曝光装置、曝光方法以及物品的制造方法与流程

本发明涉及曝光装置、曝光方法以及物品的制造方法。

背景技术：

在半导体器件等的制造工序(光刻工序)中为了将掩模的图案转印到基板而使用的曝光装置中，伴随电路图案的微细化、高集成化，要求提高分辨性能。作为使分辨性能提高的1个方法，已知有使用设置了使透射光的相位相差180度的第1区域以及第2区域的相移掩模的相移法。

在相移法中，如果由于相移掩模的制造误差等而第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差偏离180度，则焦深有可能发生变化。在日本特开平10-232483号公报中，提出了如下方法:根据测定相移掩模中的第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差而得到的结果，校正通过该相位差偏离180度而产生的焦深的变化。

为了进一步提高曝光装置的分辨性能，缩短对相移掩模进行照明的照明光的波长(即曝光波长)即可。然而，如果使照明光的波长偏离第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差成为180度的基准波长，则焦深有可能根据照明光的波长和基准波长的偏移而变化。在日本特开平10-232483号公报记载的方法中，根据第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差的测定结果来校正焦深，所以需要在变更了照明光的波长之后测定该相位差，校正焦深的工序可能变得繁杂。

技术实现要素：

本发明提供在使用相移掩模对基板进行曝光时的分辨性能以及焦深这一点中有利的技术。

作为本发明的一个侧面的曝光装置使用相移掩模对基板进行曝光，该相移掩模包含在基准波长下使透射光的相位相互不同的第1区域以及第2区域，所述曝光装置的特征在于，包括：第1变更部，变更对所述相移掩模进行照明的光的照明波长；投影光学系统，将所述相移掩模的图案图像投影到所述基板；第2变更部，变更所述投影光学系统的球面像差；以及控制部，根据利用所述第1变更部变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长及所述基准波长，控制利用所述第2变更部进行的所述球面像差的变更，在变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长下，对所述相移掩模进行照明，使用具有根据所述照明波长及所述基准波长变更了的所述球面像差的所述投影光学系统，将所述相移掩模的图案图像投影到所述基板。

作为本发明的一个侧面的曝光方法使用相移掩模和投影光学系统对基板进行曝光，所述相移掩模包含在基准波长下透射光的相位相互不同的第1区域以及第2区域，所述投影光学系统将所述相移掩模的图案图像投影到所述基板，所述曝光方法的特征在于，包括：将对所述相移掩模进行照明的光的照明波长变更为与所述基准波长不同的波长的工序；根据变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长及所述基准波长，变更所述投影光学系统的球面像差的工序；以及在变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长下，对所述相移掩模进行照明，使用具有根据所述照明波长及所述基准波长变更了的所述球面像差的所述投影光学系统，将所述相移掩模的图案图像投影到所述基板的工序。

作为本发明的一个侧面的曝光方法使用相移掩模和曝光装置对基板进行曝光，所述相移掩模包含在基准波长下使透射光的相位相互不同的第1区域以及第2区域，所述曝光装置包括：第1变更部，变更对所述相移掩模进行照明的光的照明波长；投影光学系统，将所述相移掩模的图案图像投影到基板；第2变更部，变更所述投影光学系统的球面像差；以及控制部，根据利用所述第1变更部进行的波长的变更，控制利用所述第2变更部进行的所述球面像差的变更，所述曝光方法的特征在于，具有：根据利用所述第1变更部变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长及所述基准波长，控制利用所述第2变更部进行的所述球面像差的变更的工序；以及在变更为与所述基准波长不同的波长的所述照明波长下，对所述相移掩模进行照明，使用具有根据所述照明波长及所述基准波长变更了的所述球面像差的所述投影光学系统，将所述相移掩模的图案图像投影到所述基板的工序。

作为本发明的一个侧面的物品的制造方法，其特征在于，包括：使用上述曝光装置对基板进行曝光的工序、以及使在所述工序中进行了曝光的所述基板显影的工序。

本发明的其他特征通过参照了附图的以下的例示性的实施方式的说明而变得明确。

附图说明

图1是示出曝光装置的结构的概略图。

图2是示出使用相移掩模来进行聚焦特性的光刻、仿真而得到的结果的图。

图3是用于说明焦深的定义的图。

图4是示出使用相移掩模来进行聚焦特性的光刻、仿真而得到的结果的图。

图5是示出光学元件的驱动量和在投影光学系统中发生的球面像差的关系的图。

图6是示出取得变更量信息的方法的流程图。

图7是示出关于变更了投影光学系统的球面像差的多个条件的各个条件的聚焦特性的图。

图8是示出关于变更了投影光学系统的球面像差的多个条件的各个条件的聚焦特性的图。

图9是示出变更量信息的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。此外，在各图中，对同一部件或者要素，附加同一参照符号，省略重复的说明。

