(57)【要約】【課題】基板に形成される原版のパターンの線幅ばらつきを減少する露光装置及び開口絞りの製造方法を提供する。【解決手段】照明光学系のオプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂからずれた位置に配置される開口絞り１１の開口部１１ａと遮光部１１ｂとの間に中間の透過率を有する減光部１１ｃを形成した露光装置を提供する。【選択図】図６
2009302354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンの像を基板に投影する投影光学系と、
前記投影光学系の瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子と、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置された開口絞りとを有する露光装置であって、
前記開口絞りは、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との間に前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を有する減光部と、を有し、
前記減光部の幅は、前記波面分割素子の射出側の開口数をα、前記波面分割素子の射出側の前記焦点面と前記開口絞りとの距離をＺとすると、前記波面分割素子の波面分割周期の１周期又はＺ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（α））／２の値以上で前記波面分割素子の波面分割周期の５周期以下であることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記減光部は、薄膜によって形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】
前記減光部は、減光フィルターによって形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４】
前記露光装置は、前記原版と前記基板とを走査方向に走査することによって前記原版のパターンを前記基板に露光し、
前記減光部は、前記開口部と前記遮光部との境界の接線と前記走査方向とのなす角度の絶対値が０度以上４５度以下となる範囲に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項５】
原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記投影光学系の開口数を決定する瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子と、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置された開口絞りとを有する露光装置であって、
前記開口絞りは、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との境界に設けられて前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を与えるパターン部と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記パターン部の振幅は、前記波面分割素子の射出側の開口数をα、前記波面分割素子の射出側の前記焦点面と前記開口絞りとの距離をＺとすると、前記波面分割素子の波面分割周期の１周期又はＺ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（α））／２の値以上で前記波面分割素子の波面分割周期の５周期以下であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記パターン部は、鋸歯状のパターン、波状のパターン、複数の穴の集合のパターンの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記開口部の半径方向において最も長い長さは、前記波面分割素子の波面分割周期の１５周期以下であることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記開口部による変形照明は少なくとも二つ以上の極を有することを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の露光装置を用いて原版のパターンを基板に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。
【請求項１１】
原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンの像を基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子とを有する露光装置に用いられ、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置される開口絞りの製造方法において、
