(57)【要約】【課題】  本発明は、焦点深度の範囲を大きく変化させることができる露光装置および露光方法を提供すること。【解決手段】  本発明の露光装置は、  第１波長の光および第２波長の光を射出する光源を用いて、原版に形成されたパターンを基板に露光する露光装置であって、光源からの光で原版を照明する照明光学系と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、を備え、第１波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度の範囲と第２波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度の範囲とは重複せず、第１波長の光および第２波長の光を含む光でパターンを露光した場合の焦点深度が、第１波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度と、第２波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度とを足した値よりも大きくなるようなサイズのパターンが形成された原版を、第１波長の光および第２波長の光を含む光で照明することを特徴とする。【選択図】  図５
2014022496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光および第２波長の光を射出する光源を用いて、原版に形成されたパターンを基板に露光する露光装置であって、
前記光源からの光で前記原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、を備え、
前記第１波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度の範囲と前記第２波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度の範囲とは重複せず、
前記第１波長の光および前記第２波長の光を含む光で前記パターンを露光した場合の焦点深度が、前記第１波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度と、前記第２波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度とを足した値よりも大きくなるようなサイズのパターンが形成された原版を、前記第１波長の光および前記第２波長の光を含む光で照明することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記原版に形成されたパターンにより前記基板に露光される前記サイズをＬＷ、
前記投影光学系の開口数をＮＡ、
前記投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との軸上色収差量をＡＸ、
定数をｋ３、
前記ｋ３を０．８以上１．０以下とするとき、
下記式を満たす場合は前記第１波長の光および前記第２波長の光で照明することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
ＡＸ−ｋ３×ＬＷ／ＮＡ≦８５
【請求項３】
前記原版に形成されたパターンに応じて、前記光源からの光の波長を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記原版に形成されたパターンにより前記基板に露光されるパターンの焦点深度に応じて、前記光源からの光の波長を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記光源からの光から波長が互いに異なる２つ以上の光を選択するフィルタを有し、
前記照明光学系は、前記フィルタで選択された光で前記原版を照明することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、前記原版に形成されたパターンに応じて、前記光源からの光から第１フィルタにより波長が互いに異なる２つ以上の光を選択して前記原版を照明すること、か、第２フィルタにより１つの波長の１つの光を選択して前記原版を照明することが可能であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との軸上色収差は補正されておらず、
前記投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との倍率色収差は補正されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
