TWI294561B - Device and method for wafer alignment with reduced tilt sensitivity - Google Patents

Description

1294561 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種如中請專利範圍第w之序言中所界 疋之微影投影設備’其包含_用於具有降低傾斜感應之晶 圓對準的裝置。本發明亦關於_種如中請專利範圍第9項之 序言中所述之用於具有降低傾斜感應之晶圓對準的方法。 【先前技術】 本發明發現微影投影設#領域中之__較佳應用，其中該 微影投影設備包含：_用於供應輻射投影束之輕射系統.丄 一用於支撐圖案化構紅切結構，其詩根據所需圖案 來圖案化投影束；一用於支撐一基板之基板台；及一用於 將經圖案化之射束投影至該基板之目標部分上的投影系 統〇 應將此處所用之術語"圖案化構件”廣泛理解爲可用於使 入射輻射束具有圖案化橫截面之構件，該圖案化橫截面對 應於在基板目標部分巾待生成之圖案；本文亦可使用術語 閥（light valve)"。一般而言’該圖案將對應於正在該目 標部分中生成的裝置（例如，積體電路或其他裝置（參見下 文））之特疋功月b層。此種圖案化構件之實例包括： -光罩，光罩的概念在微影技術中已爲吾人所熟知，且 :t括諸如—兀型、父變相移型及衰減相移型以及各種混 σ光罩類型’將此種光罩置入輻射束中會導致照射至該光 罩上的輻射根據光罩上之圖案發生選擇性透射(在使用透 射性光罩的情況下）或反射（在使用反射性光軍的情況下）， 91205.doc -6 · 1294561 在使用光罩的情況下，支撐結構通 保將光罩支撺於入射輕射束中之一二：了確 7 ^ 吓而位置處，且確伴甚 需要時可相對於該射束移動光罩； ” /一可程式化鏡面陣列。此種裝置之-實例爲-具有-黏 彈性控制層及一反射性表 ^ 甘丄 囬心跑丨早了疋址表面。此種設備 之土本原理係：（舉例而言）反射性表面之定址區域將入射光 反射成繞射光，而未定址區域則將人射光反射成非繞射 先。使用適宜之遽光器，可將該非繞射光遽出該反射束， 而僅留下繞射光’·以此方式，根據該矩陣可定址表面之-定. 址圖案使射束圖案化。可程式化鏡面陣列之另一實施例運 用一微鏡面矩陣排列，藉由施加一合適之區域化電場或運 用壓電致動構件’可使每一鏡面都各自關於一軸傾斜。同 樣地，該等鏡面係矩陣可定址的，以使得定址鏡面以一不 同於未定址鏡面之方向反射一入射輻射束；以此方式，根 據矩陣可定址鏡面之定址圖案來圖案化反射束。可使用合」 適的電子構件來進行所要求之矩陣定址。在此處的上述兩 種情形中，圖案化構件可包含一個或多個可程式化鏡面陣 列。更多關於此處所提及之鏡面陣列的資訊可收集自（例如） 美國專利第5,296,891號及第5,523,193號與PCT專利申請案 W0 98/38597及W0 98/33096，該等案以引用的方式併入本 文。在使用可程式化鏡面陣列的情形下，該支撐結構具體 可爲（譬如）框架或台，且其視需要可爲固定或可移動的；及 -一可程式化LCD陣列。美國專利第5,229,872號描述此種 建構之一實例，該案以引用的方式併入本文。如上所述， 91205.doc I29456l :種情況下之支撐結構具體可爲(譬如)框架或台，且其視需 要可爲固定或可移動的。 胃簡單起見m下部分於某些位置特线述涉及光 罩及光罩台之實例；但是’豸等實例中所討論之通用原理 應參見上述圖案化構件之廣泛情形。 可將微影投影設備用於（譬如）㈣電路（ic)之製造中。在 此種情形下’ gj案化構件可產生—對應於該1C之—獨立層 的電路圖t，且可將該圖案成像於已塗覆有一層輻射敏感 材料（抗银劑）之基板（石夕晶圓）上的一目標部分（例如，包.含 -或多個晶粒)上。一般而言，一單晶圓將包含多個彼此相 鄰之目標部分的整個網路，纟中該等目標部分係經由投影 系統-次-個地依次照射。在現有設備中，運用藉由光罩 臺上的光罩來進行圖案化，可對兩種不同類型之機器加以 區別在種類型之微影投影設備中，藉由一次性地將整 個光罩圖案曝光於目標部分上來照射每—目標部分；通常 將此種設備稱爲"晶圓步進機”或"步進重複設備，，。在另一類 型之設備中（通常稱爲”步進掃描設備”），藉由以一給定參考 方向（”掃描”方向）在投影束下逐步掃描光罩圖案，同時平行 於或反平打於該方向同步掃描該基板台，來照射每一目標 部分；一般而言，由於該投影系統會有—放大因數M(通常 <1)，因此掃描基板台的速度V等於掃描光罩台的速度之Μ 倍。可（例如）自美國專利第6,046,792號收集更多關於此處 所述之微影裝置的資訊，該案以引用的方式併入本文。 在一使用微影投影設備之製造方法中，將一圖案（例如， 9l205.doc -8 - 1294561 在T光罩内）成像於至少部分塗覆有一層輻射敏感材料（抗 H)之基板上。在該成像步驟之前，該基板可能經受各種 私式，例如上底漆、抗蝕劑塗覆及軟烘烤（soft bake)。在曝 光後可使基板經文其他程式，例如後曝光烘烤（pEB)、 頌〜硬烘烤及對成像特徵之量測/檢測。此程式系列係用 作圖案化一裝置（譬如IC)之獨立層的基礎。接著，可使此圖 案化層經受各種處理，例如蝕刻、離子植入（摻雜）、金屬化、 氧化、化學機械研磨等，所有該等處理都旨在完成一獨立 層。若需要若干層，則必須爲每一新層重複該整個程式-或 其變體。最後，將在基板（晶圓）上呈現一裝置陣列。然後， 藉由諸如分割或鋸切之技術使該等裝置彼此分離，由此可 將該等獨立裝置黏著至一載體上、連接至插腳等。更多關 於該等處理之資訊可自（譬如）此書獲得· Peter van Zant於 1 997年所發表之《微晶片製造··半導體加工實踐指南》 (M^roch^p Fabncadon: A PracUcal G^cie to Semiconducto/ Processmg)第三版（McGraw Hill出版公司出版，K㈣ 0-07-067250-4)，其内容以引用的方式併入本文。 