CN112099318B - 曝光装置及物品制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供曝光装置及物品制造方法。有利于兼顾投影光学系统的光学性能的校正性能与生产率。曝光装置具有：投影光学系统，将掩模的图案投影到基板；供给部，将折射率互不相同的多种气体以预先设定的混合率即设定混合比来混合而得的混合气体供给到投影光学系统的内部的光学元件间的空间；控制部，通过控制设定混合比来对投影光学系统的成像特性进行校正并对基板进行曝光。控制部获取表示供给部以固定的混合比供给混合气体时的成像特性的演变的响应特性，控制部在将设定混合比设定为目标混合比并对基板进行曝光时，在成像特性转变为稳定状态之前的过渡期间中，将设定混合比设定为基于响应特性对目标混合比进行校正而得的值并对基板进行曝光。

Description

曝光装置及物品制造方法

技术领域

本发明涉及曝光装置及物品制造方法。

背景技术

伴随着近年来半导体器件的高集成化的发展，对曝光装置的光学性能的要求也越来越高。作为妨碍曝光装置的光学性能提高的重要原因，能够列举出光学性能会受到投影光学系统内外的气压变化、温度变化等环境变化的影响。

针对这样的环境变化，存在如下方法，向投影光学系统内的空间供给折射率不同的两种以上气体，通过改变气体的混合率来使空间的折射率变化来校正倍率像差(例如专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-210049号公报

专利文献2：日本特开平5-144700号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

在改变气体的混合率来校正投影光学系统的光学性能的情况下，在投影光学系统的空间内置换气体并至光学性能稳定为止需要长时间。以往，在光学性能稳定之前，曝光装置停止曝光并待机。因此，曝光装置的停机时间长，生产率下降。

本发明的目的在于提供例如有利于兼顾投影光学系统的光学性能的校正性能与生产率这两者的曝光装置。

用于解决问题的方案

根据本发明的第一方面，提供对基板进行曝光的曝光装置，所述曝光装置特征在于，具有：投影光学系统，其将掩模的图案投影到所述基板；供给部，其将混合气体供给到所述投影光学系统的内部的光学元件间的空间，所述混合气体是将折射率互不相同的多种气体以预先设定的混合率即设定混合比进行混合而得的；以及控制部，其通过控制所述设定混合比来对所述投影光学系统的成像特性进行校正并对所述基板进行曝光，所述控制部获取如下响应特性，该响应特性表示所述供给部以固定的混合比来供给混合气体时的所述成像特性的演变(变化)，所述控制部在将所述设定混合比设定为目标混合比并对所述基板进行曝光时，在所述成像特性转变为稳定状态之前的过渡期间中，所述控制部将所述设定混合比设定为基于所述响应特性来对所述目标混合比进行校正而得的值并对所述基板进行曝光。

根据本发明的第二方面，提供物品制造方法，其特征在于，包括：使用上述第一方面所涉及的曝光装置来对基板进行曝光的工序；以及对被曝光了的所述基板进行显影的工序，其中，从被显影了的所述基板来制造物品。

发明的效果

根据本发明，能够提供例如有利于兼顾投影光学系统的光学性能的校正性能与生产率这两者的曝光装置。

附图说明

图1是示出实施方式中的曝光装置的结构的图。

图2是示出实施方式中的与投影光学系统的光学性能的校正相伴随的曝光处理的流程图。

图3是示出混合气体置换中的像差的响应特性的例子的图。

图4是示出球面像差的变化量相对于混合气体的混合比的变化而言所存在的比例关系的图。

附图标记说明

1：曝光装置；2：照明系统；3：掩模；5：投影光学系统；9：基板台；10：基板；25：控制部；30：供给部。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式详细地进行说明。另外，以下的本实施方式并非对权利要求涉及的发明进行限定。在本实施方式中记载了多个特征，但所有这些特征对发明而言并非都是必需的，此外，多个特征也可以任意地组合。另外，在附图中，对同一或者相同的结构赋予同一附图标记，并省略重复说明。

图1是示出本实施方式中的曝光装置1的结构的图。在一个例子中，曝光装置1是以步进重复(step and repeat)方式来将掩模3的图案曝光到基板10的曝光装置。但是，本发明也可以应用于步进扫描(step and scan)方式以及其他曝光装置。

照明系统2调整来自波长约365nm的汞灯、波长约248nm的KrF准分子激光器、波长约193nm的ArF准分子激光器等未图示的光源的光，并对掩模3照明。掩模3例如由石英玻璃构成，形成有要转印到基板10上的图案(例如电路图案)。掩模台4能够保持掩模3，利用例如直线电机来调整掩模3的位置及姿态中的至少一者。掩模台4的驱动被控制部25控制。

