TWI269865B - Interferometer systems for measuring displacement and exposure systems using the same - Google Patents

Interferometer systems for measuring displacement and exposure systems using the same Download PDF

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TWI269865B
TWI269865B TW094132201A TW94132201A TWI269865B TW I269865 B TWI269865 B TW I269865B TW 094132201 A TW094132201 A TW 094132201A TW 94132201 A TW94132201 A TW 94132201A TW I269865 B TWI269865 B TW I269865B
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Dong-Woon Park
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1269865 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光學裝置，且尤其係關於一種用於量 測位移之干涉器系統及使用該干涉器系統之曝光系統。 【先前技術】
1887年在用於發現趟存在之邁克生·摩利s〇n-Moley s)貫驗中使用邁克生干涉器系統以來，干涉器已廣 /乏用於而要精確量測之各種技術領域中。因為干涉器能以 水平之精確度量測—目標，所以其已廣泛用於精密工 業領域中，包括曝光之操作機件、鑽石車削、精確加工機 件等。尤其是自I960年研製出雷射以來，在各種工業領域 I使用雷射作為其光源之雷射干涉器促進量測精確度提 同。干涉器係使用光干涉之物理現象之光學器件，該光干 涉在穿過目標物體之量測光束之光學路徑長度不同於參考 光束之固定光學路徑長度時引起。 圖1為顯示一邁克生干涉器之基本結構之系統圖。如圖i 所說明，自光源s發射之光束藉由—光束分光器Bs分成一 麥考光束RB及一量測光束膽，“朝向一參考鏡⑷及一 移動鏡M2前進。參考光束RB及量測光束Μβ分別於該來考 ㈣1及該移動鏡M2上反射，且接著均返回至該光束分光 /、後，芩考光束RB經由該光束分光器Bs部分地入 :於-偵測器D上，而量測光束⑽在於光束分光請上 射之後部分地入射於該谓測器D上。入射於偵測器D上 苓考先束RB及量測光束MB彼此重叠以形成干涉條紋。 104866.doc 1269865 如所熟知，該干涉效應可藉由如下方程式1來概括。在 方私式1中’參數/、乃及乃分別表示干涉條紋、參考光束 RB及1測光束MB之強度’且參數J表示參考光束rb與量 測光束MB之間之相位差。 I=：I1 +I2 +2^JTj^cosb (1) 干涉條紋之強度的變化由相位差3引起。因此，若確定 價測器D處監控之干涉條紋之遷移數，則移動鏡M2之位置 可藉由如下方程式2來獲得。
X = XG+ N鲁 (2) 在方程式2中，參數X、為、y及义分別代表移動鏡M2之位 移、移動鏡M2之初始位置、干涉條紋數及所用光波之波 長0 圖2為顧示一典型χ_γ平臺系統及一用於確定該平臺系 統之位置之位移干涉器的透視圖。如圖2所說明，該典型 X-Y平臺系統10構造包括一固定平臺基底12、一安置於該 平臺基底12上之較低平臺14及一安置於該較低平臺丨#上之 較高平臺16。較低平臺14可沿著χ方向移動至平臺基底 12，而較高平臺16可沿著y方向移動至平臺基底u。因 此，較高平臺能在第二維度上沿著乂方向及y方向移動至 平臺基底12。 在χ-γ平臺系統1〇周圍，排列一光學干涉系統以量測較 高平臺16之X位置及y位置及偏航（左震顫及右震顫該光 學干涉系統包括一發射預定波長之雷射光束之光源π、分 104866.doc 1269865 配自光源5G發射之雷射光束55的光束分光器卜4及干涉器 20、30及36,每一干涉器借助於藉由光束分光器i〜4分開 之雷射光束55量測較高平臺16之\位置及y位置及偏航。除 X-Y平臺系統10之周邊裝置外，亦可安置一波長追蹤器 以以監控諸如溫度及壓力之環境變化為目的來量測空氣之 折射率。 忒X干涉裔20包含一 X量測鏡21、_χ光束分光器22及一 X 偵測器23，而該y干涉器30包含一 y量測鏡31、一 y光束分 • 光态32及一 y偵測器33。該偏航干涉器36由一 y量測鏡3 i、 ‘ 一偏航光束分光器34及一偏航偵測器35構成。將x量測鏡 21及y里測鏡3 1黏接至較高平臺丨6之側壁以根據較高平臺 16之位置變化創造光學路徑差，且其平行於χ方向及y方向 定向。