JP2010062397A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の利用効率を高めて、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写する。
【解決手段】照明光学系の瞳面上での光量分布を、光軸ＢＸを中心とする円周２７Ａと、光軸ＢＸ上を通る第１の直線に沿って対称に設定された第１の１対の円周２７Ｂ，２７Ｃと、光軸ＢＸを通りその第１の直線に直交する第２の直線に沿って対称に設定された第２の１対の円周２７Ｄ，２７Ｅとで囲まれた４つのスリット状の周辺領域２９Ａ〜２９Ｄを含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する。この光量分布は、回折光学素子又は開口絞り等によって設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、パターンをウエハ等の基板上に転写するための露光技術に関し、更に詳しくは所謂変形照明に関連した照明技術を用いる露光技術に関する。更に本発明は、その露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンをウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の一括露光方式の投影露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光方式の投影露光装置等の露光装置が使用されている。この種の露光装置では、様々のパターンをそれぞれ高解像度でウエハ上に転写することが求められている。

転写対象のパターンの内、特に微細で高い解像度が必要とされるパターンが所謂コンタクトホールである。コンタクトホールには、所定形状の複数の開口が所定の微細なピッチで配列された密集コンタクトホールと、実質的に単独の開口からなる孤立コンタクトホールとがある。前者の密集コンタクトホールのパターンを高解像度でウエハ上に転写するためには、照明光学系の瞳面において、光軸に対して偏心した１つ又は複数（例えば４個）の領域（偏心領域）で照明光の光量を大きくする所謂変形照明方式（変形光源方式）が有効である（例えば、特許文献１参照）。

また、後者の孤立コンタクトホールのパターンを高解像度でウエハ上に転写するためには、照明光学系の瞳面において、光軸を中心とする１つの比較的小さい円形領域で照明光の光量を大きくする照明方式、即ち照明系のコヒーレンスファクタであるσ値を比較的小さくする小σ照明方式が有効である。そこで、実質的に孤立コンタクトホールとみなすことができる大きいピッチで配列されたコンタクトホールから微細ピッチの密集コンタクトホールまでを含む種々のピッチのコンタクトホールのパターンが形成された１枚のレチクルのパターンを、１回の露光でウエハ上に高精度に転写するために、照明光学系の瞳面の光軸を中心とする中心領域、及びこの中心領域を囲む複数の偏心領域で照明光の光量を大きくする照明方式も開発されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１７６７６６号公報 国際公開第２００４／０９０９５２号パンフレット

従来の変形照明方式では、転写対象のパターンが２次元のコンタクトホールのパターンである場合に、特にピッチが微細なパターンに対して照明光の利用効率が低下する恐れがあった。
本発明は斯かる点に鑑み、照明光の利用効率を高めて、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度で転写できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による第１の露光方法は、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して物体を露光する露光方法において、そのパターンを照明する照明光学系の所定面におけるその露光光の光量分布を、光軸を中心とする第１の円周と、その光軸上で直交する第１及び第２直線上にその光軸を挟むように対称に設定された第１及び第２の１対の点を中心とする第１及び第２の１対の円周とで囲まれた４つのスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定するものである。

本発明による第２の露光方法は、その所定面におけるその露光光の光量分布を、光軸を中心とする第１の円周と、該第１の円周と同じ半径の２つの円周とで囲まれた第１のスリット状の領域、並びに該第１のスリット状の領域をその光軸の周りにほぼ９０°、１８０°、及び２７０°回転してなる第２、第３、及び第４のスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定するものである。

また、本発明による第１の露光装置は、照明光学系からの露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して物体を露光する露光装置において、その照明光学系の所定面におけるその露光光の光量分布を、光軸を中心とする第１の円周と、その光軸上で直交する第１及び第２直線上にその光軸を挟むように対称に設定された第１及び第２の１対の点を中心とする第１及び第２の１対の円周とで囲まれた４つのスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する光量分布設定機構を備えるものである。

本発明による第２の露光装置は、その所定面におけるその露光光の光量分布を、光軸を中心とする第１の円周と、該第１の円周と同じ半径の２つの円周とで囲まれた第１のスリット状の領域、並びに該第１のスリット状の領域をその光軸の周りにほぼ９０°、１８０°、及び２７０°回転してなる第２、第３、及び第４のスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する光量分布設定機構を備えるものである。

また、本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することと、を含むものである。

本発明によれば、照明光学系の所定面（例えば瞳面又はこの近傍の面）において、３つの円周で囲まれた領域で照明光の光量が高くなる。従って、この領域からの照明光による転写対象の最も微細なピッチ（周期）のパターンからの１次回折光は、例えば投影光学系の入射瞳に対して円形のエッジ部に沿って入射するため、照明光の無駄がない。このため、照明光の利用効率を高めて、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度で転写できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図７を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態の走査露光型の投影露光装置としてのスキャニングステッパーよりなる露光装置の概略構成を示す。図１（Ａ）において、露光装置は、露光光源１と、露光光源１からの照明光ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターンを照明する照明光学系１２と、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬと、露光装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系１７と、ステージ系等とを備えている。