投影光学系统5将掩模3的图案以规定的倍率(例如1/4倍)投影到基板10上。基板10是例如由玻璃板(glass plate)、硅片(Silicon wafer)等形成的基板。在基板10的表面涂布有感光剂11。投影光学系统5包括多个光学元件6(例如透镜(lens)、反射镜(mirror)、开口光圈等光学要素)。多个光学元件6中的部分光学元件的位置、姿态、形状及温度中的至少一者能够被调整部7调整。

基板台9能够保持基板10，利用例如直线电机来调整基板10的位置及姿态中的至少一者。基板台9的驱动被控制部25控制。激光干涉仪14配置在基板台9的附近，通过将激光照射向在基板台9配置的条形镜(bar mirror)12来测量基板台9的位置。

曝光装置1具有供给部30，该供给部30将折射率互不相同的多种气体混合而得的混合气体供给到投影光学系统5的内部的光学元件间的空间。在供给部30中，气体供给部15、16将折射率互不相同的多种气体供给到混合器19。多种气体可以是例如从氦气、氮气、氧气、二氧化碳、干燥空气等中选择的多种气体。供气量调整器17、18分别调整来自气体供给部15、16的气体的供给量。混合器19将从气体供给部15、16供给的至少两种不同的气体混合，将混合气体经由供气配管21供给到投影光学系统5。浓度测量器20测定混合气体中各气体的浓度。利用这样的供给部30，能够供给以预先设定的混合率即设定混合比来混合而得的混合气体。

供给到投影光学系统5的混合气体经由在支承光学元件6的调整部7设置的通气孔8来扩散到光学元件间的空间。通气孔8也可以是不处于调整部7，而是处于固定地支承光学元件6的未图示的部件。排气部22将气体从投影光学系统5经由排气配管24排出。在排气配管24设置有对要从排气部22排出的排气量进行调节的排气量调整部23。控制部25基于由气压计26测量出的气压值，控制排气量调整部23来调整排气量，使得消除投影光学系统5内外的气压差。

检测器13检测从投影光学系统5透过的光。检测器13能包括例如干涉仪和光强度传感器中的至少任一者。控制部25能够基于检测器13的检测结果，测量在投影光学系统5的曝光区域内的各点处的波前像差。此外，控制部25还能够基于检测器13的检测结果，测量投影光学系统5的畸变像差。在此，畸变像差例如是表示像平面上的实际的像高与理想像高偏差了多少量，能够在像平面上(曝光区域内)的各点处测定出畸变像差。另外，检测器13可以应用公知的任意结构，因此在此省略了对详细的构造及操作的说明。

调整部7调整成像特性，在此，例如调整投影光学系统5的多个光学元件6中的部分光学元件的位置、姿态、形状及温度中的至少一者。调整部7例如包括在光轴方向(图1所示的Z方向)以及与光轴方向垂直的方向进行驱动的机构、对支承光学元件的支承部进行驱动的机构、对光学元件施加应力(按压或者牵引光学元件的力)的机构、将光学元件加热或冷却的机构等。调整部7中的这些驱动被控制部25控制。不过，只要调整部是通过进行对投影光学系统5的光学元件6的驱动、对掩模台4的驱动、对基板台9的驱动中的至少一者来调整成像特性的即可。

控制部25综合地控制曝光装置1的各部分的动作。控制部25可由包括CPU和存储器的计算机构成。在本实施方式中，控制部25特别是作为通过对设定于供给部30的混合比进行控制来校正投影光学系统5的成像特性并对基板进行曝光的控制部来发挥功能。此外，控制部25基于检测器13的检测结果，计算调整部7对光学元件6的调整量以及基板台9的调整量，基于计算出的对光学元件6的调整量以及基板台9的调整量，控制调整部7以及基板台9。

以下，对本实施方式中的投影光学系统5的光学性能(成像特性)的曝光处理进行说明。表示成像特性的指标包括多个像差分量。例如，成像特性可以包括球面像差、倍率像差、畸变像差、像场弯曲、像散、彗形像差中的至少一者。在此为了示出具体例子，将作为多个像差分量中的第一像差分量的球面像差作为校正对象。此外，作为第一像差分量之外的其他像差分量，设想产生了倍率像差和畸变像差。

在本实施方式中的校正处理中，控制部25事先获取如下响应特性，该响应特性表示在由供给部30以固定的混合比来供给混合气体时的成像特性的演变。控制部25在将设定混合比设定为目标混合比来对基板进行曝光时，在成像特性转变为稳定状态之前的过渡期间中，控制部25将设定混合比设定为基于响应特性对目标混合比进行了校正的值并对基板进行曝光。图2是示出这样的曝光处理的具体例子的流程图。在S101中，控制部25获取如下响应特性，该响应特性表示在由供给部30以固定的混合比来供给混合气体时的成像特性的演变。在此，这样的响应特性的数据是通过预先测量或者仿真而获得的，并被存储于控制部25的存储器。

