照明光学系统、光刻装置以及物品制造方法与流程

本发明涉及照明光学系统、光刻装置以及物品制造方法。

背景技术：

在将形成于掩模的图案投影到涂敷了抗蚀剂等感光性材料的基板的曝光装置中，谋求掩模面、基板面等被照明面的照度均匀性的提高。作为使照度均匀性提高的方法，公知有使用具备棒型光学积分器的照明光学系统。通过使用棒型光学积分器，与棒内的内表面反射次数相应地形成的来自二次光源的照明光在棒射出端重叠，据此能够使棒射出面的照度分布均匀化。

但是，在具备棒型光学积分器的照明光学系统中，存在如下情况：由于光学系统的污染、偏心、减反射膜不均匀等各种原因，结果被照明面上的照度分布被观察到不均匀性。对于该课题，专利文献1公开了在与棒型光学积分器的射出面成为光学共轭关系的位置配置了与多个二次光源像对应地设置的多个光量调整部的结构。

但是，在专利文献1所公开的照明光学系统中，当决定了聚光于被照明面的角度分布(以下称为“有效光源分布”)时，被照明面上的照度分布校正量固定。因此，难以校正因减反射膜的成膜状态、装配精度等引起的各机体固有的照度不均匀性(以下称为“照度不均”)。另外，在长时间使用装置而光学元件劣化，照度不均匀随着时间发生了变化的情况下，需要适当更换调整部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-269114号

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供一种照明光学系统，使用来自光源的光对被照明面进行照明，其特征在于，具有：光学积分器，配置在所述光源与所述被照明面之间；和光学滤波器，具有对入射至所述光学积分器的光的强度进行调整的调整部，所述光学积分器是使入射的光在内表面反射的棒型光学积分器，所述光学滤波器包括：多个第一区域，在所述棒型光学积分器的射出端面形成相互相同朝向的像；和多个第二区域，在所述射出端面形成相对于所述像具有镜像的关系的像，所述调整部至少设置于所述第一区域，通过变更与所述照明光学系统的光轴垂直的方向上的所述调整部的位置来变更所述被照明面中的照度。

附图说明

图1是示出曝光装置的结构的图。

图2是示出调整部与二次光源的关系的示意图。

图3a是示出调整部与光学积分器射出端面的成像关系的图。

图3b是示出光学滤波器上的调整部的配置例的图。

图3c是示出光学滤波器上的调整部的配置例的图。

图4是说明光学滤波器的作用的图。

图5a是说明照度不均的校正方法的图。

图5b是说明照度不均的校正方法的图。

图5c是说明照度不均的校正方法的图。

图6是示出倾斜状的照度不均的校正步骤的流程图。

图7是说明光轴对称的照度不均的校正步骤的流程图。

图8a是说明光学滤波器的作用的图。

图8b是说明光学滤波器的作用的图。

图9a是说明照度不均的校正方法的图。

图9b是说明照度不均的校正方法的图。

图10a是说明光学滤波器的作用的图。

图10b是说明光学滤波器的作用的图。

图11a是说明光学滤波器的作用的图。

图11b是说明光学滤波器的作用的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，本发明不限定于以下的实施方式，以下的实施方式不过是示出本发明的实施具体例。另外，以下的实施方式中所说明的特征的全部组合对于解决本发明的课题并非都是必不可少的。

<第一实施方式>

图1是示出本实施方式涉及的曝光装置100的结构的概略图。曝光装置100例如是在半导体器件的制造工序中的光刻工序中使用的、将形成于掩模原版(reticle)r(掩模)的图案的像曝光(转印)到作为基板的晶片w上的投影型曝光装置。在图1中，以沿着晶片w的法线方向为z轴，以在与晶片w面平行的面内且相互垂直的方向为x轴和y轴。曝光装置100具备照明光学系统101、掩模原版载置台102、投影光学系统103、晶片载置台104以及控制部105。

