CN112015055B - 曝光装置和物品制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了曝光装置和物品制造方法。提供了一种曝光基板的曝光装置。该装置包括被配置成将掩模的图案投影到基板上的投影光学系统、被配置成调整投影光学系统的成像特性的调整单元以及被配置成使用预测公式预测由投影光学系统吸收曝光能量引起的成像特性的波动，基于预测的结果控制调整单元并曝光基板的控制单元。控制单元应用一种模式，在该模式下，在用于顺序地曝光多个基板的作业中，在曝光每个基板之前测量成像特性，并且在完成作业之后，基于各个测量结果来更新预测公式中的预测系数。在该模式下，不仅在作业中设定的曝光视角内而且还在作业中设定的曝光视角外测量成像特性。

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

在曝光装置中，投影光学系统在曝光期间吸收曝光能量，并且这可以导致成像特性的波动。这种由于曝光而引起的成像特性的波动被称为曝光像差。在曝光装置中，重要的是高度精确地校正这种成像特性的波动。曝光期间的成像特性的波动取决于曝光视角。日本专利No.6381188公开了使用取决于曝光视角的函数来预测成像特性的波动。日本专利公开No.7-12012公开了当由于故障等而中断曝光处理时的成像特性的波动通过实际测量它来获得并且校正恢复时的成像特性的预测信息的技术。

当曝光视角小于最大曝光视角时，热的影响在曝光视角内与曝光视角外之间是不同的，从而成像特性的像高的高阶分量波动。图1示出了作为当曝光视角在X方向上小于最大曝光视角时由于曝光热而引起的成像特性的X方向上的图像偏差量DX的示例。由实线指示的框指示曝光视角的范围。一般而言，当曝光视角小时，成像特性的像高的高阶分量由于曝光热的影响而波动。

这里，如在日本专利公开No.7-12012中那样，考虑如下情况：为了精确地预测曝光期间的成像特性的波动，在曝光期间以时间间隔多次测量成像特性。在这种情况下，如果仅在曝光视角内的像高处测量成像特性，那么不能正确地测量像高的高阶分量，从而计算出不正确的预测系数。另外，如果在使用不正确的预测系数执行校正的同时执行曝光，并且然后随后执行具有较大曝光视角的作业的曝光，那么在曝光视角内出现校正残差，导致在具有较大曝光视角的作业中创建有缺陷的设备。

发明内容

本发明的目的是例如提供一种曝光装置，该曝光装置有利于投影光学系统的成像特性的波动的高度精确的预测。

本发明在其第一方面中提供了一种曝光基板的曝光装置，该曝光装置包括：投影光学系统，被配置成将掩模的图案投影到基板上；调整单元，被配置成调整投影光学系统的成像特性；以及控制单元，被配置成使用预测公式预测由投影光学系统吸收曝光能量引起的成像特性的波动，基于预测的结果控制调整单元，并曝光基板，其中，控制单元应用一种模式，在该模式下，在用于顺序地曝光多个基板的作业中，在曝光每个基板之前测量成像特性，并且在完成作业之后，基于各个测量结果来更新预测公式中的预测系数，并且在该模式下，不仅在作业中设定的曝光视角内而且还在作业中设定的曝光视角外测量成像特性。

本发明在其第二方面中提供了一种物品制造方法，该物品制造方法包括：使用在第一方面中限定的曝光装置来曝光基板；以及显影经曝光的基板，其中，物品是从经显影的基板制造的。

通过以下对示例性实施例的描述(参考附图)，本发明的更多特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出成像特性的示例的曲线图；

图2是示出根据实施例的曝光装置的布置的视图；

图3是示出当仅在曝光视角内测量成像特性(图像偏差)时获得的像高拟合结果的曲线图；

图4是示出当执行不正确的校正时获得的成像特性的曲线图；

图5是示出当在完成作业A之后执行针对作业B的校准时获得的成像特性的曲线图；

图6是示出根据实施例的曝光处理的控制方法的流程图；

图7是示出当还在曝光视角外测量成像特性时获得的像高拟合结果的曲线图；

图8是示出当仅在曝光视角内测量成像特性(焦点偏差)时获得的像高拟合结果的曲线图；

图9是示出布置在掩模上的测量标记的示例的视图；

图10A和图10B是各自示出每个晶片上的曝光和成像特性测量的定时的示例的视图；以及

图11是示出布置在掩模台上的测量标记的示例的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述实施例。注意，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，但是并不限制要求所有这样的特征的发明，并且可以适当地组合多个这样的特征。此外，在附图中，相同的附图标记被给予相同或类似的配置，并且省略其冗余描述。

