JP6401510B2 - 露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及び物品の製造方法に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、マスク（レチクル）のパターンを投影光学系によって基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。近年では、マスクと基板とを同期走査しながらマスクのパターンを連続的に基板に転写する走査型の露光装置（スキャナー）が主流となってきている。

露光装置では、マスクを通過（透過）した光のうち、投影光学系内の光学素子で反射された後、マスクで再度反射された光をフレア光（投影系フレア光）と称する。走査型の露光装置において、フレア光が基板上の露光領域以外の領域に到達すると、隣接ショット領域（走査方向又は走査方向に直交する方向）に光量分布が形成され、結像特性を低下させてしまう。そこで、フレア光を遮蔽するための絞りを投影光学系に備えた露光装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−２２２２２２号公報

走査型の露光装置においては、従来技術のように投影光学系に絞りを設けると、走査方向に直交する方向に隣接する隣接ショット領域に到達するフレア光を遮蔽することができる。しかしながら、露光スリットが走査方向に幅を有しているため、走査方向に隣接する隣接ショット領域に到達するフレア光を完全には遮蔽することができない。従って、走査型の露光装置において、従来技術では、フレア光による結像性能の低下を十分に抑えることができない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、投影光学系から基板に入射するフレア光の影響を低減するのに有利な露光装置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、マスクと基板とを走査方向に走査しながら前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する走査型の露光装置であって、前記マスクを保持して移動するマスクステージ及び前記基板を保持して移動する基板ステージの少なくとも一方に設けられ、前記投影光学系から前記基板に入射するフレア光の影響を低減するための絞りを有し、前記絞りの開口は、前記基板上の１つのショット領域に対応する第１開口部分と、前記第１開口部分の前記走査方向に直交する第１方向に沿った辺から前記走査方向に平行な第２方向に突き出た複数の第１開口を含む鋸歯形状の第２開口部分と、を含み、前記複数の第１開口のそれぞれの前記第１方向における長さは、前記第１開口部分の前記第１方向に沿った辺から外側へ前記第２方向に離れるにつれて小さくな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好ましい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、投影光学系から基板に入射するフレア光の影響を低減するのに有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 フレア光を説明するための図である。 フレア光の影響を説明するための図である。 露光装置の構成を示す概略図である。 フレア光の影響を説明するための図である。 露光装置の構成を示す概略図である。 図１に示す露光装置に設けられる絞りの開口の形状の一例を示す図である。 図７に示す開口の第２開口部分の第１開口の拡大図である。 図１に示す露光装置のマスクステージに設けられた絞りの近傍を示す図である。 基板上におけるフレア光の影響を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

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、マスクと基板とを走査方向（図中矢印方向）に走査しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写する走査型の露光装置（スキャナー）である。露光装置１００は、照明光学系１と、マスク２を保持して移動するマスクステージ３と、投影光学系４と、基板５を保持して移動する基板ステージ６と、絞り１４とを有する。

照明光学系１からの矩形形状に成形された光（矩形形状の露光スリット）は、マスクステージ３に保持されたマスク２を通過して投影光学系４に入射する。マスク２には、基板５に転写すべきパターンが描画されている。マスク２と基板５とは、光学的に共役な位置関係になっているため、マスク２のパターンは、投影光学系４を介して、基板ステージ６に保持された基板５に転写される。本実施形態では、マスクステージ３（マスク２）と基板ステージ６（基板５）とをＹ軸方向（走査方向）に同期走査しながら基板５を露光する。

図２は、投影光学系４で発生するフレア光（投影系フレア光）を説明するための図である。図２を参照するに、マスク２を通過した光の一部は、投影光学系４を構成する光学素子４ａでマスク側に向けて反射され、マスク２で更に反射されて投影光学系４に入射し、フレア光となる。

図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、フレア光が基板上の正規の露光領域（マスク２のパターンを転写しようとする対象ショット領域）以外のショット領域に到達する場合の影響について説明する。照明光学系１からの矩形形状に成形された光、即ち、露光スリット７に対して、マスクステージ３と基板ステージ６とを同期走査しながら基板５を露光することで正規の露光領域９を形成する。このような露光領域９をＸ軸方向及びＹ軸方向に逐次ステップ移動しながら繰り返し形成することで、基板上の複数の露光領域（ショット領域）を形成することができる。フレア光が基板５に到達すると、図３（ｂ）に示すように、露光スリット７からはみ出した光量分布８が形成されることになる。従って、マスクステージ３と基板ステージ６とを同期走査しながら基板５の１つのショット領域を露光すると、結果的に、ショット領域からはみ出した光量分布１０が形成される（ショット領域からはみ出した領域も露光される）。これにより、正規の露光領域９に対して、Ｘ方向及びＹ方向に隣接するショット領域に光量分布が形成され、結像性能を低下させてしまう。

