CN105974742A - 照明光学系统、曝光设备以及制造物品的方法 - Google Patents

照明光学系统、曝光设备以及制造物品的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及照明光学系统、曝光设备以及制造物品的方法。提供了一种通过使用从放电灯发出的光来对目标照明区域进行照明的照明光学系统。该系统包括：会聚镜，会聚从放电灯发出的光；光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到目标照明区域的光路上；成像光学系统，相对于作为物面的光学积分器的出射端面在目标照明区域上形成图像；以及电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接。电缆被布置为使得电缆的阴影既不平行于也不垂直于光学积分器的入射表面的多边形的每个边。

Description

照明光学系统、曝光设备以及制造物品的方法
技术领域
本发明涉及照明光学系统、曝光设备以及制造物品的方法。
背景技术
在通过将形成于掩模上的图案投影到已施加有感光材料的基板上来在基板上形成精细图案的光刻技术中，需要以均匀的照度来对掩模进行照明。相比之下，例如，已知一种通过在光源与目标照明表面之间布置内部反射光学积分器来改善照度均匀性的技术。注意，内部反射光学积分器可以是玻璃棒或中空管，并且也被称为光学管。在本说明书中，这些术语将能够交换使用。
例如，日本专利公开No.7-201730公开了这样一种方法：该方法通过将光学管的出射端面布置在掩模版表面(reticle surface)的共轭位置来改善目标照明表面的照度均匀性。日本专利公开No.2002-025898公开了这样一种技术：当要会聚在目标照明表面上的光的角度分布(有效光源分布)具有环形时，该技术可以将来自光源单元的光有效地传播到目标照明表面。然而，在该照明系统中，当由椭球面镜会聚光时，在诸如放电灯之类的光源单元中所包括的电极线或者用于抑制光源单元的发热的冷却喷嘴的阴影被反射在有效光源上。由此导致的光量损失可能是妨碍提高曝光设备的生产率的因素。
另一方面，日本专利公开No.2008-262911公开了一种通过集成光源单元的电源电缆和冷却喷嘴来试图尽可能多地防止光量损失的布置。
尽管在日本专利公开No.2008-262911中公开的布置具有其中光源单元的电源电缆和冷却喷嘴被集成的布置并且可以减少光量损失，但是落在曝光光上的阴影对有效光源分布具有不利的影响，并且变得不能忽略其对成像性能的影响。注意，“有效光源分布”是指对掩模进行照明的照明光学系统的光瞳平面上的光强度分布。例如，假设经集成的电源电缆和冷却喷嘴的阴影落在曝光光上，则这出现在有效光源分布上。考虑如下情况：在掩模上在与阴影的预定方向水平的方向(X方向)上并且在与阴影的预定方向垂直的方向(Y方向)上布置重复的相同宽度的图案。在这种情况中，如果用具有受到上述阴影影响的有效光源分布的照明光来对掩模进行照明，则在投影图案的X方向上的线宽度与Y方向上的线宽度之间产生差异。这是因为，保持图案信息的衍射光的传输效率取决于方向而改变。
以此方式，如果有效光源分布受到电源电缆或冷却喷嘴的阴影的影响，则取决于图案的方向，可能无法获得好的成像性能。
发明内容
本发明提供例如一种技术，其优势在于当光源单元部件的阴影被投影在曝光光上时减少对成像性能的影响。
根据本发明的一个方面，提供一种照明光学系统，该照明光学系统通过使用从放电灯发出的光来对目标照明区域进行照明，包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光；内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到目标照明区域的光路上；成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在目标照明区域上形成图像；以及电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
根据本发明的另一个方面，提供一种照明光学系统，该照明光学系统通过使用从放电灯发出的光来对目标照明区域进行照明，其特征在于，包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光；内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到目标照明区域的光路上；成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在目标照明区域上形成图像；以及冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
根据本发明的另一个方面，提供一种曝光设备，该曝光设备包括：照明光学系统，被配置为通过使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明；以及投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，其中，照明光学系统包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