<第一实施例>

图2是示出根据实施例的曝光装置的布置的视图。曝光装置可以是扫描曝光装置，或者可以是步进重复曝光装置。在以下示例中，曝光装置被假设为扫描曝光装置。从照明系统1发射的光透过其上绘制有图案的掩模2，并进入投影光学系统4。掩模2由掩模台3保持。掩模2和基板5(晶片)处于共轭位置关系，并且掩模2上的图案经由投影光学系统4被转印到基板5。基板5由基板台6保持。

投影光学系统4可以包括光学元件7和驱动光学元件7的驱动单元7a。驱动单元7a用作通过驱动光学元件7来调整投影光学系统4的成像特性的调整单元。注意的是，调整单元可以通过执行投影光学系统4的光学元件7的驱动、掩模台3的驱动和基板台6的驱动中的至少一个来调整成像特性。此外，图2在投影光学系统4中仅示出了一个光学元件7，但是投影光学系统4可以包括多个光学元件，并且驱动单元7a可以被配置成驱动多个光学元件中的至少一个。

如图11中所示，掩模台3包括多个测量标记8，这些测量标记8布置在与最大曝光视角对应的长度上。基板台6设置有测量设备15，该测量设备15检测透过多个测量标记8和投影光学系统4的光。控制单元10可以使用测量设备15测量直至最大曝光视角的投影光学系统4的成像特性。注意的是，多个测量标记8可以不设置在掩模台3上而是如图9中所示可以形成在掩模2上。

控制单元10全面地控制曝光装置的各个单元以执行曝光处理。控制单元10可以由包括CPU和存储器的计算机装置形成。特别地，在这个实施例中，控制单元10使用预测公式来预测由投影光学系统4吸收曝光能量引起的成像特性的波动，基于预测的结果来控制调整单元(驱动单元7a)，并曝光基板。

曝光处理由“作业”管理。作业指示对多个基板(一般而言，例如，每批次25个基板)顺序地执行曝光，并定义曝光次序等。特别地，这个实施例中的作业包括击射(shot)布局参数，并且曝光视角由击射布局确定。

图10B示出了当输入作业时执行的通常曝光模式下的序列。当晶片被装载时，首先执行曝光装置的校准(Calib.)。校准包括通过测量来获得硬件单元的偏移值以维持曝光装置的各种类型的精确度。在校准完成之后，晶片被曝光并卸载。随后，重复新晶片的装载、曝光和卸载。这是通常曝光模式下的序列。

布置在投影光学系统4中的光学元件7吸收一部分的曝光能量，并且由此生成的热可以引起折射率等的改变。这导致投影光学系统4的成像特性的波动。成像特性可以包括焦点、倍率、像场弯曲、畸变、像散、球面像差和彗形像差中的至少一个。控制单元10通过使用诸如投影光学系统4的NA(数值孔径)、照明光学系统1的NA、曝光量、曝光时间、掩模2的透射率等的参数应用预定的波动模型公式(预测公式)来预测波动。但是，已知当要在实际曝光中使用的掩模上的图案或施加在晶片上的抗蚀剂的反射率改变时，成像特性的波动改变。因此，如果实际曝光时的条件与预测时的条件不同，那么成像特性的波动趋势改变，并且可能无法正确地预测成像特性的波动。为了补偿该差异，采用在实际曝光条件下执行的曝光期间实际测量成像特性的波动的方法。

另一方面，当曝光视角小于最大曝光视角时，如果成像特性的实际测量限于曝光视角内的像高，那么计算出成像特性的不正确的预测值。因此，下面将描述即使当曝光视角小于最大曝光视角时也可以预测成像特性的正确的预测值的方法。

如上面已描述的，这个实施例中的曝光装置被假设为扫描曝光装置。然后，从照明系统1发射的光被在X方向上长的矩形曝光狭缝整形，并照亮掩模2。这里，投影光学系统4的最大曝光视角被假设为与X方向上的26mm的曝光范围对应的曝光视角。还假设作业A的曝光视角是与X方向上的13mm的曝光范围对应的曝光视角，该曝光视角小于最大曝光视角，并且作业B的曝光视角是与X方向上的26mm的曝光范围对应的曝光视角，该曝光视角等同于最大曝光视角。对于作业A，为了补偿成像特性的预测值与实际波动之间的差异，在曝光期间实际测量成像特性。即，控制单元10具有成像特性实际测量模式，在该成像特性实际测量模式中，在用于顺序地曝光多个基板的作业中，在曝光每个基板之前测量成像特性，并且在作业完成之后，基于各个测量结果来更新预测公式中的预测系数。在图10A中示出了在成像特性实际测量模式下的曝光和实际测量的序列。

