JP2005079470A - Adjustment method of illumination optical system, method and device for exposure, device manufacturing method - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光源から供給される光束を被照射面に導く照明光学系の調整方法、当該調整方法を用いて調整された照明光学系を用いる露光装置及び方法、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an adjustment method of an illumination optical system that guides a light beam supplied from a light source to an irradiated surface, an exposure apparatus and method that uses an illumination optical system adjusted using the adjustment method, and a device that uses the exposure apparatus The present invention relates to a device manufacturing method for manufacturing a device.
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置(CCD等)、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造工程の1つとして通常設けられるフォトリソグラフィー工程では、露光対象としての基板(フォトレジストが塗布された半導体ウェハ又はガラスプレート)にマスク又はレチクル(以下、これらを総称するときは、マスクという)に形成されたパターンの縮小像を投影露光する露光装置が用いられる。近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(所謂、ステッパ)又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が多用されている。 In a photolithography process that is usually provided as one of the manufacturing processes of a device such as a semiconductor element, a liquid crystal display element, an imaging device (CCD, etc.), a thin film magnetic head, etc., a substrate as an exposure target (a semiconductor wafer coated with a photoresist or An exposure apparatus for projecting and exposing a reduced image of a pattern formed on a mask or reticle (hereinafter collectively referred to as a mask) on a glass plate is used. In recent years, step-and-repeat reduction projection exposure apparatuses (so-called steppers) or step-and-scan exposure apparatuses are frequently used.
上記のステッパは、基板を二次元的に移動自在な基板ステージ上に載置し、この基板ステージにより基板を歩進(ステッピング)させて、マスクのパターンの縮小像を基板上の各ショット領域に一括露光する動作を順次繰り返す露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状のパルス露光光をマスクに照射している状態で、マスクを載置したマスクステージと基板を載置した基板ステージとを投影光学系に対して互いに同期走査させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、1つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステッピングさせて他のショット領域にパターンの転写を行う露光装置である。 In the above stepper, the substrate is placed on a substrate stage that is movable in two dimensions, and the substrate is stepped (stepped) by this substrate stage, and a reduced image of the mask pattern is applied to each shot area on the substrate. An exposure apparatus that sequentially repeats the batch exposure operation. In addition, a step-and-scan exposure apparatus uses a mask stage on which a mask is placed and a substrate stage on which a substrate is placed as a projection optical system in a state in which the mask is irradiated with slit-shaped pulse exposure light. In contrast, a part of the pattern formed on the mask is sequentially transferred to the shot area of the substrate while being synchronously scanned with each other. When the pattern transfer to one shot area is completed, the substrate is stepped to transfer the pattern to the other shot area. It is the exposure apparatus which performs.
これらの露光装置を用いてマスクに形成された微細なパターンを基板上に忠実に転写するためには、基板上に照射される露光光の光量むらを極力無くす必要がある。この光量むらを無くすためには、マスクに照明される露光光の照度分布を均一化する必要がある。このため、露光装置が備える照明光学系には光源から供給される光束の照度分布を均一化するフライアイレンズ又はロッドレンズ等のオプティカル・インテグレータが通常設けられている。 In order to faithfully transfer a fine pattern formed on a mask using these exposure apparatuses onto a substrate, it is necessary to eliminate unevenness in the amount of exposure light irradiated onto the substrate as much as possible. In order to eliminate this unevenness in the amount of light, it is necessary to make the illuminance distribution of the exposure light illuminated on the mask uniform. For this reason, an optical integrator such as a fly-eye lens or a rod lens that makes the illuminance distribution of the light beam supplied from the light source uniform is usually provided in the illumination optical system provided in the exposure apparatus.
また、照明光学系からマスクに照射される露光光のテレセントリシティの崩れ(即ち、照明テレセンの崩れ)があると、露光光の主光線がマスクの法線及び基板の法線に対して傾くため、露光光はマスク及び基板に対して傾いて入射する。このような状態で露光光が基板に入射すると光量むらが生じ、又は基板上に投影されるパターン像の位置ずれ(シフト)が生じてしまう。従来は、オプティカル・インテグレータとマスクとの間の光路上に設けられたレンズ等の光学素子を、光軸方向へ移動させ、又は光軸に対して傾斜させることで照明テレセンの崩れを補正していた。尚、照明テレセンの崩れを補正する補正方法の詳細については、例えば以下の特許文献1,2を参照されたい。
ところで、照明テレセンの崩れがあると、上述したように基板上での光量むら又は基板上に投影されるパターン像の位置ずれが生ずる。近年におけるパターンの微細化に伴って、許容される基板上の光量むら等が厳しくなってきており、これに伴って照明光学系に許容される照明テレセンの崩れも小さくなってきている。このため、従来の補正方法を用いて補正しても、照明テレセンの崩れを十分に補正することができないという問題が生じてきた。 By the way, when the illumination telecentrics are broken, as described above, unevenness in the amount of light on the substrate or displacement of the pattern image projected on the substrate occurs. With the recent miniaturization of patterns, the permissible unevenness of the amount of light on the substrate has become severe, and along with this, the collapse of the illumination telecentric allowed for the illumination optical system has also become smaller. For this reason, even if it corrected using the conventional correction method, the problem that collapse of illumination telecentric cannot be fully corrected has arisen.
また、近年においては、パターンの微細化に伴って解像度の向上を図るために照明条件が従来と比べて大きく変更されることがある。ここで、照明条件の変更とは、照明系内の投影光学系の瞳面と共役な面内における露光光の分布を変更することで、例えば照明NA(Numerical Aperture)及び照明形状の変更が挙げられる。照明NAは、例えば孤立パターンの解像度を向上させるためにマスクをほぼ垂直に照明する小σに変更されることがある。また、照明形状は0次光を遮光するための輪帯状の照明形状(輪帯照明)又は複数(例えば4極)の偏心した照明形状(変形照明)に変更されることがある。照明条件を変更すると、照明条件毎に照明テレセンの崩れが異なることがあるため、照明条件に応じて照明テレセンの崩れを補正しなければならないという問題がでてきた。 Further, in recent years, illumination conditions may be greatly changed as compared with the prior art in order to improve resolution as the pattern becomes finer. Here, the change of the illumination condition is, for example, the change of illumination NA (Numerical Aperture) and illumination shape by changing the distribution of exposure light in a plane conjugate with the pupil plane of the projection optical system in the illumination system. It is done. The illumination NA may be changed to a small σ that illuminates the mask substantially vertically to improve the resolution of the isolated pattern, for example. Also, the illumination shape may be changed to an annular illumination shape (annular illumination) for shielding zero-order light or a plurality (for example, four poles) of eccentric illumination shapes (deformed illumination). When the illumination condition is changed, the collapse of the illumination telecentric may vary depending on the illumination condition. Therefore, there has been a problem that the collapse of the illumination telecentric must be corrected according to the illumination condition.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、照明光学系のテレセントリシティの崩れを小さくする照明光学系の調整方法、当該調整方法を用いて調整された照明光学系を用いる露光装置及び方法、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス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 circumstances, an adjustment method of an illumination optical system that reduces the collapse of the telecentricity of the illumination optical system, an exposure apparatus that uses the illumination optical system adjusted using the adjustment method, and It is an object to provide a method and a device manufacturing method for manufacturing a device using the exposure apparatus.
