TWI408330B - 位置偵測器、位置偵測方法、曝光設備及裝置製造方法 - Google Patents

Description

位置偵測器、位置偵測方法、曝光設備及裝置製造方法

本發明係關於位置偵測器、位置偵測方法、曝光設、及裝置製造方法。

將說明圖9中所示的半導體裝置製造曝光設備中的位置偵測器的先前技術。

首先，晶圓台12移至可以觀測晶圓W上的標誌WM之位置。標誌WM的圖案(登記圖案)由來自標誌照明系統2的光束照明，標誌照明系統2經由成像光學系統4及分光器3以施加非曝照光。在圖2中，a顯示登記圖案的實施例。由登記圖案反射的光束再度抵達分光器3。光束經過成像光學系統6而由分光器3反射以在影像感測單元6的影像感測表面上形成登記圖案的影像。影像感測單元6將登記圖案的影像光電地轉換。類比/數位(A/D)轉換單元7將登記圖案的影像轉換成二維數位訊號串。邊緣位置擷取單元8使二維數位訊號串在X及Y方向上微分並擷取例如圖2的b中的十字等具有高微分值的座標作為樣板特徵點的候選點。樣板特徵點產生單元9從擷取的候選點選取如圖2的c中所示之空間上均勻分佈的樣板特徵點。選取的樣板特徵點儲存於樣板儲存單元10中，以及，在標誌位置測量時由比對單元11呼叫以用於樣板比對處理。

上述傳統的位置偵測器對於從登記圖案中偵測樣板特徵點、將它們登記、及執行登記樣板的比對處理以測量對齊標誌之設備是有效的。但是，登記圖案以外的不同的圖案可能存在於晶圓W上，且它們之中的某些圖案類似登記圖案。如同日本專利公開號2003-338455中所揭示般，假使預先知道待偵測之標誌的形狀，則也可以考慮標誌的非邊緣部份而產生防止類似圖案的錯誤偵測之樣板。即使以傳統的位置偵測器來決定樣板特徵點，仍然可能偵測到不是待偵測的標誌之圖案。

本發明的目的是提供位置偵測器，即使與樣板呈現高度相符性的假圖案存在於接近待偵測的標誌處，其仍然可以可靠地偵測待偵測的圖案。

根據本發明的第一態樣，提供位置偵測器，其配置成偵測形成於基底上的標誌的位置，偵測器包括產生單元、搜尋單元、及校正單元，產生單元配置成根據包含標誌的影像以產生用於識別待偵測的標誌之樣板，搜尋單元配置成藉由使用產生單元所產生的樣板以搜尋包含待偵測的標誌之影像、以及決定是否有待偵測的標誌的圖案以外與樣板相符度高於參考值的假圖案存在，校正單元配置成當判定有假圖案時，根據假圖案的資訊以校正產生單元所產生的樣板，以及產生與假圖案的相符度低於參考值的經過校正的樣板。

根據本發明的第二態樣，提供偵測形成於基底上的標誌的位置之方法，方法包括下述步驟：根據包含標誌的影像以產生用於識別待偵測的標誌之樣板；藉由使用產生步驟所產生的樣板以搜尋包含待偵測的標誌之影像；以及，決定是否有待偵測的標誌的圖案以外與樣板相符度高於參考值的假圖案存在；及當判定有假圖案時，根據假圖案的資訊以校正產生步驟中所產生的樣板，以及產生與假圖案的相符度低於參考值的經過校正的樣板。

本發明提供位置偵測器，即使與樣板呈現高度相符性的假圖案存在於接近待偵測的標誌處，其仍然可以可靠地偵測待偵測的圖案。

從參考附圖之舉例說明的實施例的下述說明中，將清楚本發明進一步的特點。

[位置偵測器的第一實施例]

將說明根據本發明的用於曝光設備中的位置偵測器之第一實施例。

參考圖1，代號R代表光罩；W代表晶圓，其為要被光曝照的基底。代號1代表具有z軸作為光軸的投射光學系統；12代表可以三維地移動的平台。代號M代表偵測形成於作為基底的晶圓W上的標誌WM之位置偵測器。位置偵測器M包含對準光學系統S、處理器P、等等，對準光學系統S包括標誌照明系統2、分光器3、成像光學 系統4和5、影像感測單元6、等等。處理器P包含A/D轉換單元7、邊緣位置擷取單元8、樣板產生單元9、樣板儲存單元10、比對單元11、暫時樣板搜尋單元13、及樣板校正單元14。

