CN107003499B - 用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备及方法。在使用中，创建具有大体上环境温度的环境。通过使惰性气体流过所述环境进一步控制所述环境的湿度水平。在所述湿度受控环境内，多个子组件接着经光学接触以形成光学组件。

Description

用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备及方法

相关申请案

本申请案主张2014年12月1日申请的第62/086,138号美国临时专利申请案的权益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及光学接触，且更特定来说涉及在其中执行光学接触的环境。

背景技术

光学接触是通过其在两个或更多个子组件中的每一者的表面之间进行接触使得子组件经接合以形成单个光学组件的过程。在一些实例中，接触的子组件可为棱镜、透镜等等，并且所得光学组件可为偏振器、分束器等等。令人遗憾地，用于执行光学接触的当前技术展现出各种限制。

例如，传统上在没有控制湿度的环境(例如，洁净室等)内执行光学接触。然而，当执行光学接触时，最近已发现高于某一水平的湿度导致湿气被吸收到在进行接触的子组件表面上。此水吸收接着导致水陷于接触表面之间且因此陷在所形成的光学组件内，这最终负面地影响光学组件的功能。特定来说，在接触其中具有水的光学组件时，深紫外线(DUV)或真空UV(VUV)波长范围中的光可能不像预期的进行反应。此外，当水已在接触过程期间被表面吸收时，接触的子组件表面之间也可能发生分层。

到目前为止，光学接触过程没有具体解决周围湿度以避免上述问题及/或由于在潮湿环境中执行光学接触而直接产生的其它问题。因此，需要解决与现有技术光学接触过程相关的这些及/或其它问题。

发明内容

描述一种用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备及方法。在使用中，创建具有大体上环境温度的环境。通过使惰性气体流过所述环境进一步控制所述环境的湿度水平。在所述湿度受控环境内，多个子组件接着经光学接触以形成光学组件。

附图说明

图1展示根据现有技术的示范性计量工具的示意图。

图2说明根据实施例的用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的方法。

图3说明根据另一实施例的提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备。

具体实施方式

以下描述揭示一种用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的方法及设备。最终，光学接触形成光学组件，其可在用于识别目标组件中的缺陷的检验系统(例如晶片检验、光罩检验等等)、用以重新定位由检验系统发现的缺陷的检视系统及/或用于测量结构及/或目标组件的计量系统中实施。作为背景，下文更详细地描述计量系统。

在半导体计量学领域中，计量工具可包括：照明系统，其照射目标；收集系统，其捕获由照明系统与目标、装置或特征的相互作用(或其缺乏)提供的相关信息；及处理系统，其使用一或多个算法分析收集的信息。计量工具可用以测量与各种半导体制造工艺相关联的结构及材料特性(例如，材料组成、结构及膜的尺寸特性(例如膜厚度)及/或结构的临界尺寸、重叠等等)。这些测量用以促进半导体裸片制造中的工艺控制及/或产量效率。

计量工具可包括一或多个硬件配置，其可与本发明的某些实施例结合使用以(例如)测量各种上述半导体结构及材料特性。此类硬件配置的实例包含(但不限于)以下各者。

光谱椭偏仪(SE)

具有多个照明角度的SE

测量穆勒(Mueller)矩阵元件(例如使用旋转补偿器)的SE

单波长椭偏仪

光束轮廓椭偏仪(角分辨椭偏仪)

光束轮廓反射计(角分辨反射计)

宽带反射光谱仪(光谱反射计)

单波长反射计

角分辨反射计

成像系统

散射计(例如散斑分析仪)

硬件配置可被分离成离散的操作系统。另一方面，一或多个硬件配置可组合成单个工具。图1中展示从第7,933,026号美国专利并入本文中的将多个硬件配置组合成单个工具的一个实例，所述美国专利的全部内容特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。图1展示例如示范性计量工具的示意图，其包括：a)宽带SE(即，18)；b)具有旋转补偿器(即，98)的SE(即，2)；c)光束轮廓椭偏仪(即，10)；d)光束轮廓反射计(即，12)；e)宽带反射光谱仪(即，14)；及f)深紫外线反射光谱仪(即，16)。另外，在此类系统中通常存在众多光学元件，其包含某些透镜、准直器、镜面、四分之一波片、偏振器，检测器、照相机、光圈及/或光源。光学系统的波长可从约120nm变化到3微米。对于非椭偏仪系统，收集的信号可为偏振分辨的或非偏振的。图1提供集成在同一工具上的多个计量头的说明。然而，在许多情况下，多个计量工具用于对单个或多个计量目标进行测量。这例如在第7,478,019号美国专利“多工具及结构分析(Multiple tool and structure analysis)”中有所描述，所述美国专利的全部内容出于所有目的也通过引用的方式并入本文。

