JP2005311020A - Exposure method and method of manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、露光方法及びデバイス製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)の製造におけるリソグラフィ工程で用いられる露光方法及び該露光方法を含むデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure method and a device manufacturing method, and more specifically, an exposure method used in a lithography process in manufacturing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element or a liquid crystal display element, and a device manufacturing method including the exposure method. About.
従来より、半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、種々の露光装置が使用されており、現在では、フォトマスク又はレチクル(以下、「レチクル」と総称する)のパターンを、投影光学系を介して表面にフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する投影露光装置、例えば所謂ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)が用いられている。 Conventionally, various exposure apparatuses have been used when manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element in a photolithography process. At present, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as “reticle”) is used. , A projection exposure apparatus for transferring onto a substrate such as a wafer or a glass plate having a photosensitive agent such as a photoresist coated on the surface via a projection optical system, for example, a so-called step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) ) Is used.
近年、半導体素子の高集積化に伴い、矩形又は円弧状の照明光によりレチクルを照明し、レチクル及び基板を投影光学系に対して1次元方向に同期走査することにより、レチクルパターンを投影光学系を介して基板上に逐次転写する所謂スリット・スキャン方式、あるいは、所謂ステップ・アンド・スキャン方式などの走査型露光装置が開発されるようになってきた。かかる走査型露光装置によれば、収差の最も少ない投影光学系の有効露光フィールドの一部(中央部)のみを使用してレチクルパターンの転写が可能となるため、静止型露光装置に比べてより微細なパターンをより高精度に露光することが可能になる。また、走査型露光装置によれば、走査方向には投影光学系の制限を受けずに露光フィールドを拡大することができるので、大面積露光が可能であり、また、投影光学系に対してレチクル及びウエハを相対走査することで平均化効果があり、ディストーションや焦点深度、露光量分布の均一性などの向上が期待出来る等のメリットがある。 In recent years, along with the high integration of semiconductor elements, the reticle pattern is projected onto the projection optical system by illuminating the reticle with rectangular or arc-shaped illumination light and synchronously scanning the reticle and substrate with respect to the projection optical system in a one-dimensional direction. A scanning exposure apparatus such as a so-called slit scan system or a so-called step-and-scan system that sequentially transfers images onto a substrate via a substrate has been developed. According to such a scanning exposure apparatus, it is possible to transfer a reticle pattern using only a part (central part) of the effective exposure field of the projection optical system with the least aberration, and therefore, compared with a static exposure apparatus. It becomes possible to expose a fine pattern with higher accuracy. Further, according to the scanning exposure apparatus, the exposure field can be enlarged in the scanning direction without being restricted by the projection optical system, so that a large area exposure is possible, and the reticle is used with respect to the projection optical system. In addition, the relative scanning of the wafer has an averaging effect, and there is an advantage that improvement of distortion, depth of focus, uniformity of exposure amount distribution, and the like can be expected.
この一方、走査型露光装置においては、レチクルを照明する照明領域が非走査方向に細長い矩形又は円弧状の形状であるため、投影光学系が照明光を吸収することによって、光軸に直交する直交2軸方向に関して変化の様子が異なる結像特性(以下、本明細書において「異方性の結像特性」とも呼ぶ)、例えば長方形ディストーションや、センターアスなどが発生し、かつこの異方性の結像特性は、照明光の吸収に応じて変化する。ここで、センターアスとは、投影光学系の光軸中心近傍のフォーカスの異方性を意味し、より具体的には、相互に直交する方向を周期方向とする第1パターンと第2パターンとが、投影光学系の光軸近傍に配置された場合に、これら第1パターンと第2パターンとの結像位置(光軸方向に関する位置)が、ずれるような投影光学系の結像特性を意味する。なお、フォーカスの異方性とは、非点収差に他ならない。本明細書においては、このような意味で、「センターアス」、「フォーカスの異方性」などの用語を用いるものとする。 On the other hand, in the scanning exposure apparatus, the illumination area that illuminates the reticle has a rectangular or arc shape elongated in the non-scanning direction, so that the projection optical system absorbs the illumination light, thereby orthogonally intersecting the optical axis. Imaging characteristics with different changes in the biaxial directions (hereinafter also referred to as “anisotropic imaging characteristics” in the present specification), for example, rectangular distortion, center ass, etc. The imaging characteristics change according to the absorption of illumination light. Here, the center ass means the anisotropy of the focus in the vicinity of the optical axis center of the projection optical system, and more specifically, the first pattern and the second pattern whose periodic directions are orthogonal to each other. Means the imaging characteristics of the projection optical system in which the imaging positions of the first pattern and the second pattern (positions in the optical axis direction) are shifted when placed near the optical axis of the projection optical system. To do. The focus anisotropy is nothing but astigmatism. In this specification, terms such as “center ass” and “focus anisotropy” are used in this sense.
走査型露光装置において照明光の吸収に起因する異方性結像特性の劣化を抑制することができる投影光学系に関する発明、及び投影光学系の照明光吸収による異方性結像特性の変化を抑制して露光精度を向上させる走査型露光装置に関する発明が、本出願人によって先に提案されている(例えば特許文献1参照)。 An invention relating to a projection optical system capable of suppressing deterioration of anisotropic imaging characteristics due to absorption of illumination light in a scanning exposure apparatus, and changes in anisotropic imaging characteristics due to absorption of illumination light by the projection optical system An invention related to a scanning exposure apparatus that suppresses and improves exposure accuracy has been proposed previously by the present applicant (see, for example, Patent Document 1).
ところで、近時の露光装置では、実効的な焦点深度を必要以上に低下させることなく、かつ解像力を向上させる超解像技術の一種として、2光束干渉を利用した変形照明、例えば二重極照明(ダイポール照明)などが、周期パターンを転写対象とする露光の際に比較的多く用いられるようになってきた。 By the way, in a recent exposure apparatus, modified illumination using two-beam interference, for example, dipole illumination, as a kind of super-resolution technique that improves the resolving power without reducing the effective depth of focus more than necessary. (Dipole illumination) and the like have come to be used relatively frequently during exposure with a periodic pattern as a transfer target.
本発明者等は、走査型露光装置において、上記のダイポール照明などを採用した場合、前述のレチクルを照明する照明領域が非走査方向に細長いことに起因して生ずるセンターアスに比べて格段に大きなセンターアスが、そのダイポール照明に起因して生じることを見出した。このダイポール照明などの回転非対称な照明条件に起因するセンターアスは、走査型露光装置に限らず、ステッパ等の静止型露光装置であっても生じる。 When the above-described dipole illumination or the like is employed in the scanning exposure apparatus, the inventors of the present invention are significantly larger than the center as a result of the illumination area that illuminates the reticle being elongated in the non-scanning direction. The center ass was found to be caused by the dipole illumination. The center ass due to the rotationally asymmetric illumination condition such as dipole illumination is not limited to the scanning exposure apparatus, but also occurs in a stationary exposure apparatus such as a stepper.
しかるに、上記特許文献1に記載の技術は、照明領域が非走査方向に細長いことに起因して生ずるセンターアスには対応可能であるが、ダイポール照明などを採用した場合に生じるセンターアスに十分に対応することは困難である。この他、ダイポール照明などを採用した場合に生じるセンターアスに十分対応可能な技術は、特に見当たらない。
However, the technique described in the above-mentioned
本発明は、かかる事情の下でなされたもので、その第1の目的は、照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性、主としてセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現する露光方法を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances. The first object of the present invention is to reduce the anisotropic imaging characteristics of the projection optical system caused mainly by illumination conditions, mainly the influence of the center ass. An object of the present invention is to provide an exposure method that realizes accurate exposure.
本発明の第2の目的は、マイクロデバイスの生産性を向上させることが可能なデバイス製造方法を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a device manufacturing method capable of improving the productivity of microdevices.
請求項1に記載の発明は、照明光によりマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写する露光方法であって、前記パターンが形成された前記マスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面における光量分布が光軸に関して回転非対称となる照明条件の下で前記投影光学系に発生するセンターアスを補正する工程を含む露光方法である。
The invention according to
本明細書において、回転非対称とは、回転対称でないという意味である。ここで、「回転対称」とは、通常の意味における「回転対称」、すなわち、「一つの図形等を一定軸(対称軸)まわりに一定の角度だけ回転しても変わらない性質」とは異なり、「一つの図形等を一定軸(対称軸)まわりに0°〜360°のいかなる角度で回転させても変わらない性質」を意味し、これ以外の場合は全て回転非対称である。本明細書では、かかる意味で「回転対称」及び「回転非対称」なる用語を用いるものとする。 In this specification, “rotational asymmetry” means “not rotationally symmetric”. Here, “rotation symmetry” is different from “rotation symmetry” in the usual meaning, that is, “a property that does not change even if a figure or the like is rotated by a certain angle around a certain axis (symmetry axis)”. , "A property that does not change even if one figure or the like is rotated at any angle of 0 ° to 360 ° around a certain axis (symmetric axis)", and in all other cases, it is rotationally asymmetric. In this specification, the terms “rotational symmetry” and “rotational asymmetry” are used in this sense.
これによれば、パターンが形成されたマスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面(例えば、照明光学系の瞳面又は投影光学系の瞳面など)における光量分布が光軸に関して回転非対称となる照明条件の下で投影光学系に発生するセンターアスを補正する工程を含んでいるので、パターン面に対するフーリエ変換相当面における光量分布が光軸に関して回転非対称となる照明条件、例えばダイポール照明条件などに起因して投影光学系に発生するセンターアスが補正され、その補正された投影光学系によりパターンが感光物体上に転写される。従って、照明条件に起因して生じる投影光学系のセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することが可能となる。 According to this, the illumination condition in which the light quantity distribution on the plane corresponding to the Fourier transform with respect to the pattern surface of the mask on which the pattern is formed (for example, the pupil plane of the illumination optical system or the pupil plane of the projection optical system) is rotationally asymmetric with respect to the optical axis. Under the illumination conditions where the light quantity distribution on the plane corresponding to the Fourier transform with respect to the pattern surface is rotationally asymmetric with respect to the optical axis, such as dipole illumination conditions. The center ass occurring in the projection optical system is corrected, and the pattern is transferred onto the photosensitive object by the corrected projection optical system. Therefore, it is possible to reduce the influence of the center assault of the projection optical system caused by the illumination conditions, and to realize highly accurate exposure.
この場合において、請求項2に記載の露光方法の如く、前記照明条件は、前記パターン面に対するフーリエ変換相当面に光軸からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるダイポール照明条件であることとすることができる。 In this case, as in the exposure method according to claim 2, the illumination condition is such that a light quantity distribution having a maximum value is formed at two positions decentered by substantially the same distance from the optical axis on a surface corresponding to Fourier transform with respect to the pattern surface. The dipole illumination condition can be determined.
請求項3に記載の発明は、照明光によりマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写する露光方法であって、異方性の結像特性が前記投影光学系に生じるような所定の第1の照明条件下で第1パターンを感光物体上に転写する第1転写工程と;前記第1の照明条件下で前記投影光学系に生じる異方性の結像特性を緩和するような結像特性が前記投影光学系に生じるような第2の照明条件下で第2パターンを感光物体上に転写する第2転写工程と;を含む露光方法である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern formed on the mask onto a photosensitive object via a projection optical system. A first transfer step of transferring a first pattern onto a photosensitive object under a predetermined first illumination condition such that an error occurs in the projection optical system; an anisotropy generated in the projection optical system under the first illumination condition; A second transfer step of transferring the second pattern onto the photosensitive object under a second illumination condition in which an imaging characteristic that relieves the imaging characteristic is generated in the projection optical system. is there.
これによれば、異方性の結像特性が投影光学系に生じるような所定の第1の照明条件下で第1パターンを感光物体上に転写し(第1転写工程)、前記第1の照明条件下で投影光学系に生じる異方性の結像特性を緩和するような結像特性が投影光学系に生じるような第2の照明条件下で第2パターンを感光物体上に転写する(第2転写工程)。 According to this, the first pattern is transferred onto the photosensitive object under a predetermined first illumination condition that causes anisotropic imaging characteristics to occur in the projection optical system (first transfer step), and the first pattern is transferred to the first pattern. The second pattern is transferred onto the photosensitive object under a second illumination condition in which an imaging characteristic that relaxes the anisotropic imaging characteristic generated in the projection optical system under the illumination condition is generated in the projection optical system ( Second transfer step).
このため、第2パターンは、異方性の結像特性が緩和された状態で感光物体上に転写されることとなり、少なくとも第2パターンの転写に際しては、照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性、例えばセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができる。 For this reason, the second pattern is transferred onto the photosensitive object in a state where the anisotropic imaging characteristics are relaxed, and at least when the second pattern is transferred, the projection optical system generated due to illumination conditions It is possible to reduce the influence of the anisotropic imaging characteristics, for example, center ass, and to realize highly accurate exposure.
