TWI403859B - 曝光設備及半導體裝置製造方法 - Google Patents

Description

曝光設備及半導體裝置製造方法

本發明係關於曝光設備及半導體裝置製造方法。

經由投影光學系統將繪製在光罩(掩膜)上的電路圖案投射且轉移至例如晶圓上之投影曝光設備，習知上已被利用來使用光微影術(印刷)製造半導體裝置。因為此曝光設備被要求以預定放大(縮小比)將光罩上的圖案精確地轉移至晶圓，使用具有良好成像性能及小像差之投影光學系統係重要的。

近年來，隨著半導體裝置的微圖案化之更加進步程式，具有超過光學系統的一般成像性能的最小線寬之圖案已成為經常被轉移，且因此，所轉移圖案對於光學系統的像差變敏感。使其需要在rms值上將投影光學系統的剩餘像差的容許量抑制到10mλ或更小。

在此情況下，甚至當投影光學系統的像差被保證時，小至數mλ之像差量可能隨著時間而改變。為克服此問題，其被要求在將該投影光學系統安裝(內建)於曝光設備時(亦即，在隨時可使用於曝光時)而量測投影光學系統的光學性能(特別是波前像差)。

為符合此要求，已建議設有諸如點繞射干涉計(PDI)、線繞射干涉計(LDI)及橫向剪切干涉計的干涉計之曝光設備，其中每一干涉計係使用來量測投影光學系統的波前像差。日本專利先行公開案第2005-244126、2006-073697及2006-108597號中所揭示之此些曝光設備。

眾所周知之曝光設備的成像性能亦取決於照明光學系統所形成的有效光源分佈。例如，如果複數曝光設備使用不同有效光源分佈，它們甚至當相同光罩被曝光時而形成具有不同線寬的圖案。為克服此問題，亦要求量測曝光設備上的照明光學系統所形成之有效光源分佈。有效光源分佈可藉由接收光束來量測，該光束自具有數微米至數十微米的直徑之針孔PH而射出，且係藉由配置在如圖10所示的晶圓載台之感知器LS經由投影光學系統PS插在照明光學系統及投影光學系統PS之間。圖10係用於解說量測有效光源分佈的習知機構之示意圖。

亦要求在使用於實際曝光的光罩曝光之照明條件下於照亮光罩之時而量測投影光學系統的光瞳面上的光分佈，亦即，被光罩圖案所繞射之光的分佈(繞射光分佈)。量測整個光罩表面上之繞射光分佈使其可能高準確地預測由於曝光熱之投影光學系統的像差之改變。

不幸地是，當(基板)量測圖案及分別量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈專用之感知器係安裝(配置)在晶圓載台上時，晶圓載台上的重量增加，導致載台性能的減小及載台尺寸的增加。再者，當大量感知器係配置在晶圓載台上時，此些感知器所產生的熱被累積並作用在晶圓載台上，導致載台性能進一步減小。

本發明提供可量測複數諸如波前像差、有效光源分佈、及繞射光分佈的光學性能之曝光設備，而不會減小載台性能及增加載台尺寸。

依據本發明的一個形態提供一種曝光設備，包含：投影光學系統，其配置成將光罩的圖案投射至基板上；載台，其配置用於移動該基板；及感知器單元，其係設置在該載台上且配置用於接收已通過該投影光學系統之光，該感知器單元包括：孔徑板，其係配置用於量測不同光學性能，以及複數具有不同形狀或不同尺寸之孔徑圖案係形成在該孔徑板上，及光電轉換裝置，其配置用於光電地轉換來自該複數孔徑圖案之光束。

依據本發明的另一個形態提供一種曝光設備，包含：照明光學系統，其配置成以來自光源的光束而照亮光罩；投影光學系統，其配置成將該光罩的圖案投影至藉由載台所支承之基板上；及感知器單元包括：孔徑板，其係配置在該載台上，以及配置用於傳輸來自該投影光學系統的光束之孔徑圖案係形成在該孔徑板上，及光電轉換裝置，其係配置在該載台上且配置成自該孔徑圖案光電地轉換光束，其中來自該光電轉換裝置的輸出係依據該投影光學系統的波前像差、該照明光學系統所形成的有效光源分佈、3該光罩的該圖案所產生的繞射光分佈、及該投影光學系統的光瞳透射分佈被量測之例子來切換。

依據本發明的另一個形態，提供半導體裝置製造方法，其包含使用上述曝光設備使基板曝光及實施用於基板曝光的顯影處理的步驟。

自示範性實施例的以下說明並參照附圖，本發明的其它特徵將更為清楚。

以下將參照附圖說明本發明的較佳實施例。相同參考號碼代表所有圖示中的相同構件，且將不做其重複說明。

圖1係顯示依據本發明的一個形態之曝光設備1的配置之簡要方塊圖。於此實施例中，曝光設備1係藉由步進重複方式將光罩20的圖案轉移入晶圓40之投影曝光設備。然而，曝光設備1可採用步進重複方式或其他曝光方式。

曝光設備1包括：照明設備10、用於支承光罩20之光罩載台25、投影光學系統30、用於支承晶圓40之晶圓載台45、調整單元50、控制單元60、及量測單元70。

照明設備10包括光源12及照明光學系統14，且照亮其上形成有將轉移的電路圖案之光罩20。

光源12例如為準分子雷射，諸如具有約248nm的波長之KrF準分子雷射或具有約193nm的波長之ArF準分子雷射。然而，光源12不特別受限於準分子雷射，且可例如為具有約157nm的波長之F₂ 雷射。

