TWI762801B - 曝光裝置以及物品之製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種可通過簡易的結構使投影光學系統的數值孔徑變化的曝光裝置以及物品之製造方法。在具有將遮罩的圖案投影於基板的投影光學系統的曝光裝置中，在投影光學系統的曲面形狀的光瞳面或者其近旁配置第一光闌和第二光闌，該第一光闌為界定第一尺寸的開口徑的固定光闌，該第二光闌界定比第一尺寸小的第二尺寸的開口徑。

Description

曝光裝置以及物品之製造方法
本發明涉及曝光裝置以及物品之製造方法。
在使用光刻技術製造半導體元件、液晶顯示元件等裝置時，使用了利用投影光學系統將遮罩的圖案投影於基板來轉印圖案的曝光裝置。
隨著圖案的細微化，需要曝光裝置的分辨率的進一步的提高，作為用於使分辨率提高的方法，已知使構成曝光裝置的投影光學系統的NA(數值孔徑)變大。半導體元件、液晶顯示元件等裝置是將形成有圖案的多個層進行層疊而製造者。在該多個層中包括圖案的線寬比較粗的粗糙層、圖案的線寬比較窄的臨界層(Critical layer)。
在形成粗糙層時所需要的曝光裝置的分辨率與在形成臨界層時所需要的曝光裝置的分辨率不同。亦即，形成粗糙層時的投影光學系統的NA與形成臨界層時的投影光學系統的NA通常不同。
為了將投影光學系統的NA予以變化，日本特開2002-372735號公報公開了一種光闌裝置，該光闌裝置使設置於將曝光光遮光的遮光板的移動件沿著在投影光 學系統的光軸方向具有曲率的軌道移動。據此，可使利用遮光板形成的開口的尺寸和在投影光學系統的光軸方向上的該開口的位置同時地變化。
在日本特開2002-372735號公報的光闌裝置中，為了使設置於遮光板的移動件沿著曲線移動，使移動件移動的驅動機構可能變得複雜。
解決上述課題的本發明的曝光裝置為具有將遮罩的圖案投影於基板的投影光學系統者，前述投影光學系統包括：第一光闌，其為界定第一尺寸的開口徑的固定光闌；以及第二光闌，其包括多個遮光板，該第二光闌界定比前述第一尺寸小的第二尺寸的開口徑；前述投影光學系統的光瞳面為曲面形狀，前述第一光闌以及前述第二光闌分別配置於前述光瞳面或者前述光瞳面的近旁。
通過以下的示例性實施例的描述(參照附圖)，本發明的其他特徵將變得更清楚。
1:光源
2:照明光學系統
3:遮罩
4:遮罩載置台
5:基板
6:基板載置台
7:投影光學系統
8:鏡
9:凹面鏡
10:凸面鏡
11:第一光闌
12:第二光闌
12A:遮光板
12A’:遮光板
12A”:遮光板
12B:固定部
12B”:遮光板
12C:固定銷
12D:驅動銷
12E:可動部
12F:凸輪溝
13:支承部件
14:鏡筒
15:光瞳面
16:凸輪機構
17:直線致動器
18:驅動機構
19:曝光光
圖1為曝光裝置的概略圖。
圖2為實施例1的NA光闌的概略圖。
圖3為示出NA光闌的驅動機構的概略圖。
圖4為示出NA光闌的驅動機制的概略圖。
圖5為示出低NA時的NA光闌的圖。
圖6為示出高NA時的NA光闌的圖。
圖7為實施例2的NA光闌的概略圖。
圖8為實施例3的NA光闌的概略圖。
以下，參照圖式，對本發明的優選的實施方式進行說明。
