JP2017198759A - 照明装置、照明方法、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照射面での照度均一性を簡易かつ高精度に維持し、結像系のタイプによらずCDの均一性を維持することが可能な照明装置を提供すること。【解決手段】光源１と照射面を均一に照明するための複数の微小レンズからなるオプティカルインテグレータ５とを構成し、該オプティカルインテグレータ５の入射側に、オプティカルインテグレータ５の微小レンズに応じて分割された複数の照度調整部材４を有し、各照度調整部材４は透過率分布を持ち、各照度調整部材４は配列可能であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置の照明光学系に関する。特に、露光パターンの線幅均一性を向上させる装置、および、その使用方法に関する。

マスクパターンを照明し、マスクパターンを投影光学系によってガラスプレート等に露光する投影露光装置では、大画面露光のための走査型露光装置が実用化されている。また、パターンの微細化に伴い、露光されたパターンの線幅(Critical Dimension:CD)均一性に要求される精度が厳しくなってきている。CD均一性を低下させる要因の一つとしてと、照射領域での照度ばらつき（照度ムラ）があげられる。

投影露光装置では、照射領域で照度を均一にするためにオプティカルインテグレータを用いる場合があるが、照度ムラを制御するために、オプティカルインテグレータの入射光量を制御して、照度ムラを補正する方法が提案されている（特許文献１）。 また、走査型の露光装置では、露光領域を規定するスリット形状を変形させ照度ムラを制御する方法が提案されている（特許文献２）。また、走査型の露光装置の結像光学系の例として、等倍２枚鏡系が提案されている（非特許文献１）。

特開2004-55856号公報 特開2000-82655号公報

鈴木章義「等倍２枚鏡の解析」光学第14巻(1985)第５号P.343-349

特許文献１では、照度ムラを補正する方法として、オプティカルインテグレータの光源側に、遮光部材でパターニングを行った照度調整部材を挿入する方法が提案されている。

しかし、従来の照度調整部材は遮光部の形状やパターンの透過率に誤差があると、照度調整部材の作り直しが必要であった。また、照度ムラが変化した時には、照度ムラの変化に対応し照度調整部材を製造し交換する必要があった。

また、特許文献２では、走査型の露光装置においてスリット形状を変形させて積算露光量を制御しCDを制御する方法が提案されている。

しかし、スリット形状を変形させてCDを制御する場合、スリット走査方向の結像系の性能が均一であることが前提となる。例えば、非特許文献１の等倍２枚鏡系の結像系を用いた走査型の露光装置では、走査方向に結像性能が均一ではないため、スリット幅を変化させると非点収差が発生するため、高精度なCD制御を行うことができなかった。

本発明は、これらの課題を鑑み、照射面での照度均一性を簡易かつ高精度に維持し、かつ、結像系のタイプによらずCDの均一性を維持する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、
光源と照射面を均一に照明するための複数の微小レンズからなるオプティカルインテグレータを構成する照明装置において、オプティカルインテグレータの入射側に、オプティカルインテグレータの微小レンズに応じて分割された複数の照度調整部材を有し、各照度調整部材は透過率分布を持ち、各照度調整部材は配列可能であることを特徴とする。

本発明によれば、オプティカルインテグレータに応じた照度調整部材を配列することで、照射面での照度均一性を簡易かつ高精度に維持し、かつ、結像系のタイプによらず、CDの均一性を維持できる露光装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の照明装置を示した図である。 本発明の照度調整部材とオプティカルインテグレータの関係を示した図である。 オプティカルインテグレータをY方向から見た図である。 本発明の照度調整部材の１例を示した図である。 本発明の照度調整部材の１例を示した図である。 本発明の照度調整部材の配列例を示した図である。 本発明の照度調整部材の１例を示した図である。 本発明の照明装置を露光装置に搭載した時の図である。 等倍２倍結像系の収差図である。 等倍２倍結像系の照射領域と良像域の関係を示した図である。 等倍２倍結像系で走査露光を行う時の非点収差について説明した図である。 等倍２倍結像系でスリット幅を変えた時の非点収差について説明した図である。 本発明の一実施形態の露光方法のフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第1実施形態〕
図１は本発明を搭載した照明光学系の図である。本模式図の座標系は（２０）にて示しているとおりとする。

