CN100470380C

CN100470380C - 位置检测方法和表面形状估算方法、曝光装置及采用该曝光装置的器件制造方法

Info

Publication number: CN100470380C
Application number: CNB038055465A
Authority: CN
Inventors: 前田浩平; 三浦圣也
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: WO2003077030A2; WO2003077030A3; KR20040094780A; EP1483627B1; TWI276922B; DE60323341D1; US20050161615A1; KR100708770B1; TW200305066A; CN1695096A; JP4235392B2; EP1483627A2; JP2003264136A

Abstract

一种位置检测系统，包括检测装置，相对于基本垂直于模版表面的方向检测位于模版表面上不同点处的位置，所述模版表面具有在其上形成的预定图案；其特征在于所述检测装置包括将来自光源的光引导至所述模版表面的光投影部分，和接收来自所述模版表面的反射光的光接收部分；其中来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。

Description

位置检测方法和表面形状估算方法、曝光装置及采用该曝光装置的器件制造方法

技术领域

本发明一般涉及在例如制造半导体器件或液晶显示器件的光刻工艺中，用来将诸如晶片的基底曝光于模版图案的投影曝光方法和投影曝光装置。

背景技术

近年来，除步进重复型曝光装置如步进器外，扫描型投影曝光装置(扫描曝光装置)如步进扫描型曝光装置已经被用来制造半导体器件等。在这类投影曝光装置中使用的投影光学系统需要提供接近于其极限的分辨能力。为此，使用一种机构来测定对该分辨能力有影响的因素(大气压，环境温度等)，并依照测定结果来校正成像性质。另外，由于投影光学系统的数值孔径被设置得很大，来获得较高的分辨能力，因此聚焦的深度会变得非常浅。鉴于此，采用倾斜入射型焦点位置检测系统来测定晶片表面的焦点位置(沿投影光学系统光轴方向的位置)，其中该晶片表面的表面不平度是可变的。同时，依照焦点位置的测定，采用自动对焦机构来调节晶片表面位置与投影光学系统的成像面重合。

另外，最近几年，由模版(作为掩模)的变形而引起的成像误差已经变得不能再忽略。具体地，例如，如果模版的图案表面朝投影光学系统偏斜或者不均匀地弯曲，则成像位置就沿模版图案表面偏移的相同方向偏移。结果，若晶片位置相同，则出现散焦。此外，若模版图案表面发生变形，则图案表面内的图案位置(沿垂直于投影光学系统光轴的方向上的位置)可能变化。这种图案的横向偏移会导致失真误差。

引起这类模版变形的因素可以概括为(a)高度的变形，(b)模版图案表面的平坦度，以及(c)当模版用模版支架吸附和支持时由于接触表面的平坦度而引起的变形(其包括由所夹的杂质粒子引起的变形)。由这类因素引起的变形幅度大约是0.5微米，但是如果用具有投影放大率为1：4的投影光学系统来对这类模版进行投影时，在成像位置处会出现相对于模版变形方向30nm的位置偏移。这样的数值非常大，不能够被忽略。鉴于此，可以依照测定结果来测定模版图案表面的变形，并补偿成像性能。然而，模版的测定必须非常精确地进行。因此，需要以大约0.1微米的测定精度来测定模版图案的变形量。另外，由于曝光装置每个模版和每个模版支架的变形都不尽相同，因此为了实现对模版变形的精确测定，需要在模版被投影曝光装置的模版支架实际吸附和支持的同时进行测定。

如上所述，为了在投影曝光装置内获得更高的成像性能，理想的是不仅在晶片侧而且在模版侧进行图案表面形状的测定。为此，对于模版表面形状的测定，类似于倾斜入射型自动聚集传感器的用来检测晶片焦点位置的位置传感器也可以设在模版台一侧。

在这种情形下，由于模版的图案表面形成在其底面上，即形成在模版的投影光学系统一侧，因此，用来检测图案表面形状的检测光必须从模版的底侧倾斜地进行投影。然而，在此情形中，由于该检测光直接入射到模版的图案表面上，检测光会受图案的反射率差异(即，铬与玻璃之间的反射率差)的影响。因此，很难实现表面形状的精确检测。

