(57)【要約】【課題】光源から提供される光の偏光状態を低い光量ロスで任意の偏光状態に変更する機能を有する露光装置を提供する。【解決手段】露光装置は、光源から提供される光を利用して照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系を通して基板に投影することによって該基板を露光する。露光装置は、前記光源から該基板に至る光路中に配置されて光の偏光状態を制御する偏光光学素子４００を備える。偏光光学素子４００は、偏光光学素子４００が複屈折素子として機能するためのパターンを有する。前記パターンは、第１方向（ｘ）における密度と第１方向（ｘ）に直交する第２方向（ｙ）における密度とが異なり、かつ、該光の波長以下の周期を持つ微細周期構造を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から提供される光を利用して照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系を通して基板に投影することによって該基板を露光する露光装置であって、
前記光源から該基板に至る光路中に配置されて光の偏光状態を制御する偏光光学素子を備え、
前記偏光光学素子は、前記偏光光学素子が複屈折素子として機能するためのパターンを有し、前記パターンが、第１方向における密度と前記第１方向に直交する第２方向における密度とが異なり、かつ、該光の波長以下の周期を持つ微細周期構造を有する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記偏光光学素子が、これに入射する光のうち前記第１方向に電場ベクトルを有する偏光に対する屈折率と、前記第２方向に電場ベクトルを有する偏光に対する屈折率とが異なるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記偏光光学素子が複数の領域を有し、各領域ごとに前記第１方向及び前記第２方向が決められていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記偏光光学素子がλ／２位相板として機能する領域を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記偏光光学素子がλ／４位相板として機能する領域を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
少なくとも２つの前記偏光光学素子が前記光路に沿って直列に配置さ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項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記偏光光学素子が前記照明光学系に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記偏光光学素子が前記投影光学系に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記微細周期構造が角錐を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
デバイス製造方法であって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置を使って、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、
前記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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から提供される光を利用して照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系を通して基板に投影することによって該基板を露光する露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造のため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、半導体デバイスの回路パターンを感光剤が塗布された基板（シリコン基板、ガラス基板等）に転写する工程を含む。
【０００３】
近年、半導体デバイス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転写されるようになっている。微細化が進むことにより、半導体デバイスの集積度が向上し、低電力で高性能な半導体デバイスが達成される。更なる微細化のためには、投影露光装置に対して解像力の向上が求められる。
【０００４】
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、以下の（１）式で表される。
【０００５】
Ｒ＝ｋ１・λ／ＮＡ・・・（１）式
