CN101652720A - 曝光装置、曝光方法和电子器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种曝光装置，通过投影光学系统(PL)在基板(W)上曝光明暗图案。所述曝光装置包括：位置检测系统(10)，检测基板的单位曝光区域(10f)中的多个预定位置(10aa－10ea)。多个参考检测位置(W)落入与单位曝光区域(10f)大致相等的范围内。变形计算单元(11)根据位置检测系统(10)的检测结果来计算单位曝光区域(10f)中的变形状态。形状修改单元(12)根据变形计算单元(11)所计算的变形状态，修改要在基板(W)上曝光的明暗图案的形状。

Description

曝光装置、曝光方法和电子器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年4月10日提交的美国临时专利申请No.60/907,596以及2008年2月27日提交的美国非临时专利申请(申请号未指定)的优先权。

技术领域

本发明的实施例涉及一种曝光装置、一种曝光方法以及一种电子器件制造方法。更具体地，本发明的实施例涉及在用于制造电子器件的光刻处理中使用的曝光装置和方法，该电子器件例如是半导体器件、成像器件、液晶显示器件、以及薄膜磁头。

背景技术

在用于制造诸如半导体器件的器件的处理中，在涂覆有感光材料的晶片(或诸如玻璃板的基板)上形成多层电路图案。需要曝光装置将掩模与晶片对准，其中该掩模上形成待转印的图案(转印的图案)，该晶片上已经形成电路图案。曝光装置包括用于进行此对准的对准单元，例如，该对准单元可以是成像型对准单元。

成像型对准单元利用光源发射的光来照射在晶片上形成的对准标记(晶片标记)。然后，对准单元利用成像光学系统在成像器件上形成晶片标记的放大图像，并对所获得的成像信号执行图像处理，以检测晶片标记的位置。

在单个晶片上限定多个单位曝光区域，使得所述多个单位曝光区域设置成矩阵状。通过单次曝光操作(例如一起(one-shot)曝光操作或扫描曝光操作)，在每一个单位曝光区域中形成与功能元件(诸如LSI(大规模集成)电路)相对应的电路图案等。更具体地，相对于投影光学系统步进地移动晶片，此时曝光装置重复地执行针对单个单位曝光区域的曝光操作多次。结果，将一个或更多个对准标记连同一个或更多个LSI电路图案转印到各单位曝光区域上。

常规位置检测装置包括单一位置检测机构(例如对准显微镜)，或者是分别设置的X位置检测机构和Y位置检测机构。

其上图案已被曝光的晶片经过包括蚀刻和成膜的晶片处理，有可能在面内方向上变形。更具体地，由于晶片处理等原因，晶片的尺寸可能相对于其原始形状而言全体性或局部性地发生膨胀或收缩。

在现有领域中，为了应对晶片经历曝光和晶片处理后的此变形，已经提出使用增强的全局对准(EGA)来修正与单位曝光区域的配置有关的晶片的面内变形。为了应对每一个单位曝光区域的线性变形(或更具体地，每一个单位曝光区域的膨胀、收缩和旋转)，该线性变形由使用表示每一个单位曝光区域的面内位置的正交坐标或X和Y坐标的线性函数来表达，已经提出了用于修正投影光学系统的倍率的倍率修正方法以及用于旋转掩模的掩模旋转方法。

发明内容

近年来，LSI电路图案被进一步微细化。结果，需要以更高的精度将图案一个一个地重叠在基板上。因此，在未来，曝光装置需要对单位曝光区域中出现的高级变形(high-level deformation)进行修正，而该些变形在现有技术领域中是不曾考虑到的。“高级变形”是指不能由使用X和Y坐标的线性函数表达的高阶变形，或更具体地，由使用X和Y坐标的高阶函数(例如二次函数或三次函数)表达的变形。

为了测量单位曝光区域中的这种高级变形，例如，必须检测单位曝光区域中多个离散地形成的标记的位置。常规的位置检测装置(其包括单一位置检测机构或两个位置检测机构)依次检测标记的位置，并因此花费了大量的时间来检测每一个标记位置。这降低了曝光装置的吞吐量(处理能力)，并且使得难以维持充分高的生产率。

根据本发明的实施例的一个目的是提供一种曝光装置和一种曝光方法，能够快速且准确地测量单位曝光区域中发生的变形，并且能够以高精度在基板上进行图案的重叠。

本发明的第一方面提供了一种曝光装置，通过投影光学系统在基板上曝光明暗图案。该曝光装置包括位置检测系统，该位置检测系统检测基板的单位曝光区域中的多个预定位置，其中多个参考检测位置落入与单位曝光区域大致相等的范围内。变形计算单元根据位置检测系统的检测结果来计算出单位曝光区域中的变形状态。形状修改单元根据变形计算单元所算出的变形状态来修改要在基板上曝光的明暗图案的形状。

下文中，“单位曝光区域”是指被限定为通过单次曝光操作(例如，一起曝光操作或扫描曝光操作)在其中形成明暗图案的基板上区域的曝光区域。

本发明的第二方面提供了一种曝光方法，用于通过投影光学系统把明暗图案曝光到基板上的单位曝光区域上。该曝光方法包括：位置检测步骤，利用位置检测系统检测基板的曝光区域中的多个预定位置，该位置检测系统检测落入与一个曝光区域大致相等的范围内的多个预定位置；变形计算步骤，根据与位置检测步骤中获得的多个预定位置有关的信息，计算单位曝光区域中的变形状态；以及形状修改步骤，根据变形计算步骤中获得的变形状态，修改要被曝光在基板上的明暗图案的形状。

