TW464946B - Method and apparatus for measuring positional shift/distortion by aberration - Google Patents

Description

46 49 4 6 五、發明說明（1) [發明背景] 本發明係關於一鏡片像差所致失真之量測方法且，特 別有關於：用以縮小投影曝光之投影光學系統，其鏡片像 差所致影像點之位置偏移與失真之量測方法與設備。 於製造半導體元件、液晶顯示器元件、或薄膜磁頭之 曝光（微影，1 i thography )製程中，使用之縮小投影曝光 設備，係利用具有一固定放大率之初縮罩模版（ret i c 1 e )當作光罩（photomask)，經由投影光學系統投影一比原 尺寸縮小之圖樣，然後曝光。此縮小投影曝光設備中，為 了精確形成該初縮罩模版之圖樣影像於基板之光阻上，然 後曝光，該投影光學系統之像差必須盡可能最小。 該投影光學系統之像差中，一非球形像差如彗差 (coma)(亦稱為彗形像差”comattic aberration”）係因為 !鏡片之不同的環狀區域間，放大率不同所致，其可使用具 有檢查圖樣之初縮罩模版檢查之。例如具有大約兩倍該曝 光波長之間距的間隔線圖樣。特別的，將該檢查圖樣曝光 於覆蓋光阻之基板上。使用SEM(掃描式電子顯微鏡）測量 經由基板顯影製程形成之檢查圖樣光阻影像之不對稱性。 根據該測量結果，可量得該投影光學系統之彗差。參照曰 本專利公開公報第6- 1 1 783 1號與第8- 7830 9號記載之像差 則量與失真測量。 如上所述，於定量測量投影光學系統彗差之習知方法 卜，曝光一檢查圖樣，係使用一具有約該曝光波長之兩倍 距之複數個間隔線圖陣列之初縮罩模版，並使用一測量

第6頁 464946 五、發明說明（2) 長度之SEM測量該線寬，且根據該圖樣兩端之線寬差異’ 計算可得該彗差量。然而此習知方法中’雖然可以估計該 彗差量，然而因_差造成之影像點位置偏移卻無法測量。 | 至於鏡片所致之影像失真，該失真量可被測量。然 而，該失真檢查記號之間距設計並不同於實際之裝置 (device)。因此，一具有彗差之投影光學系統鏡片，該位 置偏移之測量值與裝置曝光時之值是不同的。 測量一失真’其包含縮小投影曝光設備之投影光學系 統鏡片之彗差所造成之位置偏移時，檢查圖樣線寬度不同 導致之該位置偏移並無法被測量。因此，需了解者為自 動、快速、容易之失真測量為重要目標之一。 [發明概述] I 本發明之一目的係提供一方法與設備，用以量測因像 差所致位置偏移及失真，其可自動測量鏡片像差之該影像 點位置偏移成分’包含彗差造成之影像點失真與位置偏移 雨者。

一 為達上述目的，根據本發明提供一失真測量方法，包 會如下步驟：形成一光罩其至少具有一包含複數個大圖樣 車列之_第一繞射光閘圖樣’與一包含複數個微圖樣陣列、 ϋ與該第一繞射光閘圖樣以既定間隔分隔之第二繞射光閑 g樣’該複數個微圖樣係以垂直於該第二繞射光閘圖樣排 ij之方向，以一既定間距排列。透過鏡片至少投影該形成 γ光罩上之第一與第二繞射光閘圖樣於光敏基板上，並使

