(57)【要約】【課題】  基板上に投影される像の性能悪化を抑制することができる回折光学素子、露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  基板を露光する露光装置の照明光学系に用いられ、照明光学系の瞳面における光強度分布を形成するための回折光学素子において、互いに回折作用が異なる第１回折エレメントおよび第２回折エレメントを有し、第１回折エレメントおよび第２回折エレメントの各々は光が照射される領域において点対称に形成されており、該対称の中心が共通していることを特徴とする回折光学素子。【選択図】  図４
2008091881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を露光する露光装置の照明光学系に用いられ、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成するための回折光学素子において、
互いに回折作用が異なる第１回折エレメントおよび第２回折エレメントを有し、
前記第１回折エレメントおよび前記第２回折エレメントの各々は、光が照射される領域において点対称に形成されており、該対称の中心が共通している
ことを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記第２回折エレメントは、前記第１回折エレメントを囲むように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記回折光学素子は、計算機ホログラムである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
光の偏光状態を調整するサブ波長構造を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回折光学素子。
【請求項５】
照明光学系を用いて原版を照明し、前記原版のパターンの像を投影光学系を介して基板に投影露光する露光装置において、
前記照明光学系が請求項１乃至３の何れか１項に記載の回折光学素子を有し、
前記照明光学系の光軸が前記対称の中心を通る
ことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記回折光学素子における光の照射領域を調整する領域調整部を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記領域調整部は、前記照射領域の面積を変える
ことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
光の偏光状態を調整する偏光調整素子を備える
ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項９】
前記偏光調整素子は、
前記第１回折エレメントに対応した形状である第１偏光エレメントと、
前記第２回折エレメントに対応した形状である第２偏光エレメントと、
を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記回折光学素子と前記偏光調整素子とは、一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の露光装置。
【請求項１１】
請求項５乃至１０の何れか１項に記載の露光装置を用いて潜像パターンを基板に形成する形成工程と、
前記潜像パターンを現像する現像工程と、を備えたことを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回折光学素子、露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理速度の高速化、電子機器の小型化が近年一段と進み、半導体デバイスの回路パターンの微細化に対する要求はますます高まりつつある。シリコンウエハやガラスプレートなどの基板に微細な回路パターンを形成する工程において、露光装置を用いたフォトリソグラフィー技術は欠くことができない技術となっている。
【０００３】
微細な回路パターンを形成するためには、露光装置の解像度Ｒを小さくする必要がある。露光装置の解像度Ｒは、一般にＲａｙｌｅｉｇｈの式と呼ばれる以下の数式１で表される。
【０００４】
Ｒ＝ｋ１×λ／（ＮＡ）・・・数式１数式１から、解像度Ｒを小さくするためには、プロセス係数ｋ１又は光源波長λを小さくするか、投影光学系の開口数ＮＡを大きくすればよいことが分かる。
【０００５】
露光光源の光源波長λを小さくした場合、露光光源のコストが高くなったり、硝材の吸収率や複屈折が大きくなったりするために、露光の効率が低下することがあり、所望の像性能を得られないことがある。
【０００６】
液浸露光の技術を用いて投影光学系のＮＡを大きくした場合、投影光学系が大型化したり複雑化したりする傾向にあるので、露光装置のコストが増大することがある。
【０００７】
超解像技術（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、以下、ＲＥＴとする）を用いると、光源波長λや投影光学系のＮＡを変えずにプロセス係数ｋ１を小さくすることができる。
【０００８】
そのＲＥＴの一つに、露光光学系の光学特性に応じてレチクルに補助パターンや線幅のオフセットを与える方法がある。
【０００９】
あるいは、ＲＥＴの別の一つに、照明光学系の有効光源の形状をレチクルパターンに応じて変えて変形照明を形成する変形照明（斜入射照明）法がある。
【００１０】
変形照明を形成するために、投影光学系の瞳共役面（照明光学系の瞳面）の近傍に、輪帯、二重極、四重極などの形状の絞りを配置する方法がある。この方法では、絞りで部分的に遮光されて被照射面に達する光量が減少するため、装置のスループットが低下することがある。
【００１１】
あるいは、変形照明を形成するために、照明光学系の内部に円錐や角錐などのプリズムを配置する方法がある。この方法では、デバイス製造に必要な変形照明が複雑化、多様化してきているので、所望の有効光源を形成することが困難になりつつある。
【００１２】
また、変形照明を形成するために、絞りやプリズムの代わりに回折光学素子を用いる方法がある。例えば、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ、以下、ＣＧＨとする）が回折光学素子として利用されることがある。この方法によれば、複雑な形状の有効光源を形成することができる。
【００１３】
