光刻裝置和器件制造方法

專利名稱：光刻裝置和器件制造方法
技術領域：
如在獨立權利要求的前序部分提出的，本發明涉及一種光刻投射裝置以及器件制造方法。該光刻投射裝置包括-用于提供輻射投射光束的輻射系統；-用于支撐構圖部件的支撐結構，所述構圖部件用于根據需要的圖案對投射光束進行構圖；-用于保持基底的基底臺，所述基底包括對準結構；-用于將帶圖案的光束投射到基底的靶部上的投射系統；以及-對準系統。
背景技術：
這里使用的術語“構圖部件”應廣義地解釋為能夠給入射的輻射光束賦予帶圖案的截面的部件，其中所述圖案與要在基底的靶部上形成的圖案一致；本文中也使用術語“光閥”。一般地，所述圖案與在靶部中形成的器件的特殊功能層相應，如集成電路或者其它器件(如下文)。這種構圖部件的示例包括掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二進制型、交替相移型、和衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。這種掩模在輻射光束中的布置使入射到掩模上的輻射能夠根據掩模上的圖案而選擇性的被透射(在透射掩模的情況下)或者被反射(在反射掩模的情況下)。在使用掩模的情況下，支撐結構一般是一個掩模臺，它能夠保證掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要該臺會相對光束移動。
程控反射鏡陣列。這種設備的一個例子是具有一粘彈性控制層和一反射表面的矩陣可尋址表面。這種裝置的理論基礎是(例如)反射表面的尋址區域將入射光反射為衍射光，而非可尋址區域將入射光反射為非衍射光。用一個適當的濾光器，從反射的光束中過濾所述非衍射光，只保留衍射光；按照這種方式，光束根據矩陣可尋址表面的尋址圖案而產生圖案。程控反射鏡陣列的另一實施例利用微小反射鏡的矩陣排列，通過施加適當的局部電場，或者通過使用壓電致動器裝置，使得每個反射鏡能夠獨立地關于一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，由此可尋址的反射鏡以不同的方向將入射的輻射光束反射到非可尋址的反射鏡上；按照這種方式，根據矩陣可尋址反射鏡的可尋址圖案對反射光束進行構圖。可以用適當的電子裝置進行該所需的矩陣尋址。在上述兩種情況中，構圖部件可包括一個或者多個程控反射鏡陣列。反射鏡陣列的更多信息可以從例如美國專利US 5,296,891、美國專利US 5,523,193、PCT專利申請WO98/38597和WO 98/33096中獲得，這些文獻在這里引入作為參照。在程控反射鏡陣列的情況中，所述支撐結構可以是框架或者工作臺，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的；程控LCD陣列，例如由美國專利US 5,229,872給出的這種結構，它在這里引入作為參照。如上所述，在這種情況下支撐結構可以是框架或者工作臺，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。
為簡單起見，本文的其余部分在一定的情況下具體以掩模和掩模臺為例；可是，在這樣的例子中所討論的一般原理應適用于上述更寬范圍的構圖部件。
光刻投影裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造。在這種情況下，構圖部件可產生對應于IC每一層的電路圖案，該圖案可以成像在已涂敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(硅片)的靶部上(例如包括一個或者多個電路小片(die))。一般的，單一的晶片將包含相鄰靶部的整個網格，該相鄰靶部由投影系統逐個相繼輻射。在目前采用掩模臺上的掩模進行構圖的裝置中，區分兩種不同類型的機器。在一類光刻投影裝置中，通過一次曝光靶部上的全部掩模圖案而輻射每一靶部；這種裝置通常稱作晶片分檔器或者分步重復裝置。另一種裝置(通常稱作分步掃描裝置)通過在投射光束下沿給定的參考方向(“掃描”方向)依次掃描掩模圖案、并同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底臺來輻射每一靶部；因為一般來說，投影系統有一個放大系數M(通常＜1)，因此對基底臺的掃描速度V是對掩模臺掃描速度的M倍。如這里描述的關于光刻設備的更多信息可以從例如美國專利US 6,046,792中獲得，該文獻這里作為參考引入。
