JP5807761B2 - 照明方法、照明光学装置、及び露光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、このような事情に鑑み、入射する光の状態を制御可能な複数の光学要素を用いて被照射面を照明する場合に、光強度分布の変動を抑制することを目的とする。
また、第4の態様によれば、本発明の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
本発明の第1の実施形態につき図1〜図10を参照して説明する。
図1は本実施形態に係る露光装置EXの概略構成を示す。露光装置EXは、一例としてスキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査露光型の露光装置(投影露光装置)である。図1において、露光装置EXは、露光用の照明光(露光光)ILでレチクルR(マスク)のパターン面であるレチクル面Raを照明する照明装置8を備えている。照明装置8は、照明光ILを発生する光源10と、光源10からの照明光ILでレチクル面Raを照明する照明光学系ILSと、照明制御部36と、照明制御部36に接続された記憶装置33とを備えている。さらに、露光装置EXは、レチクルRを移動するレチクルステージRSTと、レチクルRのパターンの像をウエハW(基板)の表面に投影する投影光学系PLと、ウエハWを移動するウエハステージWSTと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系35と、各種制御系等とを備えている。
図2(B)に示すように、一つのミラー要素16の駆動機構は、一例としてミラー要素16を支柱41を介して支持するヒンジ部材43と、支持基板44と、支持基板44上にヒンジ部材43を支持する4つの支柱部材42と、支持基板44上に形成された4つの電極45A,45B,45C,45Dとを備えている。この構成例では、ミラー要素16の裏面と電極45A〜45Dとの間の電位差を制御して、電極間に作用する静電力を制御することで、ヒンジ部材43を介して可撓的に支持される支柱41を揺動及び傾斜させることができる。これによって、支柱41に固設されたミラー要素16の反射面の直交する2軸の回りの傾斜角を所定の可変範囲内で連続的に制御することができる。
なお、検出面HPは、入射面25Iと共役な面の近傍の面でもよい。この近傍の面とは、一例として、その入射面25Iと共役な面の入射側の屈折力を持つ光学部材(図1では集光レンズ20B)と、射出側の屈折力を持つ光学部材(図1では例えばその共役な面に対して集光レンズ20Bと対称な位置にある仮想的な光学部材)との間の空間に位置する面である。
先ず、照明瞳面IPPにおける目標とする瞳形状は、図5(A)に示すように内半径r1及び外半径r2の輪帯状の領域51(光強度が所定レベル以上になる領域)であるとする。このとき、露光開始直後のSLM14のあるミラー要素16の直交する2軸のうちの第1軸の回りの傾斜角をθty1、このミラー要素16で反射される照明光ILの反射角をφ1とする。その後、露光が継続されると、照明光ILの照射エネルギーによってミラー要素16及びその駆動機構の温度が次第に高くなり、その駆動機構(特に図2(B)のヒンジ部材43)の剛性が低下する。そのため、ミラー要素16を駆動するための駆動信号(電圧)が同じであると、図4(B)に示すように、ミラー要素16の傾斜角θty2はθty1よりも大きくなり、照明光ILの反射角φ2もφ1より大きくなる。同様に、ミラー要素16の温度の上昇によって、ミラー要素16の直交する2軸のうちの第2軸の回りの傾斜角も次第に大きくなり、反射光の反射角も大きくなる。
この場合、ミラー要素16の駆動信号DS(電圧(V))と第1軸の回りの傾斜角θtyとの関係は、ミラー要素16の温度T(以下、ミラー温度Tという。)が上昇する前の初期値Taのときには、図4(C)の直線C1のようになる。そして、ミラー温度TがTb,Tcと上昇するにつれて、駆動信号DSと傾斜角θtyとの関係は、直線C2及びC3のように傾きが大きくなる。従って、ミラー温度TがTaのときに直線C1に沿って駆動信号DSをDS1(傾斜角はθty1とする)に設定していたとすると、ミラー温度TがTb,Tcに上昇すると、ミラー要素16の角度はθty2,θty3と大きくなる。従って、ミラー要素16の傾斜角を最初の傾斜角θty1に維持しておくためには、温度Tb,Tcのときに直線C2,C3に沿って駆動信号DSをそれぞれ(DS1−α)及び(DS1−β)(β>α)に小さくすればよい。即ち、ミラー温度Tが高くなるのに応じて駆動信号DSを小さくすることによって、ミラー要素16の傾斜角の変動を抑制できる。
