照明光学系统、曝光装置和物品制造方法
技术领域
本发明涉及照明光学系统、曝光装置和使用它们的物品制造方法。
背景技术
已知用于通过投影光学系统将原版(掩模)的图案转印到感光基板的曝光装置。近来，随着经受曝光装置的曝光的基板的尺寸增大，其中形成有图案的掩模也在增大。掩模的较大尺寸增加了掩模本身的成本，延长了掩模的制造时间，并且增加了掩模的制造成本。
在这种情况下，注意力集中在所谓的无掩模曝光装置上，该无掩模曝光装置能够在不使用其中形成有图案的掩模的情况下在基板上形成图案。无掩模曝光装置是使用诸如数字微镜器件(DMD)之类的光调制器的数字曝光装置。根据无掩模曝光装置，通过利用DMD生成与曝光图案对应的曝光光并且通过根据与曝光图案对应的图案数据对基板执行曝光，可以在不使用掩模的情况下在基板上形成图案。
专利文献(PTL)1公开了一种无掩模曝光装置，在该无掩模曝光装置中，通过使从激光发射单元发射的激光束入射在光调制单元的各个光调制元件上并且通过利用每个光调制元件将入射的激光束调制成曝光状态或非曝光状态来在基板上形成图案。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利申请特开No.2004-62155
发明内容
技术问题
在PTL 1中公开的无掩模曝光装置中，排列有多个投影光学系统，每个投影光学系统包括一个DMD，并且利用由每个DMD形成的光学像作为点像(spot image)来曝光基板。随着经受无掩模曝光装置的曝光的基板的尺寸增大，要排列的投影光学系统的数量也增大。
要排列的投影光学系统的数量的增大进一步使重叠曝光区域的数量增大，在这些重叠曝光区域中，曝光由彼此相邻布置的投影光学系统以重叠状态执行。在重叠曝光区域中，在投影光学系统的布置误差等的影响下，曝光光的分辨性能趋于降低。因此，从增加在基板上形成的图案的精度的观点来看，优选的是尽可能地减少重叠曝光区域的数量。
本发明的目的是提供各自可以实现曝光光的分辨性能的提高的照明光学系统和曝光装置。
问题的解决方案
本发明提供了一种照明光学系统，该照明光学系统包括：第一光调制单元，包括多个光调制元件；第二光调制单元，包括多个光调制元件；以及成像光学系统，通过使用来自第一光调制单元和第二光调制单元的光在预定平面上形成光学像。
发明的有利效果
根据本发明，获得了各自能够实现曝光光的分辨性能的提高的照明光学系统和曝光装置。
附图说明
图1图示了根据第一实施例的照明光学系统的配置。
图2图示了根据第一实施例的光轴偏心单元的配置。
图3图示了XY平面中的反射镜的布置。
图4A图示了由来自DMD的光束形成的光学像。
图4B图示了由来自DMD的光束形成的光学像。
图5图示了根据本发明的包括投影光学系统的曝光装置的配置。
图6图示了根据第二实施例的照明光学系统的配置。
图7图示了根据第二实施例的光轴偏心单元的配置。
图8图示了XY平面中的反射镜的布置。
图9A图示了由来自DMD的光束形成的光学像。
图9B图示了由来自DMD的光束形成的光学像。
图10图示了根据第三实施例的照明光学系统的配置。
图11图示了根据第四实施例的照明光学系统的配置。
图12图示了根据第五实施例的照明光学系统的配置。
具体实施方式
下面将参照附图来详细地描述本发明的实施例。要注意，本发明不限于以下实施例，并且以下实施例仅是实施本发明的实际示例。
(第一实施例)
下面将参照图1来描述根据第一实施例的照明光学系统IL的配置。根据该实施例的光学系统可以被应用于所谓的无掩模曝光装置，在该无掩模曝光装置中，图案可以在不使用其中形成有该图案的掩模的情况下被形成在基板上。在该实施例中，由从照明光学系统IL出射的光束形成的光学像被成像在预定平面CP上。
