JP2010278034A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の調整量を抑制しながら良好な光学特性を実現可能な露光装置を提供する。
【解決手段】原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、光学素子を含み、前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記光学素子の位置、姿勢及び形状の少なくとも１つを調整する調整部と、前記光学素子の調整量の１次関数で表される前記投影光学系の１次光学特性値の上限である第１のダミー変数、前記調整量の上限である第２のダミー変数、及び、前記調整量の２次関数で表される前記投影光学系の２次光学特性値の上限である第３のダミー変数によって表される目的関数の値が最小となる場合の前記光学素子の調整量を算出し、算出された前記調整量に基づいて前記調整部を制御する制御部とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、原版のパターンを基板に露光する露光装置に関する。

露光装置を構成する投影光学系は、良好な光学特性（各種収差等）を実現する必要がある。このため、投影光学系に対して、その光学特性を測定し、測定された光学特性に基づいて光学特性を調整するための調整量（補正量）を算出し、算出された調整量に基づいて適切な調整が行われる。投影光学系の光学特性は、投影光学系を構成する各素子（例えば、レンズ等の光学素子）の調整量に比例して変化する。特許文献１には、線形計画法を用いて各素子の調整量を決定する技術が開示されている。

また、投影光学系の光学特性には、波面収差ＲＭＳ値の平方のように、像平面（露光領域）内の各点における波面収差係数の重み付き２乗和で表される特性も含まれる。特許文献２には、線形の制約条件式において、１次評価値（各素子の調整量の１次関数で表される光学特性値）と２次評価値（各素子の調整量の２次関数で表される光学特性値）とをバランスよく最適化する技術が開示されている。また、特許文献３及び特許文献４には、投影光学系の光学特性の調整を行う他の技術が開示されている。

特開２００２−３６７８８６号公報 特開２００５−２６８４５１号公報 特開平１１−１７６７４４号公報 国際公開第０２／０５４０３６号パンフレット

ところが、従来の投影光学系の調整方法は、所定の制約範囲内での調整ターゲット（目的関数）が最小となるように、最適解としての調整量を求めるものである。このため、投影光学系の調整量は、その制約範囲内で自由に変えることができる。しかし、このような調整方法では、少ない調整量で調整ターゲットが目標値以下となる解がある場合でも、影響力が比較的小さい微小量の調整ターゲットを改善するため、大きな調整量を必要とする可能性がある。調整量を大きくすると、調整量に比例して調整誤差が増大し、また、他の調整工程における調整量マージンが得られなくなるという問題が生じうる。このため、より小さな調整量で目標の光学特性を実現することが要求される。

本発明は、光学素子の調整量を抑制しながら良好な光学特性を実現可能な露光装置を提供する。

本発明の一側面としての露光装置は、原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、光学素子を含み、前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記光学素子の位置、姿勢及び形状の少なくとも１つを調整する調整部と、前記光学素子の調整量の１次関数で表される前記投影光学系の１次光学特性値の上限である第１のダミー変数、前記調整量の上限である第２のダミー変数、及び、前記調整量の２次関数で表される前記投影光学系の２次光学特性値の上限である第３のダミー変数によって表される目的関数の値が最小となる場合の前記光学素子の調整量を算出し、算出された前記調整量に基づいて前記調整部を制御する制御部とを有する。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、前記露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本実施例によれば、光学素子の調整量を抑制しながら良好な光学特性を実現する露光装置を提供することができる。

本実施例における露光装置の概略構成図である。 本実施例の露光装置における位置調整可能な部位の可動方向を示す模式図である。 第１実施形態において、露光装置の投影光学系を調整するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例における露光装置について説明する。図１は、本実施例における露光装置１の概略構成図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル１０（原版）のパターンをウエハ４０（基板）に露光する投影露光装置である。但し、本実施例はこれに限定されるものではなく、ステップ・アンド・リピート方式等の他の露光方式の露光装置にも適用することができる。

露光装置１は、図示しない照明光学系、レチクル１０を保持するレチクルステージ２０、投影光学系３０、ウエハ４０を保持するウエハステージ５０、レーザー干渉計６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、測定部７０、調整部８０、及び、制御部９０を備える。図示しない照明光学系は、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、又は、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザー等の光源からの光束を用いて、回路パターンが形成されたレチクル１０を照明する。

