照明光学系统、曝光装置以及物品制造方法与流程

本发明涉及照明光学系统、曝光装置以及物品制造方法。

背景技术：

在用于制造半导体装置或者显示装置等物品的光刻工序中，能够使用曝光装置。在曝光装置中，在1次的曝光处理中曝光的1个拍摄区域的尺寸各种各样。例如，在显示装置的制造中能够使用的第8代的基板具有纵2200mm×横2400mm的尺寸，能够在该基板上配置多个拍摄区域。在将基板纵向2分割、横向2分割而配置4个拍摄区域的情况下，1个拍摄区域能够成为纵1100mm×横1200mm。在将基板纵向2分割、横向3分割而配置6个拍摄区域的情况下，1个拍摄区域能够成为纵1100mm×横800mm。

在专利文献1中，记载了一种曝光装置，具有：聚光镜，对来自放电灯的光进行聚光；以及积分透镜，设置于来自该聚光镜的光的聚光位置，其中，设为能够将该积分透镜与发散角度不同的其它积分透镜更换。在这样的曝光装置中，例如，在从具有宽的曝光面积的工件变更为具有窄的曝光面积的工件的情况下，从发散角度大的积分透镜变更为发散角度小的积分透镜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-165023号公报

技术实现要素：

在专利文献1记载的技术中，在从具有某个发散角度的积分器更换为具有其它发散角度的积分器的情况下，曝光面积(原版的照明范围)变化，但曝光范围的重心位置仍原样地固定于光轴。即，在专利文献1记载的技术中，由于积分器的更换而变化的只不过是以光轴为中心的曝光范围的半径。因此，专利文献1记载的技术难以应用于使用通过配置于远离光轴的位置的狭缝的狭缝光来进行曝光的扫描曝光技术。这是因为，在扫描曝光装置中，在减小与扫描方向正交的方向上的狭缝的宽度的情况下，如果与其对应地减小原版的照明范围，则有可能无法对狭缝的整个域进行照明。此外，为了变更照明范围的位置(例如重心位置)，考虑变更照明光学系统相对投影光学系统的位置，但在这样的方式中，在照明光学系统的位置的变更中可能需要长时间。

本发明的目的在于提供一种有利于容易地变更照明范围的位置的技术。

本发明的第1侧面涉及使用来自光源的光对被照明面进行照明的照明光学系统，所述照明光学系统包括：积分器，配置于所述光源与所述被照明面之间；光学系统，配置于所述积分器与所述被照明面之间；以及光学元件，配置于所述积分器与所述光学系统之间，所述光学元件包括楔形形状部。

本发明的第2侧面涉及使用来自光源的光对被照明面进行照明的照明光学系统，所述照明光学系统包括：积分器，从射出角相互不同的多个积分器选择、且配置于所述光源与所述被照明面之间；光学系统，配置于所述积分器与所述被照明面之间；以及光学元件，配置于所述积分器与所述光学系统之间，所述光学元件包括楔形形状部。

本发明的第3侧面涉及曝光装置，所述曝光装置具备：所述第1或者第2侧面所涉及的照明光学系统；以及投影光学系统，将配置于所述照明光学系统的所述被照明面的原版的图案投影到基板。

本发明的第4侧面涉及物品制造方法，所述物品制造方法包括：曝光工序，使用所述第3侧面所涉及的曝光装置对基板进行曝光；以及显影工序，对在所述曝光工序中曝光的所述基板进行显影，根据所述基板制造物品。

根据本发明，提供有利于容易地变更照明范围的位置的技术。

附图说明

图1是示出第1实施方式的照明光学系统的第1使用方式的图。

图2是示出第1实施方式的照明光学系统的第2使用方式的图。

图3是例示照明范围的偏移的图。

图4是示出第2实施方式的照明光学系统的图。

图5是说明照明范围的放大的图。

图6是示出第3实施方式的照明光学系统的图。

图7是例示照明范围的偏移的图。

图8是示出第4实施方式的照明光学系统的图。

图9是例示照明范围的偏移的图。

图10是示出第5实施方式的照明光学系统的图。

图11是例示照明范围的偏移的图。

图12是示出光学元件的结构例的图。

图13是示出光学元件的结构例的图。

图14是示出光学元件的结构例的图。

图15是示出光学元件的结构例的图。

图16是示出光学元件的结构例的图。

图17是示出一个实施方式的曝光装置的结构的图。

图18是例示照明范围的图。

(符号说明)

