TWI676084B - 曝光方法、曝光裝置及製造物品的方法 - Google Patents

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Abstract

根據本發明的態樣，曝光方法包括：在從曝光區域當中的任何區域上所執行之曝光的開始到結束的時間段期間移動基板，其中，根據在基板的表面上的第一方向上之形成在基板上的圖案的寬度與在不同於第一方向的基板的表面上的第二方向上之形成在基板上的圖案的寬度之間的差異來確定在時間段期間移動基板的時間點。

Description

曝光方法、曝光裝置及製造物品的方法
本發明關於一種曝光方法、一種曝光裝置以及一種製造物品的方法。
在製造精細半導體元件(例如，半導體記憶體或邏輯電路)時，使用縮小投影曝光裝置(Reduction projection exposure apparatus)，其使用投影光學系統來將在描繪在標線片上的電路圖案投影和轉印到基板上。在縮小投影曝光裝置中，隨著半導體元件中的電路線寬的減小，對於被轉印至基板的圖案的線寬均勻性(Line width uniformity)的提高的需求日漸增加。
線寬均勻性通常也稱為HV差異，並指的是在基板表面的水平方向(H方向)和垂直方向(V方向)上被轉印至基板的圖案的線寬和設計線寬之間的差異的大小。當線寬均勻性降低時，半導體元件的生產率降低。作為提高線寬均勻性的方法，存在使用光圈、ND濾光片等來使得有效光源分佈畸變的方法(日本專利公開第2005-268489號)。
然而，在日本專利公開第2005-268489號所描述的方法中，需要用於調整有效光源的調整機構，例如，在製造成本方面這可能為不利的。
本發明提供了一種用於藉由簡單方法來提高線寬均勻性的技術。
根據本發明的一個態樣，一種藉由照射原件上的圖案而對基板上的曝光區域進行曝光的曝光方法，該曝光方法包括：在從曝光區域當中的任何區域上所執行之曝光的開始到結束的時間段期間移動基板。根據在第一方向上的基板上的圖案的寬度與在不同於第一方向的第二方向上的基板上的圖案的寬度之間的差異來確定在時間段期間移動基板的時間點。第一方向和第二方向是與基板的表面平行的方向。 　　從參照所附圖式對例示性實施例的以下描述，本發明的更多特徵將變得清楚明瞭。
以下將參照圖式說明本發明的實施例。應當注意的是，在圖式中，相同的構件或構成元件將被以相同的標號來表示，並將省略它們的重複說明。 [第一實施例]
圖1是顯示根據本實施例的曝光裝置的結構的示意圖。在本實施例中的曝光裝置100是配置來在晶圓上執行曝光處理的裝置，晶圓是要被處理的基板，基板被用在半導體裝置製造處理中，且此裝置特別是採用步進和重複方法的投影曝光裝置。
曝光裝置100包括照明光學系統110、配置來保持標線片R的標線片台板120、投影光學系統130、配置來保持基板W的晶圓台板140、以及配置來控制曝光裝置100的構成元件的控制器150。應當注意的是，在以下的圖式說明中，Z軸被設定為與投影光學系統130的光學軸線平行，X軸為在與Z軸垂直的平面中被設定為與紙平面垂直的方向，且Y軸被設定為與X軸垂直之與紙平面平行的方向。
照明光學系統110是包括光源單元(未顯示)的裝置，並配置來照射標線片R，用於轉印的電路圖案被形成在此標線片R上。被包含在光源單元中的光源的實例包括雷射。能夠使用的雷射是具有大約193nm的波長的ArF準分子雷射(excimer laser)、具有大約248nm的波長的KrF準分子雷射、具有157nm的波長的F2準分子雷射等。
