(57)【要約】【課題】  シミュレーション技術によって前記複数のパラメータを導出し、目標とするパターン像をウェハ表面に形成する露光方法及び露光装置を提供する。【解決手段】  二次光源像の光量分布を測定し、その分布の中心位置と中心位置を通る線で分割された各領域における光量分布とを算出し、中心位置と光量分布との情報を用いて、目標とするパターン像と前記二次光源の光量分布で露光する際に基板上に投影される像との差を計算し、中心位置の目標位置と光量分布の目標値とを設定し、その目標位置及び目標値に基づいて、中心位置及び光量分布を調整する。【選択図】  図６
2008124308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で二次光源を形成し、該二次光源からの光束でマスクを照明し、投影光学系を介して前記マスクのパターンの像を基板上に投影する露光方法において、
前記二次光源の像の光量分布を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された前記二次光源像の光量分布から、前記二次光源像の中心位置と前記中心位置を通る線で分割された前記投影光学系の瞳面内の各領域における光量分布とを算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記中心位置と前記各領域における光量分布との情報を用いて、目標とするパターン像と前記光量分布により前記基板上に投影される像との差を計算する計算ステップと、
前記計算ステップにおける計算結果に基づいて、前記中心位置の目標位置と前記各領域における光量分布の目標値とを設定する設定ステップと、
前記設定ステップにおいて設定された前記目標位置及び前記目標値に基づいて、前記中心位置及び前記各領域における光量分布を調整する調整ステップとを備え、
前記調整ステップにおいて調整された二次光源像の光量分布で前記マスクのパターンの像を基板上に投影することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記調整ステップにおいて、前記中心位置及び前記各領域における光量分布をそれぞれ独立に調整することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記中心位置と前記投影光学系の光軸とにずれを有する場合における、前記基板上に投影される像と目標とするパターン像との差を算出する第１の情報を算出するステップと、
前記中心位置を通る線で分割された複数の領域の間で前記光量分布が不均一である場合における前記基板上に投影される像と目標とするパターン像との差を示す第２の情報を算出するステップとを備え、
前記第１の情報と前記第２の情報とに基づいて、目標とするパターン像と、前記ずれを有し、前記複数の領域の間で前記光量分布が不均一である二次光源像の光量分布により前記基板上に投影される像との差を計算することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項４】
前記測定ステップにおいて、前記投影光学系の光軸からの距離が異なる複数の位置において二次光源像の光量分布を測定し、
前記計算ステップにおいて、前記複数の位置における、目標とするパターン像と前記測定ステップにおいて測定された前記二次光源像の光量分布により前記基板上に投影される像との位置のずれを計算し、
前記設定ステップにおいて、前記複数の位置における前記位置のずれの合計に基づいて、前記目標位置及び前記各領域における光量分布の目標値を設定することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項５】
前記測定ステップにおいて、前記投影光学系の光軸からの距離が異なる複数の位置において二次光源像の光量分布を測定し、
前記計算ステップにおいて、前記複数の位置における、目標とするパターン像と前記測定ステップにおいて測定された二次光源像の光量分布により前記基板上に投影される像との線幅の差を計算し、
前記設定ステップにおいて、前記複数の位置における前記線幅の差の合計に基づいて、前記目標位置及び前記各領域における光量分布の目標値を設定することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項６】
前記目標位置が前記投影光学系の光軸からずれており、前記各領域における光量分布の目標値が前記複数の領域の間で異なることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載された露光方法を用いて前記基板を露光する工程と、該露光した基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項８】
光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、
