JP2008182112A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光純度の向上に好適な構成を有する露光装置を提供する。
【解決手段】光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記光源からの光束の偏光状態を変更する位相板と、前記位相板を通過した光束の偏光状態を調整する誘電体多層膜とを有し、前記誘電体多層膜は、その法線が光軸に対して傾いた状態で配置されていることを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光束で基板を露光する露光装置に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリーや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する。近年では、半導体素子の微細化への要求に伴い、投影露光装置は０．１５μｍ以下の線幅を転写するようになっており、更なる解像力の向上（即ち、高解像化）が望まれている。

投影露光装置の高解像化は、一般に、露光光の短波長化及び投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすること（投影光学系の高ＮＡ化）でなされる。例えば、投影光学系の高ＮＡ化においては、９０年代にはＮＡ＝０．６程度の投影光学系が主流であったが、近年ではＮＡ＝０．９を超える投影光学系も開発されている。更には、ウェハ上を水などの高屈折率を有する液体で浸す液浸露光技術を用いたＮＡ＝１．０を超える投影光学系も提案されている。

投影光学系の高ＮＡ化が進むと、レジスト内において、Ｐ偏光の光が干渉縞のコントラストを下げてしまうという問題が発生する。これは、レジストが光りの電場成分の強度によって感光することに起因し、Ｐ偏光の電場ベクトルが干渉縞を発生せず、場所によらず一律な強度を有する強度分布になるためである。

図１４は、投影光学系が高ＮＡである場合の干渉縞のコントラストを説明するための図である。図１４に示すようにＸＹＺ座標を定義し、２つの回折光Ｅ１及びＥ２が干渉して干渉縞を形成する場合を考える。回折光Ｅ１及びＥ２は、電場ベクトルが基板ＳＴと平行なＳ偏光（振幅Ｅｓ）と、かかるＳ偏光に直交するＰ偏光（振幅Ｅｐ）とからなる。

回折光Ｅ１及びＥ２は、振動数をν、波長をλとすると、以下の数式１及び２で表される。但し、Ｓ偏光とＰ偏光の位相はそろっており、４５度方向の直線偏光とする。

回折光Ｅ１及びＥ２のベクトルの和が干渉縞の波面となり、以下の数式３で表される。

数式３で示される波面の絶対値の自乗が干渉縞の強度となり、以下の数式４で表される。

数式４において、ｃｏｓ^２（２π（ｘｓｉｎθ／λ））の項が干渉縞を表し、周期λ／ｓｉｎθのｘ方向に周期を有するライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）の強度分布となる。

高ＮＡの投影光学系を用いて微細なパターンを投影すると、回折光Ｅ１及びＥ２のなす角度θが大きくなる。例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いて周期Ｌ（ｎｍ）のライン・アンド・スペースを投影した場合のレジスト（屈折率：１．７）内における回折光Ｅ１及びＥ２のなす角度θを図１５に示す。図１５では、縦軸に回折光Ｅ１及びＥ２のなす角度θを、横軸にライン・アンド・スペースの周期Ｌ（ｎｍ）を採用する。

図１５を参照するに、バイナリーマスクを用いると、周期が１６０ｎｍを切るあたりで角度θが４５度となり、レベソン位相シフトマスク（Ａｌｔ−ＰＳＭ）を用いると、周期が８０ｎｍを切るあたりで角度θが４５度となる。角度θが４５度となると、干渉縞の幅を表すｃｏｓ^２（２π（ｘｓｉｎθ／λ））の係数内においてｃｏｓ２θの項が０となる。従って、Ｐ偏光の振幅Ｅｐは干渉縞の振動幅の項には全く現れず、ｘ方向に振動しないｓｉｎ^２θの項のみに現れる。その結果、Ｐ偏光は、干渉縞のコントラストを下げてしまう。

なお、Ｐ偏光及びＳ偏光は、回折光と基板との関係によって決まる。図１４では、ｙ方向に延在し、ｘ方向に周期性を有するパターンに対するＳ偏光及びＰ偏光を説明しており、Ｓ偏光はｙ方向に電場ベクトルを有する光、Ｐ偏光はｘ方向に電場ベクトルを有する光である。従って、ｘ方向に延在し、ｙ方向に周期性を有するパターンの場合には、回折光がｙ方向に発生するため、Ｓ偏光はｘ方向に電場ベクトルを有する光、Ｐ偏光はｙ方向に電場ベクトルを有する光である。換言すれば、ｘ方向のパターンに対してＳ偏光であった光は、ｙ方向のパターンに対してＰ偏光となる。

