曝光装置、曝光方法、以及物品制造方法与流程

1.实施例的方面涉及曝光装置、曝光方法、以及物品制造方法。


背景技术：

2.在制造诸如半导体设备或平板显示器(fpd)的设备的光刻过程中，使用将掩模(mask)的图案转印到基板上的曝光装置。在这样的曝光装置中，要求准确地调整对准(在垂直于投影光学系统的光轴的方向上掩模与基板之间的相对位置对准)和焦点(照射在基板上的光的焦点(focus))，以便将掩模的图案准确地转印到基板上。
3.提出了使用投影光学系统的使用通过透镜(ttl)方法的校准作为对准和焦点调整方法之一。日本专利申请特开no.4-348019讨论了使用ttl方法的焦点校准的技术。一般地，在焦点校准中，在基板台架在投影光学系统的光轴方向上被驱动的同时，检测通过投影光学系统、台架上的标记等获得的光量。基于在投影光学系统的光轴方向上驱动基板台架时的光量的变化确定表面(抗蚀剂层)上可以获得最优焦点的基板的位置。
4.已知掩模和基板的最优相对位置(最佳焦点位置)由于在曝光处理期间在热等的影响下投影光学系统内部的空气波动和投影光学系统的构件的位置偏差、随着时间经过而改变。如果在最佳焦点位置已偏离的状态下执行曝光处理，那么曝光准确度可能降低。因而，即使在最佳焦点位置被改变的情况下执行一次焦点校准的情况下，也再次执行焦点校准。然而，由于执行焦点校准花费时间，因此处理基板的生产率降低。


技术实现要素：

5.根据实施例的一个方面，曝光装置执行将掩模的图案转印到基板上的曝光处理，所述曝光装置包括投影系统，所述投影系统被配置为将所述掩模的图案投影到所述基板上；检测系统，所述检测系统被配置为检测已穿过(pass through)第一标记、所述投影系统、以及第二标记的照明光的光量分布，所述第一标记被部署在所述投影系统的物体表面(object surface)上，所述第二标记被部署在所述投影系统的图像平面(image plane)上；以及控制单元，所述控制单元被配置为控制所述掩模和所述基板的相对位置。所述控制单元基于在第一定时由所述检测系统检测的照明光的第一分布和在所述第一定时之后的第二定时由所述检测系统检测的照明光的第二分布、在所述第二定时之后的第三定时控制在所述投影系统的光轴方向上的所述相对位置和在垂直于光轴方向的方向上的所述相对位置，在所述第一定时检测的照明光已穿过所述第一标记和所述第二标记，在所述第三定时检测的照明光已穿过所述第一标记和所述第二标记。
6.从参考附图对示例性实施例的以下描述，本公开的进一步特征将变得清楚。
附图说明
7.图1a至1d是各自图示根据第一示例性实施例的曝光装置的配置的示意图。
8.图2是图示在测量处理期间的曝光装置的示意图。
9.图3是像场弯曲的纵向像差图。
10.图4a是图示在基准焦点位置处的曝光装置的状态的解释图，并且图4b是图示照明光的光量分布的示图。
11.图5a是图示在偏离基准焦点位置的位置处的曝光装置的状态的解释图，并且图5b图示了照明光的光量分布。
12.图6是图示光量分布与基板台架上的焦点位置之间的对应关系的示图。
13.图7a至7c是各自图示计算最佳焦点位置的第一方法的示图。
14.图8a至8c是各自图示计算最佳焦点位置的第二方法的示图。
15.图9是在光量分布的包络不具有局部最大值的情况下像场弯曲的纵向像差图。
16.图10是图示基准对准位置处的光量分布的示图。
17.图11a是图示在偏离基准对准位置的位置处的曝光装置的状态的解释图，并且图11b图示了照明光的光量分布。
18.图12a和12b是各自图示像场弯曲与光量分布之间的对应关系的示图。
19.图13a图示了对准测量系统的配置，并且图13b图示了焦点测量系统的配置。
20.图14a和14b图示了根据第二示例性实施例的测量标记，并且图14c图示了由检测单元检测的光量分布。
21.图15a和15b是各自图示根据第三示例性实施例的曝光装置的配置的示意图。
具体实施方式
22.下面将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在附图中，相同的构件由相同的附图标记表示，并且省略其重复描述。
23.(曝光装置的配置)
24.下面将描述本公开的第一示例性实施例。将描述根据本示例性实施例的曝光装置的配置。根据本示例性实施例的曝光装置是在制造诸如半导体设备或平板显示器(fpd)的设备的光刻过程中使用的光刻装置。根据本示例性实施例的曝光装置采用步进扫描法来执行通过具有其上形成图案的表面的掩模将基板曝光并且将掩模的图案转印到基板上的曝光处理。虽然在本示例性实施例中使用步进扫描法作为曝光方法，但是曝光方法不限于步进扫描法。曝光处理可以通过任何其它曝光方法(诸如步进重复法)执行。
25.图1a至1d各自图示了根据本示例性实施例的曝光装置100的配置。图1a是图示整个曝光装置100的整个配置的示意图。在本示例性实施例中，假设平行于投影光学系统的光轴的方向被设置为z轴方向并且垂直于z轴方向的任何平面被设置为xy平面来定义坐标系。
26.曝光装置100包括照明掩模2的光学照明系统1、保持掩模2的掩模台架3、将掩模2的图案投影在基板5上的投影光学系统4、以及保持基板5的基板台架6。曝光装置100还包括控制曝光装置100的每个单元的控制单元7、输入单元13、以及确定单元14。
27.曝光装置100还包括用于使用光学照明系统1利用照明光照明第一测量标记的部件、以及检测已穿过投影光学系统4以及包括被照明的第一测量标记115和第二测量标记109的标记部分的照明光的光量分布的检测光学系统20。检测光学系统20包括图像形成系统21和检测单元22。图像形成系统21包括包括透镜23和透镜24的系统。照明光的波长与用于将掩模2的图案投影在基板5上的曝光光的波长相同。
