JP2007189079A - 照明光学系、当該照明光学系を有する露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光束の偏光状態を高精度に補正することが可能であり、被照明面における偏光状態を所望の状態に維持することができる照明光学系を提供する。
【解決手段】光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束の断面形状を整形するビーム整形部と、前記ビーム整形部からの光束を分割するインテグレーターと、前記インテグレーターで分割された光束を重畳して前記被照明面に導光するコンデンサー系と、前記インテグレーターの入射面又は前記ビーム整形部と前記インテグレーターとの間であって前記インテグレーターの入射面と共役な面に配置され、光軸と直交する断面において複屈折率分布を有する光学部材とを有することを特徴とする照明光学系を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、照明光学系に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置に使用される照明光学系に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体素子を製造する際に、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投影露光装置が従来から使用されている。

近年では、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光波長の半分以下の大きさのパターンを露光するような（即ち、高解像を達成する）露光装置も開発されている。このような高解像化は、一般に、露光光の短波長化及び投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることでなされる。投影光学系のＮＡを大きくすることは、像面からの垂線と入射光の進行方向との成す角が大きくなることを意味しており、高ＮＡ結像と呼ばれる。

高ＮＡ結像では、露光光の偏光が問題となってくる。例えば、ラインとスペースが繰り返されているような、所謂、ライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを露光する場合を考える。Ｌ＆Ｓパターンは、平面波２光束干渉によって形成される。２光束の入射方向ベクトルを含む面を入射平面とし、入射平面に垂直な偏光をＳ偏光、入射平面に平行な偏光をＰ偏光とする。なお、単に紙面に垂直な偏光をＳ偏光と呼び、単に紙面に平行な偏光をＰ偏光と呼ぶこともある。２光束の入射方向ベクトルの互いに成す角が９０度の場合、Ｓ偏光は干渉するのでＬ＆Ｓパターンに応じた光強度分布が像面上に形成される。一方、Ｐ偏光は干渉しない（干渉の効果が打ち消される）ので光強度分布は一定となり、Ｌ＆Ｓパターンに応じた光強度分布が像面上に形成されることはない。Ｓ偏光とＰ偏光が混在していると、Ｓ偏光だけのときよりもコントラストが悪い光強度分布が像面上に形成され、Ｐ偏光の割合が大きくなると像面上の光強度分布のコントラストが低下し、最終的には、パターンが形成されなくなる。

このため、露光光の偏光を制御する必要があり、基礎実験なども行われている。なお、露光光の偏光制御は、一般には、照明光学系の瞳面又は投影光学系の瞳面で行われる。照明光学系の瞳面で偏光制御された露光光は、照明光学系の瞳面以降の光学系を介してレチクルに照射され、更に、投影光学系によって集光され、像面上に結像する。偏光制御された露光光は、十分なコントラストの光強度分布を像面上に形成することができ、より微細なパターンを露光することが可能となる。

一方、実際の露光光学系には理想的な偏光状態を崩すエラー要因が多々存在する。かかるエラー要因は、照明光学系や投影光学系に用いられている硝材（石英や蛍石）の有する残存複屈折率、メカ的抑えによって発生する応力複屈折率、ミラーや反射防止膜等の光学コーティングが有する位相特性及び反射特性などである。このようなエラー要因によって、例えば、レーザー光源からの光束が理想に近い直線偏光であっても、ウェハ面に到達するときには各光線の偏光状態が崩れてしまう。

そこで、偏光状態を調整（補正）するために、投影光学系や照明光学系の瞳位置に位相分布を有する複屈折部材を配置した露光装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。例えば、特許文献１は、露光光の偏光状態を調整するアルバレツレンズを投影光学系の瞳面に配置した露光装置を開示している。また、特許文献２は、露光光の偏光状態を調整する位相板を照明光学系及び／又は投影光学系に配置した露光装置を開示している。
特開平１１−２７１６８０号公報 国際公開第２００５／０３１４６７号パンフレット

しかしながら、これらの従来技術は、原理的には、光軸上の１点のみに関しては偏光度（偏光状態）を補正することができるが、光軸外に関しては位相板に斜めに光線が入射するために偏光度が崩れてしまう（即ち、補正できない）。

特許文献１及び２は、投影光学系の瞳面、或いは、照明光学系内のその共役面や照明光学系の結像系の瞳面に位相板を配置することによって、あたかも、被照明面全域において共通の位相差を与えることができるように説明している。以下、図２１を参照して、かかる配置の問題点を説明する。

図２１は、従来技術における位相板の配置例及びその場合の偏光度を示す図であり、照明光学系におけるマスキングブレードＭＢからレチクルＲＴ（被照明面）までの光路を図示している。位相板ＰＢは、図２１に示すように、結像系ＩＳ１と結像系ＩＳ２との間、詳細には、結像系ＩＳ１の瞳面ＩＰＳに配置される。

