CN110209017A - 图案形成装置、对齐标记检测方法和图案形成方法 - Google Patents

图案形成装置、对齐标记检测方法和图案形成方法 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及图案形成装置、对齐标记检测方法和图案形成方法。一种被配置为在基板上形成图案的图案形成装置包括：保持部分，其被配置为通过吸附保持基板；光学系统，其被配置为从基板的吸附表面侧检测被设于由保持部分保持的基板的对齐标记；以及被配置为遮蔽入射光学系统的光的单元。

Description

图案形成装置、对齐标记检测方法和图案形成方法
技术领域
本发明涉及一种图案形成装置、对齐标记检测方法和图案形成方法。
背景技术
在使用光刻技术制造器件(比如半导体器件或液晶显示器件)中，曝光装置被用来从投射光学系统投射掩膜图案，并且该图案被转印到基板上。
近年来，曝光装置不仅用于制造比如存储器或逻辑芯片的集成电路(IC)芯片，而且还用于使用穿孔处理来制造堆叠器件，例如，比如微电机系统(MEMS)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的器件。在这样的器件的制造中，尽管线宽分辨率和重合精度这二者不是非常需要的，但是比IC芯片的常规制造中的焦深更深的焦深是必需的。
此外，曝光装置执行曝光处理，在曝光处理中，基板(比如硅晶圆)的前表面侧基于形成在基板的后表面侧(即，表面被卡盘吸附的一侧)的对齐标记被曝光。曝光处理是从基板的前表面侧形成穿孔以用于与后表面侧的电路的电连接所必需的。因此，形成在基板的后表面侧的对齐标记的检测(以下，“后表面对齐”)是需要的。尤其是，为了进行基于形成在基板的后表面侧的对齐标记来曝光基板的前表面侧的曝光处理，形成在基板的前表面侧的对齐标记和形成在基板的后表面侧的对齐标记的重合检查是需要的。
日本专利申请公开No.2002-280299讨论了用于对齐标记检测的光学系统设置在基板的后表面侧以便进行后表面对齐的光刻装置。此外，日本专利申请公开No.2002-280299讨论了使用被设于基板台架用以检测对齐标记的光学系统来从基板台架侧观察标记、并且检测标记的图像的技术。
在如日本专利申请公开No.2002-280299中讨论的那样用于检测对齐标记的光学系统设置在基板台架上的情况下，用于曝光基板的曝光光可能入射用于检测对齐标记的光学系统，这取决于光学系统的检测视野位置。
在这种情况下，如果曝光光照射用于检测对齐标记的光学系统的光学构件，则由于光学构件的着色或透射率的降低而导致的光学特性的改变可能发生。如果用于检测对齐标记的光学系统的光学特性的改变发生，则使用对齐标记进行对齐控制所需的时间可能增加，由此器件制造的生产率降低。此外，由于对齐标记检测准确度降低，对齐准确度的降低可能发生。
发明内容
根据本发明的一方面，一种被配置为在基板上形成图案的图案形成装置包括：保持部分，其被配置为通过吸附保持基板；光学系统，其被配置为从基板的吸附表面侧检测被设于由保持部分保持的基板的对齐标记；以及被配置为遮蔽入射光学系统的光的单元。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。下面描述的本发明的每个实施例可以单独实施，或者作为多个实施例的组合实施。并且，来自不同实施例的特征在需要的情况下或者在单个实施例中组合来自单独的实施例中的元素或特征是有益的情况下可以被组合。
附图说明
图1是示意性地例示说明曝光装置的示图。
图2是例示说明基板和基板台架的平面图。
图3是例示说明基板对齐检测系统的示意图。
图4是例示说明基板的截面图。
图5是例示说明根据本发明的光学系统配置的视图。
图6是例示说明基板和卡盘的示图。
图7是例示说明根据本发明的快门单元配置的示图。
图8是例示说明参考标记的示图。
图9是例示说明根据本发明的从基板对齐操作到曝光操作的处理的流程图。
图10A和10B是例示说明预对齐检测器的示意图。
图11是例示说明传送手配置的示图。
图12是例示说明对齐标记如何被检测的示图。
图13是例示说明根据本发明的第一修改例子中的快门单元的示图。
图14是例示说明根据本发明的第二修改例子中的快门单元的示图。
图15是例示说明根据本发明的第三修改例子中的快门单元的示图。
具体实施方式
下面将与标准掩膜图案形成装置的操作的说明一起参照附图来描述本发明的各种示例性实施例。
图1是例示说明根据本发明的示例性实施例的一方面的曝光装置 100的配置的示意图。曝光装置100是被配置为在基板上形成图案的光刻装置(图案形成装置)的例子。曝光装置100包括掩膜台架2、基板台架4和照明光学系统5。掩膜台架2保持掩膜(中间掩膜(reticle))1。基板台架4保持基板3。照明光学系统5照射保持在掩膜台架2上的掩膜1。此外，曝光装置100包括投射光学系统6和控制单元(计算机)17。投射光学系统6将掩膜1的图案图像投射到基板台架4上保持的基板3上。控制单元17综合地控制曝光装置100 的整个操作。
在本示例性实施例中，曝光装置100是扫描型曝光装置(扫描仪)，所述扫描型曝光装置被配置为在掩膜1和基板3在扫描方向上被彼此同步扫描的同时将掩膜1的图案转印到基板3上(即，在步进扫描法中)。可替代地，曝光装置100可以是被配置为在掩膜1被固定的状态下将掩膜1的图案投射到基板3上(即，在步进重复法中)的曝光装置(步进器)。
以下，与投射光学系统6的光轴相对应的方向(光轴方向)将被称为“Z轴方向”，掩膜1和基板3在垂直于Z轴方向的平面中的扫描方向将被称为“Y轴方向”，垂直于Z轴方向和Y轴方向的方向(非扫描方向)将被称为“X轴方向”。此外，关于X轴、Y轴和Z轴的旋转方向将分别被称为“θX方向”、“θY方向”和“θZ方向”。
