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JP4497949B2 - 露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一般には、露光に係り、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被処理体を露光する露光装置及び方法に関する。本発明の露光装置及び方法は、有効光源形状の制御に好適である。ここで、「有効光源」とは、露光装置の投影光学系の瞳面における光量分布を言い、投影光学系の像面（例えば、ウェハの感光層が配置される面）に入射する露光光束の角度分布を意味する。
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素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影転写する投影露光装置が使用されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
そこで、プロセス定数ｋ１（ｋ１＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）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。かかる超解像技術として、露光光学系の特性に応じてレチクルパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてレチクルを最適化するものや、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。現在、変形照明法は、輪帯照明、二重極照明及び四重極照明が一般的に用いられているが、今後、微細化の極限に近づくにつれて、六重極照明や八重極照明が提案されることが考えられる。
一方、近年の半導体産業は、近接した周期的なラインアンドスペースパターン（Ｌ＆Ｓ）、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホール、その他の孤立パターンから、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移動しつつあり、パターンの種類に応じて最適な有効光源を選択する必要がある。例えば、上述したような、変形照明の極を投影光学系の瞳面上で任意の位置に配置する必要性を生じる。
従来の露光装置は、インテグレーターの光源側に凹凸のプリズム等の屈折型光学部材を配置し、かかる光学部材を移動させることで有効光源の輪帯率を変更すると共に、ズームコンデンサーレンズを介して投影像をインテグレーター上（即ち、投影光学系の瞳と共役な面）に拡大又は縮小する構成を有する（例えば、特許文献１乃至３参照。）。
また、回折型光学素子であるコンピュータジェネレーティッドホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を用いて任意の有効光源を形成する方式が提案されている。ＣＧＨとは、ガラスプレート上に光エッチング等の加工法により階段状の位相特性を持たせた光学素子である。光源から照射された光束は、ＣＧＨで回折され、コンデンサーレンズを介して、その焦点面上にフーリエ変換像を形成する。なお、焦点面とインテグレーターの入射面とは、一般に、略一致させた構成であるため、フーリエ変換像は投影光学系の瞳面上にそのまま投影される。従って、任意のフーリエ変換像を形成するようにＣＧＨを設計すれば、任意の有効光源形状を形成することができる。
特開２０００−５８４４１号公報 特開２００３−３１８０８７号公報 特開２００３−３１８０８６号公報
しかし、上述したような従来の技術では、多様なパターン（レチクル）に対して最適な有効光源に（即ち、高精度に有効光源の形状を）制御することができず、高解像度を得ることができなかった。例えば、ＣＧＨのような回折型光学素子の設計は、計算機を用いて所望のフーリエ変換分布が得られるようにデジタル計算で行われるが、取り扱う計算領域や最小単位の取り方によって計算誤差、所謂、デジタル誤差を生じ、その結果、所望のフーリエ変換分布（即ち、有効光源の形状）からずれてしまうという問題がある。
更に、ＣＧＨは、光エッチングによって製作されるために、その加工条件からエッチング段差高がずれたり、２層や３層の積層時にアライメント誤差が発生したりして、同様に、所望のフーリエ変換分布（即ち、有効光源の形状）からずれてしまう問題を生じてしまう。