此外，X光束分光器22、y光束分光器32及偏航光束 分光器34各包含參考鏡以形成其本身之參考光束。 除X量測鏡2 1及y量測鏡3 1外，將該光學干涉系統之其它 組件固定至平臺基底12。因此，較高平臺16能在第二維度 上移動至光源5 0。同時，為量測較高平臺丨6之相對移動， 入射於X量測鏡21及y量測鏡3丨上之雷射光束55需要於其上 以法線方向反射。出於彼目的，量測鏡2丨及3丨應以能保證 • 邊法線反射之尺寸製造。若X量測鏡2 1太小，則χ量測光束 55將藉由較高平臺16之y方向移動自χ量測鏡21雜散。為防 止光束之偏差’需要以大於沿著較高平臺16之y方向至乂光 束分光器22之最大位移的尺寸來設計χ量測鏡21。該量測 鏡之尺寸的必要條件亦可應用於y量測鏡3 i。 104866.doc 1269865 製造-用於諸如半導體製造加工之精密工業、詳言之可 以非常高t移動精確度來操作的平臺係十分: 現高度精確控制設施，用於確定位 、·'、、κ * _ 个夕々里冽鏡亦必須以非 ^的均-性設計及製造。具體言之，因為量測鏡之表面 均—性直接影響轉錄至晶圓之圖案的失真及重疊，所以需 要曝光系統可以若干奈米水平之均一性來操作。 而 、然而，如上文所提及，雖然存在製造能防止量測光束偏 差之尺寸的量測鏡（X量測鏡或測鏡）的需要，但势造具 有若干奈米水平之該高均一性的量測鏡係非常困難的^ 起顯著成本。此外，因為根據重力、溫度變化及藉由移動 之加速度可減小量測鏡之表面均—性，所以需要連續維護 以保持量測鏡之均-性在相同水平上。此高水平之維護可 導致顯著的維護費用。 【發明内容】 本發明之實施例包括一位移轉換器，其將移動物體之X 方向位移變換為沿著7方向前進之量測光束之路徑差。該 位移干涉器包括n光束之光源、—將該光束分成一 參:光束及一量測光束之光束分光器、一改變該參考光束 之前進方向之參考鏡、一改變該量測光束之前進方向之位 移轉換器及一感應經改變方向之參考光束及量測光束之偵 測器。該位移轉換器將垂直於量測光束之前4方向之位移 (△換為量測光束之路徑差（△户）。該位移轉換器可與一 透射格柵或一反射袼柵一起使用。 在本發明之另-實施例中，該位移轉換器包括一透射格 104866.doc 1269865 柵及一與該透射袼柵分開且以一預定傾•斜角（β)面對該透 射格拇安置之位移鏡。將透射袼栅及位移鏡安置以於路徑 差（△户）、傾斜角⑻及位移（ΔΖ))之間建立關係： ΔΡ = 2·ΔΖ)·⑽β。透射袼栅較佳垂直於量測光束之前進方向 排列。洋&之，將位移鏡較佳排列以經由透射格柵反射量 測光束之第一繞射光束。較佳地，當透射格柵之格栅條紋 之間距為d、量測光束之前進方向相對於透射格栅之法線 的角度為α且光束之波長為义時，位移鏡之傾斜角為 arCsln(A/d-sina)，其界定量測光束之第一繞射光束抵著透 射格栅之法線的繞射角。 在又一實施例中，該位移轉換器包含一以與量測光束之 前進方向成預定傾斜角（β)安置之反射格栅。安置該反射 格柵以於路徑差（ΔΡ)、傾斜角（β)及位移（Δ/))之間建立關 i% · ΔΡ = 2·ΔΖ)·/απβ 〇 自反射格柵返回光束分光器之光束較佳成為該第一繞射 光束。較佳地，當反射格栅之格柵條紋之間距為d且光束 之波長為A時，該反射格栅抵著量測光束之前進方向之傾 斜角 β為 。 其它實施例可用來於光束分光器、偵測器、參考鏡及位 移轉換器之間設定相對固定之位置。根據此等實施例，光 束分光器、偵測器、參考鏡及位移轉換器可彼此抵著固定 之光源一起移動。根據此等實施例，使用藉由偵測器感應 之結果，可獨立確定垂直於量測光束之前進方向移動之位 移轉換器的位移。 104866.doc 1269865 其它實施例可用於在光束分光器、參考鏡及位移轉換器 之間設定相對固定之位置。根據此等實施例，光束分光 器、參考鏡及位移轉換器可彼此抵著固定之光源一起移 動。根據此等實施例，使用藉由偵測器感應之結果，可獨 立確定垂直於量測光束之前進方向移動之位移轉換器的位 移0
在本發明之其它實施例中，光束分光器、偵測器及參考 鏡之間之相對位置固定，而位移轉換器相對於光束分光 器、偵測器及參考鏡之位置可變化。才艮.匕等實施例，藉 由偵測益感應之位移為抵著量測光束之前進方向之垂直位 移與平行位移求和的結p在此實施例中，在確定垂直位 移中，獨立量測平行於量測光束之前進方向之位移。 」艮據本發明之其它實施例之系統包括一第二位移干涉 器’其用於量測平行位移以確定垂直於量測光束之前進方 向之位移。δ亥等系統可包括__連接至债測器之控制器以確 定對於量測光束之前進方向的平行位移及垂直位移。 根據其它實施例’採用繞射格栅之位移干涉器可用於量 測χ-y平臺之ζ方向位移。在此實施例中，需要具有每一採 用一個別繞射格柵之至少兩個位移干涉器。 此外，/立移干涉器系統可包括一使用-個繞射格柵之 移干涉器及兩個普通位移干涉器以確定x_y平臺之X座標 y座標及偏航。此等位移干涉㈣統可用於曝光系統: 臺位置量測系統。