JP5632685B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置等及びデバイス製造方法に関する。

半導体や液晶パネルなどは、フォトリソグラフィ工程により製造される。フォトリソグラフィ工程では、マスクやレチクルと呼ばれる原版上のパターンを、投影光学系を介してレジストと呼ばれる感光剤が塗布されたガラス基板やウエハ上に投影する露光装置が使用されている。近年パターン線幅の微細化に伴って、露光装置の高性能化が進んでいる。そのため、厳しい装置仕様を満たすためにディストーション（歪曲収差）と非点収差とを補正することが必要となっている。ディストーションとは、理想格子を持つマスクを露光した場合、基板上の露光パターンの理想格子位置からのずれをいう。倍率の補正に関しては、特許文献１に示されるように、結像光学系の光路内に結像性能に影響を与えない程度の厚さをもった平行平板を配し、前記平行平板の形状を湾曲させることで倍率を補正することが行われている。ディストーションの補正に関しては、特許文献２に示されるように、結像光学系の光路内の平行平板を部分的に変形させることで補正することが行われている。非点収差の補正に関しては、投影光学系を構成する屈折型光学素子の位置調整や非球面加工が行われている。非球面加工とは、光学素子の少なくとも片面に収差を打ち消す特性を有する非球面形状への加工を施すことをいう。

特開平０８−３０６６１８号公報 特開２０００−１９５７８４号公報

現状では、ディストーションと非点収差とは、それぞれ別々に補正されている。ターゲットとなる成分の補正を行うと別の収差が発生し、発生した収差が要因で像性能が低下したり、光学素子の加工や露光装置の組み直し作業などが入ることで補正に時間がかかったりする。

本発明は、投影光学系の歪曲収差と非点収差とをともに目標範囲内に収めるのに有利な露光装置の提供を例示的目的とする。

本発明は、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影し、前記基板の露光を行う露光装置であって、前記投影光学系の瞳の前側および後側にそれぞれ設けられた２つの平行平板と、前記２つの平行平板のうち第１平行平板を前記投影光学系の光軸に直交する方向に平行な方向に並んだ複数個所で保持する複数の第１保持部、および、前記複数の第１保持部を前記光軸に平行な方向にそれぞれ駆動する複数の第１駆動部を用いて、前記第１平行平板の面形状を変形させる第１変形機構と、前記２つの平行平板のうち第２平行平板を前記光軸に直交する方向に平行な方向に並んだ複数個所で保持する複数の第２保持部、および、前記複数の第２保持部を前記光軸に平行な方向にそれぞれ駆動する複数の第２駆動部を用いて、前記第２平行平板の面形状を変形させる第２変形機構と、を備え、前記複数の第１保持部が前記第１平行平板を保持する前記複数個所のそれぞれと前記複数の第２保持部が前記第２平行平板を保持する前記複数個所のそれぞれは、互いに対応する位置関係にあり、前記投影光学系は、歪曲収差および非点収差を有しており、前記歪曲収差は、前記第１変形機構の前記複数の第１駆動部により前記複数の第１保持部を、第１の向きに第１の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第１平行平板の面形状を変形させ、前記第２変形機構の前記複数の第２駆動部により前記複数の第２保持部を、前記第１の向きに前記第１の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第２平行平板の面形状を変形させることで、補正され、前記非点収差は、前記第１変形機構の前記複数の第１駆動部により前記複数の第１保持部を、前記第１の向きとは反対の第２の向きに前記第１の複数の駆動量とは異なる第２の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第１平行平板の面形状を変形させ、前記第２変形機構の前記複数の第２駆動部により前記複数の第２保持部を、前記第１の向きに前記第２の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第２平行平板の面形状を変形させることで、補正されることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、投影光学系の歪曲収差と非点収差とをともに目標範囲内に収めるのに有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における露光装置の一部を示す図である。 本発明の一実施形態におけるディストーション、非点収差を補正する手順のフローチャートである。 実施例１、２におけるディストーション又は非点収差を補正する作用を示す図である。 実施例３におけるディストーション及び非点収差を補正する作用を示す図である。 本発明の一実施形態における露光装置を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
〔露光装置〕
図１及び図５を参照しながら本発明の基板の露光を行う露光装置について説明する。はじめに、露光装置の光学系について説明し、その後、露光装置の平行平板部分について説明する。図５は本実施形態で用いる走査露光方式における光学系を示す図である。図５に示されるように、露光装置は、照明系１１、原版１と基板７のアライメントマークを検出するアライメントスコープ１０、原版１のパターンを基板７に投影する投影光学系１２を有する。図５には示されてはいないが、照明系１１は、例えば、光源、第１コンデンサーレンズ、フライアイレンズ、第２コンデンサーレンズ、スリット規定部材、結像光学系、平面鏡を含みうる。光源は、例えば、水銀ランプと、楕円ミラーとを含みうる。スリット規定部材は、原版１の照明範囲（即ち、原版１を照明するスリット形状光の断面形状）を規定する。結像光学系は、スリット規定部材によって規定されるスリットを物体面に結像させるように配置されている。平面鏡は、照明系１１において光路を折り曲げる。

