JP6748482B2 - 露光装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、および、物品の製造方法に関する。

ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）などの表示用デバイスとして液晶表示パネルが多用されるようになった。液晶表示パネルは露光装置を用いたフォトリソグラフィの手法を用いて製造される。近年、露光装置の高精度化が求められるようになり、投影光学系の収差補正の必要が出てきている。例えば、反射鏡の面形状を変形させることにより収差を補正する技術が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００４−０５６１２５号公報 特開２００６−１２８６９９号公報

しかし、特許文献１の技術では、投影光学系の収差を計測し、計測された収差を補正するよう面形状を決定するため、多大な計測時間が必要となり、スループットの点で不利である。また、特許文献２の技術では、光学系の特性として光学素子の表面形状の不均一性によって生じるエラーの補正のために、変形可能な反射性デバイスが使用される。しかし、デバイスの高精細化が進むにつれ、光学素子の表面形状の不均一性を含んだ上で十分に調整された投影光学系を使用した露光装置であっても、露光中の光学部材の変位により発生する光学性能の変化も補正する必要がある。

本発明は、スループットと結像性能の両立に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、基板の走査露光を行う露光装置であって、原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、制御部とを有し、前記投影光学系は、凹面鏡と、凸面鏡を含む複数の光学部材と、前記凹面鏡の面形状を調整するために前記凹面鏡の裏面の複数箇所に力を加える複数の調整部と、前記複数の光学部材のうちの１つ以上の光学部材の位置および姿勢の少なくともいずれかを計測する計測部とを含み、前記制御部は、前記走査露光の実行中に前記計測部によって計測された前記光学部材の位置および姿勢の少なくともいずれかの変化によって発生した前記投影光学系の収差を補正するように前記複数の調整部の制御を行うことを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、スループットと結像性能の両立に有利な技術が提供される。

実施形態における露光装置の概略構成図。 実施形態照明光学系が有するスリットの形状の例を示す図。 マスク上のパターンの例を示す図。 マスク上のパターンの例を示す図。 非点収差の特性例を示す図。 実施形態における凹面鏡の補正処理のフローチャート。 凸面鏡の支持構造の例を示す図。

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、以下の実施形態は本発明の実施の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。

図１は、実施形態における露光装置の概略構成図である。本実施形態の露光装置は、照明光学系ＩＬを含む。照明光学系ＩＬには光源が含まれておりエキシマレーザーや高圧水銀ランプなどから製造するデバイスに最適な光源を選択することが可能である。例えば液晶表示素子の製造には高圧水銀ランプを用いてｇ線(４３６ｎｍ)、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）が使用されうる。

原版であるマスク１には、例えば液晶表示素子を製造するために必要な回路パターンが描画されている。マスク１はマスクステージ２に搭載されている。マスク１は照明光学系ＩＬからの露光光により照射される。マスク１を透過した露光光は投影光学系ＰＯを通り、基板３上にマスク１の像を結像する。

基板３は基板ステージ４に搭載されていて、マスクステージ２と基板ステージ４を同期して走査することにより大きな領域が露光可能となる。基板３には露光光に感度のある感光材が塗布してあり現像プロセスを経ることにより基板上にパターンを形成することが可能である。投影光学系ＰＯは一対の凹面鏡５及び凸面鏡６を含む。マスク１から出た露光光は、凹面鏡５で反射され凸面鏡６で反射され再度、凹面鏡５で反射されて、基板３上にマスク１の像が結像される。投影光学系ＰＯは、収差の補正を行うために露光光を屈折させる屈折部材９も含み得る。屈折部材９は例えば平行平板を含み、この平行平板を光軸に対して傾けることにより、コマ収差や非点収差、歪曲収差の補正を行うことができる。また、凹面鏡５は一体であっても分割されていてもよい。

図１に示される凹面鏡５と凸面鏡６を含む投影光学系ＰＯは、軸外の円弧状良像域が露光に使用可能である。照明光学系ＩＬには円弧状良像域を照明するために、図２に示されるような円弧状の開口を持つスリット１１を含んでいる。

本露光装置の座標系として、基板３からマスク１に向かう方向にＺ軸をとり、凸面鏡６から凹面鏡５へ向かう方向にＹ軸をとり、右手系をなすようにＸ軸をとる。また、ωxをＸ軸周りプラスに右ネジが進む回転方向にとる。ωy、ωzもそれぞれＹ軸周り及びＺ軸周りへ同様な定義とする。

