JP2022096141A - 露光方法、露光装置および物品の製造方法 - Google Patents

露光方法、露光装置および物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】非点収差等の低減したい収差量の変化に簡易に対応するために有利な露光方法を実現する。【解決手段】照明光学系および投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する露光方法であって、原版のパターンを基板に露光する露光工程と、投影光学系の収差が低減されるように、投影光学系に光を照射する照射工程を含み、照射工程において、収差に応じて決定された光強度分布の光で投影光学系を照射する。【選択図】図1

Description

本発明は、露光方法、露光装置および物品の製造方法に関する。
半導体デバイス等の物品の製造において、原版(レチクル又はマスク)を照明光学系で照明し、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影して基板を露光する露光装置が使用されている。投影光学系の結像特性は、露光光の照射によって変動するため、露光装置では、光学素子の姿勢および位置の制御によって結像特性が補正される。ただし、光学素子の姿勢および位置の制御によって補正が可能な収差成分は限られており、非点収差などの非回転対称な結像特性は補正することが困難である。
例えば、特定の方向のパターンを多く含む原版を用いた露光を連続して行うことにより、非点収差が多く発生し得る。特許文献1は、実露光時に生じる非点収差を低減させるためにダミー露光を行うことを開示している。
国際公開第2004/051716号
特許文献1では、ダミー露光において、実露光時に生じる非点収差を低減させる光強度分布を投影光学系の瞳面に形成するために、露光光の光路中に絞りを配置している。特許文献1に記載された方法により非点収差を低減させるためには、実露光時の光強度分布ごとに絞りを用意する必要があり、実露光時に生じる非点収差を簡易に低減させることが困難である。
本発明は、非点収差等の低減したい収差量の変化に簡易に対応するために有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の露光方法は、照明光学系および投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する露光方法であって、前記原版のパターンを前記基板に露光する露光工程と、前記投影光学系の収差が低減されるように、前記投影光学系に光を照射する照射工程を含み、前記照射工程において、前記収差に応じて決定された光強度分布の光で前記投影光学系を照射することを特徴とする。
本発明によれば、非点収差等の低減したい収差量の変化に簡易に対応するために有利な技術が提供される。
露光装置の構成を示す図である。 照明光の形状を変化させる構成を示す図である。 照明光を拡大縮小させる構成を示す図である。 本実施形態における露光の流れを示すフローチャートである。 ダミー露光における単位時間あたりの収差変化量を決定するためのフローチャートである。 ダミー露光で照射される照射光の形状を示す図である。 照明光の形状と単位露光時間あたりの収差の変化量との関係を示す図である。
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、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ものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。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。
図1は、本実施形態における露光装置の概略構成を示す図である。露光装置は、光源1から出た光を照明光学系104を通して原版(マスクまたはレチクルとも呼ばれうる)109のパターンを照射し、投影光学系110によって基板115に投影して基板115を露光するように構成されている。
本実施形態では、水平面をXY平面とするXYZ直交座標系において方向を示し、原版109あるいは基板115の光軸に平行な軸をZ軸とし、Z軸と直交する方向にX軸およびY軸をとる。X軸、Y軸、Z軸に平行な方向をそれぞれX方向、Y方向、Z方向とする。
照明光学系104は、光源1から原版109に至る光路に配置された要素によって構成される。光源1としては、例えば、発振波長が約193nmのArFエキシマレーザーや、発振波長が約248nmのKrFエキシマレーザーであるが、本発明において、光源の種類や光源が発する光の波長に制限はない。
光源1から射出された光は、引き回し光学系2によって回折光学素子3に導かれる。典型的には、複数のスロットを有するターレットのそれぞれのスロットに回折光学素子が搭載されており、駆動機構107によって、任意の回折光学素子(例えば回折光学素子4)を光路中に配置することができる。
回折光学素子3から射出された光は、コンデンサレンズ5によって集光され、回折パターン面6に回折パターンを形成する。駆動機構107により光路中に位置する回折光学素子3を交換すれば、回折パターンの形状を変えることができる。
回折パターン面6に形成された回折パターンは、プリズム群7、ズームレンズ8によって輪帯比やσ値などのパラメータが調整された後、ミラー9に入射する。ミラー9によって反射された光束は、オプティカルインテグレータ10に入射する。オプティカルインテグレータ10は、例えば、レンズアレイ(フライアイ)として構成されうる。
