WO2008007633A1 - Illuminating optical apparatus, exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents

Illuminating optical apparatus, exposure apparatus and device manufacturing method Download PDF

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Yasushi Mizuno
Koji Shigematsu
Kouji Muramatsu
Hirohisa Tanaka
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    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption

Definitions

  • Illumination optical apparatus illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
  • the present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and more particularly to an exposure apparatus for manufacturing a device such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process.
  • the present invention relates to an illumination optical device suitable for the above.
  • a pattern image of a mask (or reticle) is transferred via a projection optical system to a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist, An exposure apparatus that performs projection exposure on a glass plate or the like is used.
  • a photosensitive substrate a wafer coated with a photoresist
  • An exposure apparatus that performs projection exposure on a glass plate or the like is used.
  • one type of pattern is formed in one shot area (unit exposure area) on the photosensitive substrate.
  • Patent Document 1 JP 2000-21748 A
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an illumination optical apparatus that can individually illuminate two regions separated from each other under a required illumination condition.
  • the present invention can expose a fine pattern on a photosensitive substrate with high throughput by a double exposure method using an illumination optical device that individually illuminates two regions separated from each other under a required illumination condition.
  • An object is to provide an exposure apparatus.
  • a first illumination system having a first illumination optical path and illuminating the first illumination area, and a first illumination system independent of the first illumination optical path are provided.
  • An illumination optical apparatus having a second illumination system and having a second illumination system for illuminating a second illumination area,
  • the first illumination system has a first variable system that changes the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil of the first illumination system
  • the second illumination system has a second variable system that changes the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil of the second illumination system
  • the first variable system and the second variable system change the light intensity distribution at the illumination pupil of the first illumination system and the light intensity distribution at the illumination pupil of the second illumination system independently of each other.
  • a feature illumination optical device is provided.
  • the first illumination optical path has a first illumination system that illuminates the first illumination area, the second illumination optical path independent of the first illumination optical path, and the second illumination optical path.
  • An illumination optical device comprising a second illumination system for illuminating an illumination area
  • the first illumination system includes a first polarization setting unit that sets a polarization state of light that illuminates the first illumination region to a desired polarization state,
  • the second illumination system includes a second polarization setting unit that sets a polarization state of light that illuminates the second illumination region to a desired polarization state,
  • the first polarization setting unit and the second polarization setting unit change a polarization state of light illuminating the first illumination region and a polarization state of light illuminating the second illumination region independently of each other,
  • An illumination optical apparatus further comprising: a light branching member that branches incident light, guides one branched light to the first illumination optical path, and guides the other branched light to the second illumination optical path. provide.
  • an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to the first or second aspect, and exposing a pattern illuminated by the illumination optical apparatus onto a photosensitive substrate. To do.
  • an exposure process for exposing the photosensitive substrate to the pattern, and a development of the photosensitive substrate that has undergone the exposure process using the exposure apparatus of the third embodiment, an exposure process for exposing the photosensitive substrate to the pattern, and a development of the photosensitive substrate that has undergone the exposure process. And a device manufacturing method.
  • the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil of the first illumination system that illuminates the first illumination area, and the second illumination that illuminates the second illumination area is changed independently of each other.
  • the first illumination region and the second illumination region separated from each other can be individually illuminated under the required illumination conditions using the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil as a parameter.
  • the first polarization setting unit that sets the polarization state of the light that illuminates the first illumination region, and the polarization state of the light that illuminates the second illumination region are set.
  • the second polarization setting unit is disposed in each of the optical paths branched by the light branching member.
  • a high-throughput pattern can be formed on a photosensitive substrate by a double exposure method using an illumination optical apparatus that individually illuminates two regions separated from each other under a required illumination condition. In this way, a good device can be manufactured with a high throughput.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of the projection optical system in FIG. 1.
  • FIG. 3 (a) shows a rectangular first illumination region formed on the first mask, (b) shows a rectangular second illumination region formed on the second mask, and (c) shows the first illumination region.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a mask pattern image and a second mask notan image are formed on the wafer in an overlapping manner.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an effect obtained based on the configuration of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a first modified example.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a second modified example.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a third modified example.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a fourth modified example.
  • FIG. 9 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a fifth modification example.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a sixth modified example.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a seventh modified example.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an eighth modified example.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a ninth modified example.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a tenth modified example.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of an eleventh modification.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a configuration of a twelfth modified example.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a projection optical system including a refraction system and a deflection mirror.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing a configuration of a catadioptric and double-headed projection optical system.
  • FIG. 20 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device.
  • FIG. 21 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on the first embodiment of the present invention.
  • the Z-axis along the normal direction of wafer W, which is the photosensitive substrate the Y-axis in the direction parallel to the paper surface of Fig. 1 in the plane of wafer W, and Fig. 1 in the plane of wafer W.
  • X axis in the direction perpendicular to the plane of the paper Each is set.
  • the exposure apparatus of the first embodiment includes a light source 1 for supplying exposure light (illumination light).
  • the light source 1 for example, an ArF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of about 248 nm, or the like can be used.
  • the light beam emitted from the light source 1 along the optical axis AX is expanded into a light beam having a required cross-sectional shape by the shaping optical system 2 and is incident on the half mirror 3.
  • the light beam that has passed through the half mirror 3 is guided to the first illumination system that illuminates the first illumination area on the first mask Ml.
  • the light beam reflected by the half mirror 3 is reflected by the optical path bending reflector 4 and then guided to the second illumination system that illuminates the second illumination area on the second mask M2.
  • the half mirror is not limited to one having a light amount ratio for dividing incident light of 1: 1.
  • a polarization beam splitter that splits the incident light may be used instead of the half mirror 3 that splits the incident light in amplitude.
  • the first illumination system and the second illumination system have substantially the same basic configuration, the configuration and operation will be described mainly focusing on the first illumination system.
  • the description of the second illumination system corresponding to the first illumination system is shown in parentheses.
  • the first light beam transmitted through the half mirror 3 and guided to the first illumination system (the second light beam reflected by the half mirror 3 and guided to the second illumination system) is the first polarization setting unit 10 (second polarization
  • the light enters the afocal lens 12 (22) via the setting unit 20) and the diffractive optical element 11 (21).
  • the diffractive optical element 11 (21) is configured to be detachable with respect to the illumination light path of the first illumination system (second illumination system), and can be replaced with another diffractive optical element that forms a different light intensity distribution in the far field. It is configured to be possible.
  • the replacement of the diffractive optical element 11 (21) is performed by a drive unit (not shown) that operates based on a command from the control unit 5.
  • the diffractive optical element 11 disposed in the optical path of the first illumination system and the diffractive optical element 21 disposed in the optical path of the second illumination system are both used for annular illumination. It shall be a diffractive optical element.
  • the first polarization setting unit 10 (second polarization setting unit 20) is an elliptically polarized light that is incident on the optical axis AX1 (AX 2) so that the crystal optical axis is rotatable in order from the light incident side.
  • 1Z4 wavelength plate 10a (20a) that converts the light of the light into linearly polarized light
  • 1Z2 wavelength plate 10b that changes the polarization direction of the linearly polarized light that is incident on the optical axis AX and the crystal optical axis is rotatable.
  • (20b) and a depolarizer (non-polarizing element) 10c (20c) that can be inserted into and removed from the illumination optical path.
  • the first polarization setting unit 10 (second polarization setting unit 20) converts light from the light source 1 into linearly polarized light having a desired polarization direction with the depolarizer 10c (20c) retracted from the illumination optical path. In this state, the light from the light source 1 is converted into substantially non-polarized light in a state where the depolarizer 10 0c (20c) is set in the illumination optical path. It has a function of making it enter into the optical element 11 (21).
  • the first polarization setting unit 10 (second polarization setting unit 20) is controlled by a drive unit (not shown) that operates based on a command from the control unit 5.
  • a drive unit not shown
  • the afocal lens 12 (22) has the front focal position of the front lens group 12a (22a) substantially coincided with the position of the diffractive optical element 11 (21) and is located behind the rear lens group 12b (22b).
  • This is a focal system (non-focus optical system) set so that the position of the side focal point and the position of the predetermined plane FP1 (FP2) indicated by the broken line in FIG.
  • a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle.
  • the diffractive optical element 11 (21) for annular illumination has an annular shape in its far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light flux having a rectangular cross section is incident. It has a function of forming a light intensity distribution. Therefore, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 11 (21) forms an annular light intensity distribution on the pupil plane of the focal lens 12 (22), and then the annular lens 12 (22) 22) Force is also injected.
  • an axicon system 13 (23) is placed on or near the pupil plane of the apha-lens 12 (22). It has been.
  • both the axicon system 13 in the first illumination system and the axicon system 23 in the second illumination system are conical axicon systems.
  • the configuration and operation of the conical axicon system 13 (23) will be described later.
  • the mouth fly-eye lens 15 (25) is an optical element composed of a large number of microlenses having positive refractive power arranged in the vertical and horizontal directions and densely.
  • a micro fly's eye lens is configured, for example, by performing etching treatment on a plane parallel plate to form a micro lens group.
  • each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is integrally formed without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly's eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally.
  • the position of the predetermined plane FP1 (FP2) is arranged near the front focal position of the zoom lens 14 (24), and the incident surface of the micro fly's eye lens 15 (25) is the rear focal point of the zoom lens 14 (24). It is arranged near the position.
  • the zoom lens 14 (24) arranges the predetermined plane FP1 (FP2) and the incident surface of the micro fly's eye lens 15 (25) substantially in a Fourier transform relationship, and thus the focal lens 12 (22 ) And the entrance surface of the micro fly's eye lens 15 (25) are optically conjugate with each other.
  • the focal lens 12 is provided on the incident surface of the micro fly's eye lens 15 (25).
  • annular illumination field annular light intensity distribution
  • AX1 optical axis AX2
  • the overall shape of the annular illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 14 (24).
  • Each microlens constituting the micro fly's eye lens 15 (25) has a shape of the first illumination area (second illumination area) to be illuminated on the first mask Ml (second mask M2).
  • the wafer W has a rectangular cross section similar to the shape of the exposure region to be formed.
  • the light beam incident on the micro fly's eye lens 15 (25) is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and on the rear focal plane or in the vicinity thereof, substantially the same light as the illumination field formed by the incident light beam.
  • a secondary light source having an intensity distribution that is, a secondary light source consisting of a ring-shaped substantial surface light source centered on the optical axis AX1 (AX2) is formed.
  • the light flux from the secondary light source power formed at or near the rear focal plane of Micro Fly Lens 15 (25) After passing through the condenser optical system 16 (26), the mask blind 17 (27) is illuminated in a superimposed manner.
  • the mask blind 17 (27) as the illumination field stop is formed with a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each microlens constituting the micro fly's eye lens 15 (25). Is done.
  • the light beam that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 17 (27) is subjected to the light condensing action of the imaging optical system 18 (28), and then the first mass on which a predetermined pattern is formed.
  • the first illumination area (second illumination area) on the mask Ml (second mask M2) is illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 18 (28) forms an image of the rectangular opening of the mask blind 17 (27) on the first mask Ml (second mask M2).
  • the imaging optical system 18 (28) is powered by the front lens group 18a (28a) and the rear lens group 18b (28b), and between the two lens groups 18a (28a) and 18b (28b).
  • the optical path bending reflector PM1 (PM2) is arranged.
  • reference numerals 18 and 28 are omitted.
  • the first mask Ml is held on the first mask stage MS1, and the second mask M2 is held on the second mask stage MS2. More specifically, the second mask M2 is spaced from the first mask M1 along the Y direction, and is disposed at the same height as the first mask Ml along the Z direction. .
  • the first light flux that has passed through the first illumination area on the first mask Ml and the second light flux that has passed through the second illumination area on the second mask M2 are passed through the so-called double-headed projection optical system PL through the wafer stage.
  • a pattern image of the first mask Ml and a pattern image of the second mask M2 are formed on the wafer (photosensitive substrate) W held on the WS.
  • the double-headed projection optical system PL is an optical system having two effective fields and one effective imaging region that are separated from each other.
  • the pattern image of the first mask Ml and the pattern image of the second mask M2 are formed on the wafer W by using a beam splitter.
  • a two-head projection optical system PL of the type is a two-head projection optical system PL of the type.
  • the first light flux that forms an annular light intensity distribution on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 15 or in the vicinity of the illumination pupil is shown in Fig. 3 (a).
