TWI780453B - 基板形狀量測裝置、基板處置裝置、基板形狀量測單元、及處置基板之方法 - Google Patents

基板形狀量測裝置、基板處置裝置、基板形狀量測單元、及處置基板之方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種基板形狀量測裝置，其包含： 一基板支撐件，其用以支撐具有一主表面之一基板，當由該基板支撐件支撐時該基板之該主表面大體上在一第一平面中延伸， 一或多個感測器總成，其各包含用以沿著大體上平行於該第一平面之一光軸發射光之一光發射器及經配置以接收該光之一光感測器， 其中該基板形狀量測裝置經建構以運用該一或多個感測器總成在相對於該基板的大體上平行於該第一平面之至少一第一量測方向及相對於該基板的大體上平行於該第一平面之一第二量測方向進行量測， 其中該基板形狀量測裝置包含經配置以判定該基板之一形狀之一處理裝置。

Description

基板形狀量測裝置、基板處置裝置、基板形狀量測單元、及處置基板之方法
本發明係關於一種基板形狀量測裝置、一種基板處置裝置、一種基板形狀量測單元及一種用以在基板處置裝置中處置基板之方法。
微影設備為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如，光罩)之圖案(常常亦被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如，晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
隨著半導體製造程序繼續進步，幾十年來，電路元件之尺寸已不斷地減小，而每裝置的諸如電晶體之功能元件之量已在穩固地增加，此遵循通常被稱作「莫耳定律(Moore's law)」之趨勢。為了跟得上莫耳定律，半導體行業正追逐使能夠產生愈來愈小特徵的技術。為了將圖案投影於基板上，微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定經圖案化於基板上之特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備，使用具有在4 nm至20 nm之範圍內之波長(例如6.7 nm或13.5 nm)之極紫外線(EUV)輻射的微影設備可用以在基板上形成較小特徵。
在其中圖案化層經配置於彼此之頂部上的微影程序期間，例如歸因於該等層中或之間的內應力，基板可能變得翹曲。此等翹曲基板仍將必須由在微影程序中所使用之裝置適當地處置。隨著對該等層內之內部結構及定位於彼此之頂部上的層之量(例如約200個層)的需求增加，翹曲基板之適當處置變得愈來愈重要。
在微影設備之已知實施例中，用於基板處置之基板處置裝置當前限制了翹曲基板處置，該等基板處置裝置諸如基板台、基板台上之裝載銷釘及用以轉移基板之夾緊器裝置。
亦已知處置基板之其他工具，諸如基板檢測或量測工具，會限制最大基板翹曲。除可能的效能減低(例如疊對)以外，基板之可夾持性可已經在基板處置中造成問題。此意謂例如運用各種部件無法達到用於基板夾持之真空度，此係因為基板翹曲會產生較大局部間隙且基板剛度防止藉由存在的(有限)抽吸壓力來封閉此等間隙。另一實例為將基板自一子模組接管至另一子模組，其中例如藉由扁平基板校準之位置並不足以超出某些翹曲。
在處置基板之本發明裝置中，基板之最大翹曲限度約為半毫米。然而，需要處置翹曲高於此最大翹曲限度的基板。更一般而言，需要提供能夠處理基板翹曲之系統。
本發明之一目標為提供關於翹曲基板之基板處置之改良及/或可用以改良翹曲基板之處置的裝置。
本發明提供一種基板形狀量測裝置，其包含： 一基板支撐件，其用以支撐具有一主表面之一基板，由該基板支撐件支撐之該基板之該主表面大體上在一第一平面中延伸， 一或多個感測器總成，其各包含用以在大體上平行於該第一平面之一方向發射光之一光發射器及經配置以接收該光之一光感測器，其中該一或多個感測器總成中之每一者經配置以提供一光量測信號，該光量測信號代表該基板在垂直於該第一平面之一方向之一尺寸， 其中該基板形狀量測裝置經建構以運用該一或多個感測器總成在相對於該基板的大體上平行於該第一平面之至少一第一量測方向及相對於該基板的大體上平行於該第一平面之一第二量測方向進行量測，其中該第一量測方向及該第二量測方向係不同的， 其中該基板形狀量測裝置包含一處理裝置，該處理裝置經配置以基於在該第一量測方向獲得之一第一光量測信號及在該第二量測方向獲得之一第二光量測信號判定該基板之一形狀。
本發明提供一種基板處置裝置，該基板處置裝置包含如技術方案1至11中任一項之基板形狀量測裝置。
本發明提供一種基板形狀量測單元，其中該基板形狀量測單元係包含如技術方案1至11中任一項之基板形狀量測裝置的一獨立單元。
本發明提供一種用以在一基板處置裝置中處置基板之方法，其包含： 使用如技術方案1至11中任一項之基板形狀量測裝置來判定一基板之一基板形狀，及 基於該經判定基板形狀調適該基板之該處置。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年7月12日申請之EP申請案19185930.5之優先權，且其之全文以引用方式併入本文中。
在本發明之文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有為365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外輻射(EUV，例如具有在約5 nm至100 nm之範圍內之波長)。
