CN103365115A - 曝光装置、曝光装置的控制方法和器件制造方法 - Google Patents

曝光装置、曝光装置的控制方法和器件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供曝光装置、曝光装置的控制方法和器件制造方法。提供一种经由光学系统将基板上的抗蚀剂曝光的曝光装置。曝光装置包括：台子，被配置为在保持基板时将基板定位于曝光位置处；获得单元，被配置为获得从在基板上形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度；以及控制单元，被配置为使用所述距离和倾斜度计算用于校正曝光位置的偏移的校正值，并且根据校正值控制所述台子的位置，所述曝光位置的偏移是在为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的。

Description

曝光装置、曝光装置的控制方法和器件制造方法
技术领域
本发明涉及曝光装置、曝光装置的控制方法和器件制造方法。
背景技术
近年来，作为半导体器件制造技术的超微细构图技术取得了显著的进展。特别是在光构图技术中，通常使用具有亚微米分辨率的缩小投影曝光装置（步进器）；因此，例如，光学系统的数值孔径（NA）增大，并且，曝光波长被缩短以进一步提高分辨率。例如，随着曝光波长缩短，曝光光源从g线和i线高压汞灯转变为KrF和ArF受激准分子激光器。但是，当曝光用光转变为通过例如KrF受激准分子激光器发射的短波长光时，可用的玻璃材料受到限制，因此变得难以校正对于投影曝光光学系统的对准波长的色差。因此，近年来的缩小投影曝光装置需要采用不受投影曝光光学系统的色差的影响的轴外对准检测系统（OA检测系统）。
另一方面，不仅包含存储器和逻辑部件的常规IC芯片，而且近年来的包含MEMS和CMOS的特殊器件，作为使用常规半导体曝光装置的应用产品而被制造。但是，包含MEMS的器件在几个方面与IC芯片不同。包含MEMS的器件与IC芯片的不同在于，例如，前者需要获得相对较低的线宽分辨率和重叠精度（overlay accuracy），但需要获得相对较大的焦点深度。
并且，必须进行在硅晶片的下侧形成对准标记并且在参照对准标记对准时曝光硅晶片的上侧的特殊曝光工艺。当例如贯穿通孔（through-hole via）被形成为从晶片的上侧延伸并且被用于电连接上侧与下侧的电路图案时，执行该工艺。作为检测在晶片的下侧形成的对准标记的方法，日本专利特开No.2002-280299例如公开了使用布置于下侧（晶片卡盘侧）的检测系统执行对准的光刻装置（lithographyapparatus）。但是，在将检测系统布置在晶片卡盘侧的方法中，只有与晶片卡盘的特定位置相对的位置处的对准标记是要被测量的对象。即，测量位置受到限制，因此，不能测量在晶片的下侧的任意位置处形成的对准标记。
为了解决该问题，利用硅对红外光（波长：1000nm或更长）透明的特性通过包含发射红外光的光源的OA检测系统来测量硅晶片的上侧的对准标记的方法是可用的。在其中硅具有从晶片表面到对准标记的给定厚度的下表面对准中，由于硅晶片的厚度的差异以及重叠精度的差异，可能发生例如晶片台或卡盘相对于晶片表面的倾斜度的差异。已经指出，在常规的技术中，在例如晶片台或卡盘倾斜时，检测精度劣化。
更具体而言，如常规报告的那样，在诸如干涉计的测量技术中，当在倾斜状态中曝光晶片时，要被曝光的位置发生偏移。日本专利特开No.5-315221例如公开了检测干涉计反射镜的倾斜度、通过倾斜测量装置检测晶片的倾斜度并且计算台子由于其自重导致的弯曲量从而计算Abbe误差的方法。通过该方法，向Abbe误差的校正项添加晶片的倾斜量，从而以高精度测量对准标记。并且，日本专利特开No.2003-203842公开了对于载置台的各位置计算平面镜的误差的运算单元以及基于事先由运算单元获得的误差在根据载置台要移动到的位置校正倾斜量时驱动载置台的方法。
在硅具有从晶片表面到对准标记的给定厚度的下表面对准时或者在使用厚的抗蚀剂的情况下在对准时间与曝光时间之间的间隔中，当晶片表面的倾斜度改变时，在曝光期间会发生要被曝光的位置的偏移。即，当执行倾斜校正以减小曝光中的抗蚀剂表面的倾斜时，会在要被理想曝光的位置和实际曝光位置之间发生偏移（偏移误差）。为了获得更高精度的曝光，提出与偏移误差校正相关联的挑战，但是，常规文献没有描述偏移误差校正方法。
图12A和图12B是用于说明在对准时间和曝光时间之间的间隔中发生的偏移误差的视图，其中，图12A示出对准状态，图12B示出曝光状态。参照图12A，轴外对准检测系统（OA检测系统）24检测对准标记WM。参照图12B，掩模（未示出）的电路图案图像通过投影光学系统22被转印到晶片W上。晶片表面的倾斜度在对准状态（图12A）和曝光状态（图12B）之间不同。
如图12A所示，晶片W被设于晶片卡盘51上，并且，在晶片W的表面上形成对准标记WM。并且，晶片W的表面被涂布（分配）有抗蚀剂50。晶片W上的抗蚀剂50的厚度不是均匀的，而是沿晶片W的表面改变。例如，晶片W表面的右端侧的抗蚀剂50的厚度被定义为T1，并且，晶片W表面的左端侧的抗蚀剂50的厚度被定义为T2（T2>T1）。图12A假定抗蚀剂50的表面在晶片对准中关于位置检测系统的光轴1201倾斜（抗蚀剂50的表面不与对准的光轴垂直）。虽然图12A示出抗蚀剂50的表面的倾斜度线性改变的示例性状态，但是，偏移误差的定义不限于本例子。