このように、Ｐ偏光は像のコントラストを低減させてしまう。従って、高ＮＡの投影光学系を有する露光装置では、高いコントラストの像を得るために、Ｐ偏光を減らし、Ｓ偏光で露光することが必要となる。そこで、このような露光装置は、偏光状態を変更するλ／２位相板を有し、レチクルを所望の偏光状態で照明（偏光照明）している（特許文献１及び２参照）。
特開平７−１４２３２７号公報 特開２００５−２６８４８９号公報

しかしながら、λ／２位相板を用いて高精度な偏光照明を実現するためには、正確な位相差を光束に与えるようにλ／２位相板を製作しなければならない。具体的には、複屈折硝材からなるλ／２位相板は、基板の厚さをｄ、硝材の複屈折量をΔＮとすると、露光波長λの光に対して位相差がｍ＋λ／２となるように製作する必要がある。厚さが数μｍずれるだけで位相差は大きく変化してしまうため、基板の厚さｄは高精度に制御しなければならず、非常に高価になってしまう。

また、複屈折硝材からなるλ／２位相板によって正確な位相差を光束に与えるためには、λ／２位相板に入射する光束の角度範囲を小さくしなければならない。図１６は、位相板に対して角度を有する光束を入射させた場合の偏光純度を説明するための図である。ここでは、図１６（ａ）に示すような２枚組の位相板（０オーダーλ／２板）を設定し、位相板の厚さを変化させた場合を考える。

紙面に垂直な方向に振動する光の強度をＩｘ、紙面に平行な方向に振動する光の強度をＩｙとし、偏光純度をＩｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）と定義すると、位相板の厚さ（ｍｍ）を変化させた場合の入射角度と偏光純度との関係は、図１６（ｂ）のようになる。図１６（ｂ）では、縦軸が位相板に対する入射光のｙ方向の入射角度を、横軸が位相板に対する入射光のｘ方向の入射角度を、色が偏光純度の変化を示す。

図１６（ｂ）を参照するに、位相差は位相板の厚さに依存し、位相板の厚さが厚くなればなるほど、入射角度に対する偏光純度の変化が大きいことがわかる。従って、露光装置において厚さの厚い位相板を用いると、被照明面の偏光純度が低下し、像のコントラストが低下してしまう。その結果、露光量とデフォーカスの許容範囲を示すＥＤウィンドウが縮小し、半導体素子の歩留まりが悪化する。

一方、露光装置において厚さの薄い位相板を用いることで、高い偏光純度を得ることも考えられる。しかしながら、高い偏光純度を得るためには、位相板の厚さを０．５ｍｍ以下にしなければならず、加工上実現不可能である。

そこで、本発明は、偏光純度の向上に好適な構成を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記光源からの光束の偏光状態を変更する位相板と、前記位相板を通過した光束の偏光状態を調整する誘電体多層膜とを有し、前記誘電体多層膜は、その法線が光軸に対して傾いた状態で配置されていることを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光した前記基板を現像するステップ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、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、偏光純度の向上に好適な構成を有する露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明に係る露光装置は、所望の偏光状態でレチクルを照明する偏光照明系を有する。換言すれば、本発明に係る露光装置は、種々の偏光照明を実現することができる。かかる偏光照明系が実現する照明光学系の瞳面での偏光状態の一例を図１３に示す。なお、図１３では、Ｘ方向に電場ベクトルを有する偏光光をＸ偏光と称し、Ｙ方向に電場ベクトルを有する偏光光をＹ偏光と称する。

図１３（ａ）は、Ｙ偏光小σ照明を示している。Ｙ偏光小σ照明は、レチクルとしてＡｌｔ−ＰＳＭを用いた場合、Ｘ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。

図１３（ｂ）は、Ｘ偏光小σ照明を示している。Ｘ偏光小σ照明は、レチクルとしてＡｌｔ−ＰＳＭを用いた場合、Ｙ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。

図１３（ｃ）は、Ｙ偏光Ｘダイポール照明を示している。Ｙ偏光Ｘダイポール照明は、レチクルとしてバイナリーマスク又はハーフトーンマスク（Ａｔｔ−ＰＳＭ）を用いた場合、Ｘ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。

図１３（ｄ）は、Ｘ偏光Ｙダイポール照明を示している。Ｘ偏光Ｙダイポール照明は、レチクルとしてバイナリーマスク又はＡｔｔ−ＰＳＭを用いた場合、Ｙ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。

図１３（ｅ）は、タンジェンシャル偏光クロスポール照明を示している。タンジェンシャル偏光クロスポール照明は、レチクルとしてバイナリーマスク又はＡｔｔ−ＰＳＭを用いた場合、Ｘ方向及びＹ方向の両方の繰り返しパターンが混在するパターンを転写する際に有効である。

図１３（ｆ）は、タンジェンシャル輪帯照明を示している。タンジェンシャル輪帯照明は、レチクルとしてバイナリーマスク又はＡｔｔ−ＰＳＭを用いた場合、様々な方向の繰り返しパターンが混在するパターンを転写する際に有効である。なお、タンジェンシャル偏光とは、照明光学系の瞳内の各点において、光軸中心方向に対して略直交した方向に電場ベクトルが向いている偏光状態である。