本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化裝置」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化裝置，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此內容背景中，亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA。該微影設備LA包括：照明系統(亦被稱作照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如光罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化裝置MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射的各種類型之光學部件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學部件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化裝置MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」PS同義。
微影設備LA可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如水)覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間-此亦被稱作浸潤微影。以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或多於兩個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在該另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外，微影設備LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統之部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。
在操作中，輻射光束B入射於被固持於光罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如光罩) MA上，且係由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)而圖案化。在已橫穿圖案化裝置MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置量測系統PMS，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便使不同目標部分C在輻射光束B之路徑中定位於經聚焦且對準之位置處。相似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2被稱為切割道對準標記。
為闡明本發明，使用笛卡爾座標系。笛卡爾座標系具有三個軸，亦即，x軸、y軸及z軸。三個軸中之每一者與其他兩個軸正交。圍繞x軸之旋轉被稱作Rx旋轉。圍繞y軸之旋轉被稱作Ry旋轉。圍繞z軸之旋轉被稱作Rz旋轉。x軸及y軸界定水平平面，而z軸在豎直方向。笛卡爾座標系不限制本發明，而僅用於說明。替代地，另一座標系，諸如圓柱形座標系可用以闡明本發明。笛卡爾座標系之定向可以不同，例如，使得z軸具有沿著水平平面之分量。
圖2展示圖1之微影設備LA之一部分的更詳細視圖。微影設備LA可具備基座框架BF、平衡塊BM、度量衡框架MF及振動隔離系統IS。度量衡框架MF支撐投影系統PS。另外，度量衡框架MF可支撐位置量測系統PMS之部分。度量衡框架MF係由基座框架BF經由振動隔離系統IS支撐。振動隔離系統IS經配置以防止或減小振動自基座框架BF傳播至度量衡框架MF。
第二定位器PW經配置以藉由在基板支撐件WT與平衡塊BM之間提供驅動力來加速基板支撐件WT。驅動力使基板支撐件WT在所要方向加速。歸因於動量守恆，亦將驅動力以相等的量值但以與所要方向相反的方向施加至平衡塊BM。通常，平衡塊BM之質量顯著大於第二定位器PW及基板支撐件WT之移動部分之質量。
在一實施例中，第二定位器PW係由平衡塊BM支撐。舉例而言，其中第二定位器PW包含用以使基板支撐件WT懸浮於平衡塊BM上方之平面馬達。在另一實施例中，第二定位器PW係由基座框架BF支撐。舉例而言，其中第二定位器PW包含線性馬達且其中第二定位器PW包含用以使基板支撐件WT懸浮於基座框架BF上方之軸承，如氣體軸承。
位置量測系統PMS可包含適合於判定基板支撐件WT之位置之任何類型的感測器。位置量測系統PMS可包含適合於判定光罩支撐件MT之位置之任何類型的感測器。該感測器可為光學感測器，諸如干涉計或編碼器。位置量測系統PMS可包含干涉計及編碼器之組合系統。感測器可為另一類型之感測器，諸如磁感測器、電容式感測器或電感感測器。位置量測系統PMS可判定相對於參考件，例如度量衡框架MF或投影系統PS之位置。位置量測系統PMS可藉由量測位置或藉由量測位置之時間導數(諸如速度或加速度)來判定基板台WT及/或光罩支撐件MT之位置。
