JP4378109B2 - 露光装置、投影光学系、デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体や液晶の製造を行うための、ミラーを用いた投影光学系を有する露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ミラーを用いた投影光学系としては、液晶用の等倍ミラー光学系や、エキシマレーザ露光用の反射屈折型の縮小光学系、ＥＵＶ露光用の多層膜反射光学系などが知られている。
【０００３】
このようなミラー投影光学系において、像の位置ずれや投影倍率等を補正することが可能な構成としては、例えば特開平１１−２１９９００号公報がある。この特開平１１−２１９９００号公報においては、像の位置ずれや倍率ずれを調整するためにレチクルステージを光軸方向に駆動することによって、位置ずれや倍率ずれを調整している。
【０００４】
特開２０００−２８６１９１号公報では、露光装置のレチクルホルダにレチクル表面変形機構を備え、投影光学系を介してウエハ上に転写される像のディストーションを計測手段で計測し、その計測結果に基づいて、レチクルホルダで保持したレチクルのパターン面の、ディストーションが生じている部分に配置された吸着ピンを駆動させ、レチクルを光軸（Ｚ軸）方向に変形させる構成を開示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２１９９００号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８６１９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、露光光学系内の光学エレメントに振動があると、その振動によって像の位置の微小な揺れが発生する。詳細には、面が光軸方向へ移動する振動については主にピント位置が振動し、面が傾く振動については像のウエハ面内での位置が振動するという問題が生じる。
【０００７】
この像の振動の大きさについては、条件にもよるが、レンズとミラーで違いがある。簡単のために１枚のミラーと１枚の薄肉の単レンズとの比較で説明する。１枚のミラーまたは単レンズが、光軸に垂直方向に微小量だけ位置がずれたときの像の位置のずれは、ミラーと単レンズで同じ程度である。しかし、ミラーまたは単レンズが面頂点を中心として微小角εだけ傾いた場合、面頂点に入射する光線の射出角度が、傾く前後でどのくらいずれるかを見積ると、ミラーでは２εだけずれるが、レンズではほぼずれない、すなわち近似的に略ゼロである。
【０００８】
また、１枚のミラーまたは単レンズが等倍結像に近い状態で使用されている場合には、光軸方向に微小量△ｚだけ位置がずれると、ミラーの場合には像点の位置が２△ｚだけ光軸方向にずれるが、レンズの場合には像点の光軸方向へのずれは近似的にゼロである。
【０００９】
このようにミラーで構成された光学系においては、条件にもよるが、レンズの場合には自己補正されて発生していなかった種類の像の位置ズレも発生することになる。特に、面が光軸方向へ移動する振動と、面が頂点を中心に傾く振動があった場合、ミラーはレンズに比べて像のずれが顕著に発生することになる。
【００１０】
このようなミラーの振動による像の振動は、従来の露光用のミラー光学系においては露光するパターンの線幅が比較的大きいため無視できるような量であった。しかしながら、ＥＵＶ用の反射光学系などのように、従来よりも一段と細い線幅のパターンを露光するような反射光学系の場合には、線幅が細いほど振動による影響が大きくなり、解像力の向上を妨げる一因となってくる。
【００１１】
このような問題を解決する方法として、上述の特開平１１−２１９９００号公報を用いるとレチクルステージを走査方向に駆動した上に光軸方向に駆動しなければならず、レチクルステージ自体が振動してしまう可能性がある上に、その振動がミラー等の光学系に伝播すると光学性能がより悪化してしまう。また、特開２０００−２８６１９１号公報に記載されているような方法を用いると、レチクルのメカ的に変形させるためレチクル自体に歪みが生じたり、レチクルを所望の形状に変形するのが困難であったりするため、所望の形状の像を所望の倍率で高精度に投影するのが困難であった。
【００１２】
