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TWI654485B - 偵測設備、偵測方法、程式、微影設備及物件製造方法 - Google Patents

偵測設備、偵測方法、程式、微影設備及物件製造方法

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Publication number
TWI654485B
TWI654485B TW106111926A TW106111926A TWI654485B TW I654485 B TWI654485 B TW I654485B TW 106111926 A TW106111926 A TW 106111926A TW 106111926 A TW106111926 A TW 106111926A TW I654485 B TWI654485 B TW I654485B
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TW
Taiwan
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mark
imaging
tolerance
controller
time period
Prior art date
Application number
TW106111926A
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English (en)
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TW201802579A (zh
Inventor
坂本憲稔
Noritoshi Sakamoto
Original Assignee
日商佳能股份有限公司
Canon Kabushiki Kaisha
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Publication date
Application filed by 日商佳能股份有限公司, Canon Kabushiki Kaisha filed Critical 日商佳能股份有限公司
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Abstract

一種偵測設備、偵測方法、程式、微影設備和物品製造方法被揭露。該偵測標記的偵測設備包括：成像裝置，其被建構來執行對標記的成像；以及控制器，其被建構來控制所述成像裝置。該控制器被配置來控制該成像裝置使得在具有該標記的物件的位置收斂在容差內之前只有該位置在該容差內的時間段才是成像的時間段。

Description

偵測設備、偵測方法、程式、微影設備及物件製造方法
本發明涉及偵測設備、偵測方法、程式、微影設備和物品製造方法。
在用於製造半導體設備的微影設備中，需要以高精度定位基板。例如，基板的位置由包括在微影設備中的偵測設備根據在基板上形成的標記的位置的偵測結果來確定。基板被保持在載置台(stage)上並被載置台移動到標記被偵測的位置。載置台在剛到達該位置之後是振動的。因此，等待振動的穩定(靜止)，然後偵測基板的位置。因此，微影設備的生產量受限於直到振動穩定為止的待機時間。在日本專利公開案第H9-289147號中公開的技術中，根據必要的解析度等來改變載置台在掃描曝光設備中的加速之後且在開始曝光之前的穩定時間。
然而，即使當日本專利公開案第H9-289147 號的發明被應用於前述偵測設備時，取決於必要的偵測精度，也可能難以縮短待機時間。
本發明提供了例如有利於加快標記的偵測完成的偵測設備。
根據本發明的一個方面，偵測標記的偵測設備包括：成像裝置，其被建構來執行對標記的成像；以及控制器，其被建構來控制該成像裝置。該控制器被建構來控制該成像裝置以使得在具有該標記的物件的位置收斂在容差內之前只有該位置在該容差內的時間段才是成像的時間段。
