專利名稱：用于光刻設(shè)備的水平傳感器布置和器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻設(shè)備和一種用于制造器件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一 種水平傳感器布置和一種用于襯底的水平感測的方法。
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(biāo)部分上的機(jī)器。例 如，可以將光刻設(shè)備用在集成電路(IC)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?？梢詫⒃搱D案 轉(zhuǎn)移到襯底(例如，硅襯底)上的目標(biāo)部分(例如，包括一部分管芯、一個(gè)或多個(gè)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(jìn)行 的。通常，單獨(dú)的襯底將包含被連續(xù)形成圖案的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。公知的光刻設(shè)備包 括所謂的步進(jìn)機(jī)，在步進(jìn)機(jī)中，通過將全部圖案一次曝光到所述目標(biāo)部分上來輻射每一個(gè) 目標(biāo)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(shí)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(gè)目標(biāo) 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。歐洲專利申請EP-A-I 037 117公開一種光刻投影設(shè)備中的離軸調(diào)平布置。使用 這種布置，通過使用采用光柵光學(xué)元件和在600-1050nm波長范圍內(nèi)的多色輻射的水平傳 感器，確定光刻圖中的襯底的高度圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的水平傳感器布置和其操作。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于測量光刻設(shè)備中襯底的感光層的表面的位置 的水平傳感器布置，所述水平傳感器布置包括用于在操作中測量從所述襯底反射的輻射的 檢測器單元，其特征在于所述檢測器單元布置成測量在被用于處理所述襯底的所述感光 層所敏感的波長范圍內(nèi)的輻射。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種光刻設(shè)備，其布置成測量襯底的感光層的表面的 位置，其中所述光刻設(shè)備布置成基于由所述襯底反射的光化輻射測量高度。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于測量光刻設(shè)備中襯底的感光層的表面的位置 的方法，所述方法包括在操作過程中測量從所述襯底反射的輻射，其中所述被反射的輻射 位于用于處理所述襯底的所述感光層所敏感的波長范圍中。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一 種器件制造方法，所述方法包括將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移到襯底上；以及基于由所述襯 底反射的光化輻射來測量襯底的感光層的表面的位置。


下面僅通過示例的方式，參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中示意性附圖中相應(yīng)的標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光刻設(shè)備；圖2示出采用投影光柵的水平傳感器布置的示意圖；圖3示出具有疊層的襯底的示意性橫截面圖，包括水平傳感器布置的測量束；圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水平傳感器布置的示意圖；圖5示出檢測器單元的一部分的橫截面圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測器單元的一部分的橫截面圖；圖7a示出襯底上的典型前端疊層(front end stack)的橫截面視圖；圖7b示出 具有前端疊層的襯底的表觀表面下沉(apparent surface expression)對于兩個(gè)波長范圍 作為入射角的函數(shù)的曲線圖；和圖8a示出襯底上的典型后端疊層(back end stack)的橫截面視圖；圖8b示出具 有后端疊層的襯底的表觀表面下沉對于兩個(gè)波長范圍作為入射角的函數(shù)的曲線圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的水平傳感器布置的示意圖，其中合并有遮蔽 件。