(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】2022-11-29
(45)【発行日】2022-12-07
(54)【発明の名称】照明光学系、露光装置および物品製造方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20221130BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 501
G03F7/20 521
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018149680
(22)【出願日】2018-08-08
(65)【公開番号】P2020024335
(43)【公開日】2020-02-13
【審査請求日】2021-07-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】須田 広美
【審査官】植木 隆和
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００６／０００１８４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－０５２２３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３２５５３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２４０９２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｇ０３Ｂ ２１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明された原版のパターンを基板に投影する露光装置に用いられる照明光学系であって、リレーレンズと、
中実構造を有する第１反射型オプティカルインテグレータと、
中空構造を有する第２反射型オプティカルインテグレータと、を備え、
前記リレーレンズは、光源からの光を前記第１反射型オプティカルインテグレータの入射面に集光するように配置され、
前記第１反射型オプティカルインテグレータの一部分が前記第２反射型オプティカルインテグレータの中に配置され、
前記光源からの光は、前記リレーレンズ、前記第１反射型オプティカルインテグレータおよび前記第２反射型オプティカルインテグレータを順に通って、被照明領域に配置された前記原版を照明する、
ことを特徴とする照明光学系。
【請求項2】
前記第１反射型オプティカルインテグレータの軸方向における前記一部分の長さが可変である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項3】
前記光源と前記第２反射型オプティカルインテグレータとの間に前記第１反射型オプティカルインテグレータが配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
【請求項4】
第３反射型オプティカルインテグレータを更に備え、前記第３反射型オプティカルインテグレータは、中空構造を有し、
前記第１反射型オプティカルインテグレータの他の一部分が前記第３反射型オプティカルインテグレータの中に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項5】
前記第１反射型オプティカルインテグレータおよび前記第２反射型オプティカルインテグレータは、第１照明光学系を構成し、前記照明光学系は、第２照明光学系を更に備え、前記第１反射型オプティカルインテグレータおよび前記第２反射型オプティカルインテグレータで構成されるオプティカルインテグレータの射出面が前記第１照明光学系の射出面であり、
前記第２照明光学系は、前記第１照明光学系の前記射出面と前記被照明領域とを共役にするように構成され、
前記第１照明光学系は、床構造によって支持された第１支持機構によって支持され、
前記第２照明光学系は、前記床構造によって支持された第２支持機構によって支持され、
前記第１支持機構および前記第２支持機構は、互いに独立した支持機構である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項6】
原版を照明するように配置された請求項５に記載の照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記原版を駆動する原版駆動機構と、を備え、
前記第２支持機構は、前記床構造によって支持された定盤によって支持され、
前記投影光学系および前記原版駆動機構は、前記第２照明光学系とともに前記第２支持機構によって支持される、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項7】
原版を照明するように配置された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系と、前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項8】
請求項６又は７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程と、を含み、
前記基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明光学系、露光装置および物品製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィー工程において露光装置が使用されうる。露光装置は、原版を照明する照明光学系と、照明された原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを備えている。基板は、表面にフォトレジストを有し、原版のパターンが基板に投影されることによって、そのパターンがフォトレジストに転写される。照明光学系による原版の照明が不均一であると、フォトレジストへのパターンの転写が良好になされない可能性がある。そこで、照明光学系には、原版を均一な照度で照明するための反射型オプティカルインテグレータが配置されうる。
【0003】
照度の均一性を向上させるためには、長い全長を有する反射型オプティカルインテグレータが有利であるが、長い全長を有する反射型オプティカルインテグレータを低コストで製造することは難しい。特許文献１には、反射型オプティカルインテグレータとしてオプティカルロッド（ガラス棒）を採用し、照明光の通過方向に複数のオプティカルロッドを直列に配置した構成が記載されている。この構成により、複数のオプティカルインテグレータを合計した長さを有する１個のオプティカルインテグレータを用いた場合と同等の効果が得られる。
【0004】