ここで、単に照明光学系に回折光学素子を配置しただけでは、有効光源の分布を調整する際の自由度が十分でないことがある。例えば、二重極照明や四重極照明において、各極の光量を個別に調整するために多数の回折光学素子が必要となることがあり、有効光源の分布を調整する際の自由度が十分でない。
【００１４】
それに対して、特許文献１に記載の技術では、回折作用の異なる複数の回折エレメントを組み合わせてひとつの回折光学素子を構成している。この回折光学素子では、複数の回折エレメントのうちの１以上の回折エレメントを光軸方向と垂直な方向に移動して、各回折エレメントに入射する光束の強さの割合を変えている。これにより、それぞれの回折エレメントによる回折パターンの相対的な強度を調整できるので、有効光源の分布を調整する際の自由度を確保できる。
【００１５】
また、特許文献２に記載の技術でも、回折作用の異なる複数の回折エレメントを組み合わせてひとつの回折光学素子を構成している。この回折光学素子では、その重心に対して、光が照射される領域の中心をずらして、各回折エレメントに入射する光束の強さの割合を変えている。これにより、それぞれの回折エレメントによる回折パターンの相対的な強度を調整できるので、有効光源の分布を調整する際の自由度を確保できる。
【特許文献１】米国特許６８３３９０７Ｂ２公報
【特許文献２】特開２００６−５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１に記載の技術では、複数の回折エレメントを光軸に対して移動するので、照明光学系の光軸に対する、回折エレメントの対称性が悪くなっている。つまり、複数の回折エレメントが、照明光学系の光軸に対して非対称に配置されている。また、特許文献２に記載の技術でも、各エレメントの中心が光軸からずれているため、照明光学系の光軸に対する回折エレメントの対称性が悪くなっている。
【００１７】
このように、照明光学系の光軸に対する回折光学素子の対称性が悪いため、被照射面を均一に照明するために必須であるハエの目やパイプなどいわゆるオプティカルインテグレータによって形成される２次光源のそれぞれの位置がシフトする。これにより、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れる傾向にある。この結果、像性能が悪化するおそれがある。
【００１８】
また、回折光学素子の後方にプリズムを配置した場合、回折光学素子の対称性が悪いため、プリズムを通過する光束が光軸に対して非対称になる。これにより、有効光源の分布が歪むので、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れ、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の均一性が低下する。この結果、像性能が悪化するおそれがある。
【００１９】
そこで、本発明は、基板上に投影される像の性能悪化を抑制することができる回折光学素子、露光装置及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１側面に係る回折光学素子は、基板を露光する露光装置の照明光学系に用いられ、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成するための回折光学素子において、互いに回折作用が異なる第１回折エレメントおよび第２回折エレメントを有し、前記第１回折エレメントおよび前記第２回折エレメントの各々は光が照射される領域において点対称に形成されており、該対称の中心が共通していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２側面に係る露光装置は、照明光学系を用いて原版を照明し、前記原版のパターンの像を投影光学系を介して基板に投影露光する露光装置において、前記照明光学系が本発明の第１側面に係る回折光学素子を有し、前記照明光学系の光軸が前記対称の中心を通ることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第３側面に係るデバイスの製造方法は、本発明の第２側面に係る露光装置を用いて潜像パターンを基板に形成する形成工程と、前記潜像パターンを現像する現像工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、基板上に投影される像の性能悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の第１実施形態に係る露光装置を、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【００２５】
まず、露光装置１００の概略構成及び概略動作を説明する。
【００２６】
露光装置１００は、照明光学系（２〜１４）及び投影光学系１６を備える。
【００２７】
照明光学系は、光源１からの光を投影光学系へ供給する。投影光学系は、原版としてのマスクのパターンの像を、レジストが塗布されたウエハ１７上へ投影露光する。これにより、レジストが感光して、レジストに潜像パターンが形成される。そして、その潜像パターンが現像されて、ウエハに所望の回路パターンが形成される。
【００２８】
照明光学系は、引き回し光学系２、ズームレンズユニット３、射出角度保存光学素子４、回折光学素子５、アクチュエーター６、コンデンサーレンズ７、遮光部材８及びプリズムユニット１０を備える。また、照明光学系は、ズームレンズユニット１１、多光束形成部１２、絞り１３及びコンデンサーレンズ１４を備える。
【００２９】
引き回し光学系２、ズームレンズユニット３、射出角度保存光学素子４、回折光学素子５、コンデンサーレンズ７、遮光部材８、プリズムユニット１０は、光軸ＰＡを中心に配置されている。また、ズームレンズユニット１１及び多光束形成部１２、絞り１３、コンデンサーレンズ１４及び投影光学系１６も同様に光軸ＰＡを中心に配置されている。
【００３０】
光源１は、光（光束）を発生させる。光源１は、例えば波長が約１９３ｎｍのＡｒＦレーザーや約２４８ｎｍのＫｒＦレーザーを発生させる。なお、光源１は、他の種類や波長のレーザーを発生させてもよいし、水銀ランプなどにより非レーザー光を発生させてもよい。
【００３１】
引き回し光学系２は、光源１とズームレンズユニット３との間に設けられている。これにより、引き回し光学系２は、光源１からの光束をズームレンズユニット３に導く。
【００３２】
ズームレンズユニット３は、引き回し光学系２と射出角度保存光学素子４との間に設けられている。ズームレンズユニット３は、第１レンズ３ａと第２レンズ３ｂとを含む。ズームレンズユニット３では、第１レンズ３ａと第２レンズ３ｂとの距離を変えることにより、ズーミングを行う。これにより、引き回し光学系２からの光束を射出角度保存光学素子４へ導き、第１照射領域を調整することができる。ここで、第１照射領域は、射出角度保存光学素子４に対して光束が照射される領域である。ズーミングの効果については後述する。
