(57)【要約】【課題】  たとえば蛍石により形成された光透過部材の影響により透過光の偏光状態が変動しても、露光中において感光性基板に達する露光光の偏光状態をほぼ一定に維持して良好な露光を安定的に行う。【解決手段】  光源（１）からの露光光に基づいてマスク（Ｍ）を照明し、マスク上のパターンを感光性基板（Ｗ）上に露光する。マスクまたは感光性基板への入射光の偏光状態を安定化させ、その後にマスク上のパターンを感光性基板上に露光する。すなわち、光源の発光を開始した時点から、マスクまたは感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、露光の開始を待機する。そして、マスクまたは感光性基板を交換する際に、光源からの光の発光を停止させることなく、光源からの光を所定位置（１０）において遮る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの露光光に基づいてマスクを照明し、該マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記露光に先立って、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態を安定化させるための偏光安定化手段を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記偏光安定化手段は、前記光源の発光を開始した時点から、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、前記露光の開始を待機す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】
前記光源と前記感光性基板との間の光路中に配置されて、透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記光学部材は、結晶材料により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記偏光安定化手段は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して、前記光源の発光を停止させることなく、前記光源と前記マスクとの間の光路中の所定位置において前記光源からの光を遮ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記所定位置には、前記マスク上の照明領域を規定するための照明視野絞りが配置され、前記偏光安定化手段は、前記光源からの光を遮るために前記照明視野絞りを制御す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】
前記所定位置と前記マスクとの間の光路中には、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材が実質的に配置されていないことを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記光源と前記所定位置との間の光路に対して挿脱可能に設けられたビームスプリッターと、
前記マスクの位置検出を行う位置検出系とを備え、
前記位置検出系は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して前記光路中に挿入された前記ビームスプリッターを介して前記光路から取り出された光を用いて前記マスクの前記位置検出を行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記偏光安定化手段は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して前記光源の発光を停止させ、前記光源の発光を再開した時点から前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態がほぼ一定になる時点まで露光の再開を待機することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
光源からの露光光に基づいてマスクを照明し、該マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、
前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態を安定化させる偏光安定化工程と、
該偏光安定化工程の後に実行されて、前記マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
前記偏光安定化工程は、前記光源の発光を開始した時点から、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、前記露光の開始を待機する待機工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光方法。
【請求項１２】
透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材を介して前記光源からの光を前記感光性基板へ導く工程を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記光学部材は結晶材料により形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１４】
前記マスクまたは前記感光性基板を交換する交換工程をさらに含み、
前記偏光安定化工程は、前記交換工程を実施している間に、前記光源からの光の発光を停止させることなく、前記光源からの光を所定位置にて遮ることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記偏光安定化工程では、前記所定位置に配置されて前記マスク上の照明領域を規定するための照明視野絞りを用いて前記光源からの光を遮ることを特徴とする請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記所定位置と前記マスクとの間の光路中には、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材が実質的に配置されていないことを特徴とする請求項１４または１５に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記交換工程を実施している間に、前記光源と前記所定位置との間の光路中にビームスプリッターを挿入する工程と、