前記開口絞りに、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との間に前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を有する減光部とを設け、
前記波面分割素子の波面分割周期、又は、前記波面分割素子の射出側の開口数及び前記波面分割素子の射出側の前記焦点面と前記開口絞りとの距離を用いて前記減光部の幅を決定する決定ステップと、
該決定された幅の前記減光部と、前記遮光部と、前記開口部とを有する開口絞りを作成するステップと、
を有することを特徴とする開口絞りの製造方法。
【請求項１２】
前記原版のパターンに基づいて前記遮光部と前記開口部の形状を決定するステップを有し、
前記決定ステップにおいて、該決定された前記遮光部と前記開口部との形状情報を用いて、前記パターンの結像性能において前記減光部が与える影響の度合いを求め、該求められた影響の度合いに基づいて前記減光部の幅を決定することを特徴とする請求項１１に記載の開口絞りの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、デバイス製造方法及び開口絞りの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明光を均一にするオプティカルインテグレータを備えた照明光学系で原版を露光し、投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する投影露光装置は従来から知られている。近年、投影露光装置には解像度の向上が益々要求されている。
【０００３】
二重極照明や四重極照明などの変形照明（斜入射照明）は解像度の向上に有効であり、所望の有効光源形状を有する変形照明はオプティカルインテグレータの射出面（照明光学系の瞳面）に配置された開口絞りによって実現可能である。特に近年では、半径方向の長さが極端に小さい開口絞りを使用した斜入射照明が要求されることが多い（特許文献１を参照）。
【０００４】
その他の従来技術としては特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００７−０８０９４７号公報
【特許文献２】特開平５−３１５２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
開口絞りは、機械的干渉を避けるためにオプティカルインテグレータの後側焦点面からずれた位置（デフォーカスした位置）に配置される。すると、被照明面の画角毎に有効光源分布に差異が生じると共に被照明面の軸外位置の有効光源分布が非対称となる。その結果、基板上に形成されるパターン部の線幅ばらつきが増大し、歩留まりが悪化する。特に、近年要求されている極端な斜入射照明では、この影響が無視できなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、基板に形成される原版のパターンの線幅ばらつきを減少する露光装置及び開口絞りの製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての露光装置は、原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンの像を基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子と、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置された開口絞りとを有する露光装置であって、前記開口絞りは、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との間に前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を有する減光部と、を有し、前記減光部の幅は、前記波面分割素子の射出側の開口数をα、前記波面分割素子の射出側の前記焦点面と前記開口絞りとの距離をＺとすると、前記波面分割素子の波面分割周期の１周期又はＺ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（α））／２の値以上で前記波面分割素子の波面分割周期の５周期以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の側面としての露光装置は、原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の開口数を決定する瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子と、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置された開口絞りとを有する露光装置であって、前記開口絞りは、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との境界に設けられて前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を与えるパターン部