JP7450363B2 - 照明光学系、露光装置および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置および物品製造方法に関する。

半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィー工程において露光装置が使用されうる。露光装置は、原版を照明する照明光学系と、照明光学系によって照明された原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを備えうる。露光装置に提供される基板は、表面に感光材が塗布されていて、原版のパターンが基板に投影されることによって、そのパターンが感光材に転写される。照明光学系による原版の照明が不均一であると、感光材へのパターンの転写が良好になされない可能性がある。そこで、照明光学系は、原版を均一な照度で照明するための反射型オプティカルインテグレータを有しうる。

照度の均一性を向上させるためには、長い全長を有する反射型オプティカルインテグレータが有利であるが、長い全長を有する反射型オプティカルインテグレータ(ロッドインテグレータ)を低コストで製造することは難しい。特許文献１には、複数のオプティカルインテグレータ（ロッドインテグレータ）を照明光の通過方向に直列に配置した構成が記載されている。この構成により、複数のオプティカルインテグレータを合計した長さを有する１個のオプティカルインテグレータを用いた場合と同等の効果が得られるとされている。

特開２００５－３２９０９号公報

しかしながら、複数のオプティカルインテグレータを互いに離隔して配置すると、上流側のオプティカルインテグレータと下流側のオプティカルインテグレータとの間において損失が発生したり、周辺部の照度が低下したりしうる。そこで、複数のオプティカルインテグレータを互いに接触させて配置すると、接触面で傷、欠損等の劣化が発生しやすくなり、これらも照度を低下させる要因になりうる。あるいは、複数のオプティカルインテグレータを接着剤によって接合する方法も考えられるが、このような方法では、長時間にわたる使用において接着剤が劣化し、光透過率が低下しうる。

本発明は、オプティカルインテグレータ同士の接触による傷、欠損等の劣化を抑えながら照度の低下を抑えるために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、被照明面を照明する照明光学系に係り、前記照明光学系は、第１入射面および第１射出面を有し、前記第１入射面に入射した光を均一化して前記第１射出面から射出する第１ロッドインテグレータと、第２入射面および第２射出面を有し、前記第１射出面から射出して前記第２入射面に入射した光を均一化して前記第２射出面から射出する第２ロッドインテグレータと、前記第１射出面と前記第２入射面とによって挟まれたスペーサと、前記第２射出面と前記被照明面との間に配置され、前記第２射出面から射出した光の強度分布の不均一性を低減する光学系と、を備える。

本発明によれば、オプティカルインテグレータ同士の接触による傷、欠損等の劣化を抑えながら照度の低下を抑えるために有利な技術が提供される。

比較例の露光装置の構成を示す図。 比較例の露光装置におけるオプティカルインテグレータの構成を示す図。 第１実施形態の露光装置の構成を示す図。 第１実施形態の露光装置のオプティカルインテグレータの構成を模式的に示す図。 第１実施形態の露光装置のオプティカルインテグレータにおける光強度分布を模式的に示す図。 第２実施形態の露光装置のオプティカルインテグレータの構成を模式的に示す図。 第２実施形態の露光装置のオプティカルインテグレータにおける光強度分布を模式的に示す図。 第２実施形態の露光装置の照明光学系の機能を説明するための図。 第２実施形態の露光装置の照明光学系の機能を説明するための図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

まず、図１、図２を参照しながら比較例を説明する。図１には、比較例の露光装置ＥＸ’の構成が示されている。図２（ａ）には、オプティカルインテグレータ４の構成が示されている。露光装置ＥＸ’は、照明光学系ＩＬと、投影光学系７とを備えうる。照明光学系ＩＬは、例えば、光源１、楕円ミラー２、集光光学系３、オプティカルインテグレータ４、集光光学系５を含みうる。光源１は、例えば、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザーまたはＬＥＤ等で構成されうるが、他の発光デバイスによって構成されてもよい。楕円ミラー２は、その第１焦点が光源１の位置に一致するように配置されうる。楕円ミラー２で反射された光は、集光光学系３を経てオプティカルインテグレータ４に導かれる。