図１３（ｇ）は、ラジアル偏光４５度四重極照明を示している。ラジアル偏光４５度四重極照明は、レチクルとしてＣｒレスＰＳＭを用いた場合、コンタクトホールパターンを転写する際に有効である。なお、ラジアル偏光とは、照明光学系の瞳内の各点において、光軸中心方向に電場ベクトルが向いている偏光状態である。

図１は、実施例１の露光装置１の構成を示す概略断面図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式（走査露光方式）でレチクル３０のパターンをウェハ５０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）も適用することができる。実施例１の露光装置１は、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示すような照明光学系２０の瞳面の全面において同じ方向に電場ベクトルが向いた偏光状態を形成する。

露光装置１は、照明装置と、レチクル３０を支持するレチクルステージと、投影光学系４０と、ウェハ（基板）５０を支持するウェハステージ６０と、照度計７０と、制御部８０とを備える。

照明装置は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３０を照明し、光源部１０と、照明光学系２０とを有する。

光源部１０は、例えば、光源として、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを使用する。但し、光源部１０の光源はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーなどを使用してもよい。

照明光学系２０は、光源部１０からの光束を用いてレチクル３０（被照明面）を照明する光学系である。照明光学系２０は、平行平面板２０１と、減光フィルター２０２と、マイクロレンズアレイ２０３と、内面反射部材２０４と、計算機ホログラム２０５と、コンデンサーレンズ２０６と、変倍リレー光学系２０７とを有する。更に、照明光学系２０は、位相板２４０と、偏光分離板２５０と、ハエの目レンズ２０８と、コンデンサーレンズ２０９と、ハーフミラー２１０と、露光量センサー２１１と、リレー光学系２１２とを有する。

平行平面板２０１は、光源部１０と照明光学系２０（即ち、照明光学系２０以降の露光部）とを空間的に分離する。光源部１０と露光部では、要求される空間内のクリーン度が異なるため、本実施形態では、平行平面板２０１によって空間的に分離し、各々の空間を個別にパージしている。

減光フィルター２０２は、被照明面の照度を調整する機能を有する。減光フィルター２０２は、本実施形態では、多段の減光フィルターが切り換え可能に配置されている。

マイクロレンズアレイ２０３は、所謂、フィールドタイプのハエの目レンズとしての機能を有し、入射光束の光軸が傾いたとしても、マイクロレンズアレイ２０３の光軸を中心とした所定の角度分布で光束を出射する。マイクロレンズアレイ２０３は、床振動等によって、光源部１０と露光部との間に光軸ずれや光軸の傾きが発生した場合でも、所定の角度分布の光束を供給することができる。マイクロレンズアレイ２０３は、マイクロシリンドリカルレンズアレイに置換することもできる。

内面反射部材２０４は、マイクロレンズアレイ２０３からの光束を内面で反射し、射出面に略均一な分布を形成する。内面反射部材２０４は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができる。内面反射部材２０４から射出される光束は、光源部１０と露光部との間に光路ずれが発生していても均一な光束となる。マイクロレンズアレイ２０３と内面反射部材２０４とを組み合わせることによって、光源部１０と露光部との間に光軸ずれや光軸の傾きが発生しても、内面反射部材２０４の射出面には、露光部の光軸に対して均一、且つ、一定の角度分布を有する光束が得られる。

計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）２０５は、任意のフーリエ変換像が得られるように計算機で設計したパターンを基板上に有する光学素子である。任意のフーリエ変換像とは、例えば、輪帯形状、四重極形状、ダイポール形状などである。ＣＧＨ２０５は、本実施形態では、複数の他のＣＧＨ２０５ａと切り換え可能に構成されている。

なお、ＣＧＨ２０５は、回折光学素子やマルチレンズアレイと置換することもできる。マルチレンズアレイとしては、例えば、六角形状のマイクロレンズが並んだ六角マルチレンズアレイ、或いは、円形状のマイクロレンズが並んだ円形マルチレンズアレイを使用することができる。六角マルチレンズアレイを使用した場合には、位置Ａに略均一な六角形の照度分布が形成され、円形マルチレンズアレイを使用した場合には、位置Ａに略均一な円形の照度分布が形成される。