【００３３】
射出角度保存光学素子４は、ズームレンズユニット３と回折光学素子５との間に設けられている。射出角度保存光学素子４は、マイクロレンズアレイやファイバー束などのオプティカルインテグレータを含む。これにより、ズームレンズユニット３からの光束に対して発散角度を一定に保ちながら回折光学素子５へ導く。このため、光源１の出力変動が回折光学素子５の回折パターン分布に及ぼす影響を軽減することができる。また、ズームレンズユニット３のズーミングによって変化する入射ＮＡが、回折光学素子５の回折パターン分布に及ぼす影響も軽減することができる。
【００３４】
回折光学素子５は、照明光学系の瞳面のフーリエ変換面に配置され、投影光学系の瞳共役面である照明光学系の瞳面や照明光学系の瞳面と共役な面に所定の光強度分布を形成する。回折光学素子５は、射出角度保存光学素子４とコンデンサーレンズ７との間に設けられている。この回折光学素子５は、複数のスロットを有するターレットに搭載されている。これにより、射出角度保存光学素子４からの光束は、回折光学素子５の第２照射領域を照射し、回折光学素子５で回折して、コンデンサーレンズ７へ導かれる。ここで、第２照射領域は、第１照射領域が調整されたことに応じて調整されることになる。第２照射領域は、回折光学素子５に対して光束が照射される領域である。
【００３５】
なお、アクチュエーター６は、ターレットを回動可能に接続されている。ターレットには、回折光学素子５以外の回折光学素子も搭載されており、アクチュエーター６がターレットを回動させることにより、回折光学素子５以外の回折光学素子を光軸ＰＡ上に移動することが可能である。
【００３６】
コンデンサーレンズ７は、回折光学素子５と第１プリズム１０ａとの間に設けられている。これにより、回折光学素子５で回折した光束は、コンデンサーレンズ７によって集光され、コンデンサーレンズ７と第１プリズム１０ａとの間に存在する回折パターン面９に回折パターンを形成する。
【００３７】
なお、アクチュエーター６により光軸ＰＡ上に位置する回折光学素子を交換すれば、回折パターン面９に形成される回折パターンの形状を変えることができる。
【００３８】
遮光部材８は、コンデンサーレンズ７と第１プリズム１０ａとの間において、回折パターン面９からデフォーカスした位置に配置される。遮光部材８は、例えば、絞りやブレード、フィルターなどである。遮光部材８が回折パターン面９からデフォーカスした位置にあることにより、遮光部材８が光束の一部を遮光したときに、光の強度を急激に変化させることなく有効光源の分布を調整することが可能である。
【００３９】
なお、遮光部材８は、回折光学素子５と多光束形成部１２との間であれば、回折光学素子５と回折パターン面９との間以外の位置に配置されていてもよい。
【００４０】
プリズムユニット１０は、回折パターン面９とズームレンズユニット１１との間に設けられている。プリズムユニット１０は、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂとを含む。プリズムユニット１０では、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂとの距離を変えることにより、ズーミングすることが可能になっている。これにより、回折パターン面９に形成された回折パターン（光強度分布）に対して、輪帯率及び開口角を調整してズームレンズユニット１１へ導くことができる。
【００４１】
ズームレンズユニット１１は、プリズムユニット１０と多光束形成部１２との間に設けられている。ズームレンズユニット１１は、第３レンズ１１ａと第４レンズ１１ｂとを含む。ズームレンズユニット１１では、第３レンズ１１ａと第４レンズ１１ｂとの距離を変えることにより、ズーミングする。これにより、回折パターン面９に形成された回折パターンに対して、照明光学系のＮＡと投影光学系のＮＡとの比を基準としたσ値を調整して多光束形成部１２へ導くことができる。
【００４２】
多光束形成部１２は、ズームレンズユニット１１とコンデンサーレンズ１４との間に設けられる。これにより、輪帯率、開口角及びσ値が調整された回折パターンに応じて、多数の２次光源を形成してコンデンサーレンズ１４へ導くことができる。ここで、多光束形成部１２とコンデンサーレンズ１４との間には、絞り１３が設けられている。これにより、多光束形成部１２からコンデンサーレンズ１４へ導かれる光量を調整することができる。
【００４３】
コンデンサーレンズ１４は、多光束形成部１２とマスク１５との間に設けられている。これにより、多光束形成部１２から導かれた多数の光束を集光してマスク１５を重畳的に照明することができる。
【００４４】
なお、多光束形成部１２は、ハエの目レンズから構成されているが、パイプ、回折光学素子やマイクロレンズアレイなど他の形態のオプティカルインテグレータから構成されていてもよい。
【００４５】
原版としてのマスク１５は、コンデンサーレンズ１４と投影光学系１６との間に設けられている。マスク１５には、回路のレイアウトパターンに応じたパターンが描画されている。マスク１５に描画されたパターンで多数の光束が回折されて投影光学系１６へ導かれる。
【００４６】
投影光学系１６は、マスク１５とウエハ１７との間に設けられており、両者を互いに共役にしている。投影光学系１６はマスク１５に描画されたパターンをウエハ１７（の上のレジスト）に結像する。
【００４７】
次に、本発明の課題を、図２および図３を用いて説明する。図２は、プリズムユニットにおける屈折を示す図である。図３は、多光束形成部１２において２次光源がシフトする原因を示す図である。
【００４８】
例えば、回折光学素子の後方にプリズム（第１プリズム１０ａ及び第２プリズム１０ｂ）を配置した場合を説明する。回折光学素子５の各エレメントについて、光軸ＰＡに関する対称性が悪い（光軸ＰＡに関して非点対称である）と、プリズムユニット１０における屈折は図２に示すようになる。すなわち、回折パターン面９に入射する（回折パターン面９から射出する）光束が光軸ＰＡに関して非対称になる。図２においては、回折パターン面９から射出する２つの光束の重心光線が上方に向いており、２つの光束は光軸ＰＡに関して非対称となっている。すると、第１プリズム１０ａへ入射する光束も光軸ＰＡに関して非対称になり、例えばＹ方向において光軸ＰＡの上下で第１プリズム１０ａに入射する光束の屈折作用が異なることになる。
【００４９】