爲簡單起見，下文可能將投影系統稱爲"透鏡π ;然而， 應將該術語廣泛理解爲涵蓋各種類型之投影系統，舉例而 言，其包括折射光學系統、反射光學系統及反射折射混合 系統。輻射系統亦可包括根據用於引導、定形或控制輻： 投影束之该等設計類型中的任一種而作業之組件，且在下 文中亦可將該等組件統稱爲或單獨稱爲ff透鏡”。 此外，該微影設備可爲一具有兩個或兩個以上基板台（及 91205.doc -9- 1294561 /或兩個或兩個以上光罩台1 頰型的設備。在此類”多平么，， 裝置中，可並行使用額外的Α σ σ，或於一個或多個台上進行 預備步驟，同時將一個或多個 則其他台用於曝光。在（嬖如 5,969,441 及 W0 98/40791 中炉、十、撼丁 。 甲描逃雙平台微影設備，此兩案 皆以引用的方式併入本文。 ’、 對於-微影方法而言，待處理之晶圓與光罩上之光罩圖 案應盡可能精確地對準以恰當界定基板上之特徵部分 (fea㈣’其中所有這些特徵部分之尺寸應在減公差内。 爲此，《投影設備包含—晶圓對準模組，其可提供基坡 與光罩及光罩圖案在給定（指定）公差内之對準。晶圓對準系 統通常基於光學構件來進行對準。晶圓或晶圓之—部分之 位置藉由量測來自一由一光源照明之光學標記物的光學回 應來確定:例如-雷射束照明—光柵，該雷射束自該光拇 繞射，且藉由通常位於—參考平面上之各個感應器（例如谓 測益陣列）來量測一或多個繞射級。利用感應器之輸出可導 出晶圓之位置（相對於參考平面）。 在先別技術中，已知使用Keplerian望遠鏡之基於光柵之 晶圓對準系統。US 4,251，160揭示一種包含一1^1^1^11望遠 鏡之晶圓對準系統，其中該Keplerian望遠鏡用於將光柵所 產生之繞射束成像於一或多個偵測器上以獲得關於晶圓相 對於一參照物之對準的資訊。 望遠鏡系統可將來自晶圓（部分）上之標記物的訊號投影 到參考平面上。爲了滿足成像條件，物體平面（標記物位於 上）應爲影像之共輛平面。不利的是’當晶圓上不在物體 91205.doc -10- 1294561 平面内之標記物相對於物體平面傾斜時，該標記物會在參 考平面内顯示一位移。該位移由於標記物之散焦引起，焦 點上（亦即在物體平面内）之傾斜標記物不會在晶圓對準系 統中之參考平面内顯示位移。 而且，在先前技術之Keplerian望遠鏡中，使用一位於望 遠鏡透鏡之間的光圈孔徑（亦即針孔該光圈係用於降低抵 達感應裔之雜射光及因此而引起之投影影像之視差。w〇 97/35234揭示一種具有包含複數個針孔之光圈的晶圓對準 系統，該等複數個針孔位於中間焦點之平面内的預定·位 置，在該平面中預期每一繞射級之焦點都爲非傾斜光栅的 理想狀況。在先前技術中，此配置用於空間篩選繞射級以 自每一獨立級獲得資訊。 在半導體製造過程中，晶圓會經受複數種處理，例如退 火、蝕刻、研磨等，該等處理很可能導致標記物凹凸不平（標 記物内之凹進區域及/或標記物翹曲）。此種標記物凹凸不平: 可導致標記物不受控制地（局部）傾斜，且從而導致散焦標記 物在參考平面上之標記物影像的位移。傾 可”影像？位置誤差，此可引起半導體裝置之構建中： 重豐誤差。爲了抑制非吾人所要之位移，必須將參考標記 物很精確地(焦點校準)放置在物體平面上。熟悉此項技術者 將瞭解此種焦點校準並不是沒有價值的。 先前技術之晶圓對準系統通常具有大約上百微米之散 焦。晶圓上之光柵（亦即標記物）通常顯示大約至少、⑽㈣ 之傾斜角。此傾斜角很大程度上是由於晶圓之表面平整度 91205.doc -11 - 1294561 品質所引起，此表面平整度品質可顯示由製造方法所引起 的某些凹凸不平。因此，傾斜角可隨機變化，以上所給出 的數字係平均值估計。 在具有此等散焦及傾斜角數值之先前技術之晶圓對準系 統中，對準之位置誤差或精確度約爲20奈米（或3·5微米/ 度）。 對於彳示§己物所産生之給定繞射而言，標記物傾斜會導致 繞射角之位移（相對於無傾斜標記物之情形而言）。當使用光 圈時，此會導致繞射束相對於預定針孔偏移（對於每一繞-射 級而言）。 另外’在使用具有多個繞射束（繞射級）及/或多種顏色之 光柵的晶圓對準系統中，由於光學像差（”焦距差而導致具 有該等繞射級及/或顏色之影像通常不是投影在相同平面 内。當同時量測多個繞射級及/或多種顏色時，標記物凹凸 不平會在影像之量測位置中分別導致級與級及/或顏色與: 顏色之間的差異，從而使對準程式之效能降級。依據每一 獨立級及/或顏色之散焦及傾斜角之各自數值，可不使用某 些級。 爲了改良微影設備中之具有降低傾斜感應之晶圓對準， 在US 2001/0008273 Α1中揭示一種Keplerian望遠鏡之先前 技術之Abbe臂校準系統，其相對複雜且成本不實際。 傾斜感應定義爲一物體之傾斜與該物體之影像傾斜之間 的比值。 在以下根據本發明之實施例的描述中將描述對晶圓傾斜 91205.doc -12- 1294561 與繞射束之偵測感應之間的關係的更詳細解釋。 【發明内容】 本發明之一目的係針對晶圓（部分）上之光學標記物之（局 部或晶圓範圍）傾斜來爲具有降低傾斜感應之晶圓對準提 供一裝置。 此目的可在包含一用於具有降低傾斜感應之晶圓對準之 裝置的微影投影設備中達成，其中該微影投影設備如申請 專利範圍第1項之序言所界定，且其特徵 射束都在孔徑之水平面上具有-繞射束直徑，每^= 射束之繞射束直徑都大於孔徑之直徑。 藉由本發明，晶圓對準系統可變得對標記物傾斜不那麼 敏感。每一繞射束仍部分地透射通過孔徑之針孔。 在另一態樣中，本發明之微影設備之特徵在於：將光學 裝置配置成增寬構成繞射束。該增寬係由於光栅之繞射長 度（亦即，光栅中入射光學射束與光柵之周期性結構發生相 互作用之部分）造成有限尺寸效應所引起。