JP2005129894A - 液浸露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、液体を介して感光基板上にパターンを露光することができる露光装置を提供する。
【解決手段】 二等辺三角形プリズム２２と、二等辺三角形プリズム２２の頂角２２ａの方向から空間コヒーレンシーの高い露光光を照射する照射系（１１〜２１）とを備え、露光光の照射によって、二等辺三角形プリズム２２の二つの斜面２２ｂ，２２ｃで形成される二光束を、二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄと液体ｗを介して対向して配置されたウェハＷ上に入射させて、二光束の干渉によって形成されるパターンをウェハＷ上に露光する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を介して感光基板上にパターンを露光する液浸露光装置に関する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（charge Coupled Device）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、マスクに形成されたパターンを感光基板（レジストが塗布された半導体ウェハ又はガラスプレート等）上に転写する、所謂フォトグラフィーの手法により製造される。このフォトグラフィー工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと、感光基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写する装置である。

近年においては、デバイスに形成するパターンのより一層の高集積化に対応するために、投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は使用する露光光の波長が短くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。このため、露光装置で使用される露光光の波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。現在主流の露光装置は、光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を備えているが、更に短波長のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を備える露光装置も実用化されつつある。

また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度（ＤＯＦ）も重要となる。解像度Ｒ及び焦点深度δは、それぞれ以下の（１）式及び（２）式で表される。
Ｒ＝ ｋ_１・λ／ＮＡ ……（１）
δ＝±ｋ_２・λ／ＮＡ^２ ……（２）
ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ_１，ｋ_２はプロセス係数である。

上記（１）式及び（２）式から、解像度Ｒを高めるために露光光の波長λを短波長化して開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。焦点深度δが狭くなりすぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難になり、露光動作時のマージンが不足する虞がある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば以下の特許文献１に開示されている液浸法が提案されている。

この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率で、通常１．２〜１．６程度）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。
国際公開第９９／４９５０４号パンフレット

ところで、上述した通り、理論上は液体を介して露光光を感光基板上に照射することによって感光基板上により微細なパターンを形成することができる。しかしながら、実際に液体を介して感光基板上にパターンが形成できるのかどうか、また感光基板上に塗布されているレジストに対する液体の影響等を確認する術がなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、液体を介して感光基板上にパターンを露光することができる液浸露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の露光装置は、二等辺三角形プリズム（２２、２６、２７、３０、３３）と、該二等辺三角形プリズムの頂角（２２ａ、２６ａ、２８ａ、３１ａ）方向から空間コヒーレンシーの高い露光光を照射する照射系（１１〜２１）とを備え、前記露光光の照射によって、前記二等辺三角形プリズムの二つの斜面（２２ｂ、２２ｃ、２６ｂ、２６ｃ、２８ｂ、２８ｃ、２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃ）で形成される二光束（ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ１１、ＦＬ１２、ＦＬ２１、ＦＬ２２）を、前記二等辺三角形プリズムの底面（２２ｄ、２６ｄ、２９ｄ、３２ｄ）と液体（ｗ）を介して対向して配置された感光基板（Ｗ）上に入射させて、前記二光束の干渉によって形成されるパターンを前記感光基板上に露光することを特徴としている。
この発明によると、空間コヒーレンシーの高い露光光が頂角方向から二等辺三角形プリズムに照射されて二等辺三角形プリズムの二つの斜面によって二光束が形成され、この二光束が二等辺三角形プリズムの底面及び液体を介して感光基板上に入射し、二光束の干渉によって形成されるパターンが感光基板上に露光される。
また、本発明の露光装置は、多角形プリズム（３５、３６）と、該多角形プリズムに向けて空間コヒーレンシーの高い露光光を照射する照射系（１１〜２１）とを備え、前記露光光の照射によって、前記多角形プリズムの二つの斜面（３５ｂ、３５ｃ、３６ｄ、３６ｅ）で形成される二光束（ＦＬ３１、ＦＬ３２、ＦＬ４１、ＦＬ４２）を、前記多角形プリズムの底面（３５ｄ、３６ｆ）と液体（ｗ）を介して対向して配置された感光基板（Ｗ）上に入射させて、前記二光束の干渉によって形成されるパターンを前記感光基板上に露光することを特徴としている。
この発明によると、空間コヒーレンシーの高い露光光が多角形プリズムに向けて照射されて多角形プリズムの二つの斜面によって二光束が形成され、この二光束が多角形プリズムの底面及び液体を介して感光基板上に入射し、二光束の干渉によって形成されるパターンが感光基板上に露光される。

本発明によれば、簡単な構成で、液体を介して感光基板上にパターンを露光することができるという効果がある。このため、液体を介して基板上にパターンを形成することができるか否か、及び感光基板に対する液体の影響を容易に確認することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による露光装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。尚、以下の説明においては、図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が感光基板としてのレジストが塗布されたウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。

