JP4065923B2 - Illumination apparatus, projection exposure apparatus including the illumination apparatus, projection exposure method using the illumination apparatus, and adjustment method of the projection exposure apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光装置、特に半導体集積回路等を製造するために好適な投影露光装置及び該装置に搭載される照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、投影露光装置の光源波長が短波長化している。例えば、光源としてKrFエキシマレーザを用いる投影露光装置は既に実用化されており、ArFエキシマレーザを用いる装置は研究段階から実用段階に移行しつつある。これらのレーザを光源とする投影露光装置では、光源の波長が短いため、透過部材として使用できる硝材が石英硝子と螢石とに制限される。そのため、投影露光装置の投影レンズを光学設計するに際して、色収差の補正(色消し)が極端に困難となってしまう。また、原理上エキシマレーザの発振波長は半値幅でコンマ数nm程度の波長幅を有している。このため、色消しの諸条件を緩和するため、発振波長が半値幅でコンマ数pm程度になるように狭帯化を行なっている。ここで、回折格子等を用いて発振波長の狭帯化を行うと、特定波長の増幅に加えて、特定の偏光成分のみ増幅してしまう。そして、特定の偏光成分を多く有する光束を用いて投影露光を行うと以下に述べる問題を生ずる。
【0003】
偏光した光束を光源として露光を行なうと、最終的に形成される像がパターンの方向により異なるという現象が生じる。例えば、メリジオナル方向に光束が偏光している場合は、像面においてあたかも該方向にNAが小さい像が形成される。また、サジタル方向に偏光している場合は、該方向にあたかもNAが大きい像が形成される。したがって、たとえ均一なNAの投影光学系でマスク等に形成されたパターンを結像しても、照明光束が偏光していると像面において偏ったNAで結像してしまうので、パターンの方向により解像が異なってしまう。かかる現象は、特に、高NAの場合に著しい。詳しくは大木裕史:”フレッシュマンの為の現代光学、焦点近傍の光学”、光学、21(1992)8月号に記載されているので省略する。
【0004】
一方、半導体集積回路はメモリ回路からロジック回路へと主流が移行しつつある。ロジック回路用の半導体集積回路は独立した単独のパターンを有しており、パターン線幅が均一であることが望ましい。ロジック回路用の半導体集積回路においてパターンの方向により解像が異なると、ロジック回路の処理速度の低下を招くので好ましくない。このため、ArF又はKrFエキシマレーザを光源として用いる、例えば特許第2679319号公報に開示されている従来の投影露光装置では、以下に述べる方法で対応している。
【0005】
図6は従来の投影露光装置の概略構成を示す図である。射出する光束の断面形状が矩形であるエキシマレーザ1からの光束は、整形光学系2により適切な形状、アスペクト比の光束に変換され、後述する水晶板100,石英硝子101を透過した後、単レンズを並列に高密度に配置した光学素子であるフライアイレンズ4に入射する。図7はフライアイレンズを光束の進行方向(x軸方向)より観察した図である。フライアイレンズ4により各要素レンズ毎に分割された光束は、レンズ6,視野絞り7、レンズ9を透過した後、反射ミラー8で90度折り曲げられレンズ9’を透過して、マスク10上に集光される。ここで、レンズ6,9,9’によりコンデンサレンズ群を構成する。図8(a),(b)にフライアイレンズ4入射面からマスク10に至るまでの光線の様子を示す。なお、簡便のため図8において、レンズ6からレンズ9に至る光学系を単にレンズLLと示す。図8(a)において、フライアイレンズ4の入射面に集光した光束aはコンデンサレンズLLによりマスク10面上の位置a’に集光される。即ち、フライアイレンズ4の各要素レンズ入射面とマスク10とは共役に構成されている。また、図8(b)に示すように、フライアイレンズ4の射出面に集光した光束bは、レンズLLで平行光に変換されてマスク10を照射する。この結果、フライアイレンズ4に入射した光束は、要素レンズ単位に波面分割され、マスク10上で重ねあわせる。そして、マスク10に供給された照明光に基づき、投影光学系11によりマスク10上のパターンが、ウエハ15に転写される。投影光学系11は、レンズL1,L2,L3とミラー13,14と反射凹面鏡Mとから構成され、開口絞り12を有している。ここで、視野絞り7は、コンデンサレンズ群6〜9の中の、マスク10と共役な位置に配設され、照明範囲を規定している。また、フライアイレンズ4射出面は、投影レンズの開口絞り12と共役であり、フライアイレンズ4の射出面に照明系開口絞り5が配設されている。
【0006】
