TWI417672B - 曝光方法、電子元件製造方法、電子元件以及曝光裝置 - Google Patents

Description

曝光方法、電子元件製造方法、電子元件以及曝光裝置

本發明是關於一種半導體積體電路、平板顯示裝置、薄膜磁頭、微型機械等電子元件製造工程中，微細圖案的形成工程中所使用之曝光方法及利用該曝光方法的電子元件製造方法以及在該方法中所利用的較佳的曝光裝置。

在半導體積體電路等的電子元件的製造工程中之微細圖案的形成時，一般使用光刻蝕(photolithography)技術。其利用在晶圓等的被加工基板的表面上形成光阻劑(感光性薄膜)，並具有與應形成的圖案的形狀對應的光量分佈之曝光光的曝光工程、顯像工程及蝕刻工程等，而在被加工基板上形成所需的圖案。

在目前最尖端的電子元件的製造之上述曝光工程中，作為曝光方法，主要使用投影曝光方法。

其在光罩(也稱作光柵)上，預先將應形成的圖案擴大4倍或5倍而形成，並對其照射照明光，且將其透過光利用縮小投影光學系統在晶圓上進行曝光轉印。

可利用投影曝光方法所形成的圖案的微細度由縮小投影光學系統的解析度決定，其大致等於曝光波長除以投影光學系統的數值孔徑(NA)的值。因此，為了形成更加微細的電路圖案，需要更短波長的曝光光源和更高NA的投影光學系統。

另一方面，還有一種將在光罩上所形成的圖案，不通過投影光學系統而在晶圓上進行曝光之曝光方法(以下稱作〔貼近曝光方法〕)。貼近曝光方法將使應轉印圖案等倍形成的光罩，對晶圓鄰接對向配置，並對光罩照射照明光，而將光罩的明暗圖案保持原有的形狀在晶圓上進行轉印。

而且，還有一種在使等倍的光罩和晶圓緊密附著的狀態下對光罩照射照明光，並將光罩的明暗圖案原封不動地在晶圓上進行轉印之〔接觸曝光方法〕。

在上述習知的曝光方法中的投影曝光方法中，為了得到更高解析度，需要更短波長的光源和更高NA的投影光學系統。

但是，在現在最尖端的曝光裝置中，曝光光的波長已被縮短為193nm，從可使用的透鏡材料的觀點來看，今後難以進一步的短波長化。

而且，目前最尖端的投影光學系統的NA已達到0.92左右，在此之上的高NA化困難，且形成使曝光裝置的製造成本大幅上升的原因。

另一方面，接觸曝光方法是使光罩和基板接觸且進行曝光，所以難以避免伴隨曝光之光罩的損傷和污染。因此，伴隨光罩的消耗之運轉費用高額化，所以難以應用於量化生產。

在貼近曝光方法中，是使晶圓和光罩以10至20 μ m以上的間隔對向鄰接配置，所以在防止光罩損傷方面是有效的。但是，因上述間隔會在轉印圖案上產生模糊，所以難以應用於曝光光的波長左右或其以下之微細圖案的轉印。

本發明的第1目的是提供一種鑒於該課題而形成的，能夠廉價地形成微細的圖案，具體地說為曝光光的波長左右以下的微細圖案之曝光方法。

而且，本發明的目的是還提供一種使用上述曝光方法的電子元件的製造方法，且提供一種適於在上述曝光方法中使用的曝光裝置。

本發明的第1曝光方法為一種利用來自光源的照明光，在感光性的基板上將圖案進行曝光之曝光方法，其特徵在於：包括將來自該光源的該照明光向第1繞射光柵進行照射的工程；將由該第1繞射光柵所生成的繞射光，向與該第1繞射光柵對向配置的第2繞射光柵進行照射的工程；將由該第2繞射光柵所生成的繞射光，向與該第2繞射光柵對向鄰接配置的該感光性的基板上進行照射之工程；且利用具有2維週期的繞射光柵，作為前述第1繞射光柵及前述第2繞射光柵。

如利用該第1曝光方法，可將具有2維週期的微細圖案，在感光性基板上廉價地形成。

或者，在該第1曝光方法中，也可使對該第1繞射光柵進行照射之該照明光的發散角可調整。

或者，也可使照射該第1繞射光柵的前述照明光可通過之光路的發散角可調整。而且，也可使該發散角的調整依據該感光性基板的伸縮而進行。

而且，在該第1曝光方法中，也可藉由使對該第1繞射光柵進行照射的該照明光的強度分佈和該第1繞射光柵的相對位置關係，與時間一起進行變化，而使該照明光在該第1繞射光柵上的累計強度分佈，在包含該第1繞射光柵的中心部之設定的區域上大致均勻化。

另外，在該第1曝光方法中，也可使該第2繞射光柵和該基板的在該基板的面內方向的相對位置關係，沿與該第2繞射光柵的其週期的方向直交之方向偏離，或者，沿其週期方向只偏離該第2繞射光柵的其週期的整數倍的長度，且使該各工程反覆進行多次，而進行向該基板的曝光。

而且，在該第1曝光方法中，也可使該第2繞射光柵和該基板之間及該第1繞射光柵和該第2繞射光柵之間的至少一方，充滿相對於該曝光波長的折射率為1.2以上的介電質。

本發明的第2曝光方法為一種利用來自光源的照明光，在感光性的基板上將圖案進行曝光之曝光方法，其特徵在於：包括在該基板的該光源側，將具有該照明光的實效波長的2倍以下的週期之繞射光柵鄰接對向配置的工程、使來自該光源的該照明光的強度分佈和該繞射光柵的相對位置關係與時間一起進行變化，且將該照明光對該繞射光柵進行照射之工程、將由該繞射光柵所生成的繞射光在該基板上進行照射之工程。

如利用該第2曝光方法，可將微細圖案在感光性的基板上廉價地形成。

而且，也可使該相對的位置關係的變化，藉由將該繞射光柵進行固定，且移動該照明光的強度分佈而進行。

而且，也可使對該繞射光柵進行照射之該照明光的發散角為可調整。

或者，也可使對該繞射光柵進行照射的該照明光可通過之照明光路的發散角為可調整。而且，也可使該發散角的調整依據該感光性基板的伸縮而進行。

而且，也可使該繞射光柵和該基板的在該基板的面內方向的相對位置關係，沿與該繞射光柵的其週期的方向直交之方向偏離，或者，沿其週期方向只偏離該繞射光柵的其週期的整數倍的長度，且使該各工程反覆進行多次而進行該曝光。

另外，也可使該光柵和該基板之間，充滿相對於該曝光波長的折射率為1.2以上的介電質。

本發明的第3曝光方法為一種利用來自光源的照明光，在感光性的基板上將圖案進行曝光之曝光方法，其特徵在於：包括將來自該光源的前述照明光在第1繞射光柵上進行照射的工程、將由該第1繞射光柵所生成的繞射光，向與該第1繞射光柵對向配置的第2繞射光柵進行照射的工程、將由該第2繞射光柵所生成的繞射光，向與該第2繞射光柵對向鄰接配置的該感光性的基板上進行照射之工程；且向該第1繞射光柵進行照射之該照明光的發散角為可調整。

如利用該第3曝光方法，即使在應進行曝光的基板上產生伸縮的情況下，也可藉由將在該基板上所形成的干涉條紋的週期進行擴大或收斂，而將該基板的伸縮進行修正並曝光。

而且，也可使前述發散角的調整，依據該基板的伸縮而進行。

另外，也可使該第2繞射光柵和該基板之間及該第1繞射光柵和該第2繞射光柵之間的至少一方，充滿相對於該曝光波長的折射率為1.2以上的介電質。

關於本發明的電子元件製造方法的第1發明，是在構成電子元件的電路圖案的形成工程之至少一部分中，利用本發明的曝光方法。

而且，關於本發明的電子元件製造方法的第2發明，是在構成電子元件的電路圖案的形成工程之至少一部分中，利用採用投影曝光裝置的投影曝光方法與本發明的曝光方法之合成曝光。

本發明的第1曝光裝置為一種用於將由來自光源的照明光、在第1透光性平板上所形成的第1繞射光柵、在第2透光性平板上所形成的第2繞射光柵所生成之干涉圖案，在感光性的基板上進行曝光的曝光裝置，其特徵在於：具有一種照明光學系統，該照明光學系統為一種將來自該光源的其照明光在該第1繞射光柵上進行照射之照明光學系統，且使在前述第1繞射光柵上進行照射的照明光的發散角可變。

如利用該第1曝光裝置，可將微細圖案在感光性基板上廉價地形成。而且，即使在應曝光的基板上產生伸縮之情況下，也可藉由將該基板上所形成的干涉條紋的週期進行擴大或收斂，而將該基板的伸縮進行修正並曝光。

對該第1繞射光柵進行照射之照明光的其發散角的可變，也可藉由使該照明光學系統中所包含之光學構件的至少一部分移動而進行。

另外，也可具有使對該第1繞射光柵進行照射的該照明光的強度分佈，與該第1繞射光柵的相對位置關係和時間一起進行變化之照明光分佈可變機構，可使該照明光的前述第1繞射光柵上的累計強度分佈，在包含該第1繞射光柵的中心部之設定的區域上，大致均勻化。