上記課題を解決するために、本発明の照明光学系の調整方法は、光束を供給する光源(1)と、当該光源からの光束が入射するオプティカルインテグレータ(10)とを備え、当該オプティカルインテグレータからの光束を被照射面(LP)へ導く照明光学系(IS)の調整方法であって、前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路上に配置される光学部材(2、6、8a、9)を調整して前記被照射面又はその共役面(LP3)に入射する光束のテレセントリシティの崩れを補正する補正工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、被照射面又はその共役面に入射する光束のテレセントリシティの崩れの補正は、光源とオプティカルインテグレータとの間の光路上に配置される光学部材の調整により行われる。
本発明の露光装置は、マスク(R)に形成されたパターン(DP)を基板(W)上に転写する露光装置であって、上記の照明光学系の調整方法を用いて調整された照明光学系(40)と、前記被照射面上に前記マスクを配置するマスクステージ(41)と、前記基板を保持する基板ステージ(47)とを備えることを特徴としている。
本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いることを特徴としている。
本発明の露光方法は、マスク(R)に形成されたパターン(DP)を基板(W)上に転写する露光方法であって、上記の照明光学系の調整方法を用いて調整された照明光学系(40)を用いて前記マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, an illumination optical system adjustment method of the present invention includes a light source (1) that supplies a light beam and an optical integrator (10) on which the light beam from the light source is incident. Is a method of adjusting an illumination optical system (IS) that guides the luminous flux of light to an irradiated surface (LP), and is an optical member (2, 6, 8a, 9) disposed on an optical path between the light source and the optical integrator. ) To correct the collapse of the telecentricity of the light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface (LP3).
According to the present invention, the correction of the collapse of the telecentricity of the light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface is performed by adjusting the optical member disposed on the optical path between the light source and the optical integrator.
An exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that transfers a pattern (DP) formed on a mask (R) onto a substrate (W), and is an illumination optical that is adjusted using the above-described adjustment method of the illumination optical system. It is characterized by comprising a system (40), a mask stage (41) for arranging the mask on the irradiated surface, and a substrate stage (47) for holding the substrate.
The device manufacturing method of the present invention is characterized by using the above exposure apparatus.
An exposure method of the present invention is an exposure method for transferring a pattern (DP) formed on a mask (R) onto a substrate (W), and the illumination optics adjusted using the above-described adjustment method of the illumination optical system A system (40) is used to illuminate the mask, and a pattern formed on the mask is transferred onto the substrate.
本発明によれば、光源とオプティカルインテグレータとの間の光路上に配置される光学部材の調整を行って被照射面又はその共役面に入射する光束のテレセントリシティの崩れを補正しているため、従来のようにテレセントリシティの崩れを十分に補正しきれないということはなく、照明条件に応じて適切に補正することができるという効果がある。
また、本発明によれば、テレセントリシティの崩れが十分補正された照明光がマスクに照射され、この照明光を用いてマスクのパターンが基板に転写されるため、微細なパターンを基板へ忠実に転写することができ、その結果として高集積度のデバイスを歩留まり良く製造することができる。
According to the present invention, the optical member disposed on the optical path between the light source and the optical integrator is adjusted to correct the collapse of the telecentricity of the light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface. The telecentricity collapse cannot be corrected sufficiently unlike the prior art, and there is an effect that it can be corrected appropriately according to the illumination conditions.
In addition, according to the present invention, the illumination light in which the collapse of the telecentricity is sufficiently corrected is applied to the mask, and the mask pattern is transferred to the substrate using this illumination light. As a result, a highly integrated device can be manufactured with a high yield.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による照明光学系の調整方法、露光装置及び方法、並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an illumination optical system adjustment method, exposure apparatus and method, and device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔照明光学系の調整方法〕
図1は、本発明の一実施形態による照明光学系の調整方法が用いられる照明光学系の構成の概略を示す図である。尚、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸が被照射面LPに対して平行となるよう設定され、Z軸が被照射面LPに対して直交する方向に設定されている。図中のXYZ直交座標系は、実際にはXY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。
[Adjustment method of illumination optical system]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an illumination optical system in which an illumination optical system adjustment method according to an embodiment of the present invention is used. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the irradiated surface LP, and the Z axis is set in a direction orthogonal to the irradiated surface LP. In the XYZ orthogonal coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set to the vertically upward direction.
図1に示す本実施形態の照明光学系ISは、輪帯照明、変形照明、及び0次光を用いる通常の照明(通常照明)の各々を行うことができるよう構成されているが、以下の説明では主に輪帯照明を行う場合を例に挙げて説明する。図1において、1は、例えばArFエキシマレーザ光源(波長193nm)等の光源であり、断面が略長方形状の平行光束を射出する。尚、本実施形態においては、図示のように、光源1は平行光束を+Y方向に射出するとする。光源1から射出された平行光束はビームマッチングユニット(BMU)内に設けられた可動ミラー2に入射し、可動ミラー2により+Z方向に偏向される。
