專利名稱：位置檢測方法和表面形狀估算方法、曝光裝置及采用該曝光裝置的器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在例如制造半導(dǎo)體器件或液晶顯示器件的光刻工藝中，用來將諸如晶片的基底曝光于模版圖案的投影曝光方法和投影曝光裝置。
背景技術(shù)：
近年來，除步進(jìn)重復(fù)型曝光裝置如步進(jìn)器外，掃描型投影曝光裝置(掃描曝光裝置)如步進(jìn)掃描型曝光裝置已經(jīng)被用來制造半導(dǎo)體器件等。在這類投影曝光裝置中使用的投影光學(xué)系統(tǒng)需要提供接近于其極限的分辨能力。為此，使用一種機(jī)構(gòu)來測定對該分辨能力有影響的因素(大氣壓，環(huán)境溫度等)，并依照測定結(jié)果來校正成像性質(zhì)。另外，由于投影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑被設(shè)置得很大，來獲得較高的分辨能力，因此聚焦的深度會變得非常淺。鑒于此，采用傾斜入射型焦點位置檢測系統(tǒng)來測定晶片表面的焦點位置(沿投影光學(xué)系統(tǒng)光軸方向的位置)，其中該晶片表面的表面不平度是可變的。同時，依照焦點位置的測定，采用自動對焦機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)晶片表面位置與投影光學(xué)系統(tǒng)的成像面重合。
另外，最近幾年，由模版(作為掩模)的變形而引起的成像誤差已經(jīng)變得不能再忽略。具體地，例如，如果模版的圖案表面朝投影光學(xué)系統(tǒng)偏斜或者不均勻地彎曲，則成像位置就沿模版圖案表面偏移的相同方向偏移。結(jié)果，若晶片位置相同，則出現(xiàn)散焦。此外，若模版圖案表面發(fā)生變形，則圖案表面內(nèi)的圖案位置(沿垂直于投影光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向上的位置)可能變化。這種圖案的橫向偏移會導(dǎo)致失真誤差。
引起這類模版變形的因素可以概括為(a)高度的變形，(b)模版圖案表面的平坦度，以及(c)當(dāng)模版用模版支架吸附和支持時由于接觸表面的平坦度而引起的變形(其包括由所夾的雜質(zhì)粒子引起的變形)。由這類因素引起的變形幅度大約是0.5微米，但是如果用具有投影放大率為1∶4的投影光學(xué)系統(tǒng)來對這類模版進(jìn)行投影時，在成像位置處會出現(xiàn)相對于模版變形方向30nm的位置偏移。這樣的數(shù)值非常大，不能夠被忽略。鑒于此，可以依照測定結(jié)果來測定模版圖案表面的變形，并補償成像性能。然而，模版的測定必須非常精確地進(jìn)行。因此，需要以大約0.1微米的測定精度來測定模版圖案的變形量。另外，由于曝光裝置每個模版和每個模版支架的變形都不盡相同，因此為了實現(xiàn)對模版變形的精確測定，需要在模版被投影曝光裝置的模版支架實際吸附和支持的同時進(jìn)行測定。
如上所述，為了在投影曝光裝置內(nèi)獲得更高的成像性能，理想的是不僅在晶片側(cè)而且在模版?zhèn)冗M(jìn)行圖案表面形狀的測定。為此，對于模版表面形狀的測定，類似于傾斜入射型自動聚集傳感器的用來檢測晶片焦點位置的位置傳感器也可以設(shè)在模版臺一側(cè)。
在這種情形下，由于模版的圖案表面形成在其底面上，即形成在模版的投影光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)，因此，用來檢測圖案表面形狀的檢測光必須從模版的底側(cè)傾斜地進(jìn)行投影。然而，在此情形中，由于該檢測光直接入射到模版的圖案表面上，檢測光會受圖案的反射率差異(即，鉻與玻璃之間的反射率差)的影響。因此，很難實現(xiàn)表面形狀的精確檢測。
而且，在一些情形中，防灰塵膜(薄膜)借助于金屬框架粘附在模版上，用來防止模版圖案表面粘附雜質(zhì)粒子。在此情形中，傾斜投影的光會被金屬框架阻擋，為了避免這一點，檢測光不應(yīng)當(dāng)以非常窄的角度(大的入射角)投影到模版圖案表面上。另外，因為金屬框架的存在，所以取決于傾斜入射型位置傳感器的檢測光的入射方向，圖案表面上位置可檢測區(qū)域就有所限制。從而，很難在圖案表面的整個拍照區(qū)域上進(jìn)行表面形狀的直接測定。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的第一方面，為了解決上面討論的至少一個問題，本發(fā)明提供一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在其上形成的預(yù)定圖案；其特征在于所述檢測裝置包括將來自光源的光導(dǎo)引至所述模版表面的光投影部分，和接收來自所述模版表面的反射光的光接收部分；以及來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。