上述したようにエキシマレーザ1から射出される光束の形状は一般に矩形であり、矩形の短辺に平行に偏光している。また、照明の効率を極力高く保つために、矩形形状のレーザ射出光束をシリンドリカルレンズ等で構成された整形光学系2によりフライアイレンズ4の外形に極力フィットさせることが望ましい。図9は、整形したレーザ射出光束αとフライアイレンズ4との関係を示す図である。偏光方向poは矩形の辺に平行である。フライアイ要素レンズ入射面は、マスク10と共役なので、照明範囲はフライアイ要素レンズの外径により規定される。このため、被照明面であるマスク10上には、矩形形状の照明領域の辺に平行な偏光が供給されるので、上述のような偏光方向に起因する結像光束のNAの変化を生じるので好ましくない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
偏光に起因する問題を解消するために、擬似的な自然光を得る構成について説明する。楔状に加工した一軸結晶である水晶部材100を光源1とフライアイレンズ4との間に配設する。そして、水晶部材100のみでは、屈折作用により光束の進行方向が曲がってしまうので、進行方向を補正するため、水晶部材100と同様に楔状に加工した石英硝子101を図6のように配設する。
【0008】
水晶部材(一軸結晶)100の光学軸の方向と、偏光方向と、フライアイレンズとの関係を図10(a)〜(c)に示す。図10(a)はフライアイレンズ4に入射する光束αの断面形状、同図(b)は水晶部材の光学軸opax、同図(c)はフライアイレンズ4の形状をそれぞれ示している。水晶部材の光学軸opaxは光束の進行方向に垂直で、かつ偏光方向poに対して45度の角度に設定する。かかる構成によれば、水晶部材100は楔状に加工されているため、光束が入射する位置により水晶部材を透過する厚み(透過距離)が異なる。このため、水晶への入射位置によって、射出する光束の偏光状態が異なる。例えば、水晶部材100に入射する入射光の偏光方向が図11(a)のような場合に、射出光の偏光は、縦の直線偏光(図11(b))、横の直線偏光(図11(d))、それらの中間の円偏光(図11(c),(e))、さらには楕円偏光となる。そして、フライアイレンズとコンデンサレンズとを透過することで、様々な偏光状態の波面を分割、重ねあわせるため、マスク10上では、様々な方向の偏光が重なり合った状態、すなわち擬似的な自然光を得ることができる。このように水晶部材100を用いることで特定の偏光状態の光束に基づく、結像面(ウエハ15)におけるNAの不均一、結像したパターンの解像のバラツキを防止することができる。
【0009】
しかし、上記構成の投影露光装置は以下に述べる問題点を有している。実際の投影露光装置は、装置の小型化等の理由から、光束の進行方向を折り曲げるために複数の反射ミラーが用いられている。図6に示した投影露光装置は、4枚の反射ミラー3,8,13及び14を有している。例えば、ミラー3,4の折り曲げを無くして一直線状に光学系を配置すると、全長が非常に長い光学系になってしまう。また、ミラー13の折り曲げを無くしてしまうと、物理的に光学系の配置が不可能になってしまう。
【0010】
したがって、投影露光装置の光学系では反射ミラーは不可欠な光学素子である。しかし、ArFエキシマレーザなどから発振される短波長の光に対しては、P波とS波との反射率が等しい反射ミラーを製造することが出来ない。このため、反射ミラーで光束を折り曲げることにより、自然光でマスクを照明しても、ウエハ等の被露光面上では光束が偏光気味となってしまうという問題がある。
従来装置のように、直線偏光のレーザ発振光を水晶部材を透過させることでマスク面上で擬似的な自然光に変換しても、その後の光学系において反射ミラーで光路を折り曲げることでp成分又はs成分などの特定の偏光成分を有する光束になってしまう。したがって、特定の偏光成分に起因するウエハ上に結像する際のNAの不均一によるパターン解像、線幅のバラツキを生じてしまう。
【0011】
ここで、従来装置において光束の折り曲げによる偏光成分の比率の変化を防止する為には、レーザ光源及び整形光学系を回転させて、水晶部材への入射光束そのものを回転させることで偏光の方向による比率を変えることが考えられる。しかし、入射光束そのものを回転させて、特定の偏光の方向をミラーの折り曲げ方向に合わせると、光束の形状と偏光の方向が固定している場合、矩形のフライアイレンズに対して矩形の光束が回転して入射することになる。この結果、フライアイレンズの矩形領域と、光束の矩形領域とが一致せず、光束がフライアイレンズでけられるので、有効に光量を使用することができず照明効率の低下を招いてしまう。
【0012】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光源の偏光の方向による比を、任意の方向に対して任意の強度比に簡便に調整できる照明装置及び該照明装置を備える投影露光装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明では、光束を供給する光源からの光束を波面分割し、該波面分割された光束に基づいて複数の光源像を形成する波面分割部と、前記複数の光源像からの光を被照射面上の所定照明領域へ導くコンデンサ光学系とを備える照明装置において、前記光源と前記波面分割部との間の光路中に配置された第1の複屈折素子と、第2の複屈折素子を含む複屈折部材を備え、前記第1の複屈折素子は、前記第2の複屈折素子に対して、光束の進行方向を中心として回転可能であることを特徴とする。