在附圖中，相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式圖1示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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)輻射或深紫 外(DUV)輻射)；-支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺(tái))MT，其構(gòu)造用于支撐圖案形成裝置(例如掩模)MA，并與 配置用于根據(jù)確定的參數(shù)精確地定位圖案形成裝置的第一定位裝置PM相連；_襯底臺(tái)(例如晶片臺(tái))WT，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)精確地定位襯底的第二定位裝置PW相連；和-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(biāo)部分C(例如包括一根或多根管芯)上。照射系統(tǒng)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。所述支撐結(jié)構(gòu)支撐圖案形成裝置，即承載圖案形成裝置的重量。支撐結(jié)構(gòu)以依賴 于圖案形成裝置的方向、光刻設(shè)備的設(shè)計(jì)以及諸如圖案形成裝置是否保持在真空環(huán)境中等 其他條件的方式保持圖案形成裝置。所述支撐結(jié)構(gòu)可以采用機(jī)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。所述支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或臺(tái)，例如，其可以根據(jù)需要成為 固定的或可移動(dòng)的。所述支撐結(jié)構(gòu)可以確保圖案形成裝置位于所需的位置上(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“掩模”都可以認(rèn)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能夠用于將圖案在 輻射束的橫截面上賦予輻射束、以便在襯底的目標(biāo)部分上形成圖案的任何裝置。應(yīng)當(dāng)注意， 被賦予輻射束的圖案可能不與在襯 底的目標(biāo)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(biāo)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(gè)小反射鏡可以獨(dú)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)，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如使用浸沒液體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(rèn)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(gè)(雙臺(tái))或更多襯底臺(tái)(和/或兩個(gè)或更多的掩模臺(tái)) 的類型。在這種“多臺(tái)”機(jī)器中，可以并行地使用附加的臺(tái)，或可以在一個(gè)或更多個(gè)臺(tái)上執(zhí) 行預(yù)備步驟的同時(shí)，將一個(gè)或更多個(gè)其它臺(tái)用于曝光。所述光刻設(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，以便填充投影系統(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)值孔徑在本領(lǐng)域是熟知的。這里使用的術(shù)語“浸沒”并不意味著必須將例如襯底等結(jié) 構(gòu)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。該源和所述光刻設(shè)備可 以是分立的實(shí)體(例如當(dāng)該源為準(zhǔn)分子激光器時(shí))。在這種情況下，不會(huì)將該源看成形成光 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(kuò)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，所述源可以是所述光刻 設(shè)備的組成部分(例如當(dāng)所述源是汞燈時(shí))?？