用於光刻設備的水平傳感器布置、光刻設備及器件製造方法

2023-10-19 06:36:57 1

專利名稱：用於光刻設備的水平傳感器布置、光刻設備及器件製造方法
技術領域：
本發明涉及光刻設備和用於製造器件的方法。更具體地，本發明涉及水平傳感器布置以及用於襯底的水平感測的方法。
背景技術：
光刻設備是一種將所需圖案應用到襯底上(通常應用到所述襯底的目標部分上)的機器。例如，可以將光刻設備用在例如集成電路(IC)的製造中。在這種情況下，可以將可選地稱為掩模或掩模版的圖案形成裝置用於生成待形成在所述IC的單層上的電路圖案。可以將該圖案轉移到襯底(例如，矽晶片)上的目標部分(例如，包括一部分管芯、一個或多個管芯)上。通常，經由成像將所述圖案轉移到在所述襯底上設置的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常，單個襯底將包含連續形成圖案的相鄰目標部分的網絡。公知的光刻設 備包括所謂的步進機，在所述步進機中，通過將整個圖案一次曝光到所述目標部分上來輻射每一個目標部分；以及所謂的掃描器，在所述掃描器中，通過輻射束沿給定方向(「掃描」方向)掃描所述圖案、同時沿與該方向平行或反向平行的方向同步掃描所述襯底來輻射每一個目標部分。還可以通過將所述圖案壓印到所述襯底上，而將所述圖案從所述圖案形成裝置轉移到所述襯底上。歐洲專利申請EP-A-I 037 117公開了一種光刻投影設備中的離軸調平布置。使用這種布置，通過米用水平傳感器、使用光柵光學兀件和在600_1050nm波長範圍內的多色輻射來確定光刻設備中的襯底的高度圖。歐洲專利申請EP-A-2 228 685公開了另一種水平感測布置，其中光源布置成發射將被用於處理光刻設備內襯底的抗蝕劑對其敏感的波長範圍內的投影輻射，例如200-400nm波長範圍內的輻射。

發明內容
期望提供一種改進的水平傳感器布置及其操作。根據本發明一方面,提供一種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法，所述方法包括執行下列步驟至少兩次a)將寬帶源輻射束分成沿第一路徑引導的測量束和沿第二路徑引導的參照束；b)將測量束反射離開襯底以獲得反射的測量束，並將參照束反射離開反射表面以獲得反射的參照束；c)將反射的測量束和反射的參照束結合；和d)檢測結合束的幹涉圖案；其中步驟a)至d)被執行至少兩次，在每次執行之間改變所述寬帶源束的構成波長和/或在構成波長上的強度水平；使得在僅強度水平變化的情況下對於束的構成波長中的至少一部分所述強度變化不同。
根據本發明的還一方面，提供一種用於測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的水平傳感器布置，包括可變寬帶輻射源，用於發射源輻射束；分束器，能夠操作將所述源輻射束分成沿第一路徑引導至所述襯底的測量束和沿第二路徑引導至反射表面的參照束；束結合器，能夠操作在測量束和參照束被分別反射離開所述襯底和離開所述反射表面之後結合所述測量束和所述參照束；檢測器，用於檢測結合束的幹涉圖案；和控制器，能夠操作以使用具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的寬帶源束，使得在僅強度水平變化的情況下對於束的構成波長中的至少一部分所述強度變化不同，以在相同襯底上執行多次測量，以便獲得由其可以確定至少一個大體反射性 層表面的所述位置的幹涉圖案。


現在參照隨附的示意性附圖，僅以舉例的方式，描述本發明的實施例，其中，在附圖中相應的附圖標記表示相應的部件，且其中圖I示意地示出根據本發明一個實施例的光刻設備；圖2示出使用投影光柵的水平傳感器布置的示意圖；圖3示出具有層的疊層的襯底的示意橫截面圖，包括水平傳感器布置的測量束；圖4示出根據本發明一個實施例的水平傳感器布置的示意圖；圖5示出圖4中的水平傳感器布置的變化的示意圖；圖6a示出晶片上典型疊層的示意橫截面圖，圖6b是檢測器上的強度的曲線，作為對於圖6a的疊層的參照反射鏡的位移的函數，檢測器和參照反射鏡形成根據本發明一個實施例的水平傳感器布置的一部分；圖7a示出晶片上的典型前端疊層的橫截面視圖，圖7b是檢測器上的強度的曲線，作為對於圖7a的疊層的參照反射鏡的位移的函數，檢測器和參照反射鏡形成根據本發明一個實施例的水平傳感器布置的一部分；和圖8是檢測器上的強度的曲線，作為對於圖7a的疊層的參照反射鏡的位移的函數，檢測器和參照反射鏡形成根據本發明一個實施例的水平傳感器布置的一部分；和其中所用的照射源發射相對於用以獲得圖7b中的曲線的照射源具有不同波長範圍的光。圖9示出根據本發明另一實施例的水平傳感器布置的示意圖；在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。
具體實施例方式圖I示意性地示出根據本發明一個實施例的光刻設備。所述設備包括-照射系統(照射器)IL，配置用於調節輻射束B(例如，紫外(UV)輻射或深紫外(DUV)輻射)。-支撐結構(例如掩模臺)MT，構造用於支撐圖案形成裝置(例如掩模)MA並與配置用於根據確定的參數精確地定位圖案形成裝置的第一定位裝置PM相連；