28.控制单元7包括包括中央处理单元(cpu)和存储器的计算机，并且以整合的方式控制曝光装置100的每个单元以操作曝光装置100。例如，在执行曝光处理的情况下，控制单元7控制在投影光学系统4的光轴方向(z轴方向)上掩模2和基板5的相对位置、以及在垂直于投影光学系统4的光轴的方向(彼此正交的x轴方向和y轴方向)上掩模2和基板5的相对位置。
29.用于曝光处理(即，将掩模2的图案转印到基板5上的处理)的曝光条件(这样的条件的示例包括曝光区域、照明模式和掩模2的图案)通过用户操作输入到输入单元13。确定单元14基于输入到输入单元13的曝光条件确定下面要描述的用于校准的测量条件(这样的条件的示例包括测量次数和检测单元22的存储时间)。
30.检测光学系统20在基板台架6上提供，并且被配置为使得已穿过在基板台架6的上表面上形成的第二测量标记109的照明光入射在检测单元22上。为了便于说明，图1a中所示的检测光学系统20在基板台架6下方被放大。然而，在实际中，检测光学系统20在基板台架6内部形成。检测单元22是例如图像传感器，诸如线传感器，其中多个像素布置在预定方向上。检测单元22可以检测由第一测量标记115或第二测量标记109反射的光，而不是检测已穿过包括第一测量标记115和第二测量标记109的标记部分的光。
31.图像形成系统21是部署在投影光学系统4与检测单元22之间的光学系统，并且在检测单元22上形成第一测量标记115和第二测量标记109的图像。在本示例性实施例中，图像形成系统21是具有预定图像形成倍率、通过将第一测量标记115和第二测量标记109乘以预定图像形成倍率来在检测单元22上形成图像、并且引导照明光的光学系统。可以根据检测单元22的分辨率适当地设置上述倍率。检测单元22包括多个像素并且检测(捕获)由图像形成系统21形成的第一测量标记115和第二测量标记109的图像。如下所述，图像形成系统21是具有适当的像差(像场弯曲)量的系统。图像形成系统21可以被配置为包括三个或更多个透镜以及其它光学元件。
32.来自光学照明系统1的照明光(曝光光)穿过保持在掩模台架3上的掩模2并且通过投影光学系统4到达保持在基板台架6上的基板5。掩模2的图案表面和基板5的表面(抗蚀剂层)通过投影光学系统4以共轭位置关系部署。因此，掩模2的图案通过投影光学系统4转印到基板5上。由于在本示例性实施例中采用步进扫描法，因此在y轴方向上同步地扫描掩模台架3和基板台架6的同时执行曝光处理。
33.图1b是图示掩模台架3的配置示例的平面图。在保持在掩模台架3上的掩模2上，可以与要被转印到基板5上的图案分开地形成第一测量标记115。多个第一测量标记115在掩模2的x轴方向和y轴方向上以一定的间隔提供。可以在掩模2上提供单个第一测量标记115。然而，在一个实施例中，提供多个第一测量标记115以详细测量投影光学系统4的特性。投影光学系统4的特性的示例包括焦点位置和失真。
34.图1c图示了第一测量标记115的细节。图1c是图示第一测量标记115的平面图。第一测量标记115包括遮光区域115a、包括具有预定线宽和间距的多个图案的透过区域115b、以及透过区域115c。透过区域115b沿着x轴方向布置并且形成线和空间图案。虽然本示例性实施例假设第一测量标记115在掩模2上形成的情况，但是本公开不限于这种情况。第一测量标记115可以在与投影光学系统4的物体表面对应的位置处提供。例如，第一测量标记115可以在掩模台架3上形成。在这种情况下，即使在掩模台架3上没有放置掩模2的情况下，也
可以执行对投影光学系统4的校准。
35.具有不同线宽、间距、方向等的各种图案(或图案组)可以被用作透过区域115b的线和空间图案。透过区域115c被提供以照明下面要描述的第二测量标记109的透过区域109c。本示例性实施例图示了透过区域115c被提供以照明透过区域109c的示例。然而，代替提供透过区域115c，可以通过将照明光施加到遮光区域115a的范围外来利用光照射透过区域109c。
36.接下来，图1d图示了第二测量标记109的细节。图1d是图示第二测量标记109的平面图。第二测量标记109包括遮光区域109a、透过区域109b、以及透过区域109c。虽然本示例性实施例假设第二测量标记109在基板台架6上形成的情况，但是本公开不限于这种情况。第二测量标记109可以在除基板台架6以外的位置处形成，只要可以将第二测量标记109设置在与投影光学系统4的图像平面对应的位置处即可。透过区域109b被提供以使已穿过第一测量标记115的透过区域115b的照射光透过。
37.图2是图示在第一测量标记115和第二测量标记109被设置在测量位置处的状态下(即，在对准和焦点调整的测量处理期间)的曝光装置100的示意图。术语“对准”是指在垂直于投影光学系统4的光轴的方向上掩模2与基板5之间的相对位置对准。术语“焦点”是指照射在基板5上的光的焦点(投影光学系统4中的焦点)。用于对准的测量和基于该测量的校正在下文中被称为“对准校准”，并且用于焦点调整的测量和基于该测量的校正在下文中被称为“焦点校准”。
38.根据本示例性实施例，在对准和焦点校准操作中，在不在z轴方向上进一步移动已设置在测量位置处的掩模台架3和基板台架6的情况下执行测量处理。在测量处理期间，控制单元7驱动掩模台架3，使得掩模台架3位于由确定单元14确定的第一测量标记115的测量位置处。类似地，在执行上述校准操作的情况下，控制单元7驱动基板台架6，使得基板台架6设置在由确定单元14确定的第二测量标记109的测量位置处。
39.(图像形成系统21中的像差)
