TWI408515B - 曝光設備及裝置製造方法 - Google Patents

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Description

曝光設備及裝置製造方法
本發明係關於曝光設備，其中成像特徵的差異降低。
從相當精密的圖案形成的例如LSI或VLSI等半導體裝置的製程，傳統上使用縮影投射曝光設備，其藉由使繪製於光罩上的電路圖案曝光於塗著有感光劑的基底(也稱為「晶圓」)上而縮影及印製，藉以在基底上形成所需的圖案。伴隨著半導體裝置的封裝密度的增加，需要進一步的微縮影。隨著光阻製程的發展，對於曝光設備的微縮影之需求日漸增加。
為了增進曝光設備的解析力，有縮短曝光波長的方法及增加縮影投射透鏡的數值孔徑(NA)的方法。隨著解析力的增加，縮影投射透鏡的聚焦深度降低。因此，增進晶圓表面聚焦於縮影投射透鏡的成像平面(聚焦平面)上的聚焦準確度是重要的。投射式曝光設備的一重要光學特徵是精密地對齊多個製程所取得的不同圖案之對齊準確度。影響對齊準確度的重要因素是縮影投射透鏡的放大誤差。伴隨著每年VLSI的進一步微圖型化之強烈趨勢，增進對齊準確度的需求愈來愈強。因此，將縮影投射透鏡的放大率維持在預定值是非常重要的。
已知縮影投射透鏡會部份地吸收曝光能量，以致於縮影投射透鏡的溫度會因吸收所產生的熱而改變，導致縮影 投射透鏡的光學特徵改變，例如折射率。當縮影投射透鏡由曝照光連續地照射一段長時間時，縮影投射透鏡的成像特徵會改變(包含焦點、放大率、及散光像差和失真像差等波前像差)。這造成不可忽略的聚焦誤差量或對齊誤差量。在此情形下，提出校正曝光能量施加至縮影投射透鏡時發生成像特徵變化的方法。
舉例而言，日本專利公告號63-16725的申請人提出藉由使用例如曝光量、曝光時間、及非曝光時間作為變數的模型等式，計算曝光能量施加至縮影投射透鏡時成像特徵的變化量。根據計算結果，校正投射光學系統的成像特徵變化。模型等式具有對於縮影投射透鏡獨特的成像特徵特別係數。測量係數能夠校正縮影投射透鏡的成像特徵變化。
也提出一種曝光設備，其可以藉由改變照明形狀以取得對於特定圖案更優良的投射解析力。在此設備中，在縮影投射透鏡的光瞳表面上產生的光源分佈會視曝光條件(例如，投射系統的數值孔徑、照明系統的數值孔徑、曝光面積、曝光中心位置、及曝光光罩)而變。因此，對於個別曝光條件，成像特徵的變化量會改變。
在此情形下，提供一曝光方法，即使當施加至縮影投射透鏡的能量分佈改變時，仍然令人滿意地調整成像特徵的變化。舉例而言，日本專利號282226提出一方法，儲存對應於照明光源分佈的不同狀態之成像特徵校正係數，以及，讀出光源分佈的狀態改變時的對應校正資訊、根據 讀出資訊以執行校正。為了精準地校正對應於照明光源分佈的不同狀態的成像特徵的變化，需要從例如光瞳平面上照明光源分佈的狀態、光罩透射率、掃描方向上及與掃描方向相垂直的方向上曝光區的尺寸、掃描速度、曝光量、及照射時間等多件資訊，計算最適用於有利的曝光條件組之校正係數。
需要計算最適用於有利的曝光條件組之校正係數。為達此目的，需要從光罩的透射率資訊(例如光罩透射率比對資訊/光罩設計資訊)及關於光罩上的曝光區的資訊，計算光罩透射率。但是，先前技術未考慮歸因於照明區中的影像高度之透射率差(圖案密度差)。更糟的是，即使當從透射率資訊及照明區資訊，計算照明區中的圖案密度時，先前技術的校正系統仍然具有不良的校正能力。
但是，今日的校正系統正升級以符合曝光設備的準確度增進的需求。這能夠校正視照明區中的影像高度而變的成像特徵的變化。
本發明的目的是提供曝光設備，其中，照明區中的位置上歸因於形成在光罩上的圖案的透射率的相依性之成像特徵變化會被降低。
根據本發明，提供曝光設備，其包括：照明光學系統，配置成以來自光源的光照射光罩上的照明區；投射光學系統，配置成投射光罩的圖案至基底上；第一平台，配 置成固持光罩；第二平台，配置成固持基底；及控制器，配置成根據照明區中的位置上的圖案的透射率的相依性，控制第一平台、第二平台、及形成投射光學系統的光學元件中至少之一的驅動，以降低投射光學系統的成像特徵變化。
從參考附圖的舉例說明的實施例之下述說明中，將清楚本發明的進一步特點。
根據本發明的實施例之曝光設備的成像特徵變化包含焦點、放大像差、失真像差、散光像差、球形像差、慧形像差、及其它波前像差中至少之一的變化。如同本發明的技術領域中所熟知般，波前像差是以使用任尼克多項式以展開波前形狀而取得的表示式的個別項來表示。這些波前像差也總稱為「像差」。
