專利名稱：曝光裝置、曝光方法，以及使用該曝光裝置和方法的器件制造方法
技術領域：
本發明涉及曝光裝置、曝光方法，以及使用該曝光裝置和方法的器件制造方法。特別是適用于在半導體元件和液晶元件、磁性材料等的微細圖案制造中的微蝕刻用曝光裝置。
背景技術：
在使用光刻技術制造器件時，以往一直使用把描在掩模或者標線片(在本申請中可以交換使用這兩個用語)上的圖案用投影光學系統投影在晶片上轉印圖案的投影曝光裝置。
投影曝光裝置一般具有利用從光源射出的光束照射掩模的照射光學系統和被配置在掩模和被處理體之間的投影光學系統。在照射光學系統中，典型的是，為了得到均勻的照射區域把來自光源的光束導入蠅眼透鏡等的光學積分儀，把光學積分儀射出面作為2次光源面用聚光鏡對掩模面進行科勒照射。
為了進行高品質的曝光，需要根據標線片圖案形成最適宜的有效光源。所謂有效光源，意味著入射到晶片面上的曝光光束的角度分布。例如，該有效光源分布，通過把蠅眼透鏡的射出面(即，二次光波陣面)附近的強度分布調整為所希望的形狀(通常照射條件，環形照射條件，四重極照射條件)來實現。
圖9展示以往的曝光裝置中的2次光源分布和孔透過率分布以及有效光源分布的關系。2次光源分布可以根據標線片圖案形成和圓形和環形等各種形狀，在此展示的是相干因子σ是0.8的照射條件。如圖9的2次光源分布所示，以往的強度分布大致被調整成均勻(即，平坦)的狀態。另外，因為孔透過率分布也大致均勻，所以在晶片面上得到的有效光源分布也是均勻的，也沒有在軸上和軸外的有效光源分布的差，一律都是σ＝0.8。
而投影曝光裝置的分辨率R，使用以光源的波長λ、投影光學系統的數值孔徑(NA)、顯影處理等確定的常數k1用下式給出。
R＝k1(λ/NA)與近年的器件的高集成化相對應，不斷要求被轉印圖案的微細化，即，高分辨率化。為了得到高分辨率，從上式可知有效的方法是減小波長以及增大數值孔徑。
因此，在曝光裝置中使用的曝光光的波長從i線(365nm)轉向KrF受激準分子激光(248nm)、ArF受激準分子激光(193nm)，今后有向F2激光(157nm)和更短波長區域發展的趨勢。另一方面，NA將步入從0.7向0.75方向擴大這一途徑。
但是，如果波長進入200nm以下的短波長、NA高到在0.70以上(即，如果進入高NA化)，則2次光源分布和有效光源分布不一致，即使使2次光源分布均勻，有效光源分布也不均勻，從而產生了曝光性能下降的問題。
即，如果進入高NA化，則至各光學部件的光入射角度比以前增大，在所要求的入射角度區域中很難使透過率(以及反射率)的角度特性一定。更具體地說，從玻璃材料透過率的觀點看，因為透鏡等的光透過部件中央部分厚、周邊部分薄，所以光軸附近的透過率低，但實際上涂層(反射防止膜)對透過率影響更大，越是周邊透過率越低。這是因為涂層引起的透過率低下，在入射到光透過部件前后的光線成的角度越大，越顯著的緣故，是由于透過光透過部件的周邊部的光線比透過中央部的光線折射角度還大的緣故。以往，雖然通過設計技術把由周邊的折射角度引起的透過率下降抑制在容許范圍內，但隨著高NA化的進展，不能抑制在容許范圍中的折射角度增大。另外，如果向短波長化進展，則可以使用在被施加于透過部件上的反射防止膜上的材料受到限制，設計的自由度也受到限制。
圖10展示在進入高NA化的曝光裝置中的2次光源分布與孔透過率分布和有效光源分布的關系。和圖9一樣，2次光源分布把相干因子σ均勻地設定在0.8的照射條件下，而如圖10的中段所示，因為孔透過率分布在周邊下降，所以有效光源分布變得不均勻，σ值實際上也比0.8還小并且不均勻。
圖11展示在具有反射折射型的投影光學系統的曝光裝置中的2次光源分布與孔透過率分布和有效光源分布的關系。和圖9一樣，2次光源分布把相干因子σ均勻地設定在0.8的照射條件下，如圖11的中段所示，因為孔透過率分布在周邊不均勻，所以有效光源分布變得不均勻，σ值實際上也比0.8還小并且不均勻。特別是在反射鏡中，因為根據偏向角反射率不同，所以孔透過率分布的傾斜成分顯著。(在本發明中把所謂孔透過率設定為表現還包含了反射率的光學系統的光利用效率。)這樣，構成曝光裝置的光學系統的透過率在光軸附近和離開光軸的部分不同，入射到晶片上的曝光光束的角度分布(即，有效光源分布)偏離。其結果，即使把2次光源分布調整為所希望的分布，因為后段的光學系統的透過率分布(即，孔透過率分布)不一樣，所以產生了入射到晶片面上的曝光光的角度分布(即，有效光源分布)不是所希望的分布的現象。因為在某一圖案上(用于轉印某一圖案的最小線寬)用和被設定為最佳的相干因子不同的相干因子曝光，所以會產生得不到預定的分辨線寬(特別是最小線寬)的問題。
