JP2023096984A - 露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光素子の温度変化に起因するパターンの線幅変化を抑制するのに有利な技術を提供する。【解決手段】第１固体発光素子及び第２固体発光素子を含む光源で原版を照明する照明光学系と、原版の投影像を形成する投影光学系と、を有する露光装置であって、第１固体発光素子は第１波長特性と第１照明角度分布で原版を照明する第１光を射出し、第２固体発光素子は第２波長特性と第２照明角度分布で原版を照明する第２光を射出し、第１波長特性は第１光の波長と強度との関係を示し、第２波長特性は第２光の波長と強度との関係を示し、投影像は第１光による第１像と第２光による第２像とを含む複数の像から合成され、第１波長特性の変化によって生じる第１像における線幅変化と、第２波長特性の変化によって生じる第２像における線幅変化とが異符号となるように、第１照明角度分布と第２照明角度分布とを異ならせている、ことを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、露光装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置は、原版（マスク）に形成されたパターンを基板（プレート）に転写する装置であって、光源からの光を照明光学系を介して原版に照射し、原版のパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する。

露光装置には、通常、紫外領域にスペクトルを有する光源、例えば、ｇ線（４３５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などを輝線として含む紫外領域の光を発する水銀ランプが用いられている。近年では、水銀ランプの代替として、固体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）への置換が期待されている。

ＬＥＤ素子は、発光を制御する回路基板に電流を供給してから光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、省エネルギー、且つ、長寿命であるというメリットがある。一方、ＬＥＤ素子は、水銀ランプと比較して、一素子あたりの発光光量が小さいため、単体の素子では、露光装置の光源として十分な生産性（光量）が得られない。そこで、複数のＬＥＤ素子を集積・配列し、ＬＥＤアレイ光源として用いることが考えられるが、ＬＥＤアレイ光源を用いる場合であっても、より生産性を高めるために、ＬＥＤ素子に供給する電力を大きくして、出力を高めることが求められている。

ＬＥＤ素子の集積度が高いほど、また、ＬＥＤ素子に供給する電力が大きいほど、ＬＥＤアレイ光源で発生する熱量が大きくなるため、ＬＥＤ素子の温度が上昇する。ＬＥＤ素子の温度が上昇すると、発光波長特性の重心波長、或いは、ピーク波長が長波長側にシフト（波長シフト）する。一般的に、ＵＶ－ＬＥＤ素子では、２０度～３０度の温度変化に対して、約１ｎｍの波長シフトが生じる。

露光装置の光源としてＬＥＤ素子（ＬＥＤアレイ光源）を用いる場合、ＬＥＤ素子の温度上昇に伴う波長シフトは、基板に形成されるパターンの線幅を変化させる。このようなパターンの線幅の変化は、線幅のばらつきにつながるため、基板に形成されるパターンの品質の低下の要因となる。冷却器を用いてＬＥＤ素子の温度上昇を抑えることで、パターンの線幅の変化を抑制することは可能であるが、大規模な冷却器が必要となると、装置の大型化やコスト増加などのデメリットにつながる。なお、パターンの線幅の変化の抑制に関する技術として、主に水銀ランプを光源とした露光装置において、デフォーカスに伴うパターンの線幅変化を抑制する変形照明が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０２０－１８７３３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術で考慮されているのは、デフォーカスに伴うパターンの線幅変化に限定され、ＬＥＤ素子の温度変化に起因するパターンの線幅変化を抑制する技術については何ら開示されていない。従って、ＬＥＤ素子の温度変化に起因するパターンの線幅変化を抑制する技術の提供が望まれている。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、固体発光素子の温度変化に起因するパターンの線幅変化を抑制するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、第１固体発光素子及び第２固体発光素子を含む光源からの光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系と、を有する露光装置であって、前記第１固体発光素子は、第１波長特性を有し、前記照明光学系を介して第１照明角度分布で前記原版を照明する第１光を射出し、前記第２固体発光素子は、第２波長特性を有し、前記照明光学系を介して第２照明角度分布で前記原版を照明する第２光を射出し、前記第１波長特性は、前記第１光の波長と強度との関係を示し、前記第２波長特性は、前記第２光の波長と強度との関係を示し、前記投影像は、前記第１光によって形成される第１像と前記第２光によって形成される第２像とを含む複数の像から合成され、前記第１波長特性の変化によって生じる前記第１像における線幅の増減変化と、前記第２波長特性の変化によって生じる前記第２像における線幅の増減変化とが異符号となるように、前記第１照明角度分布と前記第２照明角度分布とを異ならせている、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、固体発光素子の温度変化に起因するパターンの線幅変化を抑制するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 照明光学系の構成を示す概略図である。 光源の詳細な構成を説明するための図である。 照明光学系のより好ましい構成を示す概略図である。 ＬＥＤ素子のスペクトル及びダイクロイックミラーの透過率特性の一例を示す図である。 ＵＶ－ＬＥＤ素子のスペクトルの一例を示す図である。 実施例１を説明するための図である。 実施例２を説明するための図である。 ＬＥＤ素子を含む光源の構成を説明するための図である。 ＬＥＤ素子を含む光源の構成を説明するための図である。 ＬＥＤ素子を含む光源の構成を説明するための図である。 実施例３を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、複数の波長域を含む光を用いて原版２（マスク）を照明し、原版２のパターンを基板８（プレート）に転写するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、液晶表示素子、半導体素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などを製造するための装置として好適である。

