JP4971932B2 - 照明光学系、露光装置、デバイス製造方法および偏光制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、デバイス製造方法および偏光制御ユニットに関する。

半導体デバイス等のデバイスは、リソグラフィ工程を経て製造されうる。このリソグラフィ工程において、投影露光装置が用いられる。リソグラフィ工程は、回路パターンを感光剤が塗布された基板（例えば、シリコン基板、ガラス基板）上に投影して該感光剤に転写する工程を含む。

近年、半導体素子の微細化が進んでおり、０．１５μｍ以下の線幅を有するパターンが基板に転写される。半導体素子の微細化が進むことにより、集積度が向上し、低電力かつ高性能な半導体デバイスの製造が可能になる。その為、更なる半導体素子の微細化への要求が高く、それに伴い、投影露光装置に対する解像力向上への要求も高くなっている。

解像力Ｒ（転写可能なラインアンドスペースのピッチ）と、投影光学系の開口数ＮＡ、露光波長λの関係は、係数ｋ１を用いて（１）式で表される。

Ｒ＝ｋ１×λ／ＮＡ ・・・（１）
（１）式より明らかなように、解像力を上げる（Ｒを小さくする）には、露光波長λを小さくか、投影光学系の開口数ＮＡを大きくすればよい。そのため、以前より、露光装置の高ＮＡ化が進むとともに、露光波長の短波長化が進んできた。

しかし、近年、高ＮＡ化が進むと、レジスト内でＰ偏光（基板に入射する光の電場ベクトルが、光線と基板の垂線を含む平面にある光）同士の光が干渉縞のコントラストを下げるという問題が発生することがわかってきた。そのため、ＮＡを大きくして解像力を向上するためには、高ＮＡ化と同時に、Ｐ偏光を除去して、Ｓ偏光（Ｐ偏光と電場ベクトルが直交する光）のみで照明する偏光照明を実現する必要がある。

これは、レジストが光の電場成分の強度によって感光することに起因し、Ｐ偏光の電場ベクトルが高ＮＡになると干渉縞を発生せず、場所によらず一律に強度を持つ強度分布になる為である。

図２に示すように座標を取り、２つの回折光Ｅ_＋とＥ₋が干渉して干渉縞を形成するものとする。なお、本明細書では、ｚ方向を光軸方向とし、ｘ、ｙ平面をｚ軸を法線とする平面に取る。ここで、光軸がミラーによって折り曲げられる場合には、ｚ方向も折り曲げられる。すなわち、本明細書では、ｘ、ｙ、ｚ方向は、光軸方向を基準とする相対的な座標において定義される。

図２において、回折光Ｅ_＋とＥ₋は、電場ベクトルが基板Ｗと平行なＳ偏光（振幅Ｅｓ）と、それに直交するＰ偏光（振幅Ｅｐ）からなる。

回折光Ｅ_＋とＥ₋は、振動数をν、波長をλとして、（２）、（３）式のように表現されうる。ここでは、簡単化の為、Ｓ偏光とＰ偏光の光の位相がそろっている、４５度方向の直線偏光とする。

・・・（２）

・・・（３）
Ｅ_＋とＥ−の和が干渉縞の振幅であり、（４）式のように表現される。

・・・（４）
この振幅の絶対値の自乗が干渉縞の強度であり、（５）式のように表現される。

・・・（５）
（５）式において、（６）式の項が干渉縞の振動の幅を表し、ｘ方向に周期λ／ｓｉｎθを持つラインアンドスペースの強度分布となる。

・・・（６）
高ＮＡの投影光学系を用いて微細なパターンの投影を行うと回折光のなす角θが大きくなる。例えば、ＡｒＦ波長λ＝１９３ｎｍで、周期Ｌｎｍのラインアンドスペースの投影を行った場合に感光剤内（レジスト内：屈折率１．７）で回折光がなす角度θを図３に示す。バイナリーマスク（マスク上にＣｒで遮光をしただけのマスク）を用いると、１６０ｎｍを切るあたりで回折光のなす角θが４５度となる。一方、レベンソン位相シフトマスク（マスク上で遮光のみならず位相の変調も行うマスク、Ａｌｔ−ＰＳＭとも呼ぶ）を用いると８０ｎｍを切るあたりで回折光のなす角θが４５度となる。

