TWI418759B - 位置偵測設備、曝光設備及裝置製造方法 - Google Patents

位置偵測設備、曝光設備及裝置製造方法 Download PDF

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Description

位置偵測設備、曝光設備及裝置製造方法
本發明係相關於位置偵測設備、曝光設備及裝置製造方法。
在習知製造例如半導體裝置和液晶顯示裝置時的光致微影程序中，透過投影光學系統，藉由曝光將形成在光罩或遮罩(下面代表性稱作遮罩)上之電路圖案遷移到半導體晶圓或玻璃基板上(下面代表性稱作晶圓)。
一常用的曝光設備是步進及反覆型的(此類型有時亦稱作步進器)，其透過投影光學系統，藉由曝光將遮罩的圖案連續遷移到複數個曝光區域。另一常用的曝光設備是步進及掃描型的(此類型有時亦稱作掃描器或掃描曝光設備)，其藉由重複步進移動和掃描曝光而在基板上的複數個區域中重複曝光。
近年來，半導體裝置和其他裝置的圖案日益精密。為了達成此目的，需要增加投影光學系統的解析度。為了提高曝光設備的解析度，其中一方法縮短曝光波長，而另一方法增加投影光學系統的數值孔徑(NA)。
關於縮短曝光波長的方法，已發展各種光源。例如，從具有波長365nm的i線移動到具有振盪波長約248nm之KrF準分子雷射正在進展中，及具有約193nm之更短振盪波長的ArF準分子雷射在發展中。具有約157nm之更加短的振盪波長之氟(F2 )準分子雷射亦在發展中。
關於增加投影光學系統的數值孔徑(NA)之方法，浸沒式曝光方法已引起極大注意。在浸沒式曝光法中，在將基板和投影光學系統的最後表面之間的空間(習知填滿氣體)填滿液體的同時曝光基板(如晶圓)。甚至當使用與習知光源的波長一樣的波長之光源時，與習知方法比較，浸沒法具有提高解析度之優點。例如，假設供應到投影光學系統和晶圓之間的空間之液體是純水(折射率：1.33)，而形成晶圓上的影像之光束的最大入射角在浸沒式曝光法和習知方法之間是相同的。在此例中，因為投影光學系統的NA增加到1.33倍，所以浸沒式曝光法的解析度是如習知方法之解析度的1.33倍一般高。以此方式，浸沒式曝光法可獲得對應於NA≧1時之解析度，對習知方法而言是不可能的。為了實現此浸沒式曝光法，已建議各種曝光設備。
為了趕得上投影圖案的解析度之提昇，在曝光設備中亦需要增加晶圓和遮罩之間的相對對準之準確性。
曝光設備不僅需要具有高解析度而且亦需要充作高精確的位置偵測設備。在此情況下，一常用的晶圓對準規劃是離軸自動對準(off-axis autoalignment)偵測系統(下面簡稱作“OA偵測系統”)。OA偵測系統被定位在與投影光學系統之位置不同的位置，及在不使用投影光學系統之下偵測晶圓上之對準記號的位置。依據所獲得的偵測結果來對準晶圓。
一習知對準規劃是稱作TTL-AA(經由透鏡自動對準)之方法。此方法透過投影光學系統，使用具有對準波長之非曝光光線組件來偵測晶圓上的對準記號。TTL-AA具有在對準測量期間和曝光期間二者只需要少量晶圓台的驅動之優點，因為在投影光學系統的光軸和TTL-AA的光軸之間可設定非常短的距離(所謂的基線)。此使其能夠降低由於為了回應晶圓台附近的環境變化而產生投影光學系統的光軸和TTL-AA的光軸之間的距離之波動所導致的測量誤差。換言之，TTL-AA具有抑制基線波動之優點。
然而，曝光光線到諸如KrF雷射光或ArF雷射光等具有相當短波長之光線的移動限制了可使用的玻璃材料之種類的限制，及使其難以為對準波長校正投影光學系統的色差。因此，沒有投影光學系統的色差之不利影響的OA偵測系統變得越來越重要。
將說明日本專利先行公開號碼2004-279166所說明的一對準規劃，其包括習知OA偵測系統。圖1為習知OA偵測系統的配置之概要圖。
在OA偵測系統中，從光源1所引導的光通過照明中繼光學系統2及3，及在形成於旋轉台4的孔徑光闌中形成影像。通過孔徑光闌之特有光進一步通過照明光學系統5，及被引導到極化分束器6。由極化分束器6所反射之S極化光通過中繼透鏡7及λ/4板8，被轉換成圓形極化光，及在通過物鏡9時Kohler照射形成在晶圓W上之晶圓記號WM。由晶圓記號WM產生的反射光、繞射光、及散射光經由物鏡9、λ/4板8、和中繼透鏡7行進返回。然後，將最後的光轉換成P極化光，通過極化分束器6，及藉由成像光學系統10在感測器(影像感測器)11上形成晶圓記號WM的影像。依據晶圓記號WM的光電轉換影像之位置來偵測晶圓W的位置。
