JP2000003852A - 反射屈折型投影光学系を備える投影露光装置 - Google Patents
反射屈折型投影光学系を備える投影露光装置Info
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- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70566—Polarisation control
Abstract
(57)【要約】
【課題】レチクルパターンの方向性に依存せず、０．１
ミクロン単位の解像度を有する反射屈折型投影光学系を
備える投影露光装置を提供する。 【解決手段】投影原版Ｒ上に形成されたパターンを照明
する照明光学系１〜６と、１又は複数の球面鏡１１と複
数のレンズと１又は複数の平面鏡１６、２１とを有し、
前記パターンの像を被露光物体Ｗの感光面上に形成する
反射屈折型投影光学系１０〜２１とを備えた投影露光装
置において、前記照明光学系は、前記パターンを部分偏
光光によって照明するように構成されたことを特徴とす
る。
ミクロン単位の解像度を有する反射屈折型投影光学系を
備える投影露光装置を提供する。 【解決手段】投影原版Ｒ上に形成されたパターンを照明
する照明光学系１〜６と、１又は複数の球面鏡１１と複
数のレンズと１又は複数の平面鏡１６、２１とを有し、
前記パターンの像を被露光物体Ｗの感光面上に形成する
反射屈折型投影光学系１０〜２１とを備えた投影露光装
置において、前記照明光学系は、前記パターンを部分偏
光光によって照明するように構成されたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で
製造する際に使用される投影露光装置に関し、特に投影
光学系の要素として反射系を用いることにより、紫外線
波長域で０．１ミクロン単位の解像度を有する反射屈折
型投影光学系を備える投影露光装置に関する。
子、または液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で
製造する際に使用される投影露光装置に関し、特に投影
光学系の要素として反射系を用いることにより、紫外線
波長域で０．１ミクロン単位の解像度を有する反射屈折
型投影光学系を備える投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等を製造するためのフォトリ
ソグラフィ工程においては、フォトマスクまたはレチク
ル（以下、レチクルと総称する。）上のパターンの像
を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布され
たウエハまたはガラスプレート等（以下、ウエハと総称
する。）上に露光する投影露光装置が使用されている。
半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装
置に使用されている投影光学系に要求される解像力は益
々高まっている。この要求を満足するために、照明光の
波長を短くし、且つ投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を
大きくする必要が生じた。
ソグラフィ工程においては、フォトマスクまたはレチク
ル（以下、レチクルと総称する。）上のパターンの像
を、投影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布され
たウエハまたはガラスプレート等（以下、ウエハと総称
する。）上に露光する投影露光装置が使用されている。
半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影露光装
置に使用されている投影光学系に要求される解像力は益
々高まっている。この要求を満足するために、照明光の
波長を短くし、且つ投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を
大きくする必要が生じた。
【０００３】しかし、照明光の波長が短くなると、光の
吸収によって実用に耐える硝材の種類は限られ、波長が
３００ｎｍ以下になると、現在のところ実用上使える硝
材は合成石英と蛍石だけとなる。両者のアッベ数は、色
収差を補正するのに十分な程は離れていないので、色収
差の補正が困難となる。また求められる光学性能は極め
て高いため、各収差をほぼ無収差にすることが必要とな
る。これをレンズ群のみで構成される屈折光学系で達成
するためには、多数のレンズが必要となり、透過率の低
減や光学系を製造するためのコストの増大を避けること
はできない。
吸収によって実用に耐える硝材の種類は限られ、波長が
３００ｎｍ以下になると、現在のところ実用上使える硝
材は合成石英と蛍石だけとなる。両者のアッベ数は、色
収差を補正するのに十分な程は離れていないので、色収
差の補正が困難となる。また求められる光学性能は極め
て高いため、各収差をほぼ無収差にすることが必要とな
る。これをレンズ群のみで構成される屈折光学系で達成
するためには、多数のレンズが必要となり、透過率の低
減や光学系を製造するためのコストの増大を避けること
はできない。
【０００４】これに対して凹面鏡等のパワーを用いた反
射光学系は色収差がなく、しかもレンズとは逆のペッツ
バール和への寄与を示すため、反射光学系と屈折光学系
とを組み合わせたいわゆる反射屈折光学系によれば、レ
