JP4474121B2

JP4474121B2 - 露光装置

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Publication number: JP4474121B2
Application number: JP2003162044A
Authority: JP
Inventors: 崇永塩澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2023-06-06
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に係り、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被処理体を露光するのに使用される露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、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。
【０００３】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなってきており、露光装置には、ウェハ面上での最小線幅（即ち、解像度）が０．２μｍ以下又は０．１μｍ以下という非常に高い光学性能が要求されている。
【０００４】
また、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、レチクルにも複数種類のパターンが必要である。レチクルパターンは、近接した周期的なライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホール、その他の孤立パターン等を含むが、高解像度でパターンを転写するには、パターンの種類に応じて最適な露光条件を選択する必要がある。
【０００５】
そこで、様々な特性を有するパターンの露光工程に対応するために、投影光学系の開口数（ＮＡ）や、照明条件であるコヒーレンシーσ（照明光学系の開口数ＮＡ／投影光学系の開口数ＮＡ）、若しくは照明領域内のσ分布を変更（所謂、変形照明（斜入射照明、多重極照明、Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ照明などと呼ばれる場合もある。））し、それぞれの露光工程において最適な露光条件に設定することができる露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２９９３２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、投影光学系のＮＡや、照明光学系のＮＡ及び形状をそれぞれ独立に変更すると、照明光学系からの照明光束が投影光学系のＮＡよりも大きくなってしまう場合がある。照明光学系からの光束が投影光学系のＮＡよりも大きくなった場合、投影光学系において照明光束がけられ、結像性能の劣化や照度ムラを引き起こすなどの悪影響を招いてしまう。特に、超解像技術（ＲＥＴ：ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＴｅｃｎｏｌｏｇｙ）の一つとして近年多用されている変形照明の場合は、σ値が大きいためにこのようなことが十分に考えられる。
【０００８】
特許文献１が提案する露光装置では、照明絞りを通過した照明光束のうち、レチクルを通過した０次回折光全てが投影光学系のＮＡに入りきらないような設定を行った場合には、エラー又は露光動作を禁止する手段を設けている。しかし、特許文献１においては、オペレーターが設定時にこれらを考慮しなければならないため煩雑である。
【０００９】
また、軸上及び軸外のテレセン性を補正するために軸外のテレセンを変更した場合には、σ分布の外形が偏心することにより、同様に、投影光学系において照明光束がけられる可能性があると共に、結像性能の劣化を招く。従って、σ分布をたとえ偏心させたとしても、照明光（０次回折光）が投影光学系のＮＡに入るようにすることも重要なファクターである。
【００１０】
そこで、本発明は、照明光束がけられることを防止し、優れた結像性能を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光束でレチクルを照明する照明光学系と、該レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、前記照明光学系は、前記光束から２次光源を形成するための複数の光学素子を備える多光源形成手段と、前記２次光源が形成される位置若しくはその近傍に配置され、開口径を可変とする可変絞りとを有し、前記投影光学系は、前記可変絞りと光学的に略共役な位置に配置され、該投影光学系の開口数を可変とする開口絞りを有し、前記開口絞りの開口径を制御すると共に、σ＝１に相当する前記複数の光学要素の数をｘとしたときに、σ＝（ｘ−１）／ｘ以下となるように前記可変絞りの開口径を制御する制御部を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の側面としての照明装置は、光源からの光束で被照明面を照明する照明装置であって、前記光束から２次光源を形成する多光源形成手段と、前記多光源形成手段からの光束を前記被照明面に導く、少なくとも２群以上の光学系を持つ集光光学系を有し、該集光光学系は、その焦点距離及び後側主点位置を略一定としつつ、前側主点位置を変更可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての照明装置は、光源からの光束で被照明面を照明する照明装置であって、前記光束を多光源形成手段に導くとともに、該多光源形成手段により形成された２次光源の大きさを調整するズーム光学系と、該多光源形成手段からの光束を前記被照明面に導く、少なくとも２つ以上の光学素子で構成される集光光学系とを有し、前記集光光学系を構成する前記光学素子の間隔の調整に応じて、前記ズーム光学系により前記２次光源の大きさを調整することを特徴とする。
