JP7204400B2 - 露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

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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素子や液晶表示素子等のデバイスを製造する際に、マスク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用いられている。
パターンの微細化に伴い、露光装置の解像力の更なる向上が求められており、解像力を向上させるための手段として、露光装置を構成する投影光学系のNA(開口数)を大きくすることが知られている。半導体素子や液晶表示素子等のデバイスは、パターンが形成された複数の層を積層して製造される。この複数の層の中には、パターンの線幅が比較的太いラフレイヤーや、パターンの線幅が比較的細いクリティカルレイヤーが含まれる。
ラフレイヤーを形成するときに求められる露光装置の解像力と、クリティカルレイヤーを形成するときに求められる露光装置の解像力は異なる。つまり、ラフレイヤーを形成するときの投影光学系のNAと、クリティカルレイヤーを形成するときの投影光学系のNAは一般的に異なる。
投影光学系のNAを変化させるために、特許文献1は、露光光を遮光する遮光板に設けられた移動子を、投影光学系の光軸方向に曲率を有する軌道に沿って移動させる絞り装置を開示している。これにより、遮光板によって形成される開口の大きさと、投影光学系の光軸方向における当該開口の位置を同時に変化させることができる。
特開2002-372735号公報
特許文献1の絞り装置では、遮光板に設けられた移動子を曲線に沿って移動させるために、移動子を移動させる駆動機構が複雑になり得る。
本発明は、より簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることができる露光装置を実現することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記投影光学系は、該投影光学系の瞳面または瞳面近傍に曲面の反射面を有するミラーと、該投影光学系の開口数を第1の大きさに規定し、開口径が固定された第1開口絞りと、複数の遮光板を含み、該投影光学系の開口数を前記第1の大きさよりも小さい第2の大きさ規定する第2開口絞りを含み、前記第2開口絞りの複数の遮光板が前記投影光学系の光路から退避された場合に前記第1開口絞りが前記投影光学系の開口数を規定することを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることができる露光装置が得られる。
露光装置の概略図である。 実施例1に係るNA絞りの概略図である。 NA絞りの駆動機構を示す概略図である。 NA絞りの駆動メカニズムを示す概略図である。 低NA時のNA絞りを示す図である。 高NA時のNA絞りを示す図である。 実施例2に係るNA絞りの概略図である。 実施例3に係るNA絞りの概略図である。
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。
図1は、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。露光装置は、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ等のデバイスの製造工程であるフォトリソグラフィ工程に用いられるリソグラフィ装置である。図1に示すように、露光装置は、光源1、光源1からの光をマスクステージ4上のマスク3に照明する照明光学系2を含む。マスク3を透過した光は、投影光学系7を介して基板ステージ6上の基板5に投影される。基板5上にレジスト膜が塗布され、投影光学系7を介してマスク3のパターンを投影することで、レジスト膜にマスク3のパターンに対応する潜像パターンが形成される。
投影光学系7は、光軸O方向に配列されたミラー8、凹面ミラー9、凸面ミラー10を含む。ミラー8は、光路を折り曲げる第1反射面及び第2反射面を含み、凹面ミラー9は、光を反射する第1凹面及び第2凹面を含む。なお、凹面ミラー9を分割して、第1凹面を含む第1凹面ミラーと、第2凹面を含む第2凹面ミラーとしても良い。
マスク3を透過した光の進行方向に向かって、ミラー8の第1反射面、凹面ミラー9の第1凹面、凸面ミラー10の反射面、凹面ミラー9の第2凹面、ミラー8の第2反射面が順に配置されている。マスク3を透過した光は、反射ミラー8で反射された後に凹面ミラー9、凸面ミラー10の順で反射される。その後、凹面ミラー9、反射ミラー8の順で再度反射されて基板5上に導かれる。凸面ミラー10の近傍には、NA絞りが配置される。投影光学系7のNAの変化に合わせてNA絞りの開口の大きさが適宜決定される。
露光装置において、投影光学系のNAは、露光装置の解像力CDと投影光学系の焦点深度DOFの値に直結するパラメータである。露光装置の解像力CDは式1で表される。式1のλは光源1から出射される光の波長であり、k1はプロセスなどに応じた比例定数である。投影光学系の焦点深度DOFは、波長λ、投影光学系7のNA、及び比例定数k2を用いて式2で表される。なお、CDの値が小さいほど、露光装置の解像力は高くなり、より高精細なパターンの焼き付けを行うことができる。