コンデンサーレンズ２０６は、ＣＧＨ２０５のフーリエ変換像を位置Ａに形成する。

変倍リレー光学系２０７は、位置Ａに形成された分布（フーリエ変換像）を、ハエの目レンズ２０８の入射面に様々な倍率で投影する。

位相板２４０は、光源部１０からの光束（略偏光光）を目的とする偏光状態（例えば、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）の偏光状態）に変更する。位相板２４０は、実施例１では、λ／２位相板を使用する。但し、位相板２４０は、λ／４位相板を使用してもよい。実施例１では、光源部１０からの光束が紙面に垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光光である場合について説明する。この場合、紙面に垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光光でレチクル３０を照明する際には、位相板２４０は光路から外され、光源部１０からの偏光状態を維持したままレチクル３０を照明する。一方、紙面に平行な方向に電場ベクトルを有する偏光光でレチクル３０を照明する際には、紙面に垂直な方向に対して４５度の方向に進相軸を有する位相板２４０が光路中に配置（挿入）される。これにより、光源部１０からの光束の電場ベクトルが９０度回転され、紙面に平行な方向に電場ベクトルを有する偏光光でレチクル３０を照明することができる。

偏光分離板２５０は、位相板２４０の後段（位相板２４０よりもレチクル３０側）に配置され、図２（ａ）に示すように、平行平面板２５２と、誘電体多層膜２５４とで構成される。誘電体多層膜２５４は、Ｓ偏光（第１の方向に電場ベクトルを有する光）及びＰ偏光（第１の方向に直交する第２の方向に電場ベクトルを有する光）に対してそれぞれ異なる透過率を有する。偏光分離板２５０は、位相板２４０からの光束のＳ偏光とＰ偏光とを分離し、位相板２４０を通過した光束の偏光状態の偏光純度を向上させる機能を有する。換言すれば、偏光分離板２５０は、位相板２４０と共同して、目的とする偏光状態でレチクル３０を照明し、偏光照明系を構成する。ここで、Ｓ偏光とは、偏光分離板２５０（誘電体多層膜２５４）の法線と入射光線とを含む面に対して垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光状態のことである。また、Ｐ偏光とは、偏光分離板２５０（誘電体多層膜２５４）の法線と入射光線とを含む面に対して平行な方向に電場ベクトルを有する偏光状態のことである。図２は、偏光分離板２５０の構成を示す概略断面図である。

なお、偏光分離板２５０がＳ偏光とＰ偏光とを分離するためには、誘電体多層膜２５４を光軸に対して傾けて配置する必要がある。そこで、図２（ｂ）に示すように、誘電体多層膜２５４の入射面（最上層）２５４ａの法線ＮＬが光軸に対して傾いた状態で偏光分離板２５０を配置している。具体的には、偏光分離板２５０は、後述するように、誘電体多層膜２５４の入射面２５４ａの法線ＮＬと光軸とのなす角が５７度程度になるように配置することが好ましい。これにより、誘電体多層膜２５４のＳ偏光に対する透過率とＰ偏光に対する透過率との差を大きくすることができる。また、誘電体多層膜２５４は、照明光学系２０の瞳位置近傍に配置されることが好ましい。

誘電体多層膜２５４は、膜材として、フッ化マグネシウムやフッ化ランタンなどのフッ化物、或いは、５酸化タンタルや酸化アルミナなどの酸化物を用いる。換言すれば、誘電体多層膜２５４は、フッ化膜又は酸化膜を含む。

フッ化物で構成した誘電体多層膜２５４の透過率特性を図３に示す。図３では、縦軸に透過率［％］を、横軸に誘電体多層膜２５４（偏光分離板２５０）に入射する光の入射角度［度］を採用する。図３を参照するに、誘電体多層膜２５４に入射する光の入射角度が５７度である場合に、誘電体多層膜２５４のＳ偏光に対する透過率とＰ偏光に対する透過率との差が最大となる。具体的には、誘電体多層膜２５４に入射する光の入射角度が５７度である場合、誘電体多層膜２５４のＳ偏光に対する透過率は１％、誘電体多層膜２５４のＰ偏光に対する透過率は８６％である。従って、誘電体多層膜２５４の入射面２５４ａの法線ＮＬと光軸とのなす角が５７度程度になるように偏光分離板２５０を配置すれば、偏光分離板２５０は効果的にＳ偏光とＰ偏光とを分離することが可能となる。

また、偏光分離板２５０（誘電体多層膜２５４）は、５７度±３度（５４度乃至６０度、即ち、５７度に対して広がり角度が６度以下）の入射角度の光に対して、４％以下の消光比（Ｓ偏光の透過率÷Ｐ偏光の透過率）となる。従って、誘電体多層膜２５４の入射面２５４ａの法線ＮＬと光軸とのなす角が５７度±３度になるように配置すれば、偏光分離板２５０は略偏光光を切り出して偏光純度の高い偏光光（偏光状態）を形成することができる。

このように、実施例１では、位相板２４０が変更した偏光純度の低い偏光光（偏光状態）を偏光分離板２５０によって調整し、偏光純度の高い偏光光（偏光状態）を形成する。換言すれば、位相板２４０及び偏光分離板２５０は、高精度な偏光照明を実現することができる。