梢詫⑺鲈碨O和所述照射器IL、以及如果 需要時(shí)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(qiáng)度分布的調(diào)整器AD。通常，可 以對所述照射器的光瞳平面中的強(qiáng)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(jìn)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?？梢詫⑺稣丈淦饔糜谡{(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(qiáng)度分布。所述輻射束B入射到保持在支撐結(jié)構(gòu)(例如，掩模臺(tái)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來形成圖案。已經(jīng)穿過掩模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B聚焦到所述襯底W的目標(biāo)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(dòng)所述襯底臺(tái)WT，例如以便將不同的目標(biāo)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(jī)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(gè)位置傳感器(圖1中未明確示出)用于相對于所述輻射束B的路徑精確地定位掩模ΜΑ。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(shí)現(xiàn)掩模臺(tái)MT的移動(dòng)。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(shí)現(xiàn)所述襯底臺(tái)WT的移動(dòng)。在步 進(jìn)機(jī)的情況下(與掃描器相反)，掩模臺(tái)MT可以僅與短行程致動(dòng)器相連，或可以是固定的。 可以使用掩模對準(zhǔn)標(biāo)記Ml、M2和襯底對準(zhǔn)標(biāo)記Pl、P2來對準(zhǔn)掩模MA和襯底W。盡管所示 的襯底對準(zhǔn)標(biāo)記占據(jù)了專用目標(biāo)部分，但是它們可以位于目標(biāo)部分之間的空間(這些公知 為劃線對齊標(biāo)記)中。類似地，在將多于一個(gè)的管芯設(shè)置在掩模MA上的情況下，所述掩模 對準(zhǔn)標(biāo)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(jìn)模式中，在將掩模臺(tái)MT和襯底臺(tái)WT保持為基本靜止的同時(shí)，將賦予所 述輻射束的整個(gè)圖案一次投影到目標(biāo)部分C上(即，單一的靜態(tài)曝光)。然后將所述襯底 臺(tái)WT沿X和/或Y方向移動(dòng)，使得可以對不同目標(biāo)部分C曝光。在步進(jìn)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(biāo)部分C的尺寸。2.在掃描模式中，在對掩模臺(tái)MT和襯底臺(tái)WT同步地進(jìn)行掃描的同時(shí)，將賦予所 述輻射束B的圖案投影到目標(biāo)部分C上(即，單一的動(dòng)態(tài)曝光)。襯底臺(tái)WT相對于掩模臺(tái) MT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(dòng)態(tài)曝光中所述目標(biāo)部分C的寬度(沿非掃描 方向)，而所述掃描運(yùn)動(dòng)的長度確定了所述目標(biāo)部分的高度(沿所述掃描方向)。3.在另一個(gè)模式中，將用于保持可編程圖案形成裝置的掩模臺(tái)MT保持為基本靜 止，并且在對所述襯底臺(tái)WT進(jìn)行移動(dòng)或掃描的同時(shí)，將賦予所述輻射束的圖案投影到目標(biāo) 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(tái)WT的每一次移動(dòng)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。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于執(zhí)行與光刻設(shè)備中的襯底相關(guān)的水平傳感器測量的方 法和布置。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)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中示出了水平傳感器的一般性示意圖。