假设作业A是用于顺序地曝光25个晶片的作业，并且如图10A中所示，在成像特性实际测量模式下，实际测量成像特性的定时紧接在曝光每个晶片之前。还假设在成像特性测量中，在曝光视角内的五个像高中的每个像高处，并且更具体地，X＝0mm、±3.5mm和±6.5mm的像高处测量成像特性。在成像特性测量中，控制单元10在Y方向上移动掩模台3，使得预先布置在掩模台3上的测量标记8(图11)进入照射区域，并且由布置在基板台6中的传感器(未示出)测量图像偏差(位置偏差)。

图3示出了紧接在曝光第五晶片之前执行的成像特性测量的结果的示例。X方向上的图像偏差(DX)被示为成像特性的示例。图3示出了成像特性已由于针对第一晶片至第四晶片的曝光操作中的曝光热的影响而改变。在图3中，实线指示成像特性的像高分布，并且每个实心圆指示在上述每个像高处的测量的值。对这些测量的值执行X像高拟合的结果如下：

X像高的一阶分量(倍率)：2.30nm/mm...(1)

X像高的三阶分量(畸变)：-0.0035nm/mm³...(2)

控制单元10将每个阶次分量应用于在每个测量定时处获得的数据。控制单元10针对每个分量将预定的波动模型(预测公式)拟合到作为各个测量的结果而获得的成像特性的时间序列数据，由此获得预测系数。

通过每单位光量(单位曝光能量)的成像特性的波动量K与使用曝光条件(曝光时间、曝光量、扫描速度、曝光区域信息等)获得的实际曝光能量Q的乘积来计算成像特性的最大波动量F1。即，成像特性的最大波动量F1由以下表述：

F1＝K×Q...(3)

接下来，假设在给定时间处的成像特性量为ΔF1_k，在执行曝光达时间Δt之后获得的成像特性量ΔF1_k+1使用F1和时间常数TS1由下面的近似公式表述：

ΔF1_k+1＝ΔF1_k+F1×(1–exp(-Δt/TS1)...(4)

另外，当不执行曝光达时间Δt时获得的成像特性量ΔF1_k+1由下面的近似公式表述：

ΔF1_k+1＝ΔF1_k×exp(-Δt/TS1)...(5)

取决于是否执行曝光，使用式子(4)和(5)中的一个。基于紧接在曝光每个晶片之前获得的成像特性和测量时间，通过使用式子(3)至(5)执行拟合来获得每单位光量的成像特性的波动量K。由于这个实施例中的成像特性包括倍率和畸变，因此获得两种类型的波动量K，即，用于倍率的K和用于畸变的K。这些量K被用作用于成像特性的波动的预测系数。

但是，通过在X＝-13mm至+13mm的范围内对图3中的实线执行拟合来获得正确的像高特性。对在这个范围内的测量的值执行X像高的阶次拟合(order fitting)的结果如下：

X像高的一阶分量(倍率)：2.47nm/mm...(6)

X像高的三阶分量(畸变)：-0.0125nm/mm³...(7)

如上面已经描述的，当使用在X＝0mm、±3.5mm和±6.5mm的像高范围内的测量的值来获得像高特性时，通过使用不正确的阶次分量的波动模型执行拟合，导致获得不正确的预测系数K。

图4示出了在使用上述不正确的预测系数K再次执行作业A的曝光的情况下在给定定时处的成像特性。根据预测系数K，预测成像特性的时间波动，并在驱动投影系统中的校正系统、波长等的同时执行曝光以使得校正预测量。

根据图4中所示的特性，在X＝-6.5mm至+6.5mm的范围内的曝光视角内执行出色的校正，但在曝光视角外，不正确的校正被执行，使得发生X方向上的大的图像偏差(DX)。不过，由于在X＝-6.5mm至+6.5mm的范围内执行作业A的曝光，因此在作业A中不发生设备缺陷。但是，如果在完成作业A之后随后输入作业B，由于作业B的曝光视角是与X＝-13mm至+13mm的曝光范围对应的曝光视角，因此成像特性受不正确的校正影响。另外，考虑为了抑制这种影响而在曝光作业B的第一晶片之前根据在曝光视角的两端(X＝±13mm)处的测量的值执行校准的情况。在校准中，执行X方向上的图像偏差(DX)的校正。在校准之后的成像特性的示例在图5中示出。X方向上的图像偏差在曝光视角的两端处被出色地校正，但是X方向上的图像畸变(DX)在内侧的视角中不能被校正，导致在作业B中创建有缺陷的设备。

