JP4966724B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レチクルのパターンを基板に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デバイスを製造する際、レチクル（マスク）に形成されたパターンをウエハ等の基板に転写する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、一般的に、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、レチクルとウエハとの間に配置され、レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系とを有する。

照明光学系は、均一な照明領域を得るために、光源からの光束をハエの目レンズなどのオプティカルインテグレータに導光し、オプティカルインテグレータの射出面近傍を２次光源として、コンデンサーレンズを介してレチクル（又は共役面）をケーラー照明する。

高品位な露光を実現するためには、レチクルのパターンに応じて最適な有効光源を形成する必要がある。有効光源とは、ウエハに入射する光束（露光光）の角度分布を意味する。例えば、オプティカルインテグレータの射出面（２次光源）近傍の強度分布を調整することで、所望の有効光源（通常照明、輪帯照明、四重極照明、二重極照明等）を形成することができる。また、近年では、投影光学系の高ＮＡ化に伴い、露光光の偏光状態を調整する必要もあるため、照明光学系には、露光光の偏光状態を調整する偏光調整手段が配置されている。

また、高品位な露光を実現するためには、ウエハ上に塗布された感光剤を適正な露光量で露光するための制御（露光量制御）を高精度で行うことも必要となる。そこで、露光装置においては、光量を調整する光量調整手段を照明光学系に配置して、照明光学系の光路上に配置されたビームスプリッターで反射された光束の光量とウエハに入射する光束の光量とを検出し、かかる検出結果に基づいて、光量調整手段を制御している。光量調整手段は、例えば、複数の減光フィルタで構成され、かかる複数の減光フィルタを切り替えることで、光量を調整することができる（特許文献１参照）。

光量調整手段は、照明光学系において、偏光調整手段の後段に配置され、更に、減光フィルタで反射された光束を光路から外すために、入射する光束に対して傾けて配置されている（特許文献２参照）。また、ビームスプリッターで反射された光束の光量は、照明光学系又は照明光学系の近傍に配置された第１のディテクタで検出され、ウエハに入射する光束の光量は、ウエハ面（ウエハを支持するウエハステージ上）に配置された第２のディテクタで検出される。
特開２００１−２８４２３６号公報 特開２００６−１９７０２号公報

しかしながら、従来の露光装置は、光源側から順に、偏光調整手段、光量調整手段、ビームスプリッターを配置しているため、高精度な露光量制御を行うことができなかった。以下、従来の露光装置が高精度な露光量制御を行うことができない理由について具体的に説明する。

ビームスプリッターにおいては、Ｓ偏光成分の反射率（Ｒｓ）とＰ偏光成分の反射率（Ｒｐ）とを等しくすることが非常に困難である。換言すれば、ビームスプリッターでは、Ｓ偏光成分の透過率（Ｔｓ）とＰ偏光成分の透過率（Ｔｐ）とが等しくならない。また、Ｒｓ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｔｐの関係は、ビームスプリッターへの入射角度に応じて異なる。従って、有効光源の形状やコヒーレンスファクター（σ）を切り替える（「照明モードの切り替え」と称する）と、ビームスプリッターに入射する光束の角度分布が変化する。つまり、ビームスプリッターにおけるＲｓ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｔｐは、照明モード毎に変わることになる。

ここで、ビームスプリッターに入射する光束のＳ偏光成分の強度をＩｓ、Ｐ偏光成分の強度をＩｐとする。この場合、第１のディテクタで検出される光束の光量Ａ及び第２のディテクタで検出される光量Ｂは、以下の数式１及び数式２で表される。また、数式１及び数式２において、Ｃｓはビームスプリッターから第２のディテクタまでの光学系のＳ偏光成分に対する効率であり、Ｃｐはビームスプリッターから第２のディテクタまでの光学系のＰ偏光成分に対する効率である。なお、露光装置内の環境は、光学系の透過率と光学系の反射率とが一定となるように管理されているため、Ｒｓ、Ｒｐ、Ｔｓ、Ｔｐ、Ｃｓ及びＣｐは、照明モード毎に常に一定である。
（数１）
Ａ＝（Ｉｓ×Ｒｓ）＋（Ｉｐ×Ｒｐ）
（数２）
Ｂ＝（Ｉｓ×Ｔｓ×Ｃｓ）＋（Ｉｐ×Ｔｐ×Ｃｐ）
高精度な露光量制御を実現するためには、第１のディテクタで検出される光量Ａと第２のディテクタで検出される光量Ｂとの比を安定させることが必要である。そこで、第１のディテクタによって検出される光量Ａと第２のディテクタによって検出される光量Ｂとの関係を照明モード毎に校正し、その校正値を露光量制御に反映させている。

一方、ビームスプリッターに入射する光束のＳ偏光成分の強度Ｉｓ及びＰ偏光成分の強度Ｉｐを光量調整手段によって変化させる場合、光量Ａと光量Ｂとの比を一定に維持するためには、強度Ｉｓと強度Ｉｐとを同じ割合で変化させることが必要となる。

