JP2014127620A - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットの低下を抑えながら、パターンを基板に転写するのに有利な露光装置を提供する。
【解決手段】マスクのパターンを基板に転写する転写処理を行う露光装置であって、前記パターンからの光を前記基板に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、前記基板に照射される光の照度を計測する計測部と、前記転写処理を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記基板に照射される光の照度が複数回計測されるように前記計測部を制御し、前記複数回計測された照度のそれぞれに基づいて、前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

カラーフィルターの製造方法としては、染色法、印刷法、電着・電界法、顔料分散法などの様々な方法がある。これらの方法のうち、現在では、製造上の安定性や簡易性から顔料分散法が主流となっている。代表的な顔料分散法である感光アクリル法では、アクリロイド系感光性樹脂を含み、着色機能と感光機能との両方を有するカラーレジストに対して、フォトリソグラフィによってパターンを形成する。

カラーレジストは、ネガレジストであるため、露光光を照射すると、反応に寄与するラジカルを発生し、ポリマーを光重合させ、現像液に不溶となる。但し、カラーレジストに含まれる顔料の成分は露光光を吸収しやすく、また、発生したラジカルは空気中に存在する酸素にトラップされてしまうため、光重合反応は妨げられる傾向にある。従って、所定のパターン寸法（又は形状）を得るためには、露光量（露光エネルギー）を増大する必要があり、スループットの低下を招いてしまう。

そこで、ポリビニルアルコールからなる膜（酸素を遮断する酸素遮断膜）をレジスト上に形成（塗布）する技術が提案されている。但し、かかる技術は、酸素遮断膜のレジスト上への濡れ性の悪さからパターン欠陥を生じる可能性がある。また、酸素遮断膜を形成する工程が増えることによるコスト増加の問題もある。更に、酸素遮断膜を形成しても酸素濃度を制御することができないため、微細なパターンを形成する場合において、パターン寸法の精度制御に対するフレキシビリティーが低減してしまう。

一方、ポリビニルアルコールからなる酸素遮断膜をレジスト上に形成することなく、レジストに窒素（ガス）を吹き付けて低酸素状態で露光を行う技術も提案されている（特許文献１参照）。また、高解像度のレジスト像を得るために、不活性ガスの雰囲気で露光する１次露光と活性ガスの雰囲気で露光する２次露光とに分けて基板を露光する技術も提案されている（特許文献２参照）。

特開平１−１９５４４５号公報 特開昭６１−５１１５０号公報

従来技術では、１次露光と２次露光とにおいて、基板（レジスト）上の酸素濃度を異ならせることで酸素による光重合反応の阻害を抑制し、所定のパターン寸法を得ている。この場合、光学系の透過率の劣化や光源の発光強度の劣化などによって基板上の露光光の照度が低下すると、レジストにおける光重合反応が変化する懸念がある。レジストにおける光重合反応が変化した場合、複数回に分けて基板を露光する従来技術では、所定のパターン寸法が得られなくなることがある。そこで、露光量を増加することでパターン寸法を最適化することも考えられるが、この場合、スループットの低下を招いてしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、スループットの低下を抑えながら、パターンを基板に転写するのに有利な露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、マスクのパターンを基板に転写する転写処理を行う露光装置であって、前記パターンからの光を前記基板に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、前記基板に照射される光の照度を計測する計測部と、前記転写処理を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記基板に照射される光の照度が複数回計測されるように前記計測部を制御し、前記複数回計測された照度のそれぞれに基づいて、前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御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側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、スループットの低下を抑えながら、パターンを基板に転写するのに有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 １次露光と２次露光とに分けて基板を露光する露光処理を説明するための図である。 基板に照射される光の照度と基板に転写されるパターンの線幅との関係を示す図である。 １次露光と２次露光とに分けて基板を露光する露光処理を説明するための図である。 基板に照射される光の照度と投影光学系と基板との間の局所空間の酸素濃度との関係を示す図である。 １次露光、２次露光、・・・ｎ次露光に分けて基板を露光する露光処理における露光時間と酸素濃度との関係を示す図である。 図１に示す露光装置における露光処理の一例を説明するためのフローチャートである。 露光処理における露光時間と酸素濃度との関係を示す図である。 基板に照射される光の照度の変更によるスループットの低下の回避を説明するための図である。 図１に示す露光装置における露光処理の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル（マスク）のパターンを基板に転写する転写処理を行うリソグラフィ装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を適用することも可能である。

