TWI556064B - A method of manufacturing an illumination optical device, a lighting method, an exposure method, and an element manufacturing method - Google Patents

A method of manufacturing an illumination optical device, a lighting method, an exposure method, and an element manufacturing method Download PDF

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Description

照明光學裝置之製造方法、照明方法、曝光方法、以及元件製造方法
本發明係關於照明光學系統、曝光裝置、以及元件製造方法，特別是關於一種照明光學系統，其適合於用以在微影製程來製造半導體元件、攝影元件、液晶顯示元件、及薄膜磁頭等元件之曝光裝置。又，本發明亦關於一種光學元件，其係與用以在微影製程來製造半導體元件、攝影元件、液晶顯示元件、及薄膜磁頭等元件之曝光裝置用照明光學系統一起使用。
此種典型之曝光裝置中，從光源射出之光束係透過作為光學積分器之複眼透鏡，形成由多數個光源構成之實質上為面光源的二次光源(一般而言，係照明光瞳之既定光強度分布)。以下，將在照明光瞳之光強度分布稱為「照明光瞳亮度分布」。又，照明光瞳係定義為藉由照明光瞳與被照射面(曝光裝置之情形下為光罩或晶圓)之間之光學系統的作用，使被照射面成為照明光瞳之傅立葉轉換面的位置。
來自二次光源之光束係藉由聚光透鏡聚光後，重疊照明形成有既定圖案之光罩。透射過光罩之光則透過投影光學系統成像於晶圓上。以此方式，光罩圖案即投影曝光(轉印)於晶圓上。此外，形成於光罩之圖案係經高度集成化，藉由在晶圓上獲得均勻之照度分布，便可將此微細圖案正確地轉印於晶圓上。
以往，已有提案一種照明光學裝置(參照日本特開2002-353105號公報)，其可將照明光瞳亮度分布(進而照明條件)連續地予以變更。
日本特開2002-353105號公報所揭示之習知照明光學裝置中，係使用藉由排列成陣列狀且能個別驅動控制傾斜角及傾斜方向之多數個微小元件鏡所構成的可動複數鏡，將入射光束依各反射面分割成微小單位並加以偏向，以將光束之截面轉換成所欲之形狀或所欲之大小。
然而，可動複數鏡等空間光調變器容易因光照射而劣化，且在劣化後必須進行空間光調變器之更換作業。由於在空間光調變器更換作業之期間無法使用曝光裝置，因此元件之生產性會降低。
本發明係有鑑於前述課題而構成，其目的在於提供一種照明光學系統，其可實現富多樣性之照明條件，且在應用於曝光裝置時可達成元件生產性之提升。又，本發明之目的在於提供一種曝光裝置，其係使用可實現富多樣性之照明條件的照明光學系統，並能在對應圖案特性而實現之適切照明條件下進行良好曝光。
又，本發明之目的在於提供一種與照明光學系統一起使用之光學元件，其係在例如應用於曝光裝置時，可實現對應圖案特性之適切照明條件，並可達成元件生產性之提升。
本發明之第1實施形態之照明光學系統，係藉由來自光源之光照明被照射面，其特徵在於，具備：第1光路，繞射 光學元件可配置於其第1位置；第2光路，具有二維排列並可個別控制之複數個光學元件的空間光調變器可配置於其第2位置；以及第3光路，係經過該第1光路及該第2光路中之至少一者之光的光路，並配置有分布形成光學系統；該分布形成光學系統，係藉由經過該第1及第2光路中之至少一者之光，於位在該第3光路中之照明光瞳形成既定光強度分布。
本發明之第2實施形態之照明光學系統，係藉由來自光源之光照明被照射面，其特徵在於，具備：空間光調變器，具有二維排列並可個別控制之複數個光學元件；以及分布形成光學系統，係藉由透射過該空間光調變器之光，於照明光瞳形成既定光強度分布；該空間光調變器之該複數個光學元件，係選擇性位於該照明光學系統之光路內之位置及該照明光學系統之光路外之位置之間。
本發明之第3實施形態之照明光學系統，係藉由來自光源之光照明被照射面，其特徵在於，具備：繞射光學元件，可插入該照明光學系統之光路中的第1位置；空間光調變器，可插入該第1位置或與該第1位置光學共軛之第2位置，並具有二維排列且可個別控制之複數個光學元件；以及分布形成光學系統，係藉由透射過該繞射光學元件及該空間光調變器中之至少一者之光，於照明光瞳形成既定光強度分布。
本發明之第4實施形態之曝光裝置，其特徵在於：具備用以照明既定圖案之第1實施形態至第3實施形態中任一種之照明光學系統，並將該既定圖案曝光於感光性基板。
本發明之第5實施形態之光學元件之製造方法，該光學元件係藉由來自光源之光以形成既定照明光瞳亮度分布，應用於藉由來自該既定照明光瞳亮度分布之光，將既定圖案曝光於基板的曝光裝置，其特徵在於，具有：第1步驟，將該既定圖案設定於該曝光裝置內；第2步驟，為了形成所欲之照明光瞳亮度分布，使用空間光調變器調變來自該光源之光；第3步驟，藉由以該空間光調變器調變之光，將設定於該曝光裝置內之該既定圖案曝光於該基板；第4步驟，測量曝光於該基板之被曝光圖案；第5步驟，根據以該第4步驟測量之該被曝光圖案調節照明光瞳亮度分布；以及第6步驟，根據使該被曝光圖案曝光時所使用之照明光瞳亮度分布的資訊，製造該光學元件。
