JP2003090978A - 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、波長１８０ｎｍ以下の光源を使用
する露光装置において、照明面における照度ムラの変化
や露光量制御を悪化させることのない照明装置、露光装
置及びデバイス製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の一側面としての照明装置は、発
振レーザーを光源として波長１８０ｎｍ以下の光束を用
いて所定の照明領域を照明する照明装置であって、弗化
マグネシウム結晶より成形され、光軸と垂直な面内に関
し前記光束の偏光状態を異ならせる光学部材を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、照明装
置に係り、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デバイスを
製造するのに用いられる照明装置、露光装置及びデバイ
ス製造方法に関する。本発明は、例えば、微細パターン
製造におけるマイクロリソグラフィ工程において半導体
ウェハ用の単結晶基板を露光する露光装置の照明装置に
好適である。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化及び薄型化の要
請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への
要求はますます高くなっている。例えば、マスクパター
ンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース
（Ｌ＆Ｓ）０．１μｍ以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。Ｌ＆Ｓは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。

【０００３】図７を参照するに、半導体製造用の代表的
な露光装置である投影露光装置５０は、一般に、レーザ
ー５１２やビーム整形系５１４を含む光源部５１０とレ
チクル又はマスク６００（本出願ではこれらの用語を交
換可能に使用する）を照明する照明光学系５４０（参照
符号５４２乃至５５４を含む）とを有する照明装置５０
０と、マスク６００と被処理体（ウェハ）Ｗとの間に配
置されマスク６００上に描画されたパターンをウェハＷ
上に投影露光する投影光学系７００とを有する。また、
かかる露光装置５０は、レーザー５１２からの光束をビ
ームスプリッタ５４８などで分割させて受光素子５６０
を介してこれを受光し、照明領域の光量の変動が所定範
囲内になるように光源の光量をフィードバック制御す
る。ビームスプリッタ５４８はマスク６００のパターン
面と等価な位置、例えば、オプティカルインテグレータ
５４４の後段に設けられる。

【０００４】一般にマスク６００面上のパターンを投影
光学系を介してウェハ面上に投影する際、当該パターン
の解像線幅や線幅の均一性は露光光の波長（λ）や投影
光学系の開口数（ＮＡ）、照明光学系の開口数内強度分
布と共に、投影面上における照度分布の均一性や適正露
光量とのズレの良否が大きく影響している。

【０００５】特に、最小線幅が０．２μｍ以下の場合、
露光用の光源としてはＫｒＦエキシマレーザー（λ＝２
４８ｎｍ）やＡｒＦレーザー（λ＝１９３ｎｍ）、Ｆ_２
レーザー（λ＝１５７ｎｍ）などが挙げられるが、この
ようなレーザーを用いた場合でも露光装置の投影面上で
の照度均一性や適正露光量とのズレは約１％程度以内が
要望されている。

【０００６】しかしながら、オプティカルインテグレー
タ５４２の各レンズ素子は組立工程においてその径方向
に力を受けて歪むので、各レンズ素子は互いに異なる複
屈折性を持っている。しかも、レンズ素子の内部でも場
所によって複屈折性が異なっている。このため、図７に
示した装置では、オプティカルインテグレータ５４２に
入射する時のレーザー光は円偏光であっても、オプティ
カルインテグレータ５４２から出射する時には円偏光で
はない。しかもオプティカルインテグレータ５４２の各
レンズ素子から出る光束は互いに偏光状態が違うことに
なる。

【０００７】また、光量検出のためのビームスプリッタ
５４８のガラス板や折り曲げミラー５５４等は、通常そ
の光学特性（反射率、透過率）に偏光特性を持ってい
る。このため、光軸と垂直な面内に関しランダムな偏光
状態以外の偏光状態を有する光がこれらの光学系に入射
した場合、この偏光特性により照射面（マスクＭ面やウ
ェハＷ面）における光量分布ムラ（照度ムラ）を引き起
こす。また、そのような光を入射した時、光照射等によ
り光学系の複屈折状態が変化した場合は、照度ムラの変
化や、光量検出器５６０での光量と実際にウェハＷに照
射される光量の比が変化してしまうため、露光量制御の
悪化が発生する。

【０００８】そこで、従来では、直線偏光或いは別の偏
光の紫外線レーザー光を発する、例えば、エキシマレー
ザーなどのレーザー５１０から射出された光束に対し
て、図示しないλ／４板や、水晶及び他の透過部材より
なる偏光解消ユニット５２０によりほぼランダムな偏光
特性を持つ光束に変換している。これにより、レーザー
５１２の射出近傍に配置された偏光解消ユニット５２０
において、照明光学系５４０内に入射する光束の偏光状
態をほぼランダムにしているため、上記に示した悪影響
を軽減することが出来る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長１
８０ｎｍ以下（例えばＦ２レーザー光：波長１５７ｎ
ｍ）のレーザーを光源とする装置の場合、従来から使用
されている水晶は短波長における透過率／光耐久性に対
する光学特性が悪く、かかる波長以下の光源を使用する
露光装置に適用することができない。これにより、偏光
解消ユニット８００では波長１８０ｎｍ以下の露光装置
では使用する事ができず、上述したように照明面におけ
る照度ムラの変化や露光量制御を悪化させる。よって微
細なパターンを有するデバイスを、高品位なスループッ
トなどの露光性能よく行うことができない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、波長
１８０ｎｍ以下の光源を使用する露光装置において、照
明面における照度ムラの変化や露光量制御を悪化させる
ことのない照明装置、露光装置及びデバイス製造方法を
提供することを例示的な目的とする。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明の一側
面としての照明装置は、発振レーザーを光源として波長
１８０ｎｍ以下の光束を用いて所定の照明領域を照明す
る照明装置であって、フッ化マグネシウム結晶より成形
され、光軸と垂直な面内に関し前記光束の偏光状態を異
ならせる光学部材を有する。

