JP2020056895A - 露光装置、露光方法、および、物品の製造方法 - Google Patents

露光装置、露光方法、および、物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきの低減に有利な露光装置を提供する。【解決手段】光を射出する光源を用いて基板にパターンを転写する露光装置であって、光源からの光に含まれる第1の波長帯域の光と、第1の波長帯域の光に含まれる第2の波長帯域の光のそれぞれの光量を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づき、第1の波長帯域の光に含まれ、第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の光の光量を取得する処理部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、露光装置、露光方法、および、物品の製造方法に関する。
露光装置は、半導体デバイスや液晶または有機EL表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程に用いられる。露光装置は、リソグラフィ工程において、原版(レチクル、又はマスク)のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板(表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等)に転写する装置である。
液晶表示パターンを転写する投影露光装置では、近年、マスク上のより大きな面積パターンを基板上に一括露光する露光装置が求められている。また、更なる生産性の向上のために、処理効率を向上させて露光を可能とする露光装置への要望が強くなっている。より大型化していく大画面パネルの処理効率を上げるためには、例えばレーザーのような単一輝線だけでの露光では光量が不足してしまうため、光源として超高圧水銀ランプなどの複数輝線帯域を有する光源を用いることが知られている。
液晶または有機EL表示装置等の製造において、高解像力を満たすためにはウエハやガラスプレートに塗布される感光剤(レジスト)の感度特性に応じて適切な露光量を保つ必要がある。感度特性に応じた適切な露光量を保たなければ、露光過多(オーバードーズ)或いは露光不足(アンダードーズ)となり、パターンの線幅にばらつきが生じうる。このような問題に対応するための技術として、波長毎の光強度を計測する計測手段の計測結果に基づき、照明光を制御する露光装置が提案されている(特許文献1)。また、使用するレジストの特性に合わせて複数波長帯から所望の輝線帯域を選択できるように、照明光学系内に波長選択機構を設ける露光装置も提案されている(特許文献2、3)。
特開平11−160887号公報 特開2008−263092号公報 特開2003−203853号公報
しかしながら、特許文献1の露光装置では、波長毎に計測手段を設けなければならず、装置が大型化しうる。また、特許文献2の露光装置では、照明系内に複数のフィルタを構成する必要があり、特許文献3の露光装置では、波長選択フィルタの切り替えに応じて、照明光学系の光学特性及び投影光学系の光学特性を調整するため、機構が複雑且つ装置が大型化しうる。
そこで、本発明は、例えば、簡易な構成で基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきの低減に有利な露光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、光を射出する光源を用いて基板にパターンを転写する露光装置であって、光源からの光に含まれる第1の波長帯域の光と、第1の波長帯域の光に含まれる第2の波長帯域の光のそれぞれの光量を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づき、第1の波長帯域の光に含まれ、第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の光の光量を取得する処理部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、簡易な構成で基板上に形成されるパターンの線幅のばらつきの低減に有利な露光装置を提供することができる。
露光装置の構成を示す図である。 第1実施形態の露光装置の概略図である。 第1実施形態に係る光源の出力値の制御処理の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る露光装置の概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
<露光装置の構成>
図1は、第1〜第2実施形態に共通の露光装置100の構成を示す図である。露光装置100は、基板16(ガラスプレートやウェハ等)を露光してマスク13(レチクル)のパターンを基板16に転写する。露光装置100は、照明光学系20、投影光学系15、マスク13を保持して移動可能なマスクステージMS、基板16を保持して移動可能な基板ステージWS、基板16を露光する処理(露光処理)を制御する処理部21、および、記憶部22を有する。以下の図において、上下方向(鉛直方向)にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取っている。
