曝光装置、曝光方法以及装置制造方法

曝光装置、曝光方法以及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及曝光装置、曝光方法以及装置制造方法。一种曝光装置，包括控制器，所述控制器被配置为控制原件保持单元和基板保持单元的扫描，从而将第一图案形成区域曝光到第二图案形成区域上，以使得第一图案形成区域叠加在第二图案形成区域上，所述第二图案形成区域是经具有第二投影倍率的第二投影光学系统预先曝光在基板上的，所述第二投影倍率与所述第一投影倍率不同。尤其地，当在原件保持单元和基板保持单元之间的单次扫描中将第一图案形成区域扫描曝光到多个第二图案形成区域上时，所述控制器基于第二图案形成区域的状态或者形成在原件上的图案的状态在多个第二图案形成区域间改变原件保持单元或基板保持单元的操作。
【专利说明】曝光装置、曝光方法以及装置制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及曝光装置、曝光方法、装置制造方法。

【背景技术】
[0002] 在用于半导体装置、液晶显示装置等的制造步骤中所包括的光刻步骤中，曝光装 置经投影光学系统将原件（掩模版（reticle)等）的图案曝光到感光基板（例如，表面涂覆 有抗蚀剂层的晶片等）上。其中，特别地，步进扫描类型的曝光装置在同步扫描原件和基板 的时候执行曝光。基板上要通过单次扫描曝光而被曝光的区域被称为"行程区（shot) "（图 案形成区域），并且曝光装置顺序地曝光在基板上预设的多个行程区。注意，可以在这种曝 光装置中采用的投影光学系统的投影倍率通常是1/4。在下文中，包括具有1/4投影倍率的 投影光学系统的曝光装置被称为" 1/4投影曝光装置"。
[0003] 在这里，这种曝光装置所需的一个性能是叠加精度。为了提高叠加精度，需要以高 的精度同步扫描原件和基板。日本专利特许公开No. 2000-228344公开了一种扫描曝光装 置，该装置根据行程区中的扫描位置来校正基板或原件的目标位置，以提高不同曝光装置 之间的叠加精度（混合 -匹配（mix-and-match)精度）。
[0004] 此外，在已经经受一次曝光的行程区的布置状态上，会发生误差，并且因此，期望 通过基于在基板上形成的行程区的位置测量行程区的布置状态来预先校正步进位置。这种 校正（测量）通常被称为"全局对准测量（AGA测量）"。此外，还有一种具有小缩倍率的曝 光装置（下文中称为" 1/2投影曝光装置")，为了提高吞吐量，该曝光装置采用，例如，1/2投 影光学系统。在具有与由例如1/4投影曝光装置曝光的原件相同尺寸的原件的曝光时，1/2 投影曝光装置可以通过单次扫描曝光在基板上曝光更大的面积，从而导致扫描曝光时间的 减少，以及吞吐量的进一步提
[0005] 但是，当在1/2投影曝光装置和1/4投影曝光装置之间执行混合-匹配时，由于曝 光装置之间用于曝光的行程区的尺寸不同，因此会发生叠加误差。例如，在1/4投影曝光装 置中，通过中间的步进移动而由双扫描曝光的两个行程区域可能会包括步进误差。相反， 1/2投影曝光装置通过单次扫描曝光相同的区域，从而导致不发生步进误差。由于这种区别 的存在，即，由于在具有不同投影倍率的曝光装置（例如，1/2投影曝光装置和1/4投影曝光 装置）之间混合-匹配造成的误差的发生，因此难以以高的精度将原件叠加（重叠）在基 板上。


【发明内容】

[0006] 本发明提供例如一种曝光装置，其有利于高精度地执行与采用具有不同投影倍率 的投影光学系统的另一曝光装置的混合-匹配。