另一方面，图12B示出在曝光位置处执行晶片表面测量、校正晶片表面的倾斜并且执行曝光的状态。在倾斜校正时，抗蚀剂50的表面变得与投影光学系统22的光轴垂直。从图12B可以看出，由于晶片表面的倾斜度与对准状态不同，因此，在图12A所示的对准时间期间设定的对准位置在图12B所示的曝光时间期间偏移。对准时的位置和曝光时的位置之间的偏移变为偏移误差。
图13A～13C是用于说明使用不执行偏移误差校正的方法执行曝光的情况的视图。图13A示出对准之前的状态，图13B示出校正晶片表面的倾斜、执行对准并且在这种状态中执行曝光的状态，图13C示出曝光之后的状态。图13A所示的例子假定抗蚀剂50的表面关于晶片表面倾斜，在该晶片表面上，作为对准基准形成对准标记WM1。如图13B所示，即使执行倾斜校正并且执行对准以使投影光学系统22（图12B）的光轴与对准标记WM1匹配，实际曝光位置处的对准标记WM2也关于要被曝光的位置RP偏移。即，如图13C所示，发生偏移误差（偏移）。这意味着，如图13B所示，当要被曝光的表面层关于其中形成对准标记WM1的用作对准基准的层倾斜时，即使晶片表面的倾斜被校正，也发生偏移误差。
作为解决上述问题的方法，防止对准测量时间和曝光时间之间的晶片表面的倾斜度的变化以使得其中形成有要被测量的对准标记的电路图案层变得与倾斜晶片表面平行的方法是可用的。但是，当使用主要用于例如下表面对准中的接合晶片时，必须将支撑基板粘接到其上形成电路图案层的基板，因此，基板的平坦性会劣化。
并且，为了抛光基板以使得电路图案层变得与倾斜晶片表面平行，必须在测量电路图案层和晶片表面的同时进行该处理，因此，产量会由于成本和制造步骤数量的增加而降低。
发明内容
为了解决上述的问题，进行了本发明，并且，本发明提供一种技术，该技术通过校正为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的曝光位置的偏移，从而使得能够实现高精度曝光。
根据本发明的一个方面，提供一种经由光学系统将基板上的抗蚀剂曝光的曝光装置，该装置包括：台子，被配置为在保持基板时将基板定位于曝光位置处；获得单元，被配置为获得从在基板上形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度；以及控制单元，被配置为使用所述距离和倾斜度计算用于校正曝光位置的偏移的校正值，并且根据校正值控制所述台子的位置，所述曝光位置的偏移是在为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的。
根据本发明的另一方面，提供一种曝光装置的控制方法，所述曝光装置包括在保持基板时将基板定位于曝光位置处的台子，并且经由光学系统将基板上的抗蚀剂曝光，该方法包括：获得步骤，获得从在基板上形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度；计算步骤，使用所述距离和倾斜度计算用于校正曝光位置的偏移的校正值，所述曝光位置的偏移是在为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的；以及控制步骤，根据计算步骤中计算的校正值控制所述台子的位置。
根据本发明的又一方面，提供一种器件的制造方法，该方法包括以下的步骤：使用如上限定的曝光装置将基板上的抗蚀剂曝光；和将曝光的抗蚀剂显影。
根据本发明，通过校正为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的曝光位置的偏移，能够实现高精度曝光。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的曝光装置的示意性配置的视图；
图2是示出图1所示的曝光装置中的掩模载置台的附近的示意图；
图3是示出根据第一实施例的曝光装置中的位置检测单元的示意图；
图4A和图4B是用于说明根据第一实施例的偏移校正的视图；
图5是用于说明根据第一实施例的偏移校正的序列的流程图；
图6A、图6B和图6C是用于说明在根据第一实施例的偏移校正时执行曝光的状态的视图；
图7A、图7B和图7C是用于说明根据第二实施例的偏移校正的视图；
图8是用于说明在根据第三实施例的偏移校正中使用的晶片的视图；
图9A、图9B和图9C是用于说明根据第三实施例的偏移校正的视图；
图10是用于说明根据第三实施例的偏移校正的序列的流程图；
图11是用于说明倍率校正的视图；
图12A和图12B是用于说明偏移误差的视图；
图13A、图13B和图13C是用于说明使用不执行偏移误差校正的方法的曝光的视图；
图14是用于说明考虑对准检测系统的光轴的倾斜时的偏移校正的视图；
图15A和图15B是用于说明根据第四实施例的偏移校正的视图，其中，在校正值上反映其上形成对准标记WM的表面的倾斜角；以及
图16A和图16B是用于说明根据第四实施例的偏移校正的视图，其中，在校正值上反映其上形成对准标记WM的表面的倾斜角。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。但是，在这些实施例中描述的构成要素仅提供例子，因此，本发明的技术范围由权利要求的范围确定，不被以下的各单个实施例限制。
（第一实施例）
