TW424135B - Method and apparatus for accurately compensating both long and short term fluctuations in the refractive index of air in an interferometer - Google Patents

Description

Μ Α7 Β7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明有關一種干涉計的方法及裝置，用以量側線性 及/或角位移，更特定的是有關一種裝置及方法，藉此在 決定位移時，可精確地補償位移量測干涉計（D Μ I )之 量測路徑的折射率變動。 周精度位移量測千涉計（D Μ I )依賴精確地決定量 測路徑上的折射率η。決定折射率的一種方法是在路徑的 近處放置感測器，以監測如壓力，溫度及溼度的熱力學性 質，接著利用這些參數及監測性質之折射率公式，如 Edlen’s公式（參考 ''位移量測干涉計的進展〃 ，Bobroff， Norman ，量測科學及技術，第四期，9號，1 9 9 3年9 月）以及空氣折射率的修正式來加以計算。若需要的話， 在量測路徑上偵測氣體成分的感測器可進一步的用來精修 折射率的計算。例如，可利用C〇2感測器。 雖然少數的應用需要更高的絕對精度，使其無法由 Edlen’s公式及環境監測來獲得，然而所有的D Μ I系統在 初始化後皆對折射率的變動極爲敏感。尤其對於利用 M D I量測法的晶圓微影設備及十字定位設備尤然。此處 ，最重要的需求在於M D I量測的重複性及穩定性。 此外，爲了提供無高頻雜訊的連續資料，在單一晶圓 的整個曝光時間（包括對其晶圓的時間）內，微影Μ D I必須維持穩定。對於一些量測，如鏡片通過及偏軸對 齊感測器間的"基線〃建立法而言，千涉計系統需在幾小 時的時間內保持其穩定性。在此兩種情況下，未測得之折 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I---I I--裝 - ---I--訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- A7 424 735/鑕 _______B7___ 五、發明說明（2 ) 射率η的變化會造成嚴重的後果。下一代步進器之DM I 的穩定性將達1 n m。在此情況下，量測路徑上，相對之 可接受的最小折射率變動在1 m的距離上將落於1 0 _ 9內 ，且頻寬爲10 4至102Hz。這些波動的偵測以超出 目前環境感測器的偵測能力。 據此，已有大量的補償系統被提出以處理微影設備之 折射率變動的問題。其中用於干涉計的一種方法即所謂的 波長跟蹤器及補償器。此種市面上可購得的裝置實際上爲 一種相對干涉計。如果將此干涉計置放於微影設備(½路徑 上時，可利用來自甘設計上的資訊以精確地補償折射率的 低頻（如1 0 2 Η z )變化。 解決此問題的另一方法是利用空氣擾動補償系統（ A T C )，此系統利用分散干涉計。此波長之相依性的特 徵在於反相的分散功率Γ，其爲一波長折射率對兩波長之折 射率差的比値。典型的空氣Γ値爲1 5及7 5。 據此，本發明的主要目的在於提供一種裝置及方法， 藉由此方法，分散干射計可與折射計結合，以補償可能發 生於干涉計量測路徑中之長期及短期的折射率變動。 本發明的另一目的在於提供一種裝置及方法，藉此可 在計算位移前初始化並監測反相的分散功率。 本發明的另一目的在於提供一種裝置及方法，藉此可 利用習知的實體長度來決定折射率。 參考以下的詳細描述及伴隨的圖示將可使本發明的目 的更爲明晰。 I --------裝 - ------訂--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- A? 424735f：^ _B7__ 五、發明說明（3 ) 發明槪要 圖示的簡單說明 圖1爲本發明之干涉計系統的簡圖。 圖2爲利用於圖1裝置的干涉計。 圖3 a及3 b爲實施本發明的步驟流程圖；圖3 3爲 進行量測的步驟’且圖3 b爲初始化反相分散功率Γ，以更 新量測步騾之Γ値的步驟。 圖4爲本發明變換裝置的簡圖，其利用第二諧波產生 器（S H G )之分散干涉計。 圖5爲依據本發明一實施例，利用雙波長折射計的簡 圖。 圓6爲依據本發明一實施例，利用對其標示以初始折 射率及反相分散功率的簡圖。 圓7 — 9爲製造積體電路的微影製程，其中圖γ爲利 用干涉計系統之微影曝光系統的簡圖。 圖8及圖9的流程圖描述製造積體的步驟》 圖1 0利用本發明之干涉計系統的光束寫入系統。 主要元件對照表 10 干涉計系統 1 2 干涉計裝置 1 4 電腦 1 6 鏈結 本紙張尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅3事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 424135/蝎 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 18 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 3 2 3 4 3 6 4 0 及 4 2 4 4 4 6 6 0 6 2 及 6 4 6 6 及 6 8 7 0 7 2 7 4 8 0 9 0 9 2 10 0 10 2 光源 光束 光束 光束分割器 折射計 反射鏡 干涉計區段 量測室 內室 外環區 終端反射器 干涉計 X — Y平台 變換裝置 雷射 光束 光束 X — Y平台 折射計 雙波長折射計 對齊感測器 