【００１２】また、本発明の一側面としての照明装置
は、光源から射出された所定の偏光状態の波長１８０ｎ
ｍ以下の光束を用い照明領域を照明する照明装置であっ
て、フッ化マグネシウム結晶より成形され、光軸と垂直
な面内に関し前記光束の偏光状態を異ならせる光学部材
を有する。例えば、前記光源は発振レーザーである。

【００１３】かかる照明装置によれば、フッ化マグネシ
ウム結晶はその結晶構造により１８０ｎｍ以下の光束に
対する透過又は反射の光学特性に優れており、露光光が
１８０ｎｍ以下の場合であってもかかるフッ化マグネシ
ウム結晶よりなる光学部材を無偏光化の手段としての機
能させることができる。即ち、光源より射出される直線
偏光又は別の偏光を有する光束に対して、光軸に直交す
る断面内でその偏光状態が連続的又は段階的に変化して
いる光に変換することができる。これにより、後段に位
置する光学系に対して無偏光化された光束を導出するこ
とができるので、その光学特性（反射率、透過率）に偏
光特性を有する光学部材が照明装置に含まれる場合であ
っても、照明領域における照度ムラを解消することがで
きる。

【００１４】本発明の照明装置において、前記光学部材
は、前記光束の有する偏光方向と前記フッ化マグネシウ
ム結晶の結晶軸の方向とが異なる。また、前記光学部材
は、光軸を含む断面の厚みが異なる。これにより、直線
偏光又は別の偏光状態を有する光束を実質的に無偏光化
することができる。また、本発明の照明装置において、
前記光学部材を冷却する冷却手段を有してもよい。かか
る照明装置によれば、フッ化マグネシウムのカットオフ
波長を短波長側にシフトすることができる。更に、本発
明の照明装置は、照明領域を均一に照明するためのオプ
ティカルインテグレータを更に有し、前記光学部材は前
記オプティカルインテグレータより光源側に位置する。

【００１５】更に、本発明の照明装置は、前記光学部材
と前記照明領域の間に前記光束を分割する光束分割部
と、前記光束分割部により分割された光束のうちいずれ
か一方の光量を検出する検出器とを有する。かかる照明
装置によれば、光源からのレーザー光の偏光状態の変動
が光束分割部（ビームスプリッタ）であるガラス板の反
射率（透過率）の偏光依存性に起因することなく、ビー
ムスプリッタを透過する光（照明領域における光）とビ
ームスプリッタで反射する光（検出器に入射する光）の
光量比を一定に維持でき、精度よく照明領域の光量を検
出することができる。かかる照明装置において、前記検
出器の検出結果に基づき前記光源の光量を制御する制御
部、又は前記検出器の検出結果に基づき前記光束の光量
を調節するする光量調節手段を更に有してもよい。これ
により、精度よく照明装置の光量を調節することができ
る。

【００１６】更に、本発明の照明装置は、前記光学部材
と前記照明領域の間に前記光束を偏向するミラーを更に
有してもよい。かかる照明装置によれば、光源からのレ
ーザー光の偏光状態の変動がミラーの反射率の偏光依存
性に起因することなく、照明領域の照度ムラを起こすこ
となくミラーで光を反射することができる。

【００１７】また、本発明の別の側面としての露光装置
は、上述したいずれかの照明装置と、レチクル又はマス
クに形成されたパターンを被処理体に投影する光学系と
を有する。かかる露光装置は上述の照明装置を有し、同
様の作用を奏する。更に、本発明の露光装置によれば、
露光波長の短波長化を実現することができるので、微細
なパターンをスループットなどの露光性能よく露光する
ことができる。

【００１８】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前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、Ｌ
ＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、
磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００１９】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下
添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によっ
て明らかにされるであろう。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の例示的な露光装置１０及び照明装置１００について
説明する。なお、各図において同一の参照符号は同一部
材を表している。ここで、図１は、本発明の例示的な露
光装置１０及びその一部である照明装置１００の概略構
成図である。

