TW201805739A - 圖案形成裝置、設置基板的方法及製造物品的方法 - Google Patents

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Abstract

一種圖案形成裝置，其在基板上形成圖案，圖案形成裝置包括可移動的載台；保持單元，其被可移除地附接到載台且被配置來吸附和保持基板；光學系統，其相對於保持單元的位置被固定，且被配置來檢測基板的對準標記，基板被保持單元從基板的吸附表面側吸附；參考標記，用於測量光學系統的檢測場的位置；以及檢測系統，被配置來檢測參考標記。基板根據由檢測系統所檢測到的參考標記的位置而被設置在保持單元上，使得藉由光學系統從基板的吸附表面側所檢測到的基板的對準標記被設置在光學系統的檢測場中。

Description

圖案形成裝置、設置基板的方法及製造物品的方法
本發明關於圖案形成裝置、設置基板的方法以及製造物品的方法。
當使用光刻處理來製造設備(例如，半導體設備、液晶顯示設備和薄膜磁頭)時，使用藉由投影光學系統將遮罩圖案投影在基板(例如，晶圓)上並轉印圖案的曝光裝置。
近年來，曝光裝置不僅用於製造像是記憶體和邏輯電路之類的IC晶片，且還用於製造像是微機電系統(MEMS)和CMOS圖像感測器(CIS)之類的採用貫穿孔處理(penetration via process)的多層設備。在這些設備的製造中，相較於現有技術IC晶片的製造，不需要精細的線寬解析度和重疊精度，而需要較大的聚焦深度。
在曝光裝置中，基於形成在基板(例如，Si晶圓)的背表面(要被卡盤吸附的表面)上的對準標記來 執行曝光基板的前表面的處理。需要此處理以從基板的前表面形成貫穿孔，以使，例如，在基板的前表面上的電路與在背表面上的電路連接。因此，對形成在基板的背表面上的對準標記的檢測(以下稱為“背表面對準”)的技術支持最近變得越來越重要。特別是在基於形成在基板的背表面上的對準標記來曝光基板的前表面的曝光處理中，對形成在基板的前表面上的對準標記和形成在背表面上的對準標記的重疊檢查為必要的。
作為背表面對準，提出了提供用於檢測基板的背表面(基板載台)上的對準標記的光學系統的技術(參見日本專利公開第2002-280299號)。日本專利公開第2002-280299號描述了使用用於檢測設置在基板載台上的對準標記的光學系統來從基板載台側觀察對準標記以及檢測對準標記的圖像。
如果用於檢測對準標記的光學系統如日本專利公開第2002-280299號中所述地被設置在基板載台上，則僅位於用於檢測對準標記的光學系統的檢測場(detection field)中的基板上的對準標記為可檢測的。
用於吸附基板的卡盤被設置在基板載台上，且卡盤是可更換的。當用於吸附基板的卡盤被卸下且另一卡盤被設置在基板載台上時，存在設置在基板載台上的卡盤之未對準的可能性。卡盤的未對準可能導致用於檢測與卡盤一體地設置的對準標記的光學系統的未對準，從而使得用於檢測對準標記的光學系統的檢測場被移動。因此， 用於檢測對準標記的光學系統的檢測場和基板上的對準標記彼此未對準，且變得難以從基板載台側檢測基板的對準標記。
根據本發明的一個態樣，在基板上形成圖案的圖案形成裝置包括：載台，其為可移動的；保持單元，其被可移除地附接到載台且被配置來吸附和保持基板；光學系統，其相對於保持單元的位置被固定，且被配置來檢測基板的對準標記，基板被保持單元從基板的吸附表面側吸附；參考標記，用於測量光學系統的檢測場的位置；以及檢測系統，被配置來檢測參考標記，其中，基板根據由檢測系統所檢測到的參考標記的位置而被設置在保持單元上，使得藉由光學系統從基板的吸附表面側檢測到的基板的對準標記被設置在光學系統的檢測場中。
根據本發明的另一態樣，一種使用圖案形成裝置將基板設置在保持單元上的方法，圖案形成裝置在基板上形成圖案，圖案形成裝置包括載台，其為可移動的；保持單元，其被可移除地附接到載台且被配置來吸附和保持基板；光學系統，其相對於保持單元的位置被固定，且被配置來檢測基板的對準標記，基板被保持單元從基板的吸附表面側吸附；以及檢測系統，被配置來檢測用於測量光學系統的檢測場的位置之參考標記，其中，基板根據由檢測系統所檢測到的參考標記的位置而被設置在保持單元 上，使得藉由光學系統從基板的吸附表面側所檢測到的基板的對準標記被設置在光學系統的檢測場中。
從例示性實施例參照所附圖式的以下描述，本發明的進一步特徵將變得清楚明瞭。
1‧‧‧遮罩
2‧‧‧遮罩載台
3‧‧‧基板
4‧‧‧基板載台
5‧‧‧照明光學系統
6‧‧‧投影光學系統
7‧‧‧鏡子
8‧‧‧鏡子
9‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧雷射干涉儀
11‧‧‧載台參考板
12‧‧‧雷射干涉儀
13‧‧‧遮罩對準檢測系統
14‧‧‧遮罩對準檢測系統
15‧‧‧焦點檢測系統
16‧‧‧基板對準檢測系統
17‧‧‧控制單元
19‧‧‧對準標記(前表面側標記)
20‧‧‧光源
21‧‧‧第一中繼光學系統
22‧‧‧波長濾光板
23‧‧‧第二中繼光學系統
24‧‧‧孔徑光闌
25‧‧‧第一照明系統
26‧‧‧NA光闌
27‧‧‧第二照明系統
28‧‧‧偏振分光鏡
29‧‧‧λ/4板
30‧‧‧物鏡
31‧‧‧中繼透鏡
32‧‧‧第一圖像形成系統
33‧‧‧第二圖像形成系統
34‧‧‧光電轉換設備
35‧‧‧光學構件
39‧‧‧參考標記
40‧‧‧參考標記
41‧‧‧基板對準檢測系統(AF檢測系統)
45‧‧‧處理單元
50‧‧‧預對準檢測器
51‧‧‧載台
52‧‧‧載台
53‧‧‧載台
54‧‧‧照相機