（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を小さくするか、投影光学系の開口数ＮＡを大きくすればよい。そのため、従来から、投影光学系の高ＮＡ化と露光波長の短波長化が進んでいる。
【０００６】
しかし、近年、高ＮＡ化が進むと、レジスト内でＰ偏光（基板上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）のみで原版を照明する偏光照明を実現しなくてはならない。
【０００７】
図８は、偏光照明光学系を備えた従来の投影露光装置の構成を示す図である。光源１は、照明光（露光光）を発生する。光源１としては、通常は、エキシマレーザーが使用される。λ／２位相板２は、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、光源１から提供された偏光を所定の方向に電場ベクトルが向いた偏光に変換する。λ／２位相板２は、移動可能になっており、λ／２位相板２を移動させることによって、被照明面をＸ偏光で照明するモードと、Ｙ偏光で照明するモードとを切り替えることができる。ここで、Ｘ偏光は、露光装置のＸ方向に電場ベクトルを持つ直線偏光で原版を照明するモードであり、Ｙ偏光は、露光装置のＸ方向に電場ベクトルを持つ直線偏光で原版を照明するモードである。減光フィルター（ＮＤ）３は、基板１７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切り替え可能に構成されている。
【０００８】
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以降の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。第１コンデンサーレンズ５は、マイクロレンズアレイ４からの光をＣＧＨ（計算機ホログラム）６１に投影する。ＣＧＨ６１は、回折光を発生して、第２コンデンサーレンズ７を通して、設計にしたがった光分布をＡ面に形成する。
【０００９】
マイクロレンズアレイ６２は、ＣＧＨ６１と交換可能に構成されていて、光路に挿入された場合には、第２コンデンサーレンズ７を通して、均一な光分布をＡ面に形成する。変倍リレーレンズ８は、Ａ面に形成された光分布を拡大、縮小して、ハエノ目レンズ１０に投影する。
【００１０】
ハエノ目レンズ１０は、例えば、ロッドレンズを束ねたものでもよいし、一体形成されたマイクロレンズアレイであってもよい。第３コンデンサーレンズ１１は、ハエノ目レンズ１０で波面分割された光束を重畳的に重ね合わせ、略均一な光分布をＢ面に形成する。ハーフミラー１２は、露光量制御のための露光量センサー１３へ光を分岐している。リレー光学系１４は、Ｂ面に形成された略均一な光分布を１５の原版（レチクル）１５に投影する。
【００１１】
原版１５が有する回路パターンは、投影光学系１６によって、原版１５の回路パターンを感光剤の塗布された基板１７に投影される。基板１７は、基板ステージ１９によって位置決めされる。基板ステージ１９は、例えば、基板１７を走査露光するためにスキャン駆動され、露光対象のショット領域を変更するためにステップ駆動されうる。基板ステージ１９の上には、照度計１８が搭載されている。照度計１８は、基板ステージ１９を駆動することにより露光領域内に位置決めされ、露光領域内の照度を計測するために使用される。制御装置２０は、露光量センサー１３からの出力に基づいて、露光量が所望の量となるように光源１を制御する。
【００１２】
上記の例は、光源１から出射される光の偏光状態を位相板２で所望の偏光状態となるようにし、以降の光学系においては、硝材の複屈折を小さく抑え、偏光度を保って基板１７に照射することにより偏光照明を実現する。
【００１３】
偏光照明を実現するための方法として、上記の例のほかに、直線偏光フィルターを用いて照明光の中から特定の偏光のみを切り出す方法がある。
【００１４】
直線偏光フィルターは、サングラスなどでも用いられていて、所定の直線偏光のみを透過するフィルターである。しかし、直線偏光フィルターはプラスチックなどで製作されるため、露光装置で光源として用いられる紫外光に対して良好な透過率を持ったものがない。よって、直線偏光フィルターを露光装置において偏光照明を形成するために使用することは非現実的である。
【００１５】
偏光子として、入射光の波長以下の周期を持つ微細周期構造、即ち、ＳＷＳ（Ｓｕｂ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いるという方法もある。例えば、入射光の波長以下の周期を持つ微細なラインアンドスペースパターンが形成されたＳＷＳは、ラインアンドスペースパターンが伸びている方向に電場ベクトルをもつ偏光を透過し、それと直交する電場ベクトルをもつ偏光を反射する。つまり、このようなＳＷＳは、偏光子としての特性を持つ。ＳＷＳを偏光子として用いた場合、紫外光で使用できないという上記のような偏光子の課題は解決されるが、照明光の全成分のうち所望の偏光光以外の成分を反射して捨てるため、像面照度の低下、ひいてはスループットの低下を招くという課題が残る。
