KR100871016B1 - 조명장치, 당해 조명장치를 구비한 노광장치 및 디바이스제조방법 - Google Patents

조명장치, 당해 조명장치를 구비한 노광장치 및 디바이스제조방법 Download PDF

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Abstract

광원으로부터의 광을 이용해서 피조명면을 조명하는 조명 광학계는 상기 광의 편광 상태를 변경하는 편광 변환부를 구비하고, 상기 편광 변환부는 제 1 위상판과 제 2 위상판을 포함하되, 상기 제 1 위상판은 상기 편광 변환부에 입사하는 광속의 입사각 θ를 이용해서 하기 식을 만족하도록 결정된 두께 d를 가지고, 상기 제 2 위상판은 상기 제 1 위상판 또는 제 2 위상판을 통과하는 광의, 서로 수직인 주축 방향으로 진동하는 직선편광성분 간에 소정의 위상차가 얻어지도록 결정된 두께의 차이 분만큼 상기 제 1위상판의 두께와는 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 한다:
Figure 112008040762056-pat00031
(식 중, λ는 상기 광의 파장이고, Δn은 제 1 위상판의 복굴절률임).

Description

조명장치, 당해 조명장치를 구비한 노광장치 및 디바이스 제조방법{ILLUMINATION APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS HAVING THE SAME, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 노광장치의 구성을 나타낸 개략 단면도;
도 2는 도 1에 나타낸 노광장치의 편향계의 하나의 예시적인 구성을 나타낸 개략 단면도;
도 3A 및 도 3B는 도 1에 나타낸 조명 광학계에 있어서의 위상판의 개략 단면도 및 개략 정면도;
도 4A 내지 도 4C는 x-편광이 입사했을 경우에, 위상판의 진상축 방향(위치)과 사출되는 광의 편광 상태와의 관계를 나타낸 도면;
도 5는 위상판의 두께와 편광도와의 관계를 설명하기 위한 도면;
도 6은 도 5에 나타낸 위상판의 두께와 편광도와의 관계를 나타낸 도면;
도 7은 도 1에 나타낸 노광장치에 이용할 수 있는 위상판의 두께와 입사각과의 관계를 나타낸 그래프;
도 8은 위상판의 유리재로서 사파이어를 사용했을 경우에, 도 1에 나타낸 노광장치에 이용할 수 있는 위상판의 두께와 입사각과의 관계를 나타낸 그래프;
도 9는 도 1에 나타낸 노광장치의 광정형화 유닛의 구성의 일례를 나타낸 개 략 단면도;
도 10A 및 도 10B는 도 1에 나타낸 노광장치의 위상판의 하나의 예시적인 구성을 나타낸 개략 정면도;
도 11A 및 도 11B는 도 1에 나타낸 노광장치의 위상판의 하나의 예시적인 구성을 나타낸 개략 정면도;
도 12A 내지 도 12C는 도 1에 나타낸 노광장치에 있어서, 유효 광원 형성 유닛보다 후단의 유리재의 복굴절을 변화시켰을 때의 콘트라스트, 좌우 선폭("CD": Critical Dimention)차, 축상축외(axial-off-axial) CD차 등의 각종 특성의 변화를 나타낸 그래프;
도 13은 형석의 진성 복굴절을 설명하기 위한 도면;
도 14A 및 도 14B는 형석의 회전 방향을 최적화하고 있지 않은 경우의 진성 복굴절에 의한 편광 시프트를 설명하기 위한 도면;
도 15A 및 도 15B는 형석의 회전 방향을 최적화하고 있는 경우의 진성 복굴절에 의한 편광 시프트를 설명하기 위한 도면;
도 16A 및 도 16B는 형석에 경사각 오차가 발생했을 경우의 경사각 오차와 편광 시프트량과의 상관을 설명하기 위한 도면;
도 17A 및 도 17B는 형석에 회전각 오차가 발생했을 경우의 회전각 오차와 편광 시프트량과의 상관을 설명하기 위한 도면;
도 18A 및 도 18B는 협대역 고반사(NBHR) 코팅 또는 광대역 고반사(BBHR) 코팅의 입사각과 위상차와의 관계를 나타낸 그래프;
도 19A 및 도 19B는 협대역 고반사(NBHR) 코팅 또는 광대역 고반사(BBHR) 코팅의 각 편광 방향에 대한 편광 붕괴를 나타낸 도면;
도 20은 투과막의 입사각과 위상차와의 관계를 나타낸 그래프;
도 21은 투과막의 각 편광 방향(x-편광, y-편광, 45°편광 및 -45°편광에 대한 동공 내의 편광 시프트를, 웨이퍼 면 위의 상점(0, 0), (13, 0) 및 (13, 4.5)에서 추정한 결과를 나타낸 도면;
도 22는 편광도 및 편광 시프트량의 정의를 설명하기 위한 도면;
도 23은 디바이스의 제조를 설명하기 위한 순서도;
도 24는 도 23에 나타낸 스텝 4의 상세한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 노광장치 10: 조명장치
12: 광원 20: 레티클
30: 투영 광학계 40: 웨이퍼
45: 웨이퍼 스테이지 60: 제어기
70, 80: 검출기 100: 조명 광학계
114, 122, 159: 위상판 124: 편광 해소판
155: σ형상 보정 기구
본 발명은 조명 광학계 및 노광장치에 관한 것이다.
포토리소그래피 기술을 이용해서 반도체소자를 제조할 때에, 레티클의 회로 패턴을 투영 광학계를 통해서 웨이퍼 등에 투영해서 회로 패턴을 전사하는 투영 노광장치가 종래부터 사용되고 있다.
근래에는 반도체소자의 미세화 요구에 수반해서, 노광 파장의 절반 이하의 크기의 패턴을 노광하는 또는 고해상을 달성하는 노광장치도 개발되어 있다. 고해상도는 일반적으로 단파장 및/또는 높은 개구수(NA)를 지닌 투영 광학계를 이용함으로써 달성된다. 투영 광학계의 고NA화는 상면의 수선과 입사광의 진행 방향이 이루는 각이 커지는 것을 의미하고 있어, 고 NA 결상으로 불린다.
그러나, 고 NA 결상으로 노광했을 경우, 노광광의 편광이 문제가 된다. 예를 들면, 라인과 스페이스가 반복되고 있는 소위 라인-앤드-스페이스("L＆S") 패턴을 노광하는 경우를 고려한다. L＆S 패턴은 평면파 2 광속 간섭에 의해서 노광된다. 2 광속의 입사 방향 벡터를 포함하는 면을 입사 평면으로 하고, 이 입사 평면에 수직인 편광을 s-편광, 입사 평면에 평행한 편광을 p-편광으로 한다. 2 광속의 입사 방향 벡터가 서로 이루는 각이 90°인 경우, s-편광은 간섭하므로 L＆S 패턴에 따른 광강도 분포가 상 면 위에 형성된다. 한편, p-편광은 간섭하지 않으므로(간섭의 효과가 소거되므로) 광강도 분포는 일정하게 되어, L＆S 패턴에 따른 광강도 분포가 상 면 위에 형성되는 일은 없다. s-편광과 p-편광이 혼재하고 있으면, s-편광뿐일 때보다 콘트라스트가 나쁜 광강도 분포가 상 면 위에 형성되고, p-편광의 비율이 커지면 상 면 위의 광강도 분포의 콘트라스트가 저하하여, 최종적 으로는 패턴이 형성되지 않게 된다.
