CN110764369A - 用于半导体检验和光刻系统的载台设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及用于半导体检验和光刻系统的载台设备。在可相对于载台框架移动的载台的卡盘上接纳半导体样本。使所述载台、卡盘和样本在用于检验或曝光所述样本的检验或曝光头部下方移动，且多个二维编码器头部与所述卡盘耦合。多个二维编码器标尺与所述头部穿过其中插入的基底耦合，且载台编码器定位在所述载台框架上。基于由所述二维编码器头部中的至少一个检测到的位置控制所述载台、卡盘和样本的移动，直到到达在未被所述二维编码器标尺覆盖的间隙内的预定。当到达在所述间隙内的这种预定义位置时，将所述载台、卡盘和样本的移动控制切换到基于由所述载台编码器检测到的位置。
Description
本申请是发明名称为“用于半导体检验和光刻系统的载台设备”，申请号为201480066589.3，申请日为2014年12月5日的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2013年12月6日申请的美国临时专利申请案第61/913,169号的优先权，所述申请案的全文出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及半导体检验和光刻系统的领域。更明确地说，本发明涉及用于此些检验和光刻系统的载台机构。
背景技术
通常，半导体制造行业涉及用于使用层叠且图案化到衬底(例如硅)上的半导体材料制造集成电路的高度复杂技术。集成电路通常由多个光罩制造。光罩的产生和此些光罩的后续光学检验已成为半导体生产中的标准步骤。半导体装置(例如逻辑和存储器装置)的制造通常包含使用具有多个光罩的大量半导体制造工艺处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征和多个层。多个半导体装置可在单个半导体晶片上的布置中制造，且接着，可分离成个别半导体装置。相对于光罩的晶片位置是影响制造结果的重要因素。
在晶片制造后，可检验其缺陷或可测量晶片的特定特征。同样，可检验光罩且测量光罩特征。一个因素是准确报告缺陷位置或测量位置的能力。
光刻和检验系统都具有对准确定位和位置检测系统的需要。
发明内容
下文呈现本发明的简要概述以提供本发明的特定实施例的基本理解。这个概述并非本发明的宽泛综述，且它并不确认本发明的关键/重要元件，也不划定本发明的范围。它的唯一目的是以简化形式呈现本文中所揭示的某些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。
揭示一种用于制造、测量或检验半导体晶片的设备。所述设备包含用于检验或曝光呈半导体晶片或光刻掩模形式的样本的检验或曝光头部，和具有所述头部穿过其中插入的孔的基底。所述设备还包含具有用于固持样本的卡盘的可移动载台，且所述设备包含用于控制卡盘和样本相对于头部的移动的载台控制器(例如，伺服控制器)。所述设备包含附接到与卡盘的表面相对的基底的表面的多个二维(2D)编码器标尺，且2D编码器标尺经布置以形成围绕所述头部穿过其中插入的基底的孔的间隙。所述设备还包含附接到卡盘的多个卡盘编码器头部，其用于经由2D编码器标尺检测载台和样本相对于头部的位置。所述设备还具有用于检测卡盘和样本的位置的载台编码器。所述载台控制器经配置以(i)当此些卡盘编码器头部并不跨2D编码器标尺之间的间隙转变时，基于从卡盘编码器头部检测到的位置或(ii)当卡盘编码器头部跨此间隙转变时，基于从载台编码器检测到的位置来控制可移动载台和卡盘的移动。所述设备还可包含用于检测样本上的缺陷且(i)当卡盘编码器头部并不跨间隙转变时，基于从此些卡盘编码器头部检测到的位置或(ii)当卡盘编码器头部跨间隙转变时，基于从载台编码器检测到的位置报告此些缺陷的位置的缺陷检测器。
作为特定实例，2D编码器标尺可为数目2或4。载台编码器可呈两个线性载台编码器的形式，自其检测X、Y位置。两个线性载台编码器可各自包含与载台控制器集成的编码器头部和与相对于可移动载台固定的载台框架耦合的编码器标尺。
所述设备可呈半导体光刻、检验或度量工具的形式。所述头部可为用于向样本引导一或多个光束的光学柱或可为用于向样本引导一或多个电子束的电子束柱。
在替代实施例中，载台控制器替代地经配置以基于从载台编码器检测到的位置控制可移动载台和卡盘的移动，而缺陷检测器基于从卡盘编码器头部检测到的位置确定并报告缺陷位置。在此替代实施例中，缺陷位置的确定和报告还可基于仅当此些卡盘编码器头部不跨间隙转变时从卡盘编码器头部检测到的位置。否则，缺陷位置的确定和报告基于当卡盘编码器头部跨间隙转变时从载台编码器检测到的位置。
在另一实施例中，本发明涉及一种方法。在可相对于载台框架移动的载台的卡盘上接纳半导体样本。使载台、卡盘和样本在用于检验或曝光样本的检验或曝光头部下方移动，且多个2D编码器头部与卡盘耦合。多个2D编码器标尺与头部穿过其中插入的基底耦合，且载台编码器定位在载台框架上。基于由2D编码器头部中的至少一个检测的位置控制载台、卡盘和样本的移动，直到到达并不由2D编码器标尺覆盖的间隙内的预定义位置。当到达间隙内的此预定义位置时，将载台、卡盘和样本的移动控制切换到基于由载台编码器检测到的位置。