オプティカルインテグレータ４は、光軸に沿って配置された第１ロッドインテグレータ４ａおよび第２ロッドインテグレータ４ｂを含みうる。第１ロッドインテグレータ４ａは、第１入射面４２および第１射出面４４を有し、第２ロッドインテグレータ４ｂは、第２入射面５２および第２射出面５４を有する。集光光学系３から射出した光は、まず、第１ロッドインテグレータ４ａの第１入射面４２に入射し、第１ロッドインテグレータ４ａにおいて反射を繰り返することによって均一化され、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４から射出する。第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４から射出した光は、第１射出面４４から離隔して配置された第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２に入射する。第２入射面５２に入射した光は、第２ロッドインテグレータ４ｂにおいて反射を繰り返することによって均一化され、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２射出面５４から射出する。

第２ロッドインテグレータ４ｂの第２射出面５４から射出した光は、集光光学系５を経て原版６を照明する。このようにして、被照明面に配置された原版６は、照明光学系ＩＬによって照明される。照明光学系ＩＬによって照明された原版６のパターンは、基板ステージ９に配置された基板８に対して投影光学系７によって投影される。これによって、基板８に塗布された感光材（フォトレジスト）が露光され、潜像が形成される。照明光学系ＩＬによって被照明面（原版６）を均一な照度で照明することは、原版６の微細なパターンを高精度に基板８上の感光材に転写するために重要である。

被照明面をより均一な照度で照明するためには、オプティカルインテグレータ４の長さを長くすることが有効であるが、オプティカルインテグレータ４を１つの長いロッドインテグレータで構成することは難しい。そこで、少なくとも２つのロッドインテグレータ４ａ、４ｂを直列に配置してオプティカルインテグレータ４が構成されうる。

図２（ｂ）において、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２における光強度Ｉの分布が実線によって示されている。図２（ｂ）において、横軸は、第２入射面５２上のＹ方向における位置であり、縦軸は光強度Ｉである。第１射出面４４と第２入射面５２との間隙から光が漏れるために、第１射出面４４から射出した光の一部は、第２入射面５２に入射しない。したがって、第２入射面５２の周辺部における光強度Ｉが低下しうる。なお、図２（ｂ）において、点線は、第１射出面４４と第２入射面５２とが接触している場合におけるその接触面における光強度の分布を示している。第１、第２インテグレータ４ａ、４ｂの間に間隙が存在する場合、それらの合計の長さを有する１つのロッドインテグレータでオプティカルインテグレータ４を構成した場合よりも被照明面における照度が低下し、また、照度の均一性が低下する。

しかし、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とを接触させて配置すると、露光装置の振動、光の照射による膨張等によって第１射出面４４および第２入射面５２に傷、欠損等の劣化が発生しうる。これによって、被照明面における照度が低下しうる。また、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とを接着剤で接着すると、長時間にわたる使用において接着剤が劣化するために光透過率が低下し、被照明面における照度が低下しうる。したがって、ロッドインテグレータ同士を近接して配置することが望ましいものの、ロッドインテグレータ同士を接触させて配置することは好ましくない。

以下、図３、図４、図５を参照しながら本発明の第１実施形態の露光装置ＥＸについて説明する。図３には、第１実施形態の露光装置ＥＸの構成が示されている。図４には、第１実施形態の露光装置ＥＸのオプティカルインテグレータ４の構成が模式的に示されている。図５には、第１実施形態の露光装置ＥＸのオプティカルインテグレータ４における光強度分布が模式的に示されている。第１実施形態として言及しない事項は、上記の比較例に従いうる。

第１実施形態の露光装置ＥＸは、比較例の露光装置ＥＸにおけるオプティカルインテグレータ４を改良した構成を有する。第１実施形態において、オプティカルインテグレータ４は、光軸に沿って配置された第１ロッドインテグレータ４ａおよび第２ロッドインテグレータ４ｂを含みうる。第１ロッドインテグレータ４ａは、第１入射面４２および第１射出面４４を有し、第２ロッドインテグレータ４ｂは、第２入射面５２および第２射出面５４を有する。集光光学系３から射出した光は、まず、第１ロッドインテグレータ４ａの第１入射面４２に入射し、第１ロッドインテグレータ４ａにおいて反射を繰り返することによって均一化され、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４から射出する。第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４から射出した光は、第１射出面４４から離隔して配置された第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２に入射する。第２入射面５２に入射した光は、第２ロッドインテグレータ４ｂにおいて反射を繰り返することによって均一化され、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２射出面５４から射出する。第１ロッドインテグレータ４ａおよび第２ロッドインテグレータ４ｂは、断面形状が四角形（例えば、正方形、または、正方形以外の長方形）でありうる。