應當注意的是，雷射的類型不侷限在準分子雷射，且例如，可以使用YAG雷射，且雷射的數量不受限制。此外，當雷射被用於光源單元時，希望使用光通量成形光學系統，其配置來將來自雷射光源的平行光通量成形為所希望的光束形狀；或者希望使用非相干光學系統，其配置來將相干雷射轉變成非相干雷射。另外，能夠用於光源單元的光源不侷限在雷射，並可為一個或多個燈，例如水銀燈或氙燈。
儘管未顯示，照明光學系統110包括透鏡、反射鏡、光積分器、光圈等。一般而言，內部光學系統包括依此順序佈置的聚焦透鏡、蠅眼、孔徑光圈、聚焦透鏡、狹縫和成像光學系統。在這種情況下，光積分器包括藉由重疊多個蠅眼透鏡或重疊兩組柱形透鏡陣列板而形成的積分器等。
在某些情況下，光積分器可由光學棒或繞射元件來代替。此外，光積分器可包括有效光源形成單元，並構造成使得光圈和稜鏡能夠產生和選擇圓環形照明用於變形照明、四極照明(quadrupole illumination)等。另外，能夠提供可控制光的偏振狀態的配置。能夠提供一種機構，其可藉由利用光圈或ND濾波器來使有效光源分佈不對稱畸變、或者通過偏振調整來不對稱地調整有效光源的偏振狀態而調整在特定方向上的線寬。
標線片R為，例如，由石英玻璃製成的原件，並具有形成於其中之要被轉印的電路圖案。此外，標線片台板120是配置來保持和定位標線片R的裝置。標線片台板120包括移動反射鏡121以及雷射干涉儀122，雷射干涉儀122配置來將雷射光束投射至移動反射鏡121上、接收反射光、並因此檢測標線片台板120的位置。
投影光學系統130以其干涉的預定放大倍數(例如，1/2、1/4或1/5)在基板W上形成標線片R上的圖案的繞射光圖像，標線片R由來自照明光學系統110的曝光光IL照射。在基板上形成的干涉圖像形成為與標線片圖案基本相同的圖像。干涉圖像通常稱為光學圖像，並確定在基板上形成的光學圖像的形狀的線寬。
作為投影光學系統130，能夠採用只由多個光學元件所構成的光學系統或者由多個光學元件和至少一個凹反射鏡所構成的光學系統(反射折射光學系統(catadioptric optical system))。或者，作為投影光學系統130，還能夠採用由多個光學元件和繞射光學元件(例如，至少一個開諾形式(kinoform))所構成的光學系統、全反射鏡類型的光學系統等。
基板W是由單晶矽、SiC、GaN或SiO2 製成的基板，其表面塗覆有抗蝕劑(光敏劑)。基板W具有圖案被形成於其上的多個曝光區域(投影區)。此外，晶圓台板140是能夠在XYZ方向上移動的基板台板，且為配置來保持和定位基板W的裝置。晶圓台板140包括保持部141及支撐件142，保持部141配置來吸住和保持基板W，支撐件142配置來支撐保持部141。
儘管圖中未顯示，晶圓台板140包括在垂直方向上在支撐件142的上表面上的致動器，致動器使用空氣彈簧(air spring)。另外，晶圓台板140包括移動反射鏡143和雷射干涉儀(位置測量裝置)144，雷射干涉儀144配置來將雷射光束投射至移動反射鏡143上，並藉由接收反射光來檢測相對於晶圓台板140的位置的驅動量。在晶圓台板140上方(Z軸上)的部分處有雷射干涉儀145，雷射干涉儀145配置來檢測晶圓台板140相對於Z軸的位置和振動。
控制器150是配置來控制構成元件(例如，光學系統或台板系統)的控制單元，以便執行曝光處理、在曝光處理時驅動標線片R或基板W等等。控制器150執行呈序列或程式形式之本發明的曝光方法，並由計算機所構成，計算機包括儲存裝置151、程序裝置(sequencer)等，儲存裝置151由磁性儲存裝置、記憶體等所構成。
還有，控制器150包括控制台160，使用者藉由此控制台160來設定各種操作命令。控制器150經由區域網路(local area network)(LAN)的電纜等來發送與開始曝光處理(曝光光IL的輸出)、標線片台板120和晶圓台板140的驅動等相關聯的指令。控制器150通過每一個雷射干涉儀122、144和145來收集標線片台板120和晶圓台板140的位置和振動的測量值。所收集的資訊儲存在儲存裝置151中。