θが４５度となると、（６）式で示す項の係数内のｃｏｓ２θが０になり、（６）式で示す項が０となる。そのため、Ｐ偏光の振幅Ｅｐは、干渉縞の振動幅の項には全くあらわれず、ｘ方向に振動しないsin²θのみにあらわれる。以上より、Ｐ偏光の光は、干渉縞のコントラストを下げる効果をあたえるだけとなってしまうことが説明される。

なお、回折光がＰ偏光であるかＳ偏光であるかということは、回折光と基板の関係で決まっている。つまり、上述の説明では、ｙ方向に伸び、ｘ方向に周期性をもつパターンについてのＳ偏光、Ｐ偏光であったので、Ｓ偏光はｙ方向に電場ベクトルが向いているＹ偏光、Ｐ偏光はｘ軸方向に電場ベクトルが向いているＸ偏光であった。しかし、逆に、ｘ方向に伸び、ｙ方向に周期性をもつパターンの場合には、回折光がｙ方向に発生するので、Ｓ偏光はｘ軸方向に電場ベクトルが向いているＸ偏光、Ｐ偏光はＳ偏光に直交するＹ偏光となる。つまり、ｘ方向に周期をもつパターンに対してＳ偏光であった光は、ｙ方向に周期を持つパターンに対してはＰ偏光となる。偏光状態については基準となる面と光線の入射方向によって変わるので注意を要する。

以上述べたように、高ＮＡの投影光学系を備えた露光装置では、Ｐ偏光の光は像のコントラストを低減させる効果を持つので、高いコントラストの像を得るためには、Ｐ偏光の光を減らし、Ｓ偏光の光を増やした露光光で露光を行うことが効果的となってくる。このためマスクを所定の偏光状態で照明する偏光照明系が今後の高ＮＡリソグラフィーでは重要となってくる。

偏光照明系が実現する照明系の瞳面での偏光状態を図４に示す。Ｙ偏光小σ照明は、Ａｌｔ−ＰＳＭと一緒に用いることにより、ｘ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。ここで、σは照明光学系の射出側ＮＡを投影光学系の入射側ＮＡで割った値であって、コヒーレンスファクターと呼ばれる。Ｘ偏光小σ照明は、Ａｌｔ−ＰＳＭと一緒に用いることにより、ｙ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。Ｙ偏光Ｘダイポール照明は、バイナリーマスクやハーフトーンマスク（Ａｔｔ−ＰＳＭとも呼ぶ）と一緒に用いることにより、ｘ方向の繰り返しパターンに有利である。Ｘ偏光Ｙダイポール照明は、バイナリーマスクやＡｔｔ−ＰＳＭと一緒に用いることにより、ｙ方向の繰り返しパターンを転写する際に有効である。タンジェンシャル偏光クロスポール照明は、バイナリーマスクやＡｔｔ−ＰＳＭと一緒に用いることにより、ｘ方向、ｙ方向の両方の繰り返しパターンが混載するパターンを転写する際に有効である。タンジェンシャル輪帯照明は、バイナリーマスクやＡｔｔ−ＰＳＭと一緒に用いることにより、様々な方向の繰り返しパターンが混載するパターンを転写する際に有効である。タンジェンシャル偏光とは、照明系の瞳内の各点において光軸中心方向と略直交した方向に電場ベクトルが向いている偏光状態をいう。ラジアル偏光４５度四重極照明は、ＣｒレスＰＳＭと一緒に用いることにより、コンタクトホールパターンを転写する際に有効である。ラジアル偏光とは、照明系の瞳内の各点において光軸中心方向に電場ベクトルが向いている偏光状態をいう。

図５は、原版を偏光で照明する照明光学系を備えた投影露光装置の構成例を示す図である。このような投影露光装置の例は、例えば特許文献１に記載されている。

光源１は、照明光学系に光を提供する。光源１としては、例えば、エキシマレーザーが用いられる。波長板（偏光制御ユニット）２は、例えば、水晶、フッ化マグネシウムなどの複屈折をもつ硝材で製作された光学素子であり、光源１から提供された偏光光を所定の偏光状態に一括して変換する。

