光源を有し、 該光源からの光で被照射面を照明 する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 1 m J Z c m 2 /パルス以 上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された回折光学素子を備 え、
前記回折光学素子を形成する光学材料は酸化物結晶材料を含むことを特徴とす る照明光学装置。
2 . 請求の範囲第 1項に記載の照明光学装置において、
前記回折光学素子は、 前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 1 0 m J Z c m 2Zパルス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置 されていることを特徴とする照明光学装置。
3 . パルスレーザ光を供給する光源を有し、 該光源からの光で被照射面を照 明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 l m J / c m2Zパルス以 上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置された屈折光学素子を備 え、
前記屈折光学素子は、 一次元的または二次元的に配置された屈折パターンを有 し、
前記屈折光学素子を形成する光学材料は酸化物結晶材料を含むことを特徴とす る照明光学装置。
4 . 請求の範囲第 3項に記載の照明光学装置において、
前記屈折光学素子は、 前記光源と前記被照射面との間の光路中であって、 1 0 m J Z c m 2 /パルス以上のエネルギ密度を有する光束が通過する光路中に配置 されていることを特徴とする照明光学装置。
5 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の照明光学装置におい て、
前記酸化物結晶材料は、 水晶 （S i 0 2 )、 チタン酸バリウム （B a T i〇3 )、 三酸化チタン （T i〇3 )、 酸化マグネシウム （M g〇）、 サファイア （A 1 20 3) のうちのいずれか 1つであることを特徴とする照明光学装置。
6 . 請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置におい て、
前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、 入射光束を所定の光強度分布を 有する光束に変換することを特徴とする照明光学装置。
7 . 請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれか 1項に記載の照明光学装置におい て、
前記回折光学素子または前記屈折光学素子を介した光束に基づいて照明瞳面に 所定形状の二次光源を形成するためのォプティカルインテグレー夕をさらに備え ていることを特徴とする照明光学装置。
8 . 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置におい て、
前記酸化物結晶材料の光学軸が前記照明光学装置の光軸とほぼ平行に設定され ていることを特徴とする照明光学装置。
9 . 請求の範囲第 8項に記載の照明光学装置において、
前記酸化物結晶材料は複数の光学軸を備え、
該複数の光学軸のうちの 1つが前記照明光学装置の光軸とほぼ平行に設定され ていることを特徴とする照明光学装置。
1 0 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項のいずれか 1項に記載の照明光学装置にお いて、
前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、 ドライエッチングにより形成さ れた表面形状を備えることを特徴とする照明光学装置。
1 1 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 0項のいずれか 1項に記載の照明光学装置と、 前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための 投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
1 2 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 0項のいずれか 1項に記載の照明光学装置を 介してマスクを照明し、 照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光 性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4380391B2 (ja) * 2004-03-31 2009-12-09 株式会社ニコン 人工水晶部材の選別方法
JP2006113533A (ja) 2004-08-03 2006-04-27 Nikon Corp 投影光学系、露光装置、および露光方法
DE102006031807A1 (de) * 2005-07-12 2007-01-18 Carl Zeiss Smt Ag Beleuchtungseinrichtung einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, sowie Depolarisator
CN101356623B (zh) 2006-01-19 2012-05-09 株式会社尼康 移动体驱动方法及移动体驱动系统、图案形成方法及图案形成装置、曝光方法及曝光装置、以及元件制造方法
CN101587302B (zh) * 2006-11-03 2011-10-12 上海微电子装备有限公司 一种光刻照明系统
CN101408285B (zh) * 2008-08-14 2010-06-02 上海微电子装备有限公司 一种产生连续可变光瞳的照明装置
JP5366019B2 (ja) * 2010-08-02 2013-12-11 株式会社ニコン 伝送光学系、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0854374A2 (en) * 1997-01-17 1998-07-22 Nikon Corporation Illumination apparatus with a high laser damage threshold and pattern transfer apparatus comprising the same
WO2000067303A1 (fr) * 1999-04-28 2000-11-09 Nikon Corporation Procede et appareil d'exposition
DE10062579A1 (de) * 1999-12-15 2001-06-21 Nikon Corp Optischer Integrierer,optische Beleuchtungseinrichtung, Photolithographie-Belichtungseinrichtung,und Beobachtungseinrichtung
DE10029938A1 (de) * 1999-07-09 2001-07-05 Zeiss Carl Optisches System für das Vakuum-Ultraviolett
JP2002323658A (ja) * 2001-02-23 2002-11-08 Carl Zeiss Semiconductor Manufacturing Technologies Ag 照明システムの分割形対物レンズ

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6344624A (ja) * 1986-08-12 1988-02-25 Fuji Photo Film Co Ltd 液晶デバイス