第１波長の光および第２波長の光を射出する光源を用いて、原版に形成されたパターンを基板に露光する露光方法であって、
前記第１波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度の範囲と前記第２波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度の範囲が重複しない波長の光を含む光で前記パターンを露光した場合の焦点深度が、前記第１波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度と、前記第２波長の光で前記パターンを露光した場合の焦点深度とを足した値よりも大きくなるようなサイズのパターンが形成された原版を、前記第１波長の光および前記第２波長の光を含む光で照明することを特徴とする露光方法。
【請求項９】
前記原版に形成されたパターンにより前記基板に露光される前記サイズをＬＷ、
前記原版に形成されたパターンを前記基板に投影する投影光学系の開口数をＮＡ、
前記投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との軸上色収差量をＡＸ、
定数をｋ３、
前記ｋ３を０．８以上１．０以下とするとき、
下記式を満たす場合は前記第１波長の光および前記第２波長の光で照明することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
ＡＸ−ｋ３×ＬＷ／ＮＡ≦８５
【請求項１０】
前記原版に形成されたパターンを前記基板に投影する投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との軸上色収差は補正されておらず、
前記投影光学系の前記第１波長の光と前記第２波長の光との倍率色収差は補正されていることを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスや液晶ディスプレイの製造に用いられる露光装置及び露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩシステムの高密度化、高機能化のために、ＢｕｍｐやＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）のような、３次元に積層実装に関する技術が注目されている。ＢｕｍｐやＴＳＶのような、いわゆる後工程でも、露光装置が用いられるようになってきている。
【０００３】
露光装置に求められる解像度や焦点深度は後工程の種類によって様々である。ここで、解像度は正確に形成できるパターンの最小寸法のことである。例えばＢｕｍｐ工程では、解像度は４０〜８０μｍ程度でよいが、厚膜レジストに対応するため数百μｍ程度の大きな焦点深度と高い露光エネルギーを必要とする。
【０００４】
一方、ＴＳＶ工程では、解像度が数μｍ〜十数μｍ程度の比較的微細なパターンを、数十μｍ程度の焦点深度にわたって解像することが要求されるが、レジストの感度が比較的高いため露光エネルギーは少なくてよい。
【０００５】
このように、後工程で用いられる露光装置には、様々な露光条件に対応することが求められる。つまり、感光基板の感光特性や、基板上に転写するパターンの解像度に応じて露光条件を変えることができる露光装置が求められる。特許文献１には感光基板の感光特性や、基板上に転写するパターンの解像度に応じて原版に入射する光の波長を切り替える波長切り替え手段を有する露光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２０３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されている露光装置は、解像度を制御することができるが、焦点深度の範囲は波長を切り替えても大きく変化させることができない。つまり、異なる露光条件に応じて焦点深度を最適な焦点深度範囲になるように制御できない。
【０００８】
そこで本発明は、焦点深度の範囲を大きく変化させることができる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の露光装置は、第１波長の光および第２波長の光を射出する光源を用いて、原版に形成されたパターンを基板に露光する露光装置であって、光源からの光で原版を照明する照明光学系と、原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、を備え、第１波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度の範囲と第２波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度の範囲とは重複せず、第１波長の光および第２波長の光を含む光でパターンを露光した場合の焦点深度が、第１波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度と、第２波長の光でパターンを露光した場合の焦点深度とを足した値よりも大きくなるようなサイズのパターンが形成された原版を、第１波長の光および第２波長の光を含む光で照明することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
