CN101398633A - 光刻设备和器件制造方法以及测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光刻设备，它包括：辐射系统，用以提供投影辐射线束；投影系统，用以把投影线束投影在衬底的目标部分上；运动物体；位移装置，用以使运动物体在第一方向和不同于第一方向的第二方向上相对于投影系统运动；和测量装置，用以测量运动物体在基本上垂直于第一方向和第二方向的第三方向上的位移。按照本发明的光刻设备的特征在于包括编码器系统。
Description
技术领域
本发明涉及光刻设备，它包括：
-辐射系统，它提供投影辐射线束；
-用于支持图案形成装置的支持结构，图案形成装置用来按照所需图案使投影线束形成图案；
-衬底平台，用以承载衬底；和
-投影系统，用以把形成了图案的线束投影在衬底的目标部分。本发明还涉及测量系统。
背景技术
这里使用的术语“图案形成装置”，应该广义地解释为指可以把按照要在衬底目标部分建立的图案而形成的图案截面赋予入射的辐射线束的装置；在这上下文中也可以使用“光阀”这一术语。一般所述图案与诸如集成电路或其他器件(见下文)等要在器件中目标部分建立的特定功能层对应。这样的图案形成装置的示例包括：
-掩模。掩模的概念在光刻中是众所周知的，而且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移等掩模类型以及各种混合掩模类型。在辐射线束中放置这样一种掩模会按照掩模上的图案引起照射到掩模上的辐射的选择性透射(在透射掩模的情况下)或反射(在反射掩模的情况下)。在掩模的情况下，支持结构一般是掩模平台，它保证可以把掩模支承在入射的辐射线束中的所需位置上，而且若有必要可以使其相对于所述线束移动。
-可编程反射镜阵列。这种装置的一个示例是具有黏弹性控制层和反射面的矩阵可选址表面。这种器件背后的原理是，例如，反射面的选址区域把入射光反射为衍射光，而同时未选址的区域把入射光反射为非衍射光。利用适当的滤光片，所述非衍射光可以从反射线束中滤除，只留下衍射光。这样，所述线束便变得按照矩阵可寻址面的寻址图案形成图案。可编程反射镜阵列的一个替代实施例采用微反射镜矩阵排列，每一个反射镜都可以通过施加局部化的电场或通过采用压电执行装置使之单独绕轴倾斜。反射镜也是矩阵可寻址的，使得被选中的反射镜和未被选中的反射镜以不同的方向反射入射辐射线束。这样，被反射的线束便按照矩阵可寻址反射镜的选址图案形成图案。所需的矩阵寻址，例如，可以利用适当电子装置完成。在上述的两种情况下，图案形成装置都可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。有关这里所指出的反射镜阵列的更多信息可从美国专利5,296,891、美国专利5,523,193、PCT专利申请WO
98/38597和WO 98/33096中收集，这些专利文件均附此作参考。在可编程反射镜阵列的情况下，所述支持结构可以做成框架或平台，例如，根据需要可以固定或可以移动；和
-可编程液晶显示(LCD)面板。这样的器件的一个示例在美国专利5,229,872中给出，所述专利亦附此作参考。如上所述，在这种情况下支持结构可以做成框架或平台，例如，根据需要可以固定或可以移动。
为了简单明了，本文其余部分，在某些部位，专门指掩模和掩模平台的示例；然而，在这种情况下讨论的一般原理应该看做是上面提出的更广义的图案形成装置。
光刻投影设备可以例如用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置可以产生与IC的各层对应的电路图案，而这种图案可以成像在已经覆盖了辐射敏感材料(抗蚀剂)层的衬底(硅晶片)的目标部分(例如，包括一个或多个管芯)上。单个晶片一般包括通过投影系统一次一个地依次辐照的相邻目标部分的整个网络。在采用掩模平台上的掩模形成图案的本设备中，可以在两种不同类型的机器进行区分。一种类型光刻投影设备，每个目标部分都通过目标部分上整个掩模图案的一次曝光进行辐照；这样一种设备一般称作晶片步进器或步进与重复设备。在一种替代的设备(一般称作步进与扫描设备)中，通过以下方法扫描每一个目标部分：在给定基准方向(“扫描”方向)上在投影线束下扫描掩模图案，同时相对于所述方向平行地或逆平行地同步扫描衬底平台。因为投影系统一般都具有放大倍数M(一般<1)，所以衬底平台扫描的速度V是因数M乘以掩模平台的扫描速度。有关这里所描述的光刻设备的更多信息，例如，可从美国专利6,046,792收集，所述专利附此作参考。