プリズム群7は、例えば、プリズム7aおよびプリズム7bを含む。プリズム7aとプリズム7bとの間の距離が十分に小さい場合は、プリズム7aとプリズム7bは一体化した一枚のガラス平板とみなすことができる。プリズム7aとプリズム7bの間隔を変化させることにより、図2で示したように光強度分布を変化させることができる。具体的には、輪帯比(外径と内径の比)等を適宜変化させることができる。
回折パターン面6に形成された回折パターンは、図3で示したように、ほぼ相似形状を保ちながらズームレンズ8により拡大または縮小され得る。ズームレンズ8を透過した光は、オプティカルインテグレータ10の入射面に結像される。オプティカルインテグレータ10は、複数の微小レンズを二次元的に配置して構成されており、オプティカルインテグレータ10に入射した光束は分割され、各微小レンズのそれぞれの後側焦点面に光源がそれぞれ形成される。このように、オプティカルインテグレータ10の後側焦点面には、入射光束とほぼ同じ光強度分布を有する実質的な面光源(二次光源)が形成される。
オプティカルインテグレータ10から射出された光束は、開口絞り12によって光強度分布を調整され、コンデンサレンズ11で集光されて、原版109と共役な位置に配置された視野絞り13を重畳して照明する。視野絞り13は、露光光による原版109(さらには基板115)の照明領域を規定する。開口絞り12を形成する遮光板を駆動機構106によって駆動させることにより、開口絞り12の開口形状を任意の形状とすることができる。駆動機構106により開口絞り12の開口径を変化させることで、照明光学系104の開口数NAを制御することができる。つまり、開口絞り12の開口径を変化させることで、投影光学系110の開口数NAに対する照明光学系104の開口数NAの比であるσ値(コヒーレンスファクタ)を制御することができる。
視野絞り13の開口を通過した光束は、結像光学系15を介して、原版ステージ101によって保持された原版109を照明する。結像光学系15と原版109の間には補正フィルタ14が配置される。この補正フィルタにより原版109を照射する照射光の光学特性が調整される。投影光学系110は、基板ステージ102によって保持された基板115に、原版109のパターンを所定の倍率(例えば1/4倍)で投影する。これにより、基板115上の感光剤にパターンが形成される。
投影光学系110の瞳面には、開口部が略円形の開口絞り111が配置され、駆動機構112によって当該開口部の大きさが制御される。また、投影光学系110は、それを構成する複数のレンズの少なくとも1つのレンズを移動、回転および/または変形させることにより投影光学系110の収差を変化させる駆動機構113を有する。駆動機構113は、例えば、投影光学系110の光軸(Z軸)や光軸に垂直な2軸(X軸、Y軸)に沿った方向にレンズを移動させる機構と、光軸に垂直な2軸(X軸、Y軸)に平行な軸の周りでレンズを回転させる機構とを含みうる。
基板ステージ102は、X方向、Y方向、Z方向のそれぞれに移動可能である。基板ステージ102は、駆動機構116によって駆動される。駆動機構116は、ステージ制御部117によって制御される。走査露光装置の場合、露光動作時には、原版ステージ101と基板ステージ102がY方向に同期して駆動され、走査露光が行われる。
主制御部103は、照明系制御部108、投影系制御部114、ステージ制御部117等を統括的に制御する。主制御部103はプログラムおよびデータを記憶するメモリを含み、メモリに格納されている制御プログラムを実行することにより露光動作を実行する。
続いて、図4を用いて本実施形態にかかる露光方法について説明する。以下の各工程は主制御部103によって実行される。本実施形態においては、照明光学系104の各調整機構により、投影光学系110に入射する光の光強度分布を変化させる。適切に制御された光強度分布の光を投影光学系110に照射することにより、投影光学系110に生じる非点収差等の収差を良好に低減させることができる。
以下、投影光学系110に生じる収差を低減させるために投影光学系110に光を照射する照射工程をダミー露光と記載する。また、基板115上の感光剤にパターンを形成するために露光動作を行う露光工程をパターン露光と記載する。図1で説明したように、ダミー露光において投影光学系110に照射される光の波長は、パターン露光における露光光の波長と同じである。また、ダミー露光において投影光学系110に照射される光の光源と、パターン露光における露光光の光源は同一である。これにより、投影光学系110に生じる収差量の変化に簡易に対応することができる。
図4のフローチャートにおけるステップS401において、ダミー露光の条件が決定される。ダミー露光の条件には、露光時間に関する条件や照明条件が含まれる。ダミー露光の条件を決定するためには、投影光学系110に生じる収差量であり、補正したい収差量Ftと、ダミー露光の単位時間あたりの収差の変化量ΔFdに関する情報が必要である。収差量Ftは、シミュレーションや実測により決定され得る。
図5を用いて、ダミー露光の単位時間あたりの収差の変化量ΔFdの決定方法について説明する。ステップS501において、投影光学系110の初期収差f0の計測を行う。当該計測は、計測対象の投影光学系110にパターン露光動作に起因した収差が残存していない状態で実施されることが好ましい。投影光学系110の収差計測は既知の手法で実施され得る。