〔第一實施例〕
圖1顯示根據本發明的實施例的掃描曝光設備的配置。脈衝雷射源101含有例如ArF氣體並發射193nm的遠紫外線波長的雷射光。脈衝雷射源101包含例如構成共振器的前鏡、波長範圍窄化模組、監視器模組、及快門，波長範圍窄化模組包含例如繞射光柵及稜鏡並窄化波長範圍，監視器模組包含例如望遠鏡及偵測器並監視波長穩定性及頻寬。
舉例而言，雷射控制器102執行脈衝雷射源101的氣體交換控制、波長穩定、及放電電壓。在本實施例中，未單獨以雷射控制器102執行控制，以及，根據來自用於整體曝光設備的主控制器103的指令，執行控制，主控制器103經由介面纜線而連接至雷射控制器102。
由脈衝雷射源101發射的光束會經由照明光學系統104的光束整形光學系統整形成所需的光束形狀、進入光學積分器、及形成大量的次級源而以均勻的照明分佈來照明光罩109。
照明系統的孔徑光闌105具有幾乎圓形的孔徑，以致於照明系統控制器108可以設定孔徑光闌105的孔徑直徑，以及，最後，將照明光學系統104的數值孔徑設定為所需值。由於照明光學系統104的數值孔徑相對於投射光學系統110的數值孔徑的比為相干因數(σ值)，所以，照明系統控制器108可以藉由控制照明系統的孔徑光闌105以設定σ值。
半鏡106插入於照明光學系統104的光路徑中。照明光罩109的曝照光的某些成份會由半鏡106反射及選取。紫外線光感測器107插入於半鏡106所反射的光成份的光路徑中，並產生對應於曝照光的強度(曝照能量)之輸出。
來自光感測器107的輸出由積分電路(未顯示)轉換成每一脈衝的曝光能量，積分電路係對脈衝雷射源的每一脈衝發射執行積分。經過轉換的曝光能量被輸入至主控制 器103，主控制器103經由照明系統控制器108以控制整體曝光設備。
要印製的半導體裝置的電路圖案形成於作為原版的光罩109(標線片)上。照明光學系統104以雷射光照明光罩109上的照明區(曝光狹縫)。光罩109由光罩台(未顯示)固持。光罩台移動光罩109以便以雷射光(照明區)掃描光罩109，藉以使光罩109上的曝光區曝光。投射光學系統110設定成以縮小率β(舉例而言，β為1/4)來縮小光罩109的電路圖案影像，以及將縮小的影像成像及投射於晶圓115上，晶圓115作為塗有光阻的感光基底。形成於光罩109上的圖案經由投射光學系統110而轉印至作為基底的晶圓115上。投射光學系統110的孔徑光闌111具有幾乎圓形的孔徑並插入於投射光學系統110的光瞳平面上(相對於光罩的傅立葉轉換平面)。藉由使用例如鏡等驅動器112以控制孔徑光闌111的孔徑直徑，孔徑光闌111的數值孔徑可以被設定於所需值。
像場透鏡驅動器113使用例如氣壓或壓電元件以移動作為投射光學系統110中的透鏡系統的構成要件之像場透鏡至縮影投射透鏡的光軸，以致於防止縮影投射透鏡的不同像差的劣化並確保令人滿意的投射量值，如此，降低失真誤差。投射透鏡控制器114控制投射光學系統110的光學元件。
作為固持基底的第二平台的晶圓台116可以延著投射光學系統110的光軸方向(Z方向)與垂直於此方向的平 面上(X-Y平面)三維地移動。雷射干涉儀118測量晶圓台116與固定至其的可移動鏡117之間的距離，藉以偵測X-Y平面上的晶圓台116的位置。在曝光設備的主控制器103的控制下的平台控制器120會以雷射干涉儀108偵測晶圓台116的位置以及控制例如鏡等驅動器119以將晶圓台116移至X-Y平面上的預定位置。光罩台控制器、平台控制器120、投射透鏡控制器114、及主控制器103構成控制器，以驅動投射光學系統的光學元件的驅動、固持光罩的第一平台的驅動、及固持基底的第二平台的驅動。
光投射光學系統121及偵測光學系統122構成焦點平面偵測器。光投射光學系統121投射從非曝照光形成的眾多光束，非曝照光是未曝照晶圓115上的光阻之光。這些光束會被收歛於晶圓115上並由其反射。由晶圓115反射的光束進入偵測光學系統122。雖然未顯示，但是，複數個位置偵測光接收元件會被插入偵測光學系統122中以對應於個別的反射光束。每一位置偵測光接收元件的光接收表面會由成像光學系統設定成與晶圓115上對應的光束反射點幾乎共軛。測量投射光學系統110的光軸方向上的晶圓115的表面的位置偏移以作為偵測光學系統122中的位置偵測光接收元件上入射光束的位置偏移。
