KR20180028969A - 조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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KR20180028969A
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Abstract

CD 균일성의 관점에서 유리한 노광 파장의 제어 기술을 제공한다.
피조명면을 조명하는 조명 광학계가 제공된다. 조명 광학계는, 피조명면에 있어서의 조명 영역의 형상을 규정하는 개구부를 형성하는 차광판과, 피조명면에 있어서의 조명 영역을 변경하도록 차광판의 조정을 행하는 조정부와, 상기 피조명면을 조명하는 광의 파장을 선택하는 파장 선택부를 갖고, 조정부는, 파장 선택부에 의해 선택되는 파장에 따라 차광판을 사용하여 조명 영역을 변경한다.

Description

조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은 조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
노광 장치는, 반도체 디바이스나 액정 표시 장치 등의 제조 공정인 리소그래피 공정에 있어서, 원판(레티클, 마스크)의 패턴을, 투영 광학계를 통하여 감광성의 기판(표면에 레지스트층이 형성된 웨이퍼나 유리 플레이트 등)에 전사하는 장치이다. 노광 장치의 해상 성능에 대해서는, 레일리의 식이라고 불리는 공식이 알려져 있다.
RP=k1λ/NA (1)
단, RP는 해상력, λ는 노광 파장, NA는 투영 광학계의 개구수, k1은 해상의 난이도를 나타내는 무차원량을 나타낸다. 해상력 RP의 값이 작을수록, 미세한 노광이 가능하다. (1) 식로부터, RP를 작게 하는 방법의 하나로서, 노광 파장 λ를 짧게 하면 됨을 알 수 있다.
한편, 노광 장치의 초점 심도 DOF는 다음 식으로 표현된다.
DOF=k2λ/NA2 (2)
k2도 k1과 마찬가지로 무차원량이며, 레지스트 재료의 종류나 원판을 조명하는 조명 조건 등에 따라 변화한다. (2) 식으로부터, 초점 심도 DOF를 크게 하는 방법의 하나로서, 노광 파장 λ를 길게 하면 됨을 알 수 있다.
이상과 같이, 노광 파장 λ는 해상력 RP, 초점 심도 DOF에 영향을 미쳐, 노광 파장 λ를 변경함으로써 노광 성능을 조정할 수 있다.
이하, 구체적인 예를 든다. 예를 들어, 노광 장치의 광원에 초고압 수은 램프를 사용한다고 하자. 광원으로부터 출력되는 광의 파장은 다양하지만, FPD(Flat Panel Display) 등을 제조하기 위한 노광 장치에서는 일반적으로 파장 250㎚ 내지 500㎚의 광을 추출하여 사용하는 경우가 많다.
예를 들어, 장치의 해상력이 부족한 경우에는, 장파장측을 커트하는 파장 필터를 노광 장치의 조명 광학계 내에 삽입하면 된다. 이에 의해, 노광에 사용하는 광의 평균 파장을 짧게 할 수 있어, 해상력을 높일 수 있다.
한편, 해상력이 충분하여, 현상 프로세스를 위하여 노광 공정에서 허용되는 초점 어긋남을 작게 하고 싶다고 하자. 이 경우, 상기와는 반대로, 광원으로부터의 광 중 단파장측을 커트하는 파장 필터를, 노광 장치의 조명 광학계 내에 삽입하면 된다. 그렇게 함으로써, 초점 심도를 크게 할 수 있다.
그러나, 노광 파장을 바꿈으로써, 조명 광학계 내의 렌즈에 색수차가 있는 경우, 피조명면의 조도 분포가 변화되어, 노광 영역 내에 조도 분포의 불균일(이하 「조도 불균일」이라고 한다)이 발생한다. 노광 영역 내의 조도 불균일은, 원판의 패턴을 기판에 새겨넣을 때에, CD 균일성(Critical Dimension Uniformity)을 악화시키는 요인의 하나가 된다. CD 균일성이란 노광 영역 내의 패턴의 크기, 길이의 변동도이며, 변동이 작을수록 노광 성능은 우수하다.
조도 불균일의 발생에 의한 CD 균일성의 악화를 보정하는 기술이, 일본 특허 공개 (소) 62-193125호 공보에 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 슬릿폭을 변화시킴으로써 노광량을 조절하여, CD의 보정을 행한다. 슬릿폭을 정하는 판을 피에조 소자 등으로 밀거나 당김으로써, 슬릿의 장소마다 슬릿폭을 바꿀 수 있다.