<第1实施方式>

说明本发明的第1实施方式的曝光装置100。第1实施方式的曝光装置100为了提高分辨性能(分辨力)，使用包括使透射光相互不同的第1区域以及第2区域的相移掩模M，对例如单晶硅基板、玻璃基板等基板P进行曝光。在相移掩模M中有几个种类，有列文森型相移掩模、半色调型相移掩模。半色调型相移掩模的便利性高，在半导体制造领域通常被使用的最多。半色调型相移掩模被设计成包括使光透射的第1区域(透射区域)、和光的透射率比第1区域小的第2区域(部分透射区域)，在某个基准波长下第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差成为180度。在第2区域中，代替称为二元掩模的遮光膜，而设置了光的透射率是例如3％～20％的部分透射膜，作为部分透射膜的材料，使用例如氧化铬-氮化铬、氧化氮化钼硅化物(酸化窒化モリブデンシリサイド)等。如果使用这样构成的半色调型相移掩模，则投影到基板P的图案图像的边缘被强调，所以能够提高分辨性能。

接下来，参照图1，说明第1实施方式的曝光装置100的结构。图1是示出第1实施方式的曝光装置100的结构的概略图。曝光装置100能够包括例如对相移掩模M进行照明的照明光学系统1、将相移掩模M的图案图像投影到基板P的投影光学系统2、控制部3以及控制台部4。控制部3包括例如CPU、存储器，控制曝光装置100的各部分(控制对基板P进行曝光的曝光处理)。控制台40是用于操作者操作曝光装置100的单元。另外，曝光装置100能够包括能够保持相移掩模M而移动的掩模载置台5、和能够保持基板P而移动的基板载置台6。

照明光学系统1能够包括例如光源11、波长滤波器12、ND滤波器13、光学积分器14、聚光透镜15、分束器16a、检测器16b、遮蔽片17、透镜18以及反射镜19。光源11能够使用例如射出包含g线、h线以及i线等多个亮线光谱的漫射光(质心波长400nm)的超高压汞灯等。波长滤波器12构成为使预定的范围内的波长的光透射并使该范围外的波长的光切断、即、使从光源11射出的漫射光的波长频带变窄。在照明光学系统1中，能够设置透射的光的波长范围相互不同的多个波长滤波器12。另外，通过将多个波长滤波器12中的1个配置于光路上，能够变更对相移掩模M进行照明的光的波长。即，波长滤波器12具有作为变更照明波长的第1变更部的功能。在此，在第1实施方式中，将波长滤波器12用作第1变更部，但也可以将例如可变更所射出的光的波长地构成的光源11用作第1变更部。另外，以下，将对相移掩模M进行照明的光的波长称为“照明波长”。

ND滤波器13被用于调整透射了波长滤波器12的光的强度。光学积分器14是用于使要被照射到相移掩模M的光的强度分布均匀化的光学系统。透射了光学积分器14的光在聚光透镜15中聚光而入射到分束器16a。入射到分束器16a的光的一部分在分束器16a中反射而入射到检测器16b。检测器16b构成为检测所入射了的光的强度以及波长。由此，控制部3能够根据利用检测器16b检测的结果，以使透射了聚光透镜15的光的强度以及波长成为期望的值的方式控制光源11以及波长滤波器12。另一方面，透射了分束器16a的光经由遮蔽片17、透镜18以及反射镜19，入射到相移掩模M。在遮蔽片17中，形成了用于规定对相移掩模M进行照明的范围的开口，该开口的像通过透镜18在相移掩模M上成像。

投影光学系统2能够包括例如校正光学元件21、梯形镜22、凹面镜23、光学元件24、凸面镜25以及NA光圈26。通过了相移掩模M的光入射到校正光学元件21。校正光学元件21包括例如平行平板，通过使该平行平板相对光轴倾斜，能够校正慧形像差、像散、畸变像差。透射了校正光学元件21的光在梯形镜22以及凹面镜23中反射而入射到凸面镜25。然后，在凸面镜25中反射了的光在凹面镜23的面以及梯形镜22中反射而入射到基板P。另外，在凹面镜23与凸面镜25之间(例如后述光学元件24与凸面镜25之间)，配置用于使投影光学系统2的数值孔径(NA)变化的NA光圈26。NA光圈26具有使光通过的开口，通过用未图示的驱动机构使该开口的直径变化，能够使投影光学系统2的数值孔径(NA)变化。