在控制台160中，使用者事先輸入程式庫(recipe)資訊。輸入的程式庫資訊被儲存在儲存裝置151中，並根據佈局指令來執行曝光處理或者台板移動。
下面將說明實施例的基本操作。圖2顯示基板W上的多個曝光區域中的一個曝光區域的從曝光開始到曝光結束的時間與曝光量之間的關係的實例。水平軸表示時間，且垂直軸表示曝光量。曝光在0處開始，且在t1 期間光圈(曝光快門)開始打開。通常從t1 到t2 執行曝光，曝光快門從t2 開始關閉，且曝光快門在t3 已被關閉。在步進和重複方法的情況下，在曝光快門已被關閉的t3 之後，晶圓台板140開始朝向下一個曝光區域逐步移動。在此實施例中，為了提高線寬均勻性，在從曝光開始至曝光結束的時間段(曝光期間)，也就是在曝光快門已被關閉之前，開始晶圓台板140的驅動。
在下文中，在曝光快門已被關閉之前驅動台板稱為“向前驅動”，且向前驅動開始的時間點稱為“台板驅動開始時間點”。在圖2中，曝光結束時間為t3 ，且晶圓台板140在曝光期間從t4 開始被驅動。在這種情況下，“台板驅動開始時間點”為t4 。
圖3是用於說明線寬調整的流程圖。在步驟S301中，被形成在基板W上的圖案的線寬被測量並通過計算(線寬的計算)而獲得。例如，能夠使用掃描電子顯微鏡(SEM)、光學顯微鏡等來測量線寬。例如，線寬的計算基於光學圖像計算，在光學圖像計算中，考慮投影光學系統130的設計值、在製造投影光學系統130之後的像差(aberration)以及有效光源分佈中的至少一者。
在步驟S302中，由獲得的線寬來確定在特定方向上的線寬調整量。例如，可根據在第一方向上之基板W的表面中的寬度與在不同於第一方向的第二方向上之基板W的表面中的寬度之間的差異來確定調整量。在步驟S303中，由調整量、在特定方向上的台板速度或加速度以及曝光量來確定晶圓台板140的“台板驅動開始時間點”。在步驟S304中，通過控制台160輸入在步驟S303中所確定的前進驅動時間點，且控制器150利用輸入的“台板驅動開始時間點”來使得晶圓台板140被“向前驅動”。
將說明通過向前驅動來調整線寬的原理。首先，假定其中要曝光的圖案平行於X方向的圖案是H圖案，其中要曝光的圖案平行於Y方向的圖案是V圖案。圖4繪示了當晶圓台板140在曝光期間開始X步進驅動時的光學圖像的模擬結果。儘管H圖案(在實施例中與步進方向平行)在光學圖像上完全不受影響，但是在圖像在步進方向上移動時執行V圖案(在實施例中與步進方向垂直)的曝光。因此，光學圖像變化，且線寬變化。
如上所述，圖案之垂直於台板步進驅動方向的線寬能夠通過曝光期間的台板驅動來調整。例如，在晶圓台板140進行Y步進時，能夠調整與步進方向垂直的H圖案的線寬。此外，線寬在抗蝕劑的保留圖案中為細的，且在抗蝕劑的刪除圖案中為粗的。由於在特定方向上的線寬可以此方式來調整，能夠調整僅V圖案或僅H圖案的線寬和空間曝光佈局，或者能夠在H圖案和V圖案一起存在時校正HV差異。
下面將說明當在圖3所示的流程中實際執行向前驅動時HV差異校正的具體實例。首先，從被曝光基板W的線寬(保留圖案)的評估結果可看出，發生了大約+ΔHV的HV差異(V-H)。在此情況下，調整目標是“步進方向設定為X，且使V圖案變細-ΔHV”。從光學模擬(其中，保留了台板加速度和曝光量)的結果可看出，藉由在台板驅動開始時間點T執行台板向前驅動，能夠令人滿意地執行校正。台板驅動開始時間點T輸入至控制台160，且通過控制器150來執行向前曝光。