この場合において、請求項4に記載の露光方法の如く、前記第1の照明条件は、前記第1パターンが形成されたマスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面に第1軸方向に関して光軸からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成される第1のダイポール照明条件であり、前記第2の照明条件は、前記第2パターンが形成されたマスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面に第1軸方向に直交する第2軸方向に関して光軸からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成される第2のダイポール照明条件であることとすることができる。かかる場合には、投影光学系の照明光の吸収に起因する温度分布が回転対称に近づき異方性の結像性能、例えばセンターアスを減少させることが可能となる。 In this case, as in the exposure method according to claim 4, the first illumination condition is that the surface corresponding to the Fourier transform with respect to the pattern surface of the mask on which the first pattern is formed is substantially from the optical axis with respect to the first axis direction. It is a first dipole illumination condition in which a light quantity distribution having a maximum value is formed at two positions decentered by the same distance, and the second illumination condition is a Fourier with respect to the pattern surface of the mask on which the second pattern is formed. The second dipole illumination condition is such that a light quantity distribution having local maximum values is formed at two positions that are decentered from the optical axis by substantially the same distance in the second axis direction orthogonal to the first axis direction on the conversion equivalent surface. be able to. In such a case, the temperature distribution resulting from the absorption of the illumination light of the projection optical system approaches rotational symmetry, and it becomes possible to reduce anisotropic imaging performance, for example, center ass.
上記請求項3及び4に記載の各露光方法において、請求項5に記載の露光方法の如く、前記第1パターンは、前記第1の照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンを主として含み、前記第2パターンは、前記第2の照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンを主として含むこととすることができる。 In each of the exposure methods according to claims 3 and 4, as in the exposure method according to claim 5, the first pattern is mainly a periodic pattern having a direction corresponding to the first illumination condition as a periodic direction. In addition, the second pattern may mainly include a periodic pattern having a direction corresponding to the second illumination condition as a periodic direction.
上記請求項3〜5に記載の各露光方法において、請求項6に記載の露光方法の如く、前記第1転写工程と前記第2転写工程とは、交互に実行されることとすることができる。かかる場合には、第2パターンのみならず、第1パターンも、異方性の結像特性が緩和された状態で感光物体上に転写されることとなる。これは、第1の照明条件と第2の照明条件とは、一方の照明条件下で投影光学系に生じる異方性の結像特性、例えばセンターアスを、他方の照明条件下では緩和するような関係にあるからである。 In each of the exposure methods according to claims 3 to 5, as in the exposure method according to claim 6, the first transfer step and the second transfer step can be performed alternately. . In such a case, not only the second pattern but also the first pattern is transferred onto the photosensitive object in a state where anisotropic imaging characteristics are relaxed. This is because the first illumination condition and the second illumination condition alleviate anisotropic imaging characteristics, such as center ass, that occur in the projection optical system under one illumination condition, under the other illumination condition. It is because of the relationship.
この場合において、請求項7に記載の露光方法の如く、前記第1転写工程、第2転写工程は、前記感光物体の1ロットの処理が終了する毎に、交互に実行されることとすることができる。 In this case, as in the exposure method according to claim 7, the first transfer step and the second transfer step are alternately executed every time one lot of the photosensitive object is processed. Can do.
上記請求項3〜7に記載の各露光方法において、請求項8に記載の露光方法の如く、前記第1転写工程では、前記第1パターンを走査露光方式で感光物体上に転写し、前記第2転写工程では、前記第2パターンを走査露光方式で感光物体上に転写することとすることができる。 In each of the exposure methods according to claims 3 to 7, as in the exposure method according to claim 8, in the first transfer step, the first pattern is transferred onto a photosensitive object by a scanning exposure method. In the two-transfer process, the second pattern can be transferred onto the photosensitive object by a scanning exposure method.
この場合において、請求項9に記載の露光方法の如く、前記第1転写工程と前記第2転写工程とで、走査方向を90°変更することとすることができる。 In this case, as in the exposure method according to the ninth aspect, the scanning direction can be changed by 90 ° between the first transfer step and the second transfer step.
上記請求項8及び9に記載の各露光方法において、請求項10に記載の露光方法の如く、前記投影光学系が、前記パターンを照明する照明領域がその光軸から偏心した反射屈折系である場合、前記第1転写工程と前記第2転写工程との少なくとも一方で、前記照明領域の偏心に起因する、前記投影光学系の波面収差をツェルニケ多項式(フリンジ・ツェルニケ多項式)を用いて級数展開した複数のツェルニケ項のうちの1θ成分項を考慮した露光が行われることとすることができる。
In each of the exposure methods according to claims 8 and 9, as in the exposure method according to
請求項11に記載の発明は、照明光によりマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写する露光方法であって、センターアスが前記投影光学系に生じるような所定の照明条件下で前記パターンの転写を行うに際し、前記照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンに着目して前記投影光学系の光軸方向に関する前記感光物体の位置を調整する調整工程と;前記光軸方向の位置が調整された前記感光物体上に前記パターンを転写する転写工程と;を含む露光方法である。 The invention according to claim 11 is an exposure method in which a mask is illuminated with illumination light, and a pattern formed on the mask is transferred onto a photosensitive object via a projection optical system. When the pattern is transferred under a predetermined illumination condition as occurs in the above, the position of the photosensitive object with respect to the optical axis direction of the projection optical system is focused on a periodic pattern having a direction corresponding to the illumination condition as a periodic direction. An adjustment step for adjusting the pattern; and a transfer step for transferring the pattern onto the photosensitive object whose position in the optical axis direction is adjusted.
ここで、「照明条件に応じた方向」とは、センターアスが投影光学系に生じるような所定の照明条件では、所定方向を周期方向とする周期パターンの解像力が主として向上するが、その解像力が向上するパターンの周期方向を意味する。 Here, the “direction according to the illumination condition” means that the resolution of the periodic pattern whose center direction is the predetermined direction is mainly improved under the predetermined illumination condition in which the center ass is generated in the projection optical system. It means the periodic direction of the pattern to be improved.
これによれば、上記の所定の照明条件下でパターンの転写を行うに際し、照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンに着目して投影光学系の光軸方向に関する感光物体の位置が調整される(調整工程)。例えば、投影光学系の光軸に直交する面内の第1軸方向を周期方向とするパターンを主として含むパターン(第1軸方向を周期方向とするパターンのみから成るパターンを含む)を転写する際、第1軸方向を周期方向とするパターンのベストフォーカス位置に感光物体表面が一致するように投影光学系の光軸方向に関する感光物体の位置が調整される。また、例えば投影光学系の光軸に直交する面内の第1軸方向に直交する第2軸方向を周期方向とするパターンを主として含むパターン(第2軸方向を周期方向とするパターンのみから成るパターンを含む)を転写する際、第2軸方向を周期方向とするパターンのベストフォーカス位置に感光物体表面が一致するように投影光学系の光軸方向に関する感光物体の位置が調整される。 According to this, when the pattern is transferred under the predetermined illumination condition, the position of the photosensitive object with respect to the optical axis direction of the projection optical system is focused on the periodic pattern whose direction is the direction according to the illumination condition. It is adjusted (adjustment process). For example, when transferring a pattern mainly including a pattern whose periodic direction is the first axial direction in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system (including a pattern composed only of a pattern whose periodic direction is the first axial direction). The position of the photosensitive object with respect to the optical axis direction of the projection optical system is adjusted so that the surface of the photosensitive object coincides with the best focus position of the pattern having the first axis direction as the periodic direction. Further, for example, a pattern mainly including a pattern whose periodic direction is the second axial direction orthogonal to the first axial direction in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system (consists only of a pattern whose periodic direction is the second axial direction). (Including the pattern), the position of the photosensitive object in the optical axis direction of the projection optical system is adjusted so that the surface of the photosensitive object coincides with the best focus position of the pattern having the second axis direction as the periodic direction.
そして、上記のようにして光軸方向の位置が調整された感光物体上に上記の照明条件下でパターンが転写される(転写工程)。 Then, the pattern is transferred under the above illumination conditions onto the photosensitive object whose position in the optical axis direction has been adjusted as described above (transfer process).
従って、対象とする周期方向のパターンにのみフォーカスに合わせることにより、対象となるパターンをベストフォーカスで露光することが可能となり、照明条件に起因して生じる投影光学系のセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができる。 Therefore, by focusing only on the pattern in the target periodic direction, it becomes possible to expose the target pattern with the best focus, reducing the influence of the center assault of the projection optical system caused by the illumination conditions. Highly accurate exposure can be realized.
この場合において、請求項12に記載の露光方法の如く、前記照明条件は、前記パターンが形成されたマスク上のパターン面に対するフーリエ変換相当面に光軸に関して回転非対称な光量分布を生じる照明条件であることとすることができる。 In this case, as in the exposure method according to claim 12, the illumination condition is an illumination condition in which a light amount distribution rotationally asymmetric with respect to the optical axis is generated on a plane corresponding to a Fourier transform with respect to a pattern surface on the mask on which the pattern is formed. Can be.
この場合において、請求項13に記載の露光方法の如く、前記照明条件は、前記パターン面に対するフーリエ変換相当面に光軸からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるダイポール照明条件であることとすることができる。 In this case, as in the exposure method according to claim 13, the illumination condition is such that a light amount distribution having a maximum value is formed at two positions decentered by substantially the same distance from the optical axis on a surface corresponding to a Fourier transform with respect to the pattern surface. The dipole illumination condition can be determined.
請求項14に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項1〜13のいずれか一項に記載の露光方法を実行することを特徴とするデバイス製造方法である。
The invention described in
本発明の露光方法によれば、照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性、主としてセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができるという効果がある。 According to the exposure method of the present invention, it is possible to reduce the anisotropic imaging characteristics of the projection optical system caused mainly by the illumination conditions, mainly the influence of center ass, and to realize highly accurate exposure. is there.
また、本発明のデバイス製造方法によれば、マイクロデバイスの生産性を向上させることができるという効果がある。 Moreover, according to the device manufacturing method of the present invention, there is an effect that the productivity of the microdevice can be improved.
《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図11に基づいて説明する。
<< First Embodiment >>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1には、本発明の露光方法を実施するのに好適な第1の実施形態に係る走査型露光装置100の概略的な構成が示されている。この走査型露光装置100は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
この走査型露光装置100は、光源1及び照明光学系(2A、2B、3〜10)を含む照明系、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、投影光学系PL内に設けられ倍率や収差等の結像特性を補正する結像特性補正機構14、結像特性補正機構14を制御するレンズコントローラ15、感光物体としてのウエハWを保持するウエハステージWST、及びこれらの制御系等を備えている。
This
前記照明系は、光源1、回折光学ユニット2A、ズーム光学系2B、振動ミラー3、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ4、ハーフミラー5、インテグレータセンサ6、レチクルブラインド7、折り曲げミラー8、コンデンサレンズ系9及び反射率センサ10等を含んで構成されている。なお、オプティカルインテグレータ4はフライアイレンズに限られるものではなく、例えば内面反射型インテグレータ(ロッド・インテグレータなど)あるいは回折光学素子などを用いても良いし、照明光学系内で光軸IXに沿って複数のオプティカルインテグレータ(種類は異なっても良い)を配置しても良い。
The illumination system includes a
前記回折光学ユニット2Aは、複数の回折光学素子(DOE)が所定角度間隔で配置される回転板から成り、該回転板は、不図示のモータによって駆動されるようになっている。ここで、複数の回折光学素子は、レチクルRのパターン面のフーリエ変換相当面、具体的には、フライアイレンズ4の射出側焦点面(照明光学系の瞳面)及びこの共役面(例えば投影光学系PLの瞳面など)における照明光の光量分布、すなわち照明条件を種々設定するためのものであり、回転板の駆動によって、例えばウエハWに転写すべきレチクルRのパターンに応じて選択される照明条件に最も適した1つの回折光学素子が照明光学系の光路上に配置される。この複数の回折光学素子は、上述のパターン面のフーリエ変換相当面においてX軸方向(図1における紙面直交方向)に関して照明系の光軸IX(投影光学系の光軸AXに一致)からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるX軸ダイポール照明条件(第1のダイポール照明条件)設定用のDOE、パターン面のフーリエ変換相当面においてY軸方向(図1における紙面直交方向)に関して照明系の光軸IX(投影光学系の光軸AXに一致)からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるY軸ダイポール照明条件(第2のダイポール照明条件)設定用のDOE、パターン面のフーリエ変換相当面において照明光を光軸外に輪帯状に分布させる輪帯照明条件設定用のDOE、及びパターン面のフーリエ変換相当面において照明光を光軸を中心とする円形領域に分布させる通常照明条件設定用のDOE等が、含まれる。なお、回折光学ユニット2Aに設けられる回折光学素子は前述の4種類に限られるものではなく、例えば照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布が光軸IXからほぼ同一距離だけ偏心した4つの位置で極大値となる4極照明、あるいは前述の通常照明よりもコヒーレンス・ファクター(σ値)が小さく設定される小σ照明などに適用される回折光学素子を含んでいても良い。
The diffractive
前記ズーム光学系2Bは、少なくともズームレンズ系(アフォーカル系)を含み、通常照明(小σ照明を含む)、輪帯照明、及び多極照明(2極照明、4極照明などを含む)でそれぞれ照明光学系の瞳面上での照明光の大きさ(前述のσ値に相当)を可変とするものである。本実施形態では、前述の回折光学ユニット2Aとズーム光学系2Bとによって、レチクルの照明条件を任意に設定可能とする成形光学系が構成されている。
The zoom
なお、ズーム光学系2Bは、照明光学系の光軸IXに沿って少なくとも1つが可動でその間隔が可変となる複数のプリズム(円錐プリズム、角錐プリズムなど)を含んでいても良く、ズームレンズ系と複数のプリズムとの少なくとも一方によって、輪帯照明ではσ値や輪帯比(内径と外径との比)、多極照明ではσ値や照明光学系の瞳面上で光量分布が極大となる位置(光軸IXとの間隔)などを任意に変更可能となる。また、オプティカルインテグレータ4として内面反射型インテグレータを用いる場合、ズーム光学系2Bは回折光学素子から発生してズームレンズ系を通過する照明光を集光して内面反射型インテグレータに入射させる。このとき、集光点はその位置が内面反射型インテグレータの入射面と異なるように設定される。さらに、照明光学系内で生じるフレア光(前述の回折光学素子で発生するレチクルRの照明に不要な光を含む)をカットする可変開口絞り(虹彩絞り)を、例えばフライアイレンズ4の射出面に近接して配置(すなわち、照明光学系の瞳面又はその共役面に配置)しても良い。
Note that the zoom
また、フライアイレンズ4の入射側焦点面(入射面)と回折光学ユニット2A上の各回折光学素子(DOE)とは、ズーム光学系2Bを介して、ほぼフーリエ変換の関係が保たれるようになっている。
In addition, the incident-side focal plane (incident plane) of the fly-eye lens 4 and each diffractive optical element (DOE) on the diffractive
一方、フライアイレンズ4の射出側焦点面は、レチクルRのパターン面のフーリエ変換面(照明光学系の瞳面)とほぼ一致している。なお、フライアイレンズ4の入射側焦点面と射出側焦点面とは、当然ながらフーリエ変換の関係にある。従って、本実施形態では、フライアイレンズ4の射出側焦点面は、回折光学素子と結像関係(共役)になっている。 On the other hand, the exit-side focal plane of the fly-eye lens 4 substantially coincides with the Fourier transform plane (pupil plane of the illumination optical system) of the pattern surface of the reticle R. Of course, the entrance-side focal plane and the exit-side focal plane of the fly-eye lens 4 are in a Fourier transform relationship. Therefore, in the present embodiment, the exit-side focal plane of the fly-eye lens 4 has an imaging relationship (conjugate) with the diffractive optical element.