ここで、特許文献１に開示されている技術、即ち、図４に示すように、フレア光を遮蔽する絞り１１を投影光学系４に備えた露光装置について考察する。かかる露光装置では、図５（ｂ）に示すように、露光スリット７からはみだす光（フレア光）はなくなる。但し、露光スリット７がＹ軸方向に幅を有しているため、図５（ｃ）に示すように、露光スリット７からはみ出した光量分布８が形成されることになる。従って、マスクステージ３と基板ステージ６とを同期走査しながら基板５を露光すると、図５（ａ）に示すような光量分布１２が基板上に形成される。このように、投影光学系４に絞り１１を設けたとしても、正規の露光領域９に対して、Ｙ軸方向（走査方向）に隣接するショット領域へのフレア光の影響を完全に抑えることはできない。

また、正規の露光領域９に対して、Ｙ軸方向（走査方向）に隣接するショット領域へのフレア光の影響を抑えるために、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、マスクステージ３に絞り１３を設けることも考えられる。図６（ａ）及び図６（ｂ）のそれぞれは、正規の露光領域９を露光するために、マスクステージ３と基板ステージ６とを±Ｙ軸方向に同期走査した状態を示している。絞り１３は、±Ｙ軸方向の最大領域における正規の露光光を遮蔽しない開口形状を有する。絞り１３は、マスクステージ３とともに移動するため、露光スリット７のＹ軸方向の幅の影響を受けない。但し、絞り１３は、配置スペースの制約から、マスク２からＺ軸方向に離れた位置に設けられることになる。このような場合、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、絞り１３の位置は、マスク２に対してデフォーカスしているため、マスク２を通過して広がりを有する光を絞り１３で遮蔽することになる。その結果、基板５に到達する光は、正規の露光領域９に対してＹ軸方向に隣接するショット領域に到達することになり、フレア光を完全に遮蔽することができず、且つ、隣接するショット領域において光量が急激に変化する光量分布を形成してしまう。

そこで、本実施形態では、図７に示すような絞り１４をマスクステージ３に設けている。絞り１４は、投影光学系４から基板５に入射するフレア光の影響を低減するための開口を有する。絞り１４の開口は、基板上の１つのショット領域に対応する第１開口部分１４２と、第２開口部分１４４とを含む。
第２開口部分１４４は、第１開口部分１４２の走査方向に直交する第１方向（Ｘ軸方向）に沿った辺Ｓｘから外側に走査方向に平行な第２方向（Ｙ軸方向）に突き出た複数の第１開口１４４ａを含む鋸歯形状の開口部分である。また、複数の第１開口１４４ａのそれぞれのＸ軸方向における長さは、第１開口部分１４２のＸ軸方向に沿った辺Ｓｘから外側にＹ軸方向に離れるにつれて小さくなっている（即ち、Ｙ軸方向の距離に応じて変化している）。

また、絞り１４の開口は、第１開口部分１４２のＹ軸方向に沿った辺からＸ軸方向に突き出た複数の第２開口１４６ａを含む鋸歯形状の第３開口部分１４６も含む。複数の第２開口１４６ａのそれぞれのＹ軸方向における長さは、第１開口部分１４２のＹ軸方向に沿った辺Ｓｙから外側にＸ軸方向に離れるにつれて小さくなっている。但し、正規の露光領域９に対してＹ軸方向に隣接するショット領域に到達するフレア光の影響を低減する観点においては、第３開口部分１４６は必ずしも必要ではない。

図８は、絞り１４の開口のＹ軸方向の端部の一部、具体的には、第２開口部分１４４の第１開口１４４ａの拡大図である。図８には、絞り１４に入射する光線の絞り面上での径（即ち、デフォーカスした光線の径）ＥＡも示している。絞り１４がマスク２からデフォーカスした位置に配置されているため、絞り１４に入射する光線は広がりを有する。従って、絞り１４の開口の形状、特に、鋸歯形状の第２開口部分１４４がそのまま基板５に転写されることはなく、空間的にぼけた形状となって基板５に転写される。

また、第２開口部分１４４における第１開口１４４ａのＸ軸方向のピッチに対して、絞り１４に入射する光線の絞り面上での径ＥＡが大きくなるほど、基板５に転写される第２開口部分１４４の形状はぼける。従って、本実施形態では、複数の第１開口１４４ａのＸ軸方向のピッチが、絞り１４に入射する光線の絞り面上での径ＥＡよりも小さくなるように、第２開口部分１４４を形成している。