前記ビームスプリッターを介して前記光路から取り出された光を用いて、前記マスクの位置検出を行う位置検出工程とを含むことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項１８】
前記マスクまたは前記感光性基板を交換する交換工程をさらに含み、
前記偏光安定化工程は、前記交換工程を実施している間に前記光源の発光を停止させ、前記光源の発光を再開した時点から前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態がほぼ一定になる時点まで露光の再開を待機することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するために使用される露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。
【０００３】
マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
現在、露光光源として、波長が約２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が約１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などが用いられている。露光光の波長が短くなると、光の吸収のため実用に耐える光学材料の種類が限られてくる。特にＡｒＦエキシマレーザ光を露光光として用いる露光装置では、吸収端波長が短い光学材料である蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ2）により形成された光透過部材（レンズ、平行平面板など）が広く用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
後述するように、本願発明者は、最近、蛍石がレーザ光の照射を受けて透過光の偏光状態を変動させる特性を有することを発見した。蛍石で形成された光透過部材の影響により透過光の偏光状態が変動すると、ウェハに達する露光光の偏光状態が経時的に変化することになる。露光中において露光光の偏光状態が変化すると、良好な露光を安定的に行うことができなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石により形成された光透過部材の影響により透過光の偏光状態が変動しても、露光中において感光性基板に達する露光光の偏光状態をほぼ一定に維持して良好な露光を安定的に行うことのできる露光装置および露光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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの露光光に基づいてマスクを照明し、該マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記露光に先立って、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態を安定化させるための偏光安定化手段を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記偏光安定化手段は、前記光源の発光を開始した時点から、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、前記露光の開始を待機する。また、第１形態では、前記光源と前記感光性基板との間の光路中に配置されて、透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材を備えている。ここで、前記光学部材は、結晶材料により形成されている。
【０００９】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記偏光安定化手段は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して、前記光源の発光を停止させることなく、前記光源と前記マスクとの間の光路中の所定位置において前記光源からの光を遮る。この場合、前記所定位置には、前記マスク上の照明領域を規定するための照明視野絞りが配置され、前記偏光安定化手段は、前記光源からの光を遮るために前記照明視野絞りを制御することが好ましい。また、前記所定位置と前記マスクとの間の光路中には、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材が実質的に配置されていないことが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記光源と前記所定位置との間の光路に対して挿脱可能に設けられたビームスプリッターと、前記マスクの位置検出を行う位置検出系とを備え、前記位置検出系は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して前記光路中に挿入された前記ビームスプリッターを介して前記光路から取り出された光を用いて前記マスクの前記位置検出を行う。また、前記偏光安定化手段は、前記マスクの交換または前記感光性基板の交換に際して前記光源の発光を停止させ、前記光源の発光を再開した時点から前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態がほぼ一定になる時点まで露光の再開を待機することが好ましい。また、第１形態において、前記光源は、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光源である。
【００１１】
本発明の第２形態では、光源からの露光光に基づいてマスクを照明し、該マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、
