JP2018066956A - 照明光学系、露光装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ省スペースでありながらも、照明領域を規定する遮光板の形状を精度良く目標形状に整形する技術を提供する。
【解決手段】光源からの光で被照明面を照明する照明光学系が提供される。照明光学系は、前記光源と前記被照明面との間に設けられ、前記被照明面における照明領域の形状を規定する開口の少なくとも一部の形状を形成する遮光板と、前記遮光板に力を加えて該遮光板を変形させることにより前記開口の形状を調整する複数の調整部とを有する。前記複数の調整部は、前記遮光板の互いに異なる複数の位置に力を加えるように構成され、前記複数の調整部のうち少なくとも１つの調整部は、該調整部が前記遮光板に力を加える位置を変更可能に構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、および物品製造方法に関する。

露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ等）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサレンズにより集光されて、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介して基板上に結像する。こうして、基板上にマスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成された微細パターンを基板上に正確に転写するには、基板上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

そこで、マスクと光学的に共役な位置に露光量のばらつきに応じて開口幅を調整可能な照明領域整形手段を配置し、露光量のばらつきを補正する技術が種々提案されている。例えば特許文献１には、開口幅変更手段による開口幅の変更に関わらず、開口幅が変化しない位置を不動位置とするとき、照明領域端部を不動位置と略一致させる技術が開示されている。また、特許文献２には、被照射面における露光量分布ばらつきのうち２次以上の成分を補正するために、スリット状の照明領域を規定する長辺のうち片方を２次以上の成分を含む曲線状に形成する技術が開示されている。

特開２００５−１７５０４０号公報 特開２００６−１３４９３２号公報

図８は、従来の照明領域整形手段における、調整部を有する円弧形状金属板（遮光板）の端面形状を示す平面図である。なお、図８においては、Ｘ方向に左右対称であるため、左側を省略している。Ｌ０は標準状態の端面形状を示している。Ｐ００は中央調整部が取り付けられた中央位置を示している。また、Ｐ０１は第１の調整部が取り付けられた補正位置を、Ｐ０２は第２の調整部が取り付けられた補正位置を、Ｐ０３は第３の調整部が取り付けられた補正位置を示している。

例えば、遮光板をＬ１のような目標形状に整形したい場合、Ｐ０１とＰ０２の間の位置Ｐ０４には調整部がないため、遮光板の形状を精度よく形状Ｌ１に整形することは困難である。Ｐ００〜Ｐ０３位置に調整部がある場合にＬ１の形状を目標として整形した場合、結果として遮光板はＬ２のような形状になってしまう。Ｐ０１とＰ０２の間に調整部を追加すれば、遮光板をＬ１の形状へ整形可能である。しかし、調整部を追加することは、コストアップにつながり、また、スペースの制約により調整部を追加配置できない等の問題も生じうる。

本発明は、低コストかつ省スペースでありながらも、照明領域を規定する遮光板の形状を精度良く目標形状に整形する技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、光光源からの光で被照明面を照明する照明光学系であって、前記光源と前記被照明面との間に設けられ、前記被照明面における照明領域の形状を規定する開口の少なくとも一部の形状を形成する遮光板と、前記遮光板に力を加えて該遮光板を変形させることにより前記開口の形状を調整する複数の調整部とを有し、前記複数の調整部は、前記遮光板の互いに異なる複数の位置に力を加えるように構成され、前記複数の調整部のうち少なくとも１つの調整部は、該調整部が前記遮光板に力を加える位置を変更可能に構成されていることを特徴とする照明光学系が提供される。

本発明によれば、低コストかつ省スペースでありながらも、照明領域を規定する遮光板の形状を精度良く目標形状に整形する技術を提供することができる。

実施形態に係る露光装置の構成を示す図。 実施形態におけるスリット補正装置の構成を示す図。 実施形態におけるスリット補正装置の動作を説明する図。 実施形態におけるスリット補正装置の動作を説明する図。 実施形態におけるスリット補正装置の動作を説明する図。 実施形態における接続機構の例を示す図。 実施形態における露光装置による、スリット補正装置を駆動して露光を行う方法のフローチャート。 従来のスリット補正装置の動作を説明する図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号をつける。また、各図において、基板面上で互いに直交する方向のうち走査方向をＹ方向、他方をＸ方向とする。

