(57)【要約】【課題】  ロッド型インテグレータを用いた場合の内面反射の回数に基づく照明光の偏光状態の変化を補正する。【解決手段】  光源１から射出された照明光により被照射面Ｍを照明する照明光学装置において、前記光源１から前記被照射面Ｍまでの光路中に配置された前記照明光を内面反射させるロッド型インテグレータ１４と、前記光源１から前記被照射面Ｍまでの光路中に配置された、前記ロッド型インテグレータ１４における反射回数に基づく前記照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を補正する偏光補正部材３０とを備える。【選択図】  図１
2007027658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された照明光により被照射面を照明する照明光学系を備える照明光学装置において、
前記光源から前記被照射面までの光路中に配置された前記照明光を内面反射させるロッド型インテグレータと、
前記光源から前記被照射面までの光路中に配置された、前記ロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく前記照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を補正する偏光補正部材と、
を備えることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記偏光補正部材は、前記照明瞳における前記照明光の偏光状態を領域ごとに補正するために前記領域ごとに、前記照明光の透過方向に沿って異なる厚さを有し、
前記光源から前記被照射面までの光路中の前記照明瞳が形成される位置またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記ロッド型インテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置された視野絞りと、
前記視野絞りを前記被照射面上に結像させる結像光学系とを備え、
前記偏光補正部材は、前記結像光学系中に形成される前記照明瞳位置またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項２記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記偏光補正部材は、前記照明光の照明形状を規定する回折光学素子であり、該回折光学素子は、前記照明瞳における前記照明光の偏光状態を領域ごとに補正するために前記領域に対応する部分ごとに、前記照明光の透過方向に沿って異なる厚さを有することを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記偏光補正部材は、前記光源と前記ロッド型インテグレータとの間の光路中に配置される第１結像光学系の照明瞳位置と、前記ロッド型インテグレータと前記被照射面との間の光路中に配置される第２結像光学系の照明瞳位置との少なくとも一方に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記照明光の照明形状を規定する回折光学素子と、
前記照明光学系の照明瞳において所望の偏光状態を形成する変更設定素子を更に備えることを特徴とする請求項５記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記偏光補正部材は、旋光性を有する光学材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光学装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子、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工程で製造するための露光装置に用いられる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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（またはマイクロレンズアレイなど）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（一般には、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布）からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサレンズにより集光された光束は、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。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エハ上に結像する。こうして、ウエハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。ここで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エハ上に正確に転写するにはウエハ上において所定の偏光状態による均一な照度分布を得ることが不可欠である。なお、ウエハ上において均一な照度分布を得るために、照明光を内面反射させる照度均一化部材としてのロッド型インテグレータを用いた照明光学装置が存在する（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２８２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで任意方向の微細パターンを高精度に転写するためには、感光性基板上における光束の偏光状態が所望の偏光状態である必要が有るが、光束が感光性基板に到達するまでの過程において、ロッド型インテグレータを通過した場合には、内面反射の回数に基づいて照明光学系の照明瞳における偏光状態が領域ごとに変化し、所望の偏光状態を保つことができない場合があった。
【０００６】
この発明の課題は、ロッド型インテグレータを用いた場合の内面反射の回数に基づく照明光の偏光状態の変化を補正することができる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の照明光学装置は、光源から射出された照明光により被照射面を照明する照明光学系を備える照明光学装置において、前記光源から前記被照射面までの光路中に配置された前記照明光を内面反射させるロッド型インテグレータと、前記光源から前記被照射面までの光路中に配置された、前記ロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく前記照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を補正する偏光補正部材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明の照明光学装置によれば、偏光補正部材によりロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができる。
【０００９】
また、この発明の露光装置は、光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、この発明の照明光学装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明の露光装置によれば、照明光学装置の偏光補正部材により、ロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができるため、任意方向の微細パターンを感光性基板上に高精度に転写することができる。
