TWI797644B - 位置測量裝置及測量方法 - Google Patents

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Abstract

實施方式提供一種對基板上形成之電路圖案之位置進行測量之位置測量裝置及測量方法。 實施方式之位置測量裝置具備基板保持部、投影部、液體供給部、位置測定部、攝像部、位置測定部及控制部。基板保持部可保持包含電路圖案之至少一部分之基板。投影部對保持於基板保持部之基板照射照明光，使照射至基板之照明光的出自基板之反射光透過。液體供給部可向保持於基板保持部之基板與投影部之間之空間供給液體。攝像部供透過投影部之反射光入射，產生基於反射光之圖像信號。位置測定部獲取與基板保持部之位置相關之位置信息。控制部基於位置信息及圖像信號，決定基板內之至少一部分電路圖案之座標位置。

Description

位置測量裝置及測量方法
本發明之實施方式係關於一種位置測量裝置及測量方法。
半導體裝置之製造步驟之一包含光微影步驟。於該步驟中，必須高精度地進行作為蝕刻對象之基板與光罩(亦稱為原板)之位置對準。例如於具有三維構造之半導體記憶裝置中，基板內之一個晶片內所形成之複數個區域中，因主要構成材料不同或距離基板之高度不同，而有應力作用於晶片內，例如記憶胞區域與周邊電路區域之間有時會發生位置偏移。此種情形時，為了高精度地進行光罩相對於基板之位置對準，必須校正由應變引起之位置偏移。為此，首先要求高精度地進行位置測量。
本發明所欲解決之問題在於提供一種對基板上形成之電路圖案之位置進行測量之位置測量裝置及測量方法。
實施方式之位置測量裝置具備基板保持部、投影部、液體供給部、位置測定部、攝像部、位置測定部及控制部。基板保持部可保持包含電路圖案之至少一部分之基板。投影部對保持於基板保持部之基板照射照明光，使照射至基板之照明光的出自基板之反射光透過。液體供給部可對保持於基板保持部之基板與投影部之間之空間供給液體。攝像部供透過投影部之反射光入射，產生基於反射光之圖像信號。位置測定部獲取與基板保持部之位置相關之位置信息。控制部基於位置信息與圖像信號，決定基板內之至少一部分電路圖案之座標位置。
以下，參照隨附圖式對本發明之非限定性例示之實施方式進行說明。於隨附之所有圖式中，對相同或對應之構件或零件標註相同或對應之參照符號，省略重複之說明。又，圖式係為了示出構件或零件間之尺寸之間之相對比，因此，具體尺寸應參照以下之非限定性實施方式，由本領域技術人員決定。
參照圖1至圖3，說明實施方式之位置測量裝置。圖1係表示實施方式之位置測量裝置之方塊圖，圖2係模式地表示圖1之位置測量裝置之構成之圖，圖3係模式地表示基板載台之俯視圖。如圖1所示，位置測量裝置1具有圖像檢測系統10、位置控制系統20及控制部30。再者，本實施方式中，將作為位置測量對象之基板設為由矽等半導體形成之半導體晶圓。以下，簡稱為晶圓W。
(圖像檢測系統) 圖像檢測系統10具有攝像部11、照明部12、投影部13及液浸部14。攝像部11包含例如電荷耦合元件(CCD)或互補型金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器等攝像元件，產生基於入射光之圖像信號。照明部12可包含光源及波長濾波器，上述光源包含例如發白色光之二極體(LED)、或氙氣燈等高壓燈，上述波長濾波器使特定波長之光透過。藉此，照明部12出射具有特定波長之光LT作為照明光。又，可使用不利用波長濾波器而發出特定波長區域之光之光源。例如，可使用綠色光LED(波長500～570 nm)或藍色光LED(波長460～500 nm)。
投影部13包含物鏡(未圖示)，如圖2所示，近接於下述基板載台22上所載置之晶圓W而配置。本實施方式中，投影部13與照明部12藉由設置於投影部13上方之例如半反射鏡等光學零件OP而光學耦合。光學零件OP將從與主軸交叉之方向入射之光朝主軸方向反射，並且使從與主軸平行之方向入射之光透過。
