JP2004006783A - 投影光学系、露光装置、露光方法及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】局所的なフレアを許容範囲内に抑えた投影光学系を提供することである。
【解決手段】波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面Ｒ上のパターンの像を第２面Ｗ上に形成する投影光学系ＰＬであって、前記第１面Ｒに配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンを有する投影パターンを前記第２面へ投影する場合、前記第２面Ｗ上に形成される前記明パターンの像の照度を１００とするとき、前記第２面Ｗ上に形成される前記暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面Ｒ上のパターンの像を第２面Ｗ上に形成する投影光学系ＰＬであって、前記第１面Ｒに配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンを有する投影パターンを前記第２面へ投影する場合、前記第２面Ｗ上に形成される前記明パターンの像の照度を１００とするとき、前記第２面Ｗ上に形成される前記暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レチクルのパターンの像を基板上に投影するための投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、この投影光学系を用いた露光方法及びマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化、高密度化が進められている。半導体集積回路の線幅を細くし、回路パターンを更に精密なものとするために、半導体集積回路製造用の露光装置のフォトリソグラフィ解像度の更なる向上が求められている。露光装置のフォトリソグラフィ解像度を向上させるために、露光装置で用いられる露光光は、これまでにｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）へと短波長化が進められており、現在、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光、即ちＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（１５７ｎｍ）へと更なる短波長化が図られている。
【０００３】
ここで露光装置においては、露光光が短波長化することにより投影光学系を構成する光学素子の中のいくつかの光学素子の硝材として、短波長域において光透過率が極めて高い蛍石が用いられるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の露光装置においては、ウエハ上において局所的なフレア、即ちウエハ上における露光光の０次光の到達点の周辺部にフレア光が到達することが知られている。この局所的なフレアが存在することにより、ウエハ上に所定の線幅のパターンを形成しようとした場合に、形成されたパターンが所定の線幅よりも細くなり、製造された半導体素子が所望の性能を有さなくなる場合がある。
【０００５】
この発明の課題は、局所的なフレアを許容範囲内に抑えた投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、この投影光学系を用いた露光方法及びマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面上のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、前記第２面上に形成される前記明パターンの像の照度を１００とするとき、前記第２面上に形成される前記暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であることを特徴とする。
【０００７】
この請求項１記載の投影光学系によれば、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であるため、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）に精密に形成することができる。
【０００８】
ここで、請求項１記載の投影光学系において、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が５以下であることが好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により精密に形成することができる。
【０００９】
更に、請求項１記載の投影光学系において、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が３以下であることがより一層好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により一層精密に形成することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の投影光学系は、前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置（重心位置）より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の投影光学系によれば、第２面上におけるフレア光の影響を大幅に低減できるため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面のパターンの像を第２面に極めて良好かつ精密に形成することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の投影光学系は、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項３記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面のパターンの像を第２面に精密に形成することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置（重心位置）より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする。この請求項４記載の投影光学系によれば、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）に精密に形成することができる。
【００１５】
ここで、請求項４記載の投影光学系において、第１面に１つの明点が位置する場合、第２面上に形成される１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が０．８以下であることが好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により一層精密に形成することができる。
【００１６】
また、請求項５記載の投影光学系は、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項５記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００１８】
また、請求項６記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、請求項６記載の投影光学系において、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１２％以下であることが好ましい。更に、この請求項６記載の投影光学系において、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が８％以下であることが好ましい。
【００２０】
この請求項６記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００２１】