首先，晶圓台12移動至可以觀測形成於晶圓W上的待偵測的標誌WM的圖案(登記圖案)之位置。標誌照明系統2將作為非曝照光的光束經過分光器3而施加至登記圖案。在圖2中，a顯示登記圖案的實施例。由登記圖案反射的光束再度到達分光器3。光束由分光器3反射並經過成像光學系統5而於影像感測單元6的影像感測表面上形成包含登記圖案之第一影像。影像感測單元6光電地轉換第一影像。A/D轉換單元7接著將第一影像的訊號轉換成二維數位訊號串。

將參考圖3，說明用以從二維數位訊號串中決定待偵測的標誌之樣板的特徵點之序列。

在步驟S101中，邊緣位置擷取單元8在x及y方向上將二維訊號串微分以及擷取呈現高微分值的M個座標作為樣板的特徵點的候選點，藉以產生候選點清單。在步驟S200中，樣板產生單元9從M個擷取的候選座標中決定N個(N<M)樣板特徵點。

將參考圖4，說明藉由決樣板特徵點以產生樣板之樣板產生單元9。首先，在步驟S201中，樣板產生單元9從M個候選點選取第一特徵點。關於選取參考，舉例而言，其充份使用具有最大微分值的候選點、微分值是中間的 的候選點、或是圍繞登記圖案的中心之候選點。但是，本發明不限於此。在步驟S202中，樣板產生單元9從候選點清單中刪除被選為第一特徵點之候選點。在步驟S203中，產生單元9將選取的特徵點之數目增加一。假使選取的特徵點的數目n小於N，則處理前進至步驟S205。在步驟S205中，產生單元9取得m個(1≦m≦M-n)未選取的候選點中每一候選點與n個選取的特徵點之最接近的特徵點之間的距離D(m)。在步驟S206中，產生單元9新近地選取具有最長距離D(m)之特徵點作為特徵點。產生單元9重複步驟S202至S206，直到選取的特徵點的數目變成N為止。

在步驟S200中序列決定的樣板是暫時樣板。樣板搜尋單元13藉由使用產生單元9所產生的樣板以搜尋包含待偵測的標誌之第二影像，以及檢查所產生的樣板是否適當(S102)。搜尋單元13藉由決定是否有待偵測的標誌以外的與樣板相符度高於參考值的圖案，以檢查樣板的適當性。在本實施例中，用以產生樣板的第一影像作為第二影像而無任何改變。假使沒有待偵測的標誌以外的與樣板相符度高於參考值的圖案，亦即，無假圖案，則由產生單元9產生的暫時樣板作為適當的樣板(S103，S104)。

假使搜尋單元13在步驟S103中判定有如圖5的a所示的假圖案，則處理進入用於校正樣板的校正迴路，其中，處理從步驟S103經過步驟S105、S106、S107、S300、及S400而回至步驟S102。在校正步驟中，校正單元14 根據假圖案的資訊校正產生單元9所產生的樣板，以降低假圖案與樣板之間的相符度至低於參考值。關於假圖案的資訊，可以使用僅存在於登記圖案與假圖案之一中的部份之資訊。

首先，校正單元14以同於步驟S101中的序列擷取及儲存如圖5的b中的圓圈之假圖案的假特徵點的候選點(S106)。假使在處理以前已經進入校正迴路以及儲存假特徵點的候選點，則校正單元14與候選點進行或(OR)運算(S107)。校正單元14從或運算取得之全部K個假特徵點的候選點(假候選點)、以及M個特徵點的候選點(S300，S400)中擷取最佳樣板的特徵點。

圖6A顯示校正單元14藉由使用存在於登記圖案中但未存在於假圖案中的特徵點以校正樣板之步驟。首先，校正單元14取得m個(1≦m≦M)候選點中每一候選點與k個假圖案的候選點(假候選點)的最接近的假候選點之間的距離D(m)(S301)。校正單元14選取呈現最長距離D(m)的候選點作為第一特徵點(S302)。校正單元14從候選點清單中刪除被選為第一特徵點的候選點(S303)。校正單元14取得m個(1≦m≦M-n)候選點中每一候選點與n個已被選取的特徵點的最接近的特徵點之間的距離D1(m)(S306)。校正單元14取得m個(1≦m≦M-n)候選點中每一候選點與k個假候選點的最接近的假候選點之間的距離D2(m)(S307)。校正單元14選取D1(m)與D2(m)中較短者的最長候選點m作 為新特徵點(S308)。校正單元14重複步驟S303至S308直至選取的樣板的選取特徵點的數目變成N。此序列標示登記圖案的邊緣點疊加於如圖5的c中所示之假圖案的邊緣點上以及從未疊加於圓圈上的十字中選取特徵點之步驟。接續此序列，可以優先地選取未存在於假圖案「E」中但存在於登記圖案「F」中之邊緣作為樣皮的特徵點，例如圖5的d中所示的十字。