そこで、本発明では、所望の形状（パターン）の像を所望の倍率で高精度に投影することが可能な反射型投影光学系、及びそれを用いた露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための、本願発明の露光装置は、ミラーを含み、第１物体のパターンの像を被露光体に投影露光する投影光学系を有する露光装置であって、前記パターンの像の投影露光中に光スポットの位置ずれを検出する検出系と、前記光スポットの位置ずれが低減されるように前記投影光学系内の光学素子を駆動する駆動機構と、を有し、前記投影光学系は、前記第１物体上のスリット状の領域の前記パターンを前記被露光体上のスリット状の領域に投影し、前記検出系で用いられる検出光は、前記被露光体上のスリット状の領域の長手方向に関する外側と実質的に等価な位置から発しており、前記検出光は、前記第１物体上のスリット状の領域の長手方向に関する外側と実質的に等価な位置に配置された受光部により前記投影光学系を介して受光され、前記検出光は、前記受光部上に前記光スポットを形成することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型露光装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る反射型露光装置を示す図であり、波長１３．５ｎｍ付近（波長が１３ｎｍ〜１４ｎｍ）のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を用いる反射型露光装置の投影光学系部分を一方向から見たときの図である。
【００２４】
初めに、露光に関する部材を説明する。図１には主に投影光学系（反射光学系）について説明するための図である。この図１に記載した露光装置は、不図示の光源から発した光で反射型レチクルＲを照明する不図示の照明光学系と、反射型レチクルＲからの反射光をウエハＷに導く投影光学系とを有している。ここで、この反射型レチクルからウエハに至る光路上の反射型レチクル側から順に配置された６枚のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６はそれぞれ凹凹凸凹凸凹形状をしており、各々ＥＵＶ光を反射させる多層膜が施されている。６枚のミラーの形状はここでは凹凹凸凹凸凹としたが、もっともレチクルに近いミラーの形状を凸面としても構わないし、その他様々な組み合わせが考えられる。また、ミラーの枚数はここでは６枚としたが、８枚でも構わないし、勿論他の枚数であっても構わない。
【００２５】
図１において、不図示の光源から発し、照明光学系を射出したＥＵＶ光Ｌ２は、ＥＵＶ光を反射する多層膜とＥＵＶ光を吸収する（もしくは透過する）材料によるパターンが形成された反射型レチクルＲに入射する。この実施例では、レチクルＲにおいて反射される光が、後述の投影光学系に導かれ、ウエハ面に到達するように構成した。勿論、ウエハ面に到達する光が、レチクルＲを透過する光のうちの一部であるように構成しても構わない。
【００２６】
反射型レチクルＲで反射したＥＵＶ光は、破線で示すように、多層膜が施されたミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順次反射された後、ウェハＷ上に導かれ、レチクルＲ上の反射部により形成されたパターンの縮小された像をウェハＷ上に結像する。
【００２７】
レチクルＲとウェハＷとは速度比が結像倍率と略同じになるような走査スピードで各々同図のｙ方向に走査され、結果として、レチクルＲ上のパターン全てがウェハＷ上に露光される。
【００２８】
次に、像の位置を検出するための部材について説明する。図１において、１ａはウェハＷと実質的に等価な位置に配置された半導体レーザ光源（検出用光源）、２ａはウェハ側の折り曲げミラー、３ａはレチクルＲ側の折り曲げミラー、４ａはレチクルＲと等価な位置に配置された像位置検出用の光センサー（受光センサー）である。この半導体レーザ光源と像位置検出用の光センサーとは、投影光学系が有する光学素子すべてを挟んで反対側に配置されているのが好ましい。また、半導体レーザ光源が投影光学系の縮小共役側に配置され、像位置検出用の光センサーが拡大共役側に配置されているのが好ましい。また、ウェハＷと等価な位置に必ずしも半導体レーザ光源を配置する必要は無く、ウエハＷと実質的に等価な位置に、半導体レーザ光源の光源像を結像するように半導体レーザ光源と半導体レーザ光源の像を結像する結像光学系を配置するようにしても構わない。
