TW201333637A - 用於微影機台之量測系統的光纖傳輸裝置 - Google Patents

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Abstract

敘述了量測系統、設備與方法，用於實施微影機台內的量測，使得該等揭露之量測可被執行，而不會導致微影機台內的釋氣流出物。所揭露的是一種系統，包含：一物鏡；一平台，用於執行相對於該物鏡的移動；一光感測器，用於產生與該平台之該移動相關的一光監視信號；以及一玻璃光纖，具有一金屬外表塗覆，該經金屬塗覆之玻璃光纖係配置成提供光至該光感測器或自該光感測器收集光。

Description

用於微影機台之量測系統的光纖傳輸裝置
本揭露係關於裝設有量測系統的微影機台，其使用光纖纜線來傳送關於量測系統的量測信號。
微影機台(亦稱為曝光系統)通常包含照射系統與晶圓定位系統。照射系統包含輻射源，用於提供輻射(例如紫外光、可見光、x射線、電子或離子輻射)，以及包含光罩或遮罩，用於將圖案分給輻射，藉此產生空間上圖案化的輻射。此外，針對縮小倍率微影的情況，照射系統可包含透鏡組合(例如投射物鏡)，用於將空間上圖案化輻射成像至晶圓上。經成像的輻射將晶圓上塗覆的光阻曝光。照射系統亦包含用於支撐遮罩的遮罩平台，與用於調整遮罩平台相對於被導引通過遮罩之輻射的位置的定位系統。晶圓定位系統包含用於支撐晶圓的晶圓平台，與用於調整晶圓平台相對於經成像之輻射的位置的定位系統。積體電路的製造可包含多個曝光步驟。針對微影的一般參照，可參見例如J.R.Sheats and B.W.Smith,in Microlithography：Science and Technology(Marcel Dekker,Inc.,New York,1998)，其內容在此藉由參照而併入。
量測系統可用於準確地測量晶圓平台與遮罩平台 之每一者相對於曝光系統之其他組件(例如透鏡組合、輻射源、或支撐結構)的位置。在此種實例中，量測系統的感測器可附接至固定結構，且量測系統的尺規可附接至可移動元件(例如遮罩與晶圓平台之一者)。替代地，可反轉該狀況，把感測器附接至可移動物件且尺規附接至固定物件。與量測系統相關的量測信號可使用光纖纜線來傳送至量測系統的感測器且從感測器傳送。
通常，微影曝光系統容易遭受到來自用於建構這些系統之材料的釋氣流出物的汙染。此種汙染會降低微影機台的生產率，因為它需要更常清洗來維持其特定性能。在一些實例中，汙染可能縮短微影機台的有效壽命，因為有些子系統如果沒有送回到原設備製造商來完全拆解就無法清潔。
光沉積法(photodeposition)被定義成一種合成技術，其中單體被UV光照射，導致所生成之聚合物在基板上交叉鏈結與沉積。曝光系統中有許多單體的潛在來源。一般來源包含來自黏著劑、聚合物類型成份、清潔溶液、溶劑、與冷卻劑的釋氣流出物。當此種流出物通過曝光系統內的曝光子系統時，它被系統內用於微影再生影像於基板上的光所交叉鏈結與沉積。在半導體微影系統的實例中，一般曝光波長為248 nm與193 nm。在此種方式中，與曝光系統內總光學劑量使用相結合的這些短波長可能導致曝光系統內之釋氣流出物的寄生光沉積。為了減少寄生光沉積且因此增加曝光系統的價值，微影系統組件中所使用的材料要嚴密控制。
本揭露關於量測系統、設備與方法，用於實施微影機台內的量測，使得該等揭露之量測可被執行，而不會導致微影機台內的釋氣流出物。例如，使用光學纜線(包含具有金屬外表塗覆的玻璃光纖，例如金屬塗覆二氧化矽(MSC,Metal Coated Silica)光纖)，與該等揭露之量測相關的光信號可被傳送至該量測系統或該量測系統的組件之間。
本發明之各種態樣係總結於下。
通常，在第一態樣中，本發明之特徵為一種系統，其包含：一物鏡；一平台，用於執行相對於該物鏡的移動；一光感測器，用於產生與該平台之該移動相關的一光監視信號；以及一玻璃光纖，具有一金屬外表塗覆，該經金屬塗覆之玻璃光纖係配置成提供光至該光感測器或自該光感測器收集光。
實施例可包含一或多個下述特徵。
例如，該系統可另包含一曝光室，其包圍至少(i)該平台與(ii)包含接近該光感測器之該光纖末端的至少一部分的該金屬塗覆玻璃光纖，該曝光室係配置且設置成在該曝光期間維持一預定濃度位準的釋氣流出物。具有該金屬外表塗覆的該玻璃光纖在該曝光室內實質上沒有釋放氣體流出物。
該金屬塗覆玻璃光纖可在一末端處從該光感測器收集光，該經收集的光承載有該光監視信號。該系統可另包含耦接至該金屬塗覆玻璃光纖之另一末端的信號處理電子系統，使得該光監視信號被該信號處理電子系統接收，該信號處理電子系統係配置成根據該光監視信號來監視該平台的一相對位置。
該信號處理電子系統根據該光監視信號來監視的該平台位置可為沿著該平台的一第一自由度。此外，該系統可包含一或更多其他的金屬塗覆玻璃光纖，用以監視沿著與該平台相關的個別一或更多其他自由度的對應一或更多其他平台位置。該等一或更多其他的金屬塗覆玻璃光纖在該曝光室內實質上沒有釋放氣體流出物。
