JP6506599B2 - 照明光学系及び露光装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に関し、特に、露光装置における露光光量の制御技術に関する。

露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズなど）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、コンデンサレンズにより集光されて、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介して基板上に結像する。こうして、基板上にマスクパターンが投影露光（転写）される。

マスクに形成された微細パターンを基板上に正確に転写するには、基板上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。そこで、マスクと光学的に共役な位置に露光光量のむらに応じて開口幅を調整可能な露光領域整形部を配置し、露光光量のむらを補正することができる露光装置が種々提案されている。

例えば、特許文献１は、光源と被照射面との間に配置され、被照射面に照射される光量を規定する開口を形成するブレードを複数の補正位置で押し引きして開口の形状を整形する技術を開示している。特許文献１では特に、開口幅変更部による開口幅の変更に関わらず、開口幅が変化しない位置を不動位置とするとき、露光領域端部が不動位置と略一致するようにした構成が提案されている。また、被照射面における照度分布むらのうち２次以上の成分を補正するために、スリット状の照明領域を規定する長辺のうち片方を２次以上の成分を含む曲線状に形成する方法も提案されている（特許文献２）。

特開２００５−１７５０４０号公報 特開２００６−１３４９３２号公報

開口を形成するブレードの調整を複数の補正位置で行う場合、１つの補正位置を補正すると他の補正位置も意図せず変位してしまうという問題がある。このため、従来の技術では依然として、開口幅の制御に関して、スループットを維持したまま露光光量むらの補正精度を向上させることが困難であった。この問題は、上記文献に記載された技術によってもなお改善が必要とされている。

本発明は、露光光量むらの補正の精度向上とスループットの両立に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面によれば、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系であって、前記光源と前記被照明面との間に設けられ、前記被照明面における照明領域の形状を規定する開口を形成する遮光板と、前記開口の形状を調整するために、前記遮光板の複数の箇所に力を加える複数の調整部とを備え、前記複数の調整部のそれぞれは、円弧上の複数の位置における互いに異なる法線方向に移動されることによって前記遮光板の複数の箇所に力を加え、前記複数の調整部のうちの第１の調整部は、前記複数の調整部のうちの第２の調整部が移動される前記法線方向において力を加える際に、前記第１の調整部が移動される前記法線方向とは異なる方向における変位を許容する逃げ機構を有することを特徴とする照明光学系が提供される。

本発明によれば、露光光量むらの補正の精度向上とスループットの両立に有利な技術を提供することができる。

実施形態における露光装置の構成を示す図。 実施形態におけるスリット補正装置の平面図、及びＡ−Ａ線に沿う断面図。 図２のＡ−Ａ断面の斜視図。 調整部の構成例を示す図。 第１実施形態の可変ブレード及び固定ブレードの端面形状を示す平面図。 従来の可変ブレード及び固定ブレードの端面形状を示す平面図。 図４の要部拡大図。 第２実施形態におけるスリット補正装置の構成を示す断面図。 第３実施形態におけるスリット補正装置の構成を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。なお、図面中、同一の部材、要素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。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、本実施形態の露光装置の構成を説明する。露光装置５０は、スリット光により基板を走査露光する露光装置であり、照明光学系１と、アライメントスコープ２と、投影光学系４と、基板ステージ１７と、計測部１８と、制御系１９とを含む。原版３は、アライメントスコープ２と投影光学系４との間に配置され、基板１６は、基板ステージ１７に保持される。

照明光学系１は、光源からの光でマスク（被照明面）を照明する光学系である。照明光学系１は、例えば、光源５と、第１コンデンサレンズ６と、フライアイレンズ７と、平面鏡１１と、第２コンデンサレンズ８と、スリット補正装置９と、結像光学系１０とを含む。光源５は、例えば、高圧水銀ランプと楕円ミラーとを含みうる。光源５により射出された光は、第１コンデンサレンズ６およびフライアイレンズ７を通過した後、平面鏡１１によって光路を折り曲げられ、遮光板（以下「ブレード」という。）を用いた露光領域整形機能を有するスリット補正装置５１に入射する。スリット補正装置５１は、原版３の照明範囲（即ち、原版３を照明するスリット光の断面形状）を、例えば、Ｘ方向に長い円弧状になるように規定する視野絞りを含む。この視野絞りは、フライアイレンズ７のフーリエ変換面となっており、原版３と光学的に共役な位置に配置されている。結像光学系１０は、スリット補正装置５１によって規定されたスリット光を投影光学系４の物体面（原版３）に照明させるように配置されている。また、アライメントスコープ２は、原版３のアライメントマークと基板１６のアライメントマークとを、投影光学系４を介して同時に検出する。

