(57)【要約】【課題】  光路中に配置されたハーフミラーに入射する光の角度及び偏光状態に起因する透過率の差を低減して所望の偏光状態の照明を行うことができ、高ＮＡの投影光学系を有する露光装置が優れた解像度を実現することを可能とする照明光学系を提供する。【解決手段】  光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記光の光量を検出するセンサーと、前記光の一部を分岐させる光分岐部材と、前記光分岐部材よりも前記光源側に配置され、前記光を透過すると共に、前記光分岐部材で分岐された前記光の一部を反射し、前記センサーに入射させる光学部材とを有することを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
前記光の光量を検出するセンサーと、
前記光の一部を分岐させる光分岐部材と、
前記光分岐部材よりも前記光源側に配置され、前記光を透過すると共に、前記光分岐部材で分岐された前記光の一部を反射し、前記センサーに入射させる光学部材とを有することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記センサーは、前記被照明面と実質的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
前記光の一部を分岐させる光分岐部材と、
前記光分岐部材よりも前記光源側に配置され、２％以上の反射率を有し、前記光分岐部材で反射された前記光の一部を反射する反射面を有する光学部材とを有することを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
前記光分岐部材は、光軸に対して１０度以上３０度以下の角度で傾けて配置されることを特徴とする請求項１又は３記載の照明光学系。
【請求項５】
前記被照明面における前記光の偏光状態を所定の偏光に制御する偏光制御手段を更に有することを特徴とする請求項１又は３記載の照明光学系。
【請求項６】
瞳面における有効光源の形状を規定する有効光源形成手段を更に有し、
前記所定の偏光は、前記有効光源において偏光方向が一定の方向に揃っていることを特徴とする請求項５記載の照明光学系。
【請求項７】
瞳面における有効光源の形状を輪帯形状に規定する有効光源形成手段を更に有し、
前記所定の偏光は、輪帯形状の接線方向に偏光方向が揃っていることを特徴とする請求項５記載の照明光学系。
【請求項８】
前記光分岐部材は、前記光の一部を反射することを特徴とする請求項１又は３記載の照明光学系。
【請求項９】
請求項１乃８のうちいずれか一項記載の照明光学系によりレチクルを照明し、当該レチクルを経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
光源からの光でパターンを照明し、前記パターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
前記光源と前記パターンとの間に配置され、前記被処理体に到達する前記光の一部を分岐する光分岐部材と、
前記光分岐部材が分岐した前記光の一部を検出し、前記被処理体における露光量をモニターするセンサーと、
前記光源と前記光分岐部材との間に配置され、前記光分岐部材で分岐された前記光の一部を反射し、前記センサーに入射させる光学部材とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記光学部材は、前記光の一部を反射する反射面に２％以上の反射率を有することを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
【請求項１２】
前記投影光学系は、０．９以上の開口数（ＮＡ）を有することを特徴とする請求項９又は１０記載の露光装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２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、
露光した前記被処理体を現像する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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、照明装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子、札像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィー工程に使用される露光装置において、パターンが描画されたレチクル（マスク）を照明する照明装置に関する。本発明は、高ＮＡ（例えば、０．９以上）の投影光学系を有する露光装置において、所定の偏光状態でレチクルの照明を行う照明装置に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が使用されている。
【０００３】
投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。
【０００４】
