曝光装置、用于控制曝光装置的方法、以及物品制造方法
技术领域
本发明涉及曝光装置、用于控制曝光装置的方法、以及物品制造方法。
背景技术
在用于将原始版(掩模或标线)的图案转印到基板上的曝光装置中，对基板的击射(shot)区域的变形、畸变等执行各种校正。这些校正通常独立于聚焦位置的控制(校正)而执行。这是因为曝光装置的投影光学系统是远心的，并且即使聚焦位置改变，击射区域的倍率因子偏离、旋转偏离以及畸变也不改变。然而，曝光装置的投影光学系统不是严格远心的，并且由于投影光学系统中的像差的影响而存在远心度(telecentricity)。
日本专利特开No.2017-90778公开了用于通过校正由远心度产生的散焦量来提高重叠精确度的技术。
随着近年的图案的微型化和对厚膜光刻胶执行的处理数量的增加，已变得不可能忽略由远心度不为零的事实造成的根据散焦量的畸变、投影倍率因子的变化或图像偏移的影响。因此，存在对以较高的精确度校正图像偏离的需要。
发明内容
本发明提供例如有利于提高图像偏离校正的精确度的技术。
本发明在其一个方面中提供了一种曝光装置，所述曝光装置可操作以使基板曝光，所述装置包括：投影光学系统，所述投影光学系统被配置为将掩模的图案投影到所述基板上；基板台架，所述基板台架被配置为保持和移动所述基板；以及控制器，所述控制器被配置为控制由所述基板台架保持的基板的曝光，其中所述控制器基于远心度信息和高度信息来获得投影到所述基板上的图案的图像相对于所述掩模的图案的偏离量，并且基于获得的偏离量来校正所述图像的偏离以使所述基板曝光，所述远心度信息是关于所述投影光学系统的各个图像高度的远心度的信息，所述高度信息是关于所述基板的表面的高度的信息。
本发明在其第二方面中提供了一种用于控制曝光装置的方法，所述曝光装置通过投影光学系统将掩模的图案投影到基板上并且使所述基板曝光，所述方法包括：获得远心度信息，所述远心度信息是关于所述投影光学系统的各个图像高度的远心度的信息；获得高度信息，所述高度信息是关于所述基板的表面的高度的信息；基于所述远心度信息和高度信息来获得投影到所述基板上的图案的图像相对于所述掩模的图案的偏离量；以及基于获得的偏离量来校正所述图像的偏离以使所述基板曝光。
本发明在其第三方面中提供了一种制造物品的方法，包括：使用在第一方面中定义的曝光装置使基板曝光；使经曝光的基板显影；以及从经显影的基板制造物品。
从以下示例性实施例的描述(参考附图)，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据实施例的曝光装置的配置图。
图2是图示由于由厚膜光刻胶造成的散焦而引起的位置偏离的示例的图。
图3是图示由于由厚膜光刻胶和阶梯(step)式底层造成的散焦而引起的位置偏离的示例的图。
图4是图示根据实施例的用于控制曝光装置的方法的流程图。
图5是图示击射区域中的底层的层级差的示意图。
图6是图示由于远心度而引起的底层中的阶梯造成的包括高阶成分的图像偏离的图。
图7是图示用于校正击射区域中的高阶成分的图案的示例的图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的示例性实施例。这里描述的实施例将仅当作示例，并不旨在限制专利权利要求的范围。尽管在实施例中描述了多个特征，但是并非所有的多个特征对于本发明都是必不可少的，并且可以自由地组合多个特征。此外，在附图中，相同的附图标记被分配给相同或类似的组件，并且省略其重复描述。
图1是图示根据实施例的曝光装置100的配置示例的图。在本说明书中，在XYZ坐标系中图示了方向，在该XYZ坐标系中水平面是XY平面。基板5被放置在基板台架6上，使得其表面平行于水平面(XY平面)，并且投影光学系统4的光轴平行于与XY平面正交的Z轴。
