CN1977360B - 曝光设备、曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝光设备、曝光方法和曝光掩模，用于改进的光学光刻。具体来讲，根据本发明的一个优选方式，该曝光设备被设置成与具有可弹性变形的保持部件和提供在该保持部件上并形成有开口图案的光阻挡膜的曝光掩模一起使用，其中，为了曝光，使曝光掩模弯曲以便与要曝光的物体接触。该曝光设备包括距离检测系统，用于检测弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离，和距离控制系统，用于根据来自所述距离检测系统的信号来控制弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离。

Description

曝光设备、曝光方法
技术领域
本发明涉及一种曝光设备、曝光方法以及曝光掩模。更具体来讲，本发明涉及用于基于近场光来进行光刻曝光的技术。
背景技术
光刻技术已经是向前发展并且多样化，并且作为显现(emerging)光刻技术已经提出新颖的光刻方法。一个示例是采用近场光的光刻曝光方法，能实现超出光衍射极限的超精细处理。
美国专利No.6171730提出一种基于采用近场光的曝光方法的曝光设备，其中，曝光掩模由弹性材料制成，并且其中，通过使掩模弹性变形来符合抗蚀剂的表面形状，使曝光掩模的整个表面实现与抗蚀剂表面的紧密接触，从而实现采用近场光的曝光。
在前述美国专利所公开的曝光设备和曝光方法中，首先，使曝光掩模与要曝光的物体彼此接近，达到预定的距离，然后，将曝光掩模弹性变形(弯曲)来使曝光掩模与要曝光的物体彼此接触。但是，在这种结构中，如果曝光掩模与要曝光的物体之间的距离偏离该预定的距离，将会改变要发生弹性变形的曝光掩模的延伸量，并且其会引起要转移到要曝光的物体上的图案的尺寸或者间距的改变。在近场曝光技术中还没有考虑该问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种基于近场光的改进的曝光设备和/或改进的曝光方法。
根据本发明的一个方面，提供一种曝光设备，与具有弹性变形的保持部件和提供在保持部件上并形成具有开口图案的光阻挡膜的曝光 掩模一起使用，其中，为了曝光，将曝光掩模弯曲以便与要曝光的物体接触，所述设备包括：距离检测装置，用于检测弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离；以及距离控制装置，用于根据来自所述距离检测装置的信号来控制弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离。
根据本发明的另一方面，提供一种曝光方法，其中，为了曝光，使具有弹性变形的保持部件和提供在保持部件上并形成开口图案的光阻挡膜的曝光掩模弯曲，以便与要曝光的物体接触，所述方法包括以下步骤：在曝光之前，检测曝光掩模和要曝光的物体之间的距离；以及控制曝光掩模和要曝光的物体之间的距离，以便控制曝光掩模的弯曲量。
根据本发明的另一方面，提供一种曝光掩模，包括：可弹性变形的保持部件；提供在保持部件上并具有开口图案的光阻挡膜；以及适用于检测在曝光掩模和通过采用该曝光掩模来曝光的物体之间的距离的部件。
简言之，根据本发明，检测曝光掩模弯曲之前的该曝光掩模和要曝光的物体之间的距离，以及根据检测结果，控制曝光掩模在弯曲之前和要曝光的物体之间的距离。采用该工序，可以精确控制曝光掩模的弯曲量，因此，可以很准确地控制要转移到要曝光的物体的图案的尺寸或间距。
考虑结合附图所进行的对本发明的优选实施例的以下描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的曝光设备的总体结构的示意图。
图2A和2B分别是用于解释用在图1的曝光设备中的曝光掩模的平面图和截面图。
图3是用于解释曝光掩模的弯曲和扩展以及所得到的图案延伸和 位置偏差的示意图。
图4是根据本发明的第二实施例的曝光设备的总体结构的示意图。
图5A和5B分别是用于解释可用在图4的曝光设备中的曝光掩模的平面图和截面图。
具体实施方式
现在参考附图来描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的第一实施例的曝光设备的总体结构的示意图。在图1中，200表示的是近场曝光设备，该近场曝光设备包括压力调整容器208、曝光光源210和用于调整压力调整容器208内的压力的压力调整装置209。
