JP6540183B2 - 変形照明用アパーチャおよび露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、変形照明用アパーチャ、およびこのような変形照明用アパーチャを備えた露光装置に関する。

半導体素子等の回路パターン形成には、一般にフォトリソグラフィ技術と呼ばれる工程が必要である。この工程には通常、フォトマスク（レチクルとも称する。以後、単にマスクと記す。）パターンを半導体ウェーハ等の被露光基板上に転写する方法が採用される。被露光基板上には感光性のフォトレジストが塗布されており、マスクパターンのパターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターンが転写される。そして、投影露光装置では、マスク上に描画された転写すべき回路パターンの像が、投影光学系を介して被露光基板（ウェーハ）上に投影、露光される。

フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。

そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ１（ｋ１＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法（斜入射照明法、多重極照明法とも称する。）と呼ばれる方法等がある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極（二極、またはダイポールとも称する。）照明及び四重極（四極、またはクォードラポールとも称する。）照明等が用いられている。

従来の変形照明法においては、照明している箇所と遮光している箇所とのバイナリの照明を用いることが主流となっている。これに対して、より解像度を上げるためにグレートーンの照明を用いる技術の開発が進められている。例えば、グレートーンの照明を実現する手段としてマイクロミラーを用いた露光装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特表２０１０−５３５４０７号公報

しかしながら、マイクロミラーは、従来の露光装置にそのまま適用することができない。このため、新規にマイクロミラーを含む露光装置を導入する必要がある。しかしながら、このようなマイクロミラーを用いた露光装置は高価であるという問題がある。また、マイクロミラーを用いた露光装置には、機械的にマイクロミラーを動かす機構が設けられているため、故障が生じやすいという問題もある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、従来の露光装置に容易に適用することが可能な、変形照明用アパーチャおよび露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、グレートーン照明光を形成する変形照明用アパーチャであって、透光性基板と、前記透光性基板上に平面方向に配置された複数のピクセルとを備え、各ピクセルにそれぞれ遮光性をもつ所望数のドットが配置され、前記所望数のドットによって各ピクセル毎の光の透過率が定められることを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、前記複数のピクセルは、格子状に配置されていることを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、各ピクセルに配置される前記ドットの数は、各ピクセルの前記光の透過率と、各ピクセルに設定された階調数とに基づいて定められていることを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、前記階調数は、全てのピクセルについて一定値となっていることを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、各ピクセルには、ベイヤー法、渦巻き法、又は網点法に従って前記所望数のドットが配置されていることを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、各ドットは、それぞれ前記透光性基板上に形成された第１の遮光膜と、前記第１の遮光膜上に形成された第２の遮光膜とを有することを特徴とする変形照明用アパーチャである。

本発明は、前記変形照明用アパーチャを備えたことを特徴とする露光装置である。

本発明によれば、各ピクセルにそれぞれ遮光性をもつ所望数のドットが配置され、これら所望数のドットによって各ピクセル毎の光の透過率が定められている。このため、マイクロミラー等の機構を用いることないので、グレートーン照明光を形成する変形照明用アパーチャを、従来の露光装置に対して容易に適用することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による露光装置を示す概略図。 図２は、本発明の一実施の形態による変形照明用アパーチャを示す断面図。 図３は、ベイヤー法に従ってピクセル内に所望数のドットを配置する場合におけるドットの配置順を示す図。 図４は、渦巻き法に従ってピクセル内に所望数のドットを配置する場合におけるドットの配置順を示す図。 図５は、網点法に従ってピクセル内に所望数のドットを配置する場合におけるドットの配置順を示す図。 図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施の形態による変形照明用アパーチャの製造方法を示す断面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。

露光装置の構成
まず、図１により、本実施の形態による露光装置の概略について説明する。図１は、本実施の形態による露光装置を示す概略図である。

図１に示すように、露光装置１０は、露光光の光路に沿って順次配列された、光源１１と、リレー光学系１２と、フライアイレンズ１３と、変形照明用アパーチャ２０と、コンデンサー光学系１４と、投影光学系１６とを備えている。また、コンデンサー光学系１４と投影光学系１６との間には、フォトマスク１５が配置されている。また、符号１７は、投影光学系１６に設けられた開口絞りである。