【００１１】
また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、任意方向の微細パターンを有するマイクロデバイスを良好に製造することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の照明光学装置によれば、偏光補正部材によりロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができる。
【００１４】
また、この発明の露光装置によれば、照明光学装置の偏光補正部材により、ロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができるため、任意方向の微細パターンを感光性基板上に高精度に転写することができる。更に、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、任意方向の微細パターンを有するマイクロデバイスを良好に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図１は、この実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるように設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。また、この実施の形態にかかる照明光学装置は、輪帯照明を行うように構成されている。
【００１６】
この実施の形態にかかる露光装置は、図１に示すように、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源（光源部）１として、例えば波長が約１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源または波長が約２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を備えている。即ち、光源１は、偏光度０．９５以上の光を供給するための狭帯化エキシマレーザ光源であり、その射出光束の９５％以上が一方向に沿って振動方向を有する直線偏光である。
【００１７】
偏光度Ｖは、次の式（ａ）により表わされる。式（ａ）において、Ｓ０は全強度を、Ｓ１は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Ｓ２は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度を、Ｓ３は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。ここで、Ｓ０〜Ｓ３はストークスパラメーターと呼ばれる。
Ｖ＝（Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２）１／２／Ｓ０ （ａ）
レーザ光源１からＺ方向に沿って射出された略平行な光束は、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及び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及び２ｂは、図１のＹＺ平面内において負の屈折力及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ＹＺ平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。
【００１８】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した平行な光束は、折り曲げミラー３により反射されＹ方向に偏向された後、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に、かつ光軸ＡＸから挿脱可能に構成されている１／４波長板（偏光調整部材）１１に入射する。ここで、１／４波長板１１は、水晶により形成された平行平板であり楕円偏光の光が入射した場合において、入射する楕円偏光の特性に応じてその１／４波長板１１の結晶光学軸を設定することにより、楕円偏光の入射光を直線偏光の光に変換する機能を有する。
【００１９】
即ち、レーザ光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、レーザ光源１は略直線偏光の光を射出する。通常、レーザ光源１と１／４波長板１１との間の光路中には裏面反射鏡としての複数個の直角プリズム（図示せず）が配置されている。一般的に、裏面反射鏡としての直角プリズムに入射する直線偏光の光が直角プリズムの入射面に対してＰ偏光またはＳ偏光に一致していない場合、直角プリズムでの全反射により直線偏光から楕円偏光に変化する。従って、例えば直角プリズムを介することにより入射光が直線偏光から楕円偏光に変化した場合においても、１／４波長板１１に入射する楕円偏光の特性に応じて１／４波長板１１の結晶光学軸を設定することにより、入射光を楕円偏光から直線偏光に変化させることができる。
【００２０】
１／４波長板１１を通過した光束は、１／２波長板（偏光調整部材）１０及びデポラライザ（非偏光化素子）２０を通過する。図２は、１／２波長板１０及びデポラライザ２０の概略構成を示す図である。図２に示すように、１／２波長板１０は、水晶により形成された平行平板であり、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されている。また、デポラライザ２０は、くさび形状の水晶プリズム２０ａと、この水晶プリズム２０ａと相補的な形状を有するくさび形状の石英プリズム２０ｂにより構成されている。水晶プリズム２０ａと石英プリズム２０ｂとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
【００２１】
１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。なお、水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は、非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００２２】
この実施の形態においては、デポラライザ２０が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム２０ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００２３】
この実施の形態においては、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板１０に入射する。デポラライザ２０を照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板１０の結晶光学軸を入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過して水晶プリズム２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａの結晶光学軸は入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
【００２４】
一方、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光になって水晶プリズム２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａの結晶光学軸は入射する直線偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム２０ａに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。水晶プリズム２０ａを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズム２０ｂを通過する。