將說明曝光能量照射時投射光學系統110的像差變化的模型等式、及用以量化根據本實施例的模型等式的校正係數。
圖2顯示因曝光造成的投射光學系統的像差暫時變 化。橫軸代表時間t，縱軸代表在投射光學系統110的某影像高度的像差變化量△F。舉例而言，此處像差意指焦點、放大率、失真、散光像差、球形像差、及慧形像差。像差變化量△F通常取影像高度特定值。投射光學系統110的初始像差量以F0表示。當投射光學系統110在時間t0接收來自脈衝雷射源的曝照光時開始曝光時，像差量會隨著時間變化並在時間t1達到預定的像差量F1時變成穩定。之後，即使當曝照光連續地供應給投射光學系統110時，由於由投射光學系統110吸收時轉換成熱的能量會與投射光學系統110排放的熱能平衡，所以像差量不會從F1改變。當曝光在時間t2停止時，像差量隨著時間而回至原先狀態，並於時間t3時抵達初始像差量F0。
圖2中的時間常數TS1及TS2等於投射光學系統110的熱轉換特徵的時間常數。由於這些時間常數對於投射光學系統110是獨特的像差特定值，所以，在檢測投射光學系統110時，對每一設備及像差，取得它們。
將說明圖2中的最大像差變化量F1的計算方法。最大像差變化量F1可以以下述表示：F1=K×Q...(1)其中，K是每光量單位(單位曝光能量)的像差變化量，作為校正係數，Q是從決定真正曝光能量的條件的參數(例如關於曝光量、掃描速度、及曝光區的資訊)計算而 得。
令△Fk為某時間的像差量。則使用最大像差變化量F1及對每一像差儲存的時間常數TS1和TS2，僅從某時間△Fk開始曝光一段時間△t之後的像差量△Fk+1近似化如下：△Fk+1=△Fk+F1×(1-exp(-△t/TS1))...(2)
同樣地，當從僅從某時間△Fk開始未執行曝光一段時間△t之後的像差量△Fk+1近似化如下：△Fk+1=△Fk+(exp(-△t/TS2))...(3)
圖2中所示的投射光學系統110的像差照射變化特徵的曲線是以等式(2)及(3)中的函數模型化，以預測導因於曝光熱產生的投射光學系統的像差變化。注意，等式(1)、(2)、及(3)僅為實施例，以及，可以使用其它等式以模型化此曲線。
需要對每一曝光條件計算用於校正成像特徵變化所需的校正係數K，成像特徵變化是在曝光時依據照明區及其中的位置上圖案透射率的相依性而發生的。這是因為當曝光條件改變時，進入投射光學系統110的光的能量密度分佈改變，造成投射光學系統的像差變量改變及其對影像高度的相依性改變。此處，曝光條件意指有效的光源形狀、 光罩圖案、及光罩上的曝光區。
為了計算對應於進入投射光學系統的光的能量分佈之校正係數，將說明第一處理，其考慮光罩上的照明區及其中的位置上的圖案透射率的相依性以計算及儲存用於預測投射光學系統的像差變化的校正係數。
如圖3所示，曝光圖案佈局於光罩上。圖案佈局在整個光罩區中一般是不均勻的，且圖案密度(亦即圖案透射率)具有偏移。因此，即使照射光的能量分佈在整個光罩表面上是均勻的，透射過圖案的光成份的能量分佈仍然是不均勻的。藉由掃描方向(在此情形中為Y方向)，平均此能量分佈上的偏移，但是，在垂直於掃描方向的方向上(在此情形中為X方向)其仍然維持作為能量分佈的影像高度差。
如圖4所示，有一情形，其中，以遮光構件部份地遮蔽光罩以致於藉由限定光罩曝光以執行曝光。在此情形中，能量分佈的影像高度差會被決定為曝光區的光罩範圍影響。
在本實施例中，將說明一方法，其藉由考慮圖案透射率分佈及照明區以計算校正係數。圖5顯示校正係數計算序列。主控制器103的第一計算器執行校正係數計算。
在步驟1中，第一計算器將曝光條件的資訊寫至記憶體。複數個資訊件是曝光光罩的型式、照明區、及有效光源形狀。有效光源形狀資訊是根據測量結果及/或電腦取得的模擬結果而預先取得的。舉例而言，如圖6所示，光 瞳平面被分成101 x 101區，以致於以最大光強度來歸一化每一區中的光強度而產生的光瞳平面光強度比對可以作為有效光源形狀資訊。
在步驟2中，第一計算器讀出如表1所示的曝光光罩透射率資訊(此後稱為光罩透射率比對)。此資訊是矩陣光量資料，係在適當測量條件下，測量整個光罩表面上投射的影像的光量而取得的。設備對每一光罩測量及儲存光罩透射率比對。雖然在本實施例中光罩透射率比對使用X方向上8個資料點及Y方向10個資料點所界定的矩陣資 料，但是，可以在任何區域中以任何數目的資料點，取得光量。而且，雖然本實施例中使用曝光設備產生的光罩透射率比對，但是，可以根據例如光罩設計資訊(例如CAD資訊等)，計算光罩透射率。當光罩透射率比對資訊或光罩設計資訊由複數個曝光設備使用時，資訊可以儲於允許複數個曝光設備使用的伺服器中。