【００１５】
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、露光された前記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。
【００１６】
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例によって明らかにされるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面として露光装置について説明する。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。ここで、図１は、本発明の一側面としての露光装置１の例示的一形態を示す概略構成図である。
【００１８】
露光装置１は、図１に示すように、照明装置１００と、レチクル２００と、投影光学系３００と、プレート４００と、制御部５００とを有する。
【００１９】
露光装置１は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクル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る。
【００２０】
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、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。
【００２１】
光源部１１０は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５３ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。また、光源部１１０にレーザーが使用される場合、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１１０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。
【００２２】
照明光学系１２０は、レチクル２００を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。本実施形態の照明光学系１２０は、光束均一化手段１２１と、光束形状変更手段１２２と、ズーム光学系（結像光学系）１２３ａ乃至１２３ｃと、ハエの目レンズ１２４と、可変絞り１２５と、集光光学系１２６と、マスキングブレード１２７と、結像光学系１２８ａ及び１２８ｂから構成される。なお、照明光学系１２０の詳細な説明については後述する。
【００２３】
レチクル２００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、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル２００から発せられた回折光は、投影光学系３００を通りプレート４００上に投影される。レチクル２００とプレート４００は、光学的に共役の関係にある。本実施態様の露光装置１はステップ・アンド・スキャン方式である（「ステッパー」とも呼ばれる。）ため、レチクル２００とプレート４００を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル２００のパターンをプレート４００上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクル２００とプレート４００を静止させた状態で露光が行われる。
【００２４】
投影光学系３００は、レチクル２００上のパターンを反映する光をプレート４００上に投影する光学系である。投影光学系３００は、開口絞り３１０を有し、任意の開口数（ＮＡ）に設定することができる。開口絞り３１０は、プレート４００における結像光線のＮＡを規定する開口径を可変とし、必要に応じてＮＡを変えるべく、かかる開口径が変更される。なお、本実施形態において、σは、ハエの目レンズ１２４が形成する複数の光源の開口絞り３１０の位置での像の大きさと開口絞り３１０の開口径の比率とも言える。
【００２５】
投影光学系３００は、本実施形態では、複数のレンズ素子３２０ａ及び３２０ｂのみからなる光学系であるが、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、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。投影光学系３００の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。
【００２６】
プレート４００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板やその他の被処理体を広く含む。プレート４００には、フォトレジストが塗布されている。
【００２７】
プレートステージ４５０は、プレート４００を支持する。プレートステージ４５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、プレートステージ４５０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート４００を移動することができる。レチクル２００とプレート４００は、例えば、同期走査され、プレートステージ４５０と図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。プレートステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、図示しないレチクルステージ及び投影光学系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を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００２８】
