TWI553419B - 用於局部解析量測利用微影光罩所產生之輻射分佈之方法與裝置 - Google Patents

Description

用於局部解析量測利用微影光罩所產生之輻射分佈之方法與裝置 【相關申請案參照】

本發明主張2010年6月18日申請之德國專利請案10 2010 030 261.9號的優先權。此德國專利申請案的整體內容結合於此作為參考。

本發明關於用於局部解析量測利用微影光罩所產生之輻射分佈之方法，例如在投射曝光工具之架構內或光罩檢視裝置內、關於用於局部解析量測輻射分佈之裝置、關於用於微影之投射曝光工具、以及用於檢視微影光罩之光罩檢視裝置。

為了量測微影光學系統中關於光學系統之成像品質，通常憑藉著所謂空中影像(aerial image)量測技術。空中影像量測技術是相對於結構產生量測技術，其中將量測結構成像到晶圓之光阻層，然後量測所產生的光阻結構。以空中影像量測技術而言，係使用空中影像感測器，以局部解析方式來偵測成像的量測物件結構在至少兩個方向之三維空間中的強度分佈，例如在關於所用成像光學件之光學軸中的兩個側向方向。強度分佈的量測不一定要在空氣中發生，也可以在不同的氣體或不同液體介質或真空中實施。

以傳統空中影像量測技術而言，成像技術與掃描技術間有基本的差異。以掃描技術而言，空中影像感測器機械地移動於三維空間內並一點接著一點偵測在空間中相應點之輻射強度。空中影像感測器僅量測在個別時間的一個訊號值。因此，利用此方法，至少二維輻射分佈的量測是很耗時的。

為了減少量測時間，所以通常使用可以局部解析方式偵測電磁輻射之輻射偵測器。因此，US 2006/0269117A1揭露一種針對極紫外光波長範圍(EUV)之輻射的空中影像偵測器，其利用閃爍體從EUV空中影像產生在可見光範圍的光學物件。然後利用高孔徑成像光學件以放大方式成像到相機。此類型成像物鏡的解析極限為成像於遠場所用之光波長的函數，且在可見光的情況下將超過100nm。然而，對現代EUV投影物鏡或EUV微影光罩而言，這樣的解析度不夠高。

再者，可將發射光電子之實體物導入空中影像，以及可利用電子顯微鏡以空間解析方式偵測空中影像，如WO 03/058344A2所述。然而，這樣的方法需要非常高度的複雜度。

本發明之目的之一在於提供用於局部解析量測輻射分佈之方法及裝置，藉此可解決上述問題，尤其是可在合理的時間內以高解析度至少二維地量測輻射分佈。

前述目的可藉由例如根據本發明用於局部解析量測利用微影光罩所產生之輻射分佈之方法來達成。微影光罩可為產品光罩或測試光罩的形式。在本文背景中，光罩可了解是(傳統)固體光罩以及包含空間光調變器之可變光罩。輻射分佈尤其是利用微影光罩下游之投射光學件所產生。

本方法包含以下步驟：提供輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別置於活性狀態及惰性狀態，並組態成於活性狀態時轉換入射輻射之波長；以及操縱輻射轉換器數次，使得僅一部分的轉換器元件分別處於活性狀態，在輻射轉換器的每次操縱後，以輻射分佈照射輻射轉換器，使得活性的轉換器元件射出波長轉換的量測輻射，以及以輻射分佈每次照射時，記錄量測輻射之個別發源位置。再者，根據本發明方法，從以不同照射步驟記錄之發源位置，決定微影光罩所產生之輻射分佈。

換言之，根據本發明之一方面，提供一種局部解析量測利用投射曝光工具或光罩檢視裝置架構內之微影光罩所產生之空中影像之方法。舉例而言，要量測的空中影像可為用於微影之投射曝光工具之晶圓平面中的輻射分佈，或是當檢視光罩檢視裝置中之微影光罩時出現在偵測器平面之輻射分佈。

根據本發明之一方面，提供的輻射轉換器具有至少二維配置的轉換器元件。轉換器元件可分別置於活性狀態及惰性狀態，且於活性狀態可將入射輻射(尤其是微影光罩所產生的輻射分佈之輻射)轉換成波長轉換的輻射。輻射分佈之波長可例如在DUV波長範圍，尤其是193nm，或是在EUV波長範圍。舉例而言，光可致能螢光染料可用做為轉換器元件，如以下詳細說明。

根據本發明之一方面，輻射轉換器操縱成僅部分的轉換器元件置於活性狀態。依據實施例，此部分小於1/10、小於1/100、尤其小於1/1000的所有轉換器元件。之後，輻射轉換器受到輻射分佈，使得活性狀態之轉換器元件射出量測輻射形式之波長轉換輻射。量測輻射的波長較佳比照射的輻射還長，且可在例如可見光波長範圍。

然後，以高精確度來決定量測輻射的發源位置。針對此目的，較佳利用放大成像光學件將輻射轉換器之平面成像到局部解析的輻射偵測器，例如CCD相機。由於僅致能小部分的轉換器元件，根據統計上的期望值，要量測之發源位置的氣盤(Airy discs)在偵測器上不會重疊。因此，相較於氣盤的延伸，可以大大增加的量測精確度來決定發源位置。