另一方面，藉由參考板照明光學系統13將參考板光源12所發出的光Kohler照射參考板14，以在參考板14上產生均勻光量分佈。將參考記號SM形成在參考板14上，及只有將經由參考記號SM所傳送的光引導到半透鏡15。發出對準光之光源1和發出參考光之參考板光源12被設置成分離光源，以當照射晶圓記號WM時禁止參考光的發射。同樣地，當照射參考記號SM時，禁止對準光的發射，以能夠在同一視域內形成晶圓記號WM和參考記號SM。
曝光光線顯示器(未圖示)偵測形成在晶圓台上的記號和形成在光罩上的記號之間的相對位置。之後，藉由以OA偵測系統偵測晶圓台上的記號和參考記號SM之間的相對位置來測量所謂的基線。參考記號SM在測量基線時充作OA偵測系統的參考。在測量基線之後，參考參考記號SM來偵測晶圓記號WM的位置。
存在有隨著當作OA偵測系統的光軸方向之位置的焦點方向之Z位置，測量值(即、對準記號的偵測位置)從光軸水平改變之現象，及此變化變成例如OA偵測系統的對準測量誤差成分。下面將偵測位置從光軸水平改變之此特性稱作“散焦特性”。
下面將參考圖2A及2B說明散焦特性。如圖2A所示，當晶圓上之照明光的入射角相對於晶圓而傾斜時，對準記號的位置之測量值在加側上+D[μm]的散焦中偏差Δ1，或在減側上-D[μm]的散焦中偏差Δ2。因此，對準記號的測量值依據散焦量而定：
加側：每一1-μm的Δ1/+D散焦
減側：每一1-μm的Δ2/-D散焦
為了抑制此散焦特性，需要使晶圓W上之照明光的入射角接近零，如圖2B所示。若OA偵測系統在展現此種散焦特性的同時測量對準記號，則Z方向中的對準記號之位置變化變成測量方向中的對準記號之位置變化，及此退化測量再生性。為了克服此情況，習知實施上係藉由調整偵測光的光軸或照明光的光軸來盡可能防止任何散焦特性的產生，如日本專利先行公開號碼10-022211所說明一般。
日本專利先行公開號碼10-022211調整參考記號的散焦特性，及偵測欲實際對準之記號的位置，此假設具有等於參考記號的散焦特性之散焦特性。
同樣地，藉由選擇複數個照明條件的其中之一來測量晶圓上的對準記號，以執行符合諸如施加在晶圓上的抗蝕劑之類型和厚度等的製造處理條件之測量。而且，對準偵測系統被組配成，諸如偵測波長和NA等照明條件是可變的，以即使針對對應於所包含的條件之各種對準記號仍可高準確性偵測。尤其是，照明光的波長範圍或投影光學系統的NA典型上被採用當作照明條件。在此例中，利用藉由從複數個波長範圍的類型選擇符合所包含的條件之波長來測量的方法。
這些習知方法使用複數個孔徑光闌和複數個光源，以改變照明條件。藉由組合這些孔徑光闌和光源來設定複數個照明條件類型，因此需要為所有這些照明條件降低由於光軸的傾斜所導致之散焦時的測量誤差(散焦特性)(日本專利先行公開號碼2003-142375和2004-356193)。
為了符合這些要求，需要調整用於照明系統的孔徑光闌相對於用於偵測系統的孔徑光闌(對應於用於成像系統的孔徑光闌)之位移(偏心)。一所建議的方法藉由驅動在用於照明系統的複數個孔徑光闌和在兩垂直方向中之用於照明系統的這些孔徑光闌之間開關之機構來調整位移，以調整它們的位置。
需注意的是，藉由驅動系統來開關用於照明系統的複數個孔徑光闌。在一例子中，驅動系統具有用於照明系統的複數個孔徑光闌之圖案形成在玻璃碟中之配置，及藉由馬達來旋轉驅動碟，藉以將這些孔徑光闌中適當的一個定位在光軸上。所使用的馬達是脈衝式馬達，及光開關被用於偵測具有光闌圖案形成在其中之玻璃碟的原點。因為使用驅動系統來開關或調整用於照明系統的複數個孔徑光闌，所以相當大量的驅動誤差自然發生。因此，由於上述因素，在實際偵測系統中散焦特性不可避免地剩下某一程度。
另一問題是，散焦特性依據照明條件而改變，因此無法總是為所有晶圓而降低。此引起由於剩下的散焦特性和Z方向之對準記號的位置變化而導致某些晶圓(尤其是不同程序中的晶圓)發生對準測量準確性退化之問題，及接著此使覆蓋準確性退化。
日本專利先行公開號碼2005-026461建議調整上述散焦特性的另一方法。此方法觀察安裝在位置偵測設備中之用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌二者，藉以調整用於照明系統的孔徑光闌相對於用於成像系統的孔徑光闌之偏心。