投影光学系１２は、照明系１１によって照明される原版１上のパターンの像を基板７上に投影する。原版１は投影光学系１２の物体面に、基板７は投影光学系１２の像面の位置に配置される。投影光学系１２は、等倍結像光学系、拡大結像光学系及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。投影光学系１２は、物体面から順に、第１平行平板２ａ、第１平面鏡１４、第１凹面鏡、凸面鏡１７、第２凹面鏡、及び第２平行平板２ｂが、物体面から像面に至る光路に配置されている。図５では、第１凹面鏡と第２凹面鏡とが、１つの凹面鏡１６で構成されている。第１平面鏡１４の鏡面を含む平面と第２平面鏡１５の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。第１平面鏡１４と第２平面鏡１５とは、一体的に形成されていてもよい。第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂは、同じ厚さを有している。照明系１１によって照明される原版１上のパターンの像は、第１平行平板２ａ、第１平面鏡１４、凹面鏡１６、凸面鏡１７、再度凹面鏡１６、第２平面鏡１５、そして第２平行平板２ｂを経て基板７に結像する。この状態において、基板７をｙ方向（走査方向）に沿って走査し、原版１上の全てのパターンを露光する。投影光学系１２において、凸面鏡１７は投影光学系１２の瞳の位置にある。したがって、投影光学系１２は、瞳の前側に第１平行平板２ａを含み、かつ、瞳の後側に第２平行平板２ｂを含んでいる。

図１は、本実施形態に係る走査型露光装置における照明系を除いた部分を示す概略図である。図中６は、投影光学系１２から第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂを除く第１平面鏡１４、凹面鏡１６、凸面鏡１７、再度凹面鏡１６、第２平面鏡１５を含む光学系を表している。図中投影光学系１２の光軸に平行にｘｙｚ座標系のｚ軸を取り、ｚ軸に垂直な平面内で露光装置の走査方向にｙ軸を取る右手系の座標となっている。第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂは各々、変形機構３ａ，３ｂによって変形される。平行平板２ａ，２ｂは、その結像位置のずれ以外の結像性能に対し実質的に影響を与えない程度の光学的厚さとする。平行平板２ａ，２ｂの材質は、ｉ線露光装置の場合、例えば合成石英を用いるとよい。またその形状は、例えば板厚が均一であれば、露光光線の形状に合わせて円弧形状や矩形などを用いてもよい。変形機構３ａ，３ｂは、平行平板２ａ，２ｂの走査方向（ｙ方向）と平行な向きに、平行平板２ａ，２ｂをはさんで向かい合った一対の駆動部と保持部を有する。駆動部は平行平板２ａ，２ｂの変形させる部分においてその面の法線方向（ｚ方向）に駆動可能であり、平行平板２ａ，２ｂの面形状を変形させる。駆動部の保持間隔は補正すべき非線形歪みの周期に合わせた配置とする。例えば、駆動部の保持間隔は、より精密に非線形歪みを補正する場合は狭く、精密さを必要としない運用の場合は広くとることができる。測定系５ａ，５ｂは、平行平板２ａ，２ｂ各々の基板位置を測定する。測定系５ａ，５ｂは、平行平板２ａ，２ｂまたは変形機構３ａ，３ｂの変位を計測する移動可能な変位計もしくは固定された複数の変位計からなり、接触式でも非接触式でも構成が可能である。測定系５ａ，５ｂは、基板７の駆動機構９、あるいは原版１の駆動機構８上に配置する。測定系５ａ，５ｂは、基板の駆動機構９、原版の駆動機構８以外の機構によって保持されていてもよい。

