JP2006173305A - 露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望のパターンが形成された物体面を照明する光の偏光状態を切り替えた場合にも、結像性能を劣化させず精度よく微細パターンを転写することができる露光装置及び方法を提供する。
【解決手段】 レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系を有し、前記パターンを前記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光の偏光を第１の偏光状態から前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に変更する変更手段と、前記変更手段が前記光の偏光を前記第１の偏光状態から前記第２の偏光状態に変更した際に、前記投影光学系の収差を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、露光装置及び方法に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置及び方法に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子又は液晶表示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。

投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ））からＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる露光光源の波長は短くなってきた。また、投影光学系の高ＮＡ化も進められ、ＮＡ＝０．９を超える投影光学系の開発がされようとしている。更には、投影光学系の最終レンズ面とウェハとの間（即ち、投影光学系のウェハ側）を屈折率が１．０より大きな媒質（例えば、水）で満たすことで、投影光学系のＮＡを見掛け上大きくして（ＮＡ＝１．０以上）解像度の向上を図る液浸露光も提案されている。

投影光学系の高ＮＡ化が進むと、特に、ＮＡ＝０．９を超えるようになると、投影光学系に入射する光の偏光状態が解像力に大きな影響を及ぼすようになる。完全コヒーレントな２光束は、電界の振動方向が互いに平行であれば完全に干渉するが、完全コヒーレントであっても電界の振動方向が互いに垂直であると全く干渉しない。

２光束が空気中からウェハＷＦ上に塗布された感光材（レジスト）ＰＲに入射して結像する様子を図１０に示す。なお、図１０において、投影光学系の光軸方向をｚ軸、図１０内でｚ軸に垂直な方向をｘ軸、図１０に垂直な方向をｙ軸とし、ｙｚ平面内に電界の振動面を有する偏光をｙ偏光、ｘｙ平面内に電界の振動面を有する偏光をｘ偏光とする。２光束の偏光状態がｙ偏光の場合、互いの振動面は常に平行であるため、完全に干渉する。従って、結像面ではコントラスト１００％の繰り返し像を形成する。一方、２光束の偏光状態がｘ偏光の場合、互いの振動面が平行でないため、完全には干渉しない。従って、結像面に形成される繰り返し像のコントラストは、１００％にならない。ここで、コントラストＣとは、光強度が最大となる値をＩｍａｘ、光強度が最小となる値をＩｍｉｎとしたとき、以下の数式１で表される。

２光束の成す角度が図１０に示す例より大きい場合を図１１に示す。かかる場合も図１０に示す例と同様に、２光束の偏光状態がｙ偏光の場合、互いの振動面が常に平行なために完全に干渉し、１００％のコントラストの繰り返し像を結像面に形成する。一方、２光束の偏光状態がｘ偏光の場合、図１０に示す例よりも２光束の成す角度が大きいために干渉性が悪くなり、コントラストが更に悪くなる。

図１０及び図１１は、２光束が空気中からウェハ上に塗布されたレジストに入射する場合を示しており、空気の屈折率を１とすると、レジストの屈折率は１．４乃至１．８程度であるため、光束が空気からレジストに入射すると２光束の成す角度が小さくなる。しかし、図１２に示すように、レジストＰＲ上に屈折率が空気より大きい媒質ＩＭを満たした液浸露光の場合、媒質ＩＭからレジストＰＲとの屈折率差が空気とレジストとの屈折率差と比べて小さいため、媒質ＩＭからレジストＰＲに入射するときの屈折角が小さくなり、２光束の成す角度が大きくなる。従って、液浸露光の場合、投影光学系に入射する光の偏光状態の解像力への影響が大きくなる。ここで、図１２は、２光束が媒質ＩＭからウェハＷＦ上に塗布されたレジストＰＲに入射して結像する様子を示す図である。

このように、投影光学系のＮＡが大きくなると、投影光学系に入射する光の偏光状態を制御することが必須となってくる。また、レチクルのパターンによって最適な偏光状態は異なるため、レチクルのパターンによって偏光状態を制御する（切り替える）必要がある。但し、投影光学系を構成している光学素子や薄膜（光学素子に施された反射防止膜や反射膜など）は、入射光の偏光に依存した光学特性を有している。例えば、複屈折のある硝材は、入射光の偏光方向によって屈折率が異なるために、入射光の偏光方向によって生じる収差が変化する。換言すれば、投影光学系には、入射光の偏光状態によって異なる収差が発生する。