本実施形態の露光装置は、空間コヒーレンシーの高い露光光を供給するための光源１１として、固体レーザの一種であるＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）を備えている。この光源１１から供給される露光光は、例えば出力が１０ｍＷ程度であり、周波数が８０ｋＨｚ程度のパルス光である。光源１から射出される露光光の光路上には、絞り１２及びシャッタ１３が配置されている。

シャッタ１３は、露光光の光路を遮断又は開放することで、ウェハＷ上への露光光の照射時間（露光ドーズ）を制御するためのものである。このシャッタ１３は、例えばモータ１３ａの回転軸に取り付けられており、モータ１３ａの駆動によって回転軸の回りで回転することにより、露光光の光路を遮断又は開放する。モータ１３ａの回転角は制御装置２５が制御する。

絞り１２及びシャッタ１３を通過した露光光は、折り曲げミラー１４によって＋Ｚに偏向された後、折り曲げミラー１５に入射して＋Ｙ方向に偏向され、更に折り曲げミラー１６によって−Ｚ方向に偏向される。折り曲げミラー１６の−Ｚ方向には偏光板１７が配置されており、折り曲げミラー１６で−Ｚ方向に偏向された露光光は偏光板１７に入射する。

偏光板１７は、所定方向の偏光成分を有する露光光を透過させることで露光光を偏光させるものである。この偏光板１７は、光軸ＡＸ上に穴部１８ａが配置され光軸ＡＸの回りで回転可能に構成された回転ステージ１８上に、穴部１８ａを覆うように保持されている。従って、回転ステージ１８を回転させれば偏光板１７は光軸ＡＸを中心にして回転するため、回転ステージ１８の回転角を制御することで偏光板１７の偏光方向を設定することができる。尚、回転ステージ１８の回転角は制御装置２５が制御する。

偏光板１８を透過した露光光は、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介して二等辺三角形プリズム２２の垂直上方から（頂角２２ａの方向から）二等辺三角形プリズム２２に入射する。尚、以上説明した光源１１〜リレーレンズ２１は空間コヒーレンシーの高い露光光を二等辺三角形プリズム２２に照射する照射系を構成している。二等辺三角形プリズム２２は、入射した露光光から二つの斜面２２ｂ，２２ｃを用いて二光束ＦＬ１，ＦＬ２（図２参照）を形成し、これら二光束ＦＬ１，ＦＬ２を干渉させて干渉縞パターン（ライン・アンド・スペースパターン）を形成するためのものである。

図２は、二等辺三角形プリズム２２によって形成される二光束ＦＬ１，ＦＬ２及び干渉縞を説明するための図である。尚、図２において、ＲｅはウェハＷ上に塗布されたレジストである。図２に示す通り、二等辺三角形プリズム２２の斜面２２ｂによって光束ＦＬ１が形成され、斜面２２ｃによって光束ＦＬ２が形成される。これらの光束ＦＬ１，ＦＬ２は同じ入射角で二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄに入射し、光束ＦＬ１と光束ＦＬ２とが干渉することによって干渉縞が形成される。尚、図２の液体ｗ中に示した白黒のパターンが干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンを表している。

いま、二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄに対する光束ＦＬ１，ＦＬ２の入射角をθとすると、形成される干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンのピッチＰｃは以下の（３）式で表される。
Ｐｃ＝λ／（２ｎ・sinθ） ……（３）
上記（３）式において、λは露光光の波長であり、ｎは二等辺三角形プリズム２２の屈折率である。

二等辺三角形プリズム２２に対して露光光は光軸ＡＸ（Ｚ軸）に平行に照射されるため、二等辺三角形プリズム２２の頂角の角度を変えると、底面２２ｄに対する光束ＦＬ１，ＦＬ２の入射角θが変わる。従って、上記（３）式に示す関係から頂角が異なる二等辺三角形プリズム２２を用いることで、干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンのピッチＰｃを変えることができる。二等辺三角形プリズム２２は着脱自在に支持されている。従って、ウェハＷに露光したいパターンのピッチ、又は干渉縞を形成する露光領域の大きさに応じて、作業者（オペレータ）が二等辺三角形プリズム２２を交換することができる。

本実施形態においては、二等辺三角形プリズム２２として、ピッチが９０ｎｍ，６５ｎｍ，４６ｎｍのライン・アンド・スペースパターンを形成するための３種類の二等辺三角形プリズムが用意されているとする。これらの二等辺三角形プリズムの頂角２２ａは、それぞれ８１．７度、５３．１度、１４．０度である。また、本実施形態では、露光光として真空紫外域のＡｒＦエキシマレーザ光源から射出される光を用いているため、二等辺三角形プリズム２２及びリレーレンズ１９，２１を構成する光学素子の硝材としては、例えば合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）が用いられる。