這種問題雖然發生在晶片中心位置(軸上)和晶片周邊(軸外)上，但在軸外還會進一步產生重心偏移等其他的問題。即，還會引起入射到軸上的有效光源分布的偏移和入射到軸外的有效光源的偏移不同的現象。其結果，在軸外，除了上述問題外，被轉印到晶片上的線寬也因位置不同而不同。
發明內容
因而，本發明的目的在于提供一種曝光裝置、曝光方法以及器件制造方法，即使光學系統的透過率分布(即，孔透過率分布)不均勻也可以得到經改善的曝光光的角度分布(即，有效光源分布)，降低在基板中心和基板周邊上的有效光源分布的差(即，有效光源的軸上、軸外差)。
作為本發明的一個方面的曝光裝置，其特征在于包含在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面，照射上述掩模的照射光學系統；以及至少使從上述2次光源到上述被曝光體的透過率分布以及上述2次光源面的光強度分布中的一方不均勻的裝置。
上述透過率分布和上述2次光源面的光強度分布也可以存在相輔的關系。上述2次光源面的上述光強度分布可以從軸上向軸外的方向增大。上述照射光學系統，具有對上述掩模圖案進行照射的第1蠅眼透鏡，和照射該第1蠅眼透鏡的第2蠅眼透鏡。上述裝置可以包含在該第2蠅眼透鏡射出端附近根據曝光光束的角度分布控制透過率的控制部分。上述控制部分可以隨著上述曝光光束的斜入射角度增大提高透過率。上述控制部分由形成有控制透過率的膜的玻璃板構成，可以對光軸傾斜。上述控制部分由透過率的控制量不同的多個部件組成，可以根據照射條件的轉換更換。
作為本發明的另一個方面的曝光裝置，其特征在于包含在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面，對上述掩模進行照射的照射光學系統；以及根據從上述2次光源面至上述被曝光體的透過率分布，調整在上述2次光源面上的光強度分布的2次光源調整裝置。
上述2次光源調整裝置，可以根據照射條件的轉換和從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布，調整在上述2次光源面上的光強度分布。上述2次光源調整裝置，可以調整入射到上述被曝光體上的曝光光的角度分布。上述2次光源調整裝置，可以根據上述透過率分布用旋轉對稱成分和旋轉非對稱成分分別調整上述2次光源面的光強度分布。
上述2次光源調整裝置包含聚光光學系統；使從上述聚光光學系統射出的光束反射并混合的光束混合裝置；以及把在上述光束混合裝置的射出面上形成的光強度分布在上述2次光源面上以大致共軛地成像的成像變焦透鏡，通過調整來自上述聚光光學系統的發散角度，也可以調整在上述2次光源面上的光強度分布。可以具有根據從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布，調整上述聚光光學系統的焦點距離的功能。上述聚光光學系統的焦點距離，可以根據照射條件的變換調整。上述2次光源調整裝置進一步具有相對上述光束混合裝置偏心驅動從上述聚光光學系統發散的光束的驅動裝置。上述偏心驅動裝置的偏心量可以根據照射條件的變換調整。
上述2次光源調整裝置也可以包含聚光光學系統；使從上述聚光光學系統射出的光束反射并混合的光束混合裝置；把在上述光束混合裝置的射出面上形成的光強度分布在上述2次光源面上以大致共軛地成像的成像變焦透鏡；以及校正上述光束混合裝置的射出面附近的透過率的透過率校正過濾器。上述透過率校正過濾器設置為按旋轉對稱的分布，準備校正量不同的多個過濾器，可以根據照射條件的變換而更換。還可以具有使上述透過率校正過濾器平行移動的驅動裝置，可以根據照射條件的轉換調整移動量。
上述2次光源調整裝置包含聚光光學系統；使從上述聚光光學系統射出的光束反射并混合的光束混合裝置；以及把在上述光束混合裝置的射出面上形成的光強度分布在上述2次光源面上以大致共軛地成像的成像變焦透鏡。上述成像變焦透鏡具有可以根據從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布調節失真的功能。該裝置進一步具有檢測入射到上述被曝光體上的曝光光的角度分布的檢測裝置，可以根據上述檢測裝置的輸出結果驅動上述2次光源調整裝置。
作為本發明的另一個方面的曝光裝置是包含在被曝光體上曝光轉印掩模上的像的投影光學系統、在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面以對上述掩模進行照射的照射光學系統的曝光裝置，其特征在于根據從上述第2光源面到上述被曝光體上的透過率分布，在上述被曝光體或者和上述被曝光體共軛的位置附近提供具有新月形的凸透鏡。