照明光学系统5用具有均匀照度分布的光(曝光光)照射掩膜1，具体地说，掩膜1上的预定照射区域。曝光光的例子包括超高压汞灯的g线(大约436nm的波长)和i线(大约365nm的波长)、KrF 准分子激光器(大约248nm的波长)、ArF准分子激光器(大约143 nm的波长)和F2激光器(大约157nm的波长)。此外，为了制造更精确的半导体器件，几纳米至几百纳米的极紫外光(EUV光)可以用作曝光光。
掩膜台架2是以在垂直于投射光学系统6的光轴的平面中(即，在XY面中)可二维移动并且在θZ方向上可旋转这样的方式配置的。掩膜台架2由比如直线电机的驱动装置(未例示)单轴或六轴驱动。
在掩膜台架2上，设置镜7。此外，激光干涉仪9设置在面对镜7 的位置处。掩膜台架2的二维位置和旋转角度由激光干涉器9实时测量，测量结果被输出到控制单元17。控制单元17基于激光干涉仪9 的测量结果来控制掩膜台架2的驱动装置，并且定位保持在掩膜台架 2上的掩膜1。
投射光学系统6包括多个光学元件，并且以预定投射倍率β将掩膜1的图案投射到基板3上。光刻胶(抗蚀剂)被预先涂覆到基板3，当掩膜1的图案的图像被投射到光刻胶上时，在光刻胶上形成潜像图案。根据本示例性实施例的投射光学系统6是具有例如1/4或1/5的投射倍率β的缩小光学系统。
基板台架4包括Z台架、XY台架和基底。Z台架经由被配置为吸附保持基板3的卡盘保持基板3。XY台架支撑Z台架，基底支撑 XY台架。基板台架4由比如直线电机的驱动装置驱动。被配置为吸附保持基板3的卡盘被可移除地附连到基板台架4。
在基板台架4上，设置镜8。此外，激光干涉仪10和12设置在面对镜8的位置处。基板台架4在X轴方向和Y轴方向以及θZ方向上的位置由激光干涉仪10实时测量，测量结果被输出到控制单元17。类似地，基板台架4在Z轴方向以及θX方向和θY方向上的位置由激光干涉仪12实时测量，测量结果被输出到控制单元17。控制单元 17基于激光干涉仪10和12的测量结果来控制基板台架4的驱动装置，并且定位保持在基板台架4上的基板3。
掩膜对齐检测系统13设置在掩膜台架2的附近。掩膜对齐检测系统13经由投射光学系统6检测保持在掩膜台架2上的掩膜1上的掩膜参考标记(未例示)和设置在基板台架4上的台架参考板11上的参考标记39。
掩膜对齐检测系统13使用用于曝光基板3的光源、经由投射光学系统6来照射掩膜1上的掩膜参考标记和参考标记39。此外，掩膜对齐检测系统13使用图像传感器(例如，光电转换元件，比如电荷耦合器件(CCD)照相机)来检测来自掩膜参考标记和参考标记39的反射光。掩膜1和基板3基于来自图像传感器的检测信号被对齐。在对齐中，可以通过使掩膜1上的掩膜参考标记和台架参考板11上的参考标记39的位置对齐和聚焦来调整掩膜1和基板3之间的相对位置关系 (X、Y、Z)。
掩膜对齐检测系统14设置在基板台架4上。掩膜对齐检测系统 14是透射型检测系统，并且在参考标记39是透射型标记的情况下使用。掩膜对齐检测系统14使用用于曝光基板3的光源来照射掩膜1 上的掩膜参考标记和参考标记39，并且使用光量传感器来检测来自标记的透射光。在该检测中，在基板台架4在X轴方向(或Y轴方向) 和Z轴方向上被移动的同时，掩膜对齐检测系统14检测已经透射通过参考标记的透射光的光量。这样，掩膜1上的掩膜参考标记和台架参考板11上的参考标记39的位置可以被对齐和聚焦。因此，可使用掩膜对齐检测系统13和掩膜对齐检测系统14中的任一个来调整掩膜 1和基板3之间的相对位置关系(X、Y、Z)。
台架参考板11以台架参考板11的前表面的高度与基板3的前表面的高度基本上相同这样的方式设置在基板台架4的拐角处。台架参考板11可以要么被设置在基板台架4的一个拐角处，要么被设置在基板台架4的多个拐角处。
如图2所示，台架参考板11包括参考标记39和参考标记40，参考标记39将由掩膜对齐检测系统13或14检测，参考标记40将由基板对齐检测系统16检测。图2是例示说明从Z方向看到的晶圆(基板)3和晶圆台架(基板台架)4的平面图。台架参考板11可以包括多个参考标记39和/或多个参考标记40。此外，参考标记39和40之间的位置关系(X轴方向和Y轴方向)被设置为预定的位置关系(即，已知的)。参考标记39和40可以是共享的标记。如图2所示，用于对齐的标记形成在晶圆3的投射(shot)区域之间的每个划线中。
焦点检测系统15包括投射系统和光接收系统。投射系统将光投射到基板3的前表面上，光接收系统接收在基板3的前表面上反射的光。焦点检测系统15检测基板3在Z轴方向上的位置，并且将检测结果输出到控制单元17。控制单元17基于焦点检测系统15的检测结果来控制驱动基板台架4的驱动装置，并且调整保持在基板台架4上的基板3在Z轴方向上的位置和倾斜角度。
基板对齐检测系统16包括光学系统，比如被配置为照射标记的照明系统和被配置为基于来自标记的光形成标记的图像的图像形成系统。基板对齐检测系统16检测各种标记，例如，形成在基板3上的对齐标记和台架参考板11上的参考标记40，并且将检测结果输出到控制单元17。控制单元17基于基板对齐检测系统16的检测结果来控制驱动基板台架4的驱动装置，并且调整保持在基板台架4上的基板3 在X轴方向和Y轴方向上的位置或θZ方向上的旋转角度。
此外，基板对齐检测系统16包括用于基板对齐检测系统16的焦点检测系统(AF检测系统)41。类似于焦点检测系统15，AF检测系统41包括投射系统和光接收系统，投射系统被配置为将光投射到基板 3的前表面上，光接收系统被配置为接收在基板3的前表面上反射的光。焦点检测系统15用于调整投射光学系统6的焦点，而AF检测系统41用于调整基板对齐检测系统16的焦点。
一般来说，用于检测基板侧的标记的检测系统的配置大致分为两个，离轴对齐(OA)检测系统和通过透镜对齐(TTL)检测系统。 OA检测系统不经由投射光学系统光学地检测形成在基板3上的对齐标记。TTL检测系统经由投射光学系统使用具有与曝光光的波长不同的波长的光(非曝光光)来检测形成在基板上的对齐标记。虽然基板对齐检测系统16是根据本示例性实施例的OA检测系统，但是对齐检测方法不限于根据本示例性实施例的系统。例如，在基板对齐检测系统16是TTL检测系统的情况下，基板对齐检测系统16经由投射光学系统6来检测形成在基板3上的对齐标记。然而，这样的情况下的系统的基本配置类似于OA检测系统的配置。
