KR20190040294A - 조명 광학계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광원으로부터의 광을 사용하여 피조명면을 조명하는 조명 광학계가 제공된다. 조명 광학계는, 광원과 피조명면의 사이에 배치된 옵티컬 인터그레이터와, 옵티컬 인터그레이터에 입사되는 광의 강도를 조정하는 조정부를 갖는 광학 필터를 갖는다. 옵티컬 인터그레이터는, 입사된 광을 내면에서 반사시키는 로드형 옵티컬 인터그레이터이다. 조명 광학계는, 해당 조명 광학계의 광축에 수직인 방향에 있어서의 조정부의 위치를 변경함으로써 피조명면에 있어서의 조도를 변경한다.

Description

조명 광학계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법
본 발명은 조명 광학계, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
마스크에 형성된 패턴을 레지스트 등의 감광성 재료가 도포된 기판에 투영하는 노광 장치에 있어서는, 마스크면이나 기판면 등의 피조명면에 있어서의 조도 균일성의 향상이 요구되고 있다. 조도 균일성을 향상시키는 방법으로서, 로드형 옵티컬 인터그레이터를 구비한 조명 광학계를 사용한다는 것이 알려져 있다. 로드형 옵티컬 인터그레이터를 사용함으로써, 로드 내의 내면 반사 횟수에 따라 형성한 2차 광원으로부터의 조명광을 로드 사출단에서 중첩시킴으로써, 로드 사출면에서의 조도 분포를 균일화할 수 있다.
그러나, 로드형 옵티컬 인터그레이터를 구비한 조명 광학계에 있어서는, 광학계의 오염이나 편심, 반사 방지막 불균일 등 여러 가지 요인에 기인하여, 결과적으로 피조명면 상의 조도 분포에 불균일성이 보이는 경우가 있다. 이 과제에 대하여, 특허문헌 1은, 로드형 옵티컬 인터그레이터의 사출면과 광학적으로 공액인 관계로 되는 위치에 복수의 2차 광원상에 대응하여 마련한 복수의 광량 조정부를 배치한 구성을 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 개시된 조명 광학계에서는, 피조명면에 집광하는 각도 분포(이하 「유효 광원 분포」라고 함)가 결정되면, 피조명면 상의 조도 분포 보정량은 고정으로 된다. 따라서, 반사 방지막의 성막 상태나 조립 정밀도 등에 따라 발생하는 각 기체 고유의 조도 불균일성(이하 「조도 불균일」이라고 함)을 보정하는 것은 곤란하였다. 또한, 장치를 장기간 사용하여 광학 소자가 열화되어, 조도 불균일이 경시 변화한 경우에는, 조정부를 적절하게 교환할 필요가 있었다.
일본 특허 공개 제2000-269114호
본 발명의 일 측면에 따르면, 광원으로부터의 광을 사용하여 피조명면을 조명하는 조명 광학계이며, 상기 광원과 상기 피조명면의 사이에 배치된 옵티컬 인터그레이터와, 상기 옵티컬 인터그레이터에 입사되는 광의 강도를 조정하는 조정부를 갖는 광학 필터를 갖고, 상기 옵티컬 인터그레이터는, 입사된 광을 내면에서 반사시키는 로드형 옵티컬 인터그레이터이고, 상기 광학 필터는, 상기 로드형 옵티컬 인터그레이터의 사출 단부면에서 서로 동일한 방향의 상이 형성되는 복수의 제1 영역과, 상기 사출 단부면에서 상기 상에 대하여 거울상의 관계를 갖는 상이 형성되는 복수의 제2 영역을 포함하고, 상기 조정부는, 적어도 상기 제1 영역에 마련되어 있고, 상기 조명 광학계의 광축에 수직인 방향에 있어서의 상기 조정부의 위치를 변경함으로써 상기 피조명면에 있어서의 조도를 변경하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계가 제공된다.
도 1은, 노광 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는, 조정부와 2차 광원의 관계를 도시하는 모식도.
도 3a는, 조정부와 옵티컬 인터그레이터 사출 단부면의 결상 관계를 도시하는 도면.
도 3b는, 광학 필터 상의 조정부의 배치예를 도시하는 도면.
도 3c는, 광학 필터 상의 조정부의 배치예를 도시하는 도면.
도 4는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 5a는, 조도 불균일의 보정 방법을 설명하는 도면.
도 5b는, 조도 불균일의 보정 방법을 설명하는 도면.
도 5c는, 조도 불균일의 보정 방법을 설명하는 도면.
도 6은, 경사 형상의 조도 불균일의 보정 수순을 도시하는 흐름도.
도 7은, 광축 대칭의 조도 불균일의 보정 수순을 도시하는 흐름도.
도 8a는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 8b는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 9a는, 조도 불균일의 보정 방법을 설명하는 도면.
도 9b는, 조도 불균일의 보정 방법을 설명하는 도면.