照明光學系統14以來自光源12的光束來照亮光罩20。

光罩20具有電路圖案，且係藉由光罩載台25來支承及驅動。光罩20所產生之繞射光係經由投影光學系統30而投射至晶圓40。因為曝光設備1係步進重複方式，其藉由掃瞄光罩20及晶圓40而將光罩20的圖案投影至晶圓40。

光罩載台25支承光罩20及光罩側量測基板71，且使用它們來驅動(例如線性馬達)。光罩載台25可交換地將光罩20及光罩側量測基板71插置於投影光學系統30的物體面上。更特別地，光罩載台25在藉由曝光轉移光罩20的圖案時而將光罩20插置於投影光學系統30的物體面上，同時光罩20在量測投影光學系統30的波前像差時將光罩側量測基板71插置於投影光學系統30的物體面上。

投影光學系統30將光罩20的圖案投影至晶圓40。投影光學系統30可以是折光系統、折射反射系統或反射系統。

晶圓40係其上投射(轉移)有光罩20的圖案之基板。然而，玻璃板或其它基板可取代晶圓40。晶圓40係以光阻所塗佈。

晶圓載台45支承晶圓40及量測單元700，且使用例如線性馬達來驅動它們。晶圓載台45可交換地將晶圓40及量測單元700插置於投影光學系統30的影像面上。更特別地，晶圓載台45在藉由曝光轉移光罩20的圖案時而將晶圓40插置於投影光學系統30的影像面上，同時晶圓40在量測投影光學系統30的波前像差時將量測單元700插置於投影光學系統30的影像面上。

調整單元50在控制單元60的控制下調整照明光學系統14及投影光學系統30的至少一者。調整單元50至少具有調整(校正)照明光學系統14所形成的有效光源分佈的功能、及調整(校正)投影光學系統30的波前像差的功能。例如，調整單元50藉由驅動投影光學系統30的光學元件於垂直至光軸的方向來調整投影光學系統30的球面像差。調整單元50亦藉由驅動投影光學系統30的光學元件於垂直至光軸的方向或使其相對於光軸傾斜來調整投影光學系統30的彗形像差。調整單元50亦藉由驅動照明光學系統14的光學元件或改變光闌或繞射光學元件來調整(校正)有效光源分佈。

控制單元60包括CPU及記憶體(未顯示)，且控制曝光設備1的操作。於此實施例，控制單元60基於量測單元70所獲得的量測結果(將後述)來控制調整單元50。例如，使用量測單元70所獲得之波前像差量測結果，控制單元60控制調整單元50以使投影光學系統30的波前像差最佳化。使用量測單元70所獲得之繞射光分佈量測結果，控制單元60亦可控制調整單元50以預測由於曝光之投影光學系統30的像差改變，以及於曝光期間校正像差改變。即使當投影光學系統30的像差由於曝光而改變時，這係可能在一直校正像差時於最佳狀態繼續曝光。使用量測單元70所獲得之有效光源分佈量測結果，控制單元60亦控制調整單元50以使照明光學系統14所形成之有效光源分佈最佳化。例如，如果有效光源分佈具有雙極形狀，曝光中的焦點的深度及類似物可藉由校正兩個極間的偏離而最佳化。控制單元60亦藉由量測單元70來控制與光學性能(例如，波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈)相關之操作。例如，控制單元60實施用於量測諸如投影光學系統30的波前像差之光學性能之計算處理(基於來自光電轉換裝置740的輸出之計算處理)、及光電轉換裝置740的控制(例如，輸出切換)。

量測單元70具有量測投影光學系統30、照明光學系統14所形成的有效光源分佈、光罩20的圖案所產生的繞射光分佈及投影光學系統30的光瞳透射分佈的至少一者的功能。於此實施例，量測單元70包括光罩側量測基板71及量測單元700。

光罩側量測基板71係配置在光罩載台25上，且例如具有使用於量測投影光學系統30的波前像差之孔徑圖案。而後將詳細說明光罩側量測基板71的孔徑圖案以及量測投影光學系統30的有效光源分佈的方法。

量測單元700係配置在晶圓載台45上，且包括晶圓側量測基板720、光電轉換裝置740及遮蔽板760。如而後所述。晶圓側量測基板720具有複數其具有不同形狀及面積之孔徑圖案，諸如矩形孔徑圖案及圓形孔徑圖案。這些孔徑圖案係使用來量測，例如，投影光學系統30的有效光源分佈、照明光學系統14所形成的有效光源分佈、光罩20的圖案所產生的繞射光分佈及投影光學系統30的光瞳透射分佈。波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈、光瞳透射分佈及類似資料可藉由光電轉換裝置740接收已通過孔徑圖案的光束來量測。遮蔽板760係插在投影光學系統30及晶圓側量測基板720之間，且可被驅動於垂直至光軸之方向。當波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈、光瞳透射分佈及類似資料的一者被量測時，遮蔽板760防止已通過投影光學系統30的光束進入未使用於該量測之任何孔徑圖案。

