TWI414822B - Projection optics, exposure apparatus and component manufacturing method - Google Patents

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TWI414822B
TWI414822B TW098121396A TW98121396A TWI414822B TW I414822 B TWI414822 B TW I414822B TW 098121396 A TW098121396 A TW 098121396A TW 98121396 A TW98121396 A TW 98121396A TW I414822 B TWI414822 B TW I414822B
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Ryousuke Fukuoka
Kiyoshi Fukami
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Canon Kk
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Description

投影光學系、曝光裝置及元件製造方法
本發明係有關於投影光學系、具備該投影光學系的曝光裝置及使用該曝光裝置來製造元件的元件製造方法。
平面面板顯示器(以下簡稱FPD)，是藉由光微影工程所製造。在光微影工程中，是對塗佈有感光劑的基板(於FPD的製造中，一般是玻璃板)，藉由投影光學系而將原版的圖案進行投影，使該基板曝光。在用來曝光基板用的曝光裝置中，降低重合誤差是很重要的。重合誤差，係例如因為定位誤差、像差(失真)、倍率誤差所產生。這些當中，定位誤差係可藉由高精度地調整原版與基板之相對位置來降低，但像差與倍率誤差是藉由定位仍無法完全補正。
倍率誤差，係因為生產製程所產生的熱等因素，導致玻璃板等基板發生伸縮所引起。因為基板的伸縮，導致第二製程以下的重合精度惡化。又，掃描曝光中的掃描方向與其垂直方向上，會產生不同的伸縮。為了降低基板伸縮所帶來的誤差，對於掃描方向的伸縮，係考慮在原版與基板之間相對性地賦予速度差而進行曝光的方法。又，對於掃描方向的垂直方向之伸縮，則是考慮將平行平板玻璃配置在原版或基板的附近，藉由將該平行平板玻璃予以撓曲而使光線曲折以進行倍率微調之方法。
於Japanese Laid-open No.62-35620號公報、Japanese Patent No.3341269號公報中，揭露有倍率補正方法。Japanese Laid-open No.62-35620號公報中係揭露了，在投影光學系中使對光軸旋轉對稱的2片透鏡彼此接近配置，將其中一方朝光軸方向加以驅動。Japanese Patent No.3341269號公報中則揭露，使得對投影光學系的光軸非旋轉對稱的至少2個圓環型光學構件之至少1者，對光軸旋轉或在光軸方向上移動。
可是，為了補正基板的掃描方向上的倍率，而在原版與基板之間相對性地賦予速度差的方法中，若良像區域是圓弧狀，則會產生特有的非對稱失真像差。為了補正之，必須驅動額外的像差補正用之光學構件。因此會導致機械機構的複雜化與產生驅動像差殘留。
又，為了補正與基板的掃描方向垂直之方向上的倍率，而將平行平板玻璃撓曲的方法中，要將平行平板玻璃高精度地彎曲成目標形狀是很困難的，會導致產生非線性像差誤差成分。而且，為了對應近年來基板的大型化，平行平板玻璃也必須要大型化，這也會導致誤差。
在Japanese Laid-open No.62-35620號公報、Japanese Patent No.3341269號公報中所記載之方法中，對掃描方向的倍率補正與對其垂直方向的倍率補正，無法個別地進行。
本發明係有鑑於上記背景而研發，目的在於，可使2個正交方向上的倍率補正，能夠個別地進行。
本發明的1個側面係為，有關於，在從物體面至像面的光路中，依序配置第1凹反射面、凸反射面、第2凹反射面，將被配置在前記物體面的物體的像投影至前記像面用的投影光學系，前記投影光學系係具備：第1折射光學單元及第2折射光學單元，係被配置在前記光路中；和第1致動器，係用以驅動前記第1折射光學單元；和第2致動器，係用以驅動前記第2折射光學單元；前記第1折射光學單元及前記第2折射光學單元，係分別具有2個以上的柱形面；前記第1折射光學單元係被配置成可調整第1方向上的前記投影光學系之投影倍率，前記第2折射光學單元係被配置成可調整正交於前記第1方向之第2方向上的前記投影光學系之投影倍率；前記第1致動器，係變更前記第1折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，以使前記第1方向上的投影倍率成為第1目標投影倍率；前記第2致動器，係變更前記第2折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，以使前記第2方向上的投影倍率成為第2目標投影倍率。
