TWI837434B

TWI837434B - 照明光學系統、曝光裝置、及物品製造方法

Info

Publication number: TWI837434B
Application number: TW109138409A
Authority: TW
Inventors: 村上瑞真
Original assignee: 日商佳能股份有限公司
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2024-04-01

Abstract

[課題] 提供有利於被照明面中的照明區域的調整的高精度化的照明光學系統。 [解決手段] 一種照明光學系統，利用來自光源的光照明被照明面，具有：使從入射端面入射的來自前述光源的光在內面進行複數次反射的光學積分器；在前述被照明面形成前述光學積分器的射出端面的像的成像光學系統；藉由將前述光學積分器的前述入射端面中的位置作為旋轉中心使前述光學積分器傾斜來調整前述光學積分器的光軸的調整部。

Description

照明光學系統、曝光裝置、及物品製造方法

本發明係有關於照明光學系統、曝光裝置、及物品製造方法。

用於半導體裝置等的製造的曝光裝置，將形成於原版(光罩等)的圖案，經由成像光學系統及投影光學系統轉印至基板(在表面形成光阻層的晶圓等)。曝光裝置具備以來自光源的光束照明原版的照明光學裝置。曝光裝置的生產性因提高照度而上升，一般要求高照度。又，為了高等級的裝置，需要遠心(主光線相對於光軸的傾斜)小、像面照度均勻。因此，照明光學裝置要求在原版對必要的照明區域照射光束，而且照度高、遠心小、像面照度均勻。

為了提升照度均勻性，已知有具備光學積分器的照明光學裝置。專利文獻1記載內面反射型的光學積分器，使從入射端面入射的光束在內面進行複數次反射，使在射出端面的光強度分佈均勻化。又，專利文獻1記載藉由以使光學積分器的射出端面與被照明面成為共軛關係的方式在射出端面與被照明面之間配置成像光學系統，提升在被照明面的照度均勻性。再來，專利文獻1記載藉由使光學積分器以射出端面的中心為旋轉中心傾斜來調整遠心。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 特許第6494259號公報

[發明所欲解決的問題]

專利文獻1記載的照明裝置中，為了使來自光源的光不浪費而利用，並調整向原版的照明區域，需要高精度調整包含光源的構造體的位置及姿勢。但是，包含光源的構造體，因為包含為了遮蔽光的機構及排氣的構造而為高重量，高精度的調整會變得困難。

在配置原版及成像光學系統的空間中因為構造物要求高精度的定位及驅動，為了抑制熱膨脹溫度需要維持一定。因此，發熱體即光源101與成像光學系統108通常藉由分離的各別構造體構成。例如，如圖6(a)所示，光源101收容於構造體205，成像光學系統108收容於與構造體205不同的構造體206。圖6(a)之例中，構造體205中除了光源101之外，還收容反射鏡103、及光學積分器104。亦即，光源101、反射鏡103及光學積分器104配置於相同構造體。在這裡，「配置於相同構造體」是指在該構造體之中配置的複數構成要素之間的位置關係以收於預定的要求精度內的方式，其等構成要素固定地配置。圖6(a)的情形中，需要以構造體205內的光學積分器104的光軸與構造體206內的成像光學系統108的光軸一致的方式，將構造體205與構造體206對位。光學積分器104的射出端面與被照明面即光罩112成為光學共軛。因此，為了調整光罩112中的照明區域，需要高精度調整包含光源101及光學積分器104的構造體205的位置及姿勢。

另一方面，圖6(b)示出光學積分器104不包含於光源101側的構造體207而是包含於成像光學系統108側的構造體208的構造。此時，因為相對於光源101的光軸，光學積分器104的入射端面的位置發生偏差而產生照度降低，需要高精度調整構造體207的位置及姿勢。又，在構造體208中也為了抑制光量損耗，需要將調整反射鏡等的機構設於成像光學系統108內。因此，成像光學系統會變得複雜化，會引起照明光學裝置的大型化及成本增加。