The illumination optical system IS of the present embodiment shown in FIG. 1 is configured to perform each of annular illumination, modified illumination, and normal illumination (normal illumination) using zero-order light. In the description, the case where the annular illumination is mainly performed will be described as an example. In FIG. 1,
この可動ミラー2は、X軸の回り並びにYZ平面に含まれY軸及びZ軸の各々の軸に対して45度の角度をなす直線の回りに微小回転可能に構成されている。つまり、光源1から供給される平行光束に対する鏡面の角度(以下、単に可動ミラー2の角度という)を僅かに変えることができるように構成されている。可動ミラー2の角度は、制御系20からの指令に基づいて動作する第1駆動系21により調整される。また、第1駆動系21内には可動ミラー2の実際の角度を検出する角度センサ(不図示)が設けられており、この角度センサの検出結果は制御系20へ出力されている。
The movable mirror 2 is configured to be capable of minute rotation around the X axis and a straight line included in the YZ plane and forming an angle of 45 degrees with respect to each of the Y axis and the Z axis. That is, the mirror surface angle with respect to the parallel light flux supplied from the light source 1 (hereinafter simply referred to as the angle of the movable mirror 2) can be slightly changed. The angle of the movable mirror 2 is adjusted by a
可動ミラー2によって+Z方向に偏向された光束はリレーレンズ3を介して回折光学素子(DOE)4に入射する。回折光学素子4は、例えば六角形形状を有し、入射する光を所望の角度に回折する要素素子を、光軸AX1に垂直な面内(XY平面内)において稠密に配列したものである。尚、図1においては光路上に配置された1つの回折光学素子4のみ図示しているが、実際には外形形状及び回折特性が異なる要素素子を備える複数の回折光学素子が設けられており、これらの回折光学素子及びピンホールターゲット16の何れか一つが光路上に配置される。尚、通常照明を行う場合には、光路上にはこれらの何れもが配置されない。
The light beam deflected in the + Z direction by the movable mirror 2 enters the diffractive optical element (DOE) 4 through the relay lens 3. The diffractive
ピンホールターゲット16は、線状の光束を形成するためのものであり、照明光学系ISのテレセントリシティの崩れ(即ち、照明テレセンの崩れ)を補正するときに光路上に配置される。このピンホールターゲット16は、例えば透明基板上にCr(クロム)を蒸着してピンホール16aを形成したものであり、ピンホール16aが形成された部分に入射した光束のみピンホールターゲット16を通過し、他の部分(Cr(クロム)が蒸着されている部分)に入射した光束は遮光される。ピンホールターゲット16は照明テレセンの崩れを補正するときにはピンホール16aが光軸AX1上に位置するように配置される。回折光学素子4、不図示の複数の回折光学素子、及びピンホールターゲット16の交換動作は、制御系20からの指令に基づいて動作する第2駆動系22により行われる。
The
回折光学素子4に入射した光束は、光軸AX1を中心として等角度であらゆる方向に沿って回折された後、第1ズーム光学系5に入射する。第1ズーム光学系5は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しながら所定の範囲で変倍比を連続的に変化させることができるように構成されている。尚、図1においては、図示の簡単化のために、第1ズーム光学系5に含まれる2つのレンズ5a,5bのみを図示している。これらのレンズ5a,5bは、光軸AX1方向に沿って移動可能に構成されている。レンズ5a,5bの光軸AX1方向への移動による第1ズーム光学系5の変倍比の設定は、制御系20からの指令に基づいて動作する第3駆動系23により行われる。第1ズーム光学系5から射出された光束は、可動ミラー6に入射し、可動ミラー6により+Y方向に偏向される。
The light beam incident on the diffractive
可動ミラー6は、可動ミラー2と同様に、X軸の回り並びにYZ平面に含まれY軸及びZ軸の各々の軸に対して45度の角度をなす直線の回りに微小回転可能に構成されている。つまり、第1ズーム光学系5から射出される光束に対する鏡面の角度(以下、単に可動ミラー6の角度という)を僅かに変えることができるように構成されている。可動ミラー6の角度は、制御系20からの指令に基づいて動作する第4駆動系24により調整される。また、第4駆動系24内には可動ミラー6の実際の角度を検出する角度センサ(不図示)が設けられており、この角度センサの検出結果は制御系20へ出力されている。
Similar to the movable mirror 2, the
可動ミラー6によって+Y方向に偏向された光束は第1フライアイレンズ7に入射する。第1フライアイレンズ7は、稠密に且つ光軸AX2に垂直な面内(ZX平面内)に配列された多数の正六角形状の正屈折力を有する多数の要素レンズからなる光学素子である。尚、図1においては光路上に配置された1つの第1フライアイレンズ7のみ図示しているが、実際には外形形状が異なる要素レンズを複数備える複数の第1フライアイレンズが設けられており、これらの第1フライアイレンズの何れか一つが光路上に配置される。
The light beam deflected in the + Y direction by the
第1フライアイレンズ7に入射した光束は第1フライアイレンズ7が備える多数の要素レンズによりZX平面内で二次元的に分割され、各要素レンズの後側焦点面にはそれぞれ1つの光源像が形成される。第1フライアイレンズ7の後側焦点面に形成された多数の光源像からの光束は、第2ズーム光学系8に入射する。第2ズーム光学系8は複数のレンズを含んで構成され、複数のレンズが光軸AX2方向に移動可能に構成されている。図1に示す例では、第2ズーム光学系8は3つのレンズ8a〜8cを備えており、各々が光軸AX2方向に移動可能に構成されている。また、第2ズーム光学系8に含まれるレンズ8aは、光軸AX2に対して交差する方向(X方向又はZ方向)に微小移動可能に構成されている。
The light beam incident on the first fly-eye lens 7 is two-dimensionally divided in the ZX plane by a number of element lenses included in the first fly-eye lens 7, and one light source image is formed on the rear focal plane of each element lens. Is formed. Light beams from many light source images formed on the rear focal plane of the first fly-eye lens 7 enter the second zoom
第2ズーム光学系8は、所定の範囲で焦点距離を連続的に変化させることのできるリレー光学系であって、第1フライアイレンズ7の後側焦点面と後述する第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4とを光学的にほぼ共役に結んでいる。第2ズーム光学系8のレンズ8a〜8cの光軸AX2方向の移動による焦点距離変化及び変倍比設定、並びに光軸AX2に対して交差する方向のレンズ8aの微小移動は、制御系20からの指令に基づいて動作する第5駆動系25により行われる。この第5駆動系25内にはレンズ8a〜8cの光軸AX2方向の位置及びレンズ8aのZX面内における位置を検出するポジションセンサ(不図示)が設けられており、このポジションセンサの検出結果は制御系20へ出力されている。
The second zoom
第2ズーム光学系8を介した光束は、可動ミラー9に入射し、可動ミラー9により−Z方向に偏向される。可動ミラー9は、X軸の回り並びにYZ平面に含まれY軸及びZ軸の各々の軸に対して45度の角度をなす直線(この直線は可動ミラー2,6のときに説明した直線に対して90度の角度をなす)の回りに微小回転可能に構成されている。つまり、第2ズーム光学系8から射出される光束に対する鏡面の角度(以下、単に可動ミラー9の角度という)を僅かに変えることができるように構成されている。可動ミラー9の角度は、制御系20からの指令に基づいて動作する第6駆動系26により調整される。また、第6駆動系26内には可動ミラー9の実際の角度を検出する角度センサ(不図示)が設けられており、この角度センサの検出結果は制御系20へ出力されている。
The light beam that has passed through the second zoom
可動ミラー9によって−Z方向に偏向された光束はオプティカル・インテグレータとしての第2フライアイレンズ10の入射面PL3を重畳的に照明する。第2フライアイレンズ10は、第1フライアイレンズ7と同様に、正の屈折力を有する多数の要素レンズを光軸AX3に直交する面内(XY平面内)において配列することによって構成されている。第2フライアイレンズ10を構成する各要素レンズは、被照射面LPにおいて形成すべき照野の形状と相似な矩形状の断面を有する。
The light beam deflected in the −Z direction by the movable mirror 9 illuminates the incident surface PL3 of the second fly-