先ず、図6のフローチャートを参照して、図1の積算部40が、インテグレータセンサ21の検出信号から照明光ILの積算エネルギーEiを求める方法の一例につき説明する。この際に、積算部40中の第1演算部では、インテグレータセンサ21から出力される検出信号に所定の係数(例えばウエハWの表面における照射エネルギーを求めるための係数)を掛けて得られる値を連続的に積算して積算値ΣPを計算している。
Eitemp=Eipre+Δ1×f(Eipre) …(1)
積算エネルギーEiの飽和値Esat 及び所定の係数kh1,kh2を用いて、関数f(Eipre)は一例として次のように定義されている。
次のステップ160において、EitempとEsat とを比較し、EitempがEsat より小さいときには、ステップ162に移行して、Eitempを今回の積算エネルギーEiの計算値とする。また、ステップ160で、EitempがEsat 以上であるときには、ステップ166に移行して、Eitempの値をEsat とした後、ステップ162に移行する。従って、今回の積算エネルギーEiの計算値はEsat になる。
Eitemp=Eipre+g(Eipre) …(3)
飽和値Esat 及び所定の係数kc1,kc2を用いて、一例として関数g(Eipre)は次のように定義されている。なお、関数f及びgとしては、例えば指数関数等を使用することも可能である。
その後、ステップ162に移行して、ステップ164で計算されたEitempを今回の積算エネルギーEiの計算値とする。
ステップ152〜162の積算エネルギーEiの計算は、図1の光源10の発光期間及び非発光期間を含む露光装置EXの稼働時間中に一定の時間間隔で継続的に実行される。
先ず、図9のステップ102において、レチクルRが図1のレチクルステージRSTにロードされる。次のステップ104において、主制御系35は、例えば露光データファイルからレチクルRの照明条件の情報を読み出して照明制御部36に出力する。照明制御部36は、その照明条件に応じて、SLM制御系17にSLM14の各ミラー要素16の傾斜角の1組の初期値を設定する。一例として、照明条件は輪帯照明であるとして、ミラー要素16の傾斜角は図5(A)の瞳形状に対応させて設定される。SLM制御系17は、その1組の傾斜角に応じて、SLM14の各ミラー要素16の駆動信号を設定する。駆動信号の情報は照明制御部36にも供給される。これによって、各ミラー要素16の傾斜角(角度)が照明条件に応じた角度に設定される。
次のステップ112において、照明制御部36は、瞳モニタ系23を介して計測された瞳形状を用いて、SLM14の各ミラー要素16の傾斜角を補正する。一例として、ステップ108で取り込まれた積算エネルギーEiは、図8の角度補正テーブルの第11段階(Eth11〜Eth10)の範囲内であるとする。このとき、瞳形状の半径iNAの計測値は、図7(B)の初期値iNAtよりも大きくなっている。そこで、照明制御部36は、その瞳形状の半径iNAの計測値をその初期値iNAtに合わせるように、SLM14の全部のミラー要素16の駆動信号の補正量を計算する。
次のステップ116で、ウエハステージWSTに例えば1ロットの先頭のフォトレジストが塗布されたウエハWがロードされる。次のステップ118において、照明制御部36は積算部40から積算エネルギーEiを取り込む。この積算エネルギーEiは、図10のサンプリング点B1で取り込まれる値である。この値は例えば図8の第13段階(Eth13〜Eth12)の範囲内であるとする。次のステップ120において、照明制御部36は、ステップ114で作成した角度補正テーブル中で、その第13段階の積算エネルギーEiに対応する傾斜角の設定値BNF12を読み出し、この設定値BNF12をSLM制御系17に出力する。SLM制御系17は、その設定値BNF12の駆動信号でSLM14の各ミラー要素16を駆動する。これによって、各ミラー要素16の傾斜角は瞳形状の半径iNAが初期値iNAtに維持されるように設定される。
