JP2005093522A - 照明光学系及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光とＣＧＨによる光学系のマッチングを図り、特に液浸式露光装置の投影光学系のような高ＮＡ光学系に好適な照明系を提供すること。
【解決手段】 露光装置において、光路を複数個にわけ、各光路にＣＧＨと偏光ユニットを置いて、インテグレータの入射面で両者を再統合する照明光学系を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は照明光学系及びそれを用いた露光装置に関するものであり、特に、偏光を考慮した照明光学系及び、それを用いた半導体用の単結晶基板、液晶ディスプレイ用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置に関する。

半導体デバイスの微細化に伴い、半導体露光装置で使用される露光波長はますます短波長化され、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）からＡｒＦ（１９３ｎｍ）、さらにはＦ２レーザの１５７ｎｍまでうかがう状況になってきている。また、同時に投影光学系のＮＡも大型化されて通常雰囲気中で０．９０、液浸露光装置の投影光学系の場合には１．２を越える大きな値も実現されようとしている。

微細化は半導体産業のダイナミックスを支えるもっとも大きなファクタで、２５６Ｍ ＤＲＡＭで０．２５μｍ解像を要求した時代から、さらに１８０ｎｍ、１３０ｎｍ、１００ｎｍへと世代が急速に変わりつつある。ｉ線（３６５ｎｍ）までのリソグラフィでは波長以下の解像は使われてこなかったが、ＫｒＦは２４８ｎｍの波長でありながら１８０ｎｍさらには１３０ｎｍの線幅に適用されることになった。レジストの進歩、超解像技術等の成果を駆使して、波長以下の解像を実用化する時代が本格化してきたと言えよう。種々の超解像技術を駆使すれば、ラインアンドスペースで波長の１／３の線幅が実用の視野に入ってきている。

しかしながら超解像技術にはパターン上の制約が伴うことも多く、解像力向上の王道は何といっても波長を短くし、投影光学系のＮＡを向上させることである。また近年、結像の細かな解析が進むにつれて、従来では問題としなかったようなパラメータを考慮しなければならないようになってきた。これらにはフレアであるとか、光が電磁波であることに伴う偏光の問題などが挙げられる。
特開平８−００８１７７号公報 特開平４−３６６８４１号公報 特開平５−０８８３５６号公報 特開平５−０９０１２８号公報 特開平６−１２４８７２号公報 特開平６−１８１１６７号公報 特開平６−１８８１６９号公報 特開２００１−２８４２１２号公報 特開平１１−１７６７２１号公報

これらの問題のうちで、偏光の問題は投影光学系のＮＡが大きくなるにつれて次第に大きな影響をもつようになってきている。偏光の問題とは２つのビームが交わった時に、該２つのビームの偏光が直交していると干渉しなくなるという問題である。仮に２つのビームが光軸に対して対称に配置されている場合、光軸と一方のビームの角度は４５°となるため、ＮＡ０．７１付近になるとこの直交条件を満足するビームのペアが発生してくることになる。従って、現状の０．８０を越えるような投影光学系では結像ビーム同士が干渉しなくなってしまうような条件が既に存在していることになる。

液浸式露光装置の場合には直交条件の存在はよりクリティカルである。というのは通常の空気、又は窒素、ヘリウム等の雰囲気（以下ドライと呼ぶ）中で直交条件となっていても、屈折率ｎ_ＰＲを持つレジストにθ_０で入射した光線がレジスト中で持つ角度θ_ＰＲは
ｓｉｎθ_０＝ｎ_ＰＲ ｓｉｎθ_ＰＲ （１）
となり、角度がθ_０より小さくなって直交条件を満たさなくなるからである。実際１９３ｎｍの波長でのレジストの屈折率は１．７前後なので、θ_ＰＲが４５°になると、（１）式の右辺が１．７×ｓｉｎ４５°＝１．２０となり、１を越えてしまうので、θ_ＰＲが４５°となって直交条件を満たすことはドライの場合には起こりえない。

しかしながら、液浸露光の場合にはレジストと投影光学系の間が液体で満たされているので、光線があまり屈折せずθ_ＰＲが４５°になる場合が存在してしまうのである。

これに対処するため、照明光学系の偏光状態を制御して投影光学系によって結像される像のコントラストを落とさないようにすることも提案されている（例えば、特許文献１〜７参照。）。

