(57)【要約】【課題】光量欠損を抑えながら、外σの大きな有効光源形状や微細形状を有する有効光源分布を高精度に形成することができる露光装置を提供する。【解決手段】光源からの光束を用いて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基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成する回折光学素子と、前記光強度分布の形状を部分的に調整する遮光部材と、前記回折光学素子によって形成される前記光強度分布の形状に基づいて、前記遮光部材を前記照明光学系の瞳面に挿脱する制御部とを有することを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】図１
2008277347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を用いて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基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、
前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成する回折光学素子と、
前記光強度分布の形状を部分的に調整する遮光部材と、
前記回折光学素子によって形成される前記光強度分布の形状に基づいて、前記遮光部材を前記照明光学系の瞳面に挿脱する制御部とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記回折光学素子が０．９５以上又は０．２以下のσを有する前記光強度分布を形成する場合には前記遮光部材を前記照明光学系の光路に挿入し、前記回折光学素子が０．９５よりも小さく０．２よりも大きいσを有する前記光強度分布を形成する場合には前記遮光部材を前記照明光学系の光路から取り出すことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記遮光部材を前記照明光学系の光路に挿入した場合に発生する軸外テレセン度及び前記遮光部材を前記照明光学系の光路から取り出した場合に発生する軸外テレセン度を補正する補正部を更に有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
前記遮光部材と交換可能に前記照明光学系の瞳面に挿入される平行平面板を更に有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項５】
光源からの光束を用いて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基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、
前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成する回折光学素子と、
前記光強度分布の形状を部分的に調整する遮光部材と、
前記照明光学系の開口数及び前記投影光学系の開口数に基づいて、前記遮光部材を前記照明光学系の瞳面に挿脱する制御部とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記照明光学系の開口数が前記投影光学系の開口数を超える場合には前記遮光部材を前記照明光学系の光路に挿入し、前記照明光学系の開口数が前記投影光学系の開口数を超えない場合には前記遮光部材を前記照明光学系の光路から取り出すことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項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、レチクルのパターンを基板に露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンをウエハ等に転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、一般的に、光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系とを有する。
【０００３】
投影露光装置においては、近年の半導体デバイスの微細化に伴って、露光光源の波長以下のパターンを転写するための超解像技術が種々提案されている。かかる超解像技術の一つとして、変形照明法（斜入射照明法）と呼ばれるものがある。変形照明法は、一様な角度分布を有する光束（照明光）でレチクルを照明するのではなく、レチクルに対して斜めに光束を入射させる。
【０００４】
レチクルを照明する光束の角度分布は、照明光学系の瞳面位置における光量分布に対応する。ハエの目レンズをオプティカルインテグレーターとして用いた投影露光装置においては、ハエの目レンズの射出面が照明光学系の瞳面となる。また、照明光学系の瞳面位置における光強度分布は、有効光源分布、或いは、２次光源分布と呼ばれる。また、有効光源分布は投影光学系の瞳面における光強度分布でもある。
【０００５】
変形照明法で用いられる有効光源分布としては、例えば、輪帯形状の有効光源分布や四重極形状の有効光源分布がある。オプティカルインテグレーターの射出面に輪帯形状や四重極形状の開口を有する開口絞りを配置することで、輪帯形状や四重極形状の有効光源分布を形成している。但し、開口絞りで輪帯形状や四重極形状の有効光源分布を形成した場合、光束の一部を遮光することになるため、光源からの光束を効率的に利用することができず、レチクルを照明する光の照度が低下する。従って、回路パターンをウエハに転写する生産性が低下してしまう。
【０００６】
一方、光源からの光束を効率的に利用しながら（即ち、光量欠損を抑えながら）、変形照明法で用いられる有効光源分布を形成する様々な技術が提案されている。
【０００７】
特許文献１乃至３では、回折光学素子を用いて光強度分布を変換する技術が開示されている。回折光学素子は、光量欠損を抑えながら、任意の有効光源分布を形成することができる。
【特許文献１】特開平７−２０１６９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１７６７２１号公報
【特許文献３】特開２００１−２８４２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、実際の照明光学系においては、コンデンサー光学系やズーム光学系が収差を含んでいるため、回折光学素子が所定の光強度分布を形成するための回折光を発したとしても、オプティカルインテグレーター上での光強度分布がボケてしまう。
