TWI748363B - 測量裝置及測量方法、曝光裝置及曝光方法、以及元件製造方法 - Google Patents

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Abstract

測量裝置，具備：對準系統(50)，具有包含與可往Y軸方向移動之晶圓(W)對向之對物透明板(62)之對物光學系統(60)、一邊使測量光(L1, L2)對往Y軸方向掃描一邊透過對物透明板(62)對設在晶圓(W)之格子標記(GM)照射該測量光(L1, L2)之照射系統(70)、及透過對物光學系統(60)接受來自格子標記(GM)之該測量光(L1, L2)之繞射光(±L3, ±L4)之受光系統(80)；以及運算系統，根據受光系統(80)之輸出，求出格子標記(GM)之位置資訊；對物透明板(62)，使在格子標記GM繞射之繞射光±L3, ±L4朝向受光系統(80)偏向或繞射。

Description

測量裝置及測量方法、曝光裝置及曝光方法、以及元件製造方法
本發明係關於一種測量裝置及測量方法、曝光裝置及曝光方法、以及元件製造方法，更詳細而言，係關於求出設在物體上之格子標記之位置資訊之測量裝置及測量方法、具備測量裝置之曝光裝置及使用測量方法之曝光方法、以及使用曝光裝置或曝光方法之元件製造方法。
以往，在製造半導體元件(積體電路等)、液晶顯示元件等電子元件(微元件)之微影步驟，使用步進掃描方式之投影曝光裝置(所謂掃描步進器(亦稱為掃描器))等。
在此種曝光裝置，由於例如在晶圓或玻璃板(以下，統稱為「晶圓」)上重疊形成複數層圖案，因此進行用以使已形成在晶圓上之圖案、與光罩或標線片(以下，統稱為「標線片」)具有之圖案成為最佳相對位置關係之操作(所謂對準)。又，作為在此種對準使用之對準系統(感測器)，已知有藉由使測量光掃描於設在晶圓之格子標記進行該格子標記之檢測者(例如，專利文獻1)。
然而，在此種對準系統，為了掃描測量光，對包含物鏡之對物光學系統要求寬廣之視野。然而，單純擴大物鏡之視野之情形，包含物鏡之對物 光學系統會大型化。
專利文獻1：美國專利第8593646號說明書
第1形態之測量裝置，具備：標記檢測系統，具有一邊使測量光對設在往第1方向移動之物體之格子標記往該第1方向掃描一邊進行照射之照射系統、包含能與往該第1方向移動之物體對向之對物光學元件之對物光學系統、及透過該對物光學系統接受來自該格子標記之該測量光之繞射光之受光系統；以及運算系統，根據該標記檢測系統之檢測結果，求出該格子標記之位置資訊；該對物光學元件，使在該格子標記產生之繞射光朝向該受光系統偏向或繞射。
第2形態之曝光裝置，具備：第1形態之測量裝置；位置控制裝置，根據該測量裝置之輸出控制該物體之位置；以及圖案形成裝置，使用能量束對該物體形成既定圖案。
第3形態之曝光裝置，具備第1形態之測量裝置；一邊根據該測量裝置之輸出控制該物體之位置一邊對該物體照射能量束以在該物體形成既定圖案。
第4形態之曝光裝置，係對物體照射能量束以在該物體形成既定圖案，其特徵在於：具備標記檢測系統，該標記檢測系統具有一邊使測量光對設在往第1方向移動之該物體之格子標記往該第1方向掃描一邊進行照射之照射系統、包含能與往該第1方向移動之物體對向之對物光學元件之對物光學系統、及透過該對物光學系統接受來自該格子標記之該測量光之繞射光之受光系統；在該格子標記產生之繞射光係藉由該對物光學系統朝向該受光系統偏向或繞射；根據該標記檢測系統之檢測結果，控制該物體之位置。
第5形態之元件製造方法，包含：使用第2至第4形態任一者之曝 光裝置使基板曝光之動作；以及使已曝光之基板顯影之動作。
第6形態之測量方法，係測量設在物體之格子標記之位置資訊，其特徵在於，包含：在包含能與該物體對向之對物光學元件之對物光學系統下方，使該物體往第1方向移動之動作；一邊使測量光對移動之該物體之格子標記往該第1方向掃描一邊進行照射之動作；透過該對物光學系統以受光系統接受來自該格子標記之該測量光之繞射光之動作；以及根據該受光系統之輸出，求出該格子標記之位置資訊之動作；該對物光學系統，使在該格子標記產生之該繞射光朝向該受光系統偏向或繞射。
第7形態之曝光方法，包含：使用第4形態之測量方法測量設在物體之格子標記之位置資訊之動作；以及一邊根據該測量之該格子標記之位置資訊控制該物體之位置一邊以能量束使該物體曝光之動作。
第8形態之元件製造方法，包含：使用第7形態之曝光方法使基板曝光之動作；以及使已曝光之基板顯影之動作。
10:曝光裝置
14:標線片載台
20:晶圓載台裝置
30:主控制裝置
50:對準系統
60:對物光學系統
62:對物透明板(對物光學元件)
70:照射系統
80:受光系統
Ga1,Ga2,Gb1,Gb2:繞射光柵
GM:格子標記
W:晶圓
[圖1]係概略顯示第1實施形態之曝光裝置之構成之圖。
[圖2](a)~圖2(c)係顯示形成在晶圓上之格子標記之一例(其1~其3)之圖。
[圖3]係顯示圖1之曝光裝置具有之對準系統之構成之圖。
[圖4](a)係圖3之對準系統具有之對物透明板之俯視圖，圖4(b)係顯示射入對物透明板之繞射光之圖。
[圖5](a)係圖3之對準系統具有之檢測用格子板之俯視圖，圖5(b)顯示從圖3之對準系統具有之受光系統獲得之訊號之一例之圖。
[圖6]係顯示曝光裝置之控制系統之方塊圖。
