專利名稱：位置傳感器和光刻設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位置傳感器、包括這種位置傳感器的光刻設(shè)備以及該位置傳感器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
光刻設(shè)備是一種將所需圖案應(yīng)用到襯底上，通常是襯底的目標部分上的機器。例如，可以將光刻設(shè)備用在集成電路(ICs)的制造中。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于生成在所述IC的單層上待形成的電路圖案。可以將該圖案轉(zhuǎn)移到襯底(例如，硅晶片)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，圖案的轉(zhuǎn)移是通過把圖案成像到提供到襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上進行的。通常，單個的襯底將包含被連續(xù)形成圖案的相鄰目標部分的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的光刻設(shè)備包括所謂的步進機，在步進機中，通過將全部圖案一次曝光到所述目標部分上來輻射每一個目標部分；和所謂的掃描器，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地掃描所述襯底來輻射每一個目標部分。也可能通過將圖案壓印(imprinting)到襯底上的方式從圖案形成裝置將圖案轉(zhuǎn)移到襯底上。光刻技術(shù)目前的趨勢是提高產(chǎn)出(即提高單位時間內(nèi)將要被加工的晶片數(shù)量)并提高圖案的分辨率，即減小將提供至襯底上的圖案的尺寸。這些要求轉(zhuǎn)化成提高諸如支撐襯底的襯底臺的掃描速度，以及提高諸如襯底臺、圖案形成裝置等的定位精確度。這種速度的提高要求使用相對輕的臺(例如襯底臺或掩模臺)。假定高的速度和相應(yīng)的加速度，這種輕量的結(jié)構(gòu)會引起共振，換句話說，不會表現(xiàn)為剛性體質(zhì)量。為了能夠處理這種非剛性體行為，已經(jīng)提出多位置感測以便獲得超定位置感測信息，由此能夠感測諸如襯底臺、圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)等部件的非剛性體性質(zhì)。所獲得的有關(guān)非剛性體行為的數(shù)據(jù)，例如有關(guān)共振、 彎曲、膨脹等，可以應(yīng)用于致動器控制系統(tǒng)以便補償和/或抵消這些行為。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種位置傳感器，其可以集成至緊湊的單元中并且能夠提供在多個自由度上的位置測量值。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種位置傳感器，配置成測量目標的位置數(shù)據(jù)，所述位置傳感器包括光源，配置成發(fā)射輻射束，輻射束具有傳播方向，第一和第二衍射方向限定為垂直于輻射束的傳播方向并且彼此垂直；第一光柵，配置成將輻射束衍射成由于衍射在第一衍射方向具有傳播方向分量的至少第一衍射束；第二光柵，布置在第一衍射束的光學(xué)路徑上，第二光柵配置成將在第一光柵處被衍射的第一衍射束衍射成由于衍射在垂直于第一衍射方向的第二衍射方向上具有傳播方向分量的至少第二衍射束；第二光柵連接至目標；第一檢測器，配置成檢測已經(jīng)被第一光柵衍射的第一衍射束的至少一部分；至少一個第二檢測器，用以檢測已經(jīng)被第一光柵和第二光柵衍射的第二衍射束的至少一部分。在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種光刻設(shè)備，布置成將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移至襯底上，光刻設(shè)備包括臺和如前述本發(fā)明的一方面所述的配置成測量臺的位置的至少一個位置傳感器。在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種位置傳感器，配置成測量位置數(shù)據(jù)，位置傳感器包括光源，配置成發(fā)射輻射束，輻射束具有傳播方向，第一和第二衍射方向限定為垂直于輻射束的傳播方向并且彼此垂直；第一光柵，配置成在第一衍射方向上將輻射束衍射成由于衍射在第一衍射方向上具有傳播方向分量的至少一衍射束；第一回射器，用以將衍射束反射回至第一光柵以便被第一光柵再次衍射；和至少一個檢測器，配置成檢測已經(jīng)由第一光柵衍射的束的至少一部分，其中第一回射器配置成反射衍射束，以便再次入射到第一光柵上沿第一衍射方向看的基本上相同的位置處。


現(xiàn)在參照隨附的示意性附圖，僅以舉例的方式，描述本發(fā)明的實施例，其中，在附圖中相應(yīng)的附圖標記表示相應(yīng)的部件，且其中圖1示出了可以實施本發(fā)明的光刻設(shè)備；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的位置傳感器的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的位置傳感器的示意圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的還一實施例的位置傳感器的示意圖；圖5示出根據(jù)圖4的位置傳感器的一部分的詳細視圖；圖6A-C示出根據(jù)本發(fā)明又一實施例的位置傳感器的示意圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的位置傳感器的示意圖；以及圖8A-C示出根據(jù)本發(fā)明再一實施例的位置傳感器的示意圖。
