CN102033315B - 投影光学系统、曝光装置和器件制造方法 - Google Patents

投影光学系统、曝光装置和器件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种投影光学系统、曝光装置和器件制造方法，该投影光学系统具有第1光学系统、第2光学系统、第3光学系统以及控制部分，其中，将投影光学系统的、与第1方向正交的第2方向和与第1方向和第2方向正交的第3方向上的倍率的应修正量分别设为A和B，将第3光学系统对投影光学系统的第2方向和第3方向上的倍率的修正量设为C时，控制部分控制第1光学系统、第2光学系统和第3光学系统，使得修正量C成为应修正量A与应修正量B之间的量，第1光学系统对第2方向上的倍率的修正量成为(A-C)，第2光学系统对第3方向上的倍率的修正量成为(B-C)。

Description

投影光学系统、曝光装置和器件制造方法
技术领域
本发明涉及投影光学系统、曝光装置和器件制造方法。
背景技术
半导体器件或平板显示器(FPD)等器件通过光刻工序来制造。光刻工序包括曝光工序，该曝光工序将被称为掩模或中间掩模(reticle)的原版的图案投影至涂敷了被称为光刻胶的感光剂的玻璃板或晶片等基板上，将该基板曝光。在FPD的制造中，一般使用具有包括反射镜的投影光学系统的曝光装置。在使用这样的曝光装置来对基板进行曝光的情况下，由于在基板上烧附多层，并且通过多次使用原版而产生伸缩，从而会产生倍率误差。
在日本特开平8-306618号公报中公开了将玻璃基板等较大屏幕的被曝光体曝光的投影光学系统。在日本特开平8-306618号公报中公开了如下的投影光学系统：从物面侧开始依次具有第1平面反射镜、凹面镜、凸面镜、凹面镜、第2平面反射镜，在物面与第1平面反射镜之间以及第2平面反射镜与像面之间各配置一个平行平板。但是，在日本特开平8-306618号公报中，平行平板被记载为“光学薄体”。投影光学系统在日本特开平8-306618号公报中如图中所说明的那样，形成所谓的双远心光学系统，其中，从物面通过上侧平行平板的光线以及通过下侧平行平板而到达像面的光线中的主光线分别平行。并且，还公开了：因为在每个曝光工序中产生倍率误差而以特定的图案检测出倍率误差的检测系统；以及根据检测结果使该平行平板在与扫描方向正交的方向上弯曲，产生线性倍率变化的机构。
一般情况下，在产生倍率误差时，往往在扫描方向及其正交方向这两个方向上都放大或缩小。在这样的情况当中，在扫描方向及其正交方向上产生相同的倍率变化的情况下，以下将该倍率变化称为“各向同性倍率变化”。作为能够产生这样的各向同性倍率变化的光学系统，在日本特开昭62-35620号公报中公开了组合了平凸透镜和平凹透镜的光学系统。即，对于具有大致相等的曲率半径的平凸透镜和平凹透镜，通过使凸面与凹面隔开微小的空气间隔而使其平行对置，在前述的投影光学系统内配置于放置了平行平板的位置上。此时，通过稍微增减凸面与凹面的间隔，可以产生各向同性倍率变化。并且，即使在通过该方式产生10ppm程度的倍率变化的情况下，也等同于完全没有产生像散。
但是，已知的是，如果将弯曲的平行平板配置在投影光学系统的光路中，则虽然能够修正倍率，但会新产生像散。在将下侧平行平板用于扫描方向的倍率修正的情况下，为了进行放大而在扫描方向上提供上表面凸起、下表面凹陷的弯曲，在正交的方向上提供保持平面状态的变形。此时，虽然与扫描方向正交的方向的折射力没有变化，但在扫描方向上产生负的折射力。因此，扫描方向的线像(以下称为V线)的成像位置在比保持原样的扫描正交方向的线像(以下称为H线)更远离光学系统的位置、即下侧成像。根据发明人的计算，在扫描方向上放大10ppm(像为1.00001倍)时，HV线的像散约为5μm(H线在下)。并且，如日本特开平8-306618号公报所记载的那样，将上侧平行平板用于与扫描方向正交的方向的倍率修正的情况下，为了在像面侧进行放大而在与扫描方向正交的方向上提供向上方凹陷的弯曲。