本发明涉及曝光装置以及使用曝光装置的物品制造方法。
背景技术：
曝光装置是已知的，通过曝光装置，原稿(掩模)上的图案通过投影光学系统被转印到光敏基板上。近年来，通过这种曝光装置曝光的基板已经变得较大，因而，上面有图案的掩模已经变得较大。随着掩模变得较大，掩模本身的成本和制造掩模所需的时间都增加了。这导致制造掩模的较高成本。
作为对此的解决方案，所谓的无掩模曝光装置引起关注，无掩模曝光装置能够在基板上形成图案而无需使用上面有图案的掩模。无掩模曝光装置是使用光学调制器(诸如数字微镜器件(dmd))的数字曝光装置。在无掩模曝光装置中，dmd生成与曝光图案对应的曝光光、在基板上曝光与曝光图案对应的图案数据以及从而在不使用掩模的情况下在基板上形成图案。
专利文献1公开了一种无掩模曝光装置，其中从激光发射部发射的激光束进入光学调制元件，并且曝光元件将激光束调制为或者曝光状态或者非曝光状态，以基于图像数据执行图像曝光。
[引文列表]
[专利文献]
ptl1：日本专利申请公开no.2004-62155
ptl2：日本专利申请公开no.2011-2512
技术实现要素：
[技术问题]
在无掩模曝光装置中，点光(spotlight)在基板上的强度分布对于图案分辨率性能具有重大影响。如果点光的会聚位置在垂直于基板的方向上偏离，那么造成的点光在基板上的强度分布的变化可能导致图案分辨率性能的劣化。通过聚焦控制来提高图案分辨率性能，其中聚焦控制减小了表示在点光的会聚位置与基板表面之间的位置偏差的散焦。
专利文献2公开了一种使用图像处理传感器来检测散焦的聚焦控制方法。图像处理传感器部署在保持基板的保持构件上。在聚焦控制中，由光学调制器反射并透射通过投影光学系统的光被成像在图像处理传感器上，并且由光学调制器反射的光束的角度以增加在图像处理传感器上形成的光学图像的对比度的方式被调节。
利用专利文献2中公开的聚焦控制方法，可以对相对于基板的保持表面的散焦执行聚焦控制。但是，难以对相对于实际发生图案形成的基板的散焦执行聚焦控制。因此，利用在专利文献2中公开的聚焦控制方法，可能难以充分提高聚焦准确性。而且，由于基于光学图像的对比度来执行聚焦控制花费相对长的时间，因此难以实现高速聚焦控制。
本发明的一个目的是提供一种能够在基板上高速执行聚焦控制的曝光装置。
[解决问题的技术方案]
根据本发明的曝光装置包括：投影光学系统，被配置为将用于在基板上形成图案的曝光光投影到基板上；遮光构件，具有用于允许曝光光通过的开口；聚焦检测单元，被配置为检测表示曝光光的会聚位置与基板之间的位置偏差的散焦量；以及控制单元，被配置为基于聚焦检测单元中的检测结果，在投影光学系统的光轴方向上移动遮光构件。
[发明的有益效果]
本发明提供了一种能够在基板上高速执行聚焦控制的曝光装置。
附图说明
图1是例示根据第一实施例的光学系统的配置的图。
图2是例示根据第二实施例的光学系统的配置的图。
图3是例示根据第三实施例的光学系统的配置的图。
图4是例示根据本发明的基板上的扫描曝光的概述的图。
图5是例示散焦量与由光接收元件检测到的光量(或检测的光量)之间的关系的图。
图6是例示基板的表面高度如何改变的图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的实施例。本发明不限于本文描述的实施例，这些实施例仅仅是本发明的例示。本发明的曝光装置适合用作能够在不使用上面有图案的掩模的情况下在基板上形成图案的所谓的无掩模曝光装置。本发明的曝光装置也可以用作使用上面有图案的掩模在基板上形成图案的曝光装置。
(第一实施例)
将参考图1来描述根据本实施例的包括照明光学系统il和投影光学系统po的曝光装置的配置。