關於本發明的更多要點，可參照圖面配合以下說明的實施例來理解。
以下參照添附圖面來說明本發明的較佳實施形態。
[第1實施形態]
圖1係本發明的理想實施形態之曝光裝置EX的概略構成之圖示。圖2係圖1所示之曝光裝置EX的投影光學系PO之構成的模式性圖示。此外，在圖2中，用來彎折投影光學系PO的光軸AX所需之彎折反射鏡(光焦度為零的反射鏡)MD係被省略。亦可想作是，彎折反射鏡MD，係將光路予以彎折。彎折反射鏡MD，係被配置成例如，在原版M所被配置的物體面O與第1凹反射面M1之間，藉由反射面MA而使光軸AX作90度彎折，在第2凹反射面M3與基板P所被配置的像面I之間，藉由反射面MB而使光軸AX作90度彎折。
於現實的構成中，為了使投影光學系PO小型化而設置彎折反射鏡MD是有利的，但彎折反射鏡MD並非必須。在本說明書中，為了說明空間上的方向，是採用了去除彎折反射鏡MD之狀態時定義了對光軸AX平行之Z方向的XYZ座標系。
曝光裝置EX，例如，用來製造液晶顯示器等平面面板顯示器這類具有大面積的元件時可理想適用，但亦可適用於製造LSI等半導體元件或其他元件。
曝光裝置EX，係具備：用來照明原版(又稱遮罩或光罩)M的照明光學系IL、用來保持原版M的原版平台MST、投影光學系PO、用來保持基板(例如玻璃板等平板)P的基板平台PST。原版M係被配置在投影光學系 PO的物體面O，基板P係被配置在投影光學系PO的像面I。
曝光裝置EX，典型而言係被構成為掃描曝光裝置。曝光裝置EX，係藉由照明光學系IL，而將原版M以被形成為帶狀(例如圓弧狀、矩形條紋狀)的光，一邊進行照明，一邊掃描原版M及基板P，而將原版平台MST及基板平台PST予以掃描驅動。藉此，原版M的圖案就會轉印到基板P之上的感光劑。
投影光學系PO，係在從光軸AX錯開的位置處，具有良像區域，該良像區域是用來將原版M之圖案，投影到基板P時所使用。投影光學系PO，係在從物體面O至像面I的光路中，依序配置：第1折射光學單元A、第1凹反射面M1、凸反射面M2、第2凹反射面M3、第2折射光學單元B所構成。在第1折射光學單元A與第1凹反射面M1之間，係配置有彎折反射鏡MD的反射面MA。在第2凹反射面M3與第2折射光學單元B之間，係配置有彎折反射鏡MD的反射面MB。
第1折射光學單元A及第2折射光學單元B，係不限於上記的位置，亦可被配置在從物體面O至像面I的光路之中。第1凹反射面M1與第2凹反射面M3，典型來說，係為具有同一曲率中心的反射面。第1凹反射面M1係具有正光焦度，凸反射面M2係具有負光焦度，第2凹反射面係具有正光焦度。
第1折射光學單元A及第2折射光學單元B，係用來 補正投影光學系PO之投影倍率用的光學單元。更具體而言，第1折射光學單元A係被配置成，可以調整第1方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的X方向)上的投影光學系PO之投影倍率。又，第2折射光學單元B係被配置成，可以調整正交於第1方向之第2方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的Y方向)上的投影光學系PO之投影倍率。
第1折射光學單元A及第2折射光學單元B，係分別具有2個以上的柱形面。第1折射光學單元A，係被第1致動器AA所驅動，以使得第1方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的X方向)上的投影倍率會成為第1目標投影倍率。具體而言，第1致動器AA，係變更第1折射光學單元A的2個以上的柱形面之間隔，以使第1方向上的投影倍率成為第1目標投影倍率。
第2折射光學單元B，係被第2致動器BA所驅動，以使得第2方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的Y方向)上的投影倍率會成為第2目標投影倍率。具體而言，第2致動器BA，係變更第2折射光學單元B的2個以上的柱形面之間隔，以使第2方向上的投影倍率成為第2目標投影倍率。
此處，第1目標投影倍率、第2目標投影倍率，係例如藉由未圖示的定位儀等之計測單元，來偵測出已被形成在基板P上的定位標記之位置，就可決定之。