焦点深度の範囲を大きく変化させることができる露光装置および露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の露光装置を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態で用いられる超高圧ＵＶランプのスペクトルを示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態の投影光学系を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態の投影光学系の収差を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態のｉ線とｉ＋ｈ線の焦点深度を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態の投影光学系を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態の投影光学系の収差を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態のｉ線とｉ＋ｈ線の焦点深度を示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態の投影光学系を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の投影光学系の収差を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態の露光装置を示した図である。本実施形態の露光装置は、図１に示すように、光源ユニット１０、照明光学系２０、投影光学系４０を備えている。
【００１４】
光源ユニット１０は、光源１１や楕円ミラー１２を備えている。本発明の実施形態で用いられる光源としては、超高圧ＵＶランプを用いて説明する。光源１１は少なくとも２つ以上の波長が互いに異なる輝線を有する光を照射する。光源１１から照射した光は、楕円ミラー１２で反射され、効率よく集光される。
【００１５】
照明光学系２０は光源ユニット１０を出射した光で原版３０を照明する。照明光学系２０は、波長選択部２１を備えており、光源１１から照射された２つ以上の波長が互いに異なる光を選択することができる。この波長選択部２１で選択された波長の光で原版３０を照明することができる。例えば、波長選択部２１は、複数のフィルタ２２を有している。また、ターレットのような切り替え部を有し、複数のフィルタ２２を切り替えられるようにしても良い。複数のフィルタ２２を切り替え部で切り替えることで、原版３０を照明する光の波長を選択することができる。複数のフィルタ２２は互いに透過する波長が異なるものを用いる。例えばフィルタには、バンドパスフィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタなどが使用可能である。
【００１６】
原版３０（マスク、レチクル）は不図示の原版ステージに保持されている。原版３０には、基板５０に転写するパターンが形成されている。
【００１７】
投影光学系４０は、原版３０のパターンを基板５０に投影する。原版３０に形成されたパターンが、投影光学系４０を透過して基板５０に達することにより、基板５０上に転写される。投影光学系４０は複数のレンズを有する屈折光学系である。投影光学系が有するレンズは、複数種類の硝子を用いて作製している。複数種類の硝子を用いることで色収差補正がなされている。
【００１８】
基板５０は不図示の基板ステージに支持されている。基板５０として、シリコンウエハやガラスプレートを用いることができる。
【００１９】
図２は本発明の第１実施形態の露光装置で用いられている光源１１から照射される光のスペクトルを示した図である。ここでは、光源１１として超高圧ＵＶランプを用いて説明する。図２は超高圧ＵＶランプから照射される光のスペクトルについて、光源から照射される光の波長と光の強度を示したものである。図２のように、超高圧ＵＶランプは、ｉ線（波長３６５．０ｎｍ）、ｈ線（波長４０４．７ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に３つの波長の異なる輝線（ピーク）を有している。このように、本実施形態の露光装置は複数の波長の光（複数の輝線を持つ光）を射出する光源を用いて基板を露光する。
