曝光装置、曝光方法,以及使用该曝光装置和方法的器件制造方法

专利名称：曝光装置、曝光方法,以及使用该曝光装置和方法的器件制造方法
技术领域：
本发明涉及曝光装置、曝光方法，以及使用该曝光装置和方法的器 件制造方法。特别是适用于在半导体元件和液晶元件、磁性材料等的微 细图案制造中的微蚀刻用曝光装置。
背景技术：
在使用光刻技术制造器件时，以往一直使用把描在掩模或者标线片 (在本申请中可以交换使用这两个用语)上的图案用投影光学系统投影 在晶片上转印图案的投影曝光装置。投影爆光装置一般具有利用从光源射出的光束照射掩模的照射光学 系统和被配置在掩模和被处理体之间的投影光学系统。在照射光学系统 中，典型的是，为了得到均匀的照射区域把来自光源的光束导入蝇眼透 镜等的光学积分仪，把光学积分仪射出面作为2次光源面用聚光镜对掩 模面进行科勒照射。为了进行高品质的曝光，需要根据标线片图案形成最适宜的有效光 源。所谓有效光源，意味着入射到晶片面上的曝光光束的角度分布。例 如，该有效光源分布，通过把蝇眼透镜的射出面(即，二次光波阵面) 附近的强度分布调整为所希望的形状(通常照射条件，环形照射条件， 四重极照射条件)来实现。图9展示以往的曝光装置中的2次光源分布和孔透过率分布以及有效光源分布的关系。2次光源分布可以才艮据标线片图案形成和圆形和环 形等各种形状，在此展示的是相干因子o是0.8的照射条件。如图9的2 次光源分布所示，以往的强度分布大致被调整成均匀(即，平坦)的状 态。另外，因为孔透过率分布也大致均匀，所以在晶片面上得到的有效 光源分布也是均匀的，也没有在轴上和轴外的有效光源分布的差， 一律 都是<y=0.8。而投影曝光装置的分辨率R,使用以光源的波长k、投影光学系统的 数值孔径(NA)、显影处理等确定的常数l^用下式给出。[式l11=1^ (X/NA)与近年的器件的高集成化相对应，不断要求被转印图案的微细化， 即，高分辨率化。为了得到高分辨率，从上式可知有效的方法是减小波 长以及增大数值孔径。因此，在曝光装置中使用的膝光光的波长从i线(365nm )转向KrF 受激准分子激光(248mn)、 ArF受激准分子激光(193nm )，今后有向 F2激光(157nm)和更短波长区域发展的趋势。另一方面，NA将步入从 0.7向0.75方向扩大这一途径。但是，如果波长进入200nm以下的短波长、NA高到在0.70以上(即， 如果进入高NA化)，则2次光源分布和有效光源分布不一致，即使使2 次光源分布均匀，有效光源分布也不均匀，从而产生了曝光性能下降的 问题。即，如果进入高NA化，则至各光学部件的光入射角度比以前增大， 在所要求的入射角度区域中很难使透过率(以及反射率)的角度特性一 定。更具体地说，从玻璃材料透过率的观点看，因为透镜等的光透过部 件中央部分厚、周边部分薄，所以光轴附近的透过率低，但实际上涂层 (反射防止膜)对透过率影响更大，越是周边透过率越低。这是因为涂 层引起的透过率低下，在入射到光透过部件前后的光线成的角度越大， 越显著的缘故，是由于透过光透过部件的周边部的光线比透过中央部的 光线折射角度还大的缘故。以往，虽然通过设计技术把由周边的折射角度引起的透过率下降抑制在容许范围内，但随着高NA化的ii^，不能 抑制在容许范围中的折射角度增大。另外，如果向短波长化进展，则可 以使用在被施加于透过部件上的反射防止膜上的材料受到限制，设计的 自由度也受到限制。图10展示在进入高NA化的曝光装置中的2次光源分布与孔透过率 分布和有效光源分布的关系。和图9 一样，2次光源分布把相干因子<r 均匀地设定在0.8的照射条件下，而如图10的中段所示，因为孔透过率 分布在周边下降，所以有效光源分布变得不均匀，(r值实际上也比0.8还 小并且不均匀。图11展示在具有反射折射型的投影光学系统的曝光装置中的2次光 源分布与孔透过率分布和有效光源分布的关系。和图9一样，2次光源分 布把相干因子o均匀地设定在0.8的照射条件下，如图ll的中段所示， 因为孔透过率分布在周边不均匀，所以有效光源分布变得不均匀，cy值 实际上也比0.8还小并且不均匀。