WO2013084906A1

WO2013084906A1 - 露光装置、及び構造の生産方法

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Publication number: WO2013084906A1
Application number: PCT/JP2012/081438
Authority: WO
Inventors: 直也中井; 佳定江畠
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-06-13
Also published as: EP2790206A1; EP2790206A4; JP5732548B2; US20140327897A1; US9104118B2; JPWO2013084906A1; EP2790206B1

Abstract

フォトレジストなどに干渉縞を露光して所望の凹凸形状を製作しようとするとき、干渉縞の周期を事前に知る必要がある。干渉縞の周期を事前に確認するためには、従来技術では、でき上がった凹凸形状に対して、顕微鏡で観察する、もしくは光を入射した際に回折する角度を計測し、所望の周期であることが確認されるまで、干渉縞を形成するための光束の入射角を微細に変えながら、露光、現像、観察（計測）の工程を繰り返す必要がある。このような作業には時間がかかる。つまり、従来技術では、干渉縞の確認に時間がかかるという点については配慮がなされていなかった。繰り返し使用可能な蛍光試料を有する標準試料によって、モアレを観察し、干渉縞の周期を調整することで、調整時間の短縮を行う。

Description

露光装置、及び構造の生産方法

　本発明は露光装置、及び構造の生産方法に関するものである。本発明は、例えば、光干渉分野に係わり、特に干渉露光技術に関するものである。

　基板上にある種の構造を形成する場合には、干渉露光方式が用いられる場合がある。干渉露光方式においては、複数に分けた光束のそれぞれを角度をつけて干渉させることで、干渉縞を作り出している。干渉露光に関する先行技術としては以下の特許文献１乃至３が挙げられる。

特開２０００－１９３１６号公報特開平５－１４１９２６号公報特開２００７－６４９６６号公報

　干渉露光方式では、干渉縞の周期はそれぞれの光束の入射角度によって制御される。特許文献１では、フォトレジストに干渉縞を露光する。しかしながら、フォトレジストなどに干渉縞を露光して所望の凹凸形状を製作しようとするとき、干渉縞の周期を事前に知る必要がある。干渉縞の周期を事前に確認するためには、従来技術では、でき上がった凹凸形状に対して、顕微鏡で観察する、もしくは光を入射した際に回折する角度を計測し、所望の周期であることが確認されるまで、干渉縞を形成するための光束の入射角を微細に変えながら、露光、現像、観察（計測）の工程を繰り返す必要がある。このような作業には時間がかかる。つまり、従来技術では、干渉縞の確認に時間がかかるという点については配慮がなされていなかった。

　本発明では、繰り返し使用可能な蛍光試料を有する標準試料によって、モアレを観察し、干渉露光のための干渉縞の周期を調整することを特徴とする。

　本発明によれば、従来よりも干渉縞の周期を短時間で得ることができる。

実施例１の露光装置を説明する図。標準試料１１１を説明する図。モアレ縞を説明する図。実施例１のフローチャート。実施例２を説明する図。実施例３を説明する図。実施例３を説明する図。（続き）

　以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。以下、本発明を実施するための形態を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　図１は本実施例の露光装置を説明する図である。図１（ａ）は露光装置を上方から説明する図であり、図１（ｂ）は標準試料１１１、ミラー１１２、及びカメラ１１８の配置を説明する図である。図１において、コヒーレント光源１０１から出た光はシャッター１０２で制御される。シャッター１０２が開くと、ミラー１０３とミラー１０４とで反射した光は、２分の１波長板１０５に入射する。２分の１波長板１０５で偏光方向を制御された光は、ビームエキスパンダ１０６で拡大、および平行化され、ミラー１０７に入射し、反射光１０８が発生する。反射光１０８はシャッター１１０で照射を制御される。シャッター１１０が開くと、反射光１０８は回転ステージ１１３の中心の外に配置された標準試料１１１（構造については後述する。）とミラー１１２に入射し、標準試料１１１に直接入射した光とミラー１１２で反射されて標準試料１１１に入射する光とが干渉して第１の干渉縞を形成する。なお、ここで標準試料１１１とミラー１１２とは少なくともある角度をなすよう配置されている。標準試料１１１に形成された第１の干渉縞は、後述する蛍光試料を励起し、発生した散乱光が標準試料１１１内の回折格子で回折され、回折光同士が干渉して第２の干渉縞を形成する。コヒーレント光源１０１からの光で形成された第１の干渉縞と標準試料内の回折格子によって形成された第２の干渉縞とがモアレ縞を形成し、このモアレ縞の標準試料の回折格子溝方向に対する角度を、露光の邪魔にならない上部斜方に設置したカメラ１１８によって観察し、計測することで干渉縞の周期を計算する。なお、カメラの前に拡大光学系を配置しても良い。

