CN111948909A - 曝光装置和物品制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了曝光装置和物品制造方法。提供了一种曝光装置，该曝光装置执行在交换基板的同时曝光多个基板中的各个基板的作业处理。该装置包括被配置为保持基板的基板保持器以及被配置为控制作业处理的控制器。控制器基于作业处理的经过时间与基板变形量之间的关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并曝光基板。在该关系中，在基板交换时输送到基板保持器的基板被赋予初始变形量，该初始变形量与基板保持器在基板交换时的残留热量对应。

Description

曝光装置和物品制造方法
技术领域
本发明涉及曝光装置和物品制造方法。
背景技术
将原件的图案投影并曝光到基板上的曝光装置的重要性能之一是通过多个步骤转印到基板的各个图案的重叠精确度(overlay accuracy)。当在曝光装置中重复曝光时，基板或基板保持器通过吸收曝光光的能量的一部分被加热，并且基板热膨胀。这会造成重叠精确度的下降。
为了应对这一问题，已经提出了一种用于补偿由于用曝光光照射基板或基板保持器而引起的重叠精确度的波动的技术。例如，日本专利No.5555983公开了一种曝光期间的重叠误差(诸如基板倍率)的波动模型。在日本专利No.5555983中，为了提高模型的精确度，在曝光之前和之后通过对准仪来测量重叠误差以获得基板的变化量，并且基于变化宽度来校准模型。但是，基板的变形量是难以预测的，因为它是由诸如曝光视角、曝光次序和曝光量之类的各种变量确定的。另一方面，日本专利No.4444812公开了一种方法，其中将基板划分为微小区域，并且通过微小区域重叠模型来预测由于曝光而引起的基板的变形量。
随着半导体器件的小型化和高集成度的最新进展，要求进一步提高曝光装置的重叠精确度。因此，需要进一步对由于基板的热变形引起的重叠精确度的波动进行先进的补偿。
发明内容
本发明提供了一种在重叠精确度对基板热变形的鲁棒性方面有利的技术。
本发明在其第一方面中提供了一种曝光装置，该曝光装置执行在交换基板的同时曝光多个基板中的各个基板的作业处理，该曝光装置包括被配置为保持基板的基板保持器以及被配置为控制作业处理的控制器，其中控制器基于作业处理的经过时间与基板变形量之间的关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并曝光基板，并且其中，在该关系中，在基板交换时输送到基板保持器的基板被赋予初始变形量，该初始变形量与基板保持器在基板交换时的残留热量对应。
本发明在其第二方面中提供了一种曝光装置，该曝光装置执行在交换基板的同时曝光多个基板中的各个基板的作业处理，该曝光装置包括被配置为保持基板的基板保持器以及被配置为控制作业处理的控制器，其中控制器基于作业处理的经过时间与基板温度之间的第一关系以及基板温度与基板变形量之间的第二关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并曝光基板，并且在第一关系中，在基板交换时输送到基板保持器的基板被赋予初始温度，该初始温度与基板保持器在基板交换时的残留热量对应。
本发明在其第三方面中提供了一种物品制造方法，该方法包括：使用在第一方面或第二方面中定义的曝光装置曝光基板；以及显影经曝光的基板，其中从经显影的基板制造物品。
通过以下(参考附图)对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据实施例的曝光装置的布置的视图；
图2是示出曝光时间与基板变形量之间的关系的曲线图；
图3是示例性地示出基板变形量的组成的视图；
图4A是示出根据实施例的曝光时间(作业处理的经过时间)与基板变形量之间的关系的曲线图；
图4B是示出根据现有技术的曝光时间(作业处理的经过时间)与基板变形量之间的关系的曲线图；
图5是示出通过多个模型公式的线性叠加而获得的加热模型的时间特性的示例的曲线图；以及
图6是示出基于实际测得的温度来校准模型的效果的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意的是，以下实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是并不限制于要求所有这种特征的发明，并且可以适当地组合多个这种特征。此外，在附图中，相同的附图标记被赋予相同或相似的配置，并且省略其重复描述。
<第一实施例>
