JP2012099686A - 光源形成方法、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】目標照明光源形状を正確に再現した照明光源を形成する。
【解決手段】 複数のミラー要素SEk(k=1〜K)を、それぞれのミラー要素によって反射される光の強度Φ0kの順に、単位数(例えばN)毎に、複数のレンズ素子FLnのうちの目標照明光源形状Ψ0を形成するのに必要な数Nのレンズ素子FLn(n=1〜N)(に対応する複数のグループa〜f)に対応付けることと、必要な数Nのレンズ素子FLn(n=1〜N)のうちの2つのレンズ素子のそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkのうちの少なくとも各1つのミラー要素同士を入れ替えて、2つのレンズ素子のそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkについての光の強度の和Φ0kを平均化する。これにより、目標照明光源形状を正確に再現した照明光源を形成することが可能となる。
【選択図】図6
【解決手段】 複数のミラー要素SEk(k=1〜K)を、それぞれのミラー要素によって反射される光の強度Φ0kの順に、単位数(例えばN)毎に、複数のレンズ素子FLnのうちの目標照明光源形状Ψ0を形成するのに必要な数Nのレンズ素子FLn(n=1〜N)(に対応する複数のグループa〜f)に対応付けることと、必要な数Nのレンズ素子FLn(n=1〜N)のうちの2つのレンズ素子のそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkのうちの少なくとも各1つのミラー要素同士を入れ替えて、2つのレンズ素子のそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkについての光の強度の和Φ0kを平均化する。これにより、目標照明光源形状を正確に再現した照明光源を形成することが可能となる。
【選択図】図6
Description
本発明は、光源形成方法、露光方法、及びデバイス製造方法に係り、特に、空間光変調器を構成する複数の光学要素のそれぞれを介した光を照明光路中の所定面内の複数の区画に選択的に振り分けることにより前記所定面に照明光源を形成する光源形成方法、該光源設定方法により形成された照明光源からの照明光で物体を露光する露光方法、該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
デバイスパターンの微細化に伴い、半導体素子等の製造に用いられる所謂ステッパ、あるいは所謂スキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる)等の投影露光装置には、高い解像度が要求されるようになってきた。解像度Rは、レイリーの式、すなわちR=k1(λ/NA)で表される。ここで、λは、光源(照明光)の波長、NAは投影光学系の開口数、k1はレジストの解像性及び/又はプロセス制御性で決まるプロセス・ファクタである。
従来、照明光の波長λの短波長化及び投影光学系の開口数の増大化(高NA化)などにより、解像度の向上が図られてきた。しかるに、露光波長の短波長化には例えば光源及び硝材の開発に困難が伴い、また、高NA化は投影光学系の焦点深度(DOF)の低下をもたらし、結像性能(結像特性)を悪化させるため、高NA化をむやみに推し進めることはできない。
近年では、高NA化を実現するものとして、局所液浸露光技術を採用した露光装置が実用化されているが、液浸露光装置においても、照明光の波長λの短波長化は勿論、高NA化にも限界があり、Lowk1化は必要不可欠となってきた。
かかる背景の下、低k1値で量産可能な光学結像ソリューションを提供すべく、例えば特許文献1などに開示されるような空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator)により実現される変形照明技術が注目されている。
本発明の第1の態様によれば、空間光変調器を構成する複数の光学要素のそれぞれを介した光を照明光路中の所定面内の複数の区画に選択的に振り分けることにより、前記所定面に、物体上にパターンを形成するための照明光源を形成する光源形成方法であって、前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、所定の基準に従って所定数の区画に対応付けることと;前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記所定数の区画のうちの2つの区画の間で、それぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替えることと;を含む光源形成方法が、提供される。
これによれば、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することが可能になる。
本発明の第2の態様によれば、本発明の光源形成方法により形成された照明光源からの照明光で物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法が、提供される。
これによれば、物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
本発明の第3の態様によれば、本発明の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成することと;前記パターンが形成された前記物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと;前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと;を含むデバイス製造方法が、提供される。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図9(H)に基づいて説明する。
図1には、一実施形態に係る露光装置100の構成が概略的に示されている。露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では投影光学系PLが設けられており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される走査方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
露光装置100は、照明系IOP、レチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルRに形成されたパターンの像を感応剤(レジスト)が塗布されたウエハW上に投影する投影ユニットPU、ウエハWを保持するウエハステージWST、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系IOPは、光源1と、光源1から射出される光ビームLBの光路上に順次配置されたビームエキスパンダ2、ビームスプリッタBS1、空間光変調ユニット3、リレー光学系4、ビームスプリッタBS2、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ5、コンデンサ光学系6、照明視野絞り(レチクルブラインド)7、結像光学系8、及び折曲ミラー9等を含む照明光学系と、を含む。
光源1としては、一例として、ArFエキシマレーザ(出力波長193nm)が用いられているものとする。光源1から射出される光ビームLBは、一例としてX軸方向に長い矩形の断面形状を有する。
ビームエキスパンダ2は、凹レンズ2aと凸レンズ2bとから構成されている。凹レンズ2aは負の屈折力を、凸レンズ2bは正の屈折力を、それぞれ有する。
ビームエキスパンダ2に対する光ビームLBの光路後方には、ビームスプリッタBS1が配置されている。ビームスプリッタBS1は、光ビームLBの大部分を透過させ、残りを反射する。光ビームLBの反射光路上には、CCD等の撮像素子を含むビーム形状検出部D1が配置されている。ビーム形状検出部D1は、ビームスプリッタBS1からの光ビームLBを受光して、空間光変調ユニット3へ向かう光ビームLBの強度分布(光ビームLBの位置ずれを含む)を検出する。ビーム形状検出部D1の検出結果は、主制御装置20に送られる。
空間光変調ユニット3は、いわゆるKプリズム(以下、単にプリズムと呼ぶ)3Pと、プリズム3Pの上面(+Z側の面)に配置された反射型の空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator)3Sとを備えている。プリズム3Pは、蛍石、石英ガラス等の光学ガラスから成る。
図2に拡大して示されるように、プリズム3Pの下面、すなわち空間光変調器3Sと反対側には、図2におけるX-Z平面と平行な入射面(−Y側面)及び射出面(+Y側面)に対して、それぞれ60度で交差し、かつ互いに120度で交差する面PS1,PS2から成るV字状の面(楔形に凹んだ面)が形成されている。面PS1,PS2の裏面(プリズム3Pの内面)は、それぞれ、反射面R1,R2として機能する。