上述曝光裝置，可以使上述掩模和上述被曝光體的雙方在和上述投影光學系統的光軸垂直的方向上，逐漸移動到與上述投影光學系統的投影倍率對應的位置上，把設置在上述標線片面上的圖案面用上述投影光學系統曝光在被曝光體上；也可以使上述掩模和上述被曝光體的雙方在和上述投影光學系統的光軸垂直的方向，以與上述投影光學系統的投影倍率對應的速度比同步掃描，把設置在上述標線片面上的圖案面用上述投影光學系統曝光在被曝光體上。
作為本發明的另一個方面的曝光方法是使用上述曝光裝置、在被曝光體上投影曝光掩模上的圖案的曝光方法，其特征在于包含檢測由于改變對上述掩模的照射條件產生的、入射到被曝光體上的曝光光的角度分布變化的步驟；根據上述檢測結果，校正角度分布的步驟。
作為本發明的另一個方面的器件制造方法，其特征在于使用的曝光裝置具有在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面，對上述掩模照射的照射光學系統；以及至少使從上述2次光源至上述被曝光體的透過率分布以及上述2次光源面的光強度分布中的一方不均勻的裝置，在由投影光學系統把物體面上的圖案投影曝光在被曝光體上后，顯影處理上述被曝光體以制造器件。起到和上述曝光裝置的作用相同的作用的器件制造方法的權利要求，對作為中間以及最終結果物的器件自身也有效果。另外，這種器件，包含LSI和VLSI等的半導體芯片、CCD、LCD、磁性傳感器、薄膜磁頭等。
圖1是展示本發明的實施例1中的曝光裝置被簡化后的光路圖的概略圖。
圖2是展示在光學管路或者2次光源面上的照射分布的曲線圖。
圖3是展示本發明的實施例2中的曝光裝置被簡化后的光路圖的概略圖。
圖4是用于說明校正孔透過率的軸上軸外差的裝置的概略斷面圖。
圖5是展示本實施例的有效光源分布的校正順序的流程圖。
圖6是展示本實施例的曝光光角度分布的測定方法的斷面圖。
圖7是展示本發明的器件制造方法的流程圖。
圖8是展示本發明的晶片加工的流程圖。
圖9是說明在以往的曝光裝置中的2次光源分布與孔透過率分布和有效光源分布的關系的圖。
圖10是說明在短波長光和高NA的情況下，在以往的曝光裝置中的2次光源分布與孔透過率分布和有效光源分布的關系的圖。
圖11是說明使用反射折射系統投影光學系統的以往的曝光裝置中的2次光源分布與孔透過率分布和有效光源分布的關系的圖。
具體實施例以下，參照
本發明的實施例1的曝光裝置100。在此，圖1是展示曝光裝置100被簡化后的光路的概略圖。曝光裝置100具有照射裝置、標線片13、投影光學系統14、板15。曝光裝置100是用步進和連續方式或者步進和掃描方式把形成在標線片13上的電路圖案曝光在板15上的投影曝光裝置。
照射裝置具有對形成有轉印用的電路圖案的標線片13進行照射的光源部件和照射光學系統。光源部件具有光源1和光束整形光學系統2。
在光源1中，例如，可以使用波長約193nm的ArF受激準分子激光、波長約157nm的F2激光等。光束整形光學系統2，例如可以使用具備多個柱面透鏡的光束擴展器等，通過把來自激光光源1的縱橫比不同的平行光束變換為所希望的形狀(例如，把斷面形狀從長方形變換為正方形等)形成光束形狀。光束整形光學系統2，形成具有在照射后述的蠅眼透鏡6時所需要的大小和發散角的光束。
照射光學系統照射掩模13，具有聚光光學系統3、作為光束混合裝置的光學管路4、成像變焦透鏡5、蠅眼透鏡6、光圈部件7、照射透鏡8、視場光闌9、成像透鏡10、11以及偏轉反射鏡12。聚光光學系統3，把經過光束整形光學系統2的光束聚光在光學管路4的入射面4a附近，在入射到光學管路4的光束中形成具有規定的發散角的光束。聚光光學系統3至少由1個透鏡元件構成，也可以根據情況具有用于使光路折彎的反射鏡。此外，在光學管路4用玻璃棒構成的情況下，為了提高玻璃棒入射面的涂層(反射防止膜)和玻璃材料自身的耐久性，由聚光光學系統3形成的聚光點P由光學管路4的入射面4a在光源一側散焦。
由于從聚光點P以規定的發散角入射的光束在光學管路4的側面重復反射，因而使在入射面上不均勻的光強度分布在射出面上變為均勻。
在本實施例中，光學管路4由6角形的斷面形狀形成反射面，例如，是由玻璃形成的6角柱棒。但是，這種構造是示例用的，斷面也可以是m角形(m偶數)或者圓形，也可以是中空的棒。