圖1為示出作為本發明的一個方面的曝光裝置的結構的概略圖。曝光裝置為用於光刻程序的光刻裝置，該光刻程序是半導體裝置、平板顯示器等裝置的製造程序。如圖1所示，曝光裝置包括光源1和照明光學系統2，該照明光學系統2將來自光源1的光照射於遮罩載置台4上的遮罩3。透射了遮罩3的光經由投影光學系統7被投影於基板載置台6上的基板5。在基板5上塗敷抗蝕劑膜，經由投影光學系統7投影遮罩3的圖案，從而在抗蝕劑膜形成與遮罩3的圖案對應的潛像圖案。
投影光學系統7包括被排列於光軸O方向的鏡8、凹面鏡9、凸面鏡10。鏡8包括將光路彎曲的第一反射面以及第二反射面，凹面鏡9包括反射光的第一凹面以及第二凹面。此外，也可以將凹面鏡9分割，而作為包括第一凹面的第一凹面鏡和包括第二凹面的第二凹面鏡。
沿透射了遮罩3的光的行進方向依次配置有鏡8的第一反射面、凹面鏡9的第一凹面、凸面鏡10的反射 面、凹面鏡9的第二凹面、鏡8的第二反射面。透射了遮罩3的光在被反射鏡8反射之後，按照凹面鏡9、凸面鏡10的順序被反射。之後，按照凹面鏡9、反射鏡8的順序被再次反射而被引導至基板5上。在凸面鏡10的近旁配置NA光闌。根據投影光學系統7的NA的變化而酌情確定NA光闌的開口的尺寸。
在曝光裝置中，投影光學系統的NA為與曝光裝置的分辨率CD和投影光學系統的焦點深度DOF的值直接相關的參數。曝光裝置的分辨率CD通過式1來表示。式1的λ為從光源1射出的光的波長，k1為與處理等相對應的比例常數。投影光學系統的焦點深度DOF使用波長λ、投影光學系統7的NA以及比例常數k2並通過式2來表示。此外，CD的值越小，則曝光裝置的分辨率越高，可進行更高清晰的圖案的印製。
Figure 108127316-A0305-02-0006-1
Figure 108127316-A0305-02-0006-2
根據式1以及2可知，使NA大使得曝光裝置的分辨率CD提高，焦點深度DOF變淺。另一方面，使NA 小使得曝光裝置的分辨率CD下降，但是可使焦點深度DOF深。根據圖案的印製所需要的分辨率來確定投影光學系統的NA。例如，在印製對分辨率的要求不是那麼高的圖案時，通過使投影光學系統的NA小，可以深的焦點深度DOF進行圖案的印製。在印製高清晰的圖案時，通過使投影光學系統的NA大，可提高曝光裝置的分辨率CD來進行圖案的印製。
也可以考慮根據圖案的印製所需要的分辨率，分別使用投影光學系統的NA不同的多個曝光裝置，但是從成本的觀點來看並不實際。於是，已知一種與投影光學系統的NA相匹配地使配置於投影光學系統的光路中的NA光闌的開口變化的技術。
(實施例1)
使用圖2對本發明的實施例1的曝光裝置中的NA光闌的結構進行說明。NA光闌被配置於圖1中的凸面鏡10的近旁。圖2為將在圖1中以雙點劃線圈出的部分放大後的圖。如圖2所示出般，投影光學系統7的光瞳面15為曲面形狀，配合光瞳面15的形狀而使構成NA光闌的第一光闌11以及第二光闌12並排配置於投影光學系統7的光軸O方向。
第一光闌11是在投影光學系統7的NA為第一NA時將NA光闌的開口徑界定為第一尺寸的光闌。第二光闌12是在投影光學系統7的NA為比第一NA小的第二NA時將NA光闌的開口徑界定為比第一尺寸小的第二尺寸的光 闌。第一光闌11以及第二光闌12被支承部件13支承。另外，凸面鏡10被鏡筒14保持。此外，也可以將支承部件13和鏡筒14一體地構成。
使用圖3對第二光闌12的驅動機構進行說明。第二光闌12包括遮光板12A、固定部12B、固定銷12C、驅動銷12D、可動部12E。第二光闌12由多個遮光板12A構成，但是在圖3中，對使1塊遮光板12A驅動的驅動機構進行說明。
