TW201403252A

TW201403252A - 曝光設備、校正方法及製造物品之方法

Info

Publication number: TW201403252A
Application number: TW102121550A
Authority: TW
Inventors: Tomohiro Harayama; Dai Nagatani; Kouji Yoshida; Yuichi Ozawa
Original assignee: Canon Kk
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-01-16
Also published as: KR101630014B1; KR20140009032A; US8988656B2; JP2014022467A; US20140016111A1; TWI502289B

Abstract

本發明提供一種曝光設備，其以光線曝光一基板，該設備包含一基板平台，一位置量測單元，係組構為量測該基板平台之位置，一結構，係組構為支撐該位置量測單元，一力量量測單元，係組構為量測一作用於該結構上的力量，一修正單元，係組構為根據由力量量測單元所獲得的量測值及一修正係數來修正一用於控制該基板平台之位置的命令，以及一計算單元，係組構為根據包括沒有經該修正單元修正而曝光的複數個照射區域之評估基板上的鄰近照射區域間的位置偏移資訊，及該力量量測單元於每一照射區域曝光時所獲得的量測值，來計算該修正係數。

Description

曝光設備、校正方法及製造物品之方法

本發明係關於一種曝光設備、校正方法、及製造一物品之方法。

隨著半導體積體電路之電路圖案的微小化及大規模集成，在曝光設備高精度地控制基板平台的位置變為更重要。因此，量測基板平台位置的一量測裝置為難以變形的高剛性材料所形成之一結構所支撐，使量測裝置之位置偏移較不可能發生。

然而，該結構可能會因作用於其上的力量而變形，例如，支撐它的支撐台所引起的震動、或基板平台移動所產生的反作用力。當此發生時，裝附在結構上的量測裝置的位置偏移。此量測裝置這樣的位置偏移導致基板平台的位置量測誤差。為防止此問題，日本專利第4229348號提出的方法是使用複數個圖案形成於上而相互重疊的評估基板，根據重疊圖案的位置偏移資訊及在形成每一圖案時作用於結構上力量的差異，來計算修正係數，以及根據該修正係數修正量測誤差。

日本專利第4229348號說明一種曝光設備，其藉由使用複數個圖案形成於上而相互重疊的評估基板，根據重疊圖案的位置偏移資訊及在形成每一圖案時作用於結構上的力量的差異，來計算一修正係數。然而，當使用複數個圖案形成於上而相互重疊的評估基板來計算修正係數時，基板平台的位置在形成第一層圖案及在形成第二層圖案時，幾乎保持相同。因此，重疊圖案的位置偏移及在形成每一圖案時作用於結構上的力量的差異很小，所以在日本專利第4229348號所述曝光設備中修正係數的使用不足以允許成功校正基板平台的位置控制系統。

本發明提供在曝光設備以高精度控制基板的一有利技術。

根據本發明之一方面，提供以光線曝光一基板的曝光設備，該設備包含：一基板平台，係組構為於固持該基板時可移動；一位置量測單元，係組構為量測該基板平台之位置；一結構，係組構為支撐該位置量測單元；一力量量測單元，係組構為量測一作用於該結構上的力量；一修正單元，係組構為根據由力量量測單元所獲得的量測值及一修正係數來修正一用於控制該基板平台之位置的命令；及一計算單元，係組構為使用一評估基板計算該修正係數，該評估基板包括沒有經該修正單元修正而曝光的複數個照射區域，該複數個照射區域，包括一第一照射區域、一鄰接至該第一照射區域的第二照射區域、及一鄰接至該第二照射區域的第三照射區域，且每一照射區域包括一第一標記及一第二標記，其中該計算單元係根據該第一照射區域之第一標記與該第二照射區域之第二標記間的位置偏移資訊、該第二照射區域之第一標記與該第三照射區域之第二標記間的位置偏移資訊、及該力量量測單元於每一照射區域曝光時所獲得的量測值來計算該修正係數。