依照本發(fā)明的第二方面，提供一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在其上形成的預(yù)定圖案；和防灰塵附著部件，包括相對于基本垂直于模版表面的方向具有預(yù)定高度的框架，和防灰塵附著膜；其特征在于所述檢測裝置包括將來自光源的光導(dǎo)引至所述模版表面的光投影部分，和接收來自所述模版表面的反射光的光接收部分；以及來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不大于80度。
在本發(fā)明的第三方面，與上面描述的第二方面有關(guān)，來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。
在本發(fā)明的第四方面，與上面描述的第一至第四方面的任何一個有關(guān)，所述圖案包括在掃描曝光中要用的圖案，所述檢測光在與掃描方向傾斜地傾向的同時入射到所述模版表面上。
在本發(fā)明的第五方面，與上面描述的第四方面有關(guān)，從基本垂直于所述模版表面的方向看，所述檢測光確定一個相對于所述掃描方向不小于20度但不大于70度的角度。
依照本發(fā)明的第六方面，提供一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在近似長方形區(qū)域內(nèi)形成的預(yù)定圖案；其特征在于所述檢測裝置包括將來自光源的檢測光導(dǎo)引至所述模版表面的光投影部分；以及從基本垂直于所述模版表面的方向看，入射到所述模版表面上的所述檢測光確定一個相對于所述長方形的任何一個側(cè)邊不小于20度但不大于70度的角度。
依照本發(fā)明的第七方面，提供一種可用依照上述第一至第六方面任何一個所述的位置檢測系統(tǒng)的表面形狀估算系統(tǒng)，基于用該位置檢測系統(tǒng)的檢測，估算所述模版表面上除所述不同點外其他區(qū)域的表面形狀。
依照本發(fā)明的第八方面，提供一種借助于投影曝光來對具有圖案的光敏基底進(jìn)行曝光的曝光裝置，其特征在于包括如上述第一至第六方面任何一個所述的位置檢測系統(tǒng)。
依照本發(fā)明的第九方面，曝光裝置還包括報警裝置，基于用依照上述本發(fā)明第一至第六方面任何一個所述的位置檢測系統(tǒng)的檢測，或者基于用依照上述本發(fā)明第七方面的表面形狀估算方法的估算，告知模版的替換和/或模版的重置。
依照本發(fā)明的第十方面，提供一種器件的制造方法，包括步驟用依照上述第八或第九方面的曝光裝置對基底進(jìn)行曝光；和對曝光過的基底進(jìn)行顯影。
在本發(fā)明下面結(jié)合附圖的對優(yōu)選實施方式描述的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)，特點和優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1是依照本發(fā)明一種實施方式，投影曝光裝置的主體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明模版變形以及模版表面位置檢測系統(tǒng)的功能的示意圖；圖3A-3C示出在CCD傳感器上檢測光的波形信號，其中圖3A示出參考狀態(tài)，圖3B示出存在Z位移但信號未受模版圖案影響的狀態(tài)，圖3C示出存在Z位移而且信號受到模版圖案影響的狀態(tài)；圖4是說明由于形成在模版表面上圖案的反射率差異而引起檢測光波形的重心變化的示意圖；圖5是說明檢測光的入射角、圖案的反射率比(“鉻的反射率”比“玻璃的反射率”)和歸因于圖案的測定誤差之間關(guān)系的曲線圖；圖6示出檢測截面和檢測面，用來說明由于金屬框架的存在，檢測光入射角的增加(θ12＜θ11＜θ10)如何使檢測區(qū)域變窄；圖7是說明檢測區(qū)域的差別的示意圖，其中檢測光從與掃描方向正交的方向以不同的入射角θ12、θ11和θ10(θ12＜θ11＜θ10)入射；圖8是說明檢測區(qū)域的差別的示意圖，其中檢測光從與掃描方向成φ角的方向傾斜入射；圖9的示意圖說明當(dāng)檢測光從與掃描方向成φ角的方向傾斜入射時，相對于非掃描方向從金屬框架構(gòu)件的內(nèi)框架到最大檢測區(qū)域的邊緣的距離“a”，以及從金屬框架構(gòu)件的內(nèi)框架到最大檢測區(qū)域的邊緣的距離“b”；圖10A-10C的曲線圖分別說明通過關(guān)于三個點(或五個點)近似測定模版表面可得到的，估算的想像模版傾斜表面(具有傾斜量R真值)和近似的模版傾斜表面(具有傾斜量R測定)之間的關(guān)系，其中圖10A是檢測點數(shù)目為三個的情形，圖10B是檢測跨度擴(kuò)大的情形，圖10C是檢測點數(shù)目為五個的情形；圖11的曲線圖說明(i)模版表面形狀用近似法測定的近似測定表面與實際模版表面之間的傾斜范圍差(R測定-R真值)和(ii)可檢測區(qū)域(相對于拍照區(qū)域)之間的關(guān)系；圖12的示意圖說明檢測光沿入射方向φ傾斜地入射來進(jìn)行模版表面測定的檢測過程；圖13的示意圖說明檢測區(qū)域中檢測光以θ12，θ11、θ10(θ12＜θ11＜θ10)的入射角傾斜地入射和沿與掃描方向成45度的方向入射的差別；圖14的曲線圖說明模版圖案近似表面的測定誤差為0.1微米或更小時的入射角范圍和入射方向范圍。