【００２０】
図３は本発明の第１実施形態の露光装置で用いられる投影光学系４０を示した図である。投影光学系４０の複数のレンズは、投影光学系の光軸上に配列される。投影光学系４０の物体面３１には原版３０のパターンが形成された面が配置される。また、投影光学系４０の像面５１には感光性材料が塗布された基板５０の面が配置される。投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４０１〜４１３）は図のように配置されている。
【００２１】
表１に、投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４０１〜４１３）のそれぞれの曲率半径、中心肉厚、空気間隔、および材料（硝子名）を示した。ここで、硝子は株式会社オハラ製のものを使用しており、屈折率などの物性情報はカタログなど公知の資料から参照可能である。第１実施形態の投影光学系４０の主な仕様は以下の通りである。像面側の開口数は０．２０、投影倍率は−０．５０、最大物高は６１．６ｍｍ、物像間距離は１１２０ｍｍである。また、投影光学系４０にはレンズ４０９とレンズ４１０の間に絞り６０を備えている。絞り６０を備えることで、投影光学系の開口数を変えることができる。開口数を可変とすることで解像度や焦点深度の調節ができるようになっている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
図４に第１実施形態の投影光学系４０の色収差を示す。図４（ａ）が軸上色収差を示しており、波長に対する投影光学系のピント位置（近軸像面位置）をプロットしている。ｉ線におけるピント位置を０としたときの相対的なピント位置を示している。第１実施形態の投影光学系４０はｉ線でピントが合うように設計されている。ｉ線とｈ線のピント位置の差（軸上色収差）は、補正されておらず、４８４μｍ、ｉ線とｇ線の軸上色収差は、補正されておらず、１２１１μｍである。
【００２４】
図４（ｂ）は倍率色収差を示しており、波長に対する投影光学系の投影倍率をプロットしている。第１実施形態における投影光学系４０の倍率色収差は、補正されており、ｉ線とｈ線で投影倍率の差がほぼ０となるように設計されている。
【００２５】
図５は、ｉ線（第１波長の光）のみを用いた場合と、ｈ線（第２波長の光）のみを用いた場合と、ｉ線とｈ線を共に用いた場合（以降、ｉ＋ｈ線と表す）の焦点深度をシミュレーションにより求めたものである。評価条件は、投影光学系４０の開口数が０．１、照明系のσ値（コヒーレンスファクタ）が０．７、パターン形状は孤立線パターンである。また、ｉ線とｈ線の軸上色収差（ピント位置差）は４８４μｍで、図４（ａ）で示した本実施形態の投影光学系の軸上色収差と同じである。
【００２６】
焦点深度は、シミュレーションにより計算された空中像をある一定の強度でスライスしたときの幅をＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）とみなし、ＣＤが着目線幅（目標線幅）の±１０％の範囲内にあるデフォーカスレンジとした。つまり、焦点深度は、焦点面から結像性能を維持（解像）できる光軸方向の範囲のことである。ここで焦点深度の範囲とは、光軸方向において焦点面から＋側の焦点深度と−側の焦点深度とを合わせた範囲を示す。また、空中像をスライスする強度は、ベストフォーカスにおいてスライスした幅（ＣＤ）が着目線幅に等しくなるように選んだ。
【００２７】
グラフは、横軸に着目線幅、縦軸に焦点深度をとり、焦点深度の上限と下限を折線で示している。グラフにはｉ線のみを用いた場合と、ｉ＋ｈ線の場合に加えて、参考としてｈ線のみを用いた場合もプロットした。このように、ｉ線の焦点深度とｈ線の焦点深度とは重複せずに互いに異なっている。なお、ｉ＋ｈ線の場合におけるｉ線とｈ線の強度は１：１とした。ここではｉ線とｈ線の光の強度は等しいものとして求めたが、必ずしも等しくなくても良い。波長によってレンズの透過率が異なる。そのため、光源から照射された光の強度と、基板上の光強度の変化の仕方は波長により異なることがある。
【００２８】
図５によると、パターンサイズ（線幅）４５μｍまでは、ｉ線のみを用いた場合と、ｉ＋ｈ線の場合とで、焦点深度に顕著な差は見られない。しかし４５μｍより大きいパターンサイズになると、ｉ＋ｈ線の場合に焦点深度が急激に増大していることが分かる。これは、パターンサイズが大きくなるにしたがい、ｉ線のみを用いた場合の焦点深度範囲とｈ線のみを用いた場合の焦点深度範囲が接近して、１つの大きな焦点深度となることを見出した。このように、ｉ線のみを用いてパターンを露光した場合の焦点深度と、ｈ線のみを用いてパターンを露光した場合の焦点深度を足した値よりも、ｉ＋ｈ線を用いてパターンを露光した場合の焦点深度が大きくなる。
