JP2008071791A

JP2008071791A - 照明光学系、露光装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP2008071791A
Application number: JP2006246590A
Authority: JP
Inventors: Takanori Uemura; 卓典植村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27
Also published as: KR20080024069A; TW200830359A; US8164738B2; US20080062541A1; KR100889658B1

Abstract

【課題】照明効率を低下させずに開口角および輪帯率の一方の変化を抑えつつ、もう一方を変化させ、必要な光源を高能率で形成し、半導体デバイスの生産性を向上させる照明光学系、その照明光学系を有する露光装置、その露光装置を用いるデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】ロッドインテグレータ１、プリズム群２、ズームレンズ５、ハエの目インテグレータ６、コンデンサーレンズ７、マスキング結像レンズ８、原版９、投影光学系１０、基板１１、絞り１２を有し、プリズム群２は、円錐凹屈折面3aおよび角錐凹屈折面4aから成る第１群と、円錐凸屈折面3bおよび角錐凸屈折面4bから成る第２群とから構成される照明光学系、その照明光学系を有する露光装置、その露光装置を用いるデバイス製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光学系、露光装置およびデバイス製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化に対する要求は益々高まりつつある。
解像余裕度といわれるK1係数（＝解像線幅 x 投影光学系の開口数 / 波長）も０．３５を切り、０．３以下になろうとしている。
このような要求に答える為に多くの光リソグラフィーの延命手段が考案されてきている。
いわゆるRET（Resolution Enhancement Technology）といわれる超解像技術がそれである。
その一つに露光光学系の光学特性に応じてレチクルパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えるやり方がある。
また、このようなレチクルの最適化と同等以上の効果をもたらす手段として、照明系の有効光源形状をレチクルパターンに応じて最適化する手段がある。これは一般に変形照明法と呼ばれる。
変形照明として、二重極、四重極等、複数の極を有する多重極照明が最近重要となってきている。
特に、輪帯状の分布から所望の角度部分のみを切り出した形状の多重極照明が頻繁に用いられている。
多重極照明のパラメータとして、輪帯率と開口角がよく用いられる。
輪帯率は有効光源分布の内側半径／外側半径で定義される。開口角はそれぞれの極が光軸の中心に対して形成する角度で定義される。
多重極変形照明を形成するひとつの方法として、照明系内部のインテグレータ（＝投影光学系の瞳と共役面）より光源側に凹の屈折面を有するプリズムと凸の屈折面を有するプリズムとを配し、これをズーミングする方法がある。
そのズーミングにより有効光源の輪帯率および開口角を調整できる。また、プリズムの後に、焦点距離が可変なズームレンズを配置し、インテグレータ上に形成される光強度分布を拡大縮小する。
例えば、相補的な屈折力を有する凹凸一対の第一のプリズム群の後に、相補的な屈折力を有する凹凸一対の第二のプリズム群を配置する方法が知られている（特許文献１）。
また、円錐屈折面によって輪帯状の分布を形成し、屈折面より下流に角度を規制する遮光体を配置することにより多重極照明を形成する方法もある（特許文献２）。
特開２００３−２９７７２７号公報特開２００４−６３９８８号公報