在步驟3中，關於第一計算處理程序，第一計算器將照明區在X方向上分成複數個區域，及個別地計算各別分割區中的光罩透射率。在本實施例中，X方向上的照明區的尺寸是26 mm(將光罩上X方向上的照明區的尺寸轉換成晶圓上的尺寸時的值)。雖然本實施例將以照明區被分成如圖7所示的8個等面積的區域之情形為例說明，但是，分割的區域數目可以是2或更多。藉由分割曝照光進入投射光學系統的範圍成為複數個區域，取得分割的區域。如表2所示，以下述計算分割區(稱為分割區n；在本實施例中n是1至8中任一數目的區號)中的光罩透射率，作為延著分割區n掃描的光罩區中透射率資料的平均值：(分割區n中的光罩透射率)=(Σ透射率資料)/(資料點的數目)(注意，Σ範圍被定義為僅延著分割區掃描的光罩區)
在步驟4中，如表3所示，第一計算器將分割區n中的光罩透射率歸一化，以及，計算每一分割區中的光罩透 射率rn。
在步驟5及6中，第一計算器根據曝光區資訊以計算分割區n的曝光區比例gn。此處，曝光區資訊包含X方向上的曝光區的尺寸w、及曝光區的中心處的X影像高度x0。這些資訊件可以由曝光區二端的X座標xr及xl替代。Y方向上的曝光區的尺寸於此未被視為掃描距離而是在稍後說明的計算處理中被視為掃描距離。
gn值被給定為分割區n與分割區n中的一部份的面積比，此分割區n中的一部份是在某組曝光條件下包含於照明區中。亦即，可以如下所述般，視情形而計算gn值：分割區n包含於照明區中的情形：gn=1
分割區n未包含於照明區中的情形：gn=0
分割區n部份地包含於照明區中的情形：gn=((包含於照明區中的分割區n中的一部份的比例)/(分割區n的面積))
圖8顯示計算結果的詳細實施例。
在步驟7中，第一計算器從光罩透射率資訊及曝光區資訊，計算加權係數。令λn為從光罩透射率計算而得的rn值乘以從曝光區資訊計算而得的gn值而算出旳加權係數。然後，係數λn對應於藉由歸一化傳播經過分割區n的光能量數量而取得的值。
對每一分割區n(在本實施例中為8次)重覆步驟3至7(在本實施例中為8次)，以及，計算及儲存每一分割區n中的加權係數λn。
對每一分割區使用經過計算的加權係數λn，將下述像差函數加權：fn I,C(x)...(1)，其中，n是分割區號數，I是光瞳平面上的有效光源形狀，C是像差型式，x是像差X-影像高度。式(1)代表曝光區及光罩透射率對作為成像特徵的像差C的影響程度，為影像高度x的函數，像差C是當以單位曝光量且以有效光源形狀I曝照分割區n時，由投射光學系統所產生的。亦即，像差函數意指對分割曝照光進入投射光學系統之範圍而取得的複數個區域中的每一區域而決定的曝光區及光罩透射率，對於成像特徵的影響程度。影像高度x不是特別限定為分割區n內的影像高度。這意指進入分割區n的光不僅可以改變分割區n內的影像高度處的像差，也可以改變分割區外的影像高度處的像差。對每一像差C，像差函數及其係數通常不同，例如，用於焦點的函數無需等於用於影像偏移的函數。一般而言，對每一有效的光源形狀I，係數也不同。在本實施例中，根據步驟1中讀出的有效光源資訊，選取適當函數。僅在X方向上的影像高度上的像差的相依性在本實施例中以函數表示。但是，當在Y方向上的影像高度上的像差的相依性需要考慮稍後說明的像差校正，像差函數可以擴大成： fn I,C(x,y)...(2)，其中，y是任意的Y影像高度。
根據像差測量結果及/或模擬結果，預先計算由式(1)表示的像差函數。但是，由於難以對任意分割區n、任意有效光源形狀I、及任意影像高度X計算式(1)的值，所以，使用對n,I及x中每一者的數個值而計算的值，以適當地插入而決定式(1)。令x0n為分割區n的中心處的影像高度，則式(1)中的像差函數可以由下述取代：fn I,C(x) → FI,C(x,x0n)...(3)以致於像差函數FI,C(x,x0n)用於所有的分割區1至8。
藉由將式(1)中的函數乘以加權係數λn，計算導因於特定曝光條件下每一分割區的影響之像差C的變化量。由於加權係數λn對應於曝光條件下進入分割區n的光量，以及一般熟知的像差變化量與入射光量成正比，所以，此計算是有效的。舉例而言，假定預測焦點變化的影像高度座標位置為(0,0)，曝光條件下的有效光源形狀為I、分割區數目為n、及每一分割區中的加權係數為λn。則，導因於每一分割區的影響之像差變化量可以表示如下： λ1×f1 I,FOCUS(0,0)，λ2×f2 I,FOCUS(0,0)λn，...，λ8×f8 I,FOCUS(0,0)