이 때문에, 노광광의 편광을 제어할 필요가 있어, 기초 실험 등도 행해지고 있다. 또한, 노광광의 편광 제어는 일반적으로는 조명 광학계의 동공면 및/또는 투영 광학계의 동공면에서 행해진다. 조명 광학계의 동공면에서 편광 제어된 노광광은 조명 광학계의 동공면 이후의 광학계를 개입시켜 레티클을 조명하고, 더욱, 투영 광학계에 의해서 집광되어 상 면 위에 결상된다. 편광 제어된 노광광은 충분한 콘트라스트의 광강도 분포를 상 면 위에 형성할 수 있어 보다 미세한 패턴을 노광하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 광원으로부터의 광의 편광 상태를 바람직한 편광 상태로 제어하는 위상판을 지녀, 바람직한 편광 상태의 광으로 레티클을 조명함으로써 고해상을 달성하는 노광장치가 제안되어 있다(국제 공개 제 2004/051717호 공보 참조).
그렇지만, 조명 광학계나 투영 광학계 등의 실제의 노광 광학계는 이상적인 편광 상태를 악화시키는 여러 요인을 지닌다. 이들 요인은 광원으로부터의 광의 편광 상태의 악화, 노광 광학계에 이용되는 석영이나 형석 등의 유리재가 가진 진성 복굴절("IBR"), 기계적 억제에 의해서 발생하는 응력 복굴절 및 반사 방지막이나 반사막 등의 광학막의 위상 특성을 포함한다. 또, 고 NA화가 진행됨에 따라서, 각도 분포를 가지는 광에 대한 위상판의 위상 오차도 상기 요인의 큰 비중을 차지하고 있다. 이들 요인에 의해서, 광원으로부터의 광이 이상적인 것에 가까운 직선 편광이어도, 웨이퍼면 위에서는 각 광선의 편광 상태가 시프트되게 된다.
그래서, 웨이퍼 면 위에 있어서 바람직한 편광 상태를 얻기 위해서는 상술한 요인을 가능한 한 낮게 유지할 필요가 있다. 그렇지만, 상기 공보에는 위상판의 위상 오차에 대한 구체적인 대책이 제안되어 있지 않다. 즉, 상기 공보에서는 편광을 제어하는 위상판의 두께가 두꺼운 경우, 각도 분포를 가지는 광을 바람직한 편광 상태로 제어할 수 없다.
본 발명은 피조명면에 있어서의 편광 상태를 바람직한 상태로 유지할 수 있고, 각도 분포를 가지는 광의 편광 상태를 정밀하게 제어할 수 있는 조명 광학계에 관한 것이다.
광원으로부터의 광을 이용해서 피조명면을 조명하는 조명 광학계는 상기 광의 편광 상태를 변경하는 편광 변환부를 구비하고, 상기 편광 변환부는 제 1 위상판과 제 2 위상판을 포함하되, 상기 제 1 위상판은 상기 편광 변환부에 입사하는 광속의 입사각 θ를 이용해서 하기 식을 만족하도록 결정된 두께 d를 가지고, 상기 제 2 위상판은 상기 제 1 위상판 또는 제 2 위상판을 통과하는 광의, 서로 수직인 주축 방향으로 진동하는 직선편광성분 간에 소정의 위상차가 얻어지도록 결정된 두께의 차이 분만큼 상기 제 1위상판의 두께와는 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 한다:
Figure 112007023452197-pat00002
(식 중, λ는 상기 광의 파장이고, Δn은 제 1 위상판의 복굴절률임).
본 발명의 또 다른 목적 또는 그 외의 특징은 첨부 도면을 참조해서 이하에 설명되는 바람직한 실시예에 의해 명백해질 것이다.
이하에, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 따라 상세히 설명할 것이다.
우선, 본 출원에서는 편광 조명의 성능의 지표로서 편광도의 양을 정의한다. 도 22는 편광도 및 편광 시프트량(polarization shift amount)의 정의를 설명하기 위한 도면이다. 도 22는 바람직한 편광 방향인 X축 방향으로부터 시프트된 전장 벡터 진동면을 가진 광을 나타내고 있다. 도 22에 있어서, 바람직한 편광 방향인 X축 방향으로 진동하는 전장 벡터를 가진 (주편광)광의 성분의 강도를 Ix, 바람직한 편광 방향인 X축 방향에 대해서 직교하는 Y축 방향으로 진동하는 전장 벡터를 가진 (누설)광의 성분의 강도를 Iy라 한다. 이 경우, 편광도를 Ix/(Ix＋Iy)라고 정의한다. 또, 편광도가 시프트된 양, 즉 편광 시프트량을 (1－Ix/(Ix＋Iy))라고 정의한다. 편광도가 큰 경우 또는 편광 시프트량이 작은 경우에는 콘트라스트가 향상하여, 편광 조명의 효과를 충분히 제공할 수 있다. 한편, 편광도가 작은 경우 또는 편광 시프트량이 큰 경우에는 콘트라스트가 저하하여, 편광 조명의 효과가 작아진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 일측면에 의한 노광장치에 대해 설명한다. 또, 각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 노광장치(1)의 구성을 나타낸 개략 단면도이다.
노광장치(1)는 스텝-앤드-스캔 방식 또는 스텝-앤드-리피트 방식을 이용해서, 레티클(20)의 회로 패턴을 기판으로서의 웨이퍼(40)에 노광하는 투영 노광장치이다. 이하, 본 실시형태에서는 스텝-앤드-스캔 방식을 설명한다.
노광장치(1)는 도 1에 나타낸 바와 같이 조명장치(10); 레티클(20)을 탑재하는 레티클 스테이지; 투영 광학계(30); 웨이퍼(40)를 탑재하는 웨이퍼 스테이 지(45); 제어기(60); 및 검출기(70) 및 (80)를 포함한다.
조명장치(10)는 전사될 회로 패턴을 지닌 피조명면으로서의 레티클(20)을 조명하고, 광원(12)과 조명 광학계(100)를 포함한다.
광원(12)은 편광 조명에 있어서 95％ 이상의 편광도를 갖는 레이저빔을 사출하는 것이 바람직하다. 따라서, 광원(12)은 파장 약 193 nm의 ArF 엑시머 레이저, 파장 약 248 nm의 KrF 엑시머 레이저를 사용한다. 단, 광원의 종류는 엑시머 레이저로 한정되지 않고, 파장 약 157 nm의 F2 레이저를 사용할 수 있으며, 그 광원의 개수도 한정되지 않는다.
조명 광학계(100)는 레티클(20)을 조명하기 위한 광학계이며, 렌즈, 미러, 광학 적분기 및 조리개를 포함한다. 본 실시형태의 조명 광학계(100)는 편향계(deflection system)(110), 광정형화 유닛(130), 광변환기(140), 결상 광학계(145), 집광광학계(160) 및 결상 광학계(170)를 포함한다. 또, 조명 광학계(100)는 파리의 눈렌즈(151), 조리개(152), 마스킹 블레이드(153), 필터 부재(154), σ형상 보정 기구(155) 및 위상판(159)을 더욱 포함한다.
도 2는 편향계(110)의 하나의 예시적인 구성을 나타낸 개략 단면도이다. 편향계(110)는 편향 미러(deflection mirror)(111), 원통형 렌즈(112), 위상판(114) 및 편광 조정 기구(120)를 포함한다. 편광 조정 기구(120)는 위상판(122), 편광 해소판(124) 및 개구판(도시 생략)을 포함하고, 광원(12)으로부터의 광의 광로(조명광학계(100)의 광로) 상에 이들을 선택적으로 배치한다.
편향계(110)에 있어서, 광원(12)으로부터 사출된 대략 편광광은 편향 미러(111)에 의해 편향되고, 원통형 렌즈(112)에 의해서 원 형상 또는 정방형 형상 등의 바람직한 형상 혹은 크기의 광으로 변경되어, 광정형화 유닛(130)에 도광된다.