標記 微影掃描器 框架 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 - ------訂----- 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 4 241 35， v A7 _B7 五、發明說明（5 ) 10 4 曝光基座 10 6 鏡組殼 11 0 照射光束 11 2 鏡組 11 3 支持基座 11 6 光罩平台 11 7 定位系統 11 9 定位系統爲 12 2 晶圓平台 12 6 干渉計系統 15 4 光束 3 0 0 光束寫入系統 3 1 0 光源 3 1 2 寫入光束 3 1 4 聚焦組件 3 1 6 基底 3 1 8 平台 3 2 0 干涉計系統 3 2 2 光束 3 2 8 反射鏡 3 3 0 控制器 3 3 4 輸出訊號 發明詳述 -------I---裝-----丨丨丨訂_丨I------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Α4規格（210 X 297公釐） -8- A7 - _B7__ 五、發明說明（6 ) 本發明有關一種裝置及方法，藉此，在平移量的決定 上，可補償平移量測干涉計之量測路徑上的短期及長期折 射率變動。本發明結合分散干涉計及折射計，以補償長， 短期的折射率變動。同時本發明亦包括用以加權分散及折 射資料的方法及機構，以及初始化Γ値，反相分散功率的方 法及機構，使得分散及折射資料能相互一致。 參考圖1 ，顯示本發明干涉計系統1 〇的簡圖。系統 1 0包括干涉計裝置1 2 ’及經由鏈結1 6與干涉計裝置 1 2裝置介接的電腦1 4，以進行控制訊號的交換。電腦 1 4具有執行多種演算的應用軟體及系統程式，使得使用 者可藉由使用者圖形介面（GU I )及/或其他的輸入裝 置，如鍵盤或滑鼠等輸入資料。 干涉計裝置1 2較佳的包括雙波長光源1 8，包括第 —波長λ 1以及藉由頻率乘倍機構（SHG=第二諧波產生 器）而與第一波長λΐ鎖相的第二波長λ2。波長λΐ及 可分別爲6 3 3 nm及3 1 6 nm。光源1 8產生第一 波長λΐ的光束2 0及第二波長λ2的光束2 2。 熟悉相關技術之人應知光束2 0及2 2可變換地由發 出多個波長的單一雷射源，結合和-頻率產生器及差-頻 率產生器之不同波長的兩個雷射源，或可產生兩個以上之 波長光束的雷射源來提供。 雷射源可爲氣體雷射，如H e N e雷射，且可由熟悉 相關技術之人所悉知的習知技術來穩定化，如'' 0 . 6 3 3μ m之H e — N e徑向Zeeman雷射的頻率穩定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) {3裝--------訂---------織 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^24 135/^1 λ7 _ Β7_ 五、發明說明（7 ) 性〃，應用光學，19’3173—3177 (1980 );Burgwald等人，美國專利苐3 6 6 2 2 7 9號’ 1 972年9月頒發。變換地’雷射可爲二極體雷射’其 頻率可由習知的多種技術來穩定化，如T · 0 k 〇 s h 1及K Kikuchi ，外差式光學導通系統之半導體雷射的頻率穩疋 化"，電子周刊，16，179-181 (1980)及 S - Yamaqguchi 及 Μ Suzuki，''利用 Krypton 之 Optogalvanic效應使A 1 G a A s半導體雷射之功率及頻率 同時穩定化〃，IEEE 量子電子學，QE— 19， 1514-1519 (1983)。 光束2 0由光束分割器2 4攔截，並將一部份的光束 2 0反射至折射計2 6，同時將其餘的光束傳送至反射鏡 2 8° 折射計2 6可爲任何一般的形式，如波長跟蹤器及波 長補償器。尤其對於初始化系統1 0，其可結合環境感測 器（未顯示）。圖2顯示依據差分平面鏡干涉計之折射計 2 6的一例。如圖所示，折射計2 6包括干涉計區段3 0 ，其將光束2 0導至配置於中心之固定長度L的量測室 3 2。量測室3 包括抽空的內室3 4，且由充有氣體的 外環區3 6包圍，充入的氣體較佳的是空氣。分別提供有 終端反射器4 0及4 2 ’以控制通過室體3 2之光束2 0 的行進。在操作時，內室3 4作爲參考支架，且外室3 6 作爲充氣的量測支架，且在該支架上量測物理距離。折射 計2 6的輸出爲波長λ !的折射率N i。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） -----------裝------i — 訂----I ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 過2 4 1 3 5 '祕 ^ A7 _______B7_______ 五、發明說明（8 ) 反射鏡2 8欄截通過光束分割器2 4的光束2 0及 2 2 ’並將其導至雙波長干涉計4 4。干涉計4 4可量測 其與X — Y平抬4 6間的距離，並提供有關局部折射率 的資訊，此X - Y平抬可爲製造積體電路之微影裝置 的一部份。量測路徑配置於干涉計4 4及X — Y平台 2 6間。如圖1所示，空氣在控制下流經折射計2 6 ，亦 即’折射計2 6的外室3 6，並通過千涉計的量測路徑。 折射計2 6較佳的是極靠近干涉計4 4之量測通道而置放 ’使得兩者中的空氣折射率至少在量測的時間內實質地相 同。 此處的干涉計4 4爲分散式，且其一波長，如λ i亦用 於標準M D I 。