ンズ枚数の増加を招くことなく、色収差をはじめとする
各種の収差をほぼ無収差にすることができる。こうした
反射屈折光学系により投影光学系を構成する種々の技術
が提案されてきている。その中で、光学系の途中で１回
中間像を形成するタイプとしては、特開昭６３−１６３
３１９号公報、特公平７−１１１５１２号公報、特公平
５−２５１７０号公報、ＵＳＰ−４，７７９，９６６等
が開示されている。
射光学系は色収差がなく、しかもレンズとは逆のペッツ
バール和への寄与を示すため、反射光学系と屈折光学系
とを組み合わせたいわゆる反射屈折光学系によれば、レ
ンズ枚数の増加を招くことなく、色収差をはじめとする
各種の収差をほぼ無収差にすることができる。こうした
反射屈折光学系により投影光学系を構成する種々の技術
が提案されてきている。その中で、光学系の途中で１回
中間像を形成するタイプとしては、特開昭６３−１６３
３１９号公報、特公平７−１１１５１２号公報、特公平
５−２５１７０号公報、ＵＳＰ−４，７７９，９６６等
が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
では、収差補正のために凹面鏡等の球面鏡が必ず用いら
れる。そのため、レチクルから球面鏡に向かう光の光路
と、球面鏡から戻る反射光の光路とを分離して、球面鏡
から戻る反射光の光路をウエハ方向に偏向させる必要が
ある。それ故、反射膜のコーティングされた１つまたは
複数の平面鏡が必要となる。しかし光線を偏向する平面
鏡は、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率と
が異なる。特に露光波長が短くなると、膜材料の減少等
により、反射膜によるＰ偏光とＳ偏光に対する反射率の
差が大きくなり、この結果、方向性をもった偏光光が生
じてしまう。投影露光に方向性をもった偏光光を用いる
と、レチクルパターンの方向性により結像性能が変化し
てしまう。結像性能の変化量は開口数に比例し、通常の
投影光学系は縮小倍率を持っているために、ウエハ側で
より大きな開口数を持つ。したがってこの場合には、ウ
エハ上での結像性能の変化が顕著となり、フォトリソグ
ラフィ工程において大きな問題となる。本発明はかかる
点に鑑み、紫外線波長域で大きな開口数を達成し、光学
系が実用的な大きさで、レチクルパターンの方向性に依
存せず、０．１ミクロン単位の解像度を有する反射屈折
型投影光学系を備える投影露光装置を提供することを課
題とする。
では、収差補正のために凹面鏡等の球面鏡が必ず用いら
れる。そのため、レチクルから球面鏡に向かう光の光路
と、球面鏡から戻る反射光の光路とを分離して、球面鏡
から戻る反射光の光路をウエハ方向に偏向させる必要が
ある。それ故、反射膜のコーティングされた１つまたは
複数の平面鏡が必要となる。しかし光線を偏向する平面
鏡は、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率と
が異なる。特に露光波長が短くなると、膜材料の減少等
により、反射膜によるＰ偏光とＳ偏光に対する反射率の
差が大きくなり、この結果、方向性をもった偏光光が生
じてしまう。投影露光に方向性をもった偏光光を用いる
と、レチクルパターンの方向性により結像性能が変化し
てしまう。結像性能の変化量は開口数に比例し、通常の
投影光学系は縮小倍率を持っているために、ウエハ側で
より大きな開口数を持つ。したがってこの場合には、ウ
エハ上での結像性能の変化が顕著となり、フォトリソグ
ラフィ工程において大きな問題となる。本発明はかかる
点に鑑み、紫外線波長域で大きな開口数を達成し、光学
系が実用的な大きさで、レチクルパターンの方向性に依
存せず、０．１ミクロン単位の解像度を有する反射屈折
型投影光学系を備える投影露光装置を提供することを課
題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を達成するた
めに、本発明は、投影原版上に形成されたパターンを照
明する照明光学系と、１又は複数の球面鏡と複数のレン
ズと１又は複数の平面鏡とを有し、前記パターンの像を
被露光物体の感光面上に形成する反射屈折型投影光学系
とを備えた投影露光装置において、前記照明光学系は、
前記パターンを部分偏光光によって照明するように構成
されたことを特徴とする投影露光装置とした。
めに、本発明は、投影原版上に形成されたパターンを照
明する照明光学系と、１又は複数の球面鏡と複数のレン
ズと１又は複数の平面鏡とを有し、前記パターンの像を
被露光物体の感光面上に形成する反射屈折型投影光学系
とを備えた投影露光装置において、前記照明光学系は、
前記パターンを部分偏光光によって照明するように構成
されたことを特徴とする投影露光装置とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】平面鏡に入射する光がＰ偏光とＳ
偏光のみからなり、且つ両偏光が合成されない場合、す
なわち円偏光や、楕円偏光や、Ｐ偏光方向とＳ偏光方向
以外の方向に振動する直線偏光を含まない場合には、入
射光のストークスパラメータＳ0〜Ｓ3は、 Ｓ0＝Ｉs＋Ｉp Ｓ1＝Ｉs−Ｉp Ｓ2＝０ Ｓ3＝０ Ｉs、Ｉp：入射光のＳ偏光成分の強度と、Ｐ偏光成分の
強度 となる。したがってこの場合には、入射光の偏光度Ｖ
は、 となる。
偏光のみからなり、且つ両偏光が合成されない場合、す
なわち円偏光や、楕円偏光や、Ｐ偏光方向とＳ偏光方向
