曝光装置以及物品制造方法与流程

1.本发明涉及曝光装置以及物品制造方法。


背景技术：

2.伴随半导体器件的微细化，对于在作为半导体器件的制造工序的光刻工序中使用的曝光装置，要求进一步的高分辨率化。为了达到高分辨率，曝光的光的短波长化、投影光学系统的数值孔径(na)的增加(高na化)、还有变形照明(环带照明、双极照明、四极照明等)的使用是有效的。
3.另一方面，伴随近年来的器件构造的多层化，曝光装置还被要求高的重叠精度。在专利文献1中，公开了在作为被照明面的共轭面的遮蔽单元104的前后配置有遮光部103以及遮光部105的双缝结构(图1)。该双缝结构对于提高重叠精度是有效的。
4.另外，在专利文献1中，还公开了配置用于缓和由双缝结构引起的累计有效光源分布的非对称性的遮光部401或者滤光器402(图12、图14)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2010-73835号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的课题
9.然而，在配置用于缓和由双缝结构引起的累计有效光源分布的非对称性的遮光部或者滤光器的情况下，像面照度下降。像面照度下降导致吞吐量下降，所以是不优选的。
10.本发明例如提供有利于同时实现照明光学系统的像面的照度分布的校正性能和像面照度的下降的抑制的曝光装置。
11.课题的解决手段
12.根据本发明的一个方面，提供一种曝光装置，该曝光装置进行基板的扫描曝光，其特征在于，具有照明光学系统，该照明光学系统利用来自光源的光对原版的被照明面进行照明，所述照明光学系统具有：衍射光学元件，在预定面上通过衍射作用变换来自所述光源的光束的光强度分布；第1遮光部，配置于从所述被照明面的共轭面向所述光源侧散焦后的位置；以及第2遮光部，配置于从所述被照明面的所述共轭面向所述被照明面侧散焦后的位置，所述衍射光学元件具有以下衍射特性：针对由所述第1遮光部和所述第2遮光部在所述被照明面上产生的、对通过所述扫描曝光对某一点进行照明的期间中的入射角度分布进行累计而得到的累计入射角度分布，降低所述扫描曝光的扫描方向和与该扫描方向正交的非扫描方向之差。
13.发明的效果
14.根据本发明，例如，能够提供有利于同时实现照明光学系统的像面的照度分布的校正性能和像面照度的下降的抑制的曝光装置。
15.本发明的其他特征以及优点将通过以附图为参照的以下的说明而变得清楚。此外，在附图中，对相同的或者同样的结构附加相同的参照编号。
附图说明
16.附图包含于说明书，构成其一部分，示出本发明的实施方式，与其记述一起用于说明本发明的原理。
17.图1是示出实施方式中的曝光装置的结构的概略剖面图。
18.图2是说明累计有效光源的图。
19.图3是说明累计有效光源的图。
20.图4是示出遮光部的结构的图。
21.图5a是说明实施方式中的衍射光学元件的设计的图。
22.图5b是说明实施方式中的衍射光学元件的设计的图。
23.图6是示出每个σ值的累计有效光源的非对称性的图形。
24.图7是示出每个σ值的纵向的图案与横向的图案的线宽差的图形。
具体实施方式
25.以下，参照附图详细地说明实施方式。此外，以下的实施方式并不限定与权利要求书相关的发明。在实施方式中记载了多个特征，但这些多个特征未必全部都是发明所必需的，另外，也可以任意地组合多个特征。而且，在附图中，对相同或者同样的结构附加相同的参照编号，省略重复的说明。
26.《第1实施方式》
27.图1是示出实施方式中的曝光装置的结构的概略剖面图。该曝光装置是以步进扫描(step and scan)方式将原版(掩模)的图案曝光到基板的扫描型曝光装置。在步进扫描方式中，一边使原版与基板相对地驱动(扫描)，一边进行1拍摄(shot)的曝光，在1拍摄的曝光结束之后，通过基板的步进移动而进行向接下来的拍摄区域的移动。