本發明之第6實施形態之曝光裝置，其特徵在於：具備使用透射過第5實施形態之光學元件之照明光以照明既定圖案之照明光學系統，並將該既定圖案曝光於感光性基板。
本發明之第7實施形態之元件製造方法，其特徵在於，包含：曝光步驟，係使用第6實施形態之曝光裝置，將該既定圖案曝光於該感光性基板；顯影步驟，使轉印有該圖案之該感光性基板顯影，將對應該圖案形狀之光罩層形成於該感光性基板之表面；以及加工步驟，透過該光罩層進行該感光性基板之表面的加工。
本發明之實施形態之照明光學系統，在應用於例如曝光裝置時，藉由使用空間光調變器使照明光瞳亮度分布變化並反覆進行實際之曝光，即可迅速找出對應待轉印圖案之特性的適切照明光瞳亮度分布。此外，藉由使用設計且 製造成可形成適切照明光瞳亮度分布之繞射光學元件以取代空間光調變器，即可開始用以進行元件量產之曝光。其結果，藉由使用空間光調變器而迅速決定適切之照明光瞳亮度分布，即可縮短從照明條件之調整轉移至元件量產之時間，並藉由使用耐久性高於空間光調變器之高繞射光學元件來進行元件之量產，可達成元件生產性之提升。
以此方式，本發明之實施形態之照明光學系統即可實現富多樣性之照明條件，且在應用於曝光裝置時可達成元件生產性之提升。
又，本發明之實施形態之曝光裝置，使用可實現富多樣性之照明條件的照明光學系統，並可在對應圖案特性而實現之適切照明條件下進行良好曝光，進而能以高生產性來製造良好之元件。
本發明之實施形態之光學元件之製造方法，係藉由使用空間光調變器使照明光瞳亮度分布變化並反覆進行實際之曝光，即可迅速找出對應待轉印圖案之特性的適切照明光瞳亮度分布，並藉由製造光學元件來形成所找出之適切照明光瞳亮度分布，以開始用以進行元件量產之曝光。其結果，藉由使用空間光調變器而迅速決定適切之照明光瞳亮度分布，即可縮短從照明條件之調整轉移至元件量產之時間，並藉由使用耐久性高於空間光調變器之高繞射光學元件來進行元件之量產，可達成元件生產性之提升。
以此方式，本發明之實施形態之光學元件之製造方法，即可實現對應圖案特性之照明條件，且亦可達成元件生產性之提升。換言之，本發明之實施形態之曝光裝置， 使用照明光學系統(使用透射過依據本發明之實施形態所製造之光學元件的照明光以照明既定圖案)，可在對應圖案特性而實現之適切照明條件下進行良好曝光，進而能以高生產性來製造良好之元件。
1‧‧‧光源
3‧‧‧空間光調變器
3a‧‧‧空間光調變器之複數個鏡元件
4‧‧‧控制部
5‧‧‧中繼光學系統
6‧‧‧繞射光學元件
7‧‧‧無焦點透鏡
9‧‧‧圓錐轉向鏡系統
10‧‧‧變焦透鏡
11‧‧‧圓柱形微複眼透鏡
12‧‧‧聚光光學系統
13‧‧‧光罩遮簾
14‧‧‧成像光學系統
AS‧‧‧孔徑光闌
M‧‧‧光罩
PL‧‧‧投影光學系統
W‧‧‧晶圓
圖1係概略表示本發明之實施形態之曝光裝置的構成圖。
圖2係概略表示圓柱形微複眼透鏡之構成的立體圖。
圖3係表示本發明之實施形態之光學元件之製造步驟的流程圖。
圖4係概略表示將光路彎折反射鏡附設於空間光調變器之前之變形例的主要部分構成圖。
圖5係概略表示將空間光調變器之複數個鏡元件對光軸呈90度設置之變形例的主要部分構成圖。
圖6(a),(b),(c)係概略表示可將平面鏡插入緊接著固設之空間光調變器之複數個鏡元件前方之變形例的主要部分構成圖。
圖7係表示半導體元件之製造步驟的流程圖。
圖8係表示液晶顯示元件等之液晶元件之製造步驟的流程圖。
圖9係概略表示本發明之實施形態之變形例之曝光裝置的構成圖。
根據附加圖式以說明本發明之實施形態。圖1係概略表示本發明之實施形態之曝光裝置的構成圖。圖1中，將沿著 感光性基板之晶圓W的法線方向設定為Z軸，將在晶圓W面內平行於圖1之紙面的方向設定為Y軸，將在晶圓W面內垂直於圖1之紙面的方向設定為X軸。參照圖1，來自光源1之曝光用光(照明光)係供應於本實施形態之曝光裝置。
光源1可使用例如供應波長為193nm之光的ArF準分子雷射光源或供應波長為248nm之光的KrF準分子雷射光源。從光源1所射出之光，係藉由整形光學系統2擴大成所欲截面形狀之光束後，射入空間光調變器3。空間光調變器3具有二維排列之複數個鏡元件(一般稱為光學元件)3a、及用以個別控制驅動複數個鏡元件3a之姿勢的驅動部3b。驅動部3b係依據來自控制部4之指令，來個別控制驅動複數個鏡元件3a之姿勢。針對空間光調變器3之構成及作用將於後述。
空間光調變器3，係以可對照明光路插脫之方式構成，並能與平面鏡(或稜鏡)PM更換。空間光調變器3及平面鏡PM對照明光路之插脫，係依據來自控制部4之指令進行。以空間光調變器3或平面鏡PM反射之光，係透過中繼光學系統5及繞射光學元件6射入無焦點透鏡7。繞射光學元件6係以可對照明光路插脫自如之方式構成，並以可與於其遠場形成不同之光強度分布之其他繞射光學元件更換的方式構成。繞射光學元件6對照明光路之插脫，係依據來自控制部4之指令進行。
一般而言，繞射光學元件係藉由將具有曝光用光(照明光)之波長左右之間距的段差形成於基板所構成，具有將入射束繞射至所欲之角度的作用。以下，為了使曝光裝置之 基本動作易於理解，係以於照明光路中設置平面鏡PM以取代空間光調變器3，並設置輪帶照明用繞射光學元件作為繞射光學元件6。中繼光學系統5，係以使設置有平面鏡PM或空間光調變器3之位置(嚴格來說，係平面鏡PM或空間光調變器3之反射面與光軸AX交叉之位置)、與設置有繞射光學元件6之位置(嚴格來說，係繞射光學元件6之繞射面的位置)為光學共軛的方式所構成。