特别是在反射镜中，因为根据偏向角反 射率不同，所以孔透过率分布的倾斜成分显著。(在本发明中把所谓孔透 过率设定为表现还包含了反射率的光学系统的光利用效率。)这样，构成曝光装置的光学系统的透过率在光轴附近和离开光轴的 部分不同，入射到晶片上的曝光光束的角度分布(即，有效光源分布) 偏离。其结果，即使把2次光源分布调整为所希望的分布，因为后段的 光学系统的透过率分布(即，孔透过率分布)不一样，所以产生了入射 到晶片面上的膝光光的角度分布(即，有效光源分布)不是所希望的分 布的现象。因为在某一图案上(用于转印某一图案的最小线宽)用和被 设定为最佳的相干因子不同的相千因子曝光，所以会产生得不到预定的 分辨线宽(特别是最小线宽)的问题。这种问题虽然发生在晶片中心位置(轴上)和晶片周边(轴外)上， 但在轴外还会进一步产生重心偏移等其他的问题。即，还会引起入射到象。其结果，在轴外，除了上述问题外，被转印到晶片上的线宽也因位 置不同而不同。发明内容因而，本发明的目的在于提供一种曝光装置、曝光方法以及器件制造方法，即使光学系统的透过率分布(即，孑L (pupil)透过率分布)不 均匀也可以得到经改善的啄光光的角度分布(即，有效光源分布)，降低 在基板中心和基板周边上的有效光源分布的差(即，有效光源的轴上、 轴外差)。作为本发明的一个方面的曝光装置，其特征在于包含在被曝光体 上曝光转印掩模上的图案的投影光学系统；在和上述投影光学系统的孔 共轭的位置附近形成2次光源面，照射上述掩^t的照射光学系统；以及 至少使从上述2次光源到上述被啄光体的透过率分布以及上述2次光源 面的光强度分布中的一方不均匀的装置。上述透过率分布和上述2次光源面的光强度分布也可以存在相辅的 关系。上述2次光源面的上述光强度分布可以从轴上向轴外的方向增大。 上述照射光学系统，具有对上述掩模图案进行照射的第1蝇眼透镜，和 照射该第1蝇眼透镜的第2蝇眼透镜。上述装置可以包含在该第2蝇眼 透镜射出端附近根据曝光光束的角度分布控制透过率的控制部分。上述 控制部分可以随着上述曝光光束的斜入射角度增大提高透过率。上述控 制部分由形成有控制透过率的膜的玻璃板构成，可以对光轴倾斜。上述 控制部分由透过率的控制量不同的多个部件组成，可以根据照射条件的 转换更换。作为本发明的另一个方面的曝光装置，其特征在于包含在被曝光 体上曝光转印掩模上的图案的投影光学系统；在和上述投影光学系统的 孔共轭的位置附近形成2次光源面，对上述掩模进行照射的照射光学系 统；以及根据从上述2次光源面至上述被膝光体的透过率分布，调整在 上述2次光源面上的光强度分布的2次光源调整装置。上述2次光源调整装置，可以根据照射条件的转换和从上述2次光 源面至上述被曝光体上的透过率分布，调整在上述2次光源面上的光强 度分布。上述2次光源调整装置，可以调整入射到上述被曝光体上的曝光光的角度分布。上述2次光源调整装置，可以才艮据上述透过率分布用 旋转对称成分和旋转非对称成分分别调整上述2次光源面的光强度分 布。上述2次光源调整装置包含聚光光学系统；使从上述聚光光学系 统射出的光束反射并混合的光束混合装置；以及把在上述光束混合装置 的射出面上形成的光强度分布在上述2次光源面上以大致共轭地成# 的 成像变焦透镜，通过调整来自上述聚光光学系统的发散角度，也可以调 整在上述2次光源面上的光强度分布。可以具有4艮据从上述2次光源面 至上述被啄光体上的透过率分布，调整上述聚光光学系统的焦点距离的 功能。上述聚光光学系统的焦点距离，可以根据照射条件的变换调整。 上述2次光源调整装置进一步具有相对上述光束混合装置偏心驱动从上 述聚光光学系统发散的光束的驱动装置。上述偏心驱动装置的偏心量可 以根据照射条件的变换调整。上述2次光源调整装置也可以包含聚光光学系统；使从上述聚光 光学系统射出的光束反射并混合的光束混合装置；把在上述光束混合装 置的射出面上形成的光强度分布在上述2次光源面上以大致共轭地成像 的成像变焦透镜；以及校正上述光束混合装置的射出面附近的透过率的 透过率校正过滤器。上述透过率校正过滤器设置为按旋转对称的分布， 准备校正量不同的多个过滤器，可以根据照射条件的变换而更换。