JP2008130827A - Exposure apparatus and exposure method - Google Patents
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Abstract
【課題】露光光が入射する領域の中心が光学素子の中心とずれている場合に生じる回転非対称な光学特性の変動を抑制し、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できるようにする。
【解決手段】露光装置は、露光光を出射する露光光源と、非対称入射光学素子15と、駆動手段16とを備えている。非対称入射光学素子15は、中心軸を持ち、その中心軸と露光光が入射する領域である露光光入射領域21の中心位置とがずれている。駆動手段16は、非対称入射光学素子15をその中心軸を中心に回転させる。
【選択図】図2The present invention provides a high-resolution and high-precision exposure apparatus by suppressing fluctuations in rotationally asymmetric optical characteristics that occur when the center of a region where exposure light is incident is shifted from the center of an optical element.
An exposure apparatus includes an exposure light source that emits exposure light, an asymmetric incident optical element, and a driving means. The asymmetric incident optical element 15 has a central axis, and the central position of the asymmetric incident optical element 15 is shifted from the central position of the exposure light incident area 21 that is an area where the exposure light is incident. The driving means 16 rotates the asymmetric incident optical element 15 about its central axis.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は露光装置及び露光方法に関し、特に高解像度且つ高精度の露光装置及び露光方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method, and more particularly, to an exposure apparatus and an exposure method with high resolution and high accuracy.
近年、半導体集積回路の高集積化が進み、ゲート長が100nmを切った現在でもムーアの法則に従い微細化の一途を辿っている。このため、リソグラフィにおいて、波長が193nmのフッ化アルゴン(ArF)レーザ光を用い、露光波長の半分以下の解像度が求められている。 In recent years, semiconductor integrated circuits have been highly integrated, and even now, when the gate length is less than 100 nm, miniaturization is being continued according to Moore's law. Therefore, in lithography, an argon fluoride (ArF) laser beam having a wavelength of 193 nm is used, and a resolution that is half or less of the exposure wavelength is required.
また、露光装置には、ウェハの表面高さの変動及びフォーカス検出のばらつき等を吸収するために、解像度と共にある程度の焦点深度が必要とされる。 In addition, the exposure apparatus requires a certain depth of focus together with the resolution in order to absorb fluctuations in the surface height of the wafer, variations in focus detection, and the like.
このような超高解像度と焦点深度とを実現する方法として、投影光学系の下面とウェハ表面との間に水等の液体を満たす液浸法が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。液体中において露光光の波長は、空気中のn分の1(但し、nは液体の屈折率。)となるため、液浸法を用いることにより解像度の向上と焦点深度の拡大とが実現できる。 As a method for realizing such ultra-high resolution and depth of focus, an immersion method in which a liquid such as water is filled between the lower surface of the projection optical system and the wafer surface has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .) Since the wavelength of exposure light in liquid is 1 / n in air (where n is the refractive index of the liquid), the resolution can be improved and the depth of focus can be increased by using the immersion method. .
一方、露光光の波長が短くなると、投影光学系の光路を長くする必要がある。このため、露光装置の投影光学系に屈折光学系を用いた場合には、レンズ鏡筒長が大幅に長くなってしまう。従って、露光装置の高さが3メートルを大幅に超えることになってしまい、装置のメンテナンスを行うための天井高さを考えると現行のクリーンルームの天井高さを大幅に高くしなければならない。現実的には現行のクリーンルームの天井高さを大幅に変えることは困難であり、屈折型光学系に反射ミラーを組み合わせたいわゆる反射屈折型光学系が採用されている(例えば、特許文献2を参照。)。 On the other hand, when the wavelength of the exposure light is shortened, it is necessary to lengthen the optical path of the projection optical system. For this reason, when a refractive optical system is used as the projection optical system of the exposure apparatus, the lens barrel length is significantly increased. Therefore, the height of the exposure apparatus greatly exceeds 3 meters, and the ceiling height of the current clean room must be greatly increased in consideration of the ceiling height for performing maintenance of the apparatus. In reality, it is difficult to significantly change the ceiling height of the current clean room, and a so-called catadioptric optical system in which a reflective mirror is combined with a refractive optical system is employed (see, for example, Patent Document 2). .)