図１に戻り、露光対象としてのウェハＷは、ウェハステージ２３上に保持される。ウェハステージ２３は、リニアモータ等を含む駆動機構を備えており、図中Ｙ方向に一次元的に移動可能に構成されている。尚、本実施形態では説明の簡単化のために、ウェハステージ２３が一次元的に移動可能に構成されている場合を例に挙げて説明するが、ＸＹ面内で二次元的に移動可能に構成しても良い。ウェハステージ２３は制御装置２５の制御の下でステージ駆動系２４によって駆動される。

ウェハＷがウェハステージ２３上に保持された状態において、ウェハＷは上述した二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄと数百μｍ程度の間隔をもって底面２２ｄと対向して配置される。二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄとウェハＷとの間の微小空間は液体ｗで満たされる。尚、本実施形態においては、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光源から射出される光を用いているため、液体ｗとしては純水を用いている。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手でき、環境に対する悪影響がない。この液体ｗは、オペレータが手動で供給する。

制御装置２５は、光源１１の発光及び停止の制御、モータ１３ａの回転角の制御によるウェハＷ上への露光光の照射時間の制御、回転ステージ１８の回転角の制御による偏光板１７の偏光方向の設定、及びウェハステージ２３の移動制御を行う。制御装置２５はこれらの制御及び設定の全てを自動的に行うように構成されていても良く、また制御及び設定の全て又は一部をキーボード等の入力装置から入力されるオペレータの指示に基づいて行うように構成されていても良い。本実施形態では、上記の制御及び設定の全てがオペレータの入力指示によって行われるように構成されている場合を例に挙げて説明する。

次に、上記構成における本発明の第１実施形態による露光装置を用いてウェハＷ上にパターンを露光する手順の一例について説明する。まず、所望のプリズム（ウェハＷに露光したいパターンのピッチに応じた二等辺三角形プリズム）とは異なる二等辺三角形プリズムが露光装置に保持されている場合には、オペレータはその二等辺三角形プリズムを取り外して、ウェハＷに露光したいパターンのピッチに応じた二等辺三角形プリズムを取り付ける。

二等辺三角形プリズム２２の取り付けが完了すると、オペレータは入力装置を操作して偏光板１７の偏光方向を設定する。ここで、露光光に種々の偏光成分が含まれており、露光光が偏光されていない状態であっても二等辺三角形プリズム２２で形成される二光束を干渉させれば干渉縞が得られる。しかしながら、種々の偏光成分が含まれていると干渉縞のコントラストが低下する。

液浸露光の場合には、コントラストの向上に寄与するＳ偏光成分の光のレジスト表面での透過率が高くなるため、偏光板１７を用いてＳ偏光成分の光を二等辺三角形プリズム２２に入射させている。二等辺三角形プリズム２２にＳ偏光成分の光を入射させるためには、二等辺三角形プリズム２２の配置に応じて偏光板１７の偏光方向を設定する必要がある。このため、オペレータは二等辺三角形プリズム２２の配置に合わせて偏光板１７の偏光方向を設定する。

本実施形態においては、二等辺三角形プリズム２２の二つの斜面２２ｂ，２２ｃから露光光を入射させているため、露光光の入射面は斜面２２ｂ，２２ｃの各々に垂直な平面となる。図２に示す通り、斜面２２ｂ，２２ｃが共にＸ軸に対して平行となるように二等辺三角形プリズム２２が配置されている場合には、露光光の入射面はＹＺ平面に平行な平面になる。かかる配置の場合において、二等辺三角形プリズム２２にＳ偏光成分の光を入射させるためには偏光板１７の偏光方向をＸ方向に設定する。尚、図２に示す配置の場合に、形成される干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンに含まれるラインパターンの長手方向は設定すべき偏光板１７の偏光方向と同一方向であるＸ方向になる。

偏光板１７の偏光方向の設定が完了すると、オペレータはウェハＷをウェハステージ２３上に配置した後、入力装置を操作してウェハステージ２３を移動させ、ウェハＷの所定の部分を二等辺三角形プリズム２２の下方に配置する。ウェハＷの配置が完了すると、オペレータは二等辺三角形プリズム２２とウェハＷとの間の空間に液体ｗを供給し、この空間を液体ｗで満たす。

以上の作業が終了すると、オペレータは入力装置を操作して露光光の射出指示を行って、光源１を発光させる。光源１から射出された露光光のうち絞り１２及びシャッタ１３を通過した露光光は、折り曲げミラー１４，１５，１６で順に偏向されて偏光板１７に入射する。偏光板１７に入射した露光光のうち、偏光方向がＸ方向である成分（Ｓ偏光成分）の光のみが偏光板１７を通過して、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介して二等辺三角形プリズム２２に照射される。

二等辺三角形プリズム２２に露光光が照射されると、斜面２２ｂによって光束ＦＬ１が形成され、斜面２２ｃによって光束ＦＬ２が形成される。これらの光束ＦＬ１，ＦＬ２は同じ入射角をもって二等辺三角形プリズム２２の底面２２ｄに入射して干渉し、干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが形成される。この干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンは、液体ｗを介してウェハＷ上に塗布されたレジストＲｅ上に照射され、レジストＲｅを露光する。このようにして、感光基板としてのウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光される。

