JP2009043933A - 露光装置、調整方法、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光学系の瞳面における光強度分布を簡易、且つ、高精度に調整することができる露光装置及び調整方法を提供する。
【解決手段】光源からの光を用いて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を有する露光装置において、前記照明光学系の瞳面を射出面に形成するオプティカルインテグレータと、前記光源からの光の一部を遮光する複数の遮光板を、それぞれ有する第１の遮光部と第２の遮光部と、前記複数の遮光板のそれぞれを駆動する駆動部と、を備え、前記オプティカルインテグレータの入射面と前記照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束と前記入射面において前記交点から最も離れた位置に集光する最外光束とが共に通過する領域を含む、前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第１の遮光部が配置され、前記中心光束と前記最外光束とが共に通過する領域を含まない前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第２の遮光部が配置されている、ことを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、調整方法、露光方法及びデバイス製造方法に関する。

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や論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンをウエハ等に転写する投影露光装置が従来から使用されている。

近年では、半導体デバイスの微細化が急速に進んでおり、投影露光装置は、０．１μｍ以下の非常に微細な線幅を転写するようになってきている。また、半導体デバイスの更なる微細化を実現するために、投影露光装置に対する解像力の向上の要求はますます高まっている。

投影露光装置においては、サブミクロン単位の線幅を転写するために、様々な超解像技術（フォトレジストの改良や位相シフトマスクの開発など）が提案されている。超解像技術の１つとして、レチクルのパターンを照明する（転写パターンに供給する）光の角度特性（以下、「有効光源又は有効光源分布」と称する）を制御する技術が知られている。ここで、角度特性とは、照明光学系の瞳面での光強度分布と等価である。

有効光源を制御するということは、照明光学系の瞳面における光強度分布を制御することである。投影露光装置においては、照明形状変換手段や変倍リレーレンズなどを用いて、照明光学系の瞳面に所望の光強度分布を形成している。但し、光学素子の製造誤差や組立誤差、偏光透過率差及び偏光反射率差（光の偏光状態に対する光学素子の透過率差及び反射率差）、光学系に含まれる収差などに起因して、照明光学系の瞳面に形成される光強度分布が所望の光強度分布からずれてしまうことがある。

そこで、照明光学系の瞳面の近傍に遮光物を配置し、瞳面の光を遮光して光強度分布（有効光源）を微調整する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、面内の透過率が不均一な２つの２次元フィルターを照明光学系の瞳面に配置し、かかるフィルターを回転させることで所望の光強度分布（有効光源）に近づける技術も提案されている（特許文献２及び３参照）。
特開２００２−０７５８４３号公報 特開２００２−０９３７００号公報 特開２００７−０２７２４０号公報

しかしながら、照明光学系の瞳面における光強度分布の制御においては、半導体デバイスの微細化が進めば進むほど高い精度が要求されるため、従来技術では、要求される精度を満たす光強度分布を形成することができなくなってきている。例えば、近年では、所望の光強度分布に対して許容できるズレは、同じ機種の装置で生じる微細な差（機差）を許さないほどになっている。また、光学素子の製造誤差及び組立誤差、偏光状態の影響を受けずに、どの露光装置にも同じ有効光源を安定して供給することも望まれている。

一方、投影露光装置においては、有効光源に対して積極的に非対称性を与えたい（即ち、非対称な有効光源を形成する）場合がある。例えば、水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ：Ｈ）方向の光量と垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ：Ｖ）方向の光量との比（ＨＶ光量比）が１：１ではない有効光源を形成したい場合がある。クロスポールなどの有効光源において、各ポールの形状は同じでありながら、各ポールの光強度を異ならせたい場合がある。また、Ｈ方向のポールに対してＶ方向のポールの開口角が大きいクロスポールの有効光源において、各ポールの光強度を同じにするために、Ｈ方向のポールの光強度に対してＶ方向のポールの光強度を弱くしたい場合がある。更には、Ｈ方向の重心（光量重心）とＶ方向の重心（光量重心）との比（ＨＶ重心比）が１：１ではない有効光源を形成したい場合もある。例えば、クロスポールの有効光源において、Ｈ方向のポールに対してＶ方向のポールの重心を中心に近づけたり、中心から遠ざけたりしたい場合がある。このように、有効光源を調整するというよりも、有効光源におけるＨＶ光量比やＨＶ重心比などのＨＶ差を積極的に変更したい場合には、照明光学系の瞳面での光強度分布の変化させたい部分だけを簡易に調整することができる手段が必要となる。

そこで、本発明は、照明光学系の瞳面における光強度分布を簡易、且つ、高精度に調整することができる露光装置及び調整方法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、光源からの光を用いて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を有する露光装置において、前記照明光学系の瞳面を射出面に形成するオプティカルインテグレータと、前記光源からの光の一部を遮光する複数の遮光板を、それぞれ有する第１の遮光部と第２の遮光部と、前記複数の遮光板のそれぞれを駆動する駆動部と、を備え、前記オプティカルインテグレータの入射面と前記照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束と前記入射面において前記交点から最も離れた位置に集光する最外光束とが共に通過する領域を含む、前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第１の遮光部が配置され、前記中心光束と前記最外光束とが共に通過する領域を含まない前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第２の遮光部が配置されている、ことを特徴とする。

