專利名稱：對準方法和裝置、光刻裝置、計量裝置和器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于例如采用光刻技術的器件制造中的對準方法和裝置， 以及采用光刻技術制造器件的方法。
背景技術：
光刻裝置是將所需圖案施加到襯底，通常是襯底的目標部分(target portion)上的一種機器。光刻裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造。在 這種情況下，構圖裝置，其也可被稱作掩?；蜓谀０?，可用于產生將要在 IC的單獨層上形成的電路圖案。該圖案可以轉移到襯底(例如硅晶片)的目 標部分上(例如包括一部分， 一個或者多個芯片)。該圖案的轉移典型地是 通過在襯底上的輻射敏感材料(光刻膠)層上成像。 一般地，單一的襯底將 包含相繼圖案化的相鄰目標部分的網格。已知的光刻裝置包括所謂步進 器，其中通過一次將整個圖案曝光到目標部分上來照射每個目標部分，已 知的光刻裝置還包括所謂掃描器，其中，通過在投影光束下沿給定的方向 ("掃描"方向)掃描所述圖案，并同時沿與該方向平行或者反平行的方向同 步掃描襯底來照射每個目標部分。也可以通過將圖案壓印到襯底上的方式 將圖案從構圖裝置轉移到襯底上。
在襯底上的目標部分曝光之前，需要把目標部分與將要投射在其上的 空間圖像對準。以前這是通過具有顯微鏡或基于激光的系統(tǒng)的投影鏡頭看 過去，把構圖裝置(例如，掩模版或掩模)上的標記與在襯底上的相應標 記對準來實現。這被稱作通過透鏡對準。然而在寫本文的時候，所謂離軸 對準的工藝已經很普遍。這涉及在把具有襯底的襯底臺傳送到曝光站前， 采用對準系統(tǒng)來測量保持在襯底臺上的襯底上的對準標記相對于安裝在 襯底臺上的一個或多個永久參考標記或基準(fiducial)的相對位置。在曝 光站下只需要確定基準與將要曝光圖案的架空像的相對位置。然后，即可 計算出準確定位每個曝光目標部分的襯底基座的軌跡。
6已知的各種對準系統(tǒng)。其中一種是，襯底上的對準標記是被檢測光束 照射的光柵。通過光柵衍射的不同衍射級被分離，并且相應的級被重組(例 如，+11與-11組合)以形成對準標記的像，該像覆蓋相應的透射參考光柵。 當基板相對于該系統(tǒng)被掃描時，當該像和參考光柵變?yōu)橥嗪彤愊鄷r，參
考光柵后面的傳感器的輸出信號隨之振蕩。不同間距(pitch)的多個光柵 允許中心周期(center period)被捕獲，并且在掃描中的多個樣品允許對 準精度大大好于該光柵間距。己知可以用兩種不同波長以能夠使用在復雜 工藝層疊中的標記來對準。另一種對準傳感器的形式使用自參照干涉儀把 對準標記的像與旋轉180度后的該像的復制品重疊。這樣的優(yōu)點是可以 采用任意的180度旋轉對稱的對準標記，而不只是用光柵。
雖然公知的對準傳感器快速且精準，半導體器件中對不斷提高特征密 度的需求導致對準系統(tǒng)需要進一步改善，例如采用更小的對準標記，不同 的照射波長以及探測"缺陷"標記(例如具有降低的特征高度的標記，或由 于重疊層和/或在襯底上執(zhí)行的工藝的影響的標記)。

發(fā)明內容
希望提供一種改進的對準系統(tǒng)，例如，用于通過光刻技術的器件的制造。
根據發(fā)明的一方面，提供一種配置為檢測襯底上的對準標記的對準裝 置，該裝置包括配置為發(fā)射輻射束的空間相干的輻射源；物鏡，其配置 為把該輻射束引導到襯底上的對準標記上，并收集被該標記衍射的輻射； 傳感器，其配置為檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；以及控制電 路，其設置成檢測所檢測的角度分解光譜的空間和/或時間的變化，并且 從中得到關于對準標記相對于物鏡的位置的信息。