マスク13および基板16のそれぞれは、マスクステージMSおよび基板ステージWSに保持され、投影光学系15を介して、光学的にほぼ共役な位置(投影光学系15の物体面および像面の位置)に配置されている。投影光学系15は、所定の投影倍率(例えば、1/2倍)を有し、マスク13に形成されたパターンの像を基板16に投影する。そして、マスクステージMSおよび基板ステージWSを、投影光学系15の物体面と平行な方向(例えば、X軸方向)に、投影光学系15の投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスク13に形成されたパターンを基板16に転写することができる。
投影光学系15は、例えば、図1に示すように、平面ミラー52と、凹面ミラー53と、凸面ミラー54などの反射光学系または反射屈折光学系を含む。照明光学系20から射出され、マスク13を通過した光は、平面ミラー52の第1面52aで反射され、凹面ミラー53の第1面53aに入射する。凹面ミラー53の第1面53aで反射した光は、凸面ミラー54で反射され、凹面ミラー53の第2面53bに入射する。凹面ミラー53の第2面53bで反射した光は、平面ミラー52の第2面52bで反射され、基板上に結像する。投影光学系15では、凸面ミラー54が光学的な瞳となる。
<第1実施形態>
図2は、第1実施形態に係る露光装置100の概略図である。なお、本図において、投影光学系15は簡略化して図示している。照明光学系20は、光源1、集光ミラー2、コンデンサレンズ5、フライアイレンズ6、開口絞り7、第1の選択部8、コンデンサレンズ9、スリット10、マスキングブレード11、および、コンデンサレンズ12を含む。
光源1は広帯域の光(複数波長の光が混在する光)を射出する例えば超高圧水銀ランプなどの光源である。本実施形態において、光源1は、複数の輝線が混在する光を射出する。例えば、輝線としてj線(315nm近傍)、i線(365nm近傍)、h線(405nm近傍)、g線(436nm近傍)等の紫外光を含む。集光ミラー2は、本実施形態では一例として楕円形状をしている。光源1は、集光ミラー2の第1焦点3付近に発光部を有する。集光ミラー2により光源1から発光された光は、楕円の第2焦点4に結像集光される。その後、光源1からの光はコンデンサレンズ5によりフライアイレンズ6の入射面上に入射する。フライアイレンズ6は、オプティカルインテグレータの一種であり、複数の微小なレンズ(複数の光学素子)を備える。フライアイレンズ6の直下には、開口絞り7が設置されている。
フライアイレンズ6を通過した光は、均一な光強度分布となり、開口絞り7を通過して第1の選択部8に入射する。第1の選択部8は、所望の波長帯域を有する光のみ選択して透過させるため、第1の選択部8からは所望波長帯域を有する光のみが射出される。なお、第1の選択部8の構成の詳細については後述する。第1の選択部8を通過した光は、コンデンサレンズ9を経て、投影光学系15に入射する光の形状を規定するスリット10と露光領域を規定するマスキングブレード11をケーラー照明する。スリット10とマスキングブレード11は、後述する被照明面(マスク13、基板16)の共役面近傍に配置されている。本実施形態において、スリット10とマスキングブレード11は、一例として図1に示すようにコンデンサレンズ9とコンデンサレンズ12との間の位置に配置されているが、マスク13と光学的に共役な面近傍であればこの限りでない。スリット10、およびマスキングブレード11を通過した光は、コンデンサレンズ12により被照明面に配置されたマスク13を照明する。
投影光学系15は、反射光学系又は反射屈折光学系を含む。複数の輝線を含む広帯域な光を射出する超高圧水銀ランプを光源とする場合、投影光学系15は色収差の発生が抑制される例えばオフナー光学系に代表されるような反射光学系を含むことが好ましい。マスク13と基板16は投影光学系15に関して光学的に共役な関係にある。マスク13と基板16はそれぞれマスクステージMSと基板ステージWSによりスキャン方向に移動される。マスクステージMSと基板ステージWSは、それぞれ駆動部14と駆動部17により駆動される。駆動部14と駆動部17によりマスクステージMSと基板ステージWSをそれぞれ駆動することで、スリット状の光で走査露光する。
基板ステージWSの基板16が載置される面の近傍には、投影光学系15などを透過した露光光量を計測できる計測部18が構成されている。計測部18は、基板16のパターンが転写される面と光学的に共役な位置に配置される。基板ステージWSが駆動することにより、計測部18が移動し、露光光量を計測する。計測部18は、例えば、光量センサーである。本実施形態では、一例として基板ステージWSの基板16が載置される面に計測部18を配置しているが、光源1からの光が投影光学系を透過した後であれば、光量は等価である。よって、計測部18は、投影光学系を透過した光を計測可能な位置に配置すれば良く、基板ステージWSに配置されていなくても良い。なお、本実施形態において、第1の選択部8と計測部18とを合わせて検出部とする。