【００２９】
半導体レーザ光源１ａの配置について、図２を用いて説明する。図２は露光領域と半導体レーザ光源の関係をウェハ面上で表した図である。図２で円弧状の領域の内部ＥＡ２がＥＵＶ光で露光される領域である。レーザ光源を配置する位置は、露光光を遮光しないよう、露光領域ＥＡ２の外側に配置する。好ましくは図示したように露光領域（露光スリット）の長手方向の外側に一つ又は長手方向の両方の外側に配置するのが良い。勿論片側に複数配置しても構わないし、両側に複数ずつ配置するようにしても構わない。
【００３０】
図２では、露光光学系の光軸を原点とし、スリット幅の中央部の像高を半径とする円（図２の破線）上に設定している。尚、実際に像面上に半導体レーザ光源１ａを直接配置できる場合にはそうした方が良いが、多くの場合において実際の像面上に半導体レーザ光源を配置するのは難しいので、最終反射面Ｍ６よりもウエハ側に折り曲げミラー２ａを配置し、像面上と等価な位置に配置した半導体レーザ光源からの光をその折り曲げミラーを経た後投影光学系に入射させるような構成とする。
【００３１】
尚、図２では、半導体レーザ光源として１ａだけでなくもう一つの半導体レーザ光源１ｂも配置している。このように、複数の光源を露光領域の両側に配置すると、精度がより向上することになる。光源１ｂを用いた場合にはそれに対応する折り曲げミラーには不図示の２ｂを使うことになる。
【００３２】
像位置検出用の光センサーの配置についても全く同様であって、光センサー４ａの配置について、図３を用いて説明する。図３は露光光の照明領域とセンサーとの関係をレチクル面上で表した図である。図３で円弧状の領域（照明領域）の内部ＥＡ１がＥＵＶ光での露光のために使用される領域である。センサーを配置する位置は、露光光を遮光しないよう、露光光照明領域ＥＡ１の外側に配置する。図３では、光学系の光軸を原点とし、スリット幅の中央部の物高を半径とする円（図３の破線）上に設定している。尚、実際に物体面上にセンサー４ａを直接配置できる場合にはそうした方が良いが、多くの場合には直接配置できないので、折り曲げミラー３ａを用いて、物体面上と等価な位置に配置することになる。
【００３３】
尚、図３では、光センサーとして４ａだけでなく４ｂも配置している。このように複数のセンサーを用いてもよく、その場合には精度もより向上することになる。センサー４ｂを用いた場合にはそれに対応する折り曲げミラーには不図示の３ｂを使うことになる。
【００３４】
センサー４ａとしては、例えば図４（ａ）に示したような４分割のセンサーを用いることができる。光スポットが光軸と直交方向にずれた場合には、各々の分割センサーにあたる光量が異なってくるためずれとその量を検出することができる。また、シリンドリカルレンズが備えられ非点収差法を使う方式のセンサーでは、図４（ｂ）のようにピント位置がずれた場合には楕円型の光スポットになるため、光軸に直交する方向へのずれだけでなく、光軸方向への光スポットのずれ、つまりピント位置ずれも検出することができる。ここでは、４分割のセンサーを例示したが、４分割には限らずそれ以上に分割されたセンサーを用いても構わない。
【００３５】
図１において５は制御装置である。センサー４ａ（及び４ｂ）からのデータを入力し、それに基づいてミラー駆動装置６を駆動する。同図では、ミラー駆動装置６は第２ミラーＭ２に取り付けられていて、Ｍ２を光軸方向に移動したり、面頂点を中心として微小な量だけ傾けたりすることができるようになっている。
【００３６】
Ｍ２を駆動するためのミラー駆動装置６をより具体的に示したのが図５である。図５（ａ）は光軸を含む面で切断したときの断面図、図５（ｂ）はＭ２を光軸方向から見たときの駆動装置を構成するピエゾ素子の配置の例を示す図である。ここで、駆動装置はピエゾ素子を有している必要は無く、他の駆動機構、例えばリニアモータを用いた駆動機構や、ヘリウム等のガスを用いたピストン等を用いたリンク機構、又はピエゾ素子を用いたリンク機構等を用いるように構成しても構わない。
【００３７】