舉例而言，在掃描型曝光系統中，根 本發明之實施例之位移干涉器系統可用於量測主光罩平 104866.doc •10· 1269865 之位置。 【實施方式】 下文參考隨附圖式來更詳細地描述本發明之較佳實施 例。然而，本發明可以不同形式來具體說明且不應解釋為 限於本文中所陳述之實施例。更確切地，提供此等實施例 以使得此揭示内容徹底且完全，且對熟習此項技術者傳達 本發明之範疇。在全文中，類似數字係指類似元件。 圖3A至圖3C及圖4A至圖4C為說明根據本發明之實施例 之位移干涉器的組態的示意圖。在圖3A至圖3C中，使該 位移干涉器構造包括一光源100、一光束分光器m、一參 考鏡141、一偵測器131及一位移轉換器121。光源1〇〇產生 一在量測之程序期間使用的預定波長的光束。該光束可藉 由單頻雷射、雙頻雷射、多頻雷射、拉姆雷射（Lamb laser)、塞曼雷射（zeeman laser)或反相拉姆雷射或光譜光 束產生。自光源100發射之光束藉由光束分光器U1分成參 考光束211及量測光束201。光束分光器U1可包括一部分 地反射其上之入射光束之半透明鏡。參考鏡141朝向光束 分光器111將其上之入射參考光束211反射回。如所說明， 藉由參考鏡141反射之參考光束211之方向可與入射於參考 鏡141上之參考光束211之方向相對。為達成此結果，參考 鏡141可為（例如）平面鏡、角管、角反射器或回向反射器 (retro-reflector) ° 位移轉換器121朝向光束分光器U1將其上之入射參考光 束211反射回。本文中所述之位移轉換器ι21為一經組態以 104866.doc -11 - 1269865 將垂直於岫進方向(意即，y方向)之位移△轉換為量測光 束201之路徑差Δ户的光學裝置。對於此轉換操作而言，位 移轉換器12 1可包括一繞射袼栅。該繞射袼栅為以類似於 所用光束之波長的距離彼此隔開的反射物體或透明物體的 集合。詳言之，該繞射格栅可包括於透明篩網中形成之透 明隙縫圖案或為形成於基板中之反射凹槽之集合。入射於 繞射格柵上之電磁波由於繞射效應而在相或振幅上修改成 預定圖案。在本發明之—些實施例中，位移轉換器ΐ2ι可 具體化為一透射格柵（TG)(參考圖3八至圖3C)或一反射格柵 (RG)(參考圖4A至圖4C)。 圖5A至圖5C為說明繞射格栅處所引起之繞射效應之示 意圖。圖5A及5B顯示當預定光束分別入射於反射格栅及 透射格栅上時所引起之繞射特徵。反射格柵（RG)在相同側 提供入射光束及繞射光束（參見圖5八），而透射格栅（TG)在 該格栅之相對側提供入射光束及繞射光束（參見圖化）。圖 5C解釋鑒於拓撲之繞射效應。 參考圖5A及圖5B，波長2之光束以角射至具有間距j 之格栅上，且接著以角（3w繞射。入射角以及繞射角k藉由 排列格柵法線（圖式中心處垂直於格柵表面之虛線）來獲 得。用於此等角之標記慣例之圖案藉由與入射光束相比較 繞射光束是否位於相同側來建立。舉例而言，入射角〇及 繞射角β/均為正，而繞射角及0_7均為負。 如圖5C中所說明，穿過格栅中之相鄰凹槽之光束之間的 路徑差界定為Ah㈣+ 4sinp。根據光學干涉原則，當哕路 104866.doc 12· 1269865 後差等於波長a或其整數倍時，穿過相鄰凹槽之光束具有 相同相位且藉此引起源構性干涉。以所有其它繞射角p可 產生偏移干涉。在源構性干涉條件下，在入射角α、繞射 角I、間距j及波長a之間建立如下之格柵方程式。
Wyl = J(sina + sinP) (3) 在方程式3中，參數m為代表繞射次序或光譜次序之整 數。根據方程式3，對應於預定繞射次序所之繞射角β⑺可藉 由如下方程式4來獲得。 β/ηΓ又）^arcsinfm/lAi - sina) (4) 轉向圖3A至圖3C，位移轉換器121包含透射格柵tg及位 移鏡DM。較佳地，透射格栅tg之法線平行於量測光束 20 1之前進方向以使量測光束2〇丨垂直地入射於透射格栅 TG上。相反，將位移鏡dm以與透射格柵TG成一預定角排 列。較佳地，排列該位移鏡DM以將自透射格栅TG接收之 第一繞射光束反射回透射格栅TG。為達成此逆向反射， 位移鏡DM表面之法線應平行於第一繞射光束之前進方 向’對於透射格栅TG之法線而言第一繞射光束以藉由下 列方程式5界定之角排列。 P/(X) = arcsin(/l/(i) (5) 圖6A及圖6B為說明藉由可包括透射格柵TG或反射格栅 RG之位移轉換器121將位移ΔΖ)變換為光學路徑差（〇pd)之 特徵的示意圖。參考圖6 A，假定彼此藉由距離ΔΖ)χ隔開之 第一量測光束L1及第二量測光束L2以相同波長;[垂直入射 於透射格柵T G上。透射格栅T G之凹槽之間之間距為j。在 104866.doc -13 - 1269865 此狀況下，分別屬於第一量測光束及第二量測光束之第一 繞射光束LF1及LF2以方程式5確定之繞射角㈨前進至透射 格栅TG之法線。 如所說明，當位移鏡DM在相對於透射格柵TG成一角處 安置時，已前進至位移鏡DM之第一量測光束及第二量測 光束之第一繞射光束LF1及LF2的路徑長度存在差異。