一方、高解像力に伴いレチクルを照明する角度分布を様々に制御して、焼き付けるパターンに対して最適化された照明光学系を構成しようという動きが顕著になっている。従来の単純な輪帯照明だけではなく、４重極、２重極、６重極など様々な光源形状が提案され、露光尤度や焦点深度を大きくするのに寄与している。様々な光源形状の要求に応えるフレキシビリティは照明光学系に回折光学素子として、例えばＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を挿入することで実現され、光リソグラフィの進歩に重大な貢献をしている（例えば、特許文献８、９参照。）。

しかしながら、液浸式露光装置で特に顕著になってきた偏光に対する要求と、フレキシビリティを持った照明光学系というのは従来存在していなかった新たな課題である。

そこで、本発明の例示的な目的は、偏光と回折光学素子による光学系のマッチングを図り、特に液浸式露光装置の投影光学系のような高ＮＡ光学系に好適な照明光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系において、前記光源からの光束を、第１の回折光学素子に入射する光束と第２の回折光学素子に入射する光束とに分割する分割光学系と、前記第１の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第１の偏光ユニットと、前記第２の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第２の偏光ユニットと、前記第１の回折光学素子からの光束と前記第２の回折光学素子からの光束とを統合して前記被照射面へと導く統合光学系と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

従来よりも、性能の良い照明光学系を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による露光装置における照明光学系の実施例１の構成を示すものである。

光源としてのレーザ１から射出する光は露光装置に用いるエキシマレーザの場合、通常直線偏光である。照明光学系全体としての偏光状態を制御するため、本実施例ではレーザが本来持っている偏光特性を利用する。

レーザを射出した光は次いでビームエクスパンダ等を有するビーム整形光学系２で続く光学系に整合するようにビーム形状を整えた後、分割光学系としてのビームスプリッタ３に入り、２つに分割される。実際にはレーザは配置場所の関係で露光装置から離れた場所に置かれて、ビームスプリッタに至るまでに引き回し光学系を介して長い距離を導光される場合もある。レーザからビームスプリッタに至るまでの引き回しの関係で、レーザ光がビームスプリッタ３にｓ偏光で入ったとすると、ビームスプリッタの膜はｓ偏光の光を１：１の強度比で分割するように設定すればよい。

もしレーザが無偏光のものであればビームスプリッタ３として偏光ビームスプリッタを用いれば良い。この場合も分割された２つの光は互いに直交する直線偏光となっており、強度も殆ど等しくなっている。要は分割した後の光路の強度がほぼ等しく、直線偏光状態になっているような分割作用が行われる。

ビームスプリッタ３を透過した光はミラー４で反射される。分割された光は別々の光路でそれぞれ偏光ユニット５ａ、５ｂとＣＧＨ６ａ、６ｂに入射する。これらの作用については後述するが、要は各々の光路に偏光状態を調整する偏光ユニットと有効光源形状を形成するＣＧＨとが独立に配置されている（偏光ユニット５ａとＣＧＨ６ａを有する第１の光学系と、偏光ユニット５ｂとＣＧＨ６ｂを有する第２の光学系とが夫々別の光路に配置されている）ことが本発明で重要な点である。

次いで光はコリメータ７ａ、７ｂを通過してビーム統合光学系８に入射し、インテグレータ１０にいたる。インテグレータ１０は本実施例の場合ハエの目レンズとなっており、その射出面に複数の２次光源を形成している。

インテグレータ１０以降の照明光学系の構成は１１ａ、１１ｂのコンデンサ、１２のスリット、１３のコンデンサから１４のミラー、１５のコリメータを介して１６のレチクルを照明する。また露光量制御を行うため、照明光学系の与える光量を検出するために光を取り出すビームスプリッタ１７が本実施例ではコンデンサ１１ａと１１ｂの間に配置されている。レチクル面上での光量はレチクル面上で移動可能に配置されたフォトディテクタ１８で検出することができる。

レチクル１１を透過した光は投影光学系２１を介してウエハ２２に投影結像される。ウエハはウエハチャック２３上に載置されており、さらに２３はウエハステージ２４上に搭載されている。ウエハステージ上には光量を検出する検出器を有する検出系２５が搭載され、照明光学系、投影光学系全体を通過した光量を検出することができる。

ここでは光検出器の位置をレチクル面、あるいはウエハ面に相当する位置において例を示したが、検出器は瞳位置に相当とする位置においても同様の機能を達成することができる。