將曝光條件下的像差變化計算為導因於分割區的影響之像差變化總合。在上述實施例中，在曝光條件下，在影像高度座標位置(0,0)的焦點變化的校正係數給定如下： 這相當於等式(1)中的K。
可以根據投射光學系統的光瞳平面上的光強度分佈、掃描速度、及曝光時間中至少之一、再加上圖案透射率分佈資訊及曝光區資訊，計算校正係數K。
對要校正的影像高度座標位置的數目與要校正的像差的數目的結合，執行這些處理操作，藉以對每一影像高度及像差計算校正係數。
K=K1×0.67+K2×0.33
如表4所示，藉由依照射時間在個別曝光條件下之加權校正係數(或是Y方向上的曝光區的尺寸/掃描速度)，計算共同用於複數個曝光條件中的校正係數。在此情形中，用於二組曝光條件中的校正係數K是校正係數K1和K2經過加權的平均值，校正係數K1和K2是依照射時間，在個別曝光條件組下計算而得的。
將說明第二處理，當曝光條件改變時，其根據改變而讀出校正係數，以及，計算及預定任意影像高度處曝光條件下的像差變化量。主控制器103的第二計算器根據計算的校正係數及曝光條件，計算像差變化量，作為投射光學系統的成像特徵。
在一或更多影像高度處，執行預測投射光學系統的像差變化之計算。投射光學系統的像差變化的計算包含曝光時間(加熱)及非曝光時間(冷卻)的計算。前者以等式(2)計算，後者以等式(3)計算。
使用第一處理中計算的校正係數K，計算等式(2)中使用的F1值。在第一處理中，對每一影像高度及像差計算校正係數K。
等式(1)中的參數Q包含例如曝光時間、曝光量、及掃描速度之一。藉由合併參數Q與校正係數，計算F1值。在本實施例中，使用複數個影像高度共同的值作為參數Q。
圖9顯示一情形中，其中，由於即使對於相同像差(例如焦點)，曝光區或光罩圖案密度改變以及校正係數 K因此而改變，所以，F1值對於每一影像高度會改變。在本實施例中，在九個影像高度處，計算像差變化。
圖10顯示曝光序列。第二計算器在步驟1中讀出符合目前曝光條件的校正係數，以及，在步驟2中執行曝光處理。假使用於計算校正係數的曝光條件(例如，曝光量及曝區)與真正執行曝光的那些曝光條件不同，則在像差等式中產生預測誤差。在步驟3中，第二計算器校正誤差。然後，設定最適於真正曝光條件的校正係數。在步驟4中，第二計算器使用校正係數以計算像差。
第二計算器從對每一曝光條件及真正曝光條件(Q)計算的校正係數，計算對每一影像高度的最大變化量。在計算F1值之後，第二計算器藉由等式(2)及(3)中的加熱計算和冷卻計算，預測像差變化量△F的時間特徵。
將說明在每一影像高度由像差計算所計算的像差變化量的校正方法。在第二處理中，第二計算器從第一處理中計算的校正係數及真正的曝光條件，預測在每一影像高度的像差變化量，以及，計算校正系統的位置以校正像差變化量。投射光學系統及驅動例如基底平台等平台的驅動系統構成校正系統。控制器控制校正系統以降低第二計算器計算的像差變化量。
為了計算校正系統的位置以在曝光條件下(例如曝光區及曝光中心)使最佳圖案成像，可以利用圖11中所示平均地計算曝光區中產生的像差之方法。也能夠如圖12所示，藉由根據在複數個影像高度的像差變化模型模擬以 預測在任意影像高度的任意像差的變化量、以及使在任意影像高度的任意像差變化加權，而計算校正系統的位置。雖然未顯示，但是，也能夠藉由根據在複數個影像高度的像差變化模型模擬以預測在任意影像高度的任意像差的變化量、以及將任意像差加權，而計算校正系統的位置。
藉由來自壓力感測器的輸出以考慮圍繞成像投射系統上投射光學系統的週遭氣體的氣壓影響、以及考慮曝光參數或設備參數的設定偏移量，來計算正好在曝光之前的校正系統的位置。
將說明由控制器驅動校正系統至計算的位置之方法。根據本實施例的投射光學系統安裝有光學元件驅動器，以在所需方向上準確地驅動例如透鏡及鏡等光學元件，以便更精密地使光罩圖案成像。
圖13顯示根據本實施例插入於投射光學系統中的光學系統驅動器。這些驅動系統採用日本專利公開號2007-206643中揭示的驅動設計。此驅動設計可以在所需方向上驅動光學元件。舉例而言，圖13中的17a是光學系統驅動器的平面視圖，其中，透鏡與透鏡框是分離的。圖13中17b是光學系統驅動器的平面視圖，其中，透鏡與透鏡框是相附著的。圖13中17c是光學系統驅動器的剖面視圖。參考圖13，固定透鏡桶201包括用於固定光學元件驅動器210及透鏡位置偵測器202的底表面平坦部份201a、以及連接至其它垂直相鄰的透鏡單元之側壁圓柱部201b。