以上説明したように、頂角方向２２ａから空間コヒーレンシーの高い露光光を二等辺三角形プリズム２２に照射することで二光束ＦＬ１，ＦＬ２が形成され、これら二光束ＦＬ１，ＦＬ２の干渉によるパターンが底面２２ｄから液体ｗを介してウェハＷ上に照射されるため、簡単な構成で液体ｗを介してウェハＷ上にパターンを露光することができる。この結果、液体ｗを介してウェハＷ上にパターンを形成することができるか否か、及びウェハＷに対する液体ｗの影響を容易に確認することができる。

上述した実施形態では、二等辺三角形プリズム２２の二つの斜面２２ｂ，２２ｃのほぼ全面に対して露光光を入射させていた。しかしながら、二等辺三角形プリズム２２の頂角２２ａの角度及び斜面２２ｂ，２２ｃに対する露光光の入射位置によっては、二つの斜面２２ｂ，２２ｃで形成される光束ＦＬ１，ＦＬ２が底面２２ｄに到達せずに反対側の斜面２２ｃ，２２ｂに到達してしまい、ノイズ光になる可能性がある。かかる場合には、図３に示す二等辺三角形プリズム２６を用いることが好ましい。

図３は、二等辺三角形プリズムの第１変形例を示す図である。尚、図３においては露光装置を簡略化して図示しており、図１に示す部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図３に示す二等辺三角形プリズム２６は頂角２６ａの部分が除かれた台形形状であり、その上面に遮光部材２６ｅが形成されている。この遮光部材２６ｅは、頂角２６ａが除かれて形成される面（上面）に、例えばＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して形成される。尚、二等辺三角形プリズム２６の硝材は、二等辺三角形プリズム２２と同様に合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いることができる。

光源１１から射出され、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介した露光光は遮光部材２６ｅが形成された方向から二等辺三角形プリズム２６に入射する。遮光部材２６ｅに入射した露光光は遮光され、斜面２６ｂ，２６ｃに入射した露光光のみが二等辺三角形プリズム２６内に入射する。図３を参照すると、遮光部材２６ｅが形成されていることによって、斜面２６ｂ，２６ｃから二等辺三角形プリズム２６内に入射した二光束は全て二等辺三角形プリズム２６の底面２２ｄに到達することが分かる。このため、二光束は反対側の斜面２６ｃ，２６ｂに到達することはなく、ノイズ光が生ずることはない。

尚、図３においては、ノイズ光を除去するための構成として頂角２６ａの部分が除かれた台形形状の二等辺三角形プリズム２６を例に挙げて説明したが、図１に示す二等辺三角形プリズム２２を用いて斜辺２２ｂ，２２ｃの一部（頂角２２ａ付近）をアルミ箔等で覆って遮光することで遮光部を形成してもよい。かかる方法で遮光すれば、図３に示す台形形状の二等辺三角形プリズム２６を用いずに簡易にノイズ光の発生を防止することができる。

図４は、二等辺三角形プリズムの第２変形例を示す図である。尚、図４においては、図３と同様に露光装置を簡略化して図示しており、図１に示す部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図４に示す二等辺三角形プリズム２７は２つの直角プリズム２８，２９から構成され、直角プリズム２８の底面２８ｄと直角プリズム２９の頂角２９ａとを対向させて重ねた多段プリズムである。尚、直角プリズム２８，２９の硝材は、二等辺三角形プリズム２２と同様に合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いることができる。

光源１１から射出され、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介した露光光が直角プリズム２８に照射されると、直角プリズム２８の斜面２８ｂ，２８ｃによって二光束ＦＬ１１，ＦＬ１２が形成される。この二光束ＦＬ１１，ＦＬ１２は、直角プリズム２８の底面２８ｄを介して、直角プリズム２９の斜面２９ｂ，２９ｃにそれぞれ入射する。

直角プリズム２８の底面２８ｄと直角プリズム２９の底面２９ｄとが平行に設定され、且つ底面２８ｄ及び底面２９ｄが光軸ＡＸに対して垂直になるよう配置されている場合には、二光束ＦＬ１１，ＦＬ１２各々の斜面２９ｂ，２９ｃに対する入射角は等しくなり、また直角プリズム２９に入射した二光束の底面２９ｄに対する入射角も等しくなる。二光束ＦＬ１１，ＦＬ１２が直角プリズム２９の底面２９ｄに入射すると、液体ｗを介してウェハＷ上に照射され、ウェハＷ上に塗布された不図示のレジストを露光する。このようにして、ウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光される。

