JP2004198748A - Optical integrator, illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method - Google Patents
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Abstract
【課題】たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するオプティカルインテグレータ。
【解決手段】光の入射側から順に、一体的に形成された複数の第1微小光学面を有する第1光学部材(8a)と、複数の第1微小光学面と光学的に対応するように一体的に形成された複数の第2微小光学面を有する第2光学部材(8b)とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータ。第1光学部材と第2光学部材との合成系は、第2光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側にZ方向に関する後側焦点(85)を有する。第1光学部材は、第1光学部材の射出面と第2光学部材の入射面との間の光路中にX方向に関する後側焦点(84)を有する。
【選択図】 図5An optical integrator having a characteristic of minimizing the influence of a manufacturing error of a large number of minute refraction surfaces integrally formed by an etching process on an illuminance distribution.
A first optical member (8a) having a plurality of integrally formed first micro optical surfaces and an optically corresponding plurality of first micro optical surfaces are sequentially provided from a light incident side. And a second optical member (8b) having a plurality of second minute optical surfaces formed integrally with each other. The combined system of the first optical member and the second optical member has a rear focal point (85) in the Z direction at a predetermined distance behind the exit surface of the second optical member. The first optical member has a rear focal point (84) in the X direction in an optical path between the exit surface of the first optical member and the entrance surface of the second optical member.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束がフライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件(露光条件)に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。
【0003】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光(転写)される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成を有する露光装置では、照度分布の均一性を高めるために、フライアイレンズを構成する微小レンズ要素の数をできるだけ多く設定することが必要である。また、開口絞りにおける光量損失を避けるために、所望の形状に近い形状を有する二次光源を形成することが必要である。このため、たとえばフライアイレンズを構成する微小レンズ要素のサイズを非常に小さく設定すること、すなわちマイクロフライアイレンズを用いることが考えられる。
【0005】
ここで、フライアイレンズは多数のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは多数の微小屈折面を一体的に形成することにより構成される。すなわち、フライアイレンズは、単品で研磨した多数のレンズエレメントを組み合わせて稠密配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にMEMS技術(リソグラフィー+エッチング等)を応用して多数の微小屈折面を形成することによって構成される。
【0006】
したがって、フライアイレンズの製造では、研磨加工したレンズエレメントの屈折面形状を検査し、規格を満たすレンズエレメントを選別し、高精度に形成された屈折面を有するレンズエレメントのみを用いて組み上げることができる。しかしながら、マイクロフライアイレンズでは、研磨加工に比して良質な面形状を得ることが難しいエッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造することが求められるので、フライアイレンズに比して良品率がかなり低くなる。
【0007】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するオプティカルインテグレータを提供することを目的とする。また、本発明は、微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響が小さく抑えられたオプティカルインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光の入射側から順に、一体的に形成された複数の第1微小光学面を有する第1光学部材と、前記複数の第1微小光学面と光学的に対応するように一体的に形成された複数の第2微小光学面を有する第2光学部材とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、
前記第1光学部材と前記第2光学部材との合成系は、前記第2光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第1方向に関する後側焦点を有し、
前記第1光学部材は、前記第1光学部材の射出面と前記第2光学部材の入射面との間の光路中に前記第1方向とは異なる第2方向に関する後側焦点を有し、
前記第1方向および前記第2方向は、前記第1光学部材と前記第2光学部材との合成系の光軸に垂直な面内方向に設定されていることを特徴とするオプティカルインテグレータを提供する。
【0009】
第1形態の好ましい態様によれば、前記第1光学部材は、前記第1光学部材の射出面と前記第2光学部材の入射面との中間面と前記第1光学部材の射出面との間の光路中に前記第2方向に関する後側焦点を有する。また、第1形態では、前記第1光学部材の射出面におけるエネルギ密度と前記第2光学部材の入射面におけるエネルギ密度とがほぼ同じに設定されていることが好ましい。
【0010】
また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1方向に関する前記第1光学部材の屈折力φ11と前記第1方向に関する前記第2光学部材の屈折力φ12との屈折力比γ1=φ11/φ12と、前記第2方向に関する前記第1光学部材の屈折力φ21と前記第2方向に関する前記第2光学部材の屈折力φ22との屈折力比γ2=φ21/φ22とは、|(γ1−1)3|<0.1,|(γ2−1)3|<0.1の条件を満足する。また、第1形態では、前記第1方向と前記第2方向とがほぼ直交することが好ましい。さらに、第1形態では、各微小光学面は、一方向にのみ曲率を有する曲面状に形成されていることが好ましい。
【0011】
さらに、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1光学部材を形成する光学材料の屈折率よりも前記第2光学部材を形成する光学材料の屈折率の方が大きく設定されている。この場合、前記第1光学部材を形成する光学材料の屈折率をnaとし、前記第2光学部材を形成する光学材料の屈折率をnbとするとき、0.05≦nb−naの条件を満足することが好ましい。また、第1形態では、300nm以下の波長を有する光に対して用いられ、前記第1光学部材を形成する光学材料は、石英ガラスまたは蛍石を含み、前記第2光学部材を形成する光学材料は、酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、および石英ガラスのうちのいずれか1つの材料を含むことが好ましい。また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1光学部材および前記第2光学部材は、前記第1方向に関する屈折力と前記第2方向に関する屈折力とをそれぞれ有する。
【0012】
本発明の第2形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
第1形態のオプティカルインテグレータ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。
【0013】
第2形態の好ましい態様によれば、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記オプティカルインテグレータからの光を前記被照射面へ導くための導光光学系を備え、前記第1方向に関する後側焦点と前記第2方向に関する後側焦点との軸上距離は、前記導光光学系の焦点距離の5%以下である。
【0014】
本発明の第3形態では、第2形態の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【0015】
第3形態の好ましい態様によれば、前記照明光学装置は前記マスク上に矩形状の照明領域を形成し、前記矩形状の照明領域の長辺方向は前記第1方向に光学的に対応し、前記矩形状の照明領域の短辺方向は前記第2方向に光学的に対応する。この場合、前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【0016】
本発明の第4形態では、第2形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【0017】
第4形態の好ましい態様によれば、前記第1方向に光学的に対応する方向に沿って長辺を有し且つ前記第2方向に光学的に対応する方向に沿って短辺を有する矩形状の照明領域を前記マスク上に形成する。この場合、前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の基本的原理を説明する図である。図1を参照すると、光源Sから供給された光が、第1コンデンサー光学系C1を介して、マイクロフライアイレンズMFをケーラー照明している。マイクロフライアイレンズMFは、光源S側から順に、第1部分系Aと第2部分系Bとを備えている。第1部分系Aには多数の第1微小屈折面が一体的に形成され、第2部分系Bには多数の第1微小屈折面と光学的に対応するように多数の第2微小屈折面が一体的に形成されている。
【0019】
したがって、マイクロフライアイレンズMFの各微小屈折面により波面分割された光は、第2コンデンサー光学系C2を介して、被照射面上の照野Iに達する。ここで、マイクロフライアイレンズMFの入射面(すなわち第1部分系Aの入射面)A1と照野Iとの間には、光学的な共役関係が成り立つ。したがって、入射面A1上において各微小屈折面に対応する領域の光強度分布が、照野Iの全体にそれぞれ拡大投影される。図1には1つの微小屈折面に対応する光線のみが模式的に示されているが、実際には多数の微小屈折面を介して照野Iの全体を重畳的に照明することにより、照野Iの全体に亘って照度分布の均一性が得られる。
【0020】
図1に示す照明系では、マイクロフライアイレンズMFの入射面A1と照野Iとの間に光学的な共役関係があるが、結像系P(マイクロフライアイレンズMF+第2コンデンサー光学系C2)の歪曲収差が変化すると、結像倍率が像高によって変化するため、照野Iにおける照度分布が変化することになる。たとえば、一色真幸著の「写真レンズの像面照度分布」(光学技術コンタクトVol.5,No.11,p10−14,1967)によれば、光軸に対して回転対称な結像系Pの歪曲収差がD%変化すると、照野(結像系Pの像面)Iにおける照度が約4D%変化することが知られている。