照明光学系统101调整来自作为光源的放电灯1的光(光束)，对作为被照明区域的掩模原版r进行照明。放电灯1例如可以是供给i线(波长365nm)等光的超高压水银灯。另外，不限于此，也可以使用例如供给248nm的波长的光的krf准分子激光器、供给193nm的波长的光的arf准分子激光器。供给157nm的波长的光的f2激光器。另外，在照明光学系统101以及投影光学系统103由反射折射系统或反射系统构成的情况下，光源也可以使用x射线、电子射线等带电粒子射线。

掩模原版r是形成了应转印到晶片w上的图案(例如电路图案)的例如石英玻璃制母版。掩模原版载置台102保持掩模原版r且在x、y各轴方向上是可动的。投影光学系统103将通过了掩模原版r的光以预定倍率投影到晶片w上。晶片w是在表面上涂敷了抗蚀剂(感光性材料)的、例如由单晶硅形成的基板。晶片载置台104经由未图示的晶片卡盘来保持晶片w，在x、y、z(有时也包括作为各自的旋转方向的ωx、ωy、ωz)各轴方向上是可动的。晶片载置台104能够被晶片载置台驱动部114驱动。

照明光学系统101从放电灯1朝向作为被照明区域的掩模原版r按顺序包括椭圆镜2、第一中继光学系统3、光学积分器4、第二中继光学系统5。椭圆镜2是将从放电灯1放射的光(光束)聚光于第二焦点位置f2的聚光镜。放电灯1的阀部内的发光部例如配置于椭圆镜2的第一焦点f1的附近。作为成像光学系统的第一中继光学系统3包括由单个或多个透镜构成的透镜前组3a(第一透镜)和由单个或多个透镜构成的透镜后组3b(第二透镜)。透镜前组3a使来自光源的光成为平行光。透镜后组3b将通过透镜后组3a成为平行光的光聚光于光学积分器4的入射端面4a。通过这些透镜前组3a和透镜后组3b，第二焦点位置f2和光学积分器4的入射端面4a成为光学共轭。在本实施方式中，照明光学系统101、尤其是包括第一中继光学系统3、光学积分器4和第二中继光学系统5的光学系统的光轴设为z轴方向。

在本实施方式中，光学积分器4是使入射的光在内表面反射且与其反射次数对应地形成多个二次光源像的棒型光学积分器。光学积分器4的形状例如是四棱柱。即，光学积分器4的与xy平面平行的入射端面以及射出端面的形状呈与被照明面相似的长方形。不过，那样的形状是例示，并不妨碍应用具有与光学积分器4同样的作用的部件。例如，光学积分器4也可以由在内部形成反射面的中空棒构成。另外，光学积分器4的入射端面4a以及射出端面4b在xy平面上的截面形状可以是四边形以外的多边形。

在放电灯1与光学积分器4之间，在与掩模原版r即晶片w共轭的共轭面s1的附近，光学滤波器6与光轴垂直地配置。光学滤波器6构成为能够沿着xy平面二维地移动，该移动例如由滤波器驱动部7来进行。光学滤波器6例如如图1所示那样能够包含于第一中继光学系统3，并且配置于透镜前组3a与透镜后组3b之间。光学滤波器6具有与由光学积分器4形成的二次光源像的数量对应地设置的用于调整入射到光学积分器4的光的强度的多个调整部。关于光学滤波器6的光学作用，随后详细说明。

透镜后组3b配置于从由光学积分器4形成的二次光源的虚像面s2的位置离开仅焦距的位置处，从光学滤波器6与光轴大致平行地射出的照明光会暂聚光于该虚像面s2。

光学积分器4的入射端面4a配置于虚像面s2的附近。通过透镜后组3b聚光了的照明光在光学积分器4的内表面多次反射而射出。从光学积分器4射出的照明光按照好像从与反射次数对应的离散的二次光源的虚像朝外的方式射出。因此，从光学积分器4射出的照明光的角度与来自配置于虚像面s2的二次光源的虚像的照明光的射出角度相当。

