TWI501049B - 對於分區曝光之物體而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法與裝置 - Google Patents

Description

對於分區曝光之物體而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法與裝置

本發明有關對於分區曝光之物體，尤其是一微影遮罩或一晶圓，而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法與裝置。

利用寫入器對此類物體進行分區曝光，其中寫入器例如可以是電子束或雷射束寫入器。寫入器具有大小為例如10×10μm的寫入場(writing filed)，其中寫入器使用電子束或雷射束高度精確地曝光所要結構。為了曝光更大的部位，在曝光位在寫入場中之區後，物體移位使以預定曝光之區直接鄰接已經曝光之區。然而，物體之移位可能有誤，致使將被曝光之區相對於已經曝光之區而偏移。此偏移通常稱為接縫誤差或相對局部位置誤差。

這些局部位置誤差非常小(一般在若干nm的範圍內)，在沒有現有對準測量設備之場內失真校準的情況下，很難決定這些局部位置誤差。然而，此種失真校準非常複雜並提高設備成本。

因此，本發明解決問題的方式是提供對於分區(section by section)曝光之物體，尤其是一微影遮罩或一半導體晶圓，而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法與裝置，使用該方法與裝置，可以比較簡單及符合成本效益的方式執行測量。

根據本發明，藉由一種對分區曝光之物體，尤其是一微影遮罩或一晶圓，而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法解決問題，每個曝光區具有複數個測量標記，其中

a)　以放大的方式成像該物體大於該一區之一部位及將其偵測為一影像；

b)　基於該偵測影像決定該偵測影像中所含該等測量標記的位置誤差；

c)　藉由從該等測量標記之所決定位置誤差擷取由放大成像及偵測所造成的位置誤差成分導出校正位置誤差；

d)　基於該等測量標記之該等校正位置誤差導出該一區之相對局部位置誤差。

此測量方法可以在只有一次記錄的情形下，導出該一區之相對局部位置誤差。尤其，因此，在記錄時不需要對物體進行高度精確定位。此外，可成功擷取記錄所造成的誤差，致使如不必對放大成像執行複雜的校準，即可非常精確地決定相對局部位置誤差。

尤其，在步驟c)，可執行高通濾波以導出校正位置誤差。因此，可從所決定位置誤差，順利地擷取由放大成像及偵測所造成的位置誤差成分。這利用了以下事實：區邊界之測量標記的位置誤差急遽改變，而放大成像及偵測所造成的位置誤差成分改變明顯比較緩慢。

尤其，在步驟d)，可基於測量標記的校正位置誤差決定位在一區中的測量標記，及由此決定之測量標記的校正位置誤差可用來導出該一區的相對局部位置誤差。尤其，為此目的可使用平均計算。

利用這些步驟可非常精確地決定相對局部位置誤差。

再者，在步驟c)，可將改變比區邊界之測量標記之所決定位置誤差的預期改變緩慢的函數擬合(fit)至所決定位置誤差，然後，對於每個所決定位置誤差，可減去相對應之測量標記之所擬合函數的函數值，以獲得校正位置誤差。這些步驟很容易實施並導致高度精確地決定相對局部位置誤差。

在步驟a)，可以放大的方式成像完整地含有複數個區之物體的部位及將其偵測為影像，及在步驟d)，可導出該複數個區之每一區的相對局部位置誤差。

因此，可以對複數個區只進行一次記錄，即以高度精確性決定相對局部位置誤差。

測量標記可以是用於對準的習用測量標記，諸如十字形、角度、矩形中的矩形、接觸孔等等。其在物體上之位置為已知的格狀結構或任何其他類型結構亦可用作測量標記。較佳是，每個區中至少有三到五個在每個方向(x方向及y方向)中的測量標記。

再者，提供一種對於分區曝光之物體、尤其是一微影遮罩或一晶圓、而測量其中一區之相對局部位置誤差之裝置，每個曝光區具有複數個測量標記，該裝置包含：一記錄模組，其以放大的方式成像該物體大於該一區的部位及將其偵測為一影像；及一評估模組，其中