根據發(fā)明的另一方面，提供一種光刻裝置，包括設置為照射圖像的 照明光學系統(tǒng)；設置為投射圖案的像到襯底上的投影光學系統(tǒng)；設置為檢 測襯底上對準標記的對準系統(tǒng)，該裝置包括配置為發(fā)射輻射束的空間相 干光源；物鏡，其配置為把該輻射束引導到襯底上的對準標記上，并收集 被該標記衍射的輻射；傳感器，其配置為檢測在物鏡的光瞳平面中的角度 分解光譜；以及控制電路，其設置成檢測所檢測的角度分解光譜的空間和/或時間的變化；以及定位系統(tǒng)，其響應于通過對準系統(tǒng)對該對準標記的 檢測；并且該定位系統(tǒng)被配置為在該投影系統(tǒng)的像場中定位該襯底。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種配置為測量襯底特性的計量裝
置，該裝置包括配置為測量襯底上的己知位置的目標處的特性的傳感器 系統(tǒng)；設置為檢測襯底上的對準標記的對準系統(tǒng)，該裝置包括配置為發(fā) 射輻射束的空間相干光源；物鏡，其配置為把該輻射束引導到襯底上的對 準標記上，并收集被該標記衍射的輻射；傳感器，其配置為檢測在物鏡的 光瞳平面中的角度分解光譜；控制電路，其設置成檢測所檢測的角度分解 光譜的空間的和/或時間的變化；以及定位系統(tǒng)，其響應于通過對準系統(tǒng) 對該對準標記的檢測；并且該定位系統(tǒng)被配置為在該傳感器系統(tǒng)的視場中 定位該襯底。
根據本發(fā)明的一方面，提供一種檢測襯底上標記位置的方法，該方法 包括用空間相干的輻射束照射該標記；用物鏡收集被該標記衍射的輻射； 檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；將襯底和物鏡相對移動；以及 檢測在角度分解光譜中的振蕩信號。
根據本發(fā)明的一方面，提供一種采用具有投影系統(tǒng)的光刻裝置的器件 制造方法，該方法包括檢測襯底上的標記的位置，該檢測是通過用空 間相干的輻射束照射該標記；用物鏡收集被該標記衍射的輻射；檢測在物 鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；將襯底和物鏡相對移動；以及檢測在角 度分解光譜中的振蕩信號；參考己檢測的標記的位置相對于該投影系統(tǒng)定 位該襯底；采用投影系統(tǒng)將圖案的像投射到襯底上。


現在介紹發(fā)明的實施例，僅通過舉例，參照所附示意圖，其中參考標 記表示相應的部分，并且其中
圖1描述根據本發(fā)明實施例的光刻裝置；
圖2描述了光刻單元或組件；
圖3描述了根據本發(fā)明實施例的對準傳感器；
圖4描述了圖3的對準傳感器的輻射源；以及
圖5描述了超連續(xù)的激光。
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具體實施例方式
圖1示意性地描述根據發(fā)明實施例的光刻裝置LA。該光刻裝置包括:
構造為調節(jié)輻射束B (例如UV輻射或DUV輻射)的照明系統(tǒng)(發(fā)光器) IL;構造為支撐構圖裝置(例如掩模)MA的支撐臺(例如掩模臺)MT， 并且支撐臺連接至第一定位裝置PM，第一定位裝置PM構造為根據特定 的參數精確地定位該構圖裝置；襯底臺(例如晶片臺)WTa或WTb，構 造為支持襯底(例如涂覆抗蝕劑的晶片)W，并連接至構造為根據特定的 參數精確地定位該襯底的第二定位裝置PW;構造為向襯底W的目標部 分C (例如包括一個或多個芯片)投射通過構圖裝置MA賦予輻射束B 的像的投影系統(tǒng)(例如折射式投影透鏡系統(tǒng))PS。該光刻裝置LA也包括 參考框架RF。
該照明系統(tǒng)可包括不同類型的用于引導、成形、或控制輻射的各種類 型的光學元件，例如折射型、反射型、磁性型、電磁型、靜電型或其它類 型的光學元件，或它們的任何組合。
支撐結構支撐即承受該構圖裝置的重量。它以這樣的方式支撐該構圖 裝置，該方式依賴于構圖裝置的方位、光刻裝置的設計以及其它條件，例 如該構圖裝置是否保持在真空環(huán)境中。該支撐結構可使用機械的、真空的、 靜電的或其它夾持技術來支持該構圖裝置。該支撐結構例如可以是按照需 要固定或可移動的框架或臺。該支撐結構可確保該構圖裝置例如相對于投 影系統(tǒng)在需要的位置。任何使用的術語"掩模版"或"掩模"在此理解為與更 上位的術語"構圖裝置"含義相同。