4 6 4- ----~——---_-___________ 五、發明說明（3) 用具有4繞射波長之同調光掃描該光敏基板，並測量第一 與第二繞射光閘圖樣之間距，藉以測量包含鏡片像差所致 影像點位置偏移成分之失真。 [較佳實施例之詳細說明] 本發明參照所附圖示詳述如下。 圖1 A說明根據本發明一實施例之測量方法。圖i A表示 一包含彗差所致位置偏移之失真測量圖樣（亦稱之為"標記 "，mark)。此測量圖樣係劃在一檢查初縮罩模版上。使用 該劃有標記之檢查初縮罩模版，將一覆蓋光阻之基板曝光 與顯影。特別地，圖1A亦表示，利用該檢查初縮罩模版曝 光與顯影後’形成於基板光阻上之該檢查圖樣之形狀。 .參照圖1 A ’此檢查圖樣係由當作主尺1之具有大圖樣 之繞射光閘，與當作副尺2之具有間隔線（L/S)圖樣（微圖 樣）方塊之繞射光閘所構成。該主尺1與副尺2相互平行排 列且依固定間距分隔。該副尺2之間隔線圖樣，依該繞射 光閘形成方向（圖中y方向）排列’並且根據實際製造裴置 圖樣之間距’以形成方向之垂直方向（即圖中X方向）上， 間隔排列而成。圖1A所示之實施例中，該副尺2之間隔線 圖樣，係對應於實際裝置互相連接之間距，而有許多不 乙間距形成。 ° 主尺1之一圖樣形狀為正方形。然而，只要該圖樣為 t圖樣，功能係當作一繞射光閘，該形狀並未限定。 與該用以測量之同調光波長比較下，該主尺丨與該副

464946 五、發明說明（4) 尺2之間距必須夠長’使該距離不至於產生座標測量系統 所致之阿貝誤差（Abbe error)。 藉由圖樣化於基板上形成兩個線性繞射光閘，利用具 有足夠之可繞射波長與同調性之同調光，掃描該兩繞射光 閘間之間距，以測量該兩繞射光閘間之間距。圖丨β顯示藉 由同調光掃描該兩繞射光閘圖樣時，光訊號強度與同 掃描位置間之關係。 〃 ϋ 藉由多次測量圖樣或使用複數個圖樣之平均效 減少誤差。若該繞射光閘圖樣不只形成於y方向，’/ ::方數V。或於续炫向間之徑向時’則可得到更詳細的 量。利用此測量，可測量該實際裝置曝光時之位置偏移 圖2顯示一具有彗差之鏡片，該位置 (縱座標）間之關係，橫座標表示該位置偏量、。該\焦差轴 移了。該彗差所致之位置偏移成分传 像點位置亦偏 間距而改變。如圖2中所示，該大圖’楛 k間隔.線圖樣之 隞圖樣對像差靈敏，該位置偏移較大。位置=移較小。 於本實施例中’如圖1A中所示，—土 、圖樣當作該主尺1，纟 '具有大位：小位 矣副尺2。此例子中’彳測量财際的位置魏P f當作 V所致與該鏡片彗差所致之該位置偏移二者。.匕含失

464946 --- ^ ~ —-----—~— — - 五、發明説明（5) 為區分彗差所致與失真所致之位置偏移，增加形成一 大圖樣構成之副尺3。該副尺2與3分別位於該主尺1之兩 側，與該主尺1依既定間距分隔。當測量該主尺1與該副尺 2與3之間的距離時’則該像差可被分離。此乃因為該副尺 2係由一微圖樣所壤咸，梗得其對樣差很敏感。 參照圖3B ’該掃插方向與該測量光之光接收訊號強度 間的關係中’該主尺1對應之峰值與該副尺3對應之峰值間 之距離，與失真所致之位置偏移有關。該主尺1對應之峰 值與該副尺2對應之峰值間之距離，與彗差所致之位置偏 移有關。 圖5表示根據本發明之失真測量設備配置。 圖5中所示之該失真測量設備，包含：一承載台1 0 5為 一光敏基板1 0 3例如晶圓之放置處。該光敏基板1 0 3具有主 尺1與副尺2構成之第一與第二繞射光閘圖樣（標記構造）， 係利用該上述初縮罩模版，藉由一縮小投影曝光設備，而 形成於光阻（光敏膜）1〇 4上。該設備亦具有一雷射源101當 作出射光’用以投影同調光至該光敏基板1〇 3上：一光接 收部分10 2用以接收該光敏基板1〇 3之繞射光且將光轉成電 訊號：一由CPU(中央處理單元）所構成之運算處理控制設 備1 0 6 ’用以從該光接收部分i 〇 2接收電訊號且根據該訊號 強度’測量該二繞射光閘間之間距；與一位置控制設備 1 0 7用以控制該承載台1 0 5於X與Y方向之移動、 以同調光掃描該光敏基板1〇3，該運算處理控制設備 1 0 6輸出一控制訊號，以移動該承载台1 0 5至該位置控制設

