(57)【要約】【課題】様々な露光パターンを、レチクルを使用せず、光の干渉を使用して作り出すことが可能な干渉露光装置を提供する。【解決手段】パターン記憶装置８にはウエハ上に形成したいパターンが記憶されており、強度・位相計算装置９はその情報を基に、各入射角θに対して干渉強度、２光束間の位相、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度変化量を計算する。同期制御装置１０は強度・位相計算装置９の出力を基に、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度変化量を反射鏡制御装置７ａ，７ｂに伝え、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度を変化させる。同時に、干渉強度を露光光源１に伝えて露光量を調整し、位相変化量を位相変調制御装置５に伝え位相変調素子４を駆動して２光束間の光位相差を変化させる。これらの動作を所望のパターンにおいて必要なだけ入射角θを変化させながらウエハ上に露光を行う。【選択図】　図１
2004014867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、当該光源からの光を異なる光路を通る２つの光路に分ける第１の光学系と、２つの光路に分かれた光を再び露光面で合成し、干渉縞を形成する第２の光学系を有する干渉露光装置であって、前記第２の光学系において、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度が可変とされていることを特徴とする干渉露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉露光装置であって、前記第２の光学系は、当該第２の光学系に含まれる反射鏡の角度を変化させることで、前記露光面上に各光が到達する際の、前記露光面となす角度を調整する機能を有することを特徴とする干渉露光装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の干渉露光装置であって、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換後の強度に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の露光量を調整する機能を有することを特徴とする干渉露光装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の干渉露光装置であって、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換後の位相に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の２つの光束の位相差を調整する機能を有することを特徴とする干渉露光装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の干渉露光装置であって、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎に、結像面に置かれた露光面の位置を変える機能を有することを特徴とする干渉露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は干渉露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による露光装置の概略を、図２を用いて説明する。従来技術による露光装置は、少なくとも、露光のための光を発生する光源１０１、光源からの光をレチクルに照射する照明光学系１０２、レチクルとウエハの間の相対位置を調整するためのアライメント光学系１０３、レチクルを透過した光をウエハに投影する投影光学系１１０、レチクルステージ１０５、レチクル位置を制御するレチクルステージ制御機構１０４、ウエハステージ１０８、ウエハ位置を制御する為のウエハステージ制御機構１０７、全体を統括制御する制御機構１０９を備えている。
【０００３】
レチクルステージ１０５にはレチクル１０５ａが置かれ、ウエハステージ１０８上にはウエハ１０８ａが置かれ、レチクル１０５ａとウエハ１０８ａはそれぞれ投影光学系１１０の物体面、像面となるように投影光学系１１０との位置関係が調整されている。
【０００４】
露光光源１０１からの光は照明光学系１０２を通りレチクル１０５ａを照明する。レチクル１０５ａ、投影光学系１１０、及びウエハ１０８ａが上記の関係にあるためレチクル１０５ａを透過した光は投影光学系１１０でウエハ１０８ａ上に結像し、ウエハ１０８ａ上に感光剤が塗布されていれば、レチクルのパターンをウエハ１０８ａ上に転写することができる。
【０００５】
通常、投影光学系で転写できる面積はウエハ全面に比べ小さいため、レチクルステージ１０５とウエハステージ１０８により、それぞれレチクルとウエハの水平位置（光軸と垂直な面内の位置）を制御することで、ウエハ全面にレチクルパターンの転写を行えるようにしてある。このとき、ウエハ全面における転写パターンはウエハ全面において異なるパターンでもよいし、同一レチクルパターンの繰り返しでもよい。