前記光源からの光束に基づく二次光源像の光量分布を測定する測定器と、
前記測定器によって測定された二次光源像の光量分布から、前記二次光源像の中心位置と前記中心位置を通る線で分割された各領域における光量分布とを算出し、算出された前記中心位置及び前記各領域における光量分布の情報を用いて、目標とするパターン像と前記光量分布により前記基板上に投影される像との差を計算し、該計算の結果に基づいて前記中心位置の目標位置と前記各領域における光量分布の目標値とを演算する演算手段と、
前記目標位置及び前記目標値に基づいて前記照明光学系の光学素子を移動させるアクチュエータとを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、露光方法及び露光装置、それを用いたデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、ウェハ上に形成されるパターンの解像度を向上させるため、様々な技術が用いられてきた。その１つとして、変形照明の技術が挙げられる。変形照明の技術とは、マスク（レチクル）に対して斜めに光を入射させ、マスクのパターンの＋１次回折光及び−１次回折光のどちらか一方と、０次回折光とを投影光学系の瞳面に入射させ、２つの光束で結像をさせる技術である。変形照明とは、一般に用いられる光源からの光束に基づく単一の円形形状の二次光源に対し、光源からの光束を特別な光学素子を用いて単一の円形形状以外の二次光源形状を有する照明を意味している。変形照明として例えば、輪帯照明、二重極照明、四重極照明などが挙げられる。ここで、光源からの光束に基づく二次光源の照度分布は、マスク面に入射する光の角度分布に対応する。
【０００３】
そして、所謂ケーラー照明光学系を組めば、投影光学系の瞳面は、照明光学系の瞳面と光学的に共役な面となり、投影光学系の瞳面に二次光源像が形成される。
【０００４】
なお、照明光学系内にはプリズムなどの様々な光学素子が構成され、それらの光学素子の種類を変更したり、構成されている絞りの形状を変更したりすることによって様々な種類の変形照明が得られる。そして、その光学素子の位置を調整することによって光源からの光束に基づく二次光源の照度分布の大きさ等を変更することが可能である。
【０００５】
マスクのパターンを基板上に形成する場合、目標とする結像性能に適した二次光源の照度分布が要求される。そこで、例えば輪帯照明の場合、輪帯率を変更したり、二次光源の照度分布の形状を変更したりすることが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された発明では、二次光源像の光量分布を測定し、測定より得られた二次光源を用いた場合にウェハ上に投影される像の線幅変動や露光プロセス余裕度を、シミュレーションにより計算する。そして、その計算結果に基づいて、照明光学系の光学素子を選定または位置設定し、輪帯率や二次光源の形状を調節する。
【０００６】
一方、複数の露光装置においては、照明光学系を構成する光学素子には加工誤差により、例えば偏心や反射防止膜の性能による機差が存在する。このため、二次光源の照度分布において、二次光源の中心位置と前記投影光学系の光軸との位置のずれが生じる場合がある。この位置のずれは、投影光学系の像面位置に対してウェハ表面がデフォーカスした場合のウェハ上に結像される像の位置と目標像の位置との偏差や、目標線幅に対しての線幅の差として現れる。したがって、その中心位置と前記投影光学系の光軸との位置のずれを改善することが試みられている（特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献２に記載された発明では、露光装置において、二次光源形状の中心位置のずれ、所謂偏心量を検出器で検出する。そして、検出結果に基づいて、照明光学系の光学素子を照明光学系の光軸方向及びその光軸に垂直な平面に沿って２次元的に駆動し、その中心位置のずれ量を小さくしている。
【０００８】
また、露光装置における二次光源の光量分布の不均一性が生じる場合がある。この不均一性は上記と同様にデフォーカス時のパターンの結像線幅の差として現れる。そのため、その不均一性を改善する試みがなされている（特許文献３参照）。特許文献３に記載された発明では、二次光源形状の中心位置のずれ（偏心）量を検出器で検出する。そして、その中心位置を通る線で二次光源形成面内を複数に分割し、各領域での光量を積算して光量積算値を算出する。そして、算出された値に基づいて、複数の領域間で光量積算値が均一となるように補正フィルターを用いて各領域における光量分布を調整している。
【特許文献１】特開２００５−２２８８４６号公報
【特許文献２】特開平１１−８７２３２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２２８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の技術では像改良の方法や光学系を理想状態に設定する技術を開示している。