露光光源１としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などの他のレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源や固体レーザ（例えば半導体レーザ等）等の高調波発生装置、又は水銀ランプなども使用できる。
露光光源１から射出された紫外パルス光よりなる照明光ＩＬ（露光光）は、ビームエキスパンダ２により光束の断面形状が所望の形状に変換された後、光路折り曲げ用のミラー３を介して第１の回折光学素子２１に入射して、後述のように所定面（ここでは照明光学系１２の瞳面）で所定の光量分布（強度分布）が得られるように複数の方向に回折する光束ＤＬに変換される。回折光学素子２１は、レボルバ２４に取り付けられており、レボルバ２４には、他の回折特性を持つ第２の回折光学素子２２、及び更に別の回折特性を持つ回折光学素子（不図示）も取り付けられている。主制御系１７が、駆動部２３を介してレボルバ２４の回転角を制御して、照明光ＩＬの光路上に回折光学素子２１，２２等の何れかを設置することによって、照明条件を切り替えることができる。

回折光学素子２１により回折された光束ＤＬは、リレーレンズ４により集光され、第１プリズム７１及び第２プリズム７２（可動プリズム）を経てオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５の入射面に集光される。フライアイレンズ５の射出面（射出側焦点面）Ｑ１には、ほぼその入射面の光量分布に対応する分布の面光源（多数の光源像からなる２次光源）が形成される。回折光学素子２１の射出面とフライアイレンズ５の射出面Ｑ１とはほぼ共役（結像関係）となっている。

図１（Ｂ）に示すように、第１プリズム７１は、照明光学系の光軸ＢＸを中心とする円形領域で平行平面板７１ａとなり、その周辺部で凹の円錐体７１ｂとなる部材であり、第２プリズム７２は、第１プリズム７１に対して凹凸が逆になると共に、第１プリズム７１と合わせたときに全体として平行平面板を構成する部材である。また、第１及び第２プリズム７１，７２の少なくとも一方、例えば第２プリズム７２のみが光軸ＢＸに沿って不図示の駆動機構によって変位可能に支持されており、第２プリズム７２を光軸ＢＸに沿って変位させることによって、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１における光量分布において、中心の分布（後述する領域２８などの位置）を変えることなく、周辺の光量の大きい複数の領域の位置等を半径方向に調整できる。

なお、プリズム７１及び７２の代わりに、円錐体の部分が角錐体（又はピラミッド状）となったプリズムを用いてもよい。更に、プリズム７１及び７２の代わりに、図１（Ｃ）に示すように、一方向に屈折力がありそれに直交する方向には屈折力の無い１対のＶ字型の間隔可変のプリズム７１Ａ，７１Ｂと、プリズム７１Ａ，７１Ｂを光軸ＢＸの回りに９０°回転した構成の別の１対のプリズム７１Ｃ，７１Ｄとを用いてもよい。この２対のプリズムを用いる場合には、互いに直交する２つの方向の周辺の光量の大きい領域の位置等を独立に調整できる。

なお、図１（Ａ）において、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１における周辺の光量の大きい複数の領域の位置等を半径方向に変化させる必要の無い場合には、プリズム７１，７２は省略することも可能である。また、フライアイレンズ５としては、断面形状が幅数１０μｍ程度の四角形又は直径が数１０μｍ程度の円形の多数の微小レンズを束ねた構成のマイクロフライアイレンズを用いることも可能である。

フライアイレンズ５から射出された照明光ＩＬは、コンデンサレンズ系６によって面Ｑ２上に一度集光される。面Ｑ２の近傍にレチクルＲ上の照明領域を走査方向に直交する非走査方向に細長い形状に規定するための固定視野絞り（固定ブラインド）７が配置され、面Ｑ２上に走査露光の前後でその照明領域の走査方向の幅を開閉すると共に、その照明領域の非走査方向の幅を規定するための可動視野絞り（可動ブラインド）８が配置されている。可動視野絞り８は、一例として、後述のレチクルステージ駆動系１６によって制御される。

視野絞り７及び８を通過した照明光ＩＬは、結像用レンズ系９、光路折り曲げ用のミラー１０、及び主コンデンサレンズ系１１を介して、レチクルＲのパターン面（レチクル面）のパターン領域上の細長い照明領域を一様な強度分布で照明する。ビームエキスパンダ２から主コンデンサレンズ系１１までの光学部材を含んで光軸ＢＸを有する照明光学系１２が構成されている。この場合、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１は、照明光学系１２の瞳面と実質的に一致し、可動視野絞り８が配置されている面Ｑ２は、そのレチクル面の共役面である。

