(57)【要約】【課題】偏光の影響による結像性能の劣化を防止して所定のコントラストを確保し、所望のパターンを形成することができる液浸型の露光方法及び装置を提供する。【解決手段】被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクに形成されたパターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光方法において、前記投影光学系の瞳に形成される有効光源のうちの前記パターンの繰り返し方向に平行で且つ前記投影光学系の光軸に直交する軸上の部分から発して前記レジストに斜入射する光の前記被露光体への入射角をθ、該入射角θの最大値をθＮＡとした時に、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する入射角θの範囲に対応する光がＳ偏光成分のみを有することを特徴とする露光方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクに形成されたパターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光方法において、
前記投影光学系の瞳に形成される有効光源のうちの前記パターンの繰り返し方向に平行で且つ前記投影光学系の光軸に直交する軸上の部分から発して前記レジストに斜入射する光の前記被露光体への入射角をθ、該入射角θの最大値をθＮＡとした時に、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する入射角θの範囲に対応する光がＳ偏光成分のみを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
マスクに形成されたパターンを被露光体に、少なくとも一部が液体に浸漬されて開口数ｎ０ｓｉｎθＮＡ、ｎ０は液体の屈折率を有する投影光学系を利用して結像する露光方法において、
前記マスクに形成される前記パターンの繰り返し方向及び当該方向に直交する方向の一方をＸ軸として他方をＹ軸とし、露光光の前記投影光学系への入射角をθとした場合に、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する前記入射角θの範囲に対応する前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域が、前記Ｘ軸又は前記Ｙ軸に直交する方向の直線偏光成分を有するように、前記露光光を照射することを特徴とする露光方法。
【請求項３】
マスクに形成されたパターンを被露光体に、少なくとも一部が液体に浸漬された投影光学系を利用して結像する露光方法において、
結像する２つの露光光束に直交状態が発生しうる、前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域をＳ偏光のみで照明することを特徴する露光方法。
【請求項４】
前記領域は、２つの円が交わることによって形成される、尖ったカヌー状の形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項５】
前記領域は、円を直線で部分的に切り出すことによって形成される形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項６】
前記領域は、輪帯を直線で部分的に切り出すことによって形成される形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項７】
前記領域は、円形形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光方法。
【請求項８】
マスクに形成されたパターンを被露光体に、波長λの露光光と少なくとも一部が液体に浸漬されて開口数ｎ０ｓｉｎθＮＡを有する投影光学系とを利用して結像する露光方法において、
前記液体の厚さｄをｄ≦３０００λｃｏｓθＮＡを満足するように設定することを特徴する露光方法。
【請求項９】
マスクに形成されたパターンを被露光体に、少なくとも一部が液体に浸漬された投影光学系とを利用して結像する露光方法において、
前記投影光学系が前記液体と接触する最終面を前記液体から保護することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
マスクに形成されたパターンを被露光体に結像する露光装置であって、
少なくとも一部が液体に浸漬されて開口数ｎ０ｓｉｎθＮＡを有する投影光学系と、
所定のコントラストを確保するように、露光光が前記投影光学系から出射する角度θが、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する範囲に対応する前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域の偏光状態を制御する偏光制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンを被露光体に結像する露光装置であって、
少なくとも一部が液体に浸漬された投影光学系と、
結像する２つの露光光束に直交状態が発生しうる、前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域の露光光の偏光状態を、所定のコントラストを確保するように制御する偏光制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記偏光制御手段は、前記偏光状態をＳ偏光のみに制御することを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１３】
前記偏光制御手段は、前記投影光学系の瞳面に略共役に配置された偏光素子を含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１４】
前記偏光制御手段は、前記投影光学系の瞳面に略共役に配置された開口絞りを含み、
当該開口絞りは、２つの円が交わることによって形成される、尖ったカヌー状の開口形状を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１５】
前記偏光制御手段は、前記投影光学系の瞳面に略共役に配置された開口絞りを含み、
当該開口絞りは、円を直線で部分的に切り出すことによって形成される開口形状を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１６】
前記偏光制御手段は、前記投影光学系の瞳面に略共役に配置された開口絞りを含み、
当該開口絞りは、輪帯を直線で部分的に切り出すことによって形成される開口形状を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１７】
前記偏光制御手段は、前記投影光学系の瞳面に略共役に配置された開口絞りを含み、
当該開口絞りは、円形開口形状を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１８】
前記所定のコントラストは０．７であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の露光装置。
【請求項１９】
被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクパターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光装置において、前記投影に用いる光の波長をλ（ｎｍ）、前記液体の屈折率をｎ０、前記投影光学系の開口数をｎ０ｓｉｎθ０とを、前記液体の前記投影光学系の光軸方向の厚さをｄとすると、ｄ≦３０００λｃｏｓθ０を満足することを特徴する露光装置。
【請求項２０】
液体と接触する投影光学系の最終面は蛍石基板上の面であり、該最終面にスパッタ膜を形成することを特徴とする請求項１９記載の露光装置。
【請求項２１】