1：光源；2：光学系统；3：积分器；4：光学系统；5：被照明面；8：光学元件；13：积分器；51：照明范围；52：照明范围。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明实施方式。此外，以下的实施方式不限定权利要求书所涉及的发明。在实施方式中记载了多个特征，但这些多个特征并非在发明中全部必须的，并且，多个特征可任意地组合。进而，在附图中，对同一或者同样的结构附加同一参照编号，省略重复的说明。

图1示出第1实施方式的照明光学系统200的第1使用方式。照明光学系统200例如能够构成扫描曝光装置等曝光装置的一部分。曝光装置具有照明光学系统200和投影光学系统，通过照明光学系统200对配置于该投影光学系统的物体面的原版进行照明，向配置于该投影光学系统的像面的基板投影该原版的图案。照明光学系统200能够用作对能够配置于被照明面的物体的任意的照明范围进行照明的装置。

照明光学系统200能够具备光源1、配置于光源1与被照明面5之间的光学系统(第2光学系统)4、以及配置于光源1与光学系统4之间的积分器(光学积分器)3。照明光学系统200能够还具备配置于光源1与积分器3之间的光学系统(第1光学系统)2。光源1例如能够包括高压汞灯、氙灯、准分子激光器、激光二极管或者led等发光元件。光学系统2可以是将积分器3的入射面作为光源1的傅立叶变换面的傅立叶变换光学系统。在一个例子中，能够构成为光源1射出非相干光，照明光学系统200使用从光源1射出的非相干光对被照明面进行照明。

积分器3可以是沿着和光学系统2与光学系统4之间的光轴ax正交的面排列多个透镜而构成的复眼光学系统。光学系统2的光轴、光学系统4的光轴、光学系统2与光学系统4之间的光轴ax相互一致。该复眼光学系统例如能够由2个透镜群6、7构成。2个透镜群6、7的各个能够由多个平凸透镜的阵列构成。能够在构成透镜群6的平凸透镜的焦点位置配置构成透镜群7的平凸透镜，在构成透镜群7的平凸透镜的焦点位置配置构成透镜群6的平凸透镜。在积分器3的射出面，配置光源1的发光部的多个像作为二次光源。这样的积分器3也可以用棒状积分透镜置换。

从积分器3的射出面射出的光束通过光学系统4被引导到被照明面5。光学系统4是将被照明面5作为积分器3的射出面的傅立叶变换面的傅立叶变换光学系统。可以在光源1与被照明面5之间，配置1个或者多个反射镜。例如，能够在光源1与光学系统2之间配置反射镜，在光学系统4与被照明面5之间配置反射镜。

图2示出第1实施方式的照明光学系统200的第2使用方式。第2使用方式的照明光学系统200能够具有针对第1使用方式的照明光学系统200追加有光学元件8的结构。光学元件8能够配置于积分器3与光学系统4之间。光学元件8能够包括具有楔形形状的楔形形状部。该楔形形状部使光偏转(弯曲)。该楔形形状部在一个例子中不具有光学上的光焦度(power)，但在其它例子中可能具有光学上的光焦度。楔形形状是指，例如可以是与光轴ax平行的方向的厚度沿着与光轴ax正交的方向连续地变化的形状。

光学元件8能够以插入于积分器3与光学系统4之间的光路的状态通过例如螺钉等固定部件固定。或者，光学元件8能够通过定位机构插入于积分器3与光学系统4之间的光路。该定位机构能够包括固定光学元件8的位置的机构。

在图3中，例示了由图1所示的第1使用方式的照明光学系统200照明的被照明面5的照明范围51和由图2所示的第2使用方式的照明光学系统200照明的被照明面5的照明范围52。在光学系统4与被照明面5之间未配置反射镜的情况下，照明范围51和照明范围52能够成为通过光学元件8在z方向上相互偏移的配置关系。在光学系统4与被照明面5之间以使光轴ax折弯90度的方式配置了反射镜的情况下，照明范围51和照明范围52能够成为通过光学元件8在y方向上相互偏移的配置关系。

即使在积分器3与光学系统4之间配置光学元件8，除了照明范围52相对于照明范围51偏移以外，照明光学系统200的光学特性不发生实质上的变化。另一方面，假设在积分器3中，例如在透镜群6与透镜群7之间配置了光学元件8的情况下，有可能在积分器3的内部发生耀斑光，在被照明面5中产生照度不均。另外，在光学系统4中配置了光学元件8的情况下，光学系统4的光学特性可能大幅变化。具体而言，在光学系统4中配置了光学元件8的情况下，有可能发生光学系统4的像差、或者入射到被照明面5的光的入射角度特性变化。