55‧‧‧缺口
60‧‧‧輸送手
61‧‧‧導引件
100‧‧‧曝光裝置
160,160’‧‧‧光學系統
161‧‧‧鏡子
163、163’‧‧‧像面
164、164’‧‧‧觀察場
301‧‧‧第一晶圓
302‧‧‧中間層
303‧‧‧第二晶圓
304、304’‧‧‧對準標記
310‧‧‧基板
312‧‧‧吸附表面
400‧‧‧卡盤
401、401’‧‧‧參考標記
402‧‧‧箭頭標記
403‧‧‧標記
410、410’‧‧‧標記板
420、420’‧‧‧標記
圖1示意性地顯示曝光裝置。
圖2為基板和基板載台的平面圖。
圖3示意性地顯示基板對準檢測系統。
圖4為基板的截面圖。
圖5顯示光學系統的配置。
圖6顯示基板和卡盤。
圖7顯示參考標記。
圖8為卡盤的更換和對準的流程圖。
圖9A和圖9B示意性地顯示預對準檢測器。
圖10顯示輸送手的配置。
圖11顯示對準標記的檢測。
圖12顯示參考標記的替代實施例。
在下文中，參照附圖描述本發明的實施例。
圖1示意性地顯示作為本實施例的一個態樣的曝光裝置100的配置。曝光裝置100是在基板上形成圖案的光刻裝置(圖案形成裝置)的例子。曝光裝置100包 括保持遮罩(標線片)1的遮罩載台2、保持基板3的基板載台4、以及照明被保持在遮罩載台2上的遮罩1的照明光學系統5。曝光裝置100還包括投影光學系統6以及控制單元(計算機)17，投影光學系統6將遮罩1的圖案的圖像投影到被保持在基板載台4上的基板3上，控制單元(計算機)17總體地控制整個曝光裝置100的操作。
在本實施例中，曝光裝置100是掃描曝光裝置(掃描器)，其在掃描方向上同步掃描遮罩1和基板3的同時將遮罩1的圖案轉印到基板3(步進掃描系統(step-and-scan system))。曝光裝置100可為在遮罩1被固定的情況下將遮罩1的圖案投影到基板3上的曝光裝置(步進器)(步進重複系統(step-and-repeat system))。
在下文中，與投影光學系統6的光軸(光軸方向)一致的方向被定義為Z軸方向，在與Z軸方向正交的平面中之遮罩1和基板3的掃描方向被定義為Y軸方向，且與Z軸方向和Y軸方向正交的方向(非掃描方向)被定義為X軸方向。繞著X軸、Y軸和Z軸的旋轉方向被分別定義為θX方向、θY方向和θZ方向。
照明光學系統5利用具有均勻照明分佈的光(曝光光)來照明遮罩1，特別是照明遮罩1上的預定照明區域。曝光光可為，例如，超高壓汞燈(extra high-pressure mercury lamp)的g線(波長：約436nm)和i線(波長：約365nm)、KrF準分子雷射(波長：約248nm)、ArF準分子雷射(波長：約143nm)、F2雷射 (波長：約157nm)等。為了製造更精細的半導體設備，波長為數奈米至數百奈米的極紫外(EUV)光可被使用來作為曝光光。
遮罩載台2在與投影光學系統6的光軸正交的平面(亦即，XY平面)中可二維地移動，且在θZ方向上可旋轉。遮罩載台2藉由像是線性馬達之類的驅動裝置(未示出)而被1軸驅動或6軸驅動。
鏡子7被設置在遮罩載台2中。雷射干涉儀9被設置成面向鏡子7。遮罩載台2在二維方向上的位置和旋轉角度由雷射干涉儀9實時地測量，且測量結果被輸出到控制單元17。控制單元17根據雷射干涉儀9的測量結果來控制遮罩載台2的驅動裝置，並定位被保持在遮罩載台2上的遮罩1。
投影光學系統6包括複數個光學設備，且以預定的投影倍率β將遮罩1的圖案投影到基板3上。感光劑(抗蝕劑)被施加到基板3上，且當遮罩1的圖案的圖像被投影到感光劑上時，在感光劑上形成潛像圖案。在本實施例中，投影光學系統6為，例如，具有1/4或1/5的投影倍率β的縮小光學系統(reduction optical system)。
基板載台4包括用於經由吸附和保持基板3的卡盤來保持基板3的Z載台、用於支撐Z載台的XY載台、以及用於支撐XY載台的基座。基板載台4藉由像是線性馬達之類的驅動裝置而被驅動。吸附和保持基板3的卡盤可從基板載台4卸下且可附接到基板載台4。
鏡子8被設置在基板載台4中。雷射干涉儀10和12被設置成面向鏡子8。基板載台4在X軸方向、Y軸方向和θZ方向上的位置由雷射干涉儀10實時測量，且測量結果被輸出到控制單元17。類似地，基板載台4在Z軸方向上的位置以及基板載台4在θX方向和θY方向上的位置由雷射干涉儀12實時測量，且測量結果被輸出到控制單元17。控制單元17根據雷射干涉儀10和12的測量結果來控制基板載台4的驅動裝置，並定位被保持在基板載台4上的基板3。
遮罩對準檢測系統13被設置在遮罩載台2的附近。遮罩對準檢測系統13經由投影光學系統6來檢測被保持在遮罩載台2上的遮罩1上的遮罩參考標記(未示出)以及設置在基板載台4上的載台參考板11上的參考標記39。
遮罩對準檢測系統13使用與實際曝光基板3時所使用的光源相同的光源，經由投影光學系統6來照明遮罩1上的遮罩參考標記和參考標記39。遮罩對準檢測系統13藉由圖像感測器(例如，像是CCD照相機之類的光電轉換設備)來檢測來自遮罩參考標記和參考標記39的反射光。根據來自圖像感測器的檢測信號，執行遮罩1和基板3之間的對準。藉由對準遮罩1上的遮罩參考標記與載台參考板11上的參考標記39之間的位置和焦點，遮罩1和基板3之間的相對位置關係(X，Y，Z)可被對準。
遮罩對準檢測系統14被設置在基板載台4上。遮罩對準檢測系統14是透射檢測系統，且在參考標記39為透射標記時被使用。遮罩對準檢測系統14使用與實際曝光基板3時所使用的光源相同的光源來照明遮罩1上的遮罩參考標記和參考標記39，並藉由光量感測器來檢測通過標記的透射光。遮罩對準檢測系統14在使基板載台4在X軸方向(或Y軸方向)和Z軸方向上移動的同時檢測通過參考標記的透射光的光量。因此，遮罩1上的遮罩參考標記與載台參考板11上的參考標記39之間的位置和焦點可被彼此對準。如上所述，遮罩對準檢測系統13或遮罩對準檢測系統14中的任何一個被使用，遮罩1和基板3之間的相對位置關係(X，Y，Z)均可被對準。