反射面R1は、ビームエキスパンダ2からビームスプリッタBS1を透過してプリズム3Pの入射面に垂直に入射したY軸に平行な光を空間光変調器3Sの方向へ反射する。反射された光ビームLBは、プリズム3Pの上面を介して空間光変調器3Sに至り、後述するように空間光変調器3Sによって反射面R2に向けて反射される。プリズム3Pの反射面R2は、空間光変調器3Sからプリズム3Pの上面を介して到達した光を反射してリレー光学系4側に射出する。
空間光変調器3Sは、反射型の空間光変調器である。空間光変調器とは、入射光の振幅、位相又は進行方向などを二次元的に制御して、画像、あるいはパターン化されたデータなどの空間情報を処理、表示、消去する素子を意味する。本実施形態の空間光変調器3Sとしては、二次元(XY)平面上に配列された多数の微小なミラー要素SEを有する可動マルチミラーアレイが用いられている。空間光変調器3Sは、多数のミラー要素を有するが、図2では、そのうちミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdのみが示されている。空間光変調器3Sは、多数のミラー要素SEと、該多数のミラー要素SEをXY平面内の直交二軸(例えばX軸及びY軸)回りに所定範囲で連続的に傾斜(回動)させる同一数の駆動部とを有する。駆動部は、例えばミラー要素SEの裏面(+Z側の面、すなわち反射面と反対側の面)の中央を支持する支柱、該支柱が固定された基板、該基板上に設けられた4つの電極、該電極に対向してミラー要素SEの裏面に設けられた4つの電極(不図示)を有する。なお、空間光変調器3Sと同様の空間光変調器についての詳細構成等は、例えば、米国特許出願公開第2009/0097094号明細書に開示されている。
図1に戻り、リレー光学系4の光路後方には、ビームスプリッタBS2が配置され、ビームスプリッタBS2の透過光路上には、フライアイレンズ5が配置されている。フライアイレンズ5は、光ビームLBに対して垂直方向に稠密に配列された正の屈折力を有する多数の微小なレンズ素子の集合である。フライアイレンズ5は、後述するように入射した光束を波面分割して、その後側焦点面にレンズ素子と同数の光源像からなる二次光源(実質的な面光源)を形成する。本実施形態では、フライアイレンズ5として、例えば米国特許第6,913,373号明細書に開示されているシリンドリカルマイクロフライアイレンズが採用されているものとする。
本実施形態の照明系IOPによると、光源1から射出された光ビームLBは、ビームエキスパンダ2に入射し、ビームエキスパンダ2を通過することによりその断面が拡大されて、所定の矩形断面を有する光ビームに整形される。ビームエキスパンダ2により整形された光ビームLBは、ビームスプリッタBS1を透過して、空間光変調ユニット3に入射する。
例えば、図2に示されるように、光ビームLB中のZ軸方向に並ぶ互いに平行な4本の光線L1〜L4は、プリズム3Pの入射面からその内部に入り、反射面R1により空間光変調器3Sに向けて互いに平行に反射される。そして、光線L1〜L4は、それぞれ、複数のミラー要素SEのうちのY軸方向に並ぶ互いに異なるミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdの反射面に入射する。ここで、ミラー要素SEa、SEb、SEc、SEdは、それぞれの駆動部(不図示)により独立に傾けられている。このため、光線L1〜L4は、反射面R2に向けて、ただしそれぞれ異なる方向に反射される。そして、光線L1〜L4(光ビームLB)は、反射面R2により反射され、プリズム3Pの外部に射出される。ここで、プリズム3Pの−Y側面(入射面)から+Y側面(出射面)までの光線L1〜L4のそれぞれの空気換算光路長は、プリズム3Pが設けられていない場合に対応する空気換算光路長に等しく定められている。ここで、空気換算光路長とは、媒質中(屈折率n)における光の光路長(L)を空気中(屈折率1)における光路長に換算した光路長L/nである。
プリズム3Pの外部に射出された光線L1〜L4(光ビームLB)は、リレー光学系4を介してY軸に平行に揃えられ、リレー光学系4の後方に配置されるビームスプリッタBS2を透過してフライアイレンズ5に入射する。そして、光線L1〜L4のそれぞれがフライアイレンズ5の多数のレンズ素子のいずれかに入射することにより、光ビームLBが分割(波面分割)される。これにより、複数の光源像からなる二次光源(面光源、すなわち照明光源)が、照明光学系の瞳面(照明瞳面)に一致するフライアイレンズ5の後側焦点面LPPに形成される。
図2には、フライアイレンズ5の後側焦点面LPPにおける、光線L1〜L4に対応する光強度分布SP1〜SP4が、模式的に示されている。このように、本実施形態では、二次光源(照明光源)の光強度分布(輝度分布又は照明光源形状とも呼ぶ)は、空間光変調器3Sにより自在に設定される。なお、空間光変調器としては、上述の反射型の能動的空間光変調器に限らず、非能動的な空間光変調器としての透過型又は反射型の回折光学素子なども用いることができる。このような非能動的な空間光変調器を用いる場合には、リレー光学系4を、例えばアフォーカルレンズ及びズームレンズ等を含んで構成することができ、その少なくとも一部の光学部材(レンズ、プリズム部材等)の位置及び/又は姿勢を制御することによって、二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定することができる。また、回折光学素子として、例えば特開2001−217188号公報及びこれに対応する米国特許第6,671,035号明細書、あるいは特開2006−005319号公報及びこれに対応する米国特許第7,265,816号明細書などに開示されるように、複数区画を備えた回折光学素子の位置を制御することによって二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定しても良い。また、上述の能動的又は非能動的な空間光変調器に加えて、例えば特開2000−58441号公報およびこれに対応する米国特許第6,452,662号明細書に開示される可動照明開口絞りを用いて二次光源(照明光源)の光強度分布を可変に設定しても良い。
なお、本実施形態では、フライアイレンズ5が形成する二次光源を照明光源として、後述するレチクルステージRSTに保持されるレチクルRをケーラー照明する。そのため、二次光源が形成される面は、投影光学系PLの開口絞り41の面(開口絞り面)に対する共役面であり、照明光学系の瞳面(照明瞳面)と呼ばれる。また、照明瞳面に対して被照射面(レチクルRが配置される面又はウエハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。なお、フライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、フライアイレンズ5の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。このため、フライアイレンズ5の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても二次光源(照明光源)の光強度分布(輝度分布又は照明光源形状)と称することができる。
上述のビームスプリッタBS2の反射光路上には、照明瞳分布計測部D2が配置されている。照明瞳分布計測部D2は、フライアイレンズ5の入射面と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するCCD撮像部を備え、フライアイレンズ5の入射面に形成される光強度分布(輝度分布又は照明光源形状)をモニタする。すなわち、照明瞳分布計測部D2は、照明瞳又は照明瞳と光学的に共役な面で瞳強度分布を計測する機能を有する。照明瞳分布計測部D2の計測結果は、主制御装置20に供給される。照明瞳分布計測部D2の詳細な構成および作用については、例えば米国特許出願公開第2008/0030707号明細書を参照することができる。
二次光源からの光ビームLBは、コンデンサ光学系6を介して照明視野絞り7を重畳的に照明する。このようにして、照明視野絞り7には、フライアイレンズ5の波面分割単位である矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。照明視野絞り7の矩形状の開口部(光透過部)を介した光ビームLBは、結像光学系8の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたレチクルRを重畳的に照明する。すなわち、二次光源からの光ビームLBは、コンデンサ光学系6により集光され、さらに照明視野絞り7、結像光学系8、折曲ミラー9等(コンデンサ光学系6から折曲ミラー9までをまとめて送光光学系10と称する)を介して照明系IOPから射出され、図1に示されるように、照明光ILとしてレチクルRに照射される。この場合、照明視野絞り7により光ビームLB(照明光IL)を整形することにより、レチクルRのパターン面の一部(照明領域IAR)が照明される。