그러나, 일본 특허 공개 (소)62-193125호 공보의 방법에서는, 조명 광학계 내의 각 광학 소자의 조립 오차나, 투영 광학계의 투과율 변동 등, 제조 변동에 의해 발생하는 미소 보정에는 대응할 수 있지만, 대폭적인 보정이 곤란하다. 만약 대폭적인 보정을 반복하여 행한 경우, 경시 변화에 따라 판이 변형되어 버려, 보정 정밀도가 악화될 뿐만 아니라, 보정 기구 자체를 사용하지 못하게 될 가능성이 있다. 가령 판의 강성을 강하게 했다고 해도, 보정할 수 있는 양이 제한되어 버려, 결국 노광 파장의 변화에 기인하는 큰 보정은 곤란하다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 피조명면을 조명하는 조명 광학계이며, 상기 피조명면에 있어서의 조명 영역의 형상을 규정하는 개구부를 형성하는 차광판과, 상기 피조명면에 있어서의 상기 조명 영역을 변경하도록 상기 차광판의 조정을 행하는 조정부와, 상기 피조명면을 조명하는 광의 파장을 선택하는 파장 선택부를 갖고, 상기 조정부는, 상기 파장 선택부에 의해 선택되는 파장에 따라 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계가 제공된다.
도 1은 실시 형태에 있어서의 조명 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 실시 형태에 있어서의 플라이 아이 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 실시 형태에 있어서의 슬릿 기구의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 실시 형태에 있어서의 슬릿 기구의 제어를 설명하는 도면.
도 5는 실시 형태에 있어서의 조명 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 실시 형태에 있어서의 플라이 아이 광학계의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 실시 형태에 있어서의 개구 조리개의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 실시 형태에 있어서의 슬릿의 구성을 도시하는 도면.
도 9는 실시 형태에 있어서의 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 조도 불균일의 계측 동작을 설명하는 도면.
도 11은 조도 불균일의 보정을 설명하는 도면.
도 12는 조도 불균일의 보정 방법의 흐름도.
도 13은 조도 불균일의 보정을 설명하는 도면.
도 14는 슬릿 기구의 변형예를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1은 본 실시 형태에 관한 조명 광학계의 구성을 도시하는 개략도이다. 조명 광학계(100)는 예를 들어 노광 장치에 탑재될 수 있는 것이며, 광원부로부터의 광으로, 피조명면인 패턴이 형성된 마스크(원판)를 조명한다.
광원부(120)는 광원(101), 타원 미러(102), 복수의 파장 필터(104a 및 104b), 제1 광학계(105)를 포함한다. 광원(101)에는, 예를 들어 고압 수은 램프가 사용된다. 고압 수은 램프 외에도, 크세논 램프나 엑시머 레이저 등을 사용해도 된다. 타원 미러(102)는 광원(101)으로부터 나온 광을 집광하기 위한 집광 광학계이다. 광원(101)은 타원의 2개의 초점 위치 중 한쪽에 배치된다. 광원(101)으로부터 나와, 타원 미러(102)에서 반사된 광은, 타원의 다른 한쪽의 초점 위치에서 집광되어, 그 근방에 배치되어 있는 파장 필터(104a)를 통과한다.
파장 필터(104a)의 근방에는 파장 필터(104b)가 위치하고 있다. 복수의 파장 필터(104a 및 104b)는, 서로 상이한 파장의 광을 투과하는 복수의 파장 필터이며, 사용하는 파장 필터를 전환 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해 노광 파장을 선택할 수 있다. 또한, 파장 필터(104a 및 104b)는, 예를 들어 유전체 다층막에 의해 구성될 수 있다. 파장 선택부(51)는 복수의 파장 필터(104a)와 파장 필터(104b) 중에서 선택된 파장 필터를 광원부와 피조명면 사이의 광로에 배치한다. 파장 선택부(51)는 제어부(50)와 접속되어 있어, 사용하는 파장 필터는 제어부(50)에 의해 지정(선택)될 수 있다.
파장 필터(104a)를 통과한 광은, 제1 광학계(105)에 의해, 편향 미러(107)로 유도되어, 합성부(108)에 이른다. 제1 광학계(105)는 합성부(108)가 파장 필터(104a 또는 104b)의 사출면의 실질적으로 푸리에 변환 위치가 되도록 배치되어 있다.
또한, 도 1의 예에 있어서는, 광원부(120)는 2개이며, 각각의 광원부에 대하여 편향 미러(107)가 배치되어 있다. 광원부의 수에 따라 편향 미러의 배치가 상이한데, 광원부의 수는 하나여도, 3개 이상이어도 된다.
합성부(108)로부터 나온 광은, 제2 광학계(140)에 의해, 피조명면을 균일하게 조명하기 위한 옵티컬 인터그레이터를 구성하는 플라이 아이 광학계(109)로 유도된다. 여기서, 제2 광학계(140)는 플라이 아이 광학계(109)의 입사면이 합성부(108)의 실질적으로 푸리에 변환 위치가 되도록 배치되어 있다.
