(57)【要約】【課題】複屈折による結像性能の低下を抑え、焼き付けパターンの方向によらず優れた解像性能を得ることができる露光装置及び方法を提供する。【解決手段】複屈折を示す光学部材を使用し、マスクに形成されたパターンを被処理体に投影する投影光学系と、前記被処理体を露光する露光光が直線偏光になるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定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
2004087987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折を示す光学部材を使用し、マスクに形成されたパターンを被処理体に投影する投影光学系と、
前記被処理体を露光する露光光が直線偏光になるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記直線偏光の偏光方向を他の偏光方向に切り替える切り替え手段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。
【請求項３】
前記パターンの形成方向を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように前記切り替え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。
【請求項４】
前記投影光学系の波面収差を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項２又は３記載の露光装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記波面収差のうち非点収差を測定する測定部と、
前記測定部の測定した前記非点収差に基づいて前記光学部材を駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記露光光と前記被処理体との角度を計測する計測部と、
前記計測部の計測した前記角度に基づいて前記被処理体を駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項７】
前記露光光は、波長２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項８】
マスクに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記被処理体を露光する露光光が前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段と、
前記パターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を形成する有効光源形成手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
マスクに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記被処理体を露光する露光光が前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段と、
前記直線偏光の偏光方向と当該直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成する有効光源形成手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
第１のパターン及び第２のパターンから形成される所望のパターンを、複屈折を示す光学部材を含む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、
前記第１のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いて当該第１のパターンを露光する第１の露光ステップと、
前記所望のパターンが形成されるように、前記第２のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いて当該第２のパターンを露光する第２の露光ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の露光ステップの少なくとも一方において、前記投影光学系の波面収差を低減させるように、前記光学部材又は前記被処理体を駆動するステップとを有することを特徴とする請求項１０記載の露光方法。
【請求項１２】
前記第１の露光ステップは、前記第１のパターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を用い、前記第２の露光ステップは、前記第２のパターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を用いることを特徴とする請求項１０記載の露光方法。
【請求項１３】
第１のパターン及び第２のパターンから形成される所望のパターンを、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を利用して被処理体に露光する露光方法であって、
前記第１のパターンを露光するために、当該第１のパターンに対して垂直な方向に有効光源を形成するステップと、
前記第２のパターンを露光するために、前記有効光源を当該第２のパターンに対して垂直な方向に変更するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１４】
パターンの形成方向に平行な直線偏光を用いて当該パターンを被処理体に露光する露光方法であって、
前記直線偏光の偏光方向と当該直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成するステップと、
前記有効光源により前記被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
請求項１乃至９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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光するのに使用される露光装置に関する。本発明は、真空紫外域から遠紫外光までの短波長範囲の光を光源に用いる露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求は益々高くなっており、かかる要求を満足するために露光解像度を高める提案が様々なされている。
【０００３】