なお、偏光分離板２５０は、レチクル３０を照明する偏光状態（目的とする偏光状態）に応じて、最適な偏光分離板を最適な状態で配置する必要がある。例えば、紙面に平行な方向に電場ベクトルを有する偏光照明を実現する際には、誘電体多層膜２５４の入射面２５４ａの法線ＮＬ（偏光分離板２５０の法線）が紙面内で光軸と５７度をなすように偏光分離板２５０を配置する。また、紙面に垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光照明を実現する際には、誘電体多層膜２５４の入射面２５４ａの法線ＮＬが紙面と５７度をなすように偏光分離板２５０を配置する。従って、偏光分離板２５０を回転可能に保持する、或いは、複数の異なる偏光分離板を交換可能に照明光学系２０の光路に配置できるような機構にする必要がある。

また、偏光分離板２５０は、位相板２４０と一体的に照明光学系２０の光路に挿脱できるようにしてもよいし、位相板２４０とは別に照明光学系２０の光路に挿脱できるようにしてもよい。

上述したように、実施例１において、偏光照明系としての位相板２４０及び偏光分離板２５０は、高い偏光純度の直線偏光照明を実現することができる。

図１に戻って、ハエの目レンズ２０８は、複数の２次光源を照明光学系２０の瞳位置に形成する。ハエの目レンズ２０８は、マイクロレンズアレイやマイクロシリンドリカルレンズアレイなどに置換してもよい。

コンデンサーレンズ２０９は、２次光源からの光束を位置Ｂに重畳的に重ね合わせる。これにより、位置Ｂに略均一な光強度分布が形成される。なお、位置Ｂには、被照明面（レチクル３０）の照明領域を制御する図示しない可変絞りが配置されている。

ハーフミラー２１０は、光源部１０からの光束（露光光）を分岐し、位置Ｂと略共役な位置を形成する。

露光量センサー２１１は、ハーフミラー２１０が形成する位置Ｂと略共役な位置に配置され、露光量を検出する。露光量センサー２１１は、ウェハ５０を露光しながら露光量を検出することができる。

リレー光学系２１２は、位置Ｂに形成された光強度分布をパターンが描画されたレチクル３０に投影する。

レチクル３０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル３０から発せられた回折光は、投影光学系４０を介して、ウェハ５０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル３０とウェハ５０を投影光学系４０の縮小倍率比の速度比で走査することによって、レチクル３０のパターンをウェハ５０に転写する。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウェハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系又は反射系を使用することができる。

ウェハ５０は、ウェハステージ６０に支持及び駆動される。本実施形態では、基板としてウェハ５０を用いているが、ガラスプレートなど他の基板を用いることもできる。ウェハ５０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ６０は、ウェハ５０を保持及び駆動する。ウェハステージ６０は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができ、６軸同軸を有することが好ましい。

照度計７０は、ウェハステージ６０に配置され、ウェハ５０上の照度を計測する。照度計７０の出力（ウェハ５０上の照度）と露光量センサー２１１の出力（露光量）との関係は、投影光学系４０の透過率の変化などによって変化する。従って、照度計７０を定期的に光路中に配置し、照度計７０の出力と露光量センサー２１１の出力との関係を保証する必要がある。

制御部８０は、ＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部８０は、例えば、ウェハ５０における露光量を制御する。制御部８０は、照度計７０の出力と露光量センサー２１１の出力との関係をメモリに有する。露光時には、露光量センサー２１１からの出力が制御部８０に入力される。制御部８０は、メモリに有する照度計７０の出力と露光量センサー２１１の出力との関係からウェハ５０における露光量を算出し、かかる算出結果に基づいて、ウェハ５０における露光量を制御する。

露光において、光源部１０からの光束は、照明光学系２０を介して、レチクル３０を照明する。レチクル３０を通過してパターンを反映する光束は、投影光学系４０を介して、ウェハ５０に結像する。露光装置１の照明光学系２０は、偏光照明系としての位相板２４０及び偏光分離板２５０を含み、高精度な偏光照明を実現する（目的とする偏光状態でレチクル３０を照明する）ことができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

図４は、実施例２の露光装置１Ａの構成を示す概略断面図である。露光装置１Ａは、露光装置１と同様な構成を有するが、偏光照明系としての位相板２４０及び偏光分離板２５０が位相板２４０Ａ及び偏光分離板２５０Ａに置換されている。実施例２の露光装置１Ａは、図１３（ｅ）及び図１３（ｆ）に示すようなタンジェンシャル偏光照明を実現する。なお、実施例２では、光源部１０からの光束は、紙面に対して垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光状態（光軸側から見た場合には、紙面に対して横方向に電場ベクトルを有する偏光状態）であるとする。

