TWI397781B - Optical system, exposure apparatus and apparatus manufacturing method - Google Patents

Description

光學系統、曝光裝置及裝置製造方法

本發明係關於介由光學系統使原版之圖案曝光於基板之曝光裝置及裝置製造方法。

曝光裝置係用以製造IC及LSI等之半導體晶片、液晶面板等之顯示元件、磁頭等之檢測元件、CCD等之攝像元件等之各種裝置、微機械所使用之微細圖案。該等元件，係介由投影光學系統將光罩之圖案投影於塗佈著光蝕劑之基板上來進行製造。

傳統之投影光學系統，例如，使用同心或非同心之凹面鏡及凸面鏡的反射光學系統；及除了凹面鏡及凸面鏡以外，尚附加了負之彎月形透鏡及色差補正機構之大致同心的反射光學系統等；係大家所熟知。

該等反射光學系統，於軸外之半弧狀態區域形成良像域。其次，於基板上形成對應該良像域之光罩的圖案像，並藉由以一體化方式使光罩及基板相對於反射光學系統進行掃描，而在基板上形成光罩之圖案像整體的對準器係大家所熟知。

然而，任一傳統之反射光學系統，像散差及像場彎曲較大，因此，良像域之寬度極為狹窄，適用於對準器，需要較多之掃描時間，亦即，需要較多之曝光時間，而有單位時間之基板印刷處理量較少的問題。

傳統之投影光學系統，如日本特開昭60-093410號公報、日本特願2006-269022號公報所示，係由含有凸面鏡及彎月形透鏡之凸單元及折射光學構件所構成。尤其是，日本特開昭60-093410號公報時，藉由於鏡面為球面之凹面鏡與凸面鏡之間配置非球面光學元件來擴大良像域。此外，日本特願2006-269022號公報時，藉由於具有放大投影倍率之反射折射光學系統之凹面鏡與凸面鏡之間配置非球面光學元件來實現良像域之放大及色差之補正。

藉由上述傳統技術，即使為大型基板，亦可以進行基板印刷處理量不會降低之曝光裝置的設計。然而，隨著裝置之大型化等，因為光學構件之組裝誤差及製作誤差等原因，而容易發生由視角所決定之像差，亦即，容易發生(像散)及失真(歪曲像差)。

傳統上，藉由調整凸面鏡或凸單元之位置來實施像散差及失真之調整、或藉由彎曲配置於像面及物體面附近之平面玻璃來實施失真之調整。

然而，隨著裝置之大型化，有時無法得到可滿足實施調整之成份以外之無法忽視其他成份之像差的發生等之調整精度。

有鑑於上述課題，本發明之目的，係藉由以放大良像域為目的而使配置於物體面及像面之附近的折射光學構件於垂直於光軸之面內移動，實現可高精度調整失真及/或 像散差之技術。

為了解決上述課題並達成目的，本發明之光學系統，係於物體面之附近至少含有1個第1折射光學構件，而且，於像面之附近至少含有1個第2折射光學構件，相對於物體面之像面的成像倍率為β時，| β |=1之光學系統，其特徵為，具有調整手段，前述第1及第2折射光學構件之至少任一方以可於垂直於光軸方向之面內移動之方式進行保持，用以實施前述光學系統之像散差及失真之調整。前述調整手段，藉由使前述第1及第2折射光學構件同時朝使失真之變化成為異符號之方向且使失真之量之絕對值大致相同之方式移動，而在不會改變失真之情形下實施前述像散差之調整。此外，前述調整手段，藉由使前述第1及第2折射光學構件同時朝使像散差之變化成為異符號之方向且使像散差量之絕對值大致相同之方式移動，而在不會改變像散差之情形下實施前述失真之調整。

此外，本發明之曝光裝置，具有上述光學系統，介由前述光學系統使原版之圖案曝光於基板。

此外，本發明之裝置製造方法，係具有利用上述曝光裝置實施基板之曝光的步驟、及實施曝光之前述基板之顯影的步驟。

依據本發明，藉由以放大良像域為目的而使配置於物體面及像面之附近的折射光學構件於垂直於光軸之面內移動，而可以高精度調整失真及/或像散差。

以下，參照附錄圖式，針對本發明之最佳實施形態進行詳細說明。

此外，以下說明之實施形態，只是實現本發明之一例，應依據適用本發明之裝置的構成及各種條件，進行適度修正或變更，本發明並未受限於以下之實施形態。

[第1實施形態]