図１は、本実施形態に係る露光装置１００の構成図である。露光装置１００は、スリット光により基板を走査露光する露光装置であり、照明光学系１と、アライメントスコープ２と、投影光学系４と、基板ステージ１７と、計測器１８と、制御系１９とを含みうる。マスクを構成する原版３は、アライメントスコープ２と投影光学系４との間に配置され、基板１６は、基板ステージ１７に保持されている。計測器１８は、基板１６と同面の露光量を計測する。

照明光学系１は、光源からの光でマスク（被照明面）を照明する光学系である。照明光学系１は、例えば、光源５と、第１コンデンサレンズ６と、フライアイレンズ７と、平面鏡１１と、第２コンデンサレンズ８と、スリット補正装置２００と、結像光学系１０とを含みうる。光源５は、例えば、高圧水銀ランプと楕円ミラーとを含みうる。光源５により射出された光は、第１コンデンサレンズ６およびフライアイレンズ７を通過した後、平面鏡１１によって光路を折り曲げられ、遮光板による露光領域整形機能を有するスリット補正装置２００に入射する。スリット補正装置２００は、マスクである原版３の照明領域（即ち、原版３を照明するスリット光の断面形状）を、例えば、Ｘ方向に長い円弧状になるように規定する視野絞りを含む。この視野絞りは、フライアイレンズ７のフーリエ変換面となっており、原版３と光学的に共役な位置に配置されている。結像光学系１０は、スリット補正装置２００によって規定されたスリット光を投影光学系４の物体面（原版３）に照明させるように配置されている。また、アライメントスコープ２は、原版３のアライメントマークと基板１６のアライメントマークとを、投影光学系４を介して同時に検出する。

投影光学系４は、第１平行平板１３ａ、平面鏡１４、凹面鏡１２、凸面鏡１５および第２平行平板１３ｂを含み、照明光学系１により照明される原版３のパターンの像を基板１６に投影する。原版３は投影光学系４の物体面に、基板１６は投影光学系４の像面にそれぞれ配置されている。投影光学系４は、等倍結像光学系、拡大結像光学系および縮小結像光学系のいずれとしても構成されうるが、本実施形態では等倍の光学系として構成されているものとする。原版３を通過したスリット光は、第１平行平板１３ａ、平面鏡１４の第１面１４ａ、凹面鏡１２の第１面１２ａ、凸面鏡１５、凹面鏡１２の第２面１２ｂ、平面鏡１４の第２面１４ｂ、および第２平行平板１３ｂを経て基板１６上に入射する。これにより、照明光学系１により照明された原版３のパターンの像は、基板上に結像される。

制御系１９は、露光装置１００における露光処理を統括的に制御する。特に、制御系１９は、露光処理において、計測器１８または装置外部からの入力に基づいてスリット補正装置２００の制御も行う。制御系１９は、決定部１９ａ、制御部１９ｂ、記憶部１９ｃを含みうる。記憶部１９ｃは、スリット補正装置２００の制御を含む露光処理の制御プログラムや各種データを記憶する。制御部１９ｂは記憶部１９ｃに記憶されている制御プログラムを実行することで露光装置１００の制御を行う。決定部１９ａは、計測器１８で計測された基板１６と同面の露光量、又は、装置外部から入力される、線幅計測結果から算出された光量調整量などに基づいて、スリット補正装置２００の駆動量を決定する。もっとも、決定部１９ａの機能は制御部１９ｂに含まれていてもよい。