本發明的目的例如是提供有利於被照明面中的照明區域的調整的高精度化的照明光學系統。 [解決問題的手段]

根據本發明的一側面，提供一種照明光學系統，利用來自光源的光照明被照明面，具有：使從入射端面入射的來自前述光源的光在內面進行複數次反射的光學積分器；在前述被照明面形成前述光學積分器的射出端面的像的成像光學系統；藉由將前述光學積分器的前述入射端面中的位置作為旋轉中心使前述光學積分器傾斜來調整前述光學積分器的光軸的調整部。 [發明的效果]

根據本發明，例如，能夠提供有利於被照明面中的照明區域的調整的高精度化的照明光學系統。

以下，參照圖式詳細說明實施形態。此外，以下的實施形態並非限定申請專利範圍的發明者。實施形態中雖記載複數特徵，但該等複數特徵的全部並不一定是發明中必須者，又使複數特徵任意組合也可以。再來，圖式中，相同或同樣的構造會附加相同參照編號，省略重複的說明。

＜第1實施形態＞圖1為表示實施形態的曝光裝置100的構造的圖。曝光裝置100是在例如半導體裝置的製造工程中的光蝕刻工程中使用者，將形成於光罩112(原版、遮罩)的圖案的像曝光(轉印)至基板114上的裝置。在本說明書及圖式中，在將水平面設為XY平面的XYZ座標系中表示方向。一般，被曝光基板的基板114以其表面平行於水平面(XY平面)的方式載置於基板載台116之上。因此，以下，將在沿著基板W的表面的平面內相互垂直的方向設為X軸及Y軸、將垂直X軸及Y軸的方向設為Z軸。又，以下，將與XYZ座標系中的X軸、Y軸、Z軸分別平行的方向設為X方向、Y方向、Z方向，將繞X軸的旋轉方向、繞Y軸的旋轉方向、繞Z軸的旋轉方向分別設為θx方向、θy方向、θz方向。

曝光裝置100能具備照明光學系統110、投影光學系統113、基板載台116。照明光學系統110能包含光源101、橢圓反射鏡102、光學積分器104、成像光學系統108。光源101，例如，可以是能供應i線(波長365nm)等光的超高壓水銀燈。光源101不限於此，例如也可以是供應248nm的波長的光的KrF準分子雷射、供應193nm的波長的光的ArF準分子雷射、或供應157nm的波長的光的F2雷射。光源101配置於橢圓反射鏡102的第1焦點附近。橢圓反射鏡102將來自光源101的光束，集光至橢圓反射鏡102的第2焦點附近的光學積分器104的入射端面104a。如圖1所示，在橢圓反射鏡102與光學積分器104之間使反射鏡103介在也可以。

光學積分器104為使從入射端面104a入射的來自光源101的光在內面進行複數次反射，使在射出端面104b的光強度分佈均勻化的內面反射形的桿型光學積分器(光桿)。光學積分器104的形狀例如是四角柱，入射端面104a及射出端面104b的形狀成為四角形。但是，光學積分器104的形狀是其他形狀也可以。

成像光學系統108包含第1光學零件105、反射鏡106、第2光學構件107。第1光學構件105能包含使來自光學積分器104的射出端面104b的光成為平行光的1個以上的透鏡。第2光學構件107能包含將藉由第1光學構件105成為平行光的光向被照明面即光罩112集光的1個以上的透鏡。藉由以光學積分器104的射出端面104b與被照明面即光罩112成為光學共軛的關係的方式構成，能夠以均勻的照度照明光罩112。

光罩112為形成應轉印至基板114上的圖案(例如電路圖案)的例如石英玻璃製的原版。光罩112被未圖示的光罩載台保持，在X方向及Y方向可動。

投影光學系統113將通過光罩112的光以預定的倍率投影至基板114上。基板114為在表面上塗佈光阻(感光性材料)的例如由單結晶矽形成的基板。基板載台116經由基板夾盤115保持基板114，在X、Y、Z方向及θx、θy、θz方向為可動。

