(57)【要約】【課題】  簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることができる露光装置を提供すること。【解決手段】  マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置において、投影光学系の曲面形状の瞳面またはその近傍に、第１の大きさの開口径を規定する第１絞りと、第１の大きさよりも小さい第２の大きさの開口径を規定する第２絞りを配置する。【選択図】  図６
2020052368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、
前記投影光学系は、
第１の大きさの開口径を規定する第１絞りと、
複数の遮光板を含み、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの開口径を規定する第２絞りを含み、
前記投影光学系の瞳面は曲面形状であり、前記第１絞り及び前記第２絞りは、それぞれ前記瞳面または前記瞳面の近傍に配置されていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第１絞り及び前記第２絞りは、前記投影光学系の光軸方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第２絞りを構成する複数の遮光板は、前記投影光学系の光軸に対して垂直な平面内を移動することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記第１絞り及び前記第２絞りを支持する支持部材をさらに有す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。
【請求項５】
前記第１絞りを構成する複数の遮光板は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記投影光学系の開口数を第１の開口数として前記パターンを前記基板に投影するときには、前記投影光学系の光路中に前記第１絞りが配置され、
前記投影光学系の開口数を前記第１の開口数よりも小さい第２の開口数として前記パターンを前記基板に投影するときには、前記投影光学系の光路中に前記第２絞りが配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記投影光学系の開口数を前記第１の開口数と前記第２の開口数の間で変化させるときに、前記第２絞りを構成する複数の遮光板を前記投影光学系の光軸から離れる方向または近づける方向に移動させる駆動機構をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記駆動機構によって、前記第２絞りを構成する複数の遮光板が、互いに異なる方向に移動することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記第２絞りは、前記第２絞りによって規定される開口径の径方向に並べて配置された複数の遮光板を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記第２絞りを構成する複数の遮光板は、それぞれ固定ピンと前記駆動機構と結合された駆動ピンを含み、
前記駆動機構によって前記駆動ピンが前記固定ピンに対して回転駆動されることにより、前記第２絞りを構成する複数の遮光板が移動することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記投影光学系は、光路を折り曲げる第１反射面及び第２反射面を有するミラーと、凹面ミラーと、凸面ミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記凹面ミラーは、第１凹面と第２凹面を含み、
前記マスクを透過した光の進行方向に向かって、前記第１反射面、前記第１凹面、前記凸面ミラー、前記第２凹面、前記第２反射面が順に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記第１絞りによって規定される開口、及び前記第２絞りによって規定される開口は真円であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか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、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィ技術を用いて半導体素子や液晶表示素子等のデバイスを製造する際に、マスクのパターンを投影光学系によって基板に投影してパターンを転写する露光装置が用いられている。