在日本專利先行公開號碼2005-026461的第一實施例中，藉由從滿足σ<1者到滿足σ≧1者來開關用於照明系統的孔徑光闌，以立刻觀察用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌二者，藉以調整用於照明系統的孔徑光闌相對於用於成像系統的孔徑光闌之偏心。需注意的是，σ是用於照明系統的孔徑光闌之直徑對上用於成像系統的孔徑光闌之直徑的比率((用於照明系統的孔徑光闌之直徑)/(用於成像系統的孔徑光闌之直徑))，此在用於成像系統的孔徑光闌之位置中將成像放大列入考量。
因此，在調整滿足σ≧1之用於照明系統的孔徑光闌之後，需要再次將用於照明系統的孔徑光闌開關到滿足σ<1者，以用於記號測量。因此，無法補償由於此開關所導致的誤差。而且，在日本專利先行公開號碼2005-026461的第 二實施例中，將擴散板***在光學路徑中以滿足σ≧1，導致設備複雜。
本發明降低例如用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌之間的位移之不利影響。
根據本發明，設置有位置偵測設備，其依據記號的影像之位置，偵測欲偵測之物體的位置，設備包含：成像系統，被組配成形成物體上所形成之記號的影像；照明系統，被組配成透過成像系統的一部分，以光源所發出的照明光來照射記號，照明系統包括旋轉台，其具有用於照明系統的第一孔徑光闌和用於照明系統的第二孔徑光闌，其二者係可藉由轉動旋轉台而定位在用於照明光之光學路徑上以及成像系統的孔徑光闌和光源之間的照明系統之光瞳面上；第一影像感測器，被組配成偵測由成像系統所形成之記號的影像；第二影像感測器，被組配成感測用於成像系統的孔徑光闌之影像和第一孔徑光闌的影像；以及控制器；其中控制器使第二影像感測器能夠使用已通過位在光瞳面上之第二孔徑光闌的照明光，感測用於成像系統的孔徑光闌之影像，藉由轉動旋轉台將第一孔徑光闌定位在光瞳面上，及使第二影像感測器能夠使用已通過第一孔徑光闌的照明光，感測第一孔徑光闌的影像，以及執行依據用於成像系統的孔徑光闌之感測影像和第一孔徑光闌的感測影像，來校正第一孔徑之程序，以降低該第一孔徑光闌相對 用於該成像系統的該孔徑光闌之一位移的不利影響，以及位置偵測設備使用已通過已接受校正程序的第一孔徑光闌之照明光，偵測物體的位置。
從參考附圖的下面例示實施例之說明將可更加明白本發明的其他特徵。
下面將參考附圖說明根據本發明的一觀點之包括離軸自動對準偵測系統(OA偵測系統)的曝光設備。需注意的是，相同參考號碼表示所有圖式中的相同構件。
圖3為根據本發明的一觀點之包括離軸自動對準偵測系統(OA偵測系統)的曝光設備之一例示配置的概要圖。曝光設備透過投影光學系統22將遮罩(光罩)17的圖案成像和投影到充作基板的晶圓W上。光源34發出預定波長範圍的照明光。光源34所發出的照明光變成入射在照射遮罩17之照明光學系統上並且由其引導。照明光學系統包括用於整形照明光之光學系統35、蠅眼透鏡(fly-eye lens)36、聚光透鏡37、固定場域光闌38、可變場域光闌39、及中繼透鏡系統40。透過投影光學系統22，將裂縫狀照明區內的遮罩17的電路圖案之影像轉移到晶圓W上。
光源34例如可以是諸如ArF準分子雷射或KrF準分子雷射光源等準分子雷射光源、金屬蒸汽雷射光源、諸如利用YAG雷射的高頻產生器等脈衝式光源、或諸如水銀 燈和橢圓反射鏡的組合等連續光源。
若採用脈衝式光源，則藉由控制從脈衝式光源電力供應所供應之電力來切換曝光的開2關，反之，若採用連續光源，則藉由用以整形照明光的光學系統中之快門來切換曝光的開/關。在此實施例中，因為可變場域光闌39被設定作可移動的隱蔽，所以可藉由開/關可移動的隱蔽來切換曝光的開/關。
藉由用以整形照明光之光學系統，來自光源34的照明光將其光束尺寸由光學系統設定成預定尺寸，並到達蠅眼透鏡36。大量的二次光源形成在蠅眼透鏡36的出口表面，及藉由聚光透鏡37聚集來自這些二次光源的照明光，及透過固定場域光闌38到達可變場域光闌39。
雖然在此實施例將固定場域光闌38定位成較可變場域光闌39更接近聚光透鏡37，但是可將其定位成較可變場域光闌39更接近中繼透鏡系統40。固定場域光闌38具有矩形裂縫狀孔徑在其中，及已通過固定場域光闌38之光改變成具有矩形裂縫狀橫剖面之光，並且入射在中繼透鏡系統40上。裂縫縱向方向是垂直於圖3之紙表面的方向。
中繼透鏡系統40將可變場域光闌39設定成與遮罩17的圖案形成表面共軛。藉由晶圓運送裝置(未圖示)將晶圓W置放在晶圓台20上。