-襯底臺(例如晶片臺)WT，構造用於保持襯底(例如塗覆有抗蝕劑的晶片)W，並與配置用於根據確定的參數精確地定位襯底的第二定位裝置PW相連；和-投影系統(例如折射式投影透鏡系統)PS，所述投影系統PS配置用於將由圖案形成裝置MA賦予輻射束B的圖案投影到襯底W的目標部分C (例如包括一根或多根管芯)上。所述照射系統可以包括各種類型的光學部件，例如折射型、反射型、磁性型、電磁型、靜電型或其它類型的光學部件、或其任意組合，以引導、成形、或控制輻射。所述支撐結構支撐所述圖案形成裝置，即承載所述圖案形成裝置的重量。支撐結構以依賴於圖案形成裝置的方向、光刻設備的設計以及諸如圖案形成裝置是否保持在真空環境中等其它條件的方式保持圖案形成裝置。所述支撐結構可以採用機械的、真空的、靜電的或其它夾持技術來保持圖案形成裝置。所述支撐結構可以是框架或臺，例如，其可以根據 需要成為固定的或可移動的。所述支撐結構可以確保圖案形成裝置位於所需的位置上(例如相對於投影系統)。在這裡任何使用的術語「掩模版」或「掩模」都可以認為與更上位的術語「圖案形成裝置」同義。這裡所使用的術語「圖案形成裝置」應該被廣義地理解為表示能夠用於將圖案在輻射束的橫截面上賦予輻射束、以便在襯底的目標部分上形成圖案的任何裝置。應當注意，被賦予輻射束的圖案可能不與在襯底的目標部分上的所需圖案完全相符(例如如果該圖案包括相移特徵或所謂的輔助特徵)。通常，被賦予輻射束的圖案將與在目標部分上形成的器件中的特定的功能層相對應，例如集成電路。圖案形成裝置可以是透射式的或反射式的。圖案形成裝置的示例包括掩模、可編程反射鏡陣列以及可編程液晶顯示(LCD)面板。掩模在光刻術中是公知的，並且包括諸如二元掩模類型、交替型相移掩模類型、衰減型相移掩模類型和各種混合掩模類型之類的掩模類型。可編程反射鏡陣列的示例採用小反射鏡的矩陣布置，每一個小反射鏡可以獨立地傾斜，以便沿不同方向反射入射的輻射束。所述已傾斜的反射鏡將圖案賦予由所述反射鏡矩陣反射的輻射束。這裡使用的術語「投影系統」應該廣義地解釋為包括任意類型的投影系統，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、電磁型和靜電型光學系統、或其任意組合，如對於所使用的曝光輻射所適合的、或對於諸如使用浸沒液或使用真空之類的其他因素所適合的。這裡使用的術語「投影透鏡」可以認為是與更上位的術語「投影系統」同義。如這裡所示的，所述設備是透射型的(例如，採用透射式掩模)。替代地，所述設備可以是反射型的(例如，採用如上所述類型的可編程反射鏡陣列，或採用反射式掩模)。所述光刻設備可以是具有兩個(雙臺)或更多襯底臺(和/或兩個或更多的掩模臺)的類型。在這種「多臺」機器中，可以並行地使用附加的臺，或可以在一個或更多個臺上執行預備步驟的同時，將一個或更多個其它臺用於曝光。光刻設備還可以是至少一部分襯底可以被具有相對高折射率的液體(例如水)覆蓋、以便填充投影系統和襯底之間的空間的類型。浸沒液體還可以被施加至光刻設備中的其它空間，例如在掩模和投影系統之間。在本領域中公知，浸沒技術用於增加投影系統的數值孔徑。如在此處所使用的術語「浸沒」並不意味著諸如襯底等結構必須浸沒在液體中，而是意味著在曝光期間液體位於投影系統和襯底之間。
參照圖1，所述照射器IL接收從輻射源SO發出的輻射束。該源和所述光刻設備可以是分立的實體(例如當該源為準分子雷射器時)。在這種情況下，不會將該源考慮成形成光刻設備的一部分，並且通過包括例如合適的定向反射鏡和/或擴束器的束傳遞系統BD的幫助，將所述輻射束從所述源SO傳到所述照射器IL。在其它情況下，所述源可以是所述光刻設備的組成部分(例如當所述源是汞燈時)。可以將所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要時設置的所述束傳遞系統BD —起稱作輻射系統。所述照射器IL可以包括用於調整所述輻射束的角強度分布的調整器AD。通常，可以對所述照射器的光瞳平面中的強度分布的至少所述外部和/或內部徑向範圍(一般分別稱為O-外部和O-內部)進行調整。此外，所述照射器IL可以包括各種其它部件，例如積分器IN和聚光器CO。可以將所述照射器用於調節所述輻射束，以在其橫截面中具有所需的均勻性和強度分布。所述輻射束B入射到保持在支撐結構(例如，掩模臺MT)上的所述圖案形成裝置(例如，掩模MA)上，並且通過所述圖案形成裝置來形成圖案。已經穿過掩模MA之後，所述輻射束B通過投影系統PS，所述投影系統PS將輻射束聚焦到所述襯底W的目標部分C上。 通過第二定位裝置PW和位置傳感器IF(例如，幹涉儀器件、線性編碼器或電容傳感器)的幫助，可以精確地移動所述襯底臺WT，例如以便將不同的目標部分C定位於所述輻射束B的路徑中。類似地，例如在從掩模庫的機械獲取之後，或在掃描期間，可以將所述第一定位裝置PM和另一個位置傳感器(圖I中未明確示出)用於相對於所述輻射束B的路徑精確地定位掩模MA。通常，可以通過形成所述第一定位裝置PM的一部分的長行程模塊(粗定位)和短行程模塊(精定位)的幫助來實現掩模臺MT的移動。類似地，可以採用形成所述第二定位裝置PW的一部分的長行程模塊和短行程模塊來實現所述襯底臺WT的移動。在步進機的情況下(與掃描器相反)，所述掩模臺MT可以僅與短行程致動器相連，或可以是固定的。可以使用掩模對準標記Ml、M2和襯底對準標記PU P2來對準掩模MA和襯底W。儘管所示的襯底對準標記佔據了專用目標部分，但是它們可以位於目標部分之間的空間(這些公知為劃線對齊標記)中。類似地，在將多於一個的管芯設置在掩模MA上的情況下，所述掩模對準標記可以位於所述管芯之間。可以將所述設備用於以下模式中的至少一種中I.在步進模式中，在將掩模臺MT和襯底臺WT保持為基本靜止的同時，將賦予所述輻射束的整個圖案一次投影到目標部分C上(即，單一的靜態曝光)。