A)　基於該偵測影像決定該偵測影像中所含該等測量標記的位置誤差；

B)　藉由從該等測量標記之所決定位置誤差擷取由放大成像及偵測所造成的位置誤差成分導出校正位置誤差；

C)　基於該等測量標記之該等校正位置誤差導出該一區之相對局部位置誤差。

使用此裝置，可以高度精確性決定相對局部位置誤差。

尤其，在步驟B)，該評估模組可執行高通濾波以導出該等校正位置誤差。這很容易實施並導致非常精確的結果。

再者，在步驟C)，該裝置的該評估模組可基於該等測量標記的該等校正位置誤差決定位在一區中的該等測量標記，及可使用由此決定之該等測量標記的該等校正位置誤差導出該一區的該相對局部位置誤差。尤其，為此目的可執行平均計算。這導致極精確地決定該相對局部位置誤差。

在根據本發明的裝置中，在步驟B)，該評估模組可將改變比區邊界之該等測量標記之所決定位置誤差的預期改變緩慢的一函數擬合至該所決定位置誤差，然後，對於每個所決定位置誤差，可減去相對應之測量標記之所擬合函數的函數值，以獲得該校正位置誤差。由此可高度精確地決定相對局部位置誤差。

根據本發明之裝置的記錄模組可以放大的方式成像完整地含有複數個區之物體的部位及將其偵測為一影像，及在步驟C)，該評估模組可導出該複數個區之每一區的相對局部位置誤差。因而可以在只有一次記錄的情況下，同時以高度精確性決定複數個區的複數個局部位置誤差。

當然，在根據本發明的方法及根據本發明的裝置中，可以對相同部位執行複數個記錄，及決定每個記錄的相對局部位置誤差，及基於由此決定的局部位置誤差，以較高精確性獲得相對局部位置(例如，利用平均計算)。也可以根據本發明的方式記錄及評估複數個不同部位，以決定不同部位的相對局部位置誤差。

如果記錄鄰接部位，其中個別部位重疊，則可將所評估的不同部位結合以形成更廣泛的部位。例如，可以視覺方式表示更廣泛部位的相對位置誤差。

就物體定位的精確性而言，所決定的局部位置誤差如可用以改良所使用的寫入器，以使將被曝光之物體中若干區的相對局部位置誤差減到最少。

在不脫離本發明的範疇下，上述特徵及將在下文解釋的特徵不僅可在指定組合中使用，且亦可在其他組合中使用或由這些組合本身使用。

在圖1所示的具體實施例中，對於分區曝光之物體2(在此例中，物體為微影遮罩)而測量其中一區之局部位置誤差的裝置1包含：照明模組3、偵測模組4、物體平台5、及控制單元6。

照明模組3包含：照明來源7(其發出波長為193nm的非相干或部分相干照明輻射)、部分透明偏向(deflection)鏡8及還有物鏡9，照明輻射經由偏向鏡8及物鏡9導引至要成像之物體2的部位。

偵測模組4包含：物鏡9、偏向鏡8、管(tube)光學單元10及還有CCD相機11，物鏡9與管光學單元10一起形成放大成像光學單元12，利用放大成像光學單元以放大的方式成像物體2之照明部位及利用CCD相機11將其記錄為影像。

如圖2的平面圖所示，分區曝光微影遮罩2，在各情況中，個別區最好彼此直接鄰接。圖2圖解相同大小的九個區A11、A12、...A33。例如，在遮罩寫入器中利用電子束或雷射束連續曝光該等區A11...A33中的每一個，且在曝光一個別區之後，在遮罩寫入器中相應地移動微影遮罩以便能夠曝光下一區。由於此方法不可能完全沒有誤差，在曝光之微影遮罩2中的個別區A11...A33互相偏移，因而分別具有相對局部位置誤差，如圖3所示。在圖3中，個別區A11-A33的相對局部位置誤差並未按照真實比例描繪，而是以明顯誇大的方式進行圖解。這是因為相對局部位置誤差大小為若干nm，這在個別區A11-A33的邊緣長度為12μm的情況下，在按照真實比例的圖解中將無法識別出來。