露光装置１００は、光源からの光で被照明面である原版２を照明する照明光学系１と、原版２を保持して移動可能な原版ステージ３と、原版２からの光で基板に投影像を形成する投影光学系ＰＯとを有する。更に、露光装置１００は、基板８を保持して移動可能な基板ステージ９と、制御部ＣＮＴとを有する。基板ステージ９には、各種センサを含み、照明光学系１からの照明光の光量を計測する計測部ＭＵが配置されている。原版２は、投影光学系ＰＯの物体面に配置され、基板８は、投影光学系ＰＯの像面に配置される。

投影光学系ＰＯは、例えば、平面ミラー４と、平面ミラー７と、凹面ミラー５と、凸面ミラー６とを含む反射光学系で構成される。投影光学系ＰＯは、原版２からの光を、平面ミラー４、凹面ミラー５、凸面ミラー６、凹面ミラー５、平面ミラー７の順に反射して、原版２の投影像を基板８に形成する。投影光学系ＰＯが反射光学系で構成される場合、光源からの光の色収差が屈折光学系よりも小さい。このような構成は、複数の波長域を含む広帯域光（ブロードバンド照明光）を用いる場合に好適である。但し、投影光学系ＰＯは、反射光学系に限定されるものではなく、屈折光学素子からなる屈折光学系で構成されていてもよい。

基板８には、感光材料からなるレジストが塗布される。レジストが塗布された基板８に対して、露光、現像、ベーキングなどの処理を行うことで、原版２に形成されたパターンに対応するパターン（レジスト像）が基板８に形成される。通常、同一の原版２を用いて、１つの基板８の複数箇所（複数のショット領域）を露光する。

制御部ＣＮＴは、露光装置１００の各部、例えば、照明光学系１、投影光学系ＰＯ、原版ステージ３、基板ステージ９などを統括的に制御して露光装置１００を動作させる。制御部ＣＮＴは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部又は一部の組み合わせによって構成される。

図２は、照明光学系１の構成を示す概略図である。照明光学系１は、例えば、光源１１と、コンデンサレンズ１２及び１５と、オプティカルインテグレータ１３と、開口絞り１４と、を含む。照明光学系１は、光源１１から射出された光を照明光として成形し、かかる照明光で原版２を照明する。

光源１１は、例えば、固体発光素子であるＬＥＤ素子を含む光源、具体的には、複数のＬＥＤ素子を集積・配列して構成されるＬＥＤアレイ光源である。光源１１から照射された光は、コンデンサレンズ１２で集光され、オプティカルインテグレータ１３を照射する。図２では、コンデンサレンズ１２の前側焦点位置の近傍に光源１１の射出面が位置し、コンデンサレンズ１２の後側焦点位置の近傍にオプティカルインテグレータ１３の入射面が位置しているが、このような構成に限定されるものではない。

オプティカルインテグレータ１３は、例えば、フライアイレンズを含み、多数のレンズエレメントから構成されている。オプティカルインテグレータ１３は、入射面上の光を波面分割し、射出面で光源１１の多重光源像を形成する。換言すれば、オプティカルインテグレータ１３を構成する多数のレンズエレメントのそれぞれの射出面に、光源１１の光学像が形成され、かかる光学像が２次光源となる。オプティカルインテグレータ１３における波面分割数が十分に大きい場合（波面分割の要素面積が十分に小さい場合）、オプティカルインテグレータ１３の入射面と射出面とで光量分布は等しくなる。このような近似においては、オプティカルインテグレータ１３の入射面上の強度分布と射出面上の強度分布は同一とみなしてよい。また、オプティカルインテグレータ１３における波面分割数が十分に大きくない場合であっても、オプティカルインテグレータ１３の入射面の光量分布と射出面の光量分布には高い相関がある。以下では、オプティカルインテグレータ１３の入射面における光量分布と射出面における光量分布とが略同一であるものとして説明する。

照明光学系１の瞳面位置は、オプティカルインテグレータ１３の射出面に相当する。また、原版２が配置されている面に対して光学的にフーリエ変換した面が照明光学系１の瞳面位置に相当する。瞳面強度分布とは、オプティカルインテグレータ１３の射出面における光量分布を意味する。有効光源分布とは、原版２を照明する光（照明光）の角度分布であって、図２では、開口絞り１４を通過した後の光量分布に相当する。

輪帯照明や四重極照明などの変形照明は、ｋ１ファクター値が小さい微細なパターンを露光する工程において、解像力や焦点深度を向上させる超解像技術として広く用いられている。変形照明では、原版を照明する光の角度を投影光学系の開口数（ＮＡ）で規格化したコヒーレンスファクターσ値によって特徴を定義される。例えば、輪帯照明においては、σ０．４５－０．９０のように、原版を照明する光の最小角に対応するσ値である０．４５と、原版を照明する光の最大角に対応するσ値である０．９０とで定義される。

