JP2011181979A - 照明光学装置、露光装置、および電子デバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源1からの照明光IL1〜IL10を、所定の被照射面に照射するための照明光学系ISであって、その被照射面の所定の一点上に照射される照明光IL10の実効入射角度を、その被照射面内の第1の方向(X方向)より、その第1の方向と直交する第2の方向(Y方向)に関して大きい値とするとともに、その被照射面に照射される照明光IL10の形状を、所定の形状に制限する視野絞り22を有する。
【選択図】図1
Description
これは、マスク(レチクルともいう)上に、形成すべきパターンを4倍または5倍に拡大して形成しておき、これに照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いてウエハ上に露光転写するものである。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光光の波長は193nmに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。
一方、干渉露光方法は、形成される干渉縞のコントラスを向上し、かつ照明光の進行方向について広範な範囲で高コントラストな干渉縞を得るためには、干渉せしめる光線束の間に高度な空間的可干渉性が要求される。一方、被露光基板上における露光光照度の均一性を確保するためには、被露光基板上に照射される照明光を、ある程度の入射角度範囲をもって入射させることが必要であり、これは一般的には上記の高度な空間的可干渉性と相
反し、両者を同時に実現することは困難であった。
さらに具体的には、本発明は、被加工基板近傍において照明光の進行方向についての広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ると同時に、被加工基板面内の広範囲な部分において均一な照明光照度分布を実現可能な照明技術および露光技術を提供することを第2の目的とする。
すなわち、本発明に関する第1の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その照明光を、第1の方向に周期方向をその第1の方向と直交する第2の方向に長手方向を有する第1の回折格子に照射する工程と、その第1の回折格子からの回折光を、その第1の回折格子からその光源と反対側に第1の実効距離だけ離れて配置され、その第1の方向に周期方向を有する第2の回折格子に照射する工程と、その第2の回折格子からの回折光を、その第2の回折格子からその第1の回折格子と反対側にその第1の実効距離と概等しい第2の実効距離だけ離れて配置されるその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第1の回折格子上の所定の一点に照射するその照明光は、その進行方向が、その第2の方向を含みかつその第1の回折格子に概垂直な特定平面と概一致する複数の照明光を主成分とすることを特徴とするものである。
好な余裕度をもって形成し、これを感光性の基板上に露光することが可能となる。
さらに、その第1の実効距離とその第2の実効距離との差を、一例として100μm以下とすることもできる。
囲が、その第1の方向については1[mrad]以下であり、その第2の方向については5[mrad]より大きいものとすることもできる。
そして、その照明光均一化手段は、一例として、その第2の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることもできる。
過率は、一例として、その回折光選択部材に小さな入射角度で入射する光に対して低く、その回折光選択部材に大きな入射角度で入射する光に対して高いものとすることができる。
そして、その照明光均一化手段は、一例として、その特定の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることができる。
また、その被照射面内に照明されるその照明光のその第1の方向に関する収束発散状態を可変とする収束発散調整機構を、さらに有するものとすることもできる。
また、本発明の第2の態様によれば、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、本発明の照明光学装置と、その基板をその照明光学装置に対して位置合わせ可能に保持する基板保持機構とを備えることを特徴とする露光装置が提供される。
また、本発明の第3の態様によれば、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、本発明の露光装置を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法が提供される。
図1は、本発明の露光装置の第1の実施形態を表わす全体図である。なお、図1中に示したXYZ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一であり、各図中の所定の方向(X方向、Y方向、Z方向)は、全て同一の方向を示すものである。
なお、集光光学系10、フライアイレンズ13、開口絞り17等からなる照明光均一化手段の詳細については後述する。
第2の透光性平板P2は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板
W(以降、適宜「ウエハ」ともいう)に対向して配置される。
第1の透光性平板P1の+Z側すなわち光源1側の表面には、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G11が形成されている。ここでX方向は、「第1の方向」と見ることができる。そして、第2の透光性平板P2の+Z側すなわち第1の透光性平板P1側の表面にも、X方向に周期性を有する1次元の位相変調型の回折格子G21が形成されている。