然後，重複數次上述步驟，以操縱輻射轉換器使得輻射轉換器僅部分的轉換器元件置於活性狀態，以及記錄之後射出的量測輻射之發源位置，根據統計機會原理選擇分別置於活性狀態之轉換器元件，使得在足夠次數後，大部分的轉換器元件至少置於活性狀態一次。根據本發明，最後從所有記錄的發源位置，決定微影光罩所產生之輻射分佈。

於此所運用的基本原理，藉由數次分別照射置於活性狀態之不同群組的轉換器元件，而達到超過繞射所限制之解析極限的解析度，是細胞顯微術中所熟知的。關於超解析細胞顯微術，可例如Mark Bates等人於Current Opinion in Chemical Biology 2008,12: 505-514所發表之文獻「藉由奈米等級局部化之光可切換螢光探針之超解析顯微術(Super-resolution microscopy by nanoscale localization of photo-switchable fluorescent probes)」。於超解析細胞顯微術中，如本發明，然而並不量測空中影像，而是量測細胞生物樣本中光可致能螢光分子的不同空間分佈。

根據本發明之一方面，藉由運用細胞生物學所知的基本原理到微影空中影像量測，可顯著達到低於繞射光學件在空中影像量測預定的解析極限，尤其對非常小的波長(例如193nm或EUV波長)而言，在空中影像量測上能達到足夠高的解析精確度。然而，根據本發明之方法同時構成至少二維地並行量測之量測方法，所以至少相較於掃描量測方法時，量測輻射分佈所需的時間較少。

根據本發明之一實施例，轉換器元件為光可致能的，以及輻射轉換器的操縱是藉由照射致能輻射，其具有的強度僅使部分的轉換器元件處於活性狀態。光可致能轉換器元件之範例為上述光可致能螢光分子。

根據本發明之一實施例，輻射分佈是利用微影之投射曝光工具藉由成像微影光罩來產生。要量測的輻射分佈較佳為出現在投射曝光工具晶圓平面中的輻射，也就是所謂空中影像。

根據本發明另一實施例，輻射分佈是利用光罩檢視裝置藉由成像微影光罩來產生。使用此類型光罩檢視裝置以品管微影光罩。

根據本發明另一實施例，中斷輻射分佈之照射，以照射致能輻射到輻射轉換器。舉例而言，此可藉由可切換輻射源或可移動孔徑來實施。

根據本發明另一實施例，在照射輻射分佈後，轉換器元件置於惰性狀態或失效狀態。根據一實施例，可藉由以高強度曝光輻射照射整個表面來實施。因此，確保當下次致能及照射時，前次量測路徑之轉換器元件不會仍是活性。

根據本發明另一實施例，轉換器元件組態成就在射出波長轉換的量測輻射後，暫時為惰性狀態，其中轉換器元件不會轉換入射輻射之波長。輻射轉換器之操縱是藉由初始地以輻射照射輻射轉換器，輻射之強度實質刺激所有轉換器元件射出波長轉換的量測輻射而因此置於惰性狀態。輻射分佈僅在部分的轉換器元件已回到活性狀態時照到輻射轉換器。當使用螢光材料時，惰性狀態可為暫時性非螢光狀態，由此螢光元件以統計上的或然率回到螢光狀態。換言之，在發射量測輻射後，出現「失效時間(dead time)」，於此期間轉換器元件不會受刺激射出量測輻射。實施例中可視為轉換器元件之物質包含例如Alexa Fluor 488、ATTO520、Alexa Fluor 532、ATTO532、ATTO565、Alexa Fluor 568、ATTO655、及ATTO700。

根據本發明實施例，轉換器元件初始受到照射，使得實質上所有的轉換器元件受到刺激而射出量測輻射。根據本發明一實施例，實質完全意味著至少90%；根據另一實施例，實質意味至少99%，尤其是至少99.9%或至少99.99%。之後，受到照射的轉換器元件處於惰性狀態。根據本發明，等待直到某個比例的所有轉換器元件已回到活性狀態，例如最大為1/00或最大為1/1000。此時，照射輻射分佈以及決定射出量測輻射之發源位置，如上所述。

根據本發明另一實施例，輻射轉換器更包含閃爍體元件，當以投射曝光工具所產生的曝光輻射照射時會射出具有中間波長之中間輻射。活性轉換器元件將中間輻射轉換成量測輻射。根據一實施例，閃爍體元件組態成將EUV輻射轉換成可見光形式的中間輻射。然後，將受可見光刺激發出螢光之光可致能的螢光分子用做為轉換器元件。

如上已述，根據本發明一實施例之轉換器元件可由螢光元件形成。決定的輻射分佈之波長是在如上述的EUV波長範圍，具有波長在100nm以下，例如13.5nm或6.8nm。根據選替實施例，決定的輻射分佈之波長是在UV波長範圍，例如193nm或248nm。

根據本發明另一實施例，為了記錄量測輻射之個別發源位置，利用顯微物鏡將發源位置成像到偵測器，以及以至少在繞射造成之影像的延伸以下一個等級大小程度的精確度，決定發源位置在偵測器上之影像位置。此較佳藉由以低於氣盤延伸以下之精確度來決定偵測器上氣盤個別焦點之方式實施。

根據本發明另一實施例，為了決定量測輻射之個別發源位置，利用散光顯微物鏡將發源位置成像到偵測器，以及從在偵測器上之影像形狀，決定發源位置相對於輻射分佈之傳播方向上之軸位置座標。於此案例中，氣盤具有橢圓率，其表示對應光可致能元件之軸向位置。如此可例如三維量測微影製程窗。