本发明的第三方面提供了一种制造电子器件的方法，包括光刻处理。在光刻处理中，使用第二方面的曝光方法。

在根据本发明实施例的曝光装置和方法中，利用例如位置检测系统(一个或更多个位置检测单元)来检测单位曝光区域中的多个位置，该位置检测系统检测落入与基板上限定的单位曝光区域大致相等的范围内的多个位置。根据与所述多个位置有关的信息，计算单位曝光区域中发生的变形的状态。换句话说，根据与单位曝光区域中的多个位置有关的信息，测量单位曝光区域中形成的既存图案的变形。

在根据本发明的实施例中，通过根据单位曝光区域中形成的既存图案的变形而修改在基板上曝光的明暗图案的形状，来改善在基板上重叠图案的精度。以这种方式，根据本发明实施例的曝光装置和方法能够根据以预定分布形成的多个位置检测标记而快速且准确地测量单位曝光区域中发生的变形。因此，能够以高精度将图案重叠在基板上，并且以高精度制造电子器件。

附图说明

将参考附图来描述实现本发明的各个特征的一般结构。提供附图和相关描述是为了阐述本发明的实施例，而非限制本发明的范围。

图1是示出根据本发明一个实施例的曝光装置的示意图；

图2是示出图1中所示的位置检测系统的内部的示意图；

图3是示出图1中所示的位置检测系统中每一个位置检测单元的内部的示意图；

图4是示出二次成像、反射折射型投影光学系统的结构的示意图，其作为图1所示的投影光学系统的一个示例；

图5是示出图1中所示的光学表面形状修改单元的内部的示意图；

图6是示出根据本发明一个实施例的曝光方法的曝光程序的流程图；

图7是示出在晶片的单位曝光区域中形成的多个LSI电路图案和多个位置检测标记的示意图；

图8是示出根据本发明的修改例的位置检测系统的示意图；

图9是示出根据本发明的另一个修改例的位置检测系统的结构的示意图；

图10是示出用于制造半导体器件的方法的流程图；以及

图11是示出用于制造液晶显示器件的方法的流程图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明实施例的曝光装置的结构的示意图。在图1中，X轴和Y轴在与晶片W的表面(曝光表面)平行的面内彼此正交，而Z轴在晶片W的表面的法线方向延伸。更具体地，XY平面水平地延伸，而(+)Z轴在垂直方向向上延伸。

图1所示的本实施例的曝光装置包括诸如ArF准分子激光器的曝光光源以及包括光学积分器(均化器)、视场光阑和聚光透镜的照明单元1。照明单元1利用从光源发出的曝光光线IL来照射掩模(标线片)M，该掩模M上形成有待转印的图案。例如，照明单元1照射掩模M的整个矩形图案区域，或者沿着X方向在整个图案区域中延伸的细长狭缝区(例如矩形区)。

来自掩模M的图案的光线入射到具有预定的缩小倍率的投影光学系统PL上。投影光学系统PL在于晶片(感光基板)W上限定的单位曝光区域中形成掩模M的图案图像(明暗图案)，该晶片W上涂有光致抗蚀剂。更具体地，与掩模M上的照射区域(视场)光学上相对应，在晶片W的单位曝光区域中，投影光学系统PL在与掩模M的整个图案区域类似的矩形区域中或在沿着X方向延伸的细长矩形区域(静止曝光区域)中形成掩模图案图像。

掩模台MS支撑掩模M，使得掩模M与XY平面平行。掩模台MS包括用于使掩模M在X方向、Y方向以及围绕Z轴的旋转方向上稍微移动的机构。掩模台MS包括可移动的镜(未示出)。借助于使用可移动的镜的掩模激光干涉仪(未示出)来实时地测量掩模台MS(以及掩模M)的X位置、Y位置和旋转位置。

晶片支撑物(未示出)将晶片W支撑在Z台2上，使得晶片W与XY平面平行。Z台2被固定到XY台3。XY台3沿着XY平面移动，该XY平面与投影光学系统PL的图像面大致平行。Z台2调整焦点位置(Z方向位置)以及晶片W的倾斜角(晶片W的表面相对于XY平面的倾斜)。Z台2包括可移动的镜4。借助于使用可移动的镜4的晶片激光干涉仪5实时地测量X位置、Y位置和围绕Z轴的旋转位置。XY台3安装在底座6上。XY台3调整晶片W的X位置、Y位置和旋转位置。

掩模激光干涉仪的输出和晶片激光干涉仪5的输出被提供给主控制系统7。主控制系统7根据掩模激光干涉仪测量的值来控制掩模M的X位置、Y位置和旋转位置。更具体地，主控制系统7向掩模台MS中包括的机构发送控制信号。该机构根据控制信号使掩模台MS微动，从而调整掩模M的X位置、Y位置和旋转位置。

主控制系统7控制晶片W的焦点位置和倾角，通过自动聚焦和自动调平，使得晶片W的表面与投影光学系统PL的像平面一致。更具体地，主控制系统7向晶片台驱动系统8发送控制信号。晶片台驱动系统8根据该控制信号驱动Z台2，以调整晶片W的焦点位置和倾角。

主控制系统7还根据晶片激光干涉仪5测量的值来控制晶片W的X位置、Y位置和旋转位置。更具体地，主控制系统7向晶片台驱动系统8发送控制信号。晶片台驱动系统8根据控制信号驱动XY台3，从而调整晶片W的X位置、Y位置和旋转位置。

当执行步进及重复(step-and-repeat)系统时，掩模M的图案图像被一起曝光到在晶片W上排列成矩阵的多个单位曝光区域中的一个上。之后，主控制系统7向晶片台驱动系统8发送控制信号，并使用晶片台驱动系统8沿着XY平面步进地移动XY台3，以便将晶片W的另一个单位曝光区域与投影光学系统PL对准。如此重复进行把掩模M的图案图像一起曝光到晶片W的单位曝光区域上。

