JP2008153401A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の法線を光軸に対して傾けた状態で基板を走査して焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができる露光装置を提供する。
【解決手段】光源１０からの光束で被照明面に配置されたレチクルを照明する照明光学系２０と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系４０と、前記基板を駆動するステージ６０とを備える露光装置であって、前記照明光学系は、前記被照明面に前記レチクルの走査方向に沿った光強度分布を台形形状となるように形成し、前記被照明面の各点を照明する光の角度分布を等しくする光分布形成部２００を有し、前記ステージが前記基板の法線を前記投影光学系の光軸に対して傾けて前記基板を駆動させながら、前記光分布形成部により形成された光強度分布及び光の角度分布により前記基板を露光する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光で基板を露光する露光装置に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリーや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する。

投影露光装置は、主に、ステップ型露光装置とスキャン型露光装置の２種類に大別される。ステップ型露光装置は、スキャン型露光装置と比べて、構造が簡易であり、コストを抑えることができが、広い領域を露光するためには投影光学系の露光フィールドを大きくする必要があり、収差補正が困難となる。

スキャン型露光装置は、レチクルとウェハとを同期走査させながら露光を行う。スキャン型露光装置は、レチクルとウェハとを走査することによって、投影光学系の露光フィールドよりも大きな領域を露光することができる。従って、スキャン型露光装置は、投影光学系の露光フィールドを小さくすることが可能であり、収差補正を容易にすることができる。

なお、近年では、露光装置の光源には、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）などのパルス光源が用いられる。スキャン型露光装置でパルス光源を用いる場合、ウェハ上において、パルスの不連続性に起因する走査方向の露光量のむら（露光むら）が発生してしまう。そこで、スキャン型露光装置では、レチクル上での走査方向の露光量を一定にするために、レチクルの共役面からデフォーカスした位置に遮光部材を配置し、レチクル面において、走査方向における光の強度分布が台形形状となっている。また、回折光学素子を用いて光強度分布を台形形状に変換する技術も提案されている（特許文献１乃至３参照）。

一方、投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡ、プロセス係数をｋ１とすると、レーリーの式と呼ばれる次式で与えられる。

Ｒ＝ｋ１（λ／ＮＡ）

レーリーの式を参照するに、解像度Ｒを小さくし、微細な回路パターンを転写するためには、プロセス定数ｋ１又は波長λを小さくする、或いは、投影光学系のＮＡを大きくすればよい。従って、近年の半導体素子の微細化に伴い、露光装置の光源の短波長化が進み、投影光学系のＮＡは拡大してきている。

また、実際の露光装置では、ウェハの湾曲、プロセスによるウェハの段差等の影響、ウェハ自体の厚さのために、ある程度の焦点深度が必要となる。なお、焦点深度は、一般的に、次式で表される。ｋ２は定数である。

焦点深度＝ｋ２（λ／ＮＡ^２）

上式を参照するに、焦点深度は、光源の短波長化及び投影光学系のＮＡの拡大に伴って小さくなる。従って、微細な半導体素子の製造においては、焦点深度が小さくなるため、歩留まりの悪化を招いてしまう。
そこで、光源の波長や投影光学系のＮＡを変えることなく（即ち、光源の短波長化及び投影光学系のＮＡの拡大を維持しながら）、焦点深度を拡大する技術が提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１は、ウェハの法線が投影光学系の光軸に対して傾いた状態でウェハを走査することを開示している。ウェハの法線が光軸に対して傾いた状態でウェハを走査すると、ウェハは多数の焦平面上で露光されるため、焦点深度を実質的に拡大することができる。
特開２００１−３５８０５７号公報 特開平１０−９２７３０号公報 特開平１０−１８９４３１号公報 Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６１５４ ６１５４１Ｋ−１ "Ｔｈｅ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ＤＯＦ ｆｏｒ Ｓｕｂ−１００ｎｍ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｆｏｃｕｓ Ｓｃａｎ"

しかしながら、台形形状の光強度分布を有する露光光を用いて、ウェハの法線が光軸に対して傾いた状態でウェハを走査しながら露光すると、ウェハに転写されるレチクルのパターン（パターン像）がシフトしてしまう。