圖5是顯示在台板驅動開始時間點與HV差異之間的相關性的圖。在還未執行向前驅動時，也就是在0毫秒的台板驅動開始時間點時，產生+ΔHV等於大約15nm的HV差異(V-H)。在執行X步進向前驅動時，V圖案變得更細，且HV差異減小，且在台板驅動開始時間點T，HV差異為2nm(作為實驗值)和0(在模擬中)。
在實施例中，台板驅動開始時間點由模擬中的HV差異校正量和台板加速度來計算。儲存裝置151儲存台板加速度、速度資料和曝光量，且控制器150可參考被保持在儲存裝置151中的資料而自動地從校正的HV差異來計算台板驅動開始時間點，並執行向前驅動。
能夠對於每個投影區都設定共同的台板驅動開始時間點，亦即，對於每個板，執行對每個投影區的優化，對於每個投影區都設定不同的台板驅動開始時間點，並執行向前驅動。
在實施例中，由於在步進方向上所執行的向前驅動，光學圖像可能變得不對稱，且因此可能發生圖像偏移。若需要時能夠執行偏移校正，在偏移校正中，在考慮圖像偏移的情況下調整曝光位置。此外，還能夠藉由在曝光期間交替地在步進方向上及與步進方向呈180度的方向上來驅動台板而防止光學圖像變得不對稱，並防止偏移的發生。
對於每個投影區，晶圓台板140的步進方向可根據HV差異來優化。圖6是晶圓台板140的步進驅動的實例。圖7是晶圓台板140的步進驅動的實例，其中，HV差異被最小化。在圖式中，標號指示曝光區域的位置，且依箭頭的順序來執行曝光。正常情況下，如圖6中所示，晶圓台板140以蛇形進行步進驅動，但如圖7中所示，步進可被優化，以便減小基板中的HV差異。
在晶圓台板140在圖6中經受從第45投影區至第46投影區的傾斜步進驅動的情況下，在曝光期間晶圓台板140能夠在X方向上稍微步進，且接著在曝光已結束後當所需的校正方向是X方向時被移動至第46投影區位置。
用於校正線寬的台板驅動可在開始步進驅動之前結束。圖8顯示在曝光量與基板W上的多個曝光區域當中的一個曝光區域之從曝光開始至曝光結束的時間之間的關係的實例。水平軸表示時間，且垂直軸表示曝光量。如圖8中所示，在從t1 至t2 的穩定曝光期間在t4 開始台板驅動，並在t5 結束台板驅動。在台板驅動方向上的驅動可為在被確定為線寬校正方向的一方向上，且台板可在一方向及與此一方向呈180度的方向上交替地驅動。台板驅動時間由線寬校正量、台板速度、加速度和曝光量來確定。
如上所述，根據本實施例的曝光方法，線寬均勻性能夠藉由用於調整台板驅動時間點的簡單方法來提高，而不需使用調整機構(例如，調整有效光源以用於調整線寬)。 [第二實施例]
在第一實施例中，當執行一個投影區的曝光時，在曝光快門已被關閉之前驅動晶圓台板140，以便調整線寬。在本實施例中，藉由在驅動晶圓台板140的處理中開始曝光來調整線寬。
圖9是顯示直到晶圓台板140被步進驅動至曝光位置並接著完全被停止之前，由雷射干涉儀144所測量的晶圓台板140在步進方向上的位置的圖。水平軸表示時間，且垂直軸表示晶圓台板在步進方向上的位置。原點為晶圓台板140在任一個投影區被曝光時的位置(目標位置)。
在將晶圓台板140移動至目標位置的過程期間，晶圓台板140圍繞目標位置振動。在晶圓台板140到達目標位置附近之後，晶圓台板140的振動的振幅逐漸減小。在傳統的曝光裝置中，例如，圖9中所顯示的完全穩定時間被設定為晶圓台板140的驅動結束且在此之後開始投影區的曝光的時間。振幅在完全穩定狀態之前變小至特定程度的時間可被設定為晶圓台板140的驅動結束的時間。在本實施例中，藉由在不等待晶圓台板140的穩定狀態的情況下開始曝光來調整線寬，亦即，在驅動期間，利用晶圓台板140的振動。
曝光的開始時間點為振動量(振幅)與用於線寬調整所需的晶圓台板140的驅動量匹配時的時間。調整量和所需的驅動量能夠以與第一實施例中相同的方式來獲得。