在本实施例中，通过检测由基板pl反射并且穿过投影光学系统po中包括的针孔(pinhole)构件的光束的量，检测表示在点光的会聚位置与基板pl的表面之间的位置偏差的散焦量。通过移动用作遮光构件的针孔构件，执行用于改变检测到的散焦量的聚焦控制。
在根据本实施例的所谓的无掩模类型的曝光装置中，从照明光学系统il发射的光束进入用作光学调制单元的数字微镜器件(下文中称为dmd)，该光学调制单元是光学调制器。然后，与曝光图案对应的曝光光通过dmd生成并且通过投影光学系统po会聚到基板pl上，使得与曝光图案对应的图案数据被曝光在基板上。
例如，使用半导体激光器或发光二极管(led)作为光源ls。光源的波长取决于施加到基板pl上的光敏抗蚀剂的类型。光源ls的波长通常在从约300nm至440nm的范围内。
现在将描述照明光学系统il的配置。从光源ls发射的光束被光学系统il1准直并且照亮复眼(fly-eye)透镜fe。
图1中例示的复眼透镜fe包括布置在xy平面中的九个透镜单元(cell)，其中xy平面包含与照明光学系统il的光轴(z轴)垂直的x轴和y轴。九个透镜单元在x轴方向和y轴方向上都布置成三行。复眼透镜fe的透镜单元的数量可以适当地改变。
复眼透镜fe用来基本上均匀地照亮光学系统il2的光束在光学系统il2的作用下被成像在用作dmd的光学调制元件的微镜上。虽然在图1中将进入dmd的光束例示为透射通过dmd，但是进入dmd的光束实际上被dmd的每个微镜的反射表面反射。
dmd的微镜被二维地布置，并且微镜的反射表面的角度可以单独改变。这使得能够将照亮每个镜的光调制为或者曝光状态或者非曝光状态。
现在将描述投影光学系统po的配置。由dmd的微镜反射的光束进入投影光学系统po的光学系统po1。光学系统po1具有将进入光学系统po1的光束会聚在微透镜阵列mla上的功能。微透镜阵列mla包括场透镜(fieldlens)mf和与场透镜mf分隔开场透镜mf的焦距的成像透镜mi。
由光学系统po1成像在场透镜mf上的光束由成像透镜mi再成像。在本实施例中，由成像透镜mi形成图像的点(再成像点)位于成像透镜mi的内部。通过光学系统po2，来自再成像点的光束在部署有具有多个开口的针孔构件ph1的另一个成像位置处再成像。针孔构件ph1部署在投影光学系统po的光路上，并且针孔构件ph1中的开口与dmd的微镜的相应位置对应。通过针孔构件ph1而直径减小的点光透射通过光学系统po3以照到基板pl上。
针孔构件ph1由例如金属制成。由于金属具有高的光反射率，因此通过使用金属形成针孔构件ph1来增强针孔构件ph1的遮光性能。针孔构件ph1可以涂覆有介电膜。
现在将给出如何通过使用针孔构件和光接收元件(如下所述)来执行散焦量检测方法和用于改变散焦量的聚焦控制方法的描述。
首先，将描述使用针孔构件和光接收元件的散焦量检测方法。在本实施例中，在投影光学系统po中包括的光学系统po2和针孔构件ph1之间部署用作反射构件的分束器bs1a。由分束器bs1a反射的光束被成像透镜l1a成像在光接收元件lr1a上。
如上所述，穿过针孔构件ph1的点光透射通过光学系统po3并会聚到基板pl上。会聚在基板pl上的点光被基板pl部分地反射，并穿过光学系统po3以及针孔构件ph1中的开口，以进入分束器bs1a。进入分束器bs1a的光被分束器bs1a部分地反射，并且被成像透镜l1a成像在光接收元件lr1a上。
在本实施例中，基于由光接收元件lr1a接收的光量，估计表示在点光的会聚位置与基板pl的表面之间的位置偏差的散焦量。针孔构件ph1部署在与基板pl的表面光学共轭的平面上。在散焦量小于预定量的对焦状态下，由光接收元件lr1a检测到的光量最大。在散焦量大于或等于预定量的离焦状态下，穿过针孔构件ph1的光束部分地渐晕，并且这减少了由光接收元件lr1a接收的光量。