【0021】
なお、結像系の収差(歪曲収差を含む)の評価法として、3次収差論による収差評価方法が知られている。3次収差論による収差の解析は、近似による誤差があるものの、解析的に計算を行うことができるので見通しが良いという利点がある。3次収差論による収差係数の導出法は、例えば松居吉哉著の「収差論」(日本オプトメカトロニクス協会,1989)に詳しく記載されている。以下、3次収差論を用いて、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状が変化したときの、マイクロフライアイレンズMFの入射面A1と照野Iとの間に介在する結像系Pの歪曲収差の変化を考える。
【0022】
マイクロフライアイレンズMFにおける各微小屈折面の面形状は、光軸に垂直な方向の高さをyとし、屈折面の頂点における接平面から高さyにおける屈折面上の位置までの光軸に沿った距離(サグ量)をxとし、曲率をcとし、円錐係数をκとするとき、以下の式(1)で表される。
x=(c・y2)/[1+{1−(κ+1)c2・y2}1/2] (1)
【0023】
3次収差論によれば、全ての収差係数は球面項と非球面項との和で表わすことができる。なお、マイクロフライアイレンズMFの製造時における面形状のばらつきは、上記(1)式における曲率cおよび円錐係数κの変化として現れる。このとき、曲率cの変化は、照明の大きさには影響するが、照明むらには実質的に影響しない。一方、円錐係数κの変化は、収差係数の非球面項を変化させ、照明むらに影響を与える。
【0024】
前掲の松居吉哉著の「収差論」によれば、物体結像の歪曲収差係数の非球面項Vaspは、一般に次式(2)で表される。式(2)において、hiは像近軸追跡値の光線高(物体(像)近軸光線を追跡したときの光線高)であり、hpは瞳近軸追跡値の光線高(瞳近軸光線を追跡したときの光線高)である。また、Ψは、次式(3)で表わされる係数である。
Vasp=hi・hp 3・Ψ (2)
Ψ=Δn・c3・κ (3)
【0025】
ここで、Δnは、微小屈折面の光入射側および光射出側における媒体の屈折率の差であって、微小屈折面の光射出側における媒体の屈折率n2から微小屈折面の光入射側における媒体の屈折率n1を差し引いた値(n2−n1)である。図2は、図1のマイクロフライアイレンズにおける光学的特性を説明する図である。図2では、マイクロフライアイレンズMFの屈折力(パワー)がφ、第1部分系Aの屈折力がφa、第2部分系Bの屈折力がφb、第1部分系Aと第2部分系Bとの間の空気換算面間隔がsで表わされている。
【0026】
したがって、マイクロフライアイレンズMFの屈折力φを1に規格化し、第1部分系Aの屈折力φaと第2部分系Bの屈折力φbとの屈折力比φa/φbをγとすると、次の式(4a)〜(4d)に示す関係が成立する。
φ=1 (4a)
φa=γ (4b)
φb=1 (4c)
s=1 (4d)
【0027】
このときの近軸追跡値を、次の表(1)に示す。
【表1】
【0028】
表(1)、式(2)および式(3)を参照すると、第1部分系Aにおける歪曲収差係数の非球面項VaspA、および第2部分系Bにおける歪曲収差係数の非球面項VaspBは、それぞれ次の式(5)および(6)で表わされる。
VaspA=0 (5)
VaspB=(γ−1)3・Δn・c3・κ (6)
【0029】
式(5)および(6)を参照すると、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状のばらつき(すなわち円錐係数κの変化)に起因する歪曲収差係数の非球面項の変化は、3次収差の範囲では第2部分系Bのみで発生することが分かる。次に、歪曲収差係数の非球面項の変化が照野Iにおける照度分布に与える影響を考える。第2部分系Bにおいて、曲率cと屈折率差Δnとの間には、以下の式(7)に示す比例関係が成り立つ。
c∝1/Δn (7)
【0030】
3次収差の範囲では、照野Iにおける照度分布は、像高の二乗に比例して変化する。像高は、マイクロフライアイレンズMFの射出側の開口数NAに比例する。したがって、式(5)〜(7)より、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状の変化に起因する歪曲収差の変化、ひいては照野(像面)I上での照度分布の変化の感度βは、以下の式(8)で表わされる。
β=(γ−1)3・NA2/Δn2 (8)
【0031】
ちなみに、マイクロフライアイレンズMFが空気中に配置される場合、第2部分系Bを形成する光学材料の屈折率nとすれば、式(8)を次の式(8’)に示すように変形することができる。
β=(γ−1)3・NA2/(n−1)2 (8’)
【0032】
こうして、パラメータβの絶対値を小さくすることにより、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えることができ、照野Iにおける照度分布が受ける影響を低減することができる。換言すれば、パラメータβの絶対値を小さくすることにより、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するマイクロフライアイレンズ(オプティカルインテグレータ)MFを実現することができる。
【0033】
ところで、式(8’)を参照すると、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるためにパラメータβの絶対値を小さくするには、屈折力比γを1に近づければ良いことがわかる。しかしながら、単に屈折力比γを1に近づけると、マイクロフライアイレンズMFの射出面(すなわち第2部分系Bの射出面)におけるエネルギ密度が増大し、ひいては光エネルギ照射により第2部分系Bが破損する危険性が増大し、部品寿命が短くなる。
【0034】
本発明では、具体的な実施形態を参照して後述するように、マイクロフライアイレンズMF(第1部分系Aと第2部分系Bとの合成系)が、第2部分系B(第2光学部材)の射出面よりも所定距離だけ後側に第1方向(光軸に垂直な面内において設定される所定の方向)に関する後側焦点を有する。また、第1部分系A(第1光学部材)が、第1部分系Aの射出面と第2部分系Bの入射面との間の光路中に第2方向(たとえば光軸に垂直な面内において第1方向と直交する方向)に関する後側焦点を有する。この場合、光軸を含む平面内において光軸対称な光学系であれば、前述の式(1)〜(8’)で述べた回転対称な光学系に関する議論と同様な議論が成立する。
【0035】
本発明では、上述の構成を採用することにより、マイクロフライアイレンズMFの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるために屈折力比γを1に近づけても、マイクロフライアイレンズMFの射出面(すなわち第2部分系Bの射出面)を含む各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による第2部分系Bや第1部分系Aの破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【0036】
また、式(8’)を参照すると、パラメータβの絶対値を小さくするには、第2部分系Bを形成する光学材料の屈折率nを大きくすれば良いことがわかる。ただし、光学材料の屈折率の増大に伴ってコストも増大し易いので、第2部分系Bのみに屈折率の高い光学材料を用いるのが現実的である。したがって、本発明では、第1部分系A(第1光学部材)を形成する光学材料の屈折率naよりも第2部分系B(第2光学部材)を形成する光学材料の屈折率nbの方を大きく設定することが好ましい。
【0037】
この場合、本発明の効果を良好に発揮するには、屈折率naおよび屈折率nbが0.05≦nb−naの条件を満足することが好ましい。具体的には、たとえば300nm以下の波長を有する光に対して、第1部分系Aを石英ガラスまたは蛍石で形成する場合、第2部分系Bを酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、または石英ガラスで形成することが好ましい。また、第1部分系Aを蛍石で形成する場合、第2部分系Bを石英ガラスで形成することが好ましい。
【0038】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図3は、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図3において、感光性基板であるウェハWの法線方向に沿ってZ軸を、ウェハ面内において図3の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハ面内において図3の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。なお、図3では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【0039】
図3の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源1として、たとえば248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザー光源または193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザー光源を備えている。光源1からZ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ2aおよび2bからなるビームエキスパンダー2に入射する。各レンズ2aおよび2bは、図3の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー2に入射した光束は、図3の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【0040】
整形光学系としてのビームエキスパンダー2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー3でY方向に偏向された後、回折光学素子4を介して、アフォーカルズームレンズ5に入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子4は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子4を介した光束は、アフォーカルズームレンズ5の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
【0041】
なお、回折光学素子4は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ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倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ5を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子6に入射する。アフォーカルズームレンズ5は、回折光学素子4の発散原点と回折光学素子6の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子6の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ5の倍率に依存して変化する。
【0042】
輪帯照明用の回折光学素子6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。なお、回折光学素子6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極照明用の回折光学素子60や円形照明用の回折光学素子61と切り換え可能に構成されている。回折光学素子6を介した光束は、ズームレンズ7に入射する。ズームレンズ7の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとからなるマイクロフライアイレンズ8の入射面(すなわち第1フライアイ部材8aの入射面)が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ8は入射光束に基づいて多数光源を形成する波面分割型のオプティカルインテグレータとして機能するが、その詳細な構成および作用については後述する。
【0043】
上述したように、回折光学素子4を介してアフォーカルズームレンズ5の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ5から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子6に入射する。したがって、回折光学素子6を介した光束は、ズームレンズ7の後側焦点面に(ひいてはマイクロフライアイレンズ8の入射面に)、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【0044】