直角プリズム２８，２９は、頂角が小さな二等辺三角形プリズムに比べて製作が容易であるため、二等辺三角形プリズムの製作コストを低減させることができる。また、二等辺三角形プリズムの重ね合わせ段数を変えることによって、干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンのピッチを変更することができる。尚、ノイズ光が発生する場合には、直角プリズム２８の頂角２８ａ付近又は直角プリズム２９の頂角２９ａ付近に前述した遮光部を形成することが望ましい。

図５は、二等辺三角形プリズムの第３変形例を示す図である。尚、図５においては、図示の簡単化のために図４中の光源１１からリレーレンズ２１までの構成の図示を省略しており、図４に示す部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図５に示す二等辺三角形プリズム３０は２つの二等辺三角形プリズム３１，３２から構成され、二等辺三角形プリズム３１の底面３１ｄと二等辺三角形プリズム３２の頂角３２ａとを対向させて重ねた多段プリズムである。尚、二等辺三角形プリズム３１，３２の硝材は、図４に示す二等辺三角形プリズム２８，２９と同様に合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いることができる。

二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ａ，３１ｂには底面３１ｄに近い部位を除いて遮光部材３１ｅが形成されており、同様に二等辺三角形プリズム３２の斜面３２ａ，３２ｂには底面３２ｄに近い部位を除いて遮光部材３２ｅが形成されている。これらの遮光部材３１ｅ，３２ｅは、二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ａ，３１ｂ及び二等辺三角形プリズム３２の斜面３２ａ，３２ｂに、例えばＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して形成される。尚、遮光部材は必ずしも二等辺三角形プリズム３１，３２の両方に形成されている必要はなく、二等辺三角形プリズム３１，３２の少なくとも一方に形成されていればよい。

図５に示す構成においては、必然的に二等辺三角プリズム３２の頂角３２ａよりも二等辺三角形プリズム３１の頂角３１ａの方が大きくなる。また、図５に示す構成例では、光源１１からの露光光を二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ｂ，３１ｃの遮光部材３１ｅが形成されていない部位（斜面３１ｂ，３１ｃの底面３１ｄに近い部位）を通過させる必要があることから、露光光が二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ｂ，３１ｃの全体に照射されるように絞り２０（図４参照）の大きさを設定する必要がある。

光源１１から射出され、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介した露光光は、二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ｂ，３１ｃの全体に照射される。二等辺三角形プリズム３１の斜面３１ｂ，３１ｃのうち、遮光部材３１ｅが形成されていない部位に照射された露光光によって二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２が形成される。この二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２は、二等辺三角形プリズム３１の底面３１ｄを介して、二等辺三角形プリズム３２の斜面３２ｂ，３２ｃにそれぞれ入射する。

二等辺三角形プリズム３２の斜面３２ｂ，３２ｃの各々に入射した二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２のうち、遮光部材３２ｅが形成されていない部位に入射した二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２は、二等辺三角形プリズム３２の内部に入射する。ここで、二等辺三角形プリズム３１の底面３１ｄと二等辺三角形プリズム３２の底面３２ｄとが平行に設定され、且つ底面３１ｄ及び底面３２ｄが光軸ＡＸ（図４参照）に対して垂直になるよう配置されている場合には、二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２各々の斜面３２ｂ，３２ｃに対する入射角は等しくなり、また二等辺三角形プリズム３２に入射した二光束の底面３２ｄに対する入射角も等しくなる。

二光束ＦＬ２１，ＦＬ２２が二等辺三角形プリズム３２の底面３２ｄに入射すると、液体ｗを介してウェハＷ上に照射され、ウェハＷ上に塗布された不図示のレジストを露光する。このようにして、ウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光される。二等辺三角形プリズム３１，３２の頂角３１ａ，３１ｂをそれぞれ変えることによって、干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンのピッチを変更することができる。

図６は、二等辺三角形プリズムの第４変形例を示す図である。尚、図５と同様に、図６においては、図示の簡単化のために図４中の光源１１からリレーレンズ２１までの構成の図示を省略している。図６に示す二等辺三角形プリズム３３と、図５に示す二等辺三角プリズム３０とが異なる点は、二等辺三角形プリズム３２に代えて二等辺三角形プリズム３４を設けた点である。この二等辺三角形プリズム３４は頂角部分が除かれた台形形状であり、その上面（頂角が除かれて形成される面）には、例えばＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して形成された遮光部材３４ｅが形成されている。

二等辺三角形プリズム３３は、二等辺三角形プリズム３１の底面３１ｄと二等辺三角形プリズム３３の上面とを対向させて重ねた多段プリズムである。図６に示す構成の二等辺三角形３３によって二光束が形成され、この二光束によってウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光されるまでの作用は図５に示す二等辺三角形プリズム３０の場合と同様であるため、ここでは説明を省略する。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態による露光装置の一部を示す構成図である。本実施形態の露光装置も図１に示す露光装置と同様に、光源１１からリレーレンズ２１までの構成、ウェハステージ２３、ステージ駆動系２４、及び制御装置２５を含んだ構成である。しかしながら、二光束を生成するために多角形プリズムの一種である台形プリズム３５を用いている点が上述した第１実施形態とは異なる。