以下参照图3来描述基板对齐检测系统16。图3是例示说明基板对齐检测系统16的特定配置的示意图。基板对齐检测系统16用作被配置为检测各种标记的检测单元。例如，基板对齐检测系统16检测形成在基板3的前表面(第一表面)上的对齐标记(第一标记)，并且还检测形成在基板3的后表面(与第一表面相反的第二表面)上的对齐标记(第二标记)。基板3的后表面是通过被配置为吸附保持基板 3的卡盘吸附的一侧的基板表面，基板3的前表面是在吸附表面的相反侧一侧并且涂覆有用于图案形成的光刻胶的基板表面。此外，如下所述，基板对齐检测系统16检测形成在卡盘上的参考标记。为简化描述，将参照图3给出对基板对齐检测系统16检测图2所示的形成在基板3的前表面侧的对齐标记(以下，“前表面侧标记”)19的情况的例子的描述。根据本示例性实施例，基板3是硅(Si)晶圆。
光源20发射作为具有不通过基板3的波长的光的可见光(例如，具有400nm至800nm的波长的光)和作为具有通过基板3的波长的光的红外光(例如，具有800nm至1500nm的波长的光)。来自光源20的光通过第一中继光学系统21、波长滤光片22和第二中继光学系统23，并且到达设置在基板对齐检测系统16的光瞳面(相对于物面的光学傅里叶变换面)处的孔径光阑24。
波长滤光片22设有多个滤光器，每个滤光器被配置为透射不同波长带的光线，所述多个滤光器中的一个在控制单元17的控制下被选择并且被设置在基板对齐检测系统16的光路上。根据本示例性实施例，波长滤光片22设有透射可见光的可见光滤光器和透射红外光的红外光滤光器，滤波器被切换以用可见光和红外光中的一个照射标记。波长滤光片22以新的滤光器可以被添加到波长滤光片22这样的方式被配置。
均具有彼此不同的照度σ(孔径直径)的多个孔径光阑被设置为孔径光阑24，并且通过在控制单元17的控制下将孔径光阑切换为设置在基板对齐检测系统16的光路上，照射标记的光的照度σ是可改变的。孔径光阑24以新的孔径光阑可以被添加到孔径光阑24这样的方式被配置。
已经到达孔径光阑24的光经由第一照明系统25和第二照明系统 27被引导到偏振分束器28。在被引导到偏振分束器28的光之中，垂直于片材表面的S偏振光在偏振分束器28处被反射，并且透射通过数值孔径(NA)光阑26和λ/4片29以变为圆偏振光。透射通过λ/4片29的光通过物镜30，照射形成在基板3上的前表面侧标记19。通过在控制单元17的控制下改变孔径量，NA光阑26的数值孔径是可改变的。
来自前表面侧标记19的通过物镜30的反射光、衍射光和散射光通过经过λ/4片29而变为平行于片材表面的P偏振光，并且经由NA 光阑26通过偏振分束器28。通过偏振分束器28的光经由中继透镜31、第一图像形成系统32、彗形像差调整光学构件35和第二图像形成系统33在光电转换元件(例如，传感器，比如CCD传感器)34上形成前表面侧标记19的图像。光电转换元件34捕获(检测)前表面侧标记19的图像，并且获取检测信号。在形成在基板3的后表面上的对齐标记的图像形成在光电转换元件34上的情况下，光电转换元件34捕获对齐标记的图像，并且获取检测信号。
在基板对齐检测系统16检测形成在基板3上的前表面侧标记19 的情况下，单色光或窄波长带的光生成干涉条纹，因为抗蚀剂(透明层)被涂覆(被形成)在前表面侧标记19上。因此，干涉条纹的信号被加到来自光电转换元件34的检测信号，因此变得难以高精度地检测前表面侧标记19。因此，一般来说，被配置为发射宽波长带的光的光源用作光源20，从而防止干涉条纹信号被加到来自光电转换元件34 的检测信号。
处理单元45基于光电转换元件34捕获的标记的图像来执行确定标记的位置的处理。可替代地，处理单元45的功能可以包括在控制单元17或外部控制装置中。
(第一示例性实施例)
通过从基板的前表面侧照射来检测标记的基板对齐标记检测方法在上面被描述为例子。根据本示例性实施例，将给出对通过从基板的后表面侧照射来检测标记的例子的描述。
将给出其上形成将被检测的对齐标记的基板的描述。根据本示例性实施例，对齐标记形成在具有如图4所示的分层结构的基板310中。图4是例示说明基板310的示意性截面图。在基板310中，中间层302 (比如金属层或高度掺杂层)形成在第一晶圆301和第二晶圆303之间。中间层302由不太可能透射红外光的材料制成。在第二晶圆303 上，形成对齐标记304，并且第二晶圆303的下表面将被卡盘吸附。第二晶圆303上的对齐标记304用于基于对齐标记304的检测的位置来使基板310对齐并且在第一晶圆301上形成图案的处理。
因为中间层302不太可能透射红外光，所以难以使用红外光从第一晶圆301侧检测对齐标记304。因此，根据本示例性实施例，对齐标记304是从第二晶圆303侧检测的。
图5是例示说明用于从第二晶圆303侧检测对齐标记304的光学系统160的示图。图5是例示说明包括光学系统160的配置的截面图。光学系统160的位置在吸附保持基板310的卡盘400(保持部分)中是固定的，并且光学系统160与卡盘400集成。
光学系统160包括反射镜161、透镜和镜筒。反射镜161反射来自基板对齐检测系统16的照明光，透镜将反射镜161反射的光引导到基板310。光学系统160是中继(图像形成)光学系统，该中继光学系统使用来自基板对齐检测系统16的照明光照射基板310上的对齐标记304，并且在与基板310分开设置的像面163上形成对齐标记304 的图像。
基板对齐检测系统16检测形成在像面163上的对齐标记304的图像，并且确定对齐标记304的位置。如设计中所希望的，像面163在 Z方向上的高度是可改变的。因此，根据基板(晶圆)厚度和标记位置而变化的像面163的高度的范围可设置为落在基板台架4在Z方向上的驱动范围内。