还可 以具有使上述透过率校正过滤器平行移动的驱动装置，可以根据照射条 件的转换调整移动量。上述2次光源调整装置包含聚光光学系统；使从上述聚光光学系 统射出的光束反射并混合的光束混合装置；以及把在上述光束混合装置 的射出面上形成的光强度分布在上述2次光源面上以大致共轭地成#>的 成像变焦透镜。上述成像变焦透镜具有可以根据从上述2次光源面至上 述被啄光体上的透过率分布调节失真的功能。该装置进一步具有检测入 射到上述被膝光体上的瀑光光的角度分布的检测装置，可以根据上述检 测装置的输出结果驱动上述2次光源调整装置。作为本发明的另一个方面的曝光装置是包含在被曝光体上曝光转印掩模上的像的投影光学系统、在和上述投影光学系统的孔共轭的位置附近形成2次光源面以对上述掩模进行照射的照射光学系统的膝光装置， 其特征在于根据从上述第2光源面到上述^f皮曝光体上的透过率分布， 在上述被曝光体或者和上述被曝光体共轭的位置附近提供具有新月形的 凸透镜。上述爆光装置，可以使上述掩模和上述被膝光体的双方在和上述投影光学系统的光轴垂直的方向上，逐渐移动到与上述投影光学系统的投 影倍率对应的位置上，把设置在上述标线片面上的图案面用上述投影光学系统膝光在被啄光体上；也可以使上述掩模和上述被膝光体的双方在 和上述投影光学系统的光轴垂直的方向，以与上述投影光学系统的投影 倍率对应的速度比同步扫描，把设置在上述标线片面上的图案面用上述 投影光学系统曝光在被曝光体上。作为本发明的另一个方面的曝光方法是使用上述曝光装置、在被曝 光体上投影曝光掩模上的图案的曝光方法，其特征在于包含检测由于 改变对上述掩模的照射条件产生的、入射到被曝光体上的曝光光的角度 分布变化的步骤；根据上述检测结果，校正角度分布的步骤。作为本发明的另一个方面的器件制造方法，其特征在于使用的曝 光装置具有在被曝光体上曝光转印掩模上的图案的投影光学系统；在和 上述投影光学系统的孔共轭的位置附近形成2次光源面，对上述掩^=莫照 射的照射光学系统；以及至少使从上述2次光源至上述被膝光体的透过 率分布以及上述2次光源面的光强度分布中的一方不均匀的装置，在由 投影光学系统把物体面上的图案投影曝光在被曝光体上后，显影处理上 述被曝光体以制造器件。起到和上述膝光装置的作用相同的作用的器件 制造方法的权利要求，对作为中间以及最终结果物的器件自身也有效果。 另外，这种器件，包含LSI和VLSI等的半导体芯片、CCD、 LCD、磁 性传感器、薄膜磁头等。


图1 M示本发明的实施例1中的咏光装置^^简化后的光路图的概略图。图2 ;Ij艮示在光学管路或者2次光源面上的照射分布的曲线图。图3 M示本发明的实施例2中的曝光装置^:简化后的光路图的概 略图。图4是用于说明校正孔透过率的轴上轴外差的装置的概略断面图。 图5;lj艮示本实施例的有效光源分布的校正顺序的流程图。 图6A^示本实施例的曝光光角度分布的测定方法的断面图。 图7M示本发明的器件制造方法的流程图。 图8 M示本发明的晶片加工的流程图。图9是说明在以往的曝光装置中的2次光源分布与孔透过率分布和 有效光源分布的关系的图。图IO是说明在短波长光和高NA的情况下，在以往的曝光装置中的 2次光源分布与孔透过率分布和有效光源分布的关系的图。图11是说明使用反射折射系统投影光学系统的以往的曝光装置中的 2次光源分布与孔透过率分布和有效光源分布的关系的图。具体实施例以下，参照

本发明的实施例1的曝光装置100。在此，图l 是展示膝光装置100被简化后的光路的概略图。曝光装置100具有照射 装置、标线片13、投影光学系统14、板15。曝光装置100是用步进和连 续方式或者步进和扫描方式把形成在标线片13上的电路图案曝光在板 15上的投影爆光装置。照射装置具有对形成有转印用的电路图案的标线片13进行照射的光 源部件和照射光学系统。光源部件具有光源l和光束整形光学系统2。在光源1中，例如，可以使用波长约193nm的ArF受激准分子激光、 波长约157nm的F2激光等。