(57)【要約】【課題】露光ビームのスペクトル幅が変化する場合でも、累進焦点露光法を用いてパターンを基板上に高精度に転写する。【解決手段】露光光ＥＬをレチクルＲのパターンに照射し、露光光ＥＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、スペクトルモニタ１５を用いて露光光ＥＬのスペクトル幅を計測する工程と、ウエハＷの表面と投影光学系ＰＬの像面との光軸ＡＸ方向の相対位置関係を、露光光ＥＬのスペクトル幅の計測値に応じて設定される所定の振り幅の範囲内で連続的又は断続的に変化させて、そのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写する露光工程とを有する。【選択図】図１
2007294550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームを転写用のパターンに照射し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
前記基板の被露光領域と前記投影光学系の像面との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を、前記露光ビームのスペクトル幅に応じて設定される振り幅の範囲内で連続的又は断続的に変化させて、前記パターンを前記投影光学系を介して前記基板の前記被露光領域に転写する露光工程を有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記露光工程の前に、前記露光ビームのスペクトル幅を計測する計測工程を有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】
前記露光ビームのスペクトル幅が狭いほど、前記振り幅を狭く設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記振り幅を、前記基板の前記被露光領域と前記投影光学系の像面とが合致する場合を含むように設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
前記露光工程は、前記基板の前記被露光領域と前記像面との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を前記振り幅の範囲内で周期的に変化させる工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記露光工程は、
前記パターンと前記基板とを同期して相対移動して前記基板の前記被露光領域を前記パターン及び前記投影光学系を介して露光するに際して、
前記像面に対して前記基板の前記被露光領域を前記振り幅に応じて定まる傾斜角で斜め方向に移動する工程を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
前記露光ビームの前記スペクトル幅は、前記露光ビームのスペクトルのピーク値に対して強度が所定割合まで低下するときの幅、又は前記露光ビームのスペクトルの強度分布の積分値に基づいて定まる値であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項９】
露光ビームを転写用のパターンに照射し、前記露光ビームで前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
前記基板と前記投影光学系の像面との前記投影光学系の光軸方向の相対位置関係を制御する相対駆動装置と、
前記相対位置関係の変化の範囲を示すとともに、前記露光ビームのスペクトル幅に応じて設定される所定の振り幅を記憶する記憶装置と、
前記パターン及び前記投影光学系を介した前記露光ビームが前記基板の被露光領域に照射されている期間に、前記相対駆動装置を駆動して前記記憶装置に記憶されている前記振り幅の範囲内で、前記基板の前記被露光領域と前記投影光学系の像面との前記相対位置関係を連続的又は断続的に変化させる制御装置と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記露光ビームのスペクトル幅情報を計測する計測装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて前記振り幅を求め、該振り幅を前記記憶装置に記憶させることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記計測装置によって計測されるスペクトル幅が狭いほど、前記振り幅を狭く設定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記相対駆動装置は、前記パターンが形成されている部材及び前記基板の少なくとも一方を前記投影光学系の光軸方向に駆動するステージ機構を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記相対駆動装置は、前記投影光学系の像面の前記光軸方向の位置を制御するために、前記投影光学系を構成する所定の光学部材を前記光軸方向に駆動する駆動機構を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記露光装置は、前記基板の露光中に前記パターンと前記基板とを同期して相対移動する走査露光型であり、
前記相対駆動装置は、前記基板の移動中に前記投影光学系の像面に対して前記基板の前記被露光領域を斜め方向に移動させるために、前記基板を前記振り幅に応じた傾斜角で傾斜させた状態で、前記基板の前記投影光学系の光軸方向の位置を次第に変化させるステージ機構を含むことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で、請求項９から１４のいずれか一項に記載の露光装置を用い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、所定のパターンを投影光学系を介して被露光基板上に転写するための露光技術及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関し、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中でデバイス用のパターンをウエハ等の基板上に転写するために使用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、露光光源からの露光光でマスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）に形成されたパターンを照明し、その露光光のもとでそのパターンを投影光学系を介して基板としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置、又はスキャニング・ステッパー等の走査露光型の投影露光装置などの露光装置が用いられている。
【０００３】
この種の露光装置に備えられた投影光学系の解像力（解像度）Ｒは、レイリー(Rayleigh)の式で良く知られているように、Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡの関係式で表される。ここで、λは露光光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ1はウエハ上に塗布されるフォトレジストの特性及びプロセス条件等によって決定される定数である。従って、その解像力を向上するためには、露光光の波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくすることが考えられる。そこで、露光光については、最近は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）のようなスペクトル幅が狭帯域化されたエキシマレーザ光が主に用いられている。
【０００４】
一方、投影光学系の焦点深度（ＤＯＦ）は、所定の定数ｋ2を用いて、ＤＯＦ＝ｋ2×λ／ＮＡ2と表されるので、単に波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくするのでは、焦点深度が浅くなり過ぎる場合がある。これに関して、露光対象とするパターンがメモリの回路部のように周期的な格子状のパターンである場合には、そのパターン上で露光光の主光線を傾斜させるいわゆる変形照明法により、解像力を向上した上で焦点深度を実質的に増大できることが知られている。
【０００５】
