(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンの形成された原版を照明する照明系と、該照明系にて照明された前記原版のパターンを感光性基板上に投影する投影系とを備えた露光装置において；
前記投影系は、投影光路中に配置されて開口部を持つ開口絞りを有し；
該開口絞りは、前記開口部の大きさが変更可能に構成されると共に、該開口部の輪郭の位置が前記投影系の光軸の方向に沿って変更可能に構成され；
さらに、前記投影系の開口数を変更するための情報を入力する入力装置と；
前記入力装置からの入力情報に基づいて前記投影系の瞳面の形状を示す演算式によって前記開口部の輪郭の位置の前記光軸方向に沿った位置を算出し、該算出結果に基づいて前記開口絞りの前記開口部の大きさ及び前記開口部の輪郭の位置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする；
露光装置。
【請求項２】
前記投影系は、前記開口絞りよりも前記原版側に第１光学系と、前記開口絞りよりも前記感光性基板側に第２光学系とを有し；
前記開口絞りは、前記第１光学系により形成される湾曲した瞳面に沿って、前記開口の大きさを変更すると共に前記光軸方向での位置を変更するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記開口絞りは、前記光軸に直交する平面内で前記開口の大きさを変更すると共に、該開口の大きさの変更に伴って前記平面の光軸方向の位置を変更するように構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、半導体デバイスを製造する方法において；
前記投影系の物体面に原版を提供すると共に、前記投影系の像面に感光性基板を提供する工程と；
前記照明系にて前記原版を照明する工程と；
前記投影系を介して前記原版のパターンを前記感光性基板に投影露光する工程とを含むことを特徴とする；
半導体デバイスを製造する方法。
【請求項５】
原版の所定パターンの像を感光性基板上に投影する投影系の瞳面の形状を求める第１工程と；
前記投影系の瞳面の形状に基づいて、前記投影系の瞳面に設定される開口絞りの開口部の大きさ及び前記投影系の光軸方向における前記開口絞りの開口部の輪郭の位置を調整する第２工程と；
前記投影系によって前記原版のパターン像を前記感光性基板上に投影露光する第３工程とを含むことを特徴とする；
露光方法。
【請求項６】
前記第１工程は、前記投影系の瞳面の形状を示す演算式を求めることを特徴とする、請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記投影系の光軸上における前記投影系の瞳面の位置を基準位置とし、その基準位置から前記投影系の光軸方向に沿った前記開口絞りの距離をｙ、投影系の前記感光性基板側の開口数をＮＡ、定数をそれそれａ，ｂ，ｃとするとき、前記演算式は、
ｙ＝ａ（ＮＡ）3＋ｂ（ＮＡ）2＋ｃ（ＮＡ）
の多項式で示されることを特徴とする、請求項６に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置及び露光方法に関し、特に投影光学系の広範囲な開口数に対して最適な結像性能を有する投影露光装置、該装置を用いた半導体デバイスの製造方法及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特に半導体集積回路の製造に用いられる投影露光装置においては、投影光学系は少なくとも被露光物体面側がテレセントリックになっている必要があるところから、投影光学系の開口絞りは、射出瞳が無限遠の位置に来るよう配置するのが理想であるとされる。従来、この開口絞りの光軸方向位置は特定の平面上に固定されていた。これは、射出瞳が無限遠となる為には、開口絞りに対して被露光物体面側の光学系の物体側焦平面上に開口絞りを配すれば良いと考えられるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような投影露光装置における開口絞りの構造は、ガウス光学の理論に基づけば正しいと言える。しかしながら、現実の光学系においては、ガウス光学の条件から外れる場合も多い。即ち、従来技術では、光軸に沿った、投影光学系の開口絞りを挟んでその両側にある光学系が、それぞれ独立に各種収差を補正していることを前提としている。しかしながら、実際には開口絞りの両側の光学系が、それぞれが発生する収差を打ち消し合って、投影光学系全体として収差が補正されるように設計を行うのが普通である。なぜなら、開口絞りを挟む両側の光学系がそれぞれ独立に自分自身の中で各種収差が補正されゼロになるというような設計は非常に困難であり、それを敢えて求めれば、光学系の大型化や製造コスト上昇の原因となるからである。
【０００４】