此處使用的術語"構圖裝置"應該廣義地解釋為表示任何能用于在輻 射束的橫截面上賦予圖案以在襯底的目標部分上產生圖案的裝置。應該注 意賦予輻射束的圖案可能不精確地對應于襯底的目標部分上的所需圖案， 例如如果該圖案包括相移特征或所謂的輔助特征。通常，被賦予輻射束的 圖案將對應于創(chuàng)建在目標部分中的裝置例如集成電路的特定功能層。
該構圖裝置可以為透射式或反射式的。構圖裝置的例子包括掩模、可 編程反射鏡陣列以及可編程LCD面板。掩模在光刻中是眾所周知的，并 且包括例如二元、交替相移和衰弱相移的掩模類型，以及各種混合掩模類型。可編程反射鏡陣列的例子使用小反射鏡的矩陣排列，其中每個反射鏡 都可以獨立地傾斜以在不同方向反射入射的輻射束。傾斜的反射鏡在由反 射鏡矩陣反射的輻射束中賦予圖案。
此處使用的術語"投影系統(tǒng)"應該廣義地解釋為包含任何類型的投影 系統(tǒng)，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(tǒng)，或其任意組合，只要對于所使用的曝光輻射是適合的，或對于諸如 使用浸沒液或使用真空之類的其它因素是適合的。此處使用的任何術語 "投影透鏡"可以認為是與更上位的術語"投影系統(tǒng)"同義。
如這里所述的，該裝置是透射型的(例如采用透射式掩模)。替代地， 該裝置可以是反射型的(例如，采用如上所述類型的可編程反射鏡陣列， 或采用反射式掩模)。
該光刻裝置可以是具有兩個(雙臺)或更多襯底臺(和/或兩個或更 多掩模臺)的類型。在這種"多臺"機器中，可以并行地使用附加的臺，或 可以在將一個或更多個其它臺用于曝光的同時，在一個或更多個臺上執(zhí)行 預備步驟。
該光刻裝置也可以是其中至少一部分襯底可以被具有相對高折射率 的例如水的液體覆蓋的類型，以便填充投影系統(tǒng)和襯底之間的空間。浸沒 液也可以應用到光刻裝置中的其它空間，例如，在掩模和投影系統(tǒng)之間的 空間。浸沒技術用于增加投影系統(tǒng)的數值孔徑，這是本領域中已知的。這 里使用的術語"浸沒"并不意味著結構(例如襯底)必須淹沒在液體中，而 僅僅意味著在曝光過程中，液體位于投影系統(tǒng)和襯底之間。
參照圖l，照射器IL接受從輻射源SO發(fā)出的輻射束。該源和光刻裝 置可以是分立的實體，例如當該源為準分子激光器時。在這種情況下，該 源不應認為是該光刻裝置的一部分，并且通過包括例如合適的引導反射鏡
和/或擴束器的束傳遞系統(tǒng)BD的幫助，將該輻射束從該源SO傳送到照射 器IL。在其它情況下，該源可以是光刻裝置的組成部分，例如當該源是汞 燈時?？梢詫⒃撛碨O和該照射器IL以及如果需要時的束傳遞系統(tǒng)BD — 起稱作輻射系統(tǒng)。
照射器IL可以包括構造為調整輻射束的角強度分布的調整器AD。通 常，可以對照射器的光瞳面中的強度分布的至少外部和/或內部徑向范圍(一般分別稱為d-外部和a-內部)進行調整。此外，照射器IL可以包括各
種其它元件，例如積分器IN和聚光器CO?？梢詫⒄丈淦饔糜谡{節(jié)輻射
束，以在其橫截面中具有所需的均勻性和強度分布。
輻射束B入射到保持在支撐結構(例如，掩模臺)MT上的構圖裝置 (例如，掩模)MA上，并且通過構圖裝置來形成圖案。已經穿過構圖裝 置(例如，掩模)MA之后，輻射束B通過投影系統(tǒng)PS，該投影系統(tǒng)PS 將束聚焦到襯底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，干涉儀器件、線性編碼器、二維編碼器或電容傳感器)的幫 助，可以精確地移動襯底臺WT，例如以便將不同目標部分C定位于該輻 射束B的路徑中。類似地，例如在從掩模庫機械地獲取之后，或在掃描期 間，可以將第一定位裝置PM和另一個位置傳感器(圖l中未明確示出) 用于將構圖裝置(例如，掩模)MA相對于輻射束B的路徑精確地定位。 通常，可以通過形成第一定位裝置PM的一部分的長行程模塊(粗定位) 和短行程模塊(精定位)的幫助來實現支撐結構(例如，掩模臺)MT的 移動。類似地，可以通過形成第二定位裝置PW的一部分的長行程模塊和 短行程模塊來實現襯底臺WTa和/或WTb的移動。在步進器的情況下(與 掃描器相反)，該支撐結構(例如，掩模臺)MT可以僅與短行程致動器 相連，或可以是固定的。