在这样使用相移掩模M对基板P进行曝光的曝光装置100中，伴随近年来的电路图案的微细化、高集成化，要求进一步提高分辨性能。作为使分辨性能进一步提高的方法之一，有例如通过使漫射光的波长频带变窄等来变更(缩短)照明波长的方法。然而，如果变更照明波长，则照明波长偏离第1区域的透射光和第2区域的透射光的相位差成为180度的基准波长，所以根据照明波长和基准波长的偏移，聚焦特性倾斜，焦深可能降低。参照图2，说明该现象。

图2是示出使用形成了2.0μm的孔图案的相移掩模M来进行聚焦特性的光刻、仿真而得到的结果的图。图2所示的图形示出聚焦特性，横轴是散焦量，纵轴是作为分辨性能的CD值(分辨线宽)。另外，图2的实线31表示使相移掩模M的基准波长成为h线波长(405nm)，用包含g线、h线以及i线等多个亮线光谱的漫射光(质心波长400nm)对该相移掩模M进行了照明时的结果。图2的虚线32表示使相移掩模M的基准波长成为h线波长，用i线(365nm)对该相移掩模M进行了照明时的结果。图2的单点划线33表示使相移掩模M的基准波长成为i线波长，用i线对该相移掩模M进行了照明时的结果。

首先，参照图3，说明本实施方式中的焦深的定义。在本实施方式中，决定聚焦特性中的CD值的峰值(最大值或者最小值)，求出对该峰值加上了目标CD值的10％的第1值、和对该峰值减去了目标CD值的10％的第2值。然后，将该聚焦特性的CD值收敛于第1值与第2值之间的散焦量的范围作为焦深。

接下来，参照图2的实线31以及虚线32，比较针对基准波长是h线波长(405nm)的相移掩模M用400nm的照明波长的光进行照明的情况、和用365nm的照明波长的光(i线)进行照明的情况。如果比较实线31和虚线32，则可知在基准波长和照明波长实质上相同的实线31中，焦深是41μm，相对于此，在使照明波长成为i线的虚线32中，聚焦特性成为陡峭的特性，焦深窄到32μm。其表示，如果为了使分辨性能提高而变更照明波长，则焦深根据照明波长和基准波长的偏移而降低。

另一方面，如果如图2的单点划线33所示，与用365nm的照明波长的光(i线)对相移掩模M进行照明相匹配地使用基准波长是i线波长的相移掩模M，则能够将焦深改善至36μm。然而，其表示需要新准备将变更后的照明波长作为基准波长而具有的相移掩模M。即，在以往的曝光装置中，为了通过将照明波长变更例如30nm以上而提高分辨性能，需要根据变更后的照明波长，重新制作相移掩模M。

因此，第1实施方式的曝光装置100利用如果变更投影光学系统2的球面像差则焦深变化这一情况，校正由于将照明波长变更为与基准波长不同的波长而产生的焦深的变化。即，曝光装置100具有变更投影光学系统2的球面像差的第2变更部，以校正由于将照明波长变更为与基准波长不同的波长而产生的焦深的变化的方式，根据基准波长以及变更后的照明波长来控制第2变更部。第2变更部能够包括在投影光学系统2的光路上(例如凹面镜23与凸面镜25之间的光路上)配置了的光学元件24、和驱动光学元件24的驱动部27。光学元件24包括例如弯月面透镜，在凹面镜23与凸面镜25之间，在距凹面镜23的距离和距凸面镜25的距离的比例变化的方向(图1中的X方向)上通过驱动部27驱动。通过这样驱动光学元件24，能够变更投影光学系统2的球面像差。

图4是示出使用形成了2.0μm的孔图案的相移掩模M来进行聚焦特性的光刻、仿真而得到的结果的图。图4所示的图形表示聚焦特性，横轴是散焦量，纵轴是作为分辨性能的CD值(分辨线宽)。图4的实线41表示使相移掩模M的基准波长成为h线波长(405nm)，用包含g线、h线以及i线等多个亮线光谱的漫射光(质心波长400nm)对该相移掩模M进行了照明时的结果。图4的虚线42表示使相移掩模M的基准波长成为h线波长，用i线(365nm)对该相移掩模M进行了照明时的结果。图4的实线41以及虚线42与图2的实线31以及虚线32分别对应，分别具有41μm以及32μm的焦深。

