用於傾斜靈敏度降低的晶片對準的設備和方法

2023-05-18 16:14:06 2

專利名稱：用於傾斜靈敏度降低的晶片對準的設備和方法
技術領域：
本發明涉及光刻投影裝置，包括如在權利要求1的前序部分中所定義的，用於傾斜靈敏度降低的晶片對準的設備。本發明還涉及一種如權利要求6的前序部分中所陳述的用於傾斜靈敏度降低的晶片對準的方法。
背景技術：
本發明在光刻投影裝置領域中發現一優選申請，該裝置包括提供輻射投影光束的輻射系統，支承圖案形成裝置的支承結構，其中圖案形成裝置用來根據預期的圖案使投影光束形成圖案，保持基底的基底臺；和用於把形成圖案的光束投射到基底的靶區的投影系統。
這裡使用的術語「構圖裝置」應廣義地解釋為能夠給入射的輻射光束賦予帶圖案的截面的部件，其中所述圖案與要在基底的靶部上形成的圖案一致；本文中也使用術語「光閥」。一般地，所述圖案與在靶部中形成的器件如集成電路或者其它器件的特殊功能層相對應(見下文)。這種構圖部件的示例包括-掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二進位型、交替相移型、和衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。這種掩模在輻射光束中的布置使入射到掩模上的輻射能夠根據掩模上的圖案而選擇性的被透射(在透射掩模的情況下)或者被反射(在反射掩模的情況下)。在使用掩模的情況下，支撐結構一般是一個掩模臺，它能夠保證掩模被保持在入射光束中的理想位置，並且如果需要該臺會相對光束移動。
-可編程反射鏡陣列。這種設備的一個例子是具有一粘彈性控制層和一反射表面的矩陣可尋址表面。這種裝置的理論基礎是(例如)反射表面的尋址區域將入射光反射為衍射光，而非尋址區域將入射光反射為非衍射光。用一個適當的濾光器，從反射的光束中濾除所述非衍射光，只保留衍射光；按照這種方式，光束根據矩陣可尋址表面的定址圖案而產生圖案。程控反射鏡陣列的另一實施方案利用微小反射鏡的矩陣排列，通過使用適當的局部電場，或者通過使用壓電致動器裝置，使得每個反射鏡能夠獨立地關於一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，由此尋址反射鏡以不同的方向將入射的輻射光束反射到非尋址反射鏡上；按照這種方式，根據矩陣可尋址反射鏡的定址圖案對反射光束進行構圖。可以用適當的電子裝置進行該所需的矩陣定址。在上述兩種情況中，構圖裝置可包括一個或者多個程控反射鏡陣列。反射鏡陣列的更多信息可以從例如美國專利US5,296,891、美國專利US5,523,193、PCT專利申請WO 98/38597和WO 98/33096中獲得，這些文獻在這裡引入作為參照。在程控反射鏡陣列的情況中，所述支撐結構可以是框架或者工作檯，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。
-可編程LCD陣列，例如由美國專利US 5,229,872給出的這種結構，它在這裡引入作為參照。如上所述，在這種情況下支撐結構可以是框架或者工作檯，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。
為簡單起見，本文的其餘部分在一定的情況下具體以掩模和掩模臺為例；可是，在這樣的例子中所討論的一般原理應適用於上述更寬範圍的構圖部件。
光刻投影裝置可以用於例如集成電路(IC)的製造。在這種情況下，構圖部件可產生對應於IC一個單獨層的電路圖案，該圖案可以成像在已塗敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(矽片)的靶部上(例如包括一個或者多個電路小片(die))。一般的，單一的晶片將包含相鄰靶部的整個網格，該相鄰靶部由投影系統逐個相繼輻射。在目前採用掩模臺上的掩模進行構圖的裝置中，有兩種不同類型的機器。一類光刻投影裝置是，通過將全部掩模圖案一次曝光在靶部上而輻射每一靶部；這種裝置通常稱作晶片分檔器或者分步重複裝置。另一種裝置—通常稱作分步掃描裝置—通過在投射光束下沿給定的參考方向(「掃描」方向)依次掃描掩模圖案、並同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底臺來輻射每一靶部；因為一般來說，投影系統有一個放大係數M(通常＜1)，因此對基底臺的掃描速度V是對掩模臺掃描速度的M倍。關於如這裡描述的光刻設備的更多信息可以從例如美國專利US6,046,792中獲得，該文獻這裡作為參考引入。