照明光学系统IL包括多个数字微镜器件(下文中被称为DMD)，其中每个DMD是一种类型的光调制器并且用作光调制单元。在该实施例中，用作第一光调制单元的第一DMD(DMD1)和用作第二光调制单元的第二DMD(DMD2)被提供作为照明光学系统的部件。
DMD是通过将多个微镜排列成二维图案来构成的，并且各个微镜的反射面的角度可以被分别地改变。因此，入射在每个镜上的光可以被调制成曝光状态或非曝光状态。
从预定平面CP出射并且与曝光图案对应的曝光光通过投影光学系统(未图示)被会集到基板上，并且与曝光图案对应的图案数据通过曝光被转印到基板。稍后将参照图5来描述投影光学系统的配置。通过在曝光期间移动基板来执行扫描曝光。
半导体激光器或LED(发光二极管)被用作光源LS。光源的波长是根据被施加在基板上的光敏抗蚀剂的类型来确定的。光源LS的波长通常为从约300nm至约440nm。
下面将描述照明光学系统IL的配置。从光源LS发射的光束被光学系统IL1准直并且照射蝇眼透镜FE1。被蝇眼透镜FE1发散的光束被光学系统IL2准直并且照射蝇眼透镜FE2。蝇眼透镜FE1、光学系统IL2和蝇眼透镜FE2被布置成使得蝇眼透镜FE1的出射面位于光学系统IL2的前侧焦面中，并且蝇眼透镜FE2的入射面位于光学系统IL2的后侧焦面中。
被蝇眼透镜FE2发散的光束被光学系统IL3会聚，并且进入用作偏振光分离装置的第一偏振分束器BS。第一偏振分束器BS具有反射S偏振分量并允许P偏振分量从其中穿过的功能。被第一偏振分束器BS反射的S偏振光入射在具有与第一偏振分束器BS的偏振特性等同的偏振特性的第二偏振分束器BS1上，并且被第二偏振分束器BS1反射。
被第二偏振分束器BS1反射的S偏振光被λ/4相位板IS1转换成圆偏振光，然后照射第一DMD(DMD1)。第一DMD被布置在光学系统IL3的后侧焦面处，并且通过蝇眼透镜FE2和光学系统IL3的功能被科勒(Koehler)照射。被第一DMD反射的光束再次穿过λ/4相位板IS1，并且被转换成P偏振光。转换的P偏振光穿过第二偏振分束器BS1，然后入射在相位板PS1上。
相位板PS1是ND滤光器或诸如λ/4相位板之类的相位板。ND滤光器用于使利用来自第一DMD的光束在预定平面CP上形成的光学像的光量等于利用来自稍后描述的第二DMD的光束在预定平面CP上形成的光学像的光量。λ/4相位板用于将已穿过第二偏振分束器BS1的S偏振光转换成圆偏振光。通过利用圆偏振光照射基板，例如，当被施加在基板上的抗蚀剂具有偏振特性时，可以防止图案的形成精度下降。因此，当抗蚀剂具有偏振特性时，利用圆偏振光照射抗蚀剂是有效的。相位板PS1并不是必要的部件，并且当不需要光量调整时或者当不需要曝光光的偏振特性变化时，可以不需要布置相位板PS1。
已穿过相位板PS1的光束入射在光学系统L1上。光学系统L1用作成像光学系统，通过该成像光学系统，被作为物面的第一DMD反射的光束被成像在预定平面CP上。已穿过光学系统L1的光束被第一反射镜RM1和第二反射镜RM2反射，然后到达预定平面CP。
用于使光轴偏心的光轴偏心单元MU1被布置在第一反射镜RM1和第二反射镜RM2之间。要形成在预定平面CP上的光学像通过光轴偏心单元MU1在XY截面中被移位。稍后将描述光轴偏心单元MU1的配置。
另一方面，已穿过第一偏振分束器BS的P偏振光被λ/2相位板PS转换成S偏振光并且被反射镜MC反射。此后，反射的S偏振光入射在具有与第一偏振分束器BS的偏振特性等同的偏振特性的第三偏振分束器BS2上。已入射在第三偏振分束器BS2上的S偏振光被第三偏振分束器BS2反射。
