专利名称：用于测量光刻投影设备的聚焦的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量光刻投影设备的聚焦的方法。本发明还涉 及一种使用这样的测量聚焦的方法校准这种设备的方法。
背景技术：
光刻设备是一种将所需图案施加到衬底上(通常在所述衬底的目标
部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造 中。在这种情况下，可以将可选地被称为掩模或掩模版(reticle)的图案 形成装置用于生成将要在所述IC的单独层上形成的电路图案。可以将该 图案转移衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一部分芯片、一 个或多个芯片)上。典型地，经由成像将所述图案转移到所述衬底上设 置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个的衬底将包含连续形成 图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻装置包括所谓步进机，在所 述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个 目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向
("扫描"方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行地扫描 所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印
(imprinting)到所述衬底，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述 衬底上。
在使用光刻过程的器件的制造中，每一个掩模图案通常正焦(焦点 对准)投影至所述目标部分。在实际中，这是指衬底的目标部分被设置 在由投影系统投影的虛像的最佳聚焦的平面内。随着临界尺寸(CD，即 特征的尺寸)愈加变得重要，其变化会引起在所述特征的物理性能(例 如晶体管的栅极宽度、在光刻技术上的縮小、在衬底上和在衬底之间聚 焦的一致性)上的未预料的变化。提出了用以监测聚焦的对准系统的使用，并涉及在相对于多种不同 的聚焦设置下的标准对准标识的已知位置上印制聚焦敏感的对准标识， 所述位置也就是衬底相对于所述投影系统的位置。测量了相对于所述标 准对准标识的这些聚焦敏感标识的位置，并且确定了代表聚焦误差的对
准偏离(alignment offset, OA )。
当今采用调平检验测试(Leveling Verification Test, LVT)检验在光刻 工具中的聚焦控制的质量。这种方法潜在的优点是晶片的读数(readout) 可由在光刻工具自身上存在的对准系统来完成。因此不需要离线的 读出工具。所述LVT测试使用在顶部具有胶合玻璃楔的特定掩模版，以 局部地在双远心透镜上产生非远心照明(non-telecentric illumination)。使 用这个非远心照明在x， y上引起侧向偏移，作为处于玻璃楔下的XPA对 准标记的虚像的离焦Z的函数。通过测量相对于XPA基准标记(在顶部 没有楔时成像的)的这个离焦标记的对准偏移，可决定曝光瞬间的离 焦。
一直到现在，当前的LVT测试运转的相当好。然而，对于未来光刻 投影工具的设计来说，所述LVT方法的三个潜在缺点可能变成相关的。 用于新系统的更严格的聚焦控制对散焦测量技术的信噪比提出更高的要 求。由于相当低的聚焦-对准偏移灵敏度(通常d(X,Y)/dZ=0.4)，所述对 准系统的输出噪音和基准标记的定位精确度对所述LVT的测量噪音有重 要的影响，。由于楔的高度和角度的限制，这个低的聚焦-偏移灵敏度不能 进一步地被增加。其次，由于每一个离焦测量标记在顶部需要相对大的 楔，所述LVT测试有受限制的空间采样密度(spatial sampling density)。 最后并且非常重要地，当前的LVT测试方法需要光透过楔。因此当前的 LVT测试方法不能应用于未来的无掩模或远紫外(EUV)系统中。
发明内容
希望提供一种用于完成调平检验测试的新方法，该方法有较高的聚 焦-对准偏移灵敏度和较高的空间采样密度。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量光刻投影设备的聚焦
的方法，该方法包括用光刻胶覆盖测试衬底；
将所述测试衬底放置于所述光刻设备的衬底台上；
曝光所述测试衬底上的多个检验场，每一检验场包括多个检验标
识，其中，使用预定的离焦偏置FO曝光所述检验场； 显影所述光刻胶；
测量对于每一个所述检验标识的对准偏离；和
使用转置聚焦曲线将对于每一个所述检验标识的所测量的对准偏离 转换成离焦数据。
根据本发明的另一个方面，提供了用于校准光刻投影设备的方法， 该方法包括上面描述的测量聚焦的方法，其中使用离焦数据调整所述光 刻投影设备的设置。
本发明的具体实施方式
将只通过实施例的方式参考附随的示意图描 述，其中相应的附图标记指示相应的部件。 图l描述结合本发明使用的光刻装置；
图2显示了用于曝光测试衬底上的多个检验场的FOCAL掩模版的 例子；
图3显示了包括水平和垂直的细小条纹(chopped bar)的FOCAL 标识MK1的可能结构；
图4显示了聚焦曲线的一个例子；
图5显示了 Ry倾斜怎样引入作为在所述场内的X位置的函数的校 准场的特定的一排的校准标记的Z高度位置的一个例子；
图6显示了对于一个校准场的单排校准标记已测量的对准偏离的曲 线图7显示了在测试衬底上的校准场的可能位置；和 图8显示了校准曲线的一个例子。
具体实施方式
图1示意性地描述了结合本发明使用的光刻投影设备的一个例子。 该设备包括
- 照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B (例如，UV辐射或
EUV辐射)；
- 支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩 模)MA并与配置用于根据特定的参数精确地定位图案形成装置的第一定
位装置PM相连；
- 衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀 剂的晶片)W，并与配置用于根据特定的参数精确地定位衬底的第二定
位装置PW相连；以及
- 投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统PS配置用 于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C
(例如包括一个或多个芯片)上。
所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射 型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件或其任意组合，以 引导、成形、或控制辐射。
