专利名称：用于倾斜灵敏度降低的晶片对准的设备和方法
技术领域：
本发明涉及光刻投影装置，包括如在权利要求1的前序部分中所定义的，用于倾斜灵敏度降低的晶片对准的设备。本发明还涉及一种如权利要求6的前序部分中所陈述的用于倾斜灵敏度降低的晶片对准的方法。
背景技术：
本发明在光刻投影装置领域中发现一优选申请，该装置包括提供辐射投影光束的辐射系统，支承图案形成装置的支承结构，其中图案形成装置用来根据预期的图案使投影光束形成图案，保持基底的基底台；和用于把形成图案的光束投射到基底的靶区的投影系统。
这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件如集成电路或者其它器件的特殊功能层相对应(见下文)。这种构图部件的示例包括-掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
-可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施方案利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到非寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图装置可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
-可编程LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在靶部上而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器或者分步重复装置。另一种装置—通常称作分步扫描装置—通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。
在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学—机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微型集成电路片制造半导线加工实践入门(Microchip FabricationA Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计操作的部件，用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。
另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO 98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
对于光刻处理，为了在基底上获得特征正确的轮廓，将在掩模上用掩模图案来处理的晶片的对准应尽可能的精确，其中所述特征都应该具有在规定的容许偏差内的尺寸。为此，光刻投影装置包括晶片对准模块，该模块在给定(规定)容许偏差内提供基底与掩模和掩模图案的对准。晶片对准系统通常基于光学装置进行对准。晶片或者晶片的一部分的位置通过测量来自光学标记体的光学响应来确定，其中标记体由光源照明例如，光栅由激光束照明，然后激光束从光栅衍射，通过通常定位在一个参考平面上的各个传感器(例如一个传感器阵列)测量一个或多个衍射级。利用传感器的输出，能够获得晶片的位置(相对于参考平面)。
在现有技术中，已知基于光栅利用开普勒望远镜的晶片对准系统。US4,251,160公开了一种包括开普勒望远镜的晶片对准系统，该望远镜使通过光栅产生的衍射光束成像在一个或多个探测器上，以获得相对于参考物来说晶片的对准信息。
晶片(部分)上来自标记体的信号通过望远镜系统投射到参考平面上。为了实现成像条件，物面(标记体定位的面)应是像的共轭面。不利地，当标记体相对于物面倾斜时，没有在物面的晶片上的标记体显示出在参考面内的偏移。偏移是由于标记体的离焦，在焦点上(例如，在物面内)的倾斜标记体将不显示在晶片对准系统的参考面内的偏移。
此外，现有技术的开普勒望远镜中，应用了位于望远镜透镜之间的光阑孔径(即小孔)。光阑用来减少达到传感器的杂散光，并且因而减少投影像的视差。WO 97/35234公开了具有光阑的晶片对准系统，包括位于中间焦点平面内预定位置处的多个小孔，其中该预定位置为在不倾斜光栅的理想情况下，期望每个衍射级的焦点所在的位置。现有技术中，这种设置用于衍射级的空间滤波，以从每个单级获得信息。