도 10a는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 10b는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 11a는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
도 11b는, 광학 필터의 작용을 설명하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이하의 실시 형태는 본 발명의 실시의 구체예를 나타내는 것에 지나지 않는다. 또한, 이하의 실시 형태 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 본 발명의 과제 해결을 위해 필수적인 것이라고는 할 수 없다.
<제1 실시 형태>
도 1은, 본 실시 형태에 관한 노광 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 노광 장치(100)는, 예를 들어 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 리소그래피 공정에서 사용되는 것이며, 레티클(R)(마스크)에 형성되어 있는 패턴의 상을 기판인 웨이퍼(W) 상에 노광(전사)하는 투영형 노광 장치이다. 도 1에 있어서, 웨이퍼(W)의 법선 방향을 따라 Z축을 취하고, 웨이퍼(W)면과 평행인 면 내에서 서로 수직인 방향으로 X축과 Y축을 취하고 있다. 노광 장치(100)는, 조명 광학계(101)와, 레티클 스테이지(102)와, 투영 광학계(103)와, 웨이퍼 스테이지(104)와, 제어부(105)를 구비한다.
조명 광학계(101)는, 광원인 방전 램프(1)로부터의 광(광속)을 조정하여, 피조명 영역인 레티클(R)을 조명한다. 방전 램프(1)는, 예를 들어 i선(파장 365nm) 등의 광을 공급하는 초고압 수은 램프일 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 248nm의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저, 193nm의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저, 157nm의 파장의 광을 공급하는 F2 레이저를 사용해도 된다. 또한, 조명 광학계(101) 및 투영 광학계(103)가 반사 굴절계 혹은 반사계로 구성되는 경우에는, 광원으로는 X선이나 전자선 등의 하전 입자선을 사용해도 된다.
레티클(R)은, 웨이퍼(W) 상에 전사되어야 할 패턴(예를 들어 회로 패턴)이 형성된, 예를 들어 석영 유리제 원판이다. 레티클 스테이지(102)는, 레티클(R)을 보유 지지하며 X, Y의 각 축 방향으로 가동이다. 투영 광학계(103)는, 레티클(R)을 통과한 광을 소정의 배율로 웨이퍼(W) 상에 투영한다. 웨이퍼(W)는, 표면 상에 레지스트(감광성 재료)가 도포된, 예를 들어 단결정 실리콘을 포함하는 기판이다. 웨이퍼 스테이지(104)는, 도시하지 않은 웨이퍼 척을 통하여 웨이퍼(W)를 보유 지지하며, X, Y, Z(각각의 회전 방향인 ωx, ωy, ωz를 포함하는 경우도 있음)의 각 축 방향으로 가동이다. 웨이퍼 스테이지(104)는, 웨이퍼 스테이지 구동부(114)에 의해 구동될 수 있다.
조명 광학계(101)는, 방전 램프(1)로부터 피조명 영역인 레티클(R)을 향하여 순서대로, 타원 거울(2)과, 제1 릴레이 광학계(3)와, 옵티컬 인터그레이터(4)와, 제2 릴레이 광학계(5)를 포함한다. 타원 거울(2)은, 방전 램프(1)로부터 방사된 광(광속)을 제2 초점 위치(F2)에 집광하는 집광 거울이다. 방전 램프(1)의 벌브부 내의 발광부는, 예를 들어 타원 거울(2)의 제1 초점(F1)의 근방에 배치되어 있다. 결상 광학계로서의 제1 릴레이 광학계(3)는, 단수 또는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 전군(3a)(제1 렌즈)과, 단수 또는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 후군(3b)(제2 렌즈)을 포함한다. 렌즈 전군(3a)은, 광원으로부터의 광을 평행광으로 한다. 렌즈 후군(3b)은, 렌즈 후군(3a)에 의해 평행광으로 된 광을 옵티컬 인터그레이터(4)의 입사 단부면(4a)에 집광한다. 이들 렌즈 전군(3a)과 렌즈 후군(3b)에 의해, 제2 초점 위치(F2)와 옵티컬 인터그레이터(4)의 입사 단부면(4a)이 광학적으로 공액으로 되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 조명 광학계(101), 특히 제1 릴레이 광학계(3)와 옵티컬 인터그레이터(4)와 제2 릴레이 광학계(5)를 포함하는 광학계의 광축은 Z축 방향으로 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 옵티컬 인터그레이터(4)는, 입사된 광을 내면에서 반사시키고 그 반사 횟수에 대응하여 복수의 2차 광원상을 형성하는 로드형 옵티컬 인터그레이터이다. 옵티컬 인터그레이터(4)의 형상은, 예를 들어 사각 기둥이다. 즉, 옵티컬 인터그레이터(4)의 XY 평면과 평행인, 입사 단부면 및 사출 단부면의 형상은, 피조명면과 상사의 직사각형으로 되어 있다. 무엇보다, 그러한 형상은 예시이며, 옵티컬 인터그레이터(4)와 마찬가지의 작용을 갖는 부재의 적용을 저해하는 것은 아니다. 예를 들어, 옵티컬 인터그레이터(4)는 내부에 반사면을 형성하는 중공 로드로 구성되어도 된다. 또한, 옵티컬 인터그레이터(4)의 입사 단부면(4a) 및 사출 단부면(4b)의 XY 평면에서의 단면 형상은 사각형 이외의 다각형이어도 된다.