減光フィルター（ＮＤ）３は、基板１７上に塗布された感光剤の感度に応じて照明光の照度を変えるために使用される。

マイクロレンズアレイ４は、光源１からの光が床振動や露光装置の振動によって照明光学系の光軸に対してずれたり偏心したりしてもマイクロレンズアレイ４の後側に配置された光学系に入射する光の特性が変化しないように、特定の角度分布で光を射出する。コンデンサーレンズ５は、マイクロレンズアレイ４から出射された光をＣＧＨ（計算機ホログラム）６１に投影する。ＣＧＨ６１は、任意の回折光を発生し、コンデンサーレンズ７を通して、Ａ面に所望の光分布を形成する。マイクロレンズアレイ６２は、ＣＧＨ６１と交換可能に配置されており、光路に挿入された場合には、コンデンサーレンズ７を通して、Ａ面に均一な光分布を形成する。変倍リレーレンズ８は、Ａ面にできた分布を拡大または縮小して、オプティカルインテグレータ１０に投影する。

偏光制御ユニット９は、複数の波長板を配列して構成され、複数の偏光状態を有する有効光源を照明光学系の瞳面に形成するために使用される。図４は、複数の偏光状態を有する有効光源を例示する図である。

図９は、偏光制御ユニット９の構成例を示す図である。図９では、光軸方向から見た偏光制御ユニット９が示されている。一点鎖線で示した領域が照明光学系の瞳の径を示し、瞳における領域を８つの部分領域（１つの中央部分と７つの周辺部分）分割して、各部分領域に、形成すべき偏光状態に対応した波長板が配置されている。

オプティカルインテグレータ１０は、照明光学系の瞳の位置（オプティカルインテグレータ１０の出射面）に複数の２次光源を形成する。オプティカルインテグレータ１０は、例えば、ハエノ目レンズまたはマイクロレンズアレイとして構成されうる。

コンデンサーレンズ１１は、オプティカルインテグレータ１０で波面分割された光束を重畳的に重ね合わせてＢ面に略均一な強度分布を形成する。ハーフミラー１２は、露光量を制御するための露光量センサ１３に光を分岐する。リレー光学系１４は、Ｂ面に形成された略均一な強度分布の光を原版（レチクル）１５に投影する。

投影光学系１６は、原版１５に描画された回路パターンを感光剤が塗布された基板（ウエハ）１７に投影する。基板ステージ１９は、基板１７を位置決めする。基板ステージ１９は、例えば、走査露光のために基板１７を走査駆動したり、ショット領域を切り替えるために基板１７をステップ移動させたりする。基板ステージ１９には、照度計１８が搭載されている。照度計１８は、任意のタイミングで基板ステージ１９を駆動することにより、露光領域内に挿入され、これにより露光領域内の照度が計測される。制御装置２０は、露光量センサ１３からの出力に基づいて、基板１７の露光量が目標露光量となるように光源１を制御する。
ＷＯ２００４／０５１７１７号明細書

波長板によって光の偏光状態を制御して偏光照明を行う際には、正確な位相差を発生するように波長板を製作しなくてはならない。図６を参照して説明する。複屈折硝材からなる１／２波長板１０１は、基板の厚みをｄ、硝材の複屈折量をΔＮとして、波長λの光に対して位相差δφが１８０＋３６０×ｍ度（ｍは自然数）となるように製作する必要がある。厚みが数μｍずれるだけで位相差が大きく変化してしまうため、波長板１０１の厚みｄを正確に制御する必要がある。

また、複屈折硝材からなる波長板１０１で正確な位相差を発生するためには、それに入射する角度範囲を小さくしなくてはならない。図６のように、垂直光に対して角度θをもって波長板１０１に光が入射すれば、光が波長板１０１に垂直に入射する場合よりも、波長板１０１を通る光路長が長くなる。そのため、波長板１０１からの射出光にΔ度の位相誤差が発生する。

図７のような複屈折硝材２枚組の波長板（０オーダー１／２波長板）に対して角度を持った光を入射させた場合を考える。図８は、波長板の厚みを変化させながら偏光純度をシミュレーションした結果を示す図である。

ｘ方向に振動する光の強度をＩｘ、ｙ方向に振動する光の強度をＩｙとして、偏光純度をＩｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）と定義する。波長板に入射する光の偏光状態はＹ偏光（Ｉｙ＝１、Ｉｘ＝０）であり、波長板は、Ｘ軸に対して４５度の方向に進相軸のある１／２波長板であるものとした。入射角が０度の入射光（Ｙ偏光）は、１／２波長板によってＸ偏光に変換されるので、偏光純度は１となる。

