CN100582946C - 用于确定z位置误差/变化以及基板台平整度的光刻装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻投影系统，包括：构成为提供辐射束的照明系统；构成为支撑图案化器件的支架，该图案化器件构成为将图案赋予到光束的截面中；构成为保持基板(W)的基板台(WT)，构成为将图案化的辐射投影到基板(W)的目标部分上的投影系统；多个水平传感器(LS)，用于在多个不同的位置处感测承载于基板台(WT)上的基板的水平，和用于确定基板台(WT)的位置的系统。还提供了控制器，该控制器构成为引起基板(W)和水平传感器阵列之间从进行第一测量的第一位置向进行进一步测量的多个重叠位置的相对移动，和计算器，用于使用多个重叠测量值来计算Z位置误差测量值和/或基板台(WT)不平整度和/或水平传感器(LS)位置/偏移的测量值。

Description

用于确定Z位置误差/变化以及基板台平整度的光刻装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定Z位置错误/变化测量值和/或基板台(或“吸盘”)平整度测量值的光刻装置和方法。

背景技术

光刻设备是一种将希望的图形施加到基板的目标部分上的机械。光刻装置可用在例如集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可选地称为掩膜或母版的图案化器件可用于产生与IC的独立层相对应的电路图案。这可以通过使用在母版和基板之间并提供其以将母版的照射部分成像到基板的目标部分上的投影系统来完成。投影系统包括定向、成形和/或控制辐射束的元件。可将图案成像到基板如硅晶片上的目标部分(例如，包括一个或几个管芯的部分)上，该基板具有辐射敏感材料层如抗蚀剂。一般，单个的基板含有依次曝光的相邻目标部分的网格。公知的光刻装置包括其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分的所谓步进投影曝光机，和其中通过在通常称为“扫描”方向的给定方向上经投影束扫描图案来照射每个目标部分，同时平行或非平行于该方向同步扫描基板的所谓扫描器。

在这种光刻装置中，干涉仪可用于以高精确地测量位移。这里通过参考将其内容并入文本的US-4 784 490公开了一种典型的高稳定性平面镜干涉仪。干涉仪(有时也称为干涉系统)包括用于将光束分成测量光束和参考光束的偏振光束分光器、分别用于反射参考光束和测量光束的参考镜和测量镜、和用于检测由测量光束和参考光束之间的干扰产生的光束的相位检测器。通过测量镜的位移，改变了由测量光束传播的测量路径的总长度，其导致在相位检测器处的相位转换。使用检测的相位转换，可以确定镜的位移。

尽管干涉系统可提供高度精确的测量，但是问题在于由于测量镜的不平整性产生了测量误差。当将测量镜在垂直于测量光束的方向上移动时，测量光束将在镜子上的不同区域处接触镜子。由此镜子的不平整性导致通过干涉仪在距离测量上的误差。

当干涉系统与水平传感器阵列组合使用以确定基板台的x和z位置及位于其上的晶片的高度时，镜子的不平整度是值得注意的问题。在这种情况下，测量x和z位置通常通过使用适合定位的X和Z镜子来完成。测量晶片表面的水平通过使用水平传感器来完成。使用Z-镜子位置和晶片水平，可以确定晶片高度的绝对测量，假设晶片高度可表达为晶片表面的垂直位置和基板台的垂直位置之间的差值，即，晶片高度＝(晶片表面的垂直位置-基板的垂直位置)。在US 6,674,510中更详细地表述了这种类型的设置，在这里通过参考将其内容全部并入文本。

由于当定位在不同的x-位置处的两个水平传感器(如光水平传感器和空气压力计)用于测量单个晶片点时，晶片台必须移动以使晶片点从其可通过第一传感器测量的位置处移向其可通过第二传感器测量的位置处，因此这种设置出现了问题。这意味着使用不同基板台x-位置。因此，两次测量产生了不同的定位误差结果。由于晶片自身可能不平整，因此在x-位置中的差值意味着第二水平传感器测量在具有与前述测量的水平不同水平的x-位置处进行。这反过来意味着测量辐射将入射到在不同位置处的Z-镜子上。由于Z-镜子不很平整的，因此可能错误地计算了晶片的高度(其取决于Z-镜子垂直位置)。因此，为了对比测量的结果，需要在测量方面上的绝对Z-镜子图以纠正镜子误差。

发明内容

本发明的一个方面是至少部分地缓解上面讨论的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种光刻透射装置，包括：

照明系统，构成为提供辐射束；

基板台，构成为保持基板；

用于确定基板台在Z-方向上的位置的系统；

多个水平传感器，用于在多个不同位置处感测承载于基板台上的基板的水平；

控制器，构成以引起基板台和水平传感器阵列之间的相对移动，以使得多个水平传感器中的每一个都可移动到一位置中以在基板上的第一点处进行测量，由此提供一组重叠测量值，多个水平传感器可移动至在基板上的至少一个另外的测量点，由此提供另一组重叠测量值，和

计算器，用于通过使用所述组重叠水平传感器测量值计算位置误差/变化的测量值、基板台不平整度的测量值和水平传感器位置/偏移的测量值中的至少一个。

通过使用一系列的重叠水平传感器测量值，可以估算位置误差，尤其是Z位置误差，基板台平整度和水平传感器位置/偏移。可以实现高度精确度和再现性。所有这些可以由重叠水平传感器测量值来确定。