편향계(110)는, 광축 시프트를 보정하기 위해서, 편향 미러(111)를 기울이거나 원통형 렌즈(112)를 편심시키도록 구성되어 있다. 본 실시형태의 편향계(110)는 입사광을 4번 편향시키는 구성이지만, 광원(12) 및 조명 광학계(100)의 배치에 따라, 다양한 편향 구성(편향 횟수나 편향 방법)을 적용할 수 있다.
편향 미러(111)에 입사하는 광의 편광 상태는 편향 방법에 의해서 s-편광 또는 p-편광이 될 수 있다. 미러는 일반적으로 p-편광에 대한 반사율보다 s-편광에 대한 반사율이 높다. 그러므로, 미러에 입사하는 광 또는 미러에 반사되는 광을 s-편광으로 하면 조도와, 쓰루풋(throughput)이 향상한다고 하는 이점이 있다.
따라서, 본 실시형태는, 편향계(110)가 p-편광을 빈번하게 반사시키는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광원(12)으로부터의 광이 입사하는 입사구에 위상판(114)을 배치하여, s-편광 반사가 많아지도록 한다. 또, 각 편향 미러에 s-편광이 입사하도록, 각 편향 미러 앞에 위상판을 배치해도 된다. 하지만, 위상판이 100%의 투과율을 소유하지 못하므로, 모든 편향 미러 앞에 위상판을 배치하는 것은 효과적이지 않다. 따라서, s-편광을 반사하는 편향 미러의 수가 많아지도록, 1개의 입사구에 위상판(114)을 배치하면 충분하다.
광정형화 유닛(130)에 입사하는 광의 편광 상태는 편향계(110)(위상판(114)) 에 의해서 조정된다. 또, 광정형화 유닛(130)에 입사하는 광의 편광 상태는 접선방향 편광이나 방사상 편광 등의 편광 조명의 종류에 따라 조정할 필요가 있다. 따라서, 편향계(110)는 편광 조정 기구(120)의 위상판(122)을 광로에 삽입할지 또는 해당 광로로부터 제거할지를 선택해서, 광정형화 유닛(130)에 입사하는 광의 편광 상태를 자유롭게 조정하도록 한다. 예를 들면, 위상판(122)으로서 λ/2판을 이용하여, 바람직한 편광 방향을 지닌 편광을 광정형화 유닛(130)에 입사시킨다. 또는, 위상판(122)으로서 λ/4판을 이용해도 된다.
또, 위상판(122)은 회전 가능하게 구성되어 편광도를 미세조정하는 데에도 이용된다. 후술하는 바와 같이, 검출부(70)가 간접적으로 노광량을 검출할 때, 2개의 편광 상태가 필요하다. 이러한 경우, 위상판(122)을 회전시킴으로써, 2개의 편광 상태를 형성할 수 있다. 또한, 랜덤 편광 조명의 경우에는 편향계(110)에 있어서 광원으로부터의 광의 광로 상에 편광 조정 기구(120)의 편광 해소판(124)을 배치한다(또는 위상판(122)을 편광 해소판(124)으로 교체한다).
여기서, 조명장치(10)에 있어서의 위상판(114), (122) 및 (159)(이하, "본 실시형태의 위상판"이라고 칭함)의 구성에 대해 설명한다. 도 3A 및 도 3B는 본 실시형태의 위상판의 구성을 나타낸 도면으로, 도 3A는 본 실시형태의 위상판의 개략 단면도이며, 도 3B는 본 실시형태의 위상판의 개략 정면도이다.
본 실시형태의 위상판은 도 3A에 나타낸 바와 같이 MgF2나 수정 등의 1축 결정으로 구성된 2개의 평판(PPa) 및 (PPb)을 포함하는 0차 위상판이지만, 1개의 평판 으로 구성된 n차 위상판을 이용해도 된다. 평판(PPa)의 두께와 평판(PPb)의 두께와의 사이에는 광을 수직으로 입사시켰을 때의 진상축(fast axis) 방향과 지상축(slow axis) 방향 간의 상대 위상차가 λ/2가 되도록 유리재 두께차 Δd가 있다. 본 실시형태에서는 평판(PPa)의 두께를 d, 평판(PPb)의 두께를 d＋Δd로 설정하고 있다. (PPa) 및 (PPb)의 두께가 수 ㎛ 시프트되면, 위상차는 상당히 변화되어, 평판(PPa)과 평판(PPb) 간의 두께 차이인 유리재 두께차 Δd를 정확하게 형성할 필요가 있다. 도 3B는 도 3A에 나타낸 위상판을 조명 광학계의 광축 방향에서 본 도면이다. 도 3B에 있어서, 실선 화살표는 평판(PPa)의 진상축 방향을, 파선 화살표는 평판(PPb)의 진상축 방향을 나타내고 있다. 본 실시형태의 위상판은 평판(PPa)의 진상축과 평판(PPb)의 진상축 간의 각도를 90°로 유지한 상태로 배치된다.
도 4A 및 도 4B는, x-편광이 본 실시형태의 위상판에 입사했을 경우에, 위상판의 진상축 방향(위치)과 사출되는 광의 편광 상태와의 관계를 나타낸 도면이다. 도 4A에 나타낸 바와 같이, 입사 광의 편광 방향(x-편광)에 대해서 평판(PPa)의 진상축 방향이 0°로 되도록 위상판을 배치하면, x-편광이 사출된다. 한편, 도 4B에 나타낸 바와 같이, 입사 광의 편광 방향에 대해서 평판(PPa)의 진상축 방향이 45°로 되도록 위상판을 배치하면, y-편광이 사출된다. 또, 도 4C에 나타낸 바와 같이, 입사 광의 편광 방향에 대해서 평판(PPa)의 진상축 방향이 22.5°로 되도록 위상판을 배치하면, 45°편광이 사출된다.
특히, 고NA인 노광장치(1)에서는 평행광이 아니고, 소정의 각도 분포를 가지는 광이 위상판에 입사한다. 1축 결정으로 이루어진 2개의 평판으로 구성된 0차 위상판은 일반적으로 수직으로 입사하는 광(파장 λ(㎜))에 대해서, 소정의 위상차가 부여되도록, 2개의 위상판의 두께 d 및 d＋Δd가 설정되어 있다. 단, 각도 θ로 광이 위상판에 입사했을 경우, 광이 위상판에 수직으로 입사했을 경우와 비교해서, 위상판으로의 광로 길이가 길어진다. 그 결과, 2개의 위상판을 통과한 후의 광은 이하의 수식 [1]로 표시되는 위상 오차 Δ를 포함해 버린다. 환언하면, 위상판은 각도 분포를 가지는 광에 대해서 소정의 위상차를 부여할 수 없다.
　　　
Figure 112007023452197-pat00003
..........수식 [1]
여기서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수정으로 이루어진 2개의 평판(PPa) 및 (PPb)으로 구성된 위상판(0차 1/2λ 파장판)을 상정한다. 또, 수정은 복굴절 유리재이며, 0.01364 ㎚/㎝의 복굴절량 Δn을 가진다. 또한, 도 5에 표시된 지면에 수직인 방향으로 전장 벡터가 진동하는 광의 강도를 Ix, 도 5의 지면에 평행한 방향으로 전장 벡터가 진동하는 광의 강도를 Iy라 할 때, 편광도를 Ix/(Ix＋Iy)라고 정의한다.
