专利名称：用于光刻应用的专用测量台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻曝光系统参数的测量，更具体地涉及一种用于光刻应用的专用测量台。
背景技术：
光刻是用于在衬底表面构建形貌的工艺。这样的衬底包括那些在平板显示器、电路板、各种集成电路等的制造中使用的衬底。对于这样的应用经常使用的衬底是半导体晶片。本领域技术人员会知道这里的说明也适用于其它类型的衬底。
在光刻期间，设置在晶片台上的晶片曝露在通过位于光刻系统中的曝光系统投影到晶片表面的图像中。该曝光系统包括用于投影图像到晶片上的标线(也称作掩模)。
该标线通常位于半导体芯片和光源之间，一般安装在标线台上。在光刻中，该标线用作例如在半导体芯片上印刷电路的光掩模。光刻光经过掩模然后通过一组使图像缩小的光学透镜照射。然后将该小的图像投影到硅或半导体晶片上。该工艺与照相机使光弯曲以在胶片上形成图像的原理类似。光在光刻工艺中起到了主要作用。例如，在微处理器制造中，制作更强大微处理器的关键是光的波长。波长越短，就能在硅晶片表面蚀刻越多的晶体管。具有许多晶体管的硅晶片产生更强大的微处理器。
在光刻领域相对共同的问题是需要测量用作光刻曝光的光学系统的参数。作为一个通用法则，需要能够在不使得光刻曝光系统脱机的情况下，和不需要构件的拆卸和重新装配的情况下进行这样的测量。工业中现有技术是在空间允许的程度内在晶片台上放置传感器。这些传感器通常位于未被晶片本身占据的空间内，在晶片台的角落中。
然而，随着曝光系统复杂化的增加和曝光波长的减小，以及光学器件复杂度的增加，最终用户需要的不同传感器的数量增加了。与此同时，对可用空间存在着严重限制。例如，增加晶片台的尺寸通常是不实际或不希望的，这是由于这样使台定位、台移动复杂化，且增加了光刻设备的总尺寸，而这样增加光刻设备的总尺寸是有问题的，因为在制造工厂内部的超净室空间是有限的。
因此，需要一种在不影响总的光刻工具尺寸的情况下，能够进行光刻曝光光学系统的测量传感器的定位的方法。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种包括衬底台和测量台的系统。设置该衬底台以定位衬底以接收来自光刻系统的曝光部分的曝光束。该测量台其上具有传感器系统，设置所述传感器系统以检测曝光系统或曝光束的参数。
在本发明的另一实施例中，该系统位于光刻系统中，该光刻系统进一步包括照明系统、构图装置和投影系统。该构图装置构图来自照明系统的辐射束。位于曝光部分内的投影系统投影构图束到衬底或传感器系统上。
在本发明的另一实施例中，提供了一种测量光刻系统的曝光部分的光学参数的方法，包括以下步骤。从曝光部分的光轴处移开衬底台。移动测量台以在光轴中定位传感器。测量曝光系统的光学参数。
本发明另外的特点和优点将在下面的说明书中描述，并且一部分特点和优点在说明书中是显而易见的，或者可以通过本发明的实践了解。通过在说明书和权利要求书以及附图中的结构和特定描述，将实现和达到本发明的优点。应当理解的是前面的一般性描述和下面的详细描述都是示例性的，用于对所要求保护的本发明提供进一步解释。
这里引入附图并形成说明书的一部分，与说明书一起说明本发明的一个或多个实施例，进一步用作解释本发明的原理并使得本领域技术人员能够制造和使用本发明。
图1说明根据本发明的一个实施例的测量台。
图2示意性地说明根据本发明一个实施例的使用测量台的示例性光刻系统。
图3示出了根据本发明的一个实施例能够在图2的系统中使用的示例性偏振传感器。
图4示出了在测量台上的传感器的示例性排列。
图5示出了根据本发明的一个实施例，在传感器中的变迹传感器。
图6和7示出了根据本发明的一个实施例，在传感器中的散射光传感器。