具體實施例方式
現(xiàn)在，參看附圖來說明本發(fā)明的一種實施方式。在這種實施方式中，本發(fā)明應(yīng)用在采用步進(jìn)掃描(掃描型)投影曝光裝置的曝光過程中。圖1示出這種投影曝光裝置的主體部分。在附圖中，模版R由模版支架借助于真空吸附來支持，其圖案支撐面朝下。模版支架沿垂直于該附圖所在紙面的方向是掃描可移動的。光源1放置在模版之上，輸出曝光所用的光。在光源1和模版R之間，放置有照明光學(xué)系統(tǒng)2。在模版R遠(yuǎn)離照明光學(xué)系統(tǒng)2的一側(cè)，放置有投影光學(xué)系統(tǒng)PL和晶片W。晶片W固定在晶片臺WST上，該晶片臺WST沿X，Y和Z方向可以移動，而且可以傾斜調(diào)節(jié)，用來使晶片整個表面的曝光，掃描曝光和聚焦校正能夠進(jìn)行。圖1所示的結(jié)構(gòu)包括模版R，投影光學(xué)系統(tǒng)PL，晶片W，模版臺RST，晶片臺WST，防灰塵附著膜(薄膜)3，金屬框架4，檢測光源5，用作投影標(biāo)記(proiection mark)的狹縫6，光投影透鏡7，光接收透鏡8，檢測器9，形狀存儲單元10，操作單元11和控制系統(tǒng)12。
本實施方式的投影曝光操作類似于普通投影曝光裝置的投影曝光操作。即，光源1發(fā)出的曝光光線由照明光學(xué)系統(tǒng)2投影到模版R。接著，在曝光光線的作用下，形成在模版上的圖像借助于投影光學(xué)系統(tǒng)PL投射到晶片W上。模版R和晶片W沿垂直于該附圖所在紙面的方向相對掃描地移動，由此進(jìn)行單次(one-shot)曝光。
在本實施方式中，如圖1中所示，模版表面位置檢測系統(tǒng)設(shè)在模版之下。該模版表面位置檢測系統(tǒng)具有類似于傾斜入射型聚焦檢測器的結(jié)構(gòu)和功能，用于使要曝光的晶片表面與投影光學(xué)系統(tǒng)的成像面對準(zhǔn)。具體地，它包括光投影部分和光檢測部分。更具體地，它用來將來自光投影部分的檢測光投影到模版的圖案支撐面上，同時借助于光檢測部分檢測那里的反射光，從而檢測模版的表面位置。光投影部分包括作為主要部件的光源5，例如發(fā)光二極管，用作投影標(biāo)記的狹縫6，和光投影透鏡7。光檢測部分包括作為主要部件的光接收透鏡8和檢測器9，例如CCD傳感器。在此，相對于模版掃描方向(垂直該附圖所在紙面的方向)和垂直于該模版掃描方向的方向(即，沿該附圖所在紙面的橫向)，設(shè)有多個檢測系統(tǒng)。因而，通過掃描該結(jié)構(gòu)中的模版，可以在模版表面的不同點(檢測點)處測定表面位置。然后，由這些測定結(jié)果，就可以測定出模版表面的表面形狀。
用這種表面位置測定系統(tǒng)測定的表面形狀由形狀存儲單元10進(jìn)行存儲，然后用操作單元11計算出有關(guān)模版的大致表面。
此處，關(guān)于對依照上述過程測得的模版圖案表面的偏斜或彎曲進(jìn)行校正的方法，可以采用下述方法。
(1)物理校正彎曲可以使用壓電器件或者任何其它致動器來向模版沿校正彎曲的方向施加壓力，由此物理地對其進(jìn)行校正。此處，致動器并不限于壓電器件。螺栓和螺母或者其類似物也可以用來向模版施加壓力。替代地，可以在模版的頂側(cè)和/或底側(cè)設(shè)置一個可控壓力型密封空間，通過控制該空間內(nèi)的壓力，來校正模版的彎曲。
(2)光學(xué)校正彎曲；模版整個表面沿掃描方向的任何彎曲都可以通過沿掃描方向移動晶片臺同時沿投影光學(xué)系統(tǒng)的光軸方向(Z方向)移動晶片臺來進(jìn)行光學(xué)校正。至于沿掃描方向的彎曲，可以在通過向上和向下移動晶片臺來良好地保持模版圖案表面和晶片表面間的共軛關(guān)系的同時，進(jìn)行掃描曝光。至于沿垂直于掃描方向的方向的彎曲，可以移動投影光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的一個或多個光學(xué)元件來產(chǎn)生場曲率，從而在調(diào)節(jié)偏斜的模版圖案表面使其良好地成像在晶片表面的同時，進(jìn)行掃描曝光。若在晶片臺的調(diào)節(jié)和投影光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)實時進(jìn)行的同時可以執(zhí)行掃描曝光，則這將是最佳的。若兩者很難實時地進(jìn)行，則可以將模版相對于掃描方向劃分成多個區(qū)域，對于每個區(qū)域，可以沿光軸方向(Z方向)驅(qū)動晶片臺。