露光装置１は、光源１０２と、減光部１０４と、照明光学系１０６と、レチクル１０８を保持して移動するレチクルステージ１１０と、投影光学系１１２と、基板１１４を保持して移動する基板ステージ１１６とを有する。また、露光装置１は、ガス供給部１１８と、酸素濃度計１２０と、ビームスプリッタ１２２と、積算センサ１２４と、計測器１２６と、制御部１２８と、記憶部１３０とを有する。露光装置１の各部は、露光室を規定するチャンバーＣＨの内部に配置され、チャンバーＣＨの内部の雰囲気は、雰囲気維持部ＥＭによって、温度及び湿度が制御された空気雰囲気に維持されている。

水銀ランプ、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザーなどの光源１０２から射出された光は、減光部１０４及び照明光学系１０６を通過してレチクル１０８を照明する。レチクル１０８のパターンを通過した光は、投影光学系１１２を介して、基板１１４に塗布されたレジストＲＳに投影される。減光部１０４は、光源１０２から射出された光、即ち、基板１１４に照射される光の照度を調整する調整部として機能し、本実施形態では、ＮＤフィルターで構成されている。但し、光源１０２を構成する水銀ランプに供給する電圧を変更することで照度を調整してもよいし、光源１０２と照明光学系１０６との間の距離を変更することで照度を調整してもよい。

レチクル１０８は、レチクルステージ１１０に移動可能に保持され、基板１１４は、基板ステージ１１６に移動可能に保持されている。基板ステージ１１６の端部には、キャリブレーションのための基準マークＲＭが形成されている。

ガス供給部１１８は、投影光学系１１２と基板１１４（基板ステージ１１６）との間の空間（局所空間）に不活性ガスを供給する。ガス供給部１１８は、本実施形態では、ガス供給ノズルを介して、局所空間に空気と不活性ガスとの混合ガス及び空気のうちいずれか一方を供給する。不活性ガスは、例えば、窒素ガスを含む。ガス供給部１１８は、不活性ガスと空気との組成比が異なり、酸素濃度が互いに異なる複数種類の混合ガスを個別に収容し、混合ガスで置換される局所空間の酸素濃度を変更できるように構成されていてもよい。また、ガス供給部１１８から供給されるガスで置換される局所空間は、基板１１４を露光する際に混合ガスの拡散を防止して酸素濃度を効率的に低下させるために、局所空間を取り囲む隔壁などを配置して略閉空間にするとよい。

酸素濃度計（濃度計測部）１２０は、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の近傍に配置され、局所空間の酸素濃度を計測する。また、酸素濃度計１２０は、投影光学系１１２と基板１１４との間の酸素濃度を代替計測可能な一に配置することも可能である。例えば、ガス供給部１１８から投影光学系１１２（の最終面の近傍）との間に酸素濃度計１２０を配置することで、局所空間の酸素濃度を代替計測することが可能である。

ビームスプリッタ１２２は、照明光学系１０６を通過してレチクル１０８を照明するための光（露光光）を、基板１１４に向かう光と、積算センサ１２４に向かう光とに、例えば、１：数百万分の１の光強度の割合で分割する。積算センサ１２４は、積算センサ１２４に入射する光の量（光量）を積算し、基板１１４に照射される露光光の積算量（露光量）を間接的に計測するために用いられる。