晶圓台20包括例如X-Y台，其將晶圓定位在與投影光學系統22的光軸垂直之平面內，並且在±Y方向掃描晶圓W；和Z台，其將晶圓W定位在Z方向。離軸自動對準偵測系統(OA偵測系統)24位在晶圓W上方。
下面將參考圖4說明測量基線之方法。遮罩台18在支托遮罩17的同時可移動。遮罩17置放在遮罩台18上，及充作定位遮罩17和遮罩台18的參考之遮罩參考記號33形成在遮罩台18上。使用遮罩對準顯微鏡(未圖示)將遮罩17與遮罩參考記號33對準。
如圖4所示，使用對準顯微鏡23，經由投影光學系統22偵測形成在遮罩17上的基線測量記號和形成在固定於晶圓台20上之台參考記號21的記號之間的相對位置(第一程序)。
在完成第一程序之後，移動晶圓台20，以移動台參考記號21到OA偵測系統24的觀察範圍內。偵測形成在台參考記號21上的記號和OA偵測系統24的參考記號SM之間的相對位置(第二程序)。
依據在第一和第二程序中所獲得的偵測結果來計算基線的量。利用此操作，獲得OA偵測系統24相對於曝光描繪中心之偵測位置。在定位當作基板的晶圓W之後可開始曝光。
OA偵測系統24充作位置偵測設備，其藉由第一影像感測器偵測形成在晶圓台20上當作欲偵測的物體之記號的影像，及依據所偵測的遮罩影像之位置來偵測晶圓台20的位置。
[第一實施例]
接著，將說明測量位置偵測設備中之用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌之方法。
圖5為根據本發明的一實施例之位置偵測設備的概要圖。從光源1所引導的光通過照明中繼光學系統2及3，及在形成於旋轉台4之用於照明系統的孔徑光闌中形成影像。通過用於照明系統的孔徑光闌之特有光進一步通過照明光學系統5，及被引導到極化分束器6。由極化分束器6所反射之S極化光通過中繼透鏡7及λ/4板8，被轉換成圓形極化光，及在通過物鏡9時Kohler照射形成在位於感測器41的位置之晶圓W上的晶圓記號WM。由晶圓記號WM產生的反射光、繞射光、及散射光經由物鏡9、λ/4板8、和中繼透鏡7行進返回。然後，將最後的光轉換成P極化光，通過極化分束器6，及藉由成像光學系統10在感測器(影像感測器)11上形成晶圓記號WM的影像。
光源1、照明中繼光學系統2及3、具有用於照明系統的孔徑光闌之旋轉台4、照明光學系統5、極化分束器6、中繼透鏡7、λ/4板8、及物鏡9構成引導光源所發出的照明光之照明系統。同樣地，物鏡9、λ/4板8、中繼透鏡7、極化分束器6、和成像光學系統10構成形成記號的影像之成像系統。照明系統以成像系統的某些組件來照射記號，諸如中繼透鏡7、λ/4板8、及物鏡9等。
參考圖5，參考符號AS表示用於成像系統的孔徑光闌。參考號碼41表示感測器，其感測用於照明系統的孔徑光闌之影像和用於成像系統的孔徑光闌AS之影像。感測器41位在欲偵測的物體側上。只要能夠感測用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌之光瞳面的影像，感測器41可定位在任何地方。感測器41充作第二影像感測器，其感測用於成像系統的孔徑光闌之影像和用於照明系統的第一孔徑光闌之影像，及偵測用於照明系統的第一孔徑光闌相對於用於成像系統的孔徑光闌之位移量。
圖6為具有用於照明系統的孔徑光闌之旋轉台4的詳細圖。如上述，複數個孔徑光闌4A至4C形成在旋轉台4。從光源1發出的照明光透過中繼光學系統2及3通過形成在旋轉台4中的用於照明系統之複數個類型的孔徑光闌4A至4C。藉由使用例如馬達來驅動旋轉台4之旋轉規劃(轉台規劃)，用於照明系統的孔徑光闌4A至4C可在彼此之間開關。
藉由事先轉動用於原點偵測的馬達獲得馬達的轉動原點。至於原點偵測方法，形成在旋轉台4中的裂縫4D通過光開關PS1的偵測單元之位置被決定作轉動原點。假設σ是藉由將成像放大列入考量之下而使用於照明系統的各個孔徑光闌之孔徑直徑轉換成用於成像系統的孔徑光闌之孔徑直徑所獲得的值，用於照明系統的孔徑光闌4A及4B滿足σ<1，反之用於照明系統的孔徑光闌4C滿足σ>1。滿足σ<1之用於照明系統的孔徑光闌4A及4B實際上用於測量物體，反之滿足σ>1之用於照明系統的孔徑光闌4C被用於調整。