【００２５】
これに対し、デポラライザ２０を照明光路から退避させた場合、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過する。一方、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光になる。
【００２６】
以上のように、この実施の形態では、デポラライザ２０を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光に変換することができる。また、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０の結晶光学軸を入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、その直線偏光状態が変化することなく光は進行する。さらに、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０の結晶光学軸を入射する直線偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、偏光面が９０度変化した直線偏光状態の光に変換することができる。
【００２７】
即ち、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０の結晶光学軸を入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度、もしくは４５度の角度をなすように設定することにより、照明光全体を所望の方向に偏光方向を有する光に変換することができ、照明光全体の偏光状態を調整することができる。
【００２８】
デポラライザ２０を通過した光束は、回折光学素子４ａに入射する。一般に、回折光学素子（ＤＯＥ）は、ガラス基板に露光光（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、回折光学素子４ａ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回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子４ａを介した光束は、後述するアフォーカルレンズ８５（後述するロッド型インテグレータの上流側の光学系）の照明瞳または該照明瞳の近傍に輪帯状の光強度分布、すなわち輪帯状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子４ａは、照明光路から退避可能に構成されている。
【００２９】
回折光学素子４ａを通過した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）８５に入射する。アフォーカルレンズ８５は、その前側焦点位置と回折光学素子４ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面８６の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。したがって、回折光学素子４ａに入射した略平行な光束は、アフォーカルレンズ８５の照明瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、略平行な光束となってアフォーカルレンズ８５から射出される。
【００３０】
なお、アフォーカルレンズ８５の前側レンズ群８５ａと後側レンズ群８５ｂとの間の光路中において照明瞳またはその近傍には、円錐アキシコン系（設定手段）８７が配置されている。１／２波長板１０及びデポラライザ２０を介することにより、直線偏光状態（または非偏光状態）の光に変換された光束は、アフォーカルレンズ８５の前側レンズ群８５ａを通過し円錐アキシコン系（設定手段）８７に入射する。
【００３１】
図３は、照明光学装置の照明瞳または該照明瞳の近傍に配置される円錐アキシコン系８７の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系８７は、光源側から順に、光軸ＡＸ方向に対して凹円錐状の屈折面（凹状屈折面）を有する第１プリズム８７ａ及び第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と互いに当接可能なように相補的に形成された凸円錐状の屈折面（凸状屈折面）を有する第２プリズム８７ｂを備えている。第１プリズム８７ａは光源側に平面を向け且つマスクＭ側に凹円錐状の屈折面を向けて配置されており、第２プリズム８７ｂは光軸ＡＸ側に凸円錐状の屈折面を向け且つマスクＭ側に平面をむけて配置されている。
【００３２】
また、第１プリズム８７ａ及び第２プリズム８７ｂのうち少なくとも一方は光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されており、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。ここで、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系８７は平行平面板として機能し、後述するマイクロレンズアレイ８を介して形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム８７ｂの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系８７は、いわゆるビームエキスパンダとして機能する。したがって、円錐アキシコン系８７の間隔の変化に伴って、図１中破線で示す所定面８６への入射光束の入射角度は変化する。
【００３３】
図４は、輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系８７の作用を説明するための図である。円錐アキシコン系８７の間隔が０でかつ後述するズームレンズ９０の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源１３０ａは、円錐アキシコン系８７の間隔を０から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源１３０ｂに変化する。即ち、円錐アキシコン系８７の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。
【００３４】
アフォーカルレンズ８５を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ９０、照度均一化部材としてのロッド型インテグレータ１４の入射面における光束集中を防止するための回折光学素子１２に入射する。この回折光学素子１２は、ズームレンズ９０の後側焦点面またはその近傍に配置されている。したがって、回折光学素子１２の入射面上には、アフォーカルレンズ８５の照明瞳面と同様に、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。即ち、回折光学素子１２の入射面上には、ロッド型インテグレータ１４よりも上流側の光学系（第１結像光学系）における照明瞳が形成される。
【００３５】
この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ９０の焦点距離に依存して相似的に変化する。従って、ロッド型インテグレータ１４によって形成される二次光源（面光源）の大きさは、レーザ光源１から射出される照明光の光エネルギをほぼ一定に保ちながら、ズームレンズ９０の焦点距離に依存して相似的に変更させることができる。
