JP2007180088A - 照明光学装置、照明光学装置の調整方法、露光装置、およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の偏光状態を変化させる光学素子などの影響を補償して、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学装置。
【解決手段】 光源（１）からの光に基づいて被照射面（Ｍ，Ｗ）を照明する本発明の照明光学装置は、光源と被照射面との間の光路中の所定位置に配置されて、入射光の偏光状態を局所的に変更する偏光変更部材（７）を備えている。偏光変更部材は、印加される電圧に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の電気光学素子を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光学装置、照明光学装置の調整方法、露光装置、およびデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子のようなデバイスをリソグラフィー工程で製造するのに使用される露光装置に好適な照明光学装置に関するものである。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。

こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。従来、マスクパターンの特性に応じて、この種の光源から供給される光を所望の直線偏光状態の光に変換してマスクを照明する技術が知られている（たとえば特許文献１を参照）。

国際公開第ＷＯ２００４／０５１７１７号パンフレット

マスクパターンの特性に応じて特定の直線偏光状態の光を用いて投影露光を行うこと、さらに一般的にはマスクパターンの特性に応じて特定の偏光状態の光を用いて投影露光を行うことは、投影光学系の解像度や焦点深度などの向上に有効である。しかしながら、所望の偏光状態の光でマスク（ひいてはウェハ）を照明しようとしても、照明光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光の偏光状態を変化させる光学素子などの影響を補償して、所望の偏光状態の光で被照射面を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、所望の偏光状態の光で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中の所定位置に配置されて、入射光の偏光状態を局所的に変更する偏光変更部材を備え、
前記偏光変更部材は、印加される電圧に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の電気光学素子を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中の所定位置に配置されて、入射光の偏光状態を局所的に変更する偏光変更部材を備え、
前記偏光変更部材は、加えられる応力に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の光透過素子を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

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の調整方法であって、
前記被照射面に達する光の偏光状態を測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた測定結果に基づいて前記偏光変更部材を制御する制御工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。

本発明の第４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所定の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。

本発明の第５形態では、第４形態の露光装置を用いて、前記所定の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の製造方法を提供する。

本発明の典型的な形態にしたがう照明光学装置は、たとえば照明瞳面において入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する偏光変更部材を備えている。したがって、光の偏光状態を変化させるような光学素子が照明光路中に介在していても、偏光変更部材の作用により、これらの光学素子による偏光状態の変化の影響を補償して、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。

すなわち、本発明の照明光学装置では、光の偏光状態を変化させる光学素子などの影響を補償して、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。その結果、本発明の露光装置では、所望の偏光状態の光で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

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、本発明の実施形態にか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、本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。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給する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から射出された光は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大され、偏光状態切換部３および輪帯照明用の回折光学素子４を介して、アフォーカルレンズ５に入射する。

偏光状態切換部３は、光源側から順に、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楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する１／４波長板３ａ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１／２波長板３ｂと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）３ｃとを備えている。偏光状態切換部３は、デポラライザ３ｃ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４へ入射させる機能を有し、デポラライザ３ｃ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４へ入射させる機能を有する。

アフォーカルレンズ５は、前側レンズ群５ａの前側焦点位置と回折光学素子４の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群５ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面６の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（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。

具体的には、輪帯照明用の回折光学素子４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、光束変換素子としての回折光学素子４に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５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アフォーカルレンズ５から射出される。前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中において、アフォーカルレンズ５の瞳面またはその近傍には、偏光変更部材７および円錐アキシコン系８が配置されている。偏光変更部材７および円錐アキシコン系８の構成および作用については後述する。

アフォーカルレンズ５を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ９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）１０に入射する。マイクロフライアイレンズ１０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。

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。しかしながら、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。

所定面６の位置はズームレンズ９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１０の入射面はズームレンズ９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９は、所定面６とマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５の瞳面とマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。

したがって、マイクロフライアイレンズ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ９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１０を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上におい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。