請求項１０乃至２０のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光体に所定のプロセスを行う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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、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方法及び装置に係り、特に、投影光学系の最終面と被露光体の表面を液体に浸漬して当該液体を介して被露光体を露光するいわゆる液侵型の露光方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）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縮小投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
縮小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。近年では、半導体素子の微細化への要請に伴い、解像度はより小さい値を要求されている。従って露光光の短波長化とともに、投影光学系の高ＮＡ化により解像度の向上を見込んでいる。現在、投影光学系のＮＡは加速度的に進み、ＮＡ＝０．９を超える光学系の開発が視野に入っている。
【０００４】
一方、露光装置の光源は短波長化に伴いＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）へと変化してきた。現在は次の光源としてＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、あるいはＥＵＶ（１３．５ｎｍ）の実現にむけて開発が進められている。
【０００５】
このような中で、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）やＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）の光源を用いながら、更に解像度をあげる方法として、液浸露光が着目されている（例えば、特許文献１参照）。液浸露光は、投影光学系のウェハ側の媒質を液体にすることによって高ＮＡ化をさらに進めるものである。つまり投影光学系のＮＡは媒質の屈折率をｎとすると、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθであるので、空気の屈折率よりも高い屈折率（ｎ＞１）の媒質を満たすことでＮＡはｎまで大きくすることができる。
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【特許文献２】米国特許第４３４６１６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、高ＮＡ化が進むにつれ、結像性能への光の偏光の影響が無視できなくなる。光のウエハへの入射角が大きいほど、光の偏光方向による結像性能に差を生じてしまうためである。
【０００７】
光の偏光による結像性能への影響は、３光束干渉より２光束干渉への方がはるかに大きい。なぜなら、０次回折光と±１次回折光の計３つの光が干渉することによって結像する３光束干渉は、結像の基本周波数を形成する０次光と１次回折光、及び０次項と−１次回折光の角度が９０°には達しないため偏光の影響が大きく現れないのに対し、２光束干渉による結像は、位相シフトマスクのような２つの１次回折光が干渉する場合や、斜入射照明のような０次回折光と±１次のうちどちらか１つの回折光が干渉する場合があるが、基本周波数を形成する２光束の角度が大きくなるため偏光による結像性能への影響が大きく現れるからである。
【０００８】
更に、媒質が液体になると、光の偏光方向によってまったく結像しなくなる条件が存在するという大きな問題が生じる。これは従来の非液浸光学系では起こらなかった現象である。これは、図１６（ａ）に示すように、紙面内で交わる２光束結像を考えた時、偏光方向が紙面内にあるＰ偏光は２光束のなす角が９０°であると干渉しないため、結像に寄与しなくなるという問題である。２光束のなす角が９０°である場合は入射角は４５°であるから、その正弦はｓｉｎ４５°＝０．７となる。
【０００９】
一方、図１６（ｂ）に示すように、偏光方向が紙面と直交する方向にあるＳ偏光の２光束は、偏光方向が一致するためコントラストのよい結像を行う。以下、本出願では、コントラストのよい結像を行う偏光方向をＳ偏光成分と定義する。Ｓ偏光とは、ここで述べたように、紙面内で交わる光束に対し、紙面に直交する偏光方向を持つ。偏光方向は、パターンが形成される方向と密接に関係しており、２光束で形成される干渉縞の方向を考えると、干渉縞の一本一本の長手方向とＳ偏光の方向が一致している。従って、Ｘ方向に伸びる微細構造をもつ干渉パターンを作る際のＳ偏光の方向はＸ方向、Ｙ方向に伸びる微細構造をもつ干渉パターンを作る際のＳ偏光の方向はＹ方向となる。
【００１０】
ここで、投影光学系とウェハとの間の媒質の屈折率をｎｏ、媒質中での角度をθｏ、ウェハに形成されたレジストの屈折率をｎｒとし、レジストの入射角が±θｒの２光束が干渉して像を形成する２光束干渉について考える。Ｓｎｅｌｌの法則より、以下の数式１が成立する。
【００１１】
【数１】
2006135346.tif 000003
【００１２】
媒質が空気の場合は、ｎｏ＝１、ｓｉｎθｏ＜１であるから、以下の数式２が成立する。
【００１３】
【数２】
2006135346.tif 000004
【００１４】
ＡｒＦエキシマレーザーの場合、典型的なレジスト屈折率はｎｒ＝１．７であるから、数式２より、ｓｉｎθｒ＜０．５９となる。このように、媒質が空気の場合、レジスト中での角度θｒがｓｉｎθｒ＝０．７となることはない。
【００１５】
一方、媒質が液体である液浸について考える。媒質の屈折率をｎｏ＝１．４７とすると、以下の数式３が成立する。
【００１６】
【数３】
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【００１７】
レジスト屈折率は通常、ｎｒ＝１．７であるからｓｉｎθｒ＜０．８６となる。従って、媒質が液体の場合ではｓｉｎθｒ＝０．７となる条件が存在する。
【００１８】
このように、媒質が空気の場合はｓｉｎθｒ＝０．７となることはなかったが、媒質が液体になるとｓｉｎθｒ＝０．７となる条件が存在し、Ｐ偏光が干渉しなくなり、Ｐ偏光の光束によるコントラストはゼロとなる。照明光が偏光を考慮しない無偏光状態であると、入射光の半分の割合を占めるＳ偏光のみが結像に関与するので、コントラストが半分になり、非液浸系では問題とならなかったコントラスト低下が顕著になる。
【００１９】
例えば、ＡｒＦエキシマレーザーの場合は媒質を水としてｎ０＝１．４７とすると、以下の数式４が成立する。
【００２０】
【数４】
2006135346.tif 000006
【００２１】
この結果、媒質が水の場合は、ｓｉｎθｏ＝０．８１においてＰ偏光が干渉しない条件となる。従って、媒質への入射角ｓｉｎθｏ＝０．８の近傍でＰ偏光が結像しなくなる。液浸露光が必要となる時には光学系がｓｉｎθｏ＝０．８以上の角度を有する光学系も希求されているのでこの問題は避けられないことになる。また、Ｆ２エキシマレーザーの場合にもレジストの屈折率が１．５強でと媒質の屈折率が１．３６付近であるためｓｉｎθｏ＝０．８付近で同様の関係が成立する。
【００２２】
ＮＡを大きくするためにはレジストと液体の屈折率をあげ、屈折率差は小さくしたほうがよいことが知られている。レジストと液体の屈折率はそれらの物質により異なり、レジストと液体の屈折率差は小さい方が好ましい（特許文献２）が、媒質中のｓｉｎθｒはレジスト中のｓｉｎθｏより若干大きい。液浸専用のレジストを開発する方向性を考慮すると、露光装置側では媒質中のｓｉｎθｒはレジスト中のｓｉｎθｏとほとんど等価と設定する方が好ましいことが発明者らの分析により判明した。従って、Ｐ偏光が干渉しなくなる条件は、ｓｉｎθｏ≒ｓｉｎθｒ＝０．７と考えてよい。