光量調整手段を減光フィルタで構成した場合、入射する光束に対して垂直に配置する際には、Ｓ偏光及びＰ偏光という偏光方向の概念は存在しないが、上述したように、入射する光束に対して傾けて配置する際には、Ｓ偏光とＰ偏光で透過率が異なってしまう。このようなＳ偏光とＰ偏光との透過率差は、減光フィルタ毎に異なるため、減光フィルタを切り替える度に、Ｓ偏光及びＰ偏光の減光率が異なることとなる。従って、ビームスプリッターに入射する光束のＳ偏光成分の強度とＰ偏光成分の強度との割合（即ち、ビームスプリッターを透過する光束の光量とビームスプリッターで反射される光束の光量との比）が変化することになる。その結果、第１のディテクタで検出される光量Ａと第２のディテクタで検出される光量Ｂとの比を一定に維持することができなくなってしまう。

そこで、本発明は、高精度な露光量制御を行うことができ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、前記照明光学系は、光束の光量を調整する光量調整部と、光束の偏光状態を調整する偏光調整部と、入射光を２つの光束に分離するビームスプリッターとを有し、前記ビームスプリッターで分離された２つの光束のうち、一方の光束は前記照明光学系における光量を検出する検出部に導光され、他方の光束は前記レチクルを照明し、前記露光装置は、前記ビームスプリッターで分離された光の光量を検出する第１の光量検出部と、前記投影光学系の像面における光の光量を検出する第２の光量検出部と、前記第１の光量検出部と前記第２の光量検出部との検出結果を用いて前記基板を露光するときの露光量を制御する制御部とを有し、前記光源側から、前記光量調整部、前記偏光調整部、前記ビームスプリッターの順に配置されており、前記光源は、直線偏光の光束を射出し、前記光量調整部は、互いに異なる透過率を有する複数の減光フィルタと、前記複数の減光フィルタを前記照明光学系の光路上に切り替え可能に配置するターレットとを含み、前記複数の減光フィルタは、入射する光束に対して傾けて配置され、前記偏光調整部は偏光解消板を含み、無偏光照明で前記基板を露光する場合に、前記偏光解消板を前記照明光学系の光路上に配置して、前記制御部は前記無偏光照明で前記基板を露光しながら前記露光量を制御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、高精度な露光量制御を行うことができる。

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。

図１は、本発明の一側面としての露光装置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のパターンをウエハ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。

露光装置１は、図１に示すように、光源１０と、チャンバー１５と、照明光学系２０と、レチクル３０を支持するレチクルステージ３５と、投影光学系４０と、ウエハ５０を支持するウエハステージ５５と、検出部６０と、駆動機構７０と、制御部８０とを備える。

光源１０は、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１０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。

光源１０から射出される光束の形状及び偏光状態を図２に示す。光源１０から射出される光束は、図２に示すように、投影光学系４０の色収差の問題に対応するために狭帯域化され、水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向に偏った偏光度９５％以上の略直線偏光である。また、光源１０から射出される光束は、片側の開き角が１°以下の略平行光束である。ここで、偏光度は、水平方向に振動する偏光の光強度をＨ、垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）方向に振動する偏光の光強度をＶとして、（Ｈ−Ｖ）／（Ｈ＋Ｖ）×１００で定義される。

チャンバー１５は、少なくとも後述する照明光学系２０を収納し、光源１０と照明光学系２０とを隔離する。チャンバー１５内で光束が通る光路部分は、光源１０からの光束の減衰を防止（低減）するために、内部を真空又は減圧、もしくは不活性ガス（例えばＮ２ガス）環境に維持する。チャンバー１５には、光源１０からの光束を照明光学系２０に導光する窓部１５１が配置されている。窓部１５１は、本実施形態では、シールガラスで構成されるが、開口であってもよい。

本実施形態では、光源１０からの光束が通る光路全体（即ち、露光装置１の光学系全体）を１つのチャンバー１５で収納しているが、複数のチャンバーで光源１０からの光束が通る光路を分割して収納してもよい。例えば、チャンバー１５は、照明光学系２０を収納するチャンバーと、レチクル３０を収納するチャンバーと、投影光学系４０を収納するチャンバーと、ウエハ５０を収納するチャンバーとで構成してもよい。

照明光学系２０は、光源１０からの光束を用いてレチクル３０を照明する光学系である。照明光学系２０は、本実施形態では、光量調整部２０１と、偏光度調整部２０２と、偏光方向調整部２０３と、ビーム成形光学系２０４と、オプティカルインテグレータ２０５と、絞り２０６とを含む。更に、照明光学系２０は、コンデンサーレンズ２０７と、ビームスプリッター２０８と、検出部２０９と、スキャンブレード２１０と、可変スリット２１１と、結像レンズ２１２ａ及び２１２ｂとを含む。なお、照明光学系２０は、本実施形態では、光束の偏光状態を調整する偏光調整部として、偏光度調整部２０２と偏光方向調整部２０３の両方を有するが、偏光度調整部２０２及び偏光方向調整部２０３の少なくとも１方を有するだけでもよい。

光量調整部２０１は、光源１０から射出される光束の光量を調整する機能を有し、チャンバー１５に配置された窓部１５１と後述する偏光度調整部２０２との間に配置されている。光量調整部２０１は、例えば、図３に示すように、互いに異なる透過率を有する複数の減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈと、第１のターレット２０１Ｂと、第２のターレット２０１Ｃとを有する。ここで、図３は、光量調整部２０１の構成の一例を示す概略斜視図である。

