JP2004071780A - 投影光学系の作製方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バンドパスフィルター中心波長ずれに起因する像性能変化を考慮に入れた、新たな投影レンズの像性能予測によるレンズの収差を最適な状態に調整する投影光学系の作製方法及びかかる方法を用いた露光装置を提供する。
【解決手段】複数の発光スペクトルを有する光源と、当該光源からの光によって回路パターンを照明する照明光学系と、前記回路パターンを感光基盤上に投影する投影光学系を有する露光装置において、前記照明光学系は、前記光源の発光スペクトルの中から１つの輝線スペクトルのみを透過するバンドパスフィルターを有し、前記バンドパスフィルターの中心波長に応じて前記投影光学系の収差状態を変更することを特徴とする投影光学系の作製方法を提供する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光光にバンド幅のある輝線を用い、その露光光の狭帯域化のためバンドパスフィルターを用いる半導体及び液晶を製造する露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の露光装置の投影レンズは、波面収差測定器によるレンズの波面収差データと、投影レンズを搭載した実験装置において回路パターンを縮小又は等倍とし感光基板上に焼き付け、かかるパターンを転写した像の結像性能をＳＥＭにより評価する（以下、この方法を「像性能焼き」と呼ぶ）ことで、投影レンズの性能を把握し、その情報を基にレンズの間隔、偏心、回し等の調整をすることで投影レンズを作製していた。
【０００３】
しかし、かかる方法では大幅に時間がかかり、像性能焼きにおいてレチクル誤差やプロセス誤差も含む可能性があったため投影レンズ本来の性能を把握し難く、この方法を用いた投影レンズの作製は最善の方法とはいえなかった。
【０００４】
また、露光光として用いられる輝線がある幅をもったスペクトル強度分布をとる場合、この輝線を照明光として使用するためにはスペクトル強度分布を狭帯域化し、像性能を悪化させると考えられる余分なスペクトルをバンドパスフィルターを通しカットする必要がある。
【０００５】
しかし、中心波長が所望の値と異なったバンドパスフィルターを通過した輝線スペクトルとして用いる場合と、理想的な中心波長のバンドパスフィルターを通過した輝線スペクトルを照明光として用いる場合では、像性能に違いがみられるといった弊害が生じる。
【０００６】
その原因は、投影レンズが中心波長がｉ線基準波長からずれていないバンドパスフィルター（理想的なバンドパスフィルター）を通過したスペクトルを露光波長として設計及び調整されているためであるが、従来のレンズ作製においてはバンドパスフィルター中心の波長ずれによる像性能への影響は像性能焼きでしか考慮することができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、バンドパスフィルター中心の波長ずれによる像性能への影響を考慮するには、像性能焼きをするしかなかったが、時間が大幅にかかる問題、また焼いた後にＳＥＭによって解析された像が、レチクル誤差、プロセス誤差などを含んでいることで、投影レンズ性能の正確な把握がしにくいという問題があった。
【０００８】
そこで、像性能焼きをせずに、波面収差データのみでレンズ調整を試みると、バンドパスフィルターは製造誤差としてフィルター中心波長が露光光における所望の基準波長と異なる可能性があることから、やはり正確なレンズ性能を予測し、投影レンズを作製及び調整することは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、バンドパスフィルター中心波長ずれに起因する像性能変化を考慮に入れた、新たな投影レンズの像性能予測によるレンズの収差を最適な状態に調整する投影光学系の作製方法及びかかる方法を用いた露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての投影光学系の作製方法は、複数の発光スペクトルを有する光源と、当該光源からの光によって回路パターンを照明する照明光学系と、前記回路パターンを感光基盤上に投影する投影光学系を有する露光装置において、前記照明光学系は、前記光源の発光スペクトルの中から１つの輝線スペクトルのみを透過するバンドパスフィルターを有し、前記バンドパスフィルターの中心波長に応じて前記投影光学系の収差状態を変更することを特徴とする。