図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、光源１１の詳細な構成について説明する。図３（ａ）は、光源１１をＸ方向から示す概略図であり、図３（ｂ）は、光源１１をＺ方向から示す概略図である。光源１１は、複数のＬＥＤ素子２２が基台２１に実装されたＬＥＤアレイ光源で構成されている。ＬＥＤ素子２２は、高圧水銀ランプと比較して、一素子あたりの発光光量（放射エネルギー）が小さいため、例えば、１０００個程度のＬＥＤ素子２２が基台２１に実装される。ＬＥＤ素子２２は、基台２１の上に２次元的に配列されている。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子２２が正方格子状に配列されているが、このような配列に限定されるものではなく、その他の配列、例えば、千鳥状に配列されていてもよい。

ＬＥＤ素子２２は、本実施形態では、紫外光を発光するＵＶ－ＬＥＤ素子を含み、発光ピークの波長は、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍなどである。複数のＬＥＤ素子２２としては、異なる発光波長を有するＬＥＤ素子を同一の基台上に混在させてもよいし、発光波長ごとに異なる基台上に実装させてもよい。但し、露光工程の生産性を向上させるためには、互いに波長特性が離間したＬＥＤ素子を異なる基台上に実装させて複数のＬＥＤアレイ光源として構成し、各ＬＥＤアレイ光源からの光をダイクロイックミラーなどの波長合成部材によって合波することが好ましい。

ＬＥＤ素子２２から放射される光は、放射角度が半角で６０度～７０度程度である。かかる放射角度は、一般的なフラットパネルディスプレイ用の投影光学系の開口数（ＮＡ）が０．１前後（角度に換算すると、５．７度前後）であることを考えると、非常に大きな角度分布である。そこで、本実施形態では、ＬＥＤ素子２２から放射される光（放射光束）を、損失なく、下流の光学系で取り込むために、複数のＬＥＤ素子２２のそれぞれの上に、放射光束をコリメートする集光部２３を設けている。集光部２３は、複数のＬＥＤ素子２２のそれぞれに対応するコリメートレンズを含む。図３（ｂ）において、点線と点線との交点（ＬＥＤ素子２２や集光部２３の中心点）は、集光部２３に含まれる各コリメートレンズの光軸を示している。

ＵＶ－ＬＥＤ素子において、ＵＶ－ＬＥＤ素子に供給される電力のうち、発光に利用可能な電力は３０％～５０％程度であり、残りの電力の大部分は熱に変換される。そこで、本実施形態では、ＬＥＤ素子２２からの発熱を放熱し、ＬＥＤ素子２２の温度の変化（上昇）を抑制するために、光源１１には、冷却器２４が設けられている。冷却器２４は、例えば、液冷式のヒートシンクを含む。冷却器２４は、その内部に、冷媒ポンプにより冷媒を循環させ、基台２１を介してＬＥＤ素子２２から伝わる熱を放散することで、ＬＥＤ素子２２を冷却する。

冷却器２４によるＬＥＤ素子２２の冷却に関連するパラメータ（冷却条件）としては、冷媒の流速や冷媒の温度が挙げられる。冷媒の流速を上げるほど、また、冷媒の温度を下げるほど、冷却器２４の冷却性能が向上し、ＬＥＤ素子２２からより多くの熱を放散することが可能であるが、冷媒の温度は、一般的には、環境温度（室温）付近に設定される。半導体・フラットパネルディスプレイ製造用のクリーンルームの室温は、一般的に、２２度～２４度程度であるため、かかる温度域に含まれる温度を環境温度又は室温とする。

図４は、照明光学系１のより好ましい構成を示す概略図である。図４に示す照明光学系１は、複数のＬＥＤアレイ光源を含む点で、図２に示す照明光学系１と異なる。図４に示す照明光学系１は、２つの光源１１ａ及び１１ｂからの光で原版２を照明する。

光源１１ａは、第１波長特性Ｉ_１を有する第１ＬＥＤ素子（第１固体発光素子）が複数含まれるＬＥＤアレイ光源である。光源１１ｂは、第２波長特性Ｉ_２を有する第２ＬＥＤ素子（第２固体発光素子）が複数含まれるＬＥＤアレイ光源である。第１波長特性Ｉ_１を有する第１ＬＥＤ素子は、例えば、ピーク波長が３６５ｎｍで発光するＬＥＤ素子を含む。第２波長特性Ｉ_２を有する第２ＬＥＤ素子は、例えば、ピーク波長が４０５ｎｍで発光するＬＥＤ素子を含む。

なお、第１波長特性Ｉ_１及び第２波長特性Ｉ_２は、上述した波長に限定されるものではない。例えば、第１波長特性Ｉ_１及び第２波長特性Ｉ_２は、２５０ｎｍから３５０ｎｍの波長（ピーク波長）、３８５ｎｍの波長、３９５ｎｍの波長、４３６ｎｍの波長、又は、４４６ｎｍの波長などを含んでもよい。