ここで、各種収差の一つに、像面湾曲と呼ばれる現象がある。これは文字通り像面が平面とならずにある曲率を持つもので、これを補正するためには、光学系を構成する各レンズ面のパワーの和が０でなければならない。この条件をペッツバールの条件と呼ぶ。この条件も、通常は投影光学系全体で満足するように設計を行う。したがって、開口絞りの片側の光学系だけでは、ペッツバールの条件を満足しないのが普通である。
【０００５】
このため普通は、被露光物体面側から見て無限遠の面、すなわち開口絞りを配置すべき面は、湾曲している。即ち、従来技術で述べた開口絞りの位置は、開口数が無限小の場合の位置であり、ある程度の開口数を光学系が有する場合には、理想の開口絞り位置は光軸方向に若干移動する。
【０００６】
また近年は開口数を可変とする装置が普通であるが、従来の装置では開口絞りの光軸方向位置が特定の平面上に固定されているので、ある開口数における射出瞳無限遠の位置にその平面の位置を定めても、変更された他の開口数においては理想の開口絞り位置からずれてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、開口数の大きさにかかわらず開口絞りが理想的な位置にあるような投影露光装置及び露光方法、さらには半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による露光装置は、図１に示すように、パターンの形成された原版を照明する照明系と、該照明系にて照明された前記原版のパターンを感光性基板上に投影する投影系とを備えた露光装置において；前記投影系は、投影光路中に配置されて開口部を持つ開口絞りを有し；該開口絞りは、前記開口部の大きさが変更可能に構成されると共に、該開口部の輪郭の位置が前記投影系の光軸の方向に沿って変更可能に構成され；さらに、前記投影系の開口数を変更するための情報を入力する入力装置と；前記入力装置からの入力情報に基づいて前記投影系の瞳面の形状に関する所定の演算式によって前記開口部の輪郭の位置の前記光軸方向に沿った位置を算出し、該算出結果に基づいて前記開口絞りの前記開口部の大きさ及び前記開口部の輪郭の位置を制御する制御装置とを備える。
【０００９】
このように構成すると、前記開口部の大きさが変更可能に構成されると共に、該開口部の輪郭の位置が前記投影系の光軸の方向に沿って変更可能に構成された開口絞りを備えるので、開口絞りの光軸方向の位置が変更可能である。
【００１０】
この装置においては、請求項２に記載のように、前記投影系は、前記開口絞りよりも前記原版側に第１光学系と、前記開口絞りよりも前記感光性基板側に第２光学系とを有し；前記開口絞りは、前記第１光学系により形成される湾曲した瞳面に沿って、前記開口の大きさを変更すると共に前記光軸方向での位置を変更するように構成されていてもよい。
【００１１】
このように構成すると、第１光学系が湾曲収差を有していても、開口の大きさを変更するとき、その湾曲した瞳面に沿って、開口の光軸方向の位置を変更することができる。
【００１２】
以上の装置においては、請求項３に記載のように、前記開口絞りは、所定の平面内で前記開口の大きさを変更すると共に、該開口の大きさの変更に伴って前記所定平面の光軸方向の位置を変更するように構成されていてもよい。
【００１３】
このように構成すると、開口絞りの前後の光学系が湾曲収差を有していても、開口の大きさの変更に伴い、その光軸方向の位置を、その湾曲した瞳面に沿って変更することができる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に係る発明による半導体デバイスを製造する方法は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、半導体デバイスを製造する方法において；前記投影系の物体面に原版を提供すると共に、前記投影系の物体面に感光性基板を提供する工程と；前記照明系にて前記原版を照明する工程と；前記投影系を介して前記原版のパターンを前記感光性基板に投影露光する工程とを含む。
【００１５】
このように構成すると、本発明による露光装置を用いるので、投影系内の開口絞りの前後の光学系が湾曲収差を有していても、開口の大きさの変更に伴い、その光軸方向の位置を、その湾曲した瞳面に沿って変更することができ、最適な結像性能で投影露光ができる。これにより、良好なる原版のパターン像が感光性基板に転写されるため、良好なる半導体デバイスを製造することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明による露光方法は、原版の所定パターンの像を感光性基板上に投影する投影系の瞳面の形状を求める第１工程と、前記投影系の瞳面の形状に基づいて、前記投影系の瞳面に設定される開口絞りの開口部の大きさ及び前記開口絞りの開口部の輪郭の前記投影系の光軸方向での位置を調整する第２工程と、前記投影系によって前記原版のパターン像を前記感光性基板上に投影露光する第３工程とを含む。