本發明之進一步特徵從以下例示性實施例的說明參照附圖更為明白。

1‧‧‧照明系統

2‧‧‧光罩

3‧‧‧光罩平台

4‧‧‧投影光學系統

5‧‧‧基板

6‧‧‧基板平台

7‧‧‧結構

8‧‧‧位置量測單元

8a‧‧‧雷射光

8b‧‧‧距離

8c‧‧‧距離

9‧‧‧力量量測單元

10‧‧‧支撐台

10a‧‧‧空氣彈簧

11‧‧‧位置控制系統

11a‧‧‧減法器

11b‧‧‧控制單元

12‧‧‧計算單元

13‧‧‧修正單元

20‧‧‧第一圖案

20a‧‧‧第一標記

20b‧‧‧第二標記

21‧‧‧第二圖案

21a‧‧‧第一標記

21b‧‧‧第二標記

30‧‧‧照射區域

31‧‧‧照射區域

32‧‧‧照射區域

30a‧‧‧第一標記

30b‧‧‧第二標記

30c‧‧‧第三標記

30d‧‧‧第四標記

31a‧‧‧第一照射區域

31b‧‧‧第二照射區域

31c‧‧‧第三照射區域

31d‧‧‧第四照射區域

31e‧‧‧第五照射區域

32a‧‧‧第六照射區域

32b‧‧‧第七照射區域

32c‧‧‧第八照射區域

32d‧‧‧第九照射區域

32e‧‧‧第十照射區域

100‧‧‧曝光設備

1-10‧‧‧曝光順序

dx‧‧‧X方向上的位置偏移

dy‧‧‧Y方向上的位置偏移

f₁,f₂,f₃,f₄‧‧‧力量

圖1係顯示根據本發明第一實施例之曝光設備之視圖；圖2A及2B係顯示投影光學系統、位置量測單元、及支撐兩者的結構之視圖；圖3係顯示複數個照射區域形成為相互重疊於一評估基板上之視圖；圖4係顯示複數個照射區域形成為相互並列於一評估基板上之視圖；以及圖5A及5B係顯示相鄰照射區域間佈局關係之視圖。

本發明之例示性實施例係參照附圖說明如下。須知同樣的元件符號在全部圖式中代指同樣的構件，因而將不會提供其重複說明。再者，說明書及圖式中平行於投影光學系統光軸的方向定義為Z方向，以及在垂直於Z方向的平面上的兩正交方向定義為X方向及Y方向。

<第一實施例>

根據本發明第一實施例的曝光設備100係參照圖1說明。根據第一實施例的曝光設備100包括照明系統1、光罩平台3、投影光學系統4、基板平台6、結構7、位置量測單元8、及力量量測單元9。曝光設備100亦包括控制基板平台6位置的位置控制系統11、計算修正係數的計算單元12、以及修正用於控制基板平台6位置的命令值的修正單元13。

照明系統1以由光源發散出的曝光光線照射固持於光罩平台3上的光罩2。投影光學系統4具有預定的發大率(例如單位放大率)並將形成於光罩2上的圖案投射至基板5上。基板平台6係組構為於固持基板5時，可在與曝光光線光軸方向(Z方向)垂直的方向上(X及Y方向)移動。位置量測單元8包括舉例而言裝附於結構7的雷射干涉儀，並量測基板平台6的位置。雷射干涉儀以雷射光8a照射位於基板平台6上的反射板(未示)，以藉由使用從該反射板所反射的雷射光8a自一參考位置來偵測基板平台6的位移。位置量測單元8根據雷射干涉儀所測得的位移來計算基板平台6的現在位置。結構7支撐投影光學系統4、基板平台6、及位置量測單元8，且由難以變形的高剛性材料所形成，以致位置量測單元8的位置偏移較不可能發生。再者，結構7透過例如空氣彈簧10a而為支撐台10所支撐。力量量測單元9量測自支撐台10施加至結構7的力量。作用於結構7上的力量(由力量量測單元9所獲得的量測值)係藉由例如量測支撐台10與結構7間的支撐空氣彈簧10a的壓力值，並將所量測的壓力值乘以有效斷面面積(結構7中接受力量的表面的面積)，而被計算。

位置控制系統11包括將基板平台6的目標位置減去現在位置以產生一命令值的減法器11a，以及控制基板平台6的控制單元11b。減法器11a計算由位置量測單元8所量測的基板平台6的目標位置與基板平台6的現在位置間的控制誤差，來產生用於控制基板平台6的命令值，以減少計算出的控制誤差。控制單元11b根據由減法器11a所產生的命令值控制基板平台6。