マイクロフライアイレンズ１０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（ひいては照明瞳）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ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源か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１０の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１１ａおよびコンデンサー光学系１２を介した後、マスクブラインド１３を重畳的に照明する。ビームスプリッター１１ａを内蔵する偏光モニター１１の構成および作用については後述する。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１３には、マイクロフライアイレンズ１０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１３の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１４の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１４は、マスクブラインド１３の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、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上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。

円錐アキシコン系８は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材８ａ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８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８ａおよび第２プリズム部材８ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、輪帯状または４極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系８の作用およびズームレンズ９の作用を説明する。

ここで、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または４極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または４極状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２；４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状または４極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。

ズームレンズ９は、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状を相似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９の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状または４極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９の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系８およびズームレンズ９の作用により、輪帯状または４極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。

偏光モニター１１は、マイクロフライアイレンズ１０とコンデンサー光学系１２との間の光路中に配置されたビームスプリッター１１ａを備えており、このビームスプリッター１１ａへの入射光の偏光状態を検知する機能を有する。換言すれば、偏光モニター１１の検知結果に基づいて、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の偏光状態になっているか否かが随時リアルタイムに検出される。

本実施形態では、ウェハＷを保持するためのウェハステージＷＳに、ウェハＷに対する照明光（露光光）の偏光状態を測定するための偏光状態測定部１５が設けられている。偏光状態測定部１５は、図２に示すように、投影光学系ＰＬの像面位置（ウェハＷの露光面の高さ位置）において二次元的に位置決め可能なピンホール部材４０を備えている。なお、偏光状態測定部１５の使用時には、ウェハＷは光路から退避する。

ピンホール部材４０のピンホール４０ａを通過した光は、コリメートレンズ４１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡４２で反射された後、リレーレンズ系４３に入射する。リレーレンズ系４３を介したほぼ平行な光束は、移相子としての１／４波長板４４および偏光子としての偏光ビームスプリッター４５を介した後、二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａに達する。二次元ＣＣＤ４６の出力は、制御部（不図示）に供給される。ここで、１／４波長板４４は、光軸を中心として回転可能に構成されており、この１／４波長板４４には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部４７が接続されている。

こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、設定部４７を介して１／４波長板４４を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ４６の検出面４６ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定部１５では、設定部４７を用いて１／４波長板４４を光軸廻りに回転させながら検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態（偏光度；光に関するストークスパラメータＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）を測定することができる。

なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材４０（ひいてはピンホール４０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定部１５では、二次元的な検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。

ところで、偏光状態測定部１５では、移相子として１／４波長板４４に代えて１／２波長板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、光の偏光状態、すなわち光の４つのストークスパラメータを測定するためには、移相子と偏光子（偏光ビームスプリッター４５）との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも４つの異なる状態で検出面４６ａにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。

なお、本実施形態では移相子としての１／４波長板４４を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター４５を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としての１／４波長板４４および偏光子としての偏光ビームスプリッター４５のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。

また、偏光状態測定部１５では、反射鏡４２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡４２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡４２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいて偏光状態測定部１５の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が変化してしまう場合でも同様に測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。こうして、偏光状態測定部１５を用いてウェハＷに対する照明光の瞳内における偏光状態（偏光度）を測定し、照明光が瞳内において適切な偏光状態になっているか否かが判定される。

偏光モニター１１の出力および偏光状態測定部１５の出力は、制御部２０に供給される。制御部２０は、偏光モニター１１の測定結果や偏光状態測定部１５の測定結果に基づいて、偏光状態切換部３および偏光変更部材７を制御する。なお、上述の実施形態では、偏光状態測定部１５がウェハステージＷＳに取り付け可能な構成を示したが、この偏光状態測定部１５をウェハステージＷＳに組み込んでもよく、またウェハステージＷＳとは別のステージに組み込んでもよい。

輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、４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、４極照明を行うことができる。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、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１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの照野からなる４極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１０の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。