在半导体制造过程中，晶片经历多种处理例如退火、蚀刻、抛光等，这些可能引起标记体的凹凸不平(标记体中的凹口区域和/或标记体的变形)。这种标记体的凹凸不平可能引起标记体无法控制的(局部)倾斜，因此，由于离焦的标记体引起参考面上标记体像的偏移。倾斜和离焦的结合引起像的位置误差，该误差会在半导体器件的构造中导致重迭误差。为了消除不期望的偏移，参考标记体必须以很高的精确度放置在物面(焦距校正)。所属领域的技术人员可以理解，这样的焦距校正是很重要的。
通常，现有技术中的晶片对准系统有大约100微米量级内的离焦。晶片上的光栅(即，标记体)通常会显示在至少100μrad量级内的倾斜角。这样的倾斜角很大程度是由于晶片表面的平直度质量造成的，其显示出某些制造过程中造成的凹凸不平。这样，倾斜角可以随机变化，以上给出的数字是平均值的估计。
在现有技术具有这样的离焦和倾斜角值的晶片对准系统中，位置误差或者对准精确度是大约20纳米(或者3.5微米/度)。
对于标记体产生的一给定的衍射级，标记体的倾斜将引起衍射角的移动(相对于标记体无倾斜的情况)。当使用光阑时，这将导致衍射光束(对每个衍射级)相对于预定小孔的位移。
此外，在使用具有多个衍射光束(衍射级)和/或多种颜色的光栅的晶片对准系统中，衍射级和/或颜色的像通常由于光学像差(“焦点差”)，而不会被投影到同一平面内。当同时测量多个衍射级和/或颜色时，标记体的凹凸不平导致在各个像的测量位置级与级和/或颜色与颜色之间的差别，由此降低对准过程的性能。取决于对于每个单级和/或颜色各自的离焦和倾斜角值，一些级可能不可用。
为了改进光刻装置中倾斜灵敏度降低的晶片对准，现有技术关于开普勒望远镜的阿贝距离(Abbe arm)校准系统在US 2001/0008273 A1中公开，该系统相当复杂并且成本很高。
倾斜灵敏度被定义为物的倾斜和该物的像的倾斜之间的比例。
晶片倾斜和衍射光束灵敏度检测之间的关系的更详细的说明将在下面根据本发明的实施例的描述中描述。
发明内容
本发明的目的是提供一种关于晶片(部分)上的光学标记体的(局部或整个晶片)倾斜的灵敏度降低的晶片对准设备。
该目的在如权利要求1的前序部分所定义的，包括倾斜灵敏度降低的晶片对准设备的光刻投影装置中实现，其特征在于每个组成的衍射光束具有孔径水平的衍射光束直径，每个组成的衍射光束的衍射光束直径大于孔径直径。
通过本发明，晶片对准系统变得对标记体倾斜不太灵敏。每个衍射光束仍然部分地通过孔径的小孔传输。
在另一方面，本发明的光刻装置的特征在于光学器件被设置成用于加宽组成的衍射光束。通过由光栅的衍射长度即入射光束和光栅的周期性结构发生相互作用的光栅的部分产生的有限的尺寸作用导致加宽。由于加宽，衍射光束的一部分被允许通过孔径，晶片对准系统的倾斜灵敏度显著地降低。
同样，本发明提供一种校正入射激光束倾斜的解决办法，该倾斜会引起与倾斜标记体相似的不期望的影响。通过本发明的方法，晶片对准系统关于入射激光束倾斜的灵敏度同样显著地降低。
此外，本发明涉及一种如权利要求7的前序部分所定义的光刻投影装置中倾斜灵敏度降低的晶片对准方法，其特征在于每个组成的衍射光束具有孔径水平的衍射光束直径，每个组成的衍射光束的衍射光束直径大于孔径直径。
此外，在本发明中，倾斜灵敏度作为光束加宽的函数用来分离标记体的图像偏移与阿贝距离和离焦的相关性。
倾斜灵敏度随着衍射光束的加宽而变化，该衍射光束通过晶片对准系统的测量光束(的直径)产生。
根据本发明该方法可以测量对准系统和/或晶片标记体支承点(例如，阿贝距离)的离焦。
因此，该方法另一方面的特征在于该方法还包括-测量通过第一入射光束在至少一个光栅上产生的至少一个衍射级的像的第一偏移，作为应用到所述至少一个光栅的倾斜的函数；-测量通过第二入射光束在至少一个光栅上产生的至少一个衍射级的像的第二偏移，作为应用到所述至少一个光栅的倾斜的函数；第二入射光束具有不同于第一入射光束的直径；-由第一偏移和第二偏移确定所述至少一个光栅的离焦值；-由离焦值确定阿贝距离的值，阿贝距离是包括所述至少一个光栅的表面和倾斜支点的位置之间的距离。
此外，需要注意的是，相似的加宽作用可以通过改变光栅的长度尺寸产生(即，在光栅中周期结构重复的方向)。