第2フライアイレンズ10に入射した光束は多数の要素レンズによりZX平面内において二次元的に分割され、光束が入射した各要素レンズの後側焦点面PL4には第1フライアイレンズ7が有する要素レンズの数の多数の光源像がそれぞれ形成される。こうして、第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4には、第2フライアイレンズ10への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(二次光源)が形成される。
The light beam incident on the second fly-
また、第2フライアイレンズ10の入射面PL3側には、センサ17が光路対して進退可能に配置されている。このセンサ17は、例えば二次元CCDを含み、照明テレセンの崩れを補正するときに光路上に配置され、第2フライアイレンズ10の入射面PL3への光束の入射位置を検出するために用いられる。センサ17の検出結果は制御系20に出力される。尚、このセンサ17が光路上に配置されるときには、前述したピンホールターゲット16も光路上に配置される。センサ17の光路に対する進退動作は、制御系20からの指令に基づいて動作する第7駆動系27により行われる。
A
第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4、即ち照明光学系ISの瞳面には開口絞り板11が、第8駆動系28によって回転自在に配置されている。図2は、開口絞り板11の一例を示す正面図である。図2に示す通り、開口絞り板11は回転軸Oの周りで回転自在に構成された円板からなり、通常照明用の円形の開口絞り11a、輪帯照明用の開口絞り11b、4極変形照明(4極照明)用の開口絞り11c、及び小さいコヒーレンスファクタ(σ値)用の小円形の開口絞り11dが周方向に沿って形成されている。尚、図2中に示した破線の大きな円は通常照明用の円形の開口絞り11aの大きさを表しており、開口絞り11b〜11dとの大きさの比較のため図示している。また、図2においては、4つの異なる開口絞りのみを図示しているが、例えば開口絞り11bについては輪帯比(開口部の外縁半径と内縁半径との比)の異なるものを複数形成してもよい。開口絞り11cについても同様である。尚、第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4において、所望の露光光分布が形成されている場合には、開口絞り板11を省略しても良い。
On the rear focal plane PL4 of the second fly-
第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4に形成された二次光源から射出された光束のうち、開口絞り板11に形成された開口絞りの何れかを通過した光束は、第1リレー光学系12、視野絞り板13、第2リレー光学系14、及びコンデンサ光学系15を順に介して被照射面LPを重畳的に均一照明する。上記の視野絞り板13は、被照射面LPに照射される光束の断面形状(XY平面内における断面形状)を規定するものであり、第2リレー光学系14及びコンデンサ光学系15によって被照射面LPと光学的に共役とされている。また、第2フライアイレンズ10の入射面LP3と被照射面LPとは光学的に共役になるよう設定されている。
Of the light beams emitted from the secondary light source formed on the rear focal plane PL4 of the second fly-
制御系20は前述した第1駆動系21、第4駆動系24、第5駆動系25、及び第6駆動系26を駆動して、可動ミラー2,6,9の角度の調整、第2ズーム光学系8に含まれるレンズ8aの光軸AX2に交差する方向の位置の調整を行う。また、第2駆動系22、第7駆動系27、第8駆動系28等を駆動して回折光学素子4、ピンホールターゲット16、第1フライアイレンズ7、及びセンサ17の光路上への配置、並びに開口絞り11a〜11dの何れか1つの光路上への配置を制御する。更に、制御系20は第3駆動系23及び第5駆動系25を駆動して第1ズーム光学系5の変倍比及び第2ズーム光学系8の焦点距離及び変倍比の設定を行う。
The
また、制御系20には、半導体メモリ又はハードディスク等の磁気記憶装置等から構成される記憶部20aが設けられる。この記憶部20aは、第1駆動系21、第4駆動系24、及び第6駆動系26内に設けられた角度センサの検出結果、並びに第5駆動系25内に設けられたポジションセンサの検出結果を、照明光学系ISで設定される照明条件に対応付けて記憶する。尚、照明光学系ISで設定される照明条件と各種の検出結果の対応付けは制御系20で行われる。
Further, the
次に、本実施形態の照明光学系IS内における光軸に沿った光束の断面形状の変化について、輪帯照明を行う場合を例に挙げて簡単に説明する。図3は、輪帯照明を行う場合の光束の断面形状の変化の一例を示す図である。尚、図3においては、図1中に示した光学部材と同一のものには同一の符号を付してある。また、光軸AX1〜光軸AX3を一直線にして図示しており可動ミラー2,6,9の図示は省略している。更に、以下の説明では、図1中の光軸AX1〜AX3を区別しない場合には光軸AXという。
Next, a change in the cross-sectional shape of the light beam along the optical axis in the illumination optical system IS of the present embodiment will be briefly described by taking an example of performing annular illumination. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a change in cross-sectional shape of a light beam when performing annular illumination. In FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Further, the optical axes AX1 to AX3 are shown in a straight line, and the
図3に示す通り、回折光学素子4の入射面PL1には、照度分布が均一であり、且つその断面形状が円形形状である光束が導かれるとする。このような光束が回折光学素子4に入射すると、入射した光束は回折光学素子4が備える多数の要素素子により二次元的に分割されるとともに所望の角度に回折される。よって、回折光学素子4が有する各々の要素素子から射出された光束は、光軸AX(光軸AX1)を中心として等角度であらゆる方向に沿って偏向された後、第1ズーム光学系5に入射する。このように、回折光学素子4は、入射した光束を実質的に輪帯状の光束に変換する。
As shown in FIG. 3, it is assumed that a light beam having a uniform illuminance distribution and a circular cross section is guided to the incident surface PL1 of the diffractive
第1ズーム光学系5に入射した光束は、その瞳面PL2にリング状(円環状)の光源像を形成する。このリング状の光源像からの光は、ほぼ平行な光束となって第1ズーム光学系5から射出され、第1フライアイレンズ7に入射する。このとき、第1フライアイレンズ7の入射面には、光軸AX(光軸AX2)に対してほぼ対称に斜め方向から光束が入射する。換言すると、光軸AXを中心として等角度であらゆる方向に沿って光束が斜め入射する。
The light beam incident on the first zoom
第1フライアイレンズ7に入射した光束は第1フライアイレンズ7が備える多数の要素レンズにより二次元的に分割され、各要素レンズの後側焦点面にはそれぞれ1つのリング状の光源像が形成される。第1フライアイレンズ7の後側焦点面に形成された多数のリング状光源像からの光束は、第2ズーム光学系8を介した後、第2フライアイレンズ10を重畳的に照明する。従って、第2フライアイレンズ10の入射面PL3には、第1フライアイレンズ7の各要素レンズの断面形状に相似な正六角形状の照野を光軸AX(光軸AX3)から等距離の位置に無限の数だけ配置した形状の照野、即ち光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。
The light beam incident on the first fly-eye lens 7 is two-dimensionally divided by a number of element lenses included in the first fly-eye lens 7, and one ring-shaped light source image is formed on the rear focal plane of each element lens. It is formed. Light beams from a large number of ring-shaped light source images formed on the rear focal plane of the first fly-eye lens 7 illuminate the second fly-
第2フライアイレンズ10に入射した光束は多数の要素レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各要素レンズの後側焦点面には第1フライアイレンズ7の要素レンズの数の多数の光源像がそれぞれ形成される。こうして、第2フライアイレンズ10の後側焦点面PL4には、第2フライアイレンズ10への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(二次光源)が形成される。輪帯状の二次光源の各々から射出される光束は、図1に示す第1リレー光学系12、視野絞り板13、第2リレー光学系14、及びコンデンサ光学系15を順に介して被照射面LPを重畳的に均一照明する。
The light beam incident on the second fly-
次に、上記構成における照明光学系ISの調整方法について説明する。図4は、本発明の一実施形態による照明光学系の調整方法を示すフローチャートである。図4に示すフローチャートに沿った照明光学系ISの調整は、図1に示す各光学部材からなる照明光学系ISを組み上げた後で、照明光学系ISの光学性能を追い込む最終調整工程、又は定期若しくは不定期の照明光学系ISのメンテナンス時に行われる。尚、図4に示す調整方法は、可動ミラー2,6,9の角度を調整して、照明光学系ISの照明テレセンの崩れを補正する方法である。