該系統可另包含一光源，其用於該光感測器，且該金屬塗覆玻璃光纖可從該光源提供光至該光感測器。例如，該光源可為外差式光源，其提供兩不同頻率具有正交偏光的光。該金屬塗覆玻璃光纖可為一偏光維持光纖，用以維持此種正交偏光。替代地，該系統可包含一第二金屬塗覆玻璃光纖，用於從該光源提供光至該光感測器。
該系統亦可包含多金屬塗覆玻璃光纖，用以提供光至該光感測器或自該光感測器收集光。
該光感測器可為光學編碼器，例如干涉式光學編碼器。例如，該光學編碼器可操作於非利特羅(non-Littrow)、繞射角。
藉由將該光監視信號成像於該光纖末端的表面上而在該光纖末端處收集該光監視信號。此外，在某些實施例中，一偏光器可設於該平台與該金屬塗覆玻璃光纖收集該光監視信號的該末端之間，該偏光器係配置成將兩正交偏光光信號混合成代表該光監視信號的一干涉信號。在其他實施例中，一偏光器可設於該金屬塗覆玻璃光纖的另一末端與該信號處理電子系統之間，該偏光器係配置成將代表該光監視信號的兩正 交偏光光信號混合成一干涉信號，來輸入至該信號處理電子系統。
該玻璃光纖的該金屬外表塗覆可包含Al、Cu、Sn、Au、In、Pb、Zn、與Ni的任一者，且較佳地，Al、Cu、與Sn之至少一者。該玻璃光纖的該金屬外表塗覆具有範圍為15至50微米的厚度。該玻璃光纖可包含二氧化矽之一芯以及摻雜有二氧化矽之一包覆層。
本說明書中所述之技術特徵之具體實施可配置成實現一或多個下面潛在優點。MCS光纖提供標準二氧化矽-二氧化矽光纖的好處。此外，該金屬外表塗覆保護該玻璃光纖不會像其他光纖外表塗覆一樣釋放氣體流出物。此外，該金屬塗覆提供額外的好處，例如增加的機械強度與較大的疲勞抵抗，相較於非密封聚合物包覆光纖(PCS,polymer-clad fibers)。
各種參照在此藉由參照而併入。在有衝突時，則由本說明書主導。
一或更多實施例之細節係提出於所附圖式與下面敘述中。其他特徵與優點將從敘述與圖式以及從該等申請專利範圍而明顯得知。
100‧‧‧微影機台(曝光系統)
101‧‧‧曝光室
105‧‧‧感測器尺規
110‧‧‧感測器
111‧‧‧測量光束
160‧‧‧框架
162‧‧‧透鏡殼體
164‧‧‧透鏡組合
166‧‧‧幅射光束
168‧‧‧光學裝置
170‧‧‧反射鏡
172‧‧‧光罩或遮罩平台
174‧‧‧曝光基座
176‧‧‧支撐基座
178‧‧‧定位系統
180‧‧‧平台
182‧‧‧定位系統
184‧‧‧彈簧
200‧‧‧微影系統
201‧‧‧曝光室
205’‧‧‧感測器尺規
210’、210”‧‧‧光感測器
211’‧‧‧監視光束
220‧‧‧光源
225‧‧‧光循環器
235‧‧‧光纖
240‧‧‧信號處理電子系統
264‧‧‧物鏡
280‧‧‧平台
290‧‧‧半導體晶圓
300‧‧‧編碼器系統
300’‧‧‧編碼器系統
301‧‧‧曝光室
305‧‧‧編碼器尺規(繞射結構、光柵G1)
307‧‧‧光柵G2
310‧‧‧光學裝置(編碼頭)
312‧‧‧測量光束
313‧‧‧參考光束(第二光束)
314‧‧‧反射光束(繞射階)
320‧‧‧光源模組
322‧‧‧輸入光束
330‧‧‧偵測器模組
332‧‧‧輸出光束
334‧‧‧偵測器
336‧‧‧偏光器
340‧‧‧信號處理電子系統
350‧‧‧電子處理器
360‧‧‧第一偏光光束分離器(PBS)
362‧‧‧第二PBS
364‧‧‧非偏光光束分離器
366‧‧‧偏光器
368‧‧‧偵測器
380‧‧‧測量物體
400‧‧‧程序
第1圖顯示微影機台的範例，其包含用於平台控制的感測技術。
第2圖顯示光微影系統的範例，其設有量測系統，且使用金屬塗覆玻璃光纖來傳送光信號至設置於光微影系統之曝光 室內的量測系統，且從量測系統傳送光信號。
第3A圖顯示量測系統的範例，其包含編碼器系統。
第3B圖顯示編碼器系統的範例的一部分。
第4圖顯示了一程序，用於藉由使用包含光信號傳送系統(其消除了釋氣流出物)的光感測技術，將微影系統之曝光室內的釋氣流出物濃度維持在預定位準之下。
類似的參考符號在各圖式中係表示類似的元件。
微影機台在用於製造大型積體電路(例如電腦晶片與類似者)的微影應用中特別有用。微影是半導體製造工業的關鍵技術驅動器。覆蓋改善(Overlay improvement)是降至100 nm線寬及100 nm線寬以下的五個最困難挑戰的其中之一(設計規則)，例如參見2010 International Technology Roadmap for Semiconductors，其目標要在2014年前使快閃記憶體達到20 nm的一半間距。微影機台的功能是導引空間上圖案化的輻射到塗覆有光阻的晶圓上。該程序牽涉到決定晶圓的哪個位置要接收輻射(對準)，以及應用輻射到那個位置處的光阻(曝光)。
在曝光期間，輻射源照射圖案化的光罩，其散射該輻射來產生空間上圖案化的輻射。光罩亦稱為遮罩，且這些術語在下面可交換使用。在縮小倍率微影(reduction lithography)的情況中，縮小倍率透鏡收集散射的輻射且形成光罩圖案的縮小影像。替代地，在近接式曝光(proximity printing)的情況中，散射的輻射在接觸晶圓之前行進一小段 距離(通常是微米的大小)，以產生光罩圖案的1：1影像。該輻射初始化光阻中的光化學程序，其將輻射圖案轉換成光阻內的潛在影像。