位相板ＰＢは、一般的に、光軸と直交する断面内に主軸を有する２軸性結晶である。このような位相板ＰＢに、ある方位（振動方向）を有する光線が入射すると、結晶は主軸とその直交する方向とで屈折率が異なる（即ち、複屈折を有する）ため、各方向の光線成分は異なる位相差を受ける。位相板ＰＢに垂直（即ち、光軸に平行）に進む光の場合、その位相差量φ１は、主軸方向の屈折率をＮｏ、これと直交方向の屈折率をＮｅ、位相板ＰＢの板厚をｄとすると、以下の数式１で表される。なお、λは、露光光の波長である。

位相板ＰＢに垂直に進む光は、マスキングブレードＭＢの中心点Ｃを通る光線群Ｌｃ１、Ｌｃ２及びＬｃ３である。これらは、位相板ＰＢを通過した後、結像系ＩＳ２の作用によって、レチクルＲＴ上で光軸上に集光する。従って、かかる光軸上に集光した光束の断面分布Ｆ２をみると、上述した位相差量φ１に起因する量だけ一律に偏光度が変化することになる。これをτ１として図２１に示す。なお、偏光度の定義は種々あり、例えば、Ｓ偏光とＰ偏光との分配比Ｓ／（Ｓ＋Ｐ）等がある。

一方、マスキングブレードＭＢ上の軸外の点Ｕからの光線群Ｌｕ１、Ｌｕ２及びＬｕ３は、結像系ＩＳ１の作用によって、位相板ＰＢに斜めに入射する。従って、光線群Ｌｕ１、Ｌｕ２及びＬｕ３は、位相板ＰＢを通過する距離が平行に入射する光線と実質的に異なる。光線群Ｌｕ１、Ｌｕ２及びＬｕ３の射出光線群は、レチクルＲＴ上の軸外に集光するが、その集光点での光束断面分布Ｆ３は、軸上の光束断面分布Ｆ２とは異なる偏光度を有することになる。これをτ２として図２１に示す。

図２１を参照するに、τ１≠τ３である。これは、被照明面内で偏光度のばらつきを引き起こすものであり、その結果、ウェハ面上の露光光のコントラストばらつきをもたらす。そして、最終的には、半導体素子内の焼付線幅ばらつきを発生させ、チップ不良を多発する原因となる。これは、半導体素子の製造工程で最も嫌われる現象である。なお、同じような現象は、位相板ＰＢを投影光学系の瞳面近傍に配置した場合にも起きる。

そこで、本発明は、光束の偏光状態を高精度に補正することが可能であり、被照明面における偏光状態を所望の状態に維持することができる照明光学系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照明光学系は、光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、前記光源からの光束の断面形状を整形するビーム整形部と、前記ビーム整形部からの光束を分割するインテグレーターと、前記インテグレーターで分割された光束を重畳して前記被照明面に導光するコンデンサー系と、前記インテグレーターの入射面又は前記ビーム整形部と前記インテグレーターとの間であって前記インテグレーターの入射面と共役な面に配置され、光軸と直交する断面において複屈折率分布を有する光学部材とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記レチクルを照明する上述の照明光学系と、前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。

本発明の更に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被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、照明モードの変更に応じて偏光制御部材を調整することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、照明モードの変更に応じて、レチクル面又はウェハ面上の偏光状態を測定し、偏光制御部材を調整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、光束の偏光状態を高精度に補正することが可能であり、被照明面における偏光状態を所望の状態に維持することができる照明光学系を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。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。ここで、図１は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式又はステップ・アンド・リピート方式でレチクル２０のパターンを被処理体４０に露光する投影露光装置である。露光装置１は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。

露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置する図示しないレチクルステージと、投影光学系３０と、被処理体４０を載置する図示しないウェハステージと、偏光計測部５０と、制御部６０とを有する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０（被照明面）を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを使用することができる。但し、光源の種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、光源の個数も限定されない。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１４は、レチクル２０を照明する光学系である。照明光学系１４は、本実施形態では、ビーム整形部１４１と、折り曲げミラー１４２ａ及び１４２ｂと、有効光源形成手段１４３と、コンデンサーレンズ１４４ａ及び１４４ｂとを有する。更に、照明光学系１４は、インテグレーター１４５と、開口絞り１４６と、マスキングブレード１４７と、結像系１４８ａ及び１４８ｂと、コリメーター系１４９と、偏光度調整手段１６を有する。

図１を参照するに、光源部１２から発した光束は、ビーム整形部１４１で加工され、引き回される。ここで、加工とは、光束径を拡大又は縮小したり、光束の断面分布を均一化したりする作用をいう。ビーム整形部１４１を射出した光束は、折り曲げミラー１４２ａで進路を変更され、有効光源形成手段１４３に入射する。

