JP2018031873A - 露光装置、露光方法、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置のサイズおよび広い露光領域の確保の点で有利な露光装置を提供する。【解決手段】物体１を円弧状の光で照明する照明光学系ＩＬと、円弧状の光で照明された物体１の像を基板３に投影する投影光学系ＰＯを有し、物体１と基板３との相対位置を所定方向に変えながら基板３を露光する露光装置であって、照明光学系ＩＬは、光源の光を円弧状の光に整形する円弧状の開口部が設けられたスリット５を含み、開口部の円弧の曲率を変更する変更部と、投影光学系ＰＯの結像性能に基づいて曲率を変更するように変更部を制御する制御部Ｃと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法、および物品製造方法に関する。

半導体デバイスや液晶表示装置等の物品を製造する工程の一つであるリソグラフィ工程において、投影光学系を介して基板上の露光領域に原版のパターンを転写する露光装置が用いられている。近年の上記物品の微細化に伴い、投影光学系の結像性能を調整して原版のパターンを所定の倍率で正確に基板に転写することが要求されている。例えば、特許文献１に記載の露光装置は、投影光学系のディストーションや結像倍率といった結像性能を調整する光学部材を備える。

特開２０１１−３９１７２号公報

しかしながら、上記特許文献の露光装置では、基板の大形化に伴う露光領域の大面積化に対応するために、例えば、結像性能を調整する光学素子の部材を大きくする必要があり、投影光学系が大形化する。

本発明は、例えば、装置のサイズおよび広い露光領域の確保の点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、物体を円弧状の光で照明する照明光学系と、円弧状の光で照明された物体の像を基板に投影する投影光学系を有し、物体と基板との相対位置を所定方向に変えながら基板を露光する露光装置であって、照明光学系は、光源の光を円弧状の光に整形する円弧状の開口部が設けられたスリットを含み、円弧状の光の曲率を変更する変更部と、投影光学系の結像性能に基づいて曲率を変更するように変更部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、装置のサイズおよび広い露光領域の確保の点で有利な露光装置を提供することができる。

第１実施形態に係る露光装置の概略図である。 第１実施形態に係る照明光学系に含まれるスリットの形状を示す図である。 投影光学系のフォーカス特性を示す非点収差に関する縦収差図である。 屈折部材の有効部を示す図である。 スリット幅を拡大した場合のスリット形状を示す図である。 図５のスリット幅に対応した必要な屈折部材の有効部の形状を示す図である。 図５の曲率よりも曲率を小さくしたスリットの形状を示す図である。 図７のスリット幅に対応した必要な屈折部材の有効部の形状を示す図である。 第２実施形態に係るスリットの形状を示す図である。 スリット形状可変機構の構成を示す図である。 絞りの構成の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の露光装置の概略図である。本実施形態の露光装置は、例えば、液晶表示デバイスや有機ＥＬデバイスなどのフラットパネルの製造工程におけるリソグラフィ工程にて使用されうる。特に本実施形態では、露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式にて、マスク（レチクル、原版）および基板の相対位置を走査方向に同期して走査させながら、マスクに形成されているパターン像を基板上に転写（露光）する走査型投影露光装置とする。

本実施形態の露光装置は、製造すべきデバイスの回路パターンが描画されているマスク（物体）１を保持して移動可能なマスクステージ（第１の保持部）２と、基板（基板）３を保持する基板ステージ（第２の保持部）４を備える。また、マスク１を照明する照明光学系ＩＬと、基板３にマスク１のパターンを投影する投影光学系ＰＯと、制御部Ｃと、を備える。照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＯの間には、マスク１を保持したマスクステージ２が配置される。照明光学系ＩＬには光源が含まれており、例えば高圧水銀ランプが使用可能である。ただし、光源は製造するデバイスに対して適切なのもが任意に選択可能である。照明光学系ＩＬには、スリット５が設けられており、光源からの光はスリット５を通過してマスク１を照明し、投影光学系ＰＯでマスク１のパターンの像を基板ステージ４に保持された基板３に投影する。スリット５は投影光学系ＰＯの良像域の形状に合わせた形状となっている。スリット５を通過した光は投影光学系ＰＯの良像域に合わせた形状に整形される。制御部Ｃは、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）を含み、露光装置の各部を制御して基板３の露光処理を制御する。メモリには投影光学系のＮＡ（投影光学系の結像性能に関する情報）と当該ＮＡに適した透過部５２（図２に図示）のＹ方向（所定方向）の幅とが関連づけられたテーブルが記憶されている。さらに、透過部５２のＹ方向のスリット幅Ｗｂ（図２に図示）と、当該幅に応じて変更される透過部５２の円弧の曲率とが関連付けられたテーブルが記憶されている。なお、投影光学系のＮＡは、マスク１のパターンや所望の解像力に応じてユーザにより露光装置に入力される。