在使用光刻投影裝置的制造方法中，(例如在掩模中的)圖案成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對基底進行各種處理，如涂底漆，涂敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光后，可以對基底進行其它的處理，如曝光后烘烤(PEB)，顯影，硬烘烤和測量/檢查成像特征。以這一系列工藝為基礎，對例如IC的器件的單層形成圖案。這種圖案層然后可進行任何不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學—機械拋光等完成—單層所需的所有處理。如果需要多層，那么對每一新層重復全部步驟或者其變化。最終，在基底(晶片)上出現器件陣列。然后采用例如切割或者鋸斷的技術將這些器件彼此分開，單個器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關于這些步驟的進一步信息可從例如Peter van Zant的“微型集成電路片制造半導體加工實踐入門(Microchip FabricatiionA Practical Guideto Semiconductor Processing)”一書(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中獲得，這里作為參考引入。
為了簡單起見，投影系統在下文稱為“鏡頭”；可是，該術語應廣義地解釋為包含各種類型的投影系統，包括例如折射光學裝置，反射光學裝置，和反折射系統。輻射系統還可以包括根據這些設計類型中任一設計的操作部件，該操作部件用于操縱、整形或者控制輻射的投射光束，這種部件在下文還可共同地或者單獨地稱作“鏡頭”。另外，光刻裝置可以具有兩個或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)。在這種“多級式”器件中，可以并行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用于曝光。例如在美國專利US 5,969,441和WO 98/40791中描述的兩級光刻裝置，這里作為參考引入。
將帶圖案的光束投射到基底W上之前，基底W和構圖部件必須相對于彼此定位，以使投射光束照在基底上所需的靶位置處。為此目的，需要這樣一種光刻裝置，其能夠高精度地測量基底相對于構圖部件或相對于用于構圖部件的支撐結構的位置。
一種對準光刻裝置中的基底的方法記載在A.A Ghazanfarian等人撰寫的題為“非對稱信號定位的開發結構(Exploiting structure in positioning of non-symmetric signals)”的論文中(出版在1998年ICCASP的學報中)。Ghazanfarian等人利用了一種掃描/成像技術。在基底上設置對準標記，當掃描該標記時，檢測從對準標記散射的光。沒有公開檢測技術的細節，但結果是檢測信號作為掃描位置的函數并具有帶峰值的譜線形狀。峰值的位置名義上對應于對準標記的位置。
Ghazanfarian等人認識到這種測量的精度受光學系統和基底所經歷的處理步驟影響的這一事實。特別是，由于光學系統的不對稱和影響基底上結構對稱的處理步驟導致出現系統對準誤差。由于晶片處理條件變化的影響，這些誤差在批和批(batch)之間、晶片和晶片之間或者甚至是晶片上不同位置之間發生變化。
Ghazanfarian等人通過引入模擬步驟克服了這些誤差。使用檢測信號的模擬譜線形狀作為多個“隱藏”參數的函數。在標準的對準過程中，Ghazanfarian等人使隱藏參數值符合最接近測量的譜線形狀。通過確定需要其偏移必須施加于所需的模擬譜線形狀以使模擬譜線形狀符合測得的譜線形狀來確定對準標記偏移的位置。
在實際對準之前，確定隱藏參數和模擬譜線形狀之間的關系，并選擇隱藏參數的數量。這涉及學習階段(1earning phase)，在學習階段中使用多個對準標記的樣本，以某種可靠的方式測量學習階段的位置并測量學習階段的檢測信號的譜線形狀。樣本表示在一般的對準過程中可能出現的不同譜線形狀和典型偏移的展開(spread)。Ghazanfarian等人利用奇異值分解方法產生能夠根據最少的隱藏參數來表示這種展開和相應位置誤差的模型。
Ghazanfarian等人使用的方法存在許多缺點。首先，在模型形成步驟中，需要準確地測量對準標記的實際位置。這種測量很難實現而在模型形成步驟中需要相當數量的這種測量。在基底的制作過程中每一個光刻步驟都必須獲得不同的測量組。這就使該方法花費非常大。
其次，Ghazanfarian等人的方法需要這樣一種形式的測量，即產生一個包含作為掃描位置函數的足夠多信息的譜線形狀，以允許確定足夠多的隱藏函數來校正譜線形狀的峰值位置誤差。這不包括校正含有不充分信息的譜線形狀。
一種實現對準的方法使用了相位光柵對準測量。這樣就在基底上包含了周期性改變光學特性的對準標記。測量由對準標記散射的光的強度，并且確定對準標記相對于光刻裝置中某個確定位置的觀測周期的相位，從而測量對準標記的位置。
為了消除誤差，使用一種衍射方法。對準標記的空間周期性光學特性引起了不同衍射級的光的衍射，和通過衍射光柵引起的差不多。在相位光柵對準測量過程中，使用單色光照明對準標記并且從對準標記衍射不同級的光。級對中的光被分開并且用作檢測信號，由于對準標記的周期性，光的強度作為對準標記位移的函數發生周期性變化。該強度用來產生檢測信號，根據該信號確定對準標記的位置(等于對準標記周期的整數值)。根據不同衍射級對的位置測量的組合可以用來實現更可靠的位置測量。
這種方法也被發現存在由于基底處理作用引起不對稱而造成的未對準誤差。Ghazanfarian等人并沒有記述對這種測量的校正。然而，當不充分的信息應用到一個衍射級對的檢測信號中時，其在這個檢測信號中通常是可利用的，從而使足夠數量的隱藏參數適合未對準誤差的校正。