図４に示す照明光学系１では、２つの光源１１ａ及び１１ｂのそれぞれから放射される波長特性が異なる光を、波長合成部１７で合成し、コンデンサレンズ１２に導光する。従って、投影光学系ＰＯによって形成される投影像は、光源１１ａからの光（第１光）によって形成される像（第１像）と光源１１ｂからの光（第２光）によって形成される像（第２像）とを含む複数の像から合成される。波長合成部１７は、例えば、３６５ｎｍ付近の波長の光は透過し、４０５ｎｍ付近の波長の光を反射する特性を有する光学薄膜が形成された平面ガラスで構成されるダイクロイックミラーを含む。図４に示す照明光学系１は、図２に示す照明光学系１と比較して、より多くの光（光量）を原版２に導くことができるため、生産性の向上に寄与する。

ここで、「波長特性」は、光源の発光波長の強度分布を意味し、「スペクトル」、或いは、「発光スペクトル」を含意する。発光スペクトルにおいて、最大の強度となる波長を「ピーク波長」と称する。また、発光スペクトルの強度に応じた重みづけをして平均化した波長を「重心波長」と称する。

ＬＥＤ素子の温度変化によって波長特性が変化する場合、その変化の前後において、波長特性の分布は、実質的に同じ形状を維持しながら波長方向にシフトするものとみなしてよい。換言すれば、ＬＥＤ素子の温度変化に起因するピーク波長の変化量と重心波長の変化量は、同一とみなしてよい。従って、波長特性の変化は、ピーク波長と重心波長とを区別することなく、Δλと表すことができる。

図５は、ピーク波長が３６５ｎｍとなるＬＥＤ素子のスペクトル、ピーク波長が４０５ｎｍとなるＬＥＤ素子のスペクトル、及び、ダイクロイックミラー（波長合成部１７）の透過率特性の一例を示す図である。波長合成に伴う光量の損失を少なくし、光源からの光を効率よく導くためには、ダイクロイックミラー（膜）の透過率が高くなる波長域から、光源のスペクトルを波長方向に離すことが好ましい。ダイクロイックミラーに対する光の入射角度（ＡＯＩ）が変化すると、図５に示すように、ダイクロイックミラーの透過率特性も波長方向に変化する。従って、ダイクロイックミラーに対する光の入射角度に広がり（分布）がある場合には、かかる広がりを考慮して、例えば、ピーク波長が３０ｎｍ以上離間するように、光源のスペクトル同士を離すことが好ましい。

水銀ランプを含む光源では、電圧を印加してから出力が安定するまでに数十分の時間を要するため、水銀ランプを常時点灯させておく必要がある。そして、照明光学系１に設けられたシャッターを開閉することで原版２に対する照明光の照射・非照射を制御して、基板８を露光するときのみ、原版２を照明光で照明する。

一方、ＬＥＤ素子を含む光源１１、１１ａ及び１１ｂでは、電圧を印加してから出力が安定するまでの時間がナノ秒～マイクロ秒オーダーと極めて短いため、ＬＥＤ素子を常時点灯させておく必要がない。従って、照明光学系１にシャッターを設ける必要は必ずしもなく、ＬＥＤ素子への通電のタイミングを制御することで、原版２に対する照明光の照射・非照射を制御することが可能である。換言すれば、露光時にはＬＥＤ素子に通電し、非露光時にはＬＥＤ素子に通電しないことにより、原版２に対する照明光の照射・非照射を制御してもよい。このように、ＬＥＤ素子への通電を露光に必要なタイミングのみに限定することで、消費電力を抑制することができる。また、ＬＥＤ素子に通電する時間を短縮することができるため、ＬＥＤ素子の寿命の観点からも有利である。

但し、ＬＥＤ素子への通電（の有無）を断続的に行うことによって、露光動作中にＬＥＤ素子の温度が変化してしまうことになる。図６は、ＵＶ－ＬＥＤ素子のスペクトルの一例を示す図である。図６では、ＬＥＤ素子の温度が２３度である場合における発光スペクトルを実線で示し、ＬＥＤ素子の温度が８３度である場合における発光スペクトルを点線で示している。図６を参照するに、ＬＥＤ素子の温度が２３度である場合、ピーク波長は、３６５ｎｍ及び４０５ｎｍとなり、ＬＥＤ素子の温度が８３度である場合、ピーク波長は、３６８ｎｍ及び４０８ｎｍとなる。従って、露光動作中において、ＬＥＤ素子の温度が２３度から８３度に上昇した場合には、３ｎｍのピーク波長の変化が生じる。ＬＥＤ素子や発光波長にも依存するが、ＬＥＤ素子の温度が２０度上昇するにつれて、ピーク波長は約１ｎｍ長波長側にシフトする。