より具体的に説明する。図２は、回折パターン面９上の光軸ＰＡから対称に離れた２つの位置から射出する光の光路を示している。その２つの光により、多光束形成部１２の入射面には、光軸ＰＡの上下で非対称な光束が入射する。すなわち、その２つの入射（射出）光の重心が光軸ＰＡに対してなす角度が異なる場合、それぞれの光に対するプリズムの屈折作用が異なり、多光束形成部１２の入射面上に、光軸ＰＡに対して非対称な光束が入射してしまう。ここで、第１プリズム１０ａと第２プリズム１０ｂとは、それぞれ円錐形状をしているものとする。
【００５０】
また、回折光学素子の光軸に対する対称性が悪い場合、多光束形成部１２がハエの目レンズであれば、図３に示すように、多光束形成部１２の各レンズには、実線で示す光束が照射されたり、点線で示す光束が照射されたりする。このように、多光束形成部１２の各レンズに入射する光線が光軸ＰＡと平行な方向に対して傾くと、多光束形成部１２の各レンズの集光点に結像する２次光源のそれぞれの位置が２次的な光軸ＰＢ１〜ＰＢｎからシフトする。ここで、２次的な光軸ＰＢ１〜ＰＢｎは、多光束形成部１２の各レンズの重心を通り光軸ＰＡに平行な軸である。これにより、有効光源の分布が歪むので、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れ、ＣＤの均一性が低下する。その結果、像性能が悪化するおそれがある。
【００５１】
それに対して、本発明の第１実施形態に係る露光装置は以下のような特徴を有している。
【００５２】
まず、回折光学素子の詳細構成を、図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態における回折光学素子の構成を示す図である。
【００５３】
回折光学素子５は、第１回折エレメント５ｂ及び第２回折エレメント５ａを備える。
【００５４】
第１回折エレメント５ｂは、網状のハッチングで示した部分であり、回折光学素子５の回折面重心ＷＣ１（対称の中心）に関して点対称（より具体的には４回回転対称）な略正方形状の領域に形成されている。点対称な形状とは、ある点を中心に１８０°回転したとき、元の形状と重なるような形状である。回折面重心ＷＣ１は、回折される面の重心（図心）である。第１回折エレメント５ｂでは、回折のための凹凸の形状（図示せず）が形成されている。なお、第１回折エレメント５ｂの凹凸の形状について、上記のように点対称である必要はない。
【００５５】
第２回折エレメント５ａは、斜線のハッチングで示した部分であり、第１回折エレメント５ｂを囲んでおり、回折光学素子５の回折面重心ＷＣ１に関して点対称（より具体的には４回回転対称）な中空の略正方形状をしている。第１回折エレメント５ｂと第２回折エレメント５ａとは共通の対称中心１を有しており、その対称中心は光軸ＰＡ上に位置している。第２回折エレメント５ａでは、回折のための凹凸の形状（図示せず）が形成されている。ここで、第２回折エレメント５ａでは、回折のための凹凸の形状が、第１回折エレメント５ｂとは異なる。これにより、第１回折エレメント５ｂと第２回折エレメント５ａとは、回折作用が異なるものとなる。なお、第２回折エレメント５ａの凹凸の形状についても、上記のように点対称である必要はない。
【００５６】
次に、回折光学素子の詳細動作を、図４及び図５を用いて説明する。図５は、回折パターン面に形成される回折パターンを示す図である。
【００５７】
例えば、図４に示すように、第２照射領域ＩＲ２が、回折光学素子５の全面、すなわち、第１回折エレメント５ｂ及び第２回折エレメント５ａの全面である場合を考える。このとき、第１回折エレメント５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面９にＸ方向の二重極パターン９ｂ（図５参照）を形成する。第２回折エレメント５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面９にＹ方向の二重極パターン９ａ（図５参照）を形成する。
【００５８】
ここで、第２照射領域ＩＲ２の中心（光軸ＰＡ）は回折光学素子５の回折面重心ＷＣ１とほぼ一致する。これにより、回折パターン面９に入射する光束の方向（角度分布）が、光軸ＰＡに関して対称なものとなる。このため、多光束形成部１２の各レンズによって形成される、それぞれの２次光源の中心位置が光軸ＰＢ１〜ＰＢｎ（図３参照）からシフトすることが低減する。この結果、有効光源の歪みを低減できるので、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れることを低減でき、ＣＤ均一性の低下を抑制できる。この結果、像性能の悪化を抑制できる。
【００５９】
なお、図５では、図４に対応する部分が同様のハッチングで示されている。
【００６０】
次に、ズームレンズユニット３によるズーミングの効果を、図６〜図１１を用いて説明する。
【００６１】
例えば、ズームレンズユニット３（図１参照）により、図６に示すように、第１回折エレメント５ｂのみになるように第２照射領域ＩＲ２ｉが調整される。このとき、第１回折エレメント５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図７に示すように、回折パターン面９にＸ方向の二重極パターン９ｂを形成する。一方、第２回折エレメント５ａには、光束が照射されないので、図７に示すように、回折パターン面９にＹ方向の二重極パターン９ａが形成されない。
【００６２】
例えば、ズームレンズユニット３（図１参照）により、図８に示すように、第１回折エレメント５ｂの全面及び第２回折エレメント５ａの一部の面になるように第２照射領域ＩＲ２ｊが調整される。このとき、第１回折エレメント５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図９に示すように、回折パターン面９にＸ方向の二重極パターン９ｂを形成する。第２回折エレメント５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図９に示すように、回折パターン面９にＹ方向の二重極パターン９ａを形成する。
【００６３】
さらに、ズームレンズユニット３（図１参照）の作用により、第１回折エレメント５ｂへ照射される光束の光量と、第２回折エレメント５ａへ照射される光束の光量とが等しくなるように、第２照射領域ＩＲ２ｊが調整されている。これにより、回折パターン面９に形成される回折パターン９ａ，９ｂが、各極の強度が等しい４重極パターンとなり、光軸ＰＡに関して回転対称な光強度分布となる。
【００６４】