これに対して、露光対象とするパターンが孤立的なパターン、例えばコンタクトホールパターンである場合には、露光光が投影光学系を介して照射されるウエハ表面の照射領域が投影光学系の像面を含む光軸方向の所定幅の範囲内となり、かつ像面とウエハ表面との相対位置に応じてウエハ上に与えられる露光量の分布が所定の分布となるように、像面とウエハとの投影光学系の光軸方向の相対位置関係を所定の手順で連続的又は断続的に変更しながら露光を行う累進焦点露光法によって、投影光学系の焦点深度を実質的に増大（見かけ上の焦点深度を増大）できることが知られている。なお、累進焦点露光法は、フレックス法又はＤＰ（ＣＤＰ）露光法などと呼ばれることもある。また、静止露光型の投影露光装置における累進焦点露光法については、例えば特許文献１、特許文献２などに開示され、走査露光型の投影露光装置における累進焦点露光法については、例えば特許文献３、特許文献４などに開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−４２１２２号公報
【特許文献２】特開平５−１３３０５号公報
【特許文献３】特開平４−２７７６１２号公報
【特許文献４】特開平６−３１４６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来の累進焦点露光法にあっては、例えば像面を基準とするウエハ表面の投影光学系の光軸方向の相対移動範囲及び露光量分布等の露光条件は、露光光の中心波長及び投影光学系の開口数より求められる焦点深度に応じて定められていた。
これに関して、露光光として主に用いられているエキシマレーザ光は、色収差を低減するという観点からはスペクトル幅はより狭い方が望ましいが、パワーを高く維持し、光源の製造コストを下げるという観点からはスペクトル幅は広い方が望ましい。そこで、エキシマレーザ光源については、例えばクリティカルレイヤ用の露光装置に用いる場合には、スペクトル幅に対する要求を厳しくし、それ以外の用途の露光装置に用いる場合には、スペクトル幅に対する要求を緩くするというように、用途に応じてスペクトル幅の仕様を変えることも検討されている。しかしながら、このように露光光のスペクトル幅が変わると、累進焦点露光法を適用する場合に最適な露光条件も変化する恐れがある。
【０００７】
また、露光光のスペクトル幅の仕様が定められている場合であっても、実際にはそのスペクトル幅がその仕様の上限値付近にあるか、又はその仕様の中間値付近にあるか等によって、累進焦点露光法を適用する場合の最適な露光条件は変化する可能性がある。
本発明は、かかる事情に鑑み、露光光のスペクトル幅が変化する場合にも、累進焦点露光法を用いて基板上に高精度にパターンを転写できる露光技術及びデバイス製造技術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】
【０００８】
本発明による露光方法は、露光ビームを転写用のパターン（Ｒ）に照射し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光方法において、その基板の被露光領域とその投影光学系の像面とのその投影光学系の光軸方向の相対位置関係を、その露光ビームのスペクトル幅に応じて設定される所定の振り幅（ΔＺ）の範囲内で連続的又は断続的に変化させて、そのパターンをその投影光学系を介してその基板のその被露光領域に転写する露光工程を有するものである。
【０００９】
本発明によれば、露光ビームのスペクトル幅によって投影光学系の焦点深度が変化することに鑑み、一例として、そのスペクトル幅に応じてその焦点深度を求めた後、この焦点深度に応じてその振り幅を定める。これによって、累進焦点露光法を用いてその基板上にそのパターンの像を高精度に転写できる。
本発明において、その露光工程の前に、その露光ビームのスペクトル幅を計測する計測工程を有することができる。これによって、より正確にその振り幅を定めることができる。
【００１０】
また、本発明による露光装置は、露光ビームを転写用のパターン（Ｒ）に照射し、その露光ビームでそのパターン及び投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）を露光する露光装置において、その基板とその投影光学系の像面とのその投影光学系の光軸方向の相対位置関係を制御する相対駆動装置（２７）と、その相対位置関係の変化の範囲を示すとともに、その露光ビームのスペクトル幅に応じて設定される所定の振り幅（ΔＺ）を記憶する記憶装置（５１）と、そのパターン及びその投影光学系を介したその露光ビームがその基板の被露光領域に照射されている期間に、その相対駆動装置を駆動してその記憶装置に記憶されているその振り幅の範囲内で、その基板のその被露光領域とその投影光学系の像面とのその相対位置関係を連続的又は断続的に変化させる制御装置（５０）とを備えたものである。
【００１１】
また、一例として、その露光ビームのスペクトル幅情報を計測する計測装置をさらに備え、その制御装置は、その計測装置の計測結果に基づいてその振り幅を求め、該振り幅をその記憶装置に記憶させてもよい。本発明の露光装置によって、本発明の露光方法を実施できる。
また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。
【００１２】
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のスキャニング・ステッパー型の走査露光型の投影露光装置よりなる露光装置１０の構成を概略的に示し、この図１において、露光装置１０は、露光光源としてのレーザ光源１６、レーザ光源１６から射出されるレーザビームのスペクトル幅等をモニタするためのスペクトルモニタ１５、照明光学系１２、照明光学系１２により照明されるレチクルＲを駆動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを駆動するＺチルトステージ５８とこのＺチルトステージ５８が搭載されたＸＹステージ１４とを有するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ方向（Ｙ軸に平行な方向）である。
【００１４】
そのレーザ光源１６として、本例ではＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８ｎｍ）が用いられており、レーザ光源１６は、エキシマレーザチューブ、これを挟むように配置された２つの共振器ミラー、及びそのレーザチューブと一方の共振器ミラーとの間に配置された狭帯域化モジュール等を含む。レーザ制御装置１４が、露光装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置５０の制御のもとで、レーザ光源１６のパルス発光の開始及び終了、パルス発光周波数、並びにパルスエネルギー等を制御する。なお、レーザ光源１６として、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）などの他のエキシマレーザ光源も用いることができる。さらに、レーザ光源１６として、Ｆ2 レーザ（発振波長１５７ｎｍ）を使用することもでき、その他に金属蒸気レーザ、ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザ等の高調波発生装置等を使用することも可能である。
【００１５】
レーザ光源１６から射出された露光ビームとしてのレーザビームＬＢは、透過率の大きいビームスプリッタ１７を透過した後、不図示のビームマッチングユニットを介して照明光学系１２に入射する。
また、ビームスプリッタ１７で反射されたレーザビームは、入射光の中心波長及びスペクトル幅を計測するためのスペクトルモニタ１５に入射する。スペクトルモニタ１５において、ビームスプリッタ１７からのレーザビームは、ハーフミラー１５ｃを透過してビームモニタ機構１５ｄに入射する。また、スペクトルモニタ１５内には、基準光源１５ａが配置されており、レーザ光源１６が発光していない状態で、かつシャッタ１５ｂが開かれた状態で、基準光源１５ａから射出された光は、ハーフミラー１５ｃで反射されてビームモニタ機構１５ｄに入射する。従って、ビームモニタ機構１５ｄには、レーザビームＬＢからビームスプリッタ１７によって分岐されたレーザビーム又は基準光源１５ａからの光が択一的に入射可能となっている。通常は、シャッタ１５ｂは閉じており、レーザビームＬＢから分岐されたレーザビームがビームモニタ機構１５ｄに入射する。
【００１６】