図５においてｐ１〜ｐ４はピエゾ素子であり、７は基準となる部材である。ピエゾ素子によってＭ２と基準部材７との間隔を可変にすることができる。同図において、ピエゾ素子ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を同一方向に同量だけ駆動すればミラーＭ２を光軸方向に移動させることができ、また例えばｐ１とｐ３（或いはｐ２とｐ４）を反対方向に同量だけ駆動すれば、面頂点位置を変えずにミラーＭ２を微小量だけ傾けることができる。従ってｐ１〜ｐ４に所定の組み合わせで変位を与えることにより、Ｍ２に所定の光軸方向への移動と傾きとを同時に与えることができる。ここで、ピエゾ素子（駆動素子、もしくはミラー又はミラーの支持部材における被駆動部）は４箇所に配置する必要は無く、ミラーの光軸を中心として回転方向に略等間隔に３箇所配置するようにしても良いし、５箇所以上配置するようにしても構わない。
【００３８】
次に、像の位置を検出して制御する流れについて説明する。
【００３９】
図１において、半導体レーザ光源１ａから射出した光Ｌ１は、折り曲げミラー２ａによって折り曲げられて投影光学系の光路に入り、その後、露光光とは逆方向に投影光学系の中を進む。即ち、Ｍ６、Ｍ５、Ｍ４、Ｍ３、Ｍ２、Ｍ１の順に反射される。Ｍ１で反射してレチクルＲに向かう半導体レーザ光Ｌ１は、レチクルＲの手前で折り曲げミラー３ａによって反射され、方向を変え、レチクルＲと等価な位置の近傍に配置された光位置センサー４ａに入射し光センサー４ａ上に光スポットを形成する。光センサー４ａでは、光スポットの光軸に直交する方向への位置ずれ、および、光軸方向への位置ずれ（ピント位置ずれ）を検出する。制御装置５は、光センサー４ａからの情報（信号）を入力し、それをもとに、光スポットの位置ずれをなくするような量だけミラー駆動装置６を駆動する。
【００４０】
ミラー駆動装置６の駆動によって、ミラーＭ２は微小に傾き、また光軸方向に微小量だけ移動する。その結果、光スポットの位置を常に光軸に垂直な方向及び光軸方向の所定の位置に保つことが可能になる。これは、露光される像の位置を光軸に直交する方向及び光軸方向の所定の位置に保つことを意味している。以上の制御は露光中に露光時間に比べて短い周期で行われる。それによって、ミラーの振動によって生じる位置ずれを効果的に補正することが可能になる。
【００４１】
尚、ミラーを駆動すべき量が、あらかじめ設定した駆動範囲を超えた場合には、露光を中止するように構成することも可能である。
【００４２】
以上の実施形態では、従来の光学系に比べて、半導体レーザ光源から光センサーまでの検出用の光路が新たに加わるため、これら検出用の光束の反射も考慮した余裕のある光束有効径が各ミラーに設定されている。
【００４３】
以上の実施形態においては、像位置検出用の光路を、ウェハ側に光源を置きレチクル側にセンサーを置く、露光とは逆順の光路としている。そうすることにより、検出用光学系の結像倍率が拡大倍率になるので光スポットの位置の検出が比較的容易になる。しかし、露光と同順の光路を採用しても構わない。
【００４４】
また、更に検出を容易にするため、検出光学系に更に拡大光学系を付加してもよい。すなわち、半導体レーザ光源と光センサーとの間に光センサー側に拡大共役側を向けた光学系をさらに配置するようにしても構わない。例えば、光スポットを、顕微鏡用対物レンズに類する拡大光学系によって更に拡大した後、光センサーで位置を検出してもよい。
【００４５】
以上の実施形態においては第２ミラーＭ２を駆動したが、第２ミラー以外を駆動しても構わないし、駆動するミラーが複数であっても構わない。この実施例においては、露光光Ｌ２の反射位置が光軸位置に最も近いミラー（ここではＭ２）が有効径が最も小さくなる可能性が高く、その有効径が最も小さいミラーＭ２を駆動することによって、ミラーの駆動を容易にしている。
【００４６】
また、この実施形態では、１つの光センサー４ａが光軸に直交する位置ずれと光軸方向の位置ずれの両方を検出する例を挙げたが、例えば光センサー４ａが光軸に直交する位置ずれを検出し、光センサー４ｂが光軸方向の位置ずれを検出するというように、各々のセンサーが検出する位置ずれの種類を１種類にしてもよい。
【００４７】
また、この実施形態においてはミラーを駆動したが、レチクル（マスク）やウェハを駆動してもよい。その場合には、光センサー４ａ上の光スポットの位置を所定の位置に近づけるような制御ではなく、光センサー４ａ上のスポットの位置や形状を常時モニターしながら、像の位置ずれ量を推定して、その情報をもとに不図示のレチクル駆動装置やウェハ駆動装置を駆動し、像の位置ずれをキャンセルするという制御になる。