図８は、波長板の厚みｄ（ｍｍ）と偏光純度の関係を示したものである。縦軸および横軸が、入射光の波長板に対するｘ方向またはｙ方向の入射角度を示し、色の濃さが偏光純度の変化を示す。白色が偏光純度の高い状態を示し、黒色が偏光純度の低い状態を示す。この結果により、射出される光の偏光純度は、波長板の厚みと入射角度に依存し、波長板の厚みが厚くなればなるほど、また、入射角度が大きくなればなるほど、偏光純度の変化が大きいことがわかる。

以上より、投影露光装置において厚い波長板を用いると、また、入射角度分布が大きいところに波長板を配置すると、被照射面における偏光純度が低下することがわかる。それによって、像のコントラストが低下するので、ＥＤウインドウが縮小し、チップの歩留まりが悪化する。よって、複屈折硝材で製造した波長板を露光装置に用いる場合には、厚みの薄い（好ましくは０．５ｍｍ以下）波長板を入射角の小さい場所（好ましくは±３度以下）に配置することが望まれる。

一方、複屈折硝材として用いられる材料、例えば、水晶やフッ化マグネシウムには、複屈折硝材を結晶成長させるための炉の制約から製作可能な外径に限界がある。通常は、製作可能な水晶の結晶は、直径が７０ｍｍ程度までである。それよりも大きな水晶の結晶は、結晶成長に時間がかかることと、不純物の制御が難しいため、非常に高価で、かつ安定した供給が難しい。したがって、商業的な水晶を利用した波長板を使用するためには、波長板の光線有効径を７０ｍｍ以下にする必要がある。

光路内において、入射角と光線径の大きさは相反関係にある。これは一般的な光学の原理として知られており、例えば「光学の原理I」（東海大学出版会 マックス・ボルン、エミル・ウォルフ著、草川徹・横田英嗣訳）の２２５ページから２２８ページにおいてＳｍｉｔｈ−Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚの公式として紹介されている。

したがって、良好な偏光純度を得るためには、入射角の小さい場所に波長板を構成するべきであるが、入射角の小さい場所は光線径が大きく、必要な波長板の大きさが大きくなってしまう。しかし、波長板の大きさは、前述のように複屈折硝材の製造上の制約によって制限される。そのため、従来は、図９の右図に示すように、複屈折硝材の外径制限を満足し、かつ最も大きい形状となるように、偏光制御ユニット９を配置する位置が決められていた。

しかし、近年、個別の露光条件に対して最適な偏光状態、例えば図１０のような特殊な偏光状態を実現することが求められている。

照明光学系の瞳に分布する大きな部分領域における偏光状態を該瞳の近傍に配置された波長板で制御しようとすると、そのために要求される波長板の外形が複屈折硝材の外形制限を超えてしまう。一方、波長板の製作を可能にするための、光線有効径の小さなところに波長板を配置すると、波長板への入射角度が大きくなってしまい、良好な偏光純度を得ることができない。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、目標とする偏光状態を高い偏光純度で得るために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、光源から提供される光を用いて被照明領域を照明する照明光学系に係り、前記照明光学系は、前記光源と前記照明光学系の瞳との間に配置されて光の偏光状態を制御する第１偏光制御ユニットと、前記第１偏光制御ユニットと前記瞳との間に配置されて光の偏光状態を制御する第２偏光制御ユニットとを備える。ここで、前記瞳における領域は、複数の部分領域を含み、前記複数の部分領域は、最も面積が大きい部分領域を含む第１グループと、前記最も面積が大きい部分領域とは異なる部分領域を含む第２グループとに分類される。前記第２偏光制御ユニットは、前記第１グループ及び前記第２グループのうち前記第２グループに属する部分領域における偏光状態を制御する。

本発明の第２の側面は、原版のパターンを基板に投影して該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、該原版の被照明領域を照明するように構成された上記の照明光学系と、該原版のパターンを該基板に投影する投影光学系とを備える。

