投影光学系、露光装置及びデバイス製造方法
【課題】 投影光学系のフォーカス位置を調整し、基板の平坦度の影響を低減して原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を提供する事を目的とする。
【解決手段】 本発明の投影光学系は、原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系であって、投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【解決手段】 本発明の投影光学系は、原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系であって、投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス位置調整を行うことができる投影光学系、それを用いた露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示デバイス等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクルやマスク等）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。
【０００３】
例えば、液晶表示デバイスを製造する露光装置では、パターンが形成されたマスクの面積が大型化しており、より大きな面積のパターンをガラスプレート上に露光する露光装置が求められている。
【０００４】
大きな画面を露光することができる露光装置として、特許文献１に示されているような円弧状の照明領域をスキャンさせることで露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置がある。特許文献１に示されているような投影光学系は、ミラーにより構成しているので、色収差が発生しない。
【０００５】
また、一方で微細な露光を行うためにはレーリーの式で表される解像力の値を小さくすれば良い。解像力の値を小さくするには、露光装置の投影光学系のＮＡを大きくすればよいことが知られている。
【０００６】
しかし、投影光学系のＮＡを大きくした場合、解像力の値は小さくなるが、露光装置の焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）の値もまた小さくなることが知られている。
【０００７】
焦点深度ＤＯＦが小さくなると、露光装置のステージや基板の平坦度、レジスト塗布分布の均一度、光学系の像面湾曲など、精度の要求が厳しくなる。このような各要素の精度向上は頭打ちになっており、大幅な改善は難しくなりつつある。
【０００８】
そこで、露光装置のステージや基板の平坦度が悪いときには、基板上の露光場所ごとに基板上の露光面の表面形状（平坦度）にあわせて投影光学系のフォーカス位置を変化させてこれを補正する試みがなされている。特許文献２に記載の露光装置は、投影光学系に配置された２枚のクサビ型光学部材をシフトさせることにより、投影光学系のフォーカス位置を調整している。特許文献２の露光装置は、複数の投影光学系を繋いで露光領域を作成しているため、各投影光学系に配置されたクサビ型光学部材をシフトさせることにより、露光場所ごとにフォーカス位置を変えることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６０−３９２０５号公報
【特許文献２】特開２００４−０９３９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に記載の露光装置は、複数の投影光学系を繋いで露光領域を作成しているため、繋ぎ合わせの部位では異なる投影光学系の露光量のわずかな違いから露光ムラが生じる恐れがある。この露光ムラは、スキャン動作による筋ムラとなり、繋ぎ合わせの部位で原版に形成されたパターンを基板上に露光できない恐れがある。
【００１１】
一方で、特許文献１に示すような繋ぎ合わせがない一括露光による投影光学系では、繋ぎ合わせの部位は無いため照度ムラは生じにくい。しかし、一つの投影光学系を用いて露光する露光装置の場合、特許文献２に示されているクサビ型光学部材を用いたフォーカス位置調整では照明領域内のフォーカス位置を補正することは難しい。
【００１２】
そこで本発明は投影光学系のフォーカス位置を調整し、基板の平坦度の影響を低減して原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の投影光学系は、原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系であって、投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
投影光学系のフォーカス位置を調整することで、基板の平坦度の影響を低減して原版のパターンを基板上に投影可能な投影露光装置を提供する事ができる。本発明の効果は、発明を実施するための形態を通じて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の露光装置
【図２】マスク上での照明領域を示す図
【図３】プレート面の形状と投影光学系の像面
【図４】第１実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【図５】第１実施形態のフォーカス補正のフローを示す図
【図６】プレートの平坦度を示すグラフ
【図７】プレートの平坦度とフォーカス補正の結果を示すグラフ
【図８】第２実施形態の露光装置
【図９】第２実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【図１０】フォーカス補正誤差を示す図
【図１１】回折光束径とフォーカス位置の誤差を示す図
【図１２】第３実施形態の露光装置
【図１３】第３実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態の露光装置を示す概略図である。露光装置はパターンが形成された原版としてのマスク２を照明する照明光学系１と、基板としてのプレート７にパターンを投影する投影光学系を含む。照明光学系１はコンデンサレンズやコリメータレンズなどを有し、光源からの光でマスク２を均一に照明する。
【００１８】
照明光学系１により、マスク２を均一に照明した光は、マスク２上に形成されたパターンにより、回折光として投影光学系に入射する。回折光は投影光学系に配置された折り曲げミラー３、凹面ミラー４、凸面ミラー５、再び凹面ミラー４および折り曲げミラー６で反射され、フォーカス調整機構８０を通過し、フォトレジストが塗布されたプレート７の面上に結像する。フォーカス調整機構８０はプレート７の近傍に配置されている。軸９はマスク２を照明する照明領域の中心を通る軸を表し、軸８は軸９に平行である。
【００１９】
図２はマスク２を上部から見たときの露光装置の座標系とマスク２を照明する照明領域を表している。照明領域は、円弧の曲率Ｒ、露光幅Ｌ、およびスリット幅Ｗで規定される円弧形状をしている。尚、スリット幅方向の円弧の曲率はすべて一律でＲとし、その曲率の中心を軸８とする。図のように、照明領域の中心（露光幅方向中心、スリット幅方向中心）でＸ、Ｙ軸が交わるように座標系をとる。以上のようにとった座標系のＺ軸は、円弧形状の照明領域中心を通り軸９と一致する。
【００２０】
プレート７の露光は図２中に示すＹ軸方向に円弧形状の照明領域をスキャン（移動）することにより行う。スキャンは、マスク２を保持する不図示のマスクステージがＹ軸方向に駆動することによって行われる。マスク２をＹ軸に沿って相対移動させるとき、マスク２とプレート７をＹ軸に沿って相対移動させることにより、マスク２のパターンをプレート７に露光できる。
【００２１】
図３は投影光学系において、マスク２の異なる位置から出た回折光２０および２１が、プレート７付近の投影光学系の像面Ｐ上に結像する様子を表している。投影光学系は、最適化設計により露光幅方向に長さＬの範囲で、像面湾曲が数μｍ以下に抑えられているので、回折光２０、２１は投影光学系の像面Ｐでほぼ平坦な面上（図３の二点鎖線上が投影光学系の像面Ｐを示す）に結像する。
【００２２】
しかし、実際のプレート７は図３のように、投影光学系の像面Ｐが作り出す平面よりも大きな数十μｍ程度の凹凸が製造誤差により生じている。そのため、場所によってはデフォーカスされた位置でプレート７は露光される。デフォーカスにより像のコントラストは落ちる。焦点深度ＤＯＦが小さい時に、デフォーカスされた位置でも焦点深度内に収めて露光するためには、露光装置のステージの平坦度、レジスト膜厚分布の均一度、光学系の像面湾曲など、精度の要求が厳しくなる。
【００２３】