在此將詳述晶圓側量測基板720及光電轉換裝置740。圖2係顯示晶圓側量測基板720及光電轉換裝置740的配置之示意圖。晶圓側量測基板720具有一對不同寬度的狹縫721(狹縫721A及721B)作為使用於量測波前像差之孔徑圖案。晶圓側量測基板720亦具有約10μm至90μm直徑的針孔722作為使用於量測有效光源分佈之孔徑圖案。晶圓側量測基板720亦具有約10μm至90μm長度的狹縫723作為使用於量測繞射光分佈的孔徑圖案。該等對狹縫721、針孔722及狹縫723係相鄰形成在約10μm至900μm的距離。以此配置，僅一光電轉換裝置740可接收自該對狹縫721、針孔722及狹縫723射出之光束。

假設晶圓側量測基板720的厚度係1mm，晶圓側量測基板720的折射率係1.56，且自晶圓側量測基板720的孔徑圖案表面的距離至光電轉換裝置740係2.5mm，則具有0.9的NA之光束在光電轉換裝置740上具有7.6mm的直徑Φ。亦假設狹縫721、針孔722及狹縫723其本身排成一線，且此些相鄰孔徑圖案間的間隔係0.5mm。於此例中，進入光電轉換裝置740之光束落在具有8.6mm的長軸及7.6mm的短軸之橢圓的範圍內，以及其中自狹縫721、針孔722、及狹縫723射出之光束在光電轉換裝置740上的有效直徑ED1、ED2、ED3相互重疊。為此理由，當光轉換裝置740包括具有大到足以圍繞該橢圓的面積之光接收表面742，其可接收自該等對狹縫721、針孔722及狹縫723射出之所有NA光束。更特別地，光電轉換裝置740包括具有8.6mm×7.6mm尺寸或更大的光接收表面742之CCD。因此，複數光學性能，諸如波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈，可僅使用一晶圓側量測基板720及一光電轉換裝置740來量測。且，投影光學系統30的光瞳透射分佈可使用有效光源分佈為已知的σ1照明模式及使用於量測有效光源分佈的針孔722來量測。

以下將解說量測投影光學系統30的波前像差、照明光學系統14所形成的有效光源分佈、光罩20的圖案所產生的繞射光分佈、及投影光學系統30的光瞳透射分佈的方法。

首先將解說量測投影光學系統30的波前像差的方法。圖3係用於解說使用量測單元70來量測波前像差的方法之示意圖。圖3中不會解說波前像差量測中未使用之構件及組件元件。

量測投影光學系統30的波前像差，光罩側量測基板71，更特別地是，光罩側量測基板71的一對狹縫711(狹縫711A及711B)係插置於投影光學系統30的物體面上。狹縫711A具有等於或小於投影光學系統30在物體面側上的解析極限(亦即，等於或小於繞射極限)之寬度(狹縫寬度)。假設na為投影光學系統30在物體面側上的數值孔徑以及λ為波長，狹縫711A的寬度d較佳地滿足d≦0.61×λ/na。狹縫711B可具有如狹縫711A的寬度之相同寬度，或可具有寬於狹縫711A的寬度之寬度。狹縫711A及711B係相鄰形成使得它們落在投影光學系統30在兩狹縫間具有相同像差之所謂同平面區內。

當狹縫711A及711B係以來自照明設備10的光而照亮時，於狹縫711A的寬度方向無波前像差之光分量自狹縫711A射出。如果狹縫711B具有寬於狹縫711A的寬度之寬度，具有受照明設備10(照明光學系統14)的像差影響的波前之光分量自狹縫711B射出。

在通過投影光學系統30時，自狹縫711A及711B射出之光分量在投影光學系統30的像差的影響下來在其波前上，且將狹縫711A及711B的影像形成在投影光學系統30的影像面上。

晶圓側量測基板720的該對狹縫721係插置於投影光學系統30的影像物面。在此時，遮蔽板760遮蔽未使用於量測投影光學系統30的波前像差之針孔722及狹縫723。該對狹縫721係形成於(配置於)晶圓側量測基板720使得狹縫721A係設在狹縫711A的影像位置，且狹縫721B係設在狹縫711B的影像位置上。狹縫721B具有等於或小於投影光學系統30在影像面側上的解析極限(亦即，等於或小於繞射極限)之寬度(狹縫寬度)。假設NA為投影光學系統30在影像面側上的數值孔徑以及λ為波長，狹縫721B的寬度D較佳地滿足D≦0.61×λ/NA。狹縫721A具有足夠大於投影光學系統30的解析極限之寬度。狹縫721A的寬度較佳地為狹縫721B的寬度約10倍到100倍。

已形成影像在狹縫721B上的光分量具有受投影光學系統30的像差所影響之波前(且依照狹縫711B的寬度受照明設備10的像差影響)。然而，當光分量通過狹縫721B時，於狹縫721B的寬度方向不具像差之波前自狹縫721B射出。另一方面，已形成影像在狹縫721A上之光分量具有僅受投影光學系統30於狹縫721A的寬度方向的像差所影響之波前。狹縫721A的寬度係大到足以使僅受投影光學系統30的像差所影響的波前不活動地射出。