图1是示出根据实施例的曝光装置10的布置的视图。曝光装置10可以包括例如保持原件1(掩模或标线(reticle))的原件台2、投影光学系统3、基板4、基板保持器5(基板卡盘)、基板台6、照明光学系统7和控制器9。基板台6被配置为支撑基板保持器并且可与基板保持器5一起移动。控制器9控制曝光装置10的各个单元。控制器9包括例如CPU、存储器等，并且控制将原件1的图案转印到基板4的压射区域的处理。
照明光学系统7照亮由原件台2保持的原件1。更具体而言，照明光学系统7使用诸如遮蔽叶片之类的遮光构件对从光源发射的光进行整形，并用整形后的光照亮原件1的图案区域(其中形成有图案的区域)。作为光源，可以使用超高压汞灯、诸如LED之类的固态光源、准分子激光器、EUV光源等。原件1由原件台2保持，并且基板4由基板台6(经由基板保持器5)保持。此时，原件1和基板4分别布置在经由投影光学系统3在光学上几乎共轭的位置(投影光学系统3的物平面和像平面)处。投影光学系统3将原件1的图案投影到基板4(其压射区域)上。投影光学系统3可以包括光学元件3a和驱动光学元件3a的驱动器3b。此外，曝光装置10包括测量基板4或基板保持器5的温度的测量设备11，以及调整基板保持器5的温度的调整设备12。测量设备11可以包括用于测量基板的温度的红外相机等，或者可以包括用于测量冷却基板保持器5的冷却水的温度的传感器。
曝光装置10可以执行其中在经由基板输送机构(未示出)交换基板的同时对多个基板(例如，一个批次的基板)中的各个基板依次执行曝光的作业处理。控制器9控制这种作业处理。
在曝光装置10中，曝光光8的一部分被基板4和基板保持器5吸收，使得基板4受到由此生成的热量的影响而变形，并且重叠精确度会随着曝光时间(作业处理的经过时间)而波动。如图3中所示，基板4的变形量的组成包括基板移位、基板(压射)倍率、基板驱动方向上的移位差、梯形失真(keystone)变形、弯曲变形等。
例如，如图2中所示，当使用具有预定强度的曝光光8执行曝光处理时，由于曝光热量引起的基板的变形量呈指数波动，因此会难以精确地将原件1的图案转印到压射区域。因此，在这个实施例中，控制器9基于作业处理的经过时间与基板变形量之间的关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并使基板曝光。在此，在上述关系中，在每次交换基板后，将与基板保持器5的残留热量对应的初始变形量赋予被输送到基板保持器5的基板。下面将描述具体示例。
例如，控制器9使用预测公式获得相对于作业处理的经过时间的由于基板的热变形引起的重叠误差特性的波动的预测值，并且基于该预测值来校正重叠误差。校正可以通过例如以下方式中的至少一种来实现：通过投影光学系统3的驱动器3b对光学元件3a进行的驱动、基板台6的驱动、原件台2的驱动、照明光学系统7的光学元件的驱动、照明光学系统7的光源的振荡频率的调整等。当通过驱动投影光学系统3的光学元件3a来执行校正时，投影光学系统3的压射倍率可以通过基于预测值在光轴方向上移动光学元件3a来校正。当通过驱动基板台6来执行校正时，控制器9基于预测值来计算基板4的最优曝光位置，并将其反映在基板台6的驱动位置上。因此，可以校正基板变形量的组成，包括基板移位、基板倍率、压射倍率、基板驱动方向上的移位差、梯形失真变形和弯曲变形中的至少一个。此外，还可以基于基板变形量的预测值、基板保持器5的温度的预测值或由测量设备11实际测得的基板4的温度由调整设备12调整基板保持器5的温度。
注意的是，除了上述方法之外，还可以通过经由用红外线等加热投影光学系统3的光学元件3a、使投影光学系统3的光学元件3a变形、使投影光学系统3中的反射构件的反射表面变形等调整投影光学系统3来实现校正。另外，除了上述方法之外，还可以通过经由用红外线等对基板4进行局部加热、通过向基板4局部吹气来冷却基板4等直接校正基板4的变形来实现校正。注意的是，本发明不限于特定的校正方法。此外，已经描述了曝光装置10被配置为投影原件1的图案，但是本发明适用于不使用原件的所谓的无掩模曝光装置。
下面将描述根据这个实施例的重叠误差特性的波动的预测公式。在这个实施例中，预测在执行其中在交换基板的同时对多个基板中的各个基板执行曝光的作业处理时的基板变形量。在这种作业处理中，重复对基板(其上的各个压射区域)的曝光和基板交换。作业处理的经过时间与基板变形量之间的关系由在对基板(其各个压射区域)进行曝光时要应用的加热模型以及在基板交换时要应用的冷却模型来表示。
加热模型由以下等式表示：
Figure BDA0002493039010000051
其中
Figure BDA0002493039010000052
是基板变形量(预测值)，th是曝光时间，Io是饱和变形量，
Figure BDA0002493039010000053
是加热时的初始变形量，并且Kh是加热时的时间常数。