露光装置に要求される有効光源のフレキシビリティと偏光状態の制御を行う原理を示したのが図２である。ここではキーコンポーネントであるＣＧＨ６ａ、６ｂとインテグレータ１０との関係を示した。即ち本発明ではＣＧＨ６ａと６ｂによりインテグレータ１０の上に必要とされる有効光源分布を形成するのであるが、６ａと６ｂの光路を別にしたことで、各光路について偏光を独立に制御できることを特徴としている。このため、光を有効に使うことができ、効率のよい照明光学系を構成することができる。なお、本実施例においては、インテグレータとしてハエの目レンズを使用しているため、その入射面に有効光源分布を形成することにより射出面で同様の有効光源分布を得ているが、要するに、レチクルに対し実質的にフーリエ変換面（瞳共役面）となっているところに回折光学素子としてのＣＧＨ６ａと６ｂで結果的に有効光源分布を形成すればよい。従って、インテグレータとして、内面反射鏡としての光パイプを用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。

図３は例えばＸＹ軸上に有効光源のある４重極照明を行う時の原理を示す図である。図のように、Ｙ軸上の有効光源は横方向の偏光を持ち、Ｘ軸上の有効光源は縦方向の偏光方向を持つことが好ましい。そこでＣＧＨ６ａは１０のＸ軸上に図３の左上６１ａ１、６１ａ２のような分布を作る。このときの偏光状態は直線偏光で、偏光方向は縦方向となっている。一方、ＣＧＨ６ｂは１０のＹ軸上に図３の右上６１ｂ１、６１ｂ２のような分布を作る。このときの偏光状態は直線偏光で、偏光方向は横方向となっている。ＣＧＨ６ａ、６ｂは同じ物を用いることができ、配置する時９０度回転して配置すればよい。偏光方向の制御は偏光制御素子５ａ、５ｂによって行われる。偏光制御素子５ａ、５ｂとしては回転λ／２板等を用いることができる。５ａ、５ｂが夫々独立しているので、ＣＧＨ６ａ、６ｂを通過した光の偏光状態を独立に制御してインテグレータ１０に光を導くことができる。結果的に得られるのは図３の下にあるような有効光源で、偏光方向が中心を結ぶ線と直交する切線方向になった照明が実現される。

このとき、同じＣＧＨを通過した有効光源、即ち６１ａ１と６１ａ２、６１ｂ１と６１ｂ２はＣＧＨにより同じ光量にできるが、６１ａ系統の光と６１ｂ系統の光の光量も揃える必要がある。このため、各光路に光量調整用のＮＤフィルタを入れると露光線幅制御を正確に行うことが可能となる。また、実際に必要となる調整量は微小なので、径の大きさが可変となる絞りをＣＧＨに入る前の光路に入れて相互の調整を行うこともできる。光量調整機能の詳細については後述する。

ＣＧＨの効果は２重極照明を行う時に効果が大きい。図４はＸ軸上に２重極照明を実現する時の様子を示したものである。図３と同じようにＣＧＨ６ａは１０のＸ軸上に図４の左上６２ａ１、６２ａ２のような分布を作る。このときの偏光状態は直線偏光で、偏光方向は縦方向となっている。一方、ＣＧＨ６ｂも１０のＸ軸上に図４の右上６２ｂ１、６２ｂ２のような分布を作る。このときの偏光状態は直線偏光で、偏光方向は縦方向となっている。ＣＧＨ６ａ、６ｂは同じ物を同じ配置で用いることができる。偏光制御素子５ａ、５ｂの作用によりＣＧＨ６ａ、６ｂを通過した光は同じ偏光状態を持つ。偏光制御素子５ａ、５ｂは偏光方向を回転させるだけで、光量の減少を伴わないので、２重極照明でも図３の４重極照明と同一の効率で照明を行うことができる。

図５は図４の場合と９０°異なった配置の２重極照明をする場合の図である。ＣＧＨ６ａは１０のＹ軸上に図５の左上６３ａ１、６３ａ２のような分布を作る。このときの偏光状態は直線偏光で、偏光方向は横方向となっている。一方、ＣＧＨ６ｂも１０のＹ軸上に図５の右上６３ｂ１、６３ｂ２のような分布を作る。このときの偏光方向も横方向となっている。ＣＧＨ６ａ、６ｂは図４と同じ物を、ただし９０°回転した配置で用いることができる。この場合も偏光制御素子５ａ、５ｂの作用によりＣＧＨ６ａ、６ｂを通過した光は同じ偏光状態を持ち、図３の４重極照明と同一の効率で照明を行うことができる。