計測器（計測部）１２６は、基板ステージ１１６に配置され、基板１１４が配置される面、即ち、投影光学系１１２の像面に入射する光の照度及び照度分布を計測する。換言すれば、計測器１２６は、基板１１４に照射される光の照度及び照度分布のデータを取得する機能を有する。計測器１２６は、例えば、ピンホールを有する遮光板と、かかるピンホールを通過した光を検出する光電変換素子とを含む。計測器１２６に含まれる光電変換素子は、１つの素子の光電変換素子に限定されず、複数の光電変換素子を含むラインセンサ又はイメージセンサであってもよい。また、遮光板のピンホールの面積に関する情報は、記憶部１３０に記憶されており、計測器１２６の出力に基づいて照度を求めるために用いられる。

基板１１４に照射される光の照度を計測する際には、計測器１２６が目標計測位置の近傍に配置されるように、基板ステージ１１６を移動させる。また、基板１１４に照射される光の照度分布を計測する際には、基板ステージ１１６を、例えば、所定のステップ幅でステップ移動させながら、計測器１２６で照度を計測する。そして、基板ステージ１１６の複数の位置（即ち、計測器１２６の複数の位置）と、それらの位置に対応して計測器１２６で計測された複数の照度とに基づいて、基板１１４に照射される光の照度分布を求める。

制御部１２８は、ＣＰＵなどを含み、露光装置１の全体（動作）を制御する。本実施形態では、制御部１２８は、光源１０２、減光部１０４、レチクルステージ１１０、基板ステージ１１６、ガス供給部１１８などを介して、レチクル１０８のパターンを基板１１４に転写する転写処理を制御する。例えば、制御部１２８は、酸素濃度計１２０で計測された酸素濃度に基づいて、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が目標酸素濃度となるように、ガス供給部１１８による混合ガス（不活性ガス）の供給を制御する。また、制御部１２８は、積算センサ１２４で計測された露光量に基づいて、光源１０２から射出する光の光強度や減光部１０４における透過率を制御する。更に、制御部１２８は、計測器１２６の出力から基板１１４に入射する光の照度を算出し、かかる照度に基づいて、光源１０２から射出する光の光強度や減光部１０４における透過率を制御する。ここで、制御部１２８は、計測器１２６の出力を、積算センサ１２４を校正するための基準としても用いる。また、計測器１２６で計測される照度と積算センサ１２４で計測される露光量との相関関係を予め求めておくことで、制御部１２８は、積算センサ１２４で計測された露光量に基づいて、基板１１４に入射する光の照度を算出することができる。そして、制御部１２８は、算出した照度に基づいて、光源１０２から射出する光の光強度や減光部１０４における透過率を制御することで、露光処理中の照度を調整することが可能である。

露光装置１における露光処理について説明する。まず、図２を参照して、特許文献２に開示された露光処理、即ち、１次露光と２次露光とに分けて基板１１４を露光する露光処理を説明する。図２は、１次露光と２次露光とに分けて基板１１４を露光する露光処理における露光時間と酸素濃度（投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度）との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。

図２において、ＴＤ１は、基板１１４に照射される光の照度が所定の照度である場合における露光時間と酸素濃度との関係を示している。１次露光では、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が酸素濃度ＯＤ１となる雰囲気において、時刻０から時刻Ｔ１まで基板１１４を露光する。次いで、２次露光では、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が酸素濃度ＯＤ２となる雰囲気において、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで基板１１４を露光する。

但し、露光を継続していると、基板１１４に照射される光の照度が低下している（即ち、所定の照度が得られない）場合がある。例えば、光源１０２が劣化すると、特に、光源１０２に水銀ランプを用いている場合には、２ヶ月で３０％程度の照度の低下が発生することが知られている。また、中長期的には、照明光学系１０６や投影光学系１１２の透過率が劣化してしまう。この場合には、光源１０２を交換したとしても、レジストの種類に応じた最適な照度を実現することができないため、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めることができなくなる。

一般に、基板１１４（に塗布されたレジストＲＳ）を露光する際には、露光量（露光エネルギー）を一定量に維持してレチクル１０８のパターンを基板１１４に転写する。露光量は照度と露光時間との積で表されるため、照度が低下した状態では、露光時間を長くする必要がある。

