(57)【要約】【課題】  投影光学系の光学素子に吸着した有機物を効率的に剥離させる露光装置を提供する。【解決手段】  光源からの光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを透過した光を基板に投影する投影光学系とを備える露光装置において、前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定された瞳透過率分布に応じて前記照明光学系の有効光源を設定し、該設定された有効光源で前記投影光学系を照射することを特徴とする。 【選択図】  図２
2010205857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを透過した光を基板に投影する投影光学系とを備える露光装置において、
前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する測定手段を有し、
前記測定手段により測定された瞳透過率分布に応じて前記照明光学系の有効光源を設定し、該設定された有効光源で前記投影光学系を照射することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
光源からの光で原版を照明する照明光学系と、
前記原版のパターンを透過した光を基板に投影する投影光学系とを備える露光装置において、
前記投影光学系の瞳面における有効光源及び前記原版から回折光分布を測定する測定手段を有し、
前記測定手段により測定された有効光源及び回折光分布に応じて前記照明光学系の有効光源を設定し、該設定された有効光源で前記投影光学系を照射することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
前記原版を固定する位置または光学的に共役な位置に、前記原版に代えて、計算機ホログラムを挿脱可能に設け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】
請求項１から３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基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原版に形成されたパターンを基板に投影露光する露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、所定の回路パターンが表面に形成されたフォトマスク或はレチクルと呼ばれる原版（以下、代表して「マスク」とする。）に対して光束を照射する。そして感光材料が表面に塗布され、シリコン又はガラス基板から成る感光基板（以下、代表して「ウエハ」とする。）にフォトリソグラフィ技術を用いて、マスクのパターンを等倍或は縮小投影して転写する投影露光技術が用いられている。
【０００３】
図９は、従来の露光装置の概略構成図である。
光源１から射出された光束１ａは、図示されない照度センサによって出力測定が行われる。照明光学系５０は、光源１からの光でマスク１２（原版）を照明する光学系で、光源１から結像光学系１１までにより構成される。光束１ａは、光路調整光学系２，照明形状調整光学系３、オプティカルインテグレータ４および開口絞り５を介してハーフミラー６に入射される。光束１ａは、ハーフミラー６によって分岐されて、照度センサ１８によって光路途中の照度が測定される。
さらに、ハーフミラー６を直進した光束１ａは、集光レンズ７、視野絞り８、結像光学系９、ミラー１０、結像光学系１１、マスク１２及び投影光学系１３を通過する。光束１ａが投影光学系１３を通過した後に、ウエハステージ１５上に設置された照度センサ１６によって、全光学系を通過した後の照度が測定される。
【０００４】
ここで、投影光学系１３を構成する光学素子が空気に触れている場合、空気中の有機物質が光学素子の表面に吸着する。これらの有機物質は一般に紫外線領域の吸収が大きいため、光学素子の照度の低下や照度むらの劣化を招く。このため、光束の通過する領域内の有機物質を極力低減する必要がある。
そこで、従来、特許文献１に示される投影露光装置において、光学系の内部を窒素やヘリウムのような不活性ガスで充填して、反応析出物の基となる有機物質が光路内に入り込まないような構造が提案されている。しかし、特許文献１の投影露光装置において光学系の内部を不活性ガスで充填した場合にも、不活性ガスや各種パーツからの微量な有機物質の析出により、投影光学系の光学素子への有機物の吸着が生じる。
【０００５】
