JP2005012169A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
光学系の開口数が大きい場合であっても、また、照明モード等の露光条件が各種変化した場合であっても、安定して基板上への照度分布を所望の分布（例えば、均一分布）にすることができ、かつデフォーカスディストーションを最小にしつつ、高精度な露光を行うことができる露光装置を提供すること。
【解決手段】
この露光装置は、光源からの光で原版を照明するための照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを有し、前記基板と共役な位置の近傍に配置され、前記基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、該可変絞りは、前記照明光学系若しくは投影光学系の光軸方向に沿った位置が可変である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に、基板を露光する露光装置に係り、特に、例えばレチクルに形成された回路パターンをウエハに露光し、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス・ＣＣＤ等の撮像デバイス・液晶パネル等の表示デバイス・磁気ヘッド等の検出デバイス等の各種デバイスを製造するための露光装置に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いてデバイスを製造する装置として、原版としてのレチクル（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基板としてのウエハやガラスプレート等に投影し、露光転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、一般に、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、照明されたレチクルの回路パターンをウエハに投影する投影光学系とを有して構成されている。

投影露光装置は、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を使用してウエハを露光する。ステップアンドリピート方式の投影露光装置はステッパとも呼ばれ、ウエハ上に１ショットを一括露光し、その１ショットごとにウエハをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する方法によるものである。ステップアンドスキャン方式の投影露光装置は、スキャナとも呼ばれ、レチクルに対してウエハを連続的に走査してレチクル上の回路パターンをウエハに露光するとともに、１ショットの露光終了後ウエ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ものである。

図１３は、従来のステップアンドスキャン方式の露光装置１０００の概略ブロック図である。この露光装置１０００は、複数の照明モード、例えば、小σ照明条件、大σ照明条件、輪帯照明条件等における各モード（小σモード、大σモード、輪帯モード）を有する。

この露光装置１０００では、各照明モードに対するウエハ１４００面上の照度を検出器１５００で計測して、照明光学系１２００内に備えられた積算露光量検出器１２１０との出力校正を予め行っておき、校正結果を記憶しておく。また、検出器１５００を２次元的に移動させることにより各種照明モードにおける露光領域の照度分布を計測し、走査露光したときに照度分布が所望の分布（通常は均一分布）となるような形状に可変絞り１２８０ａの開口形状を調整し、記憶しておく（例えば、特許文献１，２参照。）。

更に、その可変絞り１２８０ａの近傍に配置された走行視野絞り１２８０ｂは、走査露光を行う際に、レチクル１６００の照明領域を制限するとともに、そのレチクル１６００と光学的に共役な位置にあるウエハ１４００における露光領域を制限するためのものであり、レチクル１６００とウエハ１４００と同期して図中矢印Ｐ方向に移動可能となっている。

任意の照明モードが指定され、その照明モードにおける露光量が設定されると、ウエハステージ１４５０の走査速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、可変絞り１２８０ａの走査方向の開口幅Ｗ（ｍｍ）及びレーザ発振周波数Ｆ（Ｈｚ）が、数式：Ｖ＝Ｆ×Ｗ／ｎを満足するように各々決定される。ここにおいてｎは露光パルス数であり、走査露光中に露光面上の所定の１点が照射されるレーザパルスの回数である。このパルス数ｎは使用するレチクル１６００の感度と光源のパルスエネルギ等から最小値が決定され、露光にはその最小値以上のパルス数が必要となる。

ウエハ１４００面における走査時の照度分布を所望の分布とするため、可変絞り１２８０ａは、ウエハ１４００面と共役な位置に配置されている走行視野絞り１２８０ｂから適度にデフォーカス（離間）されて配置されている。その理由は、ステージの静止時におけるウエハ１４００面上の走査方向における照度分布を略台形に形成させて走査を行うことにより、積算照度（走査後のショット領域照度分布）の均一性を高次元で実現するためである（例えば、特許文献３参照。）。

なお、露光装置において、使用するレチクルの厚さが変わった場合にも、そのレチクルと絞りとを常に共役にするために、その絞りを光軸方向に移動させるものが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平７−０３７７７４号公報 特開２０００−１１４１６４号公報 特開昭６０−１５８４４９号公報 特開昭６０−４５２５２号公報

近年の露光装置はその解像度の更なる向上を図るべく、ｉ線からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザへと光源の短波長化が進んでいる。今後もＦ_２レーザなど更なる短波長化が進むと考えられる。それと同時に、露光装置の開口数（ＮＡ）の拡大も図られ、ＮＡ０．７０からＮＡ０．８０、さらにはＮＡ０．８５と推移してきている。

前述したように、ウエハ面での照度分布が略台形分布として形成されるように、可変絞りはウエハ面と共役な走行視野絞り面から任意の距離だけデフォーカス（離間）されて配置される。ここで、適切な台形分布（ボケ具合）を形成するためには、照明光のＮＡが大きくなるにつれて可変絞り１２８ａと走行視野絞り１２８ｂとの距離を短くしていく必要がある。しかし、従来の露光装置においては、機構的な問題で可変絞り１２８ａと走行視野絞り１２８ｂとの距離には制約があり、これらを充分に近づけることができない。

