JP2007158271A - Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Translated fromJapaneseDescription
Translated fromJapanese本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and more particularly to an exposure apparatus for manufacturing a device such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process.
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源（一般には、照明光学装置の瞳面に形成される光強度分布）からの光束は、コンデンサーレンズを介して、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。 In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source forms a secondary light source as a substantial surface light source including a large number of light sources via a fly-eye lens as an optical integrator. A light beam from a secondary light source (generally a light intensity distribution formed on the pupil plane of the illumination optical device) illuminates a mask on which a predetermined pattern is formed via a condenser lens in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer.
マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。たとえば本出願人の出願にかかる特許第３２４６６１５号公報には、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が開示されている。 The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illumination distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer. For example, in Japanese Patent No. 3246615 relating to the application of the present applicant, in order to realize an illumination condition suitable for faithfully transferring a fine pattern in an arbitrary direction, an annular zone is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens. A technology for forming a secondary light source and setting the light beam passing through the annular secondary light source to be in a linear polarization state (hereinafter referred to as “circumferential polarization state” for short) with the circumferential direction as the polarization direction. Is disclosed.
上述の周方向偏光状態に限定されることなく、特定の直線偏光状態の光を用いて特定のパターンの投影露光を行うことは、投影光学系の解像度向上に有効である。さらに一般的には、マスクパターンの特性に応じて特定の偏光状態の光を用いて投影露光を行うことは、投影光学系の解像度向上に有効である。しかしながら、所望の偏光状態の光でマスク（ひいてはウェハ）を照明しようとしても、照明光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。 Without being limited to the above-described circumferential polarization state, performing projection exposure of a specific pattern using light in a specific linear polarization state is effective in improving the resolution of the projection optical system. More generally, performing projection exposure using light having a specific polarization state according to the characteristics of the mask pattern is effective in improving the resolution of the projection optical system. However, even if an attempt is made to illuminate the mask (and thus the wafer) with light of the desired polarization state, if an optical element that changes the polarization state of the light is interposed in the illumination optical path, no image will be formed in the desired polarization state, and hence image formation. Performance may be degraded.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、所望の偏光状態の光で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことのできる露光装置およびデバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an illumination optical apparatus that can illuminate an irradiated surface with light having a desired polarization state. Further, by using an illumination optical device that illuminates a surface to be irradiated with light having a desired polarization state, a fine pattern can be imaged on the photosensitive substrate in a desired polarization state, and faithful and satisfactory exposure can be performed. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and a device manufacturing method.
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光から所定の偏光状態の光だけを選択して射出する偏光子と、
前記偏光子と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記偏光子からの射出光の前記所定の偏光状態を実質的に維持しつつ前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in the illumination optical device that illuminates the illuminated surface based on light from the light source
A polarizer disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface, and selecting and emitting only light of a predetermined polarization state from incident light; and
Light guiding optics that is disposed in an optical path between the polarizer and the irradiated surface and guides the emitted light from the polarizer to the irradiated surface while substantially maintaining the predetermined polarization state. An illumination optical device is provided.
本発明の第２形態では、所定のパターンを照明するための第１形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to the first aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate.
本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法を提供する。In the third embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the second embodiment, an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
And a development step of developing the photosensitive substrate that has undergone the exposure step.
本発明の照明光学装置は、入射光から所定の偏光状態の光だけを選択して射出する偏光子と、この偏光子からの射出光の偏光状態を実質的に維持しつつ被照射面へ導くための導光光学系とを備えている。具体的には、たとえば偏光子と被照射面との間の光路中に配置された導光光学系のすべての光透過部材を、蛍石とは異なり固有複屈折性を有しない石英により形成している。その結果、本発明の照明光学装置では、偏光子からの射出光の偏光状態を実質的に維持しつつ被照射面へ導くことができる。 The illumination optical device of the present invention selects a light of a predetermined polarization state from incident light and emits it, and guides it to the irradiated surface while substantially maintaining the polarization state of the light emitted from the polarizer. And a light guide optical system. Specifically, for example, all light-transmitting members of the light guide optical system arranged in the optical path between the polarizer and the irradiated surface are made of quartz that has no intrinsic birefringence unlike fluorite. ing. As a result, in the illumination optical device of the present invention, it is possible to guide to the irradiated surface while substantially maintaining the polarization state of the light emitted from the polarizer.