滿足σ<1之用於照明系統的孔徑光闌4A及4B充作旋轉台4中之用於照明系統的複數個第一孔徑光闌，反之滿足σ>1的調整用之用於照明系統的孔徑光闌4C充作用於照明系統的第二孔徑光闌。可藉由轉動旋轉台4，而將用於照明系統的孔徑光闌4A、4B、及4C每一個都定位在用於成像系統的孔徑光闌AS和光源之間的照明光之光學路徑中的照明系統的光瞳面上。
下面將說明測量使用上述不同類型的孔徑光闌之用於成像系統的孔徑光闌AS和用於照明系統的孔徑光闌之位置的方法。首先，感測器41使用通過位在照明系統的光瞳面上之用於成像系統的孔徑光闌AS之照明光來感測用於成像系統的孔徑光闌AS之影像。接著，藉由轉動旋轉台4將用於測量物體之用於照明系統的孔徑光闌4B定位在照明系統的光瞳面上，及感測器感測用於照明系統的孔徑光闌4B之影像。如上述，滿足σ>1之用於照明系統的孔徑光闌4C被用於測量成像系統的孔徑光闌AS。
圖7A及7B圖示根據上述方法，藉由感測器41感測用於成像系統的孔徑光闌AS和用於照明系統之孔徑光闌4B之影像的結果。圖7A圖示感測用於成像系統的孔徑光闌AS之影像的結果。圖7B圖示感測實際上被用於測量物體之用於照明系統的孔徑光闌4B之影像的結果。參考號碼42表示感測器上之用於成像系統的孔徑光闌AS之影像；及43表示感測器上之用於照明系統的孔徑光闌4B之影像。圖7A採用X-Y座標系統以匹配由假設影像42的中心為原點之位置偵測設備的測量方向所界定者。
在此例中，影像感測結果顯示出，用於成像系統的孔徑光闌AS之影像42和用於照明系統的孔徑光闌4B之影像43之間的位置關係：如圖7B所示，相對於成像系統的孔徑光闌AS，以ΔX及ΔY位移用於照明系統的孔徑光闌4B之中心。依據這些位移ΔX及ΔY，可調整用於成像系統的孔徑光闌AS和用於照明系統的孔徑光闌4B。雖然圖7B圖示用於成像系統的孔徑光闌AS之影像，但是實際上只能夠感測對應於用於照明系統的孔徑光闌4B之影像43。換言之，若σ<1，則無法感測用於成像系統的孔徑光闌AS之影像，只能感測用於照明系統的孔徑光闌4B之影像43。反之，若σ>1，則能夠感測用於成像系統的孔徑光闌AS之影像。
[第二實施例]
圖8為包括根據本發明的一實施例之位置偵測設備的曝光設備之主要部分的概要方塊圖。圖8圖示在中心的位置偵測設備之OA偵測系統24。參考號碼22表示投影光學系統。根據此實施例之OA偵測系統24容納自動執行校正用於照明系統的孔徑光闌4B之程序，以降低用於照明系統的孔徑光闌4B相對於用於上述成像系統的孔徑光闌AS之位移的不利影響。
光源單元LS容納放熱本體的HeNe雷射LS1和鹵素燈LS2，因此與需要溫度穩定的OA偵測系統24隔開。光源單元LS亦容納光源切換鏡LS3和將來自光源的光聚焦在纖維FB的入口端之光學系統LS4。
主要控制器51根據電腦50是否指示它去使用HeNe雷射LS1或者鹵素燈LS2當作光源來驅動光源切換鏡LS3。即、若選擇HeNe雷射LS1當作光源，則光源切換鏡LS3從光學路徑縮回，如圖8的虛線所示，及來自HeNe雷射LS1的光透過光學系統LS4聚焦在纖維FB的入口端。若選擇鹵素燈LS2當作光源，則來自鹵素燈LS2的光由光源切換鏡LS3反射，並且透過光學系統LS4聚焦在纖維FB的入口端。事實上，可互換HeNe雷射LS1和鹵素燈LS2。
藉由連接到OA偵測系統24的照明系統OAIL之纖維FB，從光源單元LS引導用於OA偵測系統24的照明光IL。透過照明中繼光學系統2及3，來自纖維FB的出口端之照明光IL通過形成在旋轉台4中之用於照明系統的複數個類型之孔徑光闌4A、4B、及4C的其中之一。當由光源的類型(HeNe雷射LS1或鹵素燈LS2)和用於照明系統的孔徑光闌之組合所界定的照明條件被設定時，電腦50發送來自馬達44的轉動原點之轉動量給主要控制器51。藉由事先轉動用於原點偵測之馬達44來獲得馬達44的轉動原點。
主要控制器51藉由根據所指示的轉動量來驅動馬達44，使用於照明光學系統的孔徑光闌4A、4B、及4C的其中之一通過照明光IL。經由用於光學路徑移動之透明平行板47傳送通過用於照明系統的孔徑光闌之照明光IL。平行板47被定位在光瞳面附近，即、在用於照明系統的孔徑光闌附近，及可藉由使用馬達48來驅動它以調整其相對於照明光IL的傾斜。
當設定照明條件時，電腦50發送來自馬達48的轉動原點之轉動量給主要控制器51。藉由事先轉動用於原點偵測之馬達48來獲得馬達48的轉動原點。主要控制器51藉由根據所指示的轉動量來驅動馬達48，及當平行板47具有相對於照明光IL的光軸之給定傾斜時，平行板47在W方向平行移動照明光IL。