そのため照明光のＮＡが大きい場合、ウエハ面における台形の照度分布は必要以上にボケてしまい、台形分布の裾野が照明領域からはみ出して、照明効率の低下を招き、デバイス製造における生産性の低下を招くことになる。さらに、裾野が照明領域からはみ出した照度分布の照明光によって走査露光を行うため、積算照度（走査照度分布）の均一性の悪化を招くこととなってしまう。また、他の問題として、台形分布のボケ具合が、走査方向の手前と奥側とで異なる際にデフォーカスディストーションが発生するという問題がある。ここで、デフォーカスディストーションとは、投影光学系のベストフォーカス面からデフォーカスした際の像のシフトのことをいう。投影露光装置においては、このデフォーカスディストーションが小さいことが要求される。なぜならば、半導体製造工程において、レイヤーが重ねられるうちに、ウエハ断面が、図１４に示すような段差を持った形状になる為、デフォーカスディストーションが存在すると、上の段と下の段とでパターンの露光される位置がシフトしてしまうためである。

デフォーカスディストーションの発生原因としては投影露光装置のウエハ面での光線重心の倒れが考えられる。図１４に示すように、ある点Ｐに結像する光線の光線重心ＣＬがウエハ面の直交方向からずれていると、デフォーカスが発生した際に、像の転写される位置がシフトする。例えば、図１５（ａ）に示すような格子パターンを図１４のような段差のあるウエハに投影した際には、図１５（ｂ）に示すようにウエハの段差のある部分の格子間隔が伸びてしまう。そのため、像の忠実度が悪化し、正確な回路パターンが転写できなくなってしまう。投影露光装置においては、以上に説明したデフォーカスディストーションを低減し、レイヤーが重なって段差が発生しても位置ズレが発生しないようにする必要がある。

走査型露光装置においては、デフォーカスディストーションは、走査露光して積算された露光光の光線重心の傾きとなる。

可変絞りに起因するデフォーカスディストーションの発生について図１３及び図１６を用いて説明する。照明光学系１２００は、例えば、レチクル１６００と走行視野絞り１２８０ｂとが共役な配置となるように設計されており、１２８０ａの可変絞りがなければ、１２８０ｂの位置に重畳的にオプティカルインテグレータ１２５０で形成される２次光源からの光をコンデンサレンズ１２６０で集光しレチクル１６００を重畳することにより、レチクル１６００上で均一な矩形分布が得られる。

そして、１２８０ａの可変絞りを入れることにより、光線にケラレが発生し、前述のように台形の照度分布が形成される。図１６より明らかなように、可変絞りの開口面のＡの領域（台形の一方の斜辺部分）に入射する光線のうちでは、左上から右下に向かう光線が可変絞りの遮光部１２８０ａ_１にけられており、従って、領域Ａの各点の光量重心は左下から右上に向かう方向になる。同様に可変絞りの開口面のＢの領域（台形の他方の斜辺部分）では左下から右上に向かう光線が可変絞りの遮光部１２８０ａ_２にけられ、したがって、領域Ｂの各点の光量重心は左上から右下に向かう方向となる。

よって、図１６のように、可変絞り１２８０ａ_１，１２８０ａ_２の夫々が、走行視野絞り１２８０ｂから離れている距離が異なる場合、上述のＡ領域の幅とＢ領域の幅とが異なる。その場合、積算された露光光の光量重心が傾き、走査露光時にデフォーカスディストーションが発生する。

デフォーカスディストーションの発生量は、露光が連続で行われるとすれば、積分により計算が可能で、可変絞りの開口幅をＬ、可変絞り１２８０ａ_１，１２８０ａ_２の走行視野絞り１２８０ｂからのデフォーカス量をそれぞれ、Δｚ_１、Δｚ_２として、ウエハ面に入射する光のウエハ面上での開口数をＮＡ、走行視野絞りからウエハ面までの倍率をβとして、走査露光した際の積算露光光の光量重心の傾きｔａｎθは、ｔａｎθ＝ｓｉｎθと近似した場合、ＮＡ^２β^２（Δｚ_１−Δｚ_２）÷（３Ｌ）となる。例えばＮＡが０．８０で、倍率βが０．５，Δｚ_１−Δｚ_２が１ｍｍ、Ｌが７ｍｍとすると、光量重心の傾きｔａｎθ＝０．００７６１９となり、１μｍデフォーカスすると、７．６ｎｍ像がシフトする。転写パターンの線幅が７０ｎｍの場合、線幅の１０％もの像シフトが発生することになり、許容できない。

本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、露光装置における光学系の開口数が大きい場合であっても、基板上への照度分布を所望の分布（例えば、均一分布）にして高精度な露光を行うことができる露光装置を提供することを例示的目的とする。

また、照明モード等の露光条件が各種変化した場合であっても、安定して基板上への照度分布を所望の分布（例えば、均一分布）にすることができ、高精度な露光を行うことができる露光装置を提供することを他の例示的目的とする。

さらに、デフォーカスディストーションを低減可能とした露光装置を提供することを他の例示的目的とする。

さらに、照明モード等の露光条件が各種変化した場合であっても、デフォーカスディストーションをあまり発生させることなく、ウエハ上への転写をより精確に行うことが可能な露光装置を提供することを他の例示的目的とする。