然後將所述襯底臺WT沿X和/或Y方向移動，使得可以對不同目標部分C曝光。在步進模式中，曝光場的最大尺寸限制了在單一的靜態曝光中成像的所述目標部分C的尺寸。2.在掃描模式中，在對掩模臺MT和襯底臺WT同步地進行掃描的同時，將賦予所述輻射束的圖案投影到目標部分C上(S卩，單一的動態曝光)。襯底臺WT相對於掩模臺MT的速度和方向可以通過所述投影系統PL的(縮小)放大率和圖像反轉特徵來確定。在掃描模式中，曝光場的最大尺寸限制了單一動態曝光中所述目標部分的寬度(沿非掃描方向)，而所述掃描運動的長度確定了所述目標部分的高度(沿所述掃描方向)。3.在另一種模式中，將用於保持可編程圖案形成裝置的掩模臺MT保持為基本靜止，並且在對所述襯底臺WT進行移動或掃描的同時，將賦予所述輻射束的圖案投影到目標部分C上。在這種模式中，通常採用脈衝輻射源，並且在所述襯底臺WT的每一次移動之後、或在掃描期間的連續輻射脈衝之間，根據需要更新所述可編程圖案形成裝置。這種操作模式可易於應用於利用可編程圖案形成裝置(例如，如上所述類型的可編程反射鏡陣列)的無掩模光刻術中。也可以採用上述使用模式的組合和/或變體，或完全不同的使用模式。本發明的實施例涉及用於執行涉及光刻設備中的襯底的水平傳感器測量的方法和布置。 在根據現有技術的水平傳感器中，水平傳感器確定襯底W的表面高度或表面高度輪廓。圖2中示出水平傳感器的一般性示意圖。在襯底處理的所有階段，包括例如當襯底W已經包括諸如氧化物、多晶矽、底部抗反射塗層(Bare)、金屬層(例如銅)以及抗蝕劑層等層的疊層4，執行水平傳感器測量。 發射器6 (例如光源形式)發射輻射到圖案或投影光柵7 (例如具有30 y m的節距P的光柵)，並且通過使用投影光學元件(例如透鏡形式)9將由此形成的輻射束以入射角0投影到襯底W上(或襯底W上的層的疊層4的頂表面)。用於光刻設備中的水平傳感器測量的輻射通常具有600-1050nm的波長範圍，即用於襯底W的處理的抗蝕劑不敏感的波長範圍。使用另一透鏡9將被反射的輻射再次聚焦在參照光柵8上。檢測器5隨後被用於處理被參照光柵8透射的輻射，並且處理測量信號以獲得層的疊層4的高度。這種水平傳感器布置是基於光學三角測量技術。所檢測的高度與通過檢測器5測量的信號強度直接相關，並且具有依賴於入射角(P/2sin0)的周期。在實際應用過程中，襯底W上的疊層4的抗蝕劑和下面的處理層是(部分)透明的。由下面處理層反射的具有特定波長的光相干地加入至由抗蝕劑層反射的光，並且這引起可以導致依賴於精確的層厚度的極大的測量誤差的疊層相干效果。為了最終將這些幹涉影響達到平衡，可以使用大約I倍頻程的寬波長範圍。這在圖3中示意地示出。入射束11在疊層4 (在具體示例中僅包括抗蝕劑層)上部分地反射，這得到反射束12。然而，入射束11的一部分折射進入疊層4中，並在襯底W和疊層4之間的界面上反射。在疊層4的表面處該束再次被折射並形成二次束13，其平行於反射束12。結果，這不是被考慮的疊層4的正確的高度h，而是不同的值。所測的高度和真實的疊層高度(在具體示例中是真實的抗蝕劑高度)之間的差異被稱為「表觀表面下陷(Apparent Surface Depression) 」(ASD)。通過使用具有600-1050nm波長範圍的寬帶光能夠一定程度減小ASD，其最終使得疊層界面效應的有害影響平衡掉。ASD的影響可以進一步基於晶片表面和噴嘴(氣壓計)之間的壓力或流量測量、通過輔助傳感器校正。然而，通常該傳感器相對慢，並因此通常僅用於在晶片上幾個場上執行偶爾的校準。而且，為了能夠進一步校正ASD的影響，傳感器需要非常靠近地接近襯底表面(^ 200 ym)，這造成潛在的機械安全性問題，其僅可以通過高成本的保險措施解決。為了克服上述的傳感器相對慢的問題，可以考慮使用兩個這樣的傳感器。然而，這將顯著地提高總的製造成本。為了解決這個問題，提出通過使用白光幹涉測量法檢測襯底頂表面的位置來以替換的方式校正ASD的影響。圖4示出根據本發明的一個實施例的設備，其適於完成這目標。來自可調節寬帶源420 (通常在200-600nm波長範圍中，即包括從200nm到600nm的構成波長；其可用例如濾光片調節)的照射束被分束器460分成兩個束。第一個分開的束沿路徑Pl被引導至晶片440，第二個分開的束沿路徑p2被引導至參照反射鏡450。從反射鏡450和晶片440反射的反射光沿路徑p3再次結合，在p3相干，由此在檢測器430上得到幹涉圖案，檢測器430例如是CCD或CCD陣列或光電二極體或光電二極體陣列。檢測器430上的入射光的強度隨著路徑P2的長度被掃描而改變。由於入射光的寬帶屬性，僅在路徑Pl和路徑P2基本相等的區域內(即，路徑pi的長度與路徑p2之間的差異在源的相干長度內)幹涉條紋是可見的。這個位置可以通過位移或傾斜參照反射鏡450找出。圖5示出，路徑Pl可以包括光纖500以引導光至晶片440上的指定位置。類似地，路徑p2可以包括光纖連接器510 (具有耦合的透鏡520a、520b)以引導光至反射鏡450。圖6a示出由90nm抗蝕劑層R、45nm Bare (底部抗反射塗層)層以及銅層Cu構成(純為了圖示)的疊層650。圖6b是使用基於嚴格耦合波分析的模擬和具有200至600nm光譜範圍的照射源、針對疊層650作出的檢測器430上的強度I (任意單位)的曲線，其作為參照反射鏡450的位移的函數。在模擬中疊層的頂部表面限定為位於d = Onm的位置。