そこで、本発明の第１の実施形態では図１のようにフォーカス位置調整機構８０を搭載している。図１を用いて本発明の第１実施形態の投影光学系を説明する。
【００２４】
図１の投影光学系にはフォーカス調整機構８０を備えており、４枚の光学透過素子８１、８２、８３、８４を備えている。フォーカス調整機構８０は、プレート７の近傍に位置している。
【００２５】
さらに、図１の露光装置にはプレート７の平坦度を測定するための計測光学系８５、８６を備えている。また、投影光学系の非点収差、倍率、歪曲などの収差を補正するための収差補正機構８７を備えている。例えば、収差補正機構８７は光学透過素子を曲げて変形させることにより収差を補正することができる機構である。
【００２６】
また、フォーカス位置の計測を行うフォーカス計測光学系８８を備えている。プレート７を保持するステージ８９をＺ軸方向に駆動させプレート７を通過した光の強度を計測し、フォーカスを計測する。例えば、フォーカス計測光学系８８はマスク２の面上のピンホールから出た光が、プレート７の面上に設けられたピンホールを通過した光の強度を計測することができる機構である。ステージ８９をＺ軸方向に駆動させ、その都度、強度をサンプリングすることにより、強度が最大になったＺ位置がベストフォーカス位置となる。
【００２７】
図４は図１のフォーカス調整機構８０付近を拡大した図である。光学透過素子８１、８２、８３、８４はそれぞれの片面に照明領域の露光幅方向に凹凸形状を有しており、その形状は周期性をもつ連続的な表面形状をしている。この連続的な表面形状の周期方向はＸ軸方向に形成されている。
【００２８】
また、光学透過素子８１、８２、８３、８４は互いに異なる周期の表面形状をしている。本実施形態の光学透過素子８１、８２、８３、８４は第一面が平面であり、第二面はＸ軸方向（照明領域の露光幅方向）に周期性をもつ連続的な表面形状をしている。ここで、第一面とは投影光学系の光路においてマスク２側に近い方の面を示し、第二面とは投影光学系の光路においてプレート７側に近い方の面を示している。互いに異なる周期の方向は同一方向である。
【００２９】
光学透過素子８１、８２、８３、８４の周期性をもつ連続的な表面形状は第一面でも第二面でも、どちらでもよい。図４では、分かりやすいように光学透過素子の表面形状は、誇張表現している。実際には、光学透過素子８１、８２、８３、８４の表面形状の振幅は数μｍ程度である。
【００３０】
光学透過素子８１の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８１ｃｏｓ（ｘ／２）＋Ｚ３１で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８２の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８２ｃｏｓ（ｘ）＋Ｚ３２で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８３の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８３ｃｏｓ（３ｘ／２）＋Ｚ３３で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８４の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８４ｃｏｓ（２ｘ）＋Ｚ３４で表される周期的な表面形状を持つ。
【００３１】
いま、光学透過素子８１、８２、８３、８４をＸ軸方向にそれぞれα８１、α８２、α８３、α８４だけ平行移動させたとする。
【００３２】
その時、有効領域内（ここでは露光幅Ｌとする）における光学透過素子８１、８２、８３、８４の第二面の面形状はそれぞれ、次のように表現することができる。光学透過素子８１はＺ＝Ａ８１ｃｏｓ（（ｘ−α８１）／２）＋Ｚ３１。光学透過素子８２はＺ＝Ａ８２ｃｏｓ（ｘ−α８２）＋Ｚ３２。光学透過素子８３はＺ＝Ａ８３ｃｏｓ（３（ｘ−α８３）／２）＋Ｚ３３。光学透過素子８４はＺ＝Ａ８４ｃｏｓ（２（ｘ−α８４））＋Ｚ３４。
【００３３】
図４では例として、Ｘ軸と軸９との交点をＸ軸の原点とすると、α８１＜０、α８２＜０、α８３＜０、α８４＞０となっている。また、光学透過素子８１、８２、８３、８４の屈折率の大きさをｎ８１、ｎ８２、ｎ８３、ｎ８４とし、投影光学系の像面ＰのＺ座標をＺ７とする。Ａ８１、Ａ８２、Ａ８３、Ａ８４はそれぞれ、光学透過素子８１、８２、８３、８４に有する周期的な表面形状の振幅を示す。
【００３４】
マスク２の異なる位置から出た回折光２０、２１が、図４のようにプレート７の面上で、Ｘ＝Ｘ８０、Ｘ８１の位置に結像している。
【００３５】
互いに異なる周期の表面形状を持つ複数の光学透過素子をシフトさせることで、プレート７の様々な表面形状に合わせてフォーカス位置を形成することができる。また、プレート７の表面形状は連続的に変化している。そのため、連続的な表面形状の光学透過素子を用いることで、投影光学系のフォーカス位置を連続的にすることができる。
【００３６】
また、露光場所に依らないＺ軸に沿った方向の一律成分は、プレート７を支持するステージ８９のＺ位置調整機構を用いることで補正してもよい。この補正をここでは、ステージシフト補正と呼ぶことにする。
【００３７】
図５はプレート７の平坦度を計測してフォーカス調整機構８０を用いて露光場所ごとのフォーカスを調整する方法をフローチャートで示したものである。
【００３８】
まずｓｔｅｐ１として、計測光学系８５および８６を用いて、プレート７の表面形状（平坦度）を計測する。平坦度の計測方法の例として、計測光学系８５から出た計測光はプレート７の面上で反射し、反射した計測光を計測光学系８６で検出することによってプレート７の平坦度を計測する方法などがある。ステージ８９を動かし、計測光学系８６に入射する光の波形をサンプリングすることにより、プレート７の平坦度を２次元的に計測することができる。
【００３９】
上記の方法により３枚のプレートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の平坦度を、Ｘ軸方向に関して−２２５≦Ｘ≦２２５の範囲で計測する。
【００４０】
図６に３枚のプレートを計測した結果を示す。プレートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の表面形状がそれぞれＺＰ１、ＺＰ２、ＺＰ３である。
【００４１】
ｓｔｅｐ２で、ｓｔｅｐ１で計測したプレート７の表面形状を補正するように、フォーカス調整機構８０の光学透過素子８１、８２、８３、８４の最適シフト量を求める。また、露光場所に依らずＺ軸方向に一律にフォーカス位置がシフトしている場合には、ステージ８９のＺ位置調整量を計算する。
【００４２】
フォーカス調整機構８０に含まれる光学透過素子の最適なシフト量の決定の方法は、例えば、次のような方法がある。まず、プレートを−２２５≦Ｘ≦２２５の範囲で１０分割し、それぞれの位置Ｘにおけるステージ８９のＺ位置調整およびフォーカス調整機構８０をシフトさせた後のフォーカス位置を求める。求めたフォーカスの位置と計測光学系８５、８６で求めたプレート平坦度との差分が最も小さくなるように、光学透過素子の最適なシフト量を決定する。計算方法としてはＲＭＳ値が最も小さくなるように決定する方法などがある。
【００４３】
例えば光学透過素子８１〜８４の周期的な表面形状の振幅Ａ８１、Ａ８２、Ａ８３、Ａ８４をそれぞれ１５μｍ、屈折率ｎ８１、ｎ８２、ｎ８３、ｎ８４をそれぞれ１．５としたときの光学透過素子のシフト量とステージ８９のＺ位置調整の駆動量を表１に記載する。このように、プレート７の形状が異なればステージの８９の駆動量もシフト量αの値もそれぞれ最適の値は異なる。異なるプレート７のそれぞれの平坦度を計測することで、最適なフォーカス位置を求めることができる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
このとき、シフトさせる量や光学透過素子８１、８２、８３、８４のＺ位置、もしくは投影光学系の開口数（ＮＡ）などによっては、フォーカス位置調整に付随する収差の発生が無視できない場合がある。そういった露光場所毎のフォーカス位置調整をすることによって発生する収差を補正するために、本実施形態の投影光学系には収差補正機構８７が備えられている。
【００４６】
ｓｔｅｐ３で収差補正機構８７の変形量を計算する。予め、光学透過素子８１、８２、８３、８４のシフト量に対して発生する収差の情報をもっておく。そして、光学透過素子をシフトさせた時に発生する収差を求めて、収差を補正する為の収差補正機構８７の変形量を計算する。このようにして、光学透過素子８１〜８４のシフト量に応じて変化する投影光学系の収差を補正することができる。発生する投影光学系の収差が大きくなければ、ｓｔｅｐ３は行わなくても良い。
【００４７】
