JP2004063988A

JP2004063988A - 照明光学系、当該照明光学系を有する露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP2004063988A
Application number: JP2002223265A
Authority: JP
Inventors: Nobumichi Kawahara; 川原　信途
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US20040021845A1; US6876437B2

Abstract

【課題】マスク上のパターン形状にあわせて、最適な有効光源領域（照明光束の形状）が得られると共に、それぞれの部分有効光源を相対的に変位させることができる照明光学系、当該照明光学系を有する露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】光源からの光束でマスクを照明する照明光学系において、前記光束から光軸に対して偏心した所定の形状の有効光源領域を形成する有効光源形成手段と、前記所定の形状を連続的に可変とする形状可変手段とを有することを特徴とする照明光学系を提供する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、照明光学系に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイスを製造するのに使用される照明光学系に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、被処理体にコンタクトホール列のパターン、あるいは孤立コンタクトホールとコンタクトホール列とが混在するパターンを投影露光する照明光学系に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。半導体素子や液晶表示装置、薄膜磁気ヘッド等集積度の高いデバイスを作製するには、一般に、フォトリソグラフィーの工程が用いられる。かかる工程に欠かせない装置として、フォトマスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）上に描かれているパターンをフォトレジストが塗布されているシリコンウェハやガラスプレート等の基板上に露光する投影露光装置がある。
【０００３】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）及び現像プロセスなどによって定まるプロセス定数ｋ_１を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
また、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは、比例定数ｋ_２を用いて次式で与えられる。
【０００６】
【数２】

【０００７】
数式１及び数式２から、より一層の微細化の為に波長を短くして開口数を上げたいが、開口数に反比例して焦点深度が小さくなるので実現できないという問題がある。また、短波長が進むにつれて硝材の透過率が低下するために短波長化が困難であること、大きなＮＡはレンズの設計及び製造を困難にすること等の問題もある。
【０００８】
そこで、プロセス定数ｋ１の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ）が近年提案されている。かかる超解像技術の一つとして、変形照明法（斜入射照明法、多重極照明法、Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ照明法などと呼ばれる場合もある）と呼ばれるものがある。変形照明法は、光学系の光軸上に遮光板のある開口絞りを、均一な面光源を作るライトインテグレーターの射出面近傍に配置して、マスクに露光光束を斜めに入射させる方法であり、例えば、公開特許平成４年２６７１５号公報、公開特許平成２年２１３１２号公報、公開特許平成５年４７６２８号公報などに提案されている。変形照明法は、開口絞りの形状により、輪帯照明法、四重極照明法などがある。
【０００９】
輪帯照明法（Ａｎｎｕｌａｒ）は、図２４に示すように、ドーナツ形状の有効光源領域ＶＩを投影光学系の瞳面上に有するものであって、有効光源の中心部分の光が細い線幅の結像に寄与しないため、中心部分の光を物理的な絞り等を用いて遮光し、全体の解像力を向上させている。四重極照明法は、図２５に示すように、光軸Ｓａを中心として所定の半径を有する円周方向の位置に４つの所定強度の有効光源領域ＶＩを投影光学系の瞳面上に有するものであって、有効光源の中心部分の光束に加えて十字型の領域ＮＩの光も遮光することによって、縦横方向のパターンの解像力と焦点深度を飛躍的に向上させている。ここで、図２４は、輪帯形状の開口絞りの平面図、図２５は、四重極形状の開口絞りの平面図である。一般に、ＩＣやＬＳＩの回路パターンは、縦横方向に辺を有するパターンで構成されており、斜め方向に辺を有するパターンは少ないので、このような照明法が有効な手段として用いられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した照明法に共通して要求される機能としては、マスクパターンの寸法及び配列がプロセス毎に変化する場合において、照明条件（具体的には、有効光源形状）を自由に変更することができないために、最適な照明条件で露光を行うことができず高解像度を得られないという問題がある。
【００１１】