40.将参考图3描述根据本示例性实施例的检测光学系统20中的像差与图像形成位置之间的关系。下面将描述检测光学系统20作为光学特性具有预定像场弯曲的示例。图3是图像形成系统21中的像场弯曲的纵向像差图。图中的纵轴表示图像形成系统21的图像高度(x坐标)，并且图中的横轴表示光轴方向上的图像形成位置(z坐标)。曲线211是指示检测光学系统20中的像场弯曲的曲线(即，指示每个图像高度处的图像形成位置的曲线)。
41.曲线211的特征在于，与在点211a附近不同，在点211b附近，即使图像高度仅发生细微的变化，光轴方向上的图像形成位置也大大地改变。例如，在图像形成系统21的光轴被部署为在点211b附近垂直于检测单元22的光接收表面的情况下，图像形成系统21的物体表面上的图案没有聚焦在检测单元22的整个光接收表面上，而是仅部分地聚焦在光接收表面上。在本示例性实施例中，点211a与检测光学系统20的图像形成系统21的光轴的位置对应，并且点212b与第一测量标记115和第二测量标记109被测量的测量图像高度对应。
42.在本示例性实施例中，如上所述，例如，图像形成系统21被配置为生成图3中所示的像场弯曲，并且检测单元22的光接收表面的中心被部署在偏离图像形成系统21的光轴的位置处。然后利用来自光学照明系统1的照明光照明第一测量标记115，并且已穿过第一测量标记115的透过区域115b的光通过投影光学系统4和第二测量标记109的透过区域109b被
检测单元22检测，由此执行焦点测量。这个配置使得能够通过下面要描述的方法执行焦点校准，而不需要移动已设置在测量位置处的掩模台架3和基板台架6。
43.在本示例性实施例中，第一测量标记115被利用来自光学照明系统1的光照明，并且已穿过第一测量标记115的透过区域115c的光通过投影光学系统4和第二测量标记109的透过区域109c被检测单元22检测。因此，可以通过下面要描述的方法与焦点校准操作同时执行对准校准操作。
44.(焦点校准)
45.接下来，将参考图4a和4b以及图5a和5b描述根据本示例性实施例的测量焦点的变化量的变化量测量处理。图4a和图5a是各自图示在测量焦点的变化量的处理中曝光装置100的状态、以及图示在第一测量标记115的图像已穿过投影光学系统4、第二测量标记109和图像形成系统21之后投影在检测单元22上的标记图像的解释图。
46.图4a图示了在第一定时的状态(由投影光学系统4设置的焦点位置与基准焦点位置对应的状态)。图5a图示了在第一定时之后执行的曝光处理之后的第二定时的状态(由投影光学系统4设置的焦点位置已偏离基准焦点位置的状态)。
47.投影光学系统4针对投影掩模2的图案图像同时将图案图像聚焦在基板5的表面上。因此，第一测量标记115的图像要被形成在基板5的表面要被定位并且用于投影图像的投影光学系统4处于对焦状态的平面上。
48.本文中假设在图4a中所示的状态下(即，在第一定时)，形成在基板5的表面要被定位的平面上的第一测量标记115的图像被称为图像形成图案115p。当图像形成图案115p穿过图像形成系统21并且图像形成图案115p的图像形成在检测单元22上时获得的图案图像被称为图像形成图案115s。
49.在这种情况下，由于图像形成系统21的像场弯曲，图像形成图案115s的图像形成在垂直于图像形成系统21的光轴并且相对于检测单元22的光接收表面倾斜的平面上。因此，在本示例性实施例中，由图像形成系统21提供的第一测量标记115的图像形成平面(图像形成图案115s)与检测单元22的光接收表面仅部分地重叠。由图像形成系统21提供的第二测量标记109的图像形成平面也与检测单元22的光接收表面部分地重叠。
50.图4b是图示在第一定时的已穿过第一测量标记115和第二测量标记109并且由检测单元22检测的照明光的光量分布(第一光量分布)的示图。示图中的纵轴表示在检测单元22的光接收表面上获得的光量，并且示图中的横轴表示在x轴方向上检测单元22的光接收表面上的位置。第一光量分布包括与第一测量标记115的透过区域115b对应的分布m1至m7以及与第二测量标记109的透过区域109b对应的分布p1和p2。第一光量分布还包括与第一测量标记115的遮光区域115a对应的分布v1至v10以及与第二测量标记109的遮光区域109a对应的分布v1、v2、v9和v10。
51.这里，由于根据本示例性实施例的图像形成系统21具有像场弯曲，因此在检测光学系统20的图像平面与检测单元22的光接收表面之间出现偏差。在光量分布中，光量在没有出现偏差或者偏差最小的部分中增加，并且光量在偏差大于该部分中的偏差的另一部分中根据偏差量减少。如从图4b中所示的光量分布看到的，分布m4中的光量在分布m1至m7当中最大。这指示在检测单元22的光接收表面上与分布m4对应的位置处获得焦点。分布p1和p2中的每一个中的光量大，但是没有在其上获得焦点。这是因为第二测量标记109的透过区
域109c宽并且对于散焦状态的光量的变化的灵敏度低。
52.将描述基于图4b中所示的光量分布确定检测单元22的光接收表面上获得焦点的位置(在下文中，这样的位置也被称为对焦位置)的方法。在这个确定方法中，仅关注与第一测量标记115的透过区域115b对应的分布m1至m7。最初，分布m1、m2和m3指示图像形成位置已相对于检测单元22在-z方向(或 z方向)上偏离。分布m5、m6和m7指示图像形成位置已相对于检测单元22在 z方向(或-z方向)上偏离。因此，如果可以获得检测单元22的光接收表面上的与分布m4对应的位置，那么可以通过使用以下表达式(1)确定检测单元22的光接收表面上的对焦位置a。
53.a＝p
×
pixelsize
×
tanθ/mag
…
(1)
54.在表达式(1)中，p表示在检测单元22的光接收表面上呈现最大光量的位置，pixelsize表示检测单元22的每个像素的尺寸，θ表示在具有像场弯曲的图像形成系统21的图像形成平面与检测单元22的光接收表面之间形成的角度，并且mag表示图像形成系统21的倍率。