具體實施例方式圖1示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光刻設(shè)備。所述光刻設(shè)備包括照射系統(tǒng)(照射器)IL，其配置用于調(diào)節(jié)輻射束B(例如，紫外(UV)輻射或任何其他合適的輻射)；圖案形成裝置支撐件或支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT，其構(gòu)造用于支撐圖案形成裝置 (例如掩模)MA，并與用于根據(jù)確定的參數(shù)精確地定位圖案形成裝置MA的第一定位裝置PM 相連。所述設(shè)備還包括襯底臺(例如晶片臺)WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”，其構(gòu)造用于保持襯底 (例如涂覆有抗蝕劑的晶片)W，并與配置用于根據(jù)確定的參數(shù)精確地定位襯底W的第二定位裝置PW相連。所述設(shè)備還包括投影系統(tǒng)(例如折射式投影透鏡系統(tǒng))PS，其配置用于將由圖案形成裝置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。照射系統(tǒng)IL可以包括各種類型的光學(xué)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(xué)部件、或其任意組合，以引導(dǎo)、成形、或控制輻射。所述圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)MT以依賴于圖案形成裝置MA的方向、光刻設(shè)備的設(shè)計以及諸如圖案形成裝置MA是否保持在真空環(huán)境中等其他條件的方式保持圖案形成裝置 MA。所述圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)MT可以采用機械的、真空的、靜電的或其它夾持技術(shù)來保持圖案形成裝置MA。圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)MT可以是框架或臺，例如，其可以根據(jù)需要成為固定的或可移動的。圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)MT可以確保圖案形成裝置MA位于所需的位置上(例如相對于投影系統(tǒng))。在這里任何使用的術(shù)語“掩模版”或“掩?！倍伎梢哉J為與更上位的術(shù)語“圖案形成裝置”同義。這里所使用的術(shù)語“圖案形成裝置”應(yīng)該被廣義地理解為表示可以用于將圖案在輻射束的橫截面上賦予輻射束B、以便在襯底W的目標部分C上形成圖案的任何裝置。應(yīng)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征或所謂的輔助特征)。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(yīng)，例如集成電路。圖案形成裝置MA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(shù)中是公知的，并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?？删幊谭瓷溏R陣列的示例采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。這里使用的術(shù)語“投影系統(tǒng)”應(yīng)該廣義地解釋為包括任意類型的投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)的類型可以包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、電磁型和靜電型光學(xué)系統(tǒng)、或其任意組合，如對于所使用的曝光輻射所適合的、或?qū)τ谥T如使用浸沒液或使用真空之類的其他因素所適合的。這里使用的術(shù)語“投影透鏡”可以認為是與更上位的術(shù)語“投影系統(tǒng)”同義。如這里所示的，所述設(shè)備是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述設(shè)備可以是反射型的(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)。光刻設(shè)備可以是具有兩個(雙臺)或更多襯底臺或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”(和/或兩個或更多的掩模臺或“掩模支撐結(jié)構(gòu)”)的類型。在這種“多臺”機器中，可以并行地使用附加的臺或支撐結(jié)構(gòu)，或可以在一個或更多個臺或支撐結(jié)構(gòu)上執(zhí)行預(yù)備步驟的同時，將一個或更多個其它臺或支撐結(jié)構(gòu)用于曝光。光刻設(shè)備還可以是這種類型，其中襯底的至少一部分可以由具有相對高的折射率的液體(例如水)覆蓋，以便填滿投影系統(tǒng)和襯底之間的空間。浸沒液體還可以施加到光刻設(shè)備的其他空間中，例如圖案形成裝置(例如掩模)和投影系統(tǒng)之間的空間。浸沒技術(shù)用于提高投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。這里使用的術(shù)語“浸沒”并不意味著必須將結(jié)構(gòu)(例如襯底)浸入到液體中，而僅意味著在曝光過程中液體位于投影系統(tǒng)和該襯底之間。參照圖1，所述照射器IL接收從輻射源SO發(fā)出的輻射束。該源SO和所述光刻設(shè)