Figure 0007204400000001
Figure 0007204400000002
式1及び2より、NAを大きくすることで露光装置の解像力CDは向上し、焦点深度DOFは浅くなることがわかる。一方で、NAを小さくすることで露光装置の解像力CDが低下するが、焦点深度DOFを深くすることができる。パターンの焼き付けに求められる解像力に応じて、投影光学系のNAが決定される。例えば、解像力がそれほど求められないパターンを焼き付ける際には、投影光学系のNAを小さくすることで、深い焦点深度DOFでパターンの焼き付けを行うことができる。高精細のパターンを焼き付ける際には、投影光学系のNAを大きくすることで、露光装置の解像力CDを高めてパターンの焼き付けを行うことができる。
パターンの焼き付けに求められる解像力に応じて、投影光学系のNAが異なる複数の露光装置を使い分けることも考えられるが、コストの観点から現実的ではない。そこで、投影光学系のNAに合わせて、投影光学系の光路中に配置されたNA絞りの開口を変化させる技術が知られている。
(実施例1)
本発明の実施例1の露光装置におけるNA絞りの構成について、図2を用いて説明する。NA絞りは、図1における凸面ミラー10の近傍に配置される。図2は、図1において2点鎖線で囲まれた部分を拡大した図である。図2に示したように、投影光学系7の瞳面15は曲面形状であり、瞳面15の形状に合わせてNA絞りを構成する第1絞り11及び第2絞り12が投影光学系7の光軸O方向に並べて配置される。
第1絞り11は、投影光学系7のNAが第1のNAであるときにおいて、NA絞りの開口径を第1の大きさに規定する絞りである。第2絞り12は、投影光学系7のNAが第1のNAよりも小さい第2のNAであるときにおいて、NA絞りの開口径を第1の大きさよりも小さい第2の大きさに規定する絞りである。第1絞り11及び第2絞り12は、支持部材13によって支持される。また、凸面ミラー10は、鏡筒14によって保持される。なお、支持部材13と鏡筒14を一体的に構成しても良い。
第2絞り12の駆動機構について、図3を用いて説明する。第2絞り12は、遮光板12A、固定部12B、固定ピン12C、駆動ピン12D、可動部12Eを含む。第2絞り12は複数の遮光板12Aから構成されるが、図3では、1枚の遮光板12Aを駆動させる駆動機構について説明する。
遮光板12Aは固定ピン12Cによって固定部12Bに固定されている。固定部12Bは、不図示の構成により露光装置本体に固定されている。また、遮光板12Aは、駆動ピン12Dによって可動部12Eに取り付けられている。具体的には、駆動ピン12Dは、可動部12Eに設けられたカム溝12Fにはめ込まれている。
直動アクチュエータ(駆動機構)17の駆動力をカム機構16を介して可動部12Eに伝達することで、可動部12Eが回転駆動される。可動部12Eの移動とともに、駆動ピン12Dがカム溝12Fに沿って駆動され、遮光板12Aも駆動ピン12Dとともに駆動される。つまり、駆動ピン12Dは、可動部12Eとカム機構16を介して直動アクチュエータ17と結合されている。このように、遮光板12Aは、投影光学系7の光軸に対して垂直な平面内を移動するため、遮光板12Aの駆動機構を簡素な構成とすることができる。
図4は、図3におけるB-B断面図であり、第2絞り12を光軸O方向から見た図である。直動アクチュエータ17の直進方向の駆動力を、カム機構16によって回転方向の駆動力に変換して、この回転方向の駆動力により可動部12Eが駆動される。可動部12Eの回転に伴い、カム溝12Fに沿って駆動ピン12Dが駆動される。
なお、本実施例において、カム溝12Fは直線形状であるが、カム溝12Fを曲線形状としても良い。カム溝12Fを直線形状とすることで、カム溝12Fの加工が容易となりコストの面でメリットがある。一方、カム溝12Fを曲線形状とすることで、可動部12Eの回転速度が一定であっても、遮光板Aの駆動速度を任意に設定できる。これにより、例えば、遮光板Aの駆動範囲の端部付近において、遮光板Aの駆動速度を低速にすることで、遮光板Aがカム溝12Fの端部と接触する衝撃を緩和させることができる。結果として、遮光板Aが衝撃によって破損するリスクを低減させることができる。
また、遮光板Aの材質として、工具鋼または炭素鋼を用いることが好ましい。工具鋼は硬度が高いため、遮光板Aを工具鋼によって形成することで、遮光板A同士の摺動に際してパーティクルが生じにくいというメリットがある。一方、炭素鋼は比較的コストが低いため、コスト面でのメリットがある。
さらに、遮光板Aに対してDLCコート(ダイヤモンドライクカーボンコート)等の表面処理を施すことが好ましい。DLCコートを施すことで、遮光板Aの表面の硬度が高くなり、また摩擦係数が小さくなる。それゆえ、遮光板Aの表面にDLCコートを施すことで、遮光板A同士の摺動によるパーティクルの発生リスクを低減できるというメリットがある。