第1折射光學單元A，典型而言，係具有2個柱形 面。作為2個柱形面之特性(光焦度)的組合可考慮有：凸及凸、凹及凹、凸及凹。此處，為了使投影倍率對於焦點位置變動的變化變得遲鈍，將投影光學系PO設計成遠心式構成，較為理想。因此，2個柱形面之特性(光焦度)的組合，係為凸及凹之組合，較為理想。第1折射光學單元A中所含之柱形面的母線，典型而言係為彼此平行。
第2折射光學單元B也是典型而言，具有2個柱形面，其特性(光焦度)的組合，係為凸及凹之組合，較為理想。又，第2折射光學單元B中所含之柱形面的母線，典型而言係為彼此平行。
第1折射光學單元A中所含之2個以上的柱形面的母線係平行於，(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX所正交的第3方向(Y方向)。第2折射光學單元B中所含之2個以上的柱形面的母線係平行於，(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX及第3方向所正交的第4方向(X方向)。
圖3、圖4係第1折射光學單元A之構成例的圖示。此處，圖3係將第1折射光學單元A在XZ面作切斷後的剖面圖，圖4係將第1折射光學單元A在YZ面作切斷後的剖面圖。第1折射光學單元A，係含有被配置在物體面O側的折射光學元件A11、和被配置在像面I側的折射光學元件A12。折射光學元件A11，係在像面I側具有凸的 柱形面CA11，全體是具有凸的光焦度。折射光學元件A12，係在物體面O側具有凹的柱形面CA12，全體是具有凹的光焦度。第1折射光學單元A，係可具有更多的柱形面。亦即，第1折射光學單元A，係可具有2個以上的柱形面。第1折射光學單元A的2個以上的柱形面CA11、CA12的母線係平行於，(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX所正交的第3方向(Y方向)。為了補正投影光學系PO的第1方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的X方向)上的投影倍率，2個以上的柱形面CA11、CA12當中的至少1個，是被第1致動器AA在光軸AX方向上進行驅動。
圖5、圖6係第2折射光學單元B之構成例的圖示。此處，圖5係將第2折射光學單元B在XZ面作切斷後的剖面圖，圖6係將第2折射光學單元B在YZ面作切斷後的剖面圖。第2折射光學單元B，係含有被配置在物體面O側的折射光學元件B11、和被配置在像面I側的折射光學元件B12。折射光學元件B11，係在物體面I側具有凹的柱形面CB11，全體是具有凹的光焦度。折射光學元件B12，係在物體面O側具有凸的柱形面CB12，全體是具有凸的光焦度。第2折射光學單元B，係可具有更多的柱形面。亦即，第2折射光學單元B，係可具有2個以上的柱形面。第2折射光學單元B的2個以上的柱形面CB11、CB12的母線係平行於，(當具有彎折反射鏡MD 時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX所正交的第4方向(X方向)。為了補正投影光學系PO的第2方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的Y方向)上的投影倍率，2個以上的柱形面CB11、CB12當中的至少1個，是被第2致動器BA在光軸AX方向上進行驅動。
若依據此實施形態，則2個正交的方向、例如掃描方向及正交於其之方向上的投影倍率之補正，就可個別地進行。藉此，例如，可隨應於已形成在基板之圖案來個別地補正在掃描方向及正交於其之方向的投影倍率，可使第二製程以後的像的重疊精度提升。
[第2實施形態]
以下，說明本發明的第2實施形態。此處沒有特別言及的事項，係和第1實施形態相同。
圖7、圖8係第2實施形態中的第1折射光學單元A之構成例的圖示。此處，圖7係將第1折射光學單元A在XZ面作切斷後的剖面圖，圖8係將第1折射光學單元A在YZ面作切斷後的剖面圖。
第1折射光學單元A，係含有被配置在物體面O側的折射光學元件A21、和被配置在像面I側的折射光學元件A22。折射光學元件A21，係作為像面I側的面亦即第1面而具有凸的柱形面CA11，作為物體面O側的面亦即第2面而具有曲面(球面或非球面)S11，全體而言具有凸 的光焦度。折射光學元件A22，係在物體面O側具有凹的柱形面CA12，全體是具有凹的光焦度。第1折射光學單元A，係可具有更多的柱形面。亦即，第1折射光學單元A，係可具有2個以上的柱形面。第1折射光學單元A的2個以上的柱形面CA11、CA12的母線係平行於，(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX所正交的第3方向(Y方向)。為了補正投影光學系Po的第1方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的X方向)上的投影倍率，2個以上的柱形面CA11、CA12當中的至少1個，是被第1致動器AA在光軸AX方向上進行驅動。