而且，也可具有使該第2繞射光柵和該基板之間的至少一部分，及該第1繞射光柵和該第2繞射光柵之間的至少一部分的至少一方，充滿相對於該曝光波長的折射率為1.2以上的介電性液體之液體供給機構。

本發明的第2曝光裝置為一種用於將由來自光源的照明光、在透光性平板上形成的繞射光柵所生成之干涉圖案，在感光性的基板上進行曝光的曝光裝置，其特徵在於：具有設置於該光源和該繞射光柵之間，將來自該光源的其照明光向該透光性平板進行照射之照明光學系統、將該透光性平板在設定的位置上進行保持之第1保持機構、將該基板在對該透光性平板鄰接對向的位置上進行調整保持之基板保持機構；具有使該照明光的強度分佈與該透光性平板的相對位置關係，與時間一起進行變化之照明光分佈可變機構；使該照明光對該透光性平板的累計強度分佈，在包含該透光性平板的中心部之設定的區域內可大致均勻化。

如利用該第2曝光裝置，可將微細圖案在感光性基板上廉價地形成。

而且，該照明光學系統也可使對前述透光性平板進行照明之照明光的發散角為可變。

而且，也可具有使該透光性平板和前述基板之間的至少一部分，充滿相對於前述曝光波長的折射率為1.2以上的介電性液體之液體供給機構。

下面對本發明的實施形態進行說明。

圖1(A)~圖1(B)為用於表示本發明的曝光裝置的第1實施例之側面圖，圖1(A)所示為曝光裝置中的從光源1到偏轉反射鏡11之光路的上游(upstream)部分，圖1(B)所示為Y可動反射鏡12以後的光路的下游(downstream)部分。

另一方面，圖2所示為上述本發明的曝光裝置的第1實施例之上面圖。

圖1及圖2中所示的XYZ座標系統分別表示同一坐標系統(方向)，這在以後的各圖中也是同樣的。

下面，並用圖1及圖2對本發明的曝光裝置的第1實施例進行說明。

發出ArF(氬．氟)準分子雷射、KrF(氪．氟)準分子雷射、F2(氟二聚物)雷射或使用波長轉換元件的諧波雷射等光源1的照明光IL1，利用準直儀透鏡群2、3、5、7，轉換為具有設定的光束尺寸的平行光線束(平行光束)之照明光IL2。

照明光IL2利用偏光控制元件10形成設定為所定偏光狀態的照明光IL3，並由偏轉反射鏡11被反射彎曲而形成照明光IL4。如圖2所示，照明光IL4沿－Y方向行進到達Y可動反射鏡12。

保持Y可動反射鏡12的Y反射鏡保持機構13，通過滾珠螺絲等Y傳動構件22，利用Y驅動機構21可在定盤16上沿Y方向導向裝置23a、23b於Y方向上進行移動。

由Y可動反射鏡12所反射的照明光IL5，沿圖中－X方向行進並到達X可動反射鏡14。

保持X可動反射鏡14的X反射保持機構15，通過滾珠螺絲等X傳動構件19，利用X驅動機構18可在定盤16上沿方向導向裝置20a、20b於X方向上進行移動。

另外，X反射鏡保持機構15及Y反射鏡保持機構13，也可利用線性電動機等被驅動。

由X可動反射鏡14所反射的照明光IL6，通過在定盤16上所設置的孔徑部17，入射照明系統前群透鏡24、25、26、27，並由這些透鏡被折射而形成照明光IL7，在聚光點28上進行聚光。

然後，照明光IL7入射照明系統後群透鏡29、30、32、35，並由這些透鏡被折射，而再次形成平行的照明光IL8，入射第1透光性平板P1。

另外，將從以上的準直儀透鏡群2、3、5、7到照明系統後群透鏡29、30、32、35之照明光IL1~IL8的光路上的光學構件，稱作照明光學系統。

另外，在照明系統前群透鏡的最頂端的透鏡24和定盤16之間，設置有視野光闌FS。當利用X反射鏡保持機構15及Y反射鏡保持機構13而沿XY方向可變之照明光IL7，分佈於XY面內的設定區域以外的情況下，該視野光闌FS用於對其進行遮擋。因此，利用視野光闌FS，可決定照明光IL7及照明光IL8能夠通過之光路的外緣LEa、LEb。

在第1透光性平板P1的下方(－Z方向)設置有第2透光性平板P2。

第2透光性平板P2與應形成圖案的加工物件即半導體晶圓等的基板W(後面的情也稱作〔晶圓〕)，鄰接對向配置。

在第1透光性平板P1上形成後述的第1繞射光柵，藉由使照明光IL8照射該第1繞射光柵所產生的繞射光，照射第2透光性平板P2。在第2透光性平板P2上形成後述的第2繞射光柵，且上述繞射光可照射該第2繞射光柵。而且，由第2繞射光柵所產生的繞射光照射晶圓W，且在晶圓W上形成由多個繞射光所形成的干涉條紋構成之明暗圖案。

在晶圓W的表面上，預先形成將上述明暗圖案進行感光並記錄的光阻劑。即，晶圓W可看作感光性的基板。

晶圓W被保持在於晶圓定盤50上可沿XY方向動作的基板保持機構之晶圓載台38上，且可藉此沿XY方向進行動作。而且，晶圓W的X方向的位置通過在晶圓載台38上所設置的移動鏡39的位置而由雷射干涉儀40進行計測，Y方向的位置也通過在晶圓載台38上所設置的未圖示的移動鏡位置，而由未圖示的雷射干涉儀進行計測。

第2透光性平板P2以與晶圓W以後述的設定間隔鄰接對向配置之形態，而由第2保持機構37a、37b進行保持。而且，第1透光性平板P1以與第2透光性平板P2以後述的設定間隔鄰接對向配置之形態，而由第1保持機構36a、36b進行保持。

晶圓W的直徑作為一個例子為300mm，第2透光板P2作為一個例子是形成覆蓋晶圓W的表面的全面之直徑。同樣，第1透光性平板P1作為一個例子，也可形成覆蓋第2透光性平板P2的表面的全面之直徑。但是，如後面所說明的，第1透光性平板P1的直徑，最好較晶圓W的直徑大30mm左右以上。

下面，對利用本發明在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗圖案，利用圖3、圖4及圖8進行說明。

圖3所示為相互對向配置的第1透光性平板P1、第2透光性平板P2及晶圓W的斷面。第1透光性平板P1、第2透光性平板P2由合成石英等對紫外線的透過性高，熱膨脹係數(線膨脹係數)的值小，因此伴隨曝光光的吸收之熱變形小的材料形成。特別是在作為光源1使用F2雷射的情況下，使用添加了氟的合成石英為佳。

在第1透光性平板P1的＋Z側即光源側的表面上，形成沿X方向具有週期性之1維的相位調製型的繞射光柵G11、G12。另一方面，在第2透光性平板P2的－Z側即晶圓W側的表面上，形成沿X方向具有週期性之1維的強度調製型的繞射光柵G21。

對這些繞射光柵G11、G12、G21，利用圖8進行說明。

圖8(A)為從＋Z側觀察第1透光性平板P1的圖示，在其表面上形成沿Y方向具有長邊方向，沿X方向具有1維的週期T1之相位調製型的第1繞射光柵G11、G12。第1繞射光柵G11、G12如所謂的無鉻相位位移光柵那樣，由第1透光性平板P1的表面部分G12、將該平板表面利用腐蝕等進行蝕入的蝕入部分G11所構成。蝕入部分G11的深度，以在透過其表面部G12的照明光和透過蝕入部G12的照明光之間形成180度的相位差之形態而進行設定。當曝光光的波長λ 0，第1透光性平板P1的折射率n，任意的自然數m時，其蝕入深度為(2m－1)λ 0/(2(n－1))。

而且，表面部分G12和蝕入部分G11的寬度的比率(占空係數)為1：1較佳。

圖8(B)為從＋Z側觀察第2透光性平板P2的圖示，在其背面(晶圓W側的面)上形成沿Y方向具有長邊方向，沿X方向具有1維週期T2之第2繞射光柵G21。第2繞射光柵G21由鉻、鉬、鎢、鉭等金屬或它們的氧化物、氟化物或矽化物和其他的遮光性．減光性的材料的膜構成。

另外，在圖8(A)、圖8(B)中，為了說明的方使，而將週期T1表示為第1透光性平板P1的直徑(作為一個例子為300mm以上)的1成左右，但實際上週期T1為例如240nm左右，週期T2為例如120nm左右，與第1透光性平板P1的直徑相比是絕對性的小。這在除了圖8(A)、(B)以外的各圖中也是同樣的。