【特許文献１】国際公開第２００４／０５１７１７号パンフレット
【特許文献２】特開平０５−１０９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
位相板を用いて偏光照明を行う際には、位相板が正確な位相差を与えるように製作しなくてはならない。図１を参照して説明すると、複屈折硝材で製作されたλ／２位相板１０１は、位相板の厚みをｄ、硝材の複屈折量をΔＮ、露光光の波長をλとすると、位相差δφがｍ＋λ／２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、位相板の厚みｄを正確に制御しなければならない。そのため非常に高価である。
【００１７】
また、複屈折硝材で製作された位相板で正確な位相差を与える為には、入射する角度範囲を小さくしなくてはならないという問題がある。図１のように、垂直光に対して、所定の位相がつく位相板に対して、角度θで光が入射すれば、光が位相板に垂直に入射する場合よりも位相板での光路長が長くなる。そのため、射出光にΔ分の位相誤差が発生し、所望の位相差が与えられなくなってしまう。
【００１８】
図２のような複屈折硝材からなる２枚組の位相板（０オーダー  １／２波長板）２０１に対して角度を持った光を入射させた場合の偏光純度を位相板２０１の厚みを変化させてシミュレーション計算すると図３の結果が得られる。
【００１９】
紙面に垂直な方向に振動する光の強度をＩｘ、紙面に平行する方向に振動する光の強度をＩｙとして、偏光純度をＩｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）と定義すると、位相板の厚みｄ（ｍｍ）と偏光純度の関係は図３のような結果を示す。図３において、横軸、縦軸が、入射光の位相板に対するｘ方向、ｙ方向の入射角度を示し、色が偏光純度の変化を示す。白色が偏光度の高い状態を示し、黒色が偏光度の低い状態を示す。この結果より、位相差Δは位相板の厚みに依存し、位相板の厚みが厚くなればなるほど、入射角度に対する偏光純度の変化が大きいことがわかる。そのため、露光装置において厚い位相板を用いると、被照射面の偏光純度が低下し、像のコントラストが低下する為に、ＥＤウインドウ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｄｅｆｏｃｕｓ  Ｗｉｎｄｏｗ）が縮小し、チップの歩留まりを悪化させる。よって、露光装置に用いられる複屈折硝材で製造した位相板として、厚みの薄い（好適には０．５ｍｍ以下）位相板が望まれる。
【００２０】
今後は、ますます露光装置の高ＮＡ化が進むと考えられる。そのため、照明光学系内の光の角度分布範囲も大きくなること予想されるが、複屈折硝材で製作された位相板は、上記の理由のために、高精度な偏光照明を実現するために角度分布の広がりが小さい場所に配置しなくてはならない。そのため、位相板の設置場所が限定されてしまい、偏光純度の高い偏光照明光学系の設計が実現困難になる可能性が考えられる。
【００２１】
また、他の要請として、特定のマスクパターンに対して適切な像を得るために、照明光の瞳内の複数の領域で異なる偏光状態をもつ照明光を被照射面に照射するカスタム偏光照明が望まれている。カスタム偏光照明を上記の複屈折硝材で製造した位相板で実現するには、照明光学系の瞳面又は照明光学系の瞳面に共役な面、もしくはそれらに準じる面に、様々な方向に進相軸をもった位相板を組み合わせて設置する必要がある。複屈折硝材の進相軸は硝材固有の方向を持っているので、一つの位相板は一つの方向の進相軸を持っている。そのため、複数個の複屈折硝材で製作した位相板をステンドガラス上に組み合わせて配置する必要がある。しかし、複雑な偏光状態を形成する為には、複数の位相板が必要となる上、保持部材によるケラレによって照度低下が無視できなくなる。また、位相板への上述の入射角度の制限から、瞳面に共役な位置での角度分布の広がりを小さくする必要があり、これは設計上の大きな制約となる。よって、上記の技術では、複雑な偏光照明は構成するのが非常に難しい。
【００２２】
本発明は、上記の課題認識を基礎としてなされたものであり、例えば、光源から提供される光の偏光状態を低い光量ロスで任意の偏光状態に変更する機能を有する露光装置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】
【００２３】
本発明の第１の側面は、光源から提供される光を利用して照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系を通して基板に投影することによって該基板を露光する露光装置に関する。前記露光装置は、前記光源から該基板に至る光路中に配置されて光の偏光状態を制御する偏光光学素子を備える。前記偏光光学素子は、前記偏光光学素子が複屈折素子として機能するためのパターンを有する。前記パターンは、第１方向における密度と前記第１方向に直交する第２方向における密度とが異なり、かつ、該光の波長以下の周期を持つ微細周期構造を有する。