為了正確地定位晶圓，晶圓包含在晶圓上的對準標記，其可被專屬感測器測量。對準標記之經測量位置界定了機台內的晶圓的位置。此資訊以及晶圓表面之所欲圖案化之規格可導引晶圓相對於空間上圖案化輻射的對準。根據此種資訊，支撐已塗覆光阻之晶圓的可轉移平台將晶圓移動，使得輻射將會曝光晶圓的正確位置。在某些微影機台中(例如微影掃描器)，遮罩亦定位在可轉移平台上，其在曝光期間與晶圓一致地移動。
量測系統是控制晶圓與光罩之位置的定位機構的重要組件，且將光罩影像暫存於晶圓上。量測系統所測量之距離的準確度可以增加及/或維持較長時期而不用下線維護，由於增加的良率與較少的機台停工期而導致較高產率。量測系統可用於測量曝光系統之任一組件相對於曝光系統之任何其他組件的相對位置，其中量測系統的感測器可附接至一個組件或被它支撐，且量測系統的尺規可附接至另一個組件或被它支撐。
第1圖顯示使用量測系統(包含至少部分的感測器110與感測器尺規105)的微影機台100的範例。微影機台100可稱為掃描器或曝光系統。在某些實施例中，量測系統可為編碼器系統，其可用於準確地測量曝光系統100內晶圓(未示)的位置。在此，平台180用於相對於透鏡殼體162來定位 及支撐晶圓。感測器尺規105可為對準標記，其設置且配置成將測量光束111從平台180反射或繞射到感測器110。
掃描器100包含框架160，其承載其他支撐結構與承載在那些結構上的各種組件。曝光基座174在其頂部安裝了透鏡殼體162，透鏡殼體162頂部安裝了光罩或遮罩平台172，平台172用於支撐光罩或遮罩。用於相對於曝光站來定位遮罩的定位系統係由元件178示意地指出。定位系統178可包含例如壓電換能器元件與對應的控制電子系統。雖然它未包含在這個所述實施例中，一或多個額外的量測系統可用於準確地測量遮罩平台172以及其他可移動元件的位置，它們的位置必須在製造微影結構的程序中被準確地監視。
懸掛在曝光基座174底下的是支撐基座176，其承載晶圓平台180。曝光基座174與支撐基座176所包圍的體積可稱為曝光室101。在某些實施中，微影機台100係設置且配置成維持曝光室101內一預定位準之下的釋氣流出物濃度，以最小化可與曝光幅射(來自幅射光束166或來自曝光室101內的散射幅射)反應而導致釋氣流出物之寄生光沉積的釋氣流出物數量。至少針對這個原因，用於製造曝光室101內所設置之組件的材料要嚴密控制。
在曝光室101內，感測器尺規105可附接至平台180，用於反射或繞射被感測器110導向平台180的測量光束111。用於相對於感測器110來定位平台180的定位系統係由元件182示意地指出。定位系統182可包含例如壓電換能器元件與對應的控制電子系統。感測器尺規105將測量光束111反 射或繞射回到感測器110，感測器110安裝在曝光基座174上。可設置於曝光室101內的量測系統的範例係連結第2與3A至3B圖而敘述於下。
在操作期間，幅射光束166(例如來自紫外光(UV)雷射(未示)之紫外光束)通過光束成形光學裝置168，且從反射鏡170反射之後，朝下行進。之後，輻射光束166通過遮罩平台172所承載之遮罩(未示)。遮罩(未示)透過透鏡殼體162中所承載之透鏡組合164而成像至晶圓平台180上的晶圓(未示)上。曝光室101與其內的各種組件藉由彈簧184所繪示之阻尼系統而與周遭振動隔離。
在一些實施例中，一或多個量測系統可用於測量沿著多個軸的位移以及例如(但不限於)與晶圓平台180及光罩(或遮罩)平台172相關的角度。此外，除了UV雷射光束之外，可使用其他光束來曝光晶圓，包含例如x射線光束、電子束、離子束、與可見光束。最後，包含感測器110與感測器尺規105的量測系統可以相似的方式與含有步進器(除了掃描器之外或並非掃描器)的微影系統使用。
第2圖顯示微影系統200的範例的一部份，其包含曝光室201。範例微影系統200可實施為連結第1圖所上述之曝光系統100的部分。在此實例中，曝光室201包圍平台280上的半導體晶圓290，平台280在曝光至物鏡264所投射之光微影圖案期間執行準確移動。光感測器210’與210”結合信號處理電子系統240來監視平台位置，提供反饋至平台移動控制(未示)。
平台位置被光感測器210’沿著平台的第一自由度監視，且被光感測器210”沿著平台的第二自由度監視。光感測器210’與210”通過玻璃光纖235(其具有金屬塗覆)透過光信號而傳送監視資訊至信號處理電子系統240。信號處理電子系統240可包含光偵測器，其配置來將承載有監視資訊的光信號轉換成承載有監視資訊的電子信號。