此时，如果从成像系统一侧来看物面侧，则扫描方向的折射力不变但在与扫描方向正交的方向上产生正的折射力，在与扫描方向正交的方向上倍率缩小，V线在比H线更靠近成像系统的一侧成像。如果以此为正向重新使光线追踪从物面侧到像面侧的成像，则作为横像差的倍率反转，与扫描方向正交的方向的倍率成为放大，作为纵像差的成像位置被保存，H线相对于V线在离光学系统更远的位置、即下侧成像。总之，如果利用上侧平行平板使与扫描方向正交的方向的倍率成为放大，则产生H线在下的像散，同样，如果利用下侧平行平板使扫描方向的倍率成为放大，也产生H线在下的像散。
虽然在日本特开平8-306618号公报中没有记载，但可以认为，在利用两个平行平板使由产生倍率变化的机构导致的弯曲方向正交，将上侧平行平板用于与扫描方向正交的方向的倍率修正，使下侧平行平板用于扫描方向的倍率修正。这样，可以使倍率误差在两个方向上更精密地一致，从而可以实现高精度的图案位置对准。但是，如果使用两个平行平板同时增大扫描方向及其正交方向的倍率，则可知两者的像散为相互加强的关系。另外，在使用两个平行平板使两个方向的倍率都缩小的情况下，像散的产生方向相反，但由上下平行平板产生的像散同样彼此加强。相反，在扫描方向和与扫描方向正交的方向中的一个方向放大而在另一个方向缩小的情况下，像散的产生方向相反，像散被消除。
另一方面，日本特开昭62-35620号公报中记载的能够产生各向同性倍率变化的光学系统只能各向同性地修正倍率。但是，实际产生而希望修正的倍率变化多数在扫描方向和与扫描方向正交的方向上并非一样。因此，使用该光学系统修正倍率的方式无法供实用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种投影光学系统，能够抑制像散的产生，独立地修正相互正交的两个方向上的倍率。
本发明是一种投影光学系统，在从物面到像面的光路上，从所述物面一侧开始依次配置第1平面镜、第1凹面镜、凸面镜、第2凹面镜以及第2平面镜，所述物面和所述第1平面镜之间的光路与所述第2平面镜和所述像面之间的光路平行，所述投影光学系统具有：第1光学系统，配置在所述物面和所述第1平面镜之间的光路上，修正与沿该光路的第1方向正交的第2方向上的所述投影光学系统的倍率；第2光学系统，配置在所述第2平面镜和所述像面之间的光路上，修正与所述第1方向和所述第2方向正交的第3方向上的所述投影光学系统的倍率；第3光学系统，配置在所述物面和所述第1平面镜之间的光路或所述第2平面镜和所述像面之间的光路上，在所述第2方向和所述第3方向上以相同的倍率修正所述投影光学系统的倍率；以及控制部分，其中，将所述投影光学系统的所述第2方向和所述第3方向上的倍率的应修正量分别设为A和B，将所述第3光学系统对所述投影光学系统的所述第2方向和所述第3方向上的倍率的修正量设为C时，所述控制部分控制所述第1光学系统、所述第2光学系统和所述第3光学系统，使得所述修正量C成为所述应修正量A与所述应修正量B之间的量，所述第1光学系统对所述第2方向上的倍率的修正量成为(A-C)，所述第2光学系统对所述第3方向上的倍率的修正量成为(B-C)。
本发明的进一步的特征将从下述(参照附图)对示例性实施例的说明中得以明确。
附图说明
图1是概略地示出实施例1的曝光装置的结构的图。
图2是概略地示出实施例2的曝光装置的结构的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选实施方式。
(实施例1)