图1中的100表示的是附加到压力调整容器208的底部的曝光掩模。正如最好地在图2A和2B中可以看到的那样，该曝光掩模100包括掩模支撑部件104、掩模基底材料101和光阻挡膜102。形成要由掩模基底材料101保持的光阻挡膜102，该掩模基底材料101是由弹性(弹回)材料制成的薄膜保持部件。光阻挡膜102具有按所需图案形成的精细开口103。
曝光掩模100偏离掩模支撑部件104的至少中央部分提供可弹性变形的薄膜部分105。在下文中，曝光掩模100的表面如图2A所示，即，将在其上提供光阻挡膜102的表面称作“前表面”，以及将在另一侧上的表面称作“后表面”。曝光掩模100通过掩模支撑部件104附加到压力调整容器208的底部。
图1中206表示的是要曝光的、安装在平台207上的工件，平台207是可沿掩模表面二维移动以及沿与掩模表面成法线的方向移动的可移动装置。要曝光的工件206包括衬底205和形成在衬底205表面上的抗蚀剂204。将工件206放在平台207上，随后，通过移动平台207，实现衬底205与曝光掩模100之间相对于沿掩模表面的二维方向的相对位置对准。之后，工件沿掩模表面的法线方向移动。
图1中211表示的是准直透镜，该准直透镜起到将从曝光光源210发出的曝光光EL转换为平行光的作用。由准直透镜211转换为平行光的曝光光通过形成在压力调整容器208的顶部上的玻璃窗212，并且进入压力调整容器208。
接下来，描述在具有如上所述结构的近场曝光设备200中进行的曝光方法。
首先，曝光掩模100附加到压力调整容器208的底部，曝光掩模100的前表面面对要曝光的工件206。随后，将工件206放在平台207上，并且，通过移动平台207，进行工件与曝光掩模100之间相对于沿掩模表面的二维方向的相对对准。之后，工件206沿掩模表面的法线方向移动，直到从那里到曝光掩模100的距离等于某一预定距离。
接下来，将气体从压力调整装置209供给到压力调整容器208，并对曝光掩模100从其后表面到其前表面施加压力。施加该压力导致曝光掩模100(其中的薄膜部分105)朝向工件侧弹性变形(弯曲)，使曝光掩模100与工件206接触(紧密接触)，使得在整个掩模表面上，保持曝光掩模100的表面与衬底205上的抗蚀剂204的表面之间的间隙等于或者小于100nm。
接下来，在使曝光掩模100与工件206紧密接触后，通过玻璃窗212，将从曝光光源210发出并通过准直透镜211转换为平行光的曝光光EL投射到压力调整容器208中，从而从曝光掩模100的后表面对其进行照射。相应地，近场光从形成在曝光掩模100的掩模基底材料101上的光阻挡掩模102中的精细开口图案泄漏或逸出，从而基于近场光，进行对工件206的曝光。
接下来，在完成如上所述的曝光步骤后，将在压力调整容器208内的气体向外放出以便在容器内产生与外部压力相同的压力。相应地，曝光掩模100的弯曲得以释放，从而曝光掩模100从工件206脱离。如果在曝光掩模100和工件206之间存在任何吸引力，即使压力调整容器的内部压力等于其外部压力，曝光掩模100可能不从工件206脱离。在这种情况下，可使压力调整容器内的压力低于外部压力，以便导致如图 所示的曝光掩模的向上弯曲，从而加强脱离的力。
采用如上所述的工序，完成曝光步骤并可将所需的图案转移到工件206。在该实施例中，采用压力应用方法来对曝光掩模100施加压力，以引起其弯曲。代替此，可以将静电力提供到曝光掩模100和工件206之间，以引起曝光掩模100朝向工件206的弯曲。不管怎样，关于产生掩模弯曲，本发明不限于特定方法。
在采用近场光的该实施例的近场曝光设备200中，当使曝光掩模100与工件206紧密接触时，曝光掩模本身弯曲。这里，由于曝光掩模本身是由弹性(弹回)材料制成，其弯曲引起掩模100的延伸(特别是，其薄膜部分105)。这引起如图3所示的曝光掩模100的扩展：即，掩模100的未扩展的图案区域2d(图3的部分(a)所示)会扩展为扩展的图案区域2D(如图3的部分(b)所示)。结果，精细开口的图案的尺寸或位置会扩展。
关于如上所述的曝光掩模的延伸量，如果曝光掩模100具有诸如图2所示的圆形并且其中其半径是d，曝光掩模中心的位移量是t，并且由曝光掩模100限定的弓形的形状近似为直线，那么，扩展后的曝光掩模的半径长度D可近似由D＝d/[cos(t/d)]给定。
