JP5595015B2 - 投影光学系、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系、露光装置およびそれを使ってデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）や半導体デバイスなどのデバイスは、フォトリソグラフィ工程を経て製造される。このリソグラフィ工程において、投影光学系を有する露光装置が使用される。近年におけるディスプレイの高精細化に伴って、露光装置には、解像性能および重ね合わせ精度の向上が求められている。解像性能の低下は、例えば、投影光学系の非点収差によって引き起こされうる。重ね合わせ精度の低下は、例えば、基板の伸縮によって引き起こされうる。基板の伸縮は、温度環境の変化によって、或いは、基板が現像等のプロセスを経ることによって起こりうる。一般的にデバイスは複数の層を重ね合わせて構成されるので、基板に伸縮が発生すると、基板に既に形成されているパターンとその上に新たに形成されるパターンとの重ね合わせ精度が低下する。特許文献１には、基板に伸縮が発生した場合に、投影光学系に組み込まれた光学薄体を変形させることによって重ね合わせ誤差を補正することが記載されている。

特開平８−３０６６１８号公報

重ね合わせ精度を向上させるために、投影光学系のディストーションが調整されうる。この場合におけるディストーションの調整は、投影光学系の結像倍率を変化させることを目的とするものである。ディストーションの調整は、例えば、投影光学系に含まれる光学部材を変形させることによってなされうる。しかしながら、例えば、光学部材を変形させることによって投影光学系のディストーションが所望の状態に調整されたとしても、それによって非点収差が大きくなって解像性能が低下するのであれば、収率の向上は望めない。同様に、投影光学系の非点収差を調整したときにディストーションが所望の状態からずれるのあれば、収率の向上は望めない。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、ディストーションおよび非点収差のうちの一方を調整したことによる他方への影響を低減することを目的とする。

本発明の１つの側面は、原版のパターンを基板に投影する投影光学系に係り、前記投影光学系は、光路を折り曲げる第１鏡および第２鏡と、前記投影光学系の物体面と前記第１鏡との間に配置された第１光学部材と、前記投影光学系の像面と前記第２鏡との間に配置された第２光学部材とを備え、前記第１光学部材および前記第２光学部材のうちの一方は、パワーを有し、移動可能な屈折光学部材であり、他方は、変形可能な平行平板であり、前記屈折光学部材の位置を変更することによって発生する前記投影光学系のディストーションおよび非点収差のうちの一方が、前記平行平板を変形させることによって低減され、又は、前記平行平板を変形させることによって発生する前記投影光学系のディストーションおよび非点収差のうちの一方が、前記屈折光学部材の位置を変更することによって低減される。

本発明によれば、例えば、ディストーションおよび非点収差のうちの一方を調整したことによる他方への影響を低減することができる。

本発明の１つの実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 投影光学系のディストーションと非点収差を例示する図である。 屈折光学部材を例示する図である。 投影光学系のディストーションの補正を例示する図である。 投影光学系のディストーションと非点収差を例示する図である。 投影光学系の非点収差の補正を例示する図である。

以下に、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１を参照しながら本発明の１つの実施形態の露光装置について説明する。露光装置１００は、照明系ＩＬと、投影光学系ＰＯと、原版駆動機構１０と、基板駆動機構１２と、制御部２３とを備える。照明系ＩＬは、例えば、光源ＬＳ、第１コンデンサーレンズ３、フライアイレンズ４、第２コンデンサーレンズ５、スリット規定部材６、結像光学系７、平面鏡８を含みうる。光源ＬＳは、例えば、水銀ランプ１と、楕円ミラー２とを含みうる。スリット規定部材６は、原版９の照明範囲（即ち、原版９を照明するスリット形状光の断面形状）を規定する。結像光学系７は、スリット規定部材６によって規定されるスリットを物体面に結像させるように配置されている。平面鏡８は、照明系ＩＬにおいて光路を折り曲げる。照明系ＩＬに備えられる光源ＬＳは、生産されるデバイスにより最適なものが選択可能であり、液晶パネルの製造では高圧水銀ランプなどが用いられるが、本発明の効果は使用する光源に限定されるものではない。

原版駆動機構１０は、投影光学系ＰＯの物体面に原版９を配置し、該物体面において原版９を走査する。基板駆動機構１２は、投影光学系ＰＯの像面に基板１１を配置し、該像面において基板１１を走査する。投影光学系ＰＯは、物体面に配置される原版９のパターンを像面に配置される基板１１に投影し、これにより基板１１が露光される。