现在参考附图描述本发明的一个或多个实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能类似的元件。另外，附图标记最左边的数字表示该附图标记第一次出现的附图。
具体实施例方式
图1描述了本发明的一个实施例。图1中示出的是曝光设备的衬底操作装置102的等比例的三维图(为了清楚，在图1中未示出曝光装置的其余部分，如投影光学系统、标线台、照明光源等，但是请参考以下关于图2的讨论)。衬底操作装置102具有框架104，在图1中示出了它的一部分。机器臂108或类似装置是用于将衬底112移入和移出衬底操作装置102。在这种情况下，标记为106A和106B的两个衬底台位于衬底操作装置102内。衬底台106A、106B其上具有衬底112A、112B。在另一示例中，被曝光的衬底可以是半导体晶片或平板显示器(FPD)衬底。衬底台106A、106B的典型尺寸稍微大于衬底112自身的尺寸。对于现在技术发展水平的12英寸直径的衬底，衬底台可以大约是正方形并且在约13-14英寸的尺寸量级。在双衬底台系统中，衬底台的其中一个一般用于曝光，而另一个用于测量曝光结果(例如，测量加工后衬底表面高度等)。
每个衬底台106A、106B具有相应的用于移动衬底台106A、106B的致动系统110A、110B。衬底台106A、106B可以具有安装在其上的相应的传感器，对于衬底台106A分配有124A-130A，对于衬底台106B分配有124B-130B。在一个例子中，由于衬底112通常在衬底台106的中心，所以传感器124-130的位置在衬底台106的角中。
同样图1中示出了测量台116，其包括用于光学参数测量的传感器140A、140B、140C和140D。可以理解虽然测量台116的总尺寸一般比衬底台106的尺寸小，但在测量台116上的传感器140数量并没有特别的限制。
在一个示例中，由于多种原因设置在衬底台106上的传感器124-130的垂直尺寸会受到限制。例如，衬底台106的最小高度和投影光学系统的最低元件的位置(图中没有示出)会限制衬底台106上的传感器124-130的垂直尺寸。在一个例子中，关于测量台116，由于测量台116可以比衬底台106更“薄”，传感器140可以比传感器124-130更“高”。同样，在一个例子中，衬底台106可以在X-Y(水平)方向上更小，(例如“角”可以被“切除”，产生比图1中示出的基本正方形的形状更小的衬底台的“台面面积”)，实现空间节省。
图2示意性地说明了根据本发明的一个实施例的示例光刻系统200，其使用光刻台116。如图2中所示，该光刻系统200(在侧视图中示出)包括光源(照明光源)210，如激光或灯，照明光学系统212(例如会聚透镜)，和构图装置(例如标线、掩模、空间光调制器等，在下文中会使用标线)214，其通常安装在构图装置台(未示出)上。注意，标线214可以是其上具有曝光图案的板。在另一示例中，标线可以用动态构图装置代替，如在非掩模光刻中使用的可编程元件阵列或空间光调制阵列。使用投影光学系统216把来自标线214的光成像到衬底112上。衬底112安装在衬底台106(两个衬底台的仅其中一个在这个图中示出，本发明并不局限于任何具体数量的衬底台)上。图2中还示出了外壳104(其可以封闭衬底台106和测量台116，或可以封闭在图中示出的其它元件)。
在一个实例中，传感器140(见图1)可以包括偏振传感器，其对于投影光学系统随时间变化的偏振(绝对的和相对的)属性的测量非常有用。偏振传感器是一个其中安装具有基本高度的传感器的能力变得非常重要的传感器。
图3示出了根据本发明一个实施例的示例性的可用在图2的系统中的偏振传感器。该偏振传感器包括四分之一波片302，准直透镜304、偏振器306、检测器308和旋转四分之一波片302的机械装置。
