JP3679736B2

JP3679736B2 - 露光装置、露光方法、デバイス製造方法、並びに、デバイス

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Publication number: JP3679736B2
Application number: JP2001203177A
Authority: JP
Inventors: 春名川島
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Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2021-07-04
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイスを製造するのに使用される露光装置及び方法、デバイス製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバイスに関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィ工程において、被処理体を比較的高い開口数を有する投影光学系を使用して投影露光する投影露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィ技術を用いてデバイスを製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影光学系は回路パターンからの回折光をウェハ等の上に干渉させて結像させる。
【０００３】
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被処理体を露光する。ステップアンドリピート方式の露光装置は、ステッパーとも呼ばれ、ウェハのショットの一括露光ごとにウェ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露光法を使用する。ステップアンドスキャン方式の露光装置は、スキャナーとも呼ばれ、マスクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェ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露光法を使用する。
【０００４】
投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λと投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて次式で与えられる。
【０００５】
【数１】

【０００６】
近年のデバイスの高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要求されている。高解像力を得るためには、上式からＮＡを上げること、及び、波長を短くすることが有効であることが理解される。このため、近年の光源は、従来の超高圧水銀ランプからより波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）に移行しつつある。また、光源にＫｒＦエキシマレーザーを使用するステッパーの投影光学系のＮＡは０．６５であり、光源にＫｒＦ及びＡｒＦエキシマレーザーを使用するスキャナーの投影光学系のＮＡは０．６８乃至０．７である。更には、近い将来、光源にはＦ_２エキシマレーザー（波長約１５７ｎｍ）を実用化し、ＮＡは０．８乃至０．８５の投影光学系を搭載したスキャナーの開発が望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高解像度を得ようとして投影光学系のＮＡを大きくすると、ウェハに転写されるパターンの寸法がショットによっては数十ｎｍも変わるなど、かえって所望の解像度が得られなくなるという問題が発生する。本発明者はその原因を鋭意検討した結果、かかる問題がフレアー光に起因することを発見した。ここで、フレアー光とは、一般に、所望の回折光以外の光であって様々な場所で多重反射を繰り返してウェハに到達する光をいう。
【０００８】
マスクパターンを経た回折光には、所望のパターンの結像に寄与しない２次、３次等の高次の回折光が含まれる。高次の回折光は、投影光学系の内部のレンズ周辺面（コバとも呼ばれる）、鏡筒内面の金属表面などで反射し、次いで、ウェハの表面と投影光学系の最終面で反射してウェハの非露光領域（即ち、現在露光されている領域以外の領域）に到達するフレアー光となる場合がある。また、露光に使用される０次、±１次回折光もウェハの表面と投影光学系の最終面で反射してフレアー光になる場合もある。
【０００９】
本発明者は、投影光学系のＮＡが約０．７以下と比較的低ければウェハ面及び投影光学系の最終面における反射率は共に低いためにフレアー光の影響を無視できるが、投影光学系のＮＡが約０．７以上と比較的大きくなるとウェハ面及び投影光学系の最終面における反射率が共に高くなってフレアー光の影響を無視できない程度に増大させることを発見した。例えば、ウェハに複数のショットを隣接露光する場合には、一つのショットが被るフレアー光量が増幅する。この結果、転写されるパターン寸法がショットによって数十ｎｍも変わり、所望の解像度が得られなくなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、投影光学系のＮＡを約０．７以上と高くした場合に所望の解像度を得ることができる（投影）露光装置、露光方法、デバイス製造方法、並びに、デバイスを提供することを例示的目的とする。
【００１１】