도 2는 플라이 아이 광학계(109)의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 플라이 아이 광학계(109)는 복수의 평볼록 렌즈를 평면형으로 접합한, 2개의 렌즈군(131, 132)을 갖는다. 렌즈군(131, 132)은, 개개의 평볼록 렌즈의 초점 위치에, 쌍이 되는 평볼록 렌즈가 위치하도록, 곡률면을 마주보게 하여 배치되어 있다. 이러한 플라이 아이 광학계(109)를 사용함으로써, 플라이 아이 광학계(109)의 사출면 위치에는, 광원(101)과 등가인 복수의 2차 광원상이 형성된다.
플라이 아이 광학계(109)의 바로 아래에는, 개구 조리개(110)(σ조리개)가 설치되어 있다. 개구 조리개(110)를 통과한 광속은, 제3 광학계(150)에 의해 슬릿 기구(181)로 유도된다. 이때 제3 광학계(150)는 슬릿 기구(181)가 플라이 아이 광학계(109)의 사출면의 실질적으로 푸리에 변환면이 되도록 배치되어 있다.
도 3은 슬릿 기구(181)의 구성예를 나타내고 있다. 슬릿 기구(181)는 피조명면에 있어서의 조명 영역의 형상을 규정하는 개구부(172)가 형성된 제1 차광판(171)과, 피조명면에 있어서의 조명 영역을 변경하도록 제1 차광판(171)의 조정을 행하는 조정부(90)를 갖는다. 개구부(172)는 예를 들어 광이 통과하는 원호 형상의 슬릿이다. 조정부(90)는 제1 차광판(171)의 Y 방향(제1 방향)에 있어서의 위치를 조정하는 제1 조정부(52)와, Y 방향에 있어서의 개구부(172)의 형상을 조정하는 제2 조정부(173)를 포함할 수 있다. 제1 조정부(52)는 액추에이터를 포함한다. 제1 조정부(52)는 제어부(50)와 접속되어, 제1 조정부(52)의 동작은 제어부(50)에 의해 제어될 수 있다. 제1 차광판(171)은, 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 상류측 및 하류측의 경계의 위치를 변경하기 위한 부재이다. 제1 조정부(52)에 의해 제1 차광판(171)(개구부(172))의 Y 방향에 있어서의 위치가 변경됨으로써, 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 상류측 및 하류측의 경계의 위치가 변경된다. 개구부(172)의 원호 형상을 이루는 한쪽의 단부에는, 제2 차광판(170)이 형성되어 있다. 제2 차광판(170)은 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 하류측의 경계의 형상을 변경하기 위한 부재이다. 제2 차광판(170)에는, X 방향(제2 방향)에 있어서의 제2 차광판(170)의 각 위치를 Y 방향으로 밀거나 당기는 제2 조정부(173)(압인부)가 설치되어 있다. 제2 조정부(173)는 복수의 액추에이터일 수 있다. 이들 복수의 액추에이터는 각각 배선(174)을 통하여 제어부(50)와 접속되어 있다. 이에 의해, 복수의 액추에이터는 각각 제어부(50)의 제어에 의해 구동된다. 제2 조정부(173)의 액추에이터를 구동함으로써 제2 차광판(170)의 단부의 형상이 변경됨으로써, 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 하류측의 경계의 형상이 변경된다. 또한, 제2 차광판(170)은, 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 상류측의 경계의 형상을 변경하도록 배치해도 된다. 도 14에 슬릿 기구(181)의 변형예인 슬릿 기구(182)의 구성예를 나타낸다. 도 14의 예에서는, 도 3의 제1 차광판(171)이, 2개의 차광 부재(175, 176)로 분할되어 있다. 차광 부재(175)는 개구부(172)의 Y 방향의 상류측의 경계의 위치를 규정하는 부재이다. 차광 부재(176)는 개구부(172)의 X 방향의 양단의 경계를 규정하는 부재이다. 조정부(91)는 차광 부재(175)의 Y 방향에 있어서의 위치를 조정하는 위치 조정부(53)를 갖는다. 위치 조정부(53)는 액추에이터를 포함한다. 위치 조정부(53)에 의해 차광 부재(175)의 Y 방향에 있어서의 위치가 변경됨으로써, 조명 영역에 있어서의 Y 방향의 상류측의 경계의 위치가 변경된다.