投影光学系ＰＯは、マスク１からの光の進行方向に沿って、順に第一の屈折部材６、２つの平面鏡からなる反射面を有する台形鏡７、第一の凹面鏡８、絞り１２を備えた凸面鏡９、第二の凹面鏡１０、第二の屈折部材１１、を含む。第一の凹面鏡８と第二の凹面鏡１０とは一体化して構成されていてもよい。図１において基板３からマスク１に向かう方向（投影光学系ＰＯの光軸方向）を＋ｚ方向、ｚ方向に直交し、凸面鏡９から第一の凹面鏡８に向かう方向を＋ｙ方向、ｚ方向とｙ方向に対し右手系をなす方向を＋ｘ方向とする。

基板３には露光光に感度があるフォトレジストが塗布されており、露光パターンを現像することにより、基板３上にマスク１に描画された回路パターンが形成される。露光時には、マスクステージ２と基板ステージ４との相対位置を同期してｙ方向に走査させることにより、走査しない場合よりも広い領域を露光可能とする。凸面鏡９は、投影光学系ＰＯの瞳部となっている。凸面鏡９に設けられた絞り１２の径を変更することにより投影光学系ＰＯの開口数（ＮＡ）を変更することが可能である。

図２は、本実施形態に係る照明光学系ＩＬに設けられたスリット５の形状を示す図である。凸面鏡９、第一の凹面鏡８および第二の凹面鏡１０を備えた本実施形態の投影光学系ＰＯでは軸外の円弧状の良像域を使用可能である。したがって、スリット５は図２に示す幅（ｙ方向の長さ）Ｗの円弧形状になっている。スリット５は、遮光部５１および透過部５２を有し、例えば鉄などの金属により作製され得る。透過部５２は投影光学系ＰＯの良像域に合わせた形状とすることで良好な結像性能を得ることができる。

第一の屈折部材６、第二の屈折部材１１および第三の屈折部材１２は、投影光学系ＰＯの結像性能、例えば倍率や収差などを補正するための補正光学系である。各屈折部材は、非球面のレンズやプレート、又は、楔状の光学部材などで構成される。

図３は、投影光学系ＰＯのフォーカス特性を示す非点収差に関する縦収差図である。縦軸をｙ方向、横軸をデフォーカス量とする。曲線Ｓは、サジタル像面のデフォーカス量、曲線Ｍは、メリジオナル像面のデフォーカス量を示す。各像面のデフォーカス量がゼロになる領域が投影光学系ＰＯの良像域であり、軸外に良像域があることが分かる。第一の屈折部材６や第三の屈折部材１２の配置関係上、これらの大きさが制限されるため、良像域すべてが使用可能とは限らない。図３に示すとおり、使用可能領域は、良像域の一部のみカバーしている。