偏振器(检偏器)306位于投影光学系统216下面并定位在光路上。偏振器306传递一个特殊偏振的入射光，所述特殊偏振的入射光随后能在测量台116上测量。偏振器的例子可以是这样的光学元件如偏振板、偏振束分裂器等。这样的光学元件经常是相对体积密集型的，例如，在几个立方厘米的数量级。并且，这样的光学元件在角范围内通常非常受限制(即对入射角来说)，通常在小于1度的量级，经常基本小于1度。与此同时，投影光学系统216一般是高数值孔径的透镜或一组透镜，其对于光学元件(如偏振束分裂器)的非常小的角度范围是不匹配的。
在一个示例中，为了使用这样的偏振器306，需要适当地成形束。在一个实例中，通过准直透镜304(或透镜组)进行这样的成形。该准直透镜304的小型化是相对困难的，并且通常有几个立方厘米的体积。并且，经常需要不仅仅测量一个偏振，而是测量一个范围内的偏振。为了实现这个目的，在一个示例中需要旋转整个偏振传感器，而在另一示例中四分之一波片302可以插入到束径中(例如在准直透镜304和投影光学系统216之间)，然后被旋转以选择适当的偏振。定位检测器308，例如电荷耦合装置(CCD)阵列(或光电二极管)，以使得检测器308位于正确的焦距处并对准在X-Y平面上(注意这是成像测量，正确地定位检测器很重要)。
从以上描述可以看出整个偏振传感器占据了相对大的体积，所述整个偏振传感器包括四分之一波片302、准直透镜304、偏振器306、CCD阵列308和用于旋转四分之一波片302的机械装置。例如，该体积可以在几立方厘米的量级，其为光刻工具的设计者给出了“狭窄”的尺寸，如果它们需要安装在传统衬底台上的话，使用这样的偏振传感器是不实际的。然而，由于测量台116可制得较薄，在上述示例中的偏振传感器可以安装在测量台116上。
图5示出了根据本发明一个实施例的在传感器140中的变迹传感器502。变迹传感器502测量作为在XY平面(像平面)中相对于到光轴的距离的函数的曝光束强度。这也是成像测量。变迹传感器502是传感器的另一示例，其中垂直高度的要求使得在传统衬底台上安装这样的传感器不切实际。在一个示例中，变迹传感器502包括“看”到投影光学系统216的光瞳的CCD阵列504。通常，该CCD阵列504需要与投影光学系统216的光瞳光学共轭。这需要在电荷耦合器件504和投影光学系统216之间使用中继透镜506。在一个示例中，中继透镜504具有几毫米或甚至几个厘米数量级的尺寸。因此，在传统衬底台上安装这样的变迹传感器502极其困难。
在一个示例中，用于变迹传感器502的CCD阵列504测量在像平面中的光强度作为(X，Y)的函数并且至少在像平面中曝光区域的尺寸。在一个示例中，曝光区域是几十个毫米乘以几个毫米尺寸，和约26毫米乘以10毫米的数量级尺寸(虽然在技术发展水平上光刻工具中曝光区域通常随着时间的推移增加)。因此，CCD阵列504尺寸上至少与曝光区域一样大，或比曝光区域稍大。
在一个示例中，可以使用变迹传感器502以验证系统的数值孔径。最终用户可能希望这样的测量以确认系统如规定的那样工作，即如“所通知的那样”工作。应当注意到与许多其它需要更频繁地进行的测量相比，数字孔径测量是一次(或至多是相对少)测量。
图4示出了在测量台(由顶视图和侧视图示出)上的传感器的示例性排列。在这种情况下，在栅格图案排列中示出了9个传感器140A-140I。上述或下面讨论的传感器中的任意一个传感器可以是具有上述排列和结构的这9个传感器140A-140I中的一个，为了方便这里未示出。
在一个示例中，如果缝隙用在光刻光学器件中，传感器140A-140I可以包括传感器以测量缝隙均匀性。这是照明光源质量的测量。如上所述的典型高端光刻系统曝光衬底上几十毫米乘以几毫米尺寸的区域(取决于光刻系统的制造商)，例如，约26毫米乘以10毫米。为了命名的目的，该26毫米尺寸通常被称为“X”，10毫米尺寸通常称为“Y”。理想地，光学系统能够成像一个完美的“矩形”，在整个所述矩形内具有均匀的强度分布。设计缝隙均匀性传感器以测量成像的“均匀矩形”是否真的均匀，如果不是，它偏离均匀多远。这也可以例如通过使用集成的在Y方向扫描的精密光电二极管实现。该光电二极管“在它的顶部”具有小孔或缝隙，以限制到达光电二极管的光量。