ＣＧＨはより複雑な有効光源分布も簡単に作ることができる。図６はその一例で、中央部は偏光特性が無く、外周部だけに切線方向の偏光特性を持たした有効光源の実現例である。図中、ＣＧＨ６ａによって形成される有効光源６４ａの部分の各点強度は６４ａ１、６４ａ２の部分の強度の１／２で、偏光方向は縦方向に調整されている。またＣＧＨ６ｂによって形成される有効光源６４ｂの部分の各点強度は６４ｂ１、６４ｂ２の部分の強度の１／２で、偏光方向は横方向に制御されている。両者を合成すると、強度分布としては一様で、中心部分は偏光特性が無く、一番外側の部分だけが切線方向に偏光している有効光源を実現することができる。

偏光方向の制御も例えば偏光ユニット５を回転可能なλ／２板とすれば、該λ／２板の設定角を制御することにより縦横方向だけでなく任意の方向に設定することが可能である。図７は±４５°方向の偏光方向を組み合わせて切線方向の偏光状態を持つ輪帯照明を実現した例である。片一方のＣＧＨで＋４５°方向の有効光源６５ａ１、６５ａ２を図のように形成し、一方もう一方のＣＧＨで−４５°方向の有効光源６５ｂ１、６５ｂ２を図のように形成させて、インテグレータ１０の上で重ねあわせれば、±４５度の偏光方向で形成される輪帯照明を実現することができる。

更には、図１１のような、中心に十字型の非照明部を有し、その周辺の±４５°方向の部分が無偏光、±９０°方向の部分が切線方向の偏光である有効光源分布を実現することも可能である。

この他にもっと複雑な有効光源分布と偏光方向の組み合わせも容易に実現することが可能である。

異なる有効光源を形成させる時には光源の形状に合わせてＣＧＨを交換する必要がある。例えば輪帯照明でも２／３輪帯の時と、３／４輪帯の時ではＣＧＨを交換する必要が生じる。輪帯照明にはもう一つ重要なパラメータ、即ち有効光源の外径を決定する必要がある。これはインテグレータ１０の上に形成される輪帯の大きさ（径）を制御することに相当し、この役割をするのがビーム統合光学系８である。輪帯の限らず有効光源のインテグレータ上での大きさを変える目的で、８はズーム機能を持っている。

照明光学系の機能としては通常の円形をした照明形状も勿論求められる。このときは、いわゆるσ（＝照明光学系のレチクル側開口数／投影光学系のレチクル側開口数）を調整することが求められる。従って、照明光学系の瞳面（レチクル面とフーリエ変換の関係にある面、インテグレータ１０の射出面に相当）での照度分布の形状を変えなければならず、インテグレータ入射面の光束径を可変にすることが求められる。８のズーム機能はこの可変の要求に対応したものである。円形の有効光源形状を求められるときはインテグレータ上に円形のパターンが形成されるようなＣＧＨ６を使用する。あるいは、円形であることを利用して通常のレンズを用いた光学系をターレット式にして光学系に挿入しても良い。特定の偏光方向を持たないような照明を要求される場合には、互いに直交する直線偏光を同じ光量だけ入れればよいし、特定の方向にのみ位相シフトがかかったパターンがあるときには、故意に特定の偏光方向を持つように系を構成することも可能である。

以上述べてきたように、本実施例では回折光学素子としてのＣＧＨの交換とズーム機能によって照明光学系のフレキシビリティは大幅に向上し、さらに偏光方向の制御も達成されていることになる。

ＣＧＨを沢山の種類用意することは交換も時間がかかるし、コストも必要となる。しかしながら各ＣＧＨに回転機能を付加すると、用意するＣＧＨの数を大幅に減らすことが可能となる。例えば図４と図５に示した２重極照明を例にとって見る。図４と図５で２重極自体の形状は単純に形状が９０°回転しただけであるとする。先ず図４の場合について図１の系の番号を参照しながら説明すると、ＣＧＨ６ａと６ｂははインテグレータ１０の上に同じ形状の有効光源を形成させるので、全く同一でよい。即ち同一のＣＧＨを用いることができる。