図４は、屈折部材６の有効部Ｐを示す図である。ここでは、三つの屈折部材のうち、屈折部材６を例として説明する。屈折部材６のｙ方向の寸法Ｌは、投影光学系ＰＯでの配置スペース等により制限される。有効部Ｐのｙ方向の寸法と屈折部材６のｙ方向の寸法Ｌとの差が最も小さくなる箇所の寸法差ｄは、屈折部材６の加工上の制約や保持上の制約により一定以上必要となる。しかしながら、屈折部材６のｙ方向の寸法Ｌが制限されるため、投影光学系ＰＯの良像域を十分にカバーする大きさの有効部Ｐを得られない場合がある。したがって、図３のように使用可能領域が制限される。同様に第一の凹面鏡８や第二の凹面鏡１０の外形の制約によっても良像域が制限され得る。制限された良像域の最大物高を透過部５２の円弧の曲率Ｒとし、使用可能領域の幅だけ円弧をｙ方向に移動させることにより使用可能な良像域のみを使用するスリット形状を決定することが可能である。

投影光学系ＰＯの解像力ＣＤは式１で与えられる。式１のλは照明光学系ＩＬの光源から出射する光の波長であり、ｋ１はプロセスなどに応じた比例定数である。一方、焦点深度ＤＯＦは波長λと投影光学系のＮＡ、比例定数ｋ２を用いて式２のように表される。ＮＡを大きくすれば解像力が上がる一方焦点深度ＤＯＦが減少する。逆に解像力ＣＤを高くする必要がないパターンについてはＮＡを小さくすることで焦点深度ＤＯＦを増やすことが可能となる。このようにパターンに応じて必要なＮＡを選択することにより、パターンをより忠実に露光することが可能となる。

ＮＡを小さくした場合、各光学部材での光束径が小さくなる。そのため各光学部材の有効径を変更することなく、スリット５の幅Ｗを広くすることが可能となる。スリットの幅Ｗを広くすることにより走査露光の際の積算光量が増え露光時間の短縮につながる。結果として露光装置のスループット向上につながり装置の生産性が向上する。

ＮＡを小さくすることで透過部５２の幅Ｗを幅Ｗ_ｂへ広くした場合のスリット形状を図５に示す。このときの透過部５２のｘ方向の長さをＸ_ｂとする。図５のスリットに対応する屈折部材６に必要な有効部Ｐ_ｂの形状を図６に示す。図６に示す通り、有効部Ｐ_ｂのｙ方向の大きさ（幅）Ｐｗ_ｂが屈折部材６の寸法よりも大きくなってしまう。そのため、屈折部材６自体のサイズを大きくする必要があるが、それにより露光装置が大形となる等の問題が生じうる。

本実施形態では、露光装置が使用するスリット５を交換して光束のスリット形状を調整するスリット交換装置（変更部）を備えうる。スリット交換装置は、制御部Ｃにより制御され、投影光学系ＰＯのＮＡや当該ＮＡに対応した必要スリット幅に応じた最適なスリットをあらかじめ用意した複数のスリットから選択して照明光学系ＩＬに配置する。上記のようにＮＡを小さくすることでスリット幅を幅Ｗ_ｂにした場合、スリット交換装置は、図７に示す幅Ｗ_ｂで図５のスリットの曲率（第１曲率）よりも小さい曲率（第２曲率）のスリット５を照明光学系ＩＬに配置する。図７の点線は、図５に示したスリット５の形状を示す。

図７のスリット５を用いた場合の屈折部材６に必要な有効部Ｐ_ｃの形状を図８に示す。点線は図６に示した有効部Ｐ_ｂの形状を示す。図８の通り、屈折部材６は、必要な有効部Ｐ_ｃの全体をカバーしている。したがって、透過部５２の曲率を投影光学系のＮＡに応じて変更することで、屈折部材６の大きさを変更することなく、図７に示すスリット幅Ｗ_ｂと同じスリット幅を確保することが可能である。