發明內容
本發明的目的是對基底經過處理之后將其對準時出現的未對準誤差提供精確的校正，而不需要大量的校準測量。
本發明的另一個目的是對使用相位光柵對準系統時的未對準誤差提供精確的校正。
本發明提供如在權利要求1中提出的光刻裝置。
至少在使用均勻照明的情況下，受到基底影響的光包含位置信息，也就是受基底位移影響的信息，還包括不隨位移而改變的位置不變信息。位置信息的例子為由光柵衍射的光的相位，或者基底上特定點(feature)的像的位置。不變信息的例子包括作為位置的函數的衍射光或反射光的最大強度。通常，只有位置信息用于對準。所要求保護的裝置是基于以下理解受到基底影響的光的位置不變信息具有在處理步驟中發生變化的特征，并且因此可以用來確定這種變化以及必須應用到位置信息的合成校正的大小。
特別地，由對準標記衍射的光的多個不同級對中，每一對的振幅的組合能夠用來校正根據任何單個或多個級對的位置測量。僅僅基于對任意對準結構的光學理論考慮，很少或沒有理由期望相位校正能由振幅確定，但已經認識到任何給定的處理步驟僅能引起對準標記光學特性在預定范圍的變化，對于不同的對，每一對都具有其自身對振幅和位置測量的復合影響。因此出現了能夠用來改進位置測量精度的振幅和位置誤差之間的相互關系。
由于通過確定變形的類型而間接地使用強度確定位置校正，因此校正一種波長的光的位置測量不需要根據或僅僅根據用該波長的光測得的強度。不需要測量在與位置相同的對準結構上或者甚至相同基底上的強度，已經進行了相同處理的另一基底也可以用來確定所需的校正。在一個實施方式中，可以利用多個不同波長光的衍射級的振幅測量。因此，能夠更精確地確定位置校正的類型。
除了強度之外，可以利用對不同衍射級對的相位測量來確定校正的大小。在這種情況下，確實沒有必要分開根據振幅的校正計算和根據相位的位置測量的校正。權利要求中論及為了確定位置校正的大小而確定校正“以用于”，這包括直接校正以及在根據振幅和相位確定位置測量過程中隱含地確定的校正。在這兩種情況中，即使位置相關相位信息沒有改變，位置獨立信息也會影響校正的大小。
為了確定校正，優選地利用一種模型，其表征對準結構物理特性，作為用參數表示的模型在對準結構中位置的函數。參數例如可以是對準結構中棱的周期的占空因數(duty cycle)、棱的深度、棱兩側的邊緣斜度、棱的突起和兩棱之間突起(plateau)的不平整度的高度，棱頂部的抗蝕劑層中不平整度的位置和幅度等等。優選地，利用這種描述參數的結構使模型對于不是光學專家的人也容易理解，但也可以使用其他類型的參數，比如作為位置函數的基底反射系數的用參數表示的近似。
通過與Maxwell方程一致的計算，能夠為參數值的每種組合預測不同衍射級的振幅和對確定的對準結構位置的校正。優選地，通過搜尋產生最適合測得振幅的預測強度的參數值，隨后選擇對應于所選參數的校正來確定校正。
這種基于模型的方法也可以應用于不使用周期性對準結構和/或衍射振幅來獲得位置測量的對準系統中。任何類型的光學特性可以用來確定基底上對準結構的參數表示模型中各參數的參數值，以用于校正位置測量。然而，應用到使用周期性對準結構的測量中具有僅用相對有限個參數就足以表征結構物理特性的優點，但仍然記述了一種具有相對較大面積的對準結構。
在光刻裝置的另一個實施方式中，該裝置設置為計算模型的一個或多個參數與對準系統的檢測信號之間的關系，對準系統與適用于對準系統的光學系統的物理定則(用數學式表示，比如Maxwell方程)相一致，并且設置為確定一個或多個參數值，使這些值對應于根據該關系測得的檢測信號，依據這些值進行位置測量的校正。通過實現基底參數之間的關系與光刻裝置中光學系統的物理法則相一致，不需要對不同光刻處理步驟的關系進行大量的校準。
在光刻裝置的另一個實施方式中，該裝置提供了一組可利用的參數，它們的值能夠用來確定所需的校正，該裝置還具有用于從可利用的參數中選擇一個或多個參數的接口(interface)，該裝置設置為通過確定僅僅與測得的檢測信號相對應的選出的一個或多個形狀參數的值來響應子集的選擇。這使得光刻裝置的使用者根據不需要對準系統的光學特性知識的物理參數，就能夠確認處理步驟之后必須對其進行校正的誤差的類型。另外，使用者可以為其他在處理步驟之后不希望改變的形狀參數指定數值。
優選地，根據基底在對準之前所經歷的一個或多個處理，以及根據由這個或這些處理所引起的變化范圍的性質，對出于這個目的使用的參數的組合進行選擇。
當所使用的模型將光學特性表示為參數的函數時，可以用任何已知的方法完成最佳參數值的搜尋。比如，使用模擬退火技術(simulated annealingtechnique)，因為這種技術克服了已經發現在模型中出現的局部最小值，并使對準結構的參數表示的相關光學特性和衍射級的強度互相關聯。
然而，只要確定了相位測量的校正，就不需要根據物理參數直接確定對準結構的變形的性質。比如，可以利用函數的計算將相位校正分配給不同的強度組合。可以為對準之前已經完成的一個或多個處理步驟特別地定義這樣的函數。如果已經根據理論或通過對一個或幾個處理步驟的測量確定了參數值，就可以使用比如參數表示的函數了。這種函數的一個簡單的例子是強度比校正和相位校正之間的線性關系，該參數為該線性關系的系數。但是當然也可以使用其他類型的函數，比如對于一個或多個處理步驟已經進行了優化(train)的神經網絡函數，或者甚至是具有適合不同強度組合的入口的查找表格，該入口包含相應的相位校正。這樣的函數，特別是神經網絡函數，具有對于單個基底需要很少的附加計算時間的優點。
