專利名稱：微光刻投射曝光設備和微光刻成像方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微光刻投射曝光設備，用于將掩模母版形式的提供圖像的基板成像在待結構化的基板上，特別是晶片上。本發(fā)明還涉及將提供圖像的基板的掩模結構微光刻地成像在待結構化的基板上的方法。
背景技術：
當生產微芯片時，半導體晶片通常會在多個連續(xù)曝光步驟中得到光刻曝光，以成像期望的結構。在每個曝光步驟后，執(zhí)行程序上的處理步驟，例如通過蝕刻工藝和材料沉積，以根據(jù)成像的結構將晶片結構化。在每個曝光步驟中，必須確保在橫向(lateral)方向上關于先前的曝光調整曝光。換句話說，應該能夠制造由曝光所產生的、相對于先前曝光的結構在橫向上很準確的結構，選擇性，考慮在設計上提供的位置偏差。單獨曝光層(level)的橫向調整通常稱為“覆蓋(overlay)”。對于橫向調整，通常在晶片和晶片臺上測量先前曝光步驟中印刻的參考結構或調整標記(亦稱為對準標記(alignment mark))的橫向位置。為了該目的，通過測量光學系統(tǒng)可相繼接近及測量調整標記。所以為了使晶片吞吐量不受測量限制，在許多現(xiàn)代化光刻設備中，測量在測量臺上進行，將該測量臺布置為與曝光臺鄰近。與晶片測量并行地，在曝光臺上曝光已測量的晶片。那么，測量時間被限制為曝光晶片所需的時間，如此晶片吞吐量不會有任何損失。這所必需的測量時間只能通過測量臺的高速度與高加速度來實現(xiàn)。那么，這會導致測量臺至曝光臺的不期望的振動轉移，且這導致光刻圖像關于期望位置的位置誤差。在僅具有一個晶片臺的光刻成像曝光設備中，測量時間會線性地影響晶片吞吐量，且這就是為什么在該情況下，為了在測量晶片時實現(xiàn)晶片臺的高加速度與速度，使用相對高的技術復雜度。此外，通常，在投射曝光設備中，測量待曝光的掩模母版上的調整標記的橫向位置。這能夠以與晶片測量相同的方式，通過相繼采樣調整標志的掃描處理而得到執(zhí)行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供用于解決上述問題的設備和方法，并且，特別的是，可在更短時間內以合理復雜度進行晶片或掩模母版上的橫向位置測量。根據(jù)本發(fā)明，例如，通過用于將提供圖像的結構的掩模結構成像在待結構化的基板上的微光刻投射曝光設備，可實現(xiàn)上述目的。根據(jù)本發(fā)明的投射曝光設備包括測量裝置，該測量裝置構造為確定布置在一個基板的表面上的測量結構在關于基板表面的至少一個橫向方向上相對于彼此的相對位置，并且由此同時測量關于彼此橫向偏移的多個測量結構。本文中，關于基板表面的橫向方向由平行于基板表面的向量刻畫。換句話說，關于布置在基板上的測量結構的橫向相對位置，根據(jù)本發(fā)明的測量裝置構造為測量掩模母版形式的提供圖像的基板，或測量待結構化的基板，例如，以晶片形式或以用于LCD (Liquid Crystal Display,液晶顯示器)顯示器的基板形式。該測量并行進行，即同時測量多個測量結構。因此，測量裝置構造為同時測量在基板表面的至少一個二維部分上分布的測量結構。根據(jù)實施例，因此可測量測量結構的橫向位置從其期望位置的偏離。根據(jù)本發(fā)明的變型，同時測量的兩個測量結構彼此相隔至少1mm，特別是至少10mm、至少50mm,或至少100mm，且特別是在整個基板表面上于兩個橫向坐標方向上偏移。通過將根據(jù)本發(fā)明確定的測量結構關于彼此的橫向相對位置與期望值相比較，可在晶片上確定包括測量結構的先前曝光層的圖像的失真。通過根據(jù)本發(fā)明的在晶片表面上的多個測量結構關于彼此的同時測量，減少了用于確定未決(pending)晶片曝光相對于已位于晶片上的結構的橫向調整所需的測量數(shù)據(jù)的測量時間。因此減少了對于用于測量的測量臺的速度和加速度的需求，由此，可避免轉移到曝光臺的可能振動。此外，同時測量使得能夠在現(xiàn)有時間窗口內對晶片進行更緊密網(wǎng)格的測量，如此可提高在單獨曝光層之間的覆蓋質量。根據(jù)本發(fā)明的實施例，測量裝置構造為同時測量分布在整個基板表面上的測量結構的橫向相對位置。整個基板表面被理解為表示基板面向測量裝置一側的表面。換句話說，測量裝置包括覆蓋整個基板表面的檢測區(qū)域，用于測量橫向相對位置。根據(jù)替代實施例，測量裝置構造為至少逐部分地測量基板表面，且具有評估裝置，該評估裝置構造為組合單獨基板部分的測量。由于逐部分的測量，所以測量裝置所需的安裝空間及測量裝置本身的復雜度可減少。根據(jù)本發(fā)明的實施例，測量結構布置在測量的基板對象的相同結構層(structural level)上。例如，該結構層可具有小于IOOnm,特別是小于50nm或小于IOnm的厚度(即基板高度方向上的范圍)。根據(jù)變型，待結構化的基板(例如，晶片)為測量的對象，且在此基板的相同曝光層上布置測量結構。換句話說，在基板的相同先前曝光期間，已經印刻了使用測量裝置測量它們的相對位置的測量結構。因此，它們布置在基板的相同結構層上。