방전 램프(1)와 옵티컬 인터그레이터(4)의 사이에 있어서, 레티클(R) 즉 웨이퍼(W)와 공액인 공액면(S1)의 근방에, 광학 필터(6)가, 광축과 수직으로 배치된다. 광학 필터(6)는, XY 평면을 따라 2차원적으로 이동 가능하게 구성되고, 그 이동은, 예를 들어 필터 구동부(7)에 의해 행해진다. 광학 필터(6)는, 예를 들어 도 1에 도시되는 바와 같이, 제1 릴레이 광학계(3)에 포함되며, 렌즈 전군(3a)과 렌즈 후군(3b)의 사이에 배치될 수 있다. 광학 필터(6)는, 옵티컬 인터그레이터(4)에 의해 형성되는 2차 광원상의 수에 대응하여 마련되는, 옵티컬 인터그레이터(4)에 입사되는 광의 강도를 조정하는 복수의 조정부를 갖는다. 광학 필터(6)의 광학적 작용에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.
렌즈 후군(3b)은, 옵티컬 인터그레이터(4)에 의해 형성되는 2차 광원의 허상면(S2)의 위치로부터 초점 거리만큼 이격된 위치에 배치되어 있고, 광학 필터(6)로부터 광축으로 거의 평행으로 사출된 조명광은, 일단 이 허상면(S2)에 집광하게 된다.
옵티컬 인터그레이터(4)의 입사 단부면(4a)은, 허상면(S2)의 근방에 배치되어 있다. 렌즈 후군(3b)에 의해 집광된 조명광은, 옵티컬 인터그레이터(4)의 내면에서 복수회 반사되어 사출된다. 옵티컬 인터그레이터(4)로부터 사출되는 조명광은, 마치 반사 횟수에 대응하는 이산적인 2차 광원의 허상으로부터 향하도록 사출된다. 이 때문에, 옵티컬 인터그레이터(4)로부터 사출되는 조명광의 각도는, 허상면(S2)에 배치되는 2차 광원의 허상으로부터의 조명광의 사출 각도에 상당한다.
옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)은, 허상면(S2)에 배치되는 복수의 광원상에 의해 중첩되어, 균일하게 조명된다. 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)을 발한 광은, 제2 릴레이 광학계(5)를 투과한 후, 피조명면인 레티클(R)을 조명한다. 제2 릴레이 광학계(5)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)으로부터의 광을 평행광으로 하는 단수 또는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 전군(5a)을 포함한다. 렌즈 전군(5a)은, 제2 릴레이 광학계(5)의 광축 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 제2 릴레이 광학계(5)는, 또한 렌즈 전군(5a)에서 평행광으로 된 광을 피조명면에 집광하는 단수 또는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 후군(5b)을 포함한다. 렌즈 전군(5a)의 이동은 렌즈 구동부(51)에 의해 행해진다. 렌즈 전군(5a)을 광축 방향으로 이동시킴으로써, 실질적으로 초점 거리를 바꾸지 않도록 하면서 디스토션을 변화시킬 수 있다. 이 작용에 의해, 렌즈 전군(5a)의 이동에 의해, 주변 조도를 상하 이동시키는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 렌즈 전군(5a)의 전방측 초점 위치에 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)이 배치되어 있고, 또한 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)은, 피조명면인 레티클(R)과 광학적으로 공액으로 되어 있다. 또한, 엄밀하게는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b) 상의 이물이 전사되는 것을 피하기 위해, 사출 단부면(4b)의 위치를 공액으로부터 조금 어긋나게 해도 된다. 그리고, 레티클(R)을 사출한 광, 즉 마스크 패턴의 상은, 투영 광학계(103)를 통하여 웨이퍼(W) 상에 전사되게 된다.
조도 분포 계측부(115)는, 피조명면인 레티클(R)에 있어서의 조도 분포를 계측한다. 제어부(105)는, 방전 램프(1), 필터 구동부(7), 렌즈 구동부(51), 웨이퍼 스테이지 구동부(114), 조도 분포 계측부(115)를 제어한다. 제어부(105)는, 제어에 필요한 각종 데이터를 기억하는 기억부(105a)를 포함할 수 있다.