由於該增寬，所 以允許繞射束之一部分通過孔徑，且顯著降低晶圓對準系 統之傾斜感應。 本發明亦提供一種用於校正會引起類似於傾斜標記物之 非吾人所需之效應的入射雷射束之傾斜的解決方法。藉由 本發明’亦可顯著降低晶圓對準系統關於入射雷射束之傾 斜的感應。 此外’本發明係關於一種用於微影投影設備中具有降低 傾斜感應之晶圓對準之方法，其中該微影投影設備如申請 9l205.doc -13- 1294561 ，且其特徵在於：每一 一繞射束直徑，每一 之直徑。 構成繞 構成繞 專利範圍第7項之序言所界定 射束都在孔徑之水平面上具有 射束之繞射束直徑都大於孔徑 此外，在本發 函數，以分離標 性。 明中，可使用傾斜感應來作爲射束增寬之 吕己物之影像位移對Abbe臂與對散焦之相依 傾斜感應會隨著由晶圓對準系統之量測束(之直徑)所引 起之繞射束增寬而變化。根據本發明之方法允許量測對準 二”充之政焦及/或晶圓標記物枢軸點（亦即八⑽^臂）。 因此’在另-態樣t ’該方法之特徵在於該方法進 包括： 〜ϊ測由第_人射束産生於至少—光栅上之至少—繞射級 之影像的第—位移，以作爲施加至該至少-光柵之傾斜的 函數； , -=測由第二入射束産生於至少一光栅上之至少一繞射級: 之〜像的第二位移，以作爲施加至該至少一光栅之傾斜的 ^數苐一入射束具有不同於第一入射束之直徑； 自第位移與第二位移確定該至少一光栅之散焦數值； 自政焦數值確定Abbe臂數值，Abbe臂爲一包含該至少一 光拇之表面與傾斜之樞軸位置之間的距離。 此外應注意：藉由改變光栅之長度大小（亦即在光柵中重 複周期性結構之方向上），可造成類似的增寬效應。 因此’在另一態樣中，本發明之方法的特徵進一步在於： δ亥至少一繞射級之影像的第一位移産生於第一類型之至 91205.doc -14- 1294561 ^光柵上，以作爲施加至第一類型之該至少一光栅之傾 斜的函數； 至夕繞射級之景〉像的第二位移産生於第二類型之至 ^光柵上，以作爲施加至第二類型之該至少一光柵之傾 斜的函數； 呑第類型之至少一光柵具有充分小於該入射光學射束 之射束尺寸的第一繞射長度， >該第二類型之至少一光栅具有充分大於第一繞射長度的 弟一繞射長度。 乂 對於□定周期及恒定射束直徑而言，藉由將射束照在小 標記物（亦㉛具有給定周帛之相料光柵）上所産生之繞射 束比a在較大標記物（具有相同周期之相對較大光柵）上所 產生之繞射束寬。 /根據本發明之方法允許藉由改變人射束尺寸來量測對準 系、、先之放焦及/或晶圓標記物樞軸點（亦即八心^臂）。 因此，在又一態樣中，本發明之方法的特徵進一步在於·· 泫至少一繞射級之影像的第一位移由第一入射束產生於 4至J 一光柵上，以作爲施加至該至少一光柵之傾斜的函 數；及 該至少一繞射級之影像的第二位移由第二入射束産生於 該至少一光栅上，以作爲施加至該至少一光栅之傾斜的函 數，第二入射束具有不同於第一入射束之直徑。 官本文特定論述根據本發明之設備在製造中的使 用，但應清楚地瞭解此種設備具有許多其他可能之應用。 9i205.doc -15- 1294561 舉例而言，其可運用於積體光學系統、磁域記憶體之引導 及偵測圖案、液晶顯示面板、薄膜磁頭等的製造中。熟悉 此項技術者將瞭解··在該等替代應用之内容中，本文所使 用之任何術語”主光罩”、”晶圓’，或，，晶粒，，應理解爲可分別被 更通用之術語”光罩”、”基板，，及，，目標部分"代替。 在本案中，術5吾輪射〃及”投影束”用於涵蓋所有類型之電 磁幸S射包括备、外線（UV)輻射（例如，具有365、248、193、 157或126奈米之波長）及遠紫外線（EVU)輻射（例如，具有在 5至20奈米範圍内之波長）。 乂 【實施方式】 圖1示意性地描繪根據本發明一特定實施例之微影投影 设備1。該設備可爲具有兩個基板台WTa& WTb之類型的設 備，且包括： -一輻射系統Ex、IL，用以供應輻射（例如uv輻射）投影束 PB。在此特定情況下，該輻射系統亦包括一輻射源[A ; _ • 一第一物件台（光罩台）MT，其具有一用於支撐一光罩 MA(例如主光罩）之光罩支撐器且連接至第一定位構件？^ 以相對於物件PL精確定位該光罩； -第二及第三物件台（基板台）WTa及WTb，此兩個物件台 都具有一用於支撐一基板W(例如，一塗覆有抗蝕劑之石夕晶 圓）之基板支撐器且都連接至各自的台面定位構件（未圖 示），第二物件台位於投影系統PL下方且其台面定位構件配 置成相對於物件PL精確定位該基板，且第三物件台位於量 測系統MS下方且其台面定位構件配置成相對於物件精 91205.doc -16- 1294561 確定位該基板； 投影糸統（透鏡）P L，其用以將光罩A之一經照射部 分成像於基板W之一目標部分C (例如，包含一個或多個晶 粒）上。 如此處所述，該設備爲透射類型（亦即具有一透射性光罩） 之設備。然而一般而言，其亦可爲（譬如）反射類型（具有一 反射性光罩）之設備。或者，該設備可運用另一種圖案化構 件，例如，上述類型之可程式化鏡面陣列。 輻射源LA(例如’水銀燈或准分子雷射）産生一輻射束 將该輪射束（譬如）直接饋入一照明系統（照明器）ZL，或在其 穿過調節構件（例如射束放大器Ex)後饋入一照明系統（照明 器）IL。該照明器IL可包含用以設定該射束中強度分佈之外 部及/或内部徑向範圍（通常分別稱爲”σ-外徑”及，，σ_内徑。 之調整構件AM。此外，該照明器通常包括其他各種組件-， 例如整合器IN及聚光器C0。以此方式，照射於光罩MA上: 的射束PB在其橫截面上具有所需之均勻性及強度分佈。 關於圖1應注意·輪射源LA可在該微影投影設備之外罩 内（此常出現於，例如，該輻射源LA爲一水銀燈的情況下）， 但其亦可遠離該微影投影設備，（例如借助合適之引導鏡） 將其所産生之輻射束引入該設備中；當輻射源LA爲准分子 雷射日守，通常爲後者情況。本發明及申請專利範圍涵蓋這 兩種情況。

