TWI573174B - 處理諸如晶圓的靶材之微影系統和方法 - Google Patents

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Description

處理諸如晶圓的靶材之微影系統和方法
本發明關於一種處理諸如晶圓的靶材之微影系統，以及關於一種操作處理諸如晶圓的靶材之微影系統的方法。
處理靶材的系統在本技術中為已知的系統，其經常包括一用以將圖案投射在靶材表面的最終投射系統以及一用以決定晶圓相對於該最終投射系統之位置的系統。一般來說，此等系統可能使用晶圓上的位置標記。在投射一圖案的第一期間和第二期間之間可能需要從該微影系統處移除晶圓。於此情況中，第二期間之該圖案的位置可能必須匹配第一期間之該圖案的位置而且晶圓相對於最終投射系統(或是圖案化射束)的位置可能必須決定兩次(每一個期間之開始處)。然而，要以高再生性(reproducibility)來決定晶圓相對於最終投射系統的位置非常困難。
本發明的目的係提供一種改善的處理諸如晶圓的靶材之微影系統和方法。本發明包含一種操作用以處理夾盤上之靶材的靶材處理系統的方法，該方法包括：在該夾盤上提供至少一第一夾盤位置標記和一第二夾盤位置標記；提供一對準感測系統，其被排列成用以偵測該等第一夾 盤位置標記和第二夾盤位置標記，該對準感測系統包括至少一第一對準感測器和一第二對準感測器；以該對準感測系統之至少一測量值為基礎將該夾盤移動至第一位置；以及測量和該夾盤之該第一位置有關的至少一數值。
該第一夾盤位置標記相對於該第二夾盤位置標記的相對位置可能和該第一對準感測器相對於該第二對準感測器的相對位置實質上相同。該對準系統可能被排列成用以在實質上水平的方向中(x，y方向)測量該等夾盤位置標記。該方法可能進一步包括提供一最終投射系統，其會被排列成用以將一圖案化射束投射在該靶材上，且其中，該第一對準感測器被排列在第一方向中和該最終投射系統相隔一距離處而該第二對準感測器被排列在第二方向中和該最終投射系統相隔一距離處。依此方式，該等對準感測器可被排列在垂直x軸與y軸中，以便更快速決定該等夾盤位置標記在兩個維度中的位置。
該方法可能包括投射一圖案化射束在該靶材上，用以在該靶材上形成一射束網格，其中，該第一對準感測器被排列成用以偵測在第一方向中和該射束網格相隔一距離處的位置標記而該第二對準感測器被排列成用以偵測在第二方向中和該射束網格相隔一距離處的位置標記。於此排列中，該等對準感測器相對於投射在該靶材上的射束網格被排列在垂直x軸與y軸中，以便更快速決定該等夾盤位置標記在兩個維度中的位置。
該方法可能包括投射一圖案化射束在該靶材上，用以在該靶材上形成一射束網格，其中，該對準感測系統包括一或多個對準感測器，該等對準感測器被排列成用以偵測和該射束網格相隔一距離處的位置標記，且其中，該方法進一步包括決定該等一或多個對準感測器和該射束網 格之間的空間關係。該決定該等一或多個對準感測器和該射束網格之間的空間關係的步驟可能包括決定每一個對準感測器的向量，用以描述在實質上水平的方向中(舉例來說，x，y方向)該對準感測器相對於該射束網格的位置。
該對準感測系統可能包括至少一對準感測器，用以偵測該靶材及/或該夾盤之表面上的位置標記，而且該對準感測器可能包括：一光源，其會被排列成用以提供一對準光射束；一光強度偵測器，其會被排列成用以決定一反射對準光射束的光強度，其中，該反射對準光射束係因該表面反射該對準光射束而產生；以及一光學系統，其會被排列成用以將該對準光射束聚焦在該表面上並且將該反射對準光射束引導至該光強度偵測器上。
該測量和夾盤之第一位置有關的至少一數值的步驟可能包括：移動該夾盤用以對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器；以及測量和該夾盤之目前位置有關的至少一數值。該移動該夾盤用以對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器的步驟可能包括在兩條水平軸(舉例來說，x軸與y軸)中移動該夾盤並且在必要時繞著一垂直軸(舉例來說，Rz方向)旋轉該夾盤，以便達到對準目的。
對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器可能包括實施第一夾盤位置標記和第一對準感測器之對準以及第二夾盤位置標記和第二對準感測器之對準的極小的最小平方擬合(minimum least square fit)。
本發明可能提供一種夾盤位置測量系統，其包括至少兩個干涉計，其中，測量和該夾盤之第一位置有關的至少一數值包括測量該等干 涉計的輸出。該方法可能進一步包括利用位於該第一位置處的夾盤來初始化該等干涉計。該方法可能進一步包括儲存和該夾盤之第一位置有關的該至少一已測得數值作為夾盤初始化位置。
本發明可能提供一種水平感測系統，其包括複數個水平感測器，而且本發明可能在該夾盤上提供一參考表面，該方法進一步包含測量和該參考表面相對於該等水平感測器之配向有關的至少一數值。該方法可能進一步包括在測量和該射束網格之配向有關的至少一數值之前先移動該夾盤用以對準該參考表面和該等水平感測器之水平感測器平面。該移動該夾盤用以對準該參考表面和該等水平感測器之水平感測器平面的步驟可能包括測量從該第一水平感測器至該參考表面(26)的距離以及測量從該第二水平感測器至該參考表面的距離，並且於必要時移動該夾盤，俾使得該參考表面會和該水平感測器平面一致。該水平感測系統可能會被排列成用以在實質上垂直的方向中(舉例來說，z方向)測量和該表面相隔的距離。該水平感測系統可能包括一微分電容式感測系統。該水平感測系統可能包括：至少一第一水平感測器，其被排列在第一方向中和該最終投射系統相隔一距離處；以及一第二水平感測器，其被排列在第二方向中和該最終投射系統相隔一距離處。
該對準感測系統可能包括至少一對準感測器且該水平感測系統可能包括至少一水平感測器，以及該至少一對準感測器可能會被排列成用以偵測位在第一點處之表面上的一位置標記，而且該至少一水平感測器可能會被排列成用以測量和位在該第一點處或是鄰近該第一點處之表面相隔的距離。
該方法可能進一步包括測量直接或間接裝載在該夾盤上之靶材的名義靶材中心相對於該對準感測系統的位置。
該方法可能進一步包括至少部分以和該夾盤之第一位置有關的已測得數值為基礎將該夾盤移動至第二位置，以及測量和該夾盤之第二位置有關的至少一數值。
該方法可能進一步包括：提供一參考靶材，於該參考靶材的中心位置處有一靶材位置標記；移動該夾盤，用以對準該中心位置和該等對準感測器中的至少其中一者；以及測量該夾盤的目前位置。
該方法可能包含決定一向量，用以描述該參考靶材之中心位置相對於該等對準感測器中每一者的位置。
該方法可能包括：產生一圖案化射束，該圖案化射束於一聚焦平面上有焦距；移動該夾盤，用以將射束位置感測器定位在該圖案化射束下方，該圖案化射束會在該射束位置感測器上形成一射束網格；以及測量和該射束位置感測器上該射束網格之配向有關的至少一數值。該產生圖案化射束的步驟可能包括產生複數道子射束，該等子射束被排列成網格形態。
該方法可能進一步包括在該射束位置感測器上提供至少一阻隔特徵，而且該測量和該射束位置感測器上該射束網格之配向有關的至少一數值的步驟可能包括讓該圖案化射束掃射跨越該射束位置感測器的該至少一阻隔特徵。
該產生圖案化射束的步驟可能包括產生被排列成網格形態的複數道子射束，該在該射束位置感測器上提供至少一阻隔特徵的步驟可 能包括在對應於該等子射束之名義相對空間位置的相對空間位置處提供被排列在該射束位置感測器上的複數個阻隔特徵，而且該掃射圖案化射束的步驟可能包括讓該等複數道子射束掃射跨越該等複數個阻隔特徵中的多個對應阻隔特徵。
該靶材可能會在一表面上形成一第一圖案以及多個靶材位置標記，該方法進一步包括以和該夾盤之配向有關的至少一已測得數值以及和該射束網格之配向有關的至少一已測得數值為基礎來對準該夾盤和該射束網格。該對準夾盤和射束網格的步驟可能包括繞著一垂直軸(舉例來說，Rz方向)旋轉該夾盤。該測量和該夾盤相對於該等對準感測器之配向有關的至少一數值的步驟可能包括決定一實質上水平的夾盤軸，其中，該產生圖案化射束的步驟包括產生被排列成網格形態的複數道子射束，該等子射束會相對於一實質上水平的射束網格軸被排列，且其中，該對準夾盤和射束網格的步驟可能包括對準該夾盤軸使其平行於該射束網格軸。