また、ハーフピッチが32nm以下のパターン形成には、露光装置の光源としてArFレーザ光よりもさらに波長が短い極紫外線(EUV)を用いることが有力視されているが、EUVを用いる場合の投影光学系も反射屈折型光学系が主流となると予測される。
しかしながら、反射屈折型光学系には以下のような問題がある。一般に、光学素子は、露光波長の光に対する透過率が高い材料により形成されているが、光学素子に若干の光吸収が生じることを避けることができない。光学素子に光が吸収されると、その光は熱エネルギーに変換されるため、光学素子内に熱が蓄積されることになる。これにより、光学素子内において露光光が照射された領域と露光光が照射されていない領域との間に温度分布が発生する。光学素子内に温度分布が発生すると、光学素子の光学特性が変動してしまうレンズヒーティングが発生する。光学素子の温度分布が、光学素子の中心軸に対して回転対称となる場合には、光学特性も光学素子の中心に対して回転対称となるように変動し、倍率変動及び光軸上焦点位置変動等が生じる。このような変動は、露光量に対する光学変動係数を装置に保有させ、露光量ごとに光学調整を入れることにより比較的容易に補正することが可能である。 However, the catadioptric optical system has the following problems. In general, an optical element is made of a material having a high transmittance with respect to light having an exposure wavelength. However, it is inevitable that the optical element slightly absorbs light. When light is absorbed by the optical element, the light is converted into heat energy, so that heat is accumulated in the optical element. As a result, a temperature distribution is generated between the region irradiated with the exposure light and the region not irradiated with the exposure light in the optical element. When a temperature distribution is generated in the optical element, lens heating that changes the optical characteristics of the optical element occurs. When the temperature distribution of the optical element is rotationally symmetric with respect to the center axis of the optical element, the optical characteristics also change so as to be rotationally symmetric with respect to the center of the optical element. Variations occur. Such variation can be corrected relatively easily by making the apparatus have an optical variation coefficient with respect to the exposure amount, and making optical adjustment for each exposure amount.
一方、光学素子の温度分布が、光学素子の中心軸に対して回転対称とならない場合には、非点収差の増大及び焦点位置変動が光軸上からはずれてしまう等の光学特性の変動が生じる。このような、光学特性の変動に対しては、光学系の微調整により補正を行うことが技術的に困難である。 On the other hand, when the temperature distribution of the optical element is not rotationally symmetric with respect to the central axis of the optical element, fluctuations in optical characteristics occur such as an increase in astigmatism and a change in focal position off the optical axis. . It is technically difficult to correct such a change in optical characteristics by fine adjustment of the optical system.
反射屈折型光学系は大きく単軸(uni-axial)系と複軸(multi-axial)系の2つにわけられるが、どちらにおいても一部の光学素子において、露光光が光学素子の中心軸とは中心がずれた位置にある領域に入射することになる。例えば、図8に示すようなuni-axial系の光学系においては、レチクルMに最も近い位置にあるレンズG11には、レンズの左側半分のみにレチクル像が投影されるため、投影領域の中心とレンズの中心とが大きくずれてしまう。このため、レンズの左側半分の温度が上昇し、レンズを構成する硝材が不均一に膨張するため、レンズは回転非対称に歪んでしまう。 The catadioptric optical system is roughly divided into two types, a uni-axial system and a multi-axial system. In either of the optical elements, the exposure light is the central axis of the optical element. Means that the light is incident on a region whose center is shifted. For example, in a uni-axial optical system as shown in FIG. 8, since the reticle image is projected only on the left half of the lens on the lens G11 closest to the reticle M, the center of the projection area The center of the lens deviates greatly. For this reason, the temperature of the left half of the lens rises and the glass material constituting the lens expands unevenly, so that the lens is distorted rotationally asymmetrically.
また、EUVにおいて採用されるシュバルトシルト光学系なども、同様のメカニズムで光学素子上に非回転対称な熱膨張が生じ、回転非対称な光学特性の変動が生じる可能性がある。 In addition, the Schwartschild optical system and the like employed in EUV may cause non-rotationally symmetric thermal expansion on the optical element by the same mechanism, and may cause rotationally asymmetric fluctuations in optical characteristics.
本発明は、前記従来の問題を解決し、露光光が入射する領域の中心が光学素子の中心とずれている場合に生じる回転非対称な光学特性の変動を抑制し、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できるようにすることを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, suppresses rotationally asymmetric fluctuations in optical characteristics that occur when the center of the area where exposure light is incident is shifted from the center of the optical element, and achieves high resolution and high accuracy. It is an object to realize an exposure apparatus.
前記の目的を達成するため、本発明は露光装置を、中心軸とはずれた位置に露光光が入射する領域の中心がある光学素子を回転させる手段を備えた構成とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured such that the exposure apparatus is provided with means for rotating an optical element having the center of a region where exposure light is incident at a position deviated from the central axis.
具体的に、本発明に係る第1の露光装置は、露光光を出射する露光光源と、中心軸を持ち、その中心軸と露光光が入射する領域である露光光入射領域の中心位置とがずれている非対称入射光学素子と、非対称入射光学素子をその中心軸を中心に回転させる駆動手段とを備えていることを特徴とする。 Specifically, a first exposure apparatus according to the present invention includes an exposure light source that emits exposure light, a central axis, and the central axis of the exposure light incident area that is an area where the exposure light is incident. The asymmetric incident optical element is shifted, and driving means for rotating the asymmetric incident optical element about its central axis is provided.
第1の露光装置によれば、非対称入射光学素子をその中心軸を中心に回転させる駆動手段を備えているため、露光光入射領域の中心と光学素子の中心軸とがずれている非対称入射光学素子において、露光光入射領域以外の領域にも光を入射させることができる。従って、非対称入射光学素子の熱膨張が非対称入射光学素子の中心に対して回転対称となるようにすることができるので、非対称入射光学素子に補正が困難な回転非対称な光学特性変動が生じることを抑えることが可能となる。その結果、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できる。 According to the first exposure apparatus, since the drive means for rotating the asymmetric incident optical element about its central axis is provided, the center of the exposure light incident area and the central axis of the optical element are shifted from each other. In the element, light can be incident on a region other than the exposure light incident region. Accordingly, since the thermal expansion of the asymmetrical incident optical element can be rotationally symmetric with respect to the center of the asymmetrical incident optical element, the rotationally asymmetric optical characteristic variation that is difficult to correct is generated in the asymmetrical incident optical element. It becomes possible to suppress. As a result, an exposure apparatus with high resolution and high accuracy can be realized.
