TW202349140A - 高度量測感測器 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種高度量測感測器，其包含投影及偵測單元。該投影單元包含一輻射源及一投影光柵，該投影光柵包含具有複數個光柵線之一投影光柵光點，該投影光柵經配置以接收輻射且將一輻射光束輸出至表面上以產生一輻射光點。該偵測單元包含：一偵測光柵，其包含具有複數個光柵線之一偵測光柵光點；一偵測器，其經配置以在包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過該偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束；及一控制器，其經組態以：(i)獲得包含複數個週期性分量之一偵測器輸出信號；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該感測器之一聚焦平面。
Description
本發明係關於高度量測感測器，特定而言，係關於用於微影設備之高度量測感測器。
微影設備為經建構以將所要之圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如，遮罩)處之圖案(亦常常稱為「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如，晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上，微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵的最小尺寸。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備，使用具有在4 nm至20 nm之範圍內之波長(例如6.7 nm或13.5 nm)之極紫外線(EUV)輻射的微影設備可用於在基板上形成較小特徵。
低k
1微影可用於處理尺寸小於微影設備之經典解析度極限的特徵。在該程序中，可將解析度公式表示為CD=k
1×λ/NA，其中λ為所使用輻射之波長，NA為微影設備中之投影光學件之數值孔徑，CD為關鍵尺寸(通常為經印刷之最小特徵尺寸，但在此種狀況下為半間距)，且k
1為經驗解析度因數。一般而言，k
1愈小，則在基板上再現類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案變得愈困難。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影設備及/或設計佈局。此等步驟包括，諸如，但不限於NA之最佳化、定製照明方案、使用相移圖案化裝置、諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱為「光學及程序校正」)之設計佈局的各種最佳化，或通常界定為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。或者，用於控制微影設備之穩定性之嚴格控制迴路可用以改良在低k
1下之圖案之再現。
一般而言，圖案應投影至之基板之表面並非完全平滑的。此外，基板可能展示若干微米之厚度變化。基板表面之此不平整度及/或厚度變化可能引起圖案之不正確投影，例如，由於聚焦誤差或成像誤差。為了校正基板之不平整度及/或厚度變化，吾人已知使用理想上整合於微影設備中之高度感測器(有時稱為位階感測器)。此類高度感測器可用以在圖案經轉印(例如投影)於基板上之前判定基板之高度圖。此高度圖可隨後用以在圖案轉印於基板上之期間校正基板之位置，以便將圖案化裝置之空中影像維持在適當焦點。應理解，「高度」在此上下文中大體上係關於自平面之外至基板之尺寸，且並不暗示相對於地球或重力之任何特定定向。
構形量測系統、位階感測器或高度感測器經配置以量測基板(或晶圓)之頂部表面之構形。基板之構形的圖，亦稱為高度圖，可由指示隨在基板上之位置而變化的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用以在將圖案轉印於基板上之期間校正基板之位置，以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化裝置之空中影像。應理解，「高度」在此上下文中大體上係關於自平面之外至基板之尺寸(亦稱為Z軸)。通常，位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測，且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動促成在跨基板之位置處之高度量測。
通常，此類高度感測器包含投影單元，其包含：包含細長光柵之投影光柵，該投影光柵可分成一系列「光點」(每一光點在本文中另外稱為投影光柵光點)，且具有平行於其軸之光柵線，每一投影光柵光點經配置以輸出單獨的/離散的量測光點(MS)輻射光束於基板之表面上以形成量測光點；以及包含單個光柵線之額外孔隙，其經配置以輸出捕捉光點(CS)輻射光束以形成位於在基板表面上之量測光點之陣列前的捕捉光點。高度感測器通常亦包含偵測單元，該偵測單元包含：第一偵測器，其用以在量測光點輻射光束於基板上反射之後接收該量測光點輻射光束；及第二偵測器，其用以在捕捉光點輻射光束於基板上反射之後接收該捕捉光點輻射光束。處理單元基於由偵測器接收之量測光點輻射光束來計算高度位階。表面高度之改變引起所偵測影像之移位。
在上文所提及之已知高度感測器中，在偵測器處將(MS)輻射光束分裂成兩個分支。兩個分支中之光係藉由光電二極體偵測。投影光柵影像移位係藉由兩個分支中之不平衡性(AC信號)除以兩個分支中所偵測之總強度(DC信號)來量測。在一階近似中，吾人具有：
Z
MS= gain
