JP6023451B2 - 照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

一般に、露光処理を行う際には、回路原版であるレチクルやマスクの不必要な範囲に光が当たらないように、照明光学系内に構成されている照野絞りでレチクルの照明範囲を制限する。しかし、照明範囲を制御して露光処理を行うと、照野絞りの像をレチクルに結像する光学系の収差によって照野絞りの像がぼける。そのため、遮光する近傍で露光量が低下する。そこで、目標とする照明範囲に対して、照野絞りを開方向にオフセットさせることにより、露光量の低下を防いでいる。特許文献１には、レチクルのパターン外周に遮光帯を設け、遮光帯幅の１／２だけ照野絞りを開方向に広げる技術が開示されている。

特開２０００−２５２１９３号公報

従来の露光装置では、照明範囲に依らず一定のオフセット量だけ照野絞りを開方向に広げている。しかし、照野絞りの像をレチクルに結像する光学系の収差によって、照明範囲によってぼける量が異なったり結像位置がずれたりする。そのため、照野絞りの照明範囲を変化させて露光するとオフセット量が足らずに、所定の照明範囲に像のぼけが入り、露光量が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、目標とする照明範囲内で露光量が低下しない照明光学系を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、照明光学系であって、被照明面の照明範囲を規定する絞りと、前記絞りの開口を前記被照明面に結像する結像光学系と、前記開口の大きさをＡ、前記被照明面の目標照明範囲の大きさをＢ、前記結像光学系の倍率をβとしたとき、Ａ＝Ｂ÷β＋δの関係で表されるオフセット量δを取得する取得部と、前記取得されたオフセット量δに基づいて前記開口の大きさを調整する調整部と、を備え、前記被照明面の目標照明範囲の大きさによって前記オフセット量が異なることを特徴とする。

本発明によれば、目標とする照明範囲内で露光量が低下しない照明光学系を提供することができる。

第１実施形態の露光装置を示した図である。 照野絞りを示した図である。 本発明の課題を説明する図である。 本発明の効果を説明する図である。 第２実施形態の課題を説明する図である。 照明範囲と結像位置のずれ量との関係を示した図である。 第３実施形態の照明光学系を示した図である。 第５実施形態におけるオフセット量の求め方を示した図である。 第５実施形態におけるオフセット量の求め方を示した図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態の露光装置の図である。光源１０１から出射した光は、整形部１０２を介してインテグレータ１０３に入射する。整形部１０２は、インテグレータ１０３に入射する光の形状や大きさを変化することができる。インテグレータ１０３は、被照明面の照度分布を均一にする機能を有する。インテグレータ１０３を出射した光は、コンデンサーレンズ１０４を介して照野絞り（絞り）１０５を照明する。照野絞り１０５は、レチクル１０７やウエハ（基板）１０９の被照明面の照明範囲を規定する。照野絞り１０５とレチクル１０７とはコンデンサーレンズ１０６によって結像関係にある。レチクル１０７には、回路原版などの露光パターンが形成されている。露光パターンは、投影光学系１０８によってウエハステージ（基板ステージ）１１０の上に搭載されたウエハ１０９の上に結像される。ウエハステージ１１０には、ウエハ面における照度を計測する照度センサ（計測部）１１１が設けられている。

設定部１１２は、レチクル面もしくはウエハ面における照明範囲を設定する。コンピューターなどの演算部１１３は、設定部１１２により設定された照明範囲に対応する照野絞り１０５の開口の大きさを演算し、演算結果をパルスモーターなどの駆動部１１４に送る。駆動部１１４は、演算部１１３から送られてくる照野絞り１０５の開口の大きさとなるように、照野絞り１０５のブレードを駆動させる。演算部１１３と駆動部１１４とは、照野絞り１０５の開口の大きさを調整する調整部を構成している。