從以下參考附圖對示例性實施例的描述，本發明的其它特徵將變得清楚。
9‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧雷射干涉儀
12‧‧‧雷射干涉儀
13‧‧‧標線片對準偵測系統
16‧‧‧晶圓對準偵測系統
15‧‧‧聚焦和傾斜偵測系統
2‧‧‧標線片載置台
4‧‧‧晶圓載置台(基板保持單元)
5‧‧‧照明光學系統
6‧‧‧投影光學系統
1‧‧‧標線片(原版)
3‧‧‧晶圓(基板或測量物件)
20‧‧‧控制器
7‧‧‧鏡子
8‧‧‧鏡子
17‧‧‧基準標記
11‧‧‧基準板
18‧‧‧基準標記
19‧‧‧對準標記
Ta‧‧‧累積時間
Tb‧‧‧累積時間
Tc‧‧‧累積時間
Td‧‧‧累積時間
Te‧‧‧累積時間
圖1是示出了根據第一實施例的偵測設備和曝光設備的示意圖。
圖2是示出了當在+Z方向上觀察時放置在晶圓載置臺上的晶圓的圖。
圖3是示出了從標記反射的光的信號強度的波形的圖。
圖4是示出了從標記反射的光的信號強度的波形的圖。
圖5是示出了從標記反射的光的信號強度的波形的圖。
圖6是示出了從載置台的到目標位置的移動開始起所經過的時間與載置台的位置距離目標位置的偏差之間的關係的圖。
圖7A是示出了當傳統技術的偵測設備執行測量時晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。
圖7B是示出了當根據第一實施例的偵測設備執行測量時晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。
圖8是示出了根據第二實施例的晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。
圖9A是示出了當傳統技術的偵測設備執行測量時晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。
圖9B是示出了當根據第三實施例的偵測設備執行測量時晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。
在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。
(第一實施例)
圖1是示出了根據第一實施例的偵測設備和曝光設備的示意圖。偵測設備也可以應用於另一微影設備(例如，壓印設備)。但是，在本實施例中，作為示例將描述將偵測設備應用於曝光設備。根據本實施例的偵測設備包括雷射干涉儀9、10和12、用作執行對標記的成像的成像裝置的標線片(reticle)對準偵測系統13、晶圓對準偵測系統16以及聚焦和傾斜偵測系統15。根據本實施例的包括偵測設備的曝光設備包括標線片載置台2、晶圓載置台(基板保持單元)4、照明光學系統5和投影光學系統6。標線片載置台2支撐並定位標線片(原版)1。晶圓載置台4支撐並定位晶圓(基板或測量物件)3。照明光學系統5用曝光光線照明標線片1。投影光學系統6將由曝光光照明的標線片1的圖案圖像投影在由晶圓載置台4支撐的晶圓3上。控制器20可以包括電腦或記憶體，總體控制偵測設備和曝光設備的操作，並使電腦執行作為程式的根據本實施例的偵測方法。根據本實施例，控制器20被假定為包括在偵測設備中。
在本實施例中，使標線片1和晶圓3在掃描方向上相互同步並移動的同時將標線片1上形成的圖案投影在晶圓3上以曝光圖案的掃描曝光設備(掃描步進器)被用作曝光設備。曝光設備可以是固定標線片1並將標線片1的圖案投影在晶圓3上以曝光圖案的曝光設備(步進器)。與投影光學系統6的光軸平行的方向被假設為Z方 向，標線片1和晶圓3的在與光軸垂直的平面上的同步和移動方向(掃描方向)被假設為Y方向，並且在平面中與Y方向垂直的方向(非掃描方向)被假設為X方向。圍繞X、Y和Z軸(在這些方向上延伸的軸)的軸的方向被假設為θX、θY和θZ方向。