有効光源形成手段１４３は、絞り、プリズム及びＣＧＨ（計算機ホログラムによって構成される回折型光学素子）で構成される。有効光源形成手段１４３は、後続する第１のコンデンサーレンズ１４４ａと協同して、インテグレーター１４５の入射面上に任意の有効光源形状を形成する機能を有する。有効光源形状（照明分布）は、半導体製造時の露光工程が替わる毎に任意に切り替えることができる。なお、実際の照明光学系においては、ビーム整形部１４１、折り曲げミラー１４２ａ、有効光源形成手段１４３及び第１のコンデンサーレンズ１４４ａを含めてビーム整形部と称することもある。

インテグレーター１４５は、波面分割型のインテグレーターである。インテグレーター１４５の射出口には、開口絞り１４６が配置されている。開口絞り１４６は、光束を規制する。開口絞り１４６を通過した光束は、第２のコンデンサー１４４ｂの作用によって、マスキングブレード１４７上に集光する。マスキングブレード１４７を通過した光束は、第１の結像系１４８ａ、第１の結像系１４８ａの瞳面ＩＰＳ、第２の結像系１４８ｂ、折り曲げミラー１４２ｂ及びコリメーター系１４９を介し、レチクル２０の下面（回路パターン面）に集光する。

照明光学系１４の構成において、偏光度調整手段１６は、インテグレーター１４５の直前に配置されている。図２は、偏光度調整手段１６の近傍を拡大して示す光路図であり、偏光度調整手段１６からマスキングブレード１４７に至る光線の進行状態を示している。

図２を参照するに、本実施形態の光学配置は、インテグレーター１４５の射出端面Ｈｏを第２のコンデンサー１４４ｂの前側の焦点面に配置し、後側の焦点面に被照明面を設定する。インテグレーター１４５は、本実施形態では、ハエの目レンズで構成され、個々のハエの目レンズは、入射面と射出面とがその焦点距離ｆ３だけ隔てて対向するようになっている。本実施形態のインテグレーター１４５であるハエの目レンズは、図２に示すように、個々のハエの目レンズＨ１乃至Ｈ３が一体となって（即ち、一体のレンズで）作製されている。

光軸上のハエの目レンズＨ２に集光する光線Ｌｃ２１、Ｌｃ２及びＬｃ２３は、ハエの目レンズＨ２の射出側レンズの屈折作用で平行光線となり、更に、第２のコンデンサーレンズ１４４ｂの集光作用でマスキングブレード１４７の軸上の点Ｃに結像する。

ここで、光線Ｌｃ２１、Ｌｃ２及びＬｃ２３の偏光度分布について説明する。光線Ｌｃ２１、Ｌｃ２及びＬｃ２３は、ハエの目レンズＨ２に入射する前に、偏光度調整手段１６、例えば、複屈折部材で構成された位相板を通過する。なお、位相板を通過する際、光軸上の光線Ｌｃ２だけは、数式１で表される量だけ複屈折による位相差を得る。これに対して、周辺の光線Ｌｃ２１及びＬｃ２３は、位相板を斜めに通過するために、数式１で表される量よりも大きな位相差を得る。同様な関係が、軸外のハエの目レンズＨ１及びＨ３を通過する光線についても成立する。

図２に示すマスキングブレード１４７の軸上の点Ｃを通過した光束の断面分布について説明する。図２において、Ｆ２は、点Ｃを通過した光束の光束断面分布を示しており、その拡大図を参照するに、ハエの目レンズＨ２を通過した光線群Ｈ２Ｄでは、光線Ｌｃ２の偏光度は小さく（τ３）、光線Ｌｃ２１及びＬｃ２３の偏光度は大きい（τ２）。軸外のハエの目レンズＨ１及びＨ３を通過した光線群Ｈ３Ｄ及びＨ１Ｄにおいても同様な偏光度が発生する。

なお、以上の説明においては、ハエの目レンズに入射する光束がテレセントリック、即ち、軸外に集光する光束の主光線が光軸に平行であることを前提としている。かかる条件が崩れた場合には、軸外の主光線も位相板に僅かなりとも斜めに入射するために、光線群Ｈ２Ｄに比べて、光線群Ｈ１Ｄ及びＨ３Ｄは僅かに大きな偏光度を得ることになる。但し、この場合でも本発明の効果は問題なく得ることができる。以上、マスキングブレード１４７の軸上の点Ｃに集光する光線群の偏光度分布について説明した。

次に、マスキングブレード１４７の軸外の点Ｕに集光する光線群の偏光度分布について説明する。結論としては、軸外の点Ｕに集光する光線群の偏光度分布も、軸上の点Ｃに集光する偏光度分布と同じである。