第1の露光装置において、非対称入射光学素子の回転位置を検出する位置検出手段をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、非対称入射光学素子を回転させて、露光光入射領域以外の領域に光を入射させて熱膨張の補正を行った後、再び非対称入射光学素子を元の位置に正確に戻すことが可能となる。このため、収差精度が悪化することを防止することができる。 It is preferable that the first exposure apparatus further includes position detection means for detecting the rotational position of the asymmetric incident optical element. With such a configuration, the asymmetrical incident optical element is rotated, and light is incident on an area other than the exposure light incident area to correct thermal expansion, and then the asymmetrical incident optical element is returned to its original position. It becomes possible to return accurately. For this reason, it is possible to prevent the aberration accuracy from deteriorating.
この場合において、位置検出手段は、非対称入射光学素子に取り付けられたマーカと、マーカを検出する検知器とを含むことが好ましい。 In this case, the position detecting means preferably includes a marker attached to the asymmetric incident optical element and a detector for detecting the marker.
本発明に係る第2の露光装置は、露光光を出射する露光光源と、中心軸を持ち、その中心軸と露光光が入射する領域である露光光入射領域の中心位置とがずれている非対称入射光学素子と、非対称入射光学素子の温度分布を、その中心軸に対して回転対称性を有するように補償する補償光を非対称入射光学素子に照射する補償光照射手段とを備えていることを特徴とする。 The second exposure apparatus according to the present invention has an exposure light source that emits exposure light, an asymmetrical axis that has a central axis, and the central axis of the exposure light incident area that is an area where the exposure light is incident is shifted. An incident optical element; and compensation light irradiation means for irradiating the asymmetric incident optical element with compensation light for compensating the temperature distribution of the asymmetric incident optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis thereof. Features.
第2の露光装置によれば、非対称入射光学素子の温度分布を、その中心軸に対して回転対称性を有するように補償する補償光を非対称入射光学素子に照射する補償光照射手段を備えているため、非対称入射光学素子に不均一な熱膨張が生じることを防ぐことができる。従って、非対称入射光学素子に補正が困難な回転非対称な光学特性変動が生じることを抑えることができるので、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できる。 According to the second exposure apparatus, there is provided compensation light irradiating means for irradiating the asymmetric incident optical element with compensation light for compensating the temperature distribution of the asymmetric incident optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis. Therefore, it is possible to prevent uneven thermal expansion from occurring in the asymmetric incident optical element. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of rotationally asymmetric optical characteristic fluctuations that are difficult to be corrected in the asymmetric incident optical element, so that an exposure apparatus with high resolution and high accuracy can be realized.
第2の露光装置において、補償光は、非対称入射光学素子の全体に照射することが好ましく、非対称入射光学素子における露光光入射領域を除く領域に照射してもよい。また非対称入射光学素子における補償光の照射領域の位置と露光光入射領域の位置とは、非対称入射光学素子の中心軸に対して回転対称となる位置であることが好ましい。このような構成とすることにより、非対称入射光学素子の温度分布を中心軸に対して回転対称に確実にすることができる。 In the second exposure apparatus, the compensation light is preferably applied to the entire asymmetric incident optical element, and may be applied to an area other than the exposure light incident area in the asymmetric incident optical element. In addition, the position of the compensation light irradiation region and the position of the exposure light incident region in the asymmetric incident optical element are preferably rotationally symmetric with respect to the central axis of the asymmetric incident optical element. By adopting such a configuration, the temperature distribution of the asymmetrical incident optical element can be surely rotationally symmetric with respect to the central axis.
第2の露光装置において補償光照射手段は、補償光を出射する補償光光源と、補償光を非対称入射光学素子に入射させる光路を制御する補償光光学系とを有していることが好ましい。このような構成とすることにより、非対称入射光学素子の特定の領域に補償光を照射することが可能となる。 In the second exposure apparatus, the compensation light irradiating means preferably includes a compensation light source that emits compensation light and a compensation light optical system that controls an optical path through which the compensation light is incident on the asymmetric incidence optical element. By adopting such a configuration, it becomes possible to irradiate the compensation light to a specific region of the asymmetric incident optical element.
この場合において補償光光学系は、非対称入射光学素子における補償光の照射領域の大きさを制御するズーム機構を有していることが好ましい。また、非対称入射光学素子における補償光の照射領域の位置を制御する走査機構を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、補償光の光量、照射範囲及び照射位置を制御することが可能となり、非対称入射光学素子の温度制御をより高精度に行うことができる。 In this case, the compensation light optical system preferably has a zoom mechanism for controlling the size of the irradiation region of the compensation light in the asymmetric incident optical element. Moreover, it is preferable to have a scanning mechanism for controlling the position of the compensation light irradiation region in the asymmetrical incident optical element. With such a configuration, it becomes possible to control the amount of compensation light, the irradiation range, and the irradiation position, and the temperature control of the asymmetrical incident optical element can be performed with higher accuracy.