ところで、近年、半導体デバイスの製造コストを低減するために、基板サイズが大型化している。例えば、パネルレベルのパッケージング技術（ＦＯＰＬＰ）では、大型基板に多数のシリコンダイを載せてパッケージの製造を一括して実施することで、パッケージ１個当たりの製造コストの低減が図られている。一方で、通常のウエハサイズの基板も依然として使用されている。したがって、扱う基板のサイズに応じた種々のサイズの露光装置が存在する。そのため、扱う基板のサイズに応じて照明光学系の全長、例えば、光源と原版との距離も様々である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００５－３２９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の１つの側面は、照明された原版のパターンを基板に投影する露光装置に用いられる照明光学系に係り、前記照明光学系は、リレーレンズと、中実構造を有する第１反射型オプティカルインテグレータと、中空構造を有する第２反射型オプティカルインテグレータと、を備え、前記リレーレンズは、光源からの光を前記第１反射型オプティカルインテグレータの入射面に集光するように配置され、前記第１反射型オプティカルインテグレータの一部分が前記第２反射型オプティカルインテグレータの中に配置され、前記光源からの光は、前記リレーレンズ、前記第１反射型オプティカルインテグレータおよび前記第２反射型オプティカルインテグレータを順に通って、被照明領域に配置された前記原版を照明する。
【0007】
本発明は、被照明領域を高照度、高均一性で照明するために有利で、かつ様々なサイズに対応可能な照明光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の１つの側面は、光源からの光を用いて被照明領域を照明する照明光学系に係り、前記照明光学系は、第１反射型オプティカルインテグレータと、第２反射型オプティカルインテグレータと、を備え、前記第２反射型オプティカルインテグレータは、中空構造を有し、前記第１反射型オプティカルインテグレータの一部分が前記第２反射型オプティカルインテグレータの中に配置されている。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、被照明領域を高照度、高均一性で照明するために有利で、かつ様々なサイズに対応可能な照明光学系が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１実施形態の露光装置あるいは照明光学系を示す図。
【図2】本発明の第１実施形態の露光装置あるいは照明光学系を示す図。
【図3】本発明の第２実施形態の露光装置あるいは照明光学系を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
【0012】
図１、図２には、本発明の第１実施形態の露光装置１００あるいは照明光学系１０１の構成が模式的に示されている。図１、図２、および、後に参照される図３では、ＸＹＺ座標系において方向が示されている。露光装置１００は、半導体デバイス等の物品を製造するためのリソグラフィー工程において用いられうる。露光装置１００は、原版Ｒを照明する照明光学系１０１と、原版Ｒのパターンを基板Ｗに投影する投影光学系１０３と、原版Ｒを保持し駆動する原版駆動機構１０２と、基板Ｗを保持し駆動する基板駆動機構１０４とを備えうる。露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式として構成されてもよいし、ステップ・アンド・スキャン方式として構成されてもよい。露光装置１００あるいは照明光学系１０１において、光軸ＡＸは、ミラーによって折り曲げられうる。光軸ＡＸの折り曲げは、露光装置１００あるいは照明光学系１０１の小型化に有利である。一例において、光軸ＡＸは、Ｚ軸に平行な部分（光源１とミラーＭ１との間、ミラーＭ２と基板Ｗとの間）、および、Ｙ軸に平行な部分（ミラーＭ１とミラーＭ２との間）を含みうる。
【0013】
照明光学系１０１の大重量化によって制振性能が低下することを抑制するために、照明光学系１０１は、第１照明光学系１０と第２照明光学系２０とに分離され、第１照明光学系１０と第２照明光学系２０とは、互いに独立した支持機構によって支持されうる。第１照明光学系１０は、床構造によって支持された不図示の第１支持機構を介して支持されうる。第２照明光学系２０は、床構造によって支持された不図示の定盤によって、不図示の第２支持機構を介して、原版駆動機構１０２および投影光学系１０３とともに支持されうる。
【0014】
照明光学系１０１は、光源１からの光（光束）を調整して、被照明領域（投影光学系１０３の物体面）に配置された原版Ｒを照明する。光源１は、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）等の光を発生する超高圧水銀ランプでありうる。あるいは、光源１は、２４８ｎｍの波長の光を発生するＫｒＦエキシマレーザー、１９３ｎｍの波長の光を発生するＡｒＦエキシマレーザー、または、１５７ｎｍの波長の光を発生するＦ２レーザーでありうるが、ここで挙げられた例に限定されるものではない。
【0015】
原版Ｒは、基板Ｗに転写されるべきパターン（例えば回路パターン）を有する。原版Ｒは、例えば、石英ガラスを母材として構成されうる。原版駆動機構１０２は、例えば、原版Ｒを保持する可動の原版ステージと、該原版ステージをＸ軸およびＺ軸に関して駆動する原版駆動機構とを含みうる。投影光学系１０３は、原版Ｒを通過した光を所定の倍率（例えば１／２倍）で基板Ｗに投影する。基板Ｗは、投影光学系１０３の像面に配置される。基板Ｗは、表面にフォトレジスト（感光性材料）を有する。基板駆動機構１０４は、基板Ｗを保持する可動の基板ステージと、該基板ステージをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（並びに、それらのそれぞれの回転方向であるωｘ、ωｙ、ωｚを含む場合もある）に関して駆動する基板駆動機構とを含みうる。
【0016】
以下、照明光学系１０１について説明する。照明光学系１０１は、例えば、光源１、楕円鏡２、リレーレンズ３、折り曲げミラーＭ１、オプティカルインテグレータ４、折り曲げミラーＭ２、および、コンデンサレンズ５を含みうる。第１照明光学系１０は、例えば、光源１、楕円鏡２、リレーレンズ３、折り曲げミラーＭ１、オプティカルインテグレータ４を含みうる。第２照明光学系２０は、例えば、折り曲げミラーＭ２、および、コンデンサレンズ５を含みうる。
【0017】