制御部５００は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部５００は、照明装置１００、図示しないレチクルステージ、投影光学系３００、プレートステージ４５０と電気的に接続されている。制御部５００は、投影光学系３００の開口絞り３１０の位置でのハエの目レンズ１２４が形成する２次光源の像が、開口絞り３１０の開口径内に収まるように、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を制御する。制御部５００は、例えば、ハエの目レンズ１２４のσ＝１に相当する微小レンズの数をｘとしたときに、σ＝（ｘ−１）／ｘ以下となるように、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を制御する。なお、多光源形成手段としてのハエの目レンズ１２４は、一般的に、２０個程度以上の光学要素（例えば、微小レンズ）から構成される場合が多く、制御部５００は、照明光学系１２０のＮＡと投影光学系３００のＮＡとの比率を、照明光学系１２０のＮＡ／投影光学系３００のＮＡ≦０．９５となるように制御する。なお、制御部５００は、後述する調整機構６００の機能を兼ねてもよい。
【００２９】
以下、図２乃至図１０を参照して、照明光学系１２０について説明する。エキシマレーザー等を有する光源部１１０から射出された光束は、光束均一化手段１２１により、所定面Ａにて、ほぼ均一な光束分布に変更される。光束均一化手段１２１は、ハエの目レンズ、内面反射を用いた光学パイプ、回折格子等を少なくとも１つ、若しくは、これらを組み合わせた複数のオプティカルインテグレーターやリレー光学系、集光光学系、ミラー等から構成される。光束均一化手段１２１は、光源部１１０からの光束を所定面Ａにおいて所望の大きさの均一な光束分布に変更している。なお、所定面Ａには、光束分布をＸ、Ｙ対称な分布に制限するために円形や八角形の絞りを配置してもよい。
【００３０】
所定面Ａの近傍には、円錐型光学素子１２２ａや間隔変更可能な円錐型光学素子１２２ｂ、図５（ａ）に示すような４重極開口絞り１２２ｃ、図５（ｂ）に示すような２重極開口絞り１２２ｄや図５（ｃ）に示すような輪帯開口絞り１２２ｅ等の適当な形状の絞り、図示しない平行平面板、四角錐型光学素子、屋根型光学素子、形状や径が可変の可変絞り、適当な透過率分布を持ったフィルター、又は、倍率を変更するための拡大／縮小ビームエキスパンダーなどの光束形状変更手段１２２が切り替えにより光軸上に配置されるように構成されている。また、これらの光束形状変更手段１２２の光軸上からの待避も可能にしている。これらの内複数を同時に光軸上に配置することも可能である。
【００３１】
円錐型光学素子１２２ａは、入射面が凹型の円錐状、射出面が凸型の円錐状の光学素子であり、光軸上に配置された場合に輪帯状の光束を形成する。
【００３２】
円錐型光学素子１２２ｂは、入射面が凹型の円錐状、射出面が平面の光学素子ＯＭ_１と、入射面が平面、射出面が凸型の円錐状の光学素子ＯＭ_２から構成される。円錐型光学素子１２２ｂが光軸上に配置されている場合には、輪帯形状の光束が形成され、光学素子ＯＭ_１と光学素子ＯＭ_２の間隔を変えることにより、輪帯形状の光束（輪帯比）や大きさを変えることができる。円錐型光学素子１２２ｂをこのような構成とすることにより、より小さいスペースで効率的に輪帯形状の光束を形成することが可能となる。光学素子ＯＭ_１及びＯＭ_２の円錐状の面の角度は、ほぼ同一角度になっている。同一角度にすることにより、光束形状変更手段１２２の射出光束の角度増加を抑え、後段の光学系での光束のけられを最小限にすることができる。後段の光学系に角度的な余裕がある場合には、必ずしも同一角度にする必要はなく、例えば、輪帯幅を小さくするために角度を変えてもよい。
【００３３】
円錐型光学素子１２２ｂと同様に、入射型の光学素子の入射面を凹型の四角錐面、射出側の光学素子の射出面を凸型の四角錐面とした間隔可変の４重極変換素子や、同様に、三角屋根型の２重極変換素子を適用することも可能である。光束形状変更手段１２２は、このような適当な透過型の光学素子を使用することにより、中心部よりも周辺部の光量分布が大きくなるような適当な光束形状に変換することができる。
【００３４】
図５（ａ）は、遮光部ＬＴと４重極の円形開口からなる透過率１の透過部ＴＭとを有する４重極開口絞り１２２ｃの概略平面図である。透過部ＴＭは、それぞれ、±４５度と±１３５度に配置されている。好ましくは、各透過部ＴＭがもたらす照明光のσは等しい。レチクル２００に描画されているパターンによっては、０、９０，１８０，２７０度方向に配置される場合もあり、それぞれの大きさを変える場合もある。透過部ＴＭの形状は、四角形その他の多角形、扇形の一部など種々の変更が可能である。図５（ｂ）は、遮光部ＬＴと２重極の円形開口からなる透過率１の透過部ＴＭとを有する２重極開口絞り１２２ｄの概略平面図である。図５（ｃ）は、遮光部ＬＴと輪帯開口からなる透過率１の透過部ＴＭとを有する輪帯開口絞り１２２ｅの概略平面図である。
【００３５】
所定面Ａ上に形成された円形状の光束、若しくは、光束形状変更手段１２２により所望の形状に変更された光束は、倍率可変のズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃにより倍率が変更され、多光源形成手段であるハエの目レンズ１２４の入射面に投影される。
【００３６】