光学积分器4的射出端面4b，被配置于虚像面s2的多个光源像重叠，并均匀地被照明。从光学积分器4的射出端面4b发出的光透射第二中继光学系统5后，照明作为被照明面的掩模原版r。第二中继光学系统5包括由单个或多个透镜构成的透镜前组5a，该透镜前组5a使来自光学积分器4的射出端面4b的光成为平行光。透镜前组5a构成为能够沿着第二中继光学系统5的光轴方向(z轴方向)移动。第二中继光学系统5还包括由单个或多个透镜构成的透镜后组5b，该透镜后组5b使通过透镜前组5a成为平行光的光向被照明面聚光。透镜前组5a的移动由透镜驱动部51进行。通过使透镜前组5a在光轴方向移动，能够在实质上不改变焦距的同时改变畸变。利用该作用，通过透镜前组5a的移动，能够使周边照度增减。

在本实施方式中，在透镜前组5a的前侧焦点位置配置光学积分器4的射出端面4b，而且光学积分器4的射出端面4b与作为被照明面的掩模原版r为光学共轭。此外，严格地说，为了避免光学积分器4的射出端面4b上的异物被转印，也可以使射出端面4b的位置从共轭稍微错开。并且，从掩模原版r射出的光即掩模图案的像会经由投影光学系统103转印到晶片w上。

照度分布测量部115测量作为被照明面的掩模原版r的照度分布。控制部105控制放电灯1、滤波器驱动部7、透镜驱动部51、晶片载置台驱动部114、照度分布测量部115。控制部105可以包括存储控制所需的各种数据的存储部105a。

接下来，对光学滤波器6的光学作用进行说明。图2是示意地示出设置于光学滤波器上的多个调整部和通过光学积分器4形成的多个二次光源的关系的图。图2示出从光学滤波器6与光轴平行地射出的照明光的光路。在光学滤波器6上所设置的光轴上的调整部60对未在光学积分器4的内表面反射的来自二次光源40的光束的强度进行调整。另外，与调整部60的两外侧相邻的一对调整部61a、61b对来自在光学积分器4的内表面反射1次的二次光源像41a、41b的光束的强度进行调整。另外，与调整部61a、61b的两外侧相邻的一对调整部62a、62b对来自在光学积分器4的内表面反射2次的二次光源像42a、42b的光束的强度进行调整。根据这样的结构，能够对由光学积分器4形成的多个二次光源各自的光束独立地控制透射率。

调整部60、61a、61b、62a、62b配置于与光学积分器4的射出端面4b共轭的共轭面s1的附近。因此，一个调整部的形状与图1的掩模原版r或晶片w上的照明区域对应，调整部60、61a、61b、62a、62b的透射率分布会反映为晶片w上的照明区域的照度分布。

图3a是说明光学滤波器6中的各调整部和光学积分器4的射出端面4b的成像关系的图。在光学积分器4中，来自相邻的二次光源的光束翻转。因此，在光学积分器4的射出端面4b形成的像的朝向为“f”时，相邻的调整部的像成为相反朝向，相互为镜像关系。

图3b是从入射侧观察配置于共轭面s1的附近的光学滤波器6的示意图。在此，作为调整部使用了图案滤波器(或者遮光部件)。在本实施方式中，构成多个调整部的多个图案滤波器配置于与光学积分器4的多个二次光源像中的镜像关系对应的、光学滤波器上的预定的位置。光学滤波器6包括多个第一区域a、b和作为除了第一区域的区域的多个第二区域。在此，多个第一区域a、b是在光学积分器4的射出端面4b形成相互为相同朝向的像的区域。另外，多个第二区域是在光学积分器4的射出端面4b形成相对于第一区域的像具有镜像的关系的像的区域。在本实施方式中，在光学滤波器6的表面，与光学积分器4的多个二次光源像对应地，长方形的图案滤波器6a、6b分别配置于多个第一区域a、b。此外，图案滤波器6a、6b也可以不配置于多个第一区域a、b的全部，而配置于至少一部分的区域。

在本实施方式中，通过配置大小不同的圆形形状的图案滤波器作为图案滤波器6a、6b，来使各图案滤波器部分具有图4(a)、(b)所示那样的效果。通过使各图案滤波器的直径、透射率、配置为适当的，最终在被照明面，如表示图4(a)、(b)的总和的图4(c)那样，获得了近似地与像高的平方成比例地提高了被照明面的周边部的照度的效果。