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被処理体に投影する該被処理体側の開口数が０．７以上である投影光学系と、前記投影光学系と前記被処理体との間に設けられた遮光手段とを有し、前記遮光手段の開口の大きさは、前記被処理体に入射する光のうち前記開口数が０．７以上に相当する光のみが前記被処理体及び前記投影光学系の最も前記被処理体側の面で反射して前記被処理体に再び入射するのを防止するように設定されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、前記露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１５】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の露光装置１について説明する。ここで、図１は、本発明の露光装置１の概略断面図である。図１に示すように、露光装置１は、照明装置１０と、マスク２０と、マスクステージ２５と、（ウェハ面側の）開口数が０．７以上である投影光学系３０と、プレート４０と、ステージ４５と、フレアー光を遮蔽する遮蔽板５０と、遮蔽板５０の開口及び駆動を制御する制御装置６０とを有する。本実施形態の露光装置１は、ステップアンドスキャン方式でマスク２０に形成された回路パターンをプレート４０に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。
【００１７】
照明装置１０は転写用の回路パターンが形成されたマスク２０を照明し、光源部１２と照明光学系１４とを有する。
【００１８】
光源部１２は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、Ｆ_２エキシマレーザーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。光源部１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一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。
【００１９】
照明光学系１４は、マスク２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレータ、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。ライトインテグレータは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレータ等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。なお、本実施形態の照明光学系１４は、後述するように、プレート４０上の転写領域の寸法を変更するためのマスキングブレードやスキャンブレードを有する。
【００２０】
マスク２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージ２５に支持及び駆動される。マスク２０から発せられた回折光は投影光学系３０を通りプレート４０上に投影される。プレート４０は、被処理体でありレジストが塗布されている。マスク２０とプレート４０とは共役の関係にある。本実施形態の露光装置１はスキャナーであるため、マスク２０とプレート４０を走査することによりマスク２０のパターンをプレート４０上に転写する。なお、ステッパーであれば、マスク２０とプレート４０を静止させた状態で露光を行う。
【００２１】
マスクステージ２５は、マスク２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ２５及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージ２５は、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステージ２５を駆動することでマスク２０を移動することができる。露光装置１は、マスク２０とプレート４０を図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。
【００２２】
投影光学系３０は、（プレート４０面側の）ＮＡが約０．７以上に設定され、数式１を参照して上述したように高解像度を図っている。投影光学系３０は、マスク２０を通過してマスク２０上に形成された回路パターンを反映する回折光をプレート４０上に結像するための開口絞り３２を有する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。一般に、投影露光装置は、一般に、０＜σ＜１のパーシャルコヒーレント照明を使用する。コヒーレンシーσは投影光学系のマスク側の開口数（ＮＡ）に対する照明光学系のマスク側のＮＡである。
【００２３】
開口絞り３２は、投影光学系３０の略瞳位置に設けられる。開口絞り３２は、投影光学系３０における露光領域内の光軸上及び軸外で同じＮＡの光束だけを像面に到達させる。開口絞り３２は、マスク２０上の回路パターンから発せられた０次及び／又は±１次回折光を通過してこれらがプレート４０上で干渉することを可能にする。但し、所望のパターンの結像には関与しない高次（２次、３次など）の回折光が投影光学系３０の鏡筒内面を反射などして開口絞り３２を通過して後述するフレアー光を発生させる場合もある。開口絞り３２は、マスク２０上の回路パターンから発せられた回折光が投影光学系３０のコバなどで反射され、更に投影光学系３０の鏡筒内面で反射されて生じたフレアー光を遮断しプレート４０に到達しないようにする機能も有する。本実施形態の開口絞り３２の開口は、図示しない駆動機構により後述する制御装置６０によって可変可能に構成される。なお、開口絞り３２の開口形状は円形であり、円形開口の大きさを可変にできる構造から成るものとする。