ここで、照明系の構成各部についてその作用とともに説明すると、光源1で発生した露光光としての照明光ILは不図示のシャッターを通過した後、前記回折光学ユニット2AのいずれかのDOEに入射する。これにより、そのDOEから発生した回折光が、ズーム光学系2Bに入射する。照明光ILとしては、例えばKrFエキシマレーザ光(波長248nm)やArFエキシマレーザ光(波長193nm)、あるいはF2レーザ光(波長157nm)等が用いられる。
Here, the components of the illumination system will be described together with their actions. The illumination light IL as the exposure light generated by the
ズーム光学系2Bから射出された光束は、被照射面(レチクル面又はウエハ面)に生じる干渉縞や微弱なスペックルを平滑化するための振動ミラー3を介して水平方向に折り曲げられ、フライアイレンズ4によって照度分布(強度分布)がほぼ均一な光束に変換される。すなわち、フライアイレンズ4の射出側焦点面に多数の点光源(光源像)から成る2次光源(面光源)が形成される。本実施形態では、フライアイレンズ4の射出側焦点面である照明系の瞳面には、光路上に選択的に配置されたDOEに応じて、全体として光軸を含む円形領域内に分布する多数の点光源(光源像)から成る2次光源(通常照明条件に対応)、X軸方向に関して光軸から同一距離だけ偏心した2つの円形領域内に分布する多数の点光源(光源像)から成る2次光源(X軸ダイポール照明条件に対応)、Z軸方向に関して光軸から同一距離だけ偏心した2つの円形領域内に分布する多数の点光源(光源像)から成る2次光源(Y軸ダイポール照明条件に対応)、及び光軸を中心とする輪帯状の領域内に分布する多数の点光源(光源像)から成る2次光源等が、それぞれ形成される。
The light beam emitted from the zoom
そして、上記の2次光源から射出される光(パルス照明光)ILの大部分(97%程度)は、ハーフミラー5を透過してレチクルブラインド7を均一な照度で照明する。 And most (about 97%) of the light (pulse illumination light) IL emitted from the secondary light source passes through the half mirror 5 and illuminates the reticle blind 7 with uniform illuminance.
ここで、レチクルブラインド7は、2枚の可動ブラインドとその近傍に配置された開口形状が固定された固定ブラインドとから構成されている。このレチクルブラインド7によりレチクルRを照明する際のスリット状の照明領域IARを所望の形状、大きさの矩形状に設定できるようになっている。 Here, the reticle blind 7 is composed of two movable blinds and a fixed blind having a fixed opening shape disposed in the vicinity thereof. The slit-shaped illumination area IAR for illuminating the reticle R by the reticle blind 7 can be set to a rectangular shape having a desired shape and size.
レチクルブラインド7を通過した光束は、折り曲げミラー8に至り、ここで鉛直下方に折り曲げられ、コンデンサレンズ系9を介して回路パターン等が描かれたレチクルRの照明領域IAR部分を照明する。 The light beam that has passed through the reticle blind 7 reaches a folding mirror 8 where it is bent vertically downward to illuminate an illumination area IAR portion of the reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn via a condenser lens system 9.
一方、前記残り(3%程度)の照明光ILは、ハーフミラー5で反射され、インテグレータセンサ6によって受光されるようになっている。このインテグレータセンサ6によりレチクルRに対する照明光量を検出することができる。このインテグレータセンサ6からの光量信号が主制御装置21に供給されている。
On the other hand, the remaining illumination light IL (about 3%) is reflected by the half mirror 5 and received by the integrator sensor 6. The integrator sensor 6 can detect the amount of illumination light with respect to the reticle R. A light amount signal from the integrator sensor 6 is supplied to the
前記反射率モニタ10は、投影光学系PLの照明光吸収による結像特性(諸収差)の変動、即ち照射変動を算出するための基礎となるウエハ反射率(反射光量)測定に用いられるもので、投影光学系PL側からコンデンサレンズ系9、折り曲げミラー8、レチクルブラインド7を介して戻って来た光の光量を検出する。この反射率モニタ10からの光量信号も主制御装置21に供給されている。なお、このウエハ反射率の測定方法については、例えば前述の特許文献1(特開平11−258498号公報)などに開示されており、公知であるから詳細説明は省略する。
The reflectivity monitor 10 is used for measuring wafer reflectivity (reflected light amount), which is a basis for calculating fluctuations in imaging characteristics (various aberrations) due to illumination light absorption of the projection optical system PL, that is, irradiation fluctuations. The amount of light returned from the projection optical system PL side through the condenser lens system 9, the bending mirror 8, and the reticle blind 7 is detected. A light amount signal from the
前記レチクルステージRST上にはレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。なお、レチクルRに用いる材質は、照明光ILの種類によって使い分ける必要がある。すなわち、照明光ILとして、KrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ光を光源とする場合は、ホタル石などの他、合成石英を用いることができるが、F2レーザ光を用いる場合は、ホタル石で形成する必要がある。 On reticle stage RST, reticle R is fixed, for example, by vacuum suction. Note that the material used for the reticle R needs to be properly used depending on the type of the illumination light IL. That is, in the case where KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as the illumination light IL, synthetic quartz can be used in addition to fluorite, but when F 2 laser light is used, fluorite is used. Need to form.
レチクルステージRSTは、不図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクル駆動部41により駆動され、照明系の光軸IX(投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直な平面内で所定の走査方向(ここではY軸方向とする)に所定ストロークの範囲内で移動可能となっている。
The reticle stage RST is driven on a reticle base (not shown) by a
レチクルステージRSTの位置は、不図示のレチクルレーザ干渉計システムによって例えば数0.5〜1nm程度の分解能で常時計測されており、このレチクルレーザ干渉計システムからのレチクルステージRSTの位置情報は、主制御装置21に送られ、主制御装置21ではレチクルステージRSTの位置情報に基づいてレチクル駆動部41を介してレチクルステージRSTを制御する。なお、レチクルレーザ干渉計システムの測長軸は、例えば走査方向に2軸、非走査方向には1軸設けられる。
The position of the reticle stage RST is constantly measured by a reticle laser interferometer system (not shown) with a resolution of about 0.5 to 1 nm, for example. The position information of the reticle stage RST from this reticle laser interferometer system is mainly The
前記投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置され、その光軸AX(照明系の光軸IXに一致)の方向がZ軸方向とされている。この投影光学系PLは、両側テレセントリックな縮小系、かつ共通のZ軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメント(レンズ)30a〜30j(図2参照)から成る屈折光学系が用いられている。なお、図2において、符号30pは、投影光学系PLの瞳面を示す。
The projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1, and the direction of the optical axis AX (coincident with the optical axis IX of the illumination system) is the Z-axis direction. This projection optical system PL uses a birefringent optical system composed of a plurality of lens elements (lenses) 30a to 30j (see FIG. 2) having a telecentric reduction system on both sides and a common optical axis in the Z-axis direction. . In FIG. 2,
投影光学系PLの投影倍率βは例えば1/4あるいは1/5である。このため、照明系からの照明光ILによってレチクルR上の照明領域IARが照明されると、このレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してレチクルRの回路パターンの一部が表面にフォトレジストが塗布されたウエハW上に縮小投影される。 The projection magnification β of the projection optical system PL is, for example, 1/4 or 1/5. Therefore, when the illumination area IAR on the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination system, a part of the circuit pattern of the reticle R is passed through the projection optical system PL by the illumination light IL that has passed through the reticle R. Is reduced and projected onto the wafer W whose surface is coated with a photoresist.
また、投影光学系PLの内部には、前記の如く、結像特性補正機構14が設けられている。この結像特性補正機構14としては、上記特許文献1などに開示されるように、投影光学系PLを構成する複数のレンズ30a〜30jの内、特定の複数のレンズエレメント(以下、「可動レンズ」と呼ぶ)のそれぞれを、ピエゾ素子などを用いて独立に光軸AX方向(Z方向)及びXY面に対する傾斜方向に駆動可能とした機構が用いられている。上記の各可動レンズは、光軸AX方向(Z方向)及びXY面に対する傾斜方向に駆動できるようになっている。また、各ピエゾ素子による各可動レンズの支持点の駆動量は、不図示のセンサによりそれぞれモニタされるようになっている。この結像特性補正機構14によると、複数の可動レンズのそれぞれを、光軸方向に駆動し、あるいは傾斜させることにより、種々の結像特性が変化して、各可動レンズの光軸方向駆動及び傾斜駆動の任意の組み合わせによって、回転対称な収差(結像特性)に関しては所望の状態に調整できるようになっている。
Further, as described above, the imaging
本実施形態では、結像特性補正機構14によって、例えば上記特許文献1などに開示されるのと同様に、倍率と、収差(ザイゼルの5収差の少なくとも1つ)、具体的には像面湾曲、ディストーション、コマ収差、球面収差を補正するようになっており、この結像特性補正機構14とレンズコントローラ15とによって、レチクルRのパターン像の結像特性を補正する結像特性補正装置が構成されている。なお、結像特性補正装置はレンズを駆動するほかに、例えば光源1を制御して、照明光の波長を僅かにシフトさせることで結像特性を調整しても良い。
In the present embodiment, the magnification and the aberration (at least one of the five Zeisel aberrations), specifically, the curvature of the field are caused by the imaging
なお、照明光ILとしてKrFエキシマレーザ光やArFエキシマレーザ光を用いる場合には、投影光学系PLを構成する各レンズエレメントの素材としてはホタル石などの他、合成石英等を用いることができるが、F2レーザ光を用いる場合には、この投影光学系PLに使用されるレンズエレメントの素材としては、全てホタル石が用いられる。また、ホタル石以外に、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、及びフッ化ストロンチウムなどのフッ化物単結晶、リチウム−カルシウム−アルミニウムの複合フッ化物結晶、リチウム−ストロンチウム−アルミニウムの複合フッ化物結晶や、ジルコニウム−バリウム−ランタン−アルミニウムから成るフッ化ガラスや、フッ素をドープした石英ガラス、フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラス、OH基を含有させた石英ガラス、フッ素に加えてOH基を含有した石英ガラス等の改良石英を用いても良い。 In the case where KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as the illumination light IL, as a material of each lens element constituting the projection optical system PL, synthetic quartz or the like can be used in addition to fluorite. In the case of using the F 2 laser light, fluorite is all used as the material of the lens element used in the projection optical system PL. Besides fluorite, fluoride single crystals such as lithium fluoride, magnesium fluoride and strontium fluoride, composite fluoride crystals of lithium-calcium-aluminum, composite fluoride crystals of lithium-strontium-aluminum, zirconium -Fluorine glass composed of barium-lanthanum-aluminum, quartz glass doped with fluorine, quartz glass doped with hydrogen in addition to fluorine, quartz glass containing OH groups, OH groups contained in addition to fluorine Improved quartz such as quartz glass may be used.