根據本發明另一實施例，輻射轉換器包含容器，其於液體溶液中含有轉換器元件。於此實施例，轉換器元件尤其可為細胞顯微術所知的光可致能螢光分子。於此實施例，整個量測程序實施得很快，在量測循環之間，轉換器元件由於在液體溶液中的擴散使得空間移動小於解析極限。根據本發明另一實施例，轉換器元件嵌入減緩擴散的透明基質中。於此可視其為例如從熔融物質固化的「水玻璃」，亦即類玻璃鈉及鉀矽酸鹽。

根據本發明另一實施例，容器容許輻射分佈從一側透射以及容許波長轉換的輻射從另一側透射。根據一實施例，一側是由SiN薄膜所形成(EUV輻射可透射)或石英玻璃板(193nm輻射可透射)，而第二側具有小玻璃板(可見光可透射)。

根據本發明另一實施例，輻射轉換器具有薄膜，而轉換器元件均勻地設置分佈於薄膜上。因此，轉換器元件可設置成例如在薄膜上的均勻網格圖案。根據一實施例，轉換器元件以單層螢光乳膠珠形式應用到薄膜上。

根據本發明另一實施例，轉換器元件設置成至少二維實質均勻分佈於輻射轉換器內，尤其是轉換器元件設置成至少二維均勻分佈於輻射轉換器內。於本文中，「均勻分佈」應包含統計上的均勻分佈(例如當設置轉換器元件於液體溶液中時)，以及均勻分佈(例如均勻網格形式)。具體而言，當網格週期變化為50%或更少(尤其是少於10%)，則為均勻網格圖案。

根據本發明另一實施例，輻射轉換器導入到投射曝光工具之影像平面或晶圓平面，用於以輻射分佈照射。根據一變化例，輻射轉換器整合到可移動基板台或整合到投射曝光工具的量測台。

再者，前述目的可藉由一種局部解析量測利用微影光罩所產生之輻射分佈之方法來達成，此方法包含以下步驟：提供輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別組態成轉換入射輻射之波長；以投射曝光工具所產生之輻射分佈照射輻射轉換器，使得轉換器元件射出波長轉換的量測輻射；以及以超解析精確度，從量測輻射來決定輻射分佈。超解析精確度意味超過繞射造成之解析精確度之精確度，尤其是大小至少超過一個級數的程度。繞射造成之解析度由量測輻射之成像點光源之氣盤大小來界定。根據一實施例，超解析精確度為比20nm還好的精確度，較佳比10nm還好。

再者，前述目的可藉由一種局部解析量測輻射分佈之裝置來達成。根據本發明之裝置包含：輻射轉換器，具有實質均勻分佈(尤其是均勻分佈)的至少二維配置之可個別光致能的轉換器元件，其組態成於致能狀態時轉換照射輻射之波長；輻射源，用於輻射轉換器之可個別光致能的轉換器元件之光致能；以及影像偵測裝置，用於偵測波長轉換的輻射之發源位置。

於本文中，「均勻分佈」一詞如上所說明的，應包含統計上的均勻分佈(例如例如當設置轉換器元件於液體溶液中時)，以及確定性的均勻分佈(例如均勻網格形式)。

根據一實施例，本發明之裝置用於以局部解析方式來量測微影之投射曝光工具所產生的輻射分佈。根據另一實施例，此裝置用於以局部解析方式來量測光罩檢視裝置中要量測之微影光罩所產生的輻射分佈。

再者，根據本發明提供一種用於微影之投射曝光工具，其包含：輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別置於活性狀態及惰性狀態，且組態成於活性狀態時將投射曝光工具之曝光輻射轉換成波長轉換的量測輻射。投射曝光工具更包含影像偵測裝置，用於偵測量測輻射之發源位置。於此，投影曝光工具組態成操縱輻射轉換器，使得僅部分的轉換器元件處於活性狀態。

再者，根據本發明提供一種用於微影之投射曝光工具，其包含具有偵測表面之輻射偵測器。輻射偵測器組態成利用比20nm還好(尤其是比10nm還好)的局度解析度，量測投射曝光工具照到偵測表面之曝光輻射。因此，與習知掃描空中影像量測方法不同之二維空中影像偵測器，係二維地偵測空中影像。如上述本發明方法所述，量測可包含許多量測步驟。以各量測步驟而言，於此進行部分影像的二維偵測。以本發明之輻射偵測器而言，關於前述局部解析偵測空中影像，係於整個偵測區域同時訊號偵測。換言之，輻射偵測器至少二維地並行量測空中影像。根據一實施例，輻射偵測器組態成上述局部解析量測輻射分佈之裝置。

於優勢的實施例中，本發明之投射曝光工具組態成用於實施上述實施例所述之方法。

再者，根據本發明提供一種光罩檢視裝置，用於檢視微影光罩。本發明之光罩檢視裝置包含：成像光學件，利用檢視輻射將光罩結構成像到影像平面；以及輻射轉換器，設置於影像平面，並具有至少二維配置之轉換器元件。轉換器元件可分別置於活性狀態及惰性狀態，且組態成於活性狀態時轉換光罩檢視裝置之檢視輻射之波長。光罩檢視裝置更包含影像偵測裝置，用於偵測波長轉換的輻射之發源位置。光罩檢視裝置於此組態成操縱輻射轉換器，使得僅部分的轉換器元件處於活性狀態。檢視輻射較佳為波長與要曝光投射曝光裝置中之微影光罩之輻射相同的輻射。依據光罩類型，檢視輻射因而可包含例如193nm輻射或在EUV波長範圍。