【００２４】
図２は露光装置１の投影光学系３０及びプレート４０近傍に設けられた遮蔽板５０の部分拡大断面図である。シールガラス３４は、投影光学系３０の最終面（即ちプレート４０面側）に設けられる平面透過部材である。シールガラス３４は、投影光学系３０の収差を調整してこれを改善したり、投影光学系３０をステージ空間と隔離（パージ）したりするのに効果的である。具体的な収差調整については、シールガラス３４の厚さで球面収差を抑える、入射光に対するシールガラス３４の傾きで非点収差を抑える、二枚のシールガラス３４を用いて相互の傾きを微量変化させてコマ収差を抑える等がある。例えば、投影光学系３０の図示しない投影レンズに存在する残存収差を、２枚シールガラス３４の厚みを残存する球面収差を相殺する値になるまで加工した上で、２枚のシールガラスを同一方向に傾けることにより残存する非点収差を相殺し、最後に２枚シールガラスの相対傾きを変化させることによりコマ収差を相殺する等である。
【００２５】
例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザーを光源部１２に用いた露光装置１においては、空気中の１５７ｎｍの光の吸収減衰が著しいため、投影光学系３０内だけではなくステージ空間等、全ての光路となる空間で吸収減衰の少ないＮ２又はＨｅなどのガスを充填させる必要が生じる。更に、エキシマレーザーを光源部１２に用いた場合は、光エネルギーが強いため、露光の際に極微量のレジストが昇華し、投影光学系３０の最終面（即ちプレート４０面側）に堆積する可能性がある。このようなレジスト昇華による堆積量が極少量であれば、投影光学系３０の透過率及び反射率に影響を及ぼすことはないが、徐々にデポが蓄積してデポ量が増加した場合には透過率及び反射率に影響を及ぼす。透過率の変化は露光領域の照度ムラを、反射率の変化はフレアー光の増加を引き起こす。投影光学系３０の最終面（即ちプレート４０面側）に配置されるシールガラス３４を交換可能にしておくことによって堆積量による悪影響を防止することができる。
【００２６】
図１０に投影光学系３０の最終面の反射防止特性を示す。同図は、横軸にプレート４０に入射する露光光の入射角度として投影光学系３０のＮＡを、縦軸に投影光学系３０の最終面での反射率を採用している。図１０は、それぞれ振動方向が入射光と法線方向を含む平面内に存在するＰ偏光の反射特性、振動方向が入射光と法線方向を含む平面内に垂直な平面内に存在するＳ偏光の反射特性、及び、Ｐ偏光とＳ偏光の平均の反射特性を示す。
【００２７】
投影光学系３０の最終面に塗布される反射防止コートは多層膜の構成を採用するため、図９を参照して後述されるプレート４０（ウェハ）面の反射防止特性よりも遙かに反射防止効果が得られる。反射防止コートはＮＡが大きくなってもＰ偏光及びＳ偏光の反射率が共に低くなるように設計されているが、ＮＡ＝０．５を超えると少しずつＰ偏光及びＳ偏光の反射率は共に増加する。そして、両者の平均反射率は、ＮＡ＝０．７付近では約２％に到達し、ＮＡ＝０．８５付近では５％を超えて反射防止効果がかなり低下することが理解される。
【００２８】
プレート４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート４０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含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。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。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００２９】
プレート４０の基板からの反射を抑えるために、基板上に反射防止層を塗布した上にレジスト層を塗布する。反射防止層を設けることによって入射角度が垂直（即ち、投影光学系３０のＮＡ＝０）近傍ではＰ偏光及びＳ偏光の反射率を共に（従って、両者の平均の反射率も）１０％以下に抑えることができる。反射防止層がない場合は、レジスト膜厚によって反射率が数％乃至４０％くらいの範囲で反射するものである。
【００３０】
このように基板に反射防止層を設けてその上にレジストを設けたプレート４０の反射率特性を図９に示す。同図は、横軸にウェハに入射する露光光の入射角度として投影光学系のＮＡを、縦軸にウェハ面上の反射率を採用し、図１０と同様に、Ｐ偏光、Ｓ偏光及び両者の平均の反射特性を示す。
【００３１】
図９を参照するに、ＮＡ＝０．３を超えたあたりからＰ偏光の反射率が低下し始め、ＮＡ＝０．８５付近ではほぼ０％にまで低下する。これに対してＳ偏光の反射率はＮＡ＝０．６付近までは徐々に反射率が増えながらも１０％以下に収まっているが、ＮＡ＝０．６を少し超えたあたりから急速に反射率が増加し、ＮＡ＝０．８５付近では約３０％に到達する。このため、Ｐ偏光とＳ偏光の平均の反射率は、ＮＡ＝０．６乃至０．７付近ではＮＡ＝０のそれよりも若干低くなるが、ＮＡ＝０．７を少し超えたあたり（約７％）から急速に反射率が増加し、ＮＡ＝０．８５付近では約１５％に到達する。なお、図９に示す反射特性は、反射防止層、レジストの厚みなどにより多少反射が増加し始める入射角度が異なるが、この点は議論の大勢には影響しない。
【００３２】
図９及び図１０から理解されるように、投影光学系３０のＮＡが約０．７以下の場合には、プレート４０（ウェハ）面における反射率、及び、投影光学系３０の（プレート４０側の）最終面の反射率は比較的低い。投影光学系３０のＮＡが約０．７以下の場合にフレアー光による悪影響が小さいのはこれに起因するためと思われる。しかし、ＮＡ＝０．７を超えたあたりからは、プレート４０面における反射率及び投影光学系３０の最終面の反射率は共に約６％及び約２％を超えて比較的高くなる。かかる反射率の増大は、投影光学系のＮＡを（約０．７から約０．８５まで）高くする今後の傾向から、フレアー光による悪影響を無視できないものにすることが予想される。