成像變焦透鏡5以規定的倍率把光學管路4的射出面4b成像在蠅眼透鏡6(多光束發生裝置)的入射面6a上，雙方相互為大致共軛關系。另外，通過把透鏡5設置成倍率可變的可變焦透鏡，可以調整向蠅眼透鏡6入射的光束區域，可以形成多個照射條件(即，相干因子σ值照射光學系統的NA/投影光學系統NA)。
蠅眼透鏡6具有均勻地照射被照射面的功能。蠅眼透鏡6是分割入射光的波陣面在光射出面或者其附近形成多個光源的波陣面分割型光學積分儀。蠅眼透鏡6把入射光的角度分布變換為位置分布射出，蠅眼透鏡6的入射面和射出面成傅立葉變換的關系(在本說明書中，所謂傅立葉變換的關系，在光學上表示孔面和物體面(或者映像面)、物體面(或者映像面)和孔面的關系)。由此，蠅眼透鏡6的射出面6b附近為2次光源。在本實施例中，蠅眼透鏡6通過組合多個柱形透鏡(即，微小透鏡元件)構成。但是，本發明可以使用的波陣面分割型光學積分儀并不限于蠅眼透鏡，例如，也可以是各組正交配置的多組圓柱透鏡陣列板等。
光圈部件7是遮擋不需要的光、形成所希望的2次光源的可變開口光圈，由通常的圓形開口以及輪帶照射等的各種光圈構成。為了改變可變光圈，例如，可以使用形成有這些光圈7的圓盤形鏡頭盤，使未圖示的控制部分以及驅動機構用于切換開口的鏡頭盤轉動。
照射透鏡8，例如，是聚光透鏡，盡可能多地聚集在蠅眼透鏡6的射出面6b附近形成的2次光源，在視場光闌9上重疊地對視場光闌9進行科勒照射。
視場光闌9由多個可動的遮光板構成，可以形成任意的開口形狀，限制作為被照射面的標線片13(進而在晶片15上)面上的曝光范圍。
10、11是成像透鏡，視場光闌9的開口形狀轉印在作為被照射面的標線片13上。12是偏轉反射鏡。偏轉反射鏡12使從成像透鏡10射出的光束偏轉入射到成像透鏡11(進而是掩模13)上。成像透鏡10如果預先被配置成與成像透鏡11平行，則偏轉反射鏡12可以省略。但是，在這種構成中，偏轉反射鏡12對裝置的小型化有作用。
掩模13，例如，用石英制造，在其上形成要轉印的電路圖案(或者象)，被掩模臺支撐及驅動。從掩模13發出的衍射光通過投影光學系統14被投影在板15上。板15是被處理體，涂布有抗蝕劑。掩模13和板15被配置成光學性共軛的關系。曝光裝置100如果是步進和掃描方式的曝光裝置(即，掃描器)，則通過掃描掩模13和板15把掩模13的圖案轉印到板15上。另外，如果曝光裝置100是步進和重復方式的曝光裝置(即，分節器(stepper))，則在使掩模13和板15靜止的狀態下進行曝光。
掩模13由未圖示的掩模臺支撐，與未圖示的移動機構連接。掩模臺以及投影光學系統14，例如，在安裝在基座等上的基礎框架上被設置在由減振器等支撐的臺鏡筒固定盤上。掩模臺還可以采用專業人員公知的任何構造。未圖示的移動機構用線性電機等構成，通過在和光軸正交的方向上驅動掩模臺，可以使掩模13移動。曝光裝置100靠未圖示的控制裝置以同步的狀態掃描掩模13和板15。
投影光學系統14把經由被形成在掩模13上的圖案的光束成像在板15上。投影光學系統14可以使用只由多個透鏡元件組成的光學系統、具有多個透鏡元件和至少1個凹面鏡的反射折射光學系統、具有多個透鏡元件和至少1片開諾全息照片(kinoform)等的衍射光學元件的光學系統、全反射型的光學系統等。當需要顏色象差校正的情況下，使用由相互分散值(阿貝值)不同的玻璃材料組成的多個透鏡元件，或者構成衍射光學元件使得產生和透鏡元件在反方向上的分散。
雖然在本實施例中板15是晶片，但廣泛地包含液晶基板以及其他的被處理體。在板15上涂覆光刻膠。光刻膠涂覆工序包含前處理、粘附性提高劑涂覆處理、光刻膠涂覆處理、預烘干處理。前處理包含洗凈處理、干燥處理等。粘附性提高劑涂覆處理是用于提高光刻膠和基底的粘附性的表面改質(即，采用表面活性劑涂覆的疏水性化)處理，對HMDS(Hexamethyl-disilazane)等的有機膜進行涂層或者蒸汽處理。預烘干雖然是烘干(燒制)工序，但與顯影后的自身相比是軟的，除去溶劑。
板15被未圖示的晶片臺支撐。因為還可以適用專業人員公知的任何構成，所以在此省略詳細說明晶片臺以及動作。例如，晶片臺利用線性電機在和光軸正交的方向上使板15移動。掩模13和板15，例如，被同步掃描。掩模臺和晶片臺的位置，例如，被激光干涉計等監視，兩者用一定的速度比率驅動。晶片臺，例如，被設置在通過減振器被支撐在基座等上的臺固定盤上。
在本實施例中，隨著曝光光的短波長化和高NA化，假定從后述的2次光源面至板15的光學系統的孔透過率分布是圖10的中段所示的狀態。這種情況下，因為孔透過率分布有在周邊下降的傾向，所以要得到所希望的有效光源分布，需要調整2次光源分布，把它設置成周邊上升。以下，詳細敘述該2次光源調整裝置。