也应当注意电荷耦合器件通常不用于这个目的，这是因为大部分CCD随着时间的过去出现偏差。由于精确地将来自光电二极管的电压与由光阻所接收的光量相关非常重要，所以在缝隙均匀性测量中最重要的是强度的绝对值(另外相对强度是X，Y距离的函数)。还注意到使用精密光电二极管可以具有更好的信噪比。通过移动光电二极管或通过使用缝隙的积分，所述光电二极管提供了在Y方向所接收光的积分。
在一个示例中，传感器140A-140I可以包括波前传感器以测量波前图像的质量以及任何像差。这样的波前传感器的一个示例是测量波前质量的ILIAS传感器(直列式透镜干涉计系统)。应当注意虽然ILIAS传感器在过去已经使用了，但是在传统系统中这样传感器的一个问题是由于缺少用于中继透镜或准直透镜的空间，因此需要测量“远场”。如上所述，ILIAS传感器可以包括这样的中继和/或准直透镜以基本改善ILIAS传感器的性能，以及由此改善像差和波前的质量的测量。
在一个示例中，传感器140A-140I可以包括传感器以测量图像对比度。对比度传感器测量像平面中 数量。执行该对比度传感器的一个方法是在标线上具有缝隙，设置该缝隙使其具有一定的节距。在像平面中可以使用一个光检测器或每节距一个单个光检测器。通过完全的对比度，在标线中的缝隙(在物平面中)会在像平面中形成“光线”以及在所述光线外部的完全黑暗的区域。实际上，这可能不能实现，即使在“黑暗区域”总会测量到一些信号。对比度传感器因此在明亮区域和黑暗区域之间提供相对强度的测量。
图6和7示出了根据本发明一个实施例的在传感器140A-140I中的散射光传感器602。图7示出了根据本发明一个实施例的传感器602的板部分706的另一实施例。传感器602可以测量散射光(其可能造成光学系统的污染)。散射光传感器602主要测量在像平面中作为离光轴的径向距离的函数的强度。在一个示例中，这通过在物平面中创建点源(point source)而进行，换句话说，标线用作点源，而不是作为用作曝光的掩模。理想地，点源成像为像平面中的一个点。散射光传感器602也可以包括具有阻挡来自点源的光的铬608(或其它金属)的透射玻璃板606。玻璃板606定位在像平面中。例如，作为光检测器或CCD阵列的检测器604定位在玻璃板下面。检测器也可以是集成光电二极管。
在图7中示出的示例中，除了具有铬708阻挡来自点源的光的中心部分之外，环状的环710打开，玻璃板706的其余部分也被铬或金属708覆盖。因此，传感器602测量从光轴一定距离r(即I(r))处接收的光量，其在点源被阻挡的情况下表示散射光。可以使用具有不同半径的环的不同玻璃板以“单步调试”各种距离r。可以理解在物平面中的源、检测器和阻挡元件(像玻璃板)的其它分布是可能的。
在一个示例中，传感器140A-140I可以包括聚焦传感器，以检测在垂直方向上聚焦(图像)平面的位置。该聚焦传感器一般是初始设置在所希望的聚焦位置处的光电二极管并测量光强。然后在三个自由度上(X，Y和Z)移动光电二极管以定位最大值，然后移动到聚焦的位置。
在一个实例中，传感器140A-140I可以包括传感器以测量标线的对准，与聚焦传感器(为了在对准点处找到最大强度)类似的方式工作。
结论虽然以上描述了本发明的多个实施例，但应当理解的是它们仅仅是以例子而不是限制的形式给出的。本领域的技术人员应当清楚在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的多种改变。因此，本发明的宽度和范围不应该局限于上述的示例性实施例，而是应该仅根据下面的权利要求和它们的等价物限定。
