TWI383466B - An imprinting platform alignment and leveling measurement system - Google Patents

Description

一種壓印平台對準與調平的量測系統

本發明係關於一種壓印平台對準與調平的量測系統，特別是指一種簡便的角度量測與位移量測的方法，可量測X方向與Y方向的移位誤差，量測出角度誤差θ _X 、θ _Y 與θ _Z ，建立多自由度誤差量測系統。

高精密定位技術儀器的發展，不論是在精密機械、半導體產業、微(奈)米科技皆朝微小化、精密化與奈米級精度的方向前進，精密定位平台精度的要求也越來越高，在各大半導體所努力追求製造出更小線寬的晶片且需求量也逐漸增加，但傳統顯影技術由於過於複雜，造成微影製程設備成本跟隨著提高。但無論是步進掃描的系統或是奈米壓印的方式，及其相關對準與調平技術仍必須提升到10奈米尺寸之下的製程，所以相對也提高設備機台性能之需求，壓印動作時整體壓印深度均勻，亦即模仁與晶圓間之平行度(Parallelism)要佳；若壓印大面積時，平行度不良會造成壓印深度不一致及微結構與基板不平行，導致最終成品功能失敗，情況嚴重甚導致模仁與晶圓互相碰觸，造成模仁與晶圓的損毀，增加成本負擔；因此壓印過程中，模仁與晶圓的對準與調平系統亦是影響最後壓印結果是否能達到奈米級精度的重要指標。

目前高科技產品也都不斷的趨向於短、小、精、薄，尺寸 的精度也從微米級推向微奈米級，而加工中的品質與精度乃是產品中最主要的基本要求，精密的量測技術有助於我們對於整個產品品質及良率的提升，在目前奈米壓印製程要跨入半導體產業的製程標準裡，必須有目前光學微影製程有多道製程對準的能力，目前的光學微影製程有多道製程的對位能力；一般光學微影定位對準系統是藉由光罩上之對準圖案與基材之對準圖案配合而進行，在多層奈米壓印機台對位其檢測方式為運用光學成像將光源打在對位結構上，以CCD攝影機擷取光強分怖進行分析，但目前現在的對準調平技術，用CCD影像擷取出干涉條紋來進行比對對位，不但影像影處理的精度有限，無法有很高的精度，且價格也比較昂貴，因而大部份的奈米壓印機台之對準調平能力僅能達到微米程度，在半導體製程上之應用顯然能力不足。

本發明之一種壓印平台對準與調平的量測系統，用於壓印平台性能檢測系統，用以檢測壓印平台的系統誤差、定位誤差，同時也可以檢測壓印平台基板與模仁間的平行度誤差量加以補償，並設計其控制系統以提高系統之控制精度，此種方法可大大提升對準調平的精度，並節省大量費用。

本發明之目的即在於提供一種壓印平台對準與調平的量測系統，特別在於提供一種具有一壓印平台性能檢測系統，用以 檢測壓印平台的系統誤差、定位誤差，同時也可以檢測壓印平台基板與模仁間的平行度誤差量加以補償，並設計其控制系統以提高系統之控制精度，本發明可同時量測多由度誤差，量測精度高，成本也比原先之前技術更為符合經濟效益。

可達成上述發明目的之一種壓印平台對準與調平的量測系統，包括有：一量測平台，由第一相對側及第二相對側構成，供光源於第一及第二相對側垂直射出；一模板夾置平台，係與量測平台第一相對側維持一平行的相對位置，提供反射標記接收與反射光源；一晶圓夾置平台，係與量測平台第二相對側維持一平行的相對位置，提供反射標記接收與反射光源。

請一並參閱圖一至圖四，本發明所提供之一種壓印平台對準與調平的量測系統，主要包括有：量測平台1，由第一相對側11及第二相對側12構成，該量測平台1係提供光源於任一相對側垂直射出；至少一夾置平台，係與量測平台1維持一平行的相對位置，以提供反射標記21,22,23,24,31,32,33,34接收與反射光源。其中該夾置平台分別為模板夾置平台2或晶圓夾置平台3。