【０００６】
ところで、通常の露光装置では、光の回折限界からの制約により形成できるパターンの周期に下限があることが知られている。すなわち、照明光の波長をλ，光学系の開口数をＮＡとすると、形成できるパターンの周期の下限は光の回折限界から
Ｐｍｉｎ＝λ／（２ＮＡ）
となり、これよりも微細な加工を行うことは原理的に不可能であった。
【０００７】
一方で、回路パターンの微細化に伴い露光装置に要求される露光線幅、周期は年々微細化してきているため、上記の限界の範囲内でこれに対応するために、光学系の開口数ＮＡを大きくするとともに照明波長λの短波長化が進められてきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在すでに光学系の開口数ＮＡは大気中で使用する場合に上限となる１．０に極めて近づいている。さらに照明光に関しても、既に真空紫外光とも言える波長１５０ｎｍ程度の光が利用されつつあるため、露光光学系を構成するためにこれまで用いられてきた多くの光学材料が、透過率の点から利用不可能となり、光学設計の選択の幅が狭くなってきている。このため、要求される微細パターンを形成するために必要な性能を持った光学系の設計が非常に困難となってきている。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レチクル必要としない、光の干渉利用した露光装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、光源と、当該光源からの光を異なる光路を通る２つの光路に分ける第１の光学系と、２つの光路に分かれた光を再び露光面で合成し、干渉縞を形成する第２の光学系を有する干渉露光装置であって、前記第２の光学系において、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度が可変とされていることを特徴とする干渉露光装置（請求項１）である。
【００１１】
本手段の作用を説明するに先立ち、その前提となる一般的な部分コヒーレント結像条件の下での結像について述べる。
一般的に、周波数領域での位置ベクトルをｖ、ｖ’とし、２つの光の瞳中での強度分布のフーリエ変換をそれぞれ
【００１２】
【数１】
2004014867.tif 000003
【００１３】
とすると、この２つの光線の干渉による結像面上の強度分布は、結像面での位置ベクトルをｒとして、
【００１４】
【数２】
2004014867.tif 000004
【００１５】
となる。ここで、
【００１６】
【数３】
2004014867.tif 000005
【００１７】
は
【００１８】
【数４】
2004014867.tif 000006
【００１９】
の複素共役数であり、（ｖ−ｖ’）・ｒは（ｖ−ｖ’）とｒの内積、Ｒ（ｖ，ｖ’）は、投影光学系のＴＣＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｒｏｓｓ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。また、（１）式の積分範囲は、瞳座標内である。
【００２０】
（１）式には様々な空間周波数の成分が入っているので、
Ｃ＝ｖ−ｖ’
とすれば、（１）式は
【００２１】
【数５】
2004014867.tif 000007
【００２２】
と書くことができるため、像面での光強度は、空間周波数Ｃごとに様々な強度と位相を持つ干渉縞の積分としてとらえることができる。空間周波数Ｃに関しては露光領域の長さをＬとすると２π／Ｌが最低周波数となり、この周波数で量子化した周波数で級数展開ができるので、（２）式は、以下の形に展開できる。ただし、Ｃｎ＝２ｎπ／Ｌである。
【００２３】
【数６】
2004014867.tif 000008
【００２４】
これは、形式的に
【００２５】
【数７】
2004014867.tif 000009
【００２６】
と書くことができる。このことは、
振幅が｜Ｉ（Ｃｎ）｜であり、位相がφ（Ｃｎ）である干渉縞を周波数Ｃｎごとに用意できれば、光干渉を利用して所望のパターンをウエハの上に投影できることを意味している。ここで、周波数Ｃｎ毎に用意する干渉縞の振幅と位相は、
【００２７】
【数８】
2004014867.tif 000010
【００２８】
のように、光源の強度分布のフーリエ変換
【００２９】
【数９】
2004014867.tif 000011
【００３０】
と、想定している投影光学系のＴＣＣであるＲ（ｖ，Ｃｎ）から計算できる各係数を、絶対値と位相因子に分けることで容易に求めることができる。ここでの位相因子は像面での位相を表しているが、光干渉の際には、２光束の位相差がこれと等しいため、２光束の一方の位相を他方に対してφ（Ｃｎ）ずらすことで達成することができる。
【００３１】
２光束をウエハ上で干渉させる場合これら２光束がなす角を２θとすると、
２ｓｉｎθ＝｜Ｃ｜＝｜ｖ−ｖ’｜　…（６）
である。
【００３２】
よって、１次元パターンに限れば、一方の光の位相を可変とした２光束干渉によって所望のパターンをウエハ上に形成することができる。
【００３３】