多光源形成手段としてのハエの目レンズ１２４は、入射した光束により、ハエの目レンズ１２４の射出面近傍に複数の光源像（２次光源）を形成する。複数の光源像が形成される面の近傍には、可変絞り１２５が配置されている。なお、複数の光源像が形成される面（ハエの目レンズを構成する微小レンズの後ろ側集光点面）は比較的光束のエネルギー密度が高いため、その面に対して若干デフォーカスした位置（−数ｍｍ乃至＋数ｍｍの範囲内の位置）に可変絞り１２５を配置する。ただし、可変絞り１２５が、そのエネルギー密度の高さに耐えうる場合には、複数の光源像が形成される面に一致させてその可変絞り１２５を配置しても良い。
【００３７】
可変絞り１２５は、開口径を可変とし、後述するように、投影光学系３００のＮＡに基づいて開口径が変更される。可変絞り１２５と開口絞り３１０は、光学的にほぼ共役な位置に配置されている。可変絞り１２５の射出面側において、ハエの目レンズ１２４により形成される多光源の形状（可変絞り１２５により制限されない多光源であり、以下、「２次光源」と称する。）の開口絞り３１０の位置での像が、プレート４００面上の各点における照明光の形状（有効光源形状）となる。
【００３８】
複数の光源像からの光束のうち、可変絞り１２５により制限されない光束が集光光学系１２６ａ及び１２６ｂによりマスキングブレード１２７が配置される面を効率よく照明する。マスキングブレード１２７は、結像光学系１２８ａ及び１２８ｂにレチクル２００が配置される面と光学的に共役な位置に配置され、レチクル２００面上における被照明領域を決定する。
【００３９】
２次光源の投影光学系３００の開口絞り３１０の位置での像の大きさが開口絞り３１０よりも大きい場合、換言すれば、照明光学系１２０を透過した光の直接光（レチクル２００による０次回折光）が投影光学系３００の開口絞り３１０でけられる（開口絞り３１０の遮光部に遮光される）場合、上述したように、結像性能の劣化や照度ムラを引き起こして半導体デバイス等を製造する上で悪影響を与えてしまう。
【００４０】
そこで、本発明の露光装置１においては、制御部５００により、設定された投影光学系３００の開口数に対して、照明光学系１２０の可変絞り１２５を透過した光束のレチクル２００による０次回折光が、投影光学系３００の開口絞り３１０の開口径内に収まるように、投影光学系３００の開口数に連動して照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を制御している。換言すれば、制御部５００は、レチクル２００による０次回折光が投影光学系３００の開口絞り３１０でけられない（開口絞り３１０の遮光部に遮光されない）ように、照明光学系１２０の開口数を制御している。
【００４１】
図２は、図１に示すハエの目レンズ１２４の入射面の光量分布と射出面の光量分布との関係の一例を示す概略模式図である。但し、厳密には、図２は、ハエの目レンズ１２４の入射面での光量分布と、可変絞り１２５近傍に形成される２次光源の光量分布の関係を示したものである。
【００４２】
図２において、Ｄ_０はハエの目レンズ１２４の入射面での光量分布の一例であり、Ｅはそのときの２次光源の一例である。光源部１１０から射出された光束の光量分布は、ハエの目レンズ１２４を通過することにより、ハエの目レンズ１２４を構成する微小レンズに対応し、離散的な分布に変換される。かかる離散分布のピーク値を結んだピーク概形Ｅ_０は、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径内に関しては光量分布Ｄ_０と略同一形状となり、実質的には、光量分布Ｄ_０及び可変絞り１２５の開口径により２次光源の形状が決まる。
【００４３】
図３は、図１に示す露光装置１における照明光学系１２０の一例を示す要部拡大図である。図４は、図１に示す照明光学系１２０の可変絞り１２５における光束形状を示す概略断面図である。
【００４４】
図３（ａ）は、光束形状変更手段１２２を光路中から待避又は所定面Ａ近傍に円形の絞りや平行平面板を配置した場合であり、所謂、通常照明時にこのような構成となる。同図において、所定面Ａでは、光束均一化手段１２１により略円形状の均一化された光束が形成されている。所定面Ａ上では、光束均一化手段１２１により複数の角度からの光束が重なり合って均一な光量分布を形成しているため、光源部１１０にレーザーのような指向性が強い光源を用いた場合においてもある程度のＮＡを持った光束となる（図中矢印）。
【００４５】
所定面Ａの光量分布は、倍率可変のズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃにより、ハエの目レンズ１２４の入射面に所定の倍率で投影される。ハエの目レンズ１２４の入射面において、所定面Ａの光量分布が収差なく結像した場合、光強度分布の輪郭がはっきりとしてしまう。この場合、被露光面であるプレート４００上において照度ムラや有効光源の画面内不均一性が発生する。従って、所定面Ａとハエの目レンズ１２４の入射面との結像関係は、ある程度収差がある状態（デフォーカスを含む）で結像していることが望ましい。但し、ハエの目レンズ１２４を構成するレンズ（微小レンズ）が多数あり、照度ムラ等への影響が小さい場合にはこの限りではない。通常、微小レンズ１個分程度以上のボケにすることが望ましい。図４（ｄ）は、このような状態の光量分布Ｆ_４の断面図を表している。
【００４６】