前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態を安定化させる偏光安定化工程と、
該偏光安定化工程の後に実行されて、前記マスク上のパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１２】
第２形態の好ましい態様によれば、前記偏光安定化工程は、前記光源の発光を開始した時点から、前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、前記露光の開始を待機する待機工程を含む。また、第２形態では、透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材を介して前記光源からの光を前記感光性基板へ導く工程を含む。ここで、前記光学部材はたとえば結晶材料により形成されている。
【００１３】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記マスクまたは前記感光性基板を交換する交換工程をさらに含み、前記偏光安定化工程は、前記交換工程を実施している間に、前記光源からの光の発光を停止させることなく、前記光源からの光を所定位置にて遮る。この場合、前記偏光安定化工程では、前記所定位置に配置されて前記マスク上の照明領域を規定するための照明視野絞りを用いて前記光源からの光を遮ることが好ましい。また、前記所定位置と前記マスクとの間の光路中には、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材が実質的に配置されていないことが好ましい。
【００１４】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記交換工程を実施している間に、前記光源と前記所定位置との間の光路中にビームスプリッターを挿入する工程と、前記ビームスプリッターを介して前記光路から取り出された光を用いて、前記マスクの位置検出を行う位置検出工程とを含む。また、前記マスクまたは前記感光性基板を交換する交換工程をさらに含み、前記偏光安定化工程は、前記交換工程を実施している間に前記光源の発光を停止させ、前記光源の発光を再開した時点から前記マスクまたは前記感光性基板への入射光の偏光状態がほぼ一定になる時点まで露光の再開を待機することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、光源の発光を開始した時点から、マスクまたは感光性基板への入射光の偏光状態が安定化するまで、露光の開始を待機する。また、典型的には、マスクまたは感光性基板の交換に際して、光源の発光を停止させることなく、光源とマスクとの間の光路中に配置されたマスクブラインドにおいて光源からの光を遮る。
【００１６】
この場合、マスクブラインドが光を遮っている間も、光源とマスクブラインドとの間の光路中に配置されて透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材は光照射を受け続けているので、露光中において感光性基板に達する露光光の偏光状態がほぼ一定に維持される。その結果、本発明では、たとえば蛍石により形成された光透過部材の影響により透過光の偏光状態が変動しても、露光中において感光性基板に達する露光光の偏光状態がほぼ一定に維持され、良好な露光を安定的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。本実施形態の露光装置は、露光光を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。
【００１８】
レーザ光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、第１回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。
【００１９】
一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、第１回折光学素子４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、第１回折光学素子４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ５の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
【００２０】
第１回折光学素子４は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ５を介した光束は、第２回折光学素子６に入射する。アフォーカルズームレンズ５は、第１回折光学素子４の発散原点と第２回折光学素子６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、第２回折光学素子６の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ５の倍率に依存して変化する。
【００２１】
第２回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。第２回折光学素子６は、他の特性の第２回折光学素子と切り換え可能に構成されている。第２回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７に入射する。ズームレンズ７の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８の入射面が位置決めされている。マイクロフライアイレンズ８は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。
【００２２】
ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００２３】
