WO2006064900A1 - 露光方法および装置、ならびに電子デバイス製造方法 - Google Patents

露光方法および装置、ならびに電子デバイス製造方法 Download PDF

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WO2006064900A1
WO2006064900A1 PCT/JP2005/023126 JP2005023126W WO2006064900A1 WO 2006064900 A1 WO2006064900 A1 WO 2006064900A1 JP 2005023126 W JP2005023126 W JP 2005023126W WO 2006064900 A1 WO2006064900 A1 WO 2006064900A1
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diffraction grating
illumination light
substrate
light
exposure method
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PCT/JP2005/023126
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Inventor
Naomasa Shiraishi
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect
    • G—PHYSICS
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    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • G02B5/1823—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings in an overlapping or superposed manner
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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Definitions

  • the present invention relates to an exposure method used in a fine pattern forming process in an electronic device manufacturing process such as a semiconductor integrated circuit, a flat panel display device, a thin film magnetic head, and a micromachine, and an electronic device manufacturing using the exposure method
  • the present invention relates to a method and an exposure apparatus suitable for the method.
  • a photolithography technique is generally used for forming a fine pattern in a manufacturing process of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit. This is because a photoresist (photosensitive thin film) is formed on the surface of a substrate to be processed such as a wafer, and the exposure light exposure process, development process, etching process and the like having a light quantity distribution corresponding to the shape of the pattern to be formed A desired pattern is formed on a substrate to be processed.
  • a photoresist photosensitive thin film
  • a projection exposure method is mainly used as an exposure method.
  • the pattern to be formed is enlarged 4 or 5 times on a mask (also called a reticle), illuminated with illumination light, and the transmitted light is reduced using a reduction projection optical system. Exposure transfer is performed on the wafer.
  • a mask also called a reticle
  • the fineness of the pattern that can be formed by the projection exposure method is determined by the resolution of the reduction projection optical system, which is approximately equal to the value obtained by dividing the exposure wavelength by the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, in order to form a finer circuit pattern, a shorter wavelength exposure light source and a higher NA projection optical system are required.
  • proximity exposure method in which a pattern formed on a mask is exposed on a wafer without using a projection optical system.
  • a mask on which a pattern to be transferred is formed at an equal magnification is placed close to the wafer so as to face the wafer, and illumination light is irradiated on the mask, so that the light-dark pattern of the mask is kept as it is. The original shape is maintained and transferred onto the wafer.
  • the projection exposure method requires a light source with a shorter wavelength and a projection optical system with a higher NA in order to obtain higher resolution.
  • the wavelength of the exposure light has been shortened to 193 nm in the state-of-the-art exposure apparatus, and further shortening of the wavelength in the future is difficult from the viewpoint of usable lens materials.
  • the NA of the most advanced projection optical system has reached about 0.92, and it is difficult to achieve a higher NA than this, and the cause of significantly increasing the manufacturing cost of the exposure apparatus It becomes.
  • the proximity exposure method is effective in preventing damage to the mask because the wafer and the mask are placed close to each other with an interval of 10 ⁇ m or more at 20 ⁇ m or more.
  • the transfer pattern is blurred due to the above-mentioned interval, it is difficult to apply it to transfer a fine pattern of the wavelength of exposure light or less.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an exposure method capable of forming a fine pattern, specifically, a fine pattern having a wavelength of about the wavelength of exposure light or less at low cost.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device manufacturing method using the above exposure method and to provide an exposure apparatus suitable for use in the above exposure method.
  • a first exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate with illumination light from a light source, and the illumination light from the light source is applied to a first diffraction grating. The step of irradiating and the diffracted light generated by the first diffraction grating are applied to the first diffraction grating.
  • a fine pattern having a two-dimensional cycle can be formed on a photosensitive substrate at a low cost.
  • the divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating may be adjustable.
  • the divergence angle of the optical path through which the illumination light that irradiates the first diffraction grating can pass is
  • the divergence angle can be adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate.
  • the intensity distribution of the illumination light irradiated on the first diffraction grating and the relative positional relationship between the first diffraction grating and the first diffraction grating are changed with time.
  • the integrated intensity distribution of the illumination light on the first diffraction grating can be substantially uniformed by being distributed in a predetermined region including the central portion of the first diffraction grating.
  • the relative positional relationship between the second diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate is orthogonal to the direction of the period of the second diffraction grating.
  • the substrate is exposed to the substrate by repeating each of the steps a plurality of times while shifting in the direction in which the second diffraction grating is shifted in the direction of the period by an integral multiple of the period of the second diffraction grating. You can also.
  • At least one of the exposure wavelength between the second diffraction grating and the substrate and between the first diffraction grating and the second diffraction grating is set to the exposure wavelength. It can be filled with a dielectric with a refractive index of 1.2 or more.
  • a second exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate with illumination light from a light source, and the effective wavelength of the illumination light is exposed on the light source side of the substrate.
  • the step of arranging the diffraction grating having a period of twice or less in close proximity to each other, the intensity distribution of the illumination light from the light source, and the relative positional relationship between the diffraction grating and changing with time, the illumination The process of irradiating the diffraction grating with light and the diffraction grating Irradiating the substrate with diffracted light.
  • the second exposure method it is possible to form a fine pattern on a photosensitive substrate at low cost.
  • the relative positional relationship can be changed by moving the intensity distribution of the illumination light while fixing the diffraction grating.
  • the divergence angle of the illumination light irradiating the diffraction grating can be adjusted.
  • the divergence angle of the illumination optical path through which the illumination light applied to the diffraction grating can pass can be adjusted.
  • the divergence angle can be adjusted according to the expansion and contraction of the photosensitive substrate.
  • the relative positional relationship between the diffraction grating and the substrate in the in-plane direction of the substrate is shifted in a direction perpendicular to the direction of the period of the diffraction grating, or that of the diffraction grating is changed.
  • the exposure can be performed by repeating each step a plurality of times while shifting in the direction of the cycle by an integral multiple of the cycle.
  • the gap between the diffraction grating and the substrate can be filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength.
  • a third exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a photosensitive substrate by illumination light from a light source, and the first diffraction grating is irradiated with the illumination light from the light source. Irradiating the second diffraction grating disposed opposite to the first diffraction grating with the diffracted light generated by the first diffraction grating and the circuit generated by the second diffraction grating. And irradiating the first diffraction grating with a divergence angle of the illuminating light that irradiates the first diffraction grating. Is something that can be adjusted.
  • the expansion and contraction of the substrate is expanded by converging or converging the period of the interference fringes formed on the substrate. It can be corrected and exposed.
  • the adjustment of the divergence angle may be performed according to the expansion and contraction of the substrate.
  • At least one of the two diffraction gratings may be filled with a dielectric having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength.
  • the first invention relating to the electronic device manufacturing method of the present invention uses the exposure method of the present invention in at least a part of the process of forming a circuit pattern constituting the electronic device.
  • the second invention related to the electronic device manufacturing method of the present invention is a projection exposure method using a projection exposure apparatus and an exposure of the present invention in at least a part of a process of forming a circuit pattern constituting the electronic device. Using synthetic exposure with the method.
  • the first exposure apparatus of the present invention includes illumination light from a light source, a first diffraction grating formed on the first light-transmitting flat plate, and a second light formed on the second light-transmitting flat plate.
  • the illumination optical system has a variable divergence angle of illumination light applied to the first diffraction grating.
  • the first exposure apparatus it is possible to form a fine pattern on a photosensitive substrate at low cost. Even when expansion / contraction has occurred in the substrate to be exposed, exposure can be performed while correcting expansion / contraction of the substrate by expanding or converging the period of the interference fringes formed on the substrate.
  • the divergence angle of the illumination light applied to the first diffraction grating can be changed by moving at least a part of the optical member included in the illumination optical system.
  • It has an illumination light distribution variable mechanism that changes the relative positional relationship of the intensity distribution of the illumination light applied to the first diffraction grating with the first diffraction grating over time, and the illumination It is also possible to make the integrated intensity distribution of light on the first diffraction grating substantially uniform in a predetermined region including the central portion of the first diffraction grating.
  • At least one of the second diffraction grating and the substrate, and at least one part of the first diffraction grating and the second diffraction grating, at least one of the exposure wavelength and the exposure wavelength has a liquid supply mechanism that is filled with a dielectric liquid with a refractive index of 1.2 or higher. It can also be said.
  • the second exposure apparatus of the present invention is an exposure for exposing an interference pattern generated by illumination light from a light source and a diffraction grating formed on a translucent flat plate onto a photosensitive substrate.
  • An illumination optical system that is provided between the light source and the diffraction grating and irradiates the illuminating light from the light source onto the translucent flat plate, and the translucent flat plate at a predetermined position.
  • It has an illumination light distribution variable mechanism that changes the relative positional relationship with the flat plate over time, and the integrated intensity distribution of the illumination light on the translucent flat plate is a predetermined value including the center of the translucent flat plate. In the region, it is possible to make it almost uniform.
  • the second exposure apparatus it is possible to form a fine pattern on a photosensitive substrate at low cost.
  • the illumination optical system can be achieved by making the divergence angle of the illumination light irradiated on the translucent flat plate variable.
  • it may have a liquid supply mechanism that fills at least a part between the translucent flat plate and the substrate with a dielectric liquid having a refractive index of 1.2 or more at the exposure wavelength.
  • FIG. 1 is a partially cutaway view showing an outline of an exposure apparatus of the present invention
  • FIG. 1 (A) is a view showing an upstream of an optical path leading to a light source 1 and a deflection mirror 11.
  • 1 (B) is a view showing the downstream of the optical path after the Y movable mirror 12.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the exposure apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the first diffraction gratings Gl 1 and G 12, the second diffraction grating G 21 and the wafer W, and the diffracted lights LP, LM, LPO and LP 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the intensity distribution of interference fringes formed on a wafer W.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the influence of the incident angle deviation of illumination light on the positional deviation of the intensity distribution of interference fringes formed on the wafer W.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining in-plane changes in the incident angle of illumination light on the first light-transmitting flat plate.
  • Fig. 7 It is a diagram for explaining the divergence / convergence of the illumination light to the first translucent flat plate.
  • Fig. 8] is a diagram for explaining an example of the first diffraction grating and the second diffraction grating G21.
  • Fig. 8 (A) shows the first diffraction grating Gi l formed on the first light-transmitting flat plate P1
  • FIG. 8B is a diagram showing G12
  • FIG. 8B is a diagram showing the second diffraction grating G21 formed on the second translucent flat plate P2.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining another example of the first diffraction grating and the second diffraction grating.
  • FIG. 9 (A) shows the first diffraction grating G13 formed on the first translucent flat plate Pla
  • FIG. 9B is a diagram showing the G14
  • FIG. 9B is a diagram showing the second diffraction grating G22 formed on the second light transmitting flat plate P2a.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the diffraction angle distribution of the diffracted light generated from the first diffraction grating and the second diffraction grating as shown in FIG. 9 (A) and FIG. 9 (B).
  • FIG. 10B is a diagram for explaining the angular distribution of the diffracted light generated from the first diffraction gratings G13 and G14 formed on the first light-transmitting flat plate Pla, and Fig. 10 (B) is the figure on the second light-transmitting flat plate P2a.
  • FIG. 10 is a diagram showing an angular distribution of diffracted light generated from the formed second diffraction grating G22.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state in which diffraction gratings G17 and G18 are provided on the wafer W side of the translucent flat plate P4.
  • FIG. 16 A view showing a holding mechanism 36a for the first light-transmitting flat plate P1 and a holding mechanism 37a for the second light-transmitting flat plate P2.
  • FIG. 17 A diagram showing the exchange mechanism 42 etc. of the second translucent flat plate P2
  • FIG. 17 (A) is a bottom view showing the exchange mechanism 42 etc.
  • FIG. 17 (B) is A in FIG. 17 (A).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line B.
  • FIG. 18A is an explanatory diagram of a mechanism for filling the liquid between the wafer W and the second light-transmitting flat plate P2, etc.
  • FIG. 18 (A) shows the liquid only between the wafer W and the second light-transmitting flat plate P2.
  • Fig. 18 (B) shows the mechanism that fills the liquid between the transparent plate P2 and the transparent plate P1. It is explanatory drawing.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram of a mechanism that fills a liquid between the translucent flat plate P2 and the translucent flat plate P1. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a side view (sectional view) showing a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention.
  • (A) is a view showing the upstream portion of the optical path from the light source 1 to the deflecting mirror 11 in the exposure apparatus
  • (B) is a view showing the downstream portion of the optical path after the Y movable mirror 12.
  • FIG. 2 is a plan view showing a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention.
  • FIG. 1 and FIG. 2 indicate the same coordinate system (direction), and this is the same in the following figures.
  • FIGS. 1 and 2 a first embodiment of the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • Illumination light IL1 emitted from light source 1 such as ArF (argon 'fluorine) excimer laser, KrF (krypton' fluorine) excimer laser, F2 (fluorine dimer) laser, or harmonic laser using wavelength conversion element IL1 is a collimator
  • the lens groups 2, 3, 5, and 7 convert the illumination light IL2, which is a parallel light beam (parallel beam) having a predetermined beam size.
  • the illumination light IL2 is set to a predetermined polarization state by the polarization control element 10 to become illumination light IL3, reflected by the deflection mirror 11, and bent to become illumination light IL4. As shown in FIG. 2, the illumination light IL4 travels in the Y direction and reaches the Y movable mirror 12.
  • the Y mirror holding mechanism 13 that holds the Y movable mirror 12 is moved on the surface plate 16 along the Y direction guides 23a and 23b by the Y drive mechanism 21 via the Y transmission member 22 such as a ball screw. Can be moved to.
  • the illumination light IL5 reflected by the Y movable mirror 12 travels in the X direction in the drawing and reaches the X movable mirror 14.
  • the X mirror holding mechanism 15 that holds the X movable mirror 14 can be moved in the X direction along the X direction guides 20a and 20b by the X drive mechanism 18 via the X transmission member 18 such as a ball screw. is there.
  • the X mirror holding mechanism 15 and the Y mirror holding mechanism 13 can also be driven by a linear motor or the like.
  • the illumination light IL6 reflected by the X movable mirror 14 passes through the opening 17 provided on the surface plate 16, enters the illumination system front group lenses 24, 25, 26, 27, and is refracted by these lenses. It becomes the illumination light I L7 and is condensed on the condensing point 28.
  • the illumination light IL7 enters the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35, is refracted by these lenses, and becomes parallel illumination light IL8 again on the first translucent flat plate P1.
  • the optical members on the optical path of the illumination light IL1 to IL8 from the above collimator lens groups 2, 3, 5, 7 to the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, 3 5 are shown below as illumination optics. It is called a system.
  • a field stop FS is provided between the foremost lens 24 of the front lens group of the illumination system and the surface plate 16.
  • This field stop FS blocks the illumination light IL7 that is variable in the XY direction by the X mirror holding mechanism 15 and the Y mirror holding mechanism 13 when it is distributed outside a predetermined region in the XY plane. Accordingly, the outer edges LEa and LEb of the optical path through which the illumination light IL7 and the illumination light IL8 can pass are determined by the field stop FS.
  • a second light transmitting flat plate P2 is provided below the first light transmitting flat plate P1 (in the -Z direction).
  • the second translucent flat plate P2 is disposed in close proximity to and opposed to a substrate W (hereinafter also referred to as “wafer” as appropriate) such as a semiconductor wafer to be processed.
  • a substrate W hereinafter also referred to as “wafer” as appropriate
  • a first diffraction grating which will be described later, is formed on the first translucent flat plate P1, and the diffracted light generated when the illumination light IL8 is irradiated onto the first diffraction grating is the second diffraction grating. Irradiate the translucent flat plate P2.
  • a second diffraction grating which will be described later, is formed on the second translucent flat plate P2, and the second diffraction grating is irradiated with the diffracted light. Then, the diffracted light generated by the second diffraction grating is irradiated onto the wafer W, and is composed of a plurality of diffracted lights on the wafer W. A bright and dark pattern is formed by the interference fringes.
  • the wafer W On the surface of the wafer W, a photoresist for exposing and recording the light-dark pattern is formed. That is, the wafer W can be regarded as a photosensitive substrate.
  • the wafer W is held on a wafer stage 38, which is a substrate holding mechanism that is movable in the XY direction on the wafer surface plate 50, and is thus movable in the XY direction. Further, the position of the wafer W in the X direction is measured by the laser interferometer 40 through the position of the movable mirror 39 provided on the wafer stage 38, and the position in the Y direction is also provided on the wafer stage 38 (not shown). It is measured by a laser interferometer (not shown) through the moving mirror position.
  • the second translucent flat plate P2 is held by the second holding mechanisms 37a and 37b so as to be disposed close to and opposed to the wafer W with a predetermined interval to be described later.
  • the first translucent flat plate P1 is held by the first holding mechanisms 36a and 36b so as to face the second translucent flat plate P2 with a predetermined interval described later.
  • the diameter of the wafer W is, for example, 300 mm
  • the second translucent flat plate P2 has a diameter that covers the entire surface of the wafer W, for example.
  • the first translucent flat plate P1 has a diameter that covers the entire surface of the second translucent flat plate P2 as an example.
  • the diameter of the first transparent flat plate P1 is about 30 mm or more larger than the diameter of the wafer W.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the first light-transmitting flat plate Pl, the second light-transmitting flat plate P2, and the wafer W which are arranged to face each other.
  • the first translucent flat plate Pl and the second translucent flat plate P2 have a low thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) value, such as synthetic quartz, which is highly permeable to ultraviolet rays. It is made of a material with small deformation. In particular, when using an F2 laser as the light source 1, it is preferable to use synthetic quartz to which fluorine is added.
  • One-dimensional phase modulation type diffraction gratings Gl l and G12 having periodicity in the X direction are formed on the surface of the first translucent flat plate P1 on the + Z side, that is, the light source side. .
  • the surface of the second translucent flat plate P2 on the ⁇ Z side, ie, the wafer W side is one-dimensional with periodicity in the X direction.
  • the intensity-modulated diffraction grating G21 is formed.
  • Fig. 8 (A) is a view of the first translucent flat plate P1 as viewed from the + Z side. Its surface has a longitudinal direction in the Y direction and a one-dimensional period T1 in the X direction.