台形プリズム３５は、面積が相対的に大きな底面（以下、この面を入射面３５ａという）を＋Ｚ方向に向け、且つ面積が相対的に小さな上面（以下、この面を射出面３５ｄという）を−Ｚ方向に向けて配置されており、射出面３５ｂとウェハＷとの間の微小空間に液体ｗが満たされる。また、台形プリズム３５は、入射面３５ａ及び射出面３５ｄが光軸ＡＸに対して垂直となるように配置される。台形プリズム３５の入射面３５ａの中心部及び周辺部には、Ｃｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部材３５ｅが形成されている。尚、台形プリズム３５の硝材は、合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いることができる。

光源１１から射出され、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介した露光光は台形プリズム３５の入射面３５ａに照射され、遮光部材３５ｅが形成されていない部位に照射された露光光のみが台形プリズム３５に入射する。台形プリズム３５に入射した光束は、斜面３５ｂ，３５ｃの各々で全反射し、これによって二光束ＦＬ３１，ＦＬ３２が形成される。

ここで、上述した通り、台形プリズム３５は、入射面３５ａ及び射出面３５ｄが光軸ＡＸに対して垂直となるように配置されているため、二光束ＦＬ３１，ＦＬ３２各々の射出面３５ｄに対する入射角が等しくなる。二光束ＦＬ３１，ＦＬ３２が台形プリズム３５の射出面３５ｄに入射すると、液体ｗを介してウェハＷ上に照射され、ウェハＷ上に塗布された不図示のレジストを露光する。このようにして、ウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光される。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態による露光装置の一部を示す構成図である。上記の第２実施形態と同様に、本実施形態においても光源１１からリレーレンズ２１までの構成、ウェハステージ２３、ステージ駆動系２４、及び制御装置２５を含んだ構成である。本実施形態では、二光束を生成するために多角形プリズムの一種であるペンタプリズム３６を用いている点が上述した第２実施形態とは異なる。

ペンタプリズム３６は、４つの斜面（斜面３６ｂ〜３６ｅ）と１つの底面３６ｆとの計５つの面を有しており、底面３６ｆと対向する頂角３６ａ（斜面３６ｂと斜面３６ｃとによって形成される角）を＋Ｚ方向に向けて配置されている。ペンタプリズム３６の底面３６ｆは光軸ＡＸに垂直となるよう配置されており、底面３６ｆとウェハＷとの間の微小空間に液体ｗが満たされる。尚、ペンタプリズム３６の硝材は、合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いることができる。

ペンタプリズム３６の斜面３６ｂ，３６ｃには頂角３６ａに近い部位を除いて、例えばＣｒ（クロム）等の金属を蒸着して遮光部材３６ｇが形成されている。尚、本実施形態におては、ペンタプリズム３６の形状は、頂角３６ａを通りＺＸ平面に平行な面に関して対称であるとする。尚、本実施形態では、ペンタプリズム３６の頂角３６ａ及びその近傍から露光光を入射させるため、絞り２０（図１参照）の大きさをさほど大きくする必要がない。

光源１１から射出され、リレーレンズ１９、絞り２０、及びリレーレンズ２１を順に介した露光光はペンタプリズム３６の頂角３６ａ方向から斜面３６ｂ，３６ｃに照射される。斜面３６ｂ，３６ｃに照射された露光光のうち、遮光部材３６ｇが形成されている部位以外の部位（頂角３６ａの近傍）に照射された露光光は、斜面３６ｂ，３６ｃの各々で屈折してペンタプリズム３６内に入射する。斜面３６ｂから入射した露光光は斜面３６ｅで全反射し、斜面３６ｃから入射した露光光は斜面３６ｄで全反射し、これによって二光束ＦＬ４１，ＦＬ４２が形成される。

ここで、上述した通り、ペンタプリズム３６は頂角３６ａを通りＺＸ平面に平行な面に関して対称に形成されているため、二光束ＦＬ４１，ＦＬ４２各々の底面面３６ｆに対する入射角が等しくなる。二光束ＦＬ４１，ＦＬ４２がペンタプリズム３６の底面３６ｆに入射すると、液体ｗを介してウェハＷ上に照射され、ウェハＷ上に塗布された不図示のレジストを露光する。このようにして、ウェハＷ上に干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンが露光される。

本実施形態では、露光光を斜面３６ｂ，３６ｃで屈折させてペンタプリズム３６内に入射させ、ペンタプリズム３６内に入射した露光光を斜面３６ｄ，３６ｅで全反射させてペンタプリズム３６の底面３６ｆに導いている。このペンタプリズム３６の頂角３６ａ、又は斜面３６ｂと斜面３６ｄとのなす角（斜面３６ｃと斜面３６ｅとのなす角）を変えることによって、干渉縞としてのライン・アンド・スペースパターンのピッチを変更することができる。尚、本実施形態では、斜面３６ｄ，３６ｅが全反射の条件を満たしているため、反射用のコートは不要である。