在图4中，记载了第2实施方式的照明光学系统300。未作为第2实施方式提及的事项能够依照第1实施方式。在第2实施方式中，以使来自积分器3的光的一部分通过光学元件8(楔形形状部)，不使另一部分通过光学元件8(楔形形状部)的方式，配置光学元件8。在这样的位置配置了光学元件8的状态下，能够通过例如螺钉等固定部件固定光学元件8。或者，光学元件8能够以使其一部分插入于积分器3与光学系统4之间的光路的方式，通过定位机构定位。该定位机构能够包括固定光学元件8的位置的机构。

在图5中，例示了由图1所示的第1实施方式的第1使用方式的照明光学系统200照明的被照明面5的照明范围51和由图4所示的第2实施方式的照明光学系统300照明的被照明面5的照明范围53。在第2实施方式中，对具有比照明范围51宽的面积的照明范围53进行照明。照明范围51和照明范围53的重心位置相互不同。

在图6中，记载了第3实施方式的照明光学系统400。未作为第3实施方式提及的事项能够依照第1或者第2实施方式。第3实施方式的照明光学系统400具备使光学元件8移动到光源1与光学系统4之间的光路(更详细而言光学系统2与光学系统4之间的光路)、或者移动到该光路外的驱动机构40。在图6中未示出光学元件8的特征性的形状，但光学元件8如在第1以及第2实施方式中说明那样能够包括楔形形状部。驱动机构40也可以构成为使光学元件8与积分器3一起移动。光学元件8和积分器3能够配置在共同的部件上。或者，光学元件8和积分器3一体化，能够以一体的状态通过驱动机构40驱动。驱动机构40也可以构成为在使光学元件8以及积分器3移动到光源1与光学系统4之间的光路(或者光学系统2与光学系统4之间的光路)外的情况下，使其它积分器13移动到该光路。驱动机构40例如能够包括保持积分器3及光学元件8一体化而成的第1部件和由积分器13构成的第2部件的工作台41、以及驱动工作台41的致动器42。积分器3和积分器13是射出角相互不同的多个积分器的例子。驱动机构40能够将从射出角相互不同的多个积分器选择的积分器驱动而配置于光源1与被照明面5之间的光路中。

积分器13可以是沿着和光学系统2与光学系统4之间的光轴ax正交的面排列多个透镜而构成的复眼光学系统。该复眼光学系统例如能够由2个透镜群19、20构成。2个透镜群19、20的各个能够由多个平凸透镜的阵列构成。能够在构成透镜群19的平凸透镜的焦点位置配置构成透镜群20的平凸透镜，在构成透镜群20的平凸透镜的焦点位置配置构成透镜群19的平凸透镜。能够在积分器13的射出面，配置光源1的多个像作为二次光源。这样的积分器13也可以由棒状积分透镜构成。

构成透镜群6的平凸透镜与构成透镜群7的平凸透镜的距离(换言之这些平凸透镜的焦距)能够设定成比构成透镜群19的平凸透镜与构成透镜群20的平凸透镜的距离长。由此，从积分器3射出的光束的na(数值孔径)小于从积分器13射出的光束的na。即，经由积分器3照明的被照明面的照射范围小于经由积分器13照明的被照明面的照射范围。

在图7的(a)中，例示了在积分器13配置于光学系统2与光学系统4之间的光路时由照明光学系统400照明的被照明面5的照明范围51。另外，在图7的(a)中，例示了在积分器3以及光学元件8配置于光学系统2与光学系统4之间的光路时由照明光学系统400照明的被照明面5的照明范围54。图7的(a)中的x标记表示照明光学系统400的光轴ax。在图7的(b)中，示出参考例。图7的(b)中的照明范围55是在光学系统2与光学系统4之间的光路中配置有积分器3但未配置光学元件8的情况下由照明光学系统400照明的被照明面5的照明范围。

在图8中，记载了第4实施方式的照明光学系统500。未作为第4实施方式提及的事项能够依照第1至第3实施方式的全部或者一部分。在第4实施方式的照明光学系统500中，在积分器3与光学系统4之间配置有多个光学零件。该多个光学零件能够包括上述光学元件(第1光学元件)8和其它光学元件(第2光学元件)16。光学元件16与光学元件8同样地能够包括楔形形状部。在图8所示的例子中，在积分器3与光学系统4之间，作为多个光学零件，配置有2个光学元件8、16。在一个例子中，光学元件8具有其厚度沿着z方向连续地变化的楔形形状，光学元件16具有其厚度沿着x方向连续地变化的楔形形状。在该例子中，光学元件8的厚度变化的方向和光学元件16的厚度变化的方向相互正交(以90度的角度交叉)。在其它例子中，光学元件8的厚度变化的方向和光学元件16的厚度变化的方向能够以90度以外的角度相互交叉。