现在将描述防止这种影响的根据这个实施例的曝光处理的控制方法。图6是示出根据这个实施例的曝光处理的控制方法的流程图。当作业A被设定时，在步骤S101中，控制单元10基于作业A的信息或装置状态来确定是否有必要更新当前设定的预测系数K。例如，如果用户期望具有比默认精确度高的精确度的曝光处理，那么执行高度精确的处理的指令可以被包括作为作业A的信息。如果执行高度精确的处理的指令被包括在作业A中，换句话说，如果在作业A中设定了更新预测系数的指令，那么控制单元10确定有必要更新预测系数K。如果不要求更新预测系数K，那么在步骤S102中，控制单元10根据图10B中所示的过程来曝光每个晶片。即，在这种情况下，执行通常曝光而没有成像特性的实际测量。另一方面，如果有必要更新预测系数K，那么在从步骤S103起的处理中，控制单元10根据图10A中所示的过程来曝光每个晶片。即，在这种情况下，处理进入实际测量模式，并且遵循紧接在曝光每个晶片之前测量成像特性的序列。在步骤S103中，控制单元10确定在作业A中设定的曝光视角是否小于预定的视角限制值。视角限制值是用于确定在图10A中所示的序列中是否也在曝光视角外测量成像特性的值。视角限制值越小，成像特性的像高的高阶分量越大，从而要求在曝光视角外的测量。如果在作业A中设定的曝光视角等于或大于视角限制值，那么在步骤S104中，控制单元10在曝光每个晶片之前仅在曝光视角内实际测量成像特性。另一方面，如果在作业A中设定的曝光视角小于视角限制值，那么在步骤S105中，控制单元10在作业A中曝光每个晶片之前不仅在曝光视角内而且还在视角外实际测量成像特性。

作为具体示例，假设作业A的曝光视角是与X＝±6.5mm(即，13mm)的曝光范围对应的曝光视角，并且视角限制值被设定为与20mm的曝光范围对应的视角。在这种情况下，在步骤S103中，满足条件“曝光视角<视角限制值”，从而处理前进到步骤S104，并且在曝光视角内和曝光视角外均测量成像特性。为了至少在曝光视角外执行测量，有必要在将用于测量的曝光视角改变为大于作业A中的曝光视角的同时照射测量标记。例如，用于测量的曝光视角被扩展到与X＝±13mm(即，26mm)的曝光范围对应的曝光视角，使得可以一并测量曝光视角内和曝光视角外。可替代地，可以采用以下的方法：在该方法中用于测量的曝光视角被变窄到仅能够照射一个像高的测量标记的小曝光视角，并且对于每个要测量的像高在X方向上移动曝光视角。

在步骤S106中，控制单元10使用在步骤S104或S105中获得的成像特性的测量的值(实际测量的结果)来获得预测系数K，并且用新的预测系数K重写作业A，由此更新预测系数K。

图7示出了当在步骤S105中在曝光视角外也测量成像特性时获得的像高拟合结果的示例。实心圆分别指示在X＝0mm、±6.5mm和±13mm的五个像高处的测量的值。对这些测量的值的X像高拟合的结果由虚线指示，并且获得的阶次分量如下：

X像高的一阶分量(倍率)：2.74nm/mm...(8)

X像高的三阶分量(畸变)：-0.0140nm/mm³...(9)

由于精确地获得了像高的高阶分量，因此可以正确地获得使用式子(3)至(5)获得的预测系数K。因此，使用正确地获得的预测系数K即使在作业A之后输入其中设定有宽曝光视角的作业B，也不发生如上所述的作业B中的设备故障。

注意的是，在上述示例中，在X＝0mm、±6.5mm和±13mm的五个像高中的每个处执行测量，但是为了测量像高的三阶或更高阶分量，仅要求要测量的像高的数量等于或大于五。

<第二实施例>

在上述第一实施例中，已经描述了测量图像偏差(DX)作为成像特性的示例。但是，也可以测量焦点偏差作为成像特性。图8示出了紧接在曝光例如第五晶片之前的焦点偏差。如在图像偏差DX的情况下那样，热的影响在曝光视角内与曝光视角外之间是不同的，从而发生焦点偏差的像高的高阶分量。当在曝光视角内在X＝0mm、±3.5mm和±6.5mm的五个像高中的每个处执行测量时，执行由虚线指示的像高拟合，导致获得不正确的预测系数K。