[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种曝光装置，该曝光装置通过具有第一投影倍率 的第一投影光学系统将形成在原件上的图案的图像曝光到基板上作为第一图案形成区域， 该曝光装置包括：原件保持单元，配置为保持所述原件；基板保持单元，配置为保持所述基 板；以及控制器，配置为控制原件保持单元和基板保持单元的扫描，从而将第一图案形成区 域曝光到第二图案形成区域上，所述第二图案形成区域是经具有第二投影倍率的第二投影 光学系统预先曝光在所述基板上的，所述第二投影倍率与所述第一投影倍率不同，第一图 案形成区域叠加在第二图案形成区域上，其中所述原件具有多个所述图案，并且所述控制 器被配置为，在原件保持单元和基板保持单元之间的单次扫描中，在将第一图案形成区域 扫描曝光到多个第二图案形成区域上的时候，基于第二图案形成区域的状态或者形成在原 件上的图案的状态，在所述多个第二图案形成区域间，改变原件保持单元或基板保持单元 的操作。
[0008] 从以下参考附图的示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得明了。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 图IA和IB示出了根据本发明第一实施例的曝光装置的配置。
[0010] 图2A至2C示出了根据第一实施例的校正目标。
[0011] 图3A至3C是每个都示出了根据第一实施例的台（stage)的相对速度的图。
[0012] 图4A和图4B示出了根据第二实施例的校正目标。
[0013] 图5A至5C是每个都示出了根据第二实施例的台的移动轨迹的图。
[0014] 图6示出了根据第三实施例的校正目标。
[0015] 图7A和7B是每个都示出了根据第三实施例的台的移动轨迹的图。

【具体实施方式】
[0016] 在下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。
[0017](第一实施例）
[0018] 首先，将给出根据本发明第一实施例的曝光装置的描述。图IA和IB是每个都示 出了根据本实施例的曝光装置1的配置的示意图。尤其地，图IA是曝光装置1的总侧视 图。作为例子，曝光装置1是投影类型曝光装置，该投影类型曝光装置用于制造半导体装置 的步骤中，并且利用步进扫描系统将掩模版R上形成的图案曝光（转移）到晶片W上（到 基板上）。曝光装置1包括照明系统2、用于保持掩模版R的掩模版台4、投影光学系统5、 用于保持晶片W的晶片台6、以及控制器7。在图IA和IB中，Z轴与投影光学系统5的光 轴（本实施例中的垂直方向）平行对准，Y轴与在与Z轴垂直的平面内曝光时掩模版R和 晶片W的扫描方向对准，并且X轴在与Y轴正交的非扫描方向对准。
[0019] 照明系统2接收从光源3发射的光，然后将曝光区域（特定的照明形状）以在X 轴方向延长的带状或者弧形状形成到掩模版R上。为了形成这种曝光区域，遮光板（未示 出）部署在照明系统2中或者其附近。掩模版R是，例如，由石英玻璃制成的原件，其中形 成要被转移到晶片W上的图案（例如，电路图案）。注意，将在下面描述在掩模版R上形成 的图案（装置图案DP)。掩模版台（原件保持单元）4是在保持掩模版R的时候可在X轴 和Y轴方向两者移动的。投影光学系统5以预定的投影倍率（尤其地，在本实施例中是1/2 投影倍率），将形成在由来自照明系统2的光照明的掩模版R上的图案的图像投影到晶片W 上。晶片W是由单晶硅制成的基板。抗蚀剂（光致抗蚀剂）涂覆在晶片W的表面上。晶片 台（基板保持单元）6是在经卡盘（未示出）保持晶片W的时候可在X轴、Y轴和Z轴方向 移动的。由掩模版台4保持的掩模版R和由晶片台6保持的晶片W布置在经投影光学系统 5的光学上基本上相互配合（conjugate)的位置处（投影光学系统5的物平面和像平面）。 当掩模版台4和晶片台6都以取决于投影光学系统5的投影倍率的速度，在与投影光学系 统5的光轴垂直的平面内进行扫描时，在掩模版R上形成的图案被投影到晶片W上，从而导 致晶片W上涂覆的抗蚀剂曝光。在这里，晶片W上要通过扫描曝光而被曝光的一个图案形 成区域被称为"行程区（shot)"。在下文中，为了方便说明，术语"行程区"具有与正在被曝 光到晶片W上的图案相同的意义。掩模版台4的位置是通过由激光干涉计8测量固定在掩 模版台4侧上的参考反射镜（未示出）和激光干涉计8之间的距离确定的。同样，晶片台 6的位置是通过由激光干涉计9测量固定在晶片台6侧上的参考反射镜（未示出）和激光 干涉计9之间的距离确定的。除了激光干涉计，还可以采用编码器、电容传感器等作为这种 位置测量装置。
