JP4645271B2 - 投影光学系の製造方法、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための露光装置に備えられる投影光学系の製造方法、該製造方法により製造された投影光学系を備える露光装置、及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

マイクロデバイスの一つである半導体素子は、通常、フォトリソグラフィ工程の手法を用いて基板上に所望の回路パターンを形成して製造される。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布された感光性基板上に投影露光する露光装置が用いられている。

近年、半導体集積回路の高集積化、高密度化を実現するために、回路の線幅を更に細く、又は、パターンを更に精細にする必要が生じており、そのため、投影露光装置において解像度の向上が要求されている。解像度の向上を図るために露光光源波長の短波長化が進められており、露光光として波長が５０ｎｍより短いＥＵＶ光（極端紫外光）を用いてマスクのパターン像を感光性基板上に投影露光する露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１２６３８号公報

ＥＵＶ光を露光光として用いる露光装置の光学系は、多層膜の各界面での反射光の位相を一致させて干渉効果によって高い反射率を得る多層膜がコーティングされたＥＵＶ反射鏡により構成されている。しかしながらＥＵＶ反射鏡の反射率は、７０％弱であることから光学系の透過率を最大にするために、ミラーの数を最小限にする必要がある。また、通常は、光学系の収差を低減するために、ミラーの反射面の全てを非球面で構成し、広い露光フィールドを確保するために輪帯の一部である円弧状の露光フィールドを持つ光学系が用いられている。

ここで半導体集積回路の転写に用いられる投影光学系は、精緻な回路パターンを正確に転写するため、収差を極限まで低減させる必要がある。従って、投影光学系を構成するミラーの位置の管理を光学系を収納する構造物とミラーの機械的な基準に基づき行ないながら、収差測定器を用いて投影光学系の収差を正確に測定して投影光学系を構成しているミラーの光学調整を行い投影光学系の製造を行なっていたが、ミラーの位置を厳密に管理するためには、光学系を収納する構造物とミラーの機械的な基準に基づく管理では不十分であった。

この発明の課題は、組み立て誤差を低減し、良好な波面収差を有する投影光学系の製造方法、該製造方法により製造された投影光学系を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。

この発明の投影光学系の製造方法は、露光装置に備えられる投影光学系の製造方法であって、前記投影光学系を構成する少なくとも１つの光学素子及び該光学素子と同一の形状であり光学面にマークを有する代替光学素子を準備する光学素子準備工程と、前記代替光学素子の光学面、基準面及び前記マークの位置の計測を行なう第１計測工程と、前記光学素子の光学面及び基準面の計測を行なう第２計測工程と、前記代替光学素子を用いて前記投影光学系の組み立てを行なう仮組立工程と、前記仮組立工程により組み立てられた前記投影光学系の波面収差及び前記代替光学素子の前記マークの位置の計測を行なう第３計測工程と、前記代替光学素子に代えて前記光学素子を用いて前記投影光学系の組み立てを行なう組立工程を含み、前記組立工程においては、前記第１計測工程、前記第２計測工程及び前記第３計測工程の計測値に基づいて前記光学素子の位置決めを行なうことを特徴とする。

この発明の投影光学系の製造方法によれば、投影光学系を構成する光学素子と同一の形状を有する代替光学素子を用いて、投影光学系内での光学素子の位置決めを行うため、投影光学系の組立て誤差を最小限に抑えることができ、良好な波面収差を有する投影光学系を製造することができる。

この発明の露光装置は、照明光によりマスクの照明を行なう照明光学系と、この発明の製造方法により製造された投影光学系とを備えることを特徴とする。この発明の露光装置によれば、この発明の製造方法により製造された良好な波面収差を有する投影光学系を備えているため、マスクに形成された微細なパターンを基板上に高解像度で露光することができる。

この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いてマスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高解像度で露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。

この発明の投影光学系の製造方法によれば、投影光学系を構成する光学素子と同一の形状を有する代替光学素子を用いて、投影光学系内での光学素子の位置決めを行うため、投影光学系の組立て誤差を最小限に抑えることができ、良好な波面収差を有する投影光学系を製造することができる。