この対策として、特許文献２の露光装置において、紫外線領域の光を光学素子に照射すると、被照射面に吸着している有機物は剥離され、また、光学素子の周辺に充填した不活性パージガスを換気することにより、有機物を光路中より除去することが提案されている。このため、特許文献２の投影露光装置においては、その光学性能を保持するために、パターンの投影露光時以外にも照明光学系及び投影光学系内に光を照射する工程が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０９１２０７号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この結果、特許文献１の投影露光装置においては、透過率の高い領域と有機物が吸着した透過率が低い領域が存在することになり、解像力の劣化や透過率ムラによる結像パターンの光量ムラが生じて、投影露光装置の結像性能の低下を招く。また、透過率が均一に低下する場合でもウエハに到達する照度が低下し、スループットの低下を招く。
この対策として、特許文献２の露光装置においては、瞳全面に光を照射する光洗浄が行われてきたが、光洗浄に要する時間や照射パルス数が増大し、効率的な光洗浄ではなかった。
そこで、本発明は、投影光学系の光学素子に吸着した有機物を効率的に剥離させる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、光源からの光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを透過した光を基板に投影する投影光学系とを備える露光装置において、前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定された瞳透過率分布に応じて前記照明光学系の有効光源を設定し、該設定された有効光源で前記投影光学系を照射することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の露光装置は、光源からの光で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターンを透過した光を基板に投影する投影光学系とを備える露光装置において、前記投影光学系の瞳面における有効光源及び前記原版から回折光分布を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定された有効光源及び回折光分布に応じて前記照明光学系の有効光源を設定し、該設定された有効光源で前記投影光学系を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投影光学系の光学素子に吸着した有機物を効率的に剥離させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施態様１および実施態様２の露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施態様１の露光装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施態様１の露光装置における有効光源分布の選定方法の説明図である。
【図４】本発明の実施態様２の露光装置における瞳面の回折光照射分布の説明図である。
【図５】本発明の実施態様２の露光装置における光束の分布の説明図である。
【図６】本発明の実施態様１および実施態様２の変形例のＣＧＨ（計算機ホログラム）により瞳面に集光する分布の説明図である。
【図７】本発明の実施態様１および実施態様２の変形例のＣＧＨ（計算機ホログラム）により瞳面に集光する分布の説明図である。
【図８】本発明の実施態様１および実施態様２の変形例のＣＧＨ（計算機ホログラム）により瞳面に集光する分布の説明図である。
【図９】従来の露光装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。各図において、同一部材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。
図１、図２は、本発明の実施態様１および実施態様２の露光装置の概略構成図である。照明光学系５０は、光源１から結像光学系１１までにより構成され、光源１からの光でマスク１２（原版）を照明する光学系である。照明光学系５０は、光源１からの光束１ａ（光）を所定形状に成形し、成形された光束１ａがマスク１２（原版）に形成されたパターンを照明する。パターンの形成されたマスク１２を、エキシマレーザから成る光源１より発せられた光束１ａで照明して、マスク１２に形成されたパターンをウエハ１４上に投影露光する。光源１から射出された光束１ａは、図示されない照度センサによって出力測定が行われる。光束１ａは、光路調整光学系２、照明形状調整光学系３、オプティカルインテグレータ４および開口絞り５を介してハーフミラー６に入射される。光束１ａは、ハーフミラー６によって分岐されて、照度センサ１８によって光路途中の照度が測定される。