将描述根据本发明的实施例的包含轴外对准检测系统（OA检测系统）24的曝光装置。图1是示出包括OA检测系统的曝光装置的示意性配置的视图。光源34发射预定波长范围中的照明光。由光源34发射的照明光进入照明掩模17的照明光学系统。照明光学系统包含照明光整形光学系统35、蝇眼透镜36、聚光透镜37、固定场光阑38、可变场光阑39（可变场光阑39A和39B）以及中继透镜40。曝光装置经由投影光学系统22在晶片W上投影掩模17的图案并使其成像。通过该操作，狭缝形状照明区域内的掩模17的电路图案图像经由投影光学系统22被转印到晶片W上。
光源34可以为例如受激准分子激光器光源（诸如ArF受激准分子激光器或KrF受激准分子激光器）、金属气相激光器光源、脉冲光源（诸如使用YAG激光的高频发生器）或者组合使用汞灯和椭圆反射镜的连续光源。晶片W通过晶片传输装置（未示出）被设于设置在晶片台20上的晶片卡盘51上。晶片台20包含沿投影光学系统22的光轴方向（Z方向）定位晶片W的台子和在与投影光学系统22的光轴垂直的面（X-Y平面）内定位晶片W的另一个台子。通过干涉计28和反射镜27测量晶片台20的位置。
在曝光晶片W时，必须在聚焦方向上关于由投影光学系统22形成的图像的焦点位置对准晶片W。布置于投影光学系统22上的焦点检测单元5检测晶片W在聚焦方向上的位置。
通过经过了照明光学系统、掩模和投影光学系统的照明光，狭缝图案从斜方向被投影于晶片W上。焦点检测单元5可以基于当承载投影到晶片W上的狭缝图案的信息的光被晶片W的表面反射时通过光电转换元件获得的狭缝图像的位置，测量晶片W在聚焦方向上的位置。在晶片W上方形成轴外对准检测系统（OA检测系统）24。
以下将参照图2描述基线（baseline）测量方法。图2是示出参照图1描述的曝光装置中的载置台附近的示意性配置的视图。掩模载置台18在保持掩模17时是可动的。通过干涉计26和反射镜25测量掩模载置台18的位置。掩模17被设于掩模载置台18上，并且，在掩模载置台18上形成用作用于定位掩模17和掩模载置台18的基准标记的掩模基准标记330。使用掩模对准显微镜（未示出），参照掩模基准标记330定位掩模17。
使用对准显微镜23通过投影光学系统22检测在掩模基准板19上形成的基线测量标记与晶片台20上的载置台基准板21上的标记之间的相对位置（第一步骤）。
在完成第一步骤之后，晶片台20移动以将载置台基准板21移动到OA检测系统24的观察区域。载置台基准板21上的标记与OA检测系统24中的基准标记之间的相对位置被检测（第二步骤）。
基于在第一步骤和第二步骤中获得的检测结果计算基线的量。通过该操作，获得OA检测系统24相对于曝光描绘中心的检测位置。通过利用OA检测系统24测量晶片W上的标记的位置，可在相对于描绘中心定位晶片W时开始曝光。
以下将参照图3所示的示意图描述曝光装置的OA检测系统24（位置检测单元）。参照图3，从照明光源4（例如，光纤）引导的光通过照明光学系统6被引向偏振光束分离器7，经由中继透镜8和物镜9而Kohler照明（Kohler-illuminate）在晶片W上形成的对准标记AM。
通过对准标记AM反射、衍射和散射的光束通过成像光学系统11在光电转换元件12（例如，CCD照相机）上形成对准标记AM的图像。此时，为了以高精度检测晶片W上的对准标记AM，必须精确地检测对准标记AM的图像。一般布置于投影光学系统22上的焦点检测单元5（图1）也可作为与焦点检测单元5对应的焦点检测系统（以下，称为“AF系统”）301而被布置于OA检测系统24中。图3没有示出图1所示的焦点检测单元5。
照明透镜29用由AF系统301的AF照明光源16发射的光均匀地照明狭缝部件31的表面。穿过了用作第一孔径部分的检测光狭缝45的光束FIL（实线）通过AF照明光学系统30、反射镜33和第二中继透镜15在中间成像面上形成狭缝图像。对光进行部分反射的部分反射部件44被设在中间成像面上。穿过了检测光狭缝45的光束透射通过部分反射部件44的透明部分，并且被直接引到第一中继透镜14。光束透射通过第一中继透镜14，被二向色反射镜13反射，并且通过在物镜瞳面10上偏心的位置。由于穿过了物镜9的光束在瞳面上偏心，因此它们在斜入射到晶片W的表面上时成为检测光束FIL，以在晶片W上形成检测光狭缝45的图像。被晶片W反射的光束FML在物镜瞳面10上穿过光轴的与入射光相反的一侧，再次透射通过二向色反射镜13、第一中继透镜14和部分反射部件44，并且穿过孔径光阑43。穿过了孔径光阑43的光束FML通过成像透镜42在光电转换元件41上形成在晶片W上形成的检测光狭缝45的图像。这使得能够将晶片W在聚焦方向上的位置的变化作为光电转换元件41上的狭缝位置来进行检测。
注意，照明光源4使用可见光和红外光中的至少一种。当测量晶片W的上表面上的对准标记时，使用可见波长光源。当测量晶片W的下表面上的对准标记时，使用红外波长光源。特别地，Si晶片对于波长的透射率具有从约1000nm的波长增大的特性。因此，只需要使用具有1000nm或更长的波长的光源以允许下表面检测，并且，使用具有1000nm或更短的波长的光源以允许上表面观察。为了获得这种波长特性，可以使用在光纤入射侧（未示出）设置照明光源4或者切换光源自身的方法。可以使用任意的方法，只要采取能够在可见光和红外光之间切换并且将它们中的任一个引向OA检测系统24的配置即可。