参照图1对实施例1的曝光装置进行说明。实施例1的曝光装置具有：照明系统IL；投影光学系统PO；原版驱动机构(未图示)，对配置在投影光学系统PO的物面OP上的中间掩模(原版)9进行扫描；和基板驱动机构(未图示)，对配置在投影光学系统PO的像面IP上的基板19进行扫描。照明系统IL可包括光源LS、第1聚光透镜3、复眼透镜4、第2聚光透镜5、狭缝规定部件6、成像光学系统7和平面反射镜8。光源LS可包括汞灯1和椭圆反射镜2。狭缝规定部件6规定原版9的照明范围，即对原版9进行照明的狭缝形状的光的断面形状。成像光学系统7被配置为使狭缝规定部件6所规定的狭缝在物面上成像。平面反射镜8在照明系统IL中使光路弯折。投影光学系统PO将配置于物面OP的原版9的图案投影至配置于像面IP的基板19，由此使基板19曝光。投影光学系统PO可构成为等倍成像光学系统、放大成像光学系统和缩小成像光学系统的其中之一。但投影光学系统PO优选构成为等倍成像光学系统，在物面侧和像面侧主光线平行，即在物面和像面双方具有双远心性。
投影光学系统PO在从物面OP至像面IP的光路上具有从物面侧开始依次配置的第1平面镜13、第1凹面镜14、凸面镜15、第2凹面镜16和第2平面镜17。物面OP和第1平面镜13之间的光路与第2平面镜17和像面IP之间的光路平行。包含第1平面镜13的镜面的平面与包含第2平面镜17的镜面的平面相互成90度的角度。第1平面镜13和第2平面镜17可一体地形成。第1凹面镜14和第2凹面镜16可一体地构成。投影光学系统PO具有配置在物面OP与第1平面镜13之间的光路上的一个平行平板10。该平行平板10构成第1光学系统，该第1光学系统修正与沿物面OP与第1平面镜13之间的光路的第1方向(Z方向)正交的第2方向(y方向)上的投影光学系统的倍率。投影光学系统PO还具有配置在第2平面镜17与像面之间的光路上的一个平行平板18。该平行平板18构成第2光学系统，该第2光学系统修正与第1方向(Z方向)和第2方向(y方向)正交的第3方向(x方向)上的投影光学系统的倍率。两个平行平板10、18具有使平行平板10、18弯曲的机构(未图示)，从而平行平板10可以进行y方向的倍率修正，平行平板18可以进行x方向的倍率修正。y方向可以是扫描方向，x方向可以是与扫描方向正交的方向。使两个平行平板10、18弯曲的方向可以是相互相反的方向。
投影光学系统PO还在物面与第1平面镜13之间的光路上具有平凸透镜11和平凹透镜12，该平凸透镜11和平凹透镜12使具有大致相等的曲率半径的凸球面与凹球面隔开5～20mm程度的空气间隔而平行地对置。平凸透镜11和平凹透镜12具有使图中Z方向的间隔微小地变化的机构(未图示)，使得能够进行投影光学系统的各向同性倍率修正。平凸透镜11和平凹透镜12构成第3光学系统，该第3光学系统在第1方向和第2方向上以相同的倍率修正投影光学系统的倍率。平凸透镜11和平凹透镜12各自的厚度和间隔在保持在空间中时不会产生自重变形、并且能够构成空间保持机构和上下驱动机构的范围内是任意的。平凸透镜11和平凹透镜12是折射率1.475附近的合成石英的情况下，如果使平凸透镜11的凸面和平凹透镜12的凹面的曲率半径为47000mm程度，使平凸透镜11与平凹透镜12的间隔移动1mm，则倍率可以变化大约10ppm。但是，需要使平凸透镜11的凸面和平凹透镜12的凹面的曲率半径微小地变化，从而使通过了放置在基准高度位置上的平凸透镜11和平凹透镜12的像的大小与没有这两个透镜时完全相同。第1光学系统(平行平板10)、第2光学系统(平行平板18)和第3光学系统(平凸透镜11和平凹透镜12)由控制部分C控制。另外，平凸透镜11和平凹透镜12的凸面和凹面可以相互相反。
以下说明将在x、y方向的一个方向上修正倍率的第1和第2光学系统与各向同性地修正倍率的第3光学系统进行组合来修正投影光学系统PO的倍率的情况下，可以使伴随倍率修正的像散为0的理由。现在，将投影光学系统的y方向和x方向上的倍率的应修正量分别设为A(ppm)和B(ppm)，将各向同性地修正倍率的第3光学系统对y方向和x方向上的倍率的修正量设为C(ppm)。如果使第3光学系统对y方向和x方向上的倍率的修正量C为(A+B)/2，则由第1光学系统10实现的y方向的倍率的修正量为{A-(A+B)/2}＝(A-B)/2。由第2光学系统18实现的x方向上的倍率的修正量为{B-(A+B)/2}＝(B-A)/2。即，第1光学系统10和第2光学系统18的倍率的修正量成为正负反转的结果。如前所述，如果两个平行平板10、18的放大缩小的方向相反，则由两个平行平板10、18产生的像散相互抵消。另外，组合了平凸透镜11和平凹透镜12的各向同性地修正倍率的第3光学系统不产生像散。因此，可以不产生像散地在y方向和x方向(扫描方向及其正交方向)上独立地修正投影光学系统的倍率。