通过将在对焦状态下由光接收元件lr1a检测到的最大光量用作参考值来估计散焦量。具体而言，通过预先确定由光接收元件lr1a检测到的光量与散焦量之间的关系，可以根据由光接收元件lr1a检测到的光量来估计散焦量。例如，通过将上述关系存储在控制单元ctr中并将由光接收元件lr1a检测到的光量输入到控制单元ctr中，控制单元ctr用作检测散焦量的散焦检测单元。控制单元ctr还可以执行聚焦控制以减少散焦量。
接下来，将详细描述聚焦控制方法。在本发明中，通过在投影光学系统po的光轴方向上移动针孔构件ph1来执行聚焦控制。具体而言，针孔构件ph1沿着由光接收元件lr1a检测到的光量增加的方向移动。针孔构件ph1的移动量例如由通过上述方法估计的散焦量和光学系统po3的焦距来确定。
针孔构件ph1由致动器afd1驱动。针孔构件ph1的移动量从控制单元ctr发送并输入到致动器afd1。
如上所述，在本实施例中，基于由光接收元件lr1a检测到的光量来执行聚焦控制。由于在相对短的时间内通过光接收元件lr1a检测光量，因此通过执行根据本实施例的聚焦控制，实现了高速聚焦控制。通过直接检测在基板pl上的曝光区域中反射的光束，获得由光接收元件lr1a检测到的光量。因此，通过基于由光接收元件lr1a检测到的光量执行聚焦控制，提高了聚焦控制的准确性。
在本实施例中，在通过驱动相对轻的针孔构件ph1来执行聚焦控制的情况下，容易实现高速聚焦控制。由于针孔构件ph1被用于检测散焦量、执行聚焦控制并减小点光的直径，因此简化了整个曝光装置的配置。
本实施例假设使用其中二维地布置多个光接收部的光接收元件lr1a。光接收元件lr1a的光接收部各自与针孔构件ph1中的一个开口和dmd的一个微镜对应。这使得能够对基板上暴露于由dmd的一个镜反射的光束的每个区域进行聚焦控制，从而提高聚焦控制的准确性。
当多个光接收部分别检测光量时，可能需要一些时间来执行聚焦控制。因此，如果基板pl的表面形状的改变量在与dmd的一个微镜对应的曝光区域中足够小，那么光接收元件lr1a可以仅包括一个光接收部。这进一步减少了聚焦控制所需的时间。
在本实施例中，另一个分束器bs1b部署在针孔构件ph1和光学系统po3之间。由分束器bs1b反射的光束由成像透镜l1b成像在光接收元件lr1b上。基于由光接收元件lr1b检测到的光量，根据基板pl的表面反射率的改变来校正由光接收元件lr1a检测的光量的参考值。
现在将详细描述对于由光接收元件lr1a检测的光量的参考值的校正。例如，由于可以将各种抗蚀剂材料施加到基板pl，因此基板pl的表面反射率取决于所施加的抗蚀剂材料的类型而改变。当基板pl的表面反射率改变时，在对焦状态下由光接收元件lr1a检测到的最大光量也改变。在本实施例中，如上所述，通过使用由光接收元件lr1a检测到的最大光量作为参考值来执行聚焦控制。因此，需要根据基板pl的表面反射率的改变来改变参考值。
被基板pl反射的光束不穿过针孔构件ph1就到达光接收元件lr1b。因此，无论基板pl的表面反射率如何，由光接收元件lr1b检测到的光量几乎没有变化。即，通过使用由光接收元件lr1b检测到的光量来归一化由光接收元件lr1a检测到的光量，即使当基板pl的表面反射率改变时，也维持聚焦控制的准确性。例如，可以通过使用由光接收元件lr1a检测到的光量与由光接收元件lr1b检测到的光量之间的比率来归一化光接收元件lr1a的检测值。
(第二实施例)
将参考图2来描述根据本发明第二实施例的曝光装置。在本实施例中，与包括照明光学系统il和投影光学系统po的曝光单元eu分开提供光学单元ou。光学单元ou用于检测表示在点光的会聚位置与基板pl的表面之间的位置偏差的散焦量。曝光单元eu的配置由于与先前实施例中描述的配置相同，因此在此将不进行描述。