容易分辨兩個主要的峰600、610。第一峰600由抗蝕劑層的頂面得出，即由疊層的頂表面得出。在模擬中，峰600在Oiim處(或，更精確地，在4nm處)。因而，在模擬中確定的頂表面 的位置位於離開其精確的或正確位置4nm的位置處。銅表面得出的第二峰610在0. 2 ii m處。當下面的疊層具有性質使得在參照反射鏡450的一定位移d處屬於疊層中的不同反射表面的峰重疊(至少部分地重疊)時，潛在的問題出現了。圖7a和7b示出這個問題。圖7a示出與圖6a的疊層650類似的疊層660，但是包括位於銅Cu和BARC層之間的還一70nm 二氧化娃SiO2層。圖7b是用具有200-600nm光譜範圍的源照射的疊層660的與圖6b類似的曲線。可以看到，在Onm附近存在兩個部分重疊的峰，一個峰600』由抗蝕劑的頂部得出，而另一峰620』由SiO2層得到。對於抗蝕劑的頂表面的精確位置會變得不明確，因為這些峰具有類似的位置。此外，對於這個疊層，在0.34 處可以看到由銅表面得出的峰610。為了分辨重疊的峰，提出用波長光譜與用於獲得圖7b的曲線的源的波長光譜不同的源，即通過變化照射源的光譜，照射疊層660。通過示例，疊層660用200-400nm範圍的源光譜模擬第二次。圖8示出最終的曲線。當源光譜改變時，與反射表面的層的頂部的位置相對應的峰的位置在位移軸線上不改變其位置，而所有其他峰在位移軸線上的位置漂移。對比圖8和圖7b，可以看到，由銅層的頂部得出的峰610」與峰610』位置相同。此外，由抗蝕劑層的頂部得出的峰600」與峰600』位置相同。這些峰在使用不同的源光譜的模擬之間不移動。然而，還可以看到，所有其他最大值移動，並因此峰600」此時容易分辨。在圖9中，示意地示出根據本發明的水平傳感器布置的另一實施例。在該布置中，參照束的路徑布置成基本上沿與測量束遵循的路徑相同的路線行進。通過如下來實現代替例如如圖4所示的參照反射鏡450，在分束器460和襯底440之間、距離襯底440有距離dl處設置諸如半鍍銀的反射鏡等部分透明的光學元件600。因此，離開分束器460朝向襯底440的寬帶源420的照射束被分成到達襯底的第一束(沿路徑pi)和在元件600的表面處反射的第二束，因而沿著表示為路徑P2的路徑。隨後兩個束(即，從襯底表面反射的束和從光學兀件600反射的束)經由分束器460傳播朝向第二分束器465。離開第二分束器的照射束隨後被第二部分透明光學元件610 (例如半鍍銀反射鏡)或設置在離開元件610距離d2處的反射鏡450(例如參照反射鏡)反射。使用這種布置，構造參照束和測量束，參照束通過光學元件610和參照反射鏡450反射，測量束通過襯底440和光學元件610反射。兩個束隨後經由分束器(或束結合器)465提供至檢測器430。在dl和d2之間的差異在所用的源的相干長度範圍內的情況下，幹涉圖案將變成可見。通過位移或傾斜參照反射鏡450或襯底440可以找出該位置。同樣，檢測器上的幹涉圖案的觀察提供有關於襯底440和光學元件之間的距離相對於參照反射鏡450和光學元件610之間的距離的信息。為了完全，應該提到，沒有束結合器465、第二部分透明光學元件610以及反射表面450的布置將也是可行的。但是在這種情況下，距離dl應該小於源的相干長度，以便獲得幹涉圖案。使用圖9中示出的布置，襯底440和部分透明光學元件之間的距離因而可以較大。當隨後掃描襯底440時，即基本上垂直於投影到表面上的照射束位移，可以在掃描期間通過調整dl或d2使得維持幹涉圖案而獲得用以生成高度圖的信息。這種調整可以例如通過(通過使用諸如壓電致動器或其他類型致動器等致動器位移參照反射鏡450或光學元件610)調節參照反射鏡450相對於光學元件610的位置，或者通過(通過使用致動器位移光學元件610或通過 使用諸如圖I所示的定位器PW等襯底定位器位移襯底)調整襯底相對於光學元件600的位置來實現。正如上面提到的，為了解決強度光譜中重疊的峰的問題(其可以產生有關頂表面的確切位置的不確定性或不明確性)，使用不同波長光譜估出強度光譜。在如圖6a_8所示的布置中，這種估計方法是基於兩個不同的測量結果，例如使用200-600nm的光譜的第一測量(例如如圖7b所示)和使用200-400nm的第二測量(例如如圖8所示)。作為執行兩個測量(在不同的光譜條件下)的替換，執行單次測量(例如使用200-600nm光譜)，而隨後測量信號的處理以兩種或多種不同的強度光譜提供。在一個實施例中，光譜儀可以用於這種測量信號的處理(即，測量束和參照束的結合束)。同樣，在本發明的一個實施例中，如圖4、5以及9所不的檢測器430可以包括光譜儀。這種光譜儀可以在不同的波長或波長範圍估計測量信號，因而例如在例如200-600nm的第一光譜和200-400nm的第二光譜條件下以強度光譜形式提供。作為用光譜儀處理測量信號的替換，圖4和5中的分束器460或圖9中的分束器465朝向檢測器430輸出的信號可以被分成兩個基本上一致的信號(例如用分束器)。隨後，信號中的一個直接被提供給檢測器430 (例如CCD或CCD陣列或光電二極體或光電二極體陣列)，而另一信號在提供至另一檢測器430 (例如CCD或CCD陣列或光電二極體或光電二極體陣列)之前被濾波。參照上面提到的光譜範圍，測量信號可以例如包括200-600nm範圍的光譜，所述信號作為信號之一被提供給例如CCD陣列等檢測器，而另一檢測器在所述測量信號通過允許200-400nm波長通過的濾光片濾波之後接收所述測量信號。同樣，根據本發明一個實施例，在不同的波長範圍或組成條件下估計結合束(包括測量束和參照束)的幹涉圖案。