JP2018054992A - 照明光学系、露光装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最小線幅の増大を抑制しつつ基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減できる照明光学系を提供すること。【解決手段】本発明は、投影露光装置において原版９光を照明するための照明光学系１０に関する。照明光学系１０は、第１波長Ｐ１の光と該第１波長よりも長波長である第２波長Ｐ２の光とが混在する光を射出する光源１と、光源１からの光を光入射面で受け、光射出面側に２次光源を生成するオプティカルインテグレータ７と、２次光源の光強度分布に応じて、第１波長Ｐ１の光に対して第２波長Ｐ２の光を相対的に減光する減光手段６１と、を有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、及び物品の製造方法に関する。

投影露光装置（以下、露光装置という）はマスクに形成されているパターンを基板上に転写する装置であって、照明光学系を介して被照射面であるマスク（原版）に光を照明し、投影光学系を介して当該マスクのパターンの像を基板上に投影する。照明光学系では、マスクの各点に対して所定の角度分布で光を入射させるために、マスクのパターンに応じて決定された所定形状および所定の大きさの光強度分布で照明光学系の瞳面に配置されたオプティカルインテグレータを照明する。オプティカルインテグレータは、入射面で光を受け、当該オプティカルインテグレータの射出面側において前述の光源分布に対応する光源分布を有する２次光源を生成する。

ところが、２次光源の光強度分布が不均一な場合、マスクの各点に入射する光のＮＡがばらつくこととなる。これにより、基板上に均一な線幅のパターンの形成が困難になる。例えば、２次光源の光強度が直交する２軸方向で異なる場合は、マスクのパターンが水平方向に線状のパターンの場合と垂直方向に線状のパターンの場合とで、異なる線幅のパターンが基板上に形成されてしまう。このような、マスクのパターンに応じた線幅のばらつきによって、最終製品の歩留まりが低下することとなる。

特許文献１には、線幅のばらつき低減を図る目的で、２次光源の光強度均一化するような透過率分布を有するフィルタをオプティカルインテグレータよりも光源側に配置することが記載されている。具体的には、光強度が強くなりやすい２次光源の第１領域において光強度が弱い第２領域と同等の強度となるように、第１領域に入射する光を減光させる透過率分布を有するフィルタを配置することが記載されている。

特開２００６−１９７０２

特許文献１に記載の技術によれば基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減できるが、最小線幅が大きくなるほうに光強度を調整する技術である。近年要求される更なる微細化によって最小線幅の低減も要求されていることに鑑み、本発明は、最小線幅の増大を抑制しつつ基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減できる照明光学系及び露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、投影露光装置において原版を照明するための照明光学系であって、第１波長の光と該第１波長よりも長波長である第２波長の光とが混在する光を射出する光源と、前記光源からの光を光入射面で受け、光射出面側に２次光源を生成するオプティカルインテグレータと、前記２次光源の光強度分布に応じて、前記第１波長の光に対して前記第２波長の光を相対的に減光する減光手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、最小線幅の増大を抑制しつつ基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減できる。

第１〜第３実施形態の露光装置の構成を示す図である。 第１実施形態の照明光学系の構成を示す図である。 ２次光源の光強度分布を示す図である。 パターンの主方向と解像度の関係を示す図である。 第１実施形態の波長フィルタの構成を示す図である。 第１実施形態のフィルタの特性を示す図である。 第１実施形態の波長フィルタの設計方法を示すフローチャートである。 第２実施形態の２次光源の光強度のばらつきを説明する図である。 第２実施形態のフィルタの構成を示す図である。 第２実施形態のフィルタによる効果を示す図である。 第３実施形態の照明光学系を示す図である。 減光フィルタの構成を示す図である。

［露光装置の構成］
図１は第１〜第３実施形態に共通の露光装置１００の構成を示す図である。露光装置１００は、被照射面であるマスク（原版）９に光を照明する照明光学系１０と、マスク９と光学的に共役な位置に配置された基板１２にマスク９に形成されているパターンの像を投影する投影光学系１１とを有する。