標線片1上的預定照明區域被照明光學系統5的具有均勻的照明分佈的曝光光線照明。水銀燈、KrF準分子雷射器、ArF準分子雷射器、F2雷射器或極紫外(EUV)線的光被用作從照明光學系統5發射的曝光光線。
標線片載置台2可以在垂直於投影光學系統6的光軸的平面(即XY平面)中二維地移動，並且可以在θZ方向上微幅地旋轉。在本實施例中，示出了三個驅動軸，但是可以使用任何的一至六個驅動軸。標線片載置台2由諸如線性馬達之類的標線片載置台驅動裝置(未示出)來驅動，並且標線片載置台驅動裝置由控制器20控制。鏡子7被安裝在標線片載置台2上。包括在偵測設備中的雷射干涉儀9被設置在面向鏡子7的位置。雷射干涉儀9即時地測量標線片1在二維方向(XY方向)上的位置和θZ，並將測量結果輸出到控制器20。控制器20基於測量結果藉由驅動標線片載置台驅動裝置來定位由標線片載置台2支撐的標線片1。
晶圓載置台4包括經由晶圓卡盤(未示出)保持晶圓3的θZ傾斜載置台、支撐θZ傾斜載置台的XY 載置台(未示出)和支撐XY載置台的基座(未示出)。晶圓載置台4由可以是線性馬達的晶圓載置台驅動裝置(未示出)來驅動。晶圓載置台驅動裝置由控制器20控制。鏡子8被安裝在晶圓載置台4上。包括在偵測設備中的雷射干涉儀10和12被設置在它們面向鏡子8的位置。雷射干涉儀10即時地測量晶圓3在二維方向(XY方向)上的位置和θZ，並將測量結果輸出到控制器20。雷射干涉儀12即時地測量晶圓3在Z方向上的位置以及θx和θy，並將測量結果輸出到控制器20。控制器20基於測量結果藉由驅動晶圓載置台驅動裝置來定位由晶圓載置台4支撐的晶圓3。
投影光學系統6以預定的投影倍率β將標線片1的標線片圖案投影並曝光在晶圓3上，並且被建構成包括多個光學元件。在本實施例中，投影光學系統6是投影倍率β例如為1/4或1/5的縮小投影系統。
包含在偵測設備中的標線片對準偵測系統13被設置在標線片載置台2附近，並對標線片1上的基準(reference)標記(未示出)和在晶圓載置台4上的基準板11上形成的基準標記17(參見圖2)進行偵測(成像)。基準板11被安裝在晶圓載置台4的角部，使得基準板11的表面和晶圓3的表面具有大致相同的高度。基準標記17通過投影光學系統6來偵測。例如，諸如CMOS感測器之類的光電轉換元件被安裝在標線片對準偵測系統13上。標線片對準偵測系統13偵測從標線片1上 的基準標記和基準標記17反射的光，並將偵測結果(信號)輸出到控制器20。控制器20基於該信號來控制晶圓載置台驅動裝置和標線片載置台驅動裝置，並使標線片1上的基準標記與基準標記17的位置和聚焦對準，以對準標線片1和晶圓3的相對位置(X，Y，Z)。
基準標記17可以是反射標記或透射標記。當基準標記17是透射標記時，使用標線片對準偵測系統14。偵測透過基準標記17的透射光的光量感測器被安裝在標線片對準偵測系統14上。透射光的量可以在X方向(或Y方向)和Z方向上驅動晶圓載置台4的同時來進行測量，並且可以基於測量結果使標線片1上的基準標記和基準標記17的位置和聚焦對準。以這種方式，無論使用標線片對準偵測系統13和標線片對準偵測系統14中的哪一個，都可以對準標線片1和晶圓3的相對位置關係(X，Y，Z)。
圖2是示出了當在+Z方向上觀察時放置在晶圓載置台4上的晶圓3的圖。在晶圓載置台4中，基準板11被安裝在角部。基準板11具有用於晶圓對準的基準標記17和基準標記18。假設用於標線片對準的基準標記17和用於晶圓對準的基準標記18之間的位置關係(XY方向)是已知的。基準標記17和18可以是共用的標記。在晶圓3中，示出了壓射區域1至38的佈局，並且在每個壓射區域附近形成對準標記19。
包括在偵測設備中的晶圓對準偵測系統16是 離軸光學系統，其具有在遠離投影光學系統6的光軸的位置處的光軸，並且包括用偵測光線照射晶圓3上的基準板11上的對準標記19和基準標記18的照射系統。此外，在其中包括接收從這些標記反射的光的光接收系統，以對對準標記19和基準標記18成像。聚焦和傾斜偵測系統15包括用偵測光線照射晶圓3的表面的照射系統和接收從晶圓3反射的光的光接收系統。