被第三偏振分束器BS2反射的S偏振光被λ/4相位板IS2转换成圆偏振光，然后照射第二DMD(DMD2)。第二DMD被布置在光学系统IL3的后侧焦面处，并且通过蝇眼透镜FE2和光学系统IL3的功能被科勒照射。被第二DMD反射的光束再次穿过λ/4相位板IS2，并且被转换成P偏振光。转换的P偏振光穿过第三偏振分束器BS2，然后入射在相位板PS2上。相位板PS2是具有与以上描述的相位板PS1的特性等同的特性的光学构件。
已穿过相位板PS2的光束入射在光学系统L2上。光学系统L2用作成像光学系统，通过该成像光学系统，被作为物面的第二DMD反射的光束被成像在预定平面CP上。已穿过光学系统L2的光束被第三反射镜RM3和第四反射镜RM4反射，然后到达预定平面CP。
用于使光轴偏心的光轴偏心单元MU2被布置在第三反射镜RM3和第四反射镜RM4之间。要形成在预定平面CP上的光学像通过光轴偏心单元MU2在XY截面中被移位。下面将描述光轴偏心单元MU2的配置。
现在参照图2来描述光轴偏心单元MU1和MU2的配置。光轴偏心单元MU1由反射镜RMA和反射镜RMB组成。反射镜RMA和反射镜RMB被并排布置在Y轴方向上，该Y轴方向是基板扫描方向。入射在光轴偏心单元MU1上的光束被反射镜RMA和反射镜RMB中的每一个反射。作为结果，穿过光轴偏心单元MU1的光束的光轴在Y轴负方向上被移位距离a。
光轴偏心单元MU2由反射镜RMC和反射镜RMD组成。反射镜RMC和反射镜RMD被并排布置在Y轴方向上。入射在光轴偏心单元MU2上的光束被反射镜RMC和反射镜RMD中的每一个反射。作为结果，穿过光轴偏心单元MU2的光束的光轴在Y轴正方向上被移位距离a。
此外，如图3中图示的，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4各自被布置成从照明光学系统IL的光轴在Y轴方向上被移位距离a。在该实施例中，第二反射镜RM2被布置成在Y轴负方向上被移位距离a，以及第四反射镜RM4被布置成在Y轴正方向上被移位距离a。另外，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4被布置成在X轴方向上在相反方向上被移位。利用这种布置，可以在宽范围上对基板执行扫描曝光。
下面将参照图4来描述形成在预定平面CP上的光学像的布置。如以上提到的，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4被布置成在X轴方向和Y轴方向中的每一个上在相反方向上被移位。因此，如图4A中图示的，利用来自第一DMD的光束形成的光学像和利用来自第二DMD的光束形成的光学像以在X轴方向和Y轴方向中的每一个上彼此远离地被移位的状态定位。
在图4A中由虚线表示的圆指示投影光学系统的视场。如从图4A看到的，利用来自第一DMD的光束形成的光学像和利用来自第二DMD的光束形成的光学像位于投影光学系统的视场内而没有彼此重叠。
图4A中的箭头S表示基板扫描方向。通过使基板扫描方向相对于形成每个DMD的微镜的排列方向倾斜，基板可以被均匀地曝光。由OL表示的X轴方向上的范围表示重叠曝光区域，该重叠曝光区域在扫描曝光期间被用来自第一DMD的光束和来自第二DMD的光束二者双重曝光。通过控制对应于重叠曝光区域的形成第一DMD和第二DMD中的每一个的微镜的调制状态，可以适当地调整重叠曝光区域中的曝光量。