図２を参照して説明したように、ハエの目レンズ１２４での光量分布が実質的な２次光源（有効光源）の形状を決定する。図３（ａ）では、照明光学系１２０の可変絞り１２５に対して２次光源が十分に小さい状態となっている。σ値（分布を考慮した実効的なσ値）を変える場合には、図３（ｂ）に示すように、倍率可変のズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃの倍率を変更する。本実施形態では、光学系１２３ａと光学系１２３ｂとの間隔を変更することでσ値を変更しているが、倍率を変更できればよいので、必ずしもこの構成には限らない。望ましくは、倍率を変更した際に、射出側の光束のテレセン性がある程度保証された変倍光学系が好ましい（倍率変更によりハエの目レンズに入射する光線の角度が、ある一定量を超えないように）。ズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃの倍率可変範囲が小さい場合には、光束形状変更手段１２２としてビームエキスパンダー（拡大／縮小）や開口径の小さい絞りを配置することで対応してもよい。図４（ｅ）は、σ値を大きくした場合を示しており、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径よりも若干大きい光量分布Ｆ_５が形成されている。この場合には、可変絞り１２５の開口径からはみ出した裾の部分が不要光としてカットされる。このような構成により、実効的なσ＝０．１乃至０．９程度の通常照明の切り替えを行っている。
【００４７】
露光装置１においては、設定する投影光学系３００のＮＡに応じて、制御部５００が照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を自動的に変更している。可変絞り１２５の開口径は、制御部５００を介して、そのメカニカルな大きさが投影光学系３００の各ＮＡに対してσ＝０．９５程度以下の固定値になるように設定される。なお、かかる固定値自体を変更することも可能である。
【００４８】
図３（ｃ）は、輪帯照明時の照明光学系１２０を示している。所定面Ａに形成された円形の光量分布を円錐型光学素子１２２ａや輪帯開口絞り１２２ｃにより輪帯状に変換し、その輪帯状の光量分布を適当な倍率でハエの目レンズ１２４の入射面に投影し、所謂、輪帯照明を行う。この場合も、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径は、制御部５００を介して、そのメカニカルな大きさがσ＝０．９５程度以下の固定値になるように投影光学系３００に設定されたＮＡに対し連動して自動的に設定される。
【００４９】
図４（ａ）は、輪帯照明時の照明光学系１２０の可変絞り１２５と２次光源（有効光源）との関係を示している。図４（ａ）を参照するに、可変絞り１２５の開口径内に輪帯状の光量分布Ｆ_１が形成されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す輪帯状の光量分布Ｆ_１のＸ方向の断面光量分布Ｆ_２を示している。
【００５０】
輪帯照明の場合は、通常、図４（ｂ）に示すように、断面光量分布Ｆ_２は、平坦な分布で定義される。しかしながら、効率よく平坦な断面光量分布Ｆ_２を形成することは困難であり、効率をよくしようとした場合、図４（ｃ）に示すように、平坦ではなく分布を持った断面光量分布Ｆ_３の輪帯形状となる。なお、結像性能のシミュレーション等により、性能的には、図４（ｂ）に示す断面光量分布Ｆ_２とほぼ透過な断面光量分布Ｆ_３が選択される。
【００５１】
より微細なパターンを結像させる目的で輪帯照明が使用されることが多く、実効的な外σ（結像性能的に図４（ｂ）に示すような平坦な断面光量分布Ｆ_２に換算した場合の輪帯の外側の大きさ）が０．９程度のものが多用される。その場合、図４（ｃ）に示すように、僅かではあるが、断面光量分布Ｆ_２の外側の部分がσ＝０．９５以上となり、投影光学系３００の開口絞り３１０の開口径外に光が照射されてしまう場合がある。従って、露光装置１は、制御部５００を介して、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径の大きさを投影光学系３００のＮＡに連動してσ＝０．９５程度で制御し、その中で所望の輪帯照明と等価になるように光量分布が調整される。
【００５２】
上述してきたように、本発明の露光装置１は、設定した投影光学系３００のＮＡに対して自動的に照明光学系１２０のＮＡが変更され、オペレーターがより簡易に使用することができる。また、従来の露光装置では、照明光学系の絞り自体が有効光源を決定していたが、本発明の露光装置１では、照明光学系１２０の可変絞り１２５自体は補足的なものであり、実質的な有効光源はハエの目レンズ１２４より前段の光学系により形成している。従って、投影光学系３００のＮＡに対して一意的に照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を決定することが可能である。
【００５３】
ここで、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径をσ＝１相当ではなく、σ＝０．９５相当以下にする理由について説明する。図６は、図１に示すハエの目レンズ１２４に入射する光と照明面Ｃとの関係を示す概略模式図である。なお、照明面Ｃとは、例えば、マスキングブレード１２７位置、レチクル２００面、プレート４００面など、被露光面と光学的に共役な面である。
【００５４】
ハエの目レンズ１２４を構成する微小レンズＭＬのうち、中心に配置された微小レンズＭＬ_ａに入射した光線Ｌ_１、Ｌ_２及びＬ_３は、微小レンズＭＬ_ａにより１つの光源像ＳＩを形成し、集光光学系１２６を介して、照明面Ｃをケーラー照明する。光源像ＳＩは、可変絞り１２５の開口の中心に位置するため、光源像ＳＩからの光線Ｌ’_１、Ｌ’_２及びＬ’_３が照明面Ｃの各像高Ｃ_１乃至Ｃ_３における主光線となる。なお、図６には照明面Ｃにおいてテレセントリックである系を示しており、理解しやすいように、照明面Ｃにおける各像高Ｃ_１乃至Ｃ_３での有効光源がテレセントリックであるときに被露光面であるプレート４００面において照明光がテレセントリックになるような系という前提で説明する。
【００５５】
プレート４００面でのテレセン性は、結像性能において重要なファクターであり、テレセン性がくずれると像が非対称に形成されてしまう。
【００５６】