輪帯照明法や多重極照明法はマスク上のパターンを高精度及び高解像でウェハ上に投影するための手段であるが、マスク上のパターンは一般に縦横方向に配列された線分の集合が想定され、例えば、二重極照明法では、オプティカルインテグレーターの射出側に配置される開口絞りとして、図２６に示すように、光軸Ｓａを中心として横並びに２つの所定強度の有効光源領域（即ち、開口部）ＶＩを有するような形状の開口絞りが使用されている。ここで、図２６は、二重極形状の開口絞りの平面図である。図２６に示す開口絞りは、縦方向のパターンに高解像が要求される場合と、横方向のパターンに高解像が要求される場合とでは開口部ＶＩの配置が横並びと縦ならびに使い分けがなされていて、更に、パターンの線幅や走査露光精度によって、開口部ＶＩの径も変更される。従って、図２７に示すように、ターレット板１０００の上に、複数の有効光源形状を作成するための開口絞り１１００ａ乃至１１００ｆが配置され、選択的に光路上に挿脱されて使用されている。図２７は、複数の開口絞り１１００ａ乃至１１００ｆを変更するためのターレット板１０００の平面図である。
【００１２】
当然の事ながら、開口絞り１１００ａ乃至１１００ｆは、有限個の絞り板をマスクのパターン形状によって使い分けるために多くの種類を準備しておく必要があり、前述したように、パターンの着目方向が、縦方向又は横方向に変化する事によっても絞り形状の選択が変化する。もちろん、縦横方向以外の斜め方向のパターンに着目した場合には、更に異なる絞り形状を使用する必要が発生して、ターレット板１０００の構成が非常に複雑になってしまう。
また、ターレット板１０００が実際に使用される場合の装置の加工精度、組み立て精度及び補正精度による誤差分を修正するための機能についても問題を有する。例えば、公開特許２０００年１６４４９８号公報によれば、マスクとウェハを同期走査してマスクのパターンをウェハに投影露光する走査型投影露光装置が提案されているが、実機上の精度を測定した場合、非走査方向の同期精度に対して、走査方向の同期精度が劣っているため、結像性能についても、走査方向と、非走査方向での解像力に差が生じることとなる。従って、輪帯照明の際に、通常では、図２８に示すように、円形状の有効光源領域ＶＩｂを有するような形状の開口絞りを使用しているのに対し、公開特許２０００年１６４４９８号公報では、図２９に示すように、楕円形状の有効光源領域ＶＩｄを有するような形状の開口絞りを使用して、走査方向と非走査方向での光束に非対称性を持つようにしている。ここで、図２８は、輪帯形状が円形状の開口絞りの平面図、図２９は、輪帯形状が楕円形状の開口絞りの平面図である。
【００１３】
しかし、公開特許２０００年１６４４９８号公報では、図２９に示すような輪帯形状が楕円形状の開口絞りをターレット板に追加することは提案しているが、多重極照明に関しては言及されておらず、また、その楕円形状の開口絞りは形状が固定されており、その楕円の大きさや、偏平率を調節することが不可能な構成となっている。
【００１４】
そこで、本発明は、マスク上のパターン形状にあわせて、最適な有効光源領域（照明光束の形状）が得られると共に、それぞれの部分有効光源を相対的に変位させることができる照明光学系、当該照明光学系を有する露光装置及びデバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束でマスクを照明する照明光学系において、前記光束から光軸に対して偏心した所定の形状の有効光源領域を形成する有効光源形成手段と、前記所定の形状を連続的に可変とする形状可変手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光束でマスクを照明する照明光学系において、前記光束から光軸に対して偏心した扇型形状の有効光源領域を形成する有効光源形成手段と、前記扇型形状の有効光源領域を切り出し、円周方向の形状を連続的に可変とする形状可変手段とを有することを特徴とする。前記形状可変手段は、前記扇型形状の有効光源領域の径方向の形状を連続的に可変とすることを特徴とする。前記有効光源形成手段は、独立した２つの前記有効光源領域を形成することを特徴とする。前記有効光源形成手段は、独立した４つの前記有効光源領域を形成することを特徴とする。前記形状可変手段は、少なくとも一以上の第１の所定の形状の開口から形成され、前記光束を通過させるための第１の開口部を有する第１の絞り板と、第２の所定の形状の開口から形成され、前記第１の開口部を通過した前記光束を通過させるための第２の開口部を有する第２の絞り板とを有し、前記第１の開口部と前記第２の開口部を組み合わせることによって、前記光束から形成される前記有効光源領域の形状を成形することを特徴とする。前記第１の所定の形状と第２の所定の形状とは略等しいことを特徴とする。前記第１、第２の所定の形状は、扇型形状、円形状、楕円形状、又は多角形形状のいずれかであることを特徴とする。前記光源と前記形状可変手段との間に、前記有効光源領域の形状を調整可能とする形状調整手段を更に有することを特徴とする。前記形状調整手段は、プリズムを含み、前記有効光源領域の面積の相対比を変更することを特徴とする。前記プリズムは、円錐形状又は角錐形状であることを特徴とする。前記形状可変手段の前記光源側に少なくとも一の挿脱自在なシリンドリカルレンズを有し、前記有効光源領域の縦横比を調整可能とした事を特徴とする。前記シリンドリカルレンズの母線方向は、前記有効光源領域の前記光軸に直交する面内で回転調整が可能であることを特徴とする。前記形状調整手段の射出側に前記有効光源領域の形状を検知する検知手段を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に別の側面としての投影露光方法は、コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法の小さな補助パターンとが配列されたマスクを上述の照明光学系により照明するステップを有する投影露光方法であって、前記照明光学系は、前記コンタクトホールパターンを解像する照明を行うと共に、当該照明による前記補助パターンの偽解像を抑制する照明を行う。