曝光装置100包括照明光学系统1、用于保持和移动作为原版的掩模2的掩模台架3、投影光学系统4、用于保持和移动基板5的基板台架6、以及控制器7。来自照明光学系统1的光束通过由掩模台架3保持的掩模2，并且进入投影光学系统4。要被转印到基板5的图案形成在掩模2上。由于掩模2和基板5处于光学共轭的位置关系，因此掩模2的图案经由投影光学系统4被投影到由基板台架6保持的基板5上，由此图案被转印到基板5上。控制器7包括CPU 7a、存储器7b等，并且控制整个曝光装置100。控制器7通过全面地控制曝光装置100的每个单元来控制曝光装置100的操作，即，用于使基板5曝光的曝光处理(诸如例如实现本实施例中的曝光方法所需的计算)。
曝光装置100可以包括用于测量基板的表面的高度的高度测量设备8(聚焦检测系统)。在高度测量设备8中，从光投影器81发出的光被反射镜82反射并且从斜方向投影到基板5上。投影到基板5上的光被基板表面反射，并且经由在相对侧形成的反射镜83到达光接收器84。光接收器84包括诸如CCD的光电转换器，并且控制器7处理由光电转换器获得的信号以检测基板5的表面的高度方向(Z方向)上的位置。
通过曝光获得最优CD(或图像质量)的投影光学系统4的光轴方向上的位置被定义为最佳聚焦位置。最佳聚焦位置预先调整为聚焦检测系统的原点，并且是对每个设备保持的信息。在实施例中，最佳聚焦位置的信息存储在控制器7的存储器7b中。在曝光装置100中，由于曝光光的热生成，大气压力、环境温度等的变化，投影光学系统4的焦点位置可能变化。因此，有必要在使基板曝光之前定期地校准最佳聚焦位置。通常，预先预测以上提到的变化因素的影响，并且相应地校准最佳聚焦位置，但是为了更精确的校准，有必要实际测量投影光学系统的最佳聚焦位置，然后执行校准。最佳聚焦位置可以例如被定义在基板台架6在Z方向上被顺次地驱动以使由高度测量设备8获得的信号电平最大化的位置。
高度测量设备8还可以用于获得基板5的表面的高度分布。高度测量设备8将测量光照射到基板5上，并且由光接收器84接收由基板5反射的测量光。由光接收器84接收的测量光被光电转换并且发送到控制器7。控制器7对此执行信号处理，并且测量基板5的聚焦位置(Z方向位置)。通过在X和Y方向上重复地移动基板5，获得关于基板5的表面的高度的信息(高度信息)。如参考图3所解释的，在实施例中，高度信息中包括的基板的表面的高度的分辨率高于基板台架6的聚焦驱动的分辨率。如果在基板上涂覆光刻胶，那么可能有必要考虑由于光刻胶的厚度而引起的测量传感器的误差。
曝光装置100可以包括远心度测量设备15，该远心度测量设备15测量投影光学系统4的每个图像高度的远心度。通过光瞳中心的主光线平行于光学系统的光轴被称为“光学系统是远心的”。光学系统是远心的确保即使物体散焦，图像也仅模糊而不变得横向偏离。尽管曝光装置中的光学系统被设计为尽可能远心，但是由于制造误差等，防止在各个图像高度处主光线中的倾斜的发生是极其困难的。在下文中，照明光学系统1和投影光学系统4的主光线中的倾斜将称为“远心度”。
在实践中，使远心度精确地变零是困难的，但是可以保持远心度小。此外，远心度在整个图像高度上不是一样的，而是对于每个图像高度存在不同的误差。因此，当基板从投影光学系统的最佳聚焦位置散焦时，图像根据散焦量在与投影光学系统的光轴正交的方向上位移(偏移)。作为结果，投影光学系统对图像的投影倍率改变，或者作为光学像差的畸变(畸变像差)改变。这里，偏移量和投影倍率相对于基板相对于最佳聚焦位置的散焦量线性地改变，并且畸变非线性地改变。
传统上，由于散焦量落在投影光学系统的焦点的深度内，因此由于剩余的远心度而对成像特性的不利影响没有那么大的问题。然而，随着近年的图案的微型化和对厚膜光刻胶执行的处理数量的增加，已变得不可能忽略由远心度不为零的事实造成的根据散焦量的畸变、投影倍率因子的变化或图像偏移的影响。特别地，由于厚膜光刻胶而对远心度的影响大。在曝光装置中，可以认为远心度在数值上为大约数毫弧度至数十毫弧度。例如，如果散焦量为100纳米并且远心度为10毫弧度，那么图像偏离量为1纳米。由于当前半导体设备的微型化，相对于高精确度重叠的要求，1纳米的偏离量会是问题。