因此，本发明的方法的另一方面的特征在于在第一类型的至少一个光栅上产生至少一个衍射级的像的第一偏移，作为应用到所述第一类型的至少一个光栅的倾斜的函数；在第二类型的至少一个光栅上产生至少一个衍射级的像的第二偏移，作为应用到所述第二类型的至少一个光栅的倾斜的函数；该第一类型的至少一个光栅具有远远小于入射光束的光束尺寸的第一衍射长度，该第二类型的至少一个光栅具有远远大于第一衍射长度的第二衍射长度。
对于一个固定的周期和一个恒定的光束直径，由照明光束在小的标记体即，具有给定周期的相对较小的光栅上产生的衍射光束，将比在大的标记体即，具有相同周期的相对较大的光栅上产生的衍射光束宽。
根据本发明该方法可以通过入射光束尺寸的变化，测量对准系统和/或晶片标记体支承点(例如，阿贝距离)的离焦。
因此，本发明的方法的又一方面的特征在于通过第一入射光束在至少一个光栅上产生至少一个衍射级的像的第一移动，作为应用到所述至少一个光栅的倾斜的函数，和通过第二入射光束在至少一个光栅上产生至少一个衍射级的像的第二移动，作为应用到所述至少一个光栅的倾斜的函数；第二入射光束具有不同于第一入射光束的直径。
尽管在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和极远紫外(EUV)辐射，(例如具有5-20nm的波长范围)。
以下，将参照附图解释本发明，该解释仅是作为例证的目的，不限制如所附的权利要求所定义的保护范围。
附图1描述了一光刻投影装置；附图2示意地示出了用于光刻投影装置的晶片对准系统中的光学器件；附图3示意地示出了在基底上未倾斜的标记体的对准过程中附图2的光学器件；附图4示意地示出了在基底上倾斜的标记体的对准过程中附图2的光学器件；附图5示意地示出了根据本发明，在基底上倾斜的标记体的对准过程中，用于光刻投影装置的晶片对准系统中的光学器件；附图6示出了与本发明的使用有关的晶片倾斜的检测灵敏度的图表；附图7示出了作为标记体长度函数的相对倾斜灵敏度的图表。
具体实施例方式
附图1示意性描绘了本发明的具体实施例的光刻投影装置1。该装置为具有两个基底台WTa和WTb的类型，包括-辐射系统Ex，IL，提供辐射投影光束PB(例如UV辐射)。在这种具体例子中，该辐射系统还包括一辐射源LA；-第一载物台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；-第二和第三载物台(基底台)WTa和WTb，每个设有用于保持基底W(例如涂覆抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并且每个连接到各自的台定位装置(未示出)，第二载物台定位于投影系统PL下，它的台定位装置设置成将基底相对于物体PL精确定位，第三载物台定位于测量系统MS下，它的台定位装置设置成将基底相对于物体MS精确定位；-投射系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。
如这里指出的，该装置属于透射型(即具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的程控反射镜阵列型。
源LA(例如汞灯或受激准分子激光器)产生辐射光束。该光束直接或横穿过如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它组件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有理想的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和干涉测量装置IF的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现载物台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。可以用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA和基底W。测量系统MS设置作为晶片对准系统，在此示意地描述。晶片对准系统通过检测标记体其至少在XY方向的偏移，能够反映晶片表面的偏移。为了对准的目的，光学对准光束(未示出)在晶片对准系统MS和位于基底台WTb上的晶片W上的标记体之间传播。
所示的装置可以按照二种不同模式使用1.在步进模式，掩模台MT保持基本静止，并且整个掩模图像被一下子(例如，一“闪”)被投射到靶部C。基底台WT接着在X和/或Y方向上移动以便不同的靶部C可以被光束PB照射；和2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