図１０を参照して、ウェハ上において、パターン像がシフトする原因について詳細に説明する。なお、図１０に示すように、投影光学系の光軸方向をＺ軸、光軸に対するウェハの法線の傾きがゼロである場合のウェハの走査方向をＹ軸、Ｙ軸及びＺ軸に直交する方向をＸ軸と定義する。また、以下の説明でも特に断らない限り、この座標系を用いる。

図１０（ａ）は、台形形状の光強度分布を形成するために、レチクル面（被照明面）又はその共役面からデフォーカスした位置に遮光部材を配置した場合を例示的に示している。但し、例えば、ロッドインテグレータの射出面を被照明面からデフォーカスした位置に配置した場合についても、以下の説明が同様に当てはまる。

被照明面からデフォーカスした位置に遮光部材を配置することによって、図１０（ｂ）に示すように、被照明面上には、台形形状の光強度分布が形成される。但し、図１０（ａ）に示すように、光束の一部が遮光部材によって遮蔽されているため、被照明面における光の角度分布は一様ではない。例えば、図１０（ａ）に示される点Ａと点Ｃとでは、光の角度分布は鏡像関係となる。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）において、点Ｂは光軸上の点、点Ａ及び点Ｃは台形形状の光強度の斜辺部分となる点である。

光軸に対してウェハの法線を傾けない通常の走査露光では、ウェハが走査されることによって、点Ａにおける光の角度分布と点Ｃにおける光角度分布とが足し合わされる。従って、全体としての光の角度分布は、点Ｂにおける光の角度分布と略等しく、ウェハに転写されるパターン像はシフトしない。

一方、光軸に対してウェハの法線を傾けた状態でウェハを走査した場合には、上述したように、ウェハに転写されるパターン像がシフトしてしまう。例えば、図１０（ｃ）に示すように、Ｚ軸に対して、上側におけるデフォーカス（傾き）がマイナス、下側におけるデフォーカス（傾き）がプラスとなるように、ウェハを傾けて走査した場合について考える。

ここで、被照明面のある一点を照明する光の重心光線を、以下の数式１で求まる角度θｇ方向の光線と定義する。

ただし、図１１に示すように、θは光軸と成す角度を表し、Ｉ（θ）はあるθにおける光の強度を表す。つまり、重心光線とは入射光束の角度分布の重心に対応する方向を表す光線である。すると、図１０（ａ）に示されるように、重心光線は、上側の領域で上向き、下側の領域で下向きとなる。従って、図１０（ｃ）に示すように、上側の領域において、重心光線とウェハとの交点は、デフォーカスがマイナスであるために、ウェハを傾けない場合と比べて、Ｙ軸のマイナス方向にずれる。同様に、下側の領域では、重心光線とウェハとの交点は、デフォーカスがプラスであるために、ウェハを傾けない場合と比べて、Ｙ軸のマイナス方向にずれる。

このように、重心光線とウェハとの交点が、上側及び下側の領域の双方において、Ｙ軸のマイナス方向にずれるために、ウェハを走査することによってそれぞれのずれが足し合わされ、ウェハに転写されるパターン像がシフトしてしまう。

また、本発明者の鋭意検討の結果、従来の露光装置では、光軸に対して傾いた方向にウェハを走査しながら露光すると、あたかも投影光学系にコマ収差があるかのようにパターン像の形状が崩れることが分かった。

そこで、本発明は、基板の法線を光軸に対して傾けた状態で基板を走査して焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができる露光装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光束で被照明面に配置された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を基板に投影する投影光学系と、前記基板を駆動するステージとを備える露光装置であって、前記照明光学系は、前記被照明面に前記レチクルの走査方向に沿った光強度分布を台形形状となるように形成し、前記被照明面の各点を照明する光の角度分布を等しくする光分布形成部を有し、前記ステージが前記基板の法線を前記投影光学系の光軸に対して傾けて前記基板を駆動させながら、前記光分布形成部により形成された光強度分布及び光の角度分布により前記基板を露光することを特徴とする。

本発明の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基板を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。

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。

本発明によれば、例えば、基板の法線を光軸に対して傾けた状態で基板を走査して焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができる露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明に係る露光装置１の構成を示す概略断面図である。

露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３０のパターンを基板であるウェハ５０に露光するスキャン型（走査型）露光装置である。露光装置１は、図１に示すように、照明装置と、レチクル３０を載置するレチクルステージと、投影光学系４０と、ウェハ５０を載置するウェハステージ６０とを有する。