這與用于執(zhí)行覆蓋測量的測量結構不同，這些結構布置在不同的曝光層上。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，測量裝置構造為同時測量至少三個測量結構各自的橫向相對位置，可特別為至少四個、至少五個、或至少六個測量結構。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，測量裝置構造為在待結構化的基板上，以及因此例如在半導體晶片或用于LCD顯示器的基板上進行橫向位置測量。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，用于測量結構的橫向位置測量的測量裝置構造為干涉測量裝置。換句話說，測量裝置構造為干涉地疊加兩光束，用于測量結構的橫向位置測量，及從產生的干涉圖確定期望的測量。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，測量裝置包括至少兩個反射元件，其用來將測量光反射回到測量結構上，該測量光通過測量結構上的衍射而分成兩個測量光束。特別地，兩測量光束可由衍射為正和負衍射級的測量光形成。根據(jù)一個實施例，測量裝置包括四個反射元件，具體而言，每一個橫向測量方向分別使用兩個反射元件。反射鏡或貓眼反射器(cats’ eyes reflector)可用作反射元件。優(yōu)選地，將反射元件置于布置在測量位置中的基板的相對側上，且根據(jù)一個實施例，反射元件具有至少300mm x至少50mm的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的實施例，測量裝置包括分束器，用于在測量光照射待測量的基板前，將測量光分成具有不同傳播方向的兩個測量光束。根據(jù)實施例，分束器包括衍射光柵。衍射光柵可為二維光柵形式，例如，具有棋盤型圖案。根據(jù)另外的變型，衍射光柵是由一維線光柵形式的單獨光柵段組成，在關于彼此轉動90°的取向上設置線光柵，且以棋盤圖案的形式交替布置具有不同取向的光柵段。根據(jù)進一步實施例，測量裝置包括測量光源，用于產生橫向位置測量的測量光，且測量光的波長大于分束器的光柵周期。因此確保了在測量光與分束器光柵的交互作用下，以不同于零衍射級的衍射級傳導光部分。根據(jù)一個實施例，分束器包括與基板上的光柵結構相配的光柵。根據(jù)進一步實施例，測量裝置構造為以相對于待測量的基板表面的斜角將測量光照射在分束器上，或者，對于其中沒有分束器的實施例，照射在基板表面上。換句話說，測量光的傳播方向偏離表面法線。該偏離特別是至少0.1°，優(yōu)選至少為0.5°。根據(jù)進一步實施例，測量裝置構造為以不同角度將測量光的兩個測量光束引導至布置于測量位置的基板上。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，測量裝置構造為相干疊加利用兩個測量光束產生的測量結構的圖像。疊加產生干涉圖，評估該干涉圖，以確定測量結構的橫向相對位置。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，測量裝置構造為從橫向位置測量確定基板表面上的失真，且投射曝光設備還包括曝光控制裝置，當曝光基板時，該曝光控制裝置將局部成像比例動態(tài)地適配于失真。換句話說，當曝光基板時，根據(jù)本發(fā)明的測量允許動態(tài)調適比例操縱器。特別地，這里，失真被認為是在較早的光學成像過程中被寫入基板表面上的結構的比例的、場與場之間的變化(field to field variation)。根據(jù)進一步實施例，測量裝置進一步構造為在基板表面的多個點上同時進行形貌測量。換句話說，可在基板表面的多個位置處并行地進行形狀測量與高度變化測量。優(yōu)選地，測量裝置構造為以優(yōu)于IOnm的精度進行形貌測量。根據(jù)進一步實施例，測量裝置構造為同時進行測量結構的橫向相對位置測量與形貌測量。根據(jù)進一步實施例，測量裝置構造為用第一波長的測量光進行橫向位置測量，并用第二波長的測量光進行形貌測量。第一波長不同于第二波長，使得由單獨波長的光產生的干涉圖的分開檢測成為可能。優(yōu)選地，測量波長相差至少lOOnm。例如，諸如1064nm的激光波長連同532nm的倍頻(frequency-doubled)波長可用作波長。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，用于形貌測量的測量光在偏振上不同于用于橫向位置測量的測量光。根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，測量裝置包括衍射光柵，該衍射光柵用作分束器，用于將第一波長的測量光分成兩個測量光束，該衍射光柵構造為使第二波長測量光的至少90%通過衍射光柵而不被衍射。因此，通過將用于形貌測量的測量光衍射為不同于零衍射級的衍射級，避免了產生干擾光。這也可通過將第二波長選擇為大于衍射光柵的周期、或通過使用特別適于抑制較高衍射級的光柵分布來實現(xiàn)。根據(jù)進一步實施例，衍射光柵關于第二波長測量光的傳播方向傾斜。