【００１８】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の照明光学系によりマスクを照明し、当該マスクを経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。かかるデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００２０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様である露光装置１について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一態様を示す概略構成図である。露光装置１００は、パターンの形成されたマスク１８を照明し、マスク１８に形成されたパターンの一部をウェハ２１上に投影露光する露光装置の例であって、マスク１８とウェハ２１とを同期して走査し、マスク１８上のパターンをウェハ２１上に逐次転写露光する走査型投影露光装置である。なお、本実施形態では、走査露光型の投影露光装置を例に説明するが、一括露光型の投影露光装置についても本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００２３】
図１を参照するに、ショートアーク型水銀ランプ１から放射状に拡散する照明光（露光光）は集光ミラー２へと照射されているが、集光ミラー２の内表面は放物楕円面の一部を切り取った形状の反射面を有しており、集光ミラー２の第１焦点から放射状に出射した光は、楕円の内面で反射すると第２焦点に集光する特性を有しているために、光源であるランプ１の輝点を集光ミラー２の第１焦点に一致させて配置すると、ランプ１から放射状に拡散した照明光は第２焦点に集光する。
【００２４】
集光ミラー２の反射面には熱線透過膜がコーティングされていて、ランプ１から拡散した照明光の内、熱線の成分は集光ミラー２を透過して、その他の波長成分だけが反射される。更に、波長選択フィルタによって露光に不必要な波長成分を更に排除して上述の第２焦点側へ照明光を集光させている。
【００２５】
なお、ランプ１は、図示しないランプステージ上に固定されていて、集光ミラー２に対して相対的に移動することが可能となっているが、ランプステージ内に設置された図示しないランプ識別手段によってランプの種類が特定され、特定された種類に応じて、図示しないランプ用電源からランプ１に供給する電力の調整が行われている。又、集光ミラー２によって反射及び集光された照明光はシャッター３によって、投光又は遮光の切換えが可能となっており、シャッター３の開口時間によってマスク１８及びウェハ２１に照明光が照射される時間が制御され、投影露光のための照射エネルギーが調整されている。
【００２６】
光束成形手段４０は、第１の光学系（第１のコンデンサーレンズ）４と第２の光学系（第２のコンデンサーレンズ）１０との二つの光学系を有しており、集光ミラー２の第２焦点近傍に形成された発光部像を、折り曲げミラー５及び、
後述する光束調整素子６乃至９を介してオプティカルインテグレーター３０の入射面に結像している。
【００２７】
光束調整素子６及び７は円錐プリズム、又は屋根型プリズム、又は角錘プリズムの凹凸形状を組み合わせて挿脱可能に配置したものであって、第１の光学
系４を通過した照明光の断面形状を輪帯形状等に成形するものである。また光束調整素子８及び９はシリンドリカルレンズ又はトーリックレンズの凹凸形状を組み合わせて挿脱可能に配置したものであって、照明光束の光軸に概ね垂直な面内で前記光束の縦横比率を調整した光束形状に成形するものである。
【００２８】
光束調整素子６から光束調整素子７、及び、光束調整素子８から光束調整素子９の間隔は調整可能な構造であって、成形される光束の形状は連続的に可変となっているが、光束成形手段４０全体では射出側でテレセントリックとなっている。
【００２９】
以上の構成により、照明光は、光束形状が形成された後に、第２の光学系１０によって集光され、オプティカルインテグレーター３０に導光される。
【００３０】
オプティカルインテグレーター３０は、複数の微小レンズを二次元的に配列した構成となっており、その射出面近傍に２次光源を形成し、開口絞り１１によって照明光を切り出して、照明光束の形状が所望の形状となるように更に厳密に成形する。
【００３１】
ここで、開口絞り１１及びその周辺の光学系の構成について更に詳細に説明する。オプティカルインテグレーター３０より射出された２次光源の光束は、後述する投影光学系２０によってマスク１８上のパターンをウェハ２１上に投影露光する。この時、解像度Ｒは、上述したように数式１で示される。
【００３２】
通常、０．７乃至０．８が実用領域とされるＮＡに対し、ｋ_１は、位相シフト法を用いて０．３５程度の値とすることができるが、高い解像度を得るためにＮＡを大きく設計すると、ウェハ２１上での焦点深度が浅くなってしまうため、上述したように、輪帯照明法や多重極照明法が用いられ、高い解像度と、深い焦点深度の両立を実現している。
【００３３】
輪帯照明法では、露光装置１００の開口絞り１１の位置に、図２４又は図２８に示したような輪帯状の開口（即ち、有効光源）を持つ絞り板を挿入し、マスク１８側へ照射される照明光の形状を調整しており、例えば、図２４に示した開口絞りでは、内輪側の開口数ＮＡ１が０．４５≦ＮＡ１、外輪側の開口数ＮＡ２がＮＡ２≦０．８５、ＮＡ１とＮＡ２との比率が１／２乃至３／４程度のものが一般的である。
【００３４】
このような輪帯形状の照明光束を成形する場合は、露光装置１００の構成において光束成形手段４０の中で、光束調整素子６の位置に、図２に示すような、凸型の円錐プリズム５２を挿入し、輪帯状の光束を成形すると共に、光束調整素子７の位置に円錐プリズム５２と逆の凹形状の円錐プリズムを挿入して、照明光束のテレセンを保持する。この時、凸型の円錐プリズム５２と凹形状の円錐プリズムとの間隔を調整する事によって、輪帯形状の内輪側の開口数ＮＡ１を調整することが可能となる。更に、従来から提案されているように、開口絞り１１の位置に、輪帯の外輪側の開口数ＮＡ２を調整するための図示しない虹彩絞りを配置することによって、輪帯照明の輪帯形状を連続的に調整することが可能となっている。ここで、図２は、輪帯形状の照明光束を成形する円錐プリズム５２の斜視図である。