【０００９】
例えば、輪帯形状の有効光源分布を形成する場合、１００％の光強度の領域と０％の光強度の領域のみを有するトップハット形状ではなく、図１１に示すように、ボケた形状（スソを引いた形状）となってしまう。このような現象は、プリズムを用いて有効光源分布を形成する場合に顕著に現れる。これは、プリズムを有する光学系は、レンズのみを有する光学系よりも大きな収差を含んでいるためである。ここで、図１１は、従来技術において、一般的な輪帯形状の有効光源分布を形成した場合の有効光源分布を示す図である。
【００１０】
有効光源分布の形状は、一般に、コヒーレンスファクターと呼ばれるσ値で表現される。ここで、σ値は、照明光のＮＡ（照明光学系のＮＡ）を投影光学系のＮＡで割った値であって、σ１とは、レチクルを照明する照明光のＮＡが投影光学系のＮＡと等しいことを示す。また、σ値は、瞳の半径を１としたときの瞳の中心からの位置を示す場合にも使用される。具体的には、図１１に示すような有効光源分布は、有効光源分布における最大光強度の半分の値の点が、瞳面の中心点から０．９（外側）、０．６（内側）であるため、外σ０．９０、内σ０．６０の有効光源分布（輪帯照明）と呼ばれる。例えば、ＮＡが０．９２、縮小倍率が１／４の投影露光装置においては、レチクル面における投影光学系のＮＡは０．２３であるため、レチクルを照明する照明光のＮＡが０．２３である場合にσ１となる。
【００１１】
また、有効光源分布は、オプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因してボケてしまうこともある。オプティカルインテグレーター上のσ１となる径をφ１００とし、オプティカルインテグレーターの波面分割周期を１ｍｍとすると、かかる波面分割周期はσ０．０２で表わされる。オプティカルインテグレーターの波面分割周期以下の微細形状を有する光強度分布をオプティカルインテグレーターの入射面に形成したとしても、オプティカルインテグレーターの射出面に形成される有効光源分布には反映されない。従って、トップハット形状の光強度分布をオプティカルインテグレーターの入射面に形成したとしても、σ０．０２のボケを含んだ有効光源分布がオプティカルインテグレーターの射出面に形成されてしまう。
【００１２】
近年では、投影露光装置の解像力を更に向上させるために、外σの大きな有効光源分布が要求されるようになっている。しかしながら、従来技術において、外σの大きな輪帯形状の有効光源分布（例えば、外σ０．９８、内σ０．７２）を形成すると、有効光源分布がボケてしまうため、図１２に示すように、有効光源分布のスソ部分がσ１を超えてしまう。従って、０次光が投影光学系の瞳面に配置されたＮＡ絞りで遮光され、投影（結像）性能が低下するという問題が発生してしまう。ここで、図１２は、従来技術において、外σの大きな輪帯形状の有効光源分布を形成した場合の有効光源分布を示す図である。
【００１３】
σ１を超えない良好な有効光源分布でレチクルを照明した場合の投影光学系の瞳面における回折光の分布を図１３に示す。図１３において、ＯＰは、投影光学系の瞳面に配置されたＮＡ絞りの開口を示す。
【００１４】
レチクルを照明した照明光は、レチクル上のパターン（例えば、ライン・アンド・スペース）で回折され、回折光としてレチクルから射出される。０次光はレチクルを直進する光であるため、０次光の分布は有効光源分布そのものとなる。図１３において、ＮＡ絞りの開口ＯＰ内に存在する輪帯形状の分布ＤＢ０が０次光を示す。±１次光は、レチクル上のパターンの繰り返し周期に依存した回折角で対称にレチクルから射出される。図１３において、ＮＡ絞りの開口ＯＰの中心に対して対称な２つの輪帯形状の分布ＤＢ＋１及びＤＢ−１が±１次光を示す。但し、回折光の次数の正負は便宜上付けているだけであり、それ自身に意味はない。
【００１５】
０次光の分布ＤＢ０上の点Ａにおける回折光、−１次光の分布ＤＢ−１上の点Ｂにおける回折光及び＋１次光の分布ＤＢ＋１上の点Ｃにおける回折光は、有効光源分布上の同一点の光から発生している。有効光源分布上の各点は互いにインコヒーレントであるため、有効光源分布上の１点の光から生じた回折光同士のみが干渉し、干渉パターンを生じる。図１３においては、−１次光の分布ＤＢ−１上の点Ｂにおける回折光は、ＮＡ絞りの開口ＯＰの外に回折しているため、ＮＡ絞りによって遮光されてしまう。従って、ＮＡ絞りの開口ＯＰ内に存在する点Ａにおける回折光と点Ｃにおける回折光とがウエハ上で干渉パターンを形成し、レチクルのパターンをウエハ上に投影する。
【００１６】
一方、σ１を超える有効光源分布でレチクルを照明した場合の投影光学系の瞳面における回折光の分布を図１４に示す。図１４では、ＮＡ絞りの開口ＯＰよりも大きな輪帯形状の有効光源分布を示している。
【００１７】
図１４を参照するに、０次光の分布ＤＢ０上の点Ａにおける回折光及び−１次光の分布ＤＢ−１上の点Ｂにおける回折光はＮＡ絞りによって遮光されてしまうため、＋１次光の分布ＤＢ＋１上の点Ｃにおける回折光のみがＮＡ絞りの開口ＯＰを通過する。上述したように、有効光源分布上の同一点から生じた回折光同士のみが干渉パターンを形成することができるため、＋１次光の分布ＤＢ＋１上の点Ｃにおける回折光のみでは干渉パターンを形成することができない。従って、レチクルのパターンをウエハに投影することができず、投影（結像）性能が低下してしまう。
【００１８】
また、近年では、図１５に示すような微細形状を有する有効光源分布でレチクルを照明することも要求されている。図１５は、米国特許第７０５７７０９号（Ｆｉｇ．１３）に開示されている有効光源分布を示す図である。しかしながら、このような有効光源分布を回折光学素子のみを用いて形成しようとしても、上述したように、照明光学系に含まれる収差やオプティカルインテグレーターの波面分割周期によって有効光源分布がボケてしまう。従って、微細形状を有する有効光源分布を形成することができず、所望の結像性能を得ることができない。
【００１９】