さらに、本実施形態の露光装置100では、図2に示されるように、投影光学系PLには、その外部からファイバ(特に中空ガラス管の内面にアルミニウムをコートしたようなファイバ)FBが導入されている。この場合、実際には、図3に示されるように、光学部材、例えばレンズ(30c,30d,30g)に対してそれぞれ複数本のファイバFB1〜FBnがレンズの外周に沿って所定角度間隔で導入されている。これらファイバFBは投影光学系PLの外部に設けられた不図示の赤外線照射源に接続されている。この場合、複数本のファイバFB1〜FBnと不図示の赤外線照射源とにより赤外線照射機構が構成されている。
Further, in the
ここで、例えば照明光ILとしてF2レーザ光が用いられている場合、投影光学系PLを構成するレンズ30a〜30jとして、ホタル石が用いられる。この場合、ホタル石レンズが比較的良く吸収する波長6〜10μm程度の赤外線が、赤外線照射機構を構成するファイバFB1〜FBnからレンズ(30c,30d,30g)照射されるようになっている。この場合の赤外線照射源としては、例えばセレン化鉛硫黄,セレン化鉛錫,テルル化鉛錫等の化合物半導体を用いた半導体レーザを用いることができる。
Here, for example, when the F 2 laser light is used as illumination light IL, a
本実施形態では、主制御装置21が、その露光に用いられるレチクルのパターンや照明条件に応じて、赤外線照射機構を制御するようになっている。なお、この点については後述する。
In the present embodiment, the
前記ウエハステージWSTは、リニアモータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータを含む、ウエハウエハ駆動装置42によって不図示のベース上を走査方向であるY軸方向(図1における左右方向)及びこれに直交するX軸方向(図1における紙面直交方向)に長ストロークで駆動されるとともに、Z軸方向、θz方向(Z軸回りの回転方向)、θx方向(X軸回りの回転方向)、及びθy方向(Y軸回りの回転方向)に微小駆動されるようになっている。 Wafer stage WST includes a Y-axis direction (horizontal direction in FIG. 1) which is a scanning direction on a base (not shown) including a linear motor and a voice coil motor, and an X-axis orthogonal thereto. 1 (longitudinal direction in FIG. 1) with a long stroke, and Z direction, θz direction (rotation direction around Z axis), θx direction (rotation direction around X axis), and θy direction (Y axis) It is finely driven in the rotation direction).
ウエハステージWST上には、ウエハホルダ17を介してウエハWが吸着保持されている。また、ウエハステージWST上には、レチクルR及び投影光学系PLを透過してウエハ面に達する照射量を検出する照射量センサ20が設けられている。この照射量センサ20の検出値は主制御装置21に供給されるようになっている。
Wafer W is sucked and held via
前記ウエハステージWST(即ちウエハW)のXY面内の位置は、不図示のウエハレーザ干渉計システムによって例えば0.5nm〜1nm程度の分解能で常時計測されている。ウエハレーザ干渉計システムは、ウエハステージWSTに設けられた(又は形成された)反射面にそれぞれレーザ光を照射してウエハステージWSTのX軸方向、Y軸方向の位置をそれぞれ計測するX軸干渉計、Y軸干渉計がそれぞれ有している。これらX軸及びY軸干渉計は測長軸を複数有する多軸干渉計で構成され、ウエハステージWSTのX、Y位置の他、回転(ヨーイング(Z軸回りの回転であるθz回転)、ピッチング(X軸回りの回転であるθx回転)、ローリング(Y軸回りの回転であるθy回転))も計測可能となっている。また、前述の多軸干渉計は45°傾いてウエハステージWSTに設置される反射面を介して、投影光学系PLが載置される架台(不図示)に設置される反射面にレーザビームを照射し、投影光学系PLの光軸方向(Z軸方向)に関する相対位置情報を検出するようにしても良い。 The position in the XY plane of wafer stage WST (ie, wafer W) is always measured by a wafer laser interferometer system (not shown) with a resolution of about 0.5 nm to 1 nm, for example. Wafer laser interferometer system is an X-axis interferometer that measures the positions of wafer stage WST in the X-axis direction and the Y-axis direction by irradiating laser beams onto the reflecting surfaces provided (or formed) on wafer stage WST, respectively. , Each Y-axis interferometer has. These X-axis and Y-axis interferometers are composed of multi-axis interferometers having a plurality of measurement axes. In addition to the X and Y positions of wafer stage WST, rotation (yawing (θz rotation that is rotation around the Z axis)), pitching (Θx rotation that is rotation around the X axis) and rolling (θy rotation that is rotation around the Y axis)) can also be measured. In addition, the multi-axis interferometer described above tilts the laser beam to a reflection surface installed on a gantry (not shown) on which the projection optical system PL is mounted via a reflection surface installed on wafer stage WST with an inclination of 45 °. Irradiation may be performed to detect relative position information regarding the optical axis direction (Z-axis direction) of the projection optical system PL.
ウエハレーザ干渉計システムからのウエハステージWSTの位置情報は、主制御装置21に送られ、主制御装置21ではZステージ17の位置情報に基づいてウエハ駆動装置42を介してウエハWをXY面内で位置制御する。
The position information of wafer stage WST from the wafer laser interferometer system is sent to
更に、本実施形態の走査型露光装置100では、不図示の保持部材を介して投影光学系PL(又はその架台)に一体的に取り付けられた、2つのオートフォーカス検出系、すなわち、レチクルオートフォーカス検出系(以下、「レチクルAF系」という)12(12a,12b)及びウエハオートフォーカス検出系(以下、「ウエハAF系」という)19(19a,19b)が設けられている。
Further, in the
ウエハAF系19としては、ウエハWに斜めから検出ビームを照射する照射光学系19aと、この検出ビームのウエハW面からの反射光を受光する受光光学系19bとを備え、ウエハWのZ方向の位置を検出する斜入射方式の焦点位置検出系が用いられている。このウエハAF系19としては、例えば特許第3316833号公報等に開示された焦点位置検出系が用いられる。
The wafer AF system 19 includes an irradiation
また、レチクルAF系12は、レチクルRのパターン面に斜めから検出ビームを照射する照射光学系12aと、この検出ビームのレチクル面からの反射光を受光する受光光学系12bとを備えた斜入射光式の焦点位置検出系が用いられている。レチクルAF系12は、レチクルRのパターン面の光軸IX及びその近傍の領域のZ方向の位置を検出するためのものである。このレチクルAF系12としても上記特許第3316833号等に開示されたものと同様の構成のものを用いることができる。
The reticle AF system 12 also includes an obliquely incident
なお、AF系としては、斜入射光式に限らず、例えば、ウエハ面、レチクル面のZ位置を計測する干渉計や投影光学系とウエハ又はレチクルとの間隔を直接測定するオートフォーカスセンサを採用しても良い。 Note that the AF system is not limited to the oblique incidence type, and for example, an interferometer that measures the Z position of the wafer surface and the reticle surface and an autofocus sensor that directly measures the distance between the projection optical system and the wafer or reticle are adopted. You may do it.
更に、本実施形態の走査型露光装置100では、投影光学系PLの近傍の環境の変化を検出する環境センサ36が設けられている。環境センサ36としては、気圧センサ(圧力センサ)、温度センサ、湿度センサなど種々のものを設けることができる。しかし、通常投影光学系を含む露光装置本体部分は、温度、湿度を厳しく管理されたチャンバの中に置かれているので、温度、湿度変化が結像特性に与える影響は、気圧変化に比べて小さいと考えられる。そこで、本実施形態では、環境センサ36として気圧センサを設けるものとする。但し、露光装置の空調系の配置、構成などによっては、必ずしも投影光学系PLの内外で同じ気圧とはならないので、かかる点を考慮して、本実施形態では、図2に示されるように、投影光学系PL内部の気体の圧力(以下、適宜「内気圧」という)を検出する内気圧センサ36aと、投影光学系PL外部のチャンバ内の気圧(以下、適宜「外気圧」という)を計測する外気圧センサ36bとが設けられている。図1では、これら内気圧センサ36aと、外気圧センサ36bとが代表的に環境センサ36として示されているものとする。大気圧(上記の外気圧、内気圧)の変化による結像特性変化の計算方法については、例えば特許文献1などに開示されているので、その説明は省略する。
Furthermore, the
この他、本実施形態の走査型露光装置100では、ウエハW上の各ショット領域に付設された不図示のアライメントマークを検出するためのオフアクシス方式のアライメント系(図示省略)等も設けられている。主制御装置21では、後述する走査露光に先立ってアライメント系を用いてウエハW上のアライメントマークの位置検出を行い、この検出結果に基づいて走査露光時にレチクル駆動部41及びウエハ駆動装置42によりレチクルRとウエハWとの同期移動を行うようになっている。
In addition, the
次に、本実施形態の走査型露光装置100における走査露光の原理について簡単に説明する。レチクルRの走査方向(Y軸方向)に対して垂直な方向(X軸方向)に長手方向を有する長方形(スリット状)の照明領域IARでレチクルRが照明され、レチクルRは露光時に照明領域IARに対して一方向(例えば−Y方向)に速度VRで相対移動されてそのパターン領域の全面が照明される。照明領域IAR(中心は光軸AXとほぼ一致)は投影光学系PLを介してウエハW上に投影され、照明領域IARに共役なスリット状の投影領域、すなわち露光領域IAが形成される。この露光領域IAにはレチクルパターンの倒立像が形成されるので、ウエハWは露光領域IAに対してレチクルRの走査方向(ここでは−Y方向)とは反対方向(+Y方向)にレチクルRに同期して速度VWで相対移動され、ウエハW上のショット領域の全面が照明光で走査露光される。この走査露光の際の、レチクルRとウエハW、すなわちレチクルステージRSTとウエハステージWSTとがレチクル駆動部41、ウエハ駆動装置42及び主制御装置21によって、正確に投影光学系PLの縮小倍率に応じた速度比VW/VR(=1/4又は1/5)で同期移動されるようになっており、レチクルRのパターン領域のパターンがウエハW上のショット領域上に正確に縮小転写される。
Next, the principle of scanning exposure in the
また、上記の走査露光中に、ウエハAF系19、レチクルAF系12の検出信号に基づいて、レチクルRのパターン面とウエハW表面とが投影光学系PLに関して共役となる(すなわち、露光領域IA内で投影光学系PLの像面とウエハWの表面とがほぼ一致する)ように主制御装置21によりウエハ駆動装置42を介してウエハステージWSTとレチクルステージRSTとの少なくとも一方がZ軸方向に駆動制御され、後述するフォーカス補正が実行される。このとき、レチクルRとウエハWとの少なくとも一方での傾斜駆動、すなわちレベリング制御も行われる。
During the scanning exposure, the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W are conjugated with respect to the projection optical system PL based on the detection signals of the wafer AF system 19 and the reticle AF system 12 (that is, the exposure area IA). At least one of wafer stage WST and reticle stage RST is moved in the Z-axis direction via
走査型露光装置100では、上記のようなウエハW上のショット領域に対する走査露光によるレチクルパターンの転写と、次ショット領域の露光のための加速開始位置(走査開始位置)へのステッピング動作とを繰り返し行うことにより、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われ、ウエハW上の全ショット領域にレチクルパターンが転写されるようになっている。
In the
次に、走査型露光装置100におけるフォーカス補正について説明する。まず、投影光学系PL自身のフォーカス変化を考慮しない最も単純な場合について説明する。
Next, focus correction in the
まず、レチクルRとウエハWの共役関係を出すために、基準となるウエハステージWSTのZ軸方向の位置(Z位置)を求める。すなわち、所定の計測用マークが描かれた計測用レチクルをレチクルステージRSTの所定の場所に搭載してウエハステージWSTをZ軸方向及びX軸又はY軸方向にステップ送りしながら前記計測用マークを感光剤が塗布されたウエハW上に転写する。次に、このウエハWを光学顕微鏡で観察して焼き付けたマーク形状が最も良好な(例えばマーク形状が最も大きいあるいはマークのエッジが最も立っている)ウエハステージWSTのZ位置Zbestを、メモリ内に記憶されている各目標値Ziと位置Piとの対応関係のデータに基づいて見つける。そして、位置Zbestを基準位置とし、その基準位置にウエハステージWSTのZ位置がある時のレチクルAF系12、ウエハAF系19の出力をそれぞれのAF基準位置としてメモリに記憶しておく。以降のフォーカス変動補正はこの基準位置からの変位で管理することとなる。 First, in order to obtain a conjugate relationship between reticle R and wafer W, a position (Z position) in the Z-axis direction of wafer stage WST serving as a reference is obtained. That is, a measurement reticle on which a predetermined measurement mark is drawn is mounted at a predetermined location on the reticle stage RST, and the measurement mark is moved while stepping the wafer stage WST in the Z-axis direction and the X-axis or Y-axis direction. Transferred onto the wafer W coated with a photosensitive agent. Next, the Z position Z best of the mark shape baked by observing the wafer W with an optical microscope is best (eg mark shape is greatest or mark edges are most standing) wafer stage WST, the memory Is found on the basis of the data on the correspondence between each target value Z i and the position P i stored in. Then, the position Z best is set as a reference position, and the outputs of the reticle AF system 12 and the wafer AF system 19 when the Z position of the wafer stage WST is at the reference position are stored in the memory as the respective AF reference positions. Subsequent focus fluctuation correction is managed by displacement from this reference position.