ビームモニタ機構１５ｄは、レーザビームＬＢから分岐されたレーザビーム（又は基準光源１５ａからの光）の光路上に順次配置された集光レンズ、コリメータレンズ、エタロン、テレメータレンズ及びラインセンサ等からなるファブリペロー干渉計を含んでいる。この構成では、テレメータレンズの焦点面にフリンジパターン（干渉縞）が形成され、このフリンジパターンがその焦点面に配置されたラインセンサによって検出される。このラインセンサで検出される光強度分布は、そのフリンジパターンに対応してそのラインセンサの長手方向に関して所定間隔で現れる多数の山型のスペクトルである。
【００１７】
図２（Ａ）及び（Ｂ）（横軸は波長λ、縦軸は光の強度Ｉ）はそれぞれそのスペクトルの一例を示し、本例ではビームモニタ機構１５ｄの検出結果に基づいて、そのスペクトルのピーク値に対して強度が所定割合まで低下するときの幅に対応するスペクトル幅を計測する。このスペクトル幅として、ここでは図２（Ａ）に示すように、そのスペクトルのピーク値ＩＰに対して強度が１／２に低下するときの波長λ１及びλ２の幅である半値全幅（FWHM：Full Width Half Maximum)（以下、スペクトル幅FWHMという。）を検出する。
【００１８】
なお、そのスペクトル幅FWHMの代わりに、スペクトルの強度分布の積分値に基づいて定まるスペクトル幅を用いることも可能である。このスペクトル幅の一例は、図２（Ｂ）に示すように、スペクトルの強度分布の全積分値に対して波長がλ３以下の部分の積分値が２．５％となり、波長がλ４以上の部分の積分値が２．５％となるときの２つの波長λ３及びλ４の幅（この幅内の強度分布の積分値は全積分値の９５％となる。）である９５％エネルギー純度幅（以下、スペクトル幅E95%という。）を用いることも可能である。
【００１９】
図１において、ビームモニタ機構１５ｄ内で形成されるフリンジパターンの光強度分布の山のピークに対応するラインセンサの長手方向の位置は、中心波長に応じて定まる。すなわち、そのフリンジパターンは、入射光の中心波長λｃ、及びスペク卜ル幅FWHM（又はE95%）に対応したものとなっており、ビームモニタ機構１５ｄ内部のラインセンサからのそのフリンジパターンの撮像信号がレーザ制御装置１４に出力される。その中心波長λｃとしては、スペクトルのピーク波長λｐを用いるが、その他に強度分布の重心位置の波長（重心波長）λｇを用いることもできる。
【００２０】
次に、基準光源１５ａは、ビームモニタ機構１５ｄの絶対波長計測を行う際の基準波長の光（基準光）の光源であって、固体狭帯化レーザが用いられる。本実施形態では、基準光源１５ａとして、Ａｒ倍波レーザ光源（アルゴンイオン２倍高調波レーザ光源）が用いられている。このＡｒ倍波レーザ光源の中心波長は２４８．２５３ｎｍと、ＫｒＦエキシマレーザ光源の中心波長λ0＝２４８．３８５ｎｍに非常に近くそのリファレンスとして好適である。なお、レーザ光源１６がＡｒＦエキシマレーザ光源等である場合には、基準光源１５ａとしてそれぞれ中心波長がレーザ光源１６の波長に近くスペクトル幅の狭い光源を採用すればよい。
【００２１】
ここで、レーザ制御装置１４によって行われるビームモニタ機構１５ｄの絶対波長計測について簡単に説明する。この際、レーザ制御装置１４では先ず、レーザ光源１６の発光を停止させ、シャッタ１５ｂを開いて、基準光源１５ａからの光をビームモニタ機構１５ｄに入射させる。そして、このときビームモニタ機構１５ｄから得られるフリンジパターンの情報をレーザ制御装置１４内の画像メモリに記憶する。続いて、レーザ制御装置１４は、シャッタ１５ｂを閉じ、レーザ光源１６の発光を開始させて、レーザビームＬＢから分岐したレーザビームをビームモニタ機構１５ｄに入射させて、ビームモニタ機構１５ｄから得られるレーザビームＬＢに対応するフリンジパターンと、画像メモリ内のフリンジパターン（基準光のフリンジパターン）とを比較することにより、レーザビームＬＢの実測スペクトル（計測された見かけのスペクトル特性）ｓ（λ）を求める。しかしながら、この実測スペクトルｓ（λ）には、基準光のスペクトル特性の影響が含まれているので、レーザ制御装置１４では、その影響を除去して以下のようにレーザビームＬＢの実スペクトル（真のスペクトル特性）ｆ（λ）を求める。なお、ｓ（λ）及びｆ（λ）は、それぞれ波長λに対する光強度分布を表している。
【００２２】
この場合、本実施形態では、基準光源としてＡｒ倍波レーザを用いており、このＡｒ倍波レーザのスペクトル幅（FWHM）は非常に狭く、０．０１ｐｍ以下であり、レーザビームＬＢのスペクトル幅（FWHM）は０．１〜０．２ｐｍ程度であることから、Ａｒ倍波レーザを帯域幅が無限に細い光とみなして、その実測スペクトルｓ（λ）をほぼ実スペクトルｆ（λ）とみなすことも可能である。
【００２３】
しかしながら、より正確には、Ａｒ倍波レーザの単独の実測スペクトルである装置関数ｍｉ（λ）及びこのフーリエ変換Ｍ（ω）を用いて、以下のようにレーザビームＬＢの実スペクトルｆ（λ）を求めることが望ましい。すなわち、レーザビームＬＢの実測スペクトルｓ（λ）は実スペクトルｆ（λ）と装置関数ｍｉ（λ）とのコンボリューション（記号＊で表す）と考えられるので、次式（１）が成立する。
【００２４】
ｓ（λ）＝ｆ（λ）＊ｍｉ（λ）        …（１）
そこで、式（１）のデコンボリューションを行うために、式（１）をフーリエ変換すると、スペクトルｓ（λ），ｆ（λ），ｍｉ（λ）のフーリエ変換Ｓ（ω）、Ｆ（ω）、Ｍ（ω）を用いて次のようになる。
Ｓ（ω）＝Ｆ（ω）・Ｍ（ω）          …（２）
そこで、関数Ｓ（ω）／Ｍ（ω）を逆フーリエ変換（Ｆ-1）すれば、次のようにレーザビームＬＢの実スペクトルｆ（λ）を取得することができる。
【００２５】
Ｆ-1〔Ｓ（ω）／Ｍ（ω）〕＝Ｆ-1〔Ｆ（ω）〕＝ｆ（λ）  …（３）
このようにして、本実施形態では、レーザ制御装置１４が、実スペクトルｆ（λ）を得るためのデコンボリューションを行うことができ、実スペクトルｆ（λ）に基づいて、レーザビームＬＢの正確なスペクトル特性に関する情報、即ち中心波長λｃ（λｐ又はλｇ）並びにスペクトル幅FWHM（又はE95%）の情報を得ることができる。なお、スペクトル特性に関する情報を求める機能の全部又は一部を主制御装置５０に設けることも可能である。また、スペクトルモニタ１５の少なくとも一部をレーザ光源１６の内部に設けることとしてもよい。
【００２６】
レーザ制御装置１４は、レーザビームＬＢの中心波長λｃ及びスペクトル幅FWHM（又はE95%）の情報を主制御装置５０に送信し、主制御装置５０はそれらの情報を記憶装置５１に記憶させる。そして、必要に応じて、主制御装置５０は、レーザビームＬＢの波長の目標値の情報をレーザ制御装置１４に送信する。レーザ制御装置１４は、主制御装置５０によって設定される目標値に対する中心波長λｃのずれ量Δλが小さくなるように、レーザ光源１６内の狭帯域化モジュールを制御する。
【００２７】
このようにスペクトルモニタ１５を用いるレーザビームＬＢのスペクトル特性の計測は、例えば毎日、露光装置１０の稼働開始時等に実行してもよい。なお、スペクトル幅の変化は少ないため、スペクトル幅の計測は、例えば所定日数稼働毎に、又はレーザ光源１６のメンテナンス後等に行うようにしてもよい。また、レーザ光源１６から出力されるレーザビームのスペクトル幅に関しては所定の仕様（上限値）が定められており、そのスペクトル幅は通常はその仕様の値に近い。そこで、そのスペクトル幅の仕様の値をもって、近似的にレーザビームＬＢのスペクトル幅とみなすことも可能である。この場合のスペクトル幅（FWHM又はE95%）の値も記憶装置５１に記憶される。
【００２８】
次に、照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、エネルギー粗調器２０、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、ビームスプリッタ２６、第１リレーレンズ２８Ａ、固定ブラインド３０Ａ、可動ブラインド３０Ｂ、第２リレーレンズ２８Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ、及びコンデンサレンズ３２等を備えている。
【００２９】
照明光学系１２において、ビーム整形光学系１８は、レーザ光源１６からパルス発光されたレーザビームＬＢの断面形状を、このレーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く入射するように整形するもので、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ等で構成される。エネルギー粗調器２０は、ビーム整形光学系１８を通過したレーザビームＬＢの光路上に配置され、ここでは、１枚又は複数枚の回転板３４の周囲に透過率の異なる複数個のＮＤフィルタ（減光フィルタ）３６Ａ，３６Ｄ等を配置し、その回転板３４を主制御装置５０に制御される駆動モータ３８で回転することにより、入射するレーザビームＬＢに対する透過率を１００％から複数段階で切り替えることができる。なお、エネルギー粗調器２０はレーザビームＬＢの強度を連続的に変化させるものでもよい。