また、この発明の露光装置によれば、この発明の製造方法により製造された良好な波面収差を有する投影光学系を備えているため、マスクに形成された微細なパターンを基板上に高解像度で露光することができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いてマスクに形成された微細なパターンを感光性基板上に高解像度で露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影光学系の製造方法について説明する。図１は、実施の形態にかかる投影光学系の製造方法を示すフローチャートである。

まず、投影光学系を構成する非球面ミラー（光学素子）、及びこの非球面ミラーと同一の形状を有する代替ミラー（代替光学素子）を準備する（ステップＳ１０、準備工程）。図２（ａ）はステップＳ１０において準備された代替ミラー２の構成を示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、代替ミラー２は、反射面（光学面）上に複数（この実施の形態においては、９つ）のマークａ１〜ａ９を有している。図２に示すマークａ１〜ａ９は、反射面上に窪みを設けているが、光を反射しないマーキングを設けるようにしてもよい。なお、図２に示す２ａ及び２ｂは、代替ミラー２に設けられている基準面を示している。

次に、ステップＳ１０において準備された代替ミラー２の反射面の面形状の計測及び基準面の位置の計測を行なう（ステップＳ１１、第１計測工程）。図３は、代替ミラー２及び後述する非球面ミラー２´（図４参照）の反射面の面形状の計測及び基準面の位置の計測を行うための計測装置４の構成を示す図である。図３に示すように、計測装置４は、代替ミラー２（または非球面ミラー２´）の面形状を計測する干渉計６、代替ミラー２の基準面２ａを計測する測定器（例えば、マイクロメータ等）８ａ，８ｂ、基準面２ｂを計測する図示しない測定器、代替ミラー２を支持する支持部材１０、及び干渉計６、測定器８ａ，８ｂ、支持部材１０を支持するフレーム１２により構成されている。計測装置４の干渉計６により代替ミラー２の面形状及びマークａ１〜ａ９を計測し、測定器８ａ，８ｂ及び図示しない測定器により基準面２ａ，２ｂを計測することにより、基準面２ａ，２ｂの位置に対するマークａ１〜ａ９の位置を求めることができる。

次に、図３に示す計測装置４を用いて、ステップＳ１０において準備された非球面ミラー２´の反射面の面形状の計測及び基準面の位置の計測を行う（ステップＳ１２、第２計測工程）。非球面ミラー２´及び代替ミラー２は同一の面形状を有するように作製されているため、非球面ミラー２´の面形状及び基準面の計測結果、及びステップＳ１１において計測された代替ミラー２の面形状、基準面に対するマークの位置により、非球面ミラー２´の反射面上に位置すべきマークの位置、即ち非球面ミラー２´の基準面に対する非球面ミラー２´の反射面上の位置を求めることができる。

次に、代替ミラー２を用いて投影光学系の仮組立てを行う（ステップＳ１３、仮組立工程）。次に、ステップＳ１３において仮組立てされた投影光学系の波面収差の計測を行なう（ステップＳ１４、第３計測工程）。図４は、ステップＳ１３において仮組立てされた投影光学系ＰＬ及びステップＳ１４において波面収差の計測を行う干渉計の概略構成を示す図である。図４に示すように、干渉用光源１４から射出した光束は、投影光学系ＰＬ（代替ミラー２）を介して、図中矢印方向に移動可能に構成されているレンズ１６を通過して、撮像素子１８に入射する。レンズ１６は、図中矢印方向に移動することにより、干渉計の焦点位置の調整を行う。通常、波面収差の計測を行う際には、焦点位置は投影光学系ＰＬの瞳に位置するが、この実施の形態においては代替ミラー２の反射面上のマークａ１〜ａ９の位置を正確に計測するため、レンズ１６を移動させることにより焦点位置を代替ミラー２の反射面上に合わせ、撮像素子１８によりマークａ１〜ａ９の正確な位置を計測する。

