(57)【要約】【課題】位相調整光学素子の交換等による露光装置のダウンタイムを低減する。【解決手段】露光装置１００は、直線偏光を無偏光化する位相調整光学素子２を含む照明光学系４によって原版６を照明し、原版６のパターンを投影光学系７によって基板８に投影して基板８を露光する。露光装置１００は、位相調整光学素子２の全体領域のうち前記直線偏光が通過する通過領域を変更する変更機構１８を備える。【選択図】図２
2009290028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光を無偏光化する位相調整光学素子を含む照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
前記位相調整光学素子の全体領域のうち前記直線偏光が通過する通過領域を変更する変更機構を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記変更機構は、前記位相調整光学素子の光学軸の方向が前記直線偏光の偏光方向に対して４５°±１°の角度を有するように前記通過領域を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記変更機構は、前記直線偏光の光路の中心軸に対して偏心した軸の周りで前記位相調整光学素子を回転させることによって前記通過領域を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記変更機構は、前記位相調整光学素子を平行移動させることにより前記通過領域を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記変更機構は、前記直線偏光の光路を移動させることによって前記通過領域を変更する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記基板が配置される面に入射する光の照度を計測する第１照度センサと、
前記位相調整光学素子によって無偏光化された光の照度を計測する第２照度センサと、
キャリブレーション時に前記第１照度センサによる計測値と前記第２照度センサによる計測値との相関関係を求め、前記基板の露光時に前記第２照度センサによる計測値および前記相関関係に基づいて露光量を制御する制御部と、
を更に備え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】
前記制御部は、前記第２照度センサによる計測値が予め設定された閾値を下回ったことに応じて前記変更機構を動作させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記位相調整光学素子は、複数の部分を含み、前記変更機構は、前記複数の部分のうち前記直線偏光が入射する部分を変更することにより前記通過領域を変更する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
デバイス製造方法であって、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を含む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、露光装置およびそれを用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路デバイスは、ますます集積度を高め、ナノオーダーの微細加工を要求されるようになっている。微細加工のための１つのアプローチは、露光光の光源であるレーザーの発振波長が短波長化することであり、最近では２４８ｎｍ付近の発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザーや、１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザーが使用されている。また、製造コストの観点から露光装置のスループットの向上が図られており、１ショット当たりの露光時間を短縮するために光源の大出力化がなされている。
【０００３】
しかしながら、光源の発振波長の短波長化、大出力化に伴って、露光光が露光装置の内部において不純物を酸素（Ｏ２）と光化学反応させることが問題視されてきた。光化学反応による生成物は、光学素子（レンズ、ミラー等）に付着して光学素子を曇らせ、照度劣化を引き起こす。そのため、ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザーを光源とする露光装置では、不純物の付着による照度劣化や、光路上の雰囲気に含まれる酸素等による光吸収作用による透過率の減少を防ぐために、光路を不活性ガスでパージする方式が採用されている。