【００２３】
上述したように、微細パターンを形成するためには投影光学系の高ＮＡ化が必要であるが、液浸型投影光学系では高ＮＡ化による偏光の影響により結像性能が低減し、所望のパターンを形成することができない。
【００２４】
そこで、本発明は、偏光の影響による結像性能の劣化を防止して所定のコントラストを確保し、所望のパターンを形成することができる液浸型の露光方法及び装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
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方法は、被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクに形成された（微細）パターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光方法において、前記投影光学系の瞳に形成される有効光源のうちの前記（微細）パターンの繰り返し方向に平行で且つ前記投影光学系の光軸に直交する軸上の部分から発して前記レジストに斜入射する光の前記被露光体への入射角をθ、該入射角θの最大値をθＮＡとした時に、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する入射角θの範囲に対応する光がＳ偏光成分のみを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、従来よりも、結像性能良く露光できる露光方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態としての露光装置１００について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。図１に示すように、露光装置１００は、照明装置１１０と、マスク又はレチクル１３０と、レチクルステージ１３２と、投影光学系１４０と、主制御ユニット１５０と、モニタ及び入力装置１５２と、ウェハ１７０と、ウェハステージ１７６と、媒質としての液体１８０とを有する。このように、露光装置１００は、投影光学系１４０のウェハ１７０側にある最終面が部分的に又は全体的に液体１８０に浸漬し、液体１８０を介してマスクＭＳに形成されたパターンをウェハＷに露光する液浸型の露光装置である。本実施形態の露光装置１００は、ステップアンドスキャン方式の投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。
【００３０】
照明装置１００は転写用の回路パターンが形成されたマスク１３０を照明し、光源部と照明光学系とを有する。
【００３１】
光源部は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。レーザー１１２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、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。レーザーの種類、個数は限定されず、光源部の種類も限定されない。
【００３２】
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寸法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。ビーム成形系１１４は、後述するオプティカルインテグレーター１１８を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００３３】
照明光学系は、マスク１３０を照明する光学系であり、本実施形態では、集光光学系１１６と、偏光制御手段１１７と、オプティカルインテグレーター１１８と、開口絞り１２０と、集光レンズ１２２と、折り曲げミラー１２４と、マスキングブレード１２６と、結像レンズ１２８とを含む。照明光学系は、従来の照明、輪帯照明、四重極照明などのような様々な照明モードも実現できる。
【００３４】
集光光学系１１６は、複数の光学素子から構成され、オプティカルインテグレーター１１８に所望の形状で効率よく導入する。例えば、集光光学系１１６はズームレンズシステムを含み、オプティカルインテグレーター１１８への入射ビームの形および角度の分配をコントロールする。
【００３５】
集光光学系１１６は、マスク１３０への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部を含む。露光量調整部は、主制御ユニット１５０によって制御される。露光量モニタを、例えばオプティカルインテグレーター１１８とレチクル１３０の間やその他の場所に置き露光量を計測しその結果をフィードバックすることもできる。
【００３６】
偏光制御手段１１７は、例えば、偏光素子を含み、投影光学系１４０の瞳１４２とほぼ共役な位置に配置される。偏光制御手段１１７は、後述するように、瞳１４２に形成される有効光源の所定の領域の偏光状態を制御する。複数種類の偏光素子からなる偏光制御手段１１７が図示しないアクチュエータによって回転可能なターレット上に設けられて主制御ユニット１５０がかかるアクチュエータの駆動を制御してもよい。
【００３７】
オプティカルインテグレーター１１８はマスク１３０に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、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がフーリエ変換の関係に維持され、ロッドレンズ（即ち、微小レンズ素子）を多数組み合わせることによって構成されている。但し、本発明が使用可能なオプティカルインテグレーター１１８はハエの目レンズに限定されず、光学ロッド、回折格子、各組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板などを含む。
【００３８】
オプティカルインテグレーター１１８の出射面の直後には、形状及び径が固定された開口絞り１２０が設けられている。開口絞り１２０は、後述するように、投影光学系１４０の瞳１４２に形成される有効光源とほぼ共役な位置に配置され、開口絞りの１２０の開口形状は投影光学系１４０の瞳面１４２の有効光源形状に相当する。開口絞り１２０は、後述するように、有効光源の形状を制御する。
開口絞り１２０は、照明条件に応じて絞り交換機構（アクチュエータ）１２１によって、後述する種々の開口絞りが光路中に位置するように切り替え可能となっている。アクチュエータ１２１の駆動は、主制御ユニット１５０によって制御される駆動制御ユニット１５１によって制御される。なお、開口絞り１２０は、偏光制御手段と一体に構成されてもよい。
【００３９】
集光レンズ１２２はオプティカルインテグレーター１１８の射出面近傍の２次光源から射出し、開口絞り１２０を透過した複数の光束を集光し、ミラー１２４で反射させて被照斜面としてのマスキングブレード１２６面を均一にケーラー照明によって照明する。
【００４０】
マスキングブレード１２６は複数の可動遮光板より構成され、投影光学系１４０の有効面積に対応するほぼ矩形の任意の開口形状を有している。マスキングブレード１２６の開口部を透過した光束をマスク１３０の照明光として使用する。マスキングブレード１２６は開口幅を自動可変な絞りであり、転写領域を変更できる。また、露光装置１００は、スキャン方向の転写領域を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク１２面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。露光装置１００は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００４１】
結像レンズ１２８は、マスキングブレード１２６の開口形状をレチクル１３０面上に照射して転写し、レチクル１３０面上のパターンを図示しないウエハーチャックに載置したウェハ１７０面上に縮小投影する。