照明装置は、光源部１０と、照明光学系２０とを有し、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３０を照明する。

光源部１０は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを使用する。但し、光源部１０は、光源の種類や波長を限定せず、その個数も限定しない。

照明光学系２０は、被照明面に配置されたレチクル３０を照明する光学系である。照明光学系２０は、本実施形態では、引き回し光学系２１と、回折光学素子２２と、コンデンサーレンズ２３と、プリズム２４と、ズームレンズ２５と、ミラー２６とを有する。また、照明光学系２０は、光分布形成部２００と、コンデンサーレンズ２２０と、遮光部材２３０及び２４０とを有する。更に、照明光学系２０は、コンデンサーレンズ２７と、ミラー２８と、コリメータレンズ２９とを有する。

引き回し光学系２１は、光源部１０からの光束を回折光学素子２２に導く。

回折光学素子２２は、例えば、複数のスロットを有するターレットに載置される。かかるターレットはアクチュエータ２２ａによって駆動され、任意の回折光学素子２２が光路（光軸）上に配置される。

コンデンサーレンズ２３は、回折光学素子２２から射出される光束を集光し、回折パターン面ＤＰＳに回折パターンを形成する。アクチュエータ２２ａにより光路上に配置される回折光学素子２２を切り換えることによって、回折パターン面ＤＰＳに形成される回折パターンを変更することができる。回折パターン面ＤＰＳに形成された回折パターンは、プリズム２４及びズームレンズ２５を介して輪帯率（輪帯比）やσ値（コヒーレンシー）などのパラメータが調整され、ミラー２６に入射する。

プリズム２４は、入射面が平面、且つ、射出面が凹型の円錐状である光学素子２４ａと、入射面が凸型の円錐状、且つ、射出面が平面である光学素子２４ｂとから構成される。プリズム２４は、光学素子２４ａと光学素子２４ｂとの距離を変更することによって、輪帯率を調整する。光学素子２４ａと光学素子２４ｂとの距離が十分に短い場合、光学素子２４ａと光学素子２４ｂは一体化した１つの平行ガラス平板とみなすことができる。この場合、回折パターン面ＤＰＳに形成された回折パターンは、略相似形状を維持しながら、ズームレンズ２５及びミラー２６を介して、光分布形成部２００に導かれる。光学素子２４ａと光学素子２４ｂとの距離を離すことによって、回折パターン面ＤＰＳに形成された回折パターンの輪帯率や開口角が調整される。

ズームレンズ２５は、プリズム２４からの光束を拡大又は縮小し、σ値を調整する機能を有する。

ミラー２６は、入射する光束に対して所定の傾きを有して配置される。ミラー２６は、ズームレンズ２５からの光束を反射して、光分布形成部２００に入射させる。

光分布形成部２００は、レチクル３０の走査方向に沿った光強度分布が台形形状となるように、レチクル３０（被照明面）上に光強度分布（以下、「台形形状の光強度分布」と称する）を形成する。また、光分布形成部２００は、被照明面であるレチクル３０の各点を照明する光の角度分布を等しくする機能も有する。光分布形成部２００は、本実施形態では、計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）２００Ａを含む。ＣＧＨ２００Ａは、所望の回折分布（即ち、台形形状の光強度分布）が得られるように計算機で設計したパターンを基板上に有する回折光学素子である。なお、ＣＧＨ２００Ａは、回折光による光強度分布が元（前段の光学系）の光軸から外れた位置に形成されるように、設計されることが好ましい。これにより、ＣＧＨ２００Ａに入射する光束のうち、ＣＧＨ２００Ａで回折されずにそのままの角度で透過する光（０次光）を遮光部材２３０で遮蔽することが可能となる。但し、ＣＧＨ２００Ａが理想的に製造され、０次光を発生させない場合には、回折光による光強度分布が元の光軸から外れた位置に形成されるようにＣＧＨ２００Ａを設計する必要はない。なお、光分布形成部２００としてのＣＧＨ２００Ａについては、後で詳細に説明する。

コンデンサーレンズ２２０は、光分布形成部２００から射出された光束を集光する集光光学系として機能する。コンデンサーレンズ２２０は、遮光部材２４０が位置する面を、光分布形成部２００が形成した台形形状の光強度分布で照明する。