こうして、本発明の照明光学装置では、偏光子よりも後側の導光光学系の光路中における光の偏光状態の変化を抑えて、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、偏光子の作用により所望の偏光状態の光で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。 Thus, in the illumination optical device according to the present invention, it is possible to illuminate the irradiated surface with light having a desired polarization state while suppressing a change in the polarization state of light in the optical path of the light guide optical system behind the polarizer. it can. In the exposure apparatus of the present invention, a fine pattern is imaged on a photosensitive substrate in a desired polarization state using an illumination optical device that illuminates the irradiated surface with light having a desired polarization state by the action of a polarizer. High-fidelity and good exposure, and thus a good device can be manufactured.
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate, the Y axis in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, and the plane of the wafer W in FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface. Referring to FIG. 1, the exposure apparatus of this embodiment includes a light source 1 for supplying exposure light (illumination light).
光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から射出されたほぼ平行な光束は、ビームエキスパンダー２により拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、たとえば輪帯照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。 As the light source 1, for example, an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm, or the like can be used. A substantially parallel light beam emitted from the light source 1 is expanded by the
アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と回折光学素子３の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。 The afocal lens 4 is set so that the front focal position thereof and the position of the diffractive
具体的には、輪帯照明用の回折光学素子３は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、光束変換素子としての回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。 Specifically, the diffractive
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系６が配置されている。円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。 The diffractive
アフォーカルレンズ４を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。 The light beam that has passed through the afocal lens 4 passes through a zoom lens 7 for varying the σ value (σ value = mask-side numerical aperture of the illumination optical device / mask-side numerical aperture of the projection optical system), and is used as a micro fly as an optical integrator. The light enters the eye lens (or fly eye lens) 8. The micro fly's
マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。 Each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is formed integrally with a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally.
所定面５の位置はズームレンズ７の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面５とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。 The position of the
したがって、マイクロフライアイレンズ８の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳面）には、図２（ａ）に示すように、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。 Accordingly, on the incident surface of the micro fly's
なお、円錐アキシコン系６は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、輪帯状または４極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系６の作用およびズームレンズ７の作用を説明する。 The
第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または４極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または４極状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２；４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状または４極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。 In a state in which the concave conical refracting surface of the
ズームレンズ７は、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。 The zoom lens 7 has a function of similarly enlarging or reducing the entire shape of the annular or quadrupolar secondary light source. For example, by enlarging the focal length of the zoom lens 7 from a minimum value to a predetermined value, the overall shape of the annular or quadrupolar secondary light source is similarly enlarged. In other words, due to the action of the zoom lens 7, both the width and size (outer diameter) of the annular or quadrupolar secondary light source change without changing. As described above, the annular ratio and the size (outer diameter) of the annular or quadrupolar secondary light source can be controlled by the action of the
マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９を介して、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にほぼ共役な位置に配置されたマスクブラインド１０を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、たとえば前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとからなる結像光学系１１の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。このように、結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。 The light beam from the secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's
なお、前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとの間の光路中において結像光学系１１の瞳またはその近傍の位置には、入射光から所定の直線偏光状態の光だけを選択して射出する偏光子１２が配置されている。たとえばＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2レーザ光のような真空紫外域の波長の光に対して使用可能な偏光子１２として、ワイヤ・グリッド偏光子やブリュースター角を利用した偏光子などを用いることができる。ワイヤ・グリッド偏光子は、米国特許第６，７８５，０５０号明細書、特開２００４−１４４８８４号公報、特開２００４−２７１５５８号公報などに開示されている。また、ブリュースター角を利用した偏光子は、米国特許第５，９３４，７８０号明細書、米国特許第６，１９０，０１６号明細書、米国特許第６，２９２，２９６号明細書、米国特許第６，３０７，６０９号明細書などに開示されている。In the optical path between the
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。 The light beam that has passed through the pattern of the mask M held on the mask stage MS forms an image of the mask pattern on the wafer (photosensitive substrate) W held on the wafer stage WS via the projection optical system PL. . In this way, batch exposure or scan exposure is performed while the wafer stage WS is two-dimensionally driven and controlled in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, and thus the wafer W is two-dimensionally driven and controlled. As a result, the pattern of the mask M is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W.