可以使用構圖裝置對準標記M1、 M2和襯底對準標記P1、 P2來對準 構圖裝置(例如，掩模)MA和襯底W。盡管所示的襯底對準標記占據了 專用目標部分，但是它們可以位于目標部分之間的空間中(這些被稱作劃 線(scribe-lane)對準標記)上。類似地，在將多于一個芯片(die)設置 在掩模MA上的情況下，該掩模對準標記可以位于芯片之間。小的對準標 記也可以包含在芯片之中，在器件特征之中，在這種情形中，期望標記盡 可能地小并且不需要不同于相鄰特征的成像和工藝條件。該對準系統(tǒng)檢測 對準標記，在下面進一步描述。
可以將上述裝置用于以下模式的至少一種
l.在步進模式中，在將賦予所述輻射束的整個圖案一次投影到目標部 分C上的同時，支撐結構(例如，掩模臺)MT和襯底臺WT保持為基本 靜止(即單一靜態(tài)曝光)。然后將襯底臺WTa和/或WTb沿X和/或Y方
ii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 尺寸限制了在單一靜態(tài)曝光中成像的目標部分C的尺寸。
2. 在掃描模式中，在將賦予所述輻射束的圖案投影到目標部分C上的
同時，對支撐結構(例如，掩模臺)MT和襯底臺WTa和/或WTb同步地 進行掃描(即單一動態(tài)曝光)。襯底臺WTa和域WTb相對于支撐結構(例 如，掩模臺)MT的速度和方向可以通過投影系統(tǒng)PS的(縮小)放大率 和圖像反轉特征來確定。在掃描模式中，曝光場的最大尺寸限制了單一動 態(tài)曝光中的目標部分的寬度(沿非掃描方向)，而掃描運動的長度確定了 目標部分的高度(掃描方向)。
3. 在另外的模式中，將保持可編程構圖裝置的支撐結構(例如，掩模 臺)MT保持為基本靜止狀態(tài)，并且在將賦予所述輻射束的圖案投影到目 標部分C上的同時，對襯底臺WTa和/或WTb進行移動或掃描。在這種 模式中，通常采用脈沖輻射源，并且在襯底臺WTa和/或WTb的每一次 移動之后、或在掃描期間的連續(xù)輻射脈沖之間，根據需要更新可編程構圖 裝置。這種操作模式易于應用于利用可編程構圖裝置的無掩模光刻中，例 如，如上所述類型的可編程反射鏡陣列。
也可以釆用上述使用模式的組合和/或變形，或完全不同的使用模式。 光刻裝置LA是作謂的雙臺型，其具有兩個襯底臺WTa、 WTb和兩 個站——曝光站和測量站，在兩個站之間襯底臺可以被交換。當一個襯底 或一個襯底臺在曝光站被曝光的時候，另外的襯底可在測量站被裝載在另 一襯底臺上并且做好各種準備工序。該準備工序可以包括采用水平傳感器 LS描繪(mapping)襯底的表面控制，以及釆用對準傳感器AS測量襯底 上的對準標記的位置。這使該裝置的生產量大大提高。如果位置傳感器IF 在襯底臺位于測量站及曝光站時不能測量襯底臺的位置，可以提供第二位 置傳感器來追蹤襯底臺在兩個站的位置。
如圖2所示，光刻裝置LA構成了有時也被稱為光刻單元或組件的光 刻單元LC的部件，LC也包括在襯底上執(zhí)行前曝光和后曝光過程的裝置。 傳統(tǒng)上這些包括用來淀積光刻膠層的旋涂裝置SC、用來顯影己曝光的光 刻膠的顯影裝置DE、冷卻盤CH和烘烤盤BK。襯底機械手或機器人RO 從輸入/輸出口 1/01、 1/02拾起襯底，在不同的過程裝置間移動襯底，并且把襯底放到光刻裝置的裝載框LB中。這些裝置，其通常被統(tǒng)稱為軌跡
(track),在軌跡控制單元TCU控制之下，TCU本身被監(jiān)管控制系統(tǒng)SCS 控制，SCS也通過光刻控制單元LACU控制光刻裝置。即，不同的裝置 可以被操縱從而最大化生產量和工藝效率。
