[发明专利]投影机曝光装置、曝光方法以及元件制造方法

说明书

本申请是原申请号200480031414.5(国际申请号PCT/JP2004/015853，国际申请日2004年10月26日)，发明名称为“投影机曝光装置、曝光方法以及元件制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明是有关于制造例如半导体集成电路(LSI等)、摄影元件、或液晶显示器等的各种元件的光刻(L：thography)工艺所使用的一种曝光技术，更详细是关于以所定的偏光状态的光照明掩膜图案(mask pattern)的曝光技术。又，本发明是有关于使用此曝光技术的元件制造技术。

背景技术

在形成半导体集成电路或液晶显示器等的电子元件的微细图案之际，使用将要形成的图案以4～5倍程度比例放大所描绘的掩膜(mask)的光栅(reticle)(或光罩(photomask)等)的图案以通过投影光学系统缩小在被曝光基板(感光体)的晶圆(wafer)(或玻璃板等)上的曝光转印方法。在其曝光转印之际，使用步进机(stepper)等的静止曝光型及扫描步进机(scanning stepper)等的扫描曝光型的投影曝光装置。投影光学系统的解像度，是比例于将曝光波长除以投影光学系统的开口数(NA)所得到的值。投影光学系统的开口数(NA)，是将曝光用的照明光向晶圆的最大入射角的正弦(Sin)乘上其光束通过的媒质的折射率者。

因此，为对应于半导体集成电路等的微细化，投影曝光装置的曝光波长，是更短波长化。现在曝光波长虽是以KrF准分子激光(excimer laser)的248nm为主流，更短波长的ArF准分子激光的193nm也正要进入实用化的阶段，然而，也进行使用更再短波长的波长的157nm的F₂激光和波长126nm的波长的Ar₂激光等的所谓真空紫外域的曝光光源的投影曝光装置的提案。又不仅在短波长化，由投影光学系统的大开口数化(大NA化)也可以进行高解像度化的关系，正在进行使投影光学系统更再大NA化的开发，现在的最先端的投影光学系统的NA是为0.8程度。

一方面，虽然使用同一曝光波长，同一NA的投影光学系统，对于提升所转印的图案的解像度，使用所谓相位移位光栅(Shift reticle)的方法或使照明光的向光栅的入射角度分布控制于所定分布的环带照明、二极照明、及四极照明等所谓超解像技术也正在实用化。

此等之中，环带照明是将照明光的向光栅的入射角度范围限制于所定角度，亦即藉由将照明光学系统的瞳面的照明光分布限定于以照明光学系统的光轴为中心的环带领域内，而可以发挥使解像度及焦点深度提升的效果(参照例如日本专利特开昭61-91662号公报)。一方面，二极照明、四极照明，是并非仅在入射角度范围，在光栅上的图案具有特定方向性的图案的场合，对于照明光的入射方向也藉由限定于其图案的方向性所对应的方向，以大幅度提升解像度及焦点深度(参照例如日本专利特开平4-101148号公报或对应其的美国专利第6233041号说明书、日本专利特开平4-225357号公报或对应其的美国专利第6211944号说明书)。

尚且，对于光栅上的图案方向使照明光的偏光状态为最佳化，以提升解像度及焦点深度的尝试也已被提案。此种方法是藉由使照明光在直交于图案的周期方向的方向，即在平行于图案长度方向的方向具有偏光方向(电场方向)的直线偏光光，以提升转印像的对比(Contrast)等。例如，参照专利文献1、非专利文献1)。

又，在环带照明中，在照明光学系统的瞳面于照明光被分布的环带领域中，使照明光的偏光方向与其圆周方向一致，以提升投影像的解像度和对比等的尝试也已被提案。

【专利文献1】日本专利特开平5-109601公报。

【非专利文献1】Thimothy A.Brunner，et al.：“High NA Lithographicimaging at Brewster’s Angel”，SPIE

(美国Vol.4691，pp.1～24(2002)。

如在上述的习知技术，在进行环带照明的场合，于照明光学系统的瞳面，如使照明光的偏光状态以实质上成为一致于环带领域的圆周方向的直线偏光时，照明光量的损失变多，有照明效率低降的问题。

关于此的详述时，从近年来主流的狭带化KrF准分子激光光源所射出的照明光是为一样的直线偏光。如将此以保持原样的偏光状态导向光栅时，由于光栅是以一样的直线偏光光照明的关系，不消说，不能实现一致于如上述的照明光学系统的瞳面的环带领域的圆周方向的直线偏光光。