(第1調整裝置)根據在光學管路4內傳播的光的反射次數，通過光學模擬可以知道光學管路射出段4b中的照度分布如圖2那樣變化。因而，通過把聚光光學系統3設置成焦點距離可變的可變焦光學系統，可以調整入射到光學管路中的光的NA，使在光學管路內傳播的光反射次數可變。而后，通過調整條件使得光學管路射出端4b的照度分布為周邊上升，可以把2次光源面6b的光強度分布設定為周邊上升。
進而，如果根據照射條件調整聚光光學系統3的焦點距離，則可以得到最適宜每種照射條件的有效光源分布。此外，也可以不把聚光光學系統3設置為可變焦光學系統，而是準備焦點距離不同的光學系統(3’)，根據照射條件的轉換而更換。
(第2調整裝置)在光學管路射出端4b中的照度分布，在成為某一定狀態的條件下，把聚光光學系統3的焦點距離設置成固定。在該狀態下，在光學管路射出端4b附近配置ND過濾器，調整2次光源面的光強度分布。ND過濾器的透過率分布是周邊透過率比中心透過率要高的分布，準備多個(20a～d)透過率差不同的ND過濾器，并設置成對每種照射條件可以選擇(鏡頭盤20)。
(第3調整裝置)在光學管路射出端4b上的照度分布，在成為某一特定狀態的條件下，把聚光光學系統3的焦點距離設置成固定。而后，通過把成像變焦透鏡5設置成可變失真的可變焦透鏡，可以把2次光源面6b的光強度分布調整為如圖2所示。
由于至少具有1個以上的第1～第3調整裝置，因而可以根據2次光源面以后的孔透過率分布調整2次光源分布，可以得到所希望的有效光源分布。
特別按旋轉對稱對周邊下降的孔透過率分布有效。
圖3是本發明的實施例2的曝光裝置100a被簡化后的光路的概略圖。和曝光裝置100不同之處在于投影光學系統是反射折射系統。其中和圖1相同的部分標注相同的符號。
在本實施例中，在從2次光源面6b至晶片15的光學系統中，設孔透過率分布具有在圖11的中段所示的傾斜。以下詳細敘述用于得到對于該孔透過率分布所希望的有效光源分布的2次光源調整裝置。
(第4調整裝置)在第1調整裝置中已敘述了使聚光光學系統3的焦點距離變化的效果。在本調整裝置中，進一步具有以下特征通過使入射到光學管路4的光束分布偏移，把射出端4b的分布設置成在和孔透過率相抵的方向上傾斜的分布。
為此，例如只要使聚光光學系統3傾斜偏心、平行偏心即可。進而，理想的是設置根據照射條件的改變可以調整偏心量的功能。
如上所述，通過在把聚光光學系統3設置成焦點距離可變的可變光學系統的狀態下，使在光學管路4前端上的光學部件偏心，可以適當地調整2次光源面的強度分布。另外，也可以準備焦點距離不同的多種聚光光學系統3，構成可以根據照射條件的變換更換的構造。
(第5調整裝置)在光學管路射出端4b上的照度分布，在某一定狀態的條件下，把聚光光學系統3的焦點距離設置為固定。在該狀態下，在光學管路4的射出端4b附近上配置ND過濾器20。其效果，前面已經(第2調整方法)敘述過了。在本調整裝置中進一步設置成使ND過濾器20平行偏移的配置，由此使2次光源面的光強度分布在和孔透過率相抵的方向上傾斜分布。
為此，ND過濾器被安裝在偏移量可以調整的驅動機構上，可以為每種照射條件調整為最適宜的偏移量。進而，最好準備多個(20a～d)透過率不同的ND過濾器，可以根據照射條件的切換選擇ND過濾器。
由于至少具有以上第1～第5的調整裝置之一，因而可以根據2次光源面以后的孔透過率分布調整2次光源分布，可以得到所希望的有效光源分布。特別對旋轉非對稱成分和旋轉對稱成分混合存在的孔透過率分布有效。
進而，圖1所示的光學系統是示例性的，例如還可以代替光學管路4使用第2蠅眼透鏡。
這種情況下，配合對后段的蠅眼透鏡6具有重疊科勒照射作用的聚光透鏡(代替成像變焦透鏡5)使用來自新設置的第2蠅眼透鏡的光束。
而后，此時的調整裝置，被設置在第2蠅眼透鏡的射出面附近，根據曝光光束的角度分布控制透過率。
例如，設置成實施了在入射角度為0度時透過率是93％、入射角度是5度時透過率是98％這種特性的透過控制膜的平板，設置成可以傾斜的結構。而后，準備透過控制量不同的多種板，根據照射條件的切換可以更換板，傾斜量也可以改變。
以下，說明取得在基板中心和基板周邊上的有效光源分布平衡的調整裝置。一般，透過了多個光學部件的光線，在距離光軸越遠的部分透過損失越大。因而，達到基板周邊(或軸外)的光束的孔透過率分布容易設置成比基板中心(或軸上)還傾斜(轉動非對稱)的分布。