【００３０】
フライアイレンズ２２は、エネルギー粗調器２０から出たレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその射出端に多数の２次光源からなる面光源を形成する。この面光源から射出されるレーザビームを以下においては、露光光ＥＬと呼ぶ。なお、フライアイレンズ２２の代わりにロッドレンズ（内面反射型インテグレータ）又は回折光学素子等を用いても良い。
【００３１】
フライアイレンズ２２の射出面の近傍に、円板状の照明系開口絞り板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度間隔で、例えば通常照明用の開口絞り、コヒーレンスファクタ（σ値）が小さい照明用の開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形照明法用の複数の偏心した開口よりなる開口絞り等が配置されている。この照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転され、これによりいずれかの開口絞りが露光光ＥＬの光路上に選択的に設定される。なお、照明系開口絞り板２４の代わりに、回折光学素子と、少なくとも一方が可動の一対のプリズム（例えば円錐アキシコン系等）と、ズームレンズ系とを組み合わせた光学系を用いることも可能である。
【００３２】
照明系開口絞り板２４から射出された露光光ＥＬの光路上に、透過率の大きなビームスプリッタ２６が配置され、さらにこの後方の光路上に、固定ブラインド３０Ａ及び可動ブラインド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂからなるリレー光学系が配置されている。固定ブラインド３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定ブラインド３０Ａの近傍に走査方向に対応する方向（及び非走査方向に対応する方向）の位置及び幅が可変の開口部を有する可動ブラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動ブラインド３０Ｂを介して照明領域ＩＡＲを更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。
【００３３】
図３（Ａ）には、上記固定ブラインド３０Ａによって、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲ（斜線部）が規定される様子が概念的に示されている。この図３（Ａ）は、固定ブラインド３０Ａを−Ｙ方向から見た図である。この図３（Ａ）中のＺ方向がレチクルＲ上では走査方向であるＹ方向に対応し、図３（Ａ）のＹ方向がレチクルＲ上では光軸ＡＸに平行なＺ方向に対応する。この図３（Ａ）から明らかなように、固定ブラインド３０Ａの矩形スリット状の開口の像がレチクルＲのパターン面上に結像し、矩形スリット状の照明領域ＩＡＲが規定される。この場合、照明領域ＩＡＲは、投影光学系ＰＬの円形の視野ＩＦの中央において、非走査方向であるＸ方向に延び、その走査方向（Ｙ方向）の幅は１回の走査露光の開始時及び終了時を除いて一定とされている。
【００３４】
図１に戻り、ブラインド３０Ａ，３０Ｂの開口を通過した露光光ＥＬは、第２リレーレンズ２８Ｂ、ミラーＭ、及びコンデンサレンズ３２を介してレチクルＲのパターン面を照明する。
一方、ビームスプリッタ２６で反射された露光光ＥＬは、集光レンズ４４を介して受光素子からなるインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の検出信号ＤＳが主制御装置５０内の露光量制御部に供給されている。露光量制御部は、インテグレータセンサ４６の検出信号から間接的にウエハＷ上での露光光ＥＬのパルス毎の露光量（露光エネルギー）を求め、この露光量を積算してウエハＷ上の各点での積算露光量を算出し、この結果に基づいて例えばレーザ光源１６の次のパルス発光時のエネルギーをレーザ制御装置１４に指示する。
【００３５】
また、レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ上に吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面（ここでは水平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動部５６Ｒによってレチクルベース（不図示）上を走査方向（Ｙ方向）に所定ストローク範囲で走査される。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。なお、移動鏡５２Ｒを設ける代わりに、例えばレチクルステージＲＳＴの側面を鏡面加工して反射面を形成してもよい。
【００３６】
投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックな縮小系であり、かつ複数枚のレンズエレメント６１1、６１2、…を含む屈折系である。この投影光学系ＰＬの投影倍率βは、例えば１／４、１／５等となっている。前述の如く露光光ＥＬによりレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、その照明領域内の回路パターンを投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小した像（部分倒立像）が表面にフォトレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと光学的に共役な領域）に投影される。
【００３７】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの像面の位置を光軸ＡＸ方向に移動させるための機構が投影光学系ＰＬ内部に組み込まれている。具体的に、投影光学系ＰＬ内のレチクルＲに最も近い位置にあるレンズエレメント６１1を保持するレンズホルダが圧電素子からなるアクチュエータ６２により異なる３点で支持されている。そして、主制御装置５０が不図示のレンズコントローラを介してアクチュエータ６２を駆動することで、レチクルＲに最も近い位置にあるレンズエレメント６１1と、２番目に近い位置にあるレンズエレメント６１2との間隔を調整し、投影光学系ＰＬの像面の位置をＺ方向の所定の範囲内で調整できるように構成されている。
【００３８】
ウエハＷを吸着保持して移動するウエハステージＷＳＴは、例えば、リニアモータ等からなる駆動系によりウエハベース（不図示）上を走査方向（Ｙ方向）及びこれに直交する非走査方向（Ｘ方向）に２次元駆動されるとともに、Ｚ軸回りの回転方向にも微小駆動されるＸＹステージ１４と、ＸＹステージ１４上に搭載され、不図示のウエハホルダを介してウエハＷを真空吸着等により保持するＺチルトステージ５８とを備えている。
【００３９】
Ｚチルトステージ５８は、ＸＹステージ１４上にＺ方向の移動及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜が許容された状態で取り付けられている。そして、このＺチルトステージ５８は、異なる３つの支持点で３本の軸２７（但し、図１においては紙面奥側の軸は図示省略）によって支持されており、これら３本の軸２７が駆動系により独立してＺ軸方向に駆動される。これによってＺチルトステージ５８上に保持されたウエハＷ表面の位置（面位置）である、Ｚ方向の位置及びＸＹ平面に対する傾斜角が所望の状態に設定されるようになっている。
【００４０】
なお、図１においては、ＸＹステージ１４の駆動系とＺチルトステージ５８の駆動系とが、代表的にウエハステージ駆動部５６Ｗとして示されている。Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗ（実際には直交するように２軸配置されている）の位置を外部に対向するように配置された複数軸のレーザ干渉計５４Ｗで計測することによって、Ｚチルトステージ５８（ＸＹステージ１４）のＸ方向、Ｙ方向の位置及び回転量（本実施形態では、少なくともＺ軸回りの回転量（ヨーイング量）を含む。）が例えば０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レーザ干渉計５４Ｗの計測値は主制御装置５０に送られ、主制御装置５０ではそれらの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６Ｗを介してＸＹステージ１４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角等を制御する。