因此，2 — λ千涉計4 4的輸出分別爲對應 至λ 1 , 2的干涉相位Φ 1 . 2。干涉計4 4可爲任一種習知的 型式，包括共波長差分平面鏡干涉計（DPMI)，其每 一波長與二色性光束分割器合倂，或者可爲雙波長動態干 涉計，此種動態干涉計描述於同一申請人之審查中的美國 專利申請案第0 9/157131號，1998年9月 1 8日申請，其內容並於此處。系統1 〇以圖3 a及3 b 之流程圖的方式來操作，且將更詳細的描述於後。圖3 a 代表系統1 0之操作的量測模式，且圖3 b爲初始化Γ値的 方法。 爲了初始化Γ値，圖1中的X — γ平台移動，以使 MD I量測路徑的實體長度在最大的範圍下變動。不需知 道實際的移動値。此移動可爲晶圓對齊程序的一部份，或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裳 -------訂------ί !'" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 24135 A7 B7 五、發明說明（9 ) 可爲對齊晶圓前的獨立運動。初始的一致性Γ値爲 Γ < Λ^| > ί^\ < jV. > (i2 ~A) 其中

L λ / 2 2 且Φ’1.2爲因}ς — γ平台4 6位移所產生之Φ ι·2値的變化 。< Ν 1 >爲折射率ν τ的時間平均値，且由折射計2 6所 獲得的資料來求得。 以括號 <> 表示的平均値可爲一系列先前量測結果於 週期T下的和，且此時間夠長以平均掉空氣擾動： :N >= 3 -----------裝--------訂·------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 計算另一時間平均値的方法包括遞回式，其加入具特 性時間T之指數或其他的功能性阻尼。 在初始化Γ値後，雙波長分散干涉計對變動率提供 連續的量測： Ν 2Λ ^ Ν 2Λ _ < NU > 其中 本紙張尺度適用ΐ國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 4 -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 24 135 ^ A7 ---- -B7____ 五、發明說明（1〇) N,u=——— ( 5 ) Α-(4-Α)Γ 且 <> 代表特性時間常數Τ下的時間平均値。實體位移之 D Μ I量測（亦即，修正率）爲 尤二——^—— (6 ) <Ν,>+Ν'1λ 此計算可同時補償量測路徑內，折射率之長期及短期 變動。 前述的計算包含特性時間Τ，其區分短期（t < Τ ) 及長期（t > τ)。折射率的短期量測注要依賴分散干涉 計，而長期量測則注要依賴圖1中的折射率等效機構。觀 念上，T可視爲使折射計2 6所量得的時間積分値< N i > 與量測路徑上之實際折射率時間積分値的相關係數落在 1 0 9的最小時間間隔。一般而言，時間τ愈長，相關性 愈佳。決定τ値的量化法’在於考量以一速度移動之不同 大小空氣室的效應，此速度由系統中的氣流所決定。假設 折射率的正弦變動，具有振幅A及空間週期Λ 。假定折射 計置放於離量測路徑D << Α的位置，並使氣流的ζ向速 度爲v。則最大誤差將爲 Ε«2πΑ Ώ / A. (7) 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝------訂-----I---'" (清先閲讀背面之注意事項再填寫本I) -13- Λ7 4 24135,·^ ____B7_ 五、發明說明（11 ) 現在，假設補償系統的目的在於以三個因子中的至少一因 子減少折射率的誤差。此需求轉換爲： 八 >6πϋ (8) 對於以速度ν移動的空氣，此對應至特性時間 Τ = 6 π D / ν (9) 例如，如果空氣流速ν二0 . 5 m/ s，且折射計離量 測路徑的距離爲0 . 5 m，則時間近似於2 0 s。 圖3 a及3 b顯示實施本發明之流程圖。如圖所不， 圖3 a中的方塊5 0 - 5 9爲量測流程圖，而圖3 b中的 方塊6 1 — 7 1爲校正Γ値的流程圖。圖3 a中’直測步驟 包括： (5 0 )儲存反相分散功率Γ的一致値。開始時可給定 一假設値，且當發生明顯的變化時，其値會自步驟（5 9 )更新； (5 1 )利用量測路徑附近之折射計量測λ i的折射率 f (5 2 )決定步驟（5 1 )所產生之折射率在特性時 間T上的平均値； (5 3 )量測波長λ X . 2在量測路徑上的光徑長； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁> 裝--------訂---------織 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 424 135[， A7 ___B7______ 五、發明說明（12) (5 4 )利用分散干涉計（式5 )計算局部折射率 N 1 2 λ ； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (5 5 )將局部分散作時間平均（類似於式3 ); (5 6 )計算局部折射率的變動，其相當於暫態値與 時間平均値（式4 )的差； (5 7 )計算以大氣效應修正的物理距離（式6 ): (5 8 )測試局部折射率之時間平均値與折射計之折 射率時間平均値的差；及 (5 9 )校正r値，且一旦r値發生明顯的變化，在方 %·. 塊（5 0 )更新此値。 參考圖3 b，校正r値的步驟包括： (6 1 )利用量測路徑附近之折射計量測λ :的折射率 > (6 3 )決定量測路徑附近，折射率在特性時間Τ上 的平均値； (6 5 )在兩位置間移動平台； (6 7 )量測波長λ : ' 2在量測路徑上的光徑長； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (6 9 )利用式1校正反相分散功率r値；及 (7 0 )回到具有Γ値的量測路徑。 相較於習知技術，本發明可獲致多種優點。