一般地，在投影曝光装置的照明光学系统中，如果想兼顾到被照明面中的数值孔径的均匀性和照度分布的均匀性，则由于用于透镜的减反射膜的角度特性，存在周边的照度降低的趋势。因此，如本实施方式那样，具有提高周边的照度的作用的光学滤波器对照度分布的校正是有效的。

另外，入射到光学积分器4的光束调整成相对于光轴具有对称的照度分布。由此，被照明面的有效光源分布相对于主光线对称，因此，对于离焦不产生像偏离。由此，能够实现良好的远心度下的曝光。

假设，在入射到光学积分器4的照明光相对于光轴具有非对称的照度分布的情况下，有效光源分布的对称性丧失，以远心度的偏离这一形式对像性能产生影响。但是，根据本实施方式，由于使图案滤波器的配置为光轴对称，因此几乎不产生远心度的偏离。

在本实施方式中，作为调整部使用了图案滤波器6a、6b这两种，但是，例如通过改变微细的点图案的密度等，也能够用一种图案做出近似地与像高的平方成比例的照度分布。

以下，对图5a所示那样的照度不均的校正方法进行说明。图5a的照度不均能够分解为图5b所示那样的倾斜状的照度不均和图5c所示那样的形成光轴对称的圆弧状且越朝向周边则照度越下降的照度不均。通过根据照度分布算出按像高区分的平均照度以及倾斜成分，而能够将它们分离。

首先，对图5b的倾斜状的照度不均的校正方法进行说明。如上所述，本实施方式的光学滤波器6具有与像高的大致平方成比例地提高周边部的照度的效果。此时，如果假设光学积分器4的入射端面4a等同于被照明面，并使用归一化的xy坐标系，则基于光学滤波器6的照度分布调整的效果z可以写作z＝a(x2+y2)。其中，a是常数。

光学滤波器6的图案滤波器6a、6b配置于在光学积分器4的射出端面4b形成相互为相同朝向的像的多个第一区域a、b的至少一部分。光学滤波器6能够在沿着多个第一区域a、b和沿着作为除此以外的区域的多个第二区域的方向上、即沿着xy平面的方向上移动。也即是，能够变更与照明光学系统的光轴(z轴)垂直的方向(x方向或y方向)上光学滤波器6的位置。在此，即便使光学滤波器6在沿着xy平面的方向上移动，由图案滤波器6a、6b赋予的被照明面的照度分布变化的效果也不会相互抵消。

因此，将光学滤波器6在x方向以及y方向上移动了预定距离δ时的光学滤波器6的照度分布调整的效果z’可以写作z’＝a((x+δ)2+(y+δ)2)。其中，a是常数。也即是，产生取决于δ的x、y的1次项，因此，能够产生倾斜状的照度分布。

图6是示出倾斜状的照度不均的校正步骤的流程图。在s601中，控制部105基于由照度分布测量部115测量出的照度分布数据，计算被照明面的照度不均(照度不均测定1)。当将被照明面上的照度值的最大值设为smax，将最小值设为smin时，则照度不均s例如通过下式算出。

s＝(smax-smin)/(smax+smin)

之后，控制部105在s602中使光学滤波器6在x方向上移动预定距离δ，在s603中测定被照明面的照度不均(照度不均测定2)。接下来，控制部105在s604中使光学滤波器6在y方向上移动预定距离δ，在s605中测定被照明面的照度不均(照度不均测定3)。之后，控制部105在s606中根据照度不均测定1、2、3的结果计算照度不均的变化量，并存储于存储部105a。该变化量与上述的倾斜状的照度分布的斜度对应。

接下来，在s607中，控制部105基于在s606中算出的变化量，计算光学滤波器6的移动方向和移动量。并且，控制部105通过滤波器驱动部7使光学滤波器6向所计算的方向移动所计算出的移动量。