根據本發明的另一個方面，提供一種根據權利要求13的器件制造方法。
在另一個實施方式中，利用以下事實在兩個或更多階段(stage)中確認位置校正，即校正或者至少是確定校正的參數對于比如在同一批基底中或在相同基底上已經共同經過處理的結構是相似的，。在這個實施方式中，為對準結構計算的參數或者校正用作為后面的對準標記搜尋參數的初始值。更一般的是，對于一個基底或作為整體的一批基底而平均估計得到的估計參數或校正可以用來使對單一對準標記或對準標記組的估計產生偏差(bias)。一個實施方式包括一個預選階段，在其中為了一批多個基底(已經共同經過了處理步驟的)，根據對衍射級強度的第一測量和/或其他參數，選出可利用的校正的一個子集，后面的階段用于根據對該對準標記或在所述單獨基底上的一個或多個對準標記或所述區域中的衍射級強度的第二測量，為單獨的對準結構或單獨的基底或在該基底上的單獨區域選擇特定的校正。類似地，取代或除了批級別的預選，基底級別或區域級別的預選可以在最終選擇之前用于基底上的單獨對準結構或區域。這樣，僅需要很少的計算就能得到對單獨對準標記的校正并且改進了校正的一致性。
在本申請中，本發明的裝置具體用于制造IC，但是應該明確這種裝置可以具有許多其它的應用。例如，它可用于集成光學系統、磁疇存儲器的引導和檢測圖案、液晶顯示板、薄膜磁頭等的制造中。本領域的技術人員知道，在這些其他應用的情況下，文中所用的任一術語“劃線板”，“晶片”或者“電路小片(die)”應認為分別由更普通的術語“掩模”，“基底”和“靶部”代替。
在本文中，使用術語“輻射”和“光束”包含所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波長)和遠紫外(EUV)輻射(例如具有5-20nm的波長范圍)，和粒子束，如離子束或者電子束。


現在僅通過舉例的方式，參照隨附的示意圖描述本發明的各個實施方式，在圖中相應的參考標記表示相應的部件，其中圖1示出根據本發明實施方式的光刻投射裝置；圖2示出對準系統；圖3示出高度輪廓的橫截面的例子；圖4示出用于對準基底的流程圖。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了根據本發明一具體實施方式
的光刻投影裝置1。該裝置包括輻射系統Ex，IL，用于提供輻射(例如激光輻射)的投射光束PB，在該具體的情況下，該輻射系統還包括輻射源LA；第一目標臺(掩模臺)MT，設有用于保持掩模MA(例如劃線板)的掩模保持器，并與用于將該掩模相對于物體PL精確定位的第一定位裝置PM連接；第二目標臺(基底臺)WT，設有用于保持基底W(例如涂敷抗蝕劑的硅晶片)的基底保持器，并與用于將基底相對于物體PL精確定位的第二定位裝置PW連接；投射系統(“鏡頭”)PL，用于將掩模MA的輻射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一個或多個電路小片(die))上。
如這里指出的，該裝置是透射型的(即具有透射掩模)。但是該裝置通常也可以例如是反射型的(具有反射掩模)。另外，該裝置可以采用其他類型的構圖部件，例如上述提到的程控反射鏡陣列型。
輻射源LA(例如激光)產生輻射束。該光束例如直接或經過如擴束器Ex的調節裝置后，再照射到照射系統(照射器)IL上。照射器IL包括調節裝置AM，用于設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有理想的均勻性和強度分布。
應該注意，圖1中的輻射源LA可以置于光刻投射裝置的殼體中(例如當源是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投射裝置，其產生的輻射光束被(例如通過適當的定向反射鏡的幫助)引導至該裝置中；當光源LA是準分子激光器時通常是后面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB然后與保持在掩膜臺MT上的掩膜MA相交。光束PB橫貫掩模MA，并通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位裝置PW(和干涉測量裝置IF)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。類似地，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA后或在掃描期間，可以使用第一定位裝置PM將掩模MA相對光束PB的光路進行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長沖程模塊(粗略定位)和短沖程模塊(精確定位)，可以實現目標臺MT、WT的移動。可是，在晶片分檔器(與分步掃描裝置相對)的情況下，掩膜臺MT可僅與短沖程執行裝置連接，或者固定。掩膜MA和基底W可以使用掩膜對準標記M1、M2及基底對準記號P1、P2對準。