在利用光刻投影设备制造器件的工艺中，图案(例如，在掩模中)成像在至少部分地覆盖辐射敏感材料(抗蚀剂)层的衬底上。在所述成像步骤之前，所述衬底可以经过诸如涂底层(priming)、涂抗蚀剂和软烘焙等不同的处理。曝光之后，衬底可以经受诸如曝光后烘焙(PEB)、显影、硬烘焙和成像特征的测量/检查等其他过程。这一系列过程用作器件例如IC各层图案形成的基础。然后可以使这样的图案形成层经受诸如刻蚀、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等不同的过程，所有这些均旨在完成各层。若要做几层，则必须对每一个新层重复整个过程或其变型。最后，一个器件的阵列出现在衬底(晶片)上。然后，这些器件通过切片或锯割等技术彼此分开，此后可以把各个器件安装在载体上、连接到引脚上等。有关这些过程的进一步的信息可从例如Peter van Zant所著“MicrochipFabrication：A Pratical Guide to Semiconductor Processing(微芯片制造：半导体加工实践入门)”，第三版，McGraw Hil PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4一书收集。所述书附此作参考。为了简明起见，在下文中，投影系统可以称作“透镜”；但是，这一术语应该广义地解释为包括不同类型的投影系统，包括衍射光学装置、反射光学装置、兼有反射光和衍射光的系统，例如，这些类型投影系统中的任何一种都可以适用于传统的成像或适用于在有浸入液体存在的情况下的成像。辐射系统也可以包括按照辐射线束定向、整形或控制其投影等用的这些设计类型中任何一种工作的组件，而这些组件在下文中也可以集体地或单个地称作“透镜”。另外，光刻设备可以是具有两个或多个衬底平台(和/或两个或多个掩模平台)的类型。在这样的“多平台”机械中，附加的平台可以平行使用，或者可以在一个或多个平台上进行准备步骤，而同时，一个或多个其他平台用于曝光。双平台光刻设备在例如美国专利5,969,441和WO 98/40791作了描述，两者均附此作参考。
光刻设备的操作序列包括投影系统处于活动状态的投影阶段。在操作序列的投影阶段过程中出现投影周期。
在投影阶段过程中，投影线束要在衬底表面上移动。图案形成装置也必须对投影线束作相对运动。这是通过投影系统固定，而衬底和图案形成装置相对于投影系统作相对运动达到的。
衬底承载在诸如晶片平台等衬底平台上。衬底平台可以在衬底平台的x-y平面上平行于衬底平面运动，衬底在投影阶段过程中基本上垂直于投影线束的方向。衬底平面称作衬底的x-y平面。衬底平台的x方向和衬底平台的y方向两个都定义在衬底平台的x-y平面上。它们彼此垂直，并代表衬底平台运动的主平移方向。垂直于衬底平台x-y平面的方向称作衬底平台的z方向。
图案形成装置承载在标度线平台上。标度线平台可以在与图案形成装置平面平行的标度线平台的x-y平面上移动，在投影阶段过程中，图案形成装置基本上垂直于投影线束的方向。图案形成装置的平面称作标度线平台的x-y平面。标度线平台的x方向和标度线平台的y方向两者都定义在标度线平台的x-y平面上。它们彼此垂直，并代表标度线平台运动的主平移方向。垂直于标度线平台的x-y平面的方向称作标度线平台的z方向。
一般，衬底平台的x-y平面和标度线平台的x-y平面是平行的，所以衬底平台z方向基本上等于标度线平台的z方向。标度线平台的y方向一般定义为标度线平台的长冲程运动方向。衬底平台的y方向一般平行于标度线平台y方向，而衬底平台的x方向将平行于标度线平台的x方向。
光刻过程要求投影在衬底上的图案非常准确。为了做到这一点，必须非常准确地知道衬底平台和标度线平台的位移。这不仅与衬底平台和标度线平台在其各自的x-y平面内的位移有关，而且与其各自的z方向的位移有关。在已知的光刻设备上，在投影阶段过程中测量衬底平台和标度线平台在所有6个自由度上的位移。从位移测量获得的测量信号一般分别用来控制衬底平台和标度线平台的位置和运动。
在投影阶段过程中，衬底平台在其x-y平面内的位移一般远大于其在z方向上的位移。标度线平台在其相应的y方向的位移远大于其x和z方向上的位移。
在已知的光刻设备上，往往采用干涉仪来测量衬底平台和/或标度线平台的位移，例如，用来测量衬底平台在z方向上的位移。但是，由于当前的发展，衬底平台和投影的布局变化这样大，以致可以设想，过些时候目前的干涉仪在衬底平台z方向上的位移测量上将无法再用。
目前，已经有人提出，用编码器系统来代替测量衬底平台和标度线平台x和y位置测量用的某些干涉仪。但是，这样的编码器系统要求在传感头和其位移待测的移动物体(诸如衬底平台或标度线平台)之间要有或多或少恒定的距离，允许1mm数量级的变化。由于衬底平台在其x和y方向上的运动明显地大于1mm，而标度线平台至少在其y方向上的运动明显地大于1mm，已知的编码器系统不适应衬底平台和/或标度线平台z位移的测量目的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种测量系统，用以测量运动物体在第三方向上的位移，所述运动物体适合于在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动，其第三方向基本上垂直于第一方向和第二方向，所述测量系统适用于将来的光刻设备。测量系统最好适合于衬底平台在衬底平台z方向上的位移测量和标度线平台在标度线平台z方向上的位移测量。
安装在光刻设备运动部件上的测量系统部件的重量最好小于已知测量系统安装在光刻设备运动部件上的部件重量。
在本发明的第一方面，按照本发明所述目的和其他目的用如下所述的光刻设备达到。