Next, a method for adjusting the illumination optical system IS in the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a method for adjusting an illumination optical system according to an embodiment of the present invention. The adjustment of the illumination optical system IS according to the flowchart shown in FIG. 4 is a final adjustment process in which the optical performance of the illumination optical system IS is driven after the illumination optical system IS including the optical members shown in FIG. Or it is performed at the time of maintenance of irregular illumination optical system IS. The adjustment method shown in FIG. 4 is a method for correcting the collapse of the illumination telecentric of the illumination optical system IS by adjusting the angles of the
照明光学系ISの調整を行う場合には、まず制御系20が第2駆動系22を駆動してピンホールターゲット16を光路上に配置する。このとき、光路上に回折光学素子4が配置されている場合には、光路上の回折光学素子4を光路から退避させるとともに、ピンホール16aが光軸AX1上に配置されるようにピンホールターゲット16を光路上に配置する。また、制御系20は第7駆動系27を駆動してセンサ17を光路上に配置する。これにより、第2フライアイレンズ10の入射面PL3側にセンサ17が配置される(ステップS11)。
When adjusting the illumination optical system IS, the
ピンホールターゲット16及びセンサ17の配置が完了すると、まず制御系20は第1駆動系21に対して制御信号を出力して可動ミラー2の角度を所定の角度に調整する(ステップS12)。可動ミラー2の角度の調整が完了すると、制御系20は光源1に対して制御信号を出力して光束を射出させる。光源1から射出された光束は、可動ミラー2で+Z方向に偏向され、リレーレンズ光学系3を介した後、光路上に配置されたピンホールターゲット16に入射する。ピンホールターゲット16に光束が入射するとピンホール16aを通過した光束から線状の光束が形成される。
When the arrangement of the
この線状の光束は、第1ズーム光学系5を介して可動ミラー6で+Y方向へ偏向された後、第1フライアイレンズ7及び第2ズーム光学系8を順に介して可動ミラー9に入射する。可動ミラー9に入射した光束は、−Z方向に偏向された後、第2フライアイレンズ10の入射面PL3側に配置されたセンサ17に入射する。センサ17は、この光束の入射位置(XY平面内における入射位置)を検出し、その検出結果を制御系20へ出力する。
This linear light beam is deflected in the + Y direction by the
センサ17からの検出結果が入力されている状態で、制御系20は第3駆動系23に制御信号を出力して、第1ズーム光学系5の変倍比を可変可能な範囲内で可変させる(ステップS13)。つまり、制御系20は第1ズーム光学系5の変倍比を最小の変倍比から最大の変倍比まで可変させる。第1ズーム光学系5の変倍比を可変させている間、制御系20はセンサ17から出力される検出結果を常時モニタしている。
In a state where the detection result from the
制御系20は第1ズーム光学系5の変倍比の変更に伴って、センサ17上における光束の入射位置が変化したか否かを判断し(ステップS14)、変化したと判断した場合(判断結果が「YES」の場合)にはステップS12へ戻り可動ミラー2の角度を再度調整した上で、第1ズーム光学系5の変倍率を再度同様に可変させてセンサ17に対する光束の入射位置が変化したか否かを判断する。第1ズーム光学系5の変倍比を可変可能な範囲全てに亘って変化させてもセンサ17に対する光束の入射位置が変化しない、若しくはその変化が所定の許容量よりも小さい場合には、ステップS14の判断結果が「NO」となる。以上の処理により、可動ミラー2と可動ミラー6との間の光軸が光軸AX1にほぼ一致した状態となる。
The
次に、制御系20は第4駆動系24に対して制御信号を出力して可動ミラー6の角度を所定の角度に調整し(ステップS15)、センサ17からの検出結果が入力されている状態で、第5駆動系25に制御信号を出力して、第2ズーム光学系8の変倍比を可変可能な範囲内で可変させる(ステップS16)。つまり、制御系20は第2ズーム光学系8の変倍比を最小の変倍比から最大の変倍比まで可変させる。第2ズーム光学系8の変倍比を可変させている間、制御系20はセンサ17から出力される検出結果を常時モニタしている。
Next, the
制御系20は第2ズーム光学系8の変倍比の変更に伴って、センサ17上における光束の入射位置が変化したか否かを判断し(ステップS17)、変化したと判断した場合(判断結果が「YES」の場合)にはステップS15へ戻り可動ミラー6の角度を再度調整した上で、第2ズーム光学系8の変倍率を再度同様に可変させてセンサ17に対する光束の入射位置が変化したか否かを判断する。第2ズーム光学系8の変倍比を可変可能な範囲全てに亘って変化させてもセンサ17に対する光束の入射位置が変化しない、若しくはその変化が所定の許容量より小さい場合には、ステップS17の判断結果が「NO」となる。以上の処理により、可動ミラー6と可動ミラー9との間の光軸が光軸AX2にほぼ一致した状態となる。
The
以上の処理が終了すると、制御系20は第6駆動系26に制御信号を出力して可動ミラー9の角度を調整し、線状の光束が第2フライアイレンズ10の中心位置に入射するようにする。以上の処理を行うことで、第1ズーム光学系5及び第2ズーム光学系8の少なくとも一方の変倍率を可変させても光束がセンサ17に入射する位置、即ち、第2フライアイレンズ10の入射面PL3に対する光束の入射位置は変化しなくなる。これにより、照明テレセンの崩れが補正される。
When the above processing is completed, the
以上の処理によって、照明光学系ISの照明テレセンが調整される。調整が完了すると、制御系20は、第1駆動系21、第4駆動系24、及び第6駆動系26に設けられた角度センサによって検出された可動ミラー2,6,9の角度を示す情報をメモリ20aに記憶させる。尚、以上の説明では、可動ミラー2,6,9の調整を行って照明テレセンの崩れを補正する場合を説明したが、これらの調整に代えて第2ズーム光学系8に含まれるレンズ8a(1枚若しくは複数枚)の光軸AX2に交差する方向における位置の調整を行って、照明テレセンの崩れを補正するようにしても良い。また、可動ミラー2,6,9の調整に加えてレンズ8aの調整を行って照明テレセンの崩れを補正するようにしても良い。レンズ8aの調整を行うときは、調整を終えたレンズ8aのZX平面内における位置を示す情報がメモリ20aに記憶される。
Through the above processing, the illumination telecentric of the illumination optical system IS is adjusted. When the adjustment is completed, the
また、例えば光路上に配置される第1フライアイレンズ7の交換等を行って照明光学系ISの照明条件が変更されると、僅かではあるが照明テレセンの崩れが生ずることがある。このため、予め図4に示す処理を照明条件毎に行い、照明条件毎に最適な可動ミラー2,6,9の角度及びレンズ8aの位置をメモリ20aに記憶させておくことが好ましい。そして、被照射面LPを実際に照射するときに、照明光学系ISに設定された照明条件に応じた情報を読み出し、この情報に基づいて可動ミラー2,6,9の角度及びレンズ8aのZX平面内における位置を調整するようにすることが望ましい。これにより、照明光学系ISのテレセントリシティの崩れを照明条件に応じて適切に補正することができる。
For example, when the illumination condition of the illumination optical system IS is changed by exchanging the first fly-eye lens 7 disposed on the optical path, the illumination telecentric may be slightly broken. For this reason, it is preferable that the process shown in FIG. 4 is performed for each illumination condition in advance, and the optimum angles of the
以上、本発明の一実施形態による照明光学系の調整方法について説明したが、以上説明した調整方法は図1に示した構成の照明光学系ISに限られず他の構成の照明光学系にも適用することができる。以下、本発明の調整方法を適用することができる照明光学系について2つの例を挙げて説明する。 The adjustment method of the illumination optical system according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the adjustment method described above is not limited to the illumination optical system IS having the configuration shown in FIG. can do. Hereinafter, two examples of the illumination optical system to which the adjustment method of the present invention can be applied will be described.