以下将描述使用OA检测系统24测量晶片表面的倾斜和从晶片表面到对准标记的间隔并且将测量结果反映在对准校正（偏移校正）上的方法。图4A和图4B是用于说明根据第一实施例的对准校正（偏移校正）的视图。如图4A所示，晶片W被设于晶片台20上的晶片卡盘51上，并且，在晶片W的表面上形成对准标记WM。并且，晶片W的表面涂布有抗蚀剂50。在实际中，由于与例如晶片W的表面形状、对准标记WM的状态和抗蚀剂50的涂布条件相关联的因素，难以以均匀的厚度用抗蚀剂50涂布晶片W的表面。由此，在本实施例中，如图4A所示，假定在晶片W上的抗蚀剂50中发生了涂布不均匀性，从而获得更接近于实际条件的条件。参照图4A，要在抗蚀剂50的下侧的对准标记WM上理想地曝光的位置处于对准标记WM正上方。参照图4A，附图标记RP表示要理想曝光的位置。当执行倾斜校正以减少曝光中的抗蚀剂表面的倾斜度α时，会在要理想曝光的位置RP与实际曝光位置TP之间发生偏移（偏移误差）。以下，该偏移的校正将被称为偏移校正。
将参照图5所示的流程图描述根据本实施例的偏移校正的序列。在步骤S501中，OA检测系统24（测量单元）基于来自控制系统91（控制单元）的获得焦点位置相对于晶片W的差值的指令，开始测量焦点位置。如图4A所示，OA检测系统24（测量单元）使用在晶片W上形成的对准标记WM作为测量对象。此时，控制系统91（控制单元）在Z方向上精细地驱动晶片台20，并且，OA检测系统24（测量单元）的AF系统301执行AF测量以获得在对准标记WM上调整焦点的状态（最佳焦点状态）。在在对准标记WM上调整焦点的同时，AF系统301获得焦点位置信息（最佳焦点位置信息）。
在步骤S502中，控制系统91（控制单元）在Z方向上精细地驱动晶片台20。AF系统301执行AF测量以获得在与形成对准标记WM的位置对应的抗蚀剂表面上调整焦点的状态（最佳焦点状态）。在在与形成对准标记WM的位置对应的抗蚀剂表面上调整焦点的同时，AF系统301获得焦点位置信息（最佳焦点位置信息）。
在步骤S503中，在保持晶片台20的倾斜（保持对准标记WM上的抗蚀剂表面的倾斜）的同时，控制系统91（控制单元）将晶片台20移动到曝光位置。在步骤S504中，OA检测系统24（测量单元）测量曝光位置处的抗蚀剂表面的倾斜。
在步骤S505中，控制系统91（控制单元）基于在步骤S501和S502中获得的各条焦点位置信息，计算从抗蚀剂表面RP到对准标记WM的距离（间隔）。并且，控制系统91（控制单元）基于在步骤S504中获得的抗蚀剂表面的倾斜，计算抗蚀剂表面与对准标记WM位置之间的倾斜度差（抗蚀剂表面相对于对准标记WM位置的倾斜度）。
在步骤S506中，控制系统91（控制单元）根据从对准标记WM到抗蚀剂表面的距离（间隔）和抗蚀剂表面与对准标记WM位置之间的倾斜度差，计算校正值ΔL。在后面将更详细地描述校正值ΔL的计算方法。
在步骤S507中，控制系统91（控制单元）使用校正值ΔL在X-Y平面中驱动晶片台20，以校正在倾斜驱动晶片台20时可能发生的要被曝光的位置的偏移（偏移校正），并且执行曝光。上述的方法是倾斜驱动晶片台20时的基本偏移校正方法。在本实施例中，只假定一个对准标记WM，但是，如果使用多个对准标记，那么只需要与各对准标记对应地执行步骤S501和S502，并且，测量从抗蚀剂表面到该对准标记的间隔。特别地，在本实施例中假定晶片的倾斜度相当于线性函数的斜率，因此，可以使用对各标记共同的值来表达抗蚀剂表面的倾斜度。
以下将描述校正值ΔL的计算方法。令ΔZ为从对准标记WM位置处的抗蚀剂表面到对准标记WM的距离（间隔）。令α为对准标记WM位置与曝光位置处的抗蚀剂50表面之间的倾斜度差（抗蚀剂50表面相对于对准标记WM位置的倾斜度）。则控制系统91可根据下式计算校正值ΔL：
ΔL=ΔZ×sinα  ...(1)
可使用根据关系式（1）计算的校正值ΔL校正可能在晶片台20的倾斜驱动时发生的要被曝光的位置RP的偏移（偏移校正）。
以下将参照图6A～6C描述在使用根据关系式（1）计算的校正值进行偏移校正时执行曝光的状态。图6A示出对准状态，图6B示出曝光状态，图6C示出曝光之后的状态。在图6B所示的状态中，基于根据关系式（1）计算的校正值，控制系统91校正晶片台20的位置，并且相对于对准标记WM1，使要理想曝光的位置RP与对准标记WM2的位置对准。当在对准之后执行曝光时，不由于抗蚀剂表面的倾斜的影响而发生偏移误差（偏移）。只要获得根据关系式（1）计算的校正值，控制系统91就只需要在曝光中使用该校正值驱动晶片台20以校正偏移误差。
并且，即使当从抗蚀剂50表面到对准标记WM1的间隔在实际中相同时，也常常出现OA检测系统24的光轴倾斜或者测量值取决于工艺条件而改变的情况。发生这些现象是由于包括OA检测系统24的远心性的误差和抗蚀剂的折射率的因素。为了以更高的精度进行校正，还需要考虑这些值。
将参照图14描述反映对准检测系统的光轴的倾斜的偏移校正。图14示出在OA检测系统24的光轴相对于晶片W的表面的法线倾斜了倾斜角θ1的同时测量对准标记WM的状态。参照图14，入射到抗蚀剂50上之后的光轴的倾斜度θ2和测量值的偏移ΔS满足以下的关系：
ΔS=ΔZ×tanθ2  ...(2)
令N为抗蚀剂50的折射率。于是，根据Snell定律，得到：
sin(θ1+α)=N×sin(θ2+α)  ...(3)