レチクル１０は、回路パターンを有し、レチクルステージ２０に支持及び駆動される。レチクル１０から発せられた回折光は、投影光学系３０を介してウエハ４０に投影される。レチクルステージ２０は、レチクル１０を支持し、例えば、リニアモータを利用して、レチクル１０を移動させる。レチクルステージ２０は、レチクル１０の位置及び姿勢の少なくとも１つが調整可能なように、制御部９０により制御される。

投影光学系３０は、複数の光学素子（例えば、レンズや開口絞り等の光学要素）を含み、レチクル１０のパターンをウエハ４０に投影するための光学系である。投影光学系３０に含まれる複数の光学素子のうち一部の光学素子は、調整部８０によって、その位置、姿勢及び形状の少なくとも１つが調整可能なように構成される。

ウエハ４０は、レチクル１０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ４０は、ガラスプレート等の他の基板に置換することもできる。ウエハステージ５０は、ウエハ４０を支持し、例えば、リニアモータを用いてウエハ４０を移動させる。ウエハステージ５０は、ウエハ４０の位置及び姿勢の少なくとも１つが調整可能なように、制御部９０により制御される。レーザー干渉計６０ａ乃至６０ｃは、ウエハステージ５０の近傍に配置され、ウエハステージ５０の位置を計測する。

測定部７０は、露光装置１、特に投影光学系３０の光学特性を測定する。測定部７０は、例えば、干渉計や光強度センサを含み、投影光学系３０の露光領域内の各点における波面収差を測定する。また、測定部７０は、投影光学系３０の収差としてのディストーション（歪曲）を測定する。ディストーションとは、例えば、像平面上の実際の像高の理想像高に対するずれ量であり、像平面上（露光領域内）の各点で測定することができる。なお、測定部７０の構造や動作は周知であるため、ここでの説明は省略する。

調整部８０は、制御部９０に制御され、投影光学系３０に含まれる複数の光学素子のうち一部の光学素子の位置、姿勢及び形状の少なくとも１つを調整する。調整部８０は、例えば、光軸方向（図１中のＺ軸方向）及び光軸に垂直な方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に駆動する機構、光学素子を支持する支持部を駆動する機構、及び、光学素子に応力（光学素子を押す力又は引く力）を付加する機構を備えて構成される。

制御部９０は、図示しないＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の各動作を制御する。制御部９０は、例えば、レチクルステージ２０やウエハステージ５０のスキャン速度を制御する。また、制御部９０は、測定部７０の測定結果に基づいて、調整部８０による投影光学系３０の光学素子の調整量やレチクルステージ２０又はウエハステージ５０の調整量を算出する。これらの調整量は、例えば、線形計画法、又は、後述する２次計画法や２次錘計画法を用いて算出される。更に、制御部９０は、このような計画法で算出された投影光学系３０の光学素子の調整量やレチクルステージ２０又はウエハステージ５０の調整量に基づいて、調整部８０やレチクルステージ２０又はウエハステージ５０を制御する。制御部９０による投影光学系３０（光学素子）やレチクルステージ２０又はウエハステージ５０の調整量の算出方法の詳細については後述する。

図２は、本実施例の露光装置１における位置調整可能な部位の可動方向を示す模式図である。図２には、一例として、位置調整が可能なレチクル１０、ウエハ４０、投影光学系３０に含まれる光学素子３０２及び３０４の可動方向（駆動方向）が示される。

レチクル１０は、制御部９０により、レチクルステージ２０を介して６自由度方向（即ち、矢印Ｘ_１、Ｙ_１、Ｚ_１、ω_Ｘ１、ω_Ｙ１及びω_Ｚ１の方向）に位置調整される。同様に、ウエハ４０は、制御部９０により、ウエハステージ５０を介して６自由度方向（即ち、矢印Ｘ_４、Ｙ_４、Ｚ_４、ω_Ｘ４、ω_Ｙ４及びω_Ｚ４の方向）に位置調整される。光学素子３０２は、制御部９０により、調整部８０の一部を構成する駆動機構８０ａを介して６自由度方向（即ち、矢印Ｘ_２、Ｙ_２、Ｚ_２、ω_Ｘ２、ω_Ｙ２及びω_Ｚ２の方向）に位置調整される。同様に、光学素子３０４は、制御部９０により、調整部８０の他の一部を構成する駆動機構８０ｂを介して６自由度方向（即ち、矢印Ｘ_３、Ｙ_３、Ｚ_３、ω_Ｘ３、ω_Ｙ３及びω_Ｚ３の方向）に位置調整される。
［第１実施形態］
次に、第１実施形態における投影光学系３０の光学特性（例えば、波面収差）の調整方法について説明する。図３は、本実施形態における投影光学系３０を調整するためのフローチャートである。本実施形態において、投影光学系３０の調整は、制御部９０からの指令に基づいて実行される。