來自狹縫721A及721B的光分量相互干擾以形成干擾圖案(干擾帶)。當光電轉換裝置740的光接收表面742檢測干擾圖案時，投影光學系統30於狹縫的寬度方向的波前像差可被量測。投影光學系統30於垂直於狹縫的寬度方向的方向的波前像差可使用一對延伸於垂直於狹縫711A及711B延伸的方向之方向之狹縫及一對延伸於垂直於狹縫721A及721B延伸的方向的方向之狹縫。

藉由以下方式來量測投影光學系統30於所有方向的波前像差亦是可能的，亦即，取代形成一對狹縫在此些面的每一者上，而是形成一對具有不同面積的針孔在物體及投影光學系統30的影像面上的每一者，且設定一對針孔的直徑等於上述狹縫寬度。於此例中，光罩側量測基板71及晶圓側量測基板720的每一者具有一對針孔。一對狹縫的使用或光罩側量測基板71及晶圓側量測基板720的每一者的針孔容許量測投影光學系統30的波前像差。

接著將解說量測照明光學系統14所形成之有效光源分佈的方法。圖4係用於解說使用量測單元70而量測有效光源分佈的方法之示意圖。圖4中不會解說有效光源分佈量測中未使用的構件及組件元件。

量測有效光源分佈時，晶圓側量測基板720的針孔722係插置在投影光學系統30的影像面上。此時，遮蔽板760遮蔽未使用於量測有效光源分佈之該對狹縫721及723。

當經由照明光學系統14及投影光學系統30以具有大於針孔722的直徑的直徑之光來照亮晶圓側量測基板720，已通過針孔722之光進入光電轉換裝置740的光接收表面742。

如上述，晶圓側量測基板720的針孔722係與光電轉換裝置740的光接收表面742間隔開約2.5mm。反射照明光學系統14所形成之有效光源分佈(的形狀)之強度分佈係依據針孔相機的原理來投射光接收表面742。注意到，因為光接收表面742係自投影光學系統30的影像面散焦，光電轉換裝置740的光接收表面742未與投影光學系統30的光瞳面共軛。因此，自投射至光電轉換裝置740的光接收表面742之強度分佈來計算照明光學系統14的有效光源分佈(光瞳面上的強度分佈)，以下計算處理係需要的。

假設自針孔722射出之光束的中央射線進入光電轉換裝置740的光接收表面742之位置為零，以及假設L為自針孔722至光電轉換裝置740的光接收表面742之距離。則，自針孔722以角度θ射出之光達到光電轉換裝置740的光接收表面742上之L×θ的位置。

光學系統的光瞳面上之座標位置可由sinθ來界定。換言之，光瞳面上之強度分佈資料可藉由將依據tanθ座標系統所獲得之光電轉換裝置740的光接收表面742上之強度分佈資料轉換成依據sinθ座標系統的強度分佈資料來計算。所轉換強度分佈資料代表照明光學系統14的有效光源分佈。

以此方式，晶圓側量測基板720的針孔722的使用容許量測照明光學系統14所形成之有效光源分佈。如圖5所示，光電轉換裝置740的光接收表面742可設定藉由將插置具有在晶圓側量測基板720及光電轉換裝置740之間的正電力之光學系統(光瞳成像光學系統)780而與投影光學系統30的光瞳面共軛。此免除將依據tanθ座標系統的強度分佈轉換成依據sinθ座標系統的強度分佈所作計算之需要。且，因為量測時間縮短且計算誤差被抑制免於產生，量測準確性凱善。當光學系統780中包括至少一凸透鏡時，這亦可能減小自晶圓側量測基板720射出之光束的發散角度以及光電轉換裝置740的光接收表面742上之光束的有效直徑。使其可能縮小光電轉換裝置740的光接收表面742(亦即，獲得光電轉換裝置740的縮小)，因此窄化晶圓載台45上配置光電轉換裝置740(量測單元700)之區。注意到，圖5係顯示插置在晶圓側量測基板720及光電轉換裝置740之間的光學系統780之示意圖。

接著，將解說量測光罩20的圖案所產生之繞射光分佈的方法。圖6係用於解說使用量測單元70來量測繞射光分佈的方法之示意圖。圖6中不會解說繞射光分佈量測中未使用之構件及組件元件。

當使用於實際曝光的光罩20係插置於投影光學系統30的物體面上且在實際被曝光的照明條件下而照亮時，繞射光係依據光罩20的圖案而產生且進入投影光學系統30。當此發生時，依據該照明條件之強度分佈(有效光源分佈)及來自光罩20的繞射光，亦即，繞射光分佈DLD係產生在投影光學系統30的光瞳面上。有鑑於此，實際曝光中之投影光學系統30的光瞳面上之強度分佈不是均勻，然而依據照明條件及光罩20的圖案而採取各種形式。

雖然已知投影光學系統30的像差由於例如曝光熱的產生而改變，取決於繞射光分佈DLD，存在有屬於曝光熱的局部強影響之部份及屬於曝光熱的小影響之部份。因此，由於曝光熱之投影光學系統30的像差改變依照繞射光分佈DLD而改變。量測繞射光分佈DLD使其可能於實際曝光期間準確地(精確地)預測投影光學系統30的像差改變。

因為光罩20的圖案具有不同光學特性之區，繞射光分佈DLD的精確量測需要其在整個曝光表面上(光罩20的整個表面)之量測。通常，晶圓40上之步進重複方式的曝光設備立即曝光之最大面積係非常大到26mm×33mm。如果配置在晶圓載台45上之光電轉換裝置740可立即接收自大面積區的區射出之所有光束，這係可能量測整個曝光表面上之繞射光分佈DLD。然而，因為光電轉換裝置740需要具有邊長約50mm的方形光接收表面742，此方式係不切實際。