続いて、ステップS502において、ダミー露光時の照明光の形状(光強度分布)の設定を行う。例えば、非点収差の低減を目的とする場合には図6で示したような開口角90°のダイポール形状の光強度分布を作る回折光学素子を設定する。このとき、駆動機構107によって、所望の回折光学素子が光路中に配置される。次に、ステップS503において、一定時間T[s]だけダミー露光を行い、ステップS504において、ダミー露光後の投影光学系110の収差f1の計測が行われる。
ステップS501からステップS504において取得された情報から、ダミー露光の単位時間あたりの収差の変化量ΔFdは、以下の式により算出される。
ΔFd=(f1-f0)/T
なお、ステップS503、S504の動作を繰り返し実行して、ΔFdの値を複数回取得し、それらの平均値を取得しても良い。ダミー露光時の照明光の形状を変化させながら上述した各ステップの工程を実行することで、照明光の形状ごとにΔFdの値を求めることができる。
図7は、照明光の形状と単位露光時間あたりの収差の変化量ΔFdとの関係を示した図である。図7の上段は照明光の形状を示しており、下段は、そのときの低次収差成分及び高次収差成分の単位露光時間あたりの変化量を示している。本実施形態において、投影光学系110に生じる収差をツェルニケ多項式で表現した際に、ZernikeC5項として表される収差を低次収差成分、ZernikeC12項として表される収差を高次収差成分とする。
図7に示したように、照明光の形状に応じて、低次収差及び高次収差の発生量や、発生する低次収差成分と高次収差成分の割合が異なることがわかる。そのため、パターン露光によって投影光学系110に生じる低次収差成分及び高次収差成分に応じて、ダミー露光における照明光の形状を適切に設定することで、低次収差成分と高次収差成分の両方を効果的に低減させることができる。図示した以外の照明光の形状については、図5のフローに従って実測する以外にも補間して収差変化量を求めても良い。
以上のように、ダミー露光における照明光の形状を決定する際には、低次収差成分及び高次収差成分の発生量や、発生する低次収差成分と高次収差成分の割合が考慮される。パターン露光に用いるパターン情報、照明条件、遮蔽物としての投影光学系110内の開口絞り111の特性情報を用いて、シミュレーション計算により求めた収差変化量ΔFdを使用することもできる。また、この時にダミー露光により発生する非点収差以外の他収差成分変化量も求めておく。
また、照明光の形状と単位照射時間あたりの収差の変化量ΔFdとの関係を示すテーブルデータや関数を表すデータをメモリ等に保持しておき、これらのデータに基づいてダミー露光を行う時間(照射時間)tを決定することができる。
照明光の形状を所望の形状とするための手法として、プリズム群7を構成するプリズム間の間隔を変化させる方法やズームレンズ8を駆動させる方法が考えられる。また、回折光学素子3を取り換える方法や、照明光学系104に含まれる開口絞り12の開口形状を制御する方法も考えられる。また、これらの方法を組み合わせても良い。補正したい収差量Ftは、ダミー露光前に投影露光系の収差計測を行うことで得られる。もしくは計算によって予測された収差量を用いても良い。
以上説明した手順により、パターン露光動作によって投影光学系110に生じる収差量Ftと、ダミー露光における単位時間あたりの収差の変化量ΔFdを取得することができ、ダミー露光の時間t=Ft/ΔFdが主制御装置103により決定される。
図4の説明に戻る。ステップS401においてダミー露光の条件が決定されると、ステップS402において、その決定されたダミー露光の条件に対応するように、照明光学系及び投影光学系110の各要素の設定が行われる。具体的には、プリズム群7を構成する第1光学素子としてのプリズム7aと第2光学素子としてのプリズム7bとの間隔の調整や、ズームレンズ8の駆動や、回折光学素子3の切り替えや、開口絞り12の開口形状の変更等が行われる。これらの設定が完了すると、ステップS403において、ステップS401で決定された時間tだけダミー露光が実行される。なお、ステップS401において、原版ステージ101に原版109が配置されていない状態でダミー露光の条件が決定されていた場合には、ステップS403においても、原版ステージ101に原版109が配置されていない状態でダミー露光が実行される。
ダミー露光に関して、投影光学系110に含まれる遮蔽物としての開口絞り111を絞って、開口絞り111によってダミー露光光の少なくとも一部を遮光しても良い。ダミー露光光によって開口絞り111が温められ、その輻射熱によって開口絞り111の近傍の光学素子の加熱が促進されることによって、ダミー露光に要する時間を短縮し得る。また、基板ステージ102に照射される光量を低下もしくは喪失させることができ、基板ステージ102の熱膨張に伴う重ね合わせ精度の低下等を抑制し得る。なお、ダミー露光時に開口絞り111を絞る場合には、ステップS401においてダミー露光の条件を決定する際にも開口絞り111を同様の状態とする必要がある。ダミー露光における照明光の形状を決定する際には、開口絞り111によってダミー露光光が遮光されることによって生じる収差やその時間特性を考慮することが好ましい。