このため、半導体素子の微細化の要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進められてきた。近年では、露光光源は、従来の超高圧水銀ランプ（ｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ））からより波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）に移行しており、更には、Ｆ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。一方、投影光学系の高ＮＡ化は、９０年代にはＮＡ＝０．６程度の投影光学系が主流であったが、近年では、ＮＡ＝０．９を超える投影光学系の開発が視野に入っている。また、投影光学系とウェハとの間の少なくとも一部を空気の屈折率よりも高い屈折率の高屈折部材（水などの液体）で浸す液浸露光の技術によって、実質的に、ＮＡ＝１．０を超える投影光学系の開発される予定である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、投影露光装置においては、パターンを露光する間の露光量が、レジスト（感光剤）に好適な露光量となるように制御する（即ち、ウェハへの露光中に露光量をモニターして制御する）ことが必要である。そのため、投影露光装置では、露光光をハーフミラーで分岐し、露光量センサーによって露光中に露光量をモニターすることが行われている（例えば、特許文献２及び３参照。）
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４４８０号公報
【特許文献３】特開２０００−２７７４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、投影光学系のＮＡが高くなると、ウェハに塗布されたレジスト内において、Ｐ偏光の光が干渉縞のコントラストを低下させてしまうという問題を生じる。これは、レジストが光の電場成分の強度によって感光することに起因する。つまり、Ｐ偏光の光の電場ベクトルが干渉縞を発生せず、場所によらず一律な強度を有する強度分布となるためである。
【０００７】
図７は、投影光学系が高ＮＡである場合において、干渉縞（像）のコントラストが低減することを説明するための図である。図７に示すように、ｘｙｚ座標を設定し、回折光Ｅ＋と回折光Ｅ−が干渉して干渉縞を形成するとする。それぞれの回折光は、電場ベクトルが基板ＰＬと平行なＳ偏光Ｅｓと、Ｓ偏光Ｅｓに直交するＰ偏光Ｅｐからなる。回折光Ｅ＋と、回折光Ｅ−は、振動数をν、波長をλとすると、以下の数式１及び２で表される。但し、説明を簡単にするために、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光は、位相が揃っている、つまり、４５度方向の直線偏光とする。
【０００８】
【数１】
2005294706.tif 000003
【０００９】
【数２】
2005294706.tif 000004
【００１０】
これらのベクトルの和が干渉縞の波面となり、以下の数式３で表される。
【００１１】
【数３】
2005294706.tif 000005
【００１２】
この波面（数式３）の絶対値の自乗が干渉縞の強度となり、以下の数式４で表される。
【００１３】
【数４】
2005294706.tif 000006
【００１４】
数式４の
2005294706.tif 000007
の係数が干渉縞となり、周期
2005294706.tif 000008
のｘ方向のラインアンドスペースの強度分布となる。レンズ（投影光学系）のＮＡが大きくなり、微細なパターンの投影を行うと、回折光のなす角θが大きくなる。例えば、ＡｒＦエキシマレーザーの波長λ＝１９３ｎｍで、周期Ｌｎｍのラインアンドスペースの投影を行った場合のレジスト内（屈折率１．７）の回折光のなす角θを図８に示す。図８を参照するに、バイナリーマスクを用いると、ラインアンドスペースの周期が１６０ｎｍを切るあたりで回折光のなす角θが４５度となり、レベンソン位相シフトマスクを用いると、ラインアンドスペースの周期が８０ｎｍを切るあたりで回折光のなす角θが４５度となる。
【００１５】
回折光のなす角θが４５度となると、ｃｏｓ２θの項が０となるため、干渉縞の振幅にＰ偏光の光は全く寄与しなくなり、ｓｉｎ２θの干渉縞のコントラストを下げる光となってしまう。なお、Ｐ偏光及びＳ偏光は、回折光と基板ＰＬとの関係で決まる。ここでは、ｘ方向に伸びるパターンについてのＳ偏光及びＰ偏光で説明したが、例えば、ｙ方向に伸びるパターンの場合は、回折光がｙ方向に生じるため、Ｓ偏光はｘ軸方向に電場ベクトルが向いている光、Ｐ偏光はＳ偏光に直交する光となる。換言すれば、ｘ方向のパターンに対してＳ偏光であった光は、ｙ方向のパターンに対してはＰ偏光の光となる。偏光状態については、基準となる面と光線の入射方向によって変わるので注意を要する。
【００１６】
以上のように、高ＮＡの投影光学系を有する露光装置では、Ｐ偏光の光が像のコントラストを低下させてしまう。従って、高いコントラストの像を得るためには、Ｐ偏光の光を低減し、Ｓ偏光の光で露光を行う（即ち、偏光を制御した光で露光を行う）ことが必要となる。
【００１７】
また、偏光を制御した光で露光をする際には、露光光を分岐するハーフミラーの透過率がＰ偏光の光とＳ偏光の光で異なることが問題となる。即ち、照明光学系で所望の偏光状態の光を形成しても、ハーフミラーを通過した光の偏光状態が所望の状態とは異なり、所望の解像力が得られない場合がある。
【００１８】
