JP4684563B2 - 露光装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、露光に係り、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露光装置及び方法に関する。

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いる。例えば、デザインルールは、１００ｎｍ以下の回路パターン形成を量産工程で達成しようとし、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。その主流となる加工技術はフォトリソグラフィーであり、レチクル（マスク）に描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等に投影してパターンを転写する投影露光装置が使用されている。

投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけで微細化の要求を満足するには限界となっている。

そこで、レチクルのパターンに応じて最適な有効光源分布を形成する技術（変形照明法）が注目されている。有効光源分布の形成は、照明光学系に構成されている複数のエレメントを駆動することにより実現する。各エレメントの駆動位置は、装置パラメータとして格納又は計算により求めている。ここで、「有効光源」とは、ウェハ面に入射する露光光束の角度分布を意味し、投影光学系の瞳面における光強度分布である。かかる有効光源分布の形成は、照明光学系の瞳面、即ちレチクル面のフーリエ変換面（例えば、ハエの目レンズの射出面近傍）の光強度分布を所望の形状に調整することで実現している。また、変形照明法は、輪帯照明、二重極（ダイポール）照明及び四重極照明などが一般的に用いられている。

また、露光を繰り返していると、投影光学系が露光光のエネルギーを吸収することで加熱したり、かかる熱を放熱したりするために投影光学系の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）が変動し、結像性能が劣化してしまう。そこで、投影光学系固有の時定数に加え、レチクルのパターンを通過する光の総光量、露光に要した時間及び露光間の時間をパラメータとして用いて投影光学系の露光特性の変動量を算出し、かかる変動量を補正するようにウェハステージの駆動や投影のレンズ駆動及びレンズ間の圧力制御、露光光の波長の微調整を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、有効光源分布に対応した投影光学系の各種補正量（露光中の結像倍率や結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差などの変化特性）を予め露光装置に格納し、かかる補正量を利用して露光を行うことが可能である。従って、露光を行う際には、レチクルのパターンに対して最適な有効光源分布を選択するだけで、かかる有効光分布に応じた各種補正量については特に意識せずに露光を行うことができる。
特許第３１８６０１１号

近年、コンピュータージェネレーティッドホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）などの回折光学素子を用いて所望の有効光源分布を形成することが可能となり、例えば、新しい有効光源分布を形成する回折光学素子を任意のタイミングで露光装置に搭載することができるようになってきている。

しかし、新たに搭載された回折光学素子が形成する有効光源分布に関しては、対応する投影光学系の補正量が露光装置に格納されていないため、投影光学系の特性の変動を補正することができなくなり、結像性能及び歩留まりを劣化させてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、任意の有効光源分布に対して投影光学系の特性の変動を補正し、結像性能及び歩留まりの劣化を防止することができる露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、露光光を利用して、レチクルに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、前記レチクルに対してフーリエ変換となる面における有効光源の形状を決定する光学素子と、前記有効光源の形状及び前記投影光学系の像面上の照度を検出する検出手段と、前記投影光学系の特性を変更する制御部と、を有し、前記検出手段は、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布を検出し、前記制御部は、前記検出手段によって検出された前記有効光源の形状を用いて前記有効光源に対応する補正量と、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布とを用いて前記レチクルに対応する補正量を求め、前記有効光源に対応する補正量と前記レチクルに対応する補正量の分だけ前記投影光学系の特性の変動を補正することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光方法は、露光光を利用して、レチクルに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、前記レチクルに対してフーリエ変換となる面における有効光源の形状を取得する第1の取得ステップと、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布を取得する第２の取得ステップと、を有し、前記第１の取得ステップで取得した前記有効光源の形状を用いて前記有効光源に対応する補正量と、前記第２の取得ステップで取得した前記照度及び前記光強度分布を用いて前記レチクルに対応する補正量を求め、前記有効光源に対応する補正量と前記レチクルに対応する補正量の分だけ前記投影光学系の特性の変動を補正するステップとを有することを特徴とする。

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を現像するステップ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例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、任意の有効光源分布に対して投影光学系の特性の変動を補正し、結像性能及び歩留まりの劣化を防止することができる露光装置及び方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態としての露光装置１を説明する。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、露光装置１の概略ブロック図である。

露光装置１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・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンを被処理体４０に露光する露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクル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、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハ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の露光領域に移動する露光方法である。