在襯底處理的所有階段，以及當(dāng)襯底W 已經(jīng)包括例如氧化物、多晶硅、電介質(zhì)防反射涂層(DARC)、金屬層(例如銅)以及抗蝕劑層 的疊層4時(shí)，都實(shí)施水平傳感器測量。發(fā)射器6 (例如光源的形式)發(fā)射輻射到圖案7 (例如具有30 μ m節(jié)距P的光柵)， 并且因此所形成的輻射束采用投影光學(xué)元件(例如透鏡的形式)9以入射角θ投影到襯 底W(或襯底W上的疊層4的頂部表面)上。用于光刻設(shè)備中的水平傳感器的輻射具有 600-1050nm的波長范圍，即用于處理襯底W的抗蝕劑不敏感的波長范圍。采用另一透鏡9 將被反射的輻射再次聚焦到參考光柵8上。然后使用檢測器5處理從參考光柵8透射的輻 射，并且對所述測量信號進(jìn)行處理以獲得疊層4的高度。這種水平傳感器布置基于光學(xué)三 角測量技術(shù)。所檢測的高度與由檢測器5測量的信號強(qiáng)度直接相關(guān)，并且具有依賴于入射 角的周期性(P/2sin θ ) 0
在實(shí)際應(yīng)用中，襯底W上疊層4的抗蝕劑層和下面的處理層是(部分)透明的。從 下面的處理層反射的具有特定波長的光相干地加到從抗蝕劑層反射的光，這引起疊層干涉 效應(yīng)，疊層干涉效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致依賴于精確層厚度的極大的測量誤差。為了平均這些干涉 效應(yīng)，使用大約1倍頻程的寬波長范圍。這在圖3中示意地示出。入射束11在疊層4(在 本示例中僅包括抗蝕劑層)的表面上部分地反射而形成反射束12。然而，一部分入射束11 折射進(jìn)入疊層4，并且在襯底W和疊層4之間的界面上被反射。在疊層4的表面處，該束再 次被折射并且形成平行于反射束12的次級束13。結(jié)果，疊層4的正確高度h沒有被考慮， 而是考慮了不同的值。 測量高度和真實(shí)抗蝕劑高度之間的差異被稱為“表觀表面下沉(Apparent Surface Depression) ”(ASD)。通過采用具有例如從600_1050nm的波長范圍的能夠平均疊 層干涉效應(yīng)的有害影響的寬帶光，使該ASD被最小化。ASD的影響利用輔助傳感器，基于晶片表面和噴嘴(氣壓計(jì))之間的壓力或流量測 量進(jìn)行校正。然而這種傳感器反應(yīng)慢，因此僅用于對在晶片上的一些區(qū)域?qū)嵤┡紶柕男?zhǔn)。 而且，這種傳感器非?？拷r底表面( 200μπι)，這帶來潛在的僅可以通過昂貴的安全措 施來解決的機(jī)器安全問題。最后，使用兩個(gè)傳感器還增加了產(chǎn)品的成本。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例和將要被用于前面所述的光刻設(shè)備(參照圖1)中的水平傳 感器布置10的實(shí)施例(如圖4所示)中，使用具有特定光譜的光源16，其朝向襯底W發(fā)射 輻射。來自光源16的輻射被引導(dǎo)到位于光源16和襯底W之間的投影光柵17。使用在所示 出的實(shí)施例中的包括反射鏡14和15的反射投影系統(tǒng)，由投影光柵17形成的圖像被投影到 襯底W上。采用另外的反射元件14和15，從襯底W反射的輻射再次被光學(xué)聚焦到檢測器單 元18。檢測器單元18設(shè)置有例如UV傳感器，用以測量從襯底W反射的輻射并用以在操作 過程中從反射的輻射確定襯底高度(輪廓)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過采用與現(xiàn)有技術(shù)中的水平傳感器布置相比發(fā)射較短波 長的入射束11的光源16來減小ASD的影響。更具體地，光源16布置成發(fā)射在光刻設(shè)備中用 于處理襯底W的抗蝕劑所敏感的波長范圍內(nèi)的輻射。換句話說，用于光刻設(shè)備中的水平傳 感器測量的波長被改變成用于襯底處理的抗蝕劑對其敏感的波長，也表示為光化光(即， 光輻射實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化)。依賴于所使用的抗蝕劑，這意味著應(yīng)用小于500nm的測量波長，例 如在一個(gè)實(shí)施例中，所使用的波長小于400nm(UV輻射)，例如甚至小于300nm(DUV輻射)。較短的波長提高處理魯棒性的原因有多方面?？刮g劑的折射率朝更短波長而增 大。這增加了在抗蝕劑-空氣界面處的反射，結(jié)果更少的光穿透過抗蝕劑。對于現(xiàn)有的薄 膜，薄膜干涉效應(yīng)的平均在較短的波長處得以改善。當(dāng)銅(Cu)在后端被使用時(shí)，可以利用 在較短波長處銅具有非常低的反射率的特性。此外，許多當(dāng)前的處理層(例如多晶硅和 無定形碳(a-C，amorphous Carbon硬掩模等))在UV體系下變得不透明，因而水平傳感 器將“看”到較少的下面的疊層。