処理部21は、露光装置100の各部の制御を行う。また、処理部21は、検出部における検出結果、すなわち、第1の選択部8において透過された波長の光とその光量の計測結果に基づき、計測部18では直接計測できない狭い特定波長帯の光の光量を求める。なお、露光装置100の各部の制御と、計測部18では直接計測できない特定波長帯の光の光量の取得は、別体の処理部により行われても良い。記憶部22は、計測部18の計測結果を記憶する。
ここで、第1の選択部8の構成について説明する。本実施形態において、第1の選択部8は、2つの波長フィルタ8aおよび波長フィルタ8bを備える。波長フィルタ8aの近傍には波長フィルタ8bが位置している。複数の波長フィルタ8aおよび8bは、互いに異なる波長の光を透過する複数のフィルタ(光学素子)であり、使用する波長フィルタを切り替え可能に構成されている。これにより光源1から射出される光から露光波長の光を選択して透過させることができる。第1の選択部8は、複数の波長フィルタ8aと波長フィルタ8bのうちから選択された波長フィルタを光源1と基板16との間の光路に配置する。なお、本実施形態において、第1の選択部8は、照明光学系20に配置されているが、光源1と基板16との間の光路に波長フィルタを配置できれば良く、これに限られない。例えば、投影光学系15に配置しても良いし、投影光学系15と基板16との間に配置しても良い。照明光学系20に第1の選択部8を配置する場合、構成が簡易となる。投影光学系15と基板16との間に第1の選択部8を配置する場合、照明光学系20に配置する場合と比較して露光光量の低下を抑制することができる。
波長フィルタ8a、波長フィルタ8bが光路に配置されることによってそれぞれλ8a、λ8bの波長帯域の光が透過し、計測部18でそれぞれの波長帯域の光量を計測することができる。本実施形態では一例として、第1の選択部8に構成される波長フィルタ8aにはi線、h線、g線の光を透過するフィルタ、波長フィルタ8bには光源1からの光の全波長帯域であるj線、i線、h線、g線の光を透過するフィルタが構成される場合を示す。
Figure 2020056895
次に、図3を参照して、本実施形態に係る光源1の出力値の制御処理について説明する。図3は、第1実施形態に係る光源1の出力値の制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、各ステップは、処理部21による各部の制御によって実行されうる。まず、S401において、第1の選択部8は、波長フィルタ8aを光路上に配置する。計測部18は、波長フィルタ8aを透過した光の光量(i線、h線、g線の光量、以下ihg光量という。)を計測する。計測部18で計測されたihg光量(第1の計測値)は記憶部22に記憶される。次に、S402において、第1の選択部8は、波長フィルタ8bを光路上に配置する。計測部18は、波長フィルタ8bを透過した光の光量(j線、i線、h線、g線の光量、以下jihg光量という。)を計測する。計測部18で計測されたjihg光量(第2の計測値)は記憶部22に記憶される。
S403において、処理部21が記憶された2つの光量の差分を算出することで、j線のみの光量を得る。S404において、S403で得たj線の光量から露光処理に使用するレジストの感度特性に応じた最適な露光量を算出する。S405において、S404で算出された露光量に基づき、光源1の出力値を制御する。
露光処理に使用するレジストには、露光されなかった部分が現像後に残る感光剤(ポジ型レジスト)と、露光された部分が現像後に残る感光剤(ネガ型レジスト)がある。ポジ型レジストは、超高圧水銀ランプの一般的な輝線(i線、h線、g線)にかけてブロード帯域に感度を有するのに対して、ネガ型レジストはi線よりも短波長側の感度が高くなっている。このため、計測部18は、ポジ型レジストとネガ型レジストの両方の波長帯域を計測できるように広い感度帯域を有しており、狭い特定波長帯の光の光量のみを計測することはできない。よって、計測部18の計測結果をそのまま使用する場合狭い特定波長帯の光の光量のみ調整することは困難である。
しかし、ネガ型レジストは、ポジ型レジストに対して、より短波長側まで感度を有する。このため、例えば、ポジ型レジストを露光する場合は、超高圧水銀ランプのi線、h線、g線を含む波長帯域(ihg線帯)を選択し、ネガ型レジストを露光する場合は、j線、i線、h線、g線を含む波長帯域(jihg線帯)を選択することが行われている。一方、複数波長帯域を有する光を射出する超高圧水銀ランプは、露光で使用することで経年劣化し、同じ入力を加えても光量の出力値は低下しうる。また、j線を含む、340nm以下の波長の光は、露光処理空間内に残存する微量なガス成分と反応し、光学素子表面に反応生成物を堆積させ、この光学素子表面の堆積物の増加により、露光波長の透過バランスが崩れる場合もある。
この経年劣化に伴う出力バランスの変化や、堆積物の光吸収は、ihg線帯よりもさらに短波長側のj線で大きいことが知られている。そのため、出力バランスの変化や堆積物の光吸収の大きいj線帯域の光の光量を簡易な構成で検出し、露光波長のバランスの崩れに合わせて露光量を調整できることが重要となる。