なお、移動鏡５２Ｗを設ける代わりに、例えばウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ５８など）の側面を鏡面加工して反射面を形成してもよい。また、ウエハステージＷＳＴは、例えばＺチルトステージ５８がＸＹ平面内で微動可能な粗微動構成でもよい。
【００４１】
更に、本実施形態では、ウエハＷ表面の露光領域ＩＡ内及びその近傍の領域のＺ方向の位置（フォーカス位置）を検出するための斜入射光式のオートフォーカス検出系１９Ａ，１９Ｂが設けられている。このオートフォーカス検出系１９Ａ，１９Ｂは、照射光学系１９Ａと、受光光学系１９Ｂとから構成されている。このフォーカス検出系１９としては、例えば特開平６−２８３４０３号公報に開示される多点焦点位置検出系が用いられている。このフォーカス検出系１９の出力が主制御装置５０に供給され、主制御装置５０では、受光光学系１９Ｂの出力に基づき、ウエハＷ表面（平均的な面）の光軸ＡＸ上でのＺ方向の位置（Ｚ位置）、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を求め、それらのＺ位置及び傾斜角が所定の目標値に合致するように、オートフォーカス方式でＺチルトステージ５８を制御する。
【００４２】
なお、オートフォーカス検出系１９Ａ，１９Ｂの代わりに、或いはそれと組み合わせて、ウエハステージＷＳＴの側面に設けられた移動鏡（反射部材）に複数本のレーザビームを照射して、ウエハステージＷＳＴのＺ軸方向の位置と、Ｘ軸及びＹ軸回りの回転角とを計測するレーザ干渉計（Ｚ干渉計）を設け、露光動作中にＺ干渉計の計測値に基づいてＺチルトステージ５８を制御することとしてもよい。Ｚ干渉計を備えた露光装置の詳細は、例えば特表２００１−５１０５７７号公報（及び対応する国際公開第１９９９／２８７９０号パンフレット）に開示されている。
【００４３】
また、本例の露光装置の制御系の主要部である主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、半導体メモリ、磁気ディスク装置、通信ユニット等からなるコンピュータを含んで構成され、露光動作が的確に行なわれるように、例えば、前述したウエハＷのオートフォーカス制御の他、レチクルＲとウエハＷとの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。また、主制御装置５０には、磁気ディスク装置等の別の記憶装置５１も接続され、記憶装置５１には各種露光データ等が記憶される。
【００４４】
具体的に露光工程において、主制御装置５０は、不図示のアライメント系を用いてレチクルＲ及びウエハＷの各ショット領域（区画領域）のアライメントを行う。次いで、照明系開口絞り板２４を制御して照明条件を設定し、フォトレジスト感度等に応じて決定された積算露光量をウエハＷに与えるため、レーザ光源１６の発振周波数（発光タイミング）及び発光パワー等の制御情報をレーザ制御装置１４に送出し、必要に応じてエネルギー粗調器２０の透過率を制御する。そして、走査露光時に、主制御装置５０は、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して照明領域ＩＡＲに対してＹ方向に速度ＶRで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域ＩＡに対して対応する方向に速度β・ＶR（βは投影倍率）で走査されるように、レチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。この際に、例えばレチクルステージＲＳＴの動作に同期して可動ブラインド３０Ｂの開閉動作を制御する。また、ウエハＷのステップ移動の際には、主制御装置５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６Ｗを介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。これによって、ウエハＷ上の各ショット領域（区画領域）に順次、レチクルＲのパターンの像が露光される。
【００４５】
ここで、本実施形態に係る露光装置１０による累進焦点露光法について図４〜図６に基づいて説明する。この場合、図１のレチクルＲに形成された回路パターンは、一例として孤立パターンである多数のコンタクトホールパターンを含んでいる。
図４（Ａ）〜（Ｃ）には、本実施形態に係る累進焦点露光法を視覚的に理解させるため、図１のレチクルＲに形成された回路パターンＩＲとウエハＷの表面の一部の領域（或るショット領域内の領域）とが模式的に示されている。これらの図においては、説明の便宜上から、投影光学系ＰＬの投影倍率βを１（正立像）としている。また、回路パターンＩＲには、説明上の位置番号１〜９が設定され、回路パターンＩＲ上の位置番号１〜９の部分の像が露光されるウエハＷ上の位置にそれぞれ位置番号１〜９が設定されている。また、ウエハＷは前述の如く、図１のＺチルトステージ５８に保持されており、本実施形態ではＺチルトステージ５８の上面（ひいてはウエハＷの表面）は、光軸ＡＸに垂直な面（ここでは二点鎖線で示されている、投影光学系ＰＬの像面である最良結像面ＢＦに平行である。）に対して非走査方向に平行な軸（Ｘ軸に平行な軸）の周りに所定の角度θだけ傾斜している。
【００４６】
図１の固定ブラインド３０Ａ（可動ブラインド３０Ｂは全開とする。）によって規定された照明領域ＩＡＲ内の露光光は、投影光学系ＰＬを介して図４（Ａ）のウエハＷ上の走査方向の幅がＤの露光領域ＩＡに投射されており、図４（Ａ）〜（Ｃ）にはそのうちの代表的な３つの光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬが示されている。光束ＬＣは、露光領域ＩＡのほぼ中心（光軸ＡＸ上）を通り、光束ＬＲ及びＬＬは露光領域ＩＡの走査方向の両端部を通る光束である。
【００４７】
そして、走査露光時には、図１の主制御装置５０では、ＸＹステージ１４をＹ方向に駆動すると同時に、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの最良結像面ＢＦに角度θだけ傾斜した状態で、かつ走査方向（Ｙ軸方向）に関して露光領域ＩＡのほぼ中心（光軸ＡＸ位置）でウエハＷの表面が常に最良結像面ＢＦに合致するように、Ｚチルトステージ５８を光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に駆動する。このとき、ウエハＷ上の各点（例えば位置番号１の点等）は、露光領域ＩＡを走査方向に横切る間にＺ方向の位置がΔＺだけ変化するので、この変化量ΔＺをＺ振り幅（光軸ＡＸ方向の振り幅）と呼ぶ。傾斜角θが微小量であるとすると、露光領域ＩＡの走査方向の幅Ｄ及び傾斜角θ［ｒａｄ］を用いて、Ｚ振り幅ΔＺは近似的に次のようになる。
【００４８】
ΔＺ＝Ｄ・θ              …（４）
主制御装置５０では、投影光学系ＰＬの焦点深度（ＤＯＦ）の値、すなわち許容される解像度が得られる被露光面の位置の投影光学系ＰＬの光軸方向の幅をＤＦ、焦点深度ＤＦに応じて変化する所定の１よりも大きい係数ｋｆを用いて、Ｚ振り幅ΔＺを次のように焦点深度ＤＦのｋｆ倍に設定する。係数ｋｆの値は、一例として３〜４程度である。
【００４９】
ΔＺ＝Ｄ・θ＝ｋｆ・ＤＦ  …（５）
この場合、投影光学系ＰＬの焦点深度ＤＦは、露光光ＥＬ（レーザビームＬＢ）のスペクトル幅FWHM（又はE95%、以下同様）に応じて変化する。通常、レーザビームＬＢのスペクトル幅が狭くなると、焦点深度は浅くなり（値ＤＦは小さくなる）、係数ｋｆの変化は小さいため、式（５）からウエハＷ表面の各点（被露光領域）のＺ振り幅ΔＺも小さくなる。すなわち、レーザビームＬＢのスペクトル幅が狭くなって、投影光学系ＰＬの焦点深度がＤＦ１（＜ＤＦ）に浅くなると、式（５）から傾斜角θがθ１（＝ｋｆ・ＤＦ１／Ｄ）に小さくなり、Ｚ振り幅もΔＺ１（＝Ｄ・θ１）に小さくなる。
【００５０】