7備可以是分立的實體(例如當該源為準分子激光器時)。在這種情況下，不會將該源SO看成形成光刻設(shè)備的一部分，并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(tǒng)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SO可以是所述光刻設(shè)備的組成部分(例如當所述源SO是汞燈時)?？梢詫⑺鲈碨O和所述照射器IL、以及如果需要時設(shè)置的所述束傳遞系統(tǒng)BD —起稱作輻射系統(tǒng)。所述照射器IL可以包括用于調(diào)整所述輻射束的角強度分布的調(diào)整器AD。通常，可以對所述照射器IL的光瞳平面中的強度分布的至少所述外部和/或內(nèi)部徑向范圍(一般分別稱為σ-外部和ο-內(nèi)部)進行調(diào)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IL用于調(diào)節(jié)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入射到保持在圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(例如，掩模臺)MT上的所述圖案形成裝置(例如，掩模)MA上，并且通過所述圖案形成裝置MA來形成圖案。已經(jīng)穿過圖案形成裝置(例如，掩模)MA之后，所述輻射束B通過投影系統(tǒng)PS，所述投影系統(tǒng)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， 干涉儀器件、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定位于所述輻射束B的路徑中。類似地，例如在從掩模庫的機械獲取之后，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1中未明確示出)用于相對于所述輻射束B的路徑精確地定位圖案形成裝置(例如，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(xiàn)圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT的移動。類似地，可以采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(xiàn)所述襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”的移動。在步進機的情況下(與掃描器相反)，圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(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?？梢允褂脠D案形成裝置對準標記M1、M2和襯底對準標記P1、P2來對準圖案形成裝置(例如掩模)MA和襯底W。盡管所示的襯底對準標記占據(jù)了專用目標部分，但是它們可以位于目標部分C之間的空間(這些公知為劃線對齊標記)中。類似地，在將多于一個的管芯設(shè)置在圖案形成裝置(例如掩模)MA 上的情況下，所述掩模對準標記可以位于所述管芯之間?？梢詫⑺镜脑O(shè)備用于以下模式中的至少一種中1.在步進模式中，在將圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT或“掩模支撐結(jié)構(gòu)”和襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”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(tài)曝光)。然后將所述襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”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(tài)曝光中成像的所述目標部分C的尺寸。2.在掃描模式中，在對圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT或“掩模支撐結(jié)構(gòu)”和襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”同步地進行掃描的同時，將賦予所述輻射束B的圖案投影到目標部分C上(即，單一的動態(tài)曝光)。襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”相對于圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT或“掩模支撐結(jié)構(gòu)”的速度和方向可以通過所述投影系統(tǒng) PS的(縮小)放大率和圖像反轉(zhuǎn)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)曝光中所述目標部分C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C的高度(沿所述掃描方向)。3.在另一種模式中，將用于保持可編程圖案形成裝置的圖案形成裝置支撐結(jié)構(gòu) (例如掩模臺)MT或“掩模支撐結(jié)構(gòu)”保持為基本靜止，并且在對所述襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”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，通常采用脈沖輻射源，并且在所述襯底臺WT或“襯底支撐結(jié)構(gòu)”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(jù)需要更新所述可編程圖案形成裝置。這種操作模式可易于應(yīng)用于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(shù)中。也可以采用上述使用模式的組合和/或變體或完全不同的使用模式。圖2示出位置傳感器的側(cè)視圖，其布置成感測目標TA的傾斜TL。