CN105446085A - 照明光学设备、曝光装置和制造物品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明光学设备、曝光装置和制造物品的方法。照明光学设备使用来自光源的光来照明待照明面R。照明光学设备包括：光学积分器，配置成通过使从入射端面入射的光在内表面反射多次来使光学强度分布在出射端面上是均匀的；以及光束形成单元，配置成将来自其中聚光镜以相对于光轴的第一角度会聚来自光源的光的焦点位置的光束转换成将以相对于光轴的大于第一角度θ₁的第二角度θ₂入射到光学积分器的入射端面上的光束，所述光轴从光源指向待照明面。其中，待照明面R是用来自光学积分器的光照明的。

Description

照明光学设备、曝光装置和制造物品的方法

技术领域

本发明涉及照明光学设备、曝光装置和制造物品的方法。

背景技术

在包括在制造半导体器件的处理中的光刻处理等中，将形成于原版(original)(例如，中间掩模板(reticle))中的图案经由投影光学系统等转印到基板(例如，在表面上形成光刻胶层的晶片)上的曝光装置被使用。曝光装置包括照明光学设备，该照明光学设备用来自光源的光束(lightflux)照明原版。这里，当照明光学设备对原版的照明不均匀时，图案到光刻胶的转印不充分，从而曝光装置可能不提供高质量的器件。此外，当照明光学设备不能用高照度照明原版时，所有曝光装置的吞吐量受到影响。因此，照明光学设备被要求以基本上均匀的照度照明原版。因此，在相关领域的照明光学设备中，通过在光源和照明面之间布置诸如反射型光学积分器(opticalintegrator)之类的光学构件来提高照度的均匀性。日本专利申请No.7-201730公开了提供以下方式提高照明面的照度的均匀性的照明单元：采用光学棒(玻璃棒)作为反射光学积分器并且将光学棒的出射端面布置在与原版面共轭的位置处。在该照明单元中，入射到光学棒上的光束的角度通过驱动提供在光学积分器的前级侧的光学系统而改变。

一般而言，为了使在光学棒的出射端面上的照度分布均匀，光学棒的截面形状要求为多边形，以使得入射光的内反射的次数足够大。也就是说，要求垂直于光学棒的光轴的横截面的横截面积小，或者要求光学棒在光轴方向上是长的。但是，当光学棒的横截面积小时，在入射到光学棒上的光的位置有偏差时，偏离光学棒的入射端面的光的比例增大。这意味着来自光源的光量损失容易增大，这是不希望的。另一方面，当光学棒的长度长时，在光学棒的内部的光量损失(在玻璃棒的情况下依赖于玻璃材料透射率的损失或者在空心棒的情况下依赖于反射表面的反射效率的损失)可能增大，并且光学照明光学设备的尺寸可能增大，这是不希望的。具体地，在日本专利申请No.7-201730中公开的技术中，使用了在光轴方向上长度约为500mm的光学棒。从而，当使用这样的长光学棒时，存在这样的担忧：照明面的照度恶化或整个照明光学设备的尺寸增大。

发明内容

本发明提供有利于照明面的高照度和均匀照明而在尺寸方面不增大的照明光学设备。

根据本发明的一方面，提供使用来自光源的光照明待照明面的照明光学设备。该照明光学设备包括：光学积分器，配置成通过使从入射端面入射的光在内表面反射多次来使光学强度分布在出射端面上是均匀的；以及光束形成单元，配置成将来自其中聚光镜以相对于光轴的第一角度会聚来自光源的光的焦点位置的光束转换成将以相对于光轴的大于第一角度的第二角度入射到光学积分器的入射端面上的光束，所述光轴从光源指向待照明面。待照明面是用来自光学积分器的光照明的。

本发明的其他特征从以下示例性实施例的描述(参考附图)将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的照明光学设备的配置的图。

图2是示出波长滤波器(wavelengthfilter)的透射特性的图。

图3是示出根据本发明的第二实施例的照明光学设备的配置的图。

图4是示出根据本发明的第三实施例的照明光学设备的配置的图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施例。

(第一实施例)

首先，将描述根据本发明的第一实施例的照明光学设备和包括照明光学设备的曝光装置。图1是示出曝光装置100和包括在曝光装置100中的照明光学设备101的配置的示意图。曝光装置100例如是投影型曝光装置，其被用于制造半导体器件处理中的光刻处理并且将在中间掩模板R中形成的图案的像曝光(转印)到扫描曝光方案中的晶片W(基板)。在图1之后的每张图中，Z轴取向为晶片W的法线方向并且X和Y轴取向为垂直于与晶片W的面平行的面的方向。曝光装置100包括照明光学设备101、中间掩模板台102、投影光学系统103和晶片台104。