如 所說明，若垂直於第一繞射光束LF1&LF2之前進方向排 列位移鏡DM，則方程式6指定第一繞射光束LF1及LF2在 透射格栅TG與位移鏡DM之間通訊時所產生之光學路徑 差。 ΔΡ = 2·ΔΖ)χ·,$,ζ>7β ； (6) 使用方程式5，方程式6可改寫為·· ^P — 2^DxX/d (7) 苓考圖6B ’具有擁有間距j之凹槽之反射格栅rg可用作 位移轉換器121。在此狀況下，若反射格栅尺^以抵著第一 里測光束L1及第二量測光束L2(藉由距離隔開）之前進 方向之角β;(如方程式5中所述）排列，則自反射格柵尺〇發 射之第一繞射光束LF1& LF2在與量測光束匕丨及。相對的 方向上前進。方程式7指定在本文中稱為〇PD之光學路徑 差ΔΡ 〇 口此，圖6A-6B之位移轉換器接收一量測光束且經組態 从將位移轉換器在與量測光束成直角之方向上之移動變換 為位移轉換器之反射性表面與量測光束之間之路徑長度的 又化。如圖6 A所說明，該位移轉換器包括一具有一安置於 104866.doc -14- 1269865 !測光束之路徑中之前表面的透射格栅（TG);及一面對該 透射格栅之後表面之位移鏡（DM)。該位移鏡以角P面對該 透射格柵之後表面且路徑長度之變化為。該位移轉換器 在與量測光束成直角之方向上之移動△/)藉由下列關係與 路徑長度之變化ΔΡ相關：ap = 2 △£> Sinp。在圖6B中，該 位移轉換器包括一反射格栅（RG)且該反射格栅之一主要表 面以相對於該主要表面之法線之角β面對量測光束。在此 實施例中，該位移轉換器在與量測光束成直角之方向上之 移動藉由下列關係與路徑長度之變化ΔΡ相關：ΔΡ=2 ΔΖ) tanp。 轉向圖3A至圖3C，各自於參考鏡141及位移轉換器121 上反射之參考光束211及量測光束2〇1藉由光束分光器U1 入射於偵測器131上。偵測器131感應藉由參考光束211與 ϊ測光束201重疊成形之干涉條紋。在此期間，待感應之 干涉條紋可視藉由方程式6及方程式7所界定之光學路徑差 (OPD)而定來變化。 根據圖3 A中所示之實施例，光束分光器丨丨1、參考鏡 141、位移轉換器121及偵測器ι31固定地安裝在一移動物 體1 5 〇處。因此’即使當移動物體1 5 0移動以改變其位置 時，光束分光器111與參考鏡141之間之距離或光束分光器 111與位移轉換器121之間之距離亦不存在改變。結果，當 移動物體1 5 0沿著量測光束2 〇 1之前進方向（意即，y方向）移 動時，量測光束201與參考光束2 11之相位維持相同。另一 方面，當移動物體150垂直於量測光束201之前進方向（意 104866.doc -15- 1269865 即/α著X方向）移動時，位移轉換器丨21上反射之量測光 束2〇1之路從長度變化。結果，量測光束201與參考光束 211之間之相位差改變與量測光束2〇ι之路徑長度之變化a户 致。相位差之該變化作為藉由偵測器13 1感應之干涉條 紋之k化來發現。藉由方程式1可描述根據路徑長度之變 化之干涉條紋的變化。 根據圖3B之實施例，偵測器131可以對於光源ι〇〇之一固 疋位置排列，且不安裝於移動物體150上。對於此實施例 而口偵測裔131較佳安置於穿過位移轉換器121及光束分 光器ill之延長線上以使得偵測器131接收量測光束2〇ι及 參考光束2U。如圖3B所說明，可安置一額外之光束分光 器W9以分開自光源1〇〇發射之光束及朝向價測器i3i前進 之光束。 根據圖3C中所說明之實施例，光束分光器m、參考鏡 141及偵測器131排列於相對於光源1〇〇固定之位置處，而 位移轉換器121固定至移動物體15〇來移動。因此，光束分 光器111與芩考鏡141之間之距離不回應移動物體15〇之任 何其它移動而改變。 然而，量測光束201之前進路徑長度可根據移動物體15〇 之2動來變化。換言之，若移動物體15〇沿著量測光束2〇1 之前進方向（意即，y方向）移動，則光束分光器lu與位移 轉換器121之間之距離改變。此外，若移動物體15〇垂直於 里測光束201之珂進方向（意即，沿著χ方向）移動，則量測 光束201至位移鏡DM之路徑長度亦變化。 104866.doc •16- 1269865 因此’偵測器13 1感應之干涉條紋的變化受移動物體1 5〇 之y位置變化以及x位置變化影響。因此，為瞭解沿著X方 σ之κ際位移，必須自由經量測之干涉條紋之變化獲得之 總位移減去y方向位移。