為了對標記進行偵測(成像)，重要的是調整累積時間(成像的時間段)，在該累積時間中，從標記反射的光被偵測系統轉換成電荷且被累積。將參考圖3至圖6描述累積時間。圖3-圖5是示意性地示出了從標記反射的光的信號強度的波形的圖。圖6是示出了從載置台(其為其中形成有標記的構件)的到目標位置的移動開始起所經過的時間(橫軸)與載置台的位置距離目標位置的偏差(縱軸)之間的關係的圖。在圖6中，陰影示出的Ta到Te表示累積時間，其中從標記反射的光被偵測系統轉換的電荷被累積並且該累積時間彼此相同。E表述以載置台的週期性振動的會聚位置(falling position)為中心的偏差的容差。該數值是根據測量精度或生產量來設置的。當偏差在容差內(當載置台振動靜止)時，可以測量標記。
圖3-圖5中所示的波形是其中橫軸表示偵測系統中包括的感測器上的位置並且縱軸表示由感測器測量的信號強度的波形。由偵測系統輸出的波形是藉由組合雜 訊波形和標記波形而獲得的波形。在下面的描述中，考慮的是對於預定的累積時間測量X座標不同的兩個標記的情況。圖3示出了對於圖6中所示的累積時間Ta至Te之一測量標記而獲得的結果。如圖3中所示，由於雜訊波形的信號強度的峰值等於標記波形的信號強度的峰值，因此在藉由組合雜訊波形和標記波形而獲得的輸出波形中，標記波形被埋沒的雜訊波形中。在這種情況下，難以確定標記的位置。
圖4示出了當載置台的振動在容差內時，對於多個不連續的累積時間Tb、Td和Te對標記成像而獲得的結果。在這種情況下，如圖所示，雜訊波形的信號強度與圖3中的信號強度相同，但在標記波形的峰值處的信號強度更強。在輸出波形中，標記波形不被埋沒在雜訊波形中。將標記波形不被埋沒在雜訊波形中的強度設置為門檻值。累積時間的標記波形的峰值位於感測器的相同位置處。因此，當積累時間Tb的標記波形、累積時間Td的標記波形和累積時間Te的標記波形被組合(積分)時，當峰值超過門檻值時信號強度更強。
圖5示出了對於累積時間Ta、Tb和Tc測量標記所獲得的結果。在這種情況下，如圖所示，在輸出波形中，與圖4不同的是，標記波形被埋沒在雜訊波形中。累積時間具有與圖4的情況下的累積時間相同的長度，但是在每個累積時間中，標記波形的峰值不在感測器上的相同位置處。因此，即使當組合了標記波形時，當峰值不被 埋沒在雜訊波形中時信號強度也不更強。
根據上面的描述，可以理解到，為了偵測標記的位置，重要的是不僅延長累積時間，而且還獲取在載置台的振動在容差內時測量的標記波形。上述偏差基於測量載置台的位置資訊的雷射干涉儀(測量裝置)10和12的輸出(信號)即時地計算。
根據本實施例的偵測設備對標記的偵測已經被描述。圖7A和圖7B是示出了當測量對準標記19時從晶圓載置台4的到目標位置的移動開始起所經過的時間與晶圓載置台4的位置距離目標位置的偏差之間的關係的圖。Ea示出以晶圓載置台4的振動收斂的位置為中心的偏差的容差。當考慮測量精度或生產量來設置該值，並且偏差在容差內(當載置台振動靜止)時，可以測量標記。將偏差在容差Ea之內的時間點設置為時刻Ts。圖7A和7B中的時刻Ts是同一時刻。在圖7B中，用陰影示出的時間T1到T10表示累積時間。控制器20基於來自測量晶圓載置台4的位置資訊的雷射干涉儀10和12的信號來即時地計算偏差。
圖7A示出了傳統技術的偵測方法。等待晶圓載置台4的振動的靜止(穩定)直到時刻Ts為止，然後開始測量。取決於測量精度，容差Ea可以變窄，時刻Ts可以延後(delayed)，因此在生產量方面存在缺點。另一方面，在圖7B中，在從晶圓載置台4的到目標位置的移動開始起，在偏差在容差Ea之內的部分(時間T1至T10) 中測量對準標記19。控制器20控制晶圓對準偵測系統16，使得時間T1至T10(晶圓載置台4在容差E之內的時間段)被設置為成像的時間段。
這裡，為了提高測量精度，需要將晶圓對準偵測系統16實施的對準標記19的測量和雷射干涉儀10實施的晶圓載置台4的測量兩者同步。作為同步方法，例如有使用LED等(未示出)作為晶圓對準偵測系統16的光源來使脈衝照亮(lighting)的定時與雷射干涉儀10輸出測量結果的定時同步的方法。脈衝照亮也可以藉由調整沿著其光被引導到晶圓對準偵測系統16的光路來執行。此外，存在在晶圓對準偵測系統16的光電轉換元件(成像元件)中配置電子快門並且使雷射干涉儀10輸出測量結果的定時與電子快門的驅動同步的方法。該同步係由控制器20控制。