對于這種效應(yīng)，可以參考由R. A. Synowicki等人在SPIE Vol. 3332, pp384-390^^；^ "Refractive IndexMeasurements of Photoresist and Antireflective Coatings with Variable AngleSpectroscopic Ellipsometry，，。在 這篇文章中，描述已知為用于涂覆襯底的無機(jī)防反射材料的SiON在可見光波長(k = 0)處 是透明的，但是在400nm以及以下的波長處開始吸收光能。初看起來，在水平傳感器測量布置中使用UV光的方案聽起來完全不可接受，因?yàn)橛幸粋€(gè)“被推崇的”準(zhǔn)則，那就是襯底永遠(yuǎn)不應(yīng)該暴露在測量光之下。然而，當(dāng)你看系統(tǒng)要 求時(shí)就發(fā)現(xiàn)，調(diào)平測量可以用在遠(yuǎn)低于正常使用的曝光能量下的非常低的光水平來完成。 即，在另一實(shí)施例中，朝向襯底W發(fā)射的輻射的劑量(或能量水平)(如用于水平傳感器測 量)低于預(yù)定水平，即低于設(shè)定閾值，例如小于0. lmj/cm2。根據(jù)本發(fā)明的還一實(shí)施例，采用 依賴于允許從投影系統(tǒng)PS出射的雜散光水平的預(yù)定水平，在如上所述的光刻設(shè)備中(參見 圖1)執(zhí)行水平傳感器測量。前面提到的0. lmj/cm2的閾值是從光刻設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中推 導(dǎo)出來的，其中投影系統(tǒng)PS被允許具有在用掩模圖案進(jìn)行曝光的過程中入射到襯底W上的 雜散光的水平(大約1%)。逼近閾值的設(shè)定的另一種方法是從需要什么樣的能量以便能夠提供穩(wěn)健的和可 重復(fù)的測量開始的。獲得再現(xiàn)性O(shè)h所需要的光子數(shù)量近似為Nph ≌ p2/16σ2h在參數(shù)被選定為σ h = Inm和P = 30 μ m的情況下，這個(gè)值變成Nph 6 X IO70假 定光子檢測器效率為10%，檢測光學(xué)元件效率為75%并且抗蝕劑反射(即，鏡面反射)為 20% (它們是一般值)，則入射到抗蝕劑上的光子數(shù)量將為Nph。t。ns = 4X109。在每光子平均 能量為6. 6X 10_19J并且照射面積為2. 5X2. 5mm2的情況下，這將需要入射到襯底的能量密 度為 4X 10_5mJ/cm2。這是低于在成像中的UV雜散光要求( 0. lmj/cm2)的幅度量級。即使當(dāng)由水平傳感器布置10傳遞的測量光的能量劑量超過預(yù)定閾值，也可以通 過稍微改變?nèi)缟纤龅墓饪淘O(shè)備(參考圖1)的隨后的曝光步驟來使用這種技術(shù)。在這個(gè) 實(shí)施例中，照射系統(tǒng)IL還布置成在水平傳感器布置已經(jīng)采用高于預(yù)定閾值的劑量(或能量 水平)的輻射的情況下，應(yīng)用曝光水平偏移(offset)。換句話說，光刻設(shè)備中的水平傳感器 布置在襯底W上使用高于閾值的測量輻射劑量(或能量水平)進(jìn)行操作，之后，在隨后的襯 底W曝光步驟中應(yīng)用劑量校正。這樣，通過水平傳感器布置、借助測量光進(jìn)行的曝光在襯底 W上引入可預(yù)測的CD偏移，其可以在實(shí)際曝光過程中應(yīng)用小的劑量降低來進(jìn)行校正。在另一實(shí)施例中，水平傳感器布置10布置成提供在襯底W上的測量光的光子能量 的可預(yù)測的分布，例如均勻分布。當(dāng)測量能量的實(shí)際分布已知時(shí)，則可以依賴于水平傳感器 測量過程中能量的分布，在襯底W的實(shí)際曝光過程中應(yīng)用非常簡單的劑量降低。在一個(gè)具體實(shí)施例中，使用具有特定特征的光源16，使其適于用于本發(fā)明的水平 傳感器布置中。氘源16具有大約從200到400nm的波長譜，其中光譜輻照度高于較短波長 范圍的光譜輻照度。因此，尤其適于獲得改善的水平傳感器布置，其中疊層4對高度測量影 響極小或沒有影響，是由于在波長越小處層的干涉敏感度越低。在還一實(shí)施例中，檢測器單元18設(shè)置有匹配元件，例如輻射檢測器35，36 (參照圖 6見下面的描述)。匹配的檢測器35、36具有作為波長的函數(shù)的敏感度輪廓，其與作為光源 中波長的函數(shù)的能量輪廓基本上相反地匹配。換句話說，在所用的波長范圍內(nèi)的檢測特性 是光源16的檢測特性的互補(bǔ)?？蛇x地或附加地，檢測器單元18的其他(光學(xué))元件，例如反射鏡反射或通過照 射光纖的透射可以適于獲得匹配的特性。例如，當(dāng)采用在較短波長內(nèi)具有較高能量的氘源 時(shí)，選擇檢測器單元18 (或更具體地，為輻射檢測器35、36)以在使用的波長范圍的波長較 高部分內(nèi)更敏感。