露光光源の波長を短くすることは、解像度の向上に有効な一手段であるため、近年では、露光光源は、ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆエキシマレーザー光（波長約２４８ｎｍ）、Ａｒ−Ｆエキシマレーザー光（波長約１９３ｎｍ）と進み、今後は、Ｆ２レーザー光（波長約１５７ｎｍ）の使用が有望視されている。
【０００４】
ｉ線までの波長域では、光学系に従来の光学素子を使用することが可能であったが、Ｋｒ−Ｆ、Ａｒ−Ｆ各エキシマレーザー光、Ｆ２レーザー光の波長域では、透過率が低く、従来の光学ガラスを使用することは不可能である。このため、エキシマレーザーを光源とする露光装置の光学系には、短波長光の透過率が高い石英ガラス（ＳｉＯ２）又はフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を材料とした光学素子を使用することが一般的となっており、特に、Ｆ２レーザーを光源とする露光装置においては、フッ化カルシウムを材料とした光学素子を使用することが必須とされている。
【０００５】
フッ化カルシウム単結晶は、従来から、（「ブリッジマン法」としても知られる）坩堝降下法によって製造されている。かかる方法は、化学合成された高純度原料を坩堝に入れ育成装置内で熔融した後、坩堝を除々に引き下げ、坩堝の下部から結晶化させる。この育成過程の熱履歴によりフッ化カルシウム結晶内には応力が残留する。フッ化カルシウムは応力に対して複屈折性を示し、残留応力があると光学特性が悪化するので、結晶育成後、熱処理を施し応力を除去する。
【０００６】
しかし、フッ化カルシウムは、理想的な内部応力がない結晶であっても、結晶構造に起因する複屈折、いわゆる真性複屈折（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ　ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が無視できない量だけ発生する。
【０００７】
フッ化カルシウムの結晶軸は、図１２に示す通りである。結晶軸としての［１０　０］軸、［０　１　０］軸及び［０　０　１］軸は互いに入れ替えて考えることが可能であり、結晶としては立方晶系に属する。そのため真性複屈折の影響を無視すれば、光学的な特性は等方的、即ち、結晶中を光束が進む向きによって光学的な影響が変化することはないことが知られている。
【０００８】
フッ化カルシウムの真性複屈折は、図１３及び図１４によって説明される。まず、図　は、結晶中の光線方向に応じた複屈折の大きさを表す。図１３を参照するに、［１　１　１］軸、［１　０　０］軸、［０　１　０］軸及び［０　０　１］軸方向に進行する光束に対しては複屈折量がゼロとなる。しかし、［１　０１］軸、［１　１　０］軸及び［０　１　１］軸方向に進行する光束に対しては複屈折量が最大となり、その大きさが、例えば、Ｆ２レーザーの波長１５７ｎｍ（以下、「Ｆ２波長」と言うこともある。）では１２ｎｍ／ｃｍに達する。図１４は、光線方向に応じた複屈折の進相軸分布を表すものである。そのような結晶で光学系を構成した場合、図１５に示すように、像の形成に寄与する波面が入射光の偏光方向によって変化し、近似的には２つに分かれた波面が二重の像を形成する。そのため真性複屈折によって、光学系としての結像性能が大きく劣化するという結果になる。ここで、図１５は、偏光特性による波面収差と結像特性の関係を示す図である。
【０００９】
上述したように、真性複屈折の影響は結晶内部の光束の進行方向によって変化するが、同時に複数の結晶を組み合わせることにより真性複屈折の影響を補正することが可能となる。第１の結晶に対して進相軸方向に偏光して入射した光束に対して、第２の結晶では遅相軸方向に入射するように結晶軸の向きを調整すれば、２つの結晶を透過した後の光束は、波面の進みと遅れがキャンセルされることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、真性屈折の大きさは波長の２乗に反比例し、例えば、Ａｒ−Ｆエキシマレーザーの波長１９３ｎｍでは３．４ｎｍ／ｃｍ、Ｆ２波長では１２ｎｍ／ｃｍにも達することが明らかになっており、露光波長が短くなると上述した調整では十分な補正を行うことができず、所望の結像性能を実現することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、複屈折による結像性能の低下を抑え、焼き付けパターンの方向によらず優れた解像性能を得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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
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、複屈折を示す光学部材を使用し、マスクに形成されたパターンを被処理体に投影する投影光学系と、前記被処理体を露光する露光光が直線偏光になるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段とを有することを特徴とする。かかる露光装置によれば、偏光方向決定手段により露光光を一つの偏光方向の直線偏光に限定することによって、露光に寄与する波面を一つとし結像性能の劣化を防止することができる。前記直線偏光をの偏光方向を他の偏光方向に切り替える切り替え手段を更に有することを特徴とする。前記パターンの形成方向を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように前記切り替え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。これにより、常にパターンの形成方向に対して平行な直線偏光とすることができ、解像度を向上させることが可能となる。前記投影光学系の波面収差を補正する補正手段を更に有することを特徴とする。前記補正手段は、前記波面収差のうち非点収差を測定する測定部と、前記測定部の測定した前記非点収差に基づいて前記光学部材を駆動する駆動部とを有することを特徴とする。前記補正手段は、前記露光光と前記被処理体との角度を計測する計測部と、前記計測部の計測した前記角度に基づいて前記被処理体を駆動する駆動部とを有することを特徴とする。これにより、複屈折に起因する非点収差及び／又は傾き成分を補正することが可能となる。前記露光光は、波長２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