在利用簡單的折射計方面，藉由（1 )提供較計算値 更精確的一致Γ値；及（2 )在大氣成分變化下，提供補償 的長期穩定性，本發明對無法單獨以折射計偵測之光束內 的折射率短期變動，提供極強的補償能力，同時在A C T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -15-

Mt A7 B7 五、發明說明（13 ) 系統方面，本發明對分散干涉計提供極強的長期補償能力 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於依賴Γ値計算的補償系統而言，本發明利用折射計 供較低成本及更精確之折射率的長期補償。利用本發明 的裝置，分散干涉計僅需在將近1分鐘的時間內保持穩定 ’而非數小時。此設計緩和了對光學，機構，電子及光纖 耦合的需求。 熟悉相關技術之人應知，在不偏離本發明之基本教示 的前提下，可作出多種變化。 例如’圖4顯示本發明的變換裝置6 0。裝置6 0利 用兩個波長分別爲λι. 2在光源6 2及6 4。美國專利第 4 9 4 8 2 5 4號所揭露的第二諧波產生器（s H G )干 涉計6 9用以接收光束6 8，並產生λ 3的額外光束7 0。 如前所述，折射計7 4接收λ i的光束6 6並量測X - Υ平 台7 2的平移。此實施例的操作原理與前一實施例相同。 然而，在此例中，分散計算包括利用第二及第三波長λ 2 , 3 預測第一波長λ i的折射率。初始化公式成爲.r = H A (10) < jV"丨 > d A) 且折射率的變化變成 N' 1 + Γ ,(L%-L2)<N,> 厶 {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

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2A (11) (12) 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格mo X 297公釐） -16- A7 424 735 __B7__ 五、發明說明（14 ) r /不再是一般的反相分散功率，而是作爲計算上的類 似函數。 在圖5所示的另一實施例中，以r 一計取代圖1之簡單 ，單波長的折射計2 6，此Γ _計在圖5中爲雙波長折射計 8 0，且其他相同於圖1的元件以相同的標號表示。此實 施例可跟蹤r値的小變化，而無須以平台移動來重新初始化 系統。然而，對於折射率的長期變化，此實施例僅依賴折 射資料，而不需分散干涉計。 在圖6的另一實施例中，完全不用折射計，而是靠X - Y平台4 6上的對齊標記9 2及用以定位這些標記的對 齊感測器9 0來進行。此實施例的基本假設在於標記9 2 間的物理徑長χ。爲已知，且爲其後所有量測的參考長度。 在標記9 2間的平移後，初始的折射率決定如下 Ν 0 I = L ! / χ 〇 (13) 其中L 1爲波長λι的量測光徑。Γ値爲 Γ = (14) 所有其後物理位移χ的量測利用 χ = L 1 X π 1 (15) 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 χ 297公釐） J裝--------訂---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- A7 B7 24 ^35 五、發明說明（15 ) 其中 nx=\ + TihzIA (16) Ζΰ 此實施例具有可大大簡化硬體的優點。然而，其不適 合需長期量測穩定性的應用。 以上所述的干涉系統尤可用於具有X - Υ平台的微影 設備，並用於製造如電腦晶片的大尺寸積體電路。微影技 術爲半導體製造業中的一項關鍵技術。疊置（〇verlay )的 改良爲五項最困難的技術之一，其線寬已降至1 0 〇 ητη 以下，參考 ''半導體產業發展現況〃，第8 2頁（ 1 9 9 7 )。疊置（Overlay )直接依賴用以定位晶片及光 罩平台之距離量測干涉計的準度及精度。由於微影設備每 年將有$ 5 0 - 1 0 0百萬/年的產値，因此改進距離量 測干涉計之性能的經濟效應相當顯著。微影設備每提高％ 1的良率，將可使積體電路製造商獲得$ 1百萬/年的經 濟利益，並使微影設備廠商具有最佳的競爭力。 微影設備的功能在於將圖案化的光線照射至晶圓的光 阻層上。此製程包含決定晶圓上接收照射的位置（對齊） ，及在該位置上實施照射（曝光）。 爲了適當的將晶圓定位，晶圓上設計有標記，以便由 感測器加以量測。對齊標記的量測位置界定了設備中的晶 圓位置。此資訊及晶圓表面的特殊規格圖案導引晶圓相對 於照射圖案的對齊。依據此一資訊’支持晶圓的平台使晶 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂---------Λ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 "18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明說明（16) 圓移動以將光線曝光在晶圓的正確位置上。 在曝光時，照射光源照射含有圖案的刻板，而產生具 有圖案的照射光。刻板亦指光罩，且此二名詞在下文中可 通用。