近年、デバイスメーカーの要求として、レチクルパターンに合わせて、開口角を一定に保ちつつ輪帯率を変化させる、あるいは輪帯率を一定に保ちつつ開口角を変化させることが望まれている。
従来よく用いられている円錐屈折面の下流に角度を規制する遮光体を配置し円錐屈折面をズームさせる方法によって、開口角を一定に保ちながら輪帯率を可変とすることは可能である。
しかし、この方法では遮光体による光の吸収のために光量損失が大きい。一方遮光体を用いず、屈折作用が相補的な凹凸一対の屈折面をズームさせただけでは、開口角と輪帯率がともに変化するという問題があった。
そこで、本発明は、照明効率の低下を抑制しつつ、有効光源の形状を調整可能な照明光学系を提供することを例示的な目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光を屈折させるプリズム群と、前記プリズム群から射出された光で複数の２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、前記オプティカルインテグレータから射出された光を被照明面に導く光学系と、を備える照明光学系において、前記プリズム群を調整することにより開口角と輪帯率の一方の変化を抑えつつ、他方を変化させることを特徴とすることを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明の照明光学系によれば、照明効率の低下を抑制しつつ、有効光源の形状を調整できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１の照明光学系が適用される露光装置の概略構成図である。
本発明の実施例１の照明光学系が適用される露光装置は、照明光学系、原版（レチクル）を搭載した原版ステージ（不図示）、投影光学系１０３、基板（ウエハ）１１を搭載した基板ステージ（不図示）と、を有する。
実施例１の照明光学系は、ロッドインテグレータ１、プリズム群２、ズームレンズ５、オプティカルインテグレータであるハエの目インテグレータ６を備える。
実施例１の照明光学系は、さらに、オプティカルインテグレータから射出された光で被照明面に配置された原版９を照明する光学系を有する。その光学系は、コンデンサーレンズ７およびマスキング結像レンズ８を有する。
露光装置は、投影光学系１０３、絞り１２を有する。
プリズム群２は、円錐凹屈折面3aおよび角錐凹屈折面4aから成る第１群と、円錐凸屈折面3bおよび角錐凸屈折面4bから成る第２群とから構成される。
ロッドインテグレータ１は、不図示の光源からの光をその射出面でほぼ均一な光強度分布の光とするものである。ロッドインテグレータ１は、有効光源の光強度分布のムラを抑える目的で配置される。
ロッドインテグレータ１の代わりに微小レンズ群あるいは回折光学素子を配置し、その後方にコンデンサーレンズを配置することによっても同様の効果を得ることができる。
ロッドインテグレータ１から射出する光束はプリズム群２に入射し、プリズム群２によって多重極照明が形成される。詳細については後述する。
プリズム群２により多重極照明が形成された後、光束はズームレンズ５に入射される。ズームレンズ５は、有効光源の形状は変更せず、有効光源の拡大および縮小を実行する。
次に、ハエの目インテグレータ６により複数の２次光源が形成され、コンデンサーレンズ７およびマスキング結像レンズ８を経て、原版９が重畳的に照明される。
原版９のパターンは投影光学系１０３によって基板１１に転写される。

多重極照明の形成方法を説明するために、まず相補的な屈折作用を有する凹凸一対の角錐屈折面２１，２２によって形成される有効光源分布について図２を参照して説明する。
屈折面に入射する輪帯状のビーム２０が図２（ａ）に示される。
図２（ｃ）に示されるように屈折面２１，２２の間隔が大きくなると共に、光軸２０ａと屈折面から射出するビームのそれぞれの極２０ｂとの距離が大きくなる。
一方、分布の動径方向の幅はほぼ一定であるので、結果として内側半径１３／外側半径１４で定義される輪帯率は大きくなる。
また、各極２０ｂの位置は屈折面２１，２２の間隔が大きくなると共に中心から離れていくので、開口角１５は小さくなることが図２（ｂ）（ｃ）から明らかである。
従って、相補的な屈折作用を有する凹凸一対の角錐屈折面２１，２２の間隔が増加すると共に、内側半径１３／外側半径１４である輪帯率は増加し、開口角１５は減少する。

次に、相補的な屈折作用を有する凹凸一対の円錐屈折面２１，２２によって形成される有効光源分布について図３を参照して説明する。
相補的な屈折作用を有する凹凸一対の円錐屈折面２１，２２によって形成される有効光源を図３に示す。
図３（ａ）は屈折面２１，２２に入射する４重極状のビーム２０を示す。
図３（ｃ）に示されるように円錐屈折面２１，２２によってビーム２０の各点が円弧状のスポットに拡がるため、射出するビーム２０の各極２０ｂは図示したような形状となる。そして、屈折面２１，２２の間隔が大きくなると共に開口角１５が大きくなる。
また、屈折面２１，２２の間隔と共に内側半径１３／外側半径１４である輪帯率が大きくなる点については、角錐屈折面の場合と同様である。
従って、図３（ｂ）（ｃ）に示されるように相補的な屈折作用を有する凹凸一対の円錐屈折面２１，２２では、間隔の増加と共に、内側半径１３／外側半径１４である輪帯率と開口角１５は共に増加する。