【００１７】
この場合、請求項６に記載の発明のように、前記第１工程は、前記投影系の瞳面の形状に関する所定の演算式を求めることが好ましく、特に、この演算式は、請求項７に記載の発明のように、前記投影系の光軸上における前記投影系の瞳面の位置を基準位置とし、その基準位置から前記投影系の光軸方向に沿った前記開口絞りの距離をｙ、投影系の前記感光性基板側の開口数をＮＡ、定数をそれぞれａ，ｂ，ｃとするとき、  ｙ＝ａ（ＮＡ）3＋ｂ（ＮＡ）2＋ｃ（ＮＡ）  の多項式で示されることがより一層望ましい。
【００１８】
以上の構成により、投影系の瞳形状に従って開口絞りを最適な位置に設定できるため、投影系の最適な結像性能のもとで、原版の所定パターンの像を感光性基板上に露光することができる。よって、良好なる半導体デバイスを製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理の概要と実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２０】
近年、パソコン用のハードディスク装置等においては、大容量・高機能化を実現するために高密度化を目指して、微細加工技術の革新が求められている。このような分野におけるハードディスクの磁気ヘッドでも、従来のＩＤ（インダクティブ）ヘッドから、現在はＭＲ（磁気抵抗効果）ヘッドへ、今後はＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）ヘッドへと、さらに高密度化が必要となる。
【００２１】
ここで、フォトリソグラフィの技術における最も基本となる解像力Ｒｅと焦点深度Ｄは、露光波長λと投影光学系の開口数ＮＡとの関係式として、一般にレイリーの式と呼ばれる次式で表される。
【００２２】
Ｒｅ＝ｋ１・λ／ＮＡ
Ｄ  ＝ｋ２・λ／ＮＡ2 
ここで、ｋ１、ｋ２はプロセス係数である。
【００２３】
上式から明らかなように、解像力を向上させる（Ｒｅを小さくする）には、波長λの短い露光光を採用するか、または投影光学系の開口数ＮＡを大きくすればよい。しかしながら、投影レンズの開口数ＮＡを大きくすることは、上式から分かるように投影レンズの焦点深度Ｄを急激に小さくする結果となる。
【００２４】
従来のハードディスクの磁気ヘッドを製造するための露光装置の解像力Ｒｅは、一般に書き込み側（ＩＤ）で約２μｍ、読み出し側（ＭＲ）側で約１．５μｍである。また露光光としてはｇ線が主として利用されている。今後の磁気ヘッド製造用投影露光装置の解像力Ｒｅは、書き込み側（ＩＤ）で約０．８μｍ、読み出し側（ＭＲ）側で約０．５μｍが予想されており、光源としてはｉ線（λ＝３６５ｎｍ）が適用されるようになっていくと考えられる。
【００２５】
例えば０．５μｍの解像力を得るためには、プロセス係数ｋ１を０．６として、露光光としてｉ線を利用し、投影レンズの開口数ＮＡを０．４５程度に設定すればよい。
【００２６】
磁気ヘッドをフォトリソグラフィを利用して製造する際の大きな特徴の一つは、ＩＤヘッド部のレジストが厚いことである。したがって、その製造に用いられる露光装置には非常に大きな焦点深度が要求される。そのため、露光装置の投影光学系には、製造ステップの必要に応じて変更される各開口数ＮＡ（０．３０〜０．４５）において最適な結像性能が要求される。
【００２７】
ここで先ず、図７、図８、図９に、本発明の投影系である典型的なｉ線（λ＝３６５ｎｍ）用の投影光学系の構成を示す。図７と図８はレンズデータであり、そのレンズデータにしたがった投影光学系の側面図が図９に示されている。なお図８は図７の続きを示しており、両者を合わせて一連のレンズデータとなる。
【００２８】
図７、図８において、１番から５６番までの連番は各レンズの面を示す番号である。連番はレチクルＲ側からウエハＷ側へ向けて振ってある。ｒは各レンズの面の曲率半径（ｍｍ）、ｄは各レンズ面間の距離（ｍｍ）、ｎは各レンズの屈折率を示す。例えば、レチクルＲに一番近いレンズのレチクルＲ側の面の曲率半径ｒは７５８．５９３７２ｍｍ、ウエハＷ側の面の曲率半径ｒは２７３．０７４０９ｍｍ、その厚さｄは１８．０１９６２ｍｍ、レンズを構成する光学ガラスのｉ線（λ＝３６５ｎｍ）に対する屈折率ｎは１．６６６３８である。両曲率半径が正であるので、このレンズはレチクル側に凸のメニスカスレンズであることが分かる。２番目のｄ＝８．０００００ｍｍは、第１番目のレンズＬ１１の面２と第２番目のレンズＬ１２の面３との間隔を示す。
【００２９】