前記バンドフィルターの中心波長に対する、前記投影光学系の収差変化量をあらかじめ計算し、波面収差測定器で計測された前記投影光学系の収差と、前記収差変化量を基に、前記投影光学系の収差状態を決定することを特徴とする。前記バンドパスフィルターの中心波長に対する、前記投影光学系の収差変化量を事前に露光実験から算出し、波面収差測定器で計測された前記投影光学系の収差と、前記収差変化量を基に、前記投影光学系の収差状態を決定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の側面としての露光装置は、上述の作製方法で作製された投影光学系を搭載したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の目的及びその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明かにされるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明におけるバンドパスフィルターの中心波長を考慮することによる投影レンズの像性能の正確な予測方法とレンズ収差を最適な状態に調整するレンズ作成方法について説明する。
【００１４】
投影レンズを作製する際にあらかじめ、バンドパスフィルター中心波長が露光光における所望の中心基準波長からシフトしたずれ分を考慮し、シミュレーション又は実験によりバンドパスフィルターシフトによる輝線スペクトルの半値中心波長が理想的な値からシフトしてしまった際の波面収差変化量（波面収差敏感度）を算出する。
【００１５】
ここで使用するバンドパスフィルターは、理想的なフィルターの中心波長に対してどの程度のずれがあるかを測定し、かかるずれ量に応じあらかじめ求めておいた波面収差敏感度より、バンドパスフィルターの中心波長ずれによる波面収差変化量を求めることができる。この値と波面収差測定器より測定されたレンズ自身のもつ波面収差データを足し合わせた収差量が本体搭載時におけるトータル収差量となり、投影レンズを調整する際のターゲット値となる。
【００１６】
かかる方法により、像性能焼きをせず投影レンズを調整する際のターゲット値を知ることができるため、像性能焼きに伴った問題を発生することなく、本体搭載時における所望の像性能を得ることが可能となる利点がある。また、従来のように像性能焼きを同時に行うことも可能である。
【００１７】
ここで、シミュレーション又は実験に用いて中心波長のずれ量を測定したバンドフィルターとかかるフィルターに合わせて調整を行った投影レンズは本体に搭載する際には一対として使用する。
【００１８】
投影露光装置に搭載したバンドパスフィルターを交換する場合には、投影光学系の調整状態に応じて本体搭載時と同様な性能となる中心波長のバンドパスフィルターを選択し使用する。
【００１９】
本実施形態では、バンド幅のある光源として水銀ランプを用いた例を挙げて詳述する。しかし、当然のことであるが、本発明は以下に示した実施形態により限定されるものではない。
【００２０】
以下にバンドパスフィルターの中心波長が水銀ランプの中心波長と異なる場合の波面収差敏感度の算出法及び投影レンズ性能の把握方法を示す。像性能は様々な要因に依存するが、露光に用いられる照明光の半値中心波長にも依存する。バンドパスフィルターを透過する光線の半値中心波長は、バンドパスフィルターの中心波長と透過率分布によって決まるので半値中心波長の水銀ランプの中心波長からのシフト量は比較的容易に求めることができる。
【００２１】
まず、シミュレーションを活用した波面収差敏感度の算出方法及びレンズ性能把握方法及びレンズ調整方法の例を示す。
【００２２】
中心波長がｉ線基準波長のバンドパスフィルターでの波面収差と、バンドパスフィルターの中心波長が基準値（波長）からずれているバンドパスフィルターによる露光光での波面収差の差をシミュレーションにより算出し、半値中心波長シフト量に対する波面収差敏感度を求める（ステップ１００２）。
【００２３】
波面収差測定により投影レンズの波面収差データを求める（ステップ１００４）。
【００２４】
露光装置を使用する条件（モード）において、本体に搭載するバンドパスフィルターの中心波長シフト量を測定し、ステップ１００２で求めた半値中心波長変化量に対する波面収差敏感度にかけ合わせることで、フィルター中心波長シフトによる収差量が求まる（ステップ１００６）。
【００２５】