而且，在一些情形中，防灰尘膜(薄膜)借助于金属框架粘附在模版上，用来防止模版图案表面粘附杂质粒子。在此情形中，倾斜投影的光会被金属框架阻挡，为了避免这一点，检测光不应当以非常窄的角度(大的入射角)投影到模版图案表面上。另外，因为金属框架的存在，所以取决于倾斜入射型位置传感器的检测光的入射方向，图案表面上位置可检测区域就有所限制。从而，很难在图案表面的整个拍照区域上进行表面形状的直接测定。

发明内容

依照本发明的第一方面，为了解决上面讨论的至少一个问题，本发明提供一种位置检测系统，包括：检测装置，相对于基本垂直于模版表面的方向检测位于模版表面上不同点处的位置，所述模版表面具有在其上形成的预定图案；其特征在于所述检测装置包括将来自光源的光导引至所述模版表面的光投影部分，和接收来自所述模版表面的反射光的光接收部分；以及来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。

依照本发明的第二方面，提供一种位置检测系统，包括：检测装置，相对于基本垂直于模版表面的方向检测位于模版表面上不同点处的位置，所述模版表面具有在其上形成的预定图案；和防灰尘附着部件，包括相对于基本垂直于模版表面的方向具有预定高度的框架，和防灰尘附着膜；其特征在于所述检测装置包括将来自光源的光导引至所述模版表面的光投影部分，和接收来自所述模版表面的反射光的光接收部分；以及来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不大于80度。

在本发明的第三方面，与上面描述的第二方面有关，来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。

在本发明的第四方面，与上面描述的第一至第四方面的任何一个有关，所述图案包括在扫描曝光中要用的图案，所述检测光在与扫描方向倾斜地倾向的同时入射到所述模版表面上。

在本发明的第五方面，与上面描述的第四方面有关，从基本垂直于所述模版表面的方向看，所述检测光确定一个相对于所述扫描方向不小于20度但不大于70度的角度。

依照本发明的第六方面，提供一种位置检测系统，包括：检测装置，相对于基本垂直于模版表面的方向检测位于模版表面上不同点处的位置，所述模版表面具有在近似长方形区域内形成的预定图案；其特征在于所述检测装置包括将来自光源的检测光导引至所述模版表面的光投影部分；以及从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检测光确定一个相对于所述长方形的任何一个侧边不小于20度但不大于70度的角度。

依照本发明的第七方面，提供一种可用依照上述第一至第六方面任何一个所述的位置检测系统的表面形状估算系统，基于用该位置检测系统的检测，估算所述模版表面上除所述不同点外其他区域的表面形状。

依照本发明的第八方面，提供一种借助于投影曝光来对具有图案的光敏基底进行曝光的曝光装置，其特征在于包括如上述第一至第六方面任何一个所述的位置检测系统。

依照本发明的第九方面，曝光装置还包括报警装置，基于用依照上述本发明第一至第六方面任何一个所述的位置检测系统的检测，或者基于用依照上述本发明第七方面的表面形状估算方法的估算，告知模版的替换和/或模版的重置。

依照本发明的第十方面，提供一种器件的制造方法，包括步骤：用依照上述第八或第九方面的曝光装置对基底进行曝光；和对曝光过的基底进行显影。

在本发明下面结合附图的对优选实施方式描述的基础上，本发明的这些和其他目标，特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是依照本发明一种实施方式，投影曝光装置的主体结构的示意图；

图2是说明模版变形以及模版表面位置检测系统的功能的示意图；

图3A-3C示出在CCD传感器上检测光的波形信号，其中图3A示出参考状态，图3B示出存在Z位移但信号未受模版图案影响的状态，图3C示出存在z位移而且信号受到模版图案影响的状态；