도 6은 도 5에 나타낸 위상판의 두께(또는 2개의 평판(PPa) 및 (PPb)의 두께 d(㎜) 및 d＋Δd(㎜))와 편광도와의 관계를 나타낸다. 도 6에서는 가로축에 입사 광의 위상판에 대한 X방향의 입사각을, 세로축에 입사광의 위상판에 대한 Y방향의 입사각을 취하여, 편광도의 변화를 색의 농담으로 나타낸다. 덧붙여, X방향과 Y방향은 서로 수직이다. 도 6을 참조하면, 위상차 Δ는 입사각 θ 및 위상판의 두께에 의존하고, 입사각이 크면 클수록, 또, 위상판의 두께가 두꺼워지면 두꺼워질수록, 편광도의 변화가 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 위상판(복굴절량 Δn(㎚/㎜))은 입사광(파장 λ(㎚)를 지님)의 입사각 θ에 대해서, 이하의 수식 [2]를 만족하는 두께 d(㎜)를 가진다.
Figure 112007023452197-pat00004
....수식 [2]
도 6에 나타낸 원 안쪽의 영역 α는 수식 [2]를 만족시키는 영역이며, 95％ 이상의 편광도를 만족시키는 조건이다.
도 7은 수식 [2]를 만족할 때의, 위상판의 두께와 입사각과의 관계를 나타낸 그래프이다. 본 실시형태는 유효 광원 형성 유닛에 입사하는 광의 편광 상태를 제어하는 위상판(114) 및 (122)과, 파리의 눈렌즈(151)에 입사하는 광의 편광 상태를 제어하는 위상판(159)을 가진다. 본 실시형태에서는 위상판(114) 및 (122)에 입사하는 광의 입사각 θ를 1°로 설정하고 있으므로, 위상판(114) 및 (122)의 두께는 11.6 ㎜ 이하로 유지되면 된다. 또, 위상판(159)에 입사하는 광의 입사각 θ는 3.0°이므로, 위상판(159)의 두께는 1.29 ㎜ 이하로 유지되면 된다. 덧붙여, 입사각 θ는 실제의 계측이나 광학계의 설계치로부터 산출될 수 있다.
또, 본 실시형태에서 나타낸 위치 이외의 위치에 위상판을 배치하는 경우에서도, 위상판의 두께는 입사광의 입사각에 의해서 결정되는 두께와 동일 또는 그 이하의 두께로 하면 된다. 예를 들면, 유니포머(uniformer) 동공부, 혹은 조명 광학계 또는 투영 광학계의 동공면에 위상판을 배치하는 경우에도, 수식 [2]를 만족하는 한, 높은 편광 시프트를 발생시키는 일 없이 높은 편광도를 지닌 편광 조명이 가능해진다.
덧붙여, 수식 [1] 및 [2]로부터 알 수 있듯이, 위상판의 유리재의 복굴절량 Δn도 위상판의 두께를 결정하는 중요한 파라미터이다. 본 실시형태에서는 위상판의 유리재로서 복굴절량 Δn이 0.01367 ㎚/㎝인 수정을 이용하고 있지만, 그 이외의 유리재를 이용해도 된다. 예를 들면, 입사각이 더욱 큰 위치에 위상판을 배치하는 경우, 위상판의 두께가 얇아져서 그 제조가 곤란해질 것으로 여겨진다. 그 경우에는 위상판을 복굴절량이 작은 유리재로서 복굴절량 Δn이 0.008㎚/㎝인 사파이어를 이용해도 된다. 이것에 의해, 위상판의 두께의 허용 범위가 넓어져, 위상판의 제조가 용이해진다. 도 8은 위상판의 유리재로서 사파이어를 사용했을 경우, 수식 [2]를 만족할 때의 위상판의 두께와 입사각과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 위상판의 유리재로서 수정을 사용했을 경우, 입사각 3°에서의 위상판의 두께의 허용 범위는 1.29(㎜)이다. 한편, 도 8을 참조하면, 위상판의 유리재로서 사파이어를 사용했을 경우, 입사각 3°에서의 위상판의 두께의 허용 범위는 2.2(㎜)이다. 즉, 위상판의 유리재로서 수정보다 사파이어를 이용하는 것이 위상판의 두께의 허용 범위가 넓어진다.
또, 유리재의 내구성을 감안해서 위상판에 사용하는 유리재를 결정할 필요도 있다. 유리재의 내구성이 낮으면 복굴절량이 변화되어 버리므로, 정밀한 위상판을 구성할 수 없다. 예를 들면, 광강도가 강한 광이 입사하는 위상판은 내구성이 뛰어난 형석이나 MgF2로 만드는 것이 바람직하다.
덧붙여, 위상판(159)은 파리의 눈렌즈(151) 앞에 배치되어, 유효 광원의 편광 상태를 바람직한 상태로 변경한다. 여기서, 유효 광원은 조명 광학계의 동공면에 있어서의 광강도 분포이며, 본 실시예에 있어서의 조명 광학계의 동공면은 파리의 눈렌즈(151)의 출사면이다. 도 10A 내지 도 11B는 위상판(159)의 예시적인 구성을 나타낸 개략 정면도이다. 도 10A 및 도 11A에서의 화살표는 위상판(159)의 진상축 방향이며, 도 10B 및 도 11B에서의 화살표는 편광 방향이다. 예를 들면, 위상판(159)이 유효 광원을 접선방향 편광으로 설정하는 경우, 입사 편광(x-편광)에 대해서, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 8개의 위상판을 조합함으로써, 도 10B에 나타낸 팔각 접선방향 편광을 제공할 수 있다. 또, 크로스 폴(cross pole) 조명이 사각 접선방향 편광을 필요로 할 경우, 입사 편광(x-편광)에 대해서, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 4개의 위상판을 조합함으로써, 도 11B에 나타낸 사각 접선방향 편광을 제공할 수 있다. 이와 같이, 위상판(159)은 본 실시예에서 개시된 것 이외의 조명 모드에 대해서도, 위상판의 조합을 통해서 유효 광원을 바람직한 편광 상태로 제공할 수 있다.
상술한 것처럼, 위상판(159)에 입사하는 광의 입사각 θ는 3.0°이므로, 본 실시형태에서는 위상판(159)의 두께를 수식 [2]를 만족하도록 1.00(㎜)으로 설정하고 있다.
지금까지는 입사 편광이 x-편광이고, 위상판(159)이 접선방향 편광을 형성하는 것을 가정했지만, 입사 편광은 y-편광일 수도 있고, 방사상 편광(편광 방향이 방사상)이 형성될 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 광정형화 유닛(130)은 소정면(A면)에 있어서의 광의 형상이 원 형상, 고리형상(annular), 다중극 형상 등의 바람직한 형상을 갖도록 광원(12)으로부터의 광의 형상을 변환한다. 여기서 사용하는 A면은 유효 광원의 기본 형상을 형성하는 면이며, 그 기본 형상이 광변환기(140)에 의해서 변경된다. 또, 배율을 가변으로 하는 결상 광학계(145)에서 그 크기가 변경되어, 각 위치에 배치된 조리개(152) 등의 조리개 부재에 의해서 바람직한 유효 광원이 피조명 면 위에 형성된다.
도 9는 광정형화 유닛(130)의 하나의 예시적인 구성을 나타낸 개략 단면도이다. 광정형화 유닛(130)은 파리의 눈렌즈, 내면 반사를 이용한 광학 파이프 또는 회절 광학 소자("DOE": diffraction optical element), 이들을 조합한 복수의 광학 적분기, 릴레이 광학계, 집광광학계 및 미러를 포함한다. 본 실시형태의 광정형화 유닛(130)은 광학 적분기(131) 및 (133); 광학계(132) 및 (135); 및 DOE(134a) 및 (134b)를 포함한다.