所述支撑结构支撑所述图案形成装置，即承受图案形成装置的重 量。支撑结构以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如 图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装 置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保 持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需 要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所 需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语"掩模版" 或"掩模"都可以认为与更上位的术语"图案形成装置"同义。
这里所使用的术语"图案形成装置"应该被广义地理解为表示能够 用于在辐射束的横截面上赋予图案、以便在衬底的目标部分上形成图案 的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能与在衬底的目标部分 上所需的图案不完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特 征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定 的功能层相对应，例如集成电路。图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包 括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在 光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、 衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射 镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射 镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋 予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语"投影系统"广义地解释为包括任意类型的 投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电 型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对 于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的任 何术语"投影透镜"可以认为是与更上位的术语"投影系统"同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替 代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反 射镜阵列，或采用反射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或 更多的掩模台)的类型。在这种"多台"机器中，可以并行地使用附加 的台，或可以在将一个或更多个其它台用于曝光的同时，在一个或更多 个台上执行预备步骤。
光刻设备还可以是如下类型其中至少一部分衬底可由具有相对高 折射率的液体(例如水)所覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空 间。浸没液还可以施加到光刻设备中的其它空间，例如在掩模和投影系 统之间。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域是公知的。这 里使用的术语"浸没"不意味着结构(例如衬底)必须浸没在液体中， 而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参照图l，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所 述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种 情况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合
适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所 述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器 IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD—起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器 AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部
和/或内部径向范围(一般分别称为c7-外部和CT-内部)进行调整。此外，
所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以 将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性 和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述 图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成 图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS， 所述PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置 PW和定位传感器IF (例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的 帮助，可以精确地移动所述衬底台WT,例如以便将不同的目标部分C定 位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后， 或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个定位传感器(图l 中未明确示出)用于将图案形成装置MA相对于所述辐射束B的路径精确 地定位。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模 块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。 类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短 行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相 反)，所述掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可 以使用掩模对准标记M1、 M2和衬底对准标记P1、 P2来对准图案形成装 置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是他 们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)上。类似 地，在将多于一个的芯片设置在图案形成装置MA上的情况下，所述掩模 对准标记可以位于所述芯片之间。