本発明の別の側面としての調整方法は、原版を照明する照明光学系の瞳面における光強度分布を調整する調整方法において、前記照明光学系の瞳面における光強度分布を計測する計測ステップと、前記照明光学系の瞳面を射出面に形成するオプティカルインテグレータの入射面において前記照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束と前記入射面において前記交点から最も離れた位置に集光する最外光束とが共に通過する領域を含む、前記照明光学系の光軸に垂直な面に配置され、照明光の一部を遮光する第１の遮光部と、前記中心光束と前記最外光束とが共に通過する領域を含まない前記垂直な面に配置され、前記照明光の一部を遮光する第２の遮光部とのうち少なくとも一方を、前記計測ステップにおいて計測された光強度分布に基づいて選択する選択ステップと、前記選択ステップにおいて選択された遮光部を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光方法は、上述の調整方法により調整された前記光強度分布を用いて、前記原版を照明するステップと、前記原版のパターンの像を基板に露光するステップと、を有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光方法により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、照明光学系の瞳面における光強度分布を簡易、且つ、高精度に調整することができる露光装置及び調整方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略断面図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式で原版としてのレチクル（マスク）３０のパターンをウエハ５０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１は、光源１０と、照明光学系２０と、投影光学系４０と、基板としてのウエハ５０を支持するウエハステージ５５と、照度センサ６０と、有効光源測定部６５と、制御部７０と、遮光機構８０とを備える。

光源１０は、本実施形態では、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。

照明光学系２０は、光源１０からの光束を用いてレチクル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、λ／２位相板（１／２波長板）２０１と、減光フィルター２０２と、角度分布規定素子２０３と、コンデンサーレンズ２０４と、回折光学素子２０５と、コンデンサーレンズ２０６と、照明形状変換部２０７とを含む。また、照明光学系２０は、変倍リレーレンズ２０８と、ハエの目レンズ２０９と、絞り２１０と、コンデンサーレンズ２１１と、ビームスプリッタ２１２と、露光量センサ２１３と、リレー光学系２１４とを含む。

λ／２位相板２０１は、水晶やフッ化マグネシウムなどの複屈折を有する硝材で構成され、光源１０から射出された光束の偏光状態を、所定の方向に電場ベクトルが向いた偏光状態に変換する。λ／２位相板２０１は、照明光学系２０の光路上に挿脱可能に配置される。λ／２位相板２０１は、例えば、被照明面をＸ偏光で照明する場合には、照明光学系２０の光路上に挿入され、被照明面をＹ偏光で照明する場合には、照明光学系２０の光路上から取り出される。

減光フィルター２０２は、ウエハ５０に塗布されたフォトレジスト（感光剤）の感度に応じて照明光の照度を変更するために、切り替え可能に構成されている。

角度分布規定素子２０３は、光源１０からの光束が床振動や装置振動によって照明光学系２０の光軸に対して偏心したとしても、後段の光学系に入射する光束の特性が変化しないように、特定の角度分布で光束を射出する。

コンデンサーレンズ２０４は、角度分布規定素子２０３からの光束を回折光学素子２０５の入射面に投影する。

回折光学素子２０５は、回折光を発生させ、コンデンサーレンズ２０６を介して、所望の光強度分布をＡ面に形成する。

照明形状変換部２０７は、照明条件（円形照明、輪帯照明、４重極照明など）に応じて光束を輪帯形状や４重極形状に変換（変形）する光学素子で構成される。例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような輪帯形状の有効光源分布を形成する場合には、照明形状変換部２０７は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１のプリズム２０７Ａと第２のプリズム２０７Ｂとを含む一対のプリズムで構成すればよい。ここで、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、有効光源分布の一例として、輪帯形状の有効光源分布を示す図である。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す輪帯形状の有効光源分布を形成する照明形状変換部２０７の構成の一例を示す図である。

第１のプリズム２０７Ａは、凹形状の円錐面の入射面と、平面の射出面とを有する。第２のプリズム２０７Ｂは、平面の入射面と、凸形状の円錐面の射出面とを有する。第１のプリズム２０７Ａと第２のプリズム２０７Ｂとの間隔が小さい場合（図３（ａ））には、図２（ａ）に示すように、発光部ＥＰの幅が太い（輪帯率が大きい）輪帯形状の有効光源分布が形成される。また、第１のプリズム２０７Ａと第２のプリズム２０７Ｂとの間隔が大きい場合（図３（ｂ））には、図２（ｂ）に示すように、発光部ＥＰの幅が狭い（輪帯率が小さい）輪帯形状の有効光源分布が形成される。従って、第１のプリズム２０７Ａと第２のプリズム２０７Ｂとを含む一対のプリズムは、有効光源分布の形成自由度を向上させ、所望の輪帯形状の有効光源分布を形成することができる。また、第１のプリズム２０７Ａと第２のプリズム２０７Ｂとを含む一対のプリズムは、後述する変倍リレーレンズ２０８と共同して、輪帯率を維持したまま、有効光源分布の大きさ（σ値）を調整することができる。