位置误差可以是Z-位置、Y-位置、X-位置、相对于X-轴的旋转位置和相对于Y-轴的旋转位置中的任意一个或多个。

用于确定基板台的位置的系统包括用于确定Z位置的Z-镜子。通过水平传感器测量的每一个水平可假定为Z-镜子高度、基板高度和水平传感器斑点偏移误差的函数。配置计算器以通过解答一系列联立方程计算Z-位置误差测量值、基板台不平整度的测量值和水平传感器位置/偏移的测量值中的至少一个，其中联立方程的每一个都使得水平传感器测量等同于Z-镜子高度、基板高度和水平传感器点偏移误差的函数。

用于确定Z-位置的系统包括编码器。通过水平传感器测量的每一个水平都可以是至少部分编码器的高度、基板高度和水平传感器点偏移误差的函数。

水平传感器阵列可以是水平传感器的线性阵列。该阵列的传感器可以通过等距分开。控制器可构成为引起与传感器间距相对应的数量的相对移动，由此确保测量重叠。

水平传感器阵列可包括多个不同的水平传感器。

用于确定基板台的位置的系统可选地包括至少一个干涉仪。附加地或可选地，用于确定基板台的位置的系统可包括至少一个用于将自至少一个干涉仪的辐射定向到Z-镜子上的镜子。

照明系统包括辐射源。辐射源可以是体积辐射源(volume-radiatingsource)。辐射源可包括等离子体辐射源。等离子体辐射源可以是放电源或产生激光的等离子体源。操作辐射源以发射EUV范围内的辐射。等离子体源在辐射脉冲之间至少是光学透明的。

该装置还可包括构成为支撑图案化器件的支架，图案化器件构成为在其截面中将图案赋予光束。

该装置还包括构成为将图案化的辐射投影到基板的目标部分上的投影系统。

根据本发明的另一方面，提供一种在光刻系统中的方法，该光刻系统具有构成为提供辐射束的照明系统；构成为保持基板的基板台；用于确定在Z-方向上的基板台的位置的系统，和用于在多个不同的位置处感测承载在基板台上的基板水平的多个水平传感器，该方法包括：

引起在基板和水平传感器阵列之间相对移动，以使多个水平传感器中的每一个可移动到一位置中以在基板上的第一点处进行测量，从而提供第一组重叠测量值，

引起在基板和水平传感器阵列之间的相对移动以将多个水平传感器移动到基板上的至少一个另外的测量点，从而提供至少一组另外的重叠测量值，和使用所述组的重叠测量值来计算Z位置误差的测量值和/或基板台不平整度和/或水平传感器位置/偏移的测量值。

位置误差可以是Z-位置、Y-位置、X-位置、相对于X-轴的旋转位置和相对于Y-轴的旋转位置中的任意一个或多个。

水平传感器阵列可以是水平传感器的线性阵列。每个阵列的传感器可以通过恒定间距分开。相对移动可以是与传感器间距相对应的数量，从而确保测量值重叠。

照明系统可包括辐射源。辐射源可以是体积辐射源。辐射源可以是等离子体辐射源。等离子体辐射源可以是放电等离子体源或是激光激发等离子体源。操作辐射源以在EUV范围内发射辐射。

根据本发明的另一方面，提供一种在数据载体或计算机可读介质上的计算机程序、或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品具有编码或指令，该编码或指令构成为：

引起在基板和水平传感器阵列之间相对移动以使多个水平传感器中的每一个都可移动到一位置中以在基板上的第一点处进行测量，从而提供第一组重叠测量值，

引起在基板和水平传感器阵列之间相对移动以将多个水平传感器移动到基板上至少一个另外的测量点，从而提供至少一组另外的重叠测量值，和，

使用所述组的重叠测量值来计算位置误差的测量值和/或基板台不平整度和/或水平传感器位置/偏移的测量值。

位置误差可以是Z-位置、Y-位置、X-位置、相对于X-轴的旋转位置和相对于Y-轴的旋转位置。

根据本发明的另一方面，提供一种直接或间接使用本发明前述任一方面的光刻系统和/或器件制造方法和/或计算机程序制造的器件。

根据本发明的另一方面，提供一种用于校准光刻装置的方法，包括：使用如使用本发明的任一其它方面的装置、方法或计算机程序所确定的位置误差测量值、基板台平整度的测量值和水平传感器位置/偏移的测量值中的至少一个。

这里使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如，具有5-20nm范围内的波长)以及粒子光束如离子光束或电子光束。

这里使用的术语“图案化器件”应当广泛地解释为涉及到能够用于在其横截面上方将图案赋予辐射束的器件，以在基板的目标部分产生图案。应当注意到，赋予投影光束的图案不精确地对应于在基板的目标部分中的图案。通常，赋予投影光束的图案将对应于在目标部分中产生的器件如集成电路中的特定功能层。

图案化器件可以是能透射的/透明的或是反射的。图案化器件可包括掩模、可编程镜子阵列和可编程LCD板中的任一个。在光刻中掩膜非常共知，且掩模包括如二元的、交替的相位转换和削弱的相位转换以及各种混合掩模类型的掩模类型。可编程镜子阵列的一个例子使用小镜子的矩阵设置，其每一个能够单独地命名以便于以不同的方向反射入射辐射束；以这种方式，图案化反射光束。