投影光学系ＰＯは、凹面鏡５の面形状を調整するために凹面鏡の裏面の複数箇所に力を加える複数の調整部７（駆動機構）を備える。調整部７には、圧電素子など任意のものが使用可能である。複数の調整部７を駆動させることにより凹面鏡５の反射面の形状を変更することが可能である。面形状が変形するとその形状に従い投影光学系ＰＯの光学性能が変化する。したがって、複数の調整部７を制御することにより投影光学系ＰＯの光学性能を制御することが可能である。

投影光学系ＰＯは、凸面鏡６の位置および姿勢の少なくともいずれかを計測するための計測部８を備えている。計測部８は、例えばレーザーを用いた測長機で構成されうる。測長機は、最適な配置及び個数を選択することにより、位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および姿勢（ωｘ、ωｙ、ωｚ）の少なくともいずれかを計測することができる。図１に示す計測部８は、凸面鏡６の位置姿勢の計測を行っているが、計測対象とする光学部材は、凸面鏡６の他、凹面鏡５、屈折部材９を含む複数の光学部材のうちの少なくともいずれかであってもよい。また、複数の計測部を用いることにより複数の光学部材の位置姿勢を同時に測ることも可能である。

計測部８は制御部１０に接続されている。制御部１０は、計測部８からの計測結果を取得し、凸面鏡６の位置姿勢の変化（以下、単に「変位」ともいう。）に対応した光学性能の変化を予測することができる。光学性能は、球面収差や像面湾曲や非点収差、コマ収差、歪曲収差（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）、さらには結像位置のＸ，Ｙ平面内の一律のずれ等を含みうる。

図３および図４に、マスク１上のパターンの例を示す。図３に示されるように、Ｘ方向に長いパターンをＨパターン、図４に示されるようなＹ方向に長いパターンをＶパターンという。投影光学系ＰＯに非点収差が存在するとＨパターンとＶパターンのＺ方向の結像位置（フォーカス位置）に差が生ずる。非点収差が存在することによりＨパターンとＶパターンのフォーカス位置に差が生じ、結像性能が低下する。

露光装置が設置してある床からの外乱の影響によって投影光学系ＰＯ内の各光学部材は本来の位置姿勢からずれる可能性がある。例えば、凸面鏡６は、図７に示されるように、ホルダ６１によって保持され、ホルダ６１は横方向（Ｘ軸方向）に延びる棒状部材であるシャフト６２を介して固定部材６３によって投影光学系ＰＯの筐体を構成するチャンバＣの内壁に固定されている。シャフト６２が延びる方向は縦方向（Ｚ軸方向）であってもよい。あるいは、ホルダ６１は横方向および縦方向（さらには他の方向）にそれぞれ延びる複数のシャフトによって固定されてもよい。凸面鏡６が走査露光時における外乱の影響を受けないためには凸面鏡６の支持剛性が十分に高いことが要求される。しかし、凸面鏡６の周囲は露光光の光路となっているため、シャフト６２によって光路を遮ることは最小限に留める必要がある。そのため、シャフト６２の剛性を高めるのには限度があり、投影光学系ＰＯにおける光学部材の中でもとりわけ凸面鏡６の位置姿勢は、走査露光時における外乱の影響によってずれる可能性が高い。また、凸面鏡６の位置姿勢がずれた場合には、凸面鏡６自体の位置姿勢をもとに戻せばよいのだが、露光光の光路を邪魔しないようにそのような機構を配置するのは困難である。そこで本実施形態では、以下に説明するように、例えば凸面鏡６の位置姿勢の変化に伴う光学特性の変化を補正するように、複数の調整部７を制御して凹面鏡５の面形状を変化させることとした。

凸面鏡６等の光学部材が本来の位置姿勢からずれると、そのずれ量に従い結像性能が変化する。例えば、凸面鏡６がＹ方向に変化したときのＨパターンとＶパターンの結像位置（フォーカス位置）の差を表したグラフが図５となる。図５の横軸は、図２におけるスリットのＸ方向の位置を表し、縦軸はＨパターンとＶパターンのフォーカス位置の差（非点収差量）を表している。本実施形態では、凸面鏡６のＹ方向への変化に対する非点収差の変化量を示したが、Ｘ方向やＺ方向の変位や光学部材の姿勢ωx,ωy,ωzと他の収差やなど任意の組み合わせが可能である。

実施形態において、凸面鏡６の変位に対する非点収差の発生量の予測は、例えば以下のように行われる。あらかじめ光学シミュレーションにより、変位に対する非点収差の発生量を求めておく。この変位と非点収差の発生量との対応関係は例えば参照テーブルとして制御部１０内のメモリに保持される。そして、制御部１０は、この対応関係に基づき、計測部８の計測結果に対応する非点収差の発生量を、投影光学系ＰＯで発生している非点収差の発生量として予測することができる。あるいは、凸面鏡６の変位を計測部８で計測し、その計測結果をもとに光学シミュレーションを行い、非点収差の発生量を算出することも可能である。