位置量測系統PMS可包含編碼器系統。舉例而言，編碼器系統自特此以引用方式併入的於2006年9月7日申請之美國專利申請案US2007/0058173A1係已知的。編碼器系統包含編碼器頭、光柵及感測器。編碼器系統可接收初級輻射光束及次級輻射光束。初級輻射光束以及次級輻射光束兩者源自同一輻射光束，亦即原始輻射光束。藉由運用光柵來繞射原始輻射光束來產生初級輻射光束及次級輻射光束中之至少一者。若藉由運用光柵繞射原始輻射光束來產生初級輻射光束及次級輻射光束兩者，則初級輻射光束需要具有與次級輻射光束相比不同的繞射階。舉例而言，不同繞射階為+1階、-1階、+2階及-2階。編碼器系統將初級輻射光束及次級輻射光束光學地組合成組合之輻射光束。編碼器頭中之感測器判定組合之輻射光束之相位或相位差。感測器基於該相位或相位差而產生信號。該信號表示編碼器相對於光柵之位置。編碼器頭及光柵中之一者可配置於基板結構WT上。編碼器頭及光柵中之另一者可配置於度量衡框架MF或基座框架BF上。舉例而言，複數個編碼器頭配置於度量衡框架MF上，而光柵配置於基板支撐件WT之頂部表面上。在另一實例中，光柵配置於基板支撐件WT之底部表面上，且編碼器頭配置於基板支撐件WT下方。
位置量測系統PMS可包含干涉計系統。舉例而言，干涉計系統自特此以引用方式併入的於1998年7月13日申請之美國專利US6,020,964係已知的。干涉計系統可包含光束分裂器、鏡面、參考鏡面及感測器。輻射光束係由光束分裂器分裂成參考光束及量測光束。量測光束傳播至鏡面且由鏡面反射回至光束分裂器。參考光束傳播至參考鏡面且由參考鏡面反射回至光束分裂器。在光束分裂器處，量測光束及參考光束組合成組合之輻射光束。組合之輻射光束入射於感測器上。感測器判定組合之輻射光束之相位或頻率。感測器基於該相位或該頻率產生信號。該信號表示鏡面之位移。在一實施例中，鏡面連接至基板支撐件WT。參考鏡面可連接至度量衡框架MF。在一實施例中，藉由額外光學部件而非光束分裂器將量測光束及參考光束組合成組合之輻射光束。
第一定位器PM可包含長衝程模組及短衝程模組。短衝程模組經配置以遍及小移動範圍以高準確度相對於長衝程模組來移動光罩支撐件MT。長衝程模組經配置以遍及大移動範圍以相對較低準確度相對於投影系統PS來移動短衝程模組。在長衝程模組及短衝程模組組合的情況下，第一定位器PM能夠遍及大移動範圍以高準確度相對於投影系統PS來移動光罩支撐件MT。相似地，第二定位器PW可包含長衝程模組及短衝程模組。短衝程模組經配置以遍及小移動範圍以高準確度相對於長衝程模組來移動基板支撐件WT。長衝程模組經配置以遍及大移動範圍以相對較低準確度相對於投影系統PS來移動短衝程模組。在長衝程模組與短衝程模組組合的情況下，第二定位器PW能夠遍及大移動範圍以高準確度相對於投影系統PS來移動基板支撐件WT。
第一定位器PM及第二定位器PW各具備一致動器以分別移動光罩支撐件MT及基板支撐件WT。致動器可為用以沿著單軸(例如y軸)提供驅動力之線性致動器。可應用多個線性致動器以沿著多個軸提供驅動力。致動器可為用以沿著多個軸提供驅動力之平面致動器。舉例而言，平面致動器可經配置以在6個自由度中移動基板支撐件WT。致動器可為包含至少一個線圈及至少一個磁體之電磁致動器。致動器經配置以藉由將電流施加至至少一個線圈而相對於至少一個磁體移動至少一個線圈。致動器可為移動磁體型致動器，其具有分別耦接至基板支撐件WT、耦接至光罩支撐件MT之至少一個磁體。致動器可為移動線圈型致動器，其具有分別耦接至基板支撐件WT、耦接至光罩支撐件MT之至少一個線圈。致動器可為音圈致動器、磁阻致動器、勞侖茲(Lorentz)致動器或壓電致動器，或者任何其他合適的致動器。
微影設備LA包含如圖3示意性地描繪之位置控制系統PCS。位置控制系統PCS包含設定點產生器SP、前饋控制器FF及回饋控制器FB。位置控制系統PCS將驅動信號提供至致動器ACT。致動器ACT可為第一定位器PM或第二定位器PW之致動器。致動器ACT驅動器件P，器件P可包含基板支撐件WT或光罩支撐件MT。器件P之輸出為位置量，諸如位置或速度或加速度。藉由位置量測系統PMS來量測位置量。位置量測系統PMS產生一信號，該信號為表示器件P之位置量的位置信號。設定點產生器SP產生信號，該信號為表示器件P之所要位置量之參考信號。舉例而言，參考信號表示基板支撐件WT之所要軌跡。參考信號及位置信號之間的差形成回饋控制器FB之輸入。基於該輸入，回饋控制器FB向致動器ACT提供驅動信號之至少一部分。參考信號可形成前饋控制器FF之輸入。基於該輸入，前饋控制器FF向致動器ACT提供驅動信號之至少一部分。前饋FF可利用關於器件P之動力特性之資訊，諸如質量、剛度、諧振模式及固有頻率。
在其中圖案化層經配置於彼此之頂部上的微影程序期間，例如歸因於該等層中或之間的內應力，基板可能變得翹曲。此等翹曲基板仍將必須由在微影程序中所使用之裝置適當地處置。在微影設備之已知實施例中，用於基板處置之基板處置裝置，諸如基板台、基板台上之裝載銷釘及用以轉移基板之夾緊器裝置，可能限制了翹曲基板之處置。
亦已知處置基板之其他工具，諸如基板檢測工具或量測工具，能夠以僅有限最大基板翹曲處置基板。除可能的效能減低(例如疊對)以外，基板之可夾持性可在基板處置中造成問題。此意謂例如運用各種部件無法達到用於基板夾持之真空度，此係因為基板翹曲會產生較大局部間隙且基板剛度防止藉由存在的(有限)抽吸壓力來封閉此等間隙。