図２に示す光学配置では、個々のハエの目レンズの入射面とマスキングブレード面とは光学的に共役関係（結像関係）にある。例えば、ハエの目レンズＨ２の最上点Ｕ１は、マスキングブレード１４７上の最下点Ｕと共役関係にある。同様に、ハエの目レンズＨ１及びＨ３の最上点（不図示）もマスキングブレード１４７上の最下点Ｕと共役関係にあり、これらの共役点から発した光線群がＵ点に集光する。ハエの目レンズＨ２の最上点Ｕ１に集光する光線Ｌｃ１１、Ｌｕ２及びＬｃ１３は、点Ｃ１に集光する光線群Ｌｃ２１、Ｌｃ２及びＬｃ２３と比較して、単にハエの目レンズの有効径の略半分だけ平行シフトしているだけである。従って、光線Ｌｃ２１とＬｃ１１、光線Ｌｃ２とＬｕ２、光線Ｌｃ２３とＬｃ１３とは、ハエの目レンズに略同じ角度で入射する。

このように、図２に示す光学配置（即ち、偏光度調整手段１６をインテグレーター１４５の直前に配置する）によって、被照明面上で各点共通な瞳上偏光度分布を与えることができ、更に、かかる偏光度分布を制御することができる。

ここで、図２に示す偏光度残渣τ２と図２１で示した偏光度エラーτ１との大小関係について説明する。なお、τ３は、図２及び図２１において光軸上を直進する光線が偏光度調整手段１６又は位相板ＰＢによって受ける偏光度であるが、説明を簡略化するために、図２及び図２１において同じ値であると仮定する。一般に、ハエの目レンズで照明光束がけられなく通過するためには、ハエの目レンズに入射する光束の最大入射角度は、ハエの目レンズから射出する光束の最大射出角度と等しいか最大射出角度よりも小さくならなければならない。

例えば、図２において、ハエの目レンズＨ２の中心Ｃ１に入射する光束の最大入射角度θ１は、かかる光束がハエの目レンズＨ２の射出面Ｈｏでけられないように設定されるため、以下の数式２で表される。なお、Ｓｈは、１つのハエの目レンズの有効径である。

一方、ハエの目レンズから射出する光束の最大射出角度θ３は、以下の数式３で表される。これは、図２に示すように、ハエの目レンズＨ２の最外点Ｕ１に入射する光軸に平行な光線Ｌｕ２が、ハエの目レンズＨ２の集光作用によって、ハエの目レンズＨ２の射出面上で光軸上の点Ｃｏを通過し、そのまま最軸外点Ｕに到達するからである。

数式２と数式３とを比べると、以下の数式４が成り立つ。

換言すれば、照明光学系１４において、光源部１２からの光束（エネルギー）をけられることなく有効に利用するためには、ハエの目レンズへの入射最大角は、ハエの目レンズからの射出最大角度と等しく又は射出最大角度よりも小さくする必要がある。

特に、スキャナーの場合、光学的な照明領域は、現在、ウェハ面上において走査方向に８ｍｍ乃至１３ｍｍ、走査方向と直交する方向に２６ｍｍの矩形形状を有する。一方、光源部から発した光束は、ビーム整形部の作用によって、有効光源としてハエの目レンズの入射面上で回転対称形状（略円形形状）に成形される。従って、走査方向の断面と、走査方向の断面に直交する断面とで、ハエの目レンズでの光束のけられに対する余裕度を比較すると、入射光束が回転対称であるために、両断面の最大入射角度θ１は同じ値である。これに対して、射出最大角度θ３は、走査方向に直交する断面の方が約２倍乃至３倍大きいことになる。

光源部からの光束（エネルギー）を損失することなく有効に利用するためには、光束の余裕度の小さい走査方向の断面内においてもけられないように光学系を設定しなければならない。その結果、光線余裕度の大きい走査方向に直交する断面においては更にけられにくい条件となり、最大入射角度θ１は、射出最大角度θ３の１／２乃至１／３以下と小さくなる。

従来技術においては、インテグレーター（ハエの目レンズ）の射出面（かかる面は、一般に、絞り面と略一致する）と結像系の瞳面とは光学的に共役関係にあり、実際には、その有効径は略等しい寸法である。従って、従来技術においては、即ち、図２１に示す角度θ２は、図２に示す射出最大角度θ３と略等しい。これは、ヘルムホルツラグランジェの定理から、結像関係にある物体面と像面とにおいては、夫々の面における照射画面サイズと開口角との積が不変（一定）であるという関係が成り立つからである。

偏光度残渣τ２と偏光度エラーτ１とは、いずれも位相板（偏光度調整手段１６）を斜めに通過する際に生じるものであり、その発生量は位相板への入射角が大きいほど大きくなる。従って、本実施形態（図２）で発生する偏光度残渣τ２は、従来技術における（図２１）偏光度エラーτ１に比べて小さいことがわかる。特に、走査方向に直交する断面において、その量は１／２乃至１／３以下に低減される。