  • the rectangular first illumination region IR1 that is elongated in the Y direction on the first mask M1 is formed.
  • the second luminous flux that forms a ring-shaped light intensity distribution on the illumination pupil at the rear focal plane of the microphone mouth fly-eye lens 25 or in the vicinity thereof (illumination pupil of the second illumination system) is shown in Fig. 3 (b).
  • the second mask A rectangular second illumination region IR2 elongated in the Y direction on M2 is formed. At this time, the first illumination system and the second illumination system simultaneously illuminate the first illumination area IR1 and the second illumination area IR2.
  • the pattern corresponding to the first illumination area IR1 in the pattern area PA1 of the first mask Ml is annularly illuminated, and the pattern area PA2 of the second mask M2 corresponds to the second illumination area IR2.
  • the pattern to be illuminated is zonally illuminated.
  • the rectangular effective imaging region ER of the projection optical system PL that is, the rectangular region ER elongated in the Y direction is illuminated by the light of the first illumination region IR1.
  • the pattern image of the first mask Ml and the pattern image of the second mask M2 illuminated by the light of the second illumination region IR2 are formed to overlap each other.
  • one shot on the wafer W while the first mask Ml, the second mask M2, and the wafer W are moved synchronously along the X direction with respect to the projection optical system PL.
  • the pattern of the first mask Ml and the pattern of the second mask M2 are overlapped and scanned and exposed in the region to form one composite pattern.
  • the above-mentioned overlap scanning exposure is repeated while moving the wafer W two-dimensionally along the XY plane with respect to the projection optical system PL.
  • a composite pattern of the mask Ml pattern and the second mask M2 pattern is sequentially formed.
  • the conical axicon system 13 (23) has, in order from the light source side (light incident side), a plane facing the light source side and a concave conical refracting surface facing the mask side (light exit side).
  • 1 prism member 13a (23a), and a second prism member 13b (23b) having a plane facing the mask side and a convex conical refracting surface facing the light source.
  • the concave conical refracting surface of the first prism member 13a (23a) and the convex conical refracting surface of the second prism member 13b (23b) are complementarily formed so as to be in contact with each other. Yes.
  • At least one of the first prism member 13a (23a) and the second prism member 13b (23b) is configured to be movable along the optical axis AX1 (AX2), and the first prism member 13a (23a)
  • the distance between the concave conical refracting surface and the convex conical refracting surface of the second prism member 13b (23b) is variable.
  • the change in the distance along the optical axis AX1 (AX2) between the first prism member 13a (23a) and the second prism member 13b (23b) in the conical axicon system 6 operates based on a command from the control unit 5. This is performed by a driving unit (not shown).
  • the width of the annular secondary light source is reduced.
  • the outer diameter (inner diameter) of the annular secondary light source changes while keeping (1Z2 of the difference between the outer diameter and inner diameter of the annular secondary light source) constant. That is, the annular ratio (inner diameter Z outer diameter) and size (outer diameter) of the annular secondary light source change.
  • the zoom lens 14 (24) has a plurality of optical elements that can move along the optical axis AX1 (AX2), and enlarges the overall shape of the annular secondary light source in a similar (isotropic) manner. Or has a function to reduce. For example, by expanding the focal length of the zoom lens 14 (24) to a predetermined value, the entire shape of the annular secondary light source is similarly enlarged. In other words, both the width and size (outer diameter) of the annular zone secondary light source change without change due to the action of the zoom lens 14 (24).
  • the change of the focal length of the zoom lens 14 (24) is performed by a drive unit (not shown) that operates based on a command from the control unit 5.
  • the annular ratio and size (outer diameter) of the annular secondary light source can be controlled by the action of the conical axicon system 13 (23) and the zoom lens 14 (24).
  • a diffractive optical element (not shown) for multipole illumination is set in the illumination optical path, so that multipole illumination (bipolar illumination, 3 Polar lighting, 4-pole lighting, 5-pole lighting, etc.).
  • a diffractive optical element for dipole illumination is dipole (or quadrupole) in its far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Has a function of forming a light intensity distribution.
  • the light beam that has passed through the diffractive optical element for dipole illumination is incident on the incident surface of the micro fly's eye lens 15 (25), for example, two symmetrical (or 4) Form a dipole (or quadrupole) illuminator that also has an illuminating force.
  • the same dipole (or quadrupole) secondary light source as the illumination field formed on the incident surface is formed at or near the rear focal plane of the microfly lens 15 (25).
  • a normal circular illumination can be performed by setting a circular diffractive optical element (not shown) in the illumination optical path. it can .
  • the diffractive optical element for circular illumination has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element for circular illumination forms, for example, a circular illumination field around the optical axis AX on the entrance surface of the micro fly's eye lens 15 (25). As a result, a secondary light source having the same circular shape as the illumination field formed on the incident surface is formed at or near the rear focal plane of the micro fly's eye lens 15 (25).
  • the controller 5 replaces the conical axicon system 13 (23) (or in addition to the conical axicon system 13 (23)) with a pyramid axicon system (not shown) with a focal lens 12. Set to (22) pupil plane or its vicinity.
  • the control unit 5 replaces the conical axicon system 13 (23) (or in addition to the conical axicon system 13 (23)) with a V-groove axicon system (not shown) as the afocal lens 12 ( Set to or near the pupil plane of 22).
  • the pyramid axicon system has a refracting surface having a shape corresponding to the side surface of the pyramid centered on the optical axis
  • the V-groove axicon system has a V-shaped cross section that is substantially symmetrical with respect to a predetermined axis passing through the optical axis. It has a refracting surface of shape.
  • a plurality of replaceable diffractive optical elements including the diffractive optical element 11 constitutes a first shape changing system that changes the shape of the light intensity distribution at the illumination pupil of the first illumination system
  • a plurality of replaceable diffractive optical elements including the diffractive optical element 21 constitutes a second shape changing system that changes the shape of the light intensity distribution at the illumination pupil of the second illumination system.
  • the conical axicon system 13, pyramid axicon system, and V-groove axicon system constitute the first shape modification system that changes the shape of the light intensity distribution at the illumination pupil of the first illumination system
  • the axicon system and the V-groove axicon system constitute the second shape modification system that changes the shape of the light intensity distribution at the illumination pupil of the second illumination system.
  • the zoom lens 14 constitutes a first variable magnification system that changes the size of the light intensity distribution in the illumination pupil of the first illumination system
  • the zoom lens 24 provides the light intensity distribution in the illumination pupil of the second illumination system.
  • a second variable magnification system that changes the size of The
  • exposure information on the photosensitive substrate that is, information on various masks to be sequentially exposed according to the step “and” scan method, etc.
  • the control unit 5 via the input unit 6 such as a keyboard. Is input.
  • the control unit 5 independently controls the exchange arrangement of the diffractive optical element in the first illumination system and the exchange arrangement of the diffractive optical element in the second illumination system.
  • the control unit 5 independently controls the axicon system interval adjustment in the first illumination system and the axicon system interval adjustment in the second illumination system.
  • the control unit 5 independently controls the focal length adjustment of the zoom lens 14 in the first illumination system and the focal length adjustment of the zoom lens 24 in the second illumination system based on the information from the input unit 6.
  • the first shape changing system and the first variable magnification system, and the second shape changing system and the second variable magnification system are the light intensity distribution in the illumination pupil of the first illumination system and the illumination pupil of the second illumination system. The light intensity distribution is changed independently of each other.
  • the control unit 5 sets the polarization state of the light that illuminates the first illumination region IR1 on the first mask Ml to a desired polarization state.
  • the unit 10 and the second polarization setting unit 20 for setting the polarization state of the light illuminating the second illumination region IR2 on the second mask M2 to a desired polarization state are independently controlled.
  • the first polarization setting unit 10 and the second polarization setting unit 20 perform the polarization state of the light illuminating the first illumination region IR1 on the first mask Ml and the second illumination region IR2 on the second mask M2.
  • the polarization state of the light that illuminates is changed independently of each other.
  • the first mask is used under the required illumination conditions using parameters such as the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil and the polarization state of the illumination light.
  • the first illumination region IR1 on the screen Ml and the second illumination region IR2 on the second mask M2 can be individually illuminated.
  • the polarization setting units 10 and 20 are arranged in each of a plurality of optical paths divided by the half mirror 3, the polarization characteristics (for example, noise characteristics) of the half mirror 3 are arranged. Even if there is a characteristic that the polarization states of the light split by the mirror 3 are different from each other, the first illumination region IR1 on the first mask Ml and the second illumination region IR2 on the second mask M2 It can be illuminated individually under any polarization state. In addition When a polarized beam splitter is used instead of the half mirror 3, this effect is noticeable.
  • a double exposure method is used by using an illumination optical apparatus that individually illuminates two illumination regions IR1 and IR2 that are separated from each other under a required illumination condition.
  • a fine pattern of two masks Ml and M2 can be exposed on the wafer W with high accuracy and high throughput.
  • the pattern of the first mask Ml and the first mask Ml are used with the light in the required linear polarization state so that the light irradiated onto the wafer W is in a polarization state mainly composed of S polarization. It is preferable to illuminate each pattern of the two masks M2.
  • S-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface (polarized light whose electric vector is oscillating in a direction perpendicular to the incident surface).
  • the incident surface is defined as a surface including the normal of the boundary surface at that point and the incident direction of light when the light reaches the boundary surface of the medium (the surface of the wafer W).
  • the optical performance of the projection optical system PL can be achieved by illuminating the mask pattern with the light in the required linear polarization state so that the light irradiated onto the wafer W has a polarization state mainly composed of S-polarized light. (Such as depth of focus) can be improved, and a high-contrast mask pattern image can be obtained on the wafer W.
  • FIG. Perform X-pole dipole illumination as shown in (a). Then, by the operation of the first polarization setting unit 10, a light beam that forms a dipolar secondary light source formed at an interval in the X direction across the optical axis AX1 in the illumination pupil of the first illumination system ( The light beam passing through the secondary light source) is set to a linear polarization state having a polarization direction in the Z direction.
  • the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a high-contrast mask pattern image can be obtained on the wafer W.
  • a relatively small circular secondary light source centered on the optical axis AX1 is formed in the illumination pupil of the first illumination system without being limited to this, and the luminous flux forming this circular secondary light source is Z The same effect can be obtained even if the linear polarization state having the polarization direction is set.
  • FIG. 1 when the unidirectional pattern extending in the X direction is dominant in the second mask M2, for example, due to the action of the diffractive optical element disposed in the second illumination system, FIG.
  • the second polarization setting unit 20 performs Z direction dipole illumination as shown in b). Then, by the action of the second polarization setting unit 20, the light beam forming the bipolar secondary light source that is formed at an interval in the Z direction with the optical axis AX2 sandwiched in the illumination pupil of the second illumination system is changed to X Set to a linear polarization state with the polarization direction in the direction. As a result, the light irradiated to the wafer W becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a high-contrast mask pattern image can be obtained on the wafer W.
  • a secondary light source having a relatively small circular shape centered on the optical axis AX2 is formed at the illumination pupil of the second illumination system, which is not limited to this, and the luminous flux forming this circular secondary light source is X.
  • the same effect can be obtained even when the linear polarization state having the polarization direction in the direction is set.
  • the first mask Ml and the second mask M2 are arranged at the same height position along the Z direction.
  • the first mask Ml and the second mask M2 may be arranged at different height positions along the Z direction as shown in the first modification of FIG. 5 without being limited thereto. it can.
  • the arrangement of the optical path bending reflector PM2 in the second illumination system can be omitted, and the second mask M2 can be held along the XZ plane.
  • a space for arranging two mask stages and two mask stages in scanning exposure are provided. It is easy to secure a space for movement.
  • the polarization state of the light illuminating the first illumination region IR1 on the first mask Ml by the action of the first polarization setting unit 10 in the first illumination system is changed to a desired polarization.
  • the polarization state of the light illuminating the second illumination area IR2 on the second mask M2 is set to a desired polarization state by the action of the second polarization setting unit 20 in the second illumination system.
  • the polarization beam splitter 3A is disposed instead of the half mirror 3, and the first polarization setting unit 10 and the second polarization setting unit 20 are disposed. A modification in which is omitted is also possible.