本実施形態では、結像光学系１１の瞳またはその近傍の位置に配置された偏光子１２の作用により、たとえばウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になるように、所要の直線偏光状態の光でマスクＭのパターンを照明する。ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。ただし、入射面とは、光が媒質の境界面（ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。 In the present embodiment, for example, the light applied to the wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light by the action of the
このように、ウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になるように所要の直線偏光状態の光でマスクＭのパターンを照明することにより、投影光学系ＰＬの光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。しかしながら、偏光子１２の作用により所望の直線偏光状態の光でマスクＭを照明しようとしても、偏光子１２とマスクＭとの間の導光光学系の光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。 In this way, the optical performance of the projection optical system PL is obtained by illuminating the pattern of the mask M with the light in the required linear polarization state so that the light irradiated onto the wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light. (Such as depth of focus) can be improved, and a high-contrast mask pattern image can be obtained on the wafer W. However, even if an attempt is made to illuminate the mask M with light having a desired linear polarization state by the action of the
そこで、本実施形態では、偏光子１２とマスクＭとの間の光路中に配置された導光光学系中のすべての光透過部材を石英により形成している。石英は、蛍石（ＣａＦ2）と同様にＡｒＦエキシマレーザ光やＫｒＦエキシマレーザ光のような波長の短い紫外域の光に対して使用可能な代表的な光学材料であるが、蛍石とは異なり固有複屈折性を有しない。したがって、偏光子１２とマスクＭとの間の導光光学系中のすべての光透過部材を石英により形成することにより、偏光子１２からの射出光の直線偏光状態を実質的に維持しつつマスクＭへ導くことができる。Therefore, in the present embodiment, all the light transmitting members in the light guide optical system disposed in the optical path between the
こうして、本実施形態の照明光学装置（１〜１１）では、偏光子１２よりも後側の導光光学系の光路中における光の偏光状態の変化を抑えて、所望の偏光状態の光でマスク（被照射面）Ｍを照明することができる。また、本実施形態の露光装置（１〜ＰＬ）では、偏光子１２の作用により所望の直線偏光状態の光でマスクＭを照明する照明光学装置（１〜１１）を用いて、マスクＭの微細パターンをウェハ（感光性基板）Ｗ上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な投影露光を行うことができる。 Thus, in the illumination optical devices (1 to 11) of the present embodiment, the change in the polarization state of the light in the optical path of the light guide optical system behind the
なお、上述の実施形態では、偏光子１２とマスクＭとの間の光路中に配置された導光光学系中のすべての光透過部材を、固有複屈折性を有しない石英により形成している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光子１２とマスクＭとの間の導光光学系が、固有複屈折性を有する蛍石（一般には立方晶系に属するフッ化物結晶材料）により形成された光透過部材を含む構成も可能である。この場合、光の偏光状態の変化に対する蛍石の固有複屈折性の影響が例えば相殺により十分に低減されるように、蛍石により形成された光透過部材の結晶軸を所要の位置関係に配置する必要がある。 In the above-described embodiment, all the light transmitting members in the light guide optical system disposed in the optical path between the
ところで、石英であると蛍石であるとを問わず、照明光路中に配置されたレンズや平行平面板のような光透過部材では、内部歪みにより発生する複屈折性や外部応力に起因して発生する複屈折量に起因して通過する光の偏光状態が変化する。したがって、前記導光光学系は複数の光透過部材を備え、該複数の光透過部材の各々は、内部歪みに起因して発生する複屈折量が１０ｎｍ／ｃｍ以下に抑えられた光学材料により形成されていることが好ましい。この構成により、偏光子によって設定される光の偏光状態の変化を良好に抑えて、所望の偏光状態の光でマスクＭを照明することができ、ひいては微細パターンをウェハＷ上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことができる。 By the way, regardless of whether it is quartz or fluorite, a light transmitting member such as a lens or a plane-parallel plate arranged in the illumination optical path is caused by birefringence or external stress generated by internal distortion. The polarization state of the passing light changes due to the amount of birefringence generated. Therefore, the light guide optical system includes a plurality of light transmitting members, and each of the plurality of light transmitting members is formed of an optical material in which the amount of birefringence generated due to internal strain is suppressed to 10 nm / cm or less. It is preferable that With this configuration, the change in the polarization state of the light set by the polarizer can be satisfactorily suppressed, and the mask M can be illuminated with the light in the desired polarization state. As a result, the fine pattern is formed on the wafer W in the desired polarization state. It is possible to form an image with, and to perform faithful and good exposure.