上述したように、第１回折光学素子４を介してアフォーカルズームレンズ５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって第２回折光学素子６に入射する。すなわち、第１回折光学素子４は、角度光束形成機能を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、第２回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。したがって、第２回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００２４】
このように、ズームレンズ７は、第２回折光学素子６とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面には、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、マイクロフライアイレンズ８を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１１の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを重畳的に照明する。
【００２６】
このように、結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状開口部の像を、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭ上に形成することになる。すなわち、マスクブラインド１０は、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上に形成される照明領域を規定するための視野絞りを構成している。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳにより支持されたウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００２７】
なお、輪帯照明用の第２回折光学素子６に代えて、４極照明用の第２回折光学素子を照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の第２回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４極照明用の第２回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。
【００２８】
また、第１回折光学素子４を照明光路から退避させるとともに、輪帯照明用の第２回折光学素子６に代えて円形照明用の第２回折光学素子を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。この場合、アフォーカルズームレンズ５には光軸ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ５に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、円形照明用の第２回折光学素子に入射する。
【００２９】
ここで、円形照明用の第２回折光学素子は、第１回折光学素子４と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の第２回折光学素子により形成された円形光束は、ズームレンズ７を介して、マイクロフライアイレンズ８の入射面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。
【００３０】
図２は、図１において光源と第１回折光学素子との間に配置されるビームマッチングユニットの内部構成を概略的に示す図である。図２に示すビームマッチングユニットＢＭＵにおいて、レーザ光源１（例えばＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦエキシマレーザ光源）から供給された平行ビームは、一対の偏角プリズム３１および平行平面板３２を介した後に、ビームエキスパンダ２に入射する。レーザ光源１は、たとえば下階の床版Ａ上に設置されている。
【００３１】
ここで、一対の偏角プリズム３１のうちの少なくとも一方は、光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。したがって、一対の偏角プリズム３１を光軸ＡＸ廻りに相対回転させることにより、光軸ＡＸに対する平行ビームの角度を調整することができる。すなわち、一対の偏角プリズム３１は、レーザ光源１から供給された平行ビームの光軸ＡＸに対する角度を調整するためのビーム角度調整手段を構成している。また、平行平面板３２は、光軸ＡＸに垂直な面内において直交する２つの軸線廻りに回転可能に構成されている。
【００３２】
したがって、平行平面板３２を各軸線廻りに回転させて光軸ＡＸに対して傾斜させることにより、平行ビームを光軸ＡＸに対して平行移動させることができる。すなわち、平行平面板３２は、レーザ光源１から供給された平行ビームを光軸ＡＸに対して平行移動させるためのビーム平行移動手段を構成している。こうして、一対の偏角プリズム３１および平行平面板３２を介したレーザ光源１からの平行ビームは、ビームエキスパンダ２を介して所定の断面形状を有する平行ビームに拡大整形された後に、第１直角プリズム３３に入射する。
【００３３】
裏面反射鏡としての第１直角プリズム３３によって鉛直方向に偏向された平行ビームは、同じく裏面反射鏡としての第２直角プリズム３４〜第５直角プリズム３７で順次反射された後に、上階の床版Ｂの開口部を通過して第６直角プリズム３８に入射する。図２に示すように、第２直角プリズム３４〜第５直角プリズム３７は、第１直角プリズム３３によって鉛直方向に偏向されて第６直角プリズム３８に向かう平行ビームが、例えば純水供給用の配管や換気用の配管３９などを迂回するように配置されている。
【００３４】
裏面反射鏡としての第６直角プリズム３８によって水平方向に偏向されたビームは、ハーフミラー４０に入射する。ハーフミラー４０で反射されたビームは、位置ずれ傾き検出系４１に導かれる。一方、ハーフミラー４０を透過したビームは、第１回折光学素子４へ導かれる。位置ずれ傾き検出系４１では、第１回折光学素子４に入射する平行ビームの光軸ＡＸに対する位置ずれおよび傾きが検出される。
【００３５】