言い換えると、本例のように、レーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMに応じて累進焦点露光法を適用する場合のＺ振り幅ΔＺを最適化することによって、レーザ光源１６のスペクトル幅の変化に伴う投影光学系ＰＬの結像特性（ここでは焦点深度）の変化の影響を軽減することができる。
なお、より正確にレーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMに応じてＺ振り幅ΔＺを定めるためには、そのスペクトル幅FWHMを所定ステップ量ずつFWHM1〜FWHMm（ｍは２以上の整数）に変化させて、それぞれ投影光学系ＰＬの焦点深度ＤＦ１〜ＤＦｍを求め、これらの焦点深度ＤＦ１〜ＤＦｍ毎にそれぞれ計算により、又は種々の傾斜角θでのテストプリントにより、例えば所定形状のコンタクトホールパターンが高い解像度で露光されるときのＺ振り幅ΔＺ１〜ΔＺｍを求めておけばよい。この場合、図１の記憶装置５１に、例えば焦点深度ＤＦ１〜ＤＦｍ（又はスペクトル幅FWHM1〜FWHMm自体でもよい）に対応させて、そのようにして求められた最適なＺ振り幅ΔＺ１〜ΔＺｍをテーブルとして記憶させておけばよい。
【００５１】
その後、レーザ制御装置１４からスペクトルモニタ１５によって計測されたレーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMの情報が主制御装置５０に送信されたときには、主制御装置５０では、そのスペクトル幅FWHMから焦点深度ＤＦを求め、その記憶装置５１内のテーブルからその焦点深度ＤＦの前後の値に対応するＺ振り幅ΔＺｉ，ΔＺ（ｉ＋１）（ｉ＝１〜（ｍ−１））の値を補間することで、最適なＺ振り幅ΔＺを求めることができる。なお、そのテーブルにスペクトル幅FWHM1〜FWHMmに対応させて最適なＺ振り幅ΔＺ１〜ΔＺｍが記憶されている場合には、主制御装置５０では、そのスペクトル幅FWHMの前後の値に対応するＺ振り幅ΔＺｉ，ΔＺ（ｉ＋１）の値を補間して、最適なＺ振り幅ΔＺを求めてもよい。また、そのテーブルを用いる代わりに、焦点深度ＤＦ（又はスペクトル幅FWHM）の所定の関数（例えば１次関数、又は指数関数等）として最適なＺ振り幅ΔＺを計算してもよい。
【００５２】
なお、一例として、図１のレーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMが０．２０ｐｍの場合に、投影光学系ＰＬの焦点深度ＤＦは５０ｎｍとなり、それに応じた最適なＺ振り幅ΔＺの値は１９０ｎｍ（式（５）の係数ｋｆ＝３．８０）となる。また、レーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMが０．１２ｐｍに狭くなった場合には、投影光学系ＰＬの焦点深度ＤＦは３０ｎｍと浅くなり、それに応じた最適なＺ振り幅ΔＺの値は１１０ｎｍ（式（５）の係数ｋｆ＝３．６７）と、前者の場合に比べて８０ｎｍ狭くなる。
【００５３】
また、最適なＺ振り幅ΔＺを決定する際のパラメータとしては、レーザビームＬＢ（露光光ＥＬ）のスペクトル幅（ひいては投影光学系ＰＬの焦点深度）の他に、ウエハＷ上に塗布されるフォトレジストの感度、及びウエハＷの走査速度等を用いてもよい。このようにパラメータが増えた場合にも、各パラメータの所定ステップ毎の組み合わせに対してそれぞれ計算又はテストプリントによって最適なＺ振り幅ΔＺを求めておけばよい。
【００５４】
以下、図１のレーザビームＬＢのスペクトル幅FWHMに応じて最適なＺ振り幅ΔＺが定められたものとして、本実施形態に係る走査露光法（累進焦点露光法）を順を追って説明する。走査露光が開始された直後のウエハＷと回路パターンＩＲとの露光光束に対する位置関係は、図４（Ａ）に示されるような状態となる。回路パターンＩＲ内の位置２に着目すると、この位置２は、露光領域ＩＡ内に入ったところであり、光束ＬＲに照射されている状態である。この状態ではウエハＷ上の位置２の像はデフォーカス状態にあり、投影像の強度分布はピークの緩やかな状態となっている。更に、走査露光が進むと、図４（Ｂ）に示される状態となり、ウエハＷ上の位置２は最良結像面ＢＦ上に位置している。この状態では位置２の像はベストフォーカス状態であり、像の強度分布のピークは鋭くなっている。また、レチクルＲ及びウエハＷが図４（Ｃ）の位置まで移動すると、位置２は図４（Ａ）に示される状態とは反対のデフォーカス状態となり、光束ＬＬによる像の強度分布のピークは緩やかな状態となる。
【００５５】
以上の走査露光によって、ウエハＷ上の位置２に照射される露光量（露光エネルギー量）の光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）の分布は、図５（Ａ）に示されるように、最良結像面を中心とするＺ振り幅ΔＺの範囲（焦点深度ＤＦ以上の範囲）でほぼ均一となっている。これは、Ｚ振り幅ΔＺの範囲でウエハ表面が移動したとき、ウエハＷ上のレジスト層に与えられる孤立パターン、例えばコンタクトホールの像の露光量がそのΔＺの範囲でほぼ一定であることを意味する。このように光軸方向の広い範囲に渡ってほぼ一定の露光量（コンタクトホール像）が得られるということは、それだけ焦点深度が実質的に（見かけ上）広がったことを意味する。
【００５６】
また、上記の走査露光により、位置２に与えられた像の強度分布は、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示されるようになる。ここで、図５（Ｂ）中の強度分布ＥＲ、ＥＣ、ＥＬは、それぞれ図４（Ａ）の光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬによって得られる像強度を表すものであり、図５（Ｃ）中の強度分布Ｅは光束ＬＲ、ＬＣ、ＬＬを含めた露光光によって得られる像強度の積算値を表すものである。この場合、位置２は、露光領域ＩＡ内にある間中、光束を照射されているため、積算された像強度の分布Ｅはピークの緩やかな分布となる。この場合、ウエハＷ上のレジスト層を感光（ポジ型の場合に完全に除去）する積算エネルギーの閾値Ｐ0以上の強度を持つ幅は、図５（Ｃ）中に示される幅Ｇとなる。この幅Ｇは、ウエハＷ上のレジスト層上で高さによらずにほぼ一定になるため、そのレジスト層の現像後にレジスト像が安定に形成される。
【００５７】
この場合にも、図１のレーザビームＬＢのスペクトル幅が狭くなり、投影光学系ＰＬの焦点深度が図４（Ａ）の値ＤＦ１に浅くなった場合には、Ｚ振り幅ΔＺを上記の式（５）からΔＺ１に狭くすることで、Ｚ方向の露光量分布は、図５（Ａ）に示すように、幅ΔＺ１の範囲でほぼ一定になるため、そのレジスト層の現像後にレジスト像が安定に形成される。
【００５８】
なお、図５（Ｃ）のパターン像の幅Ｇをより狭くするために、ウエハＷ上の露光領域ＩＡ内の光量分布が走査方向に関して少なくとも２箇所で極大となるようにしてもよい。このためには、図３（Ａ）の固定ブラインド３０Ａに代えて、例えば図３（Ｂ）に示されるような、中央部を遮光したダブルスリット状の開口を有する固定ブラインド３０Ａ’を用いればよい。このような固定ブラインド３０Ａ’を用いると、走査露光によってウエハＷ上の任意の位置（例えば、前述した位置２）に照射される露光量の光軸ＡＸ方向の分布は、図６（Ａ）に示されるように、Ｚ振り幅ΔＺ（スペクトル幅が狭いときにはΔＺ１）の範囲の両端付近の２箇所に同程度の強度（ピーク）を有する状態となる。これにより、図４（Ａ）〜（Ｃ）中に示された露光光のうちの両端の光束ＬＬ、ＬＲに相当する部分にのみ強度を持たせることが可能になる。
【００５９】
また、この固定ブラインド３０Ａ’を用いて、上記と同様の走査露光を行った場合に、ウエハＷ上の任意の位置（例えば、前述した位置２）で得られる像の強度分布は、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示されるようになる。ここで、図６（Ｂ）中の強度分布ＥＲ’、ＥＬ’は、それぞれ光束ＬＲ、ＬＬによって得られる像強度を表すものであり、図６（Ｃ）中の強度分布Ｅ’は光束ＬＲ、ＬＬを含めた露光光によって得られる像強度の積算値を表すものである。図６（Ｃ）と図５（Ｃ）とを比較すると明らかなように、強度分布Ｅ’は強度分布Ｅより鋭いピークを有しており、ウエハＷ上のレジストを感光（完全に除去）する積算エネルギーの閾値Ｐ0以上の強度を持つ幅Ｇ’が幅Ｇよりも狭くなっていることが分かる。従って、ダブルスリット状の開口を有する固定ブラインド３０Ａ’を採用することにより、焦点深度を実質上拡大した上で像ボケの少ない孤立パターン、例えばコンタクトホールの像を形成可能な、解像度の高い露光が可能となる。
【００６０】