  • the first phase-modulation type diffraction gratings Gi l and G12 are formed.
  • the first diffraction gratings Gl and G12 are composed of a surface portion G12 of the first light-transmitting flat plate P1 and a digging portion G11 obtained by digging the flat plate surface by etching or the like like a so-called chromeless phase shift reticle. .
  • the depth of the digging portion G11 is set so that a phase difference of 180 degrees is formed between the illumination light transmitted through the surface portion G12 and the illumination light transmitted through the digging portion G12.
  • the digging depth is (2m_ l) ⁇ ⁇ / (2 ( ⁇ _ 1)) for the wavelength ⁇ ⁇ of the exposure light, the refractive index ⁇ of the first translucent plate PI, and an arbitrary natural number m. is there.
  • the width ratio (duty ratio) between the surface portion G12 and the digging portion Gil is preferably 1: 1.
  • Fig. 8 (B) is a view of the second translucent flat plate P2 as viewed from the + Z side.
  • the back surface (the surface on the wafer W side) has a longitudinal direction in the Y direction, and in the X direction.
  • a second diffraction grating G21 having a one-dimensional period T2 is formed.
  • the second diffraction grating G21 is made of a film of a metal such as chromium, molybdenum, tandasten, or tantalum, or oxides, fluorides or silicides thereof, or other light-shielding or dimming materials.
  • the period T1 is the diameter of the first light-transmitting flat plate P1.
  • the period T1 is about 240 nm, for example, and the period T2 is about 120 nm, for example, which is overwhelming compared to the diameter of the first translucent flat plate P1 Small.
  • the substantially parallel illumination light IL8 is irradiated, diffracted light corresponding to the period T1 is generated from the first diffraction gratings Gll and G12.
  • the first diffraction gratings Gl 1 and G12 are phase modulation type gratings with a duty ratio of 1: 1 and a phase difference of 180 degrees, the 0th-order diffracted light disappears and does not occur. in this case Primarily two diffracted lights of ⁇ 1st order light are generated, but higher order diffracted lights such as ⁇ 2nd order light may also be generated.
  • the period T1 is shorter than twice the effective wavelength ⁇ of the illumination light, higher-order diffracted light such as second-order light cannot be generated. Therefore, in this case, only the first diffracted light LP and the first diffracted light LM are generated from the first diffraction gratings Gi l and G12 and transmitted through the first light-transmitting flat plate P 1. Then, the light enters the second translucent flat plate P2.
  • the effective wavelength ⁇ of the illumination light is the illumination in the medium having the lowest refractive index among the translucent media existing on the illumination optical path from the first diffraction gratings Gi l and G12 to the wafer W.
  • the wavelength of light In this example, there is an air channel between the transparent plate P1, the transparent plate ⁇ 2 and the wafer W.
  • the + first-order diffracted light LP and the ⁇ first-order diffracted light LM are applied to the second diffraction grating G21 provided on the wafer W side surface of the second translucent flat plate P2. Since both diffracted lights are symmetrical, only + first-order diffracted light LP will be described below.
  • the first-order diffracted light LP is inclined by a predetermined angle with respect to the second diffraction grating G21 from the vertical direction (normal direction) by the period T1 of the first diffraction gratings Gi l and G12. Incident on the diffraction grating G21.
  • the diffracted light is diffracted light including zeroth-order light.
  • the angular direction in which each diffracted light is generated is inclined according to the inclination of the incident angle of the illumination light (+ 1st order diffracted light LP) to be irradiated. That is, the second diffraction grating G21 is diffracted according to the zero-order diffraction light LPO traveling in the direction parallel to the irradiated + first-order diffraction light LP and the period T2 in the X direction of the second diffraction grating G21.
  • the first-order diffracted light (not shown) may also be generated. is there. However, by setting the period ⁇ 2 to be equal to or less than the effective wavelength of the illumination light, it is possible to substantially prevent the generation of + first-order diffracted light (not shown).
  • the effective wavelength of illumination light; I is the same as described above.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a clear distribution of interference fringes formed on the wafer W by the two diffracted lights of the 0th-order diffracted light LPO and the first-order diffracted light LP1.
  • the 0th-order diffracted light LPO is applied to the second diffraction grating G21 and is generated in a direction parallel to the first-order diffracted light LP. Therefore, the 0th-order diffracted light LPO is in the vertical direction (normal direction) ZW of the wafer W. On the other hand, it is irradiated at the incident angle tilted by ⁇ 0 described above.
  • the first-order diffracted light LP1 is diffracted in the X direction by the period T2 in the X direction, and is irradiated onto the wafer W at the incident angle ⁇ 1.
  • the period of the light / dark pattern of the interference fringe IF formed on the wafer W (period of intensity distribution) T3 is
  • T3 X / (sin 0 O + sin 0 1)
  • an interference fringe formed by two light bundles such as an interference fringe IF has a very low decrease in contrast even if the position of the interference fringe changes in the direction of the wafer W force, that is, a so-called light and darkness with a large depth of focus. It becomes a pattern.
  • the incident angle ⁇ 0 of the 0th-order diffracted light LP0 and the incident angle ⁇ 1 of the 1st-order diffracted light LP1 are If they are not equal (if they are not symmetrical with respect to the normal direction VW), the position of the interference fringe IF in the X direction will change according to the displacement of the wafer W in the Z direction.
  • the incident angle ⁇ 0 of the 0th-order diffracted light LP0 irradiated on the wafer W is equal to the incident angle ⁇ 1 of the _first-order diffracted light LP1.
  • Such conditions are based on the premise that the illumination light IL8 is perpendicularly incident on the first diffraction gratings Gi l and G12, and the period T1 of the first diffraction gratings Gl l and G12 is the second diffraction grating. Realized when it is approximately twice the period T2 of G21. And at this time,
  • the illumination light IL8 requires the force S to be incident on the first diffraction gratings Gi l and G12 perpendicularly.
  • this reason will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is similar to FIGS. 3 and 4, in which the first translucent flat plate Pl, the second translucent flat plate 2 and the wafer W, and the interference fringes IFa formed on the wafer W are shown.
  • IFb represents a cross section of IFb.
  • the period Tl of the first diffraction gratings Gl l and G12 is twice the period T2 of the second diffraction grating G21.
  • the interference fringe IFa shown on the left side in FIG. 5 represents an interference fringe formed due to the illumination light IL8a incident perpendicularly to the first diffraction gratings Gil and G12.
  • the 0th-order diffracted light LPaO generated by the second diffraction grating G21 and the _first-order diffracted light LPal are equal and incident on the wafer W (tilt symmetrically). Incident.
  • an interference fringe IFa having a bright and dark (intensity) period T2 in the X direction is formed at a predetermined position.
  • the X-direction position of the peak of the bright part corresponds exactly to the position of the transmission part of the second diffraction grating G21.
  • the interference fringe IFb shown on the right side of FIG. 5 is formed by the illumination light IL8b incident on the first diffraction grating Gll, G12 at an angle ⁇ .
  • + first-order diffracted light LPb and _first-order diffracted light LMb are generated from the first diffraction gratings Gl l and G12.
  • the angular symmetry of the first diffraction grating Gll and G12 depends on the inclination of the incident angle of the illumination light IL8b. Corrupted accordingly.
  • an interference fringe IF b having a bright and dark (intensity) period T2 in the X direction is formed on the wafer W, but the X direction position of the peak of the bright part is the second diffraction grating G21. The position of the transmissive part of the screen is shifted.
  • the illumination light IL8 irradiating the first diffraction grating Gll, G12, that is, the first translucent flat plate P1 is the first translucent plate regardless of the location in the first translucent flat plate P1. It is preferable to enter the flat plate P1 at a constant incident angle, that is, parallel light.
  • the illumination light IL8 is incident on the first light-transmitting flat plate P1 perpendicularly.
  • the positional deviation allowable value is Generally, it is about 15nm, which is 1/4 of the line width.
  • the allowable deviation ⁇ 1 from the vertical incidence of illumination light is 50 ⁇ m
  • the parallelism of the illumination light IL8 incident on the first translucent flat plate PI is preferably about ⁇ 0.3 [mrad] or less. That is, it is preferable that the illumination light IL8 has a convergence or divergence of about ⁇ 0.3 [mrad] or less. It goes without saying that this condition varies depending on the period T3 of the pattern to be exposed and the second diffraction grating G21 and D2 on the surface of the wafer W.
  • the incident angle of the illumination light IL8 is within the first translucent flat plate P1.
  • the force is considered to be constant regardless of the position of the light, or more preferably to be perpendicularly incident.
  • the incident angle of the illumination light IL8 is preferably parallel to the normal line of the wafer W.
  • the illumination light IL8 in order for the illumination light IL8 to achieve such a strict parallelism, a parallelism fine adjustment mechanism that can adjust the parallelism is necessary. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, some of the collimator lenses 2, 3, 5, 7 and the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, 35 are used as illumination light IL1, IL2, IL7, The above-mentioned fine adjustment is performed by moving the IL8 in the direction of travel.
  • the parallelism fine adjuster provided on the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 in FIG. The structure will be described.
  • the lens drive mechanism 31a, 31b force S is attached to the negative lens 30, and the lens drive mechanism 33a, 33b is attached to the positive lens 32.
  • the lens driving mechanisms 31a, b, 33a, b are movable in the direction on the fixed shafts 34a, 34b, and thus the lens 30 and the lens 32 are independently movable in the Z direction.
  • the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 constitute a so-called inner focus lens as a whole, and the focal length or focal position thereof is variable. Therefore, even when the condensing point 28 of the illumination light IL7 is not at the predetermined design position due to a manufacturing error or the like, the illumination light IL7 from the condensing point 28 is accurately converted into the parallel illumination light IL8. It becomes possible.
  • FIG. 6 shows that the outer edges LEa and LEb of the optical path through which the illumination light IL8 can pass due to the variation in the focal length of the illumination system rear group lenses 29, 30, 32, and 35 as a result of driving the lens 30 and the lens 32.
  • FIG. 4 is a diagram showing that the angle of incidence of illumination light IL8 on the first translucent flat plate P1 varies according to the position of the first translucent flat plate P1.
  • FIG. 6 (A) shows the case where the lens 30 and the lens 32 are set to appropriate Z-direction positions, and the outer edges LEa and LEb are perpendicular to the first translucent flat plate PI.
  • the illumination light IL8c, the illumination light IL8d, and the illumination light IL8e are perpendicularly incident on the first translucent flat plate P1 regardless of the location in the first translucent flat plate P1.
  • FIG. 6 (B) shows a case where the lens 30 and the lens 32 are arranged with an appropriate displacement in the Z-direction, and the optical path that the illumination light IL8 defined by the outer edges LEal and LEbl can take is as a whole.
  • the outer edges LEal and LEbl are inclined (diverged) by 0 e from the vertical directions LEa and LEb, respectively.
  • the incident angle of the illumination light IL8 to the first translucent flat plate P1 also changes depending on the position.
  • the illumination light IL8f irradiated through the optical path portion close to the outer edge LEal is inclined slightly outward and is incident on the first translucent flat plate P1.
  • the inclination angle is ⁇ m
  • the position of the clear pattern of the interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8f is the brightness of the second diffraction grating G21 on the second translucent flat plate P2.
  • the position is shifted to the left from the position by an amount approximately proportional to ⁇ ⁇ , resulting in a position error.
  • the principle is figure It is the same as shown in 5.
  • the position of the light / dark pattern of the interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8h irradiated through the optical path portion close to the outer edge LEbl is approximately proportional to the outward inclination angle ⁇ of the illumination light IL8h. Thus, it is formed at a position shifted to the right.
  • the position of the clear pattern of interference fringes formed on the wafer W by the illumination light IL8g irradiated through the optical path portion close to the center is not displaced because the illumination light IL8h is incident substantially perpendicularly.
  • the relationship of the size of the interference fringe pattern exposed on the wafer W with respect to the clear pattern of the second diffraction grating G21 is that the optical path force defined by the outer edges LEal and LEbl as a whole is the diverging optical path. If this is the case, it will be enlarged, and if it becomes a convergent optical path as a whole, it will be reduced, and in either case, a magnification error will occur.
  • the optical path that can be taken by the illumination light IL8 defined by the outer edges LEa and LEb is always a parallel optical path. Therefore, occurrence of such a magnification error can be prevented.
  • the positions of the lens 30 and the lens 32 are adjusted when an unexpected expansion or contraction occurs in the wafer W to be exposed due to thermal deformation or the like in the previous manufacturing process.
  • the illumination optical path defined by the outer edges LEal and LEbl as a whole a diverging optical path or a converging optical path, the period T3 of interference fringes formed on the wafer W is expanded or converged, and the wafer is Exposure can also be performed by correcting the expansion and contraction of W.
  • a lens driving mechanism 6 is attached to the negative lens 5 in the collimator lens, and a lens driving mechanism 8 is attached to the positive lens 7.
  • These lens driving mechanisms 7 and 8 are movable in the X direction on the fixed shaft 9, whereby the lenses 5 and 7 are also independently movable in the X direction.
  • the lenses 5 and 7 constituting the rear group of the collimator lens constitute a so-called inner focus lens as a whole, and the focal length or focal position thereof is variable. Therefore, even if the illumination light IL8 does not become a parallel light beam due to fluctuations in the light source 1 or manufacturing errors of the illumination optical systems 2 to 35, the illumination light IL8 is completely driven by driving the lens drive mechanisms 7 and 8. It can be converted into parallel light. Therefore, as shown in FIG. 7, the state of parallelism (convergence or divergence) of the illumination light IL8 can be changed by driving the lens driving mechanisms 7 and 8.
  • the illumination light to the first translucent flat plate P1 is preferably a parallel light beam like the illumination light IL8j shown at the center in FIG.
  • the illumination light is a convergent light beam such as the illumination light IL8i shown on the left side in FIG. 7, or when the illumination light is a divergent light beam such as the illumination light IL8i shown on the right side in FIG. Therefore, it is desirable to obtain a desired parallel light flux by driving the lens driving mechanisms 7 and 8.
  • the angle range is on the wafer w. This may cause the contrast of interference fringes to be reduced.
  • the angle range of the incident angle of illumination light means the numerical aperture of illumination light.
  • the condensing points where the condensing degree of the illumination light at the condensing points 4 and 28 in the illumination optical system is weak are formed. This means an increase in the numerical aperture of the illumination light beam irradiated to the first light-transmissive plate P1.
  • the presence of the incident angle range of the illumination light causes the interference fringe on the wafer W to be shifted. This reduces the contrast of interference fringes, which is equivalent to the act of adding and causing misalignment.
  • the incident angle range corresponding to the numerical aperture of the illumination light is desirably about ⁇ 0.3 [mrad] or less from the same consideration as described above.
  • the illumination light aperture (NA) of the illumination optical system be 0.0003 or less.
  • Such low NA illumination light can be realized by using a laser light source with high spatial coherence, or by providing a stop to mechanically limit the illumination beam bundle at the condensing points 4 and 28.
  • the optimum value of the distance D2 between the second diffraction grating G21 and the surface of the wafer W in the present invention will be described.
  • the displacement of the interference fringe pattern on the wafer W when the illumination light IL8 is tilted occurs in proportion to the interval D2. Therefore, the shorter the interval D2, the better.
  • standards for the tilt of illumination light This is because it can be loosened.
  • the distance D2 is a minimum value of 1 ⁇ in consideration of the flatness of the wafer W and the flatness of the second translucent plate P2 that forms the second diffraction grating G21. m or more should be secured.
  • the distance D2 is 5 zm or more.
  • the distance D2 is too long, the standard regarding the inclination of the illumination light becomes stricter, but a plurality of diffracted lights focused on one point on the wafer W1 emit the second diffraction grating G21. Since the distance between the positions also increases and the coherence due to the spatial coherence between these diffracted lights decreases, it is desirable to set the distance D2 to 500 zm or less.
  • the distance D2 is short, the standard regarding the inclination of the illumination light and the like can be relaxed, and the manufacturing apparatus can be provided at a lower cost. Therefore, it is more desirable to set the distance D2 to 100 ⁇ or less.
  • the second diffraction grating G21 and the wafer W are arranged close to each other and face each other, multiple interference of illumination light may occur between the surfaces of both components. This adversely affects the brightness distribution of the interference fringes formed on the wafer W.
  • the temporal coherence distance (the coherence distance in the light traveling direction) 1 is light that is about twice or more the interval D2. Is preferably used.
  • the temporal coherence distance of light is a distance approximately represented by ⁇ 2 / ⁇ , where the wavelength of the light is obtained and the half-value width of the wavelength distribution of the light is ⁇ . Therefore, when the exposure wavelength ⁇ is 193 nm from an ArF laser, it is desirable to use illumination lights IL1 to IL8 whose wavelength half width ⁇ is about 370 pm or more.
  • the polarization direction (electric field direction) of the illumination light IL8 used for forming the interference fringe IF is in the longitudinal direction (period direction) of the interference fringe IF. It is preferable that the light is linearly polarized light in a direction parallel to (perpendicular direction), that is, in a direction orthogonal to the periodic direction. In this case, the interference fringe IF contrast can be maximized.
  • the illumination light IL8 is not completely linearly polarized light as described above, but the electric field component in the longitudinal direction (Y direction) of the interference fringe IF is greater than the electric field component in the periodic direction (X direction). If the illumination light is large, the above-described contrast improvement effect can be obtained.
  • the preferable polarization state of the illumination light IL8 is basically the second diffraction grating. It is sufficient if the electric field component in the direction orthogonal to the direction of the period T2 of G21 (Y direction) is larger than the electric field component in the direction of the period T2 (X direction).
  • Such a polarization characteristic of the illumination light IL8 is realized by the light control element 10 provided in the illumination optical system.
  • the light control element 10 is, for example, a polarizing filter (bolloid plate) or a polarization beam splitter that is rotatably provided with the traveling direction of the illumination light IL2 and IL3 as a rotation axis, and the polarization direction of the illumination light IL3 is predetermined by the rotation. Linearly polarized light.