このうち光源１１は、露光光（照明光）を供給するものである。光源１１としては、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。

リレー光学系１２は、フライアイレンズ１３の入射面に、例えば光軸を中心とした所定形状の光強度分布を形成する。光源１１から射出された光は、リレー光学系１２を介して、フライアイレンズ１３に入射する。

フライアイレンズ１３は、リレー光学系１２からの光を均一に集光して照度むらをなくすためのものである。フライアイレンズ１３は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。

フライアイレンズ１３に入射した光束は、多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源が形成される。フライアイレンズ１３の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された変形照明用アパーチャ（開口絞り）２０に入射する。

変形照明用アパーチャ２０は、グレートーン照明光を形成するものであり、後述するように平面方向に配置された複数のピクセル２５を備えている。変形照明用アパーチャ２０は、投影光学系１６の結像瞳面（開口絞り１７）と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。なお、変形照明用アパーチャ２０の詳細な構成については後述する。

変形照明用アパーチャ２０により制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１４を介して、フォトマスク１５を重畳的に照明する。

このフォトマスク１５には転写すべきパターンが形成されている。また、ウェハ（感光性基板）Ｗは、図示しないウェハステージ上に保持されており、ウェハＷ上には、転写されるレジスト膜が形成されている。フォトマスク１５のパターン領域を透過した光は、投影光学系１６を介して、ウェハＷに到達し、ウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、投影光学系１６の光軸と直交する平面内において、走査方向に沿ってフォトマスク１５とウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、所望のマスクパターンが走査露光される。

なお、上述した露光装置１０において、変形照明用アパーチャ２０以外の要素は、従来の露光装置１０の要素をそのまま用いることができる。

変形照明用アパーチャの構成
次に、図２により、本実施の形態による変形照明用アパーチャについて説明する。図２は、本実施の形態による変形照明用アパーチャを示す断面図である。

図２に示すように、変形照明用アパーチャ２０は、平板状の透光性基板２１と、透光性基板２１上に平面方向に沿って配置された複数のピクセル２５とを備えている。

このうち透光性基板２１は、例えば合成石英（ＳｉＯ_２）等の透明な材料からなっている。透光性基板２１の厚みは、例えば２．０ｍｍ〜１０．０ｍｍとしても良い。

また、各ピクセル２５にそれぞれ遮光性をもつ所望数のドット２２が配置され、この所望数のドット２２によって各ピクセル２５毎の光の透過率が定められている。各ピクセル２５の光の透過率は、０％〜１００％のいずれかであり、ピクセル２５毎にそれぞれ独立した一の値に設定されている。

各ピクセル２５には、それぞれ階調数が設定されている。階調数は、各ピクセル２５に収容可能なドット２２の数の上限であり、例えば１６（４×４マス）〜１０２４（３２×３２マス）としても良い。具体的には、階調数が２５６の場合、各ピクセル２５に含まれるドット２２の数（上記所望数）は、０〜２５６のいずれかの値（自然数）となる。また、各ピクセル２５に配置されるドット２２の数は、各ピクセル２５の光の透過率と、当該ピクセル２５に設定された階調数とに基づいて定められる。例えば、あるピクセル２５の階調数が２５６であり、当該ピクセル２５に設定された光の透過率が５０％である場合、このピクセル２５に配置されるドット２２の数は、２５６×５０％＝１２８個となる。

なお、階調数は、全てのピクセル２５について一定値とすることが好ましい。この場合、後述するようにグレートーン照明情報を用いてピクセル２５に対してドット２２を配置する作業を容易に実行することができる。

このように各ピクセル２５に含まれるドット２２の数によって階調数が設定されている。このため、ドット２２の数や大きさを適宜調整することによって階調数を増加することができ、光の透過率を０％〜１００％の間で自在に設定することが可能となる。