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の側面としての開口絞りの製造方法は、原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンの像を基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系の瞳面と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子とを有する露光装置に用いられ、前記波面分割素子の射出側の焦点面からずれた位置に配置される開口絞りの製造方法において、前記開口絞りに、遮光部と、前記原版を変形照明するための開口部と、前記遮光部と前記開口部との間に前記遮光部の透過率よりも大きくて前記開口部の透過率よりも小さい透過率を有する減光部とを設け、前記波面分割素子の波面分割周期、又は、前記波面分割素子の射出側の開口数及び前記波面分割素子の射出側の前記焦点面と前記開口絞りとの距離を用いて前記減光部の幅を決定する決定ステップと、該決定された幅の前記減光部と、前記遮光部と、前記開口部とを有する開口絞りを作成するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板に形成される原版のパターンの線幅ばらつきを減少することが可能な露光装置及び開口絞りの製造方法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】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１の露光装置のブロック図である。Ｚ軸方向は光軸方向であり、ＸＹ平面は光軸に垂直な平面である。露光装置は、光源１、照明光学系、原版ステージＲＳ、投影光学系ＰＯ、基板ステージＷＳを有し、原版（マスク又はレチクル）Ｒのパターンを基板（ウエハや液晶基板）Ｗに露光する。また、露光装置は、原版Ｒと基板Ｗを相対的に走査するステップアンドスキャン方式を用いる走査型露光装置である。Ｙ軸方向は走査方向であり、Ｘ軸方向は走査方向と垂直な方向である。
【００１３】
光源１は、水銀ランプやエキシマレーザーを使用するが、本発明は光源の種類や波長、個数を限定しない。
【００１４】
照明光学系は、図１において、リレー光学系２〜結像光学系１４を含み、原版Ｒを照明する。
【００１５】
リレー光学系２は、光源１からの光束を矩形状断面を有するほぼ平行な光束に変換する。３は回折光学素子で特性の異なる他の回折光学素子４と交換可能なように構成されている。回折光学素子３からの射出光は、コンデンサーレンズ５によって集光され、回折パターン部面６に回折パターン部を形成する。回折光学素子を交換すれば、輪帯状や多重極状など複数の回折パターン部を形成することができる。
【００１６】
回折パターン部面６に形成された回折パターン部は、プリズム７、ズームレンズ８によって大きさや形状が調整された後で偏向ミラー９に入射する。プリズム７はズーミングすることが可能であり、第１プリズム部材７ａと第２プリズム部材７ｂの距離が十分に小さい場合、第１プリズム部材７ａと第２プリズム部材７ｂは一体化した一枚の平行ガラス平板とみなすことができる。このとき、回折パターン部面６に形成された回折パターン部は、ほぼ相似形状を保ちながらズームレンズ８によって拡大縮小され、オプティカルインテグレータ１０の入射面に結像される。第１プリズム部材７ａと第２プリズム部材７ｂの位置を離すことによって、回折パターン部面６に形成された回折パターン部は輪帯幅などの形状を調整することができる。偏向ミラー９によって反射した光束はオプティカルインテグレータ１０に入射する。
【００１７】
オプティカルインテグレータ１０は、原版Ｒを均一に照明する光学素子で、ハエの目レンズ、マイクロレンズアレイ等を使用することができる。本実施例のオプティカルインテグレータ１０は、投影光学系ＰＯの開口数を決定する投影光学系ＰＯの瞳面ＰＯ１と共役な位置に二次光源を形成する波面分割素子であるハエの目レンズである。このため、オプティカルインテグレータ１０は複数の微小レンズを二次元的に配置した構成からなり、オプティカルインテグレータ１０に入射した光束は二次元的に分割され、照明光学系の瞳面に二次光源を形成する。
【００１８】
照明光学系の瞳面（投影光学系ＰＯの瞳面ＰＯ１と共役な位置）又はオプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂからわずかにずれた位置には、不要光を遮蔽して所望の光強度分布を形成する開口絞り１１が配置されている。開口絞り１１は、形状の異なる他の開口絞りと図１に示す矢印に示すように交換可能なように、例えば、ターレット等の絞り交換装置（不図示）上に並べられている。
【００１９】
オプティカルインテグレータ１０の射出面（照明光学系の瞳面）は原版Ｒとフーリエ変換の関係（物体と瞳又は瞳と像の関係）であり、その光強度分布は基板Ｗに入射する露光光束の角度分布を規定し、有効光源分布と呼ばれる。
【００２０】