冷却模型由以下等式表示：
Figure BDA0002493039010000061
其中
Figure BDA0002493039010000062
是基板变形量(预测值)，tc是曝光停止时间，
Figure BDA0002493039010000063
是冷却时的初始变形量，并且Kc是冷却时的时间常数。
由等式(1)表述的加热模型公式反映了在用曝光光照射基板4期间的重叠误差的波动。由等式(2)表述的冷却模型公式反映了在停止用曝光光照射基板4的状态下由于基板膨胀引起的重叠误差的波动，即，曝光结束之后的重叠误差的波动。Io是由于对基板曝光生成的热量的影响而引起的基板变形量(基板移位、基板倍率、压射倍率、基板驱动方向上的移位差、梯形失真变形或弯曲变形)的饱和变形量。这个饱和变形量可以根据照度、原件的透射率、曝光视角等而变化，因此可以通过曝光实验或计算预先确定。th是将紧接在各个基板的第一个压射区域的曝光之前的时间假设为参考(th＝0)的曝光时间，并且等式(1)是用于通过每次对各个压射区域执行曝光时获得th来预测基板变形量的模型。tc是将紧接在对各个基板的最后一个压射区域的曝光之后的时间假设为参考(tc＝0)的曝光停止时间，并且等式(2)是用于通过获得在曝光等待时间期间的冷却时间tc来预测基板变形量的模型。
Figure BDA0002493039010000064
和
Figure BDA0002493039010000065
中的每一个指示模型的初始条件(加热时的初始变形量或冷却时的初始变形量)。初始变形量可以是与基板交换时的基板保持器的残留热量对应的量。当交替执行基板曝光操作和基板交换操作时，交替地应用加热模型和冷却模型。因此，在这个实施例中，基于通过紧前一个应用的冷却模型获得的基板变形量的最终预测值，确定加热模型的加热时的初始变形量
Figure BDA0002493039010000066
此外，基于通过紧前一个应用的加热模型获得的基板变形量的最终预测值，确定冷却模型的冷却时的初始变形量
Figure BDA0002493039010000067
图4A是示出根据这个实施例的根据上述模型的曝光时间(作业处理的经过时间)与基板变形量之间的关系的曲线图，并且图4B是概念性地示出根据现有技术的曝光时间(作业处理的经过时间)与基板变形量之间的关系的曲线图。
当针对一个基板的各个压射区域重复曝光时，基板变形量由于热量输入而增加。当中断曝光时，基板变形量从该时间点起通过冷却而减小。当重新开始曝光时，基板变形量再次增加。图4A的曲线图示出了对在交换基板的同时对多个基板执行曝光的情况应用这个关系的情况。在图4A的曲线图中，可以认为基板变形量增加的各个时段与各个基板的曝光时段对应，并且基板变形量减小的各个时段与基板交换的时段对应。
在图4B所示的现有技术中，假设通过交换基板来回收曝光热量，使得各个基板没有初始变形量。但是，在实践中，由于对前一基板进行曝光期间的基板保持器5的残留热量的影响，即使在相同的曝光条件下，初始条件也不同，因此，曝光处理期间的基板变形量对于各个基板是不同的。因此，根据这个实施例的模型对于各个基板考虑初始变形量，如图4A中所示。每个曲线图中的实线指示由每个模型预测的变形量，而虚线指示实际变形量。
在基板曝光时，根据加热模型公式(1)执行预测。但是，由于模型公式取决于初始条件
Figure BDA0002493039010000071
因此每单位时间的变形量的增加取决于每次基板曝光时
Figure BDA0002493039010000072
的量值而不同。在非曝光(诸如基板交换)时使用的冷却模型公式(2)也取决于初始条件
Figure BDA0002493039010000073
因此类似于等式(1)，每单位时间的变形量的减少取决于初始条件而不同。如从图4A与图4B之间的比较中可以看出的，根据这个实施例的模型更成功地预测了实际变形量，因此该模型可以减小由于基板的热膨胀引起的重叠误差。
当基板变形量的组成的改变量取决于多个因素时，仅使用时间常数Kc和Kh可能无法以高精确度对基板变形量建模。因此，加热模型和冷却模型中的每一个可以由通过线性叠加具有不同系数的多个模型公式而获得的模型公式来表示。图5示出了通过线性叠加具有不同系数的多个模型公式(模型1和模型2)而获得的加热模型的时间特性的示例。
<第二实施例>
在第二实施例中，预测基板温度，并且基于预测的基板温度来预测基板变形量。作业处理的经过时间与基板温度之间的关系(第一关系)由在对基板(其各个压射区域)进行曝光时要应用的加热模型和在基板交换时要应用的冷却模型来表示。
加热模型由以下等式表述：
Figure BDA0002493039010000081
其中