按照本发明的第一方面，提供一种带有测量装置的光刻设备，所述测量装置用以测量运动物体在第三方向上的位移，所述运动物体适合于在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动，所述第三方向基本上垂直于第一方向和第二方向，诸如衬底平台和/或标度线平台各自的z方向位移，所述测量装置包括编码器系统。
利用编码器系统测量诸如衬底平台在其z方向上的位移，优点在于它适用于将来的光刻设备。可以设想，将来的光刻系统具有相对较小的衬底平台和相对较大的投影系统。另外，编码器系统在运动物体附近占用空间小，它给运动物体增加的重量小于测量运动物体在其z方向上位移的已知测量系统。它适用于标度线平台和衬底平台。
编码器系统最好采用接近于已知编码器系统的原理。已经发现，已知编码器系统的原理可以适合于在第一和第二方向上运动物体具有大的位移，第一和第二方向垂直于第三方向和至少彼此垂直，使得它适合于测量衬底平台或标度线平台在其各自z方向上的位移，而同时衬底平台或标度线平台分别在其各自的x-y平面上各自作较大的运动，诸如在投影阶段或步进阶段过程中。为清楚起见，将把第一方向表示为x方向，把第二方向表示为y方向，而把第三方向表示为z方向。
在推荐的编码器系统的描述中，经常使用“左”和“右”的术语。它们不应看作是定义它们所指的元件的相对位置或空间方向；术语“左”和“右”只用来在不同元件和特征之间进行区分。这同样适用于“一次线束”和“负一次线束”。所述术语只用来使得能够区分通过光栅的线束造成的两个线束。
推荐的编码器系统包括线束源，它产生第一线束。第一线束是诸如激光束等辐射线的偏振线束。测量装置处于活动状态时，第一线束射向运动物体，更具体地说，射向固定在运动物体上的第一反射光栅。或者，第一线束可以从运动物体射向固定地安装在运动物体以外的第一光栅。第一线束最好射向运动物体的x-y平面，或者平行所述平面的平面。在运动物体的x方向或运动物体的y方向上引导第一线束则更好。
第一光栅包括在垂直于第一线束方向的平面内划出的平行线。光栅的平行线在运动物体的z方向上彼此等距离地隔开。例如，当第一线束运行在运动物体x方向时，这些平行线在运动物体的y-z平面内平行于运动物体的y方向运动。随后各线之间的距离(该距离称作光栅周期)为大约10μm。
这样选择所述平行线的长度，使得不论运动物体处于哪一个位置，第一线束在整个投影过程中都能触及这些平行线。平行线最好在运动物体的整个宽度上伸展，最好在x或y方向上。第一光栅把第一线束分成至少一个作为第一线束的一次线束的第二线束，和一个作为第一线束的负一次线束的第三线束。
当运动物体在其z方向上的运动造成光栅上的第一线束在运动物体的z方向的运动时，在第二线束中出现相对于第一线束的第一相移，并且在第三线束中出现相对于第一线束的第二相移。第一和第二相移大小相等，而符号相反。
第二线束射向右第二光栅，它把第二线束分成至少一个作为第二线束的一次线束的第四线束和一个作为第二线束的负一次线束的第五线束。右第二光栅的平行线的走向与第一光栅的线平行。
第三线束射向左第二光栅，它把第三线束至少分成一个作为第三线束的负一次线束的第六线束和一个作为第三线束的一次线束的第七线束。左第二光栅的线的走向平行于第一光栅的线。
右第二光栅和左第二光栅都是透射光栅。
第二光栅布置在线束源的相对的两侧。这样就可以使编码器系统对运动物体和线束源之间在第一线束方向上的距离变化不那么敏感。
第一线束和第二线束之间的角度与第一线束和第三线束之间的角度大小相等，但符号相反。所述角度的大小决定于光栅线之间的距离，所以不受运动物体相对于线束源的位移的影响。当运动物体离开线束源运动时，第二线束接触右第二光栅的位置进一步向离开线束源的方向运动(就是说，从第二线束的方向看向右)。第三线束接触左第二光栅的位置也向进一步离开线束源的方向运动(就是说，从第三线束的方向看向左)。由于第一线束和第二线束之间的角度与第一线束和第三线束之间的角度大小相等，所以第二线束接触右第二光栅的位置的位移与第三线束接触左第二光栅的位置的位移大小相等，但方向相反。把这些位移彼此相加的结果为零，所以不会有净效果出现。这样，测得的数据对于运动物体和线束源之间的距离相对不敏感。
这样选择第一光栅的光栅周期，使得第一线束和第二线束之间的角度与第一线束和第三线束之间的角度比所述类型的已知的编码器的相对较小。这些角度最好在3°和6°之间。这样，在运动物体和线束源之间的距离改变时，第二光栅上被辐照的位置(就是说，所述线束接触所述光栅的位置)的位移相对较小。这样，在这些平行线方向上测量的第二光栅的长度可以保持相对较小。
然后第四线束与右屋脊型棱镜相遇，后者使第四线束射向与第二线束相反的方向，并且偏离第二线束一段偏移距离。同样地，第六线束与左屋脊型棱镜相遇，后者使第六线束射向与第三线束相反的方向，并且偏离第三线束一段偏移距离。左和右屋脊型棱镜可以各自用一组可能彼此成90°的反射面代替，因而事实上通过利用多个元件建立屋脊型棱镜的功能。
第四线束从右屋脊型棱镜射向作为各向异性光学元件的右λ/4板。右λ/4板把第四线束的线性偏振转为圆形偏振。同样地，第六线束射向也作为各向异性光学元件的左λ/4板。左λ/4板把第六线束的线性偏振转为圆形偏振。