【００４２】
マスク１３０は、その上に転写されるべきパターンを形成され、マスクステージ１３２に支持及び駆動される。マスク１３０から発せられた回折光は投影光学系１４０を通りウェハ１７０上に投影される。ウェハ１７０は、被露光体でありレジスト１７２が基板１７４上に塗布されている。マスク１３０とウェハ１７０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００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１３０とウェハ１７０を走査することによりマスク１３０のパターンをウェハ１７０上に転写する。なお、ステップアンドリピート方式の露光装置（即ち、「ステッパー」）であれば、マスク１３０とウェハ１７０とを静止させた状態で露光を行う。
【００４３】
図２にマスクパターンの例を示す。ここで、図２（ａ）は、Ｘ軸方向に繰り返し方向を有し、Ｙ方向に長手方向を有するマスクパターンを示す平面図であり、図２（ｂ）は、Ｙ軸方向に繰り返し方向を有し、Ｘ方向に長手方向を有するマスクパターンを示す平面図であり、図２（ｃ）は、これらが混在したマスクパターンの平面図である。
【００４４】
なお、マスク１３０は、バイナリーマスクに限定されず、位相シフトマスクでもよく、マスク１３０に形成されるパターンはゲートパターンのようなラインパターンやコンタクトホールその他のパターンであってもよい。
【００４５】
マスクステージ１３２は、マスク１３０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１３２及び投影光学系１４０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１３２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、ＸＹ方向にマスクステージ１３２を駆動することでマスク１３０を移動することができる。露光装置１００は、マスク２００とウェハ１７０を主制御ユニット１５０によって同期した状態で走査する。
【００４６】
投影光学系１４０は、マスク１３０に形成されたパターンを経た回折光をウェハ１７０上に結像する機能を有する。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（アッベ値）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。そうでなければ、色収差の補償は、レーザーのスペクトルの幅を狭くすることで実現する。最近、このような狭帯域レーザーは主な流れのうちの１つである。
【００４７】
主制御ユニット１５０は、各部の駆動制御を行うが、特に、モニタ及び入力装置１５２の入力装置から入力される情報、照明装置１００からの情報、図示しないメモリに格納されたプログラムに基づいて照明制御を行う。より詳細には、主制御ユニット１５０は、後述するように、投影光学系１４０の瞳１４２に形成される有効光源の形状及び偏光状態の制御を行う。主制御ユニット１５０による制御情報やその他の情報はモニタ及び入力装置１５２のモニタに表示される
ウェハ１７０は、別の実施形態では液晶基板その他の被露光体に置換される。ウェハ１７０ではフォトレジスト１７２が基板１７４上に塗布されている。
【００４８】
ウェハ１７０はウェハステージ１７６に支持される。ステージ１７６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、ステージ１７６はリニアモータを利用してＸＹ方向にウェハ１７０を移動する。マスク１３０とウェハ１７０は、例えば、同期して走査され、マスクステージ１３２とウェハステージ１７６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。ステージ１７６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、マスクステージ１３２及び投影光学系１４０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。
【００４９】
液体１８０には、投影光学系１４０のウェハ１７０への最終面が浸漬され、露光波長の透過率がよく、投影光学系に汚れを付着させず、レジストプロセスとのマッチングが良い物質が選択される。投影光学系１４０の最終面には液体１８０からの影響を保護するためにコーティングを施す。
【００５０】
以下、主制御ユニット１５０が行う偏光制御について説明する。まず、偏光の効果を、図３を参照して説明する。ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、Ｓ偏光及びＰ偏光を定義するための模式図である。図３（ａ）に示すように、投影光学系１４０の断面に垂直（即ち、紙面に垂直）な方向に偏光している光をＳ偏光、すなわち図１６（ｂ）に示すように、２つの結像光束を含む面に垂直に偏光している光をＳ偏光とする。投影光学系１４０の断面に平行な方向（即ち、紙面内）に偏光し、図１６（ａ）に示すように２つの結像光束を含む面に平行に偏光している光をＰ偏光と定義する。換言すれば、光の進行方向をＺ軸にとり、Ｚ軸と直交し、２つの結像光束を含む面（紙面）と平行な方向をＸ軸、２つの結像光束を含む面（紙面）と直交する方向をＹ軸にとると、Ｓ偏光はＹ軸方向に、Ｐ偏光はＸ軸方向に偏光していることになる。また紙面内に描かれた光束による微細パターンの微細構造の長手方向は紙面に垂直でＳ偏光と一致している。
【００５１】
高ＮＡ化で期待される高解像な結像性能を達成するには、結像のコントラストを落とすＰ偏光の偏光状態の光をカットし、Ｓ偏光の光のみを結像させればよい。即ち、図２（ａ）に示すように、マスクパターンがＹ軸方向に長い線パターンに対して、矢印で示すＹ軸方向に偏光方向を有するＳ偏光を用いて結像させればよい。
【００５２】
本実施形態は、液体１８０中においてパターンの結像光束である回折光の２光束のなす角の１／２をφ（ｄｅｇ）としたとき、ｓｉｎφ＝０．７の角度をなす２光束の形成される可能性のある有効光源の領域をできるだけＳ偏光のみで構成することを目的としている。
【００５３】
かかる領域は、ある実施形態では、０次光と１次光、あるいはレベンソン型位相シフトマスクのように＋１次光と−１次光による２光束干渉の場合、液体１８０内における光の射出角をθ、最大射出角をθＮＡとした場合に、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する範囲に対応する瞳１４２に形成される有効光源上の領域
である実際に２光束が９０°をなすのを避けるべきなのはレジスト内であるが液体とレジストの屈折率が近い場合には、θ０＝θｒとみなすことができるため、θＮＡを液体中とレジスト共通の最大角と考えることができる。更に別の実施形態においては、かかる領域は、結像する２つの露光光束に直交状態が発生しうる瞳１４２に形成される有効光源上の領域である。
【００５４】
なお、先にＳ偏光とパターンの方向について述べたが、これを有効光源の瞳座標での表現に直すと次のようになる。即ち、Ｓ偏光は、投影光学系１４０の瞳１４２で考えた時の照明光の有効光源において、瞳１４２の中心から引いた放射する線に直交する方向である切線方向に向いた偏光方向をいう。但し、実際には、Ｓ偏光は、結像させるパターンの方向によって定まる。実際のＬＳＩパターンはＸ及びＹ方向のパターンが多いことから、Ｓ偏光といっても基本的にはＸ又はＹ方向の偏光方向を持ち、Ｘ方向の偏光方向を持った有効光源領域が投影光学系１４０の瞳１４２のＹ軸上に中心を持つ領域に存在し、Ｙ方向の偏光方向を持った有効光源領域が投影光学系の瞳のＸ軸上に中心を持つ領域に存在する場合も含む。更に、４５°方向を含む場合には、Ｘ、Ｙ、±４５°の４方向を持つような例
も含む。
【００５５】
上述の条件を更に検討するに、これは、例えば、図１６（ｂ）において、θＮＡを最大の入射角とするとｓｉｎθＮＡ≧０．７を満足するθＮＡ≧４５°の投影光学系１４０において、液体１８０に角度θで射出した照明光のうち、以下の数式で表される成分をＳ偏光にすることによって達成される。