Figure BDA0002493039010000082
是基板温度(预测值)，th是曝光时间，To是饱和温度，
Figure BDA0002493039010000083
Figure BDA0002493039010000084
是加热时的初始变形量，并且Kh是加热时的时间常数。
冷却模型由以下等式表述：
Figure BDA0002493039010000085
其中
Figure BDA0002493039010000086
为基板温度(预测值)，tc为曝光停止时间，
Figure BDA0002493039010000087
是冷却时的初始变形量，并且Kc是冷却时的时间常数。
由等式(3)表述的加热模型公式表示在用曝光光照射基板4期间的基板温度的波动。由等式(4)表述的冷却模型公式表示在用曝光光照射基板4结束的状态下的基板温度的波动。To是由于对基板的曝光而引起的温度波动的系数，并且通过曝光实验或计算预先确定。此外，预先获得基板温度与基板变形量(基板移位、基板倍率、压射倍率、基板驱动方向上的移位差、梯形失真变形或弯曲变形)之间的关系(第二关系)。基于该关系，控制器9根据预测的温度来预测基板变形量，并且在基于预测的基板变形量校正重叠误差的同时执行曝光处理。th是将紧接在对各个基板的第一个压射区域的曝光之前的时间假设为参考(th＝0)的曝光时间，并且等式(3)是用于通过每次对各个压射区域执行曝光时获得th来预测基板温度的模型。tc是将紧接在对各个基板的最后一个压射区域的曝光之后的时间假设为参考(tc＝0)的曝光停止时间，并且等式(4)是用于通过获得在曝光等待时间期间的冷却时间tc来预测基板温度的模型。
Figure BDA0002493039010000091
和
Figure BDA0002493039010000092
中的每一个指示模型的初始条件(加热时的初始温度或冷却时的初始温度)。初始温度可以是与基板交换时的基板保持器的残留热量对应的温度。当交替地执行基板曝光操作和基板交换操作时，交替地应用加热模型和冷却模型。因此，在这个实施例中，基于由紧前一个应用的冷却模型获得的基板温度的最终预测值来确定加热模型的加热时的初始温度
Figure BDA0002493039010000093
此外，基于通过紧前一个应用的加热模型获得的基板温度的最终预测值来确定冷却模型的冷却时的初始温度
Figure BDA0002493039010000094
控制器9可以基于由测量设备11获得的实际测量结果对加热模型公式的加热时的初始温度
Figure BDA0002493039010000095
进行校准。这使得能够对重叠误差进行更高精确度的校正。图6是示出当测量设备11在开始基板交换的定时处测量温度并且模型被依次校准时获得的效果的曲线图。在图6中，点线指示由未校准的模型预测的基板温度，虚线指示由测量设备11获得的实际测量值，并且实线指示基于实际测量值进行了校准的基板温度。可以看出，经校准的基板温度模型更接近于实际测量值。
注意的是，在这个实施例中，已经描述了使用测量设备11测量基板4的温度，但是测量设备11可以被配置为测量基板保持器5的温度。
此外，当基板温度的变化取决于多个因素时，仅使用时间常数Kc和Kh可能无法以高精确度对基板温度的变化建模。因此，加热模型和冷却模型中的每一个可以由通过线性叠加具有不同系数的多个模型公式而获得的模型公式来表示。
<物品制造方法的实施例>
根据本发明实施例的物品制造方法适当地制造物品，例如，诸如半导体器件之类的微器件或具有微结构的元件。这个实施例的物品制造方法包括通过对施加在基板上的光敏剂使用上述曝光装置而形成潜影图案的步骤(曝光基板的步骤)，以及将在上述步骤中已形成潜影图案的基板显影的步骤。此外，制造方法包括其它众所周知的步骤(氧化、成膜、沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、粘合、封装等)。这个实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一项方面比常规方法更具优势。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，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以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种曝光装置，其特征在于，执行在交换基板的同时曝光多个基板中的各个基板的作业处理，该曝光装置包括：
基板保持器，被配置为保持基板；以及
控制器，被配置为控制作业处理，
