JP2009004509A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系の非点収差の少なくとも２つの成分をより高精度に調整することができる露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置は、第１光学素子１１ａを駆動する第１駆動機構１２ａと、第２光学素子１１ｂを駆動する第２駆動機構１２ｂと、投影光学系４の非点収差が調整されるように第１駆動機構１２ａおよび第２駆動機構１２ｂを制御する制御部２４とを備える。第１駆動機構１２ａによって第１光学素子１２ａが駆動されることによる非点収差の第１次数成分の変化量と該非点収差の第２次数成分の変化量との比率は第１比率であり、第２駆動機構１２ｂによって第２光学素子１２ｂが駆動されることによる非点収差の第１次数成分の変化量と該非点収差の第２次数成分の変化量との比率は第１比率と異なる第２比率である。
【選択図】図３

Description

露光装置およびそれを利用したデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造するためのリソグラフィー工程において、パターンを有する原版（レチクル）のパターンを投影光学系で基板（ウエハ）に投影して該基板を露光する露光装置が使用される。高集積のデバイスを製造するためには、投影光学系の収差を小さく抑える必要がある。

しかしながら、投影光学系は、基板の露光の際に、露光負荷（熱）を受けて、それを構成する光学素子が変形する。その結果、光軸上で像のずれ、例えば全面非点収差が発生する場合がある。非点収差とは、軸外の１点から出た光が、レンズを通過した後に後に１点に集まらず、前後にずれた互いに直交する２本の線になってしまう収差である。非点収差がある場合、ホールの形状がデフォーカスにより変化してしまう。そこで、非点収差を補正するための補正機構が提案されている。
特開２０００−１４７２３２号公報

図１は、非点収差の補正機構におけるＣ５項とＣ１２項との関係を例示する図である。横軸は、ｚｅｒｎｉｋｅ収差のＣ５項（低次成分）の変化量、縦軸はＣ１２項（高次成分）の変化量である。ここで、Ｃ５項とＣ１２項は、Ｃ５項が決まればＣ１２項が決まり、Ｃ１２項が決まればＣ５項が決まる従属関係にある。

補正すべき収差量の低次成分と高次成分との比率が補正機構の敏感度の低次成分と高次成分との比率に近ければ、投影光学系の収差を高精度に補正することができる。しかし、比率が大きく違う場合には、低次収差を高精度に補正しようとすると高次収差が悪化し、逆に高次収差を高精度に補正しようとした場合、低次収差が悪化する。露光熱によって発生する非点収差は、低次成分と高次成分との比率が使用される照明条件によって様々であるので、一つの非点収差補正機構では全ての照明条件を高精度に補正することが困難であった。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、投影光学系の非点収差の少なくとも２つの成分をより高精度に調整することができる露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板を露光する露光装置に関する。前記露光装置は、第１光学素子および第２光学素子を含み、原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、前記第１光学素子を駆動する第１駆動機構と、前記第２光学素子を駆動する第２駆動機構と、前記投影光学系の非点収差が調整されるように前記第１駆動機構および前記第２駆動機構を制御する制御部とを備える。ここで、前記第１駆動機構によって前記第１光学素子が駆動されることによる前記非点収差の第１次数成分の変化量と前記非点収差の第２次数成分の変化量との比率は第１比率であり、前記第２駆動機構によって前記第２光学素子が駆動されることによる前記非点収差の第１次数成分の変化量と前記非点収差の第２次数成分の変化量との比率は前記第１比率と異なる第２比率である。

本発明によれば、投影光学系の非点収差の少なくとも２つの成分をより高精度に調整することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図３は、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスを製造するための露光装置の概略構成を示す図である。図３に示す露光装置１００において、照明光学系１は、デバイスパターンが形成された原版（レチクル）２を照明光で照明する。照明系１は、絞り９を含む。駆動機構１０は、絞り９の開口の大きさ及び形状を変更する機能を有する。これにより、有効光源分布を変更することができる。