露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、被処理体４０を載置するウェハステージ４５と、フォーカス位置検出機構としての照射部５２及び受光部５４と、検出手段６０と、制御部７０と、メモリ７２とを有する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、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１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよい。

照明光学系１４は、光源部１２から射出した光束を用いて被照明面（例えば、所望のパターンを有するレチクル２０）を照明する光学系であり、減光部材１４ａと、ビーム成形光学系１４０と、オプティカルインテグレーター１４ｂと、絞り１４ｃと、集光レンズ１４ｄと、ハーフミラー１４ｅと、可変スリット１４ｆと、視野絞り１４ｇと、結像レンズ１４ｈ及び１４ｉとを有する。

減光部材１４ａは、本実施形態では、透過率の異なる複数のＮＤ（光量調整）フィルタで構成される。減光部材１４ａは、被処理体４０面上で最適な露光量となるように、後述する制御部７０に制御されたＮＤ駆動部８０ａを介してＮＤフィルタが組み合わされ、細かい減光率の調整が可能となっている。

ビーム成形光学系１４０は、複数の光学素子やズームレンズから構成される。ビーム成形光学系１４０は、ビーム成形光学系１４０を構成する光学素子やズームレンズを制御部７０に制御されたビーム系駆動部８０ｂを介して駆動することで、後段のオプティカルインテグレーター１４ｂに入射する光束の光強度分布及び角度分布を所望の分布に形成することができる。

図２は、ビーム成形光学系１４０の構成の一例を示す概略ブロック図である。ビーム成形光学系１４０は、本実施形態では、射出角規定光学系１４１と、光学素子１４２と、コンデンサレンズ１４３と、インプットレンズ１４４と、集光ズームレンズ１４５とを有する。

射出角規定光学系１４１は、後段の光学素子１４２に入射する光束のＮＡを規定する。

光学素子１４２は、コンデンサレンズ１４３によってフーリエ変換された面ＦＣＰにおいて所望の光強度分布（即ち、有効光源の形状）を形成する。光学素子１４２は、異なる有効光源の形状を形成する複数の光学素子１４２’に交換可能に構成されている。

光学素子１４２は、本実施形態では、回折光学素子（ＣＧＨ）であり、そのフーリエ変換の関係となる面（フーリエ変換面）ＦＣＰにおいて所望の光強度分布を形成するよう設計されている。輪帯形状の有効光源を形成するための光学素子１４２に対して、平行光を入射させた場合を図３（ａ）に、角度分布（ＮＡ）を有する光を入射させた場合を図３（ｂ）に示す。

輪帯形状の有効光源を形成するための光学素子１４２は、図３（ａ）に示すように、入射される平行光に対して回折する回折光が輪帯幅の細い輪帯形状の光強度分布をフーリエ変換面ＦＣＰに形成するように設計及び製作されている。かかる光学素子１４２に対して、図３（ｂ）のようにある程度ＮＡを有する光を入射させるとフーリエ変換面ＦＣＰで形成される像がぼけ、図３（ｂ）に示すような、輪帯幅の広い輪帯形状の光強度分布を形成する。従って、射出角規定光学系１４１で規定されるＮＡが可変となるように構成する（異なるＮＡを射出する光学系を交換可能に配置する、或いは、ＮＡ可変のズーム光学系とする）ことで、光学素子１４２で形成される有効光源の形状（輪帯幅）を可変調整することができる。

インプットレンズ１４４は、入射面又は射出面、或いは、その両面が円錐面や多角錘面の複数のインプットレンズ１４４’が交換可能に構成されている。

集光ズームレンズ１４５は、インプットレンズ１４４からの光束をオプティカルインテグレーター１４ｂの入射面に集光する。集光ズームレンズ１４５は、インプットレンズ１４４の射出面近傍をオプティカルインテグレーター１４ｂの入射面に所定の倍率で結像する。集光ズームレンズ１４５の物体面とオプティカルインテグレーター１４ｂとは、互いに略共役な関係となるように配置される。また、集光ズームレンズ１４５を倍率可変のズームレンズとすることで、オプティカルインテグレーター１４ｂへ入射する光束領域を調整することが可能となっており、複数の照明条件を形成させることができる。