【０００３】
パターンの微細化に伴い、露光装置の解像力の更なる向上が求められており、解像力を向上させるための手段として、露光装置を構成する投影光学系のＮＡ（開口数）を大きくすることが知られている。半導体素子や液晶表示素子等のデバイスは、パターンが形成された複数の層を積層して製造される。この複数の層の中には、パターンの線幅が比較的太いラフレイヤーや、パターンの線幅が比較的細いクリティカルレイヤーが含まれる。
【０００４】
ラフレイヤーを形成するときに求められる露光装置の解像力と、クリティカルレイヤーを形成するときに求められる露光装置の解像力は異なる。つまり、ラフレイヤーを形成するときの投影光学系のＮＡと、クリティカルレイヤーを形成するときの投影光学系のＮＡは一般的に異なる。
【０００５】
投影光学系のＮＡを変化させるために、特許文献１は、露光光を遮光する遮光板に設けられた移動子を、投影光学系の光軸方向に曲率を有する軌道に沿って移動させる絞り装置を開示している。これにより、遮光板によって形成される開口の大きさと、投影光学系の光軸方向における当該開口の位置を同時に変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の絞り装置では、遮光板に設けられた移動子を曲線に沿って移動させるために、移動子を移動させる駆動機構が複雑になり得る。
【０００８】
本発明は、より簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることができる露光装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を有する露光装置であって、前記投影光学系は、第１の大きさの開口径を規定する第１絞りと、複数の遮光板を含み、前記第１の大きさよりも小さい第２の大きさの開口径を規定する第２絞りを含み、前記投影光学系の瞳面は曲面形状であり、前記第１絞り及び前記第２絞りは、それぞれ前記瞳面または前記瞳面の近傍に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることができる露光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】露光装置の概略図である。
【図２】実施例１に係るＮＡ絞りの概略図である。
【図３】ＮＡ絞りの駆動機構を示す概略図である。
【図４】ＮＡ絞りの駆動メカニズムを示す概略図である。
【図５】低ＮＡ時のＮＡ絞りを示す図である。
【図６】高ＮＡ時のＮＡ絞りを示す図である。
【図７】実施例２に係るＮＡ絞りの概略図である。
【図８】実施例３に係るＮＡ絞りの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。露光装置は、半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ等のデバイスの製造工程であるフォトリソグラフィ工程に用いられるリソグラフィ装置である。図１に示すように、露光装置は、光源１、光源１からの光をマスクステージ４上のマスク３に照明する照明光学系２を含む。マスク３を透過した光は、投影光学系７を介して基板ステージ６上の基板５に投影される。基板５上にレジスト膜が塗布され、投影光学系７を介してマスク３のパターンを投影することで、レジスト膜にマスク３のパターンに対応する潜像パターンが形成される。
【００１４】
投影光学系７は、光軸Ｏ方向に配列されたミラー８、凹面ミラー９、凸面ミラー１０を含む。ミラー８は、光路を折り曲げる第１反射面及び第２反射面を含み、凹面ミラー９は、光を反射する第１凹面及び第２凹面を含む。なお、凹面ミラー９を分割して、第１凹面を含む第１凹面ミラーと、第２凹面を含む第２凹面ミラーとしても良い。
【００１５】
