CN101625455B - 投影光学系统、曝光装置以及器件制造方法 - Google Patents

投影光学系统、曝光装置以及器件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供投影光学系统、曝光装置和器件制造方法。在物体面至像面的光路中依次配置第一凹反射面、凸反射面、第二凹反射面，将配置于物体面的物体的像投影到像面的投影光学系统具备配置在光路中的第一、第二折射光学单元；第一致动器；第二致动器，第一、第二折射光学单元分别具有两个以上柱状面，第一折射光学单元能调整第一方向上的投影光学系统的投影倍率，第二折射光学单元能调整与第一方向正交的第二方向上的投影光学系统的投影倍率，第一致动器变更第一折射光学单元的两个以上柱状面的间隔以使第一方向上的投影倍率成为第一目标投影倍率，第二致动器变更第二折射光学单元的两个以上柱状面的间隔以使第二方向上的投影倍率成为第二目标投影倍率。

Description

投影光学系统、曝光装置以及器件制造方法
技术领域
本发明涉及投影光学系统、具备该投影光学系统的曝光装置以及使用该曝光装置来制造器件的器件制造方法。
背景技术
平板显示器(以下称为FPD)是通过光刻工序制造的。在光刻工序中，针对涂敷有感光剂的基板(在FPD的制造中，一般是玻璃板)通过投影光学系统投影底版的图案而对该基板进行曝光。在用于对基板进行曝光的曝光装置中，重合误差的降低是重要的。重合误差是例如由于调准误差、像差(畸变)、倍率误差而产生的。在它们之中，调准误差可以通过高精度地调整底版与基板的相对位置来降低，但像差与倍率误差无法通过调准来校正。
玻璃板等基板由于由生产工艺发生的热等原因而发生伸缩，从而可能引起倍率误差。由于基板收缩，第二工艺以后的重合精度恶化。另外，在扫描曝光中的扫描方向和与其垂直的方向上产生不同的伸缩。为了降低伴随基板的伸缩的误差，针对扫描方向的伸缩，考虑在底版与基板之间给予相对的速度差来曝光的方法。另外，针对与扫描方向垂直的方向的伸缩，考虑如下方法：将平行平板玻璃配置在底版或基板的附近，并通过将该平行平板玻璃弯曲而使光线折射，由此进行倍率的微调整。
在日本专利公开昭62-35620号公报、日本专利3341269号公报中，公开了倍率校正方法。在日本专利公开昭62-35620号公报中，公开了在投影光学系统中将相对光轴旋转对称的两个透镜相互接近地配置，并在光轴方向上对其中一个透镜进行驱动的技术。在日本专利3341269号公报中，公开了使相对投影光学系统的光轴旋转非对称的至少两个复曲面型光学部件中的至少一个复曲面型光学部件相对于光轴旋转或在光轴方向上移动的技术。
但是，在为了校正基板的扫描方向上的倍率而在底版与基板之间相对地给予速度差的方法中，在良像区域是圆弧状的情况下，可能发生特有的非对称畸变像差。为了对其进行校正，需要对其他的像差校正用的光学部件进行驱动。由此，发生机械机构的复杂化和驱动像差残渣。
另外，在为了对与基板的扫描方向正交的方向上的倍率进行校正而将平行平板玻璃弯曲的方法中，难以将平行平板玻璃高精度地弯曲为目标形状，而发生非线性的像差误差分量。而且，为了应对近年来的基板的大型化，平行平板玻璃也必需大型化，这可能带来误差。
在日本专利公开昭62-35620号公报、日本专利3341269号公报记载的方法中，不能各自地进行针对扫描方向的倍率校正和针对与其正交的方向的倍率校正。
发明内容
本发明是鉴于上述背景而完成的，其示例性的目的在于，能够各自地进行两个正交的方向上的倍率校正。
