特許 7179420 投影露光装置及び投影露光装置に使用する遮光板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-18

(45)【発行日】2022-11-29

(54)【発明の名称】投影露光装置及び投影露光装置に使用する遮光板

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20221121BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019012769

(22)【出願日】2019-01-29

(65)【公開番号】P2020122811

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-12-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000128496

【氏名又は名称】株式会社オーク製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100082762

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 正知

(74)【代理人】

【識別番号】100123973

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 拓真

(72)【発明者】

【氏名】六川 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】山部 耕平

【審査官】田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２０９７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２００９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６９９８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源の出射光の照度を均一化してレチクルに照射する照明光学系と、
前記照明光学系に設けられ、前記照明光学系の光束の一部を遮光する遮光板と、
前記遮光板を移動させる遮光板移動機構とを備え、
前記遮光板移動機構は、前記照明光学系の光軸に対して前記遮光板を出入りさせる直動機構と、前記照明光学系の光軸を中心に前記遮光板を回転させる第１θ軸機構と、前記直動機構に対して前記遮光板を回転させる第２θ軸機構を有し、
前記遮光板は、直線部と曲線部とが連続する連続エッジを有し、
ウエハのオリフラ部及び投影範囲の相対的位置関係に応じて前記遮光板移動機構によって前記遮光板の位置が制御されるようにした投影露光装置。

【請求項2】

前記ウエハ上における前記直線部の長さが前記投影範囲の長手方向の長さより長いものとされた請求項１に記載の投影露光装置。

【請求項3】

前記遮光板の中心線を対称として、前記連続エッジを２個有する請求項１又は２に記載の投影露光装置。

【請求項4】

前記遮光板が前記連続エッジとは異なる曲線状エッジを有する請求項１から３のいずれかに記載の投影露光装置。

【請求項5】

投影露光装置の照明光学系に配される遮光板であって、
オリフラ部を有するウエハに対して非露光領域を形成するように、直線部と曲線部とからなる連続エッジを複数有する遮光板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステップアンドリピートによってウエハにパターンを露光する投影露光装置及び投影露光装置に使用する遮光板に関するものである。

【背景技術】

【0002】

投影露光装置には、露光エリアがウエハエッジにかかる際にエッジ端から所定の幅を露光しない機構（ＷＥＭ：ウエハエッジマスキング）が設けられている。高精度な露光結果を要求される投影露光装置では、パーティクル対策や遮光境界の鮮明さなどの理由で、光学系中にＷＥＭを設ける方法が選択される。

【0003】

例えば、照明光学系のレチクルと共役な位置に移動可能な遮光板を設け、露光位置に応じて遮光板を移動させ所定部分の光を遮ることでウエハ周辺非露光を行う先行技術（特許文献１）が存在する。半導体ウエハには、ウエハの結晶軸の方向を示すために、オリフラ（ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＦｌａｔ）が設けられているものがある。オリフラは、例えばウエハの一部を切り欠くことで形成された直線エッジ部分（以下ではこの部分をオリフラ部と称する）である。特許文献１の技術ではこのオリフラ部の遮光ができなかった。

【0004】

また、ウエハ上に遮光部材を設ける技術が知られている。ウエハ上にウエハ全周をカバーする遮光部材を設ける方法において、ウエハの円弧状の周縁部分とオリフラ部とを同時に遮光することが特許文献２（図８）に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－２３３７８１号公報

【文献】特開２０１５－２００９１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ウエハ上で遮光するＷＥＭは、ウエハ上に遮光部材を設けるため、ウエハに遮光部材由来のパーティクルが付着したり、遮光した境界が不鮮明となるといった問題が生じた。また、オリフラがないウエハを露光する際には、直線部のない遮光部材（先行文献２の図３）に交換する必要があり、作業が煩雑であった。