該方法可能進一步包括對準該靶材的表面和該圖案化射束的聚焦平面。該對準該靶材的表面和該圖案化射束的聚焦平面的步驟可能包括：於必要時在兩個維度(x方向，y方向)中實質上水平移動該夾盤，用以將該夾盤的原點定位在該射束網格的原點下方；以及於必要時在一實質上垂直的方向(z方向)中移動該夾盤，用以將該夾盤的原點定位在該最終投射系統的聚焦平面中。該方法可能進一步包括於必要時繞著一實質上水平軸(Rx，Ry方向)旋轉該夾盤，以便讓該參考表面對準一水平感測器平面。
該方法可能進一步包括於必要時繞著一實質上垂直軸(Rz方向)旋轉該夾盤，以便讓該夾盤的y軸對準該射束網格的y軸，並且可能包 括校正該等水平感測器至一和該聚焦平面一致的水平感測器平面。該方法可能進一步包括測量和被形成在該靶材上之第一圖案的配向有關的至少一數值。
該方法可能進一步包括：測量該靶材上該第一圖案的中心位置相對於該靶材之名義中心位置的偏移；以及以該偏移和該等靶材位置標記相對於該靶材的位置為基礎來計算和該等靶材位置標記相對於該對準感測系統的位置有關的至少一數值。
該測量和該第一圖案射束網格之配向有關的至少一數值的步驟可能進一步包括：移動該夾盤，用以將該靶材上該第一圖案的中心位置定位在第一對準感測器下方；移動該夾盤，用以將第一靶材位置標記定位在該第一對準感測器下方；以及決定該第一靶材位置標記相對於該射束網格的位置。該方法可能進一步包括：移動該夾盤，用以將該靶材的中心定位在第二對準感測器下方；移動該夾盤，用以將第二靶材位置標記定位在該第二對準感測器下方；以及決定該第二靶材位置標記相對於該射束網格的位置。
該方法可能進一步包括以和該第一圖案之配向有關的至少一已測得數值以及和該射束網格之配向有關的至少一已測得數值為基礎來對準被形成在該表面上之該第一圖案和該射束網格。該方法可能包含旋轉該靶材，用以對準該第一靶材圖案的一軸線(y軸)和該射束網格的對應軸線(y軸)，並且可能進一步包含利用該圖案化射束於該表面上形成一第二圖案。
本發明還關於一種利用圖案化射束在靶材上形成第二圖案的方法，該第二圖案會對準先前已形成在該靶材之表面上的第一圖案，該 方法包括：提供一微影系統來產生該圖案化射束，該微影系統包括一用以將該圖案化射束投射在該表面上的最終投射系統，並且進一步包括一對準感測系統和一水平感測系統；提供一夾盤，該夾盤包括多個夾盤位置標記和一射束位置感測器；以該對準感測系統的至少一測量值為基礎將該夾盤移動至第一位置，並且測量和該夾盤之該第一位置有關的至少一數值；測量直接或間接裝載在該夾盤上之靶材的名義中心相對於該對準感測系統的位置；產生該圖案化射束，該圖案化射束於一聚焦平面上有焦距；移動該夾盤，用以將射束位置感測器定位在該圖案化射束下方，該圖案化射束會在該射束位置感測器上形成一射束網格；測量和該射束位置感測器上該射束網格之配向有關的至少一數值；將該靶材直接或間接定位在該夾盤上，該靶材具有一表面並且具有被形成在該表面上的一第一圖案和多個靶材位置標記；以和該夾盤之配向有關的至少一已測得數值以及和該射束網格之配向有關的至少一已測得數值為基礎來對準該夾盤和該射束網格；對準該靶材之表面和該圖案化射束之聚焦平面；測量和該第一圖案之配向有關的至少一數值；以和該第一圖案之配向有關的至少一已測得數值以及和該射束網格之配向有關的至少一已測得數值為基礎來對準被形成在該表面上之該第一圖案和該射束網格；以及利用該圖案化射束於該表面上形成該第二圖案。
本發明還進一步關於一種決定圖案相對於射束網格之空間關係的方法，其中，該圖案係被形成在一靶材的表面上且該靶材係直接或間接被定位在一夾盤上，且其中，該射束網格係藉由投射一圖案化射束於該表面上而形成，該方法包括：將該夾盤移動至第一位置，並且測量和該 夾盤相對於一參考座標框架之空間關係有關的至少一第一數值；將該夾盤移動至第二位置，該夾盤移動至少部分以該第一數值為基礎，並且測量和該靶材相對於該參考座標框架之空間關係有關的至少一數值；將該夾盤移動至第三位置，該夾盤移動至少部分以該第一數值為基礎，並且測量和該射束網格相對於該參考座標框架之空間關係有關的至少一數值；將該夾盤移動至第四位置，該夾盤移動至少部分以該第一數值、該第二數值、以及該第三數值為基礎，並且測量和該圖案相對於該參考座標框架之空間關係有關的至少一數值。
於又一項觀點中，本發明關於一種用以處理夾盤上之靶材的靶材處理系統，該系統包括：一可移動的夾盤，其包含至少一第一夾盤位置標記和一第二夾盤位置標記；一對準感測系統，其會被排列成用以偵測該等第一夾盤位置標記與第二夾盤位置標記，該對準感測系統包括至少一第一對準感測器和一第二對準感測器；一致動器，其會被排列成用於以該對準感測系統之至少一測量值為基礎將該夾盤移動至第一位置；以及一測量系統，其會被排列成用以測量和該夾盤之第一位置有關的至少一數值。
該第一夾盤位置標記相對於該第二夾盤位置標記的相對位置可能和該第一對準感測器相對於該第二對準感測器的相對位置實質上相同。該對準系統可能被排列成用以在實質上水平的方向中(x，y方向)測量該等夾盤位置標記。該系統可能進一步包括一最終投射系統，其會被排列成用以將一圖案化射束投射在該靶材上，且其中，該第一對準感測器係被排列在第一方向中(y軸)和該最終投射系統相隔一距離處而該第二對準感測器係被排列在第二方向中(x軸)和該最終投射系統相隔一距離處。
該系統可能進一步包括一最終投射系統，用以將一圖案化射束投射在該靶材上，以便在該靶材上形成一射束網格，其中，該第一對準感測器係被排列成用以偵測在第一方向中(y軸)和該射束網格相隔一距離處的位置標記而該第二對準感測器係被排列成用以偵測在第二方向中(x軸)和該射束網格相隔一距離處的位置標記。
該系統可能進一步包括一最終投射系統，用以將一圖案化射束投射在該靶材上，以便在該靶材上形成一射束網格，其中，該對準感測系統包括一或多個對準感測器，該等對準感測器會被排列成用以偵測和該射束網格相隔一距離處的位置標記，且其中，該系統進一步包括一測量系統，用以決定該等一或多個對準感測器和該射束網格之間的空間關係。
該測量系統可能會被排列成用以藉由決定每一個對準感測器的向量來決定該等一或多個對準感測器和該射束網格之間的空間關係，該向量描述在實質上水平的方向中(x，y方向)該對準感測器相對於該射束網格的位置。該對準感測系統可能包括至少一對準感測器，用以偵測該靶材及/或該夾盤之表面上的位置標記，該對準感測器包括：一光源，其會被排列成用以提供一對準光射束；一光強度偵測器，其會被排列成用以決定一反射對準光射束的光強度，其中，該反射對準光射束係因該表面反射該對準光射束而產生；以及一光學系統，其會被排列成用以將該對準光射束聚焦在該表面上並且將該反射對準光射束引導至該光強度偵測器上。
該夾盤可能於該夾盤上包括至少兩個夾盤位置標記，且其中，該測量系統會被排列成用以測量和該夾盤之第一位置有關的至少一數值，其包含：移動該夾盤用以對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器； 以及測量和該夾盤之目前位置有關的至少一數值。該測量系統和夾盤致動器可能會被排列成用以移動該夾盤，以便對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器，其包含在兩個水平軸中(x，y軸)移動該夾盤並且於必要時繞著一垂直軸(Rz方向)來旋轉該夾盤，以便達到對準之目的。
該系統可能會被排列成用以對準該等夾盤位置標記和該等對準感測器，其包括實施第一夾盤位置標記和第一對準感測器之對準以及第二夾盤位置標記和第二對準感測器之對準的極小的最小平方擬合。該系統可能進一步包括一夾盤位置測量系統，其包括至少兩個干涉計，且其中，測量和該夾盤之第一位置有關的至少一數值包括測量該等干涉計的輸出。該系統可能會被排列成用以利用位於該第一位置處的夾盤來初始化該等干涉計。該測量系統可能會被排列成用以儲存和該夾盤之第一位置有關的該至少一已測得數值作為夾盤初始化位置。