実際には、Ｉ（ｒ）が決定されると、それを（５）式に対応するようにフーリエ級数に展開することにより、Ｃｎ毎に振幅である｜Ｉ（Ｃｎ）｜と位相差φ（Ｃｎ）を求める。｜Ｉ（Ｃｎ）｜が、Ｃｎが与えられたときの投影光学系の強度（光源の強度×露光時間）に対応する。Ｃｎを与える２光束のなす角は、（６）式により決定する。
【００３４】
また、Ｒ（ｖ，ｖ’）としては、理想的な投影光学系のものを持ってくればよく、それは中心位置が座標ｖ，Ｃ−ｖにある半径ＮＡの円と、中心位置が座標（０，０）半径σ×ＮＡの円全てが重なった領域の面積であるため容易に計算できる。ここで、σは照明光学系のコヒーレンス度である。
【００３５】
このようにして計算を行った後は、２光束のなす角度θを変えながら、それに対応するＣｎに応じて、投影光学系の強度に対応する｜Ｉ（Ｃｎ）｜と２光束間の位相差φ（Ｃｎ）を変化させて露光を行えば、目的とするパターンを結像面に結像させることができる。
【００３６】
２次元の像形成の場合は、感光材料の感光が光強度の積分強度に比例するため、２光束光干渉による像形成を、結像面を回転させながら行うことでも可能である。
【００３７】
なお、本手法で非常に大きなパターン（低い空間周波数を持ったパターン）を形成するには２光束間の角度を非常に小さくしなければならず、装置が大型化するおそれがあるが、そのような大きなパターンの形成には従来の低解像度露光装置を用いることで可能であるため大きな問題とはならない。すなわち、パターン中の空間周波数に応じて本手法と従来の露光装置を使い分ければよい。
【００３８】
本手段においては、このような原理に基づき、露光面に到達する光の入射角が可変とされているので、このような原理に基づき、入射角を変化させながら、各入射角ごとの露光量（光源の強さ、露光時間の少なくとも一方）を変化させることで、目的とする様々なピッチの露光パターンを露光面に形成することができる。すなわち、光の干渉を利用して所望のパターンをウエハ等の基板上に形成しているので、レチクル等を必要とせず、かつ、レチクル等に形成されたパターンを露光転写する場合に比して、微細なパターンを基板上に形成することができる。
【００３９】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記第２の光学系は、当該第２の光学系に含まれる反射鏡の角度を変化させることで、前記露光面上に各光が到達する際の、前記露光面となす角度を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項２）である。
【００４０】
本手段においては、前記第２の光学系に角度が可変な反射鏡が含まれており、それにより、第１の手段で述べた入射角を可変することができる。よって、反射鏡の角度を変化させることにより、所望のＣｎを形成することができる。
【００４１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換後の強度に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の露光量を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００４２】
本発明においては、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の露光量を調整する機能を有するので、前記第１の手段で説明したＣｎ毎に｜Ｉ（Ｃｎ）｜を変化させることができ、所望のピッチのパターンを所望の強さで被露光面上に形成することができる。
【００４３】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換後の位相に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の２つの光束の位相差を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項４）である。
【００４４】
本手段においては、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の２つの光束の位相差を調整する機能を有するので、前記第１の手段で説明したＣｎ毎に位相差φ（Ｃｎ）を調整することができ、所望のパターンの位相を変化させることができる。特に、要求される露光パターンのフーリエ変換強度に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎の露光量を調整しながら、同時に位相差を変化させて、Ｃｎ毎に露光を行って重ね合わせることにより、様々なパターンを被露光面上に形成することができる。
【００４５】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第２の光学系は、要求される露光パターンのフーリエ変換後の位相に応じて、前記露光面上に各光が到達する際の露光面となす角度毎に、結像面に置かれた結像面の位置を変える機能を有することを特徴とするもの（請求項５）である。
【００４６】