注意，可从关系式（3）计算关系式（2）中的θ2。由此，当OA检测系统24的光轴倾斜时，只需要相互独立地计算晶片台20的倾斜驱动中的校正值ΔL（关系式（1））和由于OA检测系统24的倾斜而发生的测量值的偏移的校正值ΔS（关系式（2））。在计算校正值ΔS时，没有考虑抗蚀剂50表面相对于对准标记WM的倾斜。令α为抗蚀剂50表面相对于对准标记WM的倾斜度，ΔZ为从抗蚀剂表面到对准标记WM的距离（间隔），则可根据关系式（1）计算晶片台20的倾斜驱动中的校正值ΔL。当考虑抗蚀剂50表面的倾斜度α时，只需要在曝光中反映ΔL-ΔS作为校正值。
注意，可以在考虑由OA检测系统24检测的检测信号的特性值取决于焦点位置以及晶片和晶片表面与对准标记之间的介质的材料中的至少一个的组合而改变这一事实的同时，获得校正值ΔL。当考虑检测信号的特性值C时，可根据下式获得关系式（1）中的校正值ΔL：
ΔL=C×ΔZ×sinα  ...(4)
虽然在本实施例中描述了其中涂布于晶片W上的抗蚀剂50仅包含一个层的例子，但是，对准标记WM与抗蚀剂50的表面之间的介质的材料不限于一种类型（一个层）的抗蚀剂，并且可通过由不同的材料制成的多个层形成。在这种情况下，多个层可任意地被分割或统一地被测量以计算对准校正值。作为替代方案，可对于各层测量从抗蚀剂表面到多个层下面的要被测量的对准标记的距离（间隔），以计算晶片台20的倾斜驱动中的校正值ΔL。
从对准标记WM到抗蚀剂表面的各层的厚度被定义为ΔZk（k是1～n的整数，这里，n是层的数量），并且，该层的表面相对于对准标记WM的倾斜度被定义为αk（k是1～n的整数，这里，n是层的数量）。并且，当与各层的材料对应的特性值（例如，表示诸如各层的折射率或光的透射率之类的特性的值）被定义为系数Ck（k是1～n的整数，这里，n是层的数量）时，可根据下式获得校正值ΔL：
ΔL = sin α k × Σ k = 1 n ( C k × Δ Z k ) . . . ( 5 )
注意，ΔZ可以是由例如一个批次中的平均值或平均值的邻域中的值代表的固定值。并且，可通过标准工艺测量抗蚀剂的厚度，可事先获得各单个工艺或抗蚀剂中的变化率，并且可将获得的结果作为校正系数而反映在计算校正值ΔL所根据的关系式（4）和（5）中。
（第二实施例）
在第一实施例中，抗蚀剂表面的倾斜度被假定为相当于线性函数的斜率。但是，在第二实施例中，将描述当抗蚀剂表面的倾斜度不相当于线性函数的斜率时计算校正值的方法。图7A～7C是用于说明根据第二实施例的偏移校正的视图。如图7A所示，晶片W被设于晶片台20上的晶片卡盘51上，并且，在晶片W的表面上形成多个对准标记WM1和WM2。并且，晶片W的表面涂布有抗蚀剂50。在本实施例中，抗蚀剂50被假定为在晶片W的中心和周边部分中相对较厚，以获得更接近实际条件的条件。
在第一实施例中，如图4A所示，抗蚀剂表面的倾斜度被假定为相当于线性函数的斜率。在第二实施例中，如图7A所示，对准标记WM1上方的表面的倾斜度和对准标记WM2上方的表面的倾斜度被假定为相互不同。相对于对准标记WM1和WM2的要理想曝光的位置分别由对准标记WM1和WM2正上方的位置RP1和RP2表示。
将参照图5描述计算校正值的方法和校正处理的序列。对于对准标记WM1和WM2执行图5的步骤S501和S502中的处理，并且，测量从抗蚀剂表面上的位置PR1和PR2到相应的对准标记WM1和WM2的距离（间隔）。令ΔZ1为从抗蚀剂表面上的位置RP1到对准标记WM1的距离（间隔），令ΔZ2为从抗蚀剂表面上的位置RP2到对准标记WM2的距离（间隔）。
控制系统91在保持晶片台20的倾斜的同时将晶片台20移动到曝光位置（步骤S503），并且，在曝光位置处测量抗蚀剂表面的倾斜度（步骤S504）。
在步骤S505中，控制系统91基于在步骤S501和S502中获得的各条焦点位置信息，计算从抗蚀剂表面上的位置PR1和PR2到对准标记WM1和WM2的间隔ΔZ1和ΔZ2。图7B示出计算距离ΔZ1的情况，图7C示出计算距离ΔZ2的情况。令L1为从晶片卡盘51的右端部到对准标记WM1的距离，令L2为从晶片卡盘51的右端部到对准标记WM2的距离。
控制系统91还基于在步骤S504中获得的抗蚀剂表面的倾斜度，计算曝光位置处的抗蚀剂表面与对准标记位置之间的倾斜度差α和β（抗蚀剂表面关于对准标记WM1和WM2位置的倾斜度）。
在步骤S506中，控制系统91基于从对准标记WM到抗蚀剂表面的距离（间隔）以及曝光位置处的抗蚀剂表面与对准标记位置之间的倾斜度差，使用关系式（1）计算校正值ΔL1和ΔL2。
在校正可能在晶片台20的倾斜驱动时发生的曝光位置的偏移时，控制系统91在与对准标记WM1的位置对应的激射区（shot）中通过校正值ΔL1和倾斜度校正α校正晶片台20的位置，并且执行曝光。控制系统91在与对准标记WM2的位置对应的激射区中通过校正值ΔL2和倾斜度校正β校正晶片台20的位置，并且执行曝光。这使得能够在与各对准标记的位置对应的各激射区中校正可能在晶片台20的倾斜驱动时发生的要被曝光的位置的偏移。
在第一实施例中描述了在晶片W的整个表面上校正晶片W的倾斜的全局倾斜方法，而在第二实施例中描述了对于各激射区校正晶片W的倾斜的方法。在第二实施例中，如在第一实施例中那样，可以执行在晶片W的整个表面上校正晶片W的倾斜的全局倾斜校正。如果存在多个对准标记，那么可从中选择代表性的对准标记，并且，可以设定用作基准的所选的对准标记的位置处的倾斜量作为代表性的值。