遮光部材２３０は、光分布形成部２００としてＣＧＨ２００Ａを用いる場合に、コンデンサーレンズ２２０と遮光部材２４０との間に配置され、ＣＧＨ２００Ａで回折されずに透過した光（０次光）を遮蔽する。換言すれば、遮光部材２３０は、ＣＧＨ２００Ａからの０次光が被照明面であるレチクル３０に到達することを防止する機能を有する。但し、上述したように、ＣＧＨ２００Ａが０次光を発生させない場合には、遮光部材２３０は設けなくてもよい。

遮光部材２４０は、レチクル３０の共役面（被照明面の共役面）に配置され、レチクル３０を照明する照明範囲を規定する。遮光部材２４０は、レチクル３０及びウェハステージ６０に支持されたウェハ５０と共に同期して走査される。また、遮光部材２４０は、遮光部材２３０の機能を兼ね備える、即ち、遮光部材２３０と共用させることが可能である。この場合、遮光部材２４０は、レチクル３０を照明する照明範囲を規定する機能と、ＣＧＨ２００Ａで回折されずに透過した光（０次光）を遮蔽する機能とを有することになる。

コンデンサーレンズ２７は、遮光部材２４０を通過した光束を、ミラー２８を介して、コリメータレンズ２９に導く。

ミラー２８は、入射する光束に対して所定の傾きを有して配置される。ミラー２８は、コンデンサーレンズ２７からの光束を反射して、コリメータレンズ２９に入射させる。

コリメータレンズ２９は、コンデンサーレンズ２７から射出され、ミラー２８で反射された光束で、被照明面としてのレチクル３０を照明する。

レチクル３０は、回路パターンを有し、レチクルステージに支持される。レチクル３０は、レチクルステージによって、所定の走査方向に走査される。レチクル３０から発せられた回折光は、投影光学系４０を介して、ウェハ５０に投影される。露光装置１はスキャン型露光装置であるため、レチクル３０とウェハ５０を投影光学系４０の縮小倍率比の速度比で走査することによって、レチクル３０のパターンをウェハ５０に転写する。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウェハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、複数のレンズ素子のみからなる屈折型光学系、複数のレンズ素子と少なくとも１つの凹面ミラーとを有する反射屈折型光学系（カタディオプトリック光学系）、全ミラー型の反射型光学系を使用することができる。

ウェハ５０は、ウェハステージ６０に支持及び駆動される。ウェハ５０は、他の実施形態では、ガラスプレートなど他の基板を広く含む。ウェハ５０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ６０は、ウェハ５０を保持し、例えば、リニアモーターを利用してウェハ５０を駆動する。また、ウェハステージ６０は、光軸に対してウェハ５０を傾けることが可能な機構を有する。換言すれば、ウェハステージ６０は、ウェハ５０の法線が光軸に対して傾いた状態でウェハ５０を走査する。これにより、焦点深度の拡大を実現することができる。

ここで、図２を参照して、光分布形成部２００としてのＣＧＨ２００Ａについて詳細に説明する。図２は、ＣＧＨ２００Ａ、コンデンサーレンズ２２０及び遮光部材２３０及び２４０の近傍を示す拡大断面図である。

本実施形態のＣＧＨ２００Ａは、図２（ｂ）に示すように、台形形状の光強度分布が遮光部材２４０上（レチクル３０の共役面）に形成されるように、設計された回折光学素子である。なお、本実施形態では、被照射面（レチクル３０）は、フーリエ変換面と略共役関係にある。

図２（ａ）において、密点線は０次光Ｌ０、実線は台形形状の光強度の平坦部分となる点Ｅを照明する光線Ｌ１、粗点線は台形形状の光強度の斜辺部分となる点Ｄ及び点Ｆを照明する光線Ｌ２を示している。

図２（ａ）を参照するに、０次光Ｌ０は、遮光部材２３０によって遮蔽される。一方、光線Ｌ１及びＬ２は、遮光部材２３０によって遮蔽されることなく、遮光部材２４０（レチクル３０の共役面）を台形形状の光強度分布で照明する。