第1實施形態，折射光學元件係球面透鏡，折射光學元件之光線有效部係存在於不含光軸之軸外之光學系統的構成例。

第1圖係第1實施形態之光學系統的構成。

第1圖中，光學系統係介由第1折射光學構件1、第1凹反射面(鏡面)3、凸反射面(鏡面)5、第2折射光學構件6來形成影像。第1、第2折射光學構件1、6，可移動地保持於垂直光軸方向之Y、Z面內，可調整光學系統之像散差及失真之至少任一。

此外，第1圖之光學系統時，X軸係圖式內左右方向，Y軸係圖式內上下方向，Z軸係圖式垂直方向。

以下，表1係使用軸外良像域之反射折射投影系的光學資料。No係光學面編號，No附記著ASP，係表示非球面透鏡。r欄，各項係面之曲率半徑，∞係表示平面。d欄係表示與下一光學面之光軸上的距離，以光之前進方向為正，每1次反射符號會反轉。n欄係表示與下一光學面 之間的折射率。

使用波長，可以使用從i線、h線、g線所選擇之1、或複數、或全部，分別相對於其波長，石英之折射率為1.4745、1.4696、1.4668。本實施形態時，從良像域之光軸的高度為240mm。

此外，ASP之非球面形狀可以式1來表現，各非球面係數如表2所示。

X：從切平面至非球面為止之光軸方向距離

k：圓錐係數

h：從光軸之高度

r：曲率半徑

A、B、C、D、E、F、G：非球面係數

第1圖之構成時，例如，第1折射光學構件1於Z正方向移動300μm時，失真產生如第2圖所示之變化，像散差產生如第3圖所示之變化。同樣地，第2折射光學構件6於Z正方向移動300μm時，失真產生如第4圖所示之變化，像散差產生如第5圖所示之變化。

失真定義成從理想成像點之Y、Z面內的偏離量，像散差定義成縱向(Y方向)圖案及橫向(Z方向)圖案之成像點之光方向的偏離。

圖形橫軸座標係曝光區域之Z軸座標，圖形縱軸係像散差或失真之發生量。以下之圖形亦相同。

如第6圖及第7圖所示，上述第1折射光學構件1之移動及第2折射光學構件6之移動同時為Z正方向300μm時，像散差如第7圖所示，無實質變化，主要是失真產生如第6圖所示之第2圖及第4圖之加算份的變化。

如第8圖及第9圖所示，例如，第1折射光學構件1 於Z正方向移動300μm，第2折射光學構件6於Z負方向移動300μm時，失真如第8圖所示，無實質變化，主要是像散差產生如第9圖所示之變化。

亦即，使上述第1及第2折射光學構件1、6同時朝失真或像散差之變化為異符號之方向移動，而且，以失真或像散差之量之絕對值大致相同之方式移動。藉此，可以在失真像散差無變化之情形下調整像散差或失真。

所以，使上述第1及第2折射光學構件1、6同時移動時之失真或像散差，為只移動該第1及第2折射光學構件1、6之任一時所發生之失真的1/2以下。

以上，係針對Z方向進行說明，然而，於X方向、Y方向，移動第1、第2折射光學構件1、6亦可改變像散差及/或失真。

[第2實施形態]

第2實施形態，折射光學元件係不具功率之非球面透鏡，折射光學元件之光線有效部係存在不含光軸之軸外之光學系統的構成例。

第10圖係第2實施形態之光學系統的構成。

第10圖所示之光學系統，配設著彎月形透鏡4，第1、第2折射光學構件1、6為非球面透鏡以外之構成，與第1圖相同，此外，X、Y、Z方向之定義與第1實施形態相同。

以下，表3係使用軸外良像域之反射折射投影系的光 學資料。表之說明與第1實施形態相同。本實施形態時，從良像域之光軸的高度為460mm。

此外，ASP之非球面形狀可以式1來表現，各非球面係數如表4所示。

以上之構成時，如第10圖所示，配置著光學構件時，例如，第1折射光學構件1於Z正方向移動300μm時，失真產生如第11圖所示之變化，像散差則產生如第12圖所示之變化。