例えば、領域調整部としてのズームレンズユニット３（図１参照）により、図１０に示すように、第１回折エレメント５ｂの全面及び第２回折エレメント５ａのほぼ全面になるように第２照射領域ＩＲ２ｋが調整される。このとき、第１回折エレメント５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図１１に示すように、回折パターン面９にＸ方向の二重極パターン９ｂを形成する。第２回折エレメント５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図１１に示すように、回折パターン面９にＹ方向の二重極パターン９ａを形成する。
【００６５】
さらに、第２回折エレメント５ａへ照射される光束の光量が、ズームレンズユニット３（図１参照）の作用により、第１回折エレメント５ｂへ照射される光束の光量より多くなるように、第２照射領域ＩＲ２ｋが調整されている。これにより、回折パターン面９に形成される回折パターン９ａ，９ｂは、Ｙ方向の二重極の強度がＸ方向の二重極の強度より大きい４重極パターンとなる。
【００６６】
このように、ズームレンズユニット３のズーミングによって、第２照射領域ＩＲ２の面積を変えることにより、有効光源の形状及び強度の分布を連続的に調整することが可能となる。
【００６７】
なお、第２照射領域の面積は、ズームレンズユニット３のズーミングが行われる代わりに、回折光学素子より光源１側に虹彩絞りやブレードなどの遮光部材が領域調整部として配置されることにより、調整されてもよい。あるいは、第２照射領域は、マイクロレンズアレイとコンデンサーレンズとを領域調整部としてとして配置し、射出角度がそれぞれ異なるマイクロレンズアレイを切り替えることによって調整されてもよい。このように、本発明は回折光学素子に入射する光束の照射領域を調整する方法には限定されない。
【００６８】
次に、遮光部材の詳細構成及び詳細動作を、図１２を用いて説明する。図１２は、回折光学素子５から回折パターン面９までの光学系を示す図である。図１２では、簡略化のため、第２回折エレメント５ａから射出する光束のみを示してある。
【００６９】
図１２に示すように、回折光学素子５と回折パターン面９との間には、コンデンサーレンズ７が設けられている。さらに、コンデンサーレンズ７と回折パターン面９との間、すなわち、回折パターン面９からデフォーカスした位置には、遮光部材８が設けられている。遮光部材８は、第１ブレード８ａ及び第２ブレード８ｂを含む。第１ブレード８ａと第２ブレード８ｂとは、Ｙ方向に独立に駆動可能になっている。
【００７０】
第２回折エレメント５ａに照射された光束は、第２回折エレメント５ａの凹凸により実線及び破線で示すように回折されて、コンデンサーレンズ７に導かれる。そして、実線及び破線で示される光束は、コンデンサーレンズ７で屈折して、遮光部材８により遮光されて又は遮光されずに、回折パターン面９に二重極パターン９ａを形成する。
【００７１】
ここで、遮光部材８により遮光されない場合を考える。第２照射領域ＩＲ２の中心（回折される面と光軸ＰＡとの交点）が回折面重心ＷＣ１と一致しているので、第２回折エレメント５ａは、光軸ＰＡに関して対称になっている。これにより、実線の光束と破線の光束とが光軸ＰＡに関して対称に進むので、回折パターン面９の二重極パターン９ａにおいて、図面の上側のパターンと下側のパターンに入射する光束の方向（角度分布）が光軸ＰＡに関して対称になる。
【００７２】
次に、遮光部材８により遮光される場合を考える。遮光部材８は、コンデンサーレンズ７から回折パターン面９へ導かれる光束を、回折パターン面９からデフォーカスした位置で遮光する。これにより、実線及び破線の光束の強度を急激に変えることなく回折パターン面９へ導くことができるので、光の強度の分布を急激に変えることなく有効光源の分布を調整可能である。
【００７３】
また、第１ブレード８ａ及び第２ブレード８ｂにおいて光軸ＰＡに近い部分８ａ１，８ｂ１が光軸ＰＡに関して対称に位置するように遮光部材８が制御されれば、遮光された実線及び破線の光束も光軸ＰＡに関して対称な状態が維持されたまま進む。これらにより、Ｘ方向の二重極パターン９ａへ入射する光の方向（角度分布）が光軸ＰＡに対して対称でなくなることを抑制できるので、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れることを低減でき、ＣＤ均一性の低下を抑制できる。
【００７４】
以上で記述したように、本実施形態によれば、テレセントリシティやＣＤ均一性などの像性能に悪影響を与えることなく、有効光源分布を調整することができる。これにより、有効光源を形成する際の自由度が広がり、最適な照明条件で露光することができるため、半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００７５】
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置ついて、図１３〜図１５を用いて説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。図１３は、第２実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。図１４は、第２実施形態における回折光学素子の構成を示す図である。図１５は、回折パターン面に形成される回折パターンを示す図である。
【００７６】
露光装置２００は、図１３に示すように、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、回折光学素子５の代わりに回折光学素子２０５を備える点で、第１実施形態と異なる。
【００７７】
回折光学素子２０５は、図１４に示すように、第１回折エレメント２０５ｂ及び第２回折エレメント２０５ａを備える。
【００７８】
第１回折エレメント２０５ｂは、網状のハッチングで示した部分であり、回折光学素子２０５の回折面重心ＷＣ２０１に関して点対称な略円形状をしている。なお、第１回折エレメント２０５ｂの凹凸の形状について、上記のように点対称である必要はない。
【００７９】
第２回折エレメント２０５ａは、斜線のハッチングで示した部分であり、第１回折エレメント２０５ｂを囲んでおり、回折光学素子２０５の回折面重心ＷＣ２０１に関して点対称な中空の略円形状をしている。なお、第２回折エレメント２０５ａの凹凸の形状についても、上記のように点対称である必要はない。第１回折エレメント２０５ｂと第２回折エレメント２０５ａとは共通の対称中心２０１を有しており、その対称中心は光軸ＰＡ上に位置している。
【００８０】