一方、図５の２重極は図４の２重極の形状を９０°回転したものである。この場合、図４の系で用いたＣＧＨを９０°回転すればよいことになる。従って、ＣＧＨ自体に回転機能がついていれば、図４の有効光源から図５の有効光源に変えるときにＣＧＨの交換をする必要が無くなる。さらに、図３の系の４重極を構成する個々の２重極の構成が図４、５と同じ、即ち例えば図３の６１ａ１、ａ２と図４の６２ａ１、ａ２、また図３の６１ｂ１、ｂ２と図５の６３ｂ１、ｂ２が同じであれば、図３〜５の有効光源形状を作るのに必要なＣＧＨは１種類、２枚で済むことになる。

しかし、さらに他の種類の有効光源形状を形成するには、複数種類のＣＧＨが必要となる場合もあり、その場合には夫々のＣＧＨを光路から挿脱可能な構成とする。このとき、複数種類のＣＧＨをターレットに載せて光路中に切替える構成としても良い。

なお、上記実施例においては、複数の光路中の夫々に偏光ユニットを配置することにより偏光状態を変更可能としていたが、特に偏光状態を変更する必要が無い場合には、それらの一部又は全部を省略しても良い。

以下、本発明の実施例２について説明する。

図８は実施例２の照明光学系の一部を表す図であり、偏光の制御を実施例１よりも細かく行うために光源からの光がビーム整形光学系２を射出した後、光路を４分割し、例えば縦横方向だけでなく、さらに±４５°方向も制御できるようにした構成の光路分割部を示したものである。光路は先ずビームスプリッタ３で２分割された後、さらにビームスプリッタ３１Ａ、３１Ｂによって各々が２分割されて４つのビームが形成される。各々のビームに偏光ユニット５Ａ〜５Ｄ、ＣＧＨ６Ａ〜６Ｄ、及び不図示のコリメータ４つが夫々配置されている。光路統合素子８以下の構成に関しては、図１で示した実施例１の構成と同様の構成であるためここでは説明を省略する。

図７は図８の系で切線方向の偏光方向を持つ輪帯照明を形成させた例である。４つの光路があるので４つの偏光方向を制御することができるため、本実施例では０°、９０°、±４５°の４つの方向の直線偏光を組み合わせて輪帯照明を形成させている。即ち、第１の光路で偏光方向０°で６１Ａ１、Ａ２の有効光源、第２の光路で偏光方向９０°で６１Ｂ１、Ｂ２の有効光源、第３の光路で偏光方向＋４５°で６１Ｃ１、Ｃ２の有効光源、第４の光路で偏光方向−４５°で６１Ｄ１、Ｄ２の有効光源を形成して全体の輪帯を形成する。ＣＧＨでは任意の有効光源を作ることができることが利用されている。有効光源の外周部は切線方向の直線偏光となっている。

本実施例の場合には蝿の目の形状に合わせたためＣＧＨは２種類を２枚ずつ用いる構成となっているが、完全にドーナツを切ったような形状の有効光源を各ＣＧＨにより形成させる場合には、同じＣＧＨを４５°ずつ４枚互いに回転した配置で各光路に置くことも可能である。

勿論、４方向の偏光方向が必要でない場合には偏光ユニット５の調整により、全てのＣＧＨからの光を同一の偏光方向にそろえることもできるし、２方向、あるいは３方向にすることも可能である。どのような偏光状態にするかは、露光対象となるパターンの特性によって異なるが、本実施例では最適条件に容易に設定することが可能である。

以下、本発明の実施例３について説明する。

本実施例では、実施例１や２の露光装置において光量検出や光量調節を行う方法について示す。

偏光状態を自在に扱う照明光学系で問題となるのは光量の検出法である。図１の系ではインテグレータ１０の後の光学系にビームスプリッタ１７を配し、そこで反射した光の光量をモニタ部としてのライトインテグレータユニットＬＩでモニタして露光量の制御を行っている。しかしながら、ビームスプリッタ１７は照明光学系の光軸に対して斜めに配置されているため、当然、偏光によって反射率が異なる。本発明の照明光学系では偏光方向が図３〜５にあるように縦横方向だけでなく、図６のように±４５°、あるいはそれ以外の角度も存在しうる複雑なものなので、照明光学系がレチクルに与えるエネルギーを、偏光特性を持つ光量検出系で正確にモニタするのは困難である。

また、場合によっては光路同士の光量のバランスを取る必要が生じる場合もある。例えば図３の系のＸ軸上にある有効光源と、Ｙ軸上にある有効光源強度に差があると、露光した際に形成される縦線と横線の線幅が異なってしまうことが起こりうる。この光量差はビームスプリッタ３の性能や、ＣＧＨ自体の個体差から生じるもので、３で別れた後の光路同士の差と考えてよい。