該模板夾置平台2或晶圓夾置平台3係面對相對側設有一 輪廓，該輪廓為三邊形或矩形，以提供該複數個反射標記21,22,23,24,31,32,33,34設置於輪廓的夾角位置；如圖一所示，該量測平台1係置放於模板夾置平台2與晶圓夾置平台3之間，該量測平台1分別於第一相對側11及第二相對側12的輪廓上各設有四光源，前述第一相對側11的光源分別為一光學讀取頭114(DVD光學讀取頭)入射光束至反射體115所產生的折射光束及三光學尺讀取頭111,112,113所產生的入射光束；前述第二相對側12的光源分別為一光學讀取頭124(DVD光學讀取頭)入射光束至反射體125所產生的折射光束及三光學尺讀取頭121,122,123所產生的入射光束。

其中該輪廓為三邊形時，該複數個光學尺讀取頭111,112,113,121,122,123係設置於三邊形輪廓的夾角位置。其中該輪廓為矩形，複數個光學尺讀取頭111,112,113,121,122,123與反射體115,125係設置於矩形輪廓的夾角位置，如圖二與圖三所示。其中該反射體115(125)係設置於輪廓的夾角位置，以提供該光學讀取頭114(124)入射光源經反射體115(125)折射至反射標記24(34)上，該反射體115(125)再接收反射標記24(34)反射回來的光束後產生反射光束進入光學讀取頭114(124)。

請參閱圖五與圖六，該模板夾置平台2係可用以夾置模板25，其上的反射標記21,22,23,24能垂直接收自量測平台1其 第一相對側11各光源所射出的光束；又如圖七與圖八所示，該晶圓夾置平台3係可用以夾置晶圓35，其上的反射標記31,32,33,34能垂直接收自量測平台1其第二相對側12各光源所射出的光束，其中該反射標記21,22,23,24,31,32,33,34主要為光柵結構，且該反射標記平行的刻線與相鄰的反射標記平行的刻線係呈相互垂直設置或相互水平設置；其中該反射標記21的刻線為X方向，該反射標記22的刻線為Y方向，該反射標記23的刻線為Y方向；其中該反射標記31的刻線為Y方向，該反射標記32的刻線為Y方向，該反射標記33的刻線為X方向。

本發明係利用光學尺讀取頭111,112(122,123)來讀取模板25(晶圓35)位移的變化，根據反射標記21,22(32,33)方向的不同可以量測出X方向與Y方向的移位誤差；當利用光學尺讀取頭112,113(121,122)來讀取模板25(晶圓35)位移的變化時，可再經由兩個方向相同的反射標記22,23(31,32)來讀取到位移值不同並可量測出θ _z 角度誤差；當該光學讀取頭114(124)直接射入模板夾置平台2或晶圓夾置平台3表面反射回來，可利用光學讀取頭114(124)其內部的各元件與感測器來接收光點位置的不同，依光點的位置變化，分別可量測出θ _x 與θ _y ，依上述所敘述之原理可發展出一套多自由度誤差量測系統。

如圖九所示，光學讀取頭114(124)內部各元件分別為一雷射光源1141從－X方向產生雷射光束A1，先通過1/4λ波片1142，再通過偏極分光鏡1143(PBS)產光反射光A2，然後經過一個准直透鏡1144將反射光A2做準直擴束後，反射光A2會打在反射體115，並以准直光束A3進入反射標記24上後產生反射光A4，再反射後的雷射光A5再次通過准直透鏡1144，雷射光A5再通過一次1/4λ波片1142後，再穿過偏極分光鏡1143在這邊會因為雷射光A5經過二次1/4λ波片1142故不會有分光效果出現，光將會照射在四象限感測器1145上。若准直光束A3入射至反射標記24的有角度誤差產生時，會造成零階繞射光的光路有所變化，進而改變雷射光A5入射至四象限感測器1145的位置，所得到的位置變化可轉化用來計算θ _x 與θ _y 偏擺角的誤差值，本架構即以此原理來做量測θ _x 與θ _y 。

