TW479156B - Lithographic projection apparatus, method of controlling the position of a moveable table in a lithographic projection apparatus, integrated circuits device manufacturing method, and integrated circuits device made by the manufacturing method - Google Patents

Description

479156 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明關於一種伺服控制法及裝置。更明確地說，本發明 關於此等方法及裝置對一微影投影裝置之應用，該微影投 影裝置包含： -一照射系統，其用以供應一輻射投影束； -一可動光罩檯，其具備一光罩支架以支承一光罩，且其 與光罩定位裝置連接； -一可動基體檯，其具備一基體支架以支承一基體，且其 與基體檯定位裝置連接； -一投影系統，其用以將光罩之一輻照部分映照在基體之 標的部分上。 微影投影裝置舉例來說能用在積體電路（ICs)之製造中。 在此種案例中，光罩（標線）可含有相當於積體電路一單獨層 之電路圖案，然後此圖案能映照在已塗佈一層光敏材料（抗 蝕劑）之基體（矽晶圓）標的區（晶粒）上。一般而言，一單一 晶圓會含有完整之相鄰晶粒網絡，該等晶粒一次一個地接 續經過標線輻照。在某一型微影投影裝置中，每一晶粒藉 由在單次行程中將整個標線圖案曝光在晶粒上之方式受輻 照；此種裝置通常稱為晶圓步進器（wafer stepper)。在另一 種一般稱為步進掃描（step-and-scan)之裝置中，藉由在投 射光束下以一給定參考方向（掃描方向）逐漸掃過標線圖案同 時同步以平行或平行反向於該掃描方向掃動晶圓檯而使每 一晶粒受輻照，一般而言，該投影系統會有一放大因子Μ ( 通常Μ < 1)，晶圓檯之掃描速度v會是標線檯掃描速度之M 倍。在此二型裝置中，在每一晶粒映照於晶圓上之後，該 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝

線 479156 A7 B7 五、發明説明（2 ) 晶圓檯能''跳躍（stepped) 〃至一新位置以進行下一晶粒之 映照。更多.關於此處所述微影裝置之資訊能自世界專利申 請案WO97/33205號和W096/38764號中得知。 直到最近此類裝置為含有單一光罩檯及單一基體檯。但現 在已有具備至少兩個獨立可動基體檯之機器；例如世界專 利申請案W098/28665號和WO98/40791號中所述之多層裝置 。此種多層裝置背後之基本運作原理為：當一第一基體檯 位在投影系統下方以對位在該檯上之一第一基體曝光時， 一第二基體檯能移至一裝載位置，取出已曝光基體，拾取 一新基體，在該新基體上進行一些初始對準測量，然後待 命到該第一基體曝光完成時即將該新基體送到該投影系統 下方之曝光位置，然後在此重複循環進行；依據此方式， 有可能實質增加機器生產量，如此會改善擁有該機器之成 本問題。 現行微影裝置之微影輻射通常為波長365毫微米、248毫微 米或193毫微米之紫外光。但，現今半導體業的設計標準持 續縮小使得對新輻射類型之需求日益增加。在不遠的將來 中的候選輻射類型包括波長為157毫微米或126毫微米之紫外 光，以及遠紫外光（EUV)和粒子束（如離子束或電子束）。 在微影投影裝置中，必須於多次曝光作業中完全以極高精 度控制晶圓檯和標線檯。這些平臺的振動通常源自於樓板 振動、間接踏步力量、環境聲響或噪音。此等振動降低曝 -光的成像品質；但，倘若停下系統運作以待每次曝光間的 振動消散則會使生產量大幅降低。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂

線 B7 五、發明説明（3 ) 平板印刷微影裝置有-特別重要特徵為習稱之重疊準確度

Wlaypreeis_)。在—典型投影程序中，基體之每一標 :邵分會在接續輻照期内受到多次曝光。這些曝光通常會 ^成有圖案層（例如在積體電路各半導體層内之電路圖案）， XI些均必須要相互精確重4。重㈣確度代表這等重疊可 複I之精度’且通常是在耄微米層級。來自各種振動源的 ㈣會傳遞到光罩檯和晶圓|，此對達成要求重疊精度有 著非常不利的效果。 在此應了解到，儘管要偵測到前述振動的存在相當容易， 但要識別並消弭振動源則要花費相當大的功夫。 本發明之一目的為解決此問題。明確地說，本發明之一目 的為提出一種如開頭所述遭遇減小與振動有關定位誤差問 題之裝置。 以上及其他目的依據本發明在一種如開頭所述之微影投影 裝置内達成，該裝置更包含一撓性導管載架，該撓性導管 載架將至少一第一可動檯連接至該檯外之一框架，其特徵 在於： _ 一力量感測器，其用以測量該導管載架施加於該第一檯 之力量並產生代表該力量之一力量信號；及 -一運動控制器，其回應該办量信號產生控制信號以使連 接於該第一檯之定位裝置對該檯施加補償力。 文中所述、、導管載架（conduit carrier)’’ 一辭意指、、膊帶式 管線（umbillical cord)"，其通常將至少一可動檯連接至外 部框架（例如測量框架），且其承載例如電線、信號載體、空 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 479156 A7 ,. —_ B7 五、發明説明（4 ) 氣管（例如用以對該可動檯内空氣軸承供應空氣）、冷卻管等 物件。該光罩檯及/或基體檯可以此方式連接至一外部框架 ;因此，本文所用、、第一檯（first table) ” 一辭涵蓋光罩檯和 基體檯。 在引領本發明之實驗中，發明人對一受測微影裝置作檢測 ’並集中注意力在該裝置之可達成重疊準確度。雖然所測 得準確度以現今半導體業的標準而言相當令人滿意，但對 預期中未來將引用之標準（投影波長縮短且圖樣尺寸持續縮 小）而了並不夠好。因此，發明人尋求改進可達成重疊度之 方法。在多次實驗後，最終發現基體檯與外界間之導管載 架為檯子振動的重要來源。此現象原先以重新設計導管載 架之方式作嘗試（不同材料、不同尺寸、不同樣式等），但這 些方式的結果令人相當失望。最後，在了解到此等現象無 法以重新設計方式排除之後，發明人採取另一種觀點··以 測量並補償的方式取代去除。此觀點造就本發明。 本發明亦提出一種控制微影投影裝置内可動檯位置之方法 ，在該裝置有一撓性導管載架將該可動檯連接至一外部框 架，該方法包含以下步驟： -測量該導管載架施加於該可動檯之力量； -產生代表要施加於該可動檯之補償力的控制信號；及 -回應該控制信號對該可動檯施加補償力，藉此抵銷該導 管載架施加於該可動檯之力量的效果。 本發明所提出之前授控制能藉由大致補償因導管載架存在 及運動所造成之振動效果的方式對一可動檯（例如晶圓檯）的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 479156 A7 B7 五、發明説明（5 ) 定位精度有實質改良，特別是定位的可重複性。 在利用依據本發明之微影投影裝置的製程中，一光罩内的 圖案映照在一基體上，該基體受一層對能量敏感的材料（抗 蝕劑）覆蓋。在此映照步驟之前該機體可能經過多樣處理， 例如打底（priming)、塗佈光阻及低溫烘烤。在曝光之後， 該基體可能經過其他處理，例如曝光後烘烤（PEB)、顯影、 高溫烘烤以及映照圖樣之測量/檢視。此系列處理過程係作 為在一裝置如積體電路單層上形成圖案之基礎。此等有圖 案層隨後可能經過多樣處理，例如蝕刻、離子殖入（摻雜）、 金屬化處理、氧化處理、化學-機械拋光等，這些均是要對 一單層作完成處理。倘若需要多層，則整個過程或是修改 後過程必須對每一新層重複進行。最後會在基體（晶圓）上出 現裝置陣列。這些裝置隨後例如以切粒或劃片技術分離， 然後各單一裝置能安裝於一載體上、連接至插腳等。關於 這些程序的更多資訊例如可參照Peter van Zant所著'' Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing〃，麥格羅·希爾出版公司出版，1997年第三版， ISBN 0-07-067250-4。 雖然本文中對依據本發明之裝置的用途以製造積體電路為 參考，但應了解到此等裝置有著許多其他可行用途。舉例 來說，其有可能應用在整合光學系統的製造、磁疇記憶體 的引導及偵測圖案、液晶顯示面板、薄膜磁頭等。習於 -相關技藝者會了解到本文所用''標線〃、 ''晶圓〃或 ''晶 粒〃等辭於該等它種應用中會以''光罩〃、A基體〃和'' -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 發明説明 標的區〃等較一般性辭句替代。 以下參照範例實施例及圖式為本發明作說明，圖式中： 圖1為一依據本發明之微影投影裝置； 圖2為-微影投影裝置内應用到本發明之相關組件； 圖3為力量感測器之一可能安裝方式的局部放大剖面圖 圖4為一依據本發明之控制系統的方塊圖。 圖式中相同參考符號代表相同零件。 立JtA考符號矣 1 10 11 12 16 16a 17 18 18a/b 19 20 Fx Fy IF IN LA MA MT Vx Vy W WSx 明所使用微影投影裝置之相關元件 ΐ認石 13 X電動機 ^5 , π 14 電動機 了勤日3圓杈（卡盤） 15 Υ2啻舍r據 導管載架（集線板或臍帶式管線） ’