投影光学系１１は、ミラー３２、３４、３６、３４、３２の順に光を反射する反射光学系であり、マスク９のパターンの像を等倍のまま基板１２に投影する。投影光学系１１は反射光学系であることにより、光源１からの光の色収差が結像光学系に比べて小さくなる光学系である。基板１２は、移動可能なステージ３８に支持されている。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態の照明光学系１０の構成を示す図である。図２において、投影光学系１１は簡略化して図示している。

光源１は、広帯域の光（複数波長の光が混在する光）を射出する光源である。本実施形態では、光源１は水銀ランプであり、３つのピーク波長Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の輝線が混在する光を射出する。波長Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の輝度比は２：１：１とする。例えば、輝線として、ｉ線（Ｐ１＝３６５ｎｍ）、ｇ線（Ｐ２＝４０５ｎｍ）、ｈ線（Ｐ３＝４３６ｎｍ）等の紫外光を含む。光源１は集光ミラー２の第１焦点３の付近に発光部を有し、集光ミラー２は光源１から射出された光を第２焦点４に集光する。

コンデンサレンズ５は第１焦点４に集光された光を平行光に整形する。当該整形された光は、後述のフィルタ６１を透過してフライアイレンズ７の入射面７ａに入射する。フライアイレンズ７はオプティカルインテグレータの一種であり、複数の微小なレンズ（複数の光学素子）で構成されている。フィルタ６１はフライアイレンズ７の近傍に配置されている。なお、コンデンサレンズ５からマスク９までの光路において、光の断面が所定の形状および大きさの光となるように光源１からの光を整形する光学系（不図示）が配置されている。

フライアイレンズ７は、入射面（光入射面）７ａに入射した光から射出面（光射出面）７ｂ側に２次光源を形成する。入射した光が有する光強度分布は、２次光源の光強度分布として反映される。フライアイレンズ７から射出された光は複数のコンデンサレンズ８を透過して、マスク９に重畳的に照明される。なお、本明細書において、縦横マトリクス状に配列した微小レンズが複数集合した１枚のレンズ、又は、このようなレンズと同等の機能を有するように一方向に延伸した微小レンズが複数集合したレンチキュラーレンズを微小レンズの延伸方向（母線方向）が直交するように光軸方向に複数重ねて配置したレンズ群をフライアイレンズという。 計測部１３はステージ３８上に配置されている。計測部１３は前述の２次光源の形状やその光強度を計測可能なセンサであって、例えばＣＣＤセンサが用いられる。

図３は２次光源の光強度分布を示す図である。照明光学系１０の組み立て公差等が要因で、２次光源の光強度が不均一になる。図３（ａ）は光強度をグレートーンで示した図であり、色の濃い部分が色の薄い部分よりも光強度が大きいことを示している。図３（ｂ）は２次光源のＸ断面における光強度の分布であり、図３（ｃ）は２次光源のＹ断面における光強度の分布である。図３（ｂ）（ｃ）は、一方向（Ｙ方向）の光強度が外周に向かうにつれて低下する場合を示している。

このような２次光源における光強度分布に起因して、フィルタ６１を使用しない場合は、マスク９のパターンの主方向に応じて投影像の解像度が異なってくる。これにより、現像後のパターンの線幅が異なってくる。例えば、図４（ａ）に示すＸ方向が主な方向のパターンＡ（第１方向が主な方向のパターン）は、Ｙ方向が主な方向のパターンＢとに比べて解像度が低下する（図４（ｂ）参照）。

２次光源の光のうち、パターンＡの解像度に主に寄与する光は図３（ｃ）に示す不均一な強度分布を有するＹ方向の光であるのに対し、パターンＢの解像度に主に寄与する光は図３（ｂ）に示す均一な強度分布を有するＸ方向の光だからである。本実施形態では、フィルタ６１を用いて、パターンＡの解像度がパターンＢの解像度に一致させる（パターンＢの解像度がパターンＢの解像度に近づける）。

（フィルタ６１について）
フィルタ６１は、２次光源の光強度分布に応じて、第１波長の光に対して当該第１波長よりも長波長である第２波長の光を相対的に減光する減光手段である。