為了決定各區A11-A33之其中一區之相對局部位置誤差，裝置1記錄微影遮罩中大於個別區A11-A33之大小的部位B。尤其，選擇部位B的大小致使至少其中一區完全位在部位B之內。在圖2及3的每個情況中，以短劃線(dashed line)描繪部位B。

在區A11-A33的每一區中，除了遮罩2的所需結構，在每個情況中，還附帶地曝光複數個測量標記13。為了簡化圖解，未在圖2及3中描繪該等結構及測量標記13。然而，在圖4中以明顯放大的方式顯示測量標記13。

在此說明的範例中，正方形部位B的大小是20μm×20μm，致使在此部位中，利用成像光學單元12成像以規則格狀配置的12×12個測量標記13及利用CCD相機11加以記錄。

可將測量標記13配置成規則格狀的形式，在x方向及y方向中兩個相鄰測量標記13之間的距離可能降至成像光學單元12的解析度極限。此距離因而較佳是大於或等於λ/(2‧NA)，其中λ是所偵測輻射的波長，及NA是成像光學單元12的數值孔徑。在此說明的示範性具體實施例中，距離為300nm。

所記錄的影像資料或相對應的影像資料從CCD相機11轉遞至控制單元6，其按照以下方式評估影像資料。

首先，控制單元6決定每個測量標記13的相應實際位置，及從中導出相對於位在如記錄影像中的自由選擇參考點的橫向偏差(所偵測測量標記的位置誤差)。在圖5中，將所有所偵測測量標記13的位置誤差圖解為向量場，最大偏差為85.9nm。在圖5的圖解中，為了清楚之故而描繪格線，相對應之測量標記13的相應實際位置(相對於所選擇的參考點)分別位在該等格線的交叉點。從圖5的圖解中可以看出，無法從測量標記的局部位置誤差推測個別區A11...A33的接縫誤差或相對局部位置誤差。這主要是因為以下事實所造成：由於成像光學單元12的成像像差及利用CCD相機11所進行的偵測，所偵測位置誤差的主要部分顯然起因於成像期間的這些像差而非要測量之局部位置誤差的一部分。

為了使由成像光學單元12及CCD相機11造成此部分的測量位置誤差儘可能降到最低，控制單元6對向量場執行高通濾波，因為成像光學單元12及CCD相機11在所記錄影像中引起的位置誤差成分比區邊界的測量標記13因分區曝光期間產生之個別區A11-A33之相對局部位置誤差的位置誤差變化緩慢。假設遮罩寫入器除了定位外，對於曝光個別區的操作最佳，則應該只在區邊界才會發生急遽改變。

已經依此方式高通濾波的向量場如圖6所示，此處，最大向量長度為5.1nm，因而比起圖5中的最大向量長度，大約小了一個數量級。

可以記錄更廣泛部位之相鄰部位B的影像，其在個別部位B的邊緣部位中重疊。可結合藉由評估這些影像所獲得的高通濾波向量場，以形成更廣泛部位的更廣泛向量場。例如，在所提12*12個測量標記之陣列的情況中，可選擇部位的重疊致使部位中的兩列在測量標記處與鄰接部位中的兩列重疊。

從圖6清楚可見個別區本身及其位置誤差，因為向量的急遽改變永遠出現在區邊界處。在測量標記13之間的距離越小，在區邊界處的急遽轉變就看得越清楚。在圖6中，以虛線描繪區A22出現相對局部位置誤差的位置。對於區A22之偏移的圖解並非按真實比例繪製，而是圖解為明顯過大，以便在圖6中能夠顯示區A22的相對局部位置誤差。例如，藉由針對一區內之測量標記的所有高通濾波位置誤差形成平均值，可計算相對局部位置誤差。

上述步驟未必要在控制單元6中執行，而是也可以部分或完全在外部計算單元(圖中未顯示)中執行。

所描述的高通濾波可藉由以下方式實現：如訂定緩慢變化之向量函數的方程式，然後儘可能以最佳的方式將所有測量點座標(xk,yk)(其中k=1...K；此處K=144)的向量函數擬合至所測量的偏移向量，以決定係數{a1,a2,a3,...}。這例如可利用最小平方方法來執行，致使以下方程式1中M的絕對值變成最小：

