TWI636345B - 藉由非接觸式光學方法用以定位光刻遮罩的裝置和方法以及用於曝光晶圓的工具 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種裝置，用以相對於晶圓表面來定位遮罩(10)以用於該晶圓(11)的曝光，其包含：(i)第一定位元件(20)，適用以相關於該遮罩(10)和該晶圓(11)的彼此來抓住並且移動該遮罩(10)和該晶圓(11)；(ii)成像元件(20，22，23，30)，適用以根據至少一視野(14)來產生該遮罩(10)以及該晶圓(11)表面的至少一成像，以使得在該視野(14)中同時成像該遮罩(10)和該晶圓(11)的定位標記(12，13)；以及(iii)至少一光學距離感測器(26)，適用以利用至少部份通過該成像元件的測量光束(15，28)，在該(等)視野中產生在該晶圓(11)表面和該遮罩(10)之間的一距離量測值。
本發明亦有關於實施在此裝置的一種方法和一工具。

Description

藉由非接觸式光學方法用以定位光刻遮罩的裝置和方法以及用於曝光晶圓的工具
本發明係有關於用以相對於晶圓表面來定位一光刻遮罩的一種裝置，以為了實行該晶圓或基板的曝光操作，特別是在接觸/鄰近模式(contact/proximity mode)之光刻的情況下。
本發明亦有關於包含此裝置的一種工具，以及實施在此裝置和此工具的一種方法。
本發明的技術領域更特別地(但非限制地)是在於光刻領域中的步進機和曝光系統。
光刻的技術需要用於將要被加工之晶圓之曝光操作。
要被加工的晶圓包含一將被蝕刻的疊層，其披覆有被稱為“光阻”層的感光層。一具有透明部份和不透明部份的遮罩係被定位在該晶圓表面上方。接著利用一般在紫外光(UV)波長內的光線透過該遮罩照射或曝光該晶圓表面。在該遮罩的透明部份中，該光線抵達該晶圓並且改變該感光層的性質。在經過化學處理的步驟過後，根據該製程(正型或負型樹 脂)而座落於在曝光區域或保護區域中的該光阻層的部份被移除，用以允許選擇性蝕刻該將被蝕刻之疊層的未覆蓋區域。
在製程期間，這些操作可能被重複許多次。因此必須相對於該晶圓表面而以高精確度來定位該遮罩，以使得在整個晶圓或基板(其通常包含已有的結構)上方的該等曝光光束的光學路徑為垂直且相等。
在XY平面(平行於晶圓平面)的定位一般係藉由疊加存在於該遮罩上的圖案(標線、十字線等)和已被蝕刻在該晶圓表面上的圖案來實行。該遮罩必須以能允許實行此對位而不在藉由接觸來影響該感光樹脂層的一距離下定位。
接著，該遮罩必須在相對於該晶圓表面的一固定且非常精確的距離Z來定位，且這必須是在整個晶圓表面上方來完成。這使得控制通過該遮罩的光線繞射成為可能。事實上，此繞射直接地決定重新產生在晶圓上的遮罩圖案的準確度和解析度。當利用短波長(紫外光(UV)或深紫外光(deep UV)或極紫外光(EUV))時，控制此距離Z甚至更為重要，以為了精確限制繞射現象和最大化該蝕刻的空間解析度。
該遮罩必須不與該晶圓接觸。其一般是以20微米或更少的等級的距離Z來定位。
在已知接觸/鄰近式曝光系統中，該遮罩的定位是藉由微粒和圓柱體來實行，微粒和圓柱體是由陶瓷材料所作成，且具有已校正過的直徑，而作為墊片。這些微粒或墊片是被穩固地固地至可移動元件，使得插入它們在該遮罩和該晶圓之間成為可能，這之後該組件是被擠壓。
這技術具有以下幾個特定的缺點： - 其會導致複雜的系統；- 該機械接觸會裂化該接觸表面；- 在XY平面和距離Z之上控制該遮罩的定位，因為該表面必不可在該分隔物的任一側被擠壓直到實行XY的定位；- 該厚度控制的精確度總是不足夠的；- 在一特定限制下方來減少距離Z是不可能的，該限制反而希望限制繞射。
本發明的目的是提供用以相對於將被曝光的晶圓來定位遮罩的裝置和方法，使得先前技術的缺點被克服。
本發明的另一個目的是提供用以相對於將被曝光的晶圓或基板來定位遮罩的裝置和方法，其允許定位而不機械接觸該晶圓表面。