【００３５】
但し、オプティカルインテグレーター３０を出射した後に、図２４又は図２８に示される固定型の開口絞りによって開口形状（即ち、有効光源形状）を決定することも可能である。かかる場合は、光束調整素子６及び７の位置に配置される凸型の円錐プリズム５２及び凹型の円錐プリズムの形状と間隔を調整して、開口絞り１１に照射される照明光束の形状が、開口絞り１１の開口形状より若干広い範囲となるように成形することで、照明光を有効に使用することができる。
【００３６】
照明光の光束形状を所望の形状に成形する技術に関しては、例えば、公開特許平成５年２５１３０８号公報や公開特許２００１年３５７７７号公報に記載されているため各光学素子の詳細な配置方法の説明は省略する。本発明の更に望ましい実施形態は、光束成形手段４０の射出位置以降に光束形状を検知するための照明領域検出手段６０を挿脱可能に配置することであり、かかる構成により、光束の形状を検知しながら、光束の形状の調整を行うことが可能となる。
【００３７】
照明領域検出手段６０は、例えば、露光装置１００において、オプティカルインテグレーター３０の入射面位置に二次元センサーを配置することで実現してもよいが、本実施形態では、開口絞り１１を開放状態とし、ハーフミラー２５によって照明光の一部を反射した後に二次元センサー１２上に照明光束の像を取り出して、照明光束の断面形状を検知可能としている。照明光束の形状が検知された後に開口絞り１１を開放状態から所望の形状へと変更し、再度、二次元センサー１２によって光束形状を検知して、双方の形状を比較及び調整する事によって、照明光を開口絞りによって無駄に遮光すること無く、有効に利用する事が可能となる。
【００３８】
また、多重極照明法を行う場合は、光束成形手段４０の中で光束調整素子８の位置に、図３に示すような凸型の角錐プリズム５６を挿入することによって、照明光束を独立した複数の光束に分離すると共に、光束調整素子７の位置に更に凸型の角錐プリズム５６に対応した凹型の角錐プリズムを配置することで、照明光束のテレセンを保持する。ここで、図３は、多重極形状の照明光束を成形する角錐プリズム５６の斜視図である。なお、光束調整素子６乃至９は、着脱可能であって、全てが同時に存在する必要はなく、また、光束調整素子６と光束調整素子７との間隔、又は、光束調整素子８と光束調整素子９との間隔をそれぞれ密着状態として、照明光束に変化を加えないことも可能である。
【００３９】
以上のように形成された照明光が、オプティカルインテグレーター３０を通過して、複数の２次光源を形成し、開口絞り１１によって更に光束形状が限定される。図４は、本発明の特徴的な開口絞り１１の開口変更機構２００の構成を示す斜視図であり、例えば、図２７に示したターレット板１０００上の、例えば、四重極形状の開口絞り１１００ｄの位置に、２枚の絞り板２１０及び２２０を重ねて配置している。開口変更機構２００は、オプティカルインテグレーター３０が形成した有効光源形状を切り出し、円周方向の形状を連続的に可変とする形状可変手段の機能を有する。２枚の絞り板２１０及び２２０には、図５に示すように、それぞれ複数の扇型の開口部２１２及び２２２が設けられており、それぞれの絞り板２１０及び２２０が図中矢印方向に回転駆動可能となっている。ここで、図５は、２枚の絞り板２１０及び２２０が形成する開口形状を説明するための斜視図である。
【００４０】
回転駆動用のアクチュエーター２３０は、絞り板２１０及び２２０のそれぞれについて独立に設置されていても良いが、例えば、図４に示すように、１つのアクチュエーター２３０によって２枚の絞り板２１０及び２２０を逆方向に回転駆動しても良い。図４において絞り板２１０及び２２０の外周には歯車が成形されており、ギア２３２、２３４及び２３６にもモジュールの等しい歯車が成形されている。ここでアクチュエーター２３０の駆動によってギア２３６が反時計回りに回転するとギア２３６とかみ合わせ状態にある絞り板２２０は時計回りに回転する、一方、ギア２３４は絞り板２２０と同様に反時計回りに回転して、ギア２３２も同一方向に回転するが、絞り板２１０はギア２３２によって時計回りに回転する。以上のように絞り板２１０と絞り板２２０は、一個のアクチュエーター２３０によって互いに逆方向に回転することとなり、図５に示す開口形状２４０は中心軸に対して左右対称に開口巾が広がる方向に駆動される。例えば絞り板２１０及び２２０のそれぞれにあけられた４個の開口部形状がすべて同一で、しかも回転方向に対して均一に配置されている場合は、共通の開口部２４０も４個所の形状がすべて同一で、かつ均等に配置された状態で、４個の開口巾が同時に拡大あるいは縮小されるように駆動する。
【００４１】
重ねて配置される絞り板２１０及び２２０は、図５に示される形状及び枚数に限定されるものではなく、絞り板２１０及び２２０の開口形状を調整することで、図６に示すような有効光源領域ＶＩを形成するか、或いは、図７に示すように、２つの扇型が相対した有効光源領域ＶＩを形成することも可能である。更に、図８に示すように、円周方向に等間隔以外の配置で、有効光源領域ＶＩを形成することも可能である。ここで、図６は、斜め方向の有効光源領域ＶＩを形成する開口絞りの平面図、図７は、２つの扇型が相対した有効光源領域ＶＩを形成する開口絞りの平面図、図８は、円周方向に等間隔以外の配置で、有効光源領域ＶＩを形成する開口絞りの平面図である。即ち、開口変更機構２００は、扇型、或いは、円形、或いは、楕円形、或いは、多角形の開口部を有する絞り板を複数枚重ねて配置し、それぞれの絞り板を独立に駆動する事によって、開口部が組み合わさった共通の開口部を新たな開口となし、所望の開口形状を設定可能としている。特に、複数の絞り板を光軸を中心に回転する事によって、円周方向の開口形状を変更調整することができる。なお、同様にして、径方向の開口形状を変更調整することも可能であることは言うまでもない。