盡管希望用上述第1～第5調整裝置把軸上和軸外的有效光源分布調整和平衡在所希望的標準以下，但這需要一個把軸上的孔透過率分布和軸外的孔透過率分布的差抑制在某種程度的校正裝置。
圖4詳細敘述該校正裝置。把入射到板15面上的軸外光線中接近光軸的一方設為光線30，把遠離光軸的一方設為光線31。由于透過直至板15為止的光學部件，光線31比光線30透過損失還大。因此，在軸外(基板周邊)上的有效光源為旋轉非對稱的分布。
為了減輕在該軸外的光線30和光線31間的光量差，只要把靠近板(或者和板共軛的標線片和視場光闌面)的透鏡33設置成凸透鏡形狀即可。
因為入射到凸彎月形透鏡33的光線30的角度大(透過損失大)，光線31的角度小(通過損失小)，所以可以期望降低到達晶片15上的光線30和31的光量差的效果。因而，還可以把軸外上的孔透過率分布也設置為良好的狀態。
圖5是說明2次光源分布的調整方法的流程圖。首先，在步驟101中，根據設計值(透鏡設計值、涂層特性、玻璃材料透過率、反射鏡反射率等)計算從晶片中心到晶片周邊的每種照射條件下的透過率，求出近似的孔透過率分布。以已求得的孔透過率分布信息為基礎，確定2次光源調整裝置的基本設定(缺省設定)。在步驟102中切換照射方式之后，在步驟103中測定曝光光的角度分布(有效光源)。
能想得到的測定曝光光的角度分布的方法可以有許多種，例如包括驅動視場光闌9以設定微小開口使得與想測定的基板位置對應，與此同時使設置在板(晶片)附近的檢測器40從實際的板基準面向光軸Z方向散焦的方法。這時，標線片13從光路上偏離。圖6(a)展示這時的裝置的狀態。和圖1一樣的部分標注系統的符號。另外，為了簡化說明，圖6(a)中省略了偏向反光鏡12。
如果只有被視場光闌9限制的曝光光在板上成像，則光在反射角度的狀態下入射到檢測器40。檢測器40被配置在保持板的XY臺41上，在其受光面上部相對光束的擴展有直徑足夠小的針孔。通過使該檢測器40在XY臺41上，例如在被擴大至2維矩陣狀的范圍中水平移動，測量入射的光強度，判定曝光光的角度分布。此外，也可以代替檢測器使用2維CCD。
通過在和視場光闌9共軛的位置上設置微小開口，可以同樣地進行測量。具體地說如圖6所示，可以考慮打開視場光闌9，配置通過Cr圖案形成微小開口的專用標線片等。
用以上的方法，如果測量任意的點，則可以測量在各個映像點處的角度分布。
將測量、檢測出的角度分布信息送到主控制裝置(圖中未示)，在步驟104中判定是否是所希望的有效光源分布，當在所希望的標準外時，應該校正其偏差，在步驟105中主控制裝置計算2次光源調整裝置的驅動量、驅動方向，在步驟106中在已計算出的規定量、規定方向上驅動2次光源調整裝置。驅動后返回步驟103，再次進行曝光光的角度分布測定。如果有效光源是所希望的值，則結束調整。如果不是，則在達到適宜值之前，重復上述的操作。
以下，說明圖1所示的曝光裝置100的曝光動作。在曝光工序中，從光源1發出的光束在被光束整形光學系統2中將其光束形狀整形為所望的形狀后，入射到聚光光學系統3。來自聚光光學系統3的激光光，如果聚光(成像)在點P(成像)，則其后，變為具有發散角的發散光束入射到光學光路4。
光學光路4的射出面4b由變焦透鏡5的作用在蠅眼透鏡6的入射面6a上以規定的倍率成像。上述的調整裝置根據其后段的透過率分布調整可以在蠅眼透鏡6的射出面6b附近的2次光源分布。蠅眼透鏡6透過光圈部件7，經由照射透鏡8，均勻地照射視場光闌9。通過視場光闌9的光束在通過成像透鏡10以及11后照射掩模13的照射面。
通過掩模13的光束由投影光學系統14的成像作用，在板15上以規定倍率縮小投影。通過調整裝置，板15上的曝光光束的角度分布(即，有效光源分布)大致均勻。如果曝光裝置100是分節器，則光源部分和投影光學系統14被固定，掩模13和板15同步掃描曝光所有范圍(shot)。進而，使板15的晶片臺步進，移至下一范圍，在板15上曝光轉印多個范圍。如果曝光裝置100是掃描器，則在使掩模13和板15靜止的狀態下進行曝光。
本發明的曝光裝置100，因為通過調整裝置使2次光源分布或者透過率分布互補，使有效光源分布均勻，所以可以高精度地對抗蝕劑進行圖案轉印、提供高品質的器件(半導體元件，LCD元件，攝象元件(CCD等)，薄膜磁頭等)。
以下，說明利用上述的曝光裝置100的器件制造方法的實施例。