該測量可以不必在所有時間T1至T10中執行。當在標記波形的峰值處的信號強度可以如圖4中那樣被識別時，在時間T1至T10中的一些時間中可以不執行測量。可以適當地確定執行測量的時間(諸如T1和T3中的一些時間)。即使當在全部時間T1至T10中執行測量時，在標記波形的峰值處的信號強度不足的情況下也可以在時刻Ts之後執行測量。也就是說，當成像獲得的信號的強度滿足允許條件時，控制器20控制晶圓對準偵測系統16使得成像結束。必要累積時間的長度(允許條件)可以根據標記的物理特性或光學特性來確定。控制器20 基於晶圓對準偵測系統16的輸出和雷射干涉儀10的輸出獲得對準標記19的位置。
以這種方式，根據本實施例的偵測設備可以在不等待晶圓載置台4的振動靜止和降低標記的偵測精度的情況下執行測量。根據本實施例，可以提供在加快標記的偵測完成中有用的偵測設備。
(第二實施例)
在第一實施例中，假設晶圓載置台4的位置收斂在目標位置(偏差零)上。然而，取決於設備的狀態、測量條件等，在某些情況下，晶圓載置台4的位置收斂於有一定程度的偏差的位置。圖8是示出了根據本實施例的晶圓載置台的位置距離目標位置的偏差的時間變化的圖。圖8示出了其中載置台位置收斂的位置相對於圖7B的情況從偏差零變化到偏差10的情況。累積時間等與第一實施例的累積時間等相同，除了會聚位置不同。可以基於預先獲得的晶圓載置台4的振動特性來設置會聚位置。可以測量幾個點，可以監測偏差的趨勢(tendency)，並且可以根據監視結果來設置會聚位置。根據本實施例，可以處理其中載置台的振動收斂於從目標位置偏差的位置的情況。根據本實施例的偵測設備可以獲得與第一實施例相同的優點。
(第三實施例)
圖9A和圖9B是示出了當測量對準標記19時從晶圓載置台4的到目標位置的移動開始起所經過時間與晶圓載置台4的位置距離目標位置的偏差之間的關係的圖。在本實施例中，使用容差比根據前述實施例的容差Ea窄的容差Eb。圖9A示出了傳統技術的偵測方法以及從時刻Ts起執行△T的累積時間的測量的情況。根據本實施例的容差被設置為圖9A中的△T部分中的振動幅度的最小值。容差Eb的累積時間對應於圖9B中所示的T1'至T10'。
由於容差較窄，所以在累積時間內的載置台的偏差的差異較小，並且標記波形的峰值更容易在感測器上的相同位置處一致。因此，由於所獲得的標記波形的峰值處的信號強度更強並且容差更窄，所以標記偵測精度變得更好。可以以較粗的精度偵測標記，並且然後仔細偵測。藉由改變容差，可以處理偵測。根據本實施例，藉由使容差變窄，可以提高偵測精度。因此，根據本實施例的偵測設備也可以獲得與上述實施例相同的優點。
在前述實施例中，標記偵測已被當作實施在X方向上的位置測量的示例被描述。然而，也可以同時對Y方向上的位置測量執行標記偵測。在前述實施例中，晶圓對準偵測系統16對對準標記19的測量已經被當作示例加以描述。然而，本發明也可以應用於標線片對準偵測系統13對基準標記的測量。標記的位置可以基於載置台的位置在容差內的時間段期間的載置台的位置的代表性數值 來獲得。代表性數值可以是諸如位置的平均值、中值和範數之類的統計值之一。作為位置測量目標的物件不限於晶圓載置台4，而是可以是標線片載置台2。
(物品製造方法)
根據本發明的實施例的物品製造方法在製造諸如微裝置(諸如半導體裝置等)、具有微結構的元件等的物品時是較佳的。物品製造方法可以包括使用前述微影設備在基板上形成圖案的步驟；以及處理(例如，除去剩餘的膜(當微影設備是壓印設備時))其上在上一步驟中已經形成圖案的基板的步驟。當微影設備是曝光或繪製設備時，包括顯影步驟而不是處理步驟。此外，物品製造方法可以包括其它已知的步驟(氧化、成膜、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑剝離、切割、接合、封裝等)。與傳統的裝置製造方法相比，本實施例的裝置製造方法在裝置的性能、品質、生產率和生產成本中的至少一個方面具有優點。
雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所揭露的示例性實施例。所附申請專利範圍的範圍應被賦予最廣泛的解釋，以便包含所有這些修改以及等同的結構和功能。
本申請案主張於2016年4月20日提交的日本專利申請案第2016-084599號的權益，其全部內容藉由參照而併入本文。

Claims (14)

  1. 一種偵測標記的偵測設備，該設備包含：成像裝置，其被建構來執行標記的成像；和控制器，其被建構來控制該成像裝置，其中該控制器被建構來控制該成像裝置以使得在偏離一用來支撐並定位具有該標記的一物件的載置台的目標位置的偏差收斂在容差內之前，只有該偏差在該容差內的時間段才是該成像的時間段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來基於來自被建構來測量該載置台的位置的該測量裝置的輸出來控制該成像的時間段。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來控制該成像裝置以使得在該偏差收斂在該容差內之前，只有該偏差在該容差內的多個不連續的時間段才是該成像的時間段。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來控制該成像裝置以使得在該成像獲得的信號的強度滿足一容許條件的情況下，該成像的時間段即結束。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來基於該成像裝置的輸出和該測量裝置的輸出來獲得該標記的位置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來基於在該載置台的位置在該容差內的時間段中該載置台的位置的代表性數值來獲得該標記的位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的偵測設備，其中，該控制器被建構來藉由控制包括在該成像裝置中的圖像感測器的電子快門或包括在該成像裝置中用於照明該標記的光源來控制該成像的時間段。
  8. 一種偵測標記的偵測設備，該設備包含：成像裝置，其被建構來執行標記的成像；和控制器，其被建構來控制該成像裝置，其中該控制器被建構來控制該成像裝置以使得在偏離一用來支撐並定位一物件之具有該標記的載置台的目標位置的偏差收斂在容差內之前，只有該偏差在該容差內的時間段才是該成像的時間段。
  9. 一種偵測標記的偵測方法，該方法包含以下步驟：執行對標記的成像用以偵測該標記，其中在偏離一用來支撐並定位具有該標記的物件的載置台的目標位置的偏差收斂在容差內之前，只有該偏差在該容差內的時間段才是成像的時間段。
  10. 一種偵測標記的偵測方法，該方法包含以下步驟：執行對標記的成像用以偵測該標記，其中在偏離一用來支撐並定位一物件之具有該標記的載置台的目標位置的偏差收斂在容差內之前，只有該偏差在該容差內的時間段才是成像的時間段。
  11. 一種在基板上形成圖案的微影設備，該設備包含：如申請專利範圍第1項所界定的偵測設備，其被建構來偵測形成在該基板上的標記。
  12. 一種製造裝置的方法，該方法包含以下步驟：使用如申請專利範圍第11項所界定的微影設備在基板上形成圖案；和處理其上已經形成該圖案的基板以製造該裝置。
  13. 一種在基板上形成圖案的微影設備，該設備包含：如申請專利範圍第8項所界定的偵測設備，其被建構來偵測形成在該基板上的標記。
  14. 一種製造裝置的方法，該方法包含以下步驟：使用如申請專利範圍第13項所界定的微影設備在基板上形成圖案；和處理其上已經形成該圖案的基板以製造該裝置。
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