^14 9 4 6 五、發明說明（6) 備1 0 7。使用具有足夠的可繞射波長與同調性之同調光， 以垂直於該二繞射光閘之形成方向，掃描具有經圖樣化形 成該二繞射光閘於其上之該光敏基板1 0 3，並測量該二繞 射光閘間之間距d。

利用此操作，可測量包含^該鏡片之彗差所致與失真所 致之位置偏移。如圖3 A中所示，當於該光阻1 0 4上形成該 副尺3時，可測量鏡片彗差所致位置偏移與失真所致之像 差之區別。_ 該上述實施例中，本發明可應用於測量彗差所致之位 置偏移。本發明亦可應用於先學軸之焦闌（t e 1 e c e n t r i c )測量。光學軸裝置之焦闌表示該入瞳與出瞳二者之一為 無限遠。當一孔徑光圈放置於像空間中之後焦點或於物空 間中之前焦點時，該物空間或像空間中之該主軸光線平行 於該光轴。 當彗差存在時，該位置偏移與聚焦位置之關係表示於 圖2中。當無焦闌存在時，顯示與聚焦為線性之關係。該 位置偏移與聚焦間之關係，可在預定之聚焦條件下曝光該 主尺1、與在失焦條件下曝光副尺2而量測之。利用一直線 近似與聚焦間之關係，得到該梯度（圖4中之虛線），表示 焦闌所致之該位置偏移成分。 當焦闌所致之該位置偏移與彗差所致區分開來時，使 有一線性言偶函數做概算時，該最高階係數（於使用四次方 甴數概算時之四次方係數）與該彗差成分有關。 如上所述，根據本發明，可自動測量鏡片像差中影像

第11頁 464946 五、發明說明（7) 點之該位置偏移成分，不僅包含失真所致之位置偏移，且 包含彗差所致該影像點位置偏移。 該原因如下。本發明中，一大圖樣之主尺與一微圖樣 之副尺係形咸於一檢查初縮罩模版上。此可以使得該彗差 所致與失真所致之位置偏移測量總合值接近於於一實際裝 置曝光時之總合值。

第12頁 464946 圖式簡單說明 圖1 A為一圖示表示失真測量圖樣，包含蓉差所致之位 置偏移，以解釋根據本發明實施例之測量方法； 圖1 B為一圖示表示掃描圖1 A中所示之失真測量圖樣 時，掃描位置與訊號強度間之關係； 圖2為一圖示解釋聚焦與彗差所致位置偏移間之關 係； 圖3 A為一圖示表示用以分別彗差所致位置偏移與失真 所致位置偏移之測量圖樣，以解釋根據本發明另一實施例 之測量方法； 圖3 B為一圖示表示當掃描圖3 A所示之測量圖樣時，掃 描位置與訊號強度間之關係； 圖4為一圖示解釋彗差所致位置偏移與因焦闌所致之 位置偏移；與 圖5為一圖示表示根據本發明之測量設備組成。 〔符號說明〕 1 主尺 2 副尺（微圖樣） 3 副尺 101 雷射源（光投影裝置） 1 0 2 光接收部分 _ 1 0 3 光敏基板 1 04 光阻（光敏膜） 1 0 5 承載台

第13頁 圖式簡單說明 1 0 6 運算處理控制設備 1 0 7 位置控制設備

Claims (1)