根據本發明所述光罩檢視裝置之實施例，可提供成像光學件(如下所詳述)，其影像側數值孔徑對應用於投射曝光工具要成像光罩結構到晶圓時之投影物鏡的數值孔徑。根據一優勢實施例，成像光學件在影像側具有至少為0.8的數值孔徑。

用於檢視微影光罩之光罩檢視裝置較佳具有上述本發明實施例中用於局部解析量測輻射分佈之裝置。

本發明上述方法實施例中相關的特定特徵可對應地運用到本發明之裝置、本發明之投射曝光工具、以及本發明之光罩檢視裝置。相對地，本發明上述裝置實施例、本發明之投射曝光工具、或本發明之光罩檢視裝置中相關的特定特徵可對應地運用到本發明之方法。

於以下所述之例示實施例中，功能上或結構上彼此類似的元件儘可能具有相同或類似的元件符號。因此，為了瞭解本發明特定例示實施例之個別元件的特徵，應參考其他例示實施例的說明或參考本發明的一般性說明。

為了幫助說明投射曝光工具，於圖中指明笛卡兒xyz座標系統，而可得知圖中所示組件之個別相對位置。於圖1中，x方向垂直於圖面，y方向向右，而z方向向下。

圖1顯示用於微影之投射曝光工具10之示意截面圖，其中裝置30整合於本發明之實施例。裝置30組態成以局部解析方式來量測投射曝光工具10於基板平面20(亦稱為晶圓平面或影像平面)所產生的輻射分佈24。此類型輻射分佈24通常亦稱為投射曝光工具10之空中影像，此名稱用於例如曝光波長為193nm時輻射分佈實際出現於空氣或液體(例如水)中，以及使用EUV輻射時輻射分佈出現於真空中。

投射曝光工具10包含輻射源(圖1未繪示)以及用於產生曝光輻射12之照射系統。曝光輻射12可為所謂的DUV輻射，即在深UV範圍且波長為例如248nm或193nm之輻射。選替地，亦可為EUV輻射(極紫外光輻射)，具有波長<100 nm，尤其波長約為13.5nm或約6.8nm。曝光輻射12可被開啟及關閉。舉例而言，可利用曝光輻射12之光學路徑中的孔徑14來實施曝光輻射12的開啟及關閉。選替地，輻射源本身亦可設計成可切換的。

曝光輻射12照到微影光罩16，其中微影光罩16上設置有要成像的結構。如圖1所示，曝光輻射12可於微影光罩16反射，且通常是當使用EUV輻射時會這樣。選替地，微影光罩16亦可為透射光罩形式。於此狀況下，曝光輻射12通過光罩。微影光罩16由可移動光罩台18所支托。當成像微影光罩16之結構時，光罩台18連續移動於y方向，如熟此技藝者一般所熟知的步進及掃瞄投射曝光工具。

利用投影物鏡22將光罩結構成像到基板平面20，其中投影物鏡22組態成相依於後者的設計或相依於透射透鏡及/或反射鏡之曝光波長。根據本發明用於局部解析量測圖1所示實施例中輻射分佈24之裝置30，包含具有二維偵測表面之輻射轉換器31、致能輻射源42、放大成像光學件48、局部解析輻射偵測器50、以及評估單元56。致能輻射源42為可切換的或具有用於中斷致能輻射44之可移動孔徑46。依據曝光波長，浸潤液可設置在投影物鏡22與輻射轉換器31之間，如圖1之虛線所示。

於圖2中，詳細顯示第一實施例之輻射轉換器31。於此實施例中，輻射轉換器31包含平盒形式之容器36。於其面對投影物鏡22之一側，容器36包含曝光輻射可透過的層38。當使用193 nm之光作為曝光輻射12時，層38可由玻璃板製成，而針對EUV輻射，則可由SiN薄膜製成。當使用浸潤液23時，可讓曝光輻射透過之層38的折射率較佳匹配於浸潤液之折射率。容器36填充有液體溶液37。液體溶液中含有將入射曝光輻射12轉換變成波長轉換輻射34之轉換器元件。

於本實施例中，轉換器元件32由光可致能螢光染料形成。這些螢光染料可由細胞生物學中超解析螢光顯微術中得知。於下表1提供一些適合作為轉換器元件32之有機螢光團之性質概述。這些更詳細地描述於Bates M.等人於Science 2007,317: 1749-1753所發表之文獻，「利用光可切換螢光探針之多色超解析成像(Multicolor superresolution imaging with photo-switchable fluorescent probes)」。其他可能的螢光團列於Bates M.等人於Current Opinion in Chemical Biology 2008,12: 505-514所發表之文獻，「藉由奈米等級局部化之光可切換螢光探針之超解析顯微術(Super-resolution microscopy by nanoscale localization of photo-switchable fluorescent probes)」，尤其是此文獻的表1，且結合於此做為參考。

藉由致能輻射44照射，前述具有螢光性質之螢光團可處於活性狀態。當使用上述表1所列之螢光團，需要有波長在350nm至570nm間的致能輻射44。在致能後，螢光團將照射光12轉變成螢光，做為在可見光波長範圍之量測輻射34。

表1所列之螢光團對高於600nm之照射光具有最大吸收。然而，即使是使用248nm或193nm的波長應該也可能刺激這些螢光團。因此，前述螢光團適合用於在DUV波長範圍之曝光輻射12的分析。熟此技藝者所熟知對DUV或EUV波長範圍之光有所響應的其他螢光團，亦可用做為轉換器元件32。