例如，光感測器210’利用監視光束211’來探測附接於平台280的感測器尺規205’，以產生監視信號。一個光纖235可配置來在一光纖末端處(其在曝光室201內)收集由光感測器210’所輸出的監視信號。此外，該一個光纖235可在另一末端處(其在曝光室201外)耦接於信號處理電子系統240，以傳送被傳輸之監視信號給後者。作為另一範例，光感測器210”利用另一監視光束211”來探測附接於平台280的另一感測器尺規205”，以產生另一監視信號。另一個光纖235可配置來在一光纖末端處(其在曝光室201內)收集由光感測器210”所輸出的其他監視信號。此外，該另一個光纖235可在另一末端處(其在曝光室201外)耦接於信號處理電子系統240，以傳送被傳輸之其他監視信號給後者。
此外，曝光室201內非所欲單體的濃度(例如從黏著劑與聚合物類型成份所釋放之氣體流出物)被維持在預定位準以下，以防止微影系統200之曝光室201中之非所欲單體交叉鏈結，它是被系統200內用於微影再生影像於晶圓290上的光所交叉鏈結。光纖235可具有二氧化矽之芯、摻雜有二氧化矽之包覆層，且可具有金屬外表塗覆。以此方式，金屬外表 塗覆可保護玻璃光纖235。此外，玻璃光纖235的金屬外表塗覆並沒有釋放氣體流出物，但是聚合物所製造的光纖外表塗覆則會。在某些實施中，玻璃光纖的金屬外表塗覆包含Al、Cu、或Sn(Tin)的一者。此外，玻璃光纖的金屬外表塗覆可包含Au、In、Pb、Zn、或Ni的一者。此外，玻璃光纖的金屬外表塗覆可具有範圍為15至50微米的厚度。
選擇性的，設置於曝光室201外的光源220所提供的輸入光束可透過金屬塗覆玻璃光纖235傳送至個別光感測器210’與210”。在某些實施中，輸入光束可透過金屬塗覆玻璃光纖(其不同於用於從光感測器210’傳送光監視信號至信號處理電子系統240的另一金屬塗覆玻璃光纖)由光源220提供至感測器210’。例如，在某些實施例中，用於該等輸入光束的光纖是單模光纖，而用於傳送光監視信號的回傳或「擷取」光纖則是多模光纖。此外，在某些實施例中，該等輸入光纖是偏光維持光纖。
在其他實施中，輸入光束可透過相同的金屬塗覆玻璃光纖(其用於從光感測器210’傳送光監視信號至信號處理電子系統240)由光源220提供至光感測器210’。後一種實施係代表透過光纖的交互信號傳送，且可例如藉由使用光循環器225與多工器(未示)來實現，其時間多工傳輸來自曝光室201外之光源220的輸入光束至曝光室201內的光感測器210’以及傳輸來自曝光室201內之光感測器210’的光監視信號至曝光室201外的信號處理電子系統240。
光感測器210’與210”可為部分之編碼器，其設置 且配置成監視該平台280在正交方向中的位移。第3A圖顯示編碼器系統300的範例，其可使用作為連結第2圖所上述之光感測器210’與210”之任一者。編碼器系統300包含光源模組320(例如包含雷射)、光學裝置310、編碼器尺規305、偵測器模組330(例如包含偏光器與偵測器)、與電子處理器350。偵測器模組330與電子處理器350形成信號處理電子系統340，其類似於連結第2圖所上述之信號處理電子系統240。在某些實施中，感測器尺規305可附接至測量物體380。測量物體380可為晶圓或晶圓平台，舉例來說。通常，光源模組320包含光源，且亦可包含其他組件，例如光束成形光學元件(例如光視準光學元件)、光導組件(例如光纖光學波導)及/或偏光管理光學元件(例如偏光器及/或波片)。光學裝置310亦稱為「編碼頭」。笛卡兒座標系統係顯示做為參考。在第3A圖中例示的編碼器300實例中，編碼頭310與測量物體380(其中後者包含編碼器尺規305)係在微影機台之曝光室301內。此外，光源320與信號處理電子系統340(後者包含偵測器模組330與電子處理器350)設置於曝光室301外。
測量物體380可沿著Z軸定位在離開光學裝置310某個標稱距離。在許多應用中，例如其中編碼器系統300被用於監視微影機台中之晶圓平台或光罩平台的位置，測量物體380相對於光學裝置移動於X及/或Y方向中，同時相對於Z軸維持離開光學裝置一標稱固定距離。此固定距離可為相當小(例如數公分或更小)。但是，在此種應用中，測量物體380的位置通常將與標稱固定距離相差一小數量，且測量物體380 的相對定向在笛卡兒座標系統內也可改變一小數量。在操作期間，編碼器系統300監視測量物體380相對於光學裝置310的這些自由度的一或多個自由度，包含測量物體380相對於x軸的位置，且在某些實施例中另包含測量物體380相對於y軸及/或z軸及/或相對於傾角與偏離角定向的位置。
為了監視測量物體380的位置，設置於曝光室301外的光源模組320導引輸入光束322至設置於曝光室301內的光學裝置310。輸入光束322可透過金屬塗覆玻璃光纖(例如，連結第2圖所上述之一個金屬塗覆玻璃光纖235)從光源模組320傳送至光學裝置310。例如，金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301外的一末端可連接至光源模組320的輸出，且金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301內的另一末端可連接至光學裝置310的輸入。藉由使用金屬塗覆玻璃光纖來傳送輸入光束322至光學裝置310，編碼器系統300在曝光室301內沒有釋放氣體流出物。
