(57)【要約】【課題】フォトレジスト中で形成される光学像のコントラストを向上し、以て解像特性を向上させる。【解決手段】偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向は位置Ｄに対して同心円状である。位置Ｄが瞳面の中心に一致するように、偏光子２１が瞳面に配置される。偏光子２１で偏光に変換された照明光の光束は、光軸に対して同心円状の偏光面を有しながらウエハ上に収束される。従って、照明光はフォトレジストに対してＳ偏光となるように入射する。これによりフォトレジストへと透過する光量が入射角に依存しにくくなる。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過させる光の振幅方向が、辺が偶数個である正多角形状に分布する偏光子。
【請求項２】
透過させる光の振幅方向が同心円状に分布する偏光子。
【請求項３】
前記透過させる光の振幅方向を、リング状領域において制限する、請求項１及び請求項２のいずれか一つに記載の偏光子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の偏光子を、瞳フィルタとして採用することを特徴とする、露光装置の投影レンズ系。
【請求項５】
請求項４記載の前記投影レンズ系を採用することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
遮光部を有するマスクと、瞳フィルタとを用いて露光する方法であって、
前記遮光部の延在方向と、前記瞳フィルタが透過させる偏光の振幅方向とを、平行にすることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置の製造技術に関し、特に露光技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは微細化の一途を辿り、更なる微細化を求めて露光機の開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は増大している。
【０００３】
しかしながら、開口数ＮＡが大きくなってくると、露光対象、例えばフォトレジストへの入射角が大きくなり、これまで無視されていた偏光の影響が現れる。これはレジストでの結像特性の劣化を招来する。かかる事情は例えば下に掲げる非特許文献１に紹介されている。なお本件に関係する文献として非特許文献２，及び特許文献１，２がある。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｂｒｕｃｅ  Ｗ．Ｓｍｉｔｈ，  ｅｔ．ａｌ．，  ”Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ＮＡ，  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｓ”，  ＳＰＩＥ２００２，  ４６９１−２，ｐｐ１１−２４
【非特許文献２】
“ＬＣＤ用偏光フィルムと位相差フィルム”、［ｏｎ  ｌｉｎｅ］、日東電工ホームページ、［平成１５年５月１５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｔｔｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ／ｃａｒ８−２−１．ｈｔｍｌ＞
【特許文献１】
特開平５−２２６２２５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８５４７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまで通常の露光機の光学系では、マスクパターンから発生する回折光の偏光を制御することができず、レジストに入射する偏光はＰ偏光、Ｓ偏光が同じ比率であった。そして露光機の開口数ＮＡが大きくなってくると、上述のように露光対象であるフォトレジストへの入射角が大きくなるので、フォトレジスト中に入るＰ偏光とＳ偏光の比率が変わる。またＰ偏光とＳ偏光の光学像のコントラストにも差異があるため、その合成によって形成される光学像のコントラストが劣化してしまう。これでは開口数ＮＡを大きくしても解像度の向上が望めない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、フォトレジスト中で形成される光学像のコントラストを向上し、以て解像特性を向上させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる偏光子の透過させる光の振幅方向は、辺が偶数個である正多角形状、あるいは同心円状に分布する。
【０００８】
この発明にかかる投影レンズ系は、この発明にかかる偏光子を、瞳フィルタとして採用する。
【０００９】
この発明にかかる露光装置は、この発明にかかる投影レンズ系を採用する。