輪帶照明用繞射光學元件6具有當具有矩形截面之平行光束射入時，進行該光束之波面分割並於其遠場(或夫朗和斐繞射區域)形成輪帶狀光強度分布的功能。無焦點透鏡7係一種無焦點光學系統，設置成其前側焦點位置與繞射光學元件6之位置為大致一致且其後側焦點位置與圖中虛線所示之既定面8之位置為大致一致。因此，射入繞射光學元件6之大致平行光束，於無焦點透鏡7之光瞳面形成輪帶狀光強度分布後，即以輪帶狀角度分布從無焦點透鏡7射出。
無焦點透鏡7之前側透鏡群7a與後側透鏡群7b間之光路中，於其光瞳面之位置或其附近之位置，設置有圓錐轉向鏡系統9。圓錐轉向鏡系統9之構成及作用將於後述。透射過無焦點透鏡7之光束，係透過σ值(σ值=照明光學裝置之光罩側數值孔徑/投影光學系統之光罩側數值孔徑)可變用變焦透鏡10，射入圓柱形微複眼透鏡11。
如圖2所示，圓柱形微複眼透鏡11係由設置於光源側之第1複眼構件11a與設置於光罩側之第2複眼構件11b所構成。於第1複眼構件11a之光源側之面及第2複眼構件11b之光源側之面，分別以間距p1形成有排列於X方向之 圓柱形透鏡群11aa及11ba。
另一方面，於第1複眼構件11a之光罩側之面及第2複眼構件11b之光罩側之面，分別以間距p2(p2>p1)形成有排列於Z方向之圓柱形透鏡群11ab及11bb。當著眼於在圓柱形微複眼透鏡11之X方向的折射作用(亦即在XY平面之折射作用)時，沿光軸AX射入之平行光束，即藉由形成在第1複眼構件11a之光源側的圓柱形透鏡群11aa，沿X方向以間距p1進行波面分割，在該折射面受到聚光作用後，在形成於第2複眼構件11b之光源側之圓柱形透鏡群11ba中相對應之圓柱形透鏡的折射面受到聚光作用，而聚光於圓柱形微複眼透鏡11之後側焦點面上。
另一方面，當著眼於在圓柱形微複眼透鏡11之Z方向的折射作用(亦即在YZ平面之折射作用)時，沿光軸AX射入之平行光束，即藉由形成在第1複眼構件11a之光罩側的圓柱形透鏡群11ab，沿Z方向以間距p2進行波面分割，在該折射面受到聚光作用後，在形成於第2複眼構件11b之光罩側之圓柱形透鏡群11bb中相對應之圓柱形透鏡的折射面受到聚光作用，而聚光於圓柱形微複眼透鏡11之後側焦點面上。
以此方式，圓柱形微複眼透鏡11雖係藉由兩側面設置有圓柱形透鏡群之第1複眼構件11a與第2複眼構件11b所構成，但亦可發揮與微複眼透鏡相同之光學功能，其中該微複眼透鏡係將於X方向具有p1尺寸且於Z方向具有p2尺寸之多數個矩形微小折射面縱橫且稠密地加以一體成形。圓柱形微複眼透鏡11中，可將因微小折射面之面形狀 之偏差所造成之歪曲像差的變化抑制於較小，而可將例如藉由蝕刻加工而一體成形之多數個微小折射面之製造誤差對照度分布所造成之影響抑制於較小。
既定面8之位置係設置於變焦透鏡10之前側焦點位置的附近，圓柱形微複眼透鏡11之入射面則設置於變焦透鏡10之後側焦點位置的附近。換言之，變焦透鏡10係將既定面8與圓柱形微複眼透鏡11之入射面實質上設置成傅立葉轉換之關係，進而將無焦點透鏡7之光瞳面與圓柱形微複眼透鏡11之入射面配置成大致光學共軛。
因此，與無焦點透鏡7之光瞳面同樣地，於圓柱形微複眼透鏡11之入射面上形成有例如以光軸AX為中心之輪帶狀照野。該輪帶狀照野之整體形狀，係取決於變焦透鏡10之焦點距離而相似地變化。圓柱形微複眼透鏡11中作為波面分割單位之矩形微小折射面，係與在光罩M上待形成之照野形狀(進而為在晶圓W上待形成之曝光區域的形狀)相似的矩形。
射入圓柱形微複眼透鏡11之光束係二維分割，於其後側焦點面或其附近(進而為照明光瞳)，形成有與藉由入射光束所形成之照野具有大致相同光強度分布的二次光源，亦即由以光軸AX為中心之輪帶狀之實質面光源構成的二次光源。來自形成於圓柱形微複眼透鏡11之後側焦點面或其附近之二次光源的光束，係射入設置於其附近之孔徑光闌AS。
孔徑光闌AS具有輪帶狀開口部(光透射部)，其係對應形成於圓柱形微複眼透鏡11之後側焦點面或其附近之輪帶 狀二次光源。孔徑光闌AS係構成為可對照明光路插脫自如，並以可與具有大小及形狀不同之開口部的複數個孔徑光闌切換的方式所構成。孔徑光闌之切換方式可使用例如公知之旋轉方式或滑動方式等。孔徑光闌AS係設置於與後述投影光學系統PL之入射光瞳面大致光學共軛之位置，以規定有助於二次光源之照明的範圍。
來自受孔徑光闌AS限制之二次光源的光，係透過聚光光學系統12以重疊方式照明光罩遮簾13。以此方式，於作為照明視野光闌之光罩遮簾13，即形成對應圓柱形微複眼透鏡11之波面分割單位之矩形微小折射面形狀與焦點距離的矩形照野。透射過光罩遮簾13之矩形開口部(光透射部)的光束，受到成像光學系統14之聚光作用後，即以重疊方式照明形成有既定圖案之光罩M。亦即，成像光學系統14係將光罩遮簾13之矩形開口部的像形成於光罩M上。
透射過保持於光罩載台MS上之光罩M的光束，即透過投影光學系統PL，將光罩圖案像形成於保持在晶圓載台WS上之晶圓(感光性基板)W上。以此方式，一邊在與投影光學系統PL之光軸AX正交之平面(XY平面)內以二維方式驅動控制晶圓載台WS，進而一邊以二維方式驅動控制晶圓W，進行一次曝光或掃描曝光，藉此即可於晶圓W之各曝光區域使光罩M之圖案依序曝光。
此外，藉由將例如複數極照明用(2極照明用、4極照明用、及8極照明用等)繞射光學元件或圓形照明用繞射光學元件等具有適當特性之繞射光學元件設定於照明光路中，以取代輪帶照明用繞射光學元件6，即可進行各種形態之變 形照明。繞射光學元件之切換方式，可使用例如公知之旋轉方式或滑動方式等。
