TWI725039B

TWI725039B - 位置量測系統、微影裝置及位置量測方法

Info

Publication number: TWI725039B
Application number: TW105120832A
Authority: TW
Inventors: 德派希英格伯特斯安東尼斯法蘭西斯寇斯凡; 艾蜜爾喬瑟夫米蘭尼屋森; 里溫羅博特愛德格范
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2021-04-21
Also published as: EP3995897A1; US10331045B2; EP3317725A1; EP3317725B1; EP3995897B1; US20180364594A1; JP6534750B2; TW201708976A; NL2016836A; WO2017001124A1; JP2018521319A

Abstract

本發明係關於一種用以量測一物件相對於一參考件之一位置之位置量測系統，該位置量測系統包含兩個干涉計，其中每一干涉計經組態以自輸入輻射形成一參考光束及一量測光束，且組合該參考光束及該量測光束以提供待遞送至一偵測器之輸出輻射，其中每一干涉計經組態成使得該參考光束係由輸入輻射自一反射元件之反射形成，且使得該量測光束係由輸入輻射自該物件上之一光柵之繞射形成，且其中該參考光束及該量測光束彼此平行。

Description

位置量測系統、微影裝置及位置量測方法

本發明係關於一種位置量測系統且係關於一種包含此系統之微影裝置。

微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在此狀況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。習知微影裝置包括：所謂步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。

微影裝置通常包含需要準確地定位之許多可移動物件，諸如，圖案化器件支撐件、基板支撐件、光學組件等等。包括干涉計之位置量測系統可用以判定物件相對於參考件之位置，基於此，致動器可經操作以將物件移動至所要位置。

在菲左型干涉計之狀況下，光纖波導可用以朝向一物件及一反射元件發射輻射，且用以接收及組合自該物件及該反射元件之反射，該等反射待發送至對應偵測器。接著基於自物件反射之輻射與自反射元件反射之輻射之間的光學路徑長度差來判定物件之位置。

基於光學路徑長度差之位置量測之缺陷為：對於物件之一些位置，光學路徑長度可相對大，從而導致對濕度、溫度、波長變化以及周圍空氣之折射率變化之敏感度增加。

需要提供一種可將所需光學路徑長度保持為小的位置量測系統。

根據本發明之一實施例，提供一種用以量測一物件相對於一參考件之一位置之位置量測系統，該位置量測系統包含兩個干涉計，其中每一干涉計經組態以自一輸入輻射形成一參考光束及一量測光束，且組合該參考光束及該量測光束以提供待遞送至一偵測器之輸出輻射，其中每一干涉計經組態成使得該參考光束係由輸入輻射自一反射元件之反射形成，且使得該量測光束係由輸入輻射自該物件上之一光柵之繞射形成，且其中該參考光束及該量測光束彼此平行。

根據本發明之另一實施例，提供一種包含上根據本發明之一位置量測系統之微影裝置。

10:輸入輻射

15:繞射光束

20:一階繞射光束/量測光束

25:繞射光束

30:反射

40:參考光束

50:第一反射光束

60:第二反射光束

AD:調整器

AS:對準感測器

B:輻射光束

BD:光束遞送系統

C:目標部分

CO:聚光器

FI:光纖

GR:光柵

IF:位置感測器

IF1:干涉計

IF2:干涉計

IF3:干涉計

IL:照明系統/照明器

IN:積光器

LA:微影裝置

LACU:微影裝置控制單元

LS:位階感測器

M₁:光罩對準標記

M₂:光罩對準標記

MA:圖案化器件

MT:支撐結構/支撐件

OB:物件

P₁:基板對準標記

P₂:基板對準標記

PM:第一定位器

PS:投影系統

PW:第二定位器/基板定位器

R1:第一反射器

R2:第二反射器

RE1:反射元件

RE2:反射元件

RN:參考件

RR:反射器

SD:單元

SO:輻射源

W:基板

WTa:基板台/基板支撐件

WTb:基板台/基板支撐件

現在將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應元件符號指示對應部件，且在該等圖式中：- 圖1描繪根據本發明之實施例之微影裝置； - 圖2描繪根據本發明之一實施例之位置量測系統；- 圖3描繪根據本發明之一替代實施例之位置量測系統；- 圖4描繪根據本發明之又一實施例之位置量測系統；及- 圖5描繪根據本發明之一實施例之與位置量測系統一起使用的額外干涉計。

圖1示意性地描繪根據本發明之一項實施例之微影裝置。該裝置包含：- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或EUV輻射)；- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；- 基板台(例如，晶圓台)WTa或WTb，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。

照明系統IL可包括用於導向、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。

本文所使用之術語「輻射光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)；以及粒子束(諸如，離子束或電子束)。