図2(A)は、第1の透光性平板P1を+Z側から見た図であり、その表面にはY方向に長手方向を有し、それと直交するX方向に1次元的な周期T1を有する、位相変調型の第1の回折格子G11が形成されている。ここでY方向は、「第2の方向」と見ることができる。
平板P1の表面部分と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分(図2(A)中の斜線部)からなる。掘り込み部分の深さは、その表面部を透過する照明光と掘り込み部を透過する照明光との間に概ね180度の位相差が形成されるように設定される。両照明光に180度の位相差を形成する場合には、露光光の波長λ,第1の透光性平板P1の屈折率n、任意の自然数mに対し、その掘り込み深さを、
(式1)
(2m−1)λ/(2(n−1))
とすればよい。
ただし、上記位相差及びデューティ比のいずれについても、上記180度及び1:1から異なる値を採用することもできる。
照明光IL10が照射されると、第1の回折格子G11からはその周期T1に応じた回折光が発生する。第1の回折格子G11が、デューティ比1:1で位相差180度の位相変調型格子であれば、発生する回折光は主に+1次回折光LPとー1次回折光LMとなる。ただし、それ以外の次数の回折光も発生する可能性もある。
(式2)
sinθ = λ/T1
により表わされる角である。
、±1次回折光LP,LMが第1の透光性平板P1中の回折角θ'は、第1の透光性平板P1の屈折率nを用いて、
(式3)
sinθ'= λ/(n×T1)
により表わされる角となる。
(式4)
T3 = λ/(2×sinθ)
となる。これは第1の回折格子G11の周期T1の半分であり、第2の回折格子G21の周期T2に等しい。
従って、ウエハW上には、その全面にX方向に周期T3を有するY方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハW上に形成されたフォトレジストPRには、この明暗パターンが照射され露光される。
(式5)
T2 = 3λ/2
である。また、T1=2×T2より、周期T1の上限値は3λとなる。
Wへの照射を防止することができる。
ただしこれは、第1の回折格子G11からウエハWまでの光路空間の少なくとも一部が空気によって全面的に満たされている場合の条件であり、後述する様に上記光路空間の全てが実効的に1より大きな屈折率を有する誘電体等の媒質で覆われている場合には、その条件も異なってくる。式3のとおり、媒質の屈折率の増大により回折角が減少するためである。
上述の如く、±1次回折光LP,LMの進行方向すなわち回折角は、±1次回折光LP,LMが透過する媒質の屈折率により変動する。そして、第1の回折格子G11と第2の回折格子G21の光学的に有効な距離や、第2の回折格子G21とウエハWとの光学的に有効な距離も、これらの間の媒質の屈折率により変動することになる。
図5は、第1の回折格子G11が形成された第1の透光性平板P1と、第2の回折格子G21が形成された第2の透光性平板P2とを表わす断面図である。なお、図5中には、上記±1次回折光LP,LMと等価な+1次回折光回折光LPA,LPG及び−1次回折光回折光LMA,LMGも示した。
第1の回折格子G11上の所定の任意の点である第1の基準点BPから発生した+1次回折光LPGは、屈折率nの第1の透光性平板P1中では、第1の基準点BPを通る第1の回折格子G11の法線である第1の基準線BLに対し、式3より求まる回折角θ'だけ傾いて進行する。しかし、第1の回折格子G11から射出し、屈折率1の空気中に射出した+1次回折光LPAは、第1の基準線BLに対し式2より求まる回折角θだけ傾いて進行することとなる。
(式6)
D4 = D1×tanθ'
(式7)
D4 = D3×tanθ
が成り立つ。
(式8)
D3 = D1×tanθ'/tanθ
が得られ、式2,式3を考慮して、
(式9)
D3 = D1×cosθ/(n×cosθ')
が得られる。
従って、第1の回折格子G11と第2の回折格子G21の第1の実効距離L1は、上記D3とD1との和となる。
この場合、第2の透光性基板P2の空気中換算距離D7は、第1の基準点BPを射出した第1の回折格子G11からの+1次回折光LPAが第2の回折格子G21に入射する点を第2の基準点PPとし、第2の基準点PPを通る第2の回折格子G21に対する法線を第2の基準線PLとした場合に、第2の回折格子G21の屈折率を1であると仮定して空気中における−1次回折光LP1Aを遡った場合の光路LP1Vと、上記第2の基準線PLとが交差する点と、第2の透光性基板P2の下面との距離である。
従って、第2の回折格子G21とウエハWの第2の実効距離L2は、上記D7とD6との和として求められる。
離L1と、第2の回折格子G21とウエハWとの間の第2の実効距離L2を、概等しく設定する。
以下、これについて図6を用いて説明する。
(式10)
δp = δm = ΔZ×tanφ
の関係が成り立つ。
このとき、照明光IL10のうち+X方向に最大、すなわち+1[mrad]傾斜して第1の回折格子G11に入射する照明光により、Z=Z0から+30[μm]離れた位置に設定されるウエハW上に生じる干渉縞の明暗パターンIFbpの強度分布のピーク位置δpは、式9より30[nm]となる。
パターンIFのコントラストの低下は、式10より、入射角度範囲及びZ位置差の積で決まるものであるから、その積を所定の値以下に設定することが望ましい。
あるいは、上記X方向の入射角度範囲をさらに小さな値とすることにより、Z位置差を100[μm]程度にまで緩和することもできる。
図7(C)は当該照明光均一化手段を+X方向から見た側面図を示し、図7(D)は当該照明光均一化手段を−Y方向から見た側面図を示す。