そこで、本発明は、光量欠損を抑えながら、外σの大きな有効光源形状や微細形状を有する有効光源分布を高精度に形成することができる露光装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光束を用いて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基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成する回折光学素子と、前記光強度分布の形状を部分的に調整する遮光部材と、前記回折光学素子によって形成される前記光強度分布の形状に基づいて、前記遮光部材を前記照明光学系の瞳面に挿脱する制御部とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の別の側面としての露光装置は、光源からの光束を用いて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基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を形成する回折光学素子と、前記光強度分布の形状を部分的に調整する遮光部材と、前記照明光学系の開口数及び前記投影光学系の開口数に基づいて、前記遮光部材を前記照明光学系の瞳面に挿脱する制御部とを有することを特徴とする。
【００２２】
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。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、例えば、光量欠損を抑えながら、外σの大きな有効光源形状や微細形状を有する有効光源分布を高精度に形成することができる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】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。
【００２５】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略断面図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３０のパターンをウエハ５０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式も適用することができる。
【００２６】
露光装置１は、光源１０と、照明光学系２０と、レチクル３０を支持する図示しないレチクルステージと、投影光学系４０と、ウエハ５０を支持する図示しないウエハステージと、制御部６０とを備える。
【００２７】
光源１０は、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを使用する。但し、光源１０はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用してもよい。
【００２８】
照明光学系２０は、光源１０からの光束を用いてレチクル３０を照明する光学系である。照明光学系２０は、本実施形態では、引き回し光学系２０１と、ビーム整形光学系２０２と、射出角度保存光学素子２０３及び２０５と、集光光学系２０４と、リレー光学系２０６及び２０８と、開口絞り２０７とを含む。更に、照明光学系２０は、回折光学素子２０９と、リレー光学系２１０と、アパーチャ２１１と、ズーム光学系２１２と、多光束形成部２１３と、遮光部材２１４と、駆動部２１５と、照明部２１６とを含む。
【００２９】
引き回し光学系２０１は、ミラーやリレーレンズ等を有し、光源１０から射出される光束をビーム整形光学系２０２に導光する。ビーム整形光学系２０２は、シリンドリカルレンズやミラー等を有し、引き回し光学系２０１によって導光された光束の断面形状を所定の形状に整形する。
【００３０】
射出角度保存光学素子２０３は、アパーチャやレンズ系等を有し、光束の光軸が微小変動して入射したとしても、射出する光束の角度（射出角度）を一定（本実施形態では、射出角度α）に維持する。射出角度保存光学素子２０３は、微小レンズで構成されるハエの目レンズであってもよい。
【００３１】
集光光学系２０４は、射出角度保存光学素子２０３から射出角度αで射出された光束を集光して射出角度保存光学素子２０５に導光する。また、集光光学系２０４は、射出角度保存光学素子２０３の射出面と射出角度保存光学素子２０５の入射面とをフーリエ変換面の関係（物体面と瞳面又は瞳面と像面の関係）にしている。
【００３２】
射出角度保存光学素子２０５は、射出角度保存光学素子２０３と同様な構成及び機能を有し、本実施形態では、射出する光束の射出角度をβに維持する。
【００３３】
リレー光学系２０６及び２０８は、射出角度保存光学素子２０５から射出角度βで射出された光束を集光して回折光学素子２０９に導光する。なお、リレー光学系２０６とリレー光学系２０８との間には、開口絞り２０７が配置されている。
【００３４】
回折光学素子２０９は、リレー光学系２１０を介して、アパーチャ２１１の位置に所定の光強度分布（例えば、輪帯形状や四重極形状など）を形成する。換言すれば、回折光学素子２０９は、多光束形成部２１３と共同して、照明光学系２０の瞳面における有効光源分布を形成する。回折光学素子２０９は、振幅分布型ホログラムや位相分布型ホログラムなどの計算機ホログラム又はキノフォームで構成される。回折光学素子２０９は、本実施形態では、互いに異なる光強度分布を形成する複数の回折光学素子と切り替え可能に構成され、制御部６０によって、レチクル３０のパターンに応じて最適な光強度分布を形成する回折光学素子が照明光学系２０の光路に配置される。
【００３５】
アパーチャ２１１は、回折光学素子２０９によって形成される光強度分布のみを通過させる機能を有する。回折光学素子２０９とアパーチャ２１１とは、互いにフーリエ変換面の関係になるように配置されている。
【００３６】
ズーム光学系２１２は、回折光学素子２０９によって形成される光強度分布を所定の倍率で拡大して多光束形成部２１３に投影する。
【００３７】
多光束形成部２１３は、照明光学系２０の瞳面に配置され、アパーチャ２１１の位置に形成された光強度分布に対応した光源像（有効光源分布）を射出面に形成する。多光束形成部２１３は、本実施形態では、ハエの目レンズやシリンドリカルレンズアレイなどのオプティカルインテグレーターで構成される。
【００３８】
遮光部材２１４は、駆動部２１５によって、多光束形成部２１３の射出面（照明光学系２０の光路）に挿脱可能に構成される。遮光部材２１４は、照明光学系２０に含まれる収差及び多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因して発生する有効光源分布のボケの部分を遮光する。具体的には、遮光部材２１４は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成された有効光源分布がボケてしまう（所定の光強度よりも小さい）ことで有効光源分布に発生するσが１を超える部分を遮光する。また、σが０．２以下の有効光源分布を形成する場合には、遮光部材２１４は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成された有効光源分布がボケてしまうことで有効光源分布に発生するσが０．２を超える部分を遮光する。このように、遮光部材２１４は、照明光学系２０の瞳面位置またはその近傍に位置決めされて、照明光学系２０の瞳位置における有効光源分布の形状を部分的に調整し、ボケた部分のない形状とする。但し、遮光部材２１４は、それのみによって光源１０からの光束を遮光して有効光源分布を形成するのではなく、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成された有効光源分布のボケの部分を遮光しているだけである。従って、光源１０から射出される光束の光量欠損は、最小限に抑えられている。