ｘ偏光の光が入射した場合に発生する収差をＷＡ_ｘ、ｙ偏光の光が入射した場合に発生する収差をＷＡ_ｙ、無（ランダム）偏光の光が入射した場合に発生する収差をＷＡ_{ＲＡＮＤＯＭ}、ｘ偏光のみに依存する収差をＢＷＡ_ｘ、ｙ偏光のみに依存する収差をＢＷＡ_ｙとすると、以下の数式２又は数式３の関係が成り立つ。

また、偏光のみに依存する収差は、互いに直交する２つ偏光に対しては絶対値が同じで符号が逆になる。従って、ＢＷＡ_ｘとＢＷＡ_ｙには数式４のような関係が成り立つ。

ＷＡ_ｘ、ＷＡ_ｙともに収差を小さくしようとした場合、数式５及び数式６が成り立てばよい。

数式６が成り立つためには、投影光学系が持つ複屈折が０である必要がある。そこで、例えば、結晶構造起因による複屈折を持つ結晶硝材を複数枚含む光学系において、結晶硝材の結晶軸方位と投影光学系への組み込み角の調整で複屈折を相殺したり、反射防止膜の複屈折効果と相殺されるよう投影光学系で調整され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。）。
特開２００３−０５０３４９号公報 特開２００４−１７２３２８号公報

しかしながら、従来のように投影レンズの組み立てや調整時に偏光依存の収差を補正するために、投影レンズ全系での複屈折量を相殺したつもりでも、製造時の誤差等により完全に０に補正することは困難である。製造時の誤差として、例えば、結晶硝材の結晶軸方位や回転組み込み角、或いは、反射防止膜の膜厚ムラ、装置上搭載時の応力歪等が考えられる。かかる収差は従来のように無偏光照明の場合は、偏光依存の収差分の影響はコントラストを劣化させるだけであり、結像性能への影響は小さく無視することができた。ところが、偏光照明の場合は、コントラストを劣化させるだけではなく、像ズレやフォーカスズレ等が発生し、且つ、偏光状態を切り替えるごとにその量が変化してしまう。

そこで、本発明は、所望のパターンが形成された物体面を照明する光の偏光状態を切り替えた場合にも、結像性能を劣化させず精度よく微細パターンを転写することができる露光装置及び方法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、レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系を有し、前記パターンを前記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光の偏光を第１の偏光状態から前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に変更する変更手段と、前記変更手段が前記光の偏光を前記第１の偏光状態から前記第２の偏光状態に変更した際に、前記投影光学系の収差を調整する調整手段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投影する投影光学系を有し、前記パターンを前記被処理体に露光する露光装置であって、前記レチクルのパターンの変更を検出する検出手段と、前記検出手段が前記レチクルのパターンを検出した際に、前記投影光学系の収差を調整する調整手段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方法は、レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、前記レチクルのパターンを照明する光の偏光状態が変更されたことを検知するステップと、前記光の偏光状態の変更による前記投影光学系の収差の変動を取得するステップと、前記取得ステップで取得した取得結果を基に、前記投影光学系の収差を調整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方法は、レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であて、前記レチクルのパターンが変更されたことを検知するステップと、前記レチクルのパターンの変更による前記投影光学系の収差の変動を取得するステップと、前記取得ステップで取得した取得結果を基に、前記投影光学系の収差を調整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方法は、レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、第１のパターンに対して前記投影光学系の収差が最適となるように調整するステップと、前記第１のパターンとは異なる第２のパターンに対して前記投影光学系の収差が最適となるように調整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収差テーブルは、レチクルのパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置の前記投影光学系の調整に使用され、前記レチクルを照明する光の偏光状態と前記光が前記投影光学系に入射した場合に発生する収差との相関関係を、前記投影光学系を構成するレンズ群毎に表示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、所望のパターンが形成された物体面を照明する光の偏光状態を切り替えた場合にも、結像性能を劣化させず精度よく微細パターンを転写することができる露光装置及び方法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及び方法について説明する。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、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンを被処理体５０に露光する露光装置であり、特に、ステップ・アンド・スキャン方式で露光する場合に効果を発揮する。かかる露光装置は、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」は、ウェハのショット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を支持するレチクルステージ３０と、投影光学系４０と、被処理体５０を支持するウェハステージ６０と、制御部７０と、メモリ８０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エキシマレーザーなどを使用することができるが、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。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。