某些硬件配置的照明系统包含一或多个光源。光源可产生仅具有一个波长的光(即，单色光)、具有数个离散波长的光(即，多色光)、具有多个波长的光(即，宽带光)及/或在波长之间连续或跳跃地扫过波长的光(即可调谐源或扫频源)。合适的光源的实例是：白光源、紫外线(UV)激光器、弧光灯或无电极灯、激光持续等离子体(LSP)源(例如，可从马萨诸塞州的沃本市的能源技术公司(Energetiq Technology,Inc.,Woburn,Massachusetts)商购的光源)、超连续光源(例如宽带激光源)(例如，可从新泽西州的莫加内拉市的NKT光子公司(NKT Photonics Inc.,Morganville,New Jersey)商购的光源)、或较短波长源(例如x射线源)、极端紫外线源，或其某一组合。光源还可经配置以提供具有足够亮度的光，在一些情况下，所述亮度可为大于约1W/(nm cm²Sr)的亮度。计量系统还可包含到光源的快速反馈以用于稳定其功率及波长。光源的输出可经由自由空间传播来递送，或者在一些情况下经由任何类型的光纤或光导来递送。

计量工具经设计以进行与半导体制造相关的许多不同类型的测量。某些实施例可适用于此类测量。例如，在某些实施例中，所述工具可测量一或多个目标的特性，例如，临界尺寸、重叠、侧壁角度，膜厚度、工艺相关参数(例如，焦点及/或剂量)。所述目标可包含本质上为周期性的某些关注区域，例如存储器裸片中的光栅。目标可包含其厚度可由计量工具测量的多个层(或膜)。目标可包含放置(或已存在)在半导体晶片上用于(例如)利用对准及/或重叠对齐操作的目标设计。某些目标可位于半导体晶片上的各种位置处。例如，目标可位于划线内(例如，在裸片之间)及/或位于裸片本身中。在某些实施例中，如第7,478,019号美国专利中所描述，(在相同时间或在不同时间)通过同一或多个计量工具来测量多个目标。可组合来自此类测量的数据。来自计量工具的数据用于半导体制造工艺中，例如用于对工艺(例如，光刻、蚀刻)进行前馈、后馈及/或侧馈校正，并且因此可产生完整的工艺控制解决方案。

随着半导体装置图案尺寸继续缩小，通常需要更小的计量目标。此外，测量精度及与实际装置特性的匹配增大了对装置类目标以及裸片中甚至装置上测量的需要。已提出了各种计量实施方案以实现所述目标。例如，基于主要反射光学器件的聚焦光束椭偏仪是其中之一并且在皮旺卡-科尔(Piwonka-Corle)等人的专利中描述(US 5,608,526，“聚焦光束光谱椭偏仪方法及系统(Focused beam spectroscopic ellipsometry method andsystem)”)。变迹器可用于减轻光学衍射的影响，光学衍射导致照明斑点的扩展超过由几何光学定义的尺寸。诺顿(Norton)的第5,859,424号美国专利“用于减小光学测量及其它应用中的斑点大小的变迹滤光器系统(Apodizing filter system useful for reducing spotsize in optical measurements and other applications)”中描述了变迹器的使用。使用具有同时多个入射角照明的高数值孔径工具是实现小目标能力的另一方式。例如在奥普索(Opsal)等人的专利(第6,429,943号美国专利“借助于同时多个入射角测量的临界尺寸分析(Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle ofincidence measurements)”)中对此技术进行了描述。

其它测量实例可包含测量半导体堆叠的一或多个层的组成、测量晶片上(或其内部)的某些缺陷以及测量曝射到晶片的光刻辐射的量。在一些情况下，计量工具及算法可经配置以用于测量非周期性目标，参见例如由P.江(P.Jiang)等人的“用于在CD计量中使用散射测量的全波电磁仿真的有限元方法(The Finite Element Method for Full WaveElectromagnetic Simulations in CD Metrology Using Scatterometry)”(2014年6月3日申请的待决的第14/294,540号美国专利申请案，代理人案号第P0463号)，或A.库兹涅佐夫(Kuznetsov)等人的“用于计量及检验的有限结构及有限照明的电磁建模的方法(Methodof electromagnetic modeling of finite structures and finite illumination formetrology and inspection)”(待决的第14/170,150号美国专利申请案，代理人案号第P0482号)。

所关注的参数的测量通常涉及数个算法。例如，使用EM(电磁)求解器对入射光束与样本的光学相互作用进行建模，并使用例如RCWA、FEM、矩量法、表面积分法、体积积分法、FDTD等等。所关注的目标通常使用几何引擎或(在一些情况下)过程建模引擎或两者的组合来建模(参数化)。在A.库兹涅佐夫等人的“综合使用基于模型的计量及过程模型的方法(Method for integrated use of model-based metrology and a process model)”(待决的第14/107,850号美国专利申请案，代理人案号第P4025号)中描述了过程建模的使用。例如在KLA-Tencor的AcuShape软件产品中实施几何引擎。