照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンの像が、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、投影光学系ＰＬの結像面に配置されてレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（基板）上の一つのショット領域上の露光領域に投影される。
投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳが配置された瞳面Ｑ３（レチクル面に対する光学的なフーリエ変換面）は、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１（照明光学系１２の瞳面）と共役である。投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、例えば特開２０００−４７１１４号公報に開示されているように、互いに交差する光軸を持つ複数の光学系を持つ反射屈折投影光学系、又は例えば国際公開（ＷＯ）０１／０６５２９６号パンフレットに開示されているように、レチクルからウエハに向かう光軸を持つ光学系と、その光軸に対してほぼ直交する光軸を持つ反射屈折系とを有し、内部で中間像を２回形成する反射屈折投影光学系等を使用できる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内でレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に直交する非走査方向（ここでは図１（Ａ）の紙面に平行な方向）にＸ軸を取り、その走査方向（ここでは図１（Ａ）の紙面に垂直な方向）にＹ軸を取って説明する。

先ずレチクルＲは、レチクルステージ１４上に吸着保持され、レチクルステージ１４は、レチクルベース１５上にＹ方向に等速移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りの回転方向に微動できるように載置されている。レチクルステージ１４の位置及び回転角は、レチクルステージ駆動系１６内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系１６は、その計測情報及び主制御系１７からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してレチクルステージ１４の位置、回転角、及び速度を制御する。

一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ１８上に吸着保持され、ウエハステージ１８は、ウエハベース１９上にＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸の周りの回転方向に移動可能に載置されている。ウエハステージ１８の位置及び回転角は、ウエハステージ駆動系２０内のレーザ干渉計によって計測されている。ウエハステージ駆動系２０は、その計測情報及び主制御系１７からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウエハステージ１８の位置、回転角、及び速度を制御する。また、ウエハステージ１８には、不図示のオートフォーカスセンサの計測情報に基づいて、走査露光中にウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの結像面に合わせ込むためのＺステージ機構が組み込まれている。

さらに、本実施形態の露光装置を、国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、又は国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレットに示すような液浸型とすることも可能である。露光装置が液浸型である場合には、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に不図示の液体供給機構から純水等の液体が供給される。
走査露光時には、主制御系１７、レチクルステージ駆動系１６、及びウエハステージ駆動系２０の制御のもとで、レチクルステージ１４を介してレチクルＲを照明光ＩＬの照明領域に対してＹ方向に速度ＶＲで走査するのに同期して、ウエハステージ１８を介して露光領域（投影光学系ＰＬに関して照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域）に対してウエハＷ上の一つのショット領域を対応する方向に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査する動作と、ウエハステージ１８を介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲの回路パターンの像が転写される。

次に、本実施形態の照明条件及び結像光束の状態につき詳細に説明する。
図２は、図１（Ａ）中のレチクルＲに形成された転写用のパターン（原版パターン）の一例を示す。図２において、レチクルＲのパターン領域ＰＡ内には、それぞれＸ方向、Ｙ方向にピッチ（周期）Ｐ１，Ｐ２及びＰ３でほぼ正方形のパターン２５Ａ，２５Ｂ及び２５Ｃを配置してなる３種類のコンタクトホールの２次元パターンが形成されている。各パターン２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃはそれぞれ遮光膜中に形成された透過パターンでもよく、逆に透過部中に形成された遮光パターンでもよい。また、各パターン２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの幅は、それぞれ対応するピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３の１／２程度、又はこれより小さい値である。また、ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３は次のように次第に数倍（例えば２倍、３倍、４倍、５倍等）程度になるように設定されている。

Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３ …（１）
ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、一例として、投影光学系ＰＬの投影像に換算して１２０ｎｍ、２４０ｎｍ、３６０ｎｍ程度である。即ち、レチクルＲの原版パターンは、微細ピッチの密集コンタクトホール用の第１パターンと、中程度のピッチの密集コンタクトホール用の第２パターンと、実質的に孤立コンタクトホールとみなすことができる大きいピッチで配列されたコンタクトホール用の第３パターンとを含んでいる。このような原版パターンの像を一度に高精度にウエハ上に転写するために、図１（Ａ）に示すように、照明光ＩＬの光路上に回折光学素子２１を配置して、フライアイレンズ５の射出面Ｑ１における照明光ＩＬの光量分布（強度分布）を所定分布に設定する。

図３は、図１（Ａ）のフライアイレンズ５の射出面Ｑ１（照明光学系１２の瞳面）における照明光ＩＬの光量分布を示す。図３において、図２のレチクルＲ上のＸ方向及びＹ方向（即ち、転写用パターンの配列方向）に対応する射出面Ｑ１上の方向に平行にそれぞれＸ軸及びＹ軸を取り、射出面Ｑ１上でのＸ軸及びＹ軸の原点を光軸ＢＸとする。ここで、図１（Ａ）の投影光学系ＰＬの物体側（レチクル側）の開口数をＮＡ_in、像側（ウエハ側）の開口数をＮＡとすると、投影倍率βを用いて次の関係がある。

ＮＡ_in＝β・ＮＡ …（２）
更に、照明光学系１２の瞳面（射出面Ｑ１）から射出してレチクルＲに入射する照明光ＩＬの開口数をＮＡ_ILとすると、その照明光ＩＬのσ値（コヒーレンスファクタ）を示すσ_ILは、次のように開口数ＮＡ_ILの投影光学系ＰＬの開口数ＮＡ_inに対する比の値で定義される。このσ_ILの値は、その照明光ＩＬの照明光学系１２の瞳面上での光軸からの距離に対応している。