如此，確保了由第二波長測量光在分束器上產生的后向反射(back reflex)不會對測量造成負面影響。此外，特別地，用于形貌測量的測量光的傳播方向關于待測量的基板的表面法線傾斜。而且，如果衍射光柵相對于待測量的基板的表面傾斜，則是有利的。所有的這些措施防止干擾反射到達用于測量的檢測器。此外，衍射光柵的后側可具有涂層，以進一步削弱干擾反射。根據(jù)進一步實施例，測量裝置構造為在小于10秒內進行對整個基板表面的測量。在此，根據(jù)本發(fā)明，測量裝置可構造為以優(yōu)于Inm的精度來確定測量結構關于彼此的橫向相對位置。此外，根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，例如，使用將提供的圖像基板的掩模結構微光刻地成像在待結構化的基板上的方法，可以達成上述目的。根據(jù)該方法，通過同時測量多個測量結構關于彼此的橫向偏移，在關于基板表面的至少一個橫向方向上，確定在一個基板的表面上布置的測量結構關于彼此的相對位置。此外，利用微光刻投射曝光設備，將掩模結構成像在待結構化的基板上，在曝光期間，基于橫向位置測量而局部改變成像參數(shù)。成像參數(shù)的這種局部變化例如可為掩模結構成像至待結構化的基板上的成像比例的場到場之間的變化。根據(jù)本發(fā)明方法的進一步實施例，成像比例在基板曝光期間局部變化。這基于橫向位置測量而執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的變型，布置在基板上的測量結構包括不同周期的衍射光柵。優(yōu)選地，該衍射光柵構造為將利用分束器產生的上述測量光束反射入它們自身。根據(jù)實施例，不同周期的光柵部分可分別布置在彼此正交的兩個光柵取向上。根據(jù)進一步實施例，測量待結構化的基板，且整個測量結構形成具有多個網(wǎng)格的網(wǎng)狀結構，該多個網(wǎng)格圍繞可通過提供圖像的基板的成像而分別結構化的產品區(qū)域。這些產品區(qū)域亦常稱為“裸片(die)”。此外，根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，提供用于測量基板的方法，其中通過布置為關于彼此橫向偏移的多個測量結構的多個同時干涉測量，在關于基板表面的至少一個橫向方向上，確定布置在基板的表面上的測量結構關于彼此的相對位置。根據(jù)本發(fā)明上述任一方面的方法的實施例，兩個同時測量的結構彼此相隔至少1mm，特別是至少10mm、至少50mm、或至少100mm。根據(jù)進一步實施例，同時測量至少三個測量結構，特別是至少四個、至少五個、或至少六個測量結構的各自橫向相對位置。根據(jù)上述任一方面的方法的進一步實施例，測量結構布置在測量的基板對象的相同結構層上。關于根據(jù)上述本發(fā)明的投射曝光設備的實施例的詳述特征可在提及的實施例中相應應用于根據(jù)本發(fā)明的方法。相反地，關于根據(jù)本發(fā)明方法的上述實施例的詳述特征可相應應用于根據(jù)本發(fā)明的投射曝光設備。


參考所附簡圖，在根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的以下詳細描述中，示出了本發(fā)明的上述和進一步的有利特征。以下所示為:圖1示出了的微光刻投射曝光設備的截面圖，該設備具有用于確定晶片的表面的失真和晶片的形貌的測量裝置的根據(jù)本發(fā)明的實施例；圖2為根據(jù)圖1的測量裝置的反射鏡元件與待測量的晶片的截面圖3為根據(jù)圖2的布置的頂視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖1的投射曝光設備中的測量裝置的進一步實施例；圖5為根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖1的投射曝光設備中的測量裝置的進一步實施例的截面圖；圖6為根據(jù)圖5的測量裝置的功能原理的示圖；圖7為在根據(jù)圖5的測量裝置的衍射光學元件與待測量晶片之間的光路的示圖；圖8為根據(jù)圖5的測量裝置的根據(jù)本發(fā)明的變型的示圖；圖9為在根據(jù)圖5的測量裝置的衍射元件上的衍射圖案布置的根據(jù)本發(fā)明的兩個不同實施例的頂視圖；圖10為在利用根據(jù)圖5的測量裝置而測量的晶片表面上的測量結構布置上的頂視圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖1的投射曝光設備中的測量裝置的進一步實施例的截面圖；圖12為在根據(jù)圖11的測量裝置的衍射光學元件與待測量晶片之間的光路的示圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖11的測量裝置中的衍射光學元件的變型的示圖；及圖14為根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖11的測量裝置中的衍射光學元件的進一步變型的示圖。