また、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１２％以下に抑えられている場合には、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が、線幅の変化量が１５％の場合に比較して好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に更に精密に形成することができる。
【００２２】
更に、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が８％以下に抑えられている場合には、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が、線幅の変化量が１２％の場合に比較して更に好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に更に精密に形成することができる。
【００２３】
また、請求項７記載の露光装置は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置される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像を前記第２面に配置されている基板上に投影するための請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系とを備えることを特徴とする。
【００２４】
この請求項７記載の露光装置によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いてレチクルの像をウエハ（基板）上に形成する場合に、レチクルの像をウエハ上に精密に形成することができる。
【００２５】
また、請求項８記載の露光方法及び請求項９記載のマイクロデバイスの製造方法は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置されるレチクルを照明する照明工程と、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記第２面に配置される基板上に投影する投影工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】
この請求項８記載の露光方法及び請求項９記載のマイクロデバイスの製造方法によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いてレチクルの像をウエハ（基板）上に形成する場合に、レチクルの像をウエハ上に精密に形成することができる。これにより良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１は、投影光学系を備えた投影露光装置の構成を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、投影光学系ＰＬの物体面（第１面）には所定の回路パターンが形成された投影原版としてレチクルＲが配置され、投影光学系ＰＬの像面（第２面）には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学系ＩＳが配置されている。
【００２９】
投影光学系ＰＬは、瞳位置近傍に可変の開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ側及びウエハＷ側において、実質的にテレセントリックとなっている。照明光学系ＩＳは、ＡｒＦエキシマレーザ光源、このＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。照明光学系ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
【００３０】
ここで、投影光学系ＰＬは、複数のレンズ（光学素子）を組み合わせて構成されているものであり、投影光学系ＰＬを構成するレンズの硝材として石英、蛍石等が用いられている。なお、本願発明者らの鋭意研究の結果、局所的なフレアは、投影光学系を構成する光学素子の硝材として用いられる蛍石の内部の不均質性のうちの高周波数成分及び／又は蛍石の表面形状の面粗さの高周波数成が発生要因であることが判明した。そして、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、硝材として蛍石を用いたレンズの数を所定数以下に抑えることで、蛍石に起因するフレア光の低減を図っている。
【００３１】
この投影光学系ＰＬは、硝材として蛍石を用いたレンズの数を所定数以下に抑えていることから、ウエハＷ上における局所的なフレア光の量、フレア光の光強度の最大値、フレア光のウエハＷ上における到達範囲が許容範囲内に抑えられている。即ち、例えば図２に示すように、第１面（レチクル面、投影光学系ＰＬの物体面）に配置されたレチクル（マスク）Ｒ上に暗パターン（図中領域Ａ）と暗パターンＡの周囲に形成された明パターン（図中領域Ｂ）とが存在する場合、第２面（ウエハ面、投影光学系ＰＬの像面）に配置されたウエハＷ面上に形成される像を図３に示す。図３に示すように、明パターン（領域Ｂ）からの光（波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の光）は、投影光学系ＰＬを通過し、領域Ｂ′（明パターン像の領域）に到達する。この場合に明パターンＢからの光の一部が投影光学系ＰＬ内の開口絞りＡＳにて回折されて回折光となり、また投影光学系ＰＬを構成するレンズ等の光学部材から発生するフレア光となる。これら回折光及びフレア光の一部が暗パターン（領域Ａ）を投影する領域Ａ′（暗パターン像の領域）に到達するため、領域Ａ′の照度は０とならない。
【００３２】
図４は、図３に示す領域Ａ′近傍の照度分布を示す図である。図４に示すように、領域Ａ′から十分離れた領域Ｂ′での照度を照度Ｂ１とし、領域Ａ′内の照度の平均値を平均照度Ａ１とし、照度Ｂ１を１００で規格化した場合において、平均照度Ａ１が８以下であることから、どのようなパターン構成のマスクを使用した場合においても高精度な投影露光が可能となる。なお、本発明でいう暗パターンとは、比較的広い範囲の明部（光透過部）の中に形成される小さな暗部（遮光部）を意味する。また、本発明でいう明点とは、比較的広い範囲の暗部（遮光部）の中に形成される小さな明部（光透過部）を意味する。
【００３３】
従って、この投影光学系ＰＬにおいて、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて物体面（第１面）に配置されているレチクルＲの像を像面（第２面）に配置されているウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００３４】
この実施の形態においては、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用い、レチクルＲ面に配置された暗パターンとこの暗パターンの周囲に存在する明パターンを有する投影パターンを像面としてのウエハ面に投影する場合、ウエハＷ上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が５以下であることが好ましい。この場合には、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により精密に形成することができる。
【００３５】
更に、この実施の形態においては、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用い、レチクルＲ面に暗パターンと暗パターンの周囲に存在する明パターンとが位置する場合、ウエハＷ上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が３以下であることがより一層好ましい。この場合において、フレア光等による影響をより低減することができ、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により一層精密に形成することができる。
【００３６】