  • a depolarizer (depolarizing element) 3B is fixedly arranged in the optical path between the polarization beam splitter 3A and the shaping optical system 2. Further, the optical path between the polarizing beam splitter 3A and the diffractive optical element 11 and the optical path bending reflector 4 and the diffracted light
  • the depolarizers 3C and 3D are arranged detachably with respect to the optical path between the optical element 21 and the optical element 21. Therefore, the substantially non-polarized light is incident on the polarized beam splitter 3A, and the P-polarized light (that is, linearly polarized light along the Z direction) transmitted through the polarized beam splitter 3A is the first illumination system. S-polarized light (that is, linearly polarized light along the X direction) reflected by the polarization beam splitter 3A is guided to the second illumination system.
  • the first illumination region IR1 on the first mask Ml is illuminated with light in a linear polarization state having a polarization direction in the Y direction, and the second mask M2
  • the upper second illumination region IR2 is illuminated with linearly polarized light having a polarization direction in the X direction.
  • the first illumination region IR1 is illuminated with unpolarized light
  • the second illumination region IR2 is illuminated with linearly polarized light having a polarization direction in the X direction. Is done.
  • the first illumination area IR1 is illuminated with linearly polarized light having a polarization direction in the Y direction, and the second illumination area IR2 is illuminated with unpolarized light.
  • the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 can be illuminated with lights having different polarization states, and as a result, the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 are respectively illuminated with light having a desired polarization state. Can be illuminated.
  • the diffractive optical element 11 and the micro fly's eye lens 15 are arranged in the first illumination system, and the diffractive optical element 21 and the micro fly's eye lens 25 are arranged in the second illumination system.
  • the first illumination is not limited to this, for example, by changing the posture of one diffractive optical element DO and one micro fly's eye lens MF as shown in the fourth modification of FIG. A configuration is also possible in which the illumination in the area IR1 and the illumination in the second illumination area IR2 are switched.
  • the fourth modification of FIG. 8 is similar to the third modification of FIG. 7, and only the configuration in the optical path between the deborarizers 3C and 3D and the mask blinds 17 and 27 is the third modification of FIG. It is different from the example. In FIG. 8, the control unit 5 and the input unit 6 are not shown for the sake of clarity.
  • the first shutter SH1 is provided immediately after the insertion position of the deborarizer 3C
  • the second shutter SH2 is provided immediately after the insertion position of the debolizer 3D.
  • the first shutter SH1 and the second shutter SH2 It has a function of blocking as necessary.
  • the diffractive optical element DO In the optical path between the shutter SHI, SH2 and the mask blinds 17, 27, in order from the light source side, the diffractive optical element DO, the common variable magnification optical system ZL, the micro fly's eye lens MF, and the common condenser optics
  • the system CL is arranged.
  • the diffractive optical element DO is an optical member corresponding to the diffractive optical element 11 or 21 in FIG. 7
  • the micro fly's eye lens MF is an optical member corresponding to the micro fly's eye lens 15 or 25 in FIG.
  • the common variable magnification optical system ZL is an optical member corresponding to the zoom lenses 14 and 24 in FIG. 7, and the common condenser optical system CL is an optical member corresponding to the condenser optical systems 16 and 26 in FIG. It is.
  • the pair of the diffractive optical element DO and the micro fly's eye lens MF has a first posture indicated by a solid line in the drawing and a second posture indicated by a broken line in the drawing by the action of a swing mechanism that is not shown. It can be switched between.
  • the pair of the diffractive optical element DO and the micro fly's eye lens MF is set to the first posture, the light transmitted through the polarization beam splitter 3A passes through the first shutter SH1, and then the diffractive optical element DO
  • the second illumination area IR2 on the second mask M2 is illuminated through the zoom optical system ZL, micro fly's eye lens MF, common condenser optical system CL, mask blind 27, and the like.
  • the second shutter SH2 avoids the generation of harmful light by blocking the passage of the light flux.
  • the pair of the diffractive optical element DO and the micro fly's eye lens MF is set to the second posture, the light reflected by the polarization beam splitter 3A passes through the second shutter SH2, The first illumination area IR1 on the first mask Ml is illuminated through the diffractive optical element DO, the common variable magnification optical system ZL, the micro fly's eye lens MF, the common condenser optical system CL, the mask blind 17, and the like.
  • the first shutter SH1 avoids the generation of harmful light by blocking the passage of the luminous flux.
  • the polarization beam splitter 3A force also passes through the shutter SH1 and reaches the second illumination region IR2 on the second mask MS2, and the polarization beam splitter 3A force is also
  • the second illumination light path that passes through the shutter SH2 and reaches the first illumination area IR1 on the first mask MS1 is a part of it (diffractive optical element DO, common variable magnification optical system ZL, micro fly-eye lens MF, common In the condenser optical system CL).
  • the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 are simultaneously used.
  • the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 can be illuminated with lights having different polarization states.
  • FIG. 9 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus that works on the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG. 1, but the first is that an internal reflection type rod integrator is used as an optical integrator for uniformizing the illuminance of the irradiated surface. This is basically different from the embodiment.
  • the elements having the same functions as those in the first embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
  • the configuration and operation of the second embodiment will be described.
  • the rod integrator 42 as an internal reflection type optical integrator, 52 are arranged.
  • the depolarizer 31 is arranged in the optical path between the shaping optical system 2 and the half mirror 3, and the polarization setting units 10 and 20, the afocal lenses 12 and 22, The zoom lenses 14, 24 and the condenser optical systems 16, 26 are omitted.
  • a first polarizing plate 42 that is configured to be detachable with respect to the optical path between the front lens group 18a and the rear lens group 18b of the imaging optical system 18 in the first illumination system is provided, and the second illumination is provided.
  • a second polarizing plate 52 that can be inserted into and removed from the optical path between the front lens group 28a and the rear lens group 28b of the imaging optical system 28 in the system is provided.
  • the first polarizing plate 42 and the second polarizing plate 52 are removed from the illumination optical path by a drive unit (not shown) that operates based on a command from the control unit 5.
  • the light from the light source 1 is converted into a required cross-sectional shape by the shaping optical system 2, and converted into a non-polarized light by the depolarizer 31, and then incident on the half mirror 3.
  • the light transmitted through the half mirror 3 is guided to the first illumination system, and enters the rod integrator 42 via the diffractive optical element 11 and the focal lens 41.
  • the light reflected by the half mirror 3 is reflected by the optical path bending reflector 4 and guided to the second illumination system, and enters the rod integrator 52 via the diffractive optical element 21 and the focal lens 51.
  • the afocal lens 41 (51) includes a front lens group 41a (51a) and a rear lens group 41 b (51b).
  • the rear focal position of the front lens group 41a (51a) and the front focal position of the rear lens group 41b (51b) almost coincide with each other, and the front lens group 41a (51a) and the rear lens group 41b (51b) constitutes an afocal optical system as a whole.
  • the rod integrators 42 and 52 are inner surface reflection type rods having an optical material force such as quartz and fluorite, for example, and use the total reflection at the boundary surface between the inside and the outside, that is, the inner surface to collect the light.
  • a number of light source images corresponding to the number of internal reflections is formed along a plane parallel to the rod incident surface.
  • most of the formed light source images are only real images of the center of force (condensing point), which is a virtual image. That is, the light beam incident on the rod integrators 42 and 52 is divided in the angular direction by internal reflection, and a secondary light source having a large number of light source image forces is formed along a plane passing through the condensing point and parallel to the incident surface. .
  • the light beam from the secondary light source formed on the entrance side by the rod integrators 42 and 52 is superimposed on the exit surface and then enters the imaging optical systems 18 and 28.
  • the light beam from the rod integrator 42 in the first illumination system illuminates the first illumination region IR1 on the first mask Ml via the imaging optical system 18.
  • the first polarizing plate 42 is inserted in the optical path between the front lens group 18a and the rear lens group 18b of the imaging optical system 18, for example, linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction. Only the first polarizing plate 42 passes, and the first illumination region IR1 is illuminated with light in a linear polarization state having a polarization direction in the Y direction.
  • the optical path force of the imaging optical system 18 is retracted, the first illumination region IR1 is illuminated with unpolarized light.
  • the light beam from the rod integrator 52 in the second illumination system illuminates the second illumination region IR2 on the second mask M2 via the imaging optical system 28.
  • the second polarizing plate 52 is inserted in the optical path between the front lens group 28a and the rear lens group 28b of the imaging optical system 28, for example, a linear polarization state having a polarization direction in the X direction. Only light is used for the second polarizing plate 52
  • the second illumination region IR2 passes through and is illuminated with linearly polarized light having a polarization direction in the X direction.
  • the optical path force of the imaging optical system 28 is also retracted by the second polarizing plate 52, the second illumination region IR2 is illuminated with light that is not polarized.
  • the required illumination conditions using the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil, the polarization state of the illumination light, and the like as parameters.
  • the first illumination area IR1 and the second illumination area IR2 can be individually illuminated.
  • the above-mentioned axicon system (cone axicon system, pyramid axicon system, V-groove axicon system, etc.) is arranged in the optical path of the front lens group 41a (51a), and the illumination pupil of the first illumination system (second illumination system)
  • the shape of the light intensity distribution formed on the substrate can be changed.
  • the before power lens 41 (51) as a focal zoom lens, the size of the light intensity distribution formed on the illumination pupil of the first illumination system (second illumination system) can be changed.
  • the first mask Ml and the second mask M2 are disposed at the same height position along the Z direction.
  • the first mask Ml and the second mask M2 may be arranged at different height positions along the Z direction as shown in the fifth modification of FIG. it can.
  • the arrangement of the optical path bending reflector PM2 in the second illumination system can be omitted, and the second mask M2 can be held along the XZ plane.
  • the space for arranging the two mask stages and the movement of the two mask stages in the scanning exposure are compared with the second embodiment in FIG. It is easy to secure a space for making it happen.
  • the half mirror 3 is used as the light branching member, the light from the common light source 1 is branched by the noise mirror 3, and one of the branched lights is directed to the first illumination system.
  • the other light that is guided and branched is guided to the second illumination system.
  • the present invention is not limited to this, and a modification in which a polarization beam splitter 3A is arranged in place of the half mirror 3 as shown in FIG. 12 is also possible.
  • the light transmitted through the polarization beam splitter 3A is guided to the first illumination system, and the light reflected by the polarization beam splitter 3A and reflected by the optical path bending reflector 4 is reflected. Guided to the second lighting system.
  • the first mask Ml and the second mask M2 are arranged at different height positions along the Z direction.
  • the sixth variation of FIG. A configuration in which the mask M2 is held along the XZ plane can be applied.
  • one rod integrator 42 is arranged in the first illumination system, and one rod integrator 52 is arranged in the second illumination system.
  • the light beam from the common light source 1 is branched on the front side of the mouth integrators 42 and 52, one branched light beam is made incident on one rod integrator 42, and the other branched light beam is sent to the other. It is incident on the rod integrator 52.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in the eighth modification of FIG. 13, the light flux in the rod integrator is obtained by combining the three rods 6 la, 61b, 61c and the polarizing beam splitter 62. Or a combination of four rods 63a, 63b, 63c, 63d, prismatic type mirror 64 and right angle prism 65, as shown in the ninth variant of Fig. 14. You can do it.
  • the polarizing beam It enters the splitter 62.
  • the light transmitted through the polarization beam splitter 62 propagates through the rod 61b and then exits through the mask blind 17.
  • the light reflected by the polarizing beam splitter 62 propagates through the rod 61c and then exits through the mask blind 27. That is, the rod 61a and the rod 61b constitute a rod integrator in the first illumination system, and the rod 61a and the rod 61c constitute a rod integrator in the second illumination system.
  • the optical force incident on the rod 63a via the optical system corresponding to the afocal lens 41 or 51 of FIG. Incident to 64 the optical force incident on the rod 63a via the optical system corresponding to the afocal lens 41 or 51 of FIG. Incident to 64.
  • the light transmitted through the prism type half mirror 64 propagates through the inside of the rod 63b and then exits through the mask blind 17.
  • the light reflected by the prism type half mirror 64 propagates inside the rod 63c, is reflected by the right-angle prism 65, propagates inside the mouth 63d, and then exits through the mask blind 27. That is, the rod 63a and the rod 63b constitute a rod integrator in the first illumination system, and the rod 63a, the rod 63c and the rod 63d constitute a rod integrator in the second illumination system.
  • the light enters along the optical path of the first illumination system.