【0014】
また、請求項2記載の発明では、前記複屈折部材は、前記光束の断面方向において前記進行方向の厚みが異なる形状を有していることを特徴とする。
【0015】
また、請求項3記載の発明では、前記複屈折素子のうちの少なくとも1つは、その光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直となるように配設されていることを特徴とする。
【0016】
また、請求項4記載の発明では、前記所定照明領域は略矩形形状であり、前記複屈折素子のうちの少なくとも一つは固設されており、前記固設された複屈折素子の光学軸の方向は、前記矩形形状の辺の方向と平行であることを特徴とする。
【0017】
また、請求項5記載の発明では、前記固設された複屈折素子は、前記回転可能な複屈折素子と前記波面分割部との間に配置されていることを特徴とする。
【0018】
また、請求項6記載の発明では、所定のパターンを照明する請求項1乃至5の何れか1項に記載の照明装置と、該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する投影光学系とを有することを特徴とする。
【0019】
また、請求項7記載の発明では、請求項6に記載の投影露光装置の調整方法であって、
前記感光基板が設定される面に到達する光の偏光状態を測定する第1工程と、該第1工程での測定結果に基づいて前記第1の複屈折素子を回転させる第2工程とを備えることを特徴とする。
また、請求項8記載の発明では、請求項1から5の何れか1項に記載の照明装置を用いて所定のパターンを照明する工程と、該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する工程とを有することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる照明装置と該照明装置を備える投影露光装置の構成を示す図である。ArFエキシマレーザ(波長λ=約193nm)等の光源1からの光束は、シリンドリカルレンズ等を含む整形光学系2により光束径の拡大とアスペクト比の変更がなされる。なお、光源1は紙面に平行な直線偏光を射出することが望ましい。次に、整形された光束は第1の楔型プリズムの組200,201を透過し,さらに第2の楔型プリズムの組202,203を経て、フライアイレンズ4に導かれる。プリズム200〜203は光束の断面方向において進行方向の厚みが異なるような楔形状に加工されている。プリズム200〜203についての詳細は後述する。次に、光源からの光束は、フライアイレンズ4で波面分割され複数の光源像が形成される。フライアイレンズ4の射出面には、ウエハ面上での照明光の開口数を決定する為の開口絞り5が設けられている。そして、複数の光源像からの光は、レンズ6、レンズ9を透過した後、反射ミラー8で90度折り曲げられて、レンズ9’を透過しパターンを有するマスク10を照明する。ここで、レンズ6とレンズ9とレンズ9’とでコンデンサ光学系を構成する。コンデンサ光学系内のマスク10と共役な位置に視野絞り7が配置されている。そして、マスク10に供給された照明光に基づき、投影光学系11によりマスク10上のパターンが、ウエハ15に転写される。投影光学系11は、レンズL1,L2,L3とミラー13,14と反射凹面鏡Mとから構成され、開口絞り12を有している。このように本実施形態の投影光学系11は、ミラー13等の反射面を有していることが望ましい。ここで、視野絞り7は、コンデンサ光学系6〜9の中の、マスク10と共役な位置に配設され、照明範囲を規定している。また、フライアイレンズ4の射出面は、投影レンズの開口絞り12と共役である。
【0021】
次に、プリズム200〜203について説明する。プリズム200とプリズム202とは、楔形状に加工された水晶結晶から成っている。上記従来技術で述べたように、水晶プリズムのみであると屈折作用で光路が曲がるので、楔形状に加工された石英硝子201と203とをそれぞれ組み合わせることで、光束の進行方向を補正している。また、各プリズムの楔の角度は、プリズムに垂直に入射した光束が、ほぼ垂直に射出するように設定されている。そして、水晶プリズム200と石英プリズム201とはモータMTにより一体として光軸AXを中心として回転可能に構成されている。一方、水晶プリズム202と石英プリズム203とは固定されている。
【0022】
水晶プリズム200と202の光学軸の方向を図2(a),(b)にそれぞれ示す。ここで、光軸の方向をx、光軸に垂直でかつ図1の紙面内の方向をy、図1の紙面に垂直な方向をzとする。また、水晶プリズム200の光学軸opaxとy軸とのなす角をψとする。図2(b)に示すように、固定されている水晶プリズム202の光学軸opaxの方向はマスク上の照明される矩形形状の領域の辺の方向と平行である。ただし、光束をミラーなどで折り曲げている場合は、折り曲げが無いものとして考える。また、水晶プリズム200と202とのうち少なくとも1つは、その光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直となるように配設されていることが望ましい。
【0023】