對準傳感器AS，其是散射儀的形式，如圖3所示。在這個傳感器中， 通過輻射源單元2 (下文進一步描述)發(fā)出的輻射被透鏡系統(tǒng)12聚焦， 穿過元件13和(可選)偏光鏡17，被部分反射表面16反射并通過顯微 鏡物鏡15被聚焦到襯底W上，物鏡15具有高數值孔徑(NA)，優(yōu)選至 少0.9以及更優(yōu)選至少0.95。浸沒傳感器甚至可具有數值孔徑超過1的透 鏡。透鏡系統(tǒng)12被設置為提供所需的照射模式，例如，環(huán)狀的或傳統(tǒng)的 模式，并且優(yōu)選模式的參數例如Oinnen 0。^或0)都是可調整的。被反射 的輻射然后通過部分反射表面16進入檢測器18，從而檢測到散射光譜。 該檢測器可以位于背投影光瞳平面11中，其在透鏡系統(tǒng)15的焦距處，然 而作為替代，光瞳平面可以通過一些輔助光學附件(未示出)在檢測器上 重新成像。檢測器18與處理單元PU通訊。該光瞳平面是這樣的平面， 其中輻射的徑向位置決定了在襯底上的入射角以及角位置定義了輻射的 方位角。檢測器優(yōu)選是二維檢測器，從而能測量到襯底目標的二維的角散 射光譜。檢測器18可以，例如，是CCD或CMOS傳感器，并且可采用， 例如，每幀一毫秒或更少的積分時間。
例如常用參考束來測量入射輻射的強度。為此，當輻射束入射到分束 器(beam splitter) 16上時，部分輻射束透過分束器作為參考束射向參考 鏡面14。該參考束然后被投射到相同的檢測器18的不同部分上。
該檢測器18可以測量單一波長(或窄波長范圍)的散射光的強度， 以及分別測量多個波長或者跨波長范圍積分(integrated)的強度。此外， 檢測器可以分別地測量橫向磁致或橫向電致起偏的強度。
在襯底W上的目標30是光柵形式的對準標記。通常，在散射測量中， 目標的散射測量數據被用來重構它。然而，如下面討論的，本發(fā)明使得不 用重構標記就可檢測標記的中心位置。
圖4中顯示了輻射源單元2的更多細節(jié)。該源包括空間相干光源 21，例如激光二極管(優(yōu)選超發(fā)光的)或者超連續(xù)激光器，其引導光進入聲光可調濾波器(acousto-optic tunable filter) (AOTF)、光柵或者一組可交 換的干涉濾波器，它們用來從源21的寬帶(白光)輸出中選擇窄范圍的 波長，從而在傳感器的剩余部分中構成檢測束，如圖4中AS所示。
該聲光可調濾波器包括連接到壓電換能器23的聲光晶體22，壓電換 能器23由高頻驅動電路24驅動，以及聲吸收器25。換能器23在晶體22 中產生聲波，該聲波具有由晶體的機械特性(聲音的速度)和驅動的頻率 決定的波長。由于晶格交替地擴張和收縮，當這些波通過晶體傳播時，它 們形成了晶體的折射系數的周期性的再分布。這構成了衍射光柵，其衍射 通過它的光，雖然衍射發(fā)生在相互作用的整個區(qū)域中而不是在單個點，并 且只有滿足相位和/或動量匹配條件的輻射才被衍射。其凈影響是，窄帶 波長的輻射被衍射而從主光束分離，并且可被空間和/或偏光濾波器26選 擇。衍射束的中心波長取決于換能器的驅動頻率，由此它可以被快速地控 制在相當寬的范圍內，取決于驅動電路25的響應時間、換能器和晶體。 衍射束的強度也可以通過聲波的強度來控制。
可以用作聲光晶體的合適材料包括石英(Si02)， KDP (KH2P04)， 氧化碲或二氧化碲(Te02)， LiNb03，氯化亞汞或氯化汞(Hg2Cl2)， TAS (Ta3AsSe3)和Te (碲)，氟化鎂(MgF)，以及藍寶石(氧化鋁，A1203)。 所選的晶體決定了聲光可調濾波器的幾何形狀的細節(jié)。如果采用了雙折射 晶體，該濾波器也可以選用特定的偏振狀態(tài)(polarization state)。
高頻驅動單元24連接到散射儀的控制單元CU，其提供驅動信號從而 導致換能器發(fā)出適當頻率的聲波，從而以給定測量所要求的期望波長為中 心選取窄帶波長。發(fā)射束的帶寬優(yōu)選是小于20nm、小于15nm、小于10nm 或小于5nm。驅動信號頻率和所選波長之間的精確關系取決于所使用的特 定的晶體和器件的幾何形狀。在一些情形中，通過應用具有兩個或多個具 有不同頻率A到Qn的分量的驅動信號，該濾波器可以被操作來選取多個 分量，每個分量都以不同的波長為中心，其構成了可以同步進行多個測量 的多色束。驅動信號的不同頻率分量的強度是可變的，從而分別控制該多 色束中的不同波長的強度。
在本發(fā)明實施例中用到的光源可以是超連續(xù)激光器，其如圖5所示。 這個光源包括脈沖激光源21a，其輸出被送入到非線性媒介21b中，例如光子晶體纖維。該脈沖源21a發(fā)出非常短的脈沖(例如，毫微微秒 (femtosecond)或微微秒(picosecond)的持續(xù)時間)的窄帶波長，其通過 非線性媒介21b被擴展成寬帶的輻射束。這種源的類型可提供低etendue 的強有力的束和適當的波長范圍。