  • the light source 1 is a light source that emits illumination light IL1 polarized in substantially linearly polarized light, such as a laser
  • a half-wave plate that is also rotatably provided is used as the light control element 10. You can also. It is also possible to use two quarter-wave plates that are independently rotatable and arranged in series. In this case, the polarization states of the illumination lights IL2 to IL8 can be circularly polarized light and elliptically polarized light which are not merely linearly polarized light.
  • the distance D1 between the first diffraction grating Gi l, G12 and the second diffraction grating G21 does not affect the positional deviation of the interference fringe IF formed on the wafer W. There is no need to place them close to each other like the above-mentioned distance D2.
  • the distance D1 is set to be about 100 mm or less, for example, because the size required for the first diffraction gratings Gll and G12 can be reduced.
  • Such unnecessary brightness / darkness nonuniformity is generated by illuminating ⁇ 1st order diffracted light LP, LM generated from an arbitrary point on the first diffraction grating Gil, G12 on the second diffraction grating G21. This can be prevented by irradiating a position far enough from the spatial coherence distance of the light IL8, for example, about four times the coherence distance.
  • the spatial coherence distance of the illumination light IL8 is a distance generally represented by ⁇ / ⁇ depending on the numerical aperture NA of the illumination light IL8 and the wavelength ⁇ . If the wavelength of the illumination light IL8 is 193 nm and the numerical aperture NA is 0.0003 described above, the coherent separation is 643 zm, four times 2536 zm. Therefore, in this case, the occurrence of the above-described unnecessary brightness unevenness can be prevented by separating the irradiation positions of the ⁇ first-order diffracted lights LP and LM onto the second diffraction grating G21 by about 2536 ⁇ m or more.
  • the diffraction angle ⁇ 0 of ⁇ first-order diffracted light LP and LM is obtained from Equation 1 as 53 degrees.
  • the distance D1 must be 948 / im or more in order to irradiate the two beam bundles generated symmetrically at this diffraction angle to the position 2536 ⁇ m or more apart on the second diffraction grating G21. is there.
  • the distance D1 is preferably about lmm or more.
  • the first diffraction gratings Gi l and G12 are for generating ⁇ first-order diffracted lights LP and LM in a predetermined direction and irradiating them on the second diffraction grating G21. It is not intended to form interference fringes by ⁇ 1st-order diffracted light LP, LM at predetermined positions on the grating G21.
  • the positional relationship between the first diffraction grating Gil, G12 and the second diffraction grating G21 in the XY direction is strictly aligned in the order of periods T1 and T2 (in the order of several tens of nm). There is no need to be done. However, a predetermined region facing the wafer W in the second diffraction grating G21 needs to be irradiated with ⁇ first-order diffracted light LP, LM emitted from the first diffraction grating Gll, G12.
  • the first diffraction grating Gi l, G12 and the second diffraction grating G21 need to be aligned with each other in a positional relationship of about several millimeters in the XY direction, for example.
  • the direction of the period T1 of the first diffraction grating Gll, G12 may not coincide with the direction (X direction) of the period T2 of the second diffraction grating G21.
  • Z of wafer W In order to prevent the movement of the light and dark pattern of the interference fringe IF accompanying the change in the direction position, the period ⁇
  • the pattern that can be exposed on the wafer W in the exposure apparatus of the present invention is not limited to the one-dimensional interference fringe pattern. Therefore, a method for exposing a two-dimensional pattern using the exposure apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 9 ( ⁇ ) is similar to FIG. 8 ( ⁇ ), the force representing the plan view of the first light-transmitting flat plate Pla, and the first diffraction gratings G13 and G14 formed on its surface are It has a two-dimensional period Tl l in the X direction and a period T12 in the ⁇ direction.
  • the structure in the heel direction is the same as that of the first translucent flat plate P 1 shown in FIG. 8 (A), and the width in the X direction is 0.71 XT 1 1 with respect to the substrate surface portion G14.
  • a digging part G13 with a width in the Y direction of 0.71 X T12 is formed to form a phase modulation type diffraction grating.
  • FIG. 10A shows the diffraction angle distribution of the diffracted light generated from the diffraction gratings G13 and G14 having such a two-dimensional period.
  • the FX axis represents the sine of the diffraction angle in the + X direction from the straight traveling direction (one Z-axis direction) of the generated diffracted light
  • the FY axis is the straight traveling direction of the generated diffracted light. Represents the sin of the diffraction angle from + to the + Y direction.
  • FX ⁇ ⁇ Z Ti l
  • FY ⁇ ⁇ / ⁇ 12 , LMP, LMM, LPM are generated.
  • the phase difference between the transmitted light in the two portions where the substrate surface portion G14 and the digging portion G13 are approximately equal in area is 180 degrees, the 0th-order diffracted light that should be generated in the direction of the origin 0 disappears.
  • the period T11 and the period T12 are shorter than twice the effective wavelength ⁇ of the illumination light, second-order or higher-order diffracted light cannot be generated.
  • FIG. 9B shows a plan view of the second light-transmitting flat plate P2a as in FIG. 8B, but the second diffraction grating G22 formed on the back surface thereof has a period T21 in the X direction. , The two-dimensional cycle of ⁇ 22 in the ⁇ direction Have.
  • the material composing the second diffraction grating G22 is the same as that described in the example shown in FIG. 8B.
  • the second translucent flat plate P2a is irradiated with the diffracted light LPP.
  • 0Next time folding light K00 1st order diffracted light in X direction
  • four diffracted lights of 1st order and 1st order in the X direction and 1st order diffracted light in the X direction are generated and irradiated onto the wafer W.
  • these four diffracted beams ⁇ 00, ⁇ , ⁇ , and ⁇ are irradiated with the same incident angle with respect to wafer W, and the position of wafer W in the ⁇ direction fluctuates.
  • the position of the light / dark distribution of the interference fringes formed thereon can be made unchanged.
  • the above-described conditions of the parallelism of the illumination light IL8, the perpendicularity of the incident angle and the numerical aperture, the distance between the second diffraction grating and the wafer W The conditions such as D 2 and ⁇ position consistency, rotational relation consistency, and the condition of the distance D1 between the first and second diffraction gratings, such as the condition D1, expose the pattern having the above one-dimensional period. It is the same as the case of doing.
  • the polarization state of the illumination light IL8 is also used when exposing a pattern having a two-dimensional period. As a result, the contrast of the bright and dark pattern of the interference fringes changes. It should be noted that a pattern having a fine period requires a high-contrast light / dark pattern when resolving a photoresist or the like.
  • the polarization state of the illumination light IL8 that increases the contrast of the clear pattern of interference fringes in the direction of the minimum period of the period. Les.
  • the direction of the period of the interference fringes is the same as that of the second diffraction grating, as in the case of the above-described pattern having a one-dimensional periodicity. It matches the direction of. Therefore, as the illumination light IL8, it is preferable to use illumination light whose electric field component in the direction orthogonal to the first direction where the period is minimal in the second diffraction grating is larger than the electric field component in the first direction. .
  • illumination light IL8 the electric field component in the direction orthogonal to the first direction where the period is minimal in the second diffraction grating and the electric field component in the first direction are about ⁇ 20%. It is preferable to use illumination light that is substantially equal within the range.
  • a polarization state can be realized, for example, by using two quarter wave plates that are arranged in series and are rotatable as the polarization control element 10 described above.
  • the NA (numerical aperture) of the illumination light needs to be about 0.0003 or less.
  • the pattern to be exposed by the exposure apparatus of the present invention is, for example, a pattern with a line width of about 50 nm, and a high degree of uniformity of the intensity (integrated intensity) of illumination light in the exposure region is required.
  • a fly-eye lens or a rod is used as a means for equalizing the intensity of illumination light in the exposure region, but these means increase the numerical aperture of the illumination light to some extent.
  • the effective secondary light source shape is expanded and the illumination intensity in the irradiated area is made uniform by the averaging effect. Therefore, such a uniformizing means is difficult to apply to the present invention that requires illumination light with a minimum NA. As a result, the present invention Thus, it is difficult to avoid that the illumination light distribution itself of the illumination light IL8 irradiated on the first light-transmitting flat plate PI is somewhat uneven.
  • the illumination light IL8 is scanned on the first light-transmitting flat plate P1, and the integrated intensity by the illumination light IL8 is obtained by averaging by the scanning. A method of averaging the distribution is adopted.
  • FIG. 11 is a diagram showing a specific example, and the central position IL80 of the illumination light IL8 having the intensity distribution indicated by the contour lines is at a predetermined position on the first light-transmitting flat plate P1 at a certain point in time. Irradiated. The intensity distribution of the illumination light IL8 then repeatedly runs on the first translucent plate P1 along the path SP1. Further, even before the certain time, the first light-transmitting flat plate P 1 is repeatedly scanned along the path SP0.
  • the intensity distribution of the illumination light IL8 and the relative staggering between the first translucent plate P1 are caused by moving the Y movable mirror 12 and the X movable mirror 14 during the exposure operation. This can be done by repeatedly moving the center position IL80.
  • the integrated intensity distribution of the illumination light IL8 does not need to be uniform over the entire surface of the first light-transmitting flat plate P1. That is, on the first translucent flat plate P1, the region where the first diffraction gratings Gi l and G12 are formed, and the diffracted light generated by the first diffraction gratings Gi l and G12 is finally obtained. In the region reaching the wafer W, the integrated intensity distribution of the illumination light IL8 should be uniform.
  • the region is a region such as a predetermined region SP0 including the central portion on the first light transmitting flat plate P1 as shown in FIG.
  • the uniformity of the integrated intensity in the region SP0 needs to be within about ⁇ 2% with respect to the average value of the integrated intensity in the region SP0.
  • the uniformity is preferably within about ⁇ 0.5%.
  • the center position IL80 of the illumination light IL8 is fixed, and the first translucent flat plate Pl, the second translucent flat plate P2, and the wafer W are moved together. Achieving relative striking power S.
  • the exposure apparatus of the present invention uses the illumination light of the minimal illumination NA as described above. However, since the illumination light (diffracted light) reaching one point on the wafer W is plural, Multiple region forces on the second diffraction grating G21, etc. and the first diffraction grating Gll, G12, etc. are irradiated.
  • the light beam that forms the interference fringes on the wafer W is diffracted light from the second diffraction grating, etc., even if there is a foreign object on the second diffraction grating G21, etc. The foreign object will not be exposed and transferred onto the wafer W while maintaining its shape.
  • the second diffraction gratings G21 and G22 it is desirable to set the distance D2 to a predetermined value or more. As a result, the light irradiated to one point on the wafer W can be diffracted from more places on the second diffraction gratings G21 and G22, and the adverse effects of the foreign matters and defects can be reduced. Because it can.
  • the diffracted light irradiated from the second diffraction grating G21 onto the wafer W has an angle as described above.
  • the wafer W is irradiated with an inclination of ⁇ 0 and ⁇ 1.
  • ⁇ 0 ⁇ 1.
  • the effective wavelength of the illumination light is obtained, and the period of the second diffraction grating G2 1 is T2,
  • the diffracted light irradiated to one point on the wafer W is on the second diffraction grating G21.
  • the light power focused on one point on the wafer W for example, light from a portion that spreads more than about 30 times the period 2 of the second diffraction grating G21 It is preferable that it is constructed and its adverse effects are smoothed. Expressing this as an expression, (Formula 11)
  • the light collected at one point on the wafer W is, for example, from a part that spreads more than about 100 times the period 2 of the second diffraction grating G21. It is preferable that it is made of light and the adverse effects thereof are smoothed.
  • the condition that the interval D2 should satisfy at this time is the same as
  • the exposure to the wafer W is performed in the following manner. Multiple exposure by multiple exposure can also be performed.
  • the relative relationship is determined as the period of the second diffraction gratings G21 and G22. It is also possible to perform multiple exposures by moving an integral multiple of the number of times, performing the second exposure, and performing the same movement.
  • the second diffraction grating G21 having a one-dimensional period When the second diffraction grating G21 having a one-dimensional period is used, the movement of the relative relationship in the direction orthogonal to the period direction may be an arbitrary distance. Needless to say. [0147]
  • the second diffraction grating G21 and the wafer W are arranged between the second diffraction grating G21 and the wafer W as shown in FIG.
  • a thin film (pellicle) PE2 can be provided to prevent foreign matter from adhering to the grid G21. Further, the foreign substance can be removed by exchanging a predetermined number of PE2 every time a predetermined number of wafers W are exposed.
  • the pellicle PE2 for example, an organic resin pellicle used for preventing foreign matter from adhering to the reticle used in the projection exposure apparatus can be used.
  • a light-transmitting flat plate made of an inorganic material such as synthetic quartz can be used as the pellicle PE2.
  • a pellicle PE1 can be provided on the light source side of the first diffraction grating Gi l, G12 to prevent foreign matter from adhering to the first diffraction grating Gi l, G12.
  • a protective layer PE3 is provided on the second diffraction grating G21 on the second light transmitting substrate P2.
  • This protective layer PE3 is made of a light-transmitting film such as silicon dioxide formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition), and the surface thereof is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) as necessary. Is.
  • the thickness of the foreign matter protective layer PE 3 is, for example, about 1 ⁇ m.
  • the foreign matter adhering to the protective layer PE3 and the foreign matter adhering to the second diffraction grating G21 without providing the protective layer PE3 can adversely affect the interference fringes to be formed on the wafer.
  • the point is equivalent.
  • the protective layer PE3 it is possible to substantially flatten the surface of the second diffraction grating G21. Therefore, cleaning and inspection of foreign matter and contamination adhered to the surface are possible.
  • the installation of the protective layer PE3 is effective in that it is extremely easy.
  • the first diffraction gratings Gi l, G12, G13, and G14 are phase modulation diffraction gratings
  • the second diffraction gratings G21 and G22 are intensity modulation diffraction gratings.
  • the configuration of both diffraction gratings is not limited to this.
  • each diffraction grating uses a diffraction grating that modulates both the phase and intensity of transmitted light, such as a halftone phase shift mask. You can also. In addition, if the interference fringes formed on the wafer W do not require such high contrast lastability, generation of unnecessary diffracted light from the first diffraction grating is allowed.
  • An intensity modulation type diffraction grating can also be used as the first diffraction grating.
  • the first diffraction grating Gi l, G12 and the second diffraction grating G21 are formed on different translucent plates, but both diffraction gratings are the same. It can also be formed on a flat plate.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example in which the first diffraction grating G15, 16 and the second diffraction grating G23 are formed on the light source side and the wafer W side of one translucent flat plate P3, respectively.
  • the structure and manufacturing method of each diffraction grating are the same as those in the above example.
  • the lens 35 and the illumination optical system upstream thereof are the same as in the above example.
  • only a single diffraction grating is disposed in opposition to the wafer W so as to expose the light and dark pattern of interference fringes on the wafer W. Is possible.
  • FIG. 15 shows an example in which diffractive gratings G17 and G18 formed on the wafer W side of the translucent flat plate P4 are arranged close to each other with a distance D3 in the vicinity of the wafer W side. Also in this example, the structure and manufacturing method of the diffraction gratings G17 and G18 are the same as those in the above example. The lens 35 and the illumination optical system upstream thereof are the same as in the above example. Further, the value of the distance D3 preferably satisfies the same condition as the distance D2 in the above example.
  • the effective wavelength ⁇ is the illumination light in the medium having the lowest refractive index among the translucent media existing on the illumination optical path from the diffraction gratings G17 and G18 to the wafer W.
  • the wavelength is the wavelength.
  • the diffracted light (first-order diffracted light) generated by the diffraction gratings G17 and G18 is irradiated onto the wafer W and interferes on the wafer W. ⁇ A pattern will be formed.
  • the first diffraction gratings Gl 1 and G 12 and the second diffraction grating G 21 have the period T 3 of the clear pattern of interference fringes to be exposed on the wafer W.
  • Fig. 17 shows an example of the replacement mechanism.
  • Fig. 17 (A) is a view from the Z direction
  • Fig. 17 (B) is the vicinity of the A-B portion in Fig. 17 (A). Represents a cross-sectional view of The
  • Flat plate loader 4 provided with chuck portions 43a, 43b, 43c, and 43d for holding peripheral edge portion P2E of second translucent parallel plate P2 provided with the second diffraction grating by means such as vacuum suction 4 2 can slide in the X direction and move up and down in the Z direction.
  • the second translucent parallel plate P2 is held by the second holding mechanisms 37a, 37b, 37c.
  • the flat plate loader 42 enters the lower part of the second translucent parallel plate P2 from the X direction and rises upward. Then, the chuck portions 43a, 43b, 43c, and 43d adsorb the peripheral edge portion P2E of the second translucent parallel plate P2.
  • the second holding mechanism 37a, 37b, 37c is retracted in the radial direction as indicated by the white arrow in the figure, and in this state, the flat plate loader 42 is retracted in the + X direction and the second translucent light is transmitted. Remove the sex parallel plate P2. Then, another second translucent parallel plate to be newly loaded is installed on the second holding mechanism 37a, 37b, 37c through the reverse operation to the above, and the second translucent parallel plate Exchange is complete.
  • the replacement mechanism of the first translucent parallel plate P1 has the same configuration as described above.
  • the first holding mechanism 36a and the second holding mechanism 37a and the like as shown in FIG. 16 are also movable by the support member 41 in the radial direction and the Z direction in the XY plane direction. Is preferred. As a result, a clearance for loading the flat plate loader can be secured.
  • the Z drive mechanism such as the first holding mechanism 36a and the second holding mechanism 37a has the distance D2 between the second diffraction grating G21 and the wafer W, and the first diffraction grating Gi l, It can also be used to set the distance D1 between G12 and the second diffraction grating G21 to a predetermined value.
  • the peripheral edge portion P1E of the first light-transmissive parallel plate P1 and the peripheral edge portion P2E of the second light-transmissive parallel plate P2 are thinner than the center portions thereof. Are stepped.
  • the vacuum suction part P1V provided in the first holding mechanism 36a and the like and the vacuum suction part P2V provided in the second holding mechanism 37a and the like have the stepped peripheral edge parts P1E and PE2 Holding the first translucent parallel plate P1 and the second translucent parallel plate P2. It's like a rucle.
