TW451057B - Measuring instrument and method for measuring patterns on substrates of various thicknesses - Google Patents

Description

45 105 7 A7 __B7_ 五、發明説明（ί ) 發明之領域 本發明係關於一種用在不同厚度之基板上測量圖型用 之測量儀器，該測量儀器包括一個X-Y滑車，其中一個 開口是由周緣，照明光學系統，以及多個光學補償元件 所形成。 本發明更進一步是關於用來測量不同厚度之基板上的 圖型之方法。 先前技術說明 基板•亦稱爲光罩，它是在巨不同厚度之射入光之中被 測量。可在測量儀器中被測量之基板必須符合SEMI標準 (SEMI Pl-92© SEMI 1981,1999)。舉例，如 6025 型（6x6 英吋及0.25英吋厚）或5009型（5x5英吋及0.09英吋厚> 之石英光罩，或是尺寸爲230x23 0x9公厘之石英光罩。 半導體製造商所使用之標準化厚度爲2.3公厘，3.2公厘 ，6.3 5公厘，及9公厘。爲了使各種基板厚度獲得相同 的測量條件（以及因而相當的測量結果），測量光束通過基 板（石英）材料之光路徑長度必須對所有各種基板厚度均 相同》故，光學系統爲9公厘厚之石英玻璃而設計。當 較厚的基板被測量時，補償元件被插入光束路徑，使達 成之整個光路徑長度永遠相同。 美國專利5,786,897公開一種方法及裝置用來確定基板 表面之圖型座標。此裝置包括一個滑車，可沿著X及Υ方 本紙張尺度遠用中國国家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐} (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 451 05 7 a? ___B7_五、發明説明（> ) 向移動’其上有一個具有一個面朝下之待測量圖型的透 明基板。檢測器裝置被裝在基板上方》干涉儀被裝在X —軸及γ軸，使滑車在X-Y平面上之位置可被確定。爲了 使不同厚度之基板被測量，用在光束路徑之補償元件必 須被提供β補償元件包括一個十字形板，其中裝有，例 如四個玻璃元件。在基板厚度測量所用之適當玻璃元件 由轉動圓盤而被帶入光束路徑中。圓盤之轉動可由馬達 ^或騮動皮帶達成。由於此馬達驅動系統之位置，一個熱 源被設在測量點附近，造成測量重現性之劣化。除此之 外*須要很大的空間來容納並且移動轉台或滑件》 發明之扼·要說明 本發明一個目的在提供一種測量儀器，用來測量基板上 的圖型，而產生可重現性之測量結果，並且亦可減少在 測量儀器之測量區域中產生之所有熱源到一個很大之程 度。除此之外，此設計亦儘可能地節省空間< 此目的可由一種測量儀器達成，其特徵爲光學補償元件 之多個儲存室被形成在Χ-Υ滑車之開口周緣；並且每一 個情況中所須之光學補償元件可由照明光學系統’而從 相關之儲存室中被移除。 本發明之另一個目的在提供一種方法，使多個光學補償 元件可被帶入測量儀器之光束路徑中’因而影響測量之 重現性。 I先聞讀背面之注意事項寫本頁) "裝· 訂 本紙張尺度適用t國國家揉準（CNS ) Α4规格（2丨0Χ297公釐} 451057 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裂 五、發明説明（3 ) 依照本發明，此目的之方法可被達成，其特徵爲該方法 包括有下列步驟： 確定使用在測量之基板型式： 移動X-Y滑車，使照明光學系統位於所選定之補償元件 下方； 升高照明光學系統，並且藉以拾取補償元件； 移動Χ·Υ滑車進入基板之測量區域，並且使照明光學系 統及補償元件一起定位在測量位置上。 有利的發展方面從依附項申請專利範圍之特徵可一目 了然。 依照本發明測量儀器之構造，可提供可重現性之測量結 果’並且排除了馬達系統對補償元件產生變化之破壞性 影響。補償元件被儲存在Χ-Υ滑車副架構中之儲存室內 。Χ-Υ滑車之移動區域，比射入光的測量區域要大。測 量區域約符合於由Χ-Υ滑車所形成的開口》故，可使Χ-Υ 滑車自己移到對應之位置。並且拾取補償元件。爲了防 止不正確的補償元件被載入，而造成可能對基板的破壞 (若被載入之補償元件太厚）|或者測量精度之錯誤（若太 薄的補償元件被載入>，補償元件被編碼。爲此目的，形 狀（幾何形狀）被構成爲，僅正確的補償在每一個情況可配 合到對應之位置。聚光鏡之移動機構被用來升高補償元 件。