【００３３】
ステージ４５は、プレート４０を支持して、図示しない移動機構に接続されている。ステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。ステージ４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適応することができる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にステージ４５を駆動することでプレート４０を移動することができる。上述したように、本実施形態の露光装置１はプレート４０とマスク２０を図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。
【００３４】
遮蔽板５０は、投影光学系３０（のシールガラス３４）とプレート４０との間に設けられる。なお、プレート４０にはその表面を多点測定して露光を行うショットの傾きと高さを制御す斜入射式のフォーカス検出系が構成されるため、遮蔽板５０をなるべくプレート４０の表面近傍に設けてフォーカス検出系の動作を妨げないことが好ましい。遮蔽板５０は、プレート４０が露光されることを可能にすると共にプレート４０の現在露光されている領域の外部を遮蔽する。即ち、遮蔽板５０は、所望のパターンの結像に必要な露光光がプレート４０に到達することは妨げないが、所望のパターンの結像に不要な光（即ち、フレアー光）がプレート４０に到達することを防止する。現在露光されている領域とは、例えば、スキャナーであればスリット状の走査領域となり、ステッパーであれば１ショットの露光領域が現在露光されている露光領域になるであろう。
【００３５】
遮蔽板５０はプレート４０にフレアー光が到達することを防止することを目的としており、後述するように、フレアー光はある露光領域に対して一定の範囲を有している。従って、遮蔽板５０が遮蔽する範囲は、プレート４０上の、現在露光されている領域の外部にある全領域（即ち、プレート４０の全面）でなくてもよく、フレアー光が広がる範囲、若しくは、その範囲の中で特に光強度が高い範囲に限定されてもよい。もっとも、フレアー光は、後述する図４に示すように、現在露光されている領域４０ｅにも及ぶ場合があり（領域４０ｅ_１など）、遮蔽板５０はフレアー光がプレート４０に到達することを完全に防止することは必ずしも必要ではなく、到達率を減少させれば足りる。
【００３６】
また、遮蔽板５０は、投影光学系３０のＮＡが変化した場合に発生した場合に生じ得る全てのフレアー光を防止しなくてもよい。即ち、フレアー光による解像力の悪化は投影光学系３０のＮＡが０．７以上の場合に大きくなるため、投影光学系３０のＮＡが０．７以上の場合のフレアー光がプレート４０に到達することを主に防止するように構成してもよい。かかる構成によれば、投影光学系３０のＮＡが０．８に設定された場合に遮蔽板５０が遮蔽するフレアー光は投影光学系３０のＮＡが０．７以上０．８以下の場合にプレート４０に発生するフレアー光となる。
【００３７】
以下、図２乃至図４を参照してフレアー光が広がる範囲について説明する。まず図２を参照するに、シールガラス３４の左上から大きな入射角度で入射してシールガラス３４内で右方向に屈折した後でプレート４０の中央に向かう光ａと、シールガラス３４の右上から大きな入射角度で入射してシールガラス３４内で左方向に屈折した後でプレート４０の中央に向かう光ｂについて考える。光ａ及びｂは、例えば、マスク２０から発せられた回折光の±１次回折光であり、後述するように、プレート４０に到達してマスク２０に形成されたパターンを領域４０ａにおいて感光（パターン転写）する。
【００３８】
プレート４０の領域４０ａに到達した光ａの一部は、プレート４０の表面で右上方向に反射されて（光ａ１）、次いで、シールガラス３４の下面３４ｂで反射されてフレアー光ａ２として再びプレート４０に向かう。一方、光ａ１の一部はシールガラス３４内部に屈折してシールガラス３４の上面３４ａで反射され（光ａ３）、次いで、シールガラス３４の下面３４ｂで屈折してフレアー光ａ４として再びプレート４０に向かう。更に、投影光学系３０内の図示しないレンズ表面で反射されてプレート４０に戻ってくるフレアー光の説明は省略する。同様に、プレートの領域４０ａに到達した光ｂの一部は、フレアー光ｂ２及びｂ４としてプレート４０に向かう。なお、図２における原理は、マスク２０から発せられた回折光の高次の回折光においてもおなじである。
【００３９】
このように、プレート４０上でフレアー光が発生する範囲は、現在露光されている領域４０ａの外部である領域４０ｃ及び４０ｄであることが理解される。このため、遮蔽板５０は、例えば、領域４０ｃ及び４０ｄを含むように構成されればよい。本実施形態の遮蔽板５０は、例えば、ステンレスやアルミニウム等の光を反射する材料から構成され、領域４０ｃ及び４０ｄに到達したフレアー光を周囲の空間に発散させる。
【００４０】
図２より、プレート４０の領域４０ｂを遮蔽しなくても領域４０ｂにおいてプレート４０はフレアー光の影響は受けないことが理解される。従って、遮蔽板５０は、プレート４０の領域４０ａの外部の全領域を必ずしも遮蔽しなくてもよい。領域４０ａはスキャナーであれば走査領域となり、ステッパーであれば１ショットの露光領域になる。
【００４１】