投影光學系統4、基板平台6、及位置量測單元8係由難以變形的高剛性材料所形成的結構7所支撐，以致位置量測單元8之位置偏移較不可能發生。然而，雖然結構7因為例如由支撐它的支撐台10所造成的震動、或當基板平台6移動時所產生的反作用力對其作用而輕微變形，使得裝附於其的位置量測單元8的位置偏移。位置量測單元8的位置偏移參照圖2A及2B在此說明。圖2A及2B係顯示投影光學系統4、位置量測單元8、及於曝光設備100中支撐兩者的結構7之視圖。在沒有力量作用於結構7的狀態下，位置量測單元8以距離8b與投影光學系統4的光軸4a間隔分開，如圖2A所示。另一方面，在力量f₃及f₄作用於結構7的狀態下，結構7由於這些力量變形，使得位置量測單元8以距離8c與投影光學系統4的光軸4a間隔分開，如圖2B所示。意即，在結構7因為作用於其上的力量而變形時，位置量測單元8的位置偏移，這可能會造成由位置量測單元8所獲得的基板平台6位置量測值的誤差。將進一步改善結構7的剛性作為抑制位置量測單元8位置偏移的方法是可行的。然而，結構7剛性的改善意味著例如曝光設備成本的增加，及對曝光設備輸送與安裝位置的限制。因此，根據第一實施例的曝光設備100包括計算修正係數的計算單元12，以及修正用於控制基板平台6的命令值並校正基板平台6的位置的修正單元13。

計算單元12藉由使用評估基板來計算修正係數，評估基板具有沒有經修正單元13修正而曝光的複數個照射區域。在根據第一實施例的曝光設備100中，計算修正係數的方法將藉由與日本專利第4229348號所述曝光設備的比較而在此說明。日本專利第4229348號所述曝光設備中計算修正係數的方法將先予說明。日本專利第4229348號所述之曝光設備藉由使用複數個照射區域形成於其上而相互重疊的評估基板來計算修正係數。更確切而言，係使用第一及第二標記相互接近形成於其上的光罩使第一層曝光的照射區域(以下稱為第一圖案20)及第二層曝光的照射區域(以下稱為第二圖案21)形成於評估基板上而相互重疊。圖3係顯示形成於評估基板上相互重疊的第一圖案20及第二圖案21之視圖。參照圖3，實線係指第一圖案20，其中第一標記20a及第二標記20b形成為相互接近。類似地，虛線係指第二圖案21，其中第一標記21a及第二標記21b形成為相互接近。於形成第二圖案21於第一圖案20上時，控制基板平台6以使第二圖案21的第一標記21a及第二標記21b分別重疊於第一圖案20的第二標記20b及第一標記20a，如圖3所示。此時，如上所述，結構7因作用於其上的力量而變形，此產生位置量測單元8中基板平台6的位置量測的誤差。結果，相對位置偏移(X方向上的位置偏移定義為dx，Y方向上的位置偏移定義為dy)發生於第一圖案20的標記與第二圖案21的標記間。修正係數根據所獲得的相對位置偏移資訊(dx及dy)以及於形成第一圖案20及形成第二圖案21時由力量量測單元9所獲得之量測值間的差異而被計算。當修正係數為日本專利第4229348號所述曝光設備所計算，基板平台6的位置於形成第一圖案20及形成第二圖案21時幾乎維持相同。因此，第一圖案20與第二圖案21間的位置偏移及在形成每一圖案時作用於結構上力量的差異可能會太小，以致無法允許基板平台6的位置控制系統11之成功校正。為避免此問題，根據第一實施例的曝光裝置100藉由使用複數個照射區域相互並置形成於其上的評估基板來計算修正係數。

接下來會說明根據第一實施例的曝光設備100 計算修正係數的方法。在根據第一實施例的曝光設備100中，第一及第二標記形成於上而於X方向(第一方向)相互分開及第三及第四標記形成於上而於Y方向(第二方向)相互分開的光罩被使用來於評估基板上形成相互並置的複數個照射區域30，如圖4所示。圖4係顯示形成於評估基板上相互並列的複數個照射區域30的視圖。參照圖4，個別照射區域30上的數字係指它們曝光的順序。在每一照射區域30中，第一標記30a及第二標記30b形成為於X方向(第一方向)相互分開，第三標記30c及第四標記30d形成為於Y方向(第二方向)相互分開。複數個照射區域30包括於X方向對齊的複數個照射區域31(第一照射區域31a、第二照射區域31b、第三照射區域31c、...)。複數個照射區域30亦包括於X方向對齊且位於自複數個照射區域31向Y方向移位的位置的複數個照射區域32(第六照射區域32a、第七照射區域32b、第八照射區域32c、...)。