從而，這使控制變得非常簡單。另外，至于模版沿垂直于掃描方向的方向的彎曲，可以進(jìn)行下面的操作。通常，若用投影光學(xué)系統(tǒng)來對傾斜的模版進(jìn)行投影的話，圖像平面會彎曲。鑒于此，沿光軸方向移動投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件(可以是透鏡或反射鏡)，由此改變投影光學(xué)系統(tǒng)的場曲率，從而形成模版彎曲的場曲率與通過平移投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件而改變的場曲率就可以彼此抵消。在這種設(shè)置下，模版的彎曲可以光學(xué)地進(jìn)行校正。
此外，若通過移動投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件可以充分地減小模版曲率的影響，則就可以借助于移動光學(xué)元件來光學(xué)地校正沿掃描方向的彎曲以及沿垂直于掃描方向的方向的彎曲。
(3)用另一模版進(jìn)行替換該系統(tǒng)具有的功能是，若從模版表面形狀的測定結(jié)果可以辨別出由模版彎曲而引起的圖像平面曲率不能夠減小至容差范圍，而且由此曝光成像性能被惡化，則信號會通過控制系統(tǒng)12傳輸至模版臺RST來促使模版的替換或重置。
接下來，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這種實施方式。
參看圖2和3來說明上述模版表面位置檢測系統(tǒng)的操作。光源5發(fā)出的光穿過投影標(biāo)記狹縫6，并被模版圖案表面相鄰位置處的投影透鏡7收集。被模版圖案表面反射的光再次被光接收透鏡8收集至檢測器9。鄰近模版表面上光被收集的位置視為是檢測點，從而沿垂直于掃描方向的方向上設(shè)有多個檢測點。在這種狀態(tài)下，模版掃描地進(jìn)行移動，并以預(yù)定的節(jié)距在每個檢測點處進(jìn)行表面位置檢測?；谶@些測定結(jié)果，就可以測定出模版表面的表面形狀。下面，更加詳細(xì)地說明這種表面形狀測定法。在如圖2所示的表面形狀檢測系統(tǒng)中，來自光投影系統(tǒng)5的檢測光傾斜地投影在模版表面上，該模版表面用虛線表示，由其反射的光入射到光接收單元9。因為這種檢測光用CCD傳感器等進(jìn)行接收，因此檢測到例如圖3A所示的波形。取該波形的重心位置作為位置信息，模版表面上位于相應(yīng)檢測點處的位置就可以檢測到。若例如模版圖案表面偏斜，如圖2的實線所示，則被該模版表面反射并進(jìn)入光檢測系統(tǒng)的檢測光會沿圖2實線箭頭所示的方向偏移。在這種情況下，被檢測系統(tǒng)5和9檢測到的檢測波形(重心位置)將會依照圖案表面形狀從其原始的波形位置偏移，例如如圖3B中所示的。因此，從每個波形偏移重心的量，就可以檢測出檢測點相對于Z方向(即垂直于模版表面的方向)的位置。
然而，對于模版(圖案)表面的測定來說，如果檢測光既投影到形成有圖案的部分(即涂覆有鉻的部分)，也投影到?jīng)]有形成圖案的部分(即未涂覆鉻且模版基底的玻璃材料被曝光的部分)，則存在著檢測光生成的波形會失真的可能。如果這種現(xiàn)象發(fā)生，則會導(dǎo)致檢測點(圖案表面)Z軸位置的錯誤測定。更具體地講，在檢測光入射到如圖4所示檢測光輻射區(qū)域(即圖4下半部的四邊形區(qū)域)上的情形中，若檢測光傾斜地入射到模版表面，且既入射到其上形成有圖案的部分又入射到其上沒有圖案的部分，則由于它們反射率的差異(即鉻與玻璃間的反射率差異)，被模版表面反射并由光接收系統(tǒng)接收到的檢測光波形就可能會失真。這類波形失真會引起波形重心的改變，從而導(dǎo)致對模版表面上檢測點位置的錯誤測定。具體地，在檢測光入射到圖4下半部所示四邊形區(qū)域上的情形中，由于玻璃具有與鉻相比較低的反射率，因此如圖4的上半部所示，反射光的波形會變形，從而波形的重心向左側(cè)偏移(從重心固有存在的位置看)。因此，應(yīng)當(dāng)采取某些措施來避免或者減少這類錯誤測定。
圖5示出測定光的入射角與測定誤差之間的關(guān)系，以及引起誤差的圖案的反射率比(“鉻的反射率”比“玻璃的反射率”)。從圖5可以看出，若入射角變大，鉻和玻璃間的反射率比就變小，同時測定誤差也變小。對于曝光裝置內(nèi)模版圖案表面的測定來說，與每個檢測點相關(guān)的測定誤差應(yīng)當(dāng)保持在0.1微米或更小。在圖5中，如果檢測光入射到圖案表面上的入射角(即檢測光與圖案表面法線之間確定的角度)設(shè)定為45度或更大，則鉻和玻璃之間的反射率比就可以保持得足夠小，從而滿足上述測定誤差不大于0.1微米的性能要求。
本實施方式采用玻璃材料。但是，這種玻璃可以是例如石英、摻氟石英或者螢石。同樣，可以采用涂覆有抗反射膜或類似物然后用鉻形成圖案的玻璃基底、石英基底、摻氟石英基底、或者螢石基底。
