TWI566052B - 具有差分干涉儀模組的微影系統 - Google Patents

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Description

具有差分干涉儀模組的微影系統
本發明係關於一種微影系統，其係包含一光柱、一用於移置一目標(譬如晶圓)的可移動目標載體、以及一差分干涉儀，其中該干涉儀適於測量被提供在光柱上的鏡子與被提供在目標載體上的鏡子之間的位移。本發明進一步係關於用來測量此一位移的干涉儀模組與方法。
以干涉儀為主之測量系統的典型問題係為，例如起因於鏡面不平及/或起因於目標載體或光柱之熱擴散之鏡子反射表面的小誤差，其係會造成起因於Abbe與Cosine誤差的位移測量誤差。位移失誤會負面影響例如用來聯結或覆蓋一圖案所必須的校準準確度。
在光柱之Rz轉動中的失誤尤其是在微影系統中的重要因子，其中光柱，特別是投影透鏡光學的定向，其係實質定義因此被投影在目標上之影像的定向。因此所影響之微影系統的實例係為一多光束曝光系統，特別是多帶電顆粒光束曝光系統，其中多光束的每一個會藉由投影透鏡陣列而個別地聚焦在目標上。在此一系統中，當將一影像投影到目標曝光表面上時，在投影透鏡光學之Rx與/或Ry的誤差會導致聚焦誤差。
美國專利申請案案號7,224,466提供一小型差分干涉儀，其係用來測量沿著兩軸之測量鏡子與參考鏡子之間的 位移。該干涉儀使用共享測量與參考光束，該些光束可在共享光束被分成各別光束以對應干涉儀之測量軸以前，各別自測量與參考反射器反射。雖然此干涉儀發出三個共面測量光束點在測量鏡上，以及三個相應共面參考光束點在參考鏡上，但是僅沿著兩測量軸的移動則會被測量。
美國專利申請案案號6,486,955提供一系統，其係包含許多差分干涉儀，其中一些會被使用來追蹤夾具鏡子相對於投影光學鏡子之沿著X-方向的位移，以及繞著沿著Z-方向之一軸的轉動。額外的干涉儀可被提供，以各別測量夾具鏡子相關於投影光學鏡子之沿著Y-方向的位移、夾具相關於投影光學之繞著沿著X-方向之軸的傾斜、以及夾具相關於投影光學之沿著Y-方向的傾斜。
因此，至少四個干涉儀是必要的，以得到在沿著X-方向、Y-方向的位移以及在沿著X-方向與Y-方向的傾斜以及沿著Z-方向之轉動上的資訊。此多數的干涉儀會增加該系統的複雜性，並且實質增加用於調整與/或替代該干涉儀所必須之系統的停機時間。
本發明之目的係為提供一種微影系統，其係需要更少干涉儀以得到在目標載體與光柱之間相關位移與轉動的資訊。
根據一第一態樣，本發明提供一種用來測量在微影系統中之第一鏡子與第二鏡子之間相對位移的方法，其中該 第一鏡子係被連接到一目標載體且該第二鏡子係被連接到該系統的一曝光工具，其中該第一鏡子係可相對於該第二鏡子來移動，該方法包含以下步驟：a)產生三個相干光束，b)將該些光束分成三個測量光束與一相關參考光束對，其中該些光束會使用單一分束器來分離，c)引導該三個測量光束入射在該第一鏡子上，以從而被反射，其中該三個測量光束係為非共面，其係引導該三個參考光束入射在該第二鏡子上以從而被反射，其中該三個參考光束係為非共面，其中各別入射在該第一與第二鏡子上的該三個參考光束與該三個測量光束全部實質彼此平行，d)將該三個反射測量光束與它們三個相關反射參考光束組合，以提供三個組合光束，e)將每一該組合光束投射在一相應光束接收器，每一接收器則適於將一光束轉換成代表第一鏡子相關於第二鏡子之位置與/或定向改變的訊號。
第二鏡子所連接到的曝光工具例如包含該微影系統的光柱。藉由使用一單一光學元件，亦即，單一分束器，其係用於將三個相干光束分成三個測量與相關參考光束對，一小型干涉儀模組可被架構以用於提供代表第一鏡子相關於第二鏡子之位置與/或定向變化的該些訊號。從這些訊號，可得到沿著一軸(例如，X軸)的相對位移，以及繞著另外兩軸(例如，繞著Rz與Ry)的轉動。
較佳地，每一測量光束與/或參考光束可各別在第一與/或第二鏡子中僅僅反射一次，以最小化起因於反射的光損耗。因此則可使用低功率光源。
在一實施例中，在步驟d)中，單一光束組合器係被使用於提供該三個組合光束，以減少用來進行該方法所需要的光學元件數目。較佳地，單一分束器與單一光束組合器係為相同的光學元件。
在一實施例中，第一入射測量光束與第二入射測量光束間隔第一平面，且第二入射測量光束與第三入射測量光束間隔一與第一平面成角度α的第二平面，且第一入射參考光束與第二入射參考光束間隔第三平面，且第二入射參考光束與第三入射參考光束間隔一與該第三平面實質成相同角度α的第四平面。該三測量光束與該三個參考光束因此以該角度定向來發射，以有助於將該測量光束與參考光束組合成相應的組合光束。
在一實施例中，該角度α係為90°。該三個參考光束與該三個測量光束因此每一個皆間隔一L型。
在一實施例中，第二平面與第四平面實質重疊。兩測量光束與相應參考光束因此會彼此共平面，但卻不在與剩下的測量光束以及對應的參考光束的相同平面上。
在一實施例中，該三個入射測量光束實質彼此平行及/或該三個入射參考光束實質彼此平行。
在一實施例中，該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關的入射參考光束。
在一實施例中，該三個相干光束係從一單一光束產生。
在一實施例中，該方法包含將組合光束之強度轉換成在該光束接收器上之電訊號的額外步驟，該光束接收器每 一個均較佳地包含一光二極體，該光束接收器更佳地每一個均由光二極體所組成。
在一實施例中，第一參考光束與第二參考光束係彼此呈一距離地被發射，該距離等於在第一測量光束與第二測量光束之間的距離，該第一參考光束與一第三參考光束係彼此呈與該第一測量光束以及一第三測量光束之間距離相等的一距離來被發射，以及該第二參考光束與一第三參考光束係彼此呈與該第二測量光束以及該第三測量光束之間距離相等的一距離來被發射。