光學裝置310從輸入光束322取得測量光束312，且導引測量光束312至測量物體380。光學裝置310亦從輸入光束322取得參考光束(未示)，且導引參考光束沿著不同於測量光束312之路徑。例如，光學裝置310可包含光束分離器，光束分離器將輸入光束322分成測量光束312與參考光束。測量與參考光束可具有正交偏光(例如正交線性偏光)。
編碼器尺規305可附接至測量物體380或可為測量物體380的部分。在某些實施中，編碼器尺規305可為對準標記，其反射來自編碼頭310的測量光束312(作為反射光束314)回到編碼頭310。在其他實施中，編碼器尺規305可為測 量刻度，其將來自編碼頭310的測量光束312繞射成一或多個繞射階(diffracted order)314。通常，編碼器尺規可包含多種不同繞射結構，例如光柵或全像繞射結構。光柵的範例包含正弦曲線、矩形、或鋸齒光柵。光柵之特徵在於具有固定間距之週期結構，但亦可為多個複合週期結構(例如漸變光柵)。通常，編碼器尺規305可將測量光束312繞射進入多於一個平面中。例如，編碼器尺規305可為二維光柵，其將測量光束312繞射成X-Z與Y-Z平面中的繞射階。編碼器尺規305在X-Y平面中延伸了對應於測量物體380之移動範圍的距離。
在本實施例中，編碼器尺規305為具有多條光柵線的光柵，光柵線延伸正交於頁的平面，平行於第3A圖中所示之笛卡兒座標系統的Y軸。光柵線沿著X軸為週期性。編碼器尺規305具有對應於X-Y平面的光柵平面，且編碼器尺規305將測量光束312繞射成Y-Z平面中的一或多個繞射階314。測量光束的這些被繞射階的至少一者(標示為光束114)返回至光學裝置310，其中繞射測量光束與參考光束相結合而形成輸出光束332。例如，一次繞射測量光束314可為第一階繞射光束。
輸出光束332包含關於測量光束312與參考光束之間之光學路徑長度差異的相位資訊。設置於曝光室301內的光學裝置310導引輸出光束332至設置於曝光室301外的信號處理電子系統340。輸出光束332可透過金屬塗覆玻璃光纖(例如，連結第2圖所上述之一個金屬塗覆玻璃光纖235)從光學裝置310傳送至信號處理電子系統340。例如，金屬塗覆玻璃 光纖在曝光室301內的一末端可連接至光學裝置310的輸出，且金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301外的另一末端可連接至信號處理電子系統340之偵測器模組330的輸入。藉由使用金屬塗覆玻璃光纖來傳送來自光學裝置310的輸出光束332，編碼器系統300在曝光室301內沒有釋放氣體流出物。
信號處理電子系統340的偵測器模組330偵測輸出光束且回應於偵測到之輸出光束而傳送信號至電子處理器350。電子處理器350接收且分析該信號，並且決定關於測量物體380相對於光學裝置310的一或多個自由度的資訊。
在某些實施例中，測量與參考光束具有小的頻率差異(例如是kHz到MHz範圍的差異)，以在大概對應於此頻率差異的頻率處產生想要的干涉信號。此頻率在此之後可互換地稱為「外差式(heterodyne)」頻率或「參考」頻率。關於測量物體380之相對位置之改變的資訊大概對應於在此外差式頻率之干涉信號的相位。信號處理技術可用於擷取此相位。通常，可移動測量物體380會導致此相位項隨時間而改變。就這一點而言，該測量物體移動之第一階時間微分會導致干涉信號之頻率從外差式頻率偏移一個量，在此稱為「都卜勒」頻移。
測量與參考光束之不同頻率可例如藉由雷射塞曼分裂(Zeeman splitting)、藉由聲光調制、使用兩個不同雷射模式、或雷射內部使用雙折射元件、以及其他技術來產生。正交偏光允許偏光光束分離器將測量與參考光束沿著不同路徑導引，且將它們結合來形成輸出光束332，輸出光束332之後通過偏光器，偏光器將正交偏光的分量混合，所以它們可以干 涉。在目標沒有移動時，干涉信號於外差式頻率振盪，外差式頻率只是兩分量之光學頻率的差異。當目標有移動時，外差式頻率透過所謂的都卜勒相關而發生相關於目標之速度的改變。因此，監視外差式頻率的改變允許人可以監視目標380相對於光學裝置310的移動。
在下述實施例中，輸入光束322通常指的是光源模組320所發出的光束。針對外差式偵測，輸入光束322包含具有些微不同頻率的分量，如同上述。
通常，測量光束312以一入射角入射於測量物體380上，使得一次繞射測量光束314不滿足利特羅條件。利特羅條件指的是繞射結構305(例如光柵)相對於入射光束312的定向，其中繞射結構305導引被繞射光束314朝向光源310返回。換句話說，在編碼器系統300中，一次繞射測量光束314在編碼器尺規305處繞射之前，與測量光束312並非在同一直線上。