개구부(172)를 통과한 원호 형상의 광속은 제3 광학계(160)에 의해, 마스크 M에 조명된다. 마스크 M은 Y 방향(제1 방향)으로 이동되면서 조명된다. 또한, 도 3 및 도 14의 예에서는, 개구부(172)가 원호 형상인 것을 사용했지만, 다른 형상, 예를 들어 직사각형이어도 된다.
(설계예)
이하, 제1 실시 형태에 있어서의 설계예를 설명한다.
파장 필터(104a)는, 예를 들어 광원으로부터 나온 광 중 i선(365㎚) 부근의 광만을 통과시키는 파장 필터로 한다. 도 4의 (A1)은, 광의 진행 방향으로부터 슬릿 기구(181)의 개구부(172)를 본 도면이다. 플라이 아이 광학계(109)의 사출면으로부터 나온 광은, 제3 광학계(150)에 의해 슬릿 기구(181)에 거의 균일하게 조사되지만, 제3 광학계(150)의 수차에 의해, 도 4의 (A1)의 원형의 등고선으로 나타낸 바와 같은 조도 불균일이 발생한다. 여기서, X 방향과 수직인 주사 방향(Y 방향)으로 광의 에너지를 적산하면, 도 4의 (A1)의 조도 불균일에 따라, 도 4의 (A2)와 같이 된다. 요망되는 것은, 조도 불균일이 없는 것, 즉, 적산 에너지 I가 X 방향으로 변동되지 않는 것이다.
이어서, 제어부(50)는 파장 선택부(51)를 제어하여, 광로 내에 배치하는 파장 필터를, 파장 필터(104a)로부터 파장 필터(104b)로 전환한다. 파장 필터(104b)는, 광원으로부터 나온 광 중 g선(435㎚) 부근의 광만을 통과시키는 파장 필터로 한다. 이때, 제3 광학계(150)가 갖는 색수차의 영향으로, 도 4의 (B1)의 원형의 등고선으로 나타낸 바와 같은 조도 불균일이 발생한다. 도 4의 (B2)는 주사 방향(Y 방향)으로 광의 에너지를 적산하여 얻은 적산 에너지 I를 나타낸다.
도 4의 (B1)은, 파장 필터(104b)로 전환한 것에 의해 제3 광학계(150)에 들어가는 광의 파장이 변화되었기 때문에, 조도 불균일이 커졌음을 나타내고 있다. 그 결과, 도 4의 (B2)에 도시되는 바와 같이, 광의 적산 에너지 I가 X 방향의 위치에 의해 차가 크게 되어 있다.
그래서, 제어부(50)는 제1 조정부(52)를 제어하여 차광판(171)을 구동하여, 개구부(172)의 위치를 주사 방향(Y 방향)으로 어긋나게 한다. 도 4의 (C1)은 개구부(172)를 어긋나게 한 후의 모습을 나타내고 있다. 도 4의 (B1)에 비하여, 개구부(172)가 조도 분포의 등고선을 걸치는 수가 줄어들었음을 알 수 있다. 이에 의해, 도 4의 (C2)에 도시되는 바와 같이, 적산 에너지 I의 X 방향의 위치에 의한 차를 작게 할 수 있다.
이와 같이, 조정부(90)는 어느 파장 필터를 사용하느냐에 따라 차광판(171)의 조정을 행한다. 또한, 제1 조정부(52)에 의해 차광판(171)을 구동하는 대신, 제2 조정부(173)에 의해, 개구부(172)의 Y 방향에 있어서의 단부의 형상을 조정하도록 해도 된다. 혹은, 제1 조정부(52) 및 제2 조정부(173)의 양쪽의 조정을 행하도록 해도 된다.
또한, 개구부의 형상이 서로 상이한 복수의 차광판을 구비하고, 사용하는 파장 필터에 따라, 사용하는 차광판을 적절히 전환하는 구성도 생각할 수 있다. 예를 들어, 조정부(90)가, 복수의 차광판 중 사용하는 파장 필터에 따른 차광판이, 파장 필터와 피조명면 사이의 광로에 배치되도록, 복수의 차광판의 위치를 조정한다. 이 구체적인 형태는, 이하의 제2 실시 형태에서 설명한다.
<제2 실시 형태>
도 5는 제2 실시 형태에 관한 조명 광학계(200)의 구성을 도시하는 도면이다. 제1 실시 형태에 관한 도 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 이들 설명은 생략한다.