レチクルステージRSTは、照明系IOPの下方(−Z側)に配置されている。レチクルステージRST上には、レチクルRが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系(不図示)によって、水平面(XY平面)内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(Y軸方向)に所定ストローク範囲で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」と呼ぶ)14によって、移動鏡12(又はレチクルステージRSTの端面に形成された反射面)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計14の計測情報は、主制御装置20に供給される。
投影光学系PLは、レチクルステージRSTの下方(−Z側)に配置されている。投影光学系PLとしては、例えば、光軸AXに沿って配列された複数の光学素子(レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられる。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、前述の通り照明系IOPからの照明光ILによってレチクルRが照明されると、投影光学系PLを介して、レチクルRのパターン面(投影光学系の第1面、物体面)上の照明領域内のパターンの縮小像(パターンの一部の縮小像)が、レジスト(感応剤)が塗布されたウエハW(投影光学系の第2面、像面)上の露光領域IAに投影される。
投影光学系PLを構成する複数枚のレンズエレメントのうち、物体面側(レチクルR側)の複数枚のレンズエレメント(不図示)は、主制御装置20の配下にある結像性能補正コントローラ48によって例えば投影光学系PLの光軸方向であるZ軸方向、及びXY平面に対する傾斜方向(すなわちθx及びθy方向)に駆動可能な可動レンズとなっている。また、投影光学系PLの瞳面の近傍には、開口数(NA)を所定範囲内で連続的に変更可能な開口絞り41が設けられている。開口絞り41としては、例えばいわゆる虹彩絞りが用いられる。開口絞り41は、主制御装置20によって結像性能補正コントローラ48を介して制御される。
ウエハステージWSTは、リニアモータ等を含むステージ駆動系24によって、ステージベース22上をX軸方向、Y軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Z軸方向、θx方向、θy方向、及びθz方向に微小駆動される。ウエハステージWST上には、ウエハWが、ウエハホルダ(不図示)を介して真空吸着等によって保持されている。
ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(回転情報(ヨーイング量(θz方向の回転量)、ピッチング量(θx方向の回転量)及びローリング量(θy方向の回転量))を含む)は、レーザ干渉計システム(以下、「干渉計システム」と略記する)18によって、移動鏡16(又はウエハステージWSTの端面に形成された反射面)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。干渉計システム18の計測結果は、主制御装置20に供給される。
また、ウエハWの表面のZ軸方向の位置及び傾斜は、投影光学系PLの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を光軸AXに対して斜め方向より照射する照射系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での反射光束を受光する受光系60bとを有する焦点位置検出系によって計測される。焦点位置検出系(60a,60b)としては、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示される斜入射方式の多点焦点位置検出系と同様の構成のものが用いられる。
また、ウエハステージWST上には、その表面がウエハWの表面と同じ高さにある基準板FPが固定されている。基準板FPの表面には、アライメント系ASのベースライン計測等に用いられる基準マーク、後述するレチクルアライメント系で検出される一対の基準マーク等が形成されている。
また、ウエハステージWSTには、瞳輝度分布をオン・ボディで計測(計測)する輝度分布計測器80が設けられている。輝度分布計測器80は、図3に示されるように、カバーガラス80a、集光レンズ80b、及び受光部80c等から構成される。
カバーガラス80aの上面は、投影光学系PLの結像面位置、すなわちウエハステージWST上に載置されるウエハWの面位置に等しく設置されている。ここで上面には、クロム等の金属の蒸着により中央部に円形の開口(ピンホール)を有する遮光膜が形成されている。この遮光膜によって、瞳輝度分布の計測の際に、周囲から不要な光が受光部80cに入らないように遮られる。カバーガラス80a(ピンホール)及び受光部80cは、それぞれ、集光レンズ80bの前側及び後側焦点位置に配置されている。すなわち、受光部80cの受光面は、投影光学系PLの開口絞り41(すなわち投影光学系PLの瞳面及び照明系IOPの瞳面)の位置と光学的に共役な位置に配置されている。受光部80cは、2次元CCD等から成る受光素子と、例えば電荷転送制御回路等の電気回路等とを有している。なお、受光部80cからの計測データは、主制御装置20に送られる。
上述の構成の輝度分布計測器80では、投影光学系PLから射出された照明光ILの一部がカバーガラス80aのピンホールを通過し、集光レンズ80bにより集光されて、受光部80cの受光面に入射する。ここで、受光部80cの受光面には、投影光学系PLの開口絞り41における照明光ILの強度分布が再現される。すなわち、受光部80cにより、カバーガラス80aのピンホールを通過する照明光ILの開口絞り41上での強度分布が計測される。ここで、開口絞り41の位置は投影光学系PLの瞳面及び照明系IOPの瞳面の位置と光学的に共役であるため、照明光ILの強度分布を計測することは瞳輝度分布を計測することに等しい。
なお、カバーガラス80aの上面には、ピンホールとの位置関係が既知の位置合わせマーク(不図示)が設けられている。位置合わせマークは、ステージ座標系上でのピンホールの位置、すなわち輝度分布計測器80の位置を較正するために用いられる。
ウエハステージWST(すなわち輝度分布計測器80)をXY二次元方向に移動させて、上述の計測を行うことにより、被照射面(第2面)上の複数点に関する瞳輝度分布が計測される。瞳輝度分布の計測についてはさらに後述する。
図1に戻り、投影ユニットPUの鏡筒40の側面には、ウエハWに形成されたアライメントマーク及び基準マークを検出するアライメント系ASが設けられている。アライメント系ASとしては、例えばハロゲンランプ等のブロードバンド(広帯域)光によりマークを照明して検出し、検出されたマークの像(画像)を画像処理することによってマークの位置を計測する画像処理方式の結像式アライメントセンサの一種であるFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。
露光装置100では、不図示であるが、レチクルステージRSTの上方に、例えば米国特許第5,646,413号明細書等に開示される、露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から成る一対のレチクルアライメント系が設けられている。レチクルアライメント系の検出信号は、主制御装置20に供給される。
前記制御系は、図1中、主制御装置20によって主に構成される。主制御装置20は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等からなるいわゆるワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等から構成され、装置全体を統括して制御する。また、主制御装置20には、例えばハードディスクから成る記憶装置42、キーボード,マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置45,CRTディスプレイ(又は液晶ディスプレイ)等の表示装置44、及びCD(compact disc),DVD(digital versatile disc),MO(magneto-optical disc)あるいはFD(flexible disc)等の情報記憶媒体のドライブ装置46が、外付けで接続されている。
記憶装置42には、投影光学系PLによってウエハW上に投影される投影像の結像状態が最適(例えば収差又は線幅が許容範囲内)となる照明光源形状(瞳輝度分布)に関する情報、これに対応する照明系IOP、特に空間光変調器3Sのミラー要素SEの制御情報、及び投影光学系PLの収差に関する情報等が格納されている。
ドライブ装置46には、後述する照明光源の設定(ミラー要素のレンズ素子への振り分けと、振り分けられたミラー要素の入れ替えとの両方)を行うためのプログラム等が格納された情報記憶媒体(以下の説明では便宜上CD−ROMとする)がセットされている。なお、これらのプログラムは記憶装置42にインストールされていても良い。主制御装置20は、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。