在用光刻投影裝置的製造方法中，(例如在掩模中的)圖案成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對基底可進行各種處理，如塗底漆，塗敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光後，可以對基底進行其它的處理，如曝光後烘烤(PEB)，顯影，硬烘烤和測量/檢查成像特徵。以這一系列工藝為基礎，對例如IC的器件的單層形成圖案。這種圖案層然後可進行任何不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學—機械拋光等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，那麼對每一新層重複全部步驟或者其變化。最終，在基底(晶片)上出現器件陣列。然後採用例如切割或者鋸斷的技術將這些器件彼此分開，單個器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關於這些步驟的進一步信息可從例如Peter van Zant的「微型集成電路片製造半導線加工實踐入門(Microchip FabricationA Practical Guide toSemiconductor Processing)」一書(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)中獲得，這裡作為參考引入。
為了簡單起見，投影系統在下文稱為「鏡頭」；可是，該術語應廣義地解釋為包含各種類型的投影系統，包括例如折射光學裝置，反射光學裝置，和反折射系統。輻射系統還可以包括根據這些設計類型中任一設計操作的部件，用於引導、整形或者控制輻射投射光束，這種部件在下文還可共同地或者單獨地稱作「鏡頭」。
另外，光刻裝置可以具有兩個或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)。在這種「多級式」器件中，可以並行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用於曝光。例如在美國專利US5,969,441和WO 98/40791中描述的二級光刻裝置，這裡作為參考引入。
對於光刻處理，為了在基底上獲得特徵正確的輪廓，將在掩模上用掩模圖案來處理的晶片的對準應儘可能的精確，其中所述特徵都應該具有在規定的容許偏差內的尺寸。為此，光刻投影裝置包括晶片對準模塊，該模塊在給定(規定)容許偏差內提供基底與掩模和掩模圖案的對準。晶片對準系統通常基於光學裝置進行對準。晶片或者晶片的一部分的位置通過測量來自光學標記體的光學響應來確定，其中標記體由光源照明例如，光柵由雷射束照明，然後雷射束從光柵衍射，通過通常定位在一個參考平面上的各個傳感器(例如一個傳感器陣列)測量一個或多個衍射級。利用傳感器的輸出，能夠獲得晶片的位置(相對於參考平面)。
在現有技術中，已知基於光柵利用克卜勒望遠鏡的晶片對準系統。US4,251,160公開了一種包括克卜勒望遠鏡的晶片對準系統，該望遠鏡使通過光柵產生的衍射光束成像在一個或多個探測器上，以獲得相對於參考物來說晶片的對準信息。
晶片(部分)上來自標記體的信號通過望遠鏡系統投射到參考平面上。為了實現成像條件，物面(標記體定位的面)應是像的共軛面。不利地，當標記體相對於物面傾斜時，沒有在物面的晶片上的標記體顯示出在參考面內的偏移。偏移是由於標記體的離焦，在焦點上(例如，在物面內)的傾斜標記體將不顯示在晶片對準系統的參考面內的偏移。
此外，現有技術的克卜勒望遠鏡中，應用了位於望遠鏡透鏡之間的光闌孔徑(即小孔)。光闌用來減少達到傳感器的雜散光，並且因而減少投影像的視差。WO 97/35234公開了具有光闌的晶片對準系統，包括位於中間焦點平面內預定位置處的多個小孔，其中該預定位置為在不傾斜光柵的理想情況下，期望每個衍射級的焦點所在的位置。現有技術中，這種設置用於衍射級的空間濾波，以從每個單級獲得信息。
在半導體製造過程中，晶片經歷多種處理例如退火、蝕刻、拋光等，這些可能引起標記體的凹凸不平(標記體中的凹口區域和/或標記體的變形)。這種標記體的凹凸不平可能引起標記體無法控制的(局部)傾斜，因此，由於離焦的標記體引起參考面上標記體像的偏移。傾斜和離焦的結合引起像的位置誤差，該誤差會在半導體器件的構造中導致重迭誤差。為了消除不期望的偏移，參考標記體必須以很高的精確度放置在物面(焦距校正)。所屬領域的技術人員可以理解，這樣的焦距校正是很重要的。
通常，現有技術中的晶片對準系統有大約100微米量級內的離焦。晶片上的光柵(即，標記體)通常會顯示在至少100μrad量級內的傾斜角。這樣的傾斜角很大程度是由於晶片表面的平直度質量造成的，其顯示出某些製造過程中造成的凹凸不平。這樣，傾斜角可以隨機變化，以上給出的數字是平均值的估計。
在現有技術具有這樣的離焦和傾斜角值的晶片對準系統中，位置誤差或者對準精確度是大約20納米(或者3.5微米/度)。
對於標記體產生的一給定的衍射級，標記體的傾斜將引起衍射角的移動(相對於標記體無傾斜的情況)。當使用光闌時，這將導致衍射光束(對每個衍射級)相對於預定小孔的位移。
此外，在使用具有多個衍射光束(衍射級)和/或多種顏色的光柵的晶片對準系統中，衍射級和/或顏色的像通常由於光學像差(「焦點差」)，而不會被投影到同一平面內。當同時測量多個衍射級和/或顏色時，標記體的凹凸不平導致在各個像的測量位置級與級和/或顏色與顏色之間的差別，由此降低對準過程的性能。取決於對於每個單級和/或顏色各自的離焦和傾斜角值，一些級可能不可用。
為了改進光刻裝置中傾斜靈敏度降低的晶片對準，現有技術關於克卜勒望遠鏡的阿貝距離(Abbe arm)校準系統在US 2001/0008273 A1中公開，該系統相當複雜並且成本很高。