21a 21b C CO EX X向運動控制器 Y向運動控制器 標的區 聚光器 輻射束造型光學件 托架 負荷感測器 接線盒 向力量之輸出信號 位移及量測裝置 Μ! 光罩記號1 積累器 μ2 光罩記號2 光源 ΡΒ 輕射投影束 光罩 Pi 基體記號1 可動光罩檯 P2 基體記號2 代表X方向力量之電位信號 代表Υ方向力量之電位信號 基體 X電動機之晶圓檯控制信號 Υ1電動機之晶圓檯控制信號 Υ2電動機之晶圓檯控制信號 負荷放大器 測量框架 步進控制器 代表X方 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4规格(210 X 297公釐) 479156 A7 ----------- Β7 五、發明説明（7 ) "~~ WT 可動基體檯（晶圓檯） 實施例一 圖1簡略繪出一依據本發明之微影投影裝置。該裝置包含 -一照射系統L A、E X、IN、C 0 ,其提供一輻射投影束 PB (例如紫外光或遠紫外光、電子或離子）； _ 一可動光罩檯（標線檯）MT，其具備一光罩支架以支承 一光罩（標線）M A，且其連接至光罩檯定位裝！pM以 相對於物件P L精確對位該光罩； _ 一可動基體檯（晶圓檯）WT，其具備一基體支架以支承 一基體W(例如有光阻塗層之矽晶圓），且其連接至基體 檯定位裝置PW以相對於物件PL精確定位該基體； -一投影系統PL (例如一折射式或反射折射式系統、一反 射鏡組或場偏轉器陣列），其用以將光罩ΜA之一輕照 部分映照在基體W之一標的部分c (晶粒）上。為求簡化 ，物件PL可稱為、、透鏡（ienes)〃 。 定位裝置PM和PW在圖1中並未明確描述，其例如為圖2所 示及貫施例二所述類型。如本文所述，該微影投影裝置為 透射性’亦即其具有一透射性標線及純粹折射透鏡；但， 舉例來說，該裝置亦可（至少局部）為反射性。 该照射系統包含一光源L A (例如一水銀燈或準分子雷射， 一运糸外光源如圍繞一粒子加速器之粒子束路徑的波盪器 ，或是一電子槍或離子槍），該光源產生一輻射束。此輻射 束沿各光學組件（例如輻射束造型光學件Ex、積累器IN及 -10 _ 本紙張尺度適财0國家鮮(CNS) A4規格(21GX297公爱)' --- 479156 A7