図５はフィルタ６１の構成を示す図である。フィルタ６１は、分光特性がそれぞれ異なる３種類の領域６２、６３、６６を有する。領域６２、６３の大きさは、フライアイレンズ７の単位領域である１つの微小レンズ７ｃの整数倍の大きさに対応している。図５では領域６２を透過した光が１つの微小レンズ７ｃ（光学素子の１倍）に入射する場合を示している。

領域６２、６３は、入射した光の特性を変化させる波長フィルタの領域である。波長フィルタが貼り付けられていても良いし、波長フィルタとして機能する材料が蒸着されていても良いし、波長フィルタとして機能するように凹凸加工が施されていても良い。入射した光の特性を変化させる機能は、射出光を入射光の重心波長よりも短波長側にシフトさせる機能を有するのであれば、所定の波長以外の光線を一定の割合で減光させる機能（図６参照）でもよいし、所定の波長の混在比を変化させる機能でもよい。

所定の波長の混在比を変化させる機能を有する場合を例に説明する。波長Ｐ１の光（第１波長の光）の透過率をＴ１、波長Ｐ２の光（第２波長の光）の透過率をＴ２、波長Ｐ３の光の透過率をＴ３とした場合に、一番光強度が低い位置に対応する領域６２では、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０：０なる分光特性を有する。

すなわち、波長Ｐ２の光及び波長Ｐ３の光の透過率を実質ゼロとすることで、波長Ｐ１の光に対して、波長Ｐ１よりも長波長の波長Ｐ２の光及び波長Ｐ３の光を減光させる。同様に、やや光強度が低い位置に対応する領域６３では、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０．５：０なる分光特性を有する。その他の領域６６では、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：１：１なる分光特性を有する。

すなわち、領域６２（光強度が低い領域に対応する部分）のほうが領域６３、６６（光強度が高い領域に対応する部分）よりも波長Ｐ２の光を減光する割合が大きく、領域６２の方が領域６６よりも波長Ｐ３の光を減光する割合が大きい。これらによって、図３において光強度が低い部分に対応する領域６２を透過した光の重心波長を領域６３、６６を透過した光に比べて短波長側にシフトさせることができる。２次光源の光強度が低くなる領域に対応する領域６２ほど、波長Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の光による重心波長を短波長側にシフトすることにより、解像度が波長λに比例することを利用して、解像度を向上できる。

よって、基板上に図４のパターンＡを形成した場合の線幅を小さくすることができ、パターンＢの線幅に近づけることができる。このように、２次光源の光強度に応じて、第１波長の光に対して長波長である第２波長光を相対的に減光させることにより、最小線幅の増大を抑制しつつ基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減することができる。

なお、フィルタ６１を領域６２、６３、６６に分けて、３種類の分光特性を呈する例を説明したが、分光特性の種類の数はこれに限られない。また、領域６２、６３の設定位置も２次光源の光強度分布に応じて適宜変更しても良い。さらに、領域６２、６３、６６における分光特性に関し、透過率比は上述の例に限られない。例えば、領域６２、領域６２、領域６６における分光特性が、それぞれ順に、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０．５：０．８、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０．８：１、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：１：１でもよい。この場合であっても、フィルタ６１は、波長Ｐ１の光に対して波長Ｐ２の光や波長Ｐ３の光を減光している。

（波長フィルタの設計方法について）
次に、フィルタ６１の設計方法について図７のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１〜Ｓ３は、露光装置１００が有する不図示の制御部で実行してもよいし、装置外に設けられた演算装置を介して実行してもよい。

Ｓ１では、解像度に関する情報をマスク９のパターンの主方向ごとに算出する。当該解像度に関する情報は、（１）露光および現像により基板１２上に形成された凹凸パターンの凸部と凹部の高低差（２）計測部１３を用いて撮像した、投影光の繰り返しパターンの画像の明暗差から算出される。

Ｓ２では、フィルタ６１の各領域における重心波長を決定する。低解像度となるパターンと高解像度になるパターンとを比較し、低解像度となるパターンが高解像度となるパターンの解像度に近づくような重心波長を決定する。重心波長の決定は、例えば、解像度＝Ｋ１×λ／ＮＡ（レイリーの式）に基づいて行う。ここで、λは重心波長、ＮＡは投影光学系の開口下図、Ｋ１はレジストプロセスや２次光源などで決定される変数である。解像度を向上させる（最小解像度をさらに小さくする）ため、重心波長が短波長側にシフトするように決定される。