【００２４】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子は、これに入射する光のうち前記第１方向に電場ベクトルを有する偏光に対する屈折率と、前記第２方向に電場ベクトルを有する偏光に対する屈折率とが異なるように構成されうる。
【００２５】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子が複数の領域を有し、各領域ごとに前記第１方向及び前記第２方向が決められうる。
【００２６】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子は、λ／２位相板として機能する領域を含みうる。
【００２７】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子は、λ／４位相板として機能する領域を含みうる。
【００２８】
本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも２つの前記偏光光学素子が前記光路に沿って直列に配置されうる。
【００２９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子は、前記照明光学系内に配置されうる。
【００３０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記偏光光学素子は、前記投影光学系内に配置されうる。
【００３１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記微細周期構造は、角錐を含みうる。
【００３２】
本発明の第２の側面は、デバイス製造方法に係り、該方法は、上記の露光装置を使って、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを含む。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、例えば、光源から提供される光の偏光状態を低い光量ロスで任意の偏光状態に変更する機能を有する露光装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３５】
本発明の好適な実施形態では、第１方向におけるパターンの密度とそれに直交する第２方向における該パターンの密度とが異なり、かつ波長以下の周期を持つ微細周期構造をエッチング等の方法で形成した偏光光学素子を用いて、カスタム偏光照明を実現する。該微細周期構造の周期は、入射させる光の波長を屈折率で割った値よりも小さくし、任意の方向に凸凹パターンを配置する。
【００３６】
従来例としてＳＷＳを偏光子として用いる方法を紹介したが、本発明では、ＳＷＳの別の側面、すなわち、微細周期構造によって屈折率を自由に変化させられるという特性を利用する。
【００３７】
図４は、ガラス基板の表面に粗密パターンがエッチング加工されてなる偏光光学素子を示す図である。基板４０１に形成された粗密パターン４０２は、２つの直交する方向において密度差を有する。２つの直交する方向の１つをｘ軸、もう１つをｙ軸とする。図４では、簡単化のために、ｙ方向においてパターンの密度が極限であるケース、すなわち凹凸がない完全に密なケース、つまりｙ方向に伸びるグレーティング状の微細格子が例示されている。
【００３８】
ガラス基板４０１に形成されたパターンの密度に応じて、各電場方向を向いた偏光の感じる屈折率が異なる。イメージとしては、微細周期構造の周期が波長に対して小さいために微細周期構造を光が感じることができず、ガラスが微細周期構造によりスカスカになっているように扱われ、ガラスの密度が低くなって屈折率が低くなる、と理解される。つまり、ガラス基板の屈折率をＮとすると、微細周期構造が形成されていない領域（深さＤより深い場所）では、ｘ方向に電場ベクトルを持つ偏光も、ｙ方向に電場ベクトルを持つ偏光も、等しくＮの屈折率を感じる。しかし、微細周期構造が形成された領域では、ｘ方向に電場ベクトルを持つ偏光は、ガラスの密度が低いと感じるため、ガラスの屈折率よりも低い屈折率Ｎｘを感じる。一方、ｙ方向に電場ベクトルを持つ偏光は、微細周期構造が形成された領域では、ｘ方向とガラスの密度が異なるので、Ｎｘとは異なる屈折率Ｎｙを感じる。図４では、ｙ方向にはパターンがない場合であるため、Ｎｙはパターンが形成されていないガラスの屈折率Ｎと等しい。よって、２つの方向で粗密パターン密度が異なるとき、屈折率Ｎｘと屈折率Ｎｙに差を持たせることができる。ｙ軸方向におけるパターンの密度がｘ軸方向におけるパターンの密度よりも大きいとすると、パターンを有しないガラス基板の屈折率Ｎとの関係は以下で示される。
【００３９】
Ｎ＞Ｎｘ，  Ｎ≧Ｎｙ，  Ｎｘ＜Ｎｙ