  • the force S in which air (nitrogen or a rare gas is acceptable) exists between the second diffraction grating G21 and the wafer W instead of this, a predetermined value is used. It is also possible to fill the dielectric. As a result, the substantial wavelength of the illumination light (diffracted light) irradiated to the wafer W can be reduced by the refractive index of the dielectric, and the bright and dark pattern of interference fringes formed on the wafer W can be reduced. Period T3 can be further reduced. For this purpose, it goes without saying that the period T2 of the second diffraction grating G21 and the period T1 of the first diffraction gratings Gll and G12 also need to be reduced proportionally.
  • FIG. 18A shows an example of a wafer stage 38a and the like suitable for this.
  • a continuous side wall 38b, 38c force S is provided around the wafer stage 38a, and a liquid 46 such as water can be held in a portion surrounded by the side walls 38b, c.
  • the space between the wafer W and the second translucent flat plate P2 is filled with water, that is, the space between the wafer W and the second diffraction grating G21 is filled with water that is a dielectric, and the illumination light
  • the wavelength is reduced by the refractive index of water (1.46 for light with a wavelength of 193 nm).
  • a water supply mechanism 44 and a drainage mechanism 45 are also provided, whereby fresh water without contamination is supplied to and drained from the side wall 38b (the part surrounded by a circle).
  • the uppermost surfaces of the side walls 38d and 38e of the wafer stage 38a are made higher than the lower surface of the first light-transmitting flat plate P1, and the first light-transmitting flat plate P1 and the second light-transmitting flat plate P1.
  • the space between the light plates P2 can also be filled with water.
  • the functions of the water supply mechanism 44a and the drainage mechanism 45b are the same as described above.
  • the refractive index of the dielectric to be filled between the first diffraction gratings Gi l and G12 to the wafer W or between the first light transmitting flat plate P1 and the second light transmitting flat plate P2 is 1 Desirably 2 or more. This is because if the refractive index is 1.2 or less, the fineness of the pattern that can be exposed cannot be sufficiently improved.
  • the wafer W having the clear pattern exposed by the interference fringes as described above is transferred to the outside of the exposure apparatus by a wafer loader (not shown) and is transferred to the developing apparatus.
  • a resist pattern corresponding to the exposed clear pattern is formed on the photoresist on wafer W.
  • a predetermined pattern is formed on the wafer W by etching the wafer W or a predetermined film formed on the wafer W using the resist pattern as an etching mask.
  • a manufacturing process of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit, a flat panel display, a thin film magnetic head, or a micromachine includes a step of forming the fine pattern as described above in multiple layers.
  • An electronic device can be manufactured by using the above-described exposure method by the exposure apparatus of the present invention in at least one of such multiple pattern formation steps.
  • the photoresist PR on the wafer W that has been exposed to the bright and dark pattern by the interference fringes using the above-described exposure method by the exposure apparatus of the present invention is predetermined by a general projection exposure apparatus. It is also possible to carry out synthetic exposure of the shape pattern and develop the synthetically exposed photoresist PR to form the pattern.
  • the above-described exposure method by the exposure apparatus of the present invention is used to make the light and dark by interference fringes
  • the pattern can also be formed by synthesizing and exposing the pattern to develop the synthesized and exposed photoresist PR.
  • the exposure method of the present invention can be implemented in the production of electronic devices such as semiconductor integrated circuits, flat panel displays, thin film magnetic heads, micromachines, etc., and can be used industrially.
  • the exposure apparatus of the present invention can be implemented in the manufacture of electronic devices such as semiconductor integrated circuits, flat panel displays, thin film magnetic heads, and micromachines, and can be used industrially.
  • the electronic device manufacturing method and electronic device of the present invention can be used in the manufacturing process, that is, in the industry of producing semiconductors, and the electronic device as a product is various electronic devices. It can be used in industry.

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Abstract

　例えば照明光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成できる露光方法である。光源（１）からの照明光により感光性の基板（Ｗ）上にパターンを露光する露光方法であって、光源（１）からの照明光を、透光性平板（Ｐ１）に形成された第１の回折格子に照射する工程と、その第１の回折格子により生じた回折光を、その第１の回折格子に対向して配置した透光性平板（Ｐ２）に形成された第２の回折格子に照射する工程と、その第２の回折格子により生じた回折光を、基板（Ｗ）上に照射する工程とを含むとともに、その第１の回折格子およびその第２の回折格子として、２次元的な周期を有する回折格子を用いる。

Description

明 細 書
露光方法および装置、ならびに電子デバイス製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、マ イクロマシン等の電子デバイス製造工程における、微細パターンの形成工程で使用 される露光方法および該露光方法を用いる電子デバイス製造方法、ならびに当該方 法に用レ、て好適な露光装置に関するものである。
背景技術
[0002] 半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際 しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウェハ等の被加工 基板の表面にフォトレジスト (感光性薄膜）を形成し、形成すべきパターンの形状の応 じた光量分布を有する露光光の露光工程、現像工程及びエッチング工程等により、 被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。
[0003] 現状の最先端の電子デバイスの製造の上記露光工程においては、露光方法として 、主に投影露光方法が使用されている。
これは、マスク（レチクルともいう）上に、形成すべきパターンを 4倍または 5倍に拡大 して形成しておき、これに照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いて ウェハ上に露光転写するものである。
[0004] 投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決ま り、これは露光波長を投影光学系の開口数 (NA)で割った値に概ね等しい。従って、 より微細な回路パターンを形成するためには、より短波長の露光光源とより高 NAの 投影光学系が必要である。
[0005] 一方、マスク上に形成したパターンを、投影光学系を介することなくウェハ上に露光 する露光方法（以下「プロキシミティ露光方法」とレ、う）も存在する。プロキシミティ露光 方法は、転写すべきパターンが等倍で形成されたマスクをウェハに対して近接して対 向して配置し、マスクに照明光を照射することにより、マスクの明暗パターンをそのま まの形状を保ってウェハ上に転写するものである。 [0006] また、等倍のマスクとウェハを密着させた状態でマスクに照明光を照射し、マスクの 明暗パターンをそのままウェハに転写する「コンタクト露光方法」もある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには 、より短波長の光源と、より高 NAの投影光学系が必要になる。
し力 ながら、現在最先端の露光装置では、露光光の波長は 193nmに短波長化さ れており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況 にある。
[0008] また、現在最先端の投影光学系の NAは 0. 92程度に達しており、これ以上の高 N Aィ匕は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因と なる。
一方、コンタクト露光方法は、マスクと基板を接触させつつ露光を行なうことから、露 光に伴うマスクの損傷や汚染を避けることが難しい。従って、マスクの消耗に伴うラン ニングコストが高額化するため、量産に適用することは困難である。
[0009] プロキシミティ露光方法では、ウェハとマスクとを 10力も 20 μ m以上の間隔をもって 対向して近接配置するためマスクの損傷の防止には効果がある。しかし、上記間隔 に起因して転写パターンにはボケが生じるため、露光光の波長程度あるいはそれ以 下の微細パターンの転写には適用困難である。
[0010] 本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細なパターン、具体的に は露光光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な露光方法の提供を 目的とする。
また、本発明は、上記露光方法を用いた電子デバイスの製造方法の提供をするとと もに、上記露光方法に使用して好適な露光装置を提供することも目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明の第 1の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターン を露光する露光方法であって、その光源からのその照明光を、第 1の回折格子に照 射する工程と、その第 1の回折格子により生じた回折光を、その第 1の回折格子に対 向して配置した第 2の回折格子に照射する工程と、その第 2の回折格子により生じた 回折光を、その第 2の回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に 照射する工程とを含むとともに、前記第 1の回折格子および前記第 2の回折格子とし て、 2次元的な周期を有する回折格子を用レ、るものである。
本第 1の露光方法によれば、 2次元的な周期を有する微細パターンを、感光性の基 板上に安価に形成することができる。
[0012] あるいは、本第 1の露光方法においては、その第 1の回折格子に照射するその照 明光の発散角が、調整可能であるとすることもできる。
あるいは、その第 1の回折格子に照射する前記照明光が通り得る光路の発散角が
、調整可能であるとすることもできる。そして、その発散角の調整を、その感光性の基 板の伸縮に応じて行なうこととすることもできる。
[0013] また、本第 1の露光方法では、その第 1の回折格子に照射するその照明光の強度 分布と、その第 1の回折格子との相対的位置関係を時間と共に変化させることにより 、その照明光のその第 1の回折格子上における積算強度分布を、その第 1の回折格 子の中心部を含む所定の領域にぉレ、て、概均一化することもできる。
[0014] さらに、本第 1の露光方法では、その第 2の回折格子とその基板との、その基板の 面内方向における相対位置関係を、その第 2の回折格子のその周期の方向と直交 する方向にずらしつつ、または、その第 2の回折格子のその周期の整数倍の長さだ けその周期の方向にずらしつつ、その各工程を複数回繰り返して、その基板への露 光を行なうこともできる。
[0015] また、本第 1の露光方法では、その第 2の回折格子とその基板の間、及びその第 1 の回折格子とその第 2の回折格子の間の、少なくとも一方を、その露光波長における 屈折率が 1. 2以上の誘電体で満たすこともできる。
[0016] 本発明の第 2の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターン を露光する露光方法であって、その基板のその光源側に、その照明光の実効波長 の 2倍以下の周期を有する回折格子を近接して対向配置する工程と、その光源から のその照明光の強度分布とその回折格子との相対的位置関係を、時間と共に変化さ せつつ、その照明光をその回折格子に照射する工程と、その回折格子により生じた 回折光を、その基板上に照射する工程とを含むものである。
本第 2の露光方法によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成する こと力 Sできる。
[0017] そして、その相対的位置関係の変化は、その回折格子を固定しつつ、その照明光 の強度分布を移動することにより行なうこととすることもできる。
また、その回折格子に照射するその照明光の発散角が、調整可能であるとすること あでさる。
あるいは、その回折格子に照射するその照明光が通り得る照明光路の発散角が、 調整可能であるとすることもできる。そして、その発散角の調整を、その感光性の基板 の伸縮に応じて行なうこととすることもできる。
[0018] また、その回折格子とその基板との、その基板の面内方向における相対位置関係 を、その回折格子のその周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、その回 折格子のその周期の整数倍の長さだけその周期の方向にずらしつつ、その各工程 を複数回繰り返してその露光を行なうこともできる。
なお、その回折格子とその基板の間を、その露光波長における屈折率が 1. 2以上 の誘電体で満たすこともできる。
[0019] 本発明の第 3の露光方法は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターン を露光する露光方法であって、その光源からの前記照明光を第 1の回折格子に照射 する工程と、その第 1の回折格子により生じた回折光を、その第 1の回折格子に対向 して配置した第 2の回折格子に照射する工程と、その第 2の回折格子により生じた回 折光を、その第 2の回折格子に対向して近接して配置したその感光性の基板上に照 射する工程とを含むとともに、その第 1の回折格子に照射するその照明光の発散角 が、調整可能であるものである。
本第 3の露光方法によれば、露光すべき基板に伸縮が発生していた場合にも、そ の基板上に形成される干渉縞の周期を拡大または収束することにより、その基板の 伸縮を補正して露光することができる。
[0020] また、前記発散角の調整を、その基板の伸縮に応じて行なうこともできる。
さらには、その第 2の回折格子とその基板の間、及びその第 1の回折格子とその第 2の回折格子の間の、少なくとも一方を、その露光波長における屈折率が 1. 2以上 の誘電体で満たすものとすることもできる。
本発明の電子デバイス製造方法に関する第 1の発明は、電子デバイスを構成する 回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、本発明の露光方法を用いるも のである。
[0021] また、本発明の電子デバイス製造方法に関する第 2の発明は、電子デバイスを構成 する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投 影露光方法と本発明の露光方法との合成露光を用いるものである。
[0022] 本発明の第 1の露光装置は、光源からの照明光と第 1の透光性平板に形成された 第 1の回折格子と第 2の透光性平板に形成された第 2の回折格子とによって生成され る干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その光源 力 のその照明光をその第 1の回折格子に照射する照明光学系であって、前記第 1 の回折格子に照射する照明光の発散角を可変とする照明光学系を有するものである
[0023] 本第 1の露光装置によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成する こと力 Sできる。そして、露光すべき基板に伸縮が発生していた場合にも、その基板上 に形成される干渉縞の周期を拡大または収束することにより、その基板の伸縮を補正 して露光することができる。
その第 1の回折格子に照射する照明光のその発散角の可変は、その照明光学系 に含まれる光学部材の少なくとも一部を移動することにより行なうものとすることもでき る。
[0024] なお、その第 1の回折格子に照射するその照明光の強度分布を、その第 1の回折 格子との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、その 照明光の前記第 1の回折格子上における積算強度分布を、その第 1の回折格子の 中心部を含む所定の領域において、概均一化可能ならしめることもできる。
[0025] また、その第 2の回折格子とその基板の間の少なくとも一部分、及びその第 1の回 折格子とその第 2の回折格子の間の少なくとも一部分の、少なくとも一方を、その露 光波長における屈折率が 1. 2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するも のとすることもできる。