上記の例示的目的を達成するために、本発明の例示的側面としての露光装置は、光源からの光で原版を照明するための照明光学系と、原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを有する露光装置において、基板と共役な位置の近傍に配置され、基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、可変絞りは、照明光学系若しくは投影光学系の光軸方向に沿った位置が可変であることを特徴とする。

可変絞りは、基板と共役な位置よりも光源側に配置されていてもよい。また、可変絞りの開口の形状は、可変であってもよい。可変絞りの光軸方向位置が、原版を照明する光の開口数に応じて調整されるようになっていてもよい。可変絞りは、開口数が第１の値である場合の、可変絞りと基板と共役な位置の距離のほうが、開口数が第１の値よりも大きい第２の値である場合の、可変絞りと基板と共役な位置の距離よりも、長くなるように調整されるようになっていてもよい。光源からの光が基板上で所定の照度分布を有するように、可変絞りの光軸方向位置が調整されるようになっていてもよい。基板は、光源からの光に対して走査されることにより露光され、可変絞りの光軸方向位置は、照明領域の走査の方向の照度分布が所定の分布となるように決定されるようになっていてもよい。複数の露光条件における原版を照明する光の開口数に対応した可変絞りの光軸方向位置の調整値を示すデータに基づいて、複数の露光条件のうち選択された露光条件に対応した調整値を決定し、可変絞りの光軸方向位置の調整を行ってもよい。基板と共役な位置に、視野絞りを更に有していてもよい。投影光学系は、基板と共役な位置にパターンの中間像を形成し、中間像が形成される位置近傍の光源側に、可変絞りが配置されていてもよい。

本発明の他の例示的側面としての露光装置は、光源からの光で原版を照明するための照明光学系と、原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを有する露光装置において、基板と共役な位置の近傍に配置され、基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、可変絞りは、第１の遮光部と第２の遮光部とを有し、第１の遮光部と第２の遮光部との照明光学系若しくは投影光学系の光軸方向に沿った相対位置は、可変であることを特徴とする
本発明のさらに他の例示的側面としての照明光学系は、光源からの光で原版を照明するための照明光学系において、原版と共役な位置近傍に配置され、原版の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、可変絞りは、照明光学系の光軸方向に沿った位置が可変であることを特徴とする。

本発明のさらに他の例示的側面としての照明光学系は、光源からの光で原版を照明するための照明光学系において、原版と共役な位置の近傍に配置され、基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、可変絞りは、第１の遮光部と第２の遮光部とを有し、第１の遮光部と第２の遮光部との照明光学系の光軸方向に沿った相対位置は、可変であることを特徴とする。

本発明のさらに他の例示的側面としてのデバイス製造方法は、上記の露光装置によって基板を露光する工程と、露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とする。

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の形態によって明らかにされるであろう。

以上説明したように、本発明に係る露光装置によれば、露光装置の露光条件や光学系の開口数が変化した場合であっても、可変絞りの位置や絞り形状を調整することにより基板上への照度分布を所望の分布（例えば、均一分布）とすることができ、高精度な露光を行うことができる。

特に開口数が高い場合に、可変絞りのデフォーカス量を小さくすることによりケラレを低減して照明効率の低下を防止するとともに、均一な照度分布を実現することができる。可変絞りを投影光学系内の中間結像位置近傍に配置することにより、可変絞りの配置スペースにも余裕が生じ、充分な移動距離を確保することができる。すなわち、開口数が大きい場合に充分デフォーカス量を小さくすることができる。その結果、高精度なパターンの露光投影を行うことができ、品質の高いウエハを得ることができて、デバイス製造の歩留まりを向上させることができる。

［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の一態様である露光装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る露光装置１の概略ブロック図である。露光装置１は、パターンとしての回路パターンが形成された露光原版としてのレチクル２００を照明する照明装置１００と、照明された回路パターンから生じる回折光を基板としてのプレート４００に投影する投影光学系３００と、制御部５００とを有する。

露光装置１は、ステップアンドスキャン方式によりレチクル２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置であり、サブミクロンやクオーターミクロン以下の解像度におけるリソグラフィ工程に好適である。

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１１０と照明光学系１２０とを有して構成されている。光源１１０は露光のための照明光を発するためのものであり、例えば、レーザが用いられる。

光源１１０としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザ等を使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、そのレーザの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザを使用すれば固体レーザ相互間のコヒーレンスがないので、コヒーレンスに起因するスペックルを大きく低減させることができる。

さらに、スペックルを低減させるために照明光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源１１０に使用可能なものはレーザに限定されるものではなく、１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。

照明光学系１２０は、光源１１０からの照明光を露光原版としてのレチクル２００に導いて照明するためのものであり、光源１１０の後段からレチクル２００の前段までのオプティカルインテグレータ１２３、絞り１２４、集光レンズ１２５、ハーフミラー１２６等の光学部材を有して構成される。

減光部材１２１は、例えば透過率の異なる複数の光量調製フィルタ（ＮＤフィルタ）で構成され、プレート４００面上で最適な露光量となるようにＮＤ駆動手段６１０によってそれらのＮＤフィルタが駆動されて組み合わされ、細かい減光率の調整が可能となっている。

ビーム整形光学系１２２は複数の光学素子やズームレンズから構成されており、レンズ系駆動手段６２０により駆動されることにより、後段のオプティカルインテグレータ１２３に入射する光束の強度分布及び角度分布を所望の分布にコントロールするものである。