以下、本実施形態におけるスリット補正装置２００について説明する。図２は、スリット補正装置２００の構成を示す平面図である。スリット補正装置２００は、開口（スリット）の形状を調整して、原版３と基板１６とを走査して露光する際に、基板１６上の露光領域に生じる露光光量のばらつきを補正する機能を有する。スリット補正装置２００は、図２に示されるように、可撓性を有する薄肉金属部材で構成される可変ブレード２０１と、靱性の高い部材で構成される固定ブレード２０２とを有する。可変ブレード２０１は、被照明面における照明領域の形状を規定する開口ＯＰの少なくとも一部の形状を形成する遮光板である。この可変ブレード２０１と固定ブレード２０２との間に形成される開口ＯＰによって、光源からの光によって被照明面が照明される照明領域に到達する光量が規定される。図示された照明領域ＥＥは、可変ブレード２０１の形状の精度必要範囲を表す。本実施形態において、可変ブレード２０１と固定ブレード２０２とによって、円弧形状の開口ＯＰが形成されているが、円弧形状に限定されるものではなく、例えば矩形形状であってもよい。

スリット補正装置２００は、可変ブレード２０１に力を加えて可変ブレード２０１を変形させることにより開口ＯＰの形状を調整する複数の調整部を有する。複数の調整部は、可変ブレード２０１の互いに異なる複数の位置に力を加えるように構成されている。複数の調整部のうち少なくとも１つの調整部は、当該調整部が可変ブレード２０１に力を加える位置を変更可能に構成されている。制御部１９ｂは、調整部が可変ブレード２０１に力を加える位置と、該力の大きさを制御することができる。本実施形態において、複数の調整部それぞれは、開口ＯＰを通過する照明光の光軸（すなわち投影光学系の光軸（Ｚ方向））と直交する第１方向（Ｙ方向）に力を加えるよう構成されている。可変ブレード２０１の中央位置には、可変ブレード２０１の位置を固定する中央調整部２０３が設けられている。可変ブレード２０１の、中央調整部２０３に関してＸ方向に対称な位置には、可変ブレード２０１を押し引きして開口ＯＰの走査方向（Ｙ方向）の開口幅を局所的に変更するための一対の第１調整部２０４が配置されている。第１調整部２０４の外側には第２調整部２０５が、さらにその外側（本実施形態では最も外側）には、第３調整部２０６が配置されている。

複数の調整部それぞれは、投影光学系の光軸（Ｚ方向）と上記第１方向（Ｙ方向）とに直交する第２方向（Ｘ方向）に移動させる移動機構２１１ｂを含みうる。本実施形態において、中央調整部２０３、第１調整部２０４、第２調整部２０５及び第３調整部２０６はそれぞれ、可変ブレード２０１をＹ方向に押し引きするための駆動部２１１ａ（アクチュエータ）と、Ｘ方向に移動可能な移動機構２１１ｂを備えうる。なお、中央調整部２０３の主たる役割は可変ブレード２０１の支持にあるため、駆動部２１１ａや移動機構２１１ｂを有しない態様も考えられる。制御部１９は、移動機構２１１ｂを制御するとともに、可変ブレード２０１に対して第１方向（Ｙ方向）に加える力の大きさを制御することができる。

可変ブレード２０１を駆動部２１１ａにより押し引きして開口ＯＰの走査方向（Ｙ方向）の開口幅を変更するためには、可変ブレード２０１と調整部とが接続されている必要がある。しかし、移動機構２１１ｂにより調整部をＸ方向へ移動させる場合にはその接続を解除する必要がある。そこで本実施形態では、第１調整部２０４、第２調整部２０５及び第３調整部２０６はそれぞれ、可変ブレード２０１との接続を解除可能な接続機構２１２を有しうる。

図６に接続機構２１２を備える第３調整部２０６の具体的な構成例を示す。図６には第３調整部２０６の構成例が記載されているが、第１調整部２０４や第２調整部２０５にも同様に適用可能である。

図６（ａ）は、接続機構２１２として、可変ブレード２０１との接続部に電磁石Ｅを使用し、電磁力で可変ブレード２０１との接続／接続解除を制御する例を示している。Ｙ方向への駆動は、駆動部２１１ａにより行われる。また、Ｘ方向に延びるリニアガイドＬＧが配置され、移動機構２１１ｂはこのリニアガイドＬＧに沿って移動しうる。図６（ｂ）は、接続機構２１２として、可変ブレード２０１との接続部にクランプＣを使用した例を示している。クランプＣは、可変ブレード２０１に形成された突起部２０１ａの挟み込みを制御することで可変ブレード２０１と接続／接続解除を行う。Ｙ方向への駆動は、駆動部２１１ａにより行われる。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、駆動部２１１ａ及び移動機構２１１ｂは、例えば、ピエゾ素子、静電アクチュエータ、高分解能のモータ、シリンダー等を用いた駆動機構によって実現されうる。また、可変ブレード２０１が円弧形状である場合には、移動機構２１１ｂはその円弧形状に沿って移動する構成にしてもよい。