[圖7](a)係第2實施形態之對準系統具有之對物透明板之俯視圖，圖7(b)係顯示射入圖7(a)之對物透明板之繞射光之圖。
[圖8](a)係顯示格子標記之變形例之圖，圖8(b)係用以檢測圖8(a)之格子標記之對物透明板之俯視圖。
[圖9]係顯示對準系統之受光系統之變形例之圖。
[圖10]係變形例之對物透明板之俯視圖。
(第1實施形態)
以下，根據圖1~圖6說明第1實施形態。
圖1係概略顯示第1實施形態之曝光裝置10之構成。曝光裝置10為步進掃描方式之投影曝光裝置，即所謂掃描器。如後述，本實施形態中，設有投影光學系統16b，在以下，設與此投影光學系統16b之光軸AX平行之方向為Z軸方向、在與其正交之面內標線片R與晶圓W相對掃描之方向為Y軸方向、與Z軸及Y軸正交之方向為X軸方向，並以繞X軸、Y軸、及Z軸之旋轉(傾斜)方向分別為θx、θy、及θz方向進行說明。
曝光裝置10具備照明系統12、標線片載台14、投影單元16、包含晶圓載台22之晶圓載台裝置20、多點焦點位置檢測系統40、對準系統50、及此等之控制系統。圖1中，在晶圓載台22上載置有晶圓W。
照明系統12，例如美國專利申請公開第2003/0025890號說明書等所揭示，包含光源與具有具備光學積分器之照度均一化光學系統及標線片遮板(皆未圖示)之照明光學系統。照明系統12藉由照明光(曝光用光)IL以大致均一照度照明標線片遮板(遮罩系統)設定(限制)之標線片R上之X軸方向長之狹縫狀照明區域IAR。作為照明光IL，使用例如ArF準分子雷射光(波長193nm)。
在標線片載台14上藉由例如真空吸附固定有在圖案面(圖1中下面)形成有電路圖案之標線片R。標線片載台14可藉由包含例如線性馬達等之標線片載台驅動系統32(圖1中未圖示，參照圖6)在XY平面內微幅驅動，且能以既定掃描速度驅動於掃描方向(圖1中紙面內左右方向即Y軸方向)。標線片載台14在XY平面內之位置資訊(包含θz方向之旋轉量資訊)，係藉由包含例如干涉儀系統(或者編碼器系統)之標線片載台位測量系統34以例如0.5~1nm程度之解析能力隨時測量。標線片載台位測量系統34之測量值傳送至主控制裝置30(圖1中未圖示，參照圖6)。主控制裝置30根據標線片載台位測量系統34之測量值算出標線片載台14在X軸方向、Y軸方向及θz方向之位置，且根據該算出結果控制標線片載台驅動系統32，藉此控制標線片載台14之位置(及速度)。又，圖1中雖未圖示，但曝光裝置10具備用以進行形成在標線片R上之標線片對準標記之位置檢測之標線片對準系統18(參照圖6)。作為標線片對準系統18，可使用例如美國專利第5646413號說明書、美國專利申請公開第2002/0041377號說明書等所揭示之構成之對準系統。
投影單元16配置在標線片載台14之圖1中下方。投影單元16包含鏡筒16a、收納在鏡筒16a內之投影光學系統16b。作為投影光學系統16b，使用例如由沿著與Z軸方向平行之光軸AX排列之複數個光學元件(透鏡元件)構成之折射光學系統。投影光學系統16b例如兩側遠心且具有既定投影倍率(例如，1/4、1/5或1/8等)。因此，藉由照明系統12照明標線片R上之照明區域IAR時，藉由通過圖案面與投影光學系統16b之第1面(物體面)大致一致配置之標線面R之照明光IL，透過投影光學系統16b(投影單元16)將該照明區域IAR內之標線片R之電路圖案之縮小像(電路圖案之一部分縮小像)形成在配置在投影光學系統16b之第2面(像面)側、在表面塗布有光阻(感應劑)之晶圓W上之與該照明區域IAR共軛之區域(以下，稱為曝光區域)IA。接著，藉由標線片載台14與晶圓載台22之同步移動， 使標線片R相對於照明區域IAR(照明光IL)往掃描方向(Y軸方向)移動，且使晶圓W相對於曝光區域IA(照明光IL)往掃描方向(Y軸方向)移動，藉此進行晶圓W上之一個照射區域(區劃區域)之掃描曝光，在該照射區域轉印標線片R之圖案。亦即，本實施形態中，藉由照明系統12、標線片R及投影光學系統16b在晶圓W上產生圖案，藉由照明光IL進行之晶圓W上之感應層(光阻層)之曝光在晶圓W上形成該圖案。
晶圓載台裝置20具備配置在基座28上方之晶圓載台22。晶圓載台22包含載台本體24、搭載於該載台本體24上之晶圓台26。載台本體24係藉由固定在其底面之未圖示之非接觸軸承、例如空氣軸承，透過數μm程度之間隙支承在基座28上。載台本體24可藉由包含例如線性馬達(或者平面馬達)之晶圓載台驅動系統36(圖1中未圖示，參照圖6)相對於基座28驅動於水平面內3自由度方向(X、Y、θz)。晶圓載台驅動系統36包含將晶圓台26相對於載台本體24在6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz)微幅驅動之微小驅動系統。晶圓台26之6自由度方向之位置資訊係藉由例如包含干涉儀系統(或者編碼器系統)之晶圓載台位測量系統38以例如0.5~1nm程度之解析能力隨時測量。晶圓載台位測量系統38之測量值傳送至主控制裝置30(圖1中未圖示，參照圖6)。主控制裝置30根據晶圓載台位測量系統38之測量值算出晶圓台26在6自由度方向之位置，且根據該算出結果控制晶圓載台驅動系統36，藉此控制晶圓台26之位置(及速度)。主控制裝置30亦根據晶圓載台位測量系統38之測量值控制載台24在XY平面內之位置。