【００１０】
この発明にかかる露光方法は、遮光部を有するマスクと、瞳フィルタとを用いて露光する方法であって、前記遮光部の延在方向と、前記瞳フィルタが透過させる偏光の振幅方向とを、平行にすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明を適用可能な投影露光装置の光学系を示す図である。ランプハウス１１が発する照明光は、ミラー１２によって反射され、フライアイレンズ１３、アパーチャー部材１４、リレーレンズ１５Ａ、ブラインド１６をこの順に経由し、ミラー１７によって更に反射される。
【００１２】
フライアイレンズ１３は複数のレンズ領域１３ａに分割され、レンズ領域１３ａから出射された光がアパーチャー部材１４の開口部を通過する。マスク１８面上では、レンズ領域１３ａの各々からの光が重なり合い、レンズ領域１３ａは照明の均一性に寄与している。
【００１３】
ミラー１７によって反射された照明光は、集光レンズ１５Ｂを介して回路パターンが形成されたフォトマスク１８に至る。フォトマスク１８を通過した光（回折光を含む）は投影レンズ系１９を経由してウエハ２０に至る。ウエハ２０の、投影レンズ系１９側の表面には、図示を省略したフォトレジストが設けられており、投影レンズ１９系を経由した照明光によって露光される。
【００１４】
投影レンズ１９系には開口絞り２２が設けられており、その瞳面上にはＳ偏光を透過させ、Ｐ偏光を遮る偏光子２１が瞳フィルタとして配置されている。以下、本発明においてＳ偏光を透過させる利点について説明する。
【００１５】
図２及び図３は、それぞれ入射対象に対する入射光ＱがＰ偏光、Ｓ偏光である場合の、光の振幅方向Ｊを示す模式図である。入射光ＱがＰ偏光である場合には、図２に示されるように、光の振幅方向Ｊは、入射対象の法線方向Ｒと入射光Ｑとが含まれる平面に平行である。入射光ＱがＳ偏光である場合には、図３に示されるように、光の振幅方向Ｊは、当該平面に垂直となる。
【００１６】
図４は入射対象がフォトレジストである場合の入射光Ｑについての反射率を示すグラフである。横軸には法線方向Ｒと入射光Ｑとなす角度たる入射角θが採用され、縦軸には反射率が採用されている。Ｓ偏光とＰ偏光とで反射率の入射角θに対する依存性が異なる。特にＰ偏光の反射率は入射角θに対して大きく依存する。開口数ＮＡが大きいほど入射角θの分布は広がるので、この観点からも露光においてＳ偏光を採用することが望ましい。
【００１７】
図５はフォトレジスト中での光学像を光の強度で示すグラフである。ここでは開口数ＮＡが０．７０７、フォトレジストの屈折率を１．５として計算している。かかる強度分布は、フォトレジストへと透過する光が干渉することに起因する。Ｐ偏光よりもＳ偏光の方が分布が急峻であり、この観点からも露光においてＳ偏光を採用することが望ましい。
【００１８】
次に、偏光子２１がＳ偏光を透過させ、Ｐ偏光を遮るために望ましい構造について説明する。
【００１９】
図６はマスク１８を通過した光の振る舞いを示す概念図である。マスク１８へと入射する入射光Ｌｉがマスク１８上のパターンの端部を通過する際、回折しない０次光Ｌ０の他、回折光が発生する。図２では１次回折した１次光Ｌ１のみを示している。０次光Ｌ０、１次光Ｌ１は瞳面２２ａを通過してウエハ２０上のレジストへ至る。
【００２０】
図７は光が瞳面２２ａを通過する位置を示す概念図である。図３では０次光Ｌ０と１次光Ｌ１を示している。瞳面２２ａの中心２２ｂと、０次光の通過位置Ｐ０と、１次光の通過位置Ｐ１とは同じ直線Ｍ上に載る。他の次数の回折光も同じ直線Ｍ上に載る。
【００２１】
従って、偏光子２１が透過させる光をＳ偏光とするには、中心２２ｂに対して垂直な偏光のみを透過させればよい。例えば偏光子２１は、偏光方向が中心２２ｂを中心として同心円状に分布するように偏光させればよい。
【００２２】
図８は偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向Ｊを模式的に示す図である。偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向は位置Ｄに対して同心円状である。例えばポリビニルアルコールにヨウ素や有機染料を染色、吸着させ、延伸することによって所定の方向の偏光を透過させるフィルタを形成することができ（例えば上述の非特許文献２参照）、中心から等方的に延伸することにより、かかる偏光子２１を作製することができる。
【００２３】
偏光子２１は、その位置Ｄが中心２２ｂに一致するように、瞳面２２に配置される。そして偏光子２１を透過した照明光の光束は、光軸に対して同心円状の偏光面を有しながらウエハ２０上に収束される。従って、照明光はフォトレジストに対してＳ偏光となるように入射することになる。
【００２４】
