CN112526829A - 曝光方法及装置、物品制造方法和制造半导体设备的方法 - Google Patents

Abstract

公开了曝光方法及装置、物品制造方法和制造半导体设备的方法。提供了一种执行经由投影光学系统曝光基板的曝光操作的曝光方法。该方法包括在执行曝光操作的曝光时段中执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差，在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中测量投影光学系统的像差，并使用基于测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小投影光学系统的像差校正中的校正残差。

Description

曝光方法及装置、物品制造方法和制造半导体设备的方法

技术领域

本发明涉及曝光方法、曝光装置、物品制造方法以及制造半导体设备的方法。

背景技术

在诸如半导体设备等的物品的制造中，通过照明光学系统照亮原件(掩模版或掩模)、经由投影光学系统将原件的图案投影到基板上，并曝光基板的曝光装置。由于投影光学系统的成像特性取决于曝光光照射操作而改变，因此在曝光装置中可以通过控制光学元件的位置和姿态来校正成像特性。可以通过控制光学元件的位置和姿态被校正的像差分量是有限的，并且诸如像散之类的旋转非对称成像特性不能被校正。

日本专利No.5266641公开了一种方法，在该方法中预先测量通过吸收光束的热而生成的像散的量，并且在基于测量结果估计像差量的同时校正像差量。

但是，除了曝光光之外，像差生成的时间波动量还可能取决于掩模版形状、曝光条件等的不同而改变。因此，如果在所有曝光条件下测量像差量并且基于数据来确定校正量，那么可以获得高校正准确度。但是，这在实际的装置操作中是困难的。因此，当如常规情况中那样使用通过预测量获得的校正量时，校正残差随着长期操作而累积。

发明内容

本发明提供了一种有利于长时间维持投影光学系统的高校正精度的技术。

本发明在其一个方面提供了一种曝光方法，该曝光方法执行经由投影光学系统曝光基板的曝光操作，该方法包括：在执行曝光操作的曝光时段中执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差，在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中测量投影光学系统的像差，并且使用基于测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小投影光学系统的像差校正中的校正残差。

本发明在其第二方面提供了一种曝光装置，该曝光装置执行经由投影光学系统曝光基板的曝光操作，其中，该装置在执行曝光操作的曝光时段中执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差，并且使用基于在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中的投影光学系统的像差的测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小像差校正中的校正残差。

本发明在其第三方面提供了一种物品制造方法，该物品制造方法包括：使用在第一方面中定义的曝光方法来曝光基板，对曝光的基板进行显影，并对显影的基板进行加工，其中，从经加工的基板制造物品。

本发明在其第四方面提供了一种物品制造方法，该物品制造方法包括：使用在第二方面中定义的曝光设备来曝光基板，对曝光的基板进行显影，并对显影的基板进行加工，其中，从经加工的基板制造物品。

本发明在其第五方面提供了一种半导体设备的制造方法，该方法包括：经由投影光学系统曝光基板，以及对曝光的基板进行显影，其中，曝光包括在执行曝光操作的曝光时段中执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差，在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中测量投影光学系统的像差，并使用基于测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小投影光学系统的像差校正中的校正残差。

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是示出根据实施例的曝光装置的布置的视图；

图2A和图2B是示出实施例中的光学元件和温度调节器的布置的视图；

图3A和图3B是各自示出由温度调节器加热的透镜上的温度分布的视图；

图4是示出通过扫描曝光装置的投影光学系统的光束的强度分布的视图；

图5是示出像散的时间特性的视图；

图6是示出像散校正量的时间特性的视图；

图7是用于说明像散校正残差的累积的视图；

图8是示出实施例中的像散校正处理的流程图；

图9是用于说明实施例中的像散校正处理的效果的视图；

图10是示出变形例中的像散校正处理的流程图；以及

图11是用于说明随着曝光装置的操作的像散波动的视图。

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，相同的附图标记被赋予相同或类似的配置，并且省略其冗余的描述。