図２は、照野絞り１０５の詳細を示す。照野絞り１０５は、駆動部１１４により独立して駆動される４枚のブレード２０１〜２０４を有する。ブレード（第１ブレード）２０２，２０４は、照明光学系の光軸方向（Ｚ方向）と直交する第１方向（Ｘ方向）における照野絞り１０５の開口の大きさを規定する。ブレード（第２ブレード）２０１，２０３は、照明光学系の光軸方向（Ｚ方向）と直交する第２方向（Ｙ方向）における照野絞り１０５の開口の大きさを規定する。照明範囲を矩形状に制限させるため、４枚のブレード２０１〜２０４のすべてを同一平面上に配置することはできない。したがって、ブレード２０１，２０３とブレード２０２，２０４とは、光軸方向（Ｚ方向）に沿って互いに異なる位置に配置されている。図２では、ブレード２０１，２０３をレチクル側に配置し、ブレード２０２，２０４を光源側に配置した状態を示しているが、ブレード２０１，２０３を光源側に配置しても良い。

図３を用いて、照野絞り１０５で遮光された近傍では露光量が低下することを説明する。照野絞り面とレチクル面またはその共役面とは、コンデンサーレンズ１０６で結像関係に結ばれている。コンデンサーレンズ１０６の収差によって、照野絞り１０５の像がぼける。そのため、レチクル１０７の面における照度分布は、図３に示されるように台形状になる。図３では、照明範囲と一致するように照野絞り１０５の開口の大きさが設定されている。つまり、コンデンサーレンズ１０６の結像倍率をβとすると、照野絞り１０５の開口の大きさ（Ａ）＝照明範囲（Ｂ）÷βの関係にある。この場合、台形状の照度分布が傾斜する領域が照明範囲に入るため、照野絞り１０５で遮光された近傍では、照度が均一にならず露光量が低下してしまう。

図４に、照野絞り１０５の開口の大きさを開方向にオフセットさせた状態の様子を示している。照野絞り１０５の位置をオフセットさせることで、台形状の照度分布が傾斜する領域の位置がオフセットし、目標照明範囲において照度分布を均一にすることができる。従来技術では、オフセット量は、照明範囲に依らず一定量であった。照野絞り１０５の開口の大きさをＡ、照明範囲をＢ、オフセット量をδとしたとき、Ａ＝Ｂ÷β＋δであった。ただし、δは定数である。

しかしながら、コンデンサーレンズ１０６の像面湾曲とディストーションのため、照野絞り１０５の像のぼけ量、および、像の結像位置は像高によって異なる。つまり、厳密には照明範囲によって最適なオフセット量δは変化するので、オフセット量δは照明範囲Ｂを変数とする関数δ（Ｂ）となる。δ（Ｂ）は、一般的にＢの高次の式で表わされ、例えば３次項式で表わすとδ（Ｂ）＝ａ×Ｂ^３＋ｂ×Ｂ^２＋ｃ×Ｂ＋ｄとなる。本実施形態では、あらかじめ演算部１１３に、照明範囲Ｂとオフセット量δとの関係を示す係数ａ、ｂ、ｃ、ｄの値を取得させておく。例えば、コンデンサーレンズ１０６の像面湾曲とディストーションなどの収差を用いて、照野絞り１０５の像のシミュレーションを行うことにより各係数を求める。演算部１１３は、この係数ａ〜ｄと設定部１１２により設定された照明範囲Ｂとを用いて最適なオフセット量δを算出する。このため、被照明面の目標照明範囲を変えても、照野絞り１０５の開口の大きさを自動的にオフセットすることができ、露光量を低下させずに露光することが可能となる。第１実施形態では、駆動部１１４は、照明範囲Ｂとオフセット量δとの関係と目標照明範囲とに基づいて開口の大きさを調整した。しかし、照明範囲Ｂとオフセット量δとの関係に替えて開口の大きさと照明範囲との関係を使用することができる。

