JP7446068B2 - 露光装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、および、物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造工程であるリソグラフィ工程で使用される露光装置にはさらなる高解像度化が求められている。高解像度を達成するためには、露光光の短波長化、投影光学系の開口数（ＮＡ）の増加（高ＮＡ化）、さらには、変形照明（輪帯照明、二重極照明、四重極照明など）の使用が有効である。

一方、近年のデバイス構造の多層化に伴い、露光装置は高い重ね合わせ精度も求められている。特許文献１には、被照明面の共役面であるマスキングユニット１０４の前後に遮光部１０３および遮光部１０５を配置した、ダブルスリット構成が開示されている（図１）。このダブルスリット構成は、重ね合わせ精度を向上させるために有効である。

また、特許文献１には、ダブルスリット構成によって生じる積算有効光源分布の非対称性を緩和するための遮光部４０１またはフィルタ４０２を配置することも開示されている（図１２、図１４）。

特開２０１０－７３８３５号公報

しかし、ダブルスリット構成によって生じる積算有効光源分布の非対称性を緩和するための遮光部またはフィルタを配置する場合には、像面照度が低下してしまう。像面照度が低下することは、スループットが低下することにつながるため、好ましくない。

本発明は、例えば、照明光学系の像面の照度分布の補正性能と像面照度の低下の抑制の両立に有利な露光装置を提供する。

本発明の一側面によれば、基板の走査露光を行う露光装置であって、光源からの光で原版の被照明面を照明する照明光学系を有し、前記照明光学系は、前記光源から前記被照明面に至る光路上に配置された回折光学素子と、前記被照明面の共役面から前記光源側にデフォーカスした位置に配置される第１遮光部と、前記被照明面の前記共役面から前記被照明面側にデフォーカスした位置に配置される第２遮光部と、を有し、前記回折光学素子は、前記回折光学素子と光学的にフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面に、前記第１遮光部と前記第２遮光部とに起因する積算有効光源分布の非対称性を低減する光強度分布を形成する、ことを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、例えば、照明光学系の像面の照度分布の補正性能と像面照度の低下の抑制の両立に有利な露光装置を提供することができる。

実施形態における露光装置の構成を示す概略断面図。 積算有効光源を説明する図。 積算有効光源を説明する図。 遮光部の構成を示す図。 実施形態における回折光学素子の設計について説明する図。 σ値ごとの積算有効光源の非対称性を示すグラフ。 σ値ごとの、縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差を示すグラフ。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、実施形態における露光装置の構成を示す概略断面図である。この露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式で原版（マスク）のパターンを基板に露光する走査型露光装置である。ステップ・アンド・スキャン方式では、原版と基板と相対的に駆動（スキャン）させながら１ショットの露光が行われ、１ショットの露光終了後、基板のステップ移動により次のショット領域への移動が行われる。

露光装置は、光源１からの光束を利用して原版であるレチクル２４を照明する照明光学系と、レチクル２４のパターンを基板２７に投影する投影光学系２６とを有する。

光源１には、波長約３６５ｎｍの水銀ランプ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー等が使用されうる。

照明光学系は、引き回し光学系２、射出角度保存光学素子５、回折光学素子６、コンデンサレンズ７、プリズムユニット１０を有する。また、照明光学系は、ズームレンズユニット１１、オプティカルインテグレータ１２、絞り１３、コンデンサレンズ１４、第１遮光部１８および第２遮光部２０、マスキングユニット１９、コンデンサレンズ２１、及び、コリメータレンズ２３を更に有する。

引き回し光学系２は、光源１と射出角度保存光学素子５との間に設けられ、光源１からの光束を射出角度保存光学素子５に導く。射出角度保存光学素子５は、回折光学素子６の光源側に設けられ、光源１からの光束をその発散角度を一定に保ちながら回折光学素子６へ導く。射出角度保存光学素子５は、マイクロレンズアレイ、または、ファイバー束などのオプティカルインテグレータによって構成されうる。射出角度保存光学素子５によって、光源１の出力変動が回折光学素子６によって形成されるパターン分布に及ぼす影響を軽減することができる。