在图9中，例示了在没有光学元件8、16的情况下由照明光学系统500照明的被照明面5的照明范围51和在有光学元件8、16的情况下由照明光学系统500照明的被照明面5的照明范围56。通过在积分器3与光学系统4之间的光路中配置厚度变化的方向相互交叉的光学元件8、16，使照明范围偏移的方向的自由度提高。

在图10中，记载了第5实施方式的照明光学系统600。未作为第5实施方式提及的事项能够依照第1至第4实施方式的全部或者一部分。在第5实施方式的照明光学系统500中，配置于积分器3与光学系统4之间的光学元件8被配置成可绕和积分器3与光学系统4之间的光轴ax平行的轴的周围旋转。照明光学系统500能够具备以和积分器3与光学系统4之间的光轴ax平行的轴的周围中的光学元件8的旋转角度被调整之后维持该旋转角度的方式固定光学元件8的固定部件。或者，照明光学系统500能够具备使和积分器3与光学系统4之间的光轴ax平行的轴的周围中的光学元件8旋转的旋转机构。该旋转机构能够包括以光学元件8与作为目标的旋转角一致的状态保持光学元件8的旋转角的保持机构。

在图11中，例示了在没有光学元件8的情况下由照明光学系统500照明的被照明面5的照明范围51和在有光学元件8的情况下由照明光学系统500照明的被照明面5的照明范围58。当使光学元件8旋转时，能够一边维持基于光学元件8产生的从照明光学系统600的光轴的偏移量r一边使照明范围58的重心旋转。

以下，参照图12～图15，说明光学元件8的结构例。光学元件16也能够具有与光学元件8同样的结构。能够在光学元件8中固定孔径光阑17。孔径光阑17能够设置于光学元件8的入射面侧。孔径光阑17例如能够由电介体膜等遮光部件构成。孔径光阑17也可以安装于积分器3的射出面，但在固定到光学元件8的结构时，从省空间化的观点来看有时更有利。孔径光阑17也可以固定于光学元件8的射出面。

光学元件8如图12例示能够构成为由光学元件8的整体形成1个楔形形状。光学元件8能够具有相互非平行的第1面(入射面)81以及第2面(射出面)82。第1面81以及第2面82分别可以是平面。在将光学元件8的折射率设为n(λ)、将第2面(射出面)82相对与光轴正交的面的倾斜角度设为θ、将入射到光学元件8的光的入射角设为α、将从光学元件8射出的光的射出角设为α+δα时，存在式(1)的关系。此外，λ是入射到光学元件8的光的波长。

δα(α，θ)＝arcsin[n(λ)sin{arcsin(sinα/(n(λ))－θ}]+θ－α

…式(1)

在α小时，δα能够近似为(n－1)θ。即，通过了光学元件8的光的角度(相对光轴的角度)相比于入射光增加(n－1)θ。

也可以如图16例示，光学元件8的第1面81以及第2面82的至少一方具有光焦度。在一个例子中，第1面81的曲率中心处于积分器3与光学系统4之间的光轴ax或者光轴ax的延长线上，第2面82的曲率中心处于从积分器3与光学系统4之间的光轴ax或者光轴ax的延长线偏离的位置。在第1面81由平面构成的情况下，其曲率中心位于无限远。

图13～图15示出光学元件8的3个变形例。也可以如图13～图15例示，光学元件8包括配置有多个楔的阵列。多个楔能够按照一维状或者二维状配置。在一维状地配置多个楔的情况下，排列多个楔的方向能够为使照明范围偏移的方向(楔的厚度变化的方向)。换言之，在楔的厚度沿着某个方向变化的情况下，多个楔能够沿着该方向排列。多个楔能够具有相互相等的角度(相对光轴的角度)的倾斜面。

光学元件8的折射率n(λ)根据波长λ变化。因此，更严密而言，如式(1)所示，δα也根据波长变化。在光源1发生的光的波长λ宽的情况下，可能需要考虑光学元件8的折射率n(λ)的宽度。为了使光学元件8的特性针对波长λ的宽度不敏感，减小光学元件8的厚度是有效的。如图13～图15例示的光学元件8为了减小光学元件8的厚度，即为了使光学元件8的特性针对波长λ的宽度不敏感是有效的。