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、遮光部材２４０をレチクル３０（被照明面）の共役面からデフォーカスさせることによって、台形形状の光強度分布を形成していない。従って、重心光線は、台形形状の光強度の斜辺部分となる点Ｄ及び点Ｆにおいても、光軸に対して略平行となる。また、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）の光強度分布にかかわらず、遮光部材２４０（レチクル３０の共役面）における光の角度分布、即ち、点Ｄ乃至点Ｆにおける光の角度分布は一様となる。換言すれば、ＣＧＨ２００Ａから射出される光束は、レチクル３０又はレチクル３０の共役面の各点を照明する光の角度分布が等しくなるように、レチクル３０又はレチクル３０の共役面に照射される。

従って、露光装置１では、ウェハ５０の法線が光軸に対して傾いた状態でウェハ５０を走査しながら露光しても、ウェハ５０に転写されるレチクル３０のパターン（パターン像）がシフトすることはない。更に、露光装置１は、あたかも投影光学系にコマ収差があるかのように発生していたパターン像の形状の崩れを防止（抑制）できることが分かった。その結果、露光装置１は、焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができ、優れた露光性能を達成することができる。

以下、図３乃至図６を参照して、露光装置１の変形例である露光装置１Ａについて説明する。図３は、露光装置１Ａの構成を示す概略断面図である。露光装置１Ａは、露光装置１と比較して、光分布形成部２００としてレンズアレイ２００Ｂを用いる点が異なる。光分布形成部２００としてレンズアレイ２００Ｂを用いた場合には、ＣＧＨ２００Ａとは異なり、０次光を考慮して元の光軸から外れた位置に光強度分布を形成する必要はない。また、０次光を遮蔽する遮光部材２３０を設ける必要もない。

図４は、レンズアレイ２００Ｂ及びコンデンサーレンズ２２０の近傍を示す拡大断面図である。図４において、実線は光軸に対して平行にレンズアレイ２００Ｂに入射する光線Ｌ４、破線は光軸に対して傾きを有してレンズアレイ２００Ｂに入射する光線Ｌ５を示す。なお、図４（ａ）は、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸及び光軸からなる平面における光学系（レンズアレイ２００Ｂ及びコンデンサーレンズ２２０）の断面図である。図４（ｂ）は、レチクル３０の走査方向及び光軸からなる平面における光学系（レンズアレイ２００Ｂ及びコンデンサーレンズ２２０）の断面図である。

レンズアレイ２００Ｂは、本実施形態では、レチクル３０の走査方向に直交する方向（Ｘ軸方向）のみに屈折力を有する第１のレンズアレイ２０２Ｂと、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）のみに屈折力を有する第２のレンズアレイ２０４Ｂとを有する。なお、図４（ａ）では、Ｙ軸方向に屈折力を有する（即ち、Ｘ軸方向に屈折力を有さない）第２のレンズアレイ２０４Ｂを点線で示している。同様に、図４（ｂ）では、Ｘ軸方向に屈折力を有する（即ち、Ｙ軸方向に屈折力を有さない）第１のレンズアレイ２０２Ｂを点線で示している。

なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、Ｙ軸方向の照明範囲がＸ軸方向の照明範囲よりも大きく示されているが、これは図示を明瞭にするためであり、一般的には、Ｘ軸方向の照明範囲はＹ軸方向の照明範囲よりも大きい。但し、本発明は、Ｘ軸方向の照明範囲及びＹ軸方向の照明範囲の大きさを限定するものではない。また、図１に示すように露光装置１がミラー２８を有する場合は、レンズアレイについて表現するレチクル３０の走査方向は、ミラーで折り返しを考慮した方向がレチクル３０の走査方向に対応する。具体的には、図１の左右方向がレチクル３０の走査方向であるが、レンズアレイについて表現するレチクル３０の走査方向に対応する方向は上下方向である。

通常の露光装置において、投影光学系のＸ軸方向の露光フィールドは、ウェハに転写したいパターンのＸ軸方向の幅と等しい。この場合、被照明面（レチクル）におけるＸ軸方向の光強度分布のエッジは、シャープであることが好ましい。これは、ウェハの走査方向の露光量のむらを回避するために、レチクルの走査方向の光強度分布に台形形状が求められることとは対照的である。