図３は、偏光調整手段１６を、具体的な一例として、２次関数状の分布を有する位相分布素子１６Ａに置換した場合の位相分布素子１６Ａの近傍を拡大して示す光路図である。ハエの目レンズＨ２に入射する全光線群に対して、軸外に位置するハエの目レンズＨ１及びＨ３に入射する光線群は、位相分布素子１６Ａの作用によって大きな偏光度を得る。従って、本実施形態では、Ｃ点やＵ点に集光する光束の瞳上分布は、２次関数状の分布を有することになる（図３に示すＦ２拡大図参照）。

このように、偏光度調整手段１６に任意の位相分布を形成することで、被照明面上で各点共通な瞳上偏光度分布を制御することが可能となる。なお、位相分布素子１６Ａは、２次関数的に面形状を図示しているが、これは本発明の効果を明確に説明するためであり、かかる形状には限定されない。例えば、位相分布素子１４Ａは、平行平板であっても、その複屈折率分布が２次関数状であれば、本発明の効果を得ることができる。

図４は、偏光度調整手段１６の具体的な構成である位相板１６０Ａを示す概略断面図である。位相板１６０Ａは、バビネソレイユ板として知られている位相板の構成を有し、互いに複屈折の主軸方向が直交する２つの結晶板（調整板１６２Ａ及び１６４Ａ）を楔状に加工し、凹凸が相補的になるように組み合わせた構成を有する。本実施形態では、図４に示すように、光軸Ｚと直交断面内（図４ではＹ軸方向）に調整板１６２Ａ及び１６４Ａの楔面を配置する。図４に示す位相板１６０Ａによって、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図５に実線で示されるように、１次関数となる。

また、２つの調整板１６２Ａ及び１６４Ａを互いにＹ軸方向に微少量ずらすと、
面形状（本実施形態では、楔状であり、１次関数）の微分関数で表される一定量の複屈折量が更に加算される。加算される複屈折量（加算量）を、図５に点線で示す。

主軸を直交させた２つの位相板の板厚差が△ｄである場合、かかる位相板を通過する光線が受ける複屈折変化量φ２は、以下の数式５で表される。

更に、一対の凹凸形状が相補性にある曲面同士が相対的に平行移動するときに発生する波面収差量は、かかる曲面形状の微分関数に従うことが分かっている。波面収差量という物理量は、光線が伝播する材質の屈折率と光路長（厳密には主光線に対する周辺光線との光路長差）との積で規定されるものであり、数式５に示す板厚差△ｄに他ならない。

従って、図５において、調整板１６２Ａ及び１６４ＡをＹ軸方向（正負両方向）に相対的に移動させることによって、点線で示されるように、広い範囲の複屈折分布の補正が可能となる。なお、実線は本光学素子を導入することにより発生する一次関数状の複屈折である。

図６は、偏光度調整手段１６の具体的な構成である光学部材１６０Ｂを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｂは、凹凸が相対する２つの調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂで構成される。調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂの面形状は、２次曲線状に形成されている。図６に示す光学部材１６０Ｂによって、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図７に実線で示されるように、２次関数となる。また、２つの調整板１６２Ｂ及び１６４ＢをＹ軸方向に微少量ずらすと、図７に点線で示されるように、１次関数状の複屈折量が更に加算される。

図８は、偏光度調整手段１６の具体的な構成である光学部材１６０Ｃを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｃは、凹凸が相対する２つの調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃで構成される。調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃの面形状は、２次曲線状に形成されている。図８に示す光学部材１６０Ｃによって、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図９に実線で示されるように、３次関数となる。また、２つの調整板１６２Ｃ及び１６４ＣをＹ軸方向に微少量ずらすと、図９に点線で示されるように、２次関数状の複屈折量が更に加算される。

本実施形態では、例示的に、調整板１６４Ａ、１６４Ｂ及び１６４Ｃをずらしているが、調整板１６２Ａ、１６２Ｂ及び１６２Ｃをずらしても同様の効果を得ることができる。また、これら一対の調整板を互いに逆方向（Ｙ軸方向における＋方向及び−方向）にずれても同様の効果を得ることができる。なお、調整の範囲を決める物理量は、調整板の面形状を規定する曲線の次数の係数と調整板の移動量ｄとの積である。但し、偏光度調整手段１６は、位相板１６０Ａ、光学部材１６０Ｂ及び１６０Ｃに限定するものではなく、任意の位相分布又は任意形状の相補性位相板を含む。

図１０は、偏光調整手段１６の具体的な構成である光学部材１６０Ｄを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｄは、図４に示す位相板１６０Ａに、更に、一対の調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄを追加した構成を有する。調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄは、位相板１６０Ａにおいて、調整板１６２Ａ及び１６４Ａを光路中に配置することによって、調整板１６２Ａ及び１６４Ａを偏心駆動する前に元来発生する偏光度（図５に示す実線の分布）を打ち消す機能を有する。