在本实施方式中，响应特性能包括分别与球面像差、倍率像差及畸变像差相关的响应特性。图3示出了这些响应特性的例子。在此所说的响应特性表示在由供给部30以固定的混合比来供给混合气体时的像差的演变(像差相对于置换时间而言的变化)。(a)是球面像差的响应特性的例子，(b)是倍率像差的响应特性的例子，(c)是畸变像差的响应特性的例子。即使向投影光学系统内供给吹扫气体，也无法立即对空间整体进行置换，而呈现出这样的响应特性。例如如(a)所示，球面像差在成为稳定状态之前会有非稳定状态的期间(过渡期间)。这些获取到的各响应特性的数据被存储于控制部25的未图示的存储器。

在S102中，控制部25测量因曝光产生的像差量的变化。例如伴随着曝光，投影光学系统5吸收曝光能量因而成像特性会发生变动(曝光像差)。于是，控制部25将检测器13的检测结果应用于规定的预测式来预测成像特性(在此为球面像差)的变动，由此能够确定校正量。或者也可以是，控制部25基于检测器13的检测结果，测量像差相对于在各照明条件下产生的曝光热而言的变化。此外，控制部25利用气压计26测量设置有投影光学系统5的空间的大气压。

在S103中，控制部25求出用于对在S102中求出的像差变化量进行补偿的折射率，确定与该折射率对应的目标混合比。折射率与目标混合比的对应关系是预先用数学式或者表格规定的。此外也可以是，控制部25基于在S102中测量出的大气压的值，计算因大气压的变化的影响而产生的球面像差的量，并将其加入到校正量。作为确定因大气压的变化而产生的球面像差的量的方法，例如有通过气压灵敏度系数与气压变化量的积来求出的方法，其中气压灵敏度系数与气压变化量的积是测量球面像差相对于气压变化而言的变化量而计算出的。

例如如下那样确定混合比。球面像差相对于混合气体的混合比的变化(即折射率的变化)而言的变化量为图4所示的比例关系。基于该关系，能够通过光学仿真来计算球面像差量相对于投影光学系统的透镜空间的折射率而言的比例常数。此外也可以是，控制部25基于在S102中测量出的像差的变化，预测在曝光所使用的照明条件下因曝光热而产生的投影光学系统5的球面像差的产生量，并将其加入到校正量。

以下的处理是在将设定混合比设定为在此确定的目标混合比来对基板进行曝光时的处理。

在S104中，控制部25确定作为其他像差分量的倍率像差和畸变像差各自在混合气体置换中的容许范围(可校正范围)。也可以是，关于这样的可校正范围，预先在曝光制程中规定。

在S105中，控制部25对于投影光学系统5开始进行气体的供气排气控制。具体而言，控制部25按照在S103中确定的目标混合比，对供气量调整器17、18进行调整，调整流入混合器19的气体的流量。由混合器19混合了的气体一边以不会产生投影光学系统5内外的压力差的方式被排气量调整部23调整排气量，一边被供给到投影光学系统5。由此，校正球面像差。

在S106中，控制部25借助未图示的搬运机构来搬入(装载)作为曝光对象的基板。所装载的基板被基板台9保持。

在S107中，控制部25判定当前的时间点是否处于成像特性(在此为球面像差)转变为稳定状态之前的过渡期间中。在处于过渡期间中的情况下，在S108中，控制部25将设定混合比设定为基于响应特性来对目标混合比进行校正而得的值。具体而言，根据在S101中得到的球面像差的响应特性(图3的(a))找出与当前时刻对应的像差量，用与该像差量对应的校正量来对目标混合比进行校正。像这样，在本实施方式中，对混合气体的目标混合比进行主动校正。

但是，在对混合比进行了这样的主动校正的情况下，也可能新产生了其他像差分量，因此可能也需要对其进行校正。由调整部7在不超过其可校正范围内对其他像差分量进行校正。于是，在S109中，控制部25判定其他像差分量是否处于在S104中确定的容许范围(可校正范围)内。在其他像差分量处于容许范围内的情况下，在S110中，控制部25控制调整部7来校正其他像差分量。在其他像差分量超过调整部7的可校正范围来变化的情况下，停止曝光(S111)，直至调整部7能够进行校正为止。此时也可以是，继续供给混合气体，直至成为可校正范围为止，在此期间停止曝光装置1的曝光。在当前的时间点为过渡期间经过后、即稳定状态的期间的情况下(在S107中为“否”)，则在S112中，控制部25将设定混合比设定为在S103中确定的目标混合比。