例えば、投影光学系３０のＮＡを０．７、シールガラス３４の下面３４ｂからプレート４０までの距離を１５ｍｍとすると、領域４０ａの中心からフレアー光ａ２及びｂ２がプレート４０に到達した位置までの水平距離は±２４．９ｍｍとなり、シートガラス３４の厚さを５ｍｍとすると、領域４０ａの中心からフレアー光ａ４及びｂ４がプレート４０に到達した位置までの水平距離は±約３５ｍｍとなる。従って、遮光されるべき領域４０ｃの範囲を−約２３ｍｍから−約３７ｍｍ、４０ｄの範囲を＋約２３ｍｍから＋約３７ｍｍに設定してもよい。
【００４２】
図２は、露光装置１のプレート４０近傍に設けられた遮蔽板５０の断面図であるために光ａ及びｂに分けて説明したが、プレート４０上の反射点一点から生じるフレアー光はプレート４０上で直径が６０乃至７０ｍｍの輪帯状に現れる。かかる様子を上から見た場合、図３及び図４のようになる。
【００４３】
図３は、プレート４０を上から見た模式的な部分平面図である。同図はプレート４０上における転写領域４０ａとフレアー光Ｆ１が広がる範囲の関係を示す。本実施形態の露光装置１は、縦２２ｍｍ×横５ｍｍの矩形スリット領域４０ａを走査露光する。即ち、領域４０ａは走査領域である。一方、同図に示す３つの円（又は輪帯）は、（図２に示すａ２及びｂ２に相当する）フレアー光Ｆ１のプレート４０上での位置を示す。なお、ここでは説明を簡単にするため転写領域４０ａの上端中央点Ｘ、中心点Ｙ、及び、下端中央点Ｚの３点から発生するフレアー光のみを示す。各フレアー光を表す円は上から順に点Ｘ、ＹおよびＺを中心とする円である。図３から、輪帯状のフレアー光Ｆ１は転写領域４０ａに対して直径が大きいことが理解される。
【００４４】
図４は、露光装置１が図３に示す矩形スリット領域４０ａがスリット幅方向に１ショット分のスキャン露光を行った場合のフレアー光Ｆ２を示す模式的な部分平面図である。矩形状の転写領域４０ｅは１ショットのスキャン露光領域を示し、その大きさは縦２２ｍｍ×横３５ｍｍである。領域４０ｅの外側に主として形成された多数の円（又は輪帯）は、（図２に示すａ２及びｂ２に相当する）フレアー光Ｆ２のプレート４０上での位置を示す。図４に示すように、フレアー光Ｆ２は、転写領域４０ｅの内側よりも周辺外側に多く発生し、その部分を露光する場合に転写されるマスク２０に形成されたパターン寸法が十数ｎｍも変わる可能性がある。
【００４５】
図３に示すフレアー光Ｆ１が存在する範囲からプレート４０遮蔽するために、遮蔽板５０は、例えば、図５に示す絞り形状を有する。ここで、図５は遮蔽板５０の例示的な平面図である。例示的に、図５に示す遮蔽板５０の外形は図３に示す外側点線矩形４２と相似で、その寸法は矩形４２の寸法と同一か多少大きい。別の例では、遮蔽板５０の外形は矩形４２よりも大きい任意の形状を有する。もっとも上述したように遮蔽板５０はプレート４０をフレアー光から完全に遮蔽する必要はないので遮蔽板５０の外形は矩形４２と一部又は全部が小さくてもよい。
【００４６】
図５に示す遮蔽板５０は、六角形状の開口５２を有する。開口５２は図３に示す内側点線六角形４１と相似であり、その寸法は六角形４１の寸法と同一か多少大きいことが好ましい。なお、図３において、領域４０ａは、点Ｘ及びＺをそれぞれ中心とする円により形成された猫目領域４３内に存在するから開口５２の形状も領域４０ａを包含して領域４０ａよりも大きくて領域４３よりもちいさい領域であれば任意の形状（円、矩形、楕円等）を採ることができる。また、本実施例の開口５２は、周知の可変絞り機構などを使用して可変可能に構成されている。
【００４７】
実際に遮蔽板５０を配置する場合であってプレート４０の前面を覆わない場合には、領域４１及び４２の寸法を知る必要がある。領域４１及び４２に関するデータは、例えば、投影光学系３０のＮＡ、シートガラス３４の厚さ及び屈折特性、シートガラス３４とプレート４０との間隔、遮蔽板５０とプレート４０との間隔等を含むパラメータからシミュレーション結果により得ることができる。上述したように、本発明者によるシミュレーション結果からプレート４０上の反射点一点から生じるフレアー光は当該点を中心とする直径約６０乃至約７０ｍｍの円状（又は輪帯状）に現れることを発見した。これにより、領域４２の縦辺と点Ｙとの距離は、例えば、約３５ｍｍ以上に設定すればよいことが理解される。
【００４８】
図４に示すフレアー光Ｆ２が存在する範囲からプレート４０を遮光するために、遮蔽板５０は、例えば、図５に示す構造を有してプレート４０と同期して移動してもよいが、開口５２が領域４０ｅと同一又は多少大きい矩形状であり、外形が図４に示す矩形領域４４と同一又は多少大きい矩形状である遮光板に構成されてもよい。この場合の遮蔽板５０の開口及び外形の形状がこれに限定されないことは上述と同様である。また、遮蔽板５０の寸法と配置も同様である。
【００４９】
上述したように遮蔽板５０は様々な形状を有することができるが、複数の同一又は異なる形状及び寸法の部材から構成されてもよい。例えば、遮蔽板５０は、図６に示すように、縦方向に分離した２枚の同一の遮蔽板５３及び５４からなる遮蔽板５０Ａに置換されてもよい。ここで、図６は遮蔽板５０Ａの概略平面図である。また、遮蔽板５０は、図７に示すように、横方向に分離した２枚の同一の遮蔽板５６及び５７からなる遮蔽板５０Ｂに置換されてもよい。ここで、図７は遮蔽板５０Ｂの概略平面図である。図６に示す遮蔽板５０Ａは、図３に示すフレアー光Ｆ１を表す３つの円を上下部分からプレート４０を遮蔽する。図７に示す遮蔽板５０Ｂは、図３に示すフレアー光Ｆ１を表す３つの円を左右部分からプレート４０を遮蔽する。なお、特に断らない限り、遮蔽板５０は、遮蔽板５０Ａ、５０Ｂ等を総括する。
【００５０】
遮蔽板５３及び５４はそれぞれ、例えば、縦３０ｍｍ×横６０ｍｍの寸法を有して両者の間隔５５は約３０ｍｍに設定されている。また、遮蔽板５６及び５７はそれぞれ、例えば、縦７０ｍｍ×横１５ｍｍの寸法を有して両者の間隔５８は約３０ｍｍに設定される。これらの寸法及び間隔は、上述のように、フレアー光Ｆ１が存在する範囲をシミュレーションによって求め、その範囲の中でどれだけの範囲を遮蔽するかを決定することによって決定される。