なお、後述する異方性フォーカスずれによりパターンの周期方向(X軸方向、Y軸方向)別にベストフォーカス面が異なることが想定される。従って、ここで述べているフォーカスとは、異方性フォーカスを考慮した平均的なベストフォーカス面を指すものとする。また、レチクルAF系12及びウエハAF系19はそれぞれ照明領域IAR及び露光領域IA内の複数点で位置情報を計測可能であるとともに、その複数点でそれぞれ前述のAF基準位置が求められてメモリに記憶されている。さらに、上記試し焼きでなく、例えばレチクルのマーク、あるいはレチクルステージRSTの基準マークの投影像をウエハステージWSTの光電センサで検出することで、露光領域IA内の複数点でそれぞれZ軸方向に関する投影光学系PLの像面位置(フォーカス位置)を求めるようにしても良い。 Note that it is assumed that the best focus plane varies depending on the periodic direction (X-axis direction and Y-axis direction) of the pattern due to an anisotropic focus shift described later. Therefore, the focus described here refers to an average best focus plane in consideration of anisotropic focus. The reticle AF system 12 and the wafer AF system 19 can measure position information at a plurality of points in the illumination area IAR and the exposure area IA, respectively, and the above-mentioned AF reference positions are obtained at the plurality of points, respectively, in the memory. It is remembered. Further, instead of the trial baking, for example, the projection image of the reticle mark or the reference mark of the reticle stage RST is detected by the photoelectric sensor of the wafer stage WST, so that projections in the Z-axis direction are performed at a plurality of points in the exposure area IA. The image plane position (focus position) of the optical system PL may be obtained.
そして、実際の走査露光時に、主制御装置21では、レチクルAF系12とウエハ系AF19との出力が上述したそれぞれのAF基準位置から変動しないように(すなわち、レチクルRとウエハWとの光学的な距離を一定の値に保つように)ウエハステージWSTを光軸方向に駆動制御する。このようにしてフォーカスの補正が実行される。
Then, during actual scanning exposure, the
これを更に詳述すると、AF基準位置に対する検出されたレチクルR、ウエハW側の変位を各々Rz、Wz、投影倍率をMLとすると、フォーカス変位ΔFは、
ΔF=Rz×ML2−Wz ……(1)
と表される。ΔFが0となるようにウエハステージWSTをZ軸方向に移動することで、レチクルRとウエハWの共役関係が保たれる(すなわち、走査露光中に露光領域IA内で投影光学系PLの像面とウエハWの表面とがほぼ一致する)。
More specifically, assuming that the detected reticle R and wafer W side displacement relative to the AF reference position are Rz and Wz, and the projection magnification is ML, the focus displacement ΔF is
ΔF = Rz × ML 2 −Wz (1)
It is expressed. By moving wafer stage WST in the Z-axis direction so that ΔF becomes 0, the conjugate relationship between reticle R and wafer W is maintained (ie, image of projection optical system PL in exposure area IA during scanning exposure). The surface and the surface of the wafer W substantially coincide).
次に、大気圧変化や照明光吸収などの要因で投影光学系PL自身のフォーカスが変動した場合の補正について述べる。この時は上式(1)を拡張した次式(2)を用いることで、投影光学系PL自身のフォーカス変化にも対応できる。 Next, correction when the focus of the projection optical system PL itself fluctuates due to factors such as changes in atmospheric pressure and absorption of illumination light will be described. At this time, it is possible to cope with the focus change of the projection optical system PL itself by using the following equation (2) obtained by expanding the above equation (1).
ΔF=FL+Rz×ML2−Wz ……(2) ΔF = FL + Rz × ML 2 −Wz (2)
上記(2)式において、FLは、大気圧変化によるフォーカス変化(フォーカスの大気圧変化)と、照明光吸収によるフォーカス変化(フォーカスの照射変化)と、上述の5種類の結像特性を補正するために、可動レンズを移動したことにより副作用的に発生するフォーカス変化とを総合した投影光学系PL自身のフォーカス変化である。なお、可動レンズを移動したことにより副作用的に発生するフォーカス変化とあるのは、フォーカス以外の結像特性(すなわち、本実施形態では5種類の結像特性の少なくとも1つ)を補正するために可動レンズを駆動すると、それに付随してフォーカスが変動するので、フォーカスの補正にはこの影響も考慮する必要があることを意味する。 In the above equation (2), FL corrects the focus change due to atmospheric pressure change (focus atmospheric pressure change), the focus change due to illumination light absorption (focus irradiation change), and the above five types of imaging characteristics. Therefore, this is the focus change of the projection optical system PL itself, which combines the focus change that occurs as a side effect by moving the movable lens. The focus change that occurs as a side effect due to the movement of the movable lens is to correct imaging characteristics other than the focus (that is, at least one of the five types of imaging characteristics in this embodiment). When the movable lens is driven, the focus fluctuates accordingly, which means that this influence needs to be taken into account for focus correction.
なお、大気圧変化によるフォーカスを含む投影光学系の結像特性(諸収差)の変化量、照明光吸収によるフォーカスを含む投影光学系の結像特性(諸収差)の変化量の算出方法については、特許文献1などに詳細に開示されているので、詳細説明は省略する。なお、後者では、次式(3)に基づいて露光時の照射量Q1を算出するとともに、照明光吸収によるフォーカスを含む投影光学系の結像特性(諸収差)の変化量の算出に用いる。
Regarding the calculation method of the amount of change in imaging characteristics (various aberrations) of the projection optical system including the focus due to atmospheric pressure change, and the amount of change in imaging characteristics (various aberrations) of the projection optical system including the focus due to illumination light absorption Since it is disclosed in detail in
Q1=Q0×I1/I0 ……(3)
上式(3)において、Q0はレチクルRの走査位置に応じた関数としてメモリ内に予め記憶しておいた照射量であり、I0はレチクルRの走査位置に応じた関数としてメモリ内に予め記憶しておいたレチクルRの走査位置に応じて予め記憶しておいたインテグレータセンサ6の出力であり、I1は露光時のインテグレータセンサ6の出力である。
Q 1 = Q 0 × I 1 / I 0 (3)
In the above equation (3), Q 0 is a dose stored in advance in the memory as a function corresponding to the scanning position of the reticle R, and I 0 is stored in the memory as a function corresponding to the scanning position of the reticle R. The output of the integrator sensor 6 stored in advance according to the scanning position of the reticle R stored in advance, and I 1 is the output of the integrator sensor 6 at the time of exposure.
また、インテグレータセンサ6、反射率モニタ10を用いて、例えば特許文献1などに開示される方法により、ウエハ反射率RWの算出式を予め求めておき、実際の露光時にはレチクルRの走査位置に応じて記憶しておいた反射率センサ10の出力とインテグレータセンサ6の出力、及び露光時の反射率センサ10の出力とインテグレータセンサ6の出力に基づいて、ウエハ反射率RWを算出し、照明光吸収によるフォーカスを含む投影光学系の結像特性(諸収差)の変化量の算出に用いる。
Further, the integrator sensor 6, using a
なお、照明光吸収によるフォーカス等の諸収差の変化量の算出は、例えば上記特許文献1などに開示される所定のモデル関数を用いた算出方法を用いて行われる。
Note that the amount of change in various aberrations such as focus due to illumination light absorption is calculated using a calculation method using a predetermined model function disclosed in, for example,
また、投影光学系PLの結像特性、具体的には像面湾曲、倍率、ディストーション、コマ収差、球面収差(特に各回転対称成分)の補正方法(補正のための可動レンズの駆動量の算出方法)としては、例えば特許文献1に開示されるような、像面湾曲、倍率、ディストーション、コマ収差、球面収差の変化と、結像特性変化係数と可動レンズの駆動量との積との関係を示す5元1次連立方程式中の任意の結像特性以外の結像特性の変化を零とした、新たな連立法的式を解く方法を用いることができる。この場合、得られた可動レンズの駆動量を用いて、上記5種類の結像特性を補正するために、可動レンズを駆動したことにより副作用的に発生するフォーカス変化量を別に算出する必要がある。
Also, a method for correcting the imaging characteristics of the projection optical system PL, specifically, field curvature, magnification, distortion, coma aberration, and spherical aberration (particularly each rotationally symmetric component) (calculation of the driving amount of the movable lens for correction) As a method, for example, as disclosed in
次に、本実施形態の走査型露光装置100の投影光学系PLの異方性結像特性、主としてセンターアスの補正方法について説明する。
Next, an anisotropic imaging characteristic of the projection optical system PL of the
この補正方法の説明に先立って、センターアスが生じる理由について、図4〜図11に基づいて説明する。 Prior to the description of this correction method, the reason why the center ass will occur will be described with reference to FIGS.
ここでは、図10に示されるように、レチクルRのパターン面(下面)に、図11に示されるような複合パターンCPが形成されている場合を考える。 Here, as shown in FIG. 10, a case is considered in which a composite pattern CP as shown in FIG. 11 is formed on the pattern surface (lower surface) of the reticle R.
複合パターンCPは、走査方向に所定周期を有するラインアンドスペース(L/S)パターン(以下「Hパターン」と呼ぶ)HPと、非走査方向に所定周期を有するL/Sパターン(以下「Vパターン」と呼ぶ)VPとから成る複合パターンである。 The composite pattern CP includes a line and space (L / S) pattern (hereinafter referred to as “H pattern”) HP having a predetermined period in the scanning direction and an L / S pattern (hereinafter referred to as “V pattern”) having a predetermined period in the non-scanning direction. It is a composite pattern consisting of VP.
この複合パターンCPを、パターン面のフーリエ変換相当面(照明光学系の瞳面)において非スキャン方向であるX軸方向に関して照明系の光軸IX(投影光学系の光軸AXに一致)からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるX軸ダイポール照明条件の下で、ウエハ上に投影するものとする。このとき、複合パターンCPは、レチクルR上の照明領域の中心(即ち投影光学系PLの光軸上)に配置されているものとする。 This composite pattern CP is approximately from the optical axis IX of the illumination system (corresponding to the optical axis AX of the projection optical system) with respect to the X-axis direction that is the non-scan direction on the Fourier transform equivalent surface (pupil plane of the illumination optical system) of the pattern surface. Assume that projection is performed on a wafer under X-axis dipole illumination conditions in which a light quantity distribution having a maximum value is formed at two positions decentered by the same distance. At this time, it is assumed that the composite pattern CP is arranged at the center of the illumination area on the reticle R (that is, on the optical axis of the projection optical system PL).
図4には、このX軸ダイポール照明条件下における投影光学系の瞳面近傍の前述のレンズ(30c,30d,30g)上での光量分布が示されている。この図において斜線部が、照明光ILの照射領域を示す。 FIG. 4 shows the light amount distribution on the aforementioned lenses (30c, 30d, 30g) in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system under the X-axis dipole illumination condition. In this figure, the shaded area indicates the irradiation area of the illumination light IL.
このX軸ダイポール照明条件下では、投影光学系PL(の瞳面の近傍)には、照明光の吸収によって図6に示されるような回転非対称の温度分布を生じる。 Under this X-axis dipole illumination condition, a rotationally asymmetric temperature distribution as shown in FIG. 6 is generated in the projection optical system PL (in the vicinity of the pupil plane) by absorption of illumination light.
このとき、投影光学系PLの瞳面近傍のレンズ、例えばレンズ30cは、図6のA−A線断面図である図8、図6のB−B線断面図である図9にそれぞれ示されるように、X軸方向とY軸方向とで異なる形状に熱変形する。その他のレンズ30d,30g等も同様に熱変形する。但し、投影光学系PLの全体を一枚の大きなレンズとみなした場合に、この投影光学系PLは、図8,図9に示されるような形状に熱変形するものと考えて差し支えない。
At this time, the lens in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL, for example, the
この結果、VパターンVPから発生して非走査方向に分布する回折光は投影光学系PLの比較的曲率変化が緩やかな面を通って所定の結像面(図10に示されるVパターンベストフォーカス面)に結像する。この一方で、HパターンHPから発生して走査方向に分布する回折光は投影光学系PLの比較的曲率変化が大きい面を通って所定の結像面(図10に示されるHパターンベストフォーカス面)に結像する。この結果、Vパターンベストフォーカス面とHパターンベストフォーカス面とには、ずれが生じる。このようにして、X軸ダイポール照明条件下では、投影光学系PLの光軸近傍で直交2軸方向についての結像面のずれ(フォーカスの異方性)、すなわち「センターアス」が発生する。なお、X軸ダイポール照明条件下では、フォーカスの異方性は、投影光学系PLの光軸近傍以外の場所でも同様に生じる。 As a result, the diffracted light generated from the V pattern VP and distributed in the non-scanning direction passes through the surface of the projection optical system PL where the curvature change is relatively gentle, and passes through a predetermined imaging plane (V pattern best focus shown in FIG. 10). Image). On the other hand, the diffracted light generated from the H pattern HP and distributed in the scanning direction passes through a surface having a relatively large curvature change of the projection optical system PL and passes through a predetermined image plane (the H pattern best focus surface shown in FIG. 10). ). As a result, a deviation occurs between the V pattern best focus surface and the H pattern best focus surface. In this way, under the X-axis dipole illumination condition, an imaging plane shift (focus anisotropy) in the orthogonal biaxial direction occurs in the vicinity of the optical axis of the projection optical system PL, that is, “center ass”. Note that, under the X-axis dipole illumination condition, the focus anisotropy similarly occurs in places other than the vicinity of the optical axis of the projection optical system PL.