図２に示すビーム成形光学系１４０は、図４に示すような輪帯形状の照明領域ＩＥを有する有効光源を形成する場合、インプットレンズ１４４を用いずに光学素子１４２で輪帯形状の光強度分布を直接形成することも可能である。また、光学素子１４２で円形の光強度分布を形成し、インプットレンズ１４４を、図５に示すような、入射側に凹形状の円錐面（又は平面）ＳＰ１を、射出側に凸形状の円錐面ＳＰ２を有するプリズムとすることで、図４に示す輪帯形状の照明領域ＩＥを有する有効光源を形成することも可能である。ここで、図４は、輪帯形状の有効光源を示す図である。図５は、図４に示す有効光源の形状を形成するためのインプットレンズ１４４の一例であるプリズムを示す概略透視図である。

図６に示すような四重極形状の照明領域ＩＥを有する有効光源を形成する場合でも、光学素子１４２で四重極形状の光強度分布を直接形成してもよい。また、光学素子１４２で円形の光強度分布を形成し、インプットレンズ１４４を、図７に示すような、入射側に凹形状の四角錐面（又は平面）ＴＰ１を、射出側に凸形状の四角錐面ＴＰ２を有するプリズムとすることで、図６に示す四重極形状の照明領域ＩＥを有する有効光源を形成することができる。ここで、図６は、四重極形状の有効光源を示す図である。図７は、図６に示す有効光源の形状を形成するためのインプットレンズ１４４の一例であるプリズムを示す概略透視図である。

ビーム成形光学系１４０は、光学素子１４２で直接又は光学素子１４２とインプットレンズ１４４との組み合わせによって有効光源を形成することで、オプティカルインテグレーター１４ｂの射出面近傍に配置される絞り１４ｃで必要以上に光を切り出すことを排除し、高い照明効率で有効光源分布を形成することを可能としている。

更に、集光ズームレンズ１４５と組み合わせれば、光学素子１４２及びインプットレンズ１４４により形成した光強度分布を維持したまま、その光強度分布全体を拡大し、有効光源の形状の大きさ（外σ値）の調整が可能となる。

オプティカルインテグレーター１４ｂは、多光束発生手段として機能し、複数の微小レンズを２次元的に配置した構成を有する。オプティカルインテグレーター１４ｂは、射出面近傍に２次光源を形成する。

オプティカルインテグレーター１４ｂの射出面近傍には、絞り１４ｃが配置される。絞り１４ｃは、制御部７０に制御された開口駆動部８０ｃを介して開口の大きさ及び形状が可変となるように構成される。

集光レンズ１４ｄは、オプティカルインテグレーター１４ｂの射出面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し、被照射面である視野絞り１４ｇ面に重畳照射して、かかる面の光強度を均一にする。

ハーフミラー１４ｅは、オプティカルインテグレーター１４ｂから射出された光束の数％を反射し、積算露光量計測センサ６５に導光する。積算露光量計測センサ６５は、露光時の光量を常時検出するためのディテクタ（照度計、検出器）であり、被処理体４０面、レチクル２０面と光学的に共役な位置に配置され、検出結果を制御部７０に送信する。

視野絞り１４ｇは、複数の可動な遮光板を有し、制御部７０に制御された視野駆動部８０ｄを介して任意の開口形状を形成することができるように構成され、被処理体４０面上の露光範囲を規制する。視野絞り１４ｇは、レチクルステージ２５及びウェハステージ４５と同期して走査移動する。また、視野絞り１４ｇの入射側近傍には、被処理体４０の照明領域を規定し、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に可変スリット１４ｆが配置されている。

結像レンズ１４ｈ及び１４ｉは、視野絞り１４ｇの開口形状を被照明面としてのレチクル２０面上に転写し、レチクル２０面上の必要な領域を均一に照明する。

レチクル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、駆動機構２５ａに接続されたレチクルステージ２５に支持及び駆動される。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、被処理体４０上に投影される。レチクル２０と被処理体４０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、レチクル２０と被処理体４０を走査することによりレチクルパターン全体を被処理体４０上に転写する。

投影光学系３０は、物体面（例えば、レチクル２０）からの光束を像面（例えば、被処理体４０）に結像する。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。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。

投影光学系３０は、本実施形態では、ＮＡ絞り（開口絞り）３２と、複数のレンズ３００とを有し、レチクル２０のパターンで回折した回折光を被処理体４０上に結像する。ＮＡ絞り３２は、制御部７０に制御されたＮＡ駆動部３２０を介して、その開口寸法を変化させ、投影光学系３０のＮＡを変更する。