　このとき、作業者はカメラ１１８からの画像を確認しながら、回転ステージ１１３を回転させることで標準試料１１１に対する光の入射角を制御し、干渉縞の周期を変更する。そして、所望の周期と計算されるモアレ縞角度の位置で停止させることで、所望する周期の干渉縞にすることができる。最後に、標準試料１１１と実際に構造を形成すべき感光性材料を塗布した露光用試料１１７とを交換し、露光、現像、ベイクを行うことで所望の周期の凹凸形状を得る。

　次に、図２を用いて前述した標準試料１１１について説明する。標準試料１１１は主に凹凸の間隔が既知の回折格子２０１と蛍光顔料や蛍光色素等の蛍光試料２０２によって構成される。この際、蛍光試料２０２の膜厚は少なくとも回折格子２０１の凹凸を覆える膜厚であることが望ましい。また、回折格子２０１は３次元的にはラインアンドスペースパターンが形成されている。また、蛍光試料２０２は、光源の波長に対して吸収性を持つことが望ましい。そして、本実施例では、反射光１０８とミラー１１２からの反射光２０３とが標準試料１１１に入射することで、第１の干渉縞を形成することになる。

　次に、図３を用いてモアレ縞について説明する。モアレ縞３０３の発生は、標準試料１１１に直接入射した光とミラー１１２で反射されて標準試料１１１に入射する光とが干渉することで形成された第１の干渉縞３０１と、回折光同士が干渉して第２の干渉縞を形成することで形成された第２の干渉縞３０２とに起因している。カメラ１１８はこのモアレ縞３０３を撮像する。

　この場合、第２の干渉縞３０２の周期ｄ_gは、回折格子２０１のラインアンドスペースに対する入射光の干渉パターンの傾け角をθ_d、前記モアレ縞３０３の角度をθ_mとすると、下記式（１）で表現できる。なお、ここで、λはコヒーレント光源１０１からの光の波長、ｎは標準試料周辺の雰囲気と標準試料との屈折率である。
　　ｄ_g＝λ／ｎ(sinθ_d＋sinθ_m)　　　　　　　　　　　…（１）

　そして、第１の干渉縞の周期をｄ_Eとするとｄ_Eとｄ_gとの間には以下の関係式（２）が成立する。
　　ｄ_E＝ｄ_g／[２cosθ_m／{cos(θ_d＋θ_m)＋cosθ_m}]　　　…（２）

　干渉露光によって重要になるのは、この第１の干渉縞の周期ｄ_Eである。ここで、λ、及びｎは既知である。また、θ_d、θ_mはカメラ１１８によって得られた画像を解析することで得ることができる。つまり、ｄ_gは計算によって求めることができる。そして、θ_d、θ_m、ｄ_gは既知となったので、ｄ_Eも求めることができる。つまり、λ、ｎ、θ_d、θ_mを得ることができれば周期ｄ_Eの状態を得ることができる。さらに、蛍光試料２０２にはフォトレジストとは異なり繰り返しの利用が可能であるので、繰り返し周期ｄ_Eの状態を得ることができる。よって、干渉縞の周期を短時間で得ることができる。

　なお、本実施例の手順は図４のように表現される。ステップ４０１では標準試料１１１上に第１の干渉縞を生成する。ステップ４０２では、さらに第２の干渉縞を生成する。ステップ４０３では、主に第１の干渉縞と第２の干渉縞によって生成されたモアレ縞のθ_d、及びθ_mを観察する。ステップ４０４では第１の干渉縞の周期が所望の周期であるか判断する。所望の周期でなければ、回転ステージ１１３を回転させ、ステップ４０３、４０４を繰り返す。所望の周期が得られた後は、ステップ４０６で標準試料１１１と露光用試料１１７とをロボットアーム等の搬送装置によって交換する。ステップ４０７では、交換した露光用試料に対して所望の周期となった第１の干渉縞を使用して干渉露光を行う。本実施例では、干渉露光用の干渉縞の周期を短時間で得ることができる。また、露光に伴う作業効率を向上させることができる。