之后，在S113中，控制部25实施对基板的曝光。在曝光完成后，在S114中，控制部25控制搬运机构搬出基板(卸载)。在S115中，控制部25判断是否之后还有要处理的基板。在之后还有基板的情况下，返回到S102并重复处理。在预定的全部基板的处理完成的情况下，本处理结束。

在上述的例子中，说明了为了校正球面像差而供给混合气体，但校正对象也可以是倍率像差、畸变像差、像场弯曲、像散、彗形像差等。此外，在上述的例子中，由调整部7校正的其他像差分量设为倍率像差以及畸变像差，但也可以是球面像差、像场弯曲、彗形像差等。

根据以上的处理，只要其他像差分量(倍率像差以及畸变像差)不超过调整部7的可校正范围，就能够不停止曝光处理而获得期望的球面像差。由此，能够兼顾投影光学系统的光学性能的校正性能与生产率。

＜物品制造方法的实施方式＞

本发明的实施方式所涉及的物品制造方法适于制造例如半导体器件等微型器件、具有精密构造的元件等物品。本实施方式的物品制造方法包括对在基板上涂布的感光剂使用上述曝光装置形成潜像图案的工序(对基板进行曝光的工序)；以及对在上述工序中形成了潜像图案的基板进行显影的工序。此外，该制造方法包括其他公知的工序(氧化、成膜、气相沉积(日文：蒸着)、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、键合、封装等)。与以往的方法相比，本实施方式的物品制造方法在物品的性能、品质、产能、生产成本中的至少一个方面有利。

发明不限于上述实施方式，在不脱离发明的精神及范围的情况下，能够进行各种变更及变形。因此，为了公开发明的范围而附加权利要求。

Claims (12)

1.一种曝光装置，对基板进行曝光，该曝光装置的特征在于，具有：

投影光学系统，其将掩模的图案投影到所述基板；

供给部，其将混合气体供给到所述投影光学系统的内部的光学元件间的空间，所述混合气体是将折射率互不相同的多种气体以作为设定混合比的预先设定的混合率来混合而得的；以及

控制部，其通过控制所述设定混合比来对所述投影光学系统的成像特性进行校正并对所述基板进行曝光，

所述控制部获取如下响应特性，该响应特性表示由所述供给部以固定的混合比来供给混合气体时的所述成像特性的演变，

所述控制部在将所述设定混合比设定为目标混合比并对所述基板进行曝光时，在所述成像特性转变为稳定状态之前的过渡期间中，所述控制部将所述设定混合比设定为基于所述响应特性对所述目标混合比进行校正而得的值并对所述基板进行曝光。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

在所述过渡期间经过后，所述控制部将所述设定混合比设定为所述目标混合比并对所述基板进行曝光。

3.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

还具有调整部，该调整部调整所述成像特性，

所述控制部通过控制所述设定混合比，来对多个像差分量中的作为所述成像特性的第一像差分量进行校正，

与在所述过渡期间中由所述控制部变更了所述设定混合比的情形相应地，所述调整部对所述第一像差分量以外的作为所述成像特性的其他像差分量进行校正。

4.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，还具有：

掩模台，其保持所述掩模；以及

基板台，其保持所述基板，

所述调整部通过进行对所述投影光学系统的光学元件的驱动、对所述掩模台的驱动以及对所述基板台的驱动中的至少一者，来调整所述成像特性。

5.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，

当对所述其他像差分量的校正量超出所述调整部的可校正范围时，所述控制部停止对所述基板的曝光，直至所述调整部能够进行校正为止。

6.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，

所述成像特性包括球面像差、倍率像差、畸变像差、像场弯曲、像散、彗形像差中的至少一者。

7.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，

所述第一像差分量是球面像差，所述其他像差分量是倍率像差以及畸变像差。

8.根据权利要求7所述的曝光装置，其特征在于，

所述响应特性包括分别与球面像差、倍率像差以及畸变像差相关的响应特性。

9.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

所述多种气体是从氦气、氮气、氧气、二氧化碳、干燥空气中选择的多种气体。

10.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

还具有气压计，该气压计测量设置有所述投影光学系统的空间的大气压，

所述控制部基于由所述气压计测量出的大气压的值，求出因大气压的变化的影响而产生的所述成像特性的变化量，基于该变化量求出对所述成像特性的校正量。

11.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，

还具有检测器，该检测器检测透射所述投影光学系统的光，

所述控制部利用所述检测器求出因所述投影光学系统吸收曝光能量而产生的所述成像特性的变化量，基于该变化量求出对所述成像特性的校正量。

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中的任意一项所述的曝光装置来对基板进行曝光的工序；以及

对被曝光了的所述基板进行显影的工序，

其中，从显影了的所述基板制造物品。