本発明の第３の側面は、デバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該基板を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、目標とする偏光状態を高い偏光純度で得るために有利な技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１３は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。なお、図５と同一の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。図１３に示す露光装置は、図５に示す露光装置の照明光学系における波長板２、偏光制御ユニット９をそれぞれ第１偏光制御ユニット２’、第２偏光制御ユニット９’で置き換えた構成を有する。

本発明の好適な実施形態の露光装置は、光源１から提供される光を用いて被照明領域としての原版１５またはその一部を照明する照明光学系ＩＬと、原版１５のパターンを基板１７に投影する投影光学系１６とを備えうる。

照明光学系ＩＬは、図１３に示す例では、符号２’、３、Ｍ、４、５、６１、７、８、９’、１０、１１、１２、１３、１４が付された構成要素によって構成されうる。照明光学系ＩＬは、特徴的な構成要素として、第１偏光制御ユニット２’と第２偏光制御ユニット９’とを備える。第１偏光制御ユニット２’は、光路内において、光源１と照明光学系ＩＬの瞳（オプティカルインテグレータ１０の出射面）との間に配置されて光の偏光状態を制御する。第２偏光制御ユニット９’は、光路内において、第１偏光制御ユニット２’と前記瞳との間に配置されて光の偏光状態を制御する。第２偏光制御ユニット９’は、第１偏光制御ユニット２’と前記瞳との間であって前記瞳の近傍に配置されることが好ましい。

第１偏光制御ユニット２’は、典型的には、１枚の波長板で構成されうる。ここで、複数の第１偏光制御ユニット２’を準備しておき、これらから任意の第１偏光制御ユニット２’を選択して光路に挿入することができるように構成されることが好ましい。これにより、例えば、図１に例示されるような複数の照明モードから任意の照明モードを選択することができる。複数の第１偏光制御ユニット２’は、例えば、回転板に配列され、該回転板を回転させることによって任意の照明モードが選択的に使用される。複数の第１偏光制御ユニット２’としては、例えば、光源１から提供される偏光光をＸ偏光に変換する第１偏光制御ユニットや、光源１から提供される偏光光をＹ偏光に変換する第１偏光制御ユニットを挙げることができる。

第２偏光制御ユニット９’は、複数の波長板を配列して構成され、複数の偏光状態を有する有効光源を照明光学系の瞳面に形成するために使用される。ここで、複数の第２偏光制御ユニット９’を準備しておき、これらから任意の第２偏光制御ユニット９’を選択して光路に挿入することができるように構成されることが好ましい。これにより、例えば、図１に例示されるような複数の照明モードのうち任意の照明モードが選択的に使用される。

図１は、第１偏光制御ユニット２’および第２偏光制御ユニット９’の機能、並びに、照明光学系ＩＬの瞳における偏光状態を例示する図である。図１において、矢印は、偏光の方向を示している。図１において、”瞳における偏光状態”は、照明光学系ＩＬの瞳における偏光状態を例示している。図１において、”第２偏光制御ユニットの入射面における偏光状態”は、第２偏光制御ユニット９’の入射面における偏光状態を例示していて、この偏光状態は、第１偏光制御ユニット２’によって決定される。図１において、”第２偏光制御ユニットの構成”は、第２偏光制御ユニット９’の構成を示していて、ハッチングが付された部分および白抜きの部分は、光が通過する部分である。ここで、ハッチングが付された領域は、１／２波長板が配置された領域である。白抜きの部分は、開口であるか、偏光状態を変化させない光学素子（例えば、複屈折を持たない硝材で製作された平板）である。照明光学系ＩＬの瞳における偏光状態は、第１偏光制御ユニット２’および第２偏光制御ユニット９’によって決定される。第１偏光制御ユニット２’は、典型的には、照明光学系ＩＬの瞳における領域の全体の偏光状態を一括して制御することができる位置、例えば、光源１とオプティカルインテグレータ４との間に配置される。