圖3從入射曝光輻射12之上視圖的觀點顯示圖2實施例中之輻射轉換器31。轉換器元件32在統計上均勻地分佈於所示平面。當實施本發明之量測方法時，首先中斷曝光輻射12，而致能輻射44照到輻射轉換器31。於此，將致能輻射44的強度及照射時間選擇成，僅致能小部分(小比例)的轉換器元件32，即到達具有螢光效應的狀態。於圖4中，藉由例如參考符號32a辨識出致能的轉換器元件。致能轉換器元件32a的數量可為例如少於所有轉換器元件32的1/100(尤其少於1/1000)。

然後開啟曝光輻射12，使得在基板平面20之輻射分佈24刺激這些少數的致能轉換器元件32a，而發射出螢光形式的波長轉換量測輻射34。由圖1亦可知，利用放大成像光學件48將量測輻射34之發源位置成像到CCD相機形式之局部解析輻射偵測器50。發射量測輻射的各轉換器元件32於輻射偵測器50產生所謂氣盤52形式的延伸輻射分佈。氣盤52的中心對應產生個別氣盤52之量測輻射34的發源位置。

如圖4所示，發源位置54對應發射個別量測輻射34之致能轉換器元件32a的確切位置。然而，由於在先前中僅致能少部分的轉換器元件32，所以在輻射偵測器50上所產生的個別氣盤典型上不會重疊。如此可精確地決定氣盤的中點以及從記錄氣盤52得到發源位置54。此乃利用評估單元56進行。

重複剛說明的程序(即少數轉換器元件32的致能、輻射分佈24的照射、以及決定所發射之量測輻射34的發源位置54)，直到已記錄夠多的發源位置54，而能藉由記錄的發源位置54以所需的精確度將全部輻射分佈組合在一起。

在投射曝光工具10之基板20中對約10 μm x 10 μm之面積執行局部解析量測輻射分佈所需的時間約在1分鐘的等級。此時間包含重複所述程序夠頻繁到能以所需精確度得到整個輻射分佈。

將部分影像組合在一起的原理可由名為STORM(隨機光學重建顯微術)下的細胞生物學中高解析顯微術之原理得知，參見例如WO 2008/091296 A2、PAL-M，參見例如WO 2006/127692 A1、或GSDIM，參見例如US 2009/0134342 A1。利用這些方法，以光可致能螢光染料標記細胞組成，然後藉由螢光染料的相繼致能、個別照射、及螢光輻射之記錄，量測光可致能螢光染料的分佈。本發明微影空中影像之量測方法與所知的超解析螢光顯微術之間顯著的差異在於：本發明方法中的轉換器元件32在轉換器元件32之照射區域是均勻地分佈，尤其是在統計上均勻地分佈，參見例如圖3之例示實施例。相對於此，利用高解析螢光顯微術，螢光染料標記要檢查的細胞結構，而局部地設置於特定結構中。轉換器元件的均勻分佈使其可以局部解析方式量測微影空中影像形式之輻射分佈。

圖2之輻射轉換器31之容器36在相對層38之一側具有讓量測輻射透射之層40，例如玻璃板形式。利用輻射偵測器50很快地記錄氣盤52，使得轉換器元件32於記錄時間期間僅些微地在液體溶液中移動，但是任何狀況下都小於解析極限。

根據本發明一實施例，成像光學件48刻意地設計成些為散光的。因此，氣盤52的形式為些微橢圓的，但具有不變的焦點位置。此橢圓率象徵發射量測輻射34之轉換器元件32在z方向的位置。藉由評估所記錄氣盤的橢圓性質，變成可三維地解析輻射分佈24。如此可決定微影中所謂的製程窗而不需曝光晶圓。

微影中的製程窗尤其是指空中影像之軸向延伸及所造成的聚焦深度。如此實質決定精確度，藉此光阻層必須導入空中影像，以及整體看來影響基板台之技術要求與投射曝光工具。為了實施製程窗量測技術，輻射轉換器31的厚度在z方向組態成，使得具有轉換器元件32之液體溶液37在z方向超過大於成像所需光罩結構需要的聚焦深度的區域。選替地，輻射轉換器31可與局部化光學件(即整個量測裝置30)在z方向一起移動。

根據本發明另一實施例，圖3之轉換器元件32亦可固定於透明基質，例如於水玻璃中，而不是水溶液中。再者，轉換器元件32亦可設置成均勻網格圖案，如圖5所示。此可藉由例如塗佈單層螢光乳膠珠到讓曝光輻射透射之層38上來實施。

圖6顯示輻射轉換器31之另一實施例，其特別組態用於量測EUV輻射之輻射分佈24。於此實施例中，光可致能螢光染料形式的轉換器元件32(例如表1中的染料)設置成固定網格圖案，如圖5之實施例。輻射轉換器31更包含閃爍體58之網格，用於將EUV波長範圍之曝光輻射12轉換成可見光波長範圍的中間輻射。閃爍體58之網格具有可比擬轉換器元件32之元件間距。

例如Proxitronic Detector Systems公司所製造的產品P43可視為閃爍體元件。此產品具有以下組成：Gd₂O₂S:Tb。此產品發射的放射輻射是在波長範圍360nm至680nm，且適合刺激例如上述表1中之Cy5螢光團及Alexa Fluor 647。