本发明的第一侧面涉及一种投影光学系统，在从物体面至像面的光路中依次配置有第一凹反射面、凸反射面、第二凹反射面，将配置于上述物体面上的物体的像投影到上述像面，上述投影光学系统具备：配置在上述光路中的第一折射光学单元以及第二折射光学单元；第一致动器，对上述第一折射光学单元进行驱动；以及第二致动器，对上述第二折射光学单元进行驱动，上述第一折射光学单元以及上述第二折射光学单元分别具有两个以上的柱状面，上述第一折射光学单元配置为能够调整第一方向上的上述投影光学系统的投影倍率，上述第二折射光学单元构成为能够调整与上述第一方向正交的第二方向上的上述投影光学系统的投影倍率，上述第一致动器变更上述第一折射光学单元的两个以上的柱状面的间隔，以使上述第一方向上的投影倍率成为第一目标投影倍率，上述第二致动器变更上述第二折射光学单元的两个以上的柱状面的间隔，以使上述第二方向上的投影倍率成为第二目标投影倍率。
本发明的第二侧面涉及对基板进行曝光的曝光装置，上述曝光装置具备上述投影光学系统，通过上述投影光学系统将底版的图案投影到基板来对该基板进行曝光。
本发明的第三侧面涉及器件制造方法，上述器件制造方法包括：通过上述曝光装置对涂敷有感光剂的基板进行曝光的工序；以及使该感光剂显影的工序。
本发明的更多特征将从下面参照附图的具体实施方式的描述中变得清楚。
附图说明
图1是示出本发明的优选的实施方式的曝光装置的概略结构的图。
图2是示意性地示出图1所示的曝光装置的投影光学系统的结构的图。
图3是第一实施方式的第一折射光学单元的XZ平面的剖面图。
图4是第一实施方式的第一折射光学单元的YZ平面的剖面图。
图5是第一实施方式的第二折射光学单元的XZ平面的剖面图。
图6是第一实施方式的第二折射光学单元的YZ平面的剖面图。
图7是第二实施方式的第一折射光学单元的XZ平面的剖面图。
图8是第二实施方式的第一折射光学单元的YZ平面的剖面图。
图9是第二实施方式的第二折射光学单元的XZ平面的剖面图。
图10是第二实施方式的第二折射光学单元的YZ平面的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。
(第一实施方式)
图1是示出本发明的优选的实施方式的曝光装置EX的概略结构的图。图2是示意性地示出图1所示的曝光装置EX的投影光学系统PO的结构的图。另外，在图2中，用于使投影光学系统PO的光轴AX折弯的折弯反射镜(光焦度(power)为零的反射镜)MD被省略。也可以认为折弯反射镜MD使光路折弯。折弯反射镜MD例如可以被配置成，在配置有底版M的物体面O与第一凹反射面M1之间通过反射面MA使光轴AX折弯90度，在第二凹反射面M3与配置有基板P的像面I之间通过反射面MB使光轴AX折弯90度。
在现实的结构中，为了投影光学系统PO的小型化而设置折弯反射镜MD是有利的，但折弯反射镜MD并不是必须的。在该说明书中，为了说明空间上的方向，使用相对去除了折弯反射镜MD的状态下的光轴AX平行地定义了Z方向的XYZ坐标系。
曝光装置EX适用于例如像液晶显示器等平板显示器那样具有大面积的显示器的制造，但还可以适用于LSI等半导体器件、其他器件的制造。
曝光装置EX具备：对底版(可被称为掩模(mask)或标线片(reticule))M进行照明的照明光学系统IL；保持底版M的底版载置台MST；投影光学系统PO；保持基板(例如玻璃板等板)P的基板载置台PST。底版M配置在投影光学系统PO的物体面O上，基板P配置在投影光学系统PO的像面I上。
曝光装置EX典型地构成为扫描曝光装置。曝光装置EX一边通过照明光学系统IL用形成为带状(例如圆弧状、矩形狭缝状)的光对底版M进行照明，一边对底版载置台MST以及基板载置台PST进行扫描驱动以对底版M以及基板P进行扫描。由此，底版M的图案被转印到基板P上的感光剂上。
投影光学系统PO在从光轴AX偏移的位置上具有良像区域，该良像区域被用于将底版M的图案投影到基板P。投影光学系统PO构成为在从物体面O至像面I的光路中，依次配置有第一折射光学单元A、第一凹反射面M1、凸反射面M2、第二凹反射面M3、第二折射光学单元B。在第一折射光学单元A与第一凹反射面M1之间可以配置折弯反射镜MD的反射面MA。在第二凹反射面M3与第二折射光学单元B之间可以配置折弯反射镜MD的反射面MB。