レンズ３００は、レンズ駆動部３１０に接続され、光軸方向に移動可能に構成される。レンズ駆動部３１０は、制御部７０に制御され、レンズ３００を光軸方向に駆動して位置を変えることにより、投影光学系３０の投影倍率を変更することができる。なお、レンズ駆動部３１０は、投影光学系３０を構成する図示しないレンズにも接続しており、かかるレンズを駆動することにより、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差を変えることができる。

被処理体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。被処理体４０にはフォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ４５は、制御部７０に制御された駆動機構４５ａに接続され、被処理体４０を支持及び駆動する。ウェハステージ４５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、ウェハステージ４５は、リニアモーターを利用して光軸方向及び光軸と直交する平面に沿って２次元的に被処理体４０を移動させることができる。レチクル２０と被処理体４０は、例えば、同期走査され、レチクルステージ２５及びウェハステージ４５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。ウェハステージ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、レチクルステージ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る。

フォーカス位置検出機構は、被処理体４０面の光軸方向に関する位置（高さ）を検出し、照射部５２と、受光部５４とを有する。フォーカス位置検出機構は、照射部５２から被処理体４０面に照射光を射出し、被処理体４０面で反射した反射光を受光部５４で受光することで被処理体４０の位置を検出し、かかる位置情報を制御部７０に送信する。なお、駆動機構４５ａは、制御部７０からの位置情報に基づいて、被処理体４０の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体４０面を投影光学系３０による結像位置に合致させる。

検出手段６０は、被処理体４０面近傍、具体的には、ウェハステージ４５上に設けられ、照明光学系１４が形成する有効光源の形状又はそれに対応する露光光の形状を測定する機能を有する。検出手段６０は、例えば、被処理体４０面上に入射する露光光の光量を検出するディテクタ（照度計、検出器）で構成され、被処理体４０面に受光部を一致させ、照明領域内の照明光をウェハステージ４５の駆動と共に駆動して受光し、その結果を制御部７０に送信する。なお、検出手段６０は、本実施形態ではディテクタを用いているが、２次元ＣＣＤを用いてもよい。

ここで、検出手段６０を用いた有効光源の形状（露光光の角度分布）の検出について説明する。有効光源の形状を検出する方法は、種々考えられるが、例えば、図８に示すように、視野絞り１４ｇを駆動して検出したい位置に対応するように微小開口を設定すると共に、被処理体４０近傍に設置した検出手段６０を実際のウェハ基準面から光軸方向にデフォーカスさせる方法がある。なお、レチクル２０は、光路上から外しておく。ここで、図８は、露光装置１において、有効光源の形状を検出する方法の一例を説明するための図である。

図８を参照するに、視野絞り１４ｇで制限された露光光のみが被処理体４０面で一旦結像し、角度を反映させたまま検出手段６０に入射する。被処理体４０を保持するウェハステージ４５上に配置された検出手段６０は、光束の広がりに対して十分小さな径のピンホールを有する。かかる検出手段６０をウェハステージ４５によって、例えば、２次元マトリクス状に広がっている範囲で水平移動させることにより、入射する露光光の光強度を計測し、角度分布を検出している。

また、視野絞り１４ｇと共役な位置に微小開口を設けることでも同様に、有効光源の形状の検出が可能である。具体的には、図９に示すように、視野絞り１４ｇを開放し、Ｃｒパターンなどにより微小開口を形成した専用レチクル又は専用プレート２０Ａを配置すること等が考えられる。ここで、図９は、露光装置１において、有効光源の形状を検出する方法の一例を説明するための図である。

このような方法によって任意の位置を計測すれば、各像高における有効光源分布が検出可能である。また、各位置における入射する露光光の総光量に対応する情報（被処理体４０面における照度分布）も検出することができる。

制御部７０は、露光装置１の全体の制御を行う機能を有し、詳細には、ＮＤ駆動部８０ａ、ビーム系駆動部８０ｂ、開口駆動部８０ｃ及び視野駆動部８０ｄを介して有効光源の形状を制御すると共に、駆動機構２５ａ及び４５ａを介して走査露光を制御する。また、制御部７０は、検出手段６０の検出した有効光源の形状又は予め記憶された照明光学系１４が形成する有効光源の形状に基づいて、レンズ駆動部３１０の駆動を制御する。換言すれば、制御部７０は、露光を繰り返す際に生じる投影光学系の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）の変動をレンズ駆動部３１０を介して制御（補正）することができる。なお、投影光学系３０の特性の変動を補正する方法については、特許第３１８６０１１号などに開示されているが、その他公知の方法を利用することができる。