[0026] 本発明の第 2の露光装置は、光源からの照明光と透光性平板に形成された回折格 子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装 置であって、その光源とその回折格子との間に設けられ、その光源からのその照明 光をその透光性平板に照射する照明光学系と、その透光性平板を所定の位置に保 持する第 1保持機構と、その基板をその透光性平板に対して近接して対向する位置 に整合して保持する基板保持機構とを有し、その照明光の強度分布のその透光性 平板との相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、その 照明光のその透光性平板における積算強度分布を、その透光性平板の中心部を含 む所定の領域において、概均一化可能ならしめるものである。
[0027] 本第 2の露光装置によれば、微細パターンを、感光性の基板上に安価に形成する こと力 Sできる。
また、その照明光学系は、前記透光性平板に照射する照明光の発散角を可変とす ることちでさる。
また、その透光性平板と前記基板の間の少なくとも一部分を、前記露光波長におけ る屈折率が 1. 2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることも できる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]本発明の露光装置の概略を示す一部を切り欠いた図であり、図 1 (A)は光源 1 力 偏向ミラー 11に至るまでの光路の上流を示す図、図 1 (B)は Y可動ミラー 12以降 の光路の下流を示す図である。
[図 2]本発明の露光装置の概略を示す平面図である。
[図 3]第 1の回折格子 Gl l， G12と第 2の回折格子 G21とウェハ Wの位置関係、およ び回折光 LP， LM， LPO, LP1を示す断面図である。
[図 4]ウェハ W上に形成される干渉縞の強度分布を示す断面図である。
[図 5]照明光の入射角度ずれが、ウェハ W上に形成される干渉縞の強度分布の位置 ずれに与える影響を説明する図である。
[図 6]第 1の透光性平板への照明光の入射角度の面内変化を説明する図である。 園 7]第 1の透光性平板への照明光の発散/収束について説明する図である。 園 8]第 1の回折格子及び第 2の回折格子 G21の一例について説明する図であり、 図 8 (A)は第 1の透光性平板 P1上に形成した第 1の回折格子 Gi l , G12を示す図、 図 8 (B)は第 2の透光性平板 P2上に形成した第 2の回折格子 G21を示す図である。 園 9]第 1の回折格子及び第 2の回折格子の他の例について説明する図であり、図 9 (A)は第 1の透光性平板 Pla上に形成した第 1の回折格子 G13， G14を示す図、図 9 (B)は第 2の透光性平板 P2a上に形成した第 2の回折格子 G22を示す図である。 園 10]図 9 (A)および図 9 (B)に示した如き第 1の回折格子及び第 2の回折格子から 発生する回折光の回折角度分布について説明する図であり、図 10 (A)は第 1の透 光性平板 Pla上に形成した第 1の回折格子 G13， G14から発生する回折光の角度 分布について説明する図、図 10 (B)は第 2の透光性平板 P2a上に形成した第 2の回 折格子 G22から発生する回折光の角度分布を示す図である。
園 11]照明光 IL8の強度分布と第 1の透光性平板 P1との相対位置関係の変化につ いて説明する図である。
[図 12]第 1の回折格子 Gi l, G12、第 2の回折格子 G21、ウェハ Wと、薄膜 PE1 , P
E2との位置関係を示す断面図である。
園 13]第 2の回折格子 G21の近傍に保護層 PE3を設けた状態を示す図である。 園 14]第 1の回折格子 G15， G16と第 2の回折格子 G23を、第 1の透光性平板 P3の 両面のそれぞれに設けた状態を示す図である。
園 15]回折格子 G17, G18を、透光性平板 P4のウェハ W側に設けた状態を示す図 である。
園 16]第 1の透光性平板 P1の保持機構 36a、第 2の透光性平板 P2の保持機構 37a を示す図である。
園 17]第 2の透光性平板 P2の交換機構 42等を示す図であり、図 17 (A)は交換機構 42等を示す底面図、図 17 (B)は図 17 (A)の A—B線に沿う断面図である。
園 18]ウェハ Wと第 2の透光性平板 P2の間等に液体を満たす機構の説明図であり、 図 18 (A)はウェハ Wと第 2の透光性平板 P2の間にのみ液体を満たす機構の説明図 、図 18 (B)はさらに透光性平板 P2と透光性平板 P1との間にも液体を満たす機構の 説明図である。
[図 19]透光性平板 P2と透光性平板 P 1との間に液体を満たす機構の説明図である。 符号の説明
[0029] 1…光源、 2, 3， 5, 7…コリメーターレンズ、 12· · ·Υ可動ミラー、 14· · -Χ可動ミラー、 FS…視野絞り、 24, 25, 26, 27…照明系前群レンズ、 29, 30, 32, 35…照明系後 群レンズ、 P1…第 1の透光性平板、 Ρ2…第 2の透光性平板、 36a, 36b…第 1保持 機構、 37a, 37b…第 2保持機構、 W…基板（ウェハ）, 38…ウェハステージ， 40…レ 一ザ干渉計、 Gi l , G12, G13, G14…第 1の回折格子、 G21 , G22…第 2の回折 格子、 IL1〜IL8…照明光
発明を実施するための最良の形態
[0030] 以下、本発明の実施形態について説明する。
図 1は、本発明の露光装置の第 1の実施例を表わす側面図（断面図）であり、図 1 (
A)は、露光装置のうち光源 1から偏向ミラー 11に至るまでの、光路の上流部分を表 わす図であり、 (B)は Y可動ミラー 12以降の光路の下流部分を表わす図である。
[0031] 一方、図 2は、上記本発明の露光装置の第 1の実施例を表わす平面図である。
図 1及び図 2中に示した XYZ座標系は、それぞれ同一の座標系（方向）を示すもの であり、これは以降の各図に於いても同様である。
[0032] 以下、図 1及び図 2を併用して本発明の露光装置の第 1の実施例について説明す る。
ArF (アルゴン 'フッ素）エキシマーレーザ， KrF (クリプトン 'フッ素）エキシマーレ一 ザ， F2 (フッ素ダイマー）レーザ、または波長変換素子を使用する高調波レーザー等 の光源 1を発した照明光 IL1は、コリメーターレンズ群 2, 3, 5, 7により、所定のビー ムサイズを有する平行光線束（平行ビーム）である照明光 IL2に変換される。
[0033] 照明光 IL2は、偏光制御素子 10により所定の偏光状態に設定され照明光 IL3とな り、偏向ミラー 11で反射され折り曲げられて照明光 IL4となる。図 2に示す通り、照明 光 IL4は一 Y方向に進行し Y可動ミラー 12に至る。
[0034] Y可動ミラー 12を保持する Yミラー保持機構 13は、ボールネジ等の Y伝達部材 22 を介して Y駆動機構 21によって、定盤 16上を Y方向ガイド 23a, 23bに沿って Y方向 に移動可能である。
[0035] Y可動ミラー 12で反射した照明光 IL5は、図中 X方向に進行し、 X可動ミラー 14 に至る。
X可動ミラー 14を保持する Xミラー保持機構 15は、ボールネジ等の X伝達部材 18 を介して X駆動機構 18によって、定盤 16上を X方向ガイド 20a， 20bに沿って X方向 に移動可能である。
[0036] なお、 Xミラー保持機構 15及び Yミラー保持機構 13は、リニアモーター等により駆 動させることもできる。
X可動ミラー 14で反射された照明光 IL6は、定盤 16上に設けられた開口部 17を通 り、照明系前群レンズ 24, 25, 26, 27に入射し、これらのレンズで屈折され照明光 I L7となって集光点 28上に集光する。
[0037] その後照明光 IL7は、照明系後群レンズ 29, 30, 32, 35に入射し、これらのレンズ で屈折され、再度平行な照明光 IL8となって第 1の透光性平板 P1に入射する。 なお、以上のコリメーターレンズ群 2, 3, 5, 7から照明系後群レンズ 29, 30, 32, 3 5に至るまでの照明光 IL1〜IL8の光路上の光学部材を、以下、照明光学系という。
[0038] なお、照明系前群レンズの最先のレンズ 24と定盤 16の間には、視野絞り FSが設け られる。この視野絞り FSは、 Xミラー保持機構 15及び Yミラー保持機構 13により XY 方向に可変となる照明光 IL7が、 XY面内の所定の領域以外に分布する場合にそれ を遮光するものである。従って、視野絞り FSにより、照明光 IL7及び照明光 IL8が通 り得る光路の外縁 LEa, LEbが決定される。
[0039] 第 1の透光性平板 P1の下方（-Z方向）には、第 2の透光性平板 P2が設けられる。
第 2の透光性平板 P2は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウェハ等の 基板 W (以降、適宜「ウェハ」ともいう）に、近接して対向して配置される。
[0040] 第 1の透光性平板 P1には後述する第 1の回折格子が形成されており、その第 1の 回折格子に照明光 IL8が照射されることにより発生する回折光は、第 2の透光性平板 P2に照射される。第 2の透光性平板 P2には後述する第 2の回折格子が形成されて おり、上記回折光はその第 2の回折格子に照射されることになる。そして、第 2の回折 格子で発生した回折光はウェハ Wに照射され、ウェハ W上に複数の回折光からなる 干渉縞による明暗パターンが形成される。
[0041] ウェハ Wの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジストを 形成しておく。すなわち、ウェハ Wは感光性の基板とみることができる。
ウェハ Wは、ウェハ定盤 50上を XY方向に可動な基板保持機構であるウェハステ ージ 38上に保持され、これにより XY方向に可動となっている。また、ウェハ Wの X方 向の位置はウェハステージ 38上に設けられた移動鏡 39の位置を介してレーザ干渉 計 40により計測され、 Y方向の位置もウェハステージ 38上に設けられた不図示の移 動鏡位置を介して不図示のレーザ干渉計により計測される。
[0042] 第 2の透光性平板 P2は、ウェハ Wと後述する所定の間隔をもって近接して対向し て配置するように、第 2保持機構 37a, 37bによって保持される。また、第 1の透光性 平板 P1は、第 2の透光性平板 P2と後述する所定の間隔をもって対向して配置するよ うに、第 1保持機構 36a, 36bによって保持される。
[0043] ウェハ Wの直径は一例として 300mmであり、第 2の透光性平板 P2は一例としてゥ ェハ Wの表面の全面を覆う直径とする。同様に第 1の透光性平板 P1も一例として第 2の透光性平板 P2の表面の全面を覆う直径とする。ただし、後述する様に、第 1の透 光性平板 P1の直径は、ウェハ Wの直径よりも 30mm程度以上大きいことが望ましレ、
[0044] 次に、本発明によってウェハ W上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、 図 3、図 4及び図 8を用いて説明する。
図 3は、相互に対向して配置された第 1の透光性平板 Pl、第 2の透光性平板 P2及 びウェハ Wの断面を表わす図である。第 1の透光性平板 Pl、第 2の透光性平板 P2 は合成石英等の、紫外線に対する透過性が高ぐ熱膨張係数 (線膨張係数)の値が 小さく従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。特に光源 1として F2レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ま しい。
[0045] 第 1の透光性平板 P1の + Z側すなわち光源側の表面には、 X方向に周期性を有す る 1次元の位相変調型の回折格子 Gl l， G12が形成されている。一方、第 2の透光 性平板 P2の— Z側すなわちウェハ W側の表面には、 X方向に周期性を有する 1次元 の強度変調型の回折格子 G21が形成されている。
[0046] これらの回折格子 Gi l, G12, G21について図 8を用いて説明する。
図 8 (A)は、第 1の透光性平板 P1を + Z側から見た図であり、その表面には Y方向 に長手方向を有し、 X方向に 1次元的な周期 T1を有する、位相変調型の第 1の回折 格子 Gi l , G12が形成されている。第 1の回折格子 Gl l， G12は、いわゆるクロムレ ス位相シフトレチクルの様に第 1の透光性平板 P1の表面部分 G12と、当該平板表面 をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分 G11からなる。掘り込み部分 G11の深 さは、その表面部 G12を透過する照明光と掘り込み部 G12を透過する照明光との間 に 180度の位相差が形成されるように設定される。その掘り込み深さは、露光光の波 長 λ θ,第 1の透光性平板 PIの屈折率 η，任意の自然数 mに対し、（2m_ l) λ θ/ ( 2 (η_ 1) )である。
[0047] また、表面部分 G12と掘り込み部分 Gi lの幅の比率（デューティ比）は、 1 : 1とする ことが好ましい。
図 8 (B)は、第 2の透光性平板 P2を + Z側から見た図であり、その裏面（ウェハ W側 の面）には、 Y方向に長手方向を有し、 X方向に 1次元的な周期 T2を有する第 2の回 折格子 G21が形成されている。第 2の回折格子 G21は、クロム，モリブデン，タンダス テン，タンタル等の金属あるいはそれらの酸化物、フッ化物または珪素化物や他の遮 光性'減光性の材料の膜からなるものである。
[0048] なお、図 8 (A) , (B)中では、説明の便宜上周期 T1を第 1の透光性平板 P1の直径
(一例として 300mm以上）の 1割程度と表わしている力 実際には周期 T1は例えば 240nm程度、周期 T2は例えば 120nm程度であり、第 1の透光性平板 P1の直径に 比して圧倒的に小さい。これは、図 8 (A)， （B)以外の各図においても同様である。
[0049] 以下、図 3に戻り、照明光 IL8の第 1の回折格子 Gl l， G12及び第 2の回折格子 G 21への照射により、ウェハ W上に干渉縞の明喑パターンが形成される原理について 説明する。
[0050] 概平行な照明光 IL8が照射されると、第 1の回折格子 Gl l， G12からはその周期 T 1に応じた回折光が発生する。第 1の回折格子 Gl l， G12が、デューティ比 1 : 1で位 相差 180度の位相変調型格子であれば、 0次回折光は消失し発生しない。この場合 、主に ± 1次光の 2本の回折光が発生するが、 ± 2次光等の高次回折光も発生する 可能性もある。
[0051] し力 ながら、周期 T1が照明光の実効波長 λの 2倍より短い場合には、 2次光等の 高次回折光は発生し得ない。従って、この場合には、第 1の回折格子 Gi l , G12か らは、 + 1次回折光 LPと一 1次回折光 LMの 2本のみが発生し、第 1の透光性平板 P 1を透過して第 2の透光性平板 P2に入射する。
[0052] ここで照明光の実効波長 λとは、第 1の回折格子 Gi l , G12からウェハ Wに至る照 明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明 光の波長をいう。本例では、透光性平板 P1と透光性平板 Ρ2とウェハ Wの各間に空 気ほたは窒素 ·希ガスでも良い）が存在するため、実効波長 λ 0は照明光の波長 λ 0を空気の屈折率（= 1)で除した値となる。
[0053] 続いて、 + 1次回折光 LPと— 1次回折光 LMは、第 2の透光性平板 P2のウェハ W 側の表面に設けられた第 2の回折格子 G21に照射される。両回折光は対称であるた め、以下 + 1次回折光 LPについてのみ説明する。
[0054] + 1次回折光 LPは、第 1の回折格子 Gi l , G12の周期 T1により、第 2の回折格子 G21に対して鉛直な方向（法線方向）から所定の角度だけ傾いて第 2の回折格子 G2 1への入射する。
[0055] その傾き角 Θ 0は、第 2の回折格子 G21が空気中に配置されていると仮定すると、
(式 1)
sin 0 0= λ /Τ1
により表わされる角である。
+ 1次回折光 LPが、第 2の回折格子 G21に照射されると、第 2の回折格子 G21か らも回折光が発生する。第 2の回折格子 G21が強度変調型の回折格子であることか ら、当該回折光は、 0次光を含む回折光となる。
[0056] ここで、当該各回折光の発生する角度方向は、照射される照明光（+ 1次回折光 L P)の入射角の傾斜に応じて傾いたものとなる。すなわち、第 2の回折格子 G21から は、照射された + 1次回折光 LPに平行な方向に進行する 0次回折光 LPOと、第 2の 回折格子 G21の X方向の周期 T2に応じて回折される _ 1次回折光 LP1が発生する [0057] なお、第 2の回折格子 G21の周期 T2が、上記周期 T1及び実効波長との関係で決 まる所定の値より大きい場合には、不図示の + 1次回折光も発生する可能性がある。 しかし、周期 Τ2を、照明光の実効波長以下とすることで、実質的に不図示の + 1次 回折光の発生を防止することができる。ここで、照明光の実効波長; Iとは、上記と同 様である。
[0058] この結果、ウェハ W上には、 0次回折光 LP0と— 1次回折光 LP1の 2本の回折光が 照射されることとなり、これらの回折光の干渉により干渉縞の明暗パターンが形成され る。
以下、図 4を用いて、この干渉縞の明暗パターンについて説明する。
[0059] 図 4は、 0次回折光 LPOと一 1次回折光 LP1の 2本の回折光がウェハ W上に形成す る干渉縞の明喑分布を表わす断面図である。
上述の通り、 0次回折光 LPOは第 2の回折格子 G21へ照射される + 1次回折光 LP と平行な方向に発生するから、 0次回折光 LPOはウェハ Wの鉛直方向（法線方向） Z Wに対して上述の Θ 0だけ傾いた入射角で照射される。
[0060] 一方、ー1次回折光 LP1は、 X方向の周期 T2により X方向に回折し、入射角 θ 1で ウェハ Wに照射される。このとき、ウェハ W上に形成される干渉縞 IFの明暗パターン の周期（強度分布の周期) T3は、
(式 2)
T3 = X / (sin 0 O + sin 0 1)
となる。これは干渉縞 IFの振幅分布の周期の半分に対応している。
[0061] 従って、ウェハ W上には、その全面に X方向に周期 T3を有する Y方向に平行な明 喑パターンが形成される。そして、ウェハ W上に形成されたフォトレジスト PRには、こ の明喑パターンが照射され露光される。
[0062] 一般に、干渉縞 IFの如く 2本の光線束により形成される干渉縞は、ウェハ W力 方 向に位置変動しても、そのコントラストの低下が極めて少なぐすなわちいわゆる焦点 深度の大きな明暗パターンとなる。
[0063] し力、しながら、 0次回折光 LP0の入射角 Θ 0と、 _ 1次回折光 LP1の入射角 θ 1が 等しく無い場合（法線方向 VWに対して対称でない場合）には、ウェハ Wの Z方向位 置ずれに応じて、干渉縞 IFの X方向位置が変動してしまう。
[0064] そこで、干渉縞 IFの X方向位置を正確に制御したい場合には、ウェハ Wに照射す る 0次回折光 LP0の入射角 Θ 0と、 _ 1次回折光 LP1の入射角 θ 1が等しくなるように するとよレ、。このような条件は、第 1の回折格子 Gi l , G12に対して照明光 IL8が垂 直に入射することを前提として、第 1の回折格子 Gl l， G12の周期 T1が第 2の回折 格子 G21の周期 T2の概 2倍であるときに実現される。そして、このときには、
(式 3)
T2=T3
の関係を満たす。
[0065] なお、第 1の回折格子 Gi l , G12に及び第 2の回折格子 G21の双方には製造誤 差等が含まれるのものであるから、両格子の周期が厳密に 2倍であることは実際には 期待できない。従って、上記の概 2倍とは、
(式 4)
Τ2 Χ 2 Χ 0. 999≤ Tl ≤ T2 X 2 X 1. 001
の条件を満たせば、概ね良いという意味である。上記条件を満たすことにより、ウェハ
Wの Ζ方向の位置ずれが生じた場合であっても、ウェハ Wの所定の位置に、干渉縞 I
Fの明暗パターンを照射することが可能となる。
[0066] ここで、ウェハ Wの Ζ方向位置を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずし も、上記式 4に示される条件を満たさなくても良い。
なお、上述の通り、照明光 IL8は、第 1の回折格子 Gi l , G12に対して垂直に入射 すること力 S必要である。以下、この理由を、図 5を用いて説明する。
[0067] 図 5は、図 3及び図 4と同様に、第 1の透光性平板 Pl、第 2の透光性平板 Ρ2及びゥ ェハ Wと、ウェハ W上に形成された干渉縞 IFa, IFbの断面を表わす図である。ここで 第 1の回折格子 Gl l， G12の周期 Tlは、第 2の回折格子 G21の周期 T2の 2倍であ るとする。
[0068] 図 5中の左側に示した干渉縞 IFaは、第 1の回折格子 Gi l , G12に対して垂直に 入射する照明光 IL8aに起因して形成される干渉縞を表わす。このときには、図 3及 び図 4に示した場合と同様に、第 1の回折格子 Gi l , G12からは + 1次回折光 LPa 及び 1次回折光 LMaが対称に発生し、それが第 2の回折格子 G21に入射する。こ のうち + 1次回折光 LPaに着目すると、第 2の回折格子 G21により発生する 0次回折 光 LPaOと _ 1次回折光 LPalは等しレ、入射角で (対称に傾斜して）ウェハ Wに入射 する。
[0069] 従って、ウェハ W上には、 X方向に明暗の（強度の）周期 T2を持つ干渉縞 IFaが、 所定の位置に形成される。そしてその明部のピークの X方向位置は、第 2の回折格 子 G21の透過部の位置と正確に対応している。
[0070] 一方、図 5中の右側に示した干渉縞 IFbは、第 1の回折格子 Gl l， G12に対して角 度 φだけ傾いて入射する照明光 IL8bに起因して形成される干渉縞を表わす。このと きにも、第 1の回折格子 Gl l， G12からは + 1次回折光 LPb及び _ 1次回折光 LMb が発生するが、その角度的な対称性は、照明光 IL8bの入射角の傾斜に応じて崩れ ている。
[0071] その結果、このうち + 1次回折光 LPbの照射により、第 2の回折格子 G21から発生 する 0次回折光 LPbOと— 1次回折光 LPblのウェハ Wへの入射角度の対称性も崩 れる。
この場合でも、ウェハ W上には、 X方向に明暗の（強度の）周期 T2を持つ干渉縞 IF bが形成されるが、その明部のピークの X方向位置は、第 2の回折格子 G21の透過部 の位置とは、ずれたものとなる。
[0072] そのずれ量を δとすると、
(式 5)
δ = Ό2 Χ ίΆη φ
の関係となる。
[0073] このような干渉縞の位置ずれが、ウェハ W上に形成される干渉縞の全体としての位 置ずれであるならば、露光すべきウェハ Wの位置を所定量ずらして位置補正露光す ることで解決することは可能である。