射束PB隨後與支撐於光罩台MT上之光罩1^八相交。當射 束PB橫穿光罩MA後，其穿過透鏡PL，該透鏡將此射束pB 91205.doc -17- 1294561 聚焦於基板w之一目庐却八^ 禚邛刀C上。借助第二定位構件pw& 干〜$測構件，可精確 秒勒暴板台WTa，（譬如）而得以在射 束PB之路獲内定位 j目祕邛分C。類似地，第一定位構 / M可用於(譬如)在自-光罩庫中機械擷取光罩MA之 後’或在掃描過程中，相對於射束PB之路徑精確定位光罩 MA。一般而言， 尤皁 。— 彳9助一長衝程模組（粗略定位）及一短衝 私杈組(精細疋位)來實現物件台MT、—a之移動，圖丨中未 對該等权組進订清楚地描緣。然@，在使用晶圓步進機的 潰形下（與步進彳m備相對），光罩台μτ可僅連接至一-短 衝私致動裔’或其可被固^。可使用光罩對準標記Μ卜⑽ 及基板對準標記ιμ、Ρ2來可對準光罩ΜΑ及基板w。將量測 糸統M S配置成晶圓料淮$ 风曰曰W對準系統，且對其加以示意性描緣。該 晶圓對準系統能夠藉由感應至少在χγ内偏差之標記物而 映射甜圓表面之偏差。爲了對準，光學對準射束（未圖示） 在晶圓對準系、_與位於基板台WTb上之晶圓W_t之標記： 物之間運行。 可以兩種不同模式來使用所描繪之設備： 1.在步進模式中，光罩台财基本上保持固定，且一次性 地（亦即單次”閃光”）將整個光罩影像投影於一目標部分c 上。接著，基板台WT沿X及/或γ方向移動以使得射束？3可 照射一不同目標部分C ;及 2·在掃描模式中，除了 —給定之目標部^並非在單次 ’’閃光中曝光外’其他情況基本相@。實情爲：光罩台MT 可在一給定方向（所謂的，，掃描方向”，如γ方向）上以速度乂 91205.doc -18- 1294561 移動，使得投影束PB掃過一光罩影像；同時，基板台w丁 在相同或相反方向上同時以速度v=Mv移動，其中，M爲透 鏡PL之放大率（通常，M==1/4或1/5)。以此方式，可曝光一 相對大之目標部分C，而無須犧牲解析度。 干涉S測之1測構件包含一諸如雷射之光源（未圖示）及 用於確定基板或平台之某些資訊（例如位置、對準等）的一個 或多個干涉儀。例如在圖丨中，由物件IF示意性地描繪兩個 干涉儀。雷射産生度量射束（metrology beam)MB，射束操 縱器會將度量射束MB發送至干涉儀IF。在存在多於一個-干· 涉儀之情形下，藉由使用可將度量射束分成用於每一干涉 儀之各個單獨射束之光學裝置，來使該等多個干涉儀共用 度量射束。圖1展示分成兩個射束之度量射束。未展示分離 器光學裝置。 圖2不意性地展示微影投影設備之晶圓對準系統申之光 學裝置。 在微影投影設備之晶圓對準系統中所使用之光學裝置係 指Keplenan望遠鏡1。Keplerian望遠鏡i包含具有第一焦距 之第一透鏡L1及具有第二焦距之第二透鏡L2。在該望遠鏡 中，第一與第二透鏡LI、L2都爲會聚透鏡。第一與第二透 鏡LI、L2都配置於光轴〇A上。 爲清楚起見，僅展示垂直於物體表面所發射的射線。 在使用中’由於將物體平面〇Fp相對於第一透鏡：丨之距 離5又定成等於第一焦距，且將參考平面RP相對於第二透鏡 L2之距離没定成等於第二焦距，所以位於物體平面〇Fp内 91205.doc -19· 1294561 之第一物體οι可在參考平面RP上成像爲第一影像IM1。藉 由將第一與第二透鏡Ll、L2相互之間的距離設定成等於第 一與第二焦距之總和距離：第一透鏡L丨之焦平面大體上與 第一透鏡L2之焦平面重合，而使得中間焦點IF存在於兩個 透鏡L1與L2中間。 藉由使用相同於物體01之透鏡L1、L2之組態，將位於物 體平面外（亦即具有一散焦）之第二物體〇2在參考平面RP上 成像爲第二影像IM2。 第一及第二物體〇丨、〇2都具有同樣的形狀（此處描繪-成 前頭），且都具有如圖所示之傾斜。分別自第一及第二物體 01 02之影像的示意性建構，可導出相對於物體平面QFp 具有散焦且投影於參考平面RP上之物體之影像（例如第二 物體02之影像IM2)將在參考平面尺!>内顯示位移。因此，任 何有關影像IM2之位置的資訊將包含由於第二物體〇2之散 焦所引起的某誤差。 圖3示意性地展示基板上之未傾斜標記物之對準過程中 的圖2之光學裝置。 在圖3中展不圖2之光學裝置1，而其中遠心孔徑TA大致位