投影光学系４は、マスクのパターンの像を基板に投影する光学系である。投影光学系４は、第１平行平板１３ａ、平面鏡１４、凹面鏡１２、凸面鏡１５および第２平行平板１３ｂを含むように構成されており、照明光学系１により照明される原版３のパターンの像を基板１６に投影する。原版３は投影光学系４の物体面に、基板１６は投影光学系４の像面にそれぞれ配置されている。投影光学系４は、等倍結像光学系、拡大結像光学系およ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。原版３を通過したスリット光は、第１平行平板１３ａ、平面鏡１４の第１面１４ａ、凹面鏡１２の第１面１２ａ、凸面鏡１５、凹面鏡１２の第２面１２ｂ、平面鏡１４の第２面１４ｂ、および第２平行平板１３ｂを経て基板１６上に入射する。これにより、照明光学系１により照明された原版３のパターンの像は、基板上に結像される。

本実施形態における露光装置５０は、照明光学系１、特に、スリット補正装置５１に特徴的な構成を有する。以下、スリット補正装置５１について説明する。図２は、図１に示すスリット補正装置５１の構成を拡大して示した平面図である。また、図２の左側には、Ａ−Ａ線に沿う断面図が示されている。図３は、図２のＡ−Ａ断面についての斜視図である。

スリット補正装置５１は、露光領域の開口形状を調整して、原版３と基板１６とを走査して露光する際に、基板１６上の露光領域に生じる露光光量のむらを補正する機能を有する。スリット補正装置５１は、可変ブレード２０１と固定ブレード２０２を含む。可変ブレード２０１と固定ブレード２０２との間には開口ＯＰが形成されている。この開口ＯＰが、光源からの光によって被照明面が照明される照明領域の形状を規定する。可変ブレード２０１は、開口ＯＰを通過する照明光の光軸に対して、その照明光の広がり角に対応して傾斜して設けられた可撓性を有する薄肉金属部材から構成される。固定ブレード２０２は、開口ＯＰを通過する照明光の光軸に対して、その照明光の広がり角に対応して傾斜して設けられた靱性の高い部材から構成される。開口ＯＰによって、光源からの光によって被照明面が照明される照明領域（露光領域）に到達する露光光量が規定される。図２において斜線で示された領域Ｒが照明むら補正の精度が保証される最大照明幅に対応する領域である。したがって、この最大照明幅が、可変ブレード２０１の形状の所定の精度必要範囲となる。可変ブレード２０１および固定ブレード２０２はそれぞれ、開口ＯＰの少なくとも一部の形状を円弧で形成する。

可変ブレード２０１の円弧の中央の位置には、中央調整部２０３が配置される。可変ブレード２０１の、中央調整部２０３に関してＸ方向に対称な位置には、可変ブレード２０１を押し引きして開口ＯＰの走査方向の開口幅を局所的に変更するための、一対の第１調整部２０４が配置される。その外側には、一対の第２調整部２０５が配置され、さらにその外側には、一対の第３調整部２０６が配置される。

本実施形態において、中央調整部２０３、複数の調整部（第１〜第３調整部２０４,２０５,２０６）の各々は、開口ＯＰの形状を調整するために可変ブレード２０１の複数の箇所に対して円弧の法線方向に力を加えるように配置されている。

第１〜第３調整部２０４,２０５,２０６にはそれぞれ、いずれかの調整部の法線方向に力を加えるための部材の動作に伴う法線方向と異なる方向への変位を許容する逃げ機構が設けられる。この点については、図４を参照して後述する。一方、中央調整部２０３には、逃げ機構を設けると可変ブレード２０１の平面内の位置が定まらないため、そのような逃げ機構を設けない。中央調整部２０３としては、例えばコマが使用されうる。