根据本发明的另一个方面，提供一种曝光设备，该曝光设备包括：照明光学系统，被配置为使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明；和投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，其中，照明光学系统包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造物品的方法，该方法包括：通过使用曝光设备来对基板进行曝光；以及对经曝光的基板进行显影，其中，曝光设备包括：照明光学系统，被配置为通过使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明，以及投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，其中，照明光学系统包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造物品的方法，该方法包括：通过使用曝光设备来对基板进行曝光；以及对经曝光的基板进行显影，其中，曝光设备包括：照明光学系统，被配置为使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明，以及投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，其中，照明光学系统包括：会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜指向掩模的光路上，成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的多边形的每个边既不平行也不垂直。
通过(参考附图)对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出了根据实施例的曝光设备的布置的视图；
图2是示出了根据实施例的光源单元的布置的视图；
图3是沿图2中的线A-A截取的截面图，其示出了根据相关技术的阳极电缆的布置的示例；
图4是根据现有技术的第一中继透镜的光瞳平面上的光强度分布的示意图；
图5是根据现有技术的第二中继透镜的光瞳平面上的光强度分布的示意图；
图6是沿图2中的线A-A截取的截面图，其示出了根据实施例的阳极电缆的布置的示例；
图7是根据实施例的第一中继透镜的光瞳平面上的光强度分布的示意图；
图8是根据实施例的第二中继透镜的光瞳平面上的光强度分布的示意图；
图9是示出了对图6的修改的视图；
图10是示出了对图6的修改的视图；以及
图11是示出了在光学积分器的截面图中电源电缆的布置示例的视图。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。
现在将参照附图来详细描述本发明的实施例。应注意，本发明不限于下面的实施例，并且实施例仅仅是有利于实现本发明的具体示例。另外，在下面的实施例中描述的特征的组合不一定全都是本发明的解决手段所必不可少的。
图1是示出了包括照明光学系统101的曝光设备100的布置的示意图。曝光设备100是在例如半导体器件的制造过程的光刻过程中所使用的设备，并且是通过扫描曝光方法将形成于掩模版R(掩模)上的图案图像曝光(转印)到晶片W(基板)上的投影曝光设备。注意，在图1和之后的附图中，Z轴被取为沿晶片W的法线方向，并且X轴和Y轴被取为在与晶片W的表面平行的平面中的相互垂直的方向。曝光设备100包括照明光学系统101、掩模版台102、投影光学系统103和晶片台104。
在照明光学系统101中，来自光源单元20的光(光束)被调整为对作为目标照明区域的掩模版R进行照明。掩模版R例如是由石英玻璃制成的原版，其上形成有要转印到晶片W上的图案(例如，电路图案)。掩模版台102被配置为在保持掩模版R的同时能够在X轴和Y轴的每个方向上移动。投影光学系统103以预定倍率将穿过掩模版R的光投影到晶片W上。晶片W是例如由其上已施加有抗蚀剂(感光材料)的单晶硅制成的基板。晶片台104通过晶片夹具(未示出)来保持晶片W，并被配置为能够在X轴、Y轴和Z轴的每个方向(在一些情况下可以包括作为所述轴的各个旋转方向的ωx、ωy和ωz)上移动。
照明光学系统101包括光源单元20、第一中继透镜3、光学积分器4、以及第二中继透镜5。光源单元20包括放电灯1和作为会聚镜的椭球面镜2。例如，可采用提供诸如i线(365nm波长)的光的超高压水银灯等作为放电灯1。另外，当照明光学系统101和投影光学系统103由反射折射系统或反射系统形成时，可采用提供X射线或诸如电子束之类的带电粒子束的电子源。椭球面镜2将从放电灯1发出的光(光束)会聚在第二焦点F2处。放电灯1的灯泡中的发光单元被布置在例如椭球面镜2的第一焦点F1附近。第一中继透镜3是成像光学系统，并且第二焦点F2与光学积分器4的入射端面通过前透镜组3a和后透镜组3b而光学共轭。
光学积分器4被布置在从椭球面镜2到作为目标照明区域的掩模版R的光路的中间。光学积分器4是通过使用其内表面多次反射从入射端面入射的光束来使得出射端面的光强度分布均匀的内部反射光学系统。在本实施例中，光学积分器4的整体形状是多边形棱柱。在本实施例中，光学积分器4的整体形状是方形棱柱，并且是截面形状为矩形的光学棒。矩形的每个边被布置为平行于X轴或Y轴。注意，光学积分器4不限于光学棒，而可以是例如在内部形成有反射表面的中空棒(管)，只要它能以与光学棒相同的方式起作用即可。光学积分器4的入射端面和出射端面(都在X-Y平面中)的形状不限于矩形，而可以是其它多边形。当光进入光学积分器4时，通过内部反射的作用，出射端面被均匀地照明。
第二中继透镜5是成像光学系统，并且光学积分器4的出射端面与掩模版R通过前透镜组5a和后透镜组5b而光学共轭。相对于作为物面的光学积分器4的出射端面，第二中继透镜5在掩模版R上形成图像。注意，为了避免在光学积分器4的出射端面上转印外来材料，共轭位置可以略微偏移。在这种情况下，对掩模版R进行照明的照明区域的形状将为矩形，但是其可以为其它形状。随后，从掩模版R发出的光，即图案的图像，经由投影光学系统103被转印到晶片W上。
将参照图2来详细地描述光源20的布置。放电灯1在卡口灯座部分中包括电极。更具体地，放电灯1在卡口灯座部分中包括阳极22A和阴极22B。作为电源电缆的阳极电缆21A和阴极电缆21B分别与阳极22A和阴极22B连接。阳极电缆21A穿过从椭球面镜2指向光学积分器4的光路与阳极22A连接。