また、輪帯照明用の回折光学素子４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１０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１０の後側焦点面またはその近傍にも、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。

さらに、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、他の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、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。

図３は、本実施形態にかかる偏光変更部材の構成を概略的に示す図である。本実施形態の偏光変更部材７は、上述したように、アフォーカルレンズ５の瞳面またはその近傍であって円錐アキシコン系８の直前の位置に配置され、図３に示すように、たとえば光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＺ平面）に沿って縦横に且つ稠密に配置された複数（図３では６×６個だけを例示）ポッケルスセル７ａにより構成されている。ポッケルスセル７ａは、たとえば水晶のような結晶材料により形成され、いわゆるポッケルス効果により入射光に対して印加電圧に応じた位相量を可変的に付与する電気光学素子である。

偏光変更部材７では、制御部２０からの指令に基づいて、複数のポッケルスセル７ａへの印加電圧が独立に制御されるように構成されている。なお、図３では、電気光学素子としてのポッケルスセル７ａが光軸ＡＸに垂直な平面に沿って矩形状（正方形状を含む）の断面を有し且つ稠密配置されているが、各電気光学素子の断面形状、数、配置の形態などについては様々な変形例が可能である。

図４は、ポッケルスセルの構成および作用を概略的に示す図である。図４には、作用の説明を簡単にするために、円形断面を有するポッケルスセル７１が示されている。ポッケルスセル７１は、たとえば水晶により形成され、円柱形状の形態を有する。ポッケルスセル７１の端面には円形状で光透過性の電極７２ａおよび７２ｂが設けられ、一対の電極７２ａと７２ｂとの間に変調電圧が印加されるように構成されている。すなわち、ポッケルスセル７１では、長手軸線方向に沿って縦方向に一対の電極７２ａおよび７２ｂが設けられ、いわゆる縦型セル配置の形態を有する。

ポッケルスセル７１では、水晶の結晶軸がポッケルスセル７１の長手軸線方向に沿って位置決めされ、一方の端面に垂直入射した光は伝搬方向を変えることなく他方の端面から垂直射出される。このとき、ポッケルスセル７１に印加される電圧に応じた位相量が入射光に可変的に付与される。換言すれば、ポッケルスセル７１への印加電圧に応じて、入射光と射出光との間に可変位相差が付与される。入射光に付与される位相量（入射光と射出光との間に付与される位相差）Δφは、次の式（１）で表わされる。式（１）において、ｎは正常屈折率であり、Ｐは電気−光学定数（ｍ／Volts）であり、Ｖは印加電圧（Volts）であり、λは光の波長（ｍ）である。
Δφ＝２・π・ｎ³・Ｐ・Ｖ／λ （１）

このように、偏光変更部材７は、被照射面としてのマスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面の位置またはその近傍の位置に配置され、印加される電圧に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数のポッケルスセル（電気光学素子）７ａにより構成されている。したがって、偏光変更部材７は、照明瞳面またはその近傍の位置において入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する。

以下、光源１から投影光学系ＰＬまでを、被照射面としてのウェハＷを照明する照明光学装置と考え、この照明光学装置（１〜ＰＬ）の調整方法について説明する。また、説明を簡単にするために、本実施形態の調整方法では、制御部２０の指令に基づいて作動する偏光状態切換部３の作用により、たとえばウェハ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Ｍのパターンを照明するものと想定する。

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Ｍの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。

しかしながら、偏光状態切換部３の作用により所望の直線偏光状態の光でマスクＭを照明しようとしても、偏光状態切換部３とウェハＷとの間の光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。本実施形態の調整方法では、照明瞳面において入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する偏光変更部材７の作用により、偏光状態切換部３とウェハＷとの間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子などの影響を補償して、所望の偏光状態の光で被照射面としてのウェハＷを照明する。