また、この実施の形態において、図５は、例えばレチクルＲ面（第１面、物体面）上にコンタクトホール等の一点とみなせるパターンが位置する場合、投影光学系ＰＬによりウエハＷ面（第２面、像面）上に形成されるパターン像（コンタクトホール等の一点とみなせるパターンの像）に関する点像強度分布を示す図である。図５は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いた時の点像強度分布の様子を示している。図５に示すように、点像の中心（重心）を原点０とし、ウエハＷ面上に形成される点像のエネルギー総量を１００とした場合、半径１μｍから４μｍまでの環状部分領域内に分布するエネルギー総量は１．５以下である。この場合において、どのようなパターン構成のマスクを使用した場合においても高精度な投影露光が可能となる。
【００３７】
更に、点像の中心（重心）を原点０とし、ウエハＷ面上に形成される点像のエネルギー総量を１００とした場合、半径１μｍから４μｍまでの環状部分領域内に分布するエネルギー総量は０．８以下であることが望ましい。この場合には、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により精密に形成することができる。
【００３８】
次に、図６のフローチャートを参照して、上述の投影光学系ＰＬが有する局所的なフレア光の光強度の計測について説明する。なお、ここで局所的なフレア光の光強度の計測を行う投影光学系ＰＬは、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光を用いるものであり、開口数（Ｎ．Ａ．）が０．７８、倍率が０．２５である。
【００３９】
まず、投影光学系ＰＬを構成する各レンズ材料のそれぞれの透過波面を計測する（ステップＳ１０）。この透過波面計測に際しては、露光光（本実施の形態ではＡｒＦエキシマレーザ）の波長と同じ波長で行うことが好ましい。そして、各レンズ材料の透過波面の測定結果を波面のグリッドデータとして取得する（ステップＳ１１）。ここで、図７は、投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズ素子のうちの１つのレンズ材料の露光光と同波長の測定光を用いて測定された透過波面のグリッドデータを示すものである。
【００４０】
次に、測定された透過波面のデータに対してフーリエ変換を行うことにより周波数展開する（ステップＳ１２）。図８は、空間周波数と振幅との関係を示すグラフである。なお、この図８において、２×１０−５よりも大きい振幅を有する光を局所的フレア光とする。
【００４１】
次に、投影光学系ＰＬを構成する各レンズ素子に関する情報（曲率半径、面間隔、屈折率等）を用いて、上記局所的フレア光を光線追跡し、ウエハＷ上でのフレア光の分布を求める（ステップＳ１３）。
【００４２】
なお、図８に示した結果は、ウエハＷ上の１つの像点でのデータ（１像点に対するフレアの分布）であるため、このデータに対して積分を行い（ステップＳ１４）、フレア光の光強度に変換する（ステップＳ１５）。ここで、図９は、図８に示される特性を有するレンズ材料が投影光学系ＰＬの瞳位置に存在したときに、ウエハＷ上におけるフレア光の分布を示すグラフである。
【００４３】
上述のステップにより求められるシミュレーション結果によれば、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、レチクルＲ面に配置された暗パターンとこの暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを像面としてのウエハ面上へ投影する場合、ウエハＷ面（投影光学系の像面）上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値は１．５である。
【００４４】
また、上記シミュレーション結果によれば、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、レチクルＲ面に１つの明点が位置する場合、ウエハＷ面（投影光学系の像面）に形成される１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が０．２である。
【００４５】
これにより、露光光として波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の光を用いてレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲのパターン像をウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００４６】
ここで、投影光学系ＰＬを構成するレンズ材料の透過波面の測定に際しては、例えばオイルオンプレート法を用いることができる。これはレーザ干渉計の光学系に例えば円柱又は角柱状に加工された光学部材を試料として用いて透過波面収差の測定を行うものである。なお、干渉計で得られた透過波面収差を光学部材の厚さで割ることにより光学部材の屈折率分布を求めることが可能である。
【００４７】
次に、図１に示す露光装置を用いて、投影光学系ＰＬが有する局所的フレア光の量、最大値等を推定するために、所定の線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成することについて説明する。ここで図１０は、所定の線幅を有するパターンの周囲が暗部である場合のパターン形状、図１１は、所定の線幅を有するパターンの周囲が明部である場合のパターン形状を示している。なお、図１０に示すパターンの線幅と図１１に示すパターンの線幅は同一である。
【００４８】
即ち、図１に示す露光装置を用いて、図１０に示すパターンの周囲が暗部であるパターン形状をウエハＷ上に第１パターンとして形成する。また、図１に示す露光装置を用いて、図１１に示すパターンの周囲が明部であるパターン形状をウエハＷ上に第２パターンとして形成する。
【００４９】
そして、形成された第１パターンと第２パターンの線幅について臨界線幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）計測を行った。即ち、図１０及び図１１において矢印で挟まれているパターンの線幅についてＣＤ計測を行った。その結果、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が１５％以下であった。従って、この投影光学系においては、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、ウエハＷ上に形成される明点の像の中心位置より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられていると推定される。
【００５０】
従って、例えば、１５０ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。
【００５１】
なお、この実施の形態において、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が１２％以下である場合には、例えば、１２０ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。更に、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が８％以下である場合には、例えば、１００ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態においては、照明光学系ＩＳの光源としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、波長２００ｎｍ以下の光を照射する、例えば、Ｆ２レーザ光源を用いてもよい。
【００５３】