本実施形態において反射ミラー8,13,14等の折り曲げ方向は全て図1の紙面に垂直な軸に対する回転方向となっている。このため、ウエハ15面上における光束は、図1の紙面に平行な方向の偏光は弱めに、紙面に垂直な方向の偏光は強めになる。このため、、プリズム200,202により形成される光束の偏光の強度比が、y方向は強め、z方向は弱めに、かつその比を任意に選択できる必要がある。y方向の直線偏光の光束がプリズム200,201を透過した後は、様々な状態の偏光に変換される。そのうち直線偏光のみに着目すると、図3に示すようにy方向の直線偏光と、y軸と(ψ×2)の角度をなす偏光とに、強度比が1:1で分離されている。さらに、プリズム202,203を透過すると、y方向の直線偏光は全く変化を受けずにそのまま通過し、y軸と(ψ×2)の角度をなす偏光はy軸に対して(ψ×2)の角度をなす偏光と、y軸に対して−(ψ×2)の角度をなす偏光とに強度1:1で分離される。この様子を図4に示す。即ち、プリズム200〜203を透過した後のy方向の偏光強度をA、z方向の偏光強度をB、水晶プリズム200の回転角度をψとおくと、
A:B=1+cos(2ψ):sin(2ψ)
となる。このことより、本実施形態において、y方向が多め、z方向が少なめの偏光を得る事ができることがわかる。さらに、回転角度ψは可変であるため、AとBとの比は任意に選択する事ができる。好ましくは、ウエハ15面上で偏光量を測定しながら、方向による偏光の量の比が等しくなるように水晶プリズム200を回転し、ψを選択することが望ましい。
【0024】
(第2実施形態)
本発明の第2の実施の形態にかかる照明装置及び該照明装置を備える投影露光装置の基本的な構成は上記第1実施形態と同様であるので、図による説明は省略する。上記第1実施形態と異なる点は、プリズム200〜203の代わりに第1の楔型プリズムの組200,201のみを用いる点にある。水晶プリズム200の光学軸の方向を光軸AXの回りにモータMTにより回転させることで得られる偏光状態を図5(a)から(c)に示す。尚、この場合円偏光は問題にならないので直線偏光のみを図示する。(a)は光学軸と偏光方向のなす角が45°の場合(図11と同じ図)、(b)は30°の場合、(c)は60°の場合である。図より明らかな様に、この方法では、特定の斜め方向(光学軸の方向)の偏光を強くすることができる。第1実施形態のように、ミラーで光束を折り曲げるに際して、矩形の照野の何れかの辺に平行な軸に対して折り曲げを行なう場合は、偏光の強度比は光束の矩形の辺に平行な2方向(図1中の、y,z方向)の比のみが変化することが必要である。しかし、ミラーによる折り曲げ方向に制約が無い場合は、光学軸の方向と、偏光の強度比を変化さたい方向とを水晶プリズム200を回転させて一致させることができる。したがって、1つの水晶プリズム200を回転させることで、望む方向の強度比を変化させることができる。
【0025】
なお、上記実施形態ではフライアイレンズを一つだけ用いた照明系を用いたが、フライアイレンズとコンデンサレンズとの組を直列に複数設け、光束の波面分割と重ねあわせとを複数回行なう照明系を用いても良い。例えば、フライアイレンズとコンデンサレンズとの組を直列に二組配列した構成は、一般にダブルフライアイシステムと呼ばれる。かかる構成の場合、水晶部材等の複屈折媒質は、光源側から順に数えて第1番目のフライアイレンズよりも光源側に配置する事が望ましい。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明では、複屈折部材を回転することにより、特定の方向の偏光の強度比を制御できる。従って、光束のミラーによる折り曲げ方に起因する被露光面(ウエハ)上に到達する光の偏光の影響を無くすことができる。
【0027】
また、請求項2記載の発明では、複屈折部材は光束の断面方向において、光束の進行方向の厚みが異なっている。従って、直線偏光が入射した場合に、複屈折部材に入射する光束の位置により該部材を透過する距離が異なるので、射出側で様々な状態の偏光が得られる。
【0028】
また、請求項3記載の発明では、少なくとも2つの複屈折素子を有しており、そのうち一方が回転可能である。従って、任意の方向の偏光の強度比を制御できる。
【0029】
また、請求項4記載の発明では、光学軸の方向が光束の進行方向に対して略垂直になっている。従って、偏光量の制御がさらに容易になる。
【0030】
また、請求項5記載の発明では、マスク上の照明領域は略矩形形状であり、固設されている複屈折素子の光学軸の方向が前記矩形形状の辺の方向と平行である。従って、レーザ光源から射出し整形された光束の断面形状が矩形形状の場合でも、光量の損失なく効率よく照明でき、かつ照明領域の辺の方向に合わせて偏光の強度比を制御することができる。
【0031】
また、請求項6記載の発明では、固設された複屈折素子は、回転可能な複屈折素子と波面分割部との間に配置されている。従って、ミラーの駆動回転部がフライアイレンズ等の光学系から離れているので、安定した照明を行うことできる。
【0032】
また、請求項7記載の発明では、本発明に係る照明装置を用いることで、光束の折り曲げ方向に依存する偏光の影響を避けることができ、常に良好な解像のパターンを投影、露光することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る照明装置とそれを備えた投影露光装置の構成を示す図である。