圓錐轉向鏡系統9，從光源側起依序係由將平面朝向光源側且將凹圓錐狀之折射面朝向光罩側的第1稜鏡構件9a、及將平面朝向光罩側且將凸圓錐狀之折射面朝向光源側的第2稜鏡構件9b構成。此外，第1稜鏡構件9a之凹圓錐狀的折射面與第2稜鏡構件9b之凸圓錐狀的折射面，係以彼此可抵接之方式而形成互補。又，第1稜鏡構件9a及第2稜鏡構件9b中至少一者之構件係構成為可沿光軸AX移動，且第1稜鏡構件9a之凹圓錐狀的折射面與第2稜鏡構件9b之凸圓錐狀的折射面之間隔係構成為可變。以下，為了易於理解，係著眼於輪帶狀二次光源來說明圓錐轉向鏡系統9之作用及變焦透鏡10之作用。
在第1稜鏡構件9a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件9b之凸圓錐狀折射面彼此抵接之狀態下，圓錐轉向鏡系統9具有平行平面板之功能，而不會對所形成之輪帶狀二次光源造成影響。然而，若使第1稜鏡構件9a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件9b之凸圓錐狀折射面分離時，輪帶狀二次光源之寬度(輪帶狀二次光源之外徑與內徑之差的1/2)還是會保持一定，而輪帶狀二次光源之外徑(內徑)則會變化。亦即，輪帶狀二次光源之輪帶比(內徑/外徑)及大小(外徑)會產生變化。
變焦透鏡10具有相似地擴大或縮小輪帶狀二次光源之整體形狀的功能。例如，藉由使變焦透鏡10之焦點距離從最小值擴大至既定值，輪帶狀二次光源之整體形狀即可相 似擴大。換言之，藉由變焦透鏡10之作用，輪帶狀二次光源之輪帶比不會變化，而其寬度及大小(外徑)則會一起變化。如此，藉由圓錐轉向鏡系統9及變焦透鏡10之作用，即可控制輪帶狀二次光源之輪帶比與大小(外徑)。
本實施形態中，空間光調變器3係使用例如使二維排列之複數個鏡元件3a的方向分別連續變化的空間光調變器。此種空間光調變器，可使用例如以下所揭示之空間光調變器，亦即日本特表平10-503300號公報及與此對應之歐洲專利公開第779530號公報、日本特開2004-78136號公報及與此對應之美國專利第6,900,915號公報、日本特表2006-524349號公報及與此對應之美國專利第7,095,546號公報、及日本特開2006-113437號公報。
以下，參照圖3針對繞射光學元件之製造方法的實施形態作說明。圖3係表示光學元件(繞射光學元件)之製造步驟的流程圖。如圖3所示，將具備用以使量產元件曝光之圖案的光罩M設定於曝光裝置內(步驟S101)。換言之，將具備用以使量產元件曝光之圖案的光罩M裝載於曝光裝置內之光罩載台MS上。此外，該光罩M之圖案可具有OPC(光學接近修正)圖案(用以修正光學接近效果之圖案)，或亦可是並非與形成於曝光面(像面)之光圖案大致相似之圖案。
其次，在用以使元件量產之曝光前調整照明光瞳亮度分布亦即調整照明條件時，係將空間光調變器3插入照明光路以取代平面鏡PM，並使繞射光學元件6從照明光路退開。空間光調變器3係依據來自控制部4之控制訊號，分別改變複數個鏡元件3a之姿勢，以將各鏡元件3a分別設定於 既定方向。藉由空間光調變器3之複數個鏡元件3a分別以既定角度反射之光，係於中繼光學系統5之光瞳面形成對應從控制部4對複數個鏡元件3a之控制訊號的光強度分布。
於中繼光學系統5之光瞳面形成既定光強度分布之光，即於無焦點透鏡7之光瞳面、圓柱形微複眼透鏡11之入射面、及圓柱形微複眼透鏡11之後側焦點面或其附近之照明光瞳(設置有孔徑光闌AS之位置)，形成相同之光強度分布(亦即照明光瞳亮度分布)(步驟S102)。亦即，中繼光學系統5、無焦點透鏡7、變焦透鏡10、及圓柱形微複眼透鏡11係構成一種分布形成光學系統，以藉由透射過空間光調變器3之光於照明光瞳形成既定光強度分布。
另一方面，無焦點透鏡7、變焦透鏡10、及圓柱形微複眼透鏡11則構成一種分布形成光學系統，以藉由透射過繞射光學元件6之光於照明光瞳形成既定光強度分布。此外，在使用繞射光學元件6時，對應該繞射圖案於照明光瞳所形成之光強度分布亦即照明光瞳亮度分布係固定。相對於此，在使用空間光調變器3時，依據從控制部4對複數個鏡元件3a之控制訊號，即可使照明光瞳亮度分布迅速且改變自如。亦即，空間光調變器3雖在於照明光瞳形成既定光強度分布之點上與繞射光學元件6類似，但以可變方式於照明光瞳形成光強度分布之點則與繞射光學元件6不同。
曝光裝置中，為了將光罩M之圖案以高精度且忠實地轉印於晶圓W，在對應圖案特性之適切照明條件下來進行曝光係相當重要，特別是找出對應圖案特性之適切照明光瞳亮度分布極為重要。本實施形態中，在將空間光調變器3 插入照明光路以取代平面鏡PM，並使繞射光學元件6從照明光路退開之狀態下，一邊使用空間光調變器3使照明光瞳亮度分布改變一邊反覆進行實際之曝光，藉此即可迅速找出對應光罩M之圖案特性之適切照明光瞳亮度分布。
具體而言，係在將空間光調變器3插入照明光路以取代平面鏡PM，並使繞射光學元件6從照明光路退開之狀態下，使用空間光調變器3來形成照明光瞳亮度分布，藉由來自該照明光瞳亮度分布之光，於塗布有光阻(感光性材料)之晶圓W進行實際之曝光(步驟S103)。
接著，進行曝光後之晶圓W的顯影，並測量顯影後之光阻圖案(步驟S104)。此外，該步驟S104中，雖測量顯影後之光阻圖案，不過亦可以光阻圖案為硬質光罩進行晶圓W表面之加工，再測量加工後之晶圓W上的圖案。於該加工中包含例如晶圓W表面之蝕刻及金屬膜等之成膜的至少一種。