照明光源和光电转换元件被提供给基板对齐检测系统16，并且光学系统160包括中继光学系统，由此防止卡盘400的热变形，并且重量减轻。希望的是，照明光的波长被设置为透射通过硅的红外光的波长，例如，1000nm或更大。
如果基板310上的对齐标记304的位置被改变，即，如果从基板 310的被卡盘400吸附的吸附表面312到对齐标记304的距离被改变，则像面163的位置改变。因此，基板台架4以像面163在基板对齐检测系统16可检测的焦深内这样的方式、基于从吸附表面312到对齐标记304的距离在Z方向上移动。
根据本示例性实施例，通过考虑标记位置测量准确度和光学系统的大小，光学系统160的检测(观察)视野为大约φ1mm，并且光学系统160的倍率为1。位置测量准确度为大约500nm。例如，在光学系统160为倍率减小系统的情况下，在观察视野增大时，测量准确度降低。此外，在光学系统160的透镜直径进一步增大的情况下，在观察视野增大时，卡盘400中的空间存在限制。
此外，快门单元165被设在来自基板对齐检测系统16的照明光的光路中。快门单元165在XY面中是可移动的，XY面中的移动使光透射状态改变。虽然下面将描述快门单元165的特定配置，但是快门单元165处于遮光状态和透光状态之一。具体地说，快门单元165具有选择性地遮蔽朝向快门单元165发射的光的功能。
当快门单元165处于透光状态时，图5中的来自上方的光入射光学系统160，而当快门单元165处于遮光状态时，图5中的来自上方的光被快门单元165遮蔽。
例如，在基板对齐检测系统16发射照明光来检测对齐标记304 时，快门单元165被设置为透光状态。此外，在掩膜的图案被投射到基板310上以形成图案时，快门单元165被设置为遮光状态，从而减小不必要的光入射到光学系统160的风险。
如上所述，目前，i线(大约365nm的波长)、KrF准分子激光器(大约248nm的波长)、ArF准分子激光器(大约143nm的波长) 等用作曝光光。如果这样的波长区域的光入射光学系统160，则光学系统160中包括的比如透镜和棱镜的光学构件的日晒可能发生，和/ 或透射率可能降低。因此，需要用于减小入射光学系统160的曝光光的量的机构。
如图5所示，因为基板310的边缘和对齐标记304的像面163之间的距离相对较短，所以尤其是在使基板310的边缘部分曝光的处理中曝光光入射光学系统160的可能性高。
根据本示例性实施例，快门单元165被设置在照明光的光路中，从而减小入射光学系统160的光(比如可以改变光学系统160中包括的光学构件的光学特性的曝光光)的量。
虽然快门单元165被设置在图5中的基板台架4上，但是快门单元165可以被设置在光学系统160的内部。
图6是例示说明从Z方向看到的卡盘400的顶视图。在图6中，卡盘400吸附基板310。除了点线指定的光学系统160之外，卡盘400 还设有光学系统160’，光学系统160’被布置在X方向上偏离光学系统160的位置处。光学系统160’的配置类似于光学系统160的配置。
图5所示的光学系统160是沿着图6中指定的截面Y-Y’截取的截面图。光学系统160照射光学系统160的观察视野(检测视野)164 中的对齐标记304，并且在像面163上形成对齐标记304的图像。此外，除了对齐标记304之外，基板310还设有对齐标记304’，对齐标记304’被设置在X方向上从与对齐标记304所对应的位置偏离的位置处。光学系统160’照射光学系统160’的观察视野164’中的对齐标记 304’，并且在像面163’上形成对齐标记304’的图像。这样，变得可以使用光学系统160和160’来测量基板310在X方向和Y方向上的位置以及相对于基板310的中心的位置的关于X轴的旋转角度(旋转位置) θ。
在卡盘400没有偏差地设置在基板台架4上的情况下，光学系统 160和160’的观察视野164和164’以观察视野164和164’在Y方向上的位置相同这样的方式被设置。因为光学系统160和160’的配置(光路长度)被设置为相同的，所以在卡盘400没有偏差地设置在基板台架4上的情况下，像面163和163’以像面163和163’在Y方向上的位置相同这样的方式被设置。
此外，如参照图5所描述的，快门单元165和165’被设在来自基板对齐检测系统16的照明光的光路中。在图6中，实线指定的快门单元165和165’处于遮光状态。快门单元165和165’在箭头指定的方向上移动，从而变为透光状态。
在用于使基板310(晶圆303)曝光的投射布局中，需要适合于光学系统160和160’的观察视野164和164’的标记。在基板310的中心处于(X,Y)＝(0,0)的情况下，光学系统160和160’的观察视野164和 164’的中心的位置被设置为(-67.20,-35.50)和(67.20,-35.50)。Y方向上的像高被设置为相同的，以便在投射布局的布置中减少对于X方向的限制。
例如，多个标记按1mm间隔对齐地设在位置Y＝-35.50处，以使得在光学系统160和160’的观察视野164和164’中测量总是可能的。可替代地，适合于位置(-67.20,-35.50)和(67.20,-35.50)的视野的坐标可以被指定以设置标记。为了检测关于Z轴的旋转角度θ，用于至少两眼的标记是必要的。观察视野164和164’的像高可以被设置在Y＝0或 X＝0上，或者可以被设置为任何高度。
卡盘400被可移除地附连到基板台架4。根据要吸附的基板，或者为了维护，卡盘400被替换为另一卡盘。光学系统160的观察视野 164的像高(X方向和Y方向上的位置)相对于卡盘400是固定的。因此，如果被卡盘304吸附的基板310的投射布局或对齐标记304的位置改变，则光学系统160可能变为不再能够检测对齐标记304。
在这种情况下，卡盘400在光学系统160的观察视野164的位置中被移除并且被替换为与卡盘400不同的新卡盘。具体地说，卡盘400 根据被卡盘400吸附的基板310的投射布局和/或对齐标记304的位置被替换，光学系统160的观察视野164的像高被改变。此外，在光学系统160被污染或被损坏的情况下，卡盘400与光学系统160作为整体是可易于替换的。