次に、この発明の実施の形態による露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。図１２は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、図１２のステップＳ４０において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ４４において、この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（マスク）Ｒ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウエハＷ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光学系ＩＳを用いてレチクルＲが照明され、投影光学系ＰＬを用いてレチクルＲ上のパターンの像がウエハＷ上に投影され露光転写される。従って、ＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光を用いてレチクルＲの像をウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲの像を、ウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００５４】
その後、ステップＳ４６において、その１ロットのウエハＷ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ４８において、その１ロットのウエハＷ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハＷ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００５５】
また、この発明の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１３のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１３は、この実施の形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００５６】
図１３のパターン形成工程Ｓ５０では、この実施の形態の露光装置を用いてレチクル（マスク）Ｒのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。即ち、照明光学系ＩＳを用いてレチクルＲが照明され、投影光学系ＰＬを用いてレチクルＲ上のパターンの像が感光性基板上に投影され露光転写される。従って、ＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光を用いてレチクルＲの像を感光性基板上に形成する場合に、レチクルＲの像を、感光性基板上に精密に形成することができる。
【００５７】
この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２へ移行する。
【００５８】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２の後に、セル組み立て工程Ｓ５４が実行される。セル組み立て工程Ｓ５４では、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００５９】
セル組み立て工程Ｓ５４では、例えば、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ５６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明の投影光学系によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の中心位置（重心位置）より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００６１】
また、この投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の中心位置（重心位置）より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００６２】
また、この発明の露光装置によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面上に精密に形成することができる。
【００６３】
また、この発明の露光方法及びマイクロデバイスの製造方法によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。これにより良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかるフレア光の計測をするためのレチクルの投影パターン（孤立暗パターン）の例を示す図である。
【図３】図２に示すレチクルの投影パターンがウエハ面に形成されたときの様子を示す図である。
【図４】図３に示すレチクルの投影パターン像（孤立暗パターン像領域及び明パターン像領域）での照度を示す図である。
【図５】ウエハ面上に形成される明点像の強度分布を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる露光装置の投影光学系に存在する局所的フレア光の計測について説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態にかかる露光光が露光装置の投影光学系を透過した波面を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる露光光の透過波面を周波数展開し周波数と振幅との関係を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態にかかるフレア光の強度とウエハ上の位置との関係を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いてウエハ上に形成するパターンの形状を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いてウエハ上に形成するパターンの形状を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＩＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、ＡＳ…開口絞り、Ｗ…ウエハ、ＷＳ…ウエハステージ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、レチクルのパターンの像を基板上に投影するための投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、この投影光学系を用いた露光方法及びマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化、高密度化が進められている。半導体集積回路の線幅を細くし、回路パターンを更に精密なものとするために、半導体集積回路製造用の露光装置のフォトリソグラフィ解像度の更なる向上が求められている。露光装置のフォトリソグラフィ解像度を向上させるために、露光装置で用いられる露光光は、これまでにｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）へと短波長化が進められており、現在、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光、即ちＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（１５７ｎｍ）へと更なる短波長化が図られている。
【０００３】
ここで露光装置においては、露光光が短波長化することにより投影光学系を構成する光学素子の中のいくつかの光学素子の硝材として、短波長域において光透過率が極めて高い蛍石が用いられるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の露光装置においては、ウエハ上において局所的なフレア、即ちウエハ上における露光光の０次光の到達点の周辺部にフレア光が到達することが知られている。この局所的なフレアが存在することにより、ウエハ上に所定の線幅のパターンを形成しようとした場合に、形成されたパターンが所定の線幅よりも細くなり、製造された半導体素子が所望の性能を有さなくなる場合がある。