【００３９】
遮光部材２１４は、例えば、ターレット上に配置された互いに異なる開口径及び形状を有する複数の絞りで構成され、かかる複数の絞りが選択的に多光束形成部２１３の射出面に挿脱される。また、遮光部材２１４は、開口径を可変とする虹彩絞りで構成してもよい。この場合、虹彩絞りを多光束形成部２１３の射出面に挿脱可能に構成する代わりに、虹彩絞りの開口径を大きくすることで光束を遮光しないようにすることも可能である。
【００４０】
駆動部２１５は、制御部６０に制御され、遮光部材２１４を多光束形成部２１３の射出面（照明光学系２０の光路）へ駆動する機能と、多光束形成部２１３の射出面に配置された遮光部材２１４を照明光学系２０の光路外へ駆動する機能とを有する。
【００４１】
照明部２１６は、コンデンサー光学系等を有し、多光束形成部２１３の射出面に形成される有効光源分布でレチクル３０を照明する。また、照明部２１６は、ズーム機構を有し、後述するように、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入した場合と遮光部材２１４を照明光学系２０の光路から取り出した場合とで発生する軸外テレセン度を補正する補正部としても機能する。本実施形態では、照明部２１６が有するズーム機構を用いて軸外テレセン度を補正するが、当業界で周知のいかなる補正機構の構成をも適用することができる。例えば、平行平面板を用いて軸外テレセン度を補正してもよいし、絞りをデフォーカスさせて軸外テレセン度を補正してもよい。
【００４２】
レチクル３０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル３０から発せされた回折光は、投影光学系４０を介して、ウエハ５０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル３０とウエハ５０とを走査することによって、レチクル３０のパターンをウエハ５０に転写する。
【００４３】
投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。また、投影光学系４０は、投影光学系の開口数（ＮＡ）を制御する絞り４２を瞳面に有する。
【００４４】
ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板であり、図示しないウエハステージに支持及び駆動される。但し、ウエハ５０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ５０には、レジストが塗布されている。
【００４５】
制御部６０は、図示しないＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部６０は、光源１０、回折光学素子２０９（複数の回折光学素子を切り替える機構）、駆動部２１５、ＮＡ絞り４２（の開口を変更する機構）と電気的に接続されている。制御部６０は、本実施形態では、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成される有効光源分布の形状に基づいて、駆動部２１５を介して、遮光部材２１４を多光束形成部２１３の射出面（照明光学系２０の光路）に挿脱する。
【００４６】
具体的には、制御部６０は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成された有効光源分布がボケることによって、有効光源分布にσが１を超える部分が発生するかどうかを判断する。そして、有効光源分布にσが１を超える部分が発生する場合には、制御部６０は、遮光部材２１４を多光束形成部２１３の射出面に挿入する。有効光源分布がボケたとしてもσが１を超える部分が発生しない有効光源分布の最大外σは、照明光学系２０の含む収差や多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの波面分割周期によるが、一般的に、０．９５である。換言すれば、０．９５以下の外σを有する有効光源分布は、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる。従って、制御部６０は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３が０．９５以上のσを有する有効光源分布を形成する場合には、駆動部２１５を介して、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入する。なお、制御部６０は、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる有効光源分布の最大σを閾値としてメモリに格納している。
【００４７】
また、σが小さい、所謂、小σの有効光源分布を形成する場合を考える。この場合、制御部６０は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３によって形成された有効光源分布がボケることによって、形成された有効光源分布で小σとして規定されたσ値を超える部分が発生するかどうを判断する。そして、そのσを超える部分が発生する場合には、制御部６０は、遮光部材２１４を多光束形成部２１３の射出面に挿入する。一般的に、０．２０より大きいσを有する有効光源分布については、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる。つまり、σが０．２以下の有効光源を形成するときは、遮光部材２１４が必要である。従って、制御部６０は、回折光学素子２０９及び多光束形成部２１３が０．２以下のσを有する有効光源分布を形成する場合には、駆動部２１５を介して、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入する。なお、制御部６０は、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる有効光源分布の最小σを閾値としてメモリに格納している。また、例えば図１５のような微細形状の有効光源を形成する場合にも同様のことが言える。図１５の有効光源の場合は、投影光学系の瞳面の半径を１としたとき、その有効光源形状の長さ、幅、または、それらうちの最小寸法が０．２以下の場合には有効光源にボケが生じるので、遮光部材２１４を多光束形成部２１３の射出面に挿入する。その際、挿入される遮光部材２１４の開口形状は、図１５の実線で示される有効光源の外形に沿って切り出された形状となる。また、制御部６０は、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる有効光源分布の最小寸法を閾値としてメモリに格納している。なお、最小寸法については、図１５の実線で区切られ、光強度の異なる各領域の各辺の長さ、対角線の長さなど所定の長さとしてもよい。