55.获得检测单元22的光接收表面上的对焦位置的方法不限于通过使用表达式(1)获得光接收表面上的位置的方法。例如，获得包括具有最大光量的分布m4、以及其它分布m1至m3和m5至m7的包络26，使得可以基于包络26准确地获得光接收表面上的位置。在这样的情况下，即使检测单元22的光接收表面上的对焦位置位于分布m4附近(例如，分布m4与分布m3之间的中间位置)，检测单元22的光接收表面上的对焦位置也可以基于包络26获得。在图4b中，与从分布m1至m7获得的包络26的局部最大值27(峰位置)对应的检测单元22的光接收表面上的这样的位置由位置mi1表示。
56.图5a图示了基板台架6的位置已从图4a中所示的状态在z方向上偏离的状态(在第一定时之后的第二定时的状态)。如图5a中所示，由于在曝光处理期间在热等的影响下投影光学系统4内部的空气波动、投影光学系统4的构件的位置偏差等，第一测量标记115的图像可以在z轴方向上从115p偏离到115q。在这样的情况下，第一测量标记115的图像还在检测单元22附近在z轴方向上从115s偏离到115t。
57.图5b是图示在第一定时之后的第二定时的已穿过第一测量标记115和第二测量标记109并且被检测单元22检测的照明光的光量分布(第二光量分布)的示图。示图中的纵轴表示在检测单元22的光接收表面上获得的光量，并且示图中的横轴表示在x轴方向上检测单元22的光接收表面上的位置。在第二光量分布中，分布m3中的光量在分布m1至m7当中最大，并且与分布m3对应的位置(或者该位置附近的位置)对应于检测单元22的光接收表面上的对焦位置。与从分布m1至m7获得的包络30的局部最大值31对应的检测单元22的光接收表面上的位置由位置mi2表示。与第一光量分布中的位置mi1一样，第二光量分布中的位置mi2可以是对焦位置。
58.获得焦点的变化量的变化量测量处理可以通过获得位置mi1和mi2来执行。具体地，在第一定时的检测单元22的光接收表面上的对焦位置与在第一定时之后(例如，在预定的经过时间之后或者在对基板5执行预定次数的曝光处理之后)的第二定时的检测单元22的光接收表面上的对焦位置比较。作为结果，可以获得焦点的变化量。
59.图6是图示投影光学系统4的最佳焦点位置与各自指示检测单元22的光接收表面上的x轴方向上的位置的位置mi1和mi2之间的关系的示图。如从图6看到的，当与包络的局
部最大值对应的位置从位置mi1改变到位置mi2时，由投影光学系统4提供的最佳焦点位置也根据与包络的局部最大值对应的位置的变化而从z1改变到z2。
60.在像差和其它干扰的影响显著的情况下，可以预先准备要由投影光学系统4提供的多个最佳焦点位置以及用于测量与包络的局部最大值对应的检测单元22的光接收表面上的位置的多个测量点。例如，通过近似进行的测量点的拟合的结果可以作为表格数据存储在控制单元7中。控制单元7可以使用指示由检测单元22检测的光量分布与在光轴方向(z轴方向)上掩模2和基板5的相对位置之间的对应关系的表格数据来获得最佳焦点位置。因而，可以获得在不同定时的最佳焦点位置(这样的最佳焦点位置的示例包括z1、z2)，并且可以获得最佳焦点位置的变化量(这样的变化量的示例包括z1-z2)。上面已描述了根据本示例性实施例的获得焦点的变化量的变化量测量处理。
61.现在将描述两种最佳焦点位置确定方法。在这两种方法中，基于基板台架6在z轴方向上被驱动时检测单元22中的第一测量标记115的光量的变化来计算最佳焦点位置。在本示例性实施例中，在第一定时确定的最佳焦点位置被设置为基准焦点位置，由此消除了在第二次以及随后的校准中在z轴方向上驱动已设置在测量位置处的基板台架6的需要。因此，可以防止由于校准而引起的生产率的下降。
62.在第一种方法中，在第一测量标记115中指定某一图案并且基于与指定的图案对应的分布(例如，图7a和7b中所示的分布m1至m7中的任何一个)中光量的变化量确定与最佳焦点位置对应的基板台架6的位置。图7a至7c是用于解释确定最佳焦点位置的第一种方法的示图。图7a图示了当基板台架6位于z轴方向上的某一位置时由检测单元22检测第一测量标记115的图案的光量分布。图7b图示了当基板台架6位于z轴方向上与图7a中的位置不同的另一个位置时由检测单元22检测第一测量标记115的图案的光量分布。在这种情况下，例如，当关注分布m4的图案时，分布m4中的光量根据基板台架6在z轴方向上的位置而改变。
63.图7c是图示当关注分布m4时由检测单元22检测的光量的变化的示图。示图中的纵轴表示图7a和7b中所示的分布m4中的光量，并且示图中的横轴表示基板台架6的z轴方向上的位置。如图7c中所示，光量与基板台架6的z轴方向上的位置对应地改变。由于检测单元22检测的光量在基板台架6的最佳焦点位置处最大，因此可以通过获得光量变为图7c中所示的局部最大值z0的基板台架6的位置来确定基准焦点位置。
64.如果关注除分布m4以外的分布，那么可以通过考虑图像平面的移位量(其中在与分布m4对应的图像高度处的图像平面的移位量被预先识别)来确定基准焦点位置。
65.在第二种方法中，获得在图像形成系统21的像场弯曲微小的图像高度处(例如，在图3的纵向像差图中的点211a附近)的已穿过第一测量标记115的照明光的光量分布，并且基于照明光的光量的变化量确定最佳焦点位置。微小的像场弯曲指示像差(散焦量)小于或等于焦点计算准确度(例如，3σ)的1/4并且处于测量不被影响的水平。