在一實施例中，該測量光束會被發射到在該目標位準上的第一鏡子上。
在一實施例中，一對該測量與相關參考光束對的測量光束與參考光束係呈彼此相距的4mm或更小的距離被發射，較佳地呈2mm或更少的距離，更較佳地呈0.5mm的距離。
在一實施例中，該方法係使用差分干涉儀模組來進行，其中該模組包含：一光束源，其係適用於產生該三個相干光束；一單一分束器，其係適用於將該三個光束分成該各別對的測量光束與相關參考光束；至少一個光束組合器，用於將該三個反射測量光束與它們的相關三個反射參考光束組合成三個相應的組合光束；以及三個光束接收器，其係用來接收該組合光束。一單一小型的差分干涉儀模組因此可被使用來沿著三個非共面之測量軸而來測量該第一鏡子與該第二鏡子之間的位移。
根據第二態樣，本發明提供一微影系統，其係包含：一框架；一光柱，用於將一圖案投射到一目標上，該光柱係被安裝到該框架；一目標載體，用於將該目標相對於該光柱來移動，其中該目標載體係提供具有一第一鏡子，且其中該光柱提供具有一第二鏡子；一或多個差分干涉儀模組，其係用於產生代表該目標載體相關於該光柱之位移的一或多個訊號，其中該些差分干涉儀模組的每一個均包含一適用於提供三個相干光束的光束源，該一或多個干涉儀模組的每一個進一步包含：一分束器單元，其係適用於將該三個光束分成三個各別測量光束與相關參考光束對，其中該三個測量光束係被入射在第一鏡子上並且由其反射回，且其中該三個參考光束係被入射在第二鏡子上並且由其反射回；至少一個光束組合器，其係用於將該三個反射測量光束與它們的相關三個反射參考光束組合成三個組合光束；以及三個光束接收器，其中該三個組合光束的每一個係會被投影到一相應的光束接收器上。
該系統的差分干涉儀模組係適用於朝著該目標載體的鏡子來發射三個測量光束以及朝著該投影光學的鏡子來發射三個相關參考光束，以及在三個發光接收單元上組合該各別反射測量光束與相關反射參考光束。因此，對提供三個差分測量訊號而言，只有單一模組是必要的。由該模組所發出光束的校準，其係較佳地當該模組在該微影系統外面時實施。因此，一旦該模組以框架來校準的話，所有光束亦可被校準，以當該模組被安裝到框架時消除各別校準 測量或參考光束之需求。該相干光束係在內部相干，但卻不一定彼此相干。組合光束可藉由反射參考與相關反射測量光束來形成，其係至少部份重疊於它們相應的光束接收器。
將理解到的是，該目標載體包含用於將目標相關於該光柱來移動的任何裝置。該目標載體例如包含一晶圓桌、一夾具、一階台的其中一個或組合。
在一實施例中，該分束器單元包含單一分束器，其係用來將該三個光束分成該三個測量光束/參考光束對。因此，該模組並非為三個別干涉儀的組件，相反地卻為單一模組，其中三個光束可使用單一分束器來分裂。在本實施例中，三個參考光束與三個測量光束的校準會受到該分裂器的單一校準所影響。更者，當該分束器被固定連接到該模組時，簡單地藉由校準在該系統中的該模組，該參考與測量光束則可被校準於微影系統內。較佳地，該分束器的功能同樣地如同一光束組合器，以用於反射參考與測量光束。
在一實施例中，該三個測量光束的第一入射測量光束與該些測量光束的第二入射測量光束間隔第一平面，且該些測量光束的第二入射測量光束與第三入射測量光束間隔一與第一平面成角度α的第二平面，且該些參考光束的第一入射參考光束與該些參考光束的第二入射參考光束間隔第三平面，且該些參考光束的第二入射參考光束與第三入射參考光束間隔一與該第三平面實質成相同角度α的第四 平面。該些參考與測量光束因此係以類似的架構各別朝第二與第一鏡子發射，以簡化該模組的架構。
在一實施例中，該角度α係為90°，其係進一步簡化該模組的架構。
在一實施例中，其中第二平面與第四平面實質重疊。
在一實施例中，該三個入射測量光束實質彼此平行及/或該三個入射參考光束彼此實質平行。當第一與/或第二鏡子包含實質平滑的平面反射表面時，該反射測量與參考光束各別因此朝著該模組而反射回，特別朝著該模組的光束組合器。
在一實施例中，該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關的入射參考光束。
在一實施例中，該三個入射測量光束的每一個皆實質平行其相關入射參考光束。
在一實施例中，該光束源包含一光學纖維。該光學纖維較佳地被連接到排列在該模組外面的雷射發射器，特別在該微影系統之真空室外面。靠近光柱之電場的引進因此可被避免。
在一實施例中，該光束源包含或被連接到該三個相干光束用的複數個分開發射器。該光束源例如包含三個光學纖維，每一該纖維係連接到在該模組外面的不同雷射發射器。
在一實施例中，該光束源包含用來提供一單一光束的單一光束發射器，以及用來將該單一光束分成三個光束的 一分束器。
在一實施例中，藉由干涉儀模組所提供的一或多個訊號包含藉由一光束接收器所提供的一訊號。
在一實施例中，該光束接收器包含適於將一組合光束強度轉換成一電訊號的光束強度檢測器，該光束接收器較佳地每一個皆包含一光二極體。在較佳實施例中，該光束接收器每一個皆由光二極體組成。較佳地，該電訊號並沒有在該模組內被放大，其係進一步允許該模組的簡單架構並且藉由該模組減少電場的產生。藉由干涉儀模組所提供的一或多個訊號因此包含由光束接收器所產生的電訊號。
在一實施例中，該光束接收器包含從該模組引導離開之光學纖維的纖維端點，其係較佳地離開放置該模組之該系統的真空室。因此，該模組不會輸出任何電訊號。該干涉儀模組所提供的一或多個訊號因此包含藉由光束接收器所接收的一光訊號。