ステップS403におけるダミー露光が完了すると、ステップS404において、パターン露光の条件に対応するように、照明光学系及び投影光学系110の各要素の設定が行われる。これの設定が完了すると、ステップS405において、設定された露光条件(レシピ)に基づいてパターン露光が実行される。また、パターン露光時には、補正系(投影光学系、原版ステージ、基板ステージのうちの少なくともいずれか1つ)を用いて、ステップS401で決定されたダミー露光による他収差成分の変化量を補正する。
ダミー露光を実行する頻度に関して、1枚の基板に対するパターン露光が実施されるたびにダミー露光を実施しても良いし、所定枚数(例えば1ロットに対応する枚数)の基板に対するパターン露光が実際されたことに応じてダミー露光を実施しても良い。
以上説明したように、ダミー露光における照明光の形状を簡易に設定変更して、ダミー露光を行うことができるため、投影光学系110に生じている収差の変化に簡易に対応することができる。
(変形例)
上述した実施形態においては、補正対象の収差を非点収差としていた。ここで、形状の異なる複数の回折光学素子を用意し、駆動手段107を用いて収差に応じて回折光学素子を適宜変更してダミー露光の照明形状を変更することで、非点収差以外の非回転対称収差を補正対象とすることもできる。例えば、ZernikeC10項、ZernikeC11項の3θ収差を補正対象とすることができる。また、パターン露光開始時の収差状態に応じてダミー露光の条件を変更するので、補正する収差はパターン露光によって発生する露光収差でも良い。
次に、本実施形態に代表される露光装置を利用して物品(半導体IC素子、液晶表示素子、MEMS等)を製造する物品製造方法を説明する。物品製造方法は、上記のような露光装置によって基板を露光する露光工程と、該露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、該現像工程で現像された基板を処理する処理工程とを含み、該処理工程で処理された基板から物品を得ることができる。該処理工程は、例えば、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれうる。物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。
104 照明光学系
109 原版
115 基板

Claims (34)

  1. 照明光学系および投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する露光方法であって、
    前記原版のパターンを前記基板に露光する露光工程と、
    前記投影光学系の収差が低減されるように、前記投影光学系に光を照射する照射工程を含み、
    前記照射工程において、前記収差に応じて決定された光強度分布の光で前記投影光学系を照射することを特徴とする露光方法。
  2. 前記収差は、前記露光工程が実施されることによって生じる露光収差であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
  3. 前記露光収差は非点収差を含むことを特徴とする請求項2に記載の露光方法。
  4. 前記露光収差は、ツェルニケ多項式における低次収差成分と、当該低次収差成分よりも高次の高次収差成分を含むことを特徴とする請求項2に記載の露光方法。
  5. 前記投影光学系に照射される光の形状は、前記低次収差成分及び前記高次収差の発生量と、前記低次収差成分と前記高次収差成分の割合の少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項4に記載の露光方法。
  6. 前記露光工程において前記基板に照射される光の波長と、前記照射工程において前記投影光学系に照射される光の波長は同じであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光方法。
  7. 前記露光工程において前記基板に照射される光と、前記照射工程において前記投影光学系に照射される光は、同一の光源からの光であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の露光方法。
  8. 前記照射工程において、前記照明光学系に含まれる回折光学素子を交換することにより、前記投影光学系に照射される光の光強度分布が変化することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の露光方法。
  9. 前記照射工程において、前記照明光学系に含まれる第1光学素子と第2光学素子との間隔を変化させることにより、前記投影光学系に照射される光の光強度分布が変化することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の露光方法。
  10. 前記第1光学素子と前記第2光学素子との間隔を変化させることにより、前記投影光学系に照射される光の輪帯比が変化することを特徴とする請求項9に記載の露光方法。
  11. 前記照射工程において、前記照明光学系に含まれるズームレンズを移動させることにより、前記投影光学系に照射する光が拡大または縮小することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の露光方法。
  12. 拡大された光束の一部は前記照明光学系に含まれる開口絞りによって遮光されることを特徴とする請求項11に記載の露光方法。
  13. 前記照射工程において、前記投影光学系に含まれる遮蔽物によって光束の少なくとも一部を遮光することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の露光方法。