圖4A至圖4C說明本發明之替代實施例，其使用一反射 格巍G替代圖3A至圖3C中所示之透射格栅TG作為位移轉 $器m。較佳排列該反射格柵RG以抵著量測光束2〇1之 月'』進方向形成角β7(藉由方程式5界定）。因此，若移動物體 150之Χ方向位置相對於量測光束201以ΔΖ)χ變化，則光學路 钇差（OPD)藉由方程式6及7描述。該路徑長度差異作為藉 由4貞測器13 1之干涉條紋的變化來發現。 ' 圖7說明一可確定沿著X方向之實際位移之位移干涉器系 統。參考圖7’該位移干涉器系統包含光源ι〇〇、移動物體 15〇、-第-位移干涉器1()1、―第二位移干涉器⑽、一 控制器5G0及-光學轉移單元⑽。第—位移干涉^⑻及 弟一位移干涉器1()2分別量測移動物體⑼之第—方向及第 二方向(意即，分別為\方向及y方向)的位移。為此，第一 位移干涉㈣1及第二位移干涉器⑽利用自光源_發射 之先束。第—位移干涉器⑻包含—第—光束分光器⑴、 -第-參考鏡一第一位移轉換器121及一第一細 ⑶。圖3«圖4C所示之位移干涉器較佳用作第—位移干 涉器⑻。換言之，第一位移轉換器ΐ2ι固定至移動物體 15〇,而第-光束分光器⑴、第_參考鏡⑷及第—㈣ 器131自光源1〇0隔開—怪定距離。第-位移轉換器⑵將 104866.doc •17- 1269865 位移垂直於第一量測光束201之前進方向（意即，y方 向））變換為第一量測光束201之路徑長度之變化aw。為 此’包括圖6A及圖6B中所示之繞射格柵之光學裝置可用 作第一位移轉換器121。 第二位移干涉器102包含一第二光束分光器112、一第二 參考鏡142、一第二位移轉換器122及一第二偵測器132。 光束藉由第二光束分光器112分成分別朝向第二參考鏡ι42 及第二位移轉換器122前進之第二參考光束2 12及第二量測 光束202。第二參考鏡142及第二位移轉換器122分別反射 朝向第二光束分光器112之第二參考光束212及第二量測光 束202。第二位移轉換器122將移動物體15〇之y方向位移 △Ay變換為第二量測光束202之路徑長度之變化an。較佳 排列第二參考鏡142及第二位移轉換器122以使其上之第二 茶考光束212及第二量測光束202在其入射方向之相反方向 上反射。為此’第二參考鏡142或第二位移轉換器122可包 括一平面鏡、一角管、一角反射器或一回向反射器。換言 之，第二位移干涉器1 〇2可為一習知位移干涉器（例如參見 圖1) 〇 控制器500自第一偵測器131及第二偵測器132得到之光 學結果對移動物體150計算該等方向的位移。此處，藉由 第一彳貞測器13 2感應之干涉條紋之變化由移動物體1 $ 〇之乂 方向位移AD;;產生。與此相比較，如結合圖3C及圖化所 述’第一偵測器13 1感應之干涉條紋之變化由藉由將移動 物體1 50之y方向位移厶/^加至X方向位移得到之總位移 104866.doc -18- 1269865 值ADjw產生。因此，控制器5〇〇進行操作以自由第一偵 測為1 3 1感應之結果獲得之位移△£)一纟中減去自第二债則 器1 32感應之結果獲得之y方向位移ΔΑν以獲得移動物體1 5〇 之X方向位移Δ£>χ。 光學轉移單元160插於第一位移干涉器1〇1與第二位移干 涉器102之間，其將來自光源1〇〇之光束轉移至干涉器ι〇ι 及102。根據此實施例，光學轉移單元16〇包括一用於將光 源100之光束分成分別朝向第一光束分光器丨丨丨及第二光束 • 分光器112前進之第一光束及第二光束的光束分光器ΐ6ι及 一用於將第一光束反射至第一光束分光器U1之反射鏡 162 〇 圖8說明一採用根據本發明之位移干涉器之χ_γ平臺系 統。參考圖8，根據此實施例之位移干涉器系統包括光源 100、移動物體150、第一位移干涉器1〇1、第二位移干涉 器102及一光學轉移單元16〇。第一位移干涉器ι〇ι及第二 位移干涉器102使用自光源1〇〇發射之光束分別量測移動物 體150之X方向位移及y方向位移。 該第一位移干涉器101包含第一光束分光器m、第一參 考鏡141、第一位移轉換器121及第一偵測器131。圖⑶或 圖4B中所示之位移干涉器較佳用作第一位移干涉器ι〇ι。 思即，第一位移轉換器121 '第一光束分光器1U及第一參 考鏡141固疋至移動物體15〇，而第一偵測器ΐ3ι自光源丨㈧ 隔開一恆定距離。第一位移轉換器121將垂直於第一量測 光束201之蚋進方向（意即，y方向）之位移變換為第一 104866.doc -19- 1269865 量測光束201之路徑長度之變化ΔΡχ。為此，包括圖6八及 圖6Β中所示之繞射格栅之光學裝置可用作第一位移轉換器 121 。 、 口 同時，因為上文參考圖7所提及之第二位移干涉器ι〇2及 光學轉移單元160與圖8中所示之此實施例相同，所以下文 將描述其之間的差異。在此實施例中，光學轉移單元丨6〇 中所包括之反射鏡1 62(參見圖7)較佳以圖3Β或圖4Β中所示 之另一光束分光器169取代。