然后第四线束到达右第三光栅，后者把第四线束分成至少一个作为第四线束的负一次线束的第八线束和一个作为第四线束的一次线束的第九线束。同样地，第六线束到达左第三光栅，后者把第六线束分成至少一个作为第六线束的负一次线束的第十线束和一个作为第六线束的一次线束的第十一线束。
以这样的方式把第三光栅设置在线束源的相对的两侧，即，把它们设置成与第二光栅对齐。第三光栅中的每一个都是透射光栅。
然后，第八线束被第四光栅接收，后者把第八线束至少分成一个作为第八线束的一次线束的第十二线束和一个作为第八线束的负一次线束的第十三线束。第四光栅还接收第十线束，并把第十线束至少分成一个作为第十线束的负一次线束的第十四线束和一个作为第十线束的一次线束的第十五线束。
以这样的方式把作为反射光栅的第四光栅设置成与第一光栅对准并且最好与第一光栅结合在一起，即，使得第四光栅和第三光栅之间的距离与第一和第二光栅之间的距离大致相等，使得第八线束和第十线束基本上在同一位置上射在第四光栅上，使得第十二线束和第十四线束之间出现干涉。
测量装置还包括传感器装置，用以检测干涉的第十二线束和第十四线束辐射强度的变化，并把这样的变化与在第一和第二光栅发生基本上垂直于第一线束和光栅线的位移时出现的相移联系起来。
上述的测量装置可以用在光刻设备中，用以测量标度线平台在标度线平台z方向上的位移，并用以测量衬底平台在衬底平台z方向上的位移，例如，在投影过程中和/或在步进过程中。利用这个系统时，可以准确测量z方向上的位移，尽管在y方向上和在x-y平面内的位移大得多。
第一光栅和第二光栅最好结合成安装在运动物体上的单一标尺。所述标尺最好粘在运动物体上。另一个有利的选项是把标尺印刷在运动物体上。
右第二光栅和右第三光栅最好结合成单一的右标尺，而左第二光栅和左第三光栅最好结合成单一的左标尺。
编码器系统最好包括编码头，其中至少容纳线束源、右和左第二光栅、右和左屋脊型棱镜、右和左λ/4板以及右和左第三光栅。应该指出，按照本发明的一个方面，右和左λ/4板可以结合为一个λ/2板。
按照本发明的第一的另一个方面，提供一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：
-提供衬底，后者至少部分地覆盖有辐射敏感材料层；
-利用辐射系统提供投影辐射线束；
-利用图案形成装置，使投影线束的截面具有图案；
-把形成了图案的线束投影在辐射敏感材料层的目标部分上；
-提供运动物体；
-利用位移装置，使运动物体基本上在第一方向和不同于第一方向的第二方向上相对于投影系统运动；
-利用测量装置，测量运动物体在基本上垂直于第一方向和第二方向的第三方向上的位移，
其特征在于：利用包括编码器系统的测量装置。
在本发明的第二方面，根据本发明本，发明的目的和其他目的利用以下的光刻设备来实现。
作为上述编码器系统的替代方案，按照本发明的第二方面，测量装置包括线束源，它适合于向第一反射面发出偏振的线束。
第一反射面适合于接收从线束源以基本上45°角发出的偏振辐射线束，并向第二反射面反射所述偏振辐射线束。第二反射面适合于接收以基本上45°角从第一反射面反射的偏振辐射线束，并将其反射到接收传感器。接收传感器设置在离开反射面一段距离的位置上。接收传感器在运动物体的z方向上检测被第二反射面反射的偏振辐射线束相对于接收传感器的任何位移。
反射面可以设置在运动物体上。在这种情况下，线束源和接收传感器设置在相对于投影系统基本上是固定的框架上，例如，离开运动物体一段距离。但是，也可以把线束源和接收传感器设置在运动物体上。在这种情况下，例如，反射面设置在相对于投影系统基本上是固定的框架上，离开运动物体一段距离。
线束对每一个反射面的入射角基本上是45°，使这些反射面处于基本上90°的相对角度上。因此，伸展在线束源和第一反射面之间的第一线束部分和伸展在第二反射面和接收传感器之间的第二线束部分基本上平行。这些线束部分之间的距离由运动物体在运动物体z方向上相对于线束源的位置决定的。接收传感器适合于测量第一和第二线束部分之间距离的变化，并把这些变化与运动物体在运动物体z方向上位移相关起来。
接收传感器最好装有由第二线束部分触及的光栅。运动物体在运动物体z方向上的位移会使第二线束部分接触所述光栅的位置移动，这又使这样产生的一次线束(和/或负一次线束)相对于第二线束部分发生相移。从所述相移可以确定第二线束部分相对于第一线束部分的位移和运动物体在运动物体z方向上的位移。
这样选择第一和第二反射面的长度，使得无论运动物体处于什么位置，所述线束都能到达反射面。第一和第二反射面最好伸展在运动物体在其x或y方向上的整个宽度上。
由于并非整个线束长度都用来确定运动物体z方向上的位移，象在利用干涉仪时的情况一样，所以使线束的总长度改变的运动物体在其x-y平面内相对于接收传感器的运动并不影响测量装置获得的测量结果。
这样，利用无论运动物体在运动物体x-y平面内处于什么位置，线束都能达到的反射面以及利用不使用线束总长度来测量运动物体在其z方向上的位移的测量原理，尽管运动物体在其x-y平面内运动，仍能测量运动物体的位移。
上述测量装置可以用在光刻设备中，用来测量标度线平台在标度线平台z方向上的位移，并测量衬底平台在衬底平台z方向上的位移，例如，在投影过程中和/或在步进过程中。利用所述系统时，可以准确测量z方向上的位移，尽管y方向或x-y平面内的位移大得多。
辐射线束最好是激光束。