광원부(121)는 광원(210), 타원 미러(102), 제1 광학계(105)를 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 광원(210)은, 그 근방에 위치하는 광원(211)으로 전환할 수 있다. 광원(210)과 광원(211)은, 서로 파장이 상이한 광을 출사하도록 구성되어 있다. 광원 선택부(61)(파장 선택부)는, 복수의 광원(광원(210)과 광원(211)) 중에서 선택된 광원을 소정의 광원 위치에 배치하도록 전환 구동을 행한다. 광원 선택부(61)는 제어부(60)와 접속되어 있어, 사용하는 광원은 제어부(60)에 의해 지정(선택)될 수 있다. 도 5의 예에 있어서도, 도 1과 마찬가지로, 2개의 광원부가 도시되어 있지만, 광원부의 수는 하나여도, 3개 이상이어도 된다.
합성부(108)로부터 나온 광은, 제2 광학계(140)에 의해, 피조명면을 균일하게 조명하기 위한 옵티컬 인터그레이터인 플라이 아이 광학계(109)로 유도된다. 플라이 아이 광학계(109)의 입사측 근방에는, 파장 필터(220)가 광로에 배치되어 있다. 여기서, 제2 광학계(140)는 플라이 아이 광학계(109)의 입사면이 합성부(108)의 실질적으로 푸리에 변환 위치가 되도록 배치되어 있다. 플라이 아이 광학계(109)의 근방에는, 플라이 아이 광학계(111)가 배치되어 있어, 플라이 아이 광학계(109)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 인터그레이터 선택부(62)는 복수의 옵티컬 인터그레이터(플라이 아이 광학계(109)와 플라이 아이 광학계(111)) 중에서 선택된 옵티컬 인터그레이터를 광로에 배치한다. 인터그레이터 선택부(62)는 제어부(60)와 접속되어 있어, 사용하는 옵티컬 인터그레이터는 제어부(60)에 의해 지정(선택)될 수 있다.
도 6은 플라이 아이 광학계(111)의 구성예를 도시하는 도면이다. 플라이 아이 광학계(111)는 렌즈군(133, 134)을 갖는다. 렌즈군(133, 134)은, 개개의 평볼록 렌즈의 초점 위치에, 쌍이 되는 평볼록 렌즈가 위치하도록, 곡률면을 마주보게 하여 배치되어 있다. 렌즈군(133, 134)을 구성하는 각 평볼록 렌즈는, 도 2의 렌즈군(131, 132)을 구성하는 개개의 평볼록 렌즈와는 상이한 곡률의 렌즈로 구성되어 있다. 이로 인해, 플라이 아이 광학계(109, 111)를 사출하는 광의 각도(사출각)는 서로 상이하다.
플라이 아이 광학계(109)의 사출면으로부터 사출한 광속은, 제3 광학계(150)에 의해, 차광판(242)(제3 차광판)의 슬릿으로 유도된다. 이때 제3 광학계(150)는 차광판(242)이 플라이 아이 광학계(109)의 사출면의, 실질적으로 푸리에 변환면이 되도록 배치되어 있다.
또한, 플라이 아이 광학계(109)의 사출면 근방에는, 개구 조리개(231)가 배치되어 있다. 또한, 개구 조리개(231)의 근방에는 개구 조리개(232)가 배치되어 있어, 개구 조리개(231)와 전환할 수 있다. 이에 의해 조명 모드를 바꿀 수 있다. 개구 조리개 선택부(63)는 복수의 개구 조리개(개구 조리개(231)와 개구 조리개(232)) 중에서 선택된 개구 조리개를 광로에 배치한다. 개구 조리개 선택부(63)는 제어부(60)와 접속되어 있어, 사용하는 개구 조리개는 제어부(60)에 의해 지정(선택)될 수 있다.
차광판(242)의 근방에는, 각각 상이한 형상의 개구부(슬릿)가 형성된 차광판(241) 및 차광판(243)이 배치되어 있고, 복수의 차광판(241, 242, 243) 사이에서 사용하는 차광판을 전환하는 것이 가능하다. 각 차광판(241, 242, 243)의 개구부는, 노광 파장, 플라이 아이 광학계의 사출각, 조명 모드 등의 조건을 감안한 형상으로 되어 있다. 차광판 선택부(64)는 제1 실시 형태에 있어서의 조정부(90)에 대응하는 동작을 행한다. 차광판 선택부(64)는 복수의 차광판(241, 242, 243) 중에서 선택된 차광판을 광로에 배치한다. 차광판 선택부(64)는 제어부(60)와 접속되어 있어, 사용하는 차광판은 제어부(60)에 의해 지정(선택)될 수 있다.
(설계예)
이하, 제2 실시 형태에 있어서의 설계예를 설명한다.
광원(210) 및 광원(211)은, 예를 들어 초고압 수은 램프이다. 단, 광원(211)은, 광원(210)에 비하여 350㎚ 이하의 단파장측의 광 강도가 강한 광원(예를 들어 DUV 램프)이다.
