CN1416019A - 曝光方法和曝光装置 - Google Patents

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Abstract

在扫描曝光时，校正缝隙分量的弯曲分量，以提高成品率。本发明的曝光方法包括：测定所述曝光光不照射的计测区域中的与所述光学***的光轴方向有关的位置分布的步骤(S103)；将测定的位置分布分离成倾斜分量和2次以上的分量的步骤(S104)；在所述曝光光照射所述计测区域时，根据分离的倾斜分量，来调整被曝光区域面的与所述光学***的光轴方向有关的位置，同时根据分离的2次以上的分量，来校正所述光学***的成像特性的步骤(S107)。

Description

曝光方法和曝光装置
技术领域
本发明涉及半导体元件和液晶显示装置等制造中，特别是适宜以最适合的曝光区域内的聚焦条件进行的曝光方法、曝光装置、及半导体器件的制造方法。
背景技术
近年来，作为可进行投影透镜的直径小型化的装置，正在开发使原版和晶片在相互相反的方向上移动来进行曝光的扫描曝光式的光曝光装置(以下记为扫描式曝光方法)。
下面参照图11来说明扫描式曝光装置中的聚焦控制方法。使用预读聚焦传感器112(112a、112b、112c)对要进行曝光的晶片104的曝光区域预先监视区域内的晶片104表面的凹凸形状。运算电路机构114根据监视结果来计算对于缝隙方向及扫描方向合适的聚焦和倾斜量。聚焦和矫平控制部115通过晶片台Z轴驱动机构111使晶片台105一边倾斜一边进行扫描曝光，并对聚焦进行倾斜分量是1次的校正。其中，101是原版，102是原版台，103是投影透镜。
图12、图3表示将上述聚焦控制方法应用于晶片面的例子。图12是说明用现有的曝光方法对没有2次以上的分量的晶片进行曝光情况的图。而图3是说明用现有的曝光方法对有2次以上的分量的晶片进行曝光情况的图。
晶片面(实线)和装置的自动聚焦面(虚线)的关系在相对于扫描方向和缝隙方向只有倾斜分量的情况下(图12(a))，通过现有的倾斜校正(图12(b))可使晶片面与聚焦面一致。其结果，如图12(c)所示，可以进行曝光而没有聚焦变动。
但是，实际上，因晶片的平坦度和曝光装置包含的像差的影响，在上述倾斜分量以外还存在弯曲分量等2次以上的分量(图3(a))，所以仅用现有的倾斜校正(图3(c))不能抑制如图3(c)所示的聚焦变动。
该影响对于缝隙宽度窄的扫描方向来说，即使上述现有方法，按照晶片的表面形状，在扫描中重复进行仔细的倾斜校正，也可以校正平缓的弯曲分量。但是，对于缝隙方向的弯曲分量而言，不能进行校正，所以存在不能改善聚焦变动这样的问题，因聚焦误差而引起成品率下降。
如上所述，在用扫描曝光装置进行曝光的情况下，不能对缝隙分量的弯曲分量进行校正，所以存在不能改善聚焦变动这样的问题，还存在因聚焦误差造成成品率下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曝光方法和曝光装置，校正缝隙分量的弯曲分量，以提高成品率。
本发明为了实现上述目的而如下构成。
(1)本发明的曝光方法在通过原版(reticule)相对于曝光光移动，同步地，晶片相对于通过了光学***的曝光光移动，从而对所述晶片上的被曝光区域进行扫描曝光的曝光方法中，其特征在于包括：测定所述曝光光不照射的计测区域的与所述光学***的光轴方向有关的位置分布的步骤；将测定的位置分布分离为倾斜分量和2次以上的分量的步骤；以及在所述曝光光照射所述计测区域时，根据分离的倾斜分量，来调整与被曝光区域面的所述光学***的光轴方向有关的位置，同时根据分离的2次以上的分量，来校正所述光学***的成像特性的步骤。