オプティカルインテグレータ１２３は、複数の微小レンズが２次元的に配置されて構成され、その射出面１２３ａ近傍に２次光源を形成するものである。絞り１２４は、オプティカルインテグレータ１２３の射出面１２３ａ近傍に配置され、その大きさ及び形状が可変とされている。絞り１２４の大きさと形状は絞り駆動手段６３０により駆動されて調整されるようになっている。

集光レンズ１２５は、オプティカルインテグレータ１２３の射出面１２３ａ近傍で形成された複数の２次光源から射出された光束を集光するものであり、被照射面である走行視野絞り１２８ｂ面に重畳照射することによりプレート４００と共役なその走行視野絞り１２８ｂ面が均一に照明されるようにするものである。

ハーフミラー１２６は、オプティカルインテグレータ１２３から射出された光束の一部（例えば、数％）を反射して、積算露光量検出器１２７に導光するものである。その積算露光量検出器１２７は、露光時の光量を常時検出するための照度計であり、レチクル２００及びプレート４００と光学的に共役な位置に配置され、その出力に応じた信号を制御部５００に送るようになっている。

走行視野絞り（視野絞り）１２８ｂは、可動とされた複数の遮光板からなり、走行視野絞り駆動手段６７０により任意の開口形状が形成されるようにして、レチクル２００面上の照明範囲、そしてプレート４００面上の露光範囲を規制している。さらに、走行視野絞り１２８ｂは、プレート４００と共役な位置に配置されており、レチクルステージ２５０及びプレートステージ４５０と同期して図中矢印Ｑ方向に走査移動する。また、走行視野絞り１２８ｂ近傍には、走査露光後の露光面における照度均一性の向上を図るため可変絞り１２８ａが配置されている。

この可変絞り１２８ａは、プレート４００と共役な位置近傍であって、その共役な位置よりも光源１１０側、すなわち照明光の光路における上流側に配置されている。可変絞りは図２に示すように、照明光の光軸に直交する面内において走査方向Ｙと直交する方向Ｘに沿って露光領域（照明領域）を形成する開口部１２８ｃが光軸から離れるに従って徐々
に長くなるように形成されており、その長辺形状がｎ次関数に基づく形状として調整することが可能となっている。ここでｎは、１〜８までの整数である。この可変絞り１２８ａは、上記のように開口部１２８ｃの開口形状も可変であり、また、その位置も可変であって照明光学系の光軸方向に沿って前後に調整可能である。なお、この位置の調整は、可変絞り１２８ａがプレート４００と共役な位置よりも光源側にある状態のまま実行される。

結像レンズ１２９ａ，１２９ｂは、走行視野絞り１２８ｂの開口形状を被照射面としてのレチクル２００面上に投影し、レチクル２００面上の必要な領域を均一に照明するためのものである。レチクル２００は例えば石英製で、その表面には転写されるべき回路パターンや像が形成されており、レチクルステージ２５０に支持されてレチクルステージ駆動手段６５０によって駆動されるように構成されている。

レチクル２００からの照明光は、投影光学系３００を通りプレート４００上へと至り、プレート４００上にレチクル２００上の回路パターンが投影される。プレート４００は、ウエハや液晶基板などの被処理体（基板）であり、表面にフォトレジストが塗布されている。レチクル２００とプレート４００とは共役の関係に配置されている。この露光装置１は、ステップアンドスキャン方式により投影露光を行ういわゆるスキャナであるので、レチクル２００とプレート４００とが同期して走査されることによりレチクル２００上の回路パターンがプレート４００上に転写される。露光装置がステップアンドリピート方式のいわゆるステッパである場合は、レチクル２００とプレート４００とが静止した状態で露光が行われる。

投影光学系３００は、複数のレンズ３００ａと複数のミラー３００ｂとを有して構成される反射屈折タイプであり、レチクル２００面上の回路パターンをプレート４００上に投影するためのものである。レチクル２００面上の回路パターンは投影光学系内の中間結像位置Ｇで一旦結像されてからプレート４００面上に縮小投影されるようになっている。プレート４００の表面にはフォトレジストが塗布されている。

フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを有している。前処理は、洗浄、乾燥等の工程を有している。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する工程である。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後の焼成工程よりも条件が緩和されており、溶剤を除去するための工程である。

プレートステージ４５０は、プレート４００を支持するものであるが、このプレートステージ４５０の構成についてはすでに公知であるので詳細は省略する。例えば、プレートステージ４５０は、光軸方向に沿って、及び光軸と直交する平面内においてプレート４００を移動することができる。プレートステージ４５０は、プレートステージ駆動手段６６０によって制御される。ステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持される図示しないステージ定盤上に設けられており、レチクルステージ２５０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等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられている。

レチクル２００とプレート４００は同期走査される。プレートステージ４５０の位置とレチクルステージ２５０の位置とは、例えばレーザ干渉計等により監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。例えば、投影光学系３００の縮小倍率が１／Ａであって、プレートステージ４５０の走査速度がＢ（ｍｍ／ｓｅｃ）の場合、レチクルステージ２５０の走査速度はＡＢ（ｍｍ／ｓｅｃ）である。また、レチクルステージ２５０の走査方向とプレートステージ４５０の走査方向は、装置構成によっては同方向となる場合もあるが、本実施の形態においては互いに逆方向となる。