図５は、本実施形態にかかる照明光学装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図５に示すように、本実施形態の調整方法では、マスクＭのパターンの特性に応じた所要の直線偏光状態の光でマスクＭを照明するように、偏光状態切換部３を所定の状態に設定する（Ｓ１）。そして、偏光モニター１１を用いて、マイクロフライアイレンズ１０とコンデンサー光学系１２との間の光路中における光の偏光状態をリアルタイムに検出する（Ｓ２）。次いで、検出工程Ｓ２での検出結果に基づいて、偏光モニター１１の位置において所望の偏光状態が得られているか否かを判定する（Ｓ３）。

判定工程Ｓ３において、偏光モニター１１の位置で所望の偏光状態が得られていないと判定した場合（図中ＮＯで示す場合）、偏光モニター１１の検出結果に基づいて偏光変更部材７を調整制御する（Ｓ４）。具体的に、制御工程Ｓ４では、偏光モニター１１の位置における光の偏光状態が所望の直線偏光状態になるように、偏光変更部材７を構成する複数のポッケルスセル７ａへの印加電圧を独立に制御する。検出工程Ｓ２、判定工程Ｓ３および第１制御工程Ｓ４は、偏光モニター１１の位置において所望の偏光状態が得られるまで繰り返される。

判定工程Ｓ３において、偏光モニター１１の位置で所望の偏光状態が得られていると判定した場合（図中ＹＥＳで示す場合）、偏光状態測定部１５を用いて投影光学系ＰＬの像面（ウェハＷの露光面が設置されるべき面）に達する光の偏光状態を測定する（Ｓ５）。すなわち、測定工程Ｓ５では、投影光学系ＰＬの像面を通過した光に基づいて、１つまたは複数の像面位置について、投影光学系ＰＬの瞳面における光の偏光状態を測定する。そして、測定工程Ｓ５の測定結果に基づいて、投影光学系ＰＬの瞳面において所望の偏光状態が得られているか否かを判定する（Ｓ６）。

判定工程Ｓ６において、投影光学系ＰＬの瞳面で所望の偏光状態が得られていないと判定した場合（図中ＮＯで示す場合）、偏光状態測定部１５の測定結果に基づいて偏光変更部材７を調整制御する（Ｓ７）。具体的に、制御工程Ｓ７では、投影光学系ＰＬの瞳面における光の偏光状態が所望の直線偏光状態になるように、偏光変更部材７を構成する複数のポッケルスセル７ａへの印加電圧を独立に制御する。測定工程Ｓ５、判定工程Ｓ６および第２制御工程Ｓ７は、投影光学系ＰＬの瞳面において所望の偏光状態が得られるまで繰り返される。

判定工程Ｓ６において、投影光学系ＰＬの瞳面で所望の偏光状態が得られていると判定した場合（図中ＹＥＳで示す場合）、所定の空間像計測装置を用いて、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストマスクのパターン空間像を計測し（Ｓ８）、計測工程Ｓ８で計測されたパターン像を評価する（Ｓ９）。計測工程Ｓ８では、たとえば特開２００５−５５２１号公報に開示された空間像計測装置を用いることができる。

評価工程Ｓ９において、所望の像評価が得られていないと判定した場合（図中ＮＯで示す場合）、空間像計測装置の計測結果に基づいて偏光変更部材７を調整制御する（Ｓ１０）。具体的に、制御工程Ｓ１０では、投影光学系ＰＬを介して所望のパターン像が得られるように、偏光変更部材７を構成する複数のポッケルスセル７ａへの印加電圧を独立に制御する。計測工程Ｓ８、評価工程Ｓ９および第３制御工程Ｓ１０は、空間像計測により所望の像評価が得られるまで繰り返される。評価工程Ｓ９において、所望の像評価が得られていると判定した場合（図中ＹＥＳで示す場合）、調整方法は終了する。

以上のように、本実施形態にかかる照明光学装置（または露光装置）の調整方法では、たとえばウェハ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Ｍのパターンを照明する場合、光の偏光状態を変化させるような光学素子が照明光路中に介在していても、照明瞳面またはその近傍の位置において入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する偏光変更部材７の作用により、これらの光学素子による偏光状態の変化の影響を補償して、所望の偏光状態の光でウェハＷを照明することができる。