傾斜靈敏度被定義為物的傾斜和該物的像的傾斜之間的比例。
晶片傾斜和衍射光束靈敏度檢測之間的關係的更詳細的說明將在下面根據本發明的實施例的描述中描述。

發明內容
本發明的目的是提供一種關於晶片(部分)上的光學標記體的(局部或整個晶片)傾斜的靈敏度降低的晶片對準設備。
該目的在如權利要求1的前序部分所定義的，包括傾斜靈敏度降低的晶片對準設備的光刻投影裝置中實現，其特徵在於每個組成的衍射光束具有孔徑水平的衍射光束直徑，每個組成的衍射光束的衍射光束直徑大於孔徑直徑。
通過本發明，晶片對準系統變得對標記體傾斜不太靈敏。每個衍射光束仍然部分地通過孔徑的小孔傳輸。
在另一方面，本發明的光刻裝置的特徵在於光學器件被設置成用於加寬組成的衍射光束。通過由光柵的衍射長度即入射光束和光柵的周期性結構發生相互作用的光柵的部分產生的有限的尺寸作用導致加寬。由於加寬，衍射光束的一部分被允許通過孔徑，晶片對準系統的傾斜靈敏度顯著地降低。
同樣，本發明提供一種校正入射雷射束傾斜的解決辦法，該傾斜會引起與傾斜標記體相似的不期望的影響。通過本發明的方法，晶片對準系統關於入射雷射束傾斜的靈敏度同樣顯著地降低。
此外，本發明涉及一種如權利要求7的前序部分所定義的光刻投影裝置中傾斜靈敏度降低的晶片對準方法，其特徵在於每個組成的衍射光束具有孔徑水平的衍射光束直徑，每個組成的衍射光束的衍射光束直徑大於孔徑直徑。
此外，在本發明中，傾斜靈敏度作為光束加寬的函數用來分離標記體的圖像偏移與阿貝距離和離焦的相關性。
傾斜靈敏度隨著衍射光束的加寬而變化，該衍射光束通過晶片對準系統的測量光束(的直徑)產生。
根據本發明該方法可以測量對準系統和/或晶片標記體支承點(例如，阿貝距離)的離焦。
因此，該方法另一方面的特徵在於該方法還包括-測量通過第一入射光束在至少一個光柵上產生的至少一個衍射級的像的第一偏移，作為應用到所述至少一個光柵的傾斜的函數；-測量通過第二入射光束在至少一個光柵上產生的至少一個衍射級的像的第二偏移，作為應用到所述至少一個光柵的傾斜的函數；第二入射光束具有不同於第一入射光束的直徑；-由第一偏移和第二偏移確定所述至少一個光柵的離焦值；-由離焦值確定阿貝距離的值，阿貝距離是包括所述至少一個光柵的表面和傾斜支點的位置之間的距離。
此外，需要注意的是，相似的加寬作用可以通過改變光柵的長度尺寸產生(即，在光柵中周期結構重複的方向)。
因此，本發明的方法的另一方面的特徵在於在第一類型的至少一個光柵上產生至少一個衍射級的像的第一偏移，作為應用到所述第一類型的至少一個光柵的傾斜的函數；在第二類型的至少一個光柵上產生至少一個衍射級的像的第二偏移，作為應用到所述第二類型的至少一個光柵的傾斜的函數；該第一類型的至少一個光柵具有遠遠小於入射光束的光束尺寸的第一衍射長度，該第二類型的至少一個光柵具有遠遠大於第一衍射長度的第二衍射長度。
對於一個固定的周期和一個恆定的光束直徑，由照明光束在小的標記體即，具有給定周期的相對較小的光柵上產生的衍射光束，將比在大的標記體即，具有相同周期的相對較大的光柵上產生的衍射光束寬。
根據本發明該方法可以通過入射光束尺寸的變化，測量對準系統和/或晶片標記體支承點(例如，阿貝距離)的離焦。
因此，本發明的方法的又一方面的特徵在於通過第一入射光束在至少一個光柵上產生至少一個衍射級的像的第一移動，作為應用到所述至少一個光柵的傾斜的函數，和通過第二入射光束在至少一個光柵上產生至少一個衍射級的像的第二移動，作為應用到所述至少一個光柵的傾斜的函數；第二入射光束具有不同於第一入射光束的直徑。
儘管在本申請中，本發明的裝置具體用於製造IC，但是應該明確理解這些裝置可能具有其它應用。例如，它可用於製造集成光學系統、用於磁疇存儲器的引導和檢測圖案、液晶顯示板、薄膜磁頭等等。本領域的技術人員將理解，在這種可替換的用途範圍中，在說明書中任何術語「分劃板」，「晶片」或者「電路小片(die)」的使用應認為分別可以由更普通的術語「掩模」，「基底」和「靶部」代替。
在本文件中，使用的術語「輻射」和「光束」包含所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波長)和極遠紫外(EUV)輻射，(例如具有5-20nm的波長範圍)。


以下，將參照附圖解釋本發明，該解釋僅是作為例證的目的，不限制如所附的權利要求所定義的保護範圍。
附圖1描述了一光刻投影裝置；附圖2示意地示出了用於光刻投影裝置的晶片對準系統中的光學器件；附圖3示意地示出了在基底上未傾斜的標記體的對準過程中附圖2的光學器件；附圖4示意地示出了在基底上傾斜的標記體的對準過程中附圖2的光學器件；附圖5示意地示出了根據本發明，在基底上傾斜的標記體的對準過程中，用於光刻投影裝置的晶片對準系統中的光學器件；附圖6示出了與本發明的使用有關的晶片傾斜的檢測靈敏度的圖表；附圖7示出了作為標記體長度函數的相對傾斜靈敏度的圖表。
具體實施例方式