図２において、ＴＤ２は、基板１１４に照射される光の照度が所定の照度から低下した場合における露光時間と酸素濃度との関係を示している。照度の低下による露光量の低減を回避するために、２次露光では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３まで基板１１４を露光する。このように、露光時間を増加させると、スループットが低下することになる。ここでは、２次露光における露光時間を増加させる場合を説明したが、１次露光における露光時間を増加させる場合、或いは、１次露光及び２次露光の両方における露光時間を増加させる場合も同様に、スループットが低下することになる。

次に、図３を参照して、基板１１４に照射される光の照度と基板１１４に転写されるパターンの線幅との関係を説明する。図３では、基板１１４に照射される光の照度を横軸に採用し、基板１１４に転写されるパターンの線幅を縦軸に採用している。

図３において、ＷＩ１１、ＷＩ１２、ＷＩ１３及びＷＩ１４は、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が酸素濃度ＯＤ１１となる雰囲気で基板１１４を露光した結果を示している。ＷＩ１は、ＷＩ１２乃至ＷＩ１４に示す結果を近似した関数を示している。また、ＷＩ２１、ＷＩ２２、ＷＩ２３及びＷＩ２４は、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が酸素濃度ＯＤ１２となる雰囲気で基板１１４を露光した結果を示している。ＷＩ２は、ＷＩ２２乃至ＷＩ２４に示す結果を近似した関数を示している。なお、ＷＩ１１及びＷＩ２１は、露光処理時の照度が不足してレジストにおける光重合発生物質に十分なエネルギーが供給されず、パターンが解像されなかったことを示している。

図３を参照するに、基板１１４に転写すべきパターン（目標パターン）の線幅ＴＷＬを得るためには、局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ１とすると、基板１１４に照射される光の照度を照度ＩＲ１にすればよいことがわかる。ここで、基板１１４に照射される光の照度が低下すると、光重合反応の低下によって、基板１１４に転写されるパターンの線幅に変動が生じる。光重合反応を増加するためには、一般的に、露光量を増加することが考えられるが、露光時間を長くする必要があり、スループットが低下することになる。

一方、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を低くした状態で露光すると、酸素による光重合反応の阻害が低減されるため、レジストにおける光重合反応が進行し、基板１１４に転写されるパターンの線幅が変動する。そこで、照度が照度ＩＲ１から照度ＩＲ２に低下した状態において、局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ１２から酸素濃度ＯＤ１１に低下させて露光すれば、目標パターンの線幅ＴＬＷを得ることが可能となる。また、酸素による光重合反応の阻害を低減することによって、目標パターンの線幅ＴＬＷを得ることができるため、露光量を増加する必要がなく、スループットの低下を防止することができる。

図４を参照して、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度によるスループットの低下の防止について説明する。図４は、１次露光と２次露光とに分けて基板１１４を露光する露光処理における露光時間と酸素濃度との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。

図４において、ＴＤ３は、基板１１４に照射される光の照度が所定の照度から低下した場合における露光時間と酸素濃度との関係を示している。上述したように、基板１１４に照射される光の照度が低下すると、光重合反応も低下するため、基板１１４に転写されるパターンの線幅を許容範囲に収めることができなくなる。但し、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を低下させ、酸素による光重合反応の阻害を低減することによって、光重合反応を進行させることができる。従って、露光時間を増加させる必要がなくなるため、スループットを低下させることなく、基板１１４に転写されるパターンを許容範囲に収めることができる。

次いで、図５を参照して、基板１１４に照射される光の照度が低下した場合において、１次露光における投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度の決定方法について説明する。図５は、基板１１４に照射される光の照度と投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度との関係を示す図であって、照度を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。

図５において、ＤＩ２、ＤＩ３及びＤＩ４は、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるための照度と酸素濃度との対応関係を示し、ＤＩは、ＤＩ２乃至ＤＩ４に示す対応関係を近似した関数（近似関数）を示している。また、ＤＩ１は、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めることができない場合（照度と酸素濃度との対応関係）を示している。