図７は、図１に示すハエの目レンズ１２４に図２に示すような光量分布Ｄ_０の光を入射させた場合に照明面Ｃに形成される各像高の有効光源分布を示す概略模式図である。図７を参照するに、照明面Ｃの像高Ｃ_１における有効光源分布Ｄ_１は、その主光線がハエの目レンズ１２４に入射する光の光量分布Ｄ_０の位置Ｐ_１と相似でありテレセン性も保たれている。しかし、照明面Ｃの最外軸である像高Ｃ_２における有効光源分布Ｄ_２は、その主光線がハエの目レンズ１２４に入射する光の光量分布Ｄ_０の位置Ｐ_２に対応した分布となる。従って、照明面Ｃの像高Ｃ_２においては、ハエの目レンズ１２４を構成する微小レンズＭＬ_ａの半ピッチ分テレセン性がずれた有効光源分布Ｄ_２となる。
【００５７】
ハエの目レンズ１２４の入射面において、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径よりも十分大きな領域を平坦な断面光量分布の光によって照明している場合も同様に微小レンズＭＬ_ａの半ピッチ分テレセン性がずれた有効光源分布となるが、半ピッチ分テレセン性がずれていても平坦な断面光量分布は維持されるため問題とはならない。換言すれば、ハエの目レンズ１２４の入射面において、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径よりも小さな領域を平坦ではなく分布を持った断面光量分布の光によって照明した場合のみ問題となる。
【００５８】
図８は、図１に示すハエの目レンズ１２４に図２に示すような光量分布Ｄ_０の光を入射し、照明面Ｃに形成される各像高の有効光源分布のテレセン性を補正した場合を示す概略模式図である。図８を参照するに、照明面Ｃにおけるテレセン性を補正するために、照射面Ｃの最外軸である像高Ｃ_２における主光線（可変絞り１２５の中心を通過する光線）の傾きを変更している。主光線を傾かせることで主光線自体はテレセン性を失うが、像高Ｃ_２における有効光源分布Ｄ_２自体をテレセントリックに補正することができる。
【００５９】
テレセン性の補正のために、集光光学系１２６は調整機構６００を有している。調整機構６００は、少なくとも２群以上の光学系から構成される集光光学系１２６の光学素子（例えば、レンズ）の間隔を変更する機能を有し、集光光学系１２６の焦点距離や集光光学系１２６の後ろ側主点位置をほとんど変えずに、集光光学系１２６の前側主点位置のみを変更する。換言すれば、投影光学系３００の開口絞り３１０近傍に形成される照明光学系１２０の可変絞り１２５の像の位置を調整機構６００により光軸方向に移動することにより、各像高における有効光源分布をテレセントリックに補正している。例えば、集光光学系１２６の前群を倍率が等倍ではないアフォーカルな光学系（平行光を入射した時に射出光がほぼ平行光で射出される光学系）とし、この前群の光軸方向の位置を変更するような構成をとることで、上記のような系を達成することができる。
【００６０】
ハエの目レンズ１２４の入射面における光量分布によるテレセン性のずれは、光量分布によって様々であり、有効光源形状の変更と共に、調整機構６００によって最適なテレセン性となるように集光光学系１２６の主点位置が変更される。集光光学系１２６の主点位置の変更と共に、集光光学系１２６の焦点距離自体が若干変わってしまう場合は、照明面Ｃにおける有効光源の大きさ自体も変化してしまうため、ズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃの倍率の微調整を行う。
【００６１】
このように、集光光学系１２６及び調整機構６００により、照明光学系１２０の可変絞り１２５の中心を通る光線の各像高Ｃ_１及びＣ_２での傾きを変えた場合には、投影光学系３００の開口絞り３１０位置での可変絞り１２５の像は、図９に示すように、中心の像高Ｃ_１を通る光線の像はＤ_１Ａのように開口絞り３１０の開口の位置に形成され、最外軸である像高Ｃ_２を通る光線の像はＤ_２Ａのように開口絞り３１０の開口の中心に対して偏心した位置に形成される。従って、投影光学系３００の開口絞り３１０の開口径に対して像Ｄ_１Ａの径を１にした場合（可変絞り１２５によるメカニカルなσ＝１の場合）は、像Ｄ_２Ａが開口絞り３１０の開口径外にはみ出してしまう。ここで、図９は、図１に示す投影光学系３００の開口絞り３１０における照明光学系１２０の可変絞り１２５の像を示す概略模式図である。
【００６２】
また、照明光学系１２０の可変絞り１２５と投影光学系３００の開口絞り３１０の光学的位置の偏心や、それらの設定精度、及び、光学系１２６自体の収差による像高毎のσの大きさのばらつきや歪、光学系のコーティングムラやエラーによるテレセン調整しろ等も考える必要があり、像Ｄ_１Ａの径が開口絞り３１０の径の９５％（可変絞り１２５の幾何的な形状によるσが０．９５）程度を制限とすることが好ましい。ハエの目レンズ１２４の微小レンズが少ない場合や設定精度が悪い場合はより小さいσに設定することが望ましい。
【００６３】
図１０は、図１に示す露光装置１における照明光学系１２０の一例を示す要部拡大図である。同図は、照明光学系１２０の可変絞り１２５を補足的に用いるのではなく、有効光源分布自体を変える目的で可変絞り１２５を変更した例である。光束形状変更手段１２２（本実施形態では、円錐型光学素子１２２ａ）により所定の輪帯比（例えば、１／２輪帯）の光量分布に光束が形成される。所定の輪帯比を有する光束がズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃにより適当に倍率を変更され、ハエの目レンズ１２４の入射面に入射し、ハエの目レンズ１２４の射出面近傍に所定の輪帯比を有する２次光源が形成される。かかる多光源の光量分布の外側を可変絞り１２５の開口径を変更することにより適当に制限している。このように、ズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃの倍率と可変絞り１２５の開口径を変えることにより、光束形状変更手段１２２により形成される輪帯比に限らず、より大きな輪帯比（例えば、２／３輪帯、３／４輪帯等）の所望の大きさを有する有効光源を形成することができる。