位置傳感器包括光源或輻射源，也稱為發(fā)射器TR，其發(fā)射諸如具有可見的、紅外或紫外波長的單色束等輻射。發(fā)射器TR發(fā)射束至基本上垂直于束的方向定位的第一光柵。產(chǎn)生第一級和負的第一級衍射束(可以產(chǎn)生其他級，例如零級，但是在圖中未示出，后面將進行討論)。第一級和負的第一級衍射束在目標TA的表面上反射(通過反射和/或通過零級衍射效應(yīng))，從而再次到達第一光柵GRl并再次被其衍射。在本實施例中，第一級衍射入射到第一回射器RFLl 上并(在該圖的透視圖中看)以相同的路線傳回到第一檢測器SE1，由此再次被第一光柵衍射兩次?；厣淦骺梢杂山怯缋忡R形成，角隅棱鏡可以提供反射回的束沿y方向的平移(即， 在附圖平面內(nèi))。在第一光柵GRl是二維(例如十字)光柵和反射平面的情形中提供另一回射器結(jié)構(gòu)。也就是說，第一光柵GRl將沿Y方向偏轉(zhuǎn)束，其依次碰到反射表面，并再次碰到將束彎曲朝向目標TA的第一光柵GRl。獲得傾斜敏感性首先，如圖2所示，在本示例中，目標TA的傾斜TL將使被目標TA反射回的束在第一光柵上偏移一距離SH。從而，在這種傾斜期間，由于光柵GRl的周期性質(zhì)，將發(fā)生朝向第一檢測器SEl返回而被接收到的強度的(周期)改變。其次，對于這些路徑中的其中目標由于傾斜而向上移動的一個路徑，朝向回射器的總的路徑長度增加，而對于這些路徑中的其中目標由于傾斜而向下移動的另一路徑，朝向回射器的總的路徑長度減小。由此，沿兩個路徑的束的組合將導(dǎo)致相差，這導(dǎo)致檢測器SEl接收的振幅的改變。因為在本實施例中第一回射器RFLl配置成反射第一級束，因此在本實施例中路徑長度和光柵的影響彼此相加，使得提高敏感性。路徑長度和相差的影響的結(jié)合使得增大了位置檢測的敏感性。此外，可以僅需要強度檢測，其允許使用光電二極管(即，穩(wěn)定的、方便的且低成本零件)作為檢測器。振幅的改變允許使用光電二極管代替位置敏感裝置來用于檢測，因而允許無線感測?；厣淦鞑贾贸蓪⑹瓷浠氐降谝还鈻挪⑶以诘竭_回射器之前與束的衍射基本上相同的位置處，如沿通過第一光柵的衍射的衍射方向看到的。在本文中，通過第一光柵的衍射朝向一方向進行衍射，使得衍射束獲得在該方向上的分量，其中該方向也稱為第一衍射方向。束在其從發(fā)射器到回射器的路徑上經(jīng)受的相位影響和/或路徑長度影響將在從回射器至檢測器的光學(xué)路徑中基本上再次發(fā)生，其可以正面地影響位置傳感器的敏感性。圖3示出圖2的透視圖并示出圖2中的實施例的變體。此處，與圖2中所示的實施例的不同之處在于，第一級和負的第一級的兩次衍射的束被回射器(在本示例中為角隅棱鏡)反射，貢獻的結(jié)合被第一檢測器SEl接收。此處使用了上面提到的光柵的周期特性的影響，因為第一級衍射中的增大與負的第一級中的減小結(jié)合，并且反之亦然。由于僅應(yīng)用了光柵GRl上的第一衍射的第一級和負的第一級衍射束中的一個，因此路徑長度變化的影響被抵消了。圖4示出參照圖2描述的相同的傳感器，然而，附加地已經(jīng)增加了干涉儀，干涉儀的束由位于來自發(fā)射器的束的第一衍射處的零級衍射束形成。為了實現(xiàn)傾斜不敏感性(以及提高沿ζ方向測量的敏感性)，干涉儀布置成兩次反射干涉束至目標上。圖4中示出的結(jié)構(gòu)允許測量目標TA的傾斜和目標的豎直位置(即，在Z方向上)，因此提供平面外(即， 水平XY平面外)的測量。圖5中更詳細地示出了干涉儀的一個實施例來自第一光柵GRl 的零級衍射束通過推遲器RET和第一分束器BSl。此處，束被分成參照束和傳播通過第二分束器BS2至目標TA的發(fā)生反射的表面的束，參照束經(jīng)由回射器IRFL(例如角隅棱鏡)和四分之一 λ板被引導(dǎo)至干涉儀檢測器ISE。反射束被第二分束器BS2引導(dǎo)至另一回射器 IRFL，其將束反射回至第二分束器BS2，但被平移，使得在被第二分束器反射之后，其再次被目標反射，但相對于其他反射平移。然后束通過第二分束器BS2并被第一分束器BSl反射至檢測器ISE。如圖所示設(shè)置四分之一 λ和半λ板。在目標TA是光柵的情況下，其會影響束的偏振并且同樣會對四分之一 λ板所針對的影響作出貢獻，由此得出其他的設(shè)置。在公開如何增加其他自由度的感測之前，公開如圖2和3所示的傾斜傳感器的替換實施例。圖6Α示出傳感器的一個實施例，其中使用(部分地)透射目標代替了反射目標。來自發(fā)射器TR的束首先通過目標的透射部分。然后，束在第一光柵GRl上反射(在本實施例中是反射性的并且配置成在已經(jīng)通過目標的透射部分之后，將束以及第一級和負的第一級衍射束反射回至目標的透射部分)。然后第一級和負的第一級反射束被回射器RFLl 反射，使得以類似的方式傳播回至第一檢測器SEl，從而再次被光柵GRl衍射。作為目標TA 的透射部分的傾斜TL的結(jié)果，束入射在光柵GRl上的位置由于目標TA上的入射角和折射系數(shù)的改變而位移，這導(dǎo)致第一級和負的第一級衍射束的強度的改變，其隨后被檢測器SEl 檢測。圖6Β中示出了另一替換的實施例。此處，可以再次應(yīng)用連接至目標TA的透射部分或目標TA的透射部分。與圖2和3中的實施例類似，但第一光柵GRl被定位在發(fā)射器TR 和第一檢測器SE側(cè)。來自發(fā)射器的束被第一光柵GRl衍射，第一和負的第一級衍射束通過目標TA的透射部分并在反射表面RFS上反射。反射的束再次通過透射部分并再次被第一光柵GRl衍射。在圖6Β中，負的第一級衍射束被第一回射器RFLl反射回，并傳播相同的路徑回到第一檢測器SE1，從而被第一光柵GRl衍射兩次。然而，基于參照圖2給出的相同理由， 可以代替負的第一級衍射束應(yīng)用第一級衍射束。獲得傾斜敏感性，因為當傾斜目標ΤΑ(的透射部分或連接至目標TA的透射部分)時衍射束相對于第一光柵GRl被位移，由此通過包括如圖6Α示出的入射角和折射系數(shù)影響提高了分辨率。反射表面RFS可以變成目標TA的一部分，例如頂部表面。應(yīng)該認識到，當在底部表面放置RFS時，獲得圖2中的結(jié)構(gòu)，從而抵消入射角和折射系數(shù)的影響。此外，圖3中示出的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用。在圖6C中示出了另一替換的實施例。在該實施例中，光柵GRl是反射性的并且設(shè)置在目標的透射部分的表面上。傳播通過目標的透射部分的束被第一光柵GRl衍射并反射，并且傳播至設(shè)置在目標TA的透射部分的相對表面處的輔助光柵GRA，然而也可以設(shè)置作為目標TA的對應(yīng)物的一部分。此處，束再次被衍射并經(jīng)過(可能再次經(jīng)由回射器和光柵 GRA)類似的路徑回到檢測器SE1。作為目標傾斜TL的結(jié)果，實現(xiàn)束在光柵GRl上的位移，