1. 46 494·^ 六、申請專利範園 1. 一種失真測量方法，其特徵為包含該步驟： 形成一光罩，其至少包含：具有複數個大圖樣陣列 之第一繞射光閘圖樣（1 )與、具有複數個微圖樣陣列之第 二繞射光閘圖樣（2 )，依一既定間距與該第一繞射光閘圖 樣分隔’該複數個微圖樣以垂直於該第二繞射光閘圖樣之 排列方向，依一既定之間距排列； 經由一鏡片至少投影形成於光罩上之該第一與第二 繞射光閘圖樣至光敏基板上；且 測量包含該鏡片像差所致影像點位置偏移成分之失 真，利用具有可繞射波長之同調光掃描該光敏基板，並測 量該第一與第二繞射光閘圖樣間之間距》 2. 根據申請專利範圍第1項之失真測量方法，其中該第 一繞射光閘圖樣形成一主尺，且該第二繞射光閘圖樣形成 一副尺而平行於該主尺排列。 3. 根據申請專利範圍第1項之失真測量方法，其中 該形成步驟更包含：於光罩上形成一第三繞射光間 圖樣（3 )之該步驟，該第三繞射光閘圖樣（3 )具有複數個大 圖樣陣列，平行且依一既定間距與該第一繞射光閘圖樣分 隔； 該投影步驟包含：經由該鏡片投影形成於光罩上之 該第一、第二，與第三繞射光閘圖樣至該光敏基板上之該 步驟，與 該測量步驟包含：使用具有該可繞射波長之同調光 掃描該光敏基板，並測量該第一繞射光閘圖樣與該第二及

   第15頁 464946 六、申請專利範圍 第三繞射光閘 致該影像點位 4. 根據申請 成步驟包含形 罩上之該步驟 5. 根據申請 該形成 第二繞射光閘 影光學系統鏡 該投影 二繞射光閘圖 敏基板上；且 圖樣間之間距，藉以測量包含該鏡片像差所 置偏移成分之失真。 專利範圍第1項之失真測量方法，其中該形 成複數組之該第一與第二繞射光閘圖樣於光 〇 專利範圍第1項之失真測量方法，其中 步驟包含：該形成一包含至少一對該第一與 圖樣於初縮罩模版上之步驟，用以調整一投 片之像差； 步驟包含如下步驟：使用該具有該第一與第 樣之初縮罩模版，曝光與顯影該圖樣於該光 該 測 量 步 驟 包 含 如 下 步 驟 使 用 具 有 可 繞 射 波 長 之 lytiiM 同 調 光 依 垂 直 該 光 敏 基 板 上 形 成 之 第 一 與 第 二 繞 射 光 閘 圖 樣 之 排 列 方 向 掃 描 該 光敏 基 板 並 測 量 該 第 一 與 第 二 繞 射 光 閘 圖 樣 間 之 間 距 藉 以 測 量 包 含 該 投 影 光 學 系 統 鏡 片 像 差 所 致 影 像 點 位 置 偏 移 成 分 之 失 真 0 6. 根據申請專利範圍第5項之失真測量方法，其中 該曝光與顯影步驟包含如下步驟：於一預定之聚焦 條件下曝光該第一繞射光閘圖樣，並於一失焦之條件下曝 光第二繞射光閘圖樣 藉由測量該第 量聚焦與該投影光學 移的關係。 ，與 一與第二繞射光閘圖樣間之間距，測 系統鏡片之焦闌所致影像點之位置偏