露光装置100では、通常のスキャナと同様に、ウエハ交換、レチクル交換、レチクルアライメント、アライメント系ASのベースライン計測並びにウエハアライメント(EGA等)等の準備作業の後、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。詳細説明は省略する。
次に、本実施形態の露光装置100における空間光変調ユニット3(空間光変調器3S)を用いた照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理について説明する。
前述の通り、露光装置100に備えられた照明系IOPでは、光源1からの光ビームLBが、空間光変調器3Sが有する複数のミラー要素SEの一部に照射され、その一部の複数のミラー要素SEのそれぞれによって、光ビームLBが反射される。そして、これらの反射光(例えば光線L1〜L4)のそれぞれがフライアイレンズ5を構成する多数のレンズ素子のいずれかに導かれる(図2参照)。これにより、光ビームLBが分割(波面分割)され、フライアイレンズ5の後側焦点面LPP、すなわち照明瞳面上に、複数の光源像からなる照明光源が形成される。
ここで、空間光変調器3Sのミラー要素SEの数は、例えば、640×168(≒1×105)であり、フライアイレンズ5のレンズ素子の数は、例えば、1282(≒1.6×104)である。従って、個々のミラー要素SEにより反射される1×105の光線を適当に組み合わせて1.6×104のレンズ素子に導く、換言すれば、レンズ素子により構成される1.6×104の輝点上で1×105の光線を適当に重ね合わせることで、照明光源(二次光源)が形成(設定)される。また、一旦設定された光線の重ね合わせを調整することにより、照明光源が調整(再設定)される。
図4(A)〜図5(F)を用いて、照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理(基本)について例を取りあげて説明する。
図4(A)には、空間光変調器3Sのミラー要素SEk(k=1〜K(Kはミラー要素の総数))上で反射される光ビームLBの強度分布Φ0の一例が示されている。この例では、ガウススポット状の強度分布Φ0を有する光ビームLBが示されている。
強度分布Φ0は、主制御装置20により、ビーム形状検出部D1を用いて計測される。ただし、光ビームLBの断面に対して個々のミラー要素SEkの表面は十分小さいので、光ビームLBは、複数のミラー要素SEkによって受光され、強度分布Φ0は、ミラー要素SEk上での光ビームLBの強度Φ0kの集合として表現することができる。なお、説明の便宜上、各ミラー要素SEkには、強度Φ0kの順(Φ01≧Φ02≧Φ03≧…)にインデックスk(=1〜K)が付されているものとする。
図4(B)には、個々のミラー要素SEkにより反射される光ビームLBの強度、すなわちΦ0kがインデックスk(=1〜K)を横軸として示されている。
図5(A)には、フライアイレンズ5の後側焦点面LPP(照明瞳面)上に形成される目標照明光源形状(輝度分布の目標)と実質的に同じフライアイレンズ5の入射面上に形成される目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0が示されている。この目標照明光源形状(以下、適宜目標とも表記する)Ψ0は、円形状の極の内部で輝度が非零、外部で輝度が零となる輝度分布を有する。
目標Ψ0は、照明光源の設定及び再設定処理に先立って、主制御装置20により記憶装置42から読み出されている。ただし、目標照明光源形状Ψ0に対して個々のレンズ素子FLnの入射面(射出面)は十分小さいので、目標Ψ0は、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として表現することができる。なお、説明の便宜上、各レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスn(=1〜Nf(Nfはレンズ素子FLnの総数))が付されているものとする。
図5(B)には、個々のレンズ素子FLnの入射面(又は射出面)上での目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスn(=1〜Nf)として示されている。
図4(B)に示されるミラー要素SEk(k=1〜K)のそれぞれにより反射される強度Φ0kの反射光を適当に重ね合わせて、図5(B)に示される目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0n(n=1〜Nf)を構成する。このことは、目標輝度Ψ0nが与えられたレンズ素子FLnのそれぞれに、Ψ0nに等しい強度(総強度)を与える反射光(複数の反射光)を導くミラー要素SEkの組み合わせを求めることに他ならない。
例えば、図5(A)に示される目標Ψ0を形成するのに要するレンズ素子の数(目標輝度Ψ0n≠0であるレンズ素子の数であり、図中の黒点の数に等しい)は、図5(B)に示されるように、N(<レンズ素子の総数Nf)とする。ミラー要素SEkの総数(あるいは実際に使用可能なミラー要素の総数)Kに対し、上述のミラー要素SEkの組み合わせは最大NK通りあり、この膨大な数の組み合わせの中から最適な一の組み合わせを見つけなければならない。このため、本実施形態では、最適な組み合わせを短時間で効率良く求める解法が採用されている。
ここで、この解法の基本原理について、一例としてK=42、N=6として、説明する。図6(A)には、ミラー要素SEk(k=1〜42)のそれぞれにより反射される光ビームLBの強度Φ0kが、示されている。
最初に、図6(A)に示されるように、ミラー要素SEk(k=1〜42)を、強度Φ0kの順に、単位数毎に、レンズ素子の必要数N=6に等しい数のグループ(a,b,c,d,e,f)に振り分ける。これにより、図6(B)に示されるように、最初の6つのミラー要素SE1〜SE6が、順次、グループa〜fに振り分けられる。ここで、一例として単位数6であり、必要数N=6に一致しているが、これに限られるものではなく、単位数は例えば1でも良い。
なお、図6(B)及びその他の図において、ミラー要素SEk(k=1〜42)のそれぞれは、対応する強度Φ0k(図6(A)参照)に比例する長さの矩形を用いて表されている。各矩形内の番号は、ミラー要素SEkのインデックスに対応する。
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、グループa〜fには各1つのミラー要素SEk(それぞれk=1〜6)がそれらの強度Φ0kの順に振り分けられているのみなので、グループa〜fの入れ替えはない。
次に、次の単位数6個のミラー要素SEk(k=7〜12)を、図6(C)に示されるように、逆順(強度Φ0kの小さい順)に、グループa〜fに振り分ける。この場合、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の最も小さいグループf(強度Φ06)に、ミラー要素SE7が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループfについで小さいグループe(強度Φ05)にミラー要素SE8が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループeについで小さいグループd(強度Φ04)にミラー要素SE9が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループdについで小さいグループc(強度Φ03)にミラー要素SE10が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループcについで小さいグループb(強度Φ02)にミラー要素SE11が振り分けられ、強度Φ0kの和がグループbについで小さい(強度Φ0kの和が最も大きい)グループa(強度Φ01)には、ミラー要素SE12が振り分けられる。
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、図6(C)から明らかなように、グループa〜fの順に強度Φ0kの和が大きくなっているので、グループa〜fの入れ替えは行われない(図6(D)参照)。
次に、次の単位数N(=6)個のミラー要素SEk(k=13〜18)が、図6(E)に示されるように、逆順(強度Φ0kの小さい順)に、グループa〜fに振り分けられる。例えば、強度Φ0kの和の最も小さいグループf(強度Φ06+Φ07)にミラー要素SE13が、強度Φ0kの和の最も大きいグループa(強度Φ01+Φ012)にはミラー要素SE18が振り分けられる。
次に、グループa〜fを、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に、入れ替える。ここでは、グループa,f,b,e,c,dの順に強度Φ0kの和が大きいので、図6(F)に示されるように、強度Φ0kの和が大きい順(a,f,b,e,c,dの順)に、グループa〜fが入れ替えられる。