在處置基板之本發明裝置中，基板之最大翹曲限度約為半毫米。然而，需要處置翹曲高於此最大翹曲限度的基板，或更大體而言，需要提供能夠處理基板翹曲之系統。關於基板翹曲之資訊可用以改良基板之處置，此係由於此資訊可用以調適晶圓處置程序。
本發明提供基板形狀量測裝置以判定基板W之形狀。藉由判定基板W之形狀，可在基板W之進一步處置中考量此形狀，例如藉由調適基板台WT上之真空夾持程序及/或藉由調適基板W在基板台WT之基板裝載系統之裝載銷釘上的裝載程序。
可在任何合適之部位處提供基板形狀量測裝置。基板形狀量測裝置可整合於基板處置裝置，諸如基板儲存單元或基板轉移裝置中。基板形狀量測裝置亦可被提供於基板形狀量測單元中，亦即經配置以判定基板形狀之獨立單元，其中經判定基板形狀可用於進一步處置基板。
圖4展示根據本發明之第一實施例之基板形狀量測裝置SSM的俯視圖。基板形狀量測裝置SSM經配置以判定基板W之形狀。圖5展示圖4中所展示之實施例的橫截面A-A。圖5中所展示之基板W具有相對極端的翹曲。實務上，基板W之翹曲相對於基板W之直徑通常將實質上較小。
基板形狀量測裝置SSM包含用以支撐基板W之基板支撐件WS。基板W包含主要在第一平面中在基板支撐件WS上之支撐位置中延伸的主表面MS。主表面MS可具有輻射敏感材料層。主表面MS可為上方形成有積體電路(IC)之表面。在圖4中所展示之實施例中，第一平面平行於x-y平面而延伸。基板支撐件WS經配置以使基板W圍繞中心z軸旋轉，如由箭頭ROT所指示。
基板形狀量測裝置SSM進一步包含感測器總成SAS。感測器總成SAS包含用以沿著大體上平行於第一平面之光軸LD發射光之光發射器LE，及經配置以接收沿著光軸LD傳播之光之光感測器LS。
藉由使基板W旋轉，感測器總成SAS之光軸LD可與相對於基板W之不同量測方向對準。在圖4中，指示第一量測方向MD1及第二量測方向MD2。藉由使基板W旋轉ROT，可藉由將基板W定位於第一量測位置中而使感測器總成SAS之光軸LD與第一量測方向MD1對準，且可藉由將基板W定位於第二量測位置中使感測器總成SAS之光軸LD與第二量測方向MD2對準。亦可藉由將基板W定位於相對於感測器總成SAS之不同旋轉量測位置中使光軸LD與基板W之更多量測方向對準。在一替代實施例中，感測器總成SAS可相對於基板W至少部分地旋轉。此旋轉可為光學旋轉，亦即，感測器總成之光學元件在相對於基板W之不同量測方向產生量測。
如圖5中可見，光發射器LE經配置以在z方向遍及相當大的尺寸發射光，亦即，由光發射器LE發射之光形成在y方向及z方向延伸之光簾幕，其中形成光簾幕之光束在光軸LD之方向(亦即，圖4中之y方向)上傳播。光發射器LE例如為經組態以發射雷射簾幕之雷射源。
光感測器LS經配置以量測由光感測器LS接收之光之光強度。此經量測強度係用作光量測信號，其被饋送至處理裝置PD。如圖5中可見，由光發射器LE發射之光的相當大部分係由基板W阻斷，且因此將未由光感測器LS接收到。隨著基板W之翹曲增加，更多的光將由基板W阻斷且由光感測器LS接收到之光強度將較小。因此，光量測信號代表基板W在垂直於第一平面之方向之尺寸。
為了判定基板W之形狀，可量測由光感測器在至少第一量測方向MD1及第二量測方向MD2上接收之光之光強度。
處理裝置PD經配置以基於在第一量測方向MD1上獲得之第一光強度及在第二量測方向MD2上獲得之第二光強度判定基板W之形狀。
為了改良基板W之形狀之判定準確度，可在其他量測方向進行進一步量測。舉例而言，可在三個量測方向量測光強度，每一量測方向處於相對於另外兩個量測方向成120度而配置的量測位置處。
另外或作為在其他量測方向之額外量測的替代方案，處理裝置PD亦可使用形狀模型以基於在第一量測方向MD1上獲得之第一光強度及在第二量測方向MD2上獲得之第二光強度來判定基板W之形狀。
翹曲基板W通常依賴於基板W中之內應力而將變形為某一形狀，例如鞍形、碗形、傘形或半管形。此翹曲之形狀可用以判定基板W之形狀。藉由判定在至少第一量測方向MD1及第二量測方向MD2上之翹曲程度且在此等所判定的在第一量測方向MD1及第二量測方向MD2上之翹曲上擬合基板W之翹曲之形狀模型，可判定整個基板W之形狀。
形狀模型可描述基板W之鞍形、碗形、傘形或半管形，其對應於在將多個層添加於基板W上的微影程序期間將出現的各別基板W之典型翹曲之形狀。
感測器總成SAS提供代表由光感測器LS接收之光(亦即，由光發射器LE發射的未由基板W阻斷的光)之量的單一光量測信號。基於此光量測信號，無法判定基板W在哪一方向具有翹曲。舉例而言，藉由圖4及圖5之實施例基於僅在第一量測方向MD1及第二量測方向MD2上之量測，可能無法區分碗形及傘形。
為了判定基板是具有碗形翹曲抑或傘形翹曲，感測器總成SAS在垂直於第一平面之平移方向TR-Z上可平移。在圖4及圖5之實施例中，此平移方向TR-Z為z方向。藉由在平移方向TR-Z上掃描感測器總成SAS且同時量測光強度，可判定在z方向之哪一位置處發生在各別量測方向之光阻斷。可將此在z方向之位置與在基板形狀量測裝置SSM中量測之已知基板形狀在z方向之位置進行比較或與基板支撐件WS之支撐表面在z方向之位置進行比較，其中基板W之中心部分被支撐。基於此比較，可例如判定基板W之翹曲是為碗形抑或傘形。在一替代實施例中，可相對於感測器總成SAS在z方向平移基板W以判定在z方向之發生在各別量測方向之光之阻斷的位置。