(2)本发明的曝光方法在通过原版相对于曝光光移动，同步地，晶片相对于通过了光学***的曝光光移动，从而对所述晶片上的被曝光区域进行扫描曝光的曝光方法中，其特征在于包括：测定所述曝光光不照射的计测区域的与所述光学***的光轴方向的位置分布的步骤；将测定的计测区域的光轴方向的位置分布分离为倾斜分量和2次以上的分量的步骤；测定所述原版面的所述光学***的光轴方向的位置分布的步骤；将测定的原版面的光轴方向的位置分离成倾斜分量和2次以上的分量的步骤；以及在所述曝光光照射所述计测区域时，根据所述被曝光区域面及原版面的倾斜分量，来调整所述晶片的所述光学***的光轴方向位置，同时根据所述被曝光区域面及原版面的2次以上的分量，来调整所述光学***的成像特性、以及所述原版面的位置的至少其中一方的步骤。
附图说明
图1表示第1实施方案的曝光装置的示意结构的图。
图2表示说明第1实施方案的曝光方法的流程图。
图3说明用现有的曝光方法对有2次以上的弯曲分量的晶片进行曝光情况的图。
图4说明用第1实施方案的曝光方法对有2次以上的弯曲分量的晶片进行曝光情况的图。
图5表示第1实施方案的曝光方法的示意结构的图。
图6表示将第2实施方案的变形大的原版夹紧时的原版形状的图。
图7表示在第2实施方案的原版台、卡盘、以及卡盘下部配置的上下微动机构的图。
图8表示因卡盘下部的上下微动机构造成的原版的变形状态的图。
图9说明卡盘下部的上下微动机构的曝光方法的图。
图10表示说明第3实施方案的曝光方法的流程图。
图11表示现有的扫描式曝光方法的示意结构的图。
图12说明用现有的曝光方法对没有2次以上的弯曲分量的晶片进行曝光的情况的图。
具体实施方式
以下参照附图来说明本发明的实施方案。
(第1实施方案)
发明人着眼于使用投影透镜的像差校正功能，通过进行透镜控制，可以校正仅用倾斜校正不能抑制的缝隙方向的2次以上的弯曲分量。
图1是表示本发明第1实施方案的扫描曝光装置的缩小投影式曝光装置的示意结构的图。
如图1所示，通过图示省略的照明光学***以缝隙状的矩形照明区域来照明原版台102上载置的原版101上的图形，该图形的图像通过投影透镜103被投影曝光在晶片台105上的晶片104上。在该曝光时，对于缝隙状的照明区域，使原版101在扫描方向上以固定速度进行扫描，同步地，晶片104在扫描方向上被扫描。
此时，通过原版101和晶片104相互反方向地移动，原版101的投影透镜103侧的面、即图形面上形成的全图形图像由投影透镜103以规定的倍率来缩小，并投影在晶片104上的曝光面上。
在晶片104上的曝光面上涂敷光刻胶，通过投影透镜103投影的缩小图形图像来使该光刻胶曝光。
将原版101搭载在分别在垂直于光束的光轴方向(投影透镜的光轴方向)的X轴方向、Y轴方向上可移动的原版台102上。原版台102的X轴方向的移动、即向扫描方向的移动由原版X轴驱动机构106来进行，而向Y轴方向的移动由Y轴驱动机构107来进行。
晶片104被搭载在晶片台105上，该晶片台可变更对光束的光轴方向的倾斜角，并且分别在垂直于光束的光轴方向的X轴方向、Y轴方向及平行于光束的光轴方向的Z轴方向上可移动。晶片台105的X轴方向的移动、即向扫描方向的移动由晶片台X轴驱动机构109来进行。而向Y轴方向的移动由晶片台Y轴驱动机构110来进行。向Z轴方向的移动及对曝光面的光轴方向的倾斜角的变更由晶片台Z轴驱动机构111来进行。
预读聚焦传感器112(112a、112b、112c)预先监视此后要曝光的曝光区域(计测区域)内的晶片104表面的凹凸形状。预读聚焦传感器112为捕获晶片的此后要曝光的区域的形状，具有在足够数量的计测区域内的多个位置上分别照射照明光的照射器112a、以及接收各个反射光的受光器112b。预读聚焦传感器112还具备根据受光器112b接收到的各反射光的信号测定与计测区域的多个位置中的晶片的曝光面的高度位置有关的信息、即光束的光轴方向(Z轴方向)的位置的晶片形状监视机构112c。