线束源和接收传感器最好装在传感头内。
按照本发明的第二个另一方面，提供一种器件制造方法，所述包括以下步骤：
-提供衬底，它至少部分地覆盖有辐射敏感材料层；
-利用辐射系统提供投影辐射线束；
-利用图案形成装置，使投影线束的截面具有图案；和
-把形成了图案的线束投影在辐射敏感材料层的目标部分上；
-提供运动物体；
-利用位移装置，使运动物体相对于投影系统基本上在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动；
-利用测量装置，测量运动物体在基本上垂直于第一方向和第二方向的第三方向上的位移，
其特征在于，利用测量装置，后者包括线束源，所述线束源适合于向第一反射面发射偏振辐射线束，所述反射面适合于以基本上45°的角度从线束源接收偏振辐射线束，并向第二反射面反射所述偏振辐射线束，所述第二反射面适合于以基本上45°的角度从第一反射面接收偏振辐射线束，并将其反射到接收传感器，所述接收传感器检测在第三方向上被第二反射面反射的辐射线束相对于接收传感器的任何位移。
在本发明的第三方面，按照本发明，本发明的目的和其他目的在以下所述的光刻设备中达到。
当运动物体处于在运动物体的z方向的标称位置时，辐射线束第一部分的中心接触反射面。这样选择辐射线束的直径，使得在运动物体处于离标称位置预期的变化范围内时，仍有一部分线束接触反射面。
在反射面附近运动物体z方向上的两侧设置辐射吸收面。这些辐射吸收面这样吸收来自所述线束的辐射，使得只有接触反射面的一部分线束被反射到接收传感器。
可以在运动物体上设置反射面和相邻的吸收面。在这种情况下，线束源和接收传感器设置在距离运动物体一段距离的地方。但可以设想，把线束源和接收传感器设置在运动物体上。在这种情况下，反射面和相邻的吸收面设置在离开运动物体一段距离的位置上。
分束器使一部分线束射向反射面。利用分束器，线束源便可以不处于线束返回接收传感器的路径上。但可以设想，可能有其他方法使线束的反射部分达到接收传感器。
接收传感器最好装有所述线束反射部分接触到的光栅。运动物体在运动物体的z方向上的位移会使被反射的线束部分接触光栅的位置移动，这会引起这样形成的一次线束(和/或负一次线束)相对于线束反射面的相移。从所述相移，可以测定线束反射段相对于光栅的位移，从而测定运动物体在运动物体z方向上的位移。
上述测量装置可以用在光刻设备上，用以测量标度线平台在标度线平台z方向上的位移，并用以测量衬底平台在衬底平台z方向上的位移，例如，在投影过程中和/或在步进过程中。利用所述系统时，可以准确测定z方向上的位移，尽管y方向和x-y平面内的位移大得多。
辐射线束最好是激光束。
线束源和接收传感器最好装在传感头内。
按照本发明的另一个第三方面，提供一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：
-提供衬底，它至少部分地覆盖有辐射敏感材料层；
-利用辐射系统，提供投影辐射线束；
-利用图案形成装置，使投影线束的截面具有图案；和
-把形成了图案的辐射线束投影在辐射敏感材料层的目标部分上；
-提供运动物体；
-利用位移装置，使运动物体相对于投影系统基本上在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动；
-利用测量装置，测量运动物体在基本上垂直于第一方向和第二方向的第三方向上的位移，
其特征在于，利用测量装置，后者包括线束源，所述线束源适合于向分束器发射偏振辐射线束，所述分束器适合于把偏振辐射线束的第一部分从线束源反射到反射面，所述反射面处在与用以吸收落于其上的偏振线束第一部分的任何辐射的辐射吸收面相邻的第三方向上。所述反射面适合于接收偏振辐射线束第一部分的一部分，并将偏振辐射线束第一部分的一部分反射到接收传感器，所述接收传感器检测第三方向上被反射面反射的偏振辐射线束相对于接收传感器的任何位移。
尽管在本文中具体地把按照本发明的设备引用于IC制造，但应清楚地理解，这样的设备可以有许多其他可能的用途。例如，可以用在集成光学系统的制造上、磁畴存储器的引导(guidance)和检测图案、LCD面板、薄膜磁头等。本专业技术人员会认识到，在这样的替代用途的情况下，本文中任何“标度线”、“晶片”或“管芯”的使用都应该分别用更为一般的术语“掩模”、“衬底”或“目标部分”代替。
在本文件中，术语“辐射线”和“辐射线束”用来包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，波长365，248，193，157或126nm)和超紫外(EUV)辐射(例如，波长在5-20nm范围内)，以及特定的线束，诸如离子束或电子束。
附图说明
现将只以举例方式参照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件，附图中：
图1描述按照本发明实施例的光刻设备；
图2A，B表示按照本发明第一方面的测量装置的推荐的实施例，用以测量衬底平台或标度线平台在其z方向上的位移；
图3表示按照本发明第一方面的测量装置的线束路径；
图4表示第一线束和第二线束之间以及第一线束和第三线束之间的小角度的作用；
图5表示按照本发明第二方面的测量装置的实施例；以及