在步进及扫描系统中，主控制系统7向掩模台MS中包括的机构发送控制信号，并向晶片台驱动系统8发送控制信号。这在使掩模台MS和XY台3以根据投影光学系统PL的投影倍率所确定的速度比移动的同时，把掩模M的图案图像扫描并曝光到晶片W上的单个单位曝光区域上。之后，主控制系统7向晶片台驱动系统8发送控制信号，并使用晶片台驱动系统8沿着XY平面步进地移动XY台3，以便将晶片W的另一个单位曝光区域与投影光学系统PL对准。按照这种方式，重复地进行把掩模M的图案图像扫描曝光到晶片W的单位曝光区域上的操作。

更具体地，利用步进及扫描系统，掩模M和晶片W的位置由晶片台驱动系统8、晶片激光干涉仪5等控制，此时掩模台MS和XY台3(结果是掩模M和晶片W)彼此同步地在Y方向上(其是矩形(通常是狭缝状)静止曝光区域的短边方向)移动(被扫描)。结果，掩模图案被扫描并曝光到晶片W上的一区域上，该区域具有与静止曝光区域的长边相等的宽度以及与晶片W的扫描量(移动量)相对应的长度。

为了以高精度测量在晶片W的每个单位曝光区域中发生的变形并提高形成于晶片W上的图案的重叠精度，本实施例的曝光装置包括位置检测系统10、变形计算单元11和光学表面形状修改单元12。位置检测系统10不经由投影光学系统PL而检测晶片W的每一个单位曝光区域中的多个位置。变形计算单元11根据位置检测系统10的检测结果来计算晶片W的每一个单位曝光区域中发生的变形的状态。为了修正曝光到晶片W上的图案图像(明暗图案)的形状，光学表面形状修改单元12根据变形计算单元11的计算结果来修改投影光学系统PL的至少一个光学表面的形状。

如图2中所示，位置检测系统10包括以平行设置方式沿着XY平面二维配置的多个位置检测单元。为了简化附图，图2仅示出了形成位置检测系统10的多个位置检测单元中的5个位置检测单元(位置检测机构)10a、10b、10c、10d和10e。位置检测机构10a、10b、10c、10d和10e呈锯齿形配置或平行设置。锯齿形配置是指将位置检测机构从沿着X方向延伸的直线朝着+Y方向和-Y方向交替配置。图2示出了两条相邻的线，即包括位置检测机构10a、10c和10e的第一条线以及包括位置检测机构10b和10d的第二条线。位置检测机构10a、10c和10e是+Y方向的偏移，并以预定间隔配置在第一条线中。位置检测机构10b和10d是-Y方向的偏移，并以预定间隔配置在第二条线中。这5个位置检测单元10a至10e的参考检测位置10aa至10ea落入矩形范围10f，该矩形范围10f与晶片W的一个单位曝光区域大致相等。在图2中，位置检测单元10a至10e中每一个的参考检测位置(由十字标记表示)是每一个位置检测单元的检测区域的中心。在本实施例中，形成位置检测系统10的位置检测机构的参考检测位置全部落入范围10f内。

例如，位置检测单元10a至10e可以是基于成像器件的位置检测机构。位置检测单元10a至10e每一个均具有相同的基本结构。如图3所示，在基于成像器件的位置检测单元10a至10e的每一个中，从照明单元31发出的照明光被半棱镜32反射、经过第一物镜33并照射在晶片W的单位曝光区域中形成的位置检测标记PM。照明单元31可以被设置为与各位置检测单元一一对应，或者各位置检测单元共同使用同一个照明单元31。

来自位置检测标记PM的照明光的反射光(包括衍射光)经过第一物镜33、半棱镜32和第二物镜34，以在成像器件35的成像平面上形成位置检测标记PM的图像，该成像器件35可以是CCD摄像器件。更具体地，CCD摄像器件35用作光电检测器(光检测单元)，用于光电检测位置检测标记PM的图像，该图像是通过包括第一物镜33和第二物镜34的成像光学系统而形成的。

CCD摄像器件35利用内部信号处理单元(未示出)来处理基于位置检测标记PM的被检测图像的光电检测信号(处理波形)。通过该处理，CCD摄像器件35获得例如表示每一个位置检测标记PM的中心位置的X和Y坐标，作为位置检测标记PM的位置信息。CCD摄像器件35输出位置检测标记PM的位置信息。作为位置检测单元10a至10e的输出(或位置检测系统10的输出)，位置检测标记PM的位置信息被提供给变形计算单元11。

变形计算单元11根据位置检测系统10的检测结果，即在晶片W的单位曝光区域中形成的多个位置检测标记PM的位置信息(多个位置检测值)，计算单位曝光区域中发生的变形的状态。更具体地，变形计算单元11检测在晶片W的单位曝光区域中形成的每一个位置检测标记PM距离相应的参考位置的位置偏离量。根据与每一个位置检测标记PM的位置偏离量有关的信息，变形计算单元11例如使用非线性函数(其利用X和Y坐标来定义)来近似地表现单位曝光区域中发生的变形。

这里，假定单位曝光区域中发生的高级变形由使用X和Y坐标的高阶函数来表示。表示位置检测标记PM的设计位置的坐标(下文称作“设计值”)由(Dxn，Dyn)来表示。表示位置检测标记PM的实际检测位置的坐标(下文称作“测量值”)由(Fxn，Fyn)来表示。变量要素a至f(一次成分的变量)和变量要素g至j(高阶成分的变量)表示设计值和测量值之间的位置偏离的原因。在这种情况下，实际测量值与设计值之间的关系由下文所示的公式(1)来表示。在公式(1)中，n是整数，表示赋予在单位曝光区域中形成的每一个位置检测标记PM的编号。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Fxn}\\ \mathrm{Fyn}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Dxn}\\ \mathrm{Dyn}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{gDxn}}^2\\ h{\mathrm{Dyn}}^2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}i{\mathrm{Dxn}}^3\\ j{\mathrm{Dyn}}^3\end{array}\right]...\left(1\right)$