  • the reflected light beam is reflected by the optical path bending reflector PM1 and guided to the first mask Ml, and the incident light beam along the optical path of the second illumination system independent of the first illumination system is reflected by the optical path bending reflector PM2.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in the tenth modification of FIG. 15, the light beam incident along the common optical path is branched by the noise mirror 66, and the light transmitted through the half mirror 66 is bent into the optical path.
  • first mask Ml and the second mask M2 are arranged at different height positions, or the first mask Ml and the second mask M2 are arranged at the same height position. Can be.
  • laser light sources 71a and 72a are provided for the first illumination system 71 and the second illumination system 72, respectively, and pulse emission is performed between the laser light sources 71a and 72a.
  • the timing in time the first illumination light path of the first illumination system 71 and the second illumination light path of the second illumination system 72 are separated in time to reduce the temporal coherency of double exposure. Can be made.
  • the patterns of the masks Ml and M2 can be satisfactorily formed on the wafer W via the projection optical system PL.
  • two laser light sources 73 and 74 and two exposure machine main bodies 75 and 76 having different polarization directions of the emitted light are combined through a half mirror 77. Even in the case of using the two illumination lights, it is possible to reduce temporal coherency by shifting the timing of pulse emission between the laser light sources 73 and 74 in terms of time.
  • P-polarized light emitted from the laser light source 73 enters the half mirror 77
  • S-polarized light emitted from the laser light source 74 enters the half mirror 77.
  • the P-polarized light from the laser light source 73 that has passed through the half mirror 77 and the 74-power laser light source reflected by the first mirror 77 are incident on the exposure machine body 75 and reflected by the half mirror 77.
  • the P-polarized light from the laser light source 73 and the S-polarized light from the laser light source 74 that has passed through the noise mirror 77 are incident on the exposure apparatus main body 76.
  • a plurality of laser light sources 71a, 7 A trigger signal for determining the timing of pulse emission of 2a, 73, and 74 may be sent to the laser light sources 71a, 72a and 73, 74 from the controller in the exposure apparatus.
  • the present invention relates to double exposure in which two types of patterns are overprinted on the same shot area on a photosensitive substrate (wafer) to form one composite pattern.
  • the present invention is similarly applied to multiple exposure in which three or more types of patterns are overprinted on the same shot area on the photosensitive substrate to form one composite pattern.
  • one composite pattern is formed by performing the exposure by superimposing the first pattern and the second pattern on one shot area on the photosensitive substrate.
  • the first pattern which is not limited to this, is scanned or exposed to the first shot area on the photosensitive substrate, and the second pattern is scanned and exposed to the second shot area on the photosensitive substrate. Or you can do it all at once.
  • the pattern image of the first illumination area of the first mask and the pattern image of the second illumination area of the second mask are formed on the photosensitive substrate.
  • the present invention is not limited to this, and pattern images of two illumination regions on the same mask can be formed on the photosensitive substrate.
  • the pattern image of the first illumination area of the first mask and the pattern image of the second illumination area of the second mask are matched with each other and formed on the photosensitive substrate.
  • a non-turn image of the first illumination area of the first mask and a pattern image of the second illumination area of the second mask can be formed in parallel on the photosensitive substrate. . In this case, for example, as shown in FIG.
  • a pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. If such a pattern forming apparatus is used, the influence on the synchronization accuracy can be minimized even if the pattern surface is placed vertically.
  • the pattern forming apparatus is driven based on predetermined electronic data, for example.
  • DMD digital micromirror device
  • An exposure apparatus using a DMD is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-313842 and 2004-304135.
  • a self-luminous image display element that may be a transmissive spatial light modulator may be used.
  • a method of filling the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate with a medium having a refractive index larger than 1.1 may apply.
  • a method for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate a method for locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99Z49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent No. 124873 in a liquid tank, or a predetermined stage on such a stage as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114.
  • a method can be employed in which a liquid tank having a depth is formed and the substrate is held in the tank.
  • the exposure apparatus of the above-described embodiment assembles various subsystems including the constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by. To ensure these various accuracies, before and after this assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, For electrical systems, adjustments are made to achieve electrical accuracy. Various subsystem forces
  • the process of assembling the exposure system includes mechanical connections, electrical circuit wiring connections, and pneumatic circuit piping connections between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process for the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies for the entire exposure apparatus. It is desirable to manufacture the exposure apparatus in a clean room where the temperature and cleanliness are controlled.
  • the illumination optical apparatus illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask using the projection optical system is applied to the photosensitive substrate.
  • Microdevices semiconductor elements, imaging) by exposure (exposure process) Element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.
  • FIG. 20 shows an example of a technique 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 present embodiment. This will be described with reference to a flowchart.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied onto the metal film on the one lot of wafers.
  • the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of the one lot via the projection optical system.
  • the photoresist on the lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is used as a mask on the lot of wafers to perform patterning on the mask.
  • the circuit pattern force corresponding to is formed in each shot area on each wafer.
  • steps 301 to 305 the power for depositing metal on the wafer, applying a resist on the metal film, and performing the steps of exposure, development, and etching.
  • steps 301 to 305 the power for depositing metal on the wafer, applying a resist on the metal film, and performing the steps of exposure, development, and etching.
  • a resist may be applied on the silicon oxide film, and the steps such as exposure, development, and etching may be performed.
  • a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • a predetermined pattern circuit pattern, electrode pattern, etc.
  • a plate glass substrate
  • FIG. 21 a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of this embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist).
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate is subjected to various processes such as a development process, an etching process, and a resist stripping process. As a result, a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G, A color filter is formed by arranging a set of three B filters in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step 403 is executed.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell
  • liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the liquid crystal Manufactures panels (liquid crystal cells). Thereafter, in the module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete the liquid crystal display element. According to the above liquid crystal display element manufacturing method, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • a force using a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source as a light source is not limited to this.
  • an F laser light source for example, an F laser light source
  • the present invention can be applied to an exposure apparatus using another appropriate light source.