又，投影部13由未圖示之支持具以可使其上下移動之方式支持於基板載台22之上方。支持具可根據來自控制部30之指示信號，使投影部13朝接近基板載台22上所載置之晶圓W之方向或遠離平台22上所載置之晶圓W之方向移動。再者，支持投影部13之支持具亦可為能夠使投影部13於水平方向上移動。
本實施方式中，液浸部14包含可安裝於投影部13之配件14A。配件14A上設有液體用導管14LC及氣體用導管14GC。液體用導管14LC於配件14A上設置於較氣體用導管14GC靠內側。液浸部14可包含例如液體貯存容器、或配管、閥等(均未圖示)，將來自液體貯存容器之液體通過導管14LC供給至投影部13與晶圓W之間之空間。此處，作為液體，例如例示純水、或具有至少較空氣之折射率大之折射率之液體等。又，投影部13與晶圓W之間之距離宜為能利用表面張力維持供給至其等之間之空間之液體之程度。再者，配件14A上設有至少2個導管14LC，如圖2中箭頭A1及A2所示，宜為從其中一者供給液體，從另一者排出液體。據此，可適當切換投影部13與晶圓W之間之空間存在液體之狀態與無液體之狀態。再者，為了方便說明，以下說明中，將供給至投影部13與晶圓W之間之空間之液體記為液浸水IL(圖2)。
又，氣體用導管14GC被設置用於將例如空氣(清潔乾燥空氣或惰性氣體(稀有氣體、氮氣)等氣體吹送至液浸水IL之周圍。具體而言，液浸部14可包含填充有氣體之氣缸(或壓縮機)、或配管、閥等。利用該等構件，液浸部14可通過導管14GC向液浸水IL之周圍吹送氣體等。藉此，可將液浸水IL確實地保持於投影部13與晶圓W之間。再者，導管14GC之數量可任意決定。例如當於配件14A上沿周向以等角度間隔設置複數個導管14GC時，從該等導管14GC噴射之氣體能以氣簾狀包圍液浸水IL。藉此，可確實地維持液浸水IL。
根據上述構成，從照明部12出射之照明光由光學零件OP朝向投影部13反射後，入射至投影部13。入射至投影部13之照明光聚集於晶圓W之表面，由晶圓W之表面反射。該反射光(亦可能包含繞射光或散射光)透過投影部13及光學零件OP，入射至攝像部11。攝像部11產生基於入射光之圖像信號，將該圖像信號通過下述指示部32發送至運算部31。運算部31對接收到之圖像信號進行各種信號處理後產生二維圖像。該二維圖像中可能包含晶圓W上形成之半導體器件等之電路圖案。
(位置控制系統) 再次參照圖1，位置控制系統20具有基板搬送部21、基板載台22、溫度測量部23、溫度控制部24、位置控制部25及位置測定部26。基板搬送部21可具有將晶圓W沿水平方向搬送之晶圓搬送臂、或從晶圓搬送臂接收晶圓W並將晶圓W沿垂直方向搬送之升降裝置等(均未圖示)。基板搬送部21可將作為測量對象之晶圓W搬入至基板載台22，並從基板載台22搬出。
於基板載台22形成有凹部DP，該凹部DP具有較晶圓W之直徑大之直徑，晶圓W被載置於凹部DP。又，凹部DP設有真空夾盤、靜電夾盤或機械夾盤等夾盤機構，藉此，將晶圓W保持於基板載台22上。又，如圖2所示，基板載台22設有溫度測量部23。溫度測量部23可為例如熱電偶。但，溫度測量部23亦可為輻射溫度計。進而，基板載台22可如圖2所示具有加熱器22H。圖示之例中，加熱器22H具有與晶圓W之外徑大致相等之外徑。又，本實施方式中，如圖3所示，加熱器22H可具有沿著圓周方向等角度地分割之8個副加熱器22HS。與這八個副加熱器22HS對應地設置溫度測量部23，藉此可更精細地控制基板載台22、進而晶圓W之溫度。加熱器22H可構成溫度控制部24(圖1)之一部分，溫度控制部24可具有控制加熱器22H之溫度之調溫器。藉此，溫度控制部24基於來自溫度測量部23之溫度信號，對加熱器22H供給電力，使基板載台22維持於例如特定之溫度。