然而，位置偏离量或残余误差项(Exn，Eyn)存在于设计值(Dxn，Dyn)和实际测量值(Fxn，Fyn)之间。因此，考虑到残余误差项的实际测量值与设计值之间的关系公式(2)表示。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Fxn}\\ \mathrm{Fyn}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Dxn}\\ \mathrm{Dyn}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}g{\mathrm{Dxn}}^2\\ h{\mathrm{Dyn}}^2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}i{\mathrm{Dxn}}^3\\ j{\mathrm{Dyn}}^3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{Exn}\\ \mathrm{Eyn}\end{array}\right]...\left(2\right)$

公式(2)中的x成分可以表示为公式(3)。

Exn＝Fxn-(a Dxn+b Dyn+e+g Dxn²+i Dxn³)

                                       ...(3)

以相同的方式，公式(2)中的y成分可以表示为公式(4)。

Eyn＝Fyn-(c Dxn+d Dyn+f+h Dyn²+j Dyn³)...(4)

例如，使用最小二乘法来确定每一个变量因素，以最小化残余误差项的平方和。这样，可以使用高阶函数来近似地表现单位曝光区域中发生的变形。

上文所述的利用高阶函数的近似使用二次和三次成分作为高阶成分。然而，该近似也可以使用四次或更高阶的成分。也可以利用由极坐标表示的函数系统来近似表现单位曝光区域中发生的变形。在这种情况下，可以使用诸如Zernike展开的级数展开来表示光学系统的波前像差。

每一个位置检测标记PM的参考位置或者是其设计位置，或者是在形成该位置检测标记PM后但不经过晶片处理而测量的实际位置。使用变形计算单元11，利用函数近似表现在晶片W的单位曝光区域中发生的变形等效于利用函数近似表现在形成于晶片W的单位曝光区域中的既存电路图案中发生的变形。

光学表面形状修改单元12具有通过修改投影光学系统PL的至少一个光学表面的形状来修改投影光学系统PL的像差的功能。之后，将采用图4中所示的二次成像反射折射型投影光学系统PL作为示例来描述光学表面形状修改单元12的详细结构。图4中的投影光学系统PL包括反射折射型第一成像光学系统G1和折射型第二成像光学系统G2。第一成像光学系统G1形成了掩模M的图案的中间图像。第二成像光学系统G2根据来自中间图像的光线，在晶片W上形成掩模图案的最终缩小图像。

平面镜M1(可以是可变形的镜)被设置在从掩模M至第一成像光学系统G1延伸的光路中。此外，平面镜M2(由可变形的镜形成)还被设置在从第一成像光学系统G1至第二成像光学系统G2延伸的光路中。平面镜M1的反射表面位于掩模M附近。平面镜M2的反射表面被设置在中间图像形成位置处，或位于中间图像形成位置附近。如图5中所示，平面镜M1例如包括具有反射表面的反射构件M1a以及多个驱动元件M1b，与反射构件M1a的反射表面相对应地将所述多个驱动元件M1b以二维方式设置为彼此相邻。同样，平面镜M2包括具有反射表面的反射构件M2a以及多个驱动元件M2b，与反射构件M2a的反射表面相对应地将所述多个驱动元件M2b以二维方式设置为彼此相邻。

除了平面镜M1和M2之外，光学表面形状修改单元12包括由平面镜M1和M2共享的镜基底12a以及个别地驱动多个驱动元件M1b和M2b的驱动单元12b。驱动单元12b根据主控制系统7提供的控制信号，个别地驱动各驱动元件M1b和M2b，该主控制系统7已经接收到变形计算单元11的输出。驱动元件M1b和M2b被附着到公共的镜基底12a。驱动元件M1b和M2b通过独立的推和拉动作将反射构件M1a和M2a的反射表面的形状修改为期望的形状。

这样，光学表面形状修改单元12使平面镜M1的反射表面和平面镜M2的反射表面中至少一个的形状发生变形或对其进行修改，其中平面镜M1的反射表面被设置在投影光学系统PL的物平面附近，而平面镜M2的反射表面被设置在与投影光学系统PL的物平面光学共轭的位置处，或设置在该共轭位置附近。这修改了投影光学系统PL的像差状态，并积极地产生了投影光学系统PL的畸变。结果，光学表面形状修改单元12对曝光到晶片W的单位曝光区域上的掩模图案图像(明案图案)的形状做出修改。

图6是示意性地示出根据本发明实施例的曝光方法的曝光程序的流程图。为了便于理解本发明，下文将假定本实施例的曝光方法用于使用图1中的曝光装置将掩模M的图案一起曝光到晶片W的每一个单位曝光区域上。参考图6，在本实施例的曝光方法中，晶片W被加载到Z台2上(S11)，该晶片W上具有一个或更多个曝光的电路图案并已经经过晶片处理。然后，将晶片W与投影光学系统PL(以及掩模M)对准(S12)。

在对准处理S12中，基于与晶片W的外形等有关的信息，根据需要来驱动XY台3。这会把晶片W与投影光学系统PL进行预对准(粗略对准)。在对准处理S12中，例如通过图1中所示的位置检测系统10来检测晶片W上形成的多个晶片对准标记的位置，并基于该位置信息，根据需要来驱动XY台3。这会把晶片W与投影光学系统PL进行精细对准(精确对准)。