由於在圖4在之實施例中，基板W僅由基板支撐件WS部分地支撐，因此重力可對基板W之形狀具有效應。此重力效應可藉由使用形狀模型及/或量測對無翹曲之基板之此效應來判定。因此，當可判定包括重力之基板W之形狀時，可在無重力效應的情況下補償重力效應以判定基板W之形狀。
可在基板W之進一步處置期間考量如藉由基板形狀量測裝置SSM判定之基板W之形狀。舉例而言，可在基板台上之真空夾持程序期間考量翹曲基板W之形狀，從而導致基板W之夾持更加可預測且更可靠。又，可在基板之定位(例如水平或豎直定位校正)期間考量基板形狀，以用於例如疊對校正及/或位階量測校正。此可改良實際微影投影程序之疊對及/或聚焦效能。另外，當基板W之形狀係已知的時，可改良基板W在兩個基板支撐件之間的轉移。舉例而言，基板W之最佳接管高度可取決於基板W之翹曲，且當基板W之翹曲/形狀係已知的時對其進行考量。又，可補償取決於基板W之翹曲之其他效應，諸如翹曲相依對準效應、翹曲相依位階量測邊緣行為及其他翹曲相依效能因數。
圖6展示經配置以判定基板W之形狀之感測器總成SAS的替代實施例。感測器總成SAS包含光發射器LE及光感測器LS。光發射器LE經配置以在光軸LD之方向發射光。由光發射器LE發射之光為光簾幕，例如雷射簾幕，其對應於圖4及圖5之實施例之光發射器。
圖6之感測器總成SAS之實施例的光感測器LS包含在z方向延伸之光偵測器LDE陣列，例如在z方向延伸之CCD陣列。每一光偵測器LDE接收在光軸LD之方向發射之光，除非該光由基板W阻斷。
因為光偵測器LDE中之每一者提供代表在光偵測器LDE在z方向之各別位置處的基板W之存在之量測，所以可藉由處理裝置PD基於包含光偵測器LDE陣列之個別量測的光感測器LS之光量測信號來判定基板之形狀。
由於光偵測器LDE陣列之量測提供關於基板W在z方向之位置之直接資訊，因此可將此在z方向之位置與在基板形狀量測裝置SSM中量測之已知基板形狀在z方向之位置進行比較或與基板支撐件WS之支撐表面在z方向之位置進行比較。基於此比較，可判定量測方向之部位處的基板W在z方向是處於比支撐表面更高的位階抑或更低的位階。此資訊可與基板W之形狀之判定相關。
在感測器總成SAS之另一替代實施例中，光發射器LE可具有在z方向延伸的發光裝置陣列，該等發光裝置隨後發射光束以由光強度感測器LS接收。
亦可應用可用以判定基板在大體上平行於基板W之主表面之量測方向之翹曲的光發射器及光感測器之任何其他合適組合。舉例而言，可使用超音波感測器、雷射光纖強度掃描感測器、攝影機、具有遠心光學件之光學感測器。
圖7展示根據本發明之基板形狀量測裝置SSM之第二實施例。在圖7之實施例中，基板形狀量測裝置SSM為獨立的基板形狀量測單元SMU之部分。舉例而言，基板形狀量測單元SMU可經配置成接近於基板儲存單元，藉以自基板儲存單元取出以供進一步處理之基板W可被置放於該基板形狀量測單元SMU中以使基板形狀量測裝置SSM能夠判定基板W之形狀。可在基板之進一步處理期間使用經判定形狀以使基板處置適應於基板W之實際形狀。
該基板形狀量測裝置SSM之構造大體上對應於圖4之基板形狀量測裝置SSM。圖4之實施例與圖7之實施例之間的主要差異在於：可在於第一平面(在圖7中為x-y平面)中延伸且垂直於光軸LD (在圖7中為y方向)的平移方向TR-X上平移感測器總成SAS。在圖7中，此意謂感測器總成SAS可在x方向(如由平移方向TR-X所指示)上進行平移。藉由使感測器總成SAS在x方向平移，相對於基板W之量測方向可在基板W之徑向方向位移，亦即徑向地更接近或更遠離基板W之主表面MS之中心。
在平移方向TR-X上之平移允許在基板W之其他量測方向進行量測以便獲得光量測信號，基於該等光量測信號，可判定基板W之形狀。基板W上之量測方向可為平行及/或不平行方向。作為一實例，在圖7中指示基板W之第一量測方向MD1及第二量測方向MD2。為了在第一量測方向MD1及第二量測方向MD2上進行量測，基板W將保持處於同一旋轉位置，但感測器總成SAS將經配置處於第一量測位置及第二量測位置中，其中該第一量測位置及該第二量測位置在平移方向TR-X上隔開。
圖8展示經配置以判定基板W之形狀的基板形狀量測裝置SSM之第三實施例。基板形狀量測裝置SSM包含用以支撐處於固定旋轉位置之基板W之基板支撐件WS。基板W包含在第一平面中在基板支撐件WS上之支撐位置中延伸的主表面MS。
基板形狀量測裝置SSM包含第一感測器總成SAS1、第二感測器總成SAS2及第三感測器總成SAS3。第一感測器總成SAS1、第二感測器總成SAS2及第三感測器總成SAS3中之每一者包含用以沿著大體上平行於第一平面之光軸發射光的一光發射器LE (例如雷射源)，及經配置以接收沿著該光軸傳播之光之一光感測器LS。
第一感測器總成SAS1之光軸與相對於基板W之第一量測方向MD1對準、第二感測器總成SAS2之光軸與相對於基板W之第二量測方向MD2對準，且第三感測器總成SAS3之光軸與相對於基板W之第三量測方向MD3對準。第一量測方向MD1、第二量測方向MD2及第三量測方向MD3各以相對於另外兩個量測方向成120度之角度配置。
光感測器LS經配置以量測由各別光感測器LS接收之光之光強度。此經量測強度係用作光量測信號，其被饋送至處理裝置PD。隨著基板W之翹曲增加，更多的光將由基板W阻斷且由光感測器LS接收到之光強度將較小。為了判定基板W之形狀，可量測針對第一量測方向MD1、第二量測方向MD2及第三量測方向MD3由各別光感測器LS所接收之光之光強度。