圖10是當在晶圓台板140的驅動期間開始曝光時的光學圖像的模擬結果。當在X驅動期間晶圓台板140開始曝光時，H圖案(與實施例中的步進方向平行)不會變化，但V圖案(與實施例中的步進方向垂直)中的光學圖像變化，且因此線寬被改變。以此方式，藉由在曝光期間的台板驅動，能夠調整與台板步進驅動方向垂直的圖案的線寬。此外，線寬在抗蝕劑的保留圖案中為細的，且在刪除圖案中為粗的。
不同於第一實施例，由於台板在+X方向和-X方向上被驅動，圖像左／右對稱地畸變，且圖像偏移的影響減小。由於在特定方向上的線寬能夠以這種方式來調整，能夠調整僅V圖案或僅H圖案的線的線寬和空間曝光佈局，或者能夠當H圖案和V圖案一起存在時校正HV差異。
圖11是顯示曝光開始時間和HV差異之間的相關性的圖。圖案是投影區中的保留圖案，在投影區中晶圓台板140進行X步進。在本實施例中，曝光開始時間被設定為T'。在本實施例中，從HV差異校正量來獲得“曝光開始時間”，但裝置從輸入的校正HV差異來確定由雷射干涉儀144所測量的晶圓台板140的驅動量，且控制器150可自動地計算“曝光開始時間”並執行曝光。如上所述，在本實施例中也能夠獲得與第一實施例中相同的效果。
應當注意的是，可執行在特定方向上的線寬校正，其中，在先前技術中使用的有效光源分佈的調整以及第一實施例或第二實施例將一起使用。此外，例如，就晶圓台板140的生產率而言，在特定方向上的線寬校正方向可能不會與理想的步進方向重合，且可能發生存在線寬校正和生產率並不相容的投影區的這種情況。藉由調整有效光源分佈，可在校正方向未與步進方向重合的投影區中執行在特定方向上的線寬校正。除了有效光源分佈的調整之外，例如，在日本專利第5312058號中所描述的縱向側向放大校正機構能夠一起被使用。 (與用於製造物品的方法相關的實例)
根據實施例之用於製造物品的方法適用於製造，例如，半導體等或者具有精細結構的元件等的物品。物品的實例包括電路元件、光學元件、微機電系統(MEMS)、記錄元件、感測器、模具等。電路元件的實例包括易失性或非易失性半導體記憶體，例如，動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、快閃記憶體、磁性隨機存取記憶體(MRAM)等；半導體元件，例如，大型積體電路(LSI)、電荷耦合裝置(CCD)、圖像感測器、現場可程式閘陣列(FPGA)等等。模具的實例包括用於壓印的模具等。在本實施例中，用於製造物品的方法包括使用曝光裝置來形成光敏劑的潛像(latent image)(曝光基板的步驟)，基板由光敏劑來塗覆；以及使潛像在這樣的處理中被形成於其上的基板顯影。另外，這種製造方法可包括其它已知的處理(氧化、沉積、蒸發、摻雜、整平、蝕刻、抗蝕劑剝離、切割、接合、封裝等)。基板可由玻璃、陶瓷、金屬、半導體、樹脂等製成，且若需要時可在基板的表面上形成由與基板的材料不同的材料所製成的構件。基板的具體實例包括矽晶圓、複合半導體晶圓、石英玻璃等。 (其它實施例)
雖然上面已說明了本發明的實施例，但本發明並不侷限於這些實施例，且在不偏離本發明的精神的情況下可能有各種修改。
雖然已參照例示性實施例描述了本發明，但應當理解的是，本發明並不侷限於所揭露的例示性實施例。以下的申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以涵蓋所有這類型的修改以及等效的結構和功能。
本申請案主張申請日為2017年6月19日之日本專利申請第2017-119613號的優先權，在此藉由引用將其全文併入。
100‧‧‧曝光裝置
110‧‧‧照明光學系統
120‧‧‧標線片台板
121‧‧‧移動反射鏡
122‧‧‧雷射干涉儀
130‧‧‧投影光學系統
140‧‧‧晶圓台板
141‧‧‧保持部
142‧‧‧支撐件
143‧‧‧移動反射鏡