雖然編碼器尺規305在第3A圖中繪示為在一方向中是週期性的結構，更一般性地，測量物體380可包含多種不同繞射結構，其適當地繞射該測量光束312。在一些實施例中，測量物體380可包含一繞射結構(例如編碼器尺規305)，其在兩方向中(例如沿著x與y軸)是週期性，將測量光束312繞射成兩正交平面中的光束。通常，在系統的幾何形狀限制之內，選擇光源模組320與編碼器尺規305之繞射結構，使得編碼器系統300提供具有足夠強度的一或多個繞射測量光束314，以在與對應的參考光束相結合時建立一或多個可偵測干 涉信號。在一些實施例中，光源模組320提供具有波長範圍400 nm至1500 nm的輸入光束322。例如，輸入光束322可具有波長大約633 nm或大約980 nm。注意到，通常，外差式光源320的頻率分離會導致輸入光束之兩分量之波長之間僅僅非常小的差異，所以即使輸入光束322嚴格說來並非單色的，用單一波長來特徵化輸入光束仍舊是可行的。在一些實施例中，光源模組320可包含氣體雷射(例如HeNe雷射)、雷射二極體或其他固態雷射光源、發光二極體、或熱光源(例如具有或不具有濾鏡來修改光譜頻寬的鹵素光)。
通常，繞射結構305(例如光柵間距)可根據輸入光束322之波長及用於測量之繞射階314與光學裝置310之配置而改變。在一些實施例中，繞射結構305為具有間距範圍大約1λ至大約20λ的光柵，其中λ是光源的波長。光柵305可具有間距範圍大約1 μm至大約10 μm。
第3B圖顯示編碼器系統300’的範例，其配置成使得測量光束312單次通過編碼器尺規305(光柵G1)，且測量光束314的單一繞射階係使用於測量。在此範例中，編碼器系統300’的尺規305與光學裝置310係在曝光室301內。此外，光源模組320與偵測器模組330則設置在曝光室301外。
編碼器系統300’的光學裝置310包含第一偏光光束分離器(PBS,polarizing beam splitter)360、第二PBS 362、與光柵G2 307。輸入光束322可透過金屬塗覆玻璃光纖(例如，連結第2圖所上述之一個金屬塗覆玻璃光纖235)傳送至曝光室301內的光學裝置310。例如，金屬塗覆玻璃光纖在曝 光室301外的一末端可連接至光源模組320之輸出處的非偏光光束分離器364。金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301內的另一末端可連接至光學裝置310之輸入處的第一PBS 360。藉由使用金屬塗覆玻璃光纖來傳送輸入光束322至編碼頭310的第一PBS 360，用於傳送輸入光束322的該機構在曝光室301內沒有釋放氣體流出物。
偵測器模組330包含偏光器336與偵測器334。PBS 360將輸入光束322分成測量光束312與參考光束313。如同所示，測量光束312係偏光於該圖式的平面中(p偏光)，而第二光束313係偏光成正交於該圖式的平面(s偏光)。測量光束312被編碼器尺規305繞射，提供一次繞射測量光束314，其對應於測量光束312的非第零繞射階(例如第一階或第二階)。光柵G2 307可具有繞射結構是相似於編碼器尺規305的光柵G1(例如相同的間距)，且其繞射該一次繞射測量光束314，使得現在是二次繞射的測量光束沿著平行於未繞射測量光束312之路徑的路徑入射在PBS 362上。PBS 362結合二次繞射測量光束314與參考光束313，來形成輸出光束332。
輸出光束332可透過金屬塗覆玻璃光纖(例如，連結第2圖所上述之一個金屬塗覆玻璃光纖235)從曝光室301內的編碼頭310傳送至偵測器模組330。例如，金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301內的一末端可連接至光學裝置310之輸出處的PBS 362，且金屬塗覆玻璃光纖在曝光室301外的另一末端可連接至偵測器模組330之輸入處的偏光器336。此外，藉由將編碼頭310所輸出之光信號332成像於該光纖末端的表面 上，可將輸出光束332耦合至位於曝光室301內的該光纖末端。使用金屬塗覆玻璃光纖來傳送來自光學裝置310之PBS 362的輸出光束332，用於傳送輸出光束332的該機構在曝光室301內沒有釋放氣體流出物。
在偵測器模組330處，偏光器336在輸出光束332入射在偵測器334上之前將輸出光束332的測量與參考光束分量相混合。這可以例如藉由定向該偏光器336的傳送軸而達到，使得它傳送S偏振光的分量與p偏振光的分量(例如，藉由定向該傳送軸於相對於該頁之平面的45°處)。在第3B圖例示的範例中，混合該輸出光束332之測量與參考光束分量的偏光器336係設置於偵測器模組330的輸入處，在曝光室301外。在此範例中，金屬塗覆玻璃光纖將輸出光束332之未混合測量與參考光束分量從編碼頭310傳送至偵測器模組330。作為另一範例，混合該輸出光束332之測量與參考光束分量的偏光器336可為曝光室301內之編碼頭310的部分。在此另一範例中，金屬塗覆玻璃光纖將輸出光束332之經混合測量與參考光束分量從編碼頭310傳送至偵測器模組330。