附圖1示意性描繪了本發明的具體實施例的光刻投影裝置1。該裝置為具有兩個基底臺WTa和WTb的類型，包括-輻射系統Ex，IL，提供輻射投影光束PB(例如UV輻射)。在這種具體例子中，該輻射系統還包括一輻射源LA；-第一載物臺(掩模臺)MT，設有用於保持掩模MA(例如分劃板)的掩模保持器，並與用於將該掩模相對於物體PL精確定位的第一定位裝置PM連接；-第二和第三載物臺(基底臺)WTa和WTb，每個設有用於保持基底W(例如塗覆抗蝕劑的矽晶片)的基底保持器，並且每個連接到各自的臺定位裝置(未示出)，第二載物臺定位於投影系統PL下，它的臺定位裝置設置成將基底相對於物體PL精確定位，第三載物臺定位於測量系統MS下，它的臺定位裝置設置成將基底相對於物體MS精確定位；-投射系統(「鏡頭」)PL，用於將掩模MA的輻射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一個或多個電路小片(die))上。
如這裡指出的，該裝置屬於透射型(即具有透射掩模)。可是，一般來說，它還可以是例如反射型(具有反射掩模)。另外，該裝置可以利用其它種類的構圖部件，如上述涉及的程控反射鏡陣列型。
源LA(例如汞燈或受激準分子雷射器)產生輻射光束。該光束直接或橫穿過如擴束器Ex的調節裝置後，再照射到照射系統(照射器)IL上。照射器IL包括調節裝置AM，用於設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它組件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有理想的均勻度和強度分布。
應該注意，圖1中的輻射源LA可以置於光刻投影裝置的殼體中(例如當輻射源LA是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投影裝置，其產生的輻射光束被(例如通過合適的定向反射鏡的幫助)引導至該裝置中；當光源LA是準分子雷射器時通常是後面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB然後與保持在掩模臺MT上的掩模MA相交。橫向穿過掩模MA後，光束PB通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位裝置PW和幹涉測量裝置IF的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。類似的，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA後或在掃描期間，可以使用第一定位裝置PM將掩模MA相對光束PB的光路進行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長衝程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實現載物臺MT、WT的移動。可是，在晶片分檔器中(與分步掃描裝置相對)，掩模臺MT可與短衝程致動裝置連接，或者固定。可以用掩模對準標記M1、M2和基底對準標記P1、P2對準掩模MA和基底W。測量系統MS設置作為晶片對準系統，在此示意地描述。晶片對準系統通過檢測標記體其至少在XY方向的偏移，能夠反映晶片表面的偏移。為了對準的目的，光學對準光束(未示出)在晶片對準系統MS和位於基底臺WTb上的晶片W上的標記體之間傳播。
所示的裝置可以按照二種不同模式使用1.在步進模式，掩模臺MT保持基本靜止，並且整個掩模圖像被一下子(例如，一「閃」)被投射到靶部C。基底臺WT接著在X和/或Y方向上移動以便不同的靶部C可以被光束PB照射；和2.在掃描模式中，基本為相同的情況，但是所給的靶部C沒有暴露在單「閃」中。取而代之的是，掩模臺MT沿給定的方向(所謂的「掃描方向，例如y方向」)以速度v移動，以使投射光束PB掃描整個掩模圖像；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相當大的靶部C，而沒有犧牲解析度。
幹涉測量裝置包括光源例如雷射器(未示出)和一個或多個用來確定基底或臺的某些信息(例如，位置、對準等)的幹涉儀。在附圖1中作為例子用標記IF示意性地描述了兩個幹涉儀。雷射器產生計量光束MB，其通過光束控制器發送到幹涉儀IF。在存在多於一個幹涉儀的情況下，通過使用把計量光束分成對於每個幹涉儀的各自不同的光束的光學器件，計量光束在它們之間共享。附圖1示出了計量光束被分為兩束光。分束光學器件未示出。
附圖2示意地示出了光刻投影裝置的晶片對準系統中的光學器件。
用於光刻投影裝置的晶片對準系統中的光學器件涉及克卜勒望遠鏡1。克卜勒望遠鏡1包括具有第一焦距的第一透鏡L1，和具有第二焦距的第二透鏡L2。在該望遠鏡中，第一和第二透鏡L1，L2都是會聚透鏡。第一和第二透鏡L1，L2設置在光軸OA上。
為清楚起見，只示出了垂直於物面發射的光線。
在使用中，由於將物面OFP的距離設定為等於第一焦距的距離，並且參考面RP相對於第二透鏡L2的距離等於第二焦距，位於物面OFP的第一物O1被成像為在參考面RP上的第一像IM1。在兩個透鏡L1，L2之間，通過將第一和第二透鏡L1，L2彼此之間的距離設定為等於第一和第二焦距之和而存在中間焦點IF第一透鏡L1的焦平面基本上與第二透鏡L2的焦平面重合。
通過使用與物體O1成像時相同的透鏡L1，L2的配置，位於物面外(例如，有散焦)的第二物O2被成像為在參考面RP上的第二像M2。