〔第４実施形態〕
以上説明した第１〜第３実施形態においては、二等辺三角プリズム、直角プリズム、又は多角形プリズムを用いて二光束を形成し、この二光束を干渉させて干渉縞パターン（ライン・アンド・スペースパターン）をウェハＷ上露光していた。本実施形態は、プリズムで形成される二光束を応用し、二等辺三角形プリズム２２に代えて四角錐プリズムを用いることにより直交する干渉縞を一度に形成して、擬似的なコンタクトホールパターンをウェハＷ上に露光しようとするものである。尚、露光装置の全体構成は図１に示す露光装置とほぼ同様の構成である。

図９は、本発明の第４実施形態用いられる四角錐プリズムを示す図である。図９（ａ）に示す通り、本実施形態で用いられる四角錐プリズム４０は、四角形状の底面４０ｆと三角形の４つの斜面４０ｂ〜４０ｅを有している。この四角錐プリズム４０に対して、頂角４０ａの方向から露光光を照射すると、図９（ｂ）に示す通り、斜面４０ｂ，４０ｃによって、二光束ＦＬ５１，ＦＬ５２が形成される。同様に、斜面４０ｄ，４０ｅによって、二光束ＦＬ５１，ＦＬ５２とは異なる二光束ＦＬ６１，ＦＬ６２（図示省略）が形成される。

二光束ＦＬ５１，ＦＬ５２によって形成される干渉縞と、二光束ＦＬ６１，ＦＬ６２によって形成される干渉縞とは直交している。このように、本実施形態では、図１に示す露光装置において四角錐プリズム４０を用い、四角錐プリズム４０に露光光を照射するだけで一度に直交する干渉縞を形成することができる。但し、本実施形態では所望の形状の露光領域を露光することができるわけではなく、その形状が制限される。

図１０は、四角錐プリズムの各斜面を透過した露光光が露光する露光領域を示す図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、順に斜面４０ｂ〜４０ｅを透過した露光光の露光領域を示している。これらの図に示す通り、斜面４０ｂ〜４０ｅの各々を透過した露光光の露光領域は三角形状になり、これらを重ね合わせた領域が露光領域になる。図１０（ｅ）に示す通り、四角錐プリズム４０に露光光を照射すれば、四角錐プリズム４０を透過した露光光によって矩形の露光領域の全体が露光される事にはなる。しかしながら、直交する干渉縞が形成されるのは、斜面４０ｂ〜４０ｅを透過した露光光の全てが露光される八角形の領域に限られる。露光領域の全体に亘って直交する干渉縞を形成するには、この八角形の領域に収まるように露光領域を設定すればよい。

尚、図１で説明した露光装置においては、一対の斜面（例えば、４０ｂ，４０ｃ）に方向を合わせたＳ偏光成分の光を四角錐プリズムに入射させてしまうと、二光束ＦＬ５１，ＦＬ５２によって形成される干渉縞と、二光束ＦＬ６１，ＦＬ６２で形成される干渉縞とにコントラストの差が生じてしまうので、図９の四角錐プリズム４０を用いて露光を行う場合には、Ｓ偏光成分の光の偏光方向を、四角錐プリズムの底面４０ｆの各辺と４５°傾斜させるとよい。或いは、偏光板１７に代えて１／４波長板等を配置して、円偏光の露光光を四角錐プリズムに入射させるようにしてもよい。

また、以上説明した通り、四角錐プリズム４０を用いれば四角錐プリズム４０に露光光を照射するだけで直交する干渉縞を形成することができる。互いに直交する干渉縞を時間をずらして形成するだけであれば、上記の第１実施形態〜第３実施形態において、二等辺三角形プリズム、直角プリズム、又は多角形プリズムをＸＹ面内で９０°回転させることで実現することができる。また、これらのプリズムは固定しておき、ウェハＷを露光領域の中心周りにＸＹ面内で９０°回転させることで実現してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、オペレータが手動にてプリズム２２の交換を行う場合を例に挙げて説明したが、複数のプリズムが保持されたレボルバーを設け、制御装置２５がレボルバーを駆動してプリズム２２の交換を行うようにしても良い。また、上記実施形態では、オペレータが入力装置を操作して偏光板１７の偏光方向を設定していたが、プリズム２２の光軸ＡＸ回りの回転角を検出するセンサを設け、このセンサの検出結果に基づいて制御装置２５が自動的に偏光板１７の回転角を調整するようにしても良い。

更に、上記実施形態では、オペレータが手動で二等辺三角形プリズムとウェハＷとの間に液体ｗを供給していた。しかしながら、国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような給排水系を設け、制御装置２５の制御の下で二等辺三角形プリズムとウェハＷとの間に液体ｗが供給される構成であっても良い。