このような偏光子２１を採用することにより、投影レンズ系において照明光がウエハ２０上のフォトレジストに対してＳ偏光となるように入射するので、フォトレジストへと透過する光量が入射角θに依存しにくくなる。よって投影レンズ系の開口数ＮＡが大きくなって入射角θが分布する範囲が広くなっても、露光装置の露光特性のばらつきが抑制される。また、フォトレジスト中での光学像も急峻となってそのコントラストが向上し、以て解像特性が向上する。
【００２５】
実施の形態２．
本実施の形態では、偏光子２１の他の態様を例示する。図９はマスク１８のパターンを例示する図である。当該パターンにおいては一方向に延在する遮光部１８ａの複数が、相互に平行に間隔を開けつつ配列される。当該間隔においてマスク１８への入射光が透過し、遮光部１８ａによって当該入射光が遮光される。
【００２６】
図１０は、マスク１８による回折光の振る舞いを示す模式図であり、遮光部１８ａが延在する方向に平行な方向から見た図である。
【００２７】
入射光Ｌｉが、遮光部１８ａ同士の間隔を透過すると、０次光Ｌ０、１次光Ｌ１（あるいは更に高次の回折光）が得られる。遮光部１８ａが一方向に延在するので、回折光は、遮光部１８ａの延在方向についての端部を除き、遮光部１８ａの延在する方向と平行な成分の偏光方向を有する。
【００２８】
従って図９に示されたように、一方向に延在する遮光部１８ａに基づく露光については、偏光子２１として遮光部１８ａの延在方向の偏光のみ透過させれば、透過する光をＳ偏光とすることができる。図１１は偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向Ｊを模式的に示す図である。偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向は一方向に揃えられる。
【００２９】
よって偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向を、遮光部１８ａの延在方向と平行にして瞳面２２ａ（図６）に配置すれば、遮光部１８ａに基づく露光については実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
本実施の形態での効果は、マスク１８において同一方向に延在する遮光部１８ａの占める割合が多いほど顕著となる。しかしマスク１８におけるパターンの延在方向が多方向に亘る場合には、実施の形態１において図８で例示されたように、透過させる光の振幅方向が同心円状となる偏光子２１を採用することが望ましい。
【００３１】
実施の形態３．
図１２は本実施の形態における偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向Ｊ１，Ｊ２を模式的に示す図である。偏光子２１は位置Ｄを中心として４つの領域Ｓ１〜Ｓ４に等分に分割される。相互に対向する領域Ｓ１，Ｓ３において透過する偏光の振幅方向Ｊ１と、相互に対向する領域Ｓ２，Ｓ４において透過する偏光の振幅方向Ｊ２とは直交している。
【００３２】
よってマスク１８におけるパターンにおいて、同一方向に延在する遮光部が２組存在し、各組の延在方向同士が９０（＝３６０／４）度で交わる場合に実施の形態２と同様の効果を得ることができる。偏光子２１の瞳面２２ａ（図６）への配置に際しては、振幅方向Ｊ１，Ｊ２と、２組の遮光部の延在方向の各々とが一致することが望ましい。
【００３３】
図１３は本実施の形態における偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向Ｊ１〜Ｊ４を模式的に示す図である。偏光子２１は位置Ｄを中心として８つの領域Ｓ１１〜Ｓ１８に等分に分割される。相互に対向する領域Ｓ１１，Ｓ１５において透過する偏光の振幅方向Ｊ１１は、相互に対向する領域Ｓ１２，Ｓ１６において透過する偏光の振幅方向Ｊ１２と４５度で交わる。相互に対向する領域Ｓ１３，Ｓ１７において透過する偏光の振幅方向Ｊ１３は、振幅方向Ｊ１２と４５度で交わる。相互に対向する領域Ｓ１４，Ｓ１８において透過する偏光の振幅方向Ｊ１４は、振幅方向Ｊ１３と４５度で交わる。振幅方向Ｊ１，Ｊ４は４５度で交わる。
【００３４】
よってマスク１８におけるパターンにおいて、同一方向に延在する遮光部が４組存在し、各組の延在方向同士が４５（＝３６０／８）度で交わる場合に実施の形態２と同様の効果を得ることができる。偏光子２１の瞳面２２ａ（図６）への配置に際しては、振幅方向Ｊ１１〜Ｊ１４と、４組の遮光部の延在方向の各々とが一致することが望ましい。
【００３５】
更に一般的に、偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向がＮ個あり、それぞれの振幅方向同士が形成する正の最小の角度が（３６０／２Ｎ）個である場合を考える。この場合、偏光子２１は２Ｎ個の領域に等分に分割され、相互に対向する領域に置いて透過する偏光の振幅方向は同じにする。つまり偏光子２１の透過させる光の偏光方向の分布が正の２Ｎ角形状になる。