該系統可能進一步包括一水平感測系統，其包括複數個水平感測器，以及一位於該夾盤上的參考表面，該系統會被排列成用以測量和該參考表面相對於該等水平感測器之配向有關的至少一數值。該測量系統和致動器可能會被排列成用以在測量和該射束網格之配向有關的至少一數值之前先移動該夾盤用以對準該參考表面和該等水平感測器之水平感測器平面。
該水平感測系統可能會被排列成用以測量從該第一水平感測器至該參考表面的距離以及測量從該第二水平感測器至該參考表面的距離；以及該致動器會被排列成用以於必要時移動該夾盤，俾使得該參考表面會和該水平感測器平面一致。該水平感測系統可能會被排列成用以在實 質上垂直的方向中(舉例來說，z方向)測量和該表面相隔的距離。該水平感測系統可能包括一微分電容式感測系統。該水平感測系統可能包括：至少一第一水平感測器，其被排列在第一方向中(y軸)和該最終投射系統相隔一距離處；以及一第二水平感測器，其被排列在第二方向中(x軸)和該最終投射系統相隔一距離處。
10‧‧‧測量系統
11‧‧‧最終投射系統
12‧‧‧表面
13‧‧‧夾盤
14‧‧‧夾盤位置面鏡
15‧‧‧干涉計
16‧‧‧最終投射系統位置面鏡
17‧‧‧對準感測系統
18‧‧‧圖案化射束
19‧‧‧水平感測系統
20‧‧‧射束測量感測器
21‧‧‧射束測量感測器
22‧‧‧夾盤位置標記
23‧‧‧靶材
25‧‧‧參考平板
26‧‧‧表面
27‧‧‧夾盤位置標記
28‧‧‧夾盤位置標記
29‧‧‧原點
30‧‧‧中心
31‧‧‧表面
32‧‧‧射束阻隔結構
40‧‧‧高度測量系統
51‧‧‧微分電容式感測器
52‧‧‧第一測量電極
53‧‧‧第二測量電極
54‧‧‧護衛電極
55‧‧‧開口
57‧‧‧水平感測器
58‧‧‧水平感測器
59‧‧‧水平感測器
60‧‧‧射束網格
61‧‧‧對準感測器
62‧‧‧對準感測器
63‧‧‧支撐體
64‧‧‧原點或參考點
70‧‧‧曝光場
71‧‧‧框架
72‧‧‧撓曲件
73‧‧‧位置標記
74‧‧‧區域
75‧‧‧中心
76‧‧‧靶材位置標記
77‧‧‧靶材位置標記
78‧‧‧區域
80‧‧‧參考靶材
81‧‧‧靶材位置標記
401‧‧‧光源
402‧‧‧雷射
403‧‧‧對準光射束
404‧‧‧光纖
405‧‧‧光學系統
406‧‧‧準直器透鏡
407‧‧‧射束分歧器
408‧‧‧聚焦透鏡
409‧‧‧反射對準光射束
410‧‧‧光強度偵測器
411‧‧‧四分之一波板
412‧‧‧偏振器
413‧‧‧透明板
801‧‧‧照射光學模組
802‧‧‧射束源
803‧‧‧射束準直系統
804‧‧‧孔徑陣列與聚光透鏡模組
805‧‧‧孔徑陣列
806‧‧‧聚光透鏡陣列
807‧‧‧射束切換模組
808‧‧‧子射束遮擋器陣列
809‧‧‧投射光學模組
810‧‧‧射束阻止陣列
811‧‧‧射束偏折器陣列
812‧‧‧投射透鏡陣列
813‧‧‧對準內側子框架
814‧‧‧對準外側子框架
815‧‧‧主框架
816‧‧‧振動阻尼底座
817‧‧‧晶圓檯
818‧‧‧平台短行程
819‧‧‧長行程
820‧‧‧真空腔室
821‧‧‧微米金屬屏障層
822‧‧‧基底平板
823‧‧‧框架部件
824‧‧‧處理器單元
現在將依照附圖中所示之範例實施例來說明本發明，其中：圖1所示的係根據本發明之微影系統的實施例的一部分的概略剖面圖；圖2概略顯示根據本發明實施例之對準感測器和水平感測器的排列；圖3概略顯示本發明實施例的微分電容式感測器；圖4所示的係根據本發明實施例的對準感測器的略圖；圖5所示的係微影系統中的x方向、y方向、z方向、以及Rx旋轉方向、Ry旋轉方向、Rz旋轉方向的可能定義圖；圖6A所示的係夾盤之實施例的概略俯視圖；圖6B所示的係本發明實施例中多個對準感測器和一射束網格之間的空間關係的概略俯視圖；圖7所示的係射束測量感測器之實施例的概略俯視圖；圖8所示的係根據本發明實施例的位置標記(例如，靶材位置標記或夾盤位置標記)的概要略圖；圖9所示的係根據本發明實施例的位置標記之排列的概要略圖；圖10A至10B所示的係根據本發明實施例的測量與對準程序之第一部分的概要略圖； 圖11所示的係根據本發明實施例的測量與對準程序之第二部分的概要略圖；圖12A至12B所示的係根據本發明實施例的測量與對準程序之第三部分的概要略圖；圖13A至13B所示的係根據本發明實施例的測量與對準程序之第四部分的概要略圖；圖14A至14E所示的係根據本發明實施例的測量與對準程序之第五部分的概要略圖；圖15所示的係根據本發明實施例的微影系統的概要略圖。
下面為本發明特定實施例之說明，其僅透過範例提出並且參考上面的圖式。參考圖1，圖中提供的係一微影系統之剖面的概要略圖。一最終投射系統11可被排列成用以從一射束源處接收一射束並且投射一圖案化射束18於表面12上。圖1中並未顯示該射束源，但是，範例可在圖15中看見。最終投射系統11可能包括準直器、透鏡、偏折器、及/或其它(電氣)光學元件，用以整形及/或引導該圖案化射束。該最終投射系統11可能係一投射行的一(最後)部件，該投射行包括該射束源、偏折器、射束切換器及/或其它(電氣)光學元件。該投射行可能係一光學投射行或是一帶電粒子光學投射行。
圖案化射束18會被引導至表面12。表面12可能係一靶材(例如，晶圓)的表面，或是一感測器(例如，射束測量感測器20)的測量表面。該射束測量感測器及/或該靶材/晶圓可能會被提供在夾盤13上，直接位於 該夾盤上或是位於該夾盤上的另一元件上。該夾盤13可以在至少一個維度中移動，而且較佳的係，可以在多個維度中移動。
該微影系統可能具備一致動器系統，用以在一或多個維度中移動該夾盤。該致動器系統通常包括長行程平台和短行程平台，兩者會一起完成此等移動，並且可能係通常使用在微影系統中的類型。
最終投射系統11會被排列成用以聚焦該圖案化射束18於一聚焦平面上，而該微影系統會被排列成用以讓該表面12位於該聚焦平面上。該圖案化射束18可能包括單一射束或是多道子射束(有時候稱為小射束)，而且較佳的係包括大量的子射束。該圖案化射束18可被投射於表面12上，用以照射表面12上的一區域，本文中稱為「射束網格」。其中，該圖案化射束18包括多道子射束，該等子射束較佳的係會被引導至表面12上排列成網格形態的多個光點，以便在該表面上形成射束網格60。
為定義射束網格60相對於表面12的位置/配向，舉例來說，射束網格60的原點或參考點64可能會被定義為定位在穿過射束網格60中射束18之所有子射束的最小平方網格擬合處之參考射束(實數或虛數)的名義聚焦位置。射束網格60的x軸與y軸也可能會被定義，舉例來說，x軸穿過該原點並且平行於該射束網格上的子射束列，而y軸穿過該原點並且垂直於x軸。z軸也可能會被定義，舉例來說，垂直於水平感測系統19的水平感測器平面或是圖案化射束18的聚焦平面。此座標系統係以射束網格60為基準來定義，而且於本文中稱為射束網格座標系統。
在圖1中顯示一夾盤位置感測器系統的實施例，其包括一微分干涉計(differential interferometer)15。該微分干涉計可能使用兩個面鏡：一 夾盤位置面鏡14，其會被固定至該夾盤；以及一最終投射系統位置面鏡16，其可能會被固定至支撐體63或是被固定至最終投射系統11。依此方式，該干涉計會被排列成用以偵測移動並且偵測夾盤13相對於最終投射系統11的位置。該夾盤位置感測器系統可能包括一個以上微分干涉計，以便測量夾盤在一個以上方向中的位置，舉例來說，x軸微分干涉計被排列成用以測量x方向中的夾盤位置而y軸微分干涉計被排列成用以測量y方向中的夾盤位置。干涉計15可能係3軸干涉計。應該瞭解的係，亦可以使用其它類型的夾盤位置感測器系統來決定夾盤13相對於最終投射系統11的位置。
圖1還顯示對準感測系統17之實施例的一部分，其被排列成用以偵測一表面上的一位置標記。此位置標記可能被提供在夾盤13的表面上，也就是，夾盤位置標記；或者，其可能被提供在靶材的表面上，也就是，靶材位置標記。
圖1還顯示水平感測系統19之實施例的一部分。該水平感測系統19會被排列成用以偵測一水平感測器和表面12之間的距離，以便決定表面12在z方向中的位置。該水平感測系統19可能包括被排列在支撐體63上及/或最終投射系統11上，及/或被排列在其它合宜位置中，的感測器，舉例來說，電容式感測器。對準感測系統17和水平感測系統19的感測器較佳的係和最終投射系統11及射束網格60有固定的空間關係。