多點焦點位置檢測系統40為例如與美國專利第5448332號說明書等所揭示相同構成之測量晶圓W在Z軸方向之位置資訊之斜入射方式之位置測量裝置。多點焦點位置檢測系統40，如圖1所示，配置在配置於投影單元16之-Y側之對準系統50之更-Y側。由於多點焦點位置檢測系統40之輸出用於後述自動聚焦裝置，因此以下將多點焦點位置檢測系統40稱為AF系統40。
AF系統40具備將複數個檢測光束照射至晶圓W表面之照射系統、與接受來自晶圓W表面之該複數個檢測光束之反射光之受光系統(皆未圖示)。AF40之複數個檢測點(檢測光束之照射點)雖省略圖示，但沿著X軸方向以既定間隔配置在被檢測面上。本實施形態中，配置成例如1列M行(M為檢測點之總數)或2列N行(N為檢測點之總數之1/2)之矩陣狀。受光系統之輸出供應至主控制裝置30(參照圖6)。主控制裝置30根據受光系統之輸出求出晶圓W表面在上述複數個檢測點之Z軸方向之位置資訊(面位置資訊)。本實施形態中，AF系統40形成之面位置資訊之檢測區域(複數個檢測點之配置區域)係設定成與設定在至少晶圓W上之一個照射區域之X軸方向之長度同等。
主控制裝置30，在曝光動作之前，使晶圓W相對於AF系統40之檢測區域往Y軸及/或X軸方向適當移動，根據此時之AF系統40之輸出求出晶圓W之面位置資訊。主控制裝置30對設定在晶圓W上之所有照射區域進行上述面位置資訊之取得，使其結果與晶圓台26之位置資訊產生關聯，儲存為聚焦映射(focus mapping)資訊。
接著，說明形成在晶圓W之對準標記、及該對準標記之檢測所使用之離軸型對準系統50。
在晶圓W上之各照射區域，作為對準系統50之檢測對象，形成有至少一個圖2(a)所示之格子標記GM。此外，格子標記GM，實際上，形成在各照射區域之刻劃線內。
格子標記GM包含第1格子標記GMa與第2格子標記GMb。第1格子標記GMa由反射型繞射光柵構成，該反射型繞射光柵，係在XY平面內往相對於X軸呈45°之角度之方向(以下，方便上，稱為α方向)延伸之格子線於XY平面內在與α方向正交之方向(以下，方便上稱為β方向)以既定間隔(例如間距P1(P1為任意數值))形成之以β方向為週期方向之反射型繞射光柵。第2格子標記GMb由往β 方向延伸之格子線在α方向以既定間隔(例如間距P2(P2為任意數值))形成之以α方向為週期方向之反射型繞射光柵。第1格子標記GMa與第2格子標記GMb係以在Y軸方向之位置相同之方式在X軸方向連續(相鄰)配置。此外，圖2(a)中，為了方便圖示，格子間距係圖示成遠大於實際上之間距。其他圖中之繞射光柵亦相同。此外，間距P1與間距P2亦可為相同值，亦可為不同值。又，圖2(a)中，第1格子標記GMa與第2格子標記GMb雖相接，但亦可不相接。
對準系統50，如圖3所示，具備射出複數個測量光L1,L2之光源72、包含與晶圓W對向配置之對物透明板(亦稱為對物光學元件)62之對物光學系統60、一邊往掃描方向(本實施形態中為Y軸方向，適當稱為「第1方向」)掃描測量光L1,L2一邊將該測量光L1,L2透過對物透明板62照射至晶圓W上之格子標記GM之照射系統70、及透過對物光學系統60接受以測量光L1,L2為依據之來自格子標記GM之繞射光±L3,±L4之受光系統80。
照射系統70具備上述光源72、配置在測量光L1,L2之光路上之可動鏡74、使可動鏡74反射之測量光L1,L2之一部分朝向晶圓W反射，使其餘部分穿透之半反射鏡(分束器)76、配置在穿透(通過)半反射鏡76之測量光L1,L2之光路上之光束位置檢測感測器78等。
光源72將不會使塗布在晶圓W(參照圖1)之光阻感光之寬帶之波長之2個測量光L1,L2往-Z方向射出。此外，圖3中，測量光L2之光路與測量光L1之光路在紙面內側重疊。本第1實施形態中，作為測量光L1,L2係使用例如白色光。
作為可動鏡74，本實施形態中，使用例如公知之電流鏡。可動鏡74中，用以反射測量光L1,L2之反射面可繞與X軸平行之軸線旋動(旋轉)。可動鏡74之旋動角度由主控制裝置30(圖3中未圖示，參照圖6)。關於可動鏡74之角度控制將於後述。此外，只要可控制測量光L1,L2之反射角，亦可使用電流鏡以外 之光學構件(例如稜鏡等)。
半反射鏡76與可動鏡74不同，位置(反射面之角度)被固定。被可動鏡74之反射面反射之測量光L1,L2之一部分，在光路被半反射鏡76往-Z方向彎折後，透過對物透明板62大致垂直射入形成在晶圓W上之格子標記GM。此外，圖3中，可動鏡74相對於Z軸以45°之角度傾斜，來自可動鏡74之測量光L1,L2之一部分被半反射鏡76反射向與Z軸平行之方向。又，圖3中，在光源72與對物透明板62間之測量光L1,L2之光路上僅配置有可動鏡74與半反射鏡76，但即使可動鏡74相對於Z軸以45°以外之角度傾斜之情形，亦以從對物透明板62射出之測量光L1,L2大致垂直射入形成在晶圓W上之格子標記GM之方式構成照射系統70。此情形，亦可在光源72與對物透明板62間之測量光L1,L2之光路上配置與可動鏡74、半反射鏡76不同之至少另一個光學構件。通過(穿透)半反射鏡76之測量光L1,L2透過透鏡77射入光束位置檢測感測器78。光束位置檢測感測器78具有例如光偵測器(Photo Detector，PD)陣列、或者電荷耦合裝置(Charge Coupled Device，CCD)等光電轉換元件，其成像面配置在與晶圓W表面共軛之面上。