收集的数据可通过数个数据拟合及优化技术来分析，以及包含库、快速降序模型的技术；回归；机器学习算法，例如神经网络、支持向量机(SVM)；降维算法，例如PCA(主分量分析)、ICA(独立分量分析)、LLE(局部线性嵌入)；稀疏表示，例如傅立叶(Fourier)或小波变换；卡尔曼(Kalman)滤波器；来自相同或不同工具类型的促进匹配的算法，等等。

收集的数据还可通过不包含建模、优化及/或拟合的算法来分析，例如，第14/057,827号美国专利申请案。

通常使用例如对计算硬件的设计及实施、并行化、计算分布、负载平衡、多服务支持、动态负载优化等等的一或多个方法来针对计量应用优化计算算法。可在固件、软件、FPGA、可编程光学组件等等中完成不同的算法实施方案。

数据分析及拟合步骤通常寻求以下目标中的一或多者：

测量CD、SWA、形状、应力、组成、膜、带隙、电性质、焦点/剂量、重叠、产生工艺参数(例如，抗蚀剂状态、分压、温度，聚焦模型)及/或其任何组合；

计量系统的建模及/或设计；

计量目标的建模、设计及/或优化。

图2说明根据实施例的用于提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的方法200。如操作202中所展示，创建具有大体上环境温度的环境。可使用洁净室、手套箱、工装台、腔室等等来创建所述环境。因此，所述环境可为在外壳内具有足够大小以执行光学接触的任何区域。

另外，所述环境具有大体上环境温度，使得所述环境的温度不必被控制(即，高于或低于环境温度)。以此方式，如下文进一步详细描述，在所述环境内执行的光学接触可为不依赖于环境的温度被控制的任何特定要求的过程。

如操作204中所展示，通过使惰性气体流过所述环境来控制环境的湿度水平。惰性气体可为干燥空气、氩气、硝酮气体或能够流过所述环境以控制环境的湿度水平的任何其它惰性气体。在一个实施例中，控制所述环境的湿度水平可包含将湿度水平维持在预定相对湿度或低于预定相对湿度。已发现，将湿度水平维持在或低于(<＝)30％相对湿度对于光学接触可为最优的。

应注意，惰性气体可以允许控制环境的湿度水平的任何期望的方式流过环境。仅作为实例，惰性气体可使用环境的至少一对接入点流过环境。在此实例中，惰性气体可使用所述一对接入点中的第一接入点进入所述环境，并且可使用所述一对接入点中的第二接入点逸出所述环境。在一个实施例中，这些接入点可为所述环境的外壳中的开口，惰性气体流过的管可密封地耦合到所述开口。此外，惰性气体的流动可使用真空或推动或牵引惰性气体通过环境的其它方法来引导。

作为选项，还可监测环境的湿度水平。例如，湿度水平仪可包含在所述环境的外壳内以测量环境的湿度水平。接着可根据监测，特别是通过根据需要调整通过环境的惰性气体的流动来控制环境的湿度水平。因此，当需要将湿度水平维持在特定相对湿度以下时，可提供通过所述环境的惰性气体的更大流动。

作为另一选择，控制装置(例如，具有计算机处理器、逻辑等等)可与湿度水平仪及向环境提供惰性气体的源两者通信。控制装置相应地可从湿度水平仪接收或读取湿度水平测量值，并且可接着基于测量的湿度水平控制通过环境的惰性气体的流动(例如，以自动方式等等)。

在湿度受控环境内，多个子组件接着经光学接触以形成光学组件，如操作206中所展示。换句话说，执行光学接触工艺。特定来说，子组件中的每一者的表面在湿度受控环境内接触，使得该等表面经结合以形成光学组件。子组件中的每一者的表面材料可为(例如)MgF2(氟化镁)、石英或CaF2(氟化钙)，使得子组件可为棱镜、合成或非合成石英透镜等等。此外，通过使子组件接触形成的光学组件可为罗氏棱镜(Rochon prism)、诺马斯基棱镜(Nomarski prism)、尼科尔棱镜(Nicol prism)、葛兰-汤普生棱镜(Glan-Thompsonprism)、葛兰-佛科特棱镜(Glan-Foucolt prism)、塞纳蒙棱镜(senarmont prism)、分束器等等。接着可在检验系统、检视系统、计量系统等等中实施该光学组件。

通过在湿度受控环境内执行以上所描述的光学接触工艺，水在接触期间可不被吸收在子组件表面上，因此避免了所形成的光学组件内的水分，并且此外在将光学组件曝露于具有在DUV到VUV波长范围中的输出的宽带光源时，不会出现分层。