以外の方向に振動する直線偏光を含まない場合には、入
射光のストークスパラメータＳ0〜Ｓ3は、 Ｓ0＝Ｉs＋Ｉp Ｓ1＝Ｉs−Ｉp Ｓ2＝０ Ｓ3＝０ Ｉs、Ｉp：入射光のＳ偏光成分の強度と、Ｐ偏光成分の
強度 となる。したがってこの場合には、入射光の偏光度Ｖ
は、 となる。
【０００８】他方、平面鏡で反射した反射光の強度は、 Ｉs′＝Ｉs・Ｒs Ｉp′＝Ｉp・Ｒp Ｉs′、Ｉp′：反射光のＳ偏光成分の強度と、Ｐ偏光成
分の強度 Ｒs、Ｒp：Ｓ偏光に対する強度反射率と、Ｐ偏光に対す
る強度反射率 となる。したがって反射光のストークスパラメータ
Ｓ0′〜Ｓ3′と、反射光の偏光度Ｖ′は、 Ｓ0′＝Ｉs′＋Ｉp′＝Ｉs・Ｒs＋Ｉp・Ｒp Ｓ1′＝Ｉs′−Ｉp′＝Ｉs・Ｒs−Ｉp・Ｒp Ｓ2′＝０ Ｓ3′＝０ となる。
分の強度 Ｒs、Ｒp：Ｓ偏光に対する強度反射率と、Ｐ偏光に対す
る強度反射率 となる。したがって反射光のストークスパラメータ
Ｓ0′〜Ｓ3′と、反射光の偏光度Ｖ′は、 Ｓ0′＝Ｉs′＋Ｉp′＝Ｉs・Ｒs＋Ｉp・Ｒp Ｓ1′＝Ｉs′−Ｉp′＝Ｉs・Ｒs−Ｉp・Ｒp Ｓ2′＝０ Ｓ3′＝０ となる。
【０００９】ここで、反射光の偏光度がＶ′＝０となる
ためには、 Ｉs・Ｒs−Ｉp・Ｒp＝０ すなわち、 Ｉs＝Ｉp・Ｒp／Ｒs となるから、入射光の偏光度Ｖは、 となる。一般に強度反射率Ｒs、Ｒpは、Ｒs＞Ｒpである
から、 Ｓ1＝Ｉs−Ｉp＝Ｉp／Ｒs・（Ｒp−Ｒs）＜０ であり、これはＰ方向の偏光を表わす。したがって、Ｐ
方向に｜（Ｒp−Ｒs）／（Ｒp＋Ｒs）｜の偏光度を持つ
部分偏光光を平面鏡に入射させると、反射光の偏光度
Ｖ′がＶ′＝０となり、完全非偏光である反射光を得る
ことができる。
ためには、 Ｉs・Ｒs−Ｉp・Ｒp＝０ すなわち、 Ｉs＝Ｉp・Ｒp／Ｒs となるから、入射光の偏光度Ｖは、 となる。一般に強度反射率Ｒs、Ｒpは、Ｒs＞Ｒpである
から、 Ｓ1＝Ｉs−Ｉp＝Ｉp／Ｒs・（Ｒp−Ｒs）＜０ であり、これはＰ方向の偏光を表わす。したがって、Ｐ
方向に｜（Ｒp−Ｒs）／（Ｒp＋Ｒs）｜の偏光度を持つ
部分偏光光を平面鏡に入射させると、反射光の偏光度
Ｖ′がＶ′＝０となり、完全非偏光である反射光を得る
ことができる。
【００１０】
【実施例】本発明の一実施例を図面によって説明する。
図１は本発明による投影露光装置の概略図を示す。レー
ザー光源１より発した直線偏光は、整形光学系２によっ
てその光束形状を整形された後に、複屈折光学部材によ
って形成された偏角プリズム３と、等方性材料によって
形成された等方性プリズム４とを通過し、オプティカル
インテグレータ５によって複数の光源像を形成し、コン
デンサー６を介してレチクルＲをケーラー照明する。以
上のようにこの露光装置の照明光学系は、レーザー光源
１からコンデンサー６までに至る上記各光学部材によっ
て構成されている。
図１は本発明による投影露光装置の概略図を示す。レー
ザー光源１より発した直線偏光は、整形光学系２によっ
てその光束形状を整形された後に、複屈折光学部材によ
って形成された偏角プリズム３と、等方性材料によって
形成された等方性プリズム４とを通過し、オプティカル
インテグレータ５によって複数の光源像を形成し、コン
デンサー６を介してレチクルＲをケーラー照明する。以
上のようにこの露光装置の照明光学系は、レーザー光源
１からコンデンサー６までに至る上記各光学部材によっ
て構成されている。
【００１１】レチクルＲの下面には回路パターンが描か
れており、このパターンを透過した光束は第１結像光学
系１０によってパターンの中間像１５を形成する。第１
結像光学系１０には１つの凹面鏡１１が配置されてお
り、したがって第１結像光学系は部分的に往復光学系と
なっている。中間像１５の近傍には第１平面鏡１６が配
置されており、同平面鏡１６によって、凹面鏡１１に向
う光束と、凹面鏡１１から反射した光束とが分離されて
いる。
れており、このパターンを透過した光束は第１結像光学
系１０によってパターンの中間像１５を形成する。第１
結像光学系１０には１つの凹面鏡１１が配置されてお
り、したがって第１結像光学系は部分的に往復光学系と
なっている。中間像１５の近傍には第１平面鏡１６が配
置されており、同平面鏡１６によって、凹面鏡１１に向
う光束と、凹面鏡１１から反射した光束とが分離されて
いる。
【００１２】第１平面鏡１６によって光路を９０°偏向
された光束は、第２平面鏡２１によって更に光路を９０
°偏向されており、これにより、第１光学系１０と平行
な光路に戻っている。第２平面鏡２１によって９０°偏
向された光路には第２結像光学系２０が配置されてお
り、同光学系２０によって中間像１５の再結像が形成さ
れ、この再結像の位置に、ウエハＷの感光面が配置され
ている。以上のようにこの露光装置の投影光学系は、第
１結像光学系１０から第２結像光学系に至る上記各光学
部材によって構成されている。なお、本実施例では第１
平面鏡１６と第２結像光学系２０との間に第２平面鏡２
１を配置したが、第１平面鏡に引き続いて第２結像光学
系２０を配置し、同光学系２０の内部に第２平面鏡２１
を配置する構成とすることもできる。
された光束は、第２平面鏡２１によって更に光路を９０
°偏向されており、これにより、第１光学系１０と平行
な光路に戻っている。第２平面鏡２１によって９０°偏
向された光路には第２結像光学系２０が配置されてお
り、同光学系２０によって中間像１５の再結像が形成さ
れ、この再結像の位置に、ウエハＷの感光面が配置され