図２において、ハーフミラー４０と第１回折光学素子４との間の光路（図１では折り曲げミラー３と第１回折光学素子４との間の光路に対応）に対して、ビームスプリッター１２が挿脱可能に設けられている。ビームスプリッター１２が光路中に設定された場合、図１に示すように、ビームスプリッター１２を介して光路から取り出された露光光の一部が、アライメント光としてマスクＭの位置検出を行うための位置検出系１３へ導かれる。
【００３６】
位置検出系１３は、アライメント光をマスクＭおよび投影光学系ＰＬを介してウェハステージＷＳ上の基準マークへ導き、この基準マークからの反射光を投影光学系ＰＬおよびマスクＭを介して光電検出する。こうして、位置検出系１３は、光電検出結果に基づいて、ウェハステージＷＳ上の基準マークに対するマスクＭの相対位置を検出する。なお、位置検出系１３の詳細な構成および動作については、たとえば特開２０００−２７０４９１号公報を参照することができる。
【００３７】
本実施形態にかかる露光装置は、マスクＭのパターンのウェハＷ上への露光を制御するための制御部２０を備えている。制御部２０は、レーザ光源１の発光（発振）動作、ビームスプリッター１２の挿脱動作、第１回折光学素子６の挿脱動作、アフォーカルズームレンズ５の変倍動作、第２回折光学素子６の交換動作、ズームレンズ７の変倍動作、マスクブラインド１０の開口部の開閉動作、マスクＭの交換を含むマスクステージＭＳの動作、ウェハＷの交換を含むウェハステージＷＳの動作、位置検出系１３の検出動作などをそれぞれ制御する。
【００３８】
ところで、レーザ光源１として例えばＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、エネルギ密度の高い光の照射を受ける光透過部材に蛍石を用いて所要の透過率および耐久性を確保するのが一般的である。最近、本願発明者は、蛍石が、レーザ光の照射を受けて透過する光の偏光状態を変動させる特性を有することを発見した。特に、真空紫外域での高出力レーザ光の照射を受ける際に偏光状態の変動が顕著である。具体的には、蛍石は、レーザ光の照射開始から数十秒間の間に蛍石を透過した光の偏光状態が徐々に変動し、その後に透過光の偏光状態が定常状態に落ち着くという性状を有する。
【００３９】
本実施形態では、上述した偏角プリズム３１、平行平面板３２、ビームエキスパンダ２のレンズ２ａおよび２ｂ、第１直角プリズム３３〜第６直角プリズム３８、および第１回折光学素子４とマスクブラインド１０との間においてエネルギ密度の高い光の照射を受ける光透過部材（レンズ、平行平面板、回折光学素子など）に蛍石を用いる可能性がある。この場合、レーザ光源１からほぼ直線偏光の光（偏光度がほぼ１．０の光）が供給されるので、図３に示すように、レーザ光源１が発光（発振）を開始した時点Ｔ0においてウェハＷに達する露光光はほぼ直線偏光であるが、時間Ｔの経過にしたがってウェハＷに達する露光光の偏光状態が徐々に変化し（偏光度が徐々に低下し）、例えば数十秒間が経過した時点Ｔ1にはウェハＷに達する露光光の偏光状態がほぼ一定になり安定化する。
【００４０】
なお、蛍石による偏光状態の変動は、レーザ光の照射を停止すると数十秒間で概ね復元するものである。したがって、蛍石へのレーザ照射と照射停止とを繰り返す場合、レーザ照射を開始する度に蛍石を透過した光の偏光状態の変動が発生することになる。例えば図３に模式的に示すように、蛍石で形成された光透過部材の影響によりウェハＷに達する露光光の偏光状態が経時的に変化すると、すなわち露光中において露光光の偏光状態が変化すると、良好な露光を安定的に行うことができなくなってしまう。
【００４１】
図４は、本実施形態における典型的な露光工程のフローチャートである。本実施形態では、図４に示すように、制御部２０が、露光の開始に先立って、駆動部２１を介してマスクブラインド１０の開口部を閉じて遮光状態に設定する（Ｓ１１）。次いで、制御部２０は、レーザ光源１の発光を開始させ、ウェハＷに達する露光光の偏光状態が安定化するまで露光の開始を待機する（Ｓ１２）。所定時間が経過してウェハＷに達する露光光の偏光状態が安定化した時点で、制御部２０は、マスクブラインド１０の開口部を開けて光通過状態に設定し、ウェハＷ上の最初のショット領域への露光を開始する（Ｓ１３）。
【００４２】
次いで、制御部２０は、駆動部２２を介してウェハステージＷＳを二次元的にステップ移動させながら、ウェハＷ上の各ショット領域への露光を遂次繰り返す（Ｓ１４）。こうして、ウェハＷ上のすべてのショット領域への露光が終了すると、制御部２０は、レーザ光源１の発光を停止させることなく、マスクブラインド１０の開口部を閉じて遮光状態に設定する（Ｓ１５）。次いで、制御部２０は、ウェハステージＷＳを駆動してウェハＷの交換を行う（Ｓ１６）。こうして、新たなウェハＷへの露光準備が完了した時点で、制御部２０は、マスクブラインド１０の開口部を開けて光通過状態に設定し、新たなウェハＷ上の各ショット領域への露光を開始する（Ｓ１７）。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、制御部２０が、露光に先立ってマスクＭまたはウェハＷへの入射光の偏光状態を安定化させるための偏光安定化手段を構成している。すなわち、偏光安定化手段としての制御部２０は、レーザ光源１の発光を開始した時点から、ウェハＷに達する露光光（一般にはマスクＭまたはウェハＷへの入射光）の偏光状態が安定化するまで、露光の開始を待機している。また、ウェハＷの交換に際して、レーザ光源１の発光を停止させることなく、レーザ光源１とマスクＭとの間の光路中に配置されたマスクブラインド１０においてレーザ光源１からの光を遮っている。
【００４４】
