JP6378180B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
1.用語の説明
2.露光装置
2.1 課題
2.2 構成
2.3 動作
2.4 作用
2.5 タルボ効果による露光
2.5.1 ArFエキシマレーザ
2.5.2 KrFエキシマレーザ
2.5.3 パルスレーザ光のスペクトル線幅Δλと焦点深度DOFとの関係
2.5.4 パルスレーザ光の偏光方向
3. レーザ光源
3.1 構成
3.2 動作
3.3 作用
3.4 その他
4. レーザ光源の制御
4.1 レーザ光源の制御方法1
4.2 レーザ光源の制御方法2
4.3 レーザ光源の制御方法3
4.4 レーザ光源の制御方法4
4.5 レーザ光源の制御方法5
4.6 レーザ制御部における制御
4.7 波長制御部における制御
5.レーザ光源のバリエーション
5.1 レーザ光源のバリエーション1
5.2 レーザ光源のバリエーション2
5.3 レーザ光源のバリエーション3
5.4 レーザ光源のバリエーション4
6.ビーム整形部
6.1 ビーム整形部の例1
6.2 ビーム整形部の例2
7. 制御部
本開示において使用される用語を、以下のように定義する。「光路」とは、レーザ光が通過する経路である。「光路長」とは、実際に光が通過する距離と、光が通過した媒質の屈折率の積である。「増幅波長領域」とは、増幅領域をレーザ光が通過したときに増幅可能な波長帯域である。
「上流」とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、「下流」とは、レーザ光の光路に沿って露光面に近い側をいう。「光路軸」とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
2.1 課題
タルボ効果を用いて露光を行う露光装置は、光源の高コヒーレンスの光を所定のマスクパターンに照射することによって、所定の距離の整数倍の位置に設置されたウェハの表面に、干渉パターンを形成することによって露光する装置である。本願においては、この所定の距離をタルボ距離と記載する場合がある。
図1に、本開示の一態様である露光装置を示す。尚、本願においては、露光装置に用いられる「エキシマレーザ光源」を単に「レーザ光源」と記載する場合がある。
フォトレジストが塗布されたウェハ10がウェハステージ60の上に設置されると、距離センサ52は、制御部70による制御により、マスク51とウェハ10との間の距離MDを測定し、測定した距離の情報を制御部70に送信してもよい。
本開示の露光装置では、パルスレーザ光の波長を制御することによって、パルスレーザ光による結像位置が、所望の位置となるように、高精度に変化させられ得る。また、スペクトル線幅を制御することによって、パルスレーザ光の結像位置における焦点深度を自由に変化させ得る。さらに、マスク51における周期パターン51aに応じて、パルスレーザ光の偏光を制御することによって、高解像力を維持し得る。
2.5.1 ArFエキシマレーザ
次に、図2に基づき本開示の露光装置におけるタルボ効果による干渉について説明する。尚、レーザ光源100については、一例として、ArFエキシマレーザを用いた場合について説明する。
マスク51に形成された周期パターン51aにより、±1次光等の回折光が発生し、発生した回折光により、マスク51よりタルボ距離Ztの整数倍離れた位置に干渉縞が生じ得る。即ち、マスク51からの距離MDをn×Ztとした場合に、n=mであって、mが整数となる位置において、干渉縞が生じ得る。
また、マスク51よりタルボ距離Ztの半整数倍離れた位置に干渉縞が生じ得る。即ち、マスク51からの距離MDをn×Ztとした場合に、n=m+0.5であって、mが整数となる位置において、干渉縞が生じ得る。
ここで、例えばm=nの場合を考える。すなわち、マスク51よりタルボ距離Ztの整数倍離れた位置に生じる干渉縞について考える。図3に示されるように、パルスレーザ光の波長λを193.31nm〜193.48nmの範囲で変化させることにより、結像距離FDを、約1.0004mmから約0.9993mmまで、約0.001mm(1μm)変化させることができる。ここで、タルボ距離Ztは、約0.0003(300nm)であるため、結像距離FDの変化量>タルボ距離Ztとなる。よって、上述した193.31nm〜193.48nmの波長範囲で、パルスレーザ光の波長を変化させることにより、所望の結像距離において結像させ得る。
上述した内容は、レーザ光源100として、ArFエキシマレーザを用いた場合におけるものであるが、レーザ光源100としてKrFエキシマレーザを用いてもよい。レーザ光源100としてKrFエキシマレーザを用いた場合では、マスク51における周期パターン51aにおけるピッチpと、タルボ距離Ztだけ結像距離FDを変化させるために必要なマスク51からの距離Dとの関係は、ArFエキシマレーザの場合と異なる。具体的には、ピッチpを250nmとし、波長を248.185nm〜248.535nmの範囲で変化させた場合、即ち、δλ=0.35nmとし、波長λ=248.36nmとした場合、数5に示す式より、m>508.19となる。よって、マスク51からの距離がタルボ距離において509番目(0.20mm)以上、即ち、マスク51とウェハ10との距離がタルボ距離Ztの509倍以上であれば、パルスレーザ光の波長λを調整するだけで、結像距離FDを連続的に変化させることができる。