479156 A7 B7

求重®精度具有決定性效果。本發明能減輕此問題，例如 實施例二中所述。 實施例二 圖2為應用本發明之步進式微影投影裝置相關組件的簡圖 。如圖2所示，一花崗岩1 〇為可動晶圓檯（、、卡盤）丨2提供 支撐，薇晶圓檯支撐支撐將由該微影裝置曝光之晶圓丨i。 卡盤1 2在運作時係漂浮在花崗岩丨〇之一空氣軸承上，且能 由排列成Η形的二個直線電動機將其定位在該裝置的投影透 鏡下方。X電動機13控制卡盤12在又方向内的位置，而γι 電動機14和Υ2電動機15分別可沿與X軸大致正交之 Υ2軸獨立移動以對卡盤12在¥方向和旋轉向度（Rz)作定位 。此等電動機1 3、1 4和1 5例如以勞倫茲力為基礎且依據既 定原理運作，且各電動機包含·· -一長條軌道（定子），其具備永磁性磁區之、、人字形 (herringbone)’’ 圖案；及 ••一可動、、疊件（dder)〃，其具備一磁場線圈系統且能回 應穿過磁場線圈通過之電流沿該軌道滑動。 用以使卡盤12至少在X、γ和内微調定位之短衝程致動 器位在卡盤12與花崗岩1〇間，且在圖2中並未清楚顯示。 一導管載架（、'集線板夕或、、臍帶式管線，，）i 6將卡盤i 2 連接至安裝於測量框架1 9上的接線盒1 8。集線板1 6提供壓 縮空氣、冷卻劑、電源線和信號線等使用之導管。在卡盤 1 2相對於花崗岩i 〇移動時，集線板丨6彎摺或張開以符合其 運動。 -12- 本紙張尺度適用中@ g|家標準(CNS) A4規格(21Q χ 297公着) 479156

經發明人判斷頻率範圍為4至丨8赫茲之最麻煩振動係為集 線板16在卡盤12每次移動後移至新位置時產生。因此在卡 盤1 2上與集線板1 6連接處提供一力量感測器（、、力量感測裝 置）或負荷感測器1 7，且利用其輸出經由直線電動機丨3、 14和15產生施予卡盤12之補償力。力量感測器之輸出信號 由集線板1 6内的同軸境線傳送。

裝 所〃、i得力量大小端視實際用法而定，特別是集線板1 6的 尺寸和形狀。在此實施例中，該力量感測器應能對頻率範 圍在1至5 0赫茲内以i 〇毫牛頓的精度偵測出〇 ·丨至2 〇牛頓的 力量。本發明可用之力量感測器有一合適案例為瑞士幻州以 Instrument AG所製造的Quartz感測器ref 9251A ;此感測器亦 能測量繞Z軸之旋轉力，但此頻道在某些用法中可能不需要 。其他適於本發明之感測器例如ATI Industdal Aut〇mati⑽公 訂

線 司的Delta 330/30型感測器以及J&M公司的FGp雙向微力變 換器。 如圖3所示，力量感測器17直接栓接在卡盤12和夾住集線 板16末端之托架16a之間。依此方式，力量感測器17能對集 線板施加於卡盤12的力量給出一直接讀數。感測器總成 之極高機械勁度能對施加於安裝螺栓上部及負荷感測器上 部之力量作出極精確測量（以如圖3所示之概念）。 用以產生控制信號之控制系統以方塊圖形式繪於圖4中。 分別代表力量感測器丨7所測得X方向和丫方向力量之輸出 信號Fx和Fy供與位在接線盒18内之負荷放大器心和⑽， 如圖2所示。倘若該力量感測器如本案例所示為壓電式，則 -13-

479156 A7 B7 五、發明説明（μ 輸出信號會是電荷信號，且其在負荷放大器18a和18b轉換為 電位信號Vx和Vy。負荷放大器18a和18b裝置在接線盒18内 以使感測器導線所拾取之電子噪音效應減至最小，同時避 免在卡盤1 2上放置任何非必要重量。該控制系統之其他部 分可安置在更遠離晶圓檯的地方。 X向和Y向運動控制器21 a和21b接收電位信號Vx和Vy並 產生要施加於卡盤12之適當補償運動。步進控制器20將這 些信號與關於卡盤1 2其他期望運動之其他控制信號結合， 且結合後晶圓檯控制信號WSx、WSyl和WSy2輸出至直線 電動機13、14和15。在對控制器21a和21b之輸入内提供例 如極限值為3 0赫茲之低通濾波器，藉此排除任何可能因電 子噪音而非實際物理運動產生之較高頻分量。 經以本發明進行的試驗顯示其能降低最大、、D γ誤差，，， 此伏差代表晶圓能回到相同位置以進行多次曝光之精度。 若未施行本發明，以三片晶圓在一測試裝置内進行之參考 樣本顯示在產率相當於每小時8 8片晶圓生產量之情況下的 DY誤差為19.2至24.9毫微米。施行本發明後則最大DY誤差 縮減至12.4至13·5毫微米。 如圖所示，該力量感測器僅偵測X方向和γ方向内的力量 ;但亦可具備測量繞Ζ軸之旋轉力（Rz力）之感測器。若有必 要’彳于在運動控制器21 a和21 b或步進控制器2 0内進行X - γ _ Rz座標系統與χ_Υ1-Υ2座標系統變換。 本發明實施例利用單一感測器測量X方向和γ方向内之力 量。另一種選擇為具備獨立感測器。三軸上之力量相似地 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(210X297公釐）