【００３６】
回折光学素子１２により拡散された照明光は、集光レンズ１３により集光され、光軸ＡＸの方向に長辺を有し断面が直方体形状を有するロッド型インテグレータ１４の入射面に入射する。ロッド型インテグレータ１４は、石英ガラスや蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラスロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、ロッド型インテグレータ１４に入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な面に沿って多数の光源像からなる輪帯状の二次光源を形成する。
【００３７】
図５は、輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズ９０の作用を説明するための図である。標準状態で形成された輪帯状の二次光源１３０ａは、ズームレンズ９０の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、照明光の光エネルギをほぼ一定に保ちながら、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源１３０ｃに変化する。即ち、ズームレンズ９０の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅及び大きさ（外径）が共に変化する。
【００３８】
図６は、ロッド型インテグレータ１４における内面反射の回数と位相ずれ（位相補正量）との関係を示す図である。照明光には、ロッド型インテグレータ１４の内面において反射するごとに、図６に示すような所定量の位相ずれが生じる。即ち、ロッド型インテグレータ１４の内面において１回反射するごとに、約３７度の位相ずれが生じる。図７は、照明瞳上の各領域に到達する光束のロッド型インテグレータ１４における内面反射の回数を示す図である。上述のようにロッド型インテグレータ１４においては、内面反射する毎に所定角度の位相ずれが生じるため、照明瞳上の各領域における光束には、内面反射の回数に基づく位相ずれが生じている。
【００３９】
ロッド型インテグレータ１４の射出面は、レチクル面に対して略光学的に共役な位置、またはその近傍に配置されているマスクブラインドＭＢの近傍に配置されている。ロッド型インテグレータ１４によりその入射側に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その射出面において重畳された後、マスクブラインドＭＢを介してリレー光学系（結像光学系）１５に入射する。このリレー光学系１５内には、ロッド型インテグレータ１４よりも下流側の光学系（第２結像光学系）における照明瞳が形成される。
【００４０】
照明瞳面においては、ロッド型インテグレータ１４における内面反射の回数に基づき、各領域ごとに光束に位相ずれが生じている。従って、照明瞳位置またはその近傍に偏光補正部材３０を配置することにより位相のずれ、即ち偏光状態の補正を行う。
【００４１】
図８は、偏光状態補正部材３０を説明するための図であり、図９は、図８におけるＡ−Ａ断面図（またはＢ−Ｂ断面図）である。偏光補正部材３０平行平板形状を有しており、施光性を有する光学材料により形成されている。照明瞳面における光束には、図７に示す各領域ごとにロッド型インテグレータ１４の内面反射の回数に基づく位相ずれが生じるため、照明瞳上における各領域の位相ずれを補正するために、偏光状態補正部材３０の各領域の光軸ＡＸに沿った方向の厚さが定められている。即ち、図９に示すように、領域３０ａは、内面反射回数が１回である場合の位相ずれを補正する光軸ＡＸに沿った方向の厚さを有し、領域３０ｂは、内面反射回数が２回である場合の位相ずれを補正する光軸ＡＸに沿った方向の厚さを有し、領域３０ｃは、内面反射回数が３回である場合の位相ずれを補正する光軸ＡＸに沿った方向の厚さを有し、領域３０ｄは、内面反射回数が４回である場合の位相ずれを補正する光軸ＡＸに沿った方向の厚さを有する。
【００４２】
偏光状態補正部材３０を通過することにより、ロッド型インテグレータ１４の内面反射の回数に基づく位相ずれが補正された光束は、リレー光学系１５から射出され、反射ミラー１６及びリレー光学系１７を介して、所定のパターンが形成されたマスクＭを照明する。即ち、リレー光学系１５、反射ミラー１６及びリレー光学系１７は、マスクブラインドＭＢの開口部の像をマスクＭ上に形成する。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、感光性基板であるウエハＷ上にマスクＭのパターン像を形成する。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エハ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、ウエハ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。
【００４３】
この実施の形態に係る露光装置は、ウエハＷに対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定装置６を備えている。図１０は、偏光状態測定装置６の概略光性を示す図である。偏光状態測定装置６は、ウエハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材６０を備えている。なお、偏光状態測定装置６の使用時には、ウエハＷは光路から退避する。ピンホール部材６０のピンホール６０ａを通過した光は、コリメートレンズ６１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡６２で反射された後、リレーレンズ系６３に入射する。リレーレンズ系６３を介したほぼ平行な光束は、移相子としてのλ／４板６４および偏光子としての偏光ビームスプリッター６５を介した後、二次元ＣＣＤ６６の検出面６６ａに到達する。
【００４４】
ここで、λ／４板６４は、光軸を中心として回転可能に構成されており、このλ／４板６４には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部６７が接続されている。こうして、ウエハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、設定部６７を介してλ／４板６４を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ６６の検出面６６ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定装置６では、設定部６７を用いてλ／４板６４を光軸廻りに回転させながら検出面６６ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。
【００４５】
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材６０（ひいてはピンホール６０ａ）をウエハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウエハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定装置６では、二次元的な検出面６６ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
【００４６】