【００２１】露光装置１０は、図１に示すように、照明
装置１００と、マスク２００と、投影光学系３００と、
図示しない制御装置とを有する。露光装置１０は、ステ
ップ・アンド・スキャン投影方式でマスク２００に形成
されたパターンをプレートＷ上に露光する走査型投影露
光装置である。ここで、「ステップ・アンド・スキャン
投影方式」は、マスク２００に対してウェハを連続的に
スキャンさせてマスクのパターンをプレートＷに露光す
ると共に、１ショットの露光終了後プレートＷをステッ
プ移動させて、次のショットの露光領域に移動させる投
影露光法をいう。但し、本発明の露光装置１０は、ステ
ップ・アンド・リピート投影方式でマスク２００に形成
されたパターンをプレートＷ上に露光する露光装置に適
用されてもよい。ここで、「ステップ・アンド・リピー
ト投影方式」は、プレートＷのショットの一括露光ごと
にプレートＷをステップ移動させて次のショットを露光
領域に移動させる投影露光方法をいう。

【００２２】本発明において、照明装置１００は、光源
部１１０と、偏光解消ユニット１２０と、照明光学系１
４０と、制御部１７０とを有し、転写用パターンが形成
されたマスク２００を照明する。

【００２３】光源部１１０はレーザー１１２とビーム成
形系１１４とを有し、照明光学系を照明する光源であ
る。

【００２４】レーザー１１２は照明光を発光する光源
で、１８０ｎｍ以下の波長を発する発振レーザーであ
る。本実施例では、レーザー１１２は波長約１５７ｎｍ
のＦ_２エキシマレーザーである。かかるレーザー１１２
は直線偏光又は別の偏光状態を有する紫外線レーザー光
を発する。なお、レーザー１１２は、例えば、制御部１
７０と通信可能に接続すれば、後述する光量検出手段１
６０の検出結果に基づき制御部１７０によりフィードバ
ック制御することもできる。また、露光用光源として
は、エキシマレーザーだけでなく、銅蒸気レーザーやア
ルゴンガスレーザーと二次高調波発生素子とを組み合わ
せて遠紫外線を形成するものが使える。なお、図１にお
いて特に図示しないが、通常、Ｆ_２レーザー光は酸素に
より吸収されてしまうため、光源から露光面の光路中は
窒素雰囲気、真空等、酸素を最小限に抑えた（１ｐｐｍ
以下）環境にする必要がある。

【００２５】ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシ
リンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使
用することができ、レーザー１１２からの平行光の断面
形状の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形
状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形
状を所望のものに成形する。

【００２６】また、図１には示されていないが、光源部
は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化
するインコヒーレント化光学系を使用してもよい。イン
コヒーレント化光学系は、例えば、公開特許平成３年第
２１５９３０号公報の図１に開示されているような、入
射光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、Ｐ
偏光とＳ偏光）に分岐した後で、光学部材を介して一方
の光束を他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス
長以上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方
の光束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系
を少なくとも一つ備える光学系を用いることができる。

【００２７】偏光解消ユニット１２０は、レーザー１１
２より射出された直線偏光又は別の偏光状態を有するレ
ーザー光をランダムな偏光状態（無偏光化）にする。本
実施形態において、偏光解消ユニット１２０は、後段に
位置する要素に対する光束を無偏光化するためにも、光
源であるレーザー１１２とビーム成形系１１４の間に設
けられている。偏光解消ユニット１２０は、図２によく
示されるように、光軸を含む断面がくさび型の偏光解消
板１２２と、偏光解消板１２２と逆方向にクサビ形状を
有する透明くさび１２４とを有する。透明くさび１２４
は偏光解消板１２２により偏向された射出光を入射方向
と同じ方向に補正するための補助的な素子であり、両素
子の屈折率の違いにより若干くさび角を違えている。入
射方向に対して、射出方向が違っても差し支えない場合
は、この透明くさび１２４は必ずしも必要ではない。こ
こで、図２（ａ）は図１に示す偏光解消ユニット１２０
の概略断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す透
明くさび１２４が無い状態の変更解消ユニット１２０を
示す概略断面図である。

【００２８】偏光解消板１２２はフッ化マグネシウム
（ＭｇＦ_２）結晶からなり、上述したようにくさび形状
を有する。フッ化マグネシウムはその結晶構造により１
８０ｎｍ以下の光束に対する透過又は反射の光学特性に
優れており、露光光が１８０ｎｍ以下の場合であっても
偏光解消板としての機能を維持することができる。ま
た、図３に示すように、偏光解消板１２２の結晶軸は入
射する光束の主偏光方向と一致しないように配置されて
いる。本実施形態では、例示的に、かかる結晶軸が光束
の主偏光方向に対して４５度の角度をなすように配置さ
れている。ここで、図３は、図１に示す偏光解消板１２
２の構成を示すための概略斜視図である。

【００２９】図３に示す通り、偏光解消板１２２は、そ
の結晶軸の方向がレーザー１１２からの直線偏光レーザ
ー光の偏光方向（ｙ方向）に対して４５度を成してお
り、その厚さは光軸が貫くその中心位置を通過する光線
（ｙ方向直線偏光）が円偏光に変換されるようになって
いる。但し、偏光解消板１２２の中心を通過する光線は
必ず円偏光に変換する必要無く、また、レーザーの偏光
方向（ｙ方向）と偏光解消板１２２のくさび方向を一致
させる必要はない。要は偏光解消板１２２に入射した光
線束の偏光状態がある方向に沿って連続的又は段階的に
変化して光線束全体として偏光が解消された実質的に無
偏光の状態になることに足りるものである。より好まし
くは、射出する光束内での相対位相変化量を大きくする
ため、入射する光束の径が対称ではない場合、径の大き
い方向に偏光解消板１２２のくさび方向を一致させる方
がよい。