在此方法实施例中，可使用呈检验头部的形式的检验头部检验样本的缺陷。还可基于由2D编码器头部中的至少一个检测到的位置确定并报告缺陷位置，直到到达未由2D编码器标尺覆盖的间隙内的预定义位置。当到达预定义位置时，可将缺陷位置确定和报告切换到基于由载台编码器检测的位置。当到达不在间隙内的第二预定义位置时，移动控制以及缺陷确定和报告两者可从基于由载台编码器检测的位置切换回到由2D编码器中的至少一个检测到的位置。在另一实施例中，移动控制基于由载台编码器检测到的位置，同时仅缺陷位置确定和报告在基于从载台编码器检测到与基于从2D编码器头部检测到的位置之间切换。
下面参考诸图进一步描述本发明的此些和其它方面。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的载台位置检测系统的图解侧视图表示。
图2是图1的载台位置检测系统的图解俯视图。
图3A说明根据本发明的特定实施方案在相对于2D格栅编码器的第一位置处的编码器头部的侧视图。
图3B说明根据本发明的特定实施方案在相对于2D格栅编码器的第二位置处的编码器头部的侧视图。
图3C说明根据本发明的特定实施方案在相对于2D格栅编码器的第三位置处的编码器头部的侧视图。
图4是说明根据本发明的第一实施例的位置检测过程的流程图。
图5是反射类型的线性编码器系统的示意性表示。
图6说明根据本发明的特定实施方案具有2D格栅标尺的2D格栅编码器系统。
图7是说明根据本发明的第二实施例的位置检测过程的流程图。
图8A是根据特定实施例用于将掩模图案自光掩模转印到晶片上的光刻系统的简化示意性表示。
图8B提供根据特定实施例的检验设备的示意性表示。
具体实施方式
在下列描述中，阐明许多特定细节以提供本发明的透彻理解。可在不具备一些或所有此些特定细节的情况下实践本发明。在其它例项中，众所周知的组件或过程操作并未详细描述以免不必要地混淆本发明。虽然将结合特定实施例来描述本发明，但将理解，并不意在将本发明限于所述实施例。
具有多个装置裸片的集成电路晶片通常由具有多个装置裸片的多个光罩制成。光罩的产生和此些光罩的后续光学检验已成为半导体生产中的标准步骤。首先，电路设计者将描述特定集成电路(IC)设计的电路图案数据提供到光罩生产系统或光罩写入器。电路图案数据通常呈所制造的IC装置的物理层的代表布局的形式。代表布局包含IC装置的每一物理层的代表层(例如，栅极氧化物、多晶硅、金属化层等等)，其中每一代表层由界定特定IC装置的层的图案化的多个多边形组成。
光罩写入器使用电路图案数据来写入(例如，通常使用电子束写入器或激光扫描仪来使光罩图案曝光)稍后将用于制造特定IC设计的多个光罩。光罩或光掩模是至少含有透明和不透明区域(和有时半透明和相移区域)的光学组件，其一起界定电子装置(例如集成电路)中的共面特征的图案。
在制造每一光罩或光罩群组后，通常通过使用从受控照明器放射的光照明每一光罩而检验每一光罩的缺陷。基于反射、透射或以其它方式引导到光传感器的光的部分构造光罩的部分的测试图像。此些检验技术和设备在此项技术中为众所周知，且体现在各种消费产品(例如可从加利福尼亚州Milpitas的KLA-Tencor Corporation购得的许多消费产品)中。
在一个常规检验过程中，通常将光罩的测试图像与基准图像进行比较。基准图像通常从电路图案数据或从光罩自身上的相邻裸片产生。无论如何，测试图像特征被分析且与基准图像的特征比较。接着，将每一差值与预定阈值进行比较。如果测试图像与基准图像变化超过预定阈值，那么定义并报告缺陷和其位置。其它类型的检验模式(例如散射测量)也可用来检验或测量样本的特性。
如果确定光罩组无缺陷，那么接着，所述光罩可用于在半导体晶片上制造图案。在光刻期间使用光罩来界定半导体晶片的指定区域以用于蚀刻、离子植入或其它制造工艺。半导体装置(例如逻辑和存储器装置)的制造通常包含使用具有多个光罩的大量半导体制造工艺来处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征和多个层。多个半导体装置可在单个半导体晶片上的布置中制造，且接着分离成个别半导体装置。
高位置准确度是晶片检验和光刻工具的一个重要因素。预计对载台准确度的未来要求在数纳米的区域中。举例来说，当相对于晶片设计文件界定非常小的关注区域并报告缺陷位置时，检验工具可能需要报告在数纳米内的缺陷位置，使得缺陷可被进一步分析。同样，光刻工具中的位置分辨率也在增大。
本发明的特定实施例可使用相对标准的光学X、Y格栅编码器系统来提供纳米定位准确度图像对准。图1是根据本发明的一个实施例的载台位置检测系统100的图解侧视图表示。图2是载台位置检测系统100的图解俯视图。另外，图1是来自图2的线A-A的侧视图。图1和2的位置检测系统表示一项可能的实施例，且应理解，预期其它的布置。
另外，本发明的特定位置检测实施例可在需要精确位置检测的任何适当曝光、度量或检验工具中实施。此工具可包含任何适当数目和类型的头部(或检验或曝光系统)以用于向样本引导一或多个电磁束。作为实例，头部可采取光学件柱、电子束柱、x射线束柱等等的形式。但术语“光学件”头部在本文中用来描述用于产生一或多个电磁束的任何类型的头部。