图4B图示了当使在预定平面CP上形成的光学像倾斜而非使基板扫描方向相对于形成DMD的微镜的排列方向倾斜时在预定平面CP上形成的光学像的布置。可以通过使第一DMD和第二DMD倾斜来使在预定平面CP上形成的光学像倾斜。利用这种布置，基板也可以被均匀地曝光。
下面将参照图5来描述投影光学系统PO的配置。来自预定平面CP的光束入射在形成投影光学系统PO的光学系统PO1上。光学系统PO1具有将已入射在光学系统PO1上的光束会集到微透镜阵列MLA的功能。微透镜阵列MLA由物镜MF和成像透镜Mi组成，该成像透镜Mi被布置在远离物镜MF达对应于物镜MF的焦距的距离的位置处。
由光学系统PO1成像在物镜MF上的光束被成像透镜Mi重新成像。在该实施例中，光束被成像透镜Mi重新成像的点位于成像透镜Mi的内部。来自重新成像点的光束进一步被光学系统PO2再次成像，并且针孔构件PH被布置在光束被光学系统PO2成像的位置处。
针孔构件PH的每个开口对应于在预定平面CP上形成的各个点像的位置。直径被针孔构件PH减小的点光(spot light)通过光学系统PO3入射在基板PL上。当由光学系统PO2形成的点光的直径足够小时，不需要针孔构件PH和光学系统PO3。
(第二实施例)
下面将参照图6来描述根据第二实施例的照明光学系统IL的配置。在该实施例中，除了第一DMD(DMD1)和第二DMD(DMD2)之外，还提供了用作第三光调制单元的第三DMD(DMD3)作为照明光学系统的部件。省略了对与根据第一实施例的照明光学系统IL中的部件相同的部件的描述，并且将详细地描述与第一实施例的不同点。
在根据该实施例的照明光学系统IL中，被第一偏振分束器BS反射的S偏振光入射在第四偏振分束器BS3上。第四偏振分束器BS3具有这样的偏振特性：相对于入射的S偏振光，反射光与透射光之比为大约1:1。已穿过第四偏振分束器BS3的S偏振光通过与以上参照图1描述的光路相同的光路到达预定平面CP。
另一方面，被第四偏振分束器BS3反射的S偏振光被λ/2相位板PS3转换成P偏振光，然后入射在第五偏振分束器BS4上。第五偏振分束器BS4具有反射S偏振分量并允许P偏振分量从其中穿过的功能。已入射在第五偏振分束器BS4上的P偏振光穿过第五偏振分束器BS4，并且被λ/4相位板IS3转换成圆偏振光。然后，转换的圆偏振光照射第三DMD。
第三DMD被布置在光学系统IL3的后侧焦面处，并且通过蝇眼透镜FE2和光学系统IL3的功能被科勒照射。被第三DMD反射的光束再次穿过λ/4相位板IS3，并且被转换成S偏振光。转换的S偏振光被第五偏振分束器BS4反射，然后入射在相位板PS4上。相位板PS4具有与相位板PS1相同的功能，并且它是ND滤光器或诸如λ/4相位板之类的相位板。
已穿过相位板PS4的光束被反射镜MC1反射，然后入射在光学系统L3上。光学系统L3具有将被作为物面的第三DMD反射的光束成像在预定平面CP上的功能。已穿过第一偏振分束器BS的P偏振光到达预定平面CP所通过的光路与图1中图示的光路相同，并且因此省略对该光路的描述。
下面将参照图7来描述光轴偏心单元MU3和MU4的配置。光轴偏心单元MU3由反射镜RME和反射镜RMF组成。反射镜RME和反射镜RMF被并排布置在Y轴方向上。入射在光轴偏心单元MU3上的光束被反射镜RME和反射镜RMF中的每一个反射。作为结果，穿过光轴偏心单元MU3的光束的光轴在Y轴负方向上被移位距离2a。
光轴偏心单元MU4由反射镜RMG和反射镜RMH组成。反射镜RMG和反射镜RMH被并排布置在Y轴方向上。入射在光轴偏心单元MU4上的光束被反射镜RMG和反射镜RMH中的每一个反射。作为结果，穿过光轴偏心单元MU4的光束的光轴在Y轴正方向上被移位距离2a。