回折光学素子６は、被照明面（像面）であるレチクル２４と共役な面または照明光学系の瞳面とフーリエ変換の関係のある面に配置される。回折光学素子６は、投影光学系２６の瞳面と共役な面である照明光学系の瞳面やそれと共役な面などの所定面上に、光源１からの光束の光強度分布を回折作用により変換して所望の光強度分布を形成する。回折光学素子６には、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラム（ＣＧＨ；Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）を使用してもよい。投影光学系２６の瞳面に形成される光源形状は、有効光源形状と呼ばれる。なお、本明細書において、「有効光源」とは、被照明面およびその共役面上における光強度分布あるいは光の角度分布をいう。回折光学素子６は、射出角度保存光学素子５とコンデンサレンズ７との間に設けられている。射出角度保存光学素子５からの光束は、回折光学素子６を照射し、回折光学素子６で回折して、コンデンサレンズ７へ導かれる。

一例において、照明光学系には回折光学素子６は複数設けられ、それぞれの回折光学素子６はターレット（不図示）の複数のスロットの対応する１つに取り付けられて搭載されている。複数の回折光学素子はそれぞれ異なる有効光源形状を形成することができる。これらの有効光源形状により、照明モードの名前が、小σ照明、大σ照明、輪帯照明、二重極照明、四重極照明などと呼ばれる。

コンデンサレンズ７は、回折光学素子６とプリズムユニット１０との間に設けられ、回折光学素子６で回折した光束を集光し、フーリエ変換面９に回折パターンを形成する。回折パターンの分布は一定である。

フーリエ変換面９は、オプティカルインテグレータ１２と回折光学素子６との間にあり、回折光学素子６と光学的にフーリエ変換の関係にある面である。光路に位置する回折光学素子６を交換すれば、フーリエ変換面９に形成される回折パターンの形状を変えることができる。

プリズムユニット１０とズームレンズユニット１１は、オプティカルインテグレータ１２に対して光源側に設けられ、フーリエ変換面９に形成された光強度分布を拡大するズーム光学系として機能する。プリズムユニット１０は、フーリエ変換面９に形成された回折パターン（光強度分布）を、輪帯率等を調整してズームレンズユニット１１へと導くことができる。

また、ズームレンズユニット１１は、プリズムユニット１０とオプティカルインテグレータ１２との間に設けられる。ズームレンズユニット１１は、フーリエ変換面９に形成された回折パターンを、照明光学系のＮＡと投影光学系のＮＡとの比を基準としたσ値を調整してオプティカルインテグレータ１２へ導くことができる。

オプティカルインテグレータ１２は、ズームレンズユニット１１とコンデンサレンズ１４との間に設けられ、輪帯率、開口角及びσ値が調整された回折パターンに応じて多数の２次光源を形成してコンデンサレンズ１４へ導くハエの目レンズを含みうる。ただし、オプティカルインテグレータ１２のハエの目レンズの部分は、オプティカルパイプ、回折光学素子やマイクロレンズアレイなどから構成されてもよい。オプティカルインテグレータ１２とコンデンサレンズ１４との間には、絞り１３が設けられている。

コンデンサレンズ１４は、オプティカルインテグレータ１２とレチクル２４との間に設けられている。これにより、オプティカルインテグレータ１２から導かれた多数の光束を集光してレチクル２４を重畳的に照明することができる。コンデンサレンズ１４は、ハーフミラー１５を含み、露光光の一部が光量測定光学系１６に入射する。光量測定光学系１６は、光量を測定するセンサ１７を持つ。このセンサ１７により測定された光量に基づいて、露光時の露光量が適切に制御されうる。

被照明面の共役面には、マスキングユニット１９が配置される。マスキングユニット１９は、レチクル２４の照明範囲を画定するために配置され、レチクル２４を保持するレチクルステージ２５および基板２７を保持する基板ステージ２８と共に同期して走査される。

マスキングユニット１９からデフォーカスした位置に、２つの遮光部が設けられている。具体的には、被照明面から光源側にデフォーカスした位置及び被照明面の共役面から光源側にデフォーカスした位置のうちのいずれかの位置に、第１遮光部１８が配置される。また、被照明面の共役面から被照明面側にデフォーカスした位置に、第２遮光部２０が配置される。被照明面の照度分布の不均一性を軽減するため、第１遮光部１８および第２遮光部２０はそれぞれ、可変スリットであってもよい。