MS*AC
MS/DC
MS，其中gain
MS經校準。
AC信號藉由DC信號之正規化(Zraw = AC/DC)使得高度感測器回應獨立於表面反射率，且該正規化致能精確校準。然而，正規化使Zraw
MS信號週期性隨基板之高度而變化。基板可為由晶圓載物台(WS)支撐之晶圓。僅在中心/校正週期，亦即在由偵測光柵偵測完整投影光柵影像(MS輻射光束)時完成精確校準及精確高度量測。
藉由執行捕捉掃描將量測光點定位於校正週期。捕捉光點高度量測類似於量測光點：
Z
CS= gain
CS*AC
CS/DC
CS。
在捕捉掃描期間，晶圓載物台掃描圍繞預期MS校正週期之某一範圍，且記錄MS及CS信號兩者。捕捉信號並非週期性的(此係因為捕捉光點由單一狹縫組成)，且使用演算法以偵測捕捉位置。此為Zraw
CS= 0 (AC
CS=0)之位置，其按設計識別MS校正週期。
捕捉光點零交叉按設計極接近於在校正週期中之量測光點零交叉。本發明人已識別出，由於與基板上之局部構形及CS及MS位置處之處理層堆疊之相互作用，信號可能顯著失真。在基板為晶圓之實例中，處理層堆疊包含具有不同透明度之晶圓的一系列層。透明度之局部變化可由於印刷於晶圓上之結構(例如，記憶體單元、電晶體、金屬線等)而出現。由於該信號失真，CS及MS零交叉顯著移位。此導致捕捉演算法未能識別校正MS週期。
在本發明之實施例中，僅使用MS信號來識別校正週期，因此不需要捕捉光點。
根據本發明之一個態樣，提供一種用於量測一基板之一表面之一位置的高度量測感測器，其包含：
一投影單元，其中該投影單元包含：
一輻射源；
一投影光柵，其包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以接收由該輻射源發射之輻射且將一輻射光束輸出至該表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線；及
一偵測單元，其中該偵測單元包含：
一偵測光柵，其中該偵測光柵包含一偵測光柵光點，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線；
一偵測器，其經配置以在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過該偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束；及
一控制器，其經組態以：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該基板何時定位於該高度量測感測器之一聚焦平面。
因此，本發明之實施例確保能夠可靠且精確地偵測高度量測感測器之聚焦平面。由於投影光柵無需捕捉光點，因此可使投影光柵較小。偵測光柵無需用於傳遞自基板之表面反射之捕捉光點輻射光束的偵測光柵光點，且因此亦可使偵測光柵較小。此外，偵測單元得以簡化，此係因為無需用於感測捕捉光點輻射光束之單獨偵測器。
該投影光柵光點可具有投影光柵線之一總數目，且該偵測光柵光點可具有該總數目個偵測光柵線。
在一些實施中，該投影光柵包含複數個投影光柵光點，該複數個投影光柵光點中之每一者包含複數個投影光柵線，且該投影光柵輸出該輻射光束以在該表面上產生複數個輻射光點，該複數個輻射光點中之每一者包含複數個輻射線。
該偵測光柵可包含複數個偵測光柵光點，該複數個偵測光柵光點中之每一者包含複數個偵測光柵線。
該控制器可經組態以在獲得該輸出信號之一時間窗期間控制該基板在垂直於該基板之該表面之一方向上相對於一參考高度之一高度。
該控制器可能夠將該基板相對於該參考高度之該高度控制在一高度範圍內，且該控制器經組態以在該時間窗期間將該基板相對於該參考高度之該高度控制在該高度範圍之一子部分內 以基板為由微影設備之晶圓載物台(WS)支撐之晶圓為例，出於處理量原因，晶圓載物台在判定聚焦平面時可不掃描其完整高度範圍，而替代地掃描較小高度範圍以節省時間。若將掃描完整高度範圍，則有可能在偵測到來自偵測器之最大輸出信號時識別高度量測感測器之聚焦平面。當掃描較小高度範圍時，此係不可能的。藉由查看輸出信號之導數且識別輸出信號之導數為零時的點，有可能保證偵測到真最大值，此係因為輸出信號之單調性在真最大值下改變。
該控制器可經組態以在獲得該輸出信號之該時間窗期間在垂直於該複數個輻射線之一方向上移動該基板。亦即，基板可在y方向上移位，同時在z方向上進行掃描(基板升高)，使得基板上之同一區域經照明(基板經對角掃描)。此藉由補償在基板上移動之光而改良用以判定高度量測感測器之聚焦平面之方法的穩健性，該補償係藉由使方法相對於投影光柵光點之投影光柵線之間的反射率變化穩健。
在一些實施中，在該高度量測感測器之該聚焦平面處，由該投影光柵產生之該輻射光點之所有該複數個輻射線係由該偵測器偵測。
該偵測器可包含用於感測傳遞通過該偵測光柵光點之該反射輻射光束的一光學感測器(例如一光電二極體)。
該等週期性分量之該週期可取決於該輻射光束之一入射角及該等投影光柵線之一週期性。
由該輻射源發射之該輻射具有在600 nm至1050 nm之範圍內之一波長。
替代地，由該輻射源發射之該輻射具有在100 nm至400 nm之範圍內之一波長。
根據本發明之另一態樣，提供一種微影設備，其包含根據本文中所描述之實施例中之任一者的高度量測感測器。
根據本發明之另一態樣，提供一種評估系統，其包含根據本文中所描述之實施例中之任一者的高度量測感測器。
根據本發明之另一態樣，提供一種度量衡系統，其包含根據本文中所描述之實施例中之任一者的高度量測感測器。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於判定一高度量測感測器之一聚焦平面之方法，該方法包含：