【００５６】
【数５】
2006135346.tif 000007
【００５７】
【数６】
2006135346.tif 000008
【００５８】
ここで、図１６（ｂ）を参照するに、数式５及び６のθは、レジスト内部において露光光が基板の表面に垂直な直線とのなす入射角である。また、θＮＡは入射角θの最大値としての露光光の最大入射角である。
【００５９】
屈折率を考えず角度だけで、照明光学系の光源分布を瞳１４２に投影した有効光源において有効光源の半径を１とし、有効光源の最大半径はσを考えると数式６は、以下の数式７の範囲の有効光源をＳ偏光にすることに相当する。
【００６０】
【数７】
2006135346.tif 000009
【００６１】
ここで、σＭＡＸは、設定した有効光源分布の一番外側に対応するパラメータで、σＭＡＸｓｉｎθＮＡが液体１８０での照明光の最大角を示している。
【００６２】
実際のＬＳＩパターンはＸやＹ方向に特定の方向性を持つことが多いので、有効光源の形状にはそれを考慮する必要がある。方向性を考えた場合の有効光源を２次元的な分布で示すと図４及び図５のようになる。ここで、図４（ａ）は、図２（ａ）に示すマスクパターンを露光するための偏光を規定する有効光源分布である。図４（ｂ）は、図２（ｂ）に示すマスクパターンを露光するための偏光を規定する有効光源分布である。図５は、図２（ｃ）に示すマスクパターンを露光するための偏光を規定する有効光源分布である。
【００６３】
次に、有効光源の領域と偏光方向の関係を、図６及び図７を参照して説明する。図２（ａ）に示すようなＹ方向に平行なマスクパターンの結像について考える。通常の有効光源は、図６に示すように、最大半径１に正規化された有効光源座標上では半径σ内に光源があり、偏光を考慮していないのでＸ方向の偏光とＹ方向の偏光が混ざって分布している。
【００６４】
Ｓ偏光となるのは、図２（ａ）に示すマスクパターンの結像においては矢印で示すＹ方向の偏光方向である。図７は光学系の瞳面を示し、設定した有効光源領域（≦σＭＡＸ）を白で示す。投影光学系１４０から液体１８０へθ１の角度で射出する光は、正規化された有効光源座標上ではｓｉｎ瞳上の有効光源において、ｓｉｎθ１／ｓｉｎθＮＡの位置に入射する。図２（ａ）に示すマスクパターンは解像力の指標であるレーリーの式のｋ１ファクター（＝Ｒ／（λ／ＮＡ））で０．５以下の十分に微細なパターンで、図中の点線で結んだ２つの黒丸が０次と１次、または−１次と０次の２光束干渉のペアを示している。２つの黒丸の間の距離は先の正規化された座標系で１／（２ｋ１）で示される。また、線分の延びている方向は個々の微細パターンの延びている方向と直交する方向である。
【００６５】
液浸では前述したようにこれらの２光束ペアがｓｉｎφ＝０．７近傍の角度をなして、Ｐ偏光で全くコントラストを持たない場合が存在する。従って、このようなペアの存在する領域では偏光方向をＳ偏光であるＹ方向のみに制御すると、像のコントラストを向上させることができる。このようにパターンに応じて偏光方向を制御すべき領域を斜線領域として示す。斜線領域は２つの黒丸のうち０次光を示す一方の黒丸が有効光源を示す白い部分に入っており、±１次光を示す他方の黒丸が瞳の中に入っていることが条件である。斜線領域は、黒丸間の距離１／（２ｋ１）の線分の両端が瞳内にはいる条件を探すことによって発見される。この場合、２つの斜線領域は２つの円が交差してそれぞれ尖った非対称形のカヌーのような形をしている。この時、Ｘ軸上の境界を求めると、液体１８０中の角度θが次の条件を満足することが本実施形態の特徴である。
【００６６】
【数８】
2006135346.tif 000010
【００６７】
ここで、σＭＡＸは、設定した有効光源分布の一番外側に対応するパラメータで、σＭＡＸｓｉｎθＮＡが液体中での照明光の最大角に対応する。
【００６８】
図７においては、領域の外側の線は設定した最大有効光源σＭＡＸを半径とし、Ｘ＝０を中心とした円であり、一方、内側は、瞳の大きさを示す半径１、Ｘ＝−（σＩＮ＋１）を中心とした円である。数式７より、σＩＮは、以下の式で表される。
【００６９】
【数９】
2006135346.tif 000011
【００７０】
即ち、Ｓ偏光にすべき領域は、Ｘ＝０を中心とし、最大有効光源σＭＡＸを半径とした円とＸ＝±（σＩＮ＋１）を中心とし、半径１の円の交わる領域である。但し、図８は、中心がＸ＝−（σＩＮ＋１）、半径１の円の片側のみを示している。
【００７１】
数式８は瞳のＸ軸またはＹ軸の軸上でのみ角度範囲を規定しているが、投影光学系の光軸方向に平行な光ばかりでなく斜めに入射する光もある。斜めに入射する光束の角度範囲を考えると、α≦θ≦θＮＡとなり角度の最小値αはＹの関数となる。
【００７２】
角度の最小値αを得る座標は半径１、中心がＸ＝Ｘ１あるいはＸ＝Ｘ２、Ｙ＝０を中心とした円上にあり、Ｘ１＝＋（σＩＮ＋１）、Ｘ２＝−（σＩＮ＋１）であるから、Ｘ＝Ｘ１を中心とした円のみを考えると、（Ｘ−Ｘ１）２＋Ｙ２＝１、Ｘ＝Ｘ１±√（１−Ｙ）２、Ｘ≦１ではＸ＝Ｘ１−√（１−Ｙ）２、またα＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）であるから（０≦α≦４５°）、α＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）＝ｔａｎ−１（Ｙ／（Ｘ１−√（１−Ｙ）２））、したがって、Ｘ軸上以外のＸ軸に平行なＸＺ面に対して角度範囲は以下のようになる。α≦θ≦θＮＡ、（０≦α≦４５°）、α＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ）＝ｔａｎ−１（Ｙ／（Ｘ１−√（１−Ｙ）２）、Ｘ１＝＋（σＩＮ＋１）、σＩＮは数式９より求まる。
【００７３】
σＩＮ＝ｓｉｎ（９０°−θＮＡ）／ｓｉｎθＮＡ、この角度範囲内ではＳ偏光、即ち、Ｘ軸に対して垂直なＹ方向の直線偏光のみとしなければならない。
【００７４】
一方、ｓｉｎθ１≦ｓｉｎ（９０°−θＮＡ）を満足するθ１という角度で光線を液浸媒質中に射出させる入射角度の小さな照明光は、微細パターンの形成には寄与せず、回折角が小さい。この場合には、偏光の効果が小さく、偏光の制御を特に考慮しなくてもいい。即ち、この領域は無偏光でも、偏光させられた光のどちらでもこの領域に割り当てることができ、それらの差をほとんど示さない。
【００７５】
従って、有効光源の存在領域のうちで斜線部分に入射する光のみに対し偏光を考慮するというのが本実施形態の特徴である。図４（ａ）に示すように、これらの斜線の領域同士はＹ軸に関して対称で、偏光方向はＳ偏光となるＹ方向、即ち、投影光学系１４０の瞳１４２を表す円の中では切線方向になっている。
【００７６】
また、図２（ｂ）に示すようなＸ方向に平行なマスクパターンに対しては、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）を９０°回転した形になり、斜線領域同士はＸ軸に関して対称で、偏光方向がＳ偏光であるＸ方向となる。Ｙ軸上の境界はＸ軸に関して先に求めた境界条件としての数式８と同一である。
【００７７】
また、図２（ｃ）に示すように、同じ微細さを持ったＸ方向に平行なマスクパターンとＹ方向に平行なマスクパターンが混在している場合には、図５（ａ）に示すように、斜線領域はＸ軸及びＹ軸に関して対称で、偏光方向はＳ偏光となる接線方向のＸ及びＹ方向となっている。またＸ軸、Ｙ軸上の境界点は数式８を満足している。θＮＡが大きくなって、図５（ｂ）に示すように、Ｘ方向のＳ偏光領域とＹ方向のＳ偏光領域が重なった部分は無偏光領域にしてもいいし、強度ゼロにして光源の分布をなくしてもいい。また、図５（ｃ）に示すように、その中心を境界にして偏光状態をわけてもいい。また、図５（ｄ）に示すように、有効光源に偏光方向の分布を持たしても効果は同様である。
【００７８】