本發明可能提供一測量系統10，用以從夾盤位置測量系統15及/或對準感測系統17及/或水平感測系統19及/或射束測量系統處接收輸入及/或測量值。
圖2所示的係根據本發明之微影系統的實施例的剖面圖的 一部分。圖2顯示最終投射系統11和支撐體63的排列(於本實施例為環圈形式)以及對準感測系統17的各個部分。圖中所示的排列猶如從該行的射束源看去，注視該靶材，以便簡單和其它圖中所示座標作比較。
於此實施例中，對準感測系統17包括兩個對準感測器61、62，而水平感測系統19包括六個水平感測器57、58、59。圖中所示之最終投射系統11雖然有方形射束網格60；不過，亦可以使用矩形、長菱形、六角形、圓形、或是其它形狀的射束網格。水平感測器59可能被排列在最終投射系統11之底部表面，緊密靠近射束網格60。支撐體63會支撐對準感測器61、62以及水平感測器57、58，並且可能還會支撐干涉計面鏡16。
圖2中顯示該射束網格座標系統的x軸與y軸。於此實施例中，第一對準感測器61和第一水平感測器57係被排列在y軸中，而第二對準感測器62和第二水平感測器58係被排列在x軸中。該等對準感測器61、62以及水平感測器57、58係以和原點64基本上為固定空間關係的方式被安置，對準感測器61、62的射束軸位在和射束網格60之原點64相隔固定的距離處。
支撐體63可能懸掛自框架71。在圖1中顯示支撐體63如何透過三個撓曲件72(圖1中僅顯示兩個撓曲件)被連接至框架71。可能需要至少三個撓曲件方能在空間中定義該環圈的位置。該等撓曲件72可能包括一彈性材料或多個支撐桿，其利用有鏈或撓性接點或是利用連接線連接至能夠收縮的框架71及/或支撐體63。該等撓曲件72可以被膠黏在支撐體63的凹部中，如圖1中所示。從圖1和圖6中可以瞭解，舉例來說，倘若該最終投射系統因為溫度變化造成的熱膨脹而在徑向方向中(也就是，垂直 於圖案化射束18的軸線)膨脹的話，該膨脹並不會相對於表面12來移動該射束軸。支撐體63可能同樣會因為熱膨脹的關係而在徑向方向中膨脹，其便會相對於射束原點64移動該等對準感測器和水平感測器。支撐體63可能包括低熱膨脹材料，例如，玻璃陶瓷(Pyrex及/或Zerodur)，用以降低此效應。因為撓曲件72的關係，支撐體63的任何此種膨脹皆不會在框架71上的徑向方向中造成膨脹作用力。同樣地，因為撓曲件72的關係，框架71在徑向方向中的任何膨脹亦不會在支撐體63上造成膨脹作用力。這使得可以利用高熱膨脹材料(例如，鋁)來建構框架71，而不會對該等對準感測器和水平感測器相對於該射束網格的位置產生不適當的影響。
圖3概略顯示可以使用在本發明實施例中之水平感測系統19之中的微分電容式感測器51的實施例圖式。該電容式感測器可能包括第一測量電極52、第二測量電極53、以及護衛電極54，全部彼此電絕緣。該等電極52、53以及護衛部54可能各自形成包括一金屬(例如，銅)的薄層。該等第一測量電極與第二測量電極兩者可能具有類半月的形狀，而且在它們之間可能有一開口55。該等電極52、53以及護衛部54可能會被連接至一微分電容式高度測量系統(舉例來說，圖1中所示的高度測量系統40)的處理單元，該微分電容式高度測量系統被排列成用以決定距離及/或傾斜測量值。為決定傾斜，可能需要用到兩對測量電極，舉例來說，如圖3中所示的兩個感測器結構。
開口55可能被排列成使得一對準光射束和一反射對準光射束可以在該等對準感測器之其中一者的操作期間通過開口55。由於此種排列的關係，該微分電容式感測器51的距離測量會在開口55之中心的下方進 行，位於對準感測器之射束軸的位置處，因此，水平測量能夠在對準感測器正在進行讀取的位置處進行。同樣地，傾斜可以在開口55之中心處利用兩對測量電極來測量。此等電極可被排列成使得其中一對位於另一對頂端而且兩對皆可能被排列在開口55周圍。第一對測量電極的配向可能會和第二對測量電極的配向產生偏移，舉例來說，偏移90度。
水平感測系統19，舉例來說，利用電容式感測器，能夠進行絕對距離測量。於此情況中，水平感測系統19的感測器可以經過校正，用以在一水平感測器平面處產生一已知的讀數，舉例來說，零讀數。該水平感測器平面可能大體上在x，y平面中，而且該校正會被實施俾使得該水平感測器平面盡可能和圖案化射束18之聚焦平面一致。
圖4概略顯示根據本發明實施例的對準感測器的概要略圖。光源401可能包括一雷射402，用以提供一對準光射束403。雷射402可能會被排列成用以提供一對準光射束403，其波長在600至650nm的範圍之中，或者約635nm。光源401可能進一步包括一光纖404，用以將光射束403從雷射402處引導至光學系統405。離開光纖404的對準光射束可能會有接近完美的高斯輪廓並且可以輕易地準直。該光源可能包括一準直器透鏡406，其會被排列成用以準直來自光纖404的光射束403。然而，當沒有使用光纖而且該雷射或是另一光產生裝置提供一已準直的光射束時，則可能不需要用到準直透鏡406。
於另一實施例中，光源401會被排列成用以提供一貝索(Bessel)光射束。貝索光射束的特徵可能為在貝索光射束的光點中的能量輪廓(舉例來說，以和中心相隔之距離為函數的強度)可以利用貝索函數來描 述，取代高斯函數。貝索光射束的優點係光點可以很小，而聚焦深度很大。
光學系統405可能進一步包括一射束分歧器407，用以將光射束403引導至表面12。光學系統405可能包括一聚焦透鏡408，用以將對準光射束403聚焦在表面12上。反射對準光射束409係因對準光射束403在表面12上反射而產生。聚焦透鏡408可能還被用來準直反射射束409。該射束分歧器可能接著將反射射束409引導致光強度偵測器410。
光強度偵測器410可能包括光二極體或是工作在光伏特模式中的無偏壓矽質PIN二極體。相較於光二極體之偏壓模式操作，此模式可以降低被產生的熱量。該光強度偵測器可能還包括一運算放大器，用以將來自該光二極體的電流轉換成可被濾波的電壓。經過濾波的電壓可被轉換成一數位訊號，其可被處理單元(舉例來說，對準感測系統17的處理單元)使用。光強度偵測器410的主動區可能大於離開射束分歧器407之反射對準光射束409的直徑。
另一聚焦透鏡(圖4中並未顯示)可被定位在射束分歧器407和光強度偵測器410之間，用以將該反射對準光射束聚焦在該主動區上，以便利用離開射束分歧器407的所有能量。於非偏振射束分歧器中的情況可能係對準光射束403中的50%會被引導至表面12，而另外的50%可能會遺失。而反射對準光射束中的50%可能會被引導至該光強度偵測器，而另外的50%可能會遺失。這暗示著對準光射束403中的75%會遺失，也就是，沒有用於位置偵測。所以，在對準感測器的實施例中可能會使用偏振射束分歧器407。於此情況中，該光源可以提供一已偏振的對準光射束403。該光源可能包括一偏振器412，其被排列成用以將非偏振光射束轉換成有偏振 光射束。
對準光射束403可能係一S10有偏振光射束，在圖4中以黑點表示。偏振射束分歧器407可能會被排列成用以將該有S偏振的對準光射束引導至該表面。該光學系統可能進一步包括一四分之一波板411，其可能位於該偏振射束分歧器407和該聚焦透鏡408之間。當對準光射束403前進經過該四分之一波板411時，其可能會將其偏振從S偏振改變成右圓形偏振，如圖4中的彎曲箭頭所示。
當對準光射束403被表面12反射時，偏振可能會再次改變；該反射對準光射束409可能會有左圓形偏振，如圖4中的另一彎曲箭頭所示。當該反射對準光射束409前進經過該四分之一波板411時，其可能會將其偏振從左圓形偏振改變成圖4中的筆直箭頭所示之P偏振。偏振射束分歧器407可能被排列成用以將該有P偏振的反射對準光射束引導至該光強度偵測器410。使用有偏振的對準光射束、有偏振的反射對準光射束、以及偏振射束分歧器可以減少雜散光、反向反射、以及射束分歧器中的能量損失。再者，偏振濾波器412可被排列成用以最小化反向回到光源之中的光反射。
於對準感測器的實施例中，聚焦透鏡408會被排列成用以協同透明板413將對準光射束403聚焦在表面12上，該透明板413可能會折射該對準光射束403和該反射對準光射束409兩者。折射會相依於該透明板413的材料。