為克服此情況，此實施例將晶圓側量測基板720的狹縫723插入投影光學系統30的影像面上，且藉由光電轉換裝置740接收已通過狹縫723之光束。此時，遮蔽板760遮蔽未使用於量測繞射光分佈DLD之該對狹縫721及723。注意到，狹縫723於垂直至掃瞄方向的方向具有約0.5mm至1mm的尺寸，且於平行於掃瞄方向的方向具有10μm至90μm的尺寸。

更特別地，晶圓載台45被驅動使得狹縫723係定位在曝光設備1的固定曝光面積的左端。置放光罩20之光罩載台25然後被驅動使得光罩20在想要照明條件下照亮的同時被掃瞄。於光罩20的掃瞄期間，光電轉換裝置740的光接收表面742接收自狹縫723射出之光束而無需驅動狹縫723。例如，假設狹縫723於垂直至掃瞄方向的方向的尺寸係1mm，及光罩20於掃瞄方向的曝光區的尺寸係33mm(當光罩20上的曝光區的尺寸被轉換成晶圓40上的曝光區的尺寸)。於此例，光電轉換裝置740藉由掃瞄光罩20一次之依據1mm×33mm的區中之繞射光分佈DLD來獲得強度分佈。狹縫723向右移動1mm，及光電轉換裝置740的光接收表面742在掃瞄光罩20的同時接收自狹縫723射出之光束。藉由將在移動狹縫723之前所獲得之強度分佈加至在移動狹縫723之後所獲得之強度分佈，這係可能依據2mm×33mm的區中之繞射光分佈DLD而獲得強度分佈。因此，藉由重複狹縫723於垂直於掃瞄方向的方向的移動及來自狹縫723之光束的重複，其係可能依據曝光區(光罩20)的整個表面上之繞射光分佈DLD而獲得強度分佈。注意到，光電轉換裝置740的光接收表面742於繞射光分佈量測中亦未與投影光學系統30的光瞳面共軛。為了在投影光學系統30的光瞳面上將光電轉換裝置740所量測之強度分佈轉換成繞射光分佈，自tanθ座標系統至sinθ座標系統之轉換於有效光源分佈量測中係需要的。

以此方式，晶圓側量測基板720的狹縫723的使用容許量測光罩20的圖案所產生之繞射光分佈。

量測單元70亦可量測投影光學系統30的光瞳透射分佈。更特別地，晶圓側量測基板720的針孔722係插置投影光學系統30的影像面上，且針孔722係以已知光瞳強度分佈之σ1照明模式來照亮。藉由光電轉換裝置740接收來自針孔722的光束所獲得之強度分佈的座標系統係自tanθ座標系統轉換成sinθ座標系統。照明光學系統14的光瞳面上之強度分佈除以所轉換強度分佈。使其可能量測投影光學系統30的光瞳透射分佈。

於此實施例，用於分別量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈之孔徑圖案係形成在晶圓側量測基板720上以相互鄰接。使其可能僅使用一晶圓側量測基板720及一光電轉換裝置740來量測複數光學性能，諸如波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈。

雖然晶圓側量測基板720具有分別量測波前像差、有效光源分佈、及繞射光分佈專用之孔徑圖案，其可具有用於量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈之共用孔徑圖案，如圖7所示。圖7係顯示晶圓側量測基板720A具有一對針孔724(針孔724A及724B)作為用於量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈的共同孔徑圖案的配置之示意圖。

於量測投影光學系統30的波前像差時，晶圓側量測基板720A，更特別地，晶圓側量測基板720A的該對針孔724(針孔724A及724B)係插至投影光學系統30的影像面上。針孔(第一針孔)724A在物體面側上具有等於或小於投影光學系統30的解析極限之直徑，且較佳地具有等於或小於0.61×λ/NA之直徑，其中NA係投影光學系統30在影像面上的數值孔徑，且λ係波長。針孔(第二針孔)724B具有約10μm至90μm的直徑。

光罩側量測基板71的一對針孔係插在投影光學系統30的物體面上。該對針孔的至少一者具有等於或小於投影光學系統30在物體面側上的解析極限之直徑，且較佳地具有等於或小於0.61×λ/na之直徑，其中na係投影光學系統30在物體面側上的數值孔徑，且λ係波長。另一針孔可具有等於或小於投影光學系統30在物體面側上的解析極限之直徑，或可具有大於投影光學系統30在物體面側上的解析極限之直徑。

以此方式，光罩側量測基板71的該對針孔及晶圓側量測基板720A的該對針孔724(針孔724A及724B)的使用容許量測投影光學系統30的波前像差。

於量測有效光源分佈時，針孔724B係經由照明光學系統14及投影光學系統30而照亮，同時遮蔽板760遮蔽晶圓側量測基板720A的針孔724A。以此操作，有效光源分佈可藉由如上述的相同機構來量測。