【００４２】
本実施形態では、図９に示されるような、４つの有効光源領域ＶＩを有する一般的な四重極照明の開口絞りと類似した開口絞りである。図６に扇型の有効光源領域ＶＩがＸ字状に配置された四重極絞りを用いているが、マスク１８上のパターンによっては、図１０に示すように、十字状に有効光源領域ＶＩが配置された開口絞りを用いることもある。ここで、図９は、Ｘ字状に有効光源領域ＶＩを形成する開口絞りの平面図、図１０は、十字状に有効光源領域ＶＩを形成する開口絞りの平面図である。このような開口絞りの変更は、実施形態がもっとも容易に対応できる例であって、図４に示す絞り板２１０及び２２０の回転駆動用のアクチュエーター２３０を複数の絞り板２１０及び２２０のそれぞれに配置することで、複数の絞り板２１０及び２２０を同位相で回転し、全体を回転することで実現することができる。
【００４３】
但し、図４に示す構成に加えて、複数の絞り板２１０及び２２０全体をまとめて回転させることができるアクチュエーターを更に用いることで、全体の回転を実現させてもよい。
【００４４】
なお、図１１に示す開口絞りは、図１０に示す開口絞りを更に変形させた例を示しており、例えば、マスク１８に形成された縦縞パターンと、横縞パターンのそれぞれについての解像条件を変えて投影露光を行う場合などにおいて、縦方向の開口絞り形状と、横方向の開口絞り形状とを異なった形状にしたい場合に有効である。図１１に示す有効光源領域ＶＩの形状（即ち、開口形状）は、図５に示す絞り板２１２の円周方向の幅を狭く設定するか、或いは、絞り板を４枚又は８枚で構成して、それぞれ回転駆動することによって、四重極の有効光源領域のそれぞれを独立に形状変更することが可能であり、容易に成形することができる。図１１は、図１０に示す開口絞りの変形例である開口絞りの平面図である。
【００４５】
更に、扇型形状の内輪側及び外輪側の径も、従来使用されている虹彩絞りとの組み合わせによって調整可能であるが、単純に構成を追加するだけであるため、詳細な説明は省略する。
【００４６】
例えば、図１のマスク１８として図１２に示すマスク３００ａのような所望のコンタクトホールパターンが所定の周期で配置され、その周辺に補助パターン（ダミーのコンタクトホールパターン）が配置されたものを使う。ここで、図１２は、所望のコンタクトホールパターン及び補助パターンを形成したバイナリマスクの概略図である。図１２のマスクは、透光部である所望のコンタクトホールパターン３０２及び補助パターン３０４と、遮光部３０６とから構成されている。なお、マスクとしてはバイナリマスクを使用している。
コンタクトホールパターン３０２及び補助パターン３０４は、ホール径をＰとすると縦横方向にピッチＰ_０＝２Ｐで整列しており、コンタクトホール列を２次元的に形成する。
【００４７】
このマスク３００ａに対して、コンタクトホールを解像するための十字斜入射照明と、その十字斜入射照明によって生じる偽解像を抑制する（即ち、偽解像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明を行うことで、所望のコンタクトホールパターンをプレート２１に解像力良く露光することができる。以下、その詳細について述べる。
【００４８】
コンタクトホールのピッチが小さいと図１２のマスク３００ａを用いて少σ照明をした場合には、投影光学系２０の瞳面における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図１３に示すように、０次回折光４１０が生じ、他の回折次数の回折光は瞳面上において、回折光４１１乃至４１８のようになる。よって、０次以外の回折光は投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンの像が形成されない。ここで、図１３は、図１２に示すマスク３００ａに小σ照明したときの投影光学系２０の瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【００４９】
そこで、これらの回折光４１１乃至４１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光４１０及び４１５を例にとって、かかる２つの回折光が図１３に示す投影光学系２０の瞳面の斜線領域に来るようにするには、図１４で示される有効光源面において、暗い矩形の領域ａで示されるように斜入射照明を設定する。４１０’及び４１５’で示される回折光はクロス及び斜線で示す矩形領域ｂ１及びｂ２にそれぞれ移動し、投影光学系２０の瞳両端に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート２１に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。同様に、２つの回折光４１０及び４１７においても４１０及び４１５で説明した斜入射照明を設定することができる。すなわち領域Ｃ１で示されるように斜入射照明を設定する。このような矩形の有効光源領域を図１５に示すように４つ組み合わせることにより、プレート２１には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源形状を図１６（ａ）に示すように、十字に配置された瞳の半径方向に直交する方向に長手を有する４つの矩形となる。
【００５０】
図１２に示すマスク３００ａでは、所望のコンタクトホールパターンのホール径の大きさが、補助パターンより大きくしてあるので、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンがプレート２１に形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明をしただけでは、プレート２１には、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう（ここで、図１７は右側の開口絞りの開口形状に対応したプレート２１での解像パターンのシミュレーションを示した図である）。