遮光板12A由固定銷12C固定於固定部12B。固定部12B由未圖示的結構固定於曝光裝置主體。另外，遮光板12A由驅動銷12D安裝於可動部12E。具體而言，驅動銷12D被嵌入於設置於可動部12E的凸輪槽12F。
通過將直線致動器(驅動機構)17的驅動力經由凸輪機構16傳達給可動部12E，使得可動部12E被旋轉驅動。隨著可動部12E的移動，驅動銷12D沿著凸輪槽12F被驅動，遮光板12A也隨著驅動銷12D一同被驅動。亦即，驅動銷12D經由可動部12E和凸輪機構16與直線致動器17結合。如此，由於遮光板12A在與投影光學系統7的光軸垂直的平面內移動，因此可使遮光板12A的驅動機構為簡單的結構。
圖4為圖3中的B-B處剖視圖，為從光軸O方向觀察第二光闌12的圖。將直線致動器17的直線前進方向的驅動力利用凸輪機構16轉換為旋轉方向的驅動力，可動部12E被該旋轉方向的驅動力驅動。隨著可動部12E的旋 轉，驅動銷12D被沿著凸輪槽12F驅動。
此外，在本實施例中，凸輪槽12F為直線形狀，但是也可以將凸輪槽12F設為曲線形狀。通過將凸輪槽12F設為直線形狀，凸輪槽12F的加工變得容易，在成本方面具有優點。另一方面，通過將凸輪槽12F設為曲線形狀，即使可動部12E的轉速為恒定，亦可任意地設定遮光板A的驅動速度。據此，例如，在遮光板A的驅動範圍的端部附近，通過將遮光板A的驅動速度設為低速，可使遮光板A與凸輪槽12F的端部接觸的衝擊緩和。作為結果，可使遮光板A因衝擊而破損的風險下降。
另外，作為遮光板A的材質，優選使用工具鋼或者碳鋼。由於工具鋼硬度高，因此通過由工具鋼形成遮光板A，具有諸如在遮光板A彼此滑動時難以產生顆粒這樣的優點。另一方面，由於碳鋼相比較而言成本低，因此具有在成本方面的優點。
進一步地，優選對遮光板A實施DLC塗層(類金剛石碳塗層)等表面處理。通過實施DLC塗層，遮光板A的表面的硬度變高，另外摩擦係數變小。因此，通過在遮光板A的表面實施DLC塗層，具有諸如可降低由遮光板A彼此的滑動所導致的顆粒的發生風險這樣的優點。
圖5以及圖6為從光軸O方向觀察NA光闌的圖。圖5示出了由第二光闌12界定投影光學系統7的NA，並且將作為NA光闌的開口徑界定為第二尺寸的狀態。圖6示出了第二光闌12向離開光軸的方向退避，從而由第一光 闌11界定投影光學系統7的NA並且將作為NA光闌的開口徑界定為比第二尺寸大的第一尺寸的狀態。
如圖5所示出般，在本實施例中，第二光闌12由4塊遮光板12A構成。由4塊遮光板12A形成了正圓狀的開口。當使投影光學系統7的NA大時，如圖6那樣，通過各遮光板12A退避，由第一光闌11界定作為NA光闌的開口徑。如通過圖6所示出般，由第一光闌11形成的開口為正圓狀。由於通過使NA光闌的開口接近正圓，可使投影光學系統7的NA接近設計值，因此優選使NA光闌的開口盡可能地接近正圓。
如以上所說明的那樣，本發明的實施例1的曝光裝置的特徵在於，包括NA光闌，該NA光闌包括第一光闌11和第二光闌12，該第一光闌11界定第一尺寸的開口徑，該第二光闌12界定比第一尺寸小的第二尺寸的開口徑。投影光學系統7的NA由第一光闌11界定為第一NA，投影光學系統7的NA由第二光闌12界定為比第一NA小的第二NA。
通過分別設置與第一NA對應的第一光闌11和與第二NA對應的第二光闌12，可使各NA光闌的開口盡可能地接近正圓。另外，在投影光學系統的光瞳面為曲面形狀的情況下，可在各NA中將光闌開口配置於最佳的位置。