第一折射光学单元A以及第二折射光学单元B不限于上述位置，也可以配置在从物体面O至像面I的光路之中。第一凹反射面M1与第二凹反射面M3典型的是具有同一曲率中心的反射面。第一凹反射面M1具有正的光焦度，凸反射面M2具有负的光焦度，第二凹反射面具有正的光焦度。
第一折射光学单元A以及第二折射光学单元B是校正投影光学系统PO的投影倍率的光学单元。更具体而言，第一折射光学单元A被配置成能够调整第一方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的X方向)上的投影光学系统PO的投影倍率。另外，第二折射光学单元A被配置成能够调整与第一方向正交的第二方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的Y方向)上的投影光学系统PO的投影倍率。
第一折射光学单元A以及第二折射光学单元B分别具有两个以上的柱状面。可以由第一致动器AA对第一折射光学单元A进行驱动，以使第一方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的X方向)上的投影倍率成为第一目标投影倍率。具体而言，第一致动器AA变更第一折射光学单元A的两个以上的柱状面的间隔，以使第一方向上的投影倍率成为第一目标投影倍率。
可以由第二致动器BA对第二折射光学单元B进行驱动，以使第二方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的Y方向)上的投影倍率成为第二目标投影倍率。具体而言，第二致动器BA变更第二折射光学单元B的两个以上的柱状面的间隔，以使第二方向上的投影倍率成为第二目标投影倍率。在此，第一目标投影倍率、第二目标投影倍率例如可以通过利用未图示的调准用示波器等计测单元对已经形成在基板P上的调准用标记的位置进行检测而决定。
第一折射光学单元A典型地可以具有两个柱状面。作为两个柱状面的特性(光焦度)的组合，考虑凸以及凸、凹以及凹、凸以及凹。在此，为了使与聚焦位置的变动相对的投影倍率的变化迟钝，优选使投影光学系统PO成为远心(telecentric)结构。因此，两个柱状面的特性(光焦度)的组合优选为凸以及凹的组合。第一折射光学单元A所包含的柱状面的母线典型的是相互平行的。
第二折射光学单元B也同样典型地具有两个柱状面，其特性(光焦度)的组合优选为凸以及凹的组合。另外，第二折射光学单元B所包含的柱状面的母线典型的是相互平行的。
第一折射光学单元A所包含的两个以上的柱状面的母线与第三方向(Y方向)平行，该第三方向(Y方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX正交。第二折射光学单元B所包含的两个以上的柱状面的母线与第四方向(X方向)平行，该第四方向(X方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX以及第三方向正交。
图3、图4是示出第一折射光学单元A的结构例子的图。在此，图3是用XZ面切断了第一折射光学单元A的剖面图，图4是用YZ面切断了第一折射光学单元A的剖面图。第一折射光学单元A包括：配置在物体面O侧的折射光学元件A11；以及配置在像面I侧的折射光学元件A12。折射光学元件A11在像面I侧具有凸的柱状面CA11，整体上具有凸的光焦度。折射光学元件A12在物体面O侧具有凹的柱状面CA12，整体上具有凹的光焦度。第一折射光学单元A可以具有更多的柱状面。即，第一折射光学单元A可以具有两个以上的柱状面。第一折射光学单元A的两个以上的柱状面CA11、CA12的母线与第三方向(Y方向)平行，该第三方向(Y方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX正交。为了校正投影光学系统PO的第一方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的X方向)上的投影倍率，通过第一致动器AA在光轴AX方向上对两个以上的柱状面CA11、CA12中的至少一个进行驱动。