【００１３】
さらに、ハーフミラー６を直進した光束１ａは、集光レンズ７、視野絞り８、結像光学系９、ミラー１０、結像光学系１１、ミラー１９、シャッター２３、マスク１２及び投影光学系１３を通過する。光束１ａが投影光学系１３を通過した後に、ウエハステージ１５上に設置された照度センサ１６によって、全光学系を通過した後の照度が測定される。マスク１２は、所定のパターンが形成された原版である。投影光学系１３は、マスク１２のパターンを透過した光束１ａをウエハ１４（基板）に投影する光学系である。ウエハステージ１５（基板ステージ）は、ウエハ１４を保持し、移動し、位置決めするステージである。
【００１４】
光路調整光学系２は、複数の折り曲げミラー２ａによって構成されるが、光源１より射出される光束１ａは光路に垂直な平面内で概ね矩形の断面形状を呈し、水平方向及び垂直方向にそれぞれ異なる拡散角で拡散或は縮小している。光路調整光学系２では図示しない複数のシリンドリカルレンズによって、所定の断面形状及び所定の拡散角の光束が形成される。光路調整光学系２によって露光装置本体に導入された光束１ａは、照明形状調整光学系３によって更に形状を調整され、オプティカルインテグレータ４の入射面で結像状態となっている。照明形状調整光学系３には、図示しない光束調整手段が配置される。この光束調整手段には、図示しない円錐プリズム、又は屋根型プリズム、又は角錘プリズムの凹凸形状を組み合わせて挿脱可能に配置され、光束１ａの形状は輪帯形状や分離した複数の光束に成形される。
【００１５】
実施態様１の変形例として、マスク１２を固定する位置に、マスク１２に代えて、計算機ホログラム（ＣＧＨ）１２ａを挿脱可能に設け、または、マスク１２を固定する位置と光学的に共役な位置に、計算機ホログラムを挿脱可能に設ける。照明形状調整光学系３内の光束調整手段は、計算機ホログラムで構成される。
この計算機ホログラムにより、図６、図７、図８に示されるように、露光しようとするマスク１２のパターンに対して好適な有効光源分布３１，３２，３３を得て、照明形状調整光学系３内のズーム光学系３ｃにより所定の倍率に変倍される。この計算機ホログラムにより、光量のロスを抑え、効率よくオプティカルインテグレータ４の入射面に所定の形状の光束１ａを形成できる。
【００１６】
ここで、通常の露光動作であれば、光束１ａの形状によって照度の変化が無いため、照度低下に伴うスループットの低下が無い。さらに、光の照射による光洗浄を行う場合は、洗浄を行う部分に光を効率的に集められるため、付着物を効率的に排除することができる。このように成形された光束１ａは結像光学系９，ミラー１０、結像光学系１１、ミラー１９、シャッター２３を経てマスク１２を透過する。さらに、投影光学系１３によってウエハ１４上に投影され、マスク１２上にクロム等によって形成されたパターンがウエハ１４上に結像され転写される。
【００１７】
露光装置が紫外線領域にある光を光源とする場合、空気に触れている光学素子への有機物の吸着が生じるが、光学系の内部を不活性ガスで充填した場合にも、不活性ガスや各種パーツからの微量な有機物質の析出により、光学素子への有機物の吸着が生じる。この結果、透過率の高い領域と有機物が吸着した透過率が低い領域が存在することになり、解像力の劣化や透過率ムラによる結像パターンの光量ムラが生じて、投影露光装置の結像性能の低下を招く。また、透過率が均一に低下する場合でもウエハに到達する照度が低下し、スループットの低下を招く。この対処策としては露光装置の光学素子に吸着した有機物を剥離させる光束を用いる光洗浄があるが、より効率的に光洗浄するために有機物が吸着した光学素子の場所を特定し、その場所に集中的に光束を照射する。
【００１８】
以下、図１、図２を参照して、本発明の実施態様１において、有機物が吸着した光学素子の場所を特定し、その場所に集中的に光束を照射する構成および動作を説明する。
反射光学素子１７は、ウエハステージ１５上に設けられる。反射光学素子１７は、投影光学系１３が上に位置するときに、投影光学系１３を通過した光束１ａが反射され、投影光学系１３を通過し、瞳面観察光学系（測定手段）２１へ入射される。瞳面観察光学系２１は、投影光学系１３の瞳透過率分布を測定する手段である。瞳面観察光学系２１により測定された瞳透過率分布に応じて照明光学系５０の有効光源を設定し、この設定された有効光源で投影光学系１３を照射する。駆動制御手段５１は、この瞳透過率分布に応じて有効光源分布を選択し、投影光学系１３を構成する光学素子１３ａの所定範囲のみを照射するように、照明光学系５０の光路調整光学系２、照明形状調整光学系３を駆動し光束１ａを成形する。