この場合、マスクブラインド１０が光を遮っている間も、レーザ光源１とマスクブラインド１０との間の光路中に配置されて透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材（たとえば蛍石により形成された光透過部材）はレーザ照射を受け続けているので、露光中においてウェハＷに達する露光光の偏光状態がほぼ一定に維持される。その結果、本実施形態では、たとえば蛍石により形成された光透過部材の影響により透過する光の偏光状態が経時的に変化しても、露光中においてウェハＷに達する露光光の偏光状態がほぼ一定に維持されるので、良好な露光を安定的に行うことができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態では、１枚のウェハＷに対する露光中にマスクＭの交換を行っていないが、たとえば二重露光の場合にはマスクＭの交換を行う必要がある。具体的には、ウェハＷ上のすべてのショット領域への露光が終了すると、レーザ光源１の発光を停止させることなくマスクブラインド１０の開口部を閉じて遮光状態に設定した後に、駆動部２３を介してマスクステージＭＳを駆動してマスクＭの交換を行う。また、制御部２０は、駆動部２４を介してビームスプリッター１２を照明光路中に設定し、ビームスプリッター１２を介して光路外に取り出されたアライメント光を利用して位置検出系１３により新たなマスクＭの位置検出を行う。
【００４６】
さらに、制御部２０は、位置検出系１３の検出結果に基づいてマスクステージＭＳを駆動することにより、新たなマスクＭの位置決めを行う。こうして、新たなマスクＭのパターンの露光準備が完了した時点で、制御部２０は、マスクブラインド１０の開口部を開けてウェハＷ上の各ショット領域への露光を開始する。以上のように、たとえば二重露光を行う場合には、マスクＭの交換に際して、レーザ光源１の発光を停止させることなく、レーザ光源１とマスクＭとの間の光路中に配置されたマスクブラインド１０においてレーザ光源１からの光を遮ることになる。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、マスクＭまたはウェハＷの交換に際して、レーザ光源１の発光を停止させることなく、マスクブラインド１０においてレーザ光源１からの光を遮っている。この場合、マスクブラインド１０が光を遮っている間も、レーザ光源１とマスクブラインド１０との間の光路中に配置されて透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材（たとえば蛍石により形成された光透過部材）はレーザ照射を受け続けているので、露光中にウェハＷに達する露光光の偏光状態はほぼ一定に維持される。
【００４８】
しかしながら、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材がマスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中に配置されていると、マスクブラインド１０が光を遮っている間はこれらの光学部材に対するレーザ照射が停止するので、露光の再開から一定時間の間はウェハＷに達する露光光の偏光状態が変動する可能性がある。したがって、本実施形態では、マスクブラインド１０とマスクＭとの間の光路中には、透過する光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材が実質的に配置されていないことが好ましい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、マスクＭまたはウェハＷの交換に際して、レーザ光源１の発光を停止させることなく、マスクブラインド１０においてレーザ光源１からの光を遮っている。しかしながら、これに限定されることなく、マスクＭまたはウェハＷの交換に際して、レーザ光源１の発光を停止させる変形例も可能である。この場合、レーザ光源１の発光を再開した時点から、マスクＭまたはウェハＷへの入射光の偏光状態がほぼ一定になる時点まで、露光の再開を待機する必要がある。
【００５０】
また、上述の説明では、透過光の偏光状態を変化させる特性を有する光学部材として、蛍石により形成された光透過部材を考慮している。しかしながら、蛍石に限定されることなく、複屈折性を有する他の結晶材料や、旋光性を有する水晶のような結晶材料により形成された光透過部材も透過光の偏光状態を変化させる特性を有することに留意すべきである。
【００５１】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
先ず、図５のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００５３】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図６のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図６において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００５４】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００５５】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。
【００５７】
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１において光源と第１回折光学素子との間に配置されるビームマッチングユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図３】蛍石で形成された光透過部材の影響によりウェハに達する露光光の偏光状態が経時的に変化する様子を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態における典型的な露光工程のフローチャートである。
【図５】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図６】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１  レーザ光源
４  第１回折光学素子
５  アフォーカルズームレンズ
６  第２回折光学素子
７  ズームレンズ
８  マイクロフライアイレンズ
９  コンデンサー光学系
１０  マスクブラインド
１１  結像光学系
１２  ビームスプリッター
１３  位置検出系
２０  制御部
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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