  14. 前記遮蔽物は開口絞りであり、当該開口絞りの開口を変化させることにより、光束の少なくとも一部を遮光することを特徴とする請求項13に記載の露光方法。
  15. 前記照射工程における光の照射時間は、前記投影光学系に照明される照明光の形状と、単位照射時間あたりの前記収差の変化量との関係を示すテーブルデータ及び関数の少なくとも1つを表すデータに基づいて決定されることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の露光方法。
  16. 前記照射工程における光強度分布は、前記露光工程における光強度分布と、前記原版のパターンの少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の露光方法。
  17. 投影光学系を介して原版のパターンを基板に露光する露光動作を行う露光装置であって、
    前記投影光学系の収差が低減されるように、前記投影光学系に光を照射する照明光学系を備え、
    前記照明光学系は、前記収差に応じて決定された光強度分布の光で前記投影光学系を照射することを特徴とする露光装置。
  18. 前記収差は、前記露光動作が実施されることによって生じる露光収差であることを特徴とする請求項17に記載の露光装置。
  19. 前記露光収差は非点収差を含むことを特徴とする請求項18に記載の露光装置。
  20. 前記露光収差は、ツェルニケ多項式における低次収差成分と、当該低次収差成分よりも高次の高次収差成分を含むことを特徴とする請求項18に記載の露光装置。
  21. 前記投影光学系に照射される光の形状は、前記低次収差成分及び前記高次収差の発生量と、前記低次収差成分と前記高次収差成分の割合の少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項20に記載の露光装置。
  22. 前記露光動作において前記基板に照射される光の波長と、前記露光収差を低減するために前記投影光学系に照射される光の波長は同じであることを特徴とする請求項17乃至21のいずれか1項に記載の露光装置。
  23. 前記露光動作において前記基板に照射される光と、前記露光収差を低減するために前記投影光学系に照射される光は、同一の光源からの光であることを特徴とする請求項17乃至22のいずれか1項に記載の露光装置。
  24. 前記照明光学系に含まれる回折光学素子を交換することにより、前記投影光学系に照射される光の光強度分布が変化することを特徴とする請求項17乃至23のいずれか1項に記載の露光装置。
  25. 前記照明光学系に含まれる第1光学素子と第2光学素子との間隔を変化させることにより、前記投影光学系に照射される光の光強度分布が変化することを特徴とする請求項17乃至24のいずれか1項に記載の露光装置。
  26. 前記第1光学素子と前記第2光学素子との間隔を変化させることにより、前記投影光学系に照射される光の輪帯比が変化することを特徴とする請求項25に記載の露光装置。
  27. 前記照明光学系に含まれるズームレンズを移動させることにより、前記投影光学系に照射する光が拡大または縮小することを特徴とする請求項17乃至26のいずれか1項に記載の露光装置。
  28. 拡大された光束の一部は前記照明光学系に含まれる開口絞りによって遮光されることを特徴とする請求項27に記載の露光装置。
  29. 前記投影光学系に含まれる遮蔽物によって光束の少なくとも一部を遮光することを特徴とする請求項17乃至28のいずれか1項に記載の露光装置。
  30. 前記遮蔽物は開口絞りであり、当該開口絞りの開口を変化させることにより、光束の少なくとも一部を遮光することを特徴とする請求項29に記載の露光装置。
  31. 前記投影光学系に照射される光の照射時間は、前記投影光学系に照明される照明光の形状と、単位照射時間あたりの前記収差の変化量との関係を示すテーブルデータ及び関数の少なくとも1つを表すデータに基づいて決定されることを特徴とする請求項17乃至30のいずれか1項に記載の露光装置。
  32. 前記投影光学系に照射される光強度分布は、前記露光動作における光強度分布と、前記原版のパターンの少なくとも1つに基づいて決定されることを特徴とする請求項17乃至31のいずれか1項に記載の露光装置。
  33. 物品の製造方法であって、
    請求項1乃至16のいずれか1項に記載の露光方法によって基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    前記現像工程で現像された前記基板を処理する処理工程と、を含み、
    前記処理工程で処理された前記基板から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。
  34. 物品の製造方法であって、
    請求項17乃至32のいずれか1項に記載の露光装置によって基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を現像する現像工程と、
    前記現像工程で現像された前記基板を処理する処理工程と、を含み、
    前記処理工程で処理された前記基板から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。

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