如示意地指出的，具有相同形狀(這裡描述為箭頭)的第一和第二物O1、O2都有傾斜。從第一和第二物O1，O2各自的像的示意結構中，可以得出相對物面OFP有離焦的物的像(例如第二物O2的像IM2)和被投射到參考面RP上的像，將顯示出在參考面RP上的偏移。這樣，任何涉及像IM2的位置信息將包括某些由於第二物O2的離焦而引起的誤差。
附圖3示意地示出了在基底上未傾斜的標記體的對準過程中的附圖2的光學器件。
附圖3中，示出了當遠心孔徑TA基本上位於在中間焦點IF的位置時，附圖2的光學器件1。在參考面RP內，放置檢測器DET用來檢測來自一個或多個照射到檢測器DET的光束的光學信號。
檢測器DET設置成用來測量其上的光學信號的位置，例如通過光敏元件陣列。
入射光束IB基本上垂直地照射到標記體MAR的表面上，標記體的位置相對於物面OFP垂直地移動。入射光束IB可以包括作為光源的單個雷射束或者如果需要的話，多個雷射束，即光束IB可以包括一個或多個波長(顏色)的電磁輻射。
由於入射光束IB和標記體(即光柵)的橫向周期(或周期距離)之間的相互作用，在標記體MAR的位置處產生了多個衍射光束，在這些光束中示出了單衍射級，如右手邊的衍射光束DB1和左手邊的衍射光束DB2所表示的。光束DB1，DB2都被定向為與包括標記體MAR的表面成衍射角θ。
在第一透鏡L1中，光束被折射並且聚焦到中間焦點IF。遠心孔徑TA位於中間焦點IF的位置，該位置包括期望產生的衍射光束DB1，DB2的焦點所在的預定位置，使得各自的衍射光束DB1，DB2通過的小孔PH1，PH2。
通常，衍射光束DB1，DB2在中間焦點IF處的直徑尺寸與各自的小孔PH1，PH2的直徑尺寸相同或者更小。
在通過各自的小孔後，每個衍射光束被第二透鏡L2折射，並且由於兩個衍射光束DB1，DB2的幹涉，衍射級的光學信號被聚焦並且被在參考面RP上的檢測器DET檢測。
所屬領域的技術人員將理解，儘管事實是標記體MAR被置於相對於物面OFP的離焦Δf處，由於標記體的表面無傾斜的事實(即平行於物面OFP)，衍射光束仍然正確地瞄準檢測器DET。
附圖4示意地示出了在基底上傾斜的標記體的對準過程中的光學器1。
附圖4中，如附圖3所示的光學器件1現在示出標記體相對於入射光束IB傾斜。同樣，通過入射光束和標記體MAR的周期性的相互作用產生多個衍射光束。標記體MAR關於入射光束IB傾斜角度α。同樣，標記體MAR從物面OFP離焦Δf。
對第一級近似，傾斜的標記體MAR上的衍射光束的衍射角θ(相對於標記體的表面法線)將等於如附圖3所示的零傾斜標記體MAR的衍射角。由於傾斜角α，衍射光束DB1、DB2包括一偏移角(等於傾斜角α)。
附圖4示意地示出了標記體的像IM2。IM2顯示出傾斜角α2。
由於在孔徑和小孔的水平，衍射光束具有比小孔更小的直徑，光學信號的檢測對標記體MAR的傾斜敏感。
附圖5示意地示出了根據本發明，在基底上傾斜的標記體對準的過程中，用於光刻投影裝置的晶片對準系統中的光學器件；為了檢測衍射光束，通常在檢測器DET上具有足夠的測量信號。然而，要求對於每個衍射級，都能夠在參考面RP上的檢測器上形成像，即使被測量的標記體MAR相對於入射光束IB傾斜。本發明基於這樣的理解通過提供比小孔直徑尺寸寬(在遠心孔徑TA水平)的衍射光束，可以降低通過光學器件1的信號的檢測的傾斜靈敏度，而不需要更精確的校準的嘗試。
附圖5示出了根據本發明的一個實施例，在該實施例中入射光束IB是小的入射光束IB2。由於標記體MAR光柵的只是有限尺寸的作用包含在衍射過程中，衍射光束在它們各自的衍射角附近被空間加寬。附圖5中，示意性地用衍射光束DB1，DB2表示由光束尺寸產生的加寬到有限尺寸的效果，其中每個衍射光束DB1、DB2用由各自的中心光束B1和B4，加寬到各自的邊緣B2、B3和B5、B6來表示。中心光束B1，B4仍然具有衍射角θ。加寬導致了加寬的角Δθ。
小孔PH1、PH2和加寬的光束DB1、DB2之間的相互作用通過孔徑TA和檢測器陣列DET之間的光束虛線來表示。
在遠心孔徑或小孔水平的衍射光束直徑BD1、BD2在附圖5中表示。注意由於標記體MAR的傾斜，BD1和BD2略微不同。
現在如附圖5所示，如果標記體傾斜角度α，那麼由於加寬，仍然一部分衍射光束DB1，DB2可以通過遠心孔徑TA穿過各自的小孔PH1、PH2，並且，由於衍射光束DB1、DB2的幹涉，可以在參考面RP內檢測到信號。
需要注意的是，在本發明中當標記體傾斜時，檢測到的信號比在現有技術中的變化顯著地減小。
作為加寬作用的結果，關於標記體MAR傾斜的檢測靈敏度有利地降低。
可選擇地，加寬作用也可以通過使用直徑小於衍射光束直徑的小孔來完成。
注意附圖5中仍然存在離焦。像IM2仍然顯示出傾斜角度α3。然而，像的傾斜角度α3小於標記體MAR的傾斜角α。因此，附圖5中的α3也小於示於附圖4現有技術的系統中顯示的α2。
此外，需要注意的是，本發明以基本上相同的方式提供一種校正入射雷射束IB傾斜的解決辦法，該傾斜同樣會引起與傾斜標記體相似的不期望的影響。在許多環境中，實現入射雷射束傾斜的調整與通過有限的尺寸作用的調整相比困難得多。本發明包括一能夠減小由標記體的傾斜或者入射雷射束的傾斜而帶來的影響的校正機構。關於入射雷射束的傾斜，晶片對準系統的靈敏度也以相似的方式顯著地減小。