[0074] し力、しながら、このような位置ずれ量が、ウェハ Wの面内の各位置に応じて異なる量 だけ発生する場合には、その問題を上記位置補正露光で解決することはできない。 従って、第 1の回折格子 Gl l， G12に、すなわち第 1の透光性平板 P1に照射する 照明光 IL8は、第 1の透光性平板 P1内の場所によらず第 1の透光性平板 P1に一定 の入射角度で入射すること、すなわち平行光であることが好ましい。
[0075] また、上記全体としての位置ずれも解消するためには、照明光 IL8が第 1の透光性 平板 P1に垂直に入射することが好ましレ、。
ここで、例えばウェハ W上に露光する干渉縞パターンの周期 T3 (=T2)力 Sl 20nm である場合、すなわち一般に 60nmラインアンドスペースと呼ばれるパターンである場 合には、その位置ずれ許容値は、一般に線幅の 1/4の 15nm程度である。ここで、 第 2の回折格子 G21とウェハ Wの表面の間隔 D2を 50 μ mとすると、照明光の垂直 入射からのずれの許容値 φ 1は、
(式 6)
φ ΐ = arctan (10/50000) =0. 3 [mrad]
となる。
[0076] 従って、第 1の透光性平板 PIに入射する照明光 IL8の平行度は、概ね ± 0. 3 [mr ad]程度以下であることが好ましい。すなわち照明光 IL8は、その収束または発散性 が ± 0. 3 [mrad]程度以下であることが好ましい。最も、この条件は露光すべきパタ ーンの周期 T3及び第 2の回折格子 G21とウェハ Wの表面の D2により変動するもの であることは言うまでもない。
[0077] なお、以上の説明においては、第 1の透光性平板 P1とウェハ W力 平行に配置さ れることを前提として、照明光 IL8の入射角が、第 1の透光性平板 P1内の位置によら ず一定であり、あるいはさらに垂直入射することが好ましいとした力 実際には、照明 光 IL8の入射角等はウェハ Wの法線に対して平行であることが好ましい。
[0078] ところで、照明光 IL8がこのように厳しい平行度を達成するためには、その平行度を 調整可能とする平行度微調整機構が必要である。そこで、本発明の露光装置におい ては、コリメーターレンズ 2， 3, 5, 7及び照明系後群レンズ 29, 30， 32, 35のうちの 一部のレンズを照明光 IL1， IL2, IL7, IL8の進行方向に可動として、上記微調整を 行なうものとしている。
[0079] 以下、図 1中の照明系後群レンズ 29， 30, 32, 35に設けられた平行度微調整機 構について説明する。照明系後群レンズのうち負レンズ 30にはレンズ駆動機構 31a , 31b力 S取り付けられ、正レンズ 32にはレンズ駆動機構 33a, 33bが取り付けられて レ、る。そして、これらのレンズ駆動機構 31a, b、 33a, bは、固定軸 34a, 34b上を 方 向に可動であり、これによりレンズ 30及びレンズ 32もそれぞれ独立して Z方向に可動 である。
[0080] これにより照明系後群レンズ 29， 30, 32, 35は、全体としていわゆるインナーフォ 一カスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。従つ て、製造誤差等により、照明光 IL7の集光点 28が所定の設計位置に無い場合等にも 、集光点 28からの照明光 IL7を、正確に平行な照明光 IL8に変換することが可能と なる。
[0081] 図 6は、レンズ 30及びレンズ 32の駆動による照明系後群レンズ 29， 30， 32, 35の 全体としての焦点距離の変動により、照明光 IL8が通り得る光路の外縁 LEa, LEbが 変動し、照明光 IL8の第 1の透光性平板 P1への入射角が第 1の透光性平板 P1内位 置に応じて変化することを表わす図である。
[0082] 図 6 (A)は、レンズ 30及びレンズ 32が適切な Z方向位置に設定されている場合を 表わし、外縁 LEa, LEbは第 1の透光性平板 PIに対して垂直であり、照明光 IL8c, 照明光 IL8d，照明光 IL8eは、第 1の透光性平板 P1内の場所によらず第 1の透光性 平板 P1に垂直に入射する。
[0083] 一方、図 6 (B)は、レンズ 30及びレンズ 32を適切な Z方向位置力 ずらして配置し た場合を表わし、外縁 LEal , LEblで規定される照明光 IL8が取り得る光路は全体 として発散光路となる。このとき外縁 LEal , LEblは、鉛直方向 LEa, LEbからそれ ぞれ 0 e傾いて (発散して）いる。この光路全体の発散に伴って、照明光 IL8の第 1の 透光性平板 P1への入射角も、その位置に応じて変化することとなる。
[0084] すなわち外縁 LEalに近い光路部分を通って照射される照明光 IL8fは、やや外向 きに傾斜して第 1の透光性平板 P1に入射することになる。そして傾斜角を φ mとする と、照明光 IL8fによってウェハ W上に形成される干渉縞の明喑パターンの位置は、 第 2の透光性平板 P2上の第 2の回折格子 G21の明暗の位置から、左に、 φ πιに概 比例する量だけずれた位置に形成されることとなり位置誤差が生じる。その原理は図 5に示したものと同じである。
[0085] 一方、外縁 LEblに近い光路部分を通って照射される照明光 IL8hがウェハ W上に 形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光 IL8hの外向きの傾斜角 φ πιに概 比例して、右にずれた位置に形成される。また、中心に近い光路部分を通って照射 される照明光 IL8gがウェハ W上に形成する干渉縞の明喑パターンの位置は、照明 光 IL8hがほぼ垂直入射することから位置ずれは生じない。
[0086] 従って、ウェハ Wに露光される干渉縞パターンの、第 2の回折格子 G21の明喑パタ ーンに対する大きさの関係は、外縁 LEal， LEblで規定される光路力 全体として 発散光路となっている場合には拡大されたものとなり、全体として収束光路となって レ、る場合には縮小されたものとなり、いずれの場合にも倍率誤差が生じることとなる。
[0087] 本発明の露光装置においては、レンズ 30及びレンズ 32を適切な Z方向位置に設 定することにより、外縁 LEa， LEbで規定される照明光 IL8の取り得る光路を常に平 行光路とすることができるため、このような倍率誤差の発生を防止することができる。
[0088] なお、本発明の露光装置では、以前の製造工程における熱変形等により露光すベ きウェハ Wに想定外の伸縮が発生していた場合に、レンズ 30及びレンズ 32の位置 を調整して上記外縁 LEal , LEblで規定される照明光路を、全体として発散光路ま たは収束光路とすることにより、ウェハ W上に形成される干渉縞の周期 T3を拡大また は収束して、上記ウェハ Wの伸縮を補正して露光することもできる。
[0089] 次に、図 1中のコリメーターレンズ 2, 3, 5, 7に設けられた平行度微調整機構につ いて説明する。コリメーターレンズ中の負レンズ 5にはレンズ駆動機構 6が取り付けら れ、正レンズ 7にはレンズ駆動機構 8が取り付けられている。そして、これらのレンズ駆 動機構 7, 8は、固定軸 9上を X方向に可動であり、これによりレンズ 5及びレンズ 7も それぞれ独立して X方向に可動である。
[0090] これによりコリメーターレンズの後群を構成するレンズ 5, 7は、全体としていわゆるィ ンナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変 となる。従って、光源 1の変動や照明光学系 2〜35の製造誤差等により、照明光 IL8 が平行光線束にならない場合であっても、レンズ駆動機構 7, 8の駆動により照明光 I L8を完全な平行光に変換することが可能となる。 [0091] よって、図 7に示す通り、レンズ駆動機構 7, 8の駆動により、照明光 IL8の平行度の 状態 (収束または発散）を変化させることができる。第 1の透光性平板 P1への照明光 は、図 7に中央に示す照明光 IL8jの如く平行光線束であることが望ましい。従って、 照明光が図 7中の左側に示す照明光 IL8iの如き収束光束となってレ、る場合や、照明 光が図 7中の右側に示す照明光 IL8iの如き発散光束となっている場合には、レンズ 駆動機構 7, 8の駆動により、所望の平行光線束とすることが望ましい。
[0092] 以上の説明において、照明光の収束性及び発散性に関する課題とその解決策を 述べた。
しかし、本発明に於いては、第 1の透光性平板 P1の 1点を照明する照明光の入射 角度に所定の幅 (角度範囲）が存在する場合にも、その角度範囲がウェハ w上に形 成される干渉縞のコントラスト低下の原因となりうる。
[0093] ここで、照明光の入射角度の角度範囲とは、すなわち照明光の開口数を意味する 。例えば光源 1等の空間的コヒーレンスが低い場合には、照明光学系中の集光点 4, 28での照明光の集光度が弱ぐ集光点が広がって形成されることになる。これは、第 1の透光性平板 P1に照射される照明光線束の開口数の増大を意味する。
[0094] 本発明においては、照明光の入射角度のズレはウェハ W上の干渉縞の位置ずれ を生じさせるものであるから、照明光の入射角度範囲の存在は、ウェハ W上の干渉 縞を相互に位置ずれを生じさせて加算する行為に等しぐ干渉縞のコントラストを減 殺するものとなる。
[0095] そこで、照明光の開口数に相当する入射角度範囲についても、上記と同様の考察 から ± 0. 3 [mrad]程度以下であることが望ましい。すなわち照明光学系の照明光開 口数（NA)を 0. 0003以下とすることが望ましレ、。このような低 NAの照明光は、空間 的コヒーレンスの高いレーザ光源の採用や、集光点 4， 28に照明光線束を機械的に 制限する絞りを設けることで実現できる。
[0096] ここで、本発明における上記の第 2の回折格子 G21とウェハ Wの表面の間隔 D2の 最適値について説明する。上述の通り、照明光 IL8の傾斜に際してのウェハ W上で の干渉縞パターンの位置ずれは、間隔 D2に比例して発生するから、単純に検討す るなら間隔 D2は短ければ短いほど良い。それにより、照明光の傾斜に関する規格を 緩めることができるためである。
[0097] し力しながら、間隔 D2をあまりに短くすると、第 2の回折格子 G21とウェハ Wの接触 が発生し、それらの損傷を生じることとなる。そこで、接触回避のためには間隔 D2は この数値は、ウェハ Wの平面度や第 2の回折格子 G21を形成する第 2の透光性平板 P2の平面度を考慮して、最低限 1 μ m以上は確保すべきである。
[0098] また、上記接触を確実に防止するために、間隔 D2は 5 z m以上であることが望まし レ、。
一方、間隔 D2をあまりに長距離化すると、照明光の傾斜等に関する規格が厳しく なるのも勿論だが、ウェハ W1上の 1点に集光する複数の回折光が第 2の回折格子 G 21を発する位置の間隔も増大し、これらの複数の回折光間の空間的コヒーレンスに 起因する可干渉性が低下してしまうという問題も生じるため、間隔 D2は 500 z m以下 に設定することが望ましい。
[0099] また、間隔 D2が短ければ照明光の傾斜等に関する規格を緩和でき、その分だけ 製造装置を安価に提供できるため、間隔 D2は 100 μ ΐη以下に設定することが、さら に望ましい。
[0100] なお、本発明においては、第 2の回折格子 G21とウェハ Wを近接して対向して配置 するので、両構成部材の表面間での照明光の多重干渉が生じ得る。そして、これは ウェハ W上に形成する干渉縞の明暗分布に悪影響を与えることになる。
[0101] そこで、本発明においては、光源 1からの照明光 IL1〜IL8として、その時間的な可 干渉距離 (光の進行方向についての可干渉距離） 1 間隔 D2の 2倍程度以上である 光を使用することが好ましい。光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をえ、そ の光の波長分布における波長半値幅を Δ λとしたとき、概ね λ 2/ Δ λで表わされる 距離である。従って、露光波長 λが ArFレーザからの 193nmの場合には、その波長 半値幅 Δ λが 370pm以上程度である照明光 IL1〜IL8を使用することが望ましい。
[0102] なお、上述の如く 1次元的な周期を有する干渉縞 IFを形成する場合、その形成に 用いる照明光 IL8は、その偏光方向（電場方向）が干渉縞 IFの長手方向（周期方向 に直交する方向）に平行、すなわち周期方向に直交する方向に直線偏光光であるこ とが好ましい。この場合に、干渉縞 IFのコントラストを最高にすることができるからであ る。
[0103] なお、照明光 IL8は、上記の如く完全な直線偏光光でなくとも、干渉縞 IFの長手方 向 (Y方向）の電場成分が、周期方向 (X方向の）の電場成分よりも大きな照明光であ れば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。
[0104] また、干渉縞 IFの周期方向とは、すなわち第 2の回折格子 G21の周期 T2の方向と 一致するものであるから、照明光 IL8の好ましい偏光状態とは、要するに第 2の回折 格子 G21の周期 T2の方向に直交する方向（Y方向）の電場成分が、周期 T2の方向 (X方向）の電場成分よりも大きな照明光であれば良い。
[0105] 照明光 IL8のこのような偏光特性は、照明光学系中に設けた光制御素子 10により 実現される。光制御素子 10は、例えば照明光 IL2, IL3の進行方向を回転軸として 回転可能に設けられた偏光フィルター（ボラロイド板）や偏光ビームスプリツターであり 、その回転により照明光 IL3の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。
[0106] 光源 1がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光 IL1を放射する光源である場 合には、光制御素子 10として、同じく回転可能に設けられた 1/2波長板を用いるこ ともできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた 2枚の 1/4波長板 を採用することもできる。この場合には、照明光 IL2〜8の偏光状態を、概ね直線偏 光光とするのみでなぐ円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。
[0107] ところで、第 1の回折格子 Gi l , G12と第 2の回折格子 G21との間隔 D1は、ウェハ W上に形成される干渉縞 IFの位置ずれ等に影響を与えるものではないので、上記間 隔 D2のように近接して配置する必要は無レ、。
[0108] ただし、間隔 D1があまり長いと、第 1の回折格子 Gi l , G12から発生する ± 1次回 折光 LP， LMを、第 2の回折格子 G21上の必要な箇所の全部に照射するために、よ り大きな第 1の回折格子 Gi l , G12が必要となる。従って、間隔 D1は、例えば 100m m程度以下に設定することが、第 1の回折格子 Gl l， G12に必要な大きさが縮小可 能となる点で好ましい。
[0109] 一方、間隔 D1があまりに狭いと、第 1の回折格子 Gl l， G12から発生する ± 1次回 折光 LP， LMが、第 2の回折格子 G21上で相互に干渉して不要な干渉縞を形成し、 最終的にはウェハ W上においても、不要な干渉縞（明暗ムラ）を形成する恐れが生じ る恐れがある。
[0110] このような不要な明暗ムラの発生は、第 1の回折格子 Gi l, G12の任意の 1点から 生じた ± 1次回折光 LP, LMを、第 2の回折格子 G21上で、照明光 IL8の空間的な 可干渉距離よりも十分に離れた位置、一例として上記可干渉距離の 4倍程度離れた 位置に照射することで防止することができる。
[0111] ここで、照明光 IL8の空間的な可干渉距離は、照明光 IL8の開口数 NAと波長 λに より、一般的に λ /ΝΑで表わされる距離である。照明光 IL8の波長を 193nm,開口 数 NAを上述の 0. 0003とすると、可干渉巨離巨離は 643 z mであり、その 4倍は 25 36 z mとなる。従って、この場合、上記 ± 1次回折光 LP, LMの、第 2の回折格子 G2 1への照射位置を、 2536 x m程度以上離すことにより、上記不要な明暗ムラの発生 を防止できる。
[0112] ここで、第 1の回折格子 Gi l , G12の周期 T1を 240nmとすると、 ± 1次回折光 LP , LMの回折角 Θ 0は、式 1から 53度と求まる。この回折角で対称に発生する 2本の 光線束が、第 2の回折格子 G21上で 2536 μ m以上離れた位置に照射されるには、 間隔 D1は 948 /i m以上であることが必要である。
[0113] 従って、間隔 D1は lmm程度以上であることが好ましい。
なお、第 1の回折格子 Gi l , G12は、 ± 1次回折光 LP， LMを所定の方向に発生 させ、それを第 2の回折格子 G21上に照射するためのものであり、第 2の回折格子 G 21上の所定の位置に ± 1次回折光 LP, LMによる干渉縞を形成することを目的とす るものではない。
[0114] 従って、第 1の回折格子 Gi l, G12と第 2の回折格子 G21との、 XY方向の位置関 係は、周期 T1及び T2のオーダで（数 10nmのオーダで）厳密に位置整合される必 要は無い。ただし、第 2の回折格子 G21のうちウェハ Wに対向する所定の領域には、 第 1の回折格子 Gl l， G12から発した ± 1次回折光 LP, LMが照射される必要があ るので、第 1の回折格子 Gi l , G12と第 2の回折格子 G21とは、 XY方向に例えば数 mm程度の位置関係をもって整合して配置される必要がある。
[0115] また、第 1の回折格子 Gl l， G12の周期 T1の方向も、第 2の回折格子 G21の周期 T2の方向（X方向）と一致していなくても良レ、。ただし、この場合には、ウェハ Wの Z 方向位置の変動に伴う干渉縞 IFの明暗パターンの移動等を防止するために、周期 τ
1に代わり、第 1の回折格子 Gi l , G12の周期 T1を ΖΧ面内に投影した長さ力 式 4 の条件を満たすことが望ましレ、。
[0116] ところで、本発明の露光装置においてウェハ W上に露光可能なパターンは、上記 の 1次元の干渉縞パターンに限定されるわけではなレ、。そこで、次に本発明の露光 装置により 2次元のパターンを露光する方法について図 9,及び図 10を用いて説明 する。
[0117] 図 9 (Α)は、図 8 (Α)と同様に、第 1の透光性平板 P l aの平面図を表わす力 その 表面に形成された第 1の回折格子 G13, G14は、 X方向に周期 Tl l、 Υ方向に周期 T12の 2次元的な周期を有している。なお、その Ζ方向の構造は図 8 (A)に示した第 1の透光性平板 P 1と同様であり、基板表面部 G14に対して、 X方向の幅が 0. 71 X T 1 1、 Y方向の幅が 0. 71 X T12の掘り込み部 G13が形成され、位相変調型の回折 格子を構成している。
[0118] 図 10 (A)に、このような 2次元的な周期を有する回折格子 G13, G14から発生する 回折光の回折角度分布を示す。ここで、 FX軸とは、発生する回折光の直進方向（一 Z軸方向）からの + X方向への回折角の sin (正弦）を表わし、 FY軸とは、発生する回 折光の直進方向からの +Y方向への回折角の sinを表わす。
[0119] 回折格子 G13, G14に + Z方方向から平行な照明光が照射されると、 FX= ± λ Z Ti l , FY= ± λ /Τ12で表示される 4方向に、 1次回折光 LPP, LMP, LMM, LP Mが発生する。なお、基板表面部 G14と掘り込み部 G13の面積がほぼ等しぐ両部 の透過光の位相差が 180度であることから、原点〇の方向に発生すべき 0次回折光 は消失する。また、周期 T1 1及び周期 T12が、照明光の実効波長 λの 2倍より短い 場合には、 2次以上の高次の回折光は発生し得ない。
[0120] これらの 4本の回折光は、 FX軸及び FY軸に対称であることから、以下回折光 LPP によりウェハ W上に形成される干渉縞についてのみ説明をする。
回折光 LPPは、図 9 (B)に示す第 2の透光性平板 P2aに入射する。図 9 (B)は、図 8 (B)と同様に、第 2の透光性平板 P2aの平面図を表わすが、その裏面に形成された 第 2の回折格子 G22は、 X方向に周期 T21、 Υ方向に周期 Τ22の 2次元的な周期を 有している。第 2の回折格子 G22を構成する材料は、図 8 (B)に示す例で説明したの と同様である。
[0121] 図 9 (B)に示す通り、回折光 LPPの照射により第 2の透光性平板 P2aからは 0次回 折光 K00、 X方向の一 1次回折光 ΚΜ0、 Υ方向の一 1次回折光 Κ0Μ、そして X方向 に— 1次で Υ方向に— 1次の回折光 ΚΜΜの 4本の回折光が発生し、これらがウェハ W上に照射される。
[0122] ウェハ W上には、これらの 4本の回折光 Κ00, ΚΜΟ, ΚΟΜ, ΚΜΜによる干渉縞 の明暗分布が形成されるが、その形状は、所定の閾値の下において、第 2の回折格 子 G22の明喑分布と概ね等しくなる。従って、ウェハ W上のフォトレジストに第 2の回 折格子 G22に概等価な 2次元の明暗パターンを露光し転写することが可能となる。
[0123] また、このときも、
(式 7)
T21 X 2 X 0. 999≤ Ti l ≤ T21 X 2 X 1. 001
(式 8)
Τ22 Χ 2 Χ 0. 999≤ T12≤ T22 X 2 X 1. 001
の関係を満たす場合には、これらの 4本の回折光 Κ00, ΚΜΟ, ΚΟΜ, ΚΜΜは、ゥ ェハ Wに対して等しい入射角をもって照射されることとなり、ウェハ Wの Ζ方向位置が 変動しても、その上に形成される干渉縞の明暗分布の位置を不変とすることができる
[0124] なお、 2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、ウェハ Wの Ζ方向位置 を所定の位置に厳格に制御可能であるなら、必ずしも、上記式 7及び式 8に示される 条件を満たさなくても良い。
[0125] また、 2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、上述の照明光 IL8の平 行度や入射角の垂直性および開口数の条件、第 2の回折格子とウェハ Wとの間隔 D 2及び ΧΥ位置の整合性、回転関係の整合性等の条件、並びに第 1の回折格子と第 2の回折格子の間隔 D1の条件等は、上述の 1次元的な周期からなるパターンを露光 する場合と同様である。
[0126] なお、 2次元的な周期を有するパターンの露光に際しても、照明光 IL8の偏光状態 により干渉縞の明暗パターンのコントラストが変化する。なお、微細な周期を有するパ ターン程、フォトレジスト等の解像に際し、高コントラストの明暗パターンが要求される
。そこで、 2次元的な周期を有するパターンでは、その周期のうち極小となる周期の 方向についての干渉縞の明喑パターンのコントラストを増大させるベぐ照明光 IL8 の偏光状態を設定することが好ましレ、。