可以将所述设备用于以下模式的至少一种
1.在步进模式中，在将赋予所述辐射束的图案一次投影到目标部分 C上的同时，将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标 部分c曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光
中成像的所述目标部分c的尺寸。
2. 在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上 的同时，对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝 光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS 的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最 大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方 向)，而所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方 向)。
3. 在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装 置支撑结构MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投 影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模 式中，通常釆用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、 或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成 装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上 所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
根据一个实施例，提供了一种测量光刻投影设备的聚焦的方法，可 通过采用公知的FOCAL掩模版以执行聚焦/调平测试的方式对其进行详 细地解释。首先在预定的优化离焦偏置FO时用全晶片覆盖(检验)场曝 光晶片。所述离焦偏置FO的目的将是在所谓聚焦曲线的最聚焦敏感部件 中，以下将会详细描述。
图2显示了在测试衬底上使用FOCAL掩模版以曝光多个检验场的 例子。所述FOCAL掩模版包括多个被称为FOCAL标识的标识Mkl至 Mk247。图3显示了包括水平和垂直的细小条纹的FOCAL标识MKl的 可能结构。在所述结构中的条纹可以有一定范围的线宽和节距尺寸。由 于该结构的特定尺寸，根据公知的Bossimg原理可知，条纹的线宽将是聚焦敏感的。由于这样，没有正焦曝光的FOCAL标识将有对准偏离。这
种偏离可被用来决定也被称作离焦的聚焦误差。
采用预定的离焦偏置FO曝光所述检验场。通过考虑已在光刻设备上 曝光的聚焦曲线C (dZ)确定所述特定的离焦偏置FO。在图4中显示了 一个这样的聚焦曲线的例子，参见曲线40。标号40的所述聚焦曲线是指 示所测量的FOCAL标记的对准偏离(ao)用作离焦dZ的函数的曲线 图。在图4中，用标号41显示了有用的离焦偏置。在所述离焦偏置周围 指示了聚焦范围42，其中对准偏离和离焦dZ之间存在独特的关系。参 阅图4，离焦偏置FO被确定，以使得全部的被曝光的FOCAL标记在整 个曝光中留在有用的聚焦范围42中。例如，由于用作dZ的函数的对准 偏离是零，其对于本方法是不可用的，因此这意味着例如所述预定的离 焦偏置FO不能太靠近dZ=0的轴。在一个具体实施例中，所述离焦偏置 FO被选择以位于工作范围42中间，在此处由于这是最大聚焦-对准灵敏 度的区域，所述聚焦曲线C (dZ)基本上是线性的。
用于具有NA=1.2的投影设备的最优离焦偏置FO的典型值大约是-120nm，其将会有大约-200nm的可用范围。
在曝光所述检验场之后，显影测试衬底并且之后例如采用在所述系 统中存在的标准对准传感器测量对于每一个检验标识的对准偏离。其 次，对于每一个检验标识的已测量的对准偏离通过使用被叫作转置 (transpose)聚焦曲线的曲线转换为离焦数据。参阅图4，在一个具体实 施例中，通过转置相应于所述工作范围42的光刻设备的聚焦曲线的一部 分来确定这种转置聚焦曲线。事实上，所述转置聚焦曲线是所述设备的 聚焦灵敏度。
在一个具体实施例中，在所述检验场被曝光之后，曝光另外的校准 场。在一个实施例中，用相对于检验场的小偏移曝光所述校准场。所述 偏移阻止了覆盖所述标记。在一个实施例中，所述校准场是用预定义每 一个场的Rx、 Ry倾斜偏离曝光的场。所述倾斜会使得在校准场内的校准 标记的行/列在不同的聚焦高度上被曝光。在图5中，显示了用作X位置 的函数的一个特定行的校准标记Mkl至Mkl3的Z位置的例子。在图5 中，通过衬底W的倾斜引入相对于图像表面51的衬底表面50的Ry倾斜(也就是围绕Y轴的所述场的旋转)。在图5中，显示了透镜52的一 部分，其定义了图像平面51的位置。围绕Y轴的衬底W的Ry倾斜会引 入在不同X位置上的校准场的每一行中的FOCAL标识(例如Mkl至 Mkl3、 Mkl4至Mk26， ...Mk234至Mk247)的Z离焦。图6显示了在 一个校准场的校准标记的场X位置的单个行的已测量的对准偏离的曲线 图。参阅图7，在衬底70的中心位置上曝光所述校准场71。用在同一衬 底上的中心位置上的偏移曝光(以避免所曝光的标记的重叠)，获得更多 的可靠数据是可预料的。
通过以在Rx、 Ry上倾斜和小偏离来曝光多个校准场，能够用聚焦数 据点的平滑分布导出精确的聚焦对准曲线。在图8中显示了这样的对准曲 线80的一个例子。可以使用所述校准曲线80将全部晶片检验场信息转化 至离焦图上。为了完成这个，选择和转化所述校准曲线的一部分。这将 会导致灵敏度曲线dZ-S(dX， dY)，其可被用于计算对于dX和dY的给定的 (测量)值，在所述测试衬底内的每一个标记的dZ。
值得注意的是，代替使用Rx、 Ry倾斜来用于曝光所述校准标记，可 以用每一个场的离焦偏置曝光所述校准标记。