考虑到这一点，当设计曝光掩模100的精细开口图案时，根据曝光掩模和工件206之间的间隙的设计值，通过对薄膜的弹性变形的试验或数值计算，预先确定曝光掩模100的延伸量。然后，考虑延伸量来进行修正设计从而确定曝光掩模的精细开口图案。
例如，如果曝光掩模100和要曝光的工件206之间的间隙(距离)的设置值是100μm并且其中曝光掩模的精细开口图案以1.001倍扩展，可以修正设计掩模，其中，在曝光掩模上产生的精细开口图案减小到0.999倍(≈1/1.001)。
如果从法线方向看由掩模支撑部件104支撑的类似薄膜的掩模基底材料101的形状是圆形，则曝光掩模沿掩模表面各向同性扩展。因此，在这种情况下，对整体形状的修正是不必要的。另一方面，如果沿法线方向看掩模基底材料101的形状是长方形，掩模可沿掩模表面各向异 性扩展为纺锤(spindle)形状。这样，在这种情况下，应该预先将开口图案的整体布局修正为类似纺锤配置。
但是，即使采用如上所述的已经设计的带有开口图案的曝光掩模100，如果在曝光步骤中，弯曲之前的曝光掩模和要曝光的工件(206)之间的间隙(距离)与预定距离不同，则曝光掩模100的扩展量也改变。
例如，如果掩模到工件的距离变得比设定距离小，那么掩模的弯曲量变得比设定的弯曲量小。另一方面，如果掩模到工件的距离变得比设定距离大，那么掩模的弯曲量变得比设定的弯曲量大。
如果曝光掩模弯曲(扩展)的量根据掩模到工件的距离变化，那么会引起要被转移到工件的图案的尺寸和间距的相似的变化，因此，会导致所需曝光的失败。
为了提高要被转移的图案的尺寸和间距的精度，必须精确控制掩模到工件的距离。同时，为了达到此目的，必须精确测量掩模到工件的距离。
在该实施例中，考虑到这一点，如图1所示，在压力调整容器208内提供距离测量装置214作为距离检测装置。
例如，距离测量装置214具有采用激光束的基于三角测量而测量距离的结构。与此相关，如图2所示，存在着在曝光掩模100中形成的并位于与距离测量装置214相应的位置处的透明区域106。每个透明区域106包括透光窗口，并且提供用于距离测量的参考点。
在该实施例的近场曝光设备中，在进行上述曝光工序之前，通过采用距离测量装置214来测量曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离。然后，采用来自距离测量装置的信号，通过反馈控制来驱动平台207，使得要曝光的工件206以预定的间隙十分精确地接近曝光掩模100。
接下来，将描述距离测量装置214的距离测量操作。
在距离测量装置214中，为了测量距离，首先，将激光束投射至曝光掩模100的每个透明区域106。将如此投射的激光束分为由透明区域106反射的部分和通过透明区域106的部分。激光束的反射部分进入 距离测量装置214。基于如此入射的反射光的位置，可以测量到透明区域106的距离，即到曝光掩模100的距离。
另一方面，通过透明区域106的激光束的透射部分其后到达要曝光的工件206，并从而将其反射。如此反射的激光束又通过透明区域106，然后进入距离测量装置214。基于入射的反射光的位置，可测量到要曝光的工件206的距离。
通过计算在如上所述已经分别测量的到曝光掩模100的距离和到要曝光的工件206的距离之间的差，可检测曝光掩模100和工件206之间的距离。
基于如此检测的距离，通过采用在近场曝光设备200内的预定位置处提供的反馈控制单元(距离控制装置)201，进行平台207的反馈控制。采用该控制，可以很精确地控制在曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离，并且能按所需的设定值来保持该距离。
关于能用作用于测量曝光掩模100和工件206之间的距离的参考点的透明区域106，可以将多个这种透明区域置于掩模表面上，并且，在该实施例中，如图2所示，在四个位置提供这些透明区域。这能实现更准确的距离测量。此外，在那种情况下，可以均匀布置四个透明区域106，可以测量曝光掩模100和工件206之间的任何相对倾斜。
这样，可以通过采用平台207来修正所测量的曝光掩模100和工件206之间的任何相对倾斜，以便保持曝光掩模100和要曝光的工件206之间正好彼此平行。通过在倾斜修正后，基于近场光进行工件的曝光，极大地提高了图案曝光精度。
关于要形成的透明区域106的位置，薄膜部分105具有在距离测量期间弯曲的可能性，并且，如果发生弯曲，会防碍准确的距离测量。考虑到这一点，为了保证准确测量曝光掩模100和工件206之间的距离，应该根据未弯曲的掩模支撑部件来理想地限定透明区域106的位置。