本実施例では、光源から円錐凹屈折面３ａ、角錐凹屈折面４ａ、円錐凸屈折面３ｂ、角錐凸屈折面４ｂの順で配置される。
円錐および角錐屈折面３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂは、それぞれ凹凸で相補的な屈折作用を有している。
本実施例では、凹屈折面３ａ，４ａはプリズムの光源側、凸屈折面３ｂ、４ｂはプリズムの被照射面側に形成されている。これは屈折面の屈折作用によって発生するスポットを小さくする点で好ましい。
しかし、角錐凹屈折面４ａの凹面をプリズムの被照射面側にし、円錐凹屈折面３ａと一体のプリズムとすることにより、コンパクトな光学系とすることもできる。
従って、屈折面の方向は必ずしも本実施例の示すとおりでなくてもよい。
本実施例では、円錐凸屈折面３ｂおよび角錐凸屈折面４ｂで構成される第２群が照明光学系の光軸方向に移動可能で，円錐凹屈折面３ａおよび角錐凹屈折面４ａで構成される第１群との間隔（相対距離）が可変である。
２対の凹凸屈折面を使用しているにも関わらず、ズーミング箇所は１箇所のみであり、比較的コンパクトな光学系を実現している。

本実施例によって形成される有効光源形状の変化を図４を参照して説明する。
図４には屈折面２１，２２に四重極形状のビーム２０が入射した場合が示される。
前述したように、円錐屈折面３ａ，３ｂおよび角錐屈折面４ａ，４ｂは両方とも、凹凸の屈折面２１，２２の間隔を大きくすることによって内側半径１３／外側半径１４である輪帯率を大きくする効果がある。
従って、第１群と第２群の間隔が大きくなると、両方屈折面の効果が加算されて内側半径１３／外側半径１４である輪帯率は増加する。
一方、凹凸の屈折面間の距離が大きくなったとき、円錐屈折面は開口角１５を大きくする効果があるのに対し、角錐屈折面は開口角１５を小さくする効果がある。
従って、第１群と第２群の距離が変化しても、円錐屈折面３ａ，３ｂおよび角錐屈折面４ａ，４ｂの開口角１５への影響が相殺され、開口角１５の変化は小さくなる。
このため本実施例によって、投影光学系１３の瞳面に形成される有効光源の開口角１５の変化は抑えつつ、内側半径１３／外側半径１４である輪帯率を変化させることが可能となる。

本実施例では、円錐凹屈折面３ａ、角錐凹屈折面４ａ、円錐凸屈折面３ｂ、角錐凸屈折面４ｂの順で配置される。
しかし、これを例えば、円錐凹屈折面３ａ、角錐凹屈折面４ａ、角錐凸屈折面４ｂ、円錐凸屈折面３ｂのような順番で配置した場合についても、有効光源分布に差は生じるが本質的には同様の効果が期待できる。
本実施例により、開口角１５の変化は小さく抑えられているが、開口角１５の変化をさらに小さくするために、プリズム群とオプティカルインテグレータとの間に、光束の一部を遮光する絞り１２が配置されてもよい。
絞り１２は、ズームレンズ５の光源側に配置してもよい。
この絞り１２により若干の光量損失をまねくが、開口角１５をほぼ一定に保つことが可能となる。

次に、図５を参照して、本発明の実施例２について説明する。
本実施例は、プリズム群２が、円錐凹屈折面３ａから成る第１群、角錐凹屈折面４ａと円錐凸屈折面３ｂから成る第２群、角錐凸屈折面４ｂから成る第３群から構成されている他は、本発明の実施例１と同様の構成である。
本実施例では、角錐凹屈折面４および円錐凸屈折面３ｂから成る第２群が光軸方向に移動可能に構成される。
本実施例によって形成される有効光源が図５に示される。
図５は屈折面に円状のビーム２０が入射した場合について示してある。
第２群が第１群側に近い場合、凹の錐屈折面３ａ，４ａ間の距離は小さくなり、凸の錐屈折面３ｂ，４ｂ間の距離は大きくなる。
一方、第２群が第３群側に近い場合、凹の錐屈折面３ａ，４ａ間の距離は大きくなり、凸の錐屈折面３ｂ，４ｂ間の距離は小さくなる。
前述したように、円錐および角錐屈折面の両者で、凹凸の屈折面間の距離が大きくなると共に内側半径１３／外側半径１４である輪帯率は増加する。
本実施例において第２群のズームにより一方の屈折面間の距離が大きくなれば、もう一方の屈折面間の距離は小さくなるので、結果として内側半径１３／外側半径１４である輪帯率の変化は相殺し小さく抑えられる。
一方、開口角１５については凹凸の屈折面間隔が大きくなるのに伴い、円錐屈折面では増加するが角錐屈折面では減少するので、第２群が移動することによって円錐および角錐屈折面の回折角への影響が加算されることになる。
つまり、第２群が第１群に近い場合は開口角１５は小さくなり、第２群が第３群に近い場合は開口角１５は大きくなる。
従って、本実施例により有効光源の内側半径１３／外側半径１４である輪帯率の変化を小さく抑えつつ、開口角１５を変化できる。