照明光学系２０の光路の断面（例えば、瞳面）において、タンジェンシャル偏光を実現するためには、照明光学系２０の光路の断面を複数の領域に分割し、かかる複数の領域の各々が光軸に対して接線方向に電場ベクトルを有する偏光状態にする必要がある。なお、実施例２では、照明光学系２０の光路の断面を６つ（３対）の領域に分割した場合を例に説明する。但し、照明光学系２０の光路の断面を分割する領域は６つに限定されず、照明光学系２０の光路の断面は４つ以上の偶数の領域に分割されればよい。

位相板２４０Ａは、例えば、０オーダー位相板で構成され、照明光学系２０の光路の断面を分割した各領域において、各領域から光軸に向かう方向に対して直交する方向に電場ベクトルを有する偏光状態に変更する。換言すれば、位相板２４０Ａは、照明光学系２０の光路の断面において、光軸を中心とする円周方向に電場ベクトルを有する変更状態に変更する。位相板２４０Ａの構成の一例を図５に示す。位相板２４０Ａは、図５に示すように、第１の位相板２４２Ａと第２の位相板２４４Ａの２つの位相板で構成される。なお、図５（ａ）は位相板２４０Ａの概略断面図、図５（ｂ）は位相板２４０Ａを構成する第１の位相板２４２Ａの概略正面図、図５（ｃ）は位相板２４０Ａを構成する第２の位相板２４４Ａの概略正面図である。

第１の位相板２４２Ａ及び第２の位相板２４４Ａにおいて、領域２４２Ａａと領域２４４Ａａとが組み合わされ、照明光学系２０の光路の断面における１つの領域の偏光状態を変更する。第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａａの進相軸は、水平方向に対して２２．５度の方向を向いており、第２の位相板２４４Ａの領域２４４Ａａの進相軸は、第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａａの進相軸に対して９０度の方向を向いている。

第１の位相板２４２Ａが第２の位相板２４４Ａに対して厚い場合には、組み合わされた領域２４２Ａａと領域２４４Ａａは、水平方向に対して２２．５度の方向に進相軸を有する位相板として作用する。従って、紙面に対して垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光光は、第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａａ及び第２の位相板２４４Ａの領域２４４Ａａを通過すると、紙面に対して４５度方向を向いた略偏光光となる。なお、位相板２４０Ａに入射する光は平行光ではなく、角度分布を有する光であるため、位相板２４０Ａの作用に誤差が生じ、揃った偏光状態とはならない。

このようにして、第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａａ及び第２の位相板２４４Ａの領域２４４Ａａを通過した光の偏光状態は、光軸に対して接線方向に電場ベクトルを有する略タンジェンシャル偏光となる。同様に、第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａｂ及び第２の位相板２４４Ａの領域２４４Ａｂを通過した光の偏光状態も、光軸に対して接線方向に電場ベクトルを有する略タンジェンシャル偏光となる。更に、第１の位相板２４２Ａの領域２４２Ａｃ及び第２の位相板２４４Ａの領域２４４Ａｃを通過した光の偏光状態も、光軸に対して接線方向に電場ベクトルを有する略タンジェンシャル偏光となる。

実施例１では、照明光学系２０の光路の断面（瞳全面）において同じ方向に電場ベクトルが向いた偏光光を形成するため、１つの偏光分離板２５０を用いることで、位相板２４０で形成した略偏光状態の偏光純度を向上させることができた。一方、実施例２では、照明光学系２０の光路の断面（瞳）の各領域で偏光方向が異なるため、１つの偏光分離板２５０では偏光純度を向上させることができない。従って、実施例２では、位相板２４０Ａを通過した光束をその断面（照明光学系２０の光路の断面）において分割した複数の領域のそれぞれに対応する複数の誘電体多層膜片を含む偏光分離板２５０Ａを用いる。

偏光分離板２５０Ａは、図６に示すように、位相板２４０Ａを通過した光束をその断面において４つ以上の偶数に分割した複数の領域（実施例２では、位相板２４０Ａの６つの領域）に対応する複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈを含む。複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈは、各々の入射面の法線が光軸に対して傾いた状態で（即ち、光軸に対して５７度の傾きを有するように）配置される。即ち、複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈは、目的とする偏光状態に基づいて、光軸に対する傾きが個別に決定されている。複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈは、図６（ａ）に示す点線が谷折り部、実線が山折り部であり、図７に示すように、分割された複数の領域の各々で異なる偏光方向を有するように光軸に対する傾き方向が異なる。なお、図６（ａ）に示す矢印は、誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈの垂線の方向を示し、実施例２では、隣り合う誘電体多層膜片がほぼ連続的に接続する形状を有している。なお、偏光分離板２５０Ａは、本実施形態では、図７に示す形状を有する透明基板に誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈを形成しているが、複数の平行平面板に誘電体多層膜を形成し、それらを図７に示す形状になるように接続させてもよい。また、複数の偏光分離板を図７に示す形状になるように配置してもよく、隣り合う偏光分離板が接続していなくてもよい。ここで、図６は、偏光分離板２５０Ａの構成を示す図であって、図６（ａ）は偏光分離板２５０Ａの概略正面図、図６（ｂ）は偏光分離板２５０Ａの概略側面図である。なお、図６（ｂ）において、実線は手前側の外周部を示し、点線は奥側の外周部を示している。図７は、偏光分離板２５０Ａの概略斜視図である。