根據溫度測量部23及溫度控制部24，例如可防止因液浸水IL蒸發時之汽化熱引起之晶圓W之溫度降低。即，可能會因保持於投影部13與晶圓W之間之液浸水IL蒸發時之汽化熱導致晶圓W之溫度降低。若如此，晶圓W可能會收縮並變形。此種變形會妨礙位置測量。但是，藉由利用溫度測量部23及溫度控制部24將晶圓W之溫度保持為固定，可防止伴隨液浸水IL蒸發之晶圓W之變形。
又，本實施方式之位置測量裝置1可具有對基板載台22上所保持之晶圓W吹送氣體之鼓風機。鼓風機以填充有氣體之氣缸(或壓縮機)、或配管、閥等(均未圖示)為代表，如圖4所示，可具有朝向晶圓W之上表面且噴射氣體G之噴射噴嘴IN、及抽吸從噴射噴嘴IN噴射之氣體G之抽吸噴嘴SN。又，作為氣體，可例示空氣(清潔乾燥空氣)或惰性氣體(稀有氣體、氮氣)等。藉由從噴射噴嘴IN對晶圓W吹送氣體，可去除晶圓W上從投影部13與晶圓W之間之空間局部或整體脫附之液浸水IL。
再者，本實施方式之位置測量裝置1可具有使晶圓W振動之振動機構來代替鼓風機，藉由使晶圓W振動而去除晶圓W上之液浸水IL。又，亦可設置加熱器或燈等，以便去除液浸水IL。
位置控制部25具有使基板載台22至少於水平面內移動之移動機構(未圖示)。本實施方式中，位置控制部25使基板載台22移動，藉此，投影部13可相對於晶圓W相對地移動。又，位置控制部25可基於位置測定部26之測量結果，使基板載台22移動。位置測定部26例如具有雷射干涉儀。雷射干涉儀具有雷射元件、受光元件及光學系統，將測長光束分支成2束照射至基板載台22，利用由基板載台22反射之返回光束之干涉，獲取與基板載台22之位置相關之信息。藉此，於絕對座標上特定出基板載台22上之晶圓W之特定部位之座標位置。以下說明中，有時將絕對座標上之座標位置簡稱為絕對位置。再者，位置控制部25可具有線性編碼器等來代替雷射干涉儀，利用線性編碼器來特定出絕對位置。
(控制部) 再次參照圖1，位置測量裝置1之控制部30具有運算部31、指示部32及記憶部33。運算部31從圖像檢測系統10或位置控制系統20等接收信號，並進行特定之運算，藉此測量出晶圓W內之特定部位之絕對位置，或者向圖像檢測系統10或位置控制系統20等發送指示信號，藉此總括地控制位置測量裝置1。
具體而言，運算部31經由指示部32向攝像部11及照明部12發送指示信號，使照明部12出射照明光，並且使攝像部11拍攝晶圓W上之半導體器件之電路圖案。當照明光透過液浸水IL時，照明光之波長實質上短波長化。此處，當將照明光之波長設為λ，將液浸水IL之折射率設為n時，透過液浸水IL照射至晶圓W之表面之光之實效波長為λ/n。例如，於使用波長555 nm之綠色光作為照明光，使用純水(折射率1.44)作為液浸水IL之情形時，實效波長為385 nm。光學測定中之解像度根據萊利公式，以k 1×λ/NA(k1：製程常數，NA：數值孔徑)表示，因波長λ實質上短波長化，故解像度提高。
例如，於晶圓W上形成有具有三維構造之半導體記憶裝置之電路圖案之情形時，各晶片區域例如設有作為元件區域之記憶胞陣列區域及周邊電路區域。記憶胞陣列區域配置有形成了複數個記憶胞之複數個記憶體柱，周邊電路區域配置有用於控制記憶胞之例如列解碼器或感測放大器。攝像部11之攝像對象可為例如記憶胞陣列區域，如上所述，根據本實施方式，利用液浸水IL使照明光短波長化，因此能夠以高解像度獲取記憶胞陣列區域之圖像。具體而言，能夠掌握記憶胞陣列區域內之記憶體柱各自之位置。
運算部31可根據如此以高解像度獲取之記憶胞陣列區域之圖像信號、及利用位置測定部26獲得之位置信息，決定記憶胞陣列區域之絕對位置。運算部31將如此獲得之絕對位置資料發送至記憶部33，記憶部33記憶絕對位置資料。記憶部33中所記憶之絕對位置資料例如可於將晶圓W曝光之前發送至曝光裝置，於曝光裝置中，被用於光罩與晶圓W之位置對準。