ている。以上のようにこの露光装置の投影光学系は、第
１結像光学系１０から第２結像光学系に至る上記各光学
部材によって構成されている。なお、本実施例では第１
平面鏡１６と第２結像光学系２０との間に第２平面鏡２
１を配置したが、第１平面鏡に引き続いて第２結像光学
系２０を配置し、同光学系２０の内部に第２平面鏡２１
を配置する構成とすることもできる。
【００１３】図２（Ａ）は図１中Ａ−Ａ線矢視図を示
し、同図中、Ｒａは照明光学系による照明領域を示し、
Ｒｂは投影光学系の物体面上有効領域を示す。また図２
（Ｂ）は図１中Ｂ−Ｂ線矢視図を示し、同図中、Ｗａは
投影光学系による露光領域を示し、Ｗｂは投影光学系の
像面上有効領域を示す。本実施例の投影光学系は、第１
結像光学系１０の内部に往復光学系を持っているから、
光軸ｚを使用することはできない。それ故照明領域Ｒａ
及び露光領域Ｗａは、光軸ｚを含まない長方形の形状と
なっている。
し、同図中、Ｒａは照明光学系による照明領域を示し、
Ｒｂは投影光学系の物体面上有効領域を示す。また図２
（Ｂ）は図１中Ｂ−Ｂ線矢視図を示し、同図中、Ｗａは
投影光学系による露光領域を示し、Ｗｂは投影光学系の
像面上有効領域を示す。本実施例の投影光学系は、第１
結像光学系１０の内部に往復光学系を持っているから、
光軸ｚを使用することはできない。それ故照明領域Ｒａ
及び露光領域Ｗａは、光軸ｚを含まない長方形の形状と
なっている。
【００１４】そしてレチクルＲとウエハＷとは、照明領
域Ｒａ及び露光領域Ｗａの短手方向に、投影光学系の倍
率に比例した速度比にて、同期して走査するように構成
されている。こうして照明領域Ｒａ及び露光領域Ｗａ
を、その短手方向に拡大した範囲のパターンが、ウエハ
Ｗの感光面上に投影露光される。なお第１結像光学系１
０の倍率はほぼ等倍であり、第２結像光学系２０の倍率
は縮小倍率であり、したがって投影光学系全体の倍率は
縮小倍率である。また本実施例では照明領域Ｒａ及び露
光領域Ｗａの形状を長方形状としているが、照明領域Ｒ
ａ及び露光領域Ｗａの形状は、任意の直線ないしは曲線
を走査方向に移動したときに塗りつぶされる形状とする
ことができ、例えば円弧を、弦の２等分方向に移動した
ときに塗りつぶされる形状とすることもできる。
域Ｒａ及び露光領域Ｗａの短手方向に、投影光学系の倍
率に比例した速度比にて、同期して走査するように構成
されている。こうして照明領域Ｒａ及び露光領域Ｗａ
を、その短手方向に拡大した範囲のパターンが、ウエハ
Ｗの感光面上に投影露光される。なお第１結像光学系１
０の倍率はほぼ等倍であり、第２結像光学系２０の倍率
は縮小倍率であり、したがって投影光学系全体の倍率は
縮小倍率である。また本実施例では照明領域Ｒａ及び露
光領域Ｗａの形状を長方形状としているが、照明領域Ｒ
ａ及び露光領域Ｗａの形状は、任意の直線ないしは曲線
を走査方向に移動したときに塗りつぶされる形状とする
ことができ、例えば円弧を、弦の２等分方向に移動した
ときに塗りつぶされる形状とすることもできる。
【００１５】ここで、第１結像光学系１０の光軸ｚ方向
をＺ方向とし、Ｚ方向と直交し互いに直交する２方向を
Ｘ及びＹ方向とし、このうち図１の紙面内にＸ方向をと
り、図１の紙面と直交する方向にＹ方向をとる。図１に
示すように、第１平面鏡１６も第２平面鏡２１も、ＸＹ
面をＹ軸周りに４５°回転した位置に配置されている。
をＺ方向とし、Ｚ方向と直交し互いに直交する２方向を
Ｘ及びＹ方向とし、このうち図１の紙面内にＸ方向をと
り、図１の紙面と直交する方向にＹ方向をとる。図１に
示すように、第１平面鏡１６も第２平面鏡２１も、ＸＹ
面をＹ軸周りに４５°回転した位置に配置されている。
【００１６】次に図３（Ａ）は、偏角プリズム３と等方
性プリズム４との拡大図を示し、図３（Ｂ）、（Ｃ）及
び（Ｄ）は、それぞれ図３（Ａ）中、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ
線及びＤ−Ｄ線矢視図を示す。図３（Ａ）と（Ｃ）に示
すように、偏角プリズム３の入射面はＸＹ面に配置され
ており、射出面はＸＹ面をＹ軸周りに回転した位置に配
置されている。また偏角プリズム３の光学軸３ａは、Ｘ
方向に配置されている。他方、等方性プリズム４の入射
面はＸＹ面をＹ軸周りに回転した位置に配置されてお
り、射出面はＸＹ面に配置されている。
性プリズム４との拡大図を示し、図３（Ｂ）、（Ｃ）及
び（Ｄ）は、それぞれ図３（Ａ）中、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ
線及びＤ−Ｄ線矢視図を示す。図３（Ａ）と（Ｃ）に示
すように、偏角プリズム３の入射面はＸＹ面に配置され
ており、射出面はＸＹ面をＹ軸周りに回転した位置に配
置されている。また偏角プリズム３の光学軸３ａは、Ｘ
方向に配置されている。他方、等方性プリズム４の入射
面はＸＹ面をＹ軸周りに回転した位置に配置されてお
り、射出面はＸＹ面に配置されている。
【００１７】さて、レチクルＲから発した各種の光線の
うち、主光線ＣＲはＸＺ面内にある。したがって以降、
ＸＺ面内を進行する光線について説明する。ＸＺ面内を
進行する光線のうちで振動面がＸＺ面内にある直線偏光
は、第１平面鏡１６に関しても第２平面鏡２１に関して
も、また、偏角プリズム３に関しても等方性プリズム４
に関しても、Ｐ偏光である。同様に、ＸＺ面内を進行す
る光線のうちで振動面がＹ方向と平行な直線偏光は、第