高度測量系統40可能被提供用以測量該等對準感測器與該表面12之間的距離h及/或該等對準感測器相對於該表面的傾斜。利用和該 對準感測器與該表面之間的距離h及/或該對準感測器相對於該表面的傾斜有關的資訊，該致動器可被排列成用以移動該夾盤，以便調整該距離h及/或該傾斜。此高度測量系統可能係光學式高度測量系統或是電容式高度測量系統，並且可能和水平感測系統19分離或是為該水平感測系統19的一部分。
一微分電容式感測器(如圖3中所示的感測器51)可能被排列在圖4中所示的透明板413上。此感測器可被使用在高度測量系統或是水平感測系統19之中。於此排列中，該電容式感測器和對準感測器射束403之聚焦平面(其為表面12之理想定位處)之間的距離可為最小，這非常有利，因為當該感測器和其面對的物體(於本案例中為表面12)之間的距離增加時電容式感測器的效能會下降。
於一實施例中，對準感測系統17包括兩個對準感測器，例如，圖2中所示的感測器61、62，而且每一個對準感測器可能係根據本文件中所述之實施例。利用兩個對準感測器可以簡單地決定一具有兩個位置標記之表面在兩個維度中(舉例來說，x方向與y方向，或是偏斜方向與掃描方向)的位置。掃描方向或軸線在電子射束微影術中可能和靶材(例如，晶圓)在圖案化期間被機械性移動的方向有關；而偏斜方向或軸線則可能和圖案化射束(或子射束)在圖案化期間被偏斜的方向有關。
如上面所提，夾盤13可以在至少一個維度或方向中移動，且較佳的係，可以在兩個(舉例來說，x、y)或三個(舉例來說，x、y、z)維度中移動。夾盤13亦可以在至少一個旋轉方向中(舉例來說，Rz)、兩個旋轉方向中(舉例來說，Ry、Rz)、或是三個旋轉方向中(舉例來說，Rx、Ry、Rz) 移動。圖5所示的係微影系統中此等方向的其中一種可能的定義，圖中顯示x方向、y方向、z方向、以及Rx旋轉方向、Ry旋轉方向、Rz旋轉方向。於此排列中，x方向中的移動代表水平平移該夾盤；在y方向中，夾盤係在另一方向中(其可能垂直於x方向)水平平移；而在z方向中(其可能垂直於x方向與y方向)，夾盤則垂直平移。Rx方向中的移動代表夾盤繞著x軸旋轉；在Ry方向中，夾盤繞著y軸旋轉；而在Rz方向中，夾盤則繞著z軸旋轉。圖5還顯示每一個方向之記號的定義，舉例來說，正向方向為箭頭的方向，因此，可以定義某個特殊方向中的正向移動與負向移動兩者。
圖5中所示的方向定義可以使用在微影系統的不同座標系統中，舉例來說，使用在夾盤座標系統中用以定義相對於夾盤13的位置與移動，使用在靶材座標系統中用以定義相對於靶材23的位置與移動，以及使用在射束座標系統中用以定義相對於射束網格60和原點64的位置與移動。然而，此等不同的座標系統亦可以使用該等方向之不同定義。
夾盤座標系統可能由一穿過該等夾盤面鏡14的平均平面以及靶材23之表面12的名義平面來定義。於此實施例中，x軸與y軸係被定義成該等平均面鏡表面和該靶材表面平面之間的相交線。而垂直z軸則被定義成垂直於該平均靶材表面水平。夾盤座標系統的原點落在該靶材表面平面和定位在該夾盤上之靶材的指定(幾何)中心的交點處。於此實施例中，夾盤之原點的垂直位置(在z方向中)可能會因每個靶材而不同。另外，因為該等夾盤座標的x軸與y軸於本實施例中不需要正交，所以，Rz方向中介於該等夾盤和射束座標之間的旋轉可被測量為介於兩個座標系統的y軸之間的角度。
測量系統10可被排列成用以回報夾盤13及/或靶材23相對於射束網格60(舉例來說，相對於該射束網格之原點64及/或相對於該射束網格之一或多條軸線)的位置。舉例來說，測量系統10的座標系統(舉例來說，具有座標[x,y,z,Rx,Ry,Rz])可能係指目前被定位在射束網格60之原點64處的夾盤座標系統(也就是，該夾盤座標系統的原點在射束網格60之原點64處)的座標[x,y,z]以及相對於該射束網格之原點和軸線所測得之該夾盤的旋轉[Rx,Ry,Rz]。該測量系統10可能會使用來自夾盤位置測量系統15、對準感測器61、62、水平感測器57、58、59、及/或射束測量感測器20的測量輸入來回報此等位置。
該測量系統10座標系統可能會定義夾盤座標(也就是，相對於該夾盤的座標)和射束網格座標(也就是，相對於該射束網格的座標)之間的轉換。對水平平面來說，[x,y,Rz]中的測量系統座標系統可被定義為在x方向、y方向、以及Rz方向中從射束網格座標轉換至夾盤座標。該測量系統10可能回報在射束網格60之原點64處於x-y平面中所觀察到的夾盤座標。對垂直平面來說，測量系統座標[z,Rx,Ry]定義從夾盤座標轉換至射束網格座標。該測量系統可能回報該靶材相對於該射束網格座標系統的高度與傾斜。該測量系統座標系統的(記號)定義可能如圖5中所示。
本發明之實施例雖然根據此種排列來說明；不過，亦可以使用許多其它座標系統來說明本文中所述的測量與移動方向，而且本發明並不受限於圖5中所示的特殊排列。
圖6A所示的係夾盤13之實施例的概略俯視圖。夾盤13具備一射束測量感測器21和多個夾盤位置標記22，它們會結合在單一單元20 之中。於圖6A中所示的實施例中，該等夾盤位置標記22的形式為配向在x方向與y方向中的格柵；夾盤位置標記22亦可能具有配向在x方向與y方向中但是為任何其它數量的格柵。
圖6A中的射束測量感測器21雖然具有圓形形狀；但是，其亦可具有矩形形狀或是其它形狀。夾盤13可能支撐靶材23(舉例來說，晶圓)。該靶材的表面可能具備四個靶材位置標記76、77。該等靶材位置標記76、77係被排列在曝光場70周圍。靶材經常包括許多曝光場70。曝光場70可能會有矩形形狀。該等四個靶材位置標記76、77可被定位在該矩形形狀之側邊的末端處或是其它位置處；但是，較佳的係，該等靶材位置標記中沒有任何一者相鄰於另一者。本實施例中的夾盤13具備兩個夾盤位置面鏡14，它們被安置在該夾盤的側邊，俾使得該等面鏡彼此垂直。該夾盤13可以在至少x方向與y方向中移動，因此，射束測量感測器和靶材亦可以在至少x方向與y方向中移動。
夾盤13還具備一參考平板25，其包括一表面26以及夾盤位置標記27、28。該等夾盤位置標記27、28較佳的係被排列成分離距離和該等第一對準感測器61與第二對準感測器62之間的分離距離名義上相同，而且較佳的係具有相同的空間排列。該等夾盤位置標記可能係2維標記，舉例來說，用以x方向與y方向中進行讀取與對準。兩個2維標記可被用於該等兩個對準感測器之中，如圖6A中的實施例之中所描繪。另一種作法係使用1維夾盤位置標記，每一個對準感測器使用兩個1維標記，如圖8中所示之實施例中所描繪。
圖61B所示的係本發明實施例中介於對準感測器61、62和射 束網格60之間的空間關係的概略俯視圖。圖中所示的排列猶如從該行的射束源看去，注視該靶材，以便簡單和其它圖中所示座標作比較。如從圖6A與圖6B中所看見，該等夾盤位置標記27、28的分離距離及空間排列雖然可能和該等對準感測器61、62及射束網格60的分離距離及空間排列一致；不過，在分離距離及/或空間排列中可能會出現特定誤差。
圖7所示的係射束測量感測器21的概略俯視圖。該射束測量感測器可能包括一(測量)表面31，其可能被排列成用以偵測以一入射射束入射在表面31上的位置為函數之該入射射束的強度。該射束測量感測器可能還包括夾盤位置標記22以及以二維圖案排列在表面31上的數個射束阻隔結構32。圖案化射束18可能包括數道子射束，而且阻隔結構的圖案可能被排列成具有對應於被投射在表面31上之射束網格60中相鄰子射束間之名義距離的間距。於此情況中，每一道子射束可能會在一對應的阻隔結構32上方掃描，用以辨識一或多項相關的子射束參數，例如，子射束位置。
構成夾盤位置標記22的二維圖案及帶電粒子阻隔結構的二維圖案之間的空間關係彼此具有預設的關係。較佳的係，該等兩個之間的空間關係會使得該等夾盤位置標記22的中心30和阻隔結構32之二維圖案的幾何中心一致。阻隔結構之圖案的幾何中心可被定義為和所有周遭阻隔結構相隔距離之平方總和為最小的位置。
