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技術 照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法

出願人 キヤノン株式会社
発明者 古田和紀磯部一仁新開洋川島春名
出願日 2000年4月24日 (20年8ヶ月経過) 出願番号 2000-123222
公開日 2001年11月2日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2001-307989
状態 特許登録済
技術分野 ホトレジスト感材への露光・位置合せ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 寿命曲線 センサ入 各照明光源 各光量センサ 基準照度 定電力点灯 光源寿命 ガラス基板サイズ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

複数の照明光源を使用する場合でも、安定して照度を一定に保つことができ、複数の照明光源の寿命をほぼ同じ長さに保つことで、照明光源の交換頻度を少なくし、稼働率を向上させることができる照明装置照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を提供する。

解決手段

複数の照明光源の光束を合成して、被照射面を照明する照明方法において、合成前光量測定手段により計測される光量からわかる複数個光源照度差と、合成後光測定手段により計測される光量と、現在の光源出力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各光源のランプ出力がほぼ等しい光源出力になるように制御する。

概要

背景

半導体製造装置業界及び液晶用製造業界はその生産性を上げるためにウェハガラス基板サイズの大型化を促進し、さらに製造装置に対しては、スループットの向上を要求されている。半導体、及び液晶用露光装置にとって、スループットに影響を及ぼす要素として、ウェハー、またはガラス基板の搬送時間、オートフォーカス時間、位置合わせ時間、ステージ移動時間露光時間等が挙げられる。この中でも、露光時間の短縮が、スループットの向上に大きく影響している。露光時間は、ウェハ、またはガラス基板のプロセス状態レジスト感度露光照度で決定されるが、露光装置としては、露光照度の向上が重要である。

図7に、従来照明装置の構成例を示す。露光光源31、例えば水銀ランプなどから発生する光束は、楕円ミラー32により集光され、照明系レンズ群33を通して空間的に均一な露光光束になり、折り曲げミラー34にて光路を変えられて、マスク36面上の転写パターンを、投影光学系37を介して、プレート38へと転写する。このとき、露光光束の一部は光量測定手段35、例えば照度センサなどへ入射する。センサ入射光量は基準となる電力指令値42と等しくなるように調整されている。センサ入射光量と電力指令値との誤差演算増幅器41により増幅され、その出力が電力増幅器39を用いてランプ電力を供給されることになる。誤差がなくなるようにフィードバックがかかるため、常にセンサ入射光量と電力指令値42は等しくなり、走査露光中も露光量ムラが発生しなくなる。照明系の透過率すなわち効率が一定であり、必要とする照射領域が同じとすれば、照明装置として得られる露光照度は、照明光源であるランプの照度で決まる。

概要

複数の照明光源を使用する場合でも、安定して照度を一定に保つことができ、複数の照明光源の寿命をほぼ同じ長さに保つことで、照明光源の交換頻度を少なくし、稼働率を向上させることができる照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を提供する。

複数の照明光源の光束を合成して、被照射面を照明する照明方法において、合成前光量測定手段により計測される光量からわかる複数個光源照度差と、合成後光測定手段により計測される光量と、現在の光源出力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各光源のランプ出力がほぼ等しい光源出力になるように制御する。

目的

そこで、本発明は、上記した諸課題を解決し、複数の照明光源を使用する場合でも、安定して照度を一定に保つことができ、複数の照明光源の寿命をほぼ同じ長さに保つことで、照明光源の交換の頻度を少なくし、稼働率を向上させることができる照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
3件

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請求項1

照明光源によって被照射面を照明する照明装置において、前記照明装置が、複数の照明光源と、前記複数の照明光源の光束を合成する光束合成光学系と、前記複数の照明光源のそれぞれの光量を測定する合成前光量測定手段と、前記複数の照明光源の合成された光量を測定するための合成後光測定手段と、前記各光量測定手段による合成前光量、合成後光量、および光源に出力されている電力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各照明光源に必要な光源出力演算する制御手段と、前記制御手段の出力に基づいて、前記複数の照明光源の光量を調整する光量調整手段と、を有することを特徴とする照明装置。

請求項2

前記複数の照明光源が、それぞれ主照明光源であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。

請求項3

前記合成前光量測定手段が、各照明光源からの照明光を個別に測定し、各照明光源の光量バランスが許容される範囲内に収まることを確認する光量センサとして構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照明装置。

請求項4

前記合成前光量測定手段が、各照明光源を個別に定照度点灯を行う光量センサを兼ねることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。