图1是示出根据实施例的曝光装置的布置的视图。曝光装置示意性地执行经由投影光学系统107曝光基板110的曝光操作。在本说明书和附图中，如图1中所示，基于XYZ坐标系指示方向，在该XYZ坐标系中与布置有基板110的表面平行的平面被设定为X-Y平面。曝光装置包括光源102、照明光学系统104、投影光学系统107、控制器100和温度控制器111。在曝光操作中，照明光学系统104用来自光源102的光(曝光光)照亮原件106，并且原件106的图案通过投影光学系统107被投影到基板110上以曝光基板110。曝光装置可以被形成为在原件106和基板110静止停止的状态下曝光基板110的曝光装置，或者被形成为在扫描原件106和基板110的同时曝光基板110的曝光装置。一般而言，基板110包括多个压射区域，并且在每个压射区域上执行曝光操作。

光源102可以包括例如准分子激光器，但是也可以包括其它发光设备。准分子激光器可以生成例如波长为248nm或193nm的光，但是也可以生成其它波长的光。投影光学系统107可以包括光学元件109和控制光学元件109上的温度分布的温度调节器108。温度调节器108可以通过向光学元件109施加热能以改变光学元件109的折射率分布和/或表面形状来减小投影光学系统107的光学特性的变化。由温度调节器108施加到光学元件109的热能可以包括正能量和负能量。向光学元件109施加正能量表示光学元件109的加热，并且向光学元件109施加负能量表示光学元件109的冷却。

温度调节器108可以被布置为紧密地粘附到光学元件109，并且在这种情况下，温度调节器108和光学元件109之间的热能传输将是高效的。可替代地，温度调节器108可以被布置成与光学元件109间隔开。这种布置有利的是机械力将不通过温度调节器108被施加到光学元件109，并且温度调节器108将不通过刮擦等损坏光学元件109。

优选的是将温度调节器108布置在光学元件109的有效直径(光路)之外，以使温度调节器108将不阻挡对基板110的光照射。例如，温度调节器108可以被布置在用作光学元件109的透镜的外边缘部、透镜的前表面或透镜的后表面上。可替代地，温度调节器108可以在将不影响投影光学系统107的光学性能的范围中布置在有效直径内。作为这种布置的示例，例如，细的加热丝可以布置在光学元件的有效直径中，或者具有高透光率的热传输元件可以布置在光学元件的有效直径中。

在温度调节器108要被布置在光学元件109的外周上的情况下，光学元件109可以布置在投影光学系统107的光瞳面处或附近。注意的是，温度调节器108可以布置在光学元件上，该光学元件布置在与投影光学系统107的光瞳面间隔开的位置处。温度控制器111控制温度调节器108。温度控制器111可以控制施加到光学元件109的热能的量和施加的持续时间，因此，可以控制光学元件109上的温度分布。温度控制器111进行控制所需的信息是通过在要执行的曝光条件下预先测量被施加热时的光学元件109的像差生成量而获得的。控制器100基于通过测量获得的信息来确定在曝光时要被施加到光学元件109的热能，并将包括该信息的指令给予温度控制器111。温度控制器111使用与给定的指令对应的控制值(电流量)将热能施加到温度控制器108。

控制器100可以控制光源102、照明光学系统104、投影光学系统107和温度控制器111。控制器100可以由例如诸如FPGA(现场可编程门阵列的缩写)之类的PLD(可编程逻辑器件的缩写)、ASIC(专用集成电路的缩写)、安装有程序的通用或专用计算机，或者这些组件的全部或一些的组合形成。

图2A和图2B是示出光学元件109和温度调节器108的布置示例的视图。图2A是当在Z方向上从上方观察时的光学元件109的平面图，并且图2B是沿着图2A中所示的线A-A'截取的截面图。光学元件109可以包括透镜201。温度调节器108可以包括第一温度调节器203和第二温度调节器204。第一温度调节器203可以包括加热器元件203a和加热器元件203b，并且第二温度调节器204可以包括加热器元件204a和加热器元件204b。

用虚线绘制的圆202表示透镜201的光束有效直径。在光束有效直径之外，加热器元件203a和加热器元件203b沿着Y方向布置在彼此面对的位置处，透镜201的中心被插入它们之间，并且加热器元件204a和加热器元件204b沿着X方向布置在彼此面对的位置处，透镜201的中心被插入它们之间。加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个可以具有与透镜201的圆周的四分之一的长度对应的弧形。加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个可以由例如包括加热丝的柔性线缆形成，并且通过向加热丝施加电流来生成热，使得可以在透镜201中生成温度分布。

