曝光装置、曝光方法及器件制造方法与流程

本发明涉及曝光装置、曝光方法及器件制造方法。

背景技术：

当微器件(半导体元件、液晶显示元件等)以光刻工艺来制造时，用于通过在基板上投影掩模的图案来对基板曝光的曝光装置被使用。为了在基板上精确地投影掩模的图案，需要曝光装置在掩模和基板之间准确地执行对焦(焦点校准)。焦点校准方法的一个示例包括经由投影光学系统来测量基板相对于掩模的相对位置以及掩模的图案的焦点位置的TTL(通过镜头)方法。

图8是示出在TTL方法中具有焦点校准功能的常规曝光装置的一个示例的示意图。在图8所示的常规曝光装置中将给出焦点校准的一个示例。为了由照明光学系统1照射布置于掩模2或掩模台3上的掩模侧参考标记，主控制器7给掩模台控制器8发出命令并移动掩模台3。主控制器7给基板台控制器11发出命令并移动基板台6，使得在基板台6上的基板侧参考标记9被布置为与掩模侧参考标记对应。主控制器7在Z方向上精细地驱动基板台6。处理器12计算出检测到的光量达到其峰值的坐标位置Z0。图9示出了此时在检测到的光量与Z方向上的坐标位置之间的关系。当掩模侧参考标记和基板侧参考标记9处于共轭位置关系时，获得检测到的光量达到其峰值的位置Z0。焦点位置通过寻找该光量的最大值来计算出。处理器12将计算出的焦点位置信息传输给主控制器7。主控制器7能够通过给基板台控制器11发出命令并且在Z方向上驱动基板台6达焦点位置的位移量而使掩模2的图案的焦点位置与基板5相匹配。

日本专利特开序列号4-348019公开了通过照射基板侧参考标记、以投影光学系统接收通过投影光学系统和基板侧参考标记的掩模侧参考标记的图像的反射光、并且检测该光量的变化来计算焦点位置的方法。

但是，在测量焦点位置时，基板侧参考标记9在X和Y方向上的位置与掩模的测量图案(掩模侧参考标记)在X和Y方向上的投影位置之间的位置偏移、以及投影光学系统4的基板侧远心性(telecentricity)两者都存在。远心性指的是关于对象的深度方向的倍率误差。在这种情况下，焦点位置的测量值发生偏差。在图10A中，100a至100c指示没有任何位置偏移和远心性的理想状态A。在图10B中，200a至200c指示位置偏移和远心性两者均存在的状态B。图10A的100a和图10B的200a中的每个都指示其中掩模侧参考标记的焦点位置在Z方向上与基板侧参考标记9的位置a相匹配的状态(最佳聚焦状态)。图10A的100b和图10B的200b中的每个都指示其中基板侧参考标记9在Z方向上的位置处于相对于掩模侧参考标记的焦点位置沿正方向偏移的位置b的状态(+离焦状态)。图10A的100c和图10B的200c每个都指示其中基板侧参考标记9在Z方向上的位置处于相对于掩模侧参考标记的焦点位置沿负方向偏移的位置c的状态(-离焦状态)。如图10B的200a所示，状态B指示在最佳聚焦状态下测量图案于X方向上的投影位置在X方向上相对于基板侧参考标记9的中心偏移，也就是，位置偏移存在。图11是示出在Z方向上的位置与在图10A和10B中的状态A和状态B下由传感器10检测到的光量之间的关系的曲线图。曲线A和C分别对应于状态A和B。在图11中，Z1和Z2分别指示在图10A和10B的状态A和状态B下测得的焦点位置的测量值。在图10A和10B的状态A和状态B之间，从图11中计算出的焦点位置的不同测量值Z1和Z2被获得，尽管焦点位置是相同的。也就是，据发现，焦点位置的测量值在位置偏移和远心性两者均存在的状态B下发生偏差。只要位置偏移和远心性中的至少一个能够被设置为0，绝不发生测量值的偏差。但是，在实践中，即使是位置偏移和远心性中的一个也极难为0。此外，即使远心性为0，如果驱动误差在基板台6于Z方向上被驱动时存在于X和Y方向上，则焦点位置的测量偏差也类似地发生。