メモリ７２は、レチクル２０のパターンとレチクル２０のパターンに適した有効光源の形状を表す第１の情報と、かかる有効光源の形状と投影光学系３０の特性の変動を補正する補正量との関係を表す第２の情報とを格納する。第１の情報には、露光装置１が使用する全てのレチクル２０のパターンについて、最適な照明モード（例えば、輪帯形状や四重極形状など）を含む。第２の情報には、有効光源の形状に対応する投影光学系３０の特性の変動量、かかる変動量を補正するためにレンズ駆動部３１０を介して駆動するレンズ、及び、かかるレンズの駆動量などの補正量を含む。

具体的には、露光を繰り返す際に投影光学系３０が露光光のエネルギーの一部を吸収して加熱されたり、かかる熱を放熱したりするために生じる投影光学系の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）の変動を補正するためには、レチクル２０のパターンを通過した露光光の総光量に対する補正量ＱＢ、パターン像の光強度分布（レチクルパターンの透過率分布）に対応する補正量Ｄａ、有効光源の形状に対応する補正量Ｄｂを求め、メモリ７２に格納しておく必要がある。

露光において、光源部１２から発せられた光束は、照明光学系１４によりレチクル２０を照明する。レチクル２０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３０により被処理体４０に結像される。そして、レチクル２０と被処理体４０を同期走査しながら露光を行う。投影光学系３０の縮小倍率が１／βの場合、ウェハステージ４５の走査速度をＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］とすると、レチクルステージ２５の走査速度はβＶ［ｍｍ／ｓｅｃ］である。また、ウェハステージ４５の走査方向とレチクルステージ２５の走査方向とは、互いに反対方向である。

露光装置１が使用する投影光学系３０は、後述する露光方法によって、露光中の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）の変動を補正して露光することができるので、高い解像力とスループットで経済性よくデバイス（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。

以下、図１０を参照して、本発明の一側面としての露光方法１０００を説明する。図１０は、露光方法１０００を説明するためのフローチャートである。本実施形態の露光方法１０００は、照明装置１０からの光束でレチクル２０を照明し、レチクル２０に形成されたパターンを投影光学系３０を介して被処理体４０に露光する。

図１０を参照するに、まず、レチクルのパターンとレチクルのパターンに適した有効光源の形状を表す第１の情報と、かかる有効光源の形状と投影光学系３０の特性の変動を補正する補正量との関係を表す第２の情報とをメモリ７２に格納する（ステップ１００２）。なお、ここでの第１の情報は、複数の光学素子１４２及びかかる光学素子１４２が形成する有効光源の形状も含まれる。

露光装置１に光学素子１４２’を設置すると（ステップ１００４）、制御部７０は、光学素子１４２’がステップ１００２で格納された複数の光学素子１４２に該当するかどうか判断する（ステップ１００６）。なお、判断については、例えば、光学素子に付与したバーコードなどでＩＤ判断することが望ましい。

光学素子１４２’は、本実施形態では、ステップ１００２において格納された光学素子１４２ではないので、光学素子１４２’と、併用する射出光学系１４１、コンデンサレンズ１４３、インプットレンズ１４４及び集光ズームレンズ１４５を駆動して所望の照明条件に設定し、検出手段６０を用いて有効光源の形状を検出する（ステップ１００８）。更に、レチクル２０を設置しない状態での被処理体４０面上の照度を計測する（ステップ１０１０）。

制御部７０は、ステップ１００８で検出した有効光源の形状に対応する補正量Ｄｂを算出し、光学素子１４２’が形成する有効光源の形状と共にメモリ７２に格納する（ステップ１０１２）。

次に、格納している光学素子１４２’の形成する有効光源に対応する補正量Ｄｂを呼び出す（ステップ１０１４）。なお、ステップ１００６において、光学素子１４２’がステップ１００２で格納された光学素子１４２である場合は、ステップ１００８、１０１０及び１０１２を経ることなく、ステップ１０１４に進む。

次いで、所望のパターンが形成されたレチクル２０を設置されると（ステップ１０１６）、制御部７０は、かかるレチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルに該当するかどうか判断する（ステップ１０１８）。なお、判断については、例えば、レチクルに付与したバーコードなどでＩＤ判断することが望ましい。

レチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルに該当しないと判断された場合には、レチクル２０の光強度分布及び透過率分布（即ち、レチクル２０のパターンの透過率分布）を、検出手段２０を被処理体４０面で２次元駆動させて計測する（ステップ１０２０）。このとき、レチクル２０の総透過率も算出する。

レチクル２０の光強度分布、透過率分布の計測及び総透過率を取得すると、制御部７０は、レチクル２０に対応する補正量ＱＢ及びＤａを算出し、メモリ７２に格納する（ステップ１０２２）。

次いで、格納しているレチクル２０に対応する補正量ＱＢ及びＤａを呼び出す（ステップ１０２４）。なお、ステップ１０１８において、レチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルである場合は、ステップ１０２０及び１０２２を経ることなく、ステップ１０２４に進む。そして、補正量ＱＢ、Ｄａ及びＤｂを基に、レンズ駆動部３１０を介して投影光学系３０のレンズ３００を駆動し、露光を行う（ステップ１０２６）。

露光方法１０００によれば、露光中に生じる投影光学系３０の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）の変動を補正することができるので、結像性能及び歩留まりの劣化を防止することができる。

次に、露光方法１０００の変形例である露光方法１０００Ａについて説明する。図１１は、露光方法１０００の変形例である露光方法１０００Ａを説明するためのフローチャートである。

図１１を参照するに、まず、輪帯形状、二重極形状及び四重極形状などの典型的な有効光源の形状及びかかる有効光源に対する補正量Ｄｂをシミュレーション等で予め求め、メモリ７２に格納する（ステップ１００１）。

一方、露光方法１０００と同様に、レチクルのパターンとレチクルのパターンに適した有効光源の形状を表す第１の情報と、かかる有効光源の形状と投影光学系３０の特性の変動を補正する補正量との関係を表す第２の情報とをメモリ７２に格納する（ステップ１００２）。そして、露光装置１に光学素子１４２’が設置されると（ステップ１００４）、制御部７０は、光学素子１４２’がステップ１００２で格納された複数の光学素子１４２に該当するかどうか判断する（ステップ１００６）。光学素子１４２’がステップ１００２で格納された光学素子１４２に該当しないと判断された場合には、所望の照明条件に設定し、検出手段６０を用いて有効光源の形状を検出する（ステップ１００８）。更に、レチクル２０を設置しない状態での被処理体４０面上の照度を計測する（ステップ１０１０）。

次に、ステップ１００８で検出した有効光源の形状に近いものがステップ１００１で格納した有効光源の形状にあるかどうか判断する（ステップ１０１１）。ここでの判断としては、有効光源を、例えば、照明領域の外側（外σ）と内側（内σ）の大きさ、照明領域の開口角（θ）とその方向（Ｘ、Ｙ方向）で表現して判断することが好ましい。

ステップ１００８で検出した有効光源の形状に近い有効光源の形状が格納されている場合にはステップ１０１４に進む。一方、ステップ１００８で検出した有効光源の形状に近い有効光源の形状が格納されていない場合には、光学素子１４２’を用いて実際に露光を繰り返し、投影光学系３０の特性の変動を検出して補正量Ｄｂを求め、光学素子１４２’が形成する有効光源の形状と補正量Ｄｂをメモリ７２に格納する（ステップ１０１３）。

次に、格納している光学素子１４２’の形成する有効光源に対応する補正量Ｄｂを呼び出す（ステップ１０１４）。そして、所望のパターンが形成されたレチクル２０を設置されると（ステップ１０１６）、制御部７０は、かかるレチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルに該当するかどうか判断する（ステップ１０１８）。

レチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルに該当しないと判断された場合には、レチクル２０の光強度分布及び透過率分布（即ち、レチクル２０のパターンの透過率分布）を、検出手段２０を被処理体４０面で２次元駆動させて計測する（ステップ１０２０）。このとき、レチクル２０の総透過率も算出する。

レチクル２０の光強度分布、透過率分布の計測及び総透過率を取得すると、制御部７０は、レチクル２０に対応する補正量ＱＢ及びＤａを算出し、メモリ７２に格納する（ステップ１０２２）。

次いで、格納しているレチクル２０に対応する補正量ＱＢ及びＤａを呼び出す（ステップ１０２４）。なお、ステップ１０１８において、レチクル２０がステップ１００２で格納されたレチクルである場合は、ステップ１０２０及び１０２２を経ることなく、ステップ１０２４に進む。そして、補正量ＱＢ、Ｄａ及びＤｂを基に、レンズ駆動部３１０を介して投影光学系３０のレンズ３００を駆動し、露光を行う（ステップ１０２６）。