第2の露光装置において、非対称入射光学素子をその中心軸を中心に回転させる駆動手段をさらに備えていることが好ましい。このような構成としても、非対称入射光学素子の至適な位置に補償光を入射させることが可能となる。 In the second exposure apparatus, it is preferable that the second exposure apparatus further includes driving means for rotating the asymmetric incident optical element about its central axis. Even with such a configuration, the compensation light can be incident on the optimal position of the asymmetrical incident optical element.
第1及び第2の露光装置において、非対称入射光学素子の温度分布を測定する温度分布計測手段をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、非対称入射光学素子の温度分布の補償を確実に行うことが可能となる。また温度分布に偏りが生じた場合にのみ補償光を入射させることが可能となり、作業効率を向上させることが可能となる。さらに、正確な温度制御が可能となる。 The first and second exposure apparatuses preferably further include a temperature distribution measuring unit that measures the temperature distribution of the asymmetric incident optical element. With such a configuration, it becomes possible to reliably compensate for the temperature distribution of the asymmetrical incident optical element. Further, it becomes possible to allow the compensation light to be incident only when the temperature distribution is biased, and it is possible to improve the working efficiency. Furthermore, accurate temperature control is possible.
この場合において温度分布計測手段は、赤外線センサ又は非対称入射光学素子の外周部に埋め込まれた熱電対を含むことを特徴とする。 In this case, the temperature distribution measuring means includes an infrared sensor or a thermocouple embedded in the outer peripheral portion of the asymmetric incident optical element.
第1及び第2の露光装置において非対称入射光学素子は、レンズ又は反射鏡であることが好ましい。 In the first and second exposure apparatuses, the asymmetric incident optical element is preferably a lens or a reflecting mirror.
本発明に係る露光方法は露光光源からの露光光を、光学素子の中心軸とは中心位置がずれた露光光入射領域に入射させるステップ(a)と、光学素子に補償光を照射することにより、光学素子の温度分布を、光学素子の中心軸に対して回転対称性を有するように補償するステップ(b)とを備えていることを特徴とする。 The exposure method according to the present invention includes a step (a) in which exposure light from an exposure light source is incident on an exposure light incident region whose center position is deviated from the central axis of the optical element, and irradiating the optical element with compensation light. And (b) compensating the temperature distribution of the optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis of the optical element.
本発明の露光方法は、光学素子に補償光を照射することにより、光学素子の温度分布を、光学素子の中心軸に対して回転対称性を有するように補償するステップを備えているため、光学特性の熱膨張が等方性を有するようにすることができる。従って、光学素子に補正が困難な回転非対称な特性変動が生じることを抑えることができるので、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できる。 The exposure method of the present invention includes a step of compensating the temperature distribution of the optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis of the optical element by irradiating the optical element with compensation light. The characteristic thermal expansion can be made isotropic. Accordingly, since it is possible to suppress the occurrence of rotationally asymmetric characteristic fluctuations that are difficult to correct in the optical element, it is possible to realize an exposure apparatus with high resolution and high accuracy.
本発明の露光方法において、光学素子における補償光の入射領域の位置と露光光入射領域の位置とは、光学素子の中心軸に対して回転対称となる位置であることが好ましい。このような構成とすることにより、光学素子の温度分布を、光学素子の中心軸に対して回転対称に確実にすることが可能となる。 In the exposure method of the present invention, the position of the compensation light incident area and the position of the exposure light incident area in the optical element are preferably rotationally symmetric with respect to the central axis of the optical element. With such a configuration, it becomes possible to ensure the temperature distribution of the optical element in rotational symmetry with respect to the central axis of the optical element.
本発明の露光方法において、補償光は露光光源から照射され、ステップ(a)における露光光の光量と、ステップ(b)における補償光の光量とは等しいことが好ましい。このような構成とすることにより、光学素子の温度分布を、光学素子の中心軸に対して回転対称に確実にすることが可能となる。また、補償の操作も容易となる。 In the exposure method of the present invention, the compensation light is emitted from the exposure light source, and the amount of exposure light in step (a) is preferably equal to the amount of compensation light in step (b). With such a configuration, it becomes possible to ensure the temperature distribution of the optical element in rotational symmetry with respect to the central axis of the optical element. Also, the compensation operation is facilitated.
本発明の露光方法において、補償光は露光光とは異なる波長の光であり、ステップ(b)における補償光は、ステップ(a)における露光光の光量に、露光光の光学素子への熱吸収係数と補償光の光学素子への熱吸収係数との比の値を乗じた光量を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、安価な光源を補償光源として用いることができ、ランニングコストを抑えることが可能となる。 In the exposure method of the present invention, the compensation light is light having a wavelength different from that of the exposure light, and the compensation light in step (b) is absorbed by the optical element of the exposure light in the amount of exposure light in step (a). It is preferable that the amount of light is obtained by multiplying the value of the ratio between the coefficient and the heat absorption coefficient of the compensation light to the optical element. With such a configuration, an inexpensive light source can be used as the compensation light source, and the running cost can be suppressed.