１平面鏡１６、第２平面鏡２１、偏角プリズム３及び等
方性プリズム４に関してＳ偏光である。
うち、主光線ＣＲはＸＺ面内にある。したがって以降、
ＸＺ面内を進行する光線について説明する。ＸＺ面内を
進行する光線のうちで振動面がＸＺ面内にある直線偏光
は、第１平面鏡１６に関しても第２平面鏡２１に関して
も、また、偏角プリズム３に関しても等方性プリズム４
に関しても、Ｐ偏光である。同様に、ＸＺ面内を進行す
る光線のうちで振動面がＹ方向と平行な直線偏光は、第
１平面鏡１６、第２平面鏡２１、偏角プリズム３及び等
方性プリズム４に関してＳ偏光である。
【００１８】図３（Ｂ）に示すように、偏角プリズム３
に入射する光線のうち、ＸＺ面内を進行する光線は、Ｐ
偏光成分とＳ偏光成分とを含み、且つＰ偏光成分の方が
多くなるように構成されている。この構成は、レーザー
光源１の光軸周りの配置位置を調整することにより、あ
るいは、例えば偏角プリズム３の直前に１／２波長板を
配置して、その光軸周りの配置位置を調整することによ
って達成される。なお図３（Ｂ）では、ＸＺ面内を進行
して偏角プリズム３に入射する光線が直線偏光である場
合を示しているが、Ｐ偏光成分の方が多い楕円偏光であ
っても良い。
に入射する光線のうち、ＸＺ面内を進行する光線は、Ｐ
偏光成分とＳ偏光成分とを含み、且つＰ偏光成分の方が
多くなるように構成されている。この構成は、レーザー
光源１の光軸周りの配置位置を調整することにより、あ
るいは、例えば偏角プリズム３の直前に１／２波長板を
配置して、その光軸周りの配置位置を調整することによ
って達成される。なお図３（Ｂ）では、ＸＺ面内を進行
して偏角プリズム３に入射する光線が直線偏光である場
合を示しているが、Ｐ偏光成分の方が多い楕円偏光であ
っても良い。
【００１９】偏角プリズム３に垂直入射した光線のうち
のＳ偏光成分（振動面がＹ方向と平行な偏光成分）は、
電気ベクトルの振動方向が偏角プリズム３の光学軸３ａ
と直交しているから、常光線ｏとして偏角プリズム３の
内部を進む。他方Ｐ偏光成分（振動面がＸＺ面内にある
偏光成分）は、電気ベクトルの振動方向が光学軸３ａと
平行であるから、異常光線ｅとして偏角プリズム３の内
部を進む。但し両偏光成分ｏ（Ｓ）、ｅ（Ｐ）とも、偏
角プリズム３の入射面に垂直入射しており、且つ、偏角
プリズム３の光学軸３ａがＸ方向に配置されているため
に、両成分は偏角プリズム３の内部を垂直に進む。
のＳ偏光成分（振動面がＹ方向と平行な偏光成分）は、
電気ベクトルの振動方向が偏角プリズム３の光学軸３ａ
と直交しているから、常光線ｏとして偏角プリズム３の
内部を進む。他方Ｐ偏光成分（振動面がＸＺ面内にある
偏光成分）は、電気ベクトルの振動方向が光学軸３ａと
平行であるから、異常光線ｅとして偏角プリズム３の内
部を進む。但し両偏光成分ｏ（Ｓ）、ｅ（Ｐ）とも、偏
角プリズム３の入射面に垂直入射しており、且つ、偏角
プリズム３の光学軸３ａがＸ方向に配置されているため
に、両成分は偏角プリズム３の内部を垂直に進む。
【００２０】その後両偏光成分ｏ（Ｓ）、ｅ（Ｐ）は、
偏角プリズム３の射出面に達して屈折して射出する。そ
の際、偏角プリズム３の素材が水晶のように正結晶であ
るとすると、常光線ｏ（Ｓ偏光成分）の屈折率は、異常
光線ｅ（Ｐ偏光成分）の屈折率よりも小さいから、両成
分は分岐して偏角プリズム３の射出面より射出する。そ
の後両成分は、等方性プリズム４を通過することによっ
て、分岐方向がＺ方向に関して対称となるように変換さ
れる。こうして等方性プリズム４射出後の光線は、図３
（Ｄ）に示すように、Ｐ偏向成分とＳ偏向成分とに分離
され、しかもＰ偏向成分の強度の方が強い光線となる。
偏角プリズム３の射出面に達して屈折して射出する。そ
の際、偏角プリズム３の素材が水晶のように正結晶であ
るとすると、常光線ｏ（Ｓ偏光成分）の屈折率は、異常
光線ｅ（Ｐ偏光成分）の屈折率よりも小さいから、両成
分は分岐して偏角プリズム３の射出面より射出する。そ
の後両成分は、等方性プリズム４を通過することによっ
て、分岐方向がＺ方向に関して対称となるように変換さ
れる。こうして等方性プリズム４射出後の光線は、図３
（Ｄ）に示すように、Ｐ偏向成分とＳ偏向成分とに分離
され、しかもＰ偏向成分の強度の方が強い光線となる。
【００２１】なお、ＸＺ面内を進行して偏角プリズム３
に入射する光線のうち、偏角プリズム３に垂直入射しな
い光線は、偏角プリズム３の入射面から、常光線ｏ（Ｓ
偏光成分）と異常光線ｅ（Ｐ偏光成分）に分離する。ま
た、偏角プリズム３は、常光線ｏ（Ｓ偏光成分）と異常
光線ｅ（Ｐ偏光成分）との射出方向が異なるように分離
するものである。したがって入射面が、ＸＹ面をＹ軸周
りに回転した位置に配置され、射出面が、ＸＹ面に配置
される構成としても良いし、入射面、射出面とも、ＸＹ
面をＹ軸周りに回転した位置に配置してもよい。すなわ
ち入射面と射出面との交線（稜線）がＹ方向にあれば良
い。また、偏角プリズム３の光学軸３ａは必ずしもＸ方
向である必要はなく、ＸＺ面内にあれば良い。但しＺ方
向と一致する場合は除く。また、等方性プリズム４は、
偏角プリズム３にＺ方向より入射した後に分岐して射出
する常光線ｏ（Ｓ偏光成分）と異常光線ｅ（Ｐ偏光成
分）を、Ｚ軸対称に変換するものであるから、偏角プリ
ズム３と同様に、入射面と射出面との交線（稜線）がＹ
方向にあれば良い。
に入射する光線のうち、偏角プリズム３に垂直入射しな
い光線は、偏角プリズム３の入射面から、常光線ｏ（Ｓ