【図2】水晶プリズムの光学軸の方向を説明する図である。
【図3】水晶プリズム200を透過した後の偏光の様子を説明する図である。
【図4】水晶プリズム200と202を透過した後の偏光の様子を説明する図である。
【図5】水晶プリズム200を回転した場合の偏光の様子を説明する図である。
【図6】従来の投影露光装置の構成を示す図である。
【図7】フライアイレンズの構成を示す図である。
【図8】(a),(b)はフライアイレンズからマスクに至る系を説明する図である。
【図9】整形したレーザ射出光束αとフライアイレンズ4との関係を示す図である。
【図10】(a)〜(c)は、水晶部材(一軸結晶)100の光学軸の方向と、偏光方向と、フライアイレンズとの関係を示す図である。
【図11】(a)〜(e)は水晶部材100からの射出光の偏光の状態を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 整形光学系
3,8,13,14 反射ミラー
200,202 水晶プリズム
201,203 石英プリズム
4 フライアイレンズ
5 開口絞り
6,9,9’ コンデンサレンズ
7 視野絞り
10 マスク
L1,L2,L3 レンズ
11 投影光学系
12 開口絞り
15 ウエハ
M 凹面ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection exposure apparatus, and more particularly to a projection exposure apparatus suitable for manufacturing a semiconductor integrated circuit and the like, and an illumination apparatus mounted on the apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the light source wavelength of a projection exposure apparatus has been shortened along with the high integration of semiconductor integrated circuits. For example, a projection exposure apparatus using a KrF excimer laser as a light source has already been put into practical use, and an apparatus using an ArF excimer laser is shifting from a research stage to a practical stage. In the projection exposure apparatus using these lasers as the light source, the wavelength of the light source is short, so that the glass material that can be used as the transmission member is limited to quartz glass and meteorite. Therefore, when optically designing the projection lens of the projection exposure apparatus, it is extremely difficult to correct chromatic aberration (achromaticity). In principle, the excimer laser oscillation wavelength has a half width and a wavelength width of about several nanometers. For this reason, in order to alleviate the various conditions for achromaticity, the band is narrowed so that the oscillation wavelength has a half-value width of about a comma number pm. Here, when the band of the oscillation wavelength is narrowed using a diffraction grating or the like, only a specific polarization component is amplified in addition to the amplification of the specific wavelength. When projection exposure is performed using a light beam having a large amount of specific polarization components, the following problems occur.