最後，本發明的目的是提供用以相對於將被曝光的晶圓或基板來定位遮罩的裝置和方法，其允許以距離該晶圓一非常短距離的來精確定位遮罩。
本揭示的目的是藉由相對於晶圓表面來定位一遮罩以曝光該晶圓來達成，包含第一定位元件，適用以相關於該遮罩和該晶圓的彼此來抓住並且移動該遮罩和該晶圓，其特徵在於其另外包含：- 成像元件，適用以根據至少一視野來產生該遮罩以及該晶圓表面的至少一成像，以使得在該視野中同時成像該遮罩和該晶圓的定位標記，以及- 至少一光學距離感測器，適用以在該(等)視野中產生在該晶圓表面和該遮罩之間的一距離量測值，且具有一測量光束至少部份通過該成像元件。
根據實施例，依據本發明的裝置更可包含第二定位元件，適用以相對於該晶圓表面移動該等視野。
根據實施例，依據本發明的裝置可包含成像元件，適用以根據三個視野來同時產生至少三成像。
本發明的裝置可包含至少三個光學距離感測器。
根據實施例，依據本發明的裝置可包含以下其中一類型之至少一個光學距離感測器：- 共焦點感測器，- 彩色共焦點感測器，- 低同調干涉儀，- 反射儀，- 雷射干涉儀。
根據實施例，依據本發明的裝置可包含至少一個距離感測器，其亦適用以產生以下量測值的至少一者：
- 光阻層厚度的量測值。
- 要被蝕刻的疊層的反射率的量測值，此疊層係在該光阻層下方。
根據另一觀點，本發明提出一種用於曝光晶圓的工具，包含根據本發明的裝置，用以相對於晶圓表面來定位遮罩。
根據又另一觀點，本發明提出一種方法，用以相對於晶圓表面來定位遮罩以用於該晶圓的曝光，其利用第一定位元件，該第一定位元件適用以相關於該遮罩和該晶圓的彼此來抓住並且移動該遮罩和該晶圓，其特徵在於其包含以下步驟：- 在該(等)視野中取得在該晶圓表面和該遮罩之間的至少一距離量測，且具有至少一光學距離感測器和一至少部份通過該成像元件的測量光束。
根據本發明的方法可更可包含該遮罩和/或該晶圓的相對移動的步驟，以使得在至少一視野(14)中：- 疊加該遮罩(10)和該晶圓(11)的定位標記(12，13)，- 根據一預先定義值，取得在該晶圓(10)表面和該遮罩(11)之間的一距離量測。
根據實施例，依據本發明的方法可包含根據三個視野同時取得至少三個成像的步驟。
根據本發明的方法可更可包含利用該光學距離感測器(26)量測以下至少一數值的步驟：- 在晶圓上的該光阻層的厚度，- 要被蝕刻的疊層的反射率的量測值，此疊層係在該光阻層下方，其來自光學距離感測器所獲得的訊號。
10‧‧‧遮罩
11‧‧‧晶圓
12‧‧‧十字線
13‧‧‧十字線
14‧‧‧視野
15‧‧‧測量光束
20‧‧‧光源
21‧‧‧光束
22‧‧‧攝像器
23‧‧‧矩陣陣列偵測器
24‧‧‧光線
25‧‧‧準直器
26‧‧‧光學距離感測器
27‧‧‧光纖
28‧‧‧測量光束
29‧‧‧光軸
30‧‧‧末端物鏡
本發明之優點和特色將透過以下詳細的實例與具體實施(其是非限制的)例與以下隨附的圖示而能更清楚了解：- 圖1藉由一前視圖的圖1(a)和一側視圖的圖1(b)例示相對於晶圓定位一遮罩的困難度，- 圖2例根據本發明的裝置的一具體實施例。
該理解的是，下文將被描述的實施例是非限制性的。特別是，假如相比於先前技術的形態本發明所選擇的特徵是足以提供技術優勢或是使本發明有所區別，可以想像的是本發明的許多變化可以包含僅選擇下文所描述的特徵而脫離於其它所描述的特徵。該選擇包括至少一特徵，較佳的是功能性的而不具有結構上的細節；或是僅具有一部份的結構細節，假如此單獨的部件相對於先前技術的形態而言是足以提供技術優勢或是使本發明有所區別。
特別是，假設在此被描述的所有變化和所有具體實施例在合併下方沒有技術上的妨礙，則它們皆可以被合併在一起。
在圖示中，對於幾個圖示的共同元件保留有相同的參考符號。
有關於圖1，本發明特別是欲被利用於在光刻蝕刻中使用的曝光系統且通常被稱為“步進機(stepper)”。
此系統包含晶圓支撐件或夾鉗，其中披覆有感光材料的晶圓11可被加以固定。