例えば、図１４に示すように、第２照射領域ＩＲ２０２が、回折光学素子２０５の全面、すなわち、第１回折エレメント２０５ｂ及び第２回折エレメント２０５ａの全面である場合を考える。このとき、第１回折エレメント２０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図１５に示すように、回折パターン面２０９（図１３参照）に円形パターン２０９ｂを形成する。第２回折エレメント２０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図１５に示すように、回折パターン面２０９にＸＹ方向の四重極パターン２０９ａを形成する。円形パターン２０９ｂ及び四重極パターン２０９ａは、それぞれ対称中心を有している。それらの対称中心は、いずれも光軸ＰＡ近傍に位置している。ここで、対称中心を有しているということは、無限の本数の対称軸を有しているということと等価である。つまり、群論的には対称中心を有するということは、有限の対称軸を有することよりも対称性がよい。すなわち、円形パターン２０９ｂ及び四重極パターン２０９ａは、第１実施形態における回折パターンよりも対称性が良くなっている。なお、第１回折エレメント２０５ｂ及び第２回折エレメント２０５ａの凹凸の形状について、上記のように点対称である必要はない。
【００８１】
また、ズームレンズユニット３によるズーミングの効果が、図１６〜図１９に示すように、次の点で第１実施形態と異なる。
【００８２】
例えば、ズームレンズユニット３（図１３参照）により、図１６に示すように、第１回折エレメント２０５ｂのみになるように第２照射領域ＩＲ２０２ｉが調整される。このとき、第１回折エレメント２０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面２０９に円形パターン２０９ｂ（図１７参照）を形成する。一方、第２回折エレメント２０５ａには、光束が照射されないので、回折パターン面２０９に四重極パターン２０９ａ（図１７参照）が形成されない。
【００８３】
例えば、ズームレンズユニット３（図１３参照）により、図１８に示すように、第１回折エレメント２０５ｂの全面及び第２回折エレメント２０５ａの一部の面になるように第２照射領域ＩＲ２０２ｊが調整される。このとき、第１回折エレメント２０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面２０９に円形パターン２０９ｂ（図１９参照）を形成する。第２回折エレメント２０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面２０９に四重極パターン２０９ａ（図１９参照）を形成する。
【００８４】
このように、本実施形態における回折光学素子は、第１実施形態の回折光学素子よりも光軸に関して対称性が良い状態で、第２照射領域ＩＲ２０２の面積を変えることにより、有効光源の分布強度を調整することができる。これにより、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れることをさらに低減でき、ＣＤ均一性の低下をさらに抑制できる。この結果、像性能の悪化をさらに抑制できる。
【００８５】
次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置ついて、図２０〜図２２を用いて説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。図２０は、第３実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。図２１は、第３実施形態における回折光学素子の構成を示す図である。図２２は、回折パターン面に形成される回折パターンを示す図である。
【００８６】
露光装置３００は、図２０に示すように、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、回折光学素子５の代わりに回折光学素子３０５を備える点で、第１実施形態と異なる。回折光学素子３０５は、図２１に示すように、第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ及び第３回折エレメント３０５ｃを備える。
【００８７】
第１回折エレメント３０５ａは、網状のハッチングで示した部分であり、回折光学素子３０５の回折面重心ＷＣ３０１に関して点対称（より具体的には４回回転対称）な略正方形状をしている。
【００８８】
第２回折エレメント３０５ｂは、間隔の狭い斜線のハッチングで示した部分であり、第１回折エレメント３０５ａを囲んでおり、回折光学素子３０５の回折面重心ＷＣ３０１に関して点対称（より具体的には４回回転対称）な中空の略正方形状をしている。
【００８９】
第３回折エレメント３０５ｃは、斜線のハッチングで示した部分であり、第１回折エレメント３０５ａ及び第２回折エレメント３０５ｂを囲んでいる。第３回折エレメント３０５ｃは、回折光学素子３０５の回折面重心ＷＣ３０１に関して点対称（より具体的には４回回転対称）な中空の略正方形状をしている。なお、第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ、第３回折エレメント３０５ｃの凹凸の形状について、上記のように点対称である必要はない。第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ、第３回折エレメント３０５ｃは共通の対称中心を有しており、その対称中心は光軸ＰＡ上に位置している。
【００９０】
例えば、図２１に示すように、第２照射領域ＩＲ３０２が、回折光学素子３０５の全面、すなわち、第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ及び第３回折エレメント３０５ｃの全面である場合を考える。このとき、第１回折エレメント３０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図２２に示すように、回折パターン面３０９（図２０参照）に四重極パターン３０９ａを形成する。第２回折エレメント３０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９に円形パターン３０９ｂ（図２２参照）を形成する。第３回折エレメント３０５ｃに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９にリング状パターン３０９ｃ（図２２参照）を形成する。四重極パターン３０９ａ、円形パターン３０９ｂ及びリング状パターン３０９ｃは、共通の対称中心を有している。その対称中心は、光軸ＰＡ近傍に位置している。なお、第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ及び第３回折エレメント３０５ｃの凹凸の形状について、上記のように点対称である必要はない。