10這導(dǎo)致與上面描述的類似的影響。 應(yīng)該理解，在根據(jù)圖6A-6C的實施例中，透射部分可以形成目標的一部分，但是替換地，可以連接至目標。 參照圖6A-6C描述并示出的實施例可以與參照圖4和5描述并示出的相同或類似的干涉儀結(jié)構(gòu)結(jié)合，以便將Z位置測量加到傾斜測量。此外，應(yīng)該理解，目標的透射部分的折射系數(shù)與周圍介質(zhì)的折射系數(shù)不同，以便實現(xiàn)通過透射部分的衍射，如圖所示。要注意的是，在根據(jù)圖2、3、6A_6C的代替加入干涉儀的實施例中的任一個實施例中，也可以通過在這些圖中公開的傳感器測量ζ位置，因為ζ方向上的平移導(dǎo)致束沿水平方向在光柵上的移動。使用多個所述的傳感器，沿Z方向的傾斜和位置可以與通過這些傳感器提供的多個測量值分開。進一步，在所述的實施例中，可以通過諸如電容傳感器、聲學(xué)傳感器或線性光學(xué)傳感器等其他傳感器測量Z位置。通過重復(fù)公開的垂直于所示結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用參照圖2、3、6A_6C描述并示出的示例、以測量關(guān)于X軸的傾斜以及關(guān)于Y軸的傾斜(即在光刻技術(shù)中稱為測量“傾倒”和 “傾斜”)。此外，可以應(yīng)用二維第一光柵GRl以便朝向X方向(作為衍射方向)以及朝向y 方向(作為衍射方向)衍射來自發(fā)射器的束。光刻設(shè)備中的圖6A到6C的實施例的應(yīng)用示例可以包括根據(jù)圖6A的實施例可以用于測量相對于長行程模塊的短行程模塊位置；由此通過短行程模塊設(shè)置目標，同時第一光柵、檢測器以及回射器設(shè)置在長行程模塊處。由此可以將第一光柵GRl設(shè)置在量測框架 MF上或光刻設(shè)備的其他參照結(jié)構(gòu)上。根據(jù)圖6B的實施例可以用于測量相對于長行程模塊的短行程模塊位置(由此通過短行程模塊設(shè)置目標，同時第一光柵、檢測器以及回射器設(shè)置在長行程模塊處)。由此，反射表面RFS可以設(shè)置在光刻設(shè)備的其他參照結(jié)構(gòu)或量測框架MF上，或者也可以設(shè)置在短行程或長行程模塊上。在這種應(yīng)用中，根據(jù)圖6A和6B的實施例都提供目標的測量，因此提供相對于諸如量測框架等參照結(jié)構(gòu)或長行程模塊的短行程模塊。參照圖6C示出并描述的實施例還可以應(yīng)用于測量短行程模塊位置，但是，其提供相對于長行程模塊的短行程模塊位置的測量的示例。此外，光柵GRl和透射部分設(shè)置在短行程模塊上，同時檢測器SEl設(shè)置在長行程模塊上。類似地，參照圖2、3、6A_6C示出并描述的實施例可以應(yīng)用于諸如短行程模塊至長行程模塊量測，短行程模塊至量測框架(或其他參照結(jié)構(gòu))量測和/或長行程模塊至量測框架(或其他參照結(jié)構(gòu))量測。在這些結(jié)構(gòu)中，不同的量測部件(例如TR、SE1、GR1、TA)可以放置在不同的結(jié)構(gòu)處。作為示例，對于短行程至量測框架量測發(fā)射器TR和檢測器SEl 放置在平衡質(zhì)量上，束控向光學(xué)元件和回射器RFLl放置在長行程模塊上，光柵GRl放置在短行程模塊上，以及反射表面RFS放置在量測框架上。下面將參照圖7描述六個自由度傳感器的示例。圖7示出位置傳感器的實施例的俯視圖。發(fā)射器TR、第一檢測器SEl以及第一回射器RFLl與參照圖2描述并示出的部件對應(yīng)。第一光柵GRl上的衍射提供包括第一和負的第一級衍射的第一衍射束，其在χ方向上獲得方向分量。附加地，圖2中示出并且在說明書中稱為反射性的目標設(shè)置有第二光柵 GR2(在本示例中是反射性的)。第二光柵GR2中的每一個的零級衍射沿著參照圖2示出并描述的路徑并且到達檢測器SEl以提供平面外(即，x/y平面外)位置感測，例如傾斜或 ζ位置。提供第二回射器RFL2，配置成反射來自第二光柵GR2的第一級和負的第一級衍射(也稱為第二衍射束)經(jīng)由第一光柵GRl (例如在圖2中示出用于傾斜量測)。由于衍射， 這些衍射已經(jīng)獲得y方向上的方向分量。源自與第一光柵GRl的第二次碰撞的Y方向上的第一衍射級中的一個被回射器反射。要注意的是，以ry隨y量測的角度看，在第二次碰撞的位置處的第一光柵GRl的光柵結(jié)構(gòu)彼此垂直。因而，可以應(yīng)用兩個垂直的光柵，也可以應(yīng)用交叉光柵(即二維光柵)。這些回射器RFL2加入了沿χ方向(即垂直于測量方向)的偏移，以在將束第三次返回至第一光柵GRl并返回至第二光柵以再次通過第二光柵衍射之前將入射束和返回束分開。衍射束每一個被第二檢測器SE2檢測。目標在y方向上的位移將導(dǎo)致圖案GR2沿Y方向的位移，這將影響在第二光柵處的第一和負的第一級衍射，其通過第二檢測器SE2以周期信號(由第二光柵GR2的圖案的周期性確定的周期性)檢測。應(yīng)該理解，對于在y方向上的位置測量，僅一個第二檢測器和一個第二光柵將是足夠的。然而，在示出的實施例中，目標在附圖的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，即關(guān)于ζ軸的旋轉(zhuǎn)可以通過兩個第二檢測器SE2的測量值之間的差異得出。