图4是说明由于形成在模版表面上图案的反射率差异而引起检测光波形的重心变化的示意图；

图5是说明检测光的入射角、图案的反射率比(“铬的反射率”比“玻璃的反射率”)和归因于图案的测定误差之间关系的曲线图；

图6示出检测截面和检测面，用来说明由于金属框架的存在，检测光入射角的增加(θ₁₂<θ₁₁<θ₁₀)如何使检测区域变窄；

图7是说明检测区域的差别的示意图，其中检测光从与扫描方向正交的方向以不同的入射角θ₁₂、θ₁₁和θ₁₀(θ₁₂<θ₁₁<θ₁₀)入射；

图8是说明检测区域的差别的示意图，其中检测光从与扫描方向成φ角的方向倾斜入射；

图9的示意图说明当检测光从与扫描方向成φ角的方向倾斜入射时，相对于非扫描方向从金属框架构件的内框架到最大检测区域的边缘的距离“a”，以及从金属框架构件的内框架到最大检测区域的边缘的距离“b”；

图10A-10C的曲线图分别说明通过关于三个点(或五个点)近似测定模版表面可得到的，估算的想像模版倾斜表面(具有倾斜量R_真值)和近似的模版倾斜表面(具有倾斜量R_测定)之间的关系，其中图10A是检测点数目为三个的情形，图10B是检测跨度扩大的情形，图10C是检测点数目为五个的情形；

图11的曲线图说明(i)模版表面形状用近似法测定的近似测定表面与实际模版表面之间的倾斜范围差(R_测定-R_真值)和(ii)可检测区域(相对于拍照区域)之间的关系；

图12的示意图说明检测光沿入射方向φ倾斜地入射来进行模版表面测定的检测过程；

图13的示意图说明检测区域中检测光以θ₁₂，θ₁₁、θ₁₀(θ₁₂<θ₁₁<θ₁₀)的入射角倾斜地入射和沿与扫描方向成45度的方向入射的差别；

图14的曲线图说明模版图案近似表面的测定误差为0.1微米或更小时的入射角范围和入射方向范围。

具体实施方式

现在，参看附图来说明本发明的一种实施方式。在这种实施方式中，本发明应用在采用步进扫描(扫描型)投影曝光装置的曝光过程中。图1示出这种投影曝光装置的主体部分。在附图中，模版R由模版支架借助于真空吸附来支持，其图案支撑面朝下。模版支架沿垂直于该附图所在纸面的方向是扫描可移动的。光源1放置在模版之上，输出曝光所用的光。在光源1和模版R之间，放置有照明光学系统2。在模版R远离照明光学系统2的一侧，放置有投影光学系统PL和晶片W。晶片W固定在晶片台WST上，该晶片台WST沿X，Y和z方向可以移动，而且可以倾斜调节，用来使晶片整个表面的曝光，扫描曝光和聚焦校正能够进行。图1所示的结构包括模版R，投影光学系统PL，晶片W，模版台RST，晶片台WST，防灰尘附着膜(薄膜)3，金属框架4，检测光源5，用作投影标记(projection mark)的狭缝6，光投影透镜7，光接收透镜8，检测器9，形状存储单元10，操作单元11和控制系统12。

本实施方式的投影曝光操作类似于普通投影曝光装置的投影曝光操作。即，光源1发出的曝光光线由照明光学系统2投影到模版R。接着，在曝光光线的作用下，形成在模版上的图像借助于投影光学系统PL投射到晶片W上。模版R和晶片W沿垂直于该附图所在纸面的方向相对扫描地移动，由此进行单次(one-shot)曝光。

在本实施方式中，如图1中所示，模版表面位置检测系统设在模版之下。该模版表面位置检测系统具有类似于倾斜入射型聚焦检测器的结构和功能，用于使要曝光的晶片表面与投影光学系统的成像面对准。具体地，它包括光投影部分和光检测部分。更具体地，它用来将来自光投影部分的检测光投影到模版的图案支撑面上，同时借助于光检测部分检测那里的反射光，从而检测模版的表面位置。光投影部分包括作为主要部件的光源5，例如发光二极管，用作投影标记的狭缝6，和光投影透镜7。光检测部分包括作为主要部件的光接收透镜8和检测器9，例如CCD传感器。在此，相对于模版扫描方向(垂直该附图所在纸面的方向)和垂直于该模版扫描方向的方向(即，沿该附图所在纸面的横向)，设有多个检测系统。因而，通过扫描该结构中的模版，可以在模版表面的不同点(检测点)处测定表面位置。然后，由这些测定结果，就可以测定出模版表面的表面形状。