【００４８】
以下、図２を参照して、露光装置１における露光方法について説明する。まず、ステップＳ１１００において、制御部６０は、ユーザによって露光装置１に与えられた露光条件を取得する。露光条件には、使用するレチクル３０、有効光源分布の形状、投影光学系４０のＮＡ、露光量、露光範囲、露光するウエハ５０上の領域などが含まれる。
【００４９】
次いで、制御部６０は、ステップＳ１１００で取得した露光条件に基づいて、露光の準備を行う。具体的には、制御部６０は、ステップＳ１２００において、有効光源分布を形成する。有効光源分布の形成（ステップＳ１２００）については後で詳細に説明する。また、制御部６０は、ステップＳ１３００において、有効光源分布の形成以外に必要となるその他の露光の準備（例えば、レチクル３０の搬入、ウエハ５０の搬入、レチクル３０とウエハ５０の位置合わせなど）を行う。本実施形態では、有効光源分布を形成した後で、その他の露光の準備を行っているが、順序を逆にしてもよいし、或いは、並列に行ってもよい。換言すれば、露光を行う前に、必要な露光の準備が完了していればよい。
【００５０】
露光の準備が完了したら、制御部６０は、ステップＳ１４００において、露光を行う。
【００５１】
図３を参照して、ステップＳ１２００の有効光源分布の形成について詳細に説明する。まず、ステップＳ１２１０において、制御部６０は、ステップＳ１１００で取得した有効光源分布の形状（最大σ、最小σ及び最小寸法）とメモリに格納した閾値とを比較する。ここで、メモリに格納した閾値とは、上述したように、遮光部材２１４を使用することなく形成することができる有効光源分布の最大σ、最小σ及び最小寸法である。
【００５２】
次いで、制御部６０は、ステップＳ１２２０において、ステップＳ１１００で取得した有効光源分布の形状と閾値との比較結果に基づいて、ステップＳ１１００で取得した有効光源分布が遮光部材２１４を使用しないで形成することができるかどうかを判断する。
【００５３】
遮光部材２１４を使用しないで有効光源分布を形成することができると判断した場合には、制御部６０は、ステップＳ１２３０において、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入しない、或いは、照明光学系２０の光路から遮光部材２１４を取り出す。換言すれば、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する。
【００５４】
一方、遮光部材２１４を使用しないで有効光源分布を形成することができないと判断した場合には、制御部６０は、ステップＳ１２４０において、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入する。換言すれば、遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成する。
【００５５】
本実施形態においては、ステップＳ１１００で取得した有効光源分布の形状に基づいて、制御部６０が遮光部材２１４の挿脱を判断しているが、露光装置１の外部の装置で判断してもよい。特に、微細形状を有する有効光源分布を遮光部材２１４を使用して形成する場合には、遮光部材２１４を別途製造する必要があるため、有効光源分布を形成する光学系の設計段階で遮光部材２１４の使用を判断することが好ましい。この場合、ステップＳ１１００で取得される露光条件に遮光部材２１４の使用の要否が含まれる。
【００５６】
このように、露光装置１は、照明光学系２０に含まれる収差及び多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因して発生する有効光源分布のボケの部分を遮光部材２１４で遮光する。従って、解像度を低下させずに、外σの大きな有効光源形状や微細形状を有する有効光源分布を高精度に形成することができる。また、回折光学素子２０９を用いて形成された有効光源分布のボケ部分のみを遮光部材２１４で遮光しているので、遮光部材のみで有効光源分布を形成する場合と比較して光量欠損を抑えることができる。
【００５７】
半導体デバイスの製造においては、１つの素子に対して、複数回の露光を繰り返すため、回路パターンがウエハ５０上に数層蓄積される。各層のパターンは、高精度に位置決めされて転写される必要がある。実際の半導体デバイスの製造においては、ウエハ５０上に蓄積された回路が段差を生じるため、露光装置１は段差の領域も含めてパターンを正確に位置決めして転写する必要がある。
【００５８】
そこで、投影光学系４０のベストフォーカスからデフォーカスした位置でのディストーション（デフォーカスディストーション）を低減することが必要となる。特に、デフォーカスに伴って倍率が変化する現象を低減するためには、デフォーカスディストーションの倍率成分（軸外テレセン度）を補正する必要がある。
【００５９】
しかしながら、遮光部材２１４を使用しないで有効光源分布を形成した場合と、遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成した場合とでは、発生する軸外テレセン度が異なる。
【００６０】
照明光学系２０において軸外テレセン度が発生する要因は２つある。１つは有効光源分布が形成される位置と照明光学系２０の瞳位置との距離によって軸外テレセン度が発生するものであり、もう１つは多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因して軸外テレセン度が発生するものである。
【００６１】