本実施形態では、Ｘ軸方向の光強度分布のエッジをシャープにするために、図４（ａ）に示すように、第１のレンズアレイ２０２Ｂを構成する各レンズの入射面と被照明面（レチクル３０）とが共役関係になるように構成されている。第１のレンズアレイ２０２Ｂを構成する各レンズから射出される光束は、コンデンサーレンズ２２０によって集光され、被照明面を重畳的に照明する。これにより、被照明面におけるＸ軸方向の光強度分布はほぼ均一となる。

一方、Ｙ軸方向では、図４（ｂ）に示すように、台形形状の光強度分布で被照明面（レチクル３０）を照明するために、第２のレンズアレイ２０４Ｂを構成する各レンズの入射面と被照明面とは完全な共役関係にない。換言すれば、第２のレンズアレイ２０４Ｂは、被照明面（レチクル３０が配置された面）の共役面からずれた位置に配置される。この場合、光軸に対して平行に第２のレンズアレイ２０４Ｂに入射する光線Ｌ４及び光軸に対して傾きを有して第２のレンズアレイ２０４Ｂに入射する光線Ｌ５によって、被照明面における照明領域がシフトする。

入射角度によってシフトした照明領域が被照明面において重ね合わされることによって、被照明面における光強度分布が台形形状となる。かかる台形形状の斜辺部分の平坦部分に対する割合は、レンズアレイ２００Ｂに入射する光線の角度に依存する。また、第１のレンズアレイ２０２Ｂの焦点距離を変更し、第１のレンズアレイ２０２Ｂの入射面と被照明面との共役関係の程度を調整することによって、台形形状の斜辺部分の平坦部分に対する割合を変えることができる。

図５を参照して、レンズアレイ２００Ｂ（第１のレンズアレイ２０２Ｂ）によって被照明面（レチクル３０）に形成される台形形状の光強度分布の各点における光の角度分布について説明する。

第１のレンズアレイ２０２Ｂを構成する各レンズの入射面と被照明面とが完全に共役関係にない場合、上述したように、第１のレンズアレイ２０２Ｂに入射する光束の入射角度の違いによって、被照明面の照明領域がシフトする。これにより、被照明面には、図５（ｂ）に示すように、台形形状の光強度分布が形成される。

また、図５（ａ）に示すように、光軸に対して傾きを有して第１のレンズアレイ２０２Ｂに入射する光線であっても遮蔽されることなく、被照明面を照明する。従って、重心光線は、台形形状の光強度の平坦部分となる点Ｈ、及び、台形形状の光強度の斜辺部分となる点Ｇ及び点Ｉにおいて、光軸に対して略平行となる。また、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）の光強度分布にかかわらず、被照明面（レチクル３０）における光の角度分布、即ち、点Ｇ乃至点Ｉにおける光の角度分布は一様となる。換言すれば、レンズアレイ２００Ｂから射出される光束は、レチクル３０の各点を照明する光の角度分布が等しくなるように、レチクル３０に照射される。

従って、露光装置１Ａでは、ウェハ５０の法線が光軸に対して傾いた状態でウェハ５０を走査しながら露光しても、ウェハ５０に転写されるレチクル３０のパターン（パターン像）がシフトすることはない。更に、露光装置１Ａは、あたかも投影光学系にコマ収差があるかのように発生していたパターン像の形状の崩れを防止（抑制）できることが分かった。その結果、露光装置１Ａは、焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができ、優れた露光性能を達成することができる。

また、露光装置１Ａは、図６に示すレンズアレイ２００Ｃを光分布形成部２００として用いることもできる。図６は、レンズアレイ２００Ｃ及びコンデンサーレンズ２２０の近傍を示す拡大断面図である。

レンズアレイ２００Ｃは、レチクル３０（被照明面）を照明する照明範囲が互いに異なる複数の光学素子で構成される。本実施形態のレンズアレイ２００Ｃは、図６（ａ）に示すように、射出する光束の角度が異なる３種類のレンズ２０２Ｃ乃至２０６Ｃを複数組み合わせて構成されている。なお、ここでは、説明を簡単にするために、レンズアレイ２００Ｃを構成するレンズを３種類としたが、実際には、より多くの種類のレンズを組み合わせてレンズアレイ２００Ｃを構成することが好ましい。