載台參考板11被設置在基板載台4的角落處，使得載台參考板11的前表面與基板3的前表面的高度大致上為相同的。載台參考板11可以被設置在基板載台4的角落中的一個處或複數個角落處。
如圖2中所示，載台參考板11包括要由遮罩對準檢測系統13或14檢測的參考標記39以及要由基板對準檢測系統16檢測的參考標記40。圖2是從Z方向觀看之晶圓3和晶圓載台4的平面圖。載台參考板11可以包括複數個參考標記39和複數個參考標記40。參考標記39與參考標記40之間(在X軸方向和Y軸方向上)的位置關係被設定為預定的位置關係(亦即，是已知的)。參考標記39和參考標記40可為相同的標記。如圖2中所 示，用於對準的標記被形成在晶圓3上的投射區域(shot region)之間的劃線(scribe line)上。
焦點檢測系統15包括將光投影在基板3的前表面上的投影系統以及接收在基板3的前表面上所反射的光的光接收系統，焦點檢測系統15檢測基板3在Z軸方向上的位置，並將檢測結果輸出到控制單元17。控制單元17根據焦點檢測系統15的檢測結果來控制驅動基板載台4的驅動裝置，並調整被保持在基板載台4上的基板3在Z軸方向上的位置和傾角。
基板對準檢測系統16包括像是照明標記的照明系統之類的光學系統以及利用來自標記的光形成標記的圖像的圖像形成系統。基板對準檢測系統16檢測像是形成在基板3上的對準標記和在載台參考板11上的參考標記40之類的各種標記，並將檢測結果輸出到控制單元17。控制單元17根據基板對準檢測系統16的檢測結果來控制驅動基板載台4的驅動裝置，並調整被保持在基板載台4上的基板3在X軸方向和Y軸方向上的位置，或者θZ方向上的旋轉角度。
基板對準檢測系統16包括用於基板對準檢測系統(AF檢測系統)41的焦點檢測系統。如焦點檢測系統15那樣，AF檢測系統41包括將光投影到基板3的前表面上的投影系統以及接收在基板3的前表面上所反射的光的光接收系統。焦點檢測系統15被用於投影光學系統6的聚焦，而AF檢測系統41被用於基板對準檢測系統 16的聚焦。
一般而言，檢測基板上的標記的檢測系統的配置被大致分為兩類：離軸對準(OA)檢測系統和透過透鏡對準(TTL)檢測系統。OA檢測系統不經由投影光學系統來光學地檢測形成在基板上的對準標記。TTL檢測系統經由投影光學系統使用具有與曝光光的波長不同的波長的光(亦即，非曝光光)來檢測形成在基板上的對準標記。雖然基板對準檢測系統16在本實施例中是OA檢測系統，但是對準檢測系統不限於此。例如，如果基板對準檢測系統16是TTL檢測系統，則經由投影光學系統6來檢測形成在基板上的對準標記，但是基本配置與OA檢測系統的基本配置相同。
參照圖3詳細描述基板對準檢測系統16。圖3示意性地顯示基板對準檢測系統16的具體配置。基板對準檢測系統16用作檢測各種標記的檢測單元。例如，基板對準檢測系統16檢測形成在基板3的前表面(第一面)上的對準標記(第一標記)，且還檢測形成在基板3的背表面(在第一表面的相對側上的第二表面)上的對準標記(第二標記)。基板的背表面為在基板之要被由吸附和保持基板的卡盤所吸附的吸附表面側上的表面。基板的前表面是與基板的吸附表面相對且被施加用於圖案形成的感光劑的表面。如之後所描述的，基板對準檢測系統16檢測形成在卡盤中的參考標記。為了便於描述，在圖3中，描述基板對準檢測系統16檢測形成在如圖2中所示 的基板3的前表面上的對準標記19(以下稱為“前表面側標記”)的例子。基板3在此處為Si晶圓。
光源20發射作為具有不會穿過基板3的波長的光的可見光(例如，波長：400nm至800nm)，以及作為具有穿過基板3的波長的光的紅外光(例如，波長：800nm至1500nm)。來自光源20的光穿過第一中繼光學系統21、波長濾光板22以及第二中繼光學系統23，並到達位於基板對準檢測系統16的光瞳平面(物體表面的光學傅立葉變換面)上的孔徑光闌24。
透射不同波長範圍的光的複數個濾光器被設置在波長濾光板22中。在控制單元17的控制下，濾光器中的一個被選擇並被設置在基板對準檢測系統16的光路上。在本實施例中，透射可見光的濾光器和透射紅外光的濾光器被設置在波長濾光板22中。藉由改變這些濾光器，標記被用可見光和紅外光中的任一種的光照明。額外的濾光器可被包含在波長濾光器板22中。
作為孔徑光闌24，設置具有不同照度σ(開口直徑)的複數個孔徑光闌。照明標記的光的照度σ可藉由在控制單元17的控制下切換設置在基板對準檢測系統16的光路上的孔徑光闌來改變。可包括額外的孔徑光闌作為孔徑光闌24。
到達孔徑光闌24的光經由第一照明系統25和第二照明系統27被導引到偏振分光鏡28。與被引導到偏振分光鏡28的光的繪圖平面正交的S偏振光由偏振分 光鏡28反射，穿過NA光闌26和λ/4板29，並被轉換為圓偏振光。穿過λ/4板29的光通過物鏡30，並照明形成在基板3上的前表面側標記19。NA光闌26可藉由在控制單元17的控制下改變光闌量來改變NA。
來自前表面側標記19的反射光、繞射光和散射光通過物鏡30，穿過λ/4板29，被轉換為平行於繪圖平面的P偏振光，並經由NA光闌26穿過偏振分光鏡28。穿過偏振分光鏡28的光經由中繼透鏡31、第一圖像形成系統32、用於彗差調整的光學構件35以及第二圖像形成系統33而在光電轉換設備(例如，像是CCD之類的感測器)34上形成前表面側標記19的圖像。光電轉換設備34捕獲(檢測)前表面側標記19的圖像並獲取檢測信號。如果形成在基板的背表面上的對準標記的圖像被形成在光電轉換設備34上，則光電轉換設備34捕獲對準標記的圖像並獲取檢測信號。