σ_IL＝ＮＡ_IL／ＮＡ_in＝ＮＡ_IL／（β・ＮＡ） …（３）
図３に示す照明光学系１２の瞳面において、光軸ＢＸを中心とする点線の円周２６は、投影光学系ＰＬの物体側の開口数ＮＡ_inと同じ開口数を持つ仮想的な光束が通過する領域の外周を表し、その内側の円周２７Ａは、最大のσ値であるσ_ouを持つ照明光が通過する領域に接する円周を表している。以下では円周２６の半径を１とすると、円周２７Ａの半径はσ_ouとなり、全ての照明光ＩＬは円周２７の内部を通過する。また、光軸ＢＸを中心としてσ値に換算した半径がσ_ce（＜σ_ou）の円周で囲まれた円形の領域を中心領域２８とする。一例として、σ_ouは０．９〜１．０の範囲内に設定され、σ_ceは０．１〜０．４の範囲内に設定される。

次に、光軸ＢＸを通るＸ軸上に、光軸ＢＸからの距離がＤＸとなるように対称に点Ｂ２及びＢ３を設定し、光軸ＢＸを通るＹ軸上に、光軸ＢＸからの距離がＤＹとなるように対称に点Ｂ４及びＢ５を設定する。ここでは次の関係が成立する。
ＤＹ＝ＤＸ …（４）
更に、Ｘ軸上の点Ｂ２，Ｂ３を中心として円周２７Ａと同じ半径（σ_ou）の円周２７Ｂ，２７Ｃを想定し、Ｙ軸上の点Ｂ４，Ｂ５を中心として円周２７Ａと同じ半径（σ_ou）の円周２７Ｄ，２７Ｅを想定する。そして、中心の円周２７Ａと＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向の円周２７Ｂ，２７Ｄとで囲まれた第１の周辺領域２９Ａと、円周２７Ａと＋Ｙ方向及び−Ｘ方向の円周２７Ｄ，２７Ｃとで囲まれた第２の周辺領域２９Ｂと、円周２７Ａと−Ｘ方向及び−Ｙ方向の円周２７Ｃ，２７Ｅとで囲まれた第３の周辺領域２９Ｃと、円周２７Ａと−Ｙ方向及び＋Ｘ方向の円周２７Ｅ，２７Ｂとで囲まれた第４の周辺領域２９Ｄとを設定する。この場合、周辺領域２９Ａ〜２９Ｄはそれぞれ光軸ＢＸから半径方向に細長い領域（スリット状の領域）である。また、第１の周辺領域２９Ａは、光軸ＢＸを通りＸ軸に４５°で交差する直線に沿って細長い領域であり、第２、第３、及び第３の周辺領域２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄは、それぞれ第１の周辺領域２９Ａを光軸ＢＸの周りに９０°、１８０°、及び２７０°回転して得られる領域でもある。

本実施形態では、図３の照明光学系１２の瞳面における照明光ＩＬの光量分布は、円周２７Ａ内で斜線を施した中心領域２８及びそれを囲む４個の周辺領域２９Ａ〜２９Ｄからなる５個の領域でほぼ一定の光量となり、それ以外の領域ではその一定の光量よりも低い光量（本実施形態ではほぼ０）となる。なお、中心領域２８及び周辺領域２９Ａ〜２９Ｄの輪郭付近では、光量は外側に向かって次第に減少する分布を持っていてもよい。

ここで、光軸ＢＸと円周２７Ｂ〜２７Ｄの中心（点Ｂ２〜Ｂ５）までの距離ＤＸ（ＤＹ）の条件につき検討する。先ず、距離ＤＸは、図４（Ａ）に示すように、周辺領域２９Ａが中心領域２８に接触しないように、次の下限ＤＸ_minより大きく設定されることが好ましい。この場合、角度αを用いて次の関係がある。
σ_ce sin４５°＝σ_ce／２^1/2＝σ_ou sinα …（５Ａ）
また、σ_ce＜σ_ouであるため、α＜４５°である。式（５Ａ）で規定される角度αを用いて、下限ＤＸ_minは次のようになる。

ＤＸ＞ＤＸ_min＝σ_ce cos４５°＋σ_ou cosα＝σ_ou（sinα＋cosα）
＝σ_ou ×２^1/2 sin（４５°＋α）＞σ_ou …（５Ｂ）
また、距離ＤＸは、図４（Ｂ）に示すように、周辺領域２９Ａが無くなるときの次の上限ＤＸ_maxより小さく設定する必要がある。
ＤＸ＜ＤＸ_max＝２×σ_ou cos４５°＝σ_ou ×２^1/2 …（６）
式（５Ｂ）及び式（６）から距離ＤＸの好ましい範囲は次のようになる。

