JP4776891B2 - 照明光学系、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
したがって、波長λを短くすれば波長に比例して解像可能な線幅Rは小さくなり、開口数NAをあげれば反比例して、解像可能な線幅Rは小さくなる。そのため、近年では露光光源の短波長化と高NA化が進んでいる。現在主流の投影露光装置の露光光源は波長248nmのKrFエキシマレーザであるが、さらに露光波長の短いArFエキシマレーザ(波長193nm)や、さらにはF2レーザ(157nm)を露光光源として用いた投影露光装置が開発されている。また、NAも現在の主流はNA0.80程度であるがNA0.90の投影露光装置の開発もなされている。
前記位相板と前記被照明面との間の光路中に配置される第1光学系の面内複屈折量の平均値をm1、標準偏差をσ1とすると、前記第1光学系は
m1+2σ1<1.0nm/cmを満たし、
前記光源と前記偏光分離板との間の光路中に配置される第2光学系の面内複屈折量の平均値をm2、標準偏差をσ2とすると、前記第2光学系は
m2+2σ2<5.0nm/cmを満たすことを特徴とする。
以下、図1を用いて本発明の実施の形態1に係る照明光学系について説明する。図1は、この実施の形態に係る照明光学系を含む露光装置Sの概略構成図である。光源1には、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2レーザ等が用いられる。ビーム成形光学系2は、光源からの光を引き回して、ハエノメレンズ4上に所望の光強度分布を形成する。偏光素子3は、レチクル10面(被照明面)で所定の偏光比となるように偏光比を調整する。偏光素子3は、照明光学系の瞳位置近傍に配置されていてもよい。ハエノメレンズ4は、光源からの光を波面分割し、多数の2次光源を形成する。コンデンサレンズ5は、ハエノメレンズ4により形成された2次光源からの光をマスキングブレード6に重畳的に重ね合わせる。それにより、均一な光強度分布が得られる。光学素子としてのレンズ7とレンズ9とはリレー光学系であり、マスキングブレード6を通過した光を光学素子としての折り曲げミラー8で偏向させることにより、マスキングブレード6とレチクル10とを共役関係にしている。折り曲げミラーで偏向する際に、入射角度が45度から大きく離れると、ミラーに成膜されている誘電体反射膜によって、ミラーに対してP偏光の光とS偏光の光に位相差が発生し、偏光状態が崩れてしまう。そのため、折り曲げミラーに入射する光束は45度±30度以内にしておくことが望ましい。また、誘電体透過膜でも、反射膜に比べては小さいものの面に対して大きく傾くと、偏光によって位相差がついてしまう。そのため、レンズに入射する光束と、レンズから射出する光束は0度±50度以内にしておくことが望ましい。このビーム成形光学系2からレチクル10の直前のレンズ9までを有して照明光学系が構成され、その照明光学系が光源1を含んで照明光学装置が構成される。投影光学系11は、レチクル10上に描画されたパターンを感光剤が塗布されたウエハ(基板)12上に投影する。本発明は偏光素子3により形成された偏光比を維持しつつレチクル10を照明するために、偏光素子3からレチクル10までの光路上の光学部材の複屈折をm+2σで1nm/cm以下にしたものである。ここでmは、偏光素子3とレチクル10との間の光路中に配置される光学系の面内複屈折量の平均値であり、σは、偏光素子3とレチクル10との間の光路中に配置される光学系の面内複屈折量の標準偏差である。これにより、図9に示すように、偏光比の変化を10%以下にすることができ、十分な結像性能を得ることができる。
以下、図1及び図2を用いて本発明の実施の形態2に係る照明光学系について説明する。本実施の形態2に係る照明光学系を含む露光装置の概略構成は図1に示す実施の形態1に係るものと略同様である。光源1には、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2レーザ等が用いられる。ビーム成形光学系2は、光源からの光を引き回して、ハエノメレンズ4上に所望の光強度分布を形成する。偏光素子3は、レチクル面で所定の偏光比となるように偏光比を調整する。ハエノメレンズ4は、光源からの光を波面分割し、多数の2次光源を形成する。コンデンサレンズ5は、ハエノメレンズ4により形成された2次光源からの光をマスキングブレード6に重畳的に重ね合わせる。それにより、均一な光強度分布が得られる。レンズ7とレンズ9とはリレー光学系であり、マスキングブレード6を通過した光を折り曲げミラー8で偏向させることにより、マスキングブレード6とレチクル10とを共役関係にしている。この光源1からレチクル10の直前のレンズ9までを有して照明光学系が構成される。投影光学系11は、レチクル10上に描画されたパターンを感光剤が塗布されたウエハ12上に投影する。
以下、図3を用いて本発明の実施の形態3に係る照明光学系について説明する。図3は、この実施の形態に係る照明光学系を含む露光装置Sの概略構成図である。光源1には、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2レーザ等が用いられる。ランダム偏光板15は、光源1からの光を2つの直交する方向に偏光し、それらの2つを1:1の光量比のランダムな偏光とする。ランダム偏光板15としては、複屈折を有する硝材で形成されたクサビ状部材と、複屈折を有さない硝材で形成されたクサビ状部材とを重ねて平行平板としたものが使用される。ビーム成形光学系2は、光源からの光を引き回して、ハエノメレンズ4上に所望の光強度分布を形成する。ハエノメレンズ4は、光源からの光を波面分割し、多数の2次光源を形成する。コンデンサレンズ5は、ハエノメレンズ4により形成された2次光源からの光をマスキングブレード6に重畳的に重ね合わせる。それにより、均一な光強度分布が得られる。レンズ7とレンズ9とはリレー光学系であり、マスキングブレード6を通過した光を折り曲げミラー8で偏向させることにより、マスキングブレード6とレチクル10とを共役関係にしている。偏光素子3は、レチクル面で所定の偏光比となるように偏光比を調整する。この光源1からレチクル10の直前の偏光素子3までを有して照明光学系が構成される。投影光学系11は、レチクル10上に描画されたパターンを感光剤が塗布されたウエハ12上に投影する。この実施の形態では、照明系内の光学部材の複屈折に影響を受けないようにレチクル10面の直上で偏光素子3により偏光比を調整している。すなわち、偏光素子3とレチクル10との間の光路中には、パワーを有する光学部材を配置しない。