減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈは、例えば、減光フィルタ又はＮＤフィルタで構成される。本実施形態では、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄは、第１のターレット２０１Ｂに配置され、減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈは、第２のターレット２０１Ｃに配置される。

第１のターレット２０１Ｂは、後述する第１の駆動部７１に駆動されて複数の減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄを回転可能に保持し、複数の減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄを照明光学系２０の光路上に切り替え可能に配置する。また、第２のターレット２０１Ｃは、第１の駆動部７１に駆動されて複数の減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈを回転可能に保持し、複数の減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈを照明光学系２０の光路上に切り替え可能に配置する。

光量調整部２０１においては、ウエハ５０面上で最適な露光量となるように、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄのうちの１つと減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈのうちの１つとが組み合わされる。換言すれば、光量調整部２０１は、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄのうちの１つと減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈのうちの１つとを組み合わせることで、減光率（光量）を細かく調整することができる。

また、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈは、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈで反射される光束を照明光学系２０の光路から外すために、入射する光束に対して傾けて配置されることが好ましい。具体的には、板状の減光部材（例えば、減光フィルタ）の入射面が入射光束に対して傾いている。更に、本実施形態では、第１のターレット２０１Ｂに配置された減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄで反射される光束と第２のターレット２０１Ｃに配置された減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈで反射される光束とを考慮する必要がある。従って、第１のターレット２０１Ｂに配置された減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｄの傾け角と第２のターレット２０１Ｃに配置された減光部材２０１Ａｅ乃至２０１Ａｈの傾け角は、互いに異ならせることが好ましい。

ここで、光量調整部２０１の配置について、減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈが減光フィルタで構成される場合を例として説明する。図４は、１９３ｎｍの波長を有する光束に対応した減光フィルタの特性を示すグラフである。図４は、横軸に光束の波長（ｎｍ）、縦軸に透過率（％）を採用し、入射角度が５度である場合におけるＳ偏光に対する透過率（Ｔｓ）及びＰ偏光に対する透過率（Ｔｐ）を示している。

図４を参照するに、減光フィルタにおいては、一般的に、Ｓ偏光に対する透過率がＰ偏光に対する透過率よりも角度に対する敏感度が低い。従って、製造や組立を考慮すると、広帯域に透過率が安定しているＳ偏光を減光フィルタに入射させた方が安定した透過率特性を得ることができる。そこで、減光フィルタに入射する光束の入射角度が５度以上の場合には、減光フィルタをＳ偏光方向に配置することが好ましい。一方、減光フィルタに入射する光束の入射角度が５度未満の場合には、減光フィルタをＳ偏光方向に配置してもＰ偏光方向に配置しても大きな差はない。

偏光度調整部２０２は、本実施形態では、水平方向の偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）と垂直方向の偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）との光強度比を１：１にする部材で構成される。具体的には、偏光度調整部２０２は、光線の通過位置によって光路長が異なるように設定され複屈折性を有するクサビ形状の光学素子（例えば、偏光解消板）や、λ／４板で構成される。偏光度調整部２０２を偏光解消板で構成した場合には、光束の偏光状態を無偏光にすることができる。一方、偏光度調整部２０２をλ／４板で構成した場合には、光束の偏光状態を円偏光、楕円偏光及び直線偏光に制御することができる。

偏光度調整部２０２を構成する偏光解消板やλ／４板は、後述する第２の駆動部７２によって駆動され、照明光学系２０の光路上に挿脱可能、且つ、光軸に対して垂直な面内で回転可能に配置される。例えば、偏光度調整部２０２を構成する偏光解消板やλ／４板は、水平方向の偏光成分と垂直方向の偏光成分との光強度比が等しくなるように、第２の駆動部７２によって任意の回転角に調整される。これにより、光束の偏光方向によって結像性能が異なることを抑制することができる。

偏光方向調整部２０３は、光量調整部２０１の後段、詳細には、偏光度調整部２０２の後段に配置され、光束の偏光状態を調整する機能を有する。偏光方向調整部２０３は、本実施形態では、偏光度調整部２０２を通過した光束の振動方向を変更することによって、光束の偏光方向を調整する。換言すれば、偏光方向調整部２０３は、偏光度調整部２０２と共同して又は単独で偏光照明を実現する。偏光方向調整部２０３は、本実施形態では、λ／２板で構成される。但し、偏光方向調整部２０３は、１つのλ／２板で構成されるだけではなく、例えば、タンジェンシャル偏光を実現するために、複数のλ／２板で構成されてもよい。

偏光方向調整部２０３を構成するλ／２板は、後述する第３の駆動部７３によって駆動され、照明光学系２０の光路上に挿脱可能、且つ、光軸に対して垂直な面内で回転可能に配置される。これにより、偏光方向調整部２０３は、所望の偏光状態を形成することができる。

ビーム成形光学系２０４は、複数の光学素子やズームレンズなどを含む。ビーム成形光学系２０４は、後述する第４の駆動部７４によって駆動され、後段のオプティカルインテグレータ２０５に入射する光束の強度分布及び角度分布を所望の分布に成形する。

オプティカルインテグレータ２０５は、本実施形態では、複数の微小レンズを２次元的に配置して構成される。オプティカルインテグレータ２０５は、その射出面近傍に複数の２次光源（有効光源）を形成する。