下面，返回圖3，對利用照明光IL8向第1繞射光柵G11、G12及第2繞射光柵G21的照射，而在晶圓W上形成干涉條紋的明暗圖案之原理進行說明。

如照射大致平行的照明光IL8，則從第1繞射光柵G11、G12產生與其週期T1對應的繞射光。第1繞射光柵G11、G12如為占空係數1：1且相位差180度的相位調製型光柵，則0次繞射光消失而不會產生。在這種情況下，主要產生±1次光的2條繞射光，但也可能還產生±2次光的等高次繞射光。

但是，在週期T1較照明光的實效波長λ的2倍短的情況下，無法產生2次光等的高次繞射光。因此，在這種情況下，從第1繞射光柵G11、G12只產生＋1次繞射光LP和－1次繞射光LM這2條，並透過第1透光性平板P1而入射第2透光性平板P2。

這裡所說的照明光的實效波長，是指從第1繞射光柵G11、G12到晶圓W之照明光路上所存在的透光性媒質中的，具有最低折射率的媒質中之照明光的波長。在本例中，因為在透光性平板P1、透光性平板P2、晶圓W的各個之間存在空氣(或者也可為氮．稀有氣體)，所以實效波長λ 0為照明光的波長λ 0除以空氣的折射率(＝1)之值。

接著，＋1次繞射光LP和－1次繞射光LM，被照射在第2透光性平板P2的晶圓W側的表面上所設置之第2繞射光柵G21上。兩繞射光對稱，所以下面只對＋1次繞射光LP進行說明。

＋1次繞射光LP由第1繞射光柵G11、G12的週期T1，對第2繞射光柵G21從垂直的方向(法線方向)只傾斜設定的角度而向第2繞射光柵G21入射。

該傾斜角θ 0在假定第2繞射光柵G21配置在空氣中時，為由(式1)Sin θ 0＝λ/T1所表示的角。

當＋1次繞射光LP照射第2繞射光柵G21時，從第2繞射光柵G21也產生繞射光。因為第2繞射光柵G21為強度調製型的繞射光柵，所以該繞射光形成含有0次光的繞射光。

這裡，產生該各繞射光的角度方向依據所照射的照明光(＋1次繞射光LP)的入射角的傾斜而傾斜。即，從第2繞射光柵G21，產生沿與所照射的＋1次繞射光LP平行的方向行進之0次繞射光LP0、依據第2繞射光柵G21的X方向的週期T2而進行繞射之－1次繞射光LP1。

另外，如第2繞射光柵G21的週期T2較與上述週期T1及實效波長的關係所決定的值大，則還具有也產生未圖示的＋1次繞射光的可能性。但是，藉由使週期T2為照明光的實效波長以下，實質上可防止未圖示的＋1次繞射光的產生。這裡，所說的照明光的實效波長λ與上述相同。

結果，在晶圓W上，可照射0次繞射光LP0和－1次繞射光LP1這2條繞射光，而利用這些繞射光的干涉而形成干涉條紋的明暗圖案。

下面，利用圖4，對該干涉條紋的明暗圖案進行說明。

圖4所示為0次繞射光LP0和－1次繞射光LP1這2條繞射光在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗分佈的斷面圖。

如上所述，0次繞射光LP0在與向第2繞射光柵G21所照射之＋1次繞射光LP平行的方向上產生，所以0次繞射光LP0以對晶圓W的垂直方向(法線方向)ZW只傾斜上述θ 0的入射角進行照射。

另一方面，－1次繞射光LP1由X方向的週期T2沿X方向進行繞射，並以入射角θ 1照射晶圓W。此時，在晶圓W上所形成之干涉條紋IF的明暗圖案的週期(強度分佈的週期)T3，為(式2)T3＝λ/(sin θ 0＋sin θ 1)。其與干涉條紋IF的振幅分佈之週期的一半對應。

因此，在晶圓W上，於其全面形成沿X方向具有週期T3之與Y方向平行的明暗圖案。而且，在晶圓W上所形成的光阻劑PR上，對該明暗圖案進行照射並曝光。

通常，如干涉條紋IF那樣由2條光線束所形成的干涉條紋，即使晶圓W沿Z方向進行位置變動，其對比度的下降也極少，即形成所謂的聚焦深度大的明暗圖案。

但是，在0次繞射光LP0的入射角θ 0和－1次繞射光LP1的入射角θ 1不相等的情況下(對法線方向VW不對稱的情況下)，對應晶圓W的Z方向位置偏離，干涉條紋IF的X方向位置進行變動。

因此，如要正確地控制干涉條紋IF的X方向位置，則使照射晶圓W的0次繞射光LP0的入射角θ 0和－1次繞射光LP1的入射角θ 1相等即可。這種條件以照明光IL8對第1繞射光柵G11、G12垂直入射為前提，在第1繞射光柵G11、G12的週期T1為第2繞射光柵G21的週期T2的大致2倍時可實現。而且，此時滿足(式3)T2＝T3的關係。

另外，因為在第1繞射光柵G11、G12及第2繞射光柵G21這兩者中含有製造誤差等，所以實際上不能期待兩光柵的週期嚴密地為2倍。因此，所說的大致2倍，是滿足(式4)T2×2×0.999≦T1≦T2×2×1.001的條件就基本可以的意思。藉由滿足上述條件，即使在晶圓W產生Z方向的位置偏離之情況下，也可在晶圓W的設定位置上，照射干涉條紋IF的明暗圖案。

這裡，如果可將晶圓W的Z方向位置在設定的位置上嚴格地進行控制，則未必一定要滿足上述式4所示的條件。

另外，如上所述，照明光IL8需要對第1繞射光柵G11、G12垂直入射。下面，利用圖5對其理由進行說明。

圖5與圖3及圖4同樣地，用於表示第1透光性平板P1、第2透光性平板P2及晶圓W和在晶圓W上所形成之干涉條紋IFa、IFb的斷面。在這裡，使第1繞射光柵G11、G12的週期T1為第2繞射光柵G21的週期T2的2倍。

圖5中的左側所示的干涉條紋IFa，表示因對第1繞射光柵G11、G12垂直入射的照明光IL8a所形成的干涉條紋。此時，與圖3及圖4所示的情況同樣地，從第1繞射光柵G11、G12對稱地產生＋1次繞射光LPa及－1次繞射光LMa，且它們入射第2繞射光柵G21。其中如著眼於＋1次繞射光LPa，則由第2繞射光柵G21所產生的0次繞射光LPa0和－1次繞射光LPa1以相等的入射角(對稱地進行傾斜)入射晶圓W。

因此，在晶圓W上，沿X方向具有明暗的(強度的)週期T2之干涉條紋IFa形成於設定的位置上。而且，其明部的峰值的X方向位置，與第2繞射光柵G21的透過部的位置正確地對應。

另一方面，圖5中的右側所示的干涉條紋IFb，表示因對第1繞射光柵G11、G12只傾斜角度φ入射之照明光IL8b所形成的干涉條紋。此時，也從第1繞射光柵G11、G12產生＋1次繞射光LPb及－1次繞射光LMb，但其角度的對稱性依據照明光IL8b的入射角的傾斜而崩潰。

結果，其中因＋1次繞射光LPb的照射，從第2繞射光柵G21所產生的0次繞射光LPb0和－1次繞射光LPb1向晶圓W之入射角度的對稱性也崩潰。

即使在這種情況下，在晶圓W上也形成沿X方向具有明暗的(強度的)週期T2之干涉條紋IFb，但其明部的峰值的X方向位置與第2繞射光柵G21的透過部的位置形成偏離。

如設其偏離量為δ，則形成(式5)δ＝D2×tan φ的關係。

這種干涉條紋的位置偏離如作為在晶圓W上所形成的干涉條紋的全體之位置偏離，則能藉由將應曝光的晶圓W的位置只偏離設定量而進行位置修正曝光來加以解決。

但是，如這種位置偏離量依據晶圓W的面內的各位置而只產生不同的量時，則不能由上述位置修正曝光解決該問題。

因此，在第1繞射光柵G11、G12上即在第1透光性平板P1進行照射的照明光IL8，不依據第1透光性平板P1內的位置而以一定的入射角度入射第1透光性平板P1，即為平行光較佳。

而且，為了使作為上述全體的位置偏離也消除，使照明光IL8垂直入射第1透光性平板P1為佳。

這裡，如在例如晶圓W上進行曝光之干涉條紋圖案的週期T3(＝T2)為120nm，即為一般被稱作60nm行空間圖案(line and space pattern)，則其位置偏離容許值一般為線寬的1/4即15nm左右。這裡，如使第2繞射光柵G21和晶圓W的表面的間隔D2為50 μ m，則與照明光的垂直入射之偏離的容許值φ 1為(式6)φ 1＝arctan(10/50000)＝0.3[mrad]。

因此，入射第1透光性平板P1之照明光IL8的平行度，大致在±0.3〔mrad〕左右以下為佳。即照明光IL8其收斂或發散性在±0.3〔mrad〕左右以下為佳。不過，該係件當然是根據應曝光的圖案的週期T3及第2繞射光柵G21和晶圓W的表面的D2而進行變動。