【００５１】
つまり、露光量で考えると、図１８に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ_１の間に偽解像パターンＰ_２が生じてしまっているのである（ここで、図１８は十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するプレート２１での像を示した図である）。
【００５２】
そこで、図１３に示すように、瞳面上で２つの回折光位置を直線的に結んで表される領域ｃを除き、少なくとも１つの回折光のみ瞳面に入射する有効光源形状を加える。この場合は一つの回折光としては０次光とするのが斜入射角を小さくできるので都合が良い。図１９に有効光源形状の一例を示す。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光４１０’が瞳面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、４１０’で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、回折光が瞳面に入射することになる。このような条件に相当するものは合計４つ存在し、結局図１６（ｂ）に示すような形の有効光源となる。
【００５３】
このように、照明系は、２つの回折光が瞳に入射する有効光源形状（図１６（ａ）参照）と、１つの回折光が瞳に入射する有効光源形状（図１６（ｂ）参照）を足し合わせた、図１６（ｃ）に示されるような中央が十字状に抜けた有効光源を持つ変形照明を行うことができる。このような有効光源形状を有する変形照明を行うことで、プレート２１面上では、図１７（ｃ）に示すように偽解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理解される。
【００５４】
つまり、プレート２１での露光量は図１８に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）において、マスクの所望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、偽解像パターンが消失した所望パターンＰ_３のみを得ることができるのである。
【００５５】
以上より、図１２のマスク３００ａに対して、図１６（ｃ）ような有効光源形状を有する変形照明を行うことで、コンタクトホールパターンの解像力が良くなることがわかる。
【００５６】
本実施形態では、図１６（ｃ）の有効光源形状のうち、コンタクトホールを解像するための照明を行うための部分を領域１とし、その照明によって生じる偽解像を抑制する（所望のコンタクトホールパターンと補助パターンのコントラストをよくする）照明を行うための部分を領域２とする（参照：図２０）。
【００５７】
このような領域１及び領域２を有する有効光源形状も、図４に示すような、開口変更機構の絞り板２１０及び２２０を適当に構成することで容易に形成することが可能である。
【００５８】
一般に用いられている投影露光装置では、開口絞り１１近辺での光束径は、５０ｍｍ乃至１５０ｍｍ程度の有効部を必要としており、図２７に示すようなターレット板１０００の開口絞り交換手段を使用した場合、切換えの段数によって左右されるが、開口絞りの交換に要する切換え時間は数秒から十数秒を要している。しかし、本発明による、開口絞りの有効光源領域形状の変更方法では、有効径とほぼ同サイズの絞り板２１０及び２２０を回転させるだけの構造であるために、１秒以下の時間で、形状の変更を完了する事も可能となった。特に、投影露光においては、ウェハ２１の同一位置に対して、複数の照明条件により多重露光を行う方法が提案されており、露光に要する時間に対して、照明条件の切換え時間が重大な比率を占めている。従って、上述したような、切換え方法の変更は単に解像度を向上するだけではなく、生産性の向上も意味している。
【００５９】
続いて、開口絞り１１から出射した照明光は、ハーフミラー２５によって光路が分岐される。
【００６０】
ハーフミラー２５には、９５％以上の透過率を有する半透過膜がコーティングされており、照明光のほとんどは透過するが、一部は反射されて光量を検知するセンサー１２上に集光し、光源であるランプ１の出力状態が測定されるようになっている。センサー１２については、本実施形態において、二次元センサーを用いて、照明領域の形状を検知するために使用する方法を示したが、ここでは、照射領域全体の積算光量を検知する目的で使用しているため、二次元センサーである必要はなく、センサーの種類を切換えて使用する事で対応しても良い。ここで検出された光源であるランプ１の出力は図示しない主制御系に送信され、ランプ１に電力を供給している電源の出力を調整することによって、照明光の強度が目的の値で安定するように調整がなされている。
【００６１】
一方、ハーフミラー２５を透過した照明光はレンズ１４によって、可動ブラインド１５上に結像し、可動ブラインド１５によって形成された開口エリアを通過した光束がレンズ１６側へ進行する。可動ブラインド１５の詳細な構成に関しては、例えば、公開特許１０年９２７２７号公報などで説明がされているため、ここでは説明を省略するが、その位置は、光学的にはオプティカルインテグレーター３０のフーリエ変換面となっており、マスク１８と光学的に共役な位置となっている。
【００６２】
レンズ１６及び１７は、可動ブラインド１５上の像を更にマスク１８上に結像させるための光学系であって、以上の構成により、可動ブラインド１５上の像はマスクステージ１９上に載置されたマスク１８上に、ある投影倍率βをもって照明光が照射されている。
【００６３】