【００３０】本実施形態においては、偏光解消板１２２
から出た光束は、図４（ｂ）の光束の正面図に矢印で描
いているようにｙ方向に沿って偏光状態が変化してい
る。本例では偏光解消板１２２のくさび方向（傾斜方
向）とレーザー偏光方向を一致させた例を示している。
図４（ｂ）中、ＬＡの範囲内では、上からｙ方向直線偏
光、反時計回りの楕円偏光、反時計回りの円偏光、反時
計回りの楕円偏光、ｘ方向の直線偏光、時計回りの楕円
偏光、時計回りの円偏光、時計回りの楕円偏光、ｙ方向
の直線偏光と連続的に変化しており、このＬＡの範囲内
の偏光状態の変化がｙ方向に沿って繰り返される。この
繰り返しの回数は図２（ａ）に示す偏光解消板１２２の
くさび角θ１と厚さとレーザー光のビーム径とに依存し
て決まり、必要な偏光解消の度合いに応じてのくさび角
θ１と厚さとを決めることができる。なお、十分な偏光
解消効果を得るには、５回以上繰り返しのあることが好
ましい。ここで、図４（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す
偏光解消板１２２の機能を示す概略図である。

【００３１】以上説明したように偏光解消板１２２は入
射した直線偏光レーザー光を光軸に直交する断面内でそ
の偏光状態が連続的又は段階的に変化している光に変換
して偏光を解消している。また、偏向解消板１２２はＭ
ｇＦ_２よりなっており短波長における光学特性に優れる
ため、従来の水晶などの光学部材では適用すること困難
であった波長１８０ｎｍ以下の波長を使用する露光装置
に適用することができる。これにより後段に位置する光
学系に対して無偏光化された光束を導出することができ
る。よって、レーザー１１２からの直線偏光光のレーザ
ー光の偏光方向の変動が後述するビームスプリッタ１４
８であるガラス板の反射率（透過率）の偏光依存性に起
因することなく、ビームスプリッタ１４８を透過する光
（プレートＷを露光する光）とビームスプリッタ１４８
で反射する光（光量検出手段に入射する光）の光量比を
一定に維持でき、精度よく露光量の制御を行うことがで
きる。また、レーザー１１２からの直線偏光光のレーザ
ー光の偏光方向の変動が後述する折り曲げミラー１５４
の反射率の偏光依存性に起因することなく、露光領域の
照度ムラを起こすことなく折り曲げミラー１５４で光を
反射することができる。

【００３２】なお、上述したように、ＭｇＦ_２は１８０
ｎｍ以下の波長に対しても比較的良好な透過特性を持つ
が、Ｆ_２レーザー光に対しては、若干透過特性が悪くな
る。そこで、Ｆ_２レーザー光に対する透過特性はＭｇＦ
_２の純度により変動するため、偏光解消板１２２はでき
るだけ高い純度のＭｇＦ_２結晶が望ましい。また、Ｍｇ
Ｆ_２のカットオフ波長は冷却することにより、若干短波
長側にシフトさせることができる。

【００３３】そこで、本実施形態では、例示的に、偏光
解消板１２２を冷却するための冷却手段１２６を有して
いる。冷却手段１２６は後述する制御部１７０に接続さ
れており、かかる制御部１７０に制御され偏向解消板１
２２に対して最適な冷却を行うことができる。但し、冷
却手段１２６は制御部１７０に制御されず、自ら偏光解
消板１２２に対して最適な冷却を行ってもよい。なお、
偏光解消板１２２の冷却手段１２６は当該周知の技術を
適用することができるので、ここでの詳細な説明は省略
する。例えば、冷却手段１２６は、ファンやブロアなど
の空冷機構を使用することもできるし、偏光解消板１２
２の外周に設けられたヒートパイプなどの冷却機構によ
り実現することができる。

【００３４】透明くさび１２４は、偏光解消板１２２の
くさび形状の影響で変化する光軸の向きを補正するため
の光軸を含む断面がくさび型の透明部材であり、透明く
さび１２４は複屈折性が微小もしくは複屈折性を持たな
い材料より成る。なお、図２（ｂ）に示すように、透明
くさび１２４を用いない形態とすることもできる。但
し、この場合は偏光解消板１２２により偏向された光軸
（レーザー光）と後段の光学系の光軸とを一致させる必
要がある。

【００３５】なお、偏光解消ユニット１２０は、２つの
光学部材（偏光解消板１２２及び透明くさび１２４）を
２つの偏光解消板１２２で構成してもよい。かかる構成
においては、どちらの偏光解消板１２２も光軸とｙ軸を
含む断面に関して但し互いに逆方向にくさび形状を有す
る。２つの偏光解消板１２２のうち一の偏光解消板１２
２の結晶軸はレーザー１１２からの直線偏光レーザー光
の基準の偏光方向（ｙ軸）に対して所定の角度を成し、
他方の偏光解消板１２２の結晶軸は当該一の偏光解消板
１２２の結晶軸に対し４５度を成している。