投影光学系ＰＯは、等倍結像光学系、拡大結像光学系および縮小結像光学系のいずれとしても構成されうるが、等倍結像光学系として構成されることが好ましい。投影光学系ＰＯは、物体面から像面に至る光路に、物体面から順に配置された第１平面鏡１３、凹面鏡１４、凸面鏡１６、凹面鏡１４、第２平面鏡１７を有する。ここで、第１平面鏡１３と凸面鏡１６との間に配置される凹面鏡１４と、凸面鏡１６と第２平面鏡１７との間に配置される凹面鏡１４とは、一体化されていてもよいし、別体であってもよい。第１平面鏡１３の鏡面を含む平面と第２平面鏡１７の鏡面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなす。第１平面鏡１３と第２平面鏡１７とは、一体的に形成されてもよい。投影光学系ＰＯはまた、凹面鏡１４と凸面鏡１６との間に配置された屈折光学系１５を有する。

投影光学系ＰＯはまた、その物体面（或いは原版駆動機構１０）と第１平面鏡１３の間に第１光学部材としてのパワーを有する屈折光学部材１８を有し、その像面（或いは基板駆動機構１２）と第２平面鏡１７との間に第２光学部材としての平行平板２１を有する。屈折光学部材１８は、第１駆動機構としての駆動機構１９により保持され、平行平板２１は、第２駆動機構としての駆動機構２０によって保持されている。駆動機構１９は、制御部２３からの指令に応答して屈折光学部材１８の位置を調整するように構成され、駆動機構２０は、制御部２３からの指令に応答して平行平板２１を変形させるように構成される。以上とは逆に、第１光学部材を平行平板とし、該平行平板を変形させる第２駆動機構によって該平行平板を変形させ、第２光学部材をパワーを有する屈折光学部材とし、該屈折光学部材の位置を調整する第１駆動機構によって該屈折光学部材の位置を調整してもよい。

投影光学系ＰＯの物体面と第１平面鏡１３の間に配置される光学部材を第１光学部材、投影光学系ＰＯの像面と第２平面鏡１７との間に配置される光学部材を第２光学部材として定義することができる。この定義において、第１光学部材および第２光学部材のうちの一方は、パワーを有する屈折光学部材であり、第１光学部材および第２光学部材のうちの他方は、平行平板でありうる。

投影光学系ＰＯはまた、第２平面鏡１７と平行平板２１との間に、追加の屈折光学系２２を有してもよい。追加の屈折光学系２２は、投影光学系ＰＯの結像性能の改善のために設けられうる。追加の屈折光学系２２は、平行平板２１と投影光学系ＰＯの像面との間に配置されてもよい。投影光学系ＰＯはさらに、原版駆動機構１０と屈折光学部材１８との間に、追加の屈折光学系２４を有してもよい。追加の屈折光学系２４は投影光学系ＰＯの結像性能の改善のために設けられうる。追加の屈折光学系２４は、屈折光学部材１８と第１の平面鏡１３の間に配置されてもよい。

投影光学系ＰＯは、光軸外の円弧状に良像域を有し、その良像域が基板の露光のために使用される。図１において、凸面鏡１６から凹面鏡１４に向かう方向をｙ軸の正方向、基板１１から原版９に向かう方向をｚ軸の正方向、ｙ軸とｚ軸に対して右手系をなす向きをｘ軸とする。

平行平板２１を駆動機構２０によって変形させることにより、その変形の形状に従ったディストーション（投影光学系ＰＯの結像倍率の変化を含む）および非点収差を投影光学系ＰＯに発生させることができる。平行平板２１をｘｙｚ座標系におけるｘの２次関数、すなわちｚ＝ａｘ^２（ａは変形量をあらわす定数）に従う形状に変形させた場合の例を以下に示す。平行平板２１をｚ＝ａｘ^２（ａ＞０）に従うように変形させた場合に発生する投影光学系ＰＯのディストーションが図２（ａ）に、非点収差が図２（ｂ）に例示されている。図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は良像域内の位置ｘ（図１中のｘ軸方向における位置）を示している。図２（ａ）における縦軸はディストーションの発生量、図２（ｂ）における縦軸は非点収差の発生量を例示している。

第１光学部材としての屈折光学部材１８は、例えば、図３に例示されるように、ｘ軸に平行な母線を有するシリンドリカル面を有しうる。図３に例示される屈折光学部材１８を駆動機構１９によ＋ｚ方向に駆動したときに発生するディストーション、非点収差が図２（ｃ）（ｄ）に例示されている。基板の伸縮に起因する重ね合わせ誤差は、その伸縮に応じたディストーションを投影光学系ＰＯに発生させることによって低減することができる。ディトーションは、平行平板２１を変形させること、または、屈折光学部材１８の位置を変更することによって補正することができる。しかし、図２投影光学系ＰＯにディストーションを発生させると、それに応じて非点収差が発生し、解像力が低下する。