【００５１】
遮蔽板５０Ａ及び５０Ｂは、遮蔽板５３及び／又は遮蔽板５４、並びに、遮蔽板５６及び／又は遮蔽板５７を図示しない駆動部（例えば、パルスモータ軸に接続された螺子）と接続することによって、間隔５５及び間隔５８を容易に可変に構成することができる。間隔５５及び５８は図５に示す開口５２に相当するため開口と観念されてもよい。開口５２を可変に構成することは当業界で周知の可変絞り機構その他の機構を使用することによって可能であるが、開口５５及び５８を可変に構成する機構の方がはるかに簡単であろう。
【００５２】
間隔５５及び５８が可変に構成された遮蔽板５０Ａ及び５０Ｂは、転写領域の寸法が可変に構成された場合に好ましい。即ち、本実施形態の露光装置１は、図３に示す矩形スリット領域４０ａを縦方向で可変に構成している。転写領域４０ａの縦方向寸法は、例えば、上述したようにマスキングブレードと呼ばれる開口幅を自動可変できる絞りを、照明光学系１４内のマスク２０面と光学的にほぼ共役な位置に設けることによって可変に構成することができる。また、本実施形態の露光装置１は、図４に示す矩形スリット領域４０ｅを横方向で可変に構成している。１ショットのスキャン露光領域としての転写領域４０ｅの横方向寸法は、矩形スリット領域４０ａのスキャン露光長を可変とするに加え、例えば、上述のマスキングブレードと類似したスキャンブレードと呼ばれる開口幅が自動可変できる絞りを、照明光学系１４内のマスク２０面と光学的にほぼ共役な位置に設けることによって可変に構成することができる。このように本実施形態の露光装置１は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域４０ａ及び４０ｅの寸法を設定することができる。
【００５３】
遮蔽板５０Ａで遮蔽したいフレアー光は図３に示す矩形スリット領域４０ａに対してである為、転写領域４０ａの縦方向寸法をマスキングブレードで変化させた場合には、遮蔽板５０Ａは開口５５を変更する必要がある。しかし、転写領域４０ｅのスキャン方向の長さを変更した場合には、遮蔽板５０Ｂは開口５８を図３に示す矩形スリット領域４０ａに対して設定したままの状態とし、スキャンブレードの開口幅に合わせて変更する必要はないものである。
【００５４】
遮蔽板５０Ｂは開口５８を変更する必要があるのは図３に示す矩形スリット領域４０ａのスリット幅方向の開口が可変に構成されている場合である。この場合は、スリット幅方向の開口の変化に合わせて遮蔽板５０Ｂは開口５８を変更するものとする。
【００５５】
露光装置１がステッパーである場合でもスキャナーである場合でも遮蔽板５０は投影光学系３０に固定されるのが好ましい。なぜなら、そうでなければ遮蔽板５０をステッパーではステップ＆リピートに連動して独立に駆動させなくてはならず、さらにスキャナーにおいてはスキャン露光に同期して独立に駆動する機構が必要となるからである、実際にステージ上にこのような駆動遮蔽板を構成することはステージ重量がますだけでなく、発塵の点からも許容されるべき物ではない。但し、本発明はこれを妨げるものではない。遮蔽板５０の移動には当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるのでここでは詳しい説明は省略する。ここで「固定」とは、必ずしも遮蔽板５０が投影光学系３０を構成する鏡筒にネジ等で固定されていなくてもよい。例えば、遮蔽板５０はステージ４５をのせる本体系にネジ等で固定され、ステージ４５の駆動に伴う反力を相殺するためステージ４５をのせる本体系が揺れていたとしても、その揺れる量がフレアー光を遮蔽する際に影響のない量であれば、遮蔽板５０が投影光学系３０に対して相対的に動いているものであっても固定されている状態とみなす。
【００５６】
図２に示す遮蔽板５０は光を反射する材料から構成されているので、フレアー光ａ２及びａ４、ｂ２及びｂ４をその表面で周囲の空間に反射する。しかし、周囲の空間に構造物等があり、遮蔽板５０の表面で反射したフレアー光ａ２等が再びプレート４０に偏向する可能性もある。そこで、プレート４０の周囲の空間に構造物等が多数ある場合には、遮蔽板５０は図８に示すような遮蔽板５０Ｃに置換されてもよい。ここで、図８は、図２に対応する遮蔽板５０Ｃの拡大断面図である。
【００５７】
遮蔽板５０Ｃは、フレアー光ａ２等が好ましくはほぼ垂直に入射する面を有して、少なくとも当該面は光を吸収する材料から構成されてフレアー光ａ２等を吸収することができる。この結果、フレアー光ａ２等がプレート４０に入射することを防止することができる。露光光に対して吸収特性をもたせるためには、例えば、入射面に反射防止コートを施したガラス用いればよい。ガラスとしては可視域に透過特性を持つカメラ用などの一般硝材などを用いれば３００ｎｍ以下の波長の光に対してはほぼ完全に吸光特性を持つためその目的は達成されるものである。なお吸光特性を持つ物質で有ればガラス以外のものでもかまわないことはいうまでもない。図２に示す遮蔽板５０の表面にＦ_２エキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザー及びＫｒＦエキシマレーザーの各波長で吸収特性を有する酸化チタン等のコートを施しても同様の効果が得られる。フレアー光ａ２等に吸収面を略垂直に配置しているのは表面反射を最小にするためである。なお、遮蔽板５０Ｃは、図示しない開口が可変でなくてもよいため構造物の一部（例えば、投影光学系３０の鏡筒等）を遮蔽板５０として兼用する構造としてもよい。
【００５８】
制御装置６０は、投影光学系３０の開口絞り３２及び遮蔽板５０の図示しない駆動部に接続され、かかる駆動部を制御して、開口絞り３２の開口及び遮蔽板５０の開口５２（５５及び５８）を、領域４０ａ及び矩形スリット領域４０ａのスリット幅方向の開口に合わせて自動調節する。