この場合、各ピクセル２５は互いに同一の平面矩形形状（正方形形状）をもち、例えば平面格子状に配置されている。すなわちピクセル２５は、変形照明用アパーチャ２０を面内で等形状に分割したものである。この場合、変形照明用アパーチャ２０に含まれるピクセル２５の数は、例えば５００個〜５００００個としても良い。また各ピクセル２５の一辺の長さは、例えば３μｍ〜４００μｍとしても良い。一般に、フォトマスク１５から得られるグレートーン照明情報（後述）は格子状のピクセルで与えられる。このため、複数のピクセル２５を格子状に配置することにより、グレートーン照明情報からドット２２の配置関係へ変換する作業を容易に行うことができる。なお、複数のピクセル２５は、格子状の配置に限らず、極座標によって規定された区画に基づいて配置されても良い。

各ピクセル２５内に配置された複数のドット２２は、互いに同一の平面矩形形状をもち、各ピクセル２５内で平面格子状に配置されている。なお各ドット２２の一辺の長さは、例えば０．２μｍ〜２０μｍとしても良い。

図２に示すように、各ドット２２は、それぞれ透光性基板２１上に形成された第１の遮光膜２３と、第１の遮光膜２３上に形成された第２の遮光膜２４とを有している。第１の遮光膜２３は、例えばクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）等の金属元素の薄膜からなる。また第２の遮光膜２４は、反射防止用に設けられており、第１の遮光膜２３とは異なる材料からなる。この第２の遮光膜２４は、第１の遮光膜２３より薄肉の、例えば酸化クロム、酸化タンタル等、上記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物からなっていても良い。なお、複数のドット２２の厚み（第１の遮光膜２３と第２の遮光膜２４との合計厚み）は全て互いに同一であり、例えば０．０１０μｍ〜０．５μｍである。

このように本実施の形態によれば、変形照明用アパーチャ２０は、透光性基板２１と、透光性基板２１上に平面方向に配置された複数のピクセル２５とを備え、各ピクセル２５に配置されたドット２２によってグレートーン照明を実現している。すなわちドット２２が全く設けられていないピクセル２５は光を透過させる透過部となり、ドット２２によって完全に覆われているピクセル２５は光を遮光する遮光部となる。さらに、ドット２２によって一部が覆われているピクセル２５は、光の一部を低減させて透過させるグレートーン部となる。

変形照明用アパーチャの作製方法
次に、このような変形照明用アパーチャ２０を作製する方法について説明する。

まず、グレートーン照明情報を得る。このグレートーン照明情報は、各変形照明用アパーチャ２０に対して要求される透過光の分布に関する情報である。具体的には、グレートーン照明情報は、フォトマスク１５の形状に基づいて、計算によって算出することができる。すなわち、グレートーン照明情報は、フォトマスク１５毎に固有の情報となる。

次に、グレートーン照明情報に基づき、各ピクセル２５のドット２２の数をピクセル２５毎に設定する。グレートーン照明情報には、各ピクセル２５に求められる透過率（０％〜１００％）の情報が含まれている。また、各ピクセル２５の階調数は、ピクセル２５およびドット２２の大きさや数等に基づいて、適宜設定することができる。なお、上述したように、階調数は全てのピクセル２５について一定値とすることが好ましい。この場合、各ピクセル２５に含まれるドット２２の数は、例えば各ピクセル２５の光の透過率と、各ピクセル２５の階調数とを乗じることによって求められる。

なお、グレートーン照明情報に基づいて計算によって算出したピクセル２５の透過率が、実際に作製される変形照明用アパーチャ２０のピクセル２５の透過率と若干相違することも考えられる。例えば実際のピクセル２５の透過率は、当該ピクセル２５の周辺のピクセル２５の透過率（明暗）によって影響を受けることも考えられる。このため、予め経験則に基づいて作成しておいた補正式に基づき、周辺ピクセル２５の透過率（明暗）に応じて当該ピクセル２５の透過率を補正するようにしても良い。

このようにして、各ピクセル２５に配置するドット２２の数を決定した後、それぞれのピクセル２５について、所定の規則に従ってドット２２を配置する。この場合、以下に説明するように、例えばベイヤー法、渦巻き法、又は網点法等のディザリング法に基づいて各ピクセル２５にドット２２を配置しても良い。