另外，图4的双点划线43表示针对虚线42的条件，变更了投影光学系统2的球面像差时的结果。具体而言，图4的双点划线43表示以对得到了虚线42时的投影光学系统2的球面像差进一步附加+0.1λ的球面像差的方式，通过驱动部27驱动了光学元件24时的结果。通过这样变更投影光学系统2的球面像差，即使是在使基准波长和照明波长相互不同的条件下，也能够使聚焦特性接近基准波长和照明波长实质上相同的实线41。即，能够以接近基准波长和照明波长实质上相同时的焦深的方式，校正通过变更照明波长而变化了的焦深。

在此，曝光装置100(控制部3)根据表示投影光学系统2的球面像差相对基准波长和变更后的照明波长的波长差的变更量的信息(以下变更量信息)，控制第2变更部即可。例如，控制部3预先求出利用驱动部27驱动光学元件24的驱动量、和在该驱动量时在投影光学系统2中发生的球面像差的关系。该关系例如如图5所示可能成为比例关系。图5是示出光学元件24的驱动量和在投影光学系统2中发生的球面像差的关系的图，在图5的横轴中，将使光学元件24从基准位置(驱动量＝0)朝向凹面镜23驱动的方向(图1中的+X方向)设为正方向。然后，控制部3根据该关系以及变更量信息，求出用于校正由于变更照明波长而产生的焦深的变化的光学元件24的驱动量，依照求出的驱动量控制驱动部27。

以下，说明求出变更量信息的方法。变更量信息能够通过例如将照明波长变更为相互不同的多个波长的各个波长，并针对该多个波长的各个取得焦深成为最大的投影光学系统的球面像差来求出。参照图6，说明求出变更量信息的方法的具体的工序。图6是示出取得变更量信息的方法的流程图。图6所示的流程图的各工序能够通过控制部3执行，但也可以使用曝光装置100的外部的计算机等来执行。另外，以下说明使用形成了2.0μm的孔图案的相移掩模M来求出变更量信息的例子，在接下来的1)、2)中示出以下的说明中的定义。

1)将光学元件24处于基准位置时的投影光学系统2的球面像差设为基准球面像差(±0mλ)。

2)将使投影光学系统2的球面像差成为基准球面像差(±0mλ)时的最佳聚焦位置作为“散焦量＝0μm”。

在S11中，控制部3针对通过用驱动部27使光学元件24移动而变更了投影光学系统2的球面像差的多个条件的各个条件，取得聚焦特性(散焦量和分辨性能(CD值)的关系)。例如，控制部3通过针对变更了投影光学系统2的球面像差的多个条件的各个条件，取得分配了散焦量时的分辨性能(CD值)，能够如图7以及图8所示得到关于各条件的聚焦特性。

图7以及图8是分别示出该多个条件的各个条件下的聚焦特性的图。图7是以使散焦量是0μm时的CD值成为目标值(2.0μm)的方式调整曝光量，取得了关于各条件的聚焦特性的结果。另外，图8是以使各条件下的CD值的峰值成为目标值(2.0μm)的方式，调整曝光量，取得了关于各条件的聚焦特性的结果。在此，作为多个条件的各个条件下的聚焦特性，例示了图7以及图8，但为了求出变更量信息，只要取得图7以及图8中的某一方所示的聚焦特性即可。另外，在图7以及图8中，在针对基准球面像差(±0mλ)的±200mλ的范围内，以100mλ的间距变更了投影光学系统2的球面像差，但不限于此，也可以任意地对变更球面像差的范围以及间距进行变更。

在此，在本实施方式中，作为分辨性能，使用了CD值，但除了CD值以外，也可以将对比度值、NILS值(Normalized Image Log-Slope：归一化图像对数斜率)等用作分辨性能。另外，作为CD值的取得方法，例如也可以采用如下方法：在基板载置台6中具备检测相移掩模M的图案图像的检测部(例如影像传感器)，从通过该检测部得到的图像取得CD值。另外，也可以采用如下方法：使用相移掩模M实际上对基板P进行曝光，针对由此在基板P中形成的图案的尺寸用外部装置进行测量，根据由此得到的结果来取得CD值。

在S12中，控制部3根据在S11中求出的聚焦特性，针对多个条件的各个条件，求出焦深，从多个条件中选择焦深为最大的条件(投影光学系统2的球面像差的变更量)。在此，在第1实施方式中，从多个条件中，选择了焦深为最大的条件，但不限于此。例如，控制部3也可以从多个条件中，选择照明波长和基准波长相同并且具有与散焦量是0μm时的焦深最接近的焦深的条件。另外，控制部3也可以从多个条件中选择聚焦特性的峰值位置处的倾斜为最平坦的条件。