曝光装置100包括用于放入或取出卡盘400的卡盘替换机构(未例示)。为了取出卡盘400，关闭在基板台架4上被真空吸附的卡盘 400的吸附力，然后用卡盘替换机构将卡盘400提升，并且将卡盘400 从基板台架4移动。为了放入卡盘400，另一方面，用卡盘替换机构将卡盘400移到基板台架4上方的位置，然后将卡盘400的定位孔装配到从基板台架4突出的两个或更多个定位销以确定位置。其后，开启卡盘400的吸附力，从而将卡盘400固定在基板台架4上。
在替换处理中，如果卡盘400的定位孔大得足以在定位孔和定位销之间形成间隙，则基板台架4的定位销易于被插入到卡盘400的定位孔中。然而，如果间隙过大，则将卡盘400定位在基板台架4上的误差增大，并且例如，卡盘400被显著地旋转θ，这使光学系统160的观察视野164的位置偏离预定位置。如果光学系统160的观察视野164的位置偏离预定位置，则当基板310被设置在卡盘400上的预定位置处时，可能变得难以检测基板310的对齐标记304。
因此，根据本示例性实施例，如图5和6所示，用于测量光学系统160的检测视野的位置的参考标记401和401’被提供和固定在卡盘 400上的预定位置处。参考标记401被提供给固定在卡盘400上的标记板410。此外，参考标记401’被提供给固定在卡盘400上的标记板410’。希望的是，参考标记401和401’是具有二维特性特征的标记，以使得X方向和Y方向上的位置可以被测量。例如，参考标记可以具有二乘二矩阵的形状和正(“+”)符号，其在X方向和Y方向这两个方向上具有宽度。
希望的是，参考标记401和401’的位置被设在离卡盘400(基板放置区域)的中心(图6中的点线和虚线的交点)的位置可能最大的距离处，以便以更高的准确度计算卡盘400的旋转角度θ。在图6所示的例子中，参考标记401和401’在X方向上被设置在卡盘400的最外面的边缘的附近。此外，当卡盘400没有偏差地设置在基板台架4 上时，参考标记401和401’可以以参考标记401和401’在Y方向上的位置相同这样的方式被设置。
将参照图7来给出对快门单元165的配置的描述。快门单元165 包括作为快门构件的快门165a、连接到快门165a的可移动部分165b、被配置为驱动可移动部分165b的致动器165c、以及被配置为将驱动信号发送给致动器165c的电缆165d。
致动器165c基于驱动信号来驱动可移动部分165b，从而移动快门165a。快门165a被移动，从而在遮光状态和透光状态之间改变快门单元165的光透射状态。在图7中，当快门165a在实线指定的位置中时，快门单元165处于遮光状态，当快门165a在虚线指定的位置中时，快门单元165处于透光状态。
如本文中所使用的，术语“遮光状态”是指快门165a遮蔽可能从卡盘400的上表面入射光学系统160的光的状态。希望的是完全遮蔽可能入射光学系统160的光。可能可以允许光以光学系统160的光学构件的光学特性的改变是可允许的程度入射光学系统160。
此外，术语“透光状态”是指从基板对齐检测系统16发射的光在不被快门165a遮蔽的情况下入射光学系统160的状态。只要被提供给基板310的对齐标记304是可检测的，来自基板对齐检测系统16的光就可以部分地被快门165a遮蔽。
快门165a的前表面希望地被处理为使得处理后的表面不太可能反射光。这使快门165a反射的光作为闪光到达基板310的风险降低。用于减少光的反射的处理方法的例子包括对快门165a的前表面提供用于减小反射率的抗反射膜或镀层的方法。此外，也可以使用对快门 165a的前表面提供能够吸收光的构件的方法。各种电机(比如超声电机、直线电机、压电电机和步进电机)可以用作致动器165c。
图8是例示说明对其提供参考标记401的标记板410的例子的示图。在标记板410上，例如，形成用于搜索参考标记401的、指示参考标记401的位置的箭头标记402以有利于参考标记401的检测。标记板410的大小例如在X方向上为3mm，在Y方向上为3mm，并且被设置为大于在基板台架4上设置卡盘400时可能发生的放置误差。因此，即使在卡盘400被替换的情况下，参考标记401也被可靠地检测。另一类型的标记403可以被作为额外的标记提供以为参考标记401 被污染或被损坏的情况做好准备。
参考标记401包括彼此分离的至少两个或更多个标记以测量整个卡盘400相对于卡盘400的中心的位置关于Z轴的旋转角度。虽然卡盘400包括参考标记401和401’(每个均被设在如图6所示的两个位置处的构件上)，但是例如，两个标记可以形成在单个构件上。参考标记401和401’由基板对齐检测系统16检测。
基板对齐检测系统16移动基板台架4，顺序地检测参考标记401 和401’，并且测量参考标记401和401’中的每个的位置。然后，基于预先获取的卡盘400的中心的位置与参考标记401和401’的相对位置 (设计值等)以及参考标记401和401’的测得位置来确定卡盘400的位置。具体地说，确定作为卡盘400的位置的X方向和Y方向上的位置和相对于卡盘400的中心的位置关于Z轴的旋转角度θc。
因为光学系统160和160’相对于参考标记(卡盘400)固定在预定位置处，所以可以基于关于参考标记的预定位置和测得位置的信息来确定光学系统160和160’的观察视野164和164’。具体地说，基于参考标记401和401’的测得位置确定卡盘400的位置等同于确定光学系统160和160’的观察视野164和164’的位置。
可以预先测量参考标记401和401’与光学系统160和160’的观察视野164和164’之间的相对位置关系，或者可以使用设计值。在测量相对位置关系的情况下，例如，使用卡盘吸附表面侧的(后表面上的) 标记和相反侧(前表面侧)的标记的相对位置已知的工具基板。工具基板被卡盘400吸附，使用光学系统160和160’来检测后表面侧的标记，并且确定后表面侧的标记相对于光学系统160和160’的检测视野的中心位置的位置。