采用這些類型的匹配，可以提供水平傳感器布置10，所述水平傳感器布置10具有基本上平坦的、作為波長的函數(shù)的系統(tǒng)響應(yīng)。已知的水平傳感器布置以傾斜角度θ將光柵投影到襯底W上，如圖1和4中實(shí)施 例所示。反射的圖像被投影到檢測光柵上(例如圖1中的參考光柵8)。襯底W的垂直位移 Z在檢測光柵上偏移光柵圖像，這導(dǎo)致從光柵透過的光的強(qiáng)度變化。這種強(qiáng)度變化與Z位移 成比例，但是強(qiáng)度還由于光源的強(qiáng)度變化或襯底的(鏡面)反射變化而變化。為了消除這 些變化，使用差分檢測方案。在這種已知的檢測器單元5的檢測結(jié)構(gòu)中，偏振器21和剪切 板22的組合(例如沃拉斯頓棱鏡的形式)從反射束20產(chǎn)生兩個(gè)側(cè)向地被剪切的光柵圖像 (“e”和“O”)到參考光柵23上，如圖5示意地示出。從參考光柵23透過的“e”和“O”圖 像通過兩個(gè)檢測器(分別是25、26)檢測并且在處理單元27中處理以便產(chǎn)生歸一化的高度 信號h。檢測器單元5的這種已知的結(jié)構(gòu)具有多個(gè)缺點(diǎn)。偏振光學(xué)元件(例如偏振器21) 昂貴并且對于較大的尺寸價(jià)格迅速地提高。這提高了將水平傳感器放大到較大的視場的產(chǎn) 品的成本。沃拉斯頓棱鏡/剪切板22是彩色的，這產(chǎn)生依賴于λ的偏移。這種偏移導(dǎo)致 依賴于顏色的高度誤差。在沃拉斯頓棱鏡22的色散(dispersion)低的較長波長處，這可 能是可接受的，但是這種偏移朝向UV波長迅速地增大。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，代替使用振幅透射光柵，而使用具有三角光柵輪廓的相對淺 的刻劃光柵31。圖6示意地示出根據(jù)一實(shí)施例的檢測器單元18的這種結(jié)構(gòu)。如圖所示的 檢測器單元18包括用作相位光柵的刻劃光柵31?？虅澒鈻?1的節(jié)距P大于光源16發(fā)射 的輻射的波長。節(jié)距P例如等于投影光柵17的圖像的周期(見圖4)，例如30μπι。在圖6 中示出透射光柵31，但是作為替代物，刻劃反射光柵也是可以使用的。對于透射光柵31，合 適的材料將是MgF，其在所使用的波長處(在大于120nm處)是充分透明的。刻劃光柵31的三角光柵輪廓用作一系列的楔31a、31b，其根據(jù)熟知的斯涅耳定 律(Snell，s law)改變光束20的方向。在正的楔31a上的圖像沿向上的方向改變方向 (“u”)，而在負(fù)的楔31b上的圖像沿向下的方向改變方向(“d”)。如果圖像被準(zhǔn)確地定中 心到刻劃光柵31上，則“U”和“d”圖像具有相等的強(qiáng)度并且連接到兩個(gè)檢測器35、36的處 理單元37的輸出“h”將是零。如果襯底高度改變，則投影光柵31的圖像也將偏移并且這 將導(dǎo)致“U”和“d”信號之間的不平衡。“U”和“d”束之間的角度應(yīng)該大于入射到投影光柵17上的圖像的發(fā)散 (divergence)。而且，刻劃光柵31引入附加的由于依賴于波長的折射帶來的光的發(fā)散(僅 在透射光柵的情形中)和由于在楔的有限尺寸處發(fā)生的衍射帶來的發(fā)散。由衍射引起的發(fā) 散粗略地由2λ/Ρ給出?？偟念~外的發(fā)散是小的(0. 1弧度量級)并且在實(shí)際設(shè)計(jì)中是可接 受的。還應(yīng)該注意的是，在目前基于偏振的檢測支路中還發(fā)現(xiàn)衍射引入的附加的發(fā)散(如 圖5所示)。圖6的檢測器單元18的實(shí)施例具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，該實(shí)施例相對于現(xiàn)有技術(shù)方 案具有低的成本。尤其在UV區(qū)域中，偏振器21和剪切板22是非常昂貴的。此外，檢測器 單元18沒有依賴于波長的高度偏離。而且，對于大場水平傳感器可以容易地被進(jìn)行尺寸放 大。此外，新的結(jié)構(gòu)對于 光是非常有效的。光不會(huì)被阻擋，因?yàn)槭褂孟辔还鈻?1而不 是振幅光柵8。結(jié)果，更多的光子可以用于測量。檢測器單元18的該實(shí)施例尤其適于上面所述的UV水平傳感器實(shí)施例。然而，這對于使用可見光波長的現(xiàn)有技術(shù)的水平傳感器而言 也是有利的，因?yàn)槠淠軌蚪档彤a(chǎn)品的成本。刻劃光柵31是已知的，并且被用于例如光譜學(xué)中。對于許多應(yīng)用來說，刻劃光柵 1形成有閃耀角(blaze angle)。在本實(shí)施例中，閃耀角是不需要的或等于零，即正和負(fù)楔 31a、31b與刻劃光柵31的法線成相同的角度。 已經(jīng)完成模擬，其中在一個(gè)情形中使用了具有500-1000nm波長范圍的水平傳感 器布置并且在另一個(gè)情形中使用了具有200-400nm波長范圍的水平傳感器布置(使用上述 的實(shí)施例)。