マイクロフライアイレンズ8の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ7の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ7は、回折光学素子6とマイクロフライアイレンズ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。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、その後側焦点面には入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。
【0045】
マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系9の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハ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Wを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。
【0046】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクM上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば1:3の矩形状となる。
【0047】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ5の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ(円形状の中心線の光軸AXからの距離)が変化することなく、その幅(外径(直径)と内径(直径)との差の1/2)だけが変化する。すなわち、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ(外径)およびその形状(輪帯比:内径/外径)をともに変更することができる。
【0048】
また、ズームレンズ7の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さおよびその幅がともに変化する。すなわち、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【0049】
前述したように、回折光学素子6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ4極照明用の回折光学素子60や円形照明用の回折光学素子61と切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素子6に代えて回折光学素子60を照明光路中に設定することによって得られる4極照明について説明する。4極照明用の回折光学素子60は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに4点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子60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4つの円形状の照野からなる4極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ4極状の二次光源が形成される。
【0050】
4極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、4極状の二次光源の外径(4つの円形状の面光源に外接する円の直径)および輪帯比(4つの円形状の面光源に内接する円の直径/4つの円形状の面光源に外接する円の直径)をともに変更することができる。また、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、4極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、4極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【0051】
次いで、回折光学素子4を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子6または60に代えて円形照明用の回折光学素子61を照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。この場合、アフォーカルズームレンズ5には光軸AXに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ5に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸AXに沿ってアフォーカルズームレンズ5から射出され、回折光学素子61に入射する。
【0052】
ここで、円形照明用の回折光学素子61は、回折光学素子4と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィ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、回折光学素子61により形成された円形光束は、ズームレンズ7を介して、マイクロフライアイレンズ8の入射面において光軸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の後側焦点面にも、光軸AXを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ5の倍率またはズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【0053】
図4は、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの全体構成を概略的に示す斜視図である。また、図5は、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図4を参照すると、本実施形態のマイクロフライアイレンズ8は、光源側に配置された第1フライアイ部材8aとマスク側に配置された第2フライアイ部材8bとから構成されている。
【0054】
第1フライアイ部材8aの光源側の面および第2フライアイ部材8bの光源側の面には、X方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群81aおよび81bがそれぞれピッチp1で形成されている。一方、第1フライアイ部材8aのマスク側の面および第2フライアイ部材8bのマスク側の面には、Z方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群82aおよび82bがそれぞれピッチp2で形成されている。なお、図3では、図面の明瞭化のために、マイクロレンズアレイ8に形成されたシリンドリカルレンズの数を実際よりも非常に少なく表している。
【0055】
マイクロフライアイレンズ8のX方向に関する屈折作用(すなわちXY平面に関する屈折作用)に着目すると、光軸AXに沿って入射した平行光束は、第1フライアイ部材8aの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群81aによってX方向に沿ってピッチp1で波面分割される。そして、図5(a)に示すように、シリンドリカルレンズ群81aの微小屈折面91aに入射した平行光束は、微小屈折面91aで集光作用を受けた後、第1フライアイ部材8aの射出面と第2フライアイ部材8bの入射面との間の光路中においてX方向に関する第1フライアイ部材8aの後側焦点84に集光する。後側焦点84に一旦集光した発散光束は、第2フライアイ部材8bの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群82bにおいて微小屈折面91aに対応する微小屈折面92aで集光作用を受けた後、第2フライアイ部材8bから射出される。
【0056】
一方、マイクロフライアイレンズ8のZ方向に関する屈折作用(すなわちZY平面に関する屈折作用)に着目すると、光軸AXに沿って入射した平行光束は、第1フライアイ部材8aのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群82aによってZ方向に沿ってピッチp2で波面分割される。そして、図5(b)に示すように、シリンドリカルレンズ群82aの微小屈折面92aに入射した平行光束は、微小屈折面92aで集光作用を受けた後、第2フライアイ部材8bのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群82bにおいて微小屈折面92aに対応する微小屈折面92bで集光作用を受け、Z方向に関するマイクロフライアイレンズ8の後側焦点85に集光する。
【0057】
次の表(2)に、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズ8の諸元の値を掲げる。表(2)において、mは光源からの光学面の順序を表わす面番号を、φxはX方向に関する各光学面の屈折力(パワー)を、φzはZ方向に関する各光学面の屈折力を、dは各光学面の軸上間隔すなわち面間隔を、nは使用光に対する屈折率を、hxはX方向に関する各光学面での光線高を、αxはX方向に関する各光学面での傾角(当該面を通過した光線についての傾角)を、hzはZ方向に関する各光学面での光線高を、αzはZ方向に関する各光学面での傾角を、ExはX方向に関する各光学面でのエネルギ密度比を、EzはZ方向に関する各光学面でのエネルギ密度比を、Eは各光学面でのエネルギ密度比をそれぞれ示している。
【0058】
なお、エネルギ密度比Ex、EzおよびEは、第1面すなわち第1フライアイ部材8aの入射面(マイクロフライアイレンズ8の入射面)におけるエネルギ密度を1に規格化したときの各光学面におけるエネルギ密度である。また、表(2)において、fxはX方向に関するマイクロフライアイレンズ8の焦点距離を、fzはZ方向に関するマイクロフライアイレンズ8の焦点距離を、dxはX方向に関するマイクロフライアイレンズ8のバックフォーカスを、dzはZ方向に関するマイクロフライアイレンズ8のバックフォーカスをそれぞれ示している。
【0059】
【表2】
【0060】
したがって、本実施形態では、X方向に関する第1フライアイ部材8aの屈折力φ11、X方向に関する第2フライアイ部材8bの屈折力φ12、X方向に関する屈折力比γ1=φ11/φ12、Z方向に関する第1フライアイ部材8aの屈折力φ21、Z方向に関する第2フライアイ部材8bの屈折力φ22、およびZ方向に関する屈折力比γ2=φ21/φ22、X方向に関するパラメータβのファクター|(γ1−1)3|、およびZ方向に関するパラメータβのファクター|(γ2−1)3|は、次の表(3)に示す通りになる。
【0061】
【表3】
φ11=0.588235
φ12=0.5
γ1=φ11/φ12=1.17647
φ21=0.666663
φ22=1
γ2=φ21/φ22=0.666663
|(γ1−1)3|=0.0055
|(γ2−1)3|=0.037038
【0062】
図6は、本実施形態の比較例にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図6の比較例では、各光学面の軸上間隔すなわち面間隔d、使用光に対する屈折率n、X方向に関するマイクロフライアイレンズ(第1フライアイ部材108a+第2フライアイ部材108b)の焦点距離fx、Z方向に関するマイクロフライアイレンズの焦点距離fzを含む基本的なデータを図5の実施形態と同じに設定している。しかしながら、図6の比較例では、従来技術にしたがってマイクロフライアイレンズのX方向に関する後側焦点とZ方向に関する後側焦点とを第2フライアイ部材108bの射出面よりも所定距離だけ後側においてほぼ一致させている点が図5の実施形態と相違している。
【0063】
次の表(4)に、比較例にかかるマイクロフライアイレンズの諸元の値を掲げる。表(4)における表記は、表(2)の表記と同様である。
【0064】
【表4】
【0065】
したがって、図6の比較例では、X方向に関する第1フライアイ部材8aの屈折力φ11、X方向に関する第2フライアイ部材8bの屈折力φ12、X方向に関する屈折力比γ1=φ11/φ12、Z方向に関する第1フライアイ部材8aの屈折力φ21、Z方向に関する第2フライアイ部材8bの屈折力φ22、およびZ方向に関する屈折力比γ2=φ21/φ22、X方向に関するパラメータβのファクター|(γ1−1)3|、およびZ方向に関するパラメータβのファクター|(γ2−1)3|は、次の表(5)に示す通りになる。
【0066】
【表5】
φ11=0.253732
φ12=0.5