支撐結構MT支撐(亦即，承載)圖案化器件MA。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化器件是否被固持於真空環境中)之方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化器件MA。支撐結構MT可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構MT可確保圖案化器件MA(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「圖案化器件」同義。

本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所產生之器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。

圖案化器件MA可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合式光罩類型。可程式化鏡面陣列之實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。

本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。

如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，使用上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。

微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。圖1之實例中之兩個基板台WTa及WTb為此情形之說明。可以單機方式來使用本文所揭示之本發明，但詳言之，本發明可在單載物台裝置抑或多載物台裝置之曝光前量測階段中提供額外功能。

微影裝置亦可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。如本文所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。

參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源SO為準分子雷射時，輻射源SO及微影裝置可為分離的實體。在此等狀況下，不認為輻射源SO形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適導向鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部件。輻射源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。

照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器IL可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。

輻射光束B入射於被固持於支撐結構MT上之圖案化器件MA上，且係由該圖案化器件MA圖案化。在已橫穿圖案化器件MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WTa/WTb，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現支撐結構MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WTa/WTb之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，支撐結構MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分C之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在將一個以上晶粒提供於圖案化器件MA上之情形中，光罩對準標記M1、M2可位於該等晶粒之間。

所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：

1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使圖案化器件MT及基板台WTa/WTb保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WTa/WTb在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中成像之目標部分C之大小。

2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描圖案化器件MT及基板台WTa/WTb(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WTa/WTb相對於圖案化器件MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。

3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使圖案化器件MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WTa/WTb。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WTa/WTb之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如，上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。

亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。

微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa及WTb以及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器LS來映射基板之表面，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。此情形實現裝置之產出率之相當大增加。若位置感測器IF在基板台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。

裝置進一步包括控制所描述之各種致動器及感測器之所有移動及量測的微影裝置控制單元LACU。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關之所要計算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，該等子單元各自處置裝置內之子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。舉例而言，一個處理子系統可專用於基板定位器PW之伺服控制。單獨單元可甚至處置粗略致動器及精細致動器，或不同軸線。另一單元可能專用於位置感測器IF之讀出。裝置之總控制可受到中央處理單元控制，中央處理單元與此等子系統處理單元通信、與操作員通信，且與微影製造程序中所涉及之其他裝置通信。

圖2描繪用以量測包含於圖1之微影裝置LA中之物件OB之位置的位置量測系統，其中該物件OB可為基板支撐件WTa、WTb、用於圖案化器件MA之支撐件MT、投影系統PS之光學組件或圖1之微影裝置LA之任何其他可移動物件。

圖2中展示兩個干涉計IF1、IF2及一單元SD。該單元SD包含一光源及一或多個偵測器。在操作期間，單元SD將光自光源(例如，雷射或LED)通過光纖FI導向至干涉計IF1、IF2。光纖FI亦將光(亦即，輸出輻射)自干涉計IF1、IF2分別遞送至單元SD中之一或多個偵測器。

由光纖FI提供之輸入輻射10之一部分係由每一干涉計導向朝向物件OB上之光柵GR。舉例而言，光柵GR為振幅光柵或相位光柵。

輸入輻射10分別針對干涉計IF1、IF2以角度β、β'入射至光柵。角度β、β'經選擇為使得輸入輻射10自光柵GR繞射且一階繞射光束20或高階繞射光束作為量測光束返回至各別干涉計IF1、IF2。因此，在此實施例中，輸入輻射自光柵GR之反射30(亦即，零階繞射光束)並未由該位置量測系統使用。角度β、β'可被稱作利特羅角(littrow angle)。應進一步注意，在此實施例中，各別干涉計IF1、IF2之輸入輻射10在不同部位處入射至光柵GR，使得一個干涉計之輸入輻射之反射30不干涉另一干涉計之操作。

反射元件RE1、RE2與干涉計IF1、IF2相關聯。在此實施例中，輸入輻射10之一部分入射至各別反射元件RE1、RE2，該各別反射元件具有使得輸入輻射10分別返回反射至干涉計IF1、IF2以形成參考光束40之定向。提供反射元件RE1、RE2使得量測光束20與參考光束40彼此平行，例如類菲左。反射元件RE1、RE2中之一者或兩者可經配置以反射輸入輻射10之一部分以形成參考光束40，且可經配置以傳播輸入輻射10之另一部分以形成量測光束20。反射元件RE1、RE2中之一者或兩者可反射輸入輻射10之部分以在平行於量測光束20之方向的方向上形成參考光束40。

干涉計IF1、IF2組合各別量測光束20及參考光束40以提供輸出輻射，該輸出輻射經由光纖FI而透射至單元SD中之偵測器。

由於此組態，量測光束及參考光束之干涉對物件在Z方向以及X方向上之移動敏感，此係因為針對移動兩者，來自干涉計IF1、IF2之輸入輻射10入射於光柵GR上之光點將改變，藉此改變量測光束20與參考光束40之間的相對相位。