干涉测量装置包括光源例如激光器(未示出)和一个或多个用来确定基底或台的某些信息(例如，位置、对准等)的干涉仪。在附图1中作为例子用标记IF示意性地描述了两个干涉仪。激光器产生计量光束MB，其通过光束控制器发送到干涉仪IF。在存在多于一个干涉仪的情况下，通过使用把计量光束分成对于每个干涉仪的各自不同的光束的光学器件，计量光束在它们之间共享。附图1示出了计量光束被分为两束光。分束光学器件未示出。
附图2示意地示出了光刻投影装置的晶片对准系统中的光学器件。
用于光刻投影装置的晶片对准系统中的光学器件涉及开普勒望远镜1。开普勒望远镜1包括具有第一焦距的第一透镜L1，和具有第二焦距的第二透镜L2。在该望远镜中，第一和第二透镜L1，L2都是会聚透镜。第一和第二透镜L1，L2设置在光轴OA上。
为清楚起见，只示出了垂直于物面发射的光线。
在使用中，由于将物面OFP的距离设定为等于第一焦距的距离，并且参考面RP相对于第二透镜L2的距离等于第二焦距，位于物面OFP的第一物O1被成像为在参考面RP上的第一像IM1。在两个透镜L1，L2之间，通过将第一和第二透镜L1，L2彼此之间的距离设定为等于第一和第二焦距之和而存在中间焦点IF第一透镜L1的焦平面基本上与第二透镜L2的焦平面重合。
通过使用与物体O1成像时相同的透镜L1，L2的配置，位于物面外(例如，有散焦)的第二物O2被成像为在参考面RP上的第二像M2。
如示意地指出的，具有相同形状(这里描述为箭头)的第一和第二物O1、O2都有倾斜。从第一和第二物O1，O2各自的像的示意结构中，可以得出相对物面OFP有离焦的物的像(例如第二物O2的像IM2)和被投射到参考面RP上的像，将显示出在参考面RP上的偏移。这样，任何涉及像IM2的位置信息将包括某些由于第二物O2的离焦而引起的误差。
附图3示意地示出了在基底上未倾斜的标记体的对准过程中的附图2的光学器件。
附图3中，示出了当远心孔径TA基本上位于在中间焦点IF的位置时，附图2的光学器件1。在参考面RP内，放置检测器DET用来检测来自一个或多个照射到检测器DET的光束的光学信号。
检测器DET设置成用来测量其上的光学信号的位置，例如通过光敏元件阵列。
入射光束IB基本上垂直地照射到标记体MAR的表面上，标记体的位置相对于物面OFP垂直地移动。入射光束IB可以包括作为光源的单个激光束或者如果需要的话，多个激光束，即光束IB可以包括一个或多个波长(颜色)的电磁辐射。
由于入射光束IB和标记体(即光栅)的横向周期(或周期距离)之间的相互作用，在标记体MAR的位置处产生了多个衍射光束，在这些光束中示出了单衍射级，如右手边的衍射光束DB1和左手边的衍射光束DB2所表示的。光束DB1，DB2都被定向为与包括标记体MAR的表面成衍射角θ。
在第一透镜L1中，光束被折射并且聚焦到中间焦点IF。远心孔径TA位于中间焦点IF的位置，该位置包括期望产生的衍射光束DB1，DB2的焦点所在的预定位置，使得各自的衍射光束DB1，DB2通过的小孔PH1，PH2。
通常，衍射光束DB1，DB2在中间焦点IF处的直径尺寸与各自的小孔PH1，PH2的直径尺寸相同或者更小。
在通过各自的小孔后，每个衍射光束被第二透镜L2折射，并且由于两个衍射光束DB1，DB2的干涉，衍射级的光学信号被聚焦并且被在参考面RP上的检测器DET检测。
所属领域的技术人员将理解，尽管事实是标记体MAR被置于相对于物面OFP的离焦Δf处，由于标记体的表面无倾斜的事实(即平行于物面OFP)，衍射光束仍然正确地瞄准检测器DET。
附图4示意地示出了在基底上倾斜的标记体的对准过程中的光学器1。
附图4中，如附图3所示的光学器件1现在示出标记体相对于入射光束IB倾斜。同样，通过入射光束和标记体MAR的周期性的相互作用产生多个衍射光束。标记体MAR关于入射光束IB倾斜角度α。同样，标记体MAR从物面OFP离焦Δf。
对第一级近似，倾斜的标记体MAR上的衍射光束的衍射角θ(相对于标记体的表面法线)将等于如附图3所示的零倾斜标记体MAR的衍射角。由于倾斜角α，衍射光束DB1、DB2包括一偏移角(等于倾斜角α)。
附图4示意地示出了标记体的像IM2。IM2显示出倾斜角α2。
由于在孔径和小孔的水平，衍射光束具有比小孔更小的直径，光学信号的检测对标记体MAR的倾斜敏感。