另外，在以上的說明中，以第1透光性平板P1和晶圓W平行配置為前提，使照明光IL8的入射角不依據第1透光性平板P1內的化置而為一定值，或又垂直入射為佳，但實際上照明光IL8的入射角等對晶圓W的法線為平行數佳。

然而，為了使照明光IL8像追樣達成嚴格的平行度，需要一種使其平行度可調整的平行度微調整機構。因此，在本發明的曝光裝置中，使準直儀透鏡2、3、5、7及照明系統後群透鏡29、30、32、35中的部分透鏡，沿照明光IL1、IL2、IL7、IL8的行進方向可動，而進行上述微調整。

下面，對在圖1中的照明系後群透鏡29、30、32、35中所設置的平行度微調整機構進行說明。在照明系後群透鏡中，在負透鏡30上安裝有透鏡驅動機構31a、31b，在正透鏡32上安裝有透鏡驅動機構33a、33b。而且，這些透鏡驅動機構31a、31b、33a、33b在固定軸34a、34b上可沿Z方向動作，且藉此透鏡30及透鏡32也可分別獨立地沿Z方向進行動作。

藉此，照明系統後群透鏡29、30、32、35作為整體構成所謂的內聚焦透鏡，且其焦點距離或焦點位置可變。因此，在由於製造誤差等而使照明光IL7的聚光點28不在設定的設計位置之情況下，也可將來自聚光點28的照明光IL7，正確地轉換為平行的照明光IL8。

圖6(A)~圖6(B)所示為根據透鏡30及透鏡32的驅動所造成之照明系統後群透鏡29、30、32、35的作為整體的焦點距離的變動，而使照明光IL8可通過的光路的外緣LEa、LEb變動，且照明光IL8向第1透光性平板P1的入射角依據第1透光性平板P1內位置而進行變化的情況。

圖6(A)表示透鏡30及透鏡32被設定在適當的Z方向位置上的情況，外緣LEa、LEb對第1透光性平板P1垂直，且照明光IL8c、照明光IL8d、照明光IL8e不依據第1透光性平板P1內的位置，而垂直地入射第1透光性平板P1。

另一方面，圖6(B)所示為將透鏡30及透鏡32從適當的Z方向位置偏離配置的情況，由外緣LEa1、LEb1所規定的照明光IL8可取的光路作為整體形成發散光路。此時，外緣LEa1、LEb1從垂直方向LEa、LEb分別傾斜ψ e(進行發散)。伴隨該光路全體的發散，照射光IL8向第1透光性平板P1的入射角，也依據該位置進行變化。

即，通過接近外緣LEa1的光路部分進行照射的照明光IL8f，稍稍向外傾斜而入射第1透光性平板P1。而且，如使傾斜角為ψ m，則由照明光IL8f在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗圖案的位置，形成於從第2透光性平板P2上的第2繞射光柵G21的明暗位置，向左只偏離大致與ψ m成比例的量之位置上而產生位置誤差。其原理與圖5所示的相同。

另一方面，通過接近外緣LEb1的光路部分進行照射的照明光IL8h在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗圖案的位置，與照明光IL8h的向外傾斜的傾斜角ψ m大致成比例，形成於向右偏離的位置上。而且，通過接近中心的光路部分進行照射的照明光IL8g在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗圖案的位置，因為照明光IL8h大致垂直入射，所以不產生位置偏離。

因此，在晶圓W上被曝光的干涉條紋圖案的，對第2繞射光柵G21的明暗圖案之大小的關係，在由外緣LEa1、LEb1所規定的光路整體上形成發散光路的情況下被擴大，在整體上形成收斂光路的情況下被縮小，且在任一種情況下都會產生倍率誤差。

在本發明的曝光裝置中，藉由將透鏡30及透鏡32設定在適當的Z方向位置上，可使外緣LEa、LEb所規定的照明光IL8可取得的光路總是形成平行光路，所以能夠防止這種倍率誤差的產生。

另外，在本發明的曝光裝置中，如因以前的製造工程的熱變形等而在應進行曝光的晶圓W上產生意外的伸縮，則藉由調整透鏡30及透鏡32的位置，並使上述外緣LEa1、LEb1所規定的照明光路，整體上形成發散光路或收斂光路，也可將晶圓W上所形成之干涉條紋的週期T3進行擴大或收斂，而對上述晶圓W的伸縮進行修正並曝光。

下面，對圖1中的準直儀透鏡2、3、5、7上所設置之平行度微調整機構進行說明。在準直儀透鏡中的負透鏡5上安裝有透鏡驅動機構6，在正透鏡7上安裝有透鏡驅動機構8。而且，這些透鏡驅動機構7、8可在固定軸9上沿X方向進行動作，且藉此使透鏡5及透鏡7也可分別獨立地沿X方向進行動作。

藉此，使構成準直儀透鏡的後群之透鏡5、7，整體上構成所謂的內聚焦透鏡，且其焦點距離或焦點位置可變。因此，由於光源1的變動和照明光學系統2~35的製造誤差等，即使在照明光IL8不形成平行光線束的情況下，也可利用透鏡驅動機構7、8的驅動，而將照明光IL8轉換為完全的平行光。

藉此，如圖7所示，可利用透鏡驅動機構7、8的驅動，而使照明光IL8的平行度的狀態(收斂或發散)進行變化。向第1透光性平板P1的照明光，最好如圖7的中央所示的照明光IL8j那樣為平行光線束。因此，在照明光如圖7中的左側所示的照明光IL8i那樣形成收斂光束的情況下，和照明光如圖7中的右側所示的照明光IL8i那樣形成發散光束的情況下，最好利用透鏡驅動機構7、8的驅動而形成所需的平行光線束。

在以上的說明中，對關於照明光的收斂性及發散性之課題和其解決對策進行了闡述。

但是，在本發明中，在對第1透光性平板P1的1點進行照明之照明光的入射角度存在設定寬度(角度範圍)的情況下，其角度範圍可形成在晶圓W上所形成之干涉條紋的對比度下降的原因。

這裡，所說的照明光的入射角度的角度範圍，即意味著照明光的數值孔徑。在例如光源1等的空間的對比度低的情況下，在照明光學系統中的聚光點4、28之照明光的聚光度弱，聚光點形成得較廣。這意味著照射在第1透光性平板P1上之照明光線束的數值孔徑的增大。

在本發明中，照明光的入射角度的偏離使晶圓W上的干涉條紋產生位置偏離，所以照明光的入射角度範圍的存在，等同於使晶圓W上的干涉條紋相互產生位置偏離而相加的行為，可削弱干涉條紋的對比度。

因此，即使關於相當於照明光的數值孔徑之入射角度範圍，根據與上述同樣的考察，最好在±0.3〔mrad〕左右以下。即，最好使照明光學系統的照明光數值孔徑(NA)在0.0003以下。這種低NA的照明光可藉由採用空間相干涉高的雷射光源，和在聚光點4、28設置對照明光線束進行機械性地限制之可變光闌而實現。

這裡，對本發明中的上述的第2繞射光柵G21和晶圓W的表面的間隔D2之最佳值進行說明。如上所述，在照明光IL8的傾斜時於晶圓W上的干涉條紋圖案的位置偏離，與間隔D2成比例地產生，所以如果單純地進行研討，則間隔D2越短越佳。這是因為，藉此可緩和關於照明光的傾斜的規格。

但是，如果使間隔D2過短，則產生第2繞射光柵G21和晶圓W的接觸，會造成它們的損傷。因此，為了回避接觸，間隔D2其數值考慮到晶圓W的平面度和形成第2繞射光柵G21的第2透光性平板P2的平面度，應確保最低限在1 μ m以上。

而且，為了確實地防止上述接觸，間隔D2最好在5 μ m以上。

另一方面，如果使間隔D2過於長距離化，則關於照明光的傾斜等的規格當然也變得嚴格，且在晶圓W1上的1點進行聚光之多個繞射光從第2繞射光柵G21出發的位置的間隔也增大，還會產生因這些多個繞射光間的空間的相干涉所引起之可干涉性下降的問題，所以間隔D2最好設定在500 μ m以下。

而且，如間隔D2短，則可緩和關於照明光的傾斜等的規格，並可廉價地提供只是該量的製造裝置，所以間隔D2最好設定在100 μ m以下。

另外，在本發明中，將第2繞射光柵G21和晶圓W鄰接對向配置，所以在兩構成構件的表面間可產生照明光的多重干涉。而且，其會對在晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗分佈產生不良影響。

因此，在本發明中，作為來自光源1的照明光IL1~IL8，使用其時間上的相干長度(關於光的行進方向的相干長度)為間隔D2的2倍左右以上的光較佳。光的時間上的相干長度，在使該光的波長為λ，該光的波長分佈的波長半幅值為△λ時，大致為λ² /△λ所表示的距離。因此，在曝光波長λ為來自ArF雷射的193nm的情況下，最好使用其波長半值幅△λ為370pm以上左右的照明光IL1~IL8。