在一實施例中，該目標載體係可在第一移動方向以及實質垂直該第一方向的第二移動方向中移動，其中該至少一個差分干涉儀模組適於產生代表第一鏡子相關於該第二鏡子之沿著該第一方向之位移的訊號，其中該光柱具有一光軸，其中該至少一個差分干涉儀模組進一步適於提供代表繞著平行該光軸之該一軸而在第一鏡子與第二鏡子之間轉動的訊號，以及適於提供代表繞著平行該第二移動方向之一軸而在第一鏡子與第二鏡子之間轉動的訊號。因此，使用相關於該框架而必須僅僅被校準一次的單一模組，至 少有三個相關測量可被進行，其係代表在第一鏡子與第二鏡子之間的位移或轉動變化。
在一實施例中，該模組適於發射該參考光束與該測量光束，在第一參考光束與第二參考光束之間的距離等於在第一測量光束與第二測量光束之間的距離，在第一參考光束與第三參考光束之間的距離等於在第一測量光束與第三測量光束之間的距離，且在第二參考光束與第三參考光束之間的距離等於在第二測量光束與第三測量光束之間的距離。該些光束因此可呈類似的空間架構來發射。
在一實施例中，第一鏡子係被排列在該目標載體上，以反射在該目標位準上的入射測量光束，其係較佳地接近該目標的一曝光表面。第一鏡子相關於第二鏡子的測量轉動，其係因此代表在該目標相關於該光柱之間的轉動，特別是其投影光學。
在一實施例中，次要的分束器係被排列以用於提供至少一個入射參考光束與至少一個入射測量光束，其係彼此呈4mm或更小的距離，較佳地呈2mm或更小的距離，更較佳地呈0.5mm的距離。因此，在光柱與目標之間的相對位移與轉動可被正確估計。當光柱包含一聚焦陣列以用來將複數個曝光細光束聚焦在一目標時，這特別有利。所提到的距離較佳地係為當各別投影到第二與第一鏡子時的距離。或者，所提到的距離係為該些光束當它們從模組發射時之間的距離。
在一實施例中，該系統進一步包含一真空室，其中該 一或多個干涉儀模組係被安裝到在該真空室內的框架。在根據本實施例所設計的系統中，整個差分干涉儀模組係被安裝或放回到該真空室內，而不需要校準該模組的分束器及/或光束組合器。該系統的停機時間因此可被減少。
在一實施例中，該一或多個干涉儀模組係藉由一動態裝配而被安裝到該框架。例如起因於其熱擴散之該框架及/或該模組的延伸，其係因此不會實質影響該模組的校準。更者，一旦它被安裝的話，該模組的進一步校準則不再需要，其係因為它可被安裝在具有高位置準確性的框架上。
在一實施例中，該差分干涉儀模組係為用於測量沿著第一方向之目標載體之位移的第一差分干涉儀模組，該系統進一步包含用於測量沿著與第一方向垂直之第二方向之目標載體之位移的第二差分干涉儀模組，該第一與第二方向則定義該目標載體的移動平面，其中第一差分干涉儀模組係進一步適於提供代表沿著平行第二方向之軸之轉動的訊號，以及其中第二差分干涉儀模組係進一步適於提供代表沿著平行第一方向之軸之轉動的訊號。第一與第二方向基本上被表示為X與Y方向，且垂直X與Y方向的一方向基本上被表示為Z方向。因此，僅僅使用兩個差分干涉儀，該系統可提供資訊於在第一與第二方向中目標載體相關於光柱的位移上，以及沿著垂直X、Y與Z方向之軸之目標載體與光柱之間之相關轉動Rx、Ry與Rz上的資訊。
在一實施例中，第一與第二差分干涉儀模組的光束源係經由光學纖維被連接到單一光束發射器，譬如雷射發射 器。因此，單一相干光源則可被使用來提供相干光束以用於差分干涉儀模組兩者。
在一實施例中，第一與第二差分干涉儀模組的光束源每一個皆包各別光束發射器，較佳地低功率雷射發射器。在本實施例中，因為具有高訊號對噪音比率的低功率光束發射器可被使用，所以該測量的準確性則可增加。
在一實施例中，該系統進一步包含用來移動與/或改變該光柱之投影光學相關於該框架之定向的致動器。該系統較佳地包含一控制單元，其係適於控制該致動器單元，以基於該一或多個差分干涉儀模組所產生的訊號，來移動與/或改變該投影光學相關於該框架的定向。
在一實施例中，該系統係為多光束系統，該光柱包含複數個聚焦元件，以用來將該複數個光束聚焦在該目標上。
在一實施例中，該系統係為帶電粒子多光束系統，其中複數個聚焦元件包含複數個靜電透鏡。
根據第三態樣，本發明提供一差分干涉儀模組，其係包含一光束源，其係適用於提供三個相干光束；一分束器單元，其係適用於將該三個光束分成各別對的測量光束與相關參考光束，其中該三個測量光束會被入射在第一鏡子上，且其中該三個參考光束會被入射在相關於該第一鏡子來移動的第二鏡子上；至少一個光束組合器，其係用於將每一反射測量光束與它的相關三個反射參考光束組合成一組合光束，以及三個光束接收器，其中每一組合光束則會被投影到一相應光束接收器上。
在一實施例中，該分束器單元包含一單一分束器，其係用於將該三個光束分成三個測量光束/參考光束對。
在一實施例中，該三個光束接收器每一個皆包含一強度檢測器，其係用來檢測一相應組合光束的強度。較佳地，該強度檢測器適於將一強度訊號轉換成一電訊號。
在一實施例中，該分束器單元適用於將該三個測量光束非共面地發射及/或用於將該三個參考光束非共面地發出。
在一實施例中，第一入射測量光束與第二入射測量光束間隔一第一平面，且第二入射測量光束與第三入射測量光束間隔一與第一平面成角度α的第二平面，且第一入射參考光束與第二入射參考光束間隔一第三平面，且第二入射參考光束與第三入射參考光束間隔一與該第三平面成實質相同角度α的第四平面。
在一實施例中，該角度α係為90°。在一實施例中，第二平面與第四平面實質重疊。
在一實施例中，該三個入射測量光束實質彼此平行及/或其中該三個入射參考光束實質彼此平行。
在一實施例中，該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關入射相關光束。
在一實施例中，該第一與第二鏡子係與該模組彼此隔開。
在一實施例中，該模組裡面實質填滿一固體材料，較佳地為固化環氧樹脂，更較佳地為Stycast®。