一般為了使光罩112上的光強度分佈均勻化，使得在光學積分器104的內面反射光的次數充分多。其中，藉由在圖1中相對於以一點鏈線表示的X方向延伸的光軸使光學積分器104以θ傾斜，光學積分器104的射出光束的光量重心進行θ變化。

將相對於光學系統的光軸通過瞳中心的主光線為平行稱為「光學系統遠心」。這是保證物體即便失焦該像也只會散景而不會橫偏的概念。曝光裝置中的光學系統盡可能地設計成遠心，但因為製造誤差等使主光線的傾斜完全不產生是極為困難的。以下，將光學系統的主光線的傾斜稱為「遠心」。將成像光學系統108的透鏡倍率設為m後，藉由將光學積分器104以θ傾斜，光罩112中的遠心平均會以θ/m變化。

圖2為表示本實施形態的照明光學系統110的構造的圖。圖2之例中，光源101與光學積分器104收容於構造體201，成像光學系統108收容於與構造體201不同的構造體202。因為光源101與光學積分器104配置於相同構造體，光源101與光學積分器104維持收於預定的要求精度內的那種位置關係。該構造容易抑制光源101與光學積分器104的入射端面104a之間的相對位置誤差，在抑制光學積分器104相對於光源101的光軸的入射端面104a的位置偏差所致的照度降低這點是有利的。又，熱源即光源101與成像光學系統108，因為收容於空間分離的各別構造體，能夠抑制要求高位置精度的成像光學系統108的熱膨脹。

在圖2中，照明光學系統110具備藉由使光學積分器104傾斜而調整光學積分器104的光軸的調整部40。調整部40能包含傾斜機構41及固定機構42。傾斜機構41為用來將入射端面中的位置(例如入射端面的中心)作為旋轉中心使光學積分器104傾斜的機構。固定機構42為用來維持(固定)由傾斜機構41調整的光學積分器104的傾斜狀態的機構，設於射出端面104b附近。

在圖2中，來自光源101的光的光軸與成像光學系統108的光軸之間的位置偏差量以a表示。這例如會因為構造體201與構造體202的設置時的誤差、光源101的運轉時產生的熱膨脹等而產生。因為光學積分器104的射出端面104b與被照明面即光罩112為共軛關係，將成像光學系統108的成像倍率設為m時，光罩112上的照明區域以m・a平行錯位。在此，藉由傾斜機構41，將光學積分器104以入射端面上的位置作為旋轉中心傾斜使射出端面104b以距離a移動。藉此，能夠解消在光罩112的照明區域的平行位置偏差。藉此根據以入射端面104a上的位置為旋轉中心使光學積分器104傾斜的該構造，因為入射端面104a的與光源101的位置關係不會改變，不會產生照度降低。因此該構造，與使光學積分器104平行移動進行調整的情形相比，在該點上是有利的。

照度分佈量測部301量測被照明面即光罩112中的照度分佈。圖2之例中，照度分佈量測部301雖配置於構造體202，但配置於基板載台116等也可以。又，位置量測部302配置於構造體202，量測光學積分器104的射出端面104b的位置。

驅動部304驅動傾斜機構41。控制部303基於照度分佈量測部301的量測結果及位置量測部302的量測結果，控制驅動部304。控制部303能藉由包含CPU及記憶體的電腦構成。

例如，藉由事前的量測，得到由位置量測部302量測到的光學積分器104的射出端面104b的位置與由照度分佈量測部301量測到的照度分佈的對應關係。預先得到的對應關係記憶於控制部303的記憶體。之後，在調整時，控制部303參照記憶於記憶體中的對應關係，決定對應於在照度分佈量測部301的量測結果的光學積分器104的射出端面104b的位置。控制部303以光學積分器104的射出端面104b的位置成為上述決定的位置的方式向驅動部304發出指令。因應其驅動傾斜機構41。