[0127] なお、 2次元的な周期性を有するパターンの場合にも、上述の 1次元的な周期性を 有するパターンの場合と同様に、干渉縞の周期の方向は第 2の回折格子の周期の 方向と一致する。従って、照明光 IL8として、第 2の回折格子において周期が極小と なる第 1の方向に直交する方向の電場成分が、その第 1の方向の電場成分よりも大き い照明光を用いることが好ましい。
[0128] ただし、パターンの種類や使用目的によっては、明喑パターンのコントラストよりを向 上するよりも、形状の忠実度が重要となる場合もある。その場合には、照明光 IL8とし て、第 2の回折格子において周期が極小となる第 1の方向に直交する方向の電場成 分と、その第 1の方向の電場成分が、 ± 20%程度の範囲内でほぼ等しい照明光を 用いることが好ましい。このような偏光状態は、例えば上述の偏光制御素子 10として 、直列に配置されそれぞれ回転可能な 2枚の 1/4波長板を使用することで実現でき る。
[0129] 次に、図 11を用いて、本発明の露光装置における Y可動ミラー 12、 X可動ミラー 14 の作用について説明する。
上述の通り、本発明の露光装置では、照明光の NA (開口数）が、 0. 0003程度以 下であることが必要である。本発明の露光装置が露光すべきパターンは、例えば線 幅が 50nm程度のパターンであり、露光領域内の照明光の強度 (積算強度）の高度 の均一性が要求される。
[0130] 通常の投影露光装置等では、露光領域内の照明光の強度の均一化手段として、フ ライアイレンズやロッドが使用されるが、これらの手段は照明光の開口数のある程度 の増大を前提として、実効的な 2次光源の形状を拡大し平均化効果により被照射領 域上の照明光強度の均一化を図るものである。従って、このような均一化手段は、極 小 NAの照明光を必要とする本発明には適用困難である。その結果、本発明におい ては、第 1の透光性平板 PI上に照射される照明光 IL8の照明光量分布自体が、ある 程度不均一であることは回避困難である。
[0131] そこで、本発明に於いては、ウェハ Wへの露光動作に際し、照明光 IL8を第 1の透 光性平板 P1上で走査し、当該走査による平均化により、照明光 IL8による積算強度 分布を平均化する方法を採用する。
[0132] 図 11は、その具体例を表わす図であり、等高線で示される強度分布を有する照明 光 IL8の中心位置 IL80は、ある時点において第 1の透光性平板 P1上の所定の位置 に照射されている。この照明光 IL8の強度分布は、その後、経路 SP1に沿って第 1の 透光性平板 P1上を反復走查する。また、上記ある時間以前にも、経路 SP0に沿って 第 1の透光性平板 P 1上を反復走査してレ、る。
[0133] このような照明光 IL8の強度分布と第 1の透光性平板 P1との相対走查は、露光動 作中に Y可動ミラー 12及び X可動ミラー 14を移動させることにより照明光 IL8の中心 位置 IL80を反復移動することにより行なうことができる。
[0134] なお、照明光 IL8の積算強度分布は、第 1の透光性平板 P1上の全面に亘つて均 一化される必要は無い。すなわち、第 1の透光性平板 P1上であって第 1の回折格子 Gi l , G12が形成された領域であって、その第 1の回折格子 Gi l , G12により発生 する回折光が最終的にウェハ Wに到達する領域において、照明光 IL8の積算強度 分布が均一化されていればよい。当該領域は、図 11に示す如ぐ第 1の透光性平板 P1上の中心部を含む所定の領域 SP0の如き領域となる。
[0135] また、領域 SP0内での積算強度の均一性は、その領域 SP0内の積算強度の平均 値に対して、 ± 2%程度以内であることが必要である。ただし、ウェハ W上に露光し形 成すべきパターンの線幅制御要求が厳しい場合には、当該均一性として、 ± 0. 5% 程度以内であることが望ましい。
[0136] あるいは、照明光 IL8の中心位置 IL80は固定しておき、第 1の透光性平板 Pl、第 2の透光性平板 P2及びウェハ Wを一体的に移動することによつても当該相対走查を 実現すること力 Sできる。
[0137] なお、照明光 IL8の照明光量分布自体が、ある程度不均一でも良い場合には、こ のような走查を行なう必要が無レ、ことは言うまでもなレ、。 [0138] ところで、本発明の露光装置は、上述の通り極小照明 NAの照明光を使用するもの ではあるが、ウェハ W上の 1点に到達する照明光（回折光）は複数であるから、第 2の 回折格子 G21等及び第 1の回折格子 Gl l， G12等の上の複数の領域力 照射され ることになる。また、ウェハ W上で干渉縞を形成する光線束は、あくまでも第 2の回折 格子等からの回折光であるから、第 2の回折格子 G21等の上に異物等が存在した場 合でも、その異物がそのままの形状を保って、ウェハ W上に露光転写されることはな レ、。
[0139] ここで、第 2の回折格子 G21 , G22の上の異物及び欠陥が、ウェハ W上に形成さ れる干渉縞に与える悪影響をいつそう低減するには、第 2の回折格子 G21 , G22との 間隔 D2を所定の値以上に設定することが望ましい。これにより、ウェハ W上の 1点に 照射される光を、第 2の回折格子 G21 , G22上のより多くの場所から回折された光と することができ、上記異物及び欠陥の悪影響を緩和することができるからである。
[0140] ここで、第 2の回折格子 G21からウェハ Wに照射される回折光は、上述の通り角度
Θ 0及び Θ 1だけ傾いてウェハ Wに照射される。より好ましい条件においては Θ 0 = θ 1である。このとき、式 2及び式 3より、照明光の実効波長をえ、第 2の回折格子 G2 1の周期を T2として、
(式 9)
sin 0 0 = λ / (2 Χ Τ2)
であるから、 sin Θ 0 = tan θ 0の近似がある程度成り立つことを前提とすると、ウェハ Wの 1点に照射される回折光は、第 2の回折格子 G21上において、
(式 10)
D5 = 2 X D2 X λ / (2 Χ Τ2)
で表わされる相互間隔 D5だけ離れた 2点を中心とする部分から照射されることとなる
[0141] 上記異物及び欠陥の悪影響を緩和するためには、ウェハ W上の 1点に集光する光 力 例えば第 2の回折格子 G21の周期 Τ2の 30倍程度以上に広がる部分からの光で 構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。これを式で表現する と、 (式 11)
D5≥ 30 X T2
の如くなる。
上記式 10及び式 11から、間隔 D2は、
(式 12)
D2≥ 30 Χ Τ22/ λ
の条件を満たすことが好ましレ、。
[0142] また、上記悪影響を、よりいつそう緩和するためには、ウェハ W上の 1点に集光する 光が、例えば第 2の回折格子 G21の周期 Τ2の 100倍程度以上に広がる部分からの 光で構成されその悪影響が平滑化されたものであることが好ましい。このときに間隔 D2が満たすべき条件は、同様の考察から、
(式 13)
D2≥ 100 Χ Τ22/ λ
となる。
[0143] また、第 2の回折格子 G21上の異物'欠陥のウェハ Wに露光されるパターンへの悪 影響をさらに低減するために、本発明においては、ウェハ Wへの露光を以下に示す 複数回露光による多重露光とすることもできる。
[0144] すなわち、第 2の回折格子 G21, G22とウェハ Wとの ΧΥ方向の位置関係を所定の 関係として最初の露光を行なったのち、その相対関係を第 2の回折格子 G21 , G22 の周期の整数倍だけ移動して 2回目の露光を行ない、さらに同様の移動をしつつ、 複数回の多重露光を行なうこともできる。
[0145] これにより、ウェハ W上の一点には、第 2の回折格子 G21， G22上のより多くの部分 力 発生した回折光による干渉縞の明暗パターンが重畳して露光されることとなり、 第 2の回折格子 G21， G22上に存在する異物や欠陥の悪影響が、平均化効果によ り、いっそう低減されることとなる。
[0146] なお、 1次元的な周期を有する第 2の回折格子 G21を用いる場合には、その周期 方向と直交する方向への上記相対関係の移動は、任意の距離であっても良いことは 言うまでも無い。 [0147] ところで、第 2の回折格子 G21の上に付着した異物等による悪影響を一層低減する ために、図 12に示す通り、第 2の回折格子 G21とウェハ Wの間に、第 2の回折格子 G 21への異物付着防止用の薄膜 (ペリクル) PE2を設けることもできる。そして、ぺリク ル PE2を、例えば所定枚数を枚数のウェハ Wを露光する毎に交換することで、異物 の除去を行なうこともできる。
[0148] ペリクル PE2としては、例えば投影露光装置で使用されるレチクルへの異物付着防 止に使用される有機樹脂製のペリクルを使用することができる。
あるいは、ペリクル PE2として、合成石英等の無機材料からなる透光性の平板を使 用することちできる。
[0149] なお、第 1の回折格子 Gi l , G12の光源側にペリクル PE1を設け、第 1の回折格子 Gi l , G12への異物の付着を防止することもできる。
あるいは、第 2の回折格子 G21上への異物の付着の防止のために、図 13に示す 通り、第 2の透光性基板 P2上の第 2の回折格子 G21の上に、保護層 PE3を設けるこ とのできる。この保護層 PE3は、例えば CVD (Chemical Vapor Deposition)法により 形成する二酸化珪素等の透光性の膜からなるものであり、必要に応じて、その表面を CMP (Chemical Mechanical Polishing)により平坦化したものである。異物保護層 PE 3の厚さは、例えば 1 μ m程度とする。
[0150] なお、保護層 PE3上に付着した異物も、保護層 PE3を設けずに第 2の回折格子 G 21上に付着した異物も、異物がウェハ上に形成すべき干渉縞へ与える悪影響の点 では同等である。し力 ながら、保護層 PE3を設けることにより、第 2の回折格子 G21 の表面を、実質的に平坦ィ匕することが可能であり、従って、その表面に付着した異物 ,汚染等の洗浄及び検査がきわめて容易になるという点で、保護層 PE3の設置は効 果的である。
[0151] なお、以上の例においては、第 1の回折格子 Gi l , G12, G13, G14は位相変調 型回折格子であり、第 2の回折格子 G21 , G22は強度変調型回折格子であるとした 力 両回折格子の構成は、これに限るものではない。
[0152] 例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル (Attenuated Phase Shift Mask)の如ぐ透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いること もできる。また、ウェハ W上に形成する干渉縞にそれ程の高コントラストラスト性が要 求されない場合には、第 1の回折格子からの不要な回折光の発生も許容されるため
、第 1の回折格子として強度変調型の回折格子を使用することもできる。
[0153] なお、以上の例においては、第 1の回折格子 Gi l , G12と第 2の回折格子 G21は それぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性 平板上に形成することもできる。
[0154] 図 14は、第 1の回折格子 G15， 16と第 2の回折格子 G23を、それぞれ一つの透光 性平板 P3の光源側及びウェハ W側に形成した例を示す図である。なお、本例にお いても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ 35および その上流の照明光学系も、上述の例と同様である。
[0155] また、本発明の一つの形態に於いては、単一の回折格子のみを、ウェハ Wに近接 して対向配置することにより、ウェハ W上に干渉縞の明暗パターンを露光することも 可能である。
[0156] 図 15は、ウェハ W側の近傍に、透光性平板 P4のウェハ W側に形成された回折格 子 G17, G18を、間隔 D3で近接して対向配置させた例である。本例に於いても、回 折格子 G17, G18の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ 35およびそ の上流の照明光学系も、上述の例と同様である。さらに間隔 D3の値についても上述 の例における間隔 D2と同様の条件を満たすことが好ましい。
[0157] なお、本例に於いては、実効波長 λは回折格子 G17, G18からウェハ Wに至る照 明光路上に存在する透光性媒質のうち、最低屈折率を有する媒質中における照明 光の波長をいう。
[0158] 本例に於いては、回折格子 G17, G18で発生した回折光（1次回折光）が、ウェハ W上に照射されウェハ W上で干渉することにより、ウェハ W上に干渉縞の明喑パター ンが形成されることになる。
[0159] なお、上記いずれの例に於いても、第 1の回折格子 Gl l， G12と及び第 2の回折格 子 G21は、ウェハ W上に露光すべき干渉縞の明喑パターンの周期 T3に応じて、交 換する必要がある。図 17は、その交換機構の一例を示す図であり、図 17 (A)はそれ を— Z方向から見た図、図 17 (B)は、図 17 (A)中の A—B部分近傍の断面図を表わ す。
[0160] 第 2の回折格子が設けられた第 2の透光性平行板 P2の周縁部 P2Eを真空吸着等 の手段により保持するチャック部 43a, 43b, 43c, 43dが設けられた平板ローダー 4 2は、 X方向にスライド可能であるともに、 Z方向に上下動可能である。
[0161] 交換前において、第 2の透光性平行板 P2は、第 2の保持機構 37a， 37b, 37cによ り保持される。この状態に対し、平板ローダー 42が X方向からに第 2の透光性平行板 P2の下部に侵入し、上方に上昇する。そして、チャック部 43a， 43b, 43c, 43dが、 第 2の透光性平行板 P2の周縁部 P2Eを吸着する。
[0162] その後、第 2の保持機構 37a, 37b, 37cは、図中白抜き矢印で示す如き放射方向 に退避し、その状態で平板ローダー 42が + X方向に退避して第 2の透光性平行板 P 2を持ち去る。そして、新たに装填すべき別の第 2の透光性平行板は、上記と逆の動 作を経て第 2の保持機構 37a, 37b, 37c上に設置され、第 2の透光性平行板の交換 が完了する。
[0163] 第 1の透光性平行板 P1の交換機構も上記と同様の構成とする。
なお、第 1の透光性平行板 P1と第 2の透光性平行板 P2の間隔が短いことから、そ の間隔内に上記平板ローダーを挿入することは難しレ、。
[0164] そこで、図 16に示す如ぐ第 1の保持機構 36a等及び第 2の保持機構 37a等も、支 持部材 41により XY面内方向にある上記放射方向及び Z方向に可動としておくことが 好ましレ、。これにより上記平板ローダーの装填のためのクリアランスを確保することが できる。
[0165] なお、第 1の保持機構 36a等及び第 2の保持機構 37a等の上記 Z駆動機構は、第 2 の回折格子 G21とウェハ Wとの間隔 D2、及び第 1の回折格子 Gi l , G12と第 2の回 折格子 G21との間隔 D1を所定値に設定する際にも使用することができる。
[0166] なお、図 16に示した通り、第 1の透光性平行板 P1の周縁部 P1E及び第 2の透光性 平行板 P2の周縁部 P2Eは、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工され ている。そして、第 1の保持機構 36a等に設けられた真空吸着部 P1V及び第 2の保 持機構 37a等に設けられた真空吸着部 P2Vは、これらの段付け加工された周縁部 P 1E及び PE2を介して第 1の透光性平行板 P1及び第 2の透光性平行板 P2を保持す るちのとしてレ、る。
[0167] ところで、以上の例においては、第 2の回折格子 G21とウェハ Wの間には、空気（ 窒素または希ガスでも良レ、）が存在するものとしていた力 S、これに代わり、所定の誘電 体を満たすこととしても良い。これにより、ウェハ Wに照射される照明光（回折光）の実 質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウェハ W上に形成 される干渉縞の明暗パターンの周期 T3を一層縮小することが可能となる。なお、その ためには、第 2の回折格子 G21の周期 T2及び第 1の回折格子 Gl l， G12の周期 T1 も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。
[0168] 図 18 (A)は、これに適したウェハステージ 38a等の例を示す図である。ウェハステ ージ 38aの周囲には、連続的な側壁 38b, 38c力 S設けられ、側壁 38b， cで囲まれた 部分には水等の液体 46を保持可能となっている。これにより、ウェハ Wと第 2の透光 性平板 P2の間は水に満たされ、すなわちウェハ Wと第 2の回折格子 G21の間の空 間は誘電体である水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率 (波長 193nmの光 に対して 1. 46)だけ縮小される。
[0169] なお、給水機構 44及び排水機構 45も併設され、これにより側壁 38b, (円で囲まれた 部分には汚染の無い新鮮な水が供給されかつ排水される。
また、図 18 (B)に示す如ぐウェハステージ 38aの側壁 38d, 38eの最上面を第 1 の透光性平板 P1の下面より高くし、第 1の透光性平板 P1と第 2の透光性平板 P2の 間の空間にも水を満たすこともできる。給水機構 44a及び排水機構 45bの機能はは 上述と同様である。
[0170] これにより、第 1の回折格子 Gi l, G12からウェハ Wに至る全光路を、空気（または 窒素あるいは希ガス）以外の誘電体 (水）で覆うことが可能となり、上述の照明光の実 効波長 λを、水の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微 細な周期を有するパターンの露光が可能となる。
[0171] なお、第 1の透光性平板 P1と第 2の透光性平板 Ρ2の間にのみ水等の誘電体を満 たすことが効果的である場合には、図 19に示す如き構成を採用することもできる。 これは、第 1の透光性平板 P1の周囲に連続的な側壁 47を設け、これによつて第 1 の透光性平板 P1と第 2の透光性平板 Ρ2の間に水を貯めるものである。給水機構 44 c及び排水機構 45cの機能は上述と同様である。
なお、第 1の回折格子 Gi l , G12からウェハ Wまでの光路、または第 1の透光性平 板 P1と第 2の透光性平板 P2の間に満たすべき誘電体の屈折率は、 1. 2以上である ことが望ましい。この屈折率が 1. 2以下であると、露光可能なパターンの微細度の向 上を十分に達成することができなレ、からである。
[0172] 上記の如くして干渉縞による明喑パターンの露光されたウェハ Wは、不図示のゥェ ハローダ一により露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ゥェ ハ W上のフォトレジストには、露光された明喑パターンに応じたレジストパターンが形 成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスク として、ウェハ Wまたはウェハ W上に形成された所定の膜をエッチングすることにより 、ウェハ Wに所定のパターンが形成される。
[0173] 半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の 電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘つて形成するェ 程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン 形成工程の中の少なくとも 1つの工程に使用して、電子デバイスを製造することがで きる。
[0174] また、上記少なくとも 1つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法 を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウェハ W上のフォトレジスト PRに対し 、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光され たフォトレジスト PRを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
[0175] あるいはその逆に、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを露光したゥ ェハ W上のフォトレジスト PRに対し、本発明の露光装置による上記露光方法を用い て干渉縞による明暗パターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジスト PRを現 像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しな い範囲で種々の構成を取り得る。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約 を含む 2004年 12月 17日付け提出の日本国特許出願第 2004— 366896の全ての 開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。 産業上の利用可能性
[0176] 本発明の露光方法は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気 ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利 用すること力 Sできる。
本発明の露光装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気 ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利 用すること力 Sできる。
[0177] また、本発明の電子デバイスの製造方法及び電子デバイスは、その製造過程に おける産業、すなわち半導体を生産する産業において利用可能であるとともに、その 成果物としての電子デバイスは、各種電子機器産業において利用することが可能で ある。

Claims

請求の範囲
[1] 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって:
前記光源からの前記照明光を、第 1の回折格子に照射する工程と；
前記第 1の回折格子により生じた回折光を、前記第 1の回折格子に対向して配置し た第 2の回折格子に照射する工程と；
前記第 2の回折格子により生じた回折光を、前記第 2の回折格子に対向して近接し て配置した前記感光性の基板上に照射する工程と；
を含むとともに、
前記第 1の回折格子および前記第 2の回折格子として、 2次元的な周期を有する回 折格子を用いることを特徴とする露光方法。
[2] 前記第 1の回折格子の第 1の所定方向の周期が、前記第 2の回折格子の前記第 1 の所定方向の周期の概 2倍であり、
