(57)【要約】【課題】  高品位な露光を実現する照明光学系及びそれを有する露光装置を提供する。【解決手段】  所定のパターンが形成された被照明面を照明する照明光学系であって、前記照明光学系による照明光の主光線の傾きと光軸に垂直な方向の位置を調節する補正光学系を含み、当該補正光学系は、非球面光学素子を有することを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】    図１
2006210623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照明面を照明する照明光学系において、
前記被照射面を照明する照明光の主光線の傾きと前記被照射面上における位置とを調節する補正光学系を含み、
前記補正光学系は、前記被照明面の近傍、前記被照明面と共役な位置、及び／又は、前記被照明面と共役な位置の近傍に設けられ、
当該補正光学系は、２枚以上の非球面光学素子を有することを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記補正光学系は、
前記照明光の主光線の傾きを調節する第１の非球面光学素子と、
前記照明光の前記被照射面上における位置を調節する第２の非球面光学素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記非球面光学素子は、前記照明光学系の光軸と共軸ではないことを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項４】
前記非球面光学素子は非球面レンズ、非球面ミラー又は自由曲面を含むことを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項５】
前記非球面光学素子は交換可能であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項６】
前記補正光学系は、互いに１００ｍｍ以上離間して配置されている２つの非球面光学素子を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項７】
前記被照明面としてのレチクルを照明する請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記レチクルのパターンを被露光体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８】
レチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有する露光装置において、
前記レチクルを照明する照明光の主光線の傾きと前記投影光学系による結像光の主光線の傾きを一致させる補正光学系を含み、
前記補正光学系は、前記レチクルの近傍、前記レチクルと共役な位置、及び／又は、前記レチクルと共役な位置の近傍に設けられ、
当該補正光学系は、２枚以上の非球面光学素子を有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記補正光学系は投影光学系内に設けられていることを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】
前記照明光学系の光軸と前記投影光学系の光軸とは偏心していることを特徴とする請求項７又は８記載の露光装置。
【請求項１１】
前記投影光学系はカタディオプトリック系であることを特徴とする請求項７又は８記載の露光装置。
【請求項１２】
請求項７又は８記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、
前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有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、一般には照明光学系及びそれを有する露光装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するための照明光学系及びそれを有する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明光学系でレチクル（マスク）を照明し、レチクル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は従来から使用されており、近年では、高解像度で高品位な露光をより安価に達成する要請がますます高まっている。
【０００３】
高解像度の要請を満足するために投影光学系の開口数（ＮＡ）の増加（高ＮＡ化）が進んでいる。しかし、高ＮＡ化に伴って投影光学系の瞳収差を除去することが困難になってきた。投影光学系にて瞳収差が残存している場合には、物体側（レチクル側）の主光線が物体高によって投影光学系の光軸に対して傾きを有しており、照明光を投影光学系の光軸に平行に供給した場合、テレセン度が悪くなるため、照明光学系にてテレセン度を補正する必要がある。ここで、「テレセン度」とは、露光装置のウェハ上の各位置における光量重心と投影光学系の光軸の平行度であり、基板が１μｍデフォーカスした時の像のズレ量で表現する（例えば、特許文献１参照。）。テレセン度が悪いと転写位置が段ごとにずれてしまい（デフォーカスディストーション）、回路パターンの重ね合わせ精度が悪化してしまう。ウェハ面上のデフォーカスディストーションを最小にするためには、投影光学系に入射する照明光に瞳収差分の傾きを持たせる必要がある。この際、従来は、投影光学系の瞳収差を相殺するように照明光学系の瞳収差を発生させることによってデフォーカスディストーションの補正を行っていた（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３１７３４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、投影光学系の瞳収差を相殺する従来の手法ではデフォーカスディストーションを十分に防止することが困難となってきた。