照明光学设备101照明中间掩模板R，中间掩模板R是通过调节来自光源1的光(光束)而照明的面(待照明面)。作为光源1，例如可以采用供给诸如i射束(beam)(波长为365nm)的光的超高压汞灯。但是，光源1不限于此。例如，可以采用供给波长为248nm的光的KrF准分子激光器、供给波长为193nm的光的ArF准分子激光器或供给波长为157nm的光的F2激光器。当照明光学设备101和投影光学系统103被配置成包括反射折射系统或反射系统时，也可以采用诸如X射束或电子射束之类的带电粒子射束。以下将描述照明光学设备101的细节。中间掩模板R是由例如石英玻璃形成的并且其中形成待转印到晶片W的图案(例如，电路图案)的原版。中间掩模板台102保持中间掩模板R并且可以在X轴方向和Y轴方向中的每个方向上移动。投影光学系统103以预定的倍率(例如，1/2)将通过中间掩模板R的光投影到晶片W。晶片W是由单晶硅形成的并且其中光刻胶(光敏材料)被施加到表面的基板。例如，晶片台104通过晶片卡盘(未示出)保持晶片W并且可以在X、Y和Z轴(包括ωx、ωy和ωz，其在一些情况下是旋转方向)中的每个轴向方向上移动。

接下来，将具体描述照明光学设备101的配置。照明光学设备101按以下顺序从光源1到照明面包括：椭圆镜2、第一中继透镜3、波长滤波器4、第二中继透镜5、光学积分器6、第一聚光透镜7和第二聚光透镜8。椭圆镜(聚光镜)2将从光源1辐射的光(光束)会聚到第二焦点位置F2。另一方面，光源1被布置在椭圆镜2的第一焦点位置F1。第一中继透镜3和第二中继透镜5是作为根据本实施例的光束形成单元的成像光学系统。在前级侧的预定面上的第二焦点位置F2和在后级侧的光学积分器6的入射端面具有共轭关系。波长滤波器4阻挡在特定波长区域中的光并且当曝光装置100被采用时可以调控(选择)曝光波长。

光学积分器6是通过使从入射端面入射的光束在内表面反射多次而使出射端面上的光学强度分布均匀的内反射型光学构件。在该实施例中，光学积分器6被假设为光学棒，其整体形状是方形柱并且截面形状是正方形。光学积分器6不限于光学棒。例如，可以使用其内部部分形成反射面的空心棒，只要空心棒执行相同操作即可。光学积分器6的入射端面和出射端面(二者是XY平面)的形状不限于正方形，而可以使用其他多边形。当光入射到光学积分器6上时，出射端面通过内反射操作被均匀地照明。

第一聚光透镜(主照明透镜前组)7和第二聚光透镜(主照明透镜后组)8传递从光学积分器6的出射端面发射的光以照明中间掩模板R。第一聚光透镜7和第二聚光透镜8是成像光学系统并且将来自光学积分器的光形成为照明面上的像。光学积分器6的出射端面被布置在第一聚光透镜7的前侧焦点位置处。出射端面与中间掩模板R光学共轭。更确切地说，共轭位置被稍微移动以防止光学积分器6的出射端面上的异物被转印。这里，照明中间掩模板R的照明区域的形状是矩形，但是也可以使用其他形状。此后，从中间掩模板R发射的光(即，图案的像)经由投影光学系统103转印到晶片W。

在该实施例中，如上所述，照明光学设备101包括中继透镜3和5，其调节引导到光学积分器6的入射端面的光束的形状(具体地，光束的入射角度)。从而，当在不减小光学积分器6的入射端面(XY平面)的截面面积的情况下维持光学积分器6在光轴方向(Z轴方向)上的长度时，在光学积分器6中的内反射的次数可以增大。下文中，将描述该原理。

光学积分器6的折射率假设为n，具有正方形截面面的相对反射面之间的距离假设为d(mm)，且光学积分器6的长度假设为L(mm)。会聚在第二焦点位置F2处的光束的角度(第一角度)假设为θ₁(度)且会聚在光学积分器6的入射端面上的光束的角度(第二角度)为θ₂(度)。从第二焦点位置F2到光学积分器6的入射端面的成像倍率假设为β。此时，执行N次入射到光学积分器6的光束的内反射所需的长度L通过表达式(1)表达。第一角度θ₁和第二角度θ₂满足表达式(2)中表达的关系。

[数学式1]

$L=N\×\frac{d}{\tan \left\{{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{sin\θ}}_2}{n}\right)\right\}}---\left(1\right)$

[数学式2]