【０００５】
この発明の課題は、局所的なフレアを許容範囲内に抑えた投影光学系、この投影光学系を備えた露光装置、この投影光学系を用いた露光方法及びマイクロデバイスの製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面上のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、前記第２面上に形成される前記明パターンの像の照度を１００とするとき、前記第２面上に形成される前記暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であることを特徴とする。
【０００７】
この請求項１記載の投影光学系によれば、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であるため、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）に精密に形成することができる。
【０００８】
ここで、請求項１記載の投影光学系において、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が５以下であることが好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により精密に形成することができる。
【０００９】
更に、請求項１記載の投影光学系において、第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、第２面上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が３以下であることがより一層好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により一層精密に形成することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の投影光学系は、前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置（重心位置）より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２に記載の投影光学系によれば、第２面上におけるフレア光の影響を大幅に低減できるため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面のパターンの像を第２面に極めて良好かつ精密に形成することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の投影光学系は、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項３記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面のパターンの像を第２面に精密に形成することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置（重心位置）より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする。この請求項４記載の投影光学系によれば、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）に精密に形成することができる。
【００１５】
ここで、請求項４記載の投影光学系において、第１面に１つの明点が位置する場合、第２面上に形成される１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が０．８以下であることが好ましい。この場合には、第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）により一層精密に形成することができる。
【００１６】
また、請求項５記載の投影光学系は、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項５記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００１８】
また、請求項６記載の投影光学系は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する投影光学系であって、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする。
【００１９】
ここで、請求項６記載の投影光学系において、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１２％以下であることが好ましい。更に、この請求項６記載の投影光学系において、前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が８％以下であることが好ましい。
【００２０】
この請求項６記載の投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００２１】
また、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１２％以下に抑えられている場合には、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が、線幅の変化量が１５％の場合に比較して好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面（レチクル面）のパターンの像を第２面（ウエハ面、投影光学系の像面）上に形成する場合に、第１面の像を第２面に更に精密に形成することができる。
【００２２】
更に、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が８％以下に抑えられている場合には、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が、線幅の変化量が１２％の場合に比較して更に好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に更に精密に形成することができる。
【００２３】
また、請求項７記載の露光装置は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置される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像を前記第２面に配置されている基板上に投影するための請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系とを備えることを特徴とする。
【００２４】
この請求項７記載の露光装置によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いてレチクルの像をウエハ（基板）上に形成する場合に、レチクルの像をウエハ上に精密に形成することができる。
【００２５】
また、請求項８記載の露光方法及び請求項９記載のマイクロデバイスの製造方法は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置されるレチクルを照明する照明工程と、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記第２面に配置される基板上に投影する投影工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】