當藉由基板對準檢測系統16檢測到基板3上的前表面側標記19時，由於抗蝕劑(透明層)被施加到(形成於)前表面側標記19上，可能在單色光或窄波長範圍內的光中造成干涉條紋。因此，干涉條紋的信號被添加到來自光電轉換設備34的檢測信號，從而無法以高精度檢測前表面側標記19。接著，通常藉由使用在寬的波長範圍內發射的光的光源作為光源20來減少干涉條紋的信號添加到來自光電轉換設備34的檢測信號。
處理單元45根據由光電轉換設備34所捕獲 的標記的圖像來獲得標記的位置。然而，控制單元17或外部控制設備可具有處理單元45的功能。
第一實施例
作為用於檢測基板上的對準標記的方法，已經描述了從基板的前表面側照明和檢測標記的例子。在本實施例中，從基板的背表面側照明和檢測標記的例子。
首先，描述其上形成有要被檢測的對準標記的基板。在本實施例中，如圖4中所示，描述對準標記304被形成在層疊的基板310的內部的例子。圖4是基板310的示意性截面圖。在基板310中，由不容易透射紅外光的材料(例如，金屬層或高度摻雜層)所形成的中間層302被形成在第一晶圓301和第二晶圓303之間。對準標記304被形成在第二晶圓303上，且第二晶圓303的下表面被卡盤吸附。第二晶圓303上的對準標記304被用於基於對準標記304的檢測位置來對準基板310並在第一晶圓301上形成圖案的處理。
由於中間層302不容易透射紅外光，難以使用紅外光從第一晶圓301側檢測對準標記304。接著，在本實施例中，從第二晶圓303側檢測對準標記304。圖5顯示用於從第二晶圓303側檢測對準標記304的光學系統160。圖5為包括光學系統160的配置的截面圖。光學系統160的位置被固定在吸附和保持基板的卡盤400(保持部)的內部。光學系統160與卡盤400為一體的。光學系 統160由反射來自基板對準檢測系統16的照明光的鏡子161、將由鏡子161所反射的光導引到基板310的透鏡、以及鏡筒等所構成。光學系統160是使用來自基板對準檢測系統16的照明光照明基板310的對準標記304的中繼(聚焦)光學系統，且在遠離基板310的位置處的像面(image surface)163上形成對準標記304的圖像。基板對準檢測系統16檢測形成在像面163上的對準標記304的圖像，並獲得對準標記304的位置。像面163在Z方向上的高度可根據設計變更而任意地改變。因此，可將依據基板(晶圓)的厚度和標記位置而變化的像面163的高度的範圍設定在基板載台4在Z方向上的驅動範圍內。
由於照明光的光源和光電轉換設備被設置在基板對準檢測系統16中，且中繼光學系統被形成在光學系統160中，避免了卡盤400的熱變形，且減少了卡盤400的重量。例如，照明光的波長較佳地為穿過1000nm或更厚的矽的紅外光的波長。如果基板310中的對準標記304的位置被改變，亦即，如果從由卡盤400對基板310的吸附表面312到對準標記304的距離改變，則像面163的位置改變。因此，取決於從吸附表面312到對準標記304的距離，基板載台4在Z方向上被移動，使得像面163被設置在可由基板對準檢測系統16檢測到的聚焦深度。
在本實施例中，考慮到標記的位置測量精度和光學系統的大小，光學系統160的檢測(觀察)場為約
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1mm，且光學系統160的倍率為1。位置測量精度約為500nm。例如，如果光學系統160是倍率縮小系統，則觀察場被擴大，而測量精度降低。如果光學系統160的透鏡直徑被進一步增加，則觀察場被擴大，但存在卡盤400中的空間的限制。
圖6是從Z方向觀看的卡盤400的俯視圖。圖6顯示卡盤400正吸附基板310的狀態。除了由虛線所示的光學系統160以外，在卡盤400中之在X方向上從光學系統160偏移的位置處設置光學系統160’。光學系統160’和光學系統160的配置相同。圖5是沿圖6的線V-V之光學系統160的截面圖。光學系統160照明觀察場(檢測場)164內的對準標記304，且在像面163上形成對準標記304的圖像。除了對準標記304之外，對準標記304’被設置在基板310上之在X方向上從對準標記304偏移的位置處。光學系統160’照明觀察場164’內的對準標記304’，並在像面163’上形成對準標記304’的圖像。因此，可使用光學系統160和光學系統160’來測量基板310在X和Y方向上的位置以及相對於基板的中心位置之繞著Z軸的旋轉角度(旋轉位置)θ。當在卡盤400未被對準的情況下被設置在基板載台4上時，光學系統160和160’的觀察場164和164’被設置成使得它們在Y方向上的位置相同。由於光學系統160和光學系統160’的配置(光路長度)相同，當在卡盤400未被對準的情況下被設置在基板載台4上時，像面163和163’也被佈置成使得它們在Y 方向上的位置相同。
在曝光基板310(晶圓303)時的投射佈局中，有必要將標記設計成在光學系統160和160’的觀察場中可檢測到。光學系統160和160’中的每一個的觀察場的中心位置被分別設定為(-67.20，-35.50)和(67.20，-35.50)，其中基板310的中心為(X，Y)=(0，0)。在Y方向上相同圖像高度的原因是為了在設置投射佈局時減少在X方向上的限制。例如，藉由以1mm的間隔在Y=-35.50的位置處依序地設置複數個標記，在光學系統160和160’的觀察場中能夠可靠地測量標記。或者，可以指定坐標並將標記設置成在觀察場中的(-67.20，-35.50)和(67.20，-35.50)的位置處可被檢測到。為了檢測繞著Z軸的旋轉角度θ，需要至少2個標記。觀察場的圖像高度可為Y=0或X=0，或者可被任意的決定。