原版２は、原版ステージ（レチクルステージ）３によって保持された状態で原版ステージ駆動機構によって駆動される。原版２のパターンは、投影光学系４で基板（ウエハ）５に投影され、これによって基板５が露光される。基板５は、基板チャック６によって保持される。基板チャック６は、基板ステージ７の上に搭載されていて、基板５の高さ位置を調整する機構を含む。基板ステージ７は、基板ステージ駆動機構によって駆動される。

投影光学系４は、複数の光学素子（レンズ、ミラー）を含んで構成されうる。投影光学系４は、複数の光学素子の一部として、第１光学素子１１ａおよび第２光学素子１１ｂを含む。第１光学素子１１ａおよび第２光学素子１１ｂは、投影光学系４の瞳の近傍に配置されることが好ましい。露光装置１００は、第１光学素子１１ａを駆動する第１駆動機構１２ａおよび第２光学素子１１ｂを駆動する第２駆動機構１２ｂを備えている。露光装置１００は、更に、投影光学系４の非点収差が調整されるように第１駆動機構１２ａおよび第２駆動機構１２ｂを制御する制御部２４を備える。制御部２４は、投影光学系４の非点収差の第１次数成分（低次成分）および第２次数成分（高次成分）の双方が目標範囲内に調整されるように、第１駆動機構１２ａおよび第２駆動機構１２ｂを制御する。

第１光学素子１１ａは、第１駆動機構１２ａによって駆動されることによって変形し、即ち面形状が変化し、これによって投影光学系４の非点収差が変化する。第２光学素子１１ｂは、第２駆動機構１２ｂによって駆動されることによって変形し、即ち面形状が変化し、これによって投影光学系４の非点収差が変化する。

投影光学系４は、その瞳の位置に絞り１３を有し、絞り１３は、照明光学系１の絞り９と光学的に共役な位置にあり、開口が可変である。駆動機構１４は、絞り１３の開口の大きさ（すなわち、ＮＡ）を変更する機能を有する。

露光装置１００は、基板５の高さ位置（光軸２５に沿った方向における位置）を検出するために面位置検出器を備えている。面位置検出器は、投光器１５および受光器１６を含む。投光器１５から出射され基板５の表面で反射された光束は、受光器１６の受光面に入射する。受光器１６の出力は、処理部１７に提供され、処理部１７は、受光器１６の受光面への光束の入射位置に応じて基板５の高さ位置を検出する。

ステージ７の位置は、ステージ７に固定された反射鏡１８を使って、レーザー干渉計１９によって検出される。駆動部２０は、レーザー干渉計１９に基づいてステージ７の位置をフィードバック制御する。駆動部２０は、更に、処理部１７によって得られた基板の高さ情報に基づいて、基板５の表面が投影光学系４の像面に一致するように基板チャック６を制御する。

以下、投影光学系４の非点収差の補正について説明する。第１駆動機構１２ａによる第１光学素子１１ａの変形および第２駆動機構１２ｂによる第２光学素子１１ｂの変形は、次のような構成によってなされうる。

第１光学素子１１ａおよび第２光学素子１１ｂは、それらの外周部の複数点で第１支持部材によって支持されうる。光学素子１１ａ、１１ｂは、例えば、第１支持部材によって、１８０°の角度を隔てて配置された２つの点と、どちらか一方の点から重力方向に少し離れた点で支持されうる。或いは、光学素子１１ａ、光学素子１１ｂは、第１支持部材によって、第１の点と、その第１の点に対して１２０°以上１８０°未満の角度を隔てた第２の点で支持されうる。或いは、光学素子１１ａ、光学素子１１ｂは、第１支持部材によって、互いに９０°の角度を隔てた３つの点で支持されうる。

第１支持部材は、第２支持部材によって支持される。第１光学素子１１ａを支持する第１支持部材と該第１支持部材を支持する第２支持部材との間に１又は複数箇所に、第１駆動機構１２ａが配置される。同様に、第２光学素子１１ｂを支持する第１支持部材と該第１支持部材を支持する第２支持部材との間に１又は複数箇所に、第２駆動機構１２ｂが配置される。