在根據(jù)圖7的實施例中，第一光柵可以包括二維光柵(例如交叉光柵)。因此，在第一光柵處的衍射不僅提供沿χ方向延伸的束，而且提供沿y方向延伸的束。包括第一回射器RFLl、第一檢測器SEl、第二光柵GR2以及應(yīng)用90度旋轉(zhuǎn)(在χ-y平面內(nèi)并且圍繞發(fā)射器TR)的第二回射器RFL2的傳感器結(jié)構(gòu)的重復(fù)提供另一第一回射器RFL1、另一第一檢測器 SE1、另一第二光柵GR2以及另一第二回射RFL2，其可以提供rx (通過另一第一檢測器SEl) 的測量、通過另一檢測器SE2的rz和χ的測量。增加參照圖4和5公開的干涉儀，或替換地在ζ方向的平移導(dǎo)致束在第一光柵GRl上的水平移動的情況下提供基于衍射的光學(xué)元件能夠?qū)崿F(xiàn)組合的六個自由度的位置測量。二維光柵在第二光柵GR2中的應(yīng)用在周期結(jié)構(gòu)可用性方面實現(xiàn)沿χ和y方向的(理論上的)無限大的測量范圍?；氐焦饪淘O(shè)備的應(yīng)用，因此獲得的單獨一個傳感器可以設(shè)置用于測量光刻設(shè)備內(nèi)的諸如臺等可移動部分的位置。然而，由于潛在的緊湊特性和低的部件數(shù)(因而潛在的相對低的成本)，也可以在臺的不同部分處設(shè)置多個這樣的傳感器，由此使得獲得有關(guān)彎曲、共振以及臺的其他非剛性體行為的 fn息ο參照圖5示出并描述的干涉儀的敏感性可以通過將束反射至目標上多次來加強。 此外，可以設(shè)置多個分束器和反射鏡，其可以提供重復(fù)結(jié)構(gòu)，每一次重復(fù)將束反射至目標上。在圖8A中示出的實施例中，除了分束器和回射器類似于圖5的結(jié)構(gòu)，由在兩個分束器和兩個反射鏡上的重復(fù)替換鄰近第二分束器BS2的回射器，每一次重復(fù)配置成將束兩次反射到目標上。在這種一個、兩個或更多個重復(fù)結(jié)構(gòu)的鏈的末端，設(shè)置反射器，其布置用于經(jīng)由重復(fù)結(jié)構(gòu)傳播回的束，由此再次被多次反射到目標上。在圖8B中，代替分開的分束器和分開的反射鏡，用第二和第三分束器BS2、BS3的組件代替第二分束器BS2，第二 BS2和第三 BS3分束器的分開的表面以V形結(jié)構(gòu)相對于彼此基本上在90度以下的角度布置，并且配置成使得從目標反射到第二分束器的束可以被反射至第三分束器，并且從第三分束器再次反射至目標。類似地，提供包括相對于彼此基本上90度布置的反射鏡的V形反射鏡結(jié)構(gòu)，其反射通過第二分束器至第三分束器的束，并且反之亦然。V形反射鏡結(jié)構(gòu)的中心軸線偏離V 形分束器結(jié)構(gòu)的中心軸線，使得束到目標上的連續(xù)反射被偏移。在圖8C中示出另一結(jié)構(gòu)。 在圖8C中示出的實施例中，除了與圖5的結(jié)構(gòu)類似的分束器和回射器，鄰近第二分束器BS2 的回射器被分束器和水平反射鏡的重復(fù)結(jié)構(gòu)替換，每個重復(fù)結(jié)構(gòu)配置成將束反射到目標一次。在這種一個、兩個或多個重復(fù)結(jié)構(gòu)的鏈的末端，提供反射器，其布置用于經(jīng)由重復(fù)結(jié)構(gòu)傳播回的束，由此再次將束多次反射到目標上。水平反射鏡可以結(jié)合成單個反射鏡以實現(xiàn)緊湊的且穩(wěn)定的設(shè)置。如圖8A-8C示出的結(jié)構(gòu)可以圍繞ζ軸(即圍繞量測軸線)每個“分束器布置”單個地旋轉(zhuǎn)，例如以便獲得更為緊湊的方案或提供改進的傾倒/傾斜非敏感性。在本文中，術(shù)語“位置”將被理解成包括在任一個自由度(即x、y、Z、rx、ry、rZ或其兩個或多個的組合)上的位置。術(shù)語束將被理解成包括任何類型的輻射束，包括但不限于可見的、紅外的、紫外輻射。在圖2-8示出的實施例中，通常χ方向可以理解為第一衍射方向的示例，而y方向可以理解為第二衍射方向的示例。來自源的輻射束的傳播方向在這些實施例中沿ζ方向傳播。如在這些實施例中描述的，第一和/或第二光柵基本上在xy平面內(nèi)延伸，因此在第一和第二衍射方向的平面內(nèi)延伸?？梢詰?yīng)用任何其他布置?！把匮苌浞较虻难苌洹被颉俺蜓苌浞较虻难苌洹钡谋硎鰧⒁焕斫鉃檠苌?，由此束的方向由于衍射而改變以便獲得衍射方向上的方向分量。在圖2、3以及6A-6C示出的示例中，在來自發(fā)射器入射到光柵的豎直束提供獲得具有水平方向分量(從左至右或反之亦然)的方向的第一(和 /或負的第一)級衍射束時，衍射方向被理解成在附圖的平面內(nèi)從左至右的方向(反之亦然)。在圖2-7中，第一級衍射統(tǒng)稱為+1，而負的第一級衍射統(tǒng)稱為-1。通常，第一衍射束和第二衍射束將被理解為第一級(和/或負的第一級)衍射束， 但是也可以提供第二或更高級衍射。術(shù)語衍射將被理解為包括反射衍射和/或透射衍射。不同附圖的各個部分可以結(jié)合，從而得出新的、自定義形成的測量設(shè)置。因此，獲得對于每個結(jié)構(gòu)測量單個或達到六個自由度的量測結(jié)構(gòu)。雖然本申請詳述了光刻設(shè)備在制造ICs中的應(yīng)用，但是應(yīng)該理解到，這里描述的光刻設(shè)備可以有其他應(yīng)用，例如制造集成光學(xué)系統(tǒng)、磁疇存儲器的引導(dǎo)和檢測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCDs)、薄膜磁頭等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，在這種替代應(yīng)用的情況中，可以將這里使用的任何術(shù)語“晶片”或“管芯”分別認為是與更上位的術(shù)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到襯底上，并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(yīng)用的情況下，可以將所述公開內(nèi)容應(yīng)用于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(chǎn)生多層IC，使得這里使用的所述術(shù)語“襯底”也可以表示已經(jīng)包含多個已處理層的襯底。