為了檢測調節(jié)標記的位置，襯底以先前技術中的對準傳感器相同的工 作方式在對準傳感器AS下方被掃描。當執(zhí)行掃描時，由檢測器18所檢 測的光譜的特定部分顯示與襯底相對于物鏡15的運動同步的強度振蕩。 該振蕩信號和相伴隨的襯底運動的知識被以先前技術中的同樣的方式處 理，從而決定標記的中心。如在先前技術中一樣，該振蕩信號具有與目標 光柵的間距相關的周期性，因而，具有略微不同的間距的兩個光柵可以用 來識別中心周期(period)。
目標光柵被光錐(在環(huán)狀照射情形下是中空的，而在常規(guī)照射下是實 心的)照射。因為源是空間相干的，由此形成了來自光錐的相對側的光線 之間的干涉，從而形成干涉圖案。如果干涉圖案相對于光柵的圖案具有取 決于輻射的波長和光線入射角的恰當的間距，基于光柵和干涉圖案的相對 運動，將在光瞳平面中產生強度的差拍(beats)。該差拍的周期性取決于 在光瞳平面中所檢測到的衍射級如果衍射級n和m被采用，該差拍的 間距等于光柵間距除以n和m之差值。
考慮這種情形的另一種方式是，光柵把輻射衍射成各種不同的衍射級 0， 1，等，這些衍射級將在光瞳平面上部分地重疊。該空間相干的源意味 著在重疊的衍射級之間會有干涉。光柵和物鏡的相對移動將導致不同級的 相位發(fā)生改變，并且由于不同級的相位改變也是不同的，振蕩強度也將出 現變化。在不同級m和n之間的相位差(cpn-cpm)包含了對準標記的位置 信息x，特別是
(1)
其中p是目標光柵的間距。在光瞳平面上的位置和基于目標和物鏡的相對運動發(fā)生的差拍的振 幅可能取決于一系列的因素，這些因素包括照明模式——特別是O或 o。ut ~~輻射的波長以及光柵強度(構成光柵的線或軌的深度/高度)。在 本發(fā)明的實施例中，輻射的波長可以用AOTF和照明模式通過透鏡系統(tǒng)
12調節(jié)，從而差拍信號的強度可以被優(yōu)化。在一些情形中，例如強光柵， 利用環(huán)狀照明且其0。自和波長被選擇以形成和目標光柵具有相同間距的 干涉圖案，可以獲得最大化的信號。差拍(beat)出現在+rt和-rt級重疊 的地方。在另一些情形中，例如弱光柵，差拍在0111和+/-151級重疊的地方 最強，所以優(yōu)選常規(guī)照明來獲得強的0111衍射級。
可以理解，差拍只在光瞳平面的局部可以看到。在一些情形中差拍信 號的位置可以預先計算出來，從而只有來自CCD的少量像素數據需要記 錄或處理。在另一些情形中，例如光柵的準確間距未知，則準確位置也不 能提前確定。然而，可以在CCD圖像的整體上或部分地應用信號處理技 術來識別該差拍的位置。通過記錄一系列CCD圖像和相應的臺位置，離 線執(zhí)行測量過程也變得可能，從而生產量不會降低。
在差拍信號具有很低的信噪比的情況下，例如，由于源中的短噪音， 沒有顯示出差拍的參考束或CCD圖像的一部分可以被用來歸一化 (normalize)該信號和降低噪音。
在本發(fā)明的實施例中，需要對襯底定位，從而使目標在傳感器的焦點 之外。這樣，條紋圖案有可能產生在衍射級重疊的區(qū)域，從而不用掃描襯 底就可以確定光柵的位置。還有，在目標上的亮點(spot)尺寸也增加了， 這提高了線邊緣粗糙度平均(averaging over line-edge roughness)。
盡管在本文中具體提到了光刻裝置在制造IC中的應用，但是應當理
解這里所述的光刻裝置可以有其它的應用，例如，集成光學系統(tǒng)、用于磁 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 頭等的制造。對于普通技術人員，應該理解的是，在這種替代的應用的情 況中，可以將其中使用的任意術語"晶片"或"芯片"分別認為是與更上位的 術語"襯底"或"目標部分"同義。這里所指的襯底可以在曝光之前或之后進 行處理，例如在軌道(一種典型地將抗蝕劑層涂覆到襯底上，并且對已曝 光的抗蝕劑進行顯影的工具)、度量工具和/或檢驗工具中。在適用的情況下，可以將所述公開內容應用于這種和其它襯底處理工具中。另外，所述