制御系１９は、記憶部１９ｃ、決定部１９ａ、及び制御部１９ｂにより構成されており、計測器１８または装置外部からの入力に基づいてスリット補正装置５１を制御する。例えば、制御系１９は、計測器１８で計測された基板１６と同面の露光光量、又は、装置外部から入力される、線幅計測結果から算出された露光光量調整量などに基づいて、スリット補正装置５１の駆動量を決定する。

図４に、第１調整部２０４、第２調整部２０５、第３調整部２０６の構成例を示す。同図において、（ａ）に上面図、（ｂ）に側面図を示す。可変ブレード２０１を押し引きするためのメインパーツが、調整部材２１０である。調整部材２１０は、開口ＯＰを通過する照明光の光軸と直交する所定方向に力を加えるための部材である。調整部材２１０は、Ｙ方向に延在するガイド２１２によって、Ｙ方向に移動自在に支持されている。この調整部材２１０は、Ｙ方向に沿って配置されたボールねじ２１５に取り付けられる。ボールねじ２１５は、アクチュエータである位置制御モータ２１６の出力軸に取り付けられている。位置制御モータ２１６は、不図示のチャンバ内の基部に固定される。この位置制御モータ２１６の駆動によってなされるボールねじ２１５の回転運動が、調整部材２１０のガイド２１２に沿うＹ方向への直線運動に変換される。この直線運動が、可変ブレード２０１に対する調整部材２１０の押し引きを可能にしている。

さて、本実施形態における第１、第２、第３調整部には、可変ブレード２０１の押し引きに起因する可変ブレード２０１の不要な歪みを抑制するための、逃げ機構が設けられる。まず、調整部材２１０の可変ブレード２０１側の面には、図中Ｚ方向に延在するガイド２１１が取り付けられ、このガイド２１１は、第１逃げ機構２０９をＺ軸方向に移動自在に支持する。また、第１逃げ機構２０９は、図中Ｘ軸方向に延在する不図示のガイドを有し、このガイドによって第２逃げ機構２０８をＸ軸方向に移動自在に支持する。さらに、第３逃げ機構２０７が、可変ブレード２０１に固定されるとともに、第２逃げ機構２０８によって調整部全体がＺ軸回りに回転自在になるように支持される。ここで、第３逃げ機構２０７は、可変ブレード２０１に沿うように傾けて可変ブレード２０１に取り付けられている（図３及び図４（ｂ）参照）。可変ブレード２０１と調整部材２１０との間に、このような逃げ機構が介在することにより、後述するように、可変ブレード２０１の押し引きに起因する可変ブレード２０１の不要な歪みが軽減されうる。

ただし、上述のとおり、本実施形態では、中央調整部２０３、第１乃至第３調整部２０４,２０５,２０６は、それぞれの位置でその駆動方向がブレードの理想円弧の法線方向になるように配置されていることに留意されたい。すなわち図４では、調整部材２１０の駆動方向であるＹ軸方向が、ブレードの理想円弧の法線方向となる。第１逃げ機構２０９は、調整部の上記法線方向と直交しかつ開口ＯＰを通過する照明光の光軸に平行なＺ軸方向（第１軸方向）への変位を許容する。第２逃げ機構２０８は、調整部の上記法線方向と直交しかつＺ軸方向と直交するＸ軸方向（第２軸方向）への変位を許容する。第３逃げ機構２０７は、調整部のＺ軸回り（第１軸回り）の回転を許容する。このように、逃げ機構は、いずれかの調整部の上記法線方向への動作に伴い法線方向とは異なる方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｚ軸回りへの変位を許容する。

上述の本実施形態の構成による効果を説明する前に、従来技術の問題点を明らかにしておく。

図６は、従来の可変ブレードと固定ブレードの端面形状（開口ＯＰの形状）を示す平面図である。なお、図６においては、左右対称であるため、左側を省略している。図６において、可変ブレードの標準状態の端面形状４００が破線で示されている。補正位置４０１は可変ブレードのＸ方向における中央位置に相当する。補正位置４０２，４０３，４０２にはそれぞれ、第１、第２、第３調整部が設けられている。