之後，判斷被曝光圖案(光阻圖案及加工後之晶圓W上之圖案之至少一者的圖案)相對於欲製得之實際元件圖案是否在容許範圍內(步驟S105)。此處，容許範圍亦可設為欲製得之實際元件圖案與被曝光圖案之形狀誤差的容許範圍。又，為了考量接續於曝光步驟所進行之對晶圓W表面之加工處理時的誤差等以決定容許範圍，亦可使用加工後之晶圓W上的圖案作為被曝光圖案。
該步驟S105中，當判斷為被曝光圖案係在容許範圍外時，則藉由空間光調變器3調節照明光瞳亮度分布之後，轉移至步驟S103(步驟S108)。接著，直至判斷為被曝光圖案 係在容許範圍內為止，反覆執行步驟S103~S105,S108。
如此，在步驟S105中，當判斷為被曝光圖案係在容許範圍內時，即結束照明光瞳亮度分布之調節(步驟S106)，並根據使該容許範圍內之被曝光圖案曝光時所使用之照明光瞳亮度分布的資訊，製造光學元件(步驟S107)。此外，在使用繞射光學元件作為光學元件時，可依據例如美國專利第5,850,300號公報及美國專利公開第2008/0074746號公報所揭示之製造方法製造光學元件。
接著，以上述方式，在設計/製造繞射光學元件6並插入照明光路，且將平面鏡PM插入照明光路以取代空間光調變器3之狀態下，開始進行元件量產之曝光，其中該繞射光學元件6具有用以形成使用空間光調變器3所找出之適切照明光瞳亮度分布的特性。其結果，藉由使用空間光調變器3迅速決定適切之照明光瞳亮度分布，即可縮短從照明條件之調整轉移至元件之量產的時間，並藉由使用耐久性高於空間光調變器3之繞射光學元件6來進行元件之量產，即可達成元件生產性之提升。此外，由於繞射光學元件之設計及製造較耗時，因此以切換特性不同之繞射光學元件並找出適切之照明光瞳亮度分布的方法，為了從照明條件之調整轉移至元件之量產必須耗費非常多的時間。
此處，可將能設置繞射光學元件6之照明光路視為第1光路，並將能插入繞射光學元件6之位置視為第1位置。此外，本說明書中，「光路」係指在使用狀態下有意地使光通過之路徑。
可將能設置空間光調變器3之照明光路視為第2光路， 並將能插入空間光調變器3之位置視為第2位置。本實施形態中，第2位置係與第1位置光學共軛之位置。此外，在實用上無問題之範圍內亦可將第2位置從與第1位置光學共軛之位置移開。
可將設置有分布形成光學系統之照明光路視為第3光路。第3光路可設為經過第1光路及該第2光路中至少一者之光的光路。
又，本實施形態中，在插入空間光調變器3且使繞射光學元件6退開至光路外時、在插入平面鏡PM以取代空間光調變器3且將繞射光學元件6插入照明光路中時、及在插入空間光調變器3且插入繞射光學元件6時之任一情況下，均可將從整形光學系統2起至無焦點透鏡7之前側透鏡群7a為止之光路視為第1光路，將從整形光學系統2起至無焦點透鏡7之前側透鏡群7a為止之光路視為第2光路，將圓錐轉向鏡系統9之後之光學系統的光路視為第3光路。
平面鏡PM係藉由插脫於該第2位置，而具有選擇部之功能，而可對來自光源1之光選擇切換導向設置在第1光路之繞射光學元件6的情況與導向設置在第2位置之空間光調變器3的情況。亦即，藉由將平面鏡PM插入第2位置，且使空間光調變器3從第2位置退開，即可將來自光源1之光導向設置於第1光路之繞射光學元件6。或者，藉由使平面鏡PM從第2位置退開，並將空間光調變器3插入第2位置，即可將來自光源1之光導向設置於第2光路之空間光調變器3。
如以上所述，以本實施形態之照明光學系統(2~14)， 可實現富多樣性之照明條件，並在應用於曝光裝置時可達成元件生產性之提升。又，本實施形態之曝光裝置(2~WS)中，係使用可實現富多樣性之照明條件的照明光學系統(2~14)，而可在對應光罩M之圖案特性所實現之適切照明條件下進行良好之曝光，進而可以高生產性來製造良好之元件。又，本實施形態之曝光裝置，係使用空間光調變器3來調整照明光瞳亮度分布，而實現與舊曝光裝置經時變化後之照明條件大致相同的照明條件，藉此即可進行與舊曝光裝置之匹配曝光。
此外，本實施形態中，不僅可進行與舊曝光裝置之匹配，亦可進行同種類之曝光裝置間的匹配。即使是同種類之曝光裝置，當OPE(光學接近效果)不同時特別有效。在光罩M之圖案包含OPC圖案(用以修正光學接近效果之圖案)時，由於被曝光圖案之形狀誤差相對於照明光瞳亮度分布之誤差的感度往往較高，因此本實施形態之方法特別有效。
此外，上述說明中，當元件量產時係將繞射光學元件6插入照明光路，並將平面鏡PM插入照明光路以取代空間光調變器3。然而，亦可省略平面鏡PM之設置，而將空間光調變器3固定設置於照明光路中。此種情況下，當元件量產時係調整複數個鏡元件3a之姿勢，以使空間光調變器3發揮平面鏡之功能。或者，當元件量產時亦可調整複數個鏡元件3a之姿勢，以藉由空間光調變器3與繞射光學元件6之結合來形成所欲之照明光瞳亮度分布。
又，上述說明中，空間光調變器3與繞射光學元件6係以隔著中繼光學系統5設置於光學共軛之位置的方式所 構成。然而，並不限於此，使照明光路中設置有空間光調變器3之位置與照明光路中設置有繞射光學元件6之位置一致的構成亦可。具體而言，將平面鏡PM固定設置於照明光路中，而省略中繼光學系統5之設置，並將空間光調變器3及繞射光學元件6中之任一者插入圖1中設置有繞射光學元件6之位置的構成亦可。然而，此種情形下，僅空間光調變器3及繞射光學元件6中之任一者才可設置於照明光路中，而無法藉由空間光調變器3與繞射光學元件6之結合來形成所欲之照明光瞳亮度分布。