インプットフライアイレンズ11は、一例として、X方向に8列のレンズエレメントJ1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8(J4からJ7は符号の図示を省略)を有し、Y方向にも8列のレンズエレメントK1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8(K5からK7は符号の図示を省略)を有する、64個のレンズエレメントからなるものとする。
従って、一点IPへの照明光IL10を、Y方向を含み、かつ一点IPを含む平面(すなわち上述の特定平面)IPPの面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることができる。
に長くX方向に狭いスリット状の開口部18を有する開口絞り17を設け、照明光IL10のX方向への進行方向を、特定平面IPPと平行な面内に、より一層限定することもできる。また、この開口絞り17は、フライアイレンズ13の射出面と共役な、図1中の集光点28の位置に設けることもできる。
インプットフライアイレンズ11を構成する各レンズエレメントに入射した照明光IL3は、各レンズエレメントのレンズ作用により集光される。また、各レンズエレメントの射出面には、照明光をY方向に偏向させる、好ましくはブレーズド型のあるいは多段型の回折格子DGが形成されている。ここで、インプットフライアイレンズ11中で同一のX方向配列位置に並ぶレンズエレメント上に形成される回折格子DGは、全て同一の回折角度特性を有するものとしている。
そのX方向位置は、レンズエレメントK1〜K8射出時に各照明光IL4cがX方向の偏向角を有しないことから、図7(D)に示す如く光軸AX1の近傍に照射される。
なお、インプットフライアイレンズ11の各レンズエレメントの射出面に形成された回折格子DGの偏向特性は、X方向の配列位置が同一であれば同一であり、X方向の配列位置が異なれば異なる。従って、インプットフライアイレンズ11上のX方向の配列位置が同一であるレンズエレメントから射出した照明光は、全てフライアイレンズ13上の同一のレンズエレメントに重畳して入射することとなり、その入射面上の照明光量分布は、上記重畳効果により平均化され概均一化されたものとなる。
ただし、より高精度に干渉縞の明暗パターンIFを形成するために、第1の実効距離L1及び第2の実効距離L2は、共に2mm以上かつ10mm以下とすることもできる。
第1の実効距離L1及び第2の実効距離L2の長さは、上記安定性と干渉縞の明暗パターンIFに要求される安定性とから定めることができる。
以下、図12,図13を用いて、本発明の別の実施形態について説明する。
さらに、照明領域42の形状を、X方向の位置によってY方向の幅が変化するものであるとすることもできる。これにより、照明領域42の形状自体を変化させることにより、照明領域42内の照明光照度分布のY方向積算値を一層均一化することができるからである。
開口23のY方向の両端を規定する辺23a,23bは曲線であって、その間隔(Y方向の幅)はX方向の位置に応じて変化するものとなっている。
図14は、本発明のさらに別の実施形態による露光装置の概要を表わす図である。ただし、光源1、照明光学系IS及び第1の透光性平板P1,第2の透光性平板P2は、図1に示した露光装置と同様であるため図示を省略し、コンデンサーレンズ35のみ破線で示した。また、Xレーザ干渉計40X1,40X2、Yレーザ干渉計40Y1,40Y2等も図12に示した露光装置と同様であるため図示を省略している。
記Y方向への走査露光により形成されるパターンが位置ずれすることなく繋ぎ合わされるために、また、照明領域42aの境界における半影ボケの影響を低減するために、両走査露光の照明領域42aがある程度重畳して露光されることが望ましい。
そこで、露光装置には、このようなウエハWの伸縮に適用して、新たなパターンをある程度伸縮補正してウエハW上に形成することが求められる。
図15(A)は、照明光IL10が平行な光線束である場合、すなわち収束も発散もしない状態を表わす図である。このとき照明光IL10の照明領域42等のX方向の外縁LEa,LEbは第1の透光性平板P1に対して垂直であり、照明光IL10c,照明光IL10d,照明光IL10eは、第1の透光性平板P1内の場所によらず第1の透光性平板P1に垂直に入射する。
これにより、照明光IL10の収束発散状態を可変とすることができる。
伸縮補正を行なうこともできる。
ところで、第1の回折格子G11からは上述の所望の回折光である±1次回折光LM,LPのみでなく、0次回折光(直進光)も僅かながら発生する。そしてこの0次回折光はさらに第2の回折格子G21をも透過してウエハWに達する恐れがある。そして、このような0次回折光は、迷光として、ウエハW上に形成される所望の干渉縞の明暗パターンIFのコントラストを低下させことになる。
あるいは、ペリクルPE1,PE2として、合成石英等の無機材料からなる透光性の平板を使用することもできる。
また、第1の回折格子および第2の回折格子は、いずれも透光性平板の表面にのみ設けられるものに限られるわけではない。
なお、上記いずれの例に於いても、第1の回折格子G11と及び第2の回折格子G21は、ウエハW上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期T3に応じて、交換する必要がある。図21は、その交換機構の一例を示す図であり、図21(A)はそれをーZ方向から見た図、図21(B)は、図21(A)中のA−B部分近傍の断面図を表わす。
板P2の下部に侵入し、上方に上昇する。そして、チャック部53a,53b,53c,53dが、第2の透光性平行板P2の周縁部P2Eを吸着する。
なお、第1の透光性平行板P1と第2の透光性平行板P2の間隔が短いことから、その間隔内に上記平板ローダーを挿入することは難しい。
また、図22(B)に示す如く、ウエハステージ38aの側壁38d,38eの最上面を第1の透光性平板P1の下面より高くし、第1の透光性平板P1と第2の透光性平板P2の間の空間にも水を満たすこともできる。給水機構54a及び排水機構55bの機能はは上述と同様である。