偏光成分）と異常光線ｅ（Ｐ偏光成分）に分離する。ま
た、偏角プリズム３は、常光線ｏ（Ｓ偏光成分）と異常
光線ｅ（Ｐ偏光成分）との射出方向が異なるように分離
するものである。したがって入射面が、ＸＹ面をＹ軸周
りに回転した位置に配置され、射出面が、ＸＹ面に配置
される構成としても良いし、入射面、射出面とも、ＸＹ
面をＹ軸周りに回転した位置に配置してもよい。すなわ
ち入射面と射出面との交線（稜線）がＹ方向にあれば良
い。また、偏角プリズム３の光学軸３ａは必ずしもＸ方
向である必要はなく、ＸＺ面内にあれば良い。但しＺ方
向と一致する場合は除く。また、等方性プリズム４は、
偏角プリズム３にＺ方向より入射した後に分岐して射出
する常光線ｏ（Ｓ偏光成分）と異常光線ｅ（Ｐ偏光成
分）を、Ｚ軸対称に変換するものであるから、偏角プリ
ズム３と同様に、入射面と射出面との交線（稜線）がＹ
方向にあれば良い。
【００２２】Ｐ偏光とＳ偏光とに分離された光線は、レ
チクルＲを照明し、投影光学系を介してレチクルパター
ンの像をウエハＷ上に投影する。その際、投影光学系の
第１及び第２平面鏡１６、２１にて反射することによ
り、Ｐ偏光の強度は相対的に低下する。図３（Ｂ）に示
した偏角プリズム３に入射する光の偏光状態は、２回の
反射によってＰ偏光の強度が相対的に低下したときに、
Ｐ偏光の強度とＳ偏光の強度がほぼ等しくなるように設
定されている。
チクルＲを照明し、投影光学系を介してレチクルパター
ンの像をウエハＷ上に投影する。その際、投影光学系の
第１及び第２平面鏡１６、２１にて反射することによ
り、Ｐ偏光の強度は相対的に低下する。図３（Ｂ）に示
した偏角プリズム３に入射する光の偏光状態は、２回の
反射によってＰ偏光の強度が相対的に低下したときに、
Ｐ偏光の強度とＳ偏光の強度がほぼ等しくなるように設
定されている。
【００２３】すなわち本実施例では投影光学系に２つの
平面鏡１６、２１が配置されているから、図３（Ｄ）に
示す等方性プリズム４射出後の光の偏光度は、前記した
（１）式の値の２乗とすれば良く、その偏光度を持つ部
分偏光となるように、偏角プリズム３に入射する光の偏
光状態を調節している。これにより、ウエハＷは等しい
強度のＰ偏光とＳ偏光とによって、すなわち完全非偏光
の光によって露光されるから、偏光状態による露光むら
を解消することができる。
平面鏡１６、２１が配置されているから、図３（Ｄ）に
示す等方性プリズム４射出後の光の偏光度は、前記した
（１）式の値の２乗とすれば良く、その偏光度を持つ部
分偏光となるように、偏角プリズム３に入射する光の偏
光状態を調節している。これにより、ウエハＷは等しい
強度のＰ偏光とＳ偏光とによって、すなわち完全非偏光
の光によって露光されるから、偏光状態による露光むら
を解消することができる。
【００２４】第１平面鏡１６と第２平面鏡２１に用いる
反射膜については、Ｐ偏光に対する反射率ＲpとＳ偏光
に対する反射率Ｒsとの差ΔＲの、それぞれの平面鏡１
６、２１に入射するすべての光線についての最大値ΔＲ
maxと最小値ΔＲminとの差ΔＲmax−ΔＲminが、 ΔＲmax−ΔＲmin≦０．１ となるように形成することが好ましい。これにより、瞳
面内及び露光領域内（視野内）の偏光度の差を小さくす
ることができ、露光領域全域でレチクルパターンの方向
性に依存しない０．１ミクロン単位の解像度を実現する
ことができる。
反射膜については、Ｐ偏光に対する反射率ＲpとＳ偏光
に対する反射率Ｒsとの差ΔＲの、それぞれの平面鏡１
６、２１に入射するすべての光線についての最大値ΔＲ
maxと最小値ΔＲminとの差ΔＲmax−ΔＲminが、 ΔＲmax−ΔＲmin≦０．１ となるように形成することが好ましい。これにより、瞳
面内及び露光領域内（視野内）の偏光度の差を小さくす
ることができ、露光領域全域でレチクルパターンの方向
性に依存しない０．１ミクロン単位の解像度を実現する
ことができる。
【００２５】以上説明のように、縮小投影光学系の場
合、ウエハＷ側の開口数の方がレチクルＲ側に比べて大
きく、偏光の方向性の影響ははるかに大きい。したがっ
てレチクルＲを上記の如き部分偏光で照明することによ
り、ウエハＷ上には偏光度の小さい光が到達することと
なり、レチクルパターンの方向性に依存しない０．１ミ
クロン単位の解像度を実現している。
合、ウエハＷ側の開口数の方がレチクルＲ側に比べて大
きく、偏光の方向性の影響ははるかに大きい。したがっ
てレチクルＲを上記の如き部分偏光で照明することによ
り、ウエハＷ上には偏光度の小さい光が到達することと
なり、レチクルパターンの方向性に依存しない０．１ミ
クロン単位の解像度を実現している。
【００２６】更に、投影光学系が光軸ｚを含まないスリ
ット状もしくは円弧状の照明・露光領域Ｒａ、Ｗａを用
い、レチクルＲとウエハＷを同時に走査して大きな露光
領域Ｗａを得る走査光学系で、レチクルパターンの中間
像１５を形成する第１結像光学系１０と、中間像１５の
再結像をウエハＷの感光面上に形成する第２結像光学系
２０から構成され、中間像１５付近に配置された光軸を
偏向するための平面鏡１６を用いることで、透過反射面
をもつ偏光ビームスプリッタ等の製造困難な光路変換部
材を用いずに、製造が容易で高いスループットを持った
投影露光装置を実現できる。
ット状もしくは円弧状の照明・露光領域Ｒａ、Ｗａを用
い、レチクルＲとウエハＷを同時に走査して大きな露光
領域Ｗａを得る走査光学系で、レチクルパターンの中間