${\mathrm{sin\θ}}_2=\frac{{\mathrm{sin\θ}}_1}{\mathrm{\β}}---\left(2\right)$

这里，距离d是基于诸如对在光学积分器6的入射端面上的光量损失的敏感度之类的设计条件确定的。长度L是基于诸如限制光学积分器6内的光量损失或限制照明光学设备101的空间之类的设计条件确定的。因此，为了在防止照明面的照度恶化的同时增大光学积分器6中的内反射的次数，通过中继透镜3和5将成像倍率β设置为小于1且满足关系sinθ₂>sinθ₁是有效的。关系sinθ₂>sinθ₁是其中第二角度θ₂大于第一角度θ₁的关系。

以下，将专门采用数值用于描述。为了得到在光学积分器6的出射端面上的目标照度均匀性，内反射的次数N＝3或更大是必要的。当使用n＝1.5、d＝30mm且L＝300mm的光学积分器6时，根据表达式(1)和表达式(2)，β可以设置为等于或小于约0.8。作为参考，例如，当第一中继透镜3的成像倍率等于第二中继透镜5的成像倍率时，满足β＝1。从而，L＝379.7mm的棒是必要的。在此情况下，当形成光学积分器6的玻璃材料的内部透射率设置为99.5％/cm时，与L＝300mm的情况相比，光量损失增大约4％。当光量损失增大时，其中使用照明光学设备的曝光装置的吞吐量恶化。

成像倍率β的减小意味着光通过该减小被集中在特定区域上。从而，在光学积分器6的入射端面上的光功率可增大，因此有可能光学积分器6的耐久性受到影响。因此，在本实施例中，通过使用波长滤波器4缩窄从光源1发射的光的波长带来限制光功率。以下，将描述该原理。

一般而言，波长滤波器是其中在平行板中形成电介质多层的滤波器，并且透射波长通过光的入射角度而改变。图2是示出当透射波长确定时带通滤波器的透射率特性的图。图2示出作为中心波长λ₀的峰值透射率波长并且示出垂直入射到电介质多层上的光和倾斜入射到电介质多层上的光的入射角度与透射波长之间的关系。如从图2所理解的，倾斜入射光的最大透射率比垂直入射光的最大透射率小。当改变光的入射角时，电介质多层中的光路长度的差减小，因此中心波长移动到短波长一侧。此外，角度分布不扩张的光应当入射到波长滤波器上。例如，通过图2中的Λ指示的波长区域(具体而言，也包括透射率分布的下部)透过并变成包括除希望波长以外的许多波长的分布。因此，将波长滤波器分配在如在光学积分器6的入射端面中光角度分布扩张的位置(地方)是不现实的。光角度分布不扩张的位置意味着位置分布根据赫姆霍兹-拉格朗日不变量扩张的地方。也就是说，射束有效直径大于光学积分器6的入射端面的位置作为布置波长滤波器的位置是优选的。因此，在该实施例中，波长滤波器4被布置在如下光瞳面附近，在该光瞳面中，位置分布在包括第一中继透镜3和第二中继透镜5的成像光学系统中扩张。因此，能够抑制由于减小包括第一中继透镜3和第二中继透镜5的成像光学系统的倍率所造成的对光学积分器6的耐久性的影响。

以这种方式，在照明光学设备101中，当在不减小光学积分器6的入射端面的截面面积的情况下维持光学积分器6在光轴方向上的长度时，在光学积分器6中的内反射的次数可以增大。从而，在不增大照明光学设备101的整体配置的情况下，照明面的照度的恶化被抑制且照度的均匀性可以提高。

在该实施例中，如上所述，能够在不增大其尺寸的情况下提供有利于照明面的高照度和均匀照明的照明光学设备。在包括照明光学设备的曝光装置中，能够在对确保内部空间有利的同时用更高精度实现图案转印。

(第二实施例)

接下来，将描述根据本发明的第二实施例的照明光学设备。图3是示出根据本实施例的照明光学设备201的配置的示意图。给予与根据第一实施例的照明光学设备101的构成元件相同的构成元件相同的附图标记，并且其说明将被省略。照明光学设备201的特征在于：替代第一实施例中采用的第一中继透镜3和第二中继透镜5，聚光透镜12被作为根据本实施例的光束形成单元布置在波长滤波器4(未示出)的后端侧。在此情况下，会聚在第二焦点位置F2处的光依次透射通过波长滤波器4和聚光透镜12，并且随后入射到光学积分器6上。聚光透镜12是用作聚光光学系统的傅里叶变换透镜。在预定面上的第二焦点位置F2和光学积分器6的入射端面具有傅里叶变换的关系。当第二焦点位置F2的光束直径假设为D且聚光透镜12的焦距假设为f时，表达式(3)成立。

[数学式3]

${\mathrm{sin\θ}}_2=\frac{D}{f}---\left(3\right)$

这里，光束直径D是基于光源1和椭圆镜2的设计条件决定的。因此，为了增大光学积分器6中的内反射的次数，根据表达式(1)和表达式(3)减小聚光透镜12的焦距f且满足关系sinθ₂>sinθ₁是有效的。即使在具有这样的配置的照明光学设备201中，也可以得到如第一实施例中那样的相同益处。