为了对晶片W进行精细对准，可以使用从在单位曝光区域中形成的多个位置检测标记PM中选择的一个或更多个位置检测标记(将在下文描述)作为其位置被检测的多个晶片对准标记。在对准处理S12中，投影光学系统PL将其上形成有转印的图案的掩模M与其上已经形成电路图案的晶片W光学对准，从而将掩模M上的图案区域与晶片W上的单位曝光区域光学对准。

如图7中所示，在已经被加载到Z台2上的晶片W的每一个单位曝光区域中，在X方向和Y方向上各自形成3行总共9个电路图案41，每一个电路图案41均对应于诸如LSI电路的功能元件。“功能元件”是起到单个独立电子器件的功能的最小单位，即单个芯片。在之前或较早的光刻处理中，在每一个单位曝光区域ER的街道线(street line)42(或芯片之间的“切割范围”部分)中形成多个位置检测标记PM。更具体地，在图7中所示的单位曝光区域ER的周边部分中，或在沿着单位曝光区域ER的轮廓边界线延伸的内侧部分中，形成总共24个位置检测标记PM。例如，在两个相邻的LSI电路图案41之间形成总共24个位置检测标记PM。

尽管图中未示出，掩模M(用于形成多个位置检测标记PM)在图案区域中具有与9个LSI电路图案41相对应的电路图案。掩模M还具有在与街道线42相对应的空白区域(其中未形成电路图案的剩余部分)中的、与多个位置检测标记PM相对应的多个标记。因此，在其中每一个单位曝光区域ER的街道线42中形成位置检测标记PM的结构中，LSI电路的设计自由度基本不受影响。在图7中，为了简要，街道线42的宽度以及每一个位置检测标记PM的大小相对于LSI电路图案41有所夸大。

本实施例的曝光方法接下来检测在晶片W的至少一个单位曝光区域ER中的多个位置检测标记PM的位置(S13)。在位置检测处理S13中，驱动XY台3，以将晶片W的特定单位曝光区域ER与位置检测系统10的检测范围10f对准(S13a)。然后，形成位置检测系统10的多个位置检测单元检测单位曝光区域ER中的多个位置检测标记PM的晶片面内方向位置(S13b)。在检测处理S13b中，位置检测单元可以同时(基本上是同时)检测在单位曝光区域ER中形成的多个位置检测标记PM的位置，位置检测单元的数目与位置检测标记PM的数目相同。或者，可以分成多次检测众多位置检测标记PM的位置。

此外，在检测处理S13b中，位置检测单元可以同时检测从在单位曝光区域ER中形成的众多位置检测标记PM中选择的那些位置检测标记PM的位置，位置检测单元的数目与所选的位置检测标记PM的数目相同。或者，可以分成多次检测所选的位置检测标记PM的位置。此外，当需要时，晶片W的另一个单位曝光区域ER可以与位置检测系统10的检测范围10f对准，并且可以重复执行其他单位曝光区域ER中的多个位置检测标记PM的位置检测操作(S13c)。在位置检测处理S13中，晶片W可以与投影光学系统PL(以及掩模M)对准，以省略对准处理S12。

接下来，在本实施例的曝光方法中，根据位置检测处理S13中获得的位置信息，计算晶片W的单位曝光区域ER中发生的变形的状态(S14)。在变形计算处理S14中，已经接收到位置检测系统10的检测结果的变形计算单元11计算在晶片W的单位曝光区域ER中形成的多个位置检测标记PM中的每一个从相应的参考位置的位置偏离量，然后基于有关每一个位置检测标记PM的位置偏离量的信息，利用函数来近似表现单位曝光区域ER中发生的变形。在变形计算处理S14中，可以计算已经历位置检测处理S13的每个单位曝光区域的变形状态。这样，在位置检测处理S13中，通过多个位置检测单元例如同时地检测单位曝光区域ER中的多个位置检测标记PM的位置。这使得能够在变形计算处理S14中快速且准确地测量(计算)单位曝光区域ER中发生的变形或LSI电路图案中发生的变形。

接下来，本实施例的曝光方法包括：基于与变形计算处理S14中获得的变形状态有关的信息，根据需要来修改曝光到晶片W的单位曝光区域ER上的明暗图案的形状(S15)。当晶片W的单位曝光区域ER在晶片处理等期间已经发生变形时，在单位曝光区域ER中形成的既存电路图案也已发生变形，并偏离了期望的设计图案。因此，当单位曝光区域ER中发生的变形的状态超过其可容许的范围时，在单位曝光区域ER中既存电路图案上曝光的新的电路图案(明暗图案)将不会精确地重叠在既存电路图案上。

在本实施例的曝光方法中，在形状修改处理S15中，基于主控制系统7提供的指示，根据需要使平面镜M1和M2中至少一个的反射表面发生变形。例如，这积极地产生了投影光学系统PL中预定量的畸变。结果，将单位曝光区域ER中曝光的明暗图案的形状修改为与单位曝光区域ER中的既存电路图案的变形相对应。

最后，本实施例的曝光方法包括：针对晶片W的各单位曝光区域ER重复执行投影曝光(S16)。作为一般规则，同一电路图案在各单位曝光区域ER中曝光。因此，当每一个单位曝光区域ER中发生的变形基本不取决于每一个单位曝光区域ER在晶片W上的位置、而是主要取决于每一个单位曝光区域ER中曝光的电路图案的特性时，使用变形计算处理S14中获得的在一个代表性单位曝光区域中发生的变形的状态来设定投影光学系统PL的期望像差。在该状态下，针对各单位曝光区域ER重复执行投影曝光。或者，在这种情况下，形状修改处理S15基于表示在变形计算处理S14中获得的在多个单位曝光区域中发生的变形的状态的值的平均来维持投影光学系统PL的像差在期望的一定状态下，此时投影曝光处理S16可以针对各单位曝光区域重复执行投影曝光。