最後に、Ｓ３で決定した重心波長を実現する波長フィルタの分光特性を決定する。

［第２実施形態］
第２実施形態の照明光学系は、フィルタ６１の代わりに後述のフィルタ７１（図９に図示）を使用すること以外は、図２に示す照明光学系１０と同じ構成を有する。そのため、フィルタ７１以外の詳細な説明は省略する。

図８（ａ）に示すように、マスク９のパターンが１つ形成される被処理領域Ａ内の位置Ａ１〜Ａ５のそれぞれの位置の解像度に寄与する２次光源の光強度分布が異なる場合に有利な実施形態である。図８（ａ）において、位置Ａ３では全方向に均一な光強度分布であり、位置Ａ２と位置Ａ４では位置Ａ３よりもややＹ方向に光強度分布が不均一であり、位置Ａ１と位置Ａ５ではさらにＹ方向に光強度が不均一な場合を示している。

これにより、図８（ｂ）に示すように、同じパターンでも位置Ａ１〜Ａ５で解像度が異なる場合がある。これにより、幅が不均一な１本の線状パターンが形成されてしまうこととなる場合に、フィルタ７１を使用する。

図９（ａ）はフィルタ７１の構成を示す図である。フィルタ７１は、フィルタ６１の領域６２に対応する領域７２が、図９（ｂ）の拡大図に示すように構成されている。図９（ｂ）では、領域７２が、互いに分光特性の異なる５つの領域で構成されている様子を示している。当該５つの領域を端から順にＸ方向に向かって領域７３、領域７４、領域７５、領域７４、領域７３とした場合、領域７３は領域６２と同じ分光特性を有し、領域７４は領域６３と同じ分光特性を有し、領域７５は領域６６と同じ分光特性を有する。

第１実施形態と同様、フィルタ７１は、局所的にフライアイレンズ７に入射する光の重心波長を短波長側にシフトさせることができる。これにより、図１０に示すように被処理領域Ａ内の位置Ａ１〜Ａ５に応じた解像度のばらつきを低減させることができる。このように、２次光源の光強度分布に応じて波長Ｐ１の光に対して、波長Ｐ１よりも長波長の波長Ｐ２の光及び波長Ｐ３の光を減光させるフィルタ７１を用いることで、最小線幅の増大を抑制しつつ基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきを低減できる。

［第３実施形態］
第３実施形態の照明光学系３００について説明する。図１１は第３実施形態の照明光学系２０の構成を示す図である。投影光学系１１は簡略化して図示している。

照明光学系１０の構成に加え、さらにフィルタ６１に対して光源側に配置された減光フィルタ６４を有する。減光フィルタ（補正手段）６４は、フィルタ６１を配置することによって生じる、２次光源の各位置での光強度のばらつきが低減するように光強度分布を補正する目的で配置されたフィルタである。

図１２（ａ）はフィルタ６１を、図１２（ｂ）は減光フィルタ６４を示す図である。減光フィルタ６４は、波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の光の透過率比を変えないまま波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の光を一定の割合で減光する減光フィルタ６４が配置された領域４０、４１と、波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の光を減光しない領域４２とを有する。領域４０は領域６６に、領域４１は領域６３に、領域４２は領域６２に、それぞれ対応する位置にある。

フィルタ６１の分光特性は第１実施形態と同様である。すなわち、波長フィルタ６２は、波長Ｐ１の透過率をＴ１、波長Ｐ２の透過率をＴ２、波長Ｐ３の光の透過率をＴ３とした場合に、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０：０である。波長フィルタ６３の分光特性は、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：０．５：０である。領域６６の分光特性は、Ｔ１：Ｔ２：Ｔ３＝１：１：１である。

フィルタ６１を透過してフライアイレンズ７の各点に入射する光の光強度Ｉは、波長フィルタ２３の分光特性と光源１の輝度比の積算和で表される。すなわち、Ｉ＝Ｐ１×Ｔ１＋Ｐ２×Ｔ２＋Ｐ３×Ｔ３で表される。これによれば、波長フィルタ６２に対応する位置の光強度Ｉ_１は２、波長フィルタ６３に対応する位置の光強度Ｉ_２は２．５、領域６６に対応する位置の光強度Ｉ_３は４である。