【００２９】
特許文献１には、複数の波長ピークを有する露光光にすることで焦点深度が１０％程度大きくなることが記載されている。しかし、本実施形態ではある閾値以上の線幅に対する焦点深度が２倍近く大きくなっていることが分かる。大きな焦点深度を必要とする露光に対応することが可能になる。
【００３０】
ここで、２つの波長間の軸上色収差と焦点深度が急激に増大する閾値との関係を考察する。解像度ＬＷはよく知られているようにレイリーの式
ＬＷ＝ｋ１×λ／ＮＡ・・・（１）
で表される。ここで、ｋ１はプロセスによって決まる定数、λは波長、ＮＡは投影光学系の開口数である。一方、焦点深度ＤＯＦも、よく知られているように、
ＤＯＦ＝ｋ２×λ／ＮＡ２・・・（２）
で表される。ここで、ｋ２はプロセスによって決まる定数、λは波長、ＮＡは投影光学系の開口数である。式（１）と式（２）からλを消去すると、
ＤＯＦ＝ｋ３×ＬＷ／ＮＡ・・・（３）
が得られる。ただしここで、定数をまとめてｋ３＝ｋ２／ｋ１とした。式（３）より、ＮＡが一定ならば焦点深度ＤＯＦは解像度ＬＷに比例して大きくなることが分かる。この挙動は図５に示したｉ線のみを用いた場合と、ｈ線のみを用いた場合とのグラフにもよく現れている。パターンサイズである線幅が大きくなるに従って、焦点深度ＤＯＦが大きくなっていることが分かる。
【００３１】
次に、ｉ線とｈ線の２つの波長間の軸上色収差をＡＸとする。また、ｉ線の焦点深度の範囲とｈ線の焦点深度の範囲は線幅に応じて式（３）のように変化する。２つの波長の焦点深度範囲の最短距離は、
ＡＸ−ＤＯＦ＝ＡＸ−ｋ３×ＬＷ／ＮＡ・・・（４）
で表される。２つの波長の焦点深度範囲の最短距離は、線幅が大きくなるに従って小さくなっていく。そして、所定の距離以下になったときに２つの波長の焦点深度範囲が図５のｉ＋ｈ線の焦点深度範囲に示したように、焦点深度が急激に大きくなると考えられる。ここでは、所定の距離をδ（基準値）とすると、
ＡＸ−ｋ３×ＬＷ／ＮＡ≦δ・・・（５）
と表される。つまり、この式（５）を満たすときは、図５のように２つの波長の焦点深度範囲が拡大する焦点深度拡大効果が得られる。
【００３２】
定数ｋ３と焦点深度の所定の距離δの具体的な値については、図５に示したシミュレーション結果を含む、複数の条件のシミュレーション結果から、ｋ３＝０．９１、δ＝７４μｍが得られた。ただし、レジスト特性やプロセス条件の違いなどによりｋ３やδの値は必ずしもシミュレーション通りになるとは限らず、ある誤差範囲、たとえば±１０％程度の幅でばらつくとするのが妥当である。すなわちこの場合は、ｋ３の値を０．８以上１．０以下とし、δの値を６５以上８５以下の範囲とするのが好ましい。
【００３３】
本実施形態の投影光学系は、ｉ線とｈ線の軸上色収差（ｉ線とｈ線のピント位置差）の差が４８４μｍである。このような投影光学系の場合、線幅が４５μｍ以下においてはｉ線のみを用いパターンを露光した場合とｉ線とｈ線を共に用いてパターンを露光した場合で焦点深度は違いがほとんど見られない。線幅が４５μｍよりも大きい場合は、ｉ線とｈ線を共に用いて露光を行うことにより、ｉ線のみを用いて露光を行う場合よりも大きな焦点深度で露光を行うことができる。
【００３４】
図２に示したように、光源１１から照射される光は、２つ以上の波長の異なる輝線（ピーク）を有する光である。そこで、光源１１から照射される光のうちｉ線の輝線を取り出すためには、照明光学系２０の光路にｉ線を透過させるバンドパスフィルタなどを配置すればよい。バンドパスフィルタは、中心波長がｉ線（波長３６５．０ｎｍ）で、半値幅が数ｎｍ〜１０ｎｍ程度のものを用いるのが適当である。
【００３５】
また、光源１１から照射される光のうちｉ線とｈ線の輝線を共に取り出すためには、照明光学系２０の光路にｉ線とｈ線の光を透過させる半値幅の広いバンドパスフィルタを配置する。あるいはショートパスフィルタとロングパスフィルタを組み合わせてｉ線とｈ線が透過するようにフィルタ２２を照明光学系の光路に配置してもよい。上記の半値幅の広いバンドパスフィルタを用いる場合、中心波長は３８６ｎｍ程度、半値幅は６０〜８０ｎｍ程度のものを用いるのが適当である。
【００３６】
原版を照明する光の波長を選択するため、波長選択部２１に上記のようなｉ線を透過させるフィルタ（フィルタＡ）と、ｉ＋ｈ線を透過させるフィルタ（フィルタＢ）を用意しておく。フィルタＡとフィルタＢを切り替え部で切り替えることで、光源から照射された光のうち、透過させたい輝線に合ったフィルタを照明光学系の光路に配置することができる。