光源（１）には水銀ランプが用いられており、光源から出射した光線は楕円ミラー（２）で反射し、レンズ（３）によりコリメートされ、オプティカルインテグレータ（５）に入射する。オプティカルインテグレータの光源側には、オプティカルインテグレータの配列に応じて分割された照度調整部材（４）が配置されている。

オプティカルインテグレータは照射領域の照度均一性を得るために配置されており、絞り（１８）は照明光のNAを制御するために用いられている。オプティカルインテグレータから出射し、絞りを透過した光線はレンズやミラー（６）を介して照射領域（７）を照明する。

図２はオプティカルインテグレータの配列に応じて分割された照度調整部材（４）とオプティカルインテグレータ（５）について示した図である。座標は図示の通りであり、光源は＋Y方向に存在する。

本実施例のオプティカルインテグレータは、X方向に曲率を持った２組のシリンドリカルレンズアレイ（AX1、AX2）と、Z方向に曲率を持った２組のシリンドリカルレンズアレイ（AZ1,AZ2）から構成されている。

図３はオプティカルインテグレータをY方向から見た図であり、幅BのN 個（M×M）の合同な四角形のレンズアレイがXZ平面内に配列されている。

オプティカルインテグレータにより、光源からの光はN個に分割される。オプティカルインテグレータの入射面と照射面（マスク面）は共役な関係となっており、照射面での光強度分布は、N個に分割された光のオプティカルインテグレータ入射面での照度分布を、足し合わせた照度分布となる。

上記のごとく、照射面上での照度分布は、オプティカルインテグレータでN個に分割された光の足し合わせにより形成される。一方、オプティカルインテグレータ入射面の照度が均一な場合、N個のレンズアレイの１個のレンズアレイを遮光すると、照射面上での照度は、1/N×100（%）の照度が低下することになる。このように、レンズアレイを遮光すると照射面での照度を調整することが可能となる。

上記では、1個のレンズアレイを遮光する例を示し、1/N×100(%)の照射面の照度を低下させる例を示した。同様に、１個のレンズアレイの一部を遮光すると、照射面の一部の照度を低下させることができ、照射面の照度分布を調整することが可能となる。同様に、複数のレンズアレイの一部を遮光すると、照射面の照度分布を調整することが可能となる。

図４は本発明の照度調整部材の形状について示したものである。座標系は図示の通りである。

オプティカルインテグレータのX方向に曲率を持ったシリンドリカルレンズと同じ幅：Bで、長さA：の長方形の光学素子となっており、例えばX方向の端部の1/3が遮光領域で2/3が透過領域となっている。

図５も、本発明の照度調整部材の形状について示したものである。全領域が透過領域で幅：Bで、長さ：Aの長方形の光学素子である。

図６は照射面での照度分布を調整させるために、図４の照度調整部材と、図５の照度調整部材を配列した図で、オプティカルインテグレータの入射面側での照度調整部材の配列例を示している。

オプティカルインテグレータのX方向の配列数はM列とし、入射面の照度は均一とする。図４の照度調整部材は、１本配列されており、図５の照度調整部材はM-1本配列されている。本実施例では、照射面上でX方向の端部（1/3の領域）で1/M×100(%)の照度を低下させることができる。

本実施例では、図４の照度調整部材を１本配列したが、図５の照度調整部材を１本取り外して、図４の照度調整部材を２本にすると、2/M×100(%)の照度を低下させることができる。