第１実施形態において、オプティカルインテグレータ４は、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とによって挟まれたスペーサ１２を含みうる。スペーサ１２は、第１射出面４４および第２入射面５２と接触するように配置されうる。スペーサ１２は、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とが接触しないように、第１射出面４４と第２入射面５２との間の間隙を維持しうる。スペーサ１２を設けることによって、第１射出面４４と第２入射面５２との間の間隙を小さく維持しつつ、第１射出面４４と第２入射面５２との接触を防止することができる。これにより、該間隙による光の損失を抑えつつ第１射出面４４および第２入射面５２に傷等の劣化が生じることを抑制することができる。

第１実施形態において、オプティカルインテグレータ４は、第１、第２ロッドインテグレータ４ａ、４ｂを支持する支持部材Ｂを含みうる。支持部材Ｂは、スペーサ１２を支持してもよい。オプティカルインテグレータ４は、位置決め部材Ｐ１および保持部材Ｐ２を含みうる。位置決め部材Ｐ１および保持部材Ｐ２は、支持部材Ｂによって支持されうる。保持部材Ｐ２は、位置決め部材Ｐ１に対して第１、第２ロッドインテグレータ４ａ、４ｂを押し付けて、摩擦力によって第１、第２ロッドインテグレータ４ａ、４ｂを保持しうる。保持部材Ｐ２は、第１、第２ロッドインテグレータ４ａ、４ｂに接触する部分を有し、該部分は、弾性部材で構成されうる。

スペーサ１２は、第１射出面４４から射出した光の一部（光軸に直交する断面における一部）を減衰させる減衰部ＢＰを有し、減衰部ＢＰは、図４（ｂ）に例示されるように、回転対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように構成されうる。図４（ｂ）に示された例では、スペーサ１２は、２回対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように構成されうる。

オプティカルインテグレータ４は、光軸に沿って第１、第２ロッドインテグレータ４ａ、４ｂと直列に配置された少なくとも１つの他のロッドインテグレータを含むことできる。つまり、オプティカルインテグレータ４は、光軸に沿って直列に配置された少なくとも３つのロッドインテグレータを含むことができ、それらのうち互いに隣り合うロッドインテグレータの間にはスペーサ１２が配置されうる。

図５（ａ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２における光強度分布が模式的に示されている。図５（ｂ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２と第２射出面５４との間の仮想面５３における光強度分布が模式的に示されている。図５（ｃ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２射出面５４における光強度分布が模式的に示されている。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に模式的に示されるように、減衰部ＢＰによって形成される回転対称性を有する不均一な光強度分布は、第２ロッドインテグレータ４ｂにおける反射の繰り返しによって徐々に均一化される。

照明光学系ＩＬは、光学系１３を含みうる。光学系１３は、第２射出面５４と被照明面（原版６）との間に配置され、第２射出面５４から射出した光の強度分布の不均一性を低減するように構成されうる。図３における符号１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、光学系１３の移動を模式的に示すものである。光学系１３は、例えば、ズーム光学系でありうる。光学系１３を設けることによって、スペーサ１２の減衰部ＢＰによって発生しうる光強度分布の不均一性を低減することができる。

以下、図６、図７、図８を参照しながら本発明の第２実施形態の露光装置ＥＸについて説明する。図６には、第２実施形態の露光装置ＥＸのオプティカルインテグレータ４の構成が模式的に示されている。図７には、第２実施形態の露光装置ＥＸのオプティカルインテグレータ４における光強度分布が模式的に示されている。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態の露光装置ＥＸに従いうる。第２実施形態において、オプティカルインテグレータ４は、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とによって挟まれたスペーサ１２を含みうる。スペーサ１２は、第１射出面４４および第２入射面５２と接触するように配置されうる。スペーサ１２は、第１ロッドインテグレータ４ａの第１射出面４４と第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２とが接触しないように、第１射出面４４と第２入射面５２との間の間隙を維持しうる。第１ロッドインテグレータ４ａおよび第２ロッドインテグレータ４ｂは、断面形状が四角形（例えば、正方形、または、正方形以外の長方形）でありうる。