图5、图6是示出第二折射光学单元B的结构例子的图。在此，图5是用XZ面切断了第二折射光学单元B的剖面图，图6是用YZ面切断了第二折射光学单元B的剖面图。第二折射光学单元B包括：配置在物体面O侧的折射光学元件B11；以及配置在像面I侧的折射光学元件B12。折射光学元件B11在像面I侧具有凹的柱状面CB11，整体上具有凹的光焦度。折射光学元件B12在物体面O侧具有凸的柱状面CB12，整体上具有凸的光焦度。第二折射光学单元B可以具有更多的柱状面。即，第二折射光学单元B可以具有两个以上的柱状面。第二折射光学单元B的两个以上的柱状面CB11、CB12的母线与第四方向(X方向)平行，该第四方向(X方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX正交。为了校正投影光学系统PO的第二方向(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的Y方向)上的投影倍率，通过第二致动器AB在光轴AX方向上对两个以上的柱状面CB11、CB12中的至少一个进行驱动。
根据本实施方式，可以各自地进行两个正交的方向、例如扫描方向以及与其正交的方向上的投影倍率的校正。由此，例如可以根据已经形成在基板上的图案，各自地校正扫描方向以及与其正交的方向上的投影倍率，可以提高第二工艺以后的像的重合精度。
(第二实施方式)
以下，说明本发明的第二实施方式。在此未特别言及的事项可以依照第一实施方式。
图7、图8是示出第二实施方式中的第一折射光学单元A的结构例子的图。在此，图7是示出用XZ面切断了第一折射光学单元A的剖面图，图8是示出用YZ面切断了第一折射光学单元A的剖面图。
第一折射光学单元A包括：配置在物体面O侧的折射光学元件A21；以及配置在像面I侧的折射光学元件A22。折射光学元件A21作为像面I侧的面即第一面而具有凸的柱状面CA11，作为物体面O侧的面即第二面而具有曲面(球面或非球面)S11，整体上具有凸的光焦度。折射光学元件A22在物体面O侧具有凹的柱状面CA12，整体上具有凹的光焦度。第一折射光学单元A可以具有更多的柱状面。即，第一折射光学单元A可以具有两个以上的柱状面。第一折射光学单元A的两个以上的柱状面CA11、CA12的母线与第三方向(Y方向)平行，该第三方向(Y方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX正交。为了校正投影光学系统PO的第一方向(在具有折弯反射镜MD的情况下将其去除的状态下的X方向)上的投影倍率，通过第一致动器AA在光轴AX方向上对两个以上的柱状面CA11、CA12中的至少一个进行驱动。
图9、图10是示出第二折射光学单元B的结构例子的图。在此，图9是用XZ面切断了第二折射光学单元B的剖面图，图10是用YZ面切断了第二折射光学单元B的剖面图。第二折射光学单元B包括：配置在物体面O侧的折射光学元件B21；以及配置在像面I侧的折射光学元件B22。折射光学元件B21在像面I侧具有凹的柱状面CB11，整体上具有凹的光焦度。折射光学元件B22作为物体面O侧的面即第一面而具有凸的柱状面CB12，作为像面I侧的面即第二面而具有曲面(球面或非球面)S22，整体上具有凸的光焦度。第二折射光学单元B可以具有更多的柱状面。即，第二折射光学单元B可以具有两个以上的柱状面。第二折射光学单元B的两个以上的柱状面CB11、CB12的母线与第四方向(X方向)平行，该第四方向(X方向)与(在具有折弯反射镜MD的情况下是将其去除的状态下的)投影光学系统PO的光轴AX正交。为了校正投影光学系统PO的第二方向(在具有折弯反射镜MD的情况下将其去除的状态下的Y方向)上的投影倍率，通过第二致动器AB在光轴AX方向上对两个以上的柱状面CB11、CB12中的至少一个进行驱动。