在投影曝光处理S16中，当每一个单位曝光区域ER中发生的变形取决于晶片W上每一个单位曝光区域ER的位置时(例如，取决于单位曝光区域ER是否位于晶片W上的中间位置、周边位置等)，可以基于位于晶片W上不同位置处的多个单位曝光区域的每一个中发生的变形的状态，根据需要来修改投影光学系统PL的像差。在该状态下，针对各单位曝光区域ER重复执行投影曝光。或者，在这种情况下，基于在晶片W的各单位曝光区域中发生的变形的状态，针对全部单位曝光区域来调整投影光学系统PL的像差，此时投影曝光处理S16可以针对各单位曝光区域重复执行投影曝光。

如上所述，在本实施例的曝光装置和方法中，使用位置检测系统(多个位置检测单元)10来检测在单位曝光区域ER中形成的多个位置检测标记PM的晶片面内方向位置，该位置检测系统用于检测落入与晶片W的每一个单位曝光区域ER大致相等的范围内的多个位置。基于与多个位置检测标记PM有关的位置信息(位置检测值)，计算每一个单位曝光区域ER中发生的变形的状态，从而测量出在单位曝光区域ER中形成的既存电路图案中发生的变形。

因此，在本实施例中，与单位曝光区域ER中的既存电路图案的变形相对应，修改单位曝光区域中曝光的明暗图案的形状。这提高了新曝光的图案与晶片W上既存电路图案的重叠精确度。结果，本实施例的曝光装置和方法能够快速且准确地检测单位曝光区域ER中发生的变形，并且能够以高精度将图案重叠在晶片W上。

在上述实施例中，以二维方式彼此相邻地平行设置的多个检测光学系统(32至34)以及数目与其相等的光电检测器35形成了多个位置检测单元。然而，本发明不限于该结构。位置检测单元的数目、配置以及结构可以是多样的。特别地，例如图8中所示，单个公共检测光学系统51(其被公共用于检测多个位置检测标记的位置)以及多个成像器件(光电检测器)52(其设置在公共检测光学系统51的检测范围内且位于该检测范围上方)可以形成多个位置检测单元。多个独立的成像器件52用于图8中所示的例子中。然而，单个成像器件的成像面的多个部分可以用作多个光电检测器，以取代多个独立的成像器件52。图8中所示的例子中的结构可以被改变为包括多个公共检测光学系统51，或附加地包括具有图2中所示结构的一个或更多个位置检测单元。

或者，如图9中所示，单个公共检测光学系统53(其被公共用于检测多个位置检测标记的位置)以及线传感器(光电检测器)54(其例如由在一个方向上排列的多个成像器件54a形成，以利用公共检测光学系统53检测光线)可以形成多个位置检测单元。在这种情况下，利用XY台3在与多个成像器件54a的排列方向正交的方向上相对于公共检测光学系统53来移动晶片W，此时多个位置检测标记的位置被扫描检测。图9中所示的例子中的结构可以包括多个公共检测光学系统53或彼此相邻地平行设置的多个线传感器54。

尽管在上述实施例中使用基于成像器件的位置检测机构，但本发明不限于该结构。可以按照多种方式来修改位置检测机构的检测方法。例如，通过以狭缝状激光射束点扫描位置检测标记并通过光电检测器检测从位置检测标记散射的光线，激光扫描位置检测机构可以用来检测例如由阶梯状标记形成的位置检测标记的位置。或者，通过使光束从两个方向倾斜照射位置检测标记，并通过光电检测器检测从位置检测标记反射的光线，格栅对准位置检测机构可以用于测量例如由格栅标记形成的位置检测标记的位置。

尽管光学表面形状修改单元12在需要时对由可变形镜形成的平面镜M1和M2的反射表面的形状进行修改，但本发明不限于该结构。例如，光学表面形状修改单元12可以在需要时通过使平面平行玻璃板发生局部变形而修改投影光学系统的光学表面的形状。在上面的实施例中，光学表面形状修改单元12在需要时修改平面镜M1或M2的反射表面的形状，以修改投影光学系统PL的像差，产生投影光学系统PL的预定量的变形，并修改曝光到晶片W上的明暗图案的形状。然而，本发明不限于该结构。光学表面形状修改单元12可以修改设置在如下位置的至少一个光学表面的形状：与投影光学系统的物平面靠近的位置，与物平面光学共轭的位置或与该共轭位置靠近的位置，或靠近投影光学系统的像平面的位置。在这种情况下，光学表面形状修改单元12可以产生预定量的变形，同时基本不会产生任何像差。

通常，通过修改投影光学系统的至少一个光学表面的形状，可以修改投影光学系统的像差并且可以修改曝光到基板上的明暗图案的形状。此外，通常也可以通过修改投影光学系统的像差来修改在基板上曝光的明暗图案的形状。除了修改投影光学系统的像差以外，也可以通过附加地修改掩模的图案表面的形状，或取代修改投影光学系统的像差而修改掩模的图案表面的形状，来修改在基板上曝光的明暗图案的形状。

尽管上述实施例中根据本发明的实施例应用于一起型曝光方法，其用于在晶片W的每一个单位曝光区域中执行掩模M的图案的一起曝光，但本发明不限于一起型曝光方法。根据本发明的实施例可以应用于扫描型曝光方法，其用于在晶片W的每一个单位曝光区域中执行掩模M的图案的扫描曝光。在这种情况下，必需与扫描曝光期间基板的相对移动相对应，来修改在基板上曝光的明暗图案的形状。