ｓｔｅｐ４では、ｓｔｅｐ２およびｓｔｅｐ３の計算結果を元に、光学透過素子８１、８２、８３、８４、収差補正機構８７、およびステージ８９をそれぞれ駆動させる。
【００４８】
最後に、ｓｔｅｐ５で、フォーカス計測光学系８８を用いて、露光場所ごとにフォーカス位置を計測する。フォーカス位置を計測した結果、ｓｔｅｐ１で計測したプレート７の平坦度と比較して残差成分が大きければ、再度計測を行うことができる。例えばｓｔｅｐ２へ戻り、再び光学透過素子の最適シフト量を求める。
【００４９】
図７はプレート７の平坦度とｓｔｅｐ４による補正の残差成分を表したものである。図７（ａ）はプレートＰ１の平坦度ＺＰ１（プレート平坦度９１）と、表１（Ｐ１）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。補正残差成分とはフォーカス調整後のフォーカス位置とＰ１のプレート平坦度との差分である。図７（ｂ）はプレートＰ２の平坦度ＺＰ２（プレート平坦度９１）と、表１（Ｐ２）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。同様に、図７（ｃ）はプレートＰ３の平坦度ＺＰ３（プレート平坦度９１）と表１（Ｐ３）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。
【００５０】
図７の結果によると、最大で１５μｍほどのプレート面の凸凹によるデフォーカス量が１／３以下の５μｍ以下にすることができ、これにより良好なコントラストの像が得られる。
【００５１】
［第２実施形態］
図８は本発明の第２実施形態における露光装置を示す概略図を示している。第１実施形態と同じ符号のものは説明を省略する。本実施形態の露光装置にはフォーカス調整機構３１および３４を備える。フォーカス調整機構３１は２枚の光学透過素子を有し、マスク２の近傍に配置されている。同様にフォーカス調整機構３４は２枚の光学透過素子を有し、プレート７の近傍に配置されている。
【００５２】
図９は図８のフォーカス調整機構３１および３４を拡大した図であり、折り曲げミラー３、６や凹面レンズ４、凸面レンズ５などは省略されている。フォーカス調整機構３１は光学透過素子３２、３３からなり、フォーカス調整機構３４は光学透過素子３５、３６からなる。光学透過素子３２、３３、３５、３６は第１実施形態の光学透過素子８１、８２、８３、８４と同様にその一面が照明領域の露光幅方向に凹凸形状を有している。また、第１実施形態同様に第一面、もしくは第二面の何れかが周期性を持つ連続的な表面形状をしており、どちらの面でも構わない。
【００５３】
照明光学系１によってマスク２が照明され、マスク２から開口数ＮＡＯで出た回折光は、マスク２からｄ３２だけ離れた位置で、光学透過素子３２を通過し、マスク面２からｄ３３だけ離れた位置で、光学透過素子３３を通過する。照明光学系１は光源からの光でマスク２を照明する。そして回折光は、プレート７からｄ３５だけ離れた位置で、光学透過素子３５を通過し、プレート７からｄ３６だけ離れた位置で、光学透過素子３６を通過し、開口数ＮＡでプレート７に結像する。
【００５４】
図９の４２、４３はマスク２から出た回折光をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路を表している。同様に５２、５３はプレート７に結像する回折光束をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路を表している。
【００５５】
光学透過素子３２、３３、３５、３６の少なくとも１つを、Ｘ軸方向（照明領域の露光幅方向）にシフトさせ、プレート７の面上でのフォーカス位置をＺ軸方向に変化させることができる。
【００５６】
ただし、このとき光学透過素子を通過するときの回折光の光束径（図９の周辺光路４２、４３によって、もしくは周辺光路５２、５３によって決まる）が光学透過素子の表面形状の周期よりも大きすぎると、所望の効果が得られない。
【００５７】
図１０および図１１を用いて、詳しく説明する。図１０は光学透過素子の一つの断面を拡大した図である。図１０は、屈折率がｎ６３、第一面がＺ（Ｘ）＝Ａ６３ｃｏｓＸ＋Ｚ６３で表される表面形状、第二面が平面である光学透過素子６３を通過し、プレート７に開口数ＮＡで結像する回折光を表している。
【００５８】
光線６０はプレート７に結像する回折光の主光線を表し、光線６１はプレート７に結像する回折光束をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路（マージナル光）を示している。光学透過素子に入射するＮＡの大きさが小さい場合に、回折光が結像する位置を示した結像位置６７をＸ軸方向にみると、振幅Ｂ６３、周期２πの周期となる。但し、Ｂ６３＝（１／ｎ６３−１）Ａ６３である。
【００５９】
開口数ＮＡを大きくすると、回折光束内の光線６１は主光線が光学透過素子６３に入射する６２の位置からΔＤだけ離れた、図１０の６４の位置で光学透過素子６３に入射し、プレート７よりもＺ軸方向にΔＨだけ離れた位置６５に結像する。図１０では主光線が、光学透過素子６３の凸部の頂点から入射する例を示したが、これに限らない。ΔＨは光学透過素子６３内を通過する光路長と光学透過素子６３の屈折率で表現することができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
今、フォーカス位置を回折光束内のそれぞれの光線が結像する平均Ｚ位置と定義すると、この開口数ＮＡを持った回折光のフォーカス位置は、プレート７からΔＦだけ離れた位置６６となる。ΔＦは開口数０からＮＡまでのΔＨの期待値となるので、下記式で表される。
【００６２】
【数２】
【００６３】
また、下記のように所望のフォーカス位置からのＺ方向誤差εを定義する。
【００６４】
【数３】
【００６５】
ΔＦ（Ｘ）が大きければ、露光場所によっては、所望のフォーカス位置からＺ方向に誤差が大きくなる。
【００６６】
図１１は、光学透過素子６３を通過する際の回折光束径ＳおよびＺ（Ｘ）の周期ＴによってΔＦ（Ｘ）がどのように振る舞うかを示している。Ｓ≒０のときはＮＡ≒０となり、ΔＦ（Ｘ）≒０となる。Ｓを大きくしていくと、周期Ｔの１／８で誤差εは最大８％、１／４で最大３４％、１／３で最大５８％、１／２で最大９７％だけ発生する。
【００６７】
例えば、Ｓ＝１／２×Ｔのとき、Ｘ＝０では、この誤差を１０％以下にするために、回折光束径ＳはＴ／８よりも小さいことが必要である。
【００６８】
図９に示しているフォーカス調整機構３１および３４の光学透過素子３２、３３、３５、３６の例を表２に記載する。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２のように光学透過素子３２、３３、３５、３６の表面形状の周期をＴ、それぞれの光学透過素子を通過する際の、回折光束径をＳとすると、Ｓ＜Ｔ／８を満たしている。これにより、各光学透過素子３２、３３、３５、３６で発生するフォーカス誤差ΔＦ（Ｘ）を１０％以下にすることができる。
【００７１】
回折光４１、４４は光学透過素子３２、３３上の異なる位置を通過する。そのため、通過する光学透過素子の厚み分だけ、光路長に差ができ、結果としてプレート７の面上でフォーカス位置は異なる。また、同様に回折光５１、５４は光学透過素子３５、３６上の異なる位置を通過するので、通過する光学透過素子の厚み分だけ、光路長に差ができ、結果としてプレート面上でフォーカス位置は異なる。このように、光学透過素子の枚数が増えると、様々な場所に応じてフォーカス位置を調整することができるため、異なるプレート７に応じてフォーカス位置の調整が細かく行うことができる。
【００７２】
そこで、予めプレート７の表面の凹凸形状を計測しておき、照明領域の場所に応じて所望の量だけフォーカス位置を変えて凹凸形状に合わせた像面形状に近づくように、光学透過素子３２、３３、３５、３６をそれぞれＸ軸に沿った方向にシフトさせる。シフトの量を決めるには、予め複数の光学透過素子のそれぞれのＸ軸方向のシフト量と調整されたフォーカス位置の関係を求めておく。そして、複数の光学透過素子が作り出すフォーカス位置が、予め計測したプレート７の表面形状に近づくようにそれぞれの光学透過素子のシフト量を求める。
【００７３】
前述のように各光学透過素子３２、３３、３５、３６で発生するフォーカス誤差ε（Ｘ）は８％以下と十分小さいので、これにより良好なコントラストの像が得られる。
【００７４】
本実施形態では４枚の光学透過素子を投影光学系のプレート側に２枚、マスク側に２枚を配置した例を説明した。４枚の配置は実施例に限られず、例えばプレート側に４枚配置しても良い。しかし、前述の誤差を低減するには、周期性をもつ形状を投影光学系の物体面又は像面に出来るだけ近づけた方が良い。そのため、２枚ごとに分けた方が投影光学系の物体面と像面に近づけて配置できる。このように、光学透過素子をマスク２またはプレート７に対向する位置に配置する事で、周期性をもつ形状の面を投影光学系の物体面または像面に近づけることができ、上述の誤差を低減する。