技术实现要素：

为了应对这种情况，本发明的目的是要提供用于精确地测量焦点位置的曝光装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种曝光装置，该曝光装置包含：被配置用于将由掩模台保持的掩模的图案投影于基板上的投影光学系统，可沿与投影光学系统的光轴平行的第一方向和与第一方向垂直的第二方向移动的且被配置用于保持基板的基板台，被配置用于测量透射穿过掩模侧参考标记、投影光学系统及布置于基板台上的基板侧参考标记的光量的测量器件，以及被配置用于基于测量器件的测量结果确定投影光学系统的焦点位置的控制器。该装置包含被配置用于获取关于基板台沿第一方向的移动量与由投影光学系统投影于基板侧参考标记上的掩模侧参考标记的图像在第二方向上相对于基板侧参考标记的位置偏移量之间的关系的信息的获取单元，该位置偏移量在基板台被沿着第一方向驱动时出现。其中，控制器在连同沿第一方向驱动基板台一起通过使用该信息也沿第二方向驱动基板台达与基板台沿第一方向的移动量对应的沿第二方向的位置偏移量的同时，通过促使测量器件测量光量来基于测量结果确定焦点位置。

根据本发明的另一个方面，曝光装置包含被配置用于将由掩模台保持的掩模的图案投影于基板上的投影光学系统，可沿与投影光学系统的光轴平行的第一方向和与第一方向垂直的第二方向移动的且被配置用于保持基板的基板台，被配置用于测量透射穿过掩模侧参考标记、投影光学系统及布置于基板台上的基板侧参考标记的光量的测量器件，以及被配置用于基于测量器件的测量结果确定投影光学系统的焦点位置的控制器，其中，控制器在连同沿第一方向驱动基板台一起基于投影光学系统的远心性也沿第二方向驱动驱动基板台达与基板台沿第一方向的移动量对应的沿第二方向的移动量的同时，通过促使测量器件测量光量来基于测量结果确定焦点位置。

根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种通过曝光装置对基板进行曝光的曝光方法，该曝光装置包含：被配置用于将由掩模台保持的掩模的图案投影于基板上的投影光学系统，可沿与投影光学系统的光轴平行的第一方向和与第一方向垂直的第二方向移动的且被配置用于保持基板的基板台，以及被配置用于测量透射穿过掩模侧参考标记、投影光学系统及布置于基板台上的基板侧参考标记的光量的测量器件。该方法包括获取关于基板台沿第一方向的移动量与由投影光学系统投影于基板侧参考标记上的掩模侧参考标记的图像在第二方向上相对于基板侧参考标记的位置偏移量之间的关系的信息，该位置偏移量在基板台被沿着第一方向驱动时出现，并且在连同沿第一方向驱动基板台一起通过使用该信息也沿第二方向驱动基板台达与基板台沿第一方向的移动量对应的沿第二方向的位置偏移量的同时，通过促使测量器件测量光量来基于测量结果确定投影光学系统的焦点位置。

根据本发明的再一个方面，本发明提供了一种器件制造方法。该方法包括通过使用曝光装置对基板进行曝光，并且对在该曝光中进行了曝光的基板进行显影，其中该曝光装置包含：被配置用于将由掩模台保持的掩模的图案投影于基板上的投影光学系统，可沿与投影光学系统的光轴平行的第一方向和与第一方向垂直的第二方向移动的且被配置用于保持基板的基板台，被配置用于测量透射穿过掩模侧参考标记、投影光学系统及布置于基板台上的基板侧参考标记的光量的测量器件，以及被配置用于基于测量器件的测量结果确定投影光学系统的焦点位置的控制器；该装置包含被配置用于获取关于基板台沿第一方向的移动量与由投影光学系统投影于基板侧参考标记上的掩模侧参考标记的图像在第二方向上相对于基板侧参考标记的位置偏移量之间的关系的信息的获取单元，该位置偏移量在基板台被沿着第一方向驱动时出现，并且，该控制器在连同沿第一方向驱动基板台一起通过使用该信息也沿第二方向驱动基板台达与基板台沿第一方向的移动量对应的沿第二方向的位置偏移量的同时，通过促使测量器件测量光量来基于测量结果确定焦点位置。

根据下面关于示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的更多特征将会变得清晰。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的扫描曝光装置的视图；

图2是示出用于焦点校准的掩模侧参考标记的一个示例的视图；

图3是示出其中根据检测到的光量来计算在X方向上的投影位置的示例的曲线图；

图4是示出其中根据基板台的Z位置以及在X方向上的投影位置来计算在X方向上的远心性的示例的曲线图；

图5是用于解释在根据第一实施例确定焦点位置时驱动基板台的方法的视图；

图6给出了用于示出在第一实施例和理想状态中在光轴方向上的位置与检测到的光量之间的关系的曲线图；

图7是示出根据本发明的一种实施例的曝光方法的流程图；

图8是示出在TTL方法中具有焦点校准功能的常规曝光装置的视图；

图9是示出其中根据检测到的光量来确定焦点位置的示例的曲线图；

图10A和10B是示出其中焦点位置在理想状态以及位置偏移和远心性两者均存在的状态下被获取的情形的视图；以及

图11给出了用于示出在理想状态以及位置偏移和远心性两者均存在的状态下在光轴方向上的位置与检测到的光量之间的关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的各种示例性实施例、特征及方面将在下文参照附图来详细描述。