上述の複合パターンCPを、パターン面のフーリエ変換相当面(照明光学系の瞳面)においてスキャン方向であるY軸方向に対応する方向に関して照明系の光軸IX(投影光学系の光軸AXに一致)からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成されるY軸ダイポール照明条件の下で、ウエハ上に投影する場合には、投影光学系の瞳面近傍の前述のレンズ(30c,30d,30g)上に図5に示されるような光量分布が生じる。この図において斜線部が、照明光ILの照射領域を示す。 The above-described composite pattern CP is converted into the optical axis IX of the illumination system (to the optical axis AX of the projection optical system) with respect to the direction corresponding to the Y-axis direction that is the scan direction on the Fourier transform equivalent plane (pupil plane of the illumination optical system) of the pattern surface. When projecting onto a wafer under a Y-axis dipole illumination condition in which a light quantity distribution having a maximum value is formed at two positions that are decentered by substantially the same distance from the coincidence), the above-mentioned near the pupil plane of the projection optical system A light amount distribution as shown in FIG. 5 is generated on the lenses (30c, 30d, 30g). In this figure, the shaded area indicates the irradiation area of the illumination light IL.
このY軸ダイポール照明条件下では、投影光学系PL(の瞳面の近傍)には、照明光の吸収によって図7に示されるような回転非対称の温度分布を生じる。 Under this Y-axis dipole illumination condition, a rotationally asymmetric temperature distribution as shown in FIG. 7 is generated in the projection optical system PL (in the vicinity of the pupil plane) by absorption of illumination light.
このとき、投影光学系PLの瞳面近傍のレンズ、例えばレンズ30cは、A−A線断面が図9のような形状となり、B−B線断面が図8のような形状となるように、熱変形する。その他のレンズ30d,30g等も同様に熱変形する。この場合も、投影光学系PLの全体を一枚の大きなレンズとみなした場合に、この投影光学系PLは、上記と同様に熱変形するものと考えて差し支えない。
At this time, the lens in the vicinity of the pupil plane of the projection optical system PL, for example, the
この結果、Y軸ダイポール照明条件下では、Vパターンベストフォーカス面とHパターンベストフォーカス面とが、図10に示されるのと反対の位置関係になるようなセンターアスが、投影光学系PLに生じる。なお、Y軸ダイポール照明条件下では、フォーカスの異方性は、投影光学系PLの光軸近傍以外の場所でも同様に生じる。 As a result, under the Y-axis dipole illumination condition, a center ass in which the V pattern best focus plane and the H pattern best focus plane are in the opposite positional relationship as shown in FIG. 10 occurs in the projection optical system PL. . Note that, under the Y-axis dipole illumination condition, the focus anisotropy occurs similarly in a place other than the vicinity of the optical axis of the projection optical system PL.
本実施形態では、前述した走査露光に際して、露光対象のパターンに応じて、主制御装置21により、回折光学ユニット2A及びズーム光学系2B(成形光学系)を用いて照明条件の設定が行われる。このとき、主制御装置21は、投影光学系PLを構成するレンズ(30c,30d,30g)に対する照明光ILの光量分布を算出し、その算出された照明光ILの光量分布によってレンズ(30c,30d,30g)に生じるであろう熱の偏在状態を予測し、その予測結果に対応して、複数のファイバFB1〜FBnのうちから適宜ファイバを選択し、その選択したファイバから赤外線をレンズ(30c,30d,30g)に照射する(図3参照)。
In the present embodiment, during the scanning exposure described above, the illumination conditions are set by the
一例として、照明条件としてX軸ダイポール照明条件が設定され、レンズ(30c,30d,30g)が、図3に示されるような発熱状態(温度分布)となることが予測される場合には、ファイバFBm,FBn以外のファイバから赤外線を照射するようにすることで、投影光学系PLの発熱状態を回転対称な形状に近づける。この結果、投影光学系PLを構成する各レンズが回転対称な変形をし、センターアスなどの異方性の結像性能が補正され、この補正後に、前述した結像特性補正機構を用いて回転対称な結像特性を補正して良好な状態で、レチクルRのパターンの転写が行われる。 As an example, when the X-axis dipole illumination condition is set as the illumination condition and the lens (30c, 30d, 30g) is predicted to be in a heat generation state (temperature distribution) as shown in FIG. By irradiating infrared rays from fibers other than FB m and FB n , the heat generation state of the projection optical system PL is brought close to a rotationally symmetric shape. As a result, each lens constituting the projection optical system PL undergoes rotationally symmetric deformation, and the anisotropic imaging performance such as the center ass is corrected. After this correction, the lens is rotated using the imaging characteristic correction mechanism described above. The pattern of the reticle R is transferred in a good state by correcting the symmetrical imaging characteristics.
以上説明したように、本実施形態の露光装置100によると、パターンが形成されレチクルRのパターン面に対するフーリエ変換相当面(例えば、照明系の瞳面又は投影光学系の瞳面など)における光量分布が光軸に関して回転非対称となり、投影光学系PLを構成するレンズが照明光ILの照射により局所的に(不均一に)加熱される照明条件の下では、上述の如く、照明光ILが照射されないレンズの残りの部分に赤外線照射機構により赤外線を照射して加熱することで、結果的にレンズの温度分布をほぼ均一にすることが可能となる。これにより、レンズの不均一な温度分布によって生じる投影光学系PLの補正が困難な回転非対称な収差、例えばセンターアスの発生を抑制することができる。換言すれば、センターアスの発生後に上記のレンズの加熱を実行すればそのセンターアスが補正される。このため、パターン面に対するフーリエ変換相当面における光量分布が光軸に関して回転非対称となる照明条件、例えばダイポール照明条件などに起因して投影光学系に発生するセンターアスが補正され、その補正された投影光学系PLを介してパターンがウエハ上に転写される。従って、照明条件に起因して生じる投影光学系のセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することが可能となる。
As described above, according to the
この場合、赤外線照射機構によるレンズの加熱は、露光中にも行うことができるので、投影光学系の回転非対称な収差の発生をより確実に抑制することが可能となる。従って、投影光学系の結像特性を良好に維持して露光を行うことにより、高精度な露光を実現することが可能となる。 In this case, since the heating of the lens by the infrared irradiation mechanism can be performed even during the exposure, the occurrence of rotationally asymmetric aberration of the projection optical system can be more reliably suppressed. Therefore, it is possible to realize highly accurate exposure by performing exposure while maintaining good imaging characteristics of the projection optical system.
また、赤外線によるレンズの加熱は、接触式の加熱機構(熱源)による加熱や接触式の冷却機構による冷却と異なり、レンズヘの接触がないため、加熱又は冷却機構の接触が原因で、レンズを歪ませるおそれがなく、また、送風による冷却を行なう場合のように、レンズに振動を生じてしまうおそれもない。 In addition, heating of a lens with infrared rays differs from heating with a contact-type heating mechanism (heat source) or cooling with a contact-type cooling mechanism, so there is no contact with the lens, so the lens is distorted due to contact with the heating or cooling mechanism. There is no possibility that the lens will vibrate, and there is no possibility that the lens will vibrate as in the case of cooling by air blowing.
なお、上記第1の実施形態では、上述したレンズの歪みの抑制、振動の抑制などの観点から赤外線照射機構によりレンズの加熱を行うものとしたが、これに限らず上記赤外線照射機構と同様にレンズの温度調整(部分的な加熱又は冷却など)が可能なものであれば、他の温度調整機構(加熱機構又は冷却機構など)を用いても良い。例えば、ヒートシンクと熱源との組み合わせなどの接触式の加熱機構による加熱、ペルチェ素子などを用いた接触式の冷却機構を用いた冷却、あるいは温度調整された気体の送風による加熱又は冷却、又はこれらの任意の組み合わせなどを採用することとしても良い。 In the first embodiment, the lens is heated by the infrared irradiation mechanism from the viewpoints of suppressing the distortion of the lens and suppressing the vibration. However, the present invention is not limited to this. Other temperature adjustment mechanisms (such as a heating mechanism or a cooling mechanism) may be used as long as the temperature of the lens can be adjusted (partial heating or cooling). For example, heating by a contact-type heating mechanism such as a combination of a heat sink and a heat source, cooling by a contact-type cooling mechanism using a Peltier element, or heating or cooling by blowing a temperature-adjusted gas, or these Arbitrary combinations and the like may be adopted.
《第2の実施形態》
次に、本発明の第2の実施形態を図12〜図16に基づいて説明する。ここで、前述した第1の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるとともにその説明を省略するものとする。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as in the first embodiment described above, and descriptions thereof are omitted.
この第2の実施形態に係る露光装置は、レチクルの搬送経路中にレチクルRに付されたバーコードを読み取る不図示のバーコードリーダが設けられている点、及び前述した赤外線照射機構が設けられていない点を除き、前述の露光装置100と同様に構成されている。
The exposure apparatus according to the second embodiment is provided with a barcode reader (not shown) that reads a barcode attached to the reticle R in the reticle conveyance path, and the infrared irradiation mechanism described above. Except for this point, it is configured in the same manner as the
ところで、前述したVパターンベストフォーカス面、Hパターンベストフォーカス面は、例えば図12に示されるように、照明光ILの照射時間の経過とともに変動する。そこで、本第2の実施形態では、上述したX軸ダイポール照明条件下、Y軸ダイポール照明条件下それぞれにおける、Vパターンベストフォーカス面、Hパターンベストフォーカス面が予め求められ、メモリに記憶されている。 By the way, the V pattern best focus plane and the H pattern best focus plane described above vary as the irradiation time of the illumination light IL elapses, for example, as shown in FIG. Therefore, in the second embodiment, the V pattern best focus surface and the H pattern best focus surface under the X-axis dipole illumination condition and the Y-axis dipole illumination condition described above are obtained in advance and stored in the memory. .
次に、本第2の実施形態における露光シーケンスについて簡単に説明する。 Next, an exposure sequence in the second embodiment will be briefly described.
不図示のレチクルローダを介して、レチクルステージRST上にレチクルRがロードされるが、該レチクルRの搬送中に不図示のバーコードリーダによりレチクルRに付されたバーコードが読み取られ、このバーコードリーダで読み取られた情報が主制御装置21に送られる。
The reticle R is loaded onto the reticle stage RST via a reticle loader (not shown), and a barcode attached to the reticle R is read by a barcode reader (not shown) while the reticle R is being transferred. Information read by the code reader is sent to the
主制御装置21は、その情報に基づいて、そのレチクルRに形成されているパターンの情報を得、このパターンの種類の応じてそのパターンの転写に適した照明条件を、照明系内の回折光学ユニット2A,ズーム光学系2Bを用いて前述のようにして設定する。
Based on the information,
例えば、ロードされたレチクルRのパターン面に形成されたパターンが、前述のVパターン主として含む場合(VパターンのHパターンに対する比率が高い場合、又はVパターンのみが含まれる場合)、主制御装置21は、照明条件として前述のX軸ダイポール照明条件を設定する。
For example, when the pattern formed on the pattern surface of the loaded reticle R mainly includes the aforementioned V pattern (when the ratio of the V pattern to the H pattern is high, or when only the V pattern is included), the
また、例えば、ロードされたレチクルRのパターン面に形成されたパターンが、前述のHパターン主として含む場合(HパターンのVパターンに対する比率が高い場合、又はHパターンのみが含まれる場合)、主制御装置21は、照明条件として前述のY軸ダイポール照明条件を設定する。
Further, for example, when the pattern formed on the pattern surface of the loaded reticle R mainly includes the H pattern described above (when the ratio of the H pattern to the V pattern is high or only the H pattern is included), the main control is performed. The
そして、設定された照明条件の下、基本的には、前述した第1の実施形態と同様の手順で、そのレチクルRのパターンがステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の各ショット領域にそれぞれ転写される。この際、前述の走査露光中に、ウエハAF系19、レチクルAF系12の検出信号に基づいて、レチクルRのパターン面とウエハW表面とが投影光学系PLに関して共役となるように主制御装置21によりウエハ駆動装置42を介してウエハステージWSTがZ軸方向に駆動制御され、フォーカス補正が行われるが、このときレチクルR上のパターンに応じ、メモリ内に記憶されている、前述のVパターンベストフォーカス面、あるいはHパターンベストフォーカス面を目標に、フォーカスが補正される。すなわち、本第2の実施形態に係る露光装置では、各プロセスで必要とされるパターンの周期方向(Vパターン、Hパターンのいずれを多く含むか)に応じて適切な照明条件及びその主体と成るパターンの周期方向に着目して投影光学系PLの光軸方向に関するウエハWの位置が調整される。
Then, under the set illumination conditions, basically, the reticle R pattern is applied to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method in the same procedure as in the first embodiment described above. Transcribed. At this time, during the above-described scanning exposure, based on the detection signals of the wafer AF system 19 and the reticle AF system 12, the main controller controls so that the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W are conjugate with respect to the projection optical system PL. The wafer stage WST is driven and controlled in the Z-axis direction by the
以上説明したように、本第2の実施形態によると、例えば、投影光学系PLの光軸に直交する面内のX軸方向を周期方向とするパターン(Vパターン)を主として含むパターン(X軸方向を周期方向とするパターン(Vパターン)のみから成るパターンを含む)を転写する際、Vパターンのベストフォーカス位置にウエハW表面が一致するようにウエハWのZ位置が調整される。また、例えば投影光学系PLの光軸に直交する面内のY軸方向を周期方向とするパターンを主として含むパターン(Y軸方向を周期方向とするパターン(Hパターン)のみから成るパターンを含む)を転写する際、Hパターンのベストフォーカス位置にウエハW表面が一致するようにウエハWのZ位置が調整される。 As described above, according to the second embodiment, for example, a pattern (X axis) mainly including a pattern (V pattern) whose periodic direction is the X axis direction in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL. (Including a pattern composed only of a pattern (V pattern) whose direction is a periodic direction) is transferred, the Z position of the wafer W is adjusted so that the surface of the wafer W coincides with the best focus position of the V pattern. Further, for example, a pattern mainly including a pattern whose periodic direction is the Y-axis direction in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system PL (including a pattern consisting only of a pattern whose periodic direction is the Y-axis direction (H pattern)). Is transferred, the Z position of the wafer W is adjusted so that the surface of the wafer W coincides with the best focus position of the H pattern.