光束整形光学系统2，例如可以使用具备多 个柱面透镜的光束扩展器等，通过把来自激光光源1的纵横比不同的平 行光束变换为所希望的形状(例如，把断面形状从长方形变换为正方形 等)形成光束形状。光束整形光学系统2，形成具有在照射后述的蝇眼透镜6时所需要的大小和发散角的光束。照射光学系统照射掩模13，具有聚光光学系统3、作为光束混合装 置的光学管路4、成像变焦透镜5、蝇眼透镜6、光圈部件7、照射透镜8、 视场光阑9、成像透镜IO、 11以及偏转反射镜12。聚光光学系统3，把 经过光束整形光学系统2的光束聚光在光学管路4的入射面4a附近，在 入射到光学管路4的光束中形成具有规定的发散角的光束。聚光光学系 统3至少由1个透镜元件构成，也可以根据情况具有用于使光路折弯的 反射镜。此外，在光学管路4用玻璃棒构成的情况下，为了提高玻璃棒 入射面的涂层(反射防止膜)和玻璃材料自身的耐久性，由聚光光学系 统3形成的聚光点P由光学管路4的入射面4a在光源一侧散焦。由于从聚光点P以规定的发散角入射的光束在光学管路4的侧面重 复反射，因而使在入射面上不均匀的光强度分布在射出面上变为均匀。在本实施例中，光学管路4由6角形的断面形状形成反射面，例如， 是由玻璃形成的6角柱棒。但是，这种构造是示例用的，断面也可以是 m角形(m:偶数)或者圆形，也可以是中空的棒。成像变焦透镜5以规定的倍率把光学管路4的射出面4b成像在蝇眼 透镜6 (多光束发生装置)的入射面6a上，双方相互为大致共轭关系。 另外，通过把透镜5设置成倍率可变的可变焦透镜，可以调整向蝇眼透 镜6入射的光束区域，可以形成多个照射条件(即，相干因子cy值照 射光学系统的NA/投影光学系统NA )。蝇眼透镜6具有均勻地照射被照射面的功能。蝇眼透镜6是分割入 射光的波阵面在光射出面或者其附近形成多个光源的波阵面分割型光学 积分仪。蝇眼透镜6把入射光的角度分布变换为位置分布射出，蝇眼透 镜6的入射面和射出面成傅立叶变换的关系(在本说明书中，所谓傅立 叶变换的关系，在光学上表示孔面和物体面(或者映像面)、物体面(或 者映像面)和孔面的关系)。由此，蝇眼透镜6的射出面6b附近为2次 光源。在本实施例中，蝇眼透镜6通过组合多个柱形透镜(即，微小透 镜元件)构成。但是，本发明可以使用的波阵面分割型光学积分仪并不 限于蝇眼透镜，例如，也可以是各组正交配置的多组圆柱透镜阵列板等。光圏部件7是遮挡不需要的光、形成所希望的2次光源的可变开口 光圏，由通常的圆形开口以及轮带照射等的各种光圏构成。为了改变可 变光圏，例如，可以使用形成有这些光圏7的圆盘形镜头盘，使未图示 的控制部分以及驱动机构用于切换开口的镜头盘转动。照射透镜8，例如，是聚光透镜，尽可能多地聚集在蝇眼透镜6的射 出面6b附近形成的2次光源，在视场光阑9上重叠地对视场光阑9进行 科勒照射。视场光阑9由多个可动的遮光板构成，可以形成任意的开口形状， 限制作为被照射面的标线片13 (进而在晶片15上)面上的曝光范围。10、 ll是成像透镜，视场光阑9的开口形状转印在作为被照射面的 标线片13上。12是偏转反射镜。偏转反射镜12使从成像透镜10射出的 光束偏转入射到成像透镜11 (进而是掩模13 )上。成像透镜10如果预 先被配置成与成像透镜11平行，则偏转反射镜12可以省略。但是，在 这种构成中，偏转反射镜12对装置的小型化有作用。掩模13，例如，用石英制造，在其上形成要转印的电路图案(或者 象)，被掩模台支撑及驱动。从掩模13发出的衍射光通过投影光学系统 14被投影在板15上。板15是被处理体，涂布有抗蚀剂。掩模13和板 15被配置成光学性共轭的关系。曝光装置100如果是步进和扫描方式的 啄光装置(即，扫描器)，则通过扫描掩模13和板15把掩模13的图案 转印到板15上。另外，如果曝光装置100是步进和重复方式的曝光装置 (即，分节器(stepper)),则在使掩模l3和板l5静止的状态下进行曝 光。掩模13由未图示的掩模台支撑，与未图示的移动机构连接。掩模台 以及投影光学系统14，例如，在安装在基座等上的基础框架上被设置在 由减振器等支撑的台镜筒固定盘上。掩模台还可以采用专业人员^>知的 任何构造。