【曝光装置】

图1示出了在本发明的TTL方法中具有焦点校准功能的扫描曝光装置。首先，将描述扫描曝光被执行的模式。如图1所示，从照明光学系统1发射出的光由掩模台3保持，透射穿过实际器件图案(图案)于其上被绘制出的掩模2，并且经由投影光学系统4达到基板5。掩模2的图案表面和基板5通过投影光学系统4处于共轭位置关系。因此，掩模2的图案由投影光学系统4投影于基板5上。能够沿与投影光学系统4的光轴平行的第一方向(Z方向)以及与其垂直的第二方向(X方向和Y方向)移动的基板台6保持基板5。掩模2的图案通过沿图1的Y方向同步扫描掩模台3和基板台6来投影于基板5上并于其上曝光。

焦点校准的一个示例被示出。在本实施例中，获得远心性信息的获取单元13以及用于根据远心性信息来计算基板台6在X和Y方向上的驱动量的驱动量计算单元14被布置，这两者在现有技术中都不存在。获取单元13能够通过在曝光装置内部的测量或外部输入来获得远心性信息。也就是，获取单元13可以包含用于存储通过使用基板台6和传感器10预先获得的远心性信息的存储单元。作为选择，获取单元13可以包含用户将远心性信息输入其中的输入单元。在本实施例中，下文将描述其中远心性信息被获得并预先存储于曝光装置内并且所存储的远心性信息被使用的模式。为了由照明光学系统1照射布置于掩模2上的测量图案(掩模侧参考标记)，主控制器7给掩模台控制器8发出命令并通过使用干涉仪(未示出)等在X和Y方向上移动掩模台3。测量图案可以不布置于掩模2上，而是布置于掩模台3上。图2示出了测量图案的一个示例。测量图案由具有光透射穿过其中的预定行宽和间距的图案部分以及用于屏蔽光的外围部分组成。

主控制器7给基板台控制器11发出命令，并且通过使用干涉仪(未示出)等在X和Y方向上移动基板台6，使得在基板台6上的基板侧参考标记9与掩模2上的测量图案对应地布置。基板侧参考标记9是与掩模2上的测量图案对应的透射图案。传感器(测量器件)10被布置于基板侧参考标记9之下。传感器10测量透射穿过测量图案和基板侧参考标记9两者的光的光量。

主控制器7给基板台控制器11发出命令，沿垂直于光轴的方向(例如，X方向)精细地驱动基板台6，并且通过处理器12来计算检测到的光量达到其峰值的坐标位置X0。主控制器7、处理器12、掩模台控制器8、基板台控制器11及驱动量计算单元14形成控制器C。图3示出了在检测到的光量与基板台6的X方向位置之间的关系。检测到的光量达到其峰值的位置X0变为测量图案在X方向上的投影位置。主控制器7沿光轴方向(Z方向)驱动基板台6达预定量并且类似地计算测量图案在X方向上的投影位置。通过重复上述过程，可以获取在测量图案的投影图像(投影位置)沿X方向的位置偏移量与基板台6沿Z方向的移动量之间的关系。图4示出了在基板台6沿Z方向的移动量与测量图案的投影图像沿X方向的位置偏移量之间的关系。在X方向上的远心性Tx能够通过下式来表示：

Xm＝Tx×Zs...(1)

其中Zs是基板台6沿Z方向的移动量，并且Xm是投影图像沿X方向的位置偏移量。

也就是，投影图像沿X方向的位置偏移量相对于基板台6沿Z方向的移动量的一阶分量(primary component)变为在X方向上的远心性。以同一种方法，同样能够测量在Y方向上的远心性Ty。在本实施例中，在基板台6沿Z方向的移动量与投影图像的位置偏移量之间的关系通过比例关系来表示。但是，当基板台6沿Z方向的移动量与投影图像的位置偏移量不是处于简单的比例关系时，在基板台6沿Z方向的移动量与投影图像的位置偏移量之间的关系可以通过更高阶多项式、三角多项式或别的函数关系来表示。在按照映射形式(例如，通过使它们相互关联而获得的表格)来存储两种数据之后以诸如插值法之类的方法来计算投影图像的位置偏移的方法同样可被采用。在本实施例中，远心性甚至包括由在基板台6在Z方向上被驱动时获得的基板台6的驱动误差导致的在X和Y方向上的位置偏移。而且，在本实施例中，除了投影光学系统4的远心性外，远心性甚至还能够包括照明光学系统1的远心性。在本实施例中，远心性通过测量焦点位置来测得。但是，远心性可以通过别的方法来测量。以上所描述的在X方向和Y方向上的远心性信息从主控制器7输入到获取单元13。