又，上述說明中，係使用可個別控制二維排列之複數個反射面之方向(傾斜)的空間光調變器，作為具有可個別控制二維排列之複數個光學元件的空間光調變器。然而，並不限於此，亦可使用例如可個別控制二維排列之複數個反射面之高度(位置)的空間光調變器。此種空間光調變器，可使用例如以下所揭示之空間光調變器，亦即日本特開平6-281869號公報及與此對應之美國專利第5,312,513號公報、以及日本特表2004-520618號公報及與此對應之美國專利第6,885,493號公報之圖1d。該等空間光調變器中，可藉由形成二維之高度分布而賦予入射光與繞射面相同之作用。
此外，亦可將上述具有二維排列之複數個反射面的空間光調變器，依據下述所揭示之內容來加以變形，亦即例如日本特表2006-513442號公報及與此對應之美國專利第6,891,655號公報、以及日本特表2005-524112號公報及與此對應之美國專利公開第2005/0095749號公報。又，上述 說明中，雖使用具有複數個鏡元件3a之反射型空間光調變器3，但並不限於此，亦可使用例如美國專利第5,229,872號公報所揭示之透射型空間光調變器。
上述實施形態中，雖將繞射光學元件6視為光學元件，但亦可將折射光學元件視為光學元件，該折射光學元件係將入射束折射成所欲之角度並於其遠場形成所欲之光強度分布。例如在具有矩形截面之平行光束射入時，該折射光學元件亦可具有進行該光束之波面分割並於其遠場(或夫朗和斐繞射區域)形成所欲(例如輪帶狀、多極狀)之光強度分布的功能。
此外，上述實施形態中，雖由於構成空間光調變器3之複數個鏡元件3a的排列面係對光軸AX設置成45度，因此與光軸AX交叉之中心部的鏡元件3a，係透過中繼光學系統5設置於與繞射光學元件6共軛之位置，但中心部以外之其他鏡元件3a其位置係從與繞射光學元件6共軛之位置偏移。此時，為了將鏡元件3a之位置從與繞射光學元件6共軛位置偏移對照明光瞳亮度分布之形成所造成的影響抑制至最小，亦可使用較暗之光學系統(具有較小數值孔徑之光學系統)作為中繼光學系統5。
此外，使用較亮之光學系統(具有較高數值孔徑之光學系統)作為中繼光學系統5時，如圖4所示，係於空間光調變器3之前附設光路彎折反射鏡21，以將光對構成空間光調變器3之複數個鏡元件3a的入射角度調整至既定角度以下，藉此即可將空間光調變器3之鏡元件3a的位置偏移對照明光瞳亮度分布之形成所造成的影響抑制至最小。
又，如該圖4所示，藉由使位於空間光調變器3之入射側之光學系統的光軸AX1與空間光調變器3之複數個鏡元件3a之排列面的法線所構成之角度小於45度，可使入射光對空間光調變器3之複數個鏡元件3a大致接近於垂直入射。此時，會具有從位於射出側之光學系統觀看時，空間光調變器3之複數個鏡元件3a之長寬比不受壓縮或伸展的優點。
又，上述實施形態中，構成空間光調變器3之複數個鏡元件3a相對於光軸AX雖設置成45度，但如圖5所示，將空間光調變器3之複數個鏡元件3a的排列面相對於光軸AX設置成90度之構成亦可。圖5之變形例中，具備有設置於整形光學系統2與空間光調變器3間之光路中的偏振分束器31、及設置於偏振分束器31與空間光調變器3之複數個鏡元件3a間之光路中的1/4波長板32。
因此，透射過整形光學系統2相對於偏振分束器31之偏振分離面以S偏振狀態射入之光，即在偏振分束器31反射並藉由1/4波長板32轉換成圓偏振後，射入空間光調變器3之複數個鏡元件3a。在空間光調變器3之複數個鏡元件3a反射之圓偏振狀態之光，藉由1/4波長板32轉換成P偏振後，即透射過偏振分束器31而射入中繼光學系統5。此外，空間光調變器3係以能與平面鏡PM更換之方式構成。
圖5之變形例中，由於空間光調變器3之複數個鏡元件3a的排列面係定位成與光軸AX正交，因此所有之鏡元件3a係透過中繼光學系統5與繞射光學元件6共軛。其結果，不同於圖1之實施形態及圖4之變形例，從與繞射光學元件 6之共軛位置之鏡元件3a的位置偏移，並不會產生對照明光瞳亮度分布之形成造成影響的問題。
又，上述實施形態及變形例中，係將平面鏡PM插入空間光調變器3之位置。然而，如圖6所示，將空間光調變器3固定設置，並將平面鏡PM插入緊接著空間光調變器3之複數個鏡元件3a前方的構成亦可。
此處，圖6(a)係表示將平面鏡PM設置成可插脫於圖1之實施形態中空間光調變器3之複數個鏡元件3a之入射側(射出側)光路的變形例，圖6(b)係表示將平面鏡PM設置成可插脫於圖4之變形例中空間光調變器3之複數個鏡元件3a之入射側(射出側)光路的變形例，圖6(c)係表示將平面鏡PM設置成可插脫於圖5之變形例中空間光調變器3之複數個鏡元件3a之入射側(射出側)光路的變形例。
以此方式，即使將空間光調變器3固定設置，並將平面鏡PM插入緊接著空間光調變器3之複數個鏡元件3a前方，藉此亦可使空間光調變器3之複數個鏡元件3a選擇性位於照明光學系統之光路內位置與照明光學系統之光路外位置之間。
又，圖6(a)~圖6(c)所示之變形例中，在當平面鏡PM及繞射光學元件6雙方均退開至照明光路外時、當平面鏡PM及繞射光學元件6雙方均插入照明光路內時、及平面鏡PM從照明光路退開且繞射光學元件6插入照明光路內時的任一情況下，皆可將從整形光學系統2起至無焦點透鏡7之前側透鏡群7a為止之光路視為第1光路，將從整形光學系統2起至無焦點透鏡7之前側透鏡群7a為止之光路視為 第2光路，將圓錐轉向鏡系統9之後之光學系統之光路視為第3光路。
平面鏡PM係藉由插脫於緊接著空間光調變器3前方之位置，而具有選擇部之功能，可對來自光源1之光選擇切換導向設置在第1光路之繞射光學元件6的情形與導向設置在第2位置之空間光調變器3的情形。亦即，藉由將平面鏡PM插入緊接著空間光調變器3前方之位置，即可將來自光源1之光導向設置在第1光路之繞射光學元件6。或者，藉由使平面鏡PM從緊接著空間光調變器3前方之位置退開，即可將來自光源1之光引導至設置在第2光路之空間光調變器3。