如所展示，光学件头部104固定到基底102。在一个实施方案中，光学件基底102具有光学件头部104可固定地穿过其中插入的孔。载台110包含卡盘111以接纳或固持样本。载台110和卡盘111使样本在光学件头部104下方移动。
如在图1中展示，二维(2D)或二维以上的编码器标尺(例如，106a和106b)附接到(例如)光学件头部穿过其中插入的光学件基底102。在替代实施例中，多个线性编码器标尺可附接到光学件基底102。两个或两个以上卡盘编码器头部(例如，112a和112b)附接到载台110以检测2D编码器标尺(例如，106a和106b)。相对于2D编码器标尺的所检测到的位置给出载台(以及卡盘和样本)相对于光学件头部104的精确位置。
格栅编码器(或2D编码器标尺)可附接到与样本表面或样本放置于其上的载台表面相对的光学件基底102的表面。作为实例，基底102可由花岗岩材料形成，任何夹持机构可附接到其上以用于夹持其上的格栅编码器标尺(例如，格栅编码器玻璃)。在另一实例中，粘合剂(例如双面粘合剂)可用来将每一格栅编码器附接到基底102。
编码器头部相对于2D编码器标尺随载台110、卡盘111和样本而移动，2D编码器标尺被定位为与光学件基底102和光学件头部104保持静止。这种相对布置经配置以使得一或多个编码器头部可检测一或多个2D编码器格栅上的位置且确定样本相对于光学件104的位置。每个编码器头部通常是传感器、换能器或可读取编码位置的2D编码器标尺的读入头部。每个编码器头部将感测到的标尺位置转换为模拟或数字信号，所述信号可由数字读出(DRO)机构或运动控制器机构解译为位置值。可通过位置随时间的改变来确定速度。编码器标尺位置可为递增的或绝对的。
编码器标尺可通过任何适当技术(例如光学、感应、电容或涡电流)加以实施。光学编码器包含具有基于光栅干涉方法的高衍射效率的阴影、自我成像、干涉或全息标尺。
穿过光学件基底102的孔可具有大于或相同于光学件柱104的直径的直径。如所展示，光学件基底102与光学件柱104具有相同直径104a，使得所述光学件适贴地配合到基底中的孔中。光学件基底中的孔的大小限制一或多个格栅编码器的放置和大小。如果孔的大小较小，那么可能在卡盘上使用单个格栅编码器和编码器头部来跟踪所有位置。即，如果间隙的占用面积并非问题，且卡盘可制得较大和格栅编码器大于晶片，那么传感器可始终留在一个格栅区域中。这种设置通常并非所述情况，且占用面积是问题。在此后者情况中，可使用两个(或两个以上)格栅编码器，其中格栅编码器位于头部的每一侧上。
如果未覆盖区域较大或单个编码器格栅无法覆盖卡盘的所有行进位置，那么可使用多个编码器格栅。多个编码器可以任何适当布置放置于光学件基底的下侧上，以覆盖卡盘111和样本的所有可能位置。在一个实施例中，放置编码器，多个编码器格栅放置于光学件基底中的孔的周围。
图2说明覆盖卡盘和载台的完整行进的四块式编码器布置的俯视图。如所展示，卡盘行进区域可被四个编码器格栅106a到106d覆盖，所述格栅附接到光学件基底的下侧。在一个实施例中，编码器格栅各自包含(例如)X和Y方向上的2D标尺。编码器格栅优选地形成于温度稳定的材料(例如，玻璃，可从纽约州Elsford的Schott North America Inc.购得的Zerodure或可从华盛顿州Vancouver的One Day Glass购得的Neoceram)上。
系统100还可包含沿x和/或y轴定位的一或多个载台编码器。在图1和2分别说明的实施例中，x轴线性编码器标尺108a与载台编码器头部109a配对，且y轴线性编码器标尺108b与载台编码器头部109b配对。载台编码器头部和标尺可以任何适当方式定位。举例来说，载台编码器头部可定位在其对应编码器标尺上方。替代地，载台编码器头部和标尺对两者可定位于类似z位置处。举例来说，y轴编码器头部与标尺可定位在不同x轴位置处，但定位于相同z位置处。载台编码器头部和标尺也可定位于卡盘下方或定位于卡盘的侧面。作为实例，载台编码器标尺可与载台框架(例如，150)耦合或附接。
载台编码器头部109a和109b各自还可与载台控制器(例如伺服控制器和放大器)集成。伺服控制器可以任何适当方式实施，例如经配置以提供位置校正和伺服控制的定制现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。替代地，载台编码器头部与载台控制器可为彼此通信耦合的实体分离组件。
系统100还可包含任何数目和类型的载台控制器以用于(例如)使载台和卡盘在x和y方向两者上移动。如在图2中所展示，载台110被附接且可经由一或多个伺服控制器(分别为图1和2的109a和109b)沿x轴的轨道114和y轴的轨道116a和116b移动。作为实例，载台移动机构可由伺服电机、步进电机、具有空气轴承或磁浮或轨道导引件的线性电机驱动件形成。在这个实例中，x轴的轨道114一起移动到沿y轨道的不同y位置。尽管y轴线性编码器108b展示为与y轨道116分离，但y轴线性编码器108b可耦合到此些轨道116a或116b中的一个。