现在将描述其中焦点校准在位置偏移和远心性两者均存在的状态下被执行的模式。如同在远心性被测量的模式中那样，掩模台3和基板台6每个都被移动到能够测量焦点位置的位置。基板台6在光轴方向上被精细地驱动，并且布置于基板侧参考标记9之下的传感器10检测透射穿过基板侧参考标记9的光量。在本实施例中，光量通过在与光轴垂直的平面(X-Y平面)内与沿光轴方向精细地驱动基板台6同步地驱动基板台6来检测。令Zf为在基板台6被精细地驱动时获得的沿Z方向的移动量。在基板台在Z方向上被精细地驱动达Zf时获得的在X方向和Y方向上的偏移量(位置偏移量)Sx和Sy能够通过以下公式计算出：

Sx＝Tx×Zf...(2)

Sy＝Ty×Zf...(3)

其中Tx和Ty代表输入到获取单元13的在X方向和Y方向上的远心性。

图5是用于解释根据本实施例的在焦点位置被测量时驱动基板台6的方法的视图。基板台6的驱动方向相对于光轴(Z轴)倾斜。如同在图10A和10B中那样，图5的在Z方向上的位置a、b和c分别对应于最佳聚焦状态、+离焦状态和-离焦状态。图6是示出在基板台6的Z位置与由传感器10检测到的光量之间的关系的曲线图。曲线A指示当光量在没有任何位置偏移和远心性的理想状态下被检测到时在基板台6的Z位置与由传感器10检测到的光量之间的关系。曲线C指示在位置偏移和远心性两者均存在的状态(本实施例)下通过驱动基板台6来检测光量(如同在图5中那样)时在基板台6的Z位置与由传感器10检测到的光量之间的关系。处理器12根据图6来确定检测到的光量达到其峰值的Z位置。检测到的光量达到其峰值的Z位置在掩模2的测量图案与基板侧参考标记9处于共轭位置关系时被获得，并且它是焦点位置。分别令Z1和Z3为在图6的曲线A和曲线C中的焦点位置的测量值，则Z1＝Z3成立。与曲线A不同，在曲线C中存在位置偏移。因而，在曲线C中，在基板台的Z位置与由传感器10检测到的光量之间的关系与曲线A中的关系不同。但是，焦点位置的测量值变为彼此相等。因此，由位置偏移和远心性导致的焦点位置的测量值的偏差不会发生。即使曲线C被使用。通过促使处理器12将关于所确定的焦点位置Z3的信息传输给主控制器7、并且促使主控制器7给基板台控制器11发出命令并沿Z方向驱动基板台6达所确定的焦点位置的位移量来调整焦点位置。根据本实施例，提供用于即使位置偏移和远心性两者均存在也可基于传感器的测量结果精确地确定焦点位置的曝光装置成为可能。

【曝光方法】

根据本发明的一种实施例的曝光方法将基于图7来描述。图7是示出根据本发明的一种实施例的曝光方法的流程图。在图7的曝光方法中，使用在第一实施例中的图1的曝光装置。首先，在步骤S1中，主控制器7将在X方向和Y方向上的多条远心性信息输入到获取单元13。在此输入的多条远心性信息可以针对在焦点位置被测量时的每种测量条件(例如，照明条件、投影光学系统的数值孔径或测量点)来输入。

在步骤S2中，主控制器7将掩模2装载到掩模台3上。在步骤S3中，主控制器7将基板5装载到基板台6上。在步骤S4中，主控制器7判断是否要校正焦点位置。当不校正焦点位置时，过程前进到步骤S11，并且主控制器7执行曝光。为了通过照明光学系统1来照射布置于掩模2上的测量图案，主控制器7给掩模台控制器8发出命令并且在步骤S5中通过使用干涉仪(未示出)等来移动掩模台3。此外，主控制器7给基板台控制器11发出命令并且通过使用干涉仪(未示出)等在X和Y方向上移动基板台6，使得基板侧参考标记9与掩模2上的测量图案对应地布置。

