TWI505042B - 記號偵測器，微影蝕刻設備及裝置製造方法 - Google Patents

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Description

記號偵測器，微影蝕刻設備及裝置製造方法
本發明係有關於一種位置偵測器，微影蝕刻設備及裝置製造方法。
微影蝕刻設備，譬如曝光設備或類此者，於一微影蝕刻處理中將所想要的圖案形成在基材上，該微影蝕刻處理係構成一用於半導體裝置、液晶顯示裝置、或類此者的製程的一部分。例如，該曝光設備藉由使用一投影光學系統將原始版(original plate)(標線片或光罩)上的圖案轉印至一光敏基材(譬如，形成一光阻層於一表面上的一晶圓或玻璃板)上。該曝光設備包括一位置偵測器，其被建構來取得和該基材的位置有關的資訊。該位置偵測器藉由偵測在該基材上的記號來取得和該基材的位置有關的資訊。例如，當一OA偵測系統(離軸式(off-axis)對準記號偵測系統)被用作為該位置偵測器時，該OA偵測系統的光軸和該投影光學系統的光軸被分開。
因此，晶圓相關於該投影光學系統的對準精確性會因為在該OA偵測系統或該投影光學系統周圍的環境變化所造成之介於這些光軸之間的光軸距離(基線)的變動而被降低。日本專利公開案第2000-91219號揭露一種組態，在此組態中該OA偵測系統的物鏡藉由使用一光路徑摺疊面鏡(反射單元)而被設置在靠近該投影光學系統的光軸處。此組態縮短介於該OA偵測系統和該投影光學系統之間的基線，並藉由減小基線的變動量來抑制對準精確性的降低。
然而，當從該基材上的記號被反射的光通量通過該日本專利公開案第2000-91219號中OA偵測系統的物鏡時，該光通量會變成以收斂狀態或發散狀態入射到該光路徑摺疊面鏡(反射單元)上。在此情形中，該被反射的光通量的每一光束表現出相對於該反射單元的一不同的角度。因此，一相位差被產生在該被反射的光通量的光束之間。因此，不對稱性被產生在該OA偵測系統的一影像偵測元件(CCD或類此者)所偵測到的影像中，或得自於該影像的光電轉換的對準記號訊號中，因此，該記號的位置無法被精確地偵測。
本發明提供一種位置偵測器，其被建構成能夠減低該對準記號訊號的不對稱性。
依據本發明的一個態樣，一種位置偵測器被 建構來偵測一待測物的位置。該位置偵測器具有一被建構來偵測在該待測物上的記號的光學系統，其包括具有一正折射功率的透鏡，及一反射件，其被建構來反射一以收斂狀態或發散狀態通過該透鏡的光通量。該反射件是用一表現出低於1.0的折射率及大於0.0的吸光係數的材料及一表現出大於1.0的折射率及大於0.5的吸光係數的材料的至少一種材料建構成。
本發明的其它特徵從下面參考附圖的例示性實施例的描述中將變得明顯。
1‧‧‧曝光設備
2‧‧‧照明光學系統
3‧‧‧標線片
4‧‧‧標線片桌台
5‧‧‧投影光學系統
6‧‧‧晶圓
7‧‧‧晶圓桌台
8‧‧‧OA偵測系統
9‧‧‧光軸
11‧‧‧照明光源
12‧‧‧照明光學系統
13‧‧‧偏極化分光器
14‧‧‧第二光學系統
15‧‧‧反射面鏡
16‧‧‧λ/4板
17‧‧‧第一光學系統
18‧‧‧中繼透鏡
19‧‧‧偵測光學系統
20‧‧‧影像偵測元件
10‧‧‧計算處理單元
21‧‧‧驅動機構
AM‧‧‧對準記號
22‧‧‧反射件
Ref1‧‧‧反射表面
ML‧‧‧偵測光
圖1是一例示本發明的一投影曝光設備中位置偵測器的示意圖的圖式。
圖2是一例示在XZ平面上的反射面鏡及入射光通量的圖式。
圖3是一例示在XY平面上的反射面鏡及入射光通量的圖式。
圖4是一例示該反射面鏡的反射相位和入射角度之間的差異的圖式。
圖5是一例示圖4的組態中一對準偵測波形的圖式。
圖6是一例示依據本發明的一示範性實施例的反射面鏡的圖式。