为了应对这个问题，在第二实施例中，当测量成像特性(焦点偏差)时，在包括曝光视角外的像高处确定系数。这使得能够正确预测成像特性(焦点偏差)。

这里，已代表性地描述了焦点偏差，但是同样适用于像散、球面像差和彗形像差。

<其它实施例>

在第一实施例和第二实施例中，作业A的曝光视角与X＝-6.5mm至+6.5mm的曝光范围对应，从而它关于光轴对称。但是，曝光范围不需要关于光轴对称。例如，如在曝光视角被设定为与X＝0mm至+13mm的曝光范围对应的曝光视角的情况下那样，即使曝光范围关于光轴不对称，也可以通过在曝光视角内和曝光视角外在每个测量像高处测量成像特性并将结果拟合到直至高阶分量的像高来获得正确的预测系数K。

在上述第一实施例和第二实施例中，当测量成像特性时，设置在曝光装置上的测量标记8由传感器测量，但是布置在掩模2上的测量标记可以被用于测量。图9中示出了其上布置有测量标记的掩模的示例。可以使用安装在曝光装置中的传感器来执行测量，或者可以通过曝光用于测量的波形器并且在曝光之后测量标记的位置偏差或焦点偏差来获得成像特性。

<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当地制造物品，例如，诸如半导体设备之类的微设备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使用上述曝光装置在施加在基板上的光敏剂上形成潜影图案的步骤(曝光基板的步骤)以及对在上述步骤中已形成潜影图案的基板进行显影的步骤。此外，制造方法包括其它众所周知的步骤(氧化、膜形成、沉积、掺杂、平坦化、刻蚀、抗蚀剂去除、切割、接合、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个方面比传统方法更有利。

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，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种曝光基板的曝光装置，包括：

投影光学系统，被配置成将掩模的图案投影到基板上；

调整单元，被配置成调整投影光学系统的成像特性；以及

控制单元，被配置成使用预测公式预测由投影光学系统吸收曝光能量引起的成像特性的波动，基于预测的结果控制调整单元，并曝光基板，

其中，控制单元应用一种模式，在所述模式下，在用于顺序地曝光多个基板的作业中，在曝光每个基板之前测量成像特性，并且在完成所述作业之后，基于各个测量结果来更新预测公式中的预测系数，以及

当在所述模式下时，在所述作业中设定的曝光视角小于投影光学系统的最大曝光视角，不仅在所设定的曝光视角内而且还在所设定的曝光视角外测量成像特性。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，还包括：

掩模台，被配置成保持掩模并且包括布置在与最大曝光视角对应的长度上的多个测量标记；

基板台，被配置成保持基板；以及

测量设备，被设置在基板台中并且被配置成检测透过所述多个测量标记和投影光学系统的光，

其中，控制单元使用测量设备测量直至最大曝光视角的成像特性。

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其中

掩模包括多个测量标记，所述多个测量标记布置在与最大曝光视角对应的长度上，

所述装置包括：

基板台，被配置成保持基板；以及

测量设备，被设置在基板台中并且被配置成检测透过所述多个测量标记和投影光学系统的光，以及

控制单元使用测量设备测量直至最大曝光视角的成像特性。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，当在所述作业中设定更新预测系数的指令时，控制单元应用所述模式。

5.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，在所述模式下，如果在所述作业中设定的曝光视角不小于预定的视角限制值，那么控制单元在曝光视角内测量成像特性，或者如果曝光视角小于视角限制值，那么控制单元不仅在曝光视角内而且还在曝光视角外测量成像特性。

6.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，控制单元通过将预测公式拟合到作为各个测量结果而获得的成像特性的时间序列数据来获得预测系数。

7.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，成像特性包括焦点、倍率、像场弯曲、畸变、像散、球面像差和彗形像差中的至少一个。

8.根据权利要求1所述的曝光装置，还包括：

掩模台，被配置成保持掩模；以及

基板台，被配置成保持基板，

其中，调整单元通过执行投影光学系统的光学元件的驱动、掩模台的驱动和基板台的驱动中的至少一个来调整成像特性。

9.一种物品制造方法，包括：

使用权利要求1至8中的任一项中所限定的曝光装置来曝光基板，以及

显影经曝光的基板，

其中，物品是从经显影的基板制造的。