附圖6示出了與本發明的使用有關的晶片傾斜的檢測靈敏度的圖表。
在附圖6的圖表中，作為小孔尺寸函數的像位置的偏移如下所示。在縱軸上，如參數β所表示的，β表示標記體像相對於傾斜角α的有效(或明顯的)傾斜，參考面RP上像IM2的位置偏移相對於傾斜角α指出。參照附圖5，像IM2的傾斜角α3等於β×α。在橫軸上，如參數Φ所表示的，表示相對於衍射光束直徑BD1、BD2在遠心孔徑水平(或者實際上，在小孔PH1、PH2水平)的小孔尺寸。曲線C是一計算出的曲線的例子，表示相對位置偏移和假定為高斯衍射光束輪廓時相對小孔直徑之間的關係。需要注意的是，其它光束輪廓是可能的，可以導致相對位置偏移和相對小孔直徑之間不同的關係。
在曲線C中，三個點表示出晶片對準系統的特定的典型設置。點Q1顯示傾斜靈敏度對晶片對準系統來說接近一(unity)，其中小孔PH1，PH2的直徑與衍射光束IB的直徑(在遠心孔徑TA水平)的比率大於一。在一個典型的設置中，小孔直徑大約500μm，光束直徑大約700μm(在光柵(MAR)的水平)，但是在通過透鏡L1後，衍射光束被聚焦到遠小於500μm的值，通常大約為50-100μm。這裡相對尖銳的衍射光束在標記體的光柵上產生，其導致在傾斜標記體MAR上離焦物O2的像IM2偏移的強靈敏度(值1)。
點Q2與光束直徑與小孔尺寸的比率大約為一的設置相關聯，點Q3與小孔尺寸與衍射光束直徑(在遠心孔徑TA水平)的比率小於1的設置相關聯。在Q2和Q3的設置中，由於有限光束尺寸的影響，衍射光束被加寬，導致對標記體的傾斜相對較低的靈敏度。注意對於點Q2和Q3，只有光柵的小部分被雷射束照明，並且，產生衍射光束的光柵上的衍射長度很小。光柵的周期典型地是16μm。根據曲線C，Q2設置的靈敏度為Q1設置的靈敏度的約50％。Q3設置對於標記體傾斜的靈敏度大約比Q1設置小5倍。
考慮到這些，本發明分別提供對於β值大約0.5(典型地在α＝100μrad時10nm)，大約傾斜2微米/度的位置誤差和對於β值大約0.1(典型地在α＝100μrad時2nm)，大約傾斜400納米/度的位置誤差。發現實際上傾斜靈敏度能夠降低到β值顯著地小於『1』，典型地小於0.25和0.01，這樣傾斜靈敏度值在大約875納米/度和大約20納米/度之間。
將在其上投射形成圖案的晶片必須相對光軸OA傾斜一定的角度，以對晶片可能的曲率作校正。必須確定晶片表面和晶片臺WS的橫向支點(由於傾斜)之間的垂直距離，以允許在晶片臺傾斜過程中發生的水平位移(從而，散焦)的校正。這個距離已知為阿貝距離。
在使用單個(晶片)臺來形成圖案和測量晶片位置(如在晶片對準系統MS中)的光刻投影裝置中，可以通過在校準過程中確定阿貝距離來實現校正。通常，通過測量參考面內x方向的圖像偏移(表示為Δx)，作為在垂直於方向x的方向，晶片臺圍繞晶片臺橫向支點的軸y傾斜的函數(表示為ΔRy，ws)，來實現這樣的校準。從圖像偏移中，阿貝距離(aAbbe)可以使用以下等式得到Δx＝ΔRy，ws·aAbbe(等式1)所屬領域的技術人員將注意到由於阿貝距離，從傾斜晶片上的標記體成像的衍射級將示出物的偏移，在該物的像的投影中，不能區別該位移來自該物的像的離焦的響應還是來自局部傾斜的響應。在涉及光柵衍射級的成像中衍射級的像將顯示圖像偏移，其變化作為應用的晶片傾斜ΔRy，ws的函數。該圖像偏移不利地影響了後續圖案的重迭並且降低光刻投影裝置的性能。
基於前述段落的結論，由於離焦和整個晶片傾斜，標記體物的圖像偏移具有同樣的函數形式Δx＝2ΔRy，ws·Δf(等式2)其中Δf是離焦。
在該線性疊加中，兩種影響(阿貝位移和散焦)不能分離。至少兩種影響中的其中一種必須被量化(獨立地)，以獲得另一個的值。通常，以晶片臺從投影透鏡的許多垂直位移，測量一系列的晶片傾斜。從這種測量中，能夠得到離焦，並因而得到阿貝距離的值。
阿貝距離可以通過如上所述的常規技術確定。在這種情況下，為了阿貝校準，可以使用專用的阿貝距離測量設備(如US 2001/0008723 A1中公開的)，其相對的成本效益低。
如將在下面解釋的那樣，本發明提供一種解決方法，其中可以完全不使用這種專用的測量設備。
在兩級系統的晶片對準系統MS的晶片對準測量過程中，作為晶片傾斜的函數被觀察的圖像偏移通過等式1和等式2的疊加給出Δx＝ΔRy，ws·aAbbe+2ΔRy，ws·Δf(等式3)在本發明中，作為光束加寬函數的傾斜靈敏度被用來分離標記體關於阿貝距離和離焦的圖像偏移的相關性。
如附圖6中所描述的，傾斜靈敏度參數β隨著由晶片對準系統MS的入射光束IB2(的直徑)產生的衍射光束的加寬而變化。
需要注意的是，相似的加寬影響能夠通過改變由入射光束IB，IB2照明的光柵的長度尺寸(即在光柵中周期結構重複的方向)產生。對於固定的周期和恆定的光束直徑，由入射光束在小的標記體即具有給定周期的相對小的光柵上產生的衍射光束，將比在大的標記體即具有相同周期的相對較大的光柵上產生的衍射光束寬。
這樣，在例如前述附圖中所示的使用遠心孔徑TA的晶片對準系統MS中，標記體的傾斜靈敏度將隨著標記體的尺寸變化。如上面所解釋的，當標記體傾斜時，較尖銳的衍射光束與加寬的衍射光束相比，顯示出更強的強度重心偏移的傾向。