絞り２０６は、オプティカルインテグレータ２０５の射出面近傍に配置される。絞り２０６は、後述する第５の駆動部７５に駆動され、必要に応じて開口径の大きさ及び開口の形状を可変としている。

このように、照明光学系２０は、ビーム成形光学系２０４、オプティカルインテグレータ２０５及び絞り２０６によって、任意の有効光源の形状をレチクル３０のパターンに応じて形成することができる。ここで、有効光源の形状は、例えば、通常σ形状、輪帯形状、四重極形状、二重極形状等を含む。また、σは、コヒーレンスファクターと呼ばれ、照明光学系の開口数（ＮＡ）／投影光学系の開口数（ＮＡ）で定義される。

コンデンサーレンズ２０７は、オプティカルインテグレータ２０５の射出面近傍に形成された複数の２次光源から射出される光束を集光し、被照射面であるスキャンブレード２１０に重畳して照射する。換言すれば、コンデンサーレンズ２０７は、スキャンブレード２１０を均一に照射する。

ビームスプリッター２０８は、オプティカルインテグレータ２０５から射出された光束の一部（例えば、数％）を反射して検出部２０９に導光すると共に、オプティカルインテグレータ２０５から射出された他の一部を透過する。換言すれば、ビームスプリッター２０８は、入射光を２つの光束に分離する機能を有する。

検出部２０９（第１の光量検出部）は、レチクル３０面及びウエハ５０面と光学的に共役な位置に配置され、照明光学系における光量を検出する。換言すれば、検出部２０９は、露光時の光量（積算露光量）を常に検出するためのディテクタとして機能し、本実施形態では、照度計で構成される。検出部２０９は、検出結果（即ち、ビームスプリッター２０８で反射された光束の光量）を後述する制御部８０に送信する。

スキャンブレード２１０は、複数の遮光板で構成され、任意の開口形状が形成されるように、後述する第６の駆動部７６によって駆動される。スキャンブレード２１０は、ウエハ５０面上の露光範囲を規制する機能を有する。また、スキャンブレード２１０は、第６の駆動部７６によって、レチクルステージ３５及びウエハステージ５５と同期して走査（スキャン）される。

可変スリット２１１は、走査露光後の露光面における照度均一性を向上させるために、スキャンブレード２１０の近傍に配置される。可変スリット２１１は、スキャン方向積算した場合の照度分布が均一となるように複数の遮光板で構成され、第６の駆動部７６によって駆動される。

結像レンズ２１２ａ及び２１２ｂは、スキャンブレード２１０の開口を透過した光をレチクル３０面に結像させている。ここで、偏向ミラー２２０は、結像レンズ２１２ａからの光を折り曲げて、結像レンズ２１２ｂへ導光する。

レチクル３０は、回路パターンを有し、レチクルステージ３５に支持及び駆動される。レチクル３０から発せされた回折光は、投影光学系４０を介して、ウエハ５０に結像される。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とウエハ５０とを走査することによって、レチクル３０のパターンをウエハ５０に転写する。

レチクルステージ３５は、レチクル３０を支持し、後述する第７の駆動部７７に接続されている。レチクルステージ３５は、第７の駆動部７７によって駆動され、レチクル３０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させることができる。例えば、投影光学系４０の縮小倍率が１／β、ウエハステージ５５の走査速度がＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）である場合、レチクルステージ３５の走査速度はβＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）である。ここで、レチクル３０又はウエハ５０面内で走査方向に垂直な方向をＸ方向、レチクル３０又はウエハ５０面内で走査方向をＹ方向、レチクル３０又はウエハ５０面内に垂直な方向（投影光学系４０の光軸方向）をＺ方向とする。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影（縮小投影）する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。

投影光学系４０は、本実施形態では、複数のレンズ４２ａ、４２ｂ及び４２ｃと、ＮＡ絞り４４とを有する。投影光学系４０は、図１では、３つのレンズ４２ａ、４２ｂ及び４２ｃで構成されているように図示されているが、実際には、数多くのレンズで構成されていることは言うまでもない。ＮＡ絞り４４は、投影光学系４０の瞳領域を制限する機能を有する。ＮＡ絞り４４は、後述する第８の駆動部７８によって駆動され、開口径を変化させることが可能であり、投影光学系４０のＮＡを可変としている。

ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板であり、露光面（投影光学系４０の結像面）に位置する。但し、ウエハ５０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ５０には、フォトレジストが塗布されている。

ウエハステージ５５は、ウエハ５０及び検出部６０を支持し、後述する第９の駆動部７９に接続されている。ウエハステージ５５は、第９の駆動部７９によって駆動され、ウエハ５０を投影光学系４０の光軸方向（Ｚ方向）及び投影光学系４０の光軸に直交する平面（ＸＹ平面）に沿って２次元的に移動させることができる。

検出部６０（第２の光量検出部）は、ウエハステージ５５に配置され、ウエハ５０面（投影光学系の像面）に入射する光束（露光光）の光量を検出する。具体的には、検出部６０は、光束を検出する検出面とウエハ５０面とが一致するように配置され、ウエハステージ５５の駆動と共に移動して露光領域内の露光光を検出する。検出部６０は、検出結果（即ち、ウエハ５０に入射する光束の光量）を後述する制御部８０に送信する。