通过使用根据本发明的方法测量离焦，获得了高于现有的LVT大约 50倍的聚焦-对准偏移灵敏度，典型地为d(X，Y)/dZ-20。这个灵敏度很好 地符合了未来系统对信号-(对准)噪音比的需要。另外，现在的方法采 用标准二元掩模，其对标准FOCAI^示记成像。因此，这种方法会与未来 的照明方式(例如在无掩模和EUY中)完全兼容。标准二元掩模易于制 造且具有相对低的成本。所述现在的方法与现有技术的方法相比具有高 的掩模空间分布；与LVT的55个检验掩模相比每一个场具有247个检验掩 模，这将会造成离焦图的高分辨率。
值得注意的是，除了提供调平聚焦信息外，根据本发明的方法可在 以下方面使用
-卡盘形变图(Chuck Deformation Map ， CDM)校准(具有较高的空间 密度)
-2D栅板校准(Grid plate calibration ， NXT)(要求高的空间密度) -卡盘至卡盘(chuck-to-chuck)聚焦平面偏离ATP测试-图像平面导出(Image Plane Deviation, IPD) ATP测试 -Rx校准(要求较高的空间密度，之后由LVT支撑)
所述方法也适合用于研究液体透镜温度对聚焦的影响。通过以不同 数值孔径曝光，可以获得不同温度的灵敏度。
虽然本文给出了特定的有关光刻设备在IC制造中的应用参考，但应 该理解到这里所述的光刻设备可以有其他应用，例如集成光学系统的制 造、磁畴存储器的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器 (LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该理解的是，在这种替代应 用的情况中，可以将其中使用的任意术语"晶片"和"芯片"分别认为是与更 上位的术语"衬底"或"目标部分"同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或 之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且 对己曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中处理。 在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工 具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这 里使用的所述术语"衬底"也可以表示己经包含多个已处理层的衬底。
虽然本文给出了特定的有关本发明的实施例在光刻技术中的应用参 考，但应该理解到本发明可以在其他应用中使用，例如压印光刻，并且 在上下文允许的情况下，并不限于光刻。在压印光刻中图案形成装置的 表面状况定义了在衬底上产生的图案。所述图案形成装置的表面状况可 以被压制到涂覆于衬底上的抗蚀层上，通过施加电磁辐射、加热、压力 或它们的组合固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后，移除所述抗蚀剂在所述 图案形成装置内留下了图案。
这里使用的术语"辐射"和"束"包含全部类型的电磁辐射，包括紫外 辐射(例如具有约365、 355、 248、 193、 157或126 nm的波长)和远紫 外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm的范围内的波长)，以及诸如粒子 束或电子束的颗粒束。
在上下文允许的情况下，所述术语"透镜"可以表示各种类型的光学 部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式和磁的光学部 件。
尽管以上己经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以釆取包含用于描 述上述公开的方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序的形 式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式 (例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人 员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本 发明进行修改。
权利要求
1. 一种用于测量光刻投影设备的聚焦的方法，该方法包括用光刻胶覆盖测试衬底；将所述测试衬底放置在所述光刻设备的衬底台上；曝光所述测试衬底上的多个检验场，每一所述检验场包括多个检验标识，其中，使用预定的离焦偏置FO曝光所述检验场；显影所述光刻胶；测量对于每一个所述检验标识的对准偏离；和使用转置聚焦曲线将对于每一个所述检验标识的所测量的对准偏离转置成离焦数据。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述预定的离焦. 偏置FO，使得所述光刻设备的预定聚焦曲线的局部值即C (FO)小于所 述聚焦曲线的最大值即C (0)。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，选择所述预定离焦偏 置FO，使得所述光刻设备的预定聚焦曲线在所述离焦偏置FO周围的工 作范围内基本是线性的。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过转置所述预定聚 焦曲线来确定所述转置聚焦曲线。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 曝光所述测试衬底上的多个校准场，每一个所述校准场包括多个校准标识，对每一个校准场以预定义的倾斜偏离曝光所述校准场；测量对于所述多个校准标识的每一个的对准偏离以获得校准数据； 使用所述校准数据确定校准曲线；和 转置所述校准曲线以获得所述转置聚焦曲线。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，用相对所述检验场的 小偏移曝光所述校准场。
7. —种校准光刻投影设备的方法，该方法包括根据权利要求1所述 的测量焦点的方法，其中，使用所述离焦数据调整所述光刻投影设备的 设置。
全文摘要
一种用于测量光刻投影设备的聚焦的方法，该方法包括曝光具有多个检验场的覆盖光刻胶的测试衬底。每一个检验场包括多个检验标识，并且使用预定的离焦偏置FO曝光所述检验场。在显影之后，测量对于每一个检验标识的对准偏离，并使用转置聚焦曲线将其转化成离焦数据。根据本发明的方法使得与现有的LVT相比具有高大约50倍的聚焦-对准偏移敏感度(典型的dX，Y/dZ＝20)。
文档编号G03F7/20GK101446772SQ20081017337
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者G·C·J·霍夫曼斯, H·A·盖里奇, M·泽伦拉特, S·G·K·麦格纳森 申请人:Asml荷兰有限公司