【００３７】
実際に、基板を露光する光をｉ線とｉ＋ｈ線とに切り替えるには、ユーザが露光したいパターンサイズを露光装置に入力することによって、制御部が式（５）を基に、ｉ線またはｉ＋ｈ線に切り替えられるようにフィルタを選択するようにする。あるいは、あらかじめレチクルにパターンサイズの情報を記録しておくことにより、それを露光装置が読み取ってフィルタを切り替えるようにしても良い。
【００３８】
また、焦点深度拡大効果が表れる範囲の線幅のパターンが形成された原版を照明する際は、必要とされる焦点深度に応じてフィルタを切り替えても良い。大きい焦点深度を必要とする場合は、フィルタＢを光路に配置してｉ＋ｈ線を透過させ、小さい焦点深度の場合は、フィルタＡを光路に配置してｉ線のみを透過させるようにしてもよい。このように、光源からの光から波長が互いに異なる２つ以上の光を透過させるフィルタ（第１フィルタ）と、光源からの光から１つの波長の光を透過させるフィルタ（第２フィルタ）とを選択することで、パターンに応じた照明が可能になる。
【００３９】
例えば、Ｂｕｍｐ工程とＴＳＶ工程はパターンサイズが明らかに異なっているため、露光装置の照明モードとして、Ｂｕｍｐモード、ＴＳＶモードなどを設けておき、ユーザがそれらのいずれかを選択することによりｉ線とｉ＋ｈ線を切り替えるようにしてもよい。あるいは、焦点深度が必要な工程か否かをユーザが入力することにより露光装置が露光に用いる光の波長の判断を行ってもよい。この際、パターンサイズの情報も併せて判断材料に使えば、より精度の高い判断が可能になる。
【００４０】
倍率色収差に関しては、使用する２波長（本実施形態ではｉ線とｈ線）における投影倍率の差が、ある範囲内であることが望ましい。なぜならば、倍率色収差が大きいと視野の周辺部において２波長の像の位置ずれが生じ、それが像のにじみとなってＣＤばらつきが大きくなるからである。許容される像の位置ずれ量としては、パターンサイズの１０％以内程度である。なぜならば、ＣＤに対しては通常±１０％程度の誤差が許容されており、また、２つの像が重なることによるＣＤ変化は像ずれ量にほぼ等しいと考えられることである。
【００４１】
例えば、Ｂｕｍｐ工程の代表的な線幅を８０μｍとすると、許容されるｉ線とｈ線の像ずれ量は約８μｍとなる。これを本実施形態の投影光学系におけるｉ線とｈ線の倍率差に換算すると、約１３０×１０−６という値となる。すなわち、光学系の倍率色収差は、ｉ線とｈ線の倍率差が約±１３０×１０−６以内が許容できる。本実施形態の光学系の場合、ｉ線とｈ線の倍率差は１×１０−６なので、十分要件を満たしている。
【００４２】
このように、基板に露光するパターンサイズや焦点深度に応じて、光源から照射される波長を選択することで、適切な条件に合わせて焦点深度を決めることができる。
【００４３】
［第２実施形態］
図６〜８を用いて第２実施形態について説明する。第１実施形態で示した符号と同じものは説明を省略する。本実施形態において光源ユニット１０、照明光学系２０の主な仕様は第１実施形態と同様である。
【００４４】
図６は本発明の第２実施形態の露光装置で用いられる投影光学系４０を示した図である。投影光学系４０の複数のレンズは、投影光学系の光軸上に配列される。投影光学系４０の物体面３１には原版３０のパターンが形成された面が配置される。また、投影光学系４０の像面５１には感光性材料が塗布された基板５０の面が配置される。投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４２１〜４３３）は図のように配置されている。
【００４５】
第１実施形態と同様に図６において、投影光学系４０にはレンズ４２９とレンズ４３０の間に絞り６０を備えており、開口数を可変とすることで解像度や焦点深度の調節ができるようになっている。
【００４６】
表２に、投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４２１〜４３３）のそれぞれの特性を示した。第１実施形態と同様に、それぞれのレンズの曲率半径、中心肉厚、空気間隔、および材料（硝子名）を示した。硝子は第１実施形態と同様に株式会社オハラ製のものを使用している。投影光学系のレンズには複数種類の硝子を用いている。複数の種類の硝子を用いることで投影光学系は色収差補正がなされている。
【００４７】
図７に第１実施形態の投影光学系４０の色収差を示す。図７（ａ）が軸上色収差を示しており、波長に対する投影光学系のピント位置（近軸像面位置）をプロットしている。ｉ線におけるピント位置を０としたときの相対的なピント位置を示している。第２実施形態の投影光学系４０はｉ線でピントが合うように設計されている。ｉ線とｈ線の軸上色収差は、補正されておらず、２５６μｍ、ｉ線とｇ線の軸上色収差は、補正されておらず、８６３μｍである。