【０００４】
一方、エキシマレーザー光源は、パルス発振光源であり、露光パルス数は数十パルスから数百パルスである。このため、例えば５０パルス程度で露光を行う場合には、最後の１パルスの照射するかいないかで２％もの露光量誤差が生じる。また、パルス毎にエネルギーのばらつきがあるため、それを考慮して露光量の制御がなされる。露光量の制御は、例えば、次のような手順でなされうる。
【０００５】
（１）露光量と１パルスあたりの平均エネルギーに基づいて露光パルス数を決定する。
【０００６】
（２）パルス数に基づいて１パルスあたりに必要なエネルギーを目標エネルギーとして決定する。
【０００７】
（３）最初の１パルスを目標エネルギーが得られるように発振させる。
【０００８】
（４）最初の１パルスにおける実際の露光量を計測する。
【０００９】
（５）計測した露光量と目標エネルギーとの差分を計算する。
【００１０】
（６）２パルス目を目標エネルギーに１パルス目の差分を上乗せして発振させる。
【００１１】
このように、前回までの差分エラーを補正するように露光を続けると、最終的なエラーは、（１パルス毎のエネルギーばらつき）／（露光パルス数）となる。つまり、１パルスの発振時に１０％程度のばらつきが存在する場合でも、補正を行いつつ５０パルスで基板を露光すると、０．２％の露光エラーに抑えることができる。
【００１２】
上記の方法で露光量を計測する際には、基板面上で露光量をリアルタイムに計測することができないため、ハーフミラーを用いて露光量を照度センサに導いて計測がなされる。ところが、ミラーの反射率は、光の偏光方向に依存するので、偏光方向が変わると正しく露光量を計測することができない。このために、直線偏光を無偏光光化する位相調整光学素子が光源付近に配置される。このような位相調整光学素子としては、主にコストや生産性の面から水晶で構成された楔形状の光学素子が使用される場合が多い。この場合、直線偏光を無偏光化するために、該直線偏光の偏光方向に対する水晶の光学軸の方向を４５°±１°に設定する必要がある。
【００１３】
図５は、既存の露光装置の構成を概略的に示す図である。図５に示す露光装置は、照明光学系７３によって原版（レチクル）７５を照明し、該原版７５のパターンを投影光学系７６によって基板（ウェハ）７７に投影して該基板７７を露光する。レーザー光源７０からは、露光光として直線偏光が射出され、これが照明光学系７３に供給される。照明光学系７３において、その直線偏光は、位相調整光学素子７１によって無偏光化された後に、必要に応じて折り曲げミラー７２ａによって折り曲げられる。その後、その無偏光化された露光光により、複数のレンズ群７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、複数の折り曲げミラー７２ｂ、７２ｃを介して原版７５（マスク）が照明される。
【００１４】
照明された原版７５のパターンは、投影光学系７６によって基板７７に投影され、これによって基板７７が露光される。基板７７を保持する基板ステージ７８には、基板７７が配置される面における照度を計測する第１照度センサ７９が配置されている。また、照明光学系７３にも、露光光の一部をハーフミラー８０によって分離して、該一部の露光光の照度を計測する第２照度センサ８１が配置されている。これらの２つの照度センサ７９、８１により照度を計測し、照度センサ７９、８１による計測値の相関関係が求められる。基板７７の露光時は、第１照度センサ７９が露光光の光路外に配置されるので、基板７７の露光量は、第２照度センサ８１による計測値を前記相関関係に基づいて基板７７の面上における照度に換算することによって求められる。
【００１５】
レンズ群７４ａ、７４ｂ、７４ｃや位相調整光学素子７１等の光学素子は、それを取り囲む空間が不活性ガス等によってパージされることによって劣化が防止される。これらの光学素子は、光化学反応による生成物が付着したり、硝材やコーティングの劣化が生じたりすると、新品に交換される。
【特許文献１】特開２００５−８５８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、数十ワットのＡｒＦエキシマレーザーのような短波長、大出力のレーザー光源を用いた露光装置では、一部のゴムのような有機硫黄や一部のセラミックのようなイオン性窒化物に含まれる微量成分によって、光学素子に硫酸アンモニウムが付着しうる。また、レーザー光源の大出力化による硝材やコーティングの劣化も顕著になり、特に水晶は数ｍｊのエネルギーの照射を受けると、数Ｂパルス（Ｂは１０億）あたり５〜３０％の照度劣化を生じうる。このため、位相調整光学素子の頻繁な交換作業が要求される。この交換作業は、露光装置のジョブをいったん停止させることを要求するので、露光装置のスループットを著しく低下させる要因となっている。