〔第２実施形態〕
図５を用いて第２実施形態を説明する。コンデンサーレンズ１０６の物体側の光線はテレセントリックではない場合がある。つまり、照野絞り面の光線の主光線は垂直ではなく傾いている場合がある。また、図２で説明したように照野絞り１０５の各ブレード２０１〜２０４を同一平面上に配置することができないため、Ｘ方向のブレード２０２とＹ方向のブレード２０１とは光軸方向（Ｚ方向）の互いに異なる位置に配置される。そのため、図５に示すように、Ｘ方向のブレード２０２の結像位置５０３とＹ方向のブレード２０１の結像位置５０４との、目標とする結像位置５０５からのずれ量は、ディスト―ションの影響により一致しない。つまり、Ｘ方向のブレード５０２の最適なオフセット量δ_ｘ（Ｂ）とＹ方向のブレード２０１の最適なオフセット量δ_ｙ（Ｂ）とは異なる値になる。なお、図を簡略にするため、２枚のブレード２０１，２０２は同じ方向の開口として記載している。

第２の実施形態では、Ｘ方向のブレード２０２の照明範囲とオフセット量との関係を示す係数と、Ｙ方向のブレード２０１の照明範囲とオフセット量との関係を示す係数とを、それぞれ演算部１１３に記憶させておく。そうすると、演算部１１３は、設定部１１２により設定されたＸ方向の照明範囲とＹ方向の照明範囲から、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれの最適なオフセット量が算出することが可能となる。その結果、Ｘ方向のブレード２０２とＹ方向のブレード２０１が光軸方向にずれた位置に配置される照明光学系においても良好な露光結果を得ることができる。

図６は、照明範囲とコンデンサーレンズ１０６の収差による結像位置のずれ量との関係を示す。丸形のプロットは、照野絞り１０５がウエハ面またはその共役面と一致した位置に配置された場合の関係を示している。三角形のプロットと四角形のプロットは、ウエハ面またはその共役面からＸ方向のブレード及びＹ方向ブレードがそれぞれ異なる量だけずれて配置された場合の関係を示している。三角形のプロットは照野絞り１０６のＸ方向における関係を、四角形のプロットはＹ方向における関係を示している。本実施形態では、コンデンサーレンズ１０６の収差による結像位置のずれを補償するようにオフセット量を設定する。従って、図６の縦軸の符号を反転させた関係が、照明範囲とオフセット量との関係を示していることになる。

図６には、結像位置のずれ量（すなわちオフセット量）を１次の式で線形近似した直線を示している。前述したように照明範囲とオフセット量との関係は高次の式で表現されるのが最も良い近似であるが、線形近似でも良い場合がある。従って、オフセット量を演算する処理を簡易にするために、線形近似で近似した式のオフセット量δ（Ｂ）の各項の係数パラメーターを記憶させても良い。つまり、δ（Ｂ）＝ａ×Ｂ＋ｂで表現した場合の係数ａ、ｂの値を演算部１１３が記憶しておき、演算部１１３は、この係数ａ，ｂからオフセット量を算出しても良い。例えば、図６の線形近似した式で言うと、Ｘ方向のブレードに対してはａ_x、ｂ_xを用い、Ｙ方向のブレードに対しては、ａ_y、ｂ_yを用いてオフセット量を計算する。

〔第３実施形態〕
図７を用いて第３実施形態を説明する。第３実施形態では、照野絞り１０５が光軸方向に移動可能である。照野絞り１０５の光軸方向における位置（第１位置）を変化させることで、露光領域の照度分布を変化させることができる。面位置６０１は、ウエハ面またはそれに共役な被照明面１０７と結像関係にある。照野絞り１０５が面位置６０１に配置されたとき、被照明面１０７における照度分布は、ほぼ矩形状の照度分布６０３となる。一方、照野絞り１０５が面位置６０１から光軸方向にずれた位置６０２に配置されたとき、被照明面１０７における照度分布は、台形状の照度分布６０４となる。

例えば、露光領域をつなぎ合わせて露光をする時は、台形状の照度分布６０４の傾斜する領域部分をつなぎあわせることで、露光量を一定にすることができる。そのため、図７に示される駆動部１１４は、照野絞り１０５の光軸と垂直方向のブレードの位置（第２位置）に加えて、ブレードの光軸方向の位置（第１位置）を変化させる。