某些常规检验工具仅利用非接触式线性编码器以用于载台位置感测和缺陷位置报告。线性编码器通常定位得远离晶片卡盘，且因此由于阿贝(Abbe)误差和漂移而无法读取实际卡盘位置。其它常规位置传感器包含经受各种问题(例如激光漂移和空气扰动)的激光干扰计。
相比之下，依赖于使用来自安装到衬底卡盘的传感器的X、Y位置信息的2D编码器可用于移除通常将限制系统的准确度的阿贝和热误差。阿贝误差通常在载台位置的反馈具有相对于实际样本位置的偏差时(例如，在反馈编码器未恰当定位在载台衬底上时)出现。载台部分还可能在不同温度下或随时间而收缩或膨胀，导致定位于其上的线性编码器也移动。相比之下，在不依赖于载台编码器信息的情况下，相对于光学件头部104静态放置的2D格栅编码器将报告相对于检验光学头部或光刻印刷头部的实际载台位置。由于2D格栅编码器106放置于光学件基底102(其是相对平坦静止表面且固定地附接到光学件头部104)上，所以由卡盘编码器头部112感测的2D格栅编码器106可能不会导致相对于光学件头部104的不同相对位置。在一个实施例中，卡盘编码器头部与光学件基底(和2D格栅编码器106)之间的距离等于或小于约2mm。
当使用多个2D编码器标尺(例如)来覆盖围绕光学件头部的不同区域时，各编码器头部可具有对应于基底孔104a和间隙202的位置，以及从一个2D编码器标尺转变到另一2D编码器标尺的特定位置。图3A说明根据本发明的特定实施方案在相对于2D格栅编码器的第一位置处的编码器头部的侧视图。举例来说，第一编码器头部112a和第二编码器头部112b可在x或y方向上(例如，在x方向302上)移动以定位于2D格栅106a或106b或间隙202下方。更具体地，第一编码器头部112a可从在2D编码器格栅106a下方的位置304a移动到间隙区域104a，且接着移动到在2D编码器格栅106b下方的位置304b。
由于不同卡盘编码器头部在不同2D编码器部分下方移动，所以可在卡盘编码器头部跨间隙转变时利用各种技术来准确跟踪载台(和样本)相对于不同2D编码器部分和附接的光学件头部104的位置。在一项技术中，跟踪可包含：在从载台编码器标尺108读取位置与从2D编码器格栅106读取位置之间切换以用于缺陷位置报告和/或伺服控制而不损失信号和位置(例如，提供载台和卡盘定位的反馈)。系统100还可包含缺陷检测器模块310，所述缺陷检测器模块310经配置以接收所检测到的位置信号(例如，例如来自卡盘编码器头部112a到112d和载台编码器头部108a到108b的位置信号)且确定并报告样本上的缺陷的位置，如下文进一步描述。
在一个实施方案中，2D格栅编码器用作主定位系统，而载台编码器标尺用作受控件。图4是说明根据本发明的第一实施例的位置检测过程的流程图。首先，可在操作402中界定靠近2D格栅编码器之间的间隙的多个“无效”边缘。一般来说，可界定对应于未被2D格栅编码器覆盖的间隙(例如，图2的202)的无效区域。无效边缘可界定为靠近这个无效区域，但在仍被2D格栅编码器覆盖的位置处。举例来说，毗邻于间隙202的位置304a和304b可界定为无效边缘。
接着，可在操作404中运用载台编码器和2D格栅编码器起始位置检测。即，卡盘编码器头部可从2D格栅标尺检测第一编码器位置，且载台编码器可从载台编码器标尺检测第二编码器位置。载台编码器位置可对应于来自两个线性载台编码器的x和y位置。
当使用载台编码器标尺来检测载台的位置时，编码器头部利用相对于线性编码器标尺108的反射光检测。图5是反射类型的线性编码器系统500的图解表示。如所展示，线性编码器500包含读取头部501和编码器标尺504。读取头部包含一或多个光源502以用于朝向线性编码器标尺504引导两个光束503a和503b。举例来说，可使用红外线LED、可见光LED、小型灯泡或激光二极管。可使用多个光源。
编码器标尺504可由在非反射性(例如，透明/吸收)材料(例如，508)上方的多个反射线(例如，506a到508e)形成。举例来说，反射线可形成在玻璃或玻璃陶瓷材料上方，例如可从纽约州Elsford的Schott North America Inc.购得的Zerodure玻璃。
当载台在线性编码器标尺504上方移动时，从反射线部分反射光。接着，反射光束510a和510b可由一或多个传感器508(例如光传感器)感测。编码器系统500可包含定位在反射光的路径内的一或多个其它光栅(未展示)以对传感器508提供快门效应。
其它类型的编码器可利用其它技术(例如磁性)以用于标尺编码和检测器选择/布置。磁线性编码器可采用有源(磁化)或无源(可变磁阻)标尺，且可使用感测线圈、霍尔效应或磁阻式读取头部来感测位置。
线性编码器可利用响应于在载台相对于编码器标尺移动时从这个标尺反射的多个光束而产生的模拟或数字输出信号。在所说明的实施例中，第一反射束510a和第二反射束510b分别对应于第一输出通道和第二输出通道。移动方向可通过使用多个通道(例如从输出光束510a和510b产生)检测。在所说明的实施例中，如果载台(和编码器头部)正在方向512上移动，那么从来自任何特定反射线(例如，506d)的第二通道510b反射的束将在从来自相同特定反射线的第一通道反射的束之前被接收。