請求項5

前記合成後光量測定手段が、前記合成光学系により合成された照明光を測定し、定照度点灯を行う光量センサとして構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明装置。

請求項6

複数の照明光源の光束を合成して、被照射面を照明する照明方法において、合成前光量測定手段により計測される光量からわかる複数個の光源の照度差と、合成後光量測定手段により計測される光量と、現在の光源出力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各光源のランプ出力がほぼ等しい光源出力になるように制御することを特徴とする照明方法。

請求項7

前記複数の照明光源が、それぞれ主照明光源であることを特徴とする請求項6に記載の照明方法。

請求項8

前記合成前光量測定手段が、各照明光源からの照明光を個別に測定し、各照明光源の光量バランスが許容される範囲内に収まることを確認する光量センサとして構成されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の照明方法。

請求項9

前記合成前光量測定手段が、各照明光源を個別に定照度点灯を行う光量センサを兼ねることを特徴とする請求項8に記載の照明方法。

請求項10

前記合成後光量測定手段が、前記合成光学系により合成された照明光を測定し、定照度点灯を行う光量センサとして構成されていることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の照明方法。

請求項11

請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明装置を用い、前記被照射面位置に配されたパターンの形成されたレチクルまたはマスクを照明し、該レチクルまたはマスクのパターンを投影光学系によって露光基板投影露光することを特徴とする露光装置

請求項12

請求項6〜10のいずれか1項に記載の照明方法、または請求項11に記載の投影露光装置を用い、前記被照射面位置に配されたパターンの形成されたレチクルまたはマスクのパターンを照明し、該レチクルまたはマスクのパターンを投影光学系によって露光基板に投影露光した後、該露光基板を現像処理してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、照明装置照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法に関するものである。

背景技術

0002

半導体製造装置業界及び液晶用製造業界はその生産性を上げるためにウェハガラス基板サイズの大型化を促進し、さらに製造装置に対しては、スループットの向上を要求されている。半導体、及び液晶用露光装置にとって、スループットに影響を及ぼす要素として、ウェハー、またはガラス基板の搬送時間、オートフォーカス時間、位置合わせ時間、ステージ移動時間露光時間等が挙げられる。この中でも、露光時間の短縮が、スループットの向上に大きく影響している。露光時間は、ウェハ、またはガラス基板のプロセス状態レジスト感度露光照度で決定されるが、露光装置としては、露光照度の向上が重要である。

0003

図7に、従来照明装置の構成例を示す。露光光源31、例えば水銀ランプなどから発生する光束は、楕円ミラー32により集光され、照明系レンズ群33を通して空間的に均一な露光光束になり、折り曲げミラー34にて光路を変えられて、マスク36面上の転写パターンを、投影光学系37を介して、プレート38へと転写する。このとき、露光光束の一部は光量測定手段35、例えば照度センサなどへ入射する。センサ入射光量は基準となる電力指令値42と等しくなるように調整されている。センサ入射光量と電力指令値との誤差演算増幅器41により増幅され、その出力が電力増幅器39を用いてランプ電力を供給されることになる。誤差がなくなるようにフィードバックがかかるため、常にセンサ入射光量と電力指令値42は等しくなり、走査露光中も露光量ムラが発生しなくなる。照明系の透過率すなわち効率が一定であり、必要とする照射領域が同じとすれば、照明装置として得られる露光照度は、照明光源であるランプの照度で決まる。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、露光用ランプ入力電力を大きくして、その輝度の向上を図ることは、ランプの耐久性製造コストの増大などにより限界がある。そのため、複数個の照明光源すなわちランプを用いてその光を合成し、露光に必要な光量を得ることは有効な手段である。しかし、複数個の照明光源を用いてその合成した光量を一定の照度に保とうとした場合、ランプ特性や、その冷却などのバラツキ補正しながら、それぞれのランプの入力電力を制御したとしても、それぞれのランプの寿命は、そのランプ固有の特性に左右されることとなる。

0005

ランプの寿命等でランプの交換を必要とされる場合、その交換作業は一般的にランプ部がほぼ常温になった後に手作業により行われ、さらに、ランプ交換後、光量が安定するまでにかなりの時間を必要とする。したがって、複数個の照明光源を用いた場合、前記ランプ交換の可能性は増大し、結果的に露光装置の稼働時間を低下させてしまう問題があった。