像１５を形成する第１結像光学系１０と、中間像１５の
再結像をウエハＷの感光面上に形成する第２結像光学系
２０から構成され、中間像１５付近に配置された光軸を
偏向するための平面鏡１６を用いることで、透過反射面
をもつ偏光ビームスプリッタ等の製造困難な光路変換部
材を用いずに、製造が容易で高いスループットを持った
投影露光装置を実現できる。
【００２７】また、平面鏡１５が第１結像光学系１０か
ら第２結像光学系２０へ至る光路中に配置され、投影光
学系中に少なくとも１つ凹面反射鏡１１を用いること
で、像側で大きな開口数を持ちつつ、投影光学系の小型
化を達成することが可能で、現実的な大きさの投影露光
装置となる。
ら第２結像光学系２０へ至る光路中に配置され、投影光
学系中に少なくとも１つ凹面反射鏡１１を用いること
で、像側で大きな開口数を持ちつつ、投影光学系の小型
化を達成することが可能で、現実的な大きさの投影露光
装置となる。
【００２８】更に、第１結像光学系１０中に凹面反射鏡
１１を採用し、第２結像光学系２０が縮小の結像倍率を
有することで、像側で大きな開口数を達成することが可
能で、高い解像力を持つ投影露光装置が実現される。ま
た、中間像付近に配置した第１平面鏡１５のほかに、第
１平面鏡１５とウエハＷとの間の光路中に第２平面鏡２
１を配置することで、レチクルＲのパターン面とウエハ
Ｗの感光面とを平行にすることが可能で、レチクルステ
ージ及びウエハステージが受ける重力の影響を、走査方
向と垂直にすることができ、安定した走査露光が実現で
きる。
１１を採用し、第２結像光学系２０が縮小の結像倍率を
有することで、像側で大きな開口数を達成することが可
能で、高い解像力を持つ投影露光装置が実現される。ま
た、中間像付近に配置した第１平面鏡１５のほかに、第
１平面鏡１５とウエハＷとの間の光路中に第２平面鏡２
１を配置することで、レチクルＲのパターン面とウエハ
Ｗの感光面とを平行にすることが可能で、レチクルステ
ージ及びウエハステージが受ける重力の影響を、走査方
向と垂直にすることができ、安定した走査露光が実現で
きる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明のように、光線を偏向する平面
鏡は、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率と
が異なるが、本発明では１または複数個の平面鏡で反射
した後のＰ偏光の強度とＳ偏光の強度とが等しくなるよ
うにすることができるから、ウエハを完全非偏光あるい
はそれに近い光で露光することができ、偏光状態に起因
する露光むらを解消することができる。
鏡は、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率と
が異なるが、本発明では１または複数個の平面鏡で反射
した後のＰ偏光の強度とＳ偏光の強度とが等しくなるよ
うにすることができるから、ウエハを完全非偏光あるい
はそれに近い光で露光することができ、偏光状態に起因
する露光むらを解消することができる。
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す概
略図
略図
【図２】図１中（Ａ）Ａ−Ａ線矢視図と、（Ｂ）Ｂ−Ｂ
線矢視図
線矢視図
【図３】（Ａ）偏角プリズムと等方性プリズムを示す側
面図と、図Ａ中（Ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ線
矢視図、及び（Ｄ）Ｄ−Ｄ線矢視図
面図と、図Ａ中（Ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ線
矢視図、及び（Ｄ）Ｄ−Ｄ線矢視図
１…レーザー光源 ２…整形光学系 ３…偏角プリズム ４…等方性プリズム ５…オプティカルインテグレータ ６…コンデンサー １０…第１結像光学系 １１…凹面鏡 １５…中間像 １６…第１平面鏡 ２０…第２結像光学系 ２１…第２平面鏡 Ｒ…レチクル Ｗ…ウエハ Ｒａ…照明領域 Ｗａ…露光領域
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ (72)発明者 森 孝司 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 小松田 秀基 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 2H087 KA21 LA01 LA24 LA26 RA26 RA41 RA45 TA05 2H088 FA30 HA18 HA20 HA21 HA23 HA24 HA28 MA20 2H091 FA07Z FA14Z FA21Z FA26Z FA41Z LA11 LA12 5F046 BA04 BA05 CB02 CB03 CB10 CB13 CB27 CC13
Claims (6)
- 【請求項１】投影原版上に形成されたパターンを照明す
る照明光学系と、 １又は複数の球面鏡と複数のレンズと１又は複数の平面
鏡とを有し、前記パターンの像を被露光物体の感光面上
に形成する反射屈折型投影光学系と を備えた投影露光装置において、 前記照明光学系は、前記パターンを部分偏光光によって
照明するように構成されたことを特徴とする投影露光装
置。 - 【請求項２】前記部分偏光光は、前記投影光学系に配置
されたいずれか１つの前記平面鏡に入射する光軸と平行
な光線を基準として偏光方向を定めたとき、Ｐ偏光を含