又，運算部31亦可控制投影部13相對於晶圓W之相對移動。當投影部13相對於晶圓W相對移動時，投影部13與晶圓W之間無法維持液浸水IL，例如液浸水IL之一部分或全部有時會被棄置。為了防止該情況，投影部13例如以反覆進行固定距離之移動與停止之方式移動。為了實現此種移動，運算部31會計算停止次數且/或停止之前之平均每次之移動距離。例如，將投影部13與晶圓W之間可維持液浸水IL且投影部13可移動之距離設為Lmax，將投影部13要移動之距離設為L。Lmax例如可藉由預備實驗等求出。運算部31從距離L減去Lmax，將剩餘距離與Lmax加以比較。於剩餘距離較Lmax大之情形時，從剩餘距離進一步減去Lmax。以下，反覆執行減算直至剩餘距離小於Lmax為止，當剩餘距離小於Lmax時，運算部31可將減算次數決定為停止次數。基於此，運算部31令位置控制部25使基板載台22移動。藉此，如圖5(A)所示，投影部13反覆執行移動Lmax後於點P停止，最後移動較作為剩餘距離之Lmax小之距離LL，藉此可於維持有液浸水IL之狀態下從起點S移動至相距距離L之終點E。再者，於距離L小於Lmax之情形時，停止次數為零，投影部13可不停止地移動較Lmax短之距離L。
又，運算部31可將L/Lmax決定為停止次數，將距離L除以該停止次數，藉此求出停止之前之平均每次之移動距離。於L/Lmax之商並非自然數之情形時(距離L並非Lmax之自然數倍之情形時)，可將較上述商大之自然數設為停止次數，亦可將使商之小數點以下進位後所得之值設為停止次數。藉由將距離L除以如此求出之停止次數，能獲得Lmax以下之平均每次之平均移動距離。基於此，運算部31令位置控制部25使基板載台22移動。藉此，如圖5(B)所示，投影部13藉由反覆執行每次移動平均移動距離DA、與於點P處停止，可從起點S移動至相距距離L之終點E。
運算部31可藉由以特殊應用積體電路(ASIC)、可程式化閘陣列(PGA)、場可程式化閘陣列(FPGA)為代表之硬體實現。又，運算部31亦可設為包含CPU(Central Processing Unit，中央處理器)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等之電腦來實現。運算部31基於控制程式或各種資料來總括地控制位置測量裝置1。具體而言，運算部31基於控制程式或各種資料產生各種指示信號，將所產生之指示信號發送至圖像檢測系統10或位置控制系統20之各部，藉此控制各部。程式或各種資料可從例如硬碟(HDD)或半導體記憶體、伺服器等非暫時性電腦可讀記憶媒體利用有線或無線下載。
如以上所作說明，根據本實施方式之位置測量裝置1，於投影部13與晶圓W之間之空間維持有液浸水IL，利用攝像部11拍攝晶圓W表面上形成之電路圖案，因此可獲取高解像度之圖像信號。因此，可基於高解像度之圖像信號及來自位置測定部26之位置信息，高精度地特定出電路圖案中之特定部位或構成之絕對位置。
又，本實施方式之位置測量裝置1中，液浸部14包含氣體用導管14GC，可通過氣體用導管14GC對液浸水IL之外周噴射氣體，因此，可容易地將液浸水IL保持於投影部13與晶圓W之間之空間。藉此，可於維持有液浸水IL之狀態下使投影部13以相對較快之速度移動，可縮短位置測量之時間。
進而，本實施方式之位置測量裝置1中，運算部31可使投影部13以間歇地、即反覆進行特定距離之移動與暫時停止之方式移動，以便可於投影部13與晶圓W之間之空間維持有液浸水IL之狀態下使投影部13移動。藉此亦可於維持有液浸水IL之狀態下使投影部13以相對較快之速度移動。