A면에 형성되는 패턴은 DOE(134a) 또는 (134b)의 푸리에 변환 패턴과 DOE(134a) 또는 (134b)에 입사하는 광의 각도 분포 사이의 소용돌이 형상 패턴이다. 덧붙여, 푸리에 변환 패턴이란 광을 수직, 또, NA=0으로 입사시켰을 때에 푸리에 변환면에 형성되는 패턴이다.
또, DOE(134a) 및 (134b)는 서로 교환 가능하게 구성된다. 예를 들면, DOE(134a) 및 (134b)를 교환함으로써, 원형상, 고리 형상, 다중극 형상 등의 다양한 분포를 A면 위에 형성할 수 있다. 또, DOE(134a) 및 (134b)는 4중극 등의 다중극에 있어서의 각 극의 영역의 강도가 다른 강도를 지니도록 하는 강도를 제공할 수도 있다.
본 실시형태의 광정형화 유닛(130)은 유효 광원 형상을 형성하는 유닛으로서 DOE(134a) 및 (134b)를 이용하고 있지만, 프리즘 등의 편향 광학 부재를 이용해서 유효 광원을 형성해도 된다.
광변환기(140)는 A면 근방에 배치되어 광정형화 유닛(130)에 의해서 기본 형상으로 변환된 광을 더욱 변경한다. 본 실시형태의 광변환기(140)는 원뿔형 광학 소자(142), 및 간격을 변경할 수 있는 원뿔형 광학 소자(144)를 가진다. 원뿔형 광학 소자(142)는 입사면이 오목형인 원뿔형 및 사출면이 볼록형인 원뿔형 광학 소자이며, 예를 들어, 고리 형상의 광을 A면에 형성한다. 또한, 광변환기(140)는 평행 평면판(도시 생략), 적당한 형상(예를 들면, 고리형상 개구, 4중극 개구, 원형 개구 등)의 조리개 부재, 사각뿔형 광학 소자, 지붕형 광학 소자, 배율을 변경하기 위한 확대/축소 빔 익스팬더(expander) 등을 가질 수 있다.
광변환기(140)를 구성하는 복수의 광학 부재(본 실시형태에서는 원뿔형 광학 소자(142) 및 (144))는 교체 가능하게 광로 상에 배치될 수도 있고, 또는 복수의 광학 부재가 동시에 광축 상에 배치될 수도 있다. 또한, 광변환기(140)는 광로로부터 물러나 있을 수도 있다.
파리의 눈렌즈(151)는 사출면 근방에 복수의 광원상(유효 광원)을 형성하여, 레티클(20)을 균일하게 조명한다. 복수의 광원상이 형성되는 B면 근방에는 개구경을 가변으로 하는 조리개(152)가 배치되어 있다. 단, 조리개(152)의 위치는 B면 근방으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 조리개(152)는 광변환기(140)와 함께 터릿 등의 변환 수단에 의해서 선택적으로 A면에서의 광로에 삽입되어도 된다. 또, 조리개(152)는 파리의 눈렌즈(151)의 직전에 배치되어도 되고, 복수의 위치에 동시에 배치되어도 된다. 예를 들면, 방사 방향 또는 크기를 제한하는 방향으로 제한되는 일 없이, 사중극 등의 개구각만 변경 가능한 기구를 가지는 조리개를 광변환기(140)의 위치에 선택적으로 배치한다. 또한, 크기를 제한하는 홍채 조리개를 파리의 눈렌즈(151)의 직전에 배치함과 동시에, 선택적으로 고정 조리개를 B면에 배치한다. 이것에 의해, 바람직한 σ분포를 형성할 수 있다. 이와 같이, 상이한 기능을 분담한 복수의 조리개를 복수의 위치에 배치하고, 변경 또는 교체를 실시함으로써, 보다 다양한 σ조건을 실현할 수 있다.
조리개(152) 및 투영 광학계(30)의 개구 조리개(32)는 광학적으로 대략 공액인 위치에 배치된다. 파리의 눈렌즈(151) 및 조리개(152)에 의해서 형성되는 유효 광원의 개구 조리개(32)에 있어서의 형상이 웨이퍼(40) 위의 각 점에 있어서의 각도 분포에 대응한다.
복수의 광원상으로부터의 광속 중 조리개(151)에 의해서 제한되지 않는 광은 집광광학계(160)를 개입시켜 마스킹 블레이드(153)의 면을 효율적으로 조명한다. 마스킹 블레이드(153)는 결상 광학계(170)를 개입시켜 레티클(20)의 면과 광학적으로 공액인 위치에 배치되어 레티클(20) 면 위에 있어서의 피조명 영역을 규정한다.
본 실시형태의 집광광학계(160)는 렌즈(162) 및 (164)를 포함하고, 본 실시형태의 결상 광학계(170)는 렌즈(172) 및 (174)를 포함하지만, 이들에 있어서의 렌즈의 수는 한정되지 않는다.
집광광학계(160)에 있어서, 렌즈(162)와 (164) 사이에는 반투명경(166)이 배치되어 있다. 반투명경(166)은 입사하는 광을 반사광과 투과광으로 분할한다. 본 실시형태에서는 투과광은 레티클(20)을 조명하는 조명광으로서 사용하고, 반사광은 검출기(70)에서 노광량을 간접적으로 검출하기 위한 검출광으로서 사용한다. 덧붙여, 반투명경(166) 및 검출기(70)는 도 1에 나타낸 배치에 한정되지 않고, 광원(12)으로부터 마스킹 블레이드(153) 사이의 광로 중에 배치되어 있으면 된다.
레티클(20)의 근방에는 레티클(20)과 투영 광학계(30) 사이에 광로에 대해서 삽입 및 인출되도록 검출기 (80)가 배치되어 있다. 상기 검출기(80)는 유효광원분포를 검출한다.
필터 부재(154)는 투과율 분포를 균일하게 하도록 배치된다. 환언하면, 필터 부재(154)는 투과막이나 반사막에 기인하는 투과율 분포의 불균일성을 소거시키는 투과율 분포를 가진다.
σ형상 보정 기구(155)는 피조명면에 있어서의 σ분포를 이상적인 분포로 만든다. 특히, 편광 조명의 경우는 미러, 반투명경 및 반사 방지막에 기인하는 σ분포의 비대칭성이 발생하기 쉬워지기 때문에, σ형상 보정 기구(155)는 편광 상태의 변경에 따라 σ분포를 적절하게 조정한다.
유리재의 응력 복굴절은 상술한 것처럼 편광 시프트의 하나의 요인이며, 노광장치는 응력 복굴절을 낮게 유지하는 유리재를 이용할 필요가 있다. 그렇지만, 응력 복굴절을 낮게 유지하기 위해서는 특수한 제조 과정을 필요로 한다. 게다가, 제조에 장시간이 걸림과 동시에, 수율도 저하하므로, 유리재의 비용이 높아져 버린다. 따라서, 노광장치의 비용 저감과 바람직한 편광 상태를 확보하기 위해서, 모든 광학 소자에 대해서 낮은 응력 복굴절을 가진 유리재를 이용하는 것이 아니라, 배치하는 위치에 따라 유리재의 복굴절 규격을 바꾸는 것이 바람직하다.
조명 광학계의 동공면보다 레티클(20) 측에 있어서의 편광 시프트는 유효 광원 내의 편광도 분포, 그리고 축상 광선과 축외 광선 간의 편광도의 편차를 일으킨다. 유효 광원내의 편광도 분포는 좌우 선폭(CD: Critical Dimention)차나 HV차를 발생시켜, 상 높이에서의 편광도의 차는 축상축외(axial-off-axial) CD차를 발생시킨다. 따라서, 조명 광학계의 동공면보다 레티클(20)에 가까운 유리재는 조명 광학계의 동공면보다 광원(12)에 가까운 유리재보다 복굴절량을 작게 할 필요가 있다.