コンデンサレンズ２１からの光束に対して所定の傾きを有するミラー２２で反射した光は、コリメータレンズ２３を介してレチクル２４を照明する。レチクル２４のパターンは投影光学系２６を介して基板２７に投影される。

次に、図２を参照して、積算有効光源について説明する。図２（ａ）は、被照明面であるレチクル２４面の照明領域２４ａを表す。図２（ｂ）は、レチクル２４面と共役関係にあるマスキングユニット１９面の照明領域１９ａを表す。露光において照明領域２４ａが走査される。このとき、露光面上のある点を照明する入射角度分布は、照明領域２４ａにおける走査方向（ｙ方向）に平行な直線２４ｂ上の各点を照明する入射角度分布を積算したものである。これを積算有効光源と呼ぶ。言い換えると、積算有効光源とは、照明領域のある一点を走査露光によって照明する期間における入射角度分布を積算した積算入射角度分布をいう。

次に、図３を参照して、第１遮光部１８および第２遮光部２０を用いたときに、スキャン後の積算有効光源がどのようになるかについて説明する。図３（ａ）は、第１遮光部１８および第２遮光部２０付近の拡大図である。図３（ｂ）は、マスキングユニット１９面上の点Ａ，Ｂ，Ｃを通過する照明光の角度分布である。オプティカルインテグレータ１２を経て、コンデンサレンズ１４から点Ａへ向かう光束は、光軸１ｂに対して平行に射出され、第１遮光部１８および第２遮光部２０の一部によってケラれることはない。そのため、レチクル面上の点Ａ’における有効光源２４ａの形状は、ほぼ円形となる。

一方、オプティカルインテグレータ１２を経て、コンデンサレンズ１４から点Ｂへ向かう光束については、第１遮光部１８の遮光部材１８ａおよび第２遮光部２０の遮光部材２０ａによって一部の光線がケラれる。このため、レチクル面上の点Ｂ’における有効光源２４ｂの角度分布は、走査露光の走査方向（Ｙ方向）に関して非対称となる。有効光源２４ｂの上側が欠けるのは第２遮光部２０の遮光部材２０ａによってケラれるためであり、下側が欠けるのは第１遮光部１８の遮光部材１８ａによってケラれるためである。このように、２つの遮光部があるために、有効光源２４ｂには走査露光の走査方向（Ｙ方向）に関して非対称性が生じることが分かる。レチクル面上の点Ｃ’における有効光源２４ｃの形状についても、点Ｂへ向かう光束と同様の考え方で、Ｙ方向に非対称性が生じる。

点Ａ、点Ｂ、点Ｃを含む直線上を通過する全ての光束をＹ方向に走査した積算有効光源は、図３（ｃ）のようになり、走査方向に積算有効光源の非対称性が生じることが分かる。積算有効光源に非対称性があると、露光時に問題が生じうる。例えば、縦方向、横方向に同一線幅のライン・アンド・スペース・パターンを焼き付ける場合、縦方向のパターンと横方向のパターンとの間で線幅差が生じ、好ましくない。そのため、非対称性を補正することが必要となる。

実施形態において、フーリエ変換面９の光源側に第３遮光部８が配置される。第３遮光部８は、例えば、フーリエ変換面９の位置からややデフォーカスした位置に配置される。積算有効光源（積算入射角度分布）を補正するために、第３遮光部８を用いることが可能である。図４に、第３遮光部８の構成を示す。第３遮光部８は、例えば４枚の遮光板で構成されており、４枚の遮光板のそれぞれは、Ｘ方向またはＹ方向に独立して駆動させることができる。例えば、図３に示された積算有効光源の場合、２枚の遮光板をＸ方向に閉じる方向に駆動させ、Ｘ方向の光を部分的にケラせることによって、積算有効光源の非対称性を調整することができる。遮光部の代わりにフィルタを適用して調整してもよい。