此系統亦可包含遮罩支撐件，其中一遮罩10可相對於該晶圓11而被定位。此遮罩10包含一透明平板(通常由石英所作成)，其上沉積有以非透明材料(通常是鉻合金)所製作的圖案。該遮罩10因此包含透明區域和不透明區域。
一旦該遮罩10相對於該晶圓11而準確地定位，則可藉由紫外光而曝光該組件。因此，僅有出現在該遮罩的透明區域中的感光材料被影響。這使得在晶圓11上方蝕刻圖案成為可能，該圖案特別是構成電子或 光學組件。
就某些程度來說，晶圓的處理可包含很多次連續的曝光和蝕刻操作，故相對於已存在於該晶圓11表面上的圖案來準確地定位該遮罩10是很重要的。
如同前面所解釋，該定位必需在該晶圓的平面上(X-Y)以平移或旋轉來執行。就此而言，該遮罩包含特定的圖案或十字絲(crosshair)12，其必須與已被蝕刻在該晶圓11上的其他十字絲13對準。
為了使解析度最佳化，該遮罩10和該晶圓11也必須沿者它們的法線(Z)相對於彼此而被精準的定位，以使得它們根據一設定值而適度地平行並且分離一距離。
該發明使得同時精確地執行這些定位且不接觸成為可能。
有關於圖2，根據本發明的裝置包含成像元件。
這些成像元件使得根據一視野14來成像該遮罩10和該晶圓11(藉由該遮罩10的透明部份)成為可能。
該成像元件包含一光源20和準直元件(如透鏡等等)，其使得產生一光束21以照亮該視野14成為可能。該光源20可例如包含一鹵素燈泡，其發射在可見波長內的光線。
該成像元件也包含具有一矩陣陣列偵測器23的一攝像器22，其可以例如是CCD類型。它們也包含光學元件(如透鏡等等)，其使得來自由該遮罩10和該晶圓11所反射或背散射的光線24在該矩陣陣列偵測器23上形成該視野14的成像成為可能。
該成像元件被定位，使得該光線和該成像的光軸29是實質 垂直於該遮罩10和該晶圓11的平面。該成像是因而藉由反射或背散射來執行。
根據本發明的裝置也包含一光學距離感測器26。
該感測器產生一測量光束28，其藉由一準直器25被嵌入該光學成像系統。該測量光束通過該成像元件的末端物鏡30，以為了在該視野14中形成一測量光點15。因而，這使得在該遮罩10和該晶圓11之間測量距離成為可能，或者使得在該遮罩10和該晶圓11的相對面之間精確地測量該距離成為可能。這是一點測量，或至少在鄰近於該視野14的一點處或在一區域15之內執行。
根據習知此技術者所熟知的技術，該等不同的光束(測量、成像等)藉由像是分離器方塊(separator cube)、分光器等的元件在光學系統中被合併和/或分離。
該距離感測器26係使用在頻譜範圍中基於低同調干涉的測量技術。來自廣域頻譜光源的光線是經由光纖27被帶到該準直器25。來自該距離感測器26的該光線在該遮罩10和該晶圓11的表面上的反射係藉由準直器25本身來收集以及藉由光譜儀來分析。因而獲得一鋸齒狀的頻譜，其中該遮罩10和該晶圓11的面上的反射的光學波長是對應於最大值而同相位。該頻譜的分析使得精確地減少在該遮罩10和該晶圓11之間的距離成為可能。
根據本發明的裝置也包含第一定位元件20，其使得相對於該晶圓11和該遮罩10的彼此以抓住和移動該晶圓11和該遮罩10成為可能。這些定位元件包含任何適合的機械系統，例如平移、旋轉和傾斜元件 等等。
根據本發明的裝置也包含第二定位元件(未顯示)，其使得在該遮罩10和該晶圓11的表面上移動該視野14成為可能。
這些第二定位元件包含平移平台，其使得在該遮罩的XY平面上移動整個成像元件成為可能，以能夠在該遮罩10和該晶圓11的表面上任一位置處定位該視野14成為可能。
根據變化的實施例，任何形態的合適的光學距離感測器皆可被使用以測量在該遮罩10和該晶圓11之間的距離。在此特別提到如下：- 利用低同調頻率掃描干涉技術的感測器，其具有先後被執行的可調控雷射源和頻譜分析；- 利用低時間同調干涉技術的感測器，其具有一延遲線(delay line)以重新產生在起源於特別是在該遮罩10和該晶圓11的該等表面的反射的該等訊號之間的光學延遲；- 共焦點色像差感測器，其中藉由一散射光學元件(例如在準直器25的級別)以波長編碼在一測量範圍內的位置，該散射光學元件將引入一色像差。該(遮罩10和晶圓11的)界面的位置可因而從反射信號的頻譜分析來推斷；- 共焦點感測器，其中該界面位置是以在該測量光束15的聚焦點的深度(Z)在掃描期間所反射的光線的強度最大值的測量所決定；- 感測器，其是依據雷射干涉技術。