此處，如圖2(a)所示，以從光源72射出之測量光L1,L2之中測量光L1照射至第1格子標記GMa上、測量光L2照射至第2格子標記GMb上之方式設定測量光L1,L2之間隔。此外，在對準系統50，當可動鏡74之反射面之角度改變時，在格子標記GMa,GMb(晶圓W)上之測量光L1,L2分別之入射(照射)位置與可動鏡74之反射面之角度對應地在掃描方向(Y軸方向、第1方向)變化(參照圖2(a)中之白箭頭)。又，與測量光L1,L2在格子標記GM上之位置變化連動，在光束位置檢測感測器78上之測量光L1,L2之入射位置亦變化。光束位置檢測感測器78之輸出供應至主控制裝置30(圖3中未圖示，參照圖6)。主控制裝置30可根據光束位置檢測感測器78之輸出求出在晶圓W上之測量光L1,L2之照射位置資訊。
對物光學系統60具備對物透明板62、檢測器側透鏡64、及格子板 66。對物透明板62由例如石英玻璃等透明(光可穿透)之材料形成為俯視大致正方形之板狀，包含與水平面大致平行配置之本體部62a、及形成在本體部62a下面之複數個穿透型繞射光柵(以下，僅稱為「繞射光柵」)。圖4(a)係顯示從下面側(-Z側)觀察對物透明板62之俯視圖。
在本體部62a下面形成有以β方向為週期方向之繞射光柵(繞射光柵Ga1,Ga2)、以α方向為週期方向之繞射光柵(繞射光柵Gb1,Gb2)。繞射光柵Ga1,Ga2,Gb1,Gb2分別之格子間距係設定成與格子標記GMa,GMb(分別參照圖2(a))之格子間距(上述P1,P2)在設計上為相同值。繞射光柵Ga1,Ga2在β方向分離配置，繞射光柵Gb1,Gb2在α方向分離配置。又，繞射光柵Ga1~Gb2分別避開本體部62a之中央部形成。如圖3所示，光路被半反射鏡76彎折向-Z方向之測量光L1,L2通過(穿透)本體部62a之中央部照射至格子標記GM上。將對物透明板62之本體部62a之中包含上述中央部(未形成繞射光柵Ga1,Ga2,Gb1,Gb2)之區域稱為「穿透區域」或「第1區域」。又，將繞射光柵Ga1及/或繞射光柵Gb1稱為第1光學要素，將繞射光柵Ga2及/或繞射光柵Gb2稱為第2光學要素。
在對準系統50，如圖4(b)所示，在格子標記GM(GMa,GMb)位於本體部62a之穿透區域之正下方之狀態下，當測量光L1透過該穿透區域照射至第1格子標記GMa。於是，以從第1格子標記GMa產生之測量光L1為依據之複數個+1次繞射光(+L3)射入繞射光柵Ga1，且以從第1格子標記GMa產生之測量光L1為依據之複數個-1次繞射光(-L3)射入繞射光柵Ga2。同樣地，當測量光L2透過穿透區域照射至第2格子標記GMb時，以從第2格子標記GMb產生之測量光L2為依據之複數個+1次繞射光(+L4)射入繞射光柵Gb1，且以從第2格子標記GMb產生之測量光L2為依據之複數個-1次繞射光(-L4)射入繞射光柵Gb2。此外，如本實施形態般，作為測量光L1及測量光L2使用白色光之情形，如圖4(b)所示，分別產生與該白色光所含之複數個波長之光對應之複數個-1次繞射光及複數個+1次繞射光。
+1次繞射光(+L3,+L4)分別藉由繞射光柵Ga1,Gb1繞射，-1次繞射光(-L3,-L4)分別藉由繞射光柵Ga2,Gb2繞射。此時，使測量光L1,L2之中因格子標記GMa,GMb及對應該格子標記之繞射光柵Ga1,Ga2,Gb1,Gb2分別之格子間距之設定產生之既定次數繞射光、此處為+1次繞射光(+L3,+L4)分別之-1次繞射光及-1次繞射光(-L3,-L4)分別之+1次繞射光與對物光學系統60(參照圖3)之光軸平行(與Z軸方向平行)地朝向受光系統80(參照圖3)行進。又，測量光L1,L2分別之來自格子標記GMa,GMb之0次繞射光，由於在對物透明板62之中央部未形成繞射光柵(亦即，在穿透區域與形成有繞射光柵Ga1~Gb2之區域，表面狀態光學上不同)，因此會衰減。此情形，測量光L1,L2分別之來自格子標記GMa,GMb之0次繞射光，較佳為，往受光系統80(參照圖3)之行進被遮斷(阻礙)，但亦可使其在至少不會成為在受光系統80之測量雜訊之範圍內衰減。
從對物透明板62射出之±1次繞射光(±L3,±L4)分別之上述既定次數之繞射光(以下，一起稱為來自對物透明板62之繞射光)，如圖3所示，射入配置在對物透明板62上方之檢測器側透明板64。
由於檢測器側透明板64之構成及功能與對物透明板62實質上相同，因此省略說明。亦即，射入檢測器側透明板64之來自對物透明板62之繞射光，藉由射入形成在檢測器側透明板64之本體部64a下面之穿透行繞射光柵被繞射(光路彎折)，射入配置在檢測器側透明板64上方之格子板66。
格子板66由與檢測器側透明板64平行配置、往Y軸方向平行延伸之板狀構件構成。在格子板66，如圖5(a)所示，形成有讀出用繞射光柵Ga,Gb。讀出用繞射光柵Ga係與格子標記GMa(參照圖2(a))對應之以β方向為週期方向之穿透型繞射光柵。讀出用繞射光柵Gb係與格子標記GMb(參照圖2(a))對應之以α方向為週期方向之穿透型繞射光柵。
主控制裝置30(參照圖6)，在使用對準系統50進行格子標記GM之 位置測量時，如圖3中之兩箭頭所示，一邊使格子標記GM(亦即晶圓W)相對於對物透明板62(亦即對準系統50)往Y軸方向(第1方向)驅動一邊控制對準系統50之可動鏡74，藉此使測量光L1,L2追隨格子標記GM往Y軸方向(第1方向)掃描。藉此，由於格子標記GM與格子板66在Y軸方向相對移動，因此藉由以測量光L1,L2為依據之繞射光(±L3,±L4)彼此之干涉、使干涉條紋成像(形成)在讀出用繞射光柵Ga,Gb(參照圖5(a))上。