如上所述，若入射角擴(kuò)大，則測定精度就提高。然而，實際上，在曝光裝置中使用的模版可以具有借助于金屬框架固定部件4在其上的防灰塵附著膜(薄膜)3，例如如圖1中所示。在此種情形中，入射到圖案表面上的檢測光入射角度的設(shè)定范圍就受到限制。圖6示出入射到圖案表面上的檢測光設(shè)定為與掃描方向的垂向相平行的實例。在該實例的情形中，就檢測光入射到圖案表面上的入射角而論，設(shè)定三個實例θ10，θ11，θ12?？紤]到采用這些入射角投影的檢測光分別具有預(yù)定的數(shù)值孔徑(NA)，從圖6可以看出，入射角越大，可檢測到的位置區(qū)域距薄膜越遠(yuǎn)。
圖7示出可檢測的位置區(qū)域。更具體地，圖7示出沿垂直于圖案表面的方向看，模版的圖案表面。金屬框架指的是薄膜(pellicle film)的框架部件。在本實施例中它是金屬，但是該框架可以由除金屬外的材料制成。拍照區(qū)域(shot region)指的是模版上形成投影圖案的區(qū)域。此處，在檢測光入射到圖案表面上的入射角最小(即θ12)的情形中，圖7中示出的所有檢測區(qū)域#1，#2和#3都是可檢測區(qū)域。而在入射角是第二最小(即θ11)的情形中，檢測區(qū)域#2和#3是可檢測區(qū)域。在入射角最大(即θ10)的情形中，僅僅檢測區(qū)域#3是可檢測區(qū)域。
總起來說，如上所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除非檢測光入射到圖案表面的入射角被設(shè)定為45度或更大，否則不可能得到理想的測定精度。但是，如果入射角太大，圖案表面上的可檢測范圍會變得極窄，從而也不可能獲得在整個拍照區(qū)域上的位置檢測。
鑒于此，作為在整個拍照區(qū)域上對表面形狀進(jìn)行檢測而不對整個拍照區(qū)域進(jìn)行位置檢測的方法，可以基于對拍照區(qū)域內(nèi)多個檢測點而做出的測定結(jié)果來進(jìn)行拍照區(qū)域內(nèi)模版表面形狀的大致測定。
此處，在這方面，下面將說明檢測跨度(檢測點的間隔)與檢測點的數(shù)目之間的關(guān)系，這些都是對大致測定模版的圖案表面以及偏斜模版表面的近似精度需要考慮的重要因素。
首先，考慮如圖10A所示的二維模版的彎曲表面。在本實施例中，選擇三個點作為位置檢測點，并且基于在該三個檢測點處的檢測結(jié)果，生成模版圖案表面的近似平面。此處，用R真值表示實際模版偏斜的范圍，而用R測定表示近似的偏斜表面的范圍(在本實施例中，把拍照區(qū)域視為彎曲評價區(qū)域，在該拍照區(qū)域內(nèi)，表面位置的最大值和最小值的范圍定義為R)。圖10B示出同圖10A的情形比較起來，三個檢測點的檢測跨度比較大的實施例。從該圖可以看出，當(dāng)與小檢測跨度相比選定一個大的檢測跨度時，模版圖案表面其近似表面的形狀就非常接近于實際的模版圖案表面形狀。也即，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，若檢測點的數(shù)目固定，檢測跨度越大，近似表面精度越高。
圖10C示出盡管檢測點設(shè)在與圖10A所示情形基本相同的區(qū)域內(nèi)，但檢測點數(shù)目增加的實施例。對比圖10A和圖10C的情形，可以看出，如果檢測點的數(shù)目增大(與檢測點數(shù)目較小的情形相比)，則模版圖案表面的近似表面形狀就更加接近于實際的模版圖案表面形狀。即，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，若要檢測(或者可檢測區(qū)域)的區(qū)域相同，檢測點數(shù)目的增加可以更有效地獲得模版圖案表面的近似表面，其形狀更接近于實際的模版表面形狀。
如上所述，對于實際模版偏斜表面的良好精度測定，理想地是在采用增加數(shù)目的檢測點或者運用擴(kuò)大的檢測跨度的同時進(jìn)行這種近似測定。鑒于此，在設(shè)定檢測點(三個或更多)和檢測跨度(盡管由于檢測光入射到圖案表面上的入射角或入射方向而存在一定的限制，但可以選擇在拍照區(qū)域內(nèi)設(shè)定最大的跨度)的同時，以每個檢測點處不超過0.1微米的測定誤差來進(jìn)行近似測定。圖11示出可檢測區(qū)域(相對于拍照區(qū)域)和上述的模版彎曲范圍差(＝R測定減去R真值)之間的關(guān)系。從該圖可以看出，只要用于模版表面形狀近似測定的檢測區(qū)域是拍照區(qū)域的80％或更多，就可以使范圍差降至0.1微米或更小。
接下來，說明基于上述這些結(jié)果的有效模版表面形狀測定系統(tǒng)的實施方式。在實際的模版表面形狀檢測時，在一些情形下，與檢測系統(tǒng)的組件相關(guān)，會對模版表面上的非掃描方向有一定限制，從而很多檢測點不能夠進(jìn)行設(shè)定。相反，通過減小測定節(jié)距，可以增加沿掃描方向的檢測點。為此，如圖12所示，在模版表面的檢測區(qū)域內(nèi)沿非掃描方向的檢測跨度可以擴(kuò)大(因為檢測點數(shù)目受到限制)，而同時沿掃描方向檢測點的數(shù)目可以增加，由此確保模版圖案表面近似表面形狀的高精度。在此情形下，沿各個檢測方向(即掃描方向和垂直于掃描方向的方向)，通過設(shè)定檢測光的合適入射方向φ(即從模版圖案表面的垂直方向看，由掃描方向和入射到圖案的檢測光確定的角度)，可以擴(kuò)大直接檢測的區(qū)域。從而，這就可以提高圖案表面其近似表面的精度。鑒于此，如下所述，已經(jīng)研究入射方向φ與可檢測區(qū)域之間的關(guān)系。