附图5示意地示出了根据本发明，在基底上倾斜的标记体对准的过程中，用于光刻投影装置的晶片对准系统中的光学器件；为了检测衍射光束，通常在检测器DET上具有足够的测量信号。然而，要求对于每个衍射级，都能够在参考面RP上的检测器上形成像，即使被测量的标记体MAR相对于入射光束IB倾斜。本发明基于这样的理解通过提供比小孔直径尺寸宽(在远心孔径TA水平)的衍射光束，可以降低通过光学器件1的信号的检测的倾斜灵敏度，而不需要更精确的校准的尝试。
附图5示出了根据本发明的一个实施例，在该实施例中入射光束IB是小的入射光束IB2。由于标记体MAR光栅的只是有限尺寸的作用包含在衍射过程中，衍射光束在它们各自的衍射角附近被空间加宽。附图5中，示意性地用衍射光束DB1，DB2表示由光束尺寸产生的加宽到有限尺寸的效果，其中每个衍射光束DB1、DB2用由各自的中心光束B1和B4，加宽到各自的边缘B2、B3和B5、B6来表示。中心光束B1，B4仍然具有衍射角θ。加宽导致了加宽的角Δθ。
小孔PH1、PH2和加宽的光束DB1、DB2之间的相互作用通过孔径TA和检测器阵列DET之间的光束虚线来表示。
在远心孔径或小孔水平的衍射光束直径BD1、BD2在附图5中表示。注意由于标记体MAR的倾斜，BD1和BD2略微不同。
现在如附图5所示，如果标记体倾斜角度α，那么由于加宽，仍然一部分衍射光束DB1，DB2可以通过远心孔径TA穿过各自的小孔PH1、PH2，并且，由于衍射光束DB1、DB2的干涉，可以在参考面RP内检测到信号。
需要注意的是，在本发明中当标记体倾斜时，检测到的信号比在现有技术中的变化显著地减小。
作为加宽作用的结果，关于标记体MAR倾斜的检测灵敏度有利地降低。
可选择地，加宽作用也可以通过使用直径小于衍射光束直径的小孔来完成。
注意附图5中仍然存在离焦。像IM2仍然显示出倾斜角度α3。然而，像的倾斜角度α3小于标记体MAR的倾斜角α。因此，附图5中的α3也小于示于附图4现有技术的系统中显示的α2。
此外，需要注意的是，本发明以基本上相同的方式提供一种校正入射激光束IB倾斜的解决办法，该倾斜同样会引起与倾斜标记体相似的不期望的影响。在许多环境中，实现入射激光束倾斜的调整与通过有限的尺寸作用的调整相比困难得多。本发明包括一能够减小由标记体的倾斜或者入射激光束的倾斜而带来的影响的校正机构。关于入射激光束的倾斜，晶片对准系统的灵敏度也以相似的方式显著地减小。
附图6示出了与本发明的使用有关的晶片倾斜的检测灵敏度的图表。
在附图6的图表中，作为小孔尺寸函数的像位置的偏移如下所示。在纵轴上，如参数β所表示的，β表示标记体像相对于倾斜角α的有效(或明显的)倾斜，参考面RP上像IM2的位置偏移相对于倾斜角α指出。参照附图5，像IM2的倾斜角α3等于β×α。在横轴上，如参数Φ所表示的，表示相对于衍射光束直径BD1、BD2在远心孔径水平(或者实际上，在小孔PH1、PH2水平)的小孔尺寸。曲线C是一计算出的曲线的例子，表示相对位置偏移和假定为高斯衍射光束轮廓时相对小孔直径之间的关系。需要注意的是，其它光束轮廓是可能的，可以导致相对位置偏移和相对小孔直径之间不同的关系。
在曲线C中，三个点表示出晶片对准系统的特定的典型设置。点Q1显示倾斜灵敏度对晶片对准系统来说接近一(unity)，其中小孔PH1，PH2的直径与衍射光束IB的直径(在远心孔径TA水平)的比率大于一。在一个典型的设置中，小孔直径大约500μm，光束直径大约700μm(在光栅(MAR)的水平)，但是在通过透镜L1后，衍射光束被聚焦到远小于500μm的值，通常大约为50-100μm。这里相对尖锐的衍射光束在标记体的光栅上产生，其导致在倾斜标记体MAR上离焦物O2的像IM2偏移的强灵敏度(值1)。
点Q2与光束直径与小孔尺寸的比率大约为一的设置相关联，点Q3与小孔尺寸与衍射光束直径(在远心孔径TA水平)的比率小于1的设置相关联。在Q2和Q3的设置中，由于有限光束尺寸的影响，衍射光束被加宽，导致对标记体的倾斜相对较低的灵敏度。注意对于点Q2和Q3，只有光栅的小部分被激光束照明，并且，产生衍射光束的光栅上的衍射长度很小。光栅的周期典型地是16μm。根据曲线C，Q2设置的灵敏度为Q1设置的灵敏度的约50％。Q3设置对于标记体倾斜的灵敏度大约比Q1设置小5倍。
考虑到这些，本发明分别提供对于β值大约0.5(典型地在α＝100μrad时10nm)，大约倾斜2微米/度的位置误差和对于β值大约0.1(典型地在α＝100μrad时2nm)，大约倾斜400纳米/度的位置误差。发现实际上倾斜灵敏度能够降低到β值显著地小于‘1’，典型地小于0.25和0.01，这样倾斜灵敏度值在大约875纳米/度和大约20纳米/度之间。