照明光学系１４は、レチクル２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。照明光学系１４は、本実施形態では、レチクル２０のパターンに最適な偏光状態の光でレチクル２０を照明し、図１に示すように、レンズ１４１と、内面反射鏡１４２と、コリメータレンズ１４３ａ及び１４３ｂと、ハエの目レンズ１４４と、絞り１４５と、結像光学系１４６ａ及び１４６ｂと、偏光子切り替え部１４７と、アパーチャ切り替え部１４８とを有する。

レンズ１４１は、内面反射鏡１４２に光源部１２からの光を所望の角度で入射させ、内面反射鏡１４２と共に光強度の均一化を行う。内面反射鏡１４２は、入射した光を側面で複数回反射させることによって、入射面で不均一であった光強度分布を射出面で均一化させる機能を有する。

コリメータレンズ１４３ａ及び１４３ｂは、内面反射鏡１４２の射出面をハエの目レンズ１４４の入射面上に拡大又は縮小投影する。ハエの目レンズ１４４は、射出面に多数の集光点を形成する。コリメータレンズ１４３ｃは、ハエの目レンズ１４４によって形成された多数の集光点を２次光源として、均一な照度分布で絞り１４５を照明する。

絞り１４５は、被照射面（本実施形態では、レチクル２０）の照明領域を制限し、コリメータレンズ１４３ｃによってハエの目レンズ１４４の集光点を２次光源として均一な照度分布で照明されている。結像光学系１４６ａ及び１４６ｂは、絞り１４５の位置を物体面とし、レチクル２０の位置を像面とする結像光学系である。結像光学系１４６ａ及び１４６ｂは、絞り１４５の位置で実現された均一な照度分布をレチクル２０上に投影して、レチクル２０を均一な照度で照明する。

偏光子切り替え部１４７は、レチクル２０を照明する光の偏光状態を規定する機能を有し、図２（ａ）乃至図２（ｄ）に示すような偏光子１４７ａ乃至１４７ｃ及び通過孔１４７ｄをターレット上に配置して構成され、後述する制御部７０を介して、任意に切り替えることができる。なお、図２に示されている座標系は、光源部１２からレチクル２０に向かう光軸方向をｚ軸とした右手系である。偏光子１４７ａは、レチクル２０を照明する光の偏光状態をｙ方向に制御する。偏光子１４７ｂは、レチクル２０を照明する光の偏光状態をｘ方向に制御する。偏光子１４７ｃは、図３に示すように、有効光源内の偏光方向が同心円方向に振動するようにレチクル２０を照明する光の偏光状態を制御する。なお、通過孔１４７ｄは、偏光子が設定されておらず、レチクル２０を照明する光の偏光状態を制御しない（ランダム偏光）。ここで、図２は、偏光子切り替え部１４７がターレット上に有する偏光子１４７ａ乃至１４７ｃ及び透過孔１４７ｄの一例を示す概略平面図である。図３は、偏光子１４７ｃに制御された光の有効光源内の偏光状態を示す概略平面図である。

偏光子切り替え部１４７は、本実施形態では、レチクル２０のパターンに応じて、光源部１２からの光の偏光状態を最適な偏光に（即ち、被処理体５０上の結像点において、レチクル２０からの各回折光の電界の振動面が互いに平行になるように）変更する。例えば、図４（ａ）に示すようなｘ断面に周期構造を有するパターンに対しては、回折光がｘ断面に広がるため、偏光状態をｙ方向に制御する偏光子１４７ａ（図２（ａ））を用いたｙ偏光照明が最適となる。また、図４（ｂ）に示すようなｙ断面に周期構造を有するパターンに対しては、回折光がｙ断面に広がるため、偏光状態をｘ方向に制御する偏光子１４７ｂ（図２（ｂ））を用いたｘ偏光照明が最適となる。更には、図４（ｃ）に示すような任意の方向を向いたパターンを含むパターンに対しては、偏光状態を同心円方向に制御する偏光子１４７ｃ（図２（ｃ））を用いたタンジェンシャル偏光照明が最適となる。ここで、図４は、レチクル２０のパターンの一例を示す概略平面図である。なお、図４の座標系は図２と同様である。