支架，例如承担图案化器件的重量。其以依据图案化器件的方向、光刻装置的设计和其它条件如图案化器件是否保持在体积环境中的方式来保持图案化器件。支架能够使用机械夹紧、真空或其它夹紧技术，如在真空条件下的静电夹盘。例如，支架可以是框架或台，例如关于透射系统，其根据需要可以是固定的或可移动的且其可确保图案化器件处于希望的位置。这里，术语“母版”或“掩模”的任一使用可认为与更加普通的术语“图案化设备”同义。

这里使用的术语“投影系统”应当广泛地解释为包括各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统和反折射光学系统，如对于曝光使用的辐射，或对于其它的因素如浸液的使用或真空的使用所适合的。这里的术语“透镜”的任一使用都可认为与更普通的术语“投影系统”同义。

照明系统也可包括各种类型的光学部件，包括折射、反射和反折射的光学部件以定向、成形和/或控制辐射束，且这种部件在下面、共同地或特别地也称为“透镜”。

光刻装置可以是具有两个(双级)或更多基板台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这种“多级”机械中，可以平行地使用附加的台，或在一个或多个台上进行准备步骤，同时使用一个或多个台用于曝光。

光刻装置也可以是其中基板浸入到具有相对高的折射率的液体如水中的类型，以便于填充投影系统的最后元件和基板之间的空隙。也可将浸液施加到在光刻装置中的其它空隙中，例如在掩模和投影系统的第一个元件之间。浸渍技术在用于增加投影系统的数值孔径的领域中是非常公知的。

附图说明

现在将仅以例子的方式、参考附图描述本发明的实施例，附图中相应的参考符号表示相应的部分，且其中：

图1是根据本发明的光刻装置的示意图；

图2是图1装置的部分的更详细的图；

图3是图2装置的另一个表示；

图4是在三个不同的Y方向上感测吸盘上的晶片水平的水平传感器阵列的示意图；

图5是Z位置变化对用于图2和3的测量镜子的x位置的图，即镜子图；

图6是标准偏差镜子高度对x位置的图；

图7是晶片高度对x位置的图；

图8示出了四个镜子图，每一个镜子图用于晶片的不同方向；

图9示出了四个晶片图，每个晶片图用于晶片的不同方向；

图10示出了在线性匹配之后的图9的晶片图；

图11是作为用于两个晶片方向的x位置的函数的相对基板台差值的图；

图12是相对于图2的可选测量系统；和

图13是用于测量晶片台的位置和倾斜的编码系统的例子。

具体实施方式

图1示出了包括照明系统(照明器)IL的装置，照明系统IL构成为提供辐射(例如UV或EUV辐射)光束PB。第一支架(例如，掩模台)MT构成为支撑图案化器件(例如掩模)MA且连接至关于投影系统(“透镜”)PL精确定位图案化器件的第一定位器件PM。基板台(例如，晶片台)WT构成为保持基板(例如，涂覆了抗蚀剂的晶片)且连接至关于投影系统PL精确定位基板的第二定位器件。投影系统(例如，反射的投影镜)PL构成为将通过图案化器件MA将赋予光束PB的图案成像到基板W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。图1的装置是反射类型的，例如使用反射掩膜或如上面涉及到的类型的可编程镜子阵列。然而，将理解的是，该装置可以是能透光的类型，例如使用能透光的掩模。

照明器IL接收自辐射源SO的辐射。例如当源是等离子体放电源时，该源和光刻装置可以是分立的主体。在这种情况下，不认为源形成部分光刻装置，且辐射通常借助于辐射聚集器从源SO传给照明器IL，包括例如适合的聚集镜子和/或光谱纯净滤波器。在其它的情况下，例如当源是汞灯时，源可以是装置的主要部分。

照明器IL可包括构成为调整光束的角度强度分布的调整器件。通常，至少能够调整在照明器的射光孔平面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)。该照明器提供在截面中具有希望的均一性和强度分布的经调节的辐射束PB。该束PB在掩模MA上入射，该掩模保持在掩模台MT上。由于被掩模MA反射，光束PB穿过投影系统PL，其将光束聚焦到基板W的目标部分C上。借助于第二定位器件PW和位置传感器IF2(例如，干涉器件)，可以精确地移动基板台WT，例如，以便于在光束PB的路径中定位不同的目标部分C。类似地，例如，在自掩模对象机械复位之后或在扫描期间，第一定位器件PM和定位传感器IF1(例如，干涉器件)可用于关于光束PB的路径精确地定位掩模MA。总体上，目标台MT和WT的移动将借助于长冲程模数(粗糙定位)和短冲程模数(精细定位)来实现，其形成部分的定位器件PM和PW。然而，在步进投影曝光机(如与扫描器相对)的情况下，掩模台MT可以只连接到短冲程激励器，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和基板对准标记P1、P2来对准掩模MA和基板W。

描述的装置可以用在各种模式中。例如，在步进模式中，掩模台MT和基板台WT可保持基本固定，同时赋予透射光束的整个图案一次透射到目标部分C上(即，单个的静态曝光)。然后将基板台WT在X和/或Y方向上转换，以暴露出不同的目标部分C。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单个的静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

在扫描模式中，同步扫描掩模台MT和基板台WT，同时将赋予投影光束的图案投影到目标部分C上(即，单个的动态曝光)。通过放大(缩小)和投影系统PL的倒像特性来确定基板台WT相对于掩模台MT的速度和方向。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单个的动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

在另一种模式中，掩模台MT保持基本固定地保持可编程图案化器件，且移动或扫描基板台WT，同时将赋予光束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常使用脉冲辐射源，且在基板台WT的每一个移动之后或在扫描期间连续的辐射脉冲之间中根据需要修正可编程图案化器件。操作的这种模式能够容易地应用到利用可编程的图案化器件的无掩模光刻中，如上述类型的可编程的镜子阵列。