ノンコート面（反射防止膜を成膜しない面）に対するＳ偏光の光の透過率とＰ偏光の光の透過率を図９に示す。従来の露光装置においては、ハーフミラーで反射した露光光を露光量センサーに直接入射させると共に、露光量センサーが露光光を蹴らないようにするために、光軸に対して４０度程度傾けてハーフミラーを配置している。例えば、露光光は、一般的に、±３０度程度の角度分布を有しているために、ハーフミラーに入射する角度は＋１０度から＋７０度までとなる。図９を参照するに、＋１０度の角度でハーフミラーに入射する光では、Ｐ偏光及びＳ偏光の透過率が共に９５％程度であるが、＋７０度の角度でハーフミラーに入射する光では、Ｐ偏光の透過率が９６％であるのに対し、Ｓ偏光の透過率は６８％である。従って、Ｓ偏光の光を用いて露光を行う場合には、ハーフミラーに入射する角度によって２７％も強度差が発生してしまう。角度の強度差は、投影レンズのコマ収差とほぼ同一の影響を与えるため、良好な解像力が得られなくなる。
【００１９】
更には、例えば、ｘ方向パターンとｙ方向パターンとが混在するパターンを露光する場合において、ｙ方向のパターンに対するＳ偏光がハーフミラー面に対してＳ偏光、ｘ方向のパターンに対するＳ偏光がハーフミラー面に対してＰ偏光となると、ｙ方向の結像に寄与する光の強度に対してｘ方向への結像する光の強度が強くなってしまう。従って、ｙ方向パターンとｘ方向パターンのコントラストに差が生じ、ｙ方向パターンとｘ方向パターンで解像線幅が異なるＨＶ差と呼ばれるエラーによって、パターンを忠実に転写できないという問題が発生する。
【００２０】
そこで、本発明は、光路中に配置されたハーフミラーに入射する光の角度及び偏光状態に起因する透過率の差を低減して所望の偏光状態の照明を行うことができ、高ＮＡの投影光学系を有する露光装置が優れた解像度を実現することを可能とする照明光学系を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記光の光量を検出するセンサーと、前記光の一部を分岐させる光分岐部材と、前記光分岐部材よりも前記光源側に配置され、前記光を透過すると共に、前記光分岐部材で分岐された前記光の一部を反射し、前記センサーに入射させる光学部材とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、前記光の一部を分岐させる光分岐部材と、前記光分岐部材よりも前記光源側に配置され、２％以上の反射率を有し、前記光分岐部材で反射された前記光の一部を反射する反射面を有する光学部材とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系によりレチクルを照明し、当該レチクルを経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする。
【００２４】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光でパターンを照明し、前記パターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、前記光源と前記パターンとの間に配置され、前記被処理体に到達する前記光の一部を分岐する光分岐部材と、前記光分岐部材が分岐した前記光の一部を検出し、前記被処理体における露光量をモニターするセンサーと、前記光源と前記光分岐部材との間に配置され、前記光分岐部材で分岐された前記光の一部を反射し、前記センサーに入射させる光学部材とを有することを特徴とする。
【００２５】
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を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光路中に配置されたハーフミラーに入射する光の角度及び偏光状態に起因する透過率の差を低減して所望の偏光状態の照明を行うことができ、高ＮＡの投影光学系を有する露光装置が優れた解像度を実現することを可能とする照明光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面である露光装置１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、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。
【００２９】
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被処理体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」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハ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。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００３０】
露光装置１は、図１に示すように、照明装置１００と、レチクル２００を載置する図示しないレチクルステージと、投影光学系３００と、被処理体４００を載置するウェハステージ５００と、制御部６００とを有する。
【００３１】
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。