用这种表面位置测定系统测定的表面形状由形状存储单元10进行存储，然后用操作单元11计算出有关模版的大致表面。

此处，关于对依照上述过程测得的模版图案表面的偏斜或弯曲进行校正的方法，可以采用下述方法。

(1)物理校正弯曲：

可以使用压电器件或者任何其它致动器来向模版沿校正弯曲的方向施加压力，由此物理地对其进行校正。此处，致动器并不限于压电器件。螺栓和螺母或者其类似物也可以用来向模版施加压力。替代地，可以在模版的顶侧和/或底侧设置一个可控压力型密封空间，通过控制该空间内的压力，来校正模版的弯曲。

(2)光学校正弯曲；

模版整个表面沿扫描方向的任何弯曲都可以通过沿扫描方向移动晶片台同时沿投影光学系统的光轴方向(Z方向)移动晶片台来进行光学校正。至于沿扫描方向的弯曲，可以在通过向上和向下移动晶片台来良好地保持模版图案表面和晶片表面间的共轭关系的同时，进行扫描曝光。至于沿垂直于扫描方向的方向的弯曲，可以移动投影光学系统内部的一个或多个光学元件来产生场曲率，从而在调节偏斜的模版图案表面使其良好地成像在晶片表面的同时，进行扫描曝光。若在晶片台的调节和投影光学系统的调节实时进行的同时可以执行扫描曝光，则这将是最佳的。若两者很难实时地进行，则可以将模版相对于扫描方向划分成多个区域，对于每个区域，可以沿光轴方向(Z方向)驱动晶片台。从而，这使控制变得非常简单。另外，至于模版沿垂直于扫描方向的方向的弯曲，可以进行下面的操作。通常，若用投影光学系统来对倾斜的模版进行投影的话，图像平面会弯曲。鉴于此，沿光轴方向移动投影光学系统的光学元件(可以是透镜或反射镜)，由此改变投影光学系统的场曲率，从而形成模版弯曲的场曲率与通过平移投影光学系统的光学元件而改变的场曲率就可以彼此抵消。在这种设置下，模版的弯曲可以光学地进行校正。

此外，若通过移动投影光学系统的光学元件可以充分地减小模版曲率的影响，则就可以借助于移动光学元件来光学地校正沿扫描方向的弯曲以及沿垂直于扫描方向的方向的弯曲。

(3)用另一模版进行替换：

该系统具有的功能是，若从模版表面形状的测定结果可以辨别出由模版弯曲而引起的图像平面曲率不能够减小至容差范围，而且由此曝光成像性能被恶化，则信号会通过控制系统12传输至模版台RST来促使模版的替换或重置。

接下来，更详细地描述本发明的这种实施方式。

参看图2和3来说明上述模版表面位置检测系统的操作。光源5发出的光穿过投影标记狭缝6，并被模版图案表面相邻位置处的投影透镜7收集。被模版图案表面反射的光再次被光接收透镜8收集至检测器9。邻近模版表面上光被收集的位置视为是检测点，从而沿垂直于扫描方向的方向上设有多个检测点。在这种状态下，模版扫描地进行移动，并以预定的节距在每个检测点处进行表面位置检测。基于这些测定结果，就可以测定出模版表面的表面形状。下面，更加详细地说明这种表面形状测定法。在如图2所示的表面形状检测系统中，来自光投影系统5的检测光倾斜地投影在模版表面上，该模版表面用虚线表示，由其反射的光入射到光接收单元9。因为这种检测光用CCD传感器等进行接收，因此检测到例如图3A所示的波形。取该波形的重心位置作为位置信息，模版表面上位于相应检测点处的位置就可以检测到。若例如模版图案表面偏斜，如图2的实线所示，则被该模版表面反射并进入光检测系统的检测光会沿图2实线箭头所示的方向偏移。在这种情况下，被检测系统5和9检测到的检测波形(重心位置)将会依照图案表面形状从其原始的波形位置偏移，例如如图3B中所示的。因此，从每个波形偏移重心的量，就可以检测出检测点相对于Z方向(即垂直于模版表面的方向)的位置。