アパーチャ切り替え部１４８は、有効光源分布を規定する機能を有し、図５（ａ）乃至図５（ｂ）に示すようなアパーチャ１４８ａ乃至１４８ｆをターレット上に配置して構成され、後述する制御部７０を介して、任意に切り替えることができる。図５は、アパーチャ切り替え部１４８がターレット上に有するアパーチャ１４８ａ乃至１４８ｆの一例を示す概略平面図である。なお、図５の座標系は図２と同様である。アパーチャ１４８ａ乃至１４８ｆは、それぞれ、大σ照明、小σ照明、ｙ方向の２重極照明、ｘ方向の２重極照明、４重極照明、輪帯照明をする際に用いられる。

偏光子切り替え部１４７の偏光子１４７ａ乃至１４７ｃとアパーチャ切り替え部１４８のアパーチャ１４８ａ乃至１４８ｆとを適宜組み合わせることで、レチクル２０を所望の偏光状態及び有効光源分布で照明することができる。なお、アパーチャ切り替え部１４７の代わりに、コリメータレンズ１４３ｂをズームさせることで有効光源分布を替えたり、内面反射鏡１４２とコリメータレンズ１４３ａとの間に、切り替え、且つ、ズーム可能なインプットレンズを配置することで有効光源分布を切り替えてもよい。更には、位相型の計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いても構わない。

レチクル２０は、レチクル搬送システム２００により露光装置１の外部から搬送され、レチクルステージ３０に支持及び駆動される。レチクル２０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が形成されている。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系４０を通り、被処理体５０上に投影される。レチクル２０と被処理体５０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５０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５０上に転写する。また、レチクル搬送システム２００は、複数のレチクル２０を収納するレチクルカセット２１０と、レチクル２０を搬送するレチクル搬送系２２０とを有する。レチクル搬送システム２００は、レチクルカセット２１０に収納された所望のレチクル２０をレチクル搬送系２２０でレチクルステージ３０に搬送する。なお、レチクル搬送システム２００が搬送したレチクル２０のパターンに応じて、かかるレチクル２０を照明する光の偏光状態及び有効光源分布を、照明光学系１４によって最適にすることが好ましい。

レチクルステージ３０は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ３０を駆動することでレチクル２０を移動させることができる。

投影光学系４０は、物体面（即ち、レチクル２０）からの光束を像面の露光領域（即ち、被処理体５０）に結像する光学系である。投影光学系４０は、複数の光学素子から構成され、例えば、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構成することができる。投影光学系４０は、瞳近傍に開口数（ＮＡ）を制御する絞り４２を有し、本実施形態では、０．９０以上のＮＡとなるように設定されている。また、投影光学系４０を構成する光学素子の少なくとも一つには、投影光学系４０の収差を調整するための収差調整機構４６が取り付けられている。

収差調整機構４６は、例えば、投影光学系４０のレンズ又はレンズ群を光軸方向に駆動する機構、投影光学系４０のレンズを光軸に対して任意の角度に傾ける機構や光軸方向に偏芯させる機構、或いは、投影光学系４０のレンズを変形させる機構である。収差調整機構４６は、後述する制御部７０に制御され、レチクル２０を照明する光の偏光状態を変更したことで変動する投影光学系４０の収差を補正する。

被処理体５０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５０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ６０は、図示しないウェハチャックを介して被処理体５０を支持し、リニアモーターなどで構成される移動機構６２に接続されている。移動機構６２は、レチクルステージ３０と同様に、リニアモーターなどで構成され、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向及び各軸の回転方向に被処理体５０を移動させることができる。移動機構６２は、後述する制御部７０に制御され、例えば、レチクル２０を照明する光の偏光状態を変更したことで変動するピント位置（像面位置）に被処理体５０を移動する。