[0003]
When exposure is performed using a polarized light beam as a light source, a phenomenon occurs in which the finally formed image differs depending on the pattern direction. For example, when the light beam is polarized in the meridional direction, an image having a small NA in the direction is formed on the image plane. When the light is polarized in the sagittal direction, an image having a large NA is formed in that direction. Therefore, even if a pattern formed on a mask or the like is imaged by a projection optical system having a uniform NA, if the illumination light beam is polarized, an image is formed with an NA that is biased on the image plane. Depending on the resolution. Such a phenomenon is particularly remarkable when the NA is high. The details are described in Hiroshi Oki: “Contemporary optics for freshman, optics near the focal point”, Optics, 21 (1992) August issue.
[0004]
On the other hand, the mainstream of semiconductor integrated circuits is shifting from memory circuits to logic circuits. A semiconductor integrated circuit for a logic circuit has an independent single pattern, and it is desirable that the pattern line width is uniform. If the resolution is different depending on the pattern direction in the semiconductor integrated circuit for the logic circuit, the processing speed of the logic circuit is lowered, which is not preferable. For this reason, the conventional projection exposure apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2679319 using an ArF or KrF excimer laser as a light source, copes with the method described below.
[0005]
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus. The light beam from the
[0006]
As described above, the shape of the light beam emitted from the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the problem caused by polarization, a configuration for obtaining pseudo natural light will be described. A
[0008]
10A to 10C show the relationship between the direction of the optical axis of the quartz member (uniaxial crystal) 100, the polarization direction, and the fly-eye lens. 10A shows the cross-sectional shape of the light beam α incident on the fly-
[0009]
However, the projection exposure apparatus configured as described above has the following problems. In an actual projection exposure apparatus, a plurality of reflecting mirrors are used to bend the traveling direction of a light beam for reasons such as downsizing of the apparatus. The projection exposure apparatus shown in FIG. 6 has four reflecting mirrors 3, 8, 13, and 14. For example, if the optical system is arranged in a straight line without bending the
[0010]
Therefore, the reflection mirror is an indispensable optical element in the optical system of the projection exposure apparatus. However, it is impossible to manufacture a reflection mirror having the same reflectivity for the P wave and the S wave for light having a short wavelength emitted from an ArF excimer laser or the like. For this reason, even if the mask is illuminated with natural light by bending the light beam with a reflecting mirror, there is a problem that the light beam becomes polarized on the exposed surface such as a wafer.
Even if linearly polarized laser oscillation light is converted into pseudo natural light on the mask surface by transmitting the crystal member as in the conventional apparatus, the p component or the optical component is bent by the reflection mirror in the subsequent optical system. The light beam has a specific polarization component such as the s component. Therefore, pattern resolution and line width variation due to non-uniformity of NA at the time of image formation on the wafer due to a specific polarization component occur.