【００３６】
かかる偏光子２１を、マスク１８におけるパターンにおいて、同一方向に延在する遮光部がＮ組存在し、各組の延在方向同士が形成する正の最小の角度が（３６０／２Ｎ）で交わる場合に採用して、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
実施の形態４．
図１４は本実施の形態における偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向Ｊを模式的に示す図である。偏光子２１は位置Ｄを中心としたリング状の領域Ｓ０を有している。領域Ｓ０は中心Ｄを共有する二つの同心円で挟まれた領域である。領域Ｓ０で囲まれた範囲は偏光の選択を行わず、入射光を透過させる。
【００３８】
偏光の振幅方向Ｊは、図８に示された方向と同様に、位置Ｄに対して同心円状である。偏光子２１は、位置Ｄが中心２２ｂに一致するように瞳面２２に配置される。偏光子２１は領域Ｓ０のみを有していてもよい。
【００３９】
図４に示されたように、入射角θが約４０度以下では、入射角が大きいほどＳ偏光とＰ偏光とでは反射率の相違が大きくなる。よって入射角が大きい入射光について限定してＰ偏光を遮ってもよい。図１４に示された領域Ｓ０は中心Ｄから見て周辺部であり、入射角が大きくなる領域である。よって本実施の形態の偏光子２１を採用すれば、解像特性の劣化が著しくなる入射角で入射した照明光について、実施の形態１と同様にコントラストを向上させることができる。
【００４０】
図１５及び図１６は、本実施の形態における他の偏光子２１が透過させる偏光の振幅方向を模式的に示す図である。図１５は図１２に示された偏光子２１の領域Ｓ１〜Ｓ４を、中心Ｄからある距離の範囲内に限定した領域Ｓ１１〜Ｓ１４に変形した構造である。図１６は図１３に示された偏光子２１の領域Ｓ１１〜Ｓ１８を、中心Ｄからある距離の範囲内に限定した領域Ｓ３１〜Ｓ３８に変形した構造である。
【００４１】
本実施の形態のように、透過させる光の振幅方向を、リング状領域において制限しても、解像特性の劣化が著しくなる入射角で入射した照明光について、実施の形態３と同様にコントラストを向上させることができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明に係る偏光子によれば、所定の位置を露光装置の投影レンズ系の瞳面の中心に配置することにより、露光装置の照明光のＳ偏光を透過させＰ偏光を遮る。よって当該偏光子を通過した光を用いて露光することにより、光学像のコントラストを向上し、以て解像特性を向上させることができる。
【００４３】
この発明に係る投影レンズ系によれば、その開口数が大きくなって入射角が分布する範囲が広くなっても露光特性のばらつきが抑制される。
【００４４】
この発明に係る露光装置によれば、照明光のＳ偏光を用いて露光することにより、光学像のコントラストを向上し、以て解像特性を向上させることができる。
【００４５】
この発明に係る露光方法によれば、露光時の照明光のＳ偏光を透過させＰ偏光を遮る。よって当該偏光子を通過した光を用いて露光することにより、光学像のコントラストを向上し、以て解像特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を適用可能な投影露光装置の光学系を示す図である。
【図２】入射光Ｑの振幅方向Ｊを示す図である。
【図３】入射光Ｑの振幅方向Ｊを示す図である。
【図４】入射光Ｑについての反射率を示すグラフである。
【図５】フォトレジスト中での光の強度を示すグラフである。
【図６】マスク１８を通過した光の振る舞いを示す概念図である。
【図７】光が瞳面２２ａを通過する位置を示す概念図である。
【図８】本発明の実施の形態１における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における偏光子２１の特徴を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における偏光子２１の特徴を示す図である。
【符号の説明】
１８  マスク、１８ａ  遮光部、２１  偏光子、２２ａ  瞳面、２２ｂ  瞳面の中心、Ｄ  中心、Ｊ，Ｊ１〜Ｊ４，Ｊ１１〜Ｊ１８  偏光の振幅方向、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ３１〜Ｓ３８  領域。
【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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【図７】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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