도 12A는 조명 광학계의 동공면보다 레티클(20)에 가까운 유리재의 복굴절량을 변화시켰을 때의 콘트라스트의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12B는 조명 광 학계의 동공면보다 레티클(20)에 가까운 유리재의 복굴절량을 변화시켰을 때의 좌우 CD차의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12C는 조명 광학계의 동공면보다 레티클(20)에 가까운 유리재의 복굴절량을 변화시켰을 때의 축상축외 CD차를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 12A 내지 도 12C는 조명 모드를 쌍극 조명으로 설정하고 있다. 도 12A 내지 도 12C를 참조하면, 복굴절량이 커짐에 따라, 콘트라스트, 좌우 CD차, 축상축외 CD차 등의 각 특성이 열화하고 있는 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터, 조명 광학계의 동공면 뒤의 유리재의 복굴절량은 2(㎚/㎝) 이하를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 조명 광학계의 동공면보다 광원(12)에 가까운 유리재의 복굴절량은 동공 전체면의 편광도를 일률적으로 저감시키지만, 유효 광원 내의 편광도 분포와, 축상 광선과 축외 광선 간의 편광도 편차에는 영향을 주지 않는다. 따라서, 조명 광학계의 동공면보다 광원(12)에 가까운 유리재는 콘트라스트의 저하를 일으킬 수 있지만, 좌우 CD차 및 축상축외 차의 열화에는 크게 영향을 주지 않기 때문에, 낮은 응력 복굴절을 지닌 유리재를 반드시 필요로 하지 않는다. 따라서, 조명 광학계의 동공면보다 광원(12)에 가까운 유리재의 복굴절량은 5(㎚/㎝) 이하이면 충분하다.
또한, 5(㎜) 이하의 두께의 유리재는 편광도의 시프트를 일으키는 일이 적고, 또 상 특성에 영향을 미치는 일이 적기 때문에, 위치에 관계없이 10(㎚/㎝) 이하의 복굴절량이면 충분하다.
또, 상술한 것처럼, 광강도가 강한 위치에 배치되는 유리재에는 뛰어난 내구 성을 가지는 형석이나 MgF2를 사용한다. 그렇지만, 형석 등의 불화물에는 IBR(진성 복굴절)이 존재하여, 그 영향으로 편광 시프트를 초래한다.
도 13은 형석의 IBR에 의한 광의 전파 방향 의존성을 나타내고 있다. IBR은 ＜111＞방향, ＜100＞방향 및 이들과 등가인 방향으로 0이며, ＜110＞방향 및 그것과 등가인 방향으로 최대가 된다. 따라서, IBR의 영향을 저감하기 위해서는 ＜111＞방향 또는 ＜100＞방향 혹은 그들의 등가 방향이 광축과 평행하도록, (111) 면 또는 (100) 면 혹은 그것과 등가인 면을 따라 자른 형석을 이용할 수 있다.
단, 결정 방위(또는 결정축)를 ＜111＞방향 또는 ＜100＞방향에 가진 형석에 입사하는 광은 각도 분포를 가지고 있다. 따라서, 광은 ＜111＞방향 또는 ＜100＞방향으로부터 시프트되어, IBR의 영향을 받게 된다. 도 14A는 광축과 일치 혹은 평행한 결정 방위 ＜111＞을 지닌 형석을 광의 입사 방향에서 본 도면이다. 도 14A에 나타낸 화살표는 ＜100＞투영 벡터이며, 여기서, 형석의 모든 ＜100＞ 투영 벡터가 같은 위치를 지닌다. 도 14B는 조명 광학계 또는 투영 광학계의 동공면 내의 편광도를 나타낸 도면이다. 도 14B로부터 알 수 있는 바와 같이, IBR의 영향에 의해서 편광도가 국소적으로 시프트되고 있다. 이것은 IBR 분포가 같은 방향을 향하고 있으므로, 큰 IBR을 발생하는 위치가 각 유리재에서 일치하여, 유리재를 통과할 때마다 IBR의 영향을 크게 받는 몇몇 광속이 존재하기 때문이다.
따라서, 각 유리재가 IBR이 크게 발생하는 위치를 갖지 않도록 형석을 적절하게 회전시킬 경우, 이 영향을 회피할 수 있다. 도 15A는 광축과 일치 혹은 평 행한 결정 방위 ＜111＞를 지닌 형석을 광의 입사 방향에서 본 도면이다. 도 15A에 표시된 화살표는 ＜100＞ 투영 벡터를 나타내며, 형석의 ＜100＞투영 벡터가 상이한 경우를 나타내고 있다. 도 15B는 동공 내의 편광도를 도시하고 있다 도 15B로부터 알 수 있는 바와 같이, 동공 전체면에서 편광도가 시프트되지 않는다. 이와 같이, 형석의 회전 각도를 적절하게 조합함으로써, 편광 시프트를 저감시킬 수 있다.
형석의 결정면 및 회전 각도를 최적화시켜도, 형석을 배치할 때의 경사각의 오차, 유리재를 자를 때의 각도 오차가 발생하여, 편광 시프트를 일으키는 것으로 생각된다. 편광 조명은 이러한 오차 요인도 가능한 한 작게 줄일 필요가 있다.
도 16A는 형석의 결정 방위가 ＜111＞방향 또는 ＜100＞방향으로부터 경사지거나 또는 경사각 오차가 발생했을 경우를 나타내고 있다. 도 16A에 있어서, Θ는　<111＞방향 또는 ＜100＞방향에 대한 경사 각도이다. 도 16B는 경사각 오차에 대한 편광 시프트량을 나타낸 그래프이다. 도 16B로부터 알 수 있는 바와 같이, 경사각 Θ가 커짐에 따라서, 편광 시프트량도 증가한다. 도 16B로부터, 편광 조명 시에는 형석(유리재)의 경사각 오차를 ± 10° 이내로 유지하는 것이 바람직하다.
또, 도 17A는 형석이 소정의 회전 각으로부터 시프트되거나 회전각 오차가 발생한 경우를 나타내고 있다. 도 17B는 회전각 오차에 대한 편광 시프트량을 나타내고 있다. 도 17B로부터 알 수 있는 바와 같이, 회전각 오차가 커짐에 따라서, 편광 시프트가 증가한다. 도 17B로부터, 편광 조명 시에는 회전각 오차를 ± 10°로 유지하는 것이 바람직하다.
이하, 편광 조명에 필요한 반사막이나 투과막 등의 광학막의 특성에 대해 설명한다.
조명 광학계의 동공면보다 레티클측에서는 미러에 입사하는 광의 입사각이 커지고, 이러한 미러 위의 반사막에 대한 s-편광과 p-편광 사이에 상당한 위상차가 생겨, 편광 시프트를 초래하게 된다. 따라서, 편광 조명에서는 미러에 입사하는 광의 최대 입사각을 45°± 10°이내로 유지하는 것이 바람직하다. 도 18A는 무편광 조명에 이용되는 산화막으로 이루어진 협대역 고반사 코팅("NBHR" 코팅: narrowband high-reflection coating)의 위상차의 각도 특성을 나타낸 그래프이다. 도 18B는 광대역의 입사각에서 위상차를 낮게 유지할 수 있는 Al층으로 이루어진 광대역 고반사 코팅("BBHR" 코팅: braodband high-reflection coating)의 위상차의 각도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 18A 및 도 18B를 참조하면, NBHR 코팅은 18°의 반사 위상차가 발생하고 있는 데 대해서, BBHR 코팅은 45° ± 10°의 입사각에 대해서 반사 위상차를 10°로 저감시키고 있다.