根據以下方程式2，可決定校正偏移向量：

校正偏移向量如圖6所示。

例如，緩慢變化的向量函數可如下所示：

應明白，緩慢變化的向量函數在此尤其是指如此函數：在每個鄰接區A11-A33上之改變(或函數值之改變)比互相鄰接區A11-A33之區邊界處測量標記13之位置誤差的預期急遽改變緩慢。

方程式3中指定的個別項可全部(但未必要)包含在緩慢變化的向量函數中。

項有關平移(translations)，項有關旋轉，項有關放大，項有關非正交改變，項有關x方向及y方向中的不對稱尺度，項有關梯形誤差，項有關楔形誤差，及項及分別有關三階及五階旋轉對稱失真。

根據本發明實施例之測量相對局部位置誤差的裝置1因此可以最大的可能程度消除成像光學單元12及CCD相機11所引起測量位置誤差的系統成分，致使能以部位B的單一記錄決定至少一區A22的局部位置誤差。物體2並不需要利用物體平台5高度精確地定位。

當然，採用根據本發明的裝置1，可以對相同部位B執行複數個記錄。此外，可利用物體平台5使物體2變位，以連續對物體的不同位置建立複數個記錄，因而可從複數個區決定相對局部位置誤差。可使用此資訊增加用來曝光物體2之圖案寫入器的精確性。

測量標記13可以是通常在對準遮罩的情況中提供的特殊測量標記。當然，也可以使用遮罩2的其他結構，從中可知遮罩2上的位置。

當然，也可以利用偵測模組4選擇要以放大的方式記錄的部位B，致使完全記錄分區曝光之微影遮罩2的複數個區。這在圖7中按照圖2的相同方式來圖解。比較圖2及7可發現，在理想曝光下，六個區A23、A24、A32、A34、A42及A43完全位在記錄部位B中。

在圖8中，按照圖3的相同方式極為誇大地圖解每個區的局部偏移。從圖8的圖解中可見六個區A23、A24、A32、A34、A42及A43全部位在記錄部位B中，因而根據本發明可決定六個區中每一區的相對局部位置誤差。在此例中，可以決定六個區中每一區相對於自由選擇參考點及因此相對於相同參考點的相對局部位置誤差。當然，也可以決定每個區相對於直接相鄰區的相對局部位置誤差。在任何情況下，均可獲得關於圖案寫入器所產生接縫誤差的可評估報告，及此報告接著可用來改良圖案寫入器的精確性。

微影遮罩2如可以是僅曝光用於鑑定遮罩寫入器的微影遮罩。在此例中，可選擇及配置測量標記致使獲得關於遮罩寫入器之接縫誤差的最佳可能報告。當然，也可以上述方式測量為生產所製造的微影遮罩。

雖然以上述特定實施例說明本發明，但熟悉此技藝者仍能輕易得知本發明可有多種選擇、修改及變化。上述實施例僅為本發明例示闡釋而已，並非用以限定本發明。本發明之各種變更可在不偏離申請專利範圍所限定之精神及範圍內達成。

1．．．裝置

2．．．物體(微影遮罩)

3．．．照明模組

4．．．偵測模組

5．．．物體平台

6．．．控制單元

7．．．照明來源

8．．．偏向鏡

9．．．物鏡

10．．．管光學單元

11．．．CCD相機

12．．．放大成像光學單元

13．．．測量標記

本發明將例如參考附圖以更詳細的方式來解說，附圖亦揭露本發明實施例的特徵，及其中：

圖1顯示根據本發明用於測量相對局部位置誤差之裝置的示意圖；

圖2顯示物體2的平面圖；

圖3顯示物體2的另一個平面圖，以說明相對局部位置誤差；

圖4顯示測量標記13的圖解；

圖5顯示偵測之測量標記13之所測量位置誤差之向量場的圖解；

圖6顯示測量標記13之校正位置誤差之向量場的圖解；

圖7顯示另一個物體2的平面圖；及

圖8顯示圖7之物體2的另一個平面圖，以說明接縫誤差。

1．．．裝置

2．．．物體(微影遮罩)