이어서, 광학 필터(6)의 광학적 작용에 대하여 설명한다. 도 2는, 광학 필터 상에 마련되는 복수의 조정부와, 옵티컬 인터그레이터(4)에 의해 형성되는 복수의 2차 광원의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 2는, 광학 필터(6)로부터 광축으로 평행으로 사출되는 조명광의 광로를 도시하고 있다. 광학 필터(6) 상에 마련된 광축 상의 조정부(60)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 내면에서 반사되지 않는 2차 광원(40)으로부터의 광속의 강도를 조정한다. 또한, 조정부(60)의 양 외측에 인접하는 한 쌍의 조정부(61a, 61b)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 내면에서 1회 반사되는 2차 광원상(41a, 41b)으로부터의 광속의 강도를 조정한다. 또한, 조정부(61a, 61b)의 양 외측에 인접하는 한 쌍의 조정부(62a, 62b)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 내면에서 2회 반사되는 2차 광원상(42a, 42b)으로부터의 광속의 강도를 조정한다. 이러한 구성에 따르면, 옵티컬 인터그레이터(4)에 의해 형성된 복수의 2차 광원 각각의 광속에 대하여 독립적으로 투과율을 제어할 수 있다.
조정부(60, 61a, 61b, 62a, 62b)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)과 공액인 공액면(S1)의 근방에 배치되어 있다. 따라서, 하나의 조정부의 형상은, 도 1의 레티클(R) 또는 웨이퍼(W) 상에서의 조명 영역과 대응하고 있고, 조정부(60, 61a, 61b, 62a, 62b)의 투과율 분포는, 웨이퍼(W) 상에서의 조명 영역의 조도 분포에 반영되게 된다.
도 3a는, 광학 필터(6)에 있어서의 각 조정부와 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)의 결상 관계를 설명하는 도면이다. 옵티컬 인터그레이터(4)에서는, 인접하는 2차 광원으로부터의 광속이 반전된다. 이 때문에, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 형성되는 상의 방향이 「F」로 될 때, 인접하는 조정부의 상은 역방향으로 되어, 서로 거울상 관계로 되어 있다.
도 3b는, 공액면(S1)의 근방에 배치되는 광학 필터(6)를 입사측에서 본 모식도이다. 여기서는, 조정부로서 패턴 필터(또는 차광 부재)가 사용되고 있다. 본 실시 형태에 있어서, 복수의 조정부를 구성하는 복수의 패턴 필터는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 복수의 2차 광원상에 있어서의 거울상 관계에 대응한, 광학 필터 상의 소정의 위치에 배치되어 있다. 광학 필터(6)는, 복수의 제1 영역(A, B)과, 제1 영역을 제외한 영역인 복수의 제2 영역을 포함한다. 여기서, 복수의 제1 영역(A, B)은, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 서로 동일한 방향의 상이 형성되는 영역이다. 또한, 복수의 제2 영역은, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 제1 영역의 상에 대하여 거울상의 관계를 갖는 상이 형성되는 영역이다. 본 실시 형태에 있어서, 광학 필터(6)의 표면에는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 복수의 2차 광원상에 대응하여, 직사각형의 패턴 필터(6A, 6B)가 각각, 복수의 제1 영역(A, B)에 배치되어 있다. 또한, 패턴 필터(6A, 6B)는, 복수의 제1 영역(A, B)의 전부가 아니라 적어도 일부의 영역에 배치되어 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 패턴 필터(6A, 6B)로서, 크기가 상이한 원 형상의 패턴 필터를 배치함으로써, 각 패턴 필터 부분에 도 4의 (A), (B)에 도시되는 바와 같은 효과를 갖게 하고 있다. 각 패턴 필터의 직경이나 투과율, 배치를 적절하게 함으로써, 최종적으로 피조명면에 있어서, 도 4의 (A), (B)의 총합을 도시하는 도 4의 (C)와 같이, 근사적으로 상 높이의 2승에 비례하여 피조명면의 주변부의 조도를 높이는 효과가 얻어진다.
일반적으로, 투영 노광 장치의 조명 광학계에 있어서, 피조명면에 있어서의 개구수의 균일성과 조도 분포의 균일성을 양립시키려고 하면, 렌즈에 사용되는 반사 방지막의 각도 특성에 따라 주변의 조도가 저하되는 경향이 있다. 그 때문에, 본 실시 형태와 같이 주변의 조도를 높이는 작용을 갖는 광학 필터는 조도 분포의 보정에 유효하다.
또한, 옵티컬 인터그레이터(4)에 입사되는 광속은, 광축에 대하여 대칭인 조도 분포를 갖도록 조정되어 있다. 이에 의해, 피조명면의 유효 광원 분포는 주 광선에 대하여 대칭으로 되기 때문에, 디포커스에 대하여 상 어긋남이 발생하지 않는다. 이에 의해, 양호한 텔레센트리시티에서의 노광이 실현될 수 있다.
가령, 옵티컬 인터그레이터(4)에 입사되는 조명광이 광축에 대하여 비대칭의 조도 분포를 갖는 경우에는, 유효 광원 분포의 대칭성이 상실되고, 텔레센트리시티의 어긋남이라고 하는 형태로 상 성능에 영향을 미친다. 그러나 본 실시 형태에 따르면, 패턴 필터의 배치를 광축 대칭으로 하고 있으므로 텔레센트리시티의 어긋남이 거의 생기지 않는다.