【００７５】
フォーカス調整機構３１の光学透過素子３２、３３とフォーカス調整機構３４の光学透過素子３５、３６の周期性をもつ形状の面の配置する方向を決めてもよい。さらに、物体面または像面により近づけるために、フォーカス調整機構３１の光学透過素子３２、３３は周期性をもつ形状の面の配置を決めることができる。同様にフォーカス調整機構３４の光学透過素子３５、３６は周期性をもつ形状の面の配置を決めることができる。
【００７６】
［第３実施形態］
図１２および図１３を用いて本発明の第３実施形態の投影光学系について説明する。図１２は本発明の投影光学系を備える露光装置の概略図である。投影光学系にはフォーカス調整機構７１と非球面形状の平坦化光学素子７４を備えている。図１３はフォーカス調整機構７１とフォーカス位置を平坦にするための平坦化光学素子７４の付近を拡大した図である。符号が同じものについては説明を省略する。
【００７７】
フォーカス調整機構７１は上述の実施形態で記載した光学透過素子と同様な特徴を持つ光学透過素子７２、７３を有する。ここでは、光学透過素子７２、７３の第一面がそれぞれ、周期性をもつ連続関数Ｉ（Ｘ）、Ｊ（Ｘ）を用いて、Ｚ＝Ｉ（Ｘ）＋Ｚ７２、およびＺ＝Ｊ（Ｘ）＋Ｚ７３で表されるものとする。
【００７８】
光学透過素子の表面形状は第１実施形態で説明した余弦の式に限定されず、任意の形状でよい。複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって互いに異なる周期を有していればよい。これら、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行う。
【００７９】
予めプレート７の表面形状（平坦度）が分かっていたら、投影光学系の像面の形状をプレート７の表面形状に合わせるように、所望の量だけフォーカス位置を変える。照明領域の場所ごとにフォーカス位置が変わるように、光学透過素子１１、１２をＸ軸に沿った方向（照明領域の露光幅方向）にシフトさせる。あらかじめ光学透過素子１１、１２のシフトの大きさと場所によるフォーカスされる位置を記憶しておくことにより、プレート７の表面の凹凸形状に合わせて、それぞれの光学透過素子のシフトさせる量を決定することができる。
【００８０】
予めプレート７の表面形状（平坦度）を計測しておき、投影光学系の像面の形状をプレート７の表面形状に合わせるように、所望の量だけフォーカス位置を変える。照明領域の場所に応じてフォーカス位置が変わるように、光学透過素子７２、７３をＸ軸に沿った方向にシフトさせる。異なるプレート７ごとに表面の凹凸形状を計測すれば、異なるプレート７ごとにフォーカス位置を補正する事ができる。このように、プレートごとの凹凸に対応したフォーカス位置補正を行うことで、良好なコントラストの像が得られる。
【００８１】
プレート７の表面形状が平坦であった場合は、照明領域内でのフォーカス位置Ｚは、照明領域内で等しくする必要がある。しかし、光学透過素子７２、７３を如何にシフトさせても等しくならない可能性がある。その場合に備えて、光学透過素子７２、７３が特定の場所に位置する場合に、投影光学系の像面が平坦になるよう、図１２および図１３のように、非球面形状の平坦化光学素子７４を有していても良い。光学透過素子７２、７３と平坦化光学素子７４の組み合わせで投影光学系のフォーカス位置が、平坦になるような配置を記憶しておく。
【００８２】
これにより、プレート７の表面形状が平坦であった場合でも、光学透過素子７２、７３を特定の場所へシフトさせることにより、平坦化光学素子７４と組み合わせることにより、投影光学系の像面を平坦にすることができる。
【００８３】
本実施形態ではフォーカス調整機構の光学透過素子が２枚のときを説明したが、３枚以上の光学透過素子からなる場合についても平坦化光学素子を備えていても良い。これにより、プレート７の表面形状が平坦であっても投影光学系のフォーカス位置を平坦にすることができる。
【００８４】
本発明は、投影光学系に少なくとも２つ以上の光学透過素子を有していれば、異なる基板の表面形状に対してフォーカス調整を行うことができる。光学透過素子の数が多いほど細かい表面形状の変化に対してフォーカス調整を行うことができるが、光学透過素子による収差の影響などが大きくなってしまう。
【００８５】
第１実施形態で説明したプレートの平坦度を計測する計測光学系８５、８６や収差補正機構８７、フォーカス計測光学系８８は第１実施形態に限られるものではなく、何れの実施形態にも用いることができる。同様に第３実施形態で説明した平坦化光学素子７４も何れの実施形態にも用いることができる。
【００８６】
本発明の何れの実施形態も、Ｘ軸方向に周期性をもつ連続的な表面形状を有する光学透過素子をＸ軸方向にシフトさせるものについて説明したが、これに限るものではない。例えば光学透過素子の表面形状の周期性を、軸８を中心とした円周方向に持たせ、軸８を中心にしてシフトさせても同様の効果が得られる。この場合も、フォーカス調整機構１０は複数の光学透過素子を有しており、互いに異なる周期をもつ表面形状をしている。このように、互いに周期が異なる複数の光学透過素子をそれぞれシフトさせることによって、基板上のフォーカス位置を調整することができる。
【００８７】
［デバイス製造方法］
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハ等の基板に集積回路を作る前工程と、前工程で作られた基板上の集積回路を半導体チップ等の製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。
【００８８】
液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板等の基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。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。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 照明光学系
２ マスク
７ プレート
８０ フォーカス調整機構
８１、８２、８３、８４ 光学透過素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス位置調整を行うことができる投影光学系、それを用いた露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体デバイスや液晶表示デバイス等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクルやマスク等）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。
【０００３】
例えば、液晶表示デバイスを製造する露光装置では、パターンが形成されたマスクの面積が大型化しており、より大きな面積のパターンをガラスプレート上に露光する露光装置が求められている。
【０００４】
大きな画面を露光することができる露光装置として、特許文献１に示されているような円弧状の照明領域をスキャンさせることで露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置がある。特許文献１に示されているような投影光学系は、ミラーにより構成しているので、色収差が発生しない。
【０００５】
また、一方で微細な露光を行うためにはレーリーの式で表される解像力の値を小さくすれば良い。解像力の値を小さくするには、露光装置の投影光学系のＮＡを大きくすればよいことが知られている。
【０００６】
しかし、投影光学系のＮＡを大きくした場合、解像力の値は小さくなるが、露光装置の焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）の値もまた小さくなることが知られている。
【０００７】
焦点深度ＤＯＦが小さくなると、露光装置のステージや基板の平坦度、レジスト塗布分布の均一度、光学系の像面湾曲など、精度の要求が厳しくなる。このような各要素の精度向上は頭打ちになっており、大幅な改善は難しくなりつつある。
【０００８】
そこで、露光装置のステージや基板の平坦度が悪いときには、基板上の露光場所ごとに基板上の露光面の表面形状（平坦度）にあわせて投影光学系のフォーカス位置を変化させてこれを補正する試みがなされている。特許文献２に記載の露光装置は、投影光学系に配置された２枚のクサビ型光学部材をシフトさせることにより、投影光学系のフォーカス位置を調整している。特許文献２の露光装置は、複数の投影光学系を繋いで露光領域を作成しているため、各投影光学系に配置されたクサビ型光学部材をシフトさせることにより、露光場所ごとにフォーカス位置を変えることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６０−３９２０５号公報