在上述例子中，使第3光学系统对倍率的修正量C为(A+B)/2，不产生像散。但是，如果使第3光学系统对倍率的修正量C成为y方向的应修正量A与x方向的应修正量B之间的量，则尽管会产生若干像散，但可以抑制像散的产生，并独立地控制x、y方向的倍率。这种情况下，第1光学系统10的修正量(A-C)与第2光学系统18的修正量(B-C)的正负必然相反。因此，通过第1光学系统10对倍率的修正而产生的像散与通过第2光学系统18对倍率的修正而产生的像散相互抵消，因此可以抑制像散的产生。
(实施例2)
参照图2对实施例2的曝光装置进行说明。在图2中虽然省略了照明系统IL，但实际上实施例2也与实施例1同样地具有照明系统IL。在实施例1中，作为第1光学系统和第2光学系统，使用了能够在第1方向(Z方向)上变形的平行平板10、18。在实施例2中，作为第1光学系统和第2光学系统，分别使用具有多个柱面透镜并且能够改变该多个柱面透镜在上述第1方向上的间隔的柱面透镜系统。另外，在实施例1中，作为第3光学系统，使用了具有平凸透镜11和平凹透镜12并且能够变更平凸透镜11和平凹透镜12在第1方向(Z方向)上的间隔的光学系统。在实施例2中，作为第3光学系统，使用了具有凹球面(或凸球面)和平面并且能够沿第1方向(Z方向)驱动的平凹透镜(或平凸透镜)12’。
在实施例2中，通过改变柱面透镜21和22(或23和24)的间隔，修正x方向或y方向上的倍率。修正x方向上的倍率的一个柱面透镜系统由柱面透镜21和柱面透镜22构成。柱面透镜21是上表面为平面、下表面在x方向上具有曲率的凹柱面，与柱面透镜22的上表面之间具有5～20mm程度的空气间隔。柱面透镜22的上表面是在x方向上具有曲率的凸柱面，下表面为凸球面，与在上表面具有凹球面、下表面具有平面的平凹透镜12’的上表面之间具有5～20mm程度的空气间隔。相对于柱面透镜22，通过在Z方向上驱动(上下移动)柱面透镜21，修正x方向的倍率。通过在Z方向上驱动(上下移动)平凹透镜12’，在x方向和y方向上各向同性地修正倍率。
在实施例2中，为了修正作为扫描方向的y方向的倍率，代替平行平板而具有组合了柱面透镜23和柱面透镜24的柱面透镜系统。柱面透镜23在上表面具有平面，在下表面具有在扫描方向上具有曲率的凹柱面，与柱面透镜24的上表面之间具有5～20mm程度的空气间隔。柱面透镜24在上表面具有在扫描方向上具有曲率的凸柱面，在下表面具有平面，通过使柱面透镜23上下移动，可以修正y方向的倍率。柱面透镜21、22、23、24各自的厚度和间隔在保持在空间中时不会产生自重变形、并且能够构成空间保持机构和上下驱动机构的范围内是任意的。柱面是折射率1.475附近的合成石英的情况下，如果使曲率半径为47000mm程度，则1mm的移动可使倍率变化大约10ppm。但是，需要使各柱面和球面微小地变化，从而使通过了放置在基准高度位置上的3个透镜的像的大小与没有这3个透镜时完全相同。另外，柱面的凸面和凹面以及球面的凸面和凹面可以相互相反。
在实施例2中，由于在光路中配置了厚度比实施例1厚的透镜组，因此产生轴上色像差。因此，为了修正轴上色像差，在凸面镜15之前追加配置透镜15’。为了修正作为扫描方向的y方向或作为其正交方向的x方向上的倍率，在实施例1中使用可弯曲的平行平板，在实施例2中使用可驱动的柱面透镜系统。但是，如果在物体侧、像侧分离配置平行平板和柱面透镜系统，则可以组合使用用于修正扫描方向的倍率和与扫描方向正交的方向的倍率中的一个的平行平板和用于修正另一个的柱面透镜系统。另外，虽然在实施例1和实施例2中公开了等倍成像光学系统的例子，但只要在物面侧和像面侧成为远心光学系统，则成像倍率即使是等倍以外，也可以得到相同的效果，这是显而易见的。如果不是双远心，则通过平行平板或柱面透镜系统的修正，会在曝光区域内产生不均匀的彗形像差等。但是，在实施例1和实施例2中，由于使用双远心的光学系统作为投影光学系统，因此，通过平行平板或柱面透镜系统的修正，仅在曝光区域内稍微产生均匀的球面像差。