在S13中，控制部3判断是否变更照明波长来反复S11～S12的工序。例如，控制部3根据与使照明波长变化的范围以及间距有关的信息，决定应变更照明波长的多个波长。然后，控制部3在所决定的所有波长下进行了S11～S12的工序的情况下，判断为不反复该工序，在有未进行S11～S12的工序的波长的情况下，判断为反复该工序。在判断为反复S11～S12的工序的情况下，进入到S14，在S14中变更照明波长之后，进入到S11。另一方面，在判断为不反复S11～S12的工序的情况下，进入到S15。在进入到S15的情况下，控制部3针对所决定的多个波长的各个波长，取得焦深为最大的球面像差的变更量。

在S15中，控制部3求出在S14中决定出的多个波长的各个波长和相移掩模M的基准波长的差，将该差和焦深为最大的球面像差的变更量的关系决定为变更量信息。图9是示出在S15中求出的变更量信息的一个例子的图。变更量信息如上所述是表示投影光学系统2的球面像差相对基准波长和变更后的照明波长的波长差的变更量的信息，在图9所示的例子中，波长差能够定义为从变更后的照明波长减去基准波长而得到的值。通过这样决定变更量信息，控制部3在变更了照明波长时，能够基于基准波长和变更后的照明波长的差、以及图9所示的变更量信息，求出投影光学系统2的球面像差的变更量。然后，控制部3能够根据图5所示的光学元件24的驱动量和在投影光学系统2中发生的球面像差的关系，根据求出的球面像差的变更量，求出光学元件24的驱动量。

如上所述，第1实施方式的曝光装置100构成为以校正由于将照明波长变更为与基准波长不同的波长而产生的焦深的变化的方式，根据基准波长以及变更后的照明波长，变更投影光学系统2的球面像差。由此，曝光装置100无需新制作相移掩模，而能够以使曝光装置100的分辨性能提高的方式，变更照明波长。

在此，在本实施方式中，通过使光学元件24移动而变更了投影光学系统2的球面像差，但不限于此。例如，也可以具备投影光学系统2的球面像差的变更量相互不同的多个光学元件24，通过更换光学元件24来变更投影光学系统2的球面像差。在该情况下，能够在变更投影光学系统2的球面像差的第2变更部中，包括用于更换光学元件24的更换部。另外，作为变更投影光学系统2的球面像差的方法，还有在投影光学系统2中的光路上配置透明的平板的方法、变更相移掩模M和投影光学系统2的距离的方法等。进而，在本实施方式中，作为投影光学系统2的例子，使用OFFNER型的光学系统进行了说明，但OFFNER型以外的光学系统也能够用作投影光学系统2。

<第2实施方式>

在曝光装置100中，如果将照明波长变更为与基准波长不同的波长，则如图2所示，除了焦深以外，散焦量也有可能变化。另外，在以校正在照明波长的变更中产生的焦深的变化的方式控制第2变更部之后，散焦量也有可能不收敛于容许范围。因此，曝光装置100包括使散焦量变化的第3变更部，以校正控制第2变更部之后的散焦量的方式，控制第3变更部即可。作为第3变更部，能够使用例如掩模载置台5以及基板载置台6的至少一方。在作为第3变更部使用掩模载置台5的情况下，通过利用掩模载置台5使相移掩模M在变更相移掩模M和投影光学系统2的距离的方向(例如Z方向)上移动，能够变更散焦量。另外，在作为第3变更部使用基板载置台6的情况下，通过利用基板载置台6使基板P在变更基板P和投影光学系统2的距离的方向(例如Z方向)上移动，能够变更散焦量。在此，例如，在掩模载置台5以及基板载置台6的至少一方被用作第2变更部的情况下，也可以将光学元件24以及驱动部27用作第3变更部。

<物品的制造方法的实施方式>

本发明的实施方式的物品的制造方法适合于例如制造半导体器件等具有微型器件、微细构造的元件等物品。本实施方式的物品的制造方法包括对在基板上涂覆了的感光剂使用上述曝光装置来形成潜像图案的工序(对基板进行曝光的工序)、和使在上述工序中形成了潜像图案的基板显影的工序。进而，上述制造方法包括其他公知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、接合、封装等)。本实施方式的物品的制造方法相比于以往的方法，在物品的性能、品质、生产率、生产成本的至少一个中有利。

虽然与例示性的实施方式关联地说明了本发明，但本发明应被理解为不限于公开的例示性的实施方式。应提供最宽的解释，以在以下的权利要求中包含结构以及功能的所有变形例以及均等物。在上述实施方式中，示出了用包含i线、g线以及h线的波长的光曝光的例子，但波长不限于此，也可以是用包含g线以及h线的波长的光曝光的例子等用其他波长的光来曝光。