【特許文献２】特開２００４−０９３９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に記載の露光装置は、複数の投影光学系を繋いで露光領域を作成しているため、繋ぎ合わせの部位では異なる投影光学系の露光量のわずかな違いから露光ムラが生じる恐れがある。この露光ムラは、スキャン動作による筋ムラとなり、繋ぎ合わせの部位で原版に形成されたパターンを基板上に露光できない恐れがある。
【００１１】
一方で、特許文献１に示すような繋ぎ合わせがない一括露光による投影光学系では、繋ぎ合わせの部位は無いため照度ムラは生じにくい。しかし、一つの投影光学系を用いて露光する露光装置の場合、特許文献２に示されているクサビ型光学部材を用いたフォーカス位置調整では照明領域内のフォーカス位置を補正することは難しい。
【００１２】
そこで本発明は投影光学系のフォーカス位置を調整し、基板の平坦度の影響を低減して原版のパターンを基板上に投影する投影光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の投影光学系は、原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系であって、投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
投影光学系のフォーカス位置を調整することで、基板の平坦度の影響を低減して原版のパターンを基板上に投影可能な投影露光装置を提供する事ができる。本発明の効果は、発明を実施するための形態を通じて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の露光装置
【図２】マスク上での照明領域を示す図
【図３】プレート面の形状と投影光学系の像面
【図４】第１実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【図５】第１実施形態のフォーカス補正のフローを示す図
【図６】プレートの平坦度を示すグラフ
【図７】プレートの平坦度とフォーカス補正の結果を示すグラフ
【図８】第２実施形態の露光装置
【図９】第２実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【図１０】フォーカス補正誤差を示す図
【図１１】回折光束径とフォーカス位置の誤差を示す図
【図１２】第３実施形態の露光装置
【図１３】第３実施形態のフォーカス補正機構を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態の露光装置を示す概略図である。露光装置はパターンが形成された原版としてのマスク２を照明する照明光学系１と、基板としてのプレート７にパターンを投影する投影光学系を含む。照明光学系１はコンデンサレンズやコリメータレンズなどを有し、光源からの光でマスク２を均一に照明する。
【００１８】
照明光学系１により、マスク２を均一に照明した光は、マスク２上に形成されたパターンにより、回折光として投影光学系に入射する。回折光は投影光学系に配置された折り曲げミラー３、凹面ミラー４、凸面ミラー５、再び凹面ミラー４および折り曲げミラー６で反射され、フォーカス調整機構８０を通過し、フォトレジストが塗布されたプレート７の面上に結像する。フォーカス調整機構８０はプレート７の近傍に配置されている。軸９はマスク２を照明する照明領域の中心を通る軸を表し、軸８は軸９に平行である。
【００１９】
図２はマスク２を上部から見たときの露光装置の座標系とマスク２を照明する照明領域を表している。照明領域は、円弧の曲率Ｒ、露光幅Ｌ、およびスリット幅Ｗで規定される円弧形状をしている。尚、スリット幅方向の円弧の曲率はすべて一律でＲとし、その曲率の中心を軸８とする。図のように、照明領域の中心（露光幅方向中心、スリット幅方向中心）でＸ、Ｙ軸が交わるように座標系をとる。以上のようにとった座標系のＺ軸は、円弧形状の照明領域中心を通り軸９と一致する。
【００２０】
プレート７の露光は図２中に示すＹ軸方向に円弧形状の照明領域をスキャン（移動）することにより行う。スキャンは、マスク２を保持する不図示のマスクステージがＹ軸方向に駆動することによって行われる。マスク２をＹ軸に沿って相対移動させるとき、マスク２とプレート７をＹ軸に沿って相対移動させることにより、マスク２のパターンをプレート７に露光できる。
【００２１】
図３は投影光学系において、マスク２の異なる位置から出た回折光２０および２１が、プレート７付近の投影光学系の像面Ｐ上に結像する様子を表している。投影光学系は、最適化設計により露光幅方向に長さＬの範囲で、像面湾曲が数μｍ以下に抑えられているので、回折光２０、２１は投影光学系の像面Ｐでほぼ平坦な面上（図３の二点鎖線上が投影光学系の像面Ｐを示す）に結像する。
【００２２】
しかし、実際のプレート７は図３のように、投影光学系の像面Ｐが作り出す平面よりも大きな数十μｍ程度の凹凸が製造誤差により生じている。そのため、場所によってはデフォーカスされた位置でプレート７は露光される。デフォーカスにより像のコントラストは落ちる。焦点深度ＤＯＦが小さい時に、デフォーカスされた位置でも焦点深度内に収めて露光するためには、露光装置のステージの平坦度、レジスト膜厚分布の均一度、光学系の像面湾曲など、精度の要求が厳しくなる。
【００２３】
そこで、本発明の第１の実施形態では図１のようにフォーカス位置調整機構８０を搭載している。図１を用いて本発明の第１実施形態の投影光学系を説明する。
【００２４】
図１の投影光学系にはフォーカス調整機構８０を備えており、４枚の光学透過素子８１、８２、８３、８４を備えている。フォーカス調整機構８０は、プレート７の近傍に位置している。
【００２５】
さらに、図１の露光装置にはプレート７の平坦度を測定するための計測光学系８５、８６を備えている。また、投影光学系の非点収差、倍率、歪曲などの収差を補正するための収差補正機構８７を備えている。例えば、収差補正機構８７は光学透過素子を曲げて変形させることにより収差を補正することができる機構である。
【００２６】
また、フォーカス位置の計測を行うフォーカス計測光学系８８を備えている。プレート７を保持するステージ８９をＺ軸方向に駆動させプレート７を通過した光の強度を計測し、フォーカスを計測する。例えば、フォーカス計測光学系８８はマスク２の面上のピンホールから出た光が、プレート７の面上に設けられたピンホールを通過した光の強度を計測することができる機構である。ステージ８９をＺ軸方向に駆動させ、その都度、強度をサンプリングすることにより、強度が最大になったＺ位置がベストフォーカス位置となる。
【００２７】
図４は図１のフォーカス調整機構８０付近を拡大した図である。光学透過素子８１、８２、８３、８４はそれぞれの片面に照明領域の露光幅方向に凹凸形状を有しており、その形状は周期性をもつ連続的な表面形状をしている。この連続的な表面形状の周期方向はＸ軸方向に形成されている。
【００２８】
また、光学透過素子８１、８２、８３、８４は互いに異なる周期の表面形状をしている。本実施形態の光学透過素子８１、８２、８３、８４は第一面が平面であり、第二面はＸ軸方向（照明領域の露光幅方向）に周期性をもつ連続的な表面形状をしている。ここで、第一面とは投影光学系の光路においてマスク２側に近い方の面を示し、第二面とは投影光学系の光路においてプレート７側に近い方の面を示している。互いに異なる周期の方向は同一方向である。
【００２９】
光学透過素子８１、８２、８３、８４の周期性をもつ連続的な表面形状は第一面でも第二面でも、どちらでもよい。図４では、分かりやすいように光学透過素子の表面形状は、誇張表現している。実際には、光学透過素子８１、８２、８３、８４の表面形状の振幅は数μｍ程度である。
【００３０】
光学透過素子８１の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８１ｃｏｓ（ｘ／２）＋Ｚ３１で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８２の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８２ｃｏｓ（ｘ）＋Ｚ３２で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８３の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８３ｃｏｓ（３ｘ／２）＋Ｚ３３で表される周期的な表面形状を持つ。光学透過素子８４の第一面は平面で、第二面はＺ＝Ａ８４ｃｏｓ（２ｘ）＋Ｚ３４で表される周期的な表面形状を持つ。