對於相對大的標記體(包括相對多的給定周期的周期結構)，傾斜靈敏度(這裡表示為βL)大於這裡表示為βS的相對小的標記體(具有較少的相同周期的周期結構)。附圖7示出了作為標記體長度函數的相對傾斜靈敏度的圖表。在水平軸上，繪製了標記體尺寸，縱軸上，繪製了傾斜參數β。在該例證性的圖表中，對於周期為16μm的標記體，作為標記體尺寸的函數，由第一規則計算出β。在曲線中，表示出了四個不同的標記體尺寸的例證性的值。
對於相對大的標記體，等式3現在變成ΔxL＝ΔRy，ws·aAbbe+2βLΔRy，ws·Δf(等式4)對於小的標記體ΔxS＝ΔRy，ws·aAbbe+2βSΔRy，ws·Δf(等式5)在已知βL和βS(其中βL≠βS)時，通過在晶片臺和投影透鏡之間不同的垂直位移進行校準測量，可以消除阿貝距離上的圖像偏移ΔxL和ΔxS的相關性。由於這種消除，從這些測量中，可以確定作為傾斜函數保持的圖像偏移Δx和離焦Δf。其次，通過使用確定的離焦Δf的值，晶片對準系統能根據等式3，4或5進行測量(取決於使用的相對標記體尺寸)以獲得對於在特定的晶片臺WS上的晶片的阿貝距離的值。
從等式4和5，可以表明與離焦和阿貝距離的作用相關聯的圖像偏移的影響是相似的，僅確定兩種影響的其中一種就能夠進行而不需要明確地確定另一個。
需要注意的是，通過標記體尺寸加寬衍射光束的影響也可以通過操縱入射光束IB1、IB2以改變其光束形狀，即通過在內部平行、會聚或發散，或改變它的直徑來實現。需要注意的是，這些作為選擇的方案會比以上描述的兩種可選擇的方案需要更多投入。
所屬領域的技術人員將理解，本發明其它可選擇的和等同的實施例能夠想到和簡化實施，而不背離本發明實質的精神，本發明的範圍僅通過所附的權利要求限制。
權利要求
1.一種光刻投影裝置，包括-構圖裝置，在使用中用來根據預期的圖案作為構成圖案的光束使投影光束形成圖案；-保持基底的基底臺(WS)；-基底對準裝置(MS)，用於檢測所述基底相對於所述構圖裝置的位置；-所述基底包括至少一個光柵(MAR)，所述至少一個光柵(MAR)具有衍射長度並被設置成在使用中用來通過與入射光束(IB；IB2)在衍射長度上的相互作用，產生組成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一個衍射級；-所述基底對準裝置(MS)，包括產生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和用於將所述至少個衍射級成像到傳感器器件(DET)上的光學器件(1)；-所述光學器件(1)，包括預定位置處有孔徑(PH1，PH2)的孔徑裝置(TA)，以使所述組成的衍射光束(DB1，DB2)通過；其特徵在於每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔徑(PH1，PH2)水平的衍射光束直徑(BD1，BD2)，每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直徑(BD1，BD2)大於所述孔徑(PH1，PH2)直徑。
2.根據權利要求1的光刻投影裝置，其中所述光學器件(1)設置成用於加寬所述組成的衍射光束(DB1，DB2)。
3.根據權利要求2的光刻投影裝置，其中為了加寬所述組成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光學器件(1)包括用於產生如所述光束的減小的入射光束(IB2)的裝置，所述減小的入射光束(IB2)具有照明所述光柵(MAR)的一部分的減小的光束尺寸。
4.根據權利要求3的光刻投影裝置，其中所述減小的入射光束(IB2)的光束尺寸小於所述光柵(MAR)的所述部分。
5.根據權利要求2的光刻投影裝置，其中為了加寬所述組成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光學器件(1)包括第一類型的所述的至少一個光柵(MAR)，該光柵具有遠遠小於所述入射光束(IB)的所述光束尺寸的第一衍射長度。
6.根據權利要求5的光刻投影裝置，其中為了加寬所述組成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光學器件(1)包括第二類型的所述的至少一個光柵(MAR)，該光柵具有遠遠大於所述第一衍射長度的第二衍射長度。
7.根據前述的任一權利要求的光刻投影裝置，其中所述光學器件(1)具有小於2.0微米/度的傾斜位置誤差。
8.根據前述的任一權利要求的光刻投影裝置，其中所述光學器件(1)具有小於400納米/度的傾斜位置誤差。