例えば、露光光量のむらを補正するために、標準状態の端面形状４００から補正位置４０２を押し引きした場合を考える。この場合、補正位置４０１と補正位置４０２との間を結ぶブレードの長さと、補正位置４０２と補正位置４０３との間を結ぶブレードの長さがそれぞれ変化するため、第１調整部の逃げ機構は、その変動分だけずれた位置で停止する。一方、第２、第３調整部の逃げ機構は、補正位置４０２で引き込まれた分だけずれる形でその変動を吸収する。このように、ブレードは、標準状態の端面形状４００から端面形状４０５のように変形する。

上述のように、第２、第３調整部の逃げ機構は、補正位置４０２に起因する変動を逃がす位置まで動作し、意図せず可変ブレード形状が変化してしまう。このとき、第２、第３調整部の逃げ機構はそれぞれ、矢印Ｍ１，Ｍ２で示されるように、Ｘ軸方向に直線的に逃げ、可変ブレードがＸ軸方向にシフトするように変形する。そのため、意図して制御した第１調整部の部分のみならず、第２、第３調整部の位置での露光光量むらも変動してしまい、これが、高精度の露光光量むらの制御を困難にしている。

図７に、第１調整部による補正位置４０２付近の部分４１０の拡大図を示す。図７において、第１調整部によって補正位置４０２が下方に移動したことにより、逃げ機構により可変ブレードとの接続位置は位置５０２に逃げる。第１調整部の駆動方向は図中Ｙ方向である。逃げ機構は例えば、図中Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、及び、Ｚ軸回りの回転方向ωＺに駆動するリニアガイドおよび回転軸等で構成されている。

逃げ機構は逃げ駆動時にガイド又は回転機構において摩擦を生じ、それが制御駆動時の誤差となるが、その変動距離が長ければそれだけ誤差も大きくなり、制御性能の悪化を引き起こす。この変動距離は、駆動方向の軸５０３と、軸５０３と交差し円弧に直交する軸５０４とのなす角が大きいほど長くなる。よって、調整部の配置位置が円弧外側になるにつれ上記のなす角が大きくなり、円弧外側の制御性能は円弧内側に比べ更に悪化してしまい、最終的にブレードの全領域を任意形状に制御することは困難となる。制御を行ったとしても複数回の追い込みが必要になりスループットが悪化することに加えて、露光光量のむらを必ずしも所望の精度に追い込めるとは限らない。

次に、図５を参照して、本実施形態の場合を説明する。図５は、図２に示すスリット補正装置５１の可変ブレード２０１と固定ブレード２０２の端面形状（開口ＯＰの形状）を示す平面図である。図５においても、図６と同様、左右対称であるため左側を省略している。図５において、可変ブレード２０１の標準状態の端面形状３００が破線で示されている。補正位置３０１は、中央調整部２０３が取り付けられた、可変ブレード２０１のＸ方向における中央位置である。補正位置３０２は、第１調整部２０４が取り付けられた位置を示す。補正位置３０３は、第２調整部２０５が取り付けられた位置を示す。補正位置３０４は、第３調整部２０６が取り付けられた位置を示す。

例えば、露光光量のむらを補正するために、標準状態の端面形状３００から補正位置３０２を押し引きした場合を考える。この場合、補正位置３０１から補正位置３０２までの間のブレードの長さと、補正位置３０２から補正位置３０３までのブレードの長さが、それぞれ変化する。これを吸収するために、第３逃げ機構２０７、第２逃げ機構２０８、及び、第１逃げ機構２０９がそれぞれ逃げることによって変動が吸収され、局所的な歪みや突っ張りを避けることができる。本実施形態において、第２逃げ機構２０８は、逃げの方向が常にブレードの理想円弧の接線方向を向いているため、図６の矢印Ｍ１，Ｍ２で示されるようなブレードのＸ方向への変動を小さくすることできる。