また、上記累進焦点露光法を採用することにより、ウエハＷ上に凹凸があっても、凹部、凸部のいずれにおいても同様の精度でパターンの転写が行われることは勿論である。これまでの説明から明らかなように、本実施形態に係る累進焦点露光法によると、実質的な焦点深度の増大により、孤立パターンの高精度な転写を実現することができる。
なお、上記実施形態では、ウエハＷ上に形成される像の解像度を向上させるために、ダブルスリット状の固定ブラインドを採用する場合について説明したが、これに限らず、開口部を３つ以上有するような固定ブラインドを採用することもできる。この場合、ダブルスリット状の固定ブラインドを採用した場合と比べ、ＸＹステージ１４の走査速度を速くすることができる。
【００６１】
また、固定ブラインドとして図３（Ａ）に示されるような矩形開口を有するものを用いる場合に、光路中において回路パターンＩＲとほぼ共役な位置に配置された、遮光したい領域に応じた大きさ及び形状の遮光部材を設けることにより、上記ダブルスリット状の固定ブラインド、あるいは開口部を３つ以上有するような固定ブラインドを用いる場合と同等の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態ではウエハＷの表面を可変の角度θだけ傾けた状態でウエハステージＷＳＴを駆動するものとしたが、本発明はこれに限られず、例えば投影光学系ＰＬの光学素子（レンズエレメント）及びレチクルＲの少なくとも一方の移動によって、投影光学系ＰＬの像面をその可変の角度θだけ傾けた状態で、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面に平行に駆動することとしてもよい。
【００６２】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一又は同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。
本例の露光装置の構成等は、前述した図１の第１の実施形態と同一であり、また、前述した第１の実施形態と同様に、ステップ・アンド・スキャン方式で露光が行われ、ウエハＷ上の各ショット領域に対してレチクルＲのパターンが転写される。その際、第１の実施形態と同様に、図１の主制御装置５０により、レーザビームＬＢのスペクトル幅FWHM（又はE95%等）に応じて累進焦点露光法を適用する際の、投影光学系ＰＬの像面とウエハＷ表面の被露光領域（ショット領域）とのＺ方向の相対的な変動幅であるＺ振り幅ΔＺが設定される。
【００６３】
しかし、本例の露光装置では、主制御装置５０による走査露光時（累進焦点露光法適用時）のＺチルトステージ５８の制御方法が前述した第１の実施形態と相違するので、以下においてはこの点を中心として説明する。
図７（Ａ）には、本例の走査露光時に、投影光学系ＰＬによる露光領域ＩＡに対してウエハＷ上のショット領域ＳＡが＋Ｙ方向に走査される様子が示されている。この図７（Ａ）に示されるように、走査露光の際のウエハＷの走査速度をＶW、露光領域ＩＡの走査方向の幅をＤとすると、ウエハＷがＹ方向（走査方向）に幅Ｄだけ移動する時間（ウエハＷのショット領域内の１点Ｑが距離Ｄだけ移動する時間）Ｔ0が次式（６）のように表される。
【００６４】
Ｔ0＝Ｄ／ＶW      …（６）
また、主制御装置５０では、ウエハＷのショット領域ＳＡを露光領域ＩＡに対して走査する際に、ウエハＷのショット領域ＳＡ内の１点Ｑが露光領域ＩＡを通過する時間Ｔ0の間に、Ｚチルトステージ５８を介してウエハＷの露光面（表面）を投影光学系ＰＬの像面に対してＺ方向に周期的に振動させる。図７（Ｂ）には、そのときのウエハＷの露光面のＺ方向の位置（Ｚ位置）の時間ｔによる変化の様子が示されている。この図７（Ｂ）において、位置Ｚ0が投影光学系ＰＬの像面（最良結像面）のＺ位置である。図７（Ｂ）中に実線の曲線Ａが示すように、ウエハＷの露光面のＺ位置は、位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間を一定の周期Ｔ0で正弦波状に変化している。Ｚ振り幅ΔＺ（＝２ｂ）は、投影光学系ＰＬの本来の焦点深度ＤＦ（図４（Ａ）参照）及びレーザビームＬＢ（露光光ＥＬ）のスペクトル幅FWHMに基づいて設定されている。この場合、ウエハＷの露光面のＺ方向の初期位置、すなわちＺ方向の移動を開始するときのＺ位置は、位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間の任意の位置で良い。
【００６５】
この場合、ウエハＷの露光面が位置（Ｚ0−ｂ）から位置（Ｚ0＋ｂ）に移動する際、及びこれと反対にウエハＷの露光面が位置（Ｚ0＋ｂ）から位置（Ｚ0−ｂ）に移動する際に、Ｚチルトステージ５８のＺ方向の速度ＶZは、図７（Ｂ）の曲線Ａを時間ｔで微分した特性、すなわち余弦波状となるように、主制御装置５０によって制御される。本例では、レーザ光源１６のパルス発振はウエハＷ及びレチクルＲの走査に同期させて行う必要があるが、Ｚチルトステージ５８のＺ軸方向の移動は、上記のような速度特性で速度制御を行うだけで良い。
【００６６】
また、この場合、図７（Ａ）中のウエハＷ上のショット領域ＳＡ内のある露光点Ｑが幅Ｄの露光領域ＩＡを横切っている間、その露光点ＱのＺ位置は、位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間を１往復する。また、露光点Ｑが幅Ｄの露光領域ＩＡを横切っている間は、図１のレーザ光源１６はＭ個（Ｍは最小露光パルス以上の整数）の紫外パルス光をほぼ一定の周期で発光するとともに、その露光点Ｑには図１のレチクルＲ上の同一のパターンの像が投影される。従って、その露光点ＱにおけるＺ位置に対する露光エネルギーＥ（Ｚ）の分布は、図８中に実線で示される分布曲線Ｍ１のようになり、位置（Ｚ0−ｂ）及び位置（Ｚ0＋ｂ）における露光エネルギーが大きくなる。
【００６７】
上述と同様にして、ウエハＷのショット領域ＳＡ内の露光点Ｑ以外の任意の露光点は、幅Ｄの露光領域ＩＡをＸ方向に横切る間に、その露光点のＺ位置は、位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間を１往復する。従って、任意の露光点の露光エネルギーの分布は、位置（Ｚ0−ｂ）及び位置（Ｚ0＋ｂ）において大きくなり、投影光学系ＰＬの焦点深度が実質的に増大する。従って、ウエハＷ上に凹凸があっても、凹部、凸部のいずれにおいても同様の精度でパターンの転写が行われる。この場合も、特にコンタクトホールのような孤立パターンをウエハＷ上に投影露光する際に、焦点深度の増大の効果が大きくなる。
【００６８】
本実施形態においては、一般的に、ウエハＷの露光面のＺ方向の振動の周期をＴn（ｎは１以上の整数）とすると、その周期Ｔnを、ウエハＷ上の任意の点が露光領域ＩＡの幅ＤをＹ方向に横切る時間Ｔ0の１／ｎに設定すると良い。すなわち、ウエハＷの走査速度ＶW及び露光領域ＩＡの幅Ｄを用いて、周期Ｔnは次式（７）のように表される。
Ｔn＝Ｔ0／ｎ＝Ｄ／（ｎ・ＶW）    …（７）
図７（Ｃ）の曲線Ｂには、上記式（７）の条件を満たす場合の他の例として、ｎ＝２の場合の、ウエハＷの露光面のＺ位置の時間ｔによる変化の様子が示されている。この場合には、ウエハＷのショット領域ＳＡ内の任意の露光点は、幅Ｄの露光領域ＩＡをＹ方向に横切る間に、Ｚ位置が位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間を２往復する。従って、この場合も任意の露光点の露光エネルギーの分布は、図８の分布曲線Ｍ１のようになり、焦点深度増大効果が得られる。
【００６９】
なお、式（７）の条件から外れるが、図７（Ｂ）中に点線の曲線Ａ２で示されるように、ウエハＷ上の任意の点が露光領域ＩＡの幅ＤをＸ軸方向に横切る時間Ｔ0の２倍の周期で、ウエハＷの露光面を投影光学系ＰＬの像面に対してＺ方向に周期的に振動させても良い。この場合でも、ウエハＷのショット領域内の任意の露光点は、幅Ｄの露光領域ＩＡを横切る間に、Ｚ位置が位置（Ｚ0＋ｂ）と位置（Ｚ0−ｂ）との間を移動する。従って、焦点深度の増大の効果が得られる。
【００７０】
また、図１のレーザビームＬＢ（露光光ＥＬ）のスペクトル幅FWHMが狭くなり、投影光学系ＰＬの焦点深度が図４（Ａ）の値ＤＦ１に浅くなったときには、図７（Ｂ）及び（Ｃ）におけるＺ振り幅ΔＺもそれぞれ曲線Ａ１及びＢ１のように位置（Ｚ0＋ｃ）と位置（Ｚ0−ｃ）との間隔となる。この場合、幅２ｃが図４（Ａ）のＺ振り幅ΔＺ１に対応する。これに応じて、ウエハＷ上の各点に対するＺ位置に対する露光エネルギーＥ（Ｚ）は、図８の曲線Ｍ３で示すように、位置（Ｚ0＋ｃ）と位置（Ｚ0−ｃ）とで大きくなる。これによって、レーザビームＬＢのスペクトル幅に応じてＺ振り幅が最適化される。