9.光刻投影裝置中基底的對準方法，包括-構圖裝置，在使用中用來根據預期的圖案作為構成圖案的光束使投影光束形成圖案；-保持基底的基底臺(WS)；-基底對準裝置(MS)，用於檢測所述基底相對於所述構圖裝置的位置；-所述基底包括至少一個光柵(MAR)，所述至少一個光柵(MAR)具有衍射長度並被設置成在使用中用來通過與入射光束(IB；IB2)在衍射長度上的相互作用，產生組成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一個衍射級；-所述基底對準裝置(MS)，包括產生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和用於將所述至少一個衍射級成像到傳感器器件(DET)上的光學器件(1)；-所述光學器件(1)，包括預定位置處有孔徑(PH1，PH2)的孔徑裝置(TA)，以使所述組成的衍射光束(DB1，DB2)通過；其特徵在於每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔徑(PH1，PH2)水平的衍射光束直徑(BD1，BD2)，每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直徑(BD1，BD2)大於所述孔徑(PH1，PH2)直徑。
10.根據權利要求9的方法，其中所述方法包括-加寬所述組成的衍射光束(DB1，DB2)。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於所述方法還包括-測量所述至少一個衍射級的像的第一偏移(ΔxS)，作為應用到所述第一類型的所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)函數，其中所述至少一個衍射級在所述第一類型的所述至少一個光柵(MAR)上產生；-測量所述至少一個衍射級的像的第二偏移(ΔxL)，作為應用到所述第二類型的所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)函數，其中所述至少一個衍射級在所述第二類型的所述至少一個光柵(MAR)上產生；-從所述第一偏移(ΔxS)和所述第二偏移(ΔxL)確定所述第一類型和所述第二類型的所述至少一個光柵的離焦值(Δf)；-從所述離焦的所述值(Δf)確定阿貝距離(aAbbe)的值，所述阿貝距離(aAbbe)是包括所述第一和第二類型的所述至少一個光柵(MAR)的表面和所述傾斜(ΔRy，ws)的支點位置之間的距離。
12.根據權利要求11的方法，其特徵在於通過第一入射光束在所述至少一個光柵(MAR)上產生所述至少一個衍射級的所述像的所述第一偏移(ΔxS)，所述第一偏移作為應用到所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)的函數，和通過第二入射光束在所述至少一個光柵(MAR)上產生所述至少一個衍射級的所述像的所述第二偏移(ΔxL)，所述第二偏移作為應用到所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)的函數；所述第二入射光束有不同於所述第一入射光束的直徑。
13.根據權利要求11的方法，其特徵在於在第一類型的所述至少一個光柵(MAR)上產生所述至少一個衍射級的所述像的所述第一偏移(ΔxS)，所述第一偏移作為應用到所述第一類型的所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)的函數；在第二類型的所述至少一個光柵(MAR)上產生所述至少一個衍射級的所述像的所述第二偏移(ΔxL)，所述第二偏移作為應用到所述第二類型的所述至少一個光柵(MAR)的傾斜(ΔRy，ws)的函數；所述第一類型的所述至少一個光柵(MAR)具有遠遠小於所述入射光束(IB)的光束尺寸的第一衍射長度，所述第二類型的至少一個光柵(MAR)具有遠遠大於所述第一衍射長度的第二衍射長度。
全文摘要
一種光刻投影裝置，包括－構圖裝置，在使用中用來根據預期的圖案作為構成圖案的光束使投影光束形成圖案；－保持基底的基底臺(WS)；－基底對準裝置(MS)，用於檢測所述基底相對於所述構圖裝置的位置；－所述基底包括至少一個光柵(MAR)，所述至少一個光柵(MAR)具有衍射長度並被設置成在使用中用來通過與入射光束(IB；IB2)在衍射長度上的相互作用，產生組成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一個衍射級；－所述基底對準裝置(MS)，包括產生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和將所述至少一個衍射級成像到傳感器器件(DET)上的光學器件(1)；－所述光學器件(1)，包括預定位置處具有孔徑(PH1，PH2)的孔徑裝置(TA)，以使所述組成的衍射光束(DB1，DB2)通過；其中每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔徑(PH1，PH2)水平的衍射光束直徑(BD1，BD2)，每個所述組成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直徑(BD1，BD2)大於所述孔徑(PH1，PH2)直徑。
文檔編號G03F9/00GK1521568SQ20041003975
公開日2004年8月18日 申請日期2004年2月13日 優先權日2003年2月14日
發明者G·范德朱, G 範德朱 申請人:Asml荷蘭有限公司