【００３６】上述した偏光解消ユニット１２０のように
一の偏光解消板１２２だけの場合、レーザー１１２から
の直線偏光レーザー光の偏光方向が大きく変動してレー
ザー光の偏光方向が偏光解消板１２２の結晶軸の方向と
一致もしくは直交した場合にはレーザー光の偏光を解消
することができないが、先に述べた偏光解消ユニットを
使用することは結晶軸の方向を一致も直交もさせない結
晶軸の方向が互いに45度を成す一対の偏光解消板１２２
を用いているので、このような事はなく、レーザー１１
２からの偏光したレーザー光の偏光を常に解消すること
ができる。

【００３７】なお、図１に示すように、露光装置１０は
減光ユニット１３０を偏光解消ユニット１２０の後段に
設けてもよい。減光ユニット１３０はレーザー１１２よ
り射出された光束を減光する。減光ユニット１３０は当
該周知のいかなる減光手段の適用を妨げるものではない
が、本実施例では例示的に、減光ユニット１３０は平行
平面板１３２及び１３４と、間隔調整手段１３６からな
る。間隔調整手段は、制御部１７０と通信可能に接続さ
れており、後述する光量検出手段１６０の検出結果に基
づき制御部１７０によりフィードバック制御することが
できる。

【００３８】減光ユニット１３０は、間隔調整手段２３
によりミクロンオーダーで平行平面板１３２及び１３４
の間隔を光軸方向に制御することができる。上述したよ
うに、光源から露光面の光路中は窒素雰囲気、真空等、
酸素を最小限に抑えた（１ｐｐｍ以下）環境にしてい
る。そこで、平行平面板１３２及び１３４の間の雰囲気
を通常雰囲気若しくは所定量酸素を入れた雰囲気にする
ことで、減光効果を得ることができる。例えば、光を減
衰させる必要が無い時には、平行平面板１３２と平行平
面板１３４の間隔が０になるよう駆動し、減光する必要
がある場合には、平行平板板１３２と平行平面板１３４
の間隔を必要量だけ広げ減光することができる。しかし
ながら、本ユニットは必ずしも必要なユニットととして
露光装置１０に適用される必要はない。上述したよう
に、レーザー１１２をフィードバック制御することで、
露光量を調節してもよい。

【００３９】照明光学系１４０は、偏光解消ユニット１
２０により無偏光化された光束を利用してマスク２００
を照明する光学系であり、本実施例では、オプティカル
インテグレータ１４２、開口絞り１４４、集光レンズ１
４６、光分岐部材（ビームスプリッタ）１４８、マスキ
ングブレード１５０、結像レンズ系、折り曲げミラー１
５４を有する。なお、図１には図示されないが、光源部
１１０とオプティカルインテグレータ１４２の間に、集
光光学系を設けてもよい。集光光学系は、まず、必要な
折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束
をオプティカルインテグレータ１４２に効率よく導入す
ることができる。例えば、集光光学系は、ビーム成形系
１１４の出射面と後述するハエの目レンズとして構成さ
れたオプティカルインテグレータ１４２の入射面とが光
学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる
関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合があ
る）になるように配置されたコンデンサーレンズを含
み、それを通過した光束の主光線をオプティカルインテ
グレータ１４２の中心及び周辺のどのレンズ素子に対し
ても平行に維持する。

【００４０】オプティカルインテグレータ１４２は、マ
スク２００に照明される照明光を均一化し、例えば、入
射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目
レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射
面と出射面とは光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像
面）の関係であり、出射面又はその近傍に複数の点光源
（有効光源）を形成する。

【００４１】ハエの目レンズは互いの焦点位置がそれと
異なるもう一方の面にある図示しないレンズ（レンズ素
子）を複数個並べたものである。また、ハエの目レンズ
を構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子の
レンズ面が球面である場合、照明装置の照明領域と略相
似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの
目レンズと照明領域が瞳と像の関係であるからである。

【００４２】本発明で適用可能なオプティカルインテグ
レータ１３０はハエの目レンズに限定されず、例えば、
各組を構成するシリンドリカルレンズの母線が直交する
ように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレ
イであってもよい。また、ハエの目レンズは光学ロッド
に置換される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均
一であった照度分布を出射面で均一にし、ロッド軸と垂
直な断面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩
形断面を有する。なお、光学ロッドはロッド軸と垂直な
断面形状にパワーがあると出射面での照度が均一になら
ないので、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで
形成される多角形である。その他、ハエの目レンズは、
拡散作用をもった回折素子に置換されてもよい。

【００４３】開口絞り１４４は、は不要光を遮光して所
望の有効光源を形成する。開口絞りは、例えば、円形の
開口を有する。選択的に、開口絞りは、例えば、輪帯形
状の開口絞りとして構成されてもよいし、４重極形状の
開口絞りとして構成されてもよい。かかる開口絞りはマ
スク２００のパターンを露光する際、限界解像近傍での
焦点深度を増加させる変形照明（又は斜入射照明）とし
て効果的である。なお、開口絞り１４４は制御部１７０
に接続され、照明条件に応じ上述した開口径並びに形状
を変更可能に構成されることが好ましい。