図３は、図２に示されたスリット補正装置２００の可変ブレード２０１及び固定ブレード２０２の端面形状（開口ＯＰの形状）を示す平面図である。なお、図３においては、説明のため、中央調整部２０３から左側を省略している。図３において、破線で示された形状Ｌ０は、可変ブレード２０１の標準状態の端面形状を示している。形状Ｌ０において、位置Ｐ００は、中央調整部２０３が取り付けられた中央位置を示す。また、位置Ｐ０１は、第１調整部２０４が取り付けられた補正位置を示し、位置Ｐ０２は、第２調整部２０５が取り付けられた補正位置を示し、位置Ｐ０３は、第３調整部２０６が取り付けられた位置を示している。なお、図２に示されるように、実際には可変ブレード２０１の厚みがあるが、図３等においては省略している。位置Ｐは可変ブレード２０１に力を加える位置に対応する。

例えば、可変ブレード２０１を実線で示される形状Ｌ１（目標形状）に整形したい場合を考える。この場合、位置Ｐ０１と位置Ｐ０２の間にある位置Ｐ０４において可変ブレード２０１に力を加える調整部がないため、このままではブレード形状を精度よく形状Ｌ１に整形することが難しい。そこで本実施形態では、制御部１９ｂは、目標形状に応じて、位置Ｐ０１において可変ブレード２０１に力を加えていた第１調整部２０４を、移動機構２１１ｂにより位置Ｐ０４へ移動させる。これにより、第１調整部２０４は、位置Ｐ０４において可変ブレード２０１に力を加えることができ、可変ブレード２０１の形状を精度よく形状Ｌ１（目標形状）に合わせ込むことができる。

このように、整形したいブレード形状に合わせて調整部を移動させることにより、精度よくブレードを整形することができる。

次に、図４を参照して、Ｘ方向における照明領域の幅の変化に対応した移動機構２１１ｂの制御の例を説明する。

図４において、破線で示されたＬ０は標準状態の可変ブレード２０１の端面形状を示している。また、Ｐ００は中央調整部２０３が取り付けられた中央位置を、Ｐ０１は第１の調整部２０４が取り付けられた補正位置を、Ｐ０２は第２の調整部２０５が取り付けられた補正位置を示している。また、Ｐ０３は照明領域ＥＥの場合の第３の調整部２０６が取り付けられた補正位置を、Ｐ１３は照明領域ＥＥ’の場合の第３の調整部２０６が取り付けられた補正位置を示している。

照明領域の端部においては照度ばらつきが大きい場合があるため、照明領域の端部に相当する位置に調整部を設けることが望ましい。そのため、基板の露光領域における露光量のばらつきを補正するために、照明領域の端部にある位置Ｐ０３に、第３調整部２０６を設けている。

ところで、液晶パネルの面取り等によって露光領域が変更されることがある。例えば、Ｘ方向における照明領域の幅がＥＥからＥＥ’に変わった場合、照明領域ＥＥ’の端部の位置Ｐ１３には調整部がなく、そのままでは精度よく可変ブレード２０１を整形することが難しい。そこで本実施形態では、制御部１９ｂは、位置Ｐ０３にある第３調整部２０６を、移動機構２１１により位置Ｐ１３へ移動させる。これにより、照明領域の端部における可変ブレード２０１の形状を精度よく目標形状に合わせ込むことができる。