光学单元ou包括光源lsb、成像光学系统lk1、用作第二遮光构件的针孔构件ph4以及成像光学系统lk2。从光源lsb发射的光束被成像光学系统lk1会聚到针孔构件ph4上，并且被成像光学系统lk2会聚在基板pl上的位置a处。
分束器bs4a部署在成像光学系统lk1和针孔构件ph4之间。由分束器bs4a反射的光束通过成像透镜l4a会聚到光接收元件lr4a上。
针孔构件ph4被部署成使得，当发生散焦时，由光接收元件lr4a检测到的光量减小。在本实施例中，通过与第一实施例中用于检测散焦量的方法相同的方法来检测散焦量。关于由光学单元ou检测到的散焦量的信息被传输到控制单元ctr。基于接收到的信息，控制单元ctr将用于驱动针孔构件ph1的驱动信号传输到致动器afd1，其中针孔构件ph1包括在曝光单元eu中并且用作第一遮光构件。致动器afd1通过基于接收到的驱动信号移动针孔构件ph1来执行聚焦控制。
在本实施例中，用于检测散焦量的光学单元ou与用于执行聚焦控制的曝光单元eu分开提供。这提高了曝光处理的吞吐量(throughput)。
参考图2，将描述其中基板pl在从x轴的正侧到负侧的方向上经受扫描曝光的示例。基板pl上的曝光区域首先穿过光学单元ou的投影区域，然后穿过曝光单元eu的投影区域。即，在基于穿过光学单元ou的投影区域时检测到的散焦量执行聚焦控制之后，由曝光单元eu执行曝光处理。由于可以在不停止用于聚焦控制的基板pl的情况下执行扫描曝光，因此可以提高聚焦准确性和吞吐量。
(第三实施例)
将参考图3来描述根据本发明第三实施例的曝光装置。在本实施例中，与包括照明光学系统il和投影光学系统po的曝光单元eu分开提供光学单元ou2。光学单元ou2用于检测表示在点光的会聚位置与基板pl的表面之间的位置偏差的散焦量。曝光单元eu的配置由于与前述实施例中描述的配置相同，因此在此将不进行描述。
本实施例与第二实施例的不同之处在于光学单元ou2中的散焦检测方法。在本实施例的光学单元ou2中，光束倾斜地进入基板pl，并且基于通过将由基板pl反射的光束会聚到光接收元件lro上而获得的信号来执行散焦检测。
从光源ldd发射的光束由成像透镜lo1会聚到基板pl上，并且由基板pl反射的光束通过成像透镜lo2会聚到光接收元件lr0上。如果发生散焦，那么光接收元件lro上的会聚位置偏离。聚焦控制单元ctrd基于光接收元件lro上的会聚位置的偏差量来确定散焦量。
关于由光学单元ou2检测到的散焦量的信息被传输到控制单元ctr。基于接收到的信息，控制单元ctr向致动器afd1传输用于驱动曝光单元eu中包括的针孔构件ph1的驱动信号。致动器afd1通过基于接收到的驱动信号移动针孔构件ph1来执行聚焦控制。
在本实施例中，用于检测散焦量的光学单元ou2与用于执行聚焦控制的曝光单元eu分开提供。这提高了曝光处理的吞吐量。在本实施例中，与第二实施例中一样，可以在不停止用于聚焦控制的基板pl的情况下执行扫描曝光。因此可以提高聚焦准确性和吞吐量二者。
(扫描曝光的概述)
图4是例示基板上的扫描曝光的概述的图。dmd包括布置在xy平面中的多个微镜。图4中的每个点表示由dmd的微镜形成的点光。
图4中的sx和sy表示扫描曝光期间基板pl的扫描方向。点光的阵列的方向相对于基板pl的扫描方向倾斜角度α。该配置使得能够均匀地曝光基板pl。当在sy方向上扫描基板时，位于sx-sy坐标系中sx＝0处的区域被间歇性地曝光多次，如图4中的黑点所指示的。图4例示了基板pl上的具体曝光区域如何依次暴露于点光s1、s2、s3、s4和s5。