本実施形態では、j線のみの光量を取得することができるため、処理部21によって得られたj線のみの光量から、露光処理に使用するレジスト感度に応じて最適な露光量を算出し、露光量が一定になるように光源1の出力値を制御する。これにより、基板ステージWS上のに照明される光は、j線、i線、h線、g線を含む広帯域の光であっても、j線の光量のみを調整することが可能となり、露光波長のバランスの崩れに合わせて露光量を調整することが可能となる。光量の計測は、例えば、基板16の交換ごとや、プロセス実行時などに行う。短時間ごとに行うことでより精度よく出力値低下に対応することが可能となる。
なお、本実施形態においては、ネガ型レジストにおいて感度のあるj線での光量をモニターする形態を事例としたが、第1の選択部に構成する波長フィルタの組み合わせによって得られる他の波長帯域についても同様に適用することが可能である。また、超高圧水銀ランプから射出される光に含まれる輝線(j線、i線、h線、g線)を基に記載をしているが、バンドパスフィルタの設計によっては、その輝線によらず所望の波長帯域の光量値を得ることが可能となる。
なお、S404において用いられるレジストの感度特性は、記憶部22に記憶されていても良い。この場合、例えばユーザがあらかじめ感度特性を入力することにより、記憶部22が、露光処理に用いられる感光剤の感度特性を記憶しても良い。処理部21は、記憶部22に記憶されたの感度特性と、S403で得た光量に基づき、光源1の出力値を制御する。
<第2実施形態>
次に第2実施形態について説明する。図4は、第2実施形態に係る露光装置100の概略図である。なお、本図においても、投影光学系15は簡略化して図示している。本実施形態において、計測部は第1の計測部18aと第2の計測部18bに2つの計測部を備える。計測部は少なくとも2つの計測部を含み、それぞれ第1の選択部8に構成される波長フィルタ8aおよび波長フィルタ8bとは異なる特性の波長フィルタ19a、波長フィルタ19bがそれぞれ構成されている。波長フィルタ19aと波長フィルタ19bは、それぞれ第1の計測部18aと第2の計測部18bと一体に構成されており、第2の選択部19となっている。本実施形態において、第1の計測部18aと波長フィルタ19aとを合わせて第1の検出部とし、第2の計測部18bと波長フィルタ19bとを合わせて第2の検出部とする。
第1の選択部8の波長フィルタ8a、波長フィルタ8bによってそれぞれλ8a、λ8bの波長帯域の光が透過し、第2の選択部19に入射する。第2の選択部19の波長フィルタ19a、波長フィルタ19bによってそれぞれλ19b、λ19aの波長帯域の光が透過する。本実施形態においては一例として、波長フィルタ8aにはi線、h線、g線の光を透過するフィルタ、波長フィルタ8aにはj線、i線、h線、g線の光を透過するフィルタが構成される。また、波長フィルタ19aにはj線、i線、h線、g線の光を透過するフィルタ、波長フィルタ19bにはj線、i線の光を透過するフィルタを構成する場合を示す。
光源1としての超高圧水銀ランプからは、代表的なj線、i線、h線、g線が混在する光が射出される。それ以外の帯域も射出されているが、光学部品の材料による吸収、コールドミラーによる放熱などにより露光光としては使用していない。ここではその詳細は省略する。第1の選択部8の波長フィルタ8aが照明光学系の光路に配置されている場合、波長フィルタ8a透過後の光は、i線、h線、g線の光となる。この波長帯域を有する光が、投影光学系を通過し、基板16まで到達する。さらに、第2の選択部19の波長フィルタ19aが光路に配置されている場合、第1の計測部18aで計測される光量もihg光量となる。この帯域は、露光処理においてポジ型レジストを使用する場合に用いられる帯域である。次に、第1の選択部8は波長フィルタ8aのまま、第2の選択部19を波長フィルタ19bに切り替えて、第2の計測部18bで光量を計測する。この場合、j線、i線以外は波長フィルタ19bを透過しないため、第2の計測部18bで計測されるのは、i線のみの光量となる。第1の選択部8の波長フィルタ8bが光路に配置されている場合に、同様に第1の計測部18aおよび第2の計測部18bで光量を計測することで、下記の表2に示すような全部で4通りの組み合わせの計測結果が得られる。
Figure 2020056895
ここで、上記の組み合わせでは、j線のみの光量を計測することはできていない。そこで、波長フィルタ8bと波長フィルタ19bを用いて得られる光の光量(j線、i線の光量、以下ji光量という。)と、波長フィルタ8aと波長フィルタ19aを用いて得られる光の光量(i線の光量、以下i線光量という。)との差分を処理部21が算出する。これにより、j線のみの光量を得ることができる。
波長フィルタ19a、波長フィルタ19bがそれぞれが構成される第1の計測部18aおよび第2の計測部18bで得られる光量は、実際に基板16に到達する光量とは異なってしまう。即ち、第1の計測部18aおよび第2の計測部18bとしての例えば光量センサの光学部品と、波長フィルタを合わせた透過率がS(%)だったとすると、計測値は、基板16に到達する光量×S(%)となってしまう。よって、実際の露光光量よりも少ない値が計測結果となってしまう。本実施形態において、波長フィルタ19aは、露光光の全帯域を透過するが、波長フィルタ19bはj線、i線の光のみを透過し、一部の波長帯域の光をカットするフィルタ(波長カットフィルタ)が構成されている。このため、j線の光量を算出する処理をしたときに、フィルタの透過率分だけ値がずれてしまう。従って、計測部に波長カットフィルタが構成されている場合には、その透過率だけ計測結果に上乗せしておくことが、より厳密な露光量算出においては好ましい。