在縮小微影製程中，縮小鏡收聚分散的照射光而形 成縮小的圖案影像。變換地，在近印刷製程中，分散的照 射光在接觸晶圓前行進一小段距離，以產生1 : 1的圖案 影像。照射光觸發光阻的光化學反應並將照射圖案轉換至 光阻上。 上述的干涉計系統爲定位機構中相當重要的部位，其 控制晶圓及刻板的定位，並將圖案轉至晶圓上。 一般而言，微影系統亦稱爲曝光系統，且通常包括照 射系統及晶圓定位系統。照射系統包括用以提供照射的照 射源，如紫外光，可見光，X射線，電子或離子射線，並 包括將圖案加入照射光的光罩，藉此產生具有圖案的照射 光。圖案化的照射光曝罩晶圓上的光阻。照射系統亦包括 支持光罩的光罩平台及用以調整光罩平台與照射光之相對 位置的定位系統。晶原定位系統包括支持晶圓的晶圓平台 ，及用以調整晶圓平台與圖案化照射光之相對位置的定位 系統。積體電路的製程可包括多道曝光程序。微影技術的 參考資料，如厂.R . Ssheats及B · W Smith， w微影 科學及技術 〃（Marcel Dekker，Inc ., New York， 1 9 9 8 )，倂入文中以作參考。 上述的干涉計系統可用以精確地量測晶圓平台及光罩 平台相對於曝光系統之其他元件，如鏡片組，照射光源， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) -裝--------訂--- -19- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4141351 A7 ____B7_ 五、發明說明（17 ) 或支持結構的相對位置°此時，千涉系統可附在固定結構 上，且量測物可附在可移動的元件’如光罩及晶圓平台上 。變換地，可將干涉系統附在移動的物體上，而將量測物 附在固定物上。 更一般性的，干渉計系統可用以量測曝光系統中任一 元件相對於其他元件的位置，其中干涉計系統附在一元件 上，而量測物附在另一元件上。 圖7顯示利用干涉計系統1 2 6之微影掃描器1 0 0 的例子。干涉計系統用以精確地量測晶圓在曝光系統中的 位置。此處，平台1 2 2用以定位晶圓相對於曝光站的位 置。掃描器1 0 0包括框架1 0 2，其承載其他的支持結 構，且不同的元件承載於這些結構上。曝光基座1 〇 4的 頂部安裝有鏡組殼1 0 6 ，且鏡組殼1 0 6上安裝有用以 支持光罩的光罩平台1 1 6。用以定位光罩平台1 1 6相 對於曝光站之位置的定位系統爲1 1 7。定位系統1 1 7 可包括如壓電電晶體元件及對應的控制電路。雖然，此實 施例中並未描述’但前述一個或多個干涉系統可用以精確 地量測光罩平台及可移動元件的位置，在微影製程中需正 確地監控其定位（參考Sheat及Smith的'5'微影科學及技術 ")。 支持基座1 1 3懸掛於曝光基座1 〇 4的下方，並承 載晶圓平台1 2 2。平台1 2 2包括用以反射從千涉計系 統1 2 6射向平台之量測光束1 5 4的反射鏡。用以定位 平台1 2 2相對於干涉計系統1 2 6之位置的定位系統爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） ----------- 裝-----I--訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42413 5,^ a? ______B7__ 五、發明說明（18 ) 1 1 9。定位系統1 1 9包括如壓電電晶體元件及對應的 控制電路。量測光束反回安裝於曝光基座1 〇 4上的干涉 計系統。干涉計系統可爲前述的任一實施例。 在操作過程中，照射光束1 1 〇 ，如自U V雷射的紫 外光通過光束形成鏡組1 1 2 *並在反射鏡1 1 4的反射 後向下傳送。接著，照射光束通過由光罩平台1 1 6所承 載的光罩（未顯示）。光罩上的圖案經由鏡組殻10 6所 承載的鏡組1 〇 8而成像在晶圓上。阻尼系統1 2 0將基 座1 0 4及由其支持的不同元件與環境震動隔離。 在微影掃描器的另一實施例中，一個或多個前述的干 涉系統可沿著多個軸來量測距離及關聯的角度，如晶圓及 光罩平台，但不限於此等例子。並且，除了 UV雷射光束 外，可使用其他的光束來曝光晶圓，如X —射線，電子束 ，離子束，及可見光束。 此外，微影掃描器可包括參考柱，其中干涉系統 1 2 6將光束導入鏡組殼1 〇 6或其他干涉系統中參考路 徑以外的光線導引結構。當結合自平台1 2 2反射的光束 1 5 4及來自鏡組威1 0 6的參考光束，干涉系統1 2 6 所產生的干涉訊號代表平台相對於光束的位置變化。進一 步的’在另一實施例中，可定位干渉計系統1 2 6以量測 光罩平台116或掃描系統之其他可移動元件的位置變化 。最後，除了掃描器外，干涉計系統可用於具有步進器的 微影系統。 如習知技術’微影爲製造半導體裝置時的重要部分。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 11---11 訂—I-- 鎳 -21 - A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（19 ) 例如，美國專利第5 4 8 3 3 4 3號描述此製造方法的步 驟。這些歩驟以圖8及圖9描述於下。圖8爲製造半導體 裝置，如半導體晶片，液晶顯示平板或C CD之程序的流 程圖。步驟2 5 1爲半導體裝置之電路設計的設計程序。 步驟2 5 2爲依據電路圖製造光罩的程序。步驟2 5 3爲 利用矽製造晶圓的程序。 步驟2 5 4爲晶圓的前製程，其中利用所謂的預備光 罩及晶圓，透過微影技術將電路形成在晶圓上。步驟 2 5 5爲稱爲後製程的組裝程序，其中將步驟2 5 4所處 理的晶圓轉換成半導體晶片。