変倍リレーレンズ２０８は、照明形状変換部２０７で変形された光束を拡大及び縮小して、ハエの目レンズ２０９に投影する。

オプティカルインテグレータとしてのハエの目レンズ２０９は、射出面において複数の光源を形成する。ハエの目レンズ２０９の射出面は、本実施形態では、照明光学系２０の瞳面となる。ハエの目レンズの代わりに、例えば、シリンドリカルレンズ、２次元的に束ねて構成したロッドレンズや、一体的に形成されたマイクロレンズアレイであってもよい。

コンデンサーレンズ２１１は、絞り２１０を介して、ハエの目レンズ２０９で波面分割された光束を重畳的に重ね合わせて、Ｂ面に略均一な光強度分布を形成する。

ビームスプリッタ２１２は、コンデンサーレンズ２１１からの光束を透過して後段のリレー光学系２１４に導光すると共に、コンデンサーレンズ２１１からの光束の一部を反射して露光量センサ２１３に導光する。

露光量センサ２１３は、ビームスプリッタ２１２で反射された光束を受光して露光量を検出する。露光量センサ２１３は、検出結果を制御部７０に出力する。

リレー光学系２１４は、Ｂ面に形成された略均一な光強度分布をレチクル３０面上に投影する。

レチクル３０は、回路パターンを有し、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。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、ウエハ５０に投影される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル３０とウエハ５０とを走査することによって、レチクル３０のパターンをウエハ５０に転写する。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。

ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ５０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ５０には、フォトレジストが塗布されている。

ウエハステージ５５は、ウエハ５０を支持し、例えば、リニアモータを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ５０を移動させる。

照度センサ６０は、ウエハステージ５５上に配置され、ウエハステージ５５によって任意のタイミングで露光領域内に挿入されて、かかる露光領域内の照度を計測する。

有効光源測定部６５は、ウエハステージ５５上に配置され、例えば、ピンホールと、２次元ＣＣＤとで構成される。有効光源測定部６５は、ウエハステージ５５によって任意のタイミングで露光領域内に挿入され、ピンホールを通過した光束を２次元ＣＣＤで受光して有効光源分布を測定する。なお、有効光源測定部６５と照度センサ６０は、両方の機能を兼ね備えた１つの測定部で構成されていてもよい。

制御部７０は、図示しないＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部７０は、例えば、露光量センサ２１３からの検出結果に基づいて、露光量が所望の値となるように光源１０を制御する。また、制御部７０は、本実施形態では、照明光学系２０の瞳面における光強度分布が所望の光強度分布となるように、遮光機構８０を制御する。また、制御部７０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の調整に関する動作を制御する。

遮光機構８０は、光源１０と照明光学系２０の瞳面（本実施形態では、ハエの目レンズ２０９の射出面）との間の光路に配置され、光源１０からの光束の一部を遮光することによって照明光学系２０の瞳面における光強度分布を連続的に変化させる。

遮光機構８０は、図１に示すように、第１の遮光部８２０と、第２の遮光部８４０と、駆動部８６０とを有する。なお、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０は同様な構成を有するため、本実施形態では、第１の遮光部８２０について説明する。

第１の遮光部８２０は、図４に示すように、照明光学系２０の光軸に垂直な断面において、照明光学系２０の光軸を中心として配置され、開口の形状を規定する複数（本実施形態では、４つ）の遮光板８２２ａ乃至８２２ｄで構成される。また、複数の遮光板８２２ａ乃至８２２ｄは、照明光学系２０の瞳面における光線有効径（即ち、露光に用いる光線が存在する領域）の少なくとも一部を覆うように配置され、光源からの照明光の一部を遮光する。遮光板８２２ａ乃至８２２ｄとして、例えば、光を完全に遮る金属等で構成された部材や、特定の波長に対して所望の透過率を有する減光フィルターが用いられる。具体的には、光源１０からの光束の波長に対して５０％以下の透過率を有する減光フィルターであることが好ましい。なお、第１の遮光部８２０は、図４に示す構成に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、８つの遮光板８２２ａ乃至８２２ｈで構成されてもよい。第１の遮光部８２０を構成する遮光板の数を多くすることで、照明光学系２０の瞳面における光強度分布をより細かく調整することが可能となる。ここで、図４及び図５は、遮光機構８０における第１の遮光部の構成の一例を示す図である。

駆動部８６０は、制御部７０に制御され、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０を構成する複数の遮光板の各々を独立して駆動する。具体的には、駆動部８６０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布が所望の光強度分布となるように、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０を構成する複数の遮光板の各々を、図４及び図５に示す矢印方向に駆動する。また、駆動部８６０は、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０の全体（即ち、第１の遮光部８２０を構成する複数の遮光板及び第２の遮光部８４０を構成する複数の遮光板）を照明光学系２０の光軸に沿って駆動する機能を有する。更に、駆動部８６０は、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０の全体を照明光学系２０の光軸に対して回転させる機能も有する。