制御部７０は、照明装置１０（偏光子切り替え部１４７及びアパーチャ切り替え部１４８）、レチクルステージ３０（の図示しない移動機構）、レチクル搬送システム２００、収差調整手段４６、ウェハステージ６０の移動機構６２と電気的に接続されており、露光装置１の動作を制御する。制御部７０は、レチクル２０を照明する光の偏光状態を切り替えたときやレチクル２０を交換したときに生じる投影光学系４０の収差変動に基づいて、投影光学系４０の収差が最適な状態となるように、収差調整機構４６及びウェハステージ６０の移動機構６２を制御する。換言すれば、制御部７０は、後で詳細に説明するように、収差調整機構４６及びウェハステージ６０の移動機構６２を介して、投影光学系４０の収差、投影光学系４０の像面位置、レチクル２０と被処理体４０との位置ズレを補正し、最適な状態となるように調整する。なお、投影光学系４０の収差変動は、偏光状態が切り替わるごとに投影光学系４０の収差を測定したり、メモリ８０に格納された後述する収差テーブルを参照したりすることで検出することができる。また、レチクル２０の交換は、レチクル２０を交換したことをレチクル搬送システム２００から制御部７０に送信することで検知することができる。その際、交換したレチクル２０のパターンの形状（特に、パターンの周期方向）も制御部７０は取得し、最適な偏光状態及び有効光源分布の光でレチクル２０を照明するように、偏光子切り替え部１４７及びアパーチャ切り替え部１４８を制御する。

メモリ８０は、レチクル２０を照明する光の偏光状態と投影光学系４０との相関関係を、例えば、投影光学系４０を構成するレンズ群毎に示す収差テーブルを格納する。収差テーブルは、例えば、ｘ偏光からｙ偏光に切り替えられた場合の球面収差変化量、コマ収差変化量、非点収差変化量、歪曲収差変化、フォーカス位置変化量、パターン位置ズレ変化量であったり、或いは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式のＺｅｒｎｉｋｅ係数であっても構わない。

以下、露光装置１を利用した露光方法について説明する。本発明の露光方法は、レチクルごとに異なる偏光状態で照明された場合でも、投影光学系４０の収差を常に最適な状態に補正して露光することを特徴としている。まず、レチクル２０（のパターン）が変更されたことを検知すると、偏光子切り替え部１４７によって、かかるレチクル２０のパターンに最適な偏光状態に切り替える。

偏光状態を切り替えると投影光学系４０の収差が変動するため、収差調整機構４６を介して、投影光学系４０の収差量が最適になるように補正する。補正する投影光学系４０の収差量（収差変動量）は、予めレチクル２０を照明する光の各偏光状態での収差変動量を測定しておく。或いは、露光装置１にシェアリング干渉計や点回折干渉計などの投影光学系４０の収差を測定する測定機構を設け、偏光状態が切り替わるごとに収差を測定し、かかる測定結果を基に変動した収差量を算出して補正しても構わない。

また、レチクル２０を照明する光の偏光状態を切り替えると、投影光学系４０の像面位置も変動するため、ウェハステージ６０を介して、被処理体５０を光軸方向に移動し、最適な像面位置に合わせる。この場合も、予めレチクル２０を照明する光の各偏光状態での像面位置を測定し、ウェハステージ６０の光軸方向への移動量を算出しておいてもよいし、露光装置１に設けた図示しないＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）オートフォーカス機構を用いて偏光状態が切り替わるごとに像面位置を測定し、かかる測定結果を基にウェハステージ６０の光軸方向の移動量を決定しても構わない。

更に、レチクル２０を照明する光の偏光状態を切り替えると、レチクル２０と被処理体５０との位置ズレも生じるため、ウェハステージ６０をｘｙ平面内に移動し、位置ズレを補正する。この場合も、予めレチクル２０を照明する光の各偏光状態でのレチクル２０と被処理体５０との位置ズレ量を測定し、ウェハステージ６０のｘｙ平面内の移動量を算出しておいてもよいし、露光装置１に設けた図示しないアライメント計測機構を用いて偏光状態が切り替わるごとに位置ズレ量を測定し、かかる測定結果を基にウェハステージ６０のｘｙ平面内の移動量を決定しても構わない。