γ1=φ11/φ12=0.507464
φ21=0.51493
φ22=1
γ2=φ21/φ22=0.51493
|(γ1−1)3|=0.119485
|(γ2−1)3|=0.114133
【0067】
以上のように、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ8(第1フライアイ部材8aと第2フライアイ部材8bとの合成系)が、第2フライアイ部材8bの射出面よりも所定距離だけ後側にZ方向に関する後側焦点85を有する。また、第1フライアイ部材8aが、第1フライアイ部材8aの射出面と第2フライアイ部材8bの入射面との間の光路中にX方向に関する後側焦点84を有する。
【0068】
その結果、本実施形態では、第1フライアイ部材8aの射出面および第2フライアイ部材8bの入射面においてエネルギ密度比がE≒8.5で最大値になっており、第2フライアイ部材8bの射出面においてエネルギ密度比がE≒7.0で最大値に近い値になっている。すなわち、本実施形態では、第1フライアイ部材8aの射出面と第2フライアイ部材8bの入射面と第2フライアイ部材8bの射出面とでエネルギ密度の負担がある程度均等化されている。
【0069】
これに対し、マイクロフライアイレンズのX方向に関する後側焦点とZ方向に関する後側焦点とがほぼ一致する比較例では、第2フライアイ部材8bの射出面においてエネルギ密度比がE=8.5で最大値になっており、他の光学面におけるエネルギ密度比はE=1〜2.7程度で最大値よりもかなり小さい値になっている。すなわち、比較例では、エネルギ密度の負担が第2フライアイ部材8bの射出面(マイクロフライアイレンズの射出面)のみに集中している。
【0070】
また、エネルギ密度比の最大値が互いに等しくなるように設定された本実施形態と比較例とを比べると、本実施形態におけるX方向に関するパラメータβのファクター|(γ1−1)3|は比較例におけるX方向に関するパラメータβのファクター|(γ1−1)3|の約1/22になっており、本実施形態におけるZ方向に関するパラメータβのファクター|(γ2−1)3|は比較例におけるZ方向に関するパラメータβのファクター|(γ2−1)3|の約1/3になっている。
【0071】
したがって、パラメータβの他のファクターNA2および(n−1)2が同じであれば、本実施形態では比較例に比して、マイクロフライアイレンズの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えることができる。換言すれば、パラメータβの他のファクターNA2および(n−1)2が同じ場合、比較例において本実施形態と同等に歪曲収差の変化を小さく抑えるために屈折力比γ1およびγ2をさらに1に近づけると、第2フライアイ部材8bの射出面におけるエネルギ密度比が上述の最大値よりもさらに増大することになる。
【0072】
以上のように、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ8のZ方向に関する後側焦点と第1フライアイ部材8aのX方向に関する後側焦点とについて上述の構成を採用することにより、マイクロフライアイレンズ8の微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるためにパラメータβのファクター|(γ1−1)3|および|(γ2−1)3|を小さく設定しても(屈折力比γ1およびγ2を1に近づけても)、マイクロフライアイレンズ8の射出面(すなわち第2フライアイ部材8bの射出面)を含む各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による第2フライアイ部材8bおよび第1フライアイ部材8aの破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【0073】
なお、本実施形態において、第1フライアイ部材8aの射出面と第2フライアイ部材8bの入射面と第2フライアイ部材8bの射出面とでエネルギ密度の負担をできるだけ均等化してエネルギ密度の最大値を小さく抑えるには、第1フライアイ部材8aの射出面と第2フライアイ部材8bの入射面との中間面と第1フライアイ部材8aの射出面との間の光路中に第1フライアイ部材8aのX方向に関する後側焦点84が存在するように構成すること、および第1フライアイ部材8aの射出面におけるエネルギ密度と第2フライアイ部材8bの入射面におけるエネルギ密度とをほぼ同じに設定することが好ましい。
【0074】
また、本実施形態において、マイクロフライアイレンズ8の微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を十分に小さく抑えるには、パラメータβのファクター|(γ1−1)3|および|(γ2−1)3|が次の条件式(a)および(b)を満足することが好ましい。
|(γ1−1)3|<0.1 (a)
|(γ2−1)3|<0.1 (b)
【0075】
なお、本実施形態においては、マイクロフライアイレンズ8に平行光束が入射したときのX方向に関する集光点(X方向に関する光源形成点)84とZ方向に関する集光点(Z方向に関する光源形成点)85とが異なるが、集光点がX方向とZ方向とで異なる構成がマスクM上(ひいてはウェハW上)での照度分布に与える影響を小さく抑えるために、第1フライアイ部材8aのX方向に関する後側焦点84とマイクロフライアイレンズ8のZ方向に関する後側焦点85との軸上距離を、マイクロフライアイレンズ8からの光をマスクMへ導くための導光光学系(コンデンサー光学系9)の焦点距離の5%以下に設定することが好ましい。
【0076】
ところで、スキャン露光型の露光装置の場合、マスクM上には細長い矩形状の照明領域が形成され、この矩形状の照明領域の短辺方向すなわち走査方向に沿ってマスクMおよびウェハWを投影光学系PLに対して相対移動させることにより、マスクMのパターンをウェハWに投影露光することになる。この場合、マイクロフライアイレンズ8の射出側の開口数NAを、走査方向よりも非走査方向(照明領域の長辺方向)の方に大きく設定するのが通常である。したがって、矩形状の照明領域の長辺方向がマイクロフライアイレンズ8におけるZ方向に光学的に対応してマスクM上においてY方向に一致し、矩形状の照明領域の短辺方向がマイクロフライアイレンズ8におけるX方向に光学的に対応してマスクM上においてX方向に一致するように設定することが好ましい。
【0077】
なお、上述の実施形態では、各微小屈折面が円筒面状に形成されたマイクロフライアイレンズに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に各微小屈折面が一方向にのみ曲率を有する曲面状(トーリック形状)に形成されたマイクロフライアイレンズに対して本発明を適用する変形例も可能である。
【0078】
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7のフローチャートを参照して説明する。
【0079】
先ず、図7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l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。
【0080】
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8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8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。
【0081】
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。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。
【0082】
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。
【0083】
なお、上述の実施形態では、コンデンサー光学系9によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクMを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系9とマスクMとの間の光路中に、照明視野絞り(マスクブラインド)と、この照明視野絞りの像をマスクM上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系9は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部(光透過部)の像をマスクM上に形成することになる。
【0084】
また、上述の実施形態では、露光光としてKrFエキシマレーザー光(波長:248nm)やArFエキシマレーザー光(波長:193nm)を用いているが、これに限定させることなく、たとえば300nm以下の波長を有する露光光に対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のオプティカルインテグレータでは、第1光学部材と第2光学部材との合成系が第2光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第1方向に関する後側焦点を有し、第1光学部材が第1光学部材の射出面と第2光学部材の入射面との間の光路中に第2方向に関する後側焦点を有する。この構成に基づいて、オプティカルインテグレータの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるために第1光学部材と第2光学部材との屈折力比γを1に近づけても、各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による光学部材の破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【0086】
すなわち、本発明のオプティカルインテグレータでは、たとえばエッチング加工により一体的に形成される微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、ひいては被照射面における照度分布が受ける影響を低減することができる。したがって、本発明の照明光学装置では、微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響が小さく抑えられたオプティカルインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な投影露光を行うことにより良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的原理を説明する図である。
【図2】図1のマイクロフライアイレンズにおける光学的特性を説明する図である。
【図3】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図4】本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図5】本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図6】本実施形態の比較例にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図7】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図8】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
S,1 光源
C1,C2,9 コンデンサー光学系
MF,8 マイクロフライアイレンズ
4 回折光学素子
5 アフォーカルズームレンズ
6,60,61 回折光学素子
7 ズームレンズ
8a 第1フライアイ部材
8b 第2フライアイ部材
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical integrator, an illumination optical device, an exposure device, and an exposure method, and particularly to an illumination device suitable for an exposure device for manufacturing a micro device such as a semiconductor device, an imaging device, a liquid crystal display device, and a thin film magnetic head by a lithography process. The present invention relates to an optical device.