【００１７】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、位相調整光学素子の交換等による露光装置のダウンタイムを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の側面は、直線偏光を無偏光化する位相調整光学素子を含む照明光学系によって原版を照明し、該原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記位相調整光学素子の全体領域のうち前記直線偏光が通過する通過領域を変更する変更機構を備える。
【００１９】
本発明の第２の側面は、デバイス製造方法に係り、上記の露光装置によって基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、例えば、位相調整光学素子の交換等による露光装置のダウンタイムを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。図１に示す露光装置１００は、照明光学系４によって原版（レチクル）６を照明し、該原版６のパターンを投影光学系７によって基板（ウェハ）８に投影して該基板８を露光する。
【００２３】
レーザー光源１からは、露光光として直線偏光が射出され、これが照明光学系４に供給される。照明光学系４において、その直線偏光は、位相調整光学素子２によって無偏光化された後に、必要に応じて折り曲げミラー３ａによって折り曲げられる。
【００２４】
露光装置１００は、位相調整光学素子２の全体領域のうちレーザー光源１から供給された直線偏光が通過する通過領域を変更する変更機構として駆動機構１８を備えている。駆動機構１８は、例えば、当該直線偏光の光路の中心軸ＡＸに対して偏心した軸ＲＸの周りで位相調整光学素子２を回転させることによって当該通過領域を変更するように構成されうる。或いは、駆動機構１８は、位相調整光学素子２を平行移動させることにより当該通過領域を変更するように構成されうる。
【００２５】
照明光学系４において、その無偏光化された露光光は、必要に応じて折り曲げミラー３ａによって折り曲げられる。その後、その無偏光化された露光光により、複数のレンズ群５ａ、５ｂ、５ｃ、複数の折り曲げミラー３ｂ、３ｃを介して原版６（マスク）が照明される。
【００２６】
照明された原版６のパターンは、投影光学系７によって基板８に投影され、これによって基板８が露光される。基板８を保持する基板ステージ９には、基板８が配置される面における照度を計測する第１照度センサ１０が配置されている。また、照明光学系４にも、露光光の一部をハーフミラー１１によって分離して、該一部の露光光の照度を計測する第２照度センサ１２が配置されている。これらの２つの照度センサ１０、１２により照度を計測し、照度センサ１０、１２による計測値の相関関係が求められる。基板８の露光時は、第１照度センサ１０が露光光の光路外に配置されるので、基板８の露光量は、第２照度センサ１２による計測値を前記相関関係に基づいて基板８の面上における照度に換算することによって求められる。レンズ群５ａ、５ｂ、５ｃや位相調整光学素子２等の光学素子は、それを取り囲む空間が不活性ガス等によってパージされることによって劣化が防止される。
【００２７】
図２は、本発明の第１実施形態における位相調整光学素子２の構成例を示す図である。図２に示す例では、位相調整光学素子２は、例えば水晶又はＭｇＦ２で構成されていて、複数の部分１３ａ〜１３ｄを含む。複数の部分１３ａ〜１３ｄは、互いに離隔していてもよいし、接触していてもよいし、１つの連続的に光学素子における部分的な領域であってもよい。図２に示す例では、駆動機構１８は、複数の部分１３ａ〜１３ｄのうち直線偏光が入射する部分を変更することにより、該直線変更が通過する変更するように構成される。複数の部分１３ａ〜１３ｄは、保持部材１９によって保持されている。
【００２８】
保持部材１９は、回転リング１４に固定されていて、回転リング１４は、支持構造１５によって回転可能に支持されている。回転リング１４は、変更機構としての駆動機構１８によって回転駆動されて、これにより、直線変更が通過する通過領域が変更される。