在較佳實施例中，該分束器與該光束組合器會形成一單一積體單元。換句話說，該分束器同樣適用於如一光束組合器地起作用，且反之亦然。
根據一第四態樣，本發明提供一微影系統，其係包含一框架與一適用於發射至少一個光束且適用於接收其一反射的一干涉儀模組，其中該干涉儀模組係被安裝在該框架上，且其中該干涉儀模組係藉由動態裝配的方式而被安裝在該框架上。該動態裝配較佳地包含被固定附著到該干涉儀模組的三個動態球。動態裝配較佳地進一步包含一用來毗連該動態球的停止元件，其中該停止元件係被固定附著到該框架。該干涉儀模組較佳地係為如以上所說明的干涉儀模組。
根據第五態樣，本發明提供一種將使用於微影系統之干涉儀模組校準的方法，該微影系統包含提供具有停止元件的一框架，該模組包含用來毗連該停止元件的三個動態球，該方法包含以下步驟：參考該動態球來校準該干涉儀模組，在該微影系統外面，並且藉由將該動態球靠著該框架的停止元件來放置而將該校準干涉儀安裝在微影系統中。
因為該框架的停止元件具有一固定位置與定向，所以一校準干涉儀模組可被安裝在該系統中而不需要進一步校準。在一干涉儀模組的維修或更換期間內，該系統的停機時間可被縮減，因為當該模組在該微影系統外面時，該模組的時間消耗校準會被實質實施。
在該說明書中所說明與顯示的種種態樣與特徵可在任何可能之處被各別應用。這些各別態樣，特別是在附加附屬項申請專利範圍中所說明的態樣與特徵，其係可使之服從於分開的專利申請案。
圖1A顯示根據本發明所設計的微影系統1。該系統包含具有光軸37的光柱36係被安裝到的一框架4。該光柱適於將複數個曝光細光束10投影到目標7上。藉由選擇性地切換在其上或其選擇性曝光細光束，在光柱以下之目標的曝光表面會被圖案化。該目標會被放置在晶圓桌6上，其係依次會被放置在夾具66上，該夾具則可藉由其上放置夾具66的階台9而可相關於光柱36來移動。在所示的實施例中，夾具、晶圓桌與階台會形成用於將目標7相關於光柱36來移動的一目標載體。
夾具66包含第一鏡子21，其係包含在該系統內之與目標7或其曝光表面在相同位準或高度的實質平面表面。光柱包含第二鏡子81，其係包含接近光柱之投影端的實質平面表面。
該系統進一步包含模組化干涉儀頭60，或者差分干涉儀模組，其係藉由動態裝配62、63、64而安裝到框架4。該模組化干涉儀頭60會發出參考光束Rb到第二鏡子81上，以及相關測量光束Mb到第一鏡子21上。雖然在本圖式中沒有顯示，但是參考光束卻包含三個參考光束，且該 測量光束包含三個測量光束，且在第一鏡子81與第二鏡子21之間的相對移動可藉由評估在參考光束與其相關測量光束之間的干涉來測量。
三個測量光束Mb與三個參考光束Rb會自一雷射單元31起源，該雷射單元可供應一相干光束，其係並且可經由光學纖維92而耦合入干涉儀模組60，該光學纖維則會形成該模組60用的部份光束源。
圖1B概略地顯示圖1A的微影系統1，其中該微影系統包含真空外殼2。在該真空外殼2內，只有干涉儀頭60與其連接以及第一81與第二鏡子21會被顯示，雖然將令人理解到的是，圖1A的目標載體同樣地將被包含在真空室2內。
來自雷射31的光學纖維92會經過一真空饋入91而通過該真空室2之牆。代表在測量光束與它們相關參考光束之間干涉的訊號，其係會從干涉儀模組60、經由訊號線54而傳送出真空室2，其係會通過真空饋入61。
圖1C概略地顯示類似圖1A所示系統的微影系統，其中該系統係為一帶電顆粒光束微影系統，其係包含用來提供複數個帶電顆粒細光束的電子光學3，且其中該投影光學5包含複數個靜電透鏡，以用來將該帶電顆粒細光束各別地聚焦在該目標7的曝光表面上。該投影光學5包含致動器67，其係用來調整該投影光學相關於框架4的定向與/或位置。該系統進一步包含一訊號處理模組94，其係適於提供一位置與/或位移訊號到階台控制單元95，以用來控制階台 11的移動。訊號會從干涉儀模組60與校準感應器57經由訊號線54、58(其係通過真空饋入61與59)傳送到訊號處理模組94，其係會處理這些訊號，以提供一訊號來致動該階台11與/或投影光學5。晶圓桌6以及因此因而所支撐目標7相關於投影光學5的位移，其係因此可被連續監視與校正。
在所示的實施例中，晶圓桌6可藉由可移動階台11經由動態裝配8而支撐，且該階台9可在朝著或遠離該干涉儀模組60的方向上相關於該投影光學5來移動。該差分干涉儀模組60會朝著在投影光學上的鏡子來發射三個參考光束，並且朝著在晶圓桌上的鏡子來發射三個測量光束。
圖2A與2B各別顯示圖1A之干涉儀模組的前視圖與等角視圖。該干涉儀模組60包含動態裝配62、63、64，其係用於在將該模組安裝在框架期間內輕易且高度準確地校準該模組。干涉儀模組包含用來發射三個相應參考光束rb1、rb2、rb3以及用來接收往回入該模組之反射的三個孔洞71、72、73。干涉儀模組進一步包含三個孔洞74、75、76，其係用來發射三個相應的測量光束mb1、mb2、mb3，以及用來接收往回入該模組的反射。用來發出參考光束之孔洞73的位置與用來發出測量光束之孔洞75相距距離d5 4mm。孔洞71與72相隔一距離d1，孔洞72與73相隔一距離d2，孔洞74與75相隔一距離d3，其係等於距離d1，且孔洞75與76相隔一距離d4，其係等於距離d2。在所示的實施例中，距離d1、d2、d3、d4與d5係為中心間距， 其係各別等於12、5、12、5與4毫米。在圖2B中，可以看見的是，第一參考光束rb1與第二參考光束rb2間隔第一平面，且第二參考光束rb2與第三參考光束rb3間隔一第二平面，其中第二平面係相關於第一平面成角度α(沒顯示)90度。同樣地，第一測量光束mb1與第二測量光束mb2間隔第三平面，且第二測量光束mb2與第三測量光束mb3間隔一第四平面，其中第三平面相關於第四平面實質呈相同角度α(沒顯示)。