根據變化實施例，依據本發明的裝置可包含第三定位元件，其使得在該成像元件的視野14內移動該距離感測器的測量點15的位置成為 可能。這些第三定位元件可例如包含用於移動該測量準直器25的裝置。
根據變化實施例，該等第一和第二定位元件可藉由相同元件來實施，或者是包含共同的元件。
根據變化實施例，其使得在該遮罩10和該晶圓11的表面上移動該視野14成為可能的該第二定位元件可藉由(或者可包含)被插入到光學成像元件的移動元件(反射鏡等)來實施。
根據變化實施例，根據本發明的裝置可包含那些例如圖2所示的多個光學成像系統，以及可包含單獨定位在該遮罩10表面上的這些光學成像系統的每一者的視野的第二定位元件。
特別是，根據本發明的裝置可包含三個光學成像系統，其使得同時在三個位置上調整該晶圓11和該遮罩10的相對位置成為可能，且因此可同時覆蓋全部的自由度。
根據實施例，依據本發明裝置可包含光學切換裝置(移動鏡等等)，其使得藉由一個並且相同成像系統依序成像在不同位置所放置的幾個視野14成為可能。
藉由依據本發明的裝置來排列遮罩10和晶圓11包含下列的步驟：
- 定位遮罩10、晶圓11和視野14，以使得被放置在相對於該晶圓11的參考標記或被疊置在該晶圓11的參考標記上的該遮罩10的參考標記12是在相同的視野14中是可見的。
- 在XY平面相對於該晶圓11和該遮罩10的彼此來移動該晶圓11和該遮罩10，以一致地放置該遮罩的參考標記12和該晶圓的參考標記13。
- 調整在該視野14的位置和/或在該視野14的測量光束的位置15，以使該測量光束通過該遮罩10的透明部分。
- 藉由相對於該遮罩10移動該晶圓11，以測量和調整沿著在該晶圓11和該遮罩10之間的Z軸的距離至其設定值。
- 在該遮罩10表面上的數個位置處(依序地或同時地)實行這些測量和定位操作，以用於數個參考標記12。事實上，它們需要在至少二個位置處實行，以為了相對於該遮罩10來調整在該晶圓11的XY平面上的旋轉，以及為了在三個位置處調整該晶圓11和該遮罩10之間的距離，以使得該晶圓11和該遮罩10是適度地平行且分離至一想要的距離。因此較佳的是，這些測量和定位操作是在該遮罩10表面的至少三個位置處來實行，或在四個位置處，以獲得重複的測量值。
因此，依據本發明的特別地有優勢的觀點，該晶圓和該遮罩可被定位為非常接近彼此(以數個微米或數十個微米的距離)，而沒有元件機械接觸它們的表面。
根據變化實施例，所利用的至少一個距離感測器也可適用於實行該感光層或光阻層的厚度的測量。
因此，測量在該遮罩10和該晶圓11之間的距離是可能的，或者更精確地測量在該遮罩10和該晶圓11上的該光阻層的上表面之間的距離成為可能，並且測量在將被蝕刻的該疊層上的光阻層厚度。
這和這些距離感測器可適用以執行將蝕刻存在於該光阻層之下的晶圓11上的疊層表面反射率的測量。
此方法的使用可藉由所有距離感測器的合適類型來實行，該 等距離感測器特別地包含前面所述的那些距離感測器(共焦點感測器；色像差共焦點感測器；時域、光譜的頻率掃描低同調干涉儀；反射儀；雷射干涉儀等等)。該領域中習知此技術者必可簡單地在配置上利用該等感測器以實行多疊層的測量，且具有適於穿透該光阻層的測量波長(例如近紅外光)。
該反射測量可從反射的測量信號強度獲得。
該光阻層的厚度和將被蝕刻的疊層的反射率的測量值是必要的資訊，以能夠在曝光步驟期間調整要被施加的能量(曝光時間和/或功率)。
因而，有利地說，本發明使得利用單一系統測量和調整其有必要用於曝光的一組參數(遮罩-晶圓距離、該光阻層的厚度和將被蝕刻的疊層的反射率)。
此外，決定在該遮罩10和將被蝕刻的表面(包含該光阻層的厚度)之間的距離是可能的，且因而調整該晶圓11表面和該遮罩10之間的距離而同時顧及到該光阻層的厚度。