【００１０】
しかし、実際に所望とするパターンを基板表面に形成するためには、二次光源形状、二次光源の光量分布など複数のパラメータをどのように組み合わせて露光工程を実現するかが問題となる。
【００１１】
そこで本発明は、シミュレーション技術によって前記複数のパラメータを導出し、目標とするパターン像を基板表面に形成する露光方法及び露光装置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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の一側面としての露光方法は、  光源からの光で二次光源を形成し、該二次光源からの光束でマスクを照明し、投影光学系を介して前記マスクのパターンの像を基板上に投影する露光方法において、
前記二次光源の像の光量分布を測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記二次光源像の光量分布から、前記二次光源像の中心位置と前記中心位置を通る線で分割された前記投影光学系の瞳面内の各領域における光量分布とを算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記中心位置と前記各領域における光量分布との情報を用いて、目標とするパターン像と前記光量分布により前記基板上に投影される像との差を計算する計算ステップと、前記計算ステップにおける計算結果に基づいて、前記中心位置の目標位置と前記各領域における光量分布の目標値とを設定する設定ステップと、前記設定ステップにおいて設定された前記目標位置及び前記目標値に基づいて、前記中心位置及び前記各領域における光量分布を調整する調整ステップとを備え、前記調整ステップにおいて調整された二次光源像の光量分布で前記マスクのパターンの像を基板上に投影することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の別の一側面としての露光装置は、光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、前記光源からの光束に基づく二次光源像の光量分布を測定する測定器と、前記測定器によって測定された二次光源像の光量分布から、前記二次光源像の中心位置と前記中心位置を通る線で分割された各領域における光量分布とを算出し、算出された前記中心位置及び前記各領域における光量分布の情報を用いて、目標とするパターン像と前記光量分布により前記基板上に投影される像との差を計算し、該計算の結果に基づいて前記中心位置の目標位置と前記各領域における光量分布の目標値とを演算する演算手段と、前記目標位置及び前記目標値に基づいて前記照明光学系の光学素子を移動させるアクチュエータとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、より高い結像性能で目標とするパターン像をウェハ上に投影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を示す。
【実施例１】
【００１６】
図１に本発明を適用することができる露光装置を示す。露光装置は、光源１と照明光学系４００と投影光学系１４を有し、光源１は、紫外域や遠紫外域の光を発振する超高圧水銀ランプやエキシマレーザ等である。光源１から発せられた光は、整形光学系２により所望の光束形状に変換され、集光光学系３にて、オプティカルロッド４の入射面近傍に集光されている。
【００１７】
集光ズームレンズ５は、オプティカルロッド４の射出面４ｂ近傍の照度分布（光強度分布）をハエの目レンズ６の入射面６ａに所定の倍率で結像させている。オプティカルロッド４の射出面４ｂとハエの目レンズ６の入射面６ａは互いに略共役関係になっている。また、集光ズームレンズ５を倍率可変のズームレンズとすることで、ハエの目レンズ６へ入射する光束領域を調整することが可能であり、様々な照度分布を形成することができる。
【００１８】
ハエの目レンズ６は複数の微小レンズを２次元的に配置した構成からなり、その射出面６ｂ近傍が照明光学系の瞳面に相当する。ここで、ハエの目レンズ６の代わりに２組のシリンドリカルレンズアレイを用いても良い。
【００１９】
照明光学系の瞳面には、不要な光を遮光して所望の照度分布を実現するため、絞り部材７が配置されている。絞り部材７は、不図示の絞り駆動機構により、開口の大きさ及び形状が可変となっている。
【００２０】
照射レンズ８は、ハエの目レンズ６の射出面６ｂ近傍で形成された瞳面の照度分布を、視野絞り９上に重畳照明する。視野絞り９は、複数の可動な遮光板からなり、任意の開口形状が形成されるようにして、被照射面であるマスク（レチクル）１３面及びウェハ１５面上の露光範囲を制限する。１０、１１は結像レンズであり、視野絞り９の開口形状を被照射面であるマスク１３上に結像している。１２は偏向ミラーである。