移動物體150之X方向位移及y方向位移分別藉由第一位 移干涉器1〇1及第二位移干涉器102來獨立地量測。用於χ 方向位移之第一位移干涉器1 〇 1使用一繞射格栅且不需要 配備在尺寸上與沿著y方向之最大位移一致之鏡。 圖9說明具有根據本發明之實施例之位移干涉器的平臺 位置控制系統。參考圖9’根據此實施例之位移干涉器包 含光源100、移動物體15〇、第一位移干涉器1〇1、第二位 t干^ ☆ 1G2、第二位移干涉器1G3、光學轉移單元160及 控制益5〇〇。此處，光源10〇及移動物體150與圖3A中所示 之彼等相同。第一位移干涉器1〇1可與圖3或圖4中所示之 位奸涉器相同（亦參見圖7中所示之第一位移干涉器小、因 此第位移干涉益1〇1之第一位移轉換器⑵固定至移動 物體150，而第-光束分光器⑴、第-參考鏡141及第一 偵測器以自光源100隔開一恆定距離排列。第一位移轉換 器⑵將垂直於第—量測光束2〇1之前進方向(意即，y方向； 之位移△仏變換為第一量測光束2〇1之路徑長 104866.doc -20- 1269865 。為此，包括圖6八及圖6B中所示之繞射格栅之光學裝 置可用作第一位移轉換器12ι。 圖9之第二位移干涉器1〇2可與圖7中所用之第二位移干 涉裔相同。因此，第二位移轉換器122將乂方向位移厶乃少變 換為自第二光束分光器112前進至第二位移轉換器ι22之第 二量測光束202之路徑長度的變化aw。 第二位移干涉器1〇3包括一第三光束分光器113、一第三 參考鏡143、一第三位移轉換器123及一第三偵測器133。 第二位移干涉器1 〇3可組態有圖7中所示之第一位移干涉器 101之相同結構。如圖l〇A所說明，若第三位移轉換器123 由透射格栅TG及位移鏡DM構造，則將第三位移轉換器 123安置以使得一第一繞射光束在乂公平面上以方程式$界 定之角自透射格栅TG前進。然而，如圖1 〇B所說明，若第 二位移轉換器123構造有反射格栅rg，則將第三位移轉換 器123排列以使該第一繞射光束能以與第三量測光束203之 鈾進方向相反之方向自反射格栅RG繞射。在圖9所示之上 文所提及之實施例中，第三位移轉換器123將移動物體1 50 之z方向位移變換為該第三量測光束之路徑長度之變化 △户3。利用第三量測光束203之路徑變化AP3來確定移動物 體150之z方向位移ADz。此z方向與X方向及y方向成直角。 另一方面，藉由第一偵測器131及第三偵測器133感應之 干涉條紋的變化含有歸因於移動物體1 5 0之y方向位移的影 響。因此，在確定X方向位移及Z方向位移中，如上文結合 圖7所提及，必需自藉由第一偵測器13 1及第三偵測器13 3 104866.doc -21 - 1269865 $ t、之位移值ΔΖ)χ_⑹及Δ/)ζ減去自藉由第二债測器】32 量測之結果獲得之丫方向位移減去y方向位移以設定 實際X方向位移及Z方向位移之此操作於控制器500中進 行。 根據此實補之另—特徵，第三位料涉器⑻可構造 於與圖7中所示之第二位移干涉器1()2相同之結構中。根據 此實施例，第二位移干涉器1〇2及第三位移干涉器1〇3量測 移動物體15〇之y方向位移，監控移動物體15〇之偏航。對 於此操作而5 ’在分析量測結果之後，調節移動物體! 移動之控制器500電連接至第二偵測器132及第三摘測器 133 〇 包括光束分光器161及163及反射鏡162及164之光學轉移 早凡160將來自光源100之光束轉移至第一至第三位移干涉 器1〇1、1〇2及103。光學轉移單元16〇之部署及架構可由熟 習此項技術者修改。每一位移干涉器可包括一***光束分 光器與位移轉換器之間之預定補償平面（未圖示）以對參考 光束補償量測光束之路徑差。 圖11為一說明掃描型曝光系統之結構圖，該曝光系統包 括根據本發明之實施例之位移干涉器。參考圖U，借助於 自一光學照明單元340入射之曝光光300將印於一主光罩 304上之電路圖案轉錄成形成於晶圓314上之一光阻膜。該 電路圖案可以按比例縮小之模式曝光至該光阻膜上。舉例 而言’轉錄成光阻膜之電路圖案在尺寸上可為印於主光罩 3〇4上之電路圖案的四分之一（1/4)。主光罩3〇4在一預定方 104866.doc -22- Ϊ269865 向（例如，y方向）上以速度” 314在與主光軍3〇4之㈣^ 曝先先彻，同時晶圓 動。此# ㈣方向相反之方向上以速度v/m移 、/ 4數m代表按比例縮小之曝光的比率。 主安置於安裝於—較低主光罩平臺3G2上之較高 擇：堂：上/較低主光罩平臺-定位於-主光罩支 又呵主光罩平臺303與較低主光罩平臺302構 成一主光罩平臺mo +、i> p ’、、、，。主光罩支撐件301固定至該系 、、先。較低主光罩平表15 ，
十至3 02可在y方向上移動至主光罩支撐件 ^同呀#乂尚主光罩平臺3〇3經調節以可在較低主光罩平 堂302上之微小範圍内移動。 在^光罩平臺系統309之一侧，安置複數個主光罩位移 干v态3 05以里測車交高主光罩平臺3〇3之位置。冑藉由主光 罩位移干涉器305確定之主光罩3G4周圍之位置的資訊轉移 至控制器500。控制器5〇〇調節主光罩平臺系統309之操作 以控制主光罩304可適當地移動。根據此實施例，每一主 光罩位私干涉為3〇5包括一光學干涉單元及一位移轉換 為307。如圖3A中所示，該光學干涉單元306包括一光束分 光器1U、參考鏡141及偵測器131。該位移轉換器3〇7可為 圖7中所示之第一位移轉換器121或第二位移轉換器122。 忒掃描型曝光系統之主光罩304在其中之曝光過程期間 ft要、、二歷元全線性移動。然而，如圖1 2所說明，主光罩 304在y方向上移動的同時，可根據y方向位置改變主光罩 304之X方向位置。換言之，主光罩304之X方向位移ΔΖ)χ為 該主光罩之y座標的函數。在此情況下，為提供在完全線 104866.doc -23 - 1269865 性移動下之主光罩304，必須監控主光罩3(MU方向位移 △Dx，且接著補償由所監控之結果引起之差異。 可安裝主光罩位移干涉器3〇5之一以監控父方向位移 △仿。在此狀況下，位移轉換器3G7較佳為第—位移轉換器 121，其將主光罩304之χ方向位移變換為沿著y方向前進之 量測光束之路徑長度差。