又，上述實施形態及變形例中，亦可使用稜鏡PM1以取代平面鏡PM。圖9係概略表示實施形態之曝光裝置中使用稜鏡PM1以取代平面鏡PM之變形例的構成圖。
此外，上述實施形態及變形例中，在使用空間光調變器3以形成照明光瞳亮度分布時，亦可以光瞳亮度分布測量裝置來測量照明光瞳亮度分布，並依該測量結果來控制空間光調變器3。此種技術已揭示於例如日本特開平2006-54328號公報、或日本特開2003-22967號公報及與此對應之美國專利公開第2003/0038225號公報。又，光瞳亮度分布測量裝置亦可使用美國專利公開第2008/0030707號公報所揭示者。
又，上述實施形態中，亦可使用根據既定電子資料來形成既定圖案的可變圖案形成裝置以取代光罩。若使用此種可變圖案形成裝置，則圖案即使是縱置亦可將對同步精 度所造成之影響減少至最低限度。此外，可變圖案形成裝置可使用例如DMD(Digital Micro-Mirror Device：數位微鏡元件)，其係包含根據既定電子資料來驅動的複數個反射元件。使用DMD之曝光裝置已揭示於例如日本特開2004-304135號公報、國際專利公開第2006/080285號小冊子。又，除了DMD等非發光型反射型空間光調變器以外，亦可使用透射型空間光調變器，或亦可使用自發光型影像顯示元件。此外，即使圖案面為橫置之情況下，亦可使用可變圖案形成裝置。
又，上述實施形態中，亦可應用所謂液浸法，其係以具有折射率大於1.1之介質(典型為液體)來充滿投影光學系統與感光性基板間之光路中的方法。此時，將液體充滿於投影光學系統與感光性基板間之光路中的方法，可採用以下諸方法，亦即如國際公開第WO99/49504號公報所揭示之局部充滿液體、如日本特開平6-124873號公報所揭示之使保持曝光對象之基板的載台在液槽之中移動、或如日本特開平10-303114號公報所揭示之將既定深度之液體槽形成於載台上並將基板保持於其中。
又，上述實施形態中，亦可應用美國專利公開第2006/0203214號公報、美國專利公開第2006/0170901號公報、以及美國專利公開第2007/0146676號公報所揭示之偏振照明方法。
上述實施形態之曝光裝置，係藉由組裝包含本專利申請範圍所列舉之各構成元件的各種次系統，以能保持既定之機械精度、電氣精度、光學精度之方式所製造。為確保 此等各種精度，於此組裝前後係對各種光學系統進行用以達成光學精度之調整、對各種機械系統進行用以達成機械精度之調整、對各種電氣系統進行用以達成電氣精度之調整。從各種次系統至曝光裝置之組裝製程，係包含各種次系統彼此之機械連接、電路之配線連接、氣壓迴路之配管連接等。當然，從各種次系統至曝光裝置之組裝製程前，係有各次系統個別之組裝製程。當各種次系統至曝光裝置之組裝製程結束後，即進行綜合調整，以確保曝光裝置整體之各種精度。此外，曝光裝置之製造可在溫度及真空度等皆受到管理之無塵室進行。
其次，針對使用上述實施形態之曝光裝置的元件製造方法作說明。圖7係表示半導體元件之製造步驟的流程圖。如圖7所示，半導體元件之製造步驟中，係將金屬膜蒸鍍於構成半導體元件之基板的晶圓W(步驟S40)，並將感光性材料之光阻塗布於該蒸鍍後之金屬膜上(步驟S42)。接著，使用上述實施形態之投影曝光裝置，將形成於光罩(標線片)M之圖案轉印於晶圓W上之各照射區域(步驟S44：曝光步驟)，並進行完成該轉印後之晶圓W的顯影，亦即進行轉印有圖案之光阻的顯影(步驟S46：顯影步驟)。之後，藉由步驟S46以產生於晶圓W表面之光阻圖案為光罩，對晶圓W表面進行蝕刻等之加工(步驟S48：加工步驟)。
此處，光阻圖案係指產生對應藉由上述實施形態之投影曝光裝置所轉印之圖案的形狀的凹凸之光阻層，且其凹部係貫通光阻層者。步驟S48中，係透過該光阻圖案來進行晶圓W表面之加工。於步驟S48所進行之加工中，包含例 如晶圓W表面之蝕刻或金屬膜等之成膜中之至少一者。此外，步驟S44中，上述實施形態之投影曝光裝置，係以塗布有光阻之晶圓W為感光性基板亦即基板P來進行圖案之轉印。
圖8係表示液晶顯示元件等液晶元件之製造步驟的流程圖。如圖8所示，液晶元件之製造步驟中，係依序進行圖案形成步驟(步驟S50)、彩色濾光片形成步驟(步驟S52)、單元組裝步驟(步驟S54)、以及模組組裝步驟(步驟S56)。
步驟S50之圖案形成步驟中，係使用上述實施形態之投影曝光裝置，將電路圖案及電極圖案等既定圖案形成於塗布有光阻之玻璃基板上作為基板P。於該圖案形成步驟中，包含曝光步驟，係使用上述實施形態之投影曝光裝置，於光阻層進行圖案轉印；顯影步驟，進行轉印有圖案之基板P的顯影亦即進行玻璃基板上之光阻層的顯影，以產生對應圖案形狀的光阻層；以及加工步驟，透過該顯影後之光阻層來進行玻璃基板表面之加工。
步驟S52之彩色濾光片形成步驟中，係形成彩色濾光片，其係將多數個對應R(Red：紅)、G(Green：綠)、及B(Blue：藍)之3個點之組排列成陣列狀，或將複數個R、G、B之3條條紋之濾光片之組排列於水平掃描方向。
步驟S54之單元組裝步驟中，係使用藉由步驟S50形成有既定圖案之玻璃基板與藉由步驟S52所形成之彩色濾光片來組裝液晶面板(液晶單元)。具體而言，例如係將液晶注入玻璃基板與彩色濾光片之間，藉此形成液晶面板。步驟S56之模組組裝步驟中，係對藉由步驟S54所組裝之液晶面 板安裝使該液晶面板進行顯示動作之電氣電路及背光等各種零件。