圖7是一例示該基材的反射相位、消光係數 及折射率的圖式。
圖8是一例示依據本發明的一示範性實施例的反射面鏡的反射相位及入射角度的圖式。
圖9是一例示依據本發明的一示範性實施例的對準偵測波形的圖式。
下文中，本發明的較佳實施例現將參考附圖加以描述。
首先，一使用本發明的位置偵測器的微影蝕刻設備的組態將被描述。此微影蝕刻設備是一被使用在微影蝕刻處理中的設備，該微影蝕刻處理形成用於半導體裝置、液晶顯示器類此者的製程的一部分，且在此實施例中，該設備被建構成一執行一晶圓或一玻璃板(其為一基材，即一將被處理的基材)的曝光處理的曝光設備。圖1例示一依據此實施例的曝光設備1的示意組態。圖1的描述是以Z軸為平行於該投影光學系統的光軸、Y軸為該晶圓在掃描期間的掃描方向且曝光在一垂直於該Z軸的平面上、及X軸為和Y軸正交之非掃描方向。該曝光設備1基本上包括一照明光學系統2、一被建構來固持一標線片3的標線片桌台4、一投影光學系統5、一被建構來固持一晶圓6的晶圓桌台7、及一控制單元(未示出)。
該照明光學系統(照明系統)2包括例如一透鏡、一面鏡、一光產生器、或一光圈(diaphragm)或類此者， 且被建構來調整從一光源(未示出)照射出來的光線以照明該標線片3。該光源包括例如一雷射的使用。可被用作為光源的雷射是一具有約193奈米波長的ArF準分子雷射、一具有約248奈米波長的KrF準分子雷射、或類此者。雷射的種類並不侷限於準分子雷射，且例如YAG雷射亦可被使用。再者，雷射的數量亦沒有限制。當雷射被用作為該光源時，最好是使用一光通量塑形光學系統，其被建構來將來自一雷射振盪器的平行光通量塑形成所想要光束構形、或使用一非同調的(incoherent)光學系統，其製造出一同調雷射的一非同調的組態。再者，該可被使用的光源可使用譬如一或多個水銀燈泡或氙氣燈泡或類此者的光源。
該標線片3是一石英玻璃的原始版，並形成一待轉印的圖案(例如，電路圖案)。再者，該標線片桌台(原始版固持器)4被可移動於XY方向上地支撐在該標線片桌台導件(未示出)上，並固持該標線片3。該投影光學系統5將該標線片3上被來自該照明光學系統2的曝照光照明的圖案用一預定的放大率(例如，1/2至1/5)投影至該晶圓6上。該投影光學系統5可採用一用至少一內凹鏡及多個光學元件建構成的光學系統(折反射光學系統)、或一只用多個折射元件(透鏡或類此者)建構成的光學系統。或者，該投影光學系統5可採用一用繞射光學元件(譬如，至少一基諾形式(kinoform)及多個透鏡)建構成的光學系統、或一全面鏡式光學系統、或類此者。
該標線片3被來自該投影光學系統5的光照 明。該投影光學系統5用從該標線片3入射的光以一預定的放大率(例如，1/4、或1/5)將形成在該標線片上的圖案投影至該晶圓6上。
例如，該晶圓6是一用單晶形矽形成的基材且其具有一塗了光阻劑的表面，且可被建構成一其上已形成有該圖案的第二晶圓或類此者。該晶圓桌台(固持器)7安裝並固持該晶圓6且可被驅動於XY方向上。
該控制單元控制該曝光設備1的各個組成元件的調整、操作及類此者。該控制單元例如是用一電腦或類此者來建構、經由一電路被連接至該曝光設備1的各個組成元件、及依據一程式或類此者來執行各個構成元件的控制。該控制單元可具有和該曝光設備1的其它部分整合(於一共同殼體中)的組態、或可被建構成和該曝光設備1的其它部分分開(在一分開的殼體中)的組態。