當利用圖6之輻射轉換器31實施本發明之方法時，各曝光步驟使得所有的閃爍體元件58受到刺激發出可見光波長的輻射，而個別受致能的轉換器元件32則發射出具有特徵波長光可致能螢光團形式的量測輻射34。於此可優勢地將濾波器定位於輻射偵測器50的前方，以阻擋波長低於螢光團染料發射出之量測輻射34之波長的輻射。具體而言，表1中之Cy5.5螢光團可視為轉換器元件32，因為具有高於前述閃爍體元件58發射的輻射波長範圍之最大發射。選替地，適當的閃爍體本身可選擇性地視為轉換器元件32。

圖7顯示根據本發明具有局部解析量測基板平面20中輻射分佈之裝置30之微影投射曝光工具之另一實施例。投射曝光工具110與投射曝光工具10之差異在於局部解析量測輻射分佈之裝置的實施例，於圖7之實施例裝置130中沒有致能輻射源42。再者，圖7之實施例中之輻射轉換器131具有不同類型的轉換器元件132。轉換器元件132組態成就在發射出波長轉換的量測輻射34後暫時地進入惰性狀態，其中轉換器元件132不會轉換入射曝光輻射12的波長。換言之，在發射量測輻射34(例如螢光輻射)後，轉換器元件132具有失效時間。於輻射轉換器中轉換器元件132的空間配置可參考上述圖3至圖5之相關組態。

根據本發明實施例，當操作圖7之投射曝光工具110時，輻射轉換器131現在被曝光輻射12二維地照射，使得實質所有的轉換器元件132受到刺激而發射出波長轉換的量測輻射34，尤其是螢光。此乃利用所謂泛濫式曝光(flood exposure)來實施，藉此均勻地照射要曝光之基板平面20的整個區域。泛濫式曝光較佳應組態成至少99%(較佳99.9%或至少99.99%)的轉換器元件132發射出量測輻射34。

在實施泛濫式曝光後，個別轉換器元件132一點一點地回到可受刺激而再次發射量測輻射34之活性狀態。回到活性狀態是種統計程序。根據本發明，在實施泛濫式曝光後必須等待一段時間，其中小部分的轉換器元件132已回到活性狀態。此部分應大約對應於利用圖1之致能輻射源42致能的轉換器元件的比例，而大約可為例如1/1000。

就在前述的該段時間之後，利用微影光罩16在基板平面20產生輻射分佈24，並如圖1所述決定發射量測輻射34之元件132的發源位置54。以圖1所述方法相同的方式重複幾次前述程序步驟，然後從所記錄的發源位置以高解析度重建輻射分佈。Mike Heilemann等人於Applied Chemistry International Edition,1^st,2009年9月vol. 48,No. 37,6903-6908頁所發表之文獻「利用小有機螢光團之超解析成像(Super-resolution imaging with small organic fluorophores)」中關於dSTORM方法所列的材料，可視為例如適合做為圖7實施例之轉換器元件132之物質。因此舉例而言，可使用列於文獻中之Alexa Fluor 488(最大吸收為488 nm)、ATTO520,Alexa Fluor(最大吸收為514 nm)、ATTO565,Alexa Fluor 568(個別最大吸收為468 mm)、ATTO655及ATTO700(個別最大吸收為647 mm)等物質。

如表1之分子，這些物質對高於DUV及EUV微影波長之照射光具有吸收最大值。然而，亦可能利用波長為248nm或193nm的光以足夠效率來刺激這些物質。再者，熟此技藝者所知悉具有上述性質且響應DUV或EUV波長範圍之光的螢光團，亦可用做為轉換器元件32。

圖8顯示用於檢視微影光罩16之光罩檢視裝置210。此類型光罩檢視裝置210用於在投射曝光工具外量測微影光罩16之空中影像，以辨識出光罩的寫入錯誤。光罩檢視裝置210包含照射系統211，用於產生具有當用於投射曝光工具時針對微影光罩16組態之波長的檢視輻射212。

因此，檢視輻射212可在DUV波長範圍，例如248nm或193nm，或可在EUV波長範圍。然後利用成像光學件222，將微影光罩16成像到影像平面220。於此，輻射轉換器31是設置於上述其中一個實施例中。此為局部解析量測輻射分佈24之裝置30對應於圖1之裝置30部分。選替地，圖7之裝置130亦可設置於成像光學件之下。

利用裝置30或130，如上所述，現在可以極大改善的精確度來量測輻射24之空間分佈。可利用高數值孔徑來量測空中影像。因此，變得可利用與要使用微影光罩之投射曝光工具之投影物鏡之影像側相同的數值孔徑，來提供成像光學件222。如此降低量測的不準確性。習慣上，光罩檢視裝置之成像光學件具有實質小於影像側的數值孔徑，因為空中影像24需要高量測精確性，所以成像光學件設計成放大成像光學件。相對於此，投射曝光裝置中的投影物鏡為縮減光學件。

基於拉格朗日不變量(Lagrange invariant)，使用縮減光學件在影像側造成大數值孔徑。此結果為利用傳統光罩檢視裝置產生的空中影像不同於投射曝光工具中的空中影像。這些差異習慣上必須數學地列入考慮，而造成不精確性。

執行局部解析量測光罩檢視裝置210之影像平面220中面積約10μm x 10 μm之輻射分佈24所需的時間約為1分鐘的等級。

於下，說明本發明實施例中空中影像量測方法之操作模式與傳統空中影像量測方法之操作模式的差異。如一開始所述，以傳統空中影像量測方法而言，成像及掃瞄方法之間有所不同。以成像空中影像量測方法而言，實施二維影像記錄，單一影像記錄已提供空中影像，以及以掃描空中影像量測而言，實施一點接著一點的影像記錄，僅非常大量的點接著點影像記錄一起產生空間影像。