【００３２】
光源部１１０は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光を使用してもよいし、その光源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間相互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。更にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動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。
【００３３】
照明光学系１２０は、光源部１１０から射出した光束を用いて被照明面（例えば、所望のパターンを有するレチクル２００）を照明する光学系であり、本実施形態では、ランダム位相板１２１と、減光フィルター１２２と、マイクロレンズアレイ１２３と、内面反射部材１２４と、光学素子１２５ａ及び１２５ｂと、コンデンサーレンズ１２６と、変倍リレー光学系１２７と、偏光分離膜１２８と、ハエの目レンズ１２９と、コンデンサーレンズ１３０と、ハーフミラー１３１と、センサー１３２と、リレー光学系１３３とを有する。
【００３４】
ランダム位相板１２１は、光源部１１０から射出された略直線偏光の光をランダム偏光にする。減光フィルター１２２は、被照明面の照度を調整する機能を有し、本実施形態では、多段の減光フィルターが切り替え可能に配置されている。
【００３５】
マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ａｒｒａｙ（以下、「ＭＬＡ」と称する。））１２３は、レンズ作用を有する複数の要素がアレイ状に基板と一体で形成され、光源部１１０から出射した光束を用いて多数の２次元光源を形成する。ＭＬＡ１２３は、マイクロシリンドリカルレンズアレイでもよい。レーザー（光源ユニット）と露光ユニットは分離されて別置きされる場合があり、例えば、異なる階に配置されたりする。そのため、光源ユニットと露光ユニットの床振動が非同期、且つ、別々に発生しているため、２つのユニット間の軸ずれや軸の傾きが絶え間なく発生している。ＭＬＡ１２３は、フィールドタイプのハエの目レンズとしての機能を有し、ＭＬＡ１２３に入射する光の光軸が傾いた場合でも、ＭＬＡ１２３の光軸を中心とした所定の角度分布で光を射出する。これにより、床振動等により軸の傾きが発生した場合でも、露光ユニットには一定の角度分布の光が供給される。
【００３６】
内面反射部材１２４は、ＭＬＡ１２３から射出された光を反射し、内面反射部材１２４の射出面で略均一な分布の光にする。内面反射部材１２４により分布が均一化されて射出する光は、光源ユニットと露光ユニットとの間に光路ずれが発生していても均一な光となる。
【００３７】
ＭＬＡ１２３と内面反射部材１２４を組み合わせることによって、光源ユニットと露光ユニットとの間に光軸ずれや光軸傾けが発生しても内面反射部材１２４の射出面に、露光ユニットの光軸に対して均一、且つ、一定の角度分布を有する光を得ることができる。
【００３８】
光学素子１２５ａ及び１２５ｂは、計算機ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ（以下、「ＣＧＨ」と称する。））などの回折光学素子又はマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）などの屈折光学素子である。光学素子１２５ａ及び１２５ｂは、複数のＣＧＨ及び／又は複数のＭＬＡが切り換え可能に配置されている。ＭＬＡは、フィールドタイプの六角形状のマイクロレンズが並んだもの（六角ＭＬＡ）又は円形状のマイクロレンズが並んだもの（円ＭＬＡ）が使用される。ＣＧＨは、任意の形状の有効光源を形成することが可能であり、輪帯形状、四重極形状及びダイポール形状などが形成可能である。即ち、光学素子１２５ａ及び１２５ｂは、瞳面における有効光源の形状を規定する有効光源形成手段としての機能を有する。
【００３９】
コンデンサーレンズ１２６は、ＣＧＨ又はＭＬＡのフーリエ像を位置Ａに形成する。コンデンサーレンズ１２６は、光学素子１２５ａ及び１２５ｂが六角ＭＬＡの場合には、位置Ａに六角形の照度分布を、光学素子１２５ａ及び１２５ｂが円ＭＬＡの場合には、位置Ａに略均一な円形の照度分布を形成する。
【００４０】
変倍リレー光学系１２７は、位置Ａに形成された照度分布をハエの目レンズ１２９の入射面に投影する。
【００４１】
偏光分離膜１２８は、光路に挿脱可能に傾けて配置される。偏光分離膜１２８は、平行平面板に成膜され、一般的に、平行平面板に対してＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。偏光分離膜１２８が成膜された平行平面板は、ｙ方向に傾いたものと、ｘ方向に傾いたものが挿脱可能な構成になっている、又は、傾き方向を変更可能に構成されている。これにより、ｘ方向の繰り返しパターンに有利な偏光照明と、ｙ方向の繰り返しパターンに有利な偏光照明とが実現できるようになっている。換言すれば、偏光分離膜１２８は、入射する光の偏光状態を所定の偏光に制御する偏光制御手段としての機能を有する。これにより、光学素子１２５ａ及び１２５ｂ及び偏光分離膜１２８は、レチクル２００のパターンに最適な有効光源及び偏光状態で瞳面を照明することを可能とする。