如上所提到的，這可以通過執行兩種不同的測量(例如使用寬帶源(例如源420)的兩個不同波長範圍)或通過處理單個測量(例如在相對大的範圍下進行)以獲得在不同波長範圍下(例如初始相對大的範圍和減小的範圍(例如通過過濾減小))的多個測量結果來實現。具有高反射性金屬的疊層對於目前的水平傳感器技術是種挑戰，其導致已經介紹過的在測量時的表觀表面下陷。通過示例，使用這裡公開的方法和對應所觀察到的抗蝕劑峰的最大值擬若干個具有不同氧化物厚度的疊層。對於每個氧化物厚度，表觀表面下陷總是低於10nm。相比於使用目前的水平傳感器所能夠獲得的精確度，這是較高的精確度。雖然討論限於找出最大值，但是(在本申請的範圍內)也可以使用更複雜的方法，例如用周期函數將強度擬合作為位移的函數，或測量平均峰位置作為照射光譜的函數。與目前的水平傳感器不同，通過追蹤峰的最大值作為入射光譜的函數，不僅可以精確地確定抗蝕劑的頂表面，而且可以獲得有關整個疊層的信息。需要可以在過程流程的早期階段中檢測處理誤差的預警系統。因為每個晶片必須使用水平傳感器在多個x_y位置處測量，這種方法可以用於檢測過程誤差(例如厚度變化、材料常數的變化，等等)。在本發明的範圍內，照射源的波長光譜可以以多種不同的方式變化以實現上述的效果。下文描述多種這樣的示例，其中術語「第一束」和「第二束」用於分別描述第一和第二測量的源束(當然可以有多於兩個的測量，每一個具有不同的束)。與第一束相比，第二束可以包括任何數量的不同構成波長。因此，第二束可以(如 上所述)具有不同的光譜寬度。替換地，或附加地，其可以具有不同的中心波長。在另一替換的實施例中，第一、第二束或兩個束的光譜可以是不連續的，因而例如，與第一束相比，第二束可以使其光譜中的一部分被阻擋而與第一束不同。作為全部所公開的示例的附加或替換，跨經測量之間的光譜的束強度可以變化。這應該被完成，使得該變化對於不同波長是不同的，因為在不改變其他任何條件的情況下對於所有波長僅相同地提高強度將不會導致想要的效果。通過示例，一個實施例可以包括提高測量之間的束光譜的一半(或，其他比例部分)的強度。此處公開的概念的另一非常重要的優點在於，使用垂直照射模式，因而並行晶片測量是可以的。這意味著，可以以單次測量的方式測量整個晶片，由此縮短了測量時間並提高了產出。此外，可以在離開晶片表面相對大的工作距離條件下獲得這種高的測量速度，使得在使用本發明的情況下因為傳感器靠近地接近晶片表面所帶來的潛在的機器安全問題不再是問題。通過對比，常規的水平傳感器使用小的照射斑點陣列並且必須掃描以便覆蓋整個晶片。這種測量的序列方式限制了產出。值得注意的是，上面提到的推薦的照射源光譜優選包括極紫外波長，其可能與測量光一起曝光晶片。然而，在整個晶片被照射的情形中，測量光的光子能量均勻分布。因而，任何使用測量光的曝光在整個晶片上引入可預測的CD偏離。當測量能量的實際分布是已知的時候，可以在襯底的實際曝光期間依賴於水平傳感器測量期間的能量分布應用非常簡單的劑量減小以進行補償。雖然本申請詳述了光刻設備在製造ICs中的應用，應該理解到，這裡描述的光刻設備可以有其它的應用，例如製造集成光學系統、磁疇存儲器的引導和檢測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCDs)、薄膜磁頭等。本領域技術人員應該看到，在這種替代應用的情況中，可以將其中使用的任意術語「晶片」或「管芯」分別認為是與更上位的術語「襯底」或「目標部分」同義。這裡所指的襯底可以在曝光之前或之後進行處理，例如在軌道(一種典型地將抗蝕劑層塗到襯底上，並且對已曝光的抗蝕劑進行顯影的工具)、量測工具和/或檢驗工具中。在可應用的情況下，可以將所述公開內容應用於這種和其他襯底處理工具中。另外，所述襯底可以處理一次以上，例如為產生多層1C，使得這裡使用的所述術語「襯底」也可以表示已經包含多個已處理層的襯底。
雖然上面詳述了本發明的實施例在光刻設備的應用，應該注意到，本發明可以有其它的應用，例如壓印光刻，並且只要情況允許，不局限於光學光刻。在壓印光刻中，圖案形成裝置中的拓撲限定了在襯底上產生的圖案。可以將所述圖案形成裝置的拓撲印刷到提供給所述襯底的抗蝕劑層中，在其上通過施加電磁輻射來使所述抗蝕劑固化。在所述抗蝕劑固化之後，所述圖案形成裝置從所述抗蝕劑上移走，並在抗蝕劑中留下圖案。這裡使用的術語「輻射」和「束」包含全部類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如具有約365、248、193、157或12611111的波長)和極紫外(EUV)輻射(例如具有在5_20nm範圍內的波長)以及諸如離子束或電子束等粒子束。在允許的情況下，術語「透鏡」可以認為是多種光學元件中的任一個或其組合，包括折射型、反射型、磁性、電磁或靜電型光學部件。上面已經描述了本發明的特定的實施例，但應該理解，本發明可以應用到除上面所述以外的情形。例如，本發明的實施例可以採用包含描述以上公開的方法的一個或多個機器可讀指令的電腦程式形式，或一個存儲所述的電腦程式的數據存儲介質(例如半 導體存儲器、磁碟或光碟)。本發明可以通過下列方面總結I. 