一方、図４や図５のような２重極系では別れた光路同士が作る有効光源の像と偏光方向が両者とも同じなので、図３の場合と異なり別れている光路同士の光量のマッチングは取る必要が無い。

従って、露光を行う前に図３のような有効光源を用いる場合には分かれた光路同士の光量の調整を行う必要がある。このため、本発明では別れた光路同士の光量をレチクル面相当の位置に配置できる移動可能なディテクタ１８で検出して調整するとともに、ライトインテグレータＬＩの値をキャリブレーションすることを特徴としている。

また、レチクル面相当に置かれたディテクタ１８の代わりにウエハ面相当の位置で光量を検出できる、ウエハステージ上に配置された光電検出系２５で同様の機能、即ち別れた光路同士の光量検出と必要であれば調整、及びライトインテグレータＬＩのキャリブレーション機能を持たせることができる。１８で行っても、２５で行っても結果は似ているが、投影光学系２１が偏光特性を持っている場合にはウエハ側で検出する２５を用いる方がより精度が高い露光量制御を行うことができる。投影光学系２１が偏光特性を持っている例としてカタジオプトリック光学系をあげることができる。

次に、各光路の光量調整とライトインテグレータの制御条件を定める手順を説明する。先ず、照明光学系の偏光状態制御手段５及び、ＣＧＨ６及び光路統合素子８のズームは露光を行う条件にセットされる。

ビームスプリッタ３で分割された各々の光路には該光路の光を独立に遮断できるシャッタと光量調整機能が装備されている。一つ一つの光路の光量を検出する場合には先ず第１の光路のみ光が通過するようにし、残りは遮光しておく。この状態で１８または２５で検出された光量、及びこのときのＬＩの値を不図示のメモリに記憶しておく。ここでは説明の都合上、光量検出系２５で光量を検出することとしておく。

次いで第２の光路、さらに構成によっては他の光路に対しても同様の計測を行う。先ず、ＬＩと２５の出力値の比を取って、ＬＩで制御する値と実際の光量の比を確定する。偏光状態が照明法によって変わるので、この比の値は照明法（照明モード）が変わるごとにやり直す必要がある。

次いで、各光路の光量バランスを調整する。前にも説明したように、図４、５に示したような２重極照明のように光量バランスを行う必要が無い場合はこの工程は不要である。

光量調整では光量検出系２５で検出された光量のうち、最小値を持つ光路を基準とし、この光量に各光路の光量が合うように調整が行われる。光量調整については各光路に設けられた光量調節手段を用いて行われる。光量調整手段としてはＮＤフィルタを用いる方法や、ＣＧＨに入る光束の径を制御する方法などを採用することができる。ＣＧＨに入る光束の径を制御する方法は、入射光束の径が変わってもインテグレータ上に形成される像が変わらないことを利用した方法である。実際の光量比調整は、初期のビームスプリッタの膜さえきちんとできておれば、それほど大きな範囲を必要とするわけではない。従って、虹彩絞りのような径を可変にできる手段を用いることによって連続的な調整が可能になる。ＮＤフィルタを用いる場合には数種のフィルタを用意して切り換えるので空間が必要となるが、虹彩絞りだと場所を取らない点、有利である。また、虹彩絞りはシャッタ機能を同時に兼ね備えることも可能である。図１０は光量調整機能の付いた光路の構成を示したものである。回転可能なλ／２のような偏光ユニット５と同じく回転可能なＣＧＨ６の前に、シャッタもかねた虹彩絞り２８が配置されている例である。ＣＧＨ６を通過してしまうと、光が回折して広がってしまうので虹彩絞りはＣＧＨ６の前に配置する必要があるが、偏光ユニット５と位置を入れ替えることも可能である。なお、光量調節手段を各光路全てには配置せず、一部の光路にのみ配置する構成としても良い。

上記あげた光量調整手段により、必要な場合は各光路の光量比を調整し、ライトインテグレータで検出される光量と、露光量の対応がつけば、露光動作に入ることができる。

本実施例は、本発明の他の全ての実施例の露光装置において実施可能である。

以上述べたように、上記実施例の発明では光路を分割してそれぞれにＣＧＨと偏光素子を独立に設けることで、偏光方向を制御できて、効率がよく、対応性にとんだ照明光学系を構成することが可能となった。また、露光するパターンに合わせた偏光状態と有効光源の形状で露光できるため、解像力の向上に寄与することが大である。また、上記実施例の照明光学系ではＣＧＨに入射する光がインテグレータ上のパターンに変換される形式となっており、偏光もλ／２のような素子で変換されるのでどのような照明法であろうと効率は不変である。偏光を考慮した２重極照明を行う時にも、上記実施例の照明光学系を用いれば所望の有効光源分布を、効率を落とすことなく、高い解像性能を発揮できる露光装置を実現することができる。