また、更なる解像力向上を目的として、j線よりも短波長帯域の光を射出する水銀ランプを使用するプロセスにおいては、処理部21によって特定波長帯の光の光量を取得することがより有効となる。水銀ランプから射出される光に含まれる輝線は、i線、h線、g線は明確に分離しているが、j線よりも短波長の帯域、特に300nm以下になると輝線同志が近いために、バンドパスフィルタを用いた分離が非常に困難となる。従って複数のバンドパスフィルタによって得られる光量を用いて露光量を決めることが有効となる。
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記の露光装置を用いて基板(に塗布された感光剤)にパターン(潜像)を形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で露光(パターンを形成された)基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である
(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。
1 光源
8 第1の選択部
16 基板
18 計測部
18a 第1の計測部
18b 第2の計測部
19 第2の選択部
21 処理部
22 記憶部
100 露光装置

Claims (12)

  1. 光を射出する光源を用いて基板にパターンを転写する露光装置であって、
    前記光源からの光に含まれる第1の波長帯域の光と、前記第1の波長帯域の光に含まれる第2の波長帯域の光のそれぞれの光量を検出する検出部と、
    前記検出部の検出結果に基づき、前記第1の波長帯域の光に含まれ、前記第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の光の光量を取得する処理部と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
  2. 前記検出部は、
    前記光源からの光から、前記第1の波長帯域の光または前記第2の波長帯域の光を選択して透過させる選択部と、
    前記選択部により透過される光の光量を計測する計測部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 前記選択部は、前記光源と前記基板との間の光路に配置される、ことを特徴とする請求項2に記載の露光装置。
  4. 前記光源を含み、原版を照明する照明光学系を備え、
    前記選択部は、前記照明光学系に配置される、ことを特徴とする請求項3に記載の露光装置。
  5. 前記パターンの像を基板に投影する投影光学系を更に備え、
    前記選択部は、前記投影光学系と前記基板との間の光路に配置される、ことを特徴とする請求項3に記載の露光装置。
  6. 前記計測部は、前記基板の前記パターンが転写される面と光学的に共役な位置に配置される、ことを特徴とする請求項2乃至5のうちいずれか1項に記載の露光装置。
  7. 前記検出部は、
    前記第1の波長帯域の光を透過させる第1の光学素子と、前記第2の波長帯域の光を透過させる第2の光学素子と、を含む選択部と、
    前記第1の光学素子と一体に構成され、前記第1の光学素子を透過した光の光量を計測する第1の計測部と、
    前記第2の光学素子と一体に構成され、前記第2の光学素子を透過した光の光量を計測する第2の計測部と、を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  8. 前記第1の波長帯域の光の光量の検出結果および前記第2の波長帯域の光の光量の検出結果を記憶する記憶部を備える、ことを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の露光装置。
  9. 前記記憶部は、露光処理に用いられる感光剤の感度特性を記憶し、
    前記処理部は、前記記憶されたの感度特性と、前記第3の波長帯域の光の光量に基づき、前記光源の出力値を制御する、ことを特徴とする請求項8に記載の露光装置。
  10. 前記第1の波長帯域は前記光源からの光の全波長帯域である、ことを特徴とする請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の露光装置。
  11. 光を射出する光源を用いて基板にパターンを転写する露光方法であって、
    前記光源からの光に含まれる第1の波長帯域の光と、前記第1の波長帯域の光に含まれる第2の波長帯域の光のそれぞれの光量を検出する検出工程と、
    前記検出工程の検出結果に基づき、前記第1の波長帯域の光に含まれ、前記第2の波長帯域とは異なる第3の波長帯域の光の光量を取得する処理工程と、
    を備えることを特徴とする露光方法。
  12. 請求項1乃至10のうちいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を含み、
    現像された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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