(第三实施例)

接下来，将描述根据本发明的第三实施例的照明光学设备。图4是示出根据本实施例的照明光学设备301的配置的示意图。给予与根据第一实施例的照明光学设备101的构成元件相同的构成元件相同的附图标记，并且其说明将被省略。照明光学设备301的特征在于：替代第一实施例中采用的第一中继透镜3和第二中继透镜5，扩散构件13被作为根据本实施例光束形成单元放置在波长滤波器4(未示出)的后端侧。在此情况下，会聚在第二焦点位置F2处的光依次透射通过波长滤波器4和扩散构件13，并且随后入射到光学积分器6上。扩散构件13是以预定发散角θ₂发散入射光(入射光束)的扩散板或透射型衍射光学元件。当使用扩散构件13时，为了增大光学积分器6中的内反射的次数，通过扩散构件13增大扩散角θ₂并且满足关系sinθ₂>sinθ₁是有效的。即使在具有这样的配置的照明光学设备301中，也可以得到如在第一实施例中那样的相同益处。到光学积分器6的扩散角分布是照明光学设备301的照明相干性σ(σ值＝照明光学设备301出射侧的数值孔径/投影光学系统103的入射侧的数值孔径)。因此，在扩散构件13的远场区域中，在XY平面中的分布优选为基本上圆形的图案。在照明光学设备301中，不仅扩散构件13而且列举在前述第一和第二实施例中的成像光学系统或傅里叶变换透镜可以组合且布置以在第二焦点位置F2和光学积分器6之间使用。

在前述的每个实施例中，只要满足各个上述条件，构成元件(诸如中继透镜、聚光透镜和扩散构件)的数量及其布置位置仅是示例而不限于列举在每个实施例中的数量和位置。

(物品制造方法)

根据本发明实施例的制造物品的方法适于制造诸如微型装置(例如半导体器件)或具有微结构的元件之类的物品。该制造方法可以包括通过使用上述绘制装置在涂覆感光剂的基板的感光剂上形成潜像图案的步骤(在基板上的绘制步骤)，以及显影其上形成有潜像图案的基板的步骤。此外，该制造方法包括其他公知的步骤(例如，氧化、沉积、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、光刻胶去除、划片、粘接、封装等)。根据本发明的制造物品的方法在性能、质量、生产率和物品的生产成本中的至少一个方面优于传统方法。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这类修改及等同结构和功能。

本申请要求2014年9月22日提交的日本专利申请No.2014-192436的优先权，并且其全部内容通过引用结合于此。

Claims (10)

1.一种使用来自光源的光来照明待照明面的照明光学设备，其特征在于，包括：

光学积分器，配置成通过使从入射端面入射的光在内表面反射多次来使光学强度分布在出射端面上是均匀的；以及

光束形成单元，配置成将来自其中聚光镜以相对于光轴的第一角度会聚来自光源的光的焦点位置的光束转换成将以相对于光轴的大于第一角度的第二角度入射到光学积分器的入射端面上的光束，所述光轴从光源指向待照明面，

其中，待照明面是用来自光学积分器的光照明的。

2.根据权利要求1所述的照明光学设备，其中，光束形成单元是使包括其中聚光镜会聚来自光源的光的焦点位置的预定面与光学积分器的入射端面具有光学共轭关系的成像光学系统。

3.根据权利要求1所述的照明光学设备，其中，光束形成单元是使光源和光学积分器的入射端面之间的预定面与光学积分器的入射端面光学地具有傅里叶变换关系的聚光光学系统。

4.根据权利要求1所述的照明光学设备，其中，光束形成单元包括使入射光扩散的扩散构件。

5.根据权利要求4所述的照明光学设备，其中，扩散构件是扩散板或衍射光学元件。

6.根据权利要求1所述的照明光学设备，

其中，光束形成单元包括阻挡特定波长范围内的光的波长滤波器，以及

其中，波长滤波器被布置在射束有效直径大于光学积分器的入射端面的射束有效直径的位置处。

7.根据权利要求1所述的照明光学设备，还包括：

成像光学系统，配置成在待照明面上成像来自光学积分器的光。

8.根据权利要求1所述的照明光学设备，其中，光学积分器的出射端面和待照明面是光学共轭的。

9.一种将在原版中形成的图案的像转印到基板上的曝光装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1到8中的任一项所述的照明光学设备，

其中，照明光学设备照明原版的待照明面。

10.一种用于制造物品的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

使用根据权利要求9所述的曝光装置来曝光基板；以及

显影在曝光步骤中曝光的基板。