【００４２】
光学素子１２５ａ及び１２５ｂ及び偏光分離膜１２８が実現する瞳面での有効光源及び偏光状態としては、図２（ａ）に示すような、ダイポール形状の有効光源をＳ偏光の光で照明するｘ方向の繰り返しパターンに有利な偏光照明、図２（ｂ）に示すような、ダイポール形状の有効光源をＳ偏光の光で照明するｙ方向の繰り返しパターンに有利な偏光照明、図２（ｃ）に示すような、小σの有効光源をＳ偏光の光で照明するｘ方向の繰り返しパターンを有するレベソン位相シフトマスクに有利な偏光照明、図２（ｄ）に示すような、小σの有効光源をＳ偏光の光で照明するｙ方向の繰り返しパターンを有するレベソン位相シフトマスクに有利な偏光照明、図２（ｅ）に示すような、輪帯形状の有効光源を接線方向に偏光方向が揃った光で照明するｘ方向及びｙ方向の両方の繰り返しパターンに有利なタンジェンシャル偏光照明などがある。但し、本発明は、図２に示す有効光源の形状及び偏光状態に限定するものではなく、種々の有効光源の形状及び変更状態を組み合わせることができる。ここで、図２は、照明光学系１２０の瞳面における有効光源の形状と偏光状態との関係を示す概略平面図である。
【００４３】
また、本実施形態では、偏光分離膜１２８より前段の偏光状態はランダム状態であるため、偏光分離膜１２８より前段の偏光状態を制御する必要がなく、硝材の複屈折、膜の偏光状態による反射率及び透過率差を考慮する必要がない。
【００４４】
ハエの目レンズ１２９は、照明光学系１２０の瞳位置に、複数の２次光源を形成する。ハエの目レンズ１２９は、マイクロレンズアレイやマイクロシリンドリカルレンズアレイに置換することもできる。
【００４５】
コンデンサーレンズ１３０は、ハエの目レンズ１２９が形成した２次光源からの光を、位置Ｂに重畳的に重ね合わせることにより、略均一な光分布を形成する。なお、位置Ｂには、被照明面の照明領域を制御する図示しない可変絞りが配置されている。また、コンデンサーレンズ１３０は、後述するように、ハーフミラー１３１で反射された光の一部を反射し、センサー１３２に入射させる機能も有する。
【００４６】
ハーフミラー１３１は、光源部１１０から射出された光（露光光）の一部を分岐（反射）する。本実施形態では、ハーフミラー１３１を光軸に対して垂直に近く配置することで、光の偏光状態による透過率差を緩和し、所望の偏光状態でレチクル２００を照明することができる。
【００４７】
具体的には、従来の露光装置は、図３に示すように、ハーフミラーで反射した光をセンサーに直接入射させていたために、光軸に垂直な面に対してハーフミラーをかなり傾けないとセンサーを露光光路外に配置することができなかった。そこで、本実施形態では、図４に示すように、露光光をハーフミラー１３１で反射した後、更にハーフミラー１３１より光源部１１０側のレンズ面、即ち、コンデンサーレンズ１３０の射出面１３０ａで反射させてからセンサー１３２に入射させることで、ハーフミラー１３１を光軸に対して垂直に近く配置する。ここで、図３は、従来の露光装置におけるコンデンサーレンズ、ハーフミラー及びセンサーの位置関係を示す拡大断面図である。図４は、露光装置１におけるコンデンサーレンズ１３０、ハーフミラー１３１及びセンサー１３２の位置関係を示す拡大断面図である。
【００４８】
ハーフミラー１３１で反射した光を更に光源部１１０側のレンズ面（コンデンサーレンズ１３０の射出面１３０ａ）で反射することによって、ハーフミラー１３１の傾け角度を小さくすることができる。また、センサー１３２への集光光と、コンデンサーレンズ１３０からの露光光の両方がレチクル２００面方向に向かって集光する光束となるため、光束の分離が容易となる。更に、従来に比べて光軸に近い位置に、露光光を蹴ることなくセンサー１３２を配置することができる。これにより、従来は光軸に対して４０度程度傾けて配置されていたハーフミラーを光軸に対して１５度程度の傾きで配置することが可能となる。従って、本実施形態では、ハーフミラー１３１に−１５度から＋４５度の間の光が入射する。−１５度でハーフミラー１３１に入射する光は、ハーフミラー１３１に対して＋１５度で入射する光と同じであるため、ハーフミラー１３１に入射する光線の入射角度は、０度乃至４５度の範囲となる。
【００４９】
図９を参照するに、ハーフミラー１３１に対して、０度で入射する光の透過率は、Ｐ偏光及びＳ偏光共に９５％程度であり、４５度で入射する光の透過率は、Ｐ偏光で９８％程度、Ｓ偏光で８９％程度である。従って、ハーフミラー１３１に入射するＳ偏光の光は、露光する際に、角度によって６％程度の強度差を生じる。上述したように、従来は２７％程度の強度差を生じていたので、本発明によって強度差を大幅に小さくすることが可能となり、解像力を大幅に改善することができる。
【００５０】