進一步的優點可以本發明的方法達成，以此方法時 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 i 本紙珉尺度適用中國國家標举（CNS ) A4规格（2丨0><297公嫠） 45105 7 a? _B7_ 五、發明说明（午） 可將許多光學補償元件帶入測量儀器之光束路徑中* 本發明關於測量儀器之標的，將參照附圚而說明之。 i示之鳙單說明_____________ 第1圃顯示測量儀器之示意側圖； 第2圖顳示X-Y滑車及其中所含之補償元件之立體圖； 第3蹓顯示通過是補償元件及聚光鏡之橫剖面圖，爲了 顯示補償元件在聚光鏡上之機械定位； 第4踴顯示光學補償元件之儲存室構造之實施例； 第5a-5c蹰顥示從一個儲存室移除補償元件各個階段 之画示； 第6圖顯示本發明方法之流程圖· 經濟部智慧財產局員工消贫合作社印製 太發明銨佳窗施例之詳細說明 第1圖顯示高度正確的測置儀器1〇〇,它包括有大理石 塊1以消除振動方式裝在一個基部2,3上。在大理石塊1 上，X-Y滑車4形成爲一個骨架，可滑動地沿著箭頭所 示之兩個方向，在空氣承墊（air beariag>5,6上移動。X-Y 滑車4之骨架最好由具有低熱膨眼係數之坡璃陶瓷所製 成。其驅動系統未被顯示。X-Y滑車之位置是以雷射干 渉儀系統7沿X及Y方向而被測量。 基板8被引入X-Y滑車4之骨架《基板8例如可由石英 玻璃製成。圖型9被呈現在基板表面上。因爲χ_γ滑車4 被構成爲骨架，基板8亦可從下方被透照 本紙張尺度逋用中困B家棣準（CNS > A4規格（210X297公釐） A7 A S-1 Π ^ ^r—~—----- 五、發明说明（s) (transilluminated)。對不透明之基板*則使用射入照明 。隨後之敘述被限制於透光性基板。這並非表示本發明 裤限制於牲。 位於基板8之上方有一個高光學品質之影像系統10，它 可在Z方向上沿著其光軸11可被調整以產生聚光。使用 一個分光鏡12,在一方面，光源13之光被引入光束路徑 ，在另一方面，影像光束被導入在檢測器裝置14上。檢 測器裝置14,例如爲具有高解析畫素陣列之電荷耦合裝 置CCD攝影機。光源13在靠近紫外線光譜區域射出光。 有另一個照明裝置設在大理石塊1中*它包括有可調整 高度聚光鏡15及一個光源16。一個光導件之出口面亦可 設爲光源16。聚光鏡15之光軸11與影像系統10之光軸 11對齊。聚光鏡15及光源16之高度調整，被用來使被 導入到圖型9上之照明光束適合於不同基板8之不同光 學厚度。聚光鏡頭特別地延伸到X-Y滑車4之骨架之開 放部。爲了防止在整個基板表面之階段移動時產生破壞 ，它可在大理石塊1表面之下方被拉住。光源13及16 可彼此獨立地被作動。 第2圖顯示X-Y滑車4之立體圖，其中補償元件20被 置於儲存室22中。爲了簡化起見，測量儀器之許多零件 從圖示中被省略，以對本發明之主要部份能突顯其印象 。形成周緣26之開口 24被形成在X-Y滑車4中。儲存 本紙張尺度適用中國國家棣率（CNS ) A4规格（210X297公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1裝- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45 105 7 at B7 五、發明説明（G ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 室22被沿著周緣26而形成。聚光鏡15被裝設在開口 24 之區域中。聚光鏡爲靜止不動，即它不能夠在X-Y滑車4 之移動甲面中移動，同時它亦是測^_儀器1 〇 〇之測量臺 ，具有足夠大小之位移行程，使聚光鏡15可到達開口 24 之每一點。補償元件由玻璃板28所製成|被固定在承座 上》在透入光中被測量之基板8顯示許多厚度。基板8 之厚度一般爲2.3公厘，3·2公厘，6.35公厘，及9公厘 (SEMI標準”爲了達成使各種基板厚度獲得相同的測量 條件（以及因而相當的測量結果 >，測量光束通過基板（石 英）材料8之測量光束路徑長度必須對所有各種基板厚度 均相同•故，照明光學系統（聚光鏡15)爲最厚之基板而 設計。當較厚的基板被測量時，補償元件被插入光束路 徑中，使達成之整個光路徑長度永遠相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖顯示通過是補償元件20及聚光鏡15之橫剖面圖 ，爲了顯示補償元件20在&光鏡15上之機械定位。