도 19A는 x-편광, y-편광, 45°편광 및 -45°편광과 같은 NBHR 코팅의 각 편광 방향에 대한 동공 내의 편광 시프트의, 웨이퍼 면 위의 상점(0, 0), (13, 0) 및 (13, 4.5)에서 추정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 19B는 x-편광, y-편광, 45°편광 및 -45°편광과 같은 BBHR 코팅의 각 편광 방향에 대한 동공 내의 편광 시프트의, 웨이퍼 면 위의 상점(0, 0), (13, 0) 및 (13, 4.5)에서 추정한 결과를 나타 낸 도면이다.
도 19A 및 도 19B로부터 알 수 있는 바와 같이, NBHR 코팅에서는 45°편광 및 -45°편광 양쪽에 대해서 편광이 상당히 시프트되고 있는 반면, BBHR 코팅에서는 각 편광 상태에서 편광 시프트량이 작다. 따라서, 조명 광학계의 동공면보다 레티클에 가까운 미러에 형성되는 반사막은 위상차를 ± 10°로 억제할 수 있는 동시에 알루미늄층을 포함하는 BBHR 코팅을 사용하는 것이 바람직하다.
동공면보다 광원(12)에 가까운 조명 광학계는 편향 중에 광원(12)으로부터의 x-직선 편광을 유지한다. 단, 상술한 것처럼, 편광이 시프트될 수 있고, 또한, y-편광 성분이 발생할 수도 있다. x-편광 성분을 유지한 채로, y-편광 성분을 저감시켜, 시프트된 편광도를 회복하기 위해서는, s-편광에 대한 미러 반사율을 80％ 이상으로 유지하는 것이 바람직하고, 또, p-편광에 대한 미러 반사율을 30％ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 95％의 편광도의 레이저광을 미러에 대해서 4번 반사시킨 경우를 가정한다. 여기서 상기 미러는 s-편광에 대한 반사율이 90％, p-편광에 대한 반사율이 30％인 반사 특성을 가지는 반사막을 갖는다. 이 경우, 편광도는 99.94％까지 회복될 수 있다. 또, 반사 방향에 따라서는 미러에 입사하는 광의 편광 상태가 y-편광 또는 p-편광일 수 있다. 이 경우, p-편광에 대한 미러 반사율은 80％ 이상인 것이 바람직하고, s-편광에 대한 미러 반사율은 30％이하인 것이 바람직하다.
동공면보다 레티클에 가까운 조명 광학계는, 유효 광원을 형성하기 위해, 모든 편광 방향에 대해서 높은 반사율을 가지는 반사막을 필요로 한다. 따라서, s- 편광에 대한 미러 반사율은 90％ 이상인 것이 바람직하고, p-편광에 대한 미러 반사율은 80％ 이하인 것이 바람직하다.
투과막의 s-편광 및 p-편광의 각각에 대한 반사율은 5％ 이하로 구성하는 것이 바람직하다. 또, 투과막은 위상차를 3％ 이내로 지니도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 20은 투과막의 위상차의 각도 특성을 나타낸 그래프이다. 도 20을 참조하면, 본 실시형태에서는 최대 입사각을 45°로, 최대 위상차를 3°로 설정하고 있다.
도 21은 투과막의 x-편광, y-편광, 45°편광 및 -45°편광 등의 각 편광 방향에 대한 동공 내의 편광 시프트를, 웨이퍼 면 위의 상점(0, 0), (13, 0) 및 (13, 4.5)에서 추정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 21을 참조하면, 편광 시프트는 거의 발생하고 있지 않다.
다시, 도 1로 되돌아오면, 레티클(20)은 석영으로 이루어지고, 그 위에 전사되어야 할 회로 패턴을 갖고 있다. 레티클 스테이지(도시 생략)는 레티클(20)을 지지 및 구동한다.
투영 광학계(30)는 레티클(20)의 패턴을 웨이퍼(40) 위에 투영하는 광학계이다. 이 투영 광학계(30)는 개구 조리개(32)를 가져, 임의의 개구수(NA)를 설정할 수 있다. 개구 조리개(32)는 웨이퍼(40)에 있어서의 결상 광의 NA를 결정하는 개구 직경을 가변으로 해서, 필요에 따라서 개구 직경이 변경된다. 본 실시형태의 간섭 인자 σ는 파리의 눈렌즈(151)에 의해 형성되는 복수의 광원의 개구 조리 개(32)의 위치에서의 상의 크기와 개구 조리개(32)의 개구 직경 간의 비율이다.
B면(상부에 복수의 다광원이 형성되는 면)과 개구 조리개(32)는 서로 광학적으로 대략 공액이다. 실질적으로, B면에서의 분포가 웨이퍼(40)에 있어서의 σ분포 또는 유효 광원을 결정한다. 조리개(152)가 B면에 배치되어 있는 경우, σ분포는 조리개(152)에 의해서 제한되지 않는 분포이다. 조리개(152)가 B면에 배치되고, 또, 파리의 눈렌즈(151)가 충분히 미세한 렌즈(예를 들면, 1 방향으로 수십열 이상)로 구성된 경우, 실질적인 σ분포는 광정형화 유닛(130) 및 광변환기(140)를 개입시켜 형성된 파리의 눈렌즈(151)의 입사면에서의 분포이다.
본 실시형태의 투영 광학계(30)는 복수의 렌즈(34) 및 (36)를 포함하는 굴절계이지만, 반사 굴절계(카타디옵트릭 광학계) 또는 반사계를 사용해도 된다. 최근 주목받고 있는 액침 리소그래피에서는 투영 광학계(30)의 최종 광학 소자와 웨이퍼(40) 사이에 순수 등의 액체를 채우고 있다. 이러한 소위 액침 노광장치에서는 고 NA로 노광하므로, 편광 제어의 효과가 특히 크다.
본 실시형태의 기판은 웨이퍼이지만, 유리 기판이나 그 외의 기판을 넓게 포함한다. 웨이퍼(40)의 표면에는 포토레지스트가 도포되어 있다.
웨이퍼 스테이지(45)는 웨이퍼 척(도시생략)을 개입시키고, 웨이퍼(40)를 지지한다. 웨이퍼 스테이지(45)는 당업계에 주지된 어떠한 구성도 적용할 수 있으므로, 여기에서는 그 설명은 생략한다.
제어기(60)는 CPU 및 메모리를 구비하고, 노광장치(1)의 동작을 제어한다. 제어기(60)는 노광장치(1)의 각 구성 부재, 예를 들어, 조명장치(10), 레티클 스테 이지, 웨이퍼 스테이지(45), 검출기(70) 및 (80), 및 σ형상 보정 기구(155) 등과 제어 가능하게 접속한다.
노광시, 광원(12)으로부터 발사된 광은 조명 광학계(100)를 개입시켜 레티클(20)을 조명한다. 레티클(20)의 패턴을 통과한 광은 투영 광학계(30)에 의해 웨이퍼(40)에 결상된다. 노광장치(1)는 복수의 위상판(114), (122) 및 (159)에 의해서 소망의 편광 상태를 형성할 수 있다. 또, 이러한 복수의 위상판은 수식 [2]를 만족하는 구성이므로, 웨이퍼(40) 면에서의 편광 상태를 바람직한 편광 상태의 80％ 이상으로 유지할 수 있다. 또, 노광장치(1)에 있어서, 편광 시프트를 일으키는 유리재의 복굴절량 및 광학막의 특성도, 웨이퍼(40) 면에서의 편광 상태를 소망의 편광 상태의 80％ 이상으로 유지할 수 있다. 환언하면, 노광장치(1)는 웨이퍼(40) 면에 있어서의 편광 상태를 소망의 상태로 유지할 수 있고, 특히, NA를 가지는 광에 대해서도 편광 상태를 정밀하게 제어할 수 있다. 이것에 의해, 노광장치(1)는 고해상도 및 고콘트라스트를 실현할 수 있어 높은 쓰루풋 및 경제적인 효율로 반도체 디바이스나 액정 표시 디바이스 등의 디바이스를 제조할 수 있다.