以降、残りのミラー要素SEk(k=19〜42)について、上記と同様に、単位数毎にグループa〜fへの振り分けと、グループa〜fの入れ替えとを繰り返す。これにより、最終的に図6(G)に示されるように、グループa〜fのそれぞれに、7個のミラー要素SEkが強度Φ0kの和がおおよそ均一になるように振り分けられる。
上述のミラー要素の振り分けのシミュレーションを、発明者が、照明光源のフライアイレンズのレンズ素子の数(必要数)N=3724,8645,14451のぞれぞれの場合について行ったところ、重ね合わせ度、強度の和の最大値と最小値との全体に対する誤差(強度の和の均一度)は、それぞれ28,0.1%、12,0.4%、7,1.8%であった。ここで、重ね合わせ度とは、1つのレンズ素子に対するミラー要素の個数であり、上の例では7である。なお、計算時間は、いずれの場合も同一(0.047秒)であった。これより、重ね合わせ度が高くなるほど高い精度で均一化できることがわかる。
上述の方法によって達成される均一性の精度(グループa〜fの各強度の和の最大値と最小値の差)は、最後に振り分けられたミラー要素の強度となる。上述の方法においては、ミラー要素が強度が大きい順に並べられているため、最後に振り分けられたミラー要素による強度が最小となり、非常に精度のよい均一性を実現することができる。
さらに、グループa〜fに振り分けられたミラー要素SEkを適当数入れ替えて、それぞれのグループに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和を均一化する。一例として、適当数は2とする。
例えば、強度Φ0kの和の最も大きいグループb(図6(G)参照)に振り分けられたミラー要素の中から2つのミラー要素を選択し、和の最も小さいグループe(図6(G)参照)に振り分けられたミラー要素の中から2つのミラー要素を選択し、それら各2つのミラー要素を入れ替える。
ここで、入れ替えることにより、グループbについての強度Φ0kの和Σk∈bΦ0kとグループeについての強度Φ0kの和Σk∈eΦ0kとが均一化(平均化)されるように、各2つのミラー要素を選択する。ここで、記号Σk∈b、Σk∈eは、それぞれグループb、eに振り分けられたミラー要素SEkについての総和を意味する。すなわち、グループb及びeの強度の和同士の差の2分の1(Σk∈bΦ0k−Σk∈eΦ0k)/2≒Φ0kb1+Φ0kb2−Φ0ke1−Φ0ke2を与える適当な各2つのミラー要素SEkb1,SEkb2及びSEke1,SEke2を選択する。
同様のミラー要素の入れ替えを、その他のグループ間、例えばグループf,c間、グループa,d間について行う。
さらに、各2つのミラー要素入れ替え後のグループa〜fをそれぞれに振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和の順に並び替え、上と同様のミラー要素の入れ替えをさらに1回以上(複数回)行う。
これにより、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和がさらに均一化され、目標照明光源形状Ψ0が得られる。
上述の各2つのミラー要素の入れ替え、及びグループの並べ替えのシミュレーションを、発明者が、照明光源のフライアイレンズのレンズ素子の数(必要数)N=3724(重ね合わせ度28),8645(重ね合わせ度12),14451(重ね合わせ度7)のぞれぞれの場合について行ったところ、入れ替えを5回行った時点で、強度の和の最大値と最小値との全体に対する誤差(強度の和の均一度)は、それぞれ0.0003%、0.017%、0.19%であった。
なお、適当数は2に限らず、例えば1あるいは3でも良い。適当数が大きいほど、高い均一度が得られる。ただし、長い処理時間を要することとなる。また、先に説明したグループa〜fのうちの2つのグループ同士の入れ替えを行う代わりに、その2つのグループに振り分けられた各適当数(少なくとも各1つ)のミラー要素SEk同士の入れ替えを行っても良い。
上述では、ミラー要素の入れ替えを回数で制限をかけたが、以下に示す手法を用いても良い。
まず、強度の和によって並び替えられたグループa〜fの端同士、すなわち強度Φ0kの和の最も大きいグループと、和の最も小さいグループとでミラー要素を入れ替える。次に、グループa〜fを強度の和Φ0kの順に入れ替える。このミラー要素の入れ替えとグループの入れ替えとを繰り返す。
この手法では、ミラー要素の入れ替え時には、その対象として常に最大グループと最小グループが選ばれるため、入れ替えのための適当な組(最大と最小の差の半分相当)が見つかる限り精度は向上し続ける。適当な組が見つからない場合はグループから脱出する。すなわち組み合わせの精度を指定することができる。
なお、図6(G)におけるグループaとグループdとでは、もともと強度の和が同程度なので入れ替えのための適当な組が見つからない可能性が高いが、グループa〜fの並び替えの時間を短縮することができる。
次に、図7(A)〜図8(C)を参照して、多極照明に対する照明光源の設定(形成)及び再設定(調整)処理について例をあげて説明する。
図7(A)には、3極照明光源の形状(輝度分布)の目標Ψ0の一例が示されている。目標Ψ0は、先と同様、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として離散的に表現されている。なお、説明の便宜上、レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスnが付されているものとする。
図7(B)には、目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスn(=1〜Nf)として示されている。この例では、図7(A)に示される極a,b,cをそれぞれ構成するレンズ素子FLnについての目標輝度が順に強く(Ψ0a>Ψ0b>Ψ0c)、それぞれの極を構成するレンズ素子FLnの数は順にNa,Nb,Ncである。
図7(C)に示されるように、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、強度Φ0kの順に、単位数N毎に、極a,b,cにそれぞれna,nb,nc個ずつ振り分ける。ここで、na+nb+nc=Nである。ここで、振り分ける数na,nb,ncは、極a,b,cを構成するレンズ素子FLnの必要数Na,Nb,Ncと目標輝度Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cの積の比に応じて定められる(na:nb:nc=NaΨ0a:NbΨ0b:NcΨ0c)。
上の振り分けにおいて、単位数Nは、要求される照明光源の設定精度の逆数に近似する整数(又はその整数倍)との積がミラー要素SEkの総数(あるいは実際に使用可能なミラー要素の総数)K以下となる数とする。例えば、0.1%の設定精度が要求される場合、この設定精度の逆数に近似する数1000(又はその整数倍)との積1000N≦Kを満たすN、例えばN=100が、選択される。また、単位数Nを設定精度の逆数の2倍としても良い(この場合でも単位数NはK以下である)。例えば(厳密に言うと)0.5%の設定精度が要求される場合はN=400が選択される。単位数Nが大きくなることで、各極に振り分けられたミラー要素の数na,nb,ncも大きくなり、各極a,b,cに振り分ける精度が向上する。また、単位数Nの中から各極a,b,cに振り分けるミラー要素を選択する際には、強度の高い方からna,nb,ncと順番に配分すると偏りが生じる恐れがあるため、ランダム抽出を行っても良い。これにより、それぞれの極について、およそ輝度分布の均一な照明光源形状を効率良く設定することが可能となる。勿論、単位数Nは、K以下である限り、1以上の任意の整数を選択することができる。また、極a,b,cのそれぞれについて、ミラー要素SEkの組み合わせの数及び組み合わせの度数(各極を構成するレンズ素子の1つに対して割り当てられるミラー要素SEkの数)が適宜定められるため、高い設定精度が得られる。
そして、極a,b,cのそれぞれについて、先に説明した例と同様の手順で、目標輝度Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cが与えられたレンズ素子FLnのそれぞれに、Ψ0a,Ψ0b,Ψ0cに等しい強度(総強度)を与える反射光(複数の反射光)を導くミラー要素SEkの最適な組み合わせを求める。
図8(A)には、本実施形態の露光装置100において採用される多極照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0の一例が示されている。図8(B)には、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nが横軸をインデックスnとして示されている。この例では、図8(A)に示される5つの極a,b,c,d,eを構成するレンズ素子FLnの数は図8(C)中のMFEの必要数の欄に示されるようにそれぞれ386,386,981,386,386(比2:2:5:2:2)であり、それぞれの極についての目標輝度Ψ0nは比100:80:60:40:20である(図8(B)参照)。