於中間焦點IF之位置處。在參考平面RF内，將偵測器DET 设置成可自照射於偵測器DET上之一個或多個光束偵測光 學訊號。 將偵測器DET配置成（例如）藉由一光敏元件之陣列來量 測其上之光學訊號之位置。 入射光學射束IB大致上垂直照射於其位置會相對於物體 91205.doc -20 - 1294561 平面OFP垂直移動之標記物mar的表面上。入射光學射束 IB可包含作爲光源之單一雷射束或（若必要）多個雷射束，亦 即射束IB可包含具有一個或多個波長（顏色）之電磁輻射。 由於入射束IB與標記物（亦即光柵）之橫向周期（或周期距 離）之間的相互作用，所以在標記物MAR之位置處産生複數 個繞射束，此處將該等複數個繞射束之單一繞射級展示爲 由右手側繞射束DB1及左手側繞射束DB2表示。兩個射束 DB1、DB2都與包含標記物MAR之表面呈0繞射角指向。 在第一透鏡L1中，射束被折射且聚焦於中間焦點1]?上、 在中間焦點IF位置處的遠心孔徑TA包含處於所産生的繞射 束DB卜DB2之焦點被期望位於之預定位置的允許各自的繞 射束DB1、DB2通過之針孔phi、PH2。 位於中間焦點IF處之繞射束DB1、〇Β2的直徑大小通常與 各自的針孔PHI、PH2之直徑大小同級或更小。 ， 在通過各自的針孔後，每一繞射束都由第二透鏡L2折 射，且由於兩個繞射束DB1、DB2之干涉，所以該繞射級之 光學訊號被聚焦且在參考平面Rjp内之偵測器DET上被偵測 到。 _悉此項技術者將瞭解：儘管存在標記物MAR位於相對 於物體平面OFP之散焦μ處的事實，但由於標記物之平面 無傾斜（亦即平行於物體平面0FP)，所以繞射束仍適當地瞄 準在偵測器DET上。 圖4不意性地展示在基板上之傾斜標記物之對準過程中 的光學裝置1。 91205.doc -21 - 1294561 在圖4中，將展示用於相對於人射束IB傾斜之標記物的如 圖3所示之光學裝“。同樣地，由於人射束與標記物驗 之周期的相互作用而產生複數個繞射束。標記物驗相對 於入射束IB細角度傾斜。標記物MAR亦與物體平面⑽相 距散焦Af。 對於弟-級近似而言，傾斜標記物MAR(相對於標記物之 ^面法線）上之繞射束之繞射角Θ等於如圖3所示之零傾斜 ^己物MAR之繞射角。由於傾斜角α’所以繞射束则、顧 包含偏斜角（等於傾斜角〇；)。 乂 - 示意性地展示標記物之影像通2。ΙΜ2顯示傾斜細。 由於繞射束在孔徑及針孔之水平面±具有小於針孔之直 徑的事實，所以光學訊號之侦測對標記物MAR之傾斜敏感。 圖5示意性|示根據本發明在基板上之傾斜標記物之對 準過程中，微影投影設備之晶圓對準系統中所使用之光學 裝置。 爲了偵測繞射束，通常在偵測器DET上具有可量測之訊 號已足矣。然而對於每一繞射級而言，即使待量測之標記 物MAR相對於入射束IB傾斜，但影像仍需要形成於參料 面RP上之偵測器上。本發明係基於以下見識：即無需更精 確地校準，即可藉由提供寬於（在遠心孔徑TA之水平&面上^ 針孔直徑大小的繞射束，來降低通過光學裝置丨之訊號偵測 之傾斜感應。 ' 圖5展示根據本發明之一實施例，其中入射束汨爲小入射 束IB2。由於繞射過程中僅涉及標記物MAR之光柵的有限尺 91205.doc -22- 1294561 寸的影響，所以繞射束圍繞其各自的繞射角在空間上增 寬。在圖5中，源於射束尺寸的有限尺寸效應之增寬由繞射 束DB1、DB2示意性地說明，每一繞射束DB1、DB2都分別 由中心射束B1與B4說明，其中中心射束B1與B4分別具有至 邊界B2、B3及B5、B6的增寬。中心射束Bl、B4仍具有繞 射角0。該增寬引起增寬角ΑΘ。 針孔PHI、PH2與經增寬之射束DB1、DB2之間的相互作 用由孔徑TA與偵測器陣列DET之間的虛線射束表示。 在圖5中標示了遠心孔徑或針孔水平面上之繞射束直-徑 BD1、BD2。注意：由於標記物MAR之傾斜，所以BD1與BD2 略微不同。 如圖5所示，若標記物傾斜以角，則由於增寬，所以仍有 一部分繞射束DB1、DB2藉由各自的針孔PH1、PH2而通過 遠心孔徑ΤΑ，且由於繞射束DB1、DB2之間的干涉，所以 可在參考平面RP上偵測到訊號。 注意：當標記物傾斜時，在本發明中所偵測到的訊號的 顯著變化小於先前技術。 由於增寬效應，所以有利地降低關於標記物MAR之傾斜 的偵測感應。 或者，亦可藉由使用直徑小於繞射束直徑的針孔來實現 增寬效應。 :，主意在圖5中仍存在散焦。影像IM2仍顯示μ角度的傾 斜。然而，影像之傾斜角α3小於標記物MAR之傾斜角以。因 此’圖5之α3亦小於圖4中所顯示之先前技術之系統的^。 91205.doc -23- 1294561 此外應注意：本發明以基本上相同的方式，提供用於校 正會導致類似於傾斜標記物之非吾人所需之效應的入射雷 射束IB之傾斜的解決方法。在許多情形下，達成入射雷射 束之傾斜的調整比經由有限尺寸效應之調整困難得多。本 發明包含一校正機構，其能降低由於標記物之傾斜或入射 雷射束之傾斜所造成的影響。因此，亦可以類似方式來顯 著降低晶圓對準系統對於入射雷射束之傾斜的感應。 圖6展示展示結合本發明之使用對晶圓傾斜之偵測感應 的圖。 -_ 在圖6之圖中，展不作爲針孔尺寸之函數的影像位置之位 移，如下所述。在縱軸上，表示參考平面11]?上之影像IM2 之位置相對於傾斜角α的位移，如參數0所示，其指示標記 物〜像相對於傾斜角之有效（或明顯）傾斜。參照圖5，影 像ΙΜ2之傾斜角α3等於办α。在橫軸上，表示相對於遠心孔 徑之水平面（或實際上爲針孔PHI、ΡΗ2之水平面）上之繞射 束直徑BD1、BD2的針孔尺寸，如參數ψ所表示。曲線c爲 相對位置位移與相對針孔直徑之間的關係的計算曲線的一 實例’該曲線假定是高斯（Gaussian)繞射束分佈。注意··亦 可月b存在會導致相對位置位移與相對針孔直徑之間的不同 關係的其他射束分佈。 在曲線C中，指出三個指定晶圓對準系統之典型配置的 點。點Q1顯示其中針孔Pm、PH2之直徑與繞射束比之直徑 (在遠心孔徑TA之水平面上）的比率大於1之晶圓對準系統 中接近於1之傾斜感應。在一典型配置中，針孔直徑約爲5〇〇 91205.doc -24- 1294561 微米，且射束直徑約爲700微米（在光拇（mar)之水平面 上），但當通過透鏡u後，繞射束聚焦冑比·微米小得多 的數值（通常約爲50至⑽微米）。以之相對尖銳繞射束産 生於標記物之練上，此會導致散焦物體〇2之影像厦2之 位移對標記物MAR之傾斜的強烈感應（數值丨）。 點Q2係關於射束直徑與針孔尺寸之比率接近於工之配 置，點(^3關關於針孔尺寸與繞射束直徑（在遠心、孔徑 之水平面上)之比小於}之配置。在以師之配置中，由於 有限射束尺寸效應導致對標記物之傾斜的相對較低的-感 應，所以繞射束增寬。注意：對於點Q2與點Q3而言，雷射 束僅照射-小部分光柵，且其中產生繞射束之光栅上的繞 射長度很小。光栅的周期通常爲16微米。根據曲線c，Q2 ，配置所具有的感應約爲…之感應的5〇%。Q3之配置對標 記物之傾斜的感應比配置Q丨約小5倍。 - 鑒於k點，本發明分別提供^值約爲〇_5時的約2微米/度傾 斜的位置誤差（㈣00㈣辦通常爲1G奈米）及紐約爲〇1時 的約400奈米/度傾斜的位置誤差（α=1〇〇从㈣時通常爲技 米）。實際上已發現：可將傾斜感應降低至遠小於τ的歸 (通*小於0.25與〇_〇1)，且因此可降低至約875奈米/度與約 2〇奈米/度之間的傾斜感應數值。 將圖案投影於其上之晶圓必須相對於光軸〇A傾斜一角 度’以校正該晶圓中可能的彎曲。必須將晶圓表面與晶圓 T台WS之側向樞軸（用於傾斜）之間的垂直距離確定成允許 校正在晶圓台傾斜過程中所發生的水平偏移（藉此發生之 9l205.doc -25- 1294561 散焦）。該距離稱爲Abbe臂。 在使用單一（晶圓）平台以進行圖案化並量測晶圓位置（如 在晶圓對準系統MS中）之微影投影設備中，可藉由在校準過 程中確定Abbe臂來達成校正。此種校準通常藉由以下方式 來進行：即量測參考平面内之x方向上的影像位移（表示爲 )以作爲圍繞晶圓平台之側向柩轴之y轴（垂直於χ方白) 的晶圓平台傾斜（表示爲的函數。使用以下方程，可 自影像位移導出Abbe臂（aAbbe):