また、各々の入射面の法線が光軸に対して５７度の傾きを有するような複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈの配置として、図８に示すように、扇風機の羽根のような配置も考えられる。但し、図８に示す誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈの配置では、誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈで反射した不要な偏光光が隣の誘電体多層膜で反射され、照明光学系２０の光路（光束の進行方向）に戻ってしまう。従って、不要な偏光光が後段の光学系に供給され、偏光純度を向上させる効果が低くなってしまう。ここで、図８は、複数の誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈの配置の一例を示す図であって、図８（ａ）は概略正面図、図８（ｂ）は概略側面図である。なお、図６と同様に、図８（ａ）に示す矢印は、誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈの垂線の方向を示す、また、図８（ｂ）において、実線は手前側の外周部を示し、点線は奥側の外周部を示している。

一方、図６及び図７に示す偏光分離板２５０Ａでは、誘電体多層膜片２５０Ａａ乃至２５０Ａｈで反射した不要な偏光光が隣の誘電体多層膜で反射されても照明光学系２０の光路に戻ることはない（即ち、光束の進行方向と逆方向に反射される）。従って、偏光分離板２５０Ａは、位相板２４０Ａからの光束の偏光純度を十分に高める効果を得ることができる。

このように、実施例２において、偏光照明系としての位相板２４０Ａ及び偏光分離板２５０Ａは、高い偏光純度のタンジェンシャル偏光照明を実現することができる。

図９は、実施例３の露光装置１Ｂの構成を示す概略断面図である。露光装置１Ｂは、露光装置１と同様な構成を有するが、偏光照明系としての位相板２４０及び偏光分離板２５０が位相板２４０Ｂ及び偏光分離板２５０Ｂに置換されている。また、露光装置１Ｂは、位相板２６０を更に有する。実施例３の露光装置は、図１３（ｇ）に示すようなラジアル偏光照明を実現する。

位相板２４０Ｂは、位相板２４０Ａと同様な形状を有する。この場合、位相板２４０Ｂに入射する偏光光を垂直方向に電場ベクトルを有する偏光状態にすればよい。そこで、実施例３では、光源部１０から射出される紙面に垂直な方向に電場ベクトルを有する偏光光を、紙面に平行な方向に電場ベクトルを有する偏光光に変更する位相板２６０が位相板２４０Ｂよりも光源部１０側に配置されている。従って、位相板２６０及び位相板２４０Ｂを通過した光束は、光軸を中心とする半径方向に電場ベクトルを有する略ラジアル偏光となる。換言すれば、位相板２６０及び位相板２４０Ｂは、照明光学系２０の光路の断面を分割した各領域において、かかる各領域から光軸に向かう方向に対して平行な方向に電場ベクトルを有する偏光状態に変更する。

偏光分離板２５０Ｂは、図１０に示すように、位相板２４０Ｂを通過した光束をその断面において４つ以上の偶数に分割した領域（実施例３では、６つの領域）のそれぞれに対応する複数の誘電体多層膜片２５０Ｂａ乃至２５０Ｂｈを有する。複数の誘電体多層膜片２５０Ｂａ乃至２５０Ｂｈは、各々の入射面の法線が光軸に対して傾いた状態で（即ち、光軸に対して５７度の傾きを有するように）配置される。即ち、複数の誘電体多層膜片２５０Ｂａ乃至２５０Ｂｈは、目的とする偏光状態に基づいて、光軸に対する傾きが個別に決定されている。複数の誘電体多層膜片２５０Ｂａ乃至２５０Ｂｈは、図１０（ａ）に矢印で示すように、放射方向に各入射面の法線が向いており、全体として傘状の形状を有する（図１０（ｂ）参照）。従って、偏光分離板２５０Ｂは、位相板２４０Ｂからの光束の偏光純度を十分に高める効果を得ることができる。ここで、図１０は、偏光分離板２５０Ｂの構成を示す図であって、図１０（ａ）は偏光分離板２５０Ｂの概略正面図、図１０（ｂ）は偏光分離板２５０Ｂの概略側面図である。