파장 필터(220)는 광원으로부터 출력된 광 중 강도 중심 파장이 300㎚가 되는 파장 필터이다. 또한, 강도 중심 파장이란, 파장을 변수로 하여, 광 강도의 무게 중심 계산을 행함으로써 계산되는 파장을 의미한다. 한편, 파장 필터(221)는 광원으로부터 출력된 광 중 강도 중심 파장이 405㎚가 되는 파장 필터이다.
개구 조리개(231)와 개구 조리개(232)에서는, 개구의 형상이 서로 상이하다. 개구 조리개(231)는 도 7의 (A)에 도시되는 바와 같은, 윤대 형상으로 광을 통과시키는 개구 조리개이다. 한편, 개구 조리개(232)는 도 7의 (B)에 도시되는 바와 같은, 통상의 원 형상으로 광을 통과시키는 개구 조리개이다.
도 8은 각 차광판(241, 242, 243)의 슬릿(개구부)의 구성예를 도시하는 도면이다. 차광판(241)은, 원호 형상의 슬릿을 갖는다. 외측의 원호(241-O)와 내측의 원호(241-I)의 곡률은 각각 동등하다. 차광판(242)도, 원호 형상의 슬릿을 갖는다. 단, 외측의 원호(242-O)와 내측의 원호(242-I)에서는 곡률이 예를 들어 1％ 정도 상이하다. 차광판(243)도, 원호 형상의 슬릿을 갖는다. 외측의 원호(243-O)와 내측의 원호(243-I)는 곡률은 동일하지만, 241-O 및 241-I는 곡률이 상이하다. 또한, 도 8에는 도시되어 있지 않지만, 차광판(241, 242, 243)도 각각 도 3의 슬릿 기구(181)와 같이, 개구부의 개구폭을 조정하는 기구를 붙여도 된다.
차광판(241 내지 243)은, 다음의 표 1에 나타내는 패턴 1 내지 8과 같은 노광 파장, 인터그레이터, 개구 조리개, 슬릿의 조합으로 사용한다. 표 1에 있어서, 인터그레이터, 개구 조리개, 차광판(슬릿)은 각각 도 5 내지 8에 있어서의 참조 부호로 나타내고 있다.
Figure pat00001
예를 들어, 패턴 1, 3은 노광 파장의 단파장화 및 개구 조리개에 윤대 형상(도 7의 (A))을 사용했기 때문에, 슬릿 중심으로부터 X 방향으로 슬릿 밖으로 갈수록 조도가 저하되는 조도 불균일이 발생한다. 그래서, 이 경우에는, X 방향으로 외측으로 갈수록 폭이 넓어지는 개구를 갖는 차광판(242)을 사용한다. 이에 의해, Y 방향의 광의 에너지 적산값은, X 방향의 위치에 의한 차가 발생하기 어려워진다.
또한, 예를 들어 패턴 6, 8의 경우, 노광 파장의 장파장화 및 개구 조리개에 작은 원 형상(도 7의 (B))을 사용했기 때문에, 슬릿 중심으로부터 X 방향으로 슬릿의 밖으로 갈수록 조도가 상승하는 조도 불균일이 발생한다. 그래서, 이 경우에는, 차광판(243)을 사용한다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 차광판(241)과 차광판(243)에서는, 슬릿이 갖는 원호 형상의 곡률 반경이 상이하다. 차광판(243)은, 차광판(241)에 비하여 곡률 반경이 작아지도록 설계되어 있다. 그렇게 함으로써, Y 방향의 광의 에너지 적산값은, X 방향의 위치에 의한 차가 발생하기 어려워진다.
예를 들어, 도 8에 있어서, 차광판(241)의 개구부의 X 방향의 위치(241L, 241C, 241R) 사이에서는 Y 방향의 위치차가 작으므로, 에너지 적산값은 X 위치에 의한 차가 발생하기 쉽다. 한편, 차광판(243)의 개구부의 X 방향의 위치(243L, 243C, 243R) 사이에서는 Y 방향의 위치차가 크므로, 에너지 적산값은 X 위치에 의한 차가 발생하기 어렵다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 개구부의 형상을 원호 형상으로 한 경우를 설명했지만, 원호 형상이 아니라 예를 들어 직사각형 형상으로 해도 된다. 개구부의 형상을 직사각형으로 한 경우에는, 전술한 원호 곡률을 직사각형의 기울기로 치환함으로써, 원호 개구의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
<노광 장치의 실시 형태>
이하에서는, 제1 실시 형태에 관한 조명 광학계(100)를 갖는 노광 장치의 실시 형태를 설명한다. 조명 광학계(100) 대신 제2 실시 형태에 관한 조명 광학계(200)를 갖는 노광 장치에 대해서도 마찬가지의 설명을 할 수 있으므로, 이하에서는 대표적으로 조명 광학계(100)를 갖는 노광 장치에 대하여 설명한다.