如图2B中所示，加热器元件203a、203b、204a和204b可以布置在透镜201的平面部上方，以便与其间隔开10μm至100μm。加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个的热可以分别经由在加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个与透镜201之间的介质205被传送到透镜201。介质205可以是例如诸如空气或氮气之类的气体。可替代地，加热器元件203a、203b、204a和204b不需要经由介质205面对透镜201，并且加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个可以具有例如具有高热导率的金属将加热丝夹在中间的结构。

在图2B所示的示例中，加热器元件204a、204b、203a和203b布置在透镜201的平面部上(在照明光学系统104的一侧)。但是，加热器元件204a、204b、203a和203b可以布置在透镜201的下方(在基板110的一侧)或在透镜201的外边缘部上。透镜201可以包括被加热器元件204a、204b、203a和203b加热的被加热表面206。被加热表面206可以是平坦的或弯曲的。被加热表面206可以是例如粗糙的表面(磨砂玻璃形式的表面)。

图3A例示了由第二温度控制器204加热的透镜201上的温度分布。此时，在基板110的表面上在正方向上生成像散。图3B例示了由第一温度控制器203加热的透镜201上的温度分布。图3B中所示的温度分布是具有图3A中所示的温度分布的相反相位的温度分布。图3B中所示的温度分布在基板110的表面上在负方向上生成像散。以这种方式，可以通过第二温度控制器204和第一温度控制器203对透镜201进行加热来生成正像散和负像散。与通过使用诸如Peltier元件之类的元件通过加热和冷却的组合来生成正像散和负像散的布置相比较，这种布置有利于温度调节器108的布置可以被简化。

在此，考虑相对于X方向上的长狭缝状光束(曝光光)扫描原件106和基板110的扫描曝光装置。在这种情况下，在曝光操作时穿过投影光学系统107的光束的强度分布如图4的阴影线部分401所示。在此，通过光束的吸收而生成的透镜201(光学元件109)上的温度分布将在X方向与Y方向上不同。这可能导致在投影光学系统107中生成大量的像散。

因此，温度分布可以通过温度调节器108被施加到透镜201，以便减小这个像散量。由温度调节器108生成的像散和当透镜201吸收光束时生成的像散具有相反的符号。因此，可以通过由温度调节器108生成的像散来减小(校正)通过由透镜201吸收光束生成的像散。注意的是，由温度调节器108生成的像散的改变的时间特性可以与由光束的吸收生成的像散的改变的时间特性不同。在这种情况下，通过控制施加到加热器元件203a、203b、204a和204b中的每个的加热丝的电流来控制温度分布，可以改变像散的时间特性并且以高精度执行校正。

图5是示出像散的时间特性的曲线图。在图5中，“曝光时段”是指包括曝光操作的时段，并且“非曝光时段”是指继“曝光时段”之后的时段，在该“非曝光时段”中不执行曝光操作。在第一示例中，曝光时段可以是针对一个批次(例如，25个基板)的一系列曝光操作的时段，并且非曝光时段可以是从针对该批次中的最后一个基板的曝光操作结束到针对下一个批次中的第一个基板的曝光操作开始的时段。在这种情况下，曝光时段包括实际上不执行曝光的压射之间的每个时段以及每个基板更换时段。如果可以忽略在这种基板更换时段期间的像差的改变，那么可以应用第一示例。在第二示例中，曝光时段可以是针对一个基板上的多个压射区域的一系列曝光操作的时段，并且非曝光时段可以是从该基板上的最后一次曝光操作结束到下一个基板上的曝光操作开始的时段(基板更换时段)。第二示例适用于不能忽略基板更换时段中的像差的改变的情况。在第三示例中，曝光时段可以是一个压射区域上的曝光操作的时段，并且非曝光时段可以是从该压射区域上的曝光操作结束到下一个压射区域上的曝光操作开始的时段(压射移动时段)。第三示例适用于不能忽略压射移动时段中的像差的改变的情况。第一示例至第三示例在一个组中的曝光操作的数量上彼此不同，但是在以下描述中可以被理解为共同的构思。