0006

また、複数のランプを主光源として点灯する場合の別の問題として、合成された光量のみでランプ出力を制御する時、一方のランプにノイズ揺らぎが発生した場合に、他方のランプにも実際は発生していない揺らぎがあたかも発生したようになり、制御が発振する可能性があるため、合成された光の信号だけを元にして、複数のランプを定照度点灯することが困難となるという点にも問題があった。

0007

さらに、複数のランプを定照度点灯と、定電力点灯とを組み合わせただけでは、定電力点灯のランプの照度は下がる一方で、複数のランプの照度を補うために定照度点灯を行うところのランプにのみ負担がかかることとなり、ランプの寿命にバラツキが生じ、結果的に装置の稼働時間を低下させるという点にも問題があった。

0008

そこで、本発明は、上記した諸課題を解決し、複数の照明光源を使用する場合でも、安定して照度を一定に保つことができ、複数の照明光源の寿命をほぼ同じ長さに保つことで、照明光源の交換の頻度を少なくし、稼働率を向上させることができる照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、上記課題を解決するために、つぎの(1)〜(12)のように構成した照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を提供するものである。
(1)照明光源によって被照射面を照明する照明装置において、前記照明装置が、複数の照明光源と、前記複数の照明光源の光束を合成する光束合成光学系と、前記複数の照明光源のそれぞれの光量を測定する合成前光量測定手段と、前記複数の照明光源の合成された光量を測定するための合成後光測定手段と、前記各光量測定手段による合成前光量、合成後光量、および光源に出力されている電力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各照明光源に必要な光源出力演算する制御手段と、前記制御手段の出力に基づいて、前記複数の照明光源の光量を調整する光量調整手段と、を有することを特徴とする照明装置。
(2)前記複数の照明光源が、それぞれ主照明光源であることを特徴とする上記(1)に記載の照明装置。
(3)前記合成前光量測定手段が、各照明光源からの照明光を個別に測定し、各照明光源の光量バランスが許容される範囲内に収まることを確認する光量センサとして構成されていることを特徴とする上記(1)または上記(2)に記載の照明装置。
(4)前記合成前光量測定手段が、各照明光源を個別に定照度点灯を行う光量センサを兼ねることを特徴とする上記(3)に記載の照明装置。
(5)前記合成後光量測定手段が、前記合成光学系により合成された照明光を測定し、定照度点灯を行う光量センサとして構成されていることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の照明装置。
(6)複数の照明光源の光束を合成して、被照射面を照明する照明方法において、合成前光量測定手段により計測される光量からわかる複数個の光源の照度差と、合成後光量測定手段により計測される光量と、現在の光源出力から、前記複数の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で、各光源のランプ出力がほぼ等しい光源出力になるように制御することを特徴とする照明方法。
(7)前記複数の照明光源が、それぞれ主照明光源であることを特徴とする上記(6)に記載の照明方法。
(8)前記合成前光量測定手段が、各照明光源からの照明光を個別に測定し、各照明光源の光量バランスが許容される範囲内に収まることを確認する光量センサとして構成されていることを特徴とする上記(6)または上記(7)に記載の照明方法。
(9)前記合成前光量測定手段が、各照明光源を個別に定照度点灯を行う光量センサを兼ねることを特徴とする上記(8)に記載の照明方法。
(10)前記合成後光量測定手段が、前記合成光学系により合成された照明光を測定し、定照度点灯を行う光量センサとして構成されていることを特徴とする上記(6)〜(9)のいずれかに記載の照明方法。
(11)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の照明装置を用い、前記被照射面位置に配されたパターンの形成されたレチクルまたはマスクを照明し、該レチクルまたはマスクのパターンを投影光学系によって露光基板投影露光することを特徴とする露光装置。
(12)上記(6)〜(10)のいずれかに記載の照明方法、または上記(11)に記載の投影露光装置を用い、前記被照射面位置に配されたパターンの形成されたレチクルまたはマスクのパターンを照明し、該レチクルまたはマスクのパターンを投影光学系によって露光基板に投影露光した後、該露光基板を現像処理してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。