此外，在本實施例中，由4塊遮光板12A構成第二光闌12，但是遮光板12A的數量不限於4塊，可由2塊 以上的任意數量的遮光板12A構成第二光闌12。通過減少遮光板的數量，可將作為NA光闌的結構簡單化，另一方面，為了遮光板12A退避而需要確保大的空間。通過增多遮光板的數量，可使用於遮光板12A退避的空間變小，另一方面，作為NA光闌的結構變複雜。考慮這些優點和缺點，優選由4塊至8塊遮光板構成第二光闌12。
(實施例2)
接下來，使用圖7，對本發明的實施例2的曝光裝置中的NA光闌的結構進行說明。圖7為從投影光學系統7的光軸方向觀察實施例2的NA光闌的圖，為圖1中的A-A處剖視圖。與實施例1的差異為第二光闌12的結構。在實施例2中，由2塊遮光板12A'形成第二光闌12。
圖7的(A)示出了NA光闌的開口已由第二光闌12界定了的狀態，圖7的(B)示出了2塊遮光板12A'在左右方向上移動而NA光闌的開口已由第一光闌11界定了的狀態。遮光板12A'被驅動機構18驅動。作為驅動機構18，可使用氣缸等致動器、滾珠螺桿。
在圖7中，描繪了被投影光學系統7所包含的鏡8反射並向著凹面鏡9的圓弧狀的曝光光19和被凹面鏡9反射並向著鏡8的圓弧狀的曝光光19。如圖7所示出般，由於即使使遮光板12A'在左右方向上移動，曝光光19被碰到的風險也小，因此在本實施例中使遮光板12A'不是在上下方向上而是在左右方向上移動。
在本實施例的NA光闌中，可通過比實施例1簡易的結構，使遮光板12A'從投影光學系統7的光路退避。
(實施例3)
接下來，使用圖8對本發明的實施例3的曝光裝置中的NA光闌的結構進行說明。圖8為從投影光學系統7的光軸方向觀察實施例3的NA光闌的圖，為圖1中的A-A處剖視圖。與實施例2的差異為第二光闌12的結構。在實施例3中，設為將遮光板12A"以及12B"在開口的徑向上並排的結構。其他的結構與實施例2相同。
圖8的(A)示出了NA光闌的開口已由第二光闌12界定了的狀態，圖8的(B)示出了遮光板12A"以及12B"在左右方向上正在移動的狀態。圖8的(C)示出了遮光板12A"以及12B"在左右方向上退避而NA光闌的開口已由第一光闌11界定了的狀態。
在使遮光板12A"以及12B"從投影光學系統7的光路退避時，通過使遮光板12A"和遮光板12B"重合，可使用於使這些遮光板退避的空間變小。據此，可實現NA光闌的小型化。
(變形例)
在實施例1中，設為了沿著凸輪槽12F使驅動銷12D驅動的結構，但是也可以代替驅動銷12D來使用滾動軸承。 通過滾動軸承一邊旋轉一邊沿著凸輪槽12F移動，可使滑動阻力下降。作為結果，可使可動部12E的轉矩變小，另外可使遮光板12A的驅動所伴隨的顆粒的發生風險下降。
(物品之製造方法)
接下來，說明使用了本發明的曝光裝置的物品(半導體積體電路元件、液晶顯示元件等)的製造方法。作為物品之製造方法，包括對基板照射曝光光而形成圖案的程序和加工(顯影、蝕刻等)形成有圖案的基板的程序。通過使用本發明的曝光裝置，可通過簡易的結構使投影光學系統的數值孔徑變化，可根據進行印製的圖案恰當地設定投影光學系統的數值孔徑。
本物品之製造方法與以往相比，在物品的性能、品質、生產率以及生產成本中的至少一方面有利。此外，上述的曝光裝置可提供高品質的裝置(半導體積體電路元件、液晶顯示元件等)等物品。
以上，對本發明的優選實施方式進行了說明，但是毋庸贅言，本發明不限於這些實施方式，在其主旨的範圍內可進行各種的變形以及變更。
11:第一光闌
12A:遮光板