表觀表面下沉(ASD)被確定為入射角θ的函數(shù)(在圖7b和圖8b中表示為入 射角或Α0Ι)。在第一模擬中，典型地對于襯底W上的前端疊層4，使用襯底W上的疊層4，從底部 到頂部依次序包括50nm氧化層4a、70nm多晶硅層4b、40nm電介質(zhì)防反射涂層(DARC)4c以 及SOnm抗蝕劑層4d(見圖7a)。所得到的ASD在短波長范圍要好的多。在圖7b的曲線圖 中，這是明顯可以看到的。在第二模擬中，典型地對于襯底W上的后端疊層4，使用襯底W上的疊層4，從底部 到頂部依次序包括50nm氧化物層4a、70nm銅層4b、40nm電介質(zhì)防反射涂層(DARC) 4c以 及SOnm抗蝕劑層4d(見圖8a)。最終的ASD在短波長范圍測量中也要好的多。在圖8b的 曲線圖中，這是明顯可以看到的。在可以有益地與任何前面所述實(shí)施例結(jié)合的一實(shí)施例中，在對準(zhǔn)掃描過程中，或 真正地在水平感測不需要或沒有用的任何時(shí)間段期間，來自光源16的光化光被阻止入射 到襯底W上。如圖9所示，通過加入根據(jù)所需被可控地閉合的遮蔽件19可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果。 正如所認(rèn)識到的，遮蔽件19不需要位于投影光柵17的上游，而是可以被設(shè)置在光源16和 襯底W之間的光學(xué)路徑中的任何便利的位置。然而，將遮蔽件靠近光源放置可以減少潛在 的反射雜散光問題和光學(xué)路徑被加熱的問題。在另一方法中，提供控制裝置C，其在不使用 光源期間可以操作以關(guān)閉光源。這種方法雖然比遮蔽件在機(jī)械方面簡單，但是具有潛在的 缺點(diǎn)，即系統(tǒng)穩(wěn)定性可能會(huì)由于所需的切換而受到?jīng)_擊。雖然本申請文本詳述了光刻設(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)備可以有制造具有微米尺度、甚至納米尺度的特征的部件的其他應(yīng)用，例如制 造集成光學(xué)系統(tǒng)、磁疇存儲(chǔ)器的引導(dǎo)和檢測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(IXDs)、薄膜磁 頭等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該看到，在這種替代應(yīng)用的情況中，可以將其中使用的任意術(shù)語 “晶片”或“管芯”分別認(rèn)為是與更上位的術(shù)語“襯底”或“目標(biāo)部分”同義。這里所指的襯 底可以在曝光之前或之后進(jìn)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(jìn)行顯影的工具)、量測工具和/或檢驗(yàn)工具中。在可應(yīng)用的情況下， 可以將這里公開的內(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，例如以便產(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(gè)已 處理層的襯底。雖然上面詳述了本發(fā)明的實(shí)施例在光學(xué)光刻情況下的應(yīng)用，但是應(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?fù)湎薅嗽谝r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，包括紫外輻射(UV) (例如具有或約為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)部件。盡管以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明可以以與上述 不同的方式來實(shí)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(gè)或 更多個(gè)機(jī)器可讀指令序列的計(jì)算機(jī)程序的形式，或具有存儲(chǔ)其中的這種計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)介質(zhì)(例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁盤或光盤)的形式。
上面描述的內(nèi)容是例證性的，而不是限定的。因而 ，應(yīng)該認(rèn)識到，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在不脫離以下所述權(quán)利要求的范圍的情況下，可以對上述本發(fā)明進(jìn)行更改。
權(quán)利要求