编码器系统还可包含位置信号产生器509以用于基于从(若干)传感器508检测到的信号输出一或多个位置信号。在某些实施方案中，来自编码器的输出可呈余弦和正弦信号的形式。此些模拟信号可充当到内插过程的输入以增加所检测标尺的分辨率。举例来说，内插过程可呈弦方波的形式(两个通道的边缘之间的距离是编码器的分辨率)。在这个实例中，内插导致标尺间隙的四倍。所检测的信号周期可进一步细分(例如，通过模/数转换器)以增加可检测位置的分辨率。
某些递增式线性编码器(对比绝对)可产生提供沿标尺的基准位置的指数或参考标记脉冲以供在通电时或在断电之后使用。这个指数信号可识别在标尺的唯一周期内的位置。参考标记可包括标尺上的单个特征、自相关器图案或啁啾图案(chirp pattern)。距离译码参考标记(DCRM)可以惟一图案放置于递增标尺上，使得感测两个位置可界定编码器头部的位置。参考标记或指数脉冲也可加以数字处理，且可为通常一到四个单位分辨率宽的脉冲。如所展示，编码器系统500还可包含参考装置514(例如啁啾装置或参考标记)以用于(例如)通过输出“主(home)”信号或提供光学可检测参考而检测标尺位置的参考位置。绝对2D编码器可从日本大阪的Magnescale Co.Ltd.购得。如果多个绝对2D编码器标尺被定位为围绕检验头部，那么不需要在由间隙处的载台编码器和2D编码器检测的位置之间切换，因为绝对位置可用此些绝对2D编码器标尺读取，且至少一个卡盘编码器头部可与2D编码器标尺啮合。即，不需要使用载台编码器，但绝对位置仍从不同2D编码器标尺部分获得。在这个实例中，2D编码器头部和标尺提供绝对位置，且2D编码器头部和标尺可经定位而使得载台、卡盘和样本的绝对位置可通过2D编码器头部中的至少一个从2D编码器标尺中的至少一个检测到。接着，载台的移动和/或确定和报告样本上缺陷位置可基于通过2D编码器头部中的至少一个所检测的绝对位置。
来自编码器系统500的输出可由载台控制器513和缺陷位置检测模块310接收。载台控制器513可经配置以基于编码器位置信号移动载台、卡盘和样本。缺陷检测器可经配置以基于编码器位置信号确定缺陷位置。
图6说明根据本发明的特定实施方案具有2D格栅标尺604的2D格栅编码器系统600。2D格栅编码器可具有类似于线性编码器系统500且还将位置信号输出到载台控制器513和缺陷检测器310的组件。然而，2D标尺可呈例如点、方形等等反射形状(例如，602a到602e)的格栅的形式，所述反射形状安置于非反射衬底606上。2D编码器的一个供应商是如上文提及的Magnescale Co.Ltd.。一种绝对2D编码器描述在2014年10月20日MagnescaleCo.Ltd.的标题为“自补偿绝对激光标尺：具有用于检测绝对位置的独特算法的下一代高准确度激光标尺(Self-compensating Absolute Laserscale:Next generation highaccuracy Laserscale with unique algorithm to dedect absolute position)”的公开案中，所述公开案以引用的方式并入本文。
在这个实施例中，在操作406中用2D格栅编码器106中的至少一个的输出跟踪当前位置。举例来说，来自卡盘头部的输出用作当前位置以控制光刻或检验的位置，以及提供半导体样本的所检测缺陷或测量的位置。在图3A的实例中，当前位置通过编码器头部112a相对于2D格栅编码器106a跟踪，且用作到载台控制器(例如，其包含伺服控制器机构109a)的输入。当前位置也可由编码器头部112c经由2D格栅编码器106c(未在图3A中展示)跟踪，且用作到载台控制器的输入。在替代实施例中，载台控制器可经配置以始终使用来自载台编码器的输出作为当前位置(用于伺服控制)，同时缺陷检测器使用来自(若干)2D格栅编码器的输出作为缺陷的当前位置，直到到达间隙。
针对每一新位置或针对每预定数目个位置，可在操作408中确定当前位置是否已到达界定无效边缘。举例来说，可确定当前位置将要到达未被2D格栅编码器覆盖的间隙202。如果还未到达无效边缘，那么当前位置可继续用2D编码器加以跟踪。在图3A的实例中，第一编码器头部112a还未到达无效边缘304a。FPGA位置计数器的快速DSP可在一个编码器误差计数(例如1nm)内在2D编码器与载台编码器之间实时切换。
在图3B的实例中，第一编码器头部112a已到达无效边缘304a且将要离开2D格栅编码器106a。在这个当前位置处，第二编码器头部处于2D格栅编码器106b的无效边缘处。当到达无效边缘时，接着可在操作410中运用来自载台编码器的输出跟踪当前位置(例如，以用于伺服控制和/或缺陷位置报告)。即，当到达在并不包含2D格栅编码器的区域前方的无效边缘时，当前位置跟踪从使用来自卡盘的2D格栅编码器头部的输出切换到使用来自载台编码器头部的输出。载台编码器位置可稳定较短一段时间，在所述较短一段时间期间，卡盘编码器头部越过间隙。
在这个实施例中，假定载台已行进，使得卡盘编码器头部未立即从一个2D格栅转变到另一格栅。然而，过程还可包含关于卡盘编码器头部当前是定位为毗邻于2D编码器或是定位于无效边缘处的初始确定。