圖3A與3B各別顯示根據本發明所設計之差分干涉儀模組60實施例的概略側視圖與頂視圖。該模組包含一主要分束器單元32、33、34，其係用來將雷射單元31所發射的雷射光束LB分成三個相干光束b1、b2、b3。所示的主要分束器單元係為包含兩個分束器32、34以及兩個反射稜鏡33、35的單元。相干光束b1、b2、b3之每一個隨後會朝著次要分束器單元42、43發射，其係適於將該三個相干光束b1、b2、b3分成各別的測量與相關參考光束對。這些對的第一對包含測量光束mb1以及相關參考光束rb1，這些對的第二對則包含測量光束mb2以及相關參考光束rb2，且第三對包含測量光束mb3以及相關參考光束rb3。
因此，6光束則會從次要的分束器單元發出，其係為三個參考光束rb1、rb2、rb3以及三個相關測量光束mb1、mb2、mb3。
參考光束rb1、rb2、rb3會入射發射在光柱的第二鏡子81上，同時測量光束mb1、mb2、mb3會入射發射在該目標 載體的第一鏡子21上。參考與測量光束會往回反射入模組60，特別是，往回入次要的分束器單元42、43，其係充當做反射測量光束與它們相關參考光束的光束組合器42、43。光束組合器因此會發出三個組合光束cb1、cb2、cb3，其中該組合光束的每一個係由至少部份重疊於相應光接收器51、52、53上的反射測量光束與其相關參考光束所形成，在此情形中，光強度檢測器51、52、53會包含光二極體。在任一光束接收器上之測量光束與相關參考光束的改變干涉，其係會造成在那光束接收器上之光強度的改變。光二極體會將光強度訊號轉換成電訊號，其係會不被放大地饋離該模組60。
圖4A顯示根據本發明所設計之干涉儀頭100之較佳實施例的細節。單一相干光束b會被發射到偏振分束器101上，其係會將光束b分成一偏振測量光束Mb與相關的偏振參考光束Rb。在已經通過偏振分束器101以後，測量光束Mb會通過四分一波面板103。入射測量光束隨後會藉由第一鏡子21而被反射回，並且再度通過四分之一波面板103。隨後，該反射測量光束會藉由偏振分束器101反射經過一光圈104。
同樣地，形成參考光束Rb的相干光束部份則會由稜鏡102反射經過四分之一波面板103，並且入射在第二鏡子81上。參考光束Rb隨後會由鏡子81反射回，並且再度經過相同的四分之一波面板103，之後，它會由稜鏡102反射，其係會經過偏振分束器101而朝向光圈104。
因此，當干涉儀為主動時，組合光束Cb會通過光圈104。非偏振分束器105會將所組成的光束分成二，其中組合光束所分成的兩個組合光束部份會包含一部份反射參考光束與一部份反射測量光束兩者。該兩光束部份依次可藉由偏振分束器106與107而各別分開。該偏振分束器106則會相關於偏振分束器107而轉動45度。因此四個明顯組合光束部份結果，其係各別具有平行偏振、垂直偏振、45度偏振與135度偏振。檢測器108、109、110與111則會將這四組合光束部份的強度分別轉換成第一訊號sig1、第二訊號sig2、第三訊號sig3與第四訊號sig4。
圖4B顯示當一晶圓桌或目標載體以相關於投影光學的固定速率來移動時，在該訊號sig1與sig2之間差以及在該訊號sig3與sig4之間差的圖式。該圖顯示兩正弦曲線121、122，其係會被使用來決定晶圓桌位移以及因此的晶圓桌位置。
當只有一單一正弦波有效時，當從峰值位準至較低位準之強度變化改變時，會難以決定相關移動的方向，其係因為朝向以及遠離該光柱之晶圓桌的移動兩者將會造成較低強度的訊號。根據本發明，藉由使用相關於彼此而離相的兩正弦波，例如離相45度，移動方向可於任何時間決定。使用兩曲線來替代一個的進一步優點係為可更準確地實施測量。例如，當測量曲線121之峰值時，到任一側的小移動將會造成在該曲線之測量強度訊號中的小變化。不過，相同的小移動則會造成曲線122之測量強度訊號中的大變 化，其係隨後可被替代地使用來決定該位移。
圖4C概要地顯示根據本發明所設計之干涉儀頭，其係類似在圖4A中所示的實施例，不過其中三個相干光束b1、b2、b3會被入射在偏振分束器101上，以替代僅僅一個。這會造成三個參考光束rb1、rb2、rb3朝向第二鏡子81發射，以及三個測量光束朝向第一鏡子21發射。該三參考光束與相關三個測量光束會如以上說明地從一光束源發射，較佳地非共面。
該三個反射參考光束與相關三個反射測量光束會被組合成三個組合光束，其係會通過光圈104並且以與上述相同的方式來分裂。光束接收強度檢測器1081、1082、1083會各別檢測出每一組合光束cb1、cb2、cb3之一部分的干涉。檢測器1091、1092、1093、1101、1102、1103、1111、1112、1113的功能同樣地用於具有不同偏振的組合光束部份，其係會造成全部12個檢測訊號。從這些檢測訊號，可建構6個正弦波，其係可提供資訊在兩個鏡子81、21的相關位移與轉動上。
圖5A與5B顯示根據本發明所設計之微影系統的頂視圖與側視圖，其中在此所說明的第一與第二差分干涉儀模組60a、60b係被排列以用於測量晶圓7相關於投影光學5的位移。該投影光學提供具有兩個平面鏡子81a、81b，其係以彼此相關的90度角來排列。晶圓7係由晶圓桌6所支撐，其係包含兩個平面鏡子21a與21b，其係同樣以彼此相關的90度角來排列。第一差分干涉儀模組60a會發出三個 參考光束rb1、rb2、rb3在投影光學的鏡子81a上，並發出三個測量光束於晶圓桌的鏡子21a上。同樣地，第二差分干涉儀模組60b會發出參考光束於投影光學的鏡子81b上，並發出測量光束於晶圓桌的鏡子21b上。