歸因於干涉計IF1、IF2之鏡像組態，量測光束與參考光束之間的相位改變將在X或Z方向上不同地改變，使得物件在Z方向上之移動可藉由使干涉計IF1、IF2之信號相減而判定，且物件在X方向上之移動可藉由而使干涉計IF1、IF2之信號相加而判定，或反之亦然。

該位置量測系統相比於先前技術之優點在於：在X方向上之移動範圍對量測光束20及參考光束40之路徑長度沒有影響，使得該路徑長度能夠在Z方向上之移動範圍相對小時保持相對小。可在垂直於Z方向及X方向之Y方向上獲得同樣優點。因此，為了能夠獲得本發明之優點，僅需要使一個移動範圍小。

圖3描繪根據本發明之位置量測系統之一替代實施例。該系統相似於圖2之位置量測系統，且亦包含供與物件OB上之光柵GR合作之兩個干涉計IF1、IF2、一單元SD，及複數個光纖FI。在操作期間，單元SD將光自光源(例如，雷射或LED)通過光纖FI導向至干涉計IF1、IF2。光纖FI亦將光(亦即，輸出輻射)自干涉計IF1、IF2遞送至單元SD中之一或多個偵測器。

由光纖FI提供之輸入輻射10係由每一干涉計導向朝向物件OB上之光柵GR。

輸入輻射10分別針對干涉計IF1、IF2以角度β、β'入射至光柵。角度β、β'經選擇為使得輸入輻射10自光柵GR繞射且一階繞射光束20或高階繞射光束作為量測光束返回至各別干涉計IF1、IF2。角度β、β'可被稱作利特羅角。

圖3之實施例與圖2之實施例的不同之處在於：物件OB亦用作反射元件，使得零階繞射光束(亦即，一個干涉計IF1/IF2之輸入輻射10之反射)形成用於另一干涉計IF1/IF2之參考光束40。因此，不需要單獨反射元件，諸如圖2之實施例中之反射元件RE1、RE2，但來自干涉計IF1、IF2兩者之輸入輻射10至少部分地重合及重疊。

圖4描繪根據本發明之位置量測系統之另外實施例。在圖4中，出於簡單之原因僅展示一個干涉計IF1，但設想到，位置量測系統包含鏡像干涉計IF2，如呈圖2之組態，其中每干涉計使用一反射元件(圖4中未繪示)；或如呈圖3之組態，其中物件為用於干涉計之反射元件且一個干涉計之入射輸入輻射之反射用作另一干涉計之參考光束。

在圖4中，輸入輻射10以角度α入射至物件OB之光柵GR，使得輸入輻射10劃分成繞射光束15及反射30。繞射光束15經導向朝向反射器RR，比如貓眼、立方體隅角、回反射器或簡單地為透鏡及鏡面。繞射光束15由反射器RR朝向光柵GR返回反射以第二次繞射。角度α及γ 係使得在自光柵GR之第二繞射期間，繞射光束15繞射成繞射光束25。繞射光束25經導向朝向干涉計IF1以形成量測光束。自光柵GR繞射多次之優點為：相移對物件OB之移動之敏感度增加，且因此可偵測到較小移動，從而改良量測系統之準確度。

可藉由提供如圖5中所描繪之干涉計IF3進一步改良量測。干涉計IF3自單元SD經由光纖FI接收輸入輻射10。輸入輻射10係由干涉計IF3導向朝向具有第一反射器R1及第二反射器R2的物件OB或參考件RN。輸入輻射10之一部分係自第一反射器R1反射以形成第一反射光束50。輸入輻射10之另一部分係自第二反射器R2反射以形成第二反射光束60。第一反射光束50及第二反射光束60係由干涉計IF3組合且經導向至單元SD中之偵測器。

藉由提供相對於彼此相隔恆定距離d1的第一反射器R1及第二反射器R2，在偵測器處導出之信號將對諸如波長變化、周圍空氣之折射率變化、溫度及濕度之其他現象敏感，該等資訊可用以校正或補償自位置量測系統中之其他干涉計導出之信號。可藉由在第一反射器R1與第二反射器R2之間使用微晶玻璃間隔件來提供恆定距離d1。

儘管已僅關於包含兩個干涉計(亦即，一對干涉計)之位置量測系統來展示本發明，但針對其他方向添加更多干涉計對於熟習此項技術者而言亦將顯而易見。因此，本發明亦可用以提供六個自由度位置量測系統。

儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，(例如)以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指已經含有多個經處理層之基板。

儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但將瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在該基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。

儘管上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。

以上之描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。