   第16頁 4 6 4 9 4B 六、申請專利範圍 7. 一種失真測量設備，其特徵為包含： 放置（105)裝置，用以放置光敏基板’該光敏基板 上經由_鏡片轉移具有一包含複數個大圖樣陣列之第一繞 射光閘圖樣（1 )與，一具有複數個微圖樣且依一既定間距 與該第一繞射光閘圖樣分隔之第二繞射光閛圖樣（2)於其 上’該第一與第二繞射光閘圖樣係形成於一光罩上，且複 數個微圖樣以垂直該第二繞射光閘圖樣排列之方向，依一 既定間距排列； _ ,光投影裝置（1〇1)，用以投影具有可繞射波長之同 調光’至該轉移到該光敏基板上之該第一與第二繞射光閘 圖樣之間距； 光接收裝置（102)，用以接收從轉移到該光敏基板 上之該第一與第二繞射光閘圖樣之反射光；與 掃描控制裝置（1〇6，107) ’用以依垂直於該光敏基 板^之該第一與第二繞射光閘圖樣之排列方向，掃描該光 投影裝，之同調光，並測量該第一與第二繞射光閘圖樣之 間距，藉以測量包含該鏡片像差所致影像點位置偏移成分 之失真。 ^根，申請專利範圍第7項之失真測量設備，其中該第 —$射光閘圖樣形成一主尺，與該第二繞射光閘圖樣形成 9—副尺、平行於該主尺排列。 根據^凊專利範圍第7項之失真測量設備，其中： 該光罩更包含一第三繞射光閘圖樣（3)，其具有複 大圖樣陣列，平行且與該第一繞射光閘圖樣依一既定

   第17頁 46494s 六、申請專利範圍 間距分隔；且 該掃描控制裝置使用具有該可繞射波長之同調光， 來掃描具有該第一、第二與第三繞射光閘圖樣轉移於其上 之該光敏基板’並測量該第一繞射光閘圖樣與該第二與第 三繞射光閘圖樣間之間距，藉以測量包含該鏡片像差所致 該影像點位置偏移成分之失真。 10. 根據申請專利範圍第7項之失真測量設備，其中該光 罩上具有複數組的該第一與第二繞射光閘圖樣。 11. 根據申請專利範圍第7項之失真測量設備，其中 於初縮罩模版上形成有包含至少一組該第一與第二 繞射光閘圖樣的一圖樣，用以當作一投影光學系統鏡片之 像差調整； 使用該具有該第一與第二繞射光閘圖樣之初縮罩模 版’曝光並顯影該圖樣於該光敏基板上；與 該掃描控制裝置使用具有該可繞射波長之同調光’ 以垂直於該形成於該光敏基板上之該第一與第二繞射光閉 圖樣排列方向’掃描該光敏基板並測量該第一與第二繞射 光閘圖樣間之間距，藉以測量包含一該投影光學系統鏡片 像差所致該影像點位置偏移成分之失真。 12. 一種初縮罩模版’用以供作投影光學系統鏡片之像蓋 調整，其特徵為包含： 一第一繞射光閘圖樣（1 )，其具有複數的大圖樣陣 列；與 一第二繞射光閘圖樣（2)，具有複數的微圖樣陣

   第18頁 六、申請專利範圍 列，依一既定間距與該第一繞射光閘圖樣分隔，該複數個 微圖樣以垂直於該第二繞射光閘圖樣之排列方向，依一既 定間距排列。 13. 根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，其中第一繞 射光閘圖樣形成一主尺，且該第二繞射光閘圖樣形成一副 尺、並平行於該主尺排列。 14. 根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，更包含一第 三繞射光閘圖樣（3 )，其具有一複數的大圖樣陣列，平行 於且依一既定間距與該第一繞射光閘圖樣分隔。 15. 根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，其中各該第 一與第二繞射光閘圖樣，包含複數組的繞射光閘圖樣。 1 6,根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，其中 該微圖樣係一間隔線圖樣，且 該間隔線圖樣之間距係根據一實際裝置之内連接圖 樣之間距而設定。 1 7.根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，其中該第一 與第二繞射光閘圖樣間之間距，大於用以掃描之同調光波 長。 18..根據申請專利範圍第1 2項之初縮罩模版，其中包含第 一與第二繞射光閘圖樣的該圖樣係沿著供同調光掃描用之 第一方向、垂直於第一方向的第二方向、及介於第一方向 與第二方向間的多數方向而排列。

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