此步驟包括組裝及封裝（晶 片密封）。步驟256爲檢驗步驟，其中對步驟255所 製造的半導體裝置進行操作性檢查，可靠性檢查。藉由這 些步驟，完成半導體裝置，並包裝出貨（步騾257)。 圖9的流程圖顯示晶片製程的細節。步驟2 6 1爲氧 化晶圓表面的氧化製程。步驟2 6 2爲在晶圓表面上形成 絕緣薄膜C VD製程。步驟2 6 4的離子植入製程將離子 植入晶圓中。步驟2 6 5的光阻製程將光阻施加至晶圓上 。步驟爲實施印刷的曝光製程，藉由此製程，將光罩上的 電路圖樣轉換至晶圓上。步驟2 6 7將曝光的晶圓顯影。 步驟2 6 8將顯影之光阻影像外的部位移除。步驟2 6 9 爲光阻分離製程，用以在實施蝕刻製程後，分離晶圓上的 剩餘光阻材料。藉由重複這些製程，形成電路圖樣並疊加 至晶圓上。 前述的千渉計系統亦可應用至其他需精確量測物體定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂-------鎮 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（20) 位的系統。例如，在利用寫入光束將圓案轉移至基底上的 應用中’干涉系統可用以量測基底及寫入光束間的相對移 動。 圖1 0顯示光束寫入系統3 0 0的例子。光源3 0 0 產生寫入光束3 1 2，且光束聚焦組件3 1 4將光束導至 由移動平台3 1 8所支持的基底3 1 6上。爲了決定平台 的相對位置，干涉計系統3 2 0將參考光束3 2 2導至安 裝於光束具焦組件3 1 4上的反射鏡3 2 8。干涉計系統 3 2 0可爲前述的任一種干涉計系統。干涉計系統所量測 的位置變化相當於寫入光束312相對於基底316的位 置變化。控制器3 3 0傳送輸出訊號3 3 4至支持平台 3 1 8的基底3 3 6。此外，控制器3 3 0傳送訊號 3 3 8至光源3 1 0以改變寫入光束3 1 2的強度或圏限 寫入光束，使得寫入光束以足夠的強度接觸至基底，並使 光物理及光化學變化僅發生於基底的特定部位上。再者， 在一些實施例中，控制器3 3 0可利用訊號3 4 4使光束 具焦組件3 1 4將光束掃描在基底的一區域上。結果，控 制器3 3 0引導系統的其他元件來將晶圓圖案化。圖案化 的程序一般是依據儲存於控制器內的電子設計圖樣。在一 些應用中，寫入光束將基底上的光阻覆層圖案化，且在其 他實施例中，寫入光束直接以如蝕刻的方式將基底圖案化 〇 此系統的一項重要應用在於製造微影製程所需的光罩 及刻板。例如，爲了製造顯影光罩，可使用電子光束來將 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------1—裝--------訂 --------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -23- 42^?35 ^ f A7 _____B7 五、發明說明（21 ) 圖案轉移至覆有鉻層的基底。在此例中，光束寫入系統包 住真空中的電子光束通道。並且，當寫入光束爲電子或離 子時’光束具焦組件包括用以具焦並將帶電粒子導至基底 上的電場產生器，如四極鏡片。在其他例子中，寫入光束 爲放射光束，如X -射線’ u V或可見光，光束具焦組件 包括對應之用以具焦及導引光線至基底的光學元件。 本發明可有其他的變化。例如，在一些例子中，可監 視參考氣體的折射率與干涉計中量測支架的折射率。這些 例子包括習知參考柱式的干涉計，其中參考支架包括放置 於機械系統一處的光學元件，及放置於另一位置的光學元 件。另一例則關於小角度的量測應用，在此應用中，量測 及參考光束皆打至目標光學元件上，但兩者間具有小的物 理偏移’藉此對目標光學元件的角度方位提供極爲靈敏的 量測。此外’分離的平移干涉計可用於分離的分散干涉計 上。這些應用及配置爲熟悉相關技術之人所悉知，且相關 的修改皆落在本發明的範圍中。 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -ο裝 訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24-

Claims (1)

1. 2 V01 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 一種干涉計裝置，包括： 用以產生具不同波長的至少兩光束； 用以接收該光束並具有量測路徑的干涉計機構，該干 涉計機構利用該光束使得第一波長之該二光束中的第一光 束用以量測沿著該路徑上的物鏡位移，並利用反向分散功 率Γ或其等效値，直接在量測路徑上產生有關空氣局部折射 率的短期資訊； 近於該量測路徑的機構，用以對至少該第一波長直接 量測空氣折射率的長期變化； 用以改變該量測路徑之物理徑長的機構； 用以建立反向分散功率Γ之初始値的初始化機構；及 用以沿著該量測路徑分析有關長期，短期折射率資料 並提供計算之折射率的機構，該計算的折射率合倂有長期 及短期波動，並至少利用該反向分散功率Γ之初始値。 2 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，其中該計 算機構進一步包括用以計算量測路徑之物理徑長的機構。 3 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，其中該干 涉計機構包括操作於第一波長的分離位移干涉計及操作於 二波長的分散干涉計，此二波長的其中之一可爲第一波長 σ 4 ·如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，其中該光 源包括雷射，以及用以倍頻該雷射輸出以產生該兩光束之 第二諧波產生器。 