28.曝光装置具有利用来自光源1的光束对作为原版的中间掩模(reticle)24进行照明的照明光学系统、以及将中间掩模24的图案投影到基板27的投影光学系统26。
29.对于光源1，能够使用波长约365nm的汞灯、波长约248nm的krf准分子激光器、波长约193nm的arf准分子激光器等。
30.照明光学系统具有路由光学系统2、射出角度保存光学元件5、衍射光学元件6、聚光透镜7、棱镜单元10。另外，照明光学系统还具有变焦透镜单元11、光学积分器12、光阑13、聚光透镜14、第1遮光部18和第2遮光部20、遮蔽单元19、聚光透镜21以及准直仪透镜23。
31.路由光学系统2设置于光源1与射出角度保存光学元件5之间，将来自光源1的光束引导到射出角度保存光学元件5。射出角度保存光学元件5设置于衍射光学元件6的光源侧，在将来自光源1的光束的发散角度保持为恒定的同时将其引导到衍射光学元件6。射出角度保存光学元件5可以由微型透镜阵列或者光纤束等光学积分器构成。利用射出角度保存光学元件5，能够减轻光源1的输出变动对由衍射光学元件6形成的图案分布造成的影响。
32.衍射光学元件6配置于与作为被照明面(像面)的中间掩模24共轭的面或者与照明光学系统的瞳面存在傅里叶变换的关系的面。衍射光学元件6在作为与投影光学系统26的
瞳面共轭的面的照明光学系统的瞳面、与该瞳面共轭的面等预定面上，通过衍射作用来变换来自光源1的光束的光强度分布，形成所期望的光强度分布。对于衍射光学元件6，也可以使用以能够在衍射图案面得到期望的衍射图案的方式由计算机设计的计算机全息图(cgh：computer generated hologram)。形成于投影光学系统26的瞳面的光源形状被称为有效光源形状。此外，在本说明书中，“有效光源”是指被照明面及其共轭面上的光强度分布或者光的角度分布。衍射光学元件6设置于射出角度保存光学元件5与聚光透镜7之间。来自射出角度保存光学元件5的光束对衍射光学元件6进行照射，由衍射光学元件6衍射，被引导到聚光透镜7。
33.在一个例子中，在照明光学系统中设置有多个衍射光学元件6，各个衍射光学元件6安装于转台(未图示)的多个槽的对应的1个槽而被搭载。多个衍射光学元件分别能够形成不同的有效光源形状。根据这些有效光源形状，照明模式的名字被称为小σ照明、大σ照明、环带照明、双极照明、四极照明等。
34.聚光透镜7设置于衍射光学元件6与棱镜单元10之间，将由衍射光学元件6衍射的光束进行聚集，在傅里叶变换面9上形成衍射图案。衍射图案的分布是恒定的。
35.傅里叶变换面9处于光学积分器12与衍射光学元件6之间，是与衍射光学元件6在光学上处于傅里叶变换的关系的面。如果更换位于光路的衍射光学元件6，则能够改变形成于傅里叶变换面9的衍射图案的形状。
36.棱镜单元10和变焦透镜单元11相对于光学积分器12而设置于光源侧，作为扩大形成于傅里叶变换面9的光强度分布的变焦光学系统发挥功能。棱镜单元10能够调整环带率等，将形成于傅里叶变换面9的衍射图案(光强度分布)引导到变焦透镜单元11。
37.另外，变焦透镜单元11设置于棱镜单元10与光学积分器12之间。变焦透镜单元11能够调整以照明光学系统的na与投影光学系统的na之比为基准的σ值，将形成于傅里叶变换面9的衍射图案引导到光学积分器12。
38.光学积分器12设置于变焦透镜单元11与聚光透镜14之间，可以包括与环带率、开口角以及σ值被调整后的衍射图案相应地形成大量的2次光源并引导到聚光透镜14的蝇眼透镜。然而，光学积分器12的蝇眼透镜的部分也可以由光管、衍射光学元件、微型透镜阵列等构成。在光学积分器12与聚光透镜14之间，设置有光阑13。