上述のように本実施形態では、複数の調整部のうちの第１の調整部は、これら複数の調整部のうちの第２の調整部が上記法線方向において力を加える際に当該法線方向とは異なる方向における変位を許容する逃げ機構を有する。本実施形態によれば、逃げ機構によって発生する摩擦力の影響によるリニアリティの悪化、補正位置３０３と補正位置３０４との間のブレード形状の余計な変動を抑えることが可能となる。これにより、可変ブレード２０１の高精度な制御が可能になる。

＜第２実施形態＞
図８を参照して、本発明の第２実施形態に係るスリット補正装置６００について説明する。図８は図２に示した調整部のＡ−Ａ断面図に対応する図を示している。本実施形態のスリット補正装置６００は、第１実施形態のスリット補正装置５１と比較して、調整部の配置方向が異なっている。第１実施形態と同様、可変ブレード６０２は照明光の光軸６０１に対して傾斜して設けられている。そこで本実施形態では、調整部６０３が、その駆動方向が、可変ブレード６０２の円弧の法線方向を向き、かつ、可変ブレード６０２の傾斜面に対して垂直となるように取り付けられる。

この結果、開口幅調整時のＺ方向の逃げ機構の変動および逃げ機構によって発生する摩擦の影響を最小に抑えることが可能となり、可変ブレード６０２の高精度な制御が可能になる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態に係る図２においては、第３調整部２０６は、第１開口部調整部２０４及び第２開口部調整部２０５と同じ構成を有するものとして説明した。しかし、図２にも示されているように、最も外側の第３調整部２０６は、領域Ｒの範囲外の位置（精度必要範囲外の位置）に配置されるものである。これにより、露光光量のむらを所望の精度に追い込むために補正位置３０２を押し引きした場合にも、領域Ｒ内（精度必要範囲内）の露光光量のむらの悪化が抑制され、解像度の劣化が防止される。この場合、第３調整部２０６には、積極的に可変ブレード２０１を押し引きする機構はなくてもよい。すなわち、第３調整部２０６は調整部材２１０を有しないものであってもよい。図９に、領域Ｒの範囲外の位置（精度必要範囲外の位置）に配置される第３調整部２０６には調整部材２１０が省略された例を示した。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係るデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、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、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１：照明光学系、３：原版、４：投影光学系、５：光源、５０：露光装置、５１：スリット補正装置

Claims (9)

1. 光源からの光で被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記光源と前記被照明面との間に設けられ、前記被照明面における照明領域の形状を規定する開口を形成する遮光板と、
   前記開口の形状を調整するために、前記遮光板の複数の箇所に力を加える複数の調整部と、
   を備え、
   前記複数の調整部のそれぞれは、円弧上の複数の位置における互いに異なる法線方向に移動されることによって前記遮光板の複数の箇所に力を加え、
   前記複数の調整部のうちの第１の調整部は、前記複数の調整部のうちの第２の調整部が移動される前記法線方向において力を加える際に、前記第１の調整部が移動される前記法線方向とは異なる方向における変位を許容する逃げ機構を有する
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記逃げ機構は、
   前記調整部が移動される前記法線方向と直交しかつ前記開口を通過する照明光の光軸に平行な第１軸方向への変位を許容する第１逃げ機構と、
   前記調整部が移動される前記法線方向と直交しかつ前記第１軸方向と直交する第２軸方向への変位を許容する第２逃げ機構と、
   前記調整部の前記第１軸まわりの回転を許容する第３逃げ機構と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記第３逃げ機構は、前記遮光板に固定されることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 前記円弧の中央の位置に配置され、前記開口の形状を調整するために前記遮光板の前記中央の位置に対して前記円弧の法線方向に力を加える中央調整部であって、前記逃げ機構を有しない中央調整部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
5. 前記遮光板は、前記開口を通過する照明光の光軸に対して、前記照明光の広がり角に対応して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記複数の調整部の各々は、前記遮光板の傾斜面に対して垂直になるように取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記複数の調整部のうち最も外側の調整部は、前記遮光板における所定の精度必要範囲外の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
8. マスクを照明する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系と、
   前記マスクのパターンの像を基板に投影する投影光学系と、
   を有することを特徴とする露光装置。
9. 請求項８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、
   を含むデバイス製造方法。

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