前述したように照野絞り１０５の光軸方向の位置によって、ディストーションによる位置ずれ量が異なるため、照野絞り１０５の最適なオフセット量は、光軸方向の位置に依って異なる。光軸方向の位置をＺとすると、オフセット量δは、例えば、δ（Ｂ，Ｚ）＝ａ（Ｚ）×Ｂ^３＋ｂ（Ｚ）×Ｂ^２＋ｃ（Ｚ）×Ｂ＋ｄ（Ｚ）で表現される。そこで、図７の照野絞り１０５のオフセット量を計算する演算部１１３は、照明範囲（Ｂ）だけでなく照野絞り１０５の光軸方向の位置（Ｚ）によって最適なオフセット量δを算出する。

つまり、演算部１１３には、オフセット量と照明範囲との関係を規定する係数に加えて、オフセット量と照射絞り１０５の光軸方向の位置との関係を規定する係数をも記憶しておく。これによって、演算部１１３は、照明範囲と照射絞り１０５の光軸方向の位置に依って最適なオフセット量を計算することができる。第３実施形態では、露光量を一定にするために照野絞り１０５を光軸方向に駆動させても、照野絞り１０５の最適なオフセット量を計算し、駆動することができ、最適な条件で露光することが可能となる。

〔第４実施形態〕
演算部１１３に記憶させておく係数は設計値から算出することができるが、光学系の公差や製造誤差を考慮して装置上で計測することもできる。演算部１１３に記憶させておく係数が設計値から算出される場合、演算部１１３は、開口の大きさを変化させたときのオフセット量（又は開口の大きさ）と照明範囲との関係を取得する取得部を構成する。本実施形態では、図８、図９を用いて装置上で係数を計測結果に基づいて求める態様を説明する。図８は、露光結果から係数を求める方法を示している。図８の（ａ）は照野絞り１０５の開口の様子を示しており、（ｂ）はウエハ１０９上の露光結果を示している。図８（ｂ）のハッチング領域はレジストが残っている領域で、その中の白色の領域はレジストが露光されて抜けている領域を示している。点線の領域は、図８（ａ）の照野絞り１０５の開口領域に対応したウエハ１０９上の領域を示している。点線領域の各辺とレジストが残っている位置との間の矢印で示される距離が結像位置のずれ量となる。照野絞り１０５を様々な開口領域に広げた状態で露光し、それぞれにおける矢印で示されるずれ量を測定すれば、図７のような６０４で示されるプロット図を作成することができる。プロットを近似式で近似すれば、δ（Ｂ）の各項の係数を算出することできる。

図９は、照野絞り１０５の結像位置のずれ量を、露光処理を行うことなく、露光装置上で算出する方法を示している。図９の（ａ）は照野絞り１０５の開口の様子を示す。図９の（ｂ）は、ウエハ面でのＸ方向の照度分布の断面を、（ｃ）はウエハ面でのＹ方向の照度分布の断面を示している。図１で説明したように、露光装置のウエハステージ１１０には、ウエハ面の照度を計測する照度センサ１１１が設けられている。そのため、照度センサ１１１をステップさせながらウエハ面上の各位置で照度の計測を行えば、図９の（ｂ）、（ｃ）に示される照度の分布を計測することができる。図９の（ｂ）、（ｃ）で照度が１００％になる位置と照野絞り１０５の開口に相当する位置との間の距離が、結像位置のずれ量となる。照野絞り１０５を様々な開口に広げた状態で照度を計測し、各開口の大きさでの結像位置のずれ量を測定すれば、図７のようなプロット図を作成することができる。プロットを近似式で近似すれば、δ（Ｂ）の各項の係数を算出することできる。

また、図７のプロット図が得られれば、任意の照明範囲に対してプロット図の近傍の照明範囲のオフセット量を例えば線形補間することでも、前記任意の照明範囲に対するオフセット量を算出することができる。

［デバイス製造方法］
次に、デバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (13)