図５を参照するに、基板１１４に照射される光の照度を照度ＩＲ１１とすると、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるためには、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ３１にすればよいことがわかる。また、基板１１４に照射される光の照度が照度ＩＲ１２に低下した場合、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるためには、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ３２にすればよい。更に、近似関数ＤＩを参照して、任意の照度ＩＲ３に対応する最適な酸素濃度ＯＤ３３を決定することも可能である。

また、本実施形態では、図４に示すように、１次露光において投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を低下させる場合を説明した。但し、２次露光において局所空間の酸素濃度を低下させてもよいし、１次露光及び２次露光の両方において局所空間の酸素濃度を低下させてもよい。更に、基板１１４に照射される光の各照度に対して、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるために、１次露光及び２次露光における露光時間、及び、１次露光及び２次露光における酸素濃度を予め決定しておくとよい。

また、１次露光と２次露光とに分けて（即ち、２回に分けて）基板１１４を露光するのではなく、図６に示すように、１次露光、２次露光、・・・、ｎ次露光とに分けて、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を段階的に変更してもよい。これにより、レジストにおける光重合反応を更に微細に制御することが可能となり、基板１１４に転写されるパターンの線幅の改善を図ることができる。図６は、１次露光、２次露光、・・・ｎ次露光に分けて基板１１４を露光する露光処理における露光時間と酸素濃度との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。

図７を参照して、露光装置１における露光処理の一例について説明する。かかる露光処理は、１次露光、２次露光、・・・ｎ次露光に分けて基板１１４を露光する、即ち、基板１１４の同一のショット領域を複数回露光することで１つのパターンをショット領域に転写する露光処理である。図７に示す露光処理は、上述したように、制御部１２８が露光装置１の各部を統括的に制御することで行われる。

露光装置１において、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度の最適値、基板１１４に照射される光の照度の最適値、及び、基板上の露光量の最適値は、基板１１４に塗布されるレジストＲＳの種類に応じて異なる。ここで、「最適値」とは、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるために必要となる局所空間の酸素濃度、基板１１４に照射される光の照度、及び、基板上の露光量である。そこで、基板１１４に転写すべきパターンの寸法となる酸素濃度、照度及び露光量の関係を実験などで予め取得して記憶部１３０に記憶しておく。この際、かかる関係を単独で記憶するのではなく、露光レシピとして記憶してもよい。また、基板１１４に塗布されるレジストＲＳが複数のカラーレジストから選択されるレジストである場合、青色レジストと、緑色レジストと、赤色レジストとでは、基板１１４に転写すべきパターンの寸法となる酸素濃度、照度及び露光量が異なる。従って、本実施形態では、レジストの種類ごとに、基板１１４に転写すべきパターンの寸法となる酸素濃度、照度及び露光量の対応関係を表す情報を取得し、露光レシピとして記憶部１３０に記憶している。

図７を参照するに、Ｓ７０２において、制御部１２８は、積算センサ１２４又は計測器１２６を用いて、基板１１４に照射される光の照度を計測する。また、照度情報が記憶部１３０などに記憶されている場合には、基板１１４に照射される光の照度を実際に計測するのではなく、照度情報から基板１１４に照射される光の照度のデータを取得してもよい。ここで、照度情報とは、例えば、各時刻における基板１１４に照射される光の照度や照度の時間的な劣化を表す情報である。

Ｓ７０４において、制御部１２８は、Ｓ７０２で計測された照度、及び、記憶部１３０に記憶された照度と酸素濃度と露光量との対応関係に基づいて、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるために必要となる酸素濃度及び露光量を決定する。但し、記憶部１３０に記憶された露光レシピから、露光処理に必要となる（即ち、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めるために必要となる）酸素濃度及び露光量のデータを取得してもよい。

Ｓ７０６において、制御部１２８は、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を設定する。具体的には、制御部１２８は、局所空間の酸素濃度がＳ７０４で決定した酸素濃度となるように、酸素濃度計１２０を用いて、ガス供給部１１８を制御する。