[0020] 当使用其外形与由采用1/4投影光学系统的另一曝光装置（1/4投影光学系统） 曝光的掩模版R的外形相同的掩模版R时，采用1/2投影光学系统5的曝光装置1可以通 过单次扫描曝光在晶片W上曝光更大的区域。注意，本文中所使用的掩模版R具有相同的 外形但是具有不同的装置尺寸。图IB是示出掩模版台4上的掩模版R及其配置的示意性 平面图。掩模版R具有多个装置图案。尤其地，在本实施例中，作为例子，掩模版R具有两 个装置图案DPl和DP2。例如，诸如曝光装置1的1/2投影曝光装置可以通过单次扫描曝光 来曝光两个装置图案，其中装置图案DPl具有可以由1/4投影曝光装置通过单次扫描曝光 最大地曝光到晶片W上的装置尺寸。在这里，装置图案DP2具有与装置图案DPl相同的装 置尺寸。虽然装置图案DP2通常与装置图案DPl相同，但是装置图案DP2也可以具有与装 置图案DPl不同的装置尺寸或图案。在这里，装置图案DPl与装置图案DP2之间的间隔定 义为"Dr"。
[0021] 第一参考板10布置在掩模版台4的表面上在被保持的掩模版R附近，在第一参考 板10中，充当掩模版R侧上的参考标志的图案（标志）形成在第一参考板10的构图表面 上。第一参考板10的构图表面基本上位于与掩模版R的构图表面相同的平面中。在第一 参考板10的构图表面上提供第一标志（未不出），所述第一标志是掩模版R侧上的用于测 量的标志，并且由诸如Cr、Al、Ta等金属构成的薄膜形成。虽然在图IB所示的例子中提供 的第一参考板10的个数是一，但是也可以提供多个第一参考板10。此外，还可以在掩模版 R上而不是第一参考板10上形成第一标志。
[0022] 同样，第二参考板11布置在晶片台6表面上在被保持的晶片W附近，在第二参考 板11上形成充当晶片W侧上参考标志的图案。在这里，第二参考板11的构图表面基本上 位于与晶片W的顶表面相同的平面中。在第二参考板11的构图表面上提供第二标志（未 示出），所述第二标志用于晶片W侧上的测量，并且由诸如Cr、Al、Ta等金属构成的薄膜形 成。在晶片台6中在第二参考板11下面提供光量传感器12。光量传感器12可以检测透 射通过其上形成第二标志的第二参考板11的光。掩模版R或RFS14(将在下面描述）与 第二参考板11之间的相对位置通常可以通过被称为TTR(穿透掩模版）测量的测量方法利 用检测到的光来测量。投影光学系统5的成像特性也可以通过TTR测量来测量。虽然在图 IA所示的例子中提供的第二参考板11和光量传感器12中每个的数量都是一，但是也可以 提供多个第二参考板11和光量传感器12。
[0023] 控制器7执行曝光装置1的部件的操作控制、计算处理等。此外，控制器7是由例 如包括存储设备的计算机等构成的，并且经线路连接到曝光装置1的部件，以由此根据程 序等执行对部件的控制。注意，控制器7可以与曝光装置1的剩余部分集成（设置在共享 的壳体中），或者也可以与曝光装置1的剩余部分分开提供（设置在独立的壳体中）。
[0024] 曝光装置1还包括掩模版对准传感器（在下文中称为"RAS"）13和掩模版聚焦传 感器（在下文中称为"RFS"）14,作为用于测量第一参考板10和掩模版R之间相对位置的 测量装置。RAS13包括，例如，二维成像元件或光量传感器以及光学元件。可以通过移动 RAS13或掩模版台4来测量RAS13与掩模版R之间在X轴和Y轴方向的相对位置。虽然 在图IA所示的例子中提供的RAS13的个数是一，但是也可以提供多个RAS13。例如，将两 个RAS13布置成在X轴方向隔开，然后从两个RAS13获得测量值之间的相对差，从而可以 测量在X轴方向的倍率、绕Z轴的旋转等。