以本發明量測方法所述之實施例而言，記錄複數部分影像。於此，各部分影像涵蓋整個二維偵測區域，在偵測區域中分別僅統計上選擇的畫素元件為有效的，然而，個別部分影像具有統計上分佈的點。根據本發明，將部分影像加在一起，如此產生空中影像。相較於單一記錄的影像已產生空中影像之成像方法，以及非常多點接著點記錄影像一起形成空中影像的掃瞄方法，利用本發明方法，平均數量的部分影像結合就可提供空中影像。

以成像及掃瞄方法而言，事先建立(即決定)影像畫素，即量測空中影像之二維元件的位置。相對地，以本發明實施而言，量測空中影像的點的位置在每個部分影像與每個部分影像間不同，且分別是統計上選擇的。換言之，利用傳統方法，量測是確定地(deterministically)實施，而本發明實施例則是統計上的。

以成像空中影像量測技術而言，空中影像解析度是由二維元件的數量及尺寸來決定，以及對掃描空中影像量測技術而言，是由點偵測器之自由開口來決定。然而，以本發明實施例而言，空中影像解析度是由個別螢光團標記器之局部化精確性所決定。以成像方法而言，被觀察結構之局部化是藉由影像在相機上的局部化來實施，以掃瞄方法而言，則是藉由偵測器位置的知識來實施。然而，以本發明實施例而言，被觀察結構尤其是藉由決定氣盤在相機上的焦點來局部化。最後，以本發明實施例而言，發生波長轉換，但是前述傳統空中影像量測方法則沒有。

以成像量測方法而言，解析極限為Abbe成像極限，約為200nm。利用掃瞄方法，可達到較高的解析度，其受限於近場探針開口，通常約50nm。然而，利用本發明量測方法，解析極限可落在分子直徑的大小程度，約為10-20nm。

在不脫離本發明精神或必要特性的情況下，可以其他特定形式來體現本發明。應將所述具體實施例各方面僅視為解說性而非限制性。因此，本發明的範疇如隨附申請專利範圍所示而非如前述說明所示。所有落在申請專利範圍之等效意義及範圍內的變更應視為落在申請專利範圍的範疇內。

10．．．用於微影之投射曝光工具

12．．．曝光輻射

14．．．孔徑

16．．．微影光罩

18．．．光罩台

20．．．基板平面

22．．．投影物鏡

23．．．浸潤液

24．．．輻射分佈

30．．．用於局部解析量測輻射分佈之裝置

31．．．輻射轉換器

32．．．轉換器元件

32a．．．致能的轉換器元件

34．．．波長轉換的量測輻射

36．．．容器

37．．．液體溶液

38．．．曝光輻射可透過層

40．．．量測輻射可透過層

42．．．致能輻射源

44．．．致能輻射

46．．．孔徑

48．．．放大成像光學件

50．．．局部解析輻射偵測器

52．．．氣盤

54．．．發源位置

56．．．評估單元

58．．．閃爍體元件

110．．．用於微影之投射曝光工具

130．．．用於局部解析量測輻射分佈之裝置

131．．．輻射轉換器

132．．．轉換器元件

210．．．光罩檢視裝置

211．．．照射系統

212．．．檢視輻射

220．．．影像平面

220．．．成像光學件

本發明上述及其他優勢特徵係根據本發明之例示實施例並參考附圖詳細說明。圖式中：

圖1為微影投射曝光工具，其具有本發明第一實施例用於局部解析量測在投射曝光工具之影像平面中輻射分佈之裝置；

圖2為圖1之裝置所含之輻射轉換器之截面圖；

圖3為圖1之輻射轉換器於第一實施例中具有複數轉換器元件；

圖4為圖3之輻射轉換器具有致能的轉換器元件之例示圖式；

圖5為圖1之輻射轉換器之第二實施例之上視圖；

圖6為圖1之輻射轉換器之第三實施例之上視圖；

圖7為圖1之微影投射曝光工具，其具有本發明第二實施例用於局部解析量測在投射曝光工具之影像平面中輻射分佈之裝置；以及

圖8為光罩檢視裝置，用於利用本發明用於局部解析量測成像微影光罩所產生之輻射分佈之裝置來檢視微影光罩。

10．．．用於微影之投射曝光工具

12．．．曝光輻射

14．．．孔徑

16．．．微影光罩

18．．．光罩台

20．．．基板平面

22．．．投影物鏡

23．．．浸潤液

24．．．輻射分佈

30．．．用於局部解析量測輻射分佈之裝置

31．．．輻射轉換器

34．．．波長轉換的量測輻射

42．．．致能輻射源

44．．．致能輻射

46．．．孔徑

48．．．放大成像光學件

50．．．局部解析輻射偵測器

52．．．氣盤

54．．．發源位置

56．．．評估單元

Claims (27)