39.聚光透镜14设置于光学积分器12与中间掩模24之间。由此，能够将从光学积分器12引导的大量的光束进行聚集，对中间掩模24重叠地进行照明。聚光透镜14包括半反射镜15，曝光的光的一部分入射到光量测定光学系统16。光量测定光学系统16具有测定光量的传感器17。根据由该传感器17测定的光量，能够适当地控制曝光时的曝光量。
40.在非照明面的共轭面，配置有遮蔽单元19。遮蔽单元19为了划定中间掩模24的照明范围而配置，与保持中间掩模24的中间掩模载置台25以及保持基板27的基板载置台28一起同步地被扫描。
41.在从遮蔽单元19散焦后的位置处，设置有2个遮光部。具体而言，在从被照明面向光源侧散焦后的位置以及从被照明面的共轭面向光源侧散焦后的位置中的任意位置处，配置有第1遮光部18。另外，在从被照明面的共轭面向被照明面侧散焦后的位置处，配置有第2遮光部20。为了减轻被照明面的照度分布的不均匀性，第1遮光部18以及第2遮光部20也可以分别是可变狭缝。
42.由相对于来自聚光透镜21的光束具有预定的倾斜度的反射镜22反射的光经由准直仪透镜23对中间掩模24进行照明。中间掩模24的图案经由投影光学系统26投影到基板27。
43.接下来，参照图2说明累计有效光源。照明区域24a是作为被照明面的中间掩模24面的照明区域。照明区域19a是与中间掩模24面处于共轭关系的遮蔽单元19面的照明区域。在曝光中，照明区域24a被扫描。此时，对曝光面上的某个点进行照明的入射角度分布是将对照明区域24a中的与扫描方向(y方向)平行的直线24b上的各点进行照明的入射角度分布进行累计而得到的。将其称为累计有效光源。换言之，累计有效光源是指对通过扫描曝光对照明区域的某一点进行照明的期间中的入射角度分布进行累计而得到的累计入射角度分布。直线19b是照明区域19a中的与扫描方向(y方向)平行的直线，对应于直线24b。
44.接下来，参照图3说明在使用了第1遮光部18以及第2遮光部20时扫描后的累计有效光源变得怎样。符号3a表示第1遮光部18以及第2遮光部20附近的放大图。符号3b表示通过遮蔽单元19面上的点a、b、c的照明光的角度分布。经由光学积分器12从聚光透镜14朝向点a的光束与光轴1b平行地射出，不会被第1遮光部18以及第2遮光部20的一部分遮挡。因此，中间掩模面上的点a’处的有效光源24a的形状大致成为圆形。
45.另一方面，对于经由光学积分器12从聚光透镜14朝向点b的光束，被第1遮光部18的遮光构件18a以及第2遮光部20的遮光构件20a遮挡一部分的光线。因此，中间掩模面上的点b’处的有效光源24b的角度分布关于扫描曝光的扫描方向(y方向)非对称。有效光源24b的上侧缺少是因为被第2遮光部20的遮光构件20a遮挡，下侧缺少是因为被第1遮光部18的遮光构件18a遮挡。这样，可知由于存在2个遮光部，所以在有效光源24b中关于扫描曝光的扫描方向(y方向)产生非对称性。关于中间掩模面上的点c’处的有效光源24c的形状，按照与朝向点b的光束同样的想法，在y方向上产生非对称性。
46.可知在y方向上扫描通过包括点a、点b、点c的直线上的所有的光束得到的累计有效光源具有如以符号3c所示的光强度分布，在扫描方向上产生累计有效光源的非对称性。当在累计有效光源中存在非对称性时，在曝光时可能产生问题。例如，当在纵向、横向上镀印相同线宽的线及空间(line and space)图案的情况下，在纵向的图案与横向的图案之间产生线宽差，是不优选的。因此，需要校正非对称性。