マスク３を透過した光の進行方向に向かって、ミラー８の第１反射面、凹面ミラー９の第１凹面、凸面ミラー１０の反射面、凹面ミラー９の第２凹面、ミラー８の第２反射面が順に配置されている。マスク３を透過した光は、反射ミラー８で反射された後に凹面ミラー９、凸面ミラー１０の順で反射される。その後、凹面ミラー９、反射ミラー８の順で再度反射されて基板５上に導かれる。凸面ミラー１０の近傍には、ＮＡ絞りが配置される。投影光学系７のＮＡの変化に合わせてＮＡ絞りの開口の大きさが適宜決定される。
【００１６】
露光装置において、投影光学系のＮＡは、露光装置の解像力ＣＤと投影光学系の焦点深度ＤＯＦの値に直結するパラメータである。露光装置の解像力ＣＤは式１で表される。式１のλは光源１から出射される光の波長であり、ｋ１はプロセスなどに応じた比例定数である。投影光学系の焦点深度ＤＯＦは、波長λ、投影光学系７のＮＡ、及び比例定数ｋ２を用いて式２で表される。なお、ＣＤの値が小さいほど、露光装置の解像力は高くなり、より高精細なパターンの焼き付けを行うことができる。
【００１７】
【数１】
2020052368.tif 000003
【００１８】
【数２】
2020052368.tif 000004
【００１９】
式１及び２より、ＮＡを大きくすることで露光装置の解像力ＣＤは向上し、焦点深度ＤＯＦは浅くなることがわかる。一方で、ＮＡを小さくすることで露光装置の解像力ＣＤが低下するが、焦点深度ＤＯＦを深くすることができる。パターンの焼き付けに求められる解像力に応じて、投影光学系のＮＡが決定される。例えば、解像力がそれほど求められないパターンを焼き付ける際には、投影光学系のＮＡを小さくすることで、深い焦点深度ＤＯＦでパターンの焼き付けを行うことができる。高精細のパターンを焼き付ける際には、投影光学系のＮＡを大きくすることで、露光装置の解像力ＣＤを高めてパターンの焼き付けを行うことができる。
【００２０】
パターンの焼き付けに求められる解像力に応じて、投影光学系のＮＡが異なる複数の露光装置を使い分けることも考えられるが、コストの観点から現実的ではない。そこで、投影光学系のＮＡに合わせて、投影光学系の光路中に配置されたＮＡ絞りの開口を変化させる技術が知られている。
【００２１】
（実施例１）
本発明の実施例１の露光装置におけるＮＡ絞りの構成について、図２を用いて説明する。ＮＡ絞りは、図１における凸面ミラー１０の近傍に配置される。図２は、図１において２点鎖線で囲まれた部分を拡大した図である。図２に示したように、投影光学系７の瞳面１５は曲面形状であり、瞳面１５の形状に合わせてＮＡ絞りを構成する第１絞り１１及び第２絞り１２が投影光学系７の光軸Ｏ方向に並べて配置される。
【００２２】
第１絞り１１は、投影光学系７のＮＡが第１のＮＡであるときにおいて、ＮＡ絞りの開口径を第１の大きさに規定する絞りである。第２絞り１２は、投影光学系７のＮＡが第１のＮＡよりも小さい第２のＮＡであるときにおいて、ＮＡ絞りの開口径を第１の大きさよりも小さい第２の大きさに規定する絞りである。第１絞り１１及び第２絞り１２は、支持部材１３によって支持される。また、凸面ミラー１０は、鏡筒１４によって保持される。なお、支持部材１３と鏡筒１４を一体的に構成しても良い。
【００２３】
第２絞り１２の駆動機構について、図３を用いて説明する。第２絞り１２は、遮光板１２Ａ、固定部１２Ｂ、固定ピン１２Ｃ、駆動ピン１２Ｄ、可動部１２Ｅを含む。第２絞り１２は複数の遮光板１２Ａから構成されるが、図３では、１枚の遮光板１２Ａを駆動させる駆動機構について説明する。
【００２４】
遮光板１２Ａは固定ピン１２Ｃによって固定部１２Ｂに固定されている。固定部１２Ｂは、不図示の構成により露光装置本体に固定されている。また、遮光板１２Ａは、駆動ピン１２Ｄによって可動部１２Ｅに取り付けられている。具体的には、駆動ピン１２Ｄは、可動部１２Ｅに設けられたカム溝１２Ｆにはめ込まれている。
【００２５】
直動アクチュエータ（駆動機構）１７の駆動力をカム機構１６を介して可動部１２Ｅに伝達することで、可動部１２Ｅが回転駆動される。可動部１２Ｅの移動とともに、駆動ピン１２Ｄがカム溝１２Ｆに沿って駆動され、遮光板１２Ａも駆動ピン１２Ｄとともに駆動される。つまり、駆動ピン１２Ｄは、可動部１２Ｅとカム機構１６を介して直動アクチュエータ１７と結合されている。このように、遮光板１２Ａは、投影光学系７の光軸に対して垂直な平面内を移動するため、遮光板１２Ａの駆動機構を簡素な構成とすることができる。
【００２６】