圖3為表示傾斜機構41的構造例的圖。圖3為從反射鏡103側在光軸方向觀察傾斜機構41的圖，陰影線的部分表示剖面圖。圖3(a)中，中央的四角形表示光學積分器104的入射端面104a。藉由保持構件413保持光學積分器104的入射端面的104a附近的側面。

形成傾斜機構41的外周部的外框構件411結合至構造體201。外框構件411之中，設置間隙配置中間框構件412。外框構件411的縱壁的中央部突設在Y方向朝向光軸延伸的桿421(第1軸)。中間框構件412經由第1軸承414相對於外框構件411以能繞桿421旋轉的方式被支持。保持構件413在中間框構件412之中，設置間隙配置。中間框構件412的橫壁的中央部突設在Z方向朝向光軸延伸的桿422(第2軸)。保持構件413(亦即光學積分器104)經由第2軸承416相對於中間框構件412，以能繞桿422旋轉的方式被支持。又，因為保持構件413與中間框構件412藉由桿422連結，伴隨著中間框構件412藉由第1軸承414繞桿421的旋轉，保持構件413及光學積分器104也繞桿421旋轉。因此，光學積分器104藉由傾斜機構41，以入射端面104a的位置(例如中心位置)為旋轉中心旋轉，能夠調整光學積分器104的傾斜。

圖3(a)中，第1軸承414及第2軸承416使用轉動軸承。第1軸承414及第2軸承416使用滑動軸承也可以。圖3(b)表示圖3(a)的變形例。圖3(b)中，取代第1軸承414及第2軸承416，使用能繞第1軸(Y軸)旋轉的第1板彈簧415及能繞第2軸(Z軸)旋轉的第2板彈簧417。在第1板彈簧415及第2板彈簧417分別使用在繞Y軸及繞Z軸的方向扭轉剛性弱的板彈簧。

圖4為表示固定機構42的構造的圖。圖4為從成像光學系統108側在光軸方向觀察固定機構42的圖，陰影線的部分表示剖面圖。在此，藉由第2保持構件513保持光學積分器104的入射端面104b附近的側面。此外，第2保持構件513可以是與圖3所示的保持構件413相同的構件，也可以是別的構件。固定機構42能包含支持第2保持構件513，調整第2保持構件513(亦即光學積分器104的射出端面104b)的Y方向(第1軸方向)的位置的Y調整基底502(第1調整基底)。又，固定機構42能包含調整第2保持構件513(亦即光學積分器104的射出端面104b)的Z方向(第2軸方向)的位置的Z調整基底501(第2調整基底)。Z調整基底501結合至構造體201。Y調整基底502在X-Z面藉由螺栓503固定，而被Z調整基底501支持。第2保持構件513在X-Y面藉由螺栓504固定，而被Y調整基底502支持。

調整光學積分器104的Z方向的位置時，緩和螺栓503，使Z調整基底501移動至所期望的位置，固定螺栓503。調整光學積分器104的Y方向的位置時，緩和螺栓504，使保持構件413移動至所期望的位置，固定螺栓504。藉由這種固定機構42，維持由傾斜機構41調整的光學積分器104的傾斜狀態。

藉由傾斜機構41使光學積分器104傾斜而產生遠心。將光學積分器104的傾斜量設為θ、成像光學系統108的成像倍率設為m後，光罩112中的遠心成為θ/m。其中，將光學積分器104的長度(桿型光學積分器的桿長)設為L。又，將構造體201與構造體202的光軸的位置偏差量(亦即，來自光源101的光的光軸與成像光學系統108的光軸之間的位置偏差量)設為a。此時，若將傾斜量θ設為a/m，能夠解消光罩112中的照明區域的位置偏差。因此，將光罩112中的遠心容許值設為T時，滿足a/L＜T・m的關係時，即便使光學積分器104傾斜，也能夠使遠心在容許值內。因此，桿長L若為滿足： L＞a・m/T 的條件的長度即可。作為一例，將m設為5倍、a設為1mm、T設為1nm/1μm時，L為200mm以上即可。