圖6B顯示校正單元14使用未存在於登記圖案中但存在於假圖案中的特徵點以校正樣板之步驟。校正單元14取得k個(1≦k≦K)假候選點中每一假候選點與樣板的M個候選點之最近候選點之間的距離D(k)(S401)。校正單元14選取呈現最長距離D(k)的假候選點k作為未存在於第一登記圖案的邊緣位置之特徵點(非邊緣位置特徵點)(S402)。控制單元14從假候選圖清單中刪除被判定為第一非邊緣位置特徵點之假候選點(S403)。校正單元14取得k個(1≦k≦K-i)假候選點中的每一假候選點與已被判定之i個非邊緣位置特徵點的最接近非邊緣位置特徵點之間的距離D1(k)(S406)。校正單元14取得(1≦k≦K-i)假候選點中的每一假候選點與M個候選點的最接近的候選點之間的距離D2(k)(S407)。控制單元14選取D1(k)與D2(k)中較短者的最長候選點k作為非邊緣位置特徵點(S408)。校正單元14重複步驟S403至S408，直到非邊緣位置特徵點的數目變成I。此序列顯示將登記圖案的邊緣點疊加於如圖5的c中所 示的假圖案的邊緣上以及從未疊加於十字上的圓圈中選取非邊緣位置特徵點之步驟。接續在此序列之後，可以優先地選取存在於假圖案「E」中但未存在於登記圖案「F」中之邊緣作為非邊緣位置特徵點，如圖5中的d所示的圓圈。

如同專利文獻1中所揭示般，在樣板中的非邊緣位置特徵點有效地降低樣板與作為邊緣位置之具有登記圖案的非邊緣位置的假圖案之間的符合度。

校正單元14重複控制迴路直到沒有與樣板的符合度高於參考值之假圖案為止，在控制迴路中，處理從步驟S103經過步驟S105、S106、S107、S300、及S400而返回至步驟S102。這可以決定經過校正的樣板，經過校正的樣板允許可靠地偵測待偵測的標誌。決定的樣板儲存於樣板儲存單元10中並在偵測標誌位置時從比對單元11叫出以用於比對處理。在本實施例中，以二個步驟，亦即步驟S300及S400，產生與假圖案的相符度降低的樣板。但是，假使在步驟S300及S400中的序列之一中可以產生與假圖案的相符度降低的樣板時，則不需要執行步驟S300及S400中的二序列。

[位置偵測器的第二實施例]

將說明根據本發明的曝光設備中所使用的位置偵測器的第二實施例。

在第一實施例中，搜尋單元13用包含待偵測而無任 何改變的標誌之第一影像作為包含待偵測的第二影像，產生單元9根據第一影像產生樣板。當對準標記要由曝光設備真正地測量時，非常可能因為晶圓位置誤差等而使與產生樣板時的影像不同之假圖案成像。將參考圖7說明用以產生即使發生發生晶圓位置誤差等時仍然能防止偵測假圖案之序列。

當以同於第一實施例的序列來完成暫時樣板時，影像感測單元6在集中在包含登記圖案的第一影像上的八個平台位置處執行成像。如圖8所示，影像感測單元6藉由合併第一影像與在八個位置處捕捉到的影像而產生合併影像。如同第一實施例中一般，搜尋單元13接著藉由使用樣板以搜尋作為第二影像的合併影像(S102)。校正單元14重複校正迴路直到合併影像中没有與樣板的符合度高於參考值的假圖案為止。以此方式，在比第一影像的區域還寬的區域中搜尋影像中的假圖案，能夠產生一樣板，此樣板即使在發生晶圓位置誤差等時仍然能夠防止錯誤地偵測假圖案。

本實施例也在集中於包含偵測標誌的第一影像上的八個平台位置處之影像區中搜尋假圖案。但是，假使可以假定晶圓位置誤差等大時，則足以在較寬的範圍合併影像以及搜尋假圖案。或者，在不同的平台位置處對每一影像重複樣板校正迴路而不產生任何合併影像，即已足夠。在此情形中，假圖案可能延伸經過影像的邊界，因此，需要在不同的平台位置處捕捉多個影像，以致於成像範圍彼此重 疊。