圖8所示的係根據本發明實施例的位置標記73(例如，靶材位置標記或夾盤位置標記)的概要略圖。該等位置標記73被設計成用以提供能夠被對準感測器61、62精確偵測到的標記。該等位置標記可能包含能夠被該等對準感測器偵測到之從其中一個區域至另一個區域的邊緣或過渡 區，舉例來說，讓光射束從該標記處反射並且被該等對準感測器接收。該等位置標記可能包含數個此等邊緣或過渡區，以便讓該等對準感測器區分該等位置標記之不同位置或配向。該等位置標記73可能包括數個區域74，其中，第一反射區域的反射係數高於第二反射區域，反之亦然。或者，甚至除此之外，該等區域74可能包括第一***區域和第二非***區域，俾使得，舉例來說，能夠藉由從該等區域處反射之光射束的干涉圖案或相位來區分該等第一區域和第二區域。
圖9所示的係根據本發明實施例的靶材位置標記76、77之排列的概要略圖。該靶材可能需要在其表面上形成多個圖案，而且該等靶材位置標記76、77可能會於圖案化被形成在該靶材上之第一圖案期間被形成在該靶材上，俾使得該等標記與該第一圖案有固定的空間關係。被形成在該靶材上的後續圖案可能會對準先前已被形成在該靶材上的圖案，俾使得所有該等圖案彼此對準。
該等靶材位置標記76、77可被排列圍繞該靶材上的場域70。該等靶材位置標記可被排列成讓兩個標記76定位在該靶材的其中一條軸線(舉例來說，x軸)上並且讓兩個標記77定位在該靶材的另一條軸線(舉例來說，y軸)上。每一條軸線中該等靶材位置標記之間的最小分離距離容許更精確測量該靶材之表面的位置與傾斜。於其中一實施例中，每一條軸線中該等靶材位置標記分離至少26mm。
於圖9中所示的實施例中，四個靶材位置標記被排列在區域78裡面和該靶材之中心75相隔指定距離內，舉例來說，該靶材之中心的±33mm裡面。兩個標記76被排列在該靶材上該圖案的x軸上，而兩個標記 77則被排列在該靶材上該圖案的y軸上。該等靶材位置標記可能位於該靶材表面上該等場域之間的切割線之中。
為達疊置之目的，重要的係能夠在夾盤之任何位置處再生射束網格至對準感測器向量。倘若夾盤在不同的對準感測器測量之間或是在射束感測器測量與對準感測器測量之間旋轉的話，此再生性會更為複雜。為保持該程序盡可能簡單，夾盤的Rx、Ry、以及Rz位置在所有對準感測器測量和射束感測器測量中可能為固定。
夾盤初始化程序可被用來讓微影系統精確測量夾盤13的移動並且追蹤夾盤位置。當夾盤位置感測器系統使用微分干涉計時，該系統需要被初始化方能決定夾盤13的目前位置，因為該等干涉計僅測量相對位置。倘若微影系統的特定部件被更換或是當干涉計遺失它的測量訊號時，便可能要實施夾盤初始化。初始化程序的範例說明如下並且描繪在圖10A與圖10B之中。
特定的夾盤位置(舉例來說，用於射束位置測量所需要的夾盤位置以及夾盤上的晶圓位置)會在測量系統座標中進行校正。這係為達此等夾盤移動之再生性的目的，俾使得每一次相同的測量系統座標會表示該射束網格60及/或該等對準感測器61、62下方該夾盤中相同的位置。
用以移動夾盤的致動器系統可能會有感測器或編碼器，以便決定夾盤的粗略位置。初始化可能從粗略初始化程序開始，用以在足夠精確的極限內將夾盤13帶至一已知位置裡面，使得能夠利用來自該夾盤位置測量系統(舉例來說，該等干涉計)的測量資料來控制進一步的夾盤13移動。
在圖10A中所示之夾盤初始化的第一步驟中，夾盤13會被 移動用以利用對準感測器61、62將夾盤位置標記27、28定位在參考平板25上。藉由將夾盤13移動至該等夾盤位置標記27、28能夠被對準感測器61、62讀取的位置便可以達成此目的。該致動器系統會移動該夾盤13，用以達成該等夾盤位置標記和該等對準感測器之最佳擬合對準，如圖10B中所示。舉例來說，可能會取得該等標記27、28之位置的四個標記讀數，該等兩個對準感測器61、62中每一者各會在x方向中取得一個讀數並且在y方向中取得一個讀數，而且夾盤會在該等x方向與y方向中移動並且在Rz方向中(繞著z軸)旋轉至最小化該等標記27、28之位置偏離該等對準感測器61、62之位置的偏差平方總和的位置處。這會以該等對準感測器61、62為基準來定義夾盤13之已知的x位置、y位置、以及Rz位置。
在第二步驟中，當夾盤13被定位成讓參考平板25位於對準感測器61、62下方時，水平感測器會測量和該參考平板之表面26相隔的距離。，夾盤13會以此水平測量為基礎在z方向中移動並且於必要時在Rx方向與Ry方向中旋轉，俾使得該參考平板表面26位在水平感測器平面中。這會以該等對準水平感測器61、62為基準來定義夾盤13之已知的z位置、Rx位置、以及Ry位置。
在第三步驟中，夾盤位置系統會因夾盤13處在此位置而被初始化，舉例來說，在此夾盤位置處從干涉計15、16處取得的測量數值可被儲存當作x維度、y維度、z維度、Rx維度、Ry維度、以及Rz維度中的夾盤初始化位置。舉例來說，可以表示成座標[x,y,z,Rx,Ry,Rz]init。請注意，該等測量數值和此等座標代表夾盤相對於該等對準感測器之位置的位置。
夾盤初始化位置之再生性會影響微影系統之度量系統的校 正再生性，而且其還會影響所有其它位置測量的精確性，例如，測量系統座標中的射束位置測量感測器、靶材座標中的名義靶材位置、Rz粗略對準精確性、…等。干涉計初始化位置係6個自由度的位置，用以在該參考平板對準該等對準感測器(針對x位置、y位置、以及Rz位置)並且對準水平感測器平面(針對z位置、Rx位置、以及Ry位置)時在測量系統座標中定義夾盤的座標。
由於對準感測器位置以及夾盤上靶材之裝載位置的不確定性的關係，所以，可以實施初始化以便以該等對準感測器為基準來建立靶材之中心的位置。
參考靶材80會被裝載在夾盤13上，如圖11中所示。該參考靶材係一特殊靶材，靶材位置標記81表示它的中心點。具有參考靶材80的夾盤13會被定位成讓該參考靶材的中心對準在第一對準感測器(舉例來說，對準感測器61)下方。此第一夾盤位置會被測量，而且用以描述該第一位置的第一向量會被推知，舉例來說，測量系統座標中的向量[x,y]TargetCenterToFirstSensor。接著，具有參考靶材80的夾盤13會被定位成讓該參考靶材的中心對準在第二對準感測器(舉例來說，對準感測器62)下方。此第二夾盤位置會被測量，而且用以描述該第二位置的第二向量會被推知，舉例來說，測量系統座標中的向量[x,y]TargetCenterToSecondSensor。此等向量以該等對準感測器為基準來建立該參考靶材之中心的位置。
此校正較佳的係在對最終投射系統11或是其任何器件進行任何更換或調整之後被實施一次。參考靶材會從該夾盤13處被移除而要被處理的靶材則會被裝載於該夾盤13上。
讓夾盤對準已校正之機械掃描方向亦可能會被實施。在夾盤初始化程序之後，該夾盤13配向仍和最終投射系統11所產生之圖案化射束18(也就是，射束網格60)的對準或是被定位在夾盤13上之靶材23的對準沒有任何直接關係。
夾盤13會被移動，俾使得射束18落在射束測量感測器20上，如圖12A中所示。當射束18包括多道子射束時，子射束間之分離距離的測量便可能會被實施。在此測量中，由多道子射束組成的網格會掃射跨越該射束測量感測器20的阻隔結構，並且可以利用最終的強度數值在測量系統座標中決定，舉例來說，子射束之間的距離、平均子射束至相鄰子射束的拼接向量(stitch vector)、射束網格的大小、以及射束網格的配向。此校正可能會在每一次投射透鏡整合之後或是在初始化位置已經不合格時(舉例來說，在夾盤交換或是干涉計重新整合之後)被實施一次。
接著，夾盤13可以在Rz方向中旋轉，俾使得該夾盤的y軸(先前已在初始化期間被決定)會對準射束網格60之已校正的y軸，如圖12B中所示。目前的夾盤13位置現在會等於[x,y,z,Rx,Ry,Rz]init-[0,0,0,0,0,Rz]BeamGridt。這能夠讓夾盤在測量系統座標的y方向中移動，用以在預期的機械掃描方向中產生移動，舉例來說，俾使得相鄰射束所寫入的圖案彼此正確地拼接。
在裝載靶材23於夾盤13上之後，該夾盤便會被放置在使得靶材表面(平均或是中心)會對準圖案化射束18之聚焦平面的配向中，而且靶材佈局的y軸會對準射束網格的y軸。此等[Rx,Ry,Rz]測量系統座標會被使用在所有對準感測器測量及射束位置感測器測量中。
在曝光情境期間從利用對準感測器進行第一次測量的瞬間至最後一次測量為止，重要的係，射束網格至對準感測器向量要保持完全相同。這會要求該等對準感測器向量至該射束網格軸線的機械穩定度保持穩定。所以，該等對準感測器係被安置在一「下膨脹環」之中。