處理裝置PD經配置以基於在第一量測方向MD1、第二量測方向MD2及第三量測方向MD3上獲得之光強度而判定基板W之形狀。另外，處理裝置PD亦可使用形狀模型以判定基板W之形狀，如關於圖4之實施例所描述。
圖9展示經配置以判定基板W之形狀的基板形狀量測裝置SSM之第四實施例。基板形狀量測裝置SSM包含用以支撐處於固定旋轉位置之基板W之基板支撐件WS。基板W包含在第一平面中在基板支撐件WS上之支撐位置中延伸的主表面MS。
基板形狀量測裝置SSM包含感測器總成SAS，該感測器總成包含用以沿著大體上平行於第一平面之光軸LD發射光的光發射器LE (例如雷射源)，及經配置以接收沿著該光軸傳播之光之光感測器LS。
感測器總成SAS之光軸LD與相對於基板W之量測方向MD對準。
光感測器LS經配置以量測由各別光感測器LS接收之光的光強度。此經量測強度係用作光量測信號，其被饋送至處理裝置PD。隨著基板W之翹曲增加，更多的光將由基板W阻斷且由光感測器LS接收到之光強度將較小。
處理裝置PD經配置以基於在第一量測方向MD上獲得之光強度判定基板W之形狀。在一些應用中，沿著僅一個量測方向MD之量測足以判定基板W之形狀。另外，處理裝置PD亦可使用形狀模型以判定基板W之形狀，如關於圖4之實施例所描述。
感測器總成SAS及/或基板W可在z方向相對於彼此可移動，如關於圖5所論述，以使感測器總成SAS能夠區分碗形基板與傘形基板。
如上文所描述，如由基板形狀量測裝置SSM判定之形狀可用以最佳化在基板W之進一步處理期間基板W之基板處置。
感測器總成亦可經配置以沿著其他量測方向進行量測。同樣，可使用其他數目個感測器總成以量測沿著基板W之量測方向之晶圓翹曲。
在本申請案中，光軸為各別感測器總成之光束方向，而量測方向為相對於基板W所界定之方向，可量測沿著該等方向之晶圓變形。在圖4及圖7之實施例中，可藉由基板W相對於在不同量測位置之間的感測器總成SAS之相對位移，使感測器總成SAS之光軸與不同量測方向對準。在圖8之實施例中，感測器總成中之每一者之光軸與基板之量測方向對應。基板W之量測方向在運用基板形狀量測裝置SSM進行量測之前可能並未已知的，但可能為基板W在基板支撐件WS上定位所處之旋轉位置的結果。此旋轉位置可為未知的。
在根據本發明之實施例中，可基於經判定基板形狀進一步改良晶圓之(預)對準。在此實施例中，基板形狀資料可用以縮短(預)對準所需之時間，此係因為可自基板形狀資料導出額外旋轉資料及XY偏心率資料。此有利於改良在產出率方面翹曲基板之處置及/或進一步提高處置程序之準確度。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中之微影設備之使用，但應理解，本文所描述之微影設備可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影設備之內容背景中之本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成光罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化裝置)之物件之任何設備之部分。此等設備通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，在內容背景允許之情況下，本發明不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
在內容背景允許之情況下，可以硬體、韌體、軟體或其任何組合實施本發明之實施例。本發明之實施例亦可被實施為儲存於機器可讀媒體上之指令，該等指令可由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸以可由機器(例如計算裝置)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀媒體可包括唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁性儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體裝置；電形式、光形式、聲形式或其他形式之傳播信號(例如載波、紅外線信號、數位信號等)，及其他者。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文中被描述為執行某些動作。然而，應瞭解，此類描述僅係出於方便起見，且此類動作事實上起因於計算裝置、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等且在執行此操作時可使致動器或其他裝置與實體世界相互作用之其他裝置。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。在以下編號條項中闡明本發明之其他態樣。 1.     一種基板形狀量測裝置，其包含： 一基板支撐件，其用以支撐具有一主表面之一基板，當由該基板支撐件支撐時該基板之該主表面大體上在一第一平面中延伸， 一或多個感測器總成，其各包含用以沿著大體上平行於該第一平面之一光軸發射光之一光發射器及經配置以接收該光之一光感測器，其中該一或多個感測器總成中之每一者經配置以提供一光量測信號，該光量測信號代表該基板在垂直於該第一平面之一方向之一尺寸， 其中該基板形狀量測裝置經建構以運用該一或多個感測器總成在相對於該基板的大體上平行於該第一平面之至少一第一量測方向及相對於該基板的大體上平行於該第一平面之一第二量測方向進行量測，其中該第一量測方向及該第二量測方向係不同的，且 其中該基板形狀量測裝置包含一處理裝置，該處理裝置經配置以基於在該第一量測方向獲得之一第一光量測信號及在該第二量測方向獲得之一第二光量測信號判定該基板之一形狀。 