以下、開口絞り１１の代わりに従来の開口絞りＡＳを使用した場合の問題点について説明する。図２（ａ）は、透過率１００％の開口部ＡＳａと透過率０％の遮光部ＡＳｂを有する従来の開口絞りＡＳの平面図である。図２（ｂ）は開口絞りＡＳのＸ方向（図中の一点鎖線部分）の透過率分布である。上述したように、開口絞りＡＳは複数の開口絞りが照明条件に合わせて交換可能なように絞り交換装置に搭載され、オプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂはオプティカルインテグレータ１０の端面から極めて近い位置にある。このため、絞りの保持機構や絞り交換装置とオプティカルインテグレータ１０との機械的干渉を避けるためには、開口絞りＡＳはオプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂからずれた位置（デフォーカスした位置）に配置せざるを得ない。
【００２１】
図３（ａ）はオプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂからデフォーカスした位置に絞りを配置した場合の、被照明面（原版Ｒ又はそれと共役な面）ＴＰの軸上と軸外へ入射する光線の様子を模式的に表した図である。オプティカルインテグレータ１０はハエの目レンズで、微小レンズＦＥ１〜ＦＥ１７によって構成されている。ハエの目レンズに入射した光束は二次元的に分割され、照明光学系の瞳面に二次光源を形成する。二次光源の周期は微小レンズの周期に依存する。１２はコンデンサーレンズであり、オプティカルインテグレータ１０によって形成された二次光源を被照明面ＴＰに重畳照明する。従って、被照明面ＴＰへの入射光はハエの目レンズによって形成された二次光源の周期に依存した離散的な角度分布を有する。
【００２２】
ハエの目レンズから同一の角度で射出された光束は、被照明面ＴＰ上のほぼ同一の画角に結像される。図３（ａ）は、簡便のため、ＦＥ１〜ＦＥ５及びＦＥ１３〜１７から射出され、被照明面ＴＰ上の軸上位置ＦＰ０と軸外位置ＦＰ１及びＦＰ２の３点に到達する光線のみを示している。
【００２３】
開口絞りＡＳの位置とハエの目レンズの後側焦点面１０ｂとが一致している場合、同一の微小レンズから射出された光線は、瞳面（開口絞り）上の同じ位置を通る。コンデンサーレンズ１２が理想的なレンズであれば、軸上位置ＦＰ０、軸外位置ＦＰ１及びＦＰ２に入射する光線の角度分布は同一になる。
【００２４】
一方、図３（ａ）に示すように開口絞りＡＳがハエの目レンズの後側焦点面１０ｂからデフォーカスしている場合、同一のハエの目レンズから射出した光線は、ハエの目レンズからの射出角度とデフォーカス量に応じて開口絞り上の異なる位置を通る。従って、軸上位置ＦＰ０へ入射する光の角度分布と軸外位置ＦＰ１及びＦＰ２に入射する光の角度分布は異なってしまう。更に、図３（ａ）において、軸上位置ＦＰ０には微小レンズＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４、ＦＥ１４、ＦＥ１５、ＦＥ１６から射出した光線が入射する。一方、軸外位置ＦＰ１では微小レンズＦＥ１４から射出した光線が、軸外位置ＦＰ２では微小レンズＦＥ４から射出した光線がそれぞれ開口絞りによって遮光されてしまう。即ち、軸上位置ＦＰ０、軸外位置ＦＰ１及びＦＰ２に入射する光線の角度分布（有効光源分布）が異なってしまう。
【００２５】
図４（ａ）は軸上位置ＦＰ０における有効光源分布ＥＦＳ０と開口絞りＡＳの透過率分布ＡＳ１を示し、図４（ｂ）は軸外位置ＦＰ１における有効光源分布ＥＦＳ１と開口絞りＡＳの透過率分布ＡＳ１を模式的に示している。破線は開口絞りＡＳにより遮光される光強度分布を表している。有効光源分布ＥＦＳ１は有効光源分布ＥＦＳ０に対して、像高に依存する量ｓだけシフトしている。その結果、ＦＰ１の有効光源分布の左側では３つの微小レンズＦＥ２、ＦＥ３、ＦＥ４からの光線が入射するのに対して、右側では２つの微小レンズＦＥ１５及びＦＥ１６の光線しか入射しないため、有効光源分布の左右で光量差が大きい。
【００２６】
このように有効光源分布の左右で光量差が発生している場合、基板Ｗが投影光学系ＰＯの焦点位置からデフォーカスしたときに、露光パターン部の位置ずれ（デフォーカスディストーション）やパターン部左右の線幅に差が生じる。
【００２７】
以上のように、ハエの目レンズの後側焦点面１０ｂからデフォーカスした位置に開口絞りＡＳを配置した場合、軸外位置の入射角度分布は軸上位置に対してシフトした角度分布を有する。即ち、被照明面ＴＰの画角毎に入射角度分布（有効光源分布）に差異が生じてしまい、更には軸外位置の有効光源分布に非対称性が発生してしまう。その結果、基板上に形成されるパターン部の露光面内での線幅ばらつきが増大し、ひいては半導体デバイス製造における歩留まりの悪化を招いてしまう。
【００２８】
そこで、本実施例では開口絞り１１を使用している。開口絞り１１が、オプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂ（射出側の焦点面）から射出側にずれた位置（デフォーカスした位置）に配置されている点は開口絞りＡＳと同様である。
【００２９】