也可以应用描述的各种模式上的组合和/或改变或使用的完全不同的模式。

图2示出了用于在晶片/基板台WT或在现有技术中经常提到的“吸盘”上确定晶片位置的系统。这包括两个干涉仪IF，在基板台WT的每个相对侧上有一个。定位每个干涉仪IF以将测量辐射定向到提供在台的相对侧壁上的第一对镜子M1中的一个上，这些镜子M1基本垂直于自相关的干涉仪IF发出的辐射。这些将被称为X-镜子M1。另外，定位每个干涉仪IF以将测量辐射定向至与自干涉仪IF辐射的传播方向成45度角的第二对镜子M2中的一个上。将这些镜子M2提供于台WT的相对侧壁上。这些将被称为倾斜镜子M2。

X-镜子M1和倾斜镜子M2承载于晶片台WT上且因此当台WT移动的时候移动。将从每个X-镜子M1反射的辐射定向回其相关的干涉仪IF并能够用于确定晶片台WT的x-位置。将从倾斜镜子M2反射的辐射定向到位于晶片台WT的水平上方的一对Z-镜子ZM中的一个上并然后随之反射回干涉仪IF。在图2的Z-镜子ZM上示出的点表明在测量期间干涉仪IF光束所在的位置。通过组合使用自每个Z-镜子ZM反射的辐射和使用X-镜子M1确定的x-位置测量，可以获得Z-镜子ZM的高度的间接测量和因此获得晶片台WT的高度的间接测量。

直接位于晶片台WT上的是水平传感器LS阵列。这可包括多个不同的传感器类型如光学水平传感器和空气压力计。在晶片上示出的小圆点表示水平传感器LS测量高度的位置。在图2中示出的具体例子中，水平传感器LS阵列是线性的且包括五个传感器，及测量点N的数目是十一。当然，应当理解的是，可以使用不同数目的传感器和/或阵列结构，以及不同数目的测量点。

图3示出了用于测量晶片的水平和同样晶片台高度的可选设置。在这种情况下，将Z-镜子ZM直接安装到晶片台WT的背面上且因此能够给出晶片台高度的直接测量。然而，实际上，因为晶片台WT移动装置通常提供于台的后面，因此执行这个是困难的。

为了确定绝对镜子图，使用干涉仪IF监控晶片台WT的x-位置且在跨过晶片的各种不同x-位置处进行多次水平传感器LS测量。每次水平传感器测量可选地为静态的。在这种情况下，通常每个水平传感器在每个测量点取得数个测量值并提供平均值，从而降低杂讯影响。在常规例子中，每个水平传感器可在单个点处取得六百个读数，尽管配置不同的传感器以取得不同数目的读数，且实际上可以在基板台的不同位置处取得不同数目的读数。如将理解的，当增加测量次数降低了杂讯影响的同时，其也增加了测量时间。因此，在校准时间和测量精确度之间要有折衷。作为静态测量可选方案，晶片台WT可以沿着水平传感器阵列LS的方向移动，同时水平传感器阵列LS进行测量。可通过在适当的时间取样传感器输出来获得与晶片特定点相关的测量。在这种情况下，在每个点处进行的测量次数通常将低于用于静态测量的，且可以只是一次。

在图2中示出的例子中，使用控制器(未示出)移动晶片台WT。具体地，晶片台WT从最左的位置向最右的位置平行于X-轴步进地移动。在每一步之后，覆盖目标晶片点的全部水平传感器都进行测量。结果，通过每个水平传感器一次地测量每个晶片点。给出N个晶片点和M个水平传感器，就进行NM次测量。如果N＞M，则存在N+M-1个晶片台位置。在晶片台最左侧位置处开始传感器阵列，只有最右侧的水平传感器覆盖晶片点。在接下来的步骤中，2个水平传感器点覆盖一个晶片点等等。这意味着对于位置1≤n≤M，n个水平传感器覆盖一个晶片点；对于位置M≤n≤N，M个水平传感器覆盖一个晶片点；和对于位置N≤n≤N+M，(M+N-n)个水平传感器覆盖一个晶片点。这总计达NM次测量。以这种方式，通过相对于晶片W移动传感器阵列LS获得一系列重叠LS测量。对于晶片上三个不同的Y位置(例如，-100，0和100nm)可选地重复这一系列或序列测量，如图4中说明的，尽管原则上，对于Z-镜子图来讲，在Y＝0m处的测量应当足够精确。应当注意，测量部位的完全重复不是要点。对于测量斑点的着落(stitching)来讲，间距必须是：0＜间距_测量＜间距_LS_点。如果测量的重叠不理想的话，则这可以通过测量值的线性内插或描述图和晶片的参数的数学调整来处理。

各种要素都影响在任意X、Y位置处的水平传感器测量，其包括镜子不平整度、晶片不平整度、吸盘台不平整度和水平传感器点偏移误差。因此，对于给定的晶片装载方向，在晶片基板WS上的点上的水平传感器LS测量值的总的表达为：

v_meas(x_WS，y_WS)＝dZ(X，Y)-x_LSdRy(X，Y)+c_true(x_WS，y_WS)+w_true(x_waf，y_waf)+dz_LS(x_LS)