ところで、偏光状態測定装置６では、移相子としてλ／４板６４に代えてλ／２板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち４つのストークスパラメーターを測定するためには、移相子と偏光子（偏光ビームスプリッター６５）との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも４つの異なる状態で検出面６６ａにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。なお、この実施の形態では移相子としてのλ／４板６４を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター６５を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としてのλ／４板６４および偏光子としての偏光ビームスプリッター６５のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。
【００４７】
この実施の形態においては、偏光状態測定装置による測定結果に基づいて、ウエハＷに対する照明光の偏光状態が所望の偏光状態になっているか否かを確認することができる。従って、ウエハＷに対する照明光の偏光状態が所望の偏光状態になっていない場合には、偏光補正部材の各領域の厚さを調整することにより、ウエハＷに対する照明光の偏光状態を所望の偏光状態とすることができ、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、任意方向の微細パターンを高精度に感光性基板上に露光することができる。
【００４８】
この実施の形態に係る照明光学装置によれば、偏光補正部材によりロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができる。また、この実施の形態に係る露光装置によれば、照明光学装置の偏光補正部材により、ロッド型インテグレータにおける反射回数に基づく照明光学系の照明瞳における偏光状態の変化を効果的に補正することができるため、任意方向の微細パターンを感光性基板上に高精度に転写することができる。
【００４９】
なお、上述の実施の形態においては、偏光補正部材３０をリレーレンズ１５内に形成される照明瞳位置またはその近傍に配置したが、ロッド型インテグレータ１４の上流側の光学系に形成される照明瞳位置またはその近傍に配置するようにしてもよい。即ちロッド型インテグレータ１４の上流側の光学系には、アフォーカルレンズ８５内に照明瞳が形成され、更に回折光学素子１２の入射面の位置に照明瞳が形成されるため、この何れかの照明瞳の位置またはその近傍に偏光補正部材３０を配置する。ロッド型インテグレータ１４の上流側の光学系においては、まだ照明光に位相ずれが生じていないが、照明光がロッド型インテグレータ１４を通過することにより生じる位相ずれを考慮して、照明瞳の各領域に対応させて偏光補正部材３０の各領域の光軸に沿った方向の厚さを定める。
【００５０】
また、上述の実施の形態においては、偏光補正部材３０によりロッド型インテグレータ１４の内面反射に基づく光束の位相ずれを補正しているが、回折光学素子４ａにロッド型インテグレータ１４の内面反射に基づく光束の位相ずれを補正する機能を持たせてもよい。この場合には、回折光学素子４ａを施光性を有する光学材料により形成し、回折光学素子４ａの各素子を透過した光束が、照明瞳上においてどの領域を通過するか、即ち、光束のロッド型インテグレータ１４における内面反射の回数に基づいて、回折光学素子４ａの各素子の光軸方向の厚さを定める。従って、この場合には回折光学素子４ａは、照明形状を定めると共に、ロッド型インテグレータ１４の内面反射に基づく光束の位相ずれを補正する。
【００５１】
また、上述の実施の形態においては、輪帯照明用の回折光学素子を用いて輪帯照を行なっているが、２極照明用の回折光学素子または４極照明用の回折光学素子を用いることにより２極照明または４極照明を行なうようにしてもよい。この場合にも偏光補正部材３０によりロッド型インテグレータ１４の内面反射に基づく光束の位相ずれを補正することができる。
【００５２】
また、上述の実施の形態において、偏光補正部材３０は、照明光の高いエネルギを吸収するため、空冷または冷却時間を設けた照明光の照射を行なうことが望ましい。
【００５３】
また、上述の実施の形態においては、偏光補正部材３０の光軸方向に沿った厚さを内面反射の回数毎に設定しているが、偏光補正部材３０の光軸方向に沿った厚さを内面反射の回数が増すごとに連続的に増加させるようにしてもよい。
【００５４】
また、上述の実施の形態において、所定の方向に振動方向を有する直線偏光を周方向偏光（S偏光）に変換するための偏光変換素子を備えるようにしてもよい。この場合には、偏光変換素子をアフォーカルレンズ８５内の円錐アキシコン系８７の光源側（直前）、即ちロッド型インテグレータより上流側の光学系の照明瞳またはその近傍に配置する。図１１は偏光変換素子８９の構成を概略的に示す図である。
【００５５】
図１１を参照すると、偏光変換素子８９は、全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は、光軸ＡＸを中心とした円周方向に当分割された８つの扇形形状の基本素子により構成されている。これら８つの基本素子において、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は、互いに同じ特性を有する。即ち、８つの基本素子は、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の厚さ)が互いに異なる４種類の基本素子８９Ａ〜８９Ｄを２個づつ含んでいる。
【００５６】
具体的には、第１基本素子８９Ａの厚さが最も大きく、第４基本素子８９Ｄの厚さが最も小さく、第２基本素子８９Ｂの厚さは、第３基本素子８９Ｃの厚さより大きく設定されている。その結果、偏光変換素子８９の一方の面（例えば入射面）は平面状であるが、他方の面(例えば射出面)は、各基本素子の厚さの違いにより凹凸状になっている。
【００５７】
また、各基本素子８９Ａ〜８９Ｄが施光性を有する光学材料である結晶材料としての水晶により構成され、各基本素子８９Ａ〜８９Ｄの結晶光学軸が光軸ＡＸと略一致、即ち入射光の進行方向と略一致するように設定されている。
【００５８】
第１基本素子８９Ａは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸回りに＋１８０度回転させた方向、即ちＺ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。また、第２基本素子８９Ｂは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸回りに＋１３５度回転させた方向、即ちＺ方向をＹ軸回りに−４５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。
【００５９】
第３基本素子８９Ｃは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸回りに＋９０度回転させた方向、即ちＸ方向に偏光を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。また、第４基本素子８９Ｄは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸回りに＋４５度回転させた方向に偏光を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。
【００６０】
なお、偏光変換素子８９を光路から退避させることなく通常の円形照明を行なうことができるように、偏光変換素子８９の有効領域の径方向の大きさの３／１０以上大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域８９Ｅが設けられている。