次のステップ130で、未露光のウエハが残っている場合にはステップ132に移行して、積算エネルギーEiを取り込み、積算エネルギーEiが飽和値Esat より小さいかどうかを判定する。積算エネルギーEiが飽和値Esat より小さいときには、動作はステップ116に移行して、次のウエハがウエハステージWSTにロードされる。次のステップ118及び120において、図10のサンプリング点B2で取り込まれた積算エネルギーEiを用いて、予測制御によってSLM14の各ミラー要素16の駆動信号が図8の角度補正テーブルのいずれかの設定値BNF(k−1)に設定される。そして、ステップ122〜128で、ウエハが露光される。この後、図10のサンプリング点B3まで、ステップ116〜128が繰り返されて次の複数枚のウエハに対する露光が行われる。
なお、ステップ114で角度補正テーブルを作成する際に、瞳モニタ系23(又は瞳モニタ60)で計測される瞳形状を用いることなく、予め空間光変調器単体で求めてあるミラー要素の温度と傾斜角との関係を用いてもよい。
次に、本発明の第2の実施形態につき図11及び図12を参照して説明する。本実施形態でも図1の露光装置EXを使用するが、SLM14のミラー要素16の温度変化による瞳形状の変動を抑制するために、主に瞳モニタ系23で実質的にリアルタイムに計測される瞳形状を用いる点が異なっている。本実施形態の露光装置EXによる照明方法を含む露光方法の一例につき、図11のフローチャートを参照して説明する。なお、図11内で図9のフローチャートに対応するステップには同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、図12において、図10に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。この動作も主制御系35によって制御される。
この照明方法を含む露光方法によれば、瞳モニタ系23による瞳形状の直前の計測データがないときには、照明光ILの積算エネルギーEiに基づいて予測制御によってSLM14の各ミラー要素16の駆動信号を補正している。また、瞳モニタ系23による瞳形状の直前の計測データがあるときには、その計測データに基づいてリアルタイム制御によってSLM14の各ミラー要素16の駆動信号を補正している。従って、露光を継続して、各ミラー要素16の温度が次第に変化しても、照明瞳面IPPにおける瞳形状が常にほぼ目標とする形状に維持される。この結果、常にレチクルRのパターンの像を高精度に1ロットのウエハの各ショット領域に露光できる。
また、例えば国際公開第2001/035168号パンフレット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)に適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に適用することができる。
また、上記実施形態において、米国特許出願公開第2006/0170901号明細書、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、上述の実施形態では、露光装置においてマスク(またはウェハ)を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク(またはウェハ)以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書、又は欧州特許出願公開第1420298号明細書等に開示されている液浸型露光装置にも適用できる。さらに、本発明は、コンデンサー光学系を使用しない照明光学装置にも適用可能である。さらに、本発明は、投影光学系を用いないプロキシミティ方式等の露光装置にも適用することができる。
また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2010年6月6日付け提出の米国特許出願第61/493,759号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
Claims (15)
- 光源からの光を用いて被照射面を照明する照明方法において、
並列に配置されてそれぞれに入射する光の状態を制御可能な複数の光学要素の前記入射する光の状態に対する制御量を設定することと、
前記複数の光学要素を介した前記光源からの光で前記被照射面を照明することと、
前記光源からの光の積算エネルギーをモニタすることと、
前記積算エネルギーのモニタ結果に基づいて前記複数の光学要素の前記制御量を補正することと、
を含む照明方法。 - 前記被照射面とは異なる面又は前記被照射面と共役な面とは異なる面で前記複数の光学要素を通過した光の強度分布を検出することを含み、