一方、露光装置は、レーザー等の発する光束が外部の振動によってぶれた場合にも後段の照明光束が影響を受けないように、インテグレーター等の光学素子を用いて光束の安定化を図っているため、ＣＧＨに入射する光束は一定の収束光となっているものの、その角度分布は必ずしも一様ではない。その結果、ＣＧＨから射出される回折光も入射光束の分だけ膨らんでしまう。厳密には、ＣＧＨからの射出光の分布は、平行光線がＣＧＨに入射したときにＣＧＨから射出する回折光の分布と、ＣＧＨへ入射する光束の角度分布との重ね合わせで与えられる。更には、コンデンサーレンズ（即ち、フーリエ変換レンズ）の収差特性によっては、フーリエ変換分布が変形したり、ぼけたりすることもある。
そこで、本発明は、所望の有効光源の形状を簡易かつ正確に設定する露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。
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レチクルを照明し、前記レチクルのパターン像を基板に投影露光する露光装置であって、回折光学素子と、前記回折光学素子からの光を偏向する偏向素子と、前記回折光学素子及び前記偏向素子のうち少なくとも一方を駆動する駆動手段と、前記回折光学素子と前記偏向素子とを用いて形成される投影光学系の瞳面の光強度分布に対応する有効光源を測定する測定手段と、前記有効光源の測定データを用いて、前記レチクルのパターン像を前記投影光学系で投影した場合の像性能を算出し、該算出された像性能が許容範囲外である場合に前記駆動手段を制御する制御手段と、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、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、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。
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、所望の有効光源の形状を簡易かつ正確に設定する露光装置及び方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態としての露光装置１を説明する。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、露光装置１の概略ブロック図である。
露光装置１は、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル２０に形成された回路パターンを被処理体４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してレチクルパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。また、「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクル２０を載置するレチクルステージ２５と、投影光学系３０と、被処理体４０を載置するウェハステージ４５と、測定手段２００と、駆動部３００と、制御部４００とを有する。
照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を照明し、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。
光源部１１０は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ光を使用してもよい。
照明光学系１２０は、光源部１１０から射出した光束を用いて被照明面（例えば、所望のパターンを有するレチクル２０）を照明する光学系であり、本実施形態では、引き回し光学系１２１ａと、光束安定化素子１２１ｂと、折り曲げミラー１２１ｃと、回折光学素子１４１と、コンデンサーレンズ１２１ｄと、プリズム１４２と、ズームコンデンサー１４３と、インテグレーター１２１ｅと、絞り１４４と、コンデンサーレンズ１２１ｆと、可変スリット１２１ｇと、マスキングユニット１２１ｈと、レンズ１２１ｉ及び１２１ｊと、折り曲げミラー１２１ｋとを有する。被処理体４０に入射する露光光の角度分布である有効光源の形状を決定する光学素子は、回折光学素子１４１と、プリズム１４２と、ズームコンデンサー１４３と、絞り１４４とを含む光学素子１４０である。
光源部１１０から発した光束は、引き回し光学系１２１ａの作用を経て所定の光束径に変換された後、光束安定化素子１２１ｂに入射する。光束安定化素子１１２１ｂは、例えば、ハエの目レンズのようなインテグレーターの一種である。光束安定化素子１２１ｂを射出した光束は、折り曲げミラー１２１ｃを経て回折光学素子１４１を照射する。かかる構成により、レーザー光軸が露光中にぶれた場合でも、常に一定の入射角度で回折光学素子１４１を照明することができる。