これまでは、照明光学系２０の瞳面における光強度分布が、投影光学系の瞳面における光強度分布と同一として説明してきた。しかし、実際の照明光学系においては、投影光学系の瞳面における光強度分布としての有効光源分布と同一の分布が形成される位置が照明光学系の瞳面の位置と異なる場合がある。遮光部材２１４を使用する場合には、投影光学系の瞳面における光強度分布としての有効光源分布と同一の分布が形成される位置は、遮光部材２１４の位置となる。遮光部材２１４を使用しない場合には、投影光学系の瞳面における光強度分布としての有効光源分布と同一の分布が形成される位置は、多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターに入射した平行光束が集光する各要素レンズの後側焦点位置となる。以下では、上述の場合には、上記の遮光部材２１４の位置や上記の各要素レンズの後側焦点位置に形成される光強度分布を有効光源分布と呼ぶ。
【００６２】
図４を参照して、有効光源分布が形成される位置と照明光学系の瞳面の位置とが異なる際に軸外テレセン度が発生する理由を説明する。図４は、照明光学系の瞳面ＰＰと後段の光学系（レンズＬＧ）を模式的に示している。ここで、レンズＬＧは、照明光学系の瞳面ＰＰよりも後段の光学系と投影光学系とを含み、焦点距離ｆ（ｍｍ）を有するものとする。
【００６３】
照明光学系の瞳面ＰＰの中心から角度θで射出された光は、図４（ａ）に示すように、ｆ×ｓｉｎθ＝Ｙで表される像高Ｙ（ｍｍ）に垂直に到達する。有効光源分布の形状は光軸対称な形状をしているため、照明光学系の瞳面ＰＰの位置に有効光源分布が形成されれば、露光光の光量分布は像面に対して垂直な線を中心とした分布となる。従って、デフォーカスが発生しても結像位置はシフトせず、軸外テレセン度は発生しない。
【００６４】
一方、図４（ａ）に示すように、照明光学系の瞳面ＰＰの位置からＸ（ｍｍ）だけずれた位置ＰＰ’に有効光源分布が形成されると、有効光源分布の中心から射出された光は、角度（傾き角φ）を有して像面に到達する。従って、軸外テレセン度が発生してしまう。像高Ｙでの傾き角φは、ｓｉｎφ=Ｘ×ｔａｎθで表される。１マイクロメートルデフォーカスあたりの像転写位置の変化は、０．００１×ｔａｎφ（ｍｍ）で表される。傾き角φは小さい値であるため、ｓｉｎφ≒φ≒ｔａｎφとしても差し支えなく１マイクロメートルデフォーカスあたりの像転写位置の変化は、０．００１×Ｘ×ｔａｎθで表される。かかる像転写位置の変化は、倍率成分として像高で割って、０．００１×Ｘ×ｔａｎθ÷ｆ÷ｓｉｎθ≒０．００１×Ｘ÷ｆとなる。
【００６５】
像転写位置の変化は、通常、ｎｍの単位となるので、かかる数字は１０−６程度の値となる。従って、この倍率の数字を１０６倍したｐｐｍ表示で軸外テレセン度を表すことが多い。このような表記に従うと、照明光学系の瞳面ＰＰの位置と有効光源分布が形状される位置とがＸ（ｍｍ）だけ離れていることによる軸外テレセン度の発生量は、１ｕｍデフォーカスあたりＸ÷ｆ×１０００（ｐｐｍ）となる。
【００６６】
ここで、遮光部材２１４を使用して形成して有効光源分布を形成した場合と、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成した場合とを考える。この場合、有効光源分布が形成される位置は、遮光部材２１４の位置と、オプティカルインテグレーター（多光束形成部２１３）の集光点の位置とで異なる。従って、上述したように、照明光学系の瞳面の位置と有効光源分布の形状される位置が異なることに起因する軸外テレセン度の発生量に差が生じることになる。例えば、遮光部材２１４の位置とオプティカルインテグレーターの集光点の位置との距離をＺ（ｍｍ）とする。このとき、遮光部材２１４を使用して形成して有効光源分布を形成した場合と、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成した場合とで発生する軸外テレセン度の差分は１ｕｍデフォーカスあたりＺ÷ｆ×１０００（ｐｐｍ）となる。
【００６７】
次に、図５を参照して、オプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因する軸外テレセン度について説明する。かかる現象は、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合に発生する。図５では、多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターがａ（ｍｍ）の波面分割周期を有する場合を考える。
【００６８】
上述したように、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合には、オプティカルインテグレーターの入射面にスソ部分がボケた有効光源分布が形成される。換言すれば、オプティカルインテグレーターの左側に図示したような台形状の光強度分布がオプティカルインテグレーターに入射する。従って、光強度分布のスソ部分に配置されたオプティカルインテグレーターを構成する波面分割素子に入射する光強度は、光軸側の領域が強く、周辺側の領域が弱い。
【００６９】
オプティカルインテグレーターの波面分割素子の各々から射出される光束は、オプティカルインテグレーターの後側焦点位置（射出面近傍）で集光し、後段の光学系ＢＬを介して照明領域（例えば、レチクル３０）を照明する。図５では、光強度分布のスソ部分に配置された波面分割素子から射出される光線のうち、光軸側の光強度の強い領域からの光線をＬ１で、周辺側の光強度の弱い領域からの光線をＬ２で示している。図５から明らかなように、照明領域においては光軸に対して内向きの光線Ｌ１の方が、光軸に対して外向きの光線Ｌ２よりも強度が強い。従って、光量重心が内向きにφだけシフトしてしまうため、軸外テレセン度が発生してしまう。
【００７０】
軸外テレセン度の発生量は、オプティカルインテグレーターの波面分割周期ａの半分だけ有効光源分布上でシフトすることになるため、１ｕｍデフォーカスあたりａ÷２÷ｆ÷ｆ÷ｓｉｎθ×１０００となる。ここで、θは、オプティカルインテグレーターから射出する光線の最大射出角度である。また、オプティカルインテグレーターの焦点距離をＦ(ｍｍ)とすると、ｓｉｎθ＝ａ／（２Ｆ）の関係があるため、軸外テレセン度の発生量は１ｕｍデフォーカスあたりＦ÷ｆ÷ｆ×１０００となる。
【００７１】
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置の場合、オプティカルインテグレーターの波面分割周期ａは、非走査方向の波面分割周期である。また、最大射出角度θは、オプティカルインテグレーターの非走査方向の最大射出角度であり、焦点距離Ｆはオプティカルインテグレーターの非走査方向の焦点距離である。
【００７２】