卡盤400被附接到基板載台4上且從基板載台4上被卸下。卡盤400根據要被吸附的基板或為了維護而被以另一個卡盤更換。光學系統160的觀察場的圖像高度(在X和Y方向上的位置)相對於卡盤400被固定。因此，如果由卡盤400所吸附的基板310的投射佈局和對準標記的位置被改變，則存在光學系統160不能檢測到對準標記的可能性。在這種情況下，卡盤被卸下且由被以新的卡盤更換，新的卡盤具有與被卸下的卡盤的光學系統160的觀察場的位置不同的位置。亦即，取決於由卡盤400所吸附的基板310的投射佈局和對準標記的位置來更 換卡盤，使得光學系統160的觀察場的圖像高度被改變。在光學系統160受到污染或損壞的情況下，可以輕易地更換其中設置有光學系統160的整個卡盤400。
曝光裝置100包括用於裝載和卸載卡盤400的卡盤更換機構(未示出)。當卸載卡盤時，在關閉卡盤的吸附力(基板載台4上的真空吸附力)之後，卡盤藉由卡盤更換機構被升高並從基板載台4被移除。當裝載卡盤時，卡盤更換機構將卡盤移動到基板載台4上，並藉由將從基板載台4突出的兩個或更多個定位銷插入(fit)到設置在卡盤中的定位孔中來定位。接著，卡盤的吸附力被打開並且卡盤被固定到基板載台4上。藉由將設置在卡盤中的定位孔形成為大於定位銷以在定位孔和定位銷之間留下間隙，基板載台4上的定位銷可以輕易地被插入到卡盤上的定位孔中。然而，例如，如果間隙過大，則基板載台4上的卡盤的定位誤差變得更大，且卡盤在θ旋轉中大幅地旋轉，而使光學系統160的觀察場被從預定的位置移動。如果光學系統160的觀察場被從預定位置移動，則當基板310被設置在卡盤400上的預定位置處時，存在不能檢測到基板310上的對準標記304的可能性。
接著，在本實施例中，如圖5和圖6中所示，用於測量光學系統160的檢測場的位置的參考標記401和401’被固定地設置在卡盤400上的預定位置處。參考標記401被設置在固定在卡盤400上的標記板410上。參考標記401’被設置在固定在卡盤400上的標記板410’ 上。為了測量參考標記在X和Y方向上的位置，參考標記較佳地可具有二維特徵。例如，參考標記可具有二乘二矩陣和正(+)符號的形狀，其在X和Y方向上都具有寬度。參考標記401和參考標記401’較佳地可被設置在盡可能遠離卡盤的中心位置(由圖6的一點鏈線所繪製的交點)的位置處(基板佈置區域)，以用於以更高的精度來計算卡盤400的旋轉角度θ。圖6顯示參考標記401和參考標記401’被設置在X方向上之卡盤400的最外邊緣附近的例子。當在卡盤400未被對準的情況下被設置在基板載台4上時，參考標記401和401’可以被設置成使得它們在Y方向上的位置相同。
圖7顯示在其上設置了參考標記401的標記板410的例子。例如，指示參考標記401的位置之用於搜索參考標記401的箭頭標記402等被形成在標記板410中，以便輕易地檢測參考標記401的位置。標記板410在X和Y方向上的大小為，例如，□3mm，且被設定為大於，例如，當卡盤400被設置在基板載台4上時可能造成的佈置誤差。因此，如果更換卡盤400，也可以可靠地檢測參考標記401。在參考標記401受到污染或損壞的情況下，可額外地設置另一種類型的標記403。
參考標記401可包括至少兩個分開設置的標記，以便相對於卡盤400的中心位置測量整個卡盤400繞著Z軸的旋轉角度。如圖6中所示，卡盤400在兩個構件的每一個處包括參考標記401和401’，但是，例如，可以 在單個構件上形成兩個標記。參考標記401和401’由基板對準檢測系統16檢測。基板對準檢測系統16移動基板載台4，依次地檢測參考標記401和參考標記401’，並測量每一個參考標記的位置。接著，基板對準檢測系統16基於事先獲得的卡盤的中心位置來獲得卡盤400的位置，參考標記401和401’之間的相對位置(設計值等)，以及所測量的參考標記401和401’的位置。具體地，基板對準檢測系統16獲得卡盤400在X和Y方向上的位置以及相對於卡盤的中心位置之繞著Z軸的旋轉角度θc作為卡盤400的位置。由於光學系統160和160’相對於參考標記(卡盤400)被固定到預定位置，可基於關於這些預定位置和所測量的參考標記的位置的資訊來獲得光學系統160和160’的觀察場的位置。亦即，基於所測量的參考標記401和401’的位置來獲得卡盤400的位置等同於獲得光學系統160和160’的觀察場的位置。
參考標記401和401’與光學系統160和160’的觀察場之間的相對位置關係可使用設計值來確定或者可事先被測量。如果測量相對位置關係，例如，使用已知卡盤吸附表面(背表面)側上的標記與相對側(前表面側)上的標記之間的相對位置的工具基板。工具基板被吸附在卡盤400處，使用光學系統160和160’檢測背表面側標記，且獲得背表面側標記相對於光學系統160和160’中的每一個的檢測場的中心位置的位置。接下來，藉由使用基板對準檢測系統16來檢測前表面側標記來獲得前表面側 標記的位置。因此，在基板載台4的坐標系中的光學系統160和160’中的每一個的檢測場的中心位置可基於所獲得的這些位置以及背表面側標記與前表面側標記之間的相對位置來獲得。使用基板對準檢測系統16來檢測參考標記401和401’的位置。因此，可測量參考標記401和401’與光學系統160和160’的觀察場之間的相對位置。