ＵＶ－ＬＥＤ素子の最高ジャンクション温度の定格としては１２０度～１３０度が一般的であり、かかる温度を超えると、ＬＥＤ素子の寿命の劣化や故障が発生する可能性がある。従って、冷却器２４は、基本的には、室温からの差分を考慮して、ＬＥＤ素子の温度が１００度程度の温度幅となるように、ＬＥＤ素子を冷却する。このように、ＬＥＤ温度を室温から定格内で用いる場合には、ピーク波長が５ｎｍ程度シフトする。また、冷却器２４を簡易化すると、ＬＥＤ素子の温度幅が２００度程度となり、ピーク波長が１０ｎｍ程度シフトする可能性もあるが、後述するように、実施例２において、これを許容することができる。

ＬＥＤ素子の温度変化に起因する波長特性の変化は、レジスト像（基板上に形成されるパターン）の線幅の変化をもたらす。レジスト像の線幅の変化は、主として、以下の３つの要因によって起こる。

第１の要因は、空中像のコントラストの波長依存性である。波長が長波長化することで回折角が大きくなり、結像に寄与しない光の割合が増加することで空中像のコントラストが低下する。

第２の要因は、レジストに含まれる感光材料の感度の波長依存性である。通常、波長が異なるとレジストの感度が異なるため、露光に用いる光（照明光）の波長特性が変化した場合には、所望の線幅のレジスト像を得るために最適な露光量が変化する。換言すれば、一定の露光量で露光を行っている間に、照明光の波長特性が変化した場合には、得られるレジスト像の線幅が変化する。

第３の要因は、レジスト中の定在波効果によるものである。基板に塗布されたレジストの膜厚や屈折率、照明光の波長によっては、レジスト中に定在波が形成される。照明光の波長特性が変化した場合には、定在波のモードが変化し、結果的に、レジスト像の線幅の変化に影響する。

以下、本実施形態におけるレジスト像の線幅の変化の抑制効果を説明するが、第１の要因である空中像のコントラストの波長依存性に関しては、評価すべきレジスト像の途中結果に相当する。レジスト像は、空中像シミュレーションで得られた結果を用いて計算する。途中経過である空中像に対する計算結果で得られる効果は、レジスト像に対する計算結果で得られる効果と必ずしも一致しない。従って、ここでは、最終結果であるレジスト像シミュレーションの結果を用いてパターンの線幅を評価することで効果を示す。レジスト像シミュレーションの結果は、上述した３つの要因の全てを考慮したものである。

＜実施例１＞
本実施例では、投影光学系の開口数（ＮＡ）を０．１０とした。原版のパターンは、線幅１．５μｍ、周期３．０μｍの７本のラインパターンとし、７本のラインパターンのうちの中央のラインパターンの線幅を評価した。光源は、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子（ＬＥＤ３６５ｎｍ）、ピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子（ＬＥＤ４０５ｎｍ）、及び、ピーク波長が４３６ｎｍのＬＥＤ素子（ＬＥＤ４３６ｎｍ）の３種類のＬＥＤ素子からなるものとする。照明形状（照明角度分布）は、輪帯形状とし、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子、及び、ピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子が形成する輪帯照明は、内σ０．４５、外σ０．９０とした。また、ピーク波長が４３５ｎｍのＬＥＤ素子が形成する輪帯照明は、内σ０．４０、外σ０．９０とした。

本実施例の効果を説明するために、複数の波長特性を混合して露光する場合において、それに適した波長特性の組み合わせと、それに適さない波長特性の組み合わせとを比較する。図７（ａ）乃至図７（ｅ）は、ＬＥＤ素子の発熱前の状態（ｃｏｏｌ）と発熱後の状態（ｈｅａｔ）のデフォーカスに伴う線幅変化、及び、両方の状態の線幅差ｄｅｌｔａ（ｈｅａｔの線幅－ｃｏｏｌの線幅）を示す図である。上述した３種類のＬＥＤ素子のそれぞれのピーク波長は、発熱前の状態における波長であり、発熱後の状態では、ピーク波長を長波長側に５ｎｍシフト（同一方向へ波長シフト）させた。従って、発熱前の状態において、ピーク波長が３６５ｎｍ、４０５ｎｍ及び４３６ｎｍの３種類のＬＥＤ素子のそれぞれは、発熱後の状態では、ピーク波長が３７０ｎｍ、４１０ｎｍ、４４１ｎｍとなる。図７（ａ）乃至図７（ｅ）において、グラフの横軸はデフォーカス量を示し、グラフの左縦軸はラインの幅（ｃｏｏｌ及びｈｅａｔ）を示し、グラフの右縦軸は線幅差（ｄｅｌｔａ）を示す。

図７（ａ）に示すＬＥＤ３６５ｎｍでは、デフォーカス量によらず、発熱に伴う波長変化によって線幅が細くなり、ｄｅｌｔａは負の量である。同様に、図７（ｂ）に示すＬＥＤ４０５ｎｍでも、ｄｅｌｔａは、デフォーカス量によらず、負の量である。一方、図７（ｃ）に示すＬＥＤ４３６ｎｍでは、デフォーカス量によらず、発熱に伴う波長変化によって線幅が太くなり、ｄｅｌｔａは正の量である。