接着，使用基板对齐检测系统16来检测前表面侧的标记以确定前表面侧的标记的位置。因此，可以基于确定的位置以及前表面侧的标记和后表面侧的标记的相对位置来确定光学系统160和160’的检测视野的中心在基板台架4的坐标系中的位置。使用基板对齐检测系统16 来检测参考标记401和401’的位置。这样，测量参考标记401和401’与光学系统160和160’的观察视野164和164’的相对位置。
接着，以下参照图9中的流程图来描述在基板对齐执行之后进行曝光操作的处理和快门单元165的光透射状态的控制之间的关系。基线已经被作为初步装置调整测得。具体地说，经由投射光学系统6，掩膜对齐检测系统13检测设置在基板台架4上的台架参考板11上的参考标记39。此外，使用基板对齐检测系统16来检测台架参考板11 上的参考标记39。基于两个检测的位置来确定掩膜对齐检测系统13 (投射光学系统6)和基板对齐检测系统16的光轴之间的距离(基线)。
然后，在步骤S1中，移动快门165a以使快门单元165变为透光状态。这样，来自基板对齐检测系统16的照明光入射光学系统160，并且状态变为对齐标记304的图像可获取的状态。
然后，在步骤S2中，使用基板对齐检测系统16来测量卡盘400 的参考标记401和401’的位置。具体地说，基板对齐检测系统16检测参考标记401和401’，并且测量参考标记401和401’的中心的位置。在基板台架4的坐标系中测量所述位置。可以基于参考标记401和401’的测得位置来确定卡盘400在X方向和Y方向上的位置以及相对于卡盘400的中心的位置关于Z轴的旋转角度θ。
然后，在步骤S3中，将卡盘400在X方向和Y方向上的位置以及关于Z轴的旋转角度θ存储在控制单元17的存储器(存储单元) 中。因为参考标记401和401’与光学系统160和160’的观察视野164 和164’的相对位置如上所述是已知的，所以可以基于在步骤S2中测得的参考标记401和401’的位置来确定光学系统160和160’的观察视野164和164’的位置。
曝光装置100包括预对齐(PA)检测器50(预对齐检测单元)， PA检测器50被配置为保持基板并且测量基板的中心的位置。图10A 和10B是例示说明PA检测器50的示图。PA检测器50包括台架51、 52和53。台架51在Y方向上移动基板310。台架52在X方向上移动基板310。台架53能够在XY面上旋转和驱动基板310。此外，PA 检测器50包括多个照相机54(测量单元)和处理单元(计算机)(未例示)。所述多个照相机54能够检测定向平面或凹槽55和基板310 的外表面。处理单元基于照相机54检测的信息来计算基板310的位置。
在PA检测器50中，计算基板310的中心在XY面中的位置。具体地说，PA检测器50将基板310关于Z轴旋转360度，并且用照相机54来观察基板310的外表面的形状以便检测基板310的位置偏差。处理单元基于基板310的外表面的形状来计算基板310的中心的理想位置。此外，在基板310具有凹槽55或定向平面的情况下，基板310 在旋转方向上的位置也是可测量的。
图11例示说明被配置为传送基板310的传送手60(传送单元) 的配置。在传送基板310时，在设置在PA检测器50的台架53上的基板310下面移动传送手60。在操作中，预先使PA检测器50的台架53对基板310的吸附变弱，并且将在Z方向上降低的传送手60在 Z方向上提升到使传送手60与基板310接触的位置。传送手60还包括吸附机构，在传送手60吸附基板310之后，进一步在Z方向上提升传送手60。其后，传送手60可以将基板310沿着导向件61移到基板台架4的位置。
在接着步骤S3的步骤S4中，从PA检测器50将基板310设置在基板台架4上，以使得光学系统160和160’从基板310的吸附表面侧检测的基板310的对齐标记304和304’在光学系统160和160’的检测视野内。基板310基于在步骤S2中测得的参考标记401和401’的位置被设置在基板台架4上。
例如，在使用传送手60将基板310移到基板台架4时，在传送手 60保持基板310的情况下，基于在步骤S3中存储在存储器中的位置和旋转角度来对基板台架4在X方向和Y方向上的位置以及关于Z 轴的旋转角度进行校正。可替代地，在传送手60是具有三个或更多个轴的自由度的传送手的情况下，可以基于在步骤S3中存储在存储器中的位置和旋转角度来在位置控制系统中对传送手60的位置进行校正。
可替代地，在PA检测器50确定基板310的中心的位置之后，基于在步骤S3中存储在存储器中的位置和旋转角度在PA检测器50的台架53上改变基板310在X方向和Y方向上的位置以及关于Z轴的旋转角度。然后，传送手60可以将基板310从PA检测器50移到基板台架4。可替代地，可以调整基板台架4上的卡盘400的位置和角度(光学系统160和160’的检测视野)。可替代地，可以组合前述校正方法。
从PA检测器50根据基板台架4的坐标系调整的角度，希望关于 Z轴的旋转角度的校正量尽可能地减小。原因如下。在根据基板台架的坐标系对关于Z轴的旋转角度进行校正并且进行曝光的情况下，如果基板310的旋转角度超过基板台架4的角度驱动范围，则对基板310 的旋转进行校正的操作变得必要。
具体地说，用销保持基板310以仅使基板台架4旋转，并且对基板310的旋转进行校正。因此，吞吐量减小。因此，在将基板310的对齐标记304设置在光学系统160的观察视野164中的情况下，希望关于Z轴的旋转角度的校正量尽可能地小。
基板台架4包括卡盘提升/降低机构(未例示)和当卡盘400被降低时突出的吸附销。在基板310被传递到基板台架4上之前，提升/ 降低机构使卡盘400降低，吸附销突出。在Z方向上降低传送手60，并且在基板310与吸附销接触之前，使传送手60的吸附变弱。此外，降低传送手60，用吸附销吸附基板310，并且传递基板310。其后，将传送手60在水平方向上向后并且远离基板台架4移动。在传送手 60的移动被确认之后，基板台架4的卡盘提升/降低机构提升并且驱动卡盘400。在基板310与卡盘吸附机构接触之前，使吸附销的吸附变弱。此外，卡盘400被提升并且吸附基板310，由此基板310已经被传递到卡盘400。