【００３１】
いま、光学透過素子８１、８２、８３、８４をＸ軸方向にそれぞれα８１、α８２、α８３、α８４だけ平行移動させたとする。
【００３２】
その時、有効領域内（ここでは露光幅Ｌとする）における光学透過素子８１、８２、８３、８４の第二面の面形状はそれぞれ、次のように表現することができる。光学透過素子８１はＺ＝Ａ８１ｃｏｓ（（ｘ−α８１）／２）＋Ｚ３１。光学透過素子８２はＺ＝Ａ８２ｃｏｓ（ｘ−α８２）＋Ｚ３２。光学透過素子８３はＺ＝Ａ８３ｃｏｓ（３（ｘ−α８３）／２）＋Ｚ３３。光学透過素子８４はＺ＝Ａ８４ｃｏｓ（２（ｘ−α８４））＋Ｚ３４。
【００３３】
図４では例として、Ｘ軸と軸９との交点をＸ軸の原点とすると、α８１＜０、α８２＜０、α８３＜０、α８４＞０となっている。また、光学透過素子８１、８２、８３、８４の屈折率の大きさをｎ８１、ｎ８２、ｎ８３、ｎ８４とし、投影光学系の像面ＰのＺ座標をＺ７とする。Ａ８１、Ａ８２、Ａ８３、Ａ８４はそれぞれ、光学透過素子８１、８２、８３、８４に有する周期的な表面形状の振幅を示す。
【００３４】
マスク２の異なる位置から出た回折光２０、２１が、図４のようにプレート７の面上で、Ｘ＝Ｘ８０、Ｘ８１の位置に結像している。
【００３５】
互いに異なる周期の表面形状を持つ複数の光学透過素子をシフトさせることで、プレート７の様々な表面形状に合わせてフォーカス位置を形成することができる。また、プレート７の表面形状は連続的に変化している。そのため、連続的な表面形状の光学透過素子を用いることで、投影光学系のフォーカス位置を連続的にすることができる。
【００３６】
また、露光場所に依らないＺ軸に沿った方向の一律成分は、プレート７を支持するステージ８９のＺ位置調整機構を用いることで補正してもよい。この補正をここでは、ステージシフト補正と呼ぶことにする。
【００３７】
図５はプレート７の平坦度を計測してフォーカス調整機構８０を用いて露光場所ごとのフォーカスを調整する方法をフローチャートで示したものである。
【００３８】
まずｓｔｅｐ１として、計測光学系８５および８６を用いて、プレート７の表面形状（平坦度）を計測する。平坦度の計測方法の例として、計測光学系８５から出た計測光はプレート７の面上で反射し、反射した計測光を計測光学系８６で検出することによってプレート７の平坦度を計測する方法などがある。ステージ８９を動かし、計測光学系８６に入射する光の波形をサンプリングすることにより、プレート７の平坦度を２次元的に計測することができる。
【００３９】
上記の方法により３枚のプレートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の平坦度を、Ｘ軸方向に関して−２２５≦Ｘ≦２２５の範囲で計測する。
【００４０】
図６に３枚のプレートを計測した結果を示す。プレートＰ１、Ｐ２、Ｐ３の表面形状がそれぞれＺＰ１、ＺＰ２、ＺＰ３である。
【００４１】
ｓｔｅｐ２で、ｓｔｅｐ１で計測したプレート７の表面形状を補正するように、フォーカス調整機構８０の光学透過素子８１、８２、８３、８４の最適シフト量を求める。また、露光場所に依らずＺ軸方向に一律にフォーカス位置がシフトしている場合には、ステージ８９のＺ位置調整量を計算する。
【００４２】
フォーカス調整機構８０に含まれる光学透過素子の最適なシフト量の決定の方法は、例えば、次のような方法がある。まず、プレートを−２２５≦Ｘ≦２２５の範囲で１０分割し、それぞれの位置Ｘにおけるステージ８９のＺ位置調整およびフォーカス調整機構８０をシフトさせた後のフォーカス位置を求める。求めたフォーカスの位置と計測光学系８５、８６で求めたプレート平坦度との差分が最も小さくなるように、光学透過素子の最適なシフト量を決定する。計算方法としてはＲＭＳ値が最も小さくなるように決定する方法などがある。
【００４３】
例えば光学透過素子８１〜８４の周期的な表面形状の振幅Ａ８１、Ａ８２、Ａ８３、Ａ８４をそれぞれ１５μｍ、屈折率ｎ８１、ｎ８２、ｎ８３、ｎ８４をそれぞれ１．５としたときの光学透過素子のシフト量とステージ８９のＺ位置調整の駆動量を表１に記載する。このように、プレート７の形状が異なればステージの８９の駆動量もシフト量αの値もそれぞれ最適の値は異なる。異なるプレート７のそれぞれの平坦度を計測することで、最適なフォーカス位置を求めることができる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
このとき、シフトさせる量や光学透過素子８１、８２、８３、８４のＺ位置、もしくは投影光学系の開口数（ＮＡ）などによっては、フォーカス位置調整に付随する収差の発生が無視できない場合がある。そういった露光場所毎のフォーカス位置調整をすることによって発生する収差を補正するために、本実施形態の投影光学系には収差補正機構８７が備えられている。
【００４６】
ｓｔｅｐ３で収差補正機構８７の変形量を計算する。予め、光学透過素子８１、８２、８３、８４のシフト量に対して発生する収差の情報をもっておく。そして、光学透過素子をシフトさせた時に発生する収差を求めて、収差を補正する為の収差補正機構８７の変形量を計算する。このようにして、光学透過素子８１〜８４のシフト量に応じて変化する投影光学系の収差を補正することができる。発生する投影光学系の収差が大きくなければ、ｓｔｅｐ３は行わなくても良い。
【００４７】
ｓｔｅｐ４では、ｓｔｅｐ２およびｓｔｅｐ３の計算結果を元に、光学透過素子８１、８２、８３、８４、収差補正機構８７、およびステージ８９をそれぞれ駆動させる。
【００４８】
最後に、ｓｔｅｐ５で、フォーカス計測光学系８８を用いて、露光場所ごとにフォーカス位置を計測する。フォーカス位置を計測した結果、ｓｔｅｐ１で計測したプレート７の平坦度と比較して残差成分が大きければ、再度計測を行うことができる。例えばｓｔｅｐ２へ戻り、再び光学透過素子の最適シフト量を求める。
【００４９】
図７はプレート７の平坦度とｓｔｅｐ４による補正の残差成分を表したものである。図７（ａ）はプレートＰ１の平坦度ＺＰ１（プレート平坦度９１）と、表１（Ｐ１）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。補正残差成分とはフォーカス調整後のフォーカス位置とＰ１のプレート平坦度との差分である。図７（ｂ）はプレートＰ２の平坦度ＺＰ２（プレート平坦度９１）と、表１（Ｐ２）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。同様に、図７（ｃ）はプレートＰ３の平坦度ＺＰ３（プレート平坦度９１）と表１（Ｐ３）の駆動量に従ってフォーカス位置を補正した補正残差成分９４を示している。
【００５０】
図７の結果によると、最大で１５μｍほどのプレート面の凸凹によるデフォーカス量が１／３以下の５μｍ以下にすることができ、これにより良好なコントラストの像が得られる。
【００５１】
［第２実施形態］
図８は本発明の第２実施形態における露光装置を示す概略図を示している。第１実施形態と同じ符号のものは説明を省略する。本実施形態の露光装置にはフォーカス調整機構３１および３４を備える。フォーカス調整機構３１は２枚の光学透過素子を有し、マスク２の近傍に配置されている。同様にフォーカス調整機構３４は２枚の光学透過素子を有し、プレート７の近傍に配置されている。
【００５２】
図９は図８のフォーカス調整機構３１および３４を拡大した図であり、折り曲げミラー３、６や凹面レンズ４、凸面レンズ５などは省略されている。フォーカス調整機構３１は光学透過素子３２、３３からなり、フォーカス調整機構３４は光学透過素子３５、３６からなる。光学透過素子３２、３３、３５、３６は第１実施形態の光学透過素子８１、８２、８３、８４と同様にその一面が照明領域の露光幅方向に凹凸形状を有している。また、第１実施形態同様に第一面、もしくは第二面の何れかが周期性を持つ連続的な表面形状をしており、どちらの面でも構わない。
【００５３】
照明光学系１によってマスク２が照明され、マスク２から開口数ＮＡＯで出た回折光は、マスク２からｄ３２だけ離れた位置で、光学透過素子３２を通過し、マスク面２からｄ３３だけ離れた位置で、光学透過素子３３を通過する。照明光学系１は光源からの光でマスク２を照明する。そして回折光は、プレート７からｄ３５だけ離れた位置で、光学透過素子３５を通過し、プレート７からｄ３６だけ離れた位置で、光学透過素子３６を通過し、開口数ＮＡでプレート７に結像する。
【００５４】
図９の４２、４３はマスク２から出た回折光をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路を表している。同様に５２、５３はプレート７に結像する回折光束をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路を表している。