ここで、遮光機構８０（第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０）を配置する位置、及び、遮光機構８０（第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０）の機能について詳細に説明する。

遮光機構８０は、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０を小さく構成することができると共に、照明光学系２０の瞳面における光強度分布に影響を与えやすい（即ち、光強度分布を簡易に調整することができる）位置に配置することが好ましい。露光装置１においては、レチクル３０面における光束径は、光源１０の射出面における光束径よりも遙かに大きく、光学系の上流（光源１０側）に配置される光学素子ほど小さくなる傾向がある。但し、光源１０の射出面における光強度断面は非常に小さく、また、エネルギー密度が高いため、光源１０の射出面の近傍に遮光機構８０を配置すると、遮光板の劣化が激しくなってしまう。従って、遮光機構８０は、光束のエネルギー密度が高すぎず、且つ、光束の大きさがある程度小さい位置に配置するとよい。また、遮光機構８０は、遮光板による遮光の変動を抑えるために、光源１０から射出される光束の変動に対して照明光学系２０の瞳面における光強度分布の変化が鈍感な位置に配置するとよい。

本実施形態では、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０は、図１に示すように、回折光学素子２０５とハエの目レンズ２０９との間に配置されている。これにより、光源１０からの光束の変動による影響を受けることなく、且つ、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０の構成を大きくすることもなく、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を調整することができる。なお、光源１０からの光束の変動による影響を確実になくすためには、角度分布規定素子２０３よりも光源１０側にオプティカルインテグレータを配置し、回折光学素子２０５に入射する光束の角度、位置及び大きさを常に一定にすればよい。

図６は、照明光学系２０において、回折光学素子２０５からハエの目レンズ２０９までの光路を示す拡大光路図である。但し、照明形状変換部２０７は、図示を省略している。図６において、Ｌ１は、照明光学系２０の瞳面近傍（ハエの目レンズ２０９の入射面）の中心に到達する光であって、ハエの目レンズの入射面と照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束である。また、Ｌ２は、照明光学系２０の瞳面近傍の最周辺に到達する光であって、ハエの目レンズの入射面において、照明光学系の光軸との交点から最も離れた位置に集光する最外光束である。

図６を参照するに、照明光学系２０の光路は、照明光学系２０の瞳面の中心に到達する光Ｌ１と照明光学系２０の瞳面の最周辺に到達する光Ｌ２の一部とが互いに重なり合う領域と重なり合わない領域に分けることができる。つまり、照明光学系２０の光路（その光軸上の位置）は、その光軸に垂直な面を該光軸に沿って移動したときに、その面内において光Ｌ１と光Ｌ２が共に通過する領域を含むときの範囲と、該領域を含まないときの範囲とに分けられる。本実施形態では、照明光学系２０の回折光学素子２０５からハエの目レンズ２０９までの光路を４つの領域（領域α、領域β、領域γ及び領域δ）に分けることができる。

４つの領域α乃至δの各々は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布に与える影響が異なる。領域α及び領域γは、ハエの目レンズの入射面およびハエの目レンズの入射面と共役な面を含まず、領域β及び領域δの領域に比べて、それらの面から遠い位置に存在する。従って、領域α及び領域γに遮光機構８０を配置した場合、照明光学系２０の瞳面に投射される遮光板の影は、照明光学系２０の瞳面の広範囲にわたる。

一方、領域β及び領域δは、ハエの目レンズの入射面およびハエの目レンズの入射面と共役面を含み、領域α及び領域γの領域に比べて、それらの面に近い領域を含む。従って、領域β及び領域δに遮光機構８０を配置した場合、照明光学系２０の瞳面に投射される遮光板の影は、照明光学系２０の瞳面の狭い範囲に限定される。

図７は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の一例を示す図である。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を示している。図７（ｄ）、図７（ｅ）及び図７（ｆ）は、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す光強度分布のＬ−Ｒ（Ｈ方向）断面における光強度を示している。また、図７（ａ）及び図７（ｄ）は、照明光を遮光機構８０で遮光しない場合の例である。図７（ｂ）及び（ｅ）は、領域α又は領域γに配置した第１の遮光部８２０又は第２の遮光部８４０の遮光板をＨ方向のみに駆動した場合の例である。図７（ｃ）及び（ｆ）は、領域β又は領域δに配置した第１の遮光部８２０又は第２の遮光部８４０の遮光板をＨ方向のみに駆動した場合の例である。

領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布に対して、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０よりもなだらか、且つ、広範囲に影響を与える。一方、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布に対して、領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０よりも急激、且つ、狭い範囲に影響を与える。