前記第４の手段においては、結像面に形成される干渉縞の位相の調整を、２つの光束の位相差を変えることによって行っていた。本手段はこの代わりに、結像面に置かれた結像面の位置を、Ｃｎ毎に代えることによって、干渉縞と被照射対の結像面との位相関係を変化させ、前記第４の手段と等価な関係を作り出している。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である干渉露光装置を利用した露光装置の光学系の概要を示す図である。
【００４８】
図１に示す露光装置は、露光光源１、反射鏡２、半透過鏡３、位相変調素子４、及びそのドライバ５、光干渉用反射鏡６ａ，６ｂ、及びその制御装置７ａ，７ｂ、パターン記憶装置８、強度・位相計算装置９、同期制御装置１０、ウエハステージ１１、及びその制御装置１２からなる。ウエハステージ１１上には、感光剤を塗布したウエハ１３が載せられている。
【００４９】
露光光源１から射出された光は反射鏡２で反射され、半透過鏡３に入射する。半透過鏡３は入射した光の１／２が反射され、１／２が透過されるように作られている。半透過鏡３で反射した光は干渉用反射鏡６ａで反射されウエハ１３上に入射する。半透過鏡を透過した光は干渉用反射鏡６ｂで反射されウエハ１３上に入射する。
【００５０】
ウエハ１３上では上記２つの光路を通ってきた光により光干渉が起こり、このときの２光束の入射角を両方ともθとすれば、ウエハ面上にピッチλ／２ｓｉｎθの干渉縞が形成される。
【００５１】
パターン記憶装置８にはウエハ上に形成したいパターンが記憶されており、強度・位相計算装置９はその情報を元に（４）式，（５）式を使って、各θに対して干渉強度、２光束間の位相、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度変化量を計算する。
【００５２】
同期制御装置１０は強度・位相計算装置９の出力を基に、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度変化量を反射鏡制御装置７ａ，７ｂに伝え、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度を変化させる。同時に、干渉強度を露光光源１に伝えて露光量を調整し、位相変化量を位相変調制御装置５に伝え位相変調素子４を駆動して２光束間の
光位相差を変化させる。これらの動作を所望のパターンにおいて必要なだけ入射角θを変化させながらウエハ上に露光を行う。
【００５３】
ところで、本実施例によるパターン形成手法であらゆる空間周波数をもったパターンを露光しようとすると１度に露光できる面積が限られる。干渉すべき２つのビームが完全に分離しているところに半透過鏡４を置かなければならないこと、最低空間周波数ではその波長がパターンサイズと等しいことを考慮して計算すると、一度に露光できる幅ｗはおおよそ
ｗ＝（Ｌλ／２）１／２
となる。ここで、ここで、λは使用する光の波長、Ｌは干渉用反射鏡６ａ，６ｂの高さである。例えば、λ＝１５０ｎｍ、Ｌ＝１０００ｍｍとすると、ｗ＝０．２７ｍｍとなってしまう。
【００５４】
従って、露光パターンのうち低周波成分は従来の露光装置に任せ、本技術による露光では高周波成分を担当するのが望ましいが、すべての露光を本露光装置で行う場合には、ウエハステージ制御装置１２によりウエハステージ１１を上記幅ｗごとにずらしながら、ステップアンドリピート方式により露光を行っていけばよい。
【００５５】
なお、上記のうち反射鏡３は半透過鏡への光の入射角により反射光、透過光の強度が異なることがあるため、これらの光強度が等しくなるよう調整するために設けてあるものであり、必須ではない。
【００５６】
位相変調素子５は透過光側にのみ入っているが、反射光側のみ、もしくは透過光側，反射光側両方に入れることもできる。両方の光路に入れる場合は、両者の位相変調量の差を上記の位相変調量とすれば目的は達成できる。
【００５７】
光源として時間コヒーレンスの悪い光源を用いた場合には両方の光路に同じ大きさの位相変調素子を入れることで光路長をほぼ等しくすることができ、干渉性を改善することができる。
【００５８】
上記で、各入射角θごとに変化する干渉強度の調節を、露光光源１に制御を加えることで行っているが、露光光源１の強度を一定に保ったまま各入射角における干渉用反射鏡６ａ，６ｂの滞留時間で制御を行ってもよい。あるいは、上記の露光を連続的に入射角を変化させながら行う場合には、干渉用反射鏡６ａ，６ｂの角度変化の速度に制御を加えて行ってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、様々な露光パターンを、レチクルを使用せず、光の干渉を使用して作り出すことが可能な干渉露光装置を提供することができる。
【００６０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の光学系の概要を示す図である。
【図２】従来の露光装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１：露光光源、２：反射鏡、３：半透過鏡、４：位相変調素子、５：位相変調素子制御装置、６ａ，６ｂ：光干渉用反射鏡、７ａ，７ｂ：反射鏡制御装置、８：パターン記憶装置、９：強度・位相計算装置、１０：同期制御装置、１１：ウエハステージ、１２：ウエハステージ制御装置、１３：ウエハ
【図１】
2004014867.tif 000012
【図２】
2004014867.tif 000013