[0011]
Here, in order to prevent the change in the ratio of the polarization component due to the bending of the light beam in the conventional apparatus, the laser light source and the shaping optical system are rotated, and the incident light beam itself to the quartz member is rotated to depend on the polarization direction. It is conceivable to change the ratio. However, if the incident light beam itself is rotated and the direction of the specific polarization is adjusted to the mirror bending direction, the rectangular light beam will be reflected to the rectangular fly-eye lens if the shape of the light beam and the direction of polarization are fixed. It will rotate and enter. As a result, the rectangular area of the fly-eye lens and the rectangular area of the light flux do not coincide with each other, and the light flux is generated by the fly-eye lens. Therefore, the amount of light cannot be used effectively, leading to a reduction in illumination efficiency.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an illumination device that can easily adjust a ratio according to the direction of polarization of a light source to an arbitrary intensity ratio with respect to an arbitrary direction and a projection exposure apparatus including the illumination device. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the birefringent member has a shape with a different thickness in the traveling direction in a cross-sectional direction of the light beam.
[0015]
The invention according to claim 3 is characterized in that at least one of the birefringent elements is arranged such that the direction of its optical axis is substantially perpendicular to the traveling direction of the light beam. To do.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, the predetermined illumination area has a substantially rectangular shape, at least one of the birefringent elements is fixed, and the optical axis of the fixed birefringent element is fixed. The direction is parallel to the direction of the side of the rectangular shape.
[0017]
The invention according to claim 5 is characterized in that the fixed birefringent element is disposed between the rotatable birefringent element and the wavefront dividing portion.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, the illumination device according to any one of the first to fifth aspects that illuminates a predetermined pattern, and a projection optical system that projects and exposes the illuminated pattern onto a photosensitive substrate It is characterized by having.
[0019]
According to a seventh aspect of the invention, there is provided a projection exposure apparatus adjusting method according to the sixth aspect,
A first step of measuring a polarization state of light reaching the surface on which the photosensitive substrate is set; and a second step of rotating the first birefringent element based on a measurement result in the first step. It is characterized by that.
According to an eighth aspect of the present invention, a step of illuminating a predetermined pattern using the illumination device according to any one of the first to fifth aspects, and projecting and exposing the illuminated pattern onto a photosensitive substrate. And a process.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination apparatus according to a first embodiment of the present invention and a projection exposure apparatus including the illumination apparatus. The light beam from the
[0021]
Next, the
[0022]
The directions of the optical axes of the
[0023]
In the present embodiment, the bending directions of the reflecting mirrors 8, 13, 14 and the like are all rotational directions with respect to an axis perpendicular to the paper surface of FIG. For this reason, the light flux on the surface of the wafer 15 is weakly polarized in the direction parallel to the paper surface of FIG. 1 and strong in the direction perpendicular to the paper surface. For this reason, it is necessary that the polarization intensity ratio of the light beams formed by the
A: B = 1 + cos (2ψ): sin (2ψ)
It becomes. From this, it can be seen that in this embodiment, it is possible to obtain polarized light having a larger y direction and a smaller z direction. Further, since the rotation angle ψ is variable, the ratio between A and B can be arbitrarily selected. Preferably, while measuring the amount of polarization on the surface of the wafer 15, it is desirable to rotate the
[0024]
(Second Embodiment)
Since the basic configuration of the illumination apparatus according to the second embodiment of the present invention and the projection exposure apparatus including the illumination apparatus is the same as that of the first embodiment, description thereof will be omitted. The difference from the first embodiment is that only the first wedge-shaped prism sets 200 and 201 are used instead of the
[0025]
In the above-described embodiment, an illumination system using only one fly-eye lens is used. However, a plurality of pairs of fly-eye lenses and condenser lenses are provided in series, and the illumination is performed multiple times by dividing the wavefront and superimposing the light fluxes. A system may be used. For example, a configuration in which two pairs of fly-eye lenses and condenser lenses are arranged in series is generally called a double fly-eye system. In such a configuration, it is desirable that the birefringent medium such as a crystal member is arranged on the light source side with respect to the first fly-eye lens in order from the light source side.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the first aspect of the invention, the intensity ratio of polarized light in a specific direction can be controlled by rotating the birefringent member. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the polarization of light reaching the exposed surface (wafer) due to the way the light beam is bent by the mirror.
[0027]
In the invention according to claim 2, the birefringent member has a different thickness in the traveling direction of the light beam in the cross-sectional direction of the light beam. Accordingly, when linearly polarized light is incident, since the distance transmitted through the member differs depending on the position of the light beam incident on the birefringent member, polarized light in various states can be obtained on the exit side.