Ax=ARy,ws-aAbbe (方程 1)二 熟悉此項者將注意到：由於Abbe臂，所以自傾斜晶圓上 之標記物所成像之繞射級會顯示物體的偏移，該偏移不能 在該物體之影像的投影中與散焦之影像的回應及該物體之 局部傾斜區別開來。關於光栅之繞射級之成像：繞射級之 影像會顯示影像位移，其會作爲所施加之晶圓傾斜δι^，μ 之函數而變化。此影像位移會不利地影響隨後的圖案覆: 蓋’並使微影投影設備之效能變差。 基於先前段落之觀察，由於散焦及晶圓範圍之傾斜而引 起的標記物物體之影像位移具有相同的函數形式：

Ax=2ARy,ws-Af (方程 2) 其中Μ爲散焦。 在該線性疊加中，不能分離這兩種效應（Abbe偏移及散 焦）。必須（獨立地）量化這兩種效應中的至少一種以獲得另 一效應之數值。通常以晶圓平台自投影透鏡之許多垂直偏 移來量測一系列晶圓傾斜。可自這些量測導出散焦，且因 91205.doc -26- 1294561 此知道Abbe臂之數值。

在此情形下， 測裝置（如US

Abbe臂可由如上所述之習知技術來確定。 可使用成本相對不實際的專用Abbe臂量 20(H/0008723 Alt所揭示）來進行八⑽㊁校準。 其中可完全省 如以下將說明，本發明提供一解決方法 去此種專用量測裝置的使用。 在雙平台系統之晶圓對準系請中進行晶圓對準量、列 過程中’㈣測到㈣晶圓傾斜之函數的影像位移由方程i 與方程2之疊加來給定：