  • the present invention has been described by taking an example of an illumination optical device that is mounted on an exposure apparatus and illuminates a mask. It is clear that the present invention can be applied to illumination optical devices.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

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Description

明 細 書
照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導 体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィーェ 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ものである。
背景技術
[0002] 半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィー工程にぉ 、て、マスク (またはレ チクル)のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板 (フォトレジストが塗布さ れたウェハ、ガラスプレート等)上に投影露光する露光装置が使用されている。通常 の露光装置では、 1種類のパターンを感光性基板上の 1つのショット領域 (単位露光 領域）に形成している。
[0003] これに対し、スループットを向上させるために、 2種類のパターンを感光性基板上の 同一ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを形成する二重露光方式が提 案されて!ヽる (特許文献 1を参照)。
[0004] 特許文献 1 :特開 2000— 21748号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 二重露光方式の露光装置では、例えば互いに離間した 2つのマスク上の領域を個 別に照明すること、例えば転写パターンの特性に応じた所要の照明条件で個別に照 明することが重要である。
[0006] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、互いに離間した 2つの領域を 所要の照明条件で個別に照明することのできる照明光学装置を提供することを目的 とする。また、本発明は、互いに離間した 2つの領域を所要の照明条件で個別に照 明する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に 高スループットで露光することのできる露光装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0007] 前記課題を解決するために、本発明の第 1形態では、第 1照明光路を有し、第 1照 明領域を照明する第 1照明系と、前記第 1照明光路と独立した第 2照明光路を有し、 第 2照明領域を照明する第 2照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第 1照明系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさ を変化させる第 1可変系を有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさ を変化させる第 2可変系を有し、
前記第 1可変系および前記第 2可変系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分 布と前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させることを特 徴とする照明光学装置を提供する。
[0008] 本発明の第 2形態では、第 1照明光路を有し、第 1照明領域を照明する第 1照明系 と、前記第 1照明光路と独立した第 2照明光路を有し、第 2照明領域を照明する第 2 照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第 1照明系は、前記第 1照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 1偏光設定部を有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 2偏光設定部を有し、
前記第 1偏光設定部および前記第 2偏光設定部は、前記第 1照明領域を照明する 光の偏光状態と前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化 させ、
入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第 1照明光路へ導き且つ分岐した他方 の光を前記第 2照明光路へ導く光分岐部材をさらに備えていることを特徴とする照明 光学装置を提供する。
[0009] 本発明の第 3形態では、第 1形態または第 2形態の照明光学装置を備え、該照明 光学装置により照明されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光 装置を提供する。
[0010] 本発明の第 4形態では、第 3形態の露光装置を用いて、前記パターンを前記感光 性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現 像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
発明の効果
[0011] 本発明の第 1形態にかかる照明光学装置では、第 1照明領域を照明する第 1照明 系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさと、第 2照明領域を照明する第 2照 明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさとを互いに独立に変化させる。そ の結果、照明瞳での光強度分布の形状または大きさをパラメータとする所要の照明 条件で、互いに離間した第 1照明領域および第 2照明領域を個別に照明することが できる。
[0012] 本発明の第 2形態にかかる照明光学装置では、第 1照明領域を照明する光の偏光 状態を設定する第 1偏光設定部と、第 2照明領域を照明する光の偏光状態を設定す る第 2偏光設定部とを、光分岐部材によって分岐される光路のそれぞれに配置して いる。その結果、光分岐部材の偏光特性があつたとしても、互いに離間した第 1照明 領域および第 2照明領域を個別に任意の偏光状態で照明することができる。
[0013] その結果、本発明の露光装置では、互いに離間した 2つの領域を所要の照明条件 で個別に照明する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光 性基板に高スループットで露光することができ、ひ 、ては良好なデバイスを高スルー プッ卜で製造することができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の第 1実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。
[図 2]図 1の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
[図 3] (a)は第 1マスクに形成される矩形状の第 1照明領域を、 (b)は第 2マスクに形成 される矩形状の第 2照明領域を、 (c)は第 1マスクのパターン像と第 2マスクのノター ン像とがウェハ上に重なって形成される様子を示す図である。
[図 4]第 1実施形態の構成に基づいて得られる効果の一例を説明する図である。
[図 5]第 1変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 6]第 2変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 7]第 3変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 8]第 4変形例の構成を概略的に示す図である。 [図 9]本発明の第 2実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。
[図 10]第 5変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 11]第 6変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 12]第 7変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 13]第 8変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 14]第 9変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 15]第 10変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 16]第 11変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 17]第 12変形例の構成を概略的に示す図である。
[図 18]屈折系と偏向ミラーとからなる投影光学系の構成を示す図である。
[図 19]反射屈折型で双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
[図 20]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 21]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
[0015] 5 制御部
10, 20 偏光設定部
11, 21 回折光学素子
13, 23 円錐アキシコン系
14, 24 ズームレンズ
15, 25 マイクロフライアイレンズ
Ml, M2 マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
発明を実施するための最良の形態
[0016] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図 1は、本発明の第 1実施 形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。図 1において、感光性基板 であるウェハ Wの法線方向に沿って Z軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に平 行な方向に Y軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に垂直な方向に X軸をそれ ぞれ設定している。図 1を参照すると、第 1実施形態の露光装置は、露光光 (照明光) を供給するための光源 1を備えている。
[0017] 光源 1として、たとえば約 193nmの波長を有する光を供給する ArFエキシマレーザ 光源や約 248nmの波長を有する光を供給する KrFエキシマレーザ光源などを用い ることができる。光源 1から光軸 AXに沿って射出された光束は、整形光学系 2により 所要の断面形状の光束に拡大され、ハーフミラー 3に入射する。ハーフミラー 3を透 過した光束は、第 1マスク Ml上の第 1照明領域を照明する第 1照明系へ導かれる。 一方、ハーフミラー 3で反射された光束は、光路折り曲げ反射鏡 4で反射された後、 第 2マスク M2上の第 2照明領域を照明する第 2照明系へ導かれる。なお、ここでいう ハーフミラーとは、入射光を分割する光量比が 1 : 1のものには限定されない。また、 本実施形態においては、入射光を振幅分割するハーフミラー 3に変えて、入射光を 偏光分割する偏光ビームスプリツターを用いてもょ 、。
[0018] 第 1照明系と第 2照明系とは互いにほぼ同じ基本構成を有するため、主として第 1 照明系に着目して構成および作用を説明する。この説明に際して、第 1照明系に対 応する第 2照明系の記述を括弧内に示す。ハーフミラー 3を透過して第 1照明系へ導 かれた第 1光束 (ハーフミラー 3で反射されて第 2照明系へ導かれた第 2光束）は、第 1偏光設定部 10 (第 2偏光設定部 20)および回折光学素子 11 (21)を介して、ァフォ 一カルレンズ 12 (22)に入射する。回折光学素子 11 (21)は、第 1照明系（第 2照明 系）の照明光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度 分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。回折光学素子 11 (21)の交換は、制御部 5からの指令に基づいて動作する駆動部 (不図示）により行 われる。以下、説明を簡単にするために、第 1照明系の光路中に配置された回折光 学素子 11および第 2照明系の光路中に配置された回折光学素子 21がともに輪帯照 明用の回折光学素子であるものとする。
[0019] 第 1偏光設定部 10 (第 2偏光設定部 20)は、光の入射側から順に、光軸 AX1 (AX 2)を中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線 偏光の光に変換する 1Z4波長板 10a (20a)と、光軸 AXを中心として結晶光学軸が 回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる 1Z2波長板 10b (20b)と、照明光路に対して挿脱自在なデボラライザ (非偏光化素子） 10c (20c)と を備えている。第 1偏光設定部 10 (第 2偏光設定部 20)は、デボラライザ 10c (20c) を照明光路から退避させた状態で、光源 1からの光を所望の偏光方向を有する直線 偏光の光に変換して回折光学素子 11 (21)へ入射させる機能を有し、デボラライザ 1 0c (20c)を照明光路中に設定した状態で、光源 1からの光を実質的に非偏光の光 に変換して回折光学素子 11 (21)へ入射させる機能を有する。第 1偏光設定部 10 ( 第 2偏光設定部 20)の制御は、制御部 5からの指令に基づいて動作する駆動部 (不 図示）により行われる。なお、偏光設定部の詳しい構成および作用については、米国 特許公開第 2006Z0055834号公報などを参照することができる。
[0020] ァフォーカルレンズ 12 (22)は、前側レンズ群 12a (22a)の前側焦点位置と回折光 学素子 11 (21)の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群 12b (22b)の後側焦点位 置と図中破線で示す所定面 FP1 (FP2)の位置とがほぼ一致するように設定されたァ フォーカル系（無焦点光学系）である。一般に、回折光学素子は、基板に露光光 (照 明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビー ムを所望の角度に回折する作用を有する。
[0021] 具体的に、輪帯照明用の回折光学素子 11 (21)は、矩形状の断面を有する平行光 束が入射した場合に、そのファーフィールド (またはフラウンホーファー回折領域）に 輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子 11 (21) に入射したほぼ平行光束は、ァフォーカルレンズ 12 (22)の瞳面に輪帯状の光強度 分布を形成した後、輪帯状の角度分布でァフォーカルレンズ 12 (22)力も射出される 。前側レンズ群 12a (22a)と後側レンズ群 12b (22b)との間の光路中において、ァフ オーカルレンズ 12 (22)の瞳面またはその近傍には、アキシコン系 13 (23)が配置さ れている。以下、説明を簡単にするために、第 1照明系中のアキシコン系 13および第 2照明系中のアキシコン系 23がともに円錐アキシコン系であるものとする。円錐アキ シコン系 13 (23)の構成および作用につ ヽては後述する。
[0022] ァフォーカルレンズ 12 (22)を介した光束は、 σ値（σ値 =照明系のマスク側開口 数 Ζ投影光学系のマスク側開口数)可変用のズームレンズ (変倍光学系） 14 (24)を 介して、マイクロフライアイレンズ (またはフライアイレンズ） 15 (25)に入射する。マイク 口フライアイレンズ 15 (25)は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有す る微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば 平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成され る。
[0023] ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構 成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに 隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（ 微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。し力しながら、正 屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズは フライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
[0024] 所定面 FP1 (FP2)の位置はズームレンズ 14 (24)の前側焦点位置の近傍に配置 され、マイクロフライアイレンズ 15 (25)の入射面はズームレンズ 14 (24)の後側焦点 位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ 14 (24)は、所定面 FP1 (F P2)とマイクロフライアイレンズ 15 (25)の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に 配置し、ひいてはァフォーカルレンズ 12 (22)の瞳面とマイクロフライアイレンズ 15 (2 5)の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
[0025] したがって、マイクロフライアイレンズ 15 (25)の入射面には、ァフォーカルレンズ 12
(22)の瞳面と同様に、たとえば光軸 AX1 (AX2)を中心とした輪帯状の照野 (輪帯 状の光強度分布）が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ 14 ( 24)の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ 15 (25)を構 成する各微小レンズは、第 1マスク Ml (第 2マスク M2)上において照明すべき第 1照 明領域 (第 2照明領域)の形状 (ひ 、てはウェハ W上にぉ 、て形成すべき露光領域 の形状)と相似な矩形状の断面を有する。
[0026] マイクロフライアイレンズ 15 (25)に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元 的に分割され、その後側焦点面またはその近傍には、入射光束によって形成される 照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸 AX1 (AX2)を中心と した輪帯状の実質的な面光源カゝらなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレ ンズ 15 (25)の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源力ゝらの光束は、コ ンデンサ一光学系 16 (26)を介した後、マスクブラインド 17 (27)を重畳的に照明す る。