一般，包含光源的構造體，因為包含為了遮蔽光的構造、或排氣的構造，而累積重量，高精度的位置調整會變得困難。相對於此本實施形態中，非構造體201自體的位置調整，而藉由光學積分器104的傾斜調整，能夠調整照明區域。藉此，不需要構造體201自體的高精度的位置調整，同時能夠調整照明區域，且能夠實現高照度、小遠心、像面照度均勻化。

＜第2實施形態＞圖5為表示第2實施形態的照明光學系統110的構造的圖。圖5之例中，光源101收容於構造體203(第1構造體)，成像光學系統108收容於與構造體203不同的構造體204(第2構造體)。光學積分器104配置於構造體203與構造體204之間。調整光學積分器104的傾斜的調整部40能包含入射端面104a側的傾斜機構41a(第1傾斜機構)及射出端面104b側的傾斜機構41b(第2傾斜機構)。傾斜機構41a具有將光學積分器104的入射端面104a中的位置作為旋轉中心使光學積分器104傾斜的機能。另一方面，傾斜機構41b具有將光學積分器104的射出端面104b中的位置作為旋轉中心使光學積分器104傾斜的機能。光學積分器104經由傾斜機構41a與構造體203結合、經由傾斜機構41b與構造體204結合。

構造體203與構造體204，光軸在Z方向以距離a正平行錯位。但是，預先保證傾斜機構41a相對於光源101的光軸的向構造體203的安裝精度。因此，即便有這種構造體彼此的位置偏差，相對於光源101的光軸，光學積分器104的入射端面104a的位置偏差造成的照度降低不會產生。同樣地，預先保證傾斜機構41b相對於成像光學系統108的光軸的向構造體204的安裝精度。因此，即便有這種構造體彼此的位置偏差，相對於成像光學系統108的光軸，光學積分器104的射出端面104b的位置偏差造成的光罩112中的照明區域的錯位不會產生。

又，藉由曝光裝置的持續運用，因地板的裝置搭載面的變形、光源101所致的構造體203的熱膨脹等，會產生構造體203與構造體204的位置關係的變化。不過，即便有該種變化，光源101與光學積分器104的入射端面104a的相對位置、及光學積分器104的射出端面104b與成像光學系統108的相對位置不會改變。因此，照度降低及光罩112中的照明區域的位置偏差不會產生。

在傾斜機構41a及傾斜機構41b的任一者設置在光軸方向可移動的直動機構，光學積分器104經由該直動機構結合至構造體203或構造體204也可以。藉此，即便光學積分器104的兩端的傾斜機構彼此的距離發生變動，也能夠解消向傾斜機構的應力。

傾斜機構41a經由隔熱構件結合至構造體203、且/或傾斜機構41b經由隔熱構件結合至構造體204也可以。藉此，能夠防止光源101的熱向構造體204(成像光學系統108)傳達。

又，傾斜機構41a經由吸震構件結合至構造體203、且/或傾斜機構41b經由吸震構件結合至構造體204也可以。藉此，能夠防止構造體203與構造體204之間傳達振動。

＜物品製造方法的實施形態＞本發明的實施形態的物品製造方法，例如，適合製造半導體裝置等的微裝置及具有微細構造的元件等的物品。本實施形態的物品製造方法，包含於在基板塗佈的感光劑使用上述曝光裝置形成潛像圖案的工程(將基板曝光的工程)、及以相關的工程將形成潛像圖案的基板顯像的工程。再來，相關的製造方法，包含其他習知的工程(氧化、成膜、蒸鍍、摻雜、平坦化、蝕刻、光阻剝離、切割、接合、封裝等)。本實施形態的物品製造方法與從前的方法相比，在物品的性能・品質・生產性・生產成本的至少1者是有利的。