σ_ou＜σ_ou（sinα＋cosα）＜ＤＸ＜σ_ou×２^1/2 …（７）
なお、実際には、図３の距離ＤＸが下限ＤＸ_minよりも小さくなり、周辺領域２９Ａの先端部が中心領域２８内に入っても差し支えない。ただし、距離ＤＸは半径σ_ouより大きいことが好ましい。この場合の距離ＤＸの好ましい範囲は次のようになる。
σ_ou＜ＤＸ＜σ_ou×２^1/2 …（８Ａ）
距離ＤＸをｄ、半径σ_ouをｒとおくと、式（８Ａ）から距離ｄの好ましい範囲は次のようになる。

ｒ＜ｄ＜ｒ×２^1/2 …（８Ｂ）
上述のように、図３の瞳面上の中心領域２８及び周辺領域２９Ａ〜２９Ｄで光量がほぼ一定となり、それ以外の領域で光量がほぼ０となる光量分布が得られるように、図１（Ａ）の回折光学素子２１の回折特性が設定されている。また、回折光学素子２１は、複数枚の位相型の回折格子を組み合わせたものでもよい。これらの場合、回折光学素子２１は、位相型であるため、光の利用効率が高いという利点がある。なお、回折光学素子２１としては、屈折率分布を回折格子状の分布で変化させた光学素子を使用することも可能である。なお、特定の回折特性を持つ回折光学素子の構造及び製造方法については、例えば本出願人による特開２００１−１７６７６６号公報に詳細に開示されている。

なお、より実用的には、回折光学素子２１によって得られる光量分布を、図３の中心領域２８及び周辺領域２９Ａ〜２９Ｄを含む領域でほぼ一定の光量となるようにしておき、中心領域２８及び周辺領域２９Ａ〜２９Ｄに対応する部分に開口が形成された開口絞り７３を、駆動部７４を介して図１（Ａ）のフライアイレンズ５の射出面Ｑ１（瞳面）又はその共役面に配置してもよい。この場合にも、照明光ＩＬの利用効率が高いという利点は得られている。

次に、図３の照明光学系の瞳面上の光量分布を持つ照明光を用いて図２のレチクルＲのパターンを照明した場合の、図１（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３上の結像光束につき図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。図５（Ａ）は、図３の第１の周辺領域２９Ａからの照明光によって、投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３上に形成される結像光束の一部の分布を示し、図５（Ｂ）は、図３の中心領域２８からの照明光によって、その瞳面Ｑ３上に形成される結像光束の一部の分布を示す。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）は、投影光学系ＰＬの入射瞳上での結像光束の分布とみなすことも可能である。

図５（Ａ）及び（Ｂ）において、実線の円周２６Ｐは、物体側の開口数ＮＡ_inを持つ結像光束の輪郭部（不図示の開口絞りの開口）を示し、点線の円周２７ＡＰは、照明光学系１２の最大σ値（σ_ou）に対応する開口数を持つ照明光の０次光が通過する領域の輪郭を示す。さらに、仮に照明光学系１２の瞳面に対して投影光学系ＰＬの瞳面が反転しているものとすると、図５（Ａ）の細長い０次光３０は、図３の第１の周辺領域２９Ａからの照明光の０次光を示し、図５（Ｂ）の中心の円形の０次光３１は、図３の中心領域２８からの照明光の０次光を示す。なお、照明光学系１２の瞳面に対して投影光学系ＰＬの瞳面が同じ方向である場合には、図５（Ａ）の点線の回折光３０ＸＹを反転した円周２７ＡＰに内接する光束が図３の第１の周辺領域２９Ａからの照明光の０次光となり、回折光３０ＹがＸ方向の回折光になり、回折光３０ＸがＹ方向の回折光になる。

また、図３の第１の周辺領域２９Ａからの照明光のうち、図２の最も微細なピッチＰ１の２次元のコンタクトホールのパターン２５ＡによるＹ方向への１次回折光３０Ｙ、及びＸ方向への１次回折光３０Ｘは、図５（Ａ）の開口数ＮＡ_inに対応する円周２６Ｐの内側を通過する。従って、０次光３０及び１次回折光３０Ｙ，３０ＸによってウエハＷ上に図２のパターン２５Ａの像が高精度に結像される。なお、周辺領域２９Ａからの光束のＸ方向に１次でＹ方向にも１次の図５（Ａ）に点線で示す回折光３０ＸＹは光量が小さいため、一部が円周２６Ｐの外側にはみ出しても結像特性は実質的に悪化しない。

この場合、１次回折光３０Ｙ及び３０Ｘのエッジ部３０Ｙａ及び３０Ｘａは、それぞれ円周２６Ｐとほぼ同じ曲率の円周であるため、結像光束のケラレがなく、結像光束（照明光ＩＬ）の利用効率が高い。同様に、図３の他の周辺領域２９Ｂ〜２９Ｄからの照明光による結像光束は、周辺領域２９Ａからの照明光による結像光束にインコヒーレントに加算されるため、それぞれ高い利用効率で微細なピッチのパターンの結像に寄与する。