【００６４】
光束形状変更手段１２２として円錐型光学素子１２２ｂを用いた場合には、光学素子ＯＭ_１と光学素子ＯＭ_２の間隔を変えることにより、輪帯比を変更することができる。しかしながら、ハエの目レンズ１２４には光線の入射角の制限があり、入射する光線の角度がある角度を超えてしまうと、その光線は不要光となるだけではなく、有効光源の形状が崩れたり、照度ムラが発生したりする。従って、ハエの目レンズ１２４に入射する光線の角度は、ある角度以下でなくてはならない。
【００６５】
光線の性質から、所定面Ａにおける光線形状の半径をＡｒ、所定面Ａにおける光線のＮＡをＡｄ、ハエの目レンズ１２４の入射面における光線の半径又は輪帯分布の幅をＢｒ、ハエの目レンズ１２４の入射面における光線のＮＡをＢｄとすると、Ａｒ×Ａｄ≦Ｂｒ×Ｂｄとなるため、輪帯分布の幅Ｂｒが小さい場合には、ハエの目レンズ１２４の入射面における光線のＮＡが、ハエの目レンズ１２４の入射角度制限を超えてしまう場合がある。
【００６６】
従って、円錐型光学素子１２２ｂのような光束形状変更手段１２２を用いた場合も自在に輪帯比を大きくすることはできない。そのため、光学素子ＯＭ_１と光学素子ＯＭ_２の間隔、ズーム光学系１２３ａ乃至１２３ｃの倍率を、上述したハエの目レンズ１２４への入射角度の制限を超えない範囲に設定すると共に、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を変更して外径を小さくすることにより、輪帯比を変更することが有効である。
【００６７】
これは、輪帯照明のみに限らず、４重極状、若しくは、２重極状の照明に関しても適用可能である。光束形状変更手段１２２により中心部を周辺部より低い光量分布及び所望の大きさの光束に変換し、ハエの目レンズ１２４の射出面において形成された２次光源の光量分布の外径を照明光学系１２０の可変絞り１２５で制限することにより所望の形状の有効光源（変形照明）を形成する。かかる場合においても、設定された投影光学系３００のＮＡに対して、照明光学系１２０の可変絞り１２５の幾何的なσが０．９５以下となるように制御部５００に制御される。
【００６８】
以下、図１１を参照して、露光装置１を用いた露光方法について説明する。図１１は、本発明の一側面である露光方法１０００を説明するためのフローチャートである。
【００６９】
まず、オペレーターがプレート４００に転写する回路パターン（即ち、必要な解像度）に応じて、投影光学系３００のＮＡを設定する（ステップ１００２）。オペレーターは投影光学系３００のＮＡを任意に設定することが可能であり、制御部５００は投影光学系３００の開口絞り３１０の開口径を変更して投影光学系３００のＮＡを設定されたＮＡにする。
【００７０】
また、制御部５００は、設定された投影光学系３００のＮＡに対して最も適した照明光学系１２０のＮＡを算出する（ステップ１００４）。設定された投影光学系３００の開口数の径内にレチクル２００のパターンからの０次回折光が収まるように、具体的には、照明光学系１２０のＮＡ／投影光学系３００のＮＡ≦０．９５となるように、照明光学系１２０のＮＡを算出する。
【００７１】
次いで、照明光学系１２０のＮＡを、ステップ１００４で算出したＮＡに変更する（ステップ１００６）。即ち、照明光学系１２０の可変絞り１２５の開口径を変更して、投影光学系３００のＮＡに対して最も適した照明光学系１２０のＮＡにする。
【００７２】
そして、露光においては、光源部１１０から発せられた光束が、照明光学系１２０によりレチクル２００を、例えば、ケーラー照明する。レチクル２００を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３００によりウェハ４００上に結像される。露光装置１は、照明光学系１２０のＮＡと投影光学系３００のＮＡが最適に設定されているので、高いスループットで経済性よく性能に優れたデバイス（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。また、投影光学系３００のＮＡを設定すると制御部５００が自動的に照明光学系１２０のＮＡを変更するため、オペレーターは、従来に比べて、より簡易に露光装置１を運用することが可能である。
【００７３】
次に、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２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本発明のリソグラフィー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５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４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、それが出荷（ステップ７）される。
【００７４】
図１３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。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例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、本発明の露光装置では、多光源形成手段に光学パイプを用いてもよいし、多光源形成手段を構成する光学要素が反射作用を持つミラーであるハエの目ミラーを用いてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、照明光束がけられることを防止し、優れた結像性能を有する露光装置を提供することができる。