以下、図4を用いて本発明の実施の形態4に係る照明光学系について説明する。図4は、この実施の形態に係る照明光学系を含む露光装置Sの概略構成図である。この実施の形態4の構成は、図3に示す実施の形態3の構成に加え、レンズ9とレチクル10との間に位相板(λ/2板)14と平行平板13とが交換可能に挿脱できるように(挿脱可能に)構成されている。
以下、図10を用いて本発明の実施の形態5に係る照明光学系について説明する。図10は、この実施の形態に係る照明光学系を含む露光装置Sの概略構成図である。この実施の形態5の構成は、図1に示す実施の形態1の構成では、偏光素子3が誘電体多層膜からなる偏光分離板で所望の偏光以外を捨てており光のロスが発生していた問題点を改良する物である。光源の偏光状態が所定の状態(例えば直線偏光)である場合に、光源の偏光状態を位相板16で変換することによって、ロスを少なくして所定の偏光状態にしている。実施の形態5に係る照明光学系の場合には、光源の偏光状態を偏光素子である位相板16まで保存する必要があるため、光源から偏光素子までの光路上の光学部材の複屈折もm+2σで1nm/cm以下にしたものである。これにより、図9に示すように、偏光比の変化を10%以下にすることができ、十分な結像性能を得ることができ、しかも光量のロスが少ない為、高照度で照明することができる。
以下、図11を用いて本発明の実施の形態6に係る照明光学系について説明する。図11は、この実施の形態に係る照明光学系を含む露光装置Sの概略構成図である。この実施の形態6の構成は、図10に示す実施の形態5の構成に、さらに偏光分離板3を偏光素子である位相板16よりも光源側に加えたものである。実施の形態5に係る照明光学系の場合には、光源の偏光状態を偏光素子である位相板16まで厳密に保存する必要があるため、光源から偏光素子までの光路上の光学部材(第2光学系)の複屈折もm+2σで1nm/cm以下にする必要があった。実施の形態6においては、光源の偏光状態を略保存し、崩れた偏光状態を、偏光分離板3により必要な偏光光を取り出すようにしたものである。これにより、光源から偏光素子までの光路上の光学部材の複屈折をm+2σで5nm/cm以下まで許容したとしても、位相板16に入射する光の偏光状態を所望の状態となる。また、実施の形態1に比べ、偏光分離板3に入射する光の偏光状態が略保存されているため、反射して被照明面に到達しない光量が少なくなるため、光量ロスが少なくなる。これにより、図9に示すように、偏光比の変化を10%以下にすることができ、十分な結像性能を得ることができ、しかも、光量のロスが少ない為、高照度で照明することができる。
次に、図12及び図13を参照して、上述の露光装置Sを利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図12は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)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、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ101(回路設計)ではデバイスの回路設計を行う。ステップ102(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103(ウエハ製造)ではシリコンなどの材料を用いてウエハ(基板)を製造する。ステップ104(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、レチクルとウエハ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。ステップ105(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ104によって作成されたウエ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106(検査)では、ステップ105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107)される。
1:光源
2:ビーム成形光学系
3,31,32:偏光素子
4:ハエノメレンズ
5:コンデンサレンズ
6:マスキングブレード
7:レンズ(光学素子)
8:ミラー(光学素子)
9:レンズ(光学素子)
10:レチクル
11:投影光学系
12:ウエハ(基板)
13:平行平板
14:位相板(λ/2板)
15:ランダム偏光板
16:位相板
Claims (6)
- 直線偏光光を射出する光源からの光を用いて、被照明面を照明する照明光学系であって、
偏光分離板と、
前記偏光分離板からの光の偏光状態を調整するための位相板と、
を有し、
前記位相板と前記被照明面との間の光路中に配置される第1光学系の面内複屈折量の平均値をm1、標準偏差をσ1とすると、前記第1光学系は
m1+2σ1<1.0nm/cmを満たし、
前記光源と前記偏光分離板との間の光路中に配置される第2光学系の面内複屈折量の平均値をm2、標準偏差をσ2とすると、前記第2光学系は
m2+2σ2<5.0nm/cmを満たすことを特徴とする照明光学系。 - 前記偏光分離板は、前記照明光学系の光軸に対して15°以上65°以下に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
- 前記光の偏光状態の調整量が互いに異なる複数の前記位相板が交換可能に挿脱されることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明光学系。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明光学系と、
前記被照明面を通過した光を基板に導くための投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。 - 前記露光装置が走査式露光装置であり、誘電体多層膜が形成された前記偏光分離板の少なくとも1つの面が前記走査式露光装置の走査方向に沿って傾斜して配置されていることを特徴とする請求項4に記載の露光装置。
- 請求項4又は請求項5に記載の露光装置を用いて基板にパターンを投影露光する工程と、投影露光された前記基板を現像する工程とを有するデバイスの製造方法。
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