본 실시 형태에서는, 조정부로서 패턴 필터(6A, 6B)의 2종류를 사용하였지만, 예를 들어 미세한 도트 패턴의 밀도를 바꾸는 등에 의해, 1종류의 패턴으로 근사적으로 상 높이의 2승에 비례한 조도 분포를 만드는 것도 가능하다.
이하에서는, 도 5a에 도시되는 바와 같은 조도 불균일의 보정 방법에 대하여 설명한다. 도 5a의 조도 불균일은, 도 5b에 도시되는 바와 같은 경사 형상의 조도 불균일과, 도 5c에 도시되는 바와 같은, 광축 대칭의 원호 형상을 이루고, 주변으로 갈수록 조도가 낮아지는 조도 불균일로 분해할 수 있다. 이들은, 조도 분포로부터 상 높이 별 평균 조도 및 경사 성분을 산출함으로써 분리할 수 있다.
우선, 도 5b의 경사 형상의 조도 불균일의 보정 방법에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이 본 실시 형태의 광학 필터(6)는 상 높이의 거의 2승에 비례하여 주변부의 조도를 높이는 효과를 갖는다. 이때, 옵티컬 인터그레이터(4)의 입사 단부면(4a)을, 피조명면 상당으로 하여, 정규화된 XY 좌표계로 하면, 광학 필터(6)에 의한 조도 분포 조정의 효과 z는, z=a(x2+y2)으로 쓸 수 있다. 여기서, a는 상수이다.
광학 필터(6)의 패턴 필터(6A, 6B)는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 서로 동일한 방향의 상이 형성되는 복수의 제1 영역(A, B)의 적어도 일부에 배치되어 있다. 광학 필터(6)는, 복수의 제1 영역(A, B)과, 그 이외의 영역인 복수의 제2 영역을 따르는 방향, 즉 XY 평면을 따르는 방향으로 이동 가능하다. 즉, 조명 광학계의 광축(Z축)에 수직인 방향(X 방향 또는 Y 방향)에 있어서의 광학 필터(6)의 위치를 변경하는 것이 가능하다. 여기서, 광학 필터(6)를 XY 평면을 따르는 방향으로 이동시켜도, 패턴 필터(6A, 6B)에 의해 부여되는 피조명면에서의 조도 분포 변화의 효과가 서로 상쇄되는 일은 없다.
따라서, 광학 필터(6)를 X 방향 및 Y 방향으로 소정 거리 δ 이동시켰을 때의 광학 필터(6)에 의한 조도 분포 조정의 효과 z'는, z'=a((x+δ)2+(y+δ)2)으로 쓸 수 있다. 여기서, a는 상수이다. 즉, δ에 의존한 x, y의 1차의 항이 발생하기 때문에, 경사상의 조도 분포를 발생시킬 수 있다.
도 6은, 경사 형상의 조도 불균일의 보정 수순을 도시하는 흐름도이다. S601에 있어서, 제어부(105)는, 조도 분포 계측부(115)에서 계측된 조도 분포 데이터에 기초하여, 피조명면에서의 조도 불균일을 계산한다(조도 불균일 측정 1). 피조명면에서의 조도값의 최댓값을 Smax, 최솟값을 Smin이라고 하면, 조도 불균일 S는 예를 들어 다음 식에 의해 산출된다.
S=(Smax-Smin)/(Smax+Smin)
그 후, 제어부(105)는, S602에서 광학 필터(6)를 X 방향으로 소정 거리 δ 이동시키고, S603에서 피조명면에서의 조도 불균일을 측정한다(조도 불균일 측정 2). 이어서, 제어부(105)는, S604에서 광학 필터(6)를 Y 방향으로 소정 거리 δ 이동시키고, S605에서 피조명면에서의 조도 불균일을 측정한다(조도 불균일 측정 3). 그 후, 제어부(105)는, S606에서, 조도 불균일 측정 1, 2, 3의 결과로부터 조도 불균일의 변화량을 계산하고, 기억부(105a)에 기억시킨다. 이 변화량이, 상기한 경사상의 조도 분포의 기울기에 대응한다.
이어서 S607에서, 제어부(105)는, S606에서 산출한 변화량에 기초하여, 광학 필터(6)의 이동 방향과 이동량을 계산한다. 그리고, 제어부(105)는, 필터 구동부(7)에 의해 광학 필터(6)를, 계산된 방향으로 계산된 이동량 이동시킨다.
그 후, S609에서 다시, 제어부(105)는, 피조명면에서의 조도 불균일을 측정하고(조도 불균일 측정 4), S610에서, 그 조도 불균일이 소정의 허용 범위 내에 수렴되어 있는지를 확인한다. 여기서 조도 불균일이 허용 범위 내에 수렴되어 있으면, 처리는 종료된다. 한편, 조도 불균일이 허용 범위 내에 수렴되어 있지 않으면, 처리는 S611로 진행하여, 조도 불균일 측정 4의 결과를 피드백하고, S607로 되돌아가, 광학 필터(6)의 이동 방향과 이동량을 재계산한다.