一種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法，所述方法包括執行下列步驟至少兩次a)提供寬帶源輻射束，b)通過分別將寬帶源束的一部分反射離開部分透明光學元件並且使寬帶源束的一部分通過部分透明光學元件而將寬帶源束分成參照束和測量束；c)使測量束反射離開襯底以獲得反射的測量束，並且使參照束反射離開反射表面以獲得反射的參照束；d)結合反射的測量束和反射的參照束；和e)檢測結合束的至少兩個不同的幹涉圖案；其中不同的幹涉圖案是基於具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的結合束，使得在僅強度水平變化的情況下對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同。2.如方面I所述的方法，其中在步驟d)之前，使反射的參照束通過另一部分透明光學元件，並且還將反射的參照束反射離開反射表面，並且還將反射的測量束反射離開另一部分透明光學兀件。3.如方面2所述的方法，其中所述部分透明光學元件被定位成離襯底有距離dl，並且所述另一部分透明光學元件被定位成離反射表面有距離d2，並且其中dl和d2之間的差被保持在用以執行步驟e)的寬帶源輻射束的相干長度以下。4.如方面2或3所述的方法，其中所述部分透明光學元件和/或另一部分透明光學元件包括半鍍銀反射鏡。5.如前述方面中任一項所述的方法，其中通過使用光譜儀處理單個結合束來獲得不同的幹涉圖案。6.如前述方面中任一項所述的方法，其中通過將結合束分成至少兩個基本上相同的束並在檢測所述基本上相同的束的幹涉圖案之前過濾所述基本上相同的束中的至少一個來獲得至少兩個不同的幹涉圖案。
7.如前述方面中任一項所述的方法，還包括對比所檢測的不同幹涉圖案，並觀察極大地依賴於所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平的不同幹涉圖案的性質，但是在所述幹涉圖案性質的峰值的位置與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的情況下，峰值的位置指示對應的大體反射性層表面的位置。8.如方面7所述的方法，其中不同的幹涉圖案的所述性質與其強度相關。9. 一種在光刻設備中用於測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的水平傳感器布置，包括 寬帶輻射源，用於發射源輻射束；部分透明光學元件，用於通過分別使寬帶源束的一部分反射離開部分透明光學元件並且使寬帶源束的一部分通過部分透明光學元件而將寬帶源束分成參照束和測量束；分束器或結合器，在所述測量束和所述參照束分別反射離開所述襯底和離開所述部分透明光學元件之後能夠操作以結合所述測量束和所述參照束並引導結合束至檢測器；檢測器，用於檢測結合束的至少兩個幹涉圖案；其中不同的幹涉圖案是基於具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的結合束，使得在僅強度水平變化的情況下對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同，和控制器，能夠操作以在相同襯底上執行測量，以便獲得由其能夠確定至少一個大體反射性層表面的所述位置的幹涉圖案。10.如方面9所述的水平傳感器，還包括另一部分透明光學元件，用於使反射的參照束通過；以及反射表面，用於在反射的參照束已經通過另一部分透明光學元件之後還將反射的參照束反射離開並且還將反射的測量束反射離開另一部分透明光學元件。11.如方面10所述的水平傳感器，其中所述部分透明光學元件定位成離襯底有距離dl，並且另一部分透明光學元件被定位成離反射表面有距離d2，並且其中dl和d2之間的差被保持在用以獲得幹涉圖案的寬帶源輻射束的相干長度以下。12.如方面9-11中任一項所述的水平傳感器，其中所述檢測器包括用於檢測至少兩個幹涉圖案的光譜儀。13. 一種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法，所述方法包括執行下列步驟至少兩次a)將寬帶源輻射束分成沿第一路徑引導的測量束和沿第二路徑引導的參照束；b)將測量束反射離開襯底以獲得反射的測量束，並將參照束反射離開反射表面以獲得反射的參照束；c)將反射的測量束和反射的參照束結合；和d)檢測結合束的幹涉圖案；其中步驟a)至d)被執行至少兩次，在每次執行之間改變所述寬帶源束的構成波長和/或在構成波長上的強度水平；使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長中的至少一部分所述強度變化不同。14.如方面13所述的方法，包括在每次執行期間對比所檢測的幹涉圖案，並且觀察極大地依賴於所用的源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平的幹涉圖案的性質，但是在所述幹涉圖案性質的峰值的位置與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的情況下，峰值的位置指示對應的大體反射性層表面的位置。15.如方面13所述的方法，包括測量幹涉圖案的所述性質作為第二路徑相對於第一路徑的長度的函數，觀察具有與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的位置的所述峰值，並且對每個這樣的峰值，由所述峰值的位置確定對應的大體反射性層表面的位置。16.如方面14或15所述的方法，其中幹涉圖案的所述性質與其強度相關。17.如方面13-16中任一項所述的方法，其中以大體與所述襯底表面垂直的角度反射測量束離開所述襯底，所述方法包括在基本上整個襯底表面上執行至少一個大體反射性層表面的所述位置的並行測量。