未图示的移动机构用线性电机等构成，通过在和光轴正交的 方向上驱动掩才莫台，可以使掩才莫13移动。曝光装置100靠未图示的控制 装置以同步的状态扫描掩模13和板15。投影光学系统14把经由被形成在掩模13上的图案的光束成像在板15上。投影光学系统14可以使用只由多个透镜元件组成的光学系统、具 有多个透镜元件和至少1个凹面镜的反射折射光学系统、具有多个透镜 元件和至少1片开诺全息照片(kinoform)等的衍射光学元件的光学系 统、全反射型的光学系统等。当需要颜色象差校正的情况下，使用由相 互分散值(阿贝值)不同的玻璃材料组成的多个透镜元件，或者构成衍 射光学元件使得产生和透镜元件在反方向上的分散。虽然在本实施例中板15是晶片，但广泛地包含液晶a以及其他的 被处理体。在板15上涂覆光刻胶。光刻胶涂覆工序包含前处理、粘附性 提高剂涂覆处理、光刻胶涂覆处理、预烘干处理。前处理包含洗净处理、 干燥处理等。粘附性提高剂涂覆处理是用于提高光刻胶和基底的粘附性 的表面改质(即，采用表面活性剂涂覆的疏水性化)处理，对HMDS (Hexamethyl-disilazane)等的有机膜进行涂层或者蒸汽处理。预烘干虽 然是烘干(烧制)工序，但与显影后的自身相比是软的，除去溶剂。板15被未图示的晶片台支撑。因为还可以适用专业人员公知的任何 构成，所以在此省略详细说明晶片台以及动作。例如，晶片台利用线性 电机在和光轴正交的方向上使板15移动。掩模13和板15，例如，被同 步扫描。掩模台和晶片台的位置，例如，被激光干涉计等监视，两者用 一定的速度比率驱动。晶片台，例如，被设置在通过减振器被支撑在基 座等上的台固定盘上。在本实施例中，随着曝光光的短波长化和高NA化，假定从后述的2 次光源面至板15的光学系统的孔透过率分布是图IO的中段所示的状态。 这种情况下，因为孔透过率分布有在周边下降的倾向，所以要得到所希 望的有效光源分布，需要调整2次光源分布，把它设置成周边上升。以 下，详细叙述该2次光源调整装置。 (第1调整装置)根据在光学管路4内传播的光的反射次数，通过光学模拟可以知道 光学管路射出段4b中的照度分布如图2那样变化。因而，通过把聚光光 学系统3设置成焦点距离可变的可变焦光学系统，可以调整入射到光学 管路中的光的NA，使在光学管路内传播的光反射次数可变。而后，通过调整条件使得光学管路射出端4b的照度分布为周边上升，可以把2次光 源面6b的光强度分布设定为周边上升。进而，如果根据照射条件调整聚光光学系统3的焦点距离，则可以 得到最适宜每种照射条件的有效光源分布。此外，也可以不把聚光光学 系统3设置为可变焦光学系统，而是准备焦点距离不同的光学系统(3，)， 根据照射条件的转换而更换。 (第2调整装置)在光学管路射出端4b中的照度分布，在成为某一定状态的条件下， 把聚光光学系统3的焦点距离设置成固定。在该状态下，在光学管路射 出端4b附近配置ND过滤器，调整2次光源面的光强度分布。ND过滤 器的透过率分布是周边透过率比中心透过率要高的分布，准备多个 (20a d )透过率差不同的ND过滤器，并设置成对每种照射条件可以选 择(镜头盘20)。(第3调整装置)在光学管路射出端4b上的照度分布，在成为某一特定状态的条件 下，把聚光光学系统3的焦点距离设置成固定。而后，通过把成像变焦 透镜5设置成可变失真的可变焦透镜，可以把2次光源面6b的光强度分 布调整为如图2所示。由于至少具有i个以上的第1~第3调整装置，因而可以根据2次光源面以后的孔透过率分布调整2次光源分布，可以得到所希望的有效光 源分布。特别按旋转对称对周边下降的孔透过率分布有效。图3是本发明的实施例2的曝光装置100a被简化后的光路的概略图。和曝光装置100不同之处在于投影光学系统是反射折射系统。其中和图1相同的部分标注相同的符号。在本实施例中，在从2次光源面6b至晶片15的光学系统中，设孔透过率分布具有在图11的中段所示的倾斜。以下详细叙述用于得到对于该孔透过率分布所希望的有效光源分布的2次光源调整装置。 (第4调整装置)在第1调整装置中已叙述了使聚光光学系统3的焦点距离变化的效 果。