特性501指示在曝光时段期间由于从曝光光输入的热而像散增大，并且在非曝光时段期间由于热耗散而像散减小。为了校正这种像散，理想的是通过由温度调节器108加热透镜来生成具有相对于时间轴与特性501对称的时间特性的像散。

但是，特性501是在一定曝光条件下的示例，并且如果曝光条件(照明模式、掩模版透射率、视角等)改变，那么这个特性可能改变为特性502、503或504等。因此，在一些曝光条件下预先测量像散的时间特性(例如，获得由曲线501至504表示的特性数据)，每个测量结果数据被存储在控制器100的存储器中，并且使用存储的数据来执行校正。但是，从获得时间和存储数据容量的观点来看，在所有曝光条件下预先获得数据以使用它是不现实的。因此，使用在接近曝光时的曝光条件的曝光条件下预先获得的测量结果来校正像散。

如图6中所示，控制器100根据预测量的数据(特性501至504之一的数据)来确定抵消像散特性601的像散校正量602。然后，控制器100将生成校正量所需的电流量的指令给予温度控制器111，并且温度调节器108执行像散校正。

但是，当曝光条件与预测量的数据(特性501至504之一的数据)的曝光条件不完全相同时，生成像散校正残差。如图7中所示，在曝光时段中的每次曝光(压射)累积校正残差。需要减小这种曝光残差累积量。

图8是示出了这个实施例中的像散校正处理的流程图。校正处理包括例如在曝光装置的安装的初始阶段执行的预测量步骤S811，以及在设备生产(曝光)时执行的生产测量步骤S812。

预测量步骤S811是预先测量投影光学系统107的像差的步骤(第一步骤)。在预测量步骤S811中，在步骤S801中，控制器100首先测量在多个曝光条件中的每个曝光条件下的像散的特性。在步骤S802中，控制器100将通过测量获得的特性数据存储在存储器中。

在生产测量步骤S812中，在步骤S803中，控制器100从存储器选择并获取在接近当前设定的曝光条件(应用于曝光操作的曝光条件)的曝光条件下获得的特性数据。在步骤S804中，控制器100根据获取的特性数据确定像差校正量。控制器100计算与确定的校正量对应的要被施加到加热元件203a、203b、204a和204b的电流值，并且将计算出的电流值作为指令值通知给温度控制器111。在步骤S805中，温度控制器111根据指令值控制施加到加热元件203a、203b、204a和204b的加热丝的电流，由此执行像散校正(第二步骤)。

在通过这种校正调整透镜201的状态之后，在步骤S806中，控制器100执行曝光操作(批次处理)。当批次处理完成时，在步骤S807中，控制器100确定是否存在下一个要处理的批次(即，是否在批次处理操作之间)。如果存在下一个要处理的批次，那么处理前进到步骤S808。如果不存在下一个要处理的批次，那么处理终止。

步骤S808至S810是在非曝光时段中执行的处理。在步骤S808中，控制器100测量像散的特性(第三步骤)。通过这个测量获得的特性数据反映当前时间的像散的实际特性。图11是示出包括图6所示的非曝光时段以及非曝光时段之前和之后的曝光时段的部分的放大视图。在图11中，由实线表示的特性601指示在步骤S803中获取的特性数据(即，通过预测量获得的特性数据)。另一方面，由虚线表示的特性601a指示通过步骤S808中的测量获得的特性数据。如可以看出的，随着曝光装置的操作，像散的特性从预测量时的特性开始波动。

因此，在步骤S809中，控制器100通过计算在步骤S803中获取的特性数据与在步骤S808中获得的特性数据之间的差来计算校正残差。在步骤S810中，控制器100调整校正量以便减小校正残差(第四步骤)。控制器100计算与调整的校正量对应的要施加到加热元件203a、203b、204a、204b的电流值，并将计算出的电流值作为指令值通知给温度控制器111。这个指令值反映下一个曝光时段中的校正量。特性602a指示通过调整先前曝光时段中的校正量来获得校正量的校正量的特性的示例。在步骤S805中，温度控制器111根据指令值控制施加到加热元件203a、203b、204a和204b的加热丝的电流，由此执行像散校正。