駆動機構７０は、制御部８０に制御され、露光装置１を構成する各部材を駆動する。駆動機構７０は、本実施形態では、第１の駆動部７１乃至第９の駆動部７９で構成される。第１の駆動部７１乃至第９の駆動部７９は、例えば、リニアモーターで構成されるが、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ので、ここでは詳しい構成及び動作の説明は省略する。第１の駆動部７１は、光量調整部２０１（複数の減光部材２０１Ａａ乃至２０１Ａｈを保持する第１のターレット２０１Ｂ及び第２のターレット２０１Ｃ）を駆動する。第２の駆動部７２は、偏光度調整部２０２（偏光解消板やλ／４板）を駆動する。第３の駆動部７３は、偏光方向調整部２０３（λ／２板）を駆動する。第４の駆動部７４は、ビーム成形光学系２０４（複数の光学素子やズームレンズなど）を駆動する。第５の駆動部７５は、絞り２０６を駆動する。第６の駆動部７６は、スキャンブレード２１０及び可変スリット２１１を駆動する。第７の駆動部７７は、レチクルステージ３５を駆動する。第８の駆動部７８は、ＮＡ絞り４４を駆動する。第９の駆動部７９は、ウエハステージ５５を駆動する。

制御部８０は、図示しないＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部８０は、光源１０、検出部２０９、検出部６０及び駆動機構７０（第１の駆動部７１乃至第９の駆動部７９）と電気的に接続されている。制御部８０は、本実施形態では、ウエハ５０を適正な露光量で露光するための制御（露光量制御）を行う。具体的には、制御部８０は、検出部２０９の検出結果及び検出部６０の検出結果に基づいて、第１の駆動部７１を介して光量調整部２０１を制御する。

このように、露光装置１は、照明光学系２０において、光源１０側から、光量調整部２０１、偏光度調整部２０２、偏光方向調整部２０３、ビームスプリッター２０８の順に配置されている。これにより、ビームスプリッター２０８を透過する光束の光量とビームスプリッター２０８で反射される光量との比を一定にすることが可能となり、検出部２０９で検出される光量と検出部６０で検出される光量との比を一定に維持することができる。従って、露光装置１は、高精度な露光量制御を実現することができる。

以下、露光装置１において、高精度な露光量制御を実現することができる理由について詳細に説明する。ここで、説明を簡単にするために、光量調整部２０１は、複数の減光部材（減光フィルタ）２０１Ａａ乃至２０１Ａｄと、第１のターレット２０１Ｂとで構成され、入射する光束に対して複数の減光部材２０１が傾けて配置されているものとする。また、減光部材２０１Ａａは、Ｓ偏光に対して８０％の透過率を有し、Ｐ偏光に対して８３％の透過率を有しているものとする。また、減光部材２０１Ａｂは、Ｓ偏光に対して６０％の透過率を有し、Ｐ偏光に対して６３％の透過率を有しているものとする。更に、ビームスプリッター２０８は、Ｓ偏光に対して５％の反射率（即ち、９５％の透過率）を有し、Ｐ偏光に対して２％の反射率（即ち、９８％の透過率）を有しているものとする。

まず、図１３に示す従来の露光装置のように、光源１０側から、偏光度調整部２０２、光量調整部２０１、ビームスプリッター２０８の順に配置した場合の問題について説明する。図１３は、従来の露光装置の構成を示す概略断面図である。図１３に示す従来の露光装置においては、偏光解消板で構成された偏光度調整部２０２が照明光学系２０の光路上に固定（配置）されている。換言すれば、図１３に示す従来の露光装置は、無偏光照明条件の構成を有する。

図１３を参照するに、光源１０から射出された光束は、偏光度調整部２０２によって水平方向及び垂直方向の偏光度が等しくされ、光量調整部２０１に入射する。但し、減光部材２０１ＡａにおけるＳ偏光の透過光量とＰ偏光の透過光量との比は８０：８３、減光部材２０１ＡｂにおけるＳ偏光の透過光量とＰ偏光の透過光量との比は６０：６３である。その結果、ビームスプリッター２０８に入射する光束のＳ偏光成分の強度ＩｓとＰ偏光成分の強度Ｉｐとの比は、減光部材２０１Ａａと減光部材２０１Ａｂとで異なる。従って、検出部６０で検出される光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出される光量ＬＡ_２との関係（光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２）は、減光部材２０１Ａａを用いた場合には以下の数式３で示され、減光部材２０１Ａｂを用いた場合には以下の数式４で示される。
（数３）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝（０．８×０．９５＋０．８３×０．９８）／（０．８×０．０５＋０．８３×０．０２）＝２７．７９８６
（数４）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝（０．６×０．９５＋０．６３×０．９８）／（０．６×０．０５＋０．６３×０．０２）＝２７．８７３２
数式３及び４を参照するに、従来の露光装置では、減光部材２０１Ａａと減光部材２０１Ａｂとを切り替えると、検出部６０で検出される光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出される光量ＬＡ_２との関係（光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２）が０．２７％変化してしまう。換言すれば、従来の露光装置では、減光部材２０１Ａａと減光部材２０１Ａｂとを切り替えると、露光量制御の精度が０．２７％騙される（低下する）ことになる。