編碼器系統300’為具有單一偵測通道之編碼器系統的範例，其中測量光束312單次通過編碼器尺規305。在此，偵測器334處所測量的相位將根據編碼器尺規305在X方向與Z方向中的移動而改變。編碼器系統300’的變化是可能的。例如，編碼器系統300’包含額外的子系統。例如，在某些實施例中，編碼器系統300’包含局部參考，其監視輸入光束322的相位。如同第3B圖所示，使用光束分離器364(例如NPBS)、 偏光器366、與偵測器368來提供局部參考。此種參考會是有用的，例如在其中輸入光束322的分量之間的相對起始相位是可變的實施例中。
在某些實施例中，編碼器系統可提供多於一個測量通道。額外的通道可藉由使用多個編碼頭來提供。替代地，或額外地，在某些實施例中，單一編碼頭可配置成提供多個測量通道。
合適的光學編碼器設計之額外實施例係揭露於Leslie L.Deck等人的美國專利公開號NO.2011/0255096 A1中，且標題為「INTERFEROMETRIC ENCODER SYSTEMS」，在此藉由參照將其整個內容併入。
第4圖顯示流程圖，其敘述了程序400，用於藉由使用包含光信號傳送系統(其在曝光室內沒有釋放氣體流出物)的光感測技術，將微影系統之曝光室內的釋氣流出物濃度維持在預定位準之下。程序400可結合關於第1、2、3A與3B圖所上述之任一量測系統來實施。
在410，從平台接收光監視信號，該平台在曝光至物鏡投射在該平台上的圖案期間執行移動。在某些實施中，光監視信號可由光感測器產生。例如，光感測器可為編碼器。在某些實例中，編碼器可操作在非利特羅角度。
在420，所接收之光監視信號在金屬塗覆玻璃光纖的一末端處被收集。在某些實施中，藉由將光監視信號成像於光纖末端的表面上而可在光纖末端處收集該光監視信號。此外，玻璃光纖可包含二氧化矽之芯以及摻雜有二氧化矽之包覆 層。此外，玻璃光纖的金屬外表塗覆可包含Al、Cu或Sn之一者。另外，玻璃光纖的金屬外表塗覆可具有範圍為15至50微米的厚度。另外，玻璃光纖的金屬外表塗覆可包含Au、In、Pb、Zn、或Ni之一者。
在430，所收集之光監視信號通過金屬塗覆玻璃光纖而傳送至信號處理電子系統，信號處理電子系統耦接於金屬塗覆玻璃光纖的另一末端。在某些實施中，偏光器可設置於平台與金屬塗覆玻璃光纖收集光監視信號之末端之間。因此，在通過金屬塗覆玻璃光纖傳送干涉信號之前，偏光器可將兩正交偏光光信號混合成代表光監視信號的干涉信號。在其他實施中，偏光器可設置於金屬塗覆玻璃光纖的另一末端與信號處理電子系統之間。因此，在通過金屬塗覆玻璃光纖傳送兩正交偏光光信號之後，偏光器可將兩正交偏光光信號混合成代表光監視信號的干涉信號。
在440，信號處理電子系統根據光監視信號來監視在移動期間該平台的位置。在某些實施中，信號處理電子系統根據光監視信號來監視的該平台位置係沿著該平台的第一自由度。
在450，在曝光期間，曝光室內的釋氣流出物濃度係維持在預定位準之下，其中曝光室包圍至少(i)該平台與(ii)包含其中收集光監視信號之該光纖末端的至少一部分的金屬塗覆玻璃光纖。
在460，藉由使用具有金屬外表塗覆的玻璃光纖，可避免曝光室內的釋氣。在某些實施中，一或更多其他的金屬 塗覆玻璃光纖可用以監視沿著與該平台相關的個別一或更多其他自由度的對應一或更多其他平台位置，其中該等一或更多其他的金屬塗覆玻璃光纖在曝光室內沒有釋放氣體流出物。
通常，上述任何分析方法(包含決定關於感測器尺規之自由度的資訊)可用電腦硬體或軟體或兩者之結合來實施。例如，在一些實施例中，電子處理器350可被安裝在電腦中且連接至一或多個編碼器系統，且配置來執行分析來自編碼器系統的信號。採用在此所述之方法，可用使用標準程式技術的電腦程式來實施分析。程式碼應用至輸入資料(例如干涉相位資訊)來執行在此所述之功能且產生輸出資訊(例如自由度資訊)。輸出資訊應用至一或多個輸出裝置，例如顯示器。各個程式可用高階程序或物件導向程式語言來實施，以與電腦系統通訊。但是，如果需要的話，程式可用組合或機器語言來實施。在任何實例中，語言可為編譯或解譯語言。此外，程式可運作於針對此目的而預先編程的專屬積體電路上。
各個此種電腦程式較佳地儲存在可被一般或特殊目的可編程電腦讀取的儲存媒體或裝置上(例如ROM或磁碟)，用於當儲存媒體或裝置被電腦讀取來執行在此所述之程序時將電腦加以設置與操作。電腦程式在程式執行期間亦可留存於快取或主要記憶體中。分析方法亦可實施為電腦可讀取儲存媒體，其用電腦程式配置，其中儲存媒體如此配置而導致電腦操作於特定且預定的方式來執行在此所述之功能。
其他實施例係在下述申請專利範圍中。
300‧‧‧編碼器系統
301‧‧‧曝光室
305‧‧‧編碼器尺規
310‧‧‧光學裝置(編碼頭)
312‧‧‧測量光束
314‧‧‧反射光束
320‧‧‧光源模組
332‧‧‧輸出光束
330‧‧‧偵測器模組
340‧‧‧信號處理電子系統
350‧‧‧電子處理器
380‧‧‧測量物體

Claims (20)