66.图8a至8c是用于解释确定最佳焦点位置的第二种方法的示图。图8a图示了当基板台架6位于z轴方向上的某一位置时作为检测单元22检测第一测量标记115的图案图像的结果而获得的光量分布(照明光的光量分布)。图8b图示了当基板台架6位于z轴方向上与图8a中的位置不同的另一个位置时作为检测单元22检测第一测量标记115的图案图像的结果而获得的光量分布。在图8a和8b中，在像场弯曲变得微小的位置处由检测单元22测量光量，因此分布m1至m7中的光量的变化小于图7a和7b中的变化。
67.在这种情况下，当关注分布m1至m7的图案时，由检测单元22检测的光量根据基板台架6在z轴方向上的位置而改变。图8c是图示当关注分布m1至m7时由检测单元22检测的光量的变化的示图。示图中的纵轴表示图8a和8b中所示的分布m1至m7中的光量的平均值，并且示图中的横轴表示基板台架6上的z轴方向上的位置。如图8c中所示，光量根据基板台架6上的z轴方向上的位置而改变。由于检测单元22检测的光量在基板台架6的最佳焦点位置处变为最大，因此可以通过获得光量指示图8c中所示的局部最大值z0的基板台架6的位置来确定基准焦点位置。
68.在通过使用上述方法计算基准焦点位置之后，检测单元22在像场弯曲足够大的图像高度处(例如，在图3中所示的点211b附近)在x轴方向上移动，并且获得与第一测量标记115对应的光量分布。由此，可以执行焦点校准。
69.取决于像场弯曲的形状，在基板台架6从像场弯曲微小的图像高度到像场弯曲足够大的图像高度在x方向上移动的情况下，包络可能不具有极值。图9是图示在由检测单元22检测的光量分布的包络不具有极值的情况下的像场弯曲的纵向像差图。图9的示图中的纵轴表示图像形成系统的图像高度(x坐标)，并且示图中的横轴表示光轴方向上的图像形成位置(z坐标)。曲线231是指示检测光学系统20中的像场弯曲的曲线(即，指示每个图像高度处的图像形成位置的曲线)。
70.在曲线231中，检测单元22的光接收表面和图像形成位置大大地偏离点231a附近的位置。因而，分布m1可以指示其中光量最大并且包络可能不具有局部最大值的图案。在这种情况下，基板台架6在z轴方向上移动使得包络具有局部最大值，并且在存在与基板台架6从最佳焦点的移动量对应的差异的前提下管理焦点值，由此获得最佳焦点位置的变化量。
71.如上所述，适当的焦点位置被设置为基准焦点位置，由此消除了在第二次和随后的焦点校准中在z轴方向上驱动已设置在测量位置处的基板台架6的需要。因此，可以防止由于校准而引起的生产率的下降。
72.(对准校准)
73.接下来，将参考图10以及图11a和11b描述根据本示例性实施例的获得对准的变化量的变化量测量处理。图10和11a是各自图示在图4a中所示的曝光装置100的状态下已穿过第一测量标记115和第二测量标记109并且由检测单元22检测的照明光的光量分布的示图。示图中的纵轴表示由检测单元22获得的光量，并且示图中的横轴表示检测单元22的光接收表面上的x轴方向上的位置。图10中所示的光量分布包括与第一测量标记115的透过区域115b对应的分布m1至m7、以及与第二测量标记109的透过区域109b对应的分布p1和p2。光量分布还包括与第一测量标记115的遮光区域115a对应的分布v1至v10以及与第二测量标记109的遮光区域109a对应的分布v1、v2、v9和v10。
74.将描述基于图10中所示的照明光的光量分布确定xy平面上掩模2与基板台架6之间的适当的相对位置(基准对准位置)的方法。首先，计算(例如，通过重心计算)与第一测量标记115对应的分布m1至m7的各个图案中的检测单元22的光接收表面上的位置。通过对各个图案的位置求平均而获得的位置92由ma1表示。计算与分布p1和p2的各个图案对应的检测单元22的光接收表面上的位置(通过使用例如重心计算来计算这样的位置)。通过对各个图案的位置求平均而获得的位置93由pa1表示。ma1与pa1之间的差异表示第一测量标记115和第二测量标记109的相对位置，即，掩模2和基板台架6的相对位置。
75.图11a图示了对准位置(在平行于xy平面的方向上掩模2和基板台架6的相对位置)已偏离图4a中所示的状态的状态。在曝光处理期间生成的热等的影响下，投影光学系统4内部的空气波动和投影光学系统4的构件的位置偏差可能发生。因而，如图4a和11a中所示，第一测量标记115的图像可以在x轴方向上从图像形成图案115p偏离到图像形成图案115o。在这种情况下，图10中所示的光量分布改变为图11b中所示的光量分布。
76.在图11b中，通过对分布m1至m7的位置求平均而获得的位置95由ma2表示，并且通过对分布p1和p2的位置求平均而获得的位置96由pa2表示，如图10中那样。在这种情况下，位置ma2从位置ma1改变。位置pa1和pa2与已穿过投影光学系统4的第二测量标记109对应，因此位置pa1和pa2不受投影光学系统4内部的空气波动和投影光学系统4的构件的位置偏差影响。由于这个原因，第二测量标记109的透过区域109b的位置不由于空气波动和构件的位置偏差而改变，并且与透过区域109b对应的分布位置pa2不从分布位置pa1改变。当ma1与pa1之间的差异aa1被设置为用于对准的基准并且ma2与pa2之间的差异由aa2表示时，差异aa1和差异aa2的变化量根据本示例性实施例被计算为对准的变化量。
77.如上所述，在本示例性实施例中，可以计算对准的变化量。在本示例性实施例中，在焦点校准中使用的来自检测单元22的检测结果也可以在对准校准中使用。
78.(校准操作的具体方法)
79.上面已详细描述了计算焦点的变化量和对准的变化量的方法。同时，存在不将图4b、5b、10和11b中所示的示图中的变化的原因分离到投影光学系统4的焦点和对准的影响中的任一个、则无法准确地计算焦点的变化量和对准的变化量的可能性。下面将描述分开获得焦点的变化量和对准的变化量的具体处理方法。