在白矣技術中，在主光罩3〇4之移動方向上需要大於最 大位移Ly之量測鏡以構造一用於監控χ方向位移之干 涉器。然而，本發明之實施例使借助於在尺寸上與垂直於 主光罩304之移動方向之最大位移一致的繞射格栅（及位移 鏡）監控X方向位移△Dx成為可能。因為在移動方向上垂直 位移△!)讀最大位移Ly小很多，所以可適於本發明之繞射 格柵可以較低成本製造。 以藉由該掃描型曝光系統執行之按比例縮小之曝光方 法，主光罩304之移動距離較以按比例縮小之曝光比率所之 晶圓314的移動距離長。因此，需要主光罩平臺系統3〇9之 量測鏡較晶圓平臺系統319之量測鏡大⑺倍。考慮此情況， 如上文所提及，主光罩位移干涉器3〇5較佳採用至少第一 位移轉換态12 1。如圖6A及圖6B所示，位移轉換器工2 1可 包括透射格柵TG及反射格栅rg。此外，採用如圖7至圖9 中所不之第二位移轉換器122之第二位移干涉器1〇2可用於 監控y方向位移ΔΡγ。 藉由真空將晶圓314緊固至晶圓平臺系統319，該晶圓平 臺系統319包括彼等順次堆疊於其上之一第一晶圓平臺 104866.doc -24- 1269865 3U、一第二晶圓平臺312及一第三晶圓平臺313。第一晶 圓平臺311可沿著y方向抵著晶圓支撐件31〇移動，而第二 晶圓平臺312可沿著X方向抵著晶圓支撐件3ι〇移動。第三 晶圓平臺313可沿著z方向抵著晶圓支撐件31〇移動及旋 轉。
在晶圓平臺系統319之一側’排列複數個晶圓平臺干涉 器315至第三晶圓平臺313之位置。#_晶圓平臺干涉器 315包括-光學干涉單元316及一位移轉換器317。如圖3a 所說明’光學干涉單元316構造有光束分光器m、參考鏡 141及偵測器131。位移轉換器317可為圖7中所示之第一位 移轉換器121或第二位移轉換器122。根據此實施例，位移 轉換器317較佳為第二位移轉換器122。 —將關於藉由晶圓平臺干涉器315確定之晶圓314之位置的 貧訊轉移至控制11 500。且將晶圓平臺I统319連接至藉由 控制500調節之一晶圓驅動器32〇。另外，於主光罩平臺 系統309與晶圓平臺系統319之間安置—透鏡系統以二 含有印於主光罩304上之電路圖案資訊之曝光光3〇〇傳輸至 晶圓3 14。 根據此等實施例’提供一具有一採用一繞射格栅之位移 轉換器之位移干涉器。該位移轉換器借助於該繞射格拇將 垂f於量測光束之前進方向(例如’ y方向)之位織變換 為篁測光束之路徑差ΔΡ。此處，該繞射袼柵之尺寸適於盥 -：標物體在X方向上之最大位移一致。因此，在不需如 先耵技術中典型之大鏡的情況下可量測目標物體之位移。 104866.doc -25- 1269865 的光風特^為'射鏡不需大尺寸，所以其更易於保持均- = ::::度降級。具體言之，因為該掃描型曝光; 以若在一主光： = 精細的線性圓運動中操作，所 土尤卓十$之位置控制系 作為位Mb 別糸、，死中如用使用繞射光柵 作马位和轉換态之位 及f迕、v… 十"盗剌達成！測精確度改良 、、，邊及6理該掃描型曝光系統之成本減小。 在圖式及說明書中，已揭示本發明之典型 雖然採用特定術語，作1 、' 非出於㈣丨 ”僅以曰通及描述性意義使用且並 的。“1下列申請專利範圍中所陳述之本發明範嘴的目 【圖式簡單說明】 圖1為顯示習知邁克生千、、牛 兄生干涉斋之基本結構之示意圖，· 圖2為顯示習知χ_γ mu 卞至糸統及用於確定該平臺系統之 置之位移干涉器的透視圖； 圖3 A至圖3 C為說明搡用妒械士 用根據本發明之一實施例之透射 才°柵之位移干涉器的示意圖； :4A至圖4C為說明採用根據本發明之另—實施例之反 射私柵之位移干涉器的示意圖； ^至圖5C為說明繞射格柵處所引起之繞射效應的示 意圖； _ :6A至圖6B為說明將位移變換為光學路徑差之特徵的 不意圖； 圖7至圖9為說明根據本發明之實施例之位移干涉器系統 104866.doc -26 - 1269865 之各種組態的示意圖； 之位移之位移干涉 圖10A及圖10B為說明確定沿著2方向 器系統的位移轉換器的示意圖； 者y方向移動引起 圖11為說明包括根據本發明 系統的結構圖；及 圖12為說明由主光罩沿 位移的示意圖。 之位移干涉器之掃描型曝光 之沿著X方向之 【主要元件符號說明】