又，即使於投影部13移動時液浸水IL之一部分或全部被棄置之情形時，因本實施方式之位置測量裝置1設有噴射噴嘴IN，故亦能利用從噴射噴嘴IN對晶圓W噴射之氣體，將被棄置之液浸水IL吹散或使其乾燥。因此，可防止因液浸水IL而產生浮水印，可將晶圓W之表面維持清潔。又，由於被棄置之液浸水IL經吹散、乾燥，故亦可減少由汽化熱引起之晶圓W之溫度變化。因此，可防止因晶圓W之溫度變化導致位置測量之精度降低。
又，於本實施方式之位置測量裝置1之基板載台22設有加熱器22H，可減少晶圓W之溫度因液浸水IL蒸發時之汽化熱而降低之情況。藉此亦可防止因晶圓W之溫度變化引起之位置測量之精度降低。
(位置測量方法) 其次，對實施方式之位置測量方法進行說明。該位置測量方法可利用上述位置測量裝置1實施。首先，利用基板搬送部21搬送晶圓W，載置於基板載台22上。晶圓W由特定之夾盤保持於基板載台22之凹部DP。其次，以近接於晶圓W之上方之方式配置投影部13，從液浸部14通過配件14A將例如純水等液體供給至投影部13與晶圓W之間之空間。所供給之液體作為液浸水IL維持於投影部13與晶圓W之間。又，從液浸部14通過配件14A將清潔乾燥空氣等氣體噴出至液浸水IL之周圍。
然後，利用位置控制部25使基板載台22移動，使投影部13相對於晶圓W相對地移動。此時，投影部13可被控制為，於近接於晶圓W上方之狀態下伴有液浸水IL地以步進重複方式移動至每個晶片。又，於預先將晶圓W上之晶片中特定數量之晶片決定為攝像對象之情形時，投影部13可被控制為從一個攝像對象晶片之上方朝另一攝像對象晶片之上方伴有液浸水IL地移動。該情形時，例如如參照圖5所作說明，較理想的是一面反覆進行移動與暫時停止，一面移動。
於投影部13以如上方式移動且於晶圓W上之晶片上方靜止時，攝像部11拍攝晶片內之特定之電路圖案(例如，記憶胞陣列區域)，產生該電路圖案之圖像信號。該圖像信號從攝像部11通過指示部32被發送至運算部31。
另一方面，利用位置測定部26測量移動至位置控制部25之基板載台22之位置，將作為測量結果之位置信息從位置測定部26發送至運算部31。運算部31基於來自攝像部11之圖像信號、及來自位置測定部26之位置信息，決定各晶片之絕對位置。
(變化例) 上述實施方式中，於投影部13安裝有配件14A，從設置於配件14A之液體用導管14LC向投影部13與晶圓W之間之空間供給液浸水IL，從氣體用導管14GC向液浸水IL之周圍供給氣體。但是，亦可不設置配件14A，而設置取代導管14LC之噴嘴、及取代導管14GC之噴嘴。
又，加熱器22H具有8個副加熱器22HS，但副加熱器22HS之數量可任意決定。又，加熱器22H整體上具有環狀形狀，但亦可具有圓形形狀。該情形時，圓形形狀之加熱器可具有例如複數個扇型之副加熱器。
對本發明之若干個實施方式進行了說明，但該等實施方式係作為示例提出，並非意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施方式能以其他各種方式實施，可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施方式或其變化包含於發明範圍或主旨中，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
[相關申請案] 本申請案享有以日本專利申請案2020-154266號(申請日：2020年9月15日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
1:位置測量裝置 10:圖像檢測系統 11:攝像部 12:照明部 13:投影部 14:液浸部 14A:配件 14LC:導管 14GC:導管 20:位置控制系統 21:基板搬送部 22:基板載台 22H:加熱器 22HS:加熱器 23:溫度測量部 24:溫度控制部 25:位置控制部 26:位置測定部 30:控制部 31:運算部 32:指示部 33:記憶部 DA:平均移動距離 DP:凹部 E:終點 IL:液浸水 IN:噴射噴嘴 L:距離 Lmax:投影部可移動之距離 LT:光 OP:光學零件 P:點 S:起點 SN:抽吸噴嘴 W:晶圓