80.在本示例性实施例中，在形成xy平面上的第一测量标记115的图像的图像平面的位置由于投影光学系统4内部的空气波动和投影光学系统4的构件的位置偏差的影响而改变的情况下，图像形成系统21中的测量图像高度也改变。根据本示例性实施例的图像形成系统21具有像场弯曲，因此图像形成系统21的焦点位置也根据图像高度的变化而改变。因此，获得指示好像焦点也改变、但是仅xy平面上的第一测量标记115的图像形成位置已实际改变的光量分布。
81.因此，为了分离当投影光学系统4的状态由于热等而改变时受影响的变化量(即，为了仅计算焦点的变化量)，关于与检测单元22的光接收表面上的位置对应的焦点的变化量的信息被预先保持在控制单元7中。除此之外，在指示与检测单元22的光接收表面上的位置对应的特征焦点变化的信息中减去与检测单元22的光接收表面上的位置对应的焦点的变化量，由此使得能够准确地测量投影光学系统4中的焦点的变化量。
82.如果形成xy平面上的第一测量标记115的图像的图像平面的位置由于投影光学系统4内部的空气波动和投影光学系统4的构件的位置偏差的影响而改变，那么检测单元22的光接收表面上检测的光量分布的包络的局部最大值也改变。换句话说，获得指示好像包络的局部最大值的位置改变并且焦点也改变、但是仅对准位置已实际改变的光量分布。
83.因此，为了分离当投影光学系统4的状态由于热等而改变时受影响的变化量(或者为了仅计算对准的变化量)，计算变化量mi1-δa和变化量mi2-δb，其中ma1与pa1之间的差异由δa表示，并且ma2与pa2之间的差异由δb表示。通过使用ma1-pa1与ma2-pa2之间的差异计算对准位置的变化量，并且通过使用mi1-δa与mi2-δb之间的差异计算焦点位置的变
化量。因此，可以准确地分离焦点的位置偏差和对准的位置偏差。
84.接下来，将参考图12a和12b描述根据本示例性实施例的像场弯曲量。
85.在检测单元22可以检测光量分布的范围中的像场弯曲量大的情况下，光量分布相对于图像高度的变化是急剧的(光量迅速改变)。当焦点已改变时的光量分布的包络中的偏差量增加。另一方面，当像场弯曲量小时，获得与上述特征相反的特征。
86.图12a图示了当像场弯曲量大时的照明光的光量分布。由虚线指示的光量分布191和由实线指示的光量分布193各自指示不同焦点位置处的光量分布。由虚线指示的光量分布191中的包络192的重心位置由mi191表示，并且由实线指示的光量分布193中的包络194的重心位置由mi193表示。
87.图12b图示了当像场弯曲量小于图12a中的像场弯曲量时的照明光的光量分布。由虚线指示的光量分布195和由实线指示的光量分布197各自指示不同焦点位置处的光量分布。由虚线指示的光量分布195中的包络196的重心位置由mi195表示，并且由实线指示的光量分布197中的包络198的重心位置由mi197表示。
88.在图12a和12b中所示的光量分布中，仅检测光学系统20的图像形成系统21中的像场弯曲量不同，并且由实线和虚线指示的两个光量分布中指示的焦点的变化量和其它条件相同。在比较图12a和12b的情况下，由实线和虚线指示的两个包络的重心位置的变化量不同。具体地，在将图12a中所示的两个重心位置mi191与mi193之间的差异与图12b中所示的两个重心位置mi195与mi197之间的差异进行比较的情况下，其中像场弯曲大的图12a中所示的mi191与mi193之间的差异小于图12b中所示的mi195与mi197之间的差异。因此，在像场弯曲大的情况下，在检测单元22中具有包络的极值的焦点的变化量减小，因此测量范围可以增大与减小的焦点的变化量对应的量。另一方面，对焦点的变化量的灵敏度降低，这导致测量准确度的降低。
89.上述测量范围和测量准确度可以根据所要求的测量系统的准确度调整。图像形成系统21的光学条件(例如，设计波长、数值孔径和倍率)、第一测量标记115的线和空间图案的线宽和间距、检测单元22的规格(例如，信噪比(s/n)和像素尺寸)等具有权衡关系。
90.作为像场弯曲量的准则，当最佳焦点处的图案强度(例如，图4b中所示的分布m4)为一时，可以设置图案强度(例如，与图4b的末端对应的分布m1和m7)在周边区域中相同线宽处变为0.2或更大的像场弯曲量。这是因为在0.2或更大的图案强度处可以获得足够可测量的对比度。
91.接下来，将描述具体的曝光方法。如上所述，可以基于由检测单元22检测的光量分布来执行焦点和对准校准操作。如果预先识别掩模2与基板台架6之间的相对位置关系，那么可以在第二定时之后的第三定时通过使用如下所述的对准测量系统和焦点测量系统来控制掩模2和基板台架6的相对位置。具体地，控制单元7可以在适当地管理掩模2与基板5之间的相对位置关系的同时利用掩模2的图案使基板5曝光。
92.图13a图示了对准测量系统，并且图13b图示了焦点测量系统。图13a中所示的对准测量系统50(也称为离轴对准镜)包括光源51(诸如发光二极管(led))，透镜52、53、54和55，半反射镜56，以及图像捕获单元57。从光源51照射的光穿过透镜52和透镜53，并且被半反射镜56反射。反射光穿过透镜54并且垂直入射在基板5上。入射在基板5上的光被基板5的投射区域上的对准标记等反射和散射，并且反射和散射的光穿过透镜54、半反镜56和透镜55，使
得在图像捕获单元57上形成对准标记的图像并且捕获对准标记图像。对准测量系统50测量平行于xy平面的x轴方向和y轴方向上的基板5的位置。