露光装置は、変形機構３ａ，３ｂ各々を介して第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂの変形を制御する制御部４を備える。制御部４は、変形機構３ａ，３ｂ各々の駆動量を算出する演算部４ａ，４ｂを有する。制御部４は、投影露光後の基板上のパターンから測定したディストーション（歪曲収差）及び非点収差の測定値の入力部４ｃを有する。演算部４ａ，４ｂは、ディストーション及び非点収差の測定結果と所望のディストーション及び非点収差の状態との差、もしくはディストーション及び非点収差の無い状態との差を演算する。演算部４ａ，４ｂは、前記測定結果と所望の状態の差をなくすための平行平板２ａ，２ｂの面変形形状を決定し、面変形に必要な前記変形機構３ａ，３ｂの駆動量を算出する。制御部４は、変形機構３ａ，３ｂを駆動する駆動信号を出力する。また演算部４ａ，４ｂは、測定系５ａ，５ｂで測定した面変形後の平行平板２ａ，２ｂまたは変形機構３ａ，３ｂの変位量を入力する。そして演算部４ａ，４ｂは、面変形のために算出した駆動量と測定した変位量の差を算出し、駆動誤差を最小にする変形機構３ａ，３ｂの駆動量を算出する。演算部４ａ，４ｂは、例えばコンピュータを用いることで、一連の計算の自動化が容易である。

次に、図２を参照しながら、ディストーション、非点収差を補正する手順について説明する。テスト露光により基板７に投影された原版１のパターンのディストーション及び非点収差を測定する。ディストーション及び非点収差の測定値が許容値に対して問題なければそのまま露光装置の使用を続ける。測定値が許容値に対して無視できない場合、演算部４ａ，４ｂにより補正に必要な平行平板２ａ，２ｂの面変形形状を算出し、各々の変形機構３ａ，３ｂの駆動量を決定する。制御部４は、変形機構３ａ，３ｂを駆動させ、平行平板２ａ，２ｂの面変形を行う。平行平板２ａ，２ｂは、変形機構３ａ，３ｂによって、少なくとも、走査方向と直交する方向と投影光学系１２の光軸とを含む面内（ｘｚ平面内）、及び、走査方向と投影光学系１２の光軸とを含む面内（ｙｚ平面内）の少なくとも一方において撓められる。測定系５ａ，５ｂにより平行平板２ａ，２ｂ又は変形機構３ａ，３ｂの変位を測定し、演算部４ａ，４ｂで算出した平行平板２ａ，２ｂの面形状の変形量又は変形機構３ａ，３ｂの駆動量との誤差を算出し、制御部４は、算出された誤差が許容範囲内か否か判断する。制御部４は、駆動誤差が許容範囲内であれば補正を終了し露光装置の使用を始める。制御部４は、駆動誤差が許容値に対して無視できない場合、駆動誤差を最小にする変形機構３ａ，３ｂの駆動量を演算部４ａ，４ｂで算出し、再度前記変形機構３ａ，３ｂによる平行平板２ａ，２ｂの面変形を行う。

［実施例１］
実施例１において、テスト露光後に測定した基板のパターンのディストーション及び非点収差の測定結果を図３Ａに示す。図３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいて、左側のグラフの縦軸はディストーション、右側のグラフの縦軸は非点収差を示す。横軸は、被露光基板の露光領域の図１におけるｘ方向の位置を示す。変形機構３ａ，３ｂに対し、駆動後の平行平板２ａ，２ｂのｘ方向の面形状がｚ＝ａｘ^３（ａ＜０）で表される形状になるよう、各個所における駆動量を前記演算部４ａ，４ｂによって算出する。制御部４は、算出した駆動量にしたがって各個所の前記変形機構３ａ，３ｂを駆動する。駆動後、測定系５ａ，５ｂにより駆動誤差を測定する。駆動誤差が無視できない場合、制御部４は、駆動誤差を最小にする変形機構３ａ，３ｂの駆動量を演算部４ａ，４ｂで算出し、再度変形機構３ａ，３ｂによる平行平板２ａ，２ｂの面変形を行う。平行平板２ａ，２ｂの面変形後の装置で露光した基板のパターンのディストーション及び非点収差を測定すると、図３Ｂに示すようなディストーション及び非点収差の測定結果が得られる。第１平行平板２ａ、第２平行平板２ｂともに同じ面変形形状を与えた時、第１平行平板２ａで発生する非点収差に対し、第２平行平板２ｂで、第１平行平板２ａで発生する非点収差を打ち消すような非点収差が発生する。一方、ディストーションは各々の平行平板２ａ，２ｂで同じ量のディストーションが発生する。これより、第１平行平板２ａ、光学系６、第２平行平板２ｂを通過した露光像は、非点収差は変化せず、ディストーションのみが変化する。これにより、平行平板２ａ，２ｂに同一面形状を与えることで、非点収差に影響を与えることなく、ディストーションのみを独立に補正することができる。