光學元件驅動器210由三個相同的驅動機構形成並配 置於固定透鏡桶201的底部表面平坦部201a上。透鏡位置偵測器202偵測其光學軸方向上及垂直於光學軸的其徑向上之透鏡框的位移。根據要求的偵測準確度，從例如使用半導體雷射的干涉測量單元、電容位移計、線性編碼器、及差動變壓器位移計中，適當地選取透鏡位置偵測器202。
圖13中的17b顯示透鏡及透鏡框安裝的狀態。容納透鏡203的透鏡框204在其上表面上的六個位置處具有凸出的凸緣部。這些凸緣部中的三個使用透鏡框附著螺絲205而連接至光學元件驅動器210的位移輸出部。
如同參考圖13中的17c之說明般，使用雷射干涉位移感測器作為透鏡位置偵測器202。舉例而言，偵測雷射光投射至其光軸方向及徑向上的透鏡203。根據關於反射光之間的干涉資訊，在三個點(凸緣部的極近處)，偵測透鏡框204在其光軸方向上(Z方向)及徑向上的位移。藉由上述配置，隨著三個光學元件驅動器210被等量地驅動，透鏡203可以在圖13中的17c中所示的光軸方向上(亦即Z軸方向上)平移。藉由將光軸方向上的輸出從透鏡偵測器202回饋至這些驅動量，可以精密地控制透鏡203的平移及傾斜驅動量。藉由監視來自透鏡位置偵測器202的徑向上的輸出，以計算平行離心時垂直於透鏡203的光軸的平面上的影像中的偏移量。
藉由考慮此計算結果，決定例如晶圓的驅動量，以致於消除透鏡離心的任何光罩影像的對齊誤差。藉由在Z方 向上驅動光學元件，上述投射光學系統的驅動器可以傾斜驅動光學元件以及可以校正任何像差。這能夠校正例如相對於光軸非對稱的像差變化。為了校正例如焦點，也可以使用一校正方法，其不僅在Z方向上驅動投射光學系統，也驅動安裝光罩的驅動單元(光罩台)或安裝晶圓的驅動單元(晶圓台)，或傾斜驅動它們，
〔第二實施例〕
將參考圖5，說明上述像差校正方法應用於步進&重覆式曝光設備時的實施例。由於進&重覆式曝光設備未以雷射光(照明區)掃描光罩，所以，光罩上的照明區與曝光區相同。圖5中的步驟1及2與第一實施例中的步驟1及2相同。
將說明圖3。關於第一計算處理程序，照明區在X方向及/或Y方向上分成複數個區域，以及，個別地計算各別分割區中的光罩透射率。在本實施例中，X方向上的照明區的尺寸是26 mm(將光罩上X方向上的照明區的尺寸轉換成晶圓上的尺寸時的值)，Y方向上的照明區的尺寸是33 mm(將光罩上Y方向上的照明區的尺寸轉換成晶圓上的尺寸時的值)。雖然本實施例以照明區被分成X方向上4個長方形區及Y方向上4個長方形區，亦即，全部16個長方形區的情形為例說明，但是，其也可以由其它方法分割且每一分割區的形狀未特別侷限於長方形。
以下述方式，計算分割區中的光罩透射率(稱為分割 區n；在本實施例中n是區域號數，為1至16中之一)，作為包含於分割區n中的光罩區中的透射率資料的平均值：(分割區n中的光罩透射率)=(Σ透射率資料)/(資料點的數目)(注意，Σ範圍被定義為僅為包含於分割區n中的光罩區)
在步驟4中，將分割區n中的光罩透射率歸一化，以及，計算每一分割區中的光罩透射率rn。
在步驟5及6中，根據曝光區資訊以計算分割區n的曝光區比例gn。此處，曝光區資訊包含X及Y方向上的曝光區的分別尺寸wx及wy、及曝光區的中心處的X影像高度x0和Y影像高度Y0。這些資訊件可以由X方向上曝光區二端的X座標xr及xl、及Y方向上曝光區二端的Y座標yu及yd替代。
gn值被給定為分割區n與分割區n中的一部份的面積比，此分割區n中的一部份是在某組曝光條件下包含於照明區中。亦即，可以如下所述般，視情形而計算gn值：分割區n包含於照明區中的情形：gn=1
分割區n未包含於照明區中的情形：gn=0
分割區n部份地包含於照明區中的情形：gn=((包含於照明區中的分割區n中的一部份的比例)/(分割區n的面積))
在步驟7中，對每一分割區，計算加權係數。令λn為從光罩透射率計算而得的rn值乘以從曝光區資訊計算而得的gn值而算出旳加權係數。然後，係數λn對應於藉由歸一化傳播經過分割區n的光能量數量而取得的值。
對每一分割區n重覆步驟3至7，以及，計算及儲存每一分割區n中的加權係數λn。