このように、遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成する場合と、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合とで、軸外テレセン度の変化が発生する。かかる変化量は１ｕｍデフォーカスあたりＺ÷ｆ×１０００＋ａ÷２÷ｆ÷ｆ÷ｓｉｎθ×１０００（ｐｐｍ）である。ここで、Ｚ（ｍｍ）は、遮光部材２１４の位置と多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの集光点位置との距離であり、ｆ（ｍｍ）は、照明光学系２０の瞳面より後段の光学系と投影光学系をあわせた焦点距離である。また、ａ（ｍｍ）は、多光束形成部２１３としてのオプティカルインテグレーターの波面分割周期、θはオプティカルインテグレーターから射出する光線の最大射出角度である。
【００７３】
従って、ステップＳ１２００の有効光源分布の形成においては、図６に示すように、遮光部材２１４を使用して、或いは、使用せずに有効光源分布を形成する場合に関わらず、軸外テレセン度を補正（最適化）する（ステップＳ１２６０）ことが好ましい。具体的には、制御部６０は、照明部２１６のズーム機構を駆動して、有効光源分布に発生する軸外テレセン度を補正する。なお、照明部２１６のズーム機構は、軸外テレセン度の補正範囲として、上述した軸外テレセン度の変化量以上の補正範囲を有するように構成することが必要である。また、軸外テレセン度を補正するための照明部２１６のズーム機構の駆動位置は予め求めておくことが好ましい。ここで、図６は、図２に示すステップＳ１２００の有効光源分布の形成の詳細なフローチャートである。
【００７４】
なお、外σの大きな有効光源分布を形成する場合、有効光源分布の外σだけを遮光部材２１４で遮光すれば、有効光源分布のボケの問題を解決することができるが、軸外テレセン度の変化を考慮すると、有効光源分布の内σも遮光部材で遮光することが好ましい。これは、有効光源分布の外σのみを遮光部材２１４で遮光した場合、有効光源分布の外σを規定する位置は遮光部材２１４の位置となり、有効光源分布の内σを規定する位置はオプティカルインテグレーター（多光束形成部２１３）の集光点となるからである。この場合、有効光源分布が形成される位置が外σと内σとで異なるため、内σの形状と外σの形状で異なる軸外テレセン度が発生し、結像性能に影響を及ぼしてしまう。
【００７５】
上述したように、遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成した場合と遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成した場合とで異なる軸外テレセン度を発生し、発生する軸外テレセン度は設計値よって決まる所定量である。
但し、かかる軸外テレセン度を照明部２１６のズーム機構のみで補正しようとすると、補正量が著しく大きくなるため、照明部２１６のズーム機構を軸外テレセン度を補正する補正機構として露光装置１に実装することが困難になることもある。
【００７６】
そこで、図７に示すように、駆動部２１５を介して、遮光部材２１４と平行平面板２１７とを交換可能に構成することが好ましい。遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成した場合と、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成した場合で発生する軸外テレセン度を照明光学系２０の瞳位置近傍（即ち、多光束形成部２１３の射出面）に平行平面板を挿入することで補正する。そして、照明部２１６のズーム機構を用いて軸外テレセン度を更に高精度に補正する。ここで、図７は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略断面図である。
【００７７】
照明光学系２０の瞳位置近傍に平行平面板２１７を挿入する場合には、平行平面板２１７の透過率が角度特性を有すると照明領域に照度むらを発生するため、平行平面板２１７の透過率の角度特性が小さいことが好ましい。そこで、平行平面板２１７の透過率の角度特性は、本実施形態では、露光領域の照度むらに悪影響を及ぼさないように、０．５％以下となっている。また、平行平面板２１７は、上述した軸外テレセン度を補正できることが好ましいため、平行平面板２１７の厚さをｄ、平行平面板２１７の屈折率をＮとして、（Ｎ−１）×ｄ÷Ｎ＝Ｚ＋ａ÷２÷ｆ÷ｓｉｎθを満足する。
【００７８】
図７に示す露光装置１では、ステップＳ１２００の有効光源分布の形成において、図８に示すように、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合に、平行平面板２１７を照明光学系２０の光路に挿入する（ステップＳ１２５０）。具体的には、制御部６０は、駆動部２１５を介して、多光束形成部２１３の射出面に平行平面板２１７を挿入する。ここで、図８は、図２に示すステップＳ１２００の有効光源分布の形成の詳細なフローチャートである。
【００７９】
本実施形態では、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合に、平行平面板２１７を挿入する例を説明した。但し、遮光部材２１４を使用して有効光源分布を形成する場合と、遮光部材２１４を使用せずに有効光源分布を形成する場合とで、厚さの異なる平行平面板を挿入してもよい。
【００８０】
また、平行平面板２１７が挿入される位置は照明光学系２０の瞳近傍であるため、光強度が高い。そこで、十分な耐久性を得るために、平行平面板２１７は、露光波長が２００ｎｍ以下の場合には蛍石で構成し、露光波長が３００ｎｍ以下の場合には石英で構成することが好ましい。
【００８１】
上述したように、照明光のＮＡ（即ち、照明光学系２０のＮＡ）が投影光学系４０のＮＡを超えてしまうと結像性能に悪影響を及ぼす。そこで、制御部６０は、照明光のＮＡが投影光学系４０のＮＡを超えないように、遮光部材２１４の挿脱を制御してもよい。換言すれば、制御部６０は、照明光学系２０のＮＡ及び投影光学系４０のＮＡに基づいて、遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿脱する。制御部６０は、例えば、照明光（照明光学系２０）のＮＡが投影光学系のＮＡを超える場合には遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入し、照明光のＮＡが投影光学系のＮＡを超えない場合には遮光部材２１４を照明光学系２０の光路から取り出す。この際、少なくとも投影光学系４０のＮＡを超えてしまう照明光の部分を遮光することができる遮光部材２１４を照明光学系２０の光路に挿入することは言うまでもない。