この請求項８記載の露光方法及び請求項９記載のマイクロデバイスの製造方法によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いてレチクルの像をウエハ（基板）上に形成する場合に、レチクルの像をウエハ上に精密に形成することができる。これにより良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１は、投影光学系を備えた投影露光装置の構成を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、投影光学系ＰＬの物体面（第１面）には所定の回路パターンが形成された投影原版としてレチクルＲが配置され、投影光学系ＰＬの像面（第２面）には、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷが配置されている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上に保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳ上に保持されている。レチクルＲの上方には、レチクルＲを均一照明するための照明光学系ＩＳが配置されている。
【００２９】
投影光学系ＰＬは、瞳位置近傍に可変の開口絞りＡＳを有すると共に、レチクルＲ側及びウエハＷ側において、実質的にテレセントリックとなっている。照明光学系ＩＳは、ＡｒＦエキシマレーザ光源、このＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明系開口絞り、可変視野絞り（レチクルブラインド）、及びコンデンサレンズ系等から構成されている。照明光学系ＩＳから供給される露光光は、レチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬの瞳位置には照明光学系ＩＳ中の光源の像が形成され、所謂ケーラー照明が行われる。そして、ケーラー照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率で縮小されてウエハＷ上に露光（転写）される。
【００３０】
ここで、投影光学系ＰＬは、複数のレンズ（光学素子）を組み合わせて構成されているものであり、投影光学系ＰＬを構成するレンズの硝材として石英、蛍石等が用いられている。なお、本願発明者らの鋭意研究の結果、局所的なフレアは、投影光学系を構成する光学素子の硝材として用いられる蛍石の内部の不均質性のうちの高周波数成分及び／又は蛍石の表面形状の面粗さの高周波数成が発生要因であることが判明した。そして、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、硝材として蛍石を用いたレンズの数を所定数以下に抑えることで、蛍石に起因するフレア光の低減を図っている。
【００３１】
この投影光学系ＰＬは、硝材として蛍石を用いたレンズの数を所定数以下に抑えていることから、ウエハＷ上における局所的なフレア光の量、フレア光の光強度の最大値、フレア光のウエハＷ上における到達範囲が許容範囲内に抑えられている。即ち、例えば図２に示すように、第１面（レチクル面、投影光学系ＰＬの物体面）に配置されたレチクル（マスク）Ｒ上に暗パターン（図中領域Ａ）と暗パターンＡの周囲に形成された明パターン（図中領域Ｂ）とが存在する場合、第２面（ウエハ面、投影光学系ＰＬの像面）に配置されたウエハＷ面上に形成される像を図３に示す。図３に示すように、明パターン（領域Ｂ）からの光（波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の光）は、投影光学系ＰＬを通過し、領域Ｂ′（明パターン像の領域）に到達する。この場合に明パターンＢからの光の一部が投影光学系ＰＬ内の開口絞りＡＳにて回折されて回折光となり、また投影光学系ＰＬを構成するレンズ等の光学部材から発生するフレア光となる。これら回折光及びフレア光の一部が暗パターン（領域Ａ）を投影する領域Ａ′（暗パターン像の領域）に到達するため、領域Ａ′の照度は０とならない。
【００３２】
図４は、図３に示す領域Ａ′近傍の照度分布を示す図である。図４に示すように、領域Ａ′から十分離れた領域Ｂ′での照度を照度Ｂ１とし、領域Ａ′内の照度の平均値を平均照度Ａ１とし、照度Ｂ１を１００で規格化した場合において、平均照度Ａ１が８以下であることから、どのようなパターン構成のマスクを使用した場合においても高精度な投影露光が可能となる。なお、本発明でいう暗パターンとは、比較的広い範囲の明部（光透過部）の中に形成される小さな暗部（遮光部）を意味する。また、本発明でいう明点とは、比較的広い範囲の暗部（遮光部）の中に形成される小さな明部（光透過部）を意味する。
【００３３】
従って、この投影光学系ＰＬにおいて、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて物体面（第１面）に配置されているレチクルＲの像を像面（第２面）に配置されているウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００３４】
この実施の形態においては、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用い、レチクルＲ面に配置された暗パターンとこの暗パターンの周囲に存在する明パターンを有する投影パターンを像面としてのウエハ面に投影する場合、ウエハＷ上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が５以下であることが好ましい。この場合には、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により精密に形成することができる。
【００３５】
更に、この実施の形態においては、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用い、レチクルＲ面に暗パターンと暗パターンの周囲に存在する明パターンとが位置する場合、ウエハＷ上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値が３以下であることがより一層好ましい。この場合において、フレア光等による影響をより低減することができ、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により一層精密に形成することができる。
【００３６】
また、この実施の形態において、図５は、例えばレチクルＲ面（第１面、物体面）上にコンタクトホール等の一点とみなせるパターンが位置する場合、投影光学系ＰＬによりウエハＷ面（第２面、像面）上に形成されるパターン像（コンタクトホール等の一点とみなせるパターンの像）に関する点像強度分布を示す図である。図５は、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いた時の点像強度分布の様子を示している。図５に示すように、点像の中心（重心）を原点０とし、ウエハＷ面上に形成される点像のエネルギー総量を１００とした場合、半径１μｍから４μｍまでの環状部分領域内に分布するエネルギー総量は１．５以下である。この場合において、どのようなパターン構成のマスクを使用した場合においても高精度な投影露光が可能となる。
【００３７】
更に、点像の中心（重心）を原点０とし、ウエハＷ面上に形成される点像のエネルギー総量を１００とした場合、半径１μｍから４μｍまでの環状部分領域内に分布するエネルギー総量は０．８以下であることが望ましい。この場合には、レチクルＲ面のパターンの像をウエハＷ面上により精密に形成することができる。
【００３８】
次に、図６のフローチャートを参照して、上述の投影光学系ＰＬが有する局所的なフレア光の光強度の計測について説明する。なお、ここで局所的なフレア光の光強度の計測を行う投影光学系ＰＬは、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光を用いるものであり、開口数（Ｎ．Ａ．）が０．７８、倍率が０．２５である。
【００３９】
まず、投影光学系ＰＬを構成する各レンズ材料のそれぞれの透過波面を計測する（ステップＳ１０）。この透過波面計測に際しては、露光光（本実施の形態ではＡｒＦエキシマレーザ）の波長と同じ波長で行うことが好ましい。そして、各レンズ材料の透過波面の測定結果を波面のグリッドデータとして取得する（ステップＳ１１）。ここで、図７は、投影光学系ＰＬを構成する複数のレンズ素子のうちの１つのレンズ材料の露光光と同波長の測定光を用いて測定された透過波面のグリッドデータを示すものである。