對每一分割區使用經過計算的加權係數λn，將式(2)給予的像差函數加權，其中，n是分割區號數，I是光瞳平面上的有效光源形狀，C是像差型式，x及y是任意的像差X-及Y-影像高度。式(2)代表曝光區及光罩透射率對作為成像特徵的像差C的影響程度，作為影像高度(x，y)的函數，像差C是當以單位曝光量且以有效光源形狀I曝照分割區n時，由投射光學系統所產生的。影像高度(x,y)不是特別限定為分割區n內的影像高度。這意指進入分割區n的光不僅可以改變分割區n內的影像高度處的像差，也可以改變分割區外的影像高度處的像差。對每一像差C，像差函數及其係數通常不同，可以是例如焦點表示式或影像偏移表示式。一般而言，對每一有效的光源形狀I，係數也不同。在本實施例中，根據步驟1中讀出的有效光源資訊，選取適當函數。
根據像差測量結果及/或模擬結果，預先計算由式(2)表示的像差函數。但是，由於難以對任意分割區n、任意有效光源形狀I、及任意影像高度X來計算式(2)的值，所以，使用對n,I及x中每一者的數個值而計 算的值，以適當地插入而決定式(2)。令(x0n,y0n)為分割區n的中心處的影像高度，則式(2)中的像差函數可以由下述取代：fn I,C(x,y) → FI,C(x,x0n,y,y0n)...(5)以致於像差函數FI,C(x,x0n，y,y0n)用於所有的分割區1至16。
藉由將式(2)中的函數乘以加權係數λn，計算導因於特定曝光條件下每一分割區的影響而產生之像差量。由於加權係數λn對應於曝光條件下進入分割區n的光量，以及一般熟知的像差產生量與入射光量成正比，所以，此計算是有效的。
導因於分割區的影響之像差產生量總合是曝光條件下的像差產生量。在上述實施例中，在曝光條件下，在影像高度座標位置(0,0，0,0)的焦點變化的校正係數給定如下： 這相當於等式(1)中的K。
對要校正的影像高度座標位置的數目與要校正的像差的數目的結合，執行這些處理操作，藉以對每一影像高度及像差計算校正係數。
〔第三實施例〕
在本實施例中，如圖14所示，結合複數個影像高度處的光罩透射率以作為在任意影像高度處的光罩透射率。在此情形中，可以使用複數個影像高度的平均值或是計算由曝光區加權平均的複數個影像的加權平均值。
假定在等式(1)中在任意高度計算的像差變化表示式由下述取代：△F=K×T/TQ×Q...(4)其中，T是光罩透射率，T0是歸一化的光罩透射率。
即使在此情形中，仍然能夠預測導因於任意影像高度處光罩圖案密度差異像差變化。從光罩透射率資訊，計算任意影像高度處的光罩透射率。將計算的值代入式(4)中，產生△F。當從真正曝光能量條件、曝光時間、及非曝光時間計算在任意影像高度處的任意像差變化時，能夠預測任意影像高度處的任意像差變化。
如同第一實施例中所述般，有一校正方法，藉由在Z方向上或傾斜方向上驅動例如投射光學系統中的光學元件，可以校正預測的任意影像高度處的任意像差變化，以及，有另一校正方法，藉由驅動光罩台或晶圓台以校正它。
以下述步驟，製造裝置(例如半導體裝置及液晶顯示 裝置)：使用上述曝光設備以使塗著有感光劑的基底受照射能量曝照之步驟、將曝光步驟中經過曝光的基底上的感光劑顯影之步驟、及其它已知步驟。
雖然已參考舉例說明的實施例來說明本發明，但是，應瞭解本發明不限於所揭示的舉例說明的實施例。後附的申請專利範圍的範圍應依最廣義的解釋來界定，以致於包含所有這些修改及均等結構和功能。
101‧‧‧脈衝雷射源
102‧‧‧雷射控制器
103‧‧‧主控制器
104‧‧‧照明光學系統
105‧‧‧孔徑光闌
106‧‧‧半鏡
107‧‧‧光感測器
108‧‧‧照明系統控制器
109‧‧‧光罩
110‧‧‧投射光學系統
111‧‧‧孔徑光闌
112‧‧‧驅動器
113‧‧‧像場透鏡驅動器
114‧‧‧投射透鏡控制器
115‧‧‧晶圓
116‧‧‧晶圓台
117‧‧‧可移動鏡
118‧‧‧雷射干涉儀
119‧‧‧驅動器
120‧‧‧平台控制器
121‧‧‧光投射光學系統
122‧‧‧偵測光學系統
201‧‧‧固定透鏡桶
201a‧‧‧底表面平坦部
201b‧‧‧側壁圓柱部
202‧‧‧透鏡位置偵測器
203‧‧‧透鏡
204‧‧‧透鏡框
205‧‧‧螺絲
210‧‧‧光學元件驅動器
圖1是概要視圖，顯示根據本發明的實施例之曝光設備；圖2顯示縮影投射透鏡的像差的照射變特徵；圖3是視圖，顯示光罩圖案佈局的實施例；圖4是視圖，顯示光罩上的曝光區與投射光學系統的照射區之間的關係；圖5是流程圖，顯示如何計算校正係數；圖6是視圖，顯示光瞳平面上的光強度分佈；圖7是視圖，顯示分割的照明區；圖8是表格，顯示從分割的照明區計算加權係數的方式；圖9顯示影像高度與像差變化量之間的關係；圖10是流程圖，顯示曝光處理。