所示的裝置可以按照兩種不同模式使用1.在步進模式中，掩模臺MT基本保持不動，整個掩模圖像被一次投射(即單“閃”)到靶部C上。然后基底臺WT沿x和/或y方向移動，以使不同的靶部C能夠由光束PB照射。
2.在掃描模式中，基本為相同的情況，但是所給的靶部C沒有暴露在單“閃”中。取而代之的是，掩模臺MT沿給定的方向(所謂的“掃描方向，例如y方向”)以速度v移動，以使投射光束PB掃描整個掩模圖像；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相對大的靶部C，而不必犧牲分辨率。
該裝置中包括對準子系統(未在圖1中示出)，用于精確地測量基底W的位置，從而保證在投射期間使基底W適當地對準。比如由于基底W在基底臺WT上的位置不能足夠精確地控制，所以需要對準子系統。在處理步驟中的波動可能會不同程度地影響不同基底的相移。比如在半導體制造過程中，基底W(晶片)要經過許多處理步驟，在兩組處理步驟之間，將晶片置于基底臺上并通過掩膜照射，以確保由處理過程而定的位置。在照射之前，為了確保將掩膜投射到晶片上的位置與在先掩膜已經投射的位置和/或后面的掩膜將要投射的位置一致，必須將掩膜和基底對準。
圖2示意性地示出了對準子系統的一個實施方式，包括具有輻射源20的光學子系統、成像結構24、參考結構26、26a、檢測器28、28a和處理單元29。雖然處理單元29表示為一個元件，但是可以理解處理單元29可以由多個互聯的處理器組成。
設置輻射源20，比如激光器，在基底W的對準標記22上產生一個光點。為了精確對準，基底W包括一個在對準標記22中具有空間周期性反射特性的對準結構。成像結構24包括將對準標記22成像在參考結構26上的透鏡排列240、242。參考結構26具有空間周期性透射特性。設置檢測器28來檢測由參考結構26透射的輻射的空間平均強度。檢測器28的輸出端與處理單元29的輸入端相連，處理單元29的控制輸出端依次連接到與基底W相連的第二定位裝置PW。干涉測量裝置IF具有與處理單元29相連的輸出端。
能夠理解，在不影響對準子系統的功能的情況下可以對它進行各種變化。比如，可以添加反射鏡從而能夠將對準子系統的元件移動到更方便的位置。在一個實施方式中，對準子系統直接位于投射透鏡旁，但應該知道可以在投射透鏡中取消對準子系統。對準過程中基底不必位于投射光束的光路中。實際上，在對準過程中，甚至可以是分開的基底臺上的另一個基底位于投射光束的光路中。
在操作中，來自輻射源20的輻射被對準標記22反射，成像結構24利用反射的輻射將對準標記22成像到參考結構26上。參考結構26將成像輻射部分透射到檢測器28上，檢測器28產生表示透射輻射的空間平均強度的電信號。
在對準過程中，將這個對準結構成像到參考結構26上。由參考結構26透射的光的空間平均量周期性地取決于對準結構的像和參考結構26的相對相位。成像結構24僅僅將選定的衍射級對傳遞到參考結構26上。如圖所示，將成像結構24設計為濾掉來自對準標記22的選定的衍射級。為了這個目的，成像元件包括透鏡240、242，在其之間具有衍射級濾光器244。第一透鏡240將在各個方向上衍射的光映射到衍射級濾光器244上的各個位置，衍射級濾光器僅僅透射來自選定位置的光。第二透鏡根據透射光形成對準標記22的像。因此只有選定衍射級對用于在參考結構26上成像。不具備這樣的選擇性透射位置測量在原理上也是可以的，但會有較差的信噪比。
如圖所示，來自對準標記22的光的多個衍射級對被分開處理。為了分開處理提供楔246來確保將不同的級對成像在不同的參考結構26、26a上，每一個參考結構都配有其特有的檢測器28、28a。通過舉例的方式，示出了用于測量僅有兩個級對的光的強度的元件，但是適合于更多數量級對的元件也能夠類似地實現。盡管只示出了分別適合于衍射級對±1和±2的兩個參考結構26、26a和對應的檢測器28、28a，但是應該知道，在實際中更多數量的衍射級，比如7對衍射級±n(n＝1，2，3，4，5，6，7...)也可以分開處理，每一對都有其特有的參考結構和檢測器。
處理單元29利用來自檢測器28的電信號來產生用于定位裝置PW的控制信號。處理單元29測量基底W和對準系統相對于彼此的位置，即基底和對準子系統相對彼此處于特定對準狀態，為此確定相干測量裝置IF的輸出值。隨后，處理單元29利用該測量來控制相對于基底W和對準子系統處于對準位置的具有預定偏移量的一個或多個位置，移動基底到對準位置從而利用投射光束PB進行照射。
盡管為了簡單起見示出了單一的元件240、242，但應該理解實際的成像結構24可以包括透鏡或成像反射鏡的組合。
此外，盡管示出的結構中輻射首先從基底W反射，然后在檢測之前透射通過參考結構26，但是應該理解也可以使用其他的結構。比如，可以檢測從參考結構26反射的輻射和/或如果基底W允許的話可以利用透射通過基底W的輻射。類似地，在檢測之前，可以在入射到基底W前，首先將輻射入射到參考結構26(反射或透射)。同樣，本發明當然不僅僅限于圖2所示的垂直入射的情況。