在投影透镜103中设置用于校正像差(成像特性)的透镜控制部113。
运算电路机构114根据来自预读聚焦传感器112的数据来求1次分量的最小平方平面和对于缝隙方向的2次以上的最小平方曲面。然后，求从求出的平方曲面中扣除1次最小平方平面分量所得的2次弯曲分量和成为2次平面分量的1次倾斜分量。
运算电路机构114根据求出的倾斜分量，对缝隙方向及扫描方向运算合适的聚焦和矫平量，并将它们传送到聚焦和矫平控制部115。
此外，运算电路机构114，在消除求出的弯曲分量并实现聚焦变动最少的状态方面，求期望的投影透镜的像差调整量并将该调整量交送到透镜控制部113。
下面参照图2的流程图来说明该曝光装置的曝光控制方法。
(步骤S101)
对于原版，向缝隙状的曝光区域照射曝光光，同时移动原版101和晶片104来开始扫描曝光。
(步骤S102)
首先，使用预读聚焦传感器112，取得成为下个曝光区域的计测区域的晶片形状数据。
(步骤S103)
根据预读聚焦传感器112取得的计测区域的晶片形状数据，运算电路机构114分别求晶片形状数据对于缝隙方向及扫描方向的最小平方平面、以及对于缝隙方向的最小平方曲面，分离成1次倾斜分量和2次以上的弯曲分量。
(步骤S104)
运算电路机构114求与光学***的光轴方向垂直所需的晶片台105的矫平量，以便分离的倾斜分量垂直于Z轴。
(步骤S105)
运算电路机构求期望的投影透镜103的像差调整量，以便消除分离的弯曲分量并实现聚焦变动最少的状态。这里，调整投影透镜103的像面弯曲特性，在消除方向上校正晶片104的弯曲分量的值。
(步骤S106)
如果计测区域到达曝光区域，则聚焦和矫平控制部115根据运算的倾斜调整量来控制晶片Z轴驱动机构111，同时根据运算的像差校正参数，由透镜控制部113进行投影透镜103的像面弯曲特性的校正。此时，按照需要，在到达曝光区域时，聚焦传感器112也取得该场所的晶片形状数据，还对实时曝光前获得的校正数据进一步实施微调整。
在现有的校正方法中，在对具有图3(a)那样的弯曲分量的部分进行曝光的情况下，仅实施如图3(b)所示的倾斜校正。因此，对于图3(c)所示的占有聚焦变动的主要部分的弯曲分量不能进行校正，所以最终残留大的聚焦变动残差。
相反，在本发明中，通过运算电路机构114，不仅进行现有的倾斜校正(图4(a))，而且如图4(b)所示，形成2次以上的弯曲分量数据，对于缝隙方向，确定用于消除上述弯曲分量的合适的像差校正量。然后，根据该求出的像差校正量，在透镜控制部113中使投影透镜的像差校正有效，如图4(c)所示，对于弯曲分量也进行适当的校正。其结果，可以极大地降低晶片面上的有效的聚焦变动。
而且，如果不仅考虑晶片的形状，而且还考虑曝光装置的残存的像面弯曲量，求要校正的弯曲分量量和与其相当的像差校正量并进行校正，则可进行高精度的校正。
通过使用上述方法，如图4所示，可以进行以往不能进行的2次以上的弯曲分量的校正，可以大幅度地减轻曝光区域内的聚焦偏差Δf。由此，即使对于以往聚焦偏差大而不能使用的晶片周边部的晶片平坦度差的区域，也可以高精度地调整聚焦，所以可以提高成品率，降低生产成本。
再有，这里所示的实施方案假设为扫描式曝光方法，进行缝隙方向的倾斜分量及弯曲分量的校正，但即使对于扫描方向，也可以按照需要来进行同样的校正。此外，如果是成批曝光式的曝光装置，如果对于X方向及Y方向双方进行像差校正，则可获得同样的效果。
而且，对于扫描曝光时的原版形状的位移来说，也被取入运算电路机构114，可以确定最终的透镜像差的校正量。图5表示可测定扫描曝光时的原版形状的位移的曝光装置的示意结构。如图5所示，由原版平坦度监视器120(120a、120b、120c)测定扫描时的原版形状的位移。然后，将测定结果取入运算电路机构114，确定最终的投影透镜103的像差校正量。此外，也可以通过原版台Z轴驱动机构108，使原版台102倾斜来进行校正。而且，可以是包含原版状态的校正，所以与图1所示的装置相比，可进行更高精度的校正。