また、光源１から結像光学系１４までを、被照射面としてのマスクＭを照明する照明光学装置と考えれば、光の偏光状態を変化させる光学素子などの影響を補償して、所望の偏光状態の光でマスクＭを照明することができる。こうして、本実施形態の露光装置では、所望の偏光状態の光で被照射面としてのマスクＭを照明する照明光学装置（１〜１４）を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、投影光学系ＰＬを介して形成されるテストマスクのパターン空間像を計測して像評価を行っている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばテストマスクを用いるテスト露光によりウェハＷにパターンを実際に焼付け、その焼付け結果に基づいて、投影光学系ＰＬを介して得られるパターン像を評価することもできる。

また、上述の実施形態では、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マスクＭのパターンを照明するケースを例にとって、本発明を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、マスクパターンの特性に応じて直線偏光状態以外の特定の偏光状態の光を用いて被照射面（マスクＭ，ウェハＷ）を照明する場合にも同様に、本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態では、偏光変更部材７が、アフォーカルレンズ５の瞳面またはその近傍であって円錐アキシコン系８の直前の位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばアフォーカルレンズ５の瞳面またはその近傍であって円錐アキシコン系８の直後の位置、マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍の位置、結像光学系１４の瞳面またはその近傍の位置などに偏光変更部材７を配置することにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。一般に、被照射面としてのマスクＭ（ひいてはウェハＷ）と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面の位置またはその近傍の位置に、偏光変更部材７を配置することができる。

また、上述の実施形態では、照明瞳面またはその近傍の位置に偏光変更部材７を配置し、投影光学系ＰＬの瞳面における光の偏光状態が所望の偏光状態になるように偏光変更部材７を制御している。しかしながら、これに限定されることなく、被照射面（マスクＭ，ウェハＷ）の近傍の位置、被照射面と光学的に共役な位置またはその近傍の位置に偏光変更部材７を配置し、投影光学系ＰＬの像面における光の偏光状態が所望の偏光状態になるように偏光変更部材７を制御することもできる。

具体的には、たとえばマスクブラインド１３の直前の位置、マスクブラインド１３の直後の位置、マスクＭの直前の位置などに、偏光変更部材７を配置することができる。この場合、工程Ｓ５に対応する測定工程では、投影光学系ＰＬの複数の像点について投影光学系ＰＬの瞳面での偏光状態を測定し、これら複数の像点に対する測定結果に基づいて、投影光学系ＰＬの像面における偏光分布を得ることになる。

また、上述の実施形態では、偏光変更部材７を構成する複数の電気光学素子として、ポッケルス効果により入射光に対して印加電圧に応じた位相量を可変的に付与するポッケルスセル７ａを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、いわゆるカー効果により入射光に対して印加電圧に応じた位相量を可変的に付与する電気光学素子、すなわちカーセル７ｂ（参照符号は不図示）を用いて、偏光変更部材を構成することもできる。

図６は、カーセルの構成および作用を概略的に示す図である。図６には、作用の説明を簡単にするために、円形断面を有するカーセル７３が示されている。カーセル７３もポッケルスセル７１と同様に、たとえば水晶により形成され、円柱形状の形態を有する。また、カーセル７３の側面に接するように、たとえば矩形状の電極７４ａおよび７４ｂが互いに平行に設けられ、一対の電極７４ａと７４ｂとの間に変調電圧が印加されるように構成されている。すなわち、カーセル７３では、長手軸線方向と直交する方向に沿って横方向に一対の電極７４ａおよび７４ｂが設けられ、いわゆる横型セル配置の形態を有する。