返回参考图4，可在操作412中确定当前位置是否已移离无效边缘。在图3C的实例中，第二编码器头部112b已移离无效边缘304c，且现处于读取2D格栅编码器106b的位置中。可通过将当前位置与边缘的已知位置进行比较或通过与编码器头部在2D编码器标尺部分之间转变花费的时间一致的一段时间的期满而确定当前位置已移离无效边缘。在操作406中，当当前位置已移离无效边缘(或编码器头部中的至少一个现定位为毗邻于2D格栅编码器)时，当前位置可再次运用从2D格栅编码器106的至少一个感测的位置输出加以跟踪(例如，用于伺服控制和/或缺陷位置报告)。否则，当前位置继续由载台编码器加以跟踪。在光刻或度量系统操作期间，跟踪可继续。
图7是说明根据本发明的第二实施例的位置检测过程的流程图。在操作702中，可相对于2D编码器界定参考。举例来说，可确定2D编码器上的多个参考位置。参考位置可均匀隔开，且具有与行进距离对应的距离，其中依据行进速度，热膨胀可影响载台编码器以使检测位置失真。举例来说，参考可间隔开达小于50微米的距离。
如上文描述，可在操作704中运用载台编码器和2D编码器起始位置检测。接着可在操作706中运用来自载台编码器的输出跟踪受控位置。即，从线性编码器108的输出确定当前位置(例如，以用于伺服控制和/或缺陷位置报告)。
接着可在操作707中比较来自载台编码器的当前位置与从2D编码器输出的当前位置。接着可在操作708中确定当前位置是否匹配。在特定操作条件下，载台组件可受热或热量可消散，使得载台组件膨胀或收缩且影响载台编码器的位置读取。如果存在匹配，那么继续跟踪当前位置而无需校正。如果无匹配，那么在操作710中基于2D编码器输出校正来自载台编码器的当前位置。继续从载台编码器跟踪当前位置，且视需要基于2D编码器输出加以校正。
不管位置检测方法为何，可使用参考样本来校准编码器。参考样本可为(例如)具有准确印刷于已知位置或已知临界尺寸(CD)的结构的“标准缺陷晶片”或光罩。结构位置可能已通过某些其它技术或工具(例如，相对于样本参考)确认。接着，此些结构的位置可由具有2D格栅编码器的光刻或检验系统测量以确定来自2D格栅编码器和/或载台编码器的任何检测到的位置是否需要偏移以匹配已知结构位置。
系统实例：
本文描述的载台定位和检测系统可集成到任何适合光学系统中。实例系统可包含光刻系统、半导体晶片或光罩检验或度量工具等等。
图8A是根据特定实施例可用于将来自光掩模M的掩模图案转印到晶片W上的典型光刻系统800的简化示意性表示。此些系统的实例包含扫描仪和步进器，更具体地，可从荷兰Veldhoven的ASML购得的PAS 5500系统。一般来说，照明源803通过照明透镜805将光束引导到定位在掩模平面802中的光掩模M上。
照明源803可采用激光器、宽带源等等的形式。照明透镜805在平面802处具有数值孔径801。数值孔径801的值影响光掩模上哪些缺陷是光刻显著缺陷以及哪些不是。穿过光掩模M的光束的部分形成被引导穿过成像光学件810且被引导到晶片W上以起始图案转印的图案化光学信号。晶片W可定位在包含如上文所描述的载台位置检测机构的载台定位机构804的卡盘上。
图8B提供根据特定实施例具有在平面852处具有相对大数值孔径851b的照明系统851a的检验(或度量)系统850的示意性表示。所描绘的检验系统850可包含经设计以为增强检验提供(例如)60到200倍放大的显微放大光学件。检验系统的平面852处的数值孔径851b常可视为大于光刻系统800的平面802处的数值孔径801，此将导致测试检验图像与实际印刷图像之间的差异。此些光学系统800、850中的每一个引发所产生的图像中的不同光学效应，且此些系统可实施用于在检验或度量过程期间补偿此些效应的技术。
本文描述的载台移动和位置检测设备可在各种特殊配置的检验或度量系统上实施，例如在图8B中示意性说明的检验或度量系统。所说明的系统850包含产生至少一个光束的照明源860，所述至少一个光束穿过照明光学件851a被引导到平面852中的样本S(例如光掩模或晶片)上。如上文所解释，检验系统850可具有在平面852处的数值孔径851b，所述数值孔径可大于对应光刻系统的光罩平面数值孔径。照明光学件851a还可包含用于达成具有不同特性的多个光束的各种透镜和模块。待检验/测量的样本S放置于平面852处的载台机构804上且曝光于源。
来自样本S(例如，掩模)的传输图像可被引导穿过一组光学组件853a，所述光学组件853a通过图像光学件855将图案化图像投射到传感器854a上。光学组件(例如，光束分离器876和检测透镜878)经布置以引导且俘获从样本S到传感器854b上的反射光和/或散射光。适合传感器包含电荷耦合装置(CCD)、CCD阵列、时间延迟积分(TDI)传感器、TDI传感器阵列、光电倍增管(PMT)和其它传感器。特定检验工具可仅包含除光学件853a和传感器854a外的反射收集光学件853b(或其它散射光学件)和传感器854b。
可通过任何适合机构相对于检测器或摄影机/传感器移动照明光学件柱以检测来自样本S的各种部分的光。举例来说，可如上文所描述而实施包含位置检测机构的载台定位机构。