另外，在如上述那樣形成具有1維週期的干涉條紋IF的情況下，其形成中所利用的照明光IF8，其偏光方向(電場方向)與干涉條紋IF的長邊方向(與週期方向直交的方向)平行，即在與週期方向直交之方向上為直線偏光光較佳。這是因為，在這種情況下，可使干涉條紋IF的對比度最高。

另外，照明光IL8即使不像上述那樣為完全的直線偏光光，如為干涉條紋IF的長邊方向(Y方向)的電場成分，較週期方向(X方向)的電場成分大的照明光，也可得到上述的對比度提高效果。

而且，所說的干涉條紋IF的週期方向，即為與第2繞射光柵G21的週期T2的方向一致之方向，所以所說的照明光IL8的較佳偏光狀態，總之只要為與第2繞射光柵G21的週期T2的方向直交之方向(Y方向)的電場成分，較週期T2的方向(X方向)的電場成分大之照明光即可。

照明光IL8的這種偏光特性，利用照明光學系統中所設置的光控制元件10而實現。光控制元件10為例如以照明光IL2、IL3的行進方向為旋轉軸可旋轉地進行設置之偏振濾光鏡(偏振片)和偏光分光器，可利用其旋轉而使照明光IL3的偏光方向形成設定的直線偏光。

在光源1為放射雷射等大致偏光為直線偏光的照明光IL1之光源的情況下，作為光控制元件10，也可利用同樣可旋轉地設置之1/2波長板。而且，也可採用能夠分別獨立地進行旋轉之串聯設置的2片1/4波長板。在這種情況下，不只是使照明光IL2~8的偏光狀態大致形成直線偏光光，也可形成圓偏光及橢圓偏光的偏光光。

然而，第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21的間隔D1，不會對晶圓W上所形成的干涉條紋IF的位置偏離等施加影響，所以沒有必要像上述間隔D2那樣進行鄰接配置。

但是，如間隔D1過長，則為了使從第1繞射光柵G11、G12所產生的±1次繞射光LP、LM，照射第2繞射光柵G21上的必要的全部位置，需要更大的第1繞射光柵G11、G12。因此，間隔D1設定在例如100mm左右以下，在使第1繞射光柵G11、G12所必需的尺寸可縮小方面較佳。

另一方面，如間隔D1過窄，則從第1繞射光柵G11、G12所產生的±1次繞射光LP、LM，在第2繞射光柵G21上相互進行干涉而形成不需要的干涉條紋，最終在晶圓W上也有可能形成不需要的干涉條紋(明暗斑紋)。

這種不需要的明暗斑紋的產生，可藉由使從第1繞射光柵G11、G12的任意一點所產生的±1次繞射光LP、LM，在第2繞射光柵G21上，對由照明光IL8的空間相干長度充分離開的位置，作為一個例子為離開上述相干長度的4倍左右的位置進行照射而防止。

這裡，照明光IL8的空間相干長度，為由照明光IL8的數值孔徑NA和波長λ，一般由λ/NA表示的距離。如使照明光IL8的波長為193nm，數值孔徑NA為上述的0.0003，則相干長度為643 μ m，其4倍為2536 μ m。因此，在這種情況下，藉由使上述±1次繞射光LP、LM向第2繞射光柵G21的照射位置，離開2536 μ m左右以上，能夠防止上述不需要的明暗斑紋的產生。

這裡，如使第1繞射光柵G11、G12的週期T1為240nm，則±1次繞射光LP、LM的繞射角θ 0可由式1求得為53度。為了使由該繞射角對稱產生的2條光線束，在第2繞射光柵G21上對相距2536 μ m以上的位置進行照射，需要使間隔D1在948 μ m以上。

因此，間隔D1在1mm左右以上較佳。

另外，第1繞射光柵G11、G12是用於使±1次繞射光LP、LM沿設定的方向產生，並將其照射在第2繞射光柵G21上，而不是以在第2繞射光柵G21的設定位置上，形成由±1次繞射光LP、LM所產生的干涉條紋為目的。

因此，第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21的XY方向的位置關係，沒有必要以週期T1及T2的級(數10nm的級)嚴密地進行位置調整。但是，由於需要在第2繞射光柵G21的與晶圓W對向的設定區域上，照射從第1繞射光柵G11、G12所產生的±1次繞射光LP、LM，所以需要使第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21沿XY方向以例如數mm左右的位置關係進行調整配置。

而且，第1繞射光柵G11、G12的週期T1的方向，也可與第2繞射光柵G21的週期T2的方向(X方向)不一致。但是，在這種情況下，為了防止伴隨晶圓W的Z方向位置的變動所引起之干涉條紋IF的明暗圖案的移動等，最好取代週期T1，而使第1繞射光柵G11、G12的週期T1在ZX面內進行投影之長度，滿足式4的條件。

然而，在本發明的曝光裝置中，在晶圓W上可曝光的圖案當然並不限定於上述的1維干涉圖案。因此，下面對由本發明的曝光裝置將2維圖案進行曝光的方法，利用圖9(A)~圖9(B)及圖10進行說明。

圖9(A)與圖8(A)同樣，表示第1透光性平板P1a的上面圖，在其表面上所形成的第1繞射光柵G13、G14，具有沿X方向的週期T11、沿Y方向的週期T12之2維週期。另外，其Z方向的構造與圖8(A)所示的第1透光性平板P1相同，相對於基板表面部G14，形成X方向的寬度為0.71×T11，Y方向的寬度為0.71×T12之蝕入部G13，構成相位調製型的繞射光柵。

圖10(A)所示為從這種具有2維週期的繞射光柵G13、G14所產生之繞射光的繞射角度分佈。這裡，所說的FX軸表示從產生的繞射光的直進方向(－Z軸方向)向＋X方向之繞射角的sin(正弦)，所說的FY軸表示從產生的繞射光的直進方向向＋Y方向之繞射角的sin。

當對繞射光柵G13、G14從＋Z方方向照射平行的照明光時，在由FX＝±λ/T11、FY＝±λ/T12所表示的4方向上，產生1次繞射光LPP、LMP、LMM、LPM。另外，因為基板表面部G14和蝕入部G13的面積大致相等，且兩部分的透過光的相位差為180度，所以在原點O的方向上應產生之0次繞射光消失。而且，在週期T11及週期T12較照明光的實效波長λ的2倍短的情況下，不能產生2次以上的高次的繞射光。

這4條繞射光在FX軸及FY軸上對稱，所以下面只對利用繞射光LPP而在晶圓W上所形成的干涉條紋進行說明。

繞射光LPP入射圖9(B)所示的第2透光性平板P2a。圖9(B)與圖8(B)同樣，表示第2透光性平板P2a的上面圖，但在其背面所形成的第2繞射光柵G22，具有沿X方向的週期T21、沿Y方向的週期T22之2維週期。構成第2繞射光柵G22的材料，與在圖8(B)所示的例子中說明的相同。

如圖9(B)所示，藉由繞射光LPP的照射，從第2透光性平板P2a產生0次繞射光K00、X方向的－1次繞射光KM0、Y方向的－1次繞射光K0M，還有沿X方向為－1次沿Y方向為－1次的繞射光KMM這4條繞射光，且它們照射在晶圓W上。

在晶圓W上，形成由這4條繞射光K00、KM0、K0M、KMM所產生之干涉條紋的明暗分佈，但其形狀在設定的閾值下，與第2繞射光柵G22的明暗分佈大致相等。因此，可在晶圓W上的光阻劑上，將與第2繞射光柵G22大致等價的2維明暗圖案進行曝光並轉印。

而且，此時如也滿足(式7)T21×2×0.999≦T11≦T21×2×1.001(式8)T22×2×0.999≦T12≦T22×2×1.001的關係，則這4條繞射光K00、KM0、K0M、KMM對晶圓W可以相等的入射角進行照射，即使晶圓W的Z方向位置變動，也可使其上所形成之干涉條紋的明暗分佈的位置保持不變。

另外，在具有2維的週期之圖案的曝光時，如可將晶圓W的Z方向位置在設定的位置上嚴格地進行控制，則未必一定要滿足上述式7及式8所示的條件。

而且，在具有2維的週期之圖案的曝光時，上述的照明光IL8的平行度和入射角的垂直性及數值孔徑的條件，第2繞射光柵和晶圓W的間隔D2及XY位置的整合性、旋轉關係的整合性等條件，以及第1繞射光柵和第2繞射光柵的間隔D1的條件等，與對上述的由1維週期所構成的圖案進行曝光之情況是相同的。

另外，在具有2維週期的圖案的曝光時，根據照明光IL8的偏光狀態，干涉條紋的明暗圖案的對比度進行變化。另外，像具有微細的週期之圖案那樣，在光阻劑等的析像時，要求高對比度的明暗圖案。因此，在具有2維週期的圖案中，為了使關於其週期中形成極小的週期的方向之干涉條紋的明暗圖案的對比度增大，對照明光IL8的偏光狀態進行設定為佳。

另外，在具有2維週期性的圖案之情況下，與上述的具有1維週期性的圖案之情況同樣，干涉條紋的週期的方向與第2繞射光柵之週期的方向一致。因此，作為照明光IL8，利用在第2繞射光柵中與週期形成極小的第1方向直交之方向的電場成分，較該第1方向的電場成分大之照明光為佳。