【００２１】
マスク１３はマスクステージ１７によって保持され、マスクステージ１７は不図示のマスクステージ駆動装置によって駆動制御されている。
【００２２】
投影光学系１４は、照明光学系４００で形成された照度分布で照明されたマスクの回路パターンを基板であるウェハ１５上に投影する。
【００２３】
ウェハ１５はウェハステージ１８に保持され、ウェハステージ１８は投影光学系の光軸方向及び光軸と直交する平面に沿って２次元的に移動する。ウェハステージ１８は不図示のウェハステージ駆動装置によって駆動制御されている。
【００２４】
測定器（計測器）である２次元イメージセンサ１６は、ウェハ１５上に入射する光の光量を測定（計測）する。例えば、２次元イメージセンサとしてＣＣＤを用いることができる。２次元イメージセンサ１６は、ウェハステージ１８の駆動と共に移動して照射領域内の照明光を受光する。そして、２次元イメージセンサ１６は、受光した光に応じた信号を後述の制御装置２１に送信する。
【００２５】
１９と２０は照明光生成手段であり、オプティカルロッド４からの光束から輪帯照明や四重極照明を形成するための光学素子を有する。
【００２６】
ここで、照明光学系４００は整形光学系２から後段であって、結像レンズ１１から前段までの光学系で構成される。
【００２７】
さらに、集光光学系３とオプティカルロッド４を第１光学ユニット１００、照明光生成手段１９、２０を第２光学ユニット２００、集光ズームレンズ５を第３光学ユニット３００と称する。また、第１光学ユニット１００で形成される光量分布（光強度分布）を第１の光量分布Ａ、第２光学ユニット２００で形成される光量分布（光強度分布）を第２の光量分布Ｂとする。
【００２８】
第１〜３光学ユニットは、光源からの光束を所望の形状に変換し、後段のハエの目レンズ６に入射する光束の光強度分布を調整することにより、照明光学系の瞳面における光量分布（瞳面分布Ｃ）を調整可能としている。この瞳面における発光面または光自身が二次光源である。
【００２９】
次に、第２光学ユニット２００について詳述する。図２（ａ）に示すように、従来良く知られている輪帯状の照明（輪帯照明）を形成する場合、照明光生成手段１９、２０は、図２（ｂ）のような光の入射側に凹の円錐面（もしくは平面）を有し、光の射出側に凸の円錐面を有するプリズムとすればよい。
【００３０】
また、図３（ａ）に示すように所謂、四重極照明を形成するためには、照明光生成手段１９、２０を図３（ｂ）に示すような、光の入射側に凹の四角錐（もしくは平面）を有し、光の射出側に凸の四角錐を有したプリズムとすればよい。このとき、入射面と射出面における四角錐の稜線と照明光学系の光軸とが成す角度は等しくても良いし、照明効率を向上させるために、入射側と射出側での角度を異ならせても良い（円錐状のプリズムでも同様である）。
【００３１】
さらに、照明光生成手段１９、２０を図４（ａ）、図５（ａ）に示すような一対のプリズムで構成し、それらを光軸方向に相対的に移動可能とすれば、より冗長な二次光源の光量分布を実現することが可能となる。ここで、二次光源の光量分布は、マスク１３面に入射する露光光の角度分布に対応し、投影光学系の瞳面１４ａに形成された二次光源像の光量分布を決定づける。ここで、投影光学系の瞳面１４ａは、照明光学系の瞳面と光学的に共役な面である。つまり、二次光源の光量分布は投影光学系の瞳面での二次光源像に反映される。
【００３２】
図４（ａ）のようにプリズムの間隔を小さくすれば、図４（ｂ）のように発光部の幅が大きい輪帯状の二次光源の光量分布が実現される。一方、図５（ａ）のようにプリズムの間隔を大きくすれば、図５（ｂ）のように発光部の幅が小さい輪帯状の二次光源の光量分布が実現される。
【００３３】
このように、二次光源の光量分布を変更することができるので、マスクのパターンに応じて、適切な照度分布を形成すればよい。
【００３４】
さらに、後段の集光ズームレンズ５と組み合わせれば、輪帯率を維持したまま、二次光源形状の大きさ（σ値）を調整することができる。ここで、σ値とは、照明光学系の射出側開口数を投影光学系の入射側開口数で割った値である。
【００３５】
図２（ａ）のように輪帯状の二次光源の照度分布を形成する場合、第１光学ユニット１００で第１の光量分布Ａを円形形状とし、第２光学ユニット２００で第２の光量分布Ｂを輪帯形状とする。そして、光学ユニット２００内の光学素子を駆動することで、輪帯形状の外径と内径の比（輪帯率）を調整する。さらに、第３光学ユニット３００と組み合わせれば、第２の光量分布の輪帯率を維持したまま、二次光源形状の大きさ（σ値）を調整することができる。
【００３６】