可由控制器系统873(例如通过一或多个信号处理装置)处理由每一传感器(例如，854a和/或854b)俘获的信号，所述信号处理装置可各自包含经配置以将来自每一传感器的模拟信号转换为用于处理的数字信号的模/数转换器。控制器系统873可包含经由适当总线或其它通信机构的耦合到输入/输出端口的一或多个处理器，以及一或多个存储器。控制器系统也可实施于光刻系统(例如，如参考图8A中描述)中以控制各种组件。
控制器系统873还可包含用于提供使用者输入(例如改变焦点和其它检验配方参数)的一或多个输入装置(例如，键盘、鼠标、摇杆)。控制器系统873还可连接到用于控制(例如)样本位置(例如，聚焦和扫描)的载台定位机构，且连接到用于控制此些检验/度量/光刻系统组件的其它检验参数和配置的其它检验/度量/光刻系统组件。
控制器系统873可经配置(例如，运用编程指令)以提供用于显示所得强度值、图像和其它检验/度量/光刻结果的用户界面(例如，计算机屏幕)。控制器系统873可经配置以产生初始和最终z偏移轨迹、分析强度、自动聚焦测量和/或反射和/或透射的感测光束的其它特性。控制器系统873可经配置(例如，运用编程指令)以提供用于显示所得强度值、图像和其它检验/度量/光刻特性的用户界面(例如，在计算机屏幕上)。在特定实施例中，控制器系统873经配置以执行上文详述的位置检测技术。
由于此些信息和程序指令可在特殊配置的计算机系统上实施，所以这样一种系统包含用于执行本文描述的各种操作的程序指令/计算机程序代码，所述程序指令和计算机程序代码可存储于非暂时性计算机可读媒体上。机器可读媒体的实例包含但不限于：磁性媒体，例如硬盘、软盘和磁带；光学媒体，例如CD-ROM盘；磁光媒体，例如光盘；以及硬件装置，其经特殊配置以存储且执行程序指令，例如只读存储器装置(ROM)和随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含机器代码(例如由编译器产生)和含有可由计算机使用解释器执行的较高阶代码的文件。
在特定实施例中，用于检验样本的系统包含经配置以执行本文描述的技术的至少一个存储器和至少一个处理器。
尽管上文已出于明确理解的目的详细描述本发明，但将了解，可在随附权利要求的范围内实践特定改变和修改。应注意，存在实施本发明的过程、系统和设备的诸多替代方式。举例来说，可从透射、反射或组合输出光束获得缺陷检测特性数据。另外，机械检验工具(例如原子力显微工具或扫描探针显微工具)可利用上文描述的载台控制和缺陷位置检测技术和机构。因此，本发明的实施例应视为说明性且非限制性的，且本发明并不限于本文中给出的细节。
Claims (17)
1.一种用于制造、测量或检验半导体晶片的设备，所述设备包括：
检验或曝光头部，其用于检验或曝光呈半导体晶片或光刻掩模的形式的样本；
基底，其具有所述头部穿过其中插入的孔；
可移动载台，其具有用于固持所述样本的卡盘；
载台控制器，其用于控制所述卡盘和样本相对于所述头部的移动；
多个二维2D编码器标尺，其附接到与所述卡盘的表面相对的所述基底的表面，其中所述2D编码器标尺经布置以形成围绕所述头部穿过其中插入的所述基底的所述孔的间隙；
多个卡盘编码器头部，其附接到所述卡盘以经由所述2D编码器标尺而检测所述载台和样本相对于所述头部的位置；以及
载台编码器，其用于检测所述卡盘和样本的位置，
其中所述载台控制器经配置以(i)当这些卡盘编码器头部并不跨所述2D编码器标尺之间的所述间隙转变时、基于从所述卡盘编码器头部检测到的所述位置或(ii)当所述卡盘编码器头部跨此间隙转变时、基于从所述载台编码器检测到的所述位置来控制所述可移动载台和卡盘的移动，以及
其中所述载台编码器呈自其检测X、Y位置的两个线性载台编码器的形式，其中所述两个线性载台编码器各自包含与所述载台控制器相集成的编码器头部以及与相对于所述可移动载台而静止的载台框架相耦合的编码器标尺。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备呈半导体检验工具的形式，且进一步包括用于检测所述样本上的缺陷的缺陷检测器，其中所述缺陷检测器经配置用于：
当这些卡盘编码器头部并不跨所述间隙转变时，基于从所述卡盘编码器头部检测到的所述位置来确定并报告缺陷位置；以及
当这些卡盘编码器头部跨所述间隙转变时，基于从所述载台编码器检测到的所述位置来确定并报告所述缺陷位置。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述2D编码器标尺包括围绕所述基底的所述孔布置的两个2D编码器标尺。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述2D编码器标尺包括围绕所述基底的所述孔布置的四个2D编码器标尺。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备呈光刻工具的形式。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备呈半导体检验或度量工具的形式。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述头部是用于朝向所述样本而引导一个或多个光束的光学柱。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述头部是用于朝向所述样本而引导一个或多个电子束的电子束柱。