【００２９】
複数の部分１３ａ〜１３ｄを含む位相調整光学素子２は、その光学軸１６の方向が位相調整光学素子２に入射する直線偏光の偏光方向（図２において、”偏光方向”として例示されている）に対して４５°±１°とすることができるように構成されている。典型的には、複数の部分１３ａ〜１３ｄのそれぞれの光学軸の方向は同一である。特に、複数の部分１３ａ〜１３ｄのそれぞれが１つの連続的な光学素子の一部である場合には、複数の部分１３ａ〜１３ｄのそれぞれの光学軸の方向は同一となる。
【００３０】
図２（ａ）では、位相調整光学素子２の部分１３ｃが通過領域、即ち、レーザー光源１から供給される直線偏光が通過する領域となっていて、部分１３ｃの光学軸の方向は当該直線偏光の偏光方向に対して４５°±１°の角度差を有する。部分１３ｃに光化学反応による生成物が付着したり、部分１３ｃが劣化を起こしたりして部分１３ｃの透過率が低下すると、基板７７に入射する露光光の照度が低下する。そうすると、図２（ｂ）に例示されるように、他の部分、例えば部分１３ｄが通過領域となるように位相調整光学素子２が駆動機構によって回転駆動されうる。この例では、位相調整光学素子２を９０°回転させることによって、通過領域を変更することができる。位相調整光学素子２の９０°の回転において、通過領域における光学軸の方向とそこに入射する直線偏光の偏光方向との角度差として４５°±１°が維持される。
【００３１】
図示されていないが、変更機構としての駆動機構１８は、位相調整光学素子２を平行移動させることにより通過領域を変更するように構成されてもよい。この場合においても、通過領域における光学軸の方向とそこに入射する直線偏光の偏光方向との角度差として４５°±１°が維持される。
【００３２】
第１実施形態によれば、位相調整光学素子２のうち露光光が通過する通過領域における透過率が限界レベルを下回った場合に、当該通過領域を他の正常な領域に変更することができる。したがって、照明光学系の分解等を伴うことなく、基板を露光するための露光光の照度を速やかに回復させることができる。これにより、露光装置のダウンタイムを短縮することができる。なお、正常な領域は、典型的には、未使用の領域である。
【００３３】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。第１実施形態の露光装置１００では位相調整光学素子２を駆動することによって通過領域が変更されるのに対して、第２実施形態の露光装置２００では位相調整光学素子２０を通過する直線偏光の光路が変更されることによって通過領域が偏光される。なお、第２実施形態の露光装置の構成又は動作として言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。
【００３４】
位相調整光学素子２０は、第１実施形態における位相調整光学素子２と同様に、入射する直線偏光を無偏光化するように構成されている。位相調整光学素子２０は、例えば水晶又はＭｇＦ２で構成されうる。位相調整光学素子２０は、第１実施形態と同様に、通過領域として使用されうる複数の部分を含む。当該複数の部分は、互いに離隔していてもよいし、接触していてもよいし、１つの連続的に光学素子における部分的な領域であってもよい。
【００３５】
第２実施形態の露光装置２００は、位相調整光学素子２の全体領域のうちレーザー光源１から供給された直線偏光が通過する通過領域を変更する変更機構として、光路変更光学系２１とそれを駆動する駆動機構２８とを備えている。光路変更光学系２１は、位相調整光学素子２０を挟むように対称に配置された２枚の平行平面光学素子２１ａ、２１ｂを含む。駆動機構２８は、２枚の平行平面光学素子２１ａ、２１ｂの傾きが変更されるように２枚の平行平面光学素子２１ａ、２１ｂを駆動する。
【００３６】
位相調整光学素子２０と光源との間に配置された平行平面光学素子２１ａの傾きを変更することによって光軸がシフトされ、位相調整光学素子２０の全体領域のうち直線偏光が通過する通過領域が変更される。もう一方の平行平面光学素子２１ｂは、平行平面光学素子２１ａによってシフトされた光軸をそのシフト量だけ逆方向にシフトさせる。
【００３７】
第２実施形態によれば、位相調整光学素子２０の通過領域における透過率が限界レベルを下回った場合に、光路変更光学系２１の駆動によって当該通過領域を他の正常な領域に変更することができる。これにより、基板を露光するための露光光の照度を速やかに回復させることができる。したがって、照明光学系の分解等を伴うことなく、基板を露光するための露光光の照度を速やかに回復させることができる。これにより、露光装置のダウンタイムを短縮することができる。なお、正常な領域は、典型的には、未使用の領域である。