다음에, 도 23 및 도 24를 참조해서, 상기 노광장치(1)를 이용한 디바이스 제조방법에 대해 설명한다. 도 23은 반도체 디바이스나 액정 표시 디바이스 등의 디바이스의 제조를 설명하기 위한 순서도이다. 여기서는 반도체 디바이스의 제조를 일례로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는 설계한 회로패턴을 지닌 레티클을 형성한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 스 텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전(前)공정으로도 불리며, 레티클과 웨이퍼를 이용해서 포토리소그라피에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)는 후공정으로도 불리며, 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하는 공정이고, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩밀봉) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스의 확인시험, 내구성 시험 등의 각종 검사를 행한다. 이들 스텝을 통해서, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 24는 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극형성)에서는 웨이퍼 위에 전극을 증착법 등에 의해 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광방법을 이용해서 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼에 노광한다. 스텝 17(현상)에서는 노광된 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상된 레지스트상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭이 끝나 불필요하게 된 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복해서 행함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로패턴을 형성한다.
이상, 본 발명에 의하면, 피조명면에 있어서의 편광 상태를 바람직한 상태로 유지할 수 있는, 즉, 각도 분포를 가지는 광에 대해서도 편광 상태를 정밀하게 제 어할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것이 가능하다.
2006년 3월 24일자로 출원된 일본 특허출원 제2006-083485호에 개시된 청구범위, 명세서, 도면 및 요약을 포함한 전체 내용은 참조로 전체로서 본 출원에 원용한다.
본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 본 발명의 다수의 명백하게 광범위한 다른 실시형태를 실행할 수 있으므로, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 규정된 것을 제외하고 그의 구체적인 실시형태로 한정되지 않는다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 광원으로부터의 광을 이용해서 피조명면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    상기 광의 편광 상태를 변경하는 편광 변환부를 구비하고,
    상기 편광 변환부는 제 1 위상판과 제 2 위상판을 포함하되,
    상기 제 1 위상판은 상기 편광 변환부에 입사하는 광속의 입사각 θ를 이용해서 하기 식을 만족하도록 결정된 두께 d를 가지고,
    상기 제 2 위상판은 상기 제 1 위상판 또는 제 2 위상판을 통과하는 광의, 서로 수직인 주축 방향으로 진동하는 직선편광성분 간에 소정의 위상차가 얻어지도록 결정된 두께의 차이 분만큼 상기 제 1위상판의 두께 d와는 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 조명 광학계:
    Figure 112008040762056-pat00006
    (식 중, λ는 상기 광의 파장이고, Δn은 제 1 위상판의 복굴절률임).
  3. 제 2항에 있어서, 상기 편광 변환부는 상기 조명 광학계의 동공면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 편광 변환부는
    상기 편광 상태를 제 1 편광 상태로 변경하는 제 1 편광 변환부; 및
    상기 제 1 편광 상태를 당해 제 1 편광 상태와는 다른 제 2 편광 상태로 변경하는 제 2 편광 변환부를 포함하고,
    상기 제 1 편광 변환부 및 상기 제 2 편광 변환부는 상기 조명광학계의 광로에 대해서 삽입·제거 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 2항에 있어서, 반사막을 가지는 미러; 및
    투과막을 가지는 렌즈를 더 포함하고,
    상기 미러에 입사해서 반사되는 광에 대해서, 상기 반사막에 의해서 생기는 s-편광과 p-편광 간의 위상차는 ± 10° 이내이며,
    상기 렌즈에 입사해서 투과되는 광에 대해서, 상기 투과막에 의해서 생기는 s-편광과 p-편광 간의 위상차는 ± 5°이내인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  9. 레티클을 조명하기 위한 제 2항 내지 제4항 및 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계; 및
    상기 레티클의 패턴을 기판에 투영하는 투영 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 편광 변환부는 상기 투영 광학계의 동공면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제 9항에 의한 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계; 및
    노광된 상기 기판을 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5319766B2 (ja) * 2008-06-20 2013-10-16 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー マイクロリソグラフィ投影露光装置の光学系及びマイクロリソグラフィ露光方法
JP5185727B2 (ja) 2008-08-22 2013-04-17 ギガフォトン株式会社 偏光純度制御装置及びそれを備えたガスレーザ装置
JP5595015B2 (ja) * 2009-11-16 2014-09-24 キヤノン株式会社 投影光学系、露光装置およびデバイス製造方法
DE102009055184B4 (de) * 2009-12-22 2011-11-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage
JP2012191148A (ja) * 2011-03-14 2012-10-04 Ricoh Co Ltd 面発光レーザモジュール、光走査装置及び画像形成装置
WO2013042679A1 (ja) * 2011-09-19 2013-03-28 株式会社ニコン 照明光学装置、光学系ユニット、照明方法、並びに露光方法及び装置
CN114047137B (zh) * 2021-09-28 2023-09-12 深圳市麓邦技术有限公司 偏振信息转化或复制拼接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0587728A (ja) * 1991-08-23 1993-04-06 Fuoto Device Kk 偏光解析方法とこれを用いたエリプソメータ
JPH07280649A (ja) * 1994-04-11 1995-10-27 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 光導波路型偏波検知装置
JP2004145217A (ja) 2002-10-28 2004-05-20 Sharp Corp 投影型画像表示装置
WO2005041277A1 (ja) 2003-10-28 2005-05-06 Nikon Corporation 照明光学装置及び投影露光装置
JP2005321562A (ja) 2004-05-07 2005-11-17 Canon Inc 偏光分離素子及びそれを有する光学系
US20060055834A1 (en) 2002-12-03 2006-03-16 Nikon Corporation Illumination optical system, exposure apparatus, and exposure method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10124566A1 (de) * 2001-05-15 2002-11-21 Zeiss Carl Optisches Abbildungssystem mit Polarisationsmitteln und Quarzkristallplatte hierfür
JP2003090978A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Canon Inc 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法
EP1542044A1 (en) * 2003-12-11 2005-06-15 JDS Uniphase Corporation Trim retarders incorporating negative birefringence
JP4776891B2 (ja) * 2004-04-23 2011-09-21 キヤノン株式会社 照明光学系、露光装置、及びデバイス製造方法
US7548370B2 (en) * 2004-06-29 2009-06-16 Asml Holding N.V. Layered structure for a tile wave plate assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0587728A (ja) * 1991-08-23 1993-04-06 Fuoto Device Kk 偏光解析方法とこれを用いたエリプソメータ
JPH07280649A (ja) * 1994-04-11 1995-10-27 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 光導波路型偏波検知装置
JP2004145217A (ja) 2002-10-28 2004-05-20 Sharp Corp 投影型画像表示装置
US20060055834A1 (en) 2002-12-03 2006-03-16 Nikon Corporation Illumination optical system, exposure apparatus, and exposure method
WO2005041277A1 (ja) 2003-10-28 2005-05-06 Nikon Corporation 照明光学装置及び投影露光装置
JP2005321562A (ja) 2004-05-07 2005-11-17 Canon Inc 偏光分離素子及びそれを有する光学系

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