従来、フーリエ変換面９の分布は一様であったが、本実施形態では、図５（ａ）に示されるように、回折光学素子６が、Ｙ方向に対して一様でない分布になるように設計される。回折光学素子６は、第１遮光部１８と第２遮光部２０とによって被照明面に生じる積算有効光源に関して、走査露光の走査方向（Ｙ方向）と該走査方向と直交する非走査方向（Ｘ方向）との差を低減する回折特性を有する。具体的には、Ｙ方向について、フーリエ変換面の分布と第１遮光部１８および第２遮光部２０により有効光源が非対称になる分とを相殺することにより、図５（ｂ）に示されるように、積算有効光源のＹ方向の光強度分布が一定となるようにする。この結果、積算有効光源のＸ方向とＹ方向が対称になる。これにより、第３遮光部８を適用して非対称性の調整を行う必要がなくなる。このため、第３遮光部８を適用することによる像面照度の低下がなくなり、露光装置のスループットの観点で有利である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、ズームレンズユニット１１を用いて、σ値を変更して使用する際の例である。ズームレンズユニット１１を駆動させてズームを変えると、第１遮光部１８および第２遮光部２０でのケラレの影響が変わり、積算有効光源の非対称性が変化する。そのため、１種類の回折光学素子を用いた場合、全てのズームで積算有効光源の非対称性を十分に小さくすることは困難である。よって、本実施形態では第３遮光部８も併用する。

図６は、ズームレンズユニット１１を駆動させたときの、σ値と積算有効光源の非対称性との関係を示したグラフである。図６に示されているように、従来技術では、どのσ値についても、積算有効光源に非対称性がある。一方、本実施形態では、回折光学素子６は、ズームレンズユニット１１により変更可能なσ値の範囲の中心値において、積算有効光源に関して走査方向（Ｙ方向）と非走査方向（Ｘ方向）との差が低減するような回折特性を有するように設計される。それにより、σ値の駆動範囲の積算有効光源の非対称性が従来技術に対して小さくなる。

図７は、図６に示されるような従来の非対称性を持つ積算有効光源で露光した場合の縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差を光学像シミュレーションによって求めた結果である。このグラフから、従来技術よりも本実施形態の方が、縦方向のパターンと横方向のパターンの線幅差が小さいことが分かる。

実際に装置を使用するときには、図６に示されるような積算有効光源の非対称性の大きさをスタートとして、使用するσに応じ、第３遮光部８を用いて非対称性の調整を行う。すなわち、第３遮光部８は、ズームレンズユニットの状態（使用されるσ値）に応じて調整される。従来例と比べて、使用するσ値の範囲で非対称性の小さい本実施形態の方が、非対称性を調整すべき量が少ないため、第３遮光部８適用分の像面照度の低下が少なく、露光装置のスループットの観点で有利である。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１：光源、６：回折光学素子、１１：ズームレンズユニット、１８：第１遮光部、１９：マスキングユニット、２０：第２遮光部、２４：レチクル（原版）、２６：投影光学系、２７：基板

Claims (9)

1. 基板の走査露光を行う露光装置であって、
   光源からの光で原版の被照明面を照明する照明光学系を有し、
   前記照明光学系は、
   前記光源から前記被照明面に至る光路上に配置された回折光学素子と、
   前記被照明面の共役面から前記光源側にデフォーカスした位置に配置される第１遮光部と、
   前記被照明面の前記共役面から前記被照明面側にデフォーカスした位置に配置される第２遮光部と、を有し、
   前記回折光学素子は、前記回折光学素子と光学的にフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面に、前記第１遮光部と前記第２遮光部とに起因する積算有効光源分布の非対称性を低減する光強度分布を形成する、ことを特徴とする露光装置。
2. σ値を変更するズームレンズユニットを有し、
   前記回折光学素子は、前記ズームレンズユニットにより変更可能なσ値の範囲の中心値において前記非対称性を低減するような回折特性を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記積算有効光源分布を調整可能な第３遮光部を有し、
   前記ズームレンズユニットの状態に応じて、前記第３遮光部により前記積算有効光源分布が調整される、ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記第３遮光部は、前記フーリエ変換面の位置から前記光源側にデフォーカスした位置に配置されることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記第１遮光部および前記第２遮光部はそれぞれ、可変スリットを含み、
   前記非対称性を低減するように前記可変スリットを調整する、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. 前記第３遮光部は、可変スリットを含み、
   前記ズームレンズユニットの状態に応じて、前記可変スリットを調整する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の露光装置。
7. 前記回折光学素子は、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機ホログラムを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記共役面に配置され、前記原版の照明範囲を画定するマスキングユニットを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、を有し、前記現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

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