도 9는 실시 형태에 관한 노광 장치(400)의 구성을 도시하는 도면이다. 노광 장치(400)는 조명 광학계(100)를 포함하고, 조명 광학계(100)로부터의 슬릿광에 의해 기판을 주사 노광한다. 조명 광학계(100)는 전술한, 개구부의 형상을 조정 가능한 슬릿 기구(181)를 구비하고 있다.
노광 장치(400)는 마스크 M을 보유 지지하는 마스크 스테이지(300)와, 마스크 M의 패턴을 기판 위에 투영하는 투영 광학계(301)와, 기판을 보유 지지하는 기판 스테이지(302)를 갖는다. 투영 광학계(301)는 예를 들어 물체면으로부터 상면에 이르는 광로에 있어서, 제1 오목 반사면(71), 볼록 반사면(72), 제2 오목 반사면(73)이 순서대로 배열된 투영 광학계이다.
노광 장치(400)는 기판 스테이지(302)에 도달한 광의 조도 분포를 계측함으로써 기판 위의 노광 영역에 있어서의 조도 불균일을 계측하는 계측부(304)를 더 구비한다. 또한, 기판 스테이지(302)와 계측부(304) 사이에는, 슬릿(303)이 개재되어 있다. 슬릿(303)은, 제어부(80)의 제어 하에서, 구동부(303a)에 의해, 기판 스테이지(302)의 기판을 적재하는 면을 따르는 방향(X 방향)으로 스캔 구동될 수 있다.
계측부(304)는 도 9에 도시되는 바와 같이 센서(305)와, 슬릿(303)을 통과한 광을 센서(305)로 유도하기 위한 광학계(306)를 포함한다. 계측부(304)의 동작은 대략 이하와 같은 것이다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 기판 스테이지(302)에 결상하는 광의 영역(401)에 대하여, 슬릿(303)을 X 방향으로 스캔시킨다. 이때, 영역(401)에 결상하는 광 중 슬릿(303)의 개구부(307)에 결상한 광만이, 계측부(304) 내에 입사한다. 계측부(304) 내에 입사한 광은, 광학계(306)를 통하여 센서(305)로 유도된다. 슬릿(303)을 X 방향으로 스캔시키면서, 센서(305)에 도달하는 광의 에너지를 판독함으로써, 영역(401) 내의 위치마다 조도를 계측한다. 이에 의해 조도 불균일을 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 조명 광학계(100)가 갖는 슬릿 기구(181)의 개구폭을 조절함으로써, 조도 불균일을 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 계측부(304)에 의해, 도 11의 (A)에 도시되는 바와 같은 조도 불균일이 계측되었다고 하자. 이 경우, 조도가 저하되어 있는 부분의 슬릿 기구(181)의 폭을 국소적으로 넓히고, 조도가 상승된 부분의 슬릿 기구(181)의 폭을 국소적으로 좁힘으로써, 도 11의 (B)와 같이 조도 분포를 균일하게 할 수 있다.
(조도 불균일 보정의 예)
이하, 본 실시 형태에 관한 조도 불균일의 보정에 대하여 설명한다.
도 12는 본 실시 형태에 있어서의 조도 불균일의 보정 방법의 흐름도이다. 스텝 S1로서, 미리, 노광 파장, 인터그레이터, 개구 조리개의 설정마다, 조도 불균일의 시뮬레이션이 행하여진다. 이어서, 스텝 S1의 시뮬레이션 결과에 기초하여, 설정마다의, 슬릿 기구(181)의 기준으로 하는 개구 형상이 결정된다(스텝 S2). 슬릿 기구(181)의 기준으로 하는 개구 형상은, 조도 불균일을 저감시키는 개구 형상이 바람직하다. 예를 들어, 스텝 S1에서의 시뮬레이션에 의해, 도 13의 (A)와 같은 조도 불균일이 예상되었다고 하자. 이때, 베이스가 되는 원호 형상의 원호 곡률 반경을 적절하게 설정함으로써, 도 13의 (B)와 같은 조도 분포로 보정할 수 있다.
이어서, 노광 장치(400)에 있어서, 제어부(80)는 스텝 S2에서 결정된 개구 형상을 갖는 슬릿마다, 계측부(304)를 사용하여, 조도 불균일 계측을 행한다(스텝 S3). 이때에 계측되는 조도 불균일은, 도 13의 (B)와 같은 분포가 될 것이 기대된다.