そして、各光透過部材において内部歪みに起因して発生する複屈折の影響を相殺により低減するために、光軸を中心とした所要の回転角度位置にそれぞれ位置決めされていることが好ましい。この構成により、たとえば導光光学系中の光透過部材に、たとえば内部歪みに起因して傾斜一次分布にしたがう複屈折が発生しても、この傾斜一次分布の複屈折がマスクＭ（ひいてはウェハＷ）に達する光の偏光状態に及ほす影響（たとえばフィールド内の偏光状態（ウェハＷ上の露光領域内の各位置に関する瞳面内の偏光状態）が実質的に不均一になったり、瞳面内の偏光状態が所望の偏光状態（たとえば周方向偏光状態）から実質的に異なる状態に変化したりすること）を低減させることができる。 And in order to reduce the influence of birefringence generated due to internal distortion in each light transmitting member by offsetting, it is preferable that each light transmitting member is positioned at a required rotation angle position around the optical axis. With this configuration, even if, for example, birefringence according to the tilted primary distribution occurs due to internal distortion, for example, in the light transmitting member in the light guide optical system, the birefringence of the tilted primary distribution is changed to the mask M (and thus the wafer W). (E.g., the polarization state in the field (the polarization state in the pupil plane at each position in the exposure area on the wafer W) becomes substantially non-uniform or in the pupil plane) The polarization state of the light source is changed from a desired polarization state (for example, a circumferential polarization state) to a substantially different state).
また、前記導光光学系は複数の光透過部材を備え、前記複数の光透過部材の各々は、外部応力に起因して発生する複屈折量が１０ｎｍ／ｃｍ以下に抑えられるように保持されていることが好ましい。この構成により、照明光路中における光の偏光状態の変化を良好に抑えて、所望の偏光状態の光でマスクＭ（またはウェハＷ）を照明することができ、ひいては微細パターンをウェハＷ上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことができる。 The light guide optical system includes a plurality of light transmitting members, and each of the plurality of light transmitting members is held so that the amount of birefringence generated due to an external stress is suppressed to 10 nm / cm or less. Preferably it is. With this configuration, it is possible to illuminate the mask M (or the wafer W) with light in a desired polarization state while suppressing a change in the polarization state of light in the illumination optical path, and thus a fine pattern is desired on the wafer W. Therefore, it is possible to perform exposure with high fidelity by forming an image in the state of polarization.
また、前記導光光学系は光路を折り曲げるための折り曲げミラーを備える場合があるが、導光光学系中の折り曲げミラーでは、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射するためＰ偏光とＳ偏光との間に反射により発生する位相差（Ｐ−Ｓ位相差）が発生し、ひいては折り曲げミラーを通過する光の偏光状態が変化する恐れがある。そのため、この折り曲げミラーの反射膜は、該反射膜に対してＰ偏光で入射する光と前記反射膜に対してＳ偏光で入射する光と間に反射により発生する位相差が、前記反射膜に入射するすべての光線について１５度以内になるように形成されることが好ましい。この構成により、この折り曲げミラーを含む導光光学系の光路中における光の偏光状態の変化を良好に抑えて、所望の偏光状態の光でマスクＭ（またはウェハＷ）を照明することができ、ひいては微細パターンをウェハＷ上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことができる。 The light guide optical system may include a folding mirror for folding the optical path. However, in the folding mirror in the light guide optical system, light is incident over a relatively wide incident angle range. A phase difference (PS phase difference) generated by reflection occurs between the polarized light and the polarization state of the light passing through the bending mirror may change. Therefore, the reflection film of this folding mirror has a phase difference caused by reflection between light incident on the reflection film with P-polarized light and light incident on the reflection film with S-polarization. It is preferably formed so as to be within 15 degrees for all incident light rays. With this configuration, it is possible to satisfactorily suppress a change in the polarization state of light in the optical path of the light guide optical system including the bending mirror, and to illuminate the mask M (or wafer W) with light having a desired polarization state, As a result, a fine pattern can be imaged on the wafer W in a desired polarization state, and faithful and satisfactory exposure can be performed.