具體實施例方式在下面描述的示例實施例中，功能上或結構上彼此類似的元件設置為盡可能具有相同或類似的參考號碼。因此，為了 了解特定示例實施例的單獨元件的特征，應參考其它示例實施例的描述，或參考本發(fā)明的全面描述。為了便于描述投射曝光設備，在圖中詳述了笛卡爾xyz坐標系統(tǒng)，由此可采集圖中所示組件的各自相對位置。在圖1中，X方向向右延伸，y方向垂直于附圖的平面并延伸進入該平面，而z方向向上延伸。在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例中的微光刻投射曝光設備。投射曝光設備10包括:照明系統(tǒng)12，用于使用曝光輻射15照明掩模20形式的提供圖像的基板；以及投射物鏡18。投射物鏡18用來將掩模結構22從掩模平面成像在晶片30形式的待結構化的基板上。除了硅晶片、用于IXD顯示器的基板以外，例如透明的所謂“平板(flat plane)”亦可用作待結構化的基板。照明系統(tǒng)12包括用于產生曝光輻射15的曝光輻射源14。依賴于投射曝光設備10的實施例，曝光輻射15的波長可在紫外線(UV)波長范圍內，例如248nm或193nm，或者亦可在極紫外線(EUV)波長范圍內，例如，約13.5nm或約6.8nm。依賴于曝光波長，將照明系統(tǒng)12和投射物鏡18的光學元件設計為透鏡及/或反射鏡。通過曝光輻射源14產生的曝光輻射15通過光束傳播光學系統(tǒng)16，然后通過照明裝置(illuminator) 17照射在掩模20上。掩模20由掩模臺24保持，該掩模臺關于投射曝光設備10的框架19是可移動安裝的。晶片30布置在曝光臺33上，該曝光臺可用作晶片移動(shifting)裝置。曝光臺33包括:晶片載具(holder)34,用于例如通過負壓力從晶片30下側固定晶片30 ;及移動臺36，利用移動臺，晶片30可相對于投射物鏡18的光軸橫向移動，即在根據(jù)來自圖1的坐標系統(tǒng)的X和y方向上移動。此外，移動臺36確保在光軸方向上移動晶片30，因此在根據(jù)來自圖1的坐標系統(tǒng)的z方向上移動。當曝光晶片30時，這種在z方向上的移動類型特別是用來將晶片的表面31保持在曝光輻射15的焦點上。通常，晶片30白勺表面31被逐部分地(section by section)，即逐場地(field byfield)曝光。因此，晶片30與掩模20兩者沿著X軸在相反方向上移動，使得可掃描晶片表面31上的狹縫形曝光區(qū)域。這發(fā)生多次，使得掩模20能以彼此相鄰的多個場的形式成像在晶片表面31上。測量裝置40被集成在投射曝光設備10中，該測量裝置構造為一方面關于晶片失真(distortion)、以及另一方面關于形貌變化來測量晶片30的整個表面。晶片30的失真被認為是指布置在晶片表面31上的測量結構在關于晶片表面31的橫向方向上(即在X-Y平面中)相對于彼此的相對位置的偏差。在圖1中，測量結構具有參考號碼32，且已在先前的晶片工藝步驟中被施加至晶片30。測量結構32為光柵結構形式，如下面將更詳細描述的。在投射曝光設備10的實施例中，晶片30布置在測量裝置40下方的曝光臺33上，用于測量。為了該目的，曝光臺33移動至圖1中示出的關于投射物鏡18的光軸橫向的位置。在替代實施例中，投射曝光設備10包括分離的測量臺38，在測量期間通過測量裝置40將晶片30布置在測量臺上，同時，已測量過的晶片30位于曝光臺33上，且被并行曝光將測量裝置40設計成二維測量光學測量裝置，即，與晶片表面31的逐點取樣相比較，在測量期間可在表面31上的多個位置處同時確定晶片30的失真與表面形貌的相應測量兩者。測量裝置40包括兩個測量光源41和43，用于產生不同波長的測量光。第一測量光源41產生用于表面形貌測量的具有波長λ 2的第一測量光42，該表面形貌測量以下亦稱為形狀測量(form measurement)。第二測量光源43產生具有波長λ丨的第二測量光44,其用來測量測量結構的橫向位置，并因此用于失真測量。測量結構的位置亦可稱為測量結構的“布置”。兩個測量光源41和43的測量光經由各自的光纖45照射在分束器48上?？梢娀蚪t外線范圍內的波長可用于測量光42，如下面將更詳細解釋的。因此，例如氦氖激光器、激光二極管、固態(tài)激光器與LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)可用作測量光源。應該根據(jù)光刻膠對哪種光波長不敏感來選擇測量光波長，該光刻膠用于使用曝光輻射源15在晶片30上的曝光。優(yōu)選地，測量波長應低于光刻膠的曝光臨界值。根據(jù)一個實施例，選擇測量波長使得因此產生的光子能量低于硅的帶隙(band gap)。因此，在測量期間的晶片加熱可減至最少。用于形狀測量的測量光42被分束器48偏轉至晶片表面31的方向上。在照到晶片表面31之前，測量光通過斐索(Fizeau)準直儀50。斐索準直儀50包括斐索(Fizeau)表面52，其上，測量光42的部分會作為參考光被反射回去，然而，測量光42的未反射部分在晶片表面31上被反射，然后在通過目鏡形式的準直透鏡58之后,在CO)(Charge-coupled Device,電荷稱合器件)相機形式的局部解析檢測器60的檢測表面61上與參考光干涉。