図5は、本発明の調整方法を適用することができる照明光学系の第1構成例を示す図である。図5に示す照明光学系の全体構成は、図1に示した照明光学系ISの構成とほぼ同様の構成であるが、図1中の回折光学素子4に代えてフライアイレンズ30を備え、図1中の第1フライアイレンズ7に代えて回折光学素子31を備えた点が異なる。尚、図5においては、図1中に示す照明光学系ISと構成が相違する部分を抜き出して図示しており、図3と同様に、図1中に示した光学部材と同一のものには同一の符号を付しており、光軸AX1〜光軸AX3を一直線にして光軸AXとし、可動ミラー2,6,9の図示は省略している。
FIG. 5 is a diagram showing a first configuration example of an illumination optical system to which the adjustment method of the present invention can be applied. The overall configuration of the illumination optical system shown in FIG. 5 is substantially the same as the configuration of the illumination optical system IS shown in FIG. 1, but includes a fly-
フライアイレンズ30は、図1中の第1フライアイレンズ7と同様の構成であり、稠密に且つ光軸AX(光軸AX1)に垂直な面内に配列された多数の正六角形状の正屈折力を有するマイクロレンズからなる光学素子である。尚、図5ではフライアイレンズ30を1つのみ図示しているが、実際には外形形状が異なる要素レンズを複数備える複数のフライアイレンズが設けられており、これらのフライアイレンズ及び図1中のピンホールターゲット16の何れか一つが光路上に配置される。尚、通常照明を行う場合には、光路上にはこれらの何れもが配置されない。
The fly-
また、回折光学素子31は、図1中の回折光学素子4と同様のものであり、例えば六角形形状を有し、入射する光を所望の角度に回折する要素素子を、光軸AX2に垂直な面内(XY平面内)において稠密に配列したものである。尚、図5においては光路上に配置された1つの回折光学素子31のみ図示しているが、実際には外形形状及び回折特性が異なる要素素子を備える複数の回折光学素子が設けられており、これらの回折光学素子の何れか一つが光路上に配置される。
Further, the diffractive
次に、図5に示す照明光学系内における光軸に沿った光束の断面形状の変化について、輪帯照明を行う場合を例に挙げて簡単に説明する。フライアイレンズ30の入射面に入射した光束は、フライアイレンズ30が備える複数の要素レンズによりXY平面内で二次元的に分割され、各要素レンズの後側焦点面にはそれぞれ1つの光源像が形成される。フライアイレンズ30の後側焦点面に形成された多数の光源像からの光束は、それぞれ正六角形状の断面を有する発散光束となって第1ズーム光学系5に入射する。
Next, a change in the cross-sectional shape of the light beam along the optical axis in the illumination optical system shown in FIG. 5 will be briefly described by taking an example of performing annular illumination. The light beam incident on the incident surface of the fly-
第1ズーム光学系5を介した光束は、回折光学素子31に入射する。このとき、フライアイレンズ30の後側焦点面に形成された各光源像からの発散光束は、例えば正六角形状の断面を維持したまま、回折光学素子31の回折面上に収束する。第1ズーム光学系5は、フライアイレンズ30の後側焦点面と回折光学素子31の回折面とを光学的に共役に結んでおり、回折光学素子31の回折面上の一点に集光する光束の開口数は、第1ズーム光学系の倍率に依存して変化する。
The light beam that has passed through the first zoom
回折光学素子31を介した光束は、第2ズーム光学系8の後側焦点面に、ひいては第2フライアイレンズ10の入射面LP3に輪帯状の照野を形成する。この輪帯状の照野の外径は、第2ズーム光学系8の焦点距離に依存して変化する。このように、第2ズーム光学系8は、回折光学素子31と第2フライアイレンズ10の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係にしている。第2フライアイレンズ10に入射した光束は多数の要素レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各要素レンズの後側焦点面LP4にはフライアイレンズ10への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の二次光源が形成される。フライアイレンズ10の後側焦点面LP4に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、図1に示す第1リレー光学系12、視野絞り板13、第2リレー光学系14、及びコンデンサ光学系15を順に介して被照射面LPを重畳的に均一照明する。
The light beam that has passed through the diffractive
前述した、図1及び図5に示した照明光学系は、光源1から第2フライアイレンズ10までの光路上に、1つの回折光学素子と1つのフライアイレンズとを備えるものであった。つまり、図1に示す照明光学系ISは回折光学素子4と第1フライアイレンズ7とを備え、図5に示す照明光学系はフライアイレンズ30と回折光学素子31とを備える構成であった。次に説明する照明光学系の第2構成例は、これらの何れか一方を省略した構成である。つまり、図1に示す照明光学系ISにおいては第1フライアイレンズ7を省略した構成であり、図5に示す照明光学系においてはフライアイレンズ31を省略した構成である。かかる構成を有する照明光学系も、図4を用いて説明した調整方法と同様の調整方法を用いて照明テレセンの崩れを補正することができる。
The illumination optical system shown in FIGS. 1 and 5 described above includes one diffractive optical element and one fly-eye lens on the optical path from the
以上、本発明の実施形態による照明光学系の調整方法について説明したが、本発明の調整方法は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では照明テレセンの崩れを補正するときに、センサ17を被照射面LPの共役面である第1フライアイレンズ10の入射面PL3に配置して入射光束の位置変化を検出するようにしていたが、センサ17を被照射面(後述の投影光学系PLの物体面や像面)LPに配置して入射光束の位置変化を検出するようにしても良い。
The adjustment method of the illumination optical system according to the embodiment of the present invention has been described above. However, the adjustment method of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, when correcting the collapse of the illumination telecentricity, the
また、投影光学系PLの物体面側、特に物体面から僅かにずれた位置(例えばレチクルの上面)にピンホールを配置し、像面にセンサを配置して入射光束の位置変化を検出するようにしてもよい。更に、投影光学系PLの像面にピンホールを配置し、そのピンホールを通過した光を、対物光学系を介して、投影光学系PLの瞳面と共役な位置に配置された撮像素子の撮像面に導いて、入射光束の位置変化を検出するようにしても良い。また、特開2002−14005号公報に開示されているような方式の検出(計測)系で照明テレセンを検出して、調整を行うようにしても良い。 In addition, a pinhole is disposed on the object plane side of the projection optical system PL, particularly a position slightly deviated from the object plane (for example, the upper surface of the reticle), and a sensor is disposed on the image plane to detect a change in the position of the incident light beam. It may be. Further, a pinhole is arranged on the image plane of the projection optical system PL, and light passing through the pinhole is passed through the objective optical system to an image pickup element arranged at a position conjugate with the pupil plane of the projection optical system PL. You may make it guide to an imaging surface and may detect the position change of incident light beam. Further, the illumination telecentric may be detected and adjusted by a detection (measurement) system of a method disclosed in JP-A-2002-14005.
また、上記の実施形態では、可動ミラー2,6,9を用いて光源1から供給される光束を3度偏向させて被照射面LPに照射していたが、光源1からの光束を偏向させる回数は照明光学系の装置構成及び設置条件に応じて適宜増減される。例えば、光源1から可動ミラー2までの光路上に反射ミラーが設けられて偏向回数が増加されることもあり、可動ミーら6が省略されて偏向回数が減少されることもある。このような偏向回数の増減があっても、前述した本発明の調整方法を用いて照明テレセンの崩れを補正することができる。また、上記実施形態では、偏向部材として可動ミラー2,6,9を用いていたが、これらのミラーに限られず直角プリズム等のプリズムを用いることもできる。
In the above embodiment, the light beam supplied from the
更に、上記実施形態では照明テレセンの崩れを補正するときにピンホールターゲット16及びセンサ17を光路上に配置していた。しかしながら、照明テレセンの補正時には、必ずしもこれらを用いる必要はない。これらを用いる代わりに、例えば第2ズーム光学系8を介した光束、又は可動ミラー9で偏向された光束の一部を分岐し、この分岐光束を縮小してCCD等の撮像素子に導いて、撮像素子の撮像面に対する光束の縮小像の結像位置の変化を検出するようにしても良い。但し、撮像素子の撮像面を被照射面LPと共役にする必要があり、更に撮像素子に対する入射光束の光量によっては、撮像素子への入射光束を減光するNDフィルタ等の減光部材が必要になる。また、ピンホール16aの代わりに、極細の光束が形成できる回折光学素子(DOE)を用いるようにしても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the
〔露光装置及び露光方法〕
次に、本発明の一実施形態による露光装置及び露光方法について詳細に説明する。図6は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図6に示した露光装置は、レチクルRとウェハWとを同期移動させつつレチクルRに形成されたパターンの像を順次ウェハWに転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。
[Exposure apparatus and exposure method]
Next, an exposure apparatus and an exposure method according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 6 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The exposure apparatus shown in FIG. 6 is a so-called step-and-scan exposure apparatus that sequentially transfers an image of a pattern formed on the reticle R onto the wafer W while moving the reticle R and the wafer W synchronously.