照明光学系ＩＬの瞳における領域は、複数の部分領域を含み、該複数の部分領域は、最も面積が大きい部分領域を含む第１グループと、該最も面積が大きい部分領域とは異なる部分領域を含む第２グループとに分類される。第２偏光制御ユニット９’は、第１グループ及び第２グループのうち第２グループに属する部分領域における偏光状態を制御する。即ち、照明光学系ＩＬの瞳において最も面積が大きい部分領域については、第１偏光制御ユニット２’および第２偏光制御ユニット９’のうち第１偏光制御ユニット２’によって偏光状態が決定される。また、照明光学系ＩＬの瞳において、最も面積が大きい部分領域とは異なる部分領域については、第１偏光制御ユニット２’および第２偏光制御ユニット９’の双方によって偏光状態が決定される。なお、複数の部分領域の全てが同一の面積を有する場合には、それらのうちの少なくとも１つを最も面積が大きい部分とみなせばよい。

”非対称タンジェンシャル偏光クロスポール１”については、瞳における領域は、複数の部分領域２０１〜２０４を含む。複数の部分領域２０１〜２０４は、最も面積が大きい部分領域２０１および２０２を含む第１グループと、部分領域２０１および２０２とは異なる部分領域２０３および２０４を含む第２グループとに分類される。第１偏光制御ユニット２’は、第２偏光制御ユニット９’の入射面に、偏光方向がｙ方向に向いた偏光状態を形成する。第２偏光制御ユニット９’は、第１グループおよび第２グループのうち第２グループに属する部分領域２０３および２０４における偏光状態を制御する。具体的には、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２０３および２０４に入射する偏光の方向がｘ方向に沿うように１／２波長板によって偏光方向を回転させる。また、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２０１および２０２に入射する偏光については、偏光状態を変化させない。

”非対称タンジェンシャル偏光クロスポール２”については、瞳における領域は、複数の部分領域２１１〜２１４を含む。複数の部分領域２１１〜２１４は、最も面積が大きい部分領域２１１および２１２を含む第１グループと、部分領域２１１および２１２とは異なる部分領域２１３および２１４を含む第２グループとに分類される。第１偏光制御ユニット２’は、第２偏光制御ユニット９’の入射面に、偏光方向がｘ方向に向いた偏光状態を形成する。第２偏光制御ユニット９’は、第１グループおよび第２グループのうち第２グループに属する部分領域２１３および２１４における偏光状態を制御する。具体的には、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２１３および２１４に入射する偏光の方向がｙ方向に沿うように１／２波長板によって偏光方向を回転させる。また、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２１１および２１２に入射する偏光については、偏光状態を変化させない。

”非対称タンジェンシャル６重極１”については、瞳における領域は、複数の部分領域２２１〜２２４を含む。複数の部分領域２２１〜２１４は、最も面積が大きい部分領域２２１および２２２を含む第１グループと、部分領域２２１および２２２とは異なる部分領域２２３および２２４を含む第２グループとに分類される。ここで、部分領域２２１は、等しい偏光状態を有する２つの近接した極（ポール）を含み、部分領域２２２は、等しい偏光状態を有する２つの近接した極（ポール）を含む。第１偏光制御ユニット２’は、第２偏光制御ユニット９’の入射面に、偏光方向がｘ方向に向いた偏光状態を形成する。第２偏光制御ユニット９’は、第１グループおよび第２グループのうち第２グループに属する部分領域２２３および２２４における偏光状態を制御する。具体的には、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２２３および２２４に入射する偏光の方向がｙ方向に沿うように１／２波長板によって偏光方向を回転させる。また、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２２１および２２２に入射する偏光については、偏光状態を変化させない。

”非対称タンジェンシャル６重極２”については、瞳における領域は、複数の部分領域２３１〜２３４を含む。複数の部分領域２３１および２３２は、最も面積が大きい部分領域２３１および２３２を含む第１グループと、部分領域２３１および２３２とは異なる部分領域２３３および２３４を含む第２グループとに分類される。ここで、部分領域２３１は、等しい偏光状態を有する２つの近接した極（ポール）を含み、部分領域２３２は、等しい偏光状態を有する２つの近接した極（ポール）を含む。第１偏光制御ユニット２’は、第２偏光制御ユニット９’の入射面に、偏光方向がｙ方向に向いた偏光状態を形成する。第２偏光制御ユニット９’は、第１グループおよび第２グループのうち第２グループに属する部分領域２３３および２３４における偏光状態を制御する。具体的には、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２３３および２３４に入射する偏光の方向がｘ方向に沿うように１／２波長板によって偏光方向を回転させる。また、第２偏光制御ユニット９’は、部分領域２３１および２３２に入射する偏光については、偏光状態を変化させない。