第2折射光學構件6之移動及第1、第2折射光學構件之組合移動時，與第1實施形態相比，可以選擇地調整不同之像散差及失真的發生量，而可得到與第1實施形態相同之效果。

上述移動針對Z方向進行說明，然而，於X方向、Y方向，移動第1、第2折射光學構件1、6亦可發生像散差及/或失真。此外，組合移動第1、第2折射光學構件1、6，可以實質上只改變失真、或實質上只改變像散差。

所以，係以不具功率之非球面透鏡來例示折射光學元件，然而，具有功率之非球面透鏡時，藉由第1實施形態之相輔相乘的效果，而得到相同之效果。

[第5實施形態]

第3實施形態係具有放大投影倍率之反射折射光學系統的構成例。

第13圖係第3實施形態之光學系統的構成。

第13圖所示之光學系統，配設著第2凹反射面(鏡面)3’，第1、第2折射光學構件1、6為反射折射光學構件以外之構成，與第1圖相同，此外，X、Y、Z方向之定義與第1實施形態相同。

以下，表5係使用軸外良像域之反射折射投影系的光學資料。表之說明與第1實施形態相同。

此處，係放大倍率β=1.5之例示，然而，β=2.5亦可以得到相同的效果。2.5倍以上時，物體面與第1凹鏡面3之間的距離變短，難以獲得實用的設計，例如，因為罩圖案化時之設計較為困難，0.4≦| β |≦2.5係適度的成像倍率。本實施形態，從良像域之光軸之高度為250mm。

此外，ASP之非球面形狀可以式1來表現，各非球面係數如表6所示。

以上之構成時，如第13圖所示，配置著光學構件時，例如，第1折射光學構件1於Z正方向移動300μm時，失真產生如第14圖所示之變化，像散差則產生如第15圖所示之變化。同樣地，第2折射光學構件6於Z正方向移動300μm時，失真產生如第16圖所示之變化，像散差則產生如第17圖所示之變化。

此處，第1折射光學構件1與第2折射光學構件6之移動量相同，但因為係放大系，故失真及像散差之發生量不同。藉由適度選擇兩者之移動比率，可以只調整實質之失真或像散差。

[第4實施形態]

第4實施形態，係將本發明適用於構成如第18圖之 透鏡鏡筒之光學系統的實例。

藉由移動第1折射光學構件1及第2折射光學構件6，可以調整失真及/或像散差。

此外，與上述實施形態相同，藉由組合移動第1、第2折射光學構件，可以實質上只調整失真或像散差。

此處，係以透鏡為例，然而，於使用鏡面系及透鏡系之反射折射系，亦可得到相同之效果。

[曝光裝置]

第19圖係配載本發明之光學系統的曝光裝置。

本實施形態之曝光裝置EX，相對於上述各實施形態所述之可調整失真及像散差的構成，係附加梯形鏡2而以直角彎曲光路。

第1折射光學構件1係平行於光罩R及基板P而配置於光罩R與梯形鏡2間之光路中。第2折射光學構件6係平行於光罩R及基板P而配置於梯形鏡2與基板P間之光路中。

照明光學系統IL，例如，具有含有高壓水銀燈等之光源、及用以實施光源所射出之光束的集光之橢圓鏡，利用橢圓鏡放大集光之光束。照明光學系統IL，含有：使光束平行化之聚光鏡；及以阻隔來自聚光鏡之平行光束當中之不當做對光罩R之照射光使用的部分並用以定義特定面積之照明區域為目的，而配置於與光罩R之共軛位置的限制光柵板。此外，照明光學系統IL，包含反射來自限制光柵 板之光束並將光柵狀照明光束照射於原版之光罩R的鏡面。

照明光學系統IL所發生之曝光光EL，除了使用例如水銀燈所射出之紫外域之發射線(g線、h線、i線)以外，尚可以使用KrF激生分子雷射光(波長248nm)等之遠紫外光(DUV光)。此外，亦可以使用ArF激生分子雷射光(波長193nm)及F2雷射光(波長157nm)等之真空紫外光(VUV光)等。照明光學系統IL，可以由所謂石腦油火焰照明系所構成。

於從光罩R至基板P之光路，配置著投影光學系統PL，透射光罩R之曝光光EL射入投影光學系統PL，於基板P上形成存在於光罩R之照明區域之圖案的像。如第10圖所示，投影光學系統PL，例如，介由第1折射光學構件1、梯形鏡2、凹面鏡面3、彎月形透鏡4、凸鏡面5、第2折射光學構件6，而在基板P上形成光罩R之圖案之像。對基板P上之投影光學系統的投影區域，設定成特定形狀(例如，圓弧形狀)。