【００７１】
なお、Ｚ位置に対する露光エネルギＥー（Ｚ）の分布は、図８に点線の直線Ｍ２で示されるように、位置（Ｚ0−ｂ）から位置（Ｚ0＋ｂ）にかけてほぼ均一な値となっていても良い。
以上のようにして、本第２の実施形態では、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡについて、走査露光時に累進焦点露光法が実行される。
【００７２】
以上説明したように、本第２の実施形態に係る露光装置及びその露光方法によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
なお、上記第２の実施形態ではウエハＷ表面が投影光学系ＰＬの像面に対して光軸方向に正弦波状に（連続的に）駆動される場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、例えば、三角波状等に振動させても良い。さらに、ウエハＷ表面を投影光学系ＰＬの像面に対して光軸方向に断続的に、例えば時間ｔに関してウエハＷ表面のＺ位置が階段状又は台形状に変化するように駆動してもよい。これらの場合でも、ウエハ上の任意の点におけるエネルギー量の分布が図８の曲線Ｍ１に近い分布となるので、焦点深度の実質的な増大という効果を得ることができる。
【００７３】
なお、上記第１、第２の実施形態では、累進焦点露光法を行うに際し、ウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に移動することにより、投影光学系ＰＬの像面とウエハＷの表面との相対位置関係を変更する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、例えばウエハＷの露光面の位置を固定して、投影光学系ＰＬの像面の位置自体を変化させても良い。この場合には、像面とウエハＷの表面とをＺ方向に相対的に駆動するための相対駆動装置として、例えば、図１の投影光学系ＰＬに組み込まれたレンズエレメント６１1の移動機構を用いても良い。かかる場合であっても、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００７４】
この他、上記各実施形態のような両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを用いる場合には、レチクルＲを光軸ＡＸ方向に微少駆動することにより、投影光学系ＰＬの像面とウエハＷの表面との相対位置関係を変更することとしても良い。また、露光光ＥＬの中心波長をシフトさせる、さらには、これらの方法のうち少なくとも２つを併用することにより、像面とウエハＷの表面との相対位置関係を変更するようにしても良い。なお、露光光ＥＬの中心波長をシフトさせるとき、投影光学系ＰＬの結像特性（投影倍率、焦点位置、収差など）が変化するので、必要に応じて（例えば、その変化量が所定の許容値を超えたら）投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を移動して結像特性の変動を補正することが望ましい。
【００７５】
また、上記各実施形態では孤立パターン（コンタクトホールなど）の転写時に累進焦点露光法を適用するものとしたが、本発明はこれに限られず、例えばレチクルが密集パターン（ライン・アンド・スペースパターンなど）を含むときにも累進焦点露光法を適用してもよい。さらに、上記各実施形態では干渉計システム（５４Ｒ，５４Ｗ）を用いてレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴの各位置情報を計測するものとしたが、本発明はこれに限られず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。この場合、干渉計システムとエンコーダシステムとの両方を備えるハイブリッドシステムとし、干渉計システムの計測結果を用いてエンコーダシステムの計測結果の較正（キャリブレーション）を行うことが好ましい。また、干渉計システムとエンコーダシステムとを切り替えて用いるか、或いはその両方を用いて、ステージの位置制御を行うようにしてもよい。
【００７６】
なお、上記各実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパーに適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、ステッパー等の静止型露光装置にも本発明は好適に適用することができる。かかるステッパー等に適用する場合には、例えば、特開平５−１３３０５号公報に開示される累進焦点露光法を用い、各ショット領域毎にその光軸ＡＸ方向のエネルギー量の分布（Ｚ振り幅、Ｚ方向の移動速度など）を変更するようにすれば良い。
【００７７】
なお、上述の実施形態の露光装置は、不図示のコラム機構を設置した後、複数のレンズから構成される照明光学系、反射屈折系からなる投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７８】
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【００７９】
なお、本発明は、いわゆるドライ露光のみならず、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットで開示されている液浸型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。また、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（及び対応する米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルのパターンを投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の一つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
【００８０】
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたレチクル（マスク）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)などを含むものである。
【００８１】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明によれば、露光ビームのスペクトル幅が変化する場合でも、累進焦点露光法を適用して高精度にデバイスを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】（Ａ）はスペクトル幅のうちの半値全幅FWHMを示す図、（Ｂ）はスペクトル幅のうちの９５％エネルギ純度幅E95%を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１のブラインド機構によって規定される露光領域を示す図、（Ｂ）は固定ブラインドの変形例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る露光方法を説明するための図である。
【図５】（Ａ）は、第１の実施形態に係る露光方法により、ウエハ上の任意の位置に照射される露光量の光軸方向の分布を示す図、（Ｂ）は、第１実施形態に係る露光方法により、ウエハ上の任意の位置に与えられる像の強度分布を示す図、（Ｃ）は、露光領域内の全光束の積算像強度の分布を示す図である。
【図６】図５に対応させて、図３（Ｂ）のブラインド機構を採用した場合の効果を説明するための図である。
【図７】第２の実施形態に係る露光方法を説明するための図である。
【図８】第２の実施形態に係る露光方法により、ウエハ上の任意の位置に照射される露光量の光軸方向の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…露光装置、１２…照明系、１４…レーザ制御装置、１５…スペクトルモニタ、１６…レーザ光源、５０…主制御装置、５６Ｗ…ウエハステージ駆動部、５８…Ｚチルトステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ
【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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