なお図９においては、合計３０枚のレンズにレチクルＲ側から順番に、またグループ毎に、グループＧ１；Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、グループＧ２；Ｌ２Ｆ、ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、Ｌ２Ｒ、グループＧ３；Ｌ３１・・・Ｌ３５、グループＧ４；Ｌ４１・・・Ｌ４６、グループＧ５；Ｌ５１・・・Ｌ５８、グループＧ６；Ｌ６１、Ｌ６２と番号が振ってある。
【００３０】
開口絞りＡＳは、グループＧ４中のレンズＬ４５とＬ４６との間、レンズ面で言えば面３８と面３９との間に配置されている。
【００３１】
また図７に示されているように、この投影光学系においては、投影距離（レチクルＲから第１番目のレンズＬ１１のレチクルＲ側の表面までの距離）ｄ０は９４．９７５５７、倍率βは１／５、開口数ＮＡは０．５７、バック焦点距離（最終レンズＬ６２からウエハＷまでの距離）Ｂｆは２２．６８８６４、レチクルＲとウエハＷとの間隔Ｌは１１００ｍｍである。開口絞りＡＳは、レンズＬ４５とレンズＬ４６との間に配置されている。
【００３２】
図３〜図６を参照して、以上に構成を示した投影光学系において、開口絞りＡＳを配置すべき、物体側から見て無限遠の面が、どのように湾曲するかを説明する。図３の表において、物体の光軸上から、最大開口数ＮＡ（ＮＡ＝０．５７、０．４５、０．３０）を有する光線を追跡したときに、各面に入射する光線の高さ（光軸からの距離）をｈｏとし、物体の最大高の位置からの、最大ＮＡを有する周縁光束が各面へ入射する光線の高さをｈｐ（不図示）とする。また、周縁光束ｈｐの主光線に対して光軸に近い側を通る光線の高さをｈｐｕ、光軸に対して離れる側を通る光線の高さをｈｐｌ、レンズＬ４６の頂点から開口絞りＡＳまでの光軸上に沿った距離をｄとする。
【００３３】
図３に示してあるのは、最大開口数ＮＡ別の、開口絞りＡＳの前後の面の光線の高さである。一般に開口絞りＡＳは、主光線が光軸を切る位置に置くことが理想である。しかしながら、図３を参照すると、物体の光軸上から、最大開口数ＮＡを有する光線を追跡したときに、各面に入射する光線の高さｈｏと、物体の最大高の位置からの、最大ＮＡを有する光束が各面に入射する光線（各面における高さｈｐｕ、ｈｐｌ）とが交わる位置が非対称であることが分かる。
【００３４】
このように非対称成分があるということは、開口数ＮＡを変更したときに光束内の光を均一に絞ることができないことを意味する。光束内の光を均一に絞ることができないと、像面におけるテレセントリシティが悪化する。また、開口数ＮＡの大きさによって上記の光線が交わる位置も異なるため、これらを考慮した位置に開口絞りを配置することが望ましい。
【００３５】
図４に、物体面側から見て無限遠の面の位置とテレセントリシティとの関係を開口数ＮＡ別に線図で示す。ここでは、主光線が像面に入射する角度をθとしたときのｔａｎθを示しており、また、レンズＬ４６の頂点から主光線が光軸を横切る位置までの光軸に沿った距離は、２１．１７１ｍｍである。
【００３６】
図４から分かるように、テレセントリシティを重視すると、開口数ＮＡ＝０．５７では、開口絞りＡＳの位置はｄ＝５．０４ｍｍの位置、即ちレンズＬ４６に近い側に配置するのが好ましく、開口数ＮＡ＝０．３０では、開口絞りＡＳの位置はｄ＝１６．６１ｍｍの位置、即ちレンズＬ４５に近い側に配置するのが好ましいことがわかる。なお、開口数ＮＡ＝０．３０のときは、開口数が比較的小さいので、開口絞りの好ましい位置は、主光線が光軸を切る位置（ｄ＝２１．１７１ｍｍ）に近くなっている。また、中間の開口数ＮＡ＝０．４５のときは、開口絞りＡＳを置くべき位置はｄ＝１０．８７ｍｍである。
【００３７】
図５は、図３に示される数値を、開口絞りの前後のレンズ群における光路図で示したものである。図５では、開口絞りＡＳは主光線が光軸を切る位置に示されている。図中（Ａ）は、開口数ＮＡ＝０．５７、（Ｂ）は開口数ＮＡ＝０．４５、（Ｃ）は開口数ＮＡ＝０．３０の場合を示す図である。
【００３８】
図６は、前述の好ましい位置に開口絞りＡＳを置いた、開口絞り前後のレンズ群における光路図である。図中（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、図５と同様な場合を示し、（Ｄ）は、ＮＡ＝０．５７から、０．４５、０．３０を通って０．０（開口数が無限小）に到る、開口絞りを配置する最適位置を連続的に示した図である。図６の（Ｄ）で分かるように、開口絞りの最適位置は３次元的に考えるとレンズ系の光軸を回転中心とした、レチクル側に底を向けたお椀型の回転対称面を形成している（図中破線で示す）。
【００３９】
次に、図１は本発明による露光装置である投影露光装置の第１の実施の形態の説明図である。本実施の形態では、光源１としての水銀ランプが、回転楕円面で反射面が形成された集光鏡２の第１焦点の位置に配置されている。集光鏡２の第１焦点と第２焦点の間には、反射鏡３が配置されている。反射鏡３でほぼ直角に折り曲げられた集光鏡２の光軸上の第２焦点の位置には、シャッター４が設けられている。