波長特性が互いに異なる複数のＬＥＤ素子から放射される光を混合して露光する場合、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４０５ｎｍとを混合する（ＬＥＤ３６５＋４０５ｎｍ）と、発熱に伴う波長変化によって生じる線幅変化は、負の量となることが予想される。一方、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４３６ｎｍとを混合する（ＬＥＤ３６５＋４３６ｎｍ）と、発熱に伴う波長変化によって生じる線幅変化は、正負で相殺され、小さくなることが予想される。

図７（ｄ）に示すＬＥＤ３６５＋４０５ｎｍは、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４０５ｎｍとを混合して露光した場合の像の線幅を示している。図７（ｄ）を参照するに、上述した予想通り、デフォーカス量によらず、ｄｅｌｔａは負の量となり、線幅変化が大きい。図７（ｅ）に示すＬＥＤ３６５＋４３６ｎｍは、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４３６ｎｍとを混合して露光した場合の像の線幅を示している。図７（ｅ）を参照するに、上述した予想通り、ｄｅｌｔａは、負の量ではあるが小さな値であり、線幅変化が抑制されている。なお、ここに示した線幅は、波長特性間の露光量比が１：１で混合された波長特性によって像を計算し、その線幅を算出したものであって、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示す各光源で形成される像から算出した線幅を足したものではない。

以上の結果から、線幅変化が同符号となるＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４０５ｎｍとの混合は、線幅変化を抑制する効果が小さいため、組み合わせとして適していないことがわかる。一方、線幅変化が異符号となるＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４３６ｎｍとの混合は、線幅変化を抑制する効果が大きいため、組み合わせてとして適していることがわかる。

このように、発熱に伴う波長変化によって生じる線幅変化が正負異符号となる複数の波長特性を混合して露光することで、線幅変化を抑制することができる。換言すれば、一方のＬＥＤ素子の波長特定の変化によって生じる線幅の増減変化と、他方のＬＥＤ素子の波長特性の変化によって生じる線幅の増減変化とが異符号となるように、各ＬＥＤ素子からの光によって形成される照明角度分布を異ならせればよい。線幅変化が異符号となるＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４３６ｎｍとを混合した結果が本実施例であり、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４０５ｎｍとを混合した結果が比較例である。

また、線幅変化が抑制されるように（例えば、ゼロに近づくように）複数のＬＥＤ素子間の露光量比を最適化し、最適化した露光量比となるように複数のＬＥＤ素子間の出力比を調整することができる。具体的には、制御部ＣＮＴにおいて、原版を照明する光（照明光）の光量の変化に対して、基板を露光する積算露光量を一定に維持する制御が行われる。この際、計測部ＭＵで計測される照明光の光量に基づいて、積算露光量が一定に維持されるように、複数のＬＥＤ素子のそれぞれの出力を制御すればよい。

また、波長域が互いに異なるＬＥＤ素子（照明光）を用いる場合、輪帯照明は、λ１／（２ＮＡ・Ｐ）で定める半径を有する領域を含むことが好ましい。ここで、Ｐは、パターン（投影像）の周期であり、ＮＡは、投影光学系の開口数であり、λ１は、一方のＬＥＤ素子の波長特性に含まれる光の波長である。

＜実施例２＞
本実施例では、投影光学系の開口数（ＮＡ）を０．１０とした。原版のパターンは、線幅１．２μｍ、周期２．４μｍの７本のラインパターンとし、７本のラインパターンのうちの中央のラインパターンの線幅をベストフォーカスにおいて評価した。ＬＥＤ素子のピーク波長は、発熱前の状態（ｃｏｏｌ）では３６０ｎｍ、発熱後の状態（ｈｅａｔ）では３７０ｎｍとした。照明形状（照明角度分布）は、輪帯形状とし、外σを内σ＋０．５とし、内σを０．４５から０．９５まで変化させた。

図８（ａ）は、ｃｏｏｌ及びｈｅａｔのそれぞれについて、輪帯照明の内σの変化に伴う線幅変化を示す図である。図８（ａ）を参照するに、内σが０．８５、０．９０及び０．９５では、発熱に伴う波長シフトによる線幅変化は小さかった。一方、内σが０．４５、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０及び０．７５では、発熱に伴う波長シフトによって線幅が太くなった。また、内σが０．５０及び０．８０では、発熱に伴う波長シフトによって線幅が細くなった。

以上の結果から、内σ０．６０、外σ０．７５の輪帯照明では、波長シフトによって線幅が太くなることが予想され、内σ０．８０、外σ０．８５の輪帯照明では、波長シフトによって線幅が細くなることが予想される。図８（ｂ）は、上述した２つの照明条件のそれぞれで、線幅変化ΔＣＤが４９ｎｍ、－１８２ｎｍとなったことを示している。これは、上述した予想通りの正負の符号である。これら２つの照明条件を露光量比１：１（５０％対５０％）で合成すると、線幅変化ΔＣＤは－５９ｎｍとなった。かかる線幅差は、内σ０．６０、外σ０．７５の正の線幅変化ΔＣＤ４９ｎｍよりも絶対値が大きい。これは、各照明条件における線幅変化が正負で相殺されたものの、内σ０．６０、外σ０．７５の正の線幅変化ΔＣＤ４９ｎｍに対し、内σ０．８０、外σ０．８５の負の線幅変化ΔＣＤ－１８２ｎｍの絶対値が大きいからである。線幅変化ΔＣＤを小さくするためには、内σ０．８０、外σ０．８５の照明条件の露光量比を相対的に小さくすればよい。例えば、図８（ｂ）に示すように、内σ０．６０、外σ０．７５の照明条件の露光量比を７９％、内σ０．８０、外σ０．８５の照明条件の露光量比を２１％に調整することで、線幅変化ΔＣＤを４ｎｍに抑制することができる。