開口絞り１１は、遮光部と、原版Ｒを変形照明する形状を有する開口部と、後述する減光部と、を有する。開口部は変形照明を与えるので解像度を向上することができる。ここで、本実施例の開口絞り１１の開口部による変形照明は二重極照明である。但し、開口絞り１１の遮光部と開口部の形状としては、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、原版Ｒのパターン部に最適化された様々な形状を使用することができる。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、Ｖ１は開口部でＶ２は遮光部である。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、本実施例の減光部を省略している。図５（ａ）に示す開口絞りは、小σ照明と輪帯照明を組み合わせた照明を与え、図５（ｂ）に示す開口絞りは四重極照明を与え、図５（ｃ）に示す開口絞りは十字照明を与え、図５（ｄ）に示す開口絞りは二重極照明を与える。減光部の幅は、後述するように、決定された記遮光部と開口部との形状情報（二重極など）を用いてパターンの結像性能において減光部が与える影響の度合いを求め、求められた影響の度合いに基づいて決定される。
【００３０】
図６（ａ）は開口絞り１１の平面図である。開口絞り１１は、透過率がほぼ１００％の開口部１１ａと透過率がほぼ０％の遮光部１１ｂとの間に、開口部１１ａと遮光部１１ｂのそれぞれの透過率の中間の透過率を有する減光部１１ｃを有する。即ち、中間の透過率は、遮光部１１ｂの透過率よりも大きくて開口部１１ａの透過率よりも小さい。図６（ｂ）は開口絞り１１のＸ軸断面（図中の一点鎖線部分）の透過率分布である。開口絞り１１の減光部１１ｃの透過率分布１１ｄは、開口部１１ａと遮光部１１ｂとの間でほぼ０％から１００％まで連続的に変化している。
【００３１】
図７（ａ）は、被照明面ＴＰの軸上位置における有効光源分布ＥＦＳ０と開口絞り１１の透過率分布１１ｄ、図７（ｂ）は被照明面ＴＰの軸外位置の有効光源分布ＥＦＳ１と開口絞り１１の透過率分布１１ｄを模式的に示している。破線は開口絞り１１により遮光される光強度分布であることを表している。有効光源分布ＥＦＳ１は有効光源分布ＥＦＳ０に対してｓだけシフトしているが、遮光部１１ｂと開口部１１ａとの間に減光部１１ｃが形成されているため、図４（ｂ）に比べて有効光源分布の幅や大きさの変化が小さくなっている。更に、有効光源分布ＥＦＳ１の左右の光量差は図４（ｂ）の場合に比べて小さい。従って、有効光源分布ＥＦＳ０に対して有効光源分布ＥＦＳ０がシフトしても、線幅ばらつきへの影響は開口絞りＡＳを使用した場合よりも小さい。
【００３２】
開口絞り１１は、石英や蛍石などの透過部材にＣｒなどを蒸着することで遮光部１１ｂが形成されている。減光部１１ｃは、例えば、Ｃｒを所定の濃度で蒸着させた減光フィルターや、所定の透過率を有するように設計された薄膜などで形成される。減光部１１ｃの透過率分布は図６（ｂ）に示すように連続的に変化するものに限定されない。例えば、開口絞り１１は、図８（ａ）に示す開口絞り２１や図９（ａ）に示す開口絞り３１に置換されてもよい。図８（ａ）に示す開口絞り２１は、透過率がほぼ１００％の開口部２１ａと透過率がほぼ０％の遮光部２１ｂとの間に、開口部２１ａと遮光部２１ｂのそれぞれの透過率の中間の透過率を有する減光部２１ｃを有する。また、開口絞り２１は、図８（ｂ）に示すように、離散的に変化する透過率分布２１ｄを有する。図９（ａ）に示す開口絞り３１は、透過率がほぼ１００％の開口部３１ａと透過率がほぼ０％の遮光部３１ｂとの間に、開口部３１ａと遮光部３１ｂのそれぞれの透過率の中間の透過率を有する減光部３１ｃを有する。また、開口絞り３１は、図９（ｂ）に示すように、５０％程度の一定の透過率分布３１ｄを有する。
【００３３】
ここで、被照明面ＴＰの照射領域の最軸外位置における、軸上位置に対しての有効光源分布の開口絞りの位置におけるシフト量Ｄは以下の式で表される。αはオプティカルインテグレータ１０の射出側の開口数（又は微小レンズの射出側の開口数）、Ｚはオプティカルインテグレータ１０の後側焦点面１０ｂと開口絞り１１とのＺ軸方向の距離である。図３（ｂ）は、図３（ａ）において開口絞り２０を開口絞り１１に置換して微小レンズＦＥ１６の近傍を拡大した断面図である。θを微小レンズＦＥ１６から射出するマージナル光線とＺ軸方向との角度とすると、次式が成立する。
【００３４】
【数１】
2009302354.tif 000003
【００３５】
また、空気の屈折率ｎを１とすると次式が成立する。
【００３６】
【数２】
2009302354.tif 000004
【００３７】
従って、数式３が成立する。
【００３８】
【数３】
2009302354.tif 000005
【００３９】
被照明面ＴＰの軸上位置の有効光源分布に対して軸外位置の有効光源分布がずれることにより発生する線幅ばらつきを小さくするためには、開口絞り１１の減光部１１ｃのＸ軸方向の幅は少なくともＤ／２以上であることが望ましい。
【００４０】
更に、有効光源分布はオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期に対応した周期で離散性を有する。このため、光軸に垂直な面における減光部１１ｃの幅はオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の少なくとも１周期以上であることが望ましい。
【００４１】