之后，在s609中，控制部105再次测定被照明面的照度不均(照度不均测定4)，在s610中，确认该照度不均是否收敛于预定的容许范围内。在此，如果照度不均收敛于容许范围内，则处理结束。另一方面，如果照度不均未收敛于容许范围内，则处理进入s611，反馈照度不均测定4的结果，返回s607，再计算光学滤波器6的移动方向和移动量。

接下来，参照图7的流程图对图5c的光轴对称的照度不均的校正方法进行说明。在发生了光轴对称的照度不均的情况下，会调整周边照度校正量。如上所述，第二中继光学系统5具备通过使透镜前组5a在光轴方向上移动而在基本上不改变焦距的同时改变畸变的结构。由此，通过透镜前组5a的移动能够使周边照度增减。

控制部105在s701中通过照度分布测量部115求出通过使透镜前组5a在光轴方向上移动了预定距离δ时的被照明面的最外周部的照度的变化量，并使该变化量存储于存储部105a(照度不均测定1)。此外，该s701也可以通过模拟等事先进行。在s702中，控制部105基于该变化量，计算透镜前组5a向光轴方向的移动量。在s703中，控制部105通过透镜驱动部51使透镜前组5a在光轴方向上移动所计算出的移动量。

之后，在s704中，控制部105再次求出使透镜前组5a在光轴方向上移动了预定距离δ时的被照明面的最外周部的照度的变化量(照度不均测定2)，在s705中，确认该变动量是否收敛于预定的容许范围内。在此，如果变动量收敛于容许范围内，则处理结束。另一方面，如果变动量未收敛于容许范围内，则处理进入s706，反馈照度不均测定2的结果，返回s703，再计算光学滤波器6的移动量。这样，控制部105对光学滤波器6的移动量进行反馈控制，以使根据由照度分布测量部115测量出的照度分布计算的照度不均收敛于容许范围内。

如以上说明的那样，通过进行依照图6的控制步骤的光学滤波器6的移动和依照图7的控制步骤的透镜前组的驱动这双方，能够进行更精密的校正。此时，由控制部105执行的图6的控制步骤和图7的控制步骤既可以按时间序列串行执行，也可以并行执行。

此外，图6的控制步骤和图7的控制步骤各自的执行结果能够存储于存储部105a。在同一照明条件下再次执行时，从存储部105a调出执行结果而能够使各要素驱动至最佳位置。由此，能够省略图6、图7那样的步骤，迅速地进行倾斜状的照度不均以及同心圆状的照度不均(光轴对称的照度不均)的校正。

另外，考虑到当照明光学系统被长时间使用时，装置内的任一个透镜的透射率劣化，发生旋转非对称的倾斜状的照度不均。在这样的情况下，通过再次执行图6以及图7的控制步骤，也可以进行倾斜状的照度不均以及同心圆状的照度不均(光轴对称的照度不均)的校正。

此外，例如，在日本特开2001-135564号公报中，在多个微小透镜二维地以预定的间距排列的光学积分器的入射面附近，配置有光学滤波器。光学滤波器具有能够调整与构成光学积分器的多个微小透镜分别对应的多个区域的透射光量的光量调整部。通过这样的结构，通过使光学滤波器沿着xy平面内移动也能够进行照度不均的控制。

但是，多个微小透镜二维地以预定间距排列的光学积分器通常价格比较高，因此，本实施方式的棒型光学积分器成本较低。根据使用棒型光学积分器的本实施方式的结构，通过利用会成为图3a所示那样的成像关系的情况来决定各调整部的配置部位。具体而言，多个调整部以通过透射多个调整部的各调整部的光而形成于棒型光学积分器的射出端面的各调整部的像的朝向为相同朝向的方式配置在光学滤波器上。由此能够进行照度不均控制。

<第二实施方式>

接下来，对第二实施方式涉及的照明光学系统进行说明。装置的概略结构与图1同样。图3c是从入射侧观察本实施方式涉及的光学滤波器6的示意图。在该光学滤波器6的表面，与光学积分器4的多个二次光源像对应地，长方形的图案滤波器6c配置于多个第一区域c，长方形的图案滤波器6d配置于多个第二区域d。此外，图案滤波器6c、6d也可以分别不配置于多个第一区域c以及多个第二区域d的全部而配置于至少一部分区域。在此，多个第一区域c是在光学积分器4的射出端面4b形成相互相同朝向的像的区域。另外，多个第二区域d是在光学积分器4的射出端面4b形成相对于多个第一区域c的像具有镜像的关系的像的区域。