9.一种用于检测半导体晶片上的缺陷的设备，所述设备包括：
检验或曝光头部，其用于检验或曝光呈半导体晶片或光刻掩模的形式的样本；
基底，其具有所述头部穿过其中插入的孔；
可移动载台，其具有用于固持所述样本的卡盘；
载台控制器，其用于控制所述卡盘和样本相对于所述头部的移动；
多个二维2D编码器标尺，其附接到与所述卡盘的表面相对的所述基底的表面，其中所述2D编码器标尺经布置以形成围绕所述头部穿过其中插入的所述基底的所述孔的间隙；
多个卡盘编码器头部，其附接到所述卡盘以经由所述2D编码器标尺而检测所述载台和样本相对于所述头部的位置；以及
载台编码器，其用于检测所述卡盘和样本的位置，
其中所述载台编码器经配置以基于从所述载台编码器检测到的所述位置来控制所述可移动载台和卡盘的移动；以及
缺陷检测器，其用于检测所述样本上的缺陷，其中所述缺陷检测器进一步经配置以用于基于从所述卡盘编码器头部检测到的所述位置来确定并报告缺陷位置，其中
所述载台编码器呈自其检测X、Y位置的两个线性载台编码器的形式，其中所述两个线性载台编码器各自包含与所述载台控制器相集成的编码器头部以及与相对于所述可移动载台而静止的载台框架相耦合的编码器标尺。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述缺陷检测器进一步经配置以用于：
仅当这些卡盘编码器头部并不跨所述间隙转变时，才基于从所述卡盘编码器头部检测到的所述位置来确定并报告缺陷位置；以及
当这些卡盘编码器头部跨所述间隙转变时，基于从所述载台编码器检测到的所述位置来确定并报告缺陷位置。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述头部是用于朝向所述样本而引导一个或多个光束的光学柱。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述头部是用于朝向所述样本而引导一个或多个电子束的电子束柱。
13.一种方法，其包括：
在可相对于载台框架移动的载台的卡盘上接纳半导体样本；
使所述载台、卡盘和样本在检验或曝光头部下方移动以用于检验或曝光所述样本，其中多个二维2D编码器头部与所述卡盘相耦合，其中多个2D编码器标尺与所述头部穿过其中插入的基底相耦合，其中载台编码器定位在所述载台框架上；
基于由所述2D编码器头部中的至少一者所检测到的位置来控制所述载台、卡盘和样本的移动，直到到达在未被所述2D编码器标尺所覆盖的间隙内的预定义位置；以及
当到达在未被所述2D编码器标尺所覆盖的所述间隙内的所述预定义位置时，切换到基于由所述载台编码器所检测到的位置来控制所述载台、卡盘和样本的移动，其中
所述载台编码器呈自其检测X、Y位置的两个线性载台编码器的形式，其中所述两个线性载台编码器各自包含与所述载台控制器相集成的编码器头部以及与相对于所述可移动载台而静止的载台框架相耦合的编码器标尺。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
使用所述头部检验所述样本的缺陷，其中所述头部呈检验头部的形式；
基于由所述2D编码器头部中的至少一者所检测到的位置来确定并报告缺陷位置，直到到达在未被所述2D编码器标尺所覆盖的间隙内的所述预定义位置；以及
当到达在所述间隙内的所述预定义位置时，切换到基于由所述载台编码器检测的位置来确定并报告缺陷位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
当到达不在所述间隙内的第二预定义位置时，将所述移动控制和缺陷确定及报告从基于由所述载台编码器所检测到的位置切换回到所述2D编码器头部中的至少一者。
16.一种方法，其包括：
在可相对于载台框架移动的载台的卡盘上接纳半导体样本；
使所述载台、卡盘和样本在用于检验所述样本的检验头部下方移动，其中多个二维2D编码器头部与所述卡盘相耦合，其中多个2D编码器标尺与所述检验头部穿过其中插入的基底相耦合，其中载台编码器定位在所述载台框架上；
基于由所述载台编码器所检测到的位置控制所述载台、卡盘和样本的移动；
基于由所述2D编码器头部中的至少一者所检测到的位置来确定并报告缺陷位置，直到到达在未被所述2D编码器标尺所覆盖的间隙内的预定义位置；以及
当到达在未被所述2D编码器标尺所覆盖的所述间隙内的所述预定义位置时，切换到基于由所述载台编码器所检测到的位置来确定并报告缺陷位置，其中
所述载台编码器呈自其检测X、Y位置的两个线性载台编码器的形式，其中所述两个线性载台编码器各自包含与所述载台控制器相集成的编码器头部以及与相对于所述可移动载台而静止的载台框架相耦合的编码器标尺。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
当到达不在所述间隙内的第二预定义位置时，将所述缺陷确定和报告从基于由所述载台编码器所检测到的位置切换回到基于由所述2D编码器头部中的至少一者所检测到的位置。
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