また、上述の実施形態では、偏光子１２と光源１との間の光路中において、マスクＭと光学的に共役な位置（たとえばマスクブラインド１０の位置など）またはその近傍に配置された光透過部材や、マスクＭと光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳の位置（たとえばマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面の位置、アフォーカルレンズ４の瞳の位置など）またはその近傍に配置された光透過部材を、蛍石（一般にはフッ化物結晶材料）により形成することが好ましい。 In the above-described embodiment, in the optical path between the
上述のような特定位置またはその近傍に配置される光透過部材では照射エネルギが比較的大きくなるが、これらの光透過部材を蛍石のようなフッ化物結晶材料により形成することにより、ＡｒＦエキシマレーザ光やＫｒＦエキシマレーザ光のような波長の短い紫外域の光（パルス光）に対しても十分な耐久性を確保することができる。また、照射エネルギに対する耐久性の観点によれば、偏光子１２と光源１との間の光路中に配置されたすべての光透過部材を、蛍石（一般にはフッ化物結晶材料）により形成することがさらに好ましい。 The light transmitting member disposed at or near the specific position as described above has a relatively large irradiation energy. By forming these light transmitting members from a fluoride crystal material such as fluorite, an ArF excimer laser is used. Sufficient durability can be ensured even for ultraviolet light (pulse light) with a short wavelength such as light or KrF excimer laser light. Further, from the viewpoint of durability against irradiation energy, all the light transmitting members arranged in the optical path between the
なお、上述の実施形態の露光装置では、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、２極照明用（または４極照明用）の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、２極照明（または４極照明）を行うことができる。２極照明用（または４極照明用）の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに２極状（または４極状）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、２極照明用（または４極照明用）の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸに関して対称な２つ（または４つ）の円形状の照野からなる２極状（または４極状）の照野を形成する。その結果、図２（ｂ）（または図２（ｃ））に示すように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成された照野と同じ２極状（または４極状）の二次光源が形成される。 In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a diffractive optical element (not shown) for dipole illumination (or for quadrupole illumination) is set in the illumination optical path instead of the diffractive
また、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。 Moreover, instead of the diffractive
さらに、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（３極照明、５極照明、８極照明、９極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。 Furthermore, by replacing the diffractive
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。 In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the projection optical system is used to expose the transfer pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate (exposure). Step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Refer to the flowchart of FIG. 3 for an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment. To explain.
先ず、図３のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。 First, in step 301 of FIG. 3, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot through the projection optical system using the exposure apparatus of the above-described embodiment. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図４のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図４において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。 In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 4, in the pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which the mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the above-described embodiment. . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。 Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。 In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。In the above-described embodiment, ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) or KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. , for example, it is also possible to apply the present invention to such an F2 laser light source for supplying laser light of wavelength 157 nm.
また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明しているが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an exposure apparatus including an illumination optical apparatus as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated surface other than a mask. Obviously you can do that.
１ 光源
３ 回折光学素子（光束変換素子）
４ アフォーカルレンズ
６ 円錐アキシコン系
７ ズームレンズ
８ マイクロフライアイレンズ
９ コンデンサー光学系
１０ マスクブラインド
１１ 結像光学系
１２ 偏光子
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ1
4
Claims (8)
Translated fromJapanese前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光から所定の偏光状態の光だけを選択して射出する偏光子と、
前記偏光子と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記偏光子からの射出光の前記所定の偏光状態を実質的に維持しつつ前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装置。In an illumination optical device that illuminates an illuminated surface based on light from a light source,
A polarizer disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface, and selecting and emitting only light of a predetermined polarization state from incident light; and
Light guiding optics that is disposed in an optical path between the polarizer and the irradiated surface and guides the emitted light from the polarizer to the irradiated surface while substantially maintaining the predetermined polarization state. And an illumination optical device.
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。An exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 7;
And a development step of developing the photosensitive substrate that has undergone the exposure step.
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