ミラー要素の総数はK=107000とする。ミラー要素SEk(k=1〜K)は、単位数1000毎に、それぞれの極を構成するレンズ素子FLnの数と目標輝度Ψ0nとの積の比に応じて255,204,388,102,51ずつ極a,b,c,d,eに振り分けられる。これにより、極a,b,c,d,eのそれぞれに、27285,21825,41516,10914,5457のミラー要素SEkが振り分けられる。なお、各極を構成するレンズ素子の1つに対して割り当てられるミラー要素SEkの数、すなわち組み合わせの度数は、極a,b,c,d,eに対してそれぞれ70,56,42,28,14である。
発明者等が、実験を行ったところ、上の例に対し、0.01秒程度の処理時間で、およそ0.1%以内の強度の和の均一度が得られることがわかった。
次に、図9(A)〜図9(H)を用いて、さらに複雑な変形照明に対する照明光源の設定及び再設定(調整)処理について、例を挙げて説明する。
図9(A)には、変形照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0の一例が示されている。目標照明光源形状Ψ0は、先と同様、各レンズ素子FLn上での目標輝度Ψ0nの集合として離散的に表現されている。なお、説明の便宜上、レンズ素子FLnには、目標輝度Ψ0nの順(Ψ01≧Ψ02≧Ψ03≧…)にインデックスnが付されているものとする。図9(A)では、横軸をインデックスn(=1〜N)として、輝度Ψ0nが示されている。
図9(B)には、各ミラー要素SEkにより反射される光ビームLBの強度Φ0kが横軸をインデックスk(=1〜K)として、示されている。強度Φ0kの反射光を適当に重ね合わせて、図9(A)に示される変形照明の目標照明光源形状(輝度分布の目標)Ψ0nを構成する。
最初に、目標Ψ0n(n=1〜N)を用いて、各レンズ素子FLnに対する定数項Cnを求める。定数項Cnは、目標輝度Ψ0nと目標輝度Ψ0n(n=1〜N)のうちの最大の値を有する輝度、すなわち目標輝度Ψ01との差を強度の和および輝度の和によって規格化したもの(Ψ01−Ψ0n)*Σφ/ΣΨとして与えられる。図9(C)には、定数項Cnが、インデックスn(=1〜N)を横軸として(すなわち小さい順に)示されている。
次に、図9(C)に示されるような閾値(Th1〜Th6)を定める。閾値(Th1〜Th6)は、定数項Cn(n=1〜N)の分布(すなわち目標輝度Ψ0n(n=1〜N)の分布)と、反射光の強度Φ0k(k=1〜K)の分布とから適宜定められる。例えば閾値Thは、まだ振り分けられていないミラー要素についての強度Φ0nの中で最大の強度と、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和ΣΦ0k+Cnの中で最小の強度との和とすることができる。
次に、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、強度Φ0kの順に、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和Σk∈nΦ0k+Cnが第1閾値Th1を十分に(優に)超えるまで(あるいは和の平均が第1閾値Th1を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順にレンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(D)に示されるように、最初のna(=4)個のミラー要素SEk(k=1〜na)のうちミラー要素SE1、SE3がレンズ素子FL1に、ミラー要素SE2、SE4がレンズ素子FL2に振り分けられる。
なお、説明の都合のため、定数項Cnを導入し、定数項Cnと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kとの和Σk∈nΦ0k+Cnを用い、ミラー要素SEk(k=1〜K)を、上述のようにしてレンズ素子FLn(n=1〜N)に振り分けたが、これは、定数項Cn=Ψ01−Ψ0nであるから、目標輝度Ψ0nと既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和との差Ψ0n−Σk∈nΦ0kを用い、該差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に、既に振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kの和Σk∈nΦ0kが第1閾値Th1を十分に(優に)超えるまで、ミラー要素SEkを強度Φ0kの順に各レンズ素子FLnに振り分けることに対応する。
次に、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。ここでは、図9(D)からわかるように、レンズ素子FL1についての和Φ01+Φ03+C1は、レンズ素子FL2についての和Φ02+Φ04+C2に対して小さく、さらに和Φ02+Φ04+C2はその他のレンズ素子FLn(n≧3)についての定数項Cnより小さいので、レンズ素子FLnの並べ替えはない。
次に、ミラー要素SEk(k=5〜K)を、強度Φ0kの順に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が第2閾値Th2を十分に超えるまで(あるいは和の平均が第2閾値Th2を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順に(差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に)レンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(E)に示されるように、次のnb(=12)個のミラー要素SEk(k=5〜16)がレンズ素子FL1〜FL6に振り分けられる。
次に、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。これにより、レンズ素子FL1〜FL6が、図9(F)に示されるように、並び替えられる。
次に、上記と同様に、ミラー要素SEk(k=17〜K)を、強度Φ0kの順に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が第3閾値Th3を有に超えるまで(あるいは和の平均が第3閾値Th3を超えるまで)、和Σk∈nΦ0k+Cnの最も小さいレンズ素子から小さい順に(差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが最も大きいレンズ素子から大きい順に)レンズ素子FLnに振り分ける。これにより、図9(G)に示されるように、次のnc(=35)個のミラー要素SEk(k=17〜51)がレンズ素子FL1〜FL10に振り分けられる。
さらに、レンズ素子FLn(n=1〜N)を、振り分けられたミラー要素SEkについての強度Φ0kと定数項Cnの和Σk∈nΦ0k+Cnの小さい順(上述の差Ψ0n−Σk∈nΦ0kが大きい順)に並び替える。これにより、レンズ素子FL1〜FL10が、図9(H)に示されるように、並び替えられる。
以後、閾値を次の閾値Th4〜Th6に順次変更し、上述と同様のミラー要素SEkの振り分けと、レンズ素子FLnの並び替えを、繰り返し行う。これにより、必要数のミラー要素SEkがレンズ素子FLn(n=1〜N)に、和Σk∈nΦ0k+Cn(又は強度Φ0kの和Σk∈nΦ0k)が最後の閾値Th6に近似し且つほぼ均一になるように、振り分けられる。
発明者等が、上述の変形照明に対するミラー要素の振り分けを、例えば、図8(A)及び図8(B)に示される多極照明に対し適用するシミュレーションを行った結果、処理時間0.1秒程度、均一度約3%で、ミラー要素が振り分けられることが確認できた。
さらに、先と同様に、レンズ素子FLn(n=1〜N)に振り分けられたミラー要素SEkを適当数入れ替えて、それぞれのレンズ素子FLnについての和Σk∈nΦ0k+Cnを均一化することもできる。発明者等の実験では、このミラー要素の入れ替えにより、例えば、図8(A)及び図8(B)に示される多極照明に対し、処理時間0.1秒程度、均一度約0.01%で、ミラー要素SEkが振り分けられることが確認された。
本実施形態の露光装置100では、主制御装置20は、上述の照明光源の設定(ミラー要素のレンズ素子への振り分けと、振り分けられたミラー要素の入れ替えとの両方)を、露光装置100の起動時、アイドル時等に実行する。また、主制御装置20は、ロット処理中等に適宜、設定済みの照明光源に対して振り分けられたミラー要素の入れ替えを実行する。これにより、目標照明光源形状をほぼ正確に再現した照明光源が形成され、その形状が常時維持される。