5 .如申請專利範圍第3項之干涉計裝置，其中該分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------,¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----- -25- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ A _ Ao ^24135 ; ^ El ^ D8 六、申請專利範圍 散干涉計進一步包括第二諧波產生機構，用以接收該二光 束中的一光束並產生第三波長的另一光束，以產生有關量 測路徑的分散資訊。 6 .如申請專利範圍第1項之干渉計裝置，其中用以 量測空氣長期折射率的該機構包括折射計。 7 .如申請專利範圍第6項之干涉計裝置，其中該折 涉計包括操作於二不同波長的折射計，用以產生有關反向 分散功率的資訊。 8 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，其中用以 量測該空氣長期折射率的該機構包括位於平移台上的一對 標記’此二標記間具有已知的物理長度，並可產生對應於 參考標記間之距離的光徑長度資訊，且依據光徑長度及物 理長度的比値來判斷折射率。 9 如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，其中該計 算機構進一步用以監視至少該Γ的初始値，且當Γ値的變動 達到一定量時，將其更新爲目前的値，其中利用折射率來 獲得Γ値，且在量測路徑的長度發生變化時獲得分散資料。 1 0 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，進一步 包括與該干涉計裝置關聯操作，用以製造晶圓的微影機構 ，該微影機構包括： 用以支持晶圓的至少一平台： 用以將影像空間圖案照射至晶圓的照射系統； 用以調整至少一平台與影像照射源之相對位置的定位 系統； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - --------- I I I----訂·--I I----線「 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -26- A8 B8 C8 DS A2^3 5；^ 六、申請專利範圍 源的 其中該干涉計裝置用以量測晶圓相對於影像照射 位置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 1 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，進一步 包括與該干涉計裝置關聯地操作，以在晶圓上製作積體電 路的微影機構，該微影機構包括： 用以支持晶圓的至少一平台； 包括照射源，光罩，定位系統，鏡片組，及該干涉計 裝置之預定部位的照射系統， 該微影機構使光源直接透過該光罩而照射，以產生具 空間圖案的照射光，該定位系統調整該光罩相對於該光源 照射的位置，該鏡片組將該具圖案的照射光成像在晶圓上 ，且該干涉計裝置量測該光罩與該光源照射的相對位置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，進一步 包括與該干涉計裝置關聯地操作以製作積體電路的微影機 構，該微影機構包括第一及第二元件，該第一及第二元件 可相對地移動，且該干涉計裝置，該第一及第二元件分別 與該第一及第二支架連接以一起移動，使得該干涉計裝置 量測該第一元件相對於該第二元件的位置。 1 3 .如申請專利範圍第1項之干涉計裝置，進一步 包括與該干涉計裝置關聯地操作，以製作微影光罩的光束 寫入系統，該光束寫入系統包括： 用以提供光束以將基底圖案化的光源； 用以支持基底的至少一平台； 用以傳送該寫入光束至基底的光束導引組件；及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 § D8__ 六、申請專利範圍 用以定位該至少一平台及該光束導引組件之相對位置 的定位系統， 該干涉計裝置用以量測該至少一平台及該光束導引組 件之相對位置。 1 4 .—種干涉計方法，包括步驟： 產生具不同波長的至少兩光束； 接收具有量測路徑之干涉計機構中的光束，該千涉計 機構利用該光束使得第一波長之該二光束中的第一光束用 以量測沿著該路徑上的物鏡位移，並利用反向分散功率r或 其等效値，直接在量測路徑上產生有關空氣局部折射率的 短期資訊； 對至少該第一波長直接量測空氣折射率的長期變化； 改變該量測路徑之物理徑長； 建立反向分散功率Γ之初始値；及 沿著該量測路徑分析有關長期，短期折射率資料並提 供計算之折射率，該計算的折射率合倂有長期及短期波動 ’並至少利用該反向分散功率Γ之初始値。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，其中 該分析步驟進一步包括計算量測路徑之物理徑長。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，其中 該干涉計機構包括操作於第一波長的分離位移干涉計及操 作於二波長的分散干涉計，此二波長的其中之一可爲第一 波長。 1 7 ·如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，其中 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------I------------—訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •I I 線r ! -28 - 4 24135/^ as C8 __D8 六、申請專利範圍 該光源提供雷射’且該第二諧波產生器將該雷射輸出倍頻 ，以產生該兩光束。