雖然上面詳述了本發(fā)明的實施例在光學(xué)光刻中的應(yīng)用，應(yīng)該注意到，本發(fā)明可以有其它的應(yīng)用，例如壓印光刻，并且只要情況允許，不局限于光學(xué)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(chǎn)生的圖案?？梢詫⑺鰣D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、熱、壓力或其組合來使所述抗蝕劑固化。在所述抗蝕劑固化之后，所述圖案形成裝置從所述抗蝕劑上移走，并在抗蝕劑中留下圖案。這里使用的術(shù)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126nm的波長)和極紫外(EUV)輻射(例如具有5_20nm 范圍的波長)，以及粒子束，例如離子束或電子束。
在允許的情況下，術(shù)語“透鏡”可以表示不同類型的光學(xué)部件中的任何一種或其組合，包括折射式的、反射式的、磁性的、電磁的以及靜電的光學(xué)構(gòu)件。盡管以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實施例，但應(yīng)該認識到，本發(fā)明可以以與上述不同的方式來實現(xiàn)。例如，本發(fā)明可以采用包含用于描述一種如上面公開的方法的一個或更多個機器可讀指令序列的計算機程序的形式，或具有存儲其中的這種計算機程序的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(例如半導(dǎo)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(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不背離所附的權(quán)利要求的保護范圍的條件下，可以對本發(fā)明進行修改。
權(quán)利要求
1.一種位置傳感器，配置成測量目標的位置數(shù)據(jù)，所述位置傳感器包括 輻射源，配置成提供輻射束，輻射束具有傳播方向；第一光柵，配置成將輻射束衍射成在基本上垂直于傳播方向的第一衍射方向上具有傳播方向分量的至少第一衍射束；第二光柵，布置在第一衍射束的光學(xué)路徑上，第二光柵配置成將在第一光柵處被衍射的第一衍射束衍射成在基本上垂直于第一衍射方向和傳播方向的第二衍射方向上具有傳播方向分量的至少第二衍射束，第二光柵連接至目標；第一檢測器，配置成檢測由第一光柵衍射的第一衍射束的至少一部分；和第二檢測器，配置成檢測被第一光柵和第二光柵衍射的第二衍射束的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置傳感器，還包括 第一回射器；從輻射源提供的向前光學(xué)路徑，經(jīng)由至少一個通過第一光柵的第一級衍射和通過第二光柵的零級衍射至第一回射器；和從第一回射器提供的反向光學(xué)路徑，其經(jīng)由通過第二光柵的零級衍射和至少一個通過第一光柵的第一級衍射至第一檢測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置傳感器，其中，所述第一回射器配置成反射入射的第一級衍射束，以便再次入射到第一光柵上沿第一衍射方向看時基本上相同的位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的位置傳感器，還包括 第二回射器；從輻射源提供的第二向前光學(xué)路徑，其經(jīng)由至少一個通過第一光柵的第一級衍射和通過第二光柵的第一級衍射至第二回射器；和從第二回射器提供的第二反向光學(xué)路徑，其經(jīng)由通過第二光柵的第一級衍射和至少一個通過第一光柵的第一級衍射至第二檢測器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置傳感器，包括兩個第二光柵和兩個第二檢測器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置傳感器，其中，所述第一光柵包括二維格柵， 配置成將束衍射成在第一和第二衍射方向上分別具有傳播方向分量的各個第一衍射束，所述位置傳感器還包括另一第二光柵，布置在在第一光柵處衍射的第一級衍射束的光學(xué)路徑中，以便獲得在第二衍射方向上的傳播方向分量，另一第二光柵配置成衍射在第一光柵處衍射的第一級衍射束，以便獲得在第一衍射方向上的傳播方向分量，另一第二光柵連接至目標，和另一第二檢測器，配置成檢測被另一第二光柵和第一光柵衍射的束的至少一部分。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置傳感器，還包括干涉儀，通過第一光柵的零級衍射束提供干涉儀的輸入束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位置傳感器，其中，所述干涉儀包括雙分束器和雙干涉儀回射器，并且配置成將干涉束兩次反射到目標上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位置傳感器，其中，所述干涉儀包括用以將束反射到目標上至少三次的多個分束器。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置傳感器，其中，所述第二光柵是反射性的，以將在第一光柵處衍射的第一衍射束的至少一部分從第一光柵反射回至第一光柵，第一回射器定位成用以反射由被第二光柵反射且在第一光柵處衍射的第一級衍射束衍射得到的衍射束。