【0007】

したがって、本発明の目的は、ウエハの周辺非露光を行う際に円弧状部のみならずオリフラ部も非露光にすることが可能な、照明光学系に設けられたＷＥＭを備える投影露光装置及び投影露光装置に使用する遮光板を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、光源の出射光の照度を均一化してレチクルに照射する照明光学系と、
照明光学系に設けられ、照明光学系の光束の一部を遮光する遮光板と、
遮光板を移動させる遮光板移動機構とを備え、
遮光板移動機構は、照明光学系の光軸に対して遮光板を出入りさせる直動機構と、照明光学系の光軸を中心に遮光板を回転させる第１θ軸機構と、直動機構に対して遮光板を回転させる第２θ軸機構を有し、
遮光板は、直線部と曲線部とが連続する連続エッジを有し、
ウエハのオリフラ部及び投影範囲の相対的位置関係に応じて遮光板移動機構によって遮光板の位置が制御されるようにした投影露光装置である。
また、本発明は、投影露光装置の照明光学系に配される遮光板であって、
オリフラ部を有するウエハに対して非露光領域を形成するように、直線部と曲線部とからなる連続エッジを複数有する遮光板である。

【発明の効果】

【0009】

少なくとも一つの実施形態によれば、ウエハの周辺非露光を行う際に、円弧状部のみならずオリフラ部も非露光にすることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、一実施の形態における遮光板の一例の正面図である。

【図3】図３は、一実施の形態における遮光板の他の例の正面図である。

【図4】図４は、一実施の形態における遮光板のさらに他の例の正面図である。

【図5】図５は、一実施の形態における遮光板移動機構を正面図である。

【図6】図６は、一実施の形態における遮光板移動機構の断面図である。

【図7】図７は、露光動作の説明に使用する平面図である。

【図8】図８は、ウエハと遮光板の関係を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。

【0012】

図１は本発明の投影露光装置の一実施の形態の概略構成図である。なお、図１の各要素は、主要な光軸に沿った断面図で表示されており、その際のハッチングは省略されている。投影露光装置は、光源１と、光源１の出射光を均一な照度の照明光とする照明光学系４を有する。照明光学系４からの照明光がパターンの原版であるレチクル（フォトマスク）８に照射される。レチクル８の像が投影光学系１２によってウエハ１３に投影される。

【0013】

ウエハ１３は、露光ステージ（ワークチャック）１４上に載置されている。露光ステージ１４は、ステージ移動機構１５によって移動される。ステージ移動機構１５及び光学系（光源１、照明光学系４、投影光学系１２）が架台１６によって支持される。

【0014】

光源１は、例えばＵＶランプである。また、楕円ミラー２が設けられており、ロッドレンズの入口に向けて光を集光する。ロッドレンズ５は、ロッドレンズ支持部６によって支持されている。光源１として水銀ランプ、レーザなどを使用してもよい。

【0015】

照明光学系４は、ロッドレンズ５と、クリティカル照明レンズ群７を備える。ロッドレンズ５は、多角形の断面を有する透明体であり、照明光均一化手段として機能する。照明光均一化手段としては、ロッドレンズに限らず、内面反射鏡（複数の鏡を内向きに貼り合せたような多角形の筒）を使用してもよい。

【0016】

クリティカル照明レンズ群７は、ロッドレンズ５の出口面の像を所定の倍率（例えば２倍）で拡大してレチクル８に照射する。なお、図ではクリティカル照明レンズ群７を四角形で省略しているが、複数のレンズ（例えば１０枚のレンズ）で構成されている。また、照明光学系４は、後述する遮光機構（ＷＥＭ）１１を備えている。

【0017】

レチクル８は、所定のパターンが描画された透過型のフォトマスクである。レチクル８はレチクルステージ９によって支持されている。レチクル８は、例えば石英ガラス製のもので、転写されるべき所定のパターン（例えば回路パターン）が描画された透過型のフォトマスクである。

【0018】

投影光学系１２は、例えばダイソン光学系である。一実施の形態では、投影光学系１２の倍率は等倍である。

【0019】

ウエハ１３の形状は円形で、直径は例えば３００ｍｍである。また、オリフラが形成されている。ウエハ１３は、例えば単結晶シリコンの表面上にフォトレジスト（感光剤）が塗布されたシリコンウエハである。単結晶シリコン製のもの以外にも、ガラス、サファイヤ、又は化合物からなる場合もある。

【0020】

パターン露光領域のみならず、ウエハ１３の周辺部の少なくとも一部にもフォトレジストが塗布されている。フォトレジストは、紫外線を用いてパターンを形成する感光材料である。フォトレジストとしては、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。ウエハ１３の周辺部には所定の非露光領域が設定されている。例えばウエハ１３のエッジ全周にわたって幅５ｍｍが非露光領域とされる。なお、非露光領域はオリフラ部にも設けられている。