あるいは、照明領域の変化に対応して、図５に示されるような制御を行ってもよい。図５において、位置Ｐ０１、Ｐ０２、Ｐ０３は、照明領域ＥＥにおける調整部の最適な配置を示している。また、位置Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３は、照明領域ＥＥ’における調整部の最適な配置を示している。通常、露光領域における露光量のばらつきを補正するために、位置Ｐ０１、Ｐ０２、Ｐ０３で各調整部を押し引きすることで、可変ブレード２０１の形状が整形される。ここで、照明領域がＥＥからＥＥ’に変更されると、位置Ｐ０１、Ｐ０２、Ｐ０３で補正できない形状が発生する場合がある。そこで本実施形態では、制御部１９ｂは、Ｘ方向における照明領域の幅の変更に応じて、各調整部を、より精度よく補正できる位置Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３へ、各調整部に備えられた移動機構２１１ｂによって移動させる。これにより、可変ブレード２０１の形状を精度よく整形できるようになる。

以下、スリット補正装置２００を駆動して露光を行う方法を、図７のフローチャートを参照して説明する。まず、Ｓ１で、制御系１９の制御部１９ｂは、照明領域の幅の情報を取得し、これを照明領域データとして記憶部１９ｃに格納する。次に、Ｓ２で、制御部１９ｂは、計測器１８からの可変ブレード２０１の標準状態での基板の露光領域の露光量のデータを取得し、これに基づき露光量分布のむら（露光ムラ）を算出し、この算出結果のデータを記憶部１９ｃに格納する。次に、Ｓ３で、決定部１９ｂは、記憶部１９ｃに記憶されている照明領域データおよび露光ムラのデータに基づいて、可変ブレード２０１の目標形状を決定する。そして、可変ブレード２０１をその目標形状にするための、スリット補正装置２００の各調整部の駆動部２１１ａ及び移動機構２１１ｂの駆動量を決定する。このとき決定部１９ｂは、Ｘ方向端部の調整部（図４、図５の例では第３調整部２０６）の移動機構２１１ｂの駆動量を、照明領域データから特定される照明領域の端部の位置に合わせるように決定することができる。次に、Ｓ４で、制御部１９ｂは、各調整部を、それぞれ決定された駆動量で駆動して可変ブレード２０１を整形する。これにより、露光ムラが補正される。その後、Ｓ５で、制御部１９ｂは、基板を走査露光する。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、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。更に、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。

１：照明光学系、３：原版、４：投影光学系、５：光源、５０：露光装置、２００：スリット補正装置

Claims (10)

1. 光源からの光で被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記光源と前記被照明面との間に設けられ、前記被照明面における照明領域の形状を規定する開口の少なくとも一部の形状を形成する遮光板と、
   前記遮光板に力を加えて該遮光板を変形させることにより前記開口の形状を調整する複数の調整部と、
   を有し、
   前記複数の調整部は、前記遮光板の互いに異なる複数の位置に力を加えるように構成され、
   前記複数の調整部のうち少なくとも１つの調整部は、該調整部が前記遮光板に力を加える位置を変更可能に構成されている
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記複数の調整部のそれぞれは、前記開口を通過する前記照明光学系の光軸と直交する第１方向に前記遮光板に前記力を加えるように構成され、
   前記少なくとも１つの調整部は、該調整部が前記遮光板に力を加える位置を前記光軸と前記第１方向とに直交する第２方向に移動させる移動機構を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記調整部が前記遮光板に力を加える位置と、該力の大きさを制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記移動機構を制御するとともに、前記調整部が前記遮光板に対して前記第１方向に加える力の大きさを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記制御部は、前記開口の目標形状に応じて、前記移動機構を制御するとともに、前記調整部が前記遮光板に対して前記第１方向に加える力の大きさを制御することを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記制御部は、前記第２方向における前記照明領域の幅の変化に応じて、前記移動機構を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の照明光学系。
6. 前記制御部は、前記第２方向における前記照明領域の幅の変化に応じて、前記複数の調整部のうち最も外側に位置する調整部の位置を移動させるよう当該調整部の前記移動機構を制御することを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記移動機構は、前記遮光板との接続を解除する機構を含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
8. 前記遮光板は、前記開口の少なくとも一部の形状を円弧状に形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
9. マスクを照明する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学系と、
   前記マスクのパターンの像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。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記露光された基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とする物品製造方法。

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