图6表示按照本发明第三方面的测量装置的实施例。
具体实施方式
实施例1
图1示意地描述按照本发明特定实施例的光刻设备。所述设备包括：
辐射系统Ex，IL，用以提供投影辐射线束PB(例如，激光辐射)。在这个具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；
配备有掩模支持器的第一载物平台(掩模平台)MT，用以支持掩模MA(例如，标度线)，并连接到用以使掩模相对于项目PL精确定位的第一定位装置PM；
配备有衬底支持器的第二载物平台(衬底平台)WT，用以支持衬底W(例如，涂敷抗蚀剂的硅晶片)，并连接到用以使衬底相对于项目PL精确定位的第二定位装置PW；以及
投影系统(“透镜”)PL，用以使被辐照的掩模MA成像在衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)。正如这里描述的，所述设备属于反射型(亦即，具有反射掩模)。但是，一般它还属于透射型，例如，采用透射掩模。或者，所述设备可以采用其他类型的图案形成装置，诸如，例如，上述类型的可编程反射镜阵列。
源LA(例如，激光源)产生辐射线束。所述线束或者直接地或者在诸如线束扩展器Ex的横向调制装置之后被馈送到照明系统(照明器)IL。照明器IL可以包括调整装置AM，用以调整线束中的角度强度分布。一般说来，至少可以调整辐射系统的瞳孔平面内的强度分布的外径和/或内径范围(一般分别称作σ外和σ内)。另外，照明器IL一般包括诸如积分器IN和聚光器(condenser)CO等各种其他组件。这样，射在掩模MA上的线束PB在其截面上具有所需的信息和强度分布。应该指出，在图1方面，源LA可以在光刻投影设备的外壳内(例如，当源LA是汞灯时往往就是如此)，但它也可以远离光刻投影设备。它产生的辐射线束被引入所述设备(例如，借助于适当的定向镜)。当源LA是准分子激光器时，这后一种情况往往便是如此。本发明和权利要求书包括了这两种情况。
随后使线束PB射在支持于掩模平台MT的掩模MA上。被掩模MA反射，线束PB通过透镜PL，透镜把线束PB聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW(和干涉仪测量装置IF)，衬底平台WT可以准确移动，例如，使不同的目标部分C定位在线束PB的路径上。类似地，例如，在以机械方式从掩模库取出掩模MA之后，或在扫描过程中，第一定位装置PM可以用来把掩模MA相对于线束PB路径准确定位。一般说来，载物平台MT的移动是借助于长冲程模块(粗定位)和图1中没有示出的短冲程模块(精细定位)实现的。但是，在晶片步进器(与步进和扫描设备相反)的情况下，掩模平台MT可以连接到短冲程执行器或者可以固定。掩模MA和衬底W可以利用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2。
所描述的设备可以以两种不同方式使用：
1.步进方式，掩模平台MT基本上保持固定，整个掩模图像一次投影(亦即，只一次“闪光”)在目标部分C。然后在x和/或y方向上移动衬底平台WT，使线束PB可以辐照不同的目标部分C；以及
2.扫描方式，采取基本上相同的步骤，只是给定的目标部分C不是在单次“闪光”中曝光。相反，在给定方向上(所谓“扫描方向”，例如，y方向)上以速度v移动掩模平台MT，使投影线束PB在整个掩模图像上扫描；同时，衬底平台WT在相同或相反的方向上以速度V＝Mv移动，其中M是透镜PL的放大倍数(一般，M＝1/4或1/5)。这样，便可以使相对较大的目标部分C曝光，而不必在分辨率上进行折衷。
图2A，B表示按照本发明的第一方面测量装置推荐的实施例，用以测量衬底平台或标度线平台10在方向11上的位移。
在框架15上装着编码头16。在编码头16内装着线束源17、右第二光栅18、左第二光栅19、右屋脊型棱镜20、左屋脊型棱镜21、右λ/4板22、左λ/4板23、右第三光栅24和左第三光栅25。第二光栅和第四光栅结合成单一的反射光栅26。
图3表示按照本发明的第一方面测量装置的线束路径。
按照本发明第一方面的测量装置工作方式如下：
线束源17产生第一线束101，所述第一线束101是诸如激光光束等偏振辐射线束。第一线束101与衬底平台或标度线平台的y方向平行地射向衬底平台或标度线平台10。
然后第一线束101到达固定在衬底平台或标度线平台10上的反射光栅26。反射光栅26把第一线束分成至少一个作为第一线束101的一次线束的第二线束102和作为第一线束101的负一次线束的第三线束103。反射光栅26最好是具有平行于衬底平台或标度线平台x方向的平行线的标尺。标尺最好粘在衬底平台或标度线平台上。
右第二光栅18接收第二线束102，并将第二线束分成至少一个作为第二线束102的一次线束的第四线束104和一个作为第二线束102的负一次线束的第五线束105。
左第二光栅19接收第三线束103，并将第三线束分成至少一个作为第三线束103的负一次线束的第六线束106和一个作为第三线束103的一次线束的第七线束107。正如图2A所示，第二光栅18、19设置在线束源17的相对的两侧。两者都是透射光栅。