如图8中图示的，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4各自被布置成从照明光学系统IL的光轴在Y轴方向上被移位距离2a。在该实施例中，第二反射镜RM2被布置成在Y轴负方向上被移位距离2a，以及第四反射镜RM4被布置成在Y轴正方向上被移位距离2a。另外，反射镜MC1被布置在第二反射镜RM2和第四反射镜RM4之间。
此外，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4被布置成在X轴方向上在相反方向上被移位。因此，与第一实施例中相比可以在更宽的范围上执行扫描曝光。
下面将参照图9来描述在预定平面CP上形成的光学像的布置。如以上提到的，第二反射镜RM2和第四反射镜RM4被布置成在X轴方向和Y轴方向中的每一个上沿相反方向被移位。因此，如图9A中图示的，利用来自第一DMD的光束形成的光学像和利用来自第二DMD的光束形成的光学像以在X轴方向和Y轴方向中的每一个上彼此远离地被移位的状态定位。另外，利用来自反射镜MC1的光束形成的光学像位于利用来自第一DMD的光束形成的光学像和利用来自第二DMD的光束形成的光学像之间。
在图9A中由虚线表示的圆指示投影光学系统的视场。如从图9A看到的，利用来自第一DMD的光束形成的光学像、利用来自第二DMD的光束形成的光学像以及利用来自反射镜MC1的光束形成的光学像位于投影光学系统的视场的内部而没有彼此重叠。
图9A中的箭头S表示基板扫描方向。通过使基板扫描方向相对于形成每个DMD的微镜的排列方向倾斜，基板可以被均匀地曝光。由OL表示的X轴方向上的范围表示在扫描曝光期间被用来自第一DMD的光束和来自反射镜MC1的光束二者双重曝光的重叠曝光区域以及在扫描曝光期间被用来自第二DMD的光束和来自反射镜MC1的光束二者双重曝光的重叠曝光区域。通过控制对应于重叠曝光区域的形成第一DMD、第二DMD和第三DMD中的每一个的微镜的调制状态，可以适当地调整重叠曝光区域中的曝光量。
图9B图示了当使在预定平面CP上形成的光学像倾斜而非使基板扫描方向相对于形成DMD的微镜的排列方向倾斜时在预定平面CP上形成的光学像的布置。可以通过使第一DMD、第二DMD和第三DMD倾斜来使在预定平面CP上形成的光学像倾斜。作为结果，基板可以被均匀地曝光。
(第三实施例)
下面将参照图10来描述根据第三实施例的照明光学系统IL的配置。在该实施例中，反射镜RMX1被布置在第一偏振分束器BS和第一DMD之间，以及反射镜RMY1被布置在第一偏振分束器BS和第二DMD之间。反射镜RMX1反射光束以便使其斜入射在第一DMD上，以及反射镜RMY1反射光束以便使其斜入射在第二DMD上。其它配置类似于第一实施例中的配置，因此省略对其它配置的描述。
例如，当形成DMD的微镜的最大倾斜角大时，即使光束斜入射在DMD上，也可以使入射在DMD上的光束与被DMD反射的光束彼此不重叠。因此，当允许光束斜入射在DMD上时，如在该实施例中那样，可以简化第一偏振分束器BS和DMD之间的光学系统。
(第四实施例)
下面将参照图11来描述根据第四实施例的照明光学系统IL的配置。在该实施例中，反射镜RMX2和反射镜RMY2被布置在光学系统IL2的后侧焦面IM的预定平面CP侧。光学系统IL2的后侧焦面IM通过蝇眼透镜FE1和光学系统IL2的功能被科勒照射，并且后侧焦面IM具有均匀的照度分布。