受光系統80具備檢測器84及將與成像在格子板66上之像(干涉條紋)對應之光導向檢測器84之光學系統86等。
成像在讀出用繞射光柵Ga,Gb上之像(干涉條紋)所對應之光，係透過光學系統86具有之反射鏡86a導向檢測器84。本實施形態之對準系統50，與作為測量光L1,L2使用白色光對應地，光學系統86具有分光稜鏡86b。來自格子板66之光透過分光稜鏡86b分光成例如藍、綠、及紅之各色。檢測器84具有與上述各色對應獨立設置之光偵測器PD1~PD3。檢測器84具有之光偵測器PD1~PD3分別之輸出供應至主控制裝置30(圖3中未圖示，參照圖6)。
作為一例，從光偵測器PD1~PD3分別之輸出可獲得圖5所示之波形訊號(干涉訊號)。主控制裝置30(參照圖6)從上述訊號之相位藉由運算求出格子標記GMa,GMb分別之位置。亦即，本實施形態之曝光裝置10(參照圖1)，藉由對準系統50與主控制裝置30(分別參照圖6)構成用以求出形成在晶圓W之格子標記GM之位置資訊之對準裝置。此外，圖5(b)所示之訊號係根據格子標記GMa,GMb與讀出用繞射光柵Ga,Gb之相對位置產生。此外，格子標記GMa,GMb在Y軸方向之驅動與測量光L1,L2在Y軸方向之掃描亦可不完全同步(速度嚴格一致)。
在以上述方式構成之曝光裝置10(參照圖1)，首先，標線片R及晶圓W分別裝載至標線片載台14及晶圓載台22，進行使用標線片對準系統18之標線片對準、及使用對準系統50之晶圓對準(例如EGA(增強整體對準)等)等既定準 備作業。此外，關於上述標線片對準、基線測量等準備作業，詳細揭示於例如美國專利第5646413號說明書、美國專利申請公開第2002/0041377號說明書等。又，關於接續於此之EGA，詳細揭示於例如美國專利第4780617號說明書等。
此處，本實施形態中，主控制裝置30，在使用對準系統50之格子標記GM之位置測量動作前，使用AF系統40求出晶圓之面位置資訊。接著，主控制裝置30根據上述面位置資訊與就各層分別預先求出之偏移值控制晶圓台26在Z軸方向之位置及姿勢(θx方向及θy方向之傾斜)，藉此使對準系統50之對物光學系統60聚焦於格子標記GM上。此外，本實施形態中，偏移值係意指以對準系統50之訊號強度(干涉條紋之對比)成為最大之方式調整晶圓台26之位置及姿勢時所得之AF系統40之測量值。如上述，本實施形態中，使用在對準系統50進行之格子標記GM之檢測前一刻所得之晶圓W之面位置資訊，大致即時進行晶圓台26之位置及姿勢之控制。此外，亦可與格子標記GM之位置測量並行，接受來自位置測量對象之格子標記GM之光以進行晶圓W之面位置檢測。
之後，在主控制裝置30之管理下，晶圓載台22被往用於對晶圓W之第一個照射區域曝光之加速開始位置驅動，且以標線片R之位置成為加速開始位置之方式驅動標線片載台14。接著，藉由標線片載台14與晶圓載台22沿著Y軸方向被同步驅動，進行對晶圓W上之第一個照射區域之曝光。之後，藉由進行對晶圓W上所有照射區域之曝光，完成晶圓W之曝光。
根據此上說明之本第1實施形態之曝光裝置10具備之對準系統50，相對於一般透鏡利用光之折射現象改變光之行進方向，使用形成有繞射光柵Ga1~Gb2之對物透明板62(利用光之繞射現象)改變由特定間距(P1,P2)之格子標記GM(GMa,GMb)繞射之光之行進方向，因此相較於作為對物光學元件使用透鏡之情形，可抑制對物光學系統60整體之大型化。
又，本實施形態之對準系統50，如圖3所示，使晶圓W(晶圓載台 22)往Y軸方向移動，並同時使測量光L1,L2對格子標記GM((GMa,GMb)、參照圖2(a))往Y軸方向掃描，因此能與晶圓載台22往曝光開始位置之移動動作並行地進行該格子標記GM之位置測量動作，該晶圓載台22往曝光開始位置之移動動作係例如在晶圓W裝載於晶圓載台22上後進行。此情形，只要在晶圓載台22之移動路徑上預先配置對準系統50即可。藉此，可縮短對準測量時間，提升整體之產率。
又，本實施形態之對準系統50，以追隨往掃描方向移動之晶圓W(格子標記GM)之方式掃描測量光，因此可長時間測量。因此，由於可取得所謂輸出之移動平均，因此可降低裝置振動之影響。又，假設作為對準系統之受光系統使用影像感測器(例如，CCD等)檢測線與空間狀之標記時，追隨往掃描方向移動之晶圓W掃描測量光時，即無法檢測與掃描方向完全平行之線以外之像(像會變形)。相對於此，本實施形態中，藉由使來自格子標記GM之繞射光干涉，進行該格子標記GM之位置測量，因此可確實地進行標記檢測。
又，本實施形態之對準系統50，作為檢測器84，對應白色光即測量光L1,L2，具有例如三個光偵測器PD1~PD3(分別為藍色光、綠色光、紅色光用)。因此，例如在晶圓對準前使用白色光檢測形成在晶圓W上之重疊標記(未圖示)，預先求出干涉條紋之對比成為最高之光之顏色，藉此可決定上述例如三個光偵測器PD1~PD3之中何者之輸出最適於用在晶圓對準。
(第2實施形態)
接著說明第2實施形態之曝光裝置。本第2實施形態之曝光裝置與上述第1實施形態之曝光裝置10僅對準系統之一部分之構成不同，因此僅說明以下不同點，關於具有與第1實施形態相同之構成及功能之要素，使用與第1實施形態相同之符號，省略其說明。