在本调整装置中，进一步具有以下特征通过使入射到光学管路4 的光束分布偏移，把射出端4b的分布设置成在和孔透过率相抵的方向上 倾斜的分布。为此，例如只要使聚光光学系统3倾斜偏心、平行偏心即可。进而， 理想的是设置才艮据照射条件的改变可以调整偏心量的功能。如上所述，通过在把聚光光学系统3设置成焦点距离可变的可变光 学系统的状态下，使在光学管路4前端上的光学部件偏心，可以适当地 调整2次光源面的强度分布。另外，也可以准备焦点距离不同的多种聚 光光学系统3，构成可以根据照射条件的变换更换的构造。 (第5调整装置)在光学管路射出端4b上的照度分布，在某一定状态的条件下，把聚 光光学系统3的焦点距离设置为固定。在该状态下，在光学管路4的射 出端4b附近上配置ND过滤器20。其效果，前面已经(第2调整方法) 叙述过了 。在本调整装置中进一步设置成使ND过滤器20平行偏移的配 置，由此使2次光源面的光强度分布在和孔透过率相抵的方向上倾斜分 布。为此，ND过滤器被安装在偏移量可以调整的驱动机构上，可以为每 种照射条件调整为最适宜的偏移量。进而，最好准备多个(20a~d )透过 率不同的ND过滤器，可以根据照射条件的切换选择ND过滤器。由于至少具有以上第1 第5的调整装置之一，因而可以根据2次光 源面以后的孔透过率分布调整2次光源分布，可以得到所希望的有效光 源分布。特别对旋转非对称成分和旋转对称成分混合存在的孔透过率分 布有效。进而，图l所示的光学系统是示例性的，例如还可以代替光学管路4 使用第2蝇眼透镜。这种情况下，配合对后段的蝇眼透镜6具有重叠科勒照射作用的聚 光透镜(代替成像变焦透镜5)使用来自新设置的第2蝇眼透镜的光束。而后，此时的调整装置，被设置在第2蝇眼透镜的射出面附近，根据曝光光束的角度分布控制透过率。例如，设置成实施了在入射角度为0度时透过率是93%、入射角度 是5度时透过率是98%这种特性的透过控制膜的平板，设置成可以倾斜 的结构。而后，准备透过控制量不同的多种板，根据照射条件的切换可 以更换板，倾斜量也可以改变。以下，说明取得在基板中心和基板周边上的有效光源分布平衡的调 整装置。 一般，透过了多个光学部件的光线，在距离光轴越远的部分透 过损失越大。因而，达到基板周边(或轴外)的光束的孔透过率分布容 易设置成比基板中心(或轴上)还倾斜(转动非对称)的分布。尽管希望用上述第1 第5调整装置把轴上和轴外的有效光源分布调 整和平衡在所希望的标准以下，但这需要一个把轴上的孔透过率分布和 轴外的孔透过率分布的差抑制在某种程度的校正装置。图4详细叙述该校正装置。把入射到板15面上的轴外光线中接近光 轴的一方设为光线30，把远离光轴的一方设为光线31。由于透过直至板 15为止的光学部件，光线31比光线30透过损失还大。因此，在轴外(基 板周边)上的有效光源为旋转非对称的分布。为了减轻在该轴外的光线30和光线31间的光量差，只要把靠近板 (或者和板共轭的标线片和视场光阑面)的透镜33设置成凸透镜形状即 可。因为入射到凸弯月形透镜33的光线30的角度大(透过损失大)，光 线31的角度小(通过损失小)，所以可以期望降低到达晶片15上的光线 30和31的光量差的效果。因而，还可以把轴外上的孔透过率分布也设置 为良好的状态。图5是说明2次光源分布的调整方法的流程图。首先，在步骤101 中，根据设计值(透镜设计值、涂层特性、玻璃材料透过率、反射镜反 射率等)计算从晶片中心到晶片周边的每种照射条件下的透过率，求出 近似的孔透过率分布。以已求得的孔透过率分布信息为基础，确定2次 光源调整装置的基本设定(缺省设定)。在步骤102中切换照射方式之后， 在步骤103中测定膝光光的角度分布(有效光源)。能想得到的测定曝光光的角度分布的方法可以有许多种，例如包括 驱动视场光阑9以设定微小开口使得与想测定的基板位置对应，与此同 时使设置在板(晶片)附近的检测器40从实际的板基准面向光轴Z方 向散焦的方法。这时，标线片13从光路上偏离。图6(a)展示这时的装 置的状态。和图1 一样的部分标注系统的符号。另外，为了简化说明， 图6 (a)中省略了偏向反光镜12。