本發明在量測開始需要先找出模板夾置平台2與晶圓夾置平台3上各反射標記21,22,23,31,32,33的中心點，所以需先將光學尺讀取頭111,112,113(121,122,123)依照反射標記21,22,23(31,32,33)方向的不同從反射標記最外側，沿著X方向與Y方向移動找出反射標記21,22,23(31,32,33)的中心點；在量測過程中主要利用分別架設於量測平台1上下光學尺讀取頭量111,112,113,121,122,123測出模板夾置平台2與晶圓夾置平台3之間的X、Y、θ _z 的訊號，在圖二與圖三中的反射 標記23,33是量測X方向，反射標記22,32是量測Y方向，在找出中心點後，把光學尺讀取頭112,113,122,123讀取到的訊號當作對位的基準點，當圖一的量測平台1的光學尺讀取頭111,112量測到模板夾置平台2上的反射標記21,22即可量測出θ _z ，如光學尺讀取頭111,112讀取到訊號為反射標記21,22中心點位置即量測平台1與模板夾置平台2部份對位完成無偏擺度θ _z ；反之，如二光學尺讀取頭111,112讀取到的訊號不是為中心點位置則有偏擺度θ _z 。同理，量測平台1與晶圓夾置平台3部份，光學尺讀取頭121,122量測到晶圓夾置平台3上反射標記31,32可量測出θ _z 。

藉上述利用光束進行偏擺角量測的方法，係由光源發射出光束射向反射體115,125並反射至模板夾置平台2上的反射標記21,22,23,24及晶圓夾置平台3上的反射標記31,32,33,34，再經模板夾置平台2上的反射標記24及晶圓夾置平台3上的反射標記34各自將光束反射向反射體115,125，最後光束經由反射體115,125反射回光源內，經由光源讀取接收反射回來之光束，即可得知模板25或晶圓35相對於量測平台1是否對位完成，若並未對位完成，則光源會有一讀取量測出之偏擺角的誤差值。利用上述方法即可經由量測出之偏擺角的誤差直對模板25及晶圓35相對於量測平台1進行對位調整，以至模板25或晶圓35相對於量測平台1對位完成。

本發明所提供之一種壓印平台對準與調平的量測系統架構，與前述其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：

1.建立多自由度誤差量測，提高系統之控制精度，亦可大大提升對準調平的精度。

2.系統設備取得容易，更為符合經濟效益。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

1‧‧‧量測平台

11‧‧‧第一相對側

111~113‧‧‧光學尺讀取頭

114‧‧‧光學讀取頭

1141‧‧‧雷射光源

1142‧‧‧1/4 λ波片

1143‧‧‧偏極分光鏡

1144‧‧‧准直透鏡

1145‧‧‧四象限感測器

115‧‧‧反射體

12‧‧‧第二相對側

121~123‧‧‧光學尺讀取頭

124‧‧‧光學讀取頭

125‧‧‧反射體

2‧‧‧模板夾置平台

21~24‧‧‧反射標記

25‧‧‧模板

3‧‧‧晶圓夾置平台

31~34‧‧‧反射標記

35‧‧‧晶圓

A1‧‧‧雷射光束

A2‧‧‧反射光

A3‧‧‧准直光束

A4‧‧‧反射光

A5‧‧‧雷射光

圖一為本發明之系統裝置示意圖。

圖二為本發明之對準與調平量測模板動作示意圖。

圖三為本發明之對準與調平量測晶圓動作示意圖。

圖四為本發明之對準與調平量測晶圓動作另一視角示意圖。

圖五為本發明之模板夾置平台夾置模板前示意圖。

圖六為本發明之模板夾置平台夾置模板後示意圖。

圖七為本發明之晶圓夾置平台夾置晶圓前示意圖。

圖八為本發明之晶圓夾置平台夾置晶圓後示意圖。

圖九為本發明之光源進行對準與調平量測動作示意圖。

1‧‧‧量測平台

11‧‧‧第一相對側

111~113‧‧‧光學尺讀取頭

114‧‧‧光學讀取頭

115‧‧‧反射體

124‧‧‧光學讀取頭

2‧‧‧模板夾置平台

3‧‧‧晶圓夾置平台

31~34‧‧‧反射標記

35‧‧‧晶圓

Claims (19)