图2是图示由于由厚膜光刻胶造成的散焦而引起的位置偏离的示例的图。当厚膜光刻胶被曝光时，由于光刻胶厚度和远心度而发生图像偏离(位置偏离)。在通常的光刻胶厚度的情况下，图像偏离非常小，这不是问题。然而，厚膜光刻胶被期望为10微米那么厚，在这种情况下，平均可能发生±5微米的散焦。因此，根据这个散焦量，可能发生不可忽略的图像偏离。因此，在使用厚膜光刻胶的情况下，需要针对与散焦量对应的图像偏离的对策。
另外，在使用厚膜光刻胶的处理中，假设多层结构，并且如图3所示，还设想底层具有阶梯式形状的情况。当前，由于聚焦驱动的分辨率的不足，难以使最佳聚焦位置跟随底层的这样的层级差。因此，散焦量也根据底层的形状而改变，并且远心度的影响改变。
在实施例中，控制器7基于与投影光学系统的每个图像高度的远心度相关的信息(在下文中称为“远心度信息”)和与基板的表面的高度相关的信息(在下文中称为“高度信息”)来获得相对于掩模的图案的、投影到基板上的图案的图像的偏离量(图像偏离量)。如上所述，可以从使用高度测量设备8进行测量的结果来获得高度信息。替代地，可以通过输入外部数据来获得高度信息。替代地，可以预先在存储器7b中存储高度信息，并且控制器7可以通过从存储器7b读取高度信息来获得高度信息。替代地，可以预先在存储器7b中存储板设计信息(处理设计信息)，并且控制器7可以基于设计信息来获得高度信息。可以从使用远心度测量设备15进行远心度测量的结果来获得远心度信息。对于远心度的测量，例如，存在测量最佳聚焦位置和散焦位置中的每一个处的每个图像高度处的偏离量、并且从散焦量和偏离量之间的关系来获得远心度的方法。远心度可以使用传感器进行测量，并且没有必要事先在基板上形成标记。替代地，代替执行测量，可以通过用户输入远心度信息等来获得远心度信息。替代地，可以预先在存储器7b中存储远心度信息，并且控制器7可以通过从存储器7b读取它来获得远心度信息。替代地，可以预先在存储器7b中存储投影光学系统4的设计信息，并且控制器7可以基于设计信息来获得远心度信息。
在实施例中，控制器7在用于使基板5的击射区域(在下文中，也简称为“击射”)曝光的处理期间，校正根据底层的形状的远心度的影响。在曝光处理中，还校正由投影光学系统4的热变形和光学特性生成的像差。可以通过驱动投影光学系统4的光学元件、驱动照明光学系统1的光学元件、调整激光频率(光源)、驱动掩模台架3、驱动基板台架6等来实现像差校正。即使对于高阶成分，也可以在击射区域内实时地执行像差校正。由远心度造成的图像偏离也可以被视为像差。因此，控制器7执行例如以下中的至少一个以便减小获得的图像偏离量。
(a)驱动基板台架6。
(b)驱动掩模台架3。
(c)驱动投影光学系统4的光学元件。
(d)驱动照明光学系统1的光学元件。
(e)调整照明光学系统1的光源的脉冲振荡频率。
在图4中图示了根据本实施例的曝光装置100的控制方法的流程图。在步骤S401中，控制器7以上述方式获得远心度信息。在步骤S402中，控制器7获得高度信息。可以以上述方式获得高度信息。注意，这里，可以使用处理设计信息从关于基板的设计的阶梯信息估计散焦量。根据上述的根据斜光入射对位置偏离的检测来组合基板平面的起伏信息是更有效的。在本实施例中，基板表面的高度是指由底层的形状生成的每个图像高度的散焦量。替代地，基板表面的高度可以是由底层的形状生成的与最佳聚焦平面的高度差。