このように、実施例３において、偏光照明系としての位相板２４０Ｂ及び２５０Ｂは、高い偏光純度のラジアル偏光照明を実現することができる。

なお、これまでは、説明を簡単にするために、直線偏光照明、タンジェンシャル偏光照明及びラジアル偏光照明を実施例１、実施例２及び実施例３に分けて説明した。但し、位相板２４０乃至２４０Ｂ、及び、偏光分離板２５０乃至２５０Ｂを交換可能、且つ、位相板２６０を挿脱可能に構成すれば、１つの露光装置で、高い偏光純度の直線偏光照明、タンジェンシャル偏光照明及びラジアル偏光照明を実現することができる。

また、実施例１乃至３では、偏光分離板２５０乃至２５０Ｂとして、平板上に誘電体多層膜を形成した例を説明したが、プリズムに誘電体多層膜を形成しても同様な効果を得ることができる。

次に、図１１及び図１２を参照して、露光装置１乃至１Ｂを利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体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、耐久性テストなどの検査を行う。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１２は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１乃至１Ｂによってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１乃至１Ｂを使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

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。

本発明に係る実施例１の露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置の偏光分離板の構成を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置の偏光分離板の誘電体多層膜をフッ化物で構成した場合の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る実施例２の露光装置の構成を示す概略断面図である。 図４に示す露光装置の位相板の構成を示す図であって、図５（ａ）は位相板の概略断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す第１の位相板の概略正面図、図５（ｃ）は図５（ａ）に示す第２の位相板の概略正面図である。 図４に示す露光装置の偏光分離板の構成を示す図であって、図６（ａ）は偏光分離板の概略正面図、図６（ｂ）は偏光分離板の概略側面図である。 図６に示す偏光分離板の概略斜視図である。 図６及び図７に示す偏光分離板の複数の誘電体多層膜の配置の一例を示す図である。 本発明に係る実施例３の露光装置の構成を示す概略断面図である。 図９に示す露光装置の偏光分離板の構成を示す図であって、図１０（ａ）は偏光分離板の概略正面図、図１０（ｂ）は偏光分離板の概略側面図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 本発明に係る露光装置が有する偏光照明系が実現する照明光学系の瞳面での偏光状態の一例を示す図である。 投影光学系が高ＮＡである場合の干渉縞のコントラストを説明するための図である。 波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いて周期Ｌｎｍのライン・アンド・スペースを投影した場合のレジスト内における２つの回折光のなす角度を示すグラフである。 位相板に対して角度を有する光束を入射させた場合の偏光純度を説明するための図である。

符号の説明

１乃至１Ｂ 露光装置
１０ 光源部
２０ 照明光学系
２４０乃至２４０Ｂ 位相板
２４２Ａ 第１の位相板
２４２Ａａ乃至２４２Ａｃ 第１の位相板の領域
２４４Ａ 第２の位相板
２４４Ａａ乃至２４４Ａｃ 第２の位相板の領域
２５０乃至２５０Ｂ 偏光分離板
２５２ 平行平面板
２５４ 誘電体多層膜
２５４ａ 入射面
２５０Ａａ乃至２５０Ａｈ 誘電体多層膜片
２５０Ｂａ乃至２５０Ｂｈ 誘電体多層膜片
２６０ 位相板
３０ レチクル
４０ 投影光学系
５０ ウェハ
６０ ウェハステージ
７０ 照度計
８０ 制御部

Claims (9)

1. 光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、
   前記光源からの光束の偏光状態を変更する位相板と、
   前記位相板を通過した光束の偏光状態を調整する誘電体多層膜とを有し、
   前記誘電体多層膜は、その法線が光軸に対して傾いた状態で配置されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記光源からの光束は、直線偏光であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記誘電体多層膜は、第１の方向に電場ベクトルを有する光及び前記第１の方向に直交する第２の方向に電場ベクトルを有する光に対してそれぞれ異なる透過率を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記誘電体多層膜は、前記照明光学系の瞳位置近傍に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記誘電体多層膜は、前記位相板を通過した光束をその断面において分割した複数の領域のそれぞれに対応する複数の誘電体多層膜片を含み、
   前記複数の誘電体多層膜片は、前記光軸に対する傾きが個別に決定されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 前記誘電体多層膜は、前記位相板を通過した光束をその断面において４つ以上の偶数に分割した複数の領域のそれぞれに対応する複数の誘電体多層膜片を含み、
   前記複数の誘電体多層膜片は、前記光軸に対する傾きが個別に決定されており、
   前記複数の誘電体多層膜片は、隣り合う誘電体多層膜片と連続的に接続していることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
7. 前記位相板は、前記照明光学系の光路の断面において、前記光軸を中心とする円周方向に電場ベクトルを有する偏光状態に変更することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
8. 前記位相板は、前記照明光学系の光路の断面において、前記光軸を中心とする半径方向に電場ベクトルを有する偏光状態に変更することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。