露光方法１０００Ａによれば、露光中に生じる投影光学系３０の特性（結像倍率、結像位置、像面湾曲、ディストーション、球面収差、非点収差）の変動を補正することができるので、結像性能及び歩留まりの劣化を防止することができる。

なお、本実施形態では、レチクル２０のパターンに対して透過率分布と有効光源分布の両方を検出し、補正量Ｄａ及びＤｂの両方を用いて投影光学系３０の特性の変動量を算出しているが、有効光源の形状を検出し、補正量Ｄａは用いずに補正量Ｄｂを用いて変動量を算出してもよい。この場合には、補正量Ｄａは、予めメモリ７２に格納した値に固定される。

本発明によれば、有効光源の形状を任意のタイミングで新たに設定した場合でも、その有効光源の形状に対応した投影光学系の特性の変動を最適に補正することが可能となる。更に、レチクルに対応した投影光学系の特性の変動を補正することも可能である。

以下、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行程であり、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。

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。本実施形態の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。

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。

本発明の一側面としての露光装置の概略ブロック図である。 図１に示すビーム成形光学系の構成の一例を示す概略ブロック図である。 図２に示す光学素子近傍での光の光路及び有効光源の形状を示す図である。 輪帯形状の有効光源を示す図である。 図４に示す有効光源の形状を形成するためのインプットレンズの一例であるプリズムを示す概略透視図である。 四重極形状の有効光源を示す図である。 図６に示す有効光源の形状を形成するためのインプットレンズの一例であるプリズムを示す概略透視図である。 図１に示す露光装置において、有効光源の形状を検出する方法の一例を説明するための図である。 図１に示す露光装置において、有効光源の形状を検出する方法の一例を説明するための図である。 本発明の一側面としての露光方法を説明するためのフローチャートである。 図１０に示す露光方法の変形例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。 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
１０ 照明装置
１２ 光源部
１４ 照明光学系
１４０ ビーム成形光学系
１４１ 射出角規定光学系
１４２及び１４２’ 光学素子
１４３ コンデンサレンズ
１４４及び１４４’ インプットレンズ
１４５ 集光ズームレンズ
２０ レチクル
３０ 投影光学系
３２ ＮＡ絞り
３００ レンズ
３１０ レンズ駆動部
３２０ ＮＡ駆動部
４０ 被処理体
６０ 検出手段
７０ 制御部
７２ メモリ

Claims (4)

1. 露光光を利用して、レチクルに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
   前記レチクルに対してフーリエ変換となる面における有効光源の形状を決定する光学素子と、
   前記有効光源の形状及び前記投影光学系の像面上の照度を検出する検出手段と、
   前記投影光学系の特性を変更する制御部と、を有し、
   前記検出手段は、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布を検出し、
   前記制御部は、
   前記検出手段によって検出された前記有効光源の形状を用いて前記有効光源に対応する補正量と、
   前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布とを用いて前記レチクルに対応する補正量を求め、
   前記有効光源に対応する補正量と前記レチクルに対応する補正量の分だけ前記投影光学系の特性の変動を補正することを特徴とする露光装置。
2. 前記パターンと前記パターンに適した前記有効光源の形状を表す第１の情報と、
   前記有効光源の形状と前記制御部が前記投影光学系の特性の変動を補正する補正量との関係を表す第２の情報と、を格納するメモリ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。
3. 露光光を利用して、レチクルに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、
   前記レチクルに対してフーリエ変換となる面における有効光源の形状を取得する第1の取得ステップと、
   前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されていない場合の前記投影光学系の像面における照度と、前記レチクルが前記投影光学系の物体面に配置されている場合の前記投影光学系の像面における光強度分布を取得する第２の取得ステップと、を有し、
   前記第１の取得ステップで取得した前記有効光源の形状を用いて前記有効光源に対応する補正量と、
   前記第２の取得ステップで取得した前記照度及び前記光強度分布を用いて前記レチクルに対応する補正量を求め、
   前記有効光源に対応する補正量と前記レチクルに対応する補正量の分だけ前記投影光学系の特性の変動を補正するステップとを有することを特徴とする露光方法。
4. 請求項１又は２に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を現像する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。