【0021】

露光ステージ１４がウエハ１３を吸着保持する。露光ステージ１４がステージ移動機構１５によって、Ｘ，Ｙ，θ方向に移動される。ウエハ１３の表面（二次元平面）をＸ方向及びＹ方向で規定し、回転方向をθで規定する。ステージ移動機構１５は、ステップ露光のための移動と、ウエハアライメントの微小な移動とを行なう。また、ウエハ１３の焦点合わせのため、Ｚ方向の移動及び露光ステージの傾き調整を行う機構を備える。

【0022】

投影露光装置は、露光ステージ１４と光学系を設置するための架台１６を備える。アライメントカメラ１０が架台１６に取り付けられている。

【0023】

一実施の形態では、照明光学系４のウエハ１３の共役面に遮光板１７が設置されている。また、遮光板１７はロッドレンズ５の出口部に位置する。具体的には、遮光板１７に近接した位置にロッドレンズ５の出口面が位置するようになされる。

【0024】

図２はウエハ１３の周辺非露光領域に沿って光を遮光するための遮光板１７の一例を示す。遮光板１７は、レチクル８と同様の材質例えば石英ガラスの板に対して黒色の遮光剤を被着させたものである。後述するように、光軸に対して遮光板を出入りさせる直動機構と、照明光学系の光軸を中心に遮光板を回転させる第１θ軸機構と、直動機構に対して遮光板を回転させる第２θ軸機構を備える遮光板移動機構が設けられている。

【0025】

遮光板１７は、第２θ軸機構の逃げとなる半円状切欠き１８を内周側の中心部分に有する。外周側が切欠き１８に沿って全体的に山形あるいは凸型をしている。遮光板１７は、外周側に、第１の遮光部１９ａ、第２の遮光部１９ｂ及び第３の遮光部１９ｃを有する。図に向かって左側の頂点ａ１から右側のより上側の頂点ａ２に向かって曲線状エッジｃ１が形成され、頂点ａ２から右側のより上側の頂点ａ３に向かって直線状エッジｓ１が形成される。これらの曲線状エッジｃ１及び直線状エッジｓ１からなる連続エッジによって第１の遮光部１９ａが構成される。

【0026】

頂点ａ３と頂点ｂ３がほぼ同じ高さ位置とされ、これらの頂点ａ３及びｂ３を結ぶ曲線状エッジｃ３によって第３の遮光部１９ｃが構成される。さらに、頂点ｂ３から右側に下降した位置の頂点ｂ２に向かって直線状エッジｓ２が形成され、頂点ｂ２から右側のより低い位置の頂点ｂ１に向かって曲線状エッジｃ２が形成される。これらの曲線状エッジｃ２及び直線状エッジｓ２によって第２の遮光部１９ｂが構成される。ウエハ１３上において、直線状エッジｓ１及びｓ２のそれぞれの長さは、１個の露光範囲の長手方向の長さより長いものとされる。なお、ここでの露光範囲とは、1回の露光ショットでウエハ１３上
に露光可能な最大の投影像を示し、例えばロッドレンズ５の出口面の像を、クリティカルレンズ系７と投影光学系１２の倍率に従って拡大（または縮小）した形状で表される。

【0027】

このように、遮光板１７は、半円状切欠き１８の中心を通って上下に伸びる線に対して左右対象の形状を有している。第１の遮光部１９ａは、オリフラ部と、この直線エッジ部分に連続する一方の曲線部に対する遮光の機能を有し、第２の遮光部１９ｂは、オリフラ部と、このオリフラ部に連続する他方の曲線部に対する遮光の機能を有し、第３の遮光部１９ｃがオリフラ部以外の遮光の機能を有する。また、各遮光部のエッジ部分は、照明光学系のＮＡに応じたテーパ形状の断面を有する。テーパ形状は、非露光領域以外では出射光の光量の減少を防止するためである。