そして、上記のようにしてZ位置が調整されたウエハW上に上記の照明条件下でパターンが転写される。 Then, the pattern is transferred under the above illumination conditions onto the wafer W whose Z position has been adjusted as described above.
従って、本第2の実施形態では、対象とする周期方向のパターンにのみフォーカスに合わせることにより、対象となるパターンをベストフォーカスで露光することが可能となり、照明条件に起因して生じる投影光学系のセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができる。 Therefore, in the second embodiment, it is possible to expose the target pattern with the best focus by focusing only on the pattern in the target periodic direction, and the projection optical system generated due to the illumination condition It is possible to reduce the influence of the center ass and realize high-precision exposure.
この場合、図12からもわかるように、Vパターン、Hパターンのいずれのパターンの転写の際にも、V、Hパターンの平均フォーカス面にフォーカスを合わせると、フォーカスずれが生じるが、本第2の実施形態の露光方法では、このようなフォーカスずれの発生を効果的に抑制することができる。 In this case, as can be seen from FIG. 12, when transferring either the V pattern or the H pattern, when the focus is adjusted to the average focus surface of the V and H patterns, a focus shift occurs. In the exposure method of this embodiment, occurrence of such a focus shift can be effectively suppressed.
次に、本第2の実施形態に係る露光装置を用いて、第1の照明条件としてのX軸ダイポール照明条件の下で第1パターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ上に転写する工程と、第2の照明条件としてのY軸ダイポール照明条件の下で第2パターンをステップ・アンド・スキャン方式でウエハ上に転写する工程とを、1ロットのウエハ毎に交互に行う場合を考える。この場合、第1パターンは、X軸ダイポール照明条件に応じた方向(X軸方向)を周期方向とする周期パターン(Vパターン)を主として含むパターンであり、第2パターンは、Y軸ダイポール照明条件に応じた方向(Y軸方向)を周期方向とする周期パターン(Hパターン)を主として含むパターンであるものとする。 Next, using the exposure apparatus according to the second embodiment, a step of transferring the first pattern onto the wafer by the step-and-scan method under the X-axis dipole illumination condition as the first illumination condition; Consider a case where the process of transferring the second pattern onto the wafer by the step-and-scan method under the Y-axis dipole illumination condition as the second illumination condition is alternately performed for each lot of wafers. In this case, the first pattern is a pattern mainly including a periodic pattern (V pattern) having a direction corresponding to the X-axis dipole illumination condition (X-axis direction) as a periodic direction, and the second pattern is a Y-axis dipole illumination condition. It is assumed that the pattern mainly includes a periodic pattern (H pattern) having a direction corresponding to (Y-axis direction) as a periodic direction.
このようなX軸ダイポール照明条件下、Y軸ダイポール照明条件下での交互の露光により、投影光学系PLは図13のような温度部分布となる。この図13に示されるように1枚の大きなレンズとみなされた投影光学系PLのA−A線断面は、図14に示されるように、照明光吸収後に熱変形し、投影光学系PLのB−B線断面は、図15に示されるように熱変形する。この場合、先に説明した図8及び図9同士と比べて、図13の走査方向であるA−A軸断面、非走査方向であるB−B軸断面同士の形状が似ている。 Due to such alternate exposure under the X-axis dipole illumination condition and the Y-axis dipole illumination condition, the projection optical system PL has a temperature distribution as shown in FIG. As shown in FIG. 13, the AA line cross section of the projection optical system PL regarded as one large lens is thermally deformed after the illumination light is absorbed as shown in FIG. The cross section taken along the line BB is thermally deformed as shown in FIG. In this case, as compared with FIGS. 8 and 9 described above, the shapes of the AA axis cross section which is the scanning direction and the BB axis cross section which is the non-scanning direction of FIG. 13 are similar.
すなわち、X軸ダイポール照明条件の下で第1パターンを転写する工程と、Y軸ダイポール照明条件の下で第2パターンを転写する工程とを、交互に繰り返すことにより、異方性の結像特性(例えばセンターアス)が投影光学系に生じるようなX軸ダイポール照明条件下で第1パターンがウエハ上に転写され、次いでそのX軸ダイポール照明条件下で投影光学系に生じる異方性の結像特性(例えばセンターアス)を緩和するような結像特性が投影光学系に生じるようなY軸ダイポール照明条件の下で第2パターンがウエハ上に転写される。 In other words, anisotropic imaging characteristics are obtained by alternately repeating the process of transferring the first pattern under the X-axis dipole illumination condition and the process of transferring the second pattern under the Y-axis dipole illumination condition. The first pattern is transferred onto the wafer under X-axis dipole illumination conditions such that (for example, center ass) occurs in the projection optical system, and then anisotropic imaging that occurs in the projection optical system under the X-axis dipole illumination conditions The second pattern is transferred onto the wafer under a Y-axis dipole illumination condition in which an imaging characteristic that relaxes the characteristic (for example, center ass) occurs in the projection optical system.
このため、第2パターンは、異方性の結像特性(例えばセンターアス)が緩和された状態でウエハ上に転写されることとなり、少なくとも第2パターンの転写に際しては、照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性、例えばセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができる。 For this reason, the second pattern is transferred onto the wafer in a state where anisotropic imaging characteristics (for example, center ass) are relaxed, and at least the second pattern is transferred due to illumination conditions. The anisotropic imaging characteristics of the resulting projection optical system, for example, the influence of center ass can be reduced, and high-accuracy exposure can be realized.
図16には、この場合の投影光学系PLに発生するセンターアスの変化の様子が、横軸を時間軸として示されている。この図16から明らかなように、第1パターン(Vパターンを主体とする)をX軸ダイポール照明条件下で露光し続ける場合(図16に点線にて示される状態)と、上記方法を用いた場合とで、投影光学系に発生するセンターアスの最大量を見てみると、前者がbで、後者がa(<b)である。従って、上述のX軸ダイポール照明条件下、Y軸ダイポール照明条件下での交互の露光を行うことにより、センターアスを低減することができ、高精度な露光を実現することが可能となる。勿論、この場合も、第1パターン、第2パターンの転写時のいずれのときにも、それぞれのパターンをベストフォーカスで露光することは言うまでもない。 In FIG. 16, the state of the center ass occurring in the projection optical system PL in this case is shown with the horizontal axis as the time axis. As is clear from FIG. 16, when the first pattern (mainly V pattern) is continuously exposed under X-axis dipole illumination conditions (state shown by a dotted line in FIG. 16), the above method was used. When the maximum amount of center ass occurring in the projection optical system is seen, the former is b and the latter is a (<b). Therefore, by performing alternate exposure under the above-described X-axis dipole illumination condition and Y-axis dipole illumination condition, it is possible to reduce center ass and to realize highly accurate exposure. Of course, also in this case, it goes without saying that the pattern is exposed with the best focus at any time during the transfer of the first pattern and the second pattern.
なお、ロット間(及びレチクル交換の間)は、照明光の照射が行われないので、センターアスが僅かながら軽減することが、図16からわかる。 In addition, since irradiation of illumination light is not performed between lots (and during reticle exchange), it can be seen from FIG.
なお、上記の説明では、X軸ダイポール照明条件の下で第1パターンを転写する工程と、Y軸ダイポール照明条件の下で第2パターンを転写する工程とを、交互に繰り返すものとしたが、これに限らず、異方性の結像特性が投影光学系に生じるような所定の照明条件下であるパターンを感光物体上に転写し、前記照明条件下で投影光学系に生じる異方性の結像特性を緩和するような結像特性が投影光学系に生じるような別の照明条件下で別のパターンを感光物体上に転写するようにしても良い。 In the above description, the step of transferring the first pattern under the X-axis dipole illumination condition and the step of transferring the second pattern under the Y-axis dipole illumination condition are alternately repeated. However, the present invention is not limited to this, and a pattern under a predetermined illumination condition that causes anisotropic imaging characteristics to occur in the projection optical system is transferred onto the photosensitive object, and the anisotropy generated in the projection optical system under the illumination condition is transferred. Another pattern may be transferred onto the photosensitive object under different illumination conditions that cause the imaging characteristic to relax the imaging characteristic in the projection optical system.
この場合、各パターンは、異方性の結像特性が緩和された状態で感光物体上に転写されることとなり、照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性、例えばセンターアスの影響を低減し、高精度な露光を実現することができる。 In this case, each pattern is transferred onto the photosensitive object in a state where the anisotropic imaging characteristics are relaxed, and the anisotropic imaging characteristics of the projection optical system caused by illumination conditions, for example, It is possible to reduce the influence of center ass and realize high-precision exposure.
なお、照明条件や転写対象のパターンの組み合わせによっては、1回の露光工程で転写すべきパターンを要求される精度で転写できない場合があり、その場合に、1枚のウエハに対して、所定の照明条件による所定のレチクルの露光を終了した後に、レチクルを交換し、また必要に応じて照明条件を変更して、上記のウエハ上に別のパターンを露光(二重露光)して、所望のパターンを形成する場合がある。この二重露光において、上記のX軸ダイポール照明条件の下で第1パターンを転写する工程と、Y軸ダイポール照明条件の下で第2パターンを転写する工程とを交互に繰り返す方法を採用することができる場合があり、このような場合に前述した照明条件に起因して生じる投影光学系の異方性の結像特性(例えばセンターアス)の影響を低減した状態での二重露光が可能となり、より一層効果的である。また、二重露光に限らず、スティッチング露光においても適用することができる。 Depending on the combination of illumination conditions and the pattern to be transferred, the pattern to be transferred in one exposure process may not be transferred with the required accuracy. After completing exposure of a predetermined reticle under illumination conditions, the reticle is exchanged, and the illumination conditions are changed as necessary to expose another pattern on the wafer (double exposure), and then to the desired A pattern may be formed. In this double exposure, a method of alternately repeating the step of transferring the first pattern under the X-axis dipole illumination condition and the step of transferring the second pattern under the Y-axis dipole illumination condition is adopted. In such a case, double exposure is possible in a state where the influence of the anisotropic imaging characteristics (for example, center ass) of the projection optical system caused by the illumination conditions described above is reduced. Is even more effective. Further, the present invention can be applied not only to double exposure but also to stitching exposure.
なお、上記と同様の効果を得るために、以下のような構成を採用することもできる。 In order to obtain the same effect as described above, the following configuration may be employed.
すなわち、同一のレチクルパターンを連続して複数枚のウエハに転写する場合であっても、所定枚数のウエハの露光の終了する毎に、レチクルローダ及びウエハローダを介して、レチクル及びウエハの載置方向を水平面内(XY面内)で90°回転するとともに、主制御装置21の指示の下、照明条件も照明領域が水平面内で光軸を中心として90°回転するように設定する。このようにすることで、投影光学系PLのレンズは、図13と同様の熱分布となるので、非回転対称な収差の発生及びセンターアスの発生が極力低減され、上記第2の実施形態と同等の効果を得ることが可能となる。
That is, even when the same reticle pattern is continuously transferred to a plurality of wafers, each time a predetermined number of wafers are exposed, the reticle and wafer placement directions are passed through the reticle loader and wafer loader. Is rotated 90 ° in the horizontal plane (in the XY plane), and under the instruction of the
この場合、ウエハステージWSTとレチクルステージRSTの走査方向も変更(具体的にはY軸方向からX軸方向に変更)する必要があるが、レチクルステージRSTを2次元方向に移動可能な構成とし、レチクルブラインド7もZ軸方向に開閉自在とするとともに、X軸方向にも開閉自在とすることで実現可能である。この場合、所定枚数のウエハ毎に限らず、ウエハ1枚ごとに走査方向を90°回転した状態で露光することとしても良い。 In this case, the scanning direction of wafer stage WST and reticle stage RST also needs to be changed (specifically, changed from the Y-axis direction to the X-axis direction), but reticle stage RST is configured to be movable in a two-dimensional direction. The reticle blind 7 can also be opened and closed in the Z-axis direction and can also be opened and closed in the X-axis direction. In this case, the exposure may be performed not only for a predetermined number of wafers but also for each wafer with the scanning direction rotated by 90 °.