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処理体に露光する露光装置であって、前記被処理体を露光する露光光が前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段と、前記パターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を形成する有効光源形成手段とを有することを特徴とする。かかる露光装置によれば、パターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を形成し、最適な露光条件で露光を行うことができる。
【００１４】
本発明の更に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処理体に露光する露光装置であって、前記被処理体を露光する露光光が前記パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように、当該露光光の偏光方向を決定する偏光方向決定手段と、前記直線偏光の偏光方向と当該直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成する有効光源形成手段を有することを特徴とする。かかる露光装置によれば、直線方向の偏光方向と直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成し、最適な露光条件で露光を行うことができる。
【００１５】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、第１のパターン及び第２のパターンから形成される所望のパターンを、複屈折を示す光学部材を含む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、前記第１のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いて当該第１のパターンを露光する第１の露光ステップと、前記所望のパターンが形成されるように、前記第２のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いて当該第２のパターンを露光する第２の露光ステップとを有することを特徴とする。かかる露光方法によれば、パターンの形成方向に平行な直線偏光を用いて、パターンの形成方向毎に露光を行うことで解像度に優れた露光を行うことができる。前記第１及び第２の露光ステップの少なくとも一方において、前記投影光学系の波面収差を低減させるように、前記光学部材又は前記被処理体を駆動するステップとを有することを特徴とする。前記第１の露光ステップは、前記第１のパターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を用い、前記第２の露光ステップは、前記第２のパターンの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を用いることを特徴とする。これにより、最適な露光条件で露光を行うことができる。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、第１のパターン及び第２のパターンから形成される所望のパターンを、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を利用して被処理体に露光する露光方法であって、前記第１のパターンを露光するために、当該第１のパターンに対して垂直な方向に有効光源を形成するステップと、前記第２のパターンを露光するために、前記有効光源を当該第２のパターンに対して垂直な方向に変更するステップとを有することを特徴とする。これにより、常に最適な露光条件で露光を行うことができる。
【００１７】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、パターンの形成方向に平行な直線偏光を用いて当該パターンを被処理体に露光する露光方法であって、前記直線偏光の偏光方向と当該直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成するステップと、前記有効光源により前記被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする。かかる露光方法によれば、１回の露光でパターンの形成方向によらず、均一な解像度を得ることができる。
【００１８】
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。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。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、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１９】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的な露光装置について説明する。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、本発明の一側面としての露光装置１の例示的一形態を示す概略構成図である。
【００２１】
露光装置１は、図１に示されるように、照明装置１００と、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）２００と、投影光学系３００と、プレート４００と、偏光方向決定手段５００とを有する。
【００２２】
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２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置である。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」は、レチクルに対してプレートを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをプレートに露光すると共に、１ショットの露光終了後プレート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。「ステップ・アンド・リピート方式」は、プレートのショットの一括露光ごとにプレート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。
【００２３】
照明装置１００は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２００を照明し、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。