各駆動機構１２ａ、１２ｂは、内部の圧力によって体積が変化する気密室と、気密室の内部の圧力を制御する圧力制御部と、気密室の内部の圧力変化による力を受けて、光学素子１１ａ、１１ｂに力を与える梃子部材とを含みうる。以上の構成によると、光学素子１１ａ、１１ｂに自重変形に起因する２θ変形を発生させることができ、自重変形した個所に対して反重力方向に力を調整できる駆動機構１２ａ、１２ｂを設けることでアクティブに非点収差を調整することができる。なお、光学素子の面を変形させることによって非点収差を補正する例を挙げたが、これは一例であり、他のあらゆる方法を採用することができる。

なお、以下では、第１光学素子１１ａおよび第１駆動機構１２ａで構成される非点収差補正機構を第１非点収差補正機構と呼ぶ。また、第２光学素子１１ｂおよび第２駆動機構１２ｂで構成される非点収差補正機構を第２非点収差補正機構と呼ぶ。

図２は、２つの非点収差補正機構におけるＣ５項とＣ１２項との関係を例示する図である。横軸は、ｚｅｒｎｉｋｅ２Θ成分におけるＣ５項（低次或いは第１次数の非点収差）の敏感度（変化量）、縦軸はｚｅｒｎｉｋｅ２Θ成分におけるＣ１２項（高次或いは第２次数の非点収差）の敏感度（変化量）である。

第１非点収差補正機構が発生する非点収差（Ｃ５項、Ｃ１２項）をＣ５_１、Ｃ１２_１とする。第２非点収差補正機構が発生する非点収差（Ｃ５項、Ｃ１２項）をＣ５_２、Ｃ１２_２とする。補正ターゲットの非点収差をＣ５_ｋ、Ｃ１２_ｋとし、光学素子１１ａ、１１ｂの変形量をα、β（自重変形を１とする）と定義する。

補正ターゲットと非点収差補正機構の敏感度との関係は、（１）式で表すことができる。右辺の行列部分は既知であるので、（１）式を解いてα、βを算出すれば、補正ターゲットの非点収差を発生させために必要な光学素子１１ａ、１１ｂの必要変形量を得ることができる。ここで、第１非点収差補正機構が発生する非点収差のＣ５_１（第１次数成分）の変化量とＣ１２_１（第２次数成分）の変化量との比率を第１比率とする。また、第２非点収差補正機構が発生する非点収差のＣ５_２（第１次数成分）の変化量とＣ１２_２（第２次数成分）の変化量との比率を第２比率とする。この場合、第１比率と第２比率とが異なる場合に、（１）式を解くことができる。また、第１比率と第２比率とは符号が異なることが好ましい。第１比率と第２比率は、補正ターゲットを満足するように、決定される。

（１）式から分かるように、２つの非点収差補正機構があれば、非点収差の２つの次数の双方補正することができる。また、３つ以上の次数の成分を補正したい場合は、非点補正機構を３つ以上に増やせばよい。

・・・（１）

また、第１、第２非点収差補正機構を投影光学系４の瞳の近傍に配置することで、像高依存性が小さい非点収差補正が可能となる。

図４は、投影光学系４の構成例を示す断面図である。図５Ａおよび図５Ｂは、図４に示す投影光学系の設計データである。この例、露光光としてＡｒＦレーザー光を使用するものである。図６は、第１光学素子１１ａ（Ｇ２５）、第２光学素子１１ｂ（Ｇ２６）を自重変形させたと仮定した場合の波面収差のＺｅｒｎｉｋｅ２θ成分（Ｃ５項、Ｃ１２項）の変化量（つまり、敏感度）を示す図である。但し、各値は基板５の表面上の像高６．４ｍｍと、像高１４．５ｍｍにおけるものである。