聚 光鏡15被用來使補償元件20從其儲存室被移除（第5 a-5c圖提一個正確的敘述）。玻璃板28被固定在承座30上 。承座30爲具有外壁32及內壁34之中空圓柱形。在內 壁34上形成有周緣36,玻璃板28被固定在其上》承座 30之內徑稍大於聚光鏡15之外徑。除此之外，承座30 之內壁34形成一種外形，可確保補償元件20牢固且中 心定位地方式配合在聚光鏡15上。 本紙張尺度適用中國國家橾準< CNS ) Α4規格（210X297公釐） 4 5 105 7 a? __B7_ 五、發明説明（了） 第4圖顯示光學補償元件20之儲存室22構造之實施例 。儲存室22爲圓形構造。儲存室22之楔部38朝向X-Y 滑車4之開口 24。楔部38防止補償元件20落出於儲存 室22之外。載有補償元件20之支持面40沿著儲存室22 之周緣被形成。爲了確保相同的補償元件20被永遠地置 於相同的儲存室22之中，對補償元件20實施一個編碼 。在本實施例中，編碼爲機械式。爲此目的，例如凹處 42被形成在儲存室22上。凹處之配置及分布對儲存室22 彼此居均不同。一個編碼亦被設在補償元件20上，而可 保證其正確地定位。自我很明顯地，在此所述之編碼構 造並不構成一種限制。 補償元件20之移除被顯示在第5a-5c圖中β如第5a圖 所示，補償元件20裝在儲存室22中。聚光鏡15位於X-Y 滑車4之開口 24區域中。若由於被測量基板厚度而需要 補償元件20時（見第5b圖），X-Y滑車4移動到使聚光鏡 15位於需要的補償元件20之儲存室22下方。 聚光鏡15沿著Z軸方向被升高（垂直於X-Y滑車4之移 動平面），因而造成補償元件20被升高而離開儲存室22 。在第5C圖中，當補償元件20置於聚光鏡15之上時， X-Y滑車4移動到使聚光鏡15與補償元件20形成之單 元從儲存室22被移除。然後聚光鏡15與補償元件20形 成之單元:位於開口 24之區域中。第6圖顯示執行本發明 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (讀先聞讀背面之注^^項再填寫本頁) :裝_ 訂 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局具工消货合作社印製 4 5105 7 A7 ______B7__ 五、發明說明（S ) 方法之流程圓。在第一步驟50中，被用來測量用之基板 先被確認。感測器（圖未示）之測量結果可被用來提供所需 訊息。一旦已經知道待測基板之型式時，此訊息被用來 移動.X-Y滑車4,使符合基板8之補償元件20被移除。 X-Y滑車4移到該儲存室22之位置，其中設有對應之補 償元件20,使聚光鏡15可正確地被置於補償元件20之 下方•在下一步驟52中，聚光鏡15被升高。聚光鏡1S 之移動是垂直於X-Y滑車4之移動平面。因而補償元件 2〇被升髙離開其儲存室22,並且抵在聚光鏡15上。在 下一個步驟53中，X-Y滑車4移動進入基板8之測量區 域中。在此文中，聚光鏡15及其補償元件2〇從儲存室 22移開，並且定位在測量位置中。然後聚光鏡15及其補 償元件20位於X-Y滑車4之開口 24區域中。 雖然本發明在此參照實施例而敘述。但是對熟於此技術 者可知，在不違離本發明申請專利範圔之精神及範圍內 ，可做許多改變及修改》 圖號簡單說明： 1 大理石塊 2,3 基部 4 X-Y滑車 5,6 空氣承塾 7 雷射干涉儀系統 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —^---.-----Y 裝--------訂---------線V (货先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 451 05 7 五、發明説明（^ ) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 8 基板 9 圖型 」9_ 1 1 光軸 12 分光鏡 13 光源 14 檢測器裝置 1 5 聚光鏡 - 16 光源 20 補償元件 22 儲存室 26 周緣 24 開口 28 玻璃板 30 承座 32 外壁 34 內壁 36 周緣 38 楔部 40 支持面 42 凹處 50 第一步驟 -11- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 45 1 05 7 A7 B7 五、發明説明（p ) 52 下一步驟 53 