なお、以上の説明では、照明光学系ＩＬの瞳において２つの偏光状態のみが存在する場合について説明したが、本発明は、図１１に例示するような３つ以上の偏光状態がある偏光状態を形成する場合にも適用することができる。 また、以上の説明では、偏光状態として直線偏光状態について説明したが、図１２に例示するように、円偏光、ランダム偏光（無偏光）、さらには楕円偏光などが存在してもよい。その際には、円偏光の領域には１／４波長板、無偏光の領域には偏光解消板、楕円偏光の領域にはｎ波長板（ｎは実数）を第２偏光制御ユニットに配置する。

図１２の右端に示すように円偏光の部分領域の面積が最も大きい場合、第１偏光制御ユニットとして光の偏光状態を一括して円偏光に変換する１／４波長板を配置し、第２偏光制御ユニットとして円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板を配置すればよい。

以上のように、本発明の好適な実施形態によれば、第２偏光制御ユニット９’は、第１グループおよび第２グループのうち第２グループに属する部分領域における偏光状態を制御し、第１グループに属する部分領域における偏光状態を制御しない。よって、本発明の好適な実施形態は、目標とする偏光状態を高い偏光純度で得るために有利である。

次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図１４は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）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、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図１５は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

第１偏光制御ユニットおよび第２偏光制御ユニットの機能、並びに、照明光学系の瞳における偏光状態を例示する図である。 偏光状態によってコントラストが変化することを説明する図である。 ＬＳ周期とレジスト内の回折光角度を示す図である。 照明光学系の瞳位置における偏光状態を例示する図である。 投影露光装置の構成を示す図である。 波長板の厚さおよび発生する位相差を説明する図である。 入射角度・板厚と偏光純度の計算条件を説明する図である。 入射角度・板厚と偏光純度の関係を示す図である。 偏光制御ユニットの構成を例示する図である。 偏光状態を例示する図である。 偏光状態を例示する図である。 偏光状態を例示する図である。 本発明の好適な実施形態の投影露光装置の構成を示す図である。 デバイス製造方法を例示する図である。 デバイス製造方法を例示する図である。

符号の説明

２’ 第１偏光制御ユニット
９’ 第２偏光制御ユニット
ＩＬ 照明光学系

Claims (9)

1. 光源からの光を用いて被照明領域を照明する照明光学系であって、
   前記光源と前記照明光学系の瞳との間に配置されて光の偏光状態を制御する第１偏光制御ユニットと、
   前記第１偏光制御ユニットと前記瞳との間に配置されて光の偏光状態を制御する第２偏光制御ユニットとを備え、
   前記瞳における領域は、複数の部分領域を含み、前記複数の部分領域は、最も面積が大きい部分領域を含む第１グループと、前記最も面積が大きい部分領域とは異なる部分領域を含む第２グループとに分類され、
   前記第２偏光制御ユニットは、前記第１グループ及び前記第２グループのうち前記第２グループに属する部分領域における偏光状態を制御する、
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記第２偏光制御ユニットは、前記第１偏光制御ユニットと前記瞳との間であって前記瞳の近傍に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記第２偏光制御ユニットは、前記第１グループに属する部分領域に入射させる光が通過する部分に開口を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記第２偏光制御ユニットは、前記第１グループに属する部分領域に入射させる光が通過する部分に、光の偏光状態を変化させない光学素子を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
5. 複数の前記第１偏光制御ユニットが選択的に使用することができるように設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 複数の前記第２偏光制御ユニットが選択的に使用することができるように設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 原版のパターンを基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   該原版の被照明領域を照明するように構成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系と、
   該原版のパターンの像を該基板に投影する投影光学系と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
8. デバイス製造方法であって、
   請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
9. 光源からの光を用いて被照明領域を照明する照明光学系の瞳と前記光源との間に配置され、光の偏光状態を制御する偏光制御ユニットであって、
   前記瞳における領域は複数の部分領域を含み、前記複数の部分領域は最も面積が大きい部分領域を含む第１グループと、前記最も面積が大きい部分領域とは異なる部分領域を含む第２グループとに分類され、
   前記偏光制御ユニットは、
   前記第２グループのみに属する部分領域における偏光状態を制御することを特徴とする偏光制御ユニット。