また、遮光部の透過率をA%とする。照度調整部材を１本挿入するとA/M×10000(%)、照度調整部材を２本挿入すると2A/M×10000(%)の照度を低下させることができる。このように照度調整部材を、オプティカルインテグレータの入射面側に、オプティカルインテグレータの配列に合わせて抜き差し可能な照度調整部材を挿入することで、分解能が高い照度分布調整が可能となる。

遮光部の透過率は、制御したい照度分布の分解能に依存し、0%から100%まで選択できる。また、本実施例では遮光部のZ方向は一律の透過率として例示したが、制御したい照度分布の分解能に応じて、Z方向に遮光領域と透過領域を設定してもよい。

図７は本発明の照度調整部材の別の形状について示したものである。座標系は図示の通りである。

オプティカルインテグレータのX方向に曲率を持ったシリンドリカルレンズと同じ幅Bの長方形の光学素子となっており、例えばX方向中心部の1/3が遮光領域で残りの2/3が透過領域となっている。

本実施例の照度調整部材を挿入すると、照射面上では、X方向の中心部（1/3の領域）で1/M×100(%)の照度を低下させることができる。

また、これまでの実施例では、X方向の照度分布を調整するため、X方向に曲率を持ったシリンドリカルレンズと同じ幅の縦長の長方形の照度調整部材の配置例を示している。一方、Z方向に曲率を持ったシリンドリカルレンズと同じ幅の横長の長方形の照度調整部材を、Z方向に曲率を持ったシリンドリカルレンズの光源側に配置することで、Z方向の照度分布を調整することも可能である。

また、本照度調整部材は、抜き差し可能で配列可能な構成となっており、経時変化により照度分布が変化したときにも、照度調整部材を再配列して照度分布を簡単かつ高精度に調整することができる。また、本実施例では照度調整部材で、照射面での照度分布を調整する方法について記載したが、照度調整部材で照射面での瞳強度分布を調整することも可能である。

〔第２実施形態〕
図８は本発明の照明装置を搭載した大型液晶表示パネル投影露光装置の光学系の図である。本模式図の座標系は（２０）にて示しているとおりとする。

光源（１）から、１次照射面（７）は実施例１で記載した照明装置が搭載されている。１次照射面（７）には照射範囲を規定するスリットが搭載されており、スリットはマスク（１０）と共役な位置にある。本模式図は代表的な液晶用投影露光装置を示しており、本露光装置の結像系（１１）の良像域が円弧状であるためスリット開口部の形状はYX面上で円弧状（１９）である。スリットによってコリメートされた光束はレンズ（８）やミラー（９）を介して液晶パネル用のパターンが描画されたマスク（１０）を照射する。照射領域は円弧状で、マスクはプレート（15）と同期してY方向に走査しながら投影露光を行う。

マスク上のパターンを透過した光は結像系（１１）を介してプレート(15)に結像する。本結像系の特徴は、ディストーションやコマ収差を発生させないため、凸面鏡（１４）の鏡面に対して対称な光学系になっている。プレート面上には、照度計測機（１６）が配置されており、XY平面内で移動可能な構成となっており、プレート面上での照度分布を計測する。また、プレート面上には、有効光源計測器（１７）が配置されており、有効光源分布が計測できる構成となっている。

図９は本結像系の収差を示した図である。横軸はフォーカス位置を表し、縦軸は像高を示している。実線はサジタル光線のフォーカス位置を表しており、点線はメリジオナル光線のフォーカス位置を表している。

像高Rの領域でサジタル光線のフォーカスとメリジオナル光線のフォーカスが一致しており、この領域では非点収差が発生しない良好な像がえられる。

図１０は本結像系でのマスク面上での照明範囲を示したものである。点線部分は、図７に示した非点収差が発生しない領域（良像域）を示しており、同一半径の円弧R1と円弧R2に囲まれた領域となる。照明範囲は、良像域付近にあり、同一の半径の円弧で囲まれた領域である。また走査方向は、図示の座標系でY方向である。走査方向の照明領域の長さ（L）は、走査方向に直交する方向（X方向）での結像性能を等しくするため、すべてのX位置で、等しくする必要がある。図１１、１２にて説明する。