當基底沿著對準結構22的光學特性周期性改變的方向相對于對準子系統移動時，參考結構26、26a的相對相位和對準結構22的像的周期與位移成比例地變化。所以經過參考結構26、26a的光的空間平均強度也會周期性地變化，這取決于參考結構26、26a的周期的遮擋部分對于對準結構22的像的高強度周期部分的遮擋程度。
處理單元29確定這些周期性變化的振幅和相位。相位是位移的周期函數每次當基底W移動了對準結構22的完整周期，測得的相位值重復。這就意味著除周期整數的不確定外，位置原則上能夠由相位確定。
遺憾的是，位移和測得的相位之間的關系可以取決于基底W經過處理步驟的方式。當處理步驟影響了相位測量就會危害到精確對準。對于相同對準標記的不同情況也會有所不同，這取決于級(order)也取決于對準標記。這是基底所經歷的處理的結果。
圖3示出對準結構22的高度輪廓的橫截面的例子。所示的在下面的輪廓層(profiled layer)40具有旋壓(spun)在輪廓層上的抗蝕劑層42。抗蝕劑層42對于對準子系統的工作波長是有效透明的，所以它只影響衍射光的相位。輪廓包含棱(ridge)46，這些棱以基本周期L重復多次。理論上抗蝕劑層42各處應具有相同的高度，其結果是圍繞線44的輪廓層40的鏡面對稱使整個結構對稱。
如果在基底上具有對稱對準結構22，那么不需要光學特性的詳盡知識就能確定對準結構22的位置。在這種對稱的情況下，當基底W相對于對準系統移動時，對稱線44引起周期性變化中的對稱性。這個位置對應于對準結構22的對稱線44與參考結構26、26a確定的位置之間的對準。因此，如果是對稱結構，那么不需要關于對準結構22的光學特性的更多詳盡知識就能實現精確對準。
然而，由于旋壓或者拋光作用，線44不同側的抗蝕劑層42的厚度不同。例如，示出了在棱46一側上的不平整度48(夸張的振幅)。已經發現拋光基底在某些情況下會引起棱46一側上的厚度變化。這就導致破壞了對準結構22圍繞對稱線44的對稱性。非對稱性導致處理單元20所確定的強度信息相位方面的移位。在這種情況下，需要關于對準結構的詳細數據的了解來實現精確對準。根據詳細數據，應該對相位測量確定的對準位置進行不同的校正。可以理解，這種控制不僅用于旋壓或者拋光作用，還用于其他任何影響對準結構22對稱性的處理作用。
處理單元29利用對衍射光多個衍射級對進行強度變化的振幅的一組測量，來確定對于由衍射光任一級對或級對組合的相位所確定的位置進行所需的校正。這種方法的基本理由是，由于作為基底處理的結果只有特定的校正能夠與給定的振幅組結合出現，所以在校正和振幅之間存在相互關聯。校正對強度的相關性可理論上確定，利用由基底處理產生的各種可能的具體對準結構的模型，接著進行和Maxwell等式(或者這些等式的任何適合的光學近似)相一致的相位校正和振幅的計算以確定相位校正與給定的強度組合結合出現。另外，可以通過觀察對準結構優化集的強度和相位校正的各個可能組合，用實驗方法確定校正，其中對準結構的位置已經分別確定。
圖4示出用于對準基底W的流程圖。在第一步51中，根據穿過適合于各個衍射級對之一的參考結構26、26a的光的強度的周期性變化，處理單元29確定衍射級為±n的各個衍射級對的相位值fn。如從現有技術所知，根據fn＝2pnxn/d(d是對準結構的周期大小)相位值與對準結構22的偏移值xn有關。在第二步52中，當基底W相對于對準系統移動時，處理單元29根據檢測器28a-g的輸出變化的振幅來確定不同衍射級的振幅In。
在第三步53中，處理單元29利用第二步52中振幅In的集合確定一組校正Δxn，其應該應用到由第一步51中的相位值fn確定的位置xn。第三步53能夠由許多方法實現。在一個實施例中，對準結構22光學特性的參數表示模型和可變參數P，以及第一算法一起使用，第一算法用于計算作為參數P的函數的強度預測In(P)。在這個實施例中，處理單元29搜尋模型的一組參數值P，這組參數值P使測得強度In和預測In(P)之差最小。可以利用比如模擬退火算法實施搜尋。隨后處理單元29利用第二算法對根據第二參數表示模型得到的參數計算校正Δxn(P)。
在第四步54中，已經于第三步53中確定的校正Δxn應用到第一步51中確定的位置xn。因此，獲得了前后一致的一組位置測量，根據這組位置測量可以通過比如對不同衍射級上的位置xn進行平均來確定總的對準位置X。在第五步55中，基底臺WT和構圖部件M相對于彼此定位之后，在一個或多個位置用光束PB照射基底W，以使圖案投射在相對于對準結構22的位置的特定位置，如根據計算得到的總的對準位置X所確定的。
應該理解，可以對通過圖4描述的對準處理進行各種改進。比如，代替對單獨的級計算和應用校正，也可以根據不同級的非校正測量的組合來計算位置，然后校正組合結果。如另一個例子，除振幅測量之外，基底的其他測得的特性，如不同級上相位值的變化可以用來確定所需的校正。因此，比如，模型參數可以恰當地使相位值和振幅值的預測和測量之間的差別最小化。使用與相位測量相同或不同波長的光進行的強度測量可以用來獨自或與在其他和相同波長處進行的強度測量相結合確定校正。通常，利用多個衍射級對的振幅可以提高精度。
同樣，可以利用來自一個或多個參考結構衍射級的衍射光的強度測量來確定校正，所述一個或多個參考結構不同于對其確定校正的參考結構。這些其他的參考結構可以在相同的基底上或者甚至是在不同的基底上，所述不同的基底與包含確定校正的參考結構的基底作為一批一起經過處理。然而優選地，處理單元29至少利用與相位值的確定同時進行的振幅測量，即利用相同波長處的相同的光。因此幾乎不需要任何對于校正的輔助操作。