图3说明根据另一实施例的提供在其中执行光学接触的湿度受控环境的设备300。应注意，上述定义可同样适用于以下描述。

在所展示的实施例中，设备300包含手套箱301，在手套箱301内提供用于执行光学接触过程的环境。然而，如上所提及，也可使用其它已知类型的外壳(例如，洁净室、工装台、腔室等等)类似地提供环境。在手套箱301内，环境大体上为环境温度。

设备300还包含连接到手套箱301的两个接入点302及304，其用于使惰性气体流过手套箱301以控制所述环境的湿度水平。如所展示，两个接入点302及304是在相对端处连接到手套箱301的管。在接入点302及304中的每一者与手套箱301之间存在密封，以防止惰性气体在接入点302、304与手套箱301之间的接触处逸出。

惰性气体使用第一接入点302进入手套箱301，且接着通过第二接入点304逸出手套箱301。虽然接入点302及304被展示为管，但应注意，可考虑允许惰性气体流过手套箱301以控制手套箱301内的环境的湿度水平的其它形式的流通装置。在一个实施例中，所述环境的湿度水平可通过维持在30％相对湿度或低于30％相对湿度而受到控制。

设备300进一步包含一或多个工具(未展示)，用于在湿度受控环境内光学接触多个子组件以形成光学组件。这些工具是所属领域中众所周知用于执行光学接触过程的任何工具。

严格地作为选项，设备300可包含用于监测所述环境的湿度水平的监测装置306。监测设备306可连续监测及任选地显示环境的湿度水平。作为另一选项，设备300可包含或耦合到控制装置(未展示)以基于监测来调整通过环境的惰性气体的流动。因此，控制装置可从监测装置306接收或读取环境的当前湿度水平，并且可耦合到惰性气体源以用于根据需要调整流过环境的惰性气体的流动(例如强度等等)。

尽管上文已描述各种实施例，但应理解，它们仅是作为实例而不是限制来呈现的。因此，优选实施例的阔度及范围不应由任何上述示范性实施例限制，而是应仅根据所附权利要求书及其等同物来界定。

Claims (12)

1.一种用于执行光学接触的方法，其包括：

创建具有大体上环境温度的环境；

通过使惰性气体流过所述环境来控制所述环境的湿度水平；以及

在所述湿度受控环境内光学接触多个子组件以形成光学组件,

所述方法进一步包括监测所述环境的所述湿度水平，且其中控制所述环境的所述湿度水平包含基于所述监测来调整通过所述环境的所述惰性气体的流动，

其中所述惰性气体使用所述环境的至少一对接入点流过所述环境，所述惰性气体使用所述一对接入点中的第一接入点进入所述环境，所述惰性气体使用所述一对接入点中的第二接入点逸出所述环境，所述第一接入点与所述环境之间存在密封以防止所述惰性气体在所述第一接入点与所述环境之间的接触点处逸出，并且所述第二接入点与所述环境之间存在密封以防止所述惰性气体在所述第二接入点与所述环境之间的接触点处逸出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境是使用洁净室来创建。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境是使用手套箱来创建。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境是使用工装台来创建。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述环境是使用腔室来创建。

6.根据权利要求1所述的方法，其中通过维持在30％或以下的相对湿度来控制所述环境的所述湿度水平。

7.一种用于执行光学接触的设备，其包括：

外壳，在所述外壳内提供具有大体上环境温度的环境；

流通装置，其连接到所述外壳，用于使惰性气体流过所述外壳以控制所述环境的湿度水平；

一或多个工具，其用于在所述湿度受控环境内光学接触多个子组件以形成光学组件；

监测装置，其用于监测所述环境的所述湿度水平；及

控制装置，其基于所述监测来调整通过所述环境的所述惰性气体的流动，

其中所述惰性气体使用所述环境的至少一对接入点流过所述环境，所述惰性气体使用所述一对接入点中的第一接入点进入所述环境，所述惰性气体使用所述一对接入点中的第二接入点逸出所述环境，所述第一接入点与所述环境之间存在密封以防止所述惰性气体在所述第一接入点与所述环境之间的接触点处逸出，并且所述第二接入点与所述环境之间存在密封以防止所述惰性气体在所述第二接入点与所述环境之间的接触点处逸出。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述外壳是洁净室。

9.根据权利要求7所述的设备，其中所述外壳是手套箱。

10.根据权利要求7所述的设备，其中所述外壳是工装台。

11.根据权利要求7所述的设备，其中所述外壳是腔室。

12.根据权利要求7所述的设备，其中通过保持在30％或以下的相对湿度来控制所述环境的所述湿度水平。

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