  1. 一種微影系統，用於曝光一晶圓上之一光阻至幅射，該系統包含：一物鏡，用於將位於一物體平面處之一物體之一影像投射至一影像平面；一平台，用於執行相對於該物鏡的移動，同時支撐在該影像平面處的該晶圓；一光感測器，用於產生與該平台之該移動相關的一光監視信號；及一玻璃光纖，具有一金屬外表塗覆，該經金屬塗覆之玻璃光纖係配置成提供光至該光感測器或自該光感測器收集光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，另包含：一曝光室，包圍至少(i)該平台與(ii)包含接近該光感測器之該光纖末端的至少一部分的該金屬塗覆玻璃光纖，該曝光室係配置且設置成在該曝光期間維持一預定濃度位準的釋氣流出物，其中，具有該金屬外表塗覆的該玻璃光纖在該曝光室內實質上沒有釋放氣體流出物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該金屬塗覆玻璃光纖在一末端處從該光感測器收集光，該經收集的光承載有該光監視信號，以及其中，該系統另包含耦接至該金屬塗覆玻璃光纖之另一末端的信號處理電子系統，使得該光監視信號被該信號處理 電子系統接收，該信號處理電子系統係配置成根據該光監視信號來監視該平台的一相對位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中，該信號處理電子系統根據該光監視信號來監視的該平台位置係沿著該平台的一第一自由度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之系統，另包含：一或更多其他的金屬塗覆玻璃光纖，用以監視沿著與該平台相關的個別一或更多其他自由度的對應一或更多其他平台位置，其中，該等一或更多其他的金屬塗覆玻璃光纖在該曝光室內實質上沒有釋放氣體流出物。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中，藉由將該光監視信號成像於該光纖末端的表面上而在該光纖末端處收集該光監視信號。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之系統，另包含：一偏光器，設於該平台與該金屬塗覆玻璃光纖收集該光監視信號的該末端之間，該偏光器係配置成將兩正交偏光光信號混合成代表該光監視信號的一干涉信號。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之系統，另包含：一偏光器，設於該金屬塗覆玻璃光纖的另一末端與該信號處理電子系統之間，該偏光器係配置成將代表該光監視信號的兩正交偏光光信號混合成一干涉信號，來輸入至該信號處理電子系統。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，另包含一光源，用於 該光感測器，且其中，該金屬塗覆玻璃光纖從該光源提供光至該光感測器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中，該光源為一外差式光源，其提供兩不同頻率具有正交偏光的光。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中，該金屬塗覆玻璃光纖為一偏光維持光纖。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之系統，另包含一第二金屬塗覆玻璃光纖，用於從該光源提供光至該光感測器。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該光感測器包含一干涉式光學編碼器系統。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該玻璃光纖的該金屬外表塗覆包含Al、Cu、Sn、Au、In、Pb、Zn、與Ni的任一者。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中，該玻璃光纖的該金屬外表塗覆具有範圍為15至50微米的厚度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該玻璃光纖的該金屬外表塗覆包含Al、Cu、或Sn。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中，該玻璃光纖包含二氧化矽之一芯以及摻雜有二氧化矽之一包覆層。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該玻璃光纖的該金屬外表塗覆具有範圍為15至50微米的厚度。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，該玻璃光纖包含二氧化矽之一芯以及摻雜有二氧化矽之一包覆層。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之系統，包含多金屬塗覆玻璃 光纖，用以提供光至該光感測器或自該光感測器收集光。
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