【００９１】
また、ズームレンズユニット３によるズーミングの効果が、図２３〜図２８に示すように、次の点で第１実施形態と異なる。
【００９２】
例えば、ズームレンズユニット３（図２０参照）により、図２３に示すように、第１回折エレメント３０５ａのみになるように第２照射領域ＩＲ３０２ｉが調整される。このとき、第１回折エレメント３０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９に四重極パターン３０９ａ（図２４参照）を形成する。一方、第２回折エレメント３０５ｂ，第３回折エレメント３０５ｃには、光束が照射されないので、回折パターン面３０９に円形パターン３０９ｂ，リング状パターン３０９ｃ（図２２参照）が形成されない。
【００９３】
例えば、ズームレンズユニット３（図２０参照）により、図２５に示すように、第１回折エレメント３０５ａ及び第２回折エレメント３０５ｂの全面になるように第２照射領域ＩＲ３０２ｊが調整される。このとき、第１回折エレメント３０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９に四重極パターン３０９ａ（図２６参照）を形成する。第２回折エレメント３０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、図２６に示すように、回折パターン面３０９に円形パターン３０９ｂを形成する。一方、第３回折エレメント３０５ｃには、光束が照射されないので、回折パターン面３０９にリング状パターン３０９ｃ（図２２参照）が形成されない。
【００９４】
例えば、ズームレンズユニット３（図２０参照）により、図２７に示すように、第１回折エレメント３０５ａ、第２回折エレメント３０５ｂ及び第３回折エレメント３０５ｃの全面になるように第２照射領域ＩＲ３０２ｋが調整される。このとき、第１回折エレメント３０５ａに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９に四重極パターン３０９ａ（図２８参照）を形成する。第２回折エレメント３０５ｂに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９に円形パターン３０９ｂ（図２８参照）を形成する。第３回折エレメント３０５ｃに照射された光束は、その凹凸により回折されて、回折パターン面３０９にリング状パターン３０９ｃ（図２８参照）を形成する。
【００９５】
このように、対称性が良い状態で、第２照射領域ＩＲ３０２の面積を変えることにより、有効光源の分布強度を調整することができる。これにより、被照射面に対する光束のテレセントリシティが崩れることを低減でき、ＣＤ均一性の低下をさらに抑制できる。この結果、像性能の悪化を抑制できる。
【００９６】
次に、本発明の第４実施形態に係る露光装置ついて、図２９及び図３０を用いて説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。図２９は、第４実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。図３０は、光軸と偏光方向との関係を示す図である。
【００９７】
露光装置４００は、図２９に示すように、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、偏光調整素子４１８をさらに備える点で、第１実施形態と異なる。
【００９８】
偏光調整素子４１８は、図３０に示すように、回折光学素子５より光源１側に配置されており、入射光の偏光状態を所望の偏光状態に調整する。なお、本実施形態において、偏光調整素子４１８は回折光学素子５よりも光源１側に配置されているが、前後を入れ替えても良い。また、偏光調整素子をＳＷＳ（SubWavelength Structure、サブ波長構造）で構成し、回折光学素子と一体的に構成されていてもよい。つまり、１つの素子で偏光調整素子と回折光学素子の機能を有するように形成することができる。
【００９９】
偏光調整素子４１８は、第１偏光エレメント４１８ｂ及び第２偏光エレメント４１８ａを備える。本実施形態では、第１偏光エレメント４１８ｂ及び第２偏光エレメント４１８ａはλ／４位相板（波長板）として機能する。第１偏光エレメント４１８ｂと第２偏光エレメント４１８ａにおいて、円偏光が入射したときに、それぞれのエレメントを通過した光の偏光方向が互いに異なる。
【０１００】
第１偏光エレメント４１８ｂは、回折光学素子５の第１回折エレメント５ｂに比べて、略同一の面積及び形状を有し、光軸ＰＡに対する向きを有する。同様に、第２偏光エレメント４１８ａは、回折光学素子５の第２回折エレメント５ａに比べて、略同一の面積及び形状を有し、光軸ＰＡに対する向きを有する。これにより、偏光調整素子４１８は回折光学素子５（５ａ、５ｂ）と同様の対称性を有している。
【０１０１】
なお、図３０では理解を容易にするため、偏光調整素子４１８と回折光学素子５との距離を離して描かれているが、実際的には、両者は密着して配置される。
【０１０２】
偏光調整素子４１８は、図３０に示すように、円偏光の光が入射されたとき、第１偏光エレメント４１８ｂを通過した光はＹ方向の直線偏光に変換され、第２偏光エレメント４１８ａを通過した光はＸ方向の直線偏光に変換される。Ｙ方向に直線偏光された光は回折光学素子５の第１回折エレメント５ｂに入射し、Ｘ方向に直線偏光された光は回折光学素子５の第２回折エレメント５ａに入射する。
【０１０３】
偏光調整素子４１８と回折光学素子５との２つの作用により、回折パターン面４０９には、Ｙ方向の偏光を持つＸ方向の二重極パターン４０９ｂと、Ｘ方向の偏光を持つＹ方向の二重極パターン４０９ａとが形成される。この２つの二重極パターン４０９ａ，４０９ｂを組み合わせると、タンジェンシャル偏光の四重極パターンとなる。タンジェンシャル偏光を持つ四重極照明は解像力を高め、微細なパターンの露光を行う際に好適である。なお、偏光調整素子４１８に入射する光がｙ方向に偏光した直線偏光である場合、λ／４位相板（波長板）として機能する第２偏光エレメント４１８ａの替わりに、１／２波長板を用いることができる。また、この場合、第１偏光エレメント４１８ｂの替わりに光の偏光方向を変化させないガラス板などの光学素子を配置することができる。そうすることによって、タンジェンシャル偏光照明を実現することができる。
【０１０４】