光検出器４５２は、プレート４００面上に入射する照明光の光量（照度）を検出するためのものである。光検出器４５２はプレート４００の近傍に備えられ、その受光部がプレート４００面と略対応する位置に配置され、プレート４００の照明領域内における照明光をプレートステージ４５０の駆動とともに移動しつつ受光し、その検出照度に応じた信号を制御部５００に送るように構成されている。

制御部５００は、積算光量検出器１２７及び光検出器４５２の検出結果を受けて、各駆動手段６１０〜６７０を駆動し、プレート４００面上の露光量、すなわち照度分布を制御する。

以下、図３〜図７を参照して、プレート４００面上の照度の均一性を向上させる方法について説明する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る露光装置１での走査露光時に、可変絞り１２８ａにより形成される露光領域（照明領域）、すなわち開口部１２８ｃが変化する様子と、その場合の走行視野絞り１２８ｂの駆動状態との関係を示す図である。これらの動作に同期してレチクルステージ２５０とプレートステージ４５０とを走査することにより、露光領域を確保して投影露光を行っている。

照明モードが小σモードの場合及び輪帯モードの場合のＸ方向（図２も参照）の照度分布を図４に示す。照明モードにより、各光学素子に入射する光束の角度が変化するため、Ｘ方向の照度分布は一様とならず、図４に示すように変化する。よって、走査露光における照度を適正な分布とするためには、照明モードに対応して可変絞り１２８ａの絞り形状を最適に調整する必要がある。

例えば小σモード時には光軸Ｏから離間した位置における照度が光軸Ｏ上の照度に比べて高いので、図５（ａ）に示すように可変絞りの開口部１２８ｃを樽型形状にして、走査露光における照度分布が露光領域全域において均一になるようにしている。また、輪帯モード時には、光軸Ｏから離間した位置における照度が光軸Ｏ上の照度より低いので、図５（ｂ）に示すように可変絞り１２８ａの開口部１２８ｃを糸巻き型形状にして、走査露光時における照度分布が露光領域全域において均一になるようにしている。

可変絞り１２８ａはプレート４００表面と共役な位置から適切にデフォーカスして配置されている。すなわち、プレート４００表面と共役な位置には走行視野絞り１２８ｂが配置され、可変絞り１２８ａはその走行視野絞り１２８ｂよりも光源１１０側に配置されている。それにより、図６（ａ）に示すように、各ステージ（２５０，４５０）の静止時のＹ方向における照度分布１３０の裾野が適当にボケて台形分布となるように構成されている。これは、ボケのない矩形分布の状態で走査露光を行うと、各ステージ（２５０，４５０）の同期ズレや光源１１０の出力変動によって積算光量（走査方向照度分布）の誤差が大きくなり、照度の均一性を保ちにくくなるためである。ここで、このプレート４００表面と共役な位置と可変絞り１２８ａの位置との光軸Ｏに沿った方向における距離をデフォーカス量という。

可変絞り１２８ａのデフォーカス量が一定のまま照明光学系１２０の開口数ＮＡを変化させると、ボケ量が変化して照度分布１３０の台形形状が変化する。特に、照明光学系１２０の開口数ＮＡが大きくなると、図６（ｂ）に示すようにボケ量が大きくなり、台形形状の照度分布１３１の裾野の端部１３２がケラレて光量低下を招くうえに、照度分布１３１の走査方向（Ｙ方向）均一性も劣化してしまう場合がある。

そこで、この発明の実施の形態１においては、可変絞り１２８ａのデフォーカス量が可変とされ、照明モードに応じて可変絞り１２８ａの光軸Ｏに沿う方向における位置を調整する機構を備えている。すなわち図７に示すように、照明光学系１２０の開口数ＮＡが大きい場合には、可変絞り１２８ａのデフォーカス量がプレート４００の表面と共役な位置に近づくように、可変絞り１２８ａの位置調整が行われるように構成されている。それにより、照明光学系１２０の開口数ＮＡが大きい場合であっても、照明光学系１２０の開口数ＮＡが小さい場合（図６（ａ）も参照）と同様な照度分布１３０を形成することが可能となっている。このように、照明光学系１２０の開口数ＮＡに応じて可変絞り１２８ａのデフォーカス量を調整することにより、照明モード等の露光条件が変化した場合であってもＹ方向照度分布を一定とすることが可能となる。

図８は、この発明の実施の形態１に係る露光装置１での走査露光時において、プレート４００面上の照度の均一性を向上させる方法を説明するフローチャートである。まず、露光前に、複数の照明モード（小σモードや輪帯モード等）における照明光学系１２０の開口数ＮＡに応じて、可変絞り１２８ａの最適デフォーカス量を算出することにより決定し、調整値として所定の記憶手段にそのデータを記憶しておく（ステップ１） 次に、光検出器４５２を光軸に直交する面内において２次元的に移動させ、各照明モードにおける露光面、すなわちプレート４００の表面の照度分布を検出する。ここで、光検出器４５２がラインセンサの場合は１次元に移動させて露光面の照度分布を検出する。その検出結果に基づいて、露光装置１による走査露光時に、露光面での照度分布が所望の分布（例えば、均一分布）となるように、可変絞り１２８ａの開口部１２８ｃの形状を算出することにより決定し、調整値として所定の記憶手段にそのデータを記憶しておく（ステップ２）。ここで通常、照度分布は均一であることが望ましいが、レチクル２００の透過率分布を加味して、あえて均一でない照度分布を設定することも可能である。

