[发明专利]照明光学系、曝光装置、及器件制造方法

说明书

本申请是申请号为200510065013.8、申请日为2005年4月12日、发明名称为“照明光学系、曝光装置、及器件制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用来自光源的光对被照明面进行照明的照明光学系、曝光装置、及器件制造方法，特别是涉及使用短波长的光来照明绘有图案的标线片(掩模)的照明光学系。本发明适用于在用于制造半导体元件、液晶显示元件、摄像元件(CCD等)或薄膜磁头等的光刻工序的投影曝光装置。

背景技术

在半导体元件制造工序的光刻工序中，使用曝光装置。光刻工序为将半导体元件的电路图案投影转印到成为半导体元件的基板(硅基板等)上的工序。

近年来，对半导体元件的微细化的要求不断提高，线和空间的最小线宽希望突破0.15μm达到0.10μm。为了实现微细化，用于光刻工序的投影曝光装置的析像能力的提高成为近年的大课题。

一般在光刻工序中可析像的线宽R使用曝光光源的波长λ、曝光装置的数值孔径NA、比例常数k1用下式表示。

R=k1λNA]]>                     (式1)

因此，如减小波长λ，则可析像的线宽R与波长成比例地减小，如提高数值孔值，则成为反比例，可析像的线宽R减小。为此，近年来，曝光光源的短波长化和高NA化得到进展，现在主流的投影曝光装置的曝光光源为波长248nm的KrF受激准分子激光器，但使用曝光波长短的ArF受激准分子激光器(波长193nm)、及F₂激光器(157nm)作为曝光光源的投影曝光装置也在开发之中。另外，NA的现在的主流为NA0.80左右，但NA0.90的投影曝光装置的开发也在进行之中。

然而，随着光源的短波长化，透射率高的玻璃材料被限定，作为在157nm的波长下经得住使用的玻璃材料考虑的材料现在仅为萤石(CaF₂)。为此，为了良好地由单一玻璃材料校正色差，作为投影光学系，考虑使用组合了折射光学系和反射光学系的反射折射光学系。

作为反射折射光学系的例子，提出有如图5所示那样使用45度反射镜的光学系(例如，参照日本特公平7-111512号公报)。45度反射镜的反射率对于S偏振光(电场向量的方向垂直于反射面的法线和光线的行进方向的垂直光线)与P偏振光(与S偏振光直交的光线)不同。因此，在折射反射光学系中，存在标线片和晶片间的透射率在相对反射镜成为P偏振光的光线和成为S偏振光的光线下不同的问题。

另一方面，在投影曝光装置中，标线片的线和空间形成于晶片上的感光剂的干涉条纹的对比度已知在相对线和空间的折射光为S偏振光时比为P偏振光时高。

因此，在使用具有图5所示那样的45度反射镜的反射折射光学系的投影光学系的投影曝光装置中，当用S偏振光和P偏振光的光通量比相等的光照明标线片面时，发生因为图案方向而使对比度变化的问题。

图6示出将形成有沿y方向延伸的反复图案的标线片适用于图5所示光学系的状态，在图7(a)、(b)示出将形成有沿x方向延伸的反复图案的标线片适用于图5所示光学系的状态。图6所示沿y方向延伸的反复图案的衍射光朝x方向弯曲，衍射光的S偏振光成分相对反射镜成为S偏振光成分。另一方面，图7所示沿x方向延伸的反复图案的衍射光朝y方向弯曲，衍射光的S偏振光成分相对反射镜成为P偏振光成分。

如前面说明的那样，反射镜的反射率对S偏振光成分和P偏振光成分不同，所以，图6所示的反复图案和图7所示反复图案分别发生的衍射光的S偏振光成分分别成为S偏振光和P偏振光，所以，透过投影光学系的透射率不同。合计S偏振光成分与P偏振光成分获得的透射率与图案无关地保持一定，所以，到达晶片面的衍射光的S偏振光成分与P偏振光成分的光通量比例随图案的方向而不同。如前面说明的那样，对比度对S偏振光成分和P偏振光成分不同，所以，在使用反射折射光学系的投影光学系的投影曝光装置中，当用S偏振光与P偏振光的光通量比相等的光照明标线片面时，发生对比度随图案的方向而不同的现象。