[0025] 另一方面，RFS14可以是例如掠入射（grazing-incidence)类型传感器。可以通 过移动RFS14或掩模版台4来测量在Z轴方向中第一参考板10与掩模版R之间的相对位 置。虽然在图IA所示的例子中提供的RFS14的个数是一，但是也可以提供多个RFS14。 例如，在X轴方向并排布置多个RFS14,然后在Y轴方向移动掩模版台4,使得可以测量在 Z轴方向中第一参考板10与掩模版R之间的相对位置作为X-Y平面上的不规则度。虽然 RAS13是与RFS14分开提供的，但是RAS13也可以与RFS14集成。
[0026] 此外，曝光装置1包括晶片对准传感器（在下文中称为"WAS"）15和晶片聚焦传 感器（在下文中称为"WFS"）16,作为用于测量第二参考板11和晶片W之间的相对位置的 测量装置。WAS15包括,例如,二维成像元件或光量传感器以及光学元件。WAS15可以通 过测量曝光到晶片W上的图案以及在第二参考板11上形成的第二标志来测量X-Y平面中 的位置。可以通过移动WAS15或晶片台6来测量在X轴和Y轴方向中第二参考板11和晶 片W之间的相对位置。WAS15测量行程区中的多个点，然后控制器7统计地处理这些测量 坐标和测量值，使得可以确定行程区的旋转分量、倍率分量以及变形分量。在下文中，该测 量被称为"行程区内多点测量"。WAS15测量在晶片W中多个行程区（样本行程区）上形 成的标志，然后控制器7统计地处理这些测量坐标和测量值，使得可以确定在曝光到晶片W 上之后行程区布置的旋转分量、倍率分量以及变形分量。虽然在图IA所示的例子中提供的 WAS15的个数是一，但是也可以提供多个WAS15。例如，将两个WAS15布置成在X轴方向 隔开，然后从两个WAS15获得测量值之间的相对差，从而可以测量在X轴方向的倍率、绕Z 轴的旋转等。作为对比，将两个WAS15布置成在Y轴方向隔开，然后从两个WAS15获得测 量值之间的相对差，从而可以测量在Y轴方向的倍率、绕Z轴的旋转等。
[0027] 另一方面，WFS16可以是例如掠入射类型传感器。可以通过移动WFS16或晶片台 6来测量第二参考板11与晶片W在Z轴方向的相对位置。虽然在图IA所示的例子中提供 的WFS16的个数是一，但是也可以提供多个WFS16。例如，在X轴方向并排布置多个WFS 16,然后在Y轴方向移动晶片台6,使得可以测量在Z轴方向中第二参考板11与晶片W之间 的相对位置作为X-Y平面上的不规则度。通过沿着扫描曝光方向布置多个WFS16,可以在 晶片W上要曝光的点到达投影光学系统5的光轴之前测量其在Z轴方向中的位置。预先测 量要在晶片W上曝光的点在Z轴方向上的位置有利于容易地校正晶片台6在Z轴方向中的 位置。虽然WAS15是与WFS16分开提供的，但是WAS15也可以与WFS16集成。
[0028]接下来，将给出用于以高精度执行混合-匹配的方法和1/4投影曝光装置的描述。 在这里，术语"混合-匹配"指利用不同曝光装置（例如，步进扫描类型曝光装置和步进重复 类型曝光装置）将图案曝光到晶片的不同层上的曝光方法。常规地，尤其是，在制造半导体 装置的光刻步骤中，常常使用被称为"步进机"的步进重复类型曝光装置。作为对比，在与 元件尺寸小型化和元件增加的集成相关联的芯片尺寸增大的情况下，使用被称为"扫描机" 的步进扫描类型曝光装置会是有利的，所述步进扫描类型曝光装置在同步地扫描掩模版和 晶片的时候，曝光具有切口状（slit-like)形状的照明区域。但是，扫描机通常具有比步进 机低的吞吐量。因此，通过考虑包括曝光装置的现有设施的有效利用，混合_匹配曝光在这 种情况下会是有用的。