次に、図６〜９を参照して、本発明の第１の実施例における露光方法について説明する。図６に示すように、まずＳ１において投影光学系の瞳面に形成された二次光源像の光量分布を計測（測定）する。図７に投影光学系の瞳面に形成された二次光源像について面内の光量を測定する測定装置を示した。図７では、説明を簡略化するため、偏向ミラー１２を省いた状態で示している。
【００３７】
まず、視野絞り９を駆動して微小な開口が投影光学系１４の光軸の位置になるように設定する。そして、光源１から放射された光をその開口に入射させ、その開口を通過した光が結像レンズ１０、１１を透過する。マスク１３は、光を遮らないように移動させられ、結像レンズ１０、１１を透過した光は投影光学系１４に入射し、点線で示した基準面（焦点位置）に集光する。つまり、視野絞り９の開口を通過した光のみが基準面で一旦結像し、入射角度を反映させたまま２次元イメージセンサ１６に入射する。２次元イメージセンサ１６の受光面は基準面から光軸方向（図示Ｚ方向）下方へ配置されている。そうすることで、各画素の光量を２次元的にプロットし、投影光学系の瞳面に形成された二次光源像の光量分布を測定することができる。
【００３８】
２次元イメージセンサ１６は、ウェハ１５を保持するＸＹステージ１８上に配置されている。投影光学系１４の光軸以外の点において、二次光源像内の光量を測定したい場合には、測定したい点に視野絞り９の微小な開口を設定するとともに、２次元イメージセンサ１６の位置が測定位置になるように、ＸＹステージ１８を水平方向に移動させる。そうすることで、投影光学系の光軸からの距離が異なる複数の位置（各像高）における二次光源像の光量を測定することができる。
【００３９】
なお、２次元イメージセンサ１６の代わりにラインセンサーを用いても良い。さらに、視野絞り９に微小な開口を設けずに、２次元イメージセンサ１６の受光面の上部に、光束の拡がりに対して十分小さな径のピンホールを設け、焦点位置にピンホールを配置して測定を行っても良い。
【００４０】
二次光源像の各位置（像高）における光量分布を測定する他の方法として、図７（ｂ）に示すように、視野絞り９と共役な位置に微小な開口を設けてもよい。具体的には、視野絞り９を開放して、Ｃｒパターンなどにより微小な開口を形成したマスク１３、または、プレートを配置する。
【００４１】
以上のような方法によりある位置における二次光源像の光量分布を測定し、他の位置については、測定したい位置にＸＹステージ１８を移動させることにより同様に測定することができる。したがって、微小な開口が設けられたマスク１３の任意の位置において測定することにより、投影光学系１４の光軸からの距離に応じた位置（像高）における二次光源像の光量分布について測定できる。
【００４２】
次に、図６に示すようにＳ２において、測定された二次光源像の光量分布から、その二次光源像の中心位置及び後述の光量分布（光強度分布）を算出する。なお、ここでは光量分布と光強度分布を同一の光学性能を表すものとして用いる。図８を用いてその算出方法について説明する。二重極照明の場合、その形状が輪の一部と仮定して、外側の輪郭または内側の輪郭を特定し、その輪の中心点を二次光源像の中心位置とする。また、同様に四重極照明の場合も、その二次光源像の形状が輪の一部と仮定して、外側輪郭または内側輪郭を特定し、その輪の中心を二次光源像の中心位置とする。輪帯照明の場合は、その輪の中心を二次光源像の中心位置とする。
【００４３】
二次光源像の中心位置をもとめた後、その中心位置を通る線で分割された、投影光学系の瞳面内の各領域における光量分布を算出する。図９（ａ）及び（ａ´）、図９（ｂ）及び（ｂ´）に示すように、四重極照明の場合、先程のように求めた中心位置を通り互いに直交する２つの線で、測定領域を４つの領域に分割する。測定領域は図９の外枠の四角形で表される。そして、各領域における光量分布を算出する。そして、各領域の間で光量分布を比較して、光量分布の均一性を判定する。二重極照明の場合、図９（ｃ）及び（ｃ´）、図９（ｄ）及び（ｄ´）に示すように、二次光源像の中心位置を通る線で、測定領域を２つに分割して、均一性を判定する。輪帯照明の場合、図９（ｅ）及び（ｅ´）、図９（ａ）もしくは図９（ｂ）に示すような４つの分割領域を用いる。
【００４４】
均一性の指標を図９（ｃ）を例にとって説明する。まず、領域１における光量をその領域にわたって積算して得られた積算値Ｓ１及び領域２における光量をその領域にわたって積算して得られた積算値Ｓ２をそれぞれ求める。そして、Ｓ１とＳ２の差を、Ｓ１とＳ２の和で割ることにより、均一性の指標とする。この値を基に後述のシミュレーションを行う。ただし、均一性の指標としては、各領域間の光量分布のばらつきを示すものであれば、どんなものでもよい。
【００４５】
次に、図６のＳ３において、本実施例の露光装置において、測定された二次光源の光量分布（光強度分布）でマスクのパターンをウェハ１５上に投影した際における、ウェハ１５上に投影される像を計算する（シミュレーション）。そして、Ｓ４において、目標とするパターン像と比較して、シミュレーションによって求められた像と目標とするパターン像との差を算出する。ここで、この差は、デフォーカス時において、ウェハ１５上に形成される像と目標とするパターン像との位置のずれや線幅の差となって現れる。