このように微細周期構造がエッチング加工された偏光光学素子４００は、複屈折素子として機能する。屈折率の低い方向（ｘ方向）に電場ベクトルが向いている光は、屈折率の高い方向（ｙ方向）に電場ベクトルが向いている光に比べて、位相が進むため、光学素子４００は、ｘ方向に進相軸をもった複屈折素子となる。この作用を利用することで、光の波長以下の周期で微細加工された光学素子を、高効率に任意偏光を形成する位相板として活用することができる。
【００４０】
更に、図１１に示したように、微細周期構造が角錐を含む場合、屈折率が基板の屈折率から空気の屈折率まで連続的に変化するため、反射防止素子としての特性が与えられる。微細周期構造を利用した反射防止素子は、通常の反射防止膜と比較すると周波数特性と角度特性の両方で優れている。
【００４１】
上記のような光学素子を使用することにより、光源からの光の偏光状態を変換して所定の偏光状態を発生するので、光量ロスが少なく高い照度で被照射面を照明することができる。
【００４２】
また、図４に例示的に示す構成では、位相差を発生する個所深さＤに相当する部分のみであるので、複屈折硝材からなる位相板を非常に薄くしたときと同様にＮＡが大きい光が入射した場合でも高い偏光純度を得ることができる。
【００４３】
また、任意の偏光照明を形成する場合において、本発明の好適な実施形態では、ガラス基板の表面をエッチング加工することによって目標とする偏光光学素子を得ることができる。よって、本発明の好適な実施形態によれば、複数の偏光子又は位相板を組み合わせた光学素子によって偏光状態を制御する方法と比較して、容易に複数の領域で任意の進相軸方向を持った位相板を形成することができ、任意の偏光照明を実現することができる。
【００４４】
更に、微細周期構造による反射防止素子は、通常の多層反射膜以上に角度特性に優れているので、様々な場所への配置に適している。
【００４５】
このような偏光光学素子は、光源から提供される光を利用して照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系を通して基板に投影することによって該基板を露光する露光装置の部品として好適である。偏光光学素子は、該光源から該基板に至る光路中に配置されて光の偏光状態を制御するように機能しうる。
【００４６】
以下、本発明の代表的な実施形態を説明する。
【００４７】
［第１実施形態］
図５は、カスタム偏光照明として偏光状態を例示する図である。本発明の第１実施形態は、偏光光学素子を備えた露光装置に関するものであり、図５に例示されるような偏光状態を持つ光強度分布を照明光学系の瞳面で形成可能な構成を提供する。図５では、白い部分は、明るい領域であり、矢印は、それが属する領域における偏光方向（電場ベクトルの向き）を示す。図６は、本発明の第１実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。図８を参照しながら説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。ここでは、原版１５を照明するために光源１と原版１５との間に配置された光学素子で構成された光学系を照明光学系と呼ぶ。ただし、図６において、光源１と原版１５との間に配置された全ての光学素子が照明光学系の必須要素ではないことに留意されたい。照明光学系は、複屈折硝材で製作された位相板、又は偏光子を構成要素として含みうる。
【００４８】
照明光学系には、図４を参照して例示的に説明した偏光光学素子２１（２１ａ又は２１ｂ）が配置される。偏光光学素子２１は、光束の入射角度が１度以上となる領域に配置されうる。
【００４９】
偏光光学素子２１は、光源１が発生する露光光の波長以下の周期を持つ微細周期構造を有する。偏光光学素子２１は、２つ以上の偏光光学素子２１ａ、２１ｂから選択されて照明光学系の光路に挿入されることが好ましい。微細周期構造を有する偏光光学素子２１は、図５に例示されるような偏光状態を持つ光強度分布が投影光学系１６の瞳面に有効光源として形成されるのであれば、照明光学系内のどの位置に配置されてもよい。但し、偏光光学素子２１は、照明光学系の瞳面近傍に配置されることが好ましい。図６においては、偏光光学素子２１は、照明光学系の瞳面にその射出面が配置されたハエノ目レンズ１０の入射面近傍に配置されている。光源１から提供される光が紙面に垂直な方向、すなわちＸ方向に電場ベクトルを持つ偏光であるとすると、偏光光学素子２１に、紙面に垂直な方向に電場ベクトルを持つ偏光が入射する。
【００５０】
図５（ａ）に示すように照明光学系の瞳面の２つの領域でＹ方向（図６で紙面に平行）に偏光方向をもつ偏光照明を実現するためには、２つの領域で、ＸＹ方向（Ｘ軸から４５度方向）に進相軸を持つλ／２波長板を用いて、Ｘ偏光をＹ偏光に変換すればよい。Ｘ偏光をＹ偏光に変換するための偏光光学素子は、図７（ａ）に示すように、４５度方向（又は１３５度方向）に伸びる波長以下の微細周期構造を持てばよい（黒色部がエッチングによって製作された谷部を示す）。図７（ａ）の微細周期構造を持つ偏光光学素子は、４５度方向に進相軸を持つλ／２位相板として作用するので、Ｘ偏光をＹ偏光に変換することが可能である。このような偏光光学素子を使用することによって、照明光学系の瞳面において図５（ａ）に示す偏光状態を得ることができる。