ここで、投影光学系４０の収差の補正について、被処理体５０直上に等軸系結晶であるフッ化カルシウムで厚さ５［ｍｍ］の平行平板が配置され、ＮＡ＝０．９０の投影光学系４０を例に具体的に説明する。フッ化カルシウムは、光の入射角度に依存する真性複屈折を有し、例えば、ＡｒＦエキシマレーザーの波長では最大３．４［ｎｍ／ｃｍ］の複屈折を有する。投影光学系４０は両側（レチクル２０側及び被処理体５０側）がテレセントリックに構成されているため、ＮＡ及び像高が決まれば、被処理体５０直上の平行平板に入射する光の入射角度分布が一意に決まる。なお、平行平板は、フッ化カルシウムの結晶軸方位に関する［１ １ １］軸が光軸方向に配向し、且つ、結晶軸方位に関する［１ ０ ０］軸のｘｙ平面への射影方向がｙ軸と一致するように設定されている。かかる平行平板の進相軸分布を図６に示す。但し、実際の露光装置においては、硝材の製造時の残留応力による複屈折及びメカニカルな応力による複屈折、或いは、反射防止膜や反射膜によっても複屈折と同じ影響を受けるが、説明を簡単にするためにそれらの影響はないものとする。

図６に示すような進相軸分布を有する投影光学系４０を想定し、レチクル２０を照明する光の偏光状態をｙ偏光からｘ偏光に切り替えると、投影光学系４０は、図７に示すような収差変動を示す。図７は、投影光学系４０の瞳面内での収差変動量をＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングしたグラフであり、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数を横軸に、偏光状態を切り替えたときの収差変動量を縦軸に採用する。なお、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、座標系として極座標（Ｒ、θ）を用い、直行関数系としてＺｅｒｎｉｋｅ円筒関数を用いた表現であり、収差変動量Ｗ（Ｒ、θ）は、以下の数式７で表される。

ここで、Ｃｉは、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の各項の係数である。また、Ｚｉは、Ｚｅｒｎｉｋｅ円筒関数であり、以下の表１に示す。

本実施形態では、図４（ａ）に示すようなｘ方向のみに周期を有するパターンに対して、図２（ａ）に示す偏光子１４７ａと図５（ｃ）に示すアパーチャ１４８ｃを組み合わせた状態で偏光照明していたものを、図４（ｂ）に示すようなｙ方向のみに周期を有するパターンに交換し、図２（ｂ）に示す偏光子１４７ｂと図５（ｄ）に示すアパーチャ１４８ｃとを組み合わせた状態の偏光照明に切り替えた場合を考える。このとき、図７に示したように、投影光学系４０の収差量が変動してしまうため、投影光学系４０の収差を最適な状態に補正する。

例えば、図７に示すスリット内一律のＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ５は、ｙ方向に周期を有するパターンとｘ方向に周期を有するパターンでの最適な結像位置が変化してしまうアス成分である。そこで、投影光学系４０において、レチクル２０直下に配置した２つの平行平板をそれぞれ光軸に対して反対方向に傾けることでスリット内一律のアスを補正する。或いは、投影光学系４０の瞳近傍のレンズに、Ｚｅｒｎｉｋｅ円筒関数のＺ５の形状変形を所望の量だけ加えることで補正しても構わない。

また、直線偏光で照明する場合は、レチクル２０に描画されたパターンの周期構造が特定方向に限定されていることが多い。パターンの周期構造が特定方向に限定されているのであれば、回折光が通過する特定断面のみの収差を抑えればよいため、瞳のアス成分を補正するのではなく、ウェハステージ６０をｚ方向に移動させることで、特定方向のパターンに対する最適な結像位置に被処理体５０を移動してもよい。

また、スリット内一律のＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ３は、レチクル２０と被処理体５０との位置ズレを発生し、位置合わせ精度を劣化させる。そこで、レチクル２０を照明する光の偏光状態を切り替えたときには、ウェハステージ６０をｘｙ平面内に移動させてレチクル２０と被処理体５０との位置ズレを補正する。