이어서, 도 5c의 광축 대칭의 조도 불균일의 보정 방법에 대하여, 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다. 광축 대칭의 조도 불균일이 발생한 경우에는, 주변 조도 보정량을 조정하게 된다. 상기한 바와 같이, 제2 릴레이 광학계(5)는, 렌즈 전군(5a)을 광축 방향으로 이동시킴으로써, 실질적으로 초점 거리를 바꾸지 않도록 하면서 디스토션을 변화시키는 구성을 구비하고 있다. 이에 의해, 렌즈 전군(5a)의 이동에 의해, 주변 조도를 상하 이동시키는 것이 가능하게 되어 있다.
제어부(105)는, S701에서, 조도 분포 계측부(115)에 의해, 렌즈 전군(5a)을 광축 방향으로 소정 거리 Δ 이동시켰을 때의 피조명면의 최외주부의 조도의 변화량을 구하고, 이 변화량을 기억부(105a)에 기억시킨다(조도 불균일 측정 1). 또한, 이 S701은 시뮬레이션 등에 의해 미리 행해져도 된다. S702에서, 제어부(105)는, 이 변화량에 기초하여, 렌즈 전군(5a)의 광축 방향으로의 이동량을 계산한다. S703에서, 제어부(105)는, 렌즈 구동부(51)에 의해, 렌즈 전군(5a)을 광축 방향으로, 계산된 이동량 이동시킨다.
그 후, S704에서 다시, 제어부(105)는, 렌즈 전군(5a)을 광축 방향으로 소정 거리 Δ 이동시켰을 때의 피조명면의 최외주부의 조도의 변화량을 구하고(조도 불균일 측정 2), S705에서, 그 변동량이 소정의 허용 범위 내에 수렴되어 있는지를 확인한다. 여기서 변동량이 허용 범위 내에 수렴되어 있으면, 처리는 종료된다. 한편, 변동량이 허용 범위 내에 수렴되어 있지 않으면, 처리는 S706으로 진행하여, 조도 불균일 측정 2의 결과를 피드백하고, S703으로 되돌아가, 광학 필터(6)의 이동량을 재계산한다. 이와 같이, 제어부(105)는, 조도 분포 계측부(115)에 의해 계측된 조도 분포로부터 계산되는 조도 불균일이 허용 범위 내에 수렴되도록 광학 필터(6)의 이동량을 피드백 제어한다.
이상 설명한, 도 6의 제어 수순에 따르는 광학 필터(6)의 이동과, 도 7의 제어 수순에 따르는 렌즈 전군의 구동의 양쪽을 행함으로써, 보다 정밀한 보정을 행할 수 있다. 이때, 제어부(105)에 의한 도 6의 제어 수순과 도 7의 제어 수순은 시계열을 따라, 직렬로 실행해도 되고, 병렬로 실행해도 된다.
또한, 도 6의 제어 수순과 도 7의 제어 수순 각각의 실행 결과는, 기억부(105a)에 기억될 수 있다. 동일한 조명 조건에서 다시 실행될 때에는, 기억부(105a)로부터 실행 결과를 호출하여 각 요소를 최적 위치로 구동시킬 수 있다. 이에 의해, 도 6, 도 7과 같은 수순을 생략하고, 빠르게 경사 형상의 조도 불균일 및 동심원형의 조도 불균일(광축 대칭의 조도 불균일)의 보정을 행할 수 있다.
또한, 조명 광학계가 장기간 사용되면, 장치 내의 어느 렌즈의 투과율이 열화되어, 회전 비대칭의 경사 형상의 조도 불균일이 발생하는 것이 고려된다. 이러한 경우에도, 도 6 및 도 7의 제어 수순을 다시 실행함으로써, 경사 형상의 조도 불균일 및 동심원형의 조도 불균일(광축 대칭의 조도 불균일)의 보정을 행하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-135564호 공보에서는, 복수의 미소 렌즈가 2차원적으로 소정의 피치로 배열된 옵티컬 인터그레이터의 입사면 근방에, 광학 필터를 배치하고 있다. 광학 필터는, 옵티컬 인터그레이터를 구성하는 복수의 미소 렌즈에 각각 대응한 복수의 영역의 투과 광량을 조정할 수 있는 광량 조정부를 갖고 있다. 이러한 구성에 의해서도, 광학 필터를 XY 평면 내를 따라 이동시킴으로써 조도 불균일의 제어가 가능하다.
그러나, 복수의 미소 렌즈가 2차원적으로 소정의 피치로 배열된 옵티컬 인터그레이터는, 일반적으로 고가이기 때문에, 본 실시 형태에 따른 로드형 옵티컬 인터그레이터 쪽이 저비용이다. 로드형 옵티컬 인터그레이터를 사용한 본 실시 형태의 구성에 따르면, 도 3a에 도시된 바와 같은 결상 관계로 되는 것을 이용하여 각 조정부의 배치 개소가 결정된다. 구체적으로는, 복수의 조정부는, 복수의 조정부의 각각을 투과한 광에 의해 로드형 옵티컬 인터그레이터의 사출 단부면에 형성되는 각 조정부의 상의 방향이 동일한 방향이 되도록, 광학 필터 상에 배치된다. 이에 의해 조도 불균일의 제어가 가능하다.