回折光学素子１４１は、後段のコンデンサーレンズ１２１ｄの前側焦点位置に配置されるため、後側焦点位置には予め回折光学素子１４１に設計されたフーリエ変換分布が形成される。回折光学素子１４１は、本実施形態では、ＣＧＨであり、形成する有効光源の形状が異なる複数の回折光学素子１４１がターレット上に配置されている。
本実施形態では、コンデンサーレンズ１２１ｄの後側焦点位置近傍に必要に応じた光偏向部材としての複数のプリズム１４２が交換可能なように配置されている。プリズム１４２は、図２に示すように、光軸方向の断面がその光軸を中心に回転対称な凹形状の凹形状プリズム１４２ａ及び凸形状の凸形状プリズム１４２ｂから構成される。プリズム１４２は、凹形状プリズム１４２ａと凸形状プリズム１４２ｂとの間隔ｄを変更（ズーミング）することにより、回折光学素子１４１が形成する光束断面分布の光軸からの位置を変えることができる。具体的には、回折光学素子１４１を光軸に垂直な方向に駆動することで、かかる駆動方向に有効光源を移動させることができる。更に、回転対称な形状を有する凹形状プリズム１４２ａと凸形状プリズム１４２ｂとの間隔ｄを偏向することで、光軸を中心に回転対称に有効光源分布をシフトさせることができる。なお、後述するズームコンデンサー（ズーム光学系）１４３により、有効光源分布の大きさをその形状のまま変更する（相似変更）することができる。回折光学素子１４１が輪帯形状の光束断面分布を形成する場合、プリズム１４２は、ズーミングによって輪帯率を変えることができる。ここで、図２は、図１に示すプリズム１４２の構成の一例を示す断面図である。
回折光学素子１４１及びプリズム１４２によって形成された照明光学系の光軸に垂直な面における光束断面分布は、後段の光偏向部材としてのズームコンデンサー（ズーム光学系）１４３の作用によりインテグレーター１２１ｅの入射面上に拡大又は縮小されて結像される。
インテグレーター１４１ｅには、例えば、ハエの目レンズや拡散素子、回折素子等が用いられる。インテグレーター１４１ｅの射出面近傍には、複数の絞り１４４が交換可能に配置されている。これにより、インテグレーター１４１ｅから射出する光束断面分布をより厳密に規定することができる。回折光学素子１４１によって形成された有効光源ＬＤを、扇形形状の開口を有する絞り１４４で制限した場合の有効光源の形状を図３に示す。図３を参照するに、一対の照明領域ＲＥを有する有効光源となっている。この扇形形状の開口は、円弧の長さが可変となっている。かかる有効光源の形状は、２つの極の並ぶ方向に周期を有するパターンに対して有効である。
なお、光束断面形状が、回折光学素子１４１及びプリズム１４２によって十分に所望の形状に形成されている場合には、絞り１４４を用いる必要がないことはいうまでもない。絞り１４４の射出面は、投影光学系３０の瞳面ＥＰと光学的に共役な位置に配置されている。従って、絞り１４４の射出面で形成される光束断面形状が、照明光学系１２０が投影光学系３０の有効光源分布（即ち、有効光源の形状）そのものとなる。
絞り１４４を射出した光束は、コンデンサーレンズ１２１ｆにより、コンデンサーレンズ１２１ｆの後側焦点位置近傍に集光する。かかる後側焦点位置には、レチクル２０と被処理体４０とを走査する際の積分露光量むらを調整する可変スリット１２１ｇが配置されている。可変スリット１２１ｇは、レチクル２０と被処理体４０との走査方向と直交する方向（即ち、スリット長手方向）の積分露光量を一様に揃える機能を有する。可変スリット１２１ｇは、駆動機構１２１ｍにより開口を変更することができる。
可変スリット１２１ｇの射出面近傍には、マスキングユニット１２１ｈが配置されている。マスキングユニット１２１ｈは、レチクル２０上の有効パターン領域だけを露光するように、レチクル２０の走査と同期して駆動する。
可変スリット１２１ｇ及びマスキングユニット１２１ｈを射出した光束は、レンズ１２１ｉ及び１２１ｊと、レンズ１２１ｉ及び１２１ｊの間に配置される折り曲げミラー１２１ｋから構成されるマスキング結像系によって、レチクル２０のパターン面に所定の倍率で結像される。
レチクル２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、駆動機構２５ａに接続されたレチクルステージ２５に支持及び駆動される。レチクル２０から発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、被処理体４０上に投影される。レチクル２０と被処理体４０とは光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、レチクル２０と被処理体４０を走査することによりレチクルパターンを被処理体４０上に縮小投影する。