また、開口絞り１１の開口部１１ａが小さくなるほど有効光源分布のシフトの影響が大きくなって線幅ばらつきに与える影響が大きくなる。本発明者の検討によれば、開口部１１ａの光軸に垂直な面における半径方向において最も長い長さが、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の１５周期以下であると有効光源分布のシフトが線幅ばらつきに与える影響が無視できなくなる。なお、半径方向において最も長い長さは、本実施例では、Ｘ軸方向における長さである。このため、開口絞り１１の開口部１１ａの半径方向の長さが、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の１５周期以下である場合には、開口部１１ａと遮光部１１ｂとの間に減光部１１ｃを設けることが望ましい。
【００４２】
開口絞り１１の開口部１１ａは、原版のパターンに対して最適化されている。最適化に際しては、計算を簡略化するために開口部１１ａと遮光部１１ｂのみしか考慮されていないことが多いため、減光部１１ｃは、最適化された結像性能をできるだけ崩さない最低限の幅を有することが好ましい。
【００４３】
原版のパターンの結像性能について前記減光部が与える影響の度合いに基づいて減光部の幅の上限を決定することができる。図１３（ａ）は、図６に示す開口絞り１１を使用した場合の基板Ｗに形成されるパターンの線幅差をシミュレーションした結果である。縦軸は一定の目標線幅との誤差であり、横軸の周期方向に並んだ各パターンを示している。また、黒丸は、減光部１１ｃの幅が、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期（波面分割周期）の２周期分である場合の結果を示している。白丸は、減光部１１ｃの幅が、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の６周期分である場合の結果を示している。ここで、パターンは、図１３（ｂ）に示すように、一方向には周期的で、それと直交する方向には孤立的なコンタクトホールパターンである。図１３（ｂ）は１２個のパターンしか図示していないが、もちろん、実際にはパターンの周期方向及びそれと直交する方向に、より多くのパターンが形成されている（例えば、周期方向にはＰ１５個以上）。図１３（ａ）中のＰ１はパターンの周期方向の周期端（この場合、右側に更なるパターンがない）であり、Ｐ１４側はパターンの周期方向の密集部分（周囲に更に別のパターンがある）である。
【００４４】
減光部１１ｃの幅が、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の２周期分であれば、開口部と遮光部のみとから形成される開口絞りを使用した場合に対して結像性能に悪影響を与えない。一方で、減光部１１ｃの幅がオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の６周期分である場合には、目標線幅との差が大きくなり、結像性能が悪化してしまっている。５周期分の場合の結果を見やすくするために図示していないが、減光部１１ｃの幅が、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の５周期分である場合には、２周期分と類似した良好な結果が得られた。以上から、図１３においては、減光部１１ｃの幅はオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の２周期以上５周期以下とすればよい。一般に、減光部１１ｃの幅は、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の５周期以下である必要がある。
【００４５】
以上より、図１３（ａ）の結果に基づいて、開口絞りを製造する際に、波面分割素子の波面分割周期、又は、波面分割素子の射出側の開口数及び波面分割素子の射出側の焦点面と開口絞りとの距離を用いて減光部の幅を決定することができる。また、減光部の幅を決定するために数式３も考慮に入れることができる。そして、そのようにして決定された幅で減光部が作成される。
【００４６】
ここで、特許文献２は、ステップアンドリピート方式の露光装置において様々なピッチを有する原版のパターンに対応した変形照明を提供するために、開口絞りの遮光部から開口部までの間の光透過率を連続的に変化させることを提案している。しかし、減光部をなるべく広く確保する特許文献２は原版のパターンに最適化された結像性能を崩すおそれがあり、この点で本実施例の開口絞り１１は特許文献２とは相違する。
【００４７】
以上をまとめると、減光部１１ｃの幅は、オプティカルインテグレータ１０の波面分割周期の１周期又はＺ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（α））／２の値以上でオプティカルインテグレータ１０の波面分割周期の５周期以下となるように決定又は設計される必要である。
【００４８】