參照圖8的流程圖來描述從更換其中基板被吸附和保持的卡盤起直到基板被對準和曝光的方法。首先，作為裝置的預調整，測量基線。具體地，遮罩對準檢測系統13經由投影光學系統6檢測設置在基板載台4上的載台參考板11上的參考標記39。此外，使用基板對準檢測系統16來檢測載台參考板11上的參考標記39。從這兩個檢測位置，獲得遮罩對準檢測系統13(投影光學系統6)和基板對準檢測系統16之間的光軸(基線)之間的距離。
在S1中，使用基板對準檢測系統16測量更換卡盤之前的參考標記401和401’的位置(S1)。具體地，基板對準檢測系統16檢測參考標記401和401’，並測量參考標記401和401’中的每一個的中心位置。使用基板載台4的坐標系來測量此位置。可從所測量的參考標記的位置來獲得在更換之前之卡盤在X和Y方向上的位置以及在更換之前的相對於卡盤的中心位置之繞著Z軸的旋轉角度θ。接下來，使用卡盤更換機構以另一個卡盤來更換卡盤(S2)。在更換卡盤之後，可能會發生如上所述之 卡盤在基板載台4上的佈置誤差。因此，使用基板對準檢測系統16來測量更換後的卡盤的參考標記401和401’的位置(S3)。測量方法與S1的測量方法相同。可從所測量的參考標記的位置來獲得在更換之後的卡盤在X和Y方向上的位置以及在更換之後的相對於卡盤的中心位置之繞著Z軸的旋轉角度θ。在更換之前和之後的卡盤在X和Y方向上的位置差以及繞著Z軸的旋轉角度差被儲存在控制單元17的記憶體(儲存單元)中(S4)。或者，可儲存更換之前和之後的參考標記的測量位置。由於參考標記401和401’與光學系統160和160’的觀察場之間的相對位置如上所述地為已知的，可根據在S3中所測量的參考標記的位置來獲得光學系統160和160’的觀察場的位置。如果卡盤在更換之前和之後的參考標記的旋轉角度的差大於繞著基板載台4的Z軸的旋轉角度的驅動範圍，則可調整繞著卡盤的Z軸的旋轉角度，且卡盤可被重新設置在基板載台上。在卡盤第一次被設置在基板載台上的情況下，或在未獲得關於先前所設置的卡盤的參考標記的位置資訊的情況下，更換後的卡盤的位置和關於旋轉角度的資訊較佳地可在S4中被儲存在記憶體中，而不執行S1和S2。
曝光裝置100包括保持基板並測量基板的中心位置的預對準(PA)檢測器50(預對準檢測單元)。圖9A和圖9B顯示PA檢測器50。PA檢測器50包括在Y方向上移動基板的載台51，在X方向上移動基板的載台52以及驅動基板以在XY平面上旋轉的載台53。PA檢測 器50還包括能夠檢測基板的外周、缺口55或定向平面(orientation flat)的複數個照相機54(測量單元)以及未示出的處理單元(計算機)，處理單元(計算機)基於由照相機54所檢測到的資訊來計算基板的位置。在PA檢測器50中，計算基板310在XY平面上的中心位置。具體而言，首先，為了檢測基板310的位置未對準，PA檢測器50使基板繞著Z軸旋轉360度，並利用照相機54觀察基板的外周的形狀。基板的理想中心位置藉由處理單元基於基板的外周的形狀被計算出來。基板在旋轉方向上的位置亦可關於具有缺口55或定向平面的基板來測量。圖10顯示輸送基板的輸送手60(輸送單元)的配置。當輸送基板時，輸送手60進入PA檢測器50的載台53上的基板310的下方。此時，PA檢測器50的載台53對基板310的吸附力事先被降低，且載台53從輸送手60在Z方向上下降的狀態向上移動到輸送手60在Z方向上接觸基板310的位置。輸送手60還包括吸附機構，並且，在由輸送手60執行基板310的吸附之後，輸送手60被進一步在Z方向上移動。接著，輸送手60可沿著導引件61將基板310移動到基板載台4的位置。
在S4之後，基板從PA檢測器50被設置在基板載台4上，使得藉由光學系統160和160’從基板的吸附表面側所檢測到的基板上的對準標記被設置在光學系統160和160’的檢測場中(S5)。基板根據在S3中所測量的參考標記401和401’的位置而被設置在基板載台4上。 例如，當基板藉由輸送手60被移動到基板載台4時，在輸送手60保持基板的狀態下，基板載台4在X和Y方向上的位置以及基板載台4繞著Z軸的旋轉角度使用在S4中被儲存在記憶體中的位置或旋轉角度的差作為偏移量而被校正。或者，如果使用具有三軸或者更多軸自由度的輸送手，在輸送手的位置控制系統中，可藉由輸入在S4中被儲存在記憶體中的位置差和旋轉角度差作為偏移量來校正輸送手的位置。或者，在藉由PA檢測器獲得基板的中心位置之後，在PA檢測器的載台上，基板在X和Y方向上的位置以及基板繞著Z軸的旋轉角度藉由在S4中被儲存在記憶體中的位置差或旋轉角度差而被改變。接著，輸送手可以將基板從PA檢測器移動到基板載台4。或者，基板載台4上的卡盤400的位置和角度(光學系統160和160’的檢測場)可被調整。這些校正方法可被組合。繞著Z軸的旋轉角度的校正量較佳地使用PA檢測器從與基板載台4的坐標系對準的角度被設定為盡可能小的。這是因為如果在基板載台4的坐標系中校正繞著Z軸的旋轉角度時，基板的旋轉角度超過基板載台4在曝光時的角度驅動範圍，則需要校正基板的旋轉的操作。具體地，基板由銷保持，且只有基板載台被旋轉，並且基板的旋轉被校正。此處理降低了生產量。因此，當在光學系統160的觀察場164中的基板上設置對準標記時，繞著Z軸的旋轉角度的校正量較佳地為盡可能小的。
基板載台4包括卡盤的抬升機構(未示出) 和當卡盤被向下移動時突出的吸附銷。在將基板移送到基板載台4之前，卡盤藉由抬升機構被向下移動，且吸附銷突出。輸送手在Z方向上向下移動，且在基板接觸到吸附銷之前，輸送手的吸附力被降低。輸送手被進一步向下移動，基板被吸附銷吸附，且基板被移送。輸送手接著在水平方向上縮回並與基板載台4分離。在基板載台4中，在檢查到輸送手已經移動之後，卡盤藉由抬升機構被向上移動。在基板接觸卡盤的吸附機構之前，吸附銷的吸力被降低。卡盤被向上移動，基板被由卡盤所吸附，且基板被移送到卡盤。