本発明の露光方法において、ステップ(a)とステップ(b)との間に、光学素子の温度分布を計測するステップ(c)をさらに備え、ステップ(b)は、温度分布が予め決められた条件を満たす場合に行うことが好ましい。このような構成とすることにより、補償光の照射を必要な場合のみに行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。 In the exposure method of the present invention, a step (c) for measuring the temperature distribution of the optical element is further provided between the steps (a) and (b), and in the step (b), the temperature distribution is predetermined. This is preferably performed when the condition is satisfied. By adopting such a configuration, it becomes possible to perform irradiation of compensation light only when necessary, and work efficiency can be improved.
本発明の露光方法において、ステップ(a)よりも前に、ステップ(a)を実行した後における光学素子の温度分布を予測し、予測した温度分布に基づいて、ステップ(b)における補償光の光量と、補償光の入射領域の位置とを算出するステップ(d)をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、補償光の照射を必要な場合のみに必要な範囲に行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。 In the exposure method of the present invention, prior to step (a), the temperature distribution of the optical element after executing step (a) is predicted, and based on the predicted temperature distribution, the compensation light in step (b) It is preferable that the method further includes a step (d) of calculating the amount of light and the position of the compensation light incident area. By adopting such a configuration, it becomes possible to perform compensation light irradiation in a necessary range only when necessary, and work efficiency can be improved.
この場合において工程(d)は、露光レシピとして設定される露光条件と、マスクタイプと、露光量と、ショット数と、露光枚数とから温度分布を予測するステップを含むことが好ましい。 In this case, the step (d) preferably includes a step of predicting a temperature distribution from the exposure conditions set as an exposure recipe, the mask type, the exposure amount, the number of shots, and the number of exposures.
本発明に係る露光装置及び露光方法によれば、露光光が入射する領域の中心が光学素子の中心とずれている場合に生じる回転非対称な光学特性の変動を抑制し、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現できる。 According to the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, it is possible to suppress a rotationally asymmetric variation in optical characteristics that occurs when the center of a region where exposure light is incident deviates from the center of the optical element, and to achieve high resolution and high accuracy. A simple exposure apparatus can be realized.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態に係る露光装置の要部を示している。第1の実施形態に係る露光装置は、例えばフッ化アルゴン(ArF)レーザ光を照射する露光光源11と、レチクルマスク12のパターンを基板13に投影するための投影光学系14とを備えている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of an exposure apparatus according to the first embodiment. The exposure apparatus according to the first embodiment includes an
投影光学系14は、それぞれがレンズ又は反射鏡等である複数の光学素子により構成された反射屈折型光学系であり、複数の光学素子のうちの少なくとも1つは、露光光が入射する露光光入射領域の中心が光学素子の中心軸からずれている非対称入射光学素子である。
The projection
図2は本実施形態における露光装置の投影光学系14に設けられた非対称入射光学素子15の部分を拡大して示している。本実施形態の非対称入射光学素子15はレンズであり、レンズの中心軸からずれた位置に中心がある露光光入射領域21に露光光源11からの露光光が入射する。
FIG. 2 is an enlarged view of a portion of the asymmetric incident
露光光が非対称入射光学素子15に入射すると、露光光入射領域21においては光の吸収により温度が上昇して熱膨張する。一方、露光光が入射していない領域の温度上昇は露光光入射領域21と比べて小さいため、非対称入射光学素子15に熱膨張による歪みが生じる。露光光入射領域の中心と光学素子の中心軸とが一致している場合には、光学素子の温度分布が光学素子の中心軸に対して回転対称性を有するため、歪みも回転対称性を有する。このため、歪みによる光学特性の変動を補正することができる。しかし、露光光入射領域の中心と光学素子の中心軸とが一致していない非対称入射光学素子15の場合には、回転非対称な歪みが生じ、補正が困難な光学特性の変動が生じる。
When the exposure light is incident on the asymmetrical incident
しかし、本実施形態の非対称入射光学素子15は、駆動手段16と接続されており、非対称入射光学素子15は、その中心軸を中心に回転させることができる。このため、露光光が露光光入射領域21に入射することにより、露光光入射領域21の温度が上昇し、光学素子の温度分布に回転非対称な偏りが生じた場合には、非対称入射光学素子15を回転させて、他の領域に露光光を入射させることにより、非対称入射光学素子15内の温度分布が回転対称性を有するように補償することができる。なお、非対称入射光学素子15が取り付けられた鏡筒全体を回転させてもよい。
However, the asymmetric incident
温度分布を補償するために露光光を照射する補償露光は、非対称入射光学素子15の中心軸に対して露光光入射領域21と回転対称となる補償光入射領域22に対して行えばよい。また、この際の光量は、露光光入射領域21に入射した光量と等しくなるようにすればよい。このようにすれば、非対称入射光学素子15の温度分布が中心軸に対して回転対称となるため、非対称入射光学素子15の歪みは中心軸に対して回転対称となる。従って、非対称入射光学素子15の光学特性の変動を補償することが可能となる。
Compensation exposure for irradiating exposure light to compensate for the temperature distribution may be performed on the compensation
また、非対称入射光学素子15における露光光入射領域21以外の領域に均等に照射して、非対称入射光学素子15の温度分布が均一となるようにしてもよい。
Further, the temperature distribution of the asymmetric incident
補償露光は、1枚のウェハに露光するごとに行うことが効果的であるが、生産性及びランニングコストの観点からは、一定枚数のウェハを処理するごとに行ったり、1ロットごとに行ったりすることが好ましい。 Compensation exposure is effective every time a single wafer is exposed, but from the viewpoint of productivity and running cost, it is performed every time a certain number of wafers are processed, or every lot. It is preferable to do.