JPH0825765B2 (ja) * 1990-10-30 1996-03-13 信越石英株式会社 耐レーザガラスの製造方法
JP2782131B2 (ja) * 1990-11-26 1998-07-30 信越石英株式会社 透明合成シリカガラスからなる光学部材、該光学部材の製造方法及び該光学部材を用いた装置
US5699183A (en) * 1993-02-10 1997-12-16 Nikon Corporation Silica glass member for UV-lithography, method for silica glass production, and method for silica glass member production
US5631721A (en) * 1995-05-24 1997-05-20 Svg Lithography Systems, Inc. Hybrid illumination system for use in photolithography
JP3491212B2 (ja) * 1995-06-23 2004-01-26 株式会社ニコン 露光装置、照明光学装置、照明光学系の設計方法及び露光方法
US6259513B1 (en) * 1996-11-25 2001-07-10 Svg Lithography Systems, Inc. Illumination system with spatially controllable partial coherence
US6680803B2 (en) * 1996-12-21 2004-01-20 Carl-Zeiss Smt Ag Partial objective in an illuminating systems
JP3094933B2 (ja) * 1997-01-17 2000-10-03 キヤノン株式会社 光加工機及びそれを用いたオリフィスプレートの製造方法
EP0901650B1 (en) * 1997-03-25 2001-09-19 Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG Optical system for integrated circuit fabrication
US5851701A (en) * 1997-04-01 1998-12-22 Micron Technology, Inc. Atom lithographic mask having diffraction grating and attenuated phase shifters
JPH11237503A (ja) * 1997-12-03 1999-08-31 Canon Inc 回折光学素子及びそれを有する光学系
JP2002040327A (ja) 2000-07-31 2002-02-06 Nikon Corp 波面分割型のオプティカルインテグレータおよび該オプティカルインテグレータを備えた照明光学装置
US6741394B1 (en) * 1998-03-12 2004-05-25 Nikon Corporation Optical integrator, illumination optical apparatus, exposure apparatus and observation apparatus
JP2001176772A (ja) 1999-12-15 2001-06-29 Nikon Corp 照明光学装置および該照明光学装置を備えた投影露光装置
JP2001338861A (ja) 2000-05-26 2001-12-07 Nikon Corp 照明光学装置並びに露光装置及び方法
JP2000143278A (ja) * 1998-11-10 2000-05-23 Nikon Corp 耐久性の向上された投影露光装置及び結像光学系の製造方法
US6563567B1 (en) * 1998-12-17 2003-05-13 Nikon Corporation Method and apparatus for illuminating a surface using a projection imaging apparatus
US6377332B1 (en) * 1999-02-03 2002-04-23 Nikon Corporation Optical member for photolithography and photolithography apparatus
US6301051B1 (en) * 2000-04-05 2001-10-09 Rockwell Technologies, Llc High fill-factor microlens array and fabrication method
JP2002064045A (ja) * 2000-08-21 2002-02-28 Nikon Corp 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP2002075835A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Nikon Corp 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP2002083759A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Nikon Corp 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP2002131690A (ja) * 2000-10-30 2002-05-09 Nikon Corp 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
US20030227684A1 (en) * 2002-01-09 2003-12-11 Akihiro Goto Diffractive optical element, refractive optical element, illuminating optical apparatus, exposure apparatus and exposure method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0854374A2 (en) * 1997-01-17 1998-07-22 Nikon Corporation Illumination apparatus with a high laser damage threshold and pattern transfer apparatus comprising the same
WO2000067303A1 (fr) * 1999-04-28 2000-11-09 Nikon Corporation Procede et appareil d'exposition
DE10029938A1 (de) * 1999-07-09 2001-07-05 Zeiss Carl Optisches System für das Vakuum-Ultraviolett
DE10062579A1 (de) * 1999-12-15 2001-06-21 Nikon Corp Optischer Integrierer,optische Beleuchtungseinrichtung, Photolithographie-Belichtungseinrichtung,und Beobachtungseinrichtung
JP2002323658A (ja) * 2001-02-23 2002-11-08 Carl Zeiss Semiconductor Manufacturing Technologies Ag 照明システムの分割形対物レンズ

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