このように、遮光機構８０（第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０）を配置する位置によって、照明光学系２０の瞳面における光強度分布に与える影響が異なる。そこで、まず、有効光源測定部６５において計測された有効光源（照明光学系の瞳面における光強度分布）と、所望の光強度分布とを比較する。次に、所望の光強度分布との差に応じて、領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０、及び、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０の両方、または、どちらか一方を選択する。そして、所望の光強度分布に近づくように、選択された遮光部の遮光板を駆動する。これにより、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を高精度に調整することができる。なお、遮光機構８０（第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０）を配置する位置は、図６に示す領域α乃至δのみに限定されるものではなく、同様な効果を得ることができる位置であればよい。また、有効光源の変化量と遮光板の駆動量との関係が予め分かっていれば、計測された有効光源と所望の光強度分布との差に基づいて、その駆動量を算出してもよい。

また、安定した光源（ｉ線等の超高圧水銀ランプ）を光源１０として用いる場合には、光源からの光(光の発散角度等)を安定させる光学素子（角度分布規定素子２０３、コンデンサーレンズ２０４）が必要なくなる。この場合、光源１０と照明光学系２０の瞳面との間の光路において、照明光学系２０の瞳面の中心に到達する光と最周辺に到達する光の一部とが互いに重なり合う領域と重なり合わない領域に分け、目的に応じて遮光機構８０を配置すればよい。

遮光機構８０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を調整する様々な場面に用いることができる。例えば、標準状態では図８（ａ）に示す光強度分布（σ照明）が照明光学系２０の瞳面に形成されているが、レチクル３０の不具合などで、図８（ｂ）に示すようなＶ方向に長い（Ｈ方向の幅が小さい）光強度分布が必要な場合がある。図８（ａ）に示す光強度分布と図８（ｂ）に示す光強度分布とを比較すると、光強度分布の形状が変化している。従って、強度変化に対して狭い範囲に強く影響を与えることができるβ領域又はδ領域に配置された第２の遮光部８４０がより有効に働く。具体的には、β領域又はδ領域に配置された第２の遮光部８４０のＨ方向に関する遮光板を駆動すればよい。また、標準状態では図８（ｃ）に示す光強度分布（多重極照明）や図８（ｅ）に示す光強度分布（輪帯形状）が照明光学系２０の瞳面に形成されているが、図８（ｄ）及び図８（ｆ）に示すようなＶ方向に長い光強度分布が必要な場合がある。この場合、β領域又はδ領域に配置された第２の遮光部８４０のＨ方向に関する遮光板を駆動すればよい。ここで、図８は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の調整を説明するための図である。

このように、β領域又はδ領域に配置された第２の遮光部８４０のＨ方向に関する遮光板を駆動することで、光軸対称な光強度分布をＨ方向の幅が小さい（Ｖ方向に長い）光強度分布に調整（変更）することができる。換言すれば、第２の遮光部８４０は、照明光学系２０の瞳面において規定レベル以上の光量を有する領域の個数を維持しながら当該領域の形状を調整することができる。一方、β領域又はδ領域に配置された第２の遮光部８４０のＶ方向に関する遮光板を駆動することで、光軸対称な光強度分布をＨ方向に長い光強度分布に調整（変更）することができる。

なお、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の形状を調整する場合には、例えば、モーメントを指標として光強度分布の形状を調整することが好ましい。モーメントは、光強度分布を数値化したものであり、光強度分布を相対比較する際に便利な指標である。モーメントＩは、Ｉ＝Σ（（各指定座標と瞳面中心からの距離）×（各指定座標の光強度））／Σ（各指定座標の光強度）で定義される。

照明光学系２０の瞳面は２次元分布であるが、指定座標の瞳面中心からの距離をＨ方向の射影又はＶ方向の射影に換算すると、Ｈ方向のモーメント及びＶ方向のモーメントを算出することができる。従って、（Ｈ方向のモーメント）／（Ｖ方向のモーメント）をＨＶ差として評価することができる。

また、照明光学系２０の瞳面（における光強度分布）を、図９に示すように、光軸中心から＋Ｖ方向／−Ｖ方向（図９（ａ））、＋Ｈ方向／−Ｈ方向（図９（ｂ））の領域に区分し、各々の領域での光量重心から光強度分布を評価してもよい。これは、変形照明では特に有効である。また、（＋Ｈ方向の重心位置）と（−Ｈ方向の重心位置）の領域、或いは、（＋Ｖ方向の重心位置）と（−Ｖ方向の重心位置）の領域に区分し、各々の領域における重心位置を算出して各重心絶対値平均の比をとってもよい。また、図１０に示すように、照明光学系２０の瞳面（における光強度分布）を４つの領域に区分し、各々の領域での重心位置から光強度分布を評価してもよい。これらの評価方法は、照明光学系２０の瞳面に形成する光強度分布の形状に応じて、最適な評価指標で評価するのがよい。ここで、図９及び図１０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を評価する評価方法の一例を説明するための図である。