また、投影光学系４の物体面から絞り１４までの距離をＺ、投影光学系４の物体面側の開口数をＮＡ、絞り１４に入射する光線の絞り面上での径をＥＡとすると、本実施形態では、以下の式（１）を満たしている。

ＥＡ＝ＮＡ×Ｚ×２ ・・・（１）
このような条件を満たすことで、鋸歯形状の第２開口部分１４４が空間的にぼけた形状となって基板５に転写される効果を向上させることができる。

図７に示すような絞り１４をマスクステージ３に設けたことによる効果について説明する。図９に示すように、絞り１４は、マスク２からＺ軸方向に９ｍｍデフォーカスさせた（離れた）位置に配置され、実線で示す正規の露光光を遮蔽しない開口を有する。ここでは、絞り１４の開口の形状として３つの開口形状（タイプ１、タイプ２及びタイプ３）を考える。タイプ１及びタイプ２は、図７に示すような鋸歯形状の開口形状であって、第１開口１４４ａのＸ軸方向のピッチを１．５ｍｍとした。第１開口１４４ａのＹ軸方向における長さＬは、タイプ１では４ｍｍ、タイプ２では７ｍｍとした。一方、タイプ３は、単純な矩形形状の開口、即ち、絞り１３の開口形状とした。また、投影光学系４の物体面側の開口数は０．０９２とした。この場合、絞り面上での光線の径ＥＡは、０．０９２×２×９＝１．６６ｍｍとなる。

図１０は、タイプ１、タイプ２及びタイプ３のそれぞれについての基板上におけるフレア光の影響を示す図である。図１０では、基板上のＹ軸方向の位置（マイナス側を正規の露光領域とする）を横軸に採用し、基板５に到達したフレア光の光量を縦軸に採用している。なお、基板５に到達したフレア光の光量は、その最大値を１として規格化している。

図１０を参照するに、タイプ３では、正規の露光領域に対してＹ軸方向に隣接するショット領域において光量が急激に変化している。一方、タイプ１及びタイプ２では、タイプ３と比較して、光量がＹ軸方向に対して緩やかに低減している。また、第１開口１４４ａのＹ軸方向における長さＬを長くしたタイプ２の方が、第１開口１４４ａのＸ軸方向のピッチに対して光線の径ＥＡが相対的に大きくなるため、光量がより緩やかに低減している。

本実施形態では、絞り１４をマスクステージ３に設けているが、基板ステージ６に絞り１４を設けても同様な効果が得られる。換言すれば、マスクステージ３及び基板ステージ６の少なくとも一方に絞り１４を設ければよい。基板ステージ６に絞り１４を設ける場合には、投影光学系４の像面から絞り１４までの距離をＺ、投影光学系４の像面側の開口数をＮＡ、絞り１４に入射する光線の絞り面上での径をＥＡとして、上述した式（１）を満たすようにする。また、マスク２のパターンが形成されたパターン面を保護する保護膜を保持する保持部材に絞り１４を設けても同様な効果が得られる。

また、絞り１４ではなく、第２開口部分１４４（第１開口１４４ａ）と同様な機能を実現する透過率分布を有する光学部材をマスクステージ３及び基板ステージ６の少なくとも一方に設けても同様な効果が得られる。この場合、かかる光学部材は、基板上の１つのショット領域の形状に対応する第１部分と、第１部分の走査方向に直交する第１方向に沿った辺から走査方向に平行な第２方向に突き出た第２部分とを含む。また、第２部分の第２方向に沿った透過率分布が、第１部分の第１方向に沿った辺からの第２方向における距離が長くなるにつれて透過率が減少する分布となるようにする。

また、上述した透過率分布を、マスク２のパターンが形成されたパターン面を保護する保護膜（ペリクル）に形成してもよい。この場合、かかる保護膜は、マスク２のパターン面に対応する第１部分と、第１部分の走査方向に直交する第１方向に沿った辺から走査方向に平行な第２方向に突き出た第２部分とを含む。また、第２部分の第２方向に沿った透過率分布が、第１部分の第１方向に沿った辺からの第２方向における距離が長くなるにつれて透過率が減少する分布となるようにする。但し、上述した透過率分布を保護膜に形成する場合には、マスク２と保護膜との距離が近いため、保護膜上での光線の径ＥＡが小さくなるため、それに応じた透過率分布を形成する必要がある。