尽管根据本发明的实施例应用于使用其上形成有待转印的图案的掩模M的曝光装置和方法，然而本发明的应用不限于使用掩模M的装置和方法。本发明还可以应用于无掩模曝光。在这种情况下，可以使用基于预定电子数据而形成预定图案的图案生成器件来取代掩模。例如，可以使用基于预定电子数据而被驱动的反射式空间光调制器(例如数字微镜器件)作为图案生成器件。例如，美国专利No.5,523,193中描述了使用该反射式空间光调制器的曝光装置。使用反射式空间光调制器的曝光装置根据在变形计算处理S14中获得的单位曝光区域中的变形的状态，通过修改预定的电子数据来修改在基板上曝光的明暗图案的形状，该电子数据例如用于形成预定图案。可以使用透射式空间光调制器或发光图像显示器件来取代反射式空间光调制器。

上述实施例中的曝光装置是通过将各种子系统进行组装而制成的，所述各种子系统包括本申请的权利要求保护范围中所给出的元件，以便维持预定的机械精度、电气精度以及光学精度。为了维持机械、电气和光学精度，对光学系统进行调整以实现光学精度，对机械系统进行调整以实现机械精度，并对电气系统进行调整以实现电气精度。将各种子系统组装到曝光装置中的过程包括：将子系统机械地彼此连接，对电路进行配线连接，并对气压回路进行配管连接。在把子系统组装为曝光装置之前，执行子系统的组装过程。在完成把子系统组装为曝光装置的过程后，对该装置进行综合调整，以维持精度。优选地，在包括温度和洁净度的受控的条件下，在洁净室内制造该曝光装置。

上述实施例中的曝光装置(使用该曝光装置来通过投影光学系统将图案曝光到感光基板上(曝光过程))可以用于制造电子器件(包括半导体器件、成像器件、液晶显示器件以及薄膜磁头)。现在将参考图10中所示的流程图，描述利用本实施例的曝光装置、通过在诸如晶片的感光基板上形成预定的电路图案来制造电子器件(或特别是半导体器件)的一个示例方法。

在图10中所示的步骤S301中，首先通过气相沉积在第一组晶片上形成金属膜。在步骤S302中，将光致抗蚀剂涂布于在第一组中的每个晶片上形成的金属膜。在步骤S303中，利用本实施例的曝光装置，使用投影光学系统把在掩模上形成的图案的图像依次曝光并转印到第一组中每一晶片的各照射区域上。在步骤S304，对在第一组中每一晶片上形成的光致抗蚀剂进行显影。在步骤S305中，使用在晶片上形成的抗蚀剂图案作为掩模而对第一组中的每一晶片进行蚀刻。这在每一晶片的照射区域中形成与掩模图案相对应的电路图案。

之后，形成上层的电路图案，以完成半导体器件等。利用上文描述的半导体器件制造方法，以高生产能力制造出具有微细电路图案的半导体器件。在步骤S301至S305中，通过气相沉积将金属沉积在晶片上，将抗蚀剂涂布于金属膜，并执行对抗蚀剂进行曝光、显影以及蚀刻的各处理。在这些处理之前，可以首先在晶片上形成二氧化硅膜，可以将抗蚀剂涂布于二氧化硅膜，然后可以执行对抗蚀剂进行曝光、显影以及蚀刻的处理。

利用本实施例的曝光装置，可以通过在板(玻璃基板)上形成预定图案(电路图案或电极图案)来制造诸如液晶显示器件的电子器件。将参考图11中所示的流程图来描述用于制造液晶显示器件的方法的一个示例。在图11中，在步骤S401中执行图案形成处理。在步骤S401中，利用本实施例的曝光装置将掩模图案转印并曝光到感光基板(例如涂有抗蚀剂的玻璃基板)上。换句话说，执行光刻处理。通过该光刻处理，在感光基板上形成了包括多个电极的预定图案。之后，通过包括显影处理、蚀刻处理以及抗蚀剂去除处理的各种处理，在基板上形成预定图案。然后，在步骤S402中执行滤色器形成处理。

在滤色器形成处理S402中，例如通过R(红)、G(绿)和B(蓝)点的许多组排列成矩阵，或在水平扫描线方向上设置由R、G和B长条形成的多组滤色器，来形成滤色器。在滤色器形成处理S402之后，在步骤S403中执行盒组装处理。在步骤S403中，将具有通过图案形成处理S401获得的预定图案的基板以及通过滤色器形成处理S402获得的滤色器等组装到一起，以形成液晶面板(液晶盒)。

在盒组装处理S403中，例如，将液晶注入具有通过图案形成处理S401获得的预定图案的基板以及通过滤色器形成处理S402获得的滤色器之间，以形成液晶面板(液晶盒)。在步骤S404中随后执行的模块组装处理中，安装能够使组装的液晶面板(液晶盒)执行显示操作的电路以及包括背光的其他组件。这就完成了液晶显示器件。利用上文所述的液晶显示器件制造方法，以高生产能力来制造具有微细电路图案的液晶显示器件。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的范围的前提下，可以对它的组件进行各种改变和修改。此外，为了实施本发明，实施例中公开的组件可以任意组合而组装。例如，可以从实施例中公开的所有组件中省去一些组件。此外，可以适当地组合不同实施例中的组件。

Claims (32)

1.一种曝光装置，通过投影光学系统在基板上曝光明暗图案，所述曝光装置包括：

位置检测系统，检测基板的单位曝光区域中的多个预定位置，其中多个参考检测位置落入与所述单位曝光区域大致相等的范围内；

变形计算单元，根据所述位置检测系统的检测结果来计算所述单位曝光区域中的变形状态；以及

形状修改单元，根据所述变形计算单元计算出的变形状态，修改要在基板上曝光的明暗图案的形状。

2.根据权利要求1所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括至少四个位置检测单元，每一个位置检测单元具有落入与所述单位曝光区域大致相等的范围内的参考检测位置。