基于每次曝光时由光接收元件检测到的光量来执行上述聚焦控制。可以基于在用具体点光sn照射时由光接收元件检测到的光量来执行对点光sn 1的曝光的聚焦控制。可替代地，可以基于在用多个点光照射时由光接收元件检测到的光量来执行聚焦控制。
例如，可以基于在用点光sn至sn 99中的每一个照射时由光接收元件检测到的光量来执行对点光sn 100的曝光的聚焦控制。
参考图5，将描述在对基板上的具体区域进行扫描曝光时的聚焦控制方法。在图5中，横轴表示散焦量，该散焦量表示在点光的会聚位置与基板表面之间的位置偏差，并且纵轴表示由光接收元件检测到的光量。将描述根据第一实施例的曝光装置中的聚焦控制方法。
参考图5，(a)表示在聚焦控制开始时由光接收元件检测到的光量和在聚焦控制开始时的散焦量。在点光的会聚位置与基板表面之间的位置偏差的方向未知的(a)阶段，针孔构件ph1或朝着光源ls或朝着基板pl被驱动。例如，当移动针孔构件ph1使得散焦量在负方向上增加z1时，由光接收元件检测到的光量减少，如在(b)中那样。此时，识别针孔构件ph1的移动方向与由光接收元件检测到的光量的增加/减少之间的关系。因此，在(c)中，在与驱动针孔构件ph1的从(a)至(b)的方向相反的方向上移动针孔构件ph1。驱动针孔构件ph1，使得针孔构件ph1的从(b)到(c)的移动量是针孔构件ph1的从(a)到(b)的移动量的两倍。
通过这样适当地设置针孔构件ph1的驱动方向，实现了高速聚焦控制。
如图5中所示，在聚焦控制开始时，针孔构件的驱动方向与散焦的增加/减少之间的关系是未知的。因此，在开始聚焦控制时，可以在散焦量增加的方向上移动针孔构件。但是，如图4中所示，无掩模曝光装置执行使基板上的具体曝光区域多次暴露于点光的多次曝光。因此，即使在开始时通过聚焦控制来增加散焦量，这仅影响初始阶段中的曝光的聚焦控制的准确性，并且不太可能影响基板上的图案形成的准确性。
如图6中所示，基板pl的实际表面高度常常逐渐发生改变。图6例示了基板pl的表面高度如何沿着y轴方向改变。例如，y轴方向上的位置ys处的区域经历图4中例示的点光s1、s2、s3、s4和s5的顺序扫描曝光。换句话说，例如，对于点光s1，ys、ys 1、ys 2、…和ye处的区域顺序地暴露于点光s1。
高准确性曝光操作需要根据基板的表面高度的改变来减小散焦量的聚焦控制。但是，如参考图5所描述的，在扫描曝光开始时尚未确定驱动针孔构件ph1以减小散焦量的方向。
因此，在刚开始扫描曝光之后的时段中，可能以不足的聚焦准确性执行曝光操作。在图6的示例中，用于位置ys处的点光s1的曝光的聚焦准确性可能不足。但是，如图5中所示，可以通过连续执行聚焦控制来提高聚焦准确性。
具体而言，点光s2的曝光的聚焦准确性可以低于点光s1的曝光的聚焦准确性。但是，可以使点光s3的曝光的聚焦准确性高于点光s1或s2的曝光的聚焦准确性。
因此，通过执行使基板pl上的具体区域多次暴露于点光的多次曝光，能够以高准确性进行图案形成。这是因为以不足的聚焦准确性执行的曝光量仅占多次曝光的总量的一小部分。
(修改)
在上述实施例中，由单个部件形成的针孔构件ph1被移动以进行聚焦控制。但是，针孔构件ph1可以由能够被单独驱动的多个部件形成。例如，可以提供具有开口的多个部件，并且可以移动与基板pl上的区域对应的一些部件以进行聚焦控制，从而提高聚焦准确性。
(物品制造方法)
根据本发明实施例的物品制造方法适合用于制造物品，诸如微器件(例如，半导体器件)或具有微结构的元件。本实施例的物品制造方法包括通过使用上述曝光装置在施加到基板的光致抗蚀剂上形成潜像图案的步骤(基板曝光步骤)和显影在基板曝光步骤中形成在基板上的潜像图案的步骤。这种制造方法还包括已知步骤(例如，氧化、膜沉积、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、键合和封装)。就物品的性能、质量、生产率或生产成本中的至少一项而言，根据本实施例的物品制造方法优于常规方法。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明显然不限于那些实施例。在本发明的范围内可以做出各种修改和改变。