また、スリット内一律のＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ８を補正する場合には、投影光学系４０のレンズの傾きを調整する、或いは、レンズを平行偏芯させることで補正する。勿論、投影光学系４０の瞳近傍のミラーに、Ｚｅｒｎｉｋｅ円筒関数のＺ８の形状変形を所望の量だけ加えることで補正しても構わない。

一方、図４（ｃ）に示すパターンに対して、図２（ｃ）に示す偏光子１４７ｃと図５（ｆ）に示すアパーチャ１４８ｆを組み合わせた状態の偏光照明に切り替えたときには、スリット内一律のＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ１０の収差変動が発生する。かかる場合には、投影光学系４０の瞳近傍のレンズ及びミラーに、Ｚｅｒｎｉｋｅ円筒関数のＺ１０の形状変形を所定の量だけ加えることで補正することが可能となる。

本実施形態では、フッ化カルシウムの真性複屈折の成分のみに着目したが、上述したように、実際には、硝材の製造時の残留応力による複屈折、反射防止膜や反射膜による偏光間位相差、メカニカルな応力による複屈折などによっても、レチクル２０を照明する光の偏光状態を切り替えたときに投影光学系４０の収差が変動してしまう。このときは、例えば、球面収差、コマ収差、アス、倍率、ディストーションなど、様々な収差が発生する。従って、上述した投影光学系４０の収差の補正方法に限定することなく、任意のレンズ又はレンズ群の光軸方向への駆動や偏芯、或いは、平行偏芯によって収差量が最適となるように補正すればよい。勿論、投影光学系４０のレンズ又はミラーに、任意の形状変形を与えることで収差を補正してもよい。なお、像面位置やレチクル２０と被処理体５０との位置ズレを補正するのは、上述した通りである。

投影光学系４０の収差を補正するときは、必ずしも瞳全体を補正する必要はない。例えば、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すアパーチャ１４８ｃ及び１４８ｄを用いた場合、投影光学系４０の瞳のうち、使用される部分は回折光が通過する特定断面、且つ、有効光源で制限された特定部分に限定される。従って、投影光学系４０の瞳断面の使用する部分だけを補正するようにしても構わない。

また、交換するレチクルのパターンが、交換する前のレチクルのパターンと同じ方向の周期構造で構成されている場合、レチクルを照明する光の偏光状態を切り替える必要はない。但し、パターンの周期方向が同じであっても、交換するパターンのピッチが交換する前のパターンのピッチと異なる場合は、投影光学系の瞳面上での回折光分布が変化してしまう。そこで、投影光学系の瞳面上の回折光が分布している特定部分の収差を補正することが好ましい。

このように、本発明の露光装置及び方法によれば、レチクルを照明する光の偏光状態を切り替えた場合も、投影光学系の収差を最適な状態に維持し、結像性能を劣化させず精度よく微細なパターンを転写することができる。なお、本実施形態では、等軸結晶を平行平板に用いた投影光学系を有する露光装置を例にしたが、本発明はこれに限定するものではなく、パワーを有するレンズに等軸結晶を用いた投影光学系を有する露光装置であってもよい。また、本発明は、等軸結晶の光学素子を含まない投影光学系を有する露光装置にも適用することができる。

なお、レチクルを照明する光を特定の偏光状態に偏光する際に偏光子を用いると、照明効率が劣化してスループットの低下を招いてしまう。一方、レチクルを特定の偏光状態で照明する効果は、干渉する光束が成す角度が大きい、即ち、投影光学系のＮＡが大きい場合であり、投影光学系のＮＡが小さい場合には偏光を制御した照明の効果がほとんどない。従って、本発明の露光装置が用いる投影光学系は、偏光を制御した照明の効果が顕著になる０．９０以上のＮＡを有することが好ましい。更には、投影光学系の最終レンズ面（即ち、最も被処理体側の光学素子）と被処理体との間を、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する媒質（液体）で満たした液浸露光装置であることが好ましい。なお、液浸露光装置において、偏光を制御した照明の効果が更に顕著に現れる１．２を超えるようなＮＡを有する投影光学系の場合、像面補正のために必要なペッツバール和の補正を考えると、レンズのみで構成された光学系では径が非常に大きくなってしまうため、少なくとも１つの凹面鏡を有し、径を大きくすることなくペッツバール和の補正が可能なカタディオプトリック光学系を構成することが好ましい。