以上のように、本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＯのＮＡを小さくしてスリット幅を大きくしても投影光学系ＰＯに含まれる光学部材（屈折部材６等）を大きくする必要がない。したがって、本実施形態によれば、装置のサイズおよび露光領域の広さの点で有利な露光装置を提供することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、スリット幅をｙ方向に広げたが、本実施形態では、ｘ方向に広げる場合を考える。図９は、図５に示すスリット５のスリット幅であるＸｂをＸｃに広げた場合のスリット形状を示す図である。点線は図５の透過部５２の円弧の曲率Ｒのままスリット幅をＸｃに広げた時のスリット形状を示す。実線は、曲率Ｒよりも小さい曲率とした場合のスリット形状を示す。図９で示すとおり、曲率Ｒの場合は、透過部５２の形状がスリット５をはみ出してしまい、屈折部材６を大きくし有効部を大きくする必要性が高まる。一方、曲率をＲよりも小さくした場合は、透過部５２がスリット５におさまり、屈折部材６を大きくする必要がない。本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得られる。

上記実施形態では、基板３を露光する露光光の光束のスリット形状をスリット交換装置により調整していたが、人手によりスリットを交換することで調整してもよい。または、図１０で示すようなスリット形状可変機構（調整部）によりすでに配置されているスリットの形状を変えることで調整してもよい。または、これらの併用によりスリット形状を変えて調整してもよい。

スリット形状可変機構は、例えば、駆動制御部１３と、駆動部１４と、ブレード１５と、を含む。駆動制御部１３は例えばモーターを含み、駆動部１４をｙ方向に進退させる。ブレード１５は、駆動部１４により力を加えられることで変形可能な板金等からなる。スリット形状可変機構は、制御部Ｃにより制御される。制御部Ｃは、投影光学系のＮＡに対応したスリットの目標形状（幅や曲率）を決定し、決定した形状に基づいて駆動部１４を駆動させブレード１５を変形させる。変形後の形状は、不図示の計測部により計測され、制御部Ｃは、計測結果が目標形状となっているか否かを判断する。目標形状となっていれば駆動を終了し、目標形状になっていなければ駆動を続ける。なお、スリット形状可変機構は、ｘ方向に進退可能な駆動部１４をさらに備えていても良い。

図１１（Ａ）および（Ｂ）は、絞り１２の構成の一例を示す図である。図１１（Ａ）および（Ｂ）に示す絞り１２は、ｚ方向に互いに離間する（図１１（Ｂ））ように移動可能な２つの部材１６、１７から構成され、当該２つの部材１６、１７が接触している時（図１１（Ａ））は円形の開口部が形成される部材である。２つの部材１６、１７の移動は制御部Ｃにより制御され、開口部の大きさによりＮＡが調整される。

（物品製造方法に係る実施形態）
本実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

（その他の実施形態）
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。

１ マスク
２ マスクステージ
３ 基板
４ 基板ステージ
５ スリット
ＩＬ 照明光学系
ＰＯ 投影光学系ＰＯ
Ｃ 制御部

Claims (9)

1. 物体を円弧状の光で照明する照明光学系と、前記円弧状の光で照明された前記物体の像を基板に投影する投影光学系を有し、前記物体と前記基板との相対位置を所定方向に変えながら前記基板を露光する露光装置であって、
   前記照明光学系は、光源の光を前記円弧状の光に整形する円弧状の開口部が設けられたスリットを含み、
   前記開口部の円弧の曲率を変更する変更部と、
   前記投影光学系の結像性能に関する情報に基づいて前記曲率を変更するように前記変更部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記変更部は、前記スリットを、前記曲率が第１曲率の第１スリットから、前記曲率が前記第１曲率とは異なる第２曲率の第２スリットに交換することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第２スリットの開口部の前記所定方向の幅は前記第１スリットの開口部の前記所定方向の幅と異なることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記変更部は、力を加えて前記開口部の形状を調整する調整部を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記変更部は、前記所定方向の幅を変更することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記所定方向は前記投影光学系の光軸に直交する方向の長さであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記投影光学系の結像性能に関する情報は、前記投影光学系のＮＡであることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の露光装置。
8. 物体を円弧状の光で照明し、前記円弧状の光で照明された前記物体の像を基板に投影する露光方法であって、
   前記投影光学系の結像性能に関する情報に基づいて前記円弧状の光の曲率を変更することを特徴とする露光方法。
9. 請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いてパターンを基板上に形成する工程と、
   前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、を有する
   ことを特徴とする物品の製造方法。

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