【００４０】
前記光軸上で第２焦点の先には、コリメーターレンズ５が配置されており、ここでほぼ平行な光束に変換された照明光を通過させるバンドパスフィルター６、さらにその先には多数のレンズ要素からなるフライアイレンズ（二次光源生成手段）７が配列されている。
【００４１】
なお、二次光源生成手段（オプティカルインテグレータ）としては、フライアイレンズに限ることなく、例えば内面反射型のロッド状の光学部材を用いても良い。さらに、１つの二次数光源生成手段を配置することに限らず、例えば２つのフライアイレンズを直列的に配置しても良く、或いは、２つの内面反射型のロッド状の光学部材を直列的に配置しても良く、さらには、フライアイレンズと内面反射型のロッド状光学部材とを組み合わせて、照明光路中に直列的に配置しても良い。
【００４２】
フライアイレンズ７の射出側面に近接して絞り８が設けられており、その先の光軸上にはフライアイレンズ７を通過した光を受ける、コンデンサーレンズ群９、１１がこの順で配列されている。コンデンサーレンズ群９と１１の中間には照明範囲を決定する視野絞り１０が配されている。なおコンデンサー光学系としてのコンデンサーレンズ群１１は、本実施の形態ではコンデンサーレンズ１３、１４を含んで構成されており、コンデンサーレンズ１３と１４との間には、光軸をほぼ直角に折り曲げるように折り曲げ鏡１２が配置されている。
【００４３】
以上の光源１からコンデンサーレンズ群１１までを含んで、本発明の照明系１００が構成されている。
【００４４】
コンデンサーレンズ群１１の先、光軸上にはレチクルＲを載置するレチクルステージ（不図示）が配置されている。レチクルステージの下方、コンデンサーレンズ群１１と反対の側には被露光物体である基板Ｗを載置する基板ステージ（不図示）が配置されており、レチクルステージと基板ステージとの間には、本発明の投影系である投影光学系ＰＬが配置されている。本実施の形態では、投影光学系ＰＬは、本発明の第１光学系であるレンズ系１５と第２光学系であるレンズ系１６とを含んで構成されている。レチクルＲと基板Ｗとは、投影光学系ＰＬに関して共役な位置に置かれる。
【００４５】
それらレンズ系１５とレンズ系１６の間には、開口数が可変の開口絞り２１が挿入配置されている。開口絞り２１は、例えば内側が円弧状の輪郭を有する複数の板状のセグメントを、光軸に直交する１平面内で、光軸から見て放射状に移動するようにした通常の写真機の絞りと同様な構造を有する。その内側の円弧の曲率は、当該投影光学系で要求される最大の開口数ＮＡに対応する開口径と同一にする。小開口径のときは、セグメントの数と等しい角の数を有する多角形に近くなるが、近似的には所望の小開口径の開口絞りと見ることができ、セグメントの数を３以上好ましくは５以上さらに望ましくは８以上と多くすれば問題とはならない。
【００４６】
開口絞り２１には、開口の大きさひいては開口数ＮＡを変更する開口径調整機構２２と、開口絞り２１の光軸方向の位置を変更する、即ち前記の光軸に直交する平面を光軸方向に移動する光軸方向調整機構２３とが接続されている。さらに、開口径調整機構２２と光軸方向調整機構２３は、制御系３１に電気的に接続されている。
【００４７】
制御系３１は、図６（Ｄ）に示したような湾曲面に沿って開口絞りの開口部の輪郭の大きさと位置を変更するように定められたプログラムに従って、開口径調整機構２２と光軸方向調整機構２３を同期して動かすように構成されている。
【００４８】
ここで、制御系３１の構成及び動作ついて説明する。
まず、前述の図６（Ｄ）に示すように、投影光学系ＰＬの感光性基板Ｗ側の開口数をＮＡ、投影光学系ＰＬの光軸上における投影光学系ＰＬの瞳面の位置を基準位置（投影光学系ＰＬのＮＡが零（ＮＡ＝０．００）の時の投影光学系ＰＬの瞳の位置）とし、その基準位置から投影光学系ＰＬの光軸方向に沿った開口絞りの距離（光軸方向での移動量）をｙとする。
【００４９】
このとき、投影光学系ＰＬの瞳の形状は、以下に数式（１）で示すように、ＮＡを変数とする３次の多項式（３次関数）で近似的に示すことができる。
【００５０】
ｙ＝ａ（ＮＡ）3十ｂ（ＮＡ）2＋ｃ（ＮＡ）  式（１）
但し、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ定数である。
【００５１】
図６（Ａ）に示すように、ＮＡ＝０．５７のとき、ｄ＝５．０４ｍｍ、ｙ＝１６．３ｍｍであり、また、図６（Ｂ）に示すように、ＮＡ＝０．４５のとき、ｄ＝１０．８４ｍｍ、ｙ＝１０．３３ｍｍであり、さらに、図６（Ｃ）に示すように、ＮＡ＝０．３０のとき、ｄ＝１６．６１ｍｍ、ｙ＝４．５６ｍｍである。
【００５２】
したがって、図６（Ａ）乃至図６（Ｄ）に示す条件を満たす上記数式（１）の各定数（ａ〜ｃ）は、ａ＝−２６．５８、ｂ＝＋７１．６４、ｃ＝−３．８９となる。