無偏光照明において照明光学系２０の瞳面上で図１１（ａ）に示す光強度分布を形成した場合、偏光照明に切り替えると、図１１（ｂ）に示すように、光強度分布にムラが発生することがある。これは、照明光学系２０の光路に配置されたミラーによる反射特性、屈折光学素子の複屈折、或いは、光学素子に施された反射防止膜等の特性により、偏光光の透過率又は反射率が瞳面内で均一にならないことが原因である。各領域の光量が均一な（光量バランスのよい）光強度分布（図１１（ｃ））を形成する場合、偏光照明の際に光強度分布に生じる相対光強度差（分布ムラ）に応じて、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を調整（補正）することが好ましい。分布ムラとは、ある面内の光強度分布において、最大光強度に対する光強度比である。偏光照明の際には、分布ムラが光軸に対して非対称に現れる場合がある。また、偏光照明の際の分布ムラは、照明光学系２０の瞳面の広範囲にわたってなだらかに発生する。従って、このような場合、領域α又は領域γに配置され、光強度分布をなだらかに、且つ、広範囲に調整することができる第１の遮光部８２０が有効に働く。ここで、図１１は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の調整を説明するための図である。

なお、光強度分布に生じる分布ムラを評価する場合には、例えば、図９に示したように、照明光学系２０の瞳面（における光強度分布）を光軸中心から＋Ｖ方向／−Ｖ方向、＋Ｈ方向／−Ｈ方向の領域に区分し、各々の領域での重心から評価するとよい。これは、変形照明では特に有効である。また、各領域で、（＋Ｈ方向の総光量）、（−Ｈ方向の総光量）、（＋Ｖ方向の総光量）、（−Ｖ方向の総光量）の比をとってもよい。或いは、図１０に示すように、照明光学系２０の瞳面（における光強度分布）を４つの領域に区分し、各々の領域での総光量から評価してもよい。これらの評価方法は、照明光学系２０の瞳面に形成する光強度分布の形状に応じて、最適な評価指標で評価するのがよい。

また、レチクル３０のパターンによっては、装置の標準状態における光強度分布に対して、Ｈ方向の光量和とＶ方向の光量和を不均一にしたい場合もある。例えば、四重極照明において、＋Ｖ方向の極の光強度及び−Ｖ方向の極の光強度を、＋Ｈ方向の極の光強度及び−Ｈ方向の極の光強度よりも低くする場合を考える。この場合、各領域の光量比のみを全体的にバランスよく調整（減光）させるためには、領域α又は領域γに配置され、光強度分布をなだらかに、且つ、広範囲に調整することができる第１の遮光部８２０が有効である。第１の遮光部８２０は、照明光学系２０の瞳面において規定レベル以上の光量を有する領域の個数を維持しながら当該領域の光量を調整することを可能とする。

第１の遮光部８２０又は第２の遮光部８４０を用いた場合に、四重極形状の光強度分布に与える影響を図１２に示す。図１２（ａ）は、遮光機構８０で照明光を遮光しない場合の例である。図１２（ｂ）は、領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０を用いて、−Ｖ方向の極を減光した場合の例である。図１２（ｃ）は、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０を用いて、−Ｖ方向の極を減光した場合の例である。図１２において、ＧＰは、各極の重心位置を示す。また、Ｐａは、遮光機構８０を用いない場合の＋Ｖ領域の極の重心位置ＧＰと−Ｖ領域の極の重心位置ＧＰとの距離を示す。Ｐｂは、領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０を用いた場合の＋Ｖ領域の極の重心位置ＧＰと−Ｖ領域の極の重心位置ＧＰとの距離を示す。Ｐｃは、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０を用いた場合の＋Ｖ領域の極の重心位置ＧＰと−Ｖ領域の極の重心位置ＧＰとの距離を示す。

図１２（ｂ）を参照するに、領域α又は領域γに配置された第１の遮光部８２０を用いた場合には、各極の重心位置を殆ど変えることなく、極内の光量を略均一に減光することができる（Ｐａ≒Ｐｂ）。この場合、光強度分布の形状を維持しながら光強度分布の各極の光量（各領域における相対光量）を変化させるため、光強度分布の形状に関する評価値が一定であり、分布ムラの評価値が所望の値になるように光強度分布を調整すればよい。

一方、領域β又は領域δに配置された第２の遮光部８４０のみを用いた場合、各極の光強度を所望の光強度に調整すると、図１２（ｃ）に示すように、−Ｖ領域における光強度分布のＶ方向の幅が小さくなり、Ｐｃの大きさが変化してしまう（Ｐａ≠Ｐｃ）。但し、プロセスによっては各極の重心位置を変える方がよい場合もあるため、プロセスに応じて、第１の遮光部８２０及び／又は第２の遮光部８４０を選択して、制御すればよい。

このように、遮光機構８０は、光源１０からの光束の一部を遮光して、照明光学系２０の瞳面における光強度分布のＨＶ重心比を連続的に変化させることができる。また、遮光機構８０は、照明光学系２０の瞳面における光強度分布のＨＶ重心比を維持したままＨＶ光量比を連続的に変化させることができる。従って、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を高精度に調整することが可能となる。なお、照明光学系２０の瞳面における光強度分布の調整は、ＨＶ方向のみに限定されるものではなく、任意の方向で光量比及び重心比を調整することができる。