該曝光設備1包括一作為位置偵測器的離軸式記號偵測系統(在下文中被稱為“對準記號偵測系統”或“OA偵測系統”)8。例如，當一第二晶圓被用作為晶圓6時，該晶圓6的位置必須事先被偵測(待測物體的位置)。該位置偵測的方法大體上採用一OA偵測系統，在該系統中該晶圓6(待測的物體)上的對準記號(記號)AM被設置在一不同於該投影光學系統的位置的位置，且在沒有使用該投影光學系統下被偵測，然後該晶圓6的放置係依據該偵測結果來實施。更明確地，一被設置在該標線片3上方(或下方)的標線片對準記號偵測系統(未示出)被用來 將該標線片3放置在該標線片桌台4上，使得該標線片圖案的中心和該投影光學系統5的光軸及該照明光學系統2的光軸重合。該OA偵測系統的偵測中心(光軸)離該投影光學系統的光軸9的長度被稱為基線B.L。用於該對準記號的該位置資訊係藉由在移位至該OA偵測系統的偵測位置之後偵測形成在該晶圓上的對準記號AM來獲得。實際對準係根據該計算處理單元10依據得自於該OA偵測系統8的該用於對準記號AM的位置資訊及得自於一干涉儀的晶圓桌台7的資訊所執行的計算來實施。
依據此實施例的該曝光設備的OA偵測系統的操作將於下文中描述。從該OA偵測系統的照明光源11發出的光IL可被組建成一收斂的光通量或一發散的光通量，且在通過該OA偵測系統的照明光學系統12之後，該通量變成入射於該偏極化的分光器13上。相對於該入射在該偏極化的分光器13上的光線的一相對於該偏極化的分光器13被P偏極化的分量(平行於紙面的分量)通過該分光器，且變成入射於一第二光學系統(第二透鏡群)14上。之後，通過該第二光學系統14的該光線IL被反射面鏡(光學件，反射部分)15反射，且被朝下定向於一垂直於該晶圓6的方向上。一λ/4板16被設置在該反射面鏡15底下，且通過該λ/4板的光被轉變成被圓偏極化的光。然後，在通過一包括一具有正折射功率(正透鏡)的透鏡的第一光學系統(第一透鏡群)17之後，在晶圓6上的對準記號AM接受Kohler照明。該物鏡被包括在該第一光學系統 17中。該偵測光ML(其為來自該準記號AM的該被反射的光)再次被定向為從該待測物體到該第一光學系統17、通過該λ/4板16且從該圓偏極化的光被該λ/4板16轉變成一被S偏極化的分量(垂直於紙面的分量)的被線性地偏極化的光。然後，該偵測光ML被導引至該反射面鏡15、通過該第二光學系統14、被該偏極化的分光器13反射、及被導引至一中繼透鏡18。被導引至該中繼透鏡18的該偵測光ML通過該偵測光學系統19且一對準記號訊號被該影像偵測元件20產生。該晶圓6的位置是由該計算處理單元10根據該影像偵測元件20所偵測到的對準記號訊號及該晶圓桌台7的位置所計算出來的。該計算結果被用來操作該晶圓桌台7的驅動機構21及放置該晶圓6。
該影像偵測元件20可以是二維度的影像偵測元件、或一維度的影像偵測元件。當被建構成二維度影像偵測元件時，該晶圓上的該對準記號在X及Y方向上的雙向位置偵測可由單一偵測系統來實施。當一維度的影像偵測元件被使用時，一對具有相同組態的偵測系統可藉由將一個偵測系統設置在零度方向上及將另一偵測系統設置在一轉了90度的方向上的方式來設置。
該OA偵測系統被設計來經由該第二光學系統14、該反射面鏡15、及該第一光學系統17執行Kohler照明於該記號AM上，並將該反射面鏡15設置在一非平行的光通量(發散的光通量)中。因此，照明該晶圓6的各光通量變成以相對於該反射面鏡15的反射表面Ref1的不同 的角度入射。圖2及圖3例示各個NA光束和該反射表面Ref1的關係。圖2例示在XZ剖面上的光路徑，圖3例示在XY剖面上的光路徑。如圖2及圖3所示，光係在各NA光束及主光束(principal light beam)相對於設置在該收斂光通量內的反射面鏡的入射角度不同的狀態(收斂狀態)中入射及被反射。從該反射表面Ref1接收到的各入射光通量的光學特性因入射角度部同而不同，因此，在該反射面鏡15的反射之後，每一光通量表現出不同的光學特性(反射性、反射相位)。圖4是一例示相關於入射角度在反射相位上的改變的圖式，且例示該反射光的反射相位在該反射表面Ref1的入射角度改變時經歷一大的改變，因此接收自該反射表面Ref1的相位改變量相關於圖2及圖3所示的各NA光束而改變。在晶圓6上的對準記號AM被該照明光(其在每一光束中表現出不同的反射相位)照明。再者，來自該對準記號AM的偵測光ML變成在一發散狀態入射，成為一相關於該反射面鏡15的非平行的光通量(發散光通量)，且每一光束以一不同的反射相位被反射。因此，如圖5所示，該影像偵測元件20偵測到的該對準記號訊號表現出非對稱特性。雖然一發散光通量的例子已於上文中被描述，但以相同的方式，當光以收斂光通量被入射於該反射面鏡15上時，每一光束會表現出不同的反射相位。