圖1係表示實施方式之位置測量裝置之方塊圖。 圖2係模式地表示實施方式之位置測量裝置之構成之圖。 圖3係模式地表示基板載台之俯視圖。 圖4係模式地表示實施方式之位置測量裝置之噴射噴嘴、及抽吸從噴射噴嘴噴射之氣體之抽吸噴嘴之圖。 圖5(A)、(B)係說明實施方式之位置測量裝置之投影部之間歇性移動的說明圖。
1:位置測量裝置
10:圖像檢測系統
11:攝像部
12:照明部
13:投影部
14:液浸部
20:位置控制系統
21:基板搬送部
22:基板載台
23:溫度測量部
24:溫度控制部
25:位置控制部
26:位置測定部
30:控制部
31:運算部
32:指示部
33:記憶部

Claims (16)

  1. 一種位置測量裝置，其具備：基板保持部，其可保持包含電路圖案之至少一部分之基板；投影部，其對保持於上述基板保持部之基板照射照明光，使照射至上述基板之照明光的出自上述基板之反射光透過；液體供給部，其可對保持於上述基板保持部之上述基板與上述投影部之間之空間供給液體；及攝像部，其供透過上述投影部之上述反射光入射，產生基於該反射光之圖像信號；位置測定部，其獲取與上述基板保持部之位置相關之位置信息；控制部，其基於上述位置信息與上述圖像信號，決定上述基板內之上述電路圖案之至少一部分之座標位置；及移動機構，其使上述投影部相對於上述基板移動；且上述控制部構成為以使液體保持於上述空間內，並一面使上述投影部相對於上述基板移動之方式，控制上述移動機構；上述控制部使上述投影部相對於上述基板間歇地移動。
  2. 如請求項1之位置測量裝置，其進而具備保持向上述空間供給之液體之液體保持部。
  3. 如請求項2之位置測量裝置，其中上述液體保持部具有可向上述空間噴出氣體之配管。
  4. 如請求項1之位置測量裝置，其中上述基板保持部具有溫度控制部。
  5. 如請求項1之位置測量裝置，其中上述液體具有較空氣之折射率大之折射率。
  6. 如請求項1之位置測量裝置，其進而具備於上述投影部移動後對上述基板吹送氣體之鼓風機。
  7. 如請求項1之位置測量裝置，其進而具備於上述投影部移動後使上述基板振動之振動機構。
  8. 如請求項1之位置測量裝置，其進而具備於上述投影部移動後將上述基板加熱之加熱器。
  9. 一種位置測量方法，其係使基板保持部保持包含電路圖案之至少一部分之基板；向保持於上述基板保持部之上述基板與對該基板照射照明光之投影部之間之空間供給液體；從上述投影部透過上述液體對上述基板照射照明光；使來自上述基板之反射光透過上述液體入射至攝像部而產生基於該反射光之圖像信號；獲取與上述基板保持部之位置相關之位置信息； 基於上述位置信息與上述圖像信號，決定上述基板內之上述至少一部分電路圖案之座標位置；使上述投影部相對於上述基板移動；使液體保持於上述空間內，並一面使上述投影部相對於上述基板移動；及使上述投影部相對於上述基板間歇地移動。
  10. 如請求項9之位置測量方法，其係保持供給至上述空間之液體。
  11. 如請求項10之位置測量方法，其係向上述空間噴出氣體以保持上述液體。
  12. 如請求項9之位置測量方法，其中上述基板保持部具有溫度控制部。
  13. 如請求項9之位置測量方法，其中上述液體具有較空氣之折射率大之折射率。
  14. 如請求項9之位置測量方法，其係於上述投影部移動後對上述基板吹送氣體。
  15. 如請求項9之位置測量方法，其係於上述投影部移動後使上述基板振動。
  16. 如請求項9之位置測量方法，其係於上述投影部移動後將上述基板加熱。
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