また、図３の第１の周辺領域２９Ａからの照明光のうち、図２の中程度のピッチＰ２の２次元のコンタクトホールのパターン２５ＢによるＹ方向への１次回折光及びＸ方向への１次回折光は、それぞれ図５（Ａ）の０次光３０と１次回折光３０Ｙとの間の領域、及び０次光３０と１次回折光３０Ｘとの間の領域を通過する。さらに、より高次の回折光も円周２６Ｐ内を通過できる場合もある。従って、ウエハＷ上に図２のパターン２５Ｂの像が高精度に結像される。

一方、図３の中心領域２８からの照明光のうち、図２の最も大きいピッチＰ３の２次元のコンタクトホールのパターン２５ＣによるＹ方向への１次回折光３１ＹＡ，３１ＹＢ、及びＸ方向への１次回折光３１ＸＡ，３１ＸＢは、図５（Ｂ）の円周２６Ｐ内で０次光３１に近い領域を通過する。さらに、より高次の回折光（不図示）も円周２６Ｐ内を通過する。従って、０次光３１及び１次回折光３１ＹＡ，３１ＹＢ，３１ＸＡ，３１ＸＢ等によってウエハＷ上に図２のパターン２５Ｃの像が高精度に結像される。

このように、図３の光量分布を用いることによって、種々のピッチを持つ種々のコンタクトホールのパターンを１回の露光で同時に高精度にウエハＷ上に転写できる。具体的に式（２）の像側の開口数ＮＡを１．３０（液浸法で露光が行われる）、図３のσ_ouを０．９６、σ_ceを０．２４５、距離ＤＸ（＝ＤＹ）を１．２４０とした場合、投影像の段階でのピッチが１１６ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の２次元のコンタクトホールのパターンの像を同時に高精度にウエハ上に転写できる。

また、図３の中心領域２８の大きさ（半径σ_ce）及び／又は相対光量（相対強度）を制御することによって、図６に示すように、光学的近接効果であるＯＰＥ(Optical Proximity Effect)特性を制御することも可能である。図６の曲線３２Ａは、中心領域２８の半径σ_ceを０．２６として、周辺領域２９Ａ〜２９Ｄに対する中心領域２８の相対光量を１．０とした場合の、１１０ｎｍ〜９１０ｎｍのピッチの範囲内のコンタクトホールのパターンに対するＯＰＥによる投影像の線幅の誤差ΔＯＰＥ（ｎｍ）の一例を示す。また、曲線３２Ｂは、中心領域２８の半径σ_ceを０．３０として、周辺領域２９Ａ〜２９Ｄに対する中心領域２８の相対光量を０．８とした場合の、同じピッチ範囲内のコンタクトホールのパターンに対するＯＰＥによる投影像の線幅の誤差ΔＯＰＥの一例を示す。曲線３２Ｂは、曲線３２Ａに比べて変化が小さくなっていることから、中心領域２８の大きさ及び相対光量の制御によってＯＰＥ特性を制御できることが分かる。

本実施形態の作用効果及び変形例は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光方法は、照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターンを介してウエハＷを露光する露光方法において、照明光学系１２の瞳面（フライアイレンズ５の射出面Ｑ１）における照明光ＩＬの光量分布を、光軸ＢＸを中心とする円周２７Ａと、光軸ＢＸ上で直交するＸ軸及びＹ軸上に光軸ＢＸを挟むように対称に設定された点を中心とする１対の円周２７Ｂ，２７Ｃ及び１対の円周２７Ｄ，２７Ｅとで囲まれた４つの周辺領域２９Ａ〜２９Ｄ、及び中心領域２８でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定している。

その周辺領域２９Ｂ〜２９Ｄは、光軸ＢＸを中心とする円周２７Ａと、この円周２７Ａと同じ半径の２つの円周２７Ｂ，２７Ｄとで囲まれた半径方向に細長い周辺領域２９Ａを光軸ＢＸの周りにそれぞれ９０°、１８０°、及び２７０°回転した領域でもある。
また、本実施形態の露光装置は、そのように光量分布を設定するために、駆動部２３、レボルバ２４、及び回折光学素子２１を含む光量分布設定装置を備えている。

従って、周辺領域２９Ａ〜２９Ｄからの照明光による２次元の密集コンタクトホール用の図２のパターン２５Ａからの１次回折光３０Ｙ，３０Ｘ等は、図５（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面（又は入射瞳）上に開口絞りによって規定される円周２６Ｐにほぼ内接するように入射するため、照明光の無駄がない。また、それよりもピッチの大きいパターンからの回折光は円周２６Ｐ内を通過する。従って、照明光の利用効率を高めて、種々のピッチのパターンを同時にそれぞれ高解像度で転写できる。

（２）また、照明光学系１２の瞳面上で円周２７Ａよりも小さい円周内の中心領域２８でも照明光の光量をその周囲よりも大きくしている。従って、孤立コンタクトホールとみなすことができる図２のパターン２５Ｃをも同時に高解像度で転写できる。
さらに、中心領域２８の大きさ及び相対光量を調整することによって、上述のように投影像のＯＰＥ特性を制御することも可能である。