根據一變化，根據本發明的裝置可包含至少一第二感測器，其分離於(多個)光學距離感測26，以測量該光阻層的厚度和/或將被蝕刻的該疊層的反射率。
此第二感測器也可包含一測量光束，其至少部分通過該成像元件。其可以被安置以實行該成像系統視野的測量。
當然，本發明不限於已被描述的例子，且可對這些例子做許多調整而不超出本發明的範疇。

Claims (11)

  1. 一種用以相對於晶圓(11)表面來定位遮罩(10)以用於該晶圓(11)的曝光的裝置，其包含第一定位元件(20)，適用以相關於該遮罩(10)和該晶圓(11)的彼此來抓住並且移動該遮罩(10)和該晶圓(11)，其特徵在於其另外包含：- 成像元件(20，22，23，30)，適用以藉由一成像光束而根據至少一視野(14)來產生該遮罩(10)以及該晶圓(11)表面的至少一成像，以使得在該視野(14)中同時成像該遮罩(10)和該晶圓(11)的定位標記(12，13)，以及- 至少一光學距離感測器(26)，其適用以利用至少部份通過該成像元件的測量光束(15，28)，以在該(等)視野中產生在該晶圓(11)表面和該遮罩(10)之間的距離量測值，其中該成像元件(20，22，23，30)是獨立於該光學距離感測器(26)，並且該成像光束是不同於該測量光束(15，28)。
  2. 如請求項第1項所述的裝置，其更包含第二定位元件，適用以相對於該晶圓(11)表面移動該(等)視野(14)。
  3. 如請求項第1或2項所述的裝置，其包含成像元件，適用以根據三個視野(14)來同時產生至少三個成像。
  4. 如請求項第3項所述的裝置，其包含至少三個光學距離感測器(26)。
  5. 如請求項第1或2項所述的裝置，其包含以下其中一類型之至少一個光學距離感測器(26)：- 共焦點感測器，- 色像差共焦點感測器，- 低同調干涉儀， - 反射儀，- 雷射干涉儀。
  6. 如請求項第1或2項所述的裝置，其包含至少一個距離感測器(26)，其亦適用以產生以下量測值的至少一者：- 光阻層之厚度的量測值。- 將要被蝕刻之疊層的反射率的量測值，此疊層係在該光阻層下方。
  7. 一種用於曝光晶圓的工具，包含根據請求項第1-6項中之任一者的裝置。
  8. 一種用以相對於晶圓表面來定位遮罩(10)以用於該晶圓(11)的曝光的方法，其使用第一定位元件(20)，該第一定位元件(20)適用以相關於該遮罩(10)和該晶圓(11)的彼此來抓住並且移動該遮罩(10)和該晶圓(11)，其特徵在於其包含以下步驟：- 藉由成像元件(20，22，23，30)及一成像光束而根據至少一視野(14)取得該遮罩(10)和該晶圓(11)表面的至少一成像，以使得在該視野(14)中同時成像該遮罩(10)和該晶圓(11)的定位標記(12，13)，- 利用至少一光學距離感測器(26)和至少部份通過該成像元件的一測量光束(15，28)，在該(等)視野(14)中取得在該晶圓(11)表面和該遮罩(10)之間的至少一距離量測，其中該成像元件(20，22，23，30)是獨立於該光學距離感測器(26)，並且該成像光束是不同於該測量光束(15，28)。
  9. 如請求項第8項所述的方法，其更包含該遮罩(10)和/或該晶圓(11)的相對移動的步驟，以使得在至少一視野(14)中： - 疊加該遮罩(10)和該晶圓(11)的定位標記(12，13)，- 根據一預先定義值，取得在該晶圓(10)表面和該遮罩(11)之間的距離量測。
  10. 如請求項第8或9項所述的方法，其包含根據三個視野(14)同時取得至少三個成像的步驟。
  11. 如請求項第8或9項所述的方法，其更包含利用該光學距離感測器(26)量測以下至少一數值的步驟：- 在晶圓(11)上之該光阻層的厚度，- 將要被蝕刻之疊層的反射率的量測值，此疊層係在該光阻層下方，其來自光學距離感測器(26)所獲得的訊號。
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