以下、本発明を液浸式露光装置に適用した実施例４について説明する。

図１２は本発明による液浸式露光装置の構成を示す図であり、紙面の上下方向（ｚ方向）が実際の垂直方向に対応する。なお、実施例１と同様の部材には同じ番号をもちいている。

本実施例においては、照明装置ＩＳからの露光光はレチクル１６を照明し、レチクル１６のパターンは投影光学系２１’によって縮小されて感光性の基板としてのレジストが塗布されたウエハ２２に投影され転写される。ここで、照明装置ＩＳは実施例１と同様の構成であり、図１における光源としてのレーザ１と、照明光学系としてのビーム整形光学系２からコリメータ１５までの部材とを含むものである。

本実施例の液浸式露光装置は、所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であり、レチクル１６とウエハ２２とが同期走査され露光が行われる。

投影光学系終端部７７は投影光学系ＰＬの一部をなし、例えば光学素子としてのレンズからなり、最もウエハ２２に近い位置に配置されている部材である。

７９ａは液体供給装置であり、管７３ａ、ノズル７１ａを介して、液体を投影光学系終端部６とウエハＷの間に供給し、液膜７を形成させるものである。

また、９ｂは液体回収装置であり、ノズル７１ｂ、管７３ｂを介して、液体を回収するものである。

なお、液浸式露光装置で用いる液体は、露光光をできるだけ吸収することなく透過させなければならないなどの条件が必要である。ＡｒＦやＫｒＦエキシマレーザを光源として用いた液浸式露光装置では、液体として純水を用いることができる。

本実施例では、照明光学系として、光路を２つにわけ、少なくとも一方の光路にＣＧＨと偏光ユニットを置いて、インテグレータの入射面で両者を再統合する照明光学系を用いているので、所望の有効光源形状の形成と偏光制御が容易に可能となり、レジスト内で結像光が直交する場合であっても解像性能に影響をあまり与えないようにすることができる。

以下、実施例５について説明する。

図１３は、本発明の実施例５の露光装置の概略をあらわす図である。

実施例１〜４では、光源としてレーザを１つのみ用いていた。しかし、本実施例では、光源としてレーザ１ａとレーザ１ｂの２つを用いている。

実施例１においては、ビーム整形光学系２から出た光をビームスプリッタ３で分割して２つの光束としていた。しかし、本実施例においては、３０と４０は折り曲げミラーであり、ビーム整形光学系２ａ，２ｂから出射した光束を夫々偏光ユニット５ａ，５ｂへと導いている。なお、図１２においても、実施例１と同様の役割を担う部材には同じ番号をもちいている。

この場合に、レーザ１ａ，１ｂからの夫々の光が折り曲げミラー３０，４０に入射する際、その夫々の光の偏光方向が互いに直交しているように構成すると良い。

本実施例では、光源をレーザ２つで構成していたが、それには限定されず、レーザは３個以上でも良い。例えば、実施例２において、光源をレーザ４つで構成しても良い。

また、本実施例の照明装置（レーザ１ａ，１ｂ〜コリメータ１５までの部材）を実施例４の液浸式露光装置に用いても良い。

実施例１〜５においては、露光装置として所謂ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を用いたが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を使用してもよい。

次に、前述した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。

図１４はデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板（被処理体）としてのウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では前述した露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１の露光装置を表す図である。 本発明の原理を説明する図である。 ４重極照明を実現させた例を表す図である。 ２重極照明を実現させた例を表す図である。 図４と直交する２重極照明を実現させた例を表す図である。 中心部が無偏光、周辺が切線方向の偏光を持つ照明を実現させた例を表す図である。 ±４５°方向の部分が切線方向の偏光を持つ輪帯照明を実現させた例を表す図である。 本発明の実施例２の照明光学系の一部分を表す図である。 切線方向の偏光を持つ輪帯照明を実現させた例を表す図である。 本発明の実施例３の照明光学系の一部分を表す図である。 十字の非照明部の周辺の、±４５°方向の部分が無偏光、±９０°方向の部分が切線方向の偏光を持つ照明を実現させた例を表す図である。 本発明の実施例４の液浸式露光装置を表す図である。 本発明の実施例５の露光装置を表す図である。 デバイスの製造フローを示す図である。 図１４中のウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ レーザ
２ ビーム整形光学系
３ ビームスプリッタ
４ ミラー
５ 偏光ユニット
６ ＣＧＨ
７ コリメータ
８ 光路統合素子
９ ミラー
１０ インテグレータ
１１ コンデンサ
１２ スリット
１３ コンデンサ
１４ ミラー
１５ コリメータ
１６ レチクル
１７ ビームスプリッタ
１８ フォトディテクタ
２１ 投影光学系
２２ ウエハ
２３ チャック
２４ ステージ
２５ 光量検出系
２８ 虹彩絞り