其中控制器基于作业处理的经过时间与基板变形量之间的关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并且曝光基板，以及
其中，在所述关系中，在基板交换时输送到基板保持器的基板被赋予初始变形量，该初始变形量与基板保持器在基板交换时的残留热量对应。
2.根据权利要求1所述的装置，其中
所述关系由在基板曝光时要应用的加热模型和在基板交换时要应用的冷却模型来表示，
加热模型被表述为
Figure FDA0002493037000000011
其中
Figure FDA0002493037000000012
是基板变形量，th是曝光时间，Io是饱和变形量，
Figure FDA0002493037000000013
是加热时的初始变形量，并且Kh是加热时的时间常数，以及
冷却模型被表述为
Figure FDA0002493037000000014
其中
Figure FDA0002493037000000015
是基板变形量，tc是曝光停止时间，
Figure FDA0002493037000000016
是冷却时的初始变形量，并且Kc是冷却时的时间常数。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，基于通过紧前一个应用的冷却模型获得的基板变形量的最终预测值，确定加热时的初始变形量，并且，基于通过紧前一个应用的加热模型获得的基板变形量的最终预测值，确定冷却时的初始变形量。
4.根据权利要求2所述的装置，其中加热模型和冷却模型中的每一个由通过线性叠加具有不同系数的多个模型公式而获得的模型公式来表述。
5.一种曝光装置，其特征在于，执行在交换基板的同时曝光多个基板中的各个基板的作业处理，该曝光装置包括：
基板保持器，被配置为保持基板；以及
控制器，被配置为控制作业处理，
其中控制器基于作业处理的经过时间与基板温度之间的第一关系以及基板温度与基板变形量之间的第二关系来校正由于基板的变形而生成的重叠误差，并曝光基板，以及
在第一关系中，在基板交换时输送到基板保持器的基板被赋予初始温度，该初始温度与基板保持器在基板交换时的残留热量对应。
6.根据权利要求5所述的装置，其中
第一关系由基板曝光时要应用的加热模型和基板交换时要应用的冷却模型来表示，
加热模型被表述为
Figure FDA0002493037000000021
其中
Figure FDA0002493037000000022
是基板温度，th是曝光时间，To是饱和温度，
Figure FDA0002493037000000023
是加热时的初始温度，并且Kh是加热时的时间常数，以及
冷却模型被表述为
Figure FDA0002493037000000024
其中
Figure FDA0002493037000000025
是基板温度，tc是曝光停止时间，
Figure FDA0002493037000000026
是冷却时的初始温度，并且Kc是冷却时的时间常数。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，基于通过紧前一个应用的冷却模型获得的基板温度的最终预测值，确定加热时的初始温度，并且，基于通过紧前一个应用的加热模型获得的基板温度的最终预测值，确定冷却时的初始温度。
8.根据权利要求7所述装置，还包括：测量设备，被配置为测量基板的温度，
其中控制器基于在开始基板交换的定时处由测量设备测得的温度来校准加热时的初始温度。
9.根据权利要求6所述的装置，其中加热模型和冷却模型中的每一个由通过线性叠加具有不同系数的多个模型公式而获得的模型公式来表述。
10.根据权利要求1所述的装置，其中基板变形量的组成包括基板移位、基板倍率、压射倍率、基板驱动方向上的移位差、梯形失真变形和弯曲变形中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括：
原件台，被配置为保持原件；
基板保持器，被配置为保持基板；
基板台，被配置为支撑基板保持器；
照明光学系统，被配置为照亮由原件台保持的原件；以及
投影光学系统，被配置为将由照明光学系统照亮的原件的图案投影到由基板保持器保持的基板上，
其中控制器通过执行以下至少一项来校正重叠误差：投影光学系统的光学元件的驱动、基板台的驱动、原件台的驱动、照明光学系统的光学元件的驱动以及照明光学系统的光源的振荡频率的调整。
12.一种物品制造方法，其特征在于，包括：
使用根据权利要求1至11中的任一项所述的曝光装置对基板进行曝光，以及
显影经曝光的基板，
其中从经显影的基板制造物品。
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