なお、図９では、ノンコート面の透過率を示したが、良好な膜設計を行った膜を使用することにより、入射角度による透過率差を更に小さくすることが可能である。従って、入射角度による透過率差の小さい膜を成膜したハーフミラー１３１を用いることが好ましい。また、本実施形態では、ハーフミラー１３１に最も近い、光源部１１０側のコンデンサーレンズ１３０の射出面１３０ａで反射する例を説明したが、更に光源部１１０側の、例えば、最も光源部１１０側のコンデンサーレンズ１３０で反射してもよい。即ち、コンデンサーレンズ１３０のいずれかのレンズ面で反射するようにすればよいし、更には、複数のレンズ面で反射した光を合成してセンサー１３２に入射させるように構成してもよい。反射面となるレンズ面以外で反射してセンサー１３２に入射する光はノイズとなってしまうため、反射面となるレンズ面は他のレンズ面よりも反射率が高い必要がある。通常、反射防止膜を成膜したレンズ表面の反射率は０．２％以下であるため、反射面となるレンズ面の反射率は、他のレンズ面の１０倍の反射率、即ち、２％以上の反射率を有する。反射防止膜を成膜していないノンコート面による反射率は４％程度であるので、反射面となるレンズ面はノンコートにすればよい。但し、反射面は、被照明面に到達する露光光、即ち、ハーフミラー１３１に入射する前に反射面に入射する光も反射するため、反射率を下げた方が被照明面の照度が高くなり、スループットが高くなる。従って、２％以上の反射率を有する反射膜を反射面となるレンズ面に成膜するのが好ましい。
【００５１】
センサー１３２は、被処理体４００上の露光量をモニターする露光量センサーである。これにより、被処理体４００への露光を行いながら、露光量をモニターすることができる。また、後述するウェハステージ５００の上には、被処理体４００面上の照度を計測する照度計５１０が設けられている。センサー１３２の検出する露光量と、被処理体４００面上の照度の関係は、投影光学系３００の透過率変化などによって変化するため、定期的に照度計５１０を光路に配置し、照度計５１０が検出する照度と、センサー１３２が検出する露光量を関係付け、後述する制御部６００に格納する。
【００５２】
リレー光学系１３３は、位置Ｂの光分布をレチクル２００に描画されたパターン面に投影する。
【００５３】
なお、本実施形態では、光源部１１０からの光をランダム位相板１２１でランダム偏光にした後、偏光分離膜１２８で所望の偏光状態に制御する例を示したが、偏光状態の制御方法に関わらず本発明は有効である。他の偏光状態の制御方法として、例えば、光源部１１０から射出されるレーザーの偏光状態を維持し、偏光分離膜１２８の代わりにλ／２板やλ／４板を挿入する方法や、偏光を制御する部材をハエの目レンズ１２９の直前以外の位置に配置する方法などがあるが、いずれの場合においても本発明は有効である。また、偏光照明を行わない照明光学系に対しても、被照明面における入射角度分布を従来に比べて均一にすることができるため有効である。
【００５４】
照明光学系１２０によれば、露光光路中に挿入されたハーフミラー１２８に対して、光の偏光状態による透過率の差を小さくすることが可能であり、所望の偏光照明を行うことができる。従って、特に高ＮＡの投影光学系を有する露光装置において、良好に高解像な転写を行うことができる。
【００５５】
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を通り被処理体４００上に投影される。レチクル２００と被処理体４００は、光学的に共役の関係に配置される。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と被処理体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のパターンを被処理体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と被処理体４００を静止させた状態で露光が行われる。
【００５６】
投影光学系３００は、レチクル２００上のパターンを反映する光を被処理体４００上に投影し、開口数（ＮＡ）が０．９以上の光学系である。投影光学系３００は、レチクル２００に形成された回路パターンを被処理体４００上に１／４倍で縮小投影する。投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。また、投影光学系３００は、最も被処理体側４００の最終レンズと被処理体４００との間を水やその他の高屈折率液に浸す液浸型投影光学系や、固浸型投影光学系などの開口数（ＮＡ）が１．０以上の光学系であってもよい。
【００５７】
被処理体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を広く含む。被処理体４００にはフォトレジストが塗布されている。
【００５８】
ウェハステージ５００は、被処理体４００を支持する。ウェハステージ５００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、ウェハステージ５００は、リニアモーターを利用してｘｙｚ方向に被処理体４００を移動させることができる。レチクル２００と被処理体４００は、例えば、同期走査され、ウェハステージ５００と図示しないレチクルステージとの位置は、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。ウェハステージ５００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、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパ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。ここで、レチクル２００又は被処理体４００面内で走査方向をｘ、それに垂直な方向をｙ、レチクル２００又は被処理体４００面に垂直な方向をｚとする。
【００５９】