通过如上所述，检测在弯曲之前的曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离，和然后通过控制在弯曲之前的曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离，可以控制曝光掩模100的弯曲量。这样，可以 控制要转移到工件206的图案的尺寸、间距等。
在该实施例中，距离测量装置214基于用于距离测量的三角形测量。但是，可以基于其它光学距离测量方法，例如根据光学系统的聚焦位置检测距离的方法和采用光的干涉方法等等。
作为进一步的替换，代替光学距离测量方法，可以通过测量在曝光掩模和要曝光的工件之间的静电电容来进行距离测量。
接下来，将描述采用根据静电电容测量的距离测量方法的本发明的第二实施例。
图4是根据本发明的第二实施例的曝光设备的总体结构的示意图。在图4中，与图1的元件相同或相应的元件由相似的标记数字表示。
图4中以213表示的是在曝光掩模100中提供的电极焊盘，用于测量静电电容。在每个电极焊盘和要曝光的工件206之间，存在着连接的驱动电路(未示出)。
在该实施例中，在进行如上所述的曝光步骤之前，采用检测单元(未示出)检测从驱动电路输出的电压值，并在该电压值的基础上，检测静电电容。在该实施例中，电极焊盘213、驱动电路(未示出)和检测单元(未示出)构成距离检测装置。
这里，由于静电电容与曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离一致，因此通过检测静电电容，可以测量曝光掩模100和工件206之间的距离。
然后，在所测量的距离的基础上，采用反馈控制单元201来进行平台207的反馈控制，从而将曝光掩模100和工件206之间的距离精确控制在所需的值。
关于能用作测量曝光掩模100和工件206之间的距离的参考点的电极焊盘213，可以将多个这种电极焊盘置于掩模表面上，并在该实施例中，如图5所示，在四个位置提供电极焊盘。这能实现更准确的距离测量。另外，与第一实施例相似，可以均匀放置四个电极焊盘213，并在那种情况下，可以测量在曝光掩模100和工件206之间的任何相对倾斜。
关于要形成电极焊盘213的位置，薄膜部分105在距离测量期间具有弯曲的可能性，并且如果发生弯曲，会防碍正确的距离测量。考虑到这一点，为了保证正确测量曝光掩模100和工件206之间的距离，应该根据未弯曲的掩模支撑部件来理想地限定电极焊盘213的位置。
在前述两个示例中，光学地测量或者基于静电电容测量在曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离。但是，关于距离测量，本发明不限于此。可以采用任何测量方法，只要可以测量在曝光掩模和要曝光的物体之间的距离。
根据参考第一和第二实施例已经描述的本发明，测量在曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离，然后，在测量的基础上，将曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离精确地控制在所需的值。该工序能实现精确产生预定量的曝光掩模100的弯曲。但是，应该注意本发明不限于此。即，在本发明中，可以根据需要控制曝光掩模100和要曝光的工件206之间的距离，以便产生任意需要量的曝光掩模的弯曲。
例如，存在以下情况：当通过采用在曝光掩模上形成有开口图案的某一曝光掩模来曝光工件时，由于诸如精细开口图案的产生误差的工艺因素(独立于曝光步骤)，以所确定的掩模到工件的距离，不能得到如同设计的精细开口图案一样的理想的尺寸或间隔的精细开口图案。
如果在曝光掩模上的精细开口的产生误差确实是不能得到理想的尺寸或间隔的原因，那么有必要修正或者重制该曝光掩模，以便获得理想的尺寸或间隔的精细开口图案。但是，根据本发明，可以设置并控制掩模到工件的距离，以便根据掩模的状态改变曝光掩模的扩展量。通过这样做，可以修正与曝光掩模的精细开口有关的产生误差。这样，根据本发明，可以不必修正或重制曝光掩模来改变精细开口图案的尺寸或间隔。
此外，可以根据掩模基底材料的刚度或薄膜厚度来改变曝光掩模的扩展。同时，在采用多个曝光掩模来实现重叠的图案曝光中，各个曝光掩模可以具有尺寸上的误差。在这些情况下，由于在除了曝光步 骤的步骤中产生误差，将不能得到理想尺寸或间隔的精细开口图案。但是，即使在这种情况下，根据本发明，可以对于每个曝光掩模设置和控制掩模到工件的距离，并且通过这样做，可以极大地改进图案覆盖精度。