其中v_meas是测量的晶片厚度/高度，dZ和dRy分别是由于镜子不平整度引起的台的Z和Ry位置误差，其中Ry是晶片相对于y轴的旋转位置，c_true和w_true分别是作为晶片的x和y位置函数的吸盘和晶片的高度/不平整度真值，x_LS是LS斑点的x位置和dz_LS是斑点高度的z误差。

对于如图2和3中台的位置测量系统，dZ(X，Y)和dRy(X，Y)可以由单独的一维图来表示，即，dZ(X，Y)＝dZx(X)+dZy(Y)和dRy(X，Y)＝dRyx(X)+dRyy(y)。应注意到，dZx和dRyx是所谓的z镜子的不平整度的函数。而且，dRyx、dRyy、dZy和dRyy是所谓的45度镜子的不平整度的函数。因此上面的等式变成：

v_meas(x_WS，y_WS)＝dZx(X)+dZy(Y)-x_LSdRyx(X)-

x_LSdRyy(Y)+c_true(x_WS，y_WS)+w_true(x_waf，y_waf)+dz_LS(x_LS)

台的位置，在晶片台上的位置和水平传感器斑点的位置以以下方式相互关联：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{LS}}\\ y_{\mathrm{LS}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{WS}}\\ y_{\mathrm{WS}}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}X\\ Y\end{array}\right)$

假设对于所有斑点y_LS＝0，则对于在晶片上方的x方向上测量一条线和对于一个晶片旋转，上面的等式变为：

v_meas(x_WS)＝dZx(X)-x_LSdRy(X)+v_true(x_WS)+dz_LS(x_LS)

其中v_true表示c_true和w_true即吸盘和晶片的组合效果。对于一个晶片负载角度来讲，在WS坐标中和晶片坐标中的位置之间存在固定的关系。而且，对于测量x方向上的一条线，y方向不起作用，即只是起不变的作用。

通过九个斑点的水平传感器并且测量间距等于水平传感器斑点间距，对于如此沿x方向的测量线，就有：

v₁＝dZx_-N-x_LS，-4dRyx_-N+cw_-N-4+dz_LS，-4

v₂＝dZx_-N-x_LS，-3dRyx_-N+cw_-N-3+dz_LS，-3

v₉＝dZx_-N-x_LS，4dRyx_-N+cw_-N+4+dz_LS，4

                                                                         

v₁₀＝dZx_-N+1-x_LS，-4dRyx_-N+1+cw_-N-3+dz_LS，-4

v₁₁＝dZx_-N+1-x_LS，-3dRyx_-N+1+cw_-N-2+dz_LS，-3

v₁₈＝dZx_-N+1-x_LS，4dRyx_-N+1+cw_-N+5+dz_LS，4

                                                                          

                                                                          

v_2N*9+1＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+cw_N-4+dz_LS，-4

v_2N*9+2＝dZx_N-x_LS，-3dRyx_N+cw_N-3+dz_LS，-3

v_(2N+1)*9＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+cw_N+4+dz_LS，4

其中v_1至9等是通过在单个测量点处九个水平传感器中的每一个取得的测量值的组，总计(2*N+1)*9个测量点。应当注意，这些等式只考虑通过所有水平传感器测量的晶片上的点。因此，放弃对于在晶片上只能测量一个斑点或斑点子集的x的末端位置的测量值。

注意到，图dZx和dRyx的指数从-N到N。cw(吸盘+晶片)的指数从-N-4到N+4，即，对于图是相同的，只是由于九个斑点的水平传感器，在两侧额外的4而已。最后，用于LS点的指数从-4到4(9点)。注意到，x_LS，-4是具有数字-4的LS斑点的x坐标。

为了解答上面的等式组，其可以写为矩阵向量形式：

v＝M p

具有例如：

$\stackrel{\‾}{v}=\left(\begin{array}{c}{v}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ v_{(2N+1)*9}\end{array}\right),\stackrel{\‾}{p}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dZx}}_{-N}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{{\mathrm{dZx}}_N}{\mathrm{dr}{\mathrm{yx}}_{-N}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dRy}{x}_N}{{\mathrm{cw}}_{-N-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{{\mathrm{cw}}_{N+4}}{{\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},4}\end{array}\right)$

和具有相应的矩阵M。

为了与矩阵M的秩相匹配，增加了两个限制。通过与秩相匹配，其意味着改变秩以使其等于或大于未知项的数目。匹配秩可以通过多种方式来完成，例如，通过添加行到矩阵以使平均图的更新变化等于零的限制。另一种强加限制的方式是降低参数的数目。事实上该方法导致了列降低。可选地，可组合矩阵的列和向量要素以确定限制。

图5示出了当对于具有晶片方向0°(即，正常的晶片负载方向)的Y＝0处的测量解答了上面的等式时获得的镜子图。这提供了z-位置误差的测量。如果根据该值进行精确分析，则获得图6中示出的标准偏差。由此可以看出这些值为几个埃的数量级。这意味着接近1nm的3σ值。这非常精确。也可以获得晶片高度图，如图7中所示。该3σ值对于此具有与镜子图相同的级别。