また、正規の露光領域９（ショット領域）を広くしたり、又は、狭くしたりして基板５を露光する場合には、それに応じて絞り１４の開口（特に、第１開口部分１４２）の大きさを可変とする可変部を設ければよい。これにより、様々な大きさの正規の露光領域９に対応することが可能となる。

本実施形態によれば、投影光学系４から基板５に入射する（特に、正規の露光領域９に対して走査方向に隣接するショット領域に到達する）フレア光の影響を低減することができる。従って、露光装置１００は、フレア光による結像性能の低下を十分に抑えることができ、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイスなど）を提供することができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子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、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、露光した基板を現像する工程を含む。また、上記形成工程につづけて、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、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。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００：露光装置 ２：マスク ５：基板 １４：絞り １４２：第１開口部分 １４４：第２開口部分 １４４ａ：第１開口

Claims (10)

1. マスクと基板とを走査方向に走査しながら前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する走査型の露光装置であって、
   前記マスクを保持して移動するマスクステージ及び前記基板を保持して移動する基板ステージの少なくとも一方に設けられ、前記投影光学系から前記基板に入射するフレア光の影響を低減するための絞りを有し、
   前記絞りの開口は、前記基板上の１つのショット領域に対応する第１開口部分と、前記第１開口部分の前記走査方向に直交する第１方向に沿った辺から前記走査方向に平行な第２方向に突き出た複数の第１開口を含む鋸歯形状の第２開口部分と、を含み、
   前記複数の第１開口のそれぞれの前記第１方向における長さは、前記第１開口部分の前記第１方向に沿った辺から外側へ前記第２方向に離れるにつれて小さくなることを特徴とする露光装置。
2. 前記絞りの開口は、前記第１開口部分の前記第２方向に沿った辺から前記第１方向に突き出た複数の第２開口を含む鋸歯形状の第３開口部分を含み、
   前記複数の第２開口のそれぞれの前記第２方向における長さは、前記第１開口部分の前記第２方向に沿った辺から外側へ前記第１方向に離れるにつれて小さくなることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記複数の第１開口の前記第１方向のピッチは、前記絞りに入射する光線であって前記絞り面上でデフォーカスされた光線の径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記絞りは、前記マスクステージに設けられ、
   前記投影光学系の物体面から前記絞りまでの距離をＺ、前記投影光学系の物体面側の開口数をＮＡ、前記絞りに入射する光線であって前記絞り面上でデフォーカスされた光線の径をＥＡとすると、
   ＥＡ＝ＮＡ×Ｚ×２
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 前記絞りは、前記基板ステージに設けられ、
   前記投影光学系の像面から前記絞りまでの距離をＺ、前記投影光学系の像面側の開口数をＮＡ、前記絞りに入射する光線であって前記絞り面上でデフォーカスされた光線の径をＥＡとすると、
   ＥＡ＝ＮＡ×Ｚ×２
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
6. 前記ショット領域の大きさに応じて、前記絞りの開口の大きさを可変とする可変部を更に有する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. 前記フレア光は、前記基板上のショット領域のうち、前記パターンを転写しようとする対象ショット領域に対して前記第２方向に隣接するショット領域に入射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. マスクと基板とを走査方向に走査しながら前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する走査型の露光装置であって、
   前記マスクは、前記パターンが形成されたパターン面を保護する保護膜を有し、
   前記保護膜は、前記パターン面に対応する第１部分と、前記第１部分の前記走査方向に直交する第１方向に沿った辺から前記走査方向に平行な第２方向に突き出た第２部分と、を含み、
   前記第２部分の前記第２方向に沿った透過率分布は、前記第１部分の前記第１方向に沿った辺から外側へ前記第２方向に離れるにつれて透過率が減少する分布であることを特徴とする露光装置。
9. マスクと基板とを走査方向に走査しながら前記マスクのパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する走査型の露光装置であって、
   前記マスクの前記パターンが形成されたパターン面を保護する保護膜を保持する保持部材に設けられ、前記投影光学系から前記基板に入射するフレア光の影響を低減するための絞りを有し、
   前記絞りの開口は、前記パターン面に対応する第１開口部分と、前記第１開口部分の前記走査方向に直交する第１方向に沿った辺から前記走査方向に平行な第２方向に突き出た複数の第１開口を含む鋸歯形状の第２開口部分と、を含み、
   前記複数の第１開口のそれぞれの前記第１方向における長さは、前記第１方向に沿った辺から外側へ前記第２方向に離れるにつれて小さくなることを特徴とする露光装置。
10. 請求項１乃至９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、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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