1. 一種壓印平台對準與調平的量測系統，包括：量測平台，係置放於模板夾置平台與晶圓夾置平台之間，該量測平台分別於第一相對側及第二相對側的輪廓上各設有四光源，前述第一相對側的光源分別為一光學讀取頭入射光束至反射體所產生的折射光束及三光學尺讀取頭所產生的入射光束；前述第二相對側的光源分別為一光學讀取頭入射光束至反射體所產生的折射光束及三光學尺讀取頭所產生的入射光束；夾置平台，係與量測平台維持一平行的相對位置，以提供反射標記接收與反射光源。
2. 如申請專利範圍第1 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該相對側進而包括複數個光學尺讀取頭，其提供入射光束進入反射標記，並再接收反射標記反射回來的光束。
3. 如申請專利範圍第2 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該複數個光學尺讀取頭係沿著一輪廓設置於相對側。
4. 如申請專利範圍第3 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該輪廓為三邊形，該複數個光學尺讀取頭係設置於三邊形輪廓的夾角位置。
5. 如申請專利範圍第3 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該輪廓為矩形，該複數個光學尺讀取頭係設置於矩形輪廓的夾角位置。
6. 如申請專利範圍第1 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該相對側進而包括至少一反射體，亦接收光源後產生折射光束進入反射標記。
7. 如申請專利範圍第1 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該相對側進而包括含有一反射體的光學讀取頭，該光學讀取頭提供光源入射光束經反射體進入反射標記，該反射體再接收反射標記反射回來的光束後產生反射光束進入光學讀取頭。
8. 如申請專利範圍第7 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該反射體係沿著一輪廓設置於相對側，以提供該光學讀取頭入射光源進入反射體。
9. 如申請專利範圍第8 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該輪廓為矩形，該反射體係設置於矩形輪廓的夾角位置。
10. 如申請專利範圍第6 或7 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該光源主要為DVD光學讀取頭，該光源提供光束入射至反射體，並經反射體反射該光束進入反射標記。
11. 一種壓印平台對準與調平的量測系統，包括：一量測平台，係置放於模板夾置平台與晶圓夾置平台之間，該量測平台分別於第一相對側及第二相對側的輪廓上各設有四光源，前述第一相對側的光源分別為一光學讀取頭入射光束至反射體所產生的折射光束及三光學尺讀取頭所產生的入射光束；前述第二相對側的光源分別為一光學讀取頭入射光束至反射體所產生的折射光束及三光學尺讀取頭所產生的入射光束；一模板夾置平台，係與量測平台第一相對側維持一平行的相對位置，提供反射標記接收與反射光源；一晶圓夾置平台，係與量測平台第二相對側維持一平行的相對位置，提供反射標記接收與反射光源。
12. 如申請專利範圍第11 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該第一相對側進而包括一光學讀取頭與至少一光學尺讀取頭入射光束進入模板夾置平台上的反射標記，並再接收反射標記反射回來的光束。
13. 如申請專利範圍第11 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該第二相對側進而包括一光學讀取頭與至少一光學尺讀取頭入射光束進入晶圓夾置平台的反射標記，並再接收反射標記反射回來的光束。
14. 如申請專利範圍第12 或13 項之一種壓印平台對準與調平 的量測系統，其中該反射標記主要為光柵結構，且該反射標記與相鄰的反射標記係呈相互垂直設置。
15. 如申請專利範圍第12 或13 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該反射標記主要為光柵結構，且該反射標記與相鄰的反射標記係呈相互水平設置。
16. 如申請專利範圍第12 或13 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該光學讀取頭入射光束的反射標記與該光學尺讀取頭入射光束的反射標記係設置於矩形輪廓的夾角位置。
17. 如申請專利範圍第11 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該第一相對側或該第二相對側進而包括至少一光學讀取頭入射光束進入反射體，及至少一反射體接收光束後產生反射光束進入反射標記。
18. 如申請專利範圍第11 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該第一相對側或該第二相對側進而包括至少一光學讀取頭入射光束進入反射體，該反射體接收光束後反射該光束進入反射標記，而該反射標記接收光束後所產生反射光束進入反射體與光學讀取頭。
19. 如申請專利範圍第17 或18 項之一種壓印平台對準與調平的量測系統，其中該第一或第二相對側的複數個光學尺讀取頭與該反射體係設置於矩形輪廓的夾角位置。