繞射光分佈可藉由如上述的相同機構而使用晶圓側量測基板720A的針孔724B來量測。晶圓側量測基板720A的針孔724A的直徑係小於晶圓側量測基板720的狹縫723的長度。為此理由，光罩20的整個表面上的繞射光分佈的量測於垂直至掃瞄方向的方向中需要針孔724A的相當大量的移動次數，此可能導致長的量測時間。然而，雖然光罩20的整個表面上之精確繞射光分佈未被量測，繞射光分佈可自正常一者來量測而無需改變移動次數。

光瞳透射分佈可藉由如上述的相同機構而使用晶圓側量測基板720A的針孔724B來量測。

以此方式中，藉由形成兩個不同直徑(尺寸)的圓形孔徑圖案在晶圓側量測基板720A上，波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈可無需形成在其專用孔徑圖案來量測。

考慮到對孔徑圖案的污染或損壞，通常將預先孔徑圖案形成在晶圓側量測基板720上，用於量測例如波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈。圖8係顯示具有複數對針孔724(針孔724A及724B)之晶圓側量測基板720B的配置之示意圖，針孔724係相同於圖7所示的晶圓側量測基板720A的針孔。

波前像差係藉由如上述的相同機構而使用該複數對針孔724的一者來量測。有效光源分佈係使用針孔724的針孔724B來量測。

繞射光分佈係使用形成於晶圓側量測基板720B之所有針孔724來量測。例如，考慮到四對針孔724之例子係形成於L1×L2的區。如果尺寸L1及L2係0.5mm，光電轉換裝置740的光接收表面742可(立即)接收自所有針孔724B射出之光束。此容許幾乎等效於當使用0.5-mm方形孔徑圖案時之量測。因此，相較於使用僅形成有狹縫723的晶圓側量測基板720之例子，這是可能使可藉由一掃瞄量測之區變寬，且因此減少針孔724B的移動次數。

這亦可能形成繞射格柵圖案725在晶圓側量測基板720上，如圖9所示。於此例中，投影光學系統30的波前像差係使用剪向干涉方式來量測。注意到，圖9係用於解說使用量測單元70來量測波前像差的方法之示意圖。

更特別地，光罩側量測基板71，且更特別地，光罩側量測基板71的針孔713係插在投影光學系統30的物體面上。針孔713具有等於或小於投影光學系統30在物體面側上的解析極限(亦即，等於或小於繞射極限)之直徑。不具像差之光束自針孔713射出且進入投影光學系統30。

晶圓側量測基板720的繞射格柵圖案725係插在投影光學系統30的影像面側上。遮蔽板760遮蔽未使用於量測投影光學系統30的波前像差之針孔722及狹縫723。繞射格柵圖案725係設定在自投影光學系統30的影像面所散焦之位置。自投影光學系統30射出之光束係藉由繞射格柵圖案725分成例如兩個或更多光束，且進入光電轉換裝置740的光接收表面742。干涉圖案因此係形成在光電轉換裝置740的光接收表面742。干涉圖案係藉由剪切橫向的單波前而產生，且代表藉由剪切某一方向的單波前所產生的兩個波前間的差異。波前像差可藉由積分剪切單波前的方向之干涉圖案來計算。

於量測有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈時，晶圓側量測基板720的針孔722或狹縫723係插在投影光學系統30的影像面上，如上述。當晶圓側量測基板720的繞射格柵圖案725係無散焦地插至投影光學系統30的影像面上，這亦可能使用繞射格柵圖案725的孔徑來量測有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈。

於此實施例，光電轉換裝置740的量測規格可依據量測的波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈、及光瞳透射分佈的例子予以最佳化(亦即，自光電轉換裝置740的輸出可被切換)。光電轉換裝置740的量測規格包括，例如，將使用(劃分數量)之像素的數量、累積時間、輸出增益及色調的數量。

光瞳劃分數量可依據量測的波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈的例子來改變。例如，在使用具有1000×1000像素的光接收表面742之光電轉換裝置740來量測，光電轉換裝置740係使用作為1000×1000像素的光電轉換裝置以量測更高階像差分量。

有效光源分佈、繞射光分佈或類似性能通常可藉由200×200像素(劃分數量)而充份地量測。於此例，有效光源分佈或繞射光分佈可自光接收表面742的像素藉由貯存(選擇)5×5像素作為一像素來量測。換言之，1000×1000像素的光電轉換裝置740係使用作為200×200像素的光電轉換裝置。

當藉由貯存5×5像素(亦即總共25像素)作為一像素來實施量測時，一貯存像素所接收之光束量增加至在貯存前的光束量25倍。如果光具有相同能量，光電轉換裝置740可在貯存像素時檢測較弱的光分量。這亦可能藉由利用貯存增加每一像素的光接收量之事實來縮短光電轉換裝置740的累積時間，因此縮短量測時間。3再者，因為貯存減小自光電轉換裝置740讀出之資訊的量，亦可縮短讀出時間及轉換時間。使其可能於相同期間內縮短量測時間或實施複數測量次數。貯存光接收表面742的一些像素亦使其可能抑制由於光電轉換裝置740之熱產生，使得其在光電轉換裝置740的量測性能之不利影響可被抑制。以此方式，這係可能依據量測目標而貯存光電轉換裝置740的光接收表面742的一些像素而縮短量測時間且改善複數測量次數之複製性。