18.如方面17所述的方法，其中所述方法還包括對比由襯底表面的不同部分得來的所測量的位置以便確定製造過程缺陷。19.如方面13至18中任一項所述的方法，其中所述至少一個大體反射性層表面是感光性的，並且在所述執行中的至少一次執行期間所用的所述源束包括在感光性層的材料敏感的波長範圍內的波長，所述方法包括在襯底的實際曝光期間補償所述源束對所述感光性層的影響。20. 一種在光刻設備中用於測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的水平傳感器布置，包括可變寬帶輻射源，用於發射源輻射束；分束器，能夠操作將所述源輻射束分成沿第一路徑引導至所述襯底的測量束和沿第二路徑引導至反射表面的參照束；束結合器，能夠操作在測量束和參照束被分別反射離開所述襯底和離開所述反射表面之後結合所述測量束和所述參照束；檢測器，用於檢測結合束的幹涉圖案；和控制器，能夠操作以使用具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的寬帶源束，使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同，以在相同襯底上執行多次測量以便獲得由其可以確定至少一個大體反射性層表面的所述位置的幹涉圖案。21.如方面20所述的水平傳感器布置，能夠操作以對比通過使用具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的所述寬帶源束檢測的幹涉圖案；和觀察極大地依賴於所用的源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平的幹涉圖案的性質，但是在所述幹涉圖案性質的峰值的位置與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的情況下，峰值的位置指示對應的大體反射性層表面的位置。22.如方面20所述的水平傳感器布置，能夠操作以測量幹涉圖案的所述性質作為第二路徑相對於第一路徑的長度的函數，觀察具有與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的位置的所述峰值，並且對每個這樣的峰值，由所述峰值的位置確定對應的大體反射性層表面的位置。23.如方面21或22所述的水平傳感器布置，其中幹涉圖案的所述性質與其強度相關。24.如方面20-23中任一項所述的水平傳感器布置，能夠操作以大體與所述襯底表面垂直的角度反射測量束離開所述襯底，和能夠操作以在基本上整個襯底表面上執行至少一個大體反射性層表面的所述位置的並行測量。25.如方面24所述的水平傳感器布置，能夠操作以對比由襯底表面的不同部分得來的所測量的位置，以便確定製造過程缺陷。26. 一種光刻設備,包括如方面20-25中任一項所述的水平傳感器布置。
27.如方面26所述的光刻設備，能夠操作使得當所述至少一個大體反射性層表面是感光性的，並且在至少一個所述執行期間用以獲得所述幹涉圖案的所述源束包括感光性層的材料敏感的波長範圍內的波長，所述光刻設備還能夠操作以在襯底的實際曝光期間補償所述源束對感光性層的影響。28. 一種電腦程式產品，包括程序指令，所述程序指令能夠操作以在合適的設備上運行時執行如方面1-6或13-19中任一項所述的方法。上面的說明書是為了說明而不是為了限制。因此，本領域技術人員在不脫離權利要求所設定的範圍的情況下可以對本發明作出修改。
權利要求
1.一種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法，所述方法包括執行下列步驟至少兩次 a)提供寬帶源輻射束， b)通過分別將寬帶源束的一部分反射離開部分透明光學元件並且使寬帶源束的一部分通過部分透明光學元件，而將寬帶源束分成參照束和測量束； c)使測量束反射離開襯底以獲得反射的測量束，並且使參照束反射離開反射表面以獲得反射的參照束； d)結合反射的測量束和反射的參照束；和 e)檢測結合束的至少兩個不同的幹涉圖案；其中不同的幹涉圖案是基於具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同的強度水平的結合束，使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同。
2.如權利要求I所述的方法，其中在步驟d)之前，使反射的參照束通過另一部分透明光學元件，並且還將反射的參照束反射離開反射表面，並且還將反射的測量束反射離開另一部分透明光學兀件。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述部分透明光學元件被定位成離襯底有距離dl並且另一部分透明光學元件被定位成離反射表面有距離d2，並且其中dl和d2之間的差被保持在用以執行步驟e)的寬帶輻射源的相干長度以下。
4.如權利要求2或3所述的方法，其中所述部分透明光學元件和/或另一部分透明光學元件包括半鍍銀反射鏡。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中通過使用光譜儀處理單個結合束來獲得不同的幹涉圖案。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中通過將結合束分成至少兩個基本上相同的束並在檢測所述基本上相同的束的幹涉圖案之前過濾所述基本上相同的束中的至少一個而獲得至少兩個不同的幹涉圖案。