ＬＥＤ素子を含む光源は、水銀ランプを含む光源と比較して、出力の調整が容易である利点がある。本実施例のように、異なる照明条件を形成するＬＥＤ素子間の出力比を調整し、異なる照明条件間の露光量比を調整することで、露光装置の運用先のプロセスに応じて、線幅変化を最小化することが可能となる。

本実施例は、異なる照明条件間で異なる露光量比を設定して露光することで、ＬＥＤ素子の発光波長のシフトに伴う線幅変化を抑制するものである。但し、異なる照明条件間において、波長特性は必ずしも異なる必要はなく、波長特性が同一であっても、例えば、照明形状（照明角度分布）が異なればよい。

以下、波長特性は同一で異なる発光分布を有する複数のＬＥＤ素子を用いて露光する場合における光源の構成について説明する。ここで、発光分布とは、ＬＥＤ素子の表面における発光強度の分布を意味する。図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照するに、ＬＥＤ素子２２の発光面に対して、集光部２３がフーリエ変換光学系として機能する。また、図２に示すように、コンデンサレンズ１２の前側焦点位置が光源１１の射出面と一致し、コンデンサレンズ１２の後側焦点位置がオプティカルインテグレータ１３の入射面と一致する光学構成が採用されている場合を考える。この場合、ＬＥＤ素子２２の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面とが光学的に共役となる。このような関係が複数のＬＥＤ素子２２のそれぞれに対して成立するため、複数のＬＥＤ素子２２の発光面がオプティカルインテグレータ１３の入射面上で重畳される。

ＬＥＤ素子２２の発光分布を、例えば、図９（ａ）に示す発光分布３０であるものとする。図９（ａ）において、発光分布３０は、便宜上、非発光領域３１と、発光領域３２とに分類して表している。なお、非発光領域３１における発光強度は、発光領域３２における発光強度よりも小さいことを表すものであって、非発光領域３１において光が全く放射されていない（即ち、発光していない）ことを表すものではない。

ＬＥＤ素子２２の発光分布３０に対し、オプティカルインテグレータ１３の入射面上及び射出面上において、図９（ｂ）に示すような非発光領域３４及び発光領域３５を含む有効光源分布ＥＳ１が形成される。ＬＥＤ素子２２の発光分布３０と有効光源分布ＥＳ１とは相似形状とすることが可能であるため、ＬＥＤ素子２２の発光分布３０を所望の分布とすることで、有効光源分布ＥＳ１を所望の分布とすることが可能である。

図１０（ａ）に示すように、発光分布３０を有するＬＥＤ素子と、発光分布４０を有するＬＥＤ素子とから構成される光源１１を考える。発光分布３０と発光分布４０とは、図１０（ｂ）に示すように、互いに異なる非発光領域３１、４１と、互いに異なる発光領域３２、４２とを含む。ＬＥＤ素子上の発光領域３２は、照明光学系の瞳面上において、図１０（ｃ）に示す発光領域３５に対応する強度分布を形成する。また、ＬＥＤ素子上の発光領域４２は、照明光学系の瞳面上において、図１０（ｃ）に示す発光領域４５に対応する強度分布を形成する。従って、発光分布３０を有するＬＥＤ素子、及び、発光分布４０を有するＬＥＤ素子の両方が発光する場合、発光領域４２と発光領域４５とが重畳されて、図１０（ｃ）に示す有効光源分布ＥＳ２が形成される。

発光分布３０を有するＬＥＤ素子と、発光分布４０を有するＬＥＤ素子とで、その出力を独立して制御可能に構成すれば、照明形状ごとの露光量比を独立して制御することができる。これにより、異なる照明条件間で異なる露光量比を設定して露光することが可能となり、ＬＥＤ素子の発光波長のシフトに伴う線幅変化を抑制することができる。

図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）では、発光分布３０と発光分布４０の両方を輪帯形状の分布として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、２重極形状の発光領域５２を含む発光分布５０を有するＬＥＤ素子と、発光領域５２とは異なる２重極形状の発光領域６２を含む発光分布６０を有するＬＥＤ素子とから、光源１１を構成してもよい。この場合、発光領域５２と発光領域６２とが互いに直交しているため、照明光学系の瞳面上では、図１１（ｃ）に示すように、４重極形状の有効光源分布ＥＳ３が形成される。