【００５９】
図１１及び図１２を参照して、上述の自動調節について説明する。図１１は、開口絞り３２の開口及び遮蔽板５０の開口５２（５５及び５８）を、矩形スリット４０ａのスリット幅方向の開口寸法に合わせて自動調節する方法を説明するフローチャートである。
【００６０】
ステップ１０１（呼び出し）では、露光装置１にジョブの呼び出しを行う。ステップ１０２（ローディング）では、ジョブに設定されたマスク２０を露光装置１へローディングする。ステップ１０３（開口絞りの開口径の設定）では、ジョブに設定された投影光学系３０のＮＡに従って開口絞り３２の開口径を駆動する。ステップ１０４（マスキングブレード位置の設定）では、ジョブに設定されたマスキングブレード位置に従って照明光学系１４内のマスキングブレードの開口を駆動する。
ステップ１０５（矩形スリット領域の開口を設定）では、ジョブに設定された矩形スリット領域４０ａのスリット幅の値に従って、スリット幅方向の開口を駆動する。ステップ１０６（遮蔽板の開口径を算出）では、１０５で設定された矩形スリット領域４０ａのスリット幅方向の開口に基づいて遮蔽板５０の開口５２（５５及び５８）径を算出する。ステップ１０７（遮蔽板の設定）では、ステップ１０６で算出された開口径に設定するように遮蔽板５０の開口５２（５５及び５８）径を駆動する。ステップ１０８（ジョブ開始）では、ステップ１０１乃至１０７で設定された露光装置１を用いてジョブを開始する。ステップ１０９（ウェハアライメント）では、ウェハ４０のアライメントをとる。ステップ１１０（露光開始）では、第一ショットの露光を開始する。ステップ１１１（露光終了）では、最終ショットの露光を行い、ジョブが終了（ステップ１１２）する。
【００６１】
図１２は、遮蔽板の開口径算出（ステップ１０６）に関する詳細なフローチャートである。ステップ２０１（ＮＡの読み込み）では、ジョブに設定された投影光学系３０のＮＡを読み込む。ステップ２０２（ＮＡの判定）では、設定された投影光学系３０のＮＡが０．７以上（又は０．７未満）かどどうか判断する。設定された投影光学系３０のＮＡが０．７未満と判断すれば、遮蔽板５０の駆動は行わずにジョブが開始（ステップ１０８）される。設定された投影光学系３０のＮＡが０．７以上と判断すれば（ステップ２０２）、ステップ２０３で、設定された投影光学系３０のＮＡ（例えば、０．８）の光束の光路を計算する（光路計算）。ステップ２０４では、ステップ２０３によって計算された光路及び矩形スリット領域４０ａのスリット幅方向の大きさ（この情報からマスキングブレードの開口が設定される）から遮蔽板５０の開口幅を決定する（遮蔽板の開口幅決定）。
【００６２】
なお、光路計算に必要な情報、例えば、プレート４０と投影光学系３０の最終レンズ面との距離などに関する情報は、予めコンソールの中に記憶されているものとする。更に、上述した例では、プレート４０を露光するジョブの照明光学系１４の有効光源の分布状態（照明光のσ値、輪帯照明及び４重極照明など）は考慮しなかった。換言すれば、有効光源分布は均一、且つ、σ値を１として光路計算を行っている。
【００６３】
しかし、光路計算を行う場合には照明光学系１４の有効光源の分布状態を考慮してもよい。更に、プレート４０上に転写する回路パターンの情報（パターンの幅、ピッチ、縦横又は４５度などのパターンの回転角度、ライン又はホールなどのパターン形状情報、位相シフタの有無、ハーフトーンマスクの場合は遮蔽部の透過率など）までも含めた上で、照明光の有効光源分布とマスク２０上のパターンから生じる回折光を厳密に計算して、光路計算を行っても構わない。つまり、制御装置６０は、フレアー光の発生する範囲に応じて遮蔽板５０の開口５２及び遮光領域を変化させ、プレート４０をフレアー光から遮蔽することができる。
【００６４】
制御装置６０は図示しないメモリとセンサーなどを備えており、転写領域４０ａ及び４０ｅに応じて予めメモリに記録された遮蔽板５０の最適な開口寸法に従って、遮蔽板５０を駆動するための駆動部を制御する。また、センサーが遮蔽板５０の開口５０が所定の大きさになったことを検知すると制御装置６０は駆動部による駆動を停止させる。遮蔽板５０の最適な開口寸法は上述したようにシミュレーションによって得ることができる。また、シートガラス３４とプレート４０の距離が約１０ｍｍと短くなると、開口５２の寸法が固定された遮蔽板５０では転写領域４０ａ及び４０ｅへの露光光を遮蔽してしまうため、制御装置６０はシートガラス３４とプレート４０との距離も考慮して遮蔽板５０の開口５２の寸法を制御することが好ましい。
【００６５】
露光において、照明装置１０の光源部１２から発せられた光束は照明光学系１４に入射し、照明光学系１４はマスク２０を均一に、例えば、ケーラー照明する。マスク２０を通過した光束はＮＡが約０．７以上の投影光学系３０の結像作用によって、プレート４０上に所定倍率で縮小投影される。図２を参照するに、±１次回折光ａ及びｂと０次回折光ｃがプレート４０の領域で干渉してマスクパターンの像を転写する。投影光学系３０のＮＡが約０．７以上と比較的大きいので、数式１よりプレート４０上には高解像度でパターン像が転写される。
【００６６】
かかる転写時に、遮蔽板５０が、プレート４０面と投影光学系３０の最終面との間で反射したフレアー光からプレート４０を遮蔽し、解像力が悪化することを防止する。
最初の露光前、各ショットの露光終了時、露光領域の大きさが照明光学系１４によって変更される度に、制御装置６０が遮蔽板５０の開口５２と開口絞り３２の図示しない円形開口径（及び遮光領域）を変更する。これにより遮蔽板５０はマスクパターンの結像に必要な露光光を遮断せずにフレアー光のみをプレート４０に入射することを防止することができる。本実施形態では露光装置１はスキャナーで遮蔽板５０は投影光学系３０に固定されているからプレート４０が遮蔽板５０に対して移動することになる。