然而，对于模版(图案)表面的测定来说，如果检测光既投影到形成有图案的部分(即涂覆有铬的部分)，也投影到没有形成图案的部分(即未涂覆铬且模版基底的玻璃材料被曝光的部分)，则存在着检测光生成的波形会失真的可能。如果这种现象发生，则会导致检测点(图案表面)Z轴位置的错误测定。更具体地讲，在检测光入射到如图4所示检测光辐射区域(即图4下半部的四边形区域)上的情形中，若检测光倾斜地入射到模版表面，且既入射到其上形成有图案的部分又入射到其上没有图案的部分，则由于它们反射率的差异(即铬与玻璃间的反射率差异)，被模版表面反射并由光接收系统接收到的检测光波形就可能会失真。这类波形失真会引起波形重心的改变，从而导致对模版表面上检测点位置的错误测定。具体地，在检测光入射到图4下半部所示四边形区域上的情形中，由于玻璃具有与铬相比较低的反射率，因此如图4的上半部所示，反射光的波形会变形，从而波形的重心向左侧偏移(从重心固有存在的位置看)。因此，应当采取某些措施来避免或者减少这类错误测定。

图5示出测定光的入射角与测定误差之间的关系，以及引起误差的图案的反射率比(“铬的反射率”比“玻璃的反射率”)。从图5可以看出，若入射角变大，铬和玻璃间的反射率比就变小，同时测定误差也变小。对于曝光装置内模版图案表面的测定来说，与每个检测点相关的测定误差应当保持在0.1微米或更小。在图5中，如果检测光入射到图案表面上的入射角(即检测光与图案表面法线之间确定的角度)设定为45度或更大，则铬和玻璃之间的反射率比就可以保持得足够小，从而满足上述测定误差不大于0.1微米的性能要求。

本实施方式采用玻璃材料。但是，这种玻璃可以是例如石英、掺氟石英或者萤石。同样，可以采用涂覆有抗反射膜或类似物然后用铬形成图案的玻璃基底、石英基底、掺氟石英基底、或者萤石基底。

如上所述，若入射角扩大，则测定精度就提高。然而，实际上，在曝光装置中使用的模版可以具有借助于金属框架固定部件4在其上的防灰尘附着膜(薄膜)3，例如如图1中所示。在此种情形中，入射到图案表面上的检测光入射角度的设定范围就受到限制。图6示出入射到图案表面上的检测光设定为与扫描方向的垂向相平行的实例。在该实例的情形中，就检测光入射到图案表面上的入射角而论，设定三个实例：θ₁₀，θ₁₁，θ₁₂。考虑到采用这些入射角投影的检测光分别具有预定的数值孔径(NA)，从图6可以看出，入射角越大，可检测到的位置区域距薄膜越远。

图7示出可检测的位置区域。更具体地，图7示出沿垂直于图案表面的方向看，模版的图案表面。金属框架指的是薄膜(pellicle film)的框架部件。在本实施例中它是金属，但是该框架可以由除金属外的材料制成。拍照区域(shot region)指的是模版上形成投影图案的区域。此处，在检测光入射到图案表面上的入射角最小(即θ₁₂)的情形中，图7中示出的所有检测区域#1，#2和#3都是可检测区域。而在入射角是第二最小(即θ₁₁)的情形中，检测区域#2和#3是可检测区域。在入射角最大(即θ₁₀)的情形中，仅仅检测区域#3是可检测区域。

总起来说，如上所述，已经发现，除非检测光入射到图案表面的入射角被设定为45度或更大，否则不可能得到理想的测定精度。但是，如果入射角太大，图案表面上的可检测范围会变得极窄，从而也不可能获得在整个拍照区域上的位置检测。

鉴于此，作为在整个拍照区域上对表面形状进行检测而不对整个拍照区域进行位置检测的方法，可以基于对拍照区域内多个检测点而做出的测定结果来进行拍照区域内模版表面形状的大致测定。