藉由該高度量測感測器之一輻射源將輻射發射至該高度量測感測器之一投影光柵上，該投影光柵包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以將一輻射光束輸出至一基板之一表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線；
藉由該高度量測感測器之一偵測器在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過一偵測光柵之一偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線；及
該高度量測感測器之一控制器，其：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該高度量測感測器之一聚焦平面。
本申請案主張申請2022年2月28日申請之歐洲專利申請案22159153.0之優先權，且該案之全文以引用之方式併入本文中。
在本文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線輻射(例如具有365、248、193、157或126 nm之波長)及EUV (極紫外線輻射，例如具有在約5 nm至100 nm之範圍內的波長)。
如本文中所使用之術語「光罩」、「遮罩」或「圖案化裝置」可大體上解釋為係指可用於賦予入射輻射光束以圖案化截面之通用圖案化裝置，對應於待產生於基板之目標部分中之圖案。在此上下文中，亦可使用術語「光閥」。除經典遮罩(透射或反射，二元、相移、混合等)以外，其他該圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA。微影設備LA包括：一照明系統(亦稱為照明器) IL，其經組態以調節一輻射光束B (例如，UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；一遮罩支撐件(例如，一遮罩台) MT，其經建構以支撐一圖案化裝置(例如，一遮罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來精確地定位圖案化裝置MA之一第一定位器PM；一基板支撐件(例如，一晶圓台) WT，其經建構以固持一基板(例如，一經抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數精確地定位基板支撐件之一第二定位器PW；及一投影系統(例如，一折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之一圖案投影至基板W之一目標部分C (例如，包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL接收來自一輻射源SO之一輻射光束，例如，經由一光束遞送系統BD。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/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、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化裝置MA之平面在其截面中具有一所要之空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應大體上解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般之術語「投影系統」PS同義。
微影設備LA可屬於一種類型，其中基板的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PS與基板W之間的空間，此亦稱為浸潤微影。在以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此類「多個載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外，微影設備LA亦可包含一量測載物台。量測載物台經配置以固持一感測器及/或一清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之一特性或輻射光束B之一特性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統之一部分。量測載物台可在基板支撐器WT遠離投影系統PS時在投影系統PS之下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如遮罩) MA上，且由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)而圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可精確地移動基板支撐件WT，例如，以便在聚焦且對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以根據輻射光束B之路徑來精確地定位圖案化裝置MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2對準圖案化裝置MA及基板W。儘管如所展示之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影設備LA可形成微影單元LC之部件，該微影單元有時亦被稱作微影製造單元或微影簇，常常亦包括用以在基板W上執行曝光前及曝光後程序之設備。習知地，此等設備包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、例如用於調節(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑之)基板W之溫度的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W，在不同程序設備之間移動基板W且將基板W遞送至微影設備LA之裝載匣LB。微影製造單元中常常亦統稱為塗佈顯影系統之裝置通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元自身可受到監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影設備LA。