ここで、２つの光学素子１１ａ、１１ｂは、互いに敏感度が異なり、かつ、投影光学系４の瞳の近傍に配置される。この例では、第１光学素子１１ａとしてレンズＧ２５を選択し、第２光学素子１１ｂとしてレンズＧ２６を選択している。

第１光学素子１１ａ（レンズＧ２５）の駆動量をΔＬ１、第２光学素子１１ｂ（レンズＧ２６）の駆動量をΔＬ２とすると、図６より、ｚｅｒｎｉｋｅ２θ成分であるＣ５項、Ｃ１２項の変化量ΔＣ５、ΔＣ１２は、それぞれ（２）、（３）式のようになる。

ΔＣ５＝−１４３．４×ΔＬ１＋１３．３×ΔＬ２ ・・・（２）
ΔＣ１２＝−２４．６×ΔＬ１−３０．０×ΔＬ２ ・・・（３）
したがって、Ｃ５、Ｃ１２の補正ターゲットが与えられると、ΔＬ１、ΔＬ２は、それぞれ（４）、（５）式で算出することができる。

ΔＬ１＝ｋ×（−３０．０×ΔＣ５−１３．３×ΔＣ１２） ・・・（４）
ΔＬ２＝ｋ×（２４．６×ΔＣ５−１４３．４×ΔＣ１２） ・・・（５）
但し、ｋ＝（４６２９.１８）^−１
以上の値を利用して露光熱により発生する非点収差の低次成分（Ｃ５項）、高次成分（Ｃ１２項）を高精度に調整することができる。ここで、３つ以上の光学素子を駆動して更に高次の非点収差を調整することもできる。

また、第１、第２光学素子の駆動機構１２ａ、１２ｂを４５°回転させることで、Ｃ６項、Ｃ１３項の双方を調整することも可能である。

［応用例］
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図７は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）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、上記のレチクルとウエハを用いて、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。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図８は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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を形成する。

非点収差の補正機構におけるＣ５項とＣ１２項との関係を例示する図である。 ２つの非点収差補正機構におけるＣ５項とＣ１２項との関係を例示する図である。 デバイスを製造するための露光装置の概略構成を示す図である。 投影光学系の構成例を示す断面図である。 図４に示す投影光学系の設計データである。 図４に示す投影光学系の設計データである。 第１光学素子１１ａ（Ｇ２５）、第２光学素子１１ｂ（Ｇ２６）を自重変形させたと仮定した場合の波面収差のＺｅｒｎｉｋｅ２θ成分（Ｃ５項、Ｃ１２項）の変化量（つまり、敏感度）を示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

符号の説明

１１ａ 第１光学素子
１１ｂ 第２光学素子
１２ａ 第１駆動機構
１２ｂ 第２駆動機構
２４ 制御部

Claims (6)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   第１光学素子および第２光学素子を含み、原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   前記第１光学素子を駆動する第１駆動機構と、
   前記第２光学素子を駆動する第２駆動機構と、
   前記投影光学系の非点収差が調整されるように前記第１駆動機構および前記第２駆動機構を制御する制御部とを備え、
   前記第１駆動機構によって前記第１光学素子が駆動されることによる前記非点収差の第１次数成分の変化量と前記非点収差の第２次数成分の変化量との比率が第１比率であり、
   前記第２駆動機構によって前記第２光学素子が駆動されることによる前記非点収差の第１次数成分の変化量と前記非点収差の第２次数成分の変化量との比率が前記第１比率と異なる第２比率である、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１比率および前記第２比率とが互いに符号が異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１光学素子および前記第２光学素子は、前記投影光学系の瞳の近傍に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記第１光学素子は、前記第１駆動機構によって駆動されることによって変形し、これにより前記非点収差が変化し、前記第２光学素子は、前記第２駆動機構によって駆動されることによって変形し、これにより前記非点収差が変化する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記第１次数成分、前記第２次数成分は、それぞれ、ｚｅｒｎｉｋｅ２Θ成分における第１次数の非点収差、第２次数の非点収差である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
   前記基板を露光する工程と、
   を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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