【００４８】
【表２】
2014022496.tif 000004
【００４９】
図７（ｂ）は倍率色収差を示しており、波長に対する投影光学系の投影倍率をプロットしている。第２実施形態における投影光学系４０の倍率色収差は、補正されており、ｉ線とｈ線で投影倍率の差がほぼ０となるように設計されている。倍率色収差は投影光学系のレンズの設計を変更することで実現可能である。
【００５０】
図８は、ｉ線のみを用いた場合と、ｈ線のみを用いた場合と、ｉ線とｈ線を共に用いた場合（ｉ＋ｈ線）の焦点深度をシミュレーションにより求めたものである。評価条件は、投影光学系の開口数が０．１、照明系のσ値（コヒーレンスファクタ）が０．７、パターン形状は孤立線パターンである。また、ｉ線とｈ線の軸上色収差（ピント位置差）は２５６μｍで、図７（ａ）で示した本実施形態の投影光学系の軸上色収差と同じである。
【００５１】
ここで、焦点深度の定義などは第１実施形態と同様である。図８のグラフは、横軸に着目線幅、縦軸に焦点深度をとり、焦点深度の上限と下限を折線で示している。なお、ｉ＋ｈ線の場合におけるｉ線とｈ線の強度は１：１とした。ここではｉ線とｈ線の光の強度は等しいものとして求めたが、必ずしも等しくなくても良い。
【００５２】
図８に示すように、ｉ線の焦点深度とｈ線の焦点深度とが重複していない線幅の範囲でｉ＋ｈ線の焦点深度が拡大していることが分かる。このように、ｉ線のみを用いてパターンを露光した場合の焦点深度と、ｈ線のみを用いてパターンを露光した場合の焦点深度を足した値よりも、ｉ＋ｈ線を用いてパターンを露光した場合の焦点深度が大きくなる。その境界の線幅は２０μｍであり、第１実施形態で述べたように式（５）で計算される値と一致する。
【００５３】
第１実施形態と第２実施形態から分かる通り、ｉ線とｈ線の軸上色収差が大きいと、ｉ線とｈ線の焦点深度が拡大する量が大きい。その代わり、ある程度大きいパターンサイズになるまで焦点深度拡大効果が現れない。
【００５４】
一方、軸上色収差が小さいと、比較的小さいパターンサイズからｉ＋ｈ線の焦点深度が拡大する効果が現れる。その代わり、焦点深度が拡大する量はそれほど大きくない。このように、両者のバランスによって軸上色収差の最適な範囲が決まる。
【００５５】
例えば、Ｂｕｍｐ工程におけるパターンサイズは４０〜８０μｍ程度であることから、４０μｍパターンで焦点深度拡大効果が現れるような軸上色収差量を式（５）から求める。ＮＡ＝０．１、０．８≦ｋ３≦１．０、６５μｍ≦δ≦８５μｍの条件で、２つの波長間の軸上色収差は約３８５〜４８５μｍとなる。すなわち、軸上色収差は４８５μｍ以内であるのが望ましい。
【００５６】
また、Ｂｕｍｐ工程で必要となる焦点深度は条件によって様々ではあるが、少なくとも１００μｍ程度は要求されるとするならば、２つの波長間の軸上色収差は少なくとも１００μｍ以上であることが望ましい。
【００５７】
このように、必要とされる軸上色収差となるように、投影光学系４０を構成するレンズの設計を行う。
【００５８】
［第３実施形態］
図９および図１０を用いて第３実施形態について説明する。上述の実施形態で示した符号と同じものは説明を省略する。本実施形態において光源ユニット１０、照明光学系２０の主な仕様は第１実施形態と同様である。
【００５９】
図９は本発明の第３実施形態の露光装置で用いられる投影光学系４０を示した図である。投影光学系４０の複数のレンズは、投影光学系の光軸上に配列される。投影光学系４０の物体面３１には原版３０のパターンが形成された面が配置される。また、投影光学系４０の像面５１には感光性材料が塗布された基板５０の面が配置される。投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４４１〜４５３）は図のように配置されている。
【００６０】
第１実施形態と同様に図９において、投影光学系４０にはレンズ４４９とレンズ４５０の間に絞り６０を備えており、開口数を可変とすることで解像度や焦点深度の調節ができるようになっている。
【００６１】
表３に、投影光学系４０が有する複数のレンズ（レンズ４４１〜４５３）のそれぞれの特性を示した。上述の実施形態と同様に、それぞれのレンズの曲率半径、中心肉厚、空気間隔、および材料（硝子名）を示した。硝子は上述の実施形態と同様に株式会社オハラ製のものを使用している。投影光学系のレンズには複数種類の硝子を用いている。複数の種類の硝子を用いることで投影光学系は色収差補正がなされている。
【００６２】
【表３】
2014022496.tif 000005
【００６３】