12C:固定銷
12D:驅動銷
12E:可動部

Claims (14)

  1. 一種曝光裝置，其為具有將遮罩的圖案投影於基板的投影光學系統者，前述投影光學系統包括：第一光闌，其為界定第一尺寸的開口徑的固定光闌；以及第二光闌，其包括多個遮光板，該第二光闌界定比前述第一尺寸小的第二尺寸的開口徑；前述投影光學系統的光瞳面為曲面形狀，前述第一光闌以及前述第二光闌分別配置於前述光瞳面或者前述光瞳面的近旁。
  2. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，前述第一光闌以及前述第二光闌並排配置於前述投影光學系統的光軸方向上。
  3. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，構成前述第二光闌的多個遮光板在與前述投影光學系統的光軸垂直的平面內移動。
  4. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其還具有支承部件，前述支承部件支承前述第一光闌以及前述第二光闌。
  5. 根據申請專利範圍第4項的曝光裝置，其中，構成前述第二光闌的多個遮光板固定於前述支承部件。
  6. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，在將前述投影光學系統的數值孔徑設為第一數值孔徑來將前述圖案投影於前述基板時，在前述投影光學系統的光路中配置前述第一光闌，在將前述投影光學系統的數值孔徑設為比前述第一數值孔徑小的第二數值孔徑而將前述圖案投影於前述基板時，在前述投影光學系統的光路中配置前述第二光闌。
  7. 根據申請專利範圍第6項的曝光裝置，其還具有驅動機構，在使前述投影光學系統的數值孔徑在前述第一數值孔徑與前述第二數值孔徑之間變化時，前述驅動機構使構成前述第二光闌的多個遮光板在離開或者接近前述投影光學系統的光軸的方向上移動。
  8. 根據申請專利範圍第7項的曝光裝置，其中，通過前述驅動機構，構成前述第二光闌的多個遮光板在相互不同的方向上移動。
  9. 根據申請專利範圍第7項的曝光裝置，其中，前述第二光闌包括並排配置於由前述第二光闌界定的開口徑的徑 向上的多個遮光板。
  10. 根據申請專利範圍第7項的曝光裝置，其中，構成前述第二光闌的多個遮光板包括驅動銷，前述驅動銷分別與固定銷和前述驅動機構結合，利用前述驅動機構相對於前述固定銷旋轉驅動前述驅動銷，使得構成前述第二光闌的多個遮光板移動。
  11. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，前述投影光學系統包括具有將光路彎曲的第一反射面以及第二反射面的鏡、凹面鏡以及凸面鏡。
  12. 根據申請專利範圍第11項的曝光裝置，其中，前述凹面鏡包括第一凹面和第二凹面，沿透射了前述遮罩的光的行進方向依次配置有前述第一反射面、前述第一凹面、前述凸面鏡、前述第二凹面、前述第二反射面。
  13. 根據申請專利範圍第1項的曝光裝置，其中，由前述第一光闌界定的開口以及由前述第二光闌界定的開口為正圓。
  14. 一種物品之製造方法，包括以下程序：使用根據申請專利範圍第1至13項中任一項的曝光裝 置將基板曝光；以及將通過前述程序曝光的前述基板顯影。
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