裝 訂

k 479156 A7

可用獨ϋ的二個X、γ和Rz感測器或χ、γ丨和γ2感測器 量。 。圖2所不配置特別適於作為一微影投影裝置内之（局部）晶 圓平堂。在使用透射性標線之標線平臺案例中，卡盤丨2和 化岡岩1 0會含有一適當孔隙以讓投影輻射穿過此平臺透射（ 自照射系統至投影系統）。在應用於一步進器如標線平臺時 ’。-般而言不需要電動機13、14和15，因為卡盤12的短衝 私運動大致已足夠。另一方面，在步進-掃描型裝置中，電 動機1 4和1 5對Y万向（掃描方向）内的長衝程致動而言就已 足夠，長衝程電動機13通常即不需要（因為僅會需要乂向之 短衝程致動）。 -15-

Claims (1)

1. ….—種微影投影裝置，其包括·· -一照射系統，其用以供應一輻射投影束； -一可動光罩檯，其具備一光罩支架以支承一光罩， 且其與光罩定位裝置連接； "一可動基體檯，其具備一基體支架以支承一基體， 且其與基體檯定位裝置連接； -一投影系統，其用以將光罩之一輻照部分映照在基 體之一標的部分上； -一撓性導管載架，其將至少一第一可動檯連接至一 外部框架， •其特徵在於： -一力量感測器，其用以測量該導管載架施加於該第 一檯之力量並產生代表該力量之一力量信號；及 運動制裔·’其回應該力量信號產生控制信號以 使連接於該第一檯之定位裝置對該檯施加補償力。 2 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一檯可沿至少 二移動軸移動，且該力量感測器適於偵測作用於至少二 力量軸之力量。 3·如申請專利範圍第2項之裝置，其中該二力量軸為大致 正交。 4. 如申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其更包含一低通 滤波器以對該力量感測器輸出之力量信號作低^波。 5. 如中請專利範圍第4項之裝置，其中該低^波器之界 限頻率為20至40赫茲。 -16-

   申請專利範 6，.如以上申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其中該力量 感測器為壓電式感測器，其更包含至少一負荷放大器以 將該力量感測器所輸出作為該力量信號之一電荷信號轉 換為一電位信號。 7 ·如申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其中該導管載架 包含以下管路之至少其中之一：壓縮空氣供應管路，冷 卻劑供應管路，電力供應管路，控制信號管路，及感測 器信號管路。 8 .如申請專利範圍第1、2或3項之裝置，其更包含一托架 以將該導管載架之一端安裝於該第一檯，且其中該力量 感測器為安裝於該托架與第一楼之間。 9 · 一種控制微影投影裝置内之一可動檯位置的方法，其中 該裝置有一撓性導管載架將該可動檯連接至一外部框架 ，該方法包含以下步騾： -測量該導管載架施加於該可動檯之力量； -產生代表要施加於該可動檯之補償力的控制信號； 及 •回應该技·制信號對該可動檯施加補償力，藉此抵銷 該導管載架施加於該可動檯之力量的效果。 1 0 .如申請專利範圍第9項之方法，其中施加於該可動檯之 力量係以至少二大致正交方向作測量。 11. 一種積體電路裝置製造方法，其包含以下步驟： -提供一基體，其至少局部受一層對幅射敏感材料； -提供一光罩，其含有一圖案； -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

   '利用一輕射投影束以將該光罩圖案之至少局部映照 在該層對輕射敏感材料之一標的區上， 藉此該機體和光罩至少其中之一由一可動物件檯支承 ’該可動物件檯連接至定位裝置且亦經由一撓性導管載 架連接至一外部框架， 其特徵在於： -一力量感測器，其用以測量該導管載架施加於該物 件檯之力量並產生代表該力量之一力量信號；及 -一運動控制器，其回應該力量信號產生控制信號以 使該定位裝置對該物件檯施加補償力。 • 一種積體電路裝置，其利用如申請專利範圍第n項之 方法所製成。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）