　次に図５を用いて実施例２について説明する。図５（ａ）は露光装置を上方から説明する図であり、図５（ｂ）は標準試料１１１、及びカメラ１１８の配置を説明する図である。実施例２では実施例１と異なる部分について主に説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、主にミラー１０７の代わりにハーフミラー５０１を有する点、ミラー１１２を用いない点、及び、標準試料１１１が回転ステージ１１３の中心にある点である。

　実施例２では、ハーフミラー４０１にコヒーレント光源１０１からの光が到達するまでは実施例１と同じである。実施例２では、実施例１のミラー１１２を取り外し、標準試料１１１を回転ステージ１１３の中心部に移動させる。ハーフミラー５０１に到達した光は、反射光１０８と透過光１０９とに分岐される。この時、反射光１０８はシャッター１１０によって照射を制御される。透過光１０９は、回転ステージ１１５上に設置したミラー１１４に入射し、反射する。透過光１０９はシャッター１１６で照射を制御される。実施例２では、回転ステージ１１３と回転ステージ１１５とを回転させ、反射光１０８と透過光１０９が標準試料１１１上の同位置に照射されるよう調整する。併せて、回転ステージ１１３の位置を図面上下方向に移動させる。この時、標準試料１１１には反射光１０８と透過光１０９の干渉によって第１の干渉縞が形成される。標準試料１１１に形成された第１の干渉縞は、標準試料１１１の蛍光試料を励起し、散乱光が発生する。発生した散乱光は標準試料１１１の回折格子部分で回折され、回折光同士が干渉して第２の干渉縞を形成する。そして、反射光１０８と透過光１０９によって形成された第１の干渉縞と、標準試料１１１の回折格子によって形成された第２の干渉縞とがモアレ縞を形成する。このモアレ縞の標準試料の回折格子溝方向に対する角度を、露光の邪魔にならない上部斜方に設置したカメラ１１８によって観察し、計測することで第１の干渉縞の周期を計算する。所望の周期が得られたならば、標準試料１１１と露光用試料１１７とを交換し、第１の干渉縞にて露光を行う。また、所望の周期が得られないのであれば、所望の周期が得られるまで回転ステージ１１３を回転させる。

　次に図６、及び図７を用いて実施例３について説明する。実施例３では、実施例１、及び実施例２と異なる部分について主に説明する。実施例３は、左右非対称の構造を形成する例である。コヒーレント光源１０１からの光を、ミラー１０３、ミラー１０４、及び２分の１波長板１０５を経由して、ハーフミラー５０１に入射させる。ハーフミラー５０１によってコヒーレント光源１０１からの光は反射光１０８と透過光１０９とに分岐される。ここで、シャッター１１６を閉じて、シャッター１１０を開くと、反射光１０８が標準試料１１１とミラー１１２に入射する。反射光１０８の標準試料１１１への入射によって、実施例１に説明したようにモアレ縞が発生する。ここで、この反射光１０８に起因するモアレ縞を便宜的に第１のモアレ縞とする。この第１のモアレ縞をカメラ１１８によって観察する。図４のフローにより、反射光１０８とミラー１１２を反射した光との干渉縞の周期を所望の周期（第１の周期ω１）に調整する。

　次に、シャッター１１０を閉じてシャッター１１６を開く。すると、透過光１０９が回転ステージ１１５でその角度を制御されたミラー１１４で反射され、標準試料１１１とミラー１１２に照射される。透過光１０９の標準試料への入射によって、実施例１に説明したようにモアレ縞が発生する。ここで、この透過光１０９に起因するモアレ縞を便宜的に第２のモアレ縞とする。この第２のモアレ縞をカメラ１１８によって観察する。図４のフローにより、透過光１０９とミラー１１２を反射した光との干渉縞の周期を第１の周期の２分の１の周期（第２の周期ω２）に調整する。この調整が完了したらシャッター１１６を閉じる。ここで、反射光１０８と透過光１０９という２つの光は少なくとも２つの方向から標準試料１１１に照明される。