校準示波器AS時，例如，利用水銀燈之發射光譜之一部分的e線、d線，計測光罩台MST上之計測用圖案10a、基板台PST上之計測用圖案10b、或基板P上之已形成圖案。

上述校準示波器AS，例如，利用光罩台MST上之計測用圖案10a及基板台PST上之計測用圖案10b，計測曝光裝置EX之焦點、倍率、失真、及像散差。實施曝光裝 置EX之整體控制的CPU9，係利用上述校準示波器AS之計測結果的像散差及失真量，來計算第1、第2折射光學構件1、6之調整量。

CPU9，將對應上述第1、第2折射光學構件1、6之調整量之該光學構件之移動量，輸出至控制驅動機構之作動器的控制器8a、8b。其次，藉由以控制器8a、8b驅動作動器7a、7b，使第1、第2折射光學構件1、6移動特定量。

此外，亦可藉由同時驅動凸鏡面5及第1、第2折射光學構件1、6，調整失真及像散差。

將圖案重疊於已形成圖案之基板來實施曝光時，利用上述校準示波器AS，例如，計測已形成圖案之基板P上的計測用圖案10b。其次，CPU9計算以降低已形成圖案與新形成圖案之偏離為目的之第1、第2折射光學構件1、6的最佳位置及移動量。

CPU9，將對應於上述第1、第2折射光學構件1、6之調整量之該光學構件的移動量輸出至控制驅動機構之作動器的控制器8a、8b。其次，藉由控制器8a、8b驅動作動器7a、7b，使第1、第2折射光學構件1、6移動特定量。

此外，藉由同時驅動凸鏡面5及第1、第2折射光學構件1、6，亦可調整圖案之偏離。

第1、第2折射光學構件1、6，於X方向、Y方向、Z方向、傾斜X方向、傾斜Y方向、傾斜Z方向分別具有 驅動軸。例如，第2折射光學構件6之Y方向的移動，係藉由作動器7b驅動保持著第2折射光學構件6之構件來實施。其他之X、Z、傾斜X、傾斜Y、傾斜Z之各方向，亦配載著作動器等之驅動機構(未圖示)。

例如，第19圖之曝光裝置時，亦可組合地移動第1、第2折射光學構件1、6及凸單元，而具有於非曝光中、曝光前工作準備中、曝光前基板計測中、曝光中、及任意時序調整像散差及/或失真的機能。

如以上說明所示，依據上述各實施形態，藉由以放大良像域為目的而使配置於物體面及像面附近之光學構件移動，可以高精度調整失真及像散差。

一般而言，移動光學構件來調整失真及像散差時，會發生球面像差及彗形像差等之殘餘像差，然而，依據本實施形態，因為可抑制該等殘餘像差，故可移動物體、像面附近之光學構件來進行調整。

[裝置製造方法]

其次，針對利用本實施形態之曝光裝置之半導體裝置的製造程序進行說明。

裝置(半導體積體電路元件、液晶顯示元件等)，係藉由利用前述實施形態之曝光裝置實施基板之曝光的曝光工序、實施以曝光工序進行曝光過之基板之顯影的顯影工序、以及實施以顯影工序進行顯影過之基板之加工的其他眾所皆知的工序來製造。