【００２４】
光源部１１０は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。
【００２５】
レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡｒ−Ｆエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒ−Ｆエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類は限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザー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。更にスペック利を低減するために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザー１１２に限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００２６】
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形成する。ビーム整形系１１４は、後述するオプティカルインテグレーター１２２を照明するのに必要な大きさと発散角をもつ光束を形成する。
【００２７】
また、図１には示されていないが、光源部１１０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。
【００２８】
照明光学系１２０は、レチクル２００を照明する光学系であり、本実施形態では、オプティカルインテグレーター１２２と、σ絞り１２４と、コンデンサーレンズ１２６とを有する。レーザー１１２とオプティカルインテグレーター１２２の入射面とレチクル２００とプレート４００とが光学的に共役な関係に維持されている。また、σ絞り１２４と投影光学系３００の瞳面とが光学的に共役な関係に維持されている。
【００２９】
オプティカルインテグレーター１２２は、レチクル２００に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、例えば、入射光の角度分布を位置分布に変換して射出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、その入射面と射出面とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係になる。ハエの目レンズは、互いの焦点位置がそれと異なる一方の面にあるレンズ（レンズ素子）を複数個並べたものである。また、ハエの目レンズを構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子のレンズ面が球面である場合、照明装置１００の照明領域と略相似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの目レンズと照明領域が瞳と像の関係であるからである。
【００３０】
本発明で適用可能なオプティカルインテグレーター１２２は、ハエの目レンズに限定されず、例えば、２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成してもよい。なお、シリンドリカルレンズアレイ板の組数が２に限定されないことはいうまでもない。
【００３１】
オプティカルインテグレーター１２２は、光学ロッドに置換される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であった照度分布を射出面で均一にし、ロッド軸と垂直な断面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩形断面を有する。なお、光学ロッドは、ロッド軸と垂直な断面形状にパワーがあると射出面での照度が均一にならないので、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで形成される多角形である。その他、オプティカルインテグレーター１２２は、拡散作用をもった回折光学素子に置換されてもよい。
【００３２】
σ絞り１２４は、オプティカルインテグレーター１２２の射出面近傍に配置され、形状及び径が固定された開口（例えば、円形の開口）によって被照明面（即ち、レチクル２００面）の照明範囲を画定する。なお、σ絞り１２４は、図示しない絞り駆動手段を構成し、開口の形状及び径を可変としてもよい。
【００３３】
コンデンサーレンズ１２６は、オプティカルインテグレーター１２４から射出した光をできるだけ多く集めて主光線が平行、すなわちテレセントリックになるようにレチクル２００を照明する。
【００３４】
レチクル２００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（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２００から発せられた回折光は、投影光学系３００を通りプレート４００上に投影される。レチクル２００とプレート４００は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１はスキャナーであるため、レチクル２００とプレート４００を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル２００のパターンをプレート４００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（「ステッパー」とも呼ばれる）の場合は、レチクル２００とプレート４００を静止させた状態で露光が行われる。
【００３５】
投影光学系３００は、レチクル２００（物体面）からの光束をプレート４００（像面）に結像する。投影光学系３００は、複数の光学素子３１０ａ乃至３１０ｄ（なお、以下の説明において、光学素子３１０は、光学素子３１０ａ乃至３１０ｄを総括するものとする）で構成される。なお、実際の投影光学系３００には、２０枚を超える光学素子３１０が使用されるが、ここでは説明を簡略化するため図１の投影光学系３００で一般の投影光学系を代表させる。
【００３６】
投影光学系３００は、例えば、全てレンズ素子の光学素子３１０からなる光学系、複数のレンズ素子の光学素子３１０ａ乃至３１０ｃと少なくとも一枚の凹面鏡の光学素子３１０ｄとを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子の光学素子３１０ａ乃至３１０ｃと少なくとも一枚のキノフォームなどの回折素子の光学素子３１０ｄとを有する光学系、全てミラーの光学素子３１０からなる光学系等を使用することができる。色収差の補正の必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なる光学素子３１０を使用したり、回折素子の光学素子３１０ｄをレンズ素子の光学素子３１０ａ乃至３１０ｃと逆の分散が生じるように構成したりする。