ここで、ステップＳ１１において計測された代替ミラー２の面形状とマークａ１〜ａ９との位置関係に基づいて予め算出されている撮像素子１８に撮像されるべきマーク位置と、ステップＳ１４において撮像されたマーク位置とを比較する。この比較結果に基づいて、代替ミラー２の位置ずれ量、即ち代替ミラー２の移動量を算出する。

次に、図４に示すように、代替ミラー２と同一の形状を有する非球面ミラー２´を用いて投影光学系の組立てを行う（ステップＳ１５、組立工程）。このとき、ステップＳ１４において計測された波面収差に基づいて非球面ミラー２´の位置の決定を行う。即ち、算出された代替ミラー２の移動量に基づいて、この移動量だけずらした位置に非球面ミラー２´の位置決めを行う。

次に、図４に示す干渉計を用いて、ステップＳ１５において組み立てられた投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行う（ステップＳ１６、波面収差計測工程）。この場合には、図４に示す干渉計の焦点位置が投影光学系ＰＬの瞳位置となるようにレンズ１６を移動させ、波面計測を行い、良好な波面収差を有するように、非球面ミラー２´の位置の微調整を行う（調整工程）。

この実施の形態にかかる投影光学系の製造方法によれば、投影光学系を構成する非球面ミラーと同一の形状を有する代替ミラーを用いて、投影光学系内での非球面ミラーの位置決めを行うため、投影光学系の組み立て誤差を最小限に抑えることができ、良好な波面収差を有する投影光学系を製造することができる。特に非球面ミラーを偏芯させて設置する場合等、代替ミラーの反射面上に設けられている複数のマーク位置の計測結果に基づいて非球面ミラーの設置位置を決定するため、組み立て誤差を最小限に抑えることができ、良好な波面収差を有する投影光学系を製造することができる。

なお、この実施の形態においては、投影光学系を構成する非球面ミラーを用いて投影光学系の製造方法について説明しているが、投影光学系を構成する他のミラーまたはレンズ等についてもこの実施の形態にかかる投影光学系の製造方法を適用することができる。

また、この実施の形態においては、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する干渉計が有するレンズ１６を移動させることにより代替ミラー２のマークの正確な位置を計測しているが、レンズ１６を移動させることなく代替ミラー２のマークの正確な位置を計算により算出するようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、投影光学系を構成する光学素子のうちの１つの非球面ミラーと同一の形状を有する代替ミラーを準備し、非球面ミラーの設置位置を決定しているが、投影光学系を構成する光学素子のうちの２つ以上の光学素子と同一の形状を有する代替光学素子を準備し、これら光学素子のそれぞれの設置位置をこの実施の形態にかかる投影光学系の製造方法を用いて決定してもよい。この場合には、この実施の形態にかかる代替ミラーと同様に、代替光学素子の光学面上にマークを設け、マーク位置に基づいて光学素子の設置位置を決定するとよい。

次に、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図５は、この実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置は、投影光学系ＰＬに対してマスクステージＭＳＴとウエハステージ（基板ステージ）ＷＳＴとを同期移動して走査露光する走査型露光装置である。この露光装置は、図５に示すように、露光光として極端紫外光（ＥＵＶ光）を射出する光源１を備えている。光源１から射出されたＥＵＶ光は、反射型マスクＭを照明するための照明光学系ＩＬに入射する。照明光学系ＩＬは、不図示ではあるが、ＥＵＶ光を一旦集光した後に均等分配して射出するライトガイドや、ライトガイドからの光束を均一な照度分布を有する光束（露光光）に変換するオプティカルインテグレータ等を備えている。

照明光学系ＩＬを通過したＥＵＶ光は、折り曲げミラー３により反射されて、露光光（ＥＵＶ光）を整形するための開口を有するブラインド部５を通過する。ブラインド部５を通過したＥＵＶ光は、パターンが形成されている反射型マスクＭの照明領域を照明する。反射型マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴは移動可能に構成されており、一次元の走査露光を行うために走査方向への長いストロークを有している。