【００１９】
露光予約され露光を開始するまでのキャリブレーション動作と並行し、図１に示されるようにシャッター２３を閉じシャッター２４を開くと光源１から放出された光束１ａがミラー１９、２０で反射し、瞳面観察光学系２１により参照光１ｂとして観察される。この参照光１ｂを瞳面観察光学系２１に内蔵されるＣＣＤで受光し、その画素毎の光量分布情報を瞳面上の座標(ｘ，y)で表されるＲ(ｘ，y)として保存する。
一方、シャッター２３を開きシャッター２４閉じると、光源１から放出された光束１ａはウエハステージ１５上に設置された反射光学素子１７で反射し、瞳面観察光学系２１で投影光学系１３を通過した光束１ｃとして観察される。同様に、瞳の光量情報をＰ(ｘ，y)として保存し、瞳透過率分布Ｄ(ｘ，y)＝Ｐ(ｘ，y)／Ｒ (ｘ，y)を得る。また、ＰとＲの瞳中心の位置合わせはハードによる調整でも可能であり、或いはソフトによる中心座標の調整でも可能である。
【００２０】
このとき図２に示されるように、投影光学系１３内の光学素子１３ａに有機物２２が吸着している場合、光束１ａが有機物２２を通過する位置の瞳透過率は劣化する。この対処方法として、図３に示されるように、上述方法で得られた瞳透過率３４と初期値の瞳透過率３５の差分を実施態様１の露光装置に入力設定した閾値で二値化３６或いは多値化し、瞳透過率の劣化した瞳面位置を包含する有効光源分布３７を選定する。選定した有効光源分布３７を形成するように、照明光学系の各光学素子を駆動して、光束１ａを照射する。この結果、瞳透過率が劣化した有機物２２の部分に集中的に光束１ａを照射し、効率的に光洗浄する。
【００２１】
更に、投影光学系１３を透過した光束１ｃが、ウエハ１４を保持するステージ１５上に設けられる反射光学素子１７で反射され、再び、有機物２２に照射するようにステージ１５を駆動させる。これにより、有機物２２が吸着した場所に集中的に光束を照射することができ、効率的に光洗浄する。
【００２２】
光源１のレーザのエネルギー密度により光洗浄の効果に違いがある。有機物質２２が吸着した光学素子１３ａの硝材に０.１２ｕＪ／ｃｍ２／ｐｌｓ照射した場合と、３.６０ｕＪ／ｃｍ２／ｐｌｓ照射した場合を比較すると、有機物の除去効果に大きな差が有る結果が得られる。従って、照射する光束のエネルギー密度を増すほど光洗浄の効果が大きくなるので、有機物質２２の吸着が多い場所を集中的に照射することで時間や照射パルス数を減らすことができる。よって、上記課題を解決する為、瞳面観察光学系２１で投影光学系１３の瞳透過率分布を得て、露光装置が適当と判断した照明光学系で形成する有効光源分布に変更し、相対的に瞳透過率が低い瞳面位置を集中的に照射する。この結果、光束１ａが有機物２２の吸着した光学素子１３ａを透過する瞳位置に、集中的に光照射することで効率的に光洗浄できる。
【００２３】
実施態様１によれば、投影光学系１３の光学素子１３ａに吸着した有機物２２を効率的に剥離させる。投影光学系１３の光学素子１３ａに吸着した有機物２２を剥離させる光束１ａを用いた光洗浄において、光束１ａが有機物２２の吸着した光学素子１３ａを通過する瞳位置を集中的に光照射し、短時間で効率的に光洗浄する。また、照射パルス数も低減するため、レーザ寿命も延びる。
【００２４】
次に、図１を参照して、本発明の実施態様２を説明する。実施態様２の露光装置は、実施態様１の露光装置における瞳透過率を測定することに代えて、瞳強度分布測定器２５により、投影光学系１３の有効光源及び回折光分布を測定する。この測定結果から、有機物２２の剥離が少ないと予想された瞳面の場所を光束１ａが集中的に照射するように、有効光源分布を形成し、光洗浄する。瞳強度分布測定器２５（測定手段）は、ウエハステージ１５上（基板ステージ上）に設けられ、投影光学系１３の瞳面における有効光源及び前記原版から回折光分布を測定する手段である。瞳強度分布測定器２５により測定された有効光源及び回折光分布に応じて照明光学系５０の有効光源を設定し、この設定された有効光源で投影光学系１３を照射する。駆動制御手段５１は、この有効光源と回折光分布に応じて、投影光学系１３を構成する光学素子１３ａの所定範囲のみを照射するように、照明光学系５０の光路調整光学系２、照明形状調整光学系３を駆動し光束１ａを成形する。
【００２５】