图5的镜子图是对于在0°的晶片方向处进行的测量。为了获得具有可再现性和精确度的测量，计算三个其它晶片方向的镜子图和晶片高度图，其为90°、180°和270°，尽管同样可以使用其它方向。如将理解的，除了在相反方向上测量晶片高度之外，方向180°与0°测量是相同的。为了将其包括在计算中，描述晶片高度分布的矩阵M的列上下翻转，除了表示限制的最后两行。这也可以对270°方向实施，其与90°相对应。对于不同方向获得的镜子图的结果在图8中示出。从此可以看出，对于四个晶片方向发现的每个镜子位置的变化是3-6nm。这意味着从镜子作用中适当地移除/分离晶片的方向以及由此的晶片分布。其也示出了仅需要一个晶片方向来确定绝对镜子图在3-6nm之内。晶片高度图也示出了与从图9中清楚看出的图相同的图，图9示出了对于0°和180°以及90°和270°的方向具有与相同的形状，除了由零位调整误差引起的倾斜，该误差并不包括在计算中。从在Y＝0mm处的分析，清楚的是镜子图极易用几nm获得重复制造。原则上，只需要一个晶片方向来获得精确的镜子图。

基于上面描述的绝对镜子图分析的数学，可以确定晶片台WT或吸盘平整度的测量。镜子图的分析示出，使用LS测量可以分开镜子和晶片分布(以及LS斑点偏移残余)。在这种情况下，在两个方向处的测量值可以表示为：

对于0度：

v₁＝dZx_-N-x_LS，-4dRyx_-N+c_-N-4+w_-N-4+dz_LS，-4

v₂＝dZx_-N-x_LS，-3dRyx_-N+c_-N-3+w_-N-3+dz_LS，-3

v₉＝dZx_-N-x_LS，4dRyx_-N+c_-N+4+w_-N+4+dz_LS，4

                                                                              

v₁₀＝dZx_-N+1-x_LS，-4dRyx_-N+1+c_-N-3+w_-N-3+dz_LS，-4

v₁₁＝dZx_-N+1-x_LS，-3dRyx_-N+1+c_-N-2+w_-N-2+dz_LS，-3

v₁₈＝dZx_-N+1-x_LS，4dRyx_-N+1+c_-N+5+w_-N+5+dz_LS，4

                                                                              

                                                                              

v_2N*9+1＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+c_N-4+w_N-4+dz_LS，-4

v_2N*9+2＝dZx_N-x_LS，-3dRyx_N+c_N-3+w_N-3+dz_LS，-3

v_(2N+1)＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+c_N+4+w_N+4+dz_LS，4

对于180度：

V_p+1＝dZx_-N-x_LS，-4dRyx_-N+c_-N-4+w_N+4+dz_LS，-4

V_p+2＝dZx_-N-x_LS，-3dRyx_-N+c_-N-3+w_N+3+dz_LS，-3

V_p+9＝dZx_-N-x_LS，4dRyx_-N+c_-N+4+w_N-4+dz_LS，4

                                                                                    

V_p+10＝dZx_-N+1-x_LS，-4dRyx_-N+1+c_-N-3+w_N+3+dz_LS，-4

V_p+11＝dZx_-N+1-x_LS，-3dRyx_-N+1+c_-N-2+w_N+2+dz_LS，-3

V_p+18＝dZx_-N+1-x_LS，4dRyx_-N+1+c_-N+5+w_N-5+dz_LS，4

                                                                                

                                                                                

V_p+2N*9+1＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+c_N-4+w_-N+4+dz_LS，-4

V_p+2N*9+2＝dZx_N-x_LS，-3dRyx_N+c_N-3+w_-N+3+dz_LS，-3

V_p+(2N+1)*9＝dZx_N-x_LS，-4dRyx_N+c_N+4+w_-N-4+dz_LS，4

其中P＝(2N+1)*9。对于180度的情况，晶片指数关于0度的情况相反。产生由两组测量构成的矩阵向量等式能使对于x方向上的一条线区分吸盘和晶片分布。

而且，为了解答上面的两组等式，可以将其写为矩阵向量形式：

v＝M p

具有例如：

$\stackrel{\‾}{v}=\left(\begin{array}{c}{v}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{v_{(2N+1)*9}}{v_{(2N+1)*9+1}}\\ v_{2*(2N+1)*9}\end{array}\right),\stackrel{\‾}{p}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dZx}}_{-N}\\ \·\\ \text{\·}\\ \·\\ \frac{\mathrm{dZ}{x}_N}{\mathrm{dR}{\mathrm{yx}}_{-N}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dRy}{x}_N}{c_{-N-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{c_{N+4}}{w_{-N-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{w_{N+4}}{{\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},4}\end{array}\right)$

和还具有相应的矩阵M。

作为可选方案，可以分别解答上面描述的0和180度两组等式。因此，该解答方案可为：

${\stackrel{\‾}{p}}_0=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dZx}}_{-N}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dZ}{x}_N}{\mathrm{dRy}{x}_{-N}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dR}{\mathrm{yx}}_N}{c_{-N-4}+w_{-N-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{c_{N+4}+w_{N+4}}{{\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},4}\end{array}\right),{\stackrel{\‾}{p}}_{180}=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{dZx}}_{-N}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dZ}{x}_N}{\mathrm{dR}{\mathrm{yx}}_{-N}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{\mathrm{dR}{\mathrm{yx}}_N}{c_{-N-4}+w_{N+4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \frac{c_{N+4}+w_{-N-4}}{{\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{dz}}_{\mathrm{LS},4}\end{array}\right)$

两个上面的参数向量相减给出了：

${\stackrel{\‾}{p}}_0-{\stackrel{\‾}{p}}_{180}=\left(\begin{array}{c}\·\\ \·\\ \·\\ \stackrel{\‾}{w_{-N-4}-w_{N+4}}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \underset{\‾}{w_{N+4}-w_{-N-4}}\\ \·\\ \·\\ \·\end{array}\right)$