又，本發明並不限於應用在半導體元件製造用之曝光裝置，亦可廣泛應用於例如形成於方形玻璃板之液晶顯示元件或電漿顯示器等顯示裝置用的曝光裝置、或用以製造攝影元件(CCD等)、微型裝置、薄膜磁頭、以及DNA晶片等各種元件的曝光裝置。此外，本發明亦可應用於使光微影步驟來製造形成有各種元件之光罩圖案之光罩(光罩、標線片等)時的曝光步驟(曝光裝置)。
此外，上述實施形態中，雖使用ArF準分子雷射光(波長：193nm)或KrF準分子雷射光(波長：248nm)作為曝光用光，但並不限於此，對其他適當之雷射光源，例如供應波長為157nm之雷射光的F2雷射光源等亦可應用本發明。
又，上述實施形態中，雖在曝光裝置中對照明光罩之照明光學系統應用本發明，但並不限於此，對照明光罩以外之被照射面的一般照明光學系統亦可應用本發明。
以上所說明之實施形態，係為了使本發明易於理解而記載，而非為了限制本發明而記載。因此，上述實施形態所揭示之各元件，亦包含屬於本發明之技術範圍之所有設計變更或均等物之意旨。又，上述實施形態之各構成元件等，加以任意組合亦可。
1‧‧‧光源
2‧‧‧整形光學系統
3‧‧‧空間光調變器
3a‧‧‧空間光調變器之複數個鏡元件
3b‧‧‧驅動部
4‧‧‧控制部
5‧‧‧中繼光學系統
6‧‧‧繞射光學元件
7‧‧‧無焦點透鏡
7a‧‧‧前側透鏡群
7b‧‧‧後側透鏡群
8‧‧‧既定面
9‧‧‧圓錐轉向鏡系統
9a‧‧‧第1稜鏡構件
9b‧‧‧第2稜鏡構件
10‧‧‧變焦透鏡
11‧‧‧圓柱形微複眼透鏡
12‧‧‧聚光光學系統
13‧‧‧光罩遮簾
14‧‧‧成像光學系統
AS‧‧‧孔徑光闌
AX‧‧‧光軸
M‧‧‧光罩
MS‧‧‧光罩載台
PL‧‧‧投影光學系統
PM‧‧‧平面鏡
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓載台

Claims (14)

  1. 一種照明光學裝置之製造方法，該照明光學裝置具備為了以照明光照明設置於光罩之圖案而配置於該照明光之光路上的光學積分器、及配置於該光學積分器之入射側之該光路上的第一光學系統；其特徵在於，包含：將不同於該第一光學系統的第二光學系統與該第一光學系統進行交換；該第一光學系統具備空間光調變器與繞射光學元件中的一者；以及該第二光學系統具備該空間光調變器與該繞射光學元件中的另一者。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置之製造方法，其中，使該第二光學系統從該光路退開；將該第一光學系統插入該光路。
  3. 如申請專利範圍第2項之照明光學裝置之製造方法，其中，將該第一光學系統之該空間光調變器或該繞射光學元件配置在該光路中相對於該照明光學裝置之照明光瞳實質上光學共軛的位置。
  4. 如申請專利範圍第2項之照明光學裝置之製造方法，其中，將該第一光學系統之該空間光調變器或該繞射光學元件配置在該光路中相對於該光學積分器之入射面存在實質上為傅立葉轉換之關係的位置。
  5. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置之製造方法，其中，該空間光調變器包含沿著與該光路交叉之平面而配置的多個鏡元件、及能夠個別地變更該多個鏡元件之 姿勢的驅動部。
  6. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置之製造方法，其中，該空間光調變器反射該照明光，在該照明光學裝置之照明光瞳上形成對應該多個鏡元件之姿勢的光強度分布。
  7. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置之製造方法，其中，該照明光學裝置具備有反射鏡，該反射鏡係用於將往該空間光調變器之該照明光之入射角度設定成小於45度的角度。
  8. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置之製造方法，其中，該照明光學裝置具備有反射鏡，該反射鏡係用於彎曲該光路；該反射鏡及該空間光調變器，以使相對於由該反射鏡與該空間光調變器構成之組合為入射側的該光路與射出側之該光路平行的方式配置。
  9. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置之製造方法，其中，該繞射光學元件使該照明光繞射而在該照明光學裝置之照明光瞳上形成既定的光強度分布。
  10. 一種照明方法，其特徵在於其包含：藉由申請專利範圍第1至9項中任一項之照明光學裝置之製造方法，使用製造出的照明光學裝置，以照明光照明設置於光罩之圖案。
  11. 一種曝光方法，其特徵在於其包含：使用申請專利範圍第10項之照明方法，以照明光照明設置於光罩之圖案；以及 透過該光罩，以該照明光對基板進行曝光。
  12. 如申請專利範圍第11項之曝光方法，其包含：藉由投影光學系統，將以該照明光照明的該圖案之像投影至該基板。
  13. 如申請專利範圍第12項之曝光方法，其包含：將液體設於該投影光學系統與該基板之間；以及將該圖案之像透過該液體投影至該基板。
  14. 一種元件製造方法，其特徵在於包含：使用申請專利範圍第11至13項中任一項之曝光方法，以照明光對基板進行曝光；以及對經該照明光曝光之該基板進行顯影。
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