【００４４】集光レンズ１４６は、例えば、コンデンサ
ーレンズであって、オプティカルインテグレータ１４２
の出射面近傍で形成された有効光源をできるだけ多く集
めてマスキングブレード１５０上で重畳的に重ね合わせ
マスキングブレード１５０をケーラー照明する。

【００４５】ビームスプリッタ１５０はオプティカルイ
ンテグレータ１４２からの光束の一部を反射すること
で、当該反射光束を光量検出手段１６０の図示しないセ
ンサに導入する。ビームスプリッタ１５０は、光軸に垂
直な面から光源側に所定の角度傾けられ配置されてい
る。ビームスプリッタ１５０は、入射面の入射光束の最
も外型の光線の反射率差を出来るだけ小さくするため
に、光軸に垂直な面に対する入射面がなす角度を極力小
さくすることが好ましい。本実施形態において、ビーム
スプリッタ１５０は、誘電体膜が形成された若しくは誘
電体膜が形成されていないガラス板よりなる。

【００４６】光量検出手段１６０はビームスプリッタ１
４８で反射された光束の光量を検出し、かかる検出結果
を制御部１７０に出力する。光量検出手段１６０は、次
維持的に光センサなどの光量を検出する検出器より実現
することができる。光量検出手段１６０はビームスプリ
ッタ１４８によって反射された光束の集光点に位置する
ように配置されている。光量検出手段１６０は制御部１
７０と電気的に接続されており、入射した光束の光量は
デジタル信号に変換され、かかるデジタル信号は制御部
１７０に出力される。なお、光センサは当該周知のいか
なる構成をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省
略する。なお、光量検出手段１６０は、上述した光セン
サに加え、光センサと制御部１７０の間に、増幅器を備
えてもよい。かかる構成において、センサから出力され
た信号は増幅され制御部１７０に出力されるため、微小
な光量の変化でさえ効果的に信号を出力することができ
る。

【００４７】上述したように、ビームスプリッタ１４８
に入射する光束は偏光解消ユニット１２０によって無偏
光化されており、ビームスプリッタ１４８を透過する光
（プレートＷを露光する光）とビームスプリッタ１４８
で反射する光（光量検出手段に入射する光）の光量比を
一定に維持でき、精度よく露光量の制御を行うことがで
きる。

【００４８】なお、ビームスプリッタ１５０の傾斜角は
予め固定されて設けられてもよいし、かかる傾斜角を可
変としてもよい。傾斜角が可変である場合、ビームスプ
リッタ１５０は手動で上述した角度を調節するものとし
てもよいし、図示しない駆動装置に接続され照明条件及
び照明装置１００の構成に応じて角度を調節可能とする
構成であってもよい。かかる構成において、駆動装置
は、例えば、照明装置１００の制御部１７０に制御され
てビームスプリッタ１５０の角度を調節することができ
る。

【００４９】マスキングブレード１５０は被照射面であ
るマスク２００（更には、プレートＷ）面上の露光範囲
を制限している。マスキングブレード１５０は、例え
ば、４枚の可動な遮光板から成り略矩形の開口を形成す
ることで、矩形の照明領域を形成する。ステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置は、一般的に、照明領
域の短手方向が走査方向と一致するように構成されてい
る。

【００５０】結像レンズ系は、例えば、一対のコンデン
サーレンズ１５２ａ及び１５２ｂより構成され、マスキ
ングブレード１５０の開口形状を被照射面であるマスク
２００上に所定の結像倍率で結像している。

【００５１】折り曲げミラー１５４はコンデンサーレン
ズ１５２ａとコンデンサーレンズ１５２ｂの間に設けら
れ、光束の向きを偏向する。上述したように、折り曲げ
ミラー１５４に入射する光束は偏光解消ユニット１２０
によって無偏光化されており、露光領域の照度ムラを起
こすことなく折り曲げミラー１５４で光を反射すること
ができる。

【００５２】制御部１７０は、典型的に、ＣＰＵとメモ
リを有し、照明装置１００の各部を制御する。制御部１
７０は、本発明との関係では、光量検出手段１６０の検
出結果を基にレーザー１１２の出力を制御し、適切な照
明量（露光量）となるように変更する。なお、制御部１
７０は、冷却手段１２６、駆動手段１３６、開口絞り１
４４、ビームスプリッタ１４８を駆動する図示しない駆
動装置、マスキングブレード１５０の少なくとも一つを
更に制御してもよい。また、制御部１７０は図示しない
制御装置に接続され、かかる制御装置と交信することが
できる。たとえば、制御部１７０は、後述する露光装置
１０の図示しない制御装置に接続され、かかる制御装置
と交信することができる。

【００５３】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。ま
た、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、検出され
た光量に対応するレーザーの出力を決定するファームウ
ェア及び照明装置１００を動作するファームウェアを格
納する。なお、かかる機能を達成可能であるならば、制
御部１７０の構成はこの記述に限定されるものではな
い。当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適用可能
である。