図２（ａ）に示すように、マスクパターンの大きさが微細なものに限定され、マスクパターンの方向が１方向である場合、最適な有効光源は中心部分を除いた図８（ａ）に示すような２重極照明が適当である。図８（ａ）の有効光源はＸ軸上で数式８を満足し、０次光が斜線の光源領域を入射するともう一方の＋１次光あるいは−１次光がすべて瞳を透過するので、最も瞳における光源入射領域が大きく、しかも２光束がもれなく入射するので無駄なく結像に関与する。他には２重極としてはＸ軸上で数式８を満足していればよいので、図８（ｂ）に示す円を直線で切り出した形状、図８（ｄ）に示す輪帯を直線で部分的に切り出した形、図８（ｃ）に示す円形のような種々の形状を適用することができる。なお、図８においては、斜線部が偏光制御された透光部であり、灰色部が遮光部である。
【００７９】
パターンの大きさが微細なものに限定されている、図２（ｃ）に示すマスクパターンの方向が複数のパターンに対して最適な有効光源として図５に示す例を示したが、図９に示すような輪帯照明でも目的を達成することができる。ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）においては、斜線部が偏光制御されており、灰色部は遮光部である。図９（ａ）の白色部は透光部である。この時、輪帯照明の外側と内側の径はＸ軸、及びＹ軸上で数式８を満足する範囲内に設定され、偏光方向は図に示したように切線方向に設定される。±４５°の部分に位置する偏光の境界部は無偏光でも、ここでＸとＹ方向の偏光方向が入れ替わってもよい。
【００８０】
また、ＸＹ軸に対して４５°傾いた斜めの方向も混在しているパターンに関しては図１０に示すようなパターンの方向に応じて数式８を満たす領域をＳ偏光にするとよい。この場合、４５°方向については回転対称にし、数式８を同様に適用する。
【００８１】
実際の光学系では熱収差の問題等で、投影光学系１４０の中に偏光素子を挿入するのは難しい。従って、本実施形態は、レチクル１３０よりも前段で有効光源の所定の領域の偏光を制御する。たとえば、オプティカルインテグレーター１１８の前段に設けた偏光制御手段１１７を利用いて偏光を制御する。オプティカルインテグレーター１１８には投影光学系１４０の瞳１４２に共役な部分も存在しており、オプティカルインテグレーター１１８の個所で偏光を制御するのが光学系の構成を単純化する上で好ましい。また、有効光源の形状は開口絞り１２０で調節する。また開口絞り１２０のところで偏光を制御しても良い。
【００８２】
投影光学系１４０は特殊な例を除いては光学系自体に偏光の方向性を持っていない。従って、従来の非液浸系では、照明光は偏光特性を持たないように処理され、有効光源において半径σ（σ≦１）以下の照明領域においてＰ偏光やＳ偏光といった特殊な状態を持たない無偏光状態であった。しかし、液浸の場合は結像における光束の周波数成分を考えると、Ｘ方向やＹ方向のパターンの結像に好適な偏光特性が生じていることが分かる。この条件がこれまで説明してきた切線方向の偏光特性すなわちＳ偏光特性である。これは低周波と高周波のパターンとでｐ偏光では悪化の程度が異なっているためで、即ち、光学系の瞳周辺の高周波数成分は偏光の効果に非常に敏感であり、光学系の瞳内側の低周波数成分は偏光の効果は影響しないことによる。
【００８３】
そのために、投影光学系１４０の瞳１４２の内側の低周波数成分ではコントラストの低下が少なく、偏光の影響を考えなくてよい。従って、微細でないパターンの結像では、偏光による解像性能に与える影響は少なく、偏光を無視して光学系の構成すればよい。
【００８４】
従って、本実施形態で提案した図４、図５、図８乃至図１０に示す有効光源形状では、斜線部はＳ偏にしなければならないが、斜線部以外の有効光源上の領域は任意の偏光状態でよい。Ｓ偏光にするべき領域の取り方はパターンの方向の数によって定まり、領域はパターンの延びている方向と直交する方向の軸上について数式８で決定される。即ち、パターンの方向が一方向ならＳ偏光にする領域は２つで図４で示される。パターンの方向が二方向ならＳ偏光にする領域はオーバーラップも含めて４つになり図５で示される。パターンの方向が三方向あるいは四方向ならＳ偏光にするべき領域は図１０に示されるように殆ど輪帯状の形状となる。パターンが大きなパターンを含まず微細なパターンのみで構成される場合には、図８及び図９に示す有効光源形状とすると微細な解像力の向上効果が得られる。Ｓ偏光にすべき領域の選び方は図４及び図５と同一であるが、中心部が遮光されている点が大きく異なる。
【００８５】
本実施形態では、図４、図５、図８乃至図１０に示す有効光源形状を開口絞り１２０の開口形状によって実現している。従って、これらの有効光源形状は、開口絞り１２０の光透過と遮光部の形状として具体化される。また、本実施形態はこれらの複数の有効光源形状を有する複数の種類の開口絞りをターレット上に配置して、アクチュエータ１２１により切替可能な構成としている。また、偏光素子についても、開口絞りの開口形状に対応する形状に偏光素子を有する複数の種類の偏光素子をターレット上に配置して、図示しないアクチュエータにより切替可能な構成としている。このような開口絞り１２０や偏光素子を有する照明光学系及び露光装置も本発明の一側面を構成する。露光装置は、有効な光源の形及び偏光の両方をコントロールする様々な露光モードを持っている。
【００８６】
露光において、レーザー１１２から発せられた光束は、ビーム成形系１１４によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、照明光学系に入射する。集光光学系１１６は、光束をオプティカルインテグレーター１１８に効率よく導入する。その際、露光量調節部が照明光の露光量を調節する。
【００８７】
また、主制御ユニット１５０は、ユーザがモニタ及び入力装置１５２の入力装置を介してマスクパターンの情報をいれるか、かかる情報をマスクに形成されたバーコードなどを読み取ることによって認識し、マスクパターンに適した照明条件としての開口形状と偏光状態を、偏光制御手段１１７の図示しないアクチュエータと開口絞り１２０のアクチュエータ１２１を駆動することによって選択する。例えば、主制御ユニット１５０は、図２（ａ）のマスクパターンに対しては図４（ａ）の偏光状態を設定するなどである。
【００８８】
オプティカルインテグレーター１１８は照明光を均一化し、開口絞り１２０は、所望の有効光源形状を設定する。かかる照明光は集光レンズ１２２、折り曲げミラー１２４、マスキングブレード１２６、結像レンズ１２８を介してマスク２００を最適な照明条件で照明する。
【００８９】
マスク１３０を通過した光束は投影光学系１４０によって、ウェハ１７０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であれば、光源１１２と投影光学系１４０は固定して、マスク１３０とウェハ１７０を同期走査してショット全体を露光する。更に、ウェハステージ１７６をステップして、次のショットに移り、新しいスキャンオペレーションがなされる。このスキャンとステップを繰り返し、ウェハ１７０上に多数のショットを露光転写する。なお、露光装置がステップアンドリピート方式を採用すれば、マスク１３０とウェハ１７０を静止させた状態で露光を行う。
【００９０】
投影光学系１４０のウェハ１７０への最終面は空気よりも屈折率の高い液体１８０に浸漬されているので、投影光学系１４０のＮＡは高くなり、ウェハ１７０に形成される解像度も微細になる。また、偏光制御により、レジスト１７２上にはコントラストの高い像が形成される。これにより、露光装置１００は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。
【実施例１】
【００９１】
以下、液浸型の露光装置１００を用いて本発明の第１の実施例を説明する。かかる露光装置１００は、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を光源１１２に使用し、投影光学系１４０は開口数１．３２を有し、液体中の最大角θＮＡはｓｉｎθＮＡ＝０．９を満足する。また、液体１８０の屈折率は１．４７であり、照明系のσＭＡＸ＝０．９である。投影露光装置は縮小投影露光が一般的である。縮小投影露光の場合、作成したいパターンサイズとマスクパターンは露光装置の倍率に応じて異なるが、以下、マスク１３０上のパターンサイズについてもウェハ１７０上の寸法に換算して説明する。