以上詳細に説明したように、本実施形態の露光装置100では、空間光変調器3Sとして可動マルチミラーアレイが用いられ、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ5が用いられている。そして、可動マルチミラーアレイ3Sを構成する複数のミラー要素SEkのそれぞれを介した光を照明光路中のフライアイレンズ5の複数のレンズ素子FLnに選択的に振り分けることにより、照明光学系の瞳面(フライアイレンズ5の射出側焦点面にほぼ一致)に照明光源(2次光源)を形成する。そして、複数のミラー要素SEk(の少なくとも一部)を、該複数のミラー要素SEkのそれぞれで反射される光の強度の順に、先に例を挙げて説明したような所定の基準に従って所定数のレンズ素子FLnに対応付け、複数のミラー要素SEkのうちの少なくとも1つが対応付けられた所定数のレンズ素子FLnうちの2つのレンズ素子の間で、それぞれに対応付けられたミラー要素SEkのうちの少なくとも各1つのミラー要素同士を入れ替え、2つのレンズ素子FLnのそれぞれに対応付けられたミラー要素SEkについての光の強度の和Φ0kを平均化する。これにより、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することが可能になる。
また、本実施形態の露光装置100によると、上述のようにして形成された光源形状を有する照明光源からの照明光ILを照射してレチクルRのパターンをウエハW上に転写する。これにより、ウエハ上にパターンを高解像度でかつ精度良く転写することが可能になる。
なお、上記実施形態では、空間光変調器3Sとして可動マルチミラーアレイを用い、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ5を用い、可動マルチミラーアレイ3Sを構成する複数のミラー要素SEkのそれぞれを介した光を照明光路中のフライアイレンズ5の複数のレンズ素子FLnに選択的に振り分ける場合について説明した。すなわち、上記実施形態では、説明の簡略化のため、空間光変調器3Sによってフライアイレンズの入射面の近傍に形成される区画(グリッド)の数及び形状とフライアイレンズ5のレンズ素子FLnの数及びレンズ素子FLnの入射面の形状とが一致していることを前提として説明を行った。しかし、一般には、上記のグリッドの数(又は形状)とレンズ素子の数(又は形状)とは1対1対応しないことが多い。このような場合、上記実施形態中のフライアイレンズ5の各レンズ素子FLnに代えて、各グリッドがあるものとすれば、上記実施形態の手法をそのまま採用して、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することができる。ここで、フライアイレンズのレンズ素子の数(フライアイレンズの波面分割数)を上記のグリッドの数よりも多くしても良い。上述したように、フライアイレンズ5による波面分割数が比較的大きい場合、フライアイレンズ5の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示すため、上記実施形態の手法をそのまま採用して、目標光源形状を正確に再現した照明光源を短時間で形成することができる。
また、空間光変調器としては、前述した可動マルチミラーアレイに限らず、光源からの照明光の光路中に設置された、例えば透過型液晶表示素子、エレクトロクロミックディスプレイ(ECD)、透過型の回折光学素子などの透過型の空間光変調器、あるいはDMD(Deformable Micro-mirror Device、又はDigital Micro-mirror Device)、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ(EPD : ElectroPhoretic Display)、電子ペーパー(又は電子インク)、光回折型ライトバルブ(Grating Light Valve)、反射型の回折光学素子などの反射型の空間光変調器なども用いることができる。
また、オプティカルインテグレータとしては、フライアイレンズに限らず、回折光学素子、あるいは、内面反射型のオプティカルインテグレータ(典型的にはロッド型インテグレータ)を用いても良い。この場合、リレー光学系4の後側にその前側焦点位置がリレー光学系4の後側焦点位置(上記実施形態のフライアイレンズ5の入射面の位置に相当)と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置又はその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が視野絞り7の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の結像光学系8内の、投影光学系PLの開口絞りの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置及びこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。このとき、リレー光学系4と集光レンズとの間に、照明瞳分布計測部D2へ光を導くためのビームスプリッタBS2を配置することができる。
なお、上記実施形態では、ウエハステージWST上に設けられた輝度分布計測器80を用いてウエハ面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用したが、輝度分布計測器80をレチクルステージRST上に設け、レチクルのパターン面上で瞳輝度分布を計測する構成を採用することもできる。この場合、瞳輝度分布の計測結果に投影光学系PLの光学特性(例えば収差など)の影響が含まれないため、瞳輝度分布を精密に計測する上で好適である。
なお、上記実施形態では1つの空間光変調ユニット(空間光変調器)を用いたが、これに限らず、複数の空間光変調ユニット(空間光変調器)を用いることも可能である。複数の空間光変調ユニットを用いた露光装置向けの照明光学系として、例えば米国特許出願公開第2009/0109417号明細書および米国特許出願公開第2009/0128886号明細書に開示される照明光学系を採用することができる。
また、上記実施形態では、二次元的に配列されたミラー要素の傾斜を独立に制御する空間光変調器を採用したが、そのような空間光変調器として、例えば欧州特許出願公開第779530号明細書、米国特許第6,900,915号明細書、並びに米国特許第7,095,546号明細書等に開示される空間光変調器を採用することができる。
また、空間光変調器として、さらにミラー要素の高さを独立に制御する空間光変調器を採用することも可能である。そのような空間光変調器として、例えば米国特許第5,312,513号明細書、並びに米国特許第6,885,493号明細書に開示される空間光変調器を採用することができる。さらに、上述の空間光変調器を、例えば米国特許第6,891,655号明細書、あるいは米国特許出願公開第2005/0095749号明細書の開示に従って変形することも可能である。
また、上記実施形態では、スキャニング・ステッパに本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明は適用することができる。
また、例えば米国特許第6,590,634号明細書、米国特許第5,969,441号明細書、米国特許第6,208,407号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば米国特許第7,589,822号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材(例えば、基準マーク、及び/又はセンサなど)を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
また、上記実施形態では、露光装置100が、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第1420298号明細書、国際公開第2004/055803号、米国特許第6,952,253号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態の露光装置を含み本発明に係る露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
また、上記実施形において、米国特許出願公開第2006/0170901号明細書や米国特許出願公開第2007/0146676号明細書に開示される、いわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。
また、露光装置の光源は、ArFエキシマレーザに限らず、KrFエキシマレーザ(出力波長248nm)、F2レーザ(出力波長157nm)、Ar2レーザ(出力波長126nm)、Kr2レーザ(出力波長146nm)などのパルスレーザ光源、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、YAGレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
また、例えば国際公開第2001/035168号に開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)を、露光装置110として採用することができる。
さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を、露光装置110として採用することができる。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態のリソグラフィシステムの一部を構成する露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
以上説明したように、本発明の光源形成方法は、照明光源を形成するのに適している。また、本発明の露光方法は、照明光源からの照明光により物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
1…光源、2…ビームエキスパンダ、3S…空間光変調器、4…リレー光学系、5…フライアイレンズ、7…照明視野絞り、20…主制御装置、100…露光装置、IOP…照明系、PL…投影光学系、R…レチクル、W…ウエハ、SEk…ミラー要素、IL…照明光、FLn…レンズ素子。
Claims (21)
- 空間光変調器を構成する複数の光学要素のそれぞれを介した光を照明光路中の所定面内の複数の区画に選択的に振り分けることにより、前記所定面に、物体上にパターンを形成するための照明光源を形成する光源形成方法であって、
前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、所定の基準に従って所定数の区画に対応付けることと;
前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記所定数の区画のうちの2つの区画の間で、それぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替えることと;を含む光源形成方法。 - 前記対応付けることでは、前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、単位数毎に、前記照明光源の輝度分布の設定に必要な数の区画に対応付け、
前記入れ替えることでは、前記2つの区画のそれぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの少なくとも各1つの光学要素同士を入れ替える請求項1に記載の光源形成方法。 - 前記単位数は、前記必要な数に等しい請求項2に記載の光源形成方法。
- 前記対応付けることでは、前記複数の光学要素を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、前記必要な数の区画のうち、既に対応付けられた前記光学要素についての前記光の強度の和が最小である区画から前記強度の和が小さい順に対応付ける請求項2又は3に記載の光源形成方法。
- 前記入れ替えることでは、前記必要な数をNとして、N個の区画の中の既に対応付けられた前記光学要素についての前記光の強度の和がi番目と(N−i)番目の区画間で、前記光学要素同士の入れ替えが行われる請求項2〜4のいずれか一項に記載の光源形成方法。
- 前記対応付けること及び前記入れ替えることの両者に先立って、
前記照明光源の輝度分布に応じて前記複数の区画を複数の第1グループにグループ分けし、
前記複数の光学要素を、前記グループ分けされた各第1グループに属する区画の数と対応する前記照明光源の輝度との積の比に応じて、前記複数の第1グループに対して振り分けることをさらに含み、
前記複数の第1グループのそれぞれについて、前記対応付けることと前記入れ替えることとを実行する請求項2〜5のいずれか一項に記載の光源形成方法。 - 前記振り分けることでは、前記複数の光学要素を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、所定数毎に、複数の第2グループに分け、該複数の第2グループのそれぞれに属する前記所定数の光学要素を、前記比に応じて、前記複数の第1グループに対して振り分ける請求項6に記載の光源形成方法。
- 前記第2グループの数は、前記所定数との積が前記複数の光学要素の総数以下となり、かつ要求される前記照明光源の形状の設定精度の逆数に近似する整数又は該整数の整数倍の数である請求項7に記載の光源形成方法。
- 前記対応付けることでは、前記複数の光学要素の少なくとも一部を、該複数の光学要素のそれぞれを介する光の強度の順に、前記照明光源の輝度分布の設定に必要な数の区画のうち、既に対応付けられた前記光学要素についての前記光の強度の和と前記輝度分布より定まる目標輝度との差が最も大きい区画から大きい順に、前記和が閾値を超えるまで各区画に対応付け、
前記入れ替えることでは、前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた前記必要な数の区画のうちの2つの区画の間で、前記光学要素同士を入れ替える請求項1に記載の光源形成方法。 - 前記閾値を変更することと前記対応付けることとを繰り返す請求項9に記載の光源形成方法。
- 前記入れ替えることでは、前記必要な数をNとして、前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられたN個の区画の中の前記差がi番目と(N−i)番目の区画間で、前記光学要素同士の入れ替えが行われる請求項9又は10に記載の光源形成方法。
- 前記入れ替えることでは、前記2つの区画のそれぞれに対応付けられた前記光学要素についての前記光の強度の和同士の差の2分の1に近似する前記光の強度の差を与えるそれぞれに対応付けられた少なくとも各1つの光学要素を、前記2つの区画の間で、入れ替える請求項1〜11のいずれか一項に記載の光源形成方法。
- 前記入れ替えることでは、前記2つの区画の間で、それぞれに対応付けられた前記光学要素のうちの各2つの光学要素を入れ替える請求項1〜12のいずれか一項に記載の光源形成方法。
- 前記複数の光学要素のうちの少なくとも1つが対応付けられた区画の全てについて前記入れ替えることを実行する請求項1〜13のいずれか一項に記載の光源形成方法。
- 前記入れ替えることを複数回繰り返す請求項14に記載の光源形成方法。
- 前記所定面の近傍には、二次元状に配列された複数の光学素子を備えるオプティカルインテグレータが配置されており、
前記空間光変調器を介した光で前記オプティカルインテグレータの前記複数の光学素子の射出側に前記照明光源を形成する請求項1〜15のいずれか一項に記載の光源形成方法。 - 前記所定面を介した光を集光光学系により集光し、
集光光学系による集光位置の近傍に内面反射型のオプティカルインテグレータの入射面を位置決めし、
前記空間光変調器を介した光で前記オプティカルインテグレータの前記入射面の位置に前記照明光源の虚像を形成することを特徴とする1〜15のいずれか一項に記載の光源形成方法。 - 請求項1〜17のいずれか一項に記載の光源形成方法により形成された照明光源からの照明光で物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法。
- 前記照明光源からの照明光で被投影物体を照明し、照明された被投影物体からの光を投影光学系に通して前記物体上に前記被投影物体の像を形成する請求項18に記載の露光方法。
- 前記所定面は、前記投影光学系の開口絞りの位置と光学的に共役な位置または該共役な位置の近傍である請求項19に記載の露光方法。
- 請求項18〜20のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、物体上にパターンを形成することと;
前記パターンが形成された前記物体を現像し、前記パターンに対応する形状のマスク層を前記物体の表面に形成することと;
前記マスク層を介して前記物体の表面を加工することと;を含むデバイス製造方法。
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JP2010247058A JP2012099686A (ja) | 2010-11-04 | 2010-11-04 | 光源形成方法、露光方法、及びデバイス製造方法 |
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JP2015501552A (ja) * | 2012-10-08 | 2015-01-15 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明系 |
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2010
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US9310690B2 (en) | 2013-11-22 | 2016-04-12 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Illumination system of a microlithographic projection exposure apparatus |
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