【００３８】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。第３実施形態は、位相調整光学素子のうち露光光が通過する通過領域の透過率が限界レベルを下回った場合において、自動で当該通過領域を他の領域に変更する機能が付加された露光装置を提供する。第３実施形態の露光装置は、第１又は第２実施形態の露光装置に制御部４０を追加することによって構成されうる。ここで言及しない事項、例えば露光装置の全体構成等については、第１実施形態に従いうる。
【００３９】
第３実施形態の露光装置３００は、位相調整ユニット３１を備えている。位相調整ユニット３１は、位相調整光学素子と、該位相調整光学素子の全体領域のうち露光光（直線偏光）が通過する通過領域を変更する変更機構とを含んで構成される。位相調整ユニット３１は、第１実施形態に従えば、位相調整光学素子２と、駆動機構１８とを含んで構成される。位相調整ユニット３１は、第２実施形態に従えば、位相調整光学素子２０と、光路変更光学系２１および駆動機構２８を含む変更機構とを含んで構成される。
【００４０】
制御部４０は、第２照度センサ１２のキャリブレーション時に、第１照度センサ１０を投影光学系７の下の露光領域に配置して、第１照度センサ１０および第２照度センサ１２により照度を計測し、照度センサ１０、１２による計測値の相関関係を求める。制御部４０は、基板８の露光時は、第２照度センサ１２による計測値を前記相関関係に基づいて基板８の面上における照度に換算することによって基板の露光量を管理する。
【００４１】
位相調整光学素子２のうち露光光が通過する通過領域における透過率が限界レベルを下回った場合、制御部４０は、位相調整ユニット３１に対して通過領域の変更指令を送る。位相調整ユニット３１は、この変更指令に従って通過領域を他の領域に変更する。変更の方法は、第１又は第２実施形態に従いうる。
【００４２】
制御部４０は、位相調整光学素子２のうち露光光が通過する通過領域における透過率が限界レベルを下回ったことは、第２照度センサ１２による計測値に基づいて判断する。例えば、最大露光速度で露光できなくなるときの値を閾値として予め設定されうる。制御部４０は、第２照度センサ１２による計測値３７の出力値が当該閾値を下回ったことに応じて位相調整ユニット３１に変更指令を送るように構成されうる。
【００４３】
位相調整ユニット３１が変更指令に応答して通過領域を他の領域に変更した後、制御部４０は、第２照度センサ１２のキャリブレーションを実行して照度センサ１０、１２による計測値の相関関係を求める。これによって得られた相関関係が許容範囲内である場合には、位相調整ユニット３１の動作が正常になされたこと、および、基板を露光するための照度が回復したことを確認することができる。
【００４４】
［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイスの製造に好適であり、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の露光装置を用いて原版のパターンを転写する工程と、該感光剤を現像する工程とを含みうる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における位相調整光学素子の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】既存の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  レーザー光源
２  位相調整光学素子
３ａ，３ｂ，３ｃ  折り曲げミラー
４  照明光学系
５ａ，５ｂ，５ｃ  レンズ群
６  原版
７  投影光学系
８  基板
９  基板ステージ
１０  第１照度センサ
１１  ハーフミラー
１２  第２照度センサ
１３ａ〜１３ｄ  位相調整光学素子の部分
１４  回転リング
１５  支持構造
１６  結晶軸方向
１８  駆動機構
１９  保持部材
２０  位相調整光学素子
２１  光路変更光学系
２１ａ，２１ｂ  平行平面光学素子
２８  駆動機構
【図１】
2009290028.tif 000003
【図２】
2009290028.tif 000004
【図３】
2009290028.tif 000005
【図４】
2009290028.tif 000006
【図５】
2009290028.tif 000007