[发明专利]曝光装置及器件制造方法

说明书

分案申请说明

本申请是申请号是200480015978.X、发明名称是“曝光装置及器件制造方法”且申请日是2004年6月18日的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及曝光装置和器件制造方法，更具体涉及一种用在制造电子器件如半导体器件、液晶显示器等的光刻工艺中的曝光装置以及利用该曝光装置的器件制造方法。

背景技术

在用于制造电子器件如半导体器件(集成电路)、液晶显示器等的光刻工艺中使用投影曝光装置，该投影曝光装置把形成在掩模或分划板(以下统称“分划板”)上的图案的图像经投影光学系统转印到表面涂覆有抗蚀剂(感光剂)的感光衬底(以下称作“衬底”或“晶片”)如晶片、玻璃板等上。作为这类投影曝光装置，传统上频繁地使用步进-重复法(所谓的步进仪)的缩小投影曝光装置。但是，近来通过同步扫描分划板和晶片进行曝光的步进-扫描法(所谓的扫描步进仪)的投影曝光装置也受到了关注。

当使用的曝光光的波长(以下也称作“曝光波长”)变短或者当投影光学系统的数值孔径(NA)变大时，曝光装置中配备的投影光学系统的分辨率变高。因此，由于集成电路越来越精细，所以投影曝光装置中采用的曝光波长每年在变短，连带着投影光学系统的数值孔径的增大。当前主要采用的曝光波长为KrF准分子激光的248nm，但实际使用中也采用ArF准分子激光的193nm的较短波长。

此外，在进行曝光时与分辨率一样，焦深(DOF)也很重要。分辨率R和焦深δ可以表达成下列方程：

R＝k₁·λ/NA…(1)

δ＝k₂·λ/NA²…(2)

在此情况下，λ为曝光波长，NA为投影光学系统的数值孔径，k₁和k₂为过程系数。从方程(1)和(2)能够看出，当曝光波长λ变短且数值孔径NA增大(增大的NA)以增大分辨率时，焦深δ变窄。在投影曝光装置中，当进行曝光时，采用自动聚焦法使晶片的表面与投影光学系统的像平面匹配。因此，理想的是焦深δ有一定量的宽度。因而过去提倡实质上加宽焦深的方法，如相移分划板法、改进照明法、多层抗蚀剂法等。

如上所述，在传统的投影曝光装置中，由于较短的曝光波长和增大的数值孔径，焦深变窄。并且为了应对更高的集成度，推测曝光波长在未来将会更短。如果这种情况继续，焦深会变小到以至于在曝光操作期间会出现边缘不足。

因此，作为一种与空气中焦深相比增大(加宽)了焦深的实质上缩短曝光波长的方法，提出浸入式曝光法(以下也适当地称作“浸入法”)。在浸入法中，通过用液体如水或有机溶剂填充在投影光学系统的端面与晶片表面之间的空间、以利用液体中的曝光光波长变为空气中波长的1/n(n为液体的折射率，通常约为1.2～1.6)的事实来提高分辨率。此外，在浸入法中，与通过不采用浸入法的投影光学系统(假设可以制成这样的投影光学系统)获得相同分辨率的情形相比，焦深基本上增大到n倍。即，焦深基本上比空气中的焦深增大到n倍。

但是，在上述浸入法仅应用到采用步进-重复法的投影曝光装置的情形中，当一个拍摄区的曝光结束之后，晶片在各次拍摄之间通过步进移动到下一个拍摄区的曝光位置时，液体从在投影光学系统和晶片之间的空间中溢出。因此，必须再次供给液体，液体的回收也会很困难。此外，在浸入法应用到采用步进-扫描法的投影曝光装置的情形中，因为在移动晶片的同时进行曝光，所以不得不在移动晶片的同时在投影光学系统和晶片之间的空间中填充液体。

考虑到这些方面，近来提出一项关于“涉及投影曝光方法及单元的发明，其中，预定的液体沿衬底的移动方向流动，使得当衬底在预定方向移动时液体填充在投影光学系统的衬底侧上的光学元件的端部和衬底的表面之间的空间中”(例如，参见下列专利文献1)的提议。

除此提议外，作为一项提高如在浸入式曝光法中的分辨率的提议，光刻系统也是公知的，光刻系统将固体浸入透镜放置在投影光刻透镜系统(投影光学系统)和样品之间的区段中(例如参见下述的专利文献2)。

根据下述专利文献1所公开的发明，高分辨率且焦深大于空气中焦深的曝光可以通过浸入法执行，并且液体也可以以稳定的方式填充在投影光学系统和衬底之间的空间中，或换言之即使在投影光学系统和晶片相对移动时也可以保持液体。

但是，在下述专利文献1所公开的发明中，因为供给管路、回收管路等布置在投影光学系统的外部，所以外围设备如焦点传感器或校准传感器等必须布置在投影光学系统周围的各种传感器的自由度受到限制。