全域性對準的第一步驟係傾斜測量。靶材表面相對於水平感測器平面的傾斜會被測量，並且接著夾盤會被定位成使得位於中心處的靶材表面會對準投射透鏡的聚焦平面。達成此目的的其中一種方法係藉由實施圖25中所示之下面步驟。應該瞭解的係，針對對準程序的所有部分來說，本文中所述之某些步驟可以不同的順序來實施而且某些步驟可被結合成單一步驟(舉例來說，省略中間的夾盤移動)，其並不會改變最終結果。
夾盤13會在必要時於x方向與y方向中移動，用以將夾盤13的原點29定位在射束網格60的原點64下方，如圖13A中所示。夾盤13還會在必要時於z方向中移動，用以將夾盤的原點29定位在最終投射系統11的聚焦平面之中。夾盤的原點29和參考平板對準標記27、28及表面26有固定的空間關係。夾盤初始化程序會讓干涉計系統測量夾盤13相對於射束網格60的位置，俾使得夾盤的原點29會對準射束網格60的原點64。
夾盤13在必要時於Rx方向與Ry方向中旋轉，用以在水平感測器平面中對準該參考平板表面26，如圖13B中所示，而且該夾盤會在Rz方向中進一步旋轉，以便讓夾盤13的y軸對準射束網格60的y軸。這係和夾盤初始化結束時相同的Rx位置、Ry位置、以及Rz位置，也就是，[0,0,0,Rx,Ry,Rz]init-[0,0,0,0,0,Rz]yBeamGridt。於此夾盤位置中，靶材表面12的水平係利用對準水平感測器57、58來測量。此測量以該水平感測器平面為基準。
水平感測系統19可被校正，俾使得該水平感測器平面名義上會和圖案化射束18的聚焦平面一致。然而，在該等兩個平面之間可能有小偏差，這在校正期間可能要謹慎注意。利用該等校正設定值，夾盤13會於必要時在Rx方向與Ry方向中旋轉，用以讓該靶材表面對準該最終投射系統11的聚焦平面。
下一個步驟係對準該夾盤，俾使得該靶材佈局對準射束網格的y軸，以及決定該靶材之原點的位置。這涉及在x方向、y方向、以及Rz方向中全域性對準。達成此目的的其中一種方法係藉由實施圖14A至圖14E中所示的下面步驟。
於此時點，沿著測量系統座標之y軸的移動雖然名義上等於沿著機械掃描方向的移動；但是，最終，該靶材佈局的y軸必須對準該射束網格。此對準發生在靶材被載入治具之中以後的全域性對準期間。
夾盤13會移動距離[x,y]TargetCenterToSecondSensor，用以將靶材的中心定位在第一對準感測器(舉例來說，對準感測器61)下方，如圖14A中所示。
在裝載該靶材之前，晶圓裝載系統會測量靶材位置相對於「名義」靶材位置的偏移。參考靶材的中心雖然為已知；但是，要被圖案化之靶材的中心的位置卻可能與該已知數值略微不同。該晶圓裝載系統可能會回報與該參考靶材裝載有多少偏移量。當靶材被裝載於該晶圓裝載系統中的夾盤上時利用相機來確定該等靶材位置標記便可達成此目的。
此偏移以及該靶材上該等靶材位置標記的靶材座標會被用來計算該等靶材位置標記的掃描參數。該等掃描參數通長包含步進移動的開始位置與結束位置以及掃描速度。夾盤會被移動用以將每一個x軸靶 材位置標記76定位在第一對準感測器61下方並且測量該等x軸靶材位置標記相對於該射束網格的實際位置，如圖14B中所示。
夾盤13接著會移動距離[x,y]TargetCenterTargetToFirstSensor，用以將靶材的中心定位在第二對準感測器(舉例來說，對準感測器62)下方，如圖14C中所示。夾盤會被移動用以將每一個y軸靶材位置標記77定位在第二對準感測器62下方並且測量該等y軸靶材位置標記相對於該射束網格的實際位置，如圖14D中所示。
該靶材佈局在Rz方向中的旋轉係在測量系統座標中依照該射束網格被算出。夾盤13會在Rz方向中旋轉該計算量，以便讓該等靶材佈局座標對準該射束網格的y軸，如圖14E中所示。
該靶材在測量系統座標中的偏移會連同該靶材在測量系統座標中的旋轉一起被算出。這會導致靶材與測量系統座標之間的轉換，其可以下面的轉換矩陣來表示
其中，T為2x1平移向量，用以描述靶材之原點在測量系統座標中的位置；而R為2x2旋轉矩陣，用以描述靶材之每一條軸線(x軸與y軸)在測量系統座標中的配向。該轉換描述晶圓在測量系統座標中的偏移，以便讓第一靶材位置標記對準第一對準感測器並且讓第二靶材位置標記對準第二對準感測器。
圖15所示的係根據本發明實施例的微影系統的概要略圖，其可能包括本文中所述之微影系統的元件。該微影系統較佳的係被設 計成模組型式，以允許方便維修。主要的子系統較佳的係以自給式且可抽取式模組來建構，俾使得它們能夠從該微影機處被移除，而對其它子系統造成的干擾盡可能很少。這特別有利於被封閉在真空腔室之中的微影機，其中，接取該部機器會受到限制。因此，發生故障的子系統能夠迅速地被移除並且更換，而不需要中斷連接或是干擾其它系統。
於圖15中所示的實施例中，此等模組式子系統包含：一照射光學模組801，其可能包括射束源802與射束準直系統803；一孔徑陣列與聚光透鏡模組804，其包含孔徑陣列805與聚光透鏡陣列806；一射束切換模組807，其包含子射束遮擋器陣列808；以及投射光學模組809，其包含射束阻止陣列810、射束偏折器陣列811、以及投射透鏡陣列812。上面所述的最終投射系統可能係指投射透鏡陣列812。
該等模組可能會被設計成用以從一對準框架處滑入與滑出。於圖15中所示的實施例中，該對準框架可能包括一對準內側子框架813與一對準外側子框架814。在上文中已經說明過用於連接該最終投射系統和框架71的撓曲件。在圖15中並沒有顯示此連接且因而沒有顯示該等撓曲件。然而，框架71可能對應於對準內側子框架813或對準外側子框架814。主框架815可以透過振動阻尼底座816來支撐體63撐該等對準子框架813與814。晶圓或靶材係座落在晶圓檯817上，該晶圓檯817接著會被安置在夾盤13上。
為簡化起見，在上面的說明中並沒有提及晶圓檯817。夾盤13座落在平台短行程818和長行程819之上。平台短行程818和長行程819可能包括上面所述的致動器系統。微影機可能被封閉在真空腔室820之 中，該真空腔室820可能包含一或多層微米金屬屏障層821。該系統可能座落在基底平板822上並且可能受到框架部件823支撐。
該等各種模組通常需要用到大量電訊號及/或光學訊號以及電功率來操作該等模組。真空腔室內部的該等模組可以從通常位於該腔室外面的處理器單元824處接收此等訊號。
圖案化射束可能由準直器透鏡系統803來準直。經過準直的射束會照射在一孔徑陣列805上，該孔徑陣列805會阻隔該射束的一部分，用以創造複數道子射束。該微影系統較佳的係被排列成用以產生大量子射束，較佳的係，約10,000至1,000,000道子射束。該等子射束可穿過聚光透鏡陣列806，該聚光透鏡陣列806可將該等子射束聚焦在射束遮擋器陣列808的平面之中，該射束遮擋器陣列808包括用以偏折該等子射束中一或多道子射束的複數個遮擋器。該等經偏折子射束和未經偏折子射束可能抵達射束阻止陣列810，該射束阻止陣列810可能有複數個孔徑。子射束遮擋器陣列808和射束阻止陣列810可能一起操作用以阻隔該等子射束或是讓該等子射束通過。倘若子射束遮擋器陣列808偏折一子射束的話，其便不會通過射束阻止陣列810中的對應孔徑，取而代之的係，其將被阻隔。倘若子射束遮擋器陣列808沒有偏折一子射束的話，那麼，其便會通過射束阻止陣列810中的對應孔徑，並且通過射束偏折器陣列811以及投射透鏡陣列812。
射束偏折器陣列811可用以在x方向及/或y方向中(實質上垂直於該等未經偏折子射束的方向)偏折每一道子射束，以便掃描該等子射束跨越靶材的表面。該等子射束可能通過投射透鏡陣列812並且可被投射 在靶材上。該投射透鏡陣列812較佳的係提供高達500倍等級的縮倍數(相依於特定的電子-光學佈局)。該等子射束可能照射被定位在用於攜載靶材之可移動夾盤13上的靶材之表面。
在微影術應用中，靶材經常係一具備帶電粒子敏感層或光阻層的晶圓。微影系統可能操作在真空環境之中。真空可能為所希，以便移除可能被該等射束離子化並且被吸引至射束源的粒子、可能解離並且被沉積在機器器件上的粒子、以及可能分散該等射束的粒子。為保持真空環境，微影系統可能被放置在一真空腔室之中。該微影系統的所有主要元件(其包含該射束源、該光學行、以及該可移動的夾盤)較佳的係被容納在一共同的真空腔室之中。