根據(jù)一個實施例，將斐索準直儀50設計為焦距(focal width)與直徑比f/d < I的大開口準直儀，由此可節(jié)省在投射曝光設備10中的安裝空間。在檢測表面61上的干涉圖由檢測器60檢測。通過評估裝置62，從檢測的干涉圖來確定由測量光照射的晶片表面21的部分的表面輪廓。換句話說，至少逐部分地確定晶片30的表面形貌。根據(jù)一個實施例，為了同時測量整個晶片表面31的表面形貌，測量裝置40的檢測區(qū)域要夠大。此外，用于位置測量的測量光44被分束器48偏轉至晶片表面31的方向上。測量光44的傳播方向因此關于測量光42的傳播方向略微傾斜。在本不例實施例中，測量光42沿著斐索準直儀的光軸51傳播，而測量光44的傳播方向關于光軸51傾斜，使得在通過斐索準直儀50時，在斐索表面52上產生的測量光44的后向反射(back reflex)會被布置在準直透鏡58前方的孔徑56阻擋，使得所述后向反射不能對位置測量形成干擾，且當同時進行形狀測量時，亦不能干擾形狀測量。在通過斐索準直儀50之后，測量光44照射晶片表面31，且由布置在這里的光柵結構形式的測量結構32以負第一或正第一衍射級反射至傾斜地布置在晶片30上方的平面反射鏡54上。該光束分布在圖2中清楚地示出。一般來說，測量光44在測量結構32上反射為不同于零的兩個衍射級，在該情況下，兩個衍射級分別為負第一衍射級與正第一衍射級。負第一衍射級的光形成第一測量光束44a,且正第一衍射級的光形成第二測量光束44b。在平面鏡54上的反射之后，第一測量光束44a的光傳播回到測量結構32。在此，在測量結構32上以負第一衍射級反射的第一測量光束44a的光在入射測量光44的光束路徑中傳回到分束器48，并照射檢測表面61。第二測量光束44b的光在第二平面反射鏡54上的反射之后，在測量結構32上的衍射之后，亦會以正第一衍射級傳播通過分束器48，且在檢測表面31上與第一測量光束44a的光干涉。在檢測表面61上的像為在兩個反射鏡54上的像的相干(coherent)疊加，且如此形成干涉圖。干涉圖包括測量光束44a和44b的兩個路徑的相對相位，以及因此的測量結構32的位置信息。參考圖2,在檢測表面61上的第一測量光束44a的光的相位由Φι表不，且在檢測表面61上的第二測量光束44b的光的相位由表示。在測量結構32移動Λχ的
情況下，產生下列相位差:
Δφ = φ, - φ2 = 4.2π.Δχ / P,(I)P為測量結構32的光柵周期。在測量結構32移動周期P的情況下，如此產生四倍于測量光44的波長的峰值相位偏差Δφ?？蓮母缮鎴D讀出相位差Δφ，該干涉圖由兩個反射鏡54上的像的相干疊加產生，并且，由此，可確定各個測量結構在X坐標方向上的位置與其期望位置的偏差。圖3以頂視圖顯示根據(jù)圖1的晶片30與平面反射鏡54的布置。在圖1中以參考號碼54表示的反射鏡在根據(jù)圖3的指示中對應于反射鏡54a。這些反射鏡用于測量結構關于X坐標的橫向位置確定。為了該目的，線光柵32a(其光柵線在y方向延伸)用作測量結構。為了晶片30的整個表面的測量，以網(wǎng)狀類型(web-type)布置將線光柵32a安置在晶片表面31上。為了測量測量結構在I方向上的位置，相應的光柵結構32b布置在晶片表面31上，其光柵線在X方向上延伸。光柵結構32b將入射測量光44衍射到反射鏡54b上，該反射鏡關于晶片30傾斜地在+/_y方向上布置在晶片上方。在衍射結構32a和32b的交叉點33處，可確定兩個坐標方向X和y上的位置。整體上，線光柵32a和32b在晶片表面31上形成網(wǎng)狀結構，將網(wǎng)格內的各個表面區(qū)域設為曝光場68，其上分別成像掩模20。曝光場68常稱為“裸片(die)”。根據(jù)一個實施例，平面反射鏡54a和54b具有至少300mm的橫向范圍(expansion)及至少50mm的垂直范圍。如上所述，在圖1中示出的實施例中，用于形狀測量的測量光42與用于位置測量的測量光44具有不同波長。因此，例如，測量光44的波長λ I可在532nm與633nm之間，且測量光42的波長λ 2可在700nm與1064nm之間。斐索準直儀50和準直透鏡58形式的目鏡應該是校正過顏色的。用于兩個測量的類似波長便于顏色校正。為了同時執(zhí)行形狀測量與位置測量，進行波長選擇性測量。這可例如通過局部解析檢測器40波長選擇性測量在檢測表面61產生的強度分布來發(fā)生。替代地，顏色分束器亦可設置在測量裝置40的檢測模塊中，如下面參考圖4所說明。此外，不同偏振可代替不同波長用于不同測量。在替代實施例中，相同波長的測量光用于形狀測量與位置測量，且相繼執(zhí)行兩個測量過程。進行形狀與位置測量之后，確定的測量被存儲在圖1所示的記錄裝置64中。然后，晶片30移動至投射物鏡18下方。為了該目的，依賴于實施例，執(zhí)行將晶片30從測量臺38重新裝載到曝光臺33上；或者仍然將晶片30保留在曝光臺33上，曝光臺移至投射物鏡18下方。對于立刻接著的晶片30的曝光，通過記錄裝置64將形狀與位置測量兩者傳達給控制裝置66。