【００５１】
次に、図５（ｂ）に示すように照明光学系の瞳面の４つの領域、より詳しくは、Ｘ軸を含む２つの領域Ｙ軸を含む２つの領域でそれぞれ偏光状態を制御する偏光照明を考える。このような偏光照明を実現するためには、図７（ｂ）に示すように、Ｘ軸を含む２領域には４５度方向に伸びる微細周期構造が形成され、露光光の偏光状態を変換する必要がないＹ軸を含む２つの領域には微細周期構造が形成されていない偏光光学素子を用いればよい。
【００５２】
次に、図５（ｃ）に示すように照明光学系の瞳面の８つの領域の偏光状態を制御する偏光照明を考える。このような偏光照明を実現するためには、図７（ｃ）に示すように、Ｘ偏光に変換する領域には微細周期構造を形成せず、Ｙ偏光に変換する領域には４５度方向に進相軸を持つλ／２波長板特性を持つように４５度方向に伸びる微細周期構造を形成すればよい。また、円偏光に変換する領域には４５度方向に真相軸をもつλ／４波長板特性を持つように４５度方向に伸びる微細周期構造を形成すればよい。ここで、λ／４波長板の特性を持たせるためには、λ／２波長板の領域に比べて、微細周期構造の深さを変更するか、微細周期構造の密度を変更すればよい。
【００５３】
偏光光学素子の微細周期構造は、偏光光学素子の入射光の偏光方向と、偏光光学素子からの射出光の偏光方向との中間（等角２等分線）の方向と、それに直交する方向とで密度を異ならせるように決めればよい。
【００５４】
[第２実施形態]
本発明に係る微細周期構造を持つ偏光光学素子は、入射角度が大きい光に対しても、所望の位相板としての特性を発揮する。そのため、従来の複屈折硝材を用いた位相板では配置できなかった場所に位相板としての効果を持つ偏光光学素子を配置することができる。
【００５５】
図９は、本発明の第２実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。図８を参照しながら説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。この実施形態では、投影光学系１６の瞳面近傍に、図４を参照して例示的に説明した微細周期構造を持つ偏光光学素子２２が配置されている。ここで、基板１７をＳ偏光で露光するためには、投影光学系１６の瞳面の各場所で偏光方向が接線方向を向いている図１０に示すような偏光状態になるような偏光光学素子２２を配置することが望ましい。
【００５６】
[第３実施形態]
本発明に係る微細周期構造を持つ偏光光学素子は、ＣＧＨに適用することもできる。図１２は、本発明の第１実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。図８を参照しながら説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。この実施形態では、微細周期構造を持つ偏光光学素子がＣＧＨに付加されている。
【００５７】
この実施形態では、ＣＧＨ６１（図８）の代わりに、図４を参照して例示的に説明した微細周期構造を持つ偏光光学素子が付加されたホログラム２３１を用いる。図１３は、微細周期構造を持つ偏光光学素子が付加されたホログラム２３１を説明するための図である。図１３（ｂ）に示すような有効光源分布を照明光学系の瞳に形成する場合を考える。図１３（ｂ）は、４重極照明を示していて、各領域での電場ベクトルの向きが分布の接線方向を向いている。この場合の偏光光学素子が付加されたホログラム２３１を光軸方向から見たものが図１３（ａ）に例示されている。図１３（ａ）に示すように、ＣＧＨのパターンは幾つかの領域に分けられている（図１３（ａ）では斜線領域と白領域）。偏光光学素子が付加されたホログラム２３１にｘ偏光の光が照射されるとする。
【００５８】
斜線領域には、ＣＧＨのパターンのみが形成され、偏光光学素子は形成されていない。斜線領域に入射した光は、図１３（ｃ）に示されるように、４重極の４領域のうち縦に並ぶ２つの領域に、入射偏光と同じｘ方向に電場ベクトルを持つ分布を形成する。白領域には、ＣＧＨパターンとｘｙ方向（４５度方向）に進相軸を持つλ／２板特性を持つ微細周期構造を持つ偏光光学素子とが形成されている。白領域に入射した光は、図１３（ｄ）に示されるように、４重極の４領域のうち横に並ぶ２つの領域に、ｙ方向に電場ベクトルを持つ分布を形成する。
【００５９】
なお、偏光光学素子は、ＣＧＨパターン上に形成されていても、ＣＧＨパターンの裏面の対応する領域に形成されていてもよい。
【００６０】
また、他のＣＧＨパターン、偏光光学特性を持つ偏光光学素子２３２が偏光光学素子２３１と交換可能に配置されていることが望ましい。
【００６１】
［第４実施形態］
微細周期構造を持つ偏光光学素子の製造方法を例示的に説明する。まず、ガラス基板上にＣｒなどのハードマスクを形成し、その上に感光剤を塗布し、該感光剤に投影露光装置を用いて微細パターンを転写し、該微細パターンを現像する。次いで、エッチャーにより微細パターンの開口部を通してハードマスクをエッチングし、ハードマスクをパタニングする。次いで、パタニングされたハードマスクを原版としてガラス基板をエッチャーによってエッチングする。