【００４８】
また、以上の実施形態では、像の位置ずれとして光軸に垂直方向のずれと光軸方向のずれの両方とも補正しているが、いずれか一方を補正するようにしてもよい。
【００４９】
尚、本発明を適用する光学系は本実施形態に示した光学系に限らず、種々のＥＵＶ用光学系に適用することが可能である。また、ＥＵＶ用光学系に限らず、ミラーを用いたエキシマレーザ用の反射屈折型投影光学系をはじめ、ミラーを用いる投影光学系の全てに適用可能である。
【００５０】
次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
【００５１】
図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００５２】
図７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、上述の露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、振動による像の劣化を防ぐことができるため、高解像化に効果がある。また、振動以外にも、熱やその他の変化による像位置の変化があった場合には、本発明に記載した検出手段や補正手段を使って修正することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の例を示す図
【図２】像面上での露光領域と半導体レーザ光源との位置関係を示す図
【図３】物体面上での露光光照射領域と光センサーとの位置関係を示す図
【図４】光センサーの例を示す図
【図５】ミラー駆動装置の例を示す図
【図６】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャート
【図７】図６に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャート
【符号の説明】
Ｒ レチクル
Ｗ ウェハ
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６ ミラー
１ａ、１ｂ 半導体レーザ光源
２ａ、３ａ 折り曲げミラー
４ａ、４ｂ 光センサー
５ 制御装置
６ ミラー駆動装置
７ 基準部材
ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４ ピエゾ素子
ＥＡ１、ＥＡ２ 露光領域

Claims (5)

1. ミラーを含み、第１物体のパターンの像を被露光体に投影露光する投影光学系を有する露光装置であって、
   前記パターンの像の投影露光中に光スポットの位置ずれを検出する検出系と、
   前記光スポットの位置ずれが低減されるように前記投影光学系内の光学素子を駆動する駆動機構と、を有し、
   前記投影光学系は、前記第１物体上のスリット状の領域の前記パターンを前記被露光体上のスリット状の領域に投影し、
   前記検出系で用いられる検出光は、前記被露光体上のスリット状の領域の長手方向に関する外側と実質的に等価な位置から発しており、
   前記検出光は、前記第１物体上のスリット状の領域の長手方向に関する外側と実質的に等価な位置に配置された受光部により前記投影光学系を介して受光され、
   前記検出光は、前記受光部上に前記光スポットを形成する
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記投影光学系が、ミラーから成ることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記光学素子は、前記投影光学系が有する光学素子のうち最も有効径が小さい反射ミラーであることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記投影露光に用いる露光光が、ＥＵＶ光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて被露光体を露光する露光工程と、前記露光された被露光体を現像する現像工程と、を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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