但是，根據圖案的種類和使用目的，與提高明暗圖案的對比度相比，有時形狀的忠實度更為重要。在這種情況下，作為照明光IL8，利用在第2繞射光柵中與週期形成極小的第1方向直交之方向的電場成分和該第1方向的電場成分，在±20%左右的範圍內大致相等之照明光較佳。這種偏光狀態可藉由例如使用串聯配置且分別可旋轉的2片1/4波長板作為上述的偏光控制元件10而實現。

下面，利用圖11，對本發明的曝光裝置中的Y可動反射鏡12、X可動反射鏡14的作用進行說明。

如上所述，在本發明的曝光裝置中，需要使照明光的NA(數值孔徑)在0.0003左右以下。本發明的曝光裝置應曝光的圖案，為例如線寬50nm左右的圖案，要求曝光區域內的照明光的強度(累計強度)之高度的均勻性。

在通常的投影曝光裝置等中，作為曝光區域內的照明光之強度的均勻化裝置，使用複眼透鏡和棒杆，但這些裝置是以照明光的數值孔徑的某種程度的增大為前提，擴大實效的2次光源的形狀，並利用平均化效果而謀求被照射區域上的照明光強度的均勻化。因此，這種均勻化裝置難以應用於需要極小NA的照明光之本發明中。結果，在本發明中，難以回避在第1透光性平板P1上所照射之照明光IL8的照明光量分佈自身具有某種程度的不均勻之問題。

因此，在本發明中，採用一種在向晶圓W的曝光動作時，使照明光IL8在第1透光性平板P1上進行掃描，並利用該掃描所形成的平均化，而使照明光IL8所形成的累計強度分佈進行平均化之方法。

圖11所示為其具體的例子，具有由等高線表示的強度分佈之照明光IL8的中心位置IL80，在某一時刻照射在第1透光性平板P1上的設定位置上。該照明光IL8的強度分佈隨後沿路徑SP1在第1透光性平板P上反覆進行掃描。而且，在上述某時間以前，沿路徑SP0在第1透光性平板P1上反覆進行掃描。

這種照明光IL8的強度分佈和第1透光性平板P1的相對掃描，可藉由在曝光動作中使Y可動反射鏡12及X可動反射鏡14進行移動，從而使照明光IL8的中心位置IL80反覆移動而進行。

另外，照明光IL8的累計強度分佈，沒有必要在第1透光性平板P1上的全面上被均勻化。即，在第1透光性P上且形成有第1繞射光柵G11、G12的區域，並為利用該第1繞射光柵G11、G12所產生的繞射光最終到達晶圓W的區域上，使照明光IL8的累計強度分佈均勻化即可。該區域如圖11所示，為如含有第1透光性平板P1上的中心部之設定的區域SP0那樣的區域。

而且，需要使在區域SP0內的累計強度的均勻性，對該區域SP0內的累計強度的平均值，在±2%左右以內。但是，如在晶圓W上應進行曝光並形成之圖案的線寬控制要求嚴格，則作為該均勻性最好在±0.5%左右以內。

或者，藉由使照明光IL8的中心位置IL80預先進行固定，並將該第1透光性平板P1、第2透光性平板P2及晶圓W一體進行移動，也可實現該相對掃描。

另外，在照明光IL8的照明光量分佈自身可有某種程度的不均勻之情況下，當然沒有必要進行這種掃描。

然而，本發明的曝光裝置雖然如上所述是使用極小照明NA的照明光，但因為到達晶圓W上的1點之照明光(繞射光)為多，所以可從第2繞射光柵G21等及第1繞射光柵G11、G12等上的多個區域進行照射。而且，在晶圓W上形成干涉條紋的光線束，至少為來自第2繞射光柵等的繞射光，所以即使在第2繞射光柵G21等上存在異物等，也不會出現該異物保持原有的形狀在晶圓W上被曝光轉印之情況。

這裡，為了進一步減輕第2繞射光柵G21、G22上的異物及缺陷對晶圓W上所形成之干涉條紋產生的不良影響，最好將與第2繞射光柵G21、G22的間隔D2設定在設定的值以上。這是因為，藉此可使在晶圓W上的1點所照射的光，形成從第2繞射光柵G21、G22上的更多位置被繞射的光，能夠緩和上述異物及缺陷的不良影響。

這裡，從第2繞射光柵G21照射在晶圓W上的繞射光，如上述那樣只傾斜角度θ 0及θ 1而照射在晶圓W上。在更佳的條件中，θ 0＝θ 1。此時，由式2及式3，使照明光的實效波長為λ，第2繞射光柵G21的週期為T2，為(式9)sin θ 0＝λ/(2×T2)，所以如以sin θ 0≒tan θ 0的近似在某種程度上成立作為前提，則在晶圓W的1點上所照射的繞射光，在第2繞射光柵G21上，從以只離開(式10)D5＝2×D2×λ/(2×T2)所表示的相互間隔D5之2點作為中心的部分進行照射。

為了緩和上述異物及缺陷的不良影響，使在晶圓W上的1點進行聚光的光，由例如來自擴展到第2繞射光柵G21的週期T2的30倍左右以上之部分的光構成，而使該不良影響被平滑化為佳。將其由公式表示，如(式11)D5≧30×T2。

根據上述式10及式11，間隔D2滿足(式12)D2≧30×T2² /λ為佳。

而且，為了更加緩和上述不良影響，使在晶圓W上的1點進行聚光的光，由例如來自擴展到第2繞射光柵G21的週期T2的100倍左右以上之部分的光構成，而使該不良影響被平滑化為佳。此時間隔D2應滿足的條件，根據同樣的考察，為(式13)D2≧100×T2² /λ。

而且，為了更加降低第2繞射光柵G21上的異物．缺陷對在晶圓W上被曝光之圖案的不良影響，在本發明中，也可使向晶圓W的曝光為利用以下所示的多次曝光的多重曝光。

即，也可在使第2繞射光柵G21、G22和晶圓W的XY方向的位置關係形成設定的關係而進行最初的曝光後，使其相對關係只移動第2繞射光柵G21、G22的週期的整數倍而進行第2次的曝光，然後進行同樣的移動且進行多次的多重曝光。

藉此，在晶圓W上的一點上，使從第2繞射光柵G21、G22上的更多的部分所產生之繞射光形成的干涉條紋的明暗圖案進行重疊並被曝光，而使第2繞射光柵G21、G22上所存在之異物和缺陷的不良影響，因平均化效果而進一步降低。

另外，在利用具有1維週期的第2繞射光柵G21的情況下，向與其週期方向直交之方向的上述相對關係的移動當然可為任意的距離。

然而，為了進一步降低在第2繞射光柵G21上所附著之異物等的不良影響，也可如圖12所示，在第2繞射光柵G21和晶圓W之間，設置防止異物在第2繞射光柵G21上進行附著用的薄膜(pellicle)PE2。而且，也可藉由將薄膜PE2在例如每次對設定枚數的晶圓W進行曝光時加以更換，而進行異物的去除。

作為薄膜PE2，可使用例如為了防止異物在投影曝光裝置中所使用的光柵上進行附著而使用的有機樹脂製薄膜。

或者，也可使用由合成石英等無機材料構成的透光性的平板作為薄膜PE2。

另外，也可在第1繞射光柵G11、G12的光源側設置薄膜PE2，而防止異物在第1繞射光柵G11、G12上的附著。

或者，為了防止異物在第2繞射光柵21上的附著，可從圖13所示，在第2透光性基板P2上的第2繞射光柵G21上，設置保護層PE3。該保護層PE3由例如CVD(化學氣相沈積)法所形成的二氧化矽等的透光性的膜構成，且依據需要，對其表面利用CMP(化學機械研磨Chemical Mechanical Polishing)進行平坦化。異物保護層PE3的厚度為例如1 μ m左右。

另外，在保護層PE3上所附著的異物也好，在不設置保護膜PE3而在第2繞射光柵G21上所附著的異物也好，在異物對晶圓上應形成之干涉條紋帶來的不良影響方面是相同的。但是，藉由設置保護層PE3，可將第2繞射光柵G21的表面實質上進行平坦化，因此在其表面上所附著的異物、污染等的洗淨及檢查變得極其容易這一點上，保護層PE3的設置是有效地。

另外，在以上的例子中，第1繞射光柵G11、G12、G13、G14為相位調製型繞射光柵，第2繞射光柵G21、G22為強度調製型繞射光柵，但兩繞射光柵的構成並不限定於此。

例如，也可使任一個的繞射光柵利用如半色調相位移位光柵(Attenuated Phase Shift Mask)那樣，將透過光的相位及強度兩者進行調製之繞射光柵。而且，當在晶圓W上所形成的干涉條紋不要求那麼高的對比性時，也容許從第1繞射光柵產生不需要的繞射光，所以也可使用強度調製型的繞射光柵作為第1繞射光柵。