總之，本發明係關於一微影系統，其係包含一光柱、一用來移位譬如晶圓之目標的可移動目標載體以及一差分干涉儀模組，其中該干涉儀模組適於朝著第二鏡子發出三個參考光束，並朝著第一鏡子發射三個測量光束，以用來決定在該第一與第二鏡子之間的位移。在一實施例中，相同模組同樣適於測量繞著兩垂直軸的一相對轉動。
令人理解的是，以上說明係被包括，以顯示較佳實施例的操作，其係並且不意味著會將本發明範圍限制。從以上討論，那些熟諳該技藝者將會理解到，許多變化仍將被本發明的精神與範圍所包圍。
LB‧‧‧雷射光束
b‧‧‧相干光束
cb‧‧‧組合光束
cb1、cb2、cb3‧‧‧組合光束
b1、b2、b3‧‧‧相干光束
rb1、rb2、rb3‧‧‧參考光束
rb‧‧‧參考光束
mb1、mb2、mb3‧‧‧測量光束
mb‧‧‧測量光束
sig1、sig2、sig3、sig4‧‧‧強度訊號
1‧‧‧微影系統
2‧‧‧真空外殼
3‧‧‧電子光學
4‧‧‧框架
5‧‧‧投射光學
6‧‧‧晶圓桌
7‧‧‧晶圓
8‧‧‧動態裝配
9‧‧‧階台
10‧‧‧複數個曝光細光束
11‧‧‧階台
21‧‧‧第一鏡子
21a、21b‧‧‧第一鏡子
31‧‧‧雷射單元
32、34、42‧‧‧分束器
33、35、43‧‧‧稜鏡
36‧‧‧光柱
37‧‧‧光軸
51、52、53‧‧‧光檢測器
54、58‧‧‧訊號線
55‧‧‧干涉儀的電子設備
56‧‧‧相關於第一鏡子來放置第二鏡子的測量
57‧‧‧校準感應器
59、61‧‧‧真空饋入
60、60a、60b‧‧‧干涉儀頭/干涉儀模組
62、63、64‧‧‧動態裝配
65‧‧‧校準標記
66‧‧‧夾具
67‧‧‧投影光學的致動器
71、72、73‧‧‧測量光束的孔洞
74、75、76‧‧‧參考光束的孔洞
81、81a、81b‧‧‧第二鏡子
81a、81b‧‧‧鏡子
91‧‧‧真空饋入
92‧‧‧光學纖維
94‧‧‧信號處理模組
95‧‧‧階台控制
100‧‧‧干涉儀頭
101‧‧‧偏振分束器
102‧‧‧稜鏡
103‧‧‧四分之一波面板
104‧‧‧光圈
105‧‧‧非偏振分束器
106、107‧‧‧偏振分束器
108、1081、1082、1083‧‧‧檢測器
109、1091、1092、1093‧‧‧檢測器
110、1101、1102、1103‧‧‧檢測器
111、1111、1112、1113‧‧‧檢測器
121、122‧‧‧正弦曲線
本發明將依據在附圖所示的示範性實施例來說明，其中：圖1A與1B顯示根據本發明所設計之微影系統的概略側視圖，圖1C顯示根據本發明所設計之微影系統之進一步實施例的概略側視圖，圖2A與2B各別顯示根據本發明所設計之差分干涉儀模組的概略側視圖與等角視圖， 圖3A與3B顯示根據本發明所設計之差分干涉儀模組的截面側視圖與截面頂部視圖，圖4A顯示所接收之分束器與組合光束的細節，其係誠如使用於根據本發明所設計的差分干涉儀，圖4B顯示使用圖4A之差分干涉儀所得到的訊號圖，圖4C顯示使用根據本發明所設計之差分干涉儀之進一步實施例而得到的訊號圖，圖5A與5B各別顯示根據本發明所設計之包含兩個干涉儀模組之微影系統的頂部圖與側視圖。
cb1、cb2、cb3‧‧‧組合光束
b1、b2、b3‧‧‧相干光束
rb1、rb2、rb3‧‧‧參考光束
mb1、mb2、mb3‧‧‧測量光束
21‧‧‧第一鏡子
54‧‧‧訊號線
81‧‧‧第二鏡子
100‧‧‧干涉儀頭
101‧‧‧偏振分束器
102‧‧‧稜鏡
103‧‧‧四分之一波面板
104‧‧‧光圈
105‧‧‧非偏振分束器
106、107‧‧‧偏振分束器
1081、1082、1083‧‧‧檢測器
1091、1092、1093‧‧‧檢測器
1101、1102、1103‧‧‧檢測器
1111、1112、1113‧‧‧檢測器

Claims (49)

  1. 一種用來測量在一微影系統中之第一鏡子與第二鏡子之間相對位移的方法，其中該第一鏡子係被連接到一目標載體且該第二鏡子係被連接到該系統的曝光工具，其中該第一鏡子係可相對於該第二鏡子來移動，該方法包含以下步驟：a)產生三個相干光束，b)將該些光束分成三個測量光束與相關參考光束對，其中該些光束會使用單一分束器來分離，其中該產生是執行在該分離之前，該方法進一步包括以下步驟：c)引導該三個測量光束入射在該第一鏡子上，以從而被反射，其中該三個測量光束係為非共面，引導該三個參考光束入射在該第二鏡子上，以從而被反射，其中該三個參考光束係為非共面，d)將該三個反射測量光束與它們三個相關反射參考光束組合，以提供三個組合光束，e)將每一該組合光束投影在一相應光束接收器，每一接收器則適於將一光束轉換成代表第一鏡子相關於第二鏡子之位置與/或定向變化的訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟d)中，一單一光束組合器係被使用來提供該三個組合光束。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中一第一入射測量光束與一第二入射測量光束間隔一第一平面， 且該第二入射測量光束與一第三入射測量光束間隔一與該第一平面成角度α的第二平面，且一第一入射參考光束與一第二入射參考光束間隔一第三平面，且該第二入射參考光束與一第三入射參考光束間隔一與該第三平面實質成相同角度α的第四平面。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該角度α係為90°。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第二平面與該第四平面實質重疊。