如果只有被视场光阑9限制的曝光光在板上成像，则光在反射角度 的状态下入射到检测器40。检测器40被配置在保持板的XY台41上， 在其受光面上部相对光束的扩展有直径足够小的针孔。通过使该检测器 40在XY台41上，例如在被扩大至2维矩阵状的范围中水平移动，测量 入射的光强度，判定膝光光的角度分布。此外，也可以代替检测器使用 2维CCD。通过在和视场光阑9共轭的位置上设置微小开口，可以同样地进行 测量。具体地说如图6所示，可以考虑打开^f见场光阑9，配置通过Cr图 案形成^:小开口的专用标线片等。用以上的方法，如果测量任意的点，则可以测量在各个映像点处的 角度分布。将测量、检测出的角度分布信息送到主控制装置(图中未示)，在步 骤104中判定是否是所希望的有效光源分布，当在所希望的标准外时， 应该校正其偏差，在步骤105中主控制装置计算2次光源调整装置的驱 动量、驱动方向，在步骤106中在已计算出的规定量、规定方向上驱动2 次光源调整装置。驱动后返回步骤103 ，再次进行曝光光的角度分布测定。 如果有效光源是所希望的值，则结束调整。如果不是，则在达到适宜值 之前，重复上述的操作。以下，说明图1所示的曝光装置100的曝光动作。在曝光工序中， 从光源1发出的光束在被光束整形光学系统2中将其光束形状整形为所 望的形状后，入射到聚光光学系统3。来自聚光光学系统3的激光光，如 果聚光(成像)在点P (成像)，则其后，变为具有发散角的发散光束入 射到光学光路4。光学光路4的射出面4b由变焦透镜5的作用在蝇眼透镜6的入射面 6a上以规定的倍率成像。上述的调整装置根据其后段的透过率分布调整 可以在蝇眼透镜6的射出面6b附近的2次光源分布。蝇眼透镜6透过光 圏部件7，经由照射透镜8，均匀地照射视场光阑9。通过视场光阑9的 光束在通过成像透镜10以及11后照射掩模13的照射面。通过掩模13的光束由投影光学系统14的成像作用，在板15上以规 定倍率缩小投影。通过调整装置，板15上的膝光光束的角度分布(即， 有效光源分布)大致均匀。如果曝光装置100是分节器，则光源部分和 投影光学系统14被固定，掩模13和板15同步扫描曝光所有范围(shot )。 进而，使板15的晶片台步进，移至下一范围，在板15上曝光转印多个 范围。如果爆光装置100是扫描器，则在使掩模13和板15静止的状态 下进行爆光。本发明的曝光装置100，因为通过调整装置使2次光源分布或者透过 率分布互补，使有效光源分布均匀，所以可以高精度地对抗蚀剂进行图 案转印、提供高品质的器件(半导体元件，LCD元件，摄象元件(CCD 等)，薄膜磁头等)。以下，说明利用上述的曝光装置100的器件制造方法的实施例。 图7是说明本发明的器件(IC和LSI等的半导体元件，CCD，或者 液晶元件和磁性材料等的微细图案等)的制造方法的流程图。在步骤1 (电路设计)中，进行半导体器件等的电路设计。在步骤2 (掩模制作) 中，制作形成有已设计出的电路图案的掩模。另一方面，在步骤3(基 板制造)中，用硅等材料制造晶片等的基板。步骤4 (晶片加工)被称 为前工序，用本发明的曝光装置、使用形成有上述已准备的电路图案(第 l物体)的掩模(标线片)和晶片(第2物体)、采用蚀刻技术在晶片上 形成实际的电路。步骤5(组装)被称为后工序，是对通过步骤4制作的 晶片进行半导体芯片化的工序，其中包含装配工序(切割，粘接)、包装 工序(芯片封入)等的工序。在步骤6(检查)中，对步骤5中制作的半 导体器件进行诸如有效性测试、耐久性测试等检查。经过这样的工序， 半导体器件完成，它可以出厂(步骤7)。图8是上述晶片加工的流程图。在步骤ll (氧化)中氧化晶片表面。 在步骤12 (CVD)中在晶片表面上形成绝缘膜。在步骤13 (电极形成) 中在晶片上通过蒸镀形成电极。在步骤14(离子注入)中在晶片上注入 离子。在步骤15 (抗蚀剂处理)中在晶片上涂覆感光剂。在步骤16 (膝 光)中在晶片上用本发明的曝光装置曝光印制标线片的电路图案。在步 骤17(显影)中显影曝光后的晶片。在步骤18(蚀刻)中腐蚀显影后的 抗蚀剂以外的部分。