投影光学系３０は、物体面（例えば、レチクル２０）からの光束を像面（例えば、被処理体４０）に結像する。投影光学系４０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（方ディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
投影光学系３０は、本実施形態では、上部レンズ群３２ａ及び３２ｂと、瞳面ＥＰ近傍に配置された開口絞り３４と、下部レンズ群３６から構成され、レチクル２０のパターンで回折した回折光を被処理体４０上に結像する。上部レンズ群３２ａは、投影光学系３０の収差を調整することができる調整機構３８を有している。調整機構３８は、上部レンズ群３２ａを構成するレンズ部材のズーミングや偏心調整、或いは、鏡筒内の部分気圧調整等の手段を含む。開口絞り３４は、駆動機構３６ａに接続されており、開口径を変更することができるように構成される。
被処理体４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体４０にはフォトレジストが塗布されている。
ウェハステージ４５は、駆動機構４５ａに接続され、被処理体４０を支持及び駆動する。ウェハステージ４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージ４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向に被処理体４０を移動させることができる。レチクル２０と被処理体４０は、例えば、同期走査され、レチクルステージ２５及びウェハステージ４５の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ２５及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
測定手段２００は、照明光学系１２０が形成する有効光源の形状又はそれに対応する露光光の形状を測定する機能を有する。測定手段２００は、例えば、ＣＣＤなどの２次元センサー、照度計として具現化される。測定手段２００は、照明光学系１２０が形成する有効光源の形状又はそれに対応する露光光を測定できるだけの測定領域を有するように構成することが好ましい。なお、後述する測定手段２００Ａ及び２００Ｂは、両方設ける必要はなく、最低限、どちらか一方があればよい。つまり、測定手段２００は、レチクル又は被処理体と共役な位置ではないレチクル２０面近傍又は被処理体４０近傍のどちらかにあればよい。ここで、レチクル２０面近傍に設けられた測定手段２００を検出部２００Ａ、被処理体４０近傍に設けられた測定手段２００を検出部２００Ｂとする。
検出部２００Ａは、レチクル２０面近傍、具体的には、レチクル２０と投影光学系３０との間に配置可能に構成される。検出部２００Ａは、レチクル２０を通過し、投影光学系３０に入射する露光光の形状を測定する。検出部２００Ａは、挿脱機構２１０によってレチクル２０と投影光学系３０との間に挿脱可能に構成されている。挿脱手段２１０は、有効光源の形状を測定するときにだけ検出部２００Ａをレチクル２０と投影光学系３０との間に挿入する。なお、有効光源の形状を測定する際に特殊なレチクルをローディングし、図示しないアライメント光学系で有効光源の形状を測定してもよい。
検出部２００Ｂは、被処理体４０面近傍、具体的には、ウェハステージ２５上に設けられ、投影光学系３０を経た有効光源の形状を測定する機能を有する。なお、図１では、検出部２００Ｂは、ウェハステージ２５上に常設されているが、検出部２００Ａと同様に、図示しない挿脱機構によって、有効光源の形状を測定するときにだけウェハステージ２５上に挿入してもよい。
駆動部３００は、光学素子１４０を駆動する機能を有する。駆動部３００で光学素子１４０を照明光学系の光軸方向やそれに垂直な方向等に駆動することによって、照明光学系１２０が形成する有効光源の形状を調節することができる。駆動部３００は、駆動機構３１１乃至３１４から構成される。駆動機構３１１は、制御部４００からの制御により、ターレット上に配置された複数の回折光学素子１４１を、所望の有効光源分布（照明モード）を有する回折光学素子１４１に切り替える。駆動機構３１２は、制御部４００からの制御により、プリズム１４２を構成する凹形状プリズム１４２ａと凸形状プリズム１４２ｂとの間隔ｄを変えて光学特性を変更する、又は、異なるプリズムに切り替える。駆動機構３１３は、制御部４００からの制御により、ズームレンズ１４３を駆動し、有効光源分布を拡大又は縮小する。駆動機構３１４は、制御部４００からの制御により、絞り１４４の切り替え、又は、光路上からの絞り１４４の退避を行う。