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該三個入射測量光束實質彼此平行及/或該三個入射參考光束實質彼此平行。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關入射參考光束。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該三個相干光束係從一單一光束產生。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其係包含將組合光束的強度轉換成在該光束接收器之電訊號的步驟。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中一第一參考光束與一第二參考光束係彼此呈一距離地被發射，該距離等於在一第一測量光束與一第二測量光束之間的距離，其中該第一參考光束與一第三參考光束係彼此呈與該 第一測量光束以及一第三測量光束之間距離相等的一距離來發射，以及其中該第二參考光束與該第三參考光束係彼此呈與該第二測量光束以及該第三測量光束之間距離相等的一距離來被發射。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中該測量光束會被發射到在該目標位準上的第一鏡子。
  12. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，其中一對該測量與相關參考光束對的測量光束與參考光束係呈彼此相距4mm或更小的距離來發射。
  13. 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，該方法使用差分干涉儀模組來進行，其中該模組包含：一光束源，其係適用於產生該三個相干光束，一單一分束器，其係適用於將該三個光束分成該各別對的測量光束與相關參考光束，至少一個光束組合器，其係用於將該三個反射測量光束與它們相關的三個反射參考光束組合成三個相應的組合光束，以及三光束接收器，其係用來接收該組合光束。
  14. 一種微影系統，包含：一框架，一光柱，其用於將一圖案投影到一目標上，該光柱係被安裝到該框架，一目標載體，其用於將該目標相對於該光柱移動， 其中該目標載體係提供具有一第一鏡子，其中該光柱係提供具有一第二鏡子，以及一或多個差分干涉儀模組，其係用於產生代表該目標載體相關於該光柱之位移的一或多個訊號，其中該些差分干涉儀模組的每一個均包含一適用於產生三個相干光束的光束源，該一或多個干涉儀模組的每一個進一步包含：一分束器單元，其接收該三個光束且係適用於將該三個光束分成三個各自的測量光束與相關參考光束對，其中該三個光束產生在將該三個光束分成各自的光束對之前，其中該三個測量光束係被入射在該第一鏡子上並且由其反射回，且其中該三個參考光束係被入射在該第二鏡子上並且由其反射回，至少一個光束組合器，其係用於將該三個反射測量光束與它們相關的三個反射參考光束組合成三個組合光束，以及三個光束接收器，其中該三個組合光束的每一個係會被投影到一相應光束接收器上。
  15. 如申請專利範圍第14項之微影系統，其中該分束器單元包含一單一分束器，其係用於將該三個光束分成該三個測量光束/參考光束對。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該差分干涉儀模組係被排列以用於將該三個測量光束從該模組非共面性地發射到該第一鏡子，且進一步被排列以 用於將該參考光束從該模組非共面地發射到該第二鏡子。
  17. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中一第一入射測量光束與一第二入射測量光束間隔一第一平面，且該第二入射測量光束與一第三入射測量光束間隔一與該第一平面成角度α的第二平面，且一第一入射參考光束與一第二入射參考光束間隔一第三平面，且該第二入射參考光束與一第三入射參考光束間隔一與該第三平面成實質相同角度α的第四平面。
  18. 如申請專利範圍第17項之微影系統，其中該角度α係為90°。
  19. 如申請專利範圍第18項之微影系統，其中該第二平面與該第四平面實質重疊。
  20. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該三個入射測量光束實質彼此平行及/或該三個入射參考光束實質彼此平行。
  21. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關的入射相關光束。
  22. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該光束源包含一光學纖維。
  23. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該光束源包含一用於提供單一光束的單一光束發射器。
  24. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該光束接收器包含適用於將一組合光束之強度轉換成電 訊號的光束強度檢測器。
  25. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該光束接收器包含引導出該模組之光學纖維的纖維端。
  26. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該目標載體係可在第一移動方向上以及在實質垂直該第一方向的第二移動方向上移動，其中該至少一個差分干涉儀模組適用於產生代表沿著該第一方向之第一鏡子相關於該第二鏡子的位移的一訊號，其中該光柱具有一光軸，其中該至少一個差分干涉儀模組進一步適用於提供代表繞著平行該光軸之該一軸而在該第一鏡子與該第二鏡子之間轉動的一訊號，以及適用於提供代表繞著平行該第二移動方向之軸而在該第一鏡子與該第二鏡子之間轉動的一訊號。