圖7(a)係顯示從下方(-Z側)觀察本第2實施形態之對準系統(整體 圖未圖示)具有之對物透明板(亦稱為對物光學元件)162之俯視圖。此外，雖未圖示，但本第2實施形態之對準系統具有與第1實施形態相同之照射系統及受光系統。
在上述第1實施形態(參照圖3)，以測量光L1及測量光L2為依據之來自格子標記GMa,GMb(分別參照圖2(a))之繞射光(±L3,±L4)，藉由形成在對物透明板62之本體部62a之繞射光柵Ga1~Gb2朝向受光系統80繞射(參照圖4(b))，相對於此，本第2實施形態中，如圖7(b)所示，以測量光L1,L2為依據之來自格子標記GMa,GMb之繞射光(±L3,±L4)，藉由形成在對物透明板162之本體部162a下面之複數個、例如四個稜鏡群Pa1,Pa2,Pb1,Pb2朝向受光系統80，與Z軸平行地偏向。此外，本第1實施形態中，作為測量光L1,L2(參照圖3)使用白色光，相對於此，本第2實施形態中，測量光L1,L2使用彼此波長不同之光。此外，上述複數個波長不同之光，在圖7(b)中，方便上顯示為一個光束。
此處，四個稜鏡群Pa1~Pb2之構成，除了配置不同之點外實質上相同，因此以下針對稜鏡群Pa1進行說明。稜鏡群Pa1具有複數個、例如四個稜鏡P1~P4。此處，四個稜鏡P1~P4分別為在Y軸方向具有相同長度之XZ剖面三角形狀之直角稜鏡，一體固定於本體部162a之下面(或者與本體部162a一體形成)。又，四個稜鏡P1~P4以分別之中心以既定間隔位於β方向之對角線上之方式排列。亦即，四個稜鏡P1~P4在Y軸方向之位置彼此不同。
各稜鏡P1~P4，如圖7(b)所示，以以測量光L1為依據之來自格子標記GMa之複數個繞射光之各個與Z軸平行地偏向之方式(亦即，對應測量光L1所含之複數個光個別之波長)設定在本體部162a上之位置及折射率。稜鏡群Pb1，在圖7(a)中相對於稜鏡群Pa1呈左右對稱配置，稜鏡群Pa2，在圖7(a)中相對於稜鏡群Pb1呈上下對稱配置，稜鏡群Pb2，在圖7(a)中相對於稜鏡群Pa2呈左右對稱配置。是以，如圖7(b)所示，測量光L1,L2透過形成在本體部162a之中央部之穿透 區域照射至格子標記GM時，與上述第1實施形態相同地，以測量光L1,L2為依據之來自格子標記GM之±1次繞射光±L3,±L4之光路，藉由對應之稜鏡群Pa1~Pb2朝向受光系統80(圖7(b)中未圖示，參照圖3)與Z軸大致平行地彎折。
本第2實施形態亦與第1實施形態相同，可獲得抑制對準系統之對物光學系統之大型化之效果。
此外，上述第1及第2實施形態之對準系統、及包含該對準系統之格子標記之檢測系統以及方法可適當變更。例如，上述第1及第2實施形態中，如圖2(a)所示，雖照射與格子標記GMa,GMb分別對應之測量光L1,L2，但並不限於此，例如圖2(b)所示，亦可將往X軸方向延伸之(寬廣之)單一測量光L1照射至格子標記GMa,GMb。
又，上述第1及第2實施形態中，如圖2(a)所示，格子標記GMa,GMb雖沿著X軸方向排列，但並不限於此，例如圖2(c)所示，格子標記GMa,GMb亦可沿著Y軸方向排列。此情形，藉由使單一測量光L1依序(或相反)掃描格子標記GMa,GMb，可求出格子標記GM在XY平面內之位置。
又，上述第1及第2實施形態中之格子標記GMa,GMb，格子線雖相對於X軸及Y軸呈例如45°之角度，但並不限於此，例如圖8(a)所示，亦可使用以Y軸方向為週期方向之格子標記GMy與以X軸方向為週期方向之格子標記GMx。此情形，藉由使用具備與圖8(b)所示之格子標記GMx,GMy對應之繞射光柵Gx1,Gx2,Gy1,Gy2之對物透明板(對物光學元件)262，與上述第1及第2實施形態同樣地可實現確保寬廣檢測視野並同時抑制大型化之對準系統。此外，使用包含圖8(b)所示之對物透明板262之對準系統檢測圖8(a)所示之格子標記GMx之情形，只要使用例如雙軸電流鏡使測量光往X軸、或Y軸方向適當地掃描即可。
又，亦可將圖4(a)所示之對物透明板62構成為可繞Z軸旋轉例如45°。此情形，形成在旋轉後之對物透明板62之繞射光柵Ga1~Gb2分別以X軸及Y 軸方向為週期方向，因此與圖8(b)所示之對物透明板262具有相同功能。是以，可進行圖2(a)~圖2(c)所示之各格子標記GM之檢測與圖8(b)所示之格子標記GM之檢測。
又，上述第1及第2實施形態之對準系統具備之對物光學系統60雖具有與對物透明板62(第2實施形態中對物透明板162)實質相同之構成之檢測器側透明板64，但並不限於此，檢射器側之光學系統亦可為與習知光學系統相同之透鏡。
又，上述第1實施形態之對準系統50之受光系統80，雖藉由分光稜鏡86b分光成白色光，但並不限於此，如圖9所示之受光系統380般，亦可使用複數個分光濾鏡386將白色光朝向對應各色(例如，藍、綠、黃、紅、紅外光)配置之光偵測器PD1~PD5分光。
又，上述第1實施形態中，作為測量光L1,L2雖使用白色光，但並不限於此，與第2實施形態相同，亦可使用彼此波長不同之複數個光。又，上述第2實施形態中，作為測量光L1,L2雖使用彼此波長不同之光，但與第1實施形態相同，亦可使用白色光作為測量光L1,L2。
又，上述第1及第2實施形態中，對準系統50雖用於檢測用以進行標線片圖案與晶圓之對準(精細對準)之格子標記，但並不限於此，例如亦可在晶圓W裝載於晶圓載台22上之後一刻，用於檢測形成在該晶圓W之搜索標記(線寬較格子標記GMa,GMb粗且間距較粗之格子標記)。此情形，如圖10所示之對物透明板(亦稱為對物光學元件)362，亦可避開穿透區域追加形成與搜索標記對應之以β方向為週期方向之繞射光柵Ga3,Ga4及以α方向為週期方向之繞射光柵Gb3,Gb4。