将在其上投射形成图案的晶片必须相对光轴OA倾斜一定的角度，以对晶片可能的曲率作校正。必须确定晶片表面和晶片台WS的横向支点(由于倾斜)之间的垂直距离，以允许在晶片台倾斜过程中发生的水平位移(从而，散焦)的校正。这个距离已知为阿贝距离。
在使用单个(晶片)台来形成图案和测量晶片位置(如在晶片对准系统MS中)的光刻投影装置中，可以通过在校准过程中确定阿贝距离来实现校正。通常，通过测量参考面内x方向的图像偏移(表示为Δx)，作为在垂直于方向x的方向，晶片台围绕晶片台横向支点的轴y倾斜的函数(表示为ΔRy，ws)，来实现这样的校准。从图像偏移中，阿贝距离(aAbbe)可以使用以下等式得到Δx＝ΔRy，ws·aAbbe(等式1)所属领域的技术人员将注意到由于阿贝距离，从倾斜晶片上的标记体成像的衍射级将示出物的偏移，在该物的像的投影中，不能区别该位移来自该物的像的离焦的响应还是来自局部倾斜的响应。在涉及光栅衍射级的成像中衍射级的像将显示图像偏移，其变化作为应用的晶片倾斜ΔRy，ws的函数。该图像偏移不利地影响了后续图案的重迭并且降低光刻投影装置的性能。
基于前述段落的结论，由于离焦和整个晶片倾斜，标记体物的图像偏移具有同样的函数形式Δx＝2ΔRy，ws·Δf(等式2)其中Δf是离焦。
在该线性叠加中，两种影响(阿贝位移和散焦)不能分离。至少两种影响中的其中一种必须被量化(独立地)，以获得另一个的值。通常，以晶片台从投影透镜的许多垂直位移，测量一系列的晶片倾斜。从这种测量中，能够得到离焦，并因而得到阿贝距离的值。
阿贝距离可以通过如上所述的常规技术确定。在这种情况下，为了阿贝校准，可以使用专用的阿贝距离测量设备(如US 2001/0008723 A1中公开的)，其相对的成本效益低。
如将在下面解释的那样，本发明提供一种解决方法，其中可以完全不使用这种专用的测量设备。
在两级系统的晶片对准系统MS的晶片对准测量过程中，作为晶片倾斜的函数被观察的图像偏移通过等式1和等式2的叠加给出Δx＝ΔRy，ws·aAbbe+2ΔRy，ws·Δf(等式3)在本发明中，作为光束加宽函数的倾斜灵敏度被用来分离标记体关于阿贝距离和离焦的图像偏移的相关性。
如附图6中所描述的，倾斜灵敏度参数β随着由晶片对准系统MS的入射光束IB2(的直径)产生的衍射光束的加宽而变化。
需要注意的是，相似的加宽影响能够通过改变由入射光束IB，IB2照明的光栅的长度尺寸(即在光栅中周期结构重复的方向)产生。对于固定的周期和恒定的光束直径，由入射光束在小的标记体即具有给定周期的相对小的光栅上产生的衍射光束，将比在大的标记体即具有相同周期的相对较大的光栅上产生的衍射光束宽。
这样，在例如前述附图中所示的使用远心孔径TA的晶片对准系统MS中，标记体的倾斜灵敏度将随着标记体的尺寸变化。如上面所解释的，当标记体倾斜时，较尖锐的衍射光束与加宽的衍射光束相比，显示出更强的强度重心偏移的倾向。
对于相对大的标记体(包括相对多的给定周期的周期结构)，倾斜灵敏度(这里表示为βL)大于这里表示为βS的相对小的标记体(具有较少的相同周期的周期结构)。附图7示出了作为标记体长度函数的相对倾斜灵敏度的图表。在水平轴上，绘制了标记体尺寸，纵轴上，绘制了倾斜参数β。在该例证性的图表中，对于周期为16μm的标记体，作为标记体尺寸的函数，由第一规则计算出β。在曲线中，表示出了四个不同的标记体尺寸的例证性的值。
对于相对大的标记体，等式3现在变成ΔxL＝ΔRy，ws·aAbbe+2βLΔRy，ws·Δf(等式4)对于小的标记体ΔxS＝ΔRy，ws·aAbbe+2βSΔRy，ws·Δf(等式5)在已知βL和βS(其中βL≠βS)时，通过在晶片台和投影透镜之间不同的垂直位移进行校准测量，可以消除阿贝距离上的图像偏移ΔxL和ΔxS的相关性。由于这种消除，从这些测量中，可以确定作为倾斜函数保持的图像偏移Δx和离焦Δf。其次，通过使用确定的离焦Δf的值，晶片对准系统能根据等式3，4或5进行测量(取决于使用的相对标记体尺寸)以获得对于在特定的晶片台WS上的晶片的阿贝距离的值。
从等式4和5，可以表明与离焦和阿贝距离的作用相关联的图像偏移的影响是相似的，仅确定两种影响的其中一种就能够进行而不需要明确地确定另一个。