レーザ光源100は、上述したArFエキシマレーザ及びKrFエキシマレーザに限られず、波長352nmの紫外線を出射するXeFエキシマレーザ装置や、波長157nmの紫外線を出射するF2エキシマレーザ装置であってもよい。また、レーザ光源100は、後述のように固体レーザを用いたものであってもよい。
次に、レーザ光源100より出射されるパルスレーザ光のスペクトル線幅Δλと焦点深度DOFとの関係について説明する。上述したように、パルスレーザ光の波長λを変化させることにより、結像距離FDを変化させることができるため、スペクトル線幅Δλが広ければ焦点深度(DOF)を深くすることができる。具体的には、図9に示されるように、スペクトル線幅Δλを広くすることにより、焦点深度(DOF)を深くすることができる。
次に、レーザ光源100から出射されるパルスレーザ光の偏光方向とマスク51における周期パターン51aの配列方向との関係について図10及び図11に基づき説明する。図10及び図11に示されるように、マスク51の周期パターン51aを構成する1つ1つのライン又はスペースが紙面に対し垂直に延びており、周期パターン51aの配列方向が紙面に対し平行であってもよい。マスク51に入射するパルスレーザ光が直線偏光であってもよい。
次に、図13に基づき、レーザ光源100について説明する。
レーザ光源100は、部分反射ミラー115、波面制御部121、波長可変モジュール114、レーザチャンバ110、第1のビームスプリッタ116、偏光制御部122、エネルギモニタ117、分光器118、出射口シャッタ119、電源113、波長制御部140、レーザ制御部130を含んでいてもよい。
レーザ制御部130は、露光部における制御部70からパルスレーザ光の目標の光学パラメータの情報を受信してもよい。目標の光学パラメータには、例えば、目標波長λt、目標スペクトル線幅Δλt、目標偏光面角度θt及び目標位相差φtを含んでいてもよい。
分光器118によって、発振したパルスレーザ光の発振波長λを検出して、波長可変モジュール114における第2のプリズム114bの回転角度を制御しているので、出力されるパルスレーザ光の波長を目標値にフィードバック制御することができる。また、分光器118によって、発振したパルスレーザ光のスペクトル線幅Δλを検出して、波面制御部121を制御しているので、出射されるパルスレーザ光のスペクトル線幅を目標値にフィードバック制御することができる。
上記においては、パルスレーザ光の波長λを変化させるために、波長可変モジュール114における第2のプリズム114bを回転させた。しかしながら、他の方法として、第1のプリズム114aまたはグレーティング114cを回転させてパルスレーザ光の波長を変化させてもよい。
また、偏光制御部122は、部分反射ミラー115とマスク51と間の光路上であればどこに配置されてもよい。偏光制御部122が、光路管20、光学系40等を含む露光部に配置される場合、偏光制御部122は制御部70によって制御されてもよい。
4.1 レーザ光源の制御方法1
次に、図14に基づき本開示の露光装置におけるレーザ光源の第1の制御方法について説明する。尚、図14は、主に制御部70における制御を示すものである。
次に、本開示の露光装置におけるレーザ光源の第2の制御方法について説明する。この実施の形態では、波長λ1と波長λ2のパルスレーザ光を用いることにより、マスク51における周期パターン51aのピッチpの半分のパターンを露光するものであってもよい。
次に、本開示の露光装置におけるレーザ光源の第3の制御方法について、図18に基づき説明する。この実施の形態では、マスクのピッチpの値を受信するステップが加えられていてもよい。尚、図18は、主に制御部70における制御を示すものである。
例えば、ピッチpの情報を含むバーコード(図示せず)がマスク51に印刷されている場合に、そのバーコードをバーコードリーダー(図示せず)で読み取ることにより、ピッチpの値を受信してもよい。
あるいは、マスク51を特定する情報を含むバーコードがマスク51に印刷されている場合に、そのバーコードを読み取ってもよい。マスク51が特定された後、当該マスク51に対応するピッチpの情報を、図示しないデータベースで検索し、検索された情報を受信してもよい。
あるいはまた、図示しないキーボード等を用いてオペレータが入力するピッチpの情報を、制御部70が受け付けてもよい。
次に、本開示の露光装置におけるレーザ光源の第4の制御方法について、図19に基づき説明する。この実施の形態では、マスク51からウェハ10までの目標距離Dtを設定して、この目標距離Dtに基づいてウェハステージ60が制御されてもよい。尚、図19は、主に制御部70における制御を示すものである。