前記複数の光学要素の前記制御量を補正することは、前記積算エネルギーのモニタ結果及び前記強度分布の検出結果に基づいて前記制御量を補正することを含む請求項1に記載の照明方法。 - 前記複数の光学要素を通過した光の強度分布を検出することは、
前記複数の光学要素からの光を前記被照射面に導く光学系の射出瞳と共役な面と等価な面又はこの近傍の面で前記複数の光学要素を通過した光の強度分布を検出することを含む請求項2に記載の照明方法。 - 前記積算エネルギーと、前記被照射面とは異なる面又は前記被照射面と共役な面とは異なる面である検出面における前記複数の光学要素を通過した光の強度分布との対応関係を求めることと、
前記対応関係に基づいて前記積算エネルギーと前記複数の光学要素の前記制御量の補正量とを対応させて制御テーブルとして記憶しておくことと、を含み、
前記複数の光学要素の前記制御量を補正するときに前記制御テーブルを用いる請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明方法。 - 前記被照射面は、基板ステージに保持された基板に転写されるパターンが形成されたパターン形成面であり、
前記対応関係を求めるときに、前記基板ステージ側の前記検出面で前記強度分布を検出する請求項4に記載の照明方法。 - 前記光学要素は入射する光を反射する反射面を有する反射要素であり、
前記光学要素の前記入射する光の状態に対する制御量は、前記反射面の法線方向の位置及び傾斜角の少なくとも一方を設定するための駆動信号である請求項1〜5のいずれか一項に記載の照明方法。 - 光源からの光を用いて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光の光路に配置されて、それぞれに入射する光の状態を制御可能な複数の光学要素を有する空間光変調器と、
前記光源からの光の積算エネルギーをモニタするモニタ装置と、
前記複数の光学要素の前記入射する光の状態に対する制御量を設定するとともに、前記モニタ装置でモニタされる前記積算エネルギーに基づいて前記制御量を補正する制御系と、
を備える照明光学装置。 - 前記被照射面とは異なる面又は前記被照射面と共役な面とは異なる面で前記複数の光学要素を通過した光の強度分布を検出する検出装置を備え、
前記制御系は、前記モニタ装置でモニタされる前記積算エネルギー及び前記検出装置で検出される前記強度分布に基づいて前記制御量を補正する請求項7に記載の照明光学装置。 - 前記検出装置は、前記照明光学装置の射出瞳と共役な面と等価な面又はこの近傍の面で前記複数の光学要素を通過した光の強度分布を検出する請求項8に記載の照明光学装置。
- 前記積算エネルギーと前記複数の光学要素の前記制御量の補正量とを対応させた制御テーブルを記憶する記憶装置を備え、
前記制御系は、前記複数の光学要素の前記制御量を補正するときに前記制御テーブルを用いる請求項7〜9のいずれか一項に記載の照明光学装置。 - 前記被照射面は、基板ステージに保持された基板に転写されるパターンが形成されたパターン形成面であり、
前記検出装置は前記基板ステージに設けられる請求項8又は9に記載の照明光学装置。 - 前記光学要素は入射する光を反射する反射面を有する反射要素であり、
前記光学要素の前記入射する光の状態に対する制御量は、前記反射面の法線方向の位置及び傾斜角の少なくとも一方を設定するための駆動信号である請求項7〜11のいずれか一項に記載の照明光学装置。 - 前記空間光変調器は、前記照明光学装置の照明光路における所定の位置に光強度分布を形成する光学系の一部であり、
前記空間光変調器からの光より前記光強度分布と等価な光強度分布を持つ面光源を形成する面光源形成光学系を備える請求項7〜12のいずれか一項に記載の照明光学装置。 - 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項7〜13のいずれか一項に記載の照明光学装置を備え、
前記照明光学装置からの光を前記露光光として用いる露光装置。 - 請求項14に記載の露光装置を用いて基板上に感光層の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基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
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