144‧‧‧雷射干涉儀
145‧‧‧雷射干涉儀
150‧‧‧控制器
151‧‧‧儲存裝置
160‧‧‧控制台
IL‧‧‧曝光光
R‧‧‧標線片
W‧‧‧基板
S301‧‧‧步驟
S302‧‧‧步驟
S303‧‧‧步驟
S304‧‧‧步驟
圖1是顯示根據第一實施例的曝光裝置的配置的示意圖。
圖2是在曝光量與從曝光開始到曝光結束的時間之間的關係的實例。
圖3是用於說明線寬調整的流程圖。
圖4是根據第一實施例的光學圖像的模擬結果。
圖5是顯示在台板驅動開始時間點和HV差異之間的相關性的圖。
圖6是晶圓台板的步進驅動的實例。
圖7是晶圓台板的步進驅動的實例，其中，HV差異最小化。
圖8是曝光量和時間之間的關係。
圖9是顯示晶圓台板在步進方向上的位置的圖。
圖10是在晶圓台板的驅動期間當開始曝光時的光學圖像的模擬結果。
圖11是顯示曝光開始時間與HV差異之間的相關性的圖。

Claims (9)

  1. 一種藉由照射原件上的圖案而對基板上的曝光區域進行曝光的曝光方法，該曝光方法包括：在從該等曝光區域當中的任何區域上所執行之曝光的開始到結束的時間段期間移動該基板，其中，根據第一方向上的該基板上的該圖案的寬度與在不同於該第一方向的第二方向上的該基板上的該圖案的寬度之間的差異來確定在該時間段期間移動該基板的時間點，且該第一方向及該第二方向是與該基板的表面平行的方向。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，根據該差異來確定該基板被移動的方向。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，根據該差異來確定該基板的移動量。
  4. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，根據該差異來確定該曝光的該開始的時間點。
  5. 如申請專利範圍第4項之曝光方法，其中，根據該基板的振動量來確定該曝光的該開始的該時間點，該基板的振動在將該基板移動至執行該任何區域的該曝光的位置的處理中產生。
  6. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，還包括：根據該差異來調整配置來照射該原件的光學系統的有效光源分佈。
  7. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，計算在該等曝光區域上的每一個圖案的差異。
  8. 一種曝光裝置，該曝光裝置藉由照射原件上的圖案而對基板上的曝光區域進行曝光，該曝光裝置包括：台板，其配置來保持以及移動該基板；以及控制器，其配置來控制該台板，其中，該控制器配置來：在從該等曝光區域當中的任何區域上所執行之曝光的開始到結束的時間段期間移動該基板；以及根據在第一方向上的該基板上的該圖案的寬度與在不同於該第一方向的第二方向上的該基板上的該圖案的寬度之間的差異來確定在該時間段期間移動該基板的時間點，其中，該第一方向和該第二方向是與該基板的表面平行的方向。
  9. 一種製造物品的方法，包括：使用曝光方法來曝光基板；以及顯影在該曝光中被曝光的該基板，其中，該曝光方法藉由照射原件上的圖案而對基板上的曝光區域進行曝光，且該曝光方法包括在從該等曝光區域當中的任何區域上所執行之曝光的開始到結束的時間段期間移動該基板，根據在第一方向上的該基板上的該圖案的寬度與在不同於該第一方向的第二方向上的該基板上的該圖案的寬度之間的差異來確定在該時間段期間移動該基板的時間點，並且該第一方向及該第二方向為與該基板的表面平行的方向。
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