Claims (18)

1. 光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系において、
   前記光源からの光束を、第１の回折光学素子に入射する光束と第２の回折光学素子に入射する光束とに分割する分割光学系と、
   前記第１の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第１の偏光ユニットと、
   前記第２の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第２の偏光ユニットと、
   前記第１の回折光学素子からの光束と前記第２の回折光学素子からの光束とを統合して前記被照射面へと導く統合光学系と、を有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記第１の回折光学素子からの光束の光量を調節する手段及び／又は前記第２の回折光学素子からの光束の光量を調節する手段を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記第１及び／又は第２の回折光学素子に入射する光束の光路に遮光手段が設けられていることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
4. 前記第１の回折光学素子からの光束の光量と前記第２の回折光学素子からの光束の光量とを検出する検出器を有し、
   前記第１の回折光学素子からの光束の光量と前記第２の回折光学素子からの光束の光量との比を前記手段により調整することを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
5. 前記光源からの光束で複数の２次光源を形成するインテグレータを有し、
   前記統合光学系は、該インテグレータの入射面で前記第１，第２の回折光学素子からの光束を統合することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
6. 前記統合光学系はズーム光学系を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
7. 前記第１又は第２の偏光ユニットは、回転可能なλ／２板を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
8. 前記第１又は前記第２の回折光学素子は、回転可能であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
9. 光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系において、
   前記光源からの光束が入射する第１，第２の回折光学素子を有し、
   前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係となる所定面における照度分布のうち第１の部分を前記第１の回折光学素子からの光束が形成し、該照度分布のうち第２の部分を前記第２の回折光学素子からの光束が形成することを特徴とする照明光学系。
10. 前記光源からの光束が入射する第３，第４の回折光学素子を有し、
    前記照度分布のうち第３の部分を前記第３の回折光学素子からの光束が形成し、前記照度分布のうち第４の部分を前記第４の回折光学素子からの光束が形成することを特徴とする請求項９記載の照明光学系。
11. 前記第１の部分を照明する光束の偏光状態と、前記第２の部分を照明する光束の偏光状態とは互いに直交する直線偏光であることを特徴とする請求項１３記載の照明光学系。
12. 複数の光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系において、
    前記複数の光源のうち第１の光源からの光束が入射する第１の回折光学素子と、
    前記複数の光源のうち第２の光源からの光束が入射する第２の回折光学素子と、
    前記第１の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第１の偏光ユニットと、
    前記第２の回折光学素子からの光束の偏光状態を調節する第２の偏光ユニットと、
    前記第１の回折光学素子からの光束と前記第２の回折光学素子からの光束とを統合して前記被照射面へと導く統合光学系と、を有することを特徴とする照明光学系。
13. 光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系において、
    回折光学素子と偏光ユニットを有する第１，第２の光学系と、
    前記第１の光学系からの光束と前記第２の光学系からの光束とを統合して前記被照射面へと導く統合光学系と、を有することを特徴とする照明光学系。
14. レチクルを照明する請求項１〜１３のいずれか一項記載の照明光学系と、該レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
15. 前記第１の回折光学素子からの光束の光量と前記第２の回折光学素子からの光束の光量とを検出する検出器を有し、
    前記第１の回折光学素子からの光束の光量と前記第２の回折光学素子からの光束の光量との比を調整することを特徴とする請求項１４記載の露光装置。
16. 前記照明光学系は、前記レチクル面に相当する位置における光量をモニタするモニタ部を有し、
    前記バランスの調整に応じて、該モニタのキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
17. 前記検出器は、前記レチクル面又は前記基板面に相当する位置における光量を検出することを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
18. 請求項１４〜１７のいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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