図１０に第３実施形態の投影光学系４０の色収差を示す。図１０（ａ）が軸上色収差を示しており、波長に対する投影光学系のピント位置（近軸像面位置）をプロットしている。ｉ線におけるピント位置を０としたときの相対的なピント位置を示している。第３実施形態の投影光学系４０は複数種類の硝子を用いて色収差補正がなされている。
【００６４】
ｉ線とｈ線のピント位置の差（軸上色収差）は８μｍ、ｉ線とｇ線の軸上色収差は、補正されておらず、４８６μｍである。第３実施形態で特徴的なのは、ｉ線とｈ線で軸上色収差がほぼ０になるよう設計（補正）されている点である。
【００６５】
図１０（ｂ）は倍率色収差を示しており、波長に対する投影光学系の投影倍率をプロットしている。第２実施形態における投影光学系４０の倍率色収差は、補正されており、ｉ線とｈ線で投影倍率の差がほぼ０となるように設計されている。
【００６６】
本実施形態では、線幅が４５μｍ以下の場合はｉ線およびｈ線の２波長（ｉ＋ｈ線）を用いて露光を行い、線幅が４５μｍよりも大きい場合は、ｉ線、ｈ線にｇ線を加えた３波長（以降、ｉ＋ｈ＋ｇ線と表す）で露光を行う。
【００６７】
４５μｍ以下のサイズのパターンにおいてｉ線およびｈ線の２波長を用いて露光を行った場合でも、ｉ線とｈ線は軸上色収差がほぼ０であるので、両波長でほとんど共通の焦点深度が得られる。したがってこの場合、ｉ線のみの場合よりも高い露光エネルギーが得られ、ｉ線のみを用いた場合とほぼ同じ焦点深度が得られる。
【００６８】
４５μｍよりも大きいサイズのパターンに対してｉ＋ｈ＋ｇ線の３波長で露光を行った場合、ランプからのエネルギーを２波長で露光を行う場合より高エネルギーで露光を行うことができる。また、３波長の光を用いることで、光源からの光を効率よく利用できる。３波長の輝線を用いることによって、高エネルギーの露光が求められるＢｕｍｐ工程に対応し易くなる。さらに、ｉ＋ｈ線の焦点深度範囲とｇ線の焦点深度範囲が重なることによって焦点深度拡大効果が得られ、Ｂｕｍｐ工程で求められる焦点深度に対応できる。このように、ｉ＋ｈ線を用いてパターンを露光した場合の焦点深度と、ｇ線のみを用いてパターンを露光した場合の焦点深度を足した値よりも、ｉ＋ｈ＋ｇ線を用いてパターンを露光した場合の焦点深度が大きくなる。なお、波長を切り替えるパターンサイズの閾値の４５μｍという値は式（５）から求めることができる。
【００６９】
このように、複数の輝線を持つ光源を用いた露光装置において、細かいパターンに対する高解像性を必要とする露光と、太いパターンで大きい焦点深度を必要とする露光を使い分けることが可能になる。波長の異なる光の軸上色収差は、焦点深度の範囲を変化させたい大きさに応じて決めればよい。所定の軸上色収差となるように、投影光学系を設計すればよい。
【００７０】
上述の何れの実施形態も、超高圧ＵＶランプを光源とした露光装置について述べてきたが、本発明はそれに限定されない。たとえば、連続的なスペクトルを有する光源を用いた露光装置であれば本発明を適用することができる。この場合、軸上色収差を評価する２つの波長として、連続スペクトルの中から代表的な２波長を選ぶことになるが、スペクトルの端同士の波長を選択してもよいし、連続スペクトル中に顕著なピーク（輝線）があればその波長を選択してもよい。
【００７１】
また、レーザやＬＥＤなど、比較的狭帯域の光源を複数個組み合わせて光源として利用する露光装置についても本発明を適用することができる。この場合、各々のレーザあるいはＬＥＤの代表波長で色収差を評価すればよい。
【００７２】
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハ等の基板に集積回路を作る前工程と、前工程で作られた基板上の集積回路を半導体チップ等の製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。後工程において、Ｂｕｍｐ工程やＴＳＶ工程が含まれる時に前述の露光装置を使用することができる。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板等の基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。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。
【００７３】
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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１１  光源
２１  波長選択部
４０  投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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