在上述例子中，第一折射光学单元A以及第二折射光学单元B这双方在柱状面的背面具有曲面，但也可以是第一折射光学单元A以及第二折射光学单元B中的任意一个在柱状面的背面具有曲面。
根据本实施方式，通过将柱状面的背面设为曲面(球面或非球面)，可以构成小型且高性能的投影光学系统。尤其，通过将该曲面设为非球面形状，可以在保持轴外光学性能(像散、像面弯曲)的性能的情况下扩大带状(例如圆弧状)的良像区域。另外，如果要通过除了第一、第二折射光学单元以外还配置球面或非球面透镜来实现期望的轴外光学性能(像散、像面弯曲)，则投影光学系统中的折射光学元件会增加。因此，如果为了提高曝光的吞吐量而使曝光波长宽带化，则不能忽视由于投影光学系统中的折射光学元件增加而引起的色差的增加。因此，如上所述，优选在用于倍率校正的柱状面的背面设置曲面，由此，可以构成小型且高性能的投影光学系统。
(其他)
在第一、第二实施方式中，在将投影光学系统PO的整体的成像倍率设为1倍(等倍)的情况下，第一凹反射面M1与第二凹反射面M3构成为具有同一曲率半径。在使投影光学系统PO的成像倍率成为1倍以外的情况下，第一凹反射面M1的曲率半径与第二凹反射面M3的曲率半径可以根据成像倍率而决定。
(器件制造方法)
本发明的优选的实施方式的器件制造方法例如适用于液晶器件、半导体器件的制造，可以包括如下工序：在涂敷有感光剂的基板的该感光剂上使用上述曝光装置转印底版的图案的工序；以及使该感光剂显影的工序。而且，通过经由其他公知的工序(蚀刻、抗蚀剂剥离、切割(dicing)、接合(bonding)、封装(packaging)等)而制造器件。
虽然参照具体实施方式已对本发明作了描述，但要理解的是，本发明不限于上述揭示的具体实施方式。下面权利要求的范围与最宽的解释相一致，从而包括所有变更以及等同的结构和功能。

Claims (6)

1.一种投影光学系统，使用于一边在扫描方向上对底版以及基板进行扫描，一边对上述基板进行曝光的曝光装置中，在从配置有上述底版的物体面至配置有上述基板的像面的光路中依次配置有第一凹反射面、凸反射面、第二凹反射面，将配置于上述物体面上的物体的像投影到上述像面，该投影光学系统的特征在于，具备：
配置在上述光路中的第一折射光学单元以及第二折射光学单元；
第一致动器，对上述第一折射光学单元进行驱动；以及
第二致动器，对上述第二折射光学单元进行驱动，
上述第一折射光学单元以及上述第二折射光学单元分别具有两个以上的柱状面，
上述第一致动器变更上述第一折射光学单元的两个以上的柱状面的间隔，以使在上述像面上的上述扫描方向上的投影倍率成为第一目标投影倍率，
上述第二致动器变更上述第二折射光学单元的两个以上的柱状面的间隔，以使在上述像面上的相对于上述扫描方向垂直的方向上的投影倍率成为第二目标投影倍率。
2.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
上述第一折射光学单元以及上述第二折射光学单元的至少一方包括具有第一面以及第二面的折射光学元件，上述第一面是柱状面，上述第二面是球面或非球面。
3.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
上述第一折射光学单元配置在上述物体面与上述第一凹反射面之间，上述第二折射光学单元配置在上述第二凹反射面与上述像面之间。
4.根据权利要求1所述的投影光学系统，其特征在于，
在上述物体面与上述像面之间还具备使上述投影光学系统的光轴折弯的反射镜。
5.一种曝光装置，用于对基板进行曝光，该曝光装置的特征在于，
具备权利要求1～4中的任意一项所述的投影光学系统，通过上述投影光学系统将底版的图案投影到基板来对该基板进行曝光。
6.一种器件制造方法，其特征在于，包括：
通过权利要求5所述的曝光装置对涂敷有感光剂的基板进行曝光的工序；以及
使该感光剂显影的工序。
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