又，對準系統50之配置及數量可適當變更，例如複數個對準系統50亦可在X軸方向以既定間隔配置。此情形，可同時檢測形成在X軸方向之位置 不同之複數個照射區域之格子標記。又，此情形，複數個對準系統50之中一部分亦可在X軸方向以微小行程移動。此情形，可檢測形成在一個照射區域內之在X軸方向位置不同之複數個格子標記。
又，上述第1實施形態中，形成在對準系統50具備之對物透明板62之繞射光柵Ga1~Gb2之格子間距雖設定成與檢測對象之格子標記GMa,GMb之格子間距相同，但並不限於此，例如亦可為格子標記GMa,GMb之格子間距之1/n(n為自然數)。
又，上述第2實施形態之對物透明板162，為了使來自格子標記GM之繞射光±L3,±L4之光路彎折，具有複數個透鏡群Pa1~Pb2，但光路彎折用之光學要素並不限於此，亦可為例如反射鏡。
又，亦可將上述第1實施形態與上述第2實施形態說明之各構成加以任意組合實施。
又，照明光IL並不限於ArF準分子雷射光(波長193nm)，亦可為KrF準分子雷射光(波長248nm)等紫外光、或者F2雷射光(波長157nm)等真空紫外光。例如美國專利第7023610號說明書所揭示，作為真空紫外光，亦可使用將從DFB半導體雷射或光纖雷射振盪之紅外域或可見光域之單一波長雷射光以例如摻雜有鉺(或鉺與鐿之兩者)之光纖放大器增幅，使用非線性光學結晶波長轉換成紫外光之諧波。又，照明光IL之波長並不限於100nm以上之光，亦可使用波長不滿100nm之光，例如，使用軟X線區域(例如5~15nm之波長域)之EUV(Extreme Ultraviolet)光之EUV曝光裝置亦可適用於上述實施形態。此外，使用電子線或離子束等荷電粒子線之曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
又，上述實施形態之曝光裝置之投影光學系統，不僅為縮小系統，亦可為等倍及放大系統之任一者，投影光學系統16b不僅為折射系統，亦可為反射系統及反射折射系統之任一者，其投影像可為倒立像及正立像之任一者。
又，上述實施形態中，雖使用在光穿透性基板上形成有既定遮光圖案(或相位圖案、減光圖案)之光穿透型光罩(標線片)，但亦可替代此標線片，例如美國專利第6778257號說明書所揭示，使用根據待曝光圖案之電子資料形成穿透圖案或反射圖案、或者發光圖案之電子光罩(亦稱為可變成形光罩、主動光罩、或者影像產生器，包含例如非發光型影像顯示元件(空間光調變器)之一種即數位微型反射鏡元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)等)。
又，作為曝光裝置，例如美國專利第8004650號說明書所揭示之在投影光學系統與曝光對象物體(例如晶圓)之間充滿液體(例如純水)之狀態下進行曝光動作之所謂液浸曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
又，例如美國專利申請公開第2010/0066992號說明書所揭示之具備二個晶圓載台之曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
又，例如國際公開第2001/035168號所揭示，藉由在晶圓W上形成干涉條紋以在晶圓W上形成線與空間圖案之曝光裝置(微影系統)亦可適用於上述實施形態。又，將照射區域與照射區域合成之步進接合方式之縮小投影曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
又，例如美國專利第6611316號說明書所揭示，透過投影光學系統將二個標線片圖案在晶圓上合成，藉由一次掃描曝光使晶圓上之一個照射區域大致同時雙重曝光之曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
又，上述實施形態中，待形成圖案之物體(能量束照射之曝光對象之物體)並不限於晶圓，亦可為玻璃板、陶瓷基板、膜構件、或者光罩基板等其他物體。
又，作為曝光裝置之用途，並不限於半導體製造用曝光裝置，例如亦可廣泛適用於將液晶顯示元件圖案轉印至角型玻璃板之液晶用曝光裝置、或用以製造有機EL、薄膜磁頭、攝影元件(CCD等)、微機器或者DNA晶片等之 曝光裝置。又，不僅半導體元件等微元件，為了製造在光曝光裝置、EUV曝光裝置、X線曝光裝置、或者電子線曝光裝置等使用之標線片或光罩，將電路圖案轉印至玻璃基板或矽晶圓等之曝光裝置亦可適用於上述實施形態。
半導體元件等電子元件係經由下述步驟製造，即進行元件之功能/性能設計之步驟、製作以此設計步驟為依據之標線片之步驟、由矽材料製作晶圓之步驟、藉由上述實施形態之曝光裝置(圖案形成裝置)及其曝光方法將光罩(標線片)之圖案轉印至晶圓之微影步驟、使已曝光晶圓顯影之顯影步驟、藉由蝕刻除去光阻殘留部分以外之部分之露出構件之蝕刻步驟、除去蝕刻後不要之光阻之光阻除去步驟、元件組裝步驟(包含切割步驟、接合步驟、封裝步驟)、檢查步驟等。此情形，在微影步驟，使用上述實施形態之曝光裝置執行上述曝光方法，在晶圓上形成元件圖案，因此能以良好產率製造高積體度之元件。