3.根据权利要求1或2所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括彼此相邻地平行设置的多个检测光学系统，其中每一个检测光学系统具有落入与所述单位曝光区域大致相等的范围内的参考检测位置。

4.根据权利要求3所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括检测通过所述多个检测光学系统的光的多个光检测单元。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括至少一个检测光学系统以及设置在所述至少一个检测光学系统的检测范围内的多个光检测单元。

6.根据权利要求1或2所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括公共检测光学系统和彼此相邻地平行设置的多个光检测单元，所述多个光检测单元用于检测通过所述公共检测光学系统的光。

7.根据权利要求6所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统包括将所述基板相对于所述公共检测光学系统移动的相对移动器件。

8.根据权利要求7所述的曝光装置，其中，所述相对移动器件包括支撑所述基板的基板台。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的曝光装置，其中，所述位置检测系统检测每一个预定位置而无需使用所述投影光学系统。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的曝光装置，其中，所述形状修改单元包括对所述投影光学系统中至少一个光学表面的形状进行修改的光学表面形状修改单元。

11.根据权利要求10所述的曝光装置，其中，所述至少一个光学表面设置在以下位置：与所述投影光学系统的物平面靠近的位置，与所述物平面光学共轭或与共轭位置靠近的位置，或靠近所述投影光学系统的像平面的位置。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的曝光装置，其中，所述曝光装置被配置为形成在设置于所述投影光学系统的物平面上的掩模上所形成图案的图像，作为所述基板上的所述明暗图案。

13.根据权利要求1至12中任意一项所述的曝光装置，其中，所述投影光学系统具有缩小倍率。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的曝光装置，其中，所述形状修改单元包括掩模表面形状修改单元，所述掩模表面形状修改单元修改在所述投影光学系统的物平面上设置的掩模的图案表面的形状。

15.根据权利要求1至14中任意一项所述的曝光装置，其中，所述变形计算单元计算出的变形状态包括所述基板或所述单位曝光区域中的高级变形状态。

16.根据权利要求1至15中任意一项所述的曝光装置，其中：

所述曝光装置被配置为在沿预定方向将基板相对于投影光学系统移动的同时使明暗图案被扫描并曝光到基板上；以及

所述形状修改单元被配置为根据扫描曝光期间基板的相对移动来修改明暗图案的形状。

17.一种曝光方法，用于通过投影光学系统把明暗图案曝光到基板上的单位曝光区域上，所述曝光方法包括：

位置检测步骤，利用位置检测系统检测基板的单位曝光区域中的多个预定位置，所述位置检测系统检测落入与一个单位曝光区域大致相等的范围内的多个预定位置；

变形计算步骤，根据与位置检测步骤中获得的所述多个预定位置有关的信息，计算单位曝光区域中的变形状态；以及

形状修改步骤，根据变形计算步骤中获得的变形状态，修改要在基板上曝光的明暗图案的形状。

18.根据权利要求17所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括检测至少四个预定位置。

19.根据权利要求17或18所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括利用多个检测光学系统来检测所述多个预定位置，所述多个检测光学系统彼此相邻地平行设置在所述位置检测系统中。

20.根据权利要求19所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括利用多个位置检测单元来检测通过所述多个检测光学系统的光。

21.根据权利要求17至19中任意一项所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括利用所述位置检测系统中包括的并且设置在至少一个检测光学系统的检测范围中的多个光检测单元来检测通过至少一个检测光学系统的光。

22.根据权利要求17或18所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括利用彼此相邻地平行设置的多个光检测单元来检测通过所述位置检测系统中所包括的公共检测光学系统的光。

23.根据权利要求22所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括将基板相对于所述公共检测光学系统移动的同时检测所述多个预定位置。

24.根据权利要求17至23中任意一项所述的曝光方法，其中，所述位置检测步骤包括检测多个预定位置而无需使用所述投影光学系统。

25.根据权利要求17至24中任意一项所述的曝光方法，其中，所述形状修改步骤包括对投影光学系统中至少一个光学表面的形状进行修改的光学表面形状修改步骤。

26.根据权利要求25所述的曝光方法，其中，所述形状修改步骤包括修改被设置在如下位置处的光学表面的形状：与投影光学系统的物平面靠近的位置，与所述物平面光学共轭或与共轭位置靠近的位置，或靠近投影光学系统的像平面的位置。

27.根据权利要求17至26中任意一项所述的曝光方法，其中，基板上形成的明暗图案是掩模上所形成图案的图像。

28.根据权利要求17至27中任意一项所述的曝光方法，其中，利用具有缩小倍率的投影光学系统在基板上曝光明暗图案。

29.根据权利要求17至28中任意一项所述的曝光方法，其中，所述形状修改步骤包括对设置于投影光学系统的物平面上的掩模的图案表面的形状进行修改的掩模表面形状修改步骤。

30.根据权利要求17至29中任意一项所述的曝光方法，其中，所述变形计算步骤中获得的变形状态包括基板或单位曝光区域中的高级变形状态。

31.根据权利要求17至30中任意一项所述的曝光方法，还包括：

扫描曝光步骤，在沿预定方向将基板相对于投影光学系统移动的同时使明暗图案被扫描并曝光到基板上；

其中所述形状修改步骤包括根据扫描曝光期间基板的相对移动来修改明暗图案的形状。

32.一种用于制造电子器件的方法，所述方法包括：

使用根据权利要求17至31中任意一项所述的曝光方法的光刻步骤。

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