露光において、光源１０から発せられた光束は、照明光学系２０によりレチクル３０を照明する。レチクル３０を通過してパターンを反映する光は投影光学系４０によりウエハ５０に結像される。露光装置１は、上述したように、遮光機構８０によって、照明光学系２０の瞳面における光強度分布を調整し、所望の光強度分布を高精度に形成することができる。これにより、露光装置１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。

また、遮光機構８０は、露光装置間の機差による有効光源のズレを調整する場合にも用いることができる。例えば、第１の露光装置で実現した有効光源（照明光学系２０の瞳面における光強度分布）を第２の露光装置で実現する場合、製造誤差や調整誤差などによって、第１の露光装置での有効光源と第２の露光装置での有効光源との間にわずかに差が生じる。但し、遮光機構８０を用いることによって、第１の露光装置で実現した有効光源を第２の露光装置で忠実に実現することができる。

図１３は、第１の露光装置及び第２の露光装置において、同一の有効光源を実現する有効光源の調整方法を説明するためのフローチャートである。なお、本実施形態では、四重極形状の有効光源を第１の露光装置及び第２の露光装置に形成する場合を例に説明する。

まず、ステップＳ１００２において、有効光源の形成に関わる装置パラメータを第１の露光装置に入力する。また、ステップＳ１００４において、第１の露光装置に入力した装置パラメータと同じ装置パラメータを第２の露光装置に入力する。

ステップＳ１００２及びＳ１００４で入力された装置パラメータに対応する有効光源が形成されたら、ステップＳ１００６及びステップＳ１００８において、第１の露光装置及び第２の露光装置での有効光源を各々測定して、かかる有効光源の特性を数値化する。本実施形態では、有効光源の数値化として、外σ、輪帯比、開口角、光量比、ＨＶ光量比及びモーメントを算出する。

次に、ステップＳ１０１０において、ステップＳ１００６及びステップＳ１００８で測定された第１の露光装置での有効光源と第２の露光装置での有効光源との差異を算出し、かかる差異と規格値とを比較する。本実施形態では、外σ、輪帯比及び開口角の差異が規格値の範囲外（規格外）である場合には、ステップＳ１０１２に進む。また、外σ、輪帯比及び開口角の差異が規格値の範囲内（規格内）で、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格外である場合には、ステップＳ１０１８に進む。また、外σ、輪帯比、開口角、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格内である場合には、第１の露光装置及び第２の露光装置での有効光源を調整せずに終了する。

ステップＳ１０１２では、第２の露光装置において、外σ、輪帯比及び開口角を調整する。具体的には、例えば、図１に示す露光装置１の照明形状変換部２０７や変倍リレーレンズ２０８を駆動したり、回折光学素子２０５や絞り２１０を変更したりすることによって、外σ、輪帯比及び開口角の差異が規格内となるように調整する。そして、ステップＳ１０１４において、第２の露光装置での有効光源を測定して、かかる有効光源の特性を数値化する。

次に、ステップＳ１０１６において、ステップＳ１００６で測定された第１の露光装置での有効光源とステップＳ１０１４で測定された第２の露光装置での有効光源との差異を算出し、かかる差異と規格値とを比較する。本実施形態では、外σ、輪帯比及び開口角の差異が規格内、且つ、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格外である場合には、ステップＳ１０１８に進む。また、外σ、輪帯比、開口角、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格内である場合には、有効光源の調整を終了する。なお、外σ、輪帯比及び開口角の差異が規格外である場合には、ステップＳ１０１２に戻る。

ステップＳ１０１８では、第２の露光装置において、ステップＳ１０１６での比較結果（ＨＶ光量比及びモーメントの差異）に基づいて、遮光機構８０の駆動量を算出する。具体的には、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０のどちらの遮光部を用いるか選択する。そして、選択した遮光部を構成する複数の遮光板の各々の駆動量を算出する。但し、第１の遮光部８２０及び第２の遮光部８４０の両方を用いてもよい。この場合、第１の遮光部８２０を構成する複数の遮光板の駆動量及び第２の遮光部８４０を構成する複数の遮光板の駆動量の各々を算出することが必要である。

次に、ステップＳ１０２０において、ステップＳ１０１８で算出された駆動量に従って、遮光機構８０を駆動する。そして、ステップＳ１０２２において、第２の露光装置での有効光源を測定して、かかる有効光源の特性を数値化する。なお、駆動制御される遮光機構は、第１の露光装置および第２の露光装置のどちらか一方のものでもよく、また、両方の露光装置における遮光機構を制御してもよい。

次に、ステップＳ１０２４において、ステップＳ１００６で測定された第１の露光装置での有効光源とステップＳ１０２２で測定された第２の露光装置での有効光源との差異を算出し、かかる差異と規格値とを比較する。本実施形態では、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格外である場合には、ステップＳ１０１８に戻る。また、ＨＶ光量比及びモーメントの差異が規格内である場合には、有効光源の調整を終了する。