【0028】

図３は、遮光板１７の変形例としての遮光板１７Ａを示す。図２と対応する部分には、同一の参照符号を付加する。この遮光板１７Ａは、第１の遮光部１９ａａと第２の遮光部１９ａｂを有し、第３の遮光部１９ｃを省略した構成である。この遮光板１７Ａの場合、オリフラ部以外の遮光は、第１の遮光部１９ａａの曲線状エッジｃ１及び第２の遮光部１９ａｂの曲線状エッジｃ２によってなされる。

【0029】

図４は、遮光板１７の変形例としての遮光板１７Ｂを示す。遮光板１７Ｂは、遮光板１７と異なり、外周側が切欠き１８とは逆に全体的に谷形あるいは凹型をしている。図に向かって左側の頂点ｄ１から右下がりに曲線状エッジｃ４が頂点ｄ２まで形成される。頂点ｄ２がオリフラ部と対応する直線状エッジｓ3通じて頂点ｄ３に至る。さらに、頂点ｄ３
から右上がりに曲線状エッジｃ５が頂点ｄ４まで形成される。

【0030】

遮光板１７Ｂは、曲線状エッジｃ４及び直線状エッジｓ３によって第１の遮光部１９ｂａを構成し、曲線状エッジｃ５及び直線状エッジｓ３によって第２の遮光部１９ｂｂを構成する。これらの遮光部１９ｂａ及び１９ｂｂによってオリフラ部と、オリフラ部に連続する曲線部分の遮光がなされる。さらに、オリフラ部と、オリフラ部に連続する曲線部分以外の曲線部分の遮光は、曲線状エッジｃ４及びｃ５によって行なわれる。

【0031】

図５及び図６は、例えば遮光板１７を移動させる遮光板移動機構の正面図及び側面断面図である。図６に示すように、ロッドレンズ側面と隣接するようにして遮光板移動機構が設けられている。遮光板移動機構は中空構造となっており、中空部内にロッドレンズ支持部が設置される。遮光板移動機構は、光軸に対して遮光板を出入りさせる直動機構２３と、照明光学系の光軸を中心に遮光板を回転させる第１θ軸機構と、直動機構２３に対して遮光板１７を回転させる第２θ軸機構を備える。

【0032】

図５に示すように、遮光板１７の内側の円弧状切欠き１８の円弧が遮光板回転モータ２０の回転軸に取り付けられている。遮光板回転モータ２０がベースプレート２１に対して固定されている。ベースプレート２１が着脱用ネジ２２ａ及び２２ｂによって直動機構２３に対して装着される。なお、遮光板回転モータ２０は、直動機構２３に対して遮光板１７を回転させるためのもので、第２θ軸機構を構成する。

【0033】

直動機構２３は、ボールネジ等の単軸アクチュエータであり、遮光板１７及び遮光板回転モータ２０を直線的に変位させる機構である。直動機構２３によって、照明光学系４の光軸に対して遮光板１７のエッジを接近又は離間される。直動機構２３は、非露光領域の幅に対応して遮光板１７のエッジの位置を設定するものである。

【0034】

第１θ軸機構は、照明光学系の光軸を中心にして遮光板１７を回転させる回転機構である。図６に示すように、中空モータ２４が設けられ、中空モータ２４によって中空シャフト２５が回転される。中空モータ２４は、スリップリング等の回転ケーブル部２６を備えている。

【0035】

中空シャフト２５内にロッドレンズ５を有するロッドレンズ支持部６が設置される。例えば中空シャフト２５の中心とロッドレンズ５の光軸が一致するようになされる。ロッドレンズ支持部６は、ロッドレンズ５の入口側が筐体に固定され、出口側は中空シャフト２５内に設けられたベアリング２７によって支持される。但し、ベアリング２７によってロッドレンズ５の出口側を支持せずに、入口側のみでロッドレンズ５及びロッドレンズ支持部６を支持する片持ち構成であってもよい。

【0036】

中空シャフト２５のロッドレンズ５の出口側に回転ステージ２８が取り付けられている。回転ステージ２８は、円板状でその中心位置に中空シャフト２５の先端が固着される。回転ステージ２８には、取付部を介して直動機構２３が取り付けられている。例えば回転ステージ２８の径方向と直動機構２３の直線運動の方向が一致するようにされている。上述したように、直動機構２３に対しては、遮光板１７及び遮光板回転モータ２０を有する第２θ軸機構が取り付けられている。したがって、中空シャフト２５が中空モータ２４によって回転されると、照明光学系の光軸を中心として、回転ステージ２８、直動機構２３、第２θ軸機構及び遮光板１７が一体に回転する。