原版平坦度监视器120包括：照射器120a，将照明光分别照射到足够数量的计测区域内的多个位置，以便捕获原版101的曝光区域内的原版形状；以及接受各个反射光的受光器120b。此时，最好监视原版上和晶片上分别对应曝光区域内的传感位置的位置。原版平坦度监视器120还包括原版形状监视机构120c，根据受光器120b受光的各反射光的信号，来测定计测区域的多个位置上的与原版的高度位置有关的信息、即光束的光轴方向(Z轴方向)的位置。
(第2实施方案)
本发明人提出以下方法：对于第1实施方案中说明的装置，特别是在因原版的形状变形造成聚焦变动大的情况下，作为有效的方法，通过在原版的检验板上附加上下微动机构，可改善晶片面上的有效的聚焦变动。
(结构)
装置结构使用图5所示的装置。与第1实施方案不同，在原版形状极大变形的情况下，在上述像差校正中存在不能校正的部分。图6表示将上述变形大的原版夹紧时的原版形状。如图6(a)所示，夹紧后的形状在原版的端部极大地变形，超过了像差校正的容许范围。图6(b)表示对原版形状的变形采用第1实施方案的方法，使用倾斜校正及像差校正情况下的聚焦变动残差。实线表示作为晶片的倾斜校正实施后获得的原版形状的变形造成的聚焦变动残差，虚线表示对于倾斜校正以尽量减少像差校正中的残差来调整的边界的校正量。在图6(c)中，作为实线和虚线的总体，表示对原版的变形进行倾斜校正和像差校正后的聚焦变动残差。根据以上的结果，在原版形状差的情况下，特别是在原版的端部部分形状恶化大的情况下，无论怎样只进行像差校正，作为不能校正的弯曲分量，都会残留Δf的聚焦变动。
因此，在保持原版的检验板中设置在PZT等上下方向上可微动的变动机构。通过上下微动机构，来校正仅靠像差校正不能校正的聚焦变动的弯曲分量。
图7表示原版台和卡盘、以及在卡盘下部设置的上下微动机构。图7(a)是表示原版和卡盘的结构的平面图，图7(b)是表示从图7(a)的箭头方向观察的侧面图，图7(c)是表示卡盘及上下微动机构的结构的平面图。
如图7(a)、(b)所示，在原版台102上通过上下微动机构131搭载卡盘132。如图7(b)、(c)所示，在各个卡盘132下部设置6个上下微动机构131a～131f。
以下，根据图8、图9来记述图7的卡盘下部的上下微动机构的聚焦控制方法。
首先，通过图5所示的原版平坦度监视器120来观察原版形状，同时起动上述共计18个上下微动机构131，进行可用像差调整来校正原版101的变形的区域的调整。调整的结果，原版夹紧后的原版101的表面形状如图8(a)至图8(b)所示，变成用像差校正可以充分校正聚焦变动的状态。
接着，根据上述第1实施方案的步骤来进行控制。通过预读聚焦传感器112来计测此后要曝光的区域的晶片形状(台阶差信息)。计测的数据由运算电路机构114分离成1次倾斜校正分量和2次以上的弯曲分量。然后，按照倾斜校正分量进行倾斜校正(图9(a))，接着根据获得的2次以上的弯曲分量数据，该运算电路机构114确定缝隙方向上合适的像差校正量(图9(b))。根据该求出的像差校正量，透镜控制部113进行投影透镜的像差校正(图9(c))，实施曝光。
再有，对于倾斜量的校正，根据现有的方法，聚焦和矫平控制部115通过晶片台Z轴驱动机构111在曝光中控制晶片台105的倾斜来进行校正。
这里在每一处的卡盘上设置的上下微动机构的数为6个，但并不限定于6个。此外，即使在原版卡盘部以外的场所，只要设置在可以改变原版表面形状的变形特性的地方就可以。
通过使用上述方法，如图8、图9所示，可以校正以往不能校正的2次以上的弯曲分量，可以大幅度地减小曝光区域内的聚焦偏差Δf。由此，即使对于在以往聚焦偏差大而不能使用的晶片周边部的晶片平坦度差的区域，也可以使聚焦高精度地一致，所以可以提高成品率，降低生产成本。