図6において、40は、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)を射出する超高圧水銀ランプ、又はKrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、若しくはF2レーザ(波長157nm)等の光源を含み、これらの光源から射出される光の光強度分布を一様にするとともに、所定の形状に整形した照明光ILを射出する照明光学系である。この照明光学系40は、例えば図1に示した照明光学系ISであり、前述した調整方法を用いて製造時又は定期若しくは不定期に調整される。図1中の制御系20及び記憶部20aは、図6中の主制御系45内に設けられており、主制御系45の制御の下で、照明光学系ISの照明条件の設定、及び照明テレセンの調整が行われる。
In FIG. 6,
41は、マスクとしてのレチクルRを載置するレチクルステージであり、投影光学系PLの光軸AXの方向に微動可能で、且つその光軸AXに垂直な面内で2次元移動及び微小回転可能に構成される。レチクルステージ41の一端には、移動鏡42が取り付けられており、この移動鏡42の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計44が配置されている。また、前述した照明光学系40には固定鏡43が取り付けられている。尚、固定鏡43は投影光学系PLに取り付けても良い。レーザ干渉計44は、移動鏡42及び固定鏡43にレーザ光を照射し、各々の反射光を干渉させて得られる干渉光を検出してレチクルステージ41のXY平面内における位置を計測する。
尚、図6では図示を簡略化しているが、移動鏡42はX軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びY軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。また、レーザ干渉計44は、Y軸に沿って移動鏡42にレーザビームを照射する2個のY軸用のレーザ干渉計及びX軸に沿って移動鏡42にレーザビームを照射するX軸用のレーザ干渉計より構成され、Y軸用の1個のレーザ干渉計及びX軸用の1個のレーザ干渉計によりレチクルステージ41のX座標及びY座標が計測される。また、Y軸用の2個のレーザ干渉計の計測値の差により、レチクルステージ41の回転角が計測される。レーザ干渉計44によって検出されたレチクルステージ41のX座標、Y座標、及び回転角の情報は主制御系45に供給される。主制御系45は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動系46へ制御信号を出力し、レチクルステージ41の位置決め動作を制御する。
Although the illustration is simplified in FIG. 6, the
レチクルステージ41上に載置されたレチクルRには透明なガラス基板表面にクロム等によって半導体素子、液晶表示素子等のデバイスパターンDPが形成されている。レチクルステージ41は、このデバイスパターンDPが形成された面を、図1に示す被照射面LP上に配置する。照明光学系40から射出された照明光ILによってレチクルRが照明されると、レチクルRに形成されたデバイスパターンDPの像が投影光学系PLを介してウェハW上に投影される。ウェハWは、ウェハステージ47上に載置されている。尚、レチクルRのデバイスパターンDPが形成された面(パターン面)とウェハWの表面とは、投影光学系PLに関して光学的に共役に設定される。
The reticle R placed on the
ウェハステージ47はXY平面内においてウェハWを移動させるXYステージ、Z軸方向にウェハWを移動させるZステージ、ウェハWをXY平面内で微小回転させるステージ、及びZ軸に対する角度を変化させてXY平面に対するウェハWの傾きを調整するステージ等から構成される。ウェハステージ47の上面の一端にはウェハステージ47の移動可能範囲以上の長さを有する移動鏡48が取り付けられ、移動鏡48の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計50が配置されている。また、前述した投影光学系PLには固定鏡49が取り付けられている。レーザ干渉計50は、移動鏡48及び固定鏡49に対してレーザ光を照射し、各々の反射光を干渉させて得られる干渉光を検出してウェハステージ47のXY平面内における位置を計測する。
The
尚、図6では図示を簡略化しているが、移動鏡48はX軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びY軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。また、レーザ干渉計50は、Y軸に沿って移動鏡48にレーザビームを照射する2個のY軸用のレーザ干渉計及びX軸に沿って移動鏡48にレーザビームを照射するX軸用のレーザ干渉計より構成され、Y軸用の1個のレーザ干渉計及びX軸用の1個のレーザ干渉計によりウェハステージ47のX座標及びY座標が計測される。また、Y軸用の2個のレーザ干渉計の計測値の差により、ウェハステージ47の回転角が計測される。レーザ干渉計50によって計測されたウェハステージ47のX座標、Y座標、及び回転角の情報は主制御系45に供給される。主制御系45は供給されたステージ位置情報をモニターしつつ駆動系51へ制御信号を出力し、ウェハステージ47の位置決め動作を制御する。
Although the illustration is simplified in FIG. 6, the
レチクルRに形成されたデバイスパターンDPの像をウェハW上に転写するときには、まず、主制御系45は図示せぬレチクルライメント系を用いてレチクルRの正確な位置情報を計測するとともに、ウェハアライメント系を用いてウェハWの正確な位置情報を計測した後、これらの計測結果とレーザ干渉計44及びレーザ干渉計50の測定結果とに基づいてレチクルRとウェハWの相対的な位置を調整する。次に、駆動系46及び駆動系51へ制御信号を出力して、レチクルRとウェハWとの移動を開始させ、スリット状の照明光ILをレチクルRに照射する。その後は、レーザ干渉計44及びレーザ干渉計50の検出結果をモニタしつつ、レチクルRとウェハWとを同期移動させてデバイスパターンDPを逐次ウェハW上に転写する。
When the image of the device pattern DP formed on the reticle R is transferred onto the wafer W, first, the
〔デバイス製造方法〕
次に、本発明の一実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図7は、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートを示す図である。図7に示すように、まず、ステップS20(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップS21(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステップS22(ウェハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
[Device manufacturing method]
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the exposure apparatus and the exposure method according to the embodiment of the present invention in the lithography process will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 7, first, in step S20 (design step), device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S21 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S22 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
次に、ステップS23(ウェハ処理ステップ)において、ステップS20〜ステップS22で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップS24(デバイス組立ステップ)において、ステップS23で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップS24には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップS25(検査ステップ)において、ステップS24で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。 Next, in step S23 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in step S20 to step S22, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like, as will be described later. Next, in step S24 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S23. Step S24 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary. Finally, in step S25 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the device manufactured in step S24 are performed. After these steps, the device is completed and shipped.
図8は、半導体デバイスの場合における、図7のステップS23の詳細なフローの一例を示す図である。図8において、ステップS31(酸化ステップ)においてはウェハの表面を酸化させる。ステップS32(CVDステップ)においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップS33(電極形成ステップ)においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップS34(イオン打込みステップ)においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップS31〜ステップS34のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S23 of FIG. 7 in the case of a semiconductor device. In FIG. 8, in step S31 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S32 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step S33 (electrode formation step), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step S34 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S31 to S34 constitutes a pretreatment process at each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process at each stage.
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップS35(レジスト形成ステップ)において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップS36(露光ステップ)において、上で説明したリソグラフィシステム(露光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップS37(現像ステップ)においては露光されたウェハを現像し、ステップS38(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップS39(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。 At each stage of the wafer process, when the above-described pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing process, first, in step S35 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S36 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step S37 (developing step), the exposed wafer is developed, and in step S38 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. In step S39 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップS36)において、照度分布が一定であって照明テレセンが補正された照明光ILでウェハWが露光され、積算露光量のばらつきも緩和されているため、レチクルRに形成された微細なパターンをウェハW上へ精確に転写することができるため、結果的に最小線幅が0.1μm程度の高集積度のデバイスを歩留まり良く生産することができる。 If the device manufacturing method of the present embodiment described above is used, in the exposure step (step S36), the wafer W is exposed with the illumination light IL having a constant illuminance distribution and corrected illumination telecentricity, and variation in the accumulated exposure amount. Therefore, a fine pattern formed on the reticle R can be accurately transferred onto the wafer W. As a result, a highly integrated device having a minimum line width of about 0.1 μm can be obtained with a high yield. Can be produced.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、本発明はステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光装置の照明光学系40が備える光源は、超高圧水銀ランプ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、又はF2レーザのみならず、X線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト(LaB6)、タンタル(Ta)を用いることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the step-and-scan type exposure apparatus has been described as an example, but the present invention is also applicable to a step-and-repeat type exposure apparatus. The light source included in the illumination
更に、光源としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を1.51〜1.59μmの範囲内とすると、発生波長が189〜199nmの範囲内である8倍高調波、又は発生波長が151〜159nmの範囲内である10倍高調波が出力される。 Furthermore, a single wavelength laser beam in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser as a light source is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and yttrium), and nonlinear optics You may use the harmonic which wavelength-converted into the ultraviolet light using the crystal | crystallization. For example, if the oscillation wavelength of a single wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 μm, the generated wavelength is in the range of 189 to 199 nm, the eighth harmonic, or the generated wavelength is in the range of 151 to 159 nm. A 10th harmonic is output.