下一個步驟 ---------tw —--------------- -12- 本紙張Λ度適用中國國家橾準（CNS )八4^格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8 C8 D8 45105 7 申請專利範圍 —種用來測量不同厚度基板（8)上圖型（9)的測量儀器 (100>，其特徵爲包括有一個X-Y滑車（4)，其一個開口 (24)是由周緣（26>，照明光學系統（15)，以及多個光學 補償元件（2〇)所形成，其中光學補償元件（20)所用之多 個儲存室（22)被形成在X-Y滑車（4)之開口（24)的周緣 (26)上；並且每一個情況中所須之光學補償元件（20)可 由照明光學系統（1S)從相關之儲存室（22)中被移除。 2. 如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中基板（8)上之 圖型（9)的測量是由透過光之中完成。 3. 如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中X-Y滑車（4) 是同時可用在測量基板（8)所用之測量臺》 4. 如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中照明光學系 統（15)包括一個聚光銳，它由垂直於X-Y滑車（4)之移 動方向之移動機構而可被調整：並且X-Y滑車（4)將儲 存室（22)及其光學補償元件（20)移動進入一個移除位 置。 5. 如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中儲存室（22) 被形成爲使光學補償元件（2〇)符合於儲存室（22)中。 6. 如申請專利範圍第S項之測量儀器，其中光學浦償元 件（20)被編碼。 7. 如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中補償元件之 儲存室（22)成線性地被沿著開口（24)之周緣（26)而配置 -13- 本紙張尺度適用中國國家樣隼（CNS ) A4洗格（210X297公釐） JH 先 閲 % 背 之 注 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 451 05 7 g» 六、申請專利範圍 〇 8.如申請專利範圍第1項之測量儀器，其中每一個被移 除之光學補償元件（20)抵住在聚光鏡（15)上。 9.如申請專利範圔第1項之測量儀器，其中補償元件（20) 被形成爲，由於不同基板厚度而補償其光學路徑長度 〇 m—種用來測量不同厚度基板（8)上圖型（9)的方法，其特 徵爲該方法包括有下列步騄： 確定使用在測量之基板型式； 移動X-Y滑車（4)，使照明光學系統（15)位於所選定 之補償元件（20)下方； 升高照明光學系統（15)，並且藉以拾取補償元件（2 0) ， 移動X-Y滑車（4)進入基板（8)之測量區域，並且使照 明光學系統（15)及補償元件（20)—起定位在測量位置上 〇 11.如申請專利範圍第10項之方法，其中照明光學系統（15> 包括一個聚光鏡’它由垂直於χ_γ滑車（4)之移動方向 之移動機構而可被調整β 1Ζ如申請專利範圍第1〇項之方法’其中一旦被用來測量 用之基板先被確認之後’補償光學路徑長度所需之補 償元件<20)被選定；並且被選定之補償元件（2〇)在儲存 • 14- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨〇 X 297公着） 先閩讀背面之注^^項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45105 7 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 室（22)中的位置被確定。 Π如申請專利範圍第10項之方法，其中使用之基板的確 定是根據感測器之測量結果而完成；並且X-Y滑車（4) 之驅動系統因而可被控制成，使符合到基板（8)之補償 元件（20)被移除。 14.如申請專利範圍第10項之方法，其中基板（8)之測量 是在透過的光之中進行。 pL 閲 讀 背 之 注 項f f 1 寫裝· 本衣 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙浪尺度適用t國國家橾準（CNS > A4規格（210X297公釐）