应当理解的是具体实施例部分而不是概述和摘要部分来用于解释权利要求。概述和摘要部分可以说明一个或多个，但不是由发明者期望的本发明的全部示例实施例，因此总之并不倾向于限制本发明和所附权利要求书。
权利要求
1.一种系统，包括衬底台，设置所述衬底台用于定位衬底以接收来自光刻系统的曝光部分的曝光束；和其上具有传感器系统的测量台，设置所述传感器系统以检测曝光系统或曝光束的参数，其中所述传感器系统包括散射光传感器、缝隙均匀传感器、相对偏振传感器、变迹传感器、绝对偏振传感器、图像质量传感器或波前像差传感器。
2.如权利要求1的装置，其中偏振传感器包括四分之一波片；准直透镜；偏振器；和电荷耦合器件阵列。
3.如权利要求1的装置，其中变迹传感器包括在曝光光学系统下的中继透镜；和与曝光光学系统的光瞳光学共轭的电荷耦合器件阵列。
4.如权利要求1的装置，其中散射光传感器包括其上具有吸收涂层的板，其中所述涂层形成环状透射区；和用于感测穿过所述环状透射区的光的光电检测器。
5.如权利要求1的装置，进一步包括第二衬底台，设置所述第二衬底台用于定位第二衬底以接收来自光刻系统的曝光部分的曝光束。
6.如权利要求1的装置，其中测量台比衬底的直径小。
7.一种光刻系统，包括产生辐射束的照明系统；构图该辐射束的构图装置；将构图束投影到衬底上的投影系统；被设置成用于定位衬底以接收构图束的衬底台；和其上具有传感器系统的测量台，设置所述传感器系统以检测投影系统或构图束的参数，其中所述传感器系统包括散射光传感器、缝隙均匀传感器、相对偏振传感器、变迹传感器、绝对偏振传感器、图像质量传感器或波前像差传感器。
8.如权利要求7的系统，进一步包括第二衬底台，设置所述第二衬底台用于定位第二衬底以接收构图束。
9.如权利要求7的系统，其中测量台比衬底的直径小。
10.如权利要求7的系统，其中偏振传感器包括四分之一波片；准直透镜；偏振器；和电荷耦合器件阵列。
11.如权利要求7的系统，其中变迹传感器包括在投影光学系统下的中继透镜；和与投影光学系统的光瞳光学共轭的电荷耦合器件。
12.如权利要求7的系统，其中散射光传感器包括其上具有吸收涂层的板，其中所述涂层形成环状透射区；和用于感测穿过所述环状透射区的光的光电检测器。
13.一种测量光刻系统的曝光部分的光学参数的方法，该方法包括把衬底台从曝光部分的光轴移出；移动测量台以定位在光轴上的传感器；和测量来自曝光系统的光的光学参数，该光学参数包括散射光、变迹、缝隙均匀度、相对偏振、绝对偏振传感器、图像质量或波前像差。
14.如权利要求13的方法，其中偏振测量包括经过四分之一波片、准直透镜、偏振器将来自曝光系统的光传输到电荷耦合器件阵列上。
15.如权利要求13的方法，其中变迹测量包括经过中继透镜将来自曝光系统的光传输到与投影光学系统的光瞳共轭的电荷耦合器件上。
16.如权利要求13的方法，其中散射光测量包括经过其上具有吸收涂层的板将来自曝光系统的光传输到用于感测穿过环状透射区的光的光检测器上，其中所述涂层形成环状透射区。
全文摘要
用于检测关于曝光部分或曝光束的参数的系统和方法。该系统包括衬底台和测量台。设置该衬底台以定位衬底以接收来自光刻系统曝光部分的曝光束。测量台具有设置成检测曝光系统或曝光束的参数的传感器系统。在一个示例中，该系统位于光刻系统内，其进一步包括照明系统、构图装置和投影系统。该构图装置构图来自照明系统的辐射束。位于曝光部分内的该投影系统将该构图束投影到衬底或传感器系统。
文档编号H01L21/027GK1841207SQ200610071179
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月2日 优先权日2005年3月3日
发明者M·A·范德科克霍夫, H·P·C·沃斯 申请人:Asml荷兰有限公司