図5及び6は、NA絞りを光軸O方向から見た図である。図5は、第2絞り12によって投影光学系7のNAが規定され、NA絞りとしての開口径が第2の大きさに規定されたた状態を示している。図6は、第2絞り12が光軸から離れる方向に退避することで、第1絞り11によって投影光学系7のNAが規定され、NA絞りとしての開口径が第2の大きさよりも大きい第1の大きさに規定された状態を示している。
図5に示したように、本実施例において、第2絞り12は、4枚の遮光板12Aから構成される。4枚の遮光板12Aによって真円状の開口が形成されている。投影光学系7のNAを大きくするときには、図6のように、各遮光板12Aが退避することで、第1絞り11によってNA絞りとしての開口径を規定する。図6で示したように、第1絞り11によって形成される開口は真円状である。NA絞りの開口を真円に近づけることで、投影光学系7のNAを設計値に近づけることができるため、NA絞りの開口をできる限り真円に近づけることが好ましい。
以上説明したように、本発明の実施例1の露光装置は、第1の大きさの開口径を規定する第1絞り11と、第1の大きさよりも小さい第2の大きさの開口径を規定する第2絞り12を含むNA絞りを含むことを特徴としている。第1絞り11によって投影光学系7のNAが第1のNAに規定され、第2絞り12によって投影光学系7のNAが第1のNAよりも小さい第2のNAに規定される。
第1のNAに対応した第1絞り11と第2のNAに対応した第2絞り12をそれぞれ設けることで、各NA絞りの開口をできる限り真円に近づけることが可能となった。また、投影光学系の瞳面が曲面形状の場合に、各NAにおいて最適な位置に絞り開口を配置することが可能となった。
なお、本実施例においては、4枚の遮光板12Aにより第2絞り12を構成しているが、遮光板12Aの数は4枚に限られず、2枚以上の任意の数の遮光板12Aによって第2絞り12を構成することができる。遮光板の数を少なくすることで、NA絞りとしての構成を簡素化することができる一方で、遮光板12Aが退避するために大きなスペースを確保する必要が生じる。遮光板の数を多くすることで、遮光板12Aが退避するためのスペースを小さくできる一方で、NA絞りとしての構成が複雑になる。これらのメリットとデメリットを考慮して、4枚から8枚の遮光板により第2絞り12を構成することが好ましい。
(実施例2)
次に、図7を用いて、本発明の実施例2の露光装置におけるNA絞りの構成について説明する。図7は、実施例2に係るNA絞りを投影光学系7の光軸方向から見た図であり、図1におけるA-A断面図である。実施例1との差異は、第2絞り12の構成である。実施例2では、2枚の遮光板12A´から第2絞り12が形成される。
図7(A)は、第2絞り12によりNA絞りの開口が規定された状態を示しており、図7(B)は、2枚の遮光板12A´が左右方向に移動して、第1絞り11によりNA絞りの開口が規定された状態を示している。遮光板12A´は、駆動機構18によって駆動される。駆動機構18として、エアシリンダ等のアクチュエータやボールねじを用いることができる。
図7には、投影光学系7に含まれるミラー8によって反射されて凹面ミラー9に向かう円弧状の露光光19と、凹面ミラー9によって反射されてミラー8に向かう円弧状の露光光19が描かれている。図7に示したように、遮光板12A´を左右方向に移動させたとしても露光光19が蹴られるリスクは小さいため、本実施例では遮光板12A´を上下方向ではなく左右方向に移動させている。
本実施例のNA絞りでは、実施例1よりも簡易な構成で、投影光学系7の光路から遮光板12A´を退避することができる。
(実施例3)
次に、図8を用いて、本発明の実施例3の露光装置におけるNA絞りの構成について説明する。図8は、実施例3に係るNA絞りを投影光学系7の光軸方向から見た図であり、図1におけるA-A断面図である。実施例2との差異は、第2絞り12の構成である。実施例3では、遮光板12A´´及び12B´´を開口の径方向に並べた構成としている。その他の構成は実施例2と同じである。
図8(A)は、第2絞り12によりNA絞りの開口が規定された状態を示しており、図8(B)は、遮光板12A´´及び12B´´が左右方向に移動中の状態を示している。図8(C)は、遮光板12A´´及び12B´´が左右方向に退避して、第1絞り11によりNA絞りの開口が規定された状態を示している。
遮光板12A´´及び12B´´を投影光学系7の光路から退避させる際に、遮光板12A´´と遮光板12B´´を重なり合わせることで、これらを退避させるためのスペースを小さくすることができる。これにより、NA絞りの小型化を実現することができる。
(変形例)
実施例1において、カム溝12Fに沿って駆動ピン12Dを駆動させる構成としているが、駆動ピン12Dに替えて転がり軸受を用いても良い。転がり軸受が回転しながらカム溝12Fに沿って移動することで、摺動抵抗を低減させることができる。結果として可動部12Eの回転トルクを小さくすることができ、また、遮光板12Aの駆動に伴うパーティクルの発生リスクを低減させることができる。
(物品の製造方法)