93.图13b中所示的焦点测量系统60(也称为表面位置测量系统)包括光源61(诸如led)，透镜62、63和64，以及图像捕获单元65。从光源61照射的光穿过透镜62，并且斜入射在基板5上。入射光在基板5上被反射，穿过透镜63和透镜64，并且图像被图像捕获单元65捕获。焦点测量系统60执行形成在基板台架6上的第二测量标记109和基板台架6的z轴方向上的位置测量(z轴方向上的表面高度的测量)。可以基于x轴方向、y轴方向和z轴方向上的测量结果以及关于上述焦点和对准校准的信息识别掩模2与基板5之间的位置关系。
94.执行上述校准的频率可以根据投影光学系统4的稳定性和对曝光装置100所要求的准确度适当地设置。由于可以在不驱动基板台架6的情况下执行根据本示例性实施例的校准，因此即使在频繁地执行校准时对生产率的不利影响也小。因此，可以通过增加执行校准的频率来准确地校准掩模2和基板5的相对位置。
95.因此，在根据本示例性实施例的变化量测量处理中，不需要在z轴方向上驱动基板台架6以获得焦点的变化量。因此，根据本示例性实施例，在校准中，可以减少用于在z轴方向上移动基板台架6的操作(焦点校准操作)所需的时间，由此防止曝光装置100的生产率的降低。
96.虽然本示例性实施例图示了在第三定时基板台架6被驱动以供控制单元7控制掩模2和基板5的相对位置的示例，但是本公开不限于这个示例。例如，可以驱动掩模台架3，或者可以驱动掩模台架3和基板台架6两者。在本示例性实施例中，第一测量标记115和第二测量标记109的多个图案(透过区域)在x方向上并排布置，但是代替地，可以使用其中与上述图案类似的多个图案也在y方向上并排布置的第一测量标记115和第二测量标记109。在这样的情况下，准备并且提供多个检测单元22作为检测在x方向上布置的多个图案的图像的第一检测单元和作为检测在y方向上布置的多个图案的图像的第二检测单元。
97.下面将描述本公开的第二示例性实施例。上述第一示例性实施例说明了已穿过其中图案布置在一个方向(x轴方向)上的第一测量标记115和第二测量标记109的照明光的光量分布被测量以执行校准的示例。本示例性实施例说明了已穿过其中图案布置在多个方向(x轴方向和y轴方向)上的第一测量标记115和第二测量标记109的照明光的光量分布被测量以执行校准的示例。曝光装置100的基本配置与第一示例性实施例的基本配置类似，因此省略其描述。在第二示例性实施例中未描述的事项与在第一示例性实施例中描述的事项类似。
98.图14a图示了根据本示例性实施例的第一测量标记115。根据本示例性实施例的第一测量标记115包括遮光区域115d，透过区域115e和115f(它们各自是具有预定线宽和间距的多个图案)，以及透过区域115g、115h和115i。透过区域115e沿着x轴方向布置并且形成线和空间图案。透过区域115f沿着y轴方向布置并且形成线和空间图案。虽然假设第一测量标记115在掩模2上形成来描述本示例性实施例，但是本公开不限于这个示例。第一测量标记115可以在与投影光学系统4的物体表面对应的位置处提供。例如，第一测量标记115可以在掩模台架3上提供。在这样的情况下，即使在掩模台架3上没有放置掩模2的情况下，也可以执行对投影光学系统4的校准。
99.与第一示例性实施例中一样，具有不同线宽、间距、方向等的各种图案(或图案组)
可以被用作透过区域115e和115f的线和空间图案。透过区域115g、115h和115i被提供以照明下面要描述的第二测量标记109的透过区域109e、109f和109g。
100.图14b图示了根据本示例性实施例的第二测量标记109。根据本示例性实施例的第二测量标记109包括遮光区域109d，透过区域109e、109f和109g，以及透过区域109h和109i。透过区域109e和109f被形成为x轴方向上的图案，并且透过区域109f和109g被形成为y轴方向上的图案。
101.虽然本示例性实施例说明了第二测量标记109在基板台架6上提供的示例，但是本公开不限于这个示例。第二测量标记109被设置在与投影光学系统4的图像平面对应并且第一测量标记115的图案被投影的位置处。例如，第二测量标记109可以在与基板台架6不同的单元或元件中提供。
102.透过区域109h和109i被提供以使形成在第一测量标记115的透过区域115e和115f上的图案图像透过。
103.图14c图示了由检测单元22检测的光量分布。区域322表示照明光到达检测单元22的光接收表面的状态。区域322a至322e表示图案图像。
104.交线322h表示检测单元22的光接收表面与图像形成平面匹配的线。图像形成系统21在x轴方向和y轴方向中的每一个上具有像场弯曲。因此，在x轴方向和y轴方向中的每一个上，检测单元22的光接收表面对于图像形成平面不是完全匹配，并且与图像形成平面仅部分地重叠。因此，形成交线322h。
105.光量分布323是在检测单元22的x轴方向上延伸的区域322f中检测单元22的光接收表面上接收的光量的分布。如图14c中所示，区域322a中的光量与光量分布323中的分布323a对应，区域322b中的光量与光量分布323中的分布323b对应，并且区域322d中的光量与光量分布323中的分布323d对应。
106.光量分布324是在检测单元22的y轴方向上延伸的区域322g中检测单元22的光接收表面上接收的照明光的量的分布。如图14c中所示，区域322a中的光量与光量分布324中的分布324a对应，区域322c中的光量与光量分布324中的分布324c对应，并且区域322e中的光量与光量分布323中的分布324e对应。
107.在本示例性实施例中，可以在x轴方向和y轴方向中的每一个上获得已穿过第一测量标记115和第二测量标记109的照明光的光量分布，并且可以基于x轴方向和y轴方向中的每一个上的光量分布执行x轴方向和y轴方向中的每一个上的对准校准。也可以以与第一示例性实施例类似的方式执行焦点校准。