本发明的曝光装置可以用于半导体器件、FPD器件的制造。器件制造方法可包括：使用上述的曝光装置对涂敷了感光剂的基板进行曝光的工序；以及将进行了所述曝光的基板显影的工序。并且，上述器件制造方法可以包含其它公知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、光刻胶剥离、切割、键合、封装等)。
虽然本发明参照示例性实施例进行了说明，但需理解的是本发明不局限于公开的示例性实施例。后附权利要求的范围应作最宽范围的解释，以包括所有的变形和等价的结构和功能。

Claims (7)

1.一种投影光学系统，在从物面到像面的光路上，从所述物面一侧开始依次配置第1平面镜、第1凹面镜、凸面镜、第2凹面镜以及第2平面镜，所述物面和所述第1平面镜之间的光路与所述第2平面镜和所述像面之间的光路平行，其中，所述投影光学系统具有：
第1光学系统，配置在所述物面和所述第1平面镜之间的光路上，修正与沿该光路的第1方向正交的第2方向上的所述投影光学系统的倍率；
第2光学系统，配置在所述第2平面镜和所述像面之间的光路上，修正与所述第1方向和所述第2方向正交的第3方向上的所述投影光学系统的倍率；
第3光学系统，配置在所述物面和所述第1平面镜之间的光路或所述第2平面镜和所述像面之间的光路上，在所述第2方向和所述第3方向上以相同的倍率修正所述投影光学系统的倍率；以及
控制部分，
其中，将所述投影光学系统的所述第2方向和所述第3方向上的倍率的应修正量分别设为A和B，将所述第3光学系统对所述投影光学系统的所述第2方向和所述第3方向上的倍率的修正量设为C时，
所述控制部分控制所述第1光学系统、所述第2光学系统和所述第3光学系统，使得所述修正量C成为所述应修正量A与所述应修正量B之间的量，所述第1光学系统对所述第2方向上的倍率的修正量成为(A-C)，所述第2光学系统对所述第3方向上的倍率的修正量成为(B-C)。
2.如权利要求1所述的投影光学系统，其中，在所述物面和所述像面双方具有远心性。
3.如权利要求1所述的投影光学系统，其中，所述第1光学系统和所述第2光学系统包括能够在所述第1方向上变形的平行平板、和具有多个柱面透镜并且能够变更该多个柱面透镜在所述第1方向上的间隔的柱面透镜系统中的至少一个；
所述第3光学系统包括具有平凸透镜和平凹透镜并且能够变更所述平凸透镜和所述平凹透镜在所述第1方向上的间隔的光学系统。
4.如权利要求1所述的投影光学系统，其中，所述第1光学系统和所述第2光学系统包括能够在所述第1方向上变形的平行平板、和具有多个柱面透镜并且能够变更该多个柱面透镜在所述第1方向上的间隔的柱面透镜系统中的至少一个；
所述第3光学系统包括能够沿所述第1方向驱动的透镜，所述能够沿所述第1方向驱动的透镜是平凸透镜或者平凹透镜。
5.如权利要求1所述的投影光学系统，其中，所述控制部分控制所述第1光学系统、所述第2光学系统和所述第3光学系统，使得所述修正量C为(A+B)/2，所述第1光学系统对所述第2方向上的倍率的修正量为(A-B)/2，所述第2光学系统对所述第3方向上的倍率的修正量为(B-A)/2。
6.一种曝光装置，其特征在于，使用权利要求1～5中的任意一项所述的投影光学系统，将配置在所述物面上的中间掩模的图案投影至配置在所述像面上的基板，对所述基板进行曝光。
7.一种制造器件的器件制造方法，包括：
使用权利要求6所述的曝光装置对基板进行曝光的工序；以及
将进行了所述曝光的基板显影的工序。
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