マスク１８を透過した照明光は投影光学系２０によって、更にウェハ２１上に投影され、マスク１８上にクロム等によって形成されたパターンが、ウェハ２１上に結像転写される。
【００６４】
ここでまでの構成は、一括露光型の投影露光装置であっても走査露光型であっても、ほぼ同一であるが、走査露光型の投影露光装置ではマスク１８及びウェハ２１が、それぞれ独立して、照明光の光軸と概直交する面内で移動可能なマスクステージ１９及びウェハステージ２２上に載置されており、照明光の元でマスク１８とウェハ２１を同期して走査することによって露光が行われるようになっている。
【００６５】
このため、マスクステージ１９は静圧ガイドを介して図示しない構造体に固定されており、図示しないリニアモータ等の駆動系によって走査方向（以下スキャン方向と呼ぶ）に駆動が可能となっており、図示しないレーザー干渉計によって駆動位置を確認しながらステージ制御系の司令に基づいて駆動が行われる。また、ウェハステージ２２も同様に静圧ガイドによって図示しない構造体に指示されており、やはり、図示しないリニアモータ等の駆動系によって、スキャン方向と走査方向に対して直交する方向（以下、スリット方向と呼ぶ）の二次元方向への駆動が可能となっている。当然のことながら、ウェハステージ２２の駆動もレーザー干渉計によって位置の認識が行われており、ステージ制御系の司令に基づいて駆動が行われている。
【００６６】
これらのステージを同期駆動して走査露光が行われるが、走査露光に際してマスクステージ１９はステージ制御系の司令に基づいて、マスク１８をスキャン方向（またはスキャン方向とは逆方向）に走査するのと同期して、ウェハステージ２２はウェハ２１をスキャン方向とは逆方向（またはスキャン方向）に走査する。
【００６７】
以上のような走査型の露光装置１００に関し、公開特許２０００年１６４４９８号は、上述したように、同期精度の異なる場合に対応して楕円形状の輪帯照明を形成する例を示しているが、本発明ではこのような場合であっても、まず、図４に示す開口変更機構を用いて、例えば、図７に示すような二重極照明に関して、走査方向と非走査方向の照明光束の比率を変更することが可能であり、また、図８に示すような四重極照明の場合においても走査方向と非走査方向の照明光束の比率を変更が容易に可能となる。
【００６８】
更に、図２１は、照明光の照射形状を調整する手段を加えるためのシリンドリカルレンズを示した図である。図２１を参照するに、シリンドリカルレンズ７０及び７２は、凹凸形状の組み合わせを、四重極のそれぞれの極の有効光源領域ＶＩの照明光束の縦横比を連続的に変更可能となっている。
【００６９】
シリンドリカルレンズ７０及び７２は、同一の曲率で凹凸形状が異なるように成形されており、円筒面の母線方向が一致して配置されている。従って、断面形状が円形である有効光源領域ＶＩは、シリンドリカルレンズ７０に入射した後にまず水平方向の成分が縮小され、次に凹形状のシリンドリカルレンズ７２によって、光束が偏光光に変換されて、楕円形状の有効光源領域ＶＩが成形される。
【００７０】
以上の構成を、例えば、露光装置１００の光束調整素子９から光束調整素子１０の位置に挿入すると、例えば、開口絞り１１の位置に、図９に示すような四重極絞りの開口絞りが使用されている場合、四重極照明の有効光源領域ＶＩを楕円形状として成形することが可能であり、四重極照明の場合においても走査方向と非走査方向の照明光束の比率を変更が容易に可能となる。
【００７１】
なお、図２１に示すシリンドリカルレンズ７０及び７２の組み合わせは四組ともに母線方向が一致して描かれているが、それぞれ独立して、母線方向を回転調整可能であるように構成されていることが望ましく、光軸Ｓａと、各組のシリンドリカルレンズの母線との間隔も調整可能であることが望ましい。
なお、以上の実施例では光源としてランプを用いていたが、その他公知のレーザー光源を使用しても良い。
【００７２】
次に、図２２及び図２３を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７３】
図２３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
なお、ウェハとして、球状の半導体を使用してもよい。　以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の照明光学系によれば、マスク上の回路パターンに対して最適な照明条件を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一態様を示す概略構成図である。
【図２】輪帯形状の照明光束を形成する円錐プリズムの斜視図である。
【図３】多重極形状の照明光束を形成する角錐プリズムの斜視図である。
【図４】本発明の特徴的な開口絞りの開口変更機構の構成を示す斜視図である。
【図５】２枚の絞り板が形成する開口形状を説明するための斜視図である。
【図６】斜め方向の有効光源領域を形成する開口絞りの平面図である。
【図７】２つの扇型が相対した有効光源領域を形成する開口絞りの平面図である。
【図８】円周方向に等間隔以外の配置で、有効光源領域を形成する開口絞りの平面図である。
【図９】Ｘ字状に有効光源領域を形成する開口絞りの平面図である。
【図１０】十字状に有効光源領域を形成する開口絞りの平面図である。
【図１１】図１０に示す開口絞りの変形例である開口絞りの平面図である。
【図１２】所望のコンタクトホールパターン及び補助パターンを形成したバイナリマスクの概略図である。
【図１３】図１５に示すバイナリマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図１４】有効光源形状を説明するための模式図である。
【図１５】有効光源形状を説明するための模式図である。
【図１６】有効光源形状を説明するための模式図である。