【０００５】
まず、高ＮＡ化に伴って投影光学系の瞳収差が増加し、相殺量が増加したため、照明光学系の設計が困難になってきた。相殺量のみを考慮すると線幅制御の悪化や装置の大型化によるコストアップを招くなど別の露光品質が悪化する。
【０００６】
また、従来の手法は、屈折系、反射屈折系など多種多様な投影光学系に対して照明光学系を個別的に設計しなくてはならず、設計の長期化と製品化の遅れをもたらす。
【０００７】
更に、従来の手法は、照明光学系と投影光学系とが非共軸であればそもそも適用できない。この点、大きなＮＡを確保しつつ色収差を緩和するなどの理由から反射屈折光学系（カタディオプトリック光学系）が投影光学系に使用されている。カタディオプトリック光学系では、通常、投影光学系の軸外の結像領域だけを用いてレチクルのパターンをウェハに投影するため、照明光学系の大型化によるコスト高防止の観点から照明光学系と投影光学系の光軸を非共軸にすることが好ましい。従って、投影光学系がこのようなカタディオプトリック光学系の場合には従来の相殺手法を適用することができない。かかる問題を防止するために、特許文献２は、照明光学系の光軸と非共軸で投影光学系光軸と共軸であるレンズを照明光学系内のレチクル近傍又はレチクルと共役な面に配置して投影光学系で発生するテレセン度を補正する方法を提案している。特許文献２の方法によれば、テレセン度の補正は可能であるが、光束が本来到達すべきレチクル上の位置からずれてレチクル面上にディストーション（レチクル面ディストーション）を発生させてしまう。レチクル面ディストーションはレチクル面上の照明範囲を変化させ、所望以外のパターンを基板上に転写してしまい、高品位な露光を阻害する。
【０００８】
このため、高品位な露光を実現する照明光学系及びそれを有する露光装置を提供する需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての照明光学系は、被照明面を照明する照明光学系において、前記被照射面を照明する照明光の主光線の傾きと前記被照射面上における位置とを調節する補正光学系を含み、前記補正光学系は、前記被照明面の近傍、前記被照明面と共役な位置、及び／又は、前記被照明面と共役な位置の近傍に設けられ、当該補正光学系は、２枚以上の非球面光学素子を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の側面としての露光装置は、かかる照明光学系と、前記パターンを被露光体に投影する投影光学系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露光装置は、レチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを被露光体に投影する投影光学系とを有する露光装置において、前記レチクルを照明する照明光の主光線の傾きと前記投影光学系による結像光の主光線の傾きを一致させる補正光学系を含み、前記補正光学系は、前記レチクルの近傍、前記レチクルと共役な位置、及び／又は、前記レチクルと共役な位置の近傍に設けられ、当該補正光学系は、２枚以上の非球面光学素子を有することを特徴とする。
【００１１】
上述の露光装置を利用したデバイス製造方法も本発明の別の側面を構成する。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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高品位な露光を実現する照明光学系及びそれを利用した露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例としての露光装置について説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略構成図である。１は光源となるレーザーであり、２は非照射面の照度を調整するためのＮＤフィルタであり、離散的もしくは連続的に透過率が調整できるようになっている。３は１段目のハエの目レンズであり、複数のロットレンズによって波面分割された光を、コンデンサレンズ４を用いて２段目ハエの目レンズ５の入射面上に重畳的に重ね合わせてこれを略均一に照明している。照明光は、２段目のハエの目レンズ５で再度、複数のロットレンズによって波面分割され、コンデンサレンズ６を通して絞り７の面で重畳的に重ねあわされる。この結果、レーザーのプロファイルが時間的に変化し、装置とレーザー間で振動が発生しても、絞り面で均一な照度分布が形成される。絞り７は有効光源形状を切り出す。ハエの目レンズ５を構成するロッドレンズの断面形状は四角形又は六角形となる。レチクル上を照明する照明光の角度分布である有効光源形状は丸いので、有効光源形状を丸形状とするために絞り７で丸に光を切り出している。
【００１５】
８はリレーズーム光学系であり、絞り７で切り出された均一な光を３段目のハエの目レンズ９上に倍率可変で投影する。露光装置１００においては有効光源形状を変える事によって解像力、焦点深度が変わる。例えば、単純なラインアンドスペースパターンであれば、有効光源形状を小さくし、レチクル面を照明する光を平行光に近くし、位相シフトマスクと呼ばれるレチクルを用いることによって、解像力が向上し、焦点深度が拡大する。３段目のハエの目レンズ９によって照明光は再度波面分割されてコンデンサレンズ１０によってスリット１１上に投影される。これにより、被照明面と共役な面での均一な照度分布が形成される。スリット１１は、投影光学系の走査方向のスリット幅を規定する。スリット幅を走査方向と垂直な方向で変えて、照度むらを補正する。１２は走行マスキングブレードであり、基板上の露光領域を規定する。走行マスキングブレード１２は後述のレチクル、ウェハと同期して走査される。