發明並不限於上述實施形態，在不脫離發明的精神及範圍內，可以進行各種變更及變形。因此，為了將發明的範圍公開，添附以下的請求項。

40:調整部 100:曝光裝置 101:光源 102:橢圓反射鏡 104:光學積分器 108:成像光學系統 112:光罩(被照明面) 113:投影光學系統 114:基板 116:基板載台

[圖1]表示曝光裝置的構造的圖。 [圖2]表示照明光學系統的構造的圖。 [圖3]表示傾斜機構的構造的圖。 [圖4]表示固定機構的構造的圖。 [圖5]表示照明光學系統的構造的圖。 [圖6]表示從前的照明光學系統的構造例的圖。

40:調整部

41:傾斜機構

42:固定機構

101:光源

102:橢圓反射鏡

103:反射鏡

104:光學積分器

104a:入射端面

104b:射出端面

105:第1光學構件

106:反射鏡

107:第2光學構件

108:成像光學系統

110:照明光學系統

112:光罩(被照明面)

201:構造體

202:構造體

301:照度分佈量測部

303:控制部

304:驅動部

Claims

一種照明光學系統，利用來自光源的光照明被照明面，具有：收容前述光源的第1構造體；使從入射端面入射的來自前述光源的光在內面進行複數次反射的光學積分器；在前述被照明面形成前述光學積分器的射出端面的像的成像光學系統；收容前述成像光學系統的與前述第1構造體不同的第2構造體；以使前述光學積分器的前述入射端面的位置相對於前述光源的光軸不偏離的方式，使前述光學積分器結合至前述第1構造體，將前述光學積分器的前述入射端面中的位置作為旋轉中心使前述光學積分器傾斜的第1傾斜機構；以使前述光學積分器的前述射出端面的位置相對於前述成像光學系統的光軸不偏離的方式，使前述光學積分器結合至前述第2構造體，將前述光學積分器的前述射出端面中的位置作為旋轉中心使前述光學積分器傾斜的第2傾斜機構。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，將來自前述光源的光的光軸與前述成像光學系統的光軸之間的位置偏差量設為a、前述成像光學系統的成像倍率設為m、前述被照明面的遠心容許值設為T時，前述光學積分器的長度L為滿足： L>a‧m/T的條件的長度。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述第1傾斜機構或前述第2傾斜機構包含：外框構件；配置於前述外框構件之中的中間框構件；配置於前述中間框構件之中，保持前述光學積分器的側面的保持構件；相對於前述外框構件，將前述中間框構件以能繞第1軸旋轉的方式支持的第1軸承；相對於前述中間框構件，將前述保持構件以能繞垂直於前述第1軸的第2軸旋轉的方式支持的第2軸承。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述第1傾斜機構或前述第2傾斜機構包含：外框構件；配置於前述外框構件之中的中間框構件；配置於前述中間框構件之中，保持前述光學積分器的側面的保持構件；相對於前述外框構件，將前述中間框構件以能繞第1軸旋轉的方式支持的第1板彈簧；相對於前述中間框構件，將前述保持構件以能繞垂直於前述第1軸的第2軸旋轉的方式支持的第2板彈簧。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述第1傾斜機構或前述第2傾斜機構包含：能在前述光學積分器的光軸方向移動的直動機構。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述光學積分器配置於前述第1構造體與前述第2構造體之間。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述第1傾斜機構經由隔熱構件結合至前述第1構造體、且/或前述第2傾斜機構經由隔熱構件結合至前述第2構造體。
如請求項1的記載的照明光學系統，其中，前述第1傾斜機構經由吸震構件結合至前述第1構造體、且/或前述第2傾斜機構經由吸震構件結合至前述第2構造體。
一種曝光裝置，包含：照明原版的請求項1至8中任1項記載的照明光學系統；將前述照明的原版的圖案的像投影至基板的投影光學系統。
一種物品製造方法，包含：利用請求項9記載的曝光裝置將基板曝光的工程；將以前述工程曝光的基板顯像的工程；從經前述顯像的基板來製造物品。