(第3实施方案)
在第3实施方案中，将高效率地执行第1及第2实施方案的方法，提高生产量的控制方法记述如下。在第1及第2实施方案中，运算电路机构114的负担大，成为使生产量恶化的主要原因。
因此，发明人提出对于晶片的平坦度数据预存及使用预先计测的数据。以下详细地记述。
下面根据图10来说明聚焦控制步骤。
(步骤S201)
首先，预先取得要曝光的晶片的形状数据。在本实施方案中，使用在与曝光装置相同的夹紧状态下可进行平坦度测定的尼康公司(ニコン)制造的晶片平坦度测定装置(NIWF-300)，预先求晶片平坦度数据。再有，在充分确认了上述晶片平坦度测定装置和曝光装置计测的晶片平坦度数据的相关被充分得到再进行实施。
这里特别要注意的方面是，预先获得的晶片形状数据要按与使用的曝光装置相同构造的卡盘、以及夹紧条件来进行测定。如果使用以不同构造的卡盘和夹紧状态测定的数据，则有与实际的曝光中的晶片平坦度完全不相关的情况，反而成为引起聚焦变动的主要原因。即使在不能一致于同一条件的情况下，也必须充分确认两者的相关，考虑该相关，并在对计测数据校正增加上进行实施。
(步骤S202)
读入曝光映射图，开始扫描曝光。
(步骤S203)
与步骤S202同时，取得预先测定的晶片平坦度数据，运算各位置的形状数据。
(步骤S204)
将运算的形状数据分离成缝隙方向和扫描方向的倾斜分量、以及弯曲分量。
(步骤S205、S206)
依次对于各曝光位置，根据倾斜分量来确定矫平量，同时根据弯曲数据来确定像差校正参数。
(步骤S207)
根据各曝光位置的矫平量及像差矫正参数的数据进行校正。
这里，为了实现处理的高效率化，也可以在第1片的晶片的曝光中准备下次一个晶片的曝光，将步骤S203～S205、S206在预曝光中并行进行，并进行计算处理。这样，可提高生产量。
通过使用上述方法，如图10所示，与现有的曝光处理相比，可以在曝光中处理使处理增加的部分，所以可以不降低生产量，可以进行以往不能校正的2次以上的弯曲分量的校正，可以大幅度她减小曝光区域内的聚焦偏差Δf。由此，即使在以往聚焦偏差大而不能使用的晶片周边部的晶片平坦度差的区域，也可以使聚焦高精度地一致，所以可以提高成品率，降低生产成本。
此外，步骤S203～S205、S206也可以利用与曝光处理不同的独立的运算装置，而将其运算结果预先保存在数据库上，在曝光装置曝光时调出这些运算结果来执行，可以缩短运算处理时间，能够进一步提高生产量。
此外，作为用于预先测定晶片面的形状数据的装置，只要是能以与曝光装置检测的晶片面形状相关而充分检测的计测装置就可以，也可以直接使用普通的平坦度计测装置和曝光装置的自动聚焦功能。
而且，可预先取得关于原版的平坦度的数据，与上述晶片平坦度信息一致相同地进行的处理，这里，当然可以不进行详细地记述。
再有，这里所示的实施方案假设为扫描式曝光装置，为缝隙方向，但对于扫描方向，根据需要也可以进行同样的校正。此外，如果是成批曝光式的曝光装置，则对X、Y双方进行像差校正是有效的，可获得同样的效果。
再有，本发明不限于上述各实施方案，在实施阶段中，在不脱离其主要精神的范围内可以进行各种变形。而且，在上述实施方案中包含各个阶段的发明，可通过公开的多个主要结构部件的适当组合来提取各个发明。例如，即使从实施方案中所示的所有主要构成要件中除去几个主要构成要件，也可以解决在发明要解决的问题中所述的问题，在可获得发明效果中叙述的效果的情况下，除去该主要构成要件的结构可作为发明来提取。
如以上说明，根据本发明，可进行缝隙方向的2次以上的弯曲分量的校正，可以大幅度地减轻曝光区域内的聚焦偏差Δf，所以可以使聚焦高精度地一致，可以提高成品率。

Claims (10)