為了恰當地且持續地曝光由微影設備LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、關鍵尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影製造單元LC中包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或在基板W上執行之其他處理步驟進行例如調整，在同一批或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下尤其如此。
檢測設備，其亦可稱為度量衡設備或評估設備，用以判定基板W之屬性，且特定而言，判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之屬性在層與層間如何變化。檢測設備可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影製造單元LC之部件，或可整合至微影設備LA中，或可甚至為單機裝置。檢測設備可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中已移除抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分)上之屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常，微影設備LA中之圖案化程序為在處理中之最關鍵步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高精確度。為了確保此高精確度，可將三個系統組合於如圖3示意性地所描繪之所謂的「整體」控制環境中。此等系統中之一者係微影設備LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。該「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體程序窗且提供嚴格控制迴路，從而確保由微影設備LA執行之圖案化保持在程序窗內。程序窗界定程序參數(例如劑量、焦點、覆層)之範圍，在該範圍內，特定製造程序得到經界定之結果(例如功能性半導體裝置)，通常在該範圍內，允許微影程序或圖案化程序中之程序參數變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用何種解析度增強技術且執行計算微影模擬及計算以判定何種遮罩佈局及微影設備設定達成圖案化程序之最大總體程序窗(藉由第一標度SC1中之雙箭頭在圖3中描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影設備LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影設備LA當前在程序窗內之何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測缺陷是否可能由於例如次佳處理而存在(藉由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭在圖3中描繪)。
度量衡工具MT可提供輸入至電腦系統CL以實現精確模擬及預測，且可提供回饋至微影設備LA以例如在微影設備LA之校準狀態中識別可能之變動(藉由第三標度SC3中之多個箭頭在圖3中描繪)。
圖4繪示根據本發明之實施例之位階感測器LS (在本文中亦稱為高度量測感測器)。位階感測器LS包含投影單元300及偵測單元350。
投影單元300包含輻射源302及投影光柵304。輻射源302可為例如窄頻帶或寬頻帶輻射源，諸如極化或非極化、脈衝式或連續的超連續譜光源，諸如極化或非極化雷射光束。輻射源302可包括具有不同色彩或波長範圍之複數個輻射源，諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源302不限於可見輻射，而可另外或替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射之任何範圍之波長。在一個實例中，由輻射源302發射之輻射具有在600 nm至1050 nm之範圍內之波長。在另一實例中，由輻射源302發射之輻射具有在100 nm至400 nm之範圍內之波長。
投影光柵304經配置以接收由輻射源302發射之輻射。投影光柵304包含一或多個投影光柵光點，投影光柵光點中之每一者具有複數個投影光柵線。投影光柵線允許由輻射源302發射之輻射傳遞通過投影光柵304，從而產生具有週期性地變化之強度之輻射光束。具有週期性地變化之強度之輻射光束經引導朝向基板(例如晶圓) W之表面上之量測位置。與已知技術相比，投影光柵304不具有任何捕捉光點。
圖4繪示包含單個投影光柵光點之投影光柵304，該單個投影光柵光點具有向基板W之表面傳遞輻射光束306a之三個投影光柵線。應瞭解，三個投影光柵線僅為實例，且投影光柵光點可具有兩個或更多個投影光柵線。此外，投影光柵304可包含多個投影光柵光點，每一投影光柵光點具有向基板W之表面傳遞各別輻射光束(因此照明基板之表面上的不同區域)之複數個投影光柵線。