[0027] こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド 17 (27)には、マイクロフライアイレン ズ 15 (25)を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形 成される。マスクブラインド 17 (27)の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、 結像光学系 18 (28)の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成された第 1マス ク Ml (第 2マスク M2)上の第 1照明領域 (第 2照明領域)を重畳的に照明する。すな わち、結像光学系 18 (28)は、マスクブラインド 17 (27)の矩形状開口部の像を第 1 マスク Ml (第 2マスク M2)上に形成することになる。結像光学系 18 (28)は、前側レ ンズ群 18a (28a)と後側レンズ群 18b (28b)と力らなり、 2つのレンズ群 18a (28a)と 1 8b (28b)との間には光路折り曲げ反射鏡 PM1 (PM2)が配置されている。なお、図 面の明瞭化のために、参照符号 18, 28の図示を省略している。
[0028] 第 1マスク Mlは第 1マスクステージ MS1上に保持され、第 2マスク M2は第 2マスク ステージ MS2上に保持されている。さらに詳細には、第 2マスク M2は、第 1マスク M 1から Y方向に沿って間隔を隔てて配置され、且つ Z方向に沿って第 1マスク Mlと同 じ高さ位置に配置されている。第 1マスク Ml上の第 1照明領域を通過した第 1光束 および第 2マスク M2上の第 2照明領域を通過した第 2光束は、いわゆる双頭型の投 影光学系 PLを介して、ウェハステージ WS上に保持されたウェハ (感光性基板) Wに 第 1マスク Mlのパターン像および第 2マスク M2のパターン像を形成する。双頭型の 投影光学系 PLは、互いに離間した 2つの有効視野と、 1つの有効結像領域とを有す る光学系である。第 1実施形態では、図 2に概略的に示すように、ビームスプリツター を用いて第 1マスク Mlのパターン像と第 2マスク M2のパターン像とを合致させてゥェ ハ W上に形成するタイプの双頭型の投影光学系 PLを用いて 、る。
[0029] マイクロフライアイレンズ 15の後側焦点面またはその近傍の照明瞳 (第 1照明系の 照明瞳）に輪帯状の光強度分布を形成した第 1光束は、図 3 (a)に示すように、第 1マ スク M 1上において Y方向に細長く延びる矩形状の第 1照明領域 IR1を形成する。マ イク口フライアイレンズ 25の後側焦点面またはその近傍の照明瞳 (第 2照明系の照明 瞳）に輪帯状の光強度分布を形成した第 2光束は、図 3 (b)に示すように、第 2マスク M2上において Y方向に細長く延びる矩形状の第 2照明領域 IR2を形成する。このと き、第 1照明系および第 2照明系は、第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2を同 時に照明する。
[0030] すなわち、第 1マスク Mlのパターン領域 PA1のうち、第 1照明領域 IR1に対応する ノターンが輪帯照明され、第 2マスク M2のパターン領域 PA2のうち、第 2照明領域 I R2に対応するパターンが輪帯照明される。こうして、図 3 (c)に示すように、投影光学 系 PLの矩形状の有効結像領域 ER、すなわち Y方向に細長く延びる矩形状の領域 E Rには、第 1照明領域 IR1の光により照明された第 1マスク Mlのパターン像と第 2照 明領域 IR2の光により照明された第 2マスク M2のパターン像とが重ねて形成される。
[0031] 第 1実施形態では、投影光学系 PLに対して第 1マスク Ml、第 2マスク M2およびゥ ェハ Wを X方向に沿って同期的に移動させつつ、ウェハ W上の 1つのショット領域に、 第 1マスク Mlのパターンと第 2マスク M2のパターンとを重ねて走査露光して 1つの 合成パターンを形成する。そして、投影光学系 PLに対してウェハ Wを XY平面に沿つ て二次元的にステップ移動させつつ、上述の重ね走査露光を繰り返すことにより、ゥ ェハ W上の各ショット領域に、第 1マスク Mlのパターンと第 2マスク M2のパターンと の合成パターンが逐次形成される。
[0032] 円錐アキシコン系 13 (23)は、光源側（光の入射側）から順に、光源側に平面を向 け且つマスク側 (光の射出側）に凹円錐状の屈折面を向けた第 1プリズム部材 13a (2 3a)と、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第 2プリズム 部材 13b (23b)とから構成されている。そして、第 1プリズム部材 13a (23a)の凹円錐 状の屈折面と第 2プリズム部材 13b (23b)の凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可 能なように相補的に形成されている。また、第 1プリズム部材 13a (23a)および第 2プ リズム部材 13b (23b)のうち少なくとも一方の部材が光軸 AX1 (AX2)に沿って移動 可能に構成され、第 1プリズム部材 13a (23a)の凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部 材 13b (23b)の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコ ン系 6中の第 1プリズム部材 13a (23a)と第 2プリズム部材 13b (23b)との光軸 AX1 ( AX2)に沿った間隔の変化は、制御部 5からの指令に基づいて動作する駆動部（不 図示）により行われる。 [0033] 以下、輪帯状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系 13 (23)の作用およびズ ームレンズ 14 (24)の作用を説明する。ここで、第 1プリズム部材 13a (23a)の凹円錐 状屈折面と第 2プリズム部材 13b (23b)の凸円錐状屈折面とが互いに当接している 状態では、円錐アキシコン系 13 (23)は平行平面板として機能し、形成される輪帯状 の二次光源に及ぼす影響はない。し力しながら、第 1プリズム部材 13a (23a)の凹円 錐状屈折面と第 2プリズム部材 13b (23b)の凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯 状の二次光源の幅 (輪帯状の二次光源の外径と内径との差の 1Z2)を一定に保ち つつ、輪帯状の二次光源の外径（内径)が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源 の輪帯比（内径 Z外径)および大きさ (外径)が変化する。
[0034] ズームレンズ 14 (24)は、光軸 AX1 (AX2)に沿って移動可能な複数の光学素子を 有し、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的 (等方的）に拡大または縮小する機能 を有する。たとえば、ズームレンズ 14 (24)の焦点距離を最小値力も所定の値へ拡大 させることにより、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると 、ズームレンズ 14 (24)の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することな ぐその幅および大きさ（外径）がともに変化する。ズームレンズ 14 (24)の焦点距離 の変化は、制御部 5からの指令に基づいて動作する駆動部 (不図示）により行われる 。このように、円錐アキシコン系 13 (23)およびズームレンズ 14 (24)の作用により、輪 帯状の二次光源の輪帯比と大きさ (外径)とを制御することができる。
[0035] 輪帯照明用の回折光学素子 11 (21)に代えて、複数極照明用の回折光学素子 (不 図示)を照明光路中に設定することによって、複数極照明（2極照明、 3極照明、 4極 照明、 5極照明など)を行うことができる。具体的に、例えば 2極照明用（または 4極照 明用）の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、その ファーフィールドに 2極状 (または 4極状)の光強度分布を形成する機能を有する。し たがって、 2極照明用（または 4極照明用）の回折光学素子を介した光束は、マイクロ フライアイレンズ 15 (25)の入射面に、たとえば光軸 AXに関して対称な 2つ（または 4 つ）の照野力もなる 2極状 (または 4極状)の照野を形成する。その結果、マイクロフラ ィアイレンズ 15 (25)の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成された 照野と同じ 2極状 (または 4極状)の二次光源が形成される。 [0036] また、輪帯照明用の回折光学素子 11 (21)に代えて、円形照明用の回折光学素子 (不図示)を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる 。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合 に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、 円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ 15 (25)の入 射面に、たとえば光軸 AXを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロ フライアイレンズ 15 (25)の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成され た照野と同じ円形状の二次光源が形成される。
[0037] 例えば 4極照明の場合、制御部 5は、円錐アキシコン系 13 (23)に代えて (あるいは 円錐アキシコン系 13 (23)に加えて）、角錐アキシコン系（不図示）をァフォーカルレ ンズ 12 (22)の瞳面またはその近傍に設定する。例えば 2極照明の場合、制御部 5は 、円錐アキシコン系 13 (23)に代えて（あるいは円錐アキシコン系 13 (23)に加えて） 、 V溝アキシコン系（不図示）をァフォーカルレンズ 12 (22)の瞳面またはその近傍に 設定する。ここで、角錐アキシコン系は光軸を中心とする角錐体の側面に対応する形 状の屈折面を有し、 V溝アキシコン系は光軸を通る所定の軸線に関してほぼ対称な V字状の断面形状の屈折面を有する。なお、角錐アキシコン系および V溝アキシコン 系の構成および作用については、特開 2002— 231619号公報およびこれに対応す る米国特許公開第 2004Z0263817号公報などを参照することができる。
[0038] 第 1実施形態において、回折光学素子 11を含む複数の交換可能な回折光学素子 が第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第 1形状変更系を構成 し、回折光学素子 21を含む複数の交換可能な回折光学素子が第 2照明系の照明瞳 での光強度分布の形状を変化させる第 2形状変更系を構成している。同様に、円錐 アキシコン系 13や角錐アキシコン系や V溝アキシコン系が第 1照明系の照明瞳での 光強度分布の形状を変化させる第 1形状変更系を構成し、円錐アキシコン系 23や角 錐アキシコン系や V溝アキシコン系が第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状を 変化させる第 2形状変更系を構成している。また、ズームレンズ 14が第 1照明系の照 明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第 1変倍系を構成し、ズームレンズ 24が 第 2照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第 2変倍系を構成してい る。
[0039] 第 1実施形態では、感光性基板の露光情報、すなわちステップ'アンド'スキャン方 式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報など力 キーボードのよう な入力部 6を介して制御部 5に入力される。制御部 5は、入力部 6からの情報に基づ いて、第 1照明系中への回折光学素子の交換配置と第 2照明系中への回折光学素 子の交換配置とを独立に制御する。また、制御部 5は、入力部 6からの情報に基づい て、第 1照明系中のアキシコン系の間隔調整と第 2照明系中のアキシコン系の間隔 調整とを独立に制御する。また、制御部 5は、入力部 6からの情報に基づいて、第 1 照明系中のズームレンズ 14の焦点距離調整と第 2照明系中のズームレンズ 24の焦 点距離調整とを独立に制御する。こうして、第 1形状変更系および第 1変倍系並びに 第 2形状変更系および第 2変倍系は、第 1照明系の照明瞳での光強度分布と第 2照 明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させる。
[0040] さらに、制御部 5は、入力部 6からの情報に基づいて、第 1マスク Ml上の第 1照明 領域 IR1を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第 1偏光設定部 10 と、第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 2偏光設定部 20とを独立に制御する。こうして、第 1偏光設定部 10およ び第 2偏光設定部 20は、第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を照明する光の偏光 状態と、第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を照明する光の偏光状態とを互いに独 立に変化させる。
[0041] 以上のように、第 1実施形態の照明光学装置では、照明瞳での光強度分布の形状 または大きさ、照明光の偏光状態などをパラメータとする所要の照明条件で、第 1マ スク Ml上の第 1照明領域 IR1および第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を個別に 照明することができる。
[0042] また、第 1実施形態の露光装置では、ハーフミラー 3によって分割された複数の光 路のそれぞれに偏光設定部 10, 20を配置しているため、ハーフミラー 3の偏光特性 ( たとえばノヽーフミラー 3によって分割された光の間での偏光状態が互いに異なるよう な特性）があったとしても、第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1および第 2マスク M2 上の第 2照明領域 IR2を任意の偏光状態のもとで個別に照明することができる。なお 、ハーフミラー 3に代えて偏光ビームスプリツターを用いた場合には、この効果は顕著 に現れる。
[0043] その結果、第 1実施形態の露光装置では、互いに離間した 2つの照明領域 IR1お よび IR2を所要の照明条件で個別に照明する照明光学装置を用いて、二重露光方 式により 2つのマスク Mlおよび M2の微細パターンをウェハ Wに高精度に且つ高ス ループットで露光することができる。
[0044] 以下、図 4を参照して、第 1実施形態の構成に基づいて得られる効果の一例を説明 する。第 1実施形態の露光装置では、ウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とす る偏光状態になるように、所要の直線偏光状態の光で第 1マスク Mlのパターンおよ び第 2マスク M2のパターンをそれぞれ照明することが好ましい。ここで、 S偏光とは、 入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光 (入射面に垂直な方向に 電気ベクトルが振動している偏光）のことである。また、入射面は、光が媒質の境界面 (ウェハ Wの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含 む面として定義される。このように、ウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とする 偏光状態になるように所要の直線偏光状態の光でマスクパターンを照明することによ り、投影光学系 PLの光学性能 (焦点深度など)の向上を図ることができ、ウェハ W上 にお 、て高 、コントラストのマスクパターン像を得ることができる。
[0045] 具体的には、たとえば第 1マスク Mlにおいて Y方向に沿って細長く延びる一方向 ノターンが支配的である場合、第 1照明系中に配置される回折光学素子などの作用 により、図 4 (a)に示すような X方向 2極照明を行う。そして、第 1偏光設定部 10の作 用により、第 1照明系の照明瞳において光軸 AX1を挟んで X方向に間隔を隔てて形 成される 2極状の二次光源を形成する光束（二次光源を通過する光束)を、 Z方向に 偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。その結果、最終的な被照射面としての ウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハ W上におい て高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。また、これに限定されること なぐ第 1照明系の照明瞳において光軸 AX1を中心とする比較的小さい円形状の二 次光源を形成し、この円形状の二次光源を形成する光束を Z方向に偏光方向を有す る直線偏光状態に設定しても同様の効果が得られる。 [0046] 同様に、たとえば第 2マスク M2において X方向に沿って細長く延びる一方向パター ンが支配的である場合、第 2照明系中に配置される回折光学素子などの作用により、 図 4 (b)に示すような Z方向 2極照明を行う。そして、第 2偏光設定部 20の作用により 、第 2照明系の照明瞳において光軸 AX2を挟んで Z方向に間隔を隔てて形成される 2極状の二次光源を形成する光束を、 X方向に偏光方向を有する直線偏光状態に 設定する。その結果、ウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とする偏光状態にな り、ウェハ W上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。また、 これに限定されることなぐ第 2照明系の照明瞳において光軸 AX2を中心とする比較 的小さい円形状の二次光源を形成し、この円形状の二次光源を形成する光束を X方 向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定しても同様の効果が得られる。
[0047] なお、上述の第 1実施形態では、第 1マスク Mlと第 2マスク M2とが Z方向に沿って 同じ高さ位置に配置されている。し力しながら、これに限定されることなぐ図 5の第 1 変形例に示すように、第 1マスク Mlと第 2マスク M2とを Z方向に沿って互いに異なる 高さ位置に配置することもできる。また、図 6の第 2変形例に示すように、第 2照明系 中の光路折り曲げ反射鏡 PM2の配置を省略し、第 2マスク M2を XZ平面に沿って保 持することもできる。図 5の第 1変形例や図 6の第 2変形例では、図 1の第 1実施形態 に比して、 2つのマスクステージを配置するためのスペース、および走査露光に際し て 2つのマスクステージを移動させるためのスペースを確保し易い。