【００４０】
次に、測定された透過波面のデータに対してフーリエ変換を行うことにより周波数展開する（ステップＳ１２）。図８は、空間周波数と振幅との関係を示すグラフである。なお、この図８において、２×１０−５よりも大きい振幅を有する光を局所的フレア光とする。
【００４１】
次に、投影光学系ＰＬを構成する各レンズ素子に関する情報（曲率半径、面間隔、屈折率等）を用いて、上記局所的フレア光を光線追跡し、ウエハＷ上でのフレア光の分布を求める（ステップＳ１３）。
【００４２】
なお、図８に示した結果は、ウエハＷ上の１つの像点でのデータ（１像点に対するフレアの分布）であるため、このデータに対して積分を行い（ステップＳ１４）、フレア光の光強度に変換する（ステップＳ１５）。ここで、図９は、図８に示される特性を有するレンズ材料が投影光学系ＰＬの瞳位置に存在したときに、ウエハＷ上におけるフレア光の分布を示すグラフである。
【００４３】
上述のステップにより求められるシミュレーション結果によれば、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、レチクルＲ面に配置された暗パターンとこの暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを像面としてのウエハ面上へ投影する場合、ウエハＷ面（投影光学系の像面）上に形成される明パターンの像の照度を１００とするとき、ウエハＷ面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値は１．５である。
【００４４】
また、上記シミュレーション結果によれば、この実施の形態にかかる投影光学系ＰＬにおいては、レチクルＲ面に１つの明点が位置する場合、ウエハＷ面（投影光学系の像面）に形成される１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が０．２である。
【００４５】
これにより、露光光として波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の光を用いてレチクルＲのパターン像をウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲのパターン像をウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００４６】
ここで、投影光学系ＰＬを構成するレンズ材料の透過波面の測定に際しては、例えばオイルオンプレート法を用いることができる。これはレーザ干渉計の光学系に例えば円柱又は角柱状に加工された光学部材を試料として用いて透過波面収差の測定を行うものである。なお、干渉計で得られた透過波面収差を光学部材の厚さで割ることにより光学部材の屈折率分布を求めることが可能である。
【００４７】
次に、図１に示す露光装置を用いて、投影光学系ＰＬが有する局所的フレア光の量、最大値等を推定するために、所定の線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成することについて説明する。ここで図１０は、所定の線幅を有するパターンの周囲が暗部である場合のパターン形状、図１１は、所定の線幅を有するパターンの周囲が明部である場合のパターン形状を示している。なお、図１０に示すパターンの線幅と図１１に示すパターンの線幅は同一である。
【００４８】
即ち、図１に示す露光装置を用いて、図１０に示すパターンの周囲が暗部であるパターン形状をウエハＷ上に第１パターンとして形成する。また、図１に示す露光装置を用いて、図１１に示すパターンの周囲が明部であるパターン形状をウエハＷ上に第２パターンとして形成する。
【００４９】
そして、形成された第１パターンと第２パターンの線幅について臨界線幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）計測を行った。即ち、図１０及び図１１において矢印で挟まれているパターンの線幅についてＣＤ計測を行った。その結果、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が１５％以下であった。従って、この投影光学系においては、ウエハＷ上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、ウエハＷ上に形成される明点の像の中心位置より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられていると推定される。
【００５０】
従って、例えば、１５０ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。
【００５１】
なお、この実施の形態において、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が１２％以下である場合には、例えば、１２０ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。更に、第１パターンの線幅に対する第２パターンの線幅の変化量、即ち減少量が８％以下である場合には、例えば、１００ｎｍの線幅を有するパターンをウエハＷ上に形成して半導体素子等を製造する場合においても、不良品の発生確率を極めて小さく抑え、精密な半導体素子等を製造することができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態においては、照明光学系ＩＳの光源としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、波長２００ｎｍ以下の光を照射する、例えば、Ｆ２レーザ光源を用いてもよい。
【００５３】
次に、この発明の実施の形態による露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。図１２は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、図１２のステップＳ４０において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ４４において、この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（マスク）Ｒ上のパターンの像がその投影光学系ＰＬを介して、その１ロットのウエハＷ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光学系ＩＳを用いてレチクルＲが照明され、投影光学系ＰＬを用いてレチクルＲ上のパターンの像がウエハＷ上に投影され露光転写される。従って、ＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光を用いてレチクルＲの像をウエハＷ上に形成する場合に、レチクルＲの像を、ウエハＷ上に精密に形成することができる。
【００５４】
その後、ステップＳ４６において、その１ロットのウエハＷ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ４８において、その１ロットのウエハＷ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハＷ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００５５】
また、この発明の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１３のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１３は、この実施の形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００５６】