圖9、圖10係第2折射光學單元B之構成例的圖示。此處，圖9係將第2折射光學單元B在XZ面作切斷後的剖面圖，圖10係將第2折射光學單元B在YZ面作切斷後的剖面圖。第2折射光學單元B，係含有被配置在物體面O側的折射光學元件B21、和被配置在像面I側的折射光學元件B22。折射光學元件B21，係在物體面I側具有凹的柱形面CB11，全體是具有凹的光焦度。折射光學元件B22，係作為物體面O側的面亦即第1面而具有凸的柱形面CB12，作為像面I側的面亦即第2面而具有曲面(球面或非球面)S22，全體而言具有凸的光焦度。第2折射光學單元B，係可具有更多的柱形面。亦即，第2折射光學單元B，係可具有2個以上的柱形面。第2折射光學單元B的2個以上的柱形面CB11、CB12的母線係平 行於，(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的)投影光學系PO之光軸AX所正交的第4方向(X方向)。為了補正投影光學系PO的第2方向(當具有彎折反射鏡MD時則是將其去除後之狀態下的Y方向)上的投影倍率，2個以上的柱形面CB11、CB12當中的至少1個，是被第2致動器BA在光軸AX方向上進行驅動。
上記例子中，第1折射光學單元A及第2折射光學單元B之雙方係在柱形面的背面具有曲面，但亦可為，第1折射光學單元A及第2折射光學單元B之任一方是在柱形面的背面具有曲面。
若依據此實施形態，則藉由將柱形面的背面設計成曲面(球面或非球面)，就可構成小型且高性能的投影光學系。尤其是，藉由將該當曲面設計成非球面形狀，就可保持軸外光學性能(非點像散差(astigmatic difference)、像面彎曲)之性能不變，而擴大帶狀(例如圓弧狀)的良像區域。此外，若除了第1、第2折射光學單元以外，配置球面或非球面透鏡以實現所望之軸外光學性能(非點像散差(astigmatic difference)、像面彎曲)，則投影光學系中的折射光學元件會增加。因此，若為了提升曝光的效率而將曝光波長設計成廣頻帶化，則投影光學系中的折射光學元件之增加所帶來的色像差之增加，就會變成無法忽視。於是如上記，在倍率補正用的柱形面的背面設置曲面較為理想，藉此就可構成小型且高性能的投影光學系。
[其他]
第1、第2實施形態中，令投影光學系PO的全體之成像倍率為1倍(等倍)時，第1凹反射面M1與第2凹反射面M3係被構成為具有同一曲率半徑。若投影光學系PO的成像倍率是設成1倍以外時，則第1凹反射面M1的曲率半徑與第2凹反射面M3的曲率半徑，係隨著成像倍率而決定。
[元件製造方法]
本發明的理想實施形態之元件製造方法，係例如適合於液晶元件、半導體元件之製造，其係含有：在塗佈了感光劑之基板的該感光劑，使用上記曝光裝置而將原版的圖案進行轉印之工程，和使該感光劑顯影之工程。進而，經過其他周知的工程(蝕刻、光阻剝離、研磨、打線、封裝等)，就可製造出元件。
以上雖然參照實施例來說明本發明，但這僅是為了便於理解本案發明所作的例示。在界定本案發明的範圍時，應參酌申請專利範圍中所記載之事項。當業者在不脫離本發明範圍內，當然可做各種變更，而這些等價的結構或功能，當然也都被本發明之範圍所包含。
A‧‧‧第1折射光學單元
A11‧‧‧折射光學元件
A12‧‧‧折射光學元件
A21‧‧‧折射光學元件
A22‧‧‧折射光學元件
AA‧‧‧第1致動器
BA‧‧‧第2致動器
AX‧‧‧光軸
B‧‧‧第2折射光學單元
B11‧‧‧折射光學元件
B12‧‧‧折射光學元件
B21‧‧‧折射光學元件
B22‧‧‧折射光學元件
BA‧‧‧第2致動器
CA11‧‧‧柱形面
CA12‧‧‧柱形面
CB11‧‧‧柱形面
CB12‧‧‧柱形面
EX‧‧‧曝光裝置
IL‧‧‧照明光學系
I‧‧‧像面
M‧‧‧原版
M1‧‧‧第1凹反射面
M2‧‧‧凸反射面
M3‧‧‧第2凹反射面
MA‧‧‧反射面
MB‧‧‧反射面
MD‧‧‧彎折反射鏡
MST‧‧‧原版平台
O‧‧‧物體面
P‧‧‧基板
PO‧‧‧投影光學系
PST‧‧‧基板平台
S11‧‧‧曲面(球面或非球面)
S22‧‧‧曲面(球面或非球面)
[圖1]本發明的理想實施形態之曝光裝置的概略構成之圖示。
[圖2]圖1所示之曝光裝置的投影光學系之構成的模式性圖示。
[圖3]第1實施形態的第1折射光學單元的XZ平面之剖面圖。
[圖4]第1實施形態的第1折射光學單元的YZ平面之剖面圖。
[圖5]第1實施形態的第2折射光學單元的XZ平面之剖面圖。
[圖6]第1實施形態的第2折射光學單元的YZ平面之剖面圖。
[圖7]第2實施形態的第1折射光學單元的XZ平面之剖面圖。