【００３７】
光学素子３１０は、反射、屈折及び回折等を利用して光束を結像させる。光学素子３１０は、エキシマレーザーに使用可能なフッ化カルシウムからなり、複屈折を示す。光学素子３１０は、光軸まわりに回転可能、且つ、光軸方向に移動可能に保持されている。従って、複屈折の影響を小さくするために光軸まわりの角度を調整することができる。
【００３８】
プレート４００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（被露光体）を広く含む。プレート４００にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布工程と、フォトレジスト塗布工程と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布工程は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００３９】
プレートステージ４５０は、プレート４００を支持する。プレートステージ４５０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、プレートステージ４５０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート４００を移動することができる。レチクル２００とプレート４００は、例えば、同期走査され、プレートステージ４５０と図示しないレチクルステージの位置は、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。プレートステージ４５０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、レチクルステージ及び投影光学系３００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。
【００４０】
偏光方向決定手段５００は、プレート４００を露光する露光光（即ち、レーザー１１２から射出される光）が直線偏光となるように、かかる露光光の偏光方向を決定する。換言すれば、偏光方向決定手段５００は、レーザー１１２から射出されるランダム偏光の露光光を直線偏光の露光光に変換する。
【００４１】
偏光方向決定手段５００は、本実施形態では、光の振動の一方向の成分のみを通過させる（例えば、振動方向が入射光と法線方向を含む平面内に存在するＰ偏光又は振動方向が入射光と法線方向を含む平面内に垂直な平面内に存在するＳ偏光のみを通過させる）性質を有する偏光板で構成されている。但し、偏光方向決定手段５００は、偏光板に限定されず、光の振動を一定の方向に制限する機能を有するもので構成することを妨げるものではない。
【００４２】
偏光方向決定手段５００は、本実施形態では、レチクル２００の直前に配置されているが、照明装置１００が光の偏光を回転させるような光学系を備えている場合を除き、プレート４００までのどの位置に配置してもよい。即ち、プレート４００に到達する回路パターンを反映する光（プレート４００を露光する光）が直線偏光であればよい。
【００４３】
上述したように、光学素子３１０が示す複屈折により投影光学系３００の結像性能が低下する大きな要因は、直交する２つの偏光方向を含む（例えば、Ｐ偏光とＳ偏光）露光光によって、露光に寄与する、異なった２つの波面（絶対値が等しく符号が反対）を形成するためである。従って、偏光方向決定手段５００によって、図２に示すように、露光光として入射する光束の偏光方向を一方向に固定した直線偏光に限定することにより、露光に寄与する波面が１つとなり、結像性能の低下を防ぐことができる。なお、光学素子３１０の示す複屈折があまりに大きいと、直線偏光であっても異常光線と呼ばれる偏光の回転した成分の強度が大きくなるため、光学素子３１０の複屈折量はできる限り小さく抑えることが好ましい。ここで、図２は、偏光特性による波面収差と結像特性の関係を示す図である。
【００４４】
露光において、光源部１１０から発せられた光束は、照明光学系１２０によりレチクル２００を照明する。このとき、照明光学系１２０とレチクル２００の間に配置された偏光方向決定手段５００により光束は直線偏光となっている。レチクル２００を通過してマスクパターンを反映する直線偏光の光は、投影光学系３００によりプレート４００に結像される。露光装置１は、露光光に偏光方向が一定の直線偏光を用いることにより、光学素子３１０の複屈折の影響を抑えて、良好な解像度を得ることができる。
【００４５】
以下、図３を参照して、露光装置１の変形例である露光装置２を説明する。ここで、図３は、露光装置１の変形例である露光装置２の例示的一形態を示す概略構成図である。
【００４６】
露光装置２は、露光装置１と同様であるが、図１に示されるように、切り替え手段５５０と、検出部６００と、制御部７００と、補正手段８００とを更に有する。露光装置２は、通常のランダム偏光の露光光を用いた場合に比べて、直線偏光の偏光方向に垂直なパターンの解像性能は低下し、直線偏光の偏光方向に平行なパターンの解像性能は向上するという特性を積極的に利用して、露光を行う。
【００４７】
レチクル２００は、本実施形態では、所望の回路パターンを形成方向毎に分離した（例えば、縦方向と横方向）複数のレチクル２００ａ及び２００ｂから構成される。レチクル２００ａ及び２００ｂは、図示しない駆動手段によってレチクルステージに設置され、レチクル２００ａ及び２００ｂ毎に露光を行うことで、所望の回路パターンがプレート４００に露光される。
【００４８】
切り替え手段５５０は、偏光方向決定手段５００が決定する直線偏光を他の直線偏光に切り替える。換言すれば、切り替え手段５５０は、直線偏光の偏光方向を切り替える。切り替え手段５５０は、偏光方向決定手段５００と共同して、プレート４００を露光する露光光（即ち、レーザー１１２から射出される光）を直線偏光にすると共に、かかる直線偏光の偏光方向を任意の方向に向けることができる。切り替え手段５５０は、後述する制御部７００に制御され、直線偏光の偏光方向を設定する。
【００４９】
切り替え手段５５０は、本実施形態では、露光光の偏光方向を一方向に固定する偏光板で構成された偏光方向決定手段５００を回転させることが可能な回転機構で構成されている。従って、露光光の偏光方向を偏光板の回転角度によって任意に設定することができる。また、切り替え手段５５０は、ターレット状になっていて、その回転中心の周囲に複数の偏光方向決定手段５００（偏光板）を配置し、任意の偏光方向決定手段５００を選択することで、露光光の偏光方向を切り替えてもよい。