Ax=ARyjWS-aAbbe+2ARy>ws.Af (方程 3) 在本發明中，可使用傾斜感應來作爲射束增寬之：數， 以分離標記物之影像位移對Abbe臂與對散焦之相依性。 如圖6所示，傾斜感應、參數崎由晶圓對準系統⑽中之入 射束IB2(之直徑）所引起的繞射束之增寬而變化。 _ 注意：改變人射束IB，IB2所照明之光栅之長度大小（亦即 在光柵中重複周期性結構之方向上）亦可造成類似增寬效 應。對於固定周期及恒定射束直徑而t，由人射束產生於 小標記物（亦即具有給定周期之相對小光栅）上之繞射束會 比産生於大標記物（亦即具有相同周期之相對較大光柵）上 之繞射束寬。 因此，在使用遠心孔徑TA之諸如前述圖式所示之晶圓對 準系統MS中，標記物之傾斜感應會隨標記物尺寸而變化。 如上所述，當標記物傾斜時，尖銳的繞射束會比寬闊的繞 射束更傾向於顯示強度重力中心之位移。 91205.doc -27- Ϊ294561 相對大標記物（包含相對多的給定周期之周期性結構）之 傾斜感應（此處表示爲/3L)大於相對較小標記物（具有較少的 相同周期之周期性結構）之傾斜感應（此處表示爲知）。圖7展 不作爲標記物長度之函數的相對傾斜感應之示意圖。在橫 軸上標繪標記物尺寸，在縱軸上標繪傾斜參數卜在此例示 性圖中，根據第一原理，將0作爲標記物周期爲16微米之標 記物尺寸的函數來計算。在該曲線圖中，指出4個不同標記 物尺寸之實驗值。 對於相對大標記物而言，方程3現在變成： (方程4)

AxL=ARy)WS*aAbbe+2/3LARy>ws*Af 且對於小標記物而言，方程3變成：

Axs-ARy>ws*aAbbe+2^sARyjWs^f (方程 5) 藉由以a曰圓平台與投景夕透鏡之間的各種垂直偏移及已知 心與/3S(其中/3L^S)來進行校準量測，可消除影像位移△化與 △ xs對Abbe臂的相依性。由於此消除’所以自這些量測，可 保持影像位移Δχ作爲傾斜之函數，且可確定散焦△卜接著， 藉由使用散焦Μ之確定數值，晶圓對準系統可根據方程3、 4或5 (視所使用之相對標記物尺寸而定）來進行量測，以獲得 該特定晶圓平台WS上之晶圓的Abbe臂。 由方程4與5可以證明：散焦效應與Abbe臂效應對影像位 移的影響類似，僅可確定這兩種效應中的—種，而不能明 確地確定另一種效應。 應注意：亦可藉由操縱入射束IB、IB2(亦即藉由内部平 行、會聚或發散）以改變其射束形狀或改變其直徑，來達成 91205.doc -28- 1294561 藉由標記物尺寸使繞射束增寬之效應1應注意：盘上述 這兩種替代方編，此替代方法可能需要更多的努力。 熟悉此項技術者將瞭解：在不背離本發明之實際精神、 僅由隨时請專利範圍限制之本發明之料的前提下，可 構思或減少本發明之其他替代方法及等價實施 發明。 欠不 【圖式簡單說明】 這些圖式僅爲說明之 圍中所界定之保護-範 以上參照一些圖式解釋了本發明， 目的且無忍於限制隨附申請專利範 圍’在該等圖式中： 圖1描繪一種微影投影設備； 圖2不思性地展不微影投影設備之晶圓對準系統中所使 用之光學裝置； 圖3示意性地展示基板上之未傾斜標記物之對準過程中 的圖2之光學裝置； 圖4不意性地展示基板上之傾斜標記物之對準過程中的 圖2之光學裝置； 圖5示意性地展示根據本發明在基板上之傾斜標記物之 對準過程中’微影投影設備之晶圓對準I統中所使用之光 學裝置； 圖6展示結合本發明之使用來對晶圓傾斜之偵測感應的 示意圖； 圖7展示作爲標記物長度之函數的相對傾斜感應之示意 SI! · 圖， 91205.doc -29- 1294561 【圖式代表符號說明】

Bl，B4

B2, B3, B5, B6 C C0 DB1，DB2

DET

EX

IB;IB2 IF

IM1，IM2 IN

Ll，L2 LA

Ml, M2

MA

MAR

MS

MT 01, 02 0A OFP Pl，P2 光學裝置 中心射束 邊界 目標部分 聚光器 構成繞射束 偵測器 射束放大器 入射光學射束 干涉儀，中間焦點 影像 整合器 透鏡 輻射源 光罩對準標記 光罩 光柵 基板對準系統 光罩台 物體 光轴 物體平面 基板對準標記 91205.doc -30- 1294561 PB 射束 PH15 PH2 孔徑 PL 投影系統（透鏡） RP 參考平面 TA 遠心孔徑 WTa，WTb 基板台 W 基板 BD1，BD2 繞射束直徑 91205.doc - 31 -

Claims (1)