1. 照明光学系であって、
   被照明面の照明範囲を規定する絞りと、
   前記絞りの開口を前記被照明面に結像する結像光学系と、
   前記開口の大きさをＡ、前記被照明面の目標照明範囲の大きさをＢ、前記結像光学系の倍率をβとしたとき、Ａ＝Ｂ÷β＋δの関係で表されるオフセット量δを取得する取得部と、
   前記取得されたオフセット量δに基づいて前記開口の大きさを調整する調整部と、
   を備え、
   前記被照明面の目標照明範囲の大きさによって前記オフセット量が異なることを特徴とする照明光学系。
2. 前記絞りは、前記照明光学系の光軸方向に沿って互いに異なる位置に配置された第１ブレード及び第２ブレードを含み、
   前記絞りは、前記第１ブレードによって前記光軸方向と直交する第１方向における大きさが規定され、前記第２ブレードによって前記光軸方向と直交する第２方向における大きさが規定される開口を構成し、
   前記第１方向と前記第２方向は異なり、
   前記取得部は、前記第１方向及び前記第２方向における前記被照明面の目標照明範囲のデータを用いて、前記第１方向及び前記第２方向における前記オフセット量を取得し、
   前記調整部は、該取得されたオフセット量に基づいて前記第１方向及び前記第２方向における前記開口の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記絞りは、前記照明光学系の光軸方向に沿って移動可能なブレードを含み、前記絞りは、前記ブレードによって大きさが規定される開口を構成し、
   前記取得部は、前記被照明面の目標照明範囲のデータ及び前記ブレードの前記光軸方向の位置のデータを用いて前記オフセット量を取得し、
   前記被照明面の目標照明範囲の大きさ及び前記ブレードの前記光軸方向の位置によって前記オフセット量が異なることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
4. 前記開口の大きさを変化させながら前記被照明面の照明範囲を計測する計測部を有し、
   前記取得部は、前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータを用いて前記オフセット量を取得し、
   前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータは前記計測部による計測結果を用いて求められる、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
5. 前記第１ブレードの前記第１方向における位置と前記第２ブレードの前記第２方向における位置とを変化させながら前記被照明面の照明範囲を計測する計測部を有し、
   前記取得部は、前記第１方向及び前記第２方向における前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータを用いて前記オフセット量を取得し、
   前記第１方向及び前記第２方向における前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータは、前記計測部による計測結果を用いて求められる、ことを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
6. 前記ブレードの前記光軸方向における第１位置と前記光軸方向と直交する方向における第２位置とを変化させながら前記被照明面の照明範囲を計測する計測部を有し、
   前記取得部は、前記目標照明範囲と前記ブレードの前記光軸方向の位置と前記オフセット量との関係を表すデータを用いて前記オフセット量を取得し、
   前記目標照明範囲と前記ブレードの前記光軸方向の位置と前記オフセット量との関係を表すデータは、前記計測部による計測結果を用いて求められる、ことを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
7. 前記計測部は、前記開口の大きさを変えながら前記被照明面又はそれと共役な面に配置された基板を露光したときの露光結果に基づいて前記照明範囲を求めることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
8. 前記計測部は、前記被照明面又はそれと共役な面における照度を計測する照度センサを含み、前記開口の大きさを変えながら行われた前記照度センサの計測結果に基づいて前記照明範囲を求めることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
9. 前記取得部は、前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータを用いて前記オフセット量を取得し、
   前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータは、前記オフセット量を前記目標照明範囲の１次又は高次の関数で表すデータであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の照明光学系。
10. 前記第１方向における前記開口の大きさと前記目標照明範囲とのオフセット量と、前記第２方向における前記開口の大きさと前記目標照明範囲とのオフセット量とが異なることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
11. 前記取得部は、前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータを用いて前記オフセット量を取得し、
    前記取得部は、前記結像光学系の収差を用いて前記目標照明範囲と前記オフセット量との関係を表すデータを求めることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか1項に記載の照明光学系によって照明された原版のパターンを投影光学系により基板に投影し、前記基板を露光することを特徴とする露光装置。
13. 請求項１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された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。

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