反射型マスクＭにより反射されたＥＵＶ光は、反射型マスクＭのパターンの像をウエハＷに投影する投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上に到達する。なお、この投影光学系ＰＬは、上述の投影光学系の製造方法により製造されたものである。ウエハＷを支持するウエハステージＷＳＴは移動可能に構成されており、一次元の走査露光を行うために走査方向への長いストロークを有している。露光時においては、投影光学系ＰＬに対してマスクステージＭＳＴとウエハステージ（基板ステージ）ＷＳＴとを同期移動して、走査露光する反射型マスクＭに形成されているパターンをウエハＷ上に投影露光する。

この実施の形態にかかる露光装置によれば、上述の実施の形態にかかる製造方法により製造された投影光学系を備えているため、良好な波面収差を有する投影光学系を介した露光光によりマスクに形成された微細なパターンをウエハ上に高解像度で露光することができる。

なお、上述の実施の形態においては、露光光としてＥＵＶ光を用いた露光装置を例に挙げて説明しているが、露光光としてＥＵＶ光以外の光を用いた露光装置に上述の実施の形態にかかる投影光学系を備えるようにしてもよい。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）に露光することにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。

まず、図６のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターン像が投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行なわれた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行なうことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、ウエハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述のマイクロデバイスの製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる製造方法により製造された投影光学系を備えた露光装置を用いて露光を行うため、微細な回路パターンを有するマイクロデバイスを高解像度で得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる製造方法により製造された投影光学系を備えた露光装置を用いて露光を行うため、微細な回路パターンを有する液晶表示素子を高解像度で得ることができる。

実施の形態に係る投影光学系の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態に係る代替ミラーの構成を示す図である。 実施の形態に係るミラーの面形状及基準面計測装置の概略構成図である。 実施の形態に係る投影光学系の波面収差測定を説明するための図である。 実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…光源、２…代替ミラー、２´…非球面ミラー、３…折り曲げミラー、４…計測装置、５…ブラインド部、６…干渉計、８ａ，８ｂ…測定器、１０…支持部材、１２…フレーム、１４…干渉用光源、１６…レンズ、１８…撮像素子、ＩＬ…照明光学系、Ｍ…マスク、ＭＳＴ…マスクステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ。

Claims (5)

1. 露光装置に備えられる投影光学系の製造方法であって、
   前記投影光学系を構成する少なくとも１つの光学素子及び該光学素子と同一の形状であり光学面にマークを有する代替光学素子を準備する光学素子準備工程と、
   前記代替光学素子の光学面、基準面及び前記マークの位置の計測を行なう第１計測工程と、
   前記光学素子の光学面及び基準面の計測を行なう第２計測工程と、
   前記代替光学素子を用いて前記投影光学系の組み立てを行なう仮組立工程と、
   前記仮組立工程により組み立てられた前記投影光学系の波面収差及び前記代替光学素子の前記マークの位置の計測を行なう第３計測工程と、
   前記代替光学素子に代えて前記光学素子を用いて前記投影光学系の組み立てを行なう組立工程を含み、
   前記組立工程においては、前記第１計測工程、前記第２計測工程及び前記第３計測工程の計測値に基づいて前記光学素子の位置決めを行なうことを特徴とする投影光学系の製造方法。
2. 前記第３計測工程は、該第３計測工程において用いられる干渉計の焦点位置の調整を行なう工程を含むことを特徴とする請求項１記載の投影光学系の製造方法。
3. 前記組立工程は、前記投影光学系の波面収差を計測する波面収差計測工程と、
   前記波面収差計測工程により計測された波面収差に基づいて前記光学素子の位置の調整を行なう調整工程と
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の投影光学系の製造方法。
4. 照明光によりマスクの照明を行なう照明光学系と、
   請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の製造方法により製造された投影光学系と
   を備えることを特徴とする露光装置。
5. 請求項４記載の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
   前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と
   を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。

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