3．．．照明模組

4．．．偵測模組

5．．．物體平台

6．．．控制單元

7．．．照明來源

8．．．偏向鏡

9．．．物鏡

10．．．管光學單元

11．．．CCD相機

12．．．放大成像光學單元

Claims (10)

1. 一種對分區曝光之物體、尤其是一微影遮罩或一晶圓、而測量其中一區之相對局部位置誤差之方法，每個曝光區具有複數個測量標記，其中a)以放大的方式成像該物體之大於該一區的一部位及將其偵測為一影像；b)基於該偵測影像而決定該偵測影像中所含該等測量標記的位置誤差；c)藉由從該等測量標記之該等所決定位置誤差擷取由放大成像及偵測所造成的位置誤差成分而導出校正位置誤差；d)基於該等測量標記之該等校正位置誤差而導出該一區之相對局部位置誤差；其中，在步驟c)，執行一高通濾波以導出該等校正位置誤差。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在步驟d)，基於該等測量標記的該等校正位置誤差而決定位在一區中的該等測量標記，及使用由此決定之該等測量標記的該等校正位置誤差以導出該一區的該相對局部位置誤差。
3. 如申請專利範圍中第1或2項所述之方法，其中，在步驟d)，形成位在相對應之區中的該等測量標記之該等校正位置誤差的一平均值，及使用此平均值導出該相對局部位置誤差。
4. 如申請專利範圍中第1或2項所述之方法，其中，在步驟c)，將改變比區邊界之該等測量標記之該等所決定位置誤差的預期改變緩慢的一函數擬合至所決定位置誤差，然後，針對每個所決定 位置誤差，減去相對應之測量標記之所擬合函數的函數值，以獲得該校正位置誤差。
5. 如申請專利範圍中第1或2項所述之方法，其中，在步驟a)，以放大的方式成像該物體之完整地含有複數個區的一部位，及將其偵測為一影像；及在步驟d)，從步驟a)導出該複數個區之每一區的該相對局部位置誤差。
6. 一種對分區曝光之物體、尤其是一微影遮罩或一晶圓、而測量其中一區之相對局部位置誤差之裝置，每個曝光區具有複數個測量標記，該裝置包含：一記錄模組，其以放大的方式成像該物體之大於該一區的一部位，及將其偵測為一影像；及一評估模組，其中A)基於該偵測影像而決定該偵測影像中所含該等測量標記的位置誤差；B)藉由從該等測量標記之該等所決定位置誤差擷取由放大成像及偵測所造成的位置誤差成分而導出校正位置誤差；C)基於該等測量標記之該等校正位置誤差而導出該一區之相對局部位置誤差；其中，在步驟B)，該評估模組執行一高通濾波以導出該等校正位置誤差。
7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中，在步驟C)，該評估模組基於該等測量標記的該等校正位置誤差而決定位在一區中之 該等測量標記，及使用由此決定之該等測量標記的該等校正位置誤差以導出該一區之該相對局部位置誤差。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述之裝置，其中，在步驟C)，該評估模組形成位在相對應區中之該等測量標記之該等校正位置誤差之一平均值，及使用此平均值導出該相對局部位置誤差。
9. 如申請專利範圍第6或7項所述之裝置，其中，在步驟B)，該評估模組將改變比區邊界之該等測量標記之該等所決定位置誤差的預期改變緩慢的一函數擬合至所決定位置誤差，然後，針對每個所決定位置誤差，減去相對應測量標記之所擬合函數的函數值，以獲得該校正位置誤差。
10. 如申請專利範圍第6或7項所述之裝置，其中該記錄模組以放大的方式成像該物體之完整地含有複數個區的一部位及將其偵測為一影像；及在步驟C)，該評估模組導出該部位之該複數個區中每一區的該相對局部位置誤差。