制御部４００は、露光装置１の全体の制御を行う機能を有し、駆動機構１２１ｍ、２５ａ、３４ａ及び４５ａを介して、走査露光を制御する。また、制御部４００は、測定手段２００が測定した有効光源の形状に基づいて、駆動部３００による光学素子１４０の駆動を自動的に制御する。制御部４００は、本実施形態において、照明光学系１２０が形成する有効光源の形状の最適化だけではなく、投影光学系３０を含めた最適化を行う機能を有する。換言すれば、制御部４００は、最終的な露光性能を要求される露光性能にするために、照明光学系１２０の調整だけで不十分な場合には、積極的に駆動機構３８を介して上部レンズ群３２ａを駆動し、投影光学系３０の収差特性も調整する機能を有する。制御部４００は、メモリ４１０と、入力部４２０とを有する。
メモリ４１０は、レチクル２０に適した有効光源の形状を表す第１の情報と、有効光源の形状を調節するために必要な駆動部３００による光学素子１４０の駆動を表す第２の情報とを格納する。第１の情報には、露光装置１が使用する全てのレチクル２０のパターンについて、最適な照明モード（例えば、輪帯形状や四重極形状など）や、かかる照明モードの配置位置及び倍率等は勿論、所望の露光性能を達成するために要求される有効光源の形状の許容範囲も含まれる。第２の情報は、例えば、回折光学素子を光軸に垂直な方向に駆動した場合には、その駆動方向に有効光源が移動することや、凹形状プリズム１４２ａと凸形状プリズム１４２ｂとを駆動することで、光軸を中心に回転対称に有効光源分布をシフトさせたり、ズームコンデンサー１４３を駆動することで、有効光源分布の大きさを変更させたりすることができるなどの、各光学素子の駆動と有効光源の形状の変化との関係を含んでいる。即ち、メモリ４１０が格納する第１の情報及び第２の情報を基に、制御部４００は、有効光源の形状を設定することができる。
入力部４２０は、初期設定の有効光源の形状又はレチクル２０のパターンの情報が入力され、制御部４００は、入力部４２０に入力された情報に基づいて、メモリ４１０に格納された第１の情報を参照し、駆動部３００を制御する。
露光において、光源部１１０から発せられた光束は、照明光学系１２０によりレチクル２０を照明する。レチクル２０を通過してレチクルパターンを反映する光は投影光学系３０により被処理体４０に結像される。
露光装置１が使用する照明光学系１２０は、後述する露光方法によって、レチクル２０に形成されたパターンに応じた最適な有効光源でレチクル２０を照明することができるので、高い解像度とスループットで経済性よくデバイス（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。
以下、図４乃至図１１を参照して、本発明の一側面としての露光方法について説明する。図４は、本発明の一側面としての露光方法５００を説明するためのフローチャートである。本実施形態の露光方法は、照明装置１０からの光束でレチクル２０を照明し、レチクル２０に形成されたパターンを投影光学系３０を介して被処理体４０に露光する。
図４を参照するに、まず、メモリ４１０にレチクル２０に適した有効光源の形状を表す第１の情報と、有効光源の形状を調節するために必要な駆動部３００による光学素子１４０の駆動を表す第２の情報とを格納する（ステップＳ５０２）。これにより、制御部４００は、駆動部３００を介して有効光源の形状を制御することや、有効光源の形状が許容範囲であるか判断することが可能となる。
次に、入力部４２０を介して初期設定の有効光源の形状又はレチクル２０のパターンの情報が入力され、入力された情報とステップＳ５０２で格納された第１の情報及び第２の情報に基づいて、有効光源の形状の設定が行われる（ステップＳ５０４）。具体的には、回折光学素子１４１を始めとして、プリズム１４２、ズームコンデンサー１４３、絞り１４４等の光学素子１４０の初期設定を制御部４００の制御により行う。このとき、投影光学系３０の条件設定も行われる。
次いで、測定手段４００によって照明光学系１２０が形成する有効光源の形状を測定する（ステップＳ５０６）。なお、測定手段４００は、有効光源の形状を直接測定してもよいし、測定手段４００の測定結果から制御部４００が有効光源の形状を算出してもよい。そして、制御部４００は、測定手段４００が測定した有効光源の形状が許容範囲であるか判断する（ステップＳ５０８）。
測定手段４００が測定した（即ち、ステップＳ５０８で比較した）有効光源の形状が許容範囲内であれば有効光源の設定を終了し（ステップＳ５１０）、露光を開始する（ステップＳ５１２）。
測定手段４００が測定した（即ち、ステップＳ５０８で比較した）有効光源の形状が許容範囲外である場合には、制御部４００は、ステップＳ５０２で格納した第１の情報及び第２の情報を基に、有効光源の形状を決定する光学素子１４０を駆動する駆動部３００を制御し、有効光源の形状を調節する（ステップＳ５１４）。具体的には、例えば、ステップＳ５０４で設定された回折光学素子１４１のもとで、プリズム１４２やズームコンデンサー１４３によるσ値の拡大又は縮小を行う。