圖8和9是說明如下這些參數(shù)的視圖。如圖8和9所示，其中檢測光的入射角為θ，入射方向為φ，數(shù)值孔徑為θNA，金屬框架部件的內(nèi)框架和外框架是Px內(nèi)×Py內(nèi)和Px外×Py外，整個拍照區(qū)域為Px拍照×Py拍照，金屬框架高度為h，模版圖案表面上最大的檢測區(qū)域是X×Y，則沿X方向從金屬框架部件的內(nèi)框架到最大檢測區(qū)域(可檢測區(qū)域)邊緣的距離“a”和沿Y方向從金屬框架部件的內(nèi)框架到最大檢測區(qū)域(可檢測區(qū)域)邊緣的距離“b”可以如下表示a＝h/tan(90-θ-θNA)sinφb＝h/tan(90-θ-θNA)cosφ同時，在最大檢測區(qū)域內(nèi)，X和Y可以表示為X＝Px內(nèi)-2×aY＝Py內(nèi)-2×b基于上述關(guān)系，圖13示出取決于檢測光入射到圖案表面上的入射角的可檢測區(qū)域。此處，類似于圖6，設(shè)定三個入射角實例θ10、θ11和θ12(θ10＞θ11＞θ12)，研究涉及這些入射角的可檢測區(qū)域。從圖13看出，在入射角θ12下(最小入射角)，所有的檢測區(qū)域#1、#2和#3都是可以檢測的區(qū)域，在入射角θ11下，檢測區(qū)域#2和#3(占拍照區(qū)域的約80％)是可以檢測的區(qū)域。在入射角θ10下，僅僅檢測區(qū)域#3(占拍照區(qū)域的約50％)是可以檢測的區(qū)域。即，可以看出，由于入射角θ10太大，因而僅可以在拍照區(qū)域的約50％區(qū)域內(nèi)確定檢測點，從而就不能夠得到理想的近似表面精度(0.1微米或更小)。
總起來說，為了能以理想的精度來估算模版圖案表面的(近似)形狀，檢測光入射到圖案表面上的入射角應(yīng)當(dāng)不小于45度，(其中，模版基底是由玻璃制成，鉻圖案形成該玻璃基底上)，同時，檢測光應(yīng)當(dāng)以一定的入射角和入射方向投影到模版圖案表面上，該一定的入射角和入射方向應(yīng)當(dāng)能夠確保檢測點位于模版拍照區(qū)域的80％或者更多的區(qū)域內(nèi)。
下面，進(jìn)行一個實施例的模擬，在該實施例中，Px內(nèi)＝ 120mm，Py內(nèi)＝146mm，Px外＝124mm，Py外＝150mm，Px拍照＝108mm，Py拍照＝134mm，h＝6.3mm，可檢測區(qū)域占拍照區(qū)域的80％或更多。圖14示出模擬的結(jié)果。在圖中，符號I指的是確保每個檢測點處的檢測誤差變成等于0.1微米或更小的條件。符號II指的是確保拍照區(qū)域的80％或更多變成可檢測區(qū)域的條件。此處應(yīng)當(dāng)注意的是，由于這些結(jié)果相對于入射方向的45度線是線性對稱的，因此省略了與超過45度的入射方向有關(guān)的那些數(shù)據(jù)。從圖14可以看出，在入射角不小于45度且不大于80度時，圖案表面的近似表面可以以理想的精度進(jìn)行估算。入射角的范圍不小于45且不大于80度不僅適用于圖案由玻璃基底上的鉻形成的情形，也適用于金屬框架或拍照區(qū)域以例如上面所述的數(shù)值進(jìn)行設(shè)定的情形，同時還適用于其他的各種情況。作為一個實施例，模版的基底可以不是玻璃，而且形成圖案的材料也可以不是鉻。另外，即使金屬框架部件的高度，內(nèi)框架的尺寸以及拍照區(qū)域的尺寸與上述的數(shù)值不同，在采用金屬框架(薄膜)的模版的情形中，將入射角設(shè)定為例如上述值也仍舊是優(yōu)選的。這同樣適用于檢測光入射方向為φ的情形，如下面所述。
在整個的拍照區(qū)域以測定精度不可能進(jìn)行直接測定的情形中，檢測光的入射方向φ可以設(shè)定為不小于0度但不大于90度的角度。從而，這就能夠在遍及整個拍照區(qū)域上沿非掃描方向進(jìn)行直接測定(檢測范圍為X＝108至120mm，Y＝107至108mm)，盡管沿掃描方向不能夠進(jìn)行直接測定的區(qū)域會變大。至于該檢測區(qū)域，檢測點的數(shù)目和檢測跨度可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，以提供模版表面形狀近似測定的精度。
另外，在上述入射方向φ(不小于0度且不大于90度)被設(shè)定的情形中，檢測點可以設(shè)在拍照區(qū)域中以及薄膜內(nèi)框架內(nèi)部的區(qū)域中，在這些區(qū)域中沒有形成圖案。