ここで、像面湾曲を例として、レンズの調整による収差の最適化の方法を示す。図１は、像面湾曲を例とした投影レンズの調整量を示すグラフである。ここで、基準値とは中心波長がｉ線基準波長からずれていないバンドパスフィルター（理想フィルター）であり、この際の像面湾曲はステップ１００４で求めた基準は長における波面収差測定器で測定された収差量だけとなり、かかる収差量を補正するようにレンズを調整すればよい（図１（ａ）参照）。しかし、中心波長がシフトしているバンドパスフィルターを用いる際には、ステップ１００４以外にステップ１００６のフィルター中心波長シフトによる収差量が発生することになり、レンズの調整量が変わってくることとなる（図１（ｂ）参照）。このような調整を様々な収差に対し、露光装置を使用する条件（モード）やレチクルやデバイスパターンによって行うことで投影レンズを作製することができる（ステップ１００８）。
【００２６】
次に、シミュレーションによる方法に比べ、多くの時間を必要とし様々な誤差も含む可能性があるが、もう一つの方法である実験による投影レンズ性能の把握方法及びレンズ調整方法の例を示す。
【００２７】
あらかじめバンドパスフィルターの中心波長をｉ線基準波長の前後で数ｎｍ程度シフトさせ、露光装置の使用条件における性能を実験で測定し、フィルターシフト量に対する像性能敏感度を調べる（ステップ２００２）。
【００２８】
その際に条件を決定するパラメーターとして挙げられるものは、各照明モード（ＮＡ、σ）、レチクル（バイナリー、ハーフトーン、レベンソン）、デバイスパターンがあり、各条件における性能は、ここでは像高別フォーカス差、左右線幅差、ディストーション、ＣＤ変化量などを測定し評価している。
【００２９】
使用するバンドパスフィルターのｉ線基準波長からの中心波長シフト量を測定する（ステップ２００４）。
【００３０】
以上により使用条件でのバンドパスフィルター中心波長のシフト量あたりの像性能変化量が求まり、これに波面収差測定器によって測定された波面収差データを足し込むことで、バンドパスフィルター中心のずれ量に応じた正確な投影レンズ性能を算出でき、上述したレンズ調整方法と同様に投影レンズを作製することができる（ステップ２００６）。
【００３１】
以下、上述の方法により作製した投影レンズを用いた露光装置の一例を説明する。図２は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。露光装置１００は、ステップ＆リピート方式、あるいはステップ＆スキャン方式でウェハ１０上の複数個の領域にデバイスパターンを露光する露光装置である。
【００３２】
また、図２において、１は光源であって、図３に示すような分光出力特性を有する水銀ランプの光束から楕円ミラー２などを用いて、３００ｎｍ乃至４００ｎｍの範囲の光束を抜き出し、ｉ線フィルター３でｉ線付近の数ｎｍ幅の光束を抜き出すようにしている。ここで、図３は、図２に示す光源１である水銀ランプの分光出力を示すグラフである。
【００３３】
しかし、ここで図４（ａ）に示すように、使用している狭帯域ｉ線フィルター中心がｉ線基準波長からシフトしてしまっている場合、図４（ｂ）に示すように、ｉ線のスペクトル半値中心が所望の値からシフトしてしまう。このように、ｉ線に用いるバンドパスフィルターの中心波長がｉ線基準波長よりずれていることが、図４（ｂ）に示すように、半値中心波長がずれるという現象を導き、これによって以下に露光手順を示した露光装置における被露光面（ウェハなど）で、ｉ線に用いるバンドパスフィルター半値中心波長がｉ線基準波長であるときと比べ、像性能に差が生じることとなる。ここで、図４（ａ）は、露光装置におけるバンドパスフィルター中心がシフトした際のフィルターのカット特性を示すグラフであり、図４（ｂ）は、露光装置におけるバンドパスフィルター中心がシフトした際のｉ線スペクトルを示すグラフである。
【００３４】
よって、ここで必要となるのはあらかじめ、バンドパスフィルターのスペクトル半値中心波長がｉ線基準波長からシフトする量による像性能変化量をシミュレーション又は実験により算出しておくことで、本体に搭載するバンドパスフィルターの中心波長ずれ量に応じた像性能変化量を波面収差データに足し込むことで、投影レンズを間隔、偏心、回し、非球面加工などの調整により作り込みをすることができる。
【００３５】
これによって露光装置１００本体に投影レンズを搭載した際に、レンズの作り込みの際に使用したバンドパスフィルターを用いれば、露光光のスペクトル半値中心波長がｉ線基準波長と異なった際にも、理想的な露光光で得られる像性能と同じ精度の結果を得ることが可能となる。
【００３６】