【００１６】
１３はリレー光学系であり、走行マスキングブレード１２の面をレチクル１５上に略テレセンで投影する。レチクル１５付近にテレセン度補正部１４を配置する。テレセン度補正部１４は２枚の非球面レンズ１４ａ及び１４ｂから構成されており、略テレセンである照明光学系のテレセン度を投影光学系のテレセン度に合致させるために照明光の主光線の傾きを調節する。本実施例では、投影光学系１６がカタディオプトリック光学系のため、非球面レンズ１４ａ及び１４ｂは投影光学系の光軸１８と共軸に、つまり、照明光学系の光軸とは非共軸に配置されている。非球面レンズ１４ａは主にテレセン度を補正し、非球面レンズ１４ｂは１４ａが配置されることにより発生するレチクル面上での照明光の位置ズレ、即ちレチクル面ディストーションを主に補正する。
【００１７】
以下、図２を参照して、テレセン度補正部１４の原理について説明する。ここで、図２は、テレセン度補正部１４の原理を説明するための模式図である。テレセン度補正部１４は、テレセン度をレチクル面近くで補正することによって発生してしまうレチクル面ディストーションを非球面レンズ１４ｂで主に補正し、所望のテレセン度への補正を非球面レンズ１４ａを用いて主に行う。２枚用いることで、レチクル面ディストーションとテレセン度の補正を同時にそして容易に行うことができる。
【００１８】
この２枚の補正レンズ間隔があまりにも近いと、テレセン補正効果とレチクル面ディストーション補正効果を互いが打ち消しあってしまうため離れている必要がある。
【００１９】
非球面レンズ１４ａ及び１４ｂの配置間隔を１００ｍｍ以上に配置することで、効果を有効に得ることができる。このテレセン補正部１４には、光軸方向、又は、光軸と垂直な方向に移動する機構を有しており、組立時の偏心調整時に使用される。また、テレセン度補正部１４を交換することにより、テレセン度、露光方式の異なる投影光学系に対して同じ照明光学系で対応することが可能となる。なお、テレセン度補正部１４は、照明光学系のレチクル面近傍、レチクルと共役な面、及び／又は、レチクルと共役な面の近傍に配置されればよい。また、テレセン度補正部１４は、一般に、非球面光学素子を有すればよい。非球面光学素子とは、例えば、平面板に微小非球面加工を行った光学素子などのことである。この非球面光学素子は、非球面レンズ、非球面ミラー、自由曲面などを含む。また、非球面光学素子は、照明光学系の光路中の少なくとも一部をパージする際に用いられるシールガラスを非球面加工したものでもよく、更には、投影光学系１６内に構成されてももちろんよい。また、この非球面光学素子はパワー（光束を収束、もしくは発散させる機能）を持つものであっても、持たないものであっても良い。パワーを持たせた場合には、光軸上のテレセン度を有効に補正することができる。
【００２０】
図３に、図１に示すテレセン度補正部１４の変形例としてのテレセン度補正部１４Ａを示す。テレセン度補正部１４Ａは、非球面レンズ１４ａ及び１４ｂを分離して配置し、レチクル１５近傍に非球面レンズ１４ａを配置し、レチクル１５と共役な面であるマスキングブレード１２の直後に非球面レンズ１４ｂを配置している。
【００２１】
図４に、図１に示すテレセン度補正部１４の別の変形例としてのテレセン度補正部１４Ｂを示す。テレセン度補正部１４Ｂは、レチクル１５近傍に非球面レンズ１４ｃ及び１４ｄを配置し、レチクル１５と共役な面であるマスキングブレード１２の直後に非球面レンズ１４ｅを配置している。テレセン度補正部１４Ｂは、非球面レンズを３枚以上使用した例である。３枚以上使用することによって１枚あたりの非球面量を小さくすることができ、投影光学系１６のテレセン度が大きい場合でも、テレセン度補正部１４Ｂによってテレセン度補正可能となる。また、スペースの関係でレチクル１５近傍に１枚マスキングブレード直後に２枚、又はマスキングブレード１２前後に一枚ずつ配置したとしても同等の効果を得ることができる。３つの非球面レンズのそれぞれが非球面レンズ１４ａ及び１４ｂのどちらの機能を有するかは自由に決定することができる。
【００２２】
図５に、図１に示す照明光学系とテレセン度補正部１４の変形例としてのテレセン度補正部１４Ｃを示す。図５に示す照明光学系はハエの目レンズ９からマスキングブレード１２間に中間結像系１９を設け、レチクル１５と共役な面である中間結像面２０を形成し、中間結像面２０に非球面レンズ１４ｅを配置し、中間結像面２０の近傍に非球面レンズ１４ｄを配置し、マスキングブレード１２直後に非球面レンズ１４ｃを配置している。中間結像面２０を使用することによってテレセン度補正部１４Ｃを照明光学系の中心部に配置することができ、照明光学系パージ内に入れることができる。パージエリア内ではデポが付着しないため交換パーツにする必要がなく、ランニングコストを抑えることができる。また、中間結像面２０又は中間結像面２０近傍にはテレセン度補正部を構成する非球面レンズを複数枚配置することが可能である。中間結像面２０だけでなく、その他のレチクル１５と共役な面、レチクル１５の近傍と組み合わせて使用してもよい。なお、パージエリア外となるのはレチクルステージ付近であり、図５の実施例では中間結像を入れることでレチクルステージ付近に配置していた補正レンズを内側に配置することができる。よって、パージエリア内に配置できデポの付着を回避できる。
【００２３】
図６に、図１に示すテレセン度補正部１４の別の変形例としてのテレセン度補正部１４Ｄを示す。テレセン度補正部１４Ｄは、レチクル１５近傍に非球面ミラー１４ｆを配置している。非球面ミラー１４ｆはレチクル１５直上に配置されており、光軸は投影光学系１６の光軸と一致している。非球面ミラーであっても非球面レンズ・自由曲面レンズと同等の効果を得ることができる。また、テレセン度補正部１４Ｄを構成する部材として、非球面ミラーと屈折レンズの組み合わせでも同等の効果を得ることができる。