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により最適な偏光状態及び有効光源分布でレチクル２０を照明する。レチクル２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系４０により、被処理体５０上に結像される。露光装置１が用いる投影光学系４０は、常に収差が最適な状態に維持されているため、優れた結像性能を有し、高いスループットで経済性よくデバイス（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８及び図９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８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９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。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。例えば、本発明は、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）に適用することも可能であり、その場合には、レチクルと被処理体を静止させた状態で露光が行われる。

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に示す偏光子切り替え部がターレット上に有する偏光子及び透過孔の一例を示す概略平面図である。 図２（ｃ）に示す偏光子に制御された光の有効光源内の偏光状態を示す概略平面図である。 レチクルのパターンの一例を示す概略平面図である。 図１に示すアパーチャ切り替え部がターレット上に有するアパーチャの一例を示す概略平面図である。 ＮＡ＝０．９の投影光学系において、被処理体直上に配置され、厚さ８．５ｍｍのフッ化カルシウムで構成された平行平板が有する真性複屈折の進相軸分布を示す図である。 図６に示す進相軸分布を有する投影光学系におけるｘ偏光照明時の収差とｙ偏光照明時の収差との差を示すグラフである。 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８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。 低ＮＡな２光束がウェハ上で干渉する様子を模式的に示す図である。 高ＮＡな２光束がウェハ上で干渉する様子を模式的に示す図である。 液浸露光において、２光束がウェハ上で干渉する様子を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
１４ 照明光学系
１４７ 偏光子切り替え部
１４７ａ乃至１４７ｃ 偏光子
１４７ｄ 通過孔
１４８ アパーチャ切り替え部
１４８ａ乃至１４８ｆ アパーチャ
４０ 投影光学系
４６ 収差調整機構
６０ ウェハステージ
６２ 移動機構
７０ 制御部
８０ メモリ

Claims (12)

1. レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系を有し、前記パターンを前記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光の偏光を第１の偏光状態から前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に変更する変更手段と、
   前記変更手段が前記光の偏光を前記第１の偏光状態から前記第２の偏光状態に変更した際に、前記投影光学系の収差を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系を有し、前記パターンを前記被処理体に露光する露光装置であって、
   前記レチクルのパターンの変更を検出する検出手段と、
   前記検出手段が前記レチクルのパターンを検出した際に、前記投影光学系の収差を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
3. 前記投影光学系の収差を測定する測定手段と、
   前記測定手段の測定結果に基づいて、前記調整手段を制御する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記レチクルを照明する光の偏光状態と前記投影光学系の収差との相関関係を示す収差テーブルを格納するメモリと、
   前記メモリに格納された前記収差テーブルを基に、前記調整手段を制御する制御部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記投影光学系は、０．９０以上の開口数を有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
6. 前記投影光学系と前記被処理体との間の少なくとも一部は、空気よりも大きい屈折率を有する媒質で満たされていることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
7. 前記投影光学系は、少なくとも一つの反射鏡を有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
8. レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、
   前記レチクルのパターンを照明する光の偏光状態が変更されたことを検知するステップと、
   前記光の偏光状態の変更による前記投影光学系の収差の変動を取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した取得結果を基に、前記投影光学系の収差を調整するステップとを有することを特徴とする露光方法。
9. レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であて、
   前記レチクルのパターンが変更されたことを検知するステップと、
   前記レチクルのパターンの変更による前記投影光学系の収差の変動を取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した取得結果を基に、前記投影光学系の収差を調整するステップとを有することを特徴とする露光方法。
10. レチクルのパターンを、投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、
    第１のパターンに対して前記投影光学系の収差が最適となるように調整するステップと、
    前記第１のパターンとは異なる第２のパターンに対して前記投影光学系の収差が最適となるように調整するステップとを有することを特徴とする露光方法。
11. レチクルのパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置の前記投影光学系の調整に使用され、前記レチクルを照明する光の偏光状態と前記光が前記投影光学系に入射した場合に発生する収差との相関関係を、前記投影光学系を構成するレンズ群毎に表示することを特徴とする収差テーブル。
12. 請求項１乃至７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。