另外，在以上的例子中，第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21分別形成在不同的透光性平板上，但也可將兩繞射光柵形成在同一透光性平板上。

圖14所示為將第1繞射光柵G15、G16和第2繞射光柵G23，分別形成在一個透光性平板P3的光源側及晶圓W側之例子。另外，在本例中，各繞射光柵的構造和製作方法與上述例子相同。而且，透鏡35及其上游的照明光學系統也與上述例子相同。

而且，在本發明的一個形態中，也可藉由只將單一的繞射光柵與晶圓W鄰接對向配置，而在晶圓W上將干涉條紋的明暗圖案進行曝光。

圖15為在晶圓W側的附近，將在透光性平板P4的晶圓W側所形成之繞射光柵G17、G18，以間隔D3鄰接對向配置的例子。在本例中，繞射光柵G17、G18的構造和製作方法與上述例子相同。而且，透鏡35及其上游的照明光學系統也與上述例子相同。另外，關於間隔D3的值，與上述例子中的間隔D2滿足同樣的條件為佳。

另外，在本例中，實效波長λ是指從繞射光柵G17、G18到晶圓W之照明光路上所存在的透光性媒質中，具有最低折射率的媒質中的照明光的波長。

在本例中，藉由使繞射光柵G17、G18所產生的繞射光(1次繞射光)，照射在晶圓W上並在晶圓W上進行干涉，可在晶圓W上形成干涉條紋的明暗圖案。

另外，在上述的任一個例子中，第1繞射光柵G11、G12及第2繞射光柵G21，需要依據在晶圓W上應進行曝光之干涉條紋的明暗圖案的週期T3，進行交換。圖17(A)~圖17(B)所示為該交換機構的一個例子，圖17(A)所示為從－Z方向對其進行觀察的圖，圖17(B)所示為圖17(A)中的A－B部分附近的斷面圖。

設置有將設置了第2繞射光柵的第2透光性平行板P2的周邊部P2E，利用真空吸附等方法進行保持之夾盤部43a、43b、43c、43d的平板載入機42，可沿X方向進行滑動，且可沿Z方向進行上下動作。

在交換前，第2透光性平行板P2由第2保持機構37a、37b、37c進行保持。對該狀態，平板載入機42從X方向侵入第2透光性平行板P2的下部，並向上方上升。而且，夾盤部43a、43b、43c、43d吸附第2透光性平行板P2的周邊部P2E。

然後，第2保持機構37a、37b、37c如圖中白色抽出箭形符號所示那樣沿放射方向退開，並在該狀態下使平板載入機42沿＋X方向退開而帶走第2透光性平行板P2。然後，新的應裝填的另外的第2透光性平行板經過與上述相反的動作，被設置在第2保持機構37a、37b、37c上，完成第2透光性平行板的交換。

第1透光性平行板P1的交換機構也採用與上述同樣的構成。

另外，因為第1透光性平行板P1和第2透光性平行板P2的間隔短，所以難以將上述平板載入機插入到其間隔內。

因此，如圖16所示，使第1保持機構36a等及第2保持機構37a等，也可預先利用支持構件41在處於XY面內方向上的上述放射方向及Z方向上進行動作為佳。藉此，可確保上述平板載入機的用於裝填的間隙。

另外，第1保持機構36a等及第2保持機構37a等上述Z驅動機構，也可在將第2繞射光柵G21和晶圓W的間隔D2，及第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21的間隔設定為設定值時進行使用。

另外，如圖16所示，對第1透光性平行板P1的周邊部P1E及第2透光性平行板P2的周邊部P2E進行階梯加工，以使它們與中心部相比變薄。而且，在第1保持機構36a等上所設置的真空吸附部P1V及在第2保持機構37a等上所設置的真空吸附部P2V，通過這些進行了階梯加工的周邊部P1E及P2E，將第1透光性平行板P1及第2透光性平行板P2進行保持。

然而，在以上的例子中，在第2繞射光柵G21和晶圓W之間存在空氣(也可為氮或稀有氣體)，但也可取代它而填充設定的介電質。藉此，可將在晶圓W上所照射的照明光(繞射光)的實質波長，只縮小上述介電質的折射率的量，能夠使晶圓W上所形成之干涉條紋的明暗圖案的週期T3進一步縮小。因此，第2繞射光柵G21的週期T2及第1繞射光柵G11、G12的週期T1，當然也需要與其成比例地縮小。

圖18(A)所示為相適應的晶圓載台38a等的例子。在晶圓載台38a的周圍設置有連續的側壁38b、38c，在側壁38b、38c所包圍的部分中可保持水等液體46。藉此，使晶圓W和第2透光性平板P2間充滿水，即使晶圓W和第2繞射光柵G21間的空間充滿作為介電質的水，而使照明光的波長只縮小水的折射率(對波長193nm的光為1.46)。

另外，還並列設置有供水機構44及排水機構45，藉此對由側壁38b、38c所包圍的部分供給無污染的新鮮的水。

而且，也可如圖18(B)所示，使晶圓載台38a的側壁38d、38e的最上面較第1透光性平板P1的下面高，並在第1透光性平板P1和第2透光性平板P2間的空間中也充滿水。供水機構44a及排水機構45b的機能與上述相同。

藉此，可將從第1繞射光柵G11、G12到晶圓W的全光路，由除了空氣(或者為氮或稀有氣體)以外的介電質(水)進行覆蓋，能夠使上述的照明光的實效波長λ，只縮小水的折射部分。而且，藉此使具有更微細的週期之圖案的曝光成分成為可能。

另外，只在第1透光性平板P1和第2透光性平板P2間充滿水等介電質也可達到效果的場合，則也可採用圖19所示的構成。

其是在第1透光性平板P1的周圍設置連續的側壁47，並藉此在第1透光性平板P1和第2透光性平板P2之間貯存水份。供水機構44c及排水機構45c的機能與上述相同。

另外，從第1繞射光柵G11、G12到晶圓W的光路，或在第1透光性平板P1和第2透光性平板P2之間應充滿的介電質的折射率，最好在1.2以上。這是因為，如該折射率在1.2以下，則不能充分地達成可曝光的圖案之微細度的提高。

如上述那樣使干涉條紋所形成的明暗圖案被曝光的晶圓W，利用未圖示的晶圓載入機被運送到曝光裝置外，並運送到顯像裝置。藉由顯像，而在晶圓W上的光阻劑上，形成與被曝光的明暗圖案相對應的光阻劑圖案。而且，在蝕刻裝置中，藉由將該光阻劑圖案作為蝕刻光罩，對晶圓W或在晶圓W上所形成的設定的膜進行蝕刻，而在晶圓W上形成設定的圖案。

半導體積體電路、平板顯示器、薄膜磁頭、微型機等電子元件的製造工程，包含如上述那樣將微細圖案經多個層而形成的工程。將利用本發明的曝光裝置的上述曝光方法，在這種多次的圖案形成工程中的至少1個工程中使用，則可製造電子元件。

而且，在上述至少1個工程中，也可對利用基於本發明的曝光裝置的上述曝光方法，將干涉條紋所形成的明暗圖案進行曝光之晶圓W上的光阻劑PR，由一般的投影曝光裝置將設定形狀的圖案進行合成曝光，並將所合成曝光的光阻劑PR進行顯像，而進行上述圖案形成。

或者相反地，相對於利用一般的投影曝光裝置將設定形狀的圖案進行曝光之晶圓W上的光阻劑PR，利用基於本發明的曝光裝置的上述曝光方法，將干涉條紋所形成的明暗圖案進行合成曝光，並將所合成曝光的光阻劑PR進行顯像，而進行上述圖案形成。