2.     如條項1之基板形狀量測裝置，其中該第一量測方向及該第二量測方向彼此不平行。 3.     如前述條項中任一項之基板形狀量測裝置，其中該處理裝置使用一形狀模型以基於在該第一量測方向獲得之該光量測信號及在該第二量測方向獲得之該光量測信號來判定該基板之該形狀。 4.     如前述條項中任一項之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經建構以相對於該一或多個感測器總成在至少一第一量測位置與一第二量測位置之間移動該基板，在該第一量測位置中，該一或多個感測器總成經配置以使該光軸與該第一量測方向對準，且在該第二量測位置中，一或多個感測器總成相對於該基板而配置以使該光軸與該第二量測方向對準。 5.     如條項4之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經配置以相對於該一或多個感測器總成在該第一量測位置與該第二量測位置之間旋轉該基板。 6.     如條項4或5之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經配置以相對於該一或多個感測器總成在該第一量測位置與該第二量測位置之間平移該基板。 7.     如前述條項中任一項之基板形狀量測裝置，其中該基板形狀量測裝置包含兩個或多於兩個感測器總成， 其中該兩個或多於兩個感測器總成中之一第一感測器總成包含用以在該第一量測方向發射光之一第一光發射器及經配置以接收在該第一量測方向傳播之該光之一第一光感測器，且 其中該兩個或多於兩個感測器總成中之一第二感測器總成包含用以在該第二量測方向發射光之一第二光發射器及經配置以接收在該第二量測方向傳播之該光之一第二光感測器。 8.     如條項7之基板形狀量測裝置，其中該基板形狀量測裝置包含三個感測器總成， 其中一第三感測器總成包含用以在大體上平行於該第一平面之一第三量測方向發射光之一第三光發射器及經配置以接收在該第三量測方向傳播之該光之一第三光感測器。 9.     如條項8之基板形狀量測裝置，其中該第一量測方向、該第二量測方向及該第三量測方向相對於彼此成大致120度對準。 10.   如前述條項中任一項之基板形狀量測裝置，其中該光量測信號係由該各別光感測器接收之光的一光強度信號。 11.    如條項10之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經建構以在垂直於該第一平面之一方向相對於該至少一個感測器總成移動該基板。 12.   一種基板處置裝置，該基板處置裝置包含如前述條項中任一項之基板形狀量測裝置。 13.   一種基板形狀量測單元，其中該基板形狀量測單元係包含如條項1至11中任一項之基板形狀量測裝置的一獨立單元。 14.   一種用以在一基板處置裝置中處置基板之方法，其包含： 使用如條項1至11中任一項之基板形狀量測裝置來判定一基板之一基板形狀，及 基於該經判定基板形狀調適該基板之該處置。 15.   如條項14之方法，其中調適該基板之該處置包含： 基於該經判定基板形狀調適具有一基板夾具之一基板台上的該基板之一夾持程序，及/或 基於該經判定基板形狀調適由一基板台之一裝載單元之裝載銷釘提供的一支撐平面，及/或 在一微影程序期間基於該經判定基板形狀調適該基板之定位。
A-A:橫截面 ACT:致動器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BF:基座框架 BM:平衡塊 C:目標部分 FB:回饋控制器 FF:前饋控制器 IL:照明系統/照明器 IS:振動隔離系統 LA:微影設備 LD:光軸 LDE:光偵測器 LE:光發射器 LS:光感測器 M1 :光罩對準標記 M2 :光罩對準標記 MA:圖案化裝置 MD1:第一量測方向 MD2:第二量測方向 MD3:第三量測方向 MF:度量衡框架 MS:主表面 MT:光罩支撐件 P:器件 P1 :基板對準標記 P2 :基板對準標記 PCS:位置控制系統 PD:處理裝置 PM:第一定位器 PMS:位置量測系統 PS:投影系統 PW:第二定位器 ROT:旋轉 SAS:感測器總成 SAS1:第一感測器總成 SAS2:第二感測器總成 SAS3:第三感測器總成 SMU:基板形狀量測單元 SO:輻射源 SP:設定點產生器 SSM:基板形狀量測裝置 TR-X:平移方向 TR-Z:平移方向 W:基板 WS:基板支撐件 WT:基板支撐件/基板台
現在將僅作為實例參看隨附示意性圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中： -  圖1描繪微影設備之示意性綜述； -  圖2描繪圖1之微影設備之部分的詳細視圖； -  圖3示意性地描繪位置控制系統； -  圖4描繪根據本發明之第一實施例之基板處置裝置的俯視圖； - 圖5描繪圖4之第一實施例的橫截面A-A； -  圖6描繪基板處置裝置之感測器總成之替代實施例的橫截面； - 圖7描繪根據本發明之第二實施例之基板處置裝置的俯視圖； -  圖8描繪根據本發明之第三實施例之基板處置裝置的俯視圖；及 -  圖9描繪根據第四實施例之基板處置裝置的俯視圖。