照明光IL透過照明聚光透鏡3照射照明場域光闌45。經由照明光學系統傳送從照明場域光闌45出現的照明光IL，及觸發極化分束器6。在照明光IL中，經由極化分束器6傳送P極化成分(平行於紙表面之成分(V方向成分))。因為極化分束器6被用於高效率偵測偵測光，所以只要其不引起與光量有關的問題，可以是典型的半透鏡。藉由反射稜鏡46將經由極化分束器6所傳送之照明光IL朝晶圓W向下反射。λ/4板8被定位在反射稜鏡46下方。將經由λ/4板8所傳送之照明光IL轉換成圓形極化光，及透過用於成像系統的孔徑光闌AS和物鏡9照射晶圓W上之欲偵測晶圓記號WM。
將晶圓W支托在晶圓台20上，晶圓台20可在X、Y、及Z方向和繞X-、Y-、及Z-軸的轉動方向驅動。可根據來自電腦50的指令，藉由台控制器49來驅動晶圓台20 。
經由物鏡9、用於成像系統的孔徑光闌AS、及λ/4板8傳送在由晶圓記號WM的反射、繞射、及散射所產生之成像光ML。在垂直於紙表面的方向(W方向)中，將經由λ/4板8所傳送的成像光ML從圓形極化光轉換成線性極化光(S極化光)。透過反射稜鏡46將成像光ML引導到極化分束器6，及由極化分束器6朝中繼透鏡7反射。中繼透鏡7暫時形成晶圓記號WM的影像。之後，成像光學系統10在感測器(第一影像感測器)11的光接收表面上再次形成晶圓記號WM的影像。透過主要控制器51將由感測器11所偵測的晶圓記號信號輸入到電腦50。電腦50依據所接收的晶圓記號信號和晶圓台20的位置來計算晶圓W的位置。台控制器49依據所獲得的計算結果來驅動晶圓台20，以對準晶圓W。
接下來將說明計算由電腦50所指示的調整量，以調整平行板47和具有用於照明系統的孔徑光闌之旋轉台4的方法。電腦50決定此調整量，以使OA偵測系統24的散焦特性最小化。因此，事先測量在各種照明條件之下的散焦特性。
用以測量散焦特性的程序如下：
1.從最佳焦點面以-a在Z方向(投影光學系統22的光軸方向)驅動晶圓台20。
2.測量晶圓記號WM及將測量值界定為f(-a)。
3.從最佳焦點面以+a在Z方向驅動晶圓台20。
4.測量晶圓記號WM及將測量值界定為f(+a)。
5.計算散焦特性Δ={f(+a)-f(-a)}/2a。
雖然在上述程序中於兩點測量晶圓記號WM，但是可在兩點以上測量。
電腦50計算和儲存具有用於照明系統的孔徑光闌之旋轉台4的轉動量和平行板47的傾斜量，在此二者中將絕對值Δ最小化。當選擇每一個條件時，電腦50發送本身儲存之旋轉台4的轉動量和平行板47的傾斜量給主要控制器51，及控制晶圓W的表面上之照明光IL的光軸之傾斜。
在每一個條件下，當將旋轉台4和平行板47調整成最小化上述散焦特性時，可合意地測量和儲存第一實施例已說明之用於成像系統的孔徑光闌AS和用於照明系統的孔徑光闌之間的相對位置。如上述，即使給予主要控制器51事先儲存在電腦50中之有關旋轉台4的轉動量和平行板47的傾斜量之指令，及驅動這些構件，但是由於例如驅動誤差的不利影響，通常仍無法再生用於成像系統的孔徑光闌AS和用於照明系統的孔徑光闌之間的位置關係。在此例中散焦特性不可避免地退化。雖然可再次測量上述散焦特性以改變照明條件，但是此測量需要特定的時間週期且不利於生產量。為了防止此情況，儲存在調整之後的孔徑光闌之間的位置關係。利用此操作，甚至當改變照明條件時，仍可藉由直接測量和調整孔徑光闌來最小化散焦特性。
因為旋轉台4、平行板47、和用於成像系統的孔徑光闌AS被定位在充作成像面的傅立業變換面之光瞳面附近，所以用於照明系統的孔徑光闌相對於用於成像系統的孔徑光闌AS之偏心調整總計為晶圓W的表面上之照明光IL的光軸之傾斜量。因此，調整用於照明系統的孔徑光闌之偏心的方向需要匹配當作測量晶圓W的晶圓記號WM之方向的晶圓台20的X或Y方向(未圖示)。換言之，藉由調整旋轉台4的轉動量(或調整平行板47的傾斜量)來調整散焦特性，以只在X和Y方向的其中之一產生效果。如此使其容易計算旋轉台4的轉動量(或平行板47的傾斜量)，如此最小化散焦特性。
下面將參考圖9A及9B說明校正用於照明系統的孔徑光闌4B，以降低實際上用於照明系統的孔徑光闌4B相對於用於成像系統的孔徑光闌AS之位移的不利影響之程序的方法。圖9A及9B為平行板47和具有用於照明系統的孔徑光闌之旋轉台4的功能之說明概要圖。如圖9A所示，將用於照明系統的孔徑光闌4A至4C排列在具有旋轉台4的轉動中心當作中心之單一圓形的圓周上，及旋轉台4被定位成經由對圓周的正切是垂直的(或水平的)之位置傳送照明光IL。假設R為定位用於照明系統的孔徑光闌4B之單一圓形的半徑，Δθ為旋轉台4的調整量，及ΔV和ΔW分別為用於Δθ的光瞳面上之V-和W-軸方向中的用於照明系統之孔徑光闌的偏心量。然後，ΔV和ΔW被指定為：