[0002]
[Prior art]
In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from a light source enters a fly-eye lens, and forms a secondary light source including a large number of light sources on a rear focal plane. The light flux from the secondary light source is restricted via an aperture stop arranged near the rear focal plane of the fly-eye lens, and then enters the condenser lens. The aperture stop limits the shape or size of the secondary light source to a desired shape or size according to a desired illumination condition (exposure condition).
[0003]
The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which the predetermined pattern is formed 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) on the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the exposure apparatus having the above configuration, it is necessary to set the number of minute lens elements constituting the fly-eye lens as large as possible in order to increase the uniformity of the illuminance distribution. Further, in order to avoid a loss of light amount in the aperture stop, it is necessary to form a secondary light source having a shape close to a desired shape. For this reason, for example, it is conceivable to set the size of the minute lens element constituting the fly-eye lens to be very small, that is, to use a micro fly-eye lens.
[0005]
Here, the fly-eye lens is configured by arranging a large number of lens elements vertically and horizontally and densely, whereas the micro-fly-eye lens is configured by integrally forming a large number of minute refraction surfaces. That is, a fly-eye lens is formed by combining and arranging a large number of single-polished lens elements, while a micro-fly-eye lens is formed by, for example, MEMS technology (lithography + etching) on a parallel flat glass plate. To form a large number of micro-refractive surfaces.
[0006]
Therefore, in the manufacture of a fly-eye lens, it is necessary to inspect the refraction surface shape of the polished lens element, select a lens element that satisfies the standard, and assemble using only the lens element having the refraction surface formed with high precision. it can. However, micro fly-eye lenses are required to manufacture all micro-refractive surfaces at the same time by etching, which makes it difficult to obtain a good surface shape compared to polishing. Is considerably lower.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an optical integrator having a characteristic of minimizing the influence of manufacturing errors of a large number of minute refraction surfaces integrally formed by etching processing on the illuminance distribution. The purpose is to do. In addition, the present invention provides a high-performance illumination optical device capable of illuminating a surface to be illuminated under desired illumination conditions using an optical integrator in which the influence of a manufacturing error of a micro-refractive surface on an illuminance distribution is reduced. The purpose is to provide. Further, the present invention provides an exposure apparatus and an exposure apparatus capable of performing good projection exposure under good illumination conditions by using a high-performance illumination optical device capable of illuminating a surface to be irradiated under desired illumination conditions. The aim is to provide a method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in a first embodiment of the present invention, a first optical member having a plurality of first minute optical surfaces formed integrally in order from a light incident side; A wavefront splitting optical integrator comprising: a second optical member having a plurality of second minute optical surfaces integrally formed so as to optically correspond to the optical surface;
The combined system of the first optical member and the second optical member has a rear focal point in the first direction at a predetermined distance behind the exit surface of the second optical member,
The first optical member has a rear focal point in a second direction different from the first direction in an optical path between an exit surface of the first optical member and an entrance surface of the second optical member,
The optical integrator according to
[0009]
According to a preferred aspect of the first aspect, the first optical member is provided between an intermediate surface between an exit surface of the first optical member and an entrance surface of the second optical member and an exit surface of the first optical member. Has a rear focus in the second direction in the optical path. In the first embodiment, it is preferable that the energy density at the exit surface of the first optical member and the energy density at the entrance surface of the second optical member are set to be substantially the same.
[0010]
According to a preferred mode of the first mode, a refractive power ratio γ1 = φ11 / φ11 between the refractive power φ11 of the first optical member in the first direction and the refractive power φ12 of the second optical member in the first direction. φ12 and a refractive power ratio γ2 = φ21 / φ22 between a refractive power φ21 of the first optical member in the second direction and a refractive power φ22 of the second optical member in the second direction are | (γ1-1 )Three| <0.1, | (γ2-1)Three| <0.1 is satisfied. In the first embodiment, it is preferable that the first direction and the second direction are substantially orthogonal to each other. Further, in the first embodiment, it is preferable that each minute optical surface is formed in a curved shape having a curvature in only one direction.
[0011]
Further, according to a preferred embodiment of the first mode, the refractive index of the optical material forming the second optical member is set to be larger than the refractive index of the optical material forming the first optical member. In this case, when the refractive index of the optical material forming the first optical member is na and the refractive index of the optical material forming the second optical member is nb, the condition of 0.05 ≦ nb−na is satisfied. Is preferred. In the first embodiment, the optical material used for light having a wavelength of 300 nm or less, the optical material forming the first optical member includes quartz glass or fluorite, and the optical material forming the second optical member is used. Preferably contains any one of magnesium oxide, ruby, sapphire, crystal quartz, and quartz glass. According to a preferred mode of the first mode, the first optical member and the second optical member have a refractive power in the first direction and a refractive power in the second direction, respectively.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an illumination optical device for illuminating an irradiation surface,
There is provided an illumination optical device including the optical integrator according to the first aspect.
[0013]
According to a preferred aspect of the second aspect, the optical system further includes a light guide optical system disposed in an optical path between the optical integrator and the irradiation surface, for guiding light from the optical integrator to the irradiation surface. The axial distance between the rear focal point in the first direction and the rear focal point in the second direction is 5% or less of the focal length of the light guiding optical system.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus according to the second aspect, and a projection optical system for projecting and exposing a pattern of a mask disposed on the irradiation surface onto a photosensitive substrate. An exposure apparatus is provided.
[0015]
According to a preferred mode of the third mode, the illumination optical device forms a rectangular illumination region on the mask, and a long side direction of the rectangular illumination region optically corresponds to the first direction, The short side direction of the rectangular illumination area optically corresponds to the second direction. In this case, the pattern of the mask is projected and exposed on the photosensitive substrate by relatively moving the mask and the photosensitive substrate with respect to the projection optical system along a short side direction of the rectangular illumination region. Is preferred.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure method comprising illuminating a mask via the illumination optical device of the second aspect, and projecting and exposing an image of a pattern formed on the illuminated mask onto a photosensitive substrate. Provide a way.
[0017]
According to a preferred aspect of the fourth aspect, a rectangular shape having a long side along a direction optically corresponding to the first direction and a short side along a direction optically corresponding to the second direction. Are formed on the mask. In this case, the pattern of the mask is projected and exposed on the photosensitive substrate by relatively moving the mask and the photosensitive substrate with respect to the projection optical system along a short side direction of the rectangular illumination region. Is preferred.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic principle of the present invention. Referring to FIG. 1, the light supplied from the light source S illuminates the micro fly's eye lens MF through the first condenser optical system C1. The micro fly's eye lens MF includes a first subsystem A and a second subsystem B in order from the light source S side. A large number of first minute refractive surfaces are integrally formed in the first partial system A, and a large number of second minute refractive surfaces are optically associated with the large number of first minute refractive surfaces in the second partial system B. Are integrally formed.