  27. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該模組適用於發射該參考光束以及該測量光束，在一第一參考光束與一第二參考光束之間的距離係等於在一第一測量光束與一第二測量光束之間的距離，在該第一參考光束與一第三參考光束之間的距離等於在該第一測量光束與一第三測量光束之間的距離，以及在該第二參考光束與該第三參考光束之間的距離等於在該第二測量光束與該第三測量光束之間的距離。
  28. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該第一鏡係排列在該目標載體上，以將在該目標位準上的入射測量光束反射。
  29. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該次要分束器係被排列以用於提供至少一個入射參考光束與至少一個入射測量光束，其係彼此呈4mm或更小的距離。
  30. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，該系統包含一真空室，其中該一或多個干涉儀模組係被安裝到在該真空室內的框架。
  31. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該一或多個干涉儀模組係藉由一動態裝配的方式被安裝到該框架。
  32. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該差分干涉儀模組係為用來沿著一第一方向而來測量該目標載體之位移的第一差分干涉儀模組，該系統進一步包含用來沿著垂直該第一方向之第二方向而來測量該目標載體之位移的第二差分干涉儀模組，該第一與第二方向定義一用於該目標載體的移動平面，其中該第一差分干涉儀模組進一步適用於提供一訊號，其係代表沿著平行該第二方向之軸的轉動，以及其中該第二差分干涉儀模組進一步適用於提供一訊號，其係代表沿著平行該第一方向之軸的轉動。
  33. 如申請專利範圍第32項之微影系統，其中該第一與第二差分干涉儀模組的光束源係經由光學纖維而連接到單一光束發射器。
  34. 如申請專利範圍第32項之微影系統，其中該第一 與第二差分干涉儀模組的光束源每一個皆包含一分開的光束發射器。
  35. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，該系統進一步包含用來移動及/或改變該光柱之投影光學相關於該框架之定向的致動器。
  36. 如申請專利範圍第14項或第15項之微影系統，其中該系統係為多光束系統，且其中該光柱包含用來將該多重光束聚焦在該目標上的複數個聚焦元件。
  37. 如申請專利範圍第36項之微影系統，其中該系統係為帶電粒子多光束系統，其中複數個聚焦元件包含複數個靜電透鏡。
  38. 一種差分干涉儀模組，包含：一光束源，其係適用於產生三個相干光束，一分束器單元，其係用於接收該三個光束且將該三個光束分成個別對的測量光束以及相關的參考光束，其中該三個光束產生在將該三個光束分成各自的光束對之前，其中該三個測量光束會被引導以入射在該模組外的一第一鏡子上，且其中該三個參考光束會被引導以入射在該模組外的一第二鏡子上，其中該第一鏡子係可相對於該第二鏡子來移動，至少一個光束組合器，其係用來將每一反射測量光束與它相關的反射參考光束組合成一組合光束，以及三個光束接收器，其中每一組合光束會被投影在一相應的光束接收器上。
  39. 如申請專利範圍第38項之差分干涉儀模組，其中該分束器單元包含一單一分束器，其係用來將該三個光束分成三個測量光束/參考光束對。
  40. 如申請專利範圍第38項之差分干涉儀模組，其中該三光束接收器每一個均包含一強度檢測器，其係用來檢測一相應組合光束的強度。
  41. 如申請專利範圍第38項至第40項中任一項之差分干涉儀模組，其中該分束器單元適用於將該三個測量光束非共面地發射及/或用於將該三個參考光束非共面地發出。
  42. 如申請專利範圍第41項之差分干涉儀模組，其中一第一入射測量光束與一第二入射測量光束間隔一第一平面，且該第二入射測量光束與一第三入射測量光束間隔一與該第一平面成角度α的第二平面，且一第一入射參考光束與一第二入射參考光束間隔一第三平面，且該第二入射參考光束與一第三入射參考光束間隔一與該第三平面成實質相同角度α的第四平面。
  43. 如申請專利範圍第42項之差分干涉儀模組，其中該角度α係為90°。
  44. 如申請專利範圍第42項之差分干涉儀模組，其中該第二平面與該第四平面實質重疊。
  45. 如申請專利範圍第38項或第39項之差分干涉儀模組，其中該三個入射測量光束實質彼此平行及/或其中該三個入射參考光束實質彼此平行。
  46. 如申請專利範圍第38項或第39項之差分干涉儀模 組，其中該三個入射測量光束的每一個實質平行其相關的入射參考光束。
  47. 如申請專利範圍第38項或第39項之差分干涉儀模組，其中該第一與第二鏡子係與該模組彼此隔開。
  48. 如申請專利範圍第38項或第39項之差分干涉儀模組，其中該模組裡面實質填滿一固體材料。
  49. 如申請專利範圍第38項或第39項之差分干涉儀模組，其中該分束器與該光束組合器係被包含在單一積體單元中。
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