A-A:橫截面
LD:光軸
LE:光發射器
LS:光感測器
MD1:第一量測方向
MD2:第二量測方向
MS:主表面
PD:處理裝置
ROT:旋轉
SAS:感測器總成
SSM:基板形狀量測裝置
W:基板
WS:基板支撐件

Claims (16)

  1. 一種基板形狀量測裝置(substrate shape measuring device)，其包含：一基板支撐件，其用以支撐具有一主表面(main surface)之一基板，當由該基板支撐件支撐時該基板之該主表面實質上在一第一平面中延伸，一或多個感測器總成(sensor assemblies)，其各包含用以沿著實質上平行於該第一平面之一光軸(light axis)發射光之一光發射器及經配置以接收該光之一光感測器，其中該一或多個感測器總成中之每一者經配置以提供一光量測信號，該光量測信號代表該基板在垂直於該第一平面之一方向之一尺寸，其中該基板形狀量測裝置經建構以運用該一或多個感測器總成至少在相對於該基板的實質上平行於該第一平面之一第一量測方向及相對於該基板的實質上平行於該第一平面之一第二量測方向進行量測，其中該第一量測方向及該第二量測方向係不同的，其中該基板形狀量測裝置包含一處理裝置，該處理裝置經配置以基於在該第一量測方向獲得之一第一光量測信號及在該第二量測方向獲得之一第二光量測信號判定該基板之一形狀，其中該處理裝置使用一形狀模型(shape model)以基於在該第一量測方向獲得之該光量測信號及在該第二量測方向獲得之該光量測信號來判定該基板之該形狀，且其中該形狀模型對應該基板之一翹曲(warpage)的一形狀。
  2. 如請求項1之基板形狀量測裝置，其中該第一量測方向及該第二量測方向彼此不平行(non-parallel)。
  3. 如請求項1或2之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經建構以相對於該一或多個感測器總成在至少一第一量測位置與一第二量測位置之間移動該基板，在該第一量測位置中，該一或多個感測器總成經配置以使該光軸與該第一量測方向對準，且在該第二量測位置中，一或多個感測器總成相對於該基板而配置以使該光軸與該第二量測方向對準。
  4. 如請求項3之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經配置以相對於該一或多個感測器總成在該第一量測位置與該第二量測位置之間旋轉該基板。
  5. 如請求項3之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經配置以相對於該一或多個感測器總成在該第一量測位置與該第二量測位置之間平移(translate)該基板。
  6. 如請求項1或2之基板形狀量測裝置，其中該基板形狀量測裝置包含兩個或多於兩個感測器總成，其中該兩個或多於兩個感測器總成中之一第一感測器總成包含用以在該第一量測方向發射光之一第一光發射器及經配置以接收在該第一量測方向傳播之該光之一第一光感測器，且 其中該兩個或多於兩個感測器總成中之一第二感測器總成包含用以在該第二量測方向發射光之一第二光發射器及經配置以接收在該第二量測方向傳播之該光之一第二光感測器。
  7. 如請求項6之基板形狀量測裝置，其中該基板形狀量測裝置包含三個感測器總成，其中一第三感測器總成包含用以在大體上平行於該第一平面之一第三量測方向發射光之一第三光發射器及經配置以接收在該第三量測方向傳播之該光之一第三光感測器。
  8. 如請求項7之基板形狀量測裝置，其中該第一量測方向、該第二量測方向及該第三量測方向相對於彼此成大致120度對準。
  9. 如請求項1或2之基板形狀量測裝置，其中該光量測信號係由該各別光感測器接收之光的一光強度信號。
  10. 如請求項9之基板形狀量測裝置，其中該基板支撐件及/或該一或多個感測器總成經建構以在垂直於該第一平面之一方向相對於該至少一個感測器總成移動該基板。
  11. 如請求項1或2之基板形狀量測裝置，其中該基板之該翹曲依賴於(depends on)該基板中之內應力(internal stress)。
  12. 如請求項1或2之基板形狀量測裝置，其中該形狀模型描述該基板之鞍形、碗形、傘形或半管形。
  13. 一種基板處置(handling)裝置，該基板處置裝置包含如請求項1至12中任一項之基板形狀量測裝置。
  14. 一種基板形狀量測單元，其中該基板形狀量測單元係包含如請求項1至12中任一項之基板形狀量測裝置的一獨立單元。
  15. 一種用以在一基板處置裝置中處置基板之方法，其包含：使用如請求項1至12中任一項之基板形狀量測裝置來判定一基板之一基板形狀，及基於該經判定基板形狀調適該基板之該處置。
  16. 如請求項15之方法，其中調適該基板之該處置包含：基於該經判定基板形狀調適具有一基板夾具之一基板台上的該基板之一夾持程序，及/或基於該經判定基板形狀調適由一基板台之一裝載單元之裝載銷釘提供的一支撐平面，及/或在一微影程序期間基於該經判定基板形狀調適該基板之定位。
TW109122721A 2019-07-12 2020-07-06 基板形狀量測裝置、基板處置裝置、基板形狀量測單元、及處置基板之方法 TWI780453B (zh)

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