このように、遮光機構８０を用いることで、露光装置間の機差による有効光源のズレを調整することが可能となり、第１の露光装置で実現した有効光源を第２の露光装置で忠実に実現することができる。

以下、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１４は、デバイス（半導体デバイス、液晶デバイス等）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（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウエ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エ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１５は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエ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１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エ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、露光装置１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。 有効光源分布の一例として、輪帯形状の有効光源分布を示す図である。 図２に示す輪帯形状の有効光源分布を形成する照明形状変換部の構成の一例を示す図である。 図１に示す露光装置の遮光機構における第１の遮光部の構成の一例を示す図である。 図１に示す露光装置の遮光機構における第１の遮光部の構成の一例を示す図である。 図１に示す露光装置の照明光学系において、回折光学素子からハエの目レンズまでの光路を示す拡大光路図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布の一例を示す図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布の調整を説明するための図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布を評価する評価方法の一例を説明するための図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布を評価する評価方法の一例を説明するための図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布の調整を説明するための図である。 図１に示す露光装置の照明光学系の瞳面における光強度分布の一例を示す図である。 第１の露光装置及び第２の露光装置において、同一の有効光源を実現する有効光源の調整方法を説明するためのフローチャートである。 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１４に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 光源
２０ 照明光学系
２０１ λ／２位相板
２０２ 減光フィルター
２０３ 角度分布規定素子
２０４ コンデンサーレンズ
２０５ 回折光学素子
２０６ コンデンサーレンズ
２０７ 照明形状変換部
２０８ 変倍リレーレンズ
２０９ ハエの目レンズ
２１０ 絞り
２１１ コンデンサーレンズ
２１２ ビームスプリッタ
２１３ 露光量センサ
２１４ リレー光学系
３０ レチクル
４０ 投影光学系
５０ ウエハ
５５ ウエハステージ
６０ 照度センサ
６５ 有効光源測定部
７０ 制御部
８０ 遮光機構
８２０ 第１の遮光部
８２２ａ乃至８２２ｈ 遮光板
８４０ 第２の遮光部
８６０ 駆動部

Claims (8)

1. 光源からの光を用いて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を有する露光装置において、
   前記照明光学系の瞳面を射出面に形成するオプティカルインテグレータと、
   前記光源からの光の一部を遮光する複数の遮光板を、それぞれ有する第１の遮光部と第２の遮光部と、
   前記複数の遮光板のそれぞれを駆動する駆動部と、
   を備え、
   前記オプティカルインテグレータの入射面と前記照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束と前記入射面において前記交点から最も離れた位置に集光する最外光束とが共に通過する領域を含む、前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第１の遮光部が配置され、
   前記中心光束と前記最外光束とが共に通過する領域を含まない前記照明光学系の光軸に垂直な面に、前記第２の遮光部が配置されている、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記遮光板は、減光フィルターであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 原版を照明する照明光学系の瞳面における光強度分布を調整する調整方法において、
   前記照明光学系の瞳面における光強度分布を計測する計測ステップと、
   前記照明光学系の瞳面を射出面に形成するオプティカルインテグレータの入射面において前記照明光学系の光軸との交点に集光する中心光束と前記入射面において前記交点から最も離れた位置に集光する最外光束とが共に通過する領域を含む、前記照明光学系の光軸に垂直な面に配置され、照明光の一部を遮光する第１の遮光部と、前記中心光束と前記最外光束とが共に通過する領域を含まない前記垂直な面に配置され、前記照明光の一部を遮光する第２の遮光部とのうち少なくとも一方を、前記計測ステップにおいて計測された光強度分布に基づいて選択する選択ステップと、
   前記選択ステップにおいて選択された遮光部を制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする調整方法。
4. 前記計測ステップにおいて、前記照明光学系を有する第１の露光装置、および、前記照明光学系とは異なる照明光学系を有する第２の露光装置において前記光強度分布を計測し、
   前記選択ステップにおいて、前記第１の露光装置において計測された前記光強度分布と、前記第２の露光装置において計測された前記光強度分布との差に基づいて、前記第１の露光装置または前記第２の露光装置における前記第１の遮光部および前記第２の遮光部のうち少なくとも一方を選択することを特徴とする請求項３に記載の調整方法。
5. 前記制御ステップにおいて、前記第１の遮光部を構成する複数の遮光板を駆動することを特徴とする請求項３または４に記載の調整方法。
6. 前記制御ステップにおいて、前記第２の遮光部を構成する複数の遮光板を駆動することを特徴とする請求項３または４に記載の調整方法。
7. 請求項３乃至６に記載の調整方法により調整された前記光強度分布を用いて、前記原版を照明するステップと、
   前記原版のパターンの像を基板に露光するステップと、
   を有することを特徴とする露光方法。
8. 請求項７に記載の露光方法により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。