[曝光設備的實施例]

將於下說明應用本發明的位置偵測器之舉例說明的曝光設備。如圖10所示，曝光設備具有照明系統單元501、安裝光罩之光罩台502、投射光學系統1、及安裝晶圓之晶圓台12。曝光設備藉由將形成於光罩上的電路圖案曝光至晶圓上以投射及轉印，以及可以具有步進&重複投射曝光設計或步進&掃描投射曝光設計。

照明系統單元501照明電路圖案形成於上的光罩，以及，具有光源單元及照明光學系統。舉例而言，光源單元使用雷射作為光源。舉例而言，雷射可為波長約193nm的ArF準分子雷射、波長約248 nm的KrF準分子雷射、或波長約153nm的F₂ 準分子雷射。但是，雷射的型式不特別限於準分子雷射，而是可為例如YAG雷射等，且雷射的數目也無特別限定。當使用雷射作為光源時，較佳地使用使來自雷射光的平行光束整形成為所需的光束形狀之光學系統、以及將相干雷射光束轉換成不相干雷射光束的光學系統。而且，可以用於光源單元的光源不特別限於雷射，而是可以使用一或多個水銀燈或氙燈。

照明光學是照明光罩的光學系統，以及，舉例而言，包含透鏡、鏡、光積分器、及光闌。舉例而言，投射光學系統1可以是具有多個單獨透鏡元件的光學系統、折反射光學系統、具有多個透鏡元件及例如開諾(kinoform)等 至少一繞射光學元件的光學系統、或是全鏡型光學系統。

光罩台502及晶圓台12可以由例如線性馬達移動。在步進&掃描投射曝光設計中，平台502及12同步地移動。致動器分別提供給晶圓台與光罩台中至少之一，以將光罩圖案對準至晶圓上。

上述曝光設備可以用以製造微圖案裝置，舉例而言，例如半導體積體電路等半導體裝置、微機械及薄膜磁頭。

[裝置製造的實施例]

將舉例說明使用上述曝光設備以製造裝置之方法。

以下述步驟製造裝置(例如半導體積體電路裝置及液晶顯示裝置)：曝光步驟，使用根據上述實施例之曝光設備，使基底受照射能量曝照；顯影步驟，使曝光步驟中曝光的基底顯影；及其它已知步驟(例如蝕刻、光阻移除、切片、接線、及封裝步驟)，處理顯影步驟中顯影的基底。

雖然已參考舉例說明的實施例來說明本發明，但是，要瞭解，本發明不限於所揭示的舉例說明的實施例。後述申請專利範圍之範圍要依最廣義的解釋以涵蓋所有這些修改及均等結構和功能。

1‧‧‧投射光學系統

2‧‧‧標誌照明系統

3‧‧‧分光器

4‧‧‧成像光學系統

5‧‧‧成像光學系統

6‧‧‧影像感測單元

7‧‧‧類比/數位轉換單元

8‧‧‧邊緣位置擷取單元

9‧‧‧樣板產生單元

10‧‧‧樣板儲存單元

11‧‧‧比對單元

12‧‧‧晶圓台

13‧‧‧暫時樣板搜尋單元

14‧‧‧樣板校正單元

501‧‧‧照明系統單元

502‧‧‧光罩台

M‧‧‧位置偵測器

P‧‧‧處理器

R‧‧‧光罩

S‧‧‧對準光學系統

W‧‧‧晶圓

WM‧‧‧標誌

圖1顯示包含根據本發明的位置偵測器之曝光設備實施例； 圖2顯示登記圖案的實施例；圖3是流程圖，說明產生及校正樣板的處理實施例；圖4是流程圖，說明產生樣板的處理實施例；圖5顯示假圖案的實施例；圖6A是流程圖，用於說明校正樣板的處理；圖6B是流程圖，用於說明校正樣板的處理；圖7是流程圖，用於說明產生及校正樣板的處理的另一實施例；圖8用於說明藉由合併多個平台位置處的影像而取得的合併影像；圖9顯示包含傳統位置偵測器的曝光設備；及圖10用於說明曝光設備。

1‧‧‧投射光學系統

2‧‧‧標誌照明系統

3‧‧‧分光器

4‧‧‧成像光學系統

5‧‧‧成像光學系統

6‧‧‧影像感測單元

7‧‧‧類比/數位轉換單元

8‧‧‧邊緣位置選取單元

9‧‧‧樣板產生單元

10‧‧‧樣板儲存單元

11‧‧‧比對單元

12‧‧‧晶圓台

13‧‧‧暫時樣板搜尋單元

14‧‧‧樣板校正單元

M‧‧‧位置偵測器

P‧‧‧處理器

R‧‧‧光罩

S‧‧‧對準光學系統

W‧‧‧晶圓

WM‧‧‧標誌

Claims (16)