【００９２】
図２（ｃ）に示すような線幅と間隔が等しいＸ方向及びＹ方向のラインアンドスペース（以下、「Ｌ／Ｓ」と略す。）パターンが混在したマスクパターンにおいて、線幅と間隔、即ち、ピッチを変えていった場合のコントラスト深度（μｍ）を図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す。
【００９３】
この時、ｓｉｎθＮＡ＝０．９においてはθＮＡ＝６４°であった。ｓｉｎ（９０°−θＮＡ）／ｓｉｎθＮＡ＝０．４４／０．９＝０．４９であり、数式８に対応する、パターンの方向に対応した軸上でのＳ偏光のみの入射領域に対応するσの値は０．４４／０．９０≦σ≦σＭＡＸより、略０．５≦σ≦０．９の範囲をＳ偏光領域となるように照明系を設計すればよいことになる。
【００９４】
図６に示すσＭＡＸ＝０．９の無偏光円形有効光源に対し、図５（ｄ）に示すような０．５≦σ≦０．９を図中のような切線方向の偏光としてσの値で０．５以下の内側を無偏光円形有効光源とした場合のコントラスト深度（μｍ）を図１１（ａ）に示す。偏光状態を制御することで、微細な線幅で深度が増加し、限界解像が伸びているとともに、線幅が大きなところでは深度がほとんど変化せず、微細な線幅のみ深度の向上効果が確認される。微細なパターンを解像する上で、無偏光状態におけるようなコントラスト低下は大きな問題であるが、偏光を制御した有効光源を用いることにより微細なパターンを解像できるようになることがわかった。無偏光中で減少するコントラストは、細かいパターンの解像では大きな問題である。しかし、偏光をコントロールした有効光源を用いることにより細かいパターンを解像できるようになることがわかる。
【００９５】
図６に示すσＭＡＸ＝０．９の無偏光円形有効光源に対し、図９（ｂ）に示すような０．５≦σ≦０．９を図中のような接線方向の偏光としてσの値で０．５以下の内側を遮光した輪帯照明の場合のコントラスト深度（μｍ）を図１１（ｂ）に示す。σ≦０．５を遮光し、光学系の瞳の内側の低周波数成分をカットしたことで、線幅の大きなパターンの深度が若干低下する代わりに微細な線幅のパターンの深度が増加し、更に、限界解像が大きく伸びており、Ｓ偏光の効果が確認される。
【実施例２】
【００９６】
以下、本発明の第２の実施例としての液浸型の露光装置を説明する。実施例１と同様に、かかる露光装置は、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を光源１１２に使用し、投影光学系１４０は開口数１．３２を有し、液体中の最大角はθＮＡはｓｉｎθＮＡ＝０．９を満足する。また、液体１８０の屈折率は１．４７であり、照明系のσＭＡＸ＝０．９である。
【００９７】
図２（ａ）に示すような線幅と間隔が等しいＹ方向に平行なＬ／Ｓパターンの一方向のみのマスクパターンにおいて、線幅と間隔、即ち、ピッチを変えていった場合のコントラスト深度（μｍ）を図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す。
【００９８】
この時、ｓｉｎθＮＡ＝０．９ではθＮＡ＝６４°であった。また、ｓｉｎ（９０°−θＮＡ）／ｓｉｎθＮＡ＝０．４４／０．９＝０．４９であり、数式８に対応する、パターンの方向に対応した軸上でのＳ偏光のみの入射領域に対応するσの値を０．４４／０．９０≦σ≦σＭＡＸより、ほぼ０．５≦σ≦０．９の範囲をＳ偏光領域となるよう照明系を設計すればよいことになる。  図６に示すσＭＡＸ＝０．９の無偏光円形有効光源に対し、図４（ａ）に示すような照明方法で、０．６８≦σ≦０．９を図中のような接線方向の偏光としてσの値で０．５以下の内側を無偏光円形有効光源とした場合のコントラスト深度（μｍ）を図１２（ａ）に示す。ここでは、０．６８≦σ≦０．９の範囲で切線方向の偏光を持つ照明Ａは、前に定義したＳ偏光領域の一部を満足するが、０．５≦σ≦０．９では切線方向に直交した偏光を用いていない。即ち、
０．５≦σ≦０．９に切線方向の偏光を用いるという条件は０．５≦σ≦０．９では切線方向に直交した偏光を用いないという条件であるといいかえることもできる。偏光状態を制御することで、微細な線幅で深度が増加し、限界解像が伸びているとともに、線幅の大きなパターンの深度が若干低下するが問題となるほどではなく、微細な線幅において深度の向上効果が確認される。パターンが一方向の場合は効果が大きい。微細なパターンを解像する上で、無偏光状態におけるようなコントラスト低下は大きな問題であるが、偏光を制御した有効光源を用いることにより微細なパターンを解像できるようになることがわかった。
【００９９】
また、図７に示すσＭＡＸ＝０．９の無偏光円形有効光源に対し、図８（ｃ）に示すような０．５≦σ≦０．９を図中のような切線中心位置が瞳座標系でＸ＝０．７、半径が０．２、の場合のコントラスト深度（μｍ）を図１２（ｂ）に示す。σ≦０．５を遮光し、光学系の瞳の内側の低周波数成分をカットしたことで、線幅の大きなパターンの深度が若干低下する代わりに微細な線幅のパターンの深度が増加し、限界解像が大きく伸びていることから、線幅が微細なパターンのみで構成されている場合にはＳ偏光領域以外を遮光しても問題はない。また、二重極照明の形状を図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｄ）にしてもほとんど同じ効果を示すので結果を省略する。微細なパターンを解像する上で、無偏光状態におけるようなコントラスト低下は大きな問題であるが、偏光を制御した有効光源を用いることにより微細なパターンを解像できるようになることがわかった。
【０１００】
本実施例ではＮＡ＝１．３２の場合について説明したが、この露光方法の効果は高ＮＡになればなるほど、また微細なパターンになればなるほど顕著に現れる。しかも、液浸光学系ではＰ偏光の結像コントラストが０になってしまうところがあるので、従来の投影光学系よりより顕著に現れることはいうまでもない。
【０１０１】
本実施形態では、液浸型の投影光学系特有の偏光について触れたが、液浸の場合のもう一つ大きな問題は液体１８０自体の揺らぎである。液体１８０の屈折率はｎｏとしたが、揺らぎによってある塊の部分が、図１８に示すように、屈折率ｎｏ＋Δｎを持っているとする。揺らぎがない時に比べ、揺らぎが入った時の波面収差の揺らぎの絶対値ΔＷは最大値として次式で表現される。
【０１０２】
【数１０】
2006135346.tif 000012
【０１０３】
ここで、ｄは液浸媒質の厚さである。また、数式１５よりも以下の数式１１が導かれる。
【０１０４】
【数１１】
2006135346.tif 000013
【０１０５】
ΔＷの許容発生量を３０ｍλとして、θＭＡＸ＝６０°、波長１９３ｎｍ、Δｎ＝１０ｐｐｍとして、数式１１より数値を代入すると、ｄ≦３０００λｃｏｓθＮＡ＝０．２９ｍｍとなり、現実の値に近い数値が得られる。ｄさえ小さければあらゆる揺らぎの影響は小さく抑えることができるため液浸のシステムではどこまでｄを小さくできるかが大きな判断ポイントとなる。
【０１０６】
また、ＡｒＦエキシマレーザーでの液浸用の液体は純水が適している。しかしながら、液体と接触する投影光学系１４０の最もウェハ１７０に近い光学素子は、投影光学系１４０中で最も光エネルギーの集中する部分でもある。従って、コンパクション等、硝材の耐久性の問題から石英を使用することができず、蛍石を使用する必要がある。ところが、蛍石には潮解性があるため、水と接触するとダメージを受けてしまう。従来、ＡｒＦの領域では蛍石に蒸着法で膜を付けるのが通例であったが、蒸着による膜は多孔質であり、孔部を通して基板の蛍石がダメージを受けてしまう。そのため、本実施形態では、液体と接触する投影光学系１４０の最終面にスパッタ膜を使用し、蛍石基板を保護すると共に反射防止も同時に達成することを特徴としている。このためには、例えば、ＭｇＦ２のような物質によるスパッタ膜が適している。