調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄは、Ｙ軸上の夫々の高さを通る光線について、複屈折量が相殺するように構成される。換言すれば、調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄの形状は、調整板１６２Ａ及び１６４Ａの形状と同等にし、且つ、複屈折量が逆になるように構成される。本実施形態では、調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄは、（それ自体の）楔（形）状によって発生する光軸ずれを補正するように図示してあるが、必ずしもこの形状に限定されるものではない。調整板１６２Ａ及び１６４Ａが発生させる複屈折量を打ち消す光学部材であれば、調整板１６６Ｄ及び１６８Ｄは、いかなる形状でも許容する。

その結果、光学部材１６０Ｄによって、図１１に示すように、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図１１に実線で示されるように０となり、調整板１６２Ａ及び１６４Ａの偏心移動による発生する複屈折量（図１１に示す点線）のみが有効となる。

図１２は、偏光調整手段１６の具体的な構成である光学部材１６０Ｅを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｅは、図６に示す光学部材１６０Ｂに、更に、一対の調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅを追加した構成を有する。調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅは、光学部材１６０Ｂにおいて、調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂを光路中に配置することによって、調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂを偏心駆動する前に元来発生する偏光度（図７に示す実線の分布）を打ち消す機能を有する。

調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅは、Ｙ軸上の夫々の高さを通る光線について、複屈折量が相殺するように構成される。換言すれば、調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅの形状は、調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂの形状と同等にし、且つ、複屈折量が逆になるように構成される。本実施形態では、調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅは、２次曲線形状によって発生する光軸ずれを補正するように図示してあるが、必ずしもこの形状に限定されるものではない。調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂが発生させる複屈折量を打ち消す光学部材であれば、調整板１６６Ｅ及び１６８Ｅは、いかなる形状でも許容する。

その結果、光学部材１６０Ｅによって、図１３に示すように、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図１３に実線で示されるように０となり、調整板１６２Ｂ及び１６４Ｂの偏心移動による発生する複屈折量（図１３に示す点線）のみが有効となる。

図１４は、偏光調整手段１６の具体的な構成である光学部材１６０Ｆを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｆは、図８に示す光学部材１６０Ｃに、更に、一対の調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆを追加した構成を有する。調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆは、光学部材１６０Ｃにおいて、調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃを光路中に配置することによって、調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃを偏心駆動する前に元来発生する偏光度（図９に示す実線の分布）を打ち消す機能を有する。

調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆは、Ｙ軸上の夫々の高さを通る光線について、複屈折量が相殺するように構成される。換言すれば、調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆの形状は、調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃの形状と同等にし、且つ、複屈折量が逆になるように構成される。本実施形態では、調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆは、２次曲線形状によって発生する光軸ずれを補正するように図示してあるが、必ずしもこの形状に限定されるものではない。調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃが発生させる複屈折量を打ち消す光学部材であれば、調整板１６６Ｆ及び１６８Ｆは、いかなる形状でも許容する。

その結果、光学部材１６０Ｆによって、図１５に示すように、Ｙ軸方向に発生する複屈折量△εは、図１５に実線で示されるように０となり、調整板１６２Ｃ及び１６４Ｃの偏心移動による発生する複屈折量（図１５に示す点線）のみが有効となる。

図１６は、偏光調整手段構成である光学部材１６０Ｇを示す概略断面図である。光学部材１６０Ｇは、２次元状の曲面で形成された凹凸が相補的関係にある一対の位相板１６２Ｇ及び１６４Ｇで構成される。

図４、６及び８に図示した調整板１６２Ａ及び１６４Ａ、１６２Ｂ及び１６４Ｂ、１６２Ｃ及び１６４Ｃは、１次元状の曲面形状を有し、これをＹ軸方向に移動させることで、１次元状の偏光度を補正している。これに対して、光学部材１６０Ｇは、図１６に示すように、位相板１６２Ｇ及び１６４ＧをＸ軸方向とＹ軸方向の２方向にそれぞれ所定量（ｄｘ、ｄｙ）偏心させることができる。これにより、光学部材１６０Ｇは、被照明面上の各点における瞳面上偏光度分布を２次元的に補正することができる。なお、かかる補正の原理等は、１次元状補正と同等であるので省略する。

照明光学系１４は、図１７に示すように、照明光学系１８を追加することもできる。照明光学系１８は、照明光学系１４における第１のコンデンサー１４４ａの被照明面に偏光度調整手段１６を配置していることは同じである。但し、照明光学系１８は、偏光度調整手段１６を物体面とし、新たに配置したコンデンサー１８１及びフィールドレンズ１８２の作用によって、インテグレーター１４５の入射面上に偏光度調整手段１６から射出される光束を結像する。ここで、図１７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。

インテグレーター１４５を射出した光束は、図１に示す照明光学系１４と同じ光路を進む。フィールドレンズ１８２は、インテグレーター１４５に入射する光束をテレセントリック（主光線が光軸に平行）に近い状態にする。これにより、上述したように、軸上のハエの目レンズに入射する光線群で発生する複屈折量と軸外のハエの目レンズに入射する光線群で発生する複屈折量とを同量にすることができ、偏光度の補正残渣を小さく抑えることができる。