在本实施方式中，使图案滤波器6c具有图8a那样的近似地与像高的平方成比例地提高被照明面的周边部的照度的效果。另外，使图案滤波器6d具有其相反特性即如图8b那样的近似地与像高的平方成比例地降低周边部的照度的效果。通过这样的图案滤波器6c、6d的组合，作为整体，构成为照度分布变化的效果相互抵消。

以下，对图9a那样的倾斜状的照度不均的校正方法进行说明。如果假设光学积分器4入射端面4a等同于被照明面，并使用归一化的xy坐标系，则光学滤波器6的效果z在为了简便而仅在x方向上用一维表示时，成为z＝ax2-ax2＝0，对照度分布不产生影响。其中，a是常数。

对于将光学滤波器6在x方向上移动了预定距离δ时的效果z’而言，由于在图案滤波器6c、6d中，δ的方向变化，因此可以写作z’＝a(x+δ)2-a(x-δ)2。也即是，产生取决于δ的x的一次项，因此，能够产生倾斜状的照度分布。

在本实施方式中，通过执行与图6的流程图同样的步骤，也能够将倾斜状的照度不均如图9b那样校正为平坦。这样，在原来二次形状的周边照度降低小，倾斜状的照度不均占主导地位的情况下，本实施方式那样的调整部的结构对照度分布的校正是有效的。

<第三实施方式>

接下来，对第三实施方式涉及的照明光学系统进行说明。在本实施方式中，第二实施方式中的图案滤波器6c、6d的效果不同。使本实施方式中的图案滤波器6c具有图10a那样的、照度分布近似地与像高的三次方成比例地变化的效果。另外，使图案滤波器6d具有其相反的特性即图10b那样的、照度分布近似地与像高的三次方成比例地变化的效果。通过这样的图案滤波器6c、6d的组合，作为整体，构成为照度分布变化的效果相互抵消。

与第二实施方式同样，对于光学滤波器6的效果z而言，当仅表示x方向一维时，则成为z＝ax3-ax3＝0，不影响照度分布。其中，a是常数。

对于将光学滤波器6在x方向上移动了预定距离δ时的效果z’而言，由于在图案滤波器6c、6d中，δ的方向变化，因此成为z’＝a(x+δ)3-a(x-δ)3。在本实施方式中，产生取决于δ的x的二次项，因此，能够产生同心圆状的二次的照度分布。

在本实施方式中，通过执行与图6的流程图同样的步骤，也能够将图11a那样的二次形状的照度分布校正成如图11b那样变得平坦。这样，在原本没有倾斜状的照度不均，而同心圆状的二次的照度不均占主导地位的情况下，本实施方式那样的调整部的结构对照度分布校正是有效的。

此外，即便想要校正的照度分布是三次以上的高次形状，通过适当设定图案滤波器的透射率分布，也能够进行照度不均校正。

根据以上的各实施方式，能够提供对照度不均的校正性能的提高有利的技术。

<物品制造方法的实施方式>

本发明的实施方式中的物品制造方法，例如适合制造半导体器件等微器件、具有微细构造的元件等物品。本实施方式的物品制造方法包括使用上述的光刻装置(曝光装置、压印装置、描绘装置等)向基板转印母版的图案的工序和对通过该工序转印了图案的基板进行加工的工序。进而，该制造方法包括其他众所周知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、键合、封装等)。本实施方式的物品制造方法与以往的方法相比，在物品的性能、品质、生产率、生产成本中的至少一个方面是有利的。

本发明不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨以及范围，能够进行各种变更以及变形。因此，为了公开本发明的范围附上以下的权利要求。

本申请以2016年8月30日提出的日本国专利申请特愿2016-168546为基础主张优先权，将其全部记载内容引用至此。