第１照明光学系１０では、光源１の側から順に、楕円鏡２、リレーレンズ３、折り曲げミラーＭ１、および、オプティカルインテグレータ４が配置されて構成されうる。オプティカルインテグレータ４で均一化された光束は、第２照明光学系２０に入射しうる。第２照明光学系２０は、コンデンサレンズ５、および、折り曲げミラーＭ２を含みうる。楕円鏡（集光鏡）２は、第１焦点および第２焦点を有し、第１焦点に配置された光源１から放射された光を第２焦点に集光する。リレーレンズ３は、結像光学系であり、その前側焦点は、楕円鏡２の第２焦点に配置され、その後側焦点は、オプティカルインテグレータ４の入射面に配置される。換言すると、リレーレンズ３は、楕円鏡２の第２焦点とオプティカルインテグレータ４の入射面とを共役な関係にする。リレーレンズ３の瞳面近傍には、特定の波長域の光を遮断する波長フィルタが配置され、この波長フィルタによって露光波長（基板Ｗを露光する光の波長）が規定されうる。
【0018】
オプティカルインテグレータ４は、入射面、反射面および射出面ＥＳを有する反射型オプティカルインテグレータであり、該入射面に入射した光束を該反射面によって複数回にわたって反射させ、該射出面ＥＳに均一な光強度分布（照度分布）を形成する。オプティカルインテグレータ４は、その軸方向ＬＤ（Ｙ軸に平行な方向（オプティカルインテグレータ４の長手方向））に直交する面（ＸＺ面）に平行な断面において矩形形状を有しうるが、他の形状（例えば、多角形）を有してもよい。
【0019】
第２照明光学系２０は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳから射出された光を使って原版Ｒを照明する。第２照明光学系２０は、コンデンサレンズ５を含み、コンデンサレンズ５の前側焦点は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳに配置され、コンデンサレンズ５の後側焦点は、原版Ｒが配置される位置（被照明領域）に配置される。換言すると、コンデンサレンズ５は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳと原版Ｒが配置される面とを共役な関係にする。前述のように、第１照明光学系１０と第２照明光学系２０とは互いに独立した支持機構によって支持されうる。このような構成によれば、均一な光強度分布（照度分布）が形成されたオプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳの光強度分布（照度分布）に従う光強度分布（照度分布）がコンデンサレンズ５によって原版Ｒの配置面に形成される。したがって、原版駆動機構１０２による原版Ｒの駆動および基板駆動機構１０４による基板Ｗの駆動等に起因して第１照明光学系１０が振動したとしても、原版Ｒの配置面は、均一な照度で照明され続ける。照明光学系１０１によって照明される領域（被照明領域）の形状は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳの形状に従いうるが、不図示のマスキングブレードによって被照明領域の形状が規定されてもよい。
【0020】
以下、オプティカルインテグレータ４の構成を例示的に説明する。オプティカルインテグレータ４は、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａと、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂとを含みうる。図１、図２の例では、光源１と第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂとの間に第１反射型オプティカルインテグレータ４ａが配置されている。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの射出面は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳであり、原版Ｒの配置面と共役となっている。
【0021】
第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、中実構造を有するオプティカルロッドでありうる。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂは、中空構造を有する中空ロッドでありうる。例えば、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、四角柱形状を有するオプティカルロッドであり、第２オプティカルインテグレータ４ｂは、４つの板状ミラーを内面が反射面となるように筒状に組み合わせた中空ロッドでありうる。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの４つの板状ミラーで囲まれた断面サイズ（ＸＺ面に平行な断面サイズ）は、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａの断面サイズ（ＸＺ面に平行な断面サイズ）よりも僅かに大きい。そして、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａの一部分が第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの中に配置されている。他の観点において、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａの一部分と、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの一部分とは、光軸ＡＸに平行な方向（軸方向ＬＤ）に関して互いに重なっている。このような構成によれば、２つの反射型オプティカルインテグレータ４ａ、４ｂの反射面は、光軸ＡＸに平行は方向において隙間がない。したがって、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａから射出した光は、伝搬損失なく、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂに入射する。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂが中実構造を有する場合、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの射出面（オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳ）に異物が付着すると、それが被照明領域に投影されうる。一方、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂが中空構造を有する場合、そのような異物の付着による問題を解決することができる。
【0022】