一種用于測量光刻設(shè)備中襯底的感光層的表面的位置的水平傳感器布置，包括輻射檢測器，其用于在操作中測量從所述襯底反射的輻射，其中所述輻射檢測器布置成測量在將被用于處理所述襯底的所述感光層所敏感的波長范圍內(nèi)的輻射。
2.如權(quán)利要求1所述的水平傳感器布置，包括光源，其用于朝向所述襯底發(fā)射在所述波長范圍內(nèi)的輻射，和襯底支撐件，其用于支撐所述襯底并將所述表面定位在一位置中，使得所述光源的所 述輻射被所述襯底鏡面反射到所述檢測器。
3.如權(quán)利要求2所述的水平傳感器布置，其中所述光源是氘光源。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的水平傳感器布置，其中，所述波長范圍包括小于400nm的 輻射。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的水平傳感器布置，其中，在所述襯底的所述表面處接收的 輻射劑量低于預(yù)定水平。
6.如權(quán)利要求5所述的水平傳感器布置，其中，所述預(yù)定水平是1X 10_8J/m2。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的水平傳感器布置，其中，所述檢測器單元包括刻劃光柵， 所述刻劃光柵具有大于由所述光源發(fā)射的輻射的波長的節(jié)距。
8.如權(quán)利要求7所述的水平傳感器布置，還包括定位在所述光源和所述襯底之間的投 影光柵，其中所述刻劃光柵的所述節(jié)距等于所述投影光柵的所述節(jié)距。
9.如權(quán)利要求1、2或3所述的水平傳感器布置，其中，所述檢測器單元包括具有作為波 長的函數(shù)的敏感度輪廓的元件，其基本上與作為所述光源的波長的函數(shù)的光譜輻照度輪廓 相反地匹配。
10.如權(quán)利要求2或3所述的水平傳感器布置，還包括遮蔽件，其可操作用于阻擋來自 所述光源的光入射到所述襯底上。
11.如權(quán)利要求2或3所述的水平傳感器布置，還包括控制裝置，其可操作用于關(guān)閉所 述光源。
12.—種光刻設(shè)備，其布置成測量襯底的感光層的表面的位置，其中所述光刻設(shè)備布置 成基于由所述襯底反射的光化輻射來測量高度。
13.如權(quán)利要求12所述的光刻設(shè)備，其中，所述光刻設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1-11中任 一項(xiàng)所述的水平傳感器布置。
14.如權(quán)利要求12或13所述的光刻設(shè)備，其中，所述光刻設(shè)備還包括投影系統(tǒng)，其配置 成將曝光輻射的圖案化輻射束投影到所述襯底的目標(biāo)部分上，其中在所述襯底的所述表面 處接收的輻射劑量低于預(yù)定水平，并且所述預(yù)定水平依賴于被允許離開所述投影系統(tǒng)的雜 散光水平。
15.如權(quán)利要求12或13所述的光刻設(shè)備，包括照射系統(tǒng)，其配置用于調(diào)節(jié)曝光輻射的 輻射束，其中所述照射系統(tǒng)還布置成應(yīng)用曝光水平偏移，以校正由水平傳感器布置所應(yīng)用 的輻射劑量。
16.一種用于測量光刻設(shè)備中襯底的感光層的表面的位置的方法，包括在操作過程中 測量從所述襯底反射的輻射，其中所述反射的輻射在將被用于處理所述襯底的所述感光層所敏感的波長范圍內(nèi)。
17.一種用于測量光刻設(shè)備中襯底上的感光層的表面的位置的方法，所述光刻設(shè)備可 操作用于投影輻射束到所述感光層上，所述感光層包括對在波長范圍內(nèi)的輻射敏感的材 料，所述波長范圍包括所述輻射束的波長，所述方法包括步驟從所述感光層的所述表面反射測量輻射束，所述測量輻射束的波長在所述感光層的所 述材料所敏感的所述波長范圍內(nèi)； 接收所述被反射的測量束；和基于所述被反射的測量束，確定所述感光層的所述表面的位置。
18.一種器件制造方法，包括將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移到襯底上，所述方法包括基于 由所述襯底反射的光化輻射來測量襯底的感光層的表面的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光刻設(shè)備的水平傳感器布置和器件制造方法。具體地，本發(fā)明提供一種用于測量光刻設(shè)備中襯底的表面的高度的水平傳感器布置。該水平傳感器布置設(shè)置有用于向所述襯底發(fā)射檢測輻射的光源和用于在操作中測量從所述襯底反射的輻射的檢測器單元。光源布置成發(fā)射在將被用于處理光刻設(shè)備中襯底的抗蝕劑所敏感的波長范圍內(nèi)的檢測輻射。
文檔編號G03F9/00GK101840166SQ20101013605
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者A·J·登鮑埃夫, J·P·H·本斯庫普, L·J·曼徹特, R·布林克霍夫 申請人:Asml荷蘭有限公司