此处，在这方面，下面将说明检测跨度(检测点的间隔)与检测点的数目之间的关系，这些都是对大致测定模版的图案表面以及偏斜模版表面的近似精度需要考虑的重要因素。

首先，考虑如图10A所示的二维模版的弯曲表面。在本实施例中，选择三个点作为位置检测点，并且基于在该三个检测点处的检测结果，生成模版图案表面的近似平面。此处，用R_真值表示实际模版偏斜的范围，而用R_测定表示近似的偏斜表面的范围(在本实施例中，把拍照区域视为弯曲评价区域，在该拍照区域内，表面位置的最大值和最小值的范围定义为R)。图10B示出同图10A的情形比较起来，三个检测点的检测跨度比较大的实施例。从该图可以看出，当与小检测跨度相比选定一个大的检测跨度时，模版图案表面其近似表面的形状就非常接近于实际的模版图案表面形状。也即，已经发现，若检测点的数目固定，检测跨度越大，近似表面精度越高。

图10C示出尽管检测点设在与图10A所示情形基本相同的区域内，但检测点数目增加的实施例。对比图10A和图10C的情形，可以看出，如果检测点的数目增大(与检测点数目较小的情形相比)，则模版图案表面的近似表面形状就更加接近于实际的模版图案表面形状。即，已经发现，若要检测(或者可检测区域)的区域相同，检测点数目的增加可以更有效地获得模版图案表面的近似表面，其形状更接近于实际的模版表面形状。

如上所述，对于实际模版偏斜表面的良好精度测定，理想地是在采用增加数目的检测点或者运用扩大的检测跨度的同时进行这种近似测定。鉴于此，在设定检测点(三个或更多)和检测跨度(尽管由于检测光入射到图案表面上的入射角或入射方向而存在一定的限制，但可以选择在拍照区域内设定最大的跨度)的同时，以每个检测点处不超过0.1微米的测定误差来进行近似测定。图11示出可检测区域(相对于拍照区域)和上述的模版弯曲范围差(＝R_测定减去R_真值)之间的关系。从该图可以看出，只要用于模版表面形状近似测定的检测区域是拍照区域的80％或更多，就可以使范围差降至0.1微米或更小。

接下来，说明基于上述这些结果的有效模版表面形状测定系统的实施方式。在实际的模版表面形状检测时，在一些情形下，与检测系统的组件相关，会对模版表面上的非扫描方向有一定限制，从而很多检测点不能够进行设定。相反，通过减小测定节距，可以增加沿扫描方向的检测点。为此，如图12所示，在模版表面的检测区域内沿非扫描方向的检测跨度可以扩大(因为检测点数目受到限制)，而同时沿扫描方向检测点的数目可以增加，由此确保模版图案表面近似表面形状的高精度。在此情形下，沿各个检测方向(即扫描方向和垂直于扫描方向的方向)，通过设定检测光的合适入射方向φ(即从模版图案表面的垂直方向看，由扫描方向和入射到图案的检测光确定的角度)，可以扩大直接检测的区域。从而，这就可以提高图案表面其近似表面的精度。鉴于此，如下所述，已经研究入射方向φ与可检测区域之间的关系。

图8和9是说明如下这些参数的视图。如图8和9所示，其中检测光的入射角为θ，入射方向为φ，数值孔径为θ_NA，金属框架部件的内框架和外框架是P_x 内×P_y 内和P_x 外×P_y 外，整个拍照区域为P_x 拍照×P_y 拍照，金属框架高度为h，模版图案表面上最大的检测区域是X×Y，则沿X方向从金属框架部件的内框架到最大检测区域(可检测区域)边缘的距离“a”和沿Y方向从金属框架部件的内框架到最大检测区域(可检测区域)边缘的距离“b”可以如下表示：