なお、中心領域２８の形状は円形ではなく、例えば輪帯領域でもよい。
また、例えば転写対象のレチクルＲのパターン領域に孤立コンタクトホールに近いパターンが含まれていない場合は、図７に示すように、照明光学系１２の瞳面で４箇所の周辺領域２９Ａ〜２９Ｄのみで光量を大きく設定し、それ以外の領域で光量を小さく、例えばほぼ０にしてもよい。

（３）また、図３では、円周２７Ｂ〜２７Ｅは中央の円周２７Ａと同じ大きさであり、円周２７Ｂ〜２７Ｅの中心（点Ｂ２〜Ｂ５）と円周２７Ａの中心（光軸ＢＸ）との距離ＤＸ（ＤＹ）は、転写対象のパターン２５Ａ〜２５Ｃのピッチに応じて定められることが好ましい。
即ち、距離ＤＸは式（８Ａ）を満たす範囲内で、転写対象のパターンのピッチ分布が微細ピッチに偏っている場合には上限に近い値に設定し、転写対象のパターンのピッチ分布が微細ピッチから大きいピッチまでを含む場合には下限に近い値に設定してもよい。これによって、転写対象のパターンのピッチ分布に応じてそれぞれ高い解像度で露光を行うことができる。

（４）なお、図３の光量分布において、中心の円周２７Ａ（半径σ_ou）に対してこれを囲む円周２７Ｂ〜２７Ｅの半径は異なっていてもよい。例えば円周２７Ｂ〜２７Ｅの半径をσ値が１の円周２６と同じ半径にしてもよい。
また、例えば図２のパターン２５Ａ〜２５ＣのＸ方向のピッチとＹ方向のピッチとが異なる場合には、図３の円周２７Ｂ，２７ＣのＸ軸上の中心と光軸ＢＸとの距離ＤＸと、円周２７Ｄ，２７ＥのＹ軸上の中心と光軸ＢＸとの距離ＤＹとを異ならせてもよい。

（５）また、上述のように、図３の光量分布において、中心領域２８の光量（強度）と周辺領域２９Ａ〜２９Ｄの光量（強度）とが異なっていてもよい。
（６）また、転写対象のパターンが図８のレチクルＲ１に形成された、市松パターン状のパターン２５Ｄ〜２５Ｆである場合には、照明光学系１２の瞳面上の光量分布を、図９に示すように、図３の光量分布を光軸ＢＸの周りに９０°回転した分布としてもよい。

（７）また、本実施形態では、所定面として照明光学系１２の瞳面上での光量分布を設定しているが、その瞳面の近傍の面上での光量分布を設定してもよい。さらに、その所定面として例えば図１（Ａ）のフライアイレンズ５の入射面上での光量分布を図３に示す分布としてもよい。
また、その所定面を図１（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３とすることも可能である。このとき、回折光学素子２１によって、レチクルＲが存在しない場合に、投影光学系ＰＬの瞳面Ｑ３において、例えば光軸ＡＸを含む中心領域及びそれを囲む４個の周辺領域においてほぼ一定となり、それ以外の領域でそれより低い光量となる光量分布が設定される。

なお、上記の実施形態では、照明光学系においてオプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ５を使用しているが、オプティカルインテグレータとして内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）を使用する場合にも本発明が適用できる。ロッドインテグレータを使用する場合には、例えばロッドインテグレータの入射面がその所定面となり、この入射面における光量分布が上記の実施形態のように設定される。

また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１０に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２０５、並びに検査ステップ２０６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いてその投影面上に設置される基板（ウエハ）を露光することと、露光された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置によれば、露光光の利用効率を高めて、種々のピッチの２次元のパターンを同時にそれぞれ高解像度に転写できるため、例えばコンタクトホールを含むデバイスを高精度に製造できる。

また、本発明は、コンタクトホール以外の種々の周期的パターンや孤立的パターンを転写する場合にも適用可能である。
また、本発明は、走査露光型の投影露光装置で露光を行う場合のみならず、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置で露光を行う場合にも同様に適用できることは言うまでもない。これらの場合の投影光学系の倍率は等倍でもよく、拡大倍率でもよい。更に、本発明は、例えば露光光として波長１００ｎｍ程度以下のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light)を用いるＥＵＶ露光装置で露光を行う場合にも適用できる。ＥＵＶ光を用いる場合には、照明光学系及び投影光学系はミラーを用いる反射系で構成され、レチクルも反射型となる。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置で露光を行う場合などにも適用することができる。
このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

（Ａ）は本発明の実施形態の一例の露光装置の構成を示す図、（Ｂ）は図１（Ａ）中のプリズム７１，７２を示す拡大斜視図、（Ｃ）はプリズム７１，７２の別の構成例を示す図である。 図１（Ａ）のレチクルＲのパターンの一例を示す平面図である。 図１（Ａ）の回折光学素子２１によって照明光学系１２の瞳面（射出面Ｑ１）に設定される光量分布を示す図である。 （Ａ）は図３の距離ＤＸの下限の一例を示す図、（Ｂ）は距離ＤＸの上限の一例を示す図である。 （Ａ）は図３の周辺領域２９Ａからの照明光による投影光学系ＰＬの瞳面（入射瞳）上の結像光束の一部を示す図、（Ｂ）は図３の中心領域２８からの照明光による投影光学系ＰＬの瞳面上の結像光束の一部を示す図である。 実施形態の露光装置のＯＰＥ特性の一例を示す図である。 実施形態の照明光学系１２の瞳面上での光量分布の変形例を示す図である。 転写対象のパターンの他の例を示す平面図である。 図８のパターンに対応して照明光学系１２の瞳面上に設定される光量分布の一例を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｑ１…フライアイレンズの射出面（瞳面）、４…リレーレンズ、５…フライアイレンズ、２１，２２…回折光学素子、２５Ａ〜２５Ｃ…コンタクトホールのパターン、２８…中心領域、２９Ａ〜２９Ｄ…周辺領域