次に、制御部１０は、予測された収差を補正するための凹面鏡５の面形状を決定する。本実施形態では、非点収差の補正を例に挙げたが、前述のコマ収差や歪曲収差など任意の収差を考慮した面形状を算出することが可能である。また、複数の収差を補正するための面形状を算出することも可能である。算出された収差を補正するための面形状を目標として凹面鏡５の面形状を変形するために、制御部１０は複数の調整部７の各々の駆動量を算出する。制御部１０は、算出された駆動量で各調整部を駆動させる。これにより凹面鏡５の面形状が所望の面形状へと変形し、凸面鏡６の変位に伴う非点収差が補正されうる。

上述の補正は、例えば以下のようにして行われうる。まず、非露光中である基板ステージ４のステップ駆動中や基板の交換中に、制御部１０は、計測部８の測定結果に基づき凸面鏡６の変位を求め、その変位により発生する収差を予測する。その後、制御部１０は、その収差を補正するための凹面鏡５の面形状を決定し、複数の調整部７を駆動させることで、投影光学系ＰＯの収差の補正を行う。

以上では、具体的な例として凸面鏡６がＹ方向に変化した場合の非点収差の補正について述べた。他の例として凸面鏡６が＋ωｘに姿勢が変化した場合は、結像位置が全体的に＋Ｙ方向に変化する。例えば、走査露光中に外乱により±ωｘ方向に凸面鏡６が振動すると、基板３上での結像位置が±Ｙ方向に振動する。走査露光中に結像位置が振動することにより、像のコントラストが低下し、結像性能が低下する。その補正のために露光中に凸面鏡６の姿勢ωｘを常に計測し、その姿勢ωｘの変化による結像位置の変化を制御部１０で予測を行う。その予測に基づき、その結像位置のずれを補正するための凹面鏡５の面形状を算出し、算出した面形状を目標として複数の調整部７を駆動させることにより凹面鏡５の面形状を変形させる。これらの処理をリアルタイムに行うことにより、基板３上での像の振動を抑えることが可能となる。その結果、コントラストの低下を防ぎ良好な結像性能を得ることが可能となる。

上述した、計測部８での計測、結像性能（収差）の予測、凹面鏡の面形状の算出、および複数の調整部の駆動は、走査露光の実行中のみならず走査露光の非実行時の任意のタイミングで実施可能である。また、以上で述べたように収差の変化だけでなく、結像位置のＸ，Ｙ平面内のずれに関しても有効である。

本実施形態では、凸面鏡６の変位について述べたが、例えば屈折部材９や駆動機構を備えた凹面鏡５の変位を測る計測部を備えることにより、屈折部材９や凹面鏡５の変位、姿勢変化により生ずる結像性能の変化を同様な方法で補正可能となる。また、凸面鏡６や屈折部材９や凹面鏡５の複数の光学部材の変位を計測し、複数の光学部材が変位することにより投影光学系ＰＯの結像性能がどのように変化するか予測することも可能である。複数の光学部材が変位したことにより予測された結像性能の変化をまとめて補正するための凹面鏡５の面形状を算出し、算出された結果から複数の調整部７の駆動量を算出し複数の調整部７を駆動するようにしてもよい。これにより、複数の光学部材で発生した光学性能の変化の補正が可能となる。上述の通り、計測する光学部材と変位の方向や変化を予測する収差は任意に選択し組み合わせることが可能である。

図６は、制御部１０による凹面鏡５の補正処理のフローチャートである。まず、制御部１０は、計測部８から取得された計測データに基づき、投影光学系ＰＯに含まれる光学部材の位置Ｘ，Ｙ，Ｚや姿勢ωｘ，ωｙ，ωｚを計測する（Ｓ１）。次に、制御部１０は、計測された位置姿勢の変化から光学性能（収差）の変化を予測する（Ｓ２）。制御部１０は、予測された光学性能の変化に基づき、その光学性能の変化を補正するような凹面鏡５の面形状を算出する（Ｓ３）。次に制御部１０は、算出された面形状を目標として複数の調整部７の各々の駆動量を算出する（Ｓ４）。そして、制御部１０は、算出された駆動量に従い複数の調整部７を駆動する（Ｓ５）。上記したようにこの補正処理は、走査露光の実行中に行われうる。また、上記補正処理は、走査露光の実行中に加え、走査露光の非実行中にも行われてもよい。