【図１７】パターン面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【図１８】変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン上での像を示した図である。
【図１９】有効光源形状の一例を示す図である。
【図２０】有効光源形状を説明するための模式図である。
【図２１】照明光の照射形状を調整する手段を加えるためのシリンドリカルレンズを示した図である。
【図２２】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図２３】図２２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図２４】輪帯形状の開口絞りの平面図である。
【図２５】四重極形状の開口絞りの平面図である。
【図２６】二重極形状の開口絞りの平面図である。
【図２７】複数の開口絞りを変更するためのターレット板の平面図である。
【図２８】輪帯形状が円形状の開口絞りの平面図である。
【図２９】輪帯形状が楕円形状の開口絞りの平面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　ランプ
２　　　　　　　集光ミラー
６乃至９　　　　光束調整素子
１１　　　　　　開口絞り
１８　　　　　　マスク
３０　　　　　　オプティカルインテグレーター
４０　　　　　　光束成形手段
５２　　　　　　円錐プリズム
５６　　　　　　角錐プリズム
７０、７２　　　シリンドリカルレンズ
２００　　　　　開口変更機構
２１０　　　　　絞り板
２１２　　　　　開口部
２２０　　　　　絞り板
２２２　　　　　開口部
２３０　　　　　アクチュエーター

Claims

光源からの光束でマスクを照明する照明光学系において、
前記光束から光軸に対して偏心した所定の形状の有効光源領域を形成する有効光源形成手段と、
前記所定の形状を連続的に可変とする形状可変手段とを有することを特徴とする照明光学系。
光源からの光束でマスクを照明する照明光学系において、
前記光束から光軸に対して偏心した扇型形状の有効光源領域を形成する有効光源形成手段と、
前記扇型形状の有効光源領域を切り出し、円周方向の形状を連続的に可変とする形状可変手段とを有することを特徴とする照明光学系。
前記形状可変手段は、前記扇型形状の有効光源領域の径方向の形状を連続的に可変とすることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
前記有効光源形成手段は、独立した２つの前記有効光源領域を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
前記有効光源形成手段は、独立した４つの前記有効光源領域を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
前記形状可変手段は、少なくとも一以上の第１の所定の形状の開口から形成され、前記光束を通過させるための第１の開口部を有する第１の絞り板と、第２の所定の形状の開口から形成され、前記第１の開口部を通過した前記光束を通過させるための第２の開口部を有する第２の絞り板とを有し、
前記第１の開口部と前記第２の開口部を組み合わせることによって、前記光束から形成される前記有効光源領域の形状を成形することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
前記第１の所定の形状と第２の所定の形状とは略等しいことを特徴とする請求項６記載の照明光学系。
前記第１、第２の所定の形状は、扇型形状、円形状、楕円形状、又は多角形形状のいずれかであることを特徴とする請求項６記載の照明光学系。
前記光源と前記形状可変手段との間に、前記有効光源領域の形状を調整可能とする形状調整手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
前記形状調整手段は、プリズムを含み、前記有効光源領域の面積の相対比を変更することを特徴とする請求項９記載の照明光学系。
前記プリズムは、円錐形状又は角錐形状であることを特徴とする請求項１０記載の照明光学系。
前記形状可変手段の前記光源側に少なくとも一の挿脱自在なシリンドリカルレンズを有し、前記有効光源領域の縦横比を調整可能とした事を特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
前記シリンドリカルレンズの母線方向は、前記有効光源領域の前記光軸に直交する面内で回転調整が可能であることを特徴とする請求項１２記載の照明光学系。
前記形状調整手段の射出側に前記有効光源領域の形状を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項９記載の照明光学系。
コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法の小さな補助パターンとが配列されたマスクを請求項１乃至１４のうちいずれか一項記載の照明光学系により照明するステップを有する投影露光方法であって、
前記照明光学系は、前記コンタクトホールパターンを解像する照明を行うと共に、当該照明による前記補助パターンの偽解像を抑制する照明を行う投影露光方法。
請求項１乃至１４のうちいずれか一項記載の照明光学系によりマスクを照明し、当該マスクを経た光を投影光学系を介して被処理体に照射して当該被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
請求項１６記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップと、
前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行う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。