該OA偵測系統8的該反射面鏡(反射部分)15依據此實施例包括一反射件22，其表現出的折射係數n 及相對於該反射表面Ref1的消光係數k等特性為折射係數n<1.0且消光係數k≧0.0、或折射係數n≧1.0且消光係數k≧0.5。圖6例示當該反射件22被設置在後表面上時從該反射面鏡15被反射及入射在該反射面鏡15上的光通量在XZ平面上的光路徑。
圖7係一顯示該偏極化相位和該折射率n及消光係數k間的角度相依性。如圖7中所示，當該反射件22(其係用一具有上述範圍內的折射率n及消光係數k的基材製造)被設置在該反射面鏡15上時，該反射表面Ref1的的相位改變的角度相依性就被降低。因此，該反射表面Ref1對於相位改變的角度的敏感度可被依據此實施例的反射件22降低，因此在各光束中的相位差被降低，因此，可改善該對準記號訊號表現出來的對稱特性。
一種可以滿足上述關於折射率n及消光係數k的條件之用於該反射件22的物質可以例如是一金屬基材，譬如銀、鋁、銅、金、或類此者。當使用銀、鋁、銅或金時，在450奈米、600奈米、900奈米的頻率下的該折射率n及該消光係數k係被列在下面的表1中。
然而，當使用銅或金時，反射性在大約400 奈米的短波帶時表現出快速的下降，因此，用來使用於該反射件22的物質必須根據將被使用的波長來加以決定。以此方式，用於該反射件22的物質可因為該光通量的波長而被調整及改變，用以藉此讓使用者能夠調整至最佳的折射率n及消光係數k。
此外，被施加至該反射表面Ref1的該最佳的折射率n及消光係數k係依據使用於該反射面鏡15中的玻璃材料改變。然而，該偏極化相位的角度相依性即使是在使用一任意的玻璃材料時亦可藉由選擇一可滿足上述的n及k的條件的反射件22而被降低。
圖8例示當採用銀作為用於該反射件22的材料且該對準波長為600奈米時，入射至包括該反射件22的反射面鏡15的反射相位及角度。圖9例示圖8的組態的對準記號訊號。如圖8所示，當使用一用滿足n及k的條件的基材所建構的反射件22時，相較於沒有使用該反射件22的組態而言，該偏極化相位的角度相依性被降低。再者，如圖9所示，相較於圖5所示之沒有使用該反射件22的圖式而言，該對準記號訊號的對稱性被改善。以此方式，該對準記號訊號的對稱性可透過採用一滿足n及k的條件的基材作為使用在該反射表面Ref1上的反射件22來降低該偏極化相位的角度相依性來予以改善。
在本發明的此示範性實施例中，一個例子已被描述，在此例子中一光通量通過一反射面鏡15的玻璃(光學件inter部分)並在該玻璃的後表面側被反射。然而， 該對準記號訊號的對稱性可用相同的方式被一光學系統改善，在該光學系統中，光通過空氣且被一反射面鏡15的玻璃表面(前表面側)反射。
在本發明的此示範性實施例中，一對準記號偵測光學系統已被描述，在此對準記號偵測光學系統中，一對準記號AM被照明且一被該偵測光ML形成之該記號AM的影像被一影像偵測元件20偵測到。然而，相同的效果可用一種組態來獲得，在此組態中另一種對準記號偵測光學系統是有一依據本發明的反射件22。