[0028]
In the invention according to claim 3, at least two birefringent elements are provided, one of which is rotatable. Therefore, the intensity ratio of polarized light in an arbitrary direction can be controlled.
[0029]
In the invention according to
[0030]
In the invention described in claim 5, the illumination area on the mask has a substantially rectangular shape, and the direction of the optical axis of the fixed birefringent element is parallel to the direction of the side of the rectangular shape. Accordingly, even when the cross-sectional shape of the light beam emitted and shaped from the laser light source is rectangular, illumination can be performed efficiently without loss of light quantity, and the intensity ratio of polarized light can be controlled in accordance with the direction of the side of the illumination area. .
[0031]
In the invention according to claim 6, the fixed birefringent element is disposed between the rotatable birefringent element and the wavefront dividing portion. Accordingly, since the drive rotation unit of the mirror is away from the optical system such as the fly-eye lens, stable illumination can be performed.
[0032]
Further, in the invention described in claim 7, by using the illumination device according to the present invention, it is possible to avoid the influence of polarized light depending on the bending direction of the light beam, and always project and expose a good resolution pattern. [Short description of drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination apparatus according to an embodiment of the present invention and a projection exposure apparatus including the illumination apparatus.
FIG. 2 is a diagram for explaining the direction of an optical axis of a quartz prism.
FIG. 3 is a diagram for explaining a state of polarized light after passing through a
FIG. 4 is a diagram for explaining the state of polarized light after passing through
FIG. 5 is a diagram for explaining a state of polarized light when a
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional projection exposure apparatus.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a fly-eye lens.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a system from a fly-eye lens to a mask.
9 is a diagram showing the relationship between the shaped laser beam flux α and the fly-
FIGS. 10A to 10C are diagrams showing the relationship between the direction of the optical axis of the crystal member (uniaxial crystal) 100, the polarization direction, and the fly-eye lens.
FIGS. 11A to 11E are diagrams showing polarization states of light emitted from the
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記複数の光源像からの光を被照射面上の所定照明領域へ導くコンデンサ光学系とを備える照明装置において、
前記光源と前記波面分割部との間の光路中に配置された第1の複屈折素子と、第2の複屈折素子を含む複屈折部材を備え、
前記第1の複屈折素子は、前記第2の複屈折素子に対して、光束の進行方向を中心として回転可能であることを特徴とする照明装置。A wavefront splitting unit that splits a wavefront of a light source from a light source that supplies the light flux, and forms a plurality of light source images based on the wavefront-divided light flux;
In an illuminating device comprising a condenser optical system that guides light from the plurality of light source images to a predetermined illumination region on the irradiated surface ,
A birefringent member including a first birefringent element disposed in an optical path between the light source and the wavefront splitting unit, and a second birefringent element;
It said first birefringent element, relative to the second birefringent element, the illumination device, characterized in that rotatable about the traveling direction of the light beam.
前記複屈折素子のうちの少なくとも一つは固設されており、
前記固設された複屈折素子の光学軸の方向は、前記矩形形状の辺の方向と平行であることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の照明装置。The predetermined illumination area has a substantially rectangular shape,
At least one of the birefringent elements is fixed;
Direction of the optical axis of the fixed birefringence element lighting device according to any one of claims 1 3, characterized in that parallel to the direction of said rectangular sides.
該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する投影光学系とを有することを特徴とする投影露光装置。The illumination device according to any one of claims 1 to 5, which illuminates a predetermined pattern;
And a projection optical system for projecting and exposing the illuminated pattern onto a photosensitive substrate.
前記感光基板が設定される面に到達する光の偏光状態を測定する第1工程と、該第1工程での測定結果に基づいて前記第1の複屈折素子を回転させる第2工程とを備えることを特徴とする調整方法。 A first step of measuring a polarization state of light reaching the surface on which the photosensitive substrate is set; and a second step of rotating the first birefringent element based on a measurement result in the first step. An adjustment method characterized by that.
該照明されたパターンを感光基板上に投影露光する工程とを有することを特徴とする投影露光方法。Projecting and exposing the illuminated pattern onto a photosensitive substrate.
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