図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面図であり、第２絞り１２を光軸Ｏ方向から見た図である。直動アクチュエータ１７の直進方向の駆動力を、カム機構１６によって回転方向の駆動力に変換して、この回転方向の駆動力により可動部１２Ｅが駆動される。可動部１２Ｅの回転に伴い、カム溝１２Ｆに沿って駆動ピン１２Ｄが駆動される。
【００２７】
なお、本実施例において、カム溝１２Ｆは直線形状であるが、カム溝１２Ｆを曲線形状としても良い。カム溝１２Ｆを直線形状とすることで、カム溝１２Ｆの加工が容易となりコストの面でメリットがある。一方、カム溝１２Ｆを曲線形状とすることで、可動部１２Ｅの回転速度が一定であっても、遮光板Ａの駆動速度を任意に設定できる。これにより、例えば、遮光板Ａの駆動範囲の端部付近において、遮光板Ａの駆動速度を低速にすることで、遮光板Ａがカム溝１２Ｆの端部と接触する衝撃を緩和させることができる。結果として、遮光板Ａが衝撃によって破損するリスクを低減させることができる。
【００２８】
また、遮光板Ａの材質として、工具鋼または炭素鋼を用いることが好ましい。工具鋼は硬度が高いため、遮光板Ａを工具鋼によって形成することで、遮光板Ａ同士の摺動に際してパーティクルが生じにくいというメリットがある。一方、炭素鋼は比較的コストが低いため、コスト面でのメリットがある。
【００２９】
さらに、遮光板Ａに対してＤＬＣコート（ダイヤモンドライクカーボンコート）等の表面処理を施すことが好ましい。ＤＬＣコートを施すことで、遮光板Ａの表面の硬度が高くなり、また摩擦係数が小さくなる。それゆえ、遮光板Ａの表面にＤＬＣコートを施すことで、遮光板Ａ同士の摺動によるパーティクルの発生リスクを低減できるというメリットがある。
【００３０】
図５及び６は、ＮＡ絞りを光軸Ｏ方向から見た図である。図５は、第２絞り１２によって投影光学系７のＮＡが規定され、ＮＡ絞りとしての開口径が第２の大きさに規定されたた状態を示している。図６は、第２絞り１２が光軸から離れる方向に退避することで、第１絞り１１によって投影光学系７のＮＡが規定され、ＮＡ絞りとしての開口径が第２の大きさよりも大きい第１の大きさに規定された状態を示している。
【００３１】
図５に示したように、本実施例において、第２絞り１２は、４枚の遮光板１２Ａから構成される。４枚の遮光板１２Ａによって真円状の開口が形成されている。投影光学系７のＮＡを大きくするときには、図６のように、各遮光板１２Ａが退避することで、第１絞り１１によってＮＡ絞りとしての開口径を規定する。図６で示したように、第１絞り１１によって形成される開口は真円状である。ＮＡ絞りの開口を真円に近づけることで、投影光学系７のＮＡを設計値に近づけることができるため、ＮＡ絞りの開口をできる限り真円に近づけることが好ましい。
【００３２】
以上説明したように、本発明の実施例１の露光装置は、第１の大きさの開口径を規定する第１絞り１１と、第１の大きさよりも小さい第２の大きさの開口径を規定する第２絞り１２を含むＮＡ絞りを含むことを特徴としている。第１絞り１１によって投影光学系７のＮＡが第１のＮＡに規定され、第２絞り１２によって投影光学系７のＮＡが第１のＮＡよりも小さい第２のＮＡに規定される。
【００３３】
第１のＮＡに対応した第１絞り１１と第２のＮＡに対応した第２絞り１２をそれぞれ設けることで、各ＮＡ絞りの開口をできる限り真円に近づけることが可能となった。また、投影光学系の瞳面が曲面形状の場合に、各ＮＡにおいて最適な位置に絞り開口を配置することが可能となった。
【００３４】
なお、本実施例においては、４枚の遮光板１２Ａにより第２絞り１２を構成しているが、遮光板１２Ａの数は４枚に限られず、２枚以上の任意の数の遮光板１２Ａによって第２絞り１２を構成することができる。遮光板の数を少なくすることで、ＮＡ絞りとしての構成を簡素化することができる一方で、遮光板１２Ａが退避するために大きなスペースを確保する必要が生じる。遮光板の数を多くすることで、遮光板１２Ａが退避するためのスペースを小さくできる一方で、ＮＡ絞りとしての構成が複雑になる。これらのメリットとデメリットを考慮して、４枚から８枚の遮光板により第２絞り１２を構成することが好ましい。
【００３５】
（実施例２）
次に、図７を用いて、本発明の実施例２の露光装置におけるＮＡ絞りの構成について説明する。図７は、実施例２に係るＮＡ絞りを投影光学系７の光軸方向から見た図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。実施例１との差異は、第２絞り１２の構成である。実施例２では、２枚の遮光板１２Ａ´から第２絞り１２が形成される。