通过对放电灯1施加超高电压，放电灯1同时发光和发热。特别是，阳极22A和阴极22B发出大量的热量。为了防止该部分的温度上升，它被构造为通过把来自阳极冷却喷嘴23A和阴极冷却喷嘴23B的用于冷却的压缩空气吹到阳极22A和阴极22B上来使得放电灯1可以维持期望的温度。以与阳极电缆21A相同的方式，阳极喷嘴23A也穿过从椭球面镜2指向光学积分器4的光路与阳极22A连接。
图3是沿图2中的A-A线截取的截面图，并且示出了从第二焦点F2侧的透视图。从放电灯1发出的光在被椭球面镜2反射后射向第二焦点F2。此时，一部分光在光路的中途被阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A阻挡。在实施例中，阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A被布置为在光学积分器的与从会聚镜到目标照明区域的光路相交的截面图中重叠。这里，阳极电缆21A的宽度宽于阳极冷却喷嘴23A的宽度。因此，在图3中，阳极冷却喷嘴23A被阳极电缆21A遮挡。阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A被布置为与X轴平行地延伸。
来自第二焦点F2的光束穿过第一中继透镜3的前透镜组3a并形成如图4中所示的光瞳平面3c上的光强度分布。为了方便描述，图4中区域24的能量为100％，被阳极电缆21A阻挡的区域25的能量为0％。
具有如图4中的光强度分布的光束穿过第一中继透镜3的后透镜组3b并进入光学积分器4。由于上述特性，即使到光学积分器4的光束的角度分布相对于X轴或Y轴非对称，但是通过光束在光学积分器中重复多次的内部反射，出射光束的角度分布也变为相对于X轴和Y轴的对称角分布。因此，从光学积分器4的出射端面发出的光束具有这样的光强度分布：该光强度分布含有通过相对于X轴反转和复制被阳极电缆21A阻挡的区域25的图像而导致的暗部。因此，在第二中继透镜5的光瞳平面5c(最终是照明光学系统101的光瞳平面)上形成的有效光源分布变为如图5中所示。图5中的有效光源分布具有环形分布，其中被阳极电缆阻挡的区域和包括其相对于X轴的反转区域的区域25'的能量减少为区域24的能量的50％。在这种情况下，由于在X和Y方向上出现的形状和强度的不均匀，有效光源分布不能获得良好的成像性能。
实施例改善了现有技术的该特征。在图3的现有技术中，阳极电缆21A(和阳极冷却喷嘴23A)被布置为与X轴平行地延伸。与此相反，在实施例中，阳极电缆21A被布置为在与X和Y方向既不平行也不垂直的方向上延伸，如图6的沿图2中的A-A线截取的截面图所示。换句话说，如图11中所示，阳极电缆21A被布置为使得：在光学积分器4的入射表面上(在光路的截面图中)，阳极电缆21A的阴影与光学积分器4的矩形截面的每个边既不平行也不垂直。另外，在实施例中，阳极冷却喷嘴23A也被布置在光学积分器4的入射表面上，使得阳极冷却喷嘴23A的阴影与阳极电缆21A的阴影重叠。
在这种情况下，如图7中所示，第一中继透镜的光瞳平面3c具有这样的光强度分布：在该光强度分布中，被阳极电缆阻挡的区域26的能量是区域24的能量的0％。在这种情况下，通过光学积分器4的作用，第二中继透镜的光瞳平面5c具有如图8中的有效光源分布：该有效光源分布在包含被阳极电缆21A阻挡的区域及其相对于X和Y轴的反转区域的区域26'中具有暗部。因此，有效光源分布变为相对于X和Y轴的对称分布。区域26'的能量变为区域24的能量的75％，并且强度的不均匀性降低。
阳极电缆21A在X-Y平面中的布置方向例如是相对于作为光学积分器4的截面形状的矩形的每个边为45°。因此，由于暗部可以每90°旋转地分散，所以可以使有效光源分布的X和Y方向上的强度平衡差异最小化。
注意，尽管在上述示例中阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A以相同角度布置，但是在一些情况下由于装置限制这可能是困难的。在这种情况下，阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A可以被布置为使得由两个部件的阴影形成的角度为180°，如图9中所示。可替代地，如图10中所示，它们可以被布置为使得由两个部件的阴影形成的角度为90°。在图9和图10的任何一种情况下，有效光源分布与图8中的相同，暗部可以每90°均等地分散，并且可以使X和Y方向上的强度平衡差异最小化。
另外，即使在如日本专利公开No.2008-262911中那样光源单元由集成的阳极冷却喷嘴和阳极电缆形成的情况下，仍可以根据图6的示例来实现实施例。
在上面的述每个示例中，使用具有矩形截面形状的光学棒作为光学积分器4。然而，本发明不限于此。例如，可以使用具有六边形截面形状的光学棒或中空棒。即使在截面形状为六边形的情况中，可以以相同方式布置阳极电缆21A和阳极冷却喷嘴23A，以便将它们的阴影设置为与六边形的每个边既不平行也不垂直。结果，相比于将阴影布置为与六边形的每个边平行或垂直，可以获得形状和强度的不均匀性更小的有效光源分布。
<物品制造方法的实施例>
根据本发明的实施例的物品制造方法适于制造例如微器件(诸如半导体器件)或具有微结构的元件的物品。根据本实施例的物品制造方法包括：使用上述曝光设备在施加于基板的光致抗蚀剂上形成潜像图案的步骤，以及对在所述步骤中形成有潜像图案的基板进行显影的步骤。所述制造方法还包括其它已知步骤(氧化、沉积、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、接合、以及封装)。根据本实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率和制造成本中的至少之一上优于常规方法。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有这种修改和等同的结构及功能。