ここで、ステップＳ５１４の有効光源の形状の調節について、図５乃至図９を用いて詳細に説明する。図５は、図１に示す回折光学素子１４１によって形成された非対称な四重極形状の有効光源を示す図である。図５に示す有効光源は、光軸から水平方向に第１の距離ｒｈを有する第１の照明領域ＦＥ１と、光軸から垂直方向に第１の距離ｒｈとは異なる第２の距離ｒｖを有する第２の照明領域ＦＥ２とを有する。かかる有効光源は、光軸に対して水平方向と垂直方向で周期の異なるパターンを有するレチクルパターンに対して有効である。なお、露光装置１自体の解像力が水平方向と垂直方向とで異なる場合に、それを補正するためにも有効である。このように光軸から異なる距離に複数の照明領域が散在している有効光源は、従来のプリズムでは直接形成することができず、絞りで切り出していたため、光利用効率の低下を余儀なくされていた。これに対してＣＧＨに代表される回折光学素子１４１は、図５に示す有効光源の如く任意の有効光源の形状を絞りで切り出さずに直接形成することができ、その結果、高い光利用効率を得ることができる。
図６は、図５に示す有効光源をズームコンデンサー１４３で拡大した状態を示す図である。図６を参照するに、第１の照明領域ＦＥ１及び第２の照明領域ＦＥ２は、それぞれ光軸に対して水平方向に第１の距離ｒｈｄ及び垂直方向に第２の距離ｒｖｄを有するようになり、一定比率で拡大されている。なお、図示はされていないが、第１の照明領域ＦＥ１及び第２の照明領域ＦＥ２の直径は、第１の距離及び第２の距離が拡大された比率と同じ比率で拡大されている。
図７は、図１に示す回折光学素子１４１によって形成された輪帯形状の有効光源を示す図である。図７に示す有効光源は、光軸を中心として内径ｒ１、外径ｒ２の輪帯形状の照明領域ＳＥ１を有する。図８は、図７に示す有効光源をズームコンデンサー１４３で拡大した状態を示す図である。図８を参照するに、図７に示した照明領域ＳＥ１は、内径ｒ３、外径ｒ４の照明領域ＳＥ２に拡大されている。但し、この場合は、有効光源全体を拡大しているので、輪帯比（即ち、内径／外径）は変化しない。
図９は、プリズム１４２を用いて図７に示す有効光源の輪帯比を変更した状態を示す図である。図９を参照するに、外径を図８と等しいｒ４とした場合、内径がｒ３ｄと大きくなり、その結果、輪帯比の大きな照明領域ＳＥ３を有する有効光源となっている。
図６、図８及び図９に示すような、光軸に対して回転対称な有効光源の調節（変更）は、プリズム１４２やズームコンデンサー１４３のような屈折素子の得意とするところである。本実施形態では、まず、回折光学素子１４１で光軸から異なる距離に散在する照明領域を有する有効光源を形成し、次いで、かかる有効光源を屈折素子で回転対称に調整する。これにより、回折光学素子及び屈折素子の特徴を生かして効率的な有効光源の形状（有効光源分布）の形成を実現している。
ステップＳ５１４における有効光源の形状の調節が終了すると、測定手段４００によって有効光源の形状を再度測定し（ステップＳ５０６）、測定した有効光源が許容範囲であるか判断し（ステップＳ５０８）、有効光源の形状が許容範囲内になるまで有効光源の形状の調節（ステップＳ５１４）を繰り返す。
なお、照明光学系１２０の光学素子１４０の駆動による有効光源の形状の調節を行っても許容範囲内にならない場合には、回折光学素子１４１を切り替える。また、複数の回折光学素子１４１が形成する有効光源の設計値は、既に、制御部４００に記憶されているので、ステップＳ５０２、Ｓ５０４、Ｓ５０６、Ｓ５０８及びステップＳ５１４を経た結果、最終的に許容範囲内の有効光源を得られないと判断した場合には、警告を示すようにしてもよい。
次に、図４に示す露光方法５００の変形例である露光方法６００を説明する。図１０は、図４に示す露光方法５００の変形例である露光方法６００を説明するためのフローチャートである。本実施形態の露光方法６００は、露光方法５００と比較して、有効光源の形状の判断対象が異なる。露光方法５００では、判断対象が有効光源の形状そのものであるのに対して、露光方法６００では、像性能を判断対象としている。
図１０を参照するに、まず、メモリ４１０にレチクル２０に適した有効光源の形状を表す第１の情報と、有効光源の形状を調節するために必要な駆動部３００による光学素子１４０の駆動を表す第２の情報とを格納する（ステップＳ６０２）。なお、ここでの第１の情報は、レチクル２０のパターンに対して最適な有効光源を用いて露光する際の像性能を含んでいる。具体的には、像性能は、繰り返し配線パターンの周期に対する線幅変動（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｅｆｆｅｃｔ）や、露光プロセス余裕度（デフォーカスや露光量の変動に対する線幅安定性）などが挙げられる。有効光源の形状が、これらの諸特性に与える敏感度を予め格納し、後述するステップＳ６０８に利用する。