Ｓ７０８において、制御部１２８は、基板１１４（に塗布されたレジストＲＳ）を露光する。具体的には、制御部１２８は、基板１１４に対して、Ｓ７０６で設定した酸素濃度の雰囲気下で露光を開始する（即ち、投影光学系１１２からの露光光の基板１１４への照射を開始する）。そして、制御部１２８は、基板上の露光量がＳ７０４で決定（又は取得）した露光量に達した段階で、基板１１４の露光を終了する（即ち、投影光学系１１２からの露光光の基板１１４への照射を終了する）。

Ｓ７１０において、露光の回数が規定回数（ｎ回）に達しているかどうか、即ち、ｎ次露光が終了しているかどうかを判定する。露光の回数が規定回数に達していない場合には、次の次数の露光を行うために、Ｓ７０２に移行して、基板１１４に照射される光の照度を計測する。但し、記憶部１３０に記憶された露光レシピから酸素濃度及び露光量のデータを取得する場合にはＳ７０４に移行してもよい。一方、露光の回数が規定回数に達している場合には、処理を終了する。

このように、図７に示す露光処理によれば、投影光学系１１２からの光が基板１１４に照射されている間において、照度が複数回計測され、それに基づいて酸素濃度が決定される。これにより、基板１１４に照射される光の照度が低下している場合であっても、最適な酸素濃度の状態で基板１１４を露光することができる。従って、露光装置１は、スループットの低下の要因となる露光量の増加を抑えながら、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めることができる。

本実施形態では、基板１１４に転写されるパターンの寸法の一例として、パターンの線幅について説明した。但し、基板１１４に転写されるパターンの寸法は、パターンの線幅に限定されるものではなく、パターンの側面の垂直性を含むパターンの形状や、その他の任意のパターンの評価指標であってもよい。

また、多段階で（段階的に）露光するのでなく、図８に示すように、１回の露光中（投影光学系１１２からの光が基板１１４に照射されている間）に、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を連続的に変更してもよい。図８は、露光処理における露光時間と酸素濃度との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。図８において、ＴＤ５は、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を線形的に変更する場合における露光時間と酸素濃度との関係を示している。

投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を変更する際には、ガス供給部１１８から局所空間に不活性ガスと空気との混合ガスが供給される。ガス供給部１１８から混合ガスが供給された直後は、局所空間に存在する空気と混合ガスとが混在した状態となるため、局所空間の酸素濃度を安定させるための待ち時間が必要となる。従って、図２には示していないが、１次露光と２次露光との間には、局所空間の酸素濃度の変更による（即ち、酸素濃度を安定させるための）待ち時間が必要となる。

一方、図８では、基板の露光をした経過時間（露光時間）に応じて、局所空間の酸素濃度を連続的に、且つ、微小に変更しているため、酸素濃度を安定させるための待ち時間が不要となる。ガス供給部１１８は、図８に示すような連続的に変化する酸素濃度を目標値として、例えば、ガスの供給量を変更することによって、実際の局所空間の酸素濃度を連続的に変更する。これにより、酸素濃度を安定させるための待ち時間を大幅に削減することが可能となり、従来技術と比較して、スループットを向上させることができる。

また、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を線形的に変更する（ＴＤ５）のではなく、ＴＤ６やＴＤ７に示すように、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を曲線的に変更してもよい。このように、露光時間と酸素濃度との関係は、直線や滑らかな曲線などの連続関数で表される。換言すれば、基板１１４に転写されるパターンの寸法が許容範囲に収まるように、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を変更すればよい。

これまでは、基板１１４に照射される光の照度の変化に応じて投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を変更することによって、光重合反応を制御して基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収める場合について説明した。但し、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の密閉性が低い場合には、局所空間の酸素濃度が安定するまでに時間を要することがある。また、露光装置１の各部との干渉を考慮すると、ガス供給部１１８（のガス供給ノズル）を投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の近傍に配置することが難しく、酸素濃度を高応答性で制御することが困難である場合もある。このような場合には、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を変更するのではなく、基板１１４に照射される光の照度を変更することで、スループットの低下を回避することが可能である。