レンズアレイ２００Ｃを構成する３種類のレンズ２０２Ｃ乃至２０６Ｃから射出される光束は、コンデンサーレンズ２２０によって集光され、被照明面を重畳的に照明する。３種類のレンズ２０２Ｃ乃至２０６Ｃは、それぞれ射出角度が異なるため、図６（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の照明範囲が異なる。従って、３種類のレンズ２０２Ｃ乃至２０６Ｃで構成されたレンズアレイ２００は、図６（ｂ）に示すように、階段状の光強度分布で被照明面を照明する。また、レンズアレイ２００Ｃを構成するレンズの種類を増やすことによって、階段状の段差は小さくなり、被照明面に形成される光の強度分布は台形形状となる。

レンズアレイ２００Ｃは、光束を遮蔽したり、エッジがシャープな分布をデフォーカスによってぼかしたりしていないため、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）の光強度分布にかかわらず、被照明面（レチクル３０）における光の角度分布は一様となる。換言すれば、レンズアレイ２００Ｃから射出される光束は、レチクル３０の各点を照明する光の角度分布が等しくなるように、レチクル３０に照射される。

なお、このように、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）に段階状の光強度分布を形成する場合でも、Ｘ軸方向のエッジがシャープである光強度分布を形成することが好ましい。この場合、レチクル３０の走査方向（Ｙ軸方向）のみに屈折力を有し、射出角度が異なる複数のレンズから構成されるレンズアレイと、Ｘ軸方向のみに屈折力を有し、射出角度が略等しい複数のレンズから構成されるレンズアレイとを組み合わせればよい。また、レンズアレイの表面はＸ軸方向にのみ屈折力を有し、レンズアレイの裏面はＹ軸方向のみに屈折力を有する光学素子を用いてもよい。

これまでの説明では、光分布形成部２００から射出される光束を集光するコンデンサーレンズ２２０を無収差の理想レンズとしていたが、以下では、コンデンサーレンズ２２０に収差がある場合に光の角度分布が受ける影響について説明する。

図７は、コンデンサーレンズ２２０に収差がある場合に光の角度分布が受ける影響について説明するための図であって、図７（ａ）はコンデンサーレンズ２２０に収差がない場合を、図７（ｂ）はコンデンサーレンズ２２０に収差がある場合を示している。図７において、実線は光軸に対して平行に入射する光線Ｌ７であり、破線は光軸に対して傾きを有して入射する光線Ｌ８である。ここでは、コンデンサーレンズ２２０の収差の影響に注目するため、コンデンサーレンズ２２０が無収差である場合に、被照明面上に矩形形状の光強度分布が形成される例を示す。

図７（ａ）に示すように、コンデンサーレンズ２２０が無収差である場合、被照明に形成される光強度分布は、矩形形状の平坦な分布となる。被照明面上の光線が到達する点Ｊ及び点Ｋは、上側及び下側からの光線によって照明される。従って、被照明面上の光線が到達する各点（例えば、点Ｊ及び点Ｋ）で、光の角度分布は一様となる。

一方、図７（ｂ）に示すように、コンデンサーレンズ２２０に収差が残存する場合、被照明面に形成される光強度分布は、コンデンサーレンズ２２０の収差によるスポット径を反映した台形形状の光強度分布となる。台形形状の光強度の平坦部分にある点Ｍは、上側及び下側からの光線によって照明される。従って、点Ｍにおける光の角度分布は一様となる。

しかしながら、台形形状の光強度の斜辺部分にある点Ｌには、上側の光線が到達しない（即ち、点Ｌは、上側の光線によって照明されない）。従って、図７に示すように、点Ｌにおける光の角度分布は一様ではない。

上述したように、ウェハ５０の法線が光軸に対して傾いた状態でウェハ５０を走査しながら露光する場合、被照明面における光の角度分布が一様でないことは好ましくない。本発明者の検討の結果、コンデンサーレンズ２２０の収差によるスポット径は、光分布形成部２００によって形成される台形形状の光強度分布の上辺及び下辺をそれぞれα及びβとすると、（α−β）／２以下であることが好ましい。更に、コンデンサーレンズ２２０の収差によるスポット径は、（α−β）／４以下であることがより好ましい。かかる条件を満たせば、コンデンサーレンズ２２０に収差が残存していても、パターン像のシフトやあたかも投影光学系にコマ収差があるかのように発生していたパターン像の形状の崩れを防止することができる。