【0037】

なお、本実施形態では照明光均一化手段としてロッドレンズを使用したが、フライアイレンズを用いても良い。その場合は、フライアイレンズの後に結像光学系を設け、結像面に遮光板が来るように遮光板移動機構を設けると良い。

【0038】

次に本発明の一実施形態の遮光動作について説明する。図７はウエハ１３に対するステップアンドリピート露光動作を示す図である。図７の例では、４１回の露光を行う。１回の露光範囲を矩形で示しており、十字は露光の中心（光軸の位置）を表している。

【0039】

ウエハ１３の外周に沿って非露光領域ＭＡが設定されている。ＷＥＭによる遮光の例を左上に示す。露光エリアが非露光領域ＭＡにかからない位置の露光動作の際には、遮光板１７がロッドレンズ５から退避する位置に後退している。

【0040】

遮光板移動機構は、オリフラ部の遮光とオリフラ部以外の遮光では異なる動作を行う。最初にオリフラ部以外の非露光領域を遮光する動作を説明する。この場合では、第２θ軸機構（遮光板回転モータ２０）は、遮光板１７の第３の遮光部１９ｃが直動機構２３の移動軸上の中心に来るように回転し、以降はその状態を維持する。

【0041】

露光エリアが非露光領域ＭＡにかかる位置（露光範囲ＥＡ１，ＥＡ２）においては、遮光板１７が非露光領域ＭＡを遮光する分だけロッドレンズ５に向かって前進し、照明光の一部を遮光する。また、ＥＡ１、ＥＡ２における非露光領域ＭＡの角度に応じて第１θ軸機構が回転する。その結果、遮光領域ＳＡが露光位置（露光範囲ＥＡ１，ＥＡ２，・・・）と非露光領域ＭＡとに応じて位置決めされる。

【0042】

次に、オリフラ部の遮光動作について説明する。図８は、ＷＥＭ（遮光板１７）がオリフラ部の非露光領域ＭＡを遮光するイメージを示す図である。なお、図８に示されている遮光板１７は、照明光学系と投影光学系の倍率によって拡大されたイメージを表している。

【0043】

図７に示すように、オリフラ部の右端部を含む露光範囲ＥＡ３を露光する際には、遮光板１７の第２の遮光部１９ｂを使用する。すなわち、直線状エッジｓ２及び曲線状エッジｃ２の両方を使用して円弧と直線の両方の部分の遮光を同時に行なうようになされる。

【0044】

露光範囲ＥＡ３の非露光領域を遮光するために、第２θ軸機構は、遮光板１７の第２の遮光部１９ｂがロッドレンズ５にかかるように回転移動する。このとき第１θ軸機構の角度θ１、直動機構２３の距離Ｒ、第２θ軸機構の角度θ２を連動させ計算し、遮光板１７の第２の遮光部１９ｂがオリフラ部上に適切に位置するように、遮光板１７を移動させる。

【0045】

同様に、露光範囲ＥＡ５を露光する際には、遮光板１７の第１の遮光部１９ａがオリフラ部上に適切に位置するように、遮光板１７を移動させる。さらに、露光範囲ＥＡ４を露光する際には、第１の遮光部１９ａ又は第２の遮光部１９ｂを用いて遮光を行なう。このため、第１の遮光部１９ａの直線状エッジｓ１及び第２の遮光部１９ｂの直線状エッジｓ２は、露光範囲ＥＡ４の長辺の長さより長いものとされている。

【0046】

以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１・・・光源、４・・・照明光学系、５・・・ロッドレンズ、
８・・・レチクル、１０・・・アライメントカメラ、１１・・・遮光機構、
１２・・・投影光学系、１３・・・ウエハ、１４・・・露光ステージ、
１７・・・遮光板、１９ａ・・・第１の遮光部、１９ｂ・・・第２の遮光部、
１９ｃ・・・第３の遮光部、２０・・・遮光板回転モータ、２３・・・直動機構、
２４・・・中空モータ、２８・・・回転ステージ、
ｃ１，ｃ２，ｃ３・・・曲線状エッジ、ｓ１，ｓ２・・・直線状エッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】