【００７７】
また、本発明は、照明形状（有効光源形状）のテレセン性を補正した際にも、テレセン性以外の性能（効率等）の変化を最小限に抑え、優れた結像性能を有する露光装置を提供することができる。
【００７８】
【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例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すハエの目レンズの入射面の光量分布と射出面の光量分布との関係の一例を示す概略模式図である。
【図３】図１に示す露光装置における照明光学系の一例を示す要部拡大図である。
【図４】図１に示す照明光学系の可変絞りにおける光束形状を示す概略断面図である。
【図５】図１に示す光束形状変更手段を開口絞りとして構成した場合の概略平面図である。
【図６】図１に示すハエの目レンズに入射する光と照明面との関係を示す概略模式図である。
【図７】図１に示すハエの目レンズに図２に示すような光量分布の光を入射させた場合に照明面に形成される各像高の有効光源分布を示す概略模式図である。
【図８】図１に示すハエの目レンズに図２に示すような光量分布の光を入射し、照明面に形成される各像高の有効光源分布のテレセン性を補正した場合を示す概略模式図である。
【図９】図１に示す投影光学系の開口絞りにおける照明光学系の可変絞りの像を示す概略模式図である。
【図１０】図１に示す露光装置における照明光学系の一例を示す要部拡大図である。
【図１１】本発明の一側面である露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】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。
【図１３】図１２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１露光装置
１００照明装置
１１０光源部
１２０照明光学系
１２１光束均一化手段
１２２光束形状変更手段
１２３ａ乃至１２３ｃズーム光学系
１２４ハエの目レンズ
１２５可変絞り
１２６集光光学系
１２７マスキングブレード
１２８ａ乃至１２８ｂ結像光学系
２００レチクル
３００投影光学系
３１０開口絞り
４００プレート
５００制御部
６００調整機構

Claims

光源からの光束でレチクルを照明する照明光学系と、該レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有する露光装置であって、
前記照明光学系は、前記光束から２次光源を形成するための複数の光学素子を備える多光源形成手段と、前記２次光源が形成される位置若しくはその近傍に配置され、開口径を可変とする可変絞りとを有し、
前記投影光学系は、前記可変絞りと光学的に略共役な位置に配置され、該投影光学系の開口数を可変とする開口絞りを有し、
前記開口絞りの開口径を制御すると共に、σ＝１に相当する前記複数の光学要素の数をｘとしたときに、σ＝（ｘ−１）／ｘ以下となるように前記可変絞りの開口径を制御する制御部を有することを特徴とする露光装置。
前記照明光学系は、前記光源からの光束を前記多光源形成手段に導くとともに、前記２次光源の大きさを調整するズーム光学系と、
前記多光源形成手段からの光束を前記レチクルに導く、少なくとも２つ以上の光学素子で構成される集光光学系とを有し、
前記集光光学系を構成する前記光学素子の間隔の調整に応じて、前記ズーム光学系により前記２次光源の大きさを調整することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記光学素子の間隔の調整により、前記被処理体を露光する光のテレセン性を調整することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
前記集光光学系は、少なくとも２群以上の光学系を持ち、その焦点距離及び後側主点位置を略一定としつつ、前側主点位置を変更可能であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
光源からの光束で被照明面を照明する照明装置であって、
前記光束から２次光源を形成する多光源形成手段と、
前記多光源形成手段からの光束を前記被照明面に導く、少なくとも２群以上の光学系を持つ集光光学系を有し、
該集光光学系は、その焦点距離及び後側主点位置を略一定としつつ、前側主点位置を変更可能であることを特徴とする照明装置。
前記前側主点位置の調整により、前記被照明面を照明する光のテレセン性を調整することを特徴とする請求項５記載の照明装置。
前記集光光学系は、前記２次光源が形成される位置と光学的に略共役な位置に形成される前記２次光源の像を光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
光源からの光束で被照明面を照明する照明装置であって、
前記光束を多光源形成手段に導くとともに、該多光源形成手段により形成された２次光源の大きさを調整するズーム光学系と、
該多光源形成手段からの光束を前記被照明面に導く、少なくとも２つ以上の光学素子で構成される集光光学系とを有し、
前記集光光学系を構成する前記光学素子の間隔の調整に応じて、前記ズーム光学系により前記２次光源の大きさを調整することを特徴とする照明装置。
請求項５乃至８のうちいずれか一項記載の照明装置と、
前記照明装置により照明されたレチクルのパターンを被処理体上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
請求項１乃至４及び９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、
露光された前記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。