圖5a繪示實例投影光柵304。在圖5a中所展示之實例中，投影光柵304包含三個投影光柵光點502。三個投影光柵光點中之每一者包含五個投影光柵線504，來自輻射源302之輻射可傳遞通過該等投影光柵線。五個投影光柵線分離達界定投影光柵線之週期性之間距「p」。
如圖4中所展示，輻射光束306a經引導朝向基板W之表面。輻射光束306a可具有相對於垂直於入射基板表面的軸線(Z軸)之大於0度且小於90度之入射角，通常入射角在70度與80度之間(包括端值)。僅作為實例，入射角可為70度或78度。實務上，位階感測器LS將通常包括沿著投影光柵304與基板W之間的路徑之另外光學元件。為了易於說明，已自圖4省略此等另外光學元件。
當輻射光束306a入射於基板W之表面上之量測位置時，輻射光點得以產生，此為基板W之表面上之由輻射源302照明之區域。該輻射光點包含對應於該投影光柵光點之複數個光柵線之複數個輻射線。
圖5b繪示三個輻射光點512，每一輻射光點包含對應於在使用實例投影光柵304時將產生於基板W之表面上的五個投影光柵線504之五個輻射線514。為了易於說明，已展示對應於投影光柵線504之具有矩形形狀之輻射線514。應瞭解，圖5b中所展示之輻射線514之形狀並不對應於具有在70度與80度之間(包括端值)的典型範圍內的入射角之輻射光束306a。
輻射光束306a在量測位置由基板W之表面反射，且反射輻射光束306b經引導朝向偵測單元350。偵測單元350包含偵測光柵354、偵測器356及處理單元360。
偵測光柵354經配置以接收反射輻射光束306b。偵測光柵較佳與投影光柵304實質上相同，且經再分以對應於光點陣列圖案。因此，偵測光柵354包含一或多個偵測光柵光點，該等偵測光柵光點中之每一者具有複數個偵測光柵線。偵測光柵線允許反射輻射光束306b通過偵測光柵354朝向偵測器356傳遞。
圖4繪示包含單個偵測光柵光點之偵測光柵354，該單個偵測光柵光點具有朝向偵測器356傳遞反射輻射光束306b之三個偵測光柵線。應瞭解，三個偵測光柵線僅為實例，且偵測光柵光點可具有兩個或更多個偵測光柵線。此外，偵測光柵354可包含多個偵測光柵光點，每一偵測光柵光點具有朝向偵測器356傳遞各別反射輻射光束之複數個偵測光柵線。
圖5c繪示實例偵測光柵354。在圖5c中所展示之實例中，偵測光柵354包含三個偵測光柵光點522。三個偵測光柵光點中之每一者包含五個偵測光柵線524。五個偵測光柵線分離達界定偵測光柵線之週期性之間距「p」。
實務上，位階感測器LS將通常包括沿著基板W與偵測光柵354之間的路徑之另外光學元件。為易於說明，已自圖4省略此等另外光學元件。
偵測器356經組態以輸出輸出信號至控制器360。偵測器356可產生指示所接收光之偵測器輸出信號，例如指示所接收光之強度，且因而可包含光偵測器。偵測器356可替代地表示所接收強度之空間分佈，且因而可包含攝影機。偵測器DET可包含一或多個偵測器類型之任何組合。對於每一偵測光柵光點522，偵測器356可包含用於感測傳遞通過各別偵測光柵光點522之反射輻射光束的光學感測器(或多個光學感測器)。光學感測器可為光電二極體或任何其他感光性感測器。與已知技術相比，偵測器356並不包含用於感測在基板上反射之後的捕捉光點輻射光束之光學偵測器。
如下文將更詳細地解釋，輸出信號之電壓位準對應於由偵測器356感測的輻射之強度。根據本發明之實施例，控制器360經組態以處理其自偵測器356接收之輸出信號以判定基板W何時定位於位階感測器LS之聚焦平面處。控制器360經組態以在獲得輸出信號之時間窗期間控制基板W在垂直於基板W之表面之方向上相對於參考高度之高度。亦即，在獲得輸出信號之時間窗期間，基板W向上移動(在圖4中所展示之z方向上)遠離參考高度。基板可為由晶圓載物台(WS)支撐之晶圓。在此等實施例中，控制器360經組態以藉由與控制WS之移動的致動器(例如勞侖茲(Lorentz)致動器)通信而升高(及降低)晶圓載物台。
控制器360之功能性可以儲存於包含一或多個儲存媒體之記憶體上的程式碼(軟體)實施，且經配置以在包含一或多個處理單元之處理器上執行。該程式碼經組態以便當自記憶體提取且在處理器上執行時執行與下文論述之實施例一致的操作。替代地，並不排除控制器360之功能性中的一些或全部實施於專用硬體電路或類似FPGA之可組態硬體電路中。
本文中吾人提及當所有輻射線514由偵測器356偵測到時基板W處於位階感測器LS之聚焦平面處(產生輻射線514之所有輻射由基板W之表面反射，且傳遞通過偵測光柵光點522之偵測光柵線524)。應瞭解，當製造諸如晶圓之基板時，其厚度可能變化。因此，當晶圓W置放至微影設備LA中之晶圓載物台WS上時，由於厚度變化，無法保證晶圓之表面將與置放於晶圓載物台WS上之先前晶圓處於高於參考高度之相同高度。本發明之實施例使得每一基板能夠精確地定位於位階感測器LS之聚焦平面處。
圖6a繪示情境600，其中沒有通過偵測光柵線524之由偵測器356偵測之反射輻射。在此情境下，由偵測器356輸出的輸出信號之電壓位準為零。實例輸出信號700展示於圖7a中。
圖6b繪示情境620，其中基板W已相對於情境600向上(在正z方向上)移動，其已致使一些輻射線514與偵測光柵線524重疊。在此情境下，由偵測器356輸出的輸出信號700之電壓位準已增高，但並不處於最大值。圖7a藉助於虛線720繪示情境620中的電壓輸出。由偵測器356輸出之輸出信號700之電壓位準並不處於最大值，此係因為並非所有輻射線514皆與偵測光柵線524重疊。圖6b中之圓602展示輻射線514中之兩者並不與偵測光柵線524重疊。
圖6c繪示情境640，其中基板W已相對於情境620進一步向上(在正z方向上)移動，其已致使所有輻射線514與所有偵測光柵線524完全重疊。在此情境下，由偵測器356輸出之輸出信號700之電壓位準已增高至最大值。圖7a藉助於虛線740繪示情境640中之電壓輸出。此處，基板W處於上文所提及之校正MS週期。