1. 一種局部解析量測利用一微影光罩所產生之一輻射分佈之方法，包含：提供一輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別置於一活性狀態及一惰性狀態，並組態成於該活性狀態時轉換入射輻射之波長；操縱該輻射轉換器數次，使得僅一部分的該些轉換器元件分別處於該活性狀態；在該輻射轉換器的每次操縱後，以該輻射分佈照射該輻射轉換器，使得該些活性的轉換器元件射出波長轉換的量測輻射；以該輻射分佈每次照射時，記錄該量測輻射之個別發源位置；以及從以不同照射步驟記錄之該些發源位置，決定該微影光罩所產生之該輻射分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射分佈係利用微影之投射曝光工具透過成像該微影光罩而產生。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射分佈利用一光罩檢視裝置透過成像該微影光罩而產生。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等轉換器元件在該輻射分佈照射後置於該惰性狀態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等轉換器元件為光可致能的，以及該輻射轉換器的操縱是藉由照射一致能輻射，係具有一強度僅使該等轉換器元件之一部分處於該活性狀 態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中中斷該輻射分佈之照射，以照射該致能輻射到該輻射轉換器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該轉換器元件在射出該波長轉換的量測輻射後，暫時為該惰性狀態，其中於該惰性狀態時該些轉換器元件不會轉換入射輻射之波長；該輻射轉換器之操縱是藉由初始地以輻射照射該輻射轉換器，該輻射之強度實質刺激所有該些轉換器元件射出該波長轉換的量測輻射而因此置於該惰性狀態，以及其中該輻射分佈僅在該些轉換器元件之一部分已回到該活性狀態時照到該輻射轉換器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射轉換器更包含閃爍體元件，當以該投射曝光工具所產生的曝光輻射照射時會射出具有一中間波長之中間輻射，以及其中該活性轉換器元件將該中間輻射轉換成該量測輻射。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些轉換器元件由螢光元件形成。
10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射分佈之波長是在EUV波長範圍。
11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射分佈之波長是在UV波長範圍。
12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中為了記錄該量測輻射之個別發源位置，利用一顯微物鏡將該些發源位置成像到一偵測器，以及其中以至少在繞射造成之影像的延伸以下一個等級大小程度的精確度，決定該些發源位置在該偵測器上之影像位置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中為了決定該量測輻射之個別發源位置，利用一散光(astigmatic)顯微物鏡將該些發源位置成像到一偵測器，以及其中從在該偵測器之影像形狀，決定該發源位置相對於該輻射分佈之傳播方向上之一軸位置座標。
14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射轉換器包含一容器，係於一液體溶液中含有該些轉換器元件。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該容器容許該輻射分佈從一側透射以及容許該波長轉換的輻射從另一側透射。
16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些轉換器元件設置成至少二維實質均勻分佈於該輻射轉換器內。
17. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射轉換器具有一薄膜，該些轉換器元件均勻地設置分佈於該薄膜上。
18. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輻射轉換器導 入到該投射曝光工具之該影像平面，用於以該輻射分佈照射。
19. 一種局部解析量測利用一微影光罩所產生之一輻射分佈之方法，包含以下步驟：提供一輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別組態成轉換入射輻射之波長；以該投射曝光工具所產生之該輻射分佈照射該輻射轉換器，使得該些轉換器元件射出波長轉換的量測輻射；以及以一超解析(super-resolving)精確度，從該量測輻射決定該輻射分佈，其中該超解析精確度超過因繞射所導致的解析度至少一數量級。
20. 一種局部解析量測一輻射分佈之裝置，包含：一輻射轉換器，具有實質均勻分佈的至少二維配置之可個別光致能的轉換器元件，其組態成於致能狀態時轉換照射輻射之波長，其中該個別光致能的轉換器元件的實質均勻分佈配置涵蓋至少10μm×10μm的區域；一輻射源，用於該輻射轉換器之可個別光致能的轉換器元件之光致能；以及一影像偵測裝置，用於偵測該波長轉換的輻射之一發源位置。
21. 如申請專利範圍第20項所述之裝置，其中該些轉換器元件統計上均勻分佈於至少兩個維度。
22. 如申請專利範圍第20或21項所述之裝置，其中該些轉換 器元件在至少兩個維度中設置成均勻分佈。
23. 一種用於微影之投射曝光工具，包含：一輻射轉換器，具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別置於一活性狀態及一惰性狀態，且組態成於該活性狀態時將該投射曝光工具之曝光輻射轉換成一波長轉換的量測輻射；以及一影像偵測裝置，用於偵測該量測輻射之一發源位置，該投影曝光工具組態成操縱該輻射轉換器使得僅一部分的該些轉換器元件處於該活性狀態。
24. 一種用於微影之投射曝光工具，包含具有一偵測表面之一輻射偵測器，其設置以能夠解析小於20nm的結構的一局度解析度在該偵測表面上的複數個位置同時實施一輻射量測，並且量測該投射曝光工具照到該偵測表面之曝光輻射的分布。
25. 一種光罩檢視裝置，用於檢視一微影光罩，包含：成像光學件，利用檢視輻射將光罩結構成像到影像平面；一輻射轉換器，設置於該影像平面，並具有至少二維配置之轉換器元件，其可分別置於一活性狀態及一惰性狀態，且組態成於該活性狀態時轉換該光罩檢視裝置之檢視輻射之波長；以及一影像偵測裝置，用於偵測該波長轉換的輻射之一發源位置，該光罩檢視裝置組態成操縱該輻射轉換器，使得僅一部分的該些轉換器元件處於該活性狀態。
26. 一種光罩檢視裝置，用於檢視一微影光罩，包含如申請專利範圍第20至22項任一項所述之裝置。
27. 如申請專利範圍第25或26項所述之光罩檢視裝置，其中該些成像光學件在影像側具有至少為0.8的數值孔徑。