1， 2, 3, 4 光束分光器 10 X-Y平臺系統 12 固定平臺基底 14 較低平臺 16 較高平臺 20 X干涉器 21 X量測鏡 22 X光束分光器 23 X偵測器 30 y干涉器 31 y量測鏡 32 y光束分光器 33 y偵測器 34 偏航光束分光器 35 偏航偵測器 36 偏航干涉器 104866.doc -27. 1269865
40 波長追縱器 50 光源 55 雷射光束 100 光源 101 第一位移干涉器 102 第二位移干涉器 103 第三位移干涉器 111 第一光束分光器 112 第二光束分光器 113 第三光束分光器 121 第一位移轉換器 122 第二位移轉換器 123 第三位移轉換器 131 第一偵測器 132 第二偵測器 133 第三偵測器 141 第一參考鏡 142 第二參考鏡 143 第三參考鏡 150 移動物體 160 光學轉移單元 161， 163 光束分光器 162, 164 反射鏡 169 額外的光束分光器 104866.doc -28- 1269865
201 第一量測光束 202 第二量測光束 203 第三量測光束 211 參考光束 212 第二參考光束 300 曝光光 301 主光罩支撐件 302 較低主光罩平臺 303 較高主光罩平臺 304 主光罩 305 主光罩位移干涉器 306 光學干涉單元 307 位移轉換器 309 主光罩平堂系統 310 晶圓支撐件 311 第一晶圓平臺 312 第二晶圓平臺 313 第三晶圓平臺 314 晶圓 315 晶圓平臺干涉器 316 光學干涉單元 317 位移干涉器 319 晶圓平堂系統 320 晶圓驅動 104866.doc -29- 1269865 330 透鏡系統 340 光學照明單元 500 控制器 α 入射角 β 傾斜角/繞射角 β/，β-/ 繞射角 ADx X方向位移 ΑΡ 路徑差 BS 光束分光器 D 偵測器 d 間距 DM 位移鏡 LI 第一量測光束 L2 第二量測光束 LF1，LF2 第一繞射光束 Ly 最大位移 Ml 參考鏡 M2 移動鏡 MB 量測光束 RB 參考光束 RG 反射格栅 S 光源 TG 透射格栅 X X方向 104866.doc -30- 1269865 X 移動鏡M2之位移 X〇 移動鏡M2之初始位置 y y方向 yaw 偏航
-31 - 104866.doc

Claims (1)

1269簿6)多132201號專利申請案 [一·τ~~~-Ί 一 中文申請專利範圍替換本(95年6月）月日修(更)正替換頁 十、申請專利範圍： --------^ 1 · 一種位移干涉器，其包含·· 一光源，其產生一光束； 一光束分光器，其將該光束分成一參考光束及一測量 光束； 一參考鏡，其改變該參考光束之一行進方向； 位移轉換器，其改變該測量光束之一行進方向，轉 φ 換垂直於該測量光束之該行進方向之-位移（Δ D)為該測 量光束之一路徑差（ΔΡ);及 偵測器，其感應已改變方向之參考與測量光束。 2.如印求項1之位移干涉器，其中該光束分光器、該參考 鏡與該位移轉換器固定在彼此相對位置上。 3·如4求項！之位移干涉器，其中該光束分光器、該偵測 σσ 4參考鏡與該位移轉換器固定在彼此相對位置上。 參4·如請求項1之位移干涉器，其中該光束分光器、該该測 器與該參考鏡固定在彼此相對位置上；及 其中該位移轉換器在相對於該光束分光器、該偵測 杰與該參考鏡之位置中係可變的。 如月求貝1之位移干涉器，其中該位移轉換器包含： 一透射格柵；及 移鏡其文置在遠離該透射格栅處且面向具有一 預定傾斜角⑻之該透射格柵， 八 104866-950614.doc 1269865 ?坪Μί κ日修(更)正替換頁 其中安置該透射格柵與該位移鏡，俾在該路徑差 (△户）、該傾斜角（β)與該位移（ΔΙ))之間建立 ΑΘ = 2·Δ〇·δίηβ之一關係。 6.如請求項5之位移干涉器，其中該透射格桃被配置成垂 直於該測量光束之該行進方向。 7.如請求項5之位移干涉器，其中該位移鏡之傾斜角β抵著 該透射格栅之法線為arcsin叫sina)，其中峨表組成 該透射格柵之格柵條紋之一間⑬，a代表該測量光束之 该行進方向與該透射格柵之一法線間之一角度，以及入 代表該光束之一波長。 8·如4求項1之位移干涉器，其中該位移轉換器包含一反 射格栅，其被安置成相對於該測量光束之該行進方向具 有一預定傾斜角（β)， 其中安置該反射格柵，俾在該路徑差（△户）、該傾斜角 (β)與該位移（Δϋ)之間建立△户= 2·Δ]〇·δίηβ之一關係。 9.如請求項8之位移干涉器，#中該反射格拇之該傾斜角β 抵著。亥測里光束之該行進方向為(入Μ)，其中d代 表組成該反射格栅之格栅條紋之一間距，以及λ代表談 光束之"波長。 10·如请求項1之位移干涉器，其中該光束為單頻雷射、雙 頻雷射、多頻雷射、拉姆雷射、塞曼雷射、反相拉姆雷 射及光譜光束之一。 104866-950614.doc
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