【００５０】
検出部６００は、レチクルステージに設置されたレチクル２００に形成された回路パターンの形成方向を検出する。検出部６００は、例えば、レチクル２００に設けられた回路パターンの形成方向を含む情報（バーコード等）を読み取ることで、レチクル２００上の回路パターンの形成方向を検出する。更に、検出部６００は、検出したレチクル２００上の回路パターンの形成方向を制御部７００に送信する。
【００５１】
制御部７００は、検出部６００が検出したレチクル２００上の回路パターンの形成方向に対して平行な直線偏光となるように、切り替え手段５５０を制御する。制御部７００は、本実施形態では、切り替え手段５５０を回転させることにより、偏光方向決定手段５００（偏光板）が決定する偏光方向を変更し、レチクル２００上の回路パターンの形成方向に対して平行な直線偏光とする。従って、制御部７００は、変更方向決定手段５００、切り替え手段５５０及び検出部６００と共同して、露光光の偏光方向を、常に、レチクル２００上の回路パターンの形成方向に対して平行な直線偏光とすることで、解像性能の向上を可能としている。
【００５２】
補正手段８００は、投影光学系３００の波面収差を補正する。補正手段８００は、直線偏光の偏光方向を変更することで波面収差が変わるために、かかる波面収差を補正するために設けられている。補正手段８００は、非点収差を補正する第１の補正手段８１０と、傾き成分の収差（即ち、パターンの位置ずれ）を補正する第２の補正手段８２０から構成される。なお、本実施形態では、補正手段８００は、複屈折によって発生しやすい波面収差である非点収差及び傾き成分を補正しているが、その他の波面収差を補正する機能を含めてもよい。また、投影光学系３００の波面収差は、補正手段８００で補正可能な単純な形状に追い込んでおくことが好ましく、傾き成分の波面収差のみに調整しておくことが更に好ましい。これは、波面収差が傾き成分のみであれば、投影光学系３００の光学素子３１０を駆動する必要がなくなるからである。
【００５３】
第１の補正手段８１０は、投影光学系３００の非点収差を測定する測定部８１２と、投影光学系３００の光学素子３１０を光軸まわり及び光軸方向に駆動する駆動部８１４とを有する。なお、駆動部８１４は、投影光学系３００の光学素子３１０全てを駆動してもよいし、波面収差に最も関係する光学素子３００のみを駆動してもよい。第１の補正手段８１０は、測定部８１２が測定した非点収差が低減するように、駆動部８１４によって光学素子３１０を駆動して、投影光学系３００の非点収差を補正する。
【００５４】
第２の補正手段８２０は、露光光とプレート４００との角度を計測する計測部８２２と、プレート４００を駆動する駆動部８２４とを有する。駆動部８２４は、プレートステージ４５０と接続しており、プレートステージ４５０を介してプレート４００を駆動する。第２の補正手段８２０は、計測部８２２が計測した露光光とプレート４００との角度が垂直となるように、駆動部８２４によってプレートステージ４５０に支持されたプレート４００を駆動して、投影光学系３００の波面収差の傾き成分を補正する。
【００５５】
ここで、図４を参照して、露光装置２を利用した露光方法１０００について説明する。ここで、図４は、本発明の例示的な露光方法１０００を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、所望の回路パターンが異なる２つの形成方向からなり、回路パターンの形成方向毎にレチクル２００ａ及び２００ｂが用意されている。
【００５６】
まず、レチクルステージにレチクル２００ａが設置されると、検出部６００がレチクル２００ａに形成されたパターンの形成方向を検出する（ステップ１００２）。検出したパターンの形成方向は制御部７００に送信され、制御部７００は、かかるパターンの形成方向に基づいて切り替え手段５５０（及び偏光方向決定手段５００）を制御して、露光光の偏光方向をレチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光にする（ステップ１００４）。そして、レチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いてレチクル２００ａ上のパターンをプレート４００に露光する（ステップ１００６）。この際、レチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いることで発生する複屈折に起因する投影光学系３００の波面収差（例えば、非点収差、傾き成分など）を補正手段８００によって補正する（ステップ１００８）。
【００５７】
次に、レチクルステージからレチクル２００ａを取り外してレチクル２００ｂを設置すると、検出部６００がレチクル２００ｂに形成されたパターンの形成方向を検出する（ステップ１０１０）。検出したパターンの形成方向は制御部７００に送信され、制御部７００は、かかるパターンの形成方向に基づいて切り替え手段５５０（及び偏光方向決定手段５００）を制御して、露光光の偏光方向をレチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光にする（ステップ１０１２）。そして、所望のパターンが形成されるように、レチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いてレチクル２００ｂ上のパターンをレチクル２００ａのパターンが露光されたプレート４００に露光する（ステップ１０１４）。この際、レチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いることで発生する複屈折に起因する投影光学系３００の波面収差（例えば、非点収差、傾き成分など）を補正手段８００によって補正する（ステップ１０１６）。以上のようなステップを経て所望のパターンがプレート４００上に露光される。露光方法１０００によれば、所望の回路パターンを形成方向によって分割したレチクル２００を用いて、パターンの形成方向に対して常に平行な直線偏光を用いることで解像度を向上させた露光を行うことができる。なお、本実施形態では、２回の露光を行うことで所望のパターンをプレートに露光しているが、所望のパターンの形成方向が２方向以上ある場合は、パターンの形成方向の数だけレチクルを用意して、かかる数だけ露光を行えばよい。
【００５８】
以下、図５乃至図７を参照して、別の露光装置３を説明する。図５は、本発明の別の露光装置３の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置３は、露光装置２と同様であるが、図５に示されるように、σ絞り１２４の代わりに有効光源形成手段９００を有する。