7.如前述權利要求中任一項所述的方法，還包括對比所檢測的不同幹涉圖案，並且觀察極大地依賴於所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平的不同幹涉圖案的性質，但是在所述幹涉圖案性質的峰值的位置與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的情況下，峰值的位置指示對應的大體反射性層表面的位置。
8.如權利要求7所述的方法，其中不同的幹涉圖案的所述性質與其強度相關。
9.一種在光刻設備中用於測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的水平傳感器布置，包括 寬帶輻射源，用於發射源輻射束； 部分透明光學元件，用於通過分別將寬帶源束的一部分反射離開部分透明光學元件並且使寬帶源束的一部分通過部分透明光學元件而將寬帶源束分成參照束和測量束； 分束器或結合器，能夠操作以在分別從所述襯底和所述部分透明光學元件反射之後結合所述測量束和所述參照束，並引導結合束至檢測器； 所述檢測器用於檢測結合束的至少兩個幹涉圖案； 其中不同的幹涉圖案是基於具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同的強度水平的結合束，使得在僅強度水平變化的情況下對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同，和 控制器，能夠操作以在相同襯底上執行測量，以便獲得由其能夠確定至少一個大體反射性層表面的所述位置的幹涉圖案。
10.如權利要求9所述的水平傳感器布置，還包括用於使反射的參照束通過的另一部分透明光學元件；和反射表面，用於在反射的參照束已經通過另一部分透明光學元件之後進一步將反射的參照束反射離開，並且還將反射的測量束反射離開另一部分透明光學元件。
11.如權利要求10所述的水平傳感器布置，其中所述部分透明光學元件定位成離襯底有距離dl，並且另一部分透明光學元件被定位成離反射表面有距離d2，並且其中dl和d2之間的差被保持在用以獲得幹涉圖案的寬帶輻射源的相干長度以下。
12.如權利要求9-11中任一項所述的水平傳感器布置，其中所述檢測器包括用於檢測至少兩個幹涉圖案的光譜儀。
13.—種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法，所述方法包括執行下列步驟至少兩次 a)將寬帶源輻射束分成沿第一路徑引導的測量束和沿第二路徑引導的參照束； b)將測量束反射離開襯底以獲得反射的測量束，並且將參照束反射離開反射表面以獲得反射的參照束； c)將反射的測量束和反射的參照束結合；和 d)檢測結合束的幹涉圖案； 其中步驟a)至d)被執行至少兩次，在每次執行之間改變所述寬帶源束的構成波長和/或在構成波長上的強度水平；使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同。
14.如權利要求13所述的方法，包括對比在每次執行期間所檢測的幹涉圖案，並觀察極大地依賴於所用的源束的所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平的幹涉圖案的性質，但是在所述幹涉圖案性質的峰值的位置與所用源束的所述構成波長和/或整個構成波長上的強度水平基本上無關的情況下，峰值的位置指示對應的大體反射性層表面的位置。
15.一種在光刻設備中用於測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的水平傳感器布置，包括 可變寬帶輻射源，用於發射源輻射束； 分束器，能夠操作以將所述源輻射束分成沿第一路徑引導至所述襯底的測量束和沿第二路徑引導至反射表面的參照束； 束結合器，能夠操作以在分別從所述襯底和從所述反射表面的反射之後結合所述測量束和所述參照束； 檢測器，用於檢測結合束的幹涉圖案；和 控制器，能夠操作以使用具有不同構成波長和/或在構成波長上具有不同強度水平的寬帶源束，使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同，以在相同的襯底上執行多次測量，以便獲得由其可以確定至少一個大體反射性層表面的所述 位置的幹涉圖案。
全文摘要
本發明公開了用於光刻設備的水平傳感器布置、光刻設備以及器件製造方法。進一步地，本發明公開了一種測量光刻設備中的襯底上的至少一個大體反射性層表面的位置的方法以及相關的水平傳感器和光刻設備。所述方法包括使用寬帶光源執行至少兩次幹涉測量。在每一次測量之間，改變寬帶源束的構成波長和/或在構成波長上的強度水平，使得在僅強度水平變化的情況下，對於束的構成波長的至少一部分所述強度變化不同。替換地，也可以應用單次測量和測量的隨後的用以獲得測量數據的處理(其中構成波長和/或在構成波長上的強度水平不同)以獲得位置。
文檔編號G03F7/20GK102967998SQ20121031103
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月28日 優先權日2011年8月31日
發明者S·G·J·瑪蒂吉森, A·J·登博夫 申請人:Asml荷蘭有限公司