図１１は図９で示した収差図から、露光に用いられる領域を抜き出したものである。縦軸は結像系の像高で走査方向に相当し、横軸はフォーカス位置を表している。

サジタル光線もメリジオナル光線も走査方向に8a(μm)のデフォーカスが発生している。しかし、サジタル光線とメリジオナル光線が交差する位置から、サジタル光線もメリジオナル光線もスリット端Aとスリット端Bでデフォーカス量が±4a(μm)と同じであるので、走査露光の平均化効果により非点収差は発生しない。

図１２は図９で示した収差図から、走査方向の照明領域の長さ“L”が“L−ΔL”になったときの非点収差について示した図である。

サジタル光線のFocus位置は、−４a(μm)から＋３a(μm)のデフォーカスにより平均化された−0.5a(μm)の位置となり、メリジオナル光線のFocus位置は、−３a(μm)から＋４a(μm)のデフォーカスにより平均化された＋0.5a(μm)の位置となり、a(μm)の非点収差が発生することになる。これは、走査方向に直交する方向（X方向）での照明領域の長さ（L）が変わると、X位置での像性能が変わり、CDも変化することを意味する。

一方、本発明の照明装置では、照度分布を調整するためにスリット幅（L）を変化させることがない。本発明の照明装置は、スリット幅が変化することで発生するCD変化と、照度を調整して変化するCDを分離して制御できるので、より高精度にCDを制御することができる。また、本実施例は走査方向に結像系の性能差がある例として等倍２枚鏡系を例とした。走査方向に対し、性能差が存在するほかの結像系でも、同様の効果が期待できる。

〔第３実施形態〕
つぎに、図１３に基づいて本発明の一実施形態の露光方法について説明する。

図１３は本発明の一実施形態の露光方法のフローチャートである。

本実施形態の露光方法は、初めに照度分布計測を行う。CD均一性を達成させるための照度均一性が目標以下であるかを判定する。目標値未達成の場合、照度分布が目標値を達成させる照度調整部材を選択し、オプティカルインテグレータの入射面側に挿入する。再度、照度分布計測を行い、照度均一性が目標値を達成していることを確認して露光を行う。

〔第４実施形態〕
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。

半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。

液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。

本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

４ 照度調整部材、５ オプティカルインテグレータ、１１ 等倍２枚鏡

Claims (10)

1. 光源と照射面を均一に照明するための複数の微小レンズからなるオプティカルインテグレータを構成する照明装置において、
   オプティカルインテグレータの入射側に、オプティカルインテグレータの微小レンズに応じて分割された複数の照度調整部材を有し、各照度調整部材は透過率分布を持ち、配列可能であることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照度調整部材は、透過型の光学素子にパターニングされており、照度調整部の透過率が0%から100%であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 請求項２に記載の照度調整部材は、照射面上での照度分布に応じて選択可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 請求項３に記載の照度調整部材は、照射面上での照度分布に応じて配列可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の照明装置。
5. 請求項２に記載の照度調整部材は、照射面上での瞳強度分布に応じて選択可能であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
6. 請求項５に記載の照度調整部材は、照射面上での瞳強度分布に応じて配列可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明装置を用いた照明方法。
8. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の照明装置を用い、その照明光学系で照明されたパターンを投影する投影光学系を有する露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置の投影光学系は、凹面鏡と凸面鏡をそれぞれ反対面に対向するように配置し、光軸外の被写体からの光を前記凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡の順に反射することにより像面に結像させる反射光学系によって形成されていることを特徴とする露光装置。
10. 請求項８又は請求項９に記載の露光装置を用いて基盤を露光する工程と、その、露光した基盤を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。