另外，例如，如图5所示，当一个击射内底层中存在阶梯时，图像偏离显现为包括横向梯形形状、纵向梯形形状以及纵向桶形形状的高阶成分，如图6所示。在实施例中，由于一个击射内底层中的阶梯而引起的图像偏离可以被理解为像差的高阶成分，并且可以通过在曝光处理期间实时地执行击射中高阶校正来校正击射内的图像偏离。作为用于校正击射中的高阶成分的基本校正图案，例如，如图7所示，存在0阶偏移、倍率因子、以及一阶、二阶、三阶或四阶偏斜的校正图案。通过适当地组合这些校正图案来执行校正。可以通过驱动基板台架和/或掩模台架来校正偏移。可以通过驱动光学系统的光学元件来校正倍率因子、偏斜以及高阶成分。然而，这些仅仅是示例。例如，可以使用二阶或以上的成分、三阶或以上的成分等作为高阶成分。
在步骤S403中，控制器7计算由远心度生成的图像偏离量。在曝光处理时，通过聚焦检测系统检测基板表面上的标记，使得实时地执行校正，并且台架被驱动到成像性能在允许范围内的焦点位置，由此维持最佳聚焦位置。在步骤S403中，控制器7通过使用以下信息来计算由每个图像高度的远心度造成的图像偏离量。
(1)在步骤S401中获得的远心度信息(每个图像高度的远心度)，
(2)在步骤S402中获得的高度信息(基板表面的高度分布(散焦量))，以及
(3)保持在存储器7b中的最佳聚焦位置。
如果基板的表面的高度为H、最佳聚焦位置为BF、并且散焦量为DF，那么散焦量DF由以下表示：
DF＝BF-H
当远心度[rad]为θ并且图像偏离量为S时，图像偏离量S由以下等式表示：
S＝DF·cosθ
这里定义的远心度是表示1[um]散焦时的远心度的变化量[nm]的单位[nm/um]。
在步骤S404中，控制器7在曝光处理期间的逐击射处理中将在步骤S403中获得的图像偏离量作为高阶成分校正。具体地，控制器7执行以下中的至少一个：驱动基板台架6、驱动掩模台架3、驱动投影光学系统4、驱动照明光学系统1以及调整照明光学系统1的光源的脉冲振荡频率，以便减小获得的图像偏离量。
通过以上处理，能够基于每个击射的底层的高度分布和远心度来在曝光时校正由远心度造成的图像偏离。
<物品制造方法的实施例>
根据本发明的实施例的物品制造方法适合于例如制造诸如微器件(诸如半导体器件)或具有微结构的元件的物品。本实施例的物品制造方法包括通过使用以上提到的曝光装置在施加到基板的感光剂上形成潜像图案的步骤(使基板曝光的步骤)、以及使通过这样的步骤在其上形成潜像图案的基板显影的步骤。此外，这样的制造方法包括其它众所周知的处理(诸如氧化、沉积、蒸发、掺杂、平坦化、蚀刻、光刻胶剥离、切割、接合和封装)。与传统方法相比，本实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率以及生产成本中的至少一个上是有利的。
其它实施例
本发明的实施例也可以通过读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为‘非暂时性计算机可读存储介质’)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机、以及通过由系统或装置的计算机通过例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个的功能和/或控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个的功能而执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储设备、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪速存储器设备、存储卡等中的一个或多个。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是要理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有这样的修改及等同的结构和功能。