特に、発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、発生波長が193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を1.03〜1.12μmの範囲内とすると、発生波長が147〜160nmの範囲内である7倍高調波が出力され、特に発振波長を1.099〜1.106μmの範囲内とすると、発生波長が157〜158μmの範囲内の7倍高調波、即ちF2レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。 In particular, when the oscillation wavelength is in the range of 1.544 to 1.553 μm, the 8th harmonic in the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser light is obtained. When the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the 10th harmonic wave in the range of 157 to 158 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser light is obtained. Further, if the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.12 μm, the seventh harmonic whose output wavelength is in the range of 147 to 160 nm is output, and in particular, the oscillation wavelength is in the range of 1.099 to 1.106 μm. If it is inside, the 7th harmonic in the range of 157 to 158 μm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the F 2 laser light is obtained. In this case, for example, an yttrium-doped fiber laser can be used as the single wavelength oscillation laser.
また、上述した照明光学系に設けられるリレーレンズ3、回折光学格子4、第1ズーム光学系5、第1フライアイレンズ7、第2ズーム光学系8、第2フライアイレンズ10、第1リレー光学系12、第2リレー光学系14、及びコンデンサ光学系15、並びに投影光学系PL内に設けられる光学素子としては、照明光ILの波長に応じて蛍石(フッ化カルシウム:CaF2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化バリウム(BaF2)、フッ化ストロンチウム(SrF2)、LiCAF(コルキライト:LiCaAlF6)、LiSAF(LiSrAlF6)、LiMgAlF6、LiBeAlF6、KMgF3、KCaF3、KSrF3等のフッ化物結晶又はこれらの混晶、又フッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等の真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、露光光の波長が150nm程度より短くなると透過率が低下するため、波長が150nm程度以下の真空紫外光を照明光ILとして用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石(フッ化カルシウム)、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、LiCAF(コルキライト)、LiSAF(LiSrAlF6)、LiMgAlF6、LiBeAlF6、KMgF3、KCaF3、KSrF3等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。
Further, the relay lens 3, the diffractive
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子(LCD)等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びCCD等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。 The present invention is not limited to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also used for manufacturing a display including a liquid crystal display element (LCD) or the like, and an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, a thin film magnetic head The present invention can also be applied to an exposure apparatus that is used for manufacturing and transfers a device pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used to manufacture an image sensor such as a CCD. Furthermore, in an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a glass substrate or a silicon wafer in order to manufacture a reticle or mask used in an optical exposure apparatus, EUV exposure apparatus, X-ray exposure apparatus, electron beam exposure apparatus, or the like. The present invention can also be applied. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
また、半導体素子等のデバイスだけではなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(深紫外)やVUV(真空紫外)光等を用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置や電子線露光装置等では、透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等が用いられる。なお、このような露光装置は、WO99/34255号、WO99/50712号、WO99/66370号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。 Moreover, in order to manufacture reticles or masks used not only in devices such as semiconductor elements but also in light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., from mother reticles to glass substrates and silicon The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a wafer or the like. Here, in an exposure apparatus using DUV (deep ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride or quartz is used. In proximity type X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, and the like, a transmissive mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate. Such an exposure apparatus is disclosed in WO99 / 34255, WO99 / 50712, WO99 / 66370, JP-A-11-194479, JP-A2000-12453, JP-A-2000-29202, and the like. .
1 光源
2 可動ミラー
4 回折光学素子
5 第1ズーム光学系
6 可動ミラー
7 第1フライアイレンズ
8 第3ズーム光学系
8a レンズ
9 可動ミラー
10 第2フライアイレンズ
30 フライアイレンズ
31 回折光学素子
40 照明光学系
41 レチクルステージ
47 ウェハステージ
DP デバイスパターン
IS 照明光学系
LP 被照射面
LP3 入射面
R レチクル
W ウェハ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路上に配置される光学部材を調整して前記被照射面又はその共役面に入射する光束のテレセントリシティの崩れを補正する補正工程を含むことを特徴とする照明光学系の調整方法。 A method for adjusting an illumination optical system, comprising: a light source that supplies a light beam; and an optical integrator on which the light beam from the light source is incident, and guides the light beam from the optical integrator to an irradiated surface,
A correction step of correcting a collapse of telecentricity of a light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface by adjusting an optical member disposed on an optical path between the light source and the optical integrator. A method for adjusting the illumination optical system.
前記補正工程は、当該偏向部材の偏向角度を調整して前記被照射面又はその共役面に入射する光束のテレセントリシティの崩れを補正することを特徴とする請求項1記載の照明光学系の調整方法。 The optical member includes a deflecting member that deflects a light beam from the light source,
2. The illumination optical system according to claim 1, wherein the correcting step corrects a collapse of telecentricity of a light beam incident on the irradiated surface or a conjugate surface thereof by adjusting a deflection angle of the deflecting member. Adjustment method.
前記偏向部材と前記変倍光学系との間に、フライアイレンズ又は回折光学素子が配置されている
ことを特徴とする請求項2記載の照明光学系の調整方法。 A variable magnification optical system is disposed between the optical integrator and the deflecting member,
The method for adjusting an illumination optical system according to claim 2, wherein a fly-eye lens or a diffractive optical element is disposed between the deflecting member and the variable power optical system.
前記補正工程は、前記光束の光軸に交差する方向における前記屈折部材の位置を調整して前記被照射面又はその共役面に入射する光束のテレセントリシティの崩れを補正することを特徴とする請求項1記載の照明光学系の調整方法。 The optical member includes a refractive member that refracts a light beam from the light source,
In the correcting step, the position of the refractive member in the direction intersecting the optical axis of the light beam is adjusted to correct the collapse of the telecentricity of the light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface. The method of adjusting an illumination optical system according to claim 1.
前記光源と前記変倍光学系との間に、フライアイレンズ又は回折光学素子が配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の照明光学系の調整方法。 A variable magnification optical system is disposed between the optical member and the light source,
The adjustment of the illumination optical system according to any one of claims 1 to 7, wherein a fly-eye lens or a diffractive optical element is disposed between the light source and the zoom optical system. Method.
前記照明条件設定手段により設定された照明条件に応じて、前記調整量算出工程で求められた調整量に基づいて前記光学素子を調整する調整工程と
を含むことを特徴とする請求項1から請求項10の何れか一項に記載の照明光学系の調整方法。 In the correction step, for each illumination condition set by the illumination condition setting means, an adjustment amount for obtaining an adjustment amount of the optical element capable of correcting the collapse of the telecentricity of the light beam incident on the irradiated surface or its conjugate surface A calculation process;
An adjustment step of adjusting the optical element based on the adjustment amount obtained in the adjustment amount calculation step according to the illumination condition set by the illumination condition setting means. Item 11. A method for adjusting an illumination optical system according to any one of Items 10 to 10.
請求項1から請求項11の何れか一項の照明光学系の調整方法を用いて調整された照明光学系と、
前記被照射面上に前記マスクを配置するマスクステージと、
前記基板を保持する基板ステージと
を備えることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate,
An illumination optical system adjusted by using the illumination optical system adjustment method according to any one of claims 1 to 11,
A mask stage for disposing the mask on the irradiated surface;
An exposure apparatus comprising: a substrate stage that holds the substrate.
請求項1から請求項11の何れか一項に記載の照明光学系の調整方法を用いて調整された照明光学系を用いて前記マスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写することを特徴とする露光方法。
An exposure method for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate,
The illumination optical system adjusted using the illumination optical system adjustment method according to any one of claims 1 to 11, illuminates the mask, and a pattern formed on the mask is formed on the substrate. An exposure method characterized by transferring to a substrate.
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