圖11顯示校正位置計算方法的實施例；圖12顯示校正位置計算方法的另一實施例； 圖13是平面視圖及剖面視圖，顯示投射光學系統的驅動機構；及圖14是視圖，顯示透射率比對影像高度與像差校正等式。

Claims (9)

  1. 一種曝光設備，用於透過形成在光罩上的圖案執行對基底的照射能量曝照，該設備包括：投射光學系統，配置成將來自該光罩的照射能量投射至該基底上；第一平台，配置成固持該光罩；第二平台，配置成固持該基底；及控制器，配置成基於在影像高度上的該圖案的透射率的分佈，而得到相對於每一該影像高度之包含時間常數的期間係數，該時間常數在等式中用於得到經由該曝照而隨著時間變化的該投射光學系統的像差，且配置成控制包含在該投射光學系統、該第一平台及該第二平台中的至少一光學元件的驅動，以減少相對於每一該影像高度得到的該像差，其中，該控制器配置成得到相對於每一複數個區域的該透射率，該複數個區域係藉由分割該圖案的曝光區，配置成藉由基於對應的該複數的區域之一的加權係數，執行經由該曝照而相對於每一該影像高度產生的先前得到的該投射光學系統的像差，與通過每一該複數個區域的單位曝光量的乘法，且配置成藉由加總相對於該複數個區域的該乘法而得到的值，以得到相對於每一該影像高度的該期間係數。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中經由與該單位曝光量的該曝照而相對於每一該影像高度產生的該投射 光學系統的該像差係基於測量及模擬中至少之一而預先得到。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，在該影像高度上的該圖案的該透射率的分佈係藉由該曝光設備的測量或藉由來自該光罩的設計資訊而計算。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制器配置成更基於有效光源、該光罩的掃瞄速度、曝光時間中至少之一，而得到相對於每一該影像高度的該係數。
  5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制器配置成更基於該曝照的條件而得到相對於每一該影像高度的該係數。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制器配置成作為該驅動，以控制至少一平行於該投射光學系統的光軸方向的驅動，及相對於該光學元件、該第一平台、及該第二平台中至少之一的傾斜驅動。
  7. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該控制器配置成，且配置成加權相對於該影像高度之一而得到的該像差，且配置為該光學元件、該第一平台、及該第二平台中至少之一的該驅動，以減少該加權的像差。
  8. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該像差包含焦點、放大率、失真、散光、球形像差及慧形像差中之一。
  9. 一種裝置製造方法，該方法包括：使用曝光設備，使基底受照射能量曝照； 使該經過曝光的基底顯影；及處理該經過顯影的基底以製造該裝置，其中，該曝光設備透過形成在光罩上的圖案執行對基底的照射能量曝照，該設備包含：投射光學系統，配置成將來自該光罩的照射能量投射至該基底上；第一平台，配置成固持該光罩；第二平台，配置成固持該基底；及控制器，配置成基於在影像高度上的該圖案的透射率的分佈，而得到相對於每一該影像高度之包含時間常數的期間係數，該時間常數在等式中用於得到經由該曝照而隨著時間變化的該投射光學系統的像差，且配置成控制包含在該投射光學系統、該第一平台及該第二平台中的至少一光學元件的驅動，以減少相對於每一該影像高度得到的該像差，其中，該控制器配置成得到相對於每一複數個區域的該透射率，該複數個區域係藉由分割該圖案的曝光區，配置成藉由基於對應的該複數的區域之一的加權係數，執行經由該曝照而相對於每一該影像高度產生的先前得到的該投射光學系統的像差，與通過每一該複數個區域的單位曝光量的乘法，且配置成藉由加總相對於該複數個區域的該乘法而得到的值，以得到相對於每一該影像高度的該期間係數。
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