むように部分偏光していることを特徴とする請求項１記
載の投影露光装置。 - 【請求項３】投影光学系の前記各平面鏡は、それぞれの
平面鏡に入射する光軸と平行な光線を基準として偏光方
向を定めたとき、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対す
る反射率との差の、それぞれの平面鏡に入射するすべて
の光線についての最大値と最小値との差が、０．１以下
となるように形成されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の投影露光装置。 - 【請求項４】前記照明光学系が前記パターンを照明する
照明領域と、前記投影光学系が前記感光面上に形成する
露光領域とは、スリット状又は円弧状に形成され、 前記投影原版と被露光物体とは、前記照明領域及び露光
領域の短手方向に同期して走査するように配置され、 前記投影光学系は、前記投影光学系に配置されたいずれ
か１つの前記平面鏡の近傍に前記パターンの中間像を形
成する第１結像光学系と、前記中間像の再結像を前記感
光面上に形成する第２結像光学系とを有することを特徴
とする請求項１、２又は３記載の投影露光装置。 - 【請求項５】前記第１結像光学系は１つの凹面鏡を有
し、前記第２結像光学系は縮小の結像倍率を有すること
を特徴とする請求項４記載の投影露光装置。 - 【請求項６】前記投影光学系は、前記中間像の近傍に配
置された平面鏡のほかに、該平面鏡に引き続いて配置さ
れ、又は前記第２結像光学系の内部に配置された別の平
面鏡を有することを特徴とする請求項４又は５記載の投
影露光装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18149898A JP3985346B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 投影露光装置、投影露光装置の調整方法、及び投影露光方法 |
| EP99111428A EP0964282B1 (en) | 1998-06-12 | 1999-06-11 | Projection exposure apparatus with a catadioptric projection optical system |
| AT99111428T ATE288088T1 (de) | 1998-06-12 | 1999-06-11 | Projektionsbelichtungsvorrichtung mit katadioptrischem projektionssystem |
| DE69923376T DE69923376T2 (de) | 1998-06-12 | 1999-06-11 | Belichtungsprojektionsapparat mit einem optischen catadioptrischen Belichtungssystem |
| US09/330,442 US6466303B1 (en) | 1998-06-12 | 1999-06-11 | Projection exposure apparatus with a catadioptric projection optical system |
| US10/226,347 US6661499B2 (en) | 1998-06-12 | 2002-08-23 | Projection exposure apparatus with a catadioptric projection optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18149898A JP3985346B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 投影露光装置、投影露光装置の調整方法、及び投影露光方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000003852A true JP2000003852A (ja) | 2000-01-07 |
| JP2000003852A5 JP2000003852A5 (ja) | 2006-07-20 |
| JP3985346B2 JP3985346B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
ID=16101820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18149898A Expired - Lifetime JP3985346B2 (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 投影露光装置、投影露光装置の調整方法、及び投影露光方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6466303B1 (ja) |
| EP (1) | EP0964282B1 (ja) |
| JP (1) | JP3985346B2 (ja) |
| AT (1) | ATE288088T1 (ja) |
| DE (1) | DE69923376T2 (ja) |
Cited By (6)
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