【００６１】
偏光変換素子８９に対してＺ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を入射させた場合には、偏光変換素子８９から射出される光は、光軸ＡＸを中心とする円の接線方向と略一致する偏光方向を有する直線偏光状態（Ｓ偏光状態）に変換される。
【００６２】
偏光変換素子８９を通過することにより直線偏光状態（Ｓ偏光状態）に変換された照明光がロッド型インテグレータ１４を通過すると、その内面反射の回数に基づいて、照明光の偏光状態が変化する。この場合においても偏光補正部材３０を用いることにより、変化した偏光状態の補正を行い、正確な直線偏光状態（Ｓ偏光状態）に補正することができる。
【００６３】
上述の実施の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）Ｍを照明し（照明工程）、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗに転写する（転写工程）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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのウエハＷ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１２のフローチャートを参照して説明する。
【００６４】
先ず、図１２のステップＳ３０１において、１ロットのウエハＷ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、そのｌロットのウエハＷ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Ｓ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスクＭ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウエハＷ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Ｓ３０４において、その１ロットのウエハＷ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハＷ上でレジストパターンをマスクＭとしてエッチングを行うことによって、マスクＭ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハＷ上の各ショット領域に形成される。
【００６５】
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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いているため、微細なパターンをウエハに良好に露光することができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハＷ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハＷ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００６６】
また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、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１３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１３において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述２の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクＭ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工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、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形成工程Ｓ４０２へ移行する。
【００６７】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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の組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ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。
【００６８】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いているため、微細なパターンをウエハに良好に露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる照明光学装置が備える１／２波長板及びデポラライザの概略構成を示す図である。
【図３】実施の形態にかかる照明光学装置が備える円錐アキシコン系の概略構成を示す図である。
【図４】実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明するための図である。
【図５】実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明するための図である。
【図６】ロッド型インテグレータにおける内面反射の回数と光束の位相ずれの関係を示す図である。
【図７】実施の形態にかかる照明瞳の各領域を通過する光束の内面反射の回数を示す図である。
【図８】実施の形態にかかる偏光補正部材を説明するための図である。
【図９】実施の形態にかかる偏光補正部材の断面図である。
【図１０】実施の形態にかかる偏光状態測定装置の概略構成を示す図である。
【図１１】実施の形態にかかる偏光変換素子の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…レーザ光源、２…ビームエキスパンダ、３…折り曲げミラー、４ａ…回折光学素子、６…偏光状態測定装置、１０…１／２波長板、１１…１／４波長板、１２…回折光学素子、１３…集光レンズ、１４…ロッド型インテグレータ、１５…リレーレンズ、１６…反射ミラー、１７…リレーレンズ、２０…デポラライザ、３０…偏光補正部材、８５…アフォーカルレンズ、８７…円錐アキシコン系、８７ａ…第１プリズム、８７ｂ…第２プリズム、９０…ズームレンズ、ＭＢ…マスクブラインド、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ。
【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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【図７】
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【図８】
2007027658.tif 000010
【図９】
2007027658.tif 000011
【図１０】
2007027658.tif 000012
【図１１】
2007027658.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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