前記第 1の回折格子の第 2の所定方向の周期が、前記第 2の回折格子の前記第 2 の所定方向の周期の概 2倍であることを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[3] 前記第 1の回折格子に照射する前記照明光として、前記第 2の回折格子において 周期が極小となる第 1の方向に直交する方向の電場成分が、前記第 1の方向の電場 成分よりも大きな照明光を用いることを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[4] 前記第 1の回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特 徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[5] 前記第 1の回折格子に照射する前記照明光が通り得る光路の発散角が、調整可能 であることを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[6] 前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする 請求項 5に記載の露光方法。
[7] 前記第 1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布と、前記第 1の回折格子と の相対的位置関係を時間と共に変化させることにより、前記照明光の前記第 1の回 折格子上における積算強度分布を、前記第 1の回折格子の中心部を含む所定の領 域にぉレ、て、概均一化することを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[8] 前記第 2の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係 を、
前記第 2の回折格子の第 1の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第 1の所定 方向にずらしつつ、または、前記第 2の回折格子の第 2の所定方向の周期の整数倍 の長さだけ前記第 2の所定方向にずらしつつ、前記各工程を複数回繰り返して行な うことを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[9] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔は、： mより大きぐ 500 z mより小さいこと を特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[10] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔は、 5 z mより大きぐ 100 z mより小さいこと を特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[11] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長を; I、前記第
2の回折格子の有する最小周期を Tとして、
30 XTソ； I ≤ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[12] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長をえ、前記第
2の回折格子の有する最小周期を Tとして、
100 XT2/ λ ≤ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[13] 前記第 2の回折格子と前記基板の間、及び前記第 1の回折格子と前記第 2の回折 格子の間の、少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が 1. 2以上の誘電体 で満たすことを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[14] 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項 13に記載の露光方 法。
[15] 前記第 2の回折格子は、第 2の透光性平板の前記基板側の表面、または第 2の透 光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項 1 に記載の露光方法。
[16] 前記第 1の回折格子の前記光源側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特 徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[17] 前記第 2の回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特 徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[18] 前記照明光の時間的可干渉距離は、 100 / m以下であることを特徴とする請求項 1に記載の露光方法。
[19] 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって:
前記基板の前記光源側に、前記照明光の実効波長の 2倍以下の周期を有する回 折格子を近接して対向配置する工程と；
前記光源からの前記照明光の強度分布と前記回折格子との相対的位置関係を、 時間と共に変化させつつ、前記照明光を前記回折格子に照射する工程と；
前記回折格子により生じた回折光を、前記基板上に照射する工程と；
を含むことを特徴とする露光方法。
[20] 前記相対的位置関係の変化は、前記回折格子を固定しつつ、前記照明光の強度 分布を移動することにより行なうことを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[21] 前記回折格子として、透過光の位相を変調する位相変調型の回折格子を用いるこ とを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[22] 前記回折格子として、透過光の強度を変調する強度変調型の回折格子を用いるこ とを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[23] 前記回折格子として、 2次元的な周期を有する回折格子を用いることを特徴とする 請求項 19に記載の露光方法。
[24] 前記回折格子として、 1次元的な周期を有する回折格子を用いるとともに、
前記回折格子に照射する前記照明光として、前記回折格子の前記周期方向に直 交する方向の電場成分が、前記回折格子の前記周期方向の電場成分よりも大きな 照明光を用いることを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[25] 前記回折格子に照射する前記照明光として、前記回折格子において周期が極小と なる第 1の方向に直交する方向の電場成分が、前記第 1の方向の電場成分よりも大 きな照明光を用レ、ることを特徴とする請求項 23に記載の露光方法。
[26] 前記回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特徴とす る請求項 19に記載の露光方法。
[27] 前記回折格子に照射する前記照明光が通り得る照明光路の発散角が、調整可能 であることを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[28] 前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする 請求項 27に記載の露光方法。
[29] 前記回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係を、 前記回折格子の前記周期の方向と直交する方向にずらしつつ、または、前記回折 格子の前記周期の整数倍の長さだけ前記周期の方向にずらしつつ、
前記各工程を複数回繰り返して行なうことを特徴とする請求項 19に記載の露光方 法。
[30] 前記回折格子と前記基板の間隔は、 1 x mより大きく、 500 x mより小さいことを特 徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[31] 前記回折格子と前記基板の間隔は、 5 x mより大きく、 100 x mより小さいことを特 徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[32] 前記回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長をえ、前記回折格 子の有する最小周期を Tとして、
30 Χ Ύ2/ λ ≤ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[33] 前記回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長をえ、前記回折格 子の有する最小周期を Τとして、
100 X T2/ λ ≤ D
の関係を満たすことを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[34] 前記回折格子と前記基板の間を、前記露光波長における屈折率が 1. 2以上の誘 電体で満たすことを特徴とする請求項 19に記載の露光方法。
[35] 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項 34に記載の露光方 法。
[36] 前記回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特徴とす る請求項 19に記載の露光方法。
[37] 前記照明光の時間的可干渉距離は、 100 z m以下であることを特徴とする請求項
19に記載の露光方法。 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって: 前記光源からの前記照明光を、第 1の回折格子に照射する工程と；
前記第 1の回折格子により生じた回折光を、前記第 1の回折格子に対向して配置し た第 2の回折格子に照射する工程と；
前記第 2の回折格子により生じた回折光を、前記第 2の回折格子に対向して近接し て配置した前記感光性の基板上に照射する工程と；
を含むとともに、
前記第 1の回折格子に照射する前記照明光の発散角が、調整可能であることを特 徴とする露光方法。
前記発散角の調整を、前記感光性の基板の伸縮に応じて行なうことを特徴とする 請求項 38に記載の露光方法。
前記第 1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布と、前記第 1の回折格子と の相対的位置関係を時間と共に変化させることにより、前記照明光の前記第 1の回 折格子上における積算強度分布を、前記第 1の回折格子の中心部を含む所定の領 域において、概均一化することを特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
前記第 2の回折格子と前記基板との、前記基板の面内方向における相対位置関係 を、
前記第 2の回折格子の第 1の所定方向の周期の整数倍の長さだけ前記第 1の所定 方向にずらしつつ、または、前記第 2の回折格子の第 2の所定方向の周期の整数倍 の長さだけ前記第 2の所定方向にずらしつつ、前記各工程を複数回繰り返して行な うことを特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
前記第 2の回折格子と前記基板の間隔は、： mより大きぐ 500 z mより小さいこと を特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
前記第 2の回折格子と前記基板の間隔は、 5 z mより大きぐ 100 z mより小さいこと を特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長を; I、前記第 2の回折格子の有する最小周期を Tとして、 の関係を満たすことを特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
[45] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dは、前記照明光の実効波長をえ、前記第
2の回折格子の有する最小周期を Tとして、
Figure imgf000042_0001
の関係を満たすことを特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
[46] 前記第 2の回折格子と前記基板の間、及び前記第 1の回折格子と前記第 2の回折 格子の間の、少なくとも一方を、前記露光波長における屈折率が 1. 2以上の誘電体 で満たすことを特徴とする請求項 38に記載の露光方法。
[47] 前記誘電体のうちの一部は、水であることを特徴とする請求項 46に記載の露光方 法。
[48] 前記第 2の回折格子は、第 2の透光性平板の前記基板側の表面、または第 2の透 光性平板内の前記基板側の表面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項 3 8に記載の露光方法。
[49] 前記第 1の回折格子の前記光源側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特 徴とする請求項 38に記載の露光方法。
[50] 前記第 2の回折格子の前記基板側に、透光性の平板または薄膜を設けることを特 徴とする請求項 38に記載の露光方法。
[51] 前記照明光の時間的可干渉距離は、 100 / m以下であることを特徴とする請求項
38に記載の露光方法。
[52] 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、請求 項 1から 51のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とする電子デバィ ス製造方法。
[53] 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影 露光装置を用いた投影露光方法と請求項 1から 51のいずれか一項に記載の露光方 法との合成露光を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
[54] 請求項 52に記載の電子デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする電子 デバイス。
[55] 請求項 53に記載の電子デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする電子 デバイス。
[56] 光源からの照明光と第 1の透光性平板に形成された第 1の回折格子と第 2の透光 性平板に形成された第 2の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性 の基板上に露光するための露光装置であって：
前記光源と前記第 1の回折格子の間に配置される前記光源からの前記照明光を前 記第 1の回折格子に照射する照明光学系であって、前記第 1の回折格子に照射する 照明光の発散角を可変とする照明光学系を有することを特徴とする露光装置。
[57] 前記第 1の回折格子に照射する照明光の発散角の可変は、前記照明光学系に含 まれる光学部材の少なくとも一部を移動することにより行なうことを特徴とする請求項 56に記載の露光装置。
[58] 前記第 1の回折格子に照射する前記照明光の強度分布の、前記第 1の回折格子と の相対的位置関係を時間と共に変化させる照明光分布可変機構を有し、
前記照明光の前記第 1の回折格子上における積算強度分布を、前記第 1の回折格 子の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能なことを特徴とする請求項 5
6または 57に記載の露光装置。
[59] 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた可動機構よりなるこ とを特徴とする請求項 58に記載の露光装置。
[60] 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた少なくとも 2枚の反 射部材の並進可動機構よりなることを特徴とする請求項 58に記載の露光装置。
[61] 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系に対し、前記第 1の回折格子、前記 第 2の回折格子、前記基板を一体的に、相対的に移動せしめる機構からなることを特 徴とする請求項 58に記載の露光装置。
[62] 前記第 1の透光性平板に形成された前記第 1の回折格子を所定の位置に保持する 第 1保持機構と；
前記第 2の透光性平板に形成された前記第 2の回折格子を、前記第 1の回折格子 に対して対向する位置に整合して保持する第 2保持機構と；
前記基板を前記第 2の回折格子に対して近接して対向する位置に、整合して保持 する基板保持機構と； を有することを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装置。
[63] 前記基板保持機構は、前記第 1の回折格子の周期の方向と、前記第 2の回折格子 の周期の方向との回転関係を整合して保持することを特徴とする請求項 62に記載の 露光装置。
[64] 前記第 1の透光性平板を交換する第 1の交換機構、または前記第 2の透光性平板 を交換する第 2の交換機構の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項 56また は 57に記載の露光装置。
[65] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔を、 1 z mより大きぐ 500 x mより小さく設 定することを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装置。
[66] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔を、 5 z mより大きぐ 100 x mより小さく設 定することを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装置。
[67] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dを、前記照明光の実効波長をえ、前記第
2の回折格子の有する最小周期を Tとして、
30 Χ Ύ2/ λ ≤ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装 置。
[68] 前記第 2の回折格子と前記基板の間隔 Dを、前記照明光の実効波長をえ、前記第 2の回折格子の有する最小周期を Τとして、
100 X T2/ λ ≤ D
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装 置。
[69] 前記第 2の回折格子と前記基板の間の少なくとも一部分、及び前記第 1の回折格 子と前記第 2の回折格子の間の少なくとも一部分の、少なくとも一方を、前記露光波 長における屈折率が 1. 2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを 特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装置。
[70] 前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項 69に記載の露光装置。
[71] 前記照明光の時間的可干渉距離は、 100 z m以下であることを特徴とする請求項 56または 57に記載の露光装置。 光源からの照明光と透光性平板に形成された回折格子とによって生成される干渉 パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって：
前記光源と前記回折格子との間に設けられ、前記光源からの前記照明光を前記透 光性平板に照射する照明光学系と；
前記透光性平板を所定の位置に保持する第 1保持機構と；
前記基板を前記透光性平板に対して近接して対向する位置に整合して保持する 基板保持機構と；
を有し、
前記照明光の強度分布の前記透光性平板との相対的位置関係を時間と共に変化 させる照明光分布可変機構を有し、前記照明光の前記透光性平板における積算強 度分布を、前記透光性平板の中心部を含む所定の領域において、概均一化可能な ことを特徴とする露光装置。
前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた可動機構よりなるこ とを特徴とする請求項 72に記載の露光装置。
前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系中に設けられた少なくとも 2枚の反 射部材の並進可動機構よりなることを特徴とする請求項 72に記載の露光装置。 前記照明光分布可変機構は、前記照明光学系に対し、前記透光性平板及び前記 基板を一体的に、相対的に移動せしめる機構からなることを特徴とする請求項 72に 記載の露光装置。
前記照明光学系は、前記透光性平板に照射する照明光の発散角を可変にできる ことを特徴とする請求項 72に記載の露光装置。
前記透光性平板と前記基板の間隔を、： mより大きぐ 500 z mより小さく設定す ることを特徴とする請求項 72から 76のいずれか一項に記載の露光装置。
前記透光性平板と前記基板の間隔を、 5 x mより大きく、 100 z mより小さく設定す ることを特徴とする請求項 72から 76のいずれか一項に記載の露光装置。
前記回折格子と前記基板の間隔 Dを、前記照明光の実効波長を; I、前記回折格 子の有する最小周期を Tとして、 の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項 72から 76のいずれか一項に 記載の露光装置。
[80] 前記回折格子と前記基板の間隔 Dを、前記照明光の実効波長を λ、前記回折格 子の有する最小周期を Τとして、
Figure imgf000046_0001
の関係を満たす様に設定することを特徴とする請求項 72から 76のいずれか一項に 記載の露光装置。
[81] 前記透光性平板と前記基板の間の少なくとも一部分を、前記露光波長における屈 折率が 1. 2以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有することを特徴とする請 求項 72から 76のいずれか一項に記載の露光装置。
[82] 前記誘電性液体は水であることを特徴とする請求項 81に記載の露光装置。
[83] 前記照明光の時間的可干渉距離は、 100 z m以下であることを特徴とする請求項 72から 76のレヽずれか一項に記載の露光装置。
PCT/JP2005/023126 2004-12-17 2005-12-16 露光方法および装置、ならびに電子デバイス製造方法 WO2006064900A1 (ja)

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