此外，檢測光入射到圖案表面上的入射方向可以設(shè)定得從垂直于圖案表面的方向看，確定一個相對于掃描方向，不小于20度但不大于70度的角度。這樣，拍照區(qū)域內(nèi)檢測區(qū)域的比例變大，從而近似表面的精度可以提供更多。
借助于具有上述特征的檢測系統(tǒng)所檢測到的表面位置信息存儲在形狀存儲系統(tǒng)10內(nèi)。然后，基于這樣存儲的表面位置信息，操作單元11近似地計算整個模版表面的表面形狀。若在計算的過程中發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致降低曝光成像性能的表面形狀，則相對于掃描方向的彎曲信息就提供給晶片臺，進(jìn)行校正，以確保在掃描曝光期間適當(dāng)?shù)木劢跪?qū)動量?；蛘?，若從模版表面形狀的測定結(jié)果判別出曝光成像性能會因此被損害，則該系統(tǒng)就具有這種功能，即從控制系統(tǒng)12向模版臺RST提供信號，以促使操作員對模版進(jìn)行替換或者重置模版。
如果從組裝的角度看這是可行的話，那么相對于非掃描方向檢測點的數(shù)目不限于三個，而且可以采用一個檢測點或兩個檢測點。同樣，也可以設(shè)定四個或者更多的檢測點。另外，盡管在本實施方式中模版基底是由涂覆有鉻以在其上產(chǎn)生圖案的玻璃制成，但也可以使用其他任何的材料。
同時，盡管在本實施方式中，本發(fā)明應(yīng)用在掃描型曝光裝置，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用在其他類型的曝光裝置。在本發(fā)明應(yīng)用于除掃描型外的曝光裝置的情形下，在上述實施方式中定義為掃描方向的方向可以是模版中形成有圖案的大體長方形區(qū)域其任何一側(cè)的方向。
如上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用于掃描型曝光裝置(掃描器)和稱作步進(jìn)器的曝光裝置。同時，本發(fā)明還可適用于器件的制造方法，該方法包括用這種曝光裝置曝光晶片的過程和用已知機(jī)構(gòu)進(jìn)行顯影的過程。
在上述的表面位置檢測系統(tǒng)中，可以使用偏振光作為檢測光，來減少模版圖案表面的測定誤差。在這種情形下，如上文所述，檢測光的入射角和入射方向可以確定得使測定精度很小。
另外，在上述的這些實施方式(或相應(yīng)的曝光裝置)中，可以設(shè)置報警功能，以便在由多個檢測點處的位置檢測結(jié)果和/或基于多個檢測點處的位置檢測結(jié)果所得的圖案表面形狀(位置)的估算結(jié)果可以明白，在實際的曝光過程期間成像性能必定會被損害時，催促或告知模版的替換或重置。這對于避免產(chǎn)量的減少是非常有效的，這種產(chǎn)量的減少可能會由模版圖案表面的彎曲或其不良的平坦度而引起的曝光性能的惡化而引起。
工業(yè)實用性如上文中所述，依照上述實施方式的表面位置檢測方法，測定光的入射角設(shè)定為45度至80度，由此在可歸因于模版表面上形成的圖案的每個檢測點處的檢測誤差可以被極大地降低(例如，降低至0.1微米或更小)。同時，如果檢測光沿傾斜方向(相對于掃描方向)同時進(jìn)行投影，則用來設(shè)定模版表面形狀近似測定所需的檢測點的檢測點設(shè)定區(qū)域可以相對于掃描方向和非掃描方向(總共占拍照區(qū)域的80％或更多)進(jìn)行加寬。從而，可以抑制模版表面的近似測定誤差(不超過0.1微米)。由此，要曝光的整個拍照區(qū)域上的表面形狀信息就可以非常精確地產(chǎn)生。
另外，由上文中所述的這種模版表面位置檢測方法所得到的結(jié)果可以反饋回晶片臺驅(qū)動量控制器(amount control)，從而極好地獲得最佳的聚焦和良好的失真(good distortion)。由此達(dá)到令人滿意的成像性能。此外，如果由于系統(tǒng)設(shè)有報警功能來催促模版的替換或模版的重置，而可以判定曝光成像性能退化，則由于任何彎曲或者平坦度變化引起的缺陷曝光都可以被有效地避免。
盡管已經(jīng)參看這里披露的結(jié)構(gòu)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于所描述的這些細(xì)節(jié)，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)涵蓋改進(jìn)目的或所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有改進(jìn)和改變。
權(quán)利要求
1.一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在其上形成的預(yù)定圖案；其中，所述檢測裝置包括將來自光源的光引導(dǎo)至所述模版表面的光投影部分，和接收來自所述模版表面的反射光的光接收部分；并且其中，來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。