図３に示されるように、まずステップＳ１００２において、測定部７０は投影光学系３０のディストーションを測定する。次に、ステップＳ１００４において、測定部７０は、投影光学系３０の収差（波面収差）を測定する。具体的には、投影光学系３０の露光領域内のＨ箇所の測定点毎に波面収差を測定する。

次に、ステップＳ１００６において、制御部９０は、ステップＳ１００４で測定した投影光学系３０の露光領域内の測定点ｈの波面収差をＪ個のゼルニケ直交関数で展開し、各々のゼルニケ係数Ｚ_ｊｈを算出する。これにより、投影光学系３０の露光領域内におけるＨ箇所の測定点毎のゼルニケ係数（波面収差係数）から、線幅非対称性、像面湾曲、又は、非点収差等の波面収差量に対して１次の特性を有する光学特性値を算出することが可能となる。このような光学特性値は、レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、又は、光学素子３０２、３０４の調整量の１次関数で表される。本実施形態では、このような光学特性値を１次光学特性値と称する。

また、投影光学系３０の露光領域内の測定点ｈにおけるｊ番目のゼルニケ係数Ｚ_ｊｈの平方値、及び、ゼルニケ成分毎の重み係数の積和で表される光学特性値、例えば、波面収差ＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）の平方を算出することが可能となる。このような光学特性値は、レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、又は、光学素子３０２、３０４の調整量の２次関数で表される。本実施形態では、このような光学特性値を２次光学特性値と称する。

次に、１次光学特性値、２次光学特性値、調整量、及び、ディストーションについて説明する。なお、以下の説明で用いられる添え字ｈ、ｉ、ｊ、ｋ及びｍは、以下の式（１）乃至（５）で定義される。

投影光学系３０の露光領域内の測定点ｈにおけるｉ番目の１次光学特性値ｙ_ｉｈは、式（６）に示されるように、ゼルニケ係数の線形結合で表される。また、各部（レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、光学素子３０２、３０４）の調整量を変化させたとき、測定点ｈにおけるｊ番目のゼルニケ係数Ｚ_ｊｈは、式（７）に示されるように、ｋ番目の各部調整量ｘ_ｋの線形結合で表される。式（６）において、ａ_ｉｊは、ｉ番目の１次光学特性値に対するｊ番目のゼルニケ係数の影響度である。また、式（７）において、Ｚ_０ｊｈは測定点ｈにおけるｊ番目のゼルニケ係数の初期値であり、ｂ_ｈｊｋは測定点ｈにおけるｊ番目のゼルニケ係数への各部調整量ｘ_ｋの影響度である。

上記の式（６）と式（７）を用いて以下の式（８）を導くことができる。

測定点ｈにおけるディストーションｕ_ｈもまた、ｋ番目の各部調整量ｘ_ｋに対して１次関数で表される１次光学特性値である。従って、各部（レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、光学素子３０２及び３０４）の調整量を変化させたとき、測定点ｈにおけるディストーションｕ_ｈは、以下の式（９）に示されるように、ｋ番目の各部調整量ｘ_ｋの線形結合で表される。式（９）において、ｕ_０ｈは、測定点ｈにおけるディストーションの初期値であり、ｃ_ｈｋは、測定点ｈにおけるディストーションへの各部調整量ｘ_ｋの影響度である。

一方、投影光学系３０の露光領域内の測定点ｈにおけるｍ番目の２次光学特性値ｗ_ｍｈは、以下の式（１０）で表される。式（１０）において、ｄ_ｊｍは、ｍ番目の２次光学特性値に対するｊ番目のゼルニケ係数の影響度である。