此外，援引上述記載所引用之與曝光裝置等相關之所有公報、國際公開、美國專利申請公開書說明書、及美國專利說明書之揭示作為本說明書記載之一部分。
如上述說明，本發明之測量裝置及測量方法適於檢測格子標記。又，本發明之曝光裝置及曝光方法適於使物體曝光。又，本發明之元件製造方法適於微元件之製造。
50:對準系統
60:對物光學系統
62:對物透明板(對物光學元件)
62a:本體部
64:檢測器側透明板
64a:本體部
66:格子板
70:照射系統
72:光源
74:可動鏡
76:半反射鏡
77:透鏡
78:光束位置檢測感測器
80:受光系統
84:檢測器
86:光學系統
86a:反射鏡
86b:分光稜鏡
GM:格子標記
L1,L2:測量光
+L3,+L4:+1次繞射光
-L3,-L4:-1次繞射光
PD1~PD3:光偵測器
W:晶圓

Claims (21)

  1. 一種測量裝置，具備： 標記檢測系統，具有照射系統、對物光學系統與受光系統， 該照射系統對設在往第1方向移動之物體之格子標記一邊使測量光於該第1方向掃描一邊進行照射， 該對物光學系統包含能與往該第1方向移動之物體對向之對物光學元件， 該受光系統經由該對物光學系統接受來自該測量光之該格子標記的繞射光；且 該對物光學元件將在該格子標記產生之繞射光朝向該受光系統偏向或繞射，該對物光學元件使來自該格子標記之該繞射光之中0次光衰減，並且使該0次光以外之光朝向該受光系統偏向或繞射。
  2. 如請求項1之測量裝置，其中， 該對物光學元件，使該繞射光與該對物光學系統之光軸平行地朝向該受光系統偏向或繞射。
  3. 如請求項1之測量裝置，其中， 該對物光學元件具有設有來自該照射系統之該測量光之光路的第1區域、與設有將該繞射光偏向或繞射之光學要素的第2區域。
  4. 如請求項1之測量裝置，其中， 該對物光學元件，包含在與該格子標記之週期方向對應之方向以既定間距配置之複數條格子線。
  5. 如請求項4之測量裝置，其中， 該格子線之間距為該格子標記之格子間距之1/n(n為自然數)。
  6. 如請求項1之測量裝置，其中， 該標記檢測系統進一步具備使該對物光學元件繞該對物光學系統之光軸旋轉之旋轉裝置。
  7. 如請求項6之測量裝置，其中， 該對物光學元件，係根據測量對象之該格子標記之格子週期方向而被控制繞該光軸方向之位置。
  8. 如請求項1之測量裝置，其進一步具備 運算系統，根據該標記檢測系統之檢測結果求出該格子標記之位置資訊。
  9. 如請求項8之測量裝置，其中， 該格子標記包含以和該第1方向不同、且彼此不同之方向作為各自之週期方向之第1格子標記及第2格子標記； 該照射系統對該第1格子標記及該第2格子標記一邊使該測量光於該第1方向掃描一邊進行照射，該受光系統接受來自該第1格子標記及該第2格子標記之各個的繞射光； 該運算系統，根據該標記檢測系統之檢測結果，求出該第1格子標記及該第2格子標記之各個的位置資訊。
  10. 一種曝光裝置，具備： 請求項1至9中任一項之測量裝置； 位置控制裝置，根據該測量裝置之輸出控制該物體之位置；以及 圖案形成裝置，對該物體照射能量束以形成既定圖案。
  11. 一種元件製造方法，包含： 使用請求項10之曝光裝置使基板曝光之動作；以及 使已曝光之該基板顯影之動作。
  12. 一種測量方法，係測量設在物體之格子標記之位置資訊，其包含： 在包含能與該物體對向之對物光學元件之對物光學系統下方，使該物體往第1方向移動之動作； 一邊使測量光對移動之該物體之該格子標記於該第1方向掃描一邊進行照射之動作；以及 經由該對物光學系統以受光系統接受該測量光之來自該格子標記之繞射光之動作；且 該對物光學系統，使在該格子標記產生之該繞射光朝向該受光系統偏向或繞射，該對物光學元件使來自該格子標記之該繞射光之中0次光衰減，並且使該0次光以外之光朝向該受光系統偏向或繞射。
  13. 如請求項12之測量方法，其中， 該對物光學元件，將該繞射光與該對物光學系統之光軸平行地朝向該受光系統偏向或繞射。
  14. 如請求項12之測量方法，其中， 該對物光學元件藉由設於與設有該測量光之光路的第1區域不同的第2區域內之光學元件，將該繞射光偏向或繞射。
  15. 如請求項12之測量方法，其中， 該對物光元件，包含在與該格子標記之週期方向對應之方向以既定間距配置之複數條格子線。
  16. 如請求項15之測量方法，其中， 該複數條格子線之間距為該格子標記之格子間距之1/n(n為自然數)。
  17. 如請求項12之測量方法，其進一步具備 使該對物光學元件繞該對物光學系統之光軸旋轉之動作。
  18. 如請求項17之測量方法，其中 在該旋轉動作中，根據測量對象之該格子標記之格子週期方向，控制繞該對物光學元件之該光軸方向之位置。
  19. 如請求項12之測量方法，其進一步具備 根據該受光系統之輸出，求出該格子標記之位置資訊。
  20. 一種曝光方法，包含： 使用請求項12至19中任一項之測量方法測量設在物體之格子標記之位置資訊之動作；以及 一邊根據被測量之該格子標記之該位置資訊來控制該物體之位置，一邊以能量束使該物體曝光之動作。
  21. 一種元件製造方法，包含： 使用請求項20之曝光方法使基板曝光之動作；以及 使已曝光之該基板顯影之動作。
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