【００５５】
光学透過素子３２、３３、３５、３６の少なくとも１つを、Ｘ軸方向（照明領域の露光幅方向）にシフトさせ、プレート７の面上でのフォーカス位置をＺ軸方向に変化させることができる。
【００５６】
ただし、このとき光学透過素子を通過するときの回折光の光束径（図９の周辺光路４２、４３によって、もしくは周辺光路５２、５３によって決まる）が光学透過素子の表面形状の周期よりも大きすぎると、所望の効果が得られない。
【００５７】
図１０および図１１を用いて、詳しく説明する。図１０は光学透過素子の一つの断面を拡大した図である。図１０は、屈折率がｎ６３、第一面がＺ（Ｘ）＝Ａ６３ｃｏｓＸ＋Ｚ６３で表される表面形状、第二面が平面である光学透過素子６３を通過し、プレート７に開口数ＮＡで結像する回折光を表している。
【００５８】
光線６０はプレート７に結像する回折光の主光線を表し、光線６１はプレート７に結像する回折光束をＸＺ平面で切ったときの光束内で最も光軸からの角度が大きい両端の周辺光路（マージナル光）を示している。光学透過素子に入射するＮＡの大きさが小さい場合に、回折光が結像する位置を示した結像位置６７をＸ軸方向にみると、振幅Ｂ６３、周期２πの周期となる。但し、Ｂ６３＝（１／ｎ６３−１）Ａ６３である。
【００５９】
開口数ＮＡを大きくすると、回折光束内の光線６１は主光線が光学透過素子６３に入射する６２の位置からΔＤだけ離れた、図１０の６４の位置で光学透過素子６３に入射し、プレート７よりもＺ軸方向にΔＨだけ離れた位置６５に結像する。図１０では主光線が、光学透過素子６３の凸部の頂点から入射する例を示したが、これに限らない。ΔＨは光学透過素子６３内を通過する光路長と光学透過素子６３の屈折率で表現することができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
今、フォーカス位置を回折光束内のそれぞれの光線が結像する平均Ｚ位置と定義すると、この開口数ＮＡを持った回折光のフォーカス位置は、プレート７からΔＦだけ離れた位置６６となる。ΔＦは開口数０からＮＡまでのΔＨの期待値となるので、下記式で表される。
【００６２】
【数２】
【００６３】
また、下記のように所望のフォーカス位置からのＺ方向誤差εを定義する。
【００６４】
【数３】
【００６５】
ΔＦ（Ｘ）が大きければ、露光場所によっては、所望のフォーカス位置からＺ方向に誤差が大きくなる。
【００６６】
図１１は、光学透過素子６３を通過する際の回折光束径ＳおよびＺ（Ｘ）の周期ＴによってΔＦ（Ｘ）がどのように振る舞うかを示している。Ｓ≒０のときはＮＡ≒０となり、ΔＦ（Ｘ）≒０となる。Ｓを大きくしていくと、周期Ｔの１／８で誤差εは最大８％、１／４で最大３４％、１／３で最大５８％、１／２で最大９７％だけ発生する。
【００６７】
例えば、Ｓ＝１／２×Ｔのとき、Ｘ＝０では、この誤差を１０％以下にするために、回折光束径ＳはＴ／８よりも小さいことが必要である。
【００６８】
図９に示しているフォーカス調整機構３１および３４の光学透過素子３２、３３、３５、３６の例を表２に記載する。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２のように光学透過素子３２、３３、３５、３６の表面形状の周期をＴ、それぞれの光学透過素子を通過する際の、回折光束径をＳとすると、Ｓ＜Ｔ／８を満たしている。これにより、各光学透過素子３２、３３、３５、３６で発生するフォーカス誤差ΔＦ（Ｘ）を１０％以下にすることができる。
【００７１】
回折光４１、４４は光学透過素子３２、３３上の異なる位置を通過する。そのため、通過する光学透過素子の厚み分だけ、光路長に差ができ、結果としてプレート７の面上でフォーカス位置は異なる。また、同様に回折光５１、５４は光学透過素子３５、３６上の異なる位置を通過するので、通過する光学透過素子の厚み分だけ、光路長に差ができ、結果としてプレート面上でフォーカス位置は異なる。このように、光学透過素子の枚数が増えると、様々な場所に応じてフォーカス位置を調整することができるため、異なるプレート７に応じてフォーカス位置の調整が細かく行うことができる。
【００７２】
そこで、予めプレート７の表面の凹凸形状を計測しておき、照明領域の場所に応じて所望の量だけフォーカス位置を変えて凹凸形状に合わせた像面形状に近づくように、光学透過素子３２、３３、３５、３６をそれぞれＸ軸に沿った方向にシフトさせる。シフトの量を決めるには、予め複数の光学透過素子のそれぞれのＸ軸方向のシフト量と調整されたフォーカス位置の関係を求めておく。そして、複数の光学透過素子が作り出すフォーカス位置が、予め計測したプレート７の表面形状に近づくようにそれぞれの光学透過素子のシフト量を求める。
【００７３】
前述のように各光学透過素子３２、３３、３５、３６で発生するフォーカス誤差ε（Ｘ）は８％以下と十分小さいので、これにより良好なコントラストの像が得られる。
【００７４】
本実施形態では４枚の光学透過素子を投影光学系のプレート側に２枚、マスク側に２枚を配置した例を説明した。４枚の配置は実施例に限られず、例えばプレート側に４枚配置しても良い。しかし、前述の誤差を低減するには、周期性をもつ形状を投影光学系の物体面又は像面に出来るだけ近づけた方が良い。そのため、２枚ごとに分けた方が投影光学系の物体面と像面に近づけて配置できる。このように、光学透過素子をマスク２またはプレート７に対向する位置に配置する事で、周期性をもつ形状の面を投影光学系の物体面または像面に近づけることができ、上述の誤差を低減する。
【００７５】
フォーカス調整機構３１の光学透過素子３２、３３とフォーカス調整機構３４の光学透過素子３５、３６の周期性をもつ形状の面の配置する方向を決めてもよい。さらに、物体面または像面により近づけるために、フォーカス調整機構３１の光学透過素子３２、３３は周期性をもつ形状の面の配置を決めることができる。同様にフォーカス調整機構３４の光学透過素子３５、３６は周期性をもつ形状の面の配置を決めることができる。
【００７６】
［第３実施形態］
図１２および図１３を用いて本発明の第３実施形態の投影光学系について説明する。図１２は本発明の投影光学系を備える露光装置の概略図である。投影光学系にはフォーカス調整機構７１と非球面形状の平坦化光学素子７４を備えている。図１３はフォーカス調整機構７１とフォーカス位置を平坦にするための平坦化光学素子７４の付近を拡大した図である。符号が同じものについては説明を省略する。
【００７７】
フォーカス調整機構７１は上述の実施形態で記載した光学透過素子と同様な特徴を持つ光学透過素子７２、７３を有する。ここでは、光学透過素子７２、７３の第一面がそれぞれ、周期性をもつ連続関数Ｉ（Ｘ）、Ｊ（Ｘ）を用いて、Ｚ＝Ｉ（Ｘ）＋Ｚ７２、およびＺ＝Ｊ（Ｘ）＋Ｚ７３で表されるものとする。
【００７８】
光学透過素子の表面形状は第１実施形態で説明した余弦の式に限定されず、任意の形状でよい。複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって互いに異なる周期を有していればよい。これら、複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行う。
【００７９】
予めプレート７の表面形状（平坦度）が分かっていたら、投影光学系の像面の形状をプレート７の表面形状に合わせるように、所望の量だけフォーカス位置を変える。照明領域の場所ごとにフォーカス位置が変わるように、光学透過素子１１、１２をＸ軸に沿った方向（照明領域の露光幅方向）にシフトさせる。あらかじめ光学透過素子１１、１２のシフトの大きさと場所によるフォーカスされる位置を記憶しておくことにより、プレート７の表面の凹凸形状に合わせて、それぞれの光学透過素子のシフトさせる量を決定することができる。
【００８０】
予めプレート７の表面形状（平坦度）を計測しておき、投影光学系の像面の形状をプレート７の表面形状に合わせるように、所望の量だけフォーカス位置を変える。照明領域の場所に応じてフォーカス位置が変わるように、光学透過素子７２、７３をＸ軸に沿った方向にシフトさせる。異なるプレート７ごとに表面の凹凸形状を計測すれば、異なるプレート７ごとにフォーカス位置を補正する事ができる。このように、プレートごとの凹凸に対応したフォーカス位置補正を行うことで、良好なコントラストの像が得られる。
【００８１】
プレート７の表面形状が平坦であった場合は、照明領域内でのフォーカス位置Ｚは、照明領域内で等しくする必要がある。しかし、光学透過素子７２、７３を如何にシフトさせても等しくならない可能性がある。その場合に備えて、光学透過素子７２、７３が特定の場所に位置する場合に、投影光学系の像面が平坦になるよう、図１２および図１３のように、非球面形状の平坦化光学素子７４を有していても良い。光学透過素子７２、７３と平坦化光学素子７４の組み合わせで投影光学系のフォーカス位置が、平坦になるような配置を記憶しておく。