平行平板２１をｚ＝ａｘ^２（ａ＞０）に従うように変形させ、図３に例示される屈折光学部材１８をｚ方向に駆動した場合のディストーションと非点収差の発生量が図４に例示されている。図４から明らかなように、平行平板２１の変形量を表す定数ａと屈折光学部材１８の位置を適切に調整することにより、非点収差を実質的に発生させることなくディストーションを変化させることができる。よって、基板の伸縮などの原因による重ね合わせ誤差を解像力に大きな影響を与えることなく補正することができる。

平行平板２１をｚ＝ａｘ^２（ａ＜０）に従う形状に変形させた場合に発生する投影光学系ＰＯのディストーションが図５（ａ）に、非点収差が図５（ｂ）に例示されている。平行平板２１をｚ＝ａｘ^２（ａ＜０）に従う形状に変形させ、かつ屈折光学部材１８を＋ｚ方向に駆動した場合に発生するディストーションが図６（ａ）に、非点収差が図６（ｂ）に例示されている。図６（ａ）、（ｂ）から、ディストーションを実質的に変化させることなく非点収差を補正することが可能であることが分かる。

即ち、第１駆動機構が屈折光学部材の位置を調整することによって発生する投影光学系ＰＯのディストーションおよび非点収差のうちの一方が、第２駆動機構が平行平板を変形させることによって低減されうる。或いは、第２駆動機構が平行平板を変形させることによって発生する投影光学系ＰＯのディストーションおよび非点収差のうちの一方が、第１駆動機構が屈折光学部材の位置を調整することによって低減される。

以下、投影光学系ＰＯのディストーションの調整する例を説明する。初回のリソグラフィ工程（基板への感光剤の塗布、露光装置１００による基板の露光、現像、エッチングを含む）において、基板１１に対してデバイスパターンとともに位置合わせ用のマークを形成する。２回目のリソグラフィ工程における露光の際に、不図示の位置ずれ計測装置によって原版９と基板１１との位置ずれ量を検出する。次に、検出された位置ずれ量を補正するために必要なディストーションの量を決定する。次に、このディストーションの量が得られる平行平板２１の変形量および屈折光学部材１８の移動量（位置の調整量）を決定する。このとき、平行平板２１の変形によって発生する非点収差が屈折光学部材１８の位置の調整によって低減され、または、屈折光学部材１８の位置の調整によって発生する非点収差が平行平板２１の変形によって低減される。

以上とは逆に投影光学系ＰＯの非点収差を補正または調整する際は、平行平板２１の変形によって発生するディストーションが屈折光学部材１８の位置の調整によって低減されうる。或いは、屈折光学部材１８の位置の調整によって発生するディストーションが平行平板２１の変形によって低減されうる。

つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

Claims (7)

1. 原版のパターンを基板に投影する投影光学系であって、
   光路を折り曲げる第１鏡および第２鏡と、前記投影光学系の物体面と前記第１鏡との間に配置された第１光学部材と、前記投影光学系の像面と前記第２鏡との間に配置された第２光学部材とを備え、
   前記第１光学部材および前記第２光学部材のうちの一方は、パワーを有し、移動可能な屈折光学部材であり、他方は、変形可能な平行平板であり、
   前記屈折光学部材の位置を変更することによって発生する前記投影光学系のディストーションおよび非点収差のうちの一方が、前記平行平板を変形させることによって低減され、又は、
   前記平行平板を変形させることによって発生する前記投影光学系のディストーションおよび非点収差のうちの一方が、前記屈折光学部材の位置を変更することによって低減される、
   ことを特徴とする投影光学系。
2. 前記屈折光学部材は、シリンドリカル面を有し、
   前記平行平板の変形は、前記投影光学系の光軸方向における前記平行平板の各部の位置が前記シリンドリカル面の母線に平行な方向における位置の関数に従うようになされる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記屈折光学部材の位置の変更は、前記投影光学系の光軸に沿った方向になされ、前記平行平板の変形は、前記光軸に沿った方向における前記平行平板の各部の位置が前記シリンドリカル面の母線に平行な方向における位置の二次関数に従うようになされる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記第１光学部材がパワーを有する屈折光学部材であり、前記第２光学部材が平行平板である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
5. 前記第１光学部材が平行平板であり、前記第２光学部材がパワーを有する屈折光学部材である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投影光学系。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
7. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   基板に感光剤を塗布する工程と、
   請求項６に記載の露光装置を使用して前記基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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