【００５３】
以上のことから、図１に示す制御系３１は、これの内部の不図示の演算部内にて、上記数式（１）が記憶されている。また、投影光学系ＰＬの基板Ｗ側の開口数を変更するための情報（不図示の搬送装置によって順次、基板Ｗを保持する基板ステージに設定される露光用基板Ｗ毎の露光条件（ＮＡ等の条件）等を含む搬送情報、レチクルＲを保持するレチクルステージに順次設定される露光用レチクル毎の露光条件（ＮＡ等の条件）を含むレチクル設定情報等）を入力するためのコンソール等の入力装置ＩＳは、制御系３１と電気的に接続されている。
【００５４】
そして、入力装置ＩＳからの出力情報は制御系３１に入力され、制御系３１の内部の演算部は、入力装置ＩＳからの入力情報に基づき、演算部内部に記憶された上記数式（１）によって光軸方向における開口絞り２１の開口部の輪郭の位置を算出する。その後、制御系３１の内部の演算部は、上記算出結果に基づいて開口絞り３１の開口部の大きさ（開口径）及び光軸方向における開口絞り２１の開口部の輪郭の位置を各調整機構（２２、２３）を介して調整する。
【００５５】
このように、レチクルＲの所定パターンの像を感光性基板Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬの瞳面の形状を求める第１工程と、投影光学系ＰＬの瞳面の形状に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面に設定される開口絞り２１の開口部の大きさ及び投影光学系ＰＬの光軸方向におけるその開口絞り２１の開口部の輪郭の位置を調整する第２工程と、その第２工程により調整された投影光学系ＰＬによってレチクルＲのパターン像を感光性基板Ｗ上に投影露光する第３工程とを含む露光方法を行うことが良い。これにより、投影光学系ＰＬの瞳形状に従って開口絞り２１を最適な位置に設定できるため、投影光学系ＰＬの最適な結像性能のもとで、レチクル（原版）Ｒの所定パターンの像を感光性基板上に露光することができる。よつて、良好なる半導体デバイスを製造することができる。
【００５６】
図１を参照して、さらに第１の実施の形態の作用を説明する。図中、光源１から発生される光は集光鏡２により第２焦点に集光される。第２焦点付近に配置されたシャッター４によって、照明光束は、基板ＷへのレチクルＲ上のパターンの投影露光の必要に応じて遮断され、また通過される。
【００５７】
シャッター４を通過し発散する光束は、コリメーターレンズ５によりほぼ光軸に平行な光束に変換され、バンドパスフィルター６により露光波長が選択され（水銀の輝線４３６ｎｍ（ｇ線）、３６５ｎｍ（ｉ線）等）、フライアイレンズ７に入射し、その射出側面に多数の二次光源像を形成する。その多数の二次光源から発散する光束は絞り８によりその径を制限され、コンデンサーレンズ群９、１１により集光され、投影露光されるパターンが描画されたレチクル（マスクであってもよい）Ｒのパターンを重畳的に均一に照明する。その照明範囲は、視野絞り１０によって決定される。
【００５８】
照明光により均一に照明されたレチクルＲ上のパターンを、投影光学系ＰＬが被露光物体である基板即ちウエハＷ上に投影する。
【００５９】
ここで投影光学系ＰＬ中に配された、投影光学系ＰＬの開口数を決定するための開口絞り２１の開口径は、開口径調整機構２２により変更可能である。また、この絞り２１の光軸方向位置は光軸方向調整機構２３により変更可能である。
【００６０】
開口径調整機構２２と光軸方向調整機構２３は、開口絞り２１を駆動させるモータ等の駆動装置及びその駆動装置の駆動量（または開口絞り２１の移動量）を検出するためのエンコーダ等の位置検出装置をそれぞれ含んでいる。また、制御系３１は、前述のとおり、制御系３１の内部の演算部において、開口絞り２１の光軸方向位置を開口径を変数とする関数として電気的に処理することにより、図６（Ｄ）に示したような湾曲面に沿って開口絞りの開口部の輪郭の大きさと位置を変更する。その結果、開口絞り２１は像面におけるテレセントリシティを悪化することなく所望の開口数ＮＡを投影光学系ＰＬに与えることができる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態では、開口絞り２１の位置を常に理想的な配置とするために、開口絞り光軸方向調整機構２３が開口数決定機構（開口径調整機構）２２とリンクし、開口絞り径を変更する度に、あるいは同期させて、開口絞り位置を最適な位置へと移動させる。
【００６２】
図２を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、図１に示される第１の実施の形態とは、開口絞り２１及びその調整機構２２、２３、制御系３１が、それぞれ開口絞り２４及びその調整機構２５、制御系３２に置き換えられた点を除き同様である。
【００６３】