本發明的曝光方法可在半導體積體電路、平板顯示器、薄膜磁頭、微型機等電子元件的製造中進行實施，能夠在產業上進行利用。

本發明的曝光裝置可在半導體積體電路、平板顯示器、薄膜磁頭、微型機等電子元件的製造中進行實施，能夠在產業上進行利用。

而且，本發明的電子元件的製造方法及電子元件，在其製造過程中的產業，即生產半導體的產業中可進行利用，且作為其成果物的電子元件，可在各種電子機器產業中進行利用。

1．．．光源

2．．．準直儀透鏡

3．．．準直儀透鏡

4．．．聚光點

5．．．準直儀透鏡

6．．．透鏡驅動機構

7．．．準直儀透鏡

8．．．驅動機構

9．．．固定軸

10．．．偏光控制元件

11．．．偏轉反射鏡

12．．．Y可動反射鏡

13．．．Y反射鏡保持機構

14．．．X可動反射鏡

15．．．X反射鏡保持機構

16．．．定盤

17．．．孔徑部

18．．．X驅動機構

19．．．X傳動構件

20a、20b．．．X方向導向裝置

21．．．Y驅動機構

22．．．Y傳動構件

23a、23b．．．Y方向導向裝置

24．．．照明系統前透鏡

25．．．照明系統前透鏡

26．．．照明系統前透鏡

27．．．照明系統前透鏡

28．．．聚光點

29．．．照明系統後透鏡

30．．．照明系統後透鏡

31a、31b．．．透鏡驅動機構

32．．．照明系統後透鏡

33a、33b．．．透鏡驅動機構

34a、34b．．．固定軸

35．．．照明系統後透鏡

36a、36b．．．第1保持機構

37a、37b、37c．．．第2保持機構

38、38a．．．晶圓載台

38b、38c、38d、38e．．．側壁

39．．．移動鏡

40．．．雷射干涉儀

41．．．支持構件

42．．．平板載入機

43a、43b、43c、43d．．．夾盤部

44、44a、44c．．．供水機構

45、45b、45c．．．排水機構

46．．．液體

47．．．側壁

50．．．晶圓定盤

D1．．．間隔

D2．．．晶圓W的表面的間隔

D3．．．間隔

FS．．．視野光闌

G11．．．第1繞射光柵的蝕入部分

G12．．．第1繞射光柵的表面部分

G13．．．第1繞射光柵的蝕入部分

G14．．．第1繞射光柵的基板表面部

G17．．．繞射光柵

G18．．．繞射光柵

G21．．．第2繞射光柵

G22．．．第2繞射光柵

IF．．．干涉條紋

IL1、IL2、IL3、IL4、IL5、IL6、IL7、IL8．．．照明光

IL80．．．照明光IL8的中心位置

LEa、LEb．．．光路的外緣

LP0．．．0次繞射光

LP．．．＋1次繞射光

LM．．．－1次繞射光

LPP、LMP、LMM、LPM．．．1次繞射光

P1．．．第1透光性平板

P2、P2a．．．第2透光性平板

P4．．．透光性平板

P1E．．．第1透光性平行板P1的周邊部

P2E．．．第2透光性平行板P2的周邊部

PE3．．．保護層

PR．．．光阻劑

W．．．晶圓

VW．．．法線方向

圖1(A)~圖1(B)所示為本發明的曝光裝置的要務之側面圖(斷面圖)。圖1(A)所示為從光源1到偏轉反射鏡11之光路的上游，圖1(B)所示為Y可動反射鏡12以後的光路的下游。

圖2所示為本發明的曝光裝置之概略的上面圖。

圖3所示為第1繞射光柵G11、G12和第2繞射光柵G21與晶圓W的位置關係，及繞射光LP、LM、LP0、LP1之斷面圖。

圖4所示為在晶圓W上所形成之干涉條紋的強度分佈的斷面圖。

圖5用於說明照明光的入射角度偏離，對晶圓W上所形成之干涉條紋的強度分佈的位置偏離帶來的影響。

圖6(A)~圖6(B)用於說明照明光向第1透光性平板的入射角度的面內變化。

圖7是關於照明光對第1透光性平板的發散/收斂而進行說明。

圖8(A)~圖8(B)是關於第1繞射光柵及第2繞射光柵G21的一個例子進行說明。圖8(A)所示為在第1透光性平板P1上所形成的第1繞射光柵G11、G12，圖8(B)所示為在第2透光性平板P2上所形成之第2繞射光柵G21。

圖9(A)~圖9(B)是關於第1繞射光柵及第2繞射光柵的另一例子進行說明。圖9(A)所示為在第1透光性平板P1a上所形成的第1繞射光柵G13、G14，圖9(B)所示為在第2透光性平板P2a上所形成的第2繞射光柵G22。

圖10是關於如圖9所示，從第1繞射光柵及第2繞射光柵所產生之繞射光的繞射角度分佈進行說明。圖10(A)是對從第1透光性平板P1a上所形成的第1繞射光柵G13、G14產生之繞射光的角度分佈進行說明，圖10(B)所示為從第2透光性平板P2a上所形成的第2繞射光柵G22產生之繞射光的角度分佈。

圖11是對照明光IL8的強度分佈和第1透光性平板P1之相對位置關係的變化進行說明。

圖12所示為第1繞射光柵G11，G12、第2繞射光柵G21、晶圓W與薄膜PE1、PE2的位置關係之斷面圖。

圖13所示為在第2繞射光柵G21的附近設置保護層PE3的狀態。

圖14所示為將第1繞射光柵G15、G16和第2繞射光柵G23，在第1透光性平板P3的兩面上分別進行設置的狀態。

圖15所示為將繞射光柵G17、G18，在透光性平板P4的晶圓側進行。

圖16所示為第1透光性平板P1的保持機構36a、第2透光性平板P2的保持機構37a。

圖17(A)~圖17(B)所示為第2透光性平板P2的交換機構42等。圖17(A)為其下面圖，圖17(B)為其A－B位置的斷面圖。

圖18(A)~圖18(B)為在晶圓W和第2透光性平板P2間等充滿液體之機構的說明圖。圖18(A)為只在晶圓W和第2透光性平板P2間充滿液體之機構的說明圖，圖18(B)為還在透光性平板P2和透光性平板P1間充滿液體之機構的說明圖。

圖19為在透光性平板P2和透光性平板P1間充滿液體之機構的說明圖。

1．．．光源

2、3、5、7．．．準直儀透鏡

12．．．Y可動反射鏡

14．．．X可動反射鏡

FS．．．視野光闌

24、25、26、27．．．照明系統前群透鏡

29、30、32、35．．．照明系統後群透鏡

P1．．．第1透光性平板

P2．．．第2透光性平板

36a、36b．．．第1保持機構

37a、37b．．．第2保持機構

W．．．基板(晶圓)

38．．．晶圓載台

40．．．雷射干涉儀

G1、G12、G13、G14．．．第1繞射光柵

G21、G22．．．第2繞射光柵

IL1~IL8．．．照明光

Claims (21)

1. 一種曝光方法，為一種利用來自光源的照明光，在感光性的基板上將圖案進行曝光之曝光方法，其特徵在於，包括：在前述基板的前述光源側，將具有前述照明光的實效波長的2倍以下的週期之繞射光柵鄰接對向配置的工程；使來自前述光源的前述照明光的強度分佈和前述繞射光柵的相對位置關係與時間一起進行變化，且將前述照明光對前述繞射光柵進行照射之工程；將由前述繞射光柵所生成的繞射光在前述基板上進行照射之工程。
2. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中前述相對的位置關係的變化，藉由將前述繞射光柵進行固定，且移動前述照明光的強度分佈而進行。
3. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中作為前述繞射光柵，利用將透過光的相位進行調製之相位調製型的繞射光柵。
4. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中作為前述繞射光柵，利用將透過光的強度進行調製之強度調製型的繞射光柵。
5. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中作為前述繞射光柵，利用具有2維週期的繞射光柵。
6. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中作為前述繞射光柵，利用具有1維週期的繞射光柵； 且作為對前述繞射光柵進行照射的前述照明光，使用前述繞射光柵的與前述週期方向直交之方向的電場成分，較前述繞射光柵的前述週期方向的電場成分大之照明光。
7. 如申請專利範圍第5項所述的曝光方法，其中作為對前述繞射光柵進行照射的前述照明光，使用在前述繞射光柵中與週期形成極小的第1方向直交之方向的電場成分，較前述第1方向的電場成分為大之照明光。
8. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中對前述繞射光柵進行照射之前述照明光的發散角為可調整。
9. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中對前述繞射光柵進行照射的前述照明光可通過之照明光路的發散角可調整。
10. 如申請專利範圍第9項所述的曝光方法，其中前述發散角的調整依據前述感光性基板的伸縮而進行。
11. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中將前述繞射光柵和前述基板的在前述基板的面內方向的相對位置關係，沿與前述繞射光柵的前述週期的方向直交之方向偏離，或者沿前述週期的方向只偏離前述繞射光柵的前述週期的整數倍的長度，且使前述各工程反覆進行多次。
12. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中前述繞射光柵和前述基板的間隔，大於1μm小於500μm。
13. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中前述 繞射光柵和前述基板的間隔，大於5μm小於100μm。
14. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中當設前述照明光的實效波長為λ，前述繞射光柵具有的最小週期為T，前述繞射光柵和前述基板的間隔D滿足30×T²/λ≦D的關係。
15. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中當設前述照明光的實效波長為λ，前述繞射光柵具有的最小週期為T，前述繞射光柵和前述基板的間隔D滿足100×T²/λ≦D的關係。
16. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中使前述繞射光柵和前述基板之間充滿相對於前述曝光波長的折射率為1.2以上的介電質。
17. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中前述介電質中的一部分為水。
18. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中在前述繞射光柵的前述基板側，設置透光性的平板或薄膜。
19. 如申請專利範圍第1項所述的曝光方法，其中前述照明光的時間相干長度在100μm以下。
20. 一種電子元件製造方法，其特徵在於：在構成電子元件的電路圖案的形成工程之至少一部分中，利用申請專利範圍第1項至第19中的任一項所述的曝光方法。
21. 一種電子元件製造方法，其特徵在於：在構成電子 元件的電路圖案的形成工程之至少一部分中，利用採用投影曝光裝置的投影曝光方法與申請專利範圍第1項至第19項中的任一項所述的曝光方法之合成曝光。