第２実施形態において、スペーサ１２は、第１射出面４４から射出した光の一部を減衰する減衰部ＢＰを有し、減衰部ＢＰは、図６（ｂ）に例示されるように、回転対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように構成されうる。図６（ｂ）に示された例では、スペーサ１２は、４回対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように構成されうる。減衰部ＢＰは、第１射出面４４および第２入射面５２の４隅に接触するように配置されうる。スペーサ１２は、例えば、円形の開口を有しうるが、他の形状（例えば、楕円形）の開口を有してもよい。

図７（ａ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２における光強度分布が模式的に示されている。図７（ｂ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２と第２射出面５４との間の仮想面５３における光強度分布が模式的に示されている。図７（ｃ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２射出面５４における光強度分布が模式的に示されている。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に模式的に示されるように、減衰部ＢＰによって形成される回転対称性を有する不均一な光強度分布は、第２ロッドインテグレータ４ｂにおける反射の繰り返しによって徐々に均一化される。しかしながら、オプティカルインテグレータ４による光強度分布の均一化が不十分な場合がありうる。

そこで、照明光学系ＩＬは、光学系１３を含みうる。光学系１３は、第２射出面５４と被照明面（原版６）との間に配置され、第２射出面５４から射出した光の強度分布の不均一性を低減するように構成されうる。図３における符号１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、光学系１３の移動を模式的に示すものである。光学系１３は、例えば、ズーム光学系でありうる。光学系１３を設けることによって、スペーサ１２の減衰部ＢＰによって発生しうる光強度分布の不均一性を低減することができる。

図８（ａ）には、第２ロッドインテグレータ４ｂの第２入射面５２、仮想面５３、第２射出面５４における光強度分布が例示されている。図８（ａ）において、横軸は、第２ロッドインテグレータ４ｂの断面（光軸に直交する方向の断面）における対角方向の位置であり、縦軸は光強度である。

図８（ｂ）には、光学系１３の作用が模式的に示されている。光学系１３を移動させることによって、原版６が配置された被照明面における光強度Ｉの分布を変化させることができる。ここで、図８（ｂ）は、光学系１３に対して、均一な光強度分布を有する光が入射した場合に被照明面に形成される光強度Ｉの分布を模式的に示している。図８（ｂ）において、横軸は、第２ロッドインテグレータ４ｂの断面（光軸に直交する方向の断面）における対角方向の位置であり、縦軸は光強度である。光学系１３が光源１の側の位置１３ａに配置されるとき、被照明面に形成される光強度Ｉの分布は、下凸の２次曲線のような断面形状になりうる。光学系１３が被照明面の側の位置１３ｃに配置されるとき、被照明面に形成される光強度Ｉの分布は、上凸の２次曲線のような断面形状になりうる。

図９（ａ）、（ｂ）には、光学系１３によって提供される効果が模式的に示されている。図９（ａ）において、符号５３は、第２ロッドインテグレータ４ｂの長さが図６（ａ）の仮想面５３までしかなく、かつ、光学系１３がない場合に、原版６が配置される被照明面に形成される光強度Ｉの分布が模式的に示されている。図９（ａ）において、符号１３ａは、位置１３ａに配置された光学系１３による光強度Ｉの補正効果を示している。図９（ａ）において、符号６は、第２ロッドインテグレータ４ｂの長さが図６（ａ）の仮想面５３までしかなく、かつ、光学系１３が位置１３ａに配置されている場合に原版６が配置される被照明面に形成される光強度Ｉの分布が模式的に示されている。光学系１３の位置の調整によって、被照明面に形成される光強度Ｉの分布における不均一性を低減することができることが分かる。

図９（ｂ）において、符号５４は、第２ロッドインテグレータ４ｂの長さが図６（ａ）の第２射出面５４まであり、かつ、光学系１３がない場合に、原版６が配置される被照明面に形成される光強度Ｉの分布が模式的に示されている。図９（ｂ）において、符号１３ｃは、位置１３ｃに配置された光学系１３による光強度Ｉの補正効果を示している。図９（ｂ）において、符号６は、第２ロッドインテグレータ４ｂの長さが図６（ａ）の第２射出面５４まであり、かつ、光学系１３が位置１３ｃに配置されている場合に原版６が配置される被照明面に形成される光強度Ｉの分布が模式的に示されている。光学系１３の位置の調整によって、被照明面に形成される光強度Ｉの分布における不均一性を低減することができることが分かる。