露光装置１００本体において、バンドパスフィルターであるｉ線フィルター３を通過したｉ線スペクトルは図示しないレンズにより一旦集光し、面内反射部材４に入射し、内面反射部材４の光射出面に形成された均一な光強度分布の光束は、図示しないレンズ系によってハエの目レンズ５の光入射面に投影する。そして、ハエの目レンズ５の光射出面に形成された集光点群は２次光源として利用し照明領域を均一に照明することとなり、絞り６の位置での均一な光強度分布をリレー光学系によりレチクル７の大きさと形状に投影し、レチクル７を照明する。レチクル７上のパターンは投影光学系８によって半導体ウェハ等のレジストが塗布された基板１０上に結像される。
【００３７】
投影光学系８は公知のものであるが、ここではバンドパスフィルターの中心波長を考慮して作製した投影レンズを搭載したものとする。また、露光装置１００に搭載するバンドパスフィルターは投影レンズの調整を行った際に使用したものとする。
【００３８】
投影光学系８としては、基本的に屈折系からより成る系、レンズと凹面鏡より成る系、レンズと凹面鏡より成るカタジオプトリック系があり、レチクル７の位置や基板１０の位置が光軸方向にずれても、投影倍率が変化しないレチクル７側と基板１０側の双方がテレセントリックな系である。
【００３９】
また、投影光学系８には、開口径が可変な開口絞り９が設けられ、開口絞り９の開口径を調整することで開口数（ＮＡ）を調整して、明るさ、解像度、焦点深度を制御する。
【００４０】
本発明では、バンドパスフィルターの中心波長を考慮して調整を行った投影レンズで投影光学系８を構成しているので、バンドパスフィルターの中心波長ずれにより、ｉ線スペクトル半値中心波長が変化した場合でも、結像性能において理想的ｉ線中心波長であるバンドパスフィルターを用いた場合と像性能における差が発生しないという結果が得られる。
【００４１】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、バンドパスフィルターの中心波長の違いによる像性能への影響を考慮した像性能変化量をシミュレーション又は実験により算出することで、レンズの収差を最適な状態に調整することが可能となる。また、時間がかかり様々な誤差を含む可能性のある像性能焼きをしなくとも、投影レンズの性能を把握することが可能となる。従って、大幅な製造時間の短縮、誤差を最小限に抑えた投影レンズ作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】像面湾曲を例とした投影レンズの調整量を示すグラフである。
【図２】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図３】図２に示す光源である水銀ランプの分光出力を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は、露光装置におけるバンドパスフィルター中心がシフトした際のフィルターのカット特性を示すグラフ、図４（ｂ）は、露光装置におけるバンドパスフィルター中心がシフトした際のｉ線スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　　　　　光源
２　　　　　　　　楕円ミラー
３　　　　　　　　ｉ線フィルター
４　　　　　　　　内面反射部材
５　　　　　　　　ハエの目レンズ
６　　　　　　　　絞り
７　　　　　　　　レチクル
８　　　　　　　　投影光学系
９　　　　　　　　開口絞り
１０　　　　　　　基板
１００　　　　　　露光装置

Claims (4)

1. 複数の発光スペクトルを有する光源と、当該光源からの光によって回路パターンを照明する照明光学系と、前記回路パターンを感光基盤上に投影する投影光学系を有する露光装置において、
   前記照明光学系は、前記光源の発光スペクトルの中から１つの輝線スペクトルのみを透過するバンドパスフィルターを有し、
   前記バンドパスフィルターの中心波長に応じて前記投影光学系の収差状態を変更することを特徴とする投影光学系の作製方法。
2. 前記バンドフィルターの中心波長に対する、前記投影光学系の収差変化量をあらかじめ計算し、波面収差測定器で計測された前記投影光学系の収差と、前記収差変化量を基に、前記投影光学系の収差状態を決定することを特徴とする請求項１記載の投影光学系の作製方法。
3. 前記バンドパスフィルターの中心波長に対する、前記投影光学系の収差変化量を事前に露光実験から算出し、波面収差測定器で計測された前記投影光学系の収差と、前記収差変化量を基に、前記投影光学系の収差状態を決定することを特徴とする請求項１記載の投影光学系の作製方法。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の作製方法で作製された投影光学系を搭載したことを特徴とする露光装置。

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