本実施例では、第２群に角錐凹屈折面４ａを有するプリズムおよび円錐凸屈折面３ｂを有するプリズムの２つのプリズムを用いた。しかし、１つのプリズムの両面にそれらの屈折面を構成することにより、よりコンパクトな光学系とすることも可能である。
上述した各実施例では、それぞれの屈折面は光軸付近に頂点を有しているように描かれているが、頂点近傍を面取りすることにより屈折面の光軸方向の厚みを小さくし、コンパクトな光学系とすることもできる。
また、上述した各実施例では、屈折面に円状の光束が入射する場合について示したが、回折光学素子などを用いて、輪帯や多重極などの形状の光束を入射することも可能である。
この場合、有効光源分布形成の自由度がさらに拡がることになる。
以上の実施例によれば、プリズム群を調整することにより、有効光源の輪帯率（輪帯比）と開口角のうち一方の変化を抑えつつ、他方を変化させることが可能となる。

次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。
ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板を用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。
ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図７は、ステップ４の上はプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。
ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。
ステップＳ１３（電極形成）では、基板に電極を形成する。
ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。
ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。
ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。
ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。
ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによって基板上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の実施例１の照明光学系が適用される露光装置の概略構成図である。角錐屈折面による有効光源の変化の説明図である。円錐屈折面による有効光源の変化ついて説明する図である。本発明の実施例１の照明光学系による有効光源形成について説明図である。本発明の実施例２の照明光学系による有効光源形成について説明図である。露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。図６に示すフローチャートのステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

1:ロッドインテグレータ
2:プリズム群
3a: 円錐凹屈折面を持つプリズム
3b:円錐凸屈折面を持つプリズム
4a:角錐凹屈折面を持つプリズム
4b:角錐凸屈折面を持つプリズム
5:ズームレンズ
6:ハエの目
7:コンデンサーレンズ
8:マスキング結像レンズ
9:原版（レチクル）
11:基板（ウエハ）
１０３：投影光学系

Claims

光源からの光を屈折させるプリズム群と
前記プリズム群から射出された光で複数の２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータから射出された光を被照明面に導く光学系と、を備える照明光学系において、
前記プリズム群を調整することにより開口角と輪帯率の一方の変化を抑えつつ、他方を変化させることを特徴とする照明光学系。
光源からの光を屈折させるプリズム群と、
前記プリズム群から射出された光で複数の２次光源を形成するオプティカルインテグレータと、
前記オプティカルインテグレータから射出された光を被照明面に導く光学系と、を備える照明光学系において、
前記プリズム群は、凹凸の円錐屈折面および凹凸の角錐屈折面を含み、
前記凹凸の円錐屈折面または前記凹凸の角錐屈折面の間に、少なくとも１つの他方の屈折面が配置されることを特徴とする照明光学系。
前記プリズム群は、前記凹の円錐屈折面と前記凹の角錐屈折面を含む第１群と、前記凸の円錐屈折面と前記凸の角錐屈折面とを含む第２群と、から構成され、
前記第１群と前記第２群の少なくとも一方が光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
前記プリズム群は、凹凸の円錐屈折面と、凹凸の角錐屈折面を含み、
凹の屈折作用を有する屈折面を含む第１群と、
凹の屈折作用を有する屈折面および凸の屈折作用を有する屈折面を含む第２群と、
凸の屈折作用を有する屈折面を含む第３群と、から構成され、
前記第２群が光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
前記プリズム群は、前記屈折面のうち凹の屈折面が前記光源、凸の屈折面が前記被照明面に向かうように配置されることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
前記プリズム群と前記オプティカルインテグレータとの間に配置される、前記プリズム群からの光の一部を遮光する絞りを備えることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
光源からの光で原版を照明する請求項１から６のいずれか記載の照明光学系と、前記原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
請求項７記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。