次に、光源１０側から、光量調整部２０１、偏光度調整部２０２、偏光方向調整部２０３、ビームスプリッター２０８の順に配置した本実施形態の露光装置１について説明する。まず、露光装置１において、図５に示すように、偏光度調整部２０２が照明光学系２０の光路上に配置され、偏光方向調整部２０３が照明光学系２０の光路上から退避した無偏光照明条件の構成の場合を考える。図５は、露光装置１において、無偏光照明条件の構成での偏光度調整部２０２と偏光方向調整部２０３との位置関係を示す図である。

例えば、Ｓ偏光成分の強度が９６％、Ｐ偏光成分の強度が４％の光束が光量調整部２０１（減光部材２０１Ａａ又は２０１Ａｂ）に入射したとする。光量調整部２０１ではＳ偏光に対する透過率とＰ偏光に対する透過率とが異なるが、後段に偏光度調整部２０２が配置されているため、検出部６０で検出される光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出される光量ＬＡ_２との関係は、常に一定となる。

露光装置１では、検出部６０で検出される光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出される光量ＬＡ_２との関係（光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２）は、減光部材２０１Ａａを用いた場合には以下の数式５で示され、減光部材２０１Ａｂを用いた場合には以下の数式６で示される。
（数５）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝｛α×（０．９５＋０．９８）｝／｛α×（０．０５＋０．０２）｝＝１．９３／０．０７＝２７．５７１４３
但し、α：｛（０．９６×０．８）＋（０．０４×０．８３）｝／２
（数６）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝｛β×（０．９５＋０．９８）｝／｛β×（０．０５＋０．０２）｝＝１．９３／０．０７＝２７．５７１４３
但し、β：｛（０．９６×０．６）＋（０．０４×０．６３）｝／２
数式５及び６を参照するに、光源１０から射出される光束の偏光度が、例えば、９６％から９９％に変化した場合でも、α及びβの値は変わるが、光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２は変動しないため、安定した（高精度な）露光量制御を行うことができる。

一方、露光装置１において、偏光光でレチクル３０を照明する偏光照明条件の構成の場合を考える。光源１０から射出される光束の偏光度が所定の値（例えば、９９％）以上であれば、図６に示すように、偏光度調整部２０２が照明光学系２０の光路上から退避し、偏光方向調整部２０３が照明光学系２０の光路上に配置される。光源１０から射出される光束の偏光度が所定の値（例えば、９９％）未満であれば、図７に示すように、偏光度調整部２０２が照明光学系２０の光路上に配置されると共に、偏光方向調整部２０３も照明光学系２０の光路上に配置される。なお、偏光度調整部２０２及び偏光方向調整部２０３の各々は、所望の回転位置に調整される。ここで、図６及び図７は、露光装置１において、偏光照明条件の構成での偏光度調整部２０２と偏光方向調整部２０３との位置関係を示す図である。

図５に示す無偏光条件の構成の場合と同様に、検出部６０で検出される光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出される光量ＬＡ_２との関係（光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２）を求める。図６及び図７に示す偏光照明条件の構成においては、減光部材２０１Ａａを用いた場合には以下の数式７で示され、減光部材２０１Ａｂを用いた場合には以下の数式８で示される。
（数７）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝｛（０．８×０．９９×０．９５＋０．８３×０．０１×０．９８）／（０．８×０．９９×０．０５＋０．８３×０．０１×０．０２）｝＝１９．１２５２３
（数８）
光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２＝｛（０．６×０．９９×０．９５＋０．６３×０．０１×０．９８）／（０．６×０．９９×０．０５＋０．６３×０．０１×０．０２）｝＝１９．１２６７４
数式７及び８を参照するに、減光部材２０１Ａａと減光部材２０１Ａｂとを切り替えても、光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２は０．００８％しか変化しないため、露光量制御では無視することができ、安定した（高精度な）露光量制御を行うことができる。

偏光照明の場合、照明効率を向上させるために、高い偏光度の光束が必要となるが、減光部材２０１Ａａと減光部材２０１Ａｂとの切り替えに伴う露光量制御の精度（光量ＬＡ_１／光量ＬＡ_２の安定性）を維持するためにも高い偏光度の光束が必要である。従って、光源１０から射出した光束の偏光度が低い場合には、偏光ビームスプリッターを光源１０と偏光度調整部２０２との間に配置し、所望の偏光成分を切り出して高い偏光度の光束を得るとよい。

このように、露光装置１は、光源１０側から、光量調整部２０１、偏光度調整部２０２、偏光方向調整部２０３、ビームスプリッター２０８の順に配置されているため、従来の露光装置よりも高精度な露光量制御を行うことができる。

なお、光量調整部２０１は、図３に示す構成に限定されず、図８に示す構成であってもよい。図８は、光量調整部２０１の構成の別の例を示す概略断面図である。図８に示す光量調整部２０１は、２つの平板透過部材２０１Ｄ及び２０１Ｅで構成される。平板透過部材２０１Ｄ及び２０１Ｅには、透過率を制御する膜がコーティングされており、図８に示す光量調整部２０１は、入射する光束に対する平板透過部材２０１Ｄ及び２０１Ｅの角度（傾け角度）θを変えることで、透過率を変化させることができる。但し、平板透過部材２０１Ｄの傾け角度θを変えると、透過する光束の位置がシフトしてしまう。また、平板透過部材２０１Ｄを透過する光束の位置シフト量は、平板透過部材２０１Ｄの傾け角度θに応じて逐次変化する。そこで、図８に示す光量調整部２０１は、平板透過部材２０１Ｅを有する。具体的には、透過光の位置シフト変化を補正するために、平板透過部材２０１Ｄと同じ特性を有する平板透過部材２０１Ｅとを対向させ、平板透過部材２０１Ｄの傾け角度と平板透過部材２０１Ｅの傾け角度が同量、且つ、方向が反対となるように駆動する。これにより、平板透過部材２０１Ｄを透過する光束の位置シフトを補正することができる。