需要注意的是，通过标记体尺寸加宽衍射光束的影响也可以通过操纵入射光束IB1、IB2以改变其光束形状，即通过在内部平行、会聚或发散，或改变它的直径来实现。需要注意的是，这些作为选择的方案会比以上描述的两种可选择的方案需要更多投入。
所属领域的技术人员将理解，本发明其它可选择的和等同的实施例能够想到和简化实施，而不背离本发明实质的精神，本发明的范围仅通过所附的权利要求限制。
权利要求
1.一种光刻投影装置，包括-构图装置，在使用中用来根据预期的图案作为构成图案的光束使投影光束形成图案；-保持基底的基底台(WS)；-基底对准装置(MS)，用于检测所述基底相对于所述构图装置的位置；-所述基底包括至少一个光栅(MAR)，所述至少一个光栅(MAR)具有衍射长度并被设置成在使用中用来通过与入射光束(IB；IB2)在衍射长度上的相互作用，产生组成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一个衍射级；-所述基底对准装置(MS)，包括产生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和用于将所述至少个衍射级成像到传感器器件(DET)上的光学器件(1)；-所述光学器件(1)，包括预定位置处有孔径(PH1，PH2)的孔径装置(TA)，以使所述组成的衍射光束(DB1，DB2)通过；其特征在于每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔径(PH1，PH2)水平的衍射光束直径(BD1，BD2)，每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直径(BD1，BD2)大于所述孔径(PH1，PH2)直径。
2.根据权利要求1的光刻投影装置，其中所述光学器件(1)设置成用于加宽所述组成的衍射光束(DB1，DB2)。
3.根据权利要求2的光刻投影装置，其中为了加宽所述组成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光学器件(1)包括用于产生如所述光束的减小的入射光束(IB2)的装置，所述减小的入射光束(IB2)具有照明所述光栅(MAR)的一部分的减小的光束尺寸。
4.根据权利要求3的光刻投影装置，其中所述减小的入射光束(IB2)的光束尺寸小于所述光栅(MAR)的所述部分。
5.根据权利要求2的光刻投影装置，其中为了加宽所述组成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光学器件(1)包括第一类型的所述的至少一个光栅(MAR)，该光栅具有远远小于所述入射光束(IB)的所述光束尺寸的第一衍射长度。
6.根据权利要求5的光刻投影装置，其中为了加宽所述组成的衍射光束(DB1，DB2)，所述光学器件(1)包括第二类型的所述的至少一个光栅(MAR)，该光栅具有远远大于所述第一衍射长度的第二衍射长度。
7.根据前述的任一权利要求的光刻投影装置，其中所述光学器件(1)具有小于2.0微米/度的倾斜位置误差。
8.根据前述的任一权利要求的光刻投影装置，其中所述光学器件(1)具有小于400纳米/度的倾斜位置误差。
9.光刻投影装置中基底的对准方法，包括-构图装置，在使用中用来根据预期的图案作为构成图案的光束使投影光束形成图案；-保持基底的基底台(WS)；-基底对准装置(MS)，用于检测所述基底相对于所述构图装置的位置；-所述基底包括至少一个光栅(MAR)，所述至少一个光栅(MAR)具有衍射长度并被设置成在使用中用来通过与入射光束(IB；IB2)在衍射长度上的相互作用，产生组成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一个衍射级；-所述基底对准装置(MS)，包括产生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和用于将所述至少一个衍射级成像到传感器器件(DET)上的光学器件(1)；-所述光学器件(1)，包括预定位置处有孔径(PH1，PH2)的孔径装置(TA)，以使所述组成的衍射光束(DB1，DB2)通过；其特征在于每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔径(PH1，PH2)水平的衍射光束直径(BD1，BD2)，每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直径(BD1，BD2)大于所述孔径(PH1，PH2)直径。