あるいは、位相格子として、高屈折率部材と低屈折部材を交互に第1の方向に周期的に配列した位相格子を用いることもできる。これは、例えば図3に示した第2の回折格子G21の如く石英ガラス等の透光性平板上に周期的に掘り込み部を形成することで形成した回折格子の掘り込み部に対し、その透光性平板の材質とは屈折率が異なる材料を埋め込むことにより形成することができる。埋め込むべき材料としては、石英ガラス等の屈折率が1.7以下の材質からなる透光性平板を使用する場合には、屈折率が1.8以上の材質を用いることが、適正な位相差を形成する点で好ましい。また、サファイア等の高屈折率の基板に対し、低屈折率の材料を埋め込んで位相格子を形成しても良い。
なお、本発明の露光装置では、各種透光性平板を光路に沿って近接して配置することになるため、その各表面での表面反射に伴う多重干渉による悪影響のおそれがある。
そこで、本発明においては、光源1からの照明光IL1〜IL10として、その時間的な可干渉距離(光の進行方向についての可干渉距離)が、100[μm]以下の光を使用することが好ましい。これにより多重干渉に伴う不要な干渉縞の発生を避けることができる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2005年2月25日付け提出の日本国特許出願第2005−052158の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
Claims (14)
- 光源からの照明光を、所定の被照射面に照射するための照明光学装置であって、
前記被照射面の所定の一点上に照射される前記照明光の実効入射角度を、
前記被照射面内の第1の方向より、前記第1の方向と直交する第2の方向に関して大きい値とするとともに、
前記被照射面に照射される前記照明光の形状を、所定の形状に制限する視野絞りを有することを特徴とする照明光学装置。 - 前記第1の面上の所定の一点に照射する前記照明光の実効入射角度の範囲が、
前記第1の方向については2[mrad]以下であり、
前記第2の方向については2[mrad]より大きいことを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 - 前記第1の面上の所定の一点に照射する前記照明光の実効入射角度の範囲が、
前記第1の方向については1[mrad]以下であり、
前記第2の方向については5[mrad]より大きいことを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 - 前記視野絞りは、前記被照射面の近傍、または前記被照射面に対して共役な面もしくはその近傍に配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面に照射される前記照明光の形状は、前記第1の方向の位置によって前記第2の方向の幅が変化するもの、前記第2の方向の位置によって前記第1の方向の幅が変化するものの、少なくとも一方であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面内における前記照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記照明光均一化手段は、前記特定の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むことを特徴とする請求項6に記載の照明光学装置。
- 前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の1つのレンズエレメントに入射する照明光を、前記照明光均一化手段中の前記フライアイレンズよりも前記光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、前記第1の方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有することを特徴とする請求項7に記載の照明光学装置。
- 前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの射出側面に形成される複数の2次光源を、実質的に前記特定の方向に平行な線上に配列せしめる2次光源位置補正手段を有することを特徴とする請求項7又は8に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面内に照明される前記照明光の前記第1の方向に関する収束発散状態を可変とする収束発散調整機構を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記被照射面に照射する前記照明光の、前記第1の方向の電場成分と前記第2の方向の電場成分との大小関係を規定する偏光制御部材を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記照明光の時間的可干渉距離は、100μm以下であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、
請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の照明光学装置と、
前記基板を前記照明光学装置に対して位置合わせ可能に保持する基板保持機構とを備えることを特徴とする露光装置。 - 電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、請求項13に記載の露光装置を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
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