由此，可以容易地获得晶片平整度w_-N-4，w_N+4，且因此，可以确定吸盘平整度c_-N-4，c_N+4。

在移除晶片分布之前，一定要校正图9中明显的零位调整误差。为了做这个，从向量的晶片高度分布减去线性匹配(linear fit)。减去线性匹配之后的结果在图10中示出，其清楚地示出了0°和180°以及90°和270°在Y＝0mm处提供相同的总体晶片形状。从上面的数据获得的0°和180°以及90°和270°的相对的吸盘差值的结果(覆盖相同的吸盘位置)在图11中示出。当然，除了Y-标记，图11在X＝0附近是对称的。0-180和90-270(在Y＝0mm上)的相对的吸盘图之间的差值是最大为4-5nm的级别。这是精确度的好的说明，通过该精确度可以确定晶片高度分布。如将理解的，这种技术仅仅提供相对的而不是绝对的吸盘图。然而，这给出了有用的吸盘平整度测量。

同时，尽管可以补偿图2的设置中的R_y中的误差，可以利用替选设置避免一开始就发生这些误差。图12示出任何的设置。同前面一样，这具有两个干涉仪IF，每个在晶片台WT的相对侧上。在这种情况下，定位干涉仪IF中的每一个以将测量辐射的两光束定向到提供于台的侧壁上的X-镜子M1上。镜子M1基本垂直于从干涉仪IF发出的辐射。在晶片台WT的另一侧上是定位以便于将辐射定向到Z-镜子上的倾斜镜子M2。在这种设置中，在R_y中的变化可以通过控制由定向到M1上的两个测量光束传播的路径的长度来确定。通过平均这些路径长度，可以发现X位置。通过计算这些之间的差值，可以发现R_y的测量。可以通过使用定向到Z-镜子上的测量光束的路径长度来确定在Z-位置中的变化。在这种情况下，只有Z的测量经受镜子不平整性的影响，且因此前面描述的使用重叠的水平传感器测量的R_y的计算不是必要的。

本发明提供精确和可再现的技术，用于在光刻装置中确定Z-位置误差的测量和/或吸盘不平整性等。这可以通过使用多个重叠的水平测量来完成。其中体现了本发明的该装置和方法通常使用计算机程序或计算机程序产品以执行本发明，尽管将理解可以是硬件装置。在使用中，Z-位置误差和/或吸盘不平整性等可以用于校准装置，由此提高性能。而且，这通常可以通过使用计算机软件的某种形式来执行。

将理解，背离上述实施例仍落在本发明的范围内。例如，可扩展该技术以提供附加的信息，例如通过在一系列不同的y位置处和以四个或更多个晶片负载角度如0、90、180和270进行测量。这样做可允许区分dZ_y、dR_yy和晶片和吸盘的高度。与前面相同，下面的等式可用做计算这些中的每一个的基础：

v_meas(x_WS，y_WS)＝dZx(X)+dZy(Y)-x_LSdRyx(X)-

x_LSdRyy(Y)+c_true(x_WS，y_WS)+w_true(x_waf，y_waf)+dz_LS(x_LS)

另外，这允许跨过基本整个晶片和吸盘表面来确定晶片和吸盘的高度，以便于提供一个二维图。对于这种情况，可以在一组方程式中出现不同的测量值。为了清楚起见省略给出非常大量的测量值和大量的参数。

而且，尽管已经参考其中基板台位置测量系统基于干涉仪并包括Z-镜子的装置描述了本发明，但是其可以应用于其中基板台的移动对测量的Z-位置具有影响的任何其它位置测量系统。作为一个例子，本发明可应用于如共同悬而未决的专利申请US 10/769,992和US 10/899,295中描述的基于编码器的定位系统，这里，通过参考将其内容全部并入文本。

图13示出通过其可使用本发明的编码器基的系统的一个例子。在其中，光栅板安装到晶片台上方的固定位置。传感器安装到晶片台。这里，术语‘编码器’涉及到光栅板和传感器对。每个传感器确定关于一个光栅板其位置的一个或多个要素。实质上，传感器是安装到晶片台的干涉仪和光栅板是前述的镜子的等同物。由于其衍射特性，入射到光栅板上的光发生相位改变。检测的相位改变不止依赖于光路径长度，还依赖于感测/干涉仪光束遇到光栅板的XY-位置。结果，检测的相位依赖于XY和Z。感测辐射的入射角度可以垂直于光栅板，尽管这不是必需的。

与前面相同，安装在晶片上方的是水平传感器阵列。给出将由每个传感器测量的要素的特性选择，就可以通过组合单个传感器的结果，关于固定世界的光栅板的位置和倾斜和关于晶片台的传感器的位置和倾斜来确定晶片台关于固定世界的位置和倾斜。因此，通过引起在水平传感器阵列和晶片台之间相对移动，通常通过沿着X-轴移动晶片台，将与前面描述的相同的测量原理用于确定晶片台位置对于每个x-位置的Z，和如果必要的话Ry，的偏差。应当注意到，实际上，不必要确切地知道关于固定世界的晶片台位置。较少严格要求的是晶片台可定位于三维直交栅格中。然而，为了实现这个，必须知道光栅板的相互的相对位置和倾斜。