在第一和第二实施例中描述了测量从抗蚀剂表面到各对准标记的抗蚀剂的厚度的方法。本发明的范围不限于该例子，并且，可以在代表性的点处测量厚度并将其用作代表性的值，只要采取抗蚀剂的厚度稳定的工艺即可。
OA检测系统24可执行以下这样的全局测量：测量从用作基准的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面关于对准标记的倾斜度，作为整个基板的代表性的值。作为替代方案，OA检测系统24执行以下这样的逐个裸芯片（die-by-die）测量：对于各激射区域，测量从在基板面内的不同位置处形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度。可根据需要的精度以各种模式选择标记的厚度和全局倾斜度/逐个裸芯片倾斜度测量，而不背离本发明的范围。
虽然在第一和第二实施例中描述了一个轴向上的偏移校正，但可类似地在其它轴向上进行偏移校正。
（第三实施例）
在第一和第二实施例中，抗蚀剂的厚度具有不均匀性。但是，在第三实施例中，本发明被应用于以下这样的下表面对准：在该下表面对准中，观察在透射通过Si晶片W时在Si晶片W的下侧形成的对准标记。在本实施例中，晶片W由至少一个层形成。晶片W包含由硅基板形成的层和由玻璃基板形成的层中的至少一个。图8是用于说明在根据第三实施例的偏移校正中使用的晶片W的视图，并且，晶片W由例如Si晶片52（硅基板）和玻璃晶片53（玻璃基板）形成。Si晶片52（硅基板）和玻璃晶片53（玻璃基板）通过例如粘接剂或光学接触而相互接合。Si晶片52（硅基板）的表面涂布有要被曝光的抗蚀剂50。当Si晶片52的涂布有抗蚀剂50的表面被设为上表面时，在Si晶片52的没有涂布抗蚀剂50的表面（下侧）上形成对准标记WM。在Si晶片52的表面（下侧）上形成的对准标记WM由诸如金属的材料形成。由于玻璃晶片53与Si晶片52的下表面接合，因此，对准标记WM被限制于Si晶片52与玻璃晶片53之间的空间中。OA检测系统24用红外光照射由此形成的对准标记，并且接收被这些对准标记反射的光以测量对准标记的位置。
晶片卡盘51通过真空吸附卡紧晶片W。常常存在红外光被晶片卡盘51的表面反射并且反射的红外光成为导致对准标记图像的质量劣化的噪声光的情况。因此，晶片卡盘51具有通过多个层形成的层叠结构（在图8所示的例子中为两层结构），并且，在晶片卡盘51的与晶片W接触的上表面部分中形成不反射红外光的抗反射膜54。注意，晶片卡盘51具有冷却机构和温度传感器，以抑制由于红外光导致的温度升高。冷却机构和温度传感器可将晶片卡盘51的温度控制为恒定，以抑制可能由于晶片卡盘51产生的热向晶片W的传导而发生的晶片W的收缩。由于Si晶片52与玻璃晶片53之间的双金属效应，包含形成在Si晶片52的下侧的对准标记的晶片W可能已变形，而不是具有平坦接合晶片表面形状。并且，即使在Si晶片52和玻璃晶片53自身之中，也可能发生相当程度的厚度不均匀。在本实施例中，将描述使用OA检测系统24测量从晶片W的抗蚀剂表面到对准标记的间隔和抗蚀剂表面的倾斜度并且在对准校正中反映测量结果的方法。
图9A～图9C是用于说明根据第三实施例的对准校正（偏移校正）的视图。如图9A所示，参照图8描述的晶片W（Si晶片52和玻璃晶片53）被设于晶片台20上的晶片卡盘51上。在Si晶片52的下表面上形成对准标记WM。并且，Si晶片52的表面涂布有抗蚀剂（未示出）。在本实施例中，如图9A所示，假定在Si晶片52中发生了厚度的不均匀性，以获得更接近实际条件的条件。注意，在本实施例中，抗蚀剂的厚度被假定为充分地小于Si晶片52的厚度，并且是均匀的。
以下将参照图10所示的流程图描述根据本实施例的偏移校正的序列。在步骤S1001中，OA检测系统24基于来自控制系统91的获得晶片W的焦点位置的差值的指令，开始测量焦点位置。如图9A所示，OA检测系统24使用对准标记WM作为测量对象。此时，控制系统91在Z方向上精细地驱动晶片台20，并且，OA检测系统24的AF系统301执行AF测量，以获得在对准标记WM上调整焦点的状态（最佳焦点状态）。在在对准标记WM上调整焦点的同时，AF系统301获得焦点位置信息（最佳焦点位置信息）。
在步骤S1002中，控制系统91在Z方向上精细地驱动晶片台20。AF系统301执行AF测量以获得在与形成对准标记WM的位置对应的Si晶片52的表面上调整焦点的状态（最佳焦点状态）。在在与形成对准标记WM的位置对应的抗蚀剂表面上调整焦点的同时，AF系统301获得焦点位置信息（最佳焦点位置信息）。
在步骤S1003中，如图9B所示，OA检测系统24测量对准标记WM的位置处的晶片表面的倾斜度。在步骤S1004中，在保持晶片台20的倾斜（保持对准标记WM上的抗蚀剂表面的倾斜）的同时，控制系统91将晶片台20移动到曝光位置。
在步骤S1005中，控制系统91基于在步骤S1001和S1002中获得的各条焦点位置信息，计算从Si晶片52的表面到对准标记WM的距离（间隔）。并且，控制系统91基于在步骤S1003中获得的晶片表面的倾斜度，计算曝光位置处的晶片表面与对准标记WM位置之间的倾斜度差（晶片表面相对于对准标记WM位置的倾斜度）。
在步骤S1006中，控制系统91根据在前面的步骤S1005中计算的从对准标记WM到晶片表面的距离（间隔）和曝光位置处的晶片表面与对准标记WM位置之间的倾斜度差，计算校正值ΔL。