襯底可以處理一次以上，例如為制作多層ic，使得這里使用的術語"襯底"
也可以表示己經包含多個已處理層的襯底。
盡管以上特別提到了在光學光刻(叩tical lithography)領域中使用本 發(fā)明的實施例，但應該理解的是，本發(fā)明可以用于其它應用中，例如壓印 光刻(imprint lithography),并且只要情況允許，不局限于光學光刻。在壓 印光刻中，構圖裝置中的表面狀況(topography)限定了在襯底上產生的 圖案。可以將構圖裝置的表面狀況壓印到提供給襯底的抗蝕劑層上，在其 上通過施加電磁輻射、熱、壓力或其組合來使所述抗蝕劑固化。在抗蝕劑 固化后，構圖裝置從抗蝕劑上移走，并在抗蝕劑中留下圖案。
這里使用的術語"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365、 355、 248、 193、 157或126nm的波長)和 極紫外(EUV)輻射(例如具有5-20nm范圍內的波長)，以及粒子束，例 如離子束或電子束。
在上下文允許的情況下，術語"透鏡"可以表示各種類型的光學元件中 的任何一種或它們的組合，包括折射式、反射式、磁性式、電磁式和靜電 式的光學元件。
盡管以上已經描述了本發(fā)明的特定的實施例，但是應該理解的是本發(fā) 明可以以與上述不同的形式實施。例如，本發(fā)明可以采取包含一個或更多 個用于描述上述公開的方法的機器可讀指令序列的計算機程序的形式，或 者采取具有在其中存儲的這種計算機程序的數據存儲介質(例如半導體存 儲器、磁盤或光盤)的形式。
以上的描述是說明性的，而不是限制性的。因此，本領域的技術人員 應當理解，在不背離所附的權利要求的保護范圍的條件下，可以對上述本
發(fā)明進行修改。
權利要求
1、一種對準裝置，配置為檢測襯底上的對準標記，該裝置包括配置為發(fā)射輻射束的空間相干的輻射源；物鏡，其配置為把該輻射束引導到襯底上的該標記上并且收集被該標記衍射的輻射；傳感器，其配置為檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；以及控制電路，其設置成檢測所檢測的角度分解光譜的空間或時間或兩者的變化，并且從中獲得指示對準標記相對于物鏡的位置的信息。
2、 如權利要求1所述的對準裝置，進一步包括定位器，其配置為實現襯底和物鏡之間的相對運動，其中控制電路被 設置成與襯底和物鏡之間的相對運動同步地檢測所檢測的角度分解光譜 的變化。
3、 如權利要求1所述的對準裝置，進一步包括定位器，其被配置為將襯底定位在該物鏡的離焦位置上，其中控制電路被設置為檢測所檢測的角度分解光譜的條紋。
4、 如權利要求1所述的對準裝置，其中輻射源包括 寬帶輻射源，設置為發(fā)射出具有第一波長范圍的第一輻射束；和 濾波器裝置，設置為選擇具有第二波長范圍的輻射束作為輸出輻射束，該第二波長范圍比第一波長范圍窄。
5、 如權利要求4所述的對準裝置，其中該濾波器裝置包括聲光可 調濾波器，所述聲光可調濾波器包括設置為接收第一輻射束的聲光晶體； 連接到該聲光可調濾波器并設置為在所述聲光可調濾波器中激發(fā)聲波的 換能器；以及束選擇裝置，其設置為選擇由聲光晶體響應于第一輻射束 和聲波而輸出的作為具有第二波長范圍的第二輻射束的多個輻射束之一 作為輸出束，其中第二波長范圍窄于第一波長范圍。
6、 如權利要求4所述的對準裝置，其中濾波器裝置包括衍射光柵。
7、 如權利要求4所述的對準裝置，其中濾波器裝置包括一組可交換 的干涉濾波器。
8、 如權利要求4所述的對準裝置，其中該寬帶輻射源是選自于由超連續(xù)激光器、激光二極管以及超發(fā)光二極管構成的組。
9、 如權利要求1所述的對準裝置，其中傳感器選自于由CCD相機和 CMOS傳感器構成的組。
10、 如權利要求1所述的對準裝置，其中輻射源包括配置為提供標記 的環(huán)狀照射的光束調整光學系統(tǒng)。
11、 如權利要求IO所述的對準裝置，其中該物鏡具有足以捕獲來自 標記的+1和-1衍射級的至少一部分的數值孔徑。