【実施例３】
【０１０７】
次に、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４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、それが出荷（ステップ７）される。
【０１０８】
図１５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。本発明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、本発明のリソグラフィー技術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。また、本発明は、かかるデバイス製造方法の中間及び最終結果物であるデバイス自体もカバーする趣旨である。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【０１０９】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施形態としての露光装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示すマスクに形成されるパターンの幾つかの例を示す平面図である。
【図３】Ｐ偏光及びＳ偏光の効果について説明するための概念図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すマスクパターンを露光するための偏光を規定する有効光源分布である。
【図５】図２（ｃ）に示すマスクパターンを露光するための偏光を規定する有効光源分布である。
【図６】有効光源の領域と偏光方向の関係を説明するための模式図である。
【図７】有効光源の領域と偏光方向の関係を説明するための模式図である。
【図８】図２（ａ）に示すマスクパターンが微細な大きさのみのもので構成されている場合の有効光源形状の一例を示す模式図である。
【図９】図２（ｃ）に示すマスクパターンが微細な大きさのみのもので構成されている場合の有効光源形状の一例を示す模式図である。
【図１０】様々な方向のパターンを解像するために用いられる有効光源形状の一例を示す模式図である。
【図１１Ａ】図２（ｃ）に示すマスクパターンにおいて、ピッチとコントラスト深度との関係を示すグラフである。
【図１１Ｂ】図２（ｃ）に示すマスクパターンにおいて、ピッチとコントラスト深度との関係を示すグラフである。
【図１２Ａ】図２（ａ）に示すマスクパターンにおいて、ピッチとコントラスト深度との関係を示すグラフである。
【図１２Ｂ】図２（ａ）に示すマスクパターンにおいて、ピッチとコントラスト深度との関係を示すグラフである。
【図１３】図１に示す媒質（液体）の揺らぎを説明するための概略図である。
【図１４】本発明の露光装置を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図１６】液侵型の露光における結像と偏光との関係を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００              露光装置
１１２              光源
１２０              開口絞り
１２１              アクチュエータ
１３０              マスク又はレチクル
１４０              投影光学系
１４２              瞳（面）
１５０              主制御ユニット
１７０              ウェハ
１７２              レチクル
１７４              基板
１８０              媒質（液体）
【図７】
2006135346.tif 000014
【図１４】
2006135346.tif 000015
【図１６】
2006135346.tif 000016
【図１】
2006135346.tif 000017
【図２】
2006135346.tif 000018
【図３】
2006135346.tif 000019
【図４】
2006135346.tif 000020
【図５】
2006135346.tif 000021
【図６】
2006135346.tif 000022
【図８】
2006135346.tif 000023
【図９】
2006135346.tif 000024
【図１０】
2006135346.tif 000025
【図１１Ａ】
2006135346.tif 000026
【図１１Ｂ】
2006135346.tif 000027
【図１２Ａ】
2006135346.tif 000028
【図１２Ｂ】
2006135346.tif 000029
【図１３】
2006135346.tif 000030
【図１５】
2006135346.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月15日(2005.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンを被露光体に、少なくとも一部が液体に浸漬された投影光学系とを利用して結像する露光方法において、
前記投影光学系が前記液体と接触する最終面を前記液体から保護することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
マスクに形成されたパターンを被露光体に結像する露光装置であって、
少なくとも一部が液体に浸漬されて開口数ｎ０ｓｉｎθＮＡを有する投影光学系と、
所定のコントラストを確保するように、露光光が前記投影光学系から出射する角度θが、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する範囲に対応する前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域の偏光状態を制御する偏光制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクパターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光装置において、前記投影に用いる光の波長をλ（ｎｍ）、前記液体の屈折率をｎ０、前記投影光学系の開口数をｎ０ｓｉｎθ０とを、前記液体の前記投影光学系の光軸方向の厚さをｄとすると、ｄ≦３０００λｃｏｓθ０を満足することを特徴する露光装置。
【請求項４】
液体と接触する投影光学系の最終面は蛍石基板上の面であり、該最終面にスパッタ膜を形成することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の一側面としての露光方法は、マスクに形成されたパターンを被露光体に、少なくとも一部が液体に浸漬された投影光学系とを利用して結像する露光方法において、前記投影光学系が前記液体と接触する最終面を前記液体から保護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、マスクに形成されたパターンを被露光体に結像する露光装置であって、少なくとも一部が液体に浸漬されて開口数ｎ０ｓｉｎθＮＡを有する投影光学系と、所定のコントラストを確保するように、露光光が前記投影光学系から出射する角度θが、９０°−θＮＡ≦θ≦θＮＡを満足する範囲に対応する前記投影光学系の瞳に形成される有効光源上の領域の偏光状態を制御する偏光制御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、被露光体の表面及び投影光学系の最終面を液体に浸漬し、マスクパターンを前記投影光学系により前記被露光体上に投影する露光装置において、前記投影に用いる光の波長をλ（ｎｍ）、前記液体の屈折率をｎ０、前記投影光学系の開口数をｎ０ｓｉｎθ０とを、前記液体の前記投影光学系の光軸方向の厚さをｄとすると、ｄ≦３０００λｃｏｓθ０を満足することを特徴する。