以下將解說累積時間。於使用KrF準分子雷射或ArF準分子雷射作為光源之曝光設備，光源係脈波放射雷射。改變光電轉換裝置740的累積時間使其可能改變進入光電轉換裝置740之脈波的數量。KrF準分子雷射及ArF準分子雷射各顯示每一脈波些微小於約數%至10%之光量變化。如果累積脈波的數量係不足，光電轉換裝置740可產生具有光量變化之影像。光量變化的容許度依據量測目標而改變。光電轉換裝置740的累積時間係以下述方式依據量測目標來設定。亦即，如果光量變化將被抑制，光電轉換裝置740的累積時間將設為長，而，如果量測目標對於光量變化係不靈敏，將該光量變化設為短。

接著將解說輸出增益。輸出增益在此所指的是，電放大來自光電轉換裝置740之電信號。當增加(增加電放大)輸出增益時，亦不利地放大雜訊。另一方面，甚至當來自光電轉換裝置740的電信號係相對地弱時(亦即，光量係相對地小)之輸出增益有利地容許。有鑑於此，當低雜訊量測係需要時，將輸出增益設為小，而，當低雜訊量測係不需要時，將該輸出增益設為大。使其可能縮短光電轉換裝置740的累積時間，因此縮短量測時間。

最後將解說色調的數量。量測所需之色調的最佳數量係依據量測目標來決定。例如，約512個色調足以量測如於光瞳透射分佈約1%的光量之變化，而需要約4092個色調來量測如於有效光源分佈之約0.1%的光量之變化。雖然滿足所有量測目標之色調的數量可被設定，不需要的資訊依照量測目標而增加，導致轉換來自光電轉換裝置740的影像所使用之時間或處理時間的延長。為此理由，較佳地色調的數量係依據量測目標予以最佳化改變。

以此方式，依據量測光學性能之例子，可藉由貯存將使用於量測的像素或改變累積時間、增益、及色調的數量一直在其最佳量測條件下來量測波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈。

藉由將用於分別量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈之孔徑圖案形成在晶圓側量測基板720上，這係可能僅使用光電轉換裝置740來量測諸如波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈之複數光學性能。藉由改善孔徑圖案，可排除形成專用於分別量測波前像差、有效光源分佈及繞射光分佈的孔徑圖案之需要。在此，量測單元70可量測諸如波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及光瞳透射分佈之複數光學性能，而不會減小性能及增加晶圓載台45的尺寸。

曝光時，光源12所射出之光束經由照明光學系統14來照亮光罩20。反射光罩20的圖案之光分量經由投影光學系統30而將影像形成在晶圓40上。曝光設備1的波前像差、有效光源分佈、繞射光分佈及類似性能係基於量測單元70所獲得的量測結果而最佳化地調整。因為用於驅動晶圓40之晶圓載台45保持優質性能，光罩20及晶圓40可以高準確度來校準，且可於掃瞄曝光中以高準確度來驅動。因此，曝光設備1可提供具有高產量、高品質及良好經濟效率之裝置(例如，半導體裝置、LCD裝置、影像感知裝置(例如，CCD)及薄膜磁頭)。此些裝置係藉由使用曝光設備1使塗佈有光阻(光敏劑)之基板(例如，晶圓或玻璃板)曝光的步驟來製造、使所曝光基板顯影的步驟、及其它已知步驟。