如上所述，藉由光學系統160和160’從基板的吸附表面側所檢測到的基板上的對準標記可進入光學系統160和160’的檢測場，由此可消除對準標記的檢測誤差。此外，由於檢測誤差所引起的基板的重新設置或者卡盤的更換或重新設置變得不必要，這提高了生產量。
接下來，檢測光學系統160和160’的檢測場中的基板310的對準標記304和304’。基於所檢測出的對準標記304和304’的位置，獲得基板在X和Y方向上的位置以及基板繞著Z軸的旋轉角度(定向)(S6)。參照圖11來描述對準標記304和304’的檢測。使用光學系統160和160’以及基板對準檢測系統16來測量對準標記304和304’的位置。藉由基於基板對準檢測系統16的光電轉換設備34的位置參考的測量值所獲得的對準標記304和304’的位置被定義為(X1，Y1)和(X2，Y2)。藉由將 (Y2-Y1=△Y)除以光學系統160與光學系統160’的觀察場之間的距離來計算基板繞著Z軸的旋轉角度θ。關於基板繞著Z軸的旋轉角度的校正，在基板載台4的坐標系中，需要從計算出的旋轉角度θ減去卡盤400之基於參考標記的旋轉未對準θc，以計算出相對於基板載台4的實際移動量的旋轉角度校正量。圖11顯示不存在卡盤400之基於參考標記的旋轉未對準θc的情況。如果存在卡盤400之基於參考標記的旋轉未對準θc，則觀察場164和164’的位置偏移，且像面163和163’亦對應地偏移。
接下來，根據在S6中所獲得的基板的位置和定向以及根據在S3中測量的參考標記位置所獲得的光學系統160和160’(卡盤)的觀察場的位置來執行基板的對準。具體而言，關於基板在X和Y方向上的位置以及基板繞著Z軸的旋轉角度，相對於投影光學系統(基板載台4的坐標系)來執行對準(S7)。接著，曝光裝置100將遮罩1的圖案的圖像投影到被施加於基板310的前表面上的感光劑上(亦即，投影到晶圓301上)，並在感光劑上形成潛像圖案(S8)。在S7中，由於圖案在執行基板的對準之後被形成在基板上，可提高基板的背側上的圖案和前側上的圖案的重疊精度。
替代實施例
替代在標記板410上設置參考標記401和401’，可採用如圖12中所示之在構成卡盤400的構件的 表面上所形成的標記420和420’。在這種情況下，需要在基板載台4的Z方向上保持行程(stroke)，使得基板對準檢測系統16可聚焦在卡盤400的表面上。
在S3中，在未設置參考標記401和401’的情況下，可使用上述的工具基板來獲得光學系統160和160’中的每一個的檢測場的中心位置，而無需檢測參考標記401和401’。在這種情況下，使用卡盤吸附表面(背表面)側上的標記與相對側(前表面側)上的標記之間的相對位置如上所述地被使用的工具基板。使工具基板被吸附在卡盤400處，使用光學系統160和160’檢測背表面側標記，並獲得背表面側標記相對於光學系統160和160’中的每一個的檢測場的中心位置的位置。接下來，藉由使用基板對準檢測系統16檢測前表面側標記來獲得前表面側標記的位置。因此，可基於所獲得的這些位置以及背表面側標記和前表面側標記的相對位置來獲得在基板載台4的坐標系中之光學系統160和160’中的每一個的檢測場的中心位置。
在基板表面上的對準標記304的位置可依據基板(設備)的投射佈局和類型而變化。因此，光學系統160和160’的觀察場可被構造為在卡盤400中可移動的，且可藉由移動光學系統160和160’的觀察場來檢測對準標記304。藉由這種配置，可檢測基板表面上的任意圖像高度的對準標記，且不需要針對每一種不同的投射佈局和不同類型的基板(對準標記的不同位置)來更換卡盤400。
基板不限於基板310。可在基板的背表面(亦即，面對吸附基板310的卡盤400的吸附表面312的表面)上形成對準標記。在這種情況下，由於不需要使藉由光學系統160照明對準標記的光穿過基板(例如，矽)，光不一定需要具有紅外波長。
施加有卡盤400的裝置不限於曝光裝置，且可為像是繪圖裝置和壓印設備之類的光刻裝置。在此，繪圖裝置是利用帶電粒子束(電子束，離子束等)來繪製基板的光刻裝置，且壓印設備是藉由模製在基板上形成壓印材料(樹脂等)並在基板上形成圖案的光刻裝置。基板不限於Si晶圓，且可由碳化矽(SiC)、藍寶石、摻雜劑Si、玻璃基板等所製成。
製造物品的方法
接下來，描述採用上述光刻設備(半導體IC設備、液晶顯示設備等)來製造物品的方法。此方法包括使用上述光刻裝置在基板(晶圓、玻璃板、薄膜基板等)上形成圖案的處理，以及對其上形成有圖案的基板進行處理(蝕刻等)的處理。相較於先前技術的方法，根據本實施例的製造物品的方法在物品的性能、品質、生產率和生產成本中的至少一個方面是有利的。上述光刻設備提供具有高生產量和更經濟的物品，例如，高質量的設備(半導體積體電路設備、液晶顯示設備等)。
已經描述了本發明的各種實施例，但這些僅 為例示性的。在不偏離本發明的範疇的情況下可進行修改和改變。
雖然已經參照例示性實施例描述了本發明，但應理解的是，本發明不限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以涵蓋所有這類型的修改以及等效的結構和功能。
16‧‧‧基板對準檢測系統
160‧‧‧光學系統
161‧‧‧鏡子
163‧‧‧像面
304‧‧‧對準標記
310‧‧‧基板
312‧‧‧吸附表面
400‧‧‧卡盤
401‧‧‧參考標記
410‧‧‧標記板

Claims (14)