1. 一種位置偵測器，配置成偵測標誌的位置，該偵測器包括：一產生單元，配置成自藉由成像該標誌所取得的影像擷取該標誌的圖案的特徵點以產生包含該特徵點的樣板；一搜尋單元，配置成藉由使用該暫時樣板以搜尋在藉由成像該標誌所取得的該影像以內是否有該標誌的圖案以外與該暫時樣板相符度高於參考值的假圖案存在；以及一校正單元，配置成若有假圖案則校正該暫時樣板以取得經校正的樣板，藉由使用僅存在於在該標誌的圖案與該假圖案之中的該標誌的圖案中的至少其中之一特徵點，以及僅存在於在該標誌的圖案與該假圖案之中的該假圖案中的特徵點，來改變包含於該暫時樣板中的特徵點，其中，該位置偵測器藉由使用該校正單元所取得的該經校正的樣板來偵測該標誌的位置。
2. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中，該校正單元配置成藉由在包含於該暫時樣板之該等特徵點之中選取一僅存在於該標誌的樣板中的特徵點，作為該經校正的樣板的特徵點，來校正該暫時樣板。
3. 如申請專利範圍第2項之偵測器，其中，該校正單元配置成根據僅存在於該標誌的圖案中的該特徵點與僅存在於該假圖案中的一特徵點間的距離來選取僅存在於該標誌的圖案中的該特徵點。
4. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中，該校正單 元配置成校正該暫時樣板使得該經校正的樣板包含僅存在於該假圖案中的該特徵點，作為用以降低與該假圖案的相符度的一特徵點。
5. 如申請專利範圍第4項之偵測器，其中，該校正單元配置成根據僅存在於該假圖案中的該特徵點與僅存在於該標誌的圖案中的一特徵點間的距離來選取僅存在於該假圖案中的該特徵點。
6. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中，由該搜尋單元使用來搜尋的影像係該產生單元產生該暫時樣板所使用的影像。
7. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中，由該搜尋單元使用來搜尋的影像係比該產生單元產生該暫時樣板所使用的第二影像更寬的區域的第一影像，該第一影像係藉由結合複數個包含該第二影像的影像所取得。
8. 如申請專利範圍第1項之偵測器，其中，該產生單元配置成藉由自該取得的影像擷取邊緣位置來擷取該特徵點。
9. 一種取得偵測標誌的位置的樣板之方法，該方法包括：自藉由成像該標誌所取得的影像擷取該標誌的圖樣的特徵點以產生包含該特徵點的暫時樣板；藉由使用該暫時樣板以搜尋在該取得影像內是否有該標誌的圖案以外與該該暫時樣板相符度高於參考值的假圖案存在；及 若有該假圖案，則校正該暫時樣板以取得經校正的樣板，藉由使用僅存在於在該標誌的圖案與該假圖案之中的該標誌的圖案中的至少其中之一特徵點，以及僅存在於在該標誌的圖案與該假圖案之中的該假圖案中的特徵點，來改變包含於該暫時樣板中的特徵點。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該校正步驟藉由在包含於該暫時樣板之該特徵點之中選取一僅存在於該標誌的樣板中的特徵點，作為該經校正的樣板的特徵點，來校正該暫時樣板。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，該校正步驟根據僅存在於該標誌的圖案中的該特徵點與僅存在於該假圖案中的一特徵點間的距離來選取僅存在於該標誌的圖案中的該特徵點。
12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該校正步驟校正該暫時樣板使得該經校正的樣板包含僅存在於該假圖案中的該特徵點，作為用以降低與該假圖案的相符度的一特徵點。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，該校正步驟根據僅存在於該假圖案中的該特徵點與僅存在於該標誌的圖案中的一特徵點間的距離來選取僅存在於該假圖案中的該特徵點。
14. 如申請專利範圍第9至13項中的任一項之方法，其中，該擷取步驟藉由自該取得的影像擷取邊緣位置來擷取該特徵點。
15. 一種曝光設備，配置成使基底受照射能量曝照，該設備包括用如申請專利範圍第1至8項中的任一項之位置偵測器。
16. 一種裝置製造方法，該方法包括：使用如申請專利範圍第15項之曝光設備以使基底受照射能量而曝光；及使該經曝光的基底顯影。