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 8 .如申請專利範圍第1 6項之干涉計方法，其中 該分散干涉計進一步包括第二諧波產生機構，用以接收該 二光束中的一光束並產生第三波長的另一光束，以產生有 關量測路徑的分散資訊。 1 9 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，其中 利用折射§十量測空氣長期折射率。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之干涉計方法，其中 該折涉計包括操作於二不同波長的折射計，以產生有關反 向分散功率的資訊。 2 1 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計裝置，其中 利用位於平移台上的一對標記量測該空氣的長期折射率， 此二標記間具有已知的物理長度，並可產生對應於參考標 記間之距離的光徑長度資訊，且依據光徑長度及物理長度 的比値來判斷折射率。 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 2 2 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，其中 分析步驟進一步包括監視至少該r的初始値，且當r値的變 動達到一定量時，將其更新爲目前的値，其中利用折射率 來獲得r値，且在量測路徑的長度發生變化時獲得分散資料 〇 2 3 如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，進一 步包括用以製造晶圓的微影步驟，該微影步驟包括： 在至少一晶圓平台上支持一晶圓； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） -29- 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 24 135 η! 匕〇 D8 六、申請專利範圍 將影像空間圖案照射至晶圓； 調整至少一平台與影像照射源之相對位置， 其中該干涉計方法量測晶圓相對於影像照射源的位置 0 2 4 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，進一 步包括在晶圓上製作積體電路的微影步驟，該微影步驟包 括： 在至少一平台上支持晶圓； 提供包括照射源，光罩，定位系統及鏡片組的照射系 統， 使光源直接透過該光罩而照射，以產生具空間圖案的 照射光，調整該光罩相對於該光源照射的位置，該鏡片組 將該具圖案的照射光成像在晶圓上，並量測該光罩與該光 源照射的相對位置。 2 5 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，進一 步包括用以製作包括第一元件及第二元件之積體電路的微 影步驟，該第一及第二元件可相對地移動，且該干涉計裝 置，該第一及第二元件分別與該第一及第二支架連接以一 起移動’使得該干涉計裝置量測該第一元件相對於該第二 元件的位置。 2 6 .如申請專利範圍第1 4項之干涉計方法，進一 步包括用以製作微影光罩的光束寫入程序，該光束寫入程 序包括： 提供光束以將基底圖案化； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .--------訂---I -----線「 -30- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24135/， § _ DS 六、申請專利範圍 在至少一平台上支持基底； 傳送該寫入光束至基底；及 定位該至少一平台及該光束之相對位置， 該千涉計方法用以量測該至少一平台及該光束導引組 件之相對位置。 2 7 . —種干設計方法包括步驟： 儲存反向分散功率r的一致値，且當目前値超過一預定 限制時，更新其値； 利用位於量測路徑附近的折射計量測λ :的折射率； 決定產生於特性時間週期上之折射率的時間平均値： 量測波長\1 . 2於量測路徑上的光徑長； 利用分散干涉計計算局部折射率 求局部折射率的時間平均値； 計算局部折射率的波動，其爲瞬時値與時間平均値的 差； 計算修正大氣效應的物理具體； 測試局部折射率之時間平均値與折射計之時間平均値 的差；及 計算Γ，且當Γ出現該預定値的變化時，更新其値。 2 8 . —種干涉計方法，用以在干涉計之量測路徑中 校正物理長度以在其後的使用中校正反向功率，該方法包 括步驟： 利用量測路徑附近的干涉計量測λ i的折射率； 決定產生於特性時間週期τ上之折射率的時間平均値 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------1--------1 —訂---------線「-* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -31 - ^-4135 - ^ b8 ^ C8 D8 六、申請專利範圍 τ 在兩位置間移動干涉計平台； 量測兩波長λ : . 2於量測路徑上的光徑變化；及 校正反向功率Γ。 ---------------------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -32-