また、露光レシピ等に基づいて、非対称入射光学素子15の温度分布を予測して、予測値が許容範囲を超える時点において補償露光を行うようにしてもよい。具体的には、予め露光量、照明条件及びショット数等のパラメータと、非対称入射光学素子15の温度分布との相関を経験値又は計算により求めておく。その上で、露光前に露光レシピとして照明条件、マスクタイプ、露光量、ショット数及び露光枚数等を設定する際に、予め求めた経験値又は計算値に基づいて、露光量及び露光ショット数から算出される非対称入射光学素子15の単位面積当たりの熱蓄積量と、露光枚数とショット数から算出される露光間隔から非対称入射光学素子15におけるショットごとの熱蓄積量とを算出する。この結果を元に補償露光の光量及び補償露光を行う領域を算出して補償露光を行うことにより、非対称入射光学素子15の温度分布を高精度に管理することが可能となる。
Further, the temperature distribution of the asymmetric incident
また、図3に示すように非対称入射光学素子15の温度分布をモニタする温度分布計測手段17を設け、非対称入射光学素子15の温度分布が許容範囲をはずれた場合に、露光光入射領域21以外の領域に対する露光光の照射を行うようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, a temperature distribution measuring means 17 for monitoring the temperature distribution of the asymmetric incident
この場合、温度分布計測手段17は例えば赤外線センサを用いればよい。また、非対称入射光学素子15に熱電対等を取り付けて非対称入射光学素子15の温度分布を測定してもよい。
In this case, the temperature distribution measuring means 17 may be an infrared sensor, for example. Further, the temperature distribution of the asymmetric incident
なお、具体的な許容温度分布は、非対称入射光学素子15を形成する材料及び設計等に依存し、その補償光の照射量は非対称入射光学素子15における補償光の単位面積当たりの熱吸収係数を経験的に又は計算により求めて決定することが好ましい。
The specific allowable temperature distribution depends on the material and design of the asymmetric incident
また、半導体デバイス製造用に用いられる露光装置は、ショット内において、数nmの線幅制御を行うことが求められており、レンズに要求される収差精度も高い。現行のレンズ加工精度では十分な性能が引き出せない場合等には、複数のレンズを組み合わせることにより最適化して収差を抑制する。このため、複数の光学素子を投影光学系に用いる場合には、露光光が常に光学素子の同一部分を透過又は反射することが望ましい。このため、非対称入射光学素子15の回転位置を検出するための位置検出手段18を設け、補償露光を行った後、非対称入射光学素子15を正確に元の位置に戻せるようにすることが好ましい。
Further, an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device is required to perform a line width control of several nm in a shot, and aberration accuracy required for a lens is high. When sufficient performance cannot be obtained with the current lens processing accuracy, the aberration is suppressed by optimizing by combining a plurality of lenses. For this reason, when a plurality of optical elements are used in the projection optical system, it is desirable that the exposure light always transmits or reflects the same part of the optical element. For this reason, it is preferable to provide position detecting means 18 for detecting the rotational position of the asymmetric incident
位置検出手段18は、例えば図4に示すように、非対称入射光学素子15の側面に設けられた位置マーカ32と、位置マーカ32を検出する位置センサである検出器33とにより構成すればよい。この場合、複数の位置マーカ32を非対称入射光学素子15の側面に設置し、露光を行う位置において、そのうち最低でも2つ以上の位置マーカ32の位置を読み取れるように複数の検出器33を設置することが好ましい。このようにすれば、非対称入射光学素子15を回転させて補償露光を行った後、非対称入射光学素子を精度良く元の位置に戻すことができる。
For example, as shown in FIG. 4, the position detection means 18 may be configured by a
また、このようにすれば、補償光を入射する領域を高精度に管理することも可能となる。なお、非対称入射光学素子15が取り付けられた鏡筒全体を回転させる場合には、非対称入射光学素子15自体ではなく鏡筒に位置マーカ32を設けてもよい。
In this way, it is also possible to manage the area where the compensation light is incident with high accuracy. In the case where the entire lens barrel to which the asymmetric incident
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。図5は第2の実施形態に係る露光装置の投影光学系14に設けられた非対称入射光学素子の部分を拡大して示している。図5において図2と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the asymmetric incident optical element provided in the projection