a＝h/tan(90-θ-θ_NA)sinφ

b＝h/tan(90-θ-θ_NA)cosφ

同时，在最大检测区域内，X和Y可以表示为：

X＝P_x 内-2xa

Y＝P_y 内-2xb

基于上述关系，图13示出取决于检测光入射到图案表面上的入射角的可检测区域。此处，类似于图6，设定三个入射角实例：θ₁₀、θ₁₁和θ₁₂(θ₁₀>θ₁₁>θ₁₂)，研究涉及这些入射角的可检测区域。从图13看出，在入射角θ₁₂下(最小入射角)，所有的检测区域#1、#2和#3都是可以检测的区域，在入射角θ₁₁下，检测区域#2和#3(占拍照区域的约80％)是可以检测的区域。在入射角θ₁₀下，仅仅检测区域#3(占拍照区域的约50％)是可以检测的区域。即，可以看出，由于入射角θ₁₀太大，因而仅可以在拍照区域的约50％区域内确定检测点，从而就不能够得到理想的近似表面精度(0.1微米或更小)。

总起来说，为了能以理想的精度来估算模版图案表面的(近似)形状，检测光入射到图案表面上的入射角应当不小于45度，(其中，模版基底是由玻璃制成，铬图案形成该玻璃基底上)，同时，检测光应当以一定的入射角和入射方向投影到模版图案表面上，该一定的入射角和入射方向应当能够确保检测点位于模版拍照区域的80％或者更多的区域内。

下面，进行一个实施例的模拟，在该实施例中，P_x 内＝120mm，P_y 内＝146mm，P_x 外＝124mm，P_y 外＝150mm，P_x 拍照＝108mm，P_y 拍照＝134mm，h＝6.3mm，可检测区域占拍照区域的80％或更多。图14示出模拟的结果。在图中，符号I指的是确保每个检测点处的检测误差变成等于0.1微米或更小的条件。符号II指的是确保拍照区域的80％或更多变成可检测区域的条件。此处应当注意的是，由于这些结果相对于入射方向的45度线是线性对称的，因此省略了与超过45度的入射方向有关的那些数据。从图14可以看出，在入射角不小于45度且不大于80度时，图案表面的近似表面可以以理想的精度进行估算。入射角的范围不小于45且不大于80度不仅适用于图案由玻璃基底上的铬形成的情形，也适用于金属框架或拍照区域以例如上面所述的数值进行设定的情形，同时还适用于其他的各种情况。作为一个实施例，模版的基底可以不是玻璃，而且形成图案的材料也可以不是铬。另外，即使金属框架部件的高度，内框架的尺寸以及拍照区域的尺寸与上述的数值不同，在采用金属框架(薄膜)的模版的情形中，将入射角设定为例如上述值也仍旧是优选的。这同样适用于检测光入射方向为φ的情形，如下面所述。

在整个的拍照区域以测定精度不可能进行直接测定的情形中，检测光的入射方向φ可以设定为不小于0度但不大于90度的角度。从而，这就能够在遍及整个拍照区域上沿非扫描方向进行直接测定(检测范围为X＝108至120mm，Y＝107至108mm)，尽管沿扫描方向不能够进行直接测定的区域会变大。至于该检测区域，检测点的数目和检测跨度可以适当地设定，以提供模版表面形状近似测定的精度。

另外，在上述入射方向φ(不小于0度且不大于90度)被设定的情形中，检测点可以设在拍照区域中以及薄膜内框架内部的区域中，在这些区域中没有形成图案。

此外，检测光入射到图案表面上的入射方向可以设定得从垂直于图案表面的方向看，确定一个相对于扫描方向，不小于20度但不大于70度的角度。这样，拍照区域内检测区域的比例变大，从而近似表面的精度可以提供更多。

借助于具有上述特征的检测系统所检测到的表面位置信息存储在形状存储系统10内。然后，基于这样存储的表面位置信息，操作单元11近似地计算整个模版表面的表面形状。若在计算的过程中发现会导致降低曝光成像性能的表面形状，则相对于扫描方向的弯曲信息就提供给晶片台，进行校正，以确保在扫描曝光期间适当的聚焦驱动量。或者，若从模版表面形状的测定结果判别出曝光成像性能会因此被损害，则该系统就具有这种功能，即从控制系统12向模版台RST提供信号，以促使操作员对模版进行替换或者重置模版。

如果从组装的角度看这是可行的话，那么相对于非扫描方向检测点的数目不限于三个，而且可以采用一个检测点或两个检测点。同样，也可以设定四个或者更多的检测点。另外，尽管在本实施方式中模版基底是由涂覆有铬以在其上产生图案的玻璃制成，但也可以使用其他任何的材料。