在製造微型裝置(譬如，半導體裝置或類此者、一具有微結構的元件或類此者、或此類者)的物件時，一種依據本發明的此實施例的物件製造方法是較佳的。該物件製造方法可包括使用前述的微影蝕刻設備形成一圖案(如，潛像圖案)於一物件(如，其上塗有光敏材料的基材)上的步驟；及處理該物件的步驟(如，顯影步驟)，該物件上已在前一步驟中形成有潛像圖案。此外，該物件製造方法可包括其它已知的步驟(氧化、薄膜形成、氣相沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、光阻剝除、分割、黏合、封裝、及類此者)。相較於傳統的裝置製造方法，此實施例的裝置製造方法在裝置的效能、品質、產量及製造成本的至少一者上具有優點。
雖然本發明參考示範性實施例加以描述，但應瞭解的是，本發明並不侷限被描述的實施例。例如，在上述實施例中，描述了使用使用紫外線、真空紫外線或極 紫外線作為微影蝕刻設備的示範性曝光設備。然而，該微影蝕刻設備並不侷限於此，而是亦可以為一包括一用來固持原始版或基材的活動桌台的微影蝕刻設備。例如，該微影蝕刻設備亦可以是一用帶電粒子束(譬如，電子束)在一基材上實施刻寫以形成圖案於該基材上的微影蝕刻設備或亦可以是一種壓印設備，其使用一模子來形成(模製)一壓印材料於基材上，用以藉此形成圖案於該基材上。
此申請案和2012年8月23日提申的日本專利申請案第2012-184543號有關，該案的內容藉此參照被併於本文中。
1‧‧‧曝光設備
2‧‧‧照明光學系統
3‧‧‧標線片
4‧‧‧標線片桌台
5‧‧‧投影光學系統
6‧‧‧晶圓
7‧‧‧晶圓桌台
8‧‧‧OA偵測系統
9‧‧‧光軸
11‧‧‧照明光源
12‧‧‧照明光學系統
13‧‧‧偏極化分光器
14‧‧‧第二光學系統
15‧‧‧反射面鏡
16‧‧‧λ/4板
17‧‧‧第一光學系統
18‧‧‧中繼透鏡
19‧‧‧偵測光學系統
20‧‧‧影像偵測元件
10‧‧‧計算處理單元
21‧‧‧驅動機構
AM‧‧‧對準記號
22‧‧‧反射件
ML‧‧‧偵測光
IL‧‧‧光線

Claims (8)

  1. 一種記號偵測器，其被建構來偵測一記號，該記號偵測器具有一被建構來偵測該記號的光學系統，該光學系統包括具有一正折射功率的透鏡，及一反射部分，其係由一透明件所構成，其中：該反射部分具有一反射表面，其被建構來反射穿過該反射部分的入射光束的入射光通量，其中該入射光通量是在收斂狀態或發散狀態，一反射件被設置在該反射表面的背面側且是用一表現出低於1.0的折射率及大於0.0的消光係數的材料及一表現出大於1.0的折射率及大於0.5的消光係數的材料的至少一種材料建構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之記號偵測器，其中該材料包括銀、鋁、銅或金。
  3. 如申請專利範圍第1項之記號偵測器，其中一包括多個透鏡的透鏡群包含一第一透鏡群，其表現出正的折射功率、及一第二透鏡群，該等透鏡群從該待測物依序被設置，且該反射件被設置在該第一透鏡群和該第二透鏡群之間。
  4. 一種微影蝕刻設備，其形成圖案於一基材上，該微影蝕刻設備包含：一固持器，其被建構成在固持該基材的同時是可活動的；及一記號偵測器，其被建構來偵測一形成在被該固持器 固持的該基材上的記號，其中該記號偵測器是依據申請專利範圍第1項的記號偵測器。
  5. 一種使用如申請專利範圍第4項之微影蝕刻設備來製造一裝置的方法，該方法包含：使用該微影蝕刻設備來形成圖案於一基材上，及處理其上形成有該圖案的該基材。
  6. 如申請專利範圍第1項之記號偵測器，其中該反射部分的該反射表面反射具有不同入射角的入射光束。
  7. 如申請專利範圍第1項之記號偵測器，其中該反射件的折射率及消光係數係根據使用在該反射部分中的玻璃材料而改變。
  8. 如申請專利範圍第1項之記號偵測器，其中被該反射表面反射的反射光束的偏極化相位改變的入射光束的入射角相依性被降低。
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