47.在实施方式中，在傅里叶变换面9的光源侧配置第3遮光部8。第3遮光部8例如配置于从傅里叶变换面9的位置稍微散焦后的位置。为了校正累计有效光源(累计入射角度分布)，能够使用第3遮光部8。图4示出第3遮光部8的结构。第3遮光部8例如由4张遮光板构成，4张遮光板分别能够在x方向或者y方向上独立地驱动。例如，在图3所示的累计有效光源的情况下，在向x方向关闭的方向上驱动2张遮光板，部分地遮挡x方向的光，从而能够调整累计有效光源的非对称性。也可以代替遮光部而应用滤光器来调整。
48.以往，傅里叶变换面9的分布是均匀，但在本实施方式中，如图5a所示，以使衍射光学元件6成为相对于y方向不均匀的分布的方式被设计。衍射光学元件6具有以下衍射特性：针对由第1遮光部18和第2遮光部20在被照明面产生的累计有效光源，降低扫描曝光的扫描方向(y方向)和与该扫描方向正交的非扫描方向(x方向)之差。具体而言，关于y方向，将傅里叶变换面的分布与有效光源由于第1遮光部18以及第2遮光部20而变得非对称的量相抵，从而如图5b所示，使累计有效光源的y方向的光强度分布变得恒定。其结果，累计有效光源
的x方向与y方向变得对称。由此，无需应用第3遮光部8来进行非对称性的调整。因此，消除了由于应用第3遮光部8而导致的像面照度的下降，从曝光装置的吞吐量的观点来看是有利的。
49.《第2实施方式》
50.第2实施方式是使用变焦透镜单元11来变更σ值而使用时的例子。当驱动变焦透镜单元11而改变变焦时，第1遮光部18以及第2遮光部20中的遮挡的影响发生改变，累计有效光源的非对称性发生变化。因此，在使用了1个种类的衍射光学元件的情况下，难以在所有的变焦中使累计有效光源的非对称性充分变小。因而，在本实施方式中，还并用第3遮光部8。
51.图6是示出驱动变焦透镜单元11时的σ值与累计有效光源的非对称性的关系的图形。如图6所示，在现有技术中，关于任意σ值，在累计有效光源中都存在非对称性。另一方面，在本实施方式中，衍射光学元件6以具有如在能够由变焦透镜单元11变更的σ值的范围的中心值处针对累计有效光源使扫描方向(y方向)与非扫描方向(x方向)之差降低那样的衍射特性的方式被设计。由此，σ值的驱动范围的累计有效光源的非对称性与现有技术相比变小。
52.图7是通过光学像模拟求取利用如图6所示的以往的具有非对称性的累计有效光源进行曝光的情况下的纵向的图案与横向的图案的线宽差得到的结果。从该图形可知，本实施方式的纵向的图案与横向的图案的线宽差比现有技术小。
53.在实际地使用装置时，以如图6所示的累计有效光源的非对称性的大小为开始，根据使用的σ，使用第3遮光部8来进行非对称性的调整。即，第3遮光部8根据变焦透镜单元的状态(使用的σ值)来调整。与以往例相比，在使用的σ值的范围内非对称性小的本实施方式中应调整非对称性的量少，所以第3遮光部8应用量的像面照度的下降少，从曝光装置的吞吐量的观点来看是有利的。
54.《物品制造方法的实施方式》
55.本发明的实施方式所涉及的物品制造方法例如适于制造半导体器件等微型器件、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对涂敷于基板的感光剂使用上述曝光装置而形成潜像图案的工序(对基板进行曝光的工序)和对在该工序中形成了潜像图案后的基板进行显影的工序。而且，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、粘合、封装等)。本实施方式的物品制造方法相比于以往的方法，在物品的性能、品质、生产率、生产成本中的至少1个方面是有利的。
56.发明并不限于上述实施方式，能够不脱离发明的精神以及范围而进行各种变更以及变形。因而，为了公开发明的范围而添加权利要求。
57.本技术以2019年9月3日提出的日本专利申请特愿2019-160663为基础而享有优先权，将其记载内容全部引用于此。