108.在本示例性实施例中，可以使用二维检测单元22(诸如区域传感器)，并且可以通过单个检测单元22测量x轴方向和y轴方向上的位置。因此，与在x轴方向和y轴方向中的每一个上准备检测单元22的情况不同，可以实现空间节省和成本节省。
109.在根据本示例性实施例的变化量测量处理中，也不需要在z轴方向上驱动基板台架6以获得焦点的变化量。因此，根据本示例性实施例，在校准中，可以减少用于在z轴方向上移动基板台架6的操作(焦点校准操作)的时间，由此防止曝光装置100的生产率的降低。
110.下面将描述本公开的第三示例性实施例。上述第一示例性实施例说明了第一测量标记115形成在掩模2上、第二测量标记109形成在基板台架6上并且检测单元22部署在基板台架6上的示例。本示例性实施例说明了第一测量标记115部署在除掩模2以外的位置处的
示例、第二测量标记109部署在除基板台架6以外的位置处的示例、以及检测单元22部署在除基板台架6以外的位置处的示例。
111.第三示例性实施例与第一示例性实施例的类似之处在于第一测量标记115部署在投影光学系统4的物体表面上并且第二测量标记109部署在投影光学系统4的图像平面上。曝光装置100的基本配置与第一示例性实施例的基本配置类似，因此省略其描述。在本示例性实施例中未描述的事项与第一示例性实施例的事项类似。
112.虽然上述第一示例性实施例说明了获得最佳焦点位置的两种方法，但是本示例性实施例说明了即使在z轴方向上驱动基板台架6时在由检测单元22获得的光量分布中也没有观察到变化的示例。因而，难以通过在第一示例性实施例中描述的方法确定最佳焦点位置。为了根据本示例性实施例确定最佳焦点位置，当放置检测单元22时要基于由检测单元22在光轴方向上被驱动而改变的光量分布来确定最佳焦点位置。因此，检测单元22要包括用于在光轴方向上驱动检测单元22的机构。替代地，可以组合使用如第一示例性实施例中那样放置在基板台架6下方的检测光学系统20以确定最佳焦点位置。
113.将参考图15a和15b描述根据本示例性实施例的曝光装置100。图15a图示了检测光学系统20被固定并且部署在投影光学系统4的侧部(在镜筒的侧表面)的状态。与图1a中所示的配置一样，在检测光学系统20中，不仅部署包括包括检测单元22、透镜23和透镜24的系统的图像形成系统21，而且还部署用于将照明光引导到图像形成系统21的反射镜32和33。第二测量标记109没有形成在基板台架6上，而是部署在光学系统20中的反射镜32和反射镜33之间与投影光学系统4的图像平面对应的位置处。
114.如上面在第一示例性实施例中所描述的，检测单元22可以在不驱动基板台架6的情况下测量焦点的变化量和对准的变化量。在本示例性实施例中，包括检测单元22的检测光学系统20可以在投影光学系统4固定的状态下测量焦点的变化量和对准的变化量，而不需要在光轴方向上移动投影光学系统4。通过利用这个特征，具有稍微位于在曝光处理期间要照射在基板5上的照明光(曝光光)的外侧的光路的照明光被引导到检测光学系统20的检测单元22，由此使得能够在执行曝光处理的同时不断地测量投影光学系统4的焦点的变化量和对准的变化量。因此，可以在没有测量的等待时间的情况下执行校准操作，由此减少生产率的降低。
115.图15b图示了第一测量标记115没有部署在掩模2或掩模台架3上、而是部署在投影光学系统4上方的光学系统40中的状态。光学系统40包括诸如光源41、透镜42、以及反射镜43的元件以照明第一测量标记115，并且供给与用于曝光处理的照明光不同的照明光。
116.本示例性实施例的益处在于，例如，可以对每个部分分开地执行校准。例如，与第一示例性实施例相对比，在具有图15b中所示的配置的曝光装置100中，可以仅识别投影光学系统4的图像形成性能、变形等。而且，与第一示例性实施例相对比，在具有图15a中所示的配置的曝光装置100中，可以通过评估测量值之间的差异来识别基板台架6的驱动性能、变形等。因此，与第一示例性实施例中相比较，本示例性实施例的益处在于可以分开地识别每个部分中的性能。
117.而且，在根据本示例性实施例的变化量测量处理中，不需要用于在z轴方向上驱动基板台架6的操作以获得焦点的变化量。包括检测单元22的光学系统20也不在光轴方向上移动。因此，根据本示例性实施例，在校准中，可以减少用于在z轴方向上移动基板台架6的
操作(焦点校准操作)等的时间，由此防止曝光装置100的生产率的降低。
118.《物品制造方法的示例性实施例》
119.根据本公开的示例性实施例的物品制造方法适合用于制造例如fpd。根据本示例性实施例的物品制造方法包括用于在基板5上涂覆的感光剂上使用上述曝光装置100形成潜像图案的过程(基板曝光过程)、以及用于使形成有潜像图案的基板5显影的过程。物品制造方法还包括其它已知的过程(诸如氧化、膜形成、沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、接合和封装)。与相关技术方法相比较，根据本示例性实施例的物品制造方法在物品的物品性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个上是有益的。
120.以上已描述了本公开的示例性实施例。然而，本公开不限于上述示例性实施例并且可以在不脱离本公开的要旨的情况下以各种方式修改或改变。
121.根据本公开的一方面，能够提供一种曝光装置，其益处在于减少了由于校准操作引起的生产率的降低。
122.虽然已参考示例性实施例描述了本公开，但是要理解的是，本公开不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围要被赋予最广泛的解释以便涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。