　次に、標準試料１１１を感光性材料が塗布された露光用試料１１７に交換する。露光用試料１１７の交換が終わったら、シャッター１１０を感光性材料の感度と合う時間（第１の露光時間）だけ開く。次にシャッター１１０が閉じたら、シャッター１１６を露光時間１の半分の時間（第２の露光時間）だけ開く。その後、現像、ベイクの工程を経ると、露光用試料１１７には左右非対称形状の周期的な凹凸形状が完成する。この時重要なのは、周期１と周期２の比率が正しく２：１となっていることである。この比率が崩れると、凹凸形状に周期的な変調を起してまう。比率が正しければ、図７に示すような露光強度で露光用試料１１７は露光されることになる。つまり、縦軸７０１に強度、横軸７０２に周波数を取った場合、反射光１０８とミラー１１２を反射した光との干渉縞によって、露光用試料１１７に形成される形状は波形７０３に対応することになる。そして、透過光１０９とミラー１１２を反射した光との干渉縞によっては露光用試料１１７に形成される形状は、波形７０４に対応していることになる。そして、最終的な凹凸形状は波形７０３と７０４とを重ね合わせた波形７０５に対応していることになる。

　以上、本発明に関する実施例を説明したが、本実施例に開示されることによって様々な非対称形状を形成することができる。その一例は、回折格子である。このような回折格子は何らかの対象物に光を照明し、対象物からの光を分光するような様々な分析装置、検査装置に組み込むことが可能である。

１０１　コヒーレント光源
１０２、１１０、１１６　シャッター
１０３、１０４、１０７、１１２、１１４　ミラー
１０５　２分の１波長板
１０６　ビームエキスパンダ
１０８　反射光
１０９　透過光
１１１　標準試料
１１３，１１５　回転ステージ
１１７　露光用試料
１１８　カメラ
２０１　回折格子
２０２　蛍光試料
３０１　第１の干渉縞（干渉露光による干渉縞）
３０２　第２の干渉縞（回折格子による干渉縞）
３０３　モアレ縞

Claims

　構造を生産するための生産方法であって、
　凹凸形状と前記凹凸形状の上に塗布された蛍光試料とを有する標準試料に光を照明し、　前記標準試料から発生したモアレ縞を観察し、
　前記モアレ縞から干渉縞の周期を得て、
　前記干渉縞を用いて基板に対して露光を行うことを特徴とする構造を生産するための生産方法。
　請求項１に記載の生産方法において、
　前記標準試料を回転させることを特徴とする構造を生産するための生産方法。
　請求項１に記載の生産方法において、
　第１の光を前記標準試料へ照明し、第１のモアレ縞を観察し、第１の干渉縞の周期を得て、
　前記第１の光とは異なる方向から第２の光を前記標準試料へ照明し、第２のモアレ縞を観察し、前第２の干渉縞の周期を得て、
　さらに、前記第２の干渉縞の周期は前記第１の干渉縞の周期とは異なり、
　前記第１の干渉縞、及び前記第２の干渉縞を用いて露光を行うことを特徴とする構造を生産するための生産方法。
　基板に光を照明して形状を形成する露光装置であって、
　光を発生する照明系と、
　前記光を受光する標準試料と、
　カメラと、を有し、
　前記標準試料は回折格子と蛍光試料とを有し、モアレ縞を発生し、
　前記カメラは前記モアレ縞を観察することを特徴とする露光装置。
　請求項４に記載の露光装置において、
　前記標準試料を搭載するための回転ステージを有することを特徴とする露光装置。
　請求項５に記載の露光装置において、
　前記回転ステージ上に前記標準試料と角度を形成するように配置されたミラーを有することを特徴とする露光装置。
　請求項６に記載の露光装置において、
　前記照明系は前記標準試料に対して異なる方向から２つの光を照明することを特徴とする露光装置。
　請求項４に記載の露光装置において、
　前記蛍光試料は前記照明光の光に対して吸収性を有することを特徴とする露光装置。