照明光学系１８は、インテグレーター１４５から離れた位置に偏光度調整手段１６を配置しているため、光学系の空間的制約を解放することができる。また、照明光学系１８は、インテグレーター１４５よりも大口径の位相板を偏光度調整手段１６として使用し、かかる位相板からの光束をインテグレーター入射面上に縮小結像するとよい。これにより、ヘルムホルツラグランジェの定理から、位相板に入射する光束の角度を図１の構成よりも小さく抑えることができ、図２における偏光度の残渣τ２を更に低減することができる。

図１に戻って、レチクル２０は、例えば、石英製で、その下面には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、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２０から発せられた回折光は投影光学系３０を通り被処理体４０上に投影される。レチクル２０と被処理体４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、レチクル２０と被処理体４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクル２０のパターンを被処理体４０上に転写する。かかる走査の際、照明光学系１４のマスキングブレード１４７は、レチクル面上の被照明範囲を規定する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる）の場合は、レチクル２０と被処理体４０を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系３０は、レチクル２０に形成されたパターンを経た回折光を被処理体４０上に結像する機能を有する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の反射鏡とを有する反射屈折光学系、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系などを使用することができる。投影光学系３０は、本実施形態では、第１の投影レンズ群（前玉）３２と、第２の投影レンズ群（後玉）３４とを有し、第１の投影レンズ群３２と第２の投影レンズ群３４との間に瞳面ＰＰＳが存在する。

被処理体４０は、図示しないウェハステージに支持及び駆動される。被処理体４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体４０にはフォトレジストが塗布されている。

偏光計測部５０は、光源部１２から射出された照明光学系１４を通過した光束の偏光状態を計測する。偏光計測部５０は、本実施形態では、被処理体４０と等価な面に配置された偏光度センサー５２と、レチクル２０と等価な面に配置された偏光度センサー５４とを有する。

偏光度センサー５２及び５４の構成は、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ので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、本出願人が提案する回転可能な位相板と検光子とを組み合わせて配置し、位相板の複数の回転位置での透過光を光電センサー（フォトピンセンサーやＣＣＤセンサー）で受光及び演算して偏光度を求める方式を適用する。

制御部６０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部６０は、照明装置１０、図示しないレチクルステージ及びウェハステージ、偏光計測部５０と電気的に接続されている。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置１を動作するファームウェアを格納する。

制御部６０は、本実施形態では、露光光の偏光状態などの情報を取得し、これらの情報に基づいて、露光光の偏光状態を制御する。偏光度センサー５２及び５４の出力は、制御部６０に入力され、演算の結果、許容値以上の偏光度エラーが検知された場合には、これを調整するための指令が偏光度調整手段１６に送られる。また、制御部６０は、照明装置１０の照明モードを切り替える場合には、かかる指令を有効光源形成手段１４３に送信する。換言すれば、本実施形態は、新しい照明モード下での偏光度を計測し、かかる計測結果に基づいて偏光度を調整することを、自動で行うことを示唆している。

ここで、図１８を用いて、制御部６０による偏光度調整について説明する。図１８は、露光装置１における偏光度調整を説明するためのフローチャートである。図１８を参照するに、まず、照明モードが設定される（ステップ１００２）と、偏光計測部５０（偏光度センサー５２及び５４）によって、被処理体面及びレチクル面上の各点で偏光度が計測される（ステップ１００４）。

次に、計測された偏光度の計測値と、予め設定されている偏光度の許容値とを比較する（ステップ１００６）。計測された偏光度が許容値を超えている場合には、かかる偏光度を補正する（即ち、許容値の範囲内にする）ために必要とする偏光度調整手段１６（例えば、位相板１６４Ａ）の駆動量を算出する（ステップ１００８）。次いで、かかる駆動量に基づいて、偏光度調整手段１６を駆動する（ステップ１００１０）。更に、被処理体面及びレチクル面上の各点で偏光度を再度計測（ステップ１０１２）し、ステップ１００６に戻り、計測された偏光度の計測値と偏光度の許容値とを比較する。一方、計測された偏光度が許容値を超えていない場合には、偏光度調整を終了する。かかる偏光度調整は、照明モードが切り替えられる（再設定される）毎に行う。（照明モードが切り替わると、照明光束が光学系を通過する位置が変わり、光学系のもつ複屈折率の影響も変わってくる。その故、このように照明モード毎に偏光状態を調整することで解像性能を夫々最適化できる効果は非常に大きいと言える。）
このように、露光装置１は、露光光学系に偏光度のエラーが発生しても、照明光学系１４又は１８（インテグレーターの直前に配置された偏光度調整手段）によって、被照明面において、画面内各点で共通の瞳上偏光度分布を精度よく制御することができる。従って、露光装置１は、偏光度エラーを補正し、被処理体面上に結像される光学像のコントラストを改善することができる。また、複数の露光装置間で光学像のコントラストに差がある場合において、かかる露光装置間のコントラストの差を同一にすることができる。これにより、複数の露光装置を用いて、同一のレチクルを同じ露光条件下で露光することが可能となり、半導体製造工程の大幅な工程改善とコストダウンを図ることができる。