同时，尽管在本实施方式中，本发明应用在扫描型曝光装置，但是本发明也可以应用在其他类型的曝光装置。在本发明应用于除扫描型外的曝光装置的情形下，在上述实施方式中定义为扫描方向的方向可以是模版中形成有图案的大体长方形区域其任何一侧的方向。

如上所述，本发明可以应用于扫描型曝光装置(扫描器)和称作步进器的曝光装置。同时，本发明还可适用于器件的制造方法，该方法包括用这种曝光装置曝光晶片的过程和用已知机构进行显影的过程。

在上述的表面位置检测系统中，可以使用偏振光作为检测光，来减少模版图案表面的测定误差。在这种情形下，如上文所述，检测光的入射角和入射方向可以确定得使测定精度很小。

另外，在上述的这些实施方式(或相应的曝光装置)中，可以设置报警功能，以便在由多个检测点处的位置检测结果和/或基于多个检测点处的位置检测结果所得的图案表面形状(位置)的估算结果可以明白，在实际的曝光过程期间成像性能必定会被损害时，催促或告知模版的替换或重置。这对于避免产量的减少是非常有效的，这种产量的减少可能会由模版图案表面的弯曲或其不良的平坦度而引起的曝光性能的恶化而引起。

工业实用性

如上文中所述，依照上述实施方式的表面位置检测方法，测定光的入射角设定为45度至80度，由此在可归因于模版表面上形成的图案的每个检测点处的检测误差可以被极大地降低(例如，降低至0.1微米或更小)。同时，如果检测光沿倾斜方向(相对于扫描方向)同时进行投影，则用来设定模版表面形状近似测定所需的检测点的检测点设定区域可以相对于扫描方向和非扫描方向(总共占拍照区域的80％或更多)进行加宽。从而，可以抑制模版表面的近似测定误差(不超过0.1微米)。由此，要曝光的整个拍照区域上的表面形状信息就可以非常精确地产生。

另外，由上文中所述的这种模版表面位置检测方法所得到的结果可以反馈回晶片台驱动量控制器(amount control)，从而极好地获得最佳的聚焦和良好的失真(good distortion)。由此达到令人满意的成像性能。此外，如果由于系统设有报警功能来催促模版的替换或模版的重置，而可以判定曝光成像性能退化，则由于任何弯曲或者平坦度变化引起的缺陷曝光都可以被有效地避免。

尽管已经参看这里披露的结构描述了本发明，但本发明并不局限于所描述的这些细节，本发明应当涵盖改进目的或所附权利要求范围内的所有改进和改变。

Claims

1.一种扫描曝光装置，包括：

投影光学系统，用于将在模版上形成的预定图案的图像投影到光敏基底上；和

位置检测系统，相对于垂直于模版表面的方向检测位于模版表面上不同点处的位置；

其中所述模版包括相对于垂直于模版表面的方向具有预定高度的框架和防灰尘附着膜；并且

其中，所述位置检测系统包括将来自光源的光引导至所述模版表面的光投影部分，和接收来自所述模版表面的反射光的光接收部分，

其特征在于：

来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不大于80度，并且

来自所述光投影部分的光入射到所述模版表面上，同时从垂直于所述模版表面的方向看，所述来自所述光投影部分的光相对于所述模版表面的扫描方向倾斜。

2.依照权利要求1的扫描曝光装置，其中来自所述光投影部分、入射到所述模版表面上的光的入射角度不小于45度。

3.依照权利要求1的扫描曝光装置，其中从垂直于所述模版表面的方向看，来自所述光投影部分的光确定一个相对于所述扫描方向不小于20度但不大于70度的角度。

4.依照权利要求1的扫描曝光装置，还包括报警装置，用于基于所述位置检测系统的检测，告知模版的替换和/或模版的重置。

5.一种器件制造方法，包括以下步骤：

使用权利要求1-4中的任何一个所述的扫描曝光装置对基底进行曝光；和

对曝光过的基底进行显影。