在晶片30的曝光期間，控制裝置66 —方面通過形狀測量來控制曝光輻射15的焦點位置(z)，另一方面通過位置測量來控制x、y位置，以及選擇性地控制成像比例。為了在曝光期間控制成像比例，將曝光成像比例動態(tài)適配于測量結構32的局部測量失真。測量裝置40產生可用的測量數(shù)據(jù)，利用該測量數(shù)據(jù)可校正晶片表面上的高頻失真。高頻失真被認為是指具有高于傳統(tǒng)比例誤差(conventional scale error)的頻率的失真。傳統(tǒng)比例誤差與沿著掃描狹縫(scanner slot)的坐標的一次方成比例。因此，利用測量裝置40提供的測量數(shù)據(jù)，可校正與沿著掃描狹縫的坐標的三或更高次方成比例的失真。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的測量裝置40的進一步實施例。圖4的測量裝置40在兩個方面不同于根據(jù)圖1的測量裝置40。第一方面在于貓眼反射器陣列154代替平面反射鏡，用來反射衍射的測量光44。貓眼反射器可將入射平面波正好反射回其本身。在此，貓眼反射器的調整不重要。使用貓眼反射器陣列154使得針對晶片30上的任意光柵周期能夠實現(xiàn)傳回自身的反射，而不必重新調整反射器。根據(jù)圖4的實施例不同于根據(jù)圖1的實施例的第二方面在于準直透鏡58后面的測量輻射42和44的光束路徑中使用了顏色分束器170。顏色分束器170構造為使得具有波長λ I的測量光44通過分束器，然而，具有波長λ 2的測量光42在分束器上被反射。因此可分開形狀測量與位置測量的測量光部分。為每一個測量光部分提供特定檢測器60。根據(jù)該實施例，使用波長非選擇性檢測器，可同時進行形狀測量與位置測量。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的用于根據(jù)圖1的投射曝光設備10中的測量裝置40的進一步實施例。在示出的實施例中，僅測量裝置40被構造為用于位置測量與失真測量。根據(jù)圖5的測量裝置40與根據(jù)圖1的測量裝置的不同之處不僅在于根據(jù)圖5的測量裝置40不具有用于形貌測量的測量光束路徑，而且在于其不具有平面反射鏡54。事實上，在根據(jù)圖5的測量裝置40中，在斐索準直儀50與晶片30之間布置有衍射光學元件70。衍射光學元件70包括光柵結構72，用于將入射測量光44分別分成兩個測量光束74a和74b。圖6詳細顯示了用于光柵結構72的光束路徑。圖6詳細顯示了衍射光學元件70與晶片30的布置。在此,光柵結構72由字母“A”表不。通過光柵A上負第一與正第一衍射級的衍射，執(zhí)行將入射測量光44分成測量光束74a和74b。然后，通過正第一與負第一衍射級的衍射，測量光束74a和74b在晶片30表面上的測量結構32上被反射回其自身。有利的是，將光柵結構72設計成具有至少300mm的直徑，以能夠測量晶片30的整個表面。此外，將測量結構32設計成光柵結構，且在圖6中被表示為光柵“B”，光柵32反射位于位置I處的測量光束74a，且光柵32反射位于位置2處的測量光束74b，且這是為何對應的光柵會表示為“B_p0Sl”與“B_pos2”的原因。反射回來的測量光束74a和74b在其通過光柵結構72時，在光柵結構72上衍射為負第一與正第一衍射級，并且因此被引導回至入射測量光44的光束路徑中。由兩個測量光束74a和74b產生的像以類似根據(jù)圖1的測量裝置40的情況，在檢測表面61上相干疊加。在晶片30在X方向上移動量Λ X的情況下，下列相位差會產生:
Δφ=φ]—φ2=4π.Δχ/ρ,(2)ρ表示測量結構32的光柵周期。與用根據(jù)圖2的布置產生的相位差相比，根據(jù)圖6，在相同的移動Λ X的情況下，只產生一半的相位差。從測量的相位差計算的位置對應于光柵B_posl和B_pos2的位置的重心(centreofgravity)移動。圖7顯示用于多個測量通道的、根據(jù)圖5的衍射光學元件70與晶片30，該多個測量通道分別由光柵 結構72與兩個相關的測量結構32形成。在衍射光學元件上的光柵結構72的布置情況下，重要的是要確保不會有干擾光44s抵達檢測器60，干擾光44s例如由測量光74a或74b在測量結構32上的衍射所導致的反射產生。因此，光柵結構72布置在晶片30上，使得干擾光44s不會照射衍射光學元件70的光柵結構72，而事實上在元件70的光柵結構72之間的區(qū)域上被反射。因此，干擾光不能射入另一測量通道，其會導致錯誤測量。此外，可在充當分束器的衍射光學元件70上布置不同光柵。相應調適的光柵應被分配給晶片30上的光柵。此外，在衍射光學元件70上可設置特定光柵，其檢測測量臺38的位置。這種光柵適配于測量臺38上的光柵結構。圖8示出了用于根據(jù)圖1的投射曝光設備10中的測量裝置40的進一步實施例。該實施例與根據(jù)圖5的實施例的不同之處僅在于測量輻射44未被垂直地照射，而是相對于衍射光學元件70的法線成一角度a。然后，在負或正第一衍射級產生的測量光束74a和74b以不同角度照射晶片表面。為了保證測量光束的相應后向反射(back-reflection)，晶片30上的測量結構32具有不同周期，B_posl光柵的周期為V-Λ V，且光柵B_pos2的周期為ν+Λν，其中:ν==2.ν*ΛΑ Δν==2.1/λ.sin (a ), (3)