被反射镜RMX2反射的光束在穿过光学系统LA并被反射镜RMX1反射之后照射第一DMD。被反射镜RMY2反射的光束在穿过光学系统LB并被反射镜RMY1反射之后照射第二DMD。其它配置类似于第一实施例中的配置，并且因此省略对其它配置的描述。
反射镜RMX2和反射镜RMY2具有将在后侧焦面IM中形成的均匀照度分布分离到不同视场中的功能，并且划分在后侧焦面IM中形成的照度分布的光学像被形成在第一DMD和第二DMD上。换句话说，通过采用该实施例的配置，第一DMD和第二DMD可以各自被用具有均匀照度分布的光束照射，并且照射光学系统IL中的照度不均匀性可以被降低。
(第五实施例)
下面将参照图12来描述根据第五实施例的照明光学系统IL的配置。在该实施例中，使用光透射型的声光束调制器AOM代替DMD作为光调制器。该实施例与第一实施例的不同之处在于，布置反射镜RMX来代替第二偏振分束器BS1，并且布置反射镜RMY来代替第三偏振分束器BS2。其它配置类似于第一实施例中的配置，并且因此省略对其它配置的描述。
在该实施例中，通过向声光束调制器AOM施加调制信号来改变入射在声光束调制器AOM上的光束的照度。可以通过由数字信号源(未图示)接通或断开调制信号以切换光脉冲的输出方向来改变照度。
(修改)
形成蝇眼透镜的透镜单元可以是球面透镜或柱面透镜。当形成DMD的微镜的阵列数在X轴和Y轴之间不同时，整个DMD在X轴方向和Y轴方向上的长度彼此不同。在这种情况下，通过使用各自焦距在X轴方向和Y轴方向之间不同的柱面透镜作为形成蝇眼透镜FE的透镜单元，可以使点光的形状在X轴方向和Y轴方向之间是不同的，并且可以增加照明效率。
此外，在使用蝇眼透镜FE2的实施例中，可以布置具有多个孔的光阑来代替蝇眼透镜FE2。在这种情况下，已穿过光阑的各个孔的光束被成像在形成DMD的微镜上。
尽管在以上实施例中，通过使用蝇眼透镜来使从光源发射的光束的光强度分布均匀，但是也可以使用诸如棒状积分器之类的用于使光强度分布均匀的另外的装置来代替蝇眼透镜。
另外，尽管在以上实施例中，从一个光源发射的光束被划分以照射多个光调制单元，但是可以为光调制单元中的每一个提供光源。在这种情况下，不再需要诸如偏振分束器之类的光路划分装置，并且可以简化照明光学系统IL的配置。
(物品制造方法)
根据本发明的实施例的物品制造方法适合于制造物品，例如，诸如半导体器件之类的微器件和具有微结构的元件。根据该实施例的物品制造方法包括通过使用以上描述的曝光装置在被施加在基板上的光刻胶中形成潜像图案的步骤(即，曝光基板的步骤)以及将其上已在以上步骤中形成有潜像图案的基板显影的步骤。物品制造方法还包括其它已知步骤(诸如氧化、膜形成、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切片、结合和封装)。根据该实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本当中的至少一个中比相关领域方法更有利。
尽管以上已经描述了本发明的优选实施例，但是无需说明的是，本发明不限于那些优选实施例，并且在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。
本发明不限于以上描述的实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。因此，随此附带以下权利要求，以用于使本发明的范围对公众公开。
本申请要求基于2017年12月15日提交的日本专利申请No.2017-241079的优先权的权益，该专利申请通过引用整体并入本文。