在步骤S1007中，如图9C所示，控制系统91在X-Y平面中驱动晶片台20。控制系统91使用校正值ΔL校正可能在晶片台20的倾斜驱动时发生的要被曝光的位置的偏移（偏移校正），并且执行曝光。
注意，在本实施例中，术语“晶片”意味着晶片W与抗蚀剂的组合，并且，由于抗蚀剂的厚度比晶片W的厚度小，因此，术语“晶片表面”也基本上意味着抗蚀剂（未示出）的表面。
令ΔZ为从对准标记WM位置处的晶片表面到对准标记WM的距离（间隔）。令α为曝光位置处的对准标记WM位置与晶片表面之间的倾斜度差（晶片表面相对于对准标记WM位置的倾斜度）。于是，控制系统91可根据关系式（1）计算校正值ΔL。
在本实施例中描述了串行执行包含晶片对准、聚焦和倾斜测量的测量序列和曝光序列的系统（例如，单载置台系统）的校正方法。但是，本发明不限于此，其也适用于并行执行测量序列和曝光序列的系统（例如，双载置台系统）。
作为应用于双载置台系统的第一种方法，例如在测量序列中计算从晶片表面到对准标记的间隔。然后，只需要测量测量序列时间和曝光序列时间之间的晶片表面的倾斜度差，计算校正值，并且使用校正值执行校正。
作为第二种方法，只需要在测量序列中测量从晶片表面到对准标记的间隔以及晶片表面的倾斜度，计算校正值，并且移到曝光序列，在该曝光序列中，在保持所测量的倾斜度的同时进行校正。
在测量晶片的倾斜度时，作为晶片的倾斜度的基准，测量晶片关于晶片台上的基准标记的倾斜度。然后，只需要采用在曝光序列中测量基准标记的倾斜度并且计算测量序列和曝光序列中的晶片的倾斜度的方法。
并且，如本实施例中那样，希望执行倍率校正以提高要被曝光的表面层的重叠精度。图11是用于说明倍率校正的视图，其中，由Si晶片52和玻璃晶片53形成的晶片W被设于晶片台20上的晶片卡盘51上。如图8所示，在Si晶片52下方形成对准标记WM。并且，晶片卡盘51关于水平轴（X轴）以角度α倾斜。参照图11，其上形成有对准标记WM的Si晶片52的截面长度被定义为L，而要被曝光的表面层的截面长度被定义为L/cosα。这意味着只需要在曝光中执行1/cosα的倍率校正并且执行曝光。
虽然在第一到第三实施例中使用布置于曝光装置中的OA检测系统24测量焦点位置信息，但是本发明不限于此，并且，在获得对准标记的最佳焦点位置时，可将TTL（晶体管-晶体管逻辑）检测系统中的观测镜（scope）用于测量。并且，测量晶片表面的方法不限于使用曝光装置中的焦点/位置检测系统的测量，并且，可事先在曝光装置的外部测量晶片表面，并且，可以获得测量结果并且在对准结果上反映该测量结果。在这种情况下，控制系统91用作获得单元，该获得单元获得通过曝光装置外部的位置检测系统测量的从对准标记到抗蚀剂表面的距离和抗蚀剂表面的倾斜度。此时，控制系统91从事先保持形成抗蚀剂的材料的特性值的保持单元获得该形成抗蚀剂的材料的特性值。保持单元可被设置在曝光装置的内部或外部。
根据上述的实施例，能够校正要被理想曝光的位置与实际曝光位置之间的偏移以在高精度对准时执行曝光。
（第四实施例）
在上述的实施例中，晶片W的其上形成有对准标记WM的上表面、即玻璃晶片53的上表面并不关于晶片卡盘51的表面倾斜，但是，在实际中，其上形成有对准标记的表面可能倾斜。由于例如晶片的抛光不均匀性，晶片W的上表面或玻璃晶片53的上表面可能倾斜。
图15A和图15B是用于说明其上形成有对准标记的表面倾斜的情况的示意图。注意，在图15A和图15B中，与上述的实施例相同的附图标记表示相同的构成要素，并且，将不给出对其的描述。在本实施例中也是同样，玻璃晶片53被设定（保持）于晶片卡盘51上，如图15A和图15B所示。图15A示出抗蚀剂表面（未示出）的倾斜不被校正的状态，而图15B示出抗蚀剂表面（未示出）的倾斜被校正的状态。并且，在本实施例中，玻璃晶片53的表面（其上形成有对准标记WM的表面）被假定为关于晶片载置台（未示出）的扫描表面（相当于晶片卡盘51的表面）以角度α2倾斜。Si晶片52（硅基板）的表面被涂布有要被曝光的抗蚀剂。Si晶片52的涂布有抗蚀剂的表面（抗蚀剂表面）被假定为关于晶片载置台（未示出）的扫描表面（相当于晶片卡盘51的表面）具有倾斜角α1。
当使用在上述实施例中的任一个中描述的方法时，需要将其上形成有对准标记WM的表面的倾斜角α2反映在校正值上。注意，作为在校正值上反映倾斜角α2的方法，只需要将用于计算校正值ΔL的关系式（1）、（4）和（5）中的倾斜度的项（α）计算为倾斜角差（α1-α2）。例如，用于计算校正值ΔL的关系式（1）只需要被重写为：
ΔL=ΔZ×sin(α1-α2)   ...(6)
虽然在图15A和图15B所示的例子中描述了倾斜角α1和α2满足关系α1>α2的示例性情况，但是，本发明不限于这种情况，并且，倾斜角α1和α2可满足关系α1<α2。图16A和图16B示出Si晶片52的表面（涂布有抗蚀剂的表面）的倾斜角α1和其上形成有对准标记的表面的倾斜角α2在α1具有负值时满足关系α1<α2的情况。图16A示出抗蚀剂表面（未示出）的倾斜不被校正的状态，而图16B示出抗蚀剂表面（未示出）的倾斜被校正的状态。例如，用于计算校正值ΔL的关系式（1）只需要被重写为：
ΔL=ΔZ×sin(-α1-α2)
=-ΔZ×sin(α1+α2)  ...(7)
符号表示校正方向。虽然Si晶片52的表面（涂布有抗蚀剂的表面）和其上形成有对准标记WM的表面（玻璃晶片53的上表面）在本实施例中是倾斜的，但是，本发明不限于该配置。例如，晶片卡盘51的表面可能倾斜。只要可以获得上述的角度α1和α2，载置台扫描表面和晶片卡盘51的表面就可能具有角度差。