使用する照明モードを選択して決定し、その照明モードに対応するプレート４００面上の露光量を設定すると、プレートステージ４５０の走査速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、可変絞り１２８ａの走査方向の幅Ｗ（ｍｍ）及びレーザ発振周波数Ｆ（Ｈｚ）が、上記数式を満足するように各々決定される。（ステップ３）。続いて、可変絞り１２８ａの位置及び開口部１２８ｃの形状を、選択された照明モードに対応する調整値を用いて調整する。つまり、予め算出されて所定の記憶手段に記憶されたデフォーカス量、開口部１２８ｃの形状の調整値の中から、選択された照明モードに対応するデフォーカス量、開口部１２８ｃの形状の調整値に基づいて可変絞り駆動手段６４０によって可変絞り１２８ａを駆動する（ステップ４）。

転写されるべき回路パターンが形成されたレチクル２００を図示しないレチクルチャックを介してレチクルステージ２５０にセットし（ステップ５）、レチクル２００とプレート４００を同期させながら走査露光を開始する（ステップ６）。このようにして露光を行うことで、照明光学系１２０の開口数ＮＡが変化した際にも最適な照度分布の台形形状を維持しつつ、走査方向（Ｙ方向）の照度分布を所望の状態（通常は均一）とすることが可能となる。

なお、ここでは、可変絞り１２８ａのデフォーカス量と開口部１２８ｃの形状との両方をステップ４において調整したが、照明モードの変化に伴う照明系の開口数の変化が少ない場合にはステップ１及びデフォーカス量の調整を行なわないこともできるし、また、照明モードの変化に伴う露光面の照度分布の変化が少ない場合にはステップ２及び形状の調整を行なわないこともできる。

［変形例］
図９は、この発明の変形例に係る露光装置１での走査露光時において、プレート４００面上の照度の均一性を向上させる方法を説明するフローチャートである。なお、上記実施の形態１と同様の構成については同一の引用符号を付して説明することとする。

上記実施の形態１においては、露光前に、複数の照明モード（小σモードや輪帯モード等）における照明光学系１２０の開口数ＮＡに応じて、可変絞り１２８ａの最適デフォーカス量を算出することにより決定し、調整値として所定の記憶手段にそのデータを記憶している。しかしながら、本変形例においては、複数の照明モード（小σモードや輪帯モード等）における静止時のＹ方向照度分布（略台形分布）を光検出器４５２によって予め検出・測定しておき、その台形分布が所望の分布形状（例えば、均一分布）となるための可変絞り１２８ａの最適デフォーカス量を算出することにより決定し、調整値として所定の記憶手段にそのデータを記憶しておく（ステップ１１）。

次に、光検出器４５２を光軸に直交する面内において２次元的に移動させ、各照明モードにおける露光面、すなわちプレート４００の表面の照度分布を検出する。ここで、光検出器４５２がラインセンサの場合は１次元に移動させて露光面の照度分布を検出する。その検出結果に基づいて、露光装置１による走査露光時に、露光面での照度分布が所望の分布（例えば、均一分布）となるように、可変絞り１２８ａの開口部１２８ｃの形状を算出することにより決定し、調整値として所定の記憶手段にそのデータを記憶しておく（ステップ１２）。以下、本変形例におけるステップ１３〜ステップ１６は、上記実施の形態１におけるステップ３〜ステップ６と同じであるので、その説明を省略する。

なお、本実施形態においては、可変絞り１２８ａを、プレート４００と共役な位置近傍であって、その共役な位置よりも光源１１０側に配置することとしたが、その共役な位置よりもプレート４００側に配置することとしても良く、光源１１０側に配置した場合と同様の効果が得られる。

［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係るステップアンドスキャン方式の露光装置１ａを示す概略図である。この実施の形態２においては、上記実施の形態１における構成と同様のものについては同じ引用符号を付し、その説明を省略する。

投影光学系３００内であってプレート４００面と共役な中間結像位置Ｇにはレチクル２００上の回路パターンの中間像が形成され、その中間結像位置Ｇよりも光源１１０側、すなわち光軸Ｏに沿った方向における照明光の上流側に可変絞り１２８ａが配置されている。可変絞り１２８ａ近傍における光軸Ｏに直交する面内での走査方向と直交する方向が開口部１２８ｃの長辺である点、その開口部１２８ｃの長辺形状が、ｎ次関数に基づく形状として調整可能である点は、上記実施の形態１の場合と同様である。また、中間結像位置Ｇからのデフォーカス量を調整する機構を備え、この可変絞り１２８ａの位置が可変絞り駆動手段６４０により投影光学系の光軸方向に駆動されて調整される点も上記実施の形態１と同様である。