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的位置傳感器，其中，所述第一回射器配置成反射第一級和負的第一級衍射束。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的位置傳感器，還包括另一第一回射器，其中第二光柵是反射性的、以將來自第一光柵的第一級和負的第一級衍射束的至少一部分反射回至第一光柵，第一回射器定位成用以反射由被第二光柵反射回至第一光柵且從第一光柵衍射的第一級衍射束衍射得到的第一級衍射束，另一第一回射器定位成用以反射由被第二光柵反射回至第一光柵且從第一光柵衍射的負的第一級衍射束衍射得到的第一級衍射束。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的位置傳感器，布置成在利用第一光柵衍射通過目標的透射部分時透射第一級衍射束。
14.一種光刻設(shè)備，布置成將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移至襯底上，所述光刻設(shè)備包括臺和如前述任一權(quán)利要求所述的配置成測量臺的位置的至少一個位置傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光刻設(shè)備，包括至少2個如前述權(quán)利要求1-14中任一項所述的位置傳感器，每一個位置傳感器配置成測量臺的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光刻設(shè)備，包括至少4個如前述權(quán)利要求1-14中任一項所述的位置傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光刻設(shè)備，包括至少6個如權(quán)利要求1-14中任一項所述的位置傳感器。
18.—種位置傳感器，配置成測量位置數(shù)據(jù)，所述位置傳感器包括輻射源，配置成提供輻射束，輻射束具有傳播方向；第一光柵，配置成至少在第一衍射方向上將輻射束衍射成在基本上垂直于傳播方向的第一衍射方向上具有傳播方向分量的衍射束；第一回射器，用以將衍射束反射回至第一光柵、以便被第一光柵再次衍射；和檢測器，配置成檢測由第一光柵衍射的束的至少一部分，其中第一回射器配置成反射衍射束、以便再次入射到第一光柵上沿第一衍射方向看時基本上相同的位置處。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的位置傳感器，其中，所述光源、檢測器和第一回射器連接至參照結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的位置傳感器，配置成測量目標的位置數(shù)據(jù)，位置傳感器包括反射表面，反射表面設(shè)置在目標的表面處并且配置成反射衍射束至第一光柵，第一光柵連接至參照結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的位置傳感器，其中，所述第一回射器配置成當被反射的衍射束被第一光柵衍射時反射被反射的衍射束的另一衍射的第一級和負的第一級衍射束。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的位置傳感器，包括兩個第一回射器，回射器中的一個配置成當被反射的衍射束在第一光柵處被衍射時反射被反射的衍射束的的另一衍射的第一級衍射束，回射器中的另一個配置成當被反射的負的第一級衍射束在第一光柵處被衍射時反射被反射的負的第一級衍射束的另一衍射的第一級衍射束。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的位置傳感器，配置成測量目標的位置數(shù)據(jù)并且包括連接至目標且具有與周圍介質(zhì)的折射系數(shù)不同的折射系數(shù)的透射部分，透射部分定位在第一級衍射束的光學(xué)路徑中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的位置傳感器，其中，所述第一光柵設(shè)置在參照結(jié)構(gòu)處。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的位置傳感器，其中，所述第一光柵設(shè)置在透射部分處。
26.根據(jù)權(quán)利要求16-23中任一項所述的位置傳感器，其中，所述第一檢測器包括光電二極管并且配置成提供表示檢測的束的強度的輸出信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求18-26中任一項所述的位置傳感器，配置成檢測光學(xué)路徑長度改變和/或衍射束的相差。
28.一種根據(jù)權(quán)利要求18-27中任一項所述的位置傳感器的應(yīng)用，尤其是根據(jù)權(quán)利要求沈和/或27的位置傳感器作為傾斜傳感器的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種位置傳感器和光刻設(shè)備。所述位置傳感器配置成測量目標的位置數(shù)據(jù)。位置傳感器包括輻射源，配置成提供輻射束；第一光柵，配置成將輻射束衍射成在第一衍射方向上的至少第一級衍射束；和第二光柵，布置在第一級衍射束的光學(xué)路徑上，第二光柵配置成在基本上垂直于第一衍射方向的第二衍射方向上衍射在第一光柵處被衍射的第一級衍射束。第二光柵連接至目標。第一檢測器配置成檢測由第一光柵衍射的束的至少一部分，至少一個第二檢測器配置成檢測被第一光柵和第二光柵衍射的束的至少一部分。
文檔編號G03F7/20GK102314092SQ20111014787
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者A·F·J·德格魯特, J·P·M·B·沃麥尤倫, R·A·C·M·比倫斯 申請人:Asml荷蘭有限公司