圖7是說明本發明的器件(IC和LSI等的半導體元件，CCD，或者液晶元件和磁性材料等的微細圖案等)的制造方法的流程圖。在步驟1(電路設計)中，進行半導體器件等的電路設計。在步驟2(掩模制作)中，制作形成有已設計出的電路圖案的掩模。另一方面，在步驟3(基板制造)中，用硅等材料制造晶片等的基板。步驟4(晶片加工)被稱為前工序，用本發明的曝光裝置、使用形成有上述已準備的電路圖案(第1物體)的掩模(標線片)和晶片(第2物體)、采用蝕刻技術在晶片上形成實際的電路。步驟5(組裝)被稱為后工序，是對通過步驟4制作的晶片進行半導體芯片化的工序，其中包含裝配工序(切割，粘接)、包裝工序(芯片封入)等的工序。在步驟6(檢查)中，對步驟5中制作的半導體器件進行諸如有效性測試、耐久性測試等檢查。經過這樣的工序，半導體器件完成，它可以出廠(步驟7)。
圖8是上述晶片加工的流程圖。在步驟11(氧化)中氧化晶片表面。在步驟12(CVD)中在晶片表面上形成絕緣膜。在步驟13(電極形成)中在晶片上通過蒸鍍形成電極。在步驟14(離子注入)中在晶片上注入離子。在步驟15(抗蝕劑處理)中在晶片上涂覆感光劑。在步驟16(曝光)中在晶片上用本發明的曝光裝置曝光印制標線片的電路圖案。在步驟17(顯影)中顯影曝光后的晶片。在步驟18(蝕刻)中腐蝕顯影后的抗蝕劑以外的部分。在步驟19(抗蝕劑剝離)中去除蝕刻后不需要的抗蝕劑。
通過重復進行這些步驟在晶片上多重地形成電路圖案。采用本實施例的制造方法，可以用比以往短的時間高精度地制造半導體器件。
如果采用本實施例，通過根據從2次光源面至基板的透過率分布，調整2次光源分布，可以適宜地制成所希望的有效光源分布(入射到基板的曝光光的角度分布)。另外，通過在與基板共軛的面附近配置凸的彎月形透鏡，可以降低有效光源分布的軸上、軸外差。如上所述，即使在短波長高NA的曝光裝置中，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裝置的轉印性能。
采用本發明的曝光裝置、曝光方法以及器件制造方法，可以提供即使光學系統的透過率分布(即，孔透過率分布)不均勻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邊上的有效光源分布的差(即，有效光源的軸上軸外差)。
權利要求
1.一種曝光裝置，其特征在于包含在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光學系統；以及使從上述2次光源至上述被曝光體的透過率分布以及上述2次光源面的光強度分布中至少一方不均勻的裝置。
2.如權利要求1所述的曝光裝置，其中，上述透過率分布和上述2次光源面上的光強度分布是互補性關系。
3.如權利要求1所述的曝光裝置，其中，上述2次光源面的上述光強度分布從軸上向軸外方向增大。
4.如權利要求1所述的曝光裝置，其中，上述照射光學系統包含照射上述掩模圖案的第1蠅眼透鏡；和照射該第1蠅眼透鏡的第2蠅眼透鏡，以及上述裝置在該第2蠅眼透鏡射出端附近包含根據曝光光束的入射角控制透過率的控制部分。
5.如權利要求4所述的曝光裝置，其中，上述控制部分隨著上述曝光光束的斜入射角度的增大提高透過率。
6.如權利要求4所述的曝光裝置，其中，上述控制部分包括其上形成有控制透過率的膜的玻璃板，該玻璃板相對于光軸傾斜。
7.如權利要求4所述的曝光裝置，其中，上述控制部分包括多個具有不同透過率的控制量的部件，并可以根據照射條件交替更換。
8.一種曝光裝置，其特征在于包含在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光學系統；以及根據從上述2次光源面至上述被曝光體的透過率分布，調整上述2次光源面上的光強度分布的2次光源調整裝置。
9.如權利要求8所述的曝光裝置，其中，上述2次光源調整裝置根據照射條件的切換和從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布，調整上述2次光源面上的光強度分布。
10.如權利要求8所述的曝光裝置，其中，上述2次光源調整裝置調整入射到上述被曝光體上的曝光光的角度分布。
11.如權利要求8所述的曝光裝置，其中，上述2次光源調整裝置根據上述透過率分布，對于旋轉對稱成分和旋轉非對稱成分，分別調整上述2次光源面的光強度分布。
12.如權利要求8所述的曝光裝置，其特征在于上述2次光源調整裝置具有聚光光學系統、反射并混合從上述聚光光學系統射出的光束的光束混合裝置，和在與上述2次光源面大致共軛地成像在上述光束混合裝置的射出面上形成的光強度分布的成像變焦透鏡，其中，所述2次光源調整裝置通過調整來自上述聚光光學系統的發散角調整上述2次光源面上的光強度分布。