図９を参照して、基板１１４に照射される光の照度の変更によるスループットの低下の回避について具体的に説明する。図９（ａ）は、１次露光と２次露光とに分けて基板１１４を露光する露光処理における露光時間と酸素濃度（投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度）との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、酸素濃度を縦軸に採用している。

図９（ａ）と図２との差異は、局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ１から酸素濃度ＯＤ２に変更した際に（即ち、１次露光と２次露光との間に）、局所空間の酸素濃度を安定させるための待ち時間（安定時間）を設定していることである。上述したように、局所空間の酸素濃度を変更して露光する場合には、局所空間の酸素濃度を安定させるための安定時間として、時刻Ｔ１から時刻Ｔ５までの時間が必要となる。従って、２次露光が時刻Ｔ５から時刻Ｔ６まで行われるため、図２と比較して、露光が終了するまでの時間が増加してスループットが低下することになる。

そこで、図９（ｂ）に示すように、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を酸素濃度ＯＤ１から変更せずに、基板１１４に照射される光の照度を照度ＩＲ９１から照度ＩＲ９２に変更して基板１１４を露光する。図９（ｂ）は、１次露光と２次露光とに分けて基板１１４を露光する露光処理における露光時間と照度（基板１１４に照射される光の照度）との関係を示す図であって、露光時間を横軸に採用し、照度を縦軸に採用している。特許文献２では、１次露光と２次露光とにおいて、基板上の酸素濃度を異ならせる（変更する）ことで酸素による光重合反応の阻害を抑制（制御）している。一方、本実施形態では、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を一定濃度に維持し、基板１１４に照射される光の照度を変更することで、光重合反応の制御を可能としている。具体的には、１次露光では、基板１１４に照射される光の照度を照度ＩＲ９１として、時刻０から時刻Ｔ１まで基板１１４を露光する。次いで、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までの間に、基板１１４に照射される光の照度を照度ＩＲ９１から照度ＩＲ９２に変更する。そして、２次露光では、基板１１４に照射される光の照度が照度ＩＲ９２である状態で、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８まで基板１１４を露光する。これにより、１次露光と２次露光との間における照度の変更に要する時間（照度変更時間）が時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までとなり、図９（ａ）に示す安定時間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ５まで）よりも短縮することができる。

基板１１４に照射される光の照度の変更は、上述したように、光源１０２や減光部１０４において行われる。光源１０２や減光部１０４で行われる照度の変更は、メカニカルな切り替え、或いは、電気的な変更で対応可能である。従って、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度が安定するまでに要する時間よりも短時間で基板１１４に照射される光の照度を変更することができる。

また、１次露光と２次露光とに分けて（即ち、２回に分けて）基板１１４を露光するのではなく、図９（ｃ）に示すように、１次露光、２次露光、・・・、ｎ次露光とに分けて、基板１１４に照射される光の照度を段階的に変更してもよい。これにより、レジストにおける光重合反応を更に微細に制御することが可能となり、基板１１４に転写されるパターンの線幅の改善を図ることができる。

また、多段階で（段階的に）露光するのでなく、図９（ｄ）に示すように、１回の露光中（投影光学系１１２からの光が基板１１４に照射されている間）に、基板１１４に照射される光の照度を連続的に変更してもよい。これにより、図９（ｂ）に示すような照度を変更するための時間（照度変更時間）が不要となるため、スループットを更に向上させることができる。また、基板１１４に照射される光の照度は、ＩＴ９１に示すように、線形的に変更してもよいし、ＩＴ９２及びＩＴ９３に示すように、曲線的に変更してもよい。換言すれば、基板１１４に転写されるパターンの寸法が許容範囲に収まるように、基板１１４に照射される光の照度を変更すればよい。なお、ＩＴ９１乃至ＩＴ９３は、基板１１４に照射される光の照度を連続的に変更する場合における露光時間と照度との関係を示している。

図１０を参照して、基板１１４に照射される光の照度を変更する場合の露光処理について説明する。かかる露光処理は、１次露光、２次露光、・・・ｎ次露光に分けて基板１１４を露光する露光処理であって、上述したように、制御部１２８が露光装置１の各部を統括的に制御することで行われる。Ｓ１００２乃至Ｓ１００８は、図７に示すＳ７０２乃至Ｓ７０８と同様な処理であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