原版ステージＲＳと基板ステージＷＳを同期して走査露光を行う走査型露光装置においては、被照明面ＴＰは走査方向（Ｙ軸方向）に積算露光されるため、走査方向の軸外位置と軸上位置の有効光源分布は積算されて平均化される。従って、走査方向の軸外位置と軸上位置との有効光源分布の差異は問題とならないため、開口絞り１１の減光部１１ｃは開口部１１ａの少なくとも走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の一部分に形成されていればよい。
【００４９】
例えば、開口絞り１１は、図１０に示す減光部４１ｃを有する開口絞り４１と置換されてもよい。図１０（ａ）に示す開口絞り４１は、透過率がほぼ１００％の開口部４１ａと透過率がほぼ０％の遮光部４１ｂとの間に、開口部４１ａと遮光部４１ｂのそれぞれの透過率の中間の透過率を有する減光部４１ｃを有する。図１０において、Ｙ軸方向が走査方向である。減光部４１ｃを形成するに際しては、減光部４１ｃのない開口絞りを考える。そして、開口部４１ａと遮光部４１ｂとの境界の接線と走査方向であるＹ軸方向とのなす角度γの絶対値が０度以上４５度以下となる部分にのみ、減光部４１ｃを設ければよい。開口部４１ａと遮光部４１ｂとの境界の接線と走査方向とのなす角度γの絶対値が４５度以上９０度以下の部分は、走査露光によって十分に平均化されるため、減光部４１ｃを設けなくてもよい。
【００５０】
オプティカルインテグレータ１０の射出光束はコンデンサーレンズ１２で集光され、照明光学系の瞳面に形成された二次光源で被照明面である原版Ｒ（更には基板Ｗ）と共役な位置に配置された視野絞り１３を重畳照明する。視野絞り１３は原版ステージＲＳに保持される原版Ｒ（更には基板Ｗ）の露光範囲を規定するための絞りであり、複数の可動な遮光板によって、任意の開口形状が形成できるように構成されている。１４、１５は視野絞り１３によって形成された開口形状を、原版Ｒに投影する結像光学系である。
【００５１】
投影光学系ＰＯは、原版Ｒのパターン部を基板ステージＷＳにより支持された基板Ｗに投影する。
【００５２】
露光時には原版ステージＲＳと基板ステージＷＳが同期して走査露光を行う。基板Ｗにはフォトレジスト（感光剤）が塗布されており、原版Ｒ上のパターン部を投影することによって感光し、現像することによって基板Ｗ上にパターン部が形成される。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は、開口絞り１１の代わりに開口絞り５１を使用する点を除いて、実施例１と同様である。図１１（ａ）は開口絞り５１の平面図である。開口絞り５１は、開口部５１ａと遮光部５１ｂとの境界に、周期ｔ、振幅Ａの微細な鋸歯状のパターン部５１ｃが形成されている。図１１（ｂ）は、開口絞り５１において走査方向（Ｙ軸方向）に沿った幅ｔの領域内（図１１（ａ）中の一点鎖線で挟まれた領域）の各Ｘ位置におけるＹ軸方向の積算透過率分布５１ｄを示す図である。パターン部５１ｃは、開口部５１ａと遮光部５１ｂとの境界に設けられて遮光部５１ｂの透過率よりも大きくて開口部５１ａの透過率よりも小さい透過率を与える。
【００５４】
開口絞り５１の開口部５１ａのＸ方向の幅は、図１１（ａ）の一点鎖線で挟まれた領域内において、±Ａだけ連続的に変化している。従って、幅ｔの領域内での各Ｘ位置におけるＹ軸方向の積算透過率分布は、図１１（ｂ）に示すように、開口部５１ａと遮光部５１ｂとの間で連続的に変化する分布となる。即ち、開口部５１ａと遮光部５１ｂとの境界に微細なパターン部を形成することよって、開口部５１ａと遮光部５１ｂとの間に実質的に減光部が形成される。減光部により、軸外位置の有効光源分布がシフトしてしまうことにより発生する線幅ばらつきを小さくすることができる。
【００５５】
パターン部５１ｃは鋸歯状のパターンに限らず、波状のパターンを有してもよい。更には、パターン部５１ｃは、図１２に示すような密度や径の異なる微細な穴の集合パターンやドットパターンを有してもよい。パターン部５１ｃにより、遮光部と開口部との間に実質的に減光部を形成することができる。図１２は、開口部６１ａと遮光部６１ｂの境界に穴の集合のパターンを有するパターン部６１ｃが形成されている開口絞り６１の平面図である。
【００５６】
開口絞り５１は、例えば、金属板を所定の開口形状にレーザやエッチングで加工することで作成してもよいし、石英や蛍石などの透過部材にＣｒなどを蒸着して所定の形状の遮光部および微細形状を形成してもよい。
【００５７】
被照明面の軸上位置の有効光源分布に対して軸外位置の有効光源分布がシフトしてしまうことにより発生する線幅ばらつきを小さくするためには、開口絞り５１の周期的な微細パターン部の振幅は少なくともＤ／２以上であることが望ましい。また、有効光源分布はオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期に対応した周期で離散性を有するので、微細パターン部の振幅はオプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の少なくとも１周期以上であることが望ましい。
【００５８】