【００４６】
図１７を用いて上述の位置のずれ及び線幅の差を説明する。まず、ウェハ１５上に投影したい像（目標とするパターン像）を決定する。ここでは、３本のラインのパターン５２を目標とするパターン像とする。目標とするパターン像に対して、マスクのパターンは、パターン５１のような長方形のパターンである。焦点ずれがない状態において、パターン５１をウェハ１５上に投影すると、角は丸くなり、目標とするパターン像は５２のようになる。しかし、実際にパターン５１を露光すると、デフォーカスの影響により、５３のような像がウェハ１５上に投影される。そこで、ウェハ１５上に投影された像５３の線５３１の中心線と、目標とするパターン像５２の線５２１（線５３１に対応する線）の中心線とのずれ（図示矢印５６）を上記の位置のずれとする。さらに、ウェハ１５上に投影された像５３の線５３２の線幅５５と、目標とするパターン像５２の線５２２（線５３２に対応する線）の線幅５４との差を上記の線幅の差とする。
【００４７】
ここで、上記のシミュレーションにおいて、ウェハ１５上に塗布されたレジストの特性を考慮して計算してもよい。つまり、レジストをウェハ１５上に投影されるパターンで感光し、現像することで形成されるパターンを計算し、そのパターンと目標とするパターンを比較して、位置のずれや線幅の差を求めてもよい。
【００４８】
次に、Ｓ４の計算結果を受けて、Ｓ５において二次光源の光量分布の中心位置についてその目標位置を設定する。また、二次光源の光量分布の各領域における光量分布の目標値を設定する。目標位置、光量分布の目標値の設定においては、上述の位置のずれや線幅の差が最小になるように設定する。
【００４９】
そして、Ｓ６において、二次光源の光量分布の中心位置に関する目標位置及び各領域における光量分布の目標値に基づいて、二次光源の光量分布の中心位置や各領域における光量分布を調整する。最後に、Ｓ６において調整された二次光源の光量分布を用いて、ウェハ１５上にマスクのパターンの像を投影する（Ｓ７）。
【００５０】
Ｓ１において、投影光学系の光軸からの距離に応じた複数の位置において二次光源像の光量分布を測定した場合、該複数の位置における、上述の位置のずれや線幅の差を求める。そして、複数の位置における位置のずれや線幅の差を合計して、その値が最小となるように、二次光源の光量分布の中心位置に関する目標位置や各領域における光量分布の目標値を設定し、調整する。
【００５１】
次に、二次光源像の光量分布の測定から調整までのデータに流れについて説明する。２次元イメージセンサ１６で測定された二次光源像の光量分布に対応する信号は制御装置２１に送られる。そして、制御装置２１における演算手段である演算部において、その信号から二次光源の中心位置や各領域における光量分布を算出し、その二次光源の光量分布を用いて、マスクのパターンをウェハ１５上に投影する像の位置ずれ量や線幅の差を計算する。さらに、その像の位置ずれ量や線幅の差から、目標とすべき二次光源の中心位置や上記の各領域における光量の分布を求める。そして、制御装置２１は、二次光源の光量分布が演算部で算出された目標値近づくように、光学素子を駆動するアクチュエータ２２、２３、２４を位置制御する。駆動される光学素子は、オプティカルロッド４、集光ズームレンズ５、プリズム等の照明光生成手段１９，２０であり、これらは光軸の方向及び光軸に垂直な方向に駆動可能に配置され、適切な位置に制御される。
【００５２】
次に、図１０及び図１１を用いて、二次光源形状の中心位置及び各領域における光量分布の調整について説明する。図１１の状態Ｘに示すように、部品公差、組立公差、駆動公差などの原因により、光学プリズム１９が偏心している。そのため、図１０の状態Ｘに示すように、二次光源形状の中心位置が光軸からずれ、各領域における光量分布は均一でない。そこで、図１１の状態Ｙのように、オプティカルロッド４を光軸に垂直な方向へ移動させると、図１０の状態Ｘから状態Ｙまで、光強度分布の均一性を調整することができる。また、図１１の状態Ｚのように、集光ズームレンズ５を光軸に垂直な方向へ移動させると、図１０の状態Ｙから状態Ｚまで、二次光源形状の中心位置を調整することができる。
【００５３】
本実施例の露光方法によれば、どんなマスクのパターンに対しても、上述の位置ずれや線幅の差が小さく、より高い精度でウェハ上に目標とするパターン像を投影することができる。なぜなら、目標とするパターン像とウェハ上に投影される像とを比較し、二次光源の光量分布の中心位置や各領域における光量の分布をそれぞれ独立に調整しているからである。
【実施例２】
【００５４】