此外，代替第三步53中的擬合參數值P，振幅值和用于確定校正的任何其他測量可以用作重新得到關于校正值的儲存信息的索引。這可以通過比如產生作為振幅的參數表示函數的校正實現，函數的參數是通過前述的相關強度和校正的計算優化的(train)。在近似的優化了神經網絡之后，可以使用神經網絡函數作為一種特別典型的函數。
可以通過比如測量測試基底的振幅，在相對于掩模M的某個位置定位并且照射測試基底W，然后處理測試基底來優化神經網絡，或者估計參數表示的函數的各參數，以使得由掩模確定的第一特征和底層基底的第二特征的相對位置變為可檢測的。可以使用第一矩形作為第一特征，第一矩形包含用作第二特征的第二矩形。通過測量第一和第二特征的相對位置，獲得一組記述了對該組測得振幅校正的優化數據。可選擇地或除此之外，還可以使用理論模型，就可以產生與該模型相對應的優化數據。該組優化數據可以用來以已知的神經網絡優化算法優化該神經網絡。
比如，已經利用神經網絡獲得了好的結果，該神經網絡使用輸入信號，該輸入信號對兩種顏色的七個衍射級對的振幅(14個信號)和這些衍射級對的相位(另外14個信號)編碼。在這個例子中，將這些輸入信號的加權和應用到具有比如S型響應函數的六個神經元上。這些神經原輸出的加權和輸入到具有線性響應函數的一個輸出神經原上，該輸出神經元表示估計的位置。用在加權和中的加權值是由依據實例的神經網絡優化確定的。因此獲得了明顯改進的定位。除了對應位置的單一輸出神經元，可以使用更多的輸出神經元來估計其他參數，比如對準標記的形狀參數。
另外，可以估計參數表示函數的各參數(比如線性或多項式函數的系數)，比如利用對多個優化組預測的和測得的校正之間的最小二乘方差最小的估計。
類似地，可以根據實際校正的其他測量獲得優化數據，比如通過移除部分感光層并且測量該層存在時和已經移除后所進行的測量之間的校正來實現。
類似地，如果使用除振幅外的其他測量方法，則可以獲得這種優化數據以優化偏移的計算。
原則上，可以為每一個對準結構22重新計算校正。由于校正是由整個基底W或者甚至是一批這樣的基底所經過的處理步驟所確定的，所以也可以使相同或不同基底上的不同對準結構所需的校正相互聯系起來。因此，可以使用基底上或同一批中其他基底上的一個或多個不同參考結構的強度測量來初始化或限制搜尋最適合強度測量的參數值P。因此需要較少的搜尋。
有利的是，利用物理模型對處理單元29進行編程，將對準標記22的形狀參數和測得的參數聯系起來，測得的參數比如檢測器28、28a上和Maxwell方程一致的強度周期性變化的相位和振幅。這種物理模型本身是公知的。比如，這種物理模型可以使用復合反射系數函數Γk(r)作為基底W的任意虛擬平面中位置坐標r＝(x，y)的函數(k為入射光的波矢量)。Γk(x，y)響應入射場exp(jk.r)，確定在所述平面中位置x，y處光的折射振幅和相位exp(jk.r)*Γk(x，y)。當已知Γk(x，y)，公知的簡單數學關系為了根據Γk(x，y)計算檢測器28、28a測得的參數而存在。如果依次給定了對準標記22的形狀參數及其材料的光學特性，就能夠容易地計算出Γk(x，y)。
例如在圖3所示的例子中，需要表征棱46的大小和高度、輪廓層40材料的反射率、抗蝕劑42的透射系數的參數以及表征由于旋壓和拋光引起的不平整度48的幅度和/或比例參數。給定了光源20的特性，對處理單元29編程以根據這些參數值計算Γk(x，y)并且根據Γk(x，y)計算檢測器28、28a強度變化的振幅和相位。為了計算Γk(x，y)，可以使用公知的方法比如RCWA方法，但是通常簡單的模型就可以滿足，比如具有相位校正的垂直傳播模型，其根據在該層上的給定點上以及在給定的入射角度上輪廓層40的反射系數來計算Γk(x，y)，從而解釋了通過上面的層傳播的原因，所述給定點和反射系數依據那一層材料的特性及其位置取向。借助于逆模擬，可以估計使測得振幅與計算的振幅相符合的參數值。處理單元29計算由相位值獲得的位置測量的計算的參數校正。
可以理解，這種方法不局限于圖2所示的相位光柵對準傳感器。也可以用于其他傳感器，比如相關傳感器，該傳感器形成非周期性對準結構的圖像并計算這幅圖像和參考圖像之間的相關系數，根據相關系數最大值的位置估計基底的位置，或者用于這樣一種傳感器，該傳感器檢測(不一定是周期性的)對準結構的圖像中兩特征之間的邊緣，并測量這些邊緣的位置以估計對準結構的位置，或用于任何其他的光學傳感器。在每種情況中，能夠對模型編程，將對準結構的形狀參數與測得的量聯系起來，比如作為位置的函數的相關性，圖像邊緣輪廓等，據此能夠估計各參數并且將參數用于校正測得的位置。
通過提供一個根據在對準過程中可以校準的基底的參數所表示的模型(對于對準結構的光學特性而言是相關的)并且計算那些參數和對準過程中由對準系統測得的量之間的光學關系，可以不需要提供大量的位置測量來校準位置校正量。模型可以用任何條件表示出來。優選使用形狀參數，其用參數表示基底上的結構比如棱的幾何形式。這種參數的例子是表示在棱的某一側上的棱的邊緣斜度、棱頂部的平臺的斜度以及棱之間的谷部、邊緣高度或深度、棱上面的層的層厚度等參數。另外，可以給出其他參數，在對準之前已經預先為這些參數設定了固定值。