【００５４】なお、本実施形態では、偏光解消効果のみ
を機能とする変更解消ユニット１２０を用いて説明した
が、例えば、ビーム整形光学系１１４内の光学部材（例
えば、場所により厚みが違うようなレンズ部材）にＭｇ
Ｆ_２の結晶を使用し、偏光解消を行っても構わない。結
晶軸を入射光の主偏光方向と一致させず（出来るだけ４
５度に近い状態）、かつ、その部材の厚みが場所により
異なっていれば、十分に偏光解消を行うことができる。
但し、上述した効果を得るためにも、偏光解消のための
部材は、ビームスプリッタ１４８よりも光源側に位置し
ていることが望ましい。

【００５５】マスク２００は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成さ
れ、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。
マスク２００から発せられた回折光は投影光学系３００
を通りプレートＷ上に投影される。プレートＷは、被処
理体でありレジストが塗布されている。マスク２００と
プレートＷとは光学的に共役の関係に配置される。本実
施形態の露光装置１０はステップ・アンド・スキャン方
式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク
２００とプレートＷを走査することによりマスク２００
のパターンをプレートＷ上に転写する。

【００５６】マスクステージは、マスク２００を支持し
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、光軸と直交する方向に
マスクステージを駆動することでマスク２００を移動す
ることができる。露光装置１０は、マスク２００とプレ
ートＷを図示しない制御装置によって同期した状態で走
査する。

【００５７】投影光学系３００は、マスク２００に形成
されたパターンを経た光束をプレートＷ上に結像する。
投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光
学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを
有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数の
レンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折
光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使
用することができる。色収差の補正が必要な場合には、
互いに分散値（アッベ数）の異なるガラス材からなる複
数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素
子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

【００５８】プレートＷ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。プレート
Ｗにはフォトレジストが塗布されている。フォトレジス
ト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フ
ォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前
処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理
は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表
面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理で
あり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａ
ｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プ
リベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそ
れよりもソフトであり、溶剤を除去する。

【００５９】プレートＷはウェハステージ４００に支持
される。ウェハステージ４００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、ウェハステ
ージ４００はリニアモータを利用して光軸と直交する方
向にプレートＷを移動する。マスク２００とプレートＷ
は、例えば、同期して走査され、図示しないマスクステ
ージとウェハステージ４００の位置は、例えば、レーザ
ー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で
駆動される。ウェハステージ４００は、例えば、ダンパ
を介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けら
れ、図示しないマスクステージ及び投影光学系３００
は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレー
ム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤
上に設けられる。

【００６０】更に、ウェハステージ４００はプレートＷ
を焦点深度の範囲内で光軸方向に移動させ、プレートＷ
の結像位置を調節する。露光装置１０は、光軸方向にお
いて異なる位置に配置されたプレートＷに対して露光を
複数回行うことにより、焦点深度内における結像性能の
ばらつきをなくすことができる。かかる機能は、光軸方
向に伸びる図示しないラックと、ウェハステージに接続
されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピ
ニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる
技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説
明は省略する。

【００６１】図示しない制御装置は、典型的に、ＣＰＵ
とメモリを有し、露光装置１０を制御する。制御装置
は、照明装置１００、図示しないマスクステージ、ウェ
ハステージ４００と電気的に接続されている。本実施例
において、制御装置は照明装置１００、マスクステー
ジ、ウェハステージを露光に対応して、それぞれ適切と
なるように変更及び移動する。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。また、メモリはＲＯＭ及びＲＡＭより構
成され、露光装置１０を動作するファームウェアを格納
する。なお、上述した機能を達成可能であるならば、露
光装置の制御装置の構成はかかる記述に限定されるもの
ではない。当然、当業者が想達可能ないかなる技術も適
用可能である。

【００６２】露光において、レーザー１１２から発せら
れた直線偏光又は別の偏光光を有するレーザー光は偏光
解消ユニット１２０に入射し、ランダムな偏光状態（無
偏光化）にされる。偏光解消ユニット１２０により無偏
光化された光束は、場合によって減光ユニット１３０に
より所望の照度まで減光され、ビーム整形系１１４に入
射する。その後、ビーム整形系１１４によりビーム形状
が成形された光束は、オプティカルインテグレータ１４
２に入射する。オプティカルインテグレータ１４２は、
入射光の波面を分割して光出射面又はその近傍に複数の
光源を形成する。

【００６３】オプティカルインテグレータ１４２を出射
した光束は、開口絞り１４４を透過し、集光レンズ１４
８を介して、ビームスプリッタ１４８で反射及び透過さ
れる。このうち透過光束は、マスキングブレード１５０
を均一に照明する。マスキングブレード１５０を通過し
た光束は結像光学系を通った後マスク３００の照射面を
照明する。マスク３００を通過した光束は投影光学系４
００の結像作用によって、プレートＷ上に所定倍率で縮
小投影される。ステップ・アンド・スキャン方式の露光
装置１であれば、光源部と投影光学系４００は固定し
て、マスク３００とプレートＷの同期走査してショット
全体を露光することができる。更に、プレートＷのウェ
ハステージをステップして、次のショットに移り、プレ
ートＷ上に多数のショットを露光転写する。なお、露光
装置１がステップ・アンド・リピート方式であれば、マ
スク３００とプレートＷを静止させた状態で露光を行う
ことができる。