【００５９】
有効光源形成手段９００は、レチクル２００に形成された回路パターンに応じた有効光源を形成する。有効光源形成手段９００は、所望の回路パターンを形成方向毎に分離した（例えば、縦方向と横方向）複数のレチクル２００ａ及び２００ｂを用いる場合は、図６に示すような有効光源形成手段９１０を用い、所望の回路パターンが形成された一枚のレチクル２００を用いる場合は、図７に示すような有効光源形成手段９２０を用いる。なお、有効光源形成手段９００は、本実施形態では、アパーチャーとして実現されているが、後述する有効光源を形成することが可能であるならば、プリズムなどを用いてもよい。ここで、図６は、有効光源形成手段９１０の一例を示す概略平面図である。図７は、有効光源形成手段９２０の一例を示す概略平面図である。
【００６０】
有効光源形成手段９１０は、レチクル２００ａ及び２００ｂの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を形成する。有効光源形成手段９１０は、例えば、図６に示すように、従来からよく知られている光軸を中心とした二重極状の発光部（開口部）Ａを有する有効光源分布（即ち、光量分布）を形成し、最適な露光条件を提供する。なお、有効光源形成手段９１０は、本実施形態では、回転可能に配置されており、任意の方向に有効光源を形成することが可能となっている。有効光源形成手段９１０が形成した有効光源と、偏光方向決定手段５００及び切り替え手段６００により偏光方向がレチクル２００ａ又は２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光となった露光光とを組み合わせることにより、更に解像度を向上させることができる。なお、有効光源形成手段９１０が形成する有効光源分布は二重極状に限らず、例えば、図６に示す発光部Ａが片方だけのものや光軸を中心とした四重極状の発光部を有する有効光源分布を形成するものを用いてもよい。
【００６１】
一方、有効光源形状９２０は、偏光方向決定手段５００及び切り替え手段６００により決定した直線偏光の偏光方向（即ち、レチクル２００上の所望のパターンのうち、ある一方向の形成方向に対して平行な偏光方向）と、かかる直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成する。有効光源形成手段９２０は、例えば、図７に示すように、光軸を中心とした四重極状の発光部（開口部）Ｂ１乃至Ｂ４を有し、偏光方向に平行な方向である開口部Ｂ１及びＢ４と開口部Ｂ２及びＢ３の間隔ｄ１と偏光方向に垂直な方向である開口部Ｂ１及びＢ２と開口部Ｂ４及びＢ３の間隔ｄ２が以下の数式１に示す関係を満足する。
【００６２】
【数１】
2004087987.tif 000003
【００６３】
従って、直線偏光の偏光方向と、かかる直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる有効光源分布（即ち、光量分布）を形成し、最適な露光条件を提供する。即ち、有効光源形成手段９２０が形成した有効光源と、レチクル２００上の所望のパターンのうち、ある一方向の形成方向に対して平行な偏光方向を有する直線偏光となった露光光とを組み合わせることにより、レチクル２００上のパターンの形成方向によらず１回の露光で均一な解像度を得ることができる。
【００６４】
ここで、図８を参照して、露光装置３を利用した露光方法２０００について説明する。ここで、図８は、所望の回路パターンを形成方向毎に分離した（本実施例では、縦方向と横方向の２方向とする）複数のレチクル２００ａ及び２００ｂを用いる場合の露光方法２０００を説明するためのフローチャートである。
【００６５】
まず、レチクルステージにレチクル２００ａが設置されると、検出部６００がレチクル２００ａに形成されたパターンの形成方向を検出する（ステップ２００２）。検出したパターンの形成方向は制御部７００に送信され、制御部７００は、かかるパターンの形成方向に基づいて切り替え手段５５０（及び偏光方向決定手段５００）を制御して、露光光の偏光方向をレチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光にする（ステップ２００４）。また、有効光源形成手段９１０によって、検出したレチクル２００ａの形成方向に対して垂直な方向に有効光源を形成する（ステップ２００６）。そして、レチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して垂直な方向に形成された有効光源、且つ、レチクル２００ａ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いてレチクル２００ａ上のパターンをプレート４００に露光する（ステップ２００８）。
【００６６】
次に、レチクルステージからレチクル２００ａを取り外してレチクル２００ｂを設置すると、検出部６００がレチクル２００ｂに形成されたパターンの形成方向を検出する（ステップ２０１０）。検出したパターンの形成方向は制御部７００に送信され、制御部７００は、かかるパターンの形成方向に基づいて切り替え手段５５０（及び偏光方向決定手段５００）を制御して、露光光の偏光方向をレチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光にする（ステップ２０１２）。また、有効光源形成手段９１０を回転させて、形成される有効光源を
検出したレチクル２００ａの形成方向に対して垂直な方向に変更する（ステップ２０１４）。そして、レチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して垂直な方向に形成された有効光源、且つ、レチクル２００ｂ上のパターンの形成方向に対して平行な直線偏光を用いてレチクル２００ｂ上のパターンをプレート４００に露光する（ステップ２０１６）。以上のようなステップを経て所望のパターンがプレート４００上に露光される。露光方法２０００によれば、所望の回路パターンを形成方向によって分割したレチクル２００ａ及び２００ｂを用いて、パターンの形成方向に対して常に平行な直線偏光の露光光を用いると共に、有効光源形成手段９１０によってパターンの形成方向に対して垂直な有効光源を形成することで解像度を向上させた露光を行うことができる。
【００６７】
一方、図９を参照して、露光装置３において、所望の回路パターンが形成された一枚のレチクル２００を用いる場合の露光方法３０００を説明する。ここで、図９は、所望の回路パターンが形成された一枚のレチクル２００を用いる場合の露光方法３０００を説明するためのフローチャートである。
【００６８】