VtaA是指光柵結構72的周期。根據(jù)一個實施例，角度α為至少0.1°。通過根據(jù)圖8的布置中的非對稱光束路徑，可與衍射光學元件70上的光柵結構72的布置無關地防止干擾光44s射入相鄰測量通道。測量結構32因此能布置在晶片表面31上的任何位置。此外，可將光柵結構72設計成遍及整個元件。在根據(jù)圖8的實施例的情況下，從位置測量的角度來看，可任意選擇曝光場68與“裸片”的大小與位置。圖9(a)和(b)顯不用于衍射光學兀件70上的光柵結構72的整個布置(亦稱為全表面或全部(all-over)布置)的兩個不同變型。在變型(a)中，光柵結構72由光柵段(grating section)在x和y方向上交替排列的棋盤型布置組成。因此可在晶片30上測量被分別照射的光柵對B_posl和B_pos2的重心坐標的X或y坐標。光柵對B_posl和B_pos2的光柵排列(alignment)限定測量x分量還是測量y分量。在變型(b)中，光柵結構72有二維長斜方形(rhomboid)光柵形狀，由其亦可進行關于x或y分量的位置測量。圖10顯示用在根據(jù)圖8的實施例中的、晶片30上的測量結構32的可能布置。在此，用于測量相應重心的X坐標的測量結構B_posl與B_pos2由32a和32b指示。用于測量相應重心在y方向上的坐標的光柵結構由132a和132b指示。如從圖10可看出，光柵結構32a和32b位于交替布置的水平帶上，然而，光柵結構132a和132b布置在垂直帶上，使得產生了整個網(wǎng)狀結構，該網(wǎng)狀結構的網(wǎng)格圍繞曝光場68。圖11顯示用于根據(jù)圖1的投射曝光設備10中的測量裝置40的進一步實施例。類似根據(jù)圖5的實施例，該實施例包括衍射光學元件70。然而，根據(jù)圖11的衍射光學元件70關于晶片30傾斜。這使得可利用從圖1已知的測量光源41的測量光42來同時執(zhí)行形狀測量。衍射光學元件70的傾斜導致測量光42不會垂直照射衍射光學元件70，且因此不會有干擾后向反射通過孔徑56到達檢測器60。選擇光柵結構72的周期使得波長λ 2的測量光42通過光柵結構72而未被衍射,而波長λ I的測量光44被衍射為負和正第一衍射級。圖12顯示在根據(jù)圖11的衍射光學元件70與晶片30區(qū)域中的、用于失真與位置測量的測量光44及用于形狀和形貌測量的測量光42 二者的光路。在此，在圖12中，將用于位置與形狀測量的光束描繪為鄰近彼此。然而，測量方法使得能夠在所有位置處進行形狀的全部測量，且與此同時，進行對提供的所有位置光柵(positioning grating)的位置測量。不需要在空間上分成用于位置或形狀測量的區(qū)域。入射測量光由44e和42e指示。此夕卜，在圖中，粗線顯示用于位置測量的使用光路包括入射測量光44e、測量光束44a和44b、以及返回的使用光束44η。對于形狀測量，使用光路包括入射測量光42e，其通過衍射光學元件70而沒有轉向，且在晶片表面31上反射之后，光束42η返回干涉儀。此外，在圖12中，使用細線描繪干擾光路。通過使用光在光柵72、32a和32b的一個上的衍射產生干擾光路。在圖12中，描繪了幾個干擾光路，其由光柵72、32a和32b的一個上的零、負第一、及正第一衍射級產生。例如，當入射測量光44e以零衍射級通過光柵72、在晶片表面31上反射、且隨后以零、正第一或負第一衍射級通過光柵結構72時，干擾光路因此產生。產生的干擾光束在圖12由b、c與d指示。在位置通道(positioning channel)中的干擾光的進一步示例涉及測量光束44a的光，其在光柵32a上反射時，不以負第一衍射級反射回來，而是以零衍射級傳至衍射光學元件70，然后在光柵72上以正第一衍射級衍射，且傳回到測量裝置40的光學系統(tǒng)中。產生的干擾光由a指示。干擾光路可以類似方式在形狀通道(form channel)中產生，例如，當入射測量光42e在光柵72上衍射為不同于零的衍射級，然后落到衍射光柵32a與32b的一個上時。如上面已經描述的，衍射光學元件70以圖12所示的角度β相對于晶片30傾斜。此外，用于位置測量的入射測量光44e的入射角相對于晶片表面31的法線傾斜角度α。確定傾斜角α與β的大小，使盡可能少的干擾光傳到檢測器60。通過聰明地選擇角度α與β，用孔徑56可至少在顯著程度上阻擋干擾光。下表I包括所有光束的列表,這些光束可在考慮光柵72、32a、與32b上的負第一、零、與正第一衍射級的位置測量期間產生。為了指出單獨光束的方向，在表I中指定了相應方向向量的各自X分量。對于測量光44e的入射方向，應用了 5的X分量。單獨的列首先標出了衍射光學元件70上的入射測量光44e的衍射級，第二列為在晶片30上的光柵結構32a上的衍射級，第三列為光到達測量裝置40的光學系統(tǒng)中的返回路徑上的光柵結構72上的衍射級。在第四列中，指定了光束在第二次通過衍射光學元件70之后的相應光束的方向向量的X分量。
權利要求