また、カーセル７３においても、水晶の結晶軸がカーセル７３の長手軸線方向に沿って位置決めされ、一方の端面に垂直入射した光は伝搬方向を変えることなく他方の端面から垂直射出される。このとき、カーセル７３に印加される電圧に応じた位相量が入射光に可変的に付与される。換言すれば、カーセル７３への印加電圧に応じて、入射光と射出光との間に可変位相差が付与される。入射光に付与される位相量（入射光と射出光との間に付与される位相差）Δφは、次の式（２）で表わされる。式（２）において、Ｋはカー定数（ｍ／Volts²）であり、Ｌはカーセル７３の長手軸線方向に沿った電極７４ａ，７４ｂの実効的な長さ（ｍ）であり、Ｖは印加電圧（Volts）であり、ｄはカーセル７３の長手軸線方向と直交する方向に沿った電極７４ａと７４ｂとの間隔（ｍ）である。
Δφ＝２・π・Ｋ・Ｌ・Ｖ²／ｄ² （２）

このように、カーセル７３もポッケルスセル７１と同様に、印加電圧に応じた位相量を入射光に可変的に付与する機能を有する。したがって、複数のカーセル７ｂにより構成された偏光変更部材も、複数のポッケルスセル７ａにより構成された偏光変更部材７と同様に、入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する。なお、図４には縦型セル配置の形態を有するポッケルスセル７１を示したが、図６に示すような横型セル配置をポッケルスセルに適用することもできる。

また、上述の実施形態では、印加される電圧に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与する複数の電気光学素子を用いて偏光変更部材を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば加えられる応力に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の光透過素子により偏光変更部材を構成する変形例も可能である。

図７は、変形例にかかる偏光変更部材を構成する圧力タイプの光透過素子の構成および作用を概略的に示す図である。変形例では、図３のポッケルスセル７ａに代えて、図７（ａ）に示す圧力タイプの光透過素子７ｃを用いて偏光変更部材が構成されている。圧力タイプの光透過素子７ｃは、たとえば蛍石により形成された矩形状で平行平面板状の形態を有し、その結晶面｛１００｝が光軸ＡＸ（Ｙ方向）に対して垂直に設定されている。換言すれば、蛍石透過素子７ｃは、図中矢印で示すように、結晶方位［１００］がＹ方向に平行で且つ結晶方位［１１０］がＸ方向およびＺ方向に平行になるように位置決めされている。

蛍石透過素子７ｃでは、たとえばピエゾ素子のようなアクチュエータの作用により結晶方位［１１０］の方向に、すなわちＺ方向あるいはＸ方向に沿って応力Ｆを加えると、この外部応力Ｆに起因して複屈折性が発生し、外部応力Ｆに応じた位相量が入射光に可変的に付与される。換言すれば、蛍石透過素子７ｃに加えられる外部応力Ｆに応じて、入射光と射出光との間に可変位相差が付与される。入射光に付与される位相量（入射光と射出光との間に付与される位相差）Δφは、次の式（３）で表わされる。式（３）において、Ｃは定数（ｍ²／Ｎ）であり、Ｆは蛍石透過素子７ｃに加えられる外部応力（Ｎ／ｍ²）である。
Δφ＝Ｃ・Ｆ （３）

このように、圧力タイプの光透過素子７ｃでは、加えられる外部応力Ｆに応じた位相量を入射光に可変的に付与する機能を有する。したがって、複数の圧力タイプの光透過素子７ｃにより構成された偏光変更部材も、ポッケルスセル７ａやカーセル７ｂのような複数の電気光学素子により構成された偏光変更部材と同様に、入射光の偏光状態を局所的に変更する機能を有する。

なお、図７（ａ）の変形例では、圧力タイプの光透過素子７ｃを蛍石により形成しているが、これに限定されることなく、たとえば石英のような他の適当な光学材料により圧力タイプの光透過素子７ｃを形成することもできる。また、上述の変形例では、圧力タイプの光透過素子７ｃが矩形状で平行平面板状の形態を有するが、これに限定されることなく、たとえば図７（ｂ）に示すように円形状で平行平面板状の形態を有する複数の蛍石透過素子７ｄを用いて偏光変更部材を構成することもできる。