[0019]
Therefore, the light that has been wavefront-divided by each minute refraction surface of the micro fly's eye lens MF reaches the illumination field I on the irradiated surface via the second condenser optical system C2. Here, an optical conjugate relationship is established between the entrance surface A1 of the micro fly's eye lens MF (that is, the entrance surface of the first subsystem A) and the illumination field I. Therefore, the light intensity distribution in the area corresponding to each minute refraction surface on the incident surface A1 is enlarged and projected on the entire illumination field I. FIG. 1 schematically shows only light rays corresponding to one micro refraction surface. However, in practice, the entire illumination field I is illuminated in a superimposed manner through a number of micro refraction surfaces to thereby provide illumination. The uniformity of the illuminance distribution over the entire field I is obtained.
[0020]
In the illumination system shown in FIG. 1, there is an optical conjugate relationship between the entrance surface A1 of the micro fly's eye lens MF and the illumination field I, but the imaging system P (micro fly's eye lens MF + second condenser optical system C2) If the distortion of () changes, the imaging magnification changes with the image height, so that the illuminance distribution in the illumination field I changes. For example, according to the “Imaging Surface Illuminance Distribution of Photographic Lens” by Masayuki Isshiki (Optical Technology Contact Vol. 5, No. 11, p10-14, 1967), the image forming system P rotationally symmetrical with respect to the optical axis. It is known that when the distortion changes by D%, the illuminance at the illumination field (image plane of the imaging system P) I changes by about 4D%.
[0021]
As an evaluation method of aberration (including distortion) of the imaging system, an aberration evaluation method based on third-order aberration theory is known. The analysis of aberrations based on the third-order aberration theory has an advantage that visibility is good because calculation can be performed analytically, although there is an error due to approximation. The method of deriving the aberration coefficient based on the third-order aberration theory is described in detail, for example, in "Aberration Theory" by Yoshiya Matsui (Japan Opto-Mechatronics Association, 1989). Hereinafter, an imaging system interposed between the entrance surface A1 of the micro fly's eye lens MF and the illumination field I when the surface shape of the micro refraction surface of the micro fly's eye lens MF changes using the third-order aberration theory. Consider the change in the distortion of P.
[0022]
The surface shape of each micro-refractive surface in the micro fly's eye lens MF is defined as y, the height in the direction perpendicular to the optical axis, and the optical axis from the tangent plane at the vertex of the refractive surface to the position on the refractive surface at height y When the distance (sag amount) along the axis is x, the curvature is c, and the cone coefficient is κ, the following equation (1) is used.
x = (cyTwo) / [1+ {1- (κ + 1) cTwo・ YTwo}1/2] (1)
[0023]
According to the third-order aberration theory, all aberration coefficients can be represented by the sum of a spherical term and an aspherical term. The variation in the surface shape during the manufacture of the micro fly's eye lens MF appears as a change in the curvature c and the cone coefficient κ in the above equation (1). At this time, the change in the curvature c affects the size of the illumination, but does not substantially affect the illumination unevenness. On the other hand, a change in the cone coefficient κ changes the aspherical term of the aberration coefficient, and affects illumination unevenness.
[0024]
According to "Aberration Theory" by Yoshiya Matsui mentioned above, the aspherical term V of the distortion aberration coefficient of the object image is obtained.aspIs generally represented by the following equation (2). In equation (2), hiIs the ray height of the image paraxial trace value (the ray height when the object (image) paraxial ray is traced), and hpIs the ray height of the pupil paraxial trace value (the ray height when the pupil paraxial ray is traced). Ψ is a coefficient represented by the following equation (3).
Vasp= Hi・ Hp Three・ Ψ (2)
Ψ = Δn · cThree・ Κ (3)
[0025]
Here, Δn is the difference between the refractive index of the medium on the light incident side and the light exit side of the minute refraction surface, and is calculated from the refractive index n2 of the medium on the light exit side of the minute refraction surface. This is a value (n2-n1) obtained by subtracting the refractive index n1 of the medium. FIG. 2 is a diagram illustrating optical characteristics of the micro fly's eye lens of FIG. In FIG. 2, the refractive power (power) of the micro fly's eye lens MF is φ, the refractive power of the first subsystem A is φa, the refractive power of the second subsystem B is φb, and the first subsystem A and the second subsystem are The air-equivalent surface distance between the airplane B and the airplane B is represented by s.
[0026]
Therefore, if the refractive power φ of the micro fly's eye lens MF is normalized to 1, and the refractive power ratio φa / φb between the refractive power φa of the first subsystem A and the refractive power φb of the second subsystem B is γ, Equations (4a) to (4d) hold.
φ = 1 (4a)
φa = γ (4b)
φb = 1 (4c)
s = 1 (4d)
[0027]
The following table (1) shows paraxial tracking values at this time.
[Table 1]
[0028]
Referring to Tables (1), (2) and (3), the aspherical term V of the distortion aberration coefficient in the first subsystem A is shown.aspAAnd the aspherical term V of the distortion coefficient in the second subsystem BaspBIs represented by the following equations (5) and (6), respectively.
VaspA= 0 (5)
VaspB= (Γ-1)Three・ Δn ・ cThree・ Κ (6)
[0029]
Referring to Equations (5) and (6), the change in the aspherical term of the distortion aberration coefficient due to the variation in the surface shape of the minute refraction surface of the micro fly's eye lens MF (that is, the change in the conical coefficient κ) is the third order It can be seen that the aberration occurs only in the second subsystem B in the range of aberration. Next, the influence of a change in the aspherical term of the distortion aberration coefficient on the illuminance distribution in the illumination field I will be considered. In the second subsystem B, a proportional relationship represented by the following equation (7) holds between the curvature c and the refractive index difference Δn.
c∝1 / Δn (7)
[0030]
In the range of the third-order aberration, the illuminance distribution in the illumination field I changes in proportion to the square of the image height. The image height is proportional to the numerical aperture NA on the exit side of the micro fly's eye lens MF. Therefore, from Expressions (5) to (7), the change in distortion due to the change in the surface shape of the minute refraction surface of the micro fly's eye lens MF, and the change in the illuminance distribution on the illumination field (image plane) I, can be calculated. The sensitivity β is represented by the following equation (8).
β = (γ-1)Three・ NATwo/ ΔnTwo (8)
[0031]
Incidentally, when the micro fly's eye lens MF is arranged in the air, assuming that the refractive index n of the optical material forming the second subsystem B is, the equation (8) is expressed as the following equation (8 ′). Can be transformed.
β = (γ-1)Three・ NATwo/ (N-1)Two (8 ')
[0032]
In this manner, by reducing the absolute value of the parameter β, it is possible to suppress a change in distortion due to a variation in the surface shape of the minute refraction surface of the micro fly's eye lens MF, and to influence the illuminance distribution in the illumination field I. Can be reduced. In other words, by reducing the absolute value of the parameter β, for example, a micro fly's eye lens having a characteristic of suppressing the influence of the manufacturing error of a large number of minute refraction surfaces formed integrally by etching processing on the illuminance distribution ( Optical integrator (MF) can be realized.
[0033]
By the way, referring to equation (8 '), in order to reduce the absolute value of the parameter β in order to reduce the change in distortion due to the variation in the surface shape of the micro-refractive surface of the micro fly's eye lens MF, the refractive power must be reduced. It can be seen that the ratio γ should be close to 1. However, simply bringing the refractive power ratio γ close to 1 increases the energy density at the exit surface of the micro fly's eye lens MF (that is, the exit surface of the second subsystem B), and eventually the second subsystem B is irradiated by light energy. The risk of breakage increases and component life is shortened.