9‧‧‧CPU

5‧‧‧凸反射面

10a‧‧‧光罩台MST上之計測用圖案

7a‧‧‧作動器

7b‧‧‧作動器

10b‧‧‧基板台PST上之計測用圖案

8a‧‧‧控制器

8b‧‧‧控制器

2‧‧‧梯形鏡

3‧‧‧第1凹反射面

1‧‧‧第1折射光學構件

6‧‧‧第2折射光學構件

3’‧‧‧鏡面

4‧‧‧彎月形透鏡

第1圖係本發明之第1實施形態之光學系統的構成圖。

第2圖係移動第1實施形態之第1折射光學構件時之失真變化圖。

第3圖係移動第1實施形態之第1折射光學構件時之像散差變化圖。

第4圖係移動第1實施形態之第2折射光學構件時之失真變化圖。

第5圖係移動第1實施形態之第2折射光學構件時之像散差變化圖。

第6圖係同時移動第1實施形態之第1、第2折射光學構件時之失真變化圖。

第7圖係同時移動第1實施形態之第1、第2折射光學構件時之像散差變化圖。

第8圖係同時移動第1實施形態之第1、第2折射光學構件時之失真變化圖。

第9圖係同時移動第1實施形態之第1、第2折射光學構件時之像散差變化圖。

第10圖係第2實施形態之光學系統的構成圖。

第11圖係移動第2實施形態之第1折射光學構件時之失真變化圖。

第12圖係移動第2實施形態之第1折射光學構件時 之像散差變化圖。

第13圖係移動第3實施形態之光學系統的構成圖。

第14圖係移動第3實施形態之第1折射光學構件時之失真變化圖。

第15圖係移動第3實施形態之第1折射光學構件時之像散差變化圖。

第16圖係移動第3實施形態之第2折射光學構件時之失真變化圖。

第17圖係移動第3實施形態之第2折射光學構件時之像散差變化圖。

第18圖係第4實施形態之光學系統的構成圖。

第19圖係本實施形態之曝光裝置的構成圖。

1‧‧‧第1折射光學構件

2‧‧‧梯形鏡

3‧‧‧第1凹反射面

4‧‧‧彎月形透鏡

5‧‧‧凸反射面

6‧‧‧第2折射光學構件

7a‧‧‧作動器

7b‧‧‧作動器

8a‧‧‧控制器

8b‧‧‧控制器

9‧‧‧CPU

10a‧‧‧光罩台MST上之計測用圖案

10b‧‧‧基板台PST上之計測用圖案

Claims (9)

1. 一種光學系統，係將物體面的像投影於像面光學系統，其特徵為：含有被配置於前述物體面側之至少1個第1折射光學構件，且，含有被配置於前述像面側之至少1個第2折射光學構件，具有調整手段，藉由使前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件朝垂直於光軸方向的方向移動，來獨立實施前述光學系統之像散差及失真之調整，前述調整手段，在某像高時，藉由使由朝垂直於前述第1折射光學構件的前述光軸方向的方向的移動所產生的失真的發生量及由朝垂直於前述第2折射光學構件的前述光軸方向的方向的移動所產生的失真的發生量成為異符號，且使合計的失真的發生量比一方的發生量小的方式移動前述第1折射光學構件及第2折射光學構件，來實施前述光學系統之像散差之調整，在某像高時，藉由使由朝垂直於前述第1折射光學構件的前述光軸方向的方向的移動所產生的像散差的發生量及由朝垂直於前述第2折射光學構件的前述光軸方向的方向的移動所產生的像散差的發生量成為異符號，且使合計的像散差的發生量比一方的發生量小的方式移動前述第1折射光學構件及第2折射光學構件，來實施前述光學系統之失真之調整。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中前述調整手段，具有：用以計測前述光學系統之像散差及失真之至少任一的計測手段；從前述計測手段之計測結果計算前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件之朝垂直於前述光軸方向的方向的移動量的計算手段；以及依據由計算手段所算出的前述移動量，驅動前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件的驅動手段。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中前述光學系統，於從前述物體面至像面為止之光路，至少配置著第1凹反射面、凸反射面、以及第2凹反射面，前述第1折射光學構件，係配置於前述物體面及前述第1凹反射面之間，前述第2折射光學構件，係配置於前述第2凹反射面及前述像面之間。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件，光線有效部係由存在於不含光軸之軸外的球面透鏡所構成。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件，光線有效部係由存在於不含光軸之軸外的非球面透鏡所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中同時移動前述第1折射光學構件及前述第2折射光學 構件時之前述光學系統之失真，係移動該第1折射光學構件及前述第2折射光學構件時所發生之失真之1/2以下。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之光學系統，其中同時移動前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件時之前述光學系統之像散差，係移動前述第1折射光學構件及前述第2折射光學構件時所發生之像散差之1/2以下。
8. 一種曝光裝置，其特徵為：具有申請專利範圍第1至7之任一項所記載之光學系統，介由前述光學系統使原版之圖案曝光於基板。
9. 一種裝置製造方法，其特徵為具有：使用申請專利範圍第8項所記載之曝光裝置實施基板之曝光的步驟；及實施曝光之前述基板的顯影之步驟。