また、ビームスプリッターとして、例えばハーフミラーを用いることもできる。さらに、ビームスプリッターの反射光をレチクルに導光して、透過光を第１の光量検出器へ導光して、透過光の光量を検出してもよい。その場合、例えば、偏向ミラー（折り曲げミラー）をビームスプリッターとしても機能させる。偏向ミラーの配置場所は図１に示す場所に限定されない。

以下、露光装置１を利用した露光方法について説明する。まず、図９を参照して、無偏光照明条件における露光方法について説明する。図９は、露光装置１を利用した無偏光照明条件における露光方法を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１００２では、偏光度調整部２０２を照明光学系２０の光路上に配置し、偏光方向調整部２０３を照明光学系２０の光路上から退避させる。

ステップＳ１００４では、光量調整部２０１の透過率を最大値に設定して、各々の照明モード毎に、検出部６０及び２０９を用いて光量ＬＡ_１及び光量ＬＡ_２を検出する。なお、本実施形態では、光量調整部２０１の透過率を最大値に設定しているが、これに限定されないことは言うまでもない。但し、検出部６０及び２０９の感度を考慮すると、光量調整部２０１の透過率を最大に設定することが好ましい。

ステップＳ１００６では、各々の照明モード毎に、検出部６０で検出された光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出された光量ＬＡ_２との関係を保存する。なお、検出部６０で検出された光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出された光量ＬＡ_２との関係は、例えば、制御部８０のメモリに保存してもよいし、他の記憶装置に保存してもよい。

ステップＳ１００８では、照明光学系２０において露光で用いる照明モードを設定し、露光で用いるレチクル３０をレチクルステージ３５に載置する。

ステップＳ１０１０では、ウエハステージ５５の走査速度が最大となる照度（ウエハ面上の照度）となるように、光量調整部２０１の減光部材２０１Ａａ〜２０１Ａｈを選択する。露光装置は、生産性を向上させるために、ウエハステージ５５の走査速度を最大にして露光することが好ましいが、必要とする露光量は、生産させるデバイス（プロセス条件）によって異なる。そこで、ステップＳ１０１０において、必要とする露光量に基づいて、ウエハステージ５５の走査速度を最大にして露光するために必要な照度を求め、かかる照度となるように光量調整部２０１の減光部材２０１Ａａ〜２０１Ａｈを選択して、光路上に配置する。

ステップＳ１０１２では、ステップＳ１００６で保存した光量ＬＡ_１と光量ＬＡ_２との関係のうち、ステップＳ１００８で設定された照明モードに対応する光量ＬＡ_１と光量ＬＡ_２との関係を検出部２０９に反映させながら露光を行う。具体的には、ステップＳ１０１２では、検出部２０９で検出される光量が予め設定された許容量に収まるように、露光量を制御しながら露光を行う。

次に、図１０を参照して、偏光照明条件における露光方法について説明する。図１０は、露光装置１を利用した偏光照明条件における露光方法を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１１０２では、偏光度調整部２０２を照明光学系２０の光路上から退避させ、偏光方向調整部２０３を照明光学系２０の光路上に配置する。この際、偏光度調整部２０２を照明光学系２０の光路上から退避させずに、所望の回転角度で照明光学系２０の光路上に配置してもよい。

ステップＳ１１０４では、光量調整部２０１に入射する光束（即ち、光源１０から射出される光束）の偏光度が所定値以上であることを保証する。光量調整部２０１に入射する光束の偏光度が所定値未満である場合には、例えば、光源１０と光量調整部２０１との間に偏光ビームスプリッタを配置し、光量調整部２０１に入射する光束の偏光度が所定値以上になるようにする。

ステップＳ１１０６では、光量調整部２０１の透過率を最大値に設定して、各々の照明モード毎に、検出部６０及び２０９を用いて光量ＬＡ_１及び光量ＬＡ_２を検出する。

ステップＳ１１０８では、各々の照明モード毎に、検出部６０で検出された光量ＬＡ_１と検出部２０９で検出された光量ＬＡ_２との関係を保存する。

ステップＳ１１１０では、照明光学系２０において露光で用いる照明モードを設定し、露光で用いるレチクル３０をレチクルステージ３５に載置する。

ステップＳ１１１２では、ウエハステージ５５の走査速度が最大となる照度（ウエハ面上の照度）となるように、光量調整部２０１の減光部材２０１Ａａ〜２０１Ａｈを選択して、光路上に配置する。

ステップＳ１１１４では、ステップＳ１００６で保存した光量ＬＡ_１と光量ＬＡ_２との関係のうち、ステップＳ１００８で設定された照明モードに対応する光量ＬＡ_１と光量ＬＡ_２との関係を検出部２０９に反映させながら露光を行う。