上記のように構成することにより、露光条件（照明モード）の変化に伴って照明ＮＡが変化しても、走査露光時の照度分布を最適に設定することができる。特に、中間結像位置Ｇ近傍にはメカ的制約が少なく、部品の配置スペースに余裕があるため、大σモード時や輪帯モード時など照明ＮＡが大きい場合においても、可変絞り１２８ａを中間結像位置Ｇに充分近づけることが可能となる。その際の照度分布調整は、照明モード（通常σ照明モード、輪帯モード、四重極照明モード等）に応じて可変絞り１２８ａを最適なｎ次関数に基づく形状に変化させることによって行う。

［実施の形態３］
図１７は、本発明の実施の形態３に係る可変絞り１２８ａと走行視野絞り１２８ｂの関係を示す概略図である。本実施形態の可変絞り１２８ａは、遮光部１２８ａ_１とそれと開口を挟んで対向する遮光部１２８ａ_２とを有し、その夫々の遮光部と走行視野絞り１２８ｂとの光軸方向距離が調整可能な構成となっている。その他の構成については実施の形態１および実施の形態２と同じである為説明を省略する。なお、可変絞り１２８ａを本図では光軸に対して垂直に記述しているが、他の図のように傾けて配置してもよい。実施の形態２に本実施形態を適用する場合は、図１７の１２８ｂは、走行視野絞り１２８ｂの共役像となる。本実施形態においては、投影像のデフォーカスディストーションを測定し、デフォーカスディストーションが良好となるように、遮光部１２８ａ_１と１２８ａ_２の走行視野絞り１２８ｂからのデフォーカス差を調整する。図１７においては、上側の遮光部１２８ａ_１の走行視野絞り１２８ｂからのデフォーカス量をΔｚ_１からΔｚ_１´に調整することによって、遮光部１２８ａ_１と１２８ａ_２の走行視野絞り１２８ｂからの距離を変えて、デフォーカスディストーションを調整する。

なお、デフォーカスディストーションの測定は、プレート４００に焼き付けられた像から判断しても良いし、ステージ上に配置された光検出器（センサー）４５２を用いて照明光の光量重心の計測結果からデフォーカスディストーションを算出しても良い。通常は、デフォーカスディストーションがなるべく小さくなるように調整する。デフォーカスディストーションによる像シフト（位置ズレ）の許容量を１μｍデフォーカスあたり、ΔＴｎｍとすると、可変絞りの開口幅をＬ、プレート４００表面での開口数をＮＡ、可変絞り１２８ａからプレート４００表面までの倍率をβとして、ΔＴ＞ＮＡ^２×β^２×（Δｚ_１−Δｚ_２）÷３Ｌを満足するように、相対する可変絞りの走行視野絞り１２８ｂからのデフォーカス量Δｚ_１、Δｚ_２の差（｜Δｚ_１−Δｚ_２｜）を調整する。

しかし、他の露光装置とのＭｉｘ＆Ｍａｔｃｈを良好とするために所定のデフォーカスディストーションを発生させたい場合には、わざとデフォーカスディストーションが発生するようにデフォーカス差を調整しても良い。

なお、図１７では遮光部１２８ａ_１のみを光軸方向に移動させる例を示したが、遮光部１２８ａ_１と１２８ａ_２とを動かして、走行視野絞り１２８ｂからのデフォーカス差を調整しても良い。

図１８は、この発明の実施の形態３に係る露光装置１での走査露光時において、プレート４００面上のデフォーカスディストーションを最小にする方法を説明するフローチャートである。まず、露光前に、複数の照明モード（小σモードや輪帯モード等）における照明光学系１２０の開口数ＮＡに応じて、テストウエハーへの露光を行い、デフォーカスディストーションを計測して、可変絞り１２８ａの最適デフォーカス差を決定し記憶する。（ステップ１）
使用する照明モードを選択して決定し、その照明モードに対応するプレート４００面上の露光量を設定すると、プレートステージ４５０の走査速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、可変絞り１２８ａの走査方向の幅Ｗ（ｍｍ）及びレーザ発振周波数Ｆ（Ｈｚ）が、前述の数式を満足するように各々決定される。（ステップ２）。続いて、可変絞り１２８ａの位置及び開口部１２８ｃの形状を、選択された照明モードに対応する調整値を用いて調整する。つまり、予め算出されて所定の記憶手段に記憶されたデフォーカス差の中から、選択された照明モードに対応するデフォーカス差に基づいて可変絞り駆動手段６４０によって可変絞り１２８ａを駆動する（ステップ３）。

転写されるべき回路パターンが形成されたレチクル２００を図示しないレチクルチャックを介してレチクルステージ２５０にセットし（ステップ４）、レチクル２００とプレート４００を同期させながら走査露光を開始する（ステップ５）。このようにして露光を行うことで、照明モードの変更により照明光学系１２０の開口数ＮＡ等が変化した際にもデフォーカスディストーションを最小にしつつ、露光を行うことができる。なお、本フローチャートではデフォーカスディストーションの最小化のみに限定したが、実施の形態１、２に示した実施の形態と複合させてもよい。

次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１１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１０１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ１０３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハ（基板）を製造する。ステップ１０４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いてリソグラフィ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１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ
化する工程であり、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１０６（検査）では、ステップ１０５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１０７）される。

図１２は、ステップ１０４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１１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（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１１４（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１１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１１８（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１１９（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。本実施例の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。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