然后第四线束104射向右屋脊型棱镜20，右屋脊型棱镜20使第四线束104射向与第二线束102方向相反的方向，并偏离第二线束102一段偏移距离。
然后第六线束106射向左屋脊型棱镜21，左屋脊型棱镜21使第六线束106射向与第三线束103方向相反的方向，并偏离第三线束103一段偏移距离。
然后第四线束104通过作为各向异性光学元件的右λ/4板22，它把第四线束104的线性偏振转换为园偏振。
然后第六线束106通过作为各向异性光学元件的左λ/4板23，它把第六线束106的线性偏振转换为园偏振。
右第三光栅24接收第四线束104，并将其分成至少一个作为第四线束104的一次线束的第八线束108和一个作为第四线束104的负一次线束的第九线束109。
左第三光栅25接收第六线束106，并将其分成至少一个作为第六线束106的负一次线束的第十线束110和一个作为第六线束106的一次线束的第十一线束111。第三光栅24、25设置在线束源17的相对的两侧。第三光栅24、25中的每一个都是透射光栅，而且它们设置成与第二光栅18、19对准。右第二光栅18最好与右第三光栅24结合成单一的标尺。左第二光栅19最好也与左第三光栅25结合成单一的标尺。这样就可以避免右光栅18、24的对准问题，左光栅19、25之间的对准问题也是如此。
然后反射光栅26接收第八线束108，并将其分成至少一个作为第八线束的一次线束的第十二线束112和一个作为第八线束的负一次线束的第十三线束113。反射光栅还接收第十线束110，并将其分成至少一个作为第十线束110的负一次线束的第十四线束114和一个作为第十线束110的一次线束的第十五线束115。
这样设置第二和第三光栅18、19、24、25，使得反射光栅26和第三光栅之间的距离基本上等于反射光栅26和第二光栅之间的距离，使得第八线束108和第十线束110在基本上相同的位置射在反射光栅26上，使得第十二线束112与第十四线束114出现干涉现象。
然后，传感器装置27检测干涉的第十二线束112和第十四线束114的辐射强度变化，并将所述变化与第二线束102和第三线束103相对于第一线束101出现的相移联系起来，因为由于衬底平台或标度线平台10的位移，第一线束101相对于反射光栅26发生移动。
图4表示第一线束101和第二线束102之间以及第一线束101和第三线束103之间的小角度α(最好在3°和6°之间)的作用。通过把角度α选得比较小，当衬底平台或标度线平台10在y方向运动时，各线束触及各自光栅的位置30仅仅有很小的移动。
图5表示按照本发明的第二方面测量装置的一个实施例。传感头216包括线束源217和接收传感器227。传感头装在固定框架206上。线束源217和接收传感器227相对于框架206保持固定位置。在衬底平台或标度线平台210上，装有第一反射面235和第二反射面236。这些面235、236各自成90°角。
工作时，线束源在衬底平台或标度线平台的y方向上向第一反射面发送激光光束240。第一反射面固定在衬底平台或标度线平台210上，并在x方向上沿着衬底平台或标度线平台210的整个宽度伸展。它从线束源以基本上45°的角度接收激光光束，并把激光光束反射到第二反射面。第二反射面也固定在衬底平台上，而且也在x方向上沿着衬底平台或标度线平台210整个宽度伸展。它以基本上45°的角度从第一反射面接收激光光束，并将其反射到接收传感器。接收传感器(在衬底平台或标度线平台的z方向上)检测第二反射面所反射的激光光束相对于接收传感器的任何位移。
正如可以从图5看到的，伸展在线束源和第一反射面之间的第一线束部分241和伸展在第二反射面和接收传感器之间的第二线束部分242基本上是平行的。这些线束部分241、242之间的距离可以用衬底平台的衬底平台z方向上相对于线束源(参见图5)的位置确定。接收传感器适合于测量第一和第二线束部分241、242之间距离的变化，并把这些变化与衬底平台在衬底平台z方向上的位移相关联。
接收传感器最好装有由第二线束部分触及的光栅228。衬底平台在衬底平台z方向上的位移会使第二线束部分242触及光栅的位置发生变化，而这又会在产生的一次线束(和/或负一次线束)上引起相对于第二线束部分的相移。从所述相移可以确定第二线束部分相对于第一线束部分的位移，从而确定衬底平台在衬底平台z方向上的位移。
正如可以从图5中看到的，衬底平台或标度线平台在其y方向上相对于接收传感器的运动不受第一线束部分241和线束部分242之间距离的影响，所以它们不影响所述测量装置所获得的测量结果。
图6表示按照本发明的第三方面测量装置的一个推荐的实施例。传感头316包括线束源317、分束器360和接收传感器327。传感头316固定在框架306上。线束源317、分束器360和接收传感器327维持相对于框架306的固定位置。在衬底平台或标度线平台310上，有反射面362和两个辐射吸收面363、364。
工作时，线束源317向分束器360发送偏振辐射线束，在这种情况下是激光光束。分束器360使来自线束源的激光光束的第一部分350射向与衬底平台或标度线平台310的y方向平行的反射面362。反射面362设置在衬底平台或标度线平台310的x方向上，并在衬底平台或标度线平台310的整个宽度上伸展。辐射吸收面363、364设置在衬底平台或标度线平台z方向上的反射面362附近。反射面362接收激光光束第一部分350的一部分，并把它所接收的激光光束第一部分350的一部分反射到接收传感器327。接收传感器327(在衬底平台或标度线平台的z方向上)检测激光光束反射部分351相对于接收传感器的任何位移。