ステップＳ１０１２やステップＳ１１１４における露光においては、光源１０から発せられた光束は、照明光学系２０によりレチクル３０を照明する。レチクル３０のパターンは、投影光学系４０を介して、ウエハ５０に結像される。
露光装置１は、上述したように、高精度な露光量制御を行うことができるため、高いスループットで高品位なデバイス（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。

次に、図１１及び図１２を参照して、露光装置１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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー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のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）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、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。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エ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。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置の光源から射出される光束の形状及び偏光状態を示す図である。 図１に示す露光装置の光量調整部の構成の一例を示す概略斜視図である。 １９３ｎｍの波長を有する光束に対応した減光フィルタの特性を示すグラフである。 図１に示す露光装置において、無偏光照明条件の構成での偏光度調整部と偏光方向調整部との位置関係を示す図である。 図１に示す露光装置において、偏光照明条件の構成での偏光度調整部と偏光方向調整部との位置関係を示す図である。 図１に示す露光装置において、偏光照明条件の構成での偏光度調整部と偏光方向調整部との位置関係を示す図である。 図１に示す露光装置の光量調整部の構成の別の例を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置を利用した無偏光照明条件における露光方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す露光装置を利用した偏光照明条件における露光方法を説明するためのフローチャートである。 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のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来の露光装置の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 光源
１５ チャンバー
１５１ 窓部
２０ 照明光学系
２０１ 光量調整部
２０１Ａａ乃至２０１Ａｈ 減光部材
２０１Ｂ 第１のターレット
２０１Ｃ 第２のターレット
２０１Ｄ及び２０１Ｅ 平行透過部材
２０２ 偏光度調整部
２０３ 偏光方向調整部
２０４ ビーム成形光学系
２０５ オプティカルインテグレータ
２０６ 絞り
２０７ コンデンサーレンズ
２０８ ビームスプリッター
２０９ 検出部
２１０ スキャンブレード
２１１ 可変スリット
２１２ａ及び２１２ｂ 結像レンズ
３０ レチクル
３５ レチクルステージ
４０ 投影光学系
４２ａ乃至４２ｃ レンズ
４４ ＮＡ絞り
５０ ウエハ
５５ ウエハステージ
６０ 検出部
７０ 駆動機構
８０ 制御部

Claims (12)

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、
   前記照明光学系は、光束の光量を調整する光量調整部と、光束の偏光状態を調整する偏光調整部と、入射光を２つの光束に分離するビームスプリッターとを有し、
   前記ビームスプリッターで分離された２つの光束のうち、一方の光束は前記照明光学系における光量を検出する検出部に導光され、他方の光束は前記レチクルを照明し、
   前記露光装置は、前記ビームスプリッターで分離された光の光量を検出する第１の光量検出部と、前記投影光学系の像面における光の光量を検出する第２の光量検出部と、前記第１の光量検出部と前記第２の光量検出部との検出結果を用いて前記基板を露光するときの露光量を制御する制御部とを有し、
   前記光源側から、前記光量調整部、前記偏光調整部、前記ビームスプリッターの順に配置されており、
   前記光源は、直線偏光の光束を射出し、
   前記光量調整部は、互いに異なる透過率を有する複数の減光フィルタと、前記複数の減光フィルタを前記照明光学系の光路上に切り替え可能に配置するターレットとを含み、前記複数の減光フィルタは、入射する光束に対して傾けて配置され、
   前記偏光調整部は偏光解消板を含み、無偏光照明で前記基板を露光する場合に、前記偏光解消板を前記照明光学系の光路上に配置して、前記制御部は前記無偏光照明で前記基板を露光しながら前記露光量を制御することを特徴とする露光装置。
2. 少なくとも前記照明光学系を収納し、前記光源と前記照明光学系とを隔離するチャンバーと、
   前記チャンバーに配置され、前記光源からの光束を前記照明光学系に導光する窓部とを更に有し、
   前記光量調整部は、前記窓部と前記偏光調整部との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記窓部は、シールガラス又は開口であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記偏光調整部は、光束の偏光度を調整する偏光度調整部及び光束の偏光方向を調整する偏光方向調整部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記偏光調整部を前記照明光学系の光路に挿脱する駆動部を更に有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記偏光度調整部は、λ／４板を含むことを特徴とする請求項４記載の露光装置。
7. 前記偏光方向調整部は、λ／２板を含むことを特徴とする請求項４記載の露光装置。
8. 前記複数の減光フィルタのうち透過率が最大の減光フィルタを前記照明光学系の光路上に配置して、照明モード毎に前記第１の光量検出部と前記第２の光量検出部により光量を検出し、前記制御部は、前記第１の光量検出部と前記第２の光量検出部により検出された光量に基づいて照明モード毎に前記露光量を制御することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記減光フィルタに入射する光束の入射角度が５度以上である場合に、当該減光フィルタに入射する直線偏光の光束の偏光方向がＳ偏光方向となるように当該減光フィルタを設けることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置。
10. 前記複数の減光フィルタの各々は、Ｓ偏光に対する透過率及びＰ偏光に対する透過率が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の露光装置。
11. 偏光照明で前記基板を露光する場合に、前記光量調整部に入射する光束の偏光度が所定値以上となるように偏光部材を前記光源と前記光量調整部との間に配置して、前記制御部は前記偏光照明で前記基板を露光しながら前記露光量を制御することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の露光装置。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか一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。

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