圖6d繪示情境660，其中基板W已相對於情境640進一步向上(在正z方向上)移動，其已致使一些輻射線514不再與偵測光柵線524重疊。在此情境下，由偵測器356輸出之輸出信號700之電壓位準已減低但並不處於零(一些輻射線514仍與偵測光柵線524重疊)。圖7a藉助於虛線760繪示情境660中之電壓輸出。由偵測器356輸出之輸出信號700之電壓位準並不處於最大值，此係因為並非所有輻射線514皆與偵測光柵線524重疊。圓604展示輻射線514中的兩者並不與偵測光柵線524重疊。
當基板W在正z方向上向上移動時，將輸出信號700供應至控制器360以供處理。如圖7a中所展示，輸出信號700包含複數個週期性分量，該等週期性分量具有當基板向上移動且接近聚焦平面時對應於由偵測器356偵測之更多輻射線之遞增電壓梯級及當基板向上移動且遠離聚焦平面時對應於由偵測器356偵測到之更少輻射線之遞減電壓梯級。週期性分量之週期取決於輻射光束306a之入射角及投影光柵線之間距「p」。
控制器360經組態以計算輸出信號700之不同位置之兩個點之導數(其中該兩個點分離達週期性分量之一週期)以獲得圖7b中所展示之導數信號702。相隔一個週期之兩個點共用穩健條件：偵測到(或未偵測到)一個額外輻射線而不管其強度。因此，當計算分離達一個週期之兩個點之導數時，導數在所有輻射線514完全與所有偵測光柵線524重疊且基板定位於聚焦平面處時改變正負號(自正改變為負)。圖7b繪示在聚焦平面位置(界定為基板處於Z=0)處改變正負號之導數。控制器360經組態以在導數改變正負號時判定位階感測器之聚焦平面。
可動態地執行該程序，以便控制器360可在基板W在正z方向上向上移動時獲得導數信號702，且偵測導數信號何時改變正負號。在偵測到導數何時改變正負號之後，控制器360可即刻防止基板之任何進一步向上移動，使得基板W保持在位階感測器之聚焦平面處。
替代地，控制器360可在已執行掃描後處理輸出信號700，其中基板向上(在圖4中所展示之z方向上)移動高於參考高度。控制器360可接著隨後將基板W控制在經判定之聚焦平面處。
在獲得輸出信號700之時間窗期間，可當在z方向上執行掃描時使基板W在y方向上移位，從而照明基板W上之同一區域(對角地掃描基板)，此展示於圖8中。特定而言，圖8繪示當基板W在第一位置處時入射於基板W之表面之區域802上之輻射光束306a的分量，以及在基板W已向上(在z方向上)移動且移位(在y方向上)至第二位置之後基板W之表面之經照明的同一區域802。
儘管可在本文中特定地提及基板為晶圓，但實施例擴展以量測除晶圓以外的基板之表面之位置。
儘管可在本文中特定地提及微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能的其他應用包括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，在此類替代應用之背景下，可認為本文中對術語「基板」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(通常將抗蝕劑層塗覆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。在適用情況下，可將本文中之發明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，例如為了產生多層IC (堆疊)，使得本文中所使用之術語基板及基板表面亦可指已經含有多個經處理層之基板及彼等層之各別表面。
儘管可在本文中特定地在微影設備之背景中提及本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他設備。本發明之實施例可形成遮罩偵測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化裝置)之物件之任何設備的部件。此等設備可通常稱為微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍(非真空)條件。
儘管上文可能已特定地提及在光學微影之背景下對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明在背景允許的情況下不限於光學微影且可用於例如壓印微影之其他應用中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。上文之描述意欲為說明性，而非限制性的。由此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡述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。在以下編號條項中闡明本發明之其他態樣：
1. 一種用於量測一基板之一表面之一位置的高度量測感測器，其包含：
一投影單元，其中該投影單元包含：
一輻射源；
一投影光柵，其包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以接收由該輻射源發射之輻射且將一輻射光束輸出至該表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線；及
一偵測單元，其中該偵測單元包含：
一偵測光柵，其中該偵測光柵包含一偵測光柵光點，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線；
一偵測器，其經配置以在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過該偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束；及