図１３のパターン形成工程Ｓ５０では、この実施の形態の露光装置を用いてレチクル（マスク）Ｒのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。即ち、照明光学系ＩＳを用いてレチクルＲが照明され、投影光学系ＰＬを用いてレチクルＲ上のパターンの像が感光性基板上に投影され露光転写される。従って、ＡｒＦエキシマレーザ光源からの露光光を用いてレチクルＲの像を感光性基板上に形成する場合に、レチクルＲの像を、感光性基板上に精密に形成することができる。
【００５７】
この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２へ移行する。
【００５８】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２の後に、セル組み立て工程Ｓ５４が実行される。セル組み立て工程Ｓ５４では、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００５９】
セル組み立て工程Ｓ５４では、例えば、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ５６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明の投影光学系によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の中心位置（重心位置）より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００６１】
また、この投影光学系によれば、パターンの周囲が暗部である際に形成される第１パターンと、パターンの周囲が明部である際に形成される第２パターンとの線幅の変化量が１５％以下に抑えられている。従って、この投影光学系においては、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の中心位置（重心位置）より所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられている。そこで、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。
【００６２】
また、この発明の露光装置によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面上に精密に形成することができる。
【００６３】
また、この発明の露光方法及びマイクロデバイスの製造方法によれば、第２面上に形成される暗パターンの像の領域における照度の平均値、第２面上に形成される明点の像の所定の環状部分領域内におけるエネルギー総量が好ましい範囲に抑えられているため、波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する場合に、第１面の像を第２面に精密に形成することができる。これにより良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかるフレア光の計測をするためのレチクルの投影パターン（孤立暗パターン）の例を示す図である。
【図３】図２に示すレチクルの投影パターンがウエハ面に形成されたときの様子を示す図である。
【図４】図３に示すレチクルの投影パターン像（孤立暗パターン像領域及び明パターン像領域）での照度を示す図である。
【図５】ウエハ面上に形成される明点像の強度分布を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる露光装置の投影光学系に存在する局所的フレア光の計測について説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態にかかる露光光が露光装置の投影光学系を透過した波面を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる露光光の透過波面を周波数展開し周波数と振幅との関係を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態にかかるフレア光の強度とウエハ上の位置との関係を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いてウエハ上に形成するパターンの形状を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いてウエハ上に形成するパターンの形状を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＩＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、ＡＳ…開口絞り、Ｗ…ウエハ、ＷＳ…ウエハステージ。
Claims (9)
- 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面上のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、
前記第１面に配置された暗パターンと該暗パターンの周囲に形成された明パターンとを有する投影パターンを第２面へ投影する場合、前記第２面上に形成される前記明パターンの像の照度を１００とするとき、前記第２面上に形成される前記暗パターンの像の領域における照度の平均値が８以下であることを特徴とする投影光学系。 - 前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする請求項１記載の投影光学系。
- 前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影光学系。
- 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であって、
前記第１面に１つの明点が位置する場合、前記第２面上に形成される前記１つの明点の像のエネルギー総量を１００とするとき、前記１つの明点の像の中心位置より１μｍから４μｍまでの環状部分領域内におけるエネルギー総量が１．５以下であることを特徴とする投影光学系。 - 前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする請求項４記載の投影光学系。
- 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて第１面の像を第２面上に形成する投影光学系であって、
前記第２面上に配置される基板上に所定の線幅のパターンを形成する場合に、前記パターンの周囲が暗部である際に形成される前記パターンを第１パターンとし、前記パターンの周囲が明部である際に形成される前記パターンを第２パターンとするとき、前記第１パターンの線幅に対する前記第２パターンの線幅の変化量が１５％以下であることを特徴とする投影光学系。 - 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置される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像を前記第２面に配置される基板上に投影するための請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系と
を備えることを特徴とする露光装置。 - 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置されるレチクルを照明する照明工程と、
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記第２面に配置される基板上に投影する投影工程と
を含むことを特徴とする露光方法。 - 波長２００ｎｍよりも短波長の波長域の露光光を用いて前記第１面に配置されるレチクルを照明する照明工程と、
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記第２面に配置される基板上に投影する投影工程と
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
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