当衬底平台或标度线平台310处于衬底平台或标度线平台z方向上的标称位置时，激光光束第一部分350的中心触及衬底平台或标度线平台310上的反射面362。但是，这样选择激光光束的直径，使得当衬底平台或标度线平台310处于衬底平台或标度线平台z方向上的标称位置预期的变化范围内时，线束的一部分仍旧触及反射面362。
辐射吸收面363、364设置在衬底平台或标度线平台310的z方向上两侧的反射面362附近。这些辐射吸收面363、364吸收来自激光光束任何落在它们身上的辐射，使得仅仅线束中触及反射面362的一部分才被反射到接收传感器327。
当衬底平台或标度线平台310在其z方向上运动时，反射面362也沿着z方向运动。这引起激光光束的反射部分351在衬底平台或标度线平台z方向上的位置的变化。激光光束的反射部分351的位移由接收传感器327检测。这样，即可测定衬底平台或标度线平台310在其z方向上的位移。
接收传感器327最好装有由激光光束部分351触及的光栅328。衬底平台或标度线平台310在衬底平台或标度线平台z方向上的位移会使激光光束的反射部分351触及光栅328的位置移动，这使这样形成的一次线束(和/或负一次线束)相对于激光光束的反射部分351发生相移。从这种相移可以确定激光光束的反射部分351相对于光栅328的位移，从而确定衬底平台或标度线平台310在衬底平台或标度线平台z方向上的位移。
尽管上面已经描述了本发明具体的实施例，但应明白，本发明可以用上述以外的其他方法实践。这些描述并非旨在限制本发明。
Claims (5)
1.一种光刻设备，它包括：
辐射系统，用以提供投影辐射线束；
投影系统，用以把所述投影线束投影在衬底的目标部分上；
运动物体；
位移装置，用以使所述运动物体基本上在第一方向和不同于第一方向的第二方向上相对于所述投影系统运动；
测量装置，用以测量所述运动物体在基本上垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上的位移，
其特征在于，所述测量装置包括线束源，所述线束源适合于向分束器发送偏振辐射线束，所述分束器适合于从所述线束源把所述偏振辐射线束射向反射面，所述反射面在所述第三方向上与辐射吸收面相邻，所述辐射吸收面用于吸收任何落于其上的偏振线束第一部分的任何辐射，所述反射面适合于接收所述偏振辐射线束的所述第一部分的一部分，并将所述偏振辐射线束的所述第一部分的所述部分反射到接收传感器，所述接收传感器在所述第三方向上检测被所述反射面反射的偏振辐射线束相对于所述接收传感器的任何位移。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于：所述运动物体是衬底平台。
3.如权利要求1所述的光刻设备，其特征在于：所述运动物体是标度线平台。
4.一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底至少部分地覆盖有辐射敏感材料层；
利用辐射系统提供投影辐射线束；
利用图案形成装置使所述投影线束的截面具有图案；
把所述具有图案的辐射线束投影在所述辐射敏感材料层的目标部分上；
提供运动物体；
利用位移装置使所述运动物体相对于所述投影系统基本上在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动；
利用测量装置测量所述运动物体在基本上垂直于所述第一方向和所述第二方向的所述第三方向上的位移，
其特征在于，利用测量装置，所述测量装置包括线束源，所述线束源适合于向分束器发射偏振辐射线束，所述分束器适合于使所述偏振辐射线束的第一部分从所述线束源射向反射面，所述反射面在所述第三方向上与吸收落于其上的偏振线束的第一部分的任何辐射的辐射吸收面相邻，所述反射面适合于接收所述偏振辐射线束的所述第一部分的一部分，并将所述偏振辐射线束的所述第一部分的所述部分反射到接收传感器，所述接收传感器在所述第三方向上检测被所述反射面反射的所述偏振辐射线束相对于所述接收传感器的任何位移。
5.一种测量系统，用以测量所述第三方向上物体的位移，所述物体适合于在第一方向和不同于第一方向的第二方向上运动，所述第三方向基本上垂直于所述第一方向和所述第二方向，其特征在于，
所述测量系统包括线束源，所述线束源适合于向分束器发送偏振辐射线束，所述分束器适合于从所述线束源把所述偏振辐射线束的第一部分射向反射面，所述反射面在所述第三方向上与辐射吸收面相邻，所述辐射吸收面吸收任何落于其上的偏振线束的第一部分的任何辐射，所述反射面适合于接收所述偏振辐射线束的所述第一部分的一部分，并将所述偏振辐射线束的所述第一部分的所述部分反射到接收传感器，所述接收传感器在所述第三方向上检测被所述反射面反射的所述偏振辐射线束相对于所述接收传感器的任何位移。
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