Claims (22)

1. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光方法において、
   前記パターンを照明する照明光学系の所定面における前記露光光の光量分布を、
   光軸を中心とする第１の円周と、前記光軸上で直交する第１及び第２直線上に前記光軸を挟むように対称に設定された第１及び第２の１対の点を中心とする第１及び第２の１対の円周とで囲まれた４つのスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定することを特徴とする露光方法。
2. 前記所定面における前記４つのスリット状の領域、及び前記光軸を中心とする前記第１の円周より小さい第２の円周内の領域で前記露光光の光量分布をほぼ一定とすることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第１及び第２の１対の円周は、それぞれ前記第１の円周と同じ大きさであり、
   前記第１及び第２の１対の円周の中心の前記光軸からの距離は、前記パターンのピッチに応じて定められることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記第１の円周の半径をｒとして、前記第１及び第２の１対の円周の中心の前記光軸からの距離ｄは、
   ｒ＜ｄ＜ｒ・２^1/2
   の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
5. 前記所定面は、前記照明光学系の瞳面又はこの近傍の面であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光方法において、
   前記パターンを照明する照明光学系の所定面における前記露光光の光量分布を、
   光軸を中心とする第１の円周と、該第１の円周と同じ半径の２つの円周とで囲まれた第１のスリット状の領域、並びに該第１のスリット状の領域を前記光軸の周りにほぼ９０°、１８０°、及び２７０°回転してなる第２、第３、及び第４のスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定することを特徴とする露光方法。
7. 前記所定面における前記４つのスリット状の領域、及び前記光軸を中心とする前記第１の円周より小さい第２の円周内の領域で前記露光光の光量分布をほぼ一定とすることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
8. 前記所定面は、前記照明光学系の瞳面又はこの近傍の面であることを特徴とする請求項６又は７に記載の露光方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
   前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
10. 照明光学系からの露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光装置において、
    前記照明光学系の所定面における前記露光光の光量分布を、
    光軸を中心とする第１の円周と、前記光軸上で直交する第１及び第２直線上に前記光軸を挟むように対称に設定された第１及び第２の１対の点を中心とする第１及び第２の１対の円周とで囲まれた４つのスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する光量分布設定機構を備えることを特徴とする露光装置。
11. 前記光量分布設定機構は、
    前記所定面における前記４つのスリット状の領域、及び前記光軸を中心とする前記第１の円周より小さい第２の円周内の領域で前記露光光の光量分布をほぼ一定とすることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記第１及び第２の１対の円周は、それぞれ前記第１の円周と同じ大きさであり、
    前記第１及び第２の１対の円周の中心の前記光軸からの距離は、前記パターンのピッチに応じて定められることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の露光装置。
13. 前記第１の円周の半径をｒとして、前記第１及び第２の１対の円周の中心の前記光軸からの距離ｄは、
    ｒ＜ｄ＜ｒ・２^1/2
    の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. 前記光量分布設定機構は、前記所定面に設置された開口絞りを含むことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の露光装置。
15. 前記光量分布設定機構は、前記所定面よりも前に設置される回折光学素子を含むことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項に記載の露光装置。
16. 前記所定面は、前記照明光学系の瞳面又はこの近傍の面であることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の露光装置。
17. 照明光学系からの露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して物体を露光する露光装置において、
    前記照明光学系の所定面における前記露光光の光量分布を、
    光軸を中心とする第１の円周と、該第１の円周と同じ半径の２つの円周とで囲まれた第１のスリット状の領域、並びに該第１のスリット状の領域を前記光軸の周りにほぼ９０°、１８０°、及び２７０°回転してなる第２、第３、及び第４のスリット状の領域を含む複数の領域でほぼ一定として、それ以外の領域でそれより小さくなるように設定する光量分布設定機構を備えることを特徴とする露光装置。
18. 前記光量分布設定機構は、
    前記所定面における前記４つのスリット状の領域、及び前記光軸を中心とする前記第１の円周より小さい第２の円周内の領域で前記露光光の光量分布をほぼ一定とすることを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
19. 前記光量分布設定機構は、前記所定面に設置された開口絞りを含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の露光装置。
20. 前記光量分布設定機構は、前記所定面よりも前に設置される回折光学素子を含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の露光装置。
21. 前記所定面は、前記照明光学系の瞳面又はこの近傍の面であることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載の露光装置。
22. 請求項１０から２１のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

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