这样，通过控制曝光掩模和工件之间的间隙来根据需要产生各种掩模弯曲量，可以根据需要将要转移到工件的图案的尺寸或间隔调整并修正为各种值。
另一方面，可能会有一种情况，其中，当曝光掩模弯曲并与要曝光的工件紧密接触时，并且如果测量在形成曝光掩模的开口图案的区域的相对侧提供的对准标记的位置，根据所检测的测量结果，检测到开口图案大于至所需图案的1.001倍。
即使在这种情况下，曝光掩模可以与工件脱离一次，并且，当将要再次与工件紧密接触时，曝光掩模和工件可以彼此接近直到在工件上方使得开口图案根据计算结果变为恰好1.000倍的距离，并且随后曝光掩模弹性可以变形，以便靠近地接触工件。然后，可以在保证开口图案的正确尺寸的情况下进行曝光步骤。按此方式，可以完成在曝光步骤中对曝光的开口图案的放大调整。
此外，将要彼此平行放置的曝光掩模和要曝光的工件可能相对于彼此被倾斜放置，以便进行沿掩模表面的各向异性放大修正。采用这种修正，例如，可以将以长方形形状布置的图案修正为梯形形状。
此外，可以具有一种情况，其中，放大倍率根据衬底(要曝光的工件)的材料的物理特性的分布而不同，在衬底上施加抗蚀剂。作为示例，在波导装置中要产生衍射光栅的情况下，对于每个衬底，构成波导的衬底材料的折射率可以是分散的。在这种情况下，可以根据实际折射率控制放大倍率以便改变衍射光栅的节距(pitch)，并且，通过这样做，可以产生具有根据折射率的节距的衍射光栅。
可以在不同于这些的许多各种应用中使用本发明。但是，本发明不限于这些应用。本发明可使用于任何情况下，其中，通过设置并控制掩模到工件的距离，控制掩模扩展量从而控制要转移的图案的尺寸 或间距。
尽管已经参考这里公开的结构描述了本发明，但本发明不限于所阐述的细节，并且该应用旨在覆盖可以在改进的目的或以下权利要求的范围内所进行的各种改进或修改。

Claims (8)

1.一种曝光设备，与具有可弹性变形的保持部件和提供在该保持部件上并形成有开口图案的光阻挡膜的曝光掩模一起使用，其中，为了曝光，将曝光掩模弯曲以便与要曝光的物体接触，所述设备包括：
距离检测装置，用于检测弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离；
距离控制装置，用于根据来自所述距离检测装置的信号来控制弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离；以及
延伸量检测装置，用于检测与要在所述物体上曝光的设计图案相比，当将所述曝光掩模弯曲以与所述物体接触时所述曝光掩模的延伸量。
2.根据权利要求1的设备，还包括移动装置，用于向曝光掩模移动要曝光的物体，其中，所述距离控制装置根据来自所述距离检测装置的信号来致动所述移动装置，从而控制弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离。
3.根据权利要求2的设备，其中，所述距离控制装置致动所述移动装置，以便将弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离改变到适于导致曝光掩模弯曲预定量的距离。
4.根据权利要求2的设备，其中，所述距离控制装置致动所述移动装置，以便将弯曲之前的曝光掩模和要曝光的物体之间的距离改变到适于导致曝光掩模弯曲任意所需量的距离。
5.根据权利要求1的设备，其中，所述曝光掩模具有参考点，其中，所述距离检测装置检测从曝光掩模的参考点到要曝光的物体的距离，并且其中，所述距离控制装置控制从参考点到要曝光的物体的距离。
6.根据权利要求5的设备，其中，所述参考点是形成在曝光掩模中的透光窗口，并且其中，所述距离检测装置利用光来检测透光窗口和要曝光的物体之间的距离。
7.根据权利要求5的设备，其中，所述参考点是形成在曝光掩模上的电极焊盘，并且其中，所述距离检测装置根据静电电容测量来检测电极焊盘和要曝光的物体之间的距离。
8.一种曝光方法，其中，为了曝光，使具有可弹性变形的保持部件和提供在该保持部件上并形成有开口图案的光阻挡膜的曝光掩模弯曲，以便与要曝光的物体接触，所述方法包括以下步骤：
在曝光之前，检测曝光掩模和要曝光的物体之间的距离；和
基于当将所述曝光掩模弯曲以与所述物体接触时所述曝光掩模的延伸量，控制曝光掩模和要曝光的物体之间的距离。
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