上記の式（１０）及び式（７）から、以下のとおり、測定点ｈにおけるＭ個の２次光学特性値ｗ_ｍｈを示す式（１１）が導かれる。

なお、各部調整量ｘ_ｋには物理的限界値が存在することから、各部調整量ｘ_ｋは、以下の式（１２）で表される。式（１２）において、Ｌ_ｋはｋ番目の各部調整量の下限値であり、Ｕ_ｋはｋ番目の各部調整量の上限値である。

次に、ステップＳ１００８において、制御部９０は、２次計画法（制約２次計画法）を用いて、１次光学特性値、ディストーション、調整量、及び、２次光学特性値を最小にするための制約条件式を作成する。制御部９０は、作成した制約条件式を用いて、各部の調整量（例えば、光学素子３０２、３０４の調整量）を算出する。

以下、ステップＳ１００８における処理について具体的に説明する。まず、１次光学特性値、ディストーション及び各部の調整量の調整範囲について、特許文献４にて提案されているダミー変数を用いた線形計画法の制約条件を、以下の式（１３）乃至式（２３）に示す。換言すれば、式（１３）乃至式（２３）は、最適化問題の制約条件式である。

なお、上記の式（１９）の右辺におけるｔ_１ｉ及び式（２０）の右辺におけるｔ_２は、１次光学特性値の上限値に対応するダミー変数（第１のダミー変数）である。また、上記の式（２１）の右辺におけるｔ_３ｋは、調整量の上限としてのダミー変数（第２のダミー変数）である。一方、制約２次計画法でゼルニケ係数の重みつき２乗和で表される２次光学特性値を最小化するために、測定点ｈにおけるｊ番目のゼルニケ係数の絶対値の上限Ｚ_ａｊｈを以下の式（２４）及び式（２５）で表す。

式（２４）及び式（２５）から明らかなように、上限Ｚ_ａｊｈは常に非負である。ここで、以下の式（２６）乃至式（２８）で表される制約式を追加すれば、制約２次計画問題となり最適解の算出が可能である。このため、投影光学系３０の露光領域内における２次光学特性値の最悪値を最小にすることができる。

式（２６）及び式（２８）の各々の右辺におけるｔ_４ｍは、２次光学特性値の上限値に対応するダミー変数（第３のダミー変数）である。

このようにして、以下の式（２９）で表される制約２次計画問題が作成される。式（２９）において、Ｙ_ｉはｉ番目の１次光学特性値の許容値、Ｕはディストーションの許容値、Ｓは調整量の許容値、Ｗ_ｍはｍ番目の２次光学特性値の許容値である。式（２９）の右辺の第１項乃至第４項は、順に、波面収差、ディストーション、調整量、ＲＭＳ値をそれぞれ表している。

式（２９）で表される目的関数ｆにおいては、投影光学系３０の各光学特性をバランスよく最適化するために、各光学特性値を許容値で除して正規化することが好ましい。これにより、複数の収差をバランスよく最小化することができる。本実施形態では、式（２９）で表される目的関数ｆが最小となるように各値が決定される。このとき、上記の式（１３）乃至式（２８）で表される制約条件を満たす必要がある。

制御部９０は、上記の式（１３）乃至式（２９）を用いて、各部（レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、光学素子３０２、３０４）の調整量を算出する。制御部９０は、上記各部の調整量を算出した後、ステップＳ１０１０において、算出された調整量に基づいて各部を駆動するように制御する。これにより、投影光学系３０の光学特性が調整される（即ち、投影光学系３０の収差が補正される）。

なお、定式化された制約２次計画問題には必ず最適解が存在し、それを解くことが可能である。従って、上述の定式化方法に基づいて、制約２次計画法の計算プログラム（制約２次計画ソルバ）を用いて最適化計算を行えば、１次光学特性値及び２次光学特性値の最悪値を最小にするための各部の調整量（制御変数）を算出することができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態における投影光学系３０の光学特性（例えば、波面収差）の調整方法について説明する。本実施形態において、投影光学系３０の調整は、２次錐計画法を用いて実行される。なお、本実施形態では、投影光学系３０のディストーションの測定（ステップＳ１００２）、投影光学系３０の波面収差の測定（ステップＳ１００４）、及び、ゼルニケ係数の算出（ステップＳ１００６）は、図３に示されるフローチャートの処理と同じである。