在步骤19(抗蚀剂剥离)中去除蚀刻后不需要的抗 蚀剂。通过重复进行这些步骤在晶片上多重地形成电路图案。采用本实施 例的制造方法，可以用比以往短的时间高精度地制造半导体器件。如果采用本实施例，通过根据从2次光源面至基板的透过率分布， 调整2次光源分布，可以适宜地制成所希望的有效光源分布(入射到基 板的膝光光的角度分布)。另外，通过在与基板共轭的面附近配置凸的弯 月形透镜，可以降低有效光源分布的轴上、轴外差。如上所述，即使在 短波长高NA的啄光装置中，也可以形成所希望的有效光源分布，可以 以高精度地保持曝光装置的转印性能。采用本发明的曝光装置、曝光方法以及器件制造方法，可以提供即 使光学系统的透过率分布(即，孔透过率分布)不均匀也可以被改善的 曝光光的角度分布(即，有效光源分布)，可以降低在基板中心和基板周 边上的有效光源分布的差(即，有效光源的轴上轴外差)。
权利要求
1.一种曝光装置，包括将掩模图案投影在物体上的投影光学系统；形成与所述投影光学系统的孔大致共轭的二次光源并照射所述掩模的照射光学系统；以及调整所述二次光源的光强度分布的二次光源调整机构，其中，对于从所述二次光源上的每一点射出的并入射到所述物体上的一点的光，从所述二次光源至所述物体而提供的光学系统的透过率分布是不均匀的，并且其中，所述二次光源调整机构将所述二次光源的光强度分布调整为与所述透过率分布的趋向相反的趋向。
2. —种曝光装置，包括将掩模图案投影在物体上的投影光学系统；形成与所述投影光学系统的孔大致共轭的二次光源并照射所述掩模 的照射光学系统；其中，对于从所述二次光源上的每一点射出的并入射到所述物体上 的一点的光，从所述二次光源至所述物体而提供的光学系统的透过率分 布是不均匀的，并且其中，所述曝光装置包括二次光源调整机构，所述二次光源调整机 构将所述二次光源的光强度分布设置为与所述透过率分布的趋向相反的 趋向。
3. 如权利要求2所述的曝光装置，其中所述二次光源调整机构包括 聚光光学系统；反射并混合从所述聚光光学系统射出的光的光混合机构； 将在所述光混合机构的射出面上形成的光强度分布成像在与所述二次光源大致共轭的位置处的成像变焦透镜；以及提供在所述光混合机构的射出面附近的校正透过率的透过率校正过滤器。
4. 如权利要求3所述的曝光装置，其中设置多个具有不同校正量、 以旋转对称的方式校正透过率分布的透过率校正过滤器，并且所述过滤 器中的一个是根据照射条件选择的并被插入到所述照射光学系统的光路中。
5. 如权利要求1所述的曝光装置，其中所述二次光源调整机构根 据透过率分布和切换照明条件调整所述二次光源的光强度分布。
6. 如权利要求l所述的膝光装置，其中所述二次光源调整机构调整 入射到所述物体上的曝光光束的角分布。
7. —种器件制造方法，包括下列步骤使用如权利要求2所述的曝光装置将掩才莫图案曝光在物体上；以及 显影被曝光的物体。
8. —种用咏光装置将掩模图案膝光在物体上的曝光方法，所述曝光 装置包括将所述掩模图案投影在所迷物体上的投影光学系统和形成与所 述投影光学系统的孔大致共轭的二次光源并照射所述掩模的照射光学系 统，所述膝光方法包括下列步骤对于从所迷二次光源上的每一点射出的并入射到所迷物体上的一点 的光，获得从所述二次光源至所述物体而提供的光学系统的不均匀的透 过率分布；并且将所述二次光源的光强度分布调整为与所述透过率分布的趋向相反 的趋向。
全文摘要
本发明提供一种曝光装置、曝光方法，以及使用该曝光装置和方法的器件制造方法。该曝光装置具有在被曝光体上曝光转印掩模上的图案的投影光学系统；在和上述投影光学系统的孔共轭的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光学系统；把从上述2次光源面至上述被曝光体的透过率分布以及上述2次光源面的光强度分布中的至少一方设置为不均匀的装置。
文档编号G03F7/22GK101241318SQ200810083230
公开日2008年8月13日 申请日期2003年2月13日 优先权日2002年2月13日
发明者篠田健一郎 申请人:佳能株式会社