[0029] 图2A至2C是每个示出了根据本实施例要被校正的行程区的曝光位置的图。首先， 图2A是示出多个行程区的平面图，这些行程区由1/4投影曝光装置预先形成（曝光）在晶 片W上，分别由矩形实线指示。为了方便描述，由附图标记S1、S2、…、Sm、Sn、…表示对应 的行程区。注意，这些行程区附图标记与曝光的顺序不同。
[0030] 图2B是示出图2A中示出的在Y轴方向中彼此并置的两个行程区Sm和Sn的放大 视图。在图2B中，由实线指示已经在之前的曝光步骤中形成的行程区的状态，并且由虚线 指示在没有应用本实施例的情况下叠加在之前曝光步骤中形成的行程区上的行程区的状 态。在这里，术语"叠加"指进一步将行程区（第一图案形成区域）曝光到已经利用曝光装 置曝光到基板上的多个行程区（第二图案形成区域）上。在Y轴方向上，实线相对虚线被 扩大，从而导致超过允许范围的行程区倍率误差ACmag的发生。注意，可以利用WAS15作为 测量行程区形状的测量装置通过行程区内多点测量来确定行程区倍率误差ACmag。控制器 7还可以在存储设备中存储行程区倍率误差ACmag(即，利用晶片（试制晶片）通过之前的 叠加曝光获得的结果）作为偏移量，从而在适当的时候用它作为参考。当在常规的1/4投 影曝光装置之间执行混合-匹配时，可以通过调整掩模版台和晶片台之间的相对扫描速度 来校正行程区倍率误差ACmag。尤其地，由于在这种情况下由实线指示的行程区的状态相对 于由虚线指示的行程区的状态被扩大了，因此晶片台的扫描速度可以设置成比掩模版台的 扫描速度快。例如，在从行程区Sm移动到Sn(Sn作为在行程区Sm曝光之后的下一个曝光 目标）时，通过预定量的步进移动，以与用于行程区Sm相同的扫描速度曝光行程区Sn,从而 使得行程区Sn也可以被合适地曝光。
[0031] 作为对比，在常规1/2投影曝光装置的情况下，只通过如上所述的在单次扫描曝 光期间改变扫描速度，会出现另一个缺陷。图2C是同时示出两个行程区Sm'和Sn'的放大 视图。作为调整扫描速度以校正如图2B所示的行程区倍率误差ACmag的结果而获得行程 区Sm'的状态，并且因此，行程区Sm'被合适地曝光。但是，由于1/2投影曝光装置对两个 行程区的区域执行共同（collective)的扫描曝光，因此从行程区Sm'到行程区Sn'的移动 不是分步执行的，而是在共同扫描曝光期间执行的。因而，行程区Sn'是以为行程区Sm'调 整后的扫描速度曝光的，从而导致行程区Sm'和行程区Sn'之间间隔的变化。因此，在Y轴 方向中相对于行程区Sn的中心发生误差AWmag。因此，在本实施例中，如下所述，通过考虑 要经受共同扫描曝光的行程区Sm'和行程区Sn'之间的间隔来校正扫描速度。
[0032] 首先，当假设掩模版台4和晶片台6之间的相对速度恒定时，满足公式（1)中给出 的关系：
[0033][公式 1]

【权利要求】
1. 一种曝光装置，其特征在于，该曝光装置通过具有第一投影倍率的第一投影光学系 统将在原件上形成的图案的图像曝光到基板上作为第一图案形成区域，该曝光装置包括： 原件保持单元，配置为保持所述原件； 基板保持单元，配置为保持所述基板；及 控制器，配置为控制原件保持单元和基板保持单元的扫描，从而将第一图案形成区域 曝光到第二图案形成区域上，其中第二图案形成区域是经具有第二投影倍率的第二投影光 学系统预先曝光在所述基板上的，所述第二投影倍率与所述第一投影倍率不同，第一图案 形成区域叠加在第二图案形成区域上， 其中原件具有多个所述图案，及 所述控制器被配置为：在原件保持单元和基板保持单元之间的单次扫描中，在将第一 图案形成区域扫描曝光到多个第二图案形成区域上的时候，基于第二图案形成区域的状态 或者形成在原件上的图案的状态，在所述多个第二图案形成区域间改变原件保持单元或基 板保持单元的操作。