[0048] また、上述の第 1実施形態では、第 1照明系中の第 1偏光設定部 10の作用により第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設 定し、第 2照明系中の第 2偏光設定部 20の作用により第 2マスク M2上の第 2照明領 域 IR2を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定している。し力しながら、こ れに限定されることなぐ図 7に示すように、ハーフミラー 3に代えて偏光ビームスプリ ッター 3Aを配置し、第 1偏光設定部 10および第 2偏光設定部 20の配置を省略する 変形例も可能である。
[0049] 図 7の第 3変形例では、偏光ビームスプリツター 3Aと整形光学系 2との間の光路中 にデボラライザ (非偏光化素子） 3Bが固定的に配置されている。また、偏光ビームス プリツター 3Aと回折光学素子 11との間の光路および光路折り曲げ反射鏡 4と回折光 学素子 21との間の光路に対してデボラライザ 3Cおよび 3Dが揷脱自在に配置されて いる。したがって、偏光ビームスプリツター 3Aには実質的に非偏光状態の光が入射 し、偏光ビームスプリツター 3Aを透過した P偏光の光 (すなわち Z方向に沿って直線 偏光する光）が第 1照明系へ導かれ、偏光ビームスプリツター 3Aで反射された S偏光 の光 (すなわち X方向に沿って直線偏光する光）が第 2照明系へ導かれる。
[0050] デボラライザ 3Cおよび 3Dがともに照明光路力も退避している場合、第 1マスク Ml 上の第 1照明領域 IR1は Y方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明され、 第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2は X方向に偏光方向を有する直線偏光状態の 光で照明される。デボラライザ 3Cだけが照明光路中に配置されている場合、第 1照 明領域 IR1は非偏光状態の光で照明され、第 2照明領域 IR2は X方向に偏光方向を 有する直線偏光状態の光で照明される。デボラライザ 3Dだけが照明光路中に配置 されている場合、第 1照明領域 IR1は Y方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光 で照明され、第 2照明領域 IR2は非偏光状態の光で照明される。その結果、第 1照明 領域 IR1と第 2照明領域 IR2とを互いに異なる偏光状態の光で照明することができ、 ひいては第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2をそれぞれ所望の偏光状態の光 で照明することができる。
[0051] なお、図 7の第 3変形例では、第 1照明系中に回折光学素子 11およびマイクロフラ ィアイレンズ 15が配置され、第 2照明系中に回折光学素子 21およびマイクロフライア ィレンズ 25が配置されている。しかしながら、これに限定されることなぐ例えば図 8の 第 4変形例に示すように、 1つの回折光学素子 DOと 1つのマイクロフライアイレンズ M Fとの対の姿勢を変化させることにより、第 1照明領域 IR1の照明と第 2照明領域 IR2 の照明とを切り換える構成も可能である。図 8の第 4変形例は、図 7の第 3変形例に類 似している力、デボラライザ 3C, 3Dとマスクブラインド 17, 27との間の光路中の構成 だけが図 7の第 3変形例と相違している。図 8では、図面の明瞭化のために、制御部 5および入力部 6の図示を省略している。
[0052] 図 8の第 4変形例では、デボラライザ 3Cの挿入位置の直後に第 1シャッター SH1が 設けられ、デボラライザ 3Dの挿入位置の直後に第 2シャッター SH2が設けられて ヽ る。第 1シャッター SH1および第 2シャッター SH2は、光路に沿って入射する光束を 必要に応じて遮る機能を有する。シャッター SHI, SH2とマスクブラインド 17, 27と の間の光路中には、光源側から順に、回折光学素子 DOと、共通の変倍光学系 ZLと 、マイクロフライアイレンズ MFと、共通のコンデンサー光学系 CLとが配置されている 。回折光学素子 DOは図 7の回折光学素子 11または 21に対応する光学部材であり、 マイクロフライアイレンズ MFは図 7のマイクロフライアイレンズ 15または 25に対応する 光学部材である。
[0053] 共通の変倍光学系 ZLは図 7のズームレンズ 14, 24に対応する光学部材であり、共 通のコンデンサー光学系 CLは図 7のコンデンサー光学系 16, 26に対応する光学部 材である。上述したように、回折光学素子 DOとマイクロフライアイレンズ MFとの対は 、図示を省略した首振り機構の作用により、図中実線で示す第 1姿勢と図中破線で 示す第 2姿勢との間で切り換え可能に構成されている。回折光学素子 DOとマイクロ フライアイレンズ MFとの対が第 1姿勢に設定された場合、偏光ビームスプリツター 3A を透過した光は、第 1シャッター SH1を通過した後、回折光学素子 DO、共通の変倍 光学系 ZL、マイクロフライアイレンズ MF、共通のコンデンサー光学系 CL、マスクブラ インド 27などを介して、第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を照明する。このとき、第 2シャッター SH2は光束の通過を遮ることにより有害光の発生を回避する。
[0054] 一方、回折光学素子 DOとマイクロフライアイレンズ MFとの対が第 2姿勢に設定さ れた場合、偏光ビームスプリツター 3Aで反射された光は、第 2シャッター SH2を通過 した後、回折光学素子 DO、共通の変倍光学系 ZL、マイクロフライアイレンズ MF、共 通のコンデンサー光学系 CL、マスクブラインド 17などを介して、第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を照明する。このとき、第 1シャッター SH1は光束の通過を遮ることに より有害光の発生を回避する。
[0055] 図 8の第 4変形例では、偏光ビームスプリツター 3A力もシャッター SH1を経由し、第 2マスク MS2上の第 2照明領域 IR2に至る第 1照明光路と、偏光ビームスプリツター 3 A力もシャッター SH2を経由し、第 1マスク MS1上の第 1照明領域 IR1に至る第 2照 明光路とは、その一部（回折光学素子 DO、共通の変倍光学系 ZL、マイクロフライア ィレンズ MF、共通のコンデンサー光学系 CL)において時間的に分離されている。
[0056] このように、図 8の第 4変形例では、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2とを同時 に照明することはできないが、図 7の第 3変形例と同様に、第 1照明領域 IR1と第 2照 明領域 IR2とを互いに異なる偏光状態の光で照明することができる。
[0057] なお、図 8の第 4変形例の要部構成、すなわちシャッター SHI, SH2から共通のコ ンデンサ一光学系 CLまでの構成を、例えば図 1の第 1実施形態、図 5の第 1変形例、 図 6の第 2変形例に適用することもできる。なお、図 7の第 3変形例や図 8の第 4変形 例においても、図 5の第 1変形例に示すように第 1マスク Mlと第 2マスク M2とを Z方 向に沿って互いに異なる高さ位置に配置する構成や、図 6の第 2変形例に示すように 第 2マスク M2を XZ平面に沿って保持する構成を適用することができる。
[0058] 図 9は、本発明の第 2実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である 。第 2実施形態は、図 1の第 1実施形態と類似の構成を有するが、被照射面の照度を 均一化するためのオプティカルインテグレータとして内面反射型のロッドインテグレー タを用いている点が第 1実施形態と基本的に相違している。図 9では、図 1の第 1実施 形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図 1と同じ参照符号を付している 。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 2実施形態の構成および作用を説 明する。
[0059] 図 9の第 2実施形態では、第 1実施形態の波面分割型のオプティカルインテグレー タとしてのマイクロフライアイレンズ 15, 25に代えて、内面反射型のオプティカルイン テグレータとしてのロッドインテグレータ 42, 52を配置している。ロッドインテグレータ 41, 51の設置に関連して、整形光学系 2とハーフミラー 3との間の光路中にデポララ ィザ 31を配置するとともに、偏光設定部 10, 20、ァフォーカルレンズ 12, 22、ズーム レンズ 14, 24、およびコンデンサー光学系 16, 26の配置を省略している。また、第 1 照明系中の結像光学系 18の前側レンズ群 18aと後側レンズ群 18bとの間の光路に 対して挿脱自在に構成された第 1偏光板 42を設け、第 2照明系中の結像光学系 28 の前側レンズ群 28aと後側レンズ群 28bとの間の光路に対して挿脱自在な第 2偏光 板 52を設けている。第 1偏光板 42および第 2偏光板 52の照明光路に対する揷脱は 、制御部 5からの指令に基づいて動作する駆動部 (不図示）により行われる。
[0060] 第 2実施形態では、光源 1からの光が、整形光学系 2により所要の断面形状に変換 され、デボラライザ 31により非偏光状態の光に変換された後、ハーフミラー 3に入射 する。ハーフミラー 3を透過した光は、第 1照明系へ導かれ、回折光学素子 11および ァフォーカルレンズ 41を介して、ロッドインテグレータ 42に入射する。一方、ハーフミ ラー 3で反射された光は、光路折り曲げ反射鏡 4で反射されて第 2照明系へ導かれ、 回折光学素子 21およびァフォーカルレンズ 51を介して、ロッドインテグレータ 52に入 射する。ァフォーカルレンズ 41 (51)は、前側レンズ群 41a (51a)と、後側レンズ群 41 b (51b)とを有する。ここで、前側レンズ群 41a (51a)の後側焦点位置と後側レンズ群 41b (51b)の前側焦点位置とはほぼ一致しており、前側レンズ群 41a (51a)と、後側 レンズ群 41b (51b)とは全体としてァフォーカル光学系を構成している。
[0061] ロッドインテグレータ 42, 52は、例えば石英や蛍石のような光学材料力 なる内面 反射型のロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集 光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成 する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像である力 中心 (集光点）の光源像 のみが実像となる。すなわち、ロッドインテグレータ 42, 52に入射した光束は、内面 反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数 の光源像力もなる二次光源が形成される。ロッドインテグレータ 42, 52によりその入 射側に形成された二次光源からの光束は、その射出面において重畳された後、結像 光学系 18, 28に入射する。
[0062] すなわち、第 1照明系中のロッドインテグレータ 42からの光束は、結像光学系 18を 介して、第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を照明する。ここで、結像光学系 18の 前側レンズ群 18aと後側レンズ群 18bとの間の光路に第 1偏光板 42が挿入されてい る場合、例えば Z方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光だけが第 1偏光板 42 を通過し、第 1照明領域 IR1は Y方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明 される。一方、結像光学系 18の光路力 第 1偏光板 42が退避している場合、第 1照 明領域 IR1は非偏光状態の光で照明される。
[0063] 同様に、第 2照明系中のロッドインテグレータ 52からの光束は、結像光学系 28を介 して、第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を照明する。ここで、結像光学系 28の前 側レンズ群 28aと後側レンズ群 28bとの間の光路に第 2偏光板 52が挿入されている 場合、例えば X方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光だけが第 2偏光板 52を 通過し、第 2照明領域 IR2は X方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明さ れる。一方、結像光学系 28の光路力も第 2偏光板 52が退避している場合、第 2照明 領域 IR2は非偏光状態の光で照明される。
[0064] 第 2実施形態の照明光学装置においても、第 1実施形態と同様に、照明瞳での光 強度分布の形状または大きさ、照明光の偏光状態などをパラメータとする所要の照 明条件で、第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2を個別に照明することができる 。なお、前側レンズ群 41a (51a)の光路中に前述のアキシコン系（円錐アキシコン系 、角錐アキシコン系、 V溝アキシコン系など)を配置して、第 1照明系（第 2照明系）の 照明瞳に形成される光強度分布の形状を変化させることができる。また、ァフォー力 ルレンズ 41 (51)をァフォーカルズームレンズとして構成することにより、第 1照明系（ 第 2照明系）の照明瞳に形成される光強度分布の大きさを変化させることができる。
[0065] 上述の第 2実施形態では、第 1マスク Mlと第 2マスク M2とが Z方向に沿って同じ高 さ位置に配置されている。し力しながら、これに限定されることなぐ図 10の第 5変形 例に示すように、第 1マスク Mlと第 2マスク M2とを Z方向に沿って互いに異なる高さ 位置に配置することもできる。また、図 11の第 6変形例に示すように、第 2照明系中の 光路折り曲げ反射鏡 PM2の配置を省略し、第 2マスク M2を XZ平面に沿って保持す ることもできる。図 10の第 5変形例や図 11の第 6変形例では、図 9の第 2実施形態に 比して、 2つのマスクステージを配置するためのスペース、および走査露光に際して 2 つのマスクステージを移動させるためのスペースを確保し易い。
[0066] また、上述の第 2実施形態では、光分岐部材としてハーフミラー 3を用い、共通の光 源 1からの光をノヽーフミラー 3で分岐し、分岐した一方の光を第 1照明系へ導き且つ 分岐した他方の光を第 2照明系へ導いている。し力しながら、これに限定することなく 、図 12に示すように、ハーフミラー 3に代えて偏光ビームスプリツター 3Aを配置する 変形例も可能である。図 12の第 7変形例では、偏光ビームスプリツター 3Aを透過し た光が第 1照明系へ導かれ、偏光ビームスプリツター 3Aで反射され且つ光路折り曲 げ反射鏡 4で反射された光が第 2照明系へ導かれる。なお、図 12の第 7変形例にお いても、図 10の第 5変形例に示すように第 1マスク Mlと第 2マスク M2とを Z方向に沿 つて互いに異なる高さ位置に配置する構成や、図 11の第 6変形例に示すように第 2 マスク M2を XZ平面に沿って保持する構成を適用することができる。
[0067] また、上述の第 2実施形態では、第 1照明系中に 1つのロッドインテグレータ 42を配 置し、第 2照明系中に 1つのロッドインテグレータ 52を配置している。換言すれば、口 ッドインテグレータ 42, 52よりも前側において共通の光源 1からの光束を分岐し、分 岐した一方の光束を一方のロッドインテグレータ 42に入射させ、分岐した他方の光束 を他方のロッドインテグレータ 52に入射させている。し力しながら、これに限定される ことなく、図 13の第 8変形例に示すように 3本のロッド 6 la, 61b, 61cと偏光ビームス プリツター 62との糸且合せによりロッドインテグレータ中において光束を分岐したり、図 1 4の第 9変形伊に示すように 4本のロッド 63a, 63b, 63c, 63dとプリズム型ノヽーフミラ 一 64と直角プリズム 65との組合せによりロッドインテグレータ中において光束を分岐 したりすることがでさる。
[0068] 図 13の第 8変形例では、例えば図 9のァフォーカルレンズ 41または 51に対応する 光学系を介してロッド 61aに入射した光が、ロッド 61aの内部を伝搬した後、偏光ビー ムスプリッター 62に入射する。偏光ビームスプリツター 62を透過した光は、ロッド 61b の内部を伝搬した後、マスクブラインド 17を介して射出される。偏光ビームスプリッタ 一 62で反射された光は、ロッド 61cの内部を伝搬した後、マスクブラインド 27を介して 射出される。すなわち、ロッド 61aとロッド 61bとが第 1照明系中のロッドインテグレータ を構成し、ロッド 61aとロッド 61cとが第 2照明系中のロッドインテグレータを構成して いる。
[0069] 図 14の第 9変形例では、例えば図 9のァフォーカルレンズ 41または 51に対応する 光学系を介してロッド 63aに入射した光力 ロッド 63aの内部を伝搬した後、プリズム 型ハーフミラー 64に入射する。プリズム型ハーフミラー 64を透過した光は、ロッド 63b の内部を伝搬した後、マスクブラインド 17を介して射出される。プリズム型ハーフミラ 一 64で反射された光は、ロッド 63cの内部を伝搬し、直角プリズム 65で反射され、口 ッド 63dの内部を伝搬した後、マスクブラインド 27を介して射出される。すなわち、ロッ ド 63aとロッド 63bとが第 1照明系中のロッドインテグレータを構成し、ロッド 63aとロッド 63cとロッド 63dとが第 2照明系中のロッドインテグレータを構成している。
[0070] また、上述の第 1実施形態および第 2実施形態では、第 1照明系の光路に沿って入 射する光束を光路折り曲げ反射鏡 PM1により反射して第 1マスク Mlへ導き、第 1照 明系とは独立したの第 2照明系の光路に沿って入射する光束を光路折り曲げ反射鏡 PM2により反射して第 2マスク M2へ導く構成を採用している。しかしながら、これに 限定されることなぐ図 15の第 10変形例に示すように共通の光路に沿って入射する 光束をノヽーフミラー 66で分岐し、ハーフミラー 66を透過した光を光路折り曲げ反射 鏡 67で反射して第 1マスク Mlへ導き、ハーフミラー 66で反射された光を第 2マスク M2へ導く構成も可能である。この場合、図 15に示すように第 1マスク Mlと第 2マスク M2とを互いに異なる高さ位置に配置したり、あるいは第 1マスク Mlと第 2マスク M2と を互いに同じ高さ位置に配置したりすることができる。
[0071] ところで、二重露光を同時に行う際に 2種類の照明状態でコヒーレンシィが高いと、 ウェハ上に形成されるパターンが光の干渉の影響を受け易い。そこで、図 16の第 11 変形例に示すように、第 1照明系 71および第 2照明系 72に対してそれぞれレーザ光 源 71aおよび 72aを設け、レーザ光源 71aと 72aとの間でパルス発光のタイミングを時 間的にずらせることにより、第 1照明系 71の第 1照明光路と第 2照明系 72の第 2照明 光路とを時間的に分離し、二重露光の時間的コヒーレンシィを低減させることができる 。ひいては、投影光学系 PLを介してウェハ W上にマスク Ml, M2のパターンを良好 に形成することができる。