<제2 실시 형태>
이어서, 제2 실시 형태에 관한 조명 광학계에 대하여 설명한다. 장치의 개략 구성은 도 1과 마찬가지이다. 도 3c는, 본 실시 형태에 관한 광학 필터(6)를 입사측에서 본 모식도이다. 이 광학 필터(6)의 표면에는, 옵티컬 인터그레이터(4)의 복수의 2차 광원상에 대응하여, 직사각형의 패턴 필터(6C)가 복수의 제1 영역(C)에 배치되고, 직사각형의 패턴 필터(6D)가 복수의 제2 영역(D)에 배치되어 있다. 또한, 패턴 필터(6C, 6D)는 각각, 복수의 제1 영역(C) 및 복수의 제2 영역(D)의 전부가 아니라 적어도 일부의 영역에 배치되어 있어도 된다. 여기서, 복수의 제1 영역(C)은, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 서로 동일한 방향의 상이 형성되는 영역이다. 또한, 복수의 제2 영역(D)은, 옵티컬 인터그레이터(4)의 사출 단부면(4b)에서 복수의 제1 영역(C)의 상에 대하여 거울상의 관계를 갖는 상이 형성되는 영역이다.
본 실시 형태에서는, 패턴 필터(6C)에는, 도 8a와 같은, 근사적으로 상 높이의 2승에 비례하여 피조명면의 주변부의 조도를 높이는 효과를 갖게 하고 있다. 또한, 패턴 필터(6D)에는, 그 반대 특성, 즉 도 8b와 같은, 근사적으로 상 높이의 2승에 비례하여 주변부의 조도를 낮추는 효과를 갖게 하고 있다. 이러한 패턴 필터(6C, 6D)의 조합에 의해, 전체로서는 조도 분포 변화의 효과가 서로 상쇄되도록 구성되어 있다.
이하, 도 9a와 같은 경사 형상의 조도 불균일의 보정 방법에 대하여 설명한다. 옵티컬 인터그레이터(4) 입사 단부면(4a)을, 피조명면 상당으로 하여, 정규화된 XY 좌표계로 하면, 광학 필터(6)의 효과 z는, 간단하게 하기 위해 X 방향 1차원만 나타내면, z=ax2-ax2=0으로 되어, 조도 분포에 영향을 미치지 않는다. 여기서, a는 상수이다.
광학 필터(6)를 X 방향으로 소정 거리 δ 이동시켰을 때의 효과 z'는, 패턴 필터(6C, 6D)에서는 δ의 방향이 바뀌기 때문에, z'=a(x+δ)2-a(x-δ)2으로 쓸 수 있다. 즉, δ에 의존한 x의 1차의 항이 발생하기 때문에, 경사상의 조도 분포를 발생시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 도 6의 흐름도와 마찬가지의 수순을 실행함으로써, 경사 형상의 조도 불균일을 도 9b와 같이 평탄하게 되도록 보정할 수 있다. 이와 같이, 원래 2차 형상의 주변 조도 저하가 작고, 경사 형상의 조도 불균일이 지배적인 경우에 있어서는, 본 실시 형태와 같은 조정부의 구성이 조도 분포의 보정에 유효하다.
<제3 실시 형태>
이어서, 제3 실시 형태에 관한 조명 광학계에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태에 있어서의 패턴 필터(6C, 6D)의 효과가 상이하다. 본 실시 형태에 있어서의 패턴 필터(6C)에는, 도 10a와 같은, 근사적으로 상 높이의 3승에 비례하여 조도 분포가 바뀌는 효과를 갖게 하고 있다. 또한, 패턴 필터(6D)에는, 그 반대 특성, 즉 도 10b와 같은, 근사적으로 상 높이의 3승에 비례하여 조도 분포가 바뀌는 효과를 갖게 하고 있다. 이러한 패턴 필터(6C, 6D)의 조합에 의해, 전체로서는 조도 분포 변화의 효과가 서로 상쇄되도록 구성되어 있다.
제2 실시 형태와 마찬가지로, 광학 필터(6)의 효과 z는, X 방향 1차원만 나타내면, z=ax3-ax3=0으로 되어, 조도 분포에 영향을 미치지 않는다. 여기서, a는 상수이다.
광학 필터(6)를 X 방향으로 소정 거리 δ 이동시켰을 때의 효과 z'는, 패턴 필터(6C, 6D)에서는 δ의 방향이 바뀌기 때문에, z'=a(x+δ)3-a(x-δ)3으로 된다. 본 실시 형태에서는, δ에 의존한 x의 2차의 항이 발생하기 때문에, 동심원형의 2차의 조도 분포를 발생시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 도 6의 흐름도와 마찬가지의 수순을 실행함으로써, 도 11a와 같은 2차 형상의 조도 분포를, 도 11b와 같이 평탄하게 되도록 보정할 수 있다. 이와 같이, 원래 경사 형상의 조도 불균일이 없고, 동심원형의 2차의 조도 불균일이 지배적인 경우에 있어서는, 본 실시 형태와 같은 조정부의 구성이 조도 분포 보정에 유효하다.