可以瞭解的係，使用電子射束來圖案化一靶材的微影系統之已述實施例經過適當修正後亦可套用至使用光射束來圖案化一靶材的微影系統。應該瞭解的係，本文併入上面說明係為解釋較佳實施例的操作而沒有限制本發明之範疇的用意。熟習本技術的人士從上面的討論中便明白隨附申請專利範圍所涵蓋並且落在本發明之精神與範疇裡面的許多變化。
13‧‧‧夾盤
23‧‧‧靶材
25‧‧‧參考平板
26‧‧‧參考平板25的表面
27‧‧‧夾盤位置標記
28‧‧‧夾盤位置標記

Claims (14)

  1. 一種操作用以處理夾盤(13)上之靶材(23)的靶材處理系統的方法，該方法包括：在該夾盤(13)上提供至少一第一夾盤位置標記(27)和一第二夾盤位置標記(28)；提供一對準感測系統(17)，其被排列成用以偵測該些第一和第二夾盤位置標記(27，28)，該對準感測系統(17)至少包括一第一對準感測器(61)和一第二對準感測器(62)；提供一夾盤位置測量系統，其包括至少兩個微分干涉計(15)且被排列成測量相對於該靶材處理系統的一最終投射系統之該夾盤的位置；提供一水平感測系統(19)，其包括複數個水平感測器(57、58、59)，以及在該夾盤(13)上提供一參考表面(26)，其中該水平感測系統(19)會被排列成用以在實質上垂直的方向中(z方向)測量和該表面(12)相隔的距離；以該對準感測系統(17)之至少一測量值為基礎將該夾盤(13)移動至第一位置，移動該夾盤的動作包括移動該夾盤用以對準該些第一和第二夾盤位置標記和該些第一和第二對準感測器以及藉由該些第一和第二對準感測器偵測該些第一和第二夾盤位置標記；測量和該參考表面(26)相對於該水平感測器之配向有關的至少一數值，以及移動該夾盤(13)用以對準該參考表面(26)和該些水平感測器(57、58、59)之水平感測器平面，使得在該第一位置處，該些第一和第二夾盤位置標記與該些第一和第二對準感測器對準且該參考表面與該水平感測器平面對準； 測量和該夾盤之該第一位置有關的至少一數值，其中，測量和該夾盤之該第一位置有關的至少一數值包括測量該些微分干涉計的輸出，以及基於和該夾盤之該第一位置有關的該至少一數值之測量，利用位於該第一位置處的該夾盤(13)來初始化該些微分干涉計(15)的每一個。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該第一夾盤位置標記(27)相對於該第二夾盤位置標記(28)的相對位置和該第一對準感測器(61)相對於該第二對準感測器(62)的相對位置實質上相同。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項的方法，其進一步包括提供該最終投射系統(11)，其會被排列成用以將一圖案化射束(18)投射在該靶材(23)上，且其中，該第一對準感測器(61)被排列在第一方向中(y軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處而該第二對準感測器(62)被排列在第二方向中(x軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處。
  4. 根據申請專利範圍第1項或第2項的方法，其進一步包括投射一圖案化射束(18)在該靶材上，用以在該靶材上形成一射束網格(60)，以及決定該些對準感測器和該射束網格(60)之間的空間關係。
  5. 根據申請專利範圍第1項或第2項的方法，其中，移動該夾盤(13)用以對準該些夾盤位置標記(27，28)和該些對準感測器(61，62)的步驟包括在兩條水平軸(x軸，y軸)中移動該夾盤並且繞著一垂直軸(Rz方向)旋轉該夾盤，以便達到對準目的。
  6. 根據申請專利範圍第1項或第2項的方法，其中，該些第一和第二對準感測器中的一者會被排列成用以偵測位在第一點處之該表面(12)上的一位置標記，而且該些水平感測器中的一者會被排列成用以測量和位在該第 一點處或是鄰近該第一點處之該表面(12)相隔的距離。
  7. 一種用以處理夾盤(13)上之靶材(23)的靶材處理系統，該系統包括：一可移動的夾盤(13)，在該夾盤的表面上設有至少一第一夾盤位置標記(27)和一第二夾盤位置標記(28)；一對準感測系統(17)，其會被排列成用以偵測該些第一與第二夾盤位置標記(27，28)，該對準感測系統(17)包括至少一第一對準感測器(61)和一第二對準感測器(62)，一水平感測系統(19)，其包括複數個水平感測器(57，58，59)，以及位於該夾盤(13)的表面上的一參考表面(26)，其中，該水平感測系統(19)會被排列成用以在垂直的方向中(z方向)測量和該些水平感測器與該參考表面(12)相隔的距離以及該參考表面相對於該些水平感測器的配向中的一或兩個有關的至少一數值；一致動器，其會被排列成用以移動該夾盤(13)；以及一夾盤位置測量系統(10)，其會被排列成用以測量和該夾盤(13)之位置有關的至少一數值；該夾盤位置測量系統，其包括至少兩個微分干涉計(15)且被排列成測量相對於該靶材處理系統的一最終投射系統之該夾盤的位置。
  8. 根據申請專利範圍第7項的系統，其中，該第一夾盤位置標記(27)相對於該第二夾盤位置標記(28)的相對位置和該第一對準感測器(61)相對於該第二對準感測器(62)的相對位置相同。
  9. 根據申請專利範圍第7項的系統，其進一步包括一該最終投射系統(11)，其會被排列成用以將一圖案化射束(18)投射在該靶材(23)上，且其中， 該第一對準感測器(61)係被排列在第一方向中(y軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處而該第二對準感測器(62)係被排列在第二方向中(x軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處。
  10. 根據申請專利範圍第7項或第8項的系統，其進一步包括該最終投射系統(11)，用以將一圖案化射束(18)投射在該靶材上，以便在該靶材上形成一射束網格(60)，其中，該第一對準感測器(61)係被排列成用以偵測在第一方向中(y軸)和該射束網格(60)相隔一距離處的位置標記而該第二對準感測器(62)係被排列成用以偵測在第二方向中(x軸)和該射束網格(60)相隔一距離處的位置標記(77)。
  11. 根據申請專利範圍第7項或第8項的系統，其中，該測量系統(10)會被排列成用以測量和該夾盤之第一位置有關的該至少一數值，其中在該第一位置處，該些第一和第二夾盤位置標記與該些第一和第二對準感測器對準且該參考表面與水平感測器平面對準，其包含：移動該夾盤(13)用以對準該些夾盤位置標記(27，28)和該些對準感測器(61，62)；以及測量和該夾盤(13)之目前位置有關的至少一數值，其中，該測量系統(10)和夾盤致動器會被排列成用以移動該夾盤(13)，以便對準該些夾盤位置標記(27，28)和該些對準感測器(61，62)，其包含在兩個水平軸中(x，y軸)移動該夾盤並且繞著一垂直軸(Rz方向)來旋轉該夾盤，以便達到對準之目的，以及移動該夾盤(13)以對準該參考表面(26)和該些水平感測器(57，58，59)的水平感測器平面。
  12. 根據申請專利範圍第11項的系統，其中該系統被配置成利用位於該第一位置處的該夾盤(13)來初始化該些干涉計(15)。
  13. 根據申請專利範圍第7項或第8項的系統，其中該夾盤的原點具有與該些第一和第二夾盤位置標記和該參考表面的固定空間關係。
  14. 根據申請專利範圍第7項或第9項的系統，其中，該水平感測系統(19)包括：至少一第一水平感測器(57)，其被排列在第一方向中(y軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處；以及一第二水平感測器(58)，其被排列在第二方向中(x軸)和該最終投射系統(11)相隔一距離處。
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