12、 如權利要求11所述的對準裝置，其中該控制電路配置為用來檢 測在所檢測的角度分解光譜的一部分中的振蕩，其中在所述部分中+"和 -1"行射級重疊。
13、 如權利要求l所述的對準裝置，其中該控制電路被配置為用來檢 測在所檢測的角度分解光譜的至少一部分中的振蕩，其中在所述至少一部 分中(f衍射級與+ist和-ist衍射級至少之一重疊。
14、 如權利要求1所述的對準裝置，其中該輻射源包括配置為以所需 的照射模式照射襯底的可調光束調整光學系統(tǒng)。
15、 一種光刻裝置，包括 照明系統(tǒng)，布置為照射圖案； 襯底臺，配置為保持襯底；投影系統(tǒng)，設置為在襯底上投影所述圖案的像； 對準系統(tǒng)，配置為檢測襯底上的對準標記，該裝置包括 配置為發(fā)射輻射束的空間相干光源；物鏡，其配置為把該輻射束引導到襯底上的對準標記上，并收集被該標記衍射的輻射；傳感器，其配置為檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；和 控制電路，其配置成檢測所檢測的角度分解光譜的空間或時間或兩者的變化；以及定位系統(tǒng)，其響應于通過對準系統(tǒng)對該對準標記的檢測；并且該定位系統(tǒng)被配置為在該投影系統(tǒng)的像場中定位該襯底。
16、 如權利要求15所述的裝置，包括曝光站和測量站，該襯底臺在 曝光站和測量站之間移動，以及對準裝置位于測量站處。
17、 一種配置為測量襯底特性的計量裝置，該計量裝置包括 傳感器系統(tǒng)，設置為測量在襯底上的已知位置的目標區(qū)域的特性； 對準系統(tǒng)，配置為檢測襯底上的對準標記，該裝置包括配置為發(fā)射輻射束的空間相干光源；物鏡，其配置為把該輻射束引導到襯底上的對準標記上，并收集 被該標記衍射的輻射；傳感器，其配置為檢測在物鏡的光瞌平面中的角度分解光譜；和控制電路，其配置成檢測所檢測的角度分解光譜的空間或時間或兩者的變化；以及定位系統(tǒng)，其響應于通過對準系統(tǒng)對該對準標記的檢測；并且該定位 系統(tǒng)被配置為在該傳感器系統(tǒng)的視場中定位該襯底。
18、 一種檢測襯底上的標記的位置的方法，該方法包括步驟 用空間相干的輻射束照射標記； 用物鏡收集被該標記衍射的輻射； 檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜； 將襯底和物鏡相對移動；以及 檢測在角度分解光譜中的振蕩信號。
19、 如權利要求18所述的方法，其中照射標記的步驟包括向該標記 提供環(huán)狀照射，以及檢測振蕩信號的步驟包括檢測在所述光譜的一部分中 的振蕩，其中在所述部分中來自該標記的+lst和-"衍射級重疊。
20、 如權利要求18所述的對準裝置，其中照射標記的步驟包括向該 標記提供全光瞳照射，以及檢測振蕩信號的步驟包括檢測在所述光譜的至 少一部分中的振蕩，其中在所述至少一部分中來自該標記的(^衍射級與 +151和-"衍射級中的至少之一重疊。
21、 一種釆用具有投影系統(tǒng)的光刻裝置的器件制造方法，該方法包括 步驟檢測襯底上對準標記的位置，該檢測步驟包括用空間相干的輻射束照射該標記； 用物鏡收集被該標記衍射的輻射； 檢測在物鏡的光瞳平面中的角度分解光譜；將襯底和物鏡相對移動；以及檢測在角度分解光譜中的振蕩信號；以及 參考已檢測的標記的位置相對于該投影系統(tǒng)定位該襯底；以及 利用投影系統(tǒng)將圖案的像投射到襯底上。
全文摘要
本發(fā)明涉及對準方法和裝置、光刻裝置、計量裝置和器件的制造方法。一種包括空間相干的輻射源的對準傳感器，該輻射源可以為角度分解的散射儀提供輻射束。通過檢測在相對于散射儀的襯底掃描過程中的散射儀波譜的差拍來執(zhí)行對準操作。
文檔編號G03F7/20GK101458458SQ20081013669
公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權日2007年10月9日
發(fā)明者A·J·登勃夫, E·C·摩斯, M·范德查爾, S·C·J·A·凱吉 申請人:Asml荷蘭有限公司