図３は、各ピクセル２５の階調数が１６（４×４マス）である場合に、ベイヤー法に従って、ピクセル２５内に所望数のドット２２を配置する方法を示している。ここでベイヤー法とは、たすき型の順序に従ってピクセル２５内でドット２２を配置する手法である（ドット分散型）。図３において、ドット２２は、ピクセル２５に含まれる１６マス内で１番のマス（透過率０％）から１６番のマス（透過率１００％）まで順番に配置される。例えば、ピクセル２５の光の透過率が５０％である場合、ドット２２は、１番のマスから８番のマスまで配置される（図３の斜線部参照）。これにより、当該ピクセル２５の５０％の領域が遮光される。なお、上記と逆に、１６番のマス（透過率０％）から１番のマス（透過率１００％）まで順番にドット２２が配置されるようにしても良い。このようにベイヤー法を用いることにより、各ピクセル２５内にドット２２を均一に配置することができ、光の透過率を各ピクセル２５の内部で略均一にすることができる。

図４は、図３と同様に、渦巻き法に従って、各ピクセル２５内に所望数のドット２２を配置する方法を示している。ここで渦巻き法は、ピクセル２５の中心部分から渦巻き状になるように、ドット２２を手法である（ドット集中型）。例えば、ピクセル２５の光の透過率が５０％である場合、ドット２２は、１番のマスから８番のマスまで配置される（図４の斜線部参照）。このように渦巻き法を用いることにより、各ピクセル２５の中心部分（又は周縁部分）に集中的にドット２２を配置することができ、各ピクセル２５の中心部分（又は周縁部分）における光の透過率を高めることができる。

図５は、図３と同様に、網点法に従って、各ピクセル２５内に所望数のドット２２を配置する方法を示している。網点法は、ベイヤー法と類似するが、ドット２２同士が隣接する箇所が多くなるため、ベイヤー法と比較してドット２２が固まって存在する部分が多くなる（ドット分散型とドット集中型の中間）。例えば、ピクセル２５の光の透過率が５０％である場合、ドット２２は、１番のマスから８番のマスまで配置される（図５の斜線部参照）。このように網点法を用いることにより、各ピクセル２５の中心部分（又は周縁部分）における光の透過率を高めることができる一方、渦巻き法を用いる場合と比較して、光の透過率は各ピクセル２５の内部で相対的に均一にすることができる。

このような作業を全てのピクセル２５に対して行うことにより、全てのピクセル２５におけるドット２２の配置パターンが決定する。続いて、このようにして決定された全てのピクセル２５内のドット２２のパターンに基づき、変形照明用アパーチャ２０を作製する。

続いて、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して変形照明用アパーチャ２０の製造方法について説明する。

この場合、まず透光性基板２１を準備し、透光性基板２１上に、第１の遮光膜２３を構成する第１の金属層（例えばクロム層）２３ａと、第２の遮光膜２４を構成する第２の金属層（例えば酸化クロム層）２４ａとを順次成膜する（図６（ａ））。

次に、透光性基板２１の第２の金属層２４ａ上にレジスト３１を塗布する（図６（ｂ））。次いで、例えば電子線描画法によりマスク描画を行う。このとき、レジスト３１のうち、ドット２２が不要な領域に対応する部分が除去される（図６（ｃ））。

次に、レジスト３１を耐腐蝕膜として第１の金属層２３ａおよび第２の金属層２４ａに対してドライエッチングを行う。これにより、ドット２２が不要な領域に対応する第１の金属層２３ａおよび第２の金属層２４ａの一部分がそれぞれ除去される。このようにして、それぞれ第１の遮光膜２３と第２の遮光膜２４とを有する複数のドット２２が形成される（図６（ｄ））。

その後、ドット２２上のレジストを除去することにより、上述した変形照明用アパーチャ２０が得られる（図６（ｅ））。

このように本実施の形態においては、変形照明用アパーチャ２０を製造する際、複数のドットで多階調の透過率を実現でき、例えば、遮光膜や半透明膜の材料の厚みを変えて多階調の透過率を実現することにより、格段に製造プロセスが容易となる。これにより、変形照明用アパーチャ２０の製造コストを低減でき、実現できる階層数も格段に多くすることができる。