10.根据权利要求9的方法，其中所述方法包括-加宽所述组成的衍射光束(DB1，DB2)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述方法还包括-测量所述至少一个衍射级的像的第一偏移(ΔxS)，作为应用到所述第一类型的所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)函数，其中所述至少一个衍射级在所述第一类型的所述至少一个光栅(MAR)上产生；-测量所述至少一个衍射级的像的第二偏移(ΔxL)，作为应用到所述第二类型的所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)函数，其中所述至少一个衍射级在所述第二类型的所述至少一个光栅(MAR)上产生；-从所述第一偏移(ΔxS)和所述第二偏移(ΔxL)确定所述第一类型和所述第二类型的所述至少一个光栅的离焦值(Δf)；-从所述离焦的所述值(Δf)确定阿贝距离(aAbbe)的值，所述阿贝距离(aAbbe)是包括所述第一和第二类型的所述至少一个光栅(MAR)的表面和所述倾斜(ΔRy，ws)的支点位置之间的距离。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于通过第一入射光束在所述至少一个光栅(MAR)上产生所述至少一个衍射级的所述像的所述第一偏移(ΔxS)，所述第一偏移作为应用到所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)的函数，和通过第二入射光束在所述至少一个光栅(MAR)上产生所述至少一个衍射级的所述像的所述第二偏移(ΔxL)，所述第二偏移作为应用到所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)的函数；所述第二入射光束有不同于所述第一入射光束的直径。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于在第一类型的所述至少一个光栅(MAR)上产生所述至少一个衍射级的所述像的所述第一偏移(ΔxS)，所述第一偏移作为应用到所述第一类型的所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)的函数；在第二类型的所述至少一个光栅(MAR)上产生所述至少一个衍射级的所述像的所述第二偏移(ΔxL)，所述第二偏移作为应用到所述第二类型的所述至少一个光栅(MAR)的倾斜(ΔRy，ws)的函数；所述第一类型的所述至少一个光栅(MAR)具有远远小于所述入射光束(IB)的光束尺寸的第一衍射长度，所述第二类型的至少一个光栅(MAR)具有远远大于所述第一衍射长度的第二衍射长度。
全文摘要
一种光刻投影装置，包括－构图装置，在使用中用来根据预期的图案作为构成图案的光束使投影光束形成图案；－保持基底的基底台(WS)；－基底对准装置(MS)，用于检测所述基底相对于所述构图装置的位置；－所述基底包括至少一个光栅(MAR)，所述至少一个光栅(MAR)具有衍射长度并被设置成在使用中用来通过与入射光束(IB；IB2)在衍射长度上的相互作用，产生组成的衍射光束(DB1，DB2)的至少一个衍射级；－所述基底对准装置(MS)，包括产生所述入射光束(IB；IB2)的光源，和将所述至少一个衍射级成像到传感器器件(DET)上的光学器件(1)；－所述光学器件(1)，包括预定位置处具有孔径(PH1，PH2)的孔径装置(TA)，以使所述组成的衍射光束(DB1，DB2)通过；其中每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)具有所述孔径(PH1，PH2)水平的衍射光束直径(BD1，BD2)，每个所述组成的衍射光束(DB1，DB2)的所述衍射光束直径(BD1，BD2)大于所述孔径(PH1，PH2)直径。
文档编号G03F9/00GK1521568SQ20041003975
公开日2004年8月18日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年2月14日
发明者G·范德朱, G 范德朱 申请人:Asml荷兰有限公司