ΔV=R‧sinΔθ
ΔW=R‧(1-cosΔθ)
在Δθ非常小的區域中可忽略偏心量ΔW。因此，當經由繞平行於照明光IL的光軸之軸非常小的角度轉動旋轉台4時，可假設用於照明系統的孔徑光闌4B只在垂直於照明光IL的光軸之V-軸方向移動。
同樣地，當繞垂直於照明光IL的光軸之V-軸轉動平行板47時，照明光IL的光軸在垂直於用於照明系統的孔徑光闌移動之V-軸方向的W-軸方向移動。圖9B圖示在充作成像面的傅立業變換面之光瞳面中的用於成像系統和照明系統之孔徑光闌。藉由旋轉台4的轉動調整在V-軸方向調整用於照明系統的孔徑光闌4B相對於用於成像系統的孔徑光闌AS之位置，及藉由平行板47的傾斜調整在W-軸方向調整之。
馬達44繞平行於照明光的光軸之軸轉動旋轉台4。同樣地，馬達48繞垂直於照明光的光軸之軸轉動平行板47。分別透過馬達44和48控制旋轉台4和平行板47的轉動，執行校正用於照明系統的孔徑光闌之程序。圖5所示之控制器16和圖8所示之主要控制器51各個充作藉由使感測器41能夠感測用於照明系統的孔徑光闌4B利用於成像系統的孔徑光闌AS之影像來執行校正用於照明系統的孔徑光闌4B之程序的控制器。
在第二實施例中，藉由控制旋轉台4和平行板47的轉動來執行校正用於照明系統的孔徑光闌之程序。然而，亦可藉由額外配置可繞垂直於平行板47的轉動軸和照明光的光軸二者之軸轉動的平行板和控制複數個平行板的轉動來執行校正用於照明系統的第一孔徑光闌之程序。
執行藉由控制旋轉台4和平行板47的轉動或複數個平行板的轉動之校正程序，以回應照明條件的變化。
需注意的是，纖維FB的出口端亦充作光瞳面。由於當光源單元LS在HeNe雷射LS1和鹵素燈LS2之間切換時改變纖維FB的出口端之照明分佈(由於與HeNe雷射相關的因素所產生之斑點)所導致的光瞳面照明分佈成分被列入考量。以此方式，用於照明系統的孔徑光闌之位置被調整成最小化散焦特性較佳。
[裝置製造方法之實施例]
下面將說明根據本發明的一實施例之裝置製造方法(如、半導體裝置和液晶顯示裝置)。此方法可使用應用本發明的曝光設備。
半導體裝置係藉由在晶圓(半導體基板)上形成積體電路的前程序，和完成以前程序形成在晶圓上的積體電路之晶片當作產品之後程序來製造。前程序可包括使用上述曝光設備曝光塗佈有光敏劑的晶圓之步驟；及顯影晶圓之步驟。後程序可包括組裝步驟(切割和接合)及封裝步驟(密封)。同樣地，液晶顯示裝置係藉由形成透明電極之步驟所製造。形成透明電極之步驟可包括將沈積透明導電膜的玻璃基板塗佈有光敏劑之步驟；使用上述曝光設備曝光塗佈有光敏劑的玻璃基板之步驟；及顯影玻璃基板之步驟。
根據此實施例之裝置製造方法在裝置生產和品質的至少其中之一較習知技術更有利。
儘管已參考例示實施例說明本發明，但是應明白本發明並不侷限於所揭示的例示實施例。下面申請專利範圍的範疇符合最廣義的解釋，以涵蓋所有此種修正及同等結構和功能。
1．．．光源
2．．．照明中繼光學系統
3．．．照明中繼光學系統
4．．．旋轉台
4A．．．孔徑光闌
4B．．．孔徑光闌
4C．．．孔徑光闌
4D．．．裂縫
5．．．照明光學系統
6．．．極化分束器
7．．．中繼透鏡
8．．．λ/4板
9．．．物鏡
10．．．成像光學系統
11．．．影像感測器
12．．．參考板光源
13．．．參考板照明光學系統
14．．．參考板
15．．．半透鏡
16．．．控制器
17．．．遮罩
18．．．遮罩台
20．．．晶圓台
21‧‧‧台參考記號
22‧‧‧投影光學系統
23‧‧‧對準顯微鏡
24‧‧‧離軸自動對準偵測系統
33‧‧‧遮罩參考記號
34‧‧‧光源
35‧‧‧光學系統
36‧‧‧蠅眼透鏡
37‧‧‧聚光透鏡
38‧‧‧固定場域光闌
39‧‧‧可變場域光闌
40‧‧‧中繼透鏡系統
41‧‧‧感測器
42‧‧‧影像
43‧‧‧影像
44‧‧‧馬達
45‧‧‧照明場域光闌
46‧‧‧反射稜鏡
47‧‧‧透明平行板
48‧‧‧馬達
49‧‧‧台控制器
50‧‧‧電腦
51‧‧‧主要控制器
W‧‧‧晶圓
WM‧‧‧晶圓記號
SM‧‧‧參考記號
AS‧‧‧孔徑光闌
PS1‧‧‧光開關
LS‧‧‧光源單元
LS1‧‧‧HeNe雷射