本実施の形態の作用
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

まず図１に示すように、露光装置１０の光源１１から露光光が照射される。この露光光はリレー光学系１２を通過してフライアイレンズ１３に入射する。続いて、フライアイレンズ１３を通過した光は、変形照明用アパーチャ２０により絞りが入れられ、コンデンサー光学系１４で集光される。この間、フライアイレンズ１３からの光は、変形照明用アパーチャ２０によって強度分布が所望の形状に整えられる。

その後、コンデンサー光学系１４を通過した光は、所望の転写パターンが形成されたフォトマスク１５および投影光学系１６を順次通過して、フォトマスク１５の転写パターンをウェハＷに投影される。

本実施の形態において、変形照明用アパーチャ２０の各ピクセル２５の光の透過率は、フォトマスク１５の転写パターンに応じて適切に調整されている。このため、変形照明用アパーチャ２０を通過した光の強度分布は、フォトマスク１５に対して最適化されている。これにより、フォトマスク１５を介してウェハＷを露光した際、ウェハＷ上で良好な解像特性を得ることができる。

とりわけ、本実施の形態による変形照明用アパーチャ２０によれば、透光性基板２１上に平面方向に配置された複数のピクセル２５のそれぞれに遮光性をもつ所望数のドット２２が配置され、これら所望数のドット２２によって各ピクセル２５毎の光の透過率が定められている。すなわち、印刷の網点技術を利用して、ドット２２の数によってピクセル２５に濃淡を付与し、グレートーン照明を実現している。このため、例えば階層マスク（複数の階層を有し、階層数によって光透過率を異ならせたマスク）と比較して、変形照明用アパーチャ２０の設計や製作を容易なものとすることができる。

また、本実施の形態による変形照明用アパーチャ２０は、従来の露光装置１０内でそのまま用いることができる。このため、新規に露光装置を導入する必要がなく、露光装置を準備するコストを抑えることができる。また、本実施の形態による露光装置１０によれば、マイクロミラーを含む露光装置と比較して、グレートーン照明光を形成するためにマイクロミラーを動かす機構等、機械動作部を設ける必要がない。このため、露光装置１０の故障リスクを低減することができる。

なお、上記において、変形照明用アパーチャ２０は、露光装置１０において用いられる場合を例にとって説明した。しかしながら、これに限らず、変形照明用アパーチャ２０は、例えば転写シミュレーション装置において用いられても良い。

１０ 露光装置
１１ 光源
１２ リレー光学系
１３ フライアイレンズ
１４ コンデンサー光学系
１５ フォトマスク
１６ 投影光学系
２０ 変形照明用アパーチャ
２１ 透光性基板
２２ ドット
２３ 第１の遮光膜
２４ 第２の遮光膜
２５ ピクセル

Claims (5)

1. 露光光の光路に沿って順次配列された、光源と、リレー光学系と、フライアイレンズと、グレートーン照明光を形成する変形照明用アパーチャと、コンデンサー光学系と、転写すべきパターンが形成されたフォトマスクと、投影光学系とを備え、
   前記変形照明用アパーチャは、
   透光性基板と、
   前記透光性基板上に平面方向に配置された複数のピクセルとを備え、
   前記複数のピクセルにそれぞれ遮光性をもつ所望数のドットが配置され、前記所望数のドットによって前記ピクセル毎の光の透過率がそれぞれ定められ、
   前記複数のピクセルにはそれぞれ、ベイヤー法、渦巻き法、又は網点法に従って前記所望数のドットが配置されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記複数のピクセルは、格子状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記複数のピクセルにそれぞれ配置される前記ドットの数は、前記複数のピクセルそれぞれの前記光の透過率と、前記複数のピクセルにそれぞれ設定された階調数とに基づいて定められていることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記階調数は、前記複数のピクセルの全てについて一定値となっていることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 前記所望数のドットは、それぞれ前記透光性基板上に形成された第１の遮光膜と、前記第１の遮光膜上に形成された第２の遮光膜とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の露光装置。

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