  1. 一種圖案形成裝置，其在基板上形成圖案，該圖案形成裝置包括：載台，其為可移動的；保持單元，其被可移除地附接到該載台且被配置來吸附和保持該基板；光學系統，其相對於該保持單元的位置被固定，且被配置來檢測該基板的對準標記，該基板被該保持單元從該基板的吸附表面側吸附；參考標記，用於測量該光學系統的檢測場的位置；以及檢測系統，被配置來檢測該參考標記，其中，該基板根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的該位置而被設置在該保持單元上，使得藉由該光學系統從該基板的該吸附表面側所檢測到的該基板的該對準標記被設置在該光學系統的該檢測場中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中設置有複數個參考標記，該檢測系統檢測該複數個參考標記，並且該圖案形成裝置根據由該檢測系統對該複數個參考標記的檢測結果來獲得該保持單元的位置和角度，以及根據該保持單元之該所獲得的位置和該所獲得的角度將該基板設置在該保持單元上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中設置有複數個光學系統，在將該基板設置在該保持單元上之後，該複數個光學系統檢測該基板的複數個對準標記，獲得該基板的位置和角度，根據該基板之該所獲得的位置和該所獲得的角度執行該基板的對準，並在該基板上形成圖案。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中，該參考標記被形成在構成該保持單元的構件中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中，該參考標記被形成在被附接到該保持單元的構件中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中，該參考標記被形成在工具基板中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的圖案形成裝置，其中，該光學系統被固定地設置在該保持單元的內部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的圖案形成裝置，其中，該光學系統是被固定地設置在該保持單元的內部的中繼光學系統。
  9. 一種使用圖案形成裝置在保持單元上設置基板的方法，該圖案形成裝置在基板上形成圖案，該圖案形成裝置包括載台，其為可移動的；保持單元，其被可移除地附接到該載台且被配置來吸附和保持該基板； 光學系統，其相對於該保持單元的位置被固定，且被配置來檢測該基板的對準標記，該基板被該保持單元從該基板的吸附表面側吸附；以及檢測系統，被配置來檢測用於測量該光學系統的檢測場的位置之參考標記，其中，該基板根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的該位置而被設置在該保持單元上，使得藉由該光學系統從該基板的該吸附表面側所檢測到的該基板的該對準標記被設置在該光學系統的該檢測場中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的設置方法，其中在更換該保持單元之後，檢測用於測量該光學系統的檢測場的位置之參考標記，以及根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的位置，將該基板設置在該保持單元上。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的設置方法，其中，該基板藉由根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的該位置來控制該載台而被設置在該保持單元上，使得藉由該光學系統從該基板的吸附表面側所檢測到的該基板的該對準標記被設置在該光學系統的該檢測場中。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的設置方法，其中，該基板藉由控制輸送單元而被設置在該保持單元上，使得藉由該光學系統從該基板的吸附表面側所檢測到的該基板的該對準標記被設置在該光學系統的該檢測場中，其中，該輸送單元根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的該 位置來輸送該基板。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的設置方法，其中，在藉由控制包括保持該基板的載台和測量該基板的位置的測量單元之預對準檢測單元的載台來調整該基板的位置或角度之後，該基板被從該預對準檢測單元輸送到該保持單元，且該基板被設置在該保持單元上。
  14. 一種製造物品的方法，包括：使用圖案形成裝置在基板上形成圖案；以及藉由處理該圖案已被形成於其中的該基板來製造物品，其中，該圖案形成裝置包括載台，其為可移動的；保持單元，其被可移除地附接到該載台且被配置來吸附和保持該基板；光學系統，其相對於該保持單元的位置被固定，且被配置來檢測該基板的對準標記，該基板被該保持單元從該基板的吸附表面側吸附；參考標記，用於測量該光學系統的檢測場的位置；以及檢測系統，被配置來檢測該參考標記，並且其中，該基板根據由該檢測系統所檢測到的該參考標記的該位置而被設置在該保持單元上，使得藉由該光學系統從該基板的該吸附表面側所檢測到的該基板的該對準標記被設置在該光學系統的該檢測場中。
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