例えば、マスク51にバーコード(図示せず)が印刷され、そのバーコードに、目標距離Dtの情報とパルスレーザ光の目標波長λtの情報とが含まれている場合に、そのバーコードをバーコードリーダー(図示せず)で読み取り、目標距離Dtの値を受信してもよい。
あるいは、マスク51を特定する情報を含むバーコードがマスク51に印刷されている場合に、そのバーコードを読み取ってもよい。マスク51が特定された後、当該マスク51に対応する目標距離Dtの情報を、図示しないデータベースで検索し、検索された情報を受信してもよい。
あるいはまた、図示しないキーボード等を用いてオペレータが入力する目標距離Dtの情報を、制御部70が受け付けてもよい。
次に、本開示の露光装置におけるレーザ光源の第5の制御方法について、図20に基づき説明する。この実施の形態では、マスク51における周期パターン51aのピッチ方向の角度αを受信し、このピッチ方向の角度αに基づいて、パルスレーザ光の目標偏光面角度θtが算出されてもよい。尚、図20は、主に制御部70における制御を示すものである。
例えば、マスク51にバーコード(図示せず)が印刷され、そのバーコードに、ピッチ方向の角度αの情報が含まれている場合に、そのバーコードをバーコードリーダー(図示せず)で読み取ることにより、ピッチ方向の角度αの値を受信してもよい。
あるいは、マスク51を特定する情報を含むバーコードがマスク51に印刷されている場合に、そのバーコードを読み取ってもよい。マスク51が特定された後、当該マスク51に対応するピッチ方向の角度αの情報を、図示しないデータベースで検索し、検索された情報を受信してもよい。
あるいはまた、図示しないキーボード等を用いてオペレータが入力するピッチ方向の角度αの情報を、制御部70が受け付けてもよい。
次に、図21に基づきレーザ光源100のレーザ制御部130における制御について説明する。
次に、図22に基づきレーザ光源100の波長制御部140における制御について説明する。
本開示の露光装置においては、上記以外の構造のレーザ光源を用いてもよい。
本開示の露光装置においては、図23に示すMOPO(Master Oscillator Power Oscillator)方式のレーザ光源を用いてもよい。図23に示すレーザ光源は、MO200とPO300とを含んでいてもよい。レーザ光源100は、PO300を含まない構成としてもよい。図23(a)は、このレーザ光源の側面図であり、図23(b)はPO300の上面図である。尚、本願においては、MOを発振器、POを増幅器と記載する場合がある。増幅器は、発振器から出射されたレーザ光のパワーを増幅するものであってもよい。
MOPO方式のレーザ光源は、例えば、図24に示されるように、中央部に貫通孔331aを有する凹面高反射ミラー331と、凸面高反射ミラー332を含んでもよい。凹面高反射ミラー331はPO300の共振器のリアミラーとして、凸面高反射ミラー332はPO300のフロントミラーとして機能し、これらが不安定共振器を構成してもよい。このように、不安定共振器を備えた場合には、時間的コヒーレンスおよび偏光方向は、MO200と同等となり得るが、空間的コヒーレンスはMO200よりも高くなり得る。レーザ光源100は、PO300を含まない構成としてもよい。
レーザ光源100は、MO200に固体レーザ光源を用いてもよい。MO200に固体レーザ光源を用いた場合には、空間的横モードが1に近いパルスレーザ光を出射させることができるが、スペックルパターンが生成されやすく、露光装置におけるタルボ効果による干渉縞にも、影響を与える場合がある。よって、図25に示すように、レーザ光源100は、タルボ効果による干渉露光に最適な空間コヒーレンスのパルスレーザ光に変換するための空間コヒーレンス調整器321及びコヒーレンス計測器380を備えてもよい。出射されるパルスレーザ光の光路上にビームスプリッタ381を設け、ビームスプリッタ381において反射されたパルスレーザ光をコヒーレンス計測器380に入射させてもよい。レーザ光源100は、PO300を含まない構成としてもよい。
レーザ光源は、図26に示されるような固体レーザ光源を用いたものであってもよい。このレーザ光源においては、MO410は、波面制御部411、チタンサファイア結晶412、ビームエキスパンダ413、グレーティング414、グレーティング414を回転させる回転ステージ415、部分反射ミラー416を含んでいてもよい。波面制御部411はシリンドリカル凹レンズとシリンドリカル凸レンズと図示しない1軸ステージを含んでいてもよい。また、PA420(Power Amplifier)は、チタンサファイア結晶421を含んでいてもよい。尚、このレーザ光源においては、PA420に代えてチタンサファイア結晶421と共振器を含むPO(Power Oscillator)であってもよい。また、波長変換機構430として、LBO結晶431、KBBF結晶432を含み、LBO結晶431を回転させる回転ステージ433、KBBF結晶432を回転させる回転ステージ434を備えていてもよい。更に、ビームスプリッタ441、分光器442、ビームエキスパンダ443を含んでいてもよい。また、チタンサファイア結晶412においてレーザ発振させるためのポンピングレーザ450を含んでいてもよい。MO410より出射されたレーザ光は、第1の高反射ミラー461及び第2の高反射ミラー462により反射され、PA420に入射してもよい。この固体レーザ光源は、ArFエキシマレーザのMOにも適用可能である。