【００８２】
これにより、プレート７の表面形状が平坦であった場合でも、光学透過素子７２、７３を特定の場所へシフトさせることにより、平坦化光学素子７４と組み合わせることにより、投影光学系の像面を平坦にすることができる。
【００８３】
本実施形態ではフォーカス調整機構の光学透過素子が２枚のときを説明したが、３枚以上の光学透過素子からなる場合についても平坦化光学素子を備えていても良い。これにより、プレート７の表面形状が平坦であっても投影光学系のフォーカス位置を平坦にすることができる。
【００８４】
本発明は、投影光学系に少なくとも２つ以上の光学透過素子を有していれば、異なる基板の表面形状に対してフォーカス調整を行うことができる。光学透過素子の数が多いほど細かい表面形状の変化に対してフォーカス調整を行うことができるが、光学透過素子による収差の影響などが大きくなってしまう。
【００８５】
第１実施形態で説明したプレートの平坦度を計測する計測光学系８５、８６や収差補正機構８７、フォーカス計測光学系８８は第１実施形態に限られるものではなく、何れの実施形態にも用いることができる。同様に第３実施形態で説明した平坦化光学素子７４も何れの実施形態にも用いることができる。
【００８６】
本発明の何れの実施形態も、Ｘ軸方向に周期性をもつ連続的な表面形状を有する光学透過素子をＸ軸方向にシフトさせるものについて説明したが、これに限るものではない。例えば光学透過素子の表面形状の周期性を、軸８を中心とした円周方向に持たせ、軸８を中心にしてシフトさせても同様の効果が得られる。この場合も、フォーカス調整機構１０は複数の光学透過素子を有しており、互いに異なる周期をもつ表面形状をしている。このように、互いに周期が異なる複数の光学透過素子をそれぞれシフトさせることによって、基板上のフォーカス位置を調整することができる。
【００８７】
［デバイス製造方法］
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハ等の基板に集積回路を作る前工程と、前工程で作られた基板上の集積回路を半導体チップ等の製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。
【００８８】
液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板等の基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布された基板を露光する工程と、基板を現像する工程を含む。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。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 照明光学系
２ マスク
７ プレート
８０ フォーカス調整機構
８１、８２、８３、８４ 光学透過素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系において、
前記投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、
前記複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、
前記複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うこと
を特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記互いに異なる周期の方向は同一方向であることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記複数の光学透過素子の表面形状は、円周方向に周期を有し、円周方向に前記複数の光学透過素子の少なくとも１つをシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする、請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記光学透過素子は、前記基板に対向する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記光学透過素子は、前記原版に対向する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記光学透過素子の周期を有する表面が、前記基板の表面に向かい合って配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項７】
光源からの光で原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを基板の上に投影する投影光学系と、を備える露光装置であって、
前記投影光学系は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の投影光学系であることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記投影光学系を透過した光を計測することにより、前記投影光学系のフォーカス位置を求めるフォーカス計測光学系を備え、
該フォーカス計測光学系で求めたフォーカス位置から、前記複数の光学透過素子をシフトさせる量を決めることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光する工程で露光された前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１】
原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系において、
前記投影光学系は、複数の光学透過素子を備えており、
前記複数の光学透過素子の表面形状は、連続的であって、互いに異なる周期を有し、
前記複数の光学透過素子の少なくとも１つを周期方向にシフトさせることでフォーカス調整を行うこと
を特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記互いに異なる周期の方向は同一方向であることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記複数の光学透過素子の表面形状は、円周方向に周期を有し、円周方向に前記複数の光学透過素子の少なくとも１つをシフトさせることでフォーカス調整を行うことを特徴とする、請求項１に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記光学透過素子は、前記基板に対向する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記光学透過素子は、前記原版に対向する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記光学透過素子の周期を有する表面が、前記基板の表面に向かい合って配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項７】
光源からの光で原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを基板の上に投影する投影光学系と、を備える露光装置であって、
前記投影光学系は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の投影光学系であることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
前記投影光学系を透過した光を計測することにより、前記投影光学系のフォーカス位置を求めるフォーカス計測光学系を備え、
該フォーカス計測光学系で求めたフォーカス位置から、前記複数の光学透過素子をシフトさせる量を決めることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光する工程で露光された前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１１９５３５（Ｐ２０１２−１１９５３５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８７５４（Ｐ２０１０−２６８７５４）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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