［実施例２］
テスト露光後に測定した基板のパターンのディストーション及び非点収差の測定結果を図３Ａに示す。第１平行平板２ａをｘ方向にｚ_１＝−ａｘ^３（ａ＜０）、第２平行平板２ｂをｘ方向にｚ_２＝ａｘ^３（ａ＜０）で表される面形状に変形を行った場合、図３Ｃに示すような結果が得られる。第1平行平板２ａにｚ_１＝−ｈ(ｘ)で表される面形状を与え、第２平行平板２ｂにｚ_２＝ｈ(ｘ)で表される面形状を与えた場合、各々の面で同じ非点収差が発生する。ここで、ｈ（ｘ）は定数ではない。一方、ディストーションに関しては、第１平行平板２ａで発生するディストーションに対し、第２平行平板２ｂで、第１平行平板２ａで発生するディストーションを打ち消すようなディストーションが発生する。これにより、第１平行平板２ａ、光学系６、第２平行平板２ｂを通過した露光像は、ディストーションは変化せず、非点収差のみが変化する。これにより、第1平行平板２ａにｚ_１＝−ｈ(ｘ)で表されるｚ方向の変形量を付与し、第２平行平板２ｂにｚ_２＝ｈ(ｘ)で表されるｚ方向の変形量を付与することで、ディストーションに影響を与えることなく、非点収差のみを独立に補正することができる。

［実施例３］
実施例３において、テスト露光後に測定した基板のパターンのディストーション及び非点収差の測定結果を図４Ａに示す。前記第1平行平板２ａをｘ方向にｚ_１＝ｂｘ^４−ｃｘ^３（ｂ＜０、ｃ＜０）、前記第２平行平板２ｂをｘ方向にｚ_２＝ｂｘ^４＋ｃｘ^３で表される面形状に変形を行った場合、図４Ｂに示すような結果が得られる。

ｘ方向のディストーションを補正するために第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂに付与されるべきｚ方向の変形量をｇ（ｘ）とする。また、ｘ方向の非点収差を補正するために第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂに付与されるべきｚ方向の変形量をｈ（ｘ）とする。ｇ（ｘ）とｈ（ｘ）との少なくともいずれか一方は定数ではない。そして、第１平行平板２ａをｘｚ平面と平行な平面で切断したときの断面形状のｚ方向の位置ｚ_１が、ｚ_１＝ｇ（ｘ）−ｈ（ｘ）＋ｋ_１（ただしｋ_１は定数）を満たすように、第１平行平板２ａをｚ方向に変形させる。同時に、第２平行平板２ｂをｘｚ平面と平行な平面で切断したときの断面形状のｚ方向の位置ｚ_２が、ｚ_２＝ｇ（ｘ）＋ｈ（ｘ）＋ｋ_２（ただしｋ_２は定数）を満たすように、第２平行平板２ｂをｚ方向に変形させる。そうすると、ディストーションは各々の平行平板２ａ、２ｂにｚ＝ｇ(ｘ)で表される面形状を与えた際に発生するディストーションが発生する。一方、非点収差に関し、第１平行平板２ａにｚ＝−ｈ(ｘ)、第２平行平板２ｂにｚ＝ｈ(ｘ)で表される面形状を与えた際に発生する非点収差が発生する。これより、ｘ方向のディストーションと非点収差を独立に補正することができる。

本発明において、第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂの面形状の変形方向はｘ方向だけに限定されるものではなく、ｙ方向においても成立する。いま、ｙ方向のディストーションを補正するために第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂに付与されるべきｚ方向の変形量をｍ（ｙ）とする。また、ｙ方向の非点収差を補正するために第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂに付与されるべきｚ方向の変形量をｎ（ｙ）とする。ここで、ｍ（ｙ）とｎ（ｙ）との少なくともいずれか一方は定数ではないとする。そのとき、第１平行平板２ａをｙｚ平面と平行な平面で切断したときの断面形状のｚ方向の位置ｚ_３が、ｚ_３＝ｍ（ｙ）−ｎ（ｙ）＋ｋ_３（ただしｋ_３は定数）を満たすように第１平行平板２ａをｚ方向に変形させる。同時に、第２平行平板２ｂをｙｚ平面と平行な平面で切断したときの断面形状のｚ方向の位置ｚ_４が、ｚ_４＝ｍ（ｙ）＋ｎ（ｙ）＋ｋ_４（ただしｋ_４は定数）を満たすように、第２平行平板２ｂをｚ方向に変形させる。そうすると、ｙ方向のディストーションと非点収差を独立に補正することができる。