発明を実施するための最良の形態

0010

本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、複数個の照明光源を有し複数個の照明光源それぞれを測定することのできる合成前光量測定手段と、複数個の照明光を合成する合成光学系と、合成された光量を測定する合成後光量測定手段と、投影光学系を介したウェハまたはプレート面上の光量を測定する露光量測定手段と、合成前光量、合成後光量、露光量、及びランプ出力電力から、複数個の照明光源に許容される照度バランスの範囲内で各照明光源に必要な光量、及び電力を算出する演算処理装置と、演算処理結果を複数個の照明光源へ出力し光量を調整する光量調整手段を有する露光装置を構成することができる。上記構成において、複数個の照明光源はそれぞれ主たる照明光として働き、すべて露光光源として作用する。合成前光量測定手段は、各照明光源からの照明光を個別に測定し、各照明光源の光量バランスが許容される範囲内に収まることを確認するために使用される。さらに、各照明光源を個別に定照度点灯を行うための光量センサとしても使用される。合成光学系は、複数個の照明光源からの照明光を合成し、露光装置に必要な照度を発生するように作用する。合成後光量測定手段は、合成光学系により合成された照明光を測定し、定照度点灯を行うに必要な光量情報として使用される。演算処理装置は、所望の露光量になるように、複数の照明光源に対して照度もしくは電力の指令値を与える様に作用する。光量調整手段は、照度、もしくは電力指令値に従って、所望の出力電力をランプヘ与えるように作用する。

0011

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]図1は、本発明の実施例1における露光装置の構成を示す図である。同図において1a,1bは照明光源にあたるランプ、2a,2bはランプ光束収束する楕円ミラー、23a,23bは光束の一部を合成前光量センサ3a,3bへ入射させ、ほとんどの光量の光路を曲げる折り曲げミラーである。折り曲げミラー23a,23bにより光路を曲げられた光束はプリズム4により光路を曲げられて合成光学系5に入り合成光束となる。合成光束は折り曲げミラー6によりさらに光路を変えられて、マスク8に入射する。このとき、合成光束の一部はマスク8面と同等な位置にある合成後光量センサ7に入射する。マスク8面上の転写パターンは投影光学系9を介してプレート10面上に転写される。

0012

11a,11bは各光量センサ入力を切り替える光量センサ切換スイッチである。光量センサの出力は予め基準照度となる電力指令値14a,14bと等しくなるように調整されている。13a,13bは演算増幅器であり、基準照度となる電力指令値14a,14bと光量センサ出力との誤差を増幅する。15a,15bはその演算増幅結果をランプ出力ヘ反映させるかどうかを選択する点灯モード切換スイッチである。このスイッチがONの場合には光量センサの出力と基準照度との誤差がゼロとなるように演算増幅器13a,13bによってランプ電力が調整されるため、いわゆる定照度点灯をすることができる。電力増幅器16a,16bは電力指令値14a,14bにしたがってランプ電力を出力する。このスイッチがOFFの場合には、光量センサ出力はランプ出力に反映されなくなり、電力指令値14a,14bがそのままランプ電力として出力される。

0013

光量センサ出力は、演算増幅器に入力されると同時に、A/Dコンバータ17,18,19を介して演算処理装置20に入力され、その結果を基に、電力指令値14a,14bをD/Aコンバータ21,22を用いて出力する。

0014

図2は、一本のランプを定照度点灯した場合の寿命曲線を示している。ランプの寿命は、ランプが破裂しない範囲内で最大電力となるまでである。定照度点灯した場合には、点灯時間共に低くなる照度分をランプ電力を増やすことにより、常に一定の照度が出力されるようになる。ランプの寿命はランプ電力により決まるため、複数のランプ電力に差が無くなればランプの寿命もほぼ等しくなる。また、ランプ間の照度には個体差があり、同じ電力では照度のバラツキが発生するが、露光装置としてはランプ間の照度差が発生しても露光の精度に問題がなければ良い。このことをふまえて、図1に示したように2本のランプの中の一灯は、合成光束のマスク面8における照度に相当する光量センサ7出力が、基準照度となる電力指令値14aと等しくなるように定照度点灯する。他方のランプは一定時間の間、ランプ電力を一定に保ち、規定時間経過後に、もう一方のランプ電力とできるだけ等しくなるように電力指令値を出力する。このとき、その照度差が露光装置精度内に入っていることを確認するために、光量センサ3a,3b出力をモニターし、その許容範囲内で最も電力が等しくなるように電力指令値14bを演算処理装置20が出力する。

0015

図3に、ランプ1a,1bを制御したときのランプ点灯時間とランプ電力の関係を、図4に点灯時間と照度の関係を示す。ランプ1bの電力は一定時間毎に演算処理装置20の演算結果により、ランプ1aの電力とほぼ等しくなるように階段状に上昇する。ランプ1aの電力は、ランプ1a,1bの照度を合成した照度が常に等しくなるように、フィードバックが係っており、ランプ電力はほぼ直線的に上昇していく。