13.如權利要求12所述的曝光裝置，其特征在于具有根據從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布，調整上述聚光光學系統的焦點距離的構件。
14.如權利要求13所述的曝光裝置，其特征在于上述調整聚光光學系統的焦點距離的構件根據照射條件的切換調整該焦點距離。
15.如權利要求12所述的曝光裝置，其特征在于進一步具有相對上述光束混合裝置偏離中心地驅動從上述聚光光學系統發散的光束的驅動裝置。
16.如權利要求14所述的曝光裝置，其特征在于上述偏心驅動裝置根據照射條件的切換調整偏心量。
17.如權利要求8所述的曝光裝置，其特征在于上述2次光源調整裝置包含聚光光學系統；反射并混合從上述聚光光學系統射出光束的光束混合裝置；用于在與上述2次光源面大致共軛的位置上把光強度分布成像在上述光束混合裝置的出射面上的成像變焦透鏡；以及用于校正上述光束混合裝置的射出面附近的透過率的校正過濾器。
18.如權利要求17所述的曝光裝置，其特征在于設置多個具有不同校正量、并旋轉對稱地校正透過率的分布的透過率校正過濾器，以便可以根據照射條件進行切換更換。
19.如權利要求17所述的曝光裝置，其特征在于進一步具有平行移動上述透過率校正過濾器的驅動裝置，其偏移量根據照射條件的切換調整。
20.如權利要求8所述的曝光裝置，其特征在于上述2次光源調整裝置具有聚光光學系統、反射并混合從上述聚光光學系統射出的光束的光束混合裝置，和在與上述2次光源面大致共軛地成像在上述光束混合裝置的射出面上形成的光強度分布的成像變焦透鏡，其中，上述成像變焦透鏡具有根據從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布而調節失真的功能。
21.如權利要求8所述的曝光裝置，其特征在于進一步具備檢測入射到上述被曝光體上的曝光量的角度分布的檢測裝置，根據上述檢測裝置的輸出結果驅動上述2次光源調整裝置。
22.一種曝光裝置，具有在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的象的投影光學系統，和在和上述投影光學系統的孔面共軛的位置附近形成2次光源面、照射上述掩模的照射光學系統，其特征在于還具有根據從上述2次光源面至上述被曝光體上的透過率分布，在上述被曝光體，或者和上述被曝光體共軛的位置附近的彎月形凸透鏡。
23.如權利要求1所述的曝光裝置，其特征在于使上述掩模和上述被曝光體雙方在和上述投影光學系統的光軸垂直方向上逐漸移動到與上述投影光學系統的投影倍率對應的位置上，把設置在上述標線片面上的圖案由上述投影光學系統曝光在被曝光體上。
24.如權利要求1所述的曝光裝置，其特征在于使上述掩模和上述被曝光體兩者在上述投影光學系統的光軸方向上以與上述投影光學系統的投影倍率對應的速度比同步掃描，把設置在上述標線片面上的圖案由上述投影光學系統曝光在被曝光體上。
25.一種使用曝光裝置在被曝光體上投影曝光掩模上的圖案的曝光方法，其特征在于所述曝光裝置具有在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光學系統；以及根據從上述2次光源面至上述被曝光體的透過率分布，調整上述2次光源面上的光強度分布的2次光源調整裝置，所述曝光方法包含檢測通過改變照射上述掩模的照射條件而發生的、入射到被曝光體上的曝光光的角度分布變化的步驟；以及根據上述檢測結果，校正角度分布的步驟。
26.一種器件的制造方法，其特征在于使用具有在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光學系統；以及把從上述2次光源面至上述被曝光體的透過率分布以及上述2次光源面的光強度分布的至少一方設置為不均勻的裝置為特征的曝光裝置，在用投影光學系統把物體上的圖案投影曝光在被曝光體上后，顯影處理上述被曝光體，來制造器件。
全文摘要
提供一種曝光裝置，其特征在于具有在被曝光體上曝光轉印掩模上的圖案的投影光學系統；在和上述投影光學系統的孔共軛的位置附近形成2次光源面、并照射上述掩模的照射光學系統；把從上述2次光源面至上述被曝光體的透過率分布以及上述2次光源面的光強度分布中的至少一方設置為不均勻的裝置。
文檔編號H01L21/027GK1438546SQ0310410
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月13日 優先權日2002年2月13日
發明者篠田健一郎 申請人:佳能株式會社