なお、偏光調整素子４１８に入射する光がｙ方向に偏光した直線偏光である場合、λ／４位相板（波長板）として機能する第２偏光エレメント４１８ａの替わりに、１／２波長板を用いることができる。また、この場合、第１偏光エレメント４１８ｂの替わりに光の偏光方向を変化させないガラス板などの光学素子を配置することができる。そうすることによって、タンジェンシャル偏光照明を実現することができる。
【０１０５】
以上の実施形態で明らかなように、本発明を用いれば、像性能の悪化を抑制しつつ、有効光源分布の調整が可能となり、半導体デバイスを好ましい照明条件で露光することができる。
【０１０６】
なお、以上の実施形態では、回折光学素子に形成された回折エレメントのうち、回折面重心から最も離れた場所に形成されている最外の回折エレメントについても、点対称に配置していた。しかし、この最外の回折エレメントについては、回折光学素子上の照明領域内で点対称等であれば十分であり、全体の形状としては、点対称等でなくても良い。
【０１０７】
また、前述の回折光学素子（回折エレメント）として、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラム（ＣＧＨ）を用いることができる。
【０１０８】
次に、本発明の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図３１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Ｓ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスク（レチクルともいう）を製作する。一方、ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）ではステップＳ５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、ステップＳ７でこれを出荷する。
【０１０９】
上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップを有する。上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを、マスクのパターンを介して露光し、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップを有する。露光ステップで露光したウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像する現像ステップを有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。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。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【図２】プリズムユニットにおける屈折を示す図。
【図３】多光束形成部において２次光源がシフトする原因を示す図。
【図４】第１実施形態における回折光学素子の構成を示す図。
【図５】回折パターン面に形成される回折パターンを示す図。
【図６】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図７】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図８】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図９】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１０】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１１】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１２】回折光学素子から回折パターン面までの光学系を示す図。
【図１３】第２実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【図１４】第２実施形態における回折光学素子の構成を示す図。
【図１５】回折パターン面に形成される回折パターンを示す図。
【図１６】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１７】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１８】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図１９】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２０】第３実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【図２１】第３実施形態における回折光学素子の構成を示す図。
【図２２】回折パターン面に形成される回折パターンを示す図。
【図２３】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２４】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２５】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２６】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２７】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２８】ズームレンズユニットによるズーミングの効果を示す図。
【図２９】第４実施形態に係る露光装置の構成を示す図。
【図３０】光軸と偏光方向との関係を示す図。
【図３１】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。
【符号の説明】
【０１１１】
１００，２００，３００，４００  露光装置
３  ズームレンズユニット
４  射出角度保存光学素子
５，２０５，３０５  回折光学素子
１６  投影光学系
４１８  偏光調整素子
【図１】
2008091881.tif 000003
【図２】
2008091881.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008091881.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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