LS2‧‧‧鹵素燈
LS3‧‧‧光源切換鏡
LS4‧‧‧光學系統
FB‧‧‧纖維
IL‧‧‧照明光
OAIL‧‧‧OA照明光
ML‧‧‧成像光
圖1為習知離軸自動對準偵測系統圖；
圖2A及2B為散焦特性的說明圖；
圖3為根據本發明之安裝位置偵測設備的曝光設備圖；
圖4為圖3之遮罩台的附近圖；
圖5為位置偵測設備和第二影像感測器圖；
圖6為旋轉台圖；
圖7A及7B為光瞳面中之用於照明系統的孔徑光闌和用於成像系統的孔徑光闌之間的位置關係圖；
圖8為容納在根據第二實施例之曝光設備中的位置偵測設備之方塊圖；及
圖9A及9B為根據第二實施例之校正用於照明系統的孔徑光闌之程序的方法圖。
2‧‧‧照明中繼光學系統
3‧‧‧照明中繼光學系統
4‧‧‧旋轉台
4A‧‧‧孔徑光闌
4B‧‧‧孔徑光闌
4C‧‧‧孔徑光闌
4D‧‧‧裂縫
5‧‧‧照明光學系統
6‧‧‧極化分束器
7‧‧‧中繼透鏡
8‧‧‧λ/4板
9‧‧‧物鏡
10‧‧‧成像光學系統
11‧‧‧影像感測器
20‧‧‧晶圓台
22‧‧‧投影光學系統
24‧‧‧離軸自動對準偵測系統
41‧‧‧感測器
44‧‧‧馬達
45‧‧‧照明場域光闌
46‧‧‧反射稜鏡
47‧‧‧透明平行板
48‧‧‧馬達
49‧‧‧台控制器
50‧‧‧電腦
51‧‧‧主要控制器
W‧‧‧晶圓
WM‧‧‧晶圓記號
AS‧‧‧孔徑光闌
LS‧‧‧光源單元
LS1‧‧‧HeNe雷射
LS2‧‧‧鹵素燈
LS3‧‧‧光源切換鏡
LS4‧‧‧光學系統
FB‧‧‧纖維
IL‧‧‧照明光
OAIL‧‧‧OA照明光
ML‧‧‧成像光

Claims (6)

  1. 一種位置偵測設備，其依據一記號的一影像之一位置，偵測欲偵測之一物體的一位置，該設備包含：一成像系統，被組配成形成該物體上所形成之該記號的一影像；一照明系統，被組配成透過該成像系統的一部分，以一光源所發出的照明光來照射該記號，該照明系統包括一旋轉台，其具有用於該照明系統的一第一孔徑光闌和用於該照明系統的一第二孔徑光闌，其二者係可藉由轉動該旋轉台而定位在用於該照明光之一光學路徑上以及該成像系統的一孔徑光闌和該光源之間的該照明系統之光瞳面上；一第一影像感測器，被組配成偵測由該成像系統所形成之該記號的該影像；一第二影像感測器，被組配成感測用於該成像系統的該孔徑光闌之一影像和該第一孔徑光闌的一影像；以及一控制器；其中該控制器使該第二影像感測器使用已通過定位在該光瞳面上之該第二孔徑光闌的該照明光，感測用於該成像系統的該孔徑光闌之一影像，藉由轉動該旋轉台將該第一孔徑光闌定位在該光瞳面 上，及使該第二影像感測器使用已通過該第一孔徑光闌的該照明光，感測該第一孔徑光闌的一影像，以及執行依據用於該成像系統的該孔徑光闌之該感測的影像和該第一孔徑光闌的該感測的影像，來校正該第一孔徑光闌之程序，以降低該第一孔徑光闌相對用於該成像系統的該孔徑光闌之一位移的一不利影響，以及該位置偵測設備使用已通過已接受該校正程序的該第一孔徑光闌之該照明光，偵測該物體的該位置。
  2. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該照明系統另外包括一平行板，其可繞垂直於該照明光的一光軸之一軸轉動，及被組配成傳送已通過該第一孔徑光闌之該照明光，以及該控制器藉由控制該旋轉台和該平行板的轉動來執行該校正程序。
  3. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該照明系統另外包括兩平行板，其分別可繞垂直於該照明光的一光軸之一平面中的兩正交軸轉動，及被組配成傳送已通過該第一孔徑光闌之該照明光，以及該控制器藉由控制該兩平行板的轉動來執行該校正程序。
  4. 根據申請專利範圍第1項之設備，其中該旋轉台中的該第一孔徑光闌包括複數第一孔徑光闌，及該控制器根據選自該複數第一孔徑光闌的該第一孔徑光闌來執行該校正程序。
  5. 一種曝光設備，其在一基板與一光罩對準之後，透過該光罩曝光該基板，該設備包含：一位置偵測設備，用於根據申請專利範圍第1至4項中任一項所界定之對準。
  6. 一種裝置製造方法，該方法包含：使用根據申請專利範圍第5項所界定之曝光設備，透過一光罩，將一基板曝光至輻射能；顯影該曝光的基板；以及處理該顯影的基板，以製造該裝置。
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