这样，光学系统160和160’从基板310的吸附表面侧检测的基板 310的对齐标记304和304’被带到光学系统160和160’的检测视野中，因此使对齐标记检测误差减小。此外，再次放置基板310、替换卡盘 400或者由于检测误差而再次放置卡盘400变得不是必要的，因此吞吐量改进。
接着，在步骤S5中，光学系统160和160’的检测视野中的基板 310的对齐标记304和304’被检测。基于对齐标记304和304’的检测的位置来确定基板310在X方向和Y方向上的位置以及关于Z轴的旋转角度(方位)。
以下参照图12来描述检测对齐标记304和304’的方法。使用光学系统160和160’以及基板对齐检测系统16来测量对齐标记304和 304’的位置。基于基板对齐检测系统16的光电转换元件34的位置测量和获取的对齐标记304和304’的位置分别被表示为(X1,Y1)和(X2, Y2)。通过将Y2-Y1＝ΔY除以光学系统160和160’的观察视野之间的距离来计算基板关于Z轴的旋转角度θ。
在对基板310关于Z轴的旋转角度进行校正中，相对于基板台架4的实际运行的旋转角度θ的校正量需要在基板台架4的坐标系中通过从计算的旋转角度θ减去基于参考标记的卡盘400的旋转偏差θc 来计算。图12是例示说明不存在基于参考标记的卡盘400的旋转偏差θc的情况的示图。在存在基于参考标记的卡盘400的旋转偏差θc的情况下，使观察视野164和164’的位置偏离，并且还使像面163和163’偏离。
接着，在步骤S6中，基于在步骤S5中获得的基板310的位置和方位以及从在步骤S2测得的参考标记的位置获得的光学系统160和 160’的观察视野(卡盘)的位置来使基板310对齐。具体地说，使基板310相对于基板310在X方向和Y方向上的位置以及关于Z轴的旋转角度与投射光学系统6(基板台架4的坐标系)对齐。
如果基板对齐作为前述步骤的结果完成，则在步骤S7中，使快门单元165变为遮光状态。这样，使入射到光学系统160的曝光光的量减少以阻止光学系统160的光学构件的光学特性改变。
然后，在步骤S8中，曝光装置100将掩膜1的图案的图像投射到基板310的前表面侧(即，涂覆到晶圆301的光刻胶)以在光刻胶上形成潜像图案。因为在基板310已经被对齐之后将图案形成在基板310 上，所以基板310的前表面侧和后表面侧的图案的重合精度得到改进。
(第一修改例子中的快门单元)
快门单元165可以如图13所示那样配置。快门单元165包括快门 165a1、连接到快门165a1的可移动部分165b1、以及被配置为引导可移动部分165b1的移动的引导部分165c1。此外，快门单元165包括柱塞165d1和固定部分165e1。柱塞165d1是被配置为限制可移动部分165b1的移动的锁定构件。固定部分165e1与基板台架4分开提供。
可移动部分165b1被配置为与基板台架4的移动同时移动，并且可移动部分165b1可以在图13中指定的X轴方向上沿着引导部分 165c1移动。快门单元165的光透射状态在图13中的实线指定的遮光状态和图13中的虚线指定的透光状态之间改变。柱塞165d1被设置在卡盘400的凹部中，并且具有将快门165a1固定在遮光状态的位置和透光状态的位置的功能。
固定部分165e1被提供在可移动部分165b1的移动方向上，如果基板台架4在可移动部分165b1和固定部分165e1彼此接触的状态下被进一步驱动，则不小于预定水平的力被施加于柱塞165d1。因此，柱塞165d1的被锁状态被取消，并且可移动部分165b1被移动。在快门165a1变为遮光状态的位置处，柱塞165d1再次变为锁定状态。
快门单元165被如上所述那样配置以使得在不提供比如电机的致动器的情况下，快门单元165的光透射状态是可改变的。这样，对齐准确度或图案形成准确度由于致动器发热而降低的风险降低。
(第二修改例子中的快门单元)
快门单元165可以如图14所示那样配置。快门单元165包括快门 165a2、喷嘴165b2和引导部分165c2。喷嘴165b2将空气供应(传递) 给快门165a2。引导部分165c2引导快门165a2的移动。此外，快门单元165包括柱塞165d2，柱塞165d2作为用于限制快门165a2的移动的锁定构件。
喷嘴165b2设有用于改变空气供应方向的阀门，并且通过切换该阀门，传递空气的方向是可改变的。柱塞165d2具有与在上面第一修改例子中描述的功能类似的功能。
此外，在快门165a2是磁性构件的情况下，快门165a2可以通过设置电磁铁并且将电通过该电磁铁来驱动。
(第三修改例子中的快门单元)
快门单元165可以如图15所示那样配置。快门单元165包括气囊 (balloon)165a3和喷嘴165b3，气囊165a3作为快门构件，喷嘴165b3 被配置为将空气供应给气囊165a3。快门单元165通过将空气供应给气囊165a3以使气囊165a3扩张而变为遮光状态。快门单元165通过减小供应给气囊165a3的空气的量以使气囊165a3收缩而变为透光状态。
修改例子中的配置实现了快门单元165的简化的配置。因此可以如图15中的实线和虚线所示那样将快门单元165提供在基板对齐检测系统16的下面、而且还在对齐标记304的下面。因此，即使在例如曝光光在没有基板310被保持在卡盘400上的状态下意外从对齐标记 304侧入射的情况下，通过使气囊165a3保持处于扩张状态，也防止曝光光入射光学系统160。
(其他修改例子)
基板不限于基板310，对齐标记304和304’可以形成在与基板的后表面(即，基板310的被卡盘400吸附的吸附表面312)相反的前表面上。在这种情况下，因为光学系统160照射对齐标记304和304’的光不必透射通过基板(比如硅基板)，所以该光不必具有红外波长。