第１反射型オプティカルインテグレータ４ａのうち第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの中に配置された一部分の長さ（軸方向ＬＤにおける長さ）は、可変とすることができる。換言すると、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａに対して第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂを軸方向ＬＤに相対的に移動させることができる。これにより、軸方向ＬＤにおけるオプティカルインテグレータ４の長さＴＬを可変にすることができる。図１、図２において、軸方向ＬＤにおけるオプティカルインテグレータ４の長さＴＬは、互いに異なる。
【0023】
第１実施形態の照明光学系１０１は、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａと第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂとの間における光伝搬損失がなく、被照明領域を高照度、高均一で照明するために有利である。また、第１実施形態の照明光学系１０１は、オプティカルインテグレータ４の全長ＴＬが可変であるので、様々なサイズの露光装置１００に対応可能である。よって、照明光学系１０１を備える露光装置１００は、扱う基板Ｗのサイズに応じた最小のフットプリントを実現するために有利である。これとは異なり、オプティカルインテグレータの全長の変更に対する自由度がない従来の構成においては、それによって照明光学系のサイズ、更には露光装置のフットプリントが決定されてしまうという不利益がある。
【0024】
上記の例では、光源１と第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂとの間に第１反射型オプティカルインテグレータ４ａが配置されている。これに代えて、光源１と第１反射型オプティカルインテグレータ４ａとの間に第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂが配置されてもよい。また、上記の例では、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａが中実構造を有するが、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、中空構造を有してもよい。
【0025】
以下、図３を参照しながら本発明の第２実施形態の露光装置１００および照明光学系１０１について説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態は、より大型の基板Ｗを扱う露光装置に有利である。第２実施形態では、オプティカルインテグレータ４は、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａ、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂおよび第３反射型オプティカルインテグレータ４ｃを含む。オプティカルインテグレータ４を３つの反射型オプティカルインテグレータ４ａ、４ｂ、４ｃで構成することは、オプティカルインテグレータ４の全長ＴＬを長くするために有利である。
【0026】
光源１と第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂとの間に、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａが配置され、光源１と第１反射型オプティカルインテグレータ４ａとの間に、第３反射型オプティカルインテグレータ４ｃが配置されうる。第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、中実構造を有するオプティカルロッドでありうる。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂおよび第３反射型オプティカルインテグレータ４ｃは、中空構造を有する中空ロッドでありうる。例えば、第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、四角柱形状を有するオプティカルロッドである。また、第２オプティカルインテグレータ４ｂおよび第３オプティカルインテグレータ４ｃは、４つの板状ミラーを内面が反射面となるように筒状に組み合わせた中空ロッドでありうる。第１反射型オプティカルインテグレータ４ａの一部分（一端側）は、第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの中に配置されうる。第１反射型オプティカルインテグレータ４ａの他の一部分（他端側）は、第３反射型オプティカルインテグレータ４ｃの中に配置されうる。
【0027】
リレーレンズ３は、楕円鏡２の第２焦点とオプティカルインテグレータ４の入射面とを共役な関係にする。コンデンサレンズ５は、オプティカルインテグレータ４の射出面ＥＳと原版Ｒが配置される面とを共役な関係にする。第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂを中空構造とすることによって、射出面ＥＳに異物が付着しそれが被照明領域に投影されるという問題を回避することができる。
【0028】
第１反射型オプティカルインテグレータ４ａのうち第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの中に配置された一部分の長さ（軸方向ＬＤにおける長さ）は、可変とすることができる。同様に、第３反射型オプティカルインテグレータ４ｃのうち第２反射型オプティカルインテグレータ４ｂの中に配置された一部分の長さ（軸方向ＬＤにおける長さ）は、可変とすることができる。これにより、軸方向ＬＤにおけるオプティカルインテグレータ４の長さＴＬを可変にすることができる。第１反射型オプティカルインテグレータ４ａは、中実構造であってもよいし、中空構造を有してもよい。
【0029】
以下、前述の露光装置を利用した物品製造方法を例示的に説明する。物品は、例えば、半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ素子等でありうるが、他の素子であってもよい。物品は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。
【0030】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【0031】
４、オプティカルインテグレータ、４ａ、第１反射型オプティカルインテグレータ、４ｂ：第１反射型オプティカルインテグレータ、１０１：照明光学系、１００：露光装置
【図1】
【図2】
【図3】