そこで、減光フィルタ６４はフライアイレンズ７の各位置に入射する光の光強度Ｉ_１〜Ｉ_３が一致するように入射光を所定の割合で減光する。領域４０、４１、４２は、射出面７ｂにおいて光強度Ｉ_１〜Ｉ_３のうち光強度が低くなる領域に対応する領域ほど高い透過率を有するように構成されている。例えば領域４０は透過率０．５、領域４１は透過率０．８、領域４２はフィルタ無し（すなわち透過率１）とする。

減光フィルタ６４を配置することにより、第１実施形態と同様の効果の効果に加え、フライアイレンズ７に入射する各位置での光強度のばらつきが低減することができる。光強度にばらつきがあるとレジストに所定のエネルギーを照射すための走査速度のばらつきが生じるところ、本実施形態によれば、マスク９のパターンの主方向によるスループットのばらつきを低減することができる。

［その他の実施形態］
光源１の種類は、水銀ランプに限らず、複数のピーク波長を含む光を射出する光源であればよい。フライアイレンズ７のかわりに、オプティカルロッド（オプティカルインテグレータ）を用いてマスク９に２次光源からの光を照明しても良い。フィルタ６１、７１、減光フィルタ６４等は、照明光学系１０，２０の瞳の位置ならどこに配置されても良い。

露光装置１００は、例えば、固定したマスク９に対して基板１２をステップアンドリピート方式で駆動させながら露光することにより、基板上にレジストの潜像パターンを形成するステッパであってもよい。

［物品の製造方法］
露光装置１００を用いた物品の製造方法は、露光装置を用いて基板１２上に硬化物のパターンを形成する工程と、当該パターンの形成された基板を処理する工程とを含む。当該基板の処理工程において、基板のエッチング又はイオン注入等が行われた後、レジストマスクは除去される。処理工程はさらに、他の周知の処理工程（現像、酸化、成膜、蒸着、平坦化、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）を含んでもよい。

物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。

硬化物のパターンは、上記物品の少なくとも一部の構成部材として、そのまま用いられるか、或いは、レジストマスクとして一時的に用いられる。

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。

１ 光源
７ オプティカルインテグレータ
９ マスク（原版）
１０ 照明光学系
６１ 波長フィルタ（減光手段）
Ｐ１ 第１波長
Ｐ２ 第２波長
１００ 露光装置

Claims (8)

1. 投影露光装置において原版を照明するための照明光学系であって、
   第１波長の光と該第１波長よりも長波長である第２波長の光とが混在する光を射出する光源と、
   前記光源からの光を光入射面で受け、光射出面側に２次光源を生成するオプティカルインテグレータと、
   前記２次光源の光強度分布に応じて、前記第１波長の光に対して前記第２波長の光を相対的に減光する減光手段と、を有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記減光手段が前記第１波長の光に対して前記第２波長の光を減光する割合は、前記２次光源の光強度分布における光強度が低い領域に対応する部分のほうが、前記２次光源の光強度分布における光強度が高い部分に対応する部分よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記オプティカルインテグレータは複数の光学素子を含むフライアイレンズであり、
   前記減光手段が前記第１波長の光に対して前記第２波長の光を相対的に減光する単位領域は、前記フライアイレンズの１つの前記光学素子の整数倍に対応することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
4. 前記オプティカルインテグレータは複数の光学素子を含むフライアイレンズであり、
   前記減光手段が前記第１波長の光に対して前記第２波長の光を相対的に減光する単位領域は、前記フライアイレンズの１つの前記光学素子を複数の領域に分割した領域に対応することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
5. 前記減光手段は、分光特性の重心波長がそれぞれ異なる複数の波長フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記減光手段は、前記２次光源の光強度分布の光強度のばらつきを補正する、補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の照明光学系と
   前記照明光学系で照明された前記原版のパターンを基板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。
8. 物品の製造方法であって、
   請求項７に記載の露光装置を用いて前記基板上にパターンを形成する工程と、
   前記工程の後に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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