本発明の実施の形態１に係る露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置に用いられる可変絞りと走行視野絞りの位置関係を示す部分断面図である。 図１に示す露光装置での走査露光時に、可変絞りにより形成される照明領域と、走行視野絞りの駆動状態との関係を示す図である。 照明モードが小σモードの場合及び輪帯モードの場合のＸ方向の照度分布を示す図である。 照明モードに対応する可変絞りの絞り形状を示す図であって、（ａ）は、照明モードが小σモードの場合であり、（ｂ）は、照明モード輪帯モードの場合である。 可変絞り及び走行視野絞りによって形成される照明光のＹ方向における分布形状を示す図であって、（ａ）は、照明光学系の開口数が小さい照明モードの場合であり、（ｂ）は、照明光学系の開口数が大きいモードの場合である。 照明光学系の開口数が大きい照明モードにおいて、可変絞りのデフォーカス量を小さくするように調整する様子を示す図である。 図１に示す露光装置での露光走査時において、プレート面上の照度の均一性を向上させる方法を説明するフローチャートである。 本発明の変形例に係る露光装置での露光走査時において、プレート面上の照度の均一性を向上させる方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置による露光工程を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ１０４の詳細なフローチャートである。 従来のステップアンドスキャン方式の露光装置の概略ブロック図である。 デフォーカスディストーションの説明図である。 （ａ）は格子パターンの正面図であり、（ｂ）はデフォーカスディストーション発生時の（ａ）に示す格子パターンの転写像を示す図である。 図１３に示す露光装置の可変絞り近傍の光線を拡大して示す模式図である。 可変絞りのデフォーカス差に起因するデフォーカスディストーションの説明図である。 実施の形態３に示す露光装置での露光走査時において、デフォーカスディストーションを最小化する方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

Ｏ：光軸
Ｇ：中間結像位置
１，１ａ：露光装置
１１０，１１００：光源
１２０，１２００：照明光学系
１２１，１２３０：減光部材
１２２，１２２０：ビーム整形光学系
１２６，１２４０：ハーフミラー
１２７，１２１０：積算露光量検出器
１２８ａ，１２８０ａ：可変絞り
１２８ｂ，１２８０ｂ：走行視野絞り（視野絞り）
１２８ｃ：開口部
１２８ｄ：長辺
１２９ａ，１２９ｂ，１２９０ａ，１２９０ｂ：結像レンズ
１３０：照度分布
１３１：照度分布
２００，１６００：レチクル（マスク、露光原版）
３００，３０００：投影光学系
４００，１４００：プレート（基板）
４５２：光検出器
１２７０：ミラー

Claims (14)

1. 光源からの光で原版を照明するための照明光学系と、
   前記原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを有する露光装置において、
   前記基板と共役な位置の近傍に配置され、前記基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、
   該可変絞りは、前記照明光学系若しくは投影光学系の光軸方向に沿った位置が可変であることを特徴とする露光装置。
2. 前記可変絞りは、前記基板と共役な位置よりも前記光源側に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記可変絞りの開口の形状は、可変であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記可変絞りの前記光軸方向位置が、前記原版を照明する光の開口数に応じて調整されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記可変絞りは、前記開口数が第１の値である場合の、該可変絞りと前記基板と共役な位置の距離のほうが、前記開口数が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の、該可変絞りと前記基板と共役な位置の距離よりも、長くなるように調整されることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記光源からの光が前記基板上で所定の照度分布を有するように、前記可変絞りの前記光軸方向位置が調整されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
7. 前記基板は、前記光源からの光に対して走査されることにより露光され、
   前記可変絞りの前記光軸方向位置は、前記照明領域の走査の方向の照度分布が所定の分布となるように決定されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
8. 複数の露光条件における前記原版を照明する光の開口数に対応した前記可変絞りの前記光軸方向位置の調整値を示すデータに基づいて、前記複数の露光条件のうち選択された露光条件に対応した前記調整値を決定し、前記可変絞りの光軸方向位置の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
9. 前記基板と共役な位置に、視野絞りを更に有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
10. 前記投影光学系は、前記基板と共役な位置に前記パターンの中間像を形成し、該中間像が形成される位置近傍の前記光源側に、前記可変絞りが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
11. 光源からの光で原版を照明するための照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影するための投影光学系とを有する露光装置において、
    前記基板と共役な位置の近傍に配置され、前記基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、
    当該可変絞りは、第１の遮光部と第２の遮光部とを有し、
    当該第１の遮光部と第２の遮光部との前記照明光学系若しくは投影光学系の光軸方向に沿った相対位置は、可変であることを特徴とする露光装置。
12. 光源からの光で原版を照明するための照明光学系において、
    前記原版と共役な位置近傍に配置され、前記原版の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、該可変絞りは、前記照明光学系の光軸方向に沿った位置が可変であることを特徴とする照明光学系。
13. 光源からの光で原版を照明するための照明光学系において、
    前記原版と共役な位置の近傍に配置され、前記基板の照明領域を規定するための開口を持つ可変絞りを有し、
    当該可変絞りは、第１の遮光部と第２の遮光部とを有し、
    当該第１の遮光部と第２の遮光部との前記照明光学系の光軸方向に沿った相対位置は、可変であることを特徴とする照明光学系。
14. 請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイスの製造方法。