先ず、露光するロット単位で、レチクルからの回折光分布と照射エネルギー量を測定し、図示しないメモリーにこの情報を保管する。新たなロットが来るたびに上記の測定を行い、その結果をメモリーに累積加算する。この積算した回折光分布が図４に示される形状の場合、瞳面中央は照射量が周りより少ないため、照射量が多い部分が照射量の少ない部分と比較し、有機物２２の剥離が多い。従って、累積照射量が少ない瞳面中央に光束が集中的に照射されるように、必要な有効光源形状を計算し、それに基づき照明光学系の光学素子を駆動する駆動部を動かし、図５に示される有効光源分布３０を形成し光束を照射する。これにより効率的に光洗浄することができる。光洗浄を行った後、回折光分布を保管していたメモリーの内容をリセットし、新たな積算を開始し、次の光洗浄に備える。光洗浄は定期的に行っても良いし、回折光分布の積算量、あるいはそれを用いて演算して得られる所定の評価量が所定の閾値に達した時点で行っても良い。
【００２６】
また、照明光学系により瞳透過率分布に応じた有効光源分布を形成した場合には、有効光源のみであると、一般的には有効光源の外郭＜投影光学系の開口数(σ＜１)のため、瞳周辺部の照射量が少なくなる。
そこで、実施態様２の露光装置の変形例として、マスク１２を固定する位置または光学的に共役な位置に、マスク１２に代えて、計算機ホログラム１２ａを挿脱可能に設ける。マスク１２を固定する位置の近傍またはマスク１２を固定する位置と光学的に共役な位置の近傍に計算機ホログラム１２ａ（ＣＧＨ）を配置し、図４に示される開口絞り３８内にある０次光３９及び１次光４０が照射しない位置にも照射できる。そこで、σ＝１の領域内にある瞳透過率の低い瞳面位置を集中的に照射することで、効率的に光洗浄することができる。
【００２７】
例えば、図６、図７、図８に示されるようにσ＝１の領域まで照射できる計算機ホログラム１２ａを複数、設ける。これらの計算機ホログラムマスク１２ａから選定して、図２に示されるようにマスク１２の位置に配置し、光束１ａを照射し、効率的に光洗浄することができる。また、この計算機ホログラム１２ａは、マスク１２を固定する位置の近傍、または、マスク１２を固定する位置と光学的に共役な位置の近傍にある装置に内蔵したプレートに計算機ホログラムの機能を有しても良い。更に、計算機ホログラムに代えて、例えば、楔レンズをマスク１２面に挿入し、０次光束３９の瞳面上の位置を変化させ、０次光束３９では照射できないσ＝１近傍に光が行くようにしても良い。さらにこの楔レンズを回転させることで、σ＝１近傍の領域を円形に照射することができる。これにより、瞳全面を光照射することが出来る。
【００２８】
これに加えて、光洗浄中に酸素を混入することで、光洗浄を効率的に行う。従って、投影光学系１３内をパージしている不活性ガスに、混入量をコントロールした酸素を混入させ光洗浄すると、より効果が高まる。瞳透過率を測定することで光洗浄の効果を確認し、所定の透過率に達していない場合、酸素混入量をあげ、光洗浄を再度実施するようなクローズドループの洗浄も可能である。この場合、効果を確認しながら光洗浄を実施するので、確実に所定の光洗浄効果を得ることができ、高精度な微細加工が可能となる。
【００２９】
（デバイス製造方法の実施形態）
次に、前述の露光装置を利用したデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本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。
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ず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  光源                                  １２  マスク
１３  投影光学系                          １４  ウエハ
２１  瞳面観察光学系                      ２５  瞳強度分布測定器
５０  照明光学系
【図１】
2010205857.tif 000003
【図２】
2010205857.tif 000004
【図３】
2010205857.tif 000005
【図４】
2010205857.tif 000006
【図５】
2010205857.tif 000007
【図６】
2010205857.tif 000008
【図７】
2010205857.tif 000009
【図８】
2010205857.tif 000010
【図９】
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