2.依照權(quán)利要求1的位置檢測系統(tǒng)，其特征在于所述圖案包括在掃描曝光中要使用的圖案，所述檢測光在相對于掃描方向傾斜的同時入射到所述模版表面上。
3.依照權(quán)利要求2的位置檢測系統(tǒng)，其特征在于從基本垂直于所述模版表面的方向看，所述檢測光確定一個相對于所述掃描方向不小于20度但不大于70度的角度。
4.一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在其上形成的預(yù)定圖案；和防灰塵附著裝置，包括相對于垂直于模版表面的方向具有預(yù)定高度的框架和防灰塵附著膜；其中，所述檢測裝置包括將來自光源的光引導(dǎo)至所述模版表面的光投影部分，和接收來自所述模版表面的反射光的光接收部分；并且其中，來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不大于80度。
5.依照權(quán)利要求4的位置檢測系統(tǒng)，其特征在于來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。
6.依照權(quán)利要求4的位置檢測系統(tǒng)，其特征在于所述圖案包括在掃描曝光中要使用的圖案，所述檢測光在相對于掃描方向傾斜的同時入射到所述模版表面上。
7.依照權(quán)利要求6的位置檢測系統(tǒng)，其特征在于從基本垂直于所述模版表面的方向看，所述檢測光確定一個相對于所述掃描方向不小于20度但不大于70度的角度。
8.一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在近似長方形區(qū)域內(nèi)形成的預(yù)定圖案；其中，所述檢測裝置包括將來自光源的檢測光引導(dǎo)至所述模版表面的光投影部分；并且其中，從基本垂直于所述模版表面的方向看，入射到所述模版表面上的所述檢測光具有一個相對于所述長方形的任何一個側(cè)邊不小于20度但不大于70度的角度。
9.可采用權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)的表面形狀估算系統(tǒng)，基于該位置檢測系統(tǒng)的檢測，估算所述模版表面上除所述不同點外其他區(qū)域的表面形狀。
10.可采用權(quán)利要求4所述的位置檢測系統(tǒng)的表面形狀估算系統(tǒng)，基于該位置檢測系統(tǒng)的檢測，估算所述模版表面上除所述不同點外其他區(qū)域的表面形狀。
11.可采用權(quán)利要求8所述的位置檢測系統(tǒng)的表面形狀估算系統(tǒng)，基于該位置檢測系統(tǒng)的檢測，估算所述模版表面上除所述不同點外其他區(qū)域的表面形狀。
12.借助于投影曝光、對光敏基底采用圖案進(jìn)行曝光的曝光裝置，其特征在于包括如權(quán)利要求1所述的位置檢測系統(tǒng)。
13.依照權(quán)利要求12的裝置，還包括報警裝置，基于所述位置檢測系統(tǒng)的檢測，告知模版的替換和/或模版的重置。
14.借助于投影曝光、對光敏基底采用圖案進(jìn)行曝光的曝光裝置，其特征在于包括如權(quán)利要求4所述的位置檢測系統(tǒng)。
15.依照權(quán)利要求14的裝置，還包括報警裝置，基于所述位置檢測系統(tǒng)的檢測，告知模版的替換和/或模版的重置。
16.借助于投影曝光、對光敏基底采用圖案進(jìn)行曝光的曝光裝置，其特征在于包括如權(quán)利要求8所述的位置檢測系統(tǒng)。
17.依照權(quán)利要求16的裝置，還包括報警裝置，基于所述位置檢測系統(tǒng)的檢測，告知模版的替換和/或模版的重置。
18.一種器件制造方法，包括以下步驟使用權(quán)利要求12所述的曝光裝置對基底進(jìn)行曝光；和對曝光過的基底進(jìn)行顯影。
19.一種器件制造方法，包括以下步驟使用權(quán)利要求14所述的曝光裝置對基底進(jìn)行曝光；和對曝光過的基底進(jìn)行顯影。
20.一種器件制造方法，包括以下步驟使用權(quán)利要求16所述的曝光裝置對基底進(jìn)行曝光；和對曝光過的基底進(jìn)行顯影。
全文摘要
一種位置檢測系統(tǒng)，包括檢測裝置，相對于基本垂直于模版表面的方向檢測位于模版表面上不同點處的位置，所述模版表面具有在其上形成的預(yù)定圖案；其特征在于所述檢測裝置包括將來自光源的光引導(dǎo)至所述模版表面的光投影部分，和接收來自所述模版表面的反射光的光接收部分；其中來自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。
文檔編號G03F9/00GK1695096SQ0380554
公開日2005年11月9日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者前田浩平, 三浦圣也 申請人:佳能株式會社