この第２の実施の形態の開口絞り２４は、図６（Ｄ）に示されるような、お椀型の湾曲面に沿って湾曲しており、開口径を変更したときに、常にその輪郭即ち絞りのエッジが最適な位置に来るように構成されている。
【００６４】
例えば、そのような湾曲面を球面近似し、その球面を複数のセグメントに形成し、各セグメントは光軸に向いた内側が円弧状の輪郭を有するように加工する。その円弧の曲率は、当該投影光学系で要求される最大の開口数ＮＡに対応する開口径（図３〜図６の例では開口数ＮＡ＝０．５７の場合の開口径）と同一にする。
【００６５】
また各セグメントが、近似した球面の中心を中心として回動するように支点を定める。回動することによって、前述の円弧の輪郭が、光軸を中心とする半径の方向に湾曲面（に近似した球面）に沿って移動する。各セグメントはお互いにオーバーラップさせる。そのオーバーラップ量は、最大開口径のときでもお互いの間に間隙ができないように定める。
【００６６】
この場合も、第１の実施の形態と同様に、小開口径のときは、セグメントの数と等しい角の数を有する多角形に近くなるが（但し近似した球面上で）、近似的には所望の小開口径の開口絞りと見ることができ、セグメントの数を３以上好ましくは５以上さらに望ましくは８以上と多くすれば問題とはならない。
【００６７】
以上のように、本実施の形態では、開口絞り位置を常に理想的な配置とするために、開口径が可変の絞り（開口絞り）２４そのものを湾曲させ、湾曲した理想開口絞り位置（図６（Ｄ）参照）に沿って開口絞り径が変わる様に構成されている。
【００６８】
図１０を参照して、本発明の第３の実施の形態の開口絞りの構造と作用を説明する。図１０において、光軸に直交する平面内に光軸を中心とする、不図示のリングが設けられ、このリングに沿ってほぼ長方形をした複数の細長い矢羽４１の一方の短辺４１ａが回動可能に取り付けられている。即ち蝶番の回転軸がリングに相当し、リングを軸として矢羽４１が菊の花弁のように開閉可能になっている。したがって、リングは実際には複数の矢羽４１の数と同数の辺を有する多角形である。また矢羽４１は、リングに隙間無く取り付けられており、他方の短辺４１ｂ側が開口の輪郭を形成し、全体で光学的な開口絞りとなっている。
【００６９】
また、前記矢羽４１の短片は僅かに湾曲している。その曲率はほぼリングの半径と同一であり、矢羽がリングを中心として開閉したときに、開口が円に近く近似されるようになっている。ここで、各矢羽４１は第１の矢羽の一方の長辺が隣りの第２の矢羽の一の長辺と重なり、第２の矢羽の隣りの第３の矢羽とも同様な関係で長辺同士が重なるように配列され、リングを一周して最後の矢羽の一方の長辺が第１の矢羽の他方の長辺に重なって全体が開口絞りとして形成される。
【００７０】
隣接する矢羽の長辺同士が重なるようにするために、矢羽の短辺４１ａがとり付く回転軸がリングから僅かに偏向されるように構成すのが望ましい。
【００７１】
また、図１０（Ａ）に示されるように矢羽４１が最も閉じた位置において、矢羽の短辺４１ｂが、欲しい最小の開口数（本実施の形態ではＮＡ＝０．３０）に対応する開口径を、図１０（Ｂ）に示されるように矢羽４１が最も開いた位置において、矢羽の短辺４１ｂが、欲しい最大の開口数（本実施の形態ではＮＡ＝０．５７）に対応する開口径を形成するように設定される。
【００７２】
このように構成された開口絞りは、短辺４１ａを中心に回動すると、短辺４１ｂが全体として、図６（Ｄ）に示されるような開口絞りを配置する最適位置（図１０にも破線で示してある）に沿って移動する。但し、本第３の実施の形態では、短辺４１ｂは短辺４１ａを中心とする円に沿って移動するので、ＮＡ＝０．３０とＮＡ＝０．５７では、短辺４１ｂは最適開口絞りの位置に一致するが、その中間では必ずしも最適開口絞り位置とはならない。しかしながら、近似的には最適開口絞り位置にあるといえる。
【００７３】
図１０には、矢羽の数が１６の場合を示してあるが、これに限らず矢羽は枚数を多くすればするほど開口の円形近似は良くなる。
【００７４】
次に本発明による半導体デバイスを製造する方法の実施の形態を説明する。本実施の形態では、先ず第１と第２の実施の形態で説明したような本発明の投影系である投影光学系ＰＬの物体面に相当する位置に原版であるレチクルＲを提供すると共に、投影光学系ＰＬの像面に感光性基板Ｗを提供する。また、図１あるいは図２に示されるような照明系１００によって原版Ｒを照明する。このようにして、投影光学系ＰＬを介して原版Ｒのパターンを感光性基板Ｗに投影露光する。このとき、第１と第２の実施の形態で説明したように、開口絞りの開口部の輪郭は、図６（Ｄ）に示されるような湾曲面、あるいはそれを近似した湾曲面（近似球面）に沿って変更される。その結果、最適な結像性能で投影露光ができるので、微細加工に対応した半導体製造が可能となる。
【００７５】