蛍石透過素子７ｄは、結晶面｛１１１｝が光軸ＡＸ（Ｙ方向）に対して垂直に、ひいては図中矢印で示すように結晶方位［１１１］がＹ方向に平行になるように位置決めされている。図７（ｂ）に示す変形例では、たとえば蛍石透過素子７ｄの円周方向に沿って延びる金枠の温度を制御することにより、径方向の外部応力を蛍石透過素子７ｄに加えると、この外部応力に起因して複屈折性が発生し、外部応力に応じた位相量が入射光に可変的に付与される。なお、蛍石透過素子７ｄについても、蛍石に限定されることなく、たとえば石英のような他の適当な光学材料により形成することができる。

上述の実施形態にかかる露光装置では、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、上述の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８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図８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、上述の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が、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。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。

また、上述の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９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９において、パターン形成工程４０１では、上述の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工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。

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本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列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。

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。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置およびその調整方法に対して本発明を適用することもできる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の偏光状態測定部の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる偏光変更部材の構成を概略的に示す図である。 ポッケルスセルの構成および作用を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる照明光学装置の調整方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 カーセルの構成および作用を概略的に示す図である。 変形例にかかる偏光変更部材を構成する圧力タイプの光透過素子の構成および作用を概略的に示す図である。 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フローチャートである。 マイクロデバイスとしての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

１ 光源
３ 偏光状態切換部
４ 回折光学素子
５ アフォーカルレンズ
７ 偏光変更部材
７ａ，７１ ポッケルスセル
７３ カーセル
７ｃ，７ｄ 圧力タイプの光透過素子
８ 円錐アキシコン系
９ ズームレンズ
１０ マイクロフライアイレンズ
１１ 偏光モニター
１２ コンデンサー光学系
１３ マスクブラインド
１４ 結像光学系
１５ 偏光状態測定部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (13)

1. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
   前記光源と前記被照射面との間の光路中の所定位置に配置されて、入射光の偏光状態を局所的に変更する偏光変更部材を備え、
   前記偏光変更部材は、印加される電圧に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の電気光学素子を有することを特徴とする照明光学装置。
2. 前記電気光学素子は、ポッケルス効果により前記位相量を可変的に付与するポッケルスセルを有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記電気光学素子は、カー効果により前記位相量を可変的に付与するカーセルを有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
4. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
   前記光源と前記被照射面との間の光路中の所定位置に配置されて、入射光の偏光状態を局所的に変更する偏光変更部材を備え、
   前記偏光変更部材は、加えられる応力に応じて入射光の複数の領域に可変な位相量を独立に付与するための複数の光透過素子を有することを特徴とする照明光学装置。
5. 前記光透過素子は、蛍石により形成されて、結晶面｛１００｝が光軸に対してほぼ垂直に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
6. 前記光透過素子は、蛍石により形成されて、結晶面｛１１１｝が光軸に対してほぼ垂直に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
7. 前記偏光変更部材は、前記被照射面と光学的にフーリエ変換の関係にある照明瞳面の位置、または該照明瞳面の近傍の位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
8. 前記偏光変更部材は、前記被照射面の近傍の位置、前記被照射面と光学的に共役な共役面の位置、または該共役面の近傍の位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
9. 前記被照射面に達する光の偏光状態を測定するための偏光状態測定部をさらに備え、
   前記偏光変更部材は、前記偏光状態測定部の測定結果に応じて制御され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. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置の調整方法であって、
    前記被照射面に達する光の偏光状態を測定する測定工程と、
    前記測定工程で得られた測定結果に基づいて前記偏光変更部材を制御する制御工程とを含むことを特徴とする調整方法。
11. 請求項１乃至９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所定の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。
12. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系を備え、
    前記偏光状態測定部は、前記投影光学系の像面を通過した光に基づいて偏光状態を測定することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
13. 請求項１１または１２に記載の露光装置を用いて、前記所定の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の製造方法。

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