0016

このようにすることで、露光装置の精度を維持し、安定した露光照度を維持しながら、2本のランプの寿命をほぼ同じにすることができるために、2本のランプを同時に交換することができ、定期的にランプ交換する場合の装置停止時間を最小限にとどめることが可能となる。また、ランプの途中での交換も最小限に抑えることができる。

0017

[実施例2]本発明の実施例2の露光装置の構成を図5に示す。構成自体は実施例1における図1の構成と同じであるが、ランプ1aはスィッチ11aが合成前光量センサ3a出力を入力するように設定し、ランプ1bはスィッチ11bが合成前光量センサ3b出力を入力する様に設定する。スイッチ15bはフィードバックが係る設定にする。ランプ1a,1bは合成前光量センサ3a,3bにより個別にフィードバックが係るようになる。

0018

実施例1と同様に、合成前光量センサ3a,3bはランプ1a,1bの照度差を測定し、露光装置精度内で基準照度となる電力指令値14a,14bに差を与え、出力電力がほぼ等しくなるように演算処理装置20で演算する。さらに、演算処理装置20は、合成後光量センサ7出力からわかるマスク面照度と、前記電力指令値が合成照度許容範囲からずれないように適宜電力指令値を更新する。これにより、合成光学系の曇りなどが発生しても、その影響をフィードバックにかけることができる。

0019

実施例1と同様に、露光装置の精度を維持し、安定した露光照度を維持しながら、2本のランプの寿命をほぼ同じにすることができるために2本のランプを同時に交換することができ、定期的にランプ交換する場合の装置停止時間を最小限にとどめることが可能となる。また、ランプの途中での交換も最小限に抑えることができる。

0020

また、上記した実施例1または実施例2の露光装置を、半導体素子液晶表示素子撮像素子(CCD等)又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するリソグラフィ工程中の投影露光に、用いることにより、稼働率を向上させることが可能なデバイス製造方法を実現することができる。

0021

[実施例3]本発明の実施例3の露光装置の構成を図6に示す。実施例3においては、図6に示すように、ランプ1aはスィッチ11aが合成前光量センサ3aを入力するように設定し、ランプ1bはスイッチ11bが合成後光量センサ7を出力するように設定して、スイッチ15a、15bともにフィードバックがかかるように設定したものである。本実施例においては、合成後光量と合成前光量がともに一定に保たれるため、演算処理を行わなくとも、照度バランスと露光照度を維持することができる。

発明の効果

0022

以上に説明したように、本発明によれば、複数の光源を用いた照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法において、複数の光源の寿命をほぼ同一にできるため、装置停止時間を最小にとどめることが可能になり、生産性を向上させることが可能となる。また、本発明によれば、光源の無駄をなくすことができ、ランニングコスト下げ、生産性を向上させることが可能となる。また、本発明によれば、複数の主光源を用いる場合にも、制御装置誤動作による発振をなくすことができ、合成された光の信号だけを元にして、複数のランプを定照度点灯することができ、安定した照明装置と照明方法、および該照明装置を備えた露光装置とこれらによるデバイスの製造方法を実現することができる。

図面の簡単な説明

0023

図1本発明の実施例1に係る構成を説明する図である。
図2本発明の実施例1に係る光源寿命原理を説明する図である。
図3本発明の実施例1に係る複数光源の寿命をほぼ同一にする原理を説明する図である。
図4本発明の実施例1に係る複数光源の照度の変化の原理を説明する図である。
図5本発明の実施例2に係る構成を説明する図である。
図6本発明の実施例3に係る構成を説明する図である。
図7従来の定照度点灯の構成を説明する図である。

--

0024

1a,1b:光源ランプ
2a,2b:楕円ミラー
3a,3b:合成前光量センサ
4:プリズム
5:合成光学系
6:折り曲げミラー
7:合成後光量センサ
8:マスク
9:投影光学系
10:プレート
11a,11b:光量センサ切換スイッチ
13a,13b:演算増幅器
14a,14b:電力指令値
15b,15b:点灯モード切換スイッチ
16a,16b:電力増幅器
17,18,19:A/Dコンバータ
20:演算処理装置
21,22:D/Aコンバータ
23a,23b:折り曲げミラー
31:光源ランプ
32:楕円ミラー
33:照明系レンズ群
34:折り曲げミラー
35:光量センサ
36:マスク
37:投影光学系
38:プレート
39:電力増幅器
41:演算増幅器
42:電力指令値

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