次に、図１２を用いて、本発明の第２の実施例における露光方法を説明する。第１の実施例と同じ部分については説明を省略する。第２の実施例において、第１の実施例と異なる部分は、二次光源像の光量分布を測定する前に、ウェハ１５上に投影される像と目標とするパターン像との位置のずれや線幅の差を計算することである。そして、計算された値をデータとして記憶しておくことである。ここで、ウェハ１５上に投影される像は、二次光源像の中心位置を投影光学系の光軸からずらして計算される。また、図９で示した各領域における光強度分布が、複数の領域間で等しくない場合に、ウェハ１５上に投影される像と目標とするパターン像の、位置のずれや線幅の差を計算して、データとして記憶しておく。
【００５５】
図１２のＳ２１において、二次光源像の中心位置と投影光学系の光軸とのずれ、図９で説明した各領域における光量（光強度）分布のばらつき（不均一性）を設定して、ウェハ１５上に投影される像をシミュレーションにより計算する。そして、Ｓ２２において、シミュレーションによって計算された像と目標とするパターン像との差を計算する。ここで、この差は、デフォーカス時において、ウェハ１５上に形成される像と目標とするパターン像との位置ずれや線幅の差となって現れる。そのため、１μｍのデフォーカスをした時における像の位置ずれや線幅の差を計算する。そして、二次光源像の中心位置と投影光学系の光軸とのずれの単位量あたりについて、像の位置ずれや線幅の差を求める。このようにして求められた値を敏感度と呼び、ここでは第１の情報とする。また、各領域における光量分布のばらつきの単位量についても、像の位置ずれや線幅の差を求める。求められた値を第２の情報とする。ここで、第１の情報を中心位置のずれによる敏感度、第２の情報を不均一性による敏感度とする。
【００５６】
以下に具体的に説明する。ここでは、説明を簡単にするため、目標とするパターン像と設定された二次光源の光量分布で露光した際のウェハ１５上に投影される像との位置ずれに関して説明する。例えば、図１３（ａ）に示すように、二次光源像の分布の中心位置と投影光学系の光軸とが一致し、各領域間において光量分布が均一である場合、１μｍのデフォーカス量に対して像の位置ずれをｕとする。そして、図１３（ｂ）に示すように、二次光源像の分布の中心位置が投影光学系の光軸から０．０２σだけずれている場合における、１μｍのデフォーカスあたりの像の位置ずれをｖとする。ここで、０．０２σとは、上記のσ値に０．０２を掛けた値（σ値の２％）を示す。
【００５７】
最後に、求められたｕとｖとの差を０．０２σで割って、値を算出する。この値は、二次光源像の分布の中心位置が投影光学系の光軸から単位長さσだけずれた場合の、１μｍのデフォーカスあたりの像の位置ずれを表す。これを中心位置のずれによる敏感度と呼ぶ。
【００５８】
次に、不均一性による敏感度ついて説明する。図１４（ａ）に示すように、領域Ａ１における光量の積算値が領域Ａ２における光量の積算値よりも大きい場合に、１μｍのデフォーカス量に対してパターンの位置ずれをｖ´とする。そして、ｖ´と先程求めたｕとの差を、領域Ａ１における光量の積算値と領域Ａ２における光量の積算値との差で割って、不均一性による敏感度を求める。ここで、この敏感度を算出するために上述した均一性の指標を用いてもよい。
【００５９】
そして、Ｓ２３において二次光源像の光量分布を測定し、Ｓ２４において、二次光源像の中心位置と、各領域における光量の分布を求める。これらのステップは第１の実施例の場合と同じである。
【００６０】
次に、Ｓ２２で求めた敏感度、及び、Ｓ２４で求めた中心位置及び光量の分布を用いて、デフォーカスした時の、像の位置ずれ及び線幅の差を計算する（Ｓ２５）。例えば、図１４（ｂ）のような二重極照明の場合、パターンの位置ずれに関して、中心位置のずれによる敏感度をｘ、不均一性による敏感度をｙとする。そして、二次光源像の中心位置と投影光学系の光軸とのずれがＸ、領域Ａ１における光量の積算値と領域Ａ２における光量の積算値との差をＹとする。その場合において、像の位置ずれは、ｘとＸを掛けた値と、ｙとＹを掛けた値を足した値になる。
【００６１】
そして、Ｓ２６において、像の位置ずれが最小となるように、二次光源の光量分布の中心位置に対する目標位置、二次光源の光量分布の各領域における光量分布の目標値を設定する。例えば、二次光源像の中心位置に関する位置のずれによって、１０ｎｍ／μｍ／σの像の位置ずれが生じるとする。その際、１ｎｍ／μｍの像の位置ずれが生じるような、二次光源の光量分布の各領域における光量分布に不均一性があるならば、二次光源像の中心位置を−０．１σだけ投影光学系の光軸からずらしてやれば、像の位置ずれは発生しない。ここで、１ｎｍ／μｍは、１μｍのデフォーカスによって生じる１ｎｍの位置ずれを示し、１ｎｍ／μｍ／σは、σあたり１μｍのデフォーカスによって生じる１ｎｍの位置ずれを示す。
【００６２】
次に、Ｓ２７において、算出された目標値に従い、二次光源の光量分布を調整する。最後にＳ２８において、Ｓ２７で調整された二次光源の光量分布を用いて、ウェハ１５上にマスクのパターンの像を投影する。