Claims (10)

1.一种照明光学系统，通过使用从放电灯发出的光来对目标照明区域进行照明，其特征在于，包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光；
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到目标照明区域的光路上；
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在目标照明区域上形成图像；以及
电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，
其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述截面形状是矩形。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影相对于光学积分器的入射表面的矩形的每个边为45°。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括：
冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，
其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影在光学积分器的入射表面上与电源电缆的阴影重叠。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，
其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影在光学积分器的入射表面上相对于电源电缆的阴影为90°和180°中的至少之一。
6.一种照明光学系统，通过使用从放电灯发出的光来对目标照明区域进行照明，其特征在于，包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光；
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到目标照明区域的光路上；
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在目标照明区域上形成图像；以及
冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，
其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
7.一种曝光设备，其特征在于，包括：
照明光学系统，被配置为通过使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明；以及
投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，
其中，照明光学系统包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及
电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，
其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
8.一种曝光设备，其特征在于，包括：
照明光学系统，被配置为使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明；以及
投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，
其中，照明光学系统包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及
冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，
其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
9.一种制造物品的方法，其特征在于，包括：
通过使用曝光设备来对基板进行曝光；以及
对经曝光的基板进行显影，
其中，曝光设备包括：
照明光学系统，被配置为通过使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明，以及
投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，
其中，照明光学系统包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及
电源电缆，穿过从会聚镜指向光学积分器的光路与放电灯的电极连接，
其中，电源电缆被布置为使得电源电缆的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
10.一种制造物品的方法，其特征在于，包括：
通过使用曝光设备来对基板进行曝光；以及
对经曝光的基板进行显影，
其中，曝光设备包括：
照明光学系统，被配置为使用从放电灯发出的光来对掩模进行照明，以及
投影光学系统，被配置为将被照明的掩模的图案的图像投影到基板上，
其中，照明光学系统包括：
会聚镜，被配置为会聚从放电灯发出的光，
内部反射光学积分器，具有多边形的截面形状，并被布置在从会聚镜到掩模的光路上，
成像光学系统，被配置为相对于作为物面的内部反射光学积分器的出射端面，在掩模上形成图像，以及
冷却喷嘴，被配置为冷却放电灯，并被布置为穿过从会聚镜指向光学积分器的光路，
其中，冷却喷嘴被布置为使得冷却喷嘴的阴影与光学积分器的入射表面的所述多边形的每个边既不平行也不垂直。
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