【００６２】
エッチングによって掘り込む方式は、掘り込み量が深くなるほど難しくなる。微細周期構造を持つ偏光光学素子は、深さによって発生する位相差が決まるため、深く掘ることができないとすると、所望の位相差を発生する偏光光学素子を作製できないこととなる。そこで、１つの微細周期構造を持つ偏光光学素子で発生する位相差が所望の量に対して小さい場合に、複数枚直列に並べることにより、所望の位相差を得てもよい。例えば、λ／２位相板が欲しい際に、エッチングの難易度から微細周期構造を持つ偏光光学素子が高価となる場合に、掘り込み量が小さく安価なλ／４位相板を２枚重ねることによりλ／２位相板として作用させることができる。
【００６３】
図１４に示すように、第１実施形態における偏光光学素子２１ａ（２１ｂ）を光路に沿って直列に配置された２枚組の偏光光学素子２１ａ'（２１ｂ'）で置き換えることができる。
【００６４】
以上のように、微細周期構造を持つ偏光光学素子を複数枚組み合わせて使用することによって、任意の偏光照明を容易かつ安価で高効率に実現することができる。
【００６５】
［応用例］
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１５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。
【００６６】
図１６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（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（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１７（現像）ではウエハに転写されたレジストを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１８（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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００６７】
ここで、デバイスには、例えば、半導体デバイス、液晶表示デバイス、撮像デバイス（ＣＣＤ等）または薄膜磁気ヘッド等が含まれうる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来の位相板を示す図である。
【図２】従来の位相板による偏光純度の計算に関する模式図である。
【図３】従来の位相板を用いた場合の偏光純度の計算結果を示す図である。
【図４】本発明の好適な実施形態の複屈折構造の位相板（偏光光学素子）を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る偏光照明を例示する図である。
【図６】本発明の第１実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態の偏光光学素子を模式的に示す図である。
【図８】偏光照明光学系を備えた従来の投影露光装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図１０】投影光学系の瞳における好適な偏光状態を示す図である。
【図１１】本発明の好適な実施形態の偏光光学素子を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の偏光光学素子を付加したホログラムの説明図である。
【図１４】本発明の第４実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。
【図１５】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。
【図１６】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  光源（エキシマレーザー）
２  複屈折硝材で製作されたλ／２位相板
３  減光フィルター（ＮＤ）
４  マイクロレンズアレイ
５  コンデンサーレンズ１
６１  ＣＧＨ（計算機ホログラム）
６２  マイクロレンズアレイ
７  コンデンサーレンズ２
８  変倍リレーレンズ
１０  ハエノ目レンズ
１１  コンデンサーレンズ３
１２  ハーフミラー
１３  露光量センサー
１４  リレー光学系
１５  原版
１６  投影光学系
１７  基板
１８  照度計
１９  ウエハーステージ
２０  制御装置
２１（２１ａ、２１ｂ）  微細周期構造を持つ偏光光学素子
２２  微細周期構造を持つ偏光光学素子
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図１３】
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