図5に示すように本実施形態の露光装置は、補償光照射手段を備えている。本実施形態の補償光照射手段は、露光光源とは別に設けられた補償光源41である。このため、補償光源41を非対称入射光学素子15の近傍に設け、露光光の照射に伴う非対称入射光学素子15の発熱量を十分上回るように補償光を非対称入射光学素子15に照射し、非対称入射光学素子15全体の温度を維持すれば、非対称入射光学素子15の温度補償を容易に行うことができる。
As shown in FIG. 5, the exposure apparatus of this embodiment includes a compensation light irradiation unit. The compensation light irradiation means of the present embodiment is a
この場合、補償光は非対称光学素子15の全体に入射するようにしても、マスク等を用いて、露光光入射領域21を除く領域に入射するようにしてもよい。また、補償光源41は、特に限定されないがハロゲンランプ等を用いることができる。補償光源41に安価な光源を用いることにより補償光源41のランニングコストを抑えることが可能となる。
In this case, the compensation light may be incident on the entire asymmetric
また、図6に示すように補償光照射手段を、補償光源41と補償光学系42との組み合わせとして、非対称入射光学素子15の補償光入射領域22に補償光を入射させるようにしてもよい。この場合、全体的な発熱を抑えることができる。図6において補償光学系42は、ハロゲンランプからなる補償光源41が収納された遮光ボックス42aと、遮光ボックス42aから取り出した補償光を集光するレンズ42b及びレンズ42cと、レンズ42cを補償光の光軸に沿って移動させるズーム機構43とを有している。遮光ボックス42aは指向性を有する光源を補償光源41として用いる場合には特に必要ない。また、ズーム機構43は、露光光が照射される補償光入射領域22の大きさをズーミングして補償光量を制御するためのものであり、必要に応じて設ければよい。
Further, as shown in FIG. 6, the compensation light irradiating means may be a combination of the
非対称入射光学素子15における補償光が入射する補償光入射領域22は、露光光入射領域21と非対称入射光学素子15の中心軸に対して回転対称となる領域とすればよい。また、カットアンドトライにより、非対称入射光学素子15の温度分布が最も均一となる領域を選択してもよい。
The compensation
補償光源41を露光光源11と別に設ける場合には、補償光の波長と露光光の波長とが異なるため、非対称入射光学素子15の発熱が、露光光と補償光とで異なってくる。このため、非対称入射光学素子15を形成する硝材並びに反射コート材及び反射解析材料等の材質を考慮して、露光光に対する熱吸収係数K1と補償光に対する熱吸収係数K2とを経験的に又はシミュレーションにより求め、補償光の光量を以下の式のように求めてもよい。
補償光の光量=露光光の光量×(K1/K2)
例えば、露光光にArFレーザ光を用い、補償光にハロゲンランプ光を用い、非対称入射光学素子が石英レンズの場合には、K1/K2が0.92となるため、補償光の光量は、露光光の光量の0.92倍とすればよい。
When the
Compensation light amount = exposure light amount × (K1 / K2)
For example, when ArF laser light is used as exposure light, halogen lamp light is used as compensation light, and the asymmetrical incident optical element is a quartz lens, K1 / K2 is 0.92. What is necessary is just to set it as 0.92 times the light quantity of light.
また、図7に示すように、補償光学系42に例えば可動式の反射ミラー42d及び可動式のレンズ42eを用いて走査機構44を設け、補償光を照射する補償光入射領域22を非対称入射光学素子15の任意の位置に設定できるようにしてもよい。この場合、露光レシピを元に経験値又はシミュレーション等により、用いる露光レシピごとに最適な補償光入射領域22の位置を算出して補償露光を行えば、非対称入射光学素子15の温度分布を高精度に管理することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 7, a
また、第1の実施形態において示したように、温度分布をモニタする温度分布計測手段を設け、モニタ結果に基づいて補償光入射領域22の非対称入射光学素子15における位置を算出して補償露光を行えば、非対称入射光学素子15の温度分布をさらに高精度に管理することが可能となる。
Further, as shown in the first embodiment, a temperature distribution measuring means for monitoring the temperature distribution is provided, and the compensation exposure is performed by calculating the position of the compensation
なお、補償光学系42を駆動して補償光が入射する領域を設定するのではなく、第1の実施形態のように非対称入射光学素子15を回転させることにより、補償光が入射する領域を設定してもよい。また、補償光学系42の駆動と非対称入射光学素子15の回転とを併用してもよい。
Instead of setting the region where the compensation light is incident by driving the compensation
また、第2の実施形態の露光装置においても、補償露光を行うタイミングは、第1の実施形態と同様に、一定のインターバルとしても、温度分布の予測又は実測に基づいて決定してもよい。 Also in the exposure apparatus of the second embodiment, the timing for performing the compensation exposure may be determined based on the prediction or actual measurement of the temperature distribution, even as a constant interval, as in the first embodiment.