まず、レチクルステージにレチクル２００が設置されると、検出部６００がレチクルに形成されたパターンの形成方向を検出する（ステップ３００２）。検出したパターンの形成方向は制御部７００に送信され、制御部７００は、切り替え手段５５０（及び偏光方向決定手段５００）を制御して、露光光を、かかるパターンの形成方向のうち任意の一方向に平行な直線偏光にする（ステップ３００４）。また、有効光源形成手段９２０によって、直線偏光の偏光方向と直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において、異なる形状の有効光源を形成する（ステップ３００６）。そして、レチクル２００上のパターンの形成方向のうち任意の位置後方に平行な直線偏光の露光光、且つ、かかる直線偏光の偏光方向と直線偏光の偏光方向に対して垂直な方向において異なる形状の有効光源を用いてレチクル２００上の所望のパターンをプレート４００に露光する（ステップ３００８）。露光方法３０００によれば、パターンの形成方向によらず、均等な解像度を得ることができると共に、１回で所望のパターンを露光することができる。なお、露光方法２０００及び３０００において、上述したように、複屈折に起因する投影光学系３００の波面収差（例えば、非点収差、傾き成分など）を補正手段８００によって補正すると更に効果的であることは言うまでもない。
【００６９】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置１乃至３を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１０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。
【００７０】
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、これが出荷（ステップ７）される。
【００７１】
図１１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乃至３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。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本発明は、複屈折を示す光学素子を使用しない投影光学系においても解像度を向上させることができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の露光装置及び方法によれば、複屈折による結像性能の低下を抑え、焼き付けパターンの方向によらず優れた解像性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】偏光特性による波面収差と結像特性の関係を示す図である。
【図３】図１に示す露光装置の変形例である露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の例示的な露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の別の露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図６】図５に示す有効光源形成手段の一例を示す概略平面図である。
【図７】図５に示す有効光源形成手段の一例を示す概略平面図である。
【図８】所望の回路パターンを形成方向毎に分離した複数のレチクルを用いる場合の露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】所望の回路パターンが形成された一枚のレチクルを用いる場合の露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】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１１】図１０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。
【図１２】フッ化カルシウム結晶の結晶軸を説明するための図である。
【図１３】フッ化カルシウムにおける真性複屈折量の分布を示す図である。
【図１４】フッ化カルシウムにおける真性複屈折進相軸の分布を示す図である。
【図１５】偏光特性による波面収差と結像特性の関係を示す図である。
【符号の説明】
１乃至３　　　　　　　　　　　　　　露光装置
１００　　　　　　　　　　　　　　　照明装置
１１０　　　　　　　　　　　　　　　光源部
１１２　　　　　　　　　　　　　　　レーザー
１１４　　　　　　　　　　　　　　　ビーム整形系
１２０　　　　　　　　　　　　　　　照明光学系
１２２　　　　　　　　　　　　　　　オプティカルインテグレーター
１２４　　　　　　　　　　　　　　　σ絞り
１２６　　　　　　　　　　　　　　　コンデンサーレンズ
２００、２００ａ、２００ｂ　　　　　レチクル
３００　　　　　　　　　　　　　　　投影光学系
３１０　　　　　　　　　　　　　　　光学素子
４００　　　　　　　　　　　　　　　プレート
４５０　　　　　　　　　　　　　　　プレートステージ
５００　　　　　　　　　　　　　　　偏光方向決定手段
５５０　　　　　　　　　　　　　　　切り替え手段
６００　　　　　　　　　　　　　　　検出部
７００　　　　　　　　　　　　　　　制御部
８００　　　　　　　　　　　　　　　補正手段
８１０　　　　　　　　　　　　　　　第１の補正手段
８１２　　　　　　　　　　　　　　　測定部
８１４　　　　　　　　　　　　　　　駆動部
８２０　　　　　　　　　　　　　　　第２の補正手段
８２２　　　　　　　　　　　　　　　計測部
８２４　　　　　　　　　　　　　　　駆動部
９００、９１０、９２０　　　　　　　有効光源形成手段
【図１】
2004087987.tif 000004
【図２】
2004087987.tif 000005
【図３】
2004087987.tif 000006
【図４】
2004087987.tif 000007
【図５】
2004087987.tif 000008
【図６】
2004087987.tif 000009
【図７】
2004087987.tif 000010
【図８】
2004087987.tif 000011
【図９】
2004087987.tif 000012
【図１０】
2004087987.tif 000013
【図１１】
2004087987.tif 000014
【図１２】
2004087987.tif 000015
【図１３】
2004087987.tif 000016
【図１４】
2004087987.tif 000017
【図１５】
2004087987.tif 000018