第１平行平板２ａ及び第２平行平板２ｂの面形状をｙ方向においても変更するための機構は、第１及び第２平行平板２ａ，２ｂの面形状をｘ方向において変更するための機構と同様のものを使用し得る。第１及び第２平行平板２ａ，２ｂのｘ方向とｙ方向の面変形を同時に行うことで、ｘ方向とｙ方向のディストーションと非点収差を同時に補正することができる。

本発明は等倍結像光学系だけに限定されるものではなく、拡大結像光学系および縮小結像光学系のいずれにおいても構成されうる。いま、第１平行平板２ａおよび第２平行平板２ｂの互いに対応する点をそれぞれ同方向に移動するように撓ませて得られる２つの形状を第１形状および第２形状とする。また、第１平行平板２ａおよび第２平行平板２ｂの互いに対応する点を反対方向に移動するように撓ませて得られる２つの形状を第３形状および第４形状とする。そのとき、第１形状と第３形状とを合成した第５形状となるように第１平行平板２ａを変形させ、かつ、第２形状と第４形状とを合成した第６形状となるように第２平行平板２ｂを変形させる。そうすれば、投影光学系１２が拡大結像光学系、縮小結像光学系であっても投影光学系１２の歪曲収差および非点収差を調整することができる。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、ＦＰＤのデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、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）を含みうる。

Claims (5)

1. 投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影し、前記基板の露光を行う露光装置であって、
   前記投影光学系の瞳の前側および後側にそれぞれ設けられた２つの平行平板と、
   前記２つの平行平板のうち第１平行平板を前記投影光学系の光軸に直交する方向に平行な方向に並んだ複数個所で保持する複数の第１保持部、および、前記複数の第１保持部を前記光軸に平行な方向にそれぞれ駆動する複数の第１駆動部を用いて、前記第１平行平板の面形状を変形させる第１変形機構と、
   前記２つの平行平板のうち第２平行平板を前記光軸に直交する方向に平行な方向に並んだ複数個所で保持する複数の第２保持部、および、前記複数の第２保持部を前記光軸に平行な方向にそれぞれ駆動する複数の第２駆動部を用いて、前記第２平行平板の面形状を変形させる第２変形機構と、
   を備え、
   前記複数の第１保持部が前記第１平行平板を保持する前記複数個所のそれぞれと前記複数の第２保持部が前記第２平行平板を保持する前記複数個所のそれぞれは、互いに対応する位置関係にあり、
   前記投影光学系は、歪曲収差および非点収差を有しており、
   前記歪曲収差は、前記第１変形機構の前記複数の第１駆動部により前記複数の第１保持部を、第１の向きに第１の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第１平行平板の面形状を変形させ、前記第２変形機構の前記複数の第２駆動部により前記複数の第２保持部を、前記第１の向きに前記第１の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第２平行平板の面形状を変形させることで、補正され、
   前記非点収差は、前記第１変形機構の前記複数の第１駆動部により前記複数の第１保持部を、前記第１の向きとは反対の第２の向きに前記第１の複数の駆動量とは異なる第２の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第１平行平板の面形状を変形させ、前記第２変形機構の前記複数の第２駆動部により前記複数の第２保持部を、前記第１の向きに前記第２の複数の駆動量で、それぞれ駆動させて前記第２平行平板の面形状を変形させることで、補正されることを特徴とする露光装置。
2. 前記投影光学系は、等倍の光学系であり、物体面から像面に至る光路に、前記第１平行平板、第１平面鏡、第１凹面鏡、凸面鏡、第２凹面鏡、第２平面鏡、及び、前記第２平行平板を順に含み、前記凸面鏡は、前記瞳の位置にある、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記露光装置は、前記原版および前記基板を走査方向に沿って走査させながら前記露光を行い、
   前記第１変形機構および前記第２変形機構は、前記走査方向とは直交する方向と前記投影光学系の光軸とを含む面に平行な面内、および、前記走査方向と前記投影光学系の光軸とを含む面に平行な面内の少なくとも一方における第１平行平板および前記第２平行平板の面形状をそれぞれ変形する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 前記歪曲収差および前記非点収差に基づいて前記複数の第１駆動部および前記複数の第２駆動部をそれぞれ制御する制御部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板の露光を行う工程と、
   前記露光が行われた前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

Images