制御部６００は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部６００は、照明装置１００、図示しないレチクルステージ、ウェハステージ５００と電気的に接続されている。ＣＰＵは、ＭＰＵなどの名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置１を動作させるファームウェアを格納する。制御部６００は、本実施形態では、センサー１３２及び照度計５１０から入力される露光量と照度との関係から被処理体４００面への露光量を算出し、それに基づいて、露光量の制御を行う。
【００６０】
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、例えば、ケーラー照明する。レチクル２００を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３００により被処理体４００に結像される。その際、照明光学系１２０により、ハーフミラー１３１の偏光状態に起因する透過率の差を小さくすることができるため、レチクルパターンに対して最適な有効光源の形状及び偏光状態の光を形成することができる。これにより、所望の解像度を達成し、高品位な露光を被処理体４００に施すことができる。また、高ＮＡの投影光学系に対しても所望の偏光状態の光を供給することが可能であるため、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６１】
以下、図５及び図６を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５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。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行程であり、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。
【００６２】
図６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。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の露光装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す照明光学系の瞳面における有効光源の形状と偏光状態との関係を示す概略平面図である。
【図３】従来の露光装置におけるコンデンサーレンズ、ハーフミラー及びセンサーの位置関係を示す拡大断面図である。
【図４】図１に示す露光装置におけるコンデンサーレンズ、ハーフミラー及びセンサーの位置関係を示す拡大断面図である。
【図５】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６】図５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７】投影光学系が高ＮＡである場合において、干渉縞（像）のコントラストが低減することを説明するための図である。
【図８】ＡｒＦエキシマレーザーの波長でラインアンドスペースの投影を行った場合のレジスト内の回折光のなす角θを示す図である。
【図９】ノンコート面に対するＳ偏光及びＰ偏光の光の透過率を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１                              露光装置
１００                          照明装置
１１０                          光源部
１２０                          照明光学系
１２１                          ランダム位相板
１２２                          減光フィルター
１２３                          マイクロレンズアレイ
１２４                          内面反射部材
１２５ａ及び１２５ｂ            光学素子
１２６                          コンデンサーレンズ
１２７                          変倍リレー光学系
１２８                          偏光分離膜
１２９                          ハエの目レンズ
１３０                          コンデンサーレンズ
１３１                          ハーフミラー
１３２                          センサー
２００                          レチクル
３００                          投影光学系
４００                          被処理体
５００                          ウェハステージ
６００                          制御部
【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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