次に、本開示の露光装置に用いられるビーム整形部44について、具体的に説明する。
本開示の露光装置に用いられるビーム整形部44は、図27に示されるように2つのアキシコンレンズ440a、440bを組み合わせたものであってもよい。
本開示の露光装置に用いられるビーム整形部44は、図28に示されるように2つのシリンドリカル凸レンズ440c、440dを用いたものであってもよい。
次に、図29に基づき本開示のレーザ光源100におけるレーザ制御部130等の各制御部について説明する。
20 光路管
30 フレーム
40 光学系
41 第1の高反射ミラー
42 第2の高反射ミラー
43 第3の高反射ミラー
44 ビーム整形部
50 マスクステージ
51 マスク
51a 周期パターン
52 距離センサ
60 ウェハステージ
70 制御部
100 レーザ光源
110 レーザチャンバ
110a ウインド
110b ウインド
111a 放電電極
111b 放電電極
113 電源
113a スイッチ
114 波長可変モジュール
114a 第1のプリズム
114b 第2のプリズム
114c グレーティング
114d 回転ステージ
115 部分反射ミラー
116 第1のビームスプリッタ
117 エネルギモニタ
117a 第2のビームスプリッタ
117b パルスエネルギセンサ
118 分光器
118a 拡散素子
118b エタロン
118c 集光レンズ
118d ラインセンサ
119 出射口シャッタ
121 波面制御部
121a シリンドリカル凹レンズ
121b シリンドリカル凸レンズ
121c 1軸ステージ
122 偏光制御部
122a λ/2板
122b λ/4板
122c 回転ステージ
122d 回転ステージ
130 レーザ制御部
140 波長制御部
Zt タルボ距離
Claims (15)
- 出射されるレーザ光の波長を変化させることのできるレーザ光源と、
前記レーザ光が照射されることにより回折光を発生させるパターンが形成されているマスクと、
前記マスクと基板との距離に対応して、前記レーザ光源より出射されるレーザ光の波長の制御を行う制御部と、
を備え、
前記レーザ光源より出射された前記レーザ光を前記マスクに照射し、前記基板の表面においてプロキシミティ露光する露光装置。 - 前記マスクに形成されているパターンは、周期構造を有するパターンである請求項1に記載の露光装置。
- 前記露光はタルボ効果による干渉により生じた光により行われるものであって、
前記制御部は、前記マスクと前記基板との距離が前記タルボ効果におけるタルボ距離の整数倍となるように、前記レーザ光源より出射されるレーザ光の波長を制御する請求項2に記載の露光装置。 - 前記制御部は、前記マスクに形成されているパターンのピッチを受信し、当該受信したパターンのピッチに基づいてレーザ光の波長を制御する、請求項3に記載の露光装置。
- 前記露光はタルボ効果による干渉により生じた光により行われるものであって、
前記制御部は、所望の焦点深度を得ることができるように、前記レーザ光源より出射されるレーザ光のスペクトル線幅を制御する請求項2に記載の露光装置。 - 前記レーザ光の偏光方向を変化させる偏光制御部を備える請求項2に記載の露光装置。
- 前記制御部は、前記マスクに形成されているパターンの方向を受信し、当該受信したパターンの方向に基づいて前記偏光制御部を制御する、請求項6に記載の露光装置。
- 前記レーザ光源より出射されるレーザ光の波長が、157〜352nmの範囲の波長である請求項3に記載の露光装置。
- 前記レーザ光源は、エキシマレーザである請求項8に記載の露光装置。
- 前記レーザ光源は、ArFエキシマレーザである請求項9に記載の露光装置。
- 前記マスクと前記基板との距離は、前記タルボ距離の825倍以上である請求項10に記載の露光装置。
- 前記レーザ光源は、KrFエキシマレーザである請求項9に記載の露光装置。
- 前記マスクと前記基板との距離は、前記タルボ距離の509倍以上である請求項12に記載の露光装置。
- 前記レーザ光の空間的コヒーレンスを計測するコヒーレンス計測器と、
前記コヒーレンス計測器において得られた情報に基づき前記レーザ光における空間的コヒーレンスを調整する空間コヒーレンス調整器と、
を含む請求項1に記載の露光装置。 - 前記レーザ光源は、発振器と、
前記発振器より出射されたレーザ光のパワーを増幅する増幅器と、
を含む請求項1に記載の露光装置。
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