露光において、光源部１０から発せられた光束は、照明光学系２０を介して、レチクル３０を照明する。レチクル３０のパターンは、投影光学系４０を介して、ウェハ５０に結像される。この際、露光装置１又は１Ａは、レチクル３０上において台形形状の光強度分布を有する露光光を用いて、ウェハ５０の法線が光軸に対して傾いた状態でウェハ５０を走査しながらレチクル３０のパターンを露光する。なお、レチクルを照明する光束は、光分布形成部２００によって、レチクル３０の各点を照明する光の角度分布が等しくなるように、レチクル３０に照射される。従って、露光装置１又は１Ａは、焦点深度を拡大させながらも、良好なパターン像を得ることができる。その結果、露光装置１又は１Ａは、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図８及び図９を参照して、上述の露光装置１又は１Ａを利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図８は、デバイス（半導体デバイス又は液晶デバイス）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、半導体デバイス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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。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、レチクルとウェハを用いて本発明の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。

図９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、上述の露光装置によってレチクル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。かかる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。このように、上述の露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す露光装置の光分布形成部としてのＣＧＨ、コンデンサーレンズ及び遮光部材の近傍を示す拡大断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図３に示す露光装置の光分布形成部としてのレンズアレイ及びコンデンサーレンズの近傍を示す拡大断面図である。 図３に示す露光装置の光分布形成部としてのレンズアレイ及びコンデンサーレンズの近傍を示す拡大断面図である。 図３に示す露光装置の光分布形成部としてのレンズアレイ及びコンデンサーレンズの近傍を示す拡大断面図である。 コンデンサーレンズに収差がある場合に光の角度分布が受ける影響を説明するための図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図８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。 台形形状の光強度分布を有する露光光を用いて、ウェハの法線が光軸に対して傾いた状態でウェハを走査しながら露光した場合に、パターン像がシフトする原因について説明するための図である。 重心光線を説明するための図である。

符号の説明

１及び１Ａ 露光装置
１０ 光源部
２０ 照明光学系
２００ 光分布形成部
２００Ａ 計算機ホログラム（ＣＧＨ）
２００Ｂ レンズアレイ
２０２Ｂ 第１のレンズアレイ
２０４Ｂ 第２のレンズアレイ
２００Ｃ レンズアレイ
２０２Ｃ乃至２０６Ｃ レンズ
２２０ コンデンサーレンズ
２３０ 遮光部材
２４０ 遮光部材
３０ レチクル
４０ 投影光学系
５０ ウェハ
６０ ウェハステージ

Claims (7)

1. 光源からの光束で被照明面に配置された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を基板に投影する投影光学系と、前記基板を駆動するステージとを備える露光装置であって、
   前記照明光学系は、前記被照明面に前記レチクルの走査方向に沿った光強度分布を台形形状となるように形成し、前記被照明面の各点を照明する光の角度分布を等しくする光分布形成部を有し、
   前記ステージが前記基板の法線を前記投影光学系の光軸に対して傾けて前記基板を駆動させながら、前記光分布形成部により形成された光強度分布及び光の角度分布により前記基板を露光することを特徴とする露光装置。
2. 前記光分布形成部は、計算機ホログラムを含むことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記照明光学系は、前記レチクルを照明する照明範囲を規定すると共に前記計算機ホログラムで回折されずに透過した光を遮蔽する遮光部材を有することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記光分布形成部は、
   前記照明光学系の光軸に直交する方向であって、前記レチクルの走査方向に対応する方向に直交する方向のみに屈折力を有する第１のレンズアレイと、
   前記レチクルの走査方向に対応する方向のみに屈折力を有する第２のレンズアレイとを有し、
   前記第２のレンズアレイの入射面は、前記被照明面の共役面からずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記光分布形成部は、
   前記レチクルを照明する照明範囲が互いに異なる複数の光学素子で構成されたレンズアレイであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 前記照明光学系は、前記光分布形成部から射出された光束を集光する集光光学系を有し、
   前記集光光学系の収差によるスポット径は、前記集光光学系が無収差の場合に前記光分布形成部によって形成される台形形状の光強度分布の上辺と下辺との差の１/２以下であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて基板を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。

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