Ｓ１０１０において、露光の回数が規定回数（ｎ回）に達しているかどうか、即ち、ｎ次露光が終了しているかどうかを判定する。露光の回数が規定回数に達している場合には、処理を終了する。一方、露光の回数が規定回数に達していない場合には、Ｓ１０１２に移行する。

Ｓ１０１２において、制御部１２８は、記憶部１３０に記憶された照度情報から、次の露光において基板１１４に照射される光の照度のデータを取得する。

Ｓ１０１４において、制御部１２８は、基板１１４に照射される光の照度を調整する。具体的には、制御部１２８は、基板１１４に照射される光の照度がＳ１０１２で取得された照度となるように、光源１０２から射出する光の光強度や減光部１０４における透過率を制御する。

このように、図１０に示す露光処理では、露光の回数が規定回数に達していない場合、投影光学系１１２と基板１１４との間の局所空間の酸素濃度を設定（変更）するのではなく、基板１１４に照射される照度を調整（変更）している。これにより、図７に示す露光処理と比べて、スループットを更に向上させながら、基板１１４に転写されるパターンの寸法を許容範囲に収めることができる。

このように、露光装置１は、スループットの低下を抑えながら、レチクル１０８のパターンを基板１１４に転写することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）など）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、光源を露光装置外に設置し、光源からの光を露光装置の照明光学系に導く形態であってもよい。

Claims (12)

1. マスクのパターンを基板に転写する転写処理を行う露光装置であって、
   前記パターンからの光を前記基板に照射する投影光学系と、
   前記投影光学系と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
   前記基板に照射される光の照度を計測する計測部と、
   前記転写処理を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記基板に照射される光の照度が複数回計測されるように前記計測部を制御し、前記複数回計測された照度のそれぞれに基づいて、前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、
   前記複数回計測された照度のそれぞれに対応する、前記基板に転写されるパターンの評価指標の値を許容範囲に収めるために必要となる前記空間の酸素濃度を決定し、
   前記空間の酸素濃度が前記複数回計測された照度のそれぞれに対応して決定した酸素濃度となるように、前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記複数回計測された照度のそれぞれに基づいて、前記空間の酸素濃度を連続的に変更するように前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記複数回計測された照度のそれぞれに基づいて、前記空間の酸素濃度を段階的に変更するように前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
5. 前記転写処理は、前記基板の同一のショット領域を複数回露光することで１つのパターンを前記ショット領域に転写する処理であり、
   前記制御部は、前記複数回露光するごとに前記基板に照射される光の照度が計測されるように前記計測部を制御し、前記計測された照度のそれぞれに基づいて、前記複数回露光するごとに前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記基板に照射される光の照度を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
7. マスクのパターンを基板に転写する転写処理を行う露光装置であって、
   前記パターンからの光を前記基板に照射する投影光学系と、
   前記投影光学系と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
   前記転写処理を制御する制御部と、を有し、
   前記転写処理は、前記基板の同一のショット領域を複数回露光することで１つのパターンを前記ショット領域に転写する処理であり、
   前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御し、前記複数回露光するごとに、前記基板に照射される光の照度を制御することを特徴とする露光装置。
8. 前記制御部は、前記基板に照射される光の照度を連続的に変更することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記制御部は、前記基板に照射される光の照度を段階的に変更することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
10. マスクのパターンを基板に転写する転写処理を行う露光装置であって、
    前記パターンからの光を前記基板に照射する投影光学系と、
    前記投影光学系と前記基板との間の空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
    前記転写処理を制御する制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記投影光学系からの光が前記基板に照射されている間において、前記空間の酸素濃度が連続的に変化するように前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする露光装置。
11. 前記制御部は、前記基板に転写されるパターンの評価指標の値が許容範囲に収まるように、前記ガス供給部による不活性ガスの供給を制御することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の露光装置。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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