なお、第2の実施形態において、補償光源41としてハロゲンランプを用いる例を示したが、非対称入射光学素子15に吸収され加熱できればどのような光源であってもよい。また、露光光源と同一の光源を用いれば、ランニングコスト等の問題はあるが、露光光量の計算を容易に且つ正確に行うことが可能になるというメリットがある。
In the second embodiment, the halogen lamp is used as the
第1の実施形態及び第2の実施形態において、非対称入射光学素子15がレンズの場合を説明したが、反射ミラーであってもよい。また、非対称入射光学素子15は、投影光学系14に複数含まれていてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the case where the asymmetrical incident
また、露光光がArFレーザ光の場合について説明したが、フッ化クリプトンレーザ光、極紫外線等であってもよい。 Further, although the case where the exposure light is ArF laser light has been described, it may be krypton fluoride laser light, extreme ultraviolet light, or the like.
また、反射屈折型光学系に限らず、光学素子の中心とずれた位置に中心がある領域に露光光が入射する光学素子を有している場合には適用することができる。 Further, the present invention is not limited to a catadioptric optical system, and can be applied to a case where an optical element that allows exposure light to enter a region having a center shifted from the center of the optical element.
本発明の露光装置及び露光方法は、露光光が入射する領域の中心が光学素子の中心とずれている場合に生じる回転非対称な光学特性の変動を抑制し、高解像度で且つ高精度な露光装置を実現でき、特に半導体装置の製造に用いる高解像度且つ高精度の露光装置及び露光方法等として有用である。 The exposure apparatus and the exposure method of the present invention suppress high-resolution and high-accuracy exposure apparatus by suppressing fluctuations in rotationally asymmetric optical characteristics that occur when the center of a region where exposure light is incident is shifted from the center of an optical element. In particular, it is useful as a high-resolution and high-precision exposure apparatus and exposure method used for manufacturing semiconductor devices.
11 露光光源
12 レチクルマスク
13 基板
14 投影光学系
15 非対称入射光学素子
16 駆動手段
17 温度分布計測手段
18 位置検出手段
21 露光光入射領域
22 補償光入射領域
32 位置マーカ
33 検出器
41 補償光源
42 補償光学系
42a 遮光ボックス
42b レンズ
42c レンズ
42d 反射ミラー
42e レンズ
43 ズーム機構
44 走査機構
DESCRIPTION OF
Claims (21)
中心軸を持ち、その中心軸と前記露光光が入射する領域である露光光入射領域の中心位置とがずれている非対称入射光学素子と、
前記非対称入射光学素子をその中心軸を中心に回転させる駆動手段とを備えていることを特徴とする露光装置。 An exposure light source that emits exposure light;
An asymmetrical incident optical element having a central axis, the central axis of which is shifted from the central position of the exposure light incident region, which is a region where the exposure light is incident,
An exposure apparatus comprising: driving means for rotating the asymmetric incident optical element about its central axis.
中心軸を持ち、その中心軸と前記露光光が入射する領域である露光光入射領域の中心位置とがずれている非対称入射光学素子と、
前記非対称入射光学素子の温度分布を、その中心軸に対して回転対称性を有するように補償する補償光を前記非対称入射光学素子に照射する補償光照射手段とを備えていることを特徴とする露光装置。 An exposure light source that emits exposure light;
An asymmetrical incident optical element having a central axis, the central axis of which is shifted from the central position of the exposure light incident region, which is a region where the exposure light is incident,
Compensation light irradiating means for irradiating the asymmetric incidence optical element with compensation light for compensating the temperature distribution of the asymmetric incidence optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis thereof. Exposure device.
前記光学素子に補償光を照射することにより、前記光学素子の温度分布を、前記光学素子の中心軸に対して回転対称性を有するように補償するステップ(b)とを備えていることを特徴とする露光方法。 Making the exposure light from the exposure light source enter an exposure light incident area whose center position is deviated from the central axis of the optical element (a);
And (b) compensating the temperature distribution of the optical element so as to have rotational symmetry with respect to the central axis of the optical element by irradiating the optical element with compensation light. Exposure method.
前記ステップ(a)における前記露光光の光量と、前記ステップ(b)における前記補償光の光量とは等しいことを特徴とする請求項15又は16に記載の露光方法。 The compensation light is emitted from the exposure light source,
The exposure method according to claim 15 or 16, wherein a light amount of the exposure light in the step (a) is equal to a light amount of the compensation light in the step (b).
前記ステップ(b)における前記補償光は、前記ステップ(a)における前記露光光の光量に、前記露光光の前記光学素子への熱吸収係数と前記補償光の前記光学素子への熱吸収係数との比の値を乗じた光量を有していることを特徴とする請求項15又は16に記載の露光方法。 The compensation light is light having a wavelength different from that of the exposure light,
The compensation light in the step (b) includes the heat absorption coefficient of the exposure light to the optical element and the heat absorption coefficient of the compensation light to the optical element in the amount of the exposure light in the step (a). The exposure method according to claim 15, wherein the exposure method has a light quantity multiplied by a value of the ratio.
前記ステップ(b)は、前記温度分布が予め決められた条件を満たす場合に行うことを特徴とする請求項15から18のいずれか1項に記載の露光方法。 A step (c) of measuring a temperature distribution of the optical element between the step (a) and the step (b);
The exposure method according to claim 15, wherein the step (b) is performed when the temperature distribution satisfies a predetermined condition.
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