【００６７】
かかる動作により、露光装置１は、プレート４０の全面を所望の解像度で露光することができ、高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６８】
次に、図１３及び図１４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１３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１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、
マスクと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６（検査）では、ステップ５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７）される。
【００６９】
図１４は、ステップ４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１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打ち込み）ではウェハ上にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（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１９（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。
【００７０】
本発明によれば、ＮＡが０．７以上の投影光学系を搭載した露光装置においてウェハ表面で露光光が反射して発生するフレアー光を効果的に除去（遮蔽）することができる。また、周辺ショットへ広がるフレアー光を効果的に除去することが可能なため、ウェハに複数のショットを隣接露光していく際にショット内だけではなくショット間でも転写するパターンの寸法差をなくして高解像度を維持することができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されずにその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本実施形態では投影光学系のＮＡの変化に従って発生するフレアー光を防止するように遮蔽板５０の形状、寸法及び配置が決定されたが、プレート４０の表面の反射率及び／又は投影光学系の最終面の反射率の変化に従って発生するフレアー光を防止するように遮蔽板５０の形状、寸法及び配置が決定されてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の露光装置及び方法によれば、ウェハ上で反射された露光光によるフレアー光を簡易且つ効果的に除去することができ、高解像度を維持することができる。また、かかる露光装置を使用したデバイス製造方法は高品位なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の概略断面図である。
【図２】図１に示す露光装置のプレート近傍の概略断面図である。
【図３】図１に示す露光装置を使用した場合のフレアー光と転写領域との関係を示す概略平面図である。
【図４】図１に示す露光装置を使用した場合のフレアー光と転写領域の関係を示す別の概略平面図である。
【図５】図１に示す遮蔽板の一例を示す概略平面図である。
【図６】図５に示す遮蔽板の変形例を示す概略平面図である。
【図７】図５に示す遮蔽板の別の変形例を示す概略平面図である。
【図８】本発明の実施例３における像面近傍の概略断面図である。
【図９】露光光の入射角度に対する図１に示すプレートの表面の反射特性を示すグラフである。
【図１０】露光光の入射角度に対する投影光学系の最終面の反射特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の露光装置が有する遮蔽板の開口の自動調節方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップ１０６の詳細なフローチャートである。
【図１３】本発明の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１４】図１３に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１露光装置
２０マスク又はレチクル
３０投影光学系
４０ウェハ
４５ステージ
５０、５０Ａ、５０Ｂ遮蔽板
５２、５５、５８開口
６０制御装置

Claims

マスクのパターンを被処理体に投影する該被処理体側の開口数が０．７以上である投影光学系と、
前記投影光学系と前記被処理体との間に設けられた遮光手段とを有し、
前記遮光手段の開口の大きさは、前記被処理体に入射する光のうち前記開口数が０．７以上に相当する光のみが前記被処理体及び前記投影光学系の最も前記被処理体側の面で反射して前記被処理体に再び入射するのを防止するように設定されることを特徴とする露光装置。
前記投影光学系は、最も前記被処理体側に透明な平行平面板を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記遮光手段は、前記被処理体及び前記投影光学系の最も前記被処理体側の面で反射した前記開口数が０．７以上に相当する光がほぼ垂直に入射する面を有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
前記露光された被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。