次に、本発明の露光装置を用いた物品(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法を説明する。物品の製造方法として、基板に対して露光光を照射してパターンを形成する工程と、パターンが形成された基板を加工(現像、エッチングなど)する工程を含む。本発明に係る露光装置を用いることで、簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることが可能となり、焼き付けを行うパターンに応じ投影光学系の開口数を適切に設定することができる。
本物品の製造方法は、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。または、前述の露光装置は、高品位なデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)などの物品を提供することができる。
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。
3 マスク
5 基板
7 投影光学系
11 第1絞り
12 第2絞り
12A 遮光板

Claims (15)

  1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
    前記投影光学系は、
    該投影光学系の瞳面または瞳面近傍に曲面の反射面を有するミラーと、
    該投影光学系の開口数を第1の大きさに規定し、開口径が固定された第1開口絞りと、
    複数の遮光板を含み、該投影光学系の開口数を前記第1の大きさよりも小さい第2の大きさ規定する第2開口絞りを含み、
    前記第2開口絞りの複数の遮光板が前記投影光学系の光路から退避された場合に前記第1開口絞りが前記投影光学系の開口数を規定することを特徴とする露光装置。
  2. 前記瞳面は曲面形状であることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 前記第1開口絞り及び前記第2開口絞りは、前記反射面対して順に並べて配置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. 前記第2開口絞り複数の遮光板は、前記投影光学系の光軸に対して垂直な平面内を移動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. 前記第1開口絞り及び前記第2開口絞りを支持する支持部材をさらに有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の露光装置。
  6. 前記第2開口絞り複数の遮光板は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項5に記載の露光装置。
  7. 前記投影光学系の開口数を前記第1の大きさの開口数として前記パターンを前記基板に投影するときには、前記投影光学系の光路中に前記第1開口絞りが配置され、
    前記投影光学系の開口数を前記第2の大きさの開口数として前記パターンを前記基板に投影するときには、前記投影光学系の光路中に前記第2開口絞りが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項に記載の露光装置。
  8. 前記投影光学系の開口数を前記第1の大きさの開口数と前記第2の大きさの開口数の間で変化させるときに、前記第2開口絞り複数の遮光板を前記投影光学系の光軸から離れる方向または近づける方向に移動させる駆動機構をさらに有することを特徴とする請求項7に記載の露光装置。
  9. 前記駆動機構によって、前記第2開口絞り複数の遮光板が、互いに異なる方向に移動することを特徴とする請求項8に記載の露光装置。
  10. 前記第2開口絞りは、前記第2開口絞りによって規定される開口径の径方向に並べて配置された複数の遮光板を含むことを特徴とする請求項8または9に記載の露光装置。
  11. 前記第2開口絞り複数の遮光板は、それぞれ固定ピンと前記駆動機構と結合された駆動ピンを含み、
    前記駆動機構によって前記駆動ピンが前記固定ピンに対して回転駆動されることにより、前記第2開口絞り複数の遮光板が移動することを特徴とする請求項8に記載の露光装置。
  12. 前記投影光学系は、光路を折り曲げる第1反射面及び第2反射面を有するミラーと、凹面ミラーと、凸面ミラーを含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の露光装置。
  13. 前記凹面ミラーは、第1凹面と第2凹面を含み、
    前記マスクを透過した光の進行方向に向かって、前記第1反射面、前記第1凹面、前記凸面ミラー、前記第2凹面、前記第2反射面が順に配置されていることを特徴とする請求項12に記載の露光装置。
  14. 前記第1開口絞りによって規定される開口、及び前記第2開口絞りによって規定される開口は真円であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の露光装置。
  15. 請求項1乃至14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前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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