露光において、光源部１２から発せられた光束は、照明光学系１４によりレチクル２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル２０を通過して回路パターンを反映する光は投影光学系３０により被処理体４０に結像される。露光装置１は、上述したように、露光光を所望の（最適な）偏光度にすることができる、即ち、所望の偏光状態の露光光を用いて露光することができる。これにより、露光装置１は、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（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１９及び図２０を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１９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行程であり、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２０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に回路パターンが形成される。本実施形態の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に示す偏光度調整手段の近傍を拡大して示す光路図である。 図１に示す偏光調整手段を、具体的な一例として、位相分布素子に置換した場合の位相分布素子の近傍を拡大して示す光路図である。 図１に示す偏光度調整手段の具体的な構成である位相板を示す概略断面図である。 図４に示す位相板がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光度調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 図６に示す光学部材がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光度調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 図８に示す光学部材がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 図１０に示す光学部材がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 図１２に示す光学部材がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 図１４に示す光学部材がＹ軸方向に発生させる複屈折量を示す図である。 図１に示す偏光調整手段の具体的な構成である光学部材を示す概略断面図である。 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に示す露光装置における偏光度調整を説明するためのフローチャートである。 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。 図１９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。 従来技術における位相板の配置例及びその場合の偏光度を示す図である。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
１２ 光源部
１４ 照明光学系
１４３ 有効光源形成手段
１４７ マスキングブレード
１６ 偏光度調整手段
１６Ａ 位相分布素子
１６０Ａ 位相板
１６２Ａ及び１６４Ａ 調整板
１６０Ｂ 光学部材
１６２Ｂ及び１６４Ｂ 調整板
１６０Ｃ 光学部材
１６２Ｃ及び１６４Ｃ 調整板
１６０Ｄ 光学部材
１６６Ｄ及び１６８Ｄ 調整板
１６０Ｅ 光学部材
１６６Ｅ及び１６８Ｅ 調整板
１６０Ｆ 光学部材
１６６Ｆ及び１６８Ｆ 調整板
１６０Ｇ 光学部材
１６２Ｇ及び１６４Ｇ 調整板
１８ 照明光学系
１８１ コンデンサー
１８２ フィールドレンズ
２０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ 被処理体
５０ 偏光計測部
５２及び５４ 偏光センサー
６０ 制御部

Claims (14)

1. 光源からの光束で被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記光源からの光束の断面形状を整形するビーム整形部と、
   前記ビーム整形部からの光束を分割するインテグレーターと、
   前記インテグレーターで分割された光束を重畳して前記被照明面に導光するコンデンサー系と、
   前記インテグレーターの入射面又は前記ビーム整形部と前記インテグレーターとの間であって前記インテグレーターの入射面と共役な面に配置され、光軸と直交する断面において複屈折率分布を有する光学部材とを有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記複屈折率分布は、１次元又は２次元的に連続であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記インテグレーターに入射する光束の最大入射角度は、前記インテグレーターから射出する光束の最大射出角度よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
4. 前記光学部材は、互いの面形状の１次元的又は２次元的凹凸が相補的関係である平面を有する１対の光学素子を有し、
   前記１対の光学素子は、複屈折発生素子であり、互いの主軸が前記光軸に直交する断面内でずれていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
5. 前記光学部材は、互いの面形状の１次元的又は２次元的凹凸が相補的関係である平面を有する１対の光学素子を有し、
   前記光学素子の少なくとも１つは、複屈折発生素子であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
6. 前記１対の光学素子は、前記光軸に直交する断面内において、互いに平行移動することができることを特徴とする請求項４又は５記載の照明光学系。
7. 前記光学部材は、前記一対の光学素子が有する複屈折を相殺する複屈折を有する相殺部材を有することを特徴とする請求項４又は５記載の照明光学系。
8. 前記インテグレーターに入射する光束は、テレセントリックであることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
9. レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
   前記レチクルを照明する請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
10. 前記被処理体又は前記レチクルの面上における前記光束の偏光状態を計測する偏光計測手段と、
    前記偏光計測手段が計測した前記光束の偏光状態に基づいて、前記光学部材を調整する制御部とを有することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
11. 前記制御部は、前記照明光学系の照明モードが変更される毎に、前記光学部材を調整することを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体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。
13. 照明モードの変更に応じて偏光制御部材を調整することを特徴とする露光装置。
14. 照明モードの変更に応じて、レチクル面又はウェハ面上の偏光状態を測定し、偏光制御部材を調整することを特徴とする露光装置。