[0034]
In the present invention, as described later with reference to a specific embodiment, the micro fly's eye lens MF (a composite system of the first partial system A and the second partial system B) is replaced with the second partial system B (second system). A rear focal point in the first direction (a predetermined direction set in a plane perpendicular to the optical axis) is located behind the exit surface of the optical member by a predetermined distance. Further, the first subsystem A (first optical member) is provided in the optical path between the exit surface of the first subsystem A and the entrance surface of the second subsystem B in a second direction (for example, a plane perpendicular to the optical axis). (In the direction perpendicular to the first direction). In this case, if the optical system is symmetric with respect to the optical axis in a plane including the optical axis, the same discussion as the discussion regarding the rotationally symmetric optical system described in the above-described equations (1) to (8 ') holds.
[0035]
In the present invention, by employing the above-described configuration, even if the refractive power ratio γ is brought close to 1 in order to suppress a change in distortion due to a variation in the surface shape of the minute refractive surface of the micro fly's eye lens MF, The energy density on each optical surface including the exit surface of the micro fly's eye lens MF (that is, the exit surface of the second subsystem B) can be reduced, and the second subsystem A and the first subsystem A by light energy irradiation can be reduced. , And a sufficiently long component life can be secured.
[0036]
Further, referring to the equation (8 '), it can be seen that the absolute value of the parameter β can be reduced by increasing the refractive index n of the optical material forming the second subsystem B. However, since the cost tends to increase with the increase in the refractive index of the optical material, it is practical to use an optical material having a high refractive index only for the second subsystem B. Therefore, in the present invention, the refractive index nb of the optical material forming the second subsystem B (second optical member) is greater than the refractive index na of the optical material forming the first subsystem A (first optical member). Is preferably set large.
[0037]
In this case, it is preferable that the refractive index na and the refractive index nb satisfy the condition of 0.05 ≦ nb−na in order to sufficiently exhibit the effects of the present invention. Specifically, for example, when the first subsystem A is formed of quartz glass or fluorite for light having a wavelength of 300 nm or less, the second subsystem B is formed of magnesium oxide, ruby, sapphire, crystal quartz, or It is preferable to form with quartz glass. When the first subsystem A is made of fluorite, the second subsystem B is preferably made of quartz glass.
[0038]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including the illumination optical device according to the embodiment of the present invention. 3, the Z axis is along the normal direction of the wafer W as a photosensitive substrate, the Y axis is in the direction parallel to the plane of FIG. 3 in the wafer plane, and the Z axis is perpendicular to the plane of FIG. 3 in the wafer plane. The X axis is set in each direction. In FIG. 3, the illumination optical device is set to perform annular illumination.
[0039]
The exposure apparatus shown in FIG. 3 includes, as a
[0040]
The substantially parallel light beam passing through the
[0041]
The diffractive
[0042]
The diffractive optical element 6 for annular illumination has a function of forming a ring-shaped light intensity distribution in the far field when a parallel light beam enters. The diffractive optical element 6 is configured to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and is configured to be switchable between a diffractive
[0043]
As described above, the luminous flux from the circular light intensity distribution formed at the pupil position of the afocal zoom lens 5 via the diffractive
[0044]
The outer diameter of the annular illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's
[0045]
The light flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the micro fly's
[0046]
In the batch exposure, a mask pattern is collectively exposed to each exposure region of the wafer according to a so-called step-and-repeat method. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape close to a square. On the other hand, in scan exposure, according to a so-called step-and-scan method, a mask pattern is scanned and exposed on each exposure region of a wafer while the mask and wafer are relatively moved with respect to a projection optical system. In this case, the shape of the illumination area on the mask M is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3.
[0047]
In the present embodiment, when the magnification of the afocal zoom lens 5 changes, the center height (distance of the circular center line from the optical axis AX) of the annular secondary light source does not change, and its width (outside) does not change. Only one half of the difference between the diameter (diameter) and the inner diameter (diameter) changes. That is, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, both the size (outer diameter) of the annular secondary light source and its shape (ring ratio: inner diameter / outer diameter) can be changed.
[0048]
When the focal length of the
[0049]
As described above, the diffractive optical element 6 is configured so as to be freely inserted into and removed from the illumination optical path, and is configured to be switchable between the diffractive
[0050]
In the quadrupole illumination, as in the case of the annular illumination, by changing the magnification of the afocal zoom lens 5, the outer diameter of the quadrupolar secondary light source (the outer diameter of the circle circumscribing the four circular surface light sources) is changed. Both the diameter and the annular ratio (diameter of circle inscribed in four circular surface light sources / diameter of circle inscribed in four circular surface light sources) can be changed. Further, by changing the focal length of the
[0051]
Next, circular illumination obtained by retracting the diffractive
[0052]
Here, similarly to the diffractive
[0053]
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the entire configuration of the micro fly's eye lens according to the present embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the micro fly's eye lens according to the present embodiment. Referring to FIG. 4, the micro fly's
[0054]
[0055]
Focusing on the refracting action of the micro fly's
[0056]
On the other hand, focusing on the refraction effect in the Z direction of the micro fly's eye lens 8 (that is, the refraction effect on the ZY plane), the parallel light beam incident along the optical axis AX is formed on the mask side of the first fly's
[0057]
Table 2 below summarizes the data values of the micro fly's
[0058]
Note that the energy density ratios Ex, Ez, and E are calculated on the first surface, that is, on the optical surface when the energy density on the incident surface of the first fly-
[0059]
[Table 2]
[0060]
Therefore, in the present embodiment, the refractive power φ11 of the first fly's
[0061]
[Table 3]
φ11 = 0.588235
φ12 = 0.5
γ1 = φ11 / φ12 = 1.17647
φ21 = 0.666663
φ22 = 1
γ2 = φ21 / φ22 = 0.666663
| (Γ1-1)Three| = 0.0055
| (Γ2-1)Three| = 0.037038
[0062]
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the micro fly's eye lens according to the comparative example of the present embodiment. In the comparative example of FIG. 6, the on-axis spacing of each optical surface, that is, the surface spacing d, the refractive index n for the used light, and the focal length of the micro fly's eye lens (first fly's
[0063]
Table 4 below summarizes the data values of the micro fly's eye lens according to the comparative example. The notation in Table (4) is the same as the notation in Table (2).
[0064]
[Table 4]
[0065]
Therefore, in the comparative example of FIG. 6, the refractive power φ11 of the first fly-
[0066]
[Table 5]
φ11 = 0.253732
φ12 = 0.5
γ1 = φ11 / φ12 = 0.507646
φ21 = 0.51493
φ22 = 1
γ2 = φ21 / φ22 = 0.51493
| (Γ1-1)Three| = 0.119485
| (Γ2-1)Three| = 0.114133
[0067]
As described above, in the present embodiment, the micro fly's eye lens 8 (combined system of the first fly's
[0068]
As a result, in the present embodiment, the energy density ratio at the exit surface of the first fly-
[0069]
On the other hand, in the comparative example in which the rear focal point in the X direction of the micro fly's eye lens substantially coincides with the rear focal point in the Z direction, the energy density ratio at the exit surface of the second fly's
[0070]
Also, comparing the present embodiment in which the maximum values of the energy density ratios are set to be equal to each other and the comparative example, a factor | (γ1-1) of the parameter β in the X direction in the present embodimentThreeIs the factor of the parameter β in the X direction in the comparative example | (γ1-1)ThreeIs approximately 1/22 of |, and the factor of the parameter β in the Z direction in the present embodiment | (γ2-1)ThreeIs the factor of the parameter β in the Z direction in the comparative example | (γ2-1)Three| Is about 1/3.