图10示出了图8的流程图的变形例。在这种变形例中，基于在预测量步骤中测量的像差与在过去的非曝光时段中的像差测量(第三步骤)中测量的像差之间的比较来调整下一个像差测量的执行定时。在图10中，添加了步骤S1001，其中，如果在步骤S807中确定存在下一个批次，那么确定是否执行步骤S808中的像散特性测量(第三步骤)。

例如，在步骤S1001中，控制器100将在紧接在先前的非曝光时段中的步骤S809中计算出的在步骤S803中获取的特性数据与在步骤S808中获取的特性数据之间的差(下文中被称为“像差波动”)与预定的允许值进行比较。如果像差波动超过允许值，那么处理前进到步骤S808。如果像差变化未超过允许值，那么处理不前进到步骤S808，而是前进到步骤S806以执行下一个曝光操作。因此，仅在必要时才可以抵消校正残差，使得可以使生产量的减小最小化。

注意的是，在步骤S1001中，可以使用多个过去的非曝光时段中的像差波动来确定是否执行像散特性测量。例如，如果多个过去的非曝光时段中的像差波动的平均值超过允许值，那么可以执行步骤S808。可替代地，如果在多个过去的非曝光时段中的像差变化的改变率超过阈值，那么可以执行步骤S808。

根据上述实施例，在非曝光时段中消除像散校正残差。因此，如图9中所示，随着长期操作的校正残差累积量的增大被抑制，使得可以长时间维持投影光学系统的高校正精度。

<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感光剂上形成潜像的步骤(曝光基板的步骤)，以及对在上述步骤中形成有潜像的基板进行显影的步骤。此外，该制造方法包括其它已知的步骤(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常规方法有利。

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 (12)

1.一种执行经由投影光学系统曝光基板的曝光操作的曝光方法，其特征在于，所述方法包括：

在执行曝光操作的曝光时段中，执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差；

在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中，测量投影光学系统的像差；以及

使用基于测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小投影光学系统的像差校正中的校正残差。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在曝光时段之前测量投影光学系统的像差。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

在曝光时段之前测量像差包括测量在多个曝光条件中的每个曝光条件下生成的投影光学系统的像差，以及

在曝光时段中的像差校正包括根据在基于施加到曝光操作的曝光条件从所述多个曝光条件中选择的曝光条件下的曝光时段之前执行的像差的测量结果来确定校正量。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，基于在通过曝光时段之前的测量获得的像差与通过过去的非曝光时段中的测量获得的像差之间的比较来调整在非曝光时段中的测量的执行定时。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果在通过曝光时段之前的测量获得的像差与通过所述过去的非曝光时段中的测量获得的像差之间的差超过允许值，那么执行非曝光时段中的测量。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，如果在通过曝光时段之前的测量获得的像差与通过多个过去的非曝光时段中的测量获得的像差之间的差的平均值超过允许值，那么执行非曝光时段中的测量。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，如果在通过曝光时段之前的测量获得的像差与通过多个过去的非曝光时段中的测量获得的像差之间的差的改变率超过阈值，那么执行非曝光时段中的测量。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过控制投影光学系统的光学元件上的温度分布来执行曝光时段中的像差校正。

9.一种执行经由投影光学系统曝光基板的曝光操作的曝光装置，其特征在于，其中，所述装置

在执行曝光操作的曝光时段中，执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差，以及

使用基于在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中的投影光学系统的像差的测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小像差校正中的校正残差。

10.一种物品制造方法，其特征在于，包括：

使用权利要求1中定义的曝光方法来曝光基板；

对曝光的基板进行显影；以及

对显影的基板进行加工，

其中，从经加工的基板制造物品。

11.一种物品制造方法，其特征在于，包括：

使用权利要求9中定义的曝光装置来曝光基板；

对曝光的基板进行显影；以及

对显影的基板进行加工，

其中，从经加工的基板制造物品。

12.一种半导体设备的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

经由投影光学系统曝光基板；以及

对曝光的基板进行显影，

其中，所述曝光包括：

在执行曝光操作的曝光时段中，执行投影光学系统的像差校正以校正通过执行曝光操作而生成的像差；

在曝光时段之后的不执行曝光操作的非曝光时段中，测量投影光学系统的像差；以及

使用基于测量结果调整的校正量来校正投影光学系统的像差，以便减小投影光学系统的像差校正中的校正残差。

Images