【００２４】
再び図１に戻って、レチクル１５はパターンの描画された被照明面である。照明光学系（２乃至１４）によって照明領域であるレチクルの一部が照明され、照明された状態で走査され、レチクルの露光領域が露光される。１６は投影光学系であり光軸を含まない軸外領域を結像領域として持つカタディオプトリック光学系で構成されている。投影光学系１６は照明光学系により照明されたレチクル領域を感光剤の塗布されたウェハ１７上に投影する。１７のウェハと１５のレチクル、１２の走行マスキングブレードは同期走査されて露光領域の露光を行う。
【００２５】
投影光学系１６は、図７に示すような屈折系であってもよい。ここで、図７は、図１に示す露光装置１００の変形例としての露光装置１００Ｅの概略構成図である。図７においては、投影光学系１６Ｅは屈折系であるため光軸を含む軸上の領域を結像領域として持つことができる。レチクル面を略テレセンで照明する照明光学系と投影光学系の光軸は共軸で配置される。照明光学系はレチクル面を略テレセンで照明しているため、投影光学系に関係なく図１に示す照明光学系と同じ設計値を使用することができる。ただし、テレセン度は異なるため、テレセン度補正部１４は、２枚の非球面レンズ１４ｇ及び１４ｈを有するテレセン度補正部１４Ｅに置換される。テレセン度補正部１４Ｅはレチクル面近傍に配置され、投影光学系１６Ｅを照明光学系と共軸とされる。テレセン度補正部１４Ｅが交換可能であることにより、タイプの違う投影光学系１６Ｅに対しても照明光学系を共通に使用することができ、テレセン度を投影光学系１６Ｅと良好に合致しレチクル面ディストーションを補正することが可能である。
【００２６】
図１、図３乃至図７に示すいずれの露光装置においても、レチクル面ディストーションが補正されることによりマスキング精度が１００μｍ以下、照明光学系テレセン度が投影光学系テレセン度に合致されることによりウェハ面デフォーカスディストーションが３０ｎｍ／μｍｄｅｆ以下、σ歪み２％以下、ローカルσ１．５％以下を実現することができる。
【００２７】
本実施例の露光装置によれば、テレセン度補正部がレチクル面の近傍、レチクル面と共役な位置、及び／又は、レチクル面と共役な位置の近傍に設けられているため、投影光学系の光軸に対して対称に発生している投影光学系の主光線の傾きの分布、すなわちテレセン度のズレを良好に補正しながら、その時に発生するレチクル面ディストーションも良好に補正することができる。投影光学系と照明光学系の光軸が偏心している場合であっても、テレセン度補正部のみを偏心し、投影光学系の光軸にあわせることで、テレセン度の補正を同じように行うことができる。従って、どのような投影光学系に対しても同じ照明光学系を用いることが可能であり、光学系の共通化、設計期間短縮にもつなげることができる。
【００２８】
次に、図８及び図９を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図８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。
【００２９】
図９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、上述の露光装置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。本実施例の露光装置によれば、投影光学系のデフォーカスディストーションが良好に補正され、露光領域全体について良好なテレセンと良好なマスキング精度を同時に有する投影露光装置を用いて露光を行う。従って、本発明のデバイス製造方法は、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、本発明のリソグラフィー技術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。また、本発明は、かかるデバイス製造方法の中間及び最終結果物であるデバイス自体もカバーする趣旨である。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。
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例の露光装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すテレセン度補正部の原理を説明する模式図である。
【図３】図１に示すテレセン度補正部の変形例を示す拡大構成図である。
【図４】図１に示すテレセン度補正部の変形例を示す別の拡大構成図である。
【図５】図１に示す照明光学系とテレセン度補正部の変形例を示す別の拡大構成図である。
【図６】図１に示すテレセン度補正部の変形例を示す別の拡大構成図である。
【図７】本発明の別の実施例の露光装置の概略構成図である。
【図８】図１に示す露光装置を使用してデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８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】
【００３２】
１４−１４Ｅ                テレセン度補正部
１００                      露光装置
【図２】
2006210623.tif 000003
【図３】
2006210623.tif 000004
【図１】
2006210623.tif 000005
【図４】
2006210623.tif 000006
【図５】
2006210623.tif 000007
【図６】
2006210623.tif 000008
【図７】
2006210623.tif 000009
【図８】
2006210623.tif 000010
【図９】
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