【００６３】
本実施例によれば、二次光源の光量分布の測定前に、予め中心位置のずれや不均一性による敏感度を求めているため、中心位置や各領域における光量分布の目標値を短時間で計算することができる。さらに、二次光源像の光量分布の測定から、二次光源の光量分布の調整までをより短時間で行うことができる。
【実施例３】
【００６４】
以下、図１５及び図１６を参照して、上述の露光方法を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１５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。Ｓ１０１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。Ｓ１０２（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。Ｓ１０３（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。Ｓ１０４（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。Ｓ１０５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、Ｓ１０４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。Ｓ１０６（検査）では、Ｓ１０５で作成された半導体チップの動作確認テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体チップが完成し、これが出荷（Ｓ１０７）される。
【００６５】
図１６は、Ｓ１０４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。Ｓ２０１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。Ｓ２０２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。Ｓ２０３（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。Ｓ２０４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。Ｓ２０５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。Ｓ２０６（露光）では、実施例１又は２で説明した露光方法を用いて、マスクの回路パターンをウェハ上の感光剤を露光する。Ｓ２０７（現像）では、露光した感光剤を現像し、レジスト像を形成する。Ｓ２０８（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。Ｓ２０９（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。
【００６６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施例に露光装置の概略図である。
【図２】輪帯状の二次光源の光強度分布を表す図である。
【図３】四重極の二次光源の光強度分布を表す図である。
【図４】輪帯率の大きい二次光源の光強度分布を形成する手段を表す図である。
【図５】輪帯率の小さい二次光源の光強度分布を形成する手段を表す図である。
【図６】本発明の第１の実施例における露光方法のフローチャートである。
【図７】二次光源像の光量分布の測定方法を示す図である。
【図８】二次光源像の中心位置を求める方法を示す図である。
【図９】二次光源像の光強度分布の均一性を求めるための測定領域を示す図である。
【図１０】調整段階における二次光源の光強度分布を表す図である。
【図１１】調整段階における各光学素子の配置を表す図である。
【図１２】本発明の第２の実施例における露光方法のフローチャートである。
【図１３】二次光源像における中心位置のずれを示す図である。
【図１４】二次光源像における光強度のばらつきを示す図である。
【図１５】デバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図１６】ウェハプロセスを示すフローチャートである。
【図１７】位置ずれ及び線幅の差を表す図である。
【符号の説明】
【００６８】
４００  照明光学系
１４  投影光学系
１６  ２次元イメージセンサ
２１  制御装置
２２  アクチュエータ
２３  アクチュエータ
２４  アクチュエータ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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