以上の各実施形態において、スペーサ１２の開口は、回転対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成される形状を有しうる。スペーサ１２に設けられうる開口は、例えば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、第２ロッドインテグレータ４ｂの４隅において光を遮断する他の形状であってもよい。あるいは、スペーサ１２は、分離した複数の部分で構成されてもよい。減衰部ＢＰの個数は、任意に定められうるが、回転対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように定められることが好ましい。複数の減衰部ＢＰの個々の面積は、任意に定められうるが、回転対称性を有する光強度分布が第２入射面５２に形成されるように定められることが好ましい。

スペーサ１２は、光を透過するする部材で構成されてもよい。その場合、被照明面により均一な光強度分布が形成されうる。光学系１３は、上記の例のようにズーム光学系でありうるが、他の光学系であってもよい。光学系１３は、例えば、集光光学系５の瞳付近に配置され、入射角度に依存して透過率を変化させるような光学部材などでもよい。

以下、露光装置ＥＸまたは照明光学系ＩＬの調整方法を説明する。まず、原版６が配置される被照明面または基板８が配置される被露光面における照度分布が測定されうる。その後、その測定の結果に基づいて、照度分布の不均一性が低減されるように光学系１３の位置が決定され、その位置に光学系１３が調整あるいは駆動される。これにより、基板８を露光する準備が完了しうる。

以下、上記の露光装置ＥＸを用いてリソグラフィー工程によって半導体デバイス等の物品を製造する物品製造方法を説明する。物品製造方法は、基板に塗布された感光材を露光装置にＥＸよって露光する露光工程と、該感光材を現像する現像工程と、を含み、該現像工程を経た基板から物品を製造する。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

４ａ：第１ロッドインテグレータ、４ｂ：第２ロッドインテグレータ、６：原版（被照明面）、１３：光学系、ＥＸ：露光装置、ＩＬ：照明光学系、７：投影光学系、１２、スペーサ

Claims (11)

1. 被照明面を照明する照明光学系であって、
   第１入射面および第１射出面を有し、前記第１入射面に入射した光を均一化して前記第１射出面から射出する第１ロッドインテグレータと、
   第２入射面および第２射出面を有し、前記第１射出面から射出して前記第２入射面に入射した光を均一化して前記第２射出面から射出する第２ロッドインテグレータと、
   前記第１射出面と前記第２入射面とによって挟まれたスペーサと、
   前記第２射出面と前記被照明面との間に配置され、前記第２射出面から射出した光の強度分布の不均一性を低減する光学系と、
   を備えることを特徴とする照明光学系。
2. 前記スペーサは、前記第１射出面から射出した光の一部を減衰させる減衰部を有し、前記減衰部は、回転対称性を有する光強度分布が前記第２入射面に形成されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 被照明面を照明する照明光学系であって、
   第１入射面および第１射出面を有する第１ロッドインテグレータと、
   第２入射面および第２射出面を有し、前記第１射出面から射出した光が前記第２入射面に入射する第２ロッドインテグレータと、
   前記第１射出面と前記第２入射面とによって挟まれたスペーサと、
   前記第２射出面と前記被照明面との間に配置され、前記第２射出面から射出した光の強度分布の不均一性を低減する光学系と、を備え、
   前記スペーサは、前記第１射出面から射出した光の一部を減衰させる減衰部を有し、前記減衰部は、回転対称性を有する光強度分布が前記第２入射面に形成されるように構成されている、
   ことを特徴とする照明光学系。
4. 前記スペーサは、２回対称性を有する光強度分布が前記第２入射面に形成されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の照明光学系。
5. 前記スペーサは、４回対称性を有する光強度分布が前記第２入射面に形成されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の照明光学系。
6. 前記第１ロッドインテグレータおよび前記第２ロッドインテグレータは、断面形状が四角形であり、
   前記減衰部は、前記第１射出面および前記第２入射面の４隅に接触する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記スペーサは、前記第１射出面および前記第２入射面と接触するように前記第１射出面と前記第２入射面とによって挟まれて配置されている、
   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. 前記第１ロッドインテグレータおよび前記第２ロッドインテグレータを支持する支持部材を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
9. 前記光学系は、ズーム光学系を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学系。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学系と、
    投影光学系と、を備え、
    前記照明光学系によって照明された原版のパターンが前記投影光学系によって基板に投影されるように構成されていることを特徴とする露光装置。
11. 基板に塗布された感光材を請求項１０に記載の露光装置によって露光する露光工程と、
    前記感光材を現像する現像工程と、を含み、
    前記現像工程を経た前記基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。