[0072] また、図 17の第 12変形例に示すように、射出光の偏光方向が互いに異なる 2つの レーザ光源 73, 74と 2つの露光機本体 75, 76とをハーフミラー 77を介して組み合わ せて用いる場合にも、レーザ光源 73と 74との間でパルス発光のタイミングを時間的 にずらせることにより、 2つの照明光で時間的コヒーレンシィを低減することができる。 図 17の第 12変形例では、例えばレーザ光源 73から射出された P偏光の光がハーフ ミラー 77に入射し、レーザ光源 74から射出された S偏光の光がハーフミラー 77に入 射する。そして、ハーフミラー 77を透過したレーザ光源 73からの P偏光の光およびノヽ 一フミラー 77で反射されたレーザ光源 74力もの S偏光の光が露光機本体 75に入射 し、ハーフミラー 77で反射されたレーザ光源 73からの P偏光の光およびノヽーフミラー 77を透過したレーザ光源 74からの S偏光の光が露光機本体 76に入射する。なお、 図 16の第 11変形例および図 17の第 12変形例において、複数のレーザ光源 71a, 7 2aおよび 73, 74のパルス発光のタイミングを決定するためのトリガ信号を、露光機本 体内の制御部から各レーザ光源 71a, 72aおよび 73, 74へ送ればよい。
[0073] なお、上述の各実施形態では、 2種類のノターンを感光性基板 (ウェハ）上の同一 ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを形成する二重露光に関連して本発 明を説明している。し力しながら、これに限定されることなぐ 3種類以上のパターンを 感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを形成する多 重露光に対しても同様に本発明を適用することができる。また、上述の各実施形態で は、感光性基板上の 1つのショット領域に、第 1パターンと第 2パターンとを重ねて走 查露光することにより 1つの合成パターンを形成している。し力しながら、これに限定 されることなぐ第 1パターンを感光性基板上の第 1ショット領域に走査露光または一 括露光し、第 2パターンを感光性基板上の第 2ショット領域に走査露光または一括露 光することちでさる。
[0074] また、上述の各実施形態では、第 1マスクの第 1照明領域のパターン像と第 2マスク の第 2照明領域のパターン像とを感光性基板上に形成している。しかしながら、これ に限定されることなく、同一マスク上の 2つの照明領域のパターン像を感光性基板上 に形成することもできる。また、上述の各実施形態では、第 1マスクの第 1照明領域の ノターン像と第 2マスクの第 2照明領域のパターン像とを合致させて感光性基板上に 形成している。し力しながら、これに限定されることなぐ第 1マスクの第 1照明領域の ノターン像と第 2マスクの第 2照明領域のパターン像とを感光性基板上において並列 的に形成することもできる。この場合、例えば図 18に示すように屈折系と偏向ミラーと 力 なる別のタイプの双頭型の投影光学系 PLや、図 19に示すような反射屈折型で 双頭型の投影光学系 PLを用いることができる。このような双頭型の投影光学系として は、米国特許仮出願第 60Z907, 828号で提案されている光学系を用いることがで きる。
[0075] また、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定 ノターンを形成するパターン形成装置を用いることができる。このようなパターン形成 装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる 。なお、パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動され る複数の反射素子を含む DMD (デジタル ·マイクロミラー ·デバイス）を用いることが できる。 DMDを用いた露光装置は、例えば特開平 8— 313842号公報、特開 2004 — 304135号公報に開示されている。また、 DMDのような非発光型の反射型空間光 変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良ぐ自発光型の画像表示素子を 用いても良い。
[0076] また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を 1. 1 よりも大きな屈折率を有する媒体 (典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適 用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす 手法としては、国際公開番号 WO99Z49504号公報に開示されているような局所的 に液体を満たす手法や、特開平 6— 124873号公報に開示されているような露光対 象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平 10— 30311 4号公報に開示されて 、るようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に 基板を保持する手法などを採用することができる。
[0077] 上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を 含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つよう に組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての 前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系 につ 、ては機械的精度を達成するための調整、各種電気系につ 、ては電気的精度 を達成するための調整が行われる。各種サブシステム力 露光装置への組み立てェ 程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配 管接続等が含まれる。この各種サブシステム力 露光装置への組み立て工程の前に 、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステム の露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体とし ての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管 理されたクリーンルームで行うことが望まし 、。
[0078] 上述の実施形態に力かる露光装置では、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、本実施形 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 20のフローチャートを参照して説明する。
[0079] 先ず、図 20のステップ 301において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次 のステップ 302において、その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布さ れる。その後、ステップ 303において、本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 る回路パターン力 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
[0080] 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。なお、 ステップ 301〜ステップ 305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジスト を塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っている力 これらの工程に先 立って、ウェハ上にシリコンの酸ィ匕膜を形成後、そのシリコンの酸ィ匕膜上にレジストを 塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない
[0081] また、本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 21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 21において、パターン形成工程 401では、本実施形態 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ェ 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。
[0082] 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 イブのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたり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。
[0083] セル組み立て工程 403では、例えば、パターン形成工程 401にて得られた所定パ ターンを有する基板とカラーフィルター形成工程 402にて得られたカラーフィルターと の間に液晶を注入して、液晶パネル (液晶セル)を製造する。その後、モジュール組 み立て工程 404にて、組み立てられた液晶パネル (液晶セル）の表示動作を行わせ る電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上 述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶 表示素子をスループット良く得ることができる。
[0084] なお、上述の各実施形態では、光源として KrFエキシマレーザ光源または ArFェキ シマレーザ光源を用いている力 これに限定されることなぐ例えば Fレーザ光源の
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ように他の適当な光源を用いる露光装置に対して本発明を適用することもできる。ま た、上述の各実施形態では、露光装置に搭載されてマスクを照明する照明光学装置 を例にとって本発明を説明しているが、マスク以外の被照射面を照明するための一 般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。このように 、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々 の構成を取り得る。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1照明光路を有し、第 1照明領域を照明する第 1照明系と、前記第 1照明光路と独 立した第 2照明光路を有し、第 2照明領域を照明する第 2照明系とを備えた照明光学 装置であって、
前記第 1照明系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさ を変化させる第 1可変系を有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさ を変化させる第 2可変系を有し、
前記第 1可変系および前記第 2可変系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分 布と前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させることを特 徴とする照明光学装置。
[2] 前記第 1照明系は、前記第 1照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 1偏光設定部を有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 2偏光設定部を有し、
前記第 1偏光設定部および前記第 2偏光設定部は、前記第 1照明領域を照明する 光の偏光状態と前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化 させることを特徴とする請求項 1に記載の照明光学装置。
[3] 前記第 1可変系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる 第 1形状変更系を有し、
前記第 2可変系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる 第 2形状変更系を有することを特徴とする請求項 1または 2に記載の照明光学装置。
[4] 前記第 1形状変更系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化さ せるために、入射光を回折させて所望の光強度分布を形成する複数の交換可能な 回折光学素子を有し、
前記第 2形状変更系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化さ せるために、入射光を回折させて所望の光強度分布を形成する複数の交換可能な 回折光学素子を有することを特徴とする請求項 3に記載の照明光学装置。
[5] 前記第 1形状変更系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化さ せるために、前記第 1照明系の光軸に沿った間隔が可変に構成された 2つのプリズ ム部材を有し、
前記第 2形状変更系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化さ せるために、前記第 2照明系の光軸に沿った間隔が可変に構成された 2つのプリズ ム部材を有することを特徴とする請求項 3または 4に記載の照明光学装置。
[6] 前記第 1可変系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる 第 1変倍系を有し、
前記第 2可変系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させ る第 2変倍系を有することを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれか 1項に記載の照明 光学装置。
[7] 前記第 1変倍系は、前記第 1照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる ために、前記第 1照明系の光軸に沿って移動可能な複数の光学素子を有し、 前記第 2変倍系は、前記第 2照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させ るために、前記第 2照明系の光軸に沿って移動可能な複数の光学素子を有すること を特徴とする請求項 6に記載の照明光学装置。
[8] 前記第 1偏光設定部は、前記第 1照明領域を照明する光の偏光状態を所望の方向 に偏光する直線偏光状態に設定する第 1偏光部材を有し、
前記第 2偏光設定部は、前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態を所望の方向 に偏光する直線偏光状態に設定する第 2偏光部材を有することを特徴とする請求項
2乃至 7のいずれか 1項に記載の照明光学装置。
[9] 前記第 1照明系は、前記第 1照明領域を照明する光を均一化する第 1オプティカルィ ンテグレータを有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明領域を照明する光を均一化する第 2オプティカル インテグレータを有することを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれか 1項に記載の照 明光学装置。
[10] 入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第 1照明光路へ導き且つ分岐した他方の 光を前記第 2照明光路へ導く光分岐部材を備えていることを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれか 1項に記載の照明光学装置。
[11] 第 1照明光路を有し、第 1照明領域を照明する第 1照明系と、前記第 1照明光路と独 立した第 2照明光路を有し、第 2照明領域を照明する第 2照明系とを備えた照明光学 装置であって、
前記第 1照明系は、前記第 1照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 1偏光設定部を有し、
前記第 2照明系は、前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態 に設定する第 2偏光設定部を有し、
前記第 1偏光設定部および前記第 2偏光設定部は、前記第 1照明領域を照明する 光の偏光状態と前記第 2照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化 させ、
入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第 1照明光路へ導き且つ分岐した他方 の光を前記第 2照明光路へ導く光分岐部材をさらに備えていることを特徴とする照明 光学装置。
[12] 前記光分岐部材は、偏光ビームスプリツターを備えていることを特徴とする請求項 10 または 11に記載の照明光学装置。
[13] 前記光分岐部材へ前記入射光を供給する共通の光源を備えて!/、ることを特徴とする 請求項 10乃至 12のいずれか 1項に記載の照明光学装置。
[14] 前記第 1照明系および前記第 2照明系は、前記第 1照明領域および前記第 2照明領 域を同時に照明することを特徴とする請求項 1乃至 13のいずれか 1項に記載の照明 光学装置。
[15] 前記第 1照明系および前記第 2照明系は、前記第 1照明領域および前記第 2照明領 域を非同時に照明することを特徴とする請求項 1乃至 13のいずれか 1項に記載の照 明光学装置。
[16] 前記第 1照明系に照明光を供給する第 1光源と、前記第 2照明系に照明光を供給す る第 2光源とに対して、照明光の供給タイミングを制御する制御信号を送出することを 特徴とする請求項 15に記載の照明光学装置。
[17] 前記第 1照明領域と前記第 2照明領域とは空間的に分離されていることを特徴とする 請求項 1乃至 16のいずれか 1項に記載の照明光学装置。
[18] 前記第 1照明光路と前記第 2照明光路とは空間的または時間的に分離されているこ とを特徴とする請求項 1乃至 17のいずれ力 1項に記載の照明光学装置。
[19] 前記第 1照明系により照明される第 1物体の像と、前記第 2照明系により照明される 第 2物体の像とを、所定面上で近接または重畳させて形成する投影光学系に対して 照明光を導くことを特徴とする請求項 1乃至 18のいずれか 1項に記載の照明光学装 置。
[20] 請求項 1乃至 19のいずれか 1項に記載の照明光学装置を備え、該照明光学装置に より照明されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
[21] 前記第 1照明領域に入射する光により照明された第 1マスクのパターン像および前記 第 2照明領域に入射する光により照明された第 2マスクのパターン像を前記感光性基 板に投影するための投影光学系を備えていることを特徴とする請求項 20に記載の露 光装置。
[22] 前記第 1可変系と前記第 2可変系とを独立に制御する制御部と、前記感光性基板の 露光情報を入力する入力部とを備え、
前記制御部は、前記入力部からの情報に基づいて、前記第 1可変系と前記第 2可 変系とを独立に制御することを特徴とする請求項 20または 21に記載の露光装置。
[23] 請求項 20乃至 22の 、ずれか 1項に記載の露光装置を用いて、前記パターンを前記 感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす るデバイス製造方法。
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