[圖8]第2實施形態的第1折射光學單元的YZ平面之剖面圖。
[圖9]第2實施形態的第2折射光學單元的XZ平面之剖面圖。
[圖10]第2實施形態的第2折射光學單元的YZ平面之剖面圖。
A‧‧‧第1折射光學單元
AA‧‧‧第1致動器
AX‧‧‧光軸
B‧‧‧第2折射光學單元
BA‧‧‧第2致動器
I‧‧‧像面
M1‧‧‧第1凹反射面
M2‧‧‧凸反射面
M3‧‧‧第2凹反射面
O‧‧‧物體面
PO‧‧‧投影光學系

Claims (10)

  1. 一種投影光學系，係屬於在從物體面至像面的光路中，依序配置第1凹反射面、凸反射面、第2凹反射面，將被配置在前記物體面的物體的像投影至前記像面用的投影光學系，其特徵為，具備：第1折射光學單元及第2折射光學單元；前記第1折射光學單元及前記第2折射光學單元，係分別具有2個以上的柱形面；前記第1折射光學單元係被構成為，藉由變更前記第1折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，而可調整第1方向上的前記投影光學系之投影倍率；前記第2折射光學單元係被構成為，藉由變更前記第2折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，而可調整正交於前記第1方向之第2方向上的前記投影光學系之投影倍率。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之投影光學系，其中，前記第1折射光學單元的前記2個以上的柱形面之母線，係平行於前記第2方向，前記第2折射光學單元的前記2個以上的柱形面之母線，係平行於前記第1方向。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之投影光學系，其中，前記第1折射光學單元及前記第2折射光學單元的至 少一方係含有，具有第1面及第2面的折射光學元件，前記第1面係為柱形面，前記第2面係為球面或非球面。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之投影光學系，其中，前記第1折射光學單元係位在前記物體面與前記第1凹反射面之間的光路上，前記第2折射光學單元係位在前記第2凹反射面與前記像面的光路上。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之投影光學系，其中，還具備：第1致動器，係用以驅動前記第1折射光學單元，使得前記第1方向上的投影倍率變成第1目標投影倍率；和第2致動器，係用以驅動前記第2折射光學單元，使得前記第2方向上的投影倍率變成第2目標投影倍率。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之投影光學系，其中，還具備：前記第1折射光學單元係具有：前記物體側的面為非球面、前記像面側的面為柱形面的折射光學元件；前記第2折射光學單元係具有：前記物體側的面為柱形面、前記像面側的面為非球面的折射光學元件。
  7. 一種曝光裝置，係屬於將基板進行曝光的曝光裝置，其特徵為，具備如申請專利範圍第1項乃至第6項之任1項所記載的投影光學系，藉由前記投影光學系，將原版的圖案投影至基板，以使該基板進行曝光。
  8. 一種曝光裝置，係屬於將將原版及基板在掃描方向上一面進行掃描一面使前記基板曝光的曝光裝置，其特徵為，具備如申請專利範圍第1項乃至第5項之任1項所記載之投影光學系；前記第1方向係為前記掃描方向；前記第2方向係為垂直於前記掃描方向之方向；藉由變更前記第1折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，而可調整前記掃描方向上的前記投影光學系之投影倍率；藉由變更前記第2折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，而可調整垂直於前記掃描方向之方向上的前記投影光學系之投影倍率。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之曝光裝置，其中，變更前記第1折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，以使前記掃描方向的投影倍率成為第1目標投影倍率；變更前記第2折射光學單元的2個以上的柱形面之間隔，以使對前記掃描方向垂直之方向的投影倍率成為第2目標投影倍率。
  10. 一種元件製造方法，其特徵為，含有：將已塗佈感光劑之基板，藉由如申請專利範圍第7項所記載之曝光裝置而加以曝光之工程；和使該感光劑進行顯影之工程。
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