次に、入力部４２０を介して初期設定の有効光源の形状又はレチクル２０のパターンの情報が入力され、入力された情報とステップＳ６０２で格納された第１の情報及び第２の情報に基づいて、有効光源の形状の設定が行われる（ステップＳ６０４）。このとき、投影光学系３０の条件設定も行われる。
次いで、測定手段４００によって照明光学系１２０が形成する有効光源の形状を測定する（ステップＳ６０６）。なお、測定手段４００は、有効光源の形状を直接測定してもよいし、測定手段４００の測定結果から制御部４００が有効光源の形状を算出してもよい。更に、制御部４００は、測定手段４００が測定した有効光源の形状から像性能を算出する（ステップＳ６０７）。
制御部４００は、ステップＳ６０７で算出した像性能が許容範囲であるか判断する（ステップＳ６０８）。ステップ６０７で算出した像性能が許容範囲内であれば有効光源の設定を終了し（ステップＳ６１０）、露光を開始する（ステップＳ６１２）。
ステップＳ６０７で算出した像性能が許容範囲外である場合には、制御部４００は、ステップＳ６０２で格納した第１の情報及び第２の情報を基に、有効光源の形状を決定する光学素子１４０を駆動する駆動部３００を制御し、有効光源の形状を調整する（ステップＳ６１４）。ステップＳ６１４における有効光源の形状の調整が終了すると、測定手段４００によって有効光源の形状を再度測定し（ステップＳ６０６）、測定した有効光源の形状から像性能を再度算出する（ステップＳ６０７）。再度算出した像性能が許容範囲であるか判断し（ステップＳ６０８）、有効光源の形状が許容範囲になるまで有効光源の形状の調整（ステップＳ６１４）を繰り返す。
なお、上述した実施形態では、ステップＳ６０８において、ステップＳ６０６で測定した有効光源の形状から算出した像性能をステップＳ６０２で格納した第１の情報のみで比較を行っているが、ステップＳ６０８とは別に測定された投影光学系３０の収差特性と記憶情報とを組み合わせて判断を行ってもよい。そして、算出した像性能が許容範囲外であると判断した場合には、照明光学系１２０の光学素子１４０を駆動する駆動部３００と投影光学系３０の上部レンズ群３２ａを駆動する駆動機構３８を制御し、有効光源の形状を調整する。
以下、図４に示す露光方法５００の変形例である露光方法７００を説明する。図１１は、図４に示す露光方法５００の変形例である露光方法７００を説明するためのフローチャートである。本実施形態の露光方法７００は、露光方法５００と比較して、有効光源の形状を測定する方法が異なる。
図１１を参照するに、まず、メモリ４１０にレチクル２０に適した有効光源の形状を表す第１の情報と、有効光源の形状を調節するために必要な駆動部３００による光学素子１４０の駆動を表す第２の情報とを格納する（ステップＳ７０２）。
次に、入力部４２０を介して初期設定の有効光源の形状又はレチクル２０のパターンの情報が入力され、入力された情報とステップＳ７０２で格納された第１の情報及び第２の情報に基づいて、有効光源の形状の設定が行われる（ステップＳ７０４）。このとき、投影光学系３０の条件設定も行われる。次いで、レジストを塗布したテストウェハをテスト露光し（ステップＳ７０５）、テストウェハに焼き付けられた有効光源の像を測定する（ステップＳ７０６）。なお、有効光源の像は、レチクル上にピンホールを設け、ウェハ側でピンホールの共役面からデフォーカスした位置にウェハを配置して露光することで形成することができる。
制御部４００は、ステップＳ７０６で測定した有効光源の像から有効光源の形状を算出し（ステップＳ７０７）、算出した有効光源の形状が許容範囲であるか判断する（ステップＳ７０８）。算出した有効光源の形状が許容範囲内であれば、有効光源の設定を終了し（ステップＳ７１０）、実際の露光を開始する（ステップＳ７１２）。
算出した有効光源の形状が許容範囲外である場合には、制御部４００を介して有効光源の形状を決定する光学素子１４０を駆動する駆動部３００を制御し、有効光源の形状を調節する（ステップＳ７１４）。有効光源の形状の調節が終了すると、テストウェハを再度露光し、（ステップＳ７０５）、有効光源の像を再度測定する（ステップＳ７０６）。再度測定された有効光源の像から有効光源の形状を算出し（ステップＳ７０７）、許容範囲であるか判断して（ステップＳ７０８）、有効光源の形状が許容範囲内になるまで有効光源の形状の調節（ステップＳ７１４）を繰り返す。
なお、露光方法７００においても、上述した露光方法６００と同様に、有効光源の像から像性能を算出し、かかる像性能を基にして、有効光源の形状の判断及び調節を行ってもよい。