＜実施例３＞
本実施例では、投影光学系の開口数（ＮＡ）を０．１０とした。光源には、２種類のＬＥＤ素子が含まれるものとした。一方のＬＥＤ素子は、発熱前の状態（ｃｏｏｌ）では、３７０ｎｍでピーク波長を有し、発熱後の状態（ｈｅａｔ）では、３６５ｎｍでピーク波長を有し、照明形状（照明角度分布）は、小σ照明（半径０．４０）とした。他方のＬＥＤ素子は、発熱前の状態（ｃｏｏｌ）では、４０５ｎｍでピーク波長を有し、発熱後の状態（ｈｅａｔ）では、４１０ｎｍでピーク波長を有し、照明形状（照明角度分布）は、小σ照明（半径０．５０）とした。これらの２種類のＬＥＤ素子を出力比１：１で混合することで、発熱に伴う波長シフトに起因するレジスト像の線幅変化が抑制される。原版のパターンは、線幅１．８μｍ、２．０μm、２．５μｍの孤立ホールパターンとした。本実施例の照明条件が、上述した３種の線幅の孤立ホールパターンの全てに対して効果を発揮することを示す。

図１２は、左から順に、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子（ＬＥＤ３６５ｎｍ）、ピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子（ＬＥＤ４０５ｎｍ）、ＬＥＤ３６５ｎｍとＬＥＤ４０５ｎｍとの混合（ＬＥＤ３６５＋４０５ｎｍ）を示す。また、図７（ａ）乃至図７（ｅ）と同様に、これらのＬＥＤ素子を用いて、ｃｏｏｌ、ｈｅａｔ、ｄｅｌｔａの線幅を、デフォーカス（横軸）に対して示している。パターンは、上から、線幅１．８μｍ、２．０μｍ、２．５μｍの孤立ホールパターンである。図１２を参照するに、いずれの線幅の孤立ホールパターンに対しても、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子のｄｅｌｔａは負、ピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子のｄｅｌｔａは正と異符号になっている。これにより、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子とピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子とを混合した結果、３種の線幅の全てに対して、ｄｅｌｔａが小さくなっている。これは、本実施例の照明条件が、上述した３種の線幅の孤立ホールパターンの全てに対して効果を発揮することを示している。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ、液晶表示素子、半導体素子、ＭＥＭＳなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、上述した露光装置１００を用いて感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング（加工）を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。また、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、レジスト剥離など）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：露光装置 １：照明光学系 ２：原版 ８：基板 １１、１１ａ、１１ｂ：光源 ＰＯ：投影光学系 ＣＮＴ：制御部

Claims (12)

1. 第１固体発光素子及び第２固体発光素子を含む光源からの光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系と、を有する露光装置であって、
   前記第１固体発光素子は、第１波長特性を有し、前記照明光学系を介して第１照明角度分布で前記原版を照明する第１光を射出し、
   前記第２固体発光素子は、第２波長特性を有し、前記照明光学系を介して第２照明角度分布で前記原版を照明する第２光を射出し、
   前記第１波長特性は、前記第１光の波長と強度との関係を示し、前記第２波長特性は、前記第２光の波長と強度との関係を示し、
   前記投影像は、前記第１光によって形成される第１像と前記第２光によって形成される第２像とを含む複数の像から合成され、
   前記第１波長特性の変化によって生じる前記第１像における線幅の増減変化と、前記第２波長特性の変化によって生じる前記第２像における線幅の増減変化とが異符号となるように、前記第１照明角度分布と前記第２照明角度分布とを異ならせている、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１波長特性の変化と前記第２波長特性の変化とは、同一方向への波長シフトを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１波長特性と前記第２波長特性とは、互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記第１照明角度分布及び前記第２照明角度分布の少なくとも一方は、輪帯照明又は小σ照明に対応する照明角度分布を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記投影像の周期をＰ、前記投影光学系の開口数をＮＡ、前記第１光の波長をλ１としたときに、
   λ１／（２ＮＡ・Ｐ）
   で定める半径を有する領域を含むことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記第１波長特性及び前記第２波長特性は、２５０ｎｍから３５０ｎｍの波長、３６５ｎｍの波長、３８５ｎｍの波長、３９５ｎｍの波長、４０５ｎｍの波長、４３６ｎｍの波長、又は、４４６ｎｍの波長を含む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. 前記原版を照明する光の光量の変化に対して、前記基板を露光する積算露光量を一定に維持する制御を行う制御部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記原版を照明する光の光量を計測する計測部を更に有し、
   前記制御部は、前記計測部で計測される光量に基づいて、前記積算露光量が一定に維持されるように、前記第１固体発光素子及び前記第２固体発光素子のそれぞれの出力を制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記制御部は、前記基板に形成されるパターンの線幅の変化が小さくなるように、前記第１固体発光素子及び前記第２固体発光素子のそれぞれの出力を制御することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記光源は、前記第１固体発光素子及び前記第２固体発光素子を冷却する冷却器を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記第１固体発光素子における発光分布と前記第２固体発光素子における発光分布とは、互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の露光装置。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光された前記基板を現像する工程と、
    現像された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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