또한, 보정하고자 하는 조도 분포가 3차 이후의 고차 형상이라도, 패턴 필터의 투과율 분포를 적절하게 설정함으로써, 조도 불균일의 보정이 가능하다.
이상의 각 실시 형태에 따르면, 조도 불균일의 보정 성능의 향상에 유리한 기술이 제공된다.
<물품 제조 방법의 실시 형태>
본 발명의 실시 형태에 있어서의 물품 제조 방법은, 예를 들어 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하기에 적합하다. 본 실시 형태의 물품 제조 방법은, 상기 리소그래피 장치(노광 장치나 임프린트 장치, 묘화 장치 등)를 사용하여 기판에 원판의 패턴을 전사하는 공정과, 이러한 공정에서 패턴이 전사된 기판을 가공하는 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 성능ㆍ품질ㆍ생산성ㆍ생산 비용 중 적어도 하나에 있어서 유리하다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해 이하의 청구항을 첨부한다.
본원은 2016년 8월 30일에 제출된 일본 특허 출원 제2016-168546호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용 모두를 여기에 원용한다.

Claims (9)

  1. 광원으로부터의 광을 사용하여 피조명면을 조명하는 조명 광학계이며,
    상기 광원과 상기 피조명면의 사이에 배치된 옵티컬 인터그레이터와,
    상기 옵티컬 인터그레이터에 입사되는 광의 강도를 조정하는 조정부를 갖는 광학 필터
    를 갖고,
    상기 옵티컬 인터그레이터는, 입사된 광을 내면에서 반사시키는 로드형 옵티컬 인터그레이터이고,
    상기 광학 필터는, 상기 로드형 옵티컬 인터그레이터의 사출 단부면에서 서로 동일한 방향의 상이 형성되는 복수의 제1 영역과, 상기 사출 단부면에서 상기 상에 대하여 거울상의 관계를 갖는 상이 형성되는 복수의 제2 영역을 포함하고,
    상기 조정부는, 적어도 상기 제1 영역에 마련되어 있고,
    상기 조명 광학계의 광축에 수직인 방향에 있어서의 상기 조정부의 위치를 변경함으로써 상기 피조명면에 있어서의 조도를 변경하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 제2 영역에는 마련되지 않고, 상기 복수의 제1 영역에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 복수의 제1 영역과 상기 복수의 제2 영역에 배치되고,
    상기 제1 영역의 상기 조정부에 의해 조정되는 상기 피조명면에 있어서의 조도 분포의 특성과, 상기 제2 영역의 상기 조정부에 의해 조정되는 상기 피조명면에 있어서의 조도 분포의 특성이 상이한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 상기 옵티컬 인터그레이터의 사이에 배치되고, 상기 광원으로부터의 광을 상기 옵티컬 인터그레이터로 유도하는 제1 릴레이 광학계를 더 갖고,
    상기 제1 릴레이 광학계는, 광원으로부터의 광을 평행광으로 하는 제1 렌즈와, 해당 제1 렌즈에 의해 평행광으로 된 광을 상기 옵티컬 인터그레이터의 입사 단부면에 집광하는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 광학 필터는, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피조명면에 있어서의 조도 분포를 계측하는 계측부를 더 갖고,
    상기 계측부에 의해 계측된 상기 조도 분포에 기초하여 상기 광학 필터의 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광학 필터의 구동을 제어하는 제어부를 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 계측부에 의해 계측된 상기 조도 분포로부터 계산되는 조도 불균일이 허용 범위 내에 수렴되도록 상기 광학 필터의 구동을 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 옵티컬 인터그레이터와 상기 피조명면의 사이에 배치되고, 상기 옵티컬 인터그레이터의 상기 사출 단부면으로부터의 광을 상기 피조명면으로 유도하는 제2 릴레이 광학계를 더 갖고,
    상기 제2 릴레이 광학계는, 상기 옵티컬 인터그레이터의 상기 사출 단부면으로부터의 광을 평행광으로 하는 제3 렌즈이며 상기 제2 릴레이 광학계의 광축 방향으로 이동 가능하게 구성된 제3 렌즈를 포함하고,
    상기 제어부는, 또한 상기 계측부에 의해 계측된 상기 조도 분포로부터 계산되는 조도 불균일이 허용 범위 내에 수렴되도록 상기 제3 렌즈의 구동을 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  8. 원판의 패턴을 기판에 형성하는 리소그래피 장치이며,
    상기 원판을 조명하는 제1항에 기재된 조명 광학계와,
    상기 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  9. 제8항에 기재된 리소그래피 장치를 사용하여 패턴을 기판에 형성하는 공정과,
    상기 공정에서 상기 패턴이 형성된 기판을 가공하는 공정
    을 포함하고, 가공된 기판으로부터 물품을 얻는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.
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