1.一种曝光方法，在通过原版相对于曝光光移动，同步地，晶片相对于通过了光学***的曝光光移动，从而对所述晶片上的被曝光区域进行扫描曝光的曝光方法中，其特征在于，包括：
测定所述曝光光不照射的计测区域的与所述光学***的光轴方向有关的位置分布的步骤；
将测定的位置分布分离为倾斜分量和2次以上的分量的步骤；以及
在所述曝光光照射所述计测区域时，根据分离的倾斜分量，来调整与被曝光区域面的所述光学***的光轴方向有关的位置，同时根据分离的2次以上的分量，来校正所述光学***的成像特性的步骤。
2.一种曝光方法，在通过原版相对于曝光光移动，同步地，晶片相对于通过了光学***的曝光光移动，从而对所述晶片上的被曝光区域进行扫描曝光的曝光方法中，其特征在于，包括：
测定所述曝光光不照射的计测区域的所述光学***的光轴方向的位置分布的步骤；
将测定的计测区域的光轴方向的位置分布分离为倾斜分量和2次以上的分量的步骤；
测定所述原版面的所述光学***的光轴方向的位置分布的测定步骤；
将测定的原版面的光轴方向的位置分离成倾斜分量和2次以上的分量的步骤；以及
在所述曝光光照射所述计测区域时，根据所述被曝光区域面及原版面的倾斜分量，来调整所述晶片的所述光学***的光轴方向位置，同时根据所述被曝光区域面及原版面的2次以上的分量，来调整所述光学***的成像特性以及所述原版面的位置中的至少一方的步骤。
3.如权利要求1或2所述的曝光方法，其特征在于，调整作为成像特性的像面弯曲特性。
4.如权利要求1或2所述的曝光方法，其特征在于，在投影到所述晶片上时，在消除所述被曝光区域面的位置的2次以上的分量的方向上调整所述成像特性。
5.如权利要求1或2所述的曝光方法，其特征在于，所述计测区域的位置分布的测定在对所述晶片进行扫描曝光之前预先进行。
6.一种半导体器件的制造方法，该方法基于权利要求1或2所述的曝光方法。
7.一种曝光装置，其特征在于包括：
光学***，将形成于原版上的图形投影到晶片上；
原版台，搭载所述原版，在垂直于所述光学***的光轴方向的方向上可移动；
晶片台，搭载所述晶片，在所述光学***的光轴方向和垂直于所述光学***的光轴方向的方向上可移动；
晶片面位置测定部件，测定所述晶片面的所述光学***的光轴方向的位置；
运算机构，将通过该晶片面位置测定部件获得的测定值分离成倾斜分量和2次以上的分量；
调整部件，根据由该运算机构分离的倾斜分量，来调整所述晶片的所述光学***的光轴方向位置；以及
校正部件，根据由所述运算机构分离的2次以上的分量，来校正所述光学***的成像特性。
8.一种曝光装置，其特征在于包括：
光学***，将形成于原版上的图形投影到晶片上；
原版台，搭载所述原版，在所述光学***的光轴方向及垂直于所述光学***的光轴方向的方向上可移动；
晶片台，搭载所述晶片，在所述光学***的光轴方向和垂直于所述光学***的光轴方向的方向上可移动；
晶片面位置测定部件，测定所述晶片面的所述光学***的光轴方向的位置；
原版面位置测定部件，测定所述原版面的所述光学***的光轴方向的位置；
运算机构，将从该晶片面位置测定部件及原版面位置测定部件双方获得的测定值分离成倾斜分量和2次以上的分量；
调整部件，根据所述倾斜分量，来调整所述晶片的所述光学***的光轴方向位置；以及
校正部件，根据所述2次以上的分量，来对所述光学***的成像特性、以及所述原版台上配置的上下微动机构的至少其中之一进行校正。
9.如权利要求7或8所述的曝光装置，其特征在于，所述校正部件校正像面弯曲特性。
10.如权利要求7或8所述的曝光装置，其特征在于，所述校正部件在所述晶片上进行投影时，在消除所述2次以上的分量的值的方向上校正所述晶片的所述光学***的光轴方向位置。
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