つぎに、上記した実施形態の変形例を説明する。基板の変形などは露光前に計測が可能であり、露光前の計測結果に基づき駆動機構を駆動させ基板の変形による結像性能への影響は補正が可能となる。しかし、投影光学系に含まれる光学部材は、外乱等により常に振動しており、露光前に光学部材の位置などの計測を行い、その結果より収差を予測し、駆動機構を駆動させて光学性能の補正を行うことは困難である。結像性能の補正は例えば、測定対象の光学部材の位置の情報が制御部１０にフィードバックされて複数の調整部７が制御されるが、走査速度と振動の速さによっては複数の調整部７をフィードバック制御するのに十分な時間をとることができない場合が生じうる。

走査露光を行う露光装置の場合、マスク１上の一点がスリット１１から照射される露光光の下を通過する間に投影光学系ＰＯの性能変化の平均値が結像性能の変化として現れる。したがって、露光中すべての収差変化の補正を行わなくても露光結果の補正は可能である。例えば、制御部１０は、走査露光によりマスク１の一点が露光領域の所定部分（例えば、半分の領域）を通過する間における計測部８での各計測点での計測結果を取得する。制御部１０は、取得した計測値の平均値を計算し、その平均値から収差の変化を予測して、その予測された収差の変化を補正する凹面鏡の面形状を算出する。そして、制御部１０は、当該走査露光によりマスク１の一点が露光領域の上記所定部分を除く残りの部分（残りの半分）を通過する間に、算出された面形状を目標として複数の調整部７を駆動するよう各調整部を制御する。これにより、例えば前半半分の収差変化分の補正が行われ、結像性能の低下を抑制することが可能である。以上の例では、露光領域を半分通過する場合の位置の平均値を例としたが、駆動に必要な時間と補正精度から最適な量を算出するようにしてもよい。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、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。

ＩＬ：照明光学系、ＰＯ：投影光学系、１：マスク（原版）、２：マスクステージ、３：基板、４：基板ステージ、５：凹面鏡、６：凸面鏡、７：調整部、８：計測部、９：屈折部材、１０：制御部

Claims (10)

1. 基板の走査露光を行う露光装置であって、
   原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   制御部と、
   を有し、
   前記投影光学系は、
   凹面鏡と、
   凸面鏡を含む複数の光学部材と、
   前記凹面鏡の面形状を調整するために前記凹面鏡の裏面の複数箇所に力を加える複数の調整部と、
   前記複数の光学部材のうちの１つ以上の光学部材の位置および姿勢の少なくともいずれかを計測する計測部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記走査露光の実行中に前記計測部によって計測された前記１つ以上の光学部材の位置および姿勢の少なくともいずれかの変化によって発生した前記投影光学系の収差を補正するように前記複数の調整部の制御を行う
   ことを特徴とする露光装置。
2. 基板の走査露光を行う露光装置であって、
   原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   制御部と、
   を有し、
   前記投影光学系は、
   凹面鏡と凸面鏡とを含む複数の光学部材と、
   前記凹面鏡の面形状を調整するために前記凹面鏡の裏面の複数箇所に力を加える複数の調整部と、
   前記凸面鏡の位置および姿勢の少なくともいずれかを計測する計測部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記走査露光の実行中に前記計測部によって計測された前記凸面鏡の位置および姿勢の少なくともいずれかの変化によって発生した前記投影光学系の収差を補正するように前記複数の調整部の制御を行う
   ことを特徴とする露光装置。
3. 前記凸面鏡は、前記投影光学系の筐体の内壁に棒状部材を介して固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、
   前記計測部の計測結果に基づき前記投影光学系の収差を予測し、
   前記予測された収差を補正するための前記凹面鏡の面形状を算出し、
   前記算出された面形状を目標として前記複数の調整部を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、あらかじめ求められた前記計測部の計測対象である光学部材の位置および姿勢の少なくともいずれかの変化と前記投影光学系の収差との対応関係から、前記投影光学系の収差を予測することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、更に、前記走査露光の非実行中にも、前記複数の調整部の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記複数の光学部材は、前記投影光学系の収差の補正を行うため露光光を屈折させる屈折部材を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記計測部は、前記屈折部材の位置および姿勢の少なくともいずれかを計測することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記計測部は、前記走査露光により前記原版の一点が露光領域の所定部分を通過する間に計測を行い、
   前記制御部は、
   前記計測の結果に基づき前記投影光学系の収差を予測し、
   前記予測された収差を補正する前記凹面鏡の面形状を算出し、
   前記走査露光により前記一点が前記露光領域の前記所定部分を除く残りの部分を通過する間に、前記算出された面形状を目標として前記複数の調整部を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された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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