また、上記実施形態では、光源１１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源の場合を例に挙げて説明したが、これ以外に光源１１としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。

Ｆ_２レーザ光源を用いる場合、液浸露光用の液体としてはＦ_２レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。また、その他にも、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系ＰＬやウェハＷ表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なもの（例えばセダー油）を用いることも可能である。

また、上記実施形態では二等辺三角形プリズム２２，２６、直角プリズム２８，２９、及びリレーレンズ１９，２１の硝材として蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらは、露光光の波長に応じて蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）等のフッ化物結晶又はこれらの混晶、又フッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等の真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、露光光の波長が１５０ｎｍ程度より短くなると透過率が低下するため、波長が１５０ｎｍ程度以下の真空紫外光を露光光ＩＬとして用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石（フッ化カルシウム）等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。

本発明の第１実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。 二等辺三角形プリズム２２によって形成される二光束ＦＬ１，ＦＬ２及び干渉縞を説明するための図である。 二等辺三角形プリズムの第１変形例を示す図である。 二等辺三角形プリズムの第２変形例を示す図である。 二等辺三角形プリズムの第３変形例を示す図である。 二等辺三角形プリズムの第４変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態による露光装置の一部を示す構成図である。 本発明の第３実施形態による露光装置の一部を示す構成図である。 本発明の第４実施形態用いられる四角錐プリズムを示す図である。 四角錐プリズムの各斜面を透過した露光光が露光する露光領域を示す図である。

符号の説明

１１ 光源（照射系）
１２ 絞り（照射系）
１３ シャッタ（照射系）
１４ 折り曲げミラー（照射系）
１５ 折り曲げミラー（照射系）
１６ 折り曲げミラー（照射系）
１７ 偏光板（照射系、偏光部材）
１８ 回転ステージ（照射系、設定手段）
１９ リレーレンズ（照射系）
２０ 絞り（照射系）
２１ リレーレンズ（照射系）
２２ 二等辺三角形プリズム
２２ａ 頂角
２２ｂ，２２ｃ 斜面
２２ｄ 底面
２５ 制御装置（設定手段）
２６ 二等辺三角形プリズム
２６ａ 頂角
２６ｂ，２６ｃ 斜面
２６ｄ 底面
２６ｅ 遮光部材
２７ 二等辺三角形プリズム
２８ 直角プリズム
２８ａ 頂角
２８ｂ，２８ｃ 斜面
２９ 直角プリズム
２９ｂ，２９ｃ 斜面
２９ｄ 底面
３０〜３２ 二等辺三角形プリズム
３１ａ 頂角
３１ｂ，３１ｃ 斜面
３２ｄ 底面
３３，３４ 二等辺三角形プリズム
３５ 台形プリズム
３５ｂ，３５ｃ 斜面
３５ｄ 底面
３６ ペンタプリズム
３６ｄ，３６ｅ 斜面
３６ｆ 底面
ＦＬ１，ＦＬ２ 光束
ＦＬ１１，ＦＬ１２ 光束
ＦＬ２１，ＦＬ２２ 光束
ＦＬ３１，ＦＬ３２ 光束
ＦＬ４１，ＦＬ４２ 光束
ｗ 液体
Ｗ ウェハ（感光基板）

Claims (8)

1. 二等辺三角形プリズムと、該二等辺三角形プリズムの頂角方向から空間コヒーレンシーの高い露光光を照射する照射系とを備え、
   前記露光光の照射によって、前記二等辺三角形プリズムの二つの斜面で形成される二光束を、前記二等辺三角形プリズムの底面と液体を介して対向して配置された感光基板上に入射させて、前記二光束の干渉によって形成されるパターンを前記感光基板上に露光することを特徴とする露光装置。
2. 前記照射系は、前記二等辺三角形プリズムに照射する前記露光光を偏光させる偏光部材を備えることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記偏光部材は、その偏光方向が可変可能に構成されており、
   前記偏光部材の偏光方向を設定する設定手段を備えることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記二等辺三角形プリズムは、着脱自在に支持されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の露光装置。
5. 前記二等辺三角形プリズムは、照射される前記露光光の一部を遮光する遮光部材が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
6. 前記二等辺三角形プリズムは、頂角と底面とを対向させて重ねた複数の二等辺三角形プリズムからなる多段プリズムを含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の露光装置。
7. 前記多段プリズムをなす前記複数の二等辺三角形プリズムは、直角プリズムを含むことを特徴とする請求項６記載の露光装置。
8. 多角形プリズムと、該多角形プリズムに向けて空間コヒーレンシーの高い露光光を照射する照射系とを備え、
   前記露光光の照射によって、前記多角形プリズムの二つの斜面で形成される二光束を、前記多角形プリズムの底面と液体を介して対向して配置された感光基板上に入射させて、前記二光束の干渉によって形成されるパターンを前記感光基板上に露光することを特徴とする露光装置。
   

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