可以供選擇或另外可以使用非幾何參數，比如基底上的層的材料折射率，或者結構所用材料的反射系數。這些參數通常能夠預先設定。到目前為止，可以使用其他可選的光學參數，比如表示沿著對準結構周期性變化的方向，在對準結構的表面或其附近的Γk(x，y)逐段逼近的系數(比如根據多項式近似法)。在這種情況下，逐段逼近的段近似對應于對準結構中基底上的連續結構。就所關心的光學效應而言，這些參數相當于多個結構參數。當然，在使用這些參數時，也可以預先固定其中的一些，而其他值在對準過程中確定。
優選地，對處理單元29編程以能夠利用程序參數組的任何組合進行這種計算。在另一個實施方式中，處理單元29配有一個接口，這一接口命令處理單元29選擇應使用的可利用參數組的參數。該接口比如是用于輸入參數選擇的鍵盤或者網絡連接(未示出)，通過該網絡連接計算機輔助制造系統向處理單元29發出這些參數的選擇信號。這些知曉用于處理基底的處理過程以及可能由這些處理產生并且可能是可變的參數值的技術人員，能夠適應對準系統的操作，而無需具備對準子系統的光學特性的知識。
可以在對準過程中為其選擇數值的參數不需要每次明確選出。相反，處理單元29可以包含存儲子集的多個選擇(stored subset selection)，使接口只需要指定存儲子集之一。另外，接口可以用來為沒有被選擇的參數和范圍指定數值或者為選擇的參數指定平均值。
處理單元29使用來自接口的信息，適應所選參數的計算，并且根據由此計算的參數校正位置測量。這樣，使用者能夠根據對準之前基底W所經過的處理的類型來改變處理單元的操作。
雖然本發明的各具體實施例已經在上面進行了說明，但應當理解本發明可以采用不同于上述的其他方式進行實施。說明書不作為本發明的限制。
權利要求
1.一種光刻投射裝置，包括-用于支撐構圖部件的支撐結構，所述構圖部件用于根據理想的圖案對投射光束進行構圖；-用于保持基底的基底臺，所述基底具有對準結構；-對準系統設置為-測量由對準結構反射或透射的光的特性；-根據光學特性確定所述對準結構相對于構圖部件的位置；以及-根據該位置控制構圖部件相對于基底的定位，其特征在于對準系統包含代表一種參數表示模型的信息，參數表示模型說明對準結構的物理特性，對準系統設置為-估計模型的一個或多個參數值，根據光學系統的物理法則基本上導致由對準結構測量的測得特性；-確定位置，所述位置對應于以一個或多個估計值為條件的測得特性。
2.根據權利要求1的光刻投射裝置，其中對準系統設置為計算關于測得的特性值和模擬的特性值之差的信息，并且確定一個或多個估計值使該差值最小，所述模擬的特性值對應于參數表示的模型和光學系統的物理法則。
3.根據權利要求1或2的光刻投射裝置，其中對準系統具有用于選擇一個或多個參數的接口，為所述一個或多個參數估計數值，從而根據可利用的模型參數的集合確定校正，對準系統僅為選擇的參數估計一個或多個值。
4.根據權利要求1-3中的任一光刻投射裝置，其中模型的一個或多個參數描述對準結構的幾何特性。
5.一種器件制造方法，包括以下步驟-利用構圖部件使該投射光束在其橫截面上具有圖案；-提供至少部分被一層輻射敏感材料覆蓋的基底，該基底包括對準結構；-測量由對準結構反射或透射的光的特性；-根據測得的特性計算該對準結構的位置；-根據該位置控制構圖部件相對于基底的定位；其特征在于所述計算該位置包括-提供一種參數表示模型，說明對準結構的物理特性；-估計該模型的一個或多個參數值，根據光學系統的物理法則基本上導致測得的特性；-確定位置，所述位置對應于以一個或多個估計值為條件的測得特性。
6.根據權利要求5的器件制造方法，包括計算關于測得的特性值和模擬的特性值之差的信息，并且確定一個或多個估計值使該差值最小，所述模擬的特性值對應于參數表示的模型和光學系統的物理法則。
7.根據權利要求5或6的器件制造方法，包括選擇一個或多個參數，為所述一個或多個參數估計數值，從而根據可利用的模型參數的集合確定校正，所述選擇取決于基底所經歷的處理步驟的性質。
8.根據權利要求5-7任何一項的器件制造方法，其中模型的一個或多個參數描述對準結構的幾何特性。
9.根據權利要求5、6、7或8的器件制造方法，包括利用一個或多個估計的參數來選擇在對另外的一個或多個參數的搜尋中的初始值，基本上產生在所述基底上或另一個基底上的另一個對準標記的測得特性，所述另一個基底和所述基底一樣已經歷一個處理步驟。
全文摘要
公開光刻裝置、器件制造方法，在器件制造過程中，投射光束通過掩模投射到基底上。利用基底上的對準結構將基底與掩模對準。利用對準結構反射光的特性來確定基底的相對位置。先前對基底的處理可能引起根據反射光確定的位置中的誤差。對反射光特性的測量用于確定對加工基底引起的誤差進行校正所需的校正量。對準結構的物理模型的參數優選根據反射光進行估計并用于確定校正。優選地，測量多個不同衍射峰值的振幅來確定校正。
文檔編號H01L21/027GK1940727SQ200610136219
公開日2007年4月4日 申請日期2003年12月15日 優先權日2002年12月16日
發明者A·J·登博夫, E·C·莫斯, M·范德沙爾 申請人:Asml荷蘭有限公司