此外，希望的是，光学系统160的光学构件中使用的材料强烈地抵抗曝光光。如本文中所使用的，措辞“强烈地抵抗曝光光的材料”是指这样的材料：当曝光光被施加于该材料时，该材料的光学特性不大可能改变。
如上所述，光学系统160的光学构件的材料如上所述那样被设计为即使在曝光光入射光学系统160的情况下也使光学系统160的光学特性的改变减小。
此外，通过设计光学系统160的布置，还可以有效地避免曝光光入射光学系统160的情形。可能的解决方案是将图5中的镜161和基板310的边缘部分之间的距离设置为相对较长的距离。此外，将用于图案形成的方案设置为防止用于图案形成的光在镜161上方照射也是有效的。
此外，应用卡盘400的装置不限于曝光装置，卡盘400适用于光刻装置，比如绘制装置和压印装置。绘制装置是用带电粒子束(电子束、离子束等)在基板上进行绘制的光刻装置，压印装置是在基板上模制压印材料(树脂等)并且在基板上形成图案的光刻装置。此外，基板不限于Si晶圆，可以是碳化硅(SiC)基板、蓝宝石基板、掺杂 Si基板、玻璃基板等。
(物品制造方法)
接着，以下描述使用上述光刻装置来制造物品(半导体IC元件、液晶显示器件等)的方法。所述制造物品的方法包括使用上述光刻装置在基板(晶圆、玻璃板、膜形基板等)上形成图案并且对其上形成图案的基板进行处理(显影、蚀刻等)。所述制造物品的方法在物品的性能、质量和生产率中的至少一个上比常规方法更有利。此外，上述光刻装置能够以高吞吐量提供经济的高质量的物品，比如器件(半导体集成电路元件、液晶显示器件等)。
虽然上面已经描述了本发明的各种示例性实施例，应注意，本发明的范围不限于所公开的示例性实施例。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被给予最广泛的解释以便包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种被配置为在基板上形成图案的图案形成装置，其特征在于，所述图案形成装置包括：
保持部分，所述保持部分被配置为通过吸附保持基板；
光学系统，所述光学系统被配置为从基板的吸附表面侧检测被设于由所述保持部分保持的基板的对齐标记；以及
被配置为遮蔽入射光学系统的光的单元。
2.根据权利要求1所述的图案形成装置，其中，所述单元是被配置为选择性地遮蔽入射光学系统的光的快门单元。
3.根据权利要求2所述的图案形成装置，其中，所述快门单元遮蔽用于在基板上形成图案并且入射光学系统的光。
4.根据权利要求2所述的图案形成装置，其中，所述快门单元的光透射状态变为遮光状态和透光状态中的一种，在所述遮光状态下，入射光学系统的光被遮蔽，在所述透光状态下，入射光学系统的光被透射。
5.根据权利要求4所述的图案形成装置，其中，在用于在基板上形成图案的光被施加时，所述快门单元处于遮光状态。
6.根据权利要求4所述的图案形成装置，
其中，所述快门单元包括可移动快门构件，以及
其中，所述快门单元的光透射状态通过移动所述快门构件而在遮光状态和透光状态之间改变。
7.根据权利要求6所述的图案形成装置，进一步包括被配置为供应空气以用于移动所述快门构件的喷嘴。
8.根据权利要求6所述的图案形成装置，
其中，所述快门单元进一步包括电磁铁，以及
其中，作为磁性构件的所述快门构件通过使电经过所述电磁铁而移动。
9.根据权利要求6所述的图案形成装置，进一步包括：
气囊，所述气囊被配置为移动所述快门构件；以及
喷嘴，所述喷嘴被配置为将空气供应给所述气囊，
其中，所述快门构件通过控制供应给所述气囊的空气的量而移动。
10.根据权利要求1所述的图案形成装置，进一步包括被配置为检测对齐标记的检测单元，
其中，所述检测单元通过经由所述光学系统检测形成在像面上的对齐标记的图像来获取对齐标记的位置。
11.根据权利要求1所述的图案形成装置，其中，所述光学系统相对于所述保持部分的位置是固定的。
12.根据权利要求1所述的图案形成装置，进一步包括可移动的台架，
其中，所述保持部分能够从所述台架移动。
13.根据权利要求12所述的图案形成装置，其中，所述单元被设在所述台架上。
14.根据权利要求12所述的图案形成装置，
其中，所述单元包括可移动快门构件和连接到所述可移动快门构件的可移动部分，以及
其中，所述可移动部分随着所述台架的移动而移动。
15.根据权利要求14所述的图案形成装置，
其中，所述可移动部分设有柱塞，以及
其中，所述可移动部分通过取消所述柱塞的锁定状态而变得可移动。
16.根据权利要求1所述的图案形成装置，其中，所述光学系统被提供和固定在所述保持部分中。
17.根据权利要求16所述的图案形成装置，其中，所述光学系统是被提供和固定在所述保持部分中的中继光学系统。
18.一种在图案形成装置中检测对齐标记的方法，其特征在于，所述图案形成装置包括：
保持部分，所述保持部分被配置为通过吸附保持基板，
光学系统，所述光学系统被配置为从基板的吸附表面侧检测被设于由所述保持部分保持的基板的对齐标记，以及
被配置为遮蔽入射光学系统的光的单元，
所述方法包括：
以入射光学系统的光被透射这样的方式来控制所述单元的光透射状态；以及
经由所述光学系统检测形成在像面上的对齐标记的图像。
19.一种在图案形成装置中形成图案的方法，其特征在于，所述图案形成装置包括：
保持部分，所述保持部分被配置为通过吸附保持基板，
光学系统，所述光学系统被配置为从基板的吸附表面侧检测被设于由所述保持部分保持的基板的对齐标记，以及
被配置为遮蔽入射光学系统的光的单元，
所述方法包括：
以入射光学系统的光被遮蔽这样的方式来控制所述单元的光透射状态；以及
通过朝向基板施加光来在基板上形成图案。
20.一种制造物品的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用根据权利要求1至17中任一项所述的图案形成装置来在基板上形成图案；以及
通过对形成有所述图案的基板进行处理来制造物品。
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