在步骤S6中，驱动量计算单元14根据在步骤S1中输入的多条远心性信息来计算在基板台6在Z方向上被驱动时获得的沿X方向和Y方向的位置偏移量。注意，位置偏移量像第一实施例的公式(2)和(3)那样计算出。主控制器7在步骤S7中获取焦点位置。基板台6在Z方向上被精细地驱动并同时沿X方向和Y方向被驱动达在步骤S6中计算出的位置偏移量，并且布置于基板侧参考标记9之下的传感器10检测透射穿过基板侧参考标记9的光量。处理器12获取检测到的光量达到其峰值的Z位置。

在步骤S8中，主控制器7判断是否已完成了对所有测量点的焦点位置的测量。注意，如果每种测量条件都包括在焦点位置被测量时获得的与该测量点不同的部分中的投影光学系统的数值孔径或照明条件，则主控制器7在步骤S8中判断在所有测量条件下对焦点位置的测量是否都已完成。如果测量还没完成，则过程返回到步骤S5，并且测量下一测量点的焦点位置。如果测量已完成，则过程前进到步骤S9。在步骤S9中，处理器12确定焦点位置。在本实施例中，存在焦点位置的多个(例如，两个)测量点，并且它们分别由测量点A和B指示。但是，测量点的数量并不限于此。分别令FA和FB为测量点A和B的焦点位置，则处理器12通过取得测量点A和B的焦点位置FA和FB的平均值来确定焦点位置CF，如下式所示：

CF＝(FA+FB)/2...(4)

用于确定焦点位置CF的公式并不限于公式(4)，只要它是FA和FB的函数。在步骤S10中，通过促使处理器12将在步骤S9中确定的焦点位置CF传输到主控制器7，并且促使主控制器7给基板台控制器11发出命令并沿Z方向驱动基板台6达到距焦点位置CF的差异来调整焦点位置。在本实施例中，通过驱动基板台6来调整焦点位置。但是，调整焦点位置的方法并不限于此。

在步骤S11中，主控制器7给掩模台控制器8和基板台控制器11两者发出命令，并且沿X和Y方向驱动掩模台3和基板台6，以使它们移动到曝光位置。在步骤S12中，在掩模2上的图案通过以来自照明光学系统1的光照射掩模2并沿Y方向同步扫描掩模台3和基板台6而经由投影光学系统4通过一次照射(shot)投影于基板5上并于其上曝光。在步骤S13中，主控制器7判断所有照射的曝光操作是否都已完成。如果曝光操作尚未完成，则过程返回到步骤S11，并且下一次照射被曝光。如果曝光操作已完成，则过程前进到步骤S14，在该步骤S14中，主控制器7卸载基板。在步骤S14中，主控制器7在曝光操作已完成的情况下将基板5从基板台6卸载下来。在步骤S15中，主控制器7判断是否所有基板5的图案信息都已完成。如果信息已完成，则曝光完成。如果信息尚未完成，则重复步骤S3至步骤S14的步骤。根据本实施例，即使位置偏移和远心性两者均存在也可精确地执行焦点校准成为可能。

【器件制造方法】

下面将描述根据本发明的一种实施例的用于制造器件(半导体器件、液晶显示器件等)的方法。半导体器件通过执行在晶圆上形成集成电路的预处理以及完成在由预处理形成的晶圆上的集成电路芯片(作为产品)的后处理来制造。预处理包括使用上述曝光装置对光致抗蚀剂被施加于其上的晶圆进行曝光的步骤以及使晶圆显影的步骤。后处理包括组装步骤(划片和键合)和封装步骤(密封)。液晶显示器件通过执行形成透明电极的步骤来制造。形成透明电极的步骤包括将光致抗蚀剂施加于透明导电膜沉积于其上的玻璃基板上的步骤，使用上述曝光装置对光致抗蚀剂被施加于其上的玻璃基板进行曝光的步骤，以及使玻璃基板显影的步骤。根据本实施例的器件制造方法，可以制造出具有比以前更高的质量的器件。上文已经描述了本发明的实施例。但是，本发明并不限于本实施例，并且能够在本发明的精神和范围之内进行各种改动和修改。

其他实施例

本发明的实施例还能够通过读出并执行记录于存储介质(该存储介质同样可以更完整地称为“非易失性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)来执行一种或多种上述实施例的功能和/或包含用于执行一种或多种上述实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机以及由系统或装置的计算机通过例如从存储介质中读出并执行计算机可执行指令来执行一种或多种上述实施例的功能和/或控制该一个或多个电路来执行一种或多种上述实施例的功能来执行的方法来实现。该计算机可以包含一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包含独立计算机或独立处理器的网络，用于读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以由例如网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(例如，压缩碟片(CD)、数字通用盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM)、闪存器件、存储卡等中的一个或多个。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然本发明已经参考示例性的实施例进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求书的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。