在对所描述的设置的另一个改变中，同时在图2、3、12、13中示出的水平传感器阵列是一维的，将理解的是，可以使用两维阵列/设置，尽管这会增加计算的复杂性。而且，同时将具体的参考用于IC制造中的光刻装置，但是应当理解，该光刻装置可具有其它的应用，如集成光学系统的制造，用于磁畴存储器的制导和检测图案，液晶显示器(LCD)，薄膜磁头等。应当理解，在这种可选应用的上下文中，这里术语“晶片”的任何使用都认为与更普通的术语“基板”同义。另外，这里提到的基板可以在曝光之前或之后例如在追踪(通常将抗蚀剂层涂敷到基板并显影该抗蚀剂的设备)或度量衡或检测设备中处理。而且，例如为了产生多层IC，可多于一次地处理基板，以使这里使用的术语基板也涉及到已经含有多个处理层的基板。而且，当这里描述的光刻装置包括反射母版和包括反射元件的投影系统时，也可使用在投影系统中能透射的母版和/或元件。而且，已经描述了该装置与EUV辐射一起使用，但是应当理解的是，也可以使用其它波长的辐射。因此，虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应当理解，也可以与所描述的不同地实施本发明。该描述不意指限制本发明。

Claims (22)

1、一种光刻投影装置，包括：

构成为提供辐射束的照明系统；

构成为保持基板的基板台；

多个水平传感器，用于在多个不同位置处感测承载于基板台上的基板水平；

用于在至少Z-方向上确定基板台位置的系统；

控制器，构成为引起在基板和水平传感器阵列之间相对移动，以使多个水平传感器中的每一个可移动到在基板上的第一点处进行测量的位置，从而提供第一组重叠的测量值，以及使多个水平传感器中的每一个都可移动到基板上的至少一个另外的测量点，从而提供至少一组另外的重叠的测量值；和

计算器，用于使用至少两组重叠的测量值计算位置误差的测量值、基板台不平整度的测量值和水平传感器位置/偏移的测量值中的至少一个。

2、根据权利要求1的装置，其中用于确定Z-位置的系统包括Z-镜子。

3、根据权利要求1的装置，其中用于确定Z-位置的系统包括编码器。

4、根据权利要求1的装置，其中控制器构成为引起与传感器间距相对应的基板与水平传感器阵列之间的相对移动量。

5、根据权利要求1的装置，其中控制器构成为引起在X-方向上的相对移动，和水平传感器是可操作的以在多个X-位置中的每一个处取得测量值。

6、根据权利要求5的装置，其中以两个或更多个不同的基板负载方向取得所述测量值。

7、根据权利要求1的装置，其中控制器构成为引起在X和Y方向上的相对移动，和水平传感器是可操作的以在多个X-位置的每一个处和多个Y-位置的每一个处进行测量。

8、根据权利要求7的装置，其中以两个或更多个不同的基板负载方向进行重叠的测量。

9、根据权利要求1的装置，其中用于确定基板台位置的系统是干涉系统。

10、根据权利要求1的装置，其中辐射源是体积辐射源。

11、根据权利要求1的装置，其中辐射源是等离子体辐射源。

12、根据权利要求1的装置，其中位置误差中的位置是Z-位置、Y-位置、X-位置、相对于X-轴的旋转位置和相对于Y-轴的旋转位置中的任一个或多个。

13、根据权利要求1的装置，包括：构成为支撑图案化器件的支架，该图案化器件构成为将图案赋予到光束的截面中；和构成为将图案化的辐射投影到基板的目标部分上的投影系统。

14、一种用于测量在光刻系统中的镜子平整度和/或吸盘平整度的方法，其中该光刻系统具有构成为提供辐射束的照明系统；构成为保持基板的基板台；多个水平传感器，用于在多个不同位置处感测承载于基板台上的基板水平；和用于至少在Z-方向上确定基板台的位置的系统，该方法包括：引起基板和水平传感器阵列之间的相对移动，以使多个水平传感器中的每一个可以移动到基板上的第一点处进行测量，从而提供第一组重叠的测量值，和在基板上的至少一个另外的测量点处进行测量，从而提供至少一组另外的重叠测量值，和使用至少两组重叠的测量值确定位置误差的测量值、基板台不平整度和水平传感器位置/偏移的测量值中的至少一个。

15、根据权利要求14的方法，其中相对移动的量与传感器间距相对应，从而确保测量重叠。

16、根据权利要求15的方法，其中用于确定Z-位置的系统包括Z-镜子，且每一个水平传感器测量是Z-镜子高度、基板高度和水平传感器点偏移误差的函数。

17、根据权利要求15的方法，其中用于确定Z-位置的系统包括编码器，且每个水平传感器测量是至少部分编码器的高度、基板高度和水平传感器点偏移误差的函数。

18、根据权利要求15的方法，其中计算位置误差、基板台不平整度和水平传感器位置/偏移中的至少一个涉及通过将其转化为矩阵形式解答联立方程。

19、根据权利要求14的方法，其中位置误差中的位置是Z-位置、Y-位置、X-位置、相对于X-轴的旋转位置和相对于Y-轴的旋转位置中的任何一个或多个。

20、根据权利要求14的方法，其中以多个不同的晶片负载方向取得所述重叠的测量值。

21、根据权利要求14的方法，其中在多个不同的Y位置处取得所述重叠的测量值。

22、根据权利要求14的方法，其中光刻系统包括：构成为支撑图案化器件的支架，图案化器件构成为将图案赋予到光束的截面中；和构成为将图案化的辐射投影到基板的目标部分上的投影系统。

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