在複數個照射區域30中，鄰接於X方向的照射區域之其中一照射區域的第一標記30a及另一照射區域的第二標記30b被安排為相互重疊。圖5A顯示舉例而言第一操作所曝光的第一照射區域31a與第二操作所曝光的第二照射區域31b間的佈局關係。參照圖5A，虛線係指第一操作所曝光的第一照射區域31a，實線係指第二操作所曝光的第二照射區域31b。再者，第一標記30a及第二標記30b分別形成於第一照射區域31a及第二照射區域31b而為於X方向(第一方向)相互分開(第三標記30c及第四標記30d未示)。於曝光第二照射區域31b時，控制基板平台6以使在第二照射區域31b中的第二標記30b重疊於在第一照射區域31a中的第一標記30a，如圖5A所示。此時，如上所述，結構7因為作用於其上的力量而變形，此產生由位置量測單元8所獲得的基板平台6的位置量測值的量測誤差。結果，相對位置偏移(X方向上的位置偏移定義為dx，Y方向上的位置偏移定義為dy)發生於第一照射區域31a中的第一標記30a與第二照射區域31b中的第二標記30b間。

類似地，在複數個照射區域30中，鄰接於Y 方向的照射區域之其中一照射區域的第三標記30c及另一照射區域的第四標記30d被安排為相互重疊。圖5B顯示舉例而言第一操作所曝光的第一照射區域31a與第十操作所曝光的第十照射區域32e間的佈局關係。參照圖5B，虛線係指第一操作所曝光的第一照射區域31a，實線係指第十操作所曝光的第十照射區域32e。再者，第三標記30c及第四標記30d分別形成於第一照射區域31a及第十照射區域32e而為於Y方向(第二方向)相互分開(第一標記30a及第二標記30b未示)。於曝光第十照射區域 32e時，控制基板平台6以使在第十照射區域32e中的第四標記30d重疊於在第一照射區域31a中的第三標記30c，如圖5B所示。此時，如上所述，結構7因為作用於其上的力量而變形，此產生由位置量測單元8所獲得的基板平台6的位置量測值的量測誤差。結果，相對位置偏移(X方向上的位置偏移定義為dx，Y方向上的位置偏移定義為dy)發生於第一照射區域31a中的第三標記30c與第十照射區域32e中的第四標記30d間。

以此安排，在複數個照射區域30相互並置形成於上的評估基板中，於曝光每一照射區域30時基板平台6位置的差異較日本專利第4229348號所述曝光設備中位置的差異為大。因此，鄰接照射區域間的相對位置偏移及形成每一照射區域30時作用於結構7上的力量的差異可設為大，而計算出允許基板平台6位置量測誤差可成功校正的修正係數。於根據第一實施例曝光裝置100中，由計算單元12計算修正係數的方法在此說明。在複數個照射區域30相互並置形成於上的評估基板中，如圖4所示，鄰接照射區域中的標記間(第一及第二標記或第三及第四標記)的相對位置偏移dx及dy定義為x_{m_n}及y_{m_n}。須知m及n係為表示個別照射區域30曝光順序的數字。舉例而言，於第一操作所曝光的第一照射區域31a與於第二操作所曝光的第二照射區域31b間的相對位置偏移可被定義為x_{1_2}代表dx及y_{1_2}代表dy。再者，於第一操作所曝光的第一照射區域31a與於第十操作所曝光的第十照射區域32e間的相對位置偏移可被定義為x_{1_10}代表dx及y_{1_10}代表dy。當相對位置偏移以此方式定義時，複數個照射區域30中的相對位置偏移(X方向的位置偏移定義為X以及Y方向的位置偏移定義為Y)被表示為：X=[x _{1_2} x _{2_3} x _{3_4} x _{4_5} x _{1_10} x _{2_9} x _{3_8} x _{4_7} x _{5_6}]^T Y=[y _{1_2} y _{2_3} y _{3_4} y _{4_5} y _{1_10} y _{2_9} y _{3_8} y _{4_7} y _{5_6}]^T...(1)

假設四力量f₁至f₄於曝光每一照射區域30時作用於結構7上，舉例而言如圖1所示。如上說明，作用於結構7上的力量f₁至f₄係由力量量測單元9所量測，且更確切而言，力量f₁至f₄係藉由量測支撐台10與結構7間的空氣彈簧10a的壓力值，並將所量測的壓力值乘以有效斷面面積(結構7中接受力量的表面的面積)而計算出來。作用於結構7上的力量f₁至f₄於曝光每一照射區域30時由力量量測單元9所量測，且被定義為f_{m_1}至f_{m_4}。須知m係為代表個別照射區域30曝光順序的數字。舉例而言，在第一操作所曝光的第一照射區域31a中，於曝光第一照射區域31a時作用在結構7上的力量可被定義為f_{1_1}至f_{1_4}。當作用於結構7上的力量以此方式定義時，於曝光複數個照射區域30時作用於結構7上的力量F被表示為：