なお、同一のレチクルパターンを連続して複数枚のウエハに転写する場合に、所定枚数のウエハの露光の終了する毎に、投影光学系PLをその光軸を中心として90°回転させるだけでも良い。このようにしても、上記第2の実施形態と同等の効果を得ることが可能である。 When the same reticle pattern is continuously transferred to a plurality of wafers, the projection optical system PL may be rotated only 90 ° about the optical axis every time exposure of a predetermined number of wafers is completed. . Even if it does in this way, it is possible to acquire the effect equivalent to the said 2nd Embodiment.
また、上記各実施形態では、投影光学系として屈折系を用いるものとしたが、本発明がこれに限られるものではなく、屈折光学素子と反射光学素子(凹面鏡やビームスプリッタ等)とを組み合わせたいわゆるカタディオプトリック系(反射屈折系)の場合、パターンを照明する照明領域がその光軸から偏心する場合が多いが、前述した異方性の結像特性(例えばセンターアス)の補正に加えて、照明領域の偏心に起因するディストーション又はコマ収差、すなわち投影光学系の波面収差をツェルニケ多項式を用いて級数展開した複数のツェルニケ項のうちの1θ成分項を合わせて補正することが望ましい。この場合、前述の結像特性補正機構を用いてディストーション又はコマ収差を補正すれば良い。 In each of the above embodiments, a refractive system is used as the projection optical system. However, the present invention is not limited to this, and a refractive optical element and a reflective optical element (such as a concave mirror or a beam splitter) are combined. In the case of the so-called catadioptric system (catadioptric system), the illumination area that illuminates the pattern is often decentered from the optical axis, but in addition to the correction of the anisotropic imaging characteristics (for example, center as described above) It is desirable to correct the distortion or coma aberration caused by the decentering of the illumination area, that is, the wavefront aberration of the projection optical system by combining the 1θ component terms of a plurality of Zernike terms that are series-expanded using a Zernike polynomial. In this case, distortion or coma may be corrected using the above-described imaging characteristic correction mechanism.
また、投影光学系として反射屈折系を用いる場合に、その投影光学系内に反射屈折の経路を2つ設ける(光軸の両側にミラーを配置する)こととし、所定時間経過ごとに2つの経路を切り換えて用いることとしても良い。 Further, when a catadioptric system is used as the projection optical system, two catadioptric paths are provided in the projection optical system (mirrors are arranged on both sides of the optical axis), and two paths each time a predetermined time elapses. It is good also as switching and using.
また、上記各実施形態において、特許文献1に記載されるように、結像特性の初期調整により、非走査方向に細長い照明領域に起因して生じる異方性の結像特性を併せて補正することとしても良い。
In each of the above-described embodiments, as described in
なお、上記各実施形態では、露光用の照明光ILとして、F2レーザ光、ArFエキシマレーザ光、KrFエキシマレーザ光などを用いるものとしたが、これに限らず、他の真空紫外光、例えばKr2レーザ光、Ar2レーザ光は勿論、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線(g線、i線など)を用いることも可能である。例えば、真空紫外光として、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(Er)(又はエルビウムとイッテルビウム(Yb)の両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。 In each of the above embodiments, F 2 laser light, ArF excimer laser light, KrF excimer laser light, or the like is used as the illumination light IL for exposure. However, the present invention is not limited to this, and other vacuum ultraviolet light, for example, In addition to Kr 2 laser light and Ar 2 laser light, ultraviolet bright lines (g-line, i-line, etc.) from an ultra-high pressure mercury lamp can be used. For example, as a vacuum ultraviolet light, an infrared or visible single wavelength laser light oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser is doped with, for example, erbium (Er) (or both erbium and ytterbium (Yb)). Alternatively, harmonics amplified with a fiber amplifier and converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
なお、上記各実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置にも本発明は好適に適用できる。この他、例えば国際公開WO99/49504号などに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。液浸型露光装置は、反射屈折型の投影光学系を用いる走査露光方式でも良いし、あるいは投影倍率が1/8の投影光学系を用いる静止露光方式でも良い。後者の液浸型露光装置では、基板上に大きなパターンを形成するために、ステップ・アンド・スティッチ方式を採用することが好ましい。 In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a scanning exposure apparatus such as a step-and-scan method has been described, but the scope of the present invention is of course not limited thereto. That is, the present invention can be suitably applied to a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus. In addition, the present invention may be applied to an immersion type exposure apparatus that is disclosed in, for example, International Publication No. WO99 / 49504 and the like and is filled with a liquid between the projection optical system PL and the wafer. The immersion exposure apparatus may be a scanning exposure system using a catadioptric projection optical system, or a static exposure system using a projection optical system with a projection magnification of 1/8. In the latter immersion type exposure apparatus, it is preferable to adopt a step-and-stitch method in order to form a large pattern on the substrate.
なお、複数のレンズから構成される照明ユニット、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるウエハステージ(スキャン型の場合はレチクルステージも)を露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより、上記各実施形態の露光装置等の本発明に係る露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 In addition, an illumination unit composed of a plurality of lenses and a projection optical system are incorporated into the exposure apparatus main body, optical adjustment is performed, and a wafer stage (including a reticle stage in the case of a scanning type) consisting of a large number of machine parts is exposed The exposure apparatus according to the present invention, such as the exposure apparatus of each of the above-described embodiments, can be manufactured by connecting the wiring and pipes to each other and performing overall adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
なお、本発明は、半導体製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子(CCDなど)、マイクロマシン、有機EL、DNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のX線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマスク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。 The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element. An exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate and a device used for manufacturing a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used for manufacturing an imaging device (CCD or the like), micromachine, organic EL, DNA chip, and the like. Further, in order to manufacture reticles or masks used in not only microdevices such as semiconductor elements but also light exposure apparatuses, EUV exposure apparatuses, X-ray exposure apparatuses, electron beam exposure apparatuses, etc., glass substrates or silicon wafers, etc. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, meteorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
<Device manufacturing method>
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus in a lithography process will be described.
図17には、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図17に示されるように、まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。 FIG. 17 shows a flowchart of a manufacturing example of a device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 17, first, in step 201 (design step), device function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step 202 (mask manufacturing step), a mask on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step 203 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
次に、ステップ204(ウエハ処理ステップ)において、ステップ201〜ステップ203で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステップ)において、ステップ204で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
Next, in step 204 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in
最後に、ステップ206(検査ステップ)において、ステップ205で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
Finally, in step 206 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and durability test of the device created in
図18には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図18において、ステップ211(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
FIG. 18 shows a detailed flow example of
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ215(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステップ)において、上で説明した露光装置及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ217(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、ステップ218(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。 At each stage of the wafer process, when the above pre-process is completed, the post-process is executed as follows. In this post-processing process, first, in step 215 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 216 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the exposure apparatus and exposure method described above. Next, in step 217 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 218 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. In step 219 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.
これらの前処理工程と後処理工程と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が形成される。 By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上記各実施形態に係る露光装置及び露光方法が用いられるので、精度良くレチクルのパターンをウエハ上に転写することができる。この結果、高集積度のデバイス(マイクロデバイス)の生産性(歩留まりを含む)を向上させることが可能になる。 If the device manufacturing method of this embodiment described above is used, the exposure apparatus and the exposure method according to each of the above embodiments are used in the exposure step (step 216), so that the reticle pattern can be accurately transferred onto the wafer. it can. As a result, the productivity (including yield) of a highly integrated device (microdevice) can be improved.
以上説明したように、本発明の露光方法は、照明光によりマスクを照明し、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するのに適している。 As described above, the exposure method of the present invention is suitable for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern formed on the mask onto a photosensitive object via a projection optical system. The device manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing electronic devices (microdevices) such as semiconductor elements and liquid crystal display elements.
IL…照明光、R…レチクル(マスク)、PL…投影光学系、W…ウエハ(感光物体)。
IL: illumination light, R: reticle (mask), PL: projection optical system, W: wafer (photosensitive object).
Claims (14)
前記パターンが形成された前記マスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面における光量分布が光軸に関して回転非対称となる照明条件の下で前記投影光学系に発生するセンターアスを補正する工程を含む露光方法。 An exposure method for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern formed on the mask onto a photosensitive object via a projection optical system,
An exposure method comprising a step of correcting a center spot generated in the projection optical system under an illumination condition in which a light amount distribution on a plane corresponding to a Fourier transform with respect to a pattern surface of the mask on which the pattern is formed is rotationally asymmetric with respect to an optical axis.
異方性の結像特性が前記投影光学系に生じるような所定の第1の照明条件下で第1パターンを感光物体上に転写する第1転写工程と;
前記第1の照明条件下で前記投影光学系に生じる異方性の結像特性を緩和するような結像特性が前記投影光学系に生じるような第2の照明条件下で第2パターンを感光物体上に転写する第2転写工程と;を含む露光方法。 An exposure method for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern formed on the mask onto a photosensitive object via a projection optical system,
A first transfer step of transferring a first pattern onto a photosensitive object under predetermined first illumination conditions such that anisotropic imaging characteristics occur in the projection optical system;
The second pattern is exposed under the second illumination condition in which an imaging characteristic that relaxes the anisotropic imaging characteristic generated in the projection optical system under the first illumination condition is generated in the projection optical system. A second transfer step of transferring onto the object.
前記第2の照明条件は、前記第2パターンが形成されたマスクのパターン面に対するフーリエ変換相当面に第1軸方向に直交する第2軸方向に関して光軸からほぼ同一距離だけ偏心した2つの位置で極大値を有する光量分布が形成される第2のダイポール照明条件であることを特徴とする請求項3に記載の露光方法。 The first illumination condition is a light quantity distribution having a maximum value at two positions decentered by substantially the same distance from the optical axis in the first axis direction on a plane corresponding to a Fourier transform with respect to a pattern surface of the mask on which the first pattern is formed. Is a first dipole illumination condition in which is formed,
The second illumination condition includes two positions that are decentered from the optical axis by substantially the same distance with respect to a second axis direction orthogonal to the first axis direction on a plane corresponding to a Fourier transform with respect to a pattern surface of the mask on which the second pattern is formed. The exposure method according to claim 3, wherein the exposure condition is a second dipole illumination condition in which a light quantity distribution having a maximum value is formed.
前記第2パターンは、前記第2の照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンを主として含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の露光方法。 The first pattern mainly includes a periodic pattern whose periodic direction is a direction according to the first illumination condition,
5. The exposure method according to claim 3, wherein the second pattern mainly includes a periodic pattern having a direction corresponding to the second illumination condition as a periodic direction. 6.
前記第2転写工程では、前記第2パターンを走査露光方式で感光物体上に転写することを特徴とする請求項3〜7のいずれか一項に記載の露光方法。 In the first transfer step, the first pattern is transferred onto a photosensitive object by a scanning exposure method,
The exposure method according to any one of claims 3 to 7, wherein, in the second transfer step, the second pattern is transferred onto a photosensitive object by a scanning exposure method.
前記第1転写工程と前記第2転写工程との少なくとも一方で、前記照明領域の偏心に起因する、前記投影光学系の波面収差をツェルニケ多項式を用いて級数展開した複数のツェルニケ項のうちの1θ成分項を考慮した露光が行われることを特徴とする請求項8又は9に記載の露光方法。 The projection optical system is a catadioptric system in which an illumination area that illuminates the pattern is decentered from the optical axis,
At least one of the first transfer step and the second transfer step, 1θ of a plurality of Zernike terms in which the wavefront aberration of the projection optical system due to the eccentricity of the illumination area is series-expanded using a Zernike polynomial. 10. The exposure method according to claim 8, wherein exposure is performed in consideration of component terms.
センターアスが前記投影光学系に生じるような所定の照明条件下で前記パターンの転写を行うに際し、前記照明条件に応じた方向を周期方向とする周期パターンに着目して前記投影光学系の光軸方向に関する前記感光物体の位置を調整する調整工程と;
前記光軸方向の位置が調整された前記感光物体上に前記パターンを転写する転写工程と;を含む露光方法。 An exposure method for illuminating a mask with illumination light and transferring a pattern formed on the mask onto a photosensitive object via a projection optical system,
When transferring the pattern under a predetermined illumination condition such that a center ass is generated in the projection optical system, the optical axis of the projection optical system is focused on a periodic pattern having a direction corresponding to the illumination condition as a periodic direction. An adjusting step of adjusting the position of the photosensitive object with respect to a direction;
A transfer step of transferring the pattern onto the photosensitive object whose position in the optical axis direction has been adjusted.
前記リソグラフィ工程では、請求項1〜13のいずれか一項に記載の露光方法を実行することを特徴とするデバイス製造方法。
A device manufacturing method including a lithography process,
In the said lithography process, the exposure method as described in any one of Claims 1-13 is performed, The device manufacturing method characterized by the above-mentioned.
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