积分器3可以是复眼光学系统。在该情况下，构成该复眼光学系统的多个透镜的排列间距与构成光学元件8的多个楔的排列间距之比可以为1：自然数。图14所示的例子是该比为1：1，图15所示的例子是该比为1：2。这样的结构为了防止来自复眼光学系统的光入射到构成光学元件8的多个楔之间并由此防止发生耀斑是有效的。特别是，在光源1的发光部的大小小的情况下，构成复眼光学系统的各透镜形成的发光部的像也变小，所以防止来自该像的光入射到构成光学元件8的多个楔之间。

以下，参照图17，说明嵌入有以上述第1至第5实施方式的照明光学系统200～600为代表的照明光学系统il的曝光装置exp。曝光装置exp具备照明光学系统il和将配置于照明光学系统il的被照明面5的原版r的图案投影到基板s的投影光学系统pl。原版r能够通过包括保持原版r的原版载置台的原版驱动机构rm来驱动，基板s能够通过包括保持基板s的基板载置台的基板驱动机构sm来驱动。曝光装置exp能够构成为一边利用通过设置于未图示的狭缝部件的狭缝的狭缝光扫描原版r以及基板s一边对基板s进行曝光的扫描曝光装置。或者，曝光装置exp也可以构成为在使原版r以及基板s静止的状态下对基板进行曝光的曝光装置。照明光学系统il能够在光源1与光学系统2之间具有使光轴折弯的反射镜m1。另外，照明光学系统il能够在光学系统4与被照明面5(配置原版r的面)之间，具有使光轴折弯的反射镜m2。

投影光学系统pl的物体面与照明光学系统il的被照明面5一致，在投影光学系统pl的像面配置基板s。能够在从投影光学系统pl的物体面到投影光学系统pl的像面的光路中，从该物体面依次配置第1凹反射面701、凸反射面702、第2凹反射面703。能够在该物体面与第1凹反射面701之间，配置第1折弯反射面704。能够在第2凹反射面703与该像面之间，配置第2折弯反射面705。

以下，设为能够在照明光学系统il的光学系统2与光学系统4之间配置图6的积分器3或者积分器13而继续说明。在此，使用积分器3的情况的被照明面5的照明范围比使用积分器13的情况的被照明面5的照明范围窄。在照明光学系统il的光学系统2与光学系统4之间配置积分器3的情况下，在积分器3与光学系统4之间配置光学元件8。

在图18的(a)中，例示了在照明光学系统il的光学系统2与光学系统4之间配置有积分器13的情况下的被照明面5中的照明范围311。在此，在照明光学系统il中，设置有用于形成狭缝光的未图示的狭缝部件，照明范围311中的实际被照明的仅为狭缝区域310。即，原版r被通过狭缝区域310的光照明。

在图18的(b)中，例示了在照明光学系统il的光学系统2与光学系统4之间配置有积分器3以及光学元件8的情况下的被照明面5中的照明范围322。如上所述，在照明光学系统il中，设置有用于形成狭缝光的狭缝部件，所以照明范围322中的实际被照明的仅为狭缝区域320。即，原版r被通过狭缝区域320的光照明。在基板s的拍摄区域的宽度(与扫描方向正交的方向的宽度，即x方向的宽度)小的情况下，使用积分器3，由此，能够提高对原版r进行照明的光的照度，能够提高吞吐量。但是，在不使用光学元件8的情况下，照明范围成为照明范围321，狭缝区域320的一部分不会被照明。

作为不使用光学元件8的情况下的替代方案，考虑变更照明光学系统il相对投影光学系统pl的位置的方式，但在这样的方式中，需要使具有相当的重量的照明光学系统il移动。因此，为了照明光学系统il的再调整而可能需要长时间。另外，用于变更照明光学系统il相对投影光学系统pl的位置的机械结构相当大，可能使曝光装置exp的成本大幅增加。

通过设置光学元件8，能够容易地变更照明范围的位置，能够大幅削减照明光学系统il的再调整所需的时间。另外，通过设置光学元件8，能够使曝光装置exp的构造单纯化，能够降低曝光装置exp的成本。

本发明的实施方式中的物品制造方法例如适合于制造器件(半导体元件、磁存储介质、液晶显示元件等)、滤色器等物品。该制造方法包括：曝光工序，使用上述曝光装置，对涂敷有感光剂的基板进行曝光；以及显影工序，使曝光的基板显影。另外，该制造方法能够包括其它公知的处理工序(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)。本实施方式中的物品的制造方法相比以往在物品的性能、品质、生产性以及生产成本的至少1个方面更有利。

发明不限制于上述实施方式，能够不脱离发明的精神以及范围而实施各种变更以及变形。因此，为了公开发明的范围而附上权利要求。