再者，於曝光鄰接照射區域時作用於結構7上的差異P被表示為：

須知為了抑制結構7的震動，常會有例如線性馬達額外地插置於支撐台10與結構7間的情形。就此情形而言，線性馬達的推力值可被加入為作用於結構7上的力量。再者，雖然於第一實施例係考量為四力量作用於結構7上，更多數量的力量得予考量。

鄰接照射區域中標記間的相對位置偏移x_{m_n} 及y_{m_n}係藉由將曝光每一照射區域時作用於結構7上的力量的差異P乘以比例常數並加總乘積所獲得。因此，當比例常數由以下所得： A _x=[a _x1 a _x2 a _x3 a _x4]^T A _y=[a _y1 a _y2 a _y3 a _y4]^T...(4) x_{m_n}及y_{m_n}由以下所得：x _{m_n}=a _x1(-f _{m_1}+f _{n_1})+a _x2(-f _{m_2}+f _{n_2})+a _x3(-f _{m_3}+f _{n_3})+a _x4(-f _{m_4}+f _{n_4}) y _{m_n}=a _y1(-f _{m_1}+f _{n_1})+a _y2(-f _{m_2}+f _{n_2})+a _y3(-f _{m_3}+f _{n_3})+a _y4(-f _{m_4}+f _{n_4})...(5) 以及複數個照射區域30的相對位置偏移X及Y由以下所得：

意即，複數個照射區域30中相對位置偏移X及Y與於曝光每一照射區域30時作用於結構7的力量差異P間的關係係如下所述：X=PA _x Y=PA _y...(8)

當等式(8)兩側乘以作用於結構7的力量差異P的擬逆矩陣時，比例常數A_x及A_y被計算。比例常數A_x及A_y作為於實際曝光基板的修正係數。

修正單元13將使用評估基板所計算的修正係數(比例常數)乘以於實際曝光基板時作用於結構7上的力量，以獲得使用來修正用於控制基板平台6位置的命令值的修正值。更確切地，設f₁(t)至f₄(t)為於時間t時作用於結構7上的力量(由力量量測單元9所獲得的量測值)，由位置量測單元8所產生的X方向上的量測誤差D_x(t)及Y方向上的量測誤差D_y(t)由以下所得：D _x(t)=a _x1 f ₁(t)+a _x2 f ₂(t)+a _x3 f ₃(t)+a _x4 f ₄(t) D _y(t)=a _y1 f ₁(t)+a _y2 f ₂(t)+a _y3 f ₃(t)+a _y4 f ₄(t)...(9)

修正單元13提供量測誤差D_x(t)及D_y(t)給位置控制系統11作為修正值，以修正用於控制基板平台6位置的命令值。須知命令值藉由例如修正基板平台6的目標位置或由位置量測單元8所獲得的量測值而被修正。

如上說明，根據第一實施例的曝光設備100藉由使用複數個照射區域30相互並置形成於上的評估基板，根據所計算的修正係數及由力量量測單元9所獲得的量測值，來計算修正係數，而修正用於控制基板平台6位置的命令值。此使得允許成功修正由位置量測單元8所產生的量測誤差的修正係數變為可被計算出來，並可轉而以高精度校正曝光設備100。須知於根據第一實施例的曝光設備100的評估基板中，係使用重疊的標記來量測鄰接照射區域間的位置偏移。藉此來以高精度量測重疊標記的位置偏移，且如果這些標記的位置偏移可高精度地量測而不須重疊，鄰接照射區域中的標記不需總是要重疊。意即，個別的照射區域可被安排為相互分開。

<製造物品之方法之實施例>

根據本發明之一實施例的製造物品的方法係適合於製造包括諸如半導體裝置的微裝置及具有微結構的元件的各種物品。根據本實施例的製造物品的方法包括藉由使用上述掃描曝光設備在施加於基板的光敏劑上形成潛像圖案的步驟(以光線曝光一基板的步驟)，及顯影具有於形成步驟而形成於其上的潛像圖案的基板的步驟。此製造方法亦包括後續習知的步驟(舉例而言，氧化、薄膜形成、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、光阻劑去除、切割、貼合、及封裝)。根據本實施例製造裝置的方法係對於裝置的效能、品質、產能、及製造成本至少其一較傳統方法更為有利。

雖然本發明已參照例示性實施例說明，須瞭解本發明不受限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇係符合最廣解釋，以涵蓋全部改良及等效結構與功能。