1.一種用于將提供圖像的基板的掩模結構成像在待結構化的基板上的微光刻投射曝光設備，包括測量裝置，該測量裝置構造為確定布置在所述基板之一的表面上的測量結構在關于所述基板表面的至少一個橫向方向上相對于彼此的相對位置，以及由此同時測量關于彼此橫向偏移地布置的多個測量結構。
2.根據(jù)權利要求1的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為同時測量整個基板表面上分布的測量結構的橫向相對位置。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為在所述待結構化的基板上進行橫向位置測量。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，用于所述測量結構的橫向位置測量的所述測量裝置構造為干涉測量裝置。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置包括至少兩個反射元件，該至少兩個反射元件用于將測量光反射回到所述測量結構上，該測量光通過在所述測量結構上的衍射而分成兩個測量光束。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置包括分束器，用于在測量光照射到待測量的所述基板前，將測量光分成具有不同傳播方向的兩個測量光束。
7.根據(jù)權利要求6的投射曝光設備，其中，所述分束器包括衍射光柵。
8.根據(jù)權利要求6或7的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為以關于待測量的基板表面的一角度，將所述測量光照射到所述分束器(70)上。
9.根據(jù)權利要求6至8中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為相干地疊加所述測量結構的、利用所述兩個測量光束產生的圖像。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為從所述橫向位置測量來確定所述基板表面上的失真，且所述投射曝光設備還包括曝光控制裝置，該曝光控制裝置構造為在 曝光所述基板時，將局部成像比例動態(tài)地適配于所述失真。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置還構造為同時在所述基板表面的多點處進行形貌測量。
12.根據(jù)權利要求11的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為使用第一波長的測量光進行橫向位置測量，以及使用第二波長的測量光進行所述形貌測量。
13.根據(jù)權利要求12的投射曝光設備，其中，所述測量裝置包括用作分束器的衍射光柵，所述分束器用于將所述第一波長的測量光分成兩個測量光束，所述衍射光柵構造為使所述第二波長的測量光的至少90%通過所述衍射光柵而不被衍射。
14.根據(jù)權利要求13的投射曝光設備，其中，所述衍射光柵相對于所述第二波長的測量光的傳播方向傾斜。
15.根據(jù)前述權利要求中任一項的投射曝光設備，其中，所述測量裝置構造為在少于10秒內進行整個基板表面的測量。
16.一種用于將提供圖像的基板的掩模結構微光刻地成像在待結構化的基板上的方法，包括下列步驟: -通過同時測量多個測量結構關于彼此的橫向偏移，確定布置在所述基板之一的表面上的測量結構在關于所述基板表面的至少一個橫向方向上相對于彼此的相對位置；以及 -利用微光刻投射曝光設備，將所述掩模結構成像在所述待結構化的基板上，在曝光期間，基于橫向位置測量而局部改變成像參數(shù)。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中，在所述基板的曝光期間，局部改變成像比例。
18.根據(jù)權利要求16或17的方法，其中，布置在所述基板上的所述測量結構包括不同周期的衍射光柵。
19.根據(jù)權利要求16至18中任一項的方法，其中，所述待結構化的基板被測量，且整個所述測量結構形成具有多個網(wǎng)格的網(wǎng)狀結構，對于所述提供圖像的基板的各自一次曝光，該多個網(wǎng)格圍繞可結構化的產品區(qū)域。
20.一種用于測量基板的方法，其中，利用關于彼此橫向偏移的多個測量結構的同時干涉測量，確定布置在所述基板的表面上的測量結構在關于所述基板表面的至少一個橫向方向上相對于彼此的相 對位置。
全文摘要
一種微光刻投射曝光設備(10)，用于將提供圖像的基板(20)的掩模結構(22)成像在待結構化的基板(30)上，該投射曝光設備包括測量裝置(40)，該測量裝置構造為確定布置在一個基板(20；30)的表面上的測量結構(32)在關于基板表面的至少一個橫向方向上相對于彼此的相對位置，以及因此同時測量多個測量結構(32)，該多個測量結構布置為關于彼此橫向偏移。
文檔編號G03F7/20GK103154819SQ201180046883
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者J.赫茨勒, A.格內梅爾 申請人:卡爾蔡司Smt有限責任公司