그러나, 실제의 조도 분포에는 장치 제작상의 조립 오차가 쌓여, 도 13의 (C)에 도시되는 바와 같은, 국소적으로 불균일이 있는 분포가 될 수 있다. 그래서, 스텝 S4로서, 제어부(80)는 복수의 액추에이터(173)를 사용하여 슬릿 기구(181)의 개구부(172)의 개구폭을 국소적으로 구동함으로써, 이 국소적인 조도 불균일을 보정한다. 이에 의해, 도 13의 (D)와 같이, X 방향의 조도 불균일을 작게 할 수 있고, 나아가서는 노광 장치의 CD 균일성을 향상시킬 수 있다.
<물품 제조 방법의 실시 형태>
본 발명의 실시 형태에 관한 물품 제조 방법은, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하기에 적합하다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은, 기판에 도포된 감광제에 상기한 노광 장치를 사용하여 잠상 패턴을 형성하는 공정(기판을 노광하는 공정)과, 이러한 공정에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 제조 방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은, 종래의 방법에 비하여, 물품의 성능·품질·생산성·생산 비용 중 적어도 하나에 있어서 유리하다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 공표하기 위하여 이하의 청구항을 첨부한다.

Claims (14)

  1. 피조명면을 조명하는 조명 광학계이며,
    상기 피조명면에 있어서의 조명 영역의 형상을 규정하는 개구부를 형성하는 차광판과,
    상기 피조명면에 있어서의 상기 조명 영역을 변경하도록 상기 차광판의 조정을 행하는 조정부와,
    상기 피조명면을 조명하는 광의 파장을 선택하는 파장 선택부를 갖고,
    상기 조정부는, 상기 파장 선택부에 의해 선택되는 파장에 따라 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 마스크를 제1 방향으로 이동시키면서 상기 마스크의 피조명면을 조명하고,
    상기 조정부는, 상기 파장 선택부에 의해 선택되는 파장에 따라, 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역에 있어서의 상기 제1 방향의 전 또는 후의 경계의 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차광판은, 상기 조명 영역에 있어서의 상기 제1 방향의 상류측 또는 하류측의 경계의 위치를 변경하기 위한 제1 차광판과, 상기 조명 영역에 있어서의 상기 제1 방향의 상류측 또는 하류측의 경계의 형상을 변경하기 위한 제2 차광판을 갖고,
    상기 조정부는, 상기 파장 선택부에 의해 선택되는 파장에 따라, 상기 제1 차광판을 사용하여 상기 조명 영역에 있어서의 상기 제1 방향의 상류측 또는 하류측의 경계의 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제1 차광판의 상기 제1 방향에 있어서의 위치를 조정하는 제1 조정부와, 상기 제2 차광판의 형상을 조정하는 제2 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 형상이 서로 상이한 복수의 상기 차광판을 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 복수의 차광판 중 선택된 파장에 대응하는 차광판이 광로에 배치되도록, 상기 복수의 차광판의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개구부는, 원호 형상이며,
    상기 복수의 차광판은, 상기 원호 형상의 곡률이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 차광판은, 상기 개구부의 외측의 원호와 내측의 원호에서의 곡률이 상이한 차광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 피조명면을 조명하기 위한, 서로 사출각이 상이한 복수의 옵티컬 인터그레이터 중에서 선택된 옵티컬 인터그레이터를 광로에 배치하는 인터그레이터 선택부를 더 갖고,
    상기 조정부는, 상기 광로에 배치되는 옵티컬 인터그레이터에 따라, 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    개구의 형상이 서로 상이한 복수의 개구 조리개 중에서 선택된 개구 조리개를 광로에 배치하는 개구 조리개 선택부를 더 갖고,
    상기 광로에 배치되는 개구 조리개에 따라, 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택부는, 서로 상이한 파장의 광을 투과시키는 복수의 파장 필터를 갖고, 상기 복수의 파장 필터 중에서 선택된 파장 필터를 광로에 배치하는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택부는, 서로 상이한 파장의 광을 출사하는 복수의 광원부를 갖는 것을 특징으로 하는, 조명 광학계.
  12. 마스크를 조명하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 마스크의 패턴의 상을 기판에 투영하는 투영 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는, 노광 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 상의 노광 영역에 있어서의 조도 분포의 불균일을 계측하는 계측부를 더 갖고,
    상기 조정부는, 상기 계측부에 의해 계측된 상기 조도 분포의 불균일에 기초하여 상기 차광판을 사용하여 상기 조명 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는, 노광 장치.
  14. 제12항에 기재된 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 공정과,
    상기 공정에서 노광된 상기 기판을 현상하는 공정을 포함하고,
    현상된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 것을 특징으로 하는, 물품 제조 방법.
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