雖然已參照示範性實施例說明本發明，將瞭解到，本發明未受限所揭示的示範性實施例。以下請求項的範圍將符合最寬的詮釋以包含所有此種修改及等效結構與功能。

ED2．．．有效直徑

ED3．．．有效直徑

ED1．．．有效直徑

λ．．．波長

D．．．寬度

DLD．．．繞射光分佈

Φ．．．直徑

na．．．數值孔徑

θ．．．角度

L．．．距離

PDI．．．點繞射干涉計

LDI．．．線繞射干涉計

PH．．．針孔

PS．．．投影光學系統

LS．．．感知器

1．．．曝光設備

10．．．照明設備

12．．．光源

14．．．照明光學系統

20．．．光罩

25．．．光罩載台

30．．．投影光學系統

40．．．晶圓

45．．．晶圓載台

50．．．調整單元

60．．．控制單元

70．．．量測單元

71．．．光罩側量測基板

700．．．量測單元

711．．．狹縫

711A．．．狹縫

711B．．．狹縫

713．．．針孔

720．．．晶圓側量測基板

720A．．．晶圓側量測基板

720B．．．晶圓側量測基板

721．．．狹縫

721A．．．狹縫

721B．．．狹縫

722．．．針孔

723．．．狹縫

724．．．針孔

724A．．．針孔

724B．．．針孔

725．．．繞射格柵圖案

740．．．光電轉換裝置

742．．．光接收表面

760．．．遮蔽板

780．．．光學系統

圖1係顯示依據本發明的一個形態之曝光設備的簡要方塊圖。

圖2係顯示圖1所示的曝光設備中之感知器單元的晶圓側量測基板及光電轉換裝置的配置之示意圖。

圖3係用於解說使用圖1所示之曝光設備的量測單元來量測波前像差的方法之示意圖。

圖4係用於解說使用圖1所示之曝光設備的量測單元而量測有效光源分佈的方法之示意圖。

圖5係顯示插置於圖1所示之曝光設備的量測單元中之晶圓側量測基板及光電轉換裝置之間的光學系統之示意圖。

圖6係用於解說使用圖1所示之曝光設備的量測單元來量測繞射光分佈的方法之示意圖。

圖7係顯示圖1所示的曝光設備中之感知器單元的晶圓側量測基板的配置之示意圖。

圖8係顯示圖1所示的曝光設備中之感知器單元的晶圓側量測基板的配置之示意圖。

圖9係用於解說使用圖1所示之曝光設備的量測單元來量測波前像差的方法之示意圖。

圖10係用於解說有效光源分佈量測的習知機構之示意圖。

1．．．曝光設備

10．．．照明設備

12．．．光源

14．．．照明光學系統

20．．．光罩

25．．．光罩載台

30．．．投影光學系統

40．．．晶圓

45．．．晶圓載台

50．．．調整單元

60．．．控制單元

70．．．量測單元

71．．．光罩側量測基板

700．．．量測單元

720．．．晶圓側量測基板

740．．．光電轉換裝置

760．．．遮蔽板

Claims (11)

1. 一種曝光設備，包含：投影光學系統，其配置成將光罩的圖案投影至基板上；照明光學系統，其配置成照明該光罩；載台，其配置用於移動該基板；及感知器單元，其係設置在該載台上且配置用於接收已通過該投影光學系統之光，該感知器單元包括：孔徑板，其係配置用於量測不同光學性能，以及複數具有不同形狀或不同尺寸之孔徑圖案係形成在該孔徑板上，及光電轉換裝置，其配置用於光電地轉換已通過該複數孔徑圖案之至少一者之光，其中該複數孔徑圖案包含：第一孔徑圖案，其配置成量測該投影光學系統的像差；第二孔徑圖案，其配置成量測：(1)有效光源分佈，其形成於該照明光學系統的光瞳面上，(2)繞射光分佈，其由該光罩的該圖案所產生且形成於該投影光學系統的光瞳面上，(3)該投影光學系統的光瞳透射分佈，或(4)(1)、(2)、及(3)中的全部或部分的組合，以及 第三孔徑圖案，其配置成量測(1)、(2)、(3)或(4)，其中配置該第三孔徑圖案所量測的分佈(或數個分佈)係不同於配置該第二孔徑圖案所量測的分佈(或數個分佈)，且其中該曝光設備進一步包含控制單元，其配置成執行一計算，該計算係基於已通過各個孔徑圖案(或數個孔徑圖案的各者)而被該光電轉換裝置光電地轉換的光，分別計算配置該第二孔徑圖案及配置該第三孔徑圖案所量測的該等分佈之一或二者。
2. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，其中該第二孔徑圖案係由一個孔徑所形成，且利用已通過該一個孔徑而被該光電轉換裝置光電地轉換的光束來計算該有效光源分佈、該繞射光分佈、及該光瞳透射分佈中之至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，其中該第一孔徑圖案包括一對狹縫，其具有不同寬度且係配置用於量測該投影光學系統的像差，且該第二孔徑圖案係一狹縫，其配置用於量測該繞射光分佈。
4. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，其中係利用已通過該一個孔徑的圖案的光來計算該有效光源分佈、該繞射光分佈或該光瞳透射分佈中的至少一者，該光係被該光電轉換裝置光電地轉換且無其它光的干擾。
5. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，其中該第二孔徑圖案係配置用於量測該有效光源分佈及該光瞳透射分佈兩者。
6. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，其中：該第一孔徑圖案及該第二孔徑圖案包括矩形孔徑圖案及圓形孔徑圖案，該矩形孔徑圖案及該圓形孔徑圖案係設定成，使得自該矩形孔徑圖案射出的光束在該光電轉換裝置上之有效直徑重疊自該圓形孔徑圖案射出的光束在該光電轉換裝置上之有效直徑，及該光電轉換裝置具有大到足以界定至少自該矩形孔徑圖案射出的光束在該光電轉換裝置上之該有效直徑、及自該圓形孔徑圖案射出的光束在該光電轉換裝置之該有效直徑的面積。
7. 如申請專利範圍第2項之曝光設備，其中，該光電轉換裝置包括複數像素，及該複數像素中將使用的像素、該等像素的累積時間、輸出增益、及色調的數量係依據該投影光學系統的該像差、有效光源分佈、繞射光分佈、及該投影光學系統的光瞳透射分佈被量測之情況而改變。
8. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，另包含：調整單元，其配置用於調整該投影光學系統及照亮該光罩的照明光學系統的至少一者；及控制單元，其配置成基於該計算來控制該調整單元。
9. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，其中係藉由將已通過該第二孔徑圖案的光的光電轉換資料轉換至sinθ座標系統來計算該有效光源分佈、該繞射光分佈或該光 瞳透射分佈中的至少一者。
10. 如申請專利範圍第1項之曝光設備，其中該第一孔徑圖案、該第二孔徑圖案及該第三孔徑圖案係配置成使從各孔徑圖案射出的光束重疊於該感知器單元的該光電轉換裝置上，及其中，更包含光遮蔽構件，其配置成使光進入該第一孔徑圖案、該第二孔徑圖案及該第三孔徑圖案之中的一個孔徑圖案，且防止光進入其它兩個孔徑圖案。
11. 一種半導體裝置製造方法，包含以下步驟：使用依據申請專利範圍第1至10項中任一項的曝光設備使基板曝光；及實施用於所曝光基板之顯影處理。