本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。所附权利要求公开了本发明的范围。
本申请要求基于2017年10月24日提交的日本专利申请no.2017-205645和2018年8月2日提交的日本专利申请no.2018-146250的优先权，上述申请通过引用整体并入本文。
1.一种曝光装置，其特征在于，包括：
投影光学系统，被配置为将用于在基板上形成图案的曝光光投影到基板上；
遮光构件，具有用于允许曝光光通过的开口；
聚焦检测单元，被配置为检测表示曝光光的会聚位置与基板之间的位置偏差的散焦量；以及
控制单元，被配置为基于聚焦检测单元中的检测结果在投影光学系统的光轴方向上移动遮光构件。
2.根据权利要求1所述的曝光装置，还包括光接收元件，该光接收元件被配置为接收在被基板反射之后穿过遮光构件中的开口的光束，
其中聚焦检测单元基于由光接收元件接收的光量来检测散焦量。
3.根据权利要求2所述的曝光装置，其中控制单元以使得由光接收元件接收的光量增加的方式移动遮光构件。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的曝光装置，其中遮光构件部署在投影光学系统的光路中。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的曝光装置，其中在散焦量小于预定量的对焦状态下，遮光构件部署在与基板光学共轭的平面中。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的曝光装置，其中遮光构件由金属制成。
7.一种曝光装置，其特征在于，包括：
曝光单元，包括投影光学系统和第一遮光构件，投影光学系统被配置为将用于在基板上形成图案的曝光光投影到基板上，第一遮光构件被配置为改变曝光光的会聚位置；以及
光学单元，包括第二遮光构件和光接收元件，第二遮光构件具有用于允许被基板反射的光穿过的开口，光接收元件被配置为接收穿过第二遮光构件的光束，
其中，根据由光接收元件接收的光量，在投影光学系统的光轴方向上移动第一遮光构件。
8.一种曝光装置，其特征在于，包括：
曝光单元，包括投影光学系统和遮光构件，投影光学系统被配置为将用于在基板上形成图案的曝光光投影到基板上，遮光构件被配置为改变曝光光的会聚位置；以及
光学单元，包括被配置为接收由基板反射的光的光接收元件，
其中，根据由光接收元件接收的光量，在投影光学系统的光轴方向上移动遮光构件。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的曝光装置，还包括：
光学调制单元，包括多个光学调制元件；以及
照明光学系统，被配置为用光照射光学调制单元，
其中由光学调制单元反射的光进入投影光学系统。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其中，在用于改变表示曝光光的会聚位置与基板之间的位置偏差的散焦量的聚焦控制下，执行将点光投影通过投影光学系统到基板上的曝光操作，该点光由照明光学系统形成；以及
对基板上的具体区域重复所述曝光操作。
11.一种物品制造方法，其特征在于，包括：
通过使用根据权利要求1至10中的任一项所述的曝光装置对基板进行曝光的步骤；以及
显影在曝光步骤中曝光的基板的步骤。
技术总结