なお、一般にレチクルＲの特性によって必要とされる解像力Ｒｅと焦点深度Ｄは異なる。そこで、各レチクルＲ毎にバーコード等のＩＤ記号（同定記号）を付しておいて、各レチクルＲを投影露光装置に使用するに際してＩＤ記号を読みとれるようにしておく。一方、制御系３１あるいは３２には、レチクルＲのＩＤ記号と対応付けてレチクルＲの情報を記憶させておく。そして、特定のレチクルＲを露光装置で使用する際に、バーコードリーダー等のセンサで読みとったＩＤ記号に基づいてレチクル情報を知り、その情報に応じて必要な開口絞り調整を行えばよい。
【００７６】
また、解決すべき課題は、被露光物体面側をテレセントリックとする必要があるところから発生しているが、投影光学系内の開口絞りの開口数を可変とする場合、すべての開口数にて同等のテレセントリシティーが求められる訳ではなく、開口数によりテレセントリシティーの優先順位を付けることが可能である。本発明による投影光学系の開口絞りが光軸方向に調整可能である投影露光装置では、この優先順位をにらみつつ、ユーザー毎に最も最適とされる位置に開口絞りを配すれば良い。
【００７７】
以上の実施の形態では、光源として水銀ランプ１からのｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５ｎｍ）を用いた例を示したが、本発明は、これに限ることなく、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザを光源として用いても良い。この場合、コリメーターレンズ５が不要となるが、これの代わりに、エキシマレーザ光源からの光束を整形するビームエキスパンダ光学系をエキシマレーザ光源とオプティカルインテグレータ（二次光源生成手段）との間に配置することが望ましい。
【００７８】
また、本発明では、レチクル（マスク）Ｒのパターンを感光性基板（ウエハＷ等の基板）を投影光学系ＰＬを介して一括的に露光する露光装置に限ることなく、レチクル（マスク）Ｒと感光性基板（ウエハＷ等の基板）とを移動させて、レチクル（マスク）Ｒのパターンを感光性基板（ウエハＷ等の基板）に走査露光する走査型の露光装置に適用できることは言うまでもない。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、開口部の大きさが変更可能に構成されると共に、その開口部の輪郭の位置が投影系の光軸の方向に沿って変更可能に構成された開口絞りを備えるので、開口数の大きさにかかわらず開口絞りが理想的な位置にあるような投影露光装置及び露光方法、さらには半導体デバイスの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による露光装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明による露光装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明による露光装置に使用される投影系の開口絞り前後における光線の高さの実例を数値で示す図である。
【図４】図３の数値をグラフ化した線図である。
【図５】図３の数値を図示した光路図である。
【図６】図３の場合において、絞りを最適な位置に置いた場合を示す光路図である。
【図７】本発明を用いる投影系のレンズデータの実例を数値で示す図である。
【図８】図７のレンズデータの続きを示す図である。
【図９】図７、図８のレンズデータを有する投影系の構成を示す側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１  光源
２  集光鏡
３  反射鏡
４  シャッター
５  コリメーターレンズ
６  バンドパスフィルター
７  フライアイレンズ
８  絞り
９  コンデンサーレンズ群
１０  視野絞り
１１  コンデンサーレンズ群
１２  折り曲げ鏡
１３、１４  コンデンサーレンズ
１５  第１光学系のレンズ
１６  第２光学系のレンズ
２１、２４  開口絞り
２２  開口径調整機構
２３  光軸方向調整機構
２５  調整機構
３１、３２  制御系
４１  湾曲矢羽
４１ａ  湾曲矢羽のリング側端部
４１ｂ  湾曲矢羽の開口側端部
１００  照明系
Ｒ  レチクル
ＰＬ  投影系
Ｗ  ウエハ
【図１】
0004066085.tif 000002
【図２】
0004066085.tif 000003
【図３】
0004066085.tif 000004
【図４】
0004066085.tif 000005
【図５】
0004066085.tif 000006
【図６】
0004066085.tif 000007
【図７】
0004066085.tif 000008
【図８】
0004066085.tif 000009
【図９】
0004066085.tif 000010
【図１０】
0004066085.tif 000011