【００３６】
図７（Ａ）は、第２絞り１２によりＮＡ絞りの開口が規定された状態を示しており、図７（Ｂ）は、２枚の遮光板１２Ａ´が左右方向に移動して、第１絞り１１によりＮＡ絞りの開口が規定された状態を示している。遮光板１２Ａ´は、駆動機構１８によって駆動される。駆動機構１８として、エアシリンダ等のアクチュエータやボールねじを用いることができる。
【００３７】
図７には、投影光学系７に含まれるミラー８によって反射されて凹面ミラー９に向かう円弧状の露光光１９と、凹面ミラー９によって反射されてミラー８に向かう円弧状の露光光１９が描かれている。図７に示したように、遮光板１２Ａ´を左右方向に移動させたとしても露光光１９が蹴られるリスクは小さいため、本実施例では遮光板１２Ａ´を上下方向ではなく左右方向に移動させている。
【００３８】
本実施例のＮＡ絞りでは、実施例１よりも簡易な構成で、投影光学系７の光路から遮光板１２Ａ´を退避することができる。
【００３９】
（実施例３）
次に、図８を用いて、本発明の実施例３の露光装置におけるＮＡ絞りの構成について説明する。図８は、実施例３に係るＮＡ絞りを投影光学系７の光軸方向から見た図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。実施例２との差異は、第２絞り１２の構成である。実施例３では、遮光板１２Ａ´´及び１２Ｂ´´を開口の径方向に並べた構成としている。その他の構成は実施例２と同じである。
【００４０】
図８（Ａ）は、第２絞り１２によりＮＡ絞りの開口が規定された状態を示しており、図８（Ｂ）は、遮光板１２Ａ´´及び１２Ｂ´´が左右方向に移動中の状態を示している。図８（Ｃ）は、遮光板１２Ａ´´及び１２Ｂ´´が左右方向に退避して、第１絞り１１によりＮＡ絞りの開口が規定された状態を示している。
【００４１】
遮光板１２Ａ´´及び１２Ｂ´´を投影光学系７の光路から退避させる際に、遮光板１２Ａ´´と遮光板１２Ｂ´´を重なり合わせることで、これらを退避させるためのスペースを小さくすることができる。これにより、ＮＡ絞りの小型化を実現することができる。
【００４２】
（変形例）
実施例１において、カム溝１２Ｆに沿って駆動ピン１２Ｄを駆動させる構成としているが、駆動ピン１２Ｄに替えて転がり軸受を用いても良い。転がり軸受が回転しながらカム溝１２Ｆに沿って移動することで、摺動抵抗を低減させることができる。結果として可動部１２Ｅの回転トルクを小さくすることができ、また、遮光板１２Ａの駆動に伴うパーティクルの発生リスクを低減させることができる。
【００４３】
（物品の製造方法）
次に、本発明の露光装置を用いた物品（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。物品の製造方法として、基板に対して露光光を照射してパターンを形成する工程と、パターンが形成された基板を加工（現像、エッチングなど）する工程を含む。本発明に係る露光装置を用いることで、簡易な構成で投影光学系の開口数を変化させることが可能となり、焼き付けを行うパターンに応じ投影光学系の開口数を適切に設定することができる。
【００４４】
本物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。または、前述の露光装置は、高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）などの物品を提供することができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
３  マスク
５  基板
７  投影光学系
１１  第１絞り
１２  第２絞り
１２Ａ  遮光板
【図１】
2020052368.tif 000005
【図２】
2020052368.tif 000006
【図３】
2020052368.tif 000007
【図４】
2020052368.tif 000008
【図５】
2020052368.tif 000009
【図６】
2020052368.tif 000010
【図７】
2020052368.tif 000011
【図８】
2020052368.tif 000012