一控制器，其經組態以：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該高度量測感測器之一聚焦平面。
2. 如條項1之高度量測感測器，其中該投影光柵光點具有投影光柵線之一總數目，且該偵測光柵光點具有該總數目個偵測光柵線。
3. 如條項1或2之高度量測感測器，其中該投影光柵包含複數個投影光柵光點，該複數個投影光柵光點中之每一者包含複數個投影光柵線，且該投影光柵輸出該輻射光束以在該表面上產生複數個輻射光點，該複數個輻射光點中之每一者包含複數個輻射線。
4. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中該偵測光柵包含複數個偵測光柵光點，該複數個偵測光柵光點中之每一者包含複數個偵測光柵線。
5. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中該控制器經組態以在獲得該輸出信號之一時間窗期間控制該基板在垂直於該基板之該表面之一方向上相對於一參考高度之一高度。
6. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中該控制器能夠將該基板相對於該參考高度之該高度控制在一高度範圍內，且該控制器經組態以在該時間窗期間將該基板相對於該參考高度之該高度控制在該高度範圍之一子部分內。
7. 如條項5或6之高度量測感測器，其中該控制器經組態以在獲得該輸出信號之該時間窗期間在垂直於該複數個輻射線之一方向上移動該基板。
8. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中在該高度量測感測器之該聚焦平面處，由該投影光柵產生之該輻射光點之所有該複數個輻射線係由該偵測器偵測。
9. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中該偵測器包含用於感測傳遞通過該偵測光柵光點之該反射輻射光束的一光學感測器。
10. 如條項9之高度量測感測器，其中該光學感應器為一光電二極體。
11. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中該等週期性分量之該週期取決於該輻射光束之一入射角及該等投影光柵線之一週期性。
12. 如任一前述條項之高度量測感測器，其中由該輻射源發射之該輻射具有在600 nm至1050 nm之範圍內之一波長。
13. 如條項1至11中任一項之高度量測感測器，其中由該輻射源發射之該輻射具有在100 nm至400 nm之範圍內之一波長。
14. 一種微影設備，其包含如任一前述條項之高度量測感測器。
15. 一種評估系統，其包含如條項1至13中任一項之高度量測感測器。
16. 一種度量衡系統，其包含如條項1至13中任一項之高度量測感測器。
17. 一種用於判定一高度量測感測器之一聚焦平面之方法，該方法包含：
藉由該高度量測感測器之一輻射源將輻射發射至該高度量測感測器之一投影光柵上，該投影光柵包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以將一輻射光束輸出至一基板之一表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線；
藉由該高度量測感測器之一偵測器在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過一偵測光柵之一偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線；及
該高度量測感測器之一控制器，其：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該高度量測感測器之一聚焦平面。
300:投影單元
302:輻射源
304:投影光柵
306a:輻射光束
306b:反射輻射光束
350:偵測單元
354:偵測光柵
356:偵測器
360:處理單元
502:投影光柵光點
504:投影光柵線
512:輻射光點
514:輻射線
522:偵測光柵光點
524:偵測光柵線
600:情境
602:圓
604:圓
620:情境
640:情境
660:情境
700:輸出信號
702:導數信號
720:虛線
740:虛線
760:虛線
802:區域
B:輻射光束
BD:光束遞送系統
BK:烘烤板
CH:冷卻板
CL:電腦系統
DE:顯影器
IF:位置量測系統
I/O1:輸入埠
I/O2:輸出埠
IL:照明系統
LA:微影設備
LACU:微影控制單元
LB:裝載匣
LC:微影單元
LS:位階感測器
MA:圖案化裝置
M1:遮罩對準標記
M2:遮罩對準標記
MT:遮罩支撐件
p:間距
PM:第一定位器
PS:投影系統
PW:第二定位器
P1:基板對準標記
P2:基板對準標記
RO:機器人
SC:旋塗器
SC1:第一標度
SC2:第二標度
SC3:第三標度
SCS:監督控制系統
SO:輻射源
TCU:塗佈顯影系統控制單元
W:基板
WT:基板支撐件
僅舉例而言，現將參見隨附示意性圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中：
- 圖1描繪微影設備之示意性概述；
- 圖2描繪微影單元之示意性概述；
- 圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作；
- 圖4繪示高度量測感測器；
- 圖5a繪示實例投影光柵；
- 圖5b繪示產生於基板之表面上之輻射光點；
- 圖5c繪示實例偵測光柵；
- 圖6a至圖6d繪示經感測之反射輻射如何隨著基板向上移動而變化；
- 圖7a繪示偵測器之實例輸出信號；
- 圖7b繪示一實例導數信號；且