以上、説明したように、本発明の露光装置及び方法によれば、ＣＧＨのような回折光学素子を設計及び作製する際に種々の誤差を生じた場合においても、レチクルパターンに対して適した有効光源の形状に正確に調整することが可能であり、所望の露光性能（例えば、高解像度）を得ることができる。その結果、半導体デバイスの歩留まりも向上する。
また、回折光学素子を再製作することなく、有効光源の形状の調節を自動的に行うので、オペレーターが煩雑な作業を行う必要がなくなると共に、調節時間を短縮し、スループットを向上させることができる。更に、１つの回折光学素子を複数の照明モードに使用できる可能性もあり、照明条件の自由度が広がる。
以下、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２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行程であり、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１３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１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。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概略ブロック図である。 図１に示す露光装置のプリズムの概略断面図である。 回折光学素子によって形成された有効光源を、光軸に対して円周方向の有効光源の開口角を制限する絞りで制限した場合の有効光源の形状を示す図である。 本発明の一側面としての露光方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す回折光学素子によって形成された非対称な四重極形状の有効光源を示す図である。 図５に示す有効光源をズームコンデンサーで拡大した状態を示す図である。 図１に示す回折光学素子によって形成された輪帯形状の有効光源を示す図である。 図７に示す有効光源をズームコンデンサーで拡大した状態を示す図である プリズムを用いて図７に示す有効光源の輪帯比を変更した状態を示す図である。 図４に示す露光方法の変形例である露光方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示す露光方法の変形例である露光方法を説明するためのフローチャートである。 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１２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。
符号の説明
１ 露光装置
１２０ 照明光学系
１４０ 光学素子
１４１ 回折光学素子
１４２ プリズム
１４２ａ 凹形状プリズム
１４２ｂ 凸形状プリズム
１４３ ズームコンデンサー
１４４ 絞り
２００ 測定手段
２１０ 挿脱機構
３００ 駆動部
３１１乃至３１４ 駆動機構
４００ 制御部
４１０ メモリ
４２０ 入力部

Claims (4)

  1. 光源からの光を用いてレチクルを照明し、前記レチクルのパターン像を基板に投影露光する露光装置であって、
    回折光学素子と、
    前記回折光学素子からの光を偏向する偏向素子と、
    前記回折光学素子及び前記偏向素子のうち少なくとも一方を駆動する駆動手段と、
    前記回折光学素子と前記偏向素子とを用いて形成される投影光学系の瞳面の光強度分布に対応する有効光源を測定する測定手段と、
    前記有効光源の測定データを用いて、前記レチクルのパターン像を前記投影光学系で投影した場合の像性能を算出し、該算出された像性能が許容範囲外である場合に前記駆動手段を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  2. 前記回折光学素子は、計算機ホログラムを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  3. 前記偏向素子は、プリズム及びズームレンズのうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
  4. 前記制御手段は、該算出された像性能が許容範囲外である場合に、前記レチクルのパターン像を基板に投影する投影光学系の光学素子を駆動する駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
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