2. 如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，其中所述第二图案形成区域的状态包 括第二图案形成区域的形状或布置。
3. 如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，其中，所述控制器被配置为：在第一图 案形成区域和第二图案形成区域之间的倍率误差或旋转误差发生而超出允许范围的情况 下，基于第二图案形成区域的状态，改变原件保持单元或基板保持单元的操作。
4. 如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，其中形成在原件上的图案的状态包括 图案的形状或布置。
5. 如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，其中，所述控制器被配置为，在图案制 造误差发生而超出允许范围的情况下，基于形成在原件上的图案的状态改变原件保持单元 或基板保持单元的操作。
6. 如权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，其中原件保持单元或基板保持单元的 操作中的变化包括以下至少任意一个的变化：扫描速度，扫描方向，扫描位置，以及在与第 一投影光学系统的光轴方向垂直的平面内的角度。
7. 如权利要求2所述的曝光装置，其特征在于，还包括： 测量装置，配置为测量第二图案形成区域的形状或布置。
8. 如权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，还包括： 位置测量装置，配置为测量设置在原件上与形成所述多个图案的位置对准的标志的位 置， 其中所述控制器被配置为基于由位置测量装置测出的标志的位置确定图案的形状或 布置。
9. 一种曝光方法，其特征在于，用于以第一投影倍率将形成在原件上的图案的图像曝 光到基板上作为第一图案形成区域，该曝光方法包括： 在扫描配置为保持原件的原件保持单元和配置为保持基板的基板保持单元的时候，将 第一图案形成区域曝光到第二图案形成区域上，第一图案形成区域叠加在第二图案形成区 域上，所述第二图案形成区域是以第二投影倍率预先曝光在基板上的，所述第二投影倍率 与所述第一投影倍率不同， 其中，在所述原件具有多个所述图案的情况下，在原件保持单元和基板保持单元之间 的单次扫描中，在将第一图案形成区域扫描曝光到多个第二图案形成区域上的时候，基于 第二图案形成区域的状态或者形成在原件上的图案的状态，在曝光中改变原件保持单元或 基板保持单元的操作。
10. -种装置制造方法，其特征在于，包括： 利用曝光装置对基板进行曝光；及 显影所述被曝光的基板， 其中所述曝光装置通过具有第一投影倍率的第一投影光学系统将形成在原件上的图 案的图像曝光到基板上作为第一图案形成区域，所述曝光装置包括： 原件保持单元，配置为保持原件； 基板保持单元，配置为保持所述基板；及 控制器，配置为控制原件保持单元和基板保持单元的扫描，从而将第一图案形成区域 曝光到第二图案形成区域上，所述第二图案形成区域是经具有第二投影倍率的第二投影光 学系统预先曝光在所述基板上的，所述第二投影倍率与所述第一投影倍率不同，第一图案 形成区域叠加在第二图案形成区域上， 其中所述原件具有多个所述图案，并且所述控制器被配置为：在原件保持单元和基板 保持单元之间的单次扫描中，在将第一图案形成区域扫描曝光到多个第二图案形成区域上 的时候，基于第二图案形成区域的状态或者形成在原件上的图案的状态，在所述多个第二 图案形成区域间改变原件保持单元或基板保持单元的操作。
【文档编号】G03F7/20GK104516213SQ201410503036
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】竹中务, 三岛和彦 申请人:佳能株式会社