1. 利申請案 年月中衮糁㈣丨替換本(96年11月) 務範園： 1. 一種微影投影設備，其包含： -圖案化構件，在使用中，其用於根據一所需圖案以將 一投影束圖案化成一經圖案化之射束； -一用於支撐一基板之基板台（ws); -一用於偵測該基板相對於該圖案化構件之一位置的一 位置之基板對準系統（MS); -包含至少一光柵（MAR)之該基板，該至少一光柵（MAR) 具有一繞射長度，且其配置成在使用中藉由在該繞射長 度上與一入射光學射束（IB; IB2)相互作用以産生所構成 繞射束（DB1，DB2)之至少一繞射級； -該基板對準系統（MS)包含一用於産生該入射光學射 束（IB; IB2)之來源及一用於將該至少一繞射級成像於一 感應器裝置（DET)上之光學裝置（1); -包含孔徑構件（TA)之該光學裝置（1)，該孔徑構件（TA) 在一預定位置處具有一允許該等所構成繞射束（DB1， DB2)通過之孔徑（PH1，PH2); 該微影投影設備之特徵在於：該等所構成繞射束（DB1， DB2)中的每一射束都在該孔徑（PH1，PH2)之一水平面上 具有一繞射束直徑（BD1，BD2)，該等所構成繞射束（DB1， DB2)中的每一射束之該繞射束直徑（BD1，BD2)都大於該 孔徑（PH1，PH2)之直徑。 2. 如申請專利範圍第1項之微影投影設備，其中該光學裝置 (1)係配置成用以增寬該等所構成繞射束（DB1，DB2)。 91205-961102.doc 1294561 3·如申請專利範圍第2項之微影投影設備，其中爲了增寬該 等所構成繞射束（DB1，DB2)，該光學裝置（1)包含用於將 一減小之入射光學射束（ΙΒ2)生成爲該光學射束之構件， 該減小之入射光學射束（ΙΒ2)具有一照明該光柵（MAR)之 一部分的減小射束尺寸。 4·如申請專利範圍第3項之微影投影設備，其中該減小之入 射光學射束（IB2)之一射束尺寸小於該光栅（mar)之該部 分。 5·如申請專利範圍第2項之微影投影設備，其中爲了增寬該 等所構成繞射束（DB1，DB2)，該光學裝置（1)包含該至少 一光柵（MAR)之一第一類型，其具有一充分小於該入射光 學射束（IB)之該射束尺寸之第一繞射長度。 6 ·如申明專利範圍第5項之微影投影設備，其中爲了增寬該 等所構成繞射束（DB1，DB2)，該光學裝置（1)包含該至少 一光栅（MAR)之一第二類型，其具有一充分大於該第一繞 射長度之第二繞射長度。 7.如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項之微影投影設備， 其中該光學t置⑴具有一小於2·〇微米/度之傾斜的位置 誤差。 8·如申請專利範圍第卜2、3、4、5或6項之微影投影設備， 其中該光學裝置⑴具有-小於400奈米/度之傾斜的位置 誤差。 9_ -種用於在-微影投影設備中對準—基板之方法，其中 該微影投影設備包含： 91205-961102.doc 1294561 -圖案化構件，在使用中，其用於根據一所需圖案以將 一投影束圖案化成一經圖案化之射束； -一用於支撐一基板之基板台（ws); •一用於偵測該基板相對於該圖案化構件之一位置的一 位置之基板對準系統（MS); -包含至少一光柵（mar)之該基板，該至少一光柵（mar) 具有一繞射長度，且其配置成在使用中藉由在該繞射長 度上與一入射光學射束（IB; IB2)相互作用以産生所構成 繞射束（DB1，DB2)之至少一繞射級； -該基板對準系統（MS)包含一用於產生該入射光學射 束（IB; IB2)之來源及一用於將該至少一繞射級成像於一 感應器裝置（DET)上之光學裝置（1); _包含孔徑構件（TA)之該光學裝置（1)，該孔徑構件（TA) 在一預定位置處具有一允許該等所構成繞射束（dbi， DB2)通過之孔徑； 且該方法之特徵在於組態該等所構成繞射束（dbi， DB2)之步驟，俾使該等所構成繞射束（dbi，dB2)中的每 一射束都在該孔徑（PH1，PH2)之一水平面上具有一繞射 束直t (BD1，BD2)’該等所構成繞射束（DB1，DB2)中的每 一射束之該繞射束直徑（BD1，BD2)都大於該孔徑（pHi， PH2)之直徑。 10.如申請專利範圍第9項之方法，其中該方法包括： -增寬該等所構成繞射束（DB1，DB2)。 n.如申請專利範圍第10項之方法，其特徵在於該方法進一 91205-961102.doc 1294561 步包括： -量測在該第一類型之該至少一光柵（MAR)上所産生之 該至少一繞射級之一影像的一第一位移（Axs)，以作爲一 施加至該第一類型之該至少一光柵（MAR)之一傾斜 (△Ry，ws)的一函數； -量測在該第二類型之該至少一光柵（MAR)上所産生之 該至少一繞射級之一影像的一第二位移（AxL)，以作爲一 施加至該第二類型之該至少一光柵（MAR)之一傾斜 (ARy，ws)的一函數； 自該第一位移（Δχδ)與該第二位移（AxL)確定該第一類 型與該第二類型之該至少一光柵之一散焦（△〇之一數值； 自該散焦（M)之該數值確定一 Abbe臂（aAbbe)之一數 值，該Abbe臂（aAbbe)爲一包含該第一與該第二類型之該至 少一光柵（MAR)之表面與該傾斜（△Ryws)之一樞軸之一位 置之間的一距離。 12.如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於： 該至少一繞射級之該影像之該第一位移（Δχ8)由一第一 入射束産生於該至少一光桃（MAR)上，以作爲一施加至該 至少一光桃（MAR)之一傾斜（AR^ws)的一函數’及 該至少一繞射級之該影像之該第二位移（Axl)由一第二 入射束產生於該至少一光栅（MAR)上，以作爲一施加至該 至少一光柵（MAR)之一傾斜（AR^ws)的一函數；該第二入 射束具有一不同於該第一入射束之直徑。 13·如申請專利範圍第11項之方法，其特徵在於： 91205-961102.doc -4- 1294561 該至少一繞射級之該影像之該第一位移（Δχδ)産生於一 第一類型之該至少一光柵（MAR)上，以作爲一施加至該第 一類型之該至少一光栅（MAR)之一傾斜（ARy，ws)的一函 數； 該至少一繞射級之該影像之該第二位移（Axl)産生於一 第二類型之該至少一光柵（MAR)上，以作爲一施加至該第 二類型之該至少一光柵（MAR)之一傾斜（ARyjs)的一函 數； 該第一類型之該至少一光柵（MAR)具有一充分小於該 入射光學射束（IB)之該射束尺寸的第一繞射長度，該第二 類型之該至少一光柵（MAR)具有一充分大於該第一繞射 長度之第二繞射長度。 91205-961102.doc