- 圖8繪示基板之對角線掃描。
300:投影單元
302:輻射源
304:投影光柵
306a:輻射光束
306b:反射輻射光束
350:偵測單元
354:偵測光柵
356:偵測器
360:處理單元
LS:位階感測器
W:基板
Claims (15)
- 一種用於量測一基板之一表面之一位置的高度量測感測器，其包含： 一投影單元，其中該投影單元包含： 一輻射源； 一投影光柵，其包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以接收由該輻射源發射之輻射且將一輻射光束輸出至該表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線；及 一偵測單元，其中該偵測單元包含： 一偵測光柵，其中該偵測光柵包含一偵測光柵光點，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線； 一偵測器，其經配置以在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過該偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束；及 一控制器，其經組態以：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該高度量測感測器之一聚焦平面。
- 如請求項1之高度量測感測器，其中該投影光柵光點具有投影光柵線之一總數目，且該偵測光柵光點具有該總數目個偵測光柵線。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該投影光柵包含複數個投影光柵光點，該複數個投影光柵光點中之每一者包含複數個投影光柵線，且該投影光柵輸出該輻射光束以在該表面上產生複數個輻射光點，該複數個輻射光點中之每一者包含複數個輻射線。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該偵測光柵包含複數個偵測光柵光點，該複數個偵測光柵光點中之每一者包含複數個偵測光柵線。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該控制器經組態以在獲得該輸出信號之一時間窗期間控制該基板在垂直於該基板之該表面之一方向上的相對於一參考高度之一高度。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該控制器能夠將該基板相對於該參考高度之該高度控制在一高度範圍內，且該控制器經組態以在該時間窗期間將該基板相對於該參考高度之該高度控制在該高度範圍之一子部分內。
- 如請求項5之高度量測感測器，其中該控制器經組態以在獲得該輸出信號之該時間窗期間在垂直於該複數個輻射線之一方向上移動該基板。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中在該高度量測感測器之該聚焦平面處，由該投影光柵產生之該輻射光點之所有該複數個輻射線係由該偵測器偵測。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該偵測器包含用於感測傳遞通過該偵測光柵光點之該反射輻射光束的一光學感測器。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中該等週期性分量之該週期取決於該輻射光束之一入射角及該等投影光柵線之一週期性。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中由該輻射源發射之該輻射具有在600 nm至1050 nm之範圍內之一波長。
- 如請求項1或2之高度量測感測器，其中由該輻射源發射之該輻射具有在100 nm至400 nm之範圍內之一波長。
- 一種微影設備，其包含如請求項1至12中任一項之高度量測感測器。
- 一種度量衡系統，其包含如請求項1至12中任一項之高度量測感測器。
- 一種用於判定一高度量測感測器之一聚焦平面之方法，該方法包含： 藉由該高度量測感測器之一輻射源將輻射發射至該高度量測感測器之一投影光柵上，該投影光柵包含一投影光柵光點，該投影光柵光點包含複數個投影光柵線，該投影光柵經配置以將一輻射光束輸出至一基板之一表面上以在該表面上產生一輻射光點，該輻射光點包含複數個輻射線； 藉由該高度量測感測器之一偵測器在自該表面反射的包含來自該輻射光點之輻射之一反射輻射光束傳遞通過一偵測光柵之一偵測光柵光點之後接收該反射輻射光束，該偵測光柵光點包含複數個偵測光柵線；及 該高度量測感測器之一控制器，其：(i)獲得該偵測器之一輸出信號，其中該輸出信號包含複數個週期性分量；(ii)對在該輸出信號之不同位置處之兩個點求一導數，其中該兩個點分離達該等週期性分量之一週期；及(iii)在該導數改變正負號時判定該高度量測感測器之一聚焦平面。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP22159153 | 2022-02-28 | ||
| EP22159153.0 | 2022-02-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202349140A true TW202349140A (zh) | 2023-12-16 |
| TWI851032B TWI851032B (zh) | 2024-08-01 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023160972A1 (en) | 2023-08-31 |
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