[0071]
Therefore, another factor NA of the parameter βTwoAnd (n-1)TwoIf the values are the same, in the present embodiment, a change in distortion due to a variation in the surface shape of the micro-refractive surface of the micro fly's eye lens can be suppressed smaller than in the comparative example. In other words, the other factor NA of the parameter βTwoAnd (n-1)TwoIn the comparative example, if the refractive power ratios γ1 and γ2 are further brought closer to 1 in the comparative example to suppress the change in distortion as small as in the present embodiment, the energy density ratio at the exit surface of the second fly-
[0072]
As described above, in the present embodiment, the micro fly-
[0073]
In this embodiment, the load of the energy density is equalized as much as possible between the exit surface of the first fly-
[0074]
In the present embodiment, in order to sufficiently suppress the change in distortion due to the variation in the surface shape of the minute refraction surface of the micro fly's
| (Γ1-1)Three| <0.1 (a)
| (Γ2-1)Three| <0.1 (b)
[0075]
In the present embodiment, when a parallel light beam is incident on the micro fly's
[0076]
In the case of a scanning exposure type exposure apparatus, an elongated rectangular illumination area is formed on the mask M, and the mask M and the wafer W are projected along the short side of the rectangular illumination area, that is, in the scanning direction. By relative movement with respect to the system PL, the pattern of the mask M is projected and exposed on the wafer W. In this case, the numerical aperture NA of the exit side of the micro fly's
[0077]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a micro fly's eye lens in which each minute refraction surface is formed in a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this, and a modification in which the present invention is applied to a micro fly's eye lens in which each minute refraction surface is generally formed in a curved surface shape (toric shape) having a curvature in only one direction is also possible. is there.
[0078]
In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, a mask (reticle) is illuminated by an illumination optical device (illumination step), and a transfer pattern formed on the mask is exposed onto a photosensitive substrate using a projection optical system (exposure). Through the steps, a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, 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 will be described with reference to the flowchart of FIG. Will be explained.
[0079]
First, in step 301 of FIG. 7, 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 l lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the lot through the projection optical system. After that, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist on the one lot of wafers is etched using the resist pattern as a mask to form a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0080]
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 in FIG. 8, in a pattern forming step 401, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate (eg, a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the above-described embodiment is performed. . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. After that, the exposed substrate undergoes various processes such as a developing process, an etching process, and a resist stripping process, so that a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process 402.
[0081]
Next, in a 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 sets of R, G, B Are formed in a horizontal scanning line direction to form a color filter. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembling step 403 is performed. 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. In the cell assembling step 403, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture.
[0082]
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 device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0083]
In the above-described embodiment, the light from the secondary light source is condensed by the condenser
[0084]
In the above-described embodiment, the KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or the ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) is used as the exposure light. The present invention can also be applied to exposure light. Further, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the projection exposure apparatus having the illumination optical device as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical device for illuminating an irradiated surface other than a mask. Obviously you can.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, in the optical integrator of the present invention, the combined system of the first optical member and the second optical member shifts the rear focal point in the first direction to the rear of the exit surface of the second optical member by a predetermined distance. A first optical member having a rear focal point in a second direction in an optical path between an exit surface of the first optical member and an entrance surface of the second optical member. Based on this configuration, even if the refractive power ratio γ between the first optical member and the second optical member is made close to 1, in order to suppress a change in distortion caused by a variation in the surface shape of the minute refraction surface of the optical integrator, In addition, the energy density on each optical surface can be suppressed to a small value, and the optical members can be prevented from being damaged by light energy irradiation, so that a sufficiently long component life can be secured.
[0086]
That is, in the optical integrator of the present invention, for example, a change in distortion due to a variation in the surface shape of the minute refraction surface formed integrally by etching is reduced, and the influence of the illuminance distribution on the irradiated surface is reduced. can do. Therefore, in the illumination optical device of the present invention, the illuminated surface can be illuminated under desired illumination conditions using the optical integrator in which the influence of the manufacturing error of the minute refraction surface on the illuminance distribution is reduced. Further, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, good projection exposure is performed under favorable illumination conditions using a high-performance illumination optical device capable of illuminating a surface to be irradiated under desired illumination conditions. Thus, a better device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic principle of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating optical characteristics of the micro fly's eye lens of FIG.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of an exposure apparatus including an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the entire configuration of the micro fly's eye lens according to the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the micro fly's eye lens according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of a micro fly's eye lens according to a comparative example of the embodiment.
FIG. 7 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device.
FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a micro device.
[Explanation of symbols]
S, 1 Light source
C1, C2, 9 Condenser optical system
MF, 8 micro fly eye lens
4 Diffractive optical element
5 Afocal zoom lens
6,60,61 Diffractive optical element
7 Zoom lens
8a First fly eye member
8b 2nd fly eye member
M mask
PL projection optical system
W wafer
Claims (18)
前記第1光学部材と前記第2光学部材との合成系は、前記第2光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第1方向に関する後側焦点を有し、
前記第1光学部材は、前記第1光学部材の射出面と前記第2光学部材の入射面との間の光路中に前記第1方向とは異なる第2方向に関する後側焦点を有し、
前記第1方向および前記第2方向は、前記第1光学部材と前記第2光学部材との合成系の光軸に垂直な面内方向に設定されていることを特徴とするオプティカルインテグレータ。A first optical member having a plurality of first minute optical surfaces formed integrally and a first optical member integrally formed so as to correspond optically to the plurality of first minute optical surfaces in order from the light incident side. A wavefront splitting type optical integrator comprising: a second optical member having a plurality of second minute optical surfaces;
The combined system of the first optical member and the second optical member has a rear focal point in the first direction at a predetermined distance behind the exit surface of the second optical member,
The first optical member has a rear focal point in a second direction different from the first direction in an optical path between an exit surface of the first optical member and an entrance surface of the second optical member,
The optical integrator according to claim 1, wherein the first direction and the second direction are set in an in-plane direction perpendicular to an optical axis of a combined system of the first optical member and the second optical member.
|(γ1−1)3|<0.1
|(γ2−1)3|<0.1
の条件を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のオプティカルインテグレータ。The refractive power ratio γ1 = φ11 / φ12 between the refractive power φ11 of the first optical member in the first direction and the refractive power φ12 of the second optical member in the first direction, and the first optical power in the second direction. The refractive power ratio γ2 = φ21 / φ22 between the refractive power φ21 of the member and the refractive power φ22 of the second optical member in the second direction is:
| (Γ1-1) 3 | <0.1
| (Γ2-1) 3 | <0.1
The optical integrator according to any one of claims 1 to 3, wherein the following condition is satisfied.
0.05≦nb−na
の条件を満足することを特徴とする請求項7に記載のオプティカルインテグレータ。When the refractive index of the optical material forming the first optical member is na and the refractive index of the optical material forming the second optical member is nb,
0.05 ≦ nb-na
The optical integrator according to claim 7, wherein the following condition is satisfied.
前記第1光学部材を形成する光学材料は、石英ガラスまたは蛍石を含み、
前記第2光学部材を形成する光学材料は、酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、および石英ガラスのうちのいずれか1つの材料を含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のオプティカルインテグレータ。Used for light having a wavelength of 300 nm or less,
The optical material forming the first optical member includes quartz glass or fluorite,
The optical material forming the second optical member includes any one of magnesium oxide, ruby, sapphire, crystal quartz, and quartz glass. The optical integrator according to 1.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載のオプティカルインテグレータ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 a surface to be irradiated,
An illumination optical device comprising the optical integrator according to claim 1.
前記第1方向に関する後側焦点と前記第2方向に関する後側焦点との軸上距離は、前記導光光学系の焦点距離の5%以下であることを特徴とする請求項11に記載の照明光学装置。A light guide optical system is disposed in an optical path between the optical integrator and the irradiated surface, and guides light from the optical integrator to the irradiated surface,
The illumination according to claim 11, wherein an axial distance between a rear focal point in the first direction and a rear focal point in the second direction is 5% or less of a focal length of the light guide optical system. Optical device.
前記矩形状の照明領域の長辺方向は前記第1方向に光学的に対応し、前記矩形状の照明領域の短辺方向は前記第2方向に光学的に対応することを特徴とする請求項13に記載の露光装置。The illumination optical device forms a rectangular illumination area on the mask,
The long side direction of the rectangular illumination area optically corresponds to the first direction, and the short side direction of the rectangular illumination area optically corresponds to the second direction. 14. The exposure apparatus according to 13.
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