【００６４】また、ビームスプリッタ１４８で反射され
た光束は光量検出手段１６０に入射し、光量検出手段１
６０に入射した光束は当該光束の光量に対応する電気信
号に変換され、制御部１７０に送信される。制御部１７
０はマスク２００を照明する照度をもとに、かかる光量
の変動が所定範囲内になるようにレーザー１２０の光量
（又は減光ユニット１３６）をフィードバック制御する
ことができる。

【００６５】以上説明したように、本発明の露光装置１
０によれば、光源としてＦ_２レーザーのような１８０ｎ
ｍ以下の波長を持つ光源を使用した際、レーザー光の偏
光状態や、構成される光学部材の複屈折状態が変動して
も、従来より正確に露光量制御が行え、また、照度ムラ
の発生を抑えることが出来る。これにより、本発明の露
光装置１０によれば、露光波長の短波長化を実現するこ
とができるので、微細なパターンをスループットなどの
露光性能よく露光することができる。よって、レジスト
へのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス
（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。

【００６６】次に、図５及び図６を参照して、上述の露
光装置１０を利用したデバイスの製造方法の実施例を説
明する。図５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（マスク製作）では、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。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、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラ
フィ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。

【００６７】図６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１０によってマスク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。

【００６８】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明の照明装置及び露光装置によれ
ば、光源としてＦ_２レーザーのような１８０ｎｍ以下の
波長を持つ光源を使用した際、レーザー光の偏光状態
や、構成される光学部材の複屈折状態が変動しても、従
来より正確に露光量制御が行え、また、照度ムラの発生
を抑えることが出来る。これにより、露光波長の短波長
化を実現することができるので、微細なパターンをスル
ープットなどの露光性能よく露光することができる。よ
って、レジストへのパターン転写を高精度に行って高品
位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（Ｃ
ＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の例示的な露光装置及びその一部であ
る照明装置の概略構成図である。

【図２】 （ａ）は図１に示す偏光解消ユニットの概略
断面図及び光路図であり、（ｂ）は（ａ）に示す透明く
さびが無い状態の変更解消ユニット１２０を示す概略断
面図及び光路図である。

【図３】 図１に示す偏向解消板の構成を示すための概
略斜視図である。

【図４】 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示す偏光解消板
の機能を示す概略図である。

【図５】 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６】 図５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。

【図７】 従来の露光装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ 露光装置 １１０ 光源部 １２０ 偏光解消ユニット １３０ 減光ユニット １４０ 照明光学系 １６０ 光量検出手段 １７０ 制御部 ２００ マスク ３００ 投影光学系 ４００ ウェハステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０２ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｄ Ｆターム(参考） 2H049 BA12 BA42 BB03 BC21 2H052 BA01 BA02 BA09 BA12 2H097 CA13 GB00 LA10 5F046 CA03 CA07 CB15 CB25 5F072 AA06 KK05 KK15 KK30 MM01 TT03 TT04 TT12 YY09

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振レーザーを光源として波長１８０ｎ
   ｍ以下の光束を用いて所定の照明領域を照明する照明装
   置であって、 フッ化マグネシウム結晶より成形され、光軸と垂直な面
   内に関し前記光束の偏光状態を異ならせる光学部材を有
   する照明装置。
2. 【請求項２】 光源から射出された所定の偏光状態の波
   長１８０ｎｍ以下の光束を用い照明領域を照明する照明
   装置であって、 フッ化マグネシウム結晶より成形され、光軸と垂直な面
   内に関し前記光束の偏光状態を異ならせる光学部材を有
   する照明装置。
3. 【請求項３】 前記光源は発振レーザーである請求項２
   記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記光学部材は、前記光束の有する偏光
   方向と前記フッ化マグネシウム結晶の結晶軸の方向とが
   異なる請求項１又は２記載の照明装置。
5. 【請求項５】 前記光学部材は、光軸を含む断面の厚み
   が異なる請求項４記載の照明装置。
6. 【請求項６】 前記光学部材を冷却する冷却手段を有す
   る請求項１又は２記載の照明装置。
7. 【請求項７】 照明領域を均一に照明するためのオプテ
   ィカルインテグレータを更に有し、 前記光学部材は前記オプティカルインテグレータより光
   源側に位置する請求項１又は２記載の照明装置。
8. 【請求項８】 前記光学部材と前記照明領域の間に前記
   光束を分割する光束分割部と、 前記光束分割部により分割された光束のうちいずれか一
   方の光量を検出する検出器とを有する請求項１又は２記
   載の照明装置。
9. 【請求項９】 前記検出器の検出結果に基づき前記光源
   の光量を制御する制御部とを更に有する請求項８項記載
   の照明装置。
10. 【請求項１０】 前記検出器の検出結果に基づき前記光
    束の光量を調節するする光量調節手段を更に有する請求
    項８項記載の照明装置。
11. 【請求項１１】 前記光学部材と前記照明領域の間に前
    記光束を偏向するミラーを有する請求項１又は２記載の
    照明装置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のうちいずれか一項
    記載の照明装置と、レチクル又はマスクに形成されたパ
    ターンを被処理体に投影する光学系とを有する露光装
    置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の露光装置を用いて被
    処理体を投影露光する工程と、 前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
    程とを有するデバイス製造方法。