【００８２】
また、近年の露光装置に搭載される投影光学系のＮＡ絞りは、一般的には、虹彩絞りになっており、投影光学系のＮＡを変更することができる。そこで、遮光部材２１４も虹彩絞りで構成し、制御部６０は、投影光学系４０のＮＡが変更された場合に、かかる投影光学系４０のＮＡに応じて虹彩絞りの開口径を変更し、照明光のＮＡが投影光学系４０のＮＡを超えないようにしてもよい。なお、遮光部材２１４としての虹彩絞りは、オプティカルインテグレーター（多光束形成部２１３）の射出面でなくても、照明光学系の瞳面に配置されればよい。
【００８３】
以上説明したように、露光装置１は、照明光学系２０の収差やオプティカルインテグレーターの波面分割周期に起因する有効光源分布のボケ部分（例えば、σ１を超える部分）を遮光部材２１４で遮光することができる。従って、露光装置１は、外σの大きな有効光源形状や微細形状を有する有効光源分布を高精度に形成することができる。なお、遮光部材２１４で遮光する前に、回折光学素子２０９によって有効光源分布を形成しているため、光量欠損を最小限に抑えることができ、照度の低下を防止している。
【００８４】
次に、図９及び図１０を参照して、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９は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）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、半導体デバイス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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエ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エ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、これが出荷（ステップ７）される。
【００８５】
図１０は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重の回路パターンが形成される。かかる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。
【００８６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す露光装置における露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２に示すステップＳ１２００の有効光源分布の形成の詳細なフローチャートである。
【図４】有効光源分布が形成される位置と照明光学系の瞳の位置とが異なる際に軸外テレセン度が発生する理由を説明するための図である。
【図５】オプティカルインテグレーター（多光束形成部）の波面分割周期に起因する軸外テレセン度について説明する。
【図６】図２に示すステップＳ１２００の有効光源分布の形成の詳細なフローチャートである。
【図７】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。
【図８】図２に示すステップＳ１２００の有効光源分布の形成の詳細なフローチャートである。
【図９】デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図９に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１１】従来技術において、一般的な輪帯形状の有効光源分布を形成した場合の有効光源分布を示す図である。
【図１２】従来技術において、外σの大きな輪帯形状の有効光源分布を形成した場合の有効光源分布を示す図である。
【図１３】σ１を超えない良好な有効光源分布でレチクルを照明した場合の投影光学系の瞳面における回折光の分布を示す図である。
【図１４】σ１を超える有効光源分布でレチクルを照明した場合の投影光学系の瞳面における回折光の分布を示す図である。
【図１５】微細形状を有する有効光源分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１                                露光装置
１０                              光源
２０                              照明光学系
２０１                            引き回し光学系
２０２                            ビーム整形光学系
２０３及び２０５                  射出角度保存光学素子
２０４                            集光光学系
２０６、２０８及び２１０          リレー光学系
２０７                            開口絞り
２０９                            回折光学素子
２１１                            アパーチャ
２１２                            ズーム光学系
２１３                            多光束形成形成部
２１４                            遮光部材
２１５                            駆動部
２１６                            照明部
２１７                            平行平面板
３０                              レチクル
４０                              投影光学系
５０                              ウエハ
６０                              制御部
【図１】
2008277347.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図５】
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【図１１】
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【図１２】
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