また、開口絞り５１の開口部５１ａの形状は、原版のパターンに対して最適化されている。最適化に際しては、計算を簡略化するために開口部５１ａと遮光部５１ｂのみしか考慮されていないことが多いため、パターン部５１ｃは、最適化された結像性能をできるだけ崩さない最低限の振幅を有することが好ましい。具体的には、パターン部５１ｃの振幅は、オプティカルインテグレータ１０が形成する二次光源の周期の５周期以下である必要がある。この点で、減光部をなるべく広く確保する特許文献２は原版のパターンに最適化された結像性能を崩すおそれがあり、本実施例の開口絞り５１は特許文献２とは相違する。
【００５９】
以上をまとめると、パターン部５１ｃの振幅は、オプティカルインテグレータ１０の波面分割周期の１周期又はＺ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（α））／２の値以上でオプティカルインテグレータ１０の波面分割周期の５周期以下であることが必要である。
【００６０】
原版ステージＲＳと基板ステージＷＳを同期して走査露光を行う走査型露光装置においては、被照明面ＴＰは走査方向（Ｙ軸方向）に積算露光されるため、走査方向の軸外位置と軸上位置の有効光源分布は積算されて平均化される。従って、走査方向の軸外位置と軸上位置との有効光源分布の差異は問題とならないため、開口絞り５１のパターン部５１ｃは開口部５１ａの少なくとも走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の一部分に形成されていればよい。
【００６１】
本実施例は、開口絞り５１の開口部５１ａと遮光部５１ｂとの境界に微細なパターン部を形成することによって開口部５１ａと遮光部５１ｂとの間に実質的な減光部を形成することである。従って、パターン部５１ｃの周期性が完全である必要はなく、略相似な形状が略周期的に並んでいればよい。また、微細パターン部の周期はある関数に従って変化してもよい。
【００６２】
なお、デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１の露光装置のブロック図である。
【図２】従来の開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図３】オプティカルインテグレータの後側焦点面からずれた位置に図２に示す開口絞りを配置した場合の被照明面の軸上位置と軸外位置における有効光源分布を模式的に表す図である。
【図４】図３の場合の被照明面の軸上位置と軸外位置へ入射する光線の様子を模式的に表す図である。
【図５】図１に示す開口絞りの開口部に適用可能な様々な形状を示す平面図である。
【図６】図１に示す開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図７】図６の開口絞りを図１に示すオプティカルインテグレータの後側焦点面からずれた位置に配置した場合の被照明面の軸上位置と軸外位置における有効光源分布を模式的に表す図である。
【図８】図６に示す開口絞りと置換可能な開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図９】図６に示す開口絞りと置換可能な別の開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図１０】図６に示す開口絞りと置換可能な更に別の開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図１１】実施例２の開口絞りの平面図とＸ方向の透過率分布を示す図である。
【図１２】図１１に示す開口絞りの変形例の平面図である。
【図１３】原版のパターンの結像性能について前記減光部が与える影響の度合いに基づいて減光部の幅の上限を決定することを説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０                            オプティカルインテグレータ（波面分割素子）
１０ｂ                          後側焦点面（射出側の焦点面）
１１、２１、３１、４１、５１、６１                開口絞り
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ    開口部
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ    遮光部
１１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ                    減光部
５１ｃ、６１ｃ                                    パターン部
Ｒ                                                原版
ＰＯ                                              投影光学系
ＰＯ１                                            投影光学系の瞳面
Ｗ                                                基板
【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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