本実施形態は、図３のステップＳ１００８とは異なるステップＳ１００８Ａ（不図示）の処理が実行される。ステップＳ１００８Ａにおいて、制御部９０は、２次錐計画法を用いて、１次光学特性値、ディストーション、２次光学特性値、及び、調整量を最小にするための制約条件式を作成し、各部の調整量（例えば、光学素子３０２、３０４の調整量）を算出する。具体的には、第１実施形態における式（１３）乃至式（２９）を以下に表される等価な式（３０）乃至式（４７）に変形することにより、２次錐計画問題となり最適解の算出が可能となる。このため、投影光学系３０の露光領域内における２次光学特性値の最悪値を最小にすることができる。

ここで、上記の式（３７）において、ｓ、Ｂ_ｈｍ、α_ｈｍ及びβ_ｈｍは、それぞれ、以下の式（４４）乃至式（４７）で表される。

上述のように、式（３０）乃至式（４７）は、第１実施形態における式（１３）乃至式（２９）の変形であり、且つ、｛ｘ_ｋ、ｔ_１ｉ、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４｝を変数とする２次錐計画問題である。本実施形態では、式（３０）で表される目的関数ｆが最小となるように各値が決定される。このとき、上記の式（３１）乃至式（４７）で表される制約条件を満たす必要がある。制御部９０は、式（３０）乃至式（４７）から各部（レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、光学素子３０２、３０４）の調整量を算出する。次にステップＳ１０１０において、制御部９０は、各部（レチクルステージ２０、ウエハステージ５０、光学素子３０２、３０４）の調整量を算出した後、各部を駆動する。これにより、投影光学系３０の光学特性が調整される（即ち、投影光学系３０の収差が補正される）。

定式化された２次錐計画問題には必ず最適解が存在し、それを解くことが可能である。従って、上述の定式化方法に基づいて、２次錐計画法の計算プログラム（２次錐計画ソルバ）を用いて最適化計算を行えば、１次光学特性値及び２次光学特性値の最悪値を最小にするための各部の調整量（制御変数）を算出することができる。また、本実施形態の露光装置では、制御変数の数は多くなく、上述の計算は短時間で終了する。従って、露光装置においてリアルタイムで収差を補正する場合に、安定して高いスループットを維持することが可能となる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

上記各実施形態によれば、光学素子の調整量を抑制しながら良好な光学特性を実現する露光装置を提供することができる。また、信頼性の高いデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１ 露光装置
１０ レチクル
３０ 投影光学系
４０ ウエハ
７０ 測定部
８０ 調整部
９０ 制御部

Claims (10)

1. 原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、
   光学素子を含み、前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
   前記光学素子の位置、姿勢及び形状の少なくとも１つを調整する調整部と、
   前記光学素子の調整量の１次関数で表される前記投影光学系の１次光学特性値の上限である第１のダミー変数、前記調整量の上限である第２のダミー変数、及び、前記調整量の２次関数で表される前記投影光学系の２次光学特性値の上限である第３のダミー変数によって表される目的関数の値が最小となる場合の前記光学素子の調整量を算出し、算出された前記調整量に基づいて前記調整部を制御する制御部と、を有することを特徴とする露光装置。
   
2. 前記制御部は、前記目的関数の値が最小となる場合の前記光学素子の調整量を２次計画法で算出することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
   
3. 前記制御部は、前記目的関数の値が最小となる場合の前記光学素子の調整量を２次錘計画法で算出することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
   
4. 前記１次光学特性値は、波面収差係数の線形結合で表される光学特性値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の露光装置。
   
5. 前記１次光学特性値は、前記投影光学系の収差としてのディストーションの値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の露光装置。
   
6. 前記２次光学特性値は、波面収差係数の重み付き２乗和で表される光学特性値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の露光装置。
7. 前記２次光学特性値は、波面収差ＲＭＳ値の平方であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の露光装置。
   
8. 前記波面収差係数は、ゼルニケ係数であることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
9. 前記原版又は前記基板を保持して前記原版又は前記基板の位置及び姿勢の少なくとも１つを調整するステージを更に有し、
   前記制御部は、前記目的関数が最小となる場合の前記ステージの調整量を算出し、算出された前記調整量に基づいて前記ステージを制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の露光装置。
10. 請求項１乃至９いずれか一に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。