并且，可在三个或更多个点处的对准标记WM的位置处获得Si晶片52的表面（涂布有抗蚀剂的表面）的倾斜度和其上形成有对准标记WM的表面（玻璃晶片53的上表面）的倾斜度，只要通过OA检测系统24获得对准标记WM的最佳焦点位置信息即可。
此外，虽然在本实施例中例示了X-Z平面中的偏移校正，但是，也可在Y-Z平面中使用相同的方法获得校正值。虽然例示了通过Si晶片52和玻璃晶片53形成晶片W的情况作为其上形成有对准标记WM的表面被倾斜的情况，但是，本发明也可被应用于例如图4A和图4B或图6A～6C所示的配置。在这种情况下，其上形成有对准标记的表面（晶片W的表面）的倾斜角只需要被定义为α2，而涂布有抗蚀剂的表面的倾斜角被定义为α1。可使用全局方案测量或者在选择特定区域时使用逐个裸芯片方案测量Si晶片52的表面（抗蚀剂表面）的倾斜度和其上形成有对准标记WM的表面（玻璃晶片53的上表面）的倾斜度。
根据上述的实施例的校正方法的应用不限于半导体制造装置。这些校正方法不仅适用于投影光学系统中的曝光装置，而且还适用于例如反射镜反射液晶曝光装置。
（第五实施例）
使用上述的曝光装置的器件制造方法适用于制造诸如半导体器件和液晶器件的器件。该方法可包括使用上述的曝光装置曝光涂布有感光剂的基板的步骤和将曝光的基板显影的步骤。该方法还可包括随后的已知步骤（例如，氧化、成膜、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、接合和封装）。
（其它实施例）
也可通过读出和执行记录在存储器设备上的程序以执行上述的实施例的功能的系统或装置的计算机（或诸如CPU或MPU的设备）以及通过由系统或装置的计算机通过例如读出和执行记录在存储器设备上的程序以执行上述的实施例的功能来执行其各个步骤的方法，实现本发明的各方面。出于这种目的，例如经由网络或从用作存储器设备的各种类型的记录介质（例如，计算机可读介质）向计算机提供程序。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种经由光学系统将基板上的抗蚀剂曝光的曝光装置，该曝光装置包括：
台子，被配置为在保持基板时将基板定位于曝光位置处；
获得单元，被配置为获得从在基板上形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度；以及
控制单元，被配置为使用所述距离和倾斜度计算用于校正曝光位置的偏移的校正值，并且根据校正值控制所述台子的位置，所述曝光位置的偏移是在为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行所述台子的倾斜校正时发生的。
2.根据权利要求1的曝光装置，其中，所述倾斜度是抗蚀剂表面的倾斜与其上形成有对准标记的基板的表面的倾斜之间的倾斜角的差值。
3.根据权利要求1的曝光装置，其中，所述控制单元根据下式获得校正值ΔL：
ΔL=ΔZ×sinα，
其中，ΔZ是所述距离，α是所述倾斜度。
4.根据权利要求1的曝光装置，其中，当抗蚀剂通过由不同材料制成的多个层形成时，所述获得单元获得从对准标记到抗蚀剂表面的各层的厚度、各层的表面的倾斜度和各层的材料的特性值。
5.根据权利要求1的曝光装置，其中，当对准标记被形成在基板的下表面上并且基板由至少一个层形成时，所述获得单元获得从对准标记到抗蚀剂表面的各层的厚度、各层的表面的倾斜度和各层的材料的特性值。
6.根据权利要求5的曝光装置，其中，基板包含由硅基板形成的层和由玻璃基板形成的层中的至少一个。
7.根据权利要求4的曝光装置，其中，所述控制单元根据下式获得校正值ΔL：
&Delta;L = sin &alpha; k &times; &Sigma; k = 1 n ( C k &times; &Delta; Z k )
其中，ΔZk是各层的厚度，αk是各层的表面的倾斜度，Ck是代表各层的材料的特性值的系数，其中k是1～n的整数，n是层的数量。
8.根据权利要求1的曝光装置，还包括：
测量单元，被配置为执行全局测量和逐个裸芯片测量中的一个，在所述全局测量中，测量从用作基准的对准标记到抗蚀剂表面的距离和抗蚀剂表面的倾斜度作为整个基板的代表性的值，而在所述逐个裸芯片测量中，测量从在基板面内的不同位置处形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离和抗蚀剂表面的倾斜度，
其中，所述获得单元获得由所述测量单元获得的测量结果。
9.一种曝光装置的控制方法，所述曝光装置包括在保持基板时将基板定位于曝光位置处的台子，并且所述曝光装置经由光学系统将基板上的抗蚀剂曝光，该方法包括：
获得步骤，获得从在基板上形成的对准标记到抗蚀剂表面的距离以及抗蚀剂表面的倾斜度；
计算步骤，使